JP7210202B2 - 現像方法 - Google Patents
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Description
トナーの転写性を向上させるためには、静電荷像担持体に対するトナーの付着力を下げることが有効であると一般的に知られている。トナーの付着力を下げる手段として、外添剤をトナー粒子表面に付着させることが挙げられる。特に、大粒径の球状外添剤の添加によるスペーサー効果によって、トナーと静電荷像担持体との物理的な付着力を引き下げ、転写効率を向上させる手法があることが知られている。しかし、転写効率を向上する方法として有効な技術ではあるが、長期にわたる画像出力によって、球状大粒径外添剤は、移動・脱離・埋没によって、スペーサーとして機能できなくなる。そのため、期待された転写効率向上の効果が安定して得ることが難しかった。
そこで、大粒径外添剤を半埋没させて外添剤の移動・脱離を抑制し、転写性とクリーニング性を両立させるトナーが提案されている(特許文献1参照)。一方、半球形状の大粒径外添剤を用いることで、脱離・埋没を抑制する手法が提案されいる(特許文献2参照)。
外添以外の手法で転写性向上を達成するために、トナー粒子表面を有機ケイ素化合物で覆う手法について検討を重ねられてきた。トナー粒子表面をケイ素化合物で覆う技術思想の例として、反応系にシランカップリング剤を添加することを特徴とする重合トナーの製造方法が開示されている(特許文献3参照)。
一方、大粒径外添剤とシランカップリング剤を併用する手法が提案されている(特許文献4参照)。この手法により、シランカップリング剤により大粒径外添剤をトナー粒子表面に固定化しつつ、トナー粒子表面の粗さを制御することが可能となった。その結果、大粒径外添剤の移動・脱離・埋没を抑制することができ、長期に渡り高い転写性を発現させることができるようになった。
また、トナー表面に固着させた微粒子の凸部同士が引っかかって、トナーが転がり難くなる『トナー間転がり抑制効果』を利用して、感光体上トナーのクリーニング性能向上を高める技術が開示されている(特許文献5参照)。
また、電子写真形成プロセスを用いた画像形成装置では、トナー担持体である現像ローラ等の回転体の端部に端部シール部材を一定圧力で押し付ける様に配置し、装置内部からの現像剤の漏れを抑制、又は、防止する構成が採用されている。端部シール部材としては、弾性体を用いたもの、パイルやフェルト等の繊維を用いたもの、磁性体を用いたものなどが挙げられる(特許文献6参照)。
近年、ランニングコストの低減を狙った、補給系現像方式へのニーズが高まっている。
この補給系現像方式においては、補給した新しいトナー(以下、補給トナーと呼ぶ)と、現像に使用されなかったトナー(以下、耐久トナーと呼ぶ)のように、帯電量や流動性等の物性が異なるトナーが同じ現像室内に存在する状態になっている。補給トナーと耐久トナーの上記物性状態の差が大きいと、両トナーの相互作用による凝集が生じ、その結果、画出しした出力画像上において濃度ムラ、カブリ、トナーボタ落ち(斑点上にトナー塊が画像上に落下する)が発生する場合があった。この問題に対しては、現像容器内の耐久トナーと補給トナーの混合撹拌を十分に行うこと、一度に補給するトナー量を極力少なくすること、が非常に有効であることが知られている。
特許文献3では、トナー表面へのシラン化合物の析出量が不十分であるため、大きな転写性向上効果を得ることはできなかった。
特許文献4では、大粒径外添剤が球状であるため、トナーが受けた法線方向の荷重は大粒径外添剤の一点に集中してしまい、埋没に対する耐久性に若干の課題を有していた。そのため、さらなる長寿命化を得るためには、いまだ十分ではなかった。
特許文献6の端部シール構成は、補給構成採用等の長寿命化、高画質化を狙った現像剤の小粒径化、省エネ化を狙った低融点トナーの採用が進んでいる為に、更なるシール性の向上が望まれている。端部シールからのトナー漏れが生じると、装置外部へトナーが漏れ出てしまい、装置内を汚してしまうことがある。
