説明

粉砕装置および筒状アダプター

【課題】粉砕効率に優れた粉砕装置を提供すること。
【解決手段】気流を噴射する噴射ノズル20と、噴射ノズル20から噴射される気流によって被粉砕物を粉砕する粉砕室40と、噴射ノズル20に装着される筒状アダプター60とを有し、筒状アダプター60は、噴射ノズル20の前端から噴射された気流が通る流路62を内部に有し、流路62の側壁には、粉砕室40内の被粉砕物を流路62に吸入する吸入孔64が設けられる粉砕装置10において、噴射ノズル20および筒状アダプター60は、噴射ノズル20に筒状アダプター60を装着したとき、噴射ノズル20の前端面22と吸入孔64の後端面66とが同一平面上に位置する粉砕装置10を提供する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、気流を噴射する噴射ノズルと、該噴射ノズルから噴射される気流によって被粉砕物を粉砕する粉砕室とを有する粉砕装置に関する。また、本発明は、粉砕室内の被粉砕物を粉砕するため気流を噴射する噴射ノズルに装着される筒状アダプターに関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、気流を噴射する噴射ノズルと、該噴射ノズルから噴射される気流によって被粉砕物を粉砕する粉砕室(流動層)とを有する粉砕装置(所謂、流動層式粉砕装置)が知られている。噴射ノズルは複数設けられており、複数の噴射ノズルから噴射された気流が合流する合流域において、被粉砕物同士が衝突され、その衝突エネルギーによって被粉砕物が粉砕される。粉砕された粒子を分級することで、目標粒径の粒子を得ている。
【0003】
近年では、噴射ノズルから噴射される気流の指向性を高めることを目的として、噴射ノズルに筒状アダプターを装着することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。筒状アダプターは、噴射ノズルの前端から噴射される気流が通る流路を内部に有している。流路の側壁には、粉砕室内の被粉砕物を流路に吸入する吸入孔が設けられている。
【0004】
筒状アダプターは、流路を流れる気流のエジェクター効果によって、吸入孔を介して、粉砕室内の被粉砕物を流路に吸入する。流路に吸入された被粉砕物は、流路を流れる気流によって加速された後、筒状アダプターの出口から合流域に向けて噴射される。
【0005】
この筒状アダプターによれば、噴射ノズルの前端から噴射される気流の指向性が高くなるので、複数の気流が合流する合流域において、被粉砕物の密度が高くなり、粉砕効率が向上する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
図9は、従来の噴射ノズルおよび筒状アダプターの概略構成図である。図9に示すように、従来の噴射ノズル110の前端部は、前方に向けて先細りのテーパ面112を有しており、また、噴射ノズル110に筒状アダプター120を装着したとき、吸入孔122の後端面124が、噴射ノズル110の前端面114よりも後方に位置していた。
【0007】
ところで、噴射ノズル110の前端面114よりも後方では、エジェクター効果が十分に得られない。
【0008】
そのため、従来の構成では、被粉砕物の吸引速度の遅い領域が、噴射ノズル110のテーパ面112近傍に生じる。その結果、被粉砕物の流れに淀みが生じ、被粉砕物の加速効率が低く、粉砕効率が低かった。
【0009】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、粉砕効率に優れた粉砕装置および筒状アダプターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を解決するため、本発明は、
気流を噴射する噴射ノズルと、該噴射ノズルから噴射される気流によって被粉砕物を粉砕する粉砕室と、前記噴射ノズルに装着される筒状アダプターとを有し、該筒状アダプターは、前記噴射ノズルの前端から噴射された気流が通る流路を内部に有し、前記流路の側壁には、前記粉砕室内の被粉砕物を前記流路に吸入する吸入孔が設けられる粉砕装置において、
