JP3409087B2 - 静電潜像現像用現像剤 - Google Patents

静電潜像現像用現像剤

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子写真法、静電印刷
法などにおいて形成される静電荷像(電気的又は磁気的
潜像)を現像するための現像剤に関し、更に詳しくは、
磁性キャリア粒子とトナー粒子との混合物からなる現像
剤を現像剤担持体上に担持させ、潜像担持体と現像剤担
持体との間に交互電界を印加しながら担持現像剤を潜像
担持体上に、移転させて現像させる現像方法に使用され
る現像剤に関する。
【0002】従来からキャリア粒子とトナー粒子との混
合物からなる、いわゆる乾式二成分系現像剤はよく知ら
れている。この乾式二成分系現像剤は、比較的大きな
ャリア粒子表面上に微小なトナー粒子が、両粒子の摩擦
により発生した電気力により保持されており、静電潜像
に近接すると、静電潜像が形成する電界によるトナー粒
子に対する潜像方向への吸引力が、トナー粒子とキャリ
ア粒子間の結合力に打ち勝って、トナー粒子は静電潜像
上に吸引付着されて静電潜像が可視化される。そして、
現像剤は現像によって消費されたトナーを補充しながら
反復使用される。
【0003】この乾式二成分系現像剤を用いる現像装置
において、潜像担持体と現像剤担持体との間に交互電界
を印加し、キャリア粒子を現像電極として用い、カブリ
防止効果を発揮させる技術は、基本的に特開昭55−3
2060号公報に提案されている。また、特開昭63−
225262号公報では、交互電界を印加し、特定範囲
の電気抵抗を有する磁性キャリア粒子を使用することに
よって、画質向上を達成している。
【0004】ただ、一般の二成分系現像剤に用いられる
キャリア粒子は、導電キャリアやフェライト単体の中抵
抗キャリアであり、トナー粒子付着による劣化を生じ易
く、耐久性に問題があり、使用時間とともにトナーへの
帯電付与能力が低下するといった難点があった。
【0005】このようなキャリアの耐久性やトナーへの
帯電付与能力を向上するために、従来より樹脂被覆キャ
リア粒子を用いることが提案されており、例えばキャリ
ア芯粒子表面に弗素樹脂、シリコーン樹脂等の離型性樹
脂をコートした被覆キャリアが知られている。このよう
な樹脂被覆キャリアは絶縁性を示すので帯電付与能力が
向上し、且つ表面性も良好であるので、耐久性の点では
優れている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、樹脂被覆キ
ャリアは、帯電能力(飽和帯電量)は高くなるものの、
帯電量の立ち上り特性が不充分であり、トナーとの現像
装置内で撹拌が不充分な場合に、地肌部へのカブリが発
生したり、エッジ効果が強くなる等、画像上への異常を
発生させる場合がある。
【0007】従って、本発明の目的は、高い現像能力を
有し、長期撹拌によるキャリア表面へのトナー粒子の付
着を防止し、耐久性のある現像剤を提供することにあ
る。更に、本発明の目的は、潜像担持体と現像担持体と
の間に電界を印加する現像方法に適用した場合、特に細
線再現性に優れ、地肌カブリを防止し、エッジ効果が弱
く、高画質が得られる現像剤を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意研究
を重ねた結果、カップリング剤を含有するシリコーン樹
脂被覆層を設けた磁性キャリアを含む現像剤によって、
上記目的が達成されることを見出し、本発明を完成する
に至った。
【0009】即ち、本発明によれば、樹脂被覆磁性粒子
とトナー粒子との混合物からなる現像剤を用い、潜像担
持体と現像剤担持体との間に交互電界が印加されている
状態で静電潜像に対応するトナー像を形成させる現像方
法に用いる現像剤であって、前記磁性粒子が平均粒径3
0〜90μmの球状型粒子であり、且つ該粒子の樹脂被
覆層が平均層厚み0.1〜0.5μmのシリコーン樹脂
からなり、しかも該被覆層中にカップリング剤が含有さ
れているものであることを特徴とする静電潜像現像用現
像剤が提供される。
【0010】本発明の現像剤は、平均粒径30〜90μ
mの球状磁性粒子に、平均層厚みが0.5μm以下でし