すなわち、本発明は、トナー容器と現像器とを有する現像装置を用いて現像を行う現像方法において、
該トナー容器は、トナーを収容しており、かつ、収容するトナーを該現像器へと供給する補給口を有しており、
該現像器は、現像器枠体とトナー担持体を有しており、かつ、トナーを担持した該トナー担持体によりトナーを現像領域へと搬送し、静電潜像を現像する装置であって、
該トナー担持体と該現像器枠体の間には、トナーの流出を抑えるシール部材が設けられており、
該補給口から該現像器に供給されたトナーは、撹拌部材による撹拌を受けることなく、該トナー担持体まで、もしくは、該トナー担持体へトナーを供給するトナー供給部材まで到達するものであり、
該トナーは、下記式(1)で表される有機ケイ素重合体を含むトナー粒子を有するトナーであって、
R-SiO3/2 (1)
(Rは、炭素数が1以上6以下のアルキル基、又はフェニル基である。)
該トナー粒子の表面には、該有機ケイ素重合体を含む凸部が形成されており、
該トナーのTEMによる断面観察によって、該凸部の該トナー粒子との連続した界面における最大の線分の長さをWとし、該線分の法線方向の該凸部の最大長をDとし、該Dと重なる、該凸部の頂点から該線分までの長さをHとしたとき、該Hが40nm以上300nm以下の範囲である凸部のうち、該Wに対する該Dの比の値であるD/Wが0.33以上0.80以下の範囲である凸部の個数割合P(D/W)が、70個数%以上である、
ことを特徴とする現像方法に関する。
該トナーは、下記式(1)で表される有機ケイ素重合体を含むトナーであって、
R-SiO3/2 (1)
(Rは炭素数1以上6以下のアルキル基、またはフェニル基である。)
該凸幅Wと該凸径Dの比D/Wが、0.33以上0.80以下となる該凸部の個数割合P(D/W)が70個数%以上であることを特徴とする。
本発明のトナーに用いられる着色剤としては、特に限定されず公知のものを使用することが出来る。
(1)流動性付与剤:シリカ、アルミナ、酸化チタン、カーボンブラック及びフッ化カーボン。
(2)研磨剤:金属酸化物(例えばチタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化クロム)、窒化物(例えば窒化ケイ素)、炭化物(例えば炭化ケイ素)、金属塩(例えば硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム)。
(3)滑剤:フッ素系樹脂粉末(例えばフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン)、脂肪酸金属塩(例えばステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム)。
(4)荷電制御性粒子:金属酸化物(例えば酸化錫、酸化チタン、酸化亜鉛、シリカ、アルミナ)、カーボンブラック。
走査透過型電子顕微鏡(STEM)で観察されるトナーの断面は以下のようにして作製する。
SEM観察の方法は、以下の通りである。日立超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡S-4800((株)日立ハイテクノロジーズ)にて撮影される画像を用いて行った。S-4800の画像撮影条件は以下の通りである。
試料台(アルミニウム試料台15mm×6mm)に導電性ペースト(TED PELLA,Inc、 Product No. 16053, PELCO Colloidal Graphite,Isopropanol base)を薄く塗り、その上にトナーを吹き付ける。さらにエアブローして、余分な該微粒子を試料台から除去した後、15mAで15秒間白金蒸着する。試料台を試料ホルダにセットし、試料高さゲージにより試料台高さを30mmに調節する。