前記噴射ノズルおよび前記筒状アダプターは、前記噴射ノズルに前記筒状アダプターを装着したとき、前記噴射ノズルの前端面と前記吸入孔の後端面とが同一平面上に位置する粉砕装置を提供する。
【0011】
また、本発明は、粉砕室内の被粉砕物を粉砕するため気流を噴射する噴射ノズルに装着される筒状アダプターであって、前記噴射ノズルの前端から噴射された気流が通る流路を内部に有し、前記流路の側壁には、前記粉砕室内の被粉砕物を前記流路に吸入する吸入孔が設けられる筒状アダプターにおいて、
前記噴射ノズルに装着されたとき、前記噴射ノズルの前端面と前記吸入孔の後端面とが同一平面上に位置する筒状アダプターを提供する。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、粉砕効率に優れた粉砕装置および筒状アダプターを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の一実施形態による粉砕装置の縦断面図である。
【図2】図1のA−A線に沿った横断面図である。
【図3】噴射ノズルおよび筒状アダプターの一例を示す斜視図である。
【図4】噴射ノズルおよび筒状アダプターの一例を示す縦断面図(1)である。
【図5】噴射ノズルおよび筒状アダプターの一例を示す縦断面図(2)である。
【図6】図4のA−A線に沿った横断面図である。
【図7】図6の変形例を示す横断面図である。
【図8】図6の別の変形例を示す横断面図である。
【図9】従来の噴射ノズルおよび筒状アダプターの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本明細書において、「前」とは、噴射ノズルの中心軸および中心軸の延長線に沿って、気流の流れ方向下流側をいい、「後」とは気流の流れ方向上流側をいう。
【0015】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、本発明は、下記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。
【0016】
図1は、本発明の一実施形態による粉砕装置の縦断面図である。図2は、図1のA−A線に沿った横断面図である。
【0017】
粉砕装置10は、所謂、流動層式の粉砕装置であって、例えば図1に示すように、気流を噴射する噴射ノズル20と、被粉砕物を収容するタンク30と、噴射ノズル20から噴射される気流によって、タンク30から供給される被粉砕物を粉砕する粉砕室40とを有する。
【0018】
噴射ノズル20は、気流として、例えば超音速ジェット気流を噴射する。気流は、空気や水蒸気などのガスで構成される。噴射ノズル20に供給する圧縮空気などの圧縮ガスの圧力は、特に限定されないが、例えば0.2〜1.0MPaである。
【0019】
噴射ノズル20は、複数設けられており、各噴射ノズル20から噴射された気流が合流する合流域において、被粉砕物同士が衝突され、その衝突エネルギーによって被粉砕物が粉砕される。
【0020】
噴射ノズル20は、合流域における被粉砕物の密度を高める目的で、それぞれの中心軸の延長線が1点で交わるように配置されている(図2参照)。また、噴射ノズル20は、合流域における被粉砕物の密度分布を均一化する目的で、それぞれの中心軸の延長線が交わる交点を中心として周方向に等間隔(図2では120°間隔)で配置されている。
【0021】
噴射ノズル20の前端面22は、噴射ノズル20の中心軸に直交する平面となっている。また、噴射ノズル20の前端面22近傍において、噴射ノズル20の外径は、前方に向けて略一定となっている。これによって、噴射ノズル20に、後述の装着リング70を装着したとき、噴射ノズル20の前端面22と、後述の装着リング70の前端面74とが同一平面上に位置し、且つ、連続的につながることが可能である。
【0022】
なお、本実施形態の噴射ノズル20は、複数設けられるとしたが、1つのみ設けられても良く、この場合、噴射ノズルの前方には、衝突部材が設けられる。衝突部材に向けて噴射ノズルから気流を噴射させて、被粉砕物を衝突部材に衝突させ、その衝突エネルギーによって被粉砕物を粉砕させる。