かもカップリング剤を含有したシリコーン樹脂被覆層を
設けたものを、キャリア粒子として含むという構成にし
たことから、高い現像能力を有し、長期間撹拌によるキ
ャリア表面へのトナー粒子付着を防止し、耐久性に優れ
たものとなり、特に本現像剤を潜像担持体と現像剤担持
体との間に交互電界の印加された状態で静電潜像に対応
するトナー像を形成させる現像方法に適用した場合に
は、細線再現性に優れ、地肌カブリがなく、しかもエッ
ジ効果の弱い高品質画像を得ることができる。
【0011】以下、本発明について詳しく説明する。本
発明の現像剤は、静電潜像現像プロセスにおいて、潜像
担持体と現像剤担持体との間に交互電界の印加された状
態で静電潜像に対応するトナー像を形成させる現像方式
に適用されるものである。この現像方式によると、キャ
リア粒子が現像電極として働き、現像能力が向上し、高
濃度画像が得られる。例えば、バイアス電源として、交
流電圧と直流電圧を重疊することができる現像装置にお
いて、交互電界を印加すると、図1に示されるように、
トナー付着量が増加し、高濃度画像が得られる。
【0012】本発明の現像剤においては、キャリアとし
てシリコーン樹脂被覆磁性粒子を含有する。シリコーン
樹脂で被覆されるキャリア核体粒子としては、従来より
公知のものでよく、例えば鉄、コバルト、ニッケル等の
強磁性金属;マグネタイト、ヘマタイト、フェライトな
どの合金や化合物などが挙げられる。これら核体粒子の
平均粒径は、30〜90μmである球状型粒子であり、
好ましくは35〜65μmである。平均粒径が30μm
未満であると、現像装置からのキャリア飛散が発生する
場合があり、逆に平均粒径が90μmを越えると、画質
面での画像ムラや解像性が劣り、いずれも良質画像の得
られない場合が生じる。
【0013】本発明で用いられるシリコーン樹脂として
は、従来から知られているいずれのシリコーン樹脂であ
ってもよく、オルガノシロキサン結合のみからなる下記
一般式化1で表わされるストレートシリコーン樹脂及び
アルキッド樹脂、ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリウ
レタン等で変性したシリコーン樹脂が挙げられる。
【0014】
【化1】 (式中、R1〜R4はそれぞれ以下のものを示す。 R1:炭素原子数1〜4のアルキル基又はフェニル基、 R2,R3:ヒドロキシ基、炭素原子数1〜4のアルキル
基、炭素原子数1〜4のアルコキシ基、フェニル基、フ
ェノキシ基、炭素原子数2〜4のアルケニル基、炭素原
子数2〜4のアルケニルオキシ基、ヒドロキシ基、カル
ボキシル基、エチレンオキサイド基、グリシジル基又は 4,R5:ヒドロキシ基、カルボキシル基、炭素原子数
1〜4のアルキル基、炭素原子数1〜4のアルコキシ
基、炭素原子数2〜4のアルケニル基、炭素原子数2〜
4のアルケニルオキシ基、フェニル基又はフェノキシ
基、k,l,m,o,p:1以上の整数。なお、上記各
置換基は未置換のもののほか、例えばアミノ基、ヒドロ
キシ基、カルボキシル基、メルカプト基、アルキル基、
フェニル基、エチレンオキシド基、グリシジル基、ハロ
ゲン原子のような置換基を有してもよい。)
【0015】なお、シリコーン樹脂の市販品としては、
信越シリコーン社製のKR261、KR271、KR2
72、KR275、KR280、KR282、KR28
5、KR251、KR155、KR220、KR20
1、KR204、KR205、KR206、SA−4、
ES1001、ES1001N、ES1002T、KR
3093や東レシリコーン社製のSR2100、SR2
101、SR2107、SR2110、SR2108、
SR2109、SR2115、SR2400、SR24
10、SR2411、SH805、SH806A、SH
840等がある。
【0016】シリコーン樹脂層の形成法としては、従来
と同様、キャリア核体粒子の表面に噴霧法、浸せき法等
の手段でシリコーン樹脂を塗布すればよい。このシリコ
ーン被覆キャリアは、前記したように表面エネルギーが
低いため、現像装置内での長期撹拌等による表面へのト
ナーの融着を、極端に減少することが可能となる。
【0017】また、シリコーン樹脂被覆層の厚さは0.