S-4800の筺体に取り付けられているアンチコンタミネーショントラップに液体窒素を溢れるまで注入し、30分間置く。S-4800の「PC-SEM」を起動し、フラッシング(電子源であるFEチップの清浄化)を行う。画面上のコントロールパネルの加速電圧表示部分をクリックし、[フラッシング]ボタンを押し、フラッシング実行ダイアログを開く。フラッシング強度が2であることを確認し、実行する。フラッシングによるエミッション電流が20~40μAであることを確認する。試料ホルダをS-4800筺体の試料室に挿入する。コントロールパネル上の[原点]を押し試料ホルダを観察位置に移動させる。
コントロールパネルの倍率表示部内をドラッグして、倍率を5000(5k)倍に設定する。操作パネルのフォーカスつまみ[COARSE]を回転させ、ある程度焦点が合ったところでアパーチャアライメントの調整を行う。コントロールパネルの[Align]をクリックし、アライメントダイアログを表示し、[ビーム]を選択する。操作パネルのSTIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を回転し、表示されるビームを同心円の中心に移動させる。
ABCモードで明るさ合わせを行い、サイズ640×480ピクセルで写真撮影して保存する。
粒子解析により、画像中の凸部とトナー粒子を二値化により、色分けする。次に、計測コマンドの中から、選択された形状の最大長さを選択し、凸部1箇所の凸径を計測する。この操作を複数行い、500箇所の平均値を求めることで、凸部の個数平均粒径を算出する。
イオン交換水100mLにスクロース(キシダ化学製)160gを加え、湯せんをしながら溶解させ、ショ糖濃厚液を調製する。遠心分離用チューブ(容量50ml)に上記ショ糖濃厚液を31gと、コンタミノンN(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)を6mL入れ分散液を作製する。この分散液にトナー1.0gを添加し、スパチュラなどでトナーのかたまりをほぐす。
本発明は、補給構成を採用した画像形成方法である。
図6は、プロセスカートリッジBの構成を示す断面図である。図5及び6に示されるように、クリーナユニット34、及び、現像ユニット35を有する。クリーナユニット34は、感光体ドラム21、感光体ドラム21の表面をクリーニングするクリーニングブレード24、感光体ドラム21の表面を帯電する帯電ローラ22を有する。現像ユニット35は、現像ローラ23、現像ローラ23にトナーを供給する供給ローラ28を有する。この現像ユニット35には、図6に示すように、現像ローラ23の両端の軸受け部と、現像ユニット35容器の間隙に羊毛フェルト、フッ素樹脂パイル等の繊維材料やポリウレタンフォーム、スポンジゴム等の材料からなる端部シール部材26を一定圧で押し付けることで、現像ユニット容器35と現像ローラ23の長手方向両端部からのトナー漏れを防止している。
(水系媒体1の調製工程)
撹拌機、温度計、還留管を具備した反応容器中にイオン交換水650.0部に、リン酸ナトリウム(ラサ工業社製・12水和物)14.0部を投入し、窒素パージしながら65℃で1.0時間保温した。
・スチレン :60.0部
・C.I.ピグメントブルー15:3 :6.5部
前記材料をアトライタ(三井三池化工機株式会社製)に投入し、さらに直径1.7mmのジルコニア粒子を用いて、220rpmで5.0時間分散させて、顔料分散液を調製した。前記顔料分散液に下記材料を加えた。
・スチレン:20.0部
・n-ブチルアクリレート:20.0部
・架橋剤(ジビニルベンゼン):0.3部
・飽和ポリエステル樹脂:5.0部
(プロピレンオキサイド変性ビスフェノールA(2モル付加物)とテレフタル酸との重縮合物(モル比10:12)、ガラス転移温度Tg=68℃、重量平均分子量Mw=10000、分子量分布Mw/Mn=5.12)
・フィッシャートロプシュワックス(融点78℃):7.0部
水系媒体1の温度を70℃、T.K.ホモミクサーの回転数を15000rpmに保ちながら、水系媒体1中に重合性単量体組成物を投入し、重合開始剤であるt-ブチルパーオキシピバレート10.0部を添加した。そのまま該撹拌装置にて15000rpmを維持しつつ10分間造粒した。