【0023】
タンク30は、被粉砕物を収容するものである。被粉砕物の材料としては、例えば、ゼオライト、シリカ、樹脂などが挙げられる。被粉砕物を粉砕して得られる粒子の用途としては、例えば、トナーなどが挙げられる。
【0024】
タンク30の出口には、出口を開閉する開閉弁32が設けられている。開閉弁32は、電磁弁などで構成され、開閉弁32が開くと、タンク30内の被粉砕物が粉砕室40内に供給され、開閉弁32が閉じると、供給が停止される。開閉弁32は、粉砕室40内の被粉砕物量を略一定に保つように、開閉される。
【0025】
粉砕室40は、噴射ノズル20から噴射される気流によって、タンク30から供給される被粉砕物を粉砕する部屋である。粉砕室40は、略円柱状に形成されている。粉砕室40の中心軸上に、複数の噴射ノズル20の中心軸の延長線が交わる交点が配置されている。
【0026】
粉砕装置10は、図1に示すように、粉砕室40内の上方に設けられる分級機52と、粉砕室40内のガスや粒子を分級機52に吸引する吸引機54とをさらに有する。分級機52は、一般的な構成であって良く、例えば、ローターなどで構成される。吸引機54は、一般的な構成であって良く、例えば、吸引ファンなどで構成される。
【0027】
吸引機54によって粉砕室40から分級機52に流入した粒子は、分級機52によって粗粉と微粉に遠心分級され、所定の粒径以下に粉砕された微粉が粉砕装置10の外部に排出される。一方、所定の粒径を超える粗粉は、粉砕室40の下方に導かれ、再び、噴射ノズル20から噴射される気流による粉砕作用を受ける。
【0028】
粉砕装置10は、図1に示すように、噴射ノズル20から噴射される気流の指向性を高め、被粉砕物の粉砕効率を高める目的で、噴射ノズル20に装着される筒状アダプター60をさらに有する。
【0029】
筒状アダプター60は、複数の噴射ノズル20に対応して複数設けられる。1つの噴射ノズル20には、1つの筒状アダプター60が同軸的に装着される。筒状アダプター60の材料は、特に限定されないが、耐久性の観点から、例えばステンレス鋼材などの金属、アルミナなどのセラミックスが用いられる。
【0030】
筒状アダプター60は、噴射ノズル20の前端から噴射される気流が通る流路62を内部に有している。流路62の側壁には、粉砕室40内の粉砕物を流路62に吸入する吸入孔64が設けられている。
【0031】
筒状アダプター60は、流路62を流れる気流のエジェクター効果によって、吸入孔64を介して、粉砕室40内の被粉砕物を流路62に吸入する。流路62に吸入された被粉砕物は、流路62を流れる気流によって加速された後、筒状アダプター60の出口から合流域に向けて噴射される。
【0032】
この筒状アダプター60によれば、被粉砕物の加速経路を好適化でき、加速量を向上できる。また、気流の指向性が高くなるので、合流域における被粉砕物の密度が高くなる。これらによって、粉砕効率を向上できる。
【0033】
図3は、噴射ノズルおよび筒状アダプターの一例を示す斜視図である。図4および図5は、噴射ノズルおよび筒状アダプターの一例を示す縦断面図である。図3および図5は噴射ノズルに筒状アダプターを装着した状態を示し、図4は噴射ノズルから筒状アダプターを分離した状態を示す。図6は図4のA−A線に沿った横断面図、図7および図8は図6の変形例を示す横断面図である。
【0034】
筒状アダプター60は、例えば図3〜図5に示すように、筒状アダプター60を噴射ノズル20に装着する装着リング70、流路62の一部(主に下流部分)を囲むリングノズル80、および装着リング70とリングノズル80を連結する連結部材90を有する。吸入孔64は、装着リング70とリングノズル80との間に設けられる。吸入孔64の後端面66は、装着リング70の前端面74で構成され、吸入孔64の前端面68は、リングノズル80の後端面82で構成される。
【0035】
筒状アダプター60は、装着リング70、リングノズル80、および連結部材90を一体に形成してなり、例えば、筒状材に吸入孔64を切削してなる。吸入孔64は、図3に示すように、円筒を周方向に連結部材90で分断した形状に形成され、略円弧筒状に形成されている。
【0036】
装着リング70は、筒状アダプター60を噴射ノズル20に装着するためのものである。装着リング70は、噴射ノズル20の外周面に装着される。
【0037】
装着リング70は、略円筒状に構成されており、装着リング70の内径は、入口から出口に向けて略一定となっている。装着リング70の内周面には、噴射ノズル20の外周面に設けられるネジ山に螺合可能なネジ溝が設けられている。
【0038】
装着リング70は、噴射ノズル20に装着されたとき、装着リング70の後端面72と、噴射ノズル20の外周面に設けられる段差部24とが当接する。これによって、装着時の位置決め精度を向上できる。
【0039】
装着リング70は、噴射ノズル20に装着されたとき、装着リング70の前端面74と、噴射ノズル20の前端面22とが面一平面上に位置し、且つ、連続的につながる。装着リング70の前端面74は、上記のように、吸入孔64の後端面66を構成するので、吸入孔64の後端面66と、噴射ノズル20の前端面22とが面一平面上に位置する。
【0040】
リングノズル80は、装着リング70の前方に離間して配置され、装着リング70と同軸的に配置されている。リングノズル80は、略円筒状に構成されており、リングノズル80の内径は、入口から出口に向けて一定となっている。
【0041】
リングノズル80は、噴射ノズル20から噴射される気流が通る流路62の一部(主に下流部分)を囲んでいる。リングノズル80は、吸入孔64を介して、粉砕室40から流路62の上流部分に吸入された被粉砕物の加速経路を好適化する。
【0042】
連結部材90は、装着リング70とリングノズル80とを連結するものである。連結部材90は、棒状であって、一端部が装着リング70に連結され、他端部がリングノズル80に連結される。
【0043】
連結部材90は、吸入孔64を介して、粉砕室40から流路62に吸入される被粉砕物の密度分布が均一となるよう、図6〜図8に示すように、筒状アダプター60の周方向に沿って等間隔(等角度)で複数設けられている(図1、図2、図4、図5では1つのみ図示)。連結部材90の数に制限はなく、例えば2〜4であって良い。
【0044】
連結部材90の数は、吸入孔64の数と一致する。図6に示す例では、連結部材90の数は3つであり、吸入孔64の数は3つである。図7に示す変形例では、連結部材90Aの数は4つであり、吸入孔64Aの数は4つである。図8に示す別の変形例では、連結部材90Bの数は2つであり、吸入孔64Bの数は2つである。
【0045】
連結部材90の横断面形状は、筒状アダプター60の径方向外方に向けて先細り形状となっている。これにより、粉砕室40内の被粉砕物を、流路62の上流部分に向けて加速しながら吸入できる。
【0046】
このように、本実施形態では、噴射ノズル20および筒状アダプター60は、噴射ノズル20に筒状アダプター60を装着したとき、噴射ノズル20の前端面22と吸入孔64の後端面66とが同一平面上に位置する。そのため、被粉砕物の流れに淀みが生じるのを抑制でき、被粉砕物を効率よく加速できるので、粉砕効率を向上できる。その結果、例えば、噴射ノズル20に供給する圧縮ガスの圧力を削減でき、従来は困難であった0.6MPa以下に削減することも可能である。
【0047】
また、本実施形態では、噴射ノズル20および筒状アダプター60は、噴射ノズル20に筒状アダプター60を装着したとき、噴射ノズル20の前端面22と吸入孔64の後端面66とが同一平面上に位置し、且つ、連続的につながっており、隙間がほとんどない。これによって、被粉砕物の流れに淀みが生じるのをさらに抑制でき、被粉砕物の加速効率をさらに向上できる。
【0048】
また、本実施形態では、噴射ノズル20および筒状アダプター60が互いに螺合可能に構成されているので、噴射ノズル20に筒状アダプター60を装着するための専用の治具が不要になり、また、装着や分離の作業が容易になる。
【0049】
次に、筒状アダプター60の寸法形状について説明する。