造粒工程の後、撹拌機をプロペラ撹拌羽根に換え150rpmで撹拌しながら70℃を保持して5.0時間重合を行い、85℃に昇温して2.0時間加熱することで重合反応を行った。
撹拌機、温度計を備えた反応容器に、イオン交換水60.0部を秤量し、10質量%の塩酸を用いてpHを4.0に調整した。これを撹拌しながら加熱し、温度を40℃にした。その後、有機ケイ素化合物であるメチルトリエトキシシラン40.0部を添加して2時間以上撹拌して加水分解を行った。加水分解の終点は目視にて油水が分離せず1層になったことで確認を行い、冷却して有機ケイ素化合物の加水分解液を得た。
重合工程終了後、トナー粒子分散液を冷却し、トナー粒子分散液に塩酸を加えpH=1.5以下に調整して1時間撹拌放置してから加圧ろ過器で固液分離し、トナーケーキを得た。これをイオン交換水でリスラリーして再び分散液とした後に、前述のろ過器で固液分離してトナーケーキを得た。
表1に示す条件に変更した以外は、トナー粒子1と同様にしてトナー粒子2乃至トナー粒子12を得た。トナー粒子2乃至トナー粒子12の製造条件を表1に、各分析結果を表2に示す。
有機ケイ素化合物の重合に関して、下記に示すように変更した以外はトナー粒子1と同様にして、比較用トナー粒子1を得た。
撹拌機、温度計を備えた反応容器に、イオン交換水60.0部を秤量し、10質量%の塩酸を用いてpHを4.0に調整した。これを撹拌しながら加熱し、温度を40℃にした。その後、有機ケイ素化合物であるメチルトリエトキシシラン40.0部を添加して2時間以上撹拌して加水分解を行った。加水分解の終点は目視にて油水が分離せず1層になったことで確認を行い、冷却して有機ケイ素化合物の加水分解液を得た。
有機ケイ素化合物の重合に関して、下記に示すように変更した以外はトナー粒子1と同様にして、比較用トナー粒子2を得た。
ポリビニルアルコール1.0質量部をエタノール/水=1:1(質量比)の混合溶液20質量部に溶解した混合溶媒中に、着色剤粒子分散液に分散させて、次いで、ケイ素化合物として3-(メタクリルオキシ)プロピルトリメトキシシラン20部を溶解させ、更に5時間の撹拌を行なって、トナー粒子内に3-(メタクリルオキシ)プロピルトリメトキシシランを膨潤させて内在させた。
トナー粒子1の製造例で有機ケイ素化合物の重合を行わないことで、比較用トナー粒子3を得た。比較トナー粒子3の製造条件を表1に、各分析結果を表2に示す。なお、表2には後述の比較用トナー4についての結果も示す。
トナー粒子1をそのままトナー1として、転写性および部材汚染の下記耐久評価を行った。
市販のキヤノン製レーザービームプリンタLBP7700Cの改造機を用いた。改造点は、評価機本体及びソフトウェアを変更することにより、現像ローラーの回転速度が360mm/secとなるようにした。
転写性(転写残濃度)の評価は次のようにして行った。ベタ画像を出力し、ベタ画像形成時の感光体上の転写残トナーを、透明なポリエステル製の粘着テープを用いてテーピングしてはぎ取った。はぎ取った粘着テープを紙上に貼ったものの濃度から、粘着テープのみを紙上に貼ったものの濃度を差し引いた濃度差を算出した。濃度測定は5箇所行い平均値を求めた。そして、その濃度差の値から、以下のようにして判定した。なお、濃度はX-Riteカラー反射濃度計(X-rite社製、X-rite 500Series)で測定した。C以上を良好と判断した。
A:濃度差が0.03未満
B:濃度差が0.03以上0.05未満
C:濃度差が0.05以上0.10未満
D:濃度差が0.10以上
部材汚染(ベタ/ハーフトーンの諧調安定性)の評価は次のようにして行った。まず、画像チェック用のドラムユニットと耐久用のドラムユニットを用意した。次に、画像チェック用のドラムユニットへトナー評価用帯電ローラーを取り付け、画像出力を行った。画像は全面にハーフトーンが印字された画像を作製した。ハーフトーン画像中の耐久画像で作成した左右30mmの余白部と中央部の濃度をそれぞれ測定し、余白部と中央部の濃度差から評価を行った。