【0050】
リングノズル80の軸方向長さは、被粉砕物の特性などに応じて設定されるが、リングノズル80の軸方向長さをL(図4参照)とし、噴射ノズル20の出口の直径をD(図4参照)とすると、5×D≦L≦50×Dの式を満たすことが望ましい。リングノズル80の長さを上記範囲とすることで、被粉砕物の加速距離を好適化でき、また、被粉砕物の相互衝突の確率を向上できる。よって、体積粉砕が増加するので、粉砕処理能力を向上でき、また、微粉の発生量を削減できる。また、粉砕された粒子を用いてトナーを製造すると、トナー粒度の安定性から、画質に優れた画像を作成できる。
【0051】
リングノズル80の出口の直径は、粉砕物の特性(例えば、割れ性)や目標の粒径などに応じて設定されるが、リングノズル80の出口の直径をD(図4参照)とし、噴射ノズル20の出口の直径をD(図4参照)とすると、2×D≦D≦20×Dの式を満たすことが望ましい。リングノズル80の出口の直径を上記範囲とすることで、被粉砕物の加速量および相互衝突量を向上できる。
【0052】
吸入孔64の開口面積の合計は、被粉砕物の特性(例えば、磁性/非磁性の別、耐電量)や目標の粒径などに応じて設定されるが、吸入孔64の開口面積の合計をAとし、リングノズル80の出口面積をAとすると、0.6×A≦A≦0.9×Aの式を満たすことが望ましい。ここで、「吸入孔64の開口面積」とは、略円弧筒状の吸入孔64の内周面の面積をいう。吸入孔64の開口面積の合計を上記範囲とすることで、被粉砕物の吸入量および相互衝突量を向上できる。
【実施例】
【0053】
以下に、実施例などにより本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
【0054】
[実施例1]
ポリエステル樹脂75重量%とスチレンアクリル共重合樹脂10重量%とカーボンブラック15重量%の混合物をロールミルにて溶融混練し、冷却固化した後ハンマーミルで粗粉砕してトナー原料を作製した。
【0055】
作製したトナー原料を、図1〜図5に示す粉砕装置を用いて、以下の条件で、粉砕分級した。
<粉砕分級条件>
噴射ノズルに供給する圧縮空気の圧力:0.55MPa
分級機を構成するローターの周速:40m/s
リングノズルの長さL:噴射ノズルの出口の直径Dの16倍(L=16×D
リングノズルの出口の直径D:噴射ノズルの出口の直径Dの8倍(D=8×D
吸入孔の開口面積の合計A:リングノズルの出口面積Aの0.7倍(A=0.7×A
連結部材の数:3個(図6参照)
その結果、重量平均粒径:6.5μm、4μm以下の微粉の含有率(個数平均):48POP.%、16μm以上の粗粉の含有率(重量平均):1.0Vol%のトナー粒子を、114kg/hr得ることができた。粒径の測定に際してはコールターカウンター社のマルチサイザーを用いた。
【0056】
[実施例2]
実施例2では、リングノズルの長さLを、噴射ノズルの出口の直径Dの20倍(L=20×D)とした以外は実施例1と同じ粉砕分級条件で、実施例1と同じトナー原料を粉砕分級した。
【0057】
その結果、重量平均粒径:6.5μm、4μm以下の微粉の含有率(個数平均):47POP.%、16μm以上の粗粉の含有率(重量平均):0.8Vol%のトナー粒子を、15kg/hr得ることができた。
【0058】
[実施例3]
実施例3では、リングノズルの出口の直径Dを、噴射ノズルの出口の直径Dの10倍(D=10×D)とした以外は実施例2と同じ粉砕分級条件で、実施例1と同じトナー原料を粉砕分級した。
【0059】
その結果、重量平均粒径:6.5μm、4μm以下の微粉の含有率(個数平均):47POP.%、16μm以上の粗粉の含有率(重量平均):0.8Vol%のトナー粒径を、16kg/hr得ることができた。
【0060】
[実施例4]
実施例4では、吸入孔の開口面積の合計Aを、リングノズルの出口面積Aの0.9倍(A=0.9×A)とした以外は実施例3と同じ粉砕分級条件で、実施例1と同じトナー原料を粉砕分級した。
【0061】