A:耐久評価後のハーフトーンの濃度差が0.03未満
B:耐久評価後のハーフトーンの濃度差が0.03以上0.05未満
C:耐久評価後のハーフトーンの濃度差が0.05以上0.10未満
D:耐久評価後のハーフトーンの濃度差が0.10以上
トナー漏れ、飛散の評価は次のようにして行った。5.0%の印字率の画像をA4用紙横方向で7,500枚までプリントアウトした時点において、現像ユニット35と端部シール26の詳細観察を行った。
A:端部シール26の現像ローラ23への当接面にトナー汚れ無し。
現像ユニット35外部へのトナー漏れ発生無し。
B:端部シール26の現像ローラ23への当接面にごく僅かなトナー汚れあり。
現像ユニット35外部へのトナー漏れ発生無し。
C:端部シール26の現像ローラ23への当接面にトナー汚れあり。
現像ユニット35外部へのトナー漏れ発生無し。
D:端部シール26の現像ローラ23への当接面にトナー汚れあり。
現像ユニット35外部へのトナー漏れ発生有り。
トナー1を耐久評価した結果を表3に示す。
トナー粒子2乃至トナー粒子12、比較トナー粒子1および比較トナー粒子2はそのままトナー2乃至トナー12、比較トナー1および比較トナー2として評価した。比較トナー3および比較トナー4は比較トナー粒子3に下記条件にて外添を行いトナーを作製して評価した。評価結果を表3に示す。
まず下記に示すように有機ケイ素微粒子Aを合成した。
比較トナー3の作製で有機ケイ素微粒子Aを用いたところを疎水性ゾルゲルシリカ(日本アエロジル社製:個数平均径80nm)を用い、ヘンシェルミキサー撹拌翼の周速が20m/sであったところ40m/sにした以外は比較トナー3と同様にして比較トナー4を作製した。
上述のLBP7700Cの改造機を用いた評価である、実施例1と実施例4に関して、比較用現像器1を用いたトナー漏れ評価を行った。比較用現像器1は、現像ユニット35に関して、補給口27とトナー供給部材28の間に、撹拌部材を配置している補給式の現像器である。(不図示)
Claims (3)
- トナー容器と現像器とを有する現像装置を用いて現像を行う現像方法において、
該トナー容器は、トナーを収容しており、かつ、収容するトナーを該現像器へと供給する補給口を有しており、
該現像器は、現像器枠体とトナー担持体を有しており、かつ、トナーを担持した該トナー担持体によりトナーを現像領域へと搬送し、静電潜像を現像する装置であって、
該トナー担持体と該現像器枠体の間には、トナーの流出を抑えるシール部材が設けられており、
該補給口から該現像器に供給されたトナーは、撹拌部材による撹拌を受けることなく、該トナー担持体まで、もしくは、該トナー担持体へトナーを供給するトナー供給部材まで到達するものであり、
該トナーは、下記式(1)で表される有機ケイ素重合体を含むトナー粒子を有するトナーであって、
R-SiO3/2 (1)
(Rは、炭素数が1以上6以下のアルキル基、又はフェニル基である。)
該トナー粒子の表面には、該有機ケイ素重合体を含む凸部が形成されており、
該トナーのTEMによる断面観察によって、該凸部の該トナー粒子との連続した界面における最大の線分の長さをWとし、該線分の法線方向の該凸部の最大長をDとし、該Dと重なる、該凸部の頂点から該線分までの長さをHとしたとき、該Hが40nm以上300nm以下の範囲である凸部のうち、該Wに対する該Dの比の値であるD/Wが0.33以上0.80以下の範囲である凸部の個数割合P(D/W)が、70個数%以上である、
ことを特徴とする現像方法。 - 該トナーのTEM断面観察によって該トナー粒子の断面の観察したトナー粒子の表面の長さをLとし、該Wの合計をΣWとしたとき、ΣW/Lが、0.30以上0.90以下である、請求項1に記載の現像方法。
- 該トナーの有機ケイ素重合体の固着率が、80質量%以上である、請求項1又は2に記載の現像方法。
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