その結果、重量平均粒径:6.5μm、4μm以下の微粉の含有率(個数平均):47POP.%、16μm以下の粗粉の含有率(重量平均):0.8Vol%のトナー粒子を、16.5kg/hr得ることができた。
【0062】
[比較例1]
比較例1では、図1〜図6に示す筒状アダプターの代わりに、図9に示す従来の筒状アダプターを用い、噴射ノズルに供給する圧縮空気の圧力を0.6MPaとし、分級機を構成するローターの周速:45m/sとし、実施例1と同じトナー原料を粉砕分級した。
【0063】
その結果、重量平均粒径:6.7μm、4μm以下の微粉の含有率(個数平均):48POP.%、16μm以上の粗粉の含有率(重量平均):1.0Vol%のトナー粒子を、13kg/hr得ることができた。
【符号の説明】
【0064】
10 粉砕装置
20 噴射ノズル
22 噴射ノズルの前端面
24 段差部
60 筒状アダプター
62 流路
64 吸入孔
66 吸入孔の後端面
70 装着リング
72 装着リングの前端面
80 リングノズル
90 連結部材
【先行技術文献】
【特許文献】
【0065】
【特許文献1】特許第3984120号公報

【特許請求の範囲】
【請求項1】
気流を噴射する噴射ノズルと、該噴射ノズルから噴射される気流によって被粉砕物を粉砕する粉砕室と、前記噴射ノズルに装着される筒状アダプターとを有し、該筒状アダプターは、前記噴射ノズルの前端から噴射された気流が通る流路を内部に有し、前記流路の側壁には、前記粉砕室内の被粉砕物を前記流路に吸入する吸入孔が設けられる粉砕装置において、
前記噴射ノズルおよび前記筒状アダプターは、前記噴射ノズルに前記筒状アダプターを装着したとき、前記噴射ノズルの前端面と前記吸入孔の後端面とが同一平面上に位置する粉砕装置。
【請求項2】
前記筒状アダプターは、前記筒状アダプターを前記噴射ノズルに装着する装着リングと、前記流路の一部を囲むリングノズルと、前記装着リングと前記リングノズルとを連結する連結部材とを有し、前記吸入孔は、前記装着リングと前記リングノズルとの間に設けられ、
前記噴射ノズルおよび前記筒状アダプターは、前記噴射ノズルに前記筒状アダプターを装着したとき、前記噴射ノズルの前端面と前記装着リングの前端面とが同一平面上に位置し、且つ、連続的につながる請求項1に記載の粉砕装置。
【請求項3】
前記リングノズルの軸方向長さをLとし、前記噴射ノズルの出口の直径をDとすると、5×D≦L≦50×Dの式を満たす請求項2に記載の粉砕装置。
【請求項4】
前記リングノズルの出口の直径をDとし、前記噴射ノズルの出口の直径をDとすると、2×D≦D≦20×Dの式を満たす請求項2または3に記載の粉砕装置。
【請求項5】
前記吸入孔の開口面積の合計をAとし、前記リングノズルの出口面積をAとすると、
0.6×A≦A≦0.9×Aの関係式を満たす請求項2〜4のいずれか1項に記載の粉砕装置。
【請求項6】
前記連結部材は、前記筒状アダプターの周方向に沿って等間隔に複数設けられる請求項2〜5のいずれか1項に記載の粉砕装置。
【請求項7】
前記噴射ノズルおよび前記筒状アダプターは、互いに螺合可能に構成される請求項1〜6のいずれか1項に記載の粉砕装置。
【請求項8】
粉砕室内の被粉砕物を粉砕するため気流を噴射する噴射ノズルに装着される筒状アダプターであって、前記噴射ノズルの前端から噴射された気流が通る流路を内部に有し、前記流路の側壁には、前記粉砕室内の被粉砕物を前記流路に吸入する吸入孔が設けられる筒状アダプターにおいて、
前記噴射ノズルに装着されたとき、前記噴射ノズルの前端面と前記吸入孔の後端面とが同一平面上に位置する筒状アダプター。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【公開番号】特開2012−187533(P2012−187533A)
【公開日】平成24年10月4日(2012.10.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−54211(P2011−54211)
【出願日】平成23年3月11日(2011.3.11)
【出願人】(000006747)株式会社リコー (37,907)
【Fターム(参考)】