1〜0.5μmであることが必要であり、0.1〜0.
4μmの範囲であることが好ましい。被覆層の厚さが
0.5μmより厚いと、弱い撹拌条件においてトナーへ
の帯電付与能力が不足し、画像上での地肌汚れを発生さ
せる場合である。逆に0.1μm未満であると、シリコ
ーン樹脂本来の被覆効果が弱まり、長期撹拌等でのトナ
ーの融着防止効果が不充分となる場合がある。なお、本
樹脂被覆層の厚さは、真比重から測定することが可能で
あり、平均コート層厚みとして算出する。
【0018】また、本発明においては、シリコーン樹脂
被覆層中にカップリング剤が配合される。このことによ
り、キャリア核体粒子と被覆層の接着層が向上し、より
強固なキャリアとなる。特に、カップリング剤をシラン
系カップリング剤とすることで、キャリア自体の帯電性
コントロールが容易となり、更に、現像装置内での長期
撹拌によるトナーの融着現象を、より緩和することが可
能となる。
【0019】この場合のシランカップリング剤は、次の
一般式化2で表わされる化合物である。
【化2】X−Si−R〔式中、X及びRはそれぞれ以下
のものを示す。 X:有機質と反応する官能基(例えば、アミノ基、エポ
キシ基、クロル基、ビニル基、メルカプト基等)、 R:加水分解可能な基(例えばアルコキシ基、塩素原子
等)。〕
【0020】特に、負極性を有する現像剤を得る場合に
は、上記一般式化2において、Xにアミノ基を有するア
ミノシランカップリング剤が好ましく(請求項3)、一
方正極性を有する現像剤を得る場合には、エポキシ基又
はクロル基を有するエポキシシランカップリング剤又は
クロロシランカップリング剤が好ましい(請求項4)。
これらのシランカップリング剤の具体例としては、表1
に示される構造の化合物が挙げられる。
【0021】
【表1−(1)】
【0022】
【表1−(2)】
【0023】
【表1−(3)】
【0024】また、その他のカップリング剤の具体例と
しては、表2に示されるようなチタネート系カップリン
グ剤、アルミニウム系カップリング剤等が挙げられる。
【0025】
【表2−(1)】
【0026】
【表2−(2)】
【0027】また、本発明においては、シリコーン樹脂
被覆層中に導電性の微粒子を含有させることによって、
トナーへの帯電付与能力がより向上し、画像上での地肌
汚れを防止することが可能となる(請求項2)。この場
合、導電性微粒子としては、酸化スズ、カーボンブラッ
ク、酸化鉛、酸化銅等のものが挙げられるが、これらの
中でも特にカーボンブラックが弱撹拌での帯電付与能力
の面で優れている。この導電性微粒子を含有するシリコ
ーン樹脂層を形成するには、該微粒子をシリコーン樹脂
中に分散後、キャリア核体粒子の表面に塗布すればよ
い。
【0028】本発明の現像剤に使用されるトナーとして
は、従来公知の方法で製造されたものが使用される。具
体的には、結着樹脂、着色剤及び帯電制御剤を主とする
混合物を、公知の混練、粉砕、分級等の方法によって得
られた平均粒径5〜30μmの粒子からなり、必要に応
じて流動性付与剤や抵抗調整剤などが添加される。
【0029】この場合の結着樹脂としては、従来からト
ナー用結着樹脂として使用されてきたものの全てが適用
される。具体的には、ポリスチレン、スチレン/アクリ
ル酸共重合体、スチレン/メタクリル酸共重合体、スチ
レン/アクリル酸エステル共重合体、スチレン/メタク
リル酸エステル共重合体、スチレン/ブタジエン共重合
体などのスチレン系樹脂をはじめ、飽和ポリエステル樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノー
ル樹脂、マレイン酸樹脂、クマロン樹脂、塩素化パラフ
ィン、キシレン樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリプロピレ
ン、ポリエチレンなどが例示される。これら結着樹脂の
二種以上が適宜混合されて用いられてよいことはいうま
でもない。なお、これらのうちで、スチレン系樹脂、ポ
リエステル系樹脂、エポキシ系樹脂の使用が有利であ
る。
【0030】また、トナーで用いられる着色剤として
は、従来からトナー用着色剤として使用されてきた顔料
及び染料の全てが適用される。具体的には、カーボンブ
ラック、ランプブラック、鉄黒、アニリンブルー、フタ
ロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、ハンザイ
エローG、ローダミン6Cレーキ、カルコオイルブル
ー、クロムイエロー、キナクリドン、ベンジジンイエロ
ー、ローズベンガル、トリアリルメタン系染料等の染顔
料など、従来公知のいかなる染顔料をも単独あるいは混
合して使用し得る。これらの着色剤の使用量は結着樹脂
に対して、通常1〜30重量%、好ましくは3〜20重
量%である。
【0031】更に、トナーに帯電性を付与するためにト
ナーに添加される物質としては、以下のようなものが挙
げられるが、これらに限定されるものではない。例え
ば、トナーに正極性を付与する物質として、ニグロシン
系染料、四級アンモニウム塩化合物、塩基性染料、アミ
ノ基を含有するスチレン/アクリル系ポリマー等があ
り、また負極性を付与する物質として、含クロムモノア
ゾ染料、含クロル有機染料、サリチル酸誘導体の金属塩
等がある。
【0032】なお、本発明で使用するトナーには、必要
に応じて添加物を混合することもできる。添加物として
は、例えば酸化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウム
等の流動性付与剤や酸化スズ、酸化アンチモン、酸化鉛
等の導電性付与剤等がある。
【0033】
【実施例】次に、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。な
お、以下において示す部はいずれも重量基準である。
【0034】(キャリアの製造) 製造例1 シリコーン樹脂の溶液 80部 チタネート系カップリング剤(例示化合物37) 2部 トルエン 80部
【0035】上記処方をホモミキサーで30分間分散し
て、樹脂被覆層形成液を調整した。本液を平均粒径50
μmの球状フェライト粒子1000部の表面に、流動床
型塗布装置を用いて被覆し、それをキャリアAとした。
なお、被覆層の平均厚さは0.4μmであった。
【0036】製造例2〜10 表3に示す各成分と、トルエン(シリコーン樹脂と同一
重量)を混合し、ホモミキサーで30分間分散して被覆
層形成液を調整し、この形成液を表3に示す核体球形磁
性粒子1000部の表面に、流動床型塗布装置を用いて
被覆し、キャリアB〜Kを作成した。
【0037】
【表3】
【0038】実施例1 ポリエステル樹脂 80部 スチレン/アクリレート共重合体 20部 カーボンブラック 10部 含金属モノアゾ染料 1.5部
【0039】上記組成の混合物をヘンシェルミキサー中
で充分撹拌混合した後、ロールミルで130〜140℃
の温度で約30分間加熱溶融し、室温まで冷却後、得ら
れた混練物を粉砕、分級し、5〜20μmの粒径のトナ
ーを得た。更に、本トナー100部に対し疎水性シリカ
0.3部をヘンシェルミキサーにて充分撹拌混合して、
疎水性シリカ外添トナー(トナーα)を得た。
【0040】次に、トナーα2.5部に対し、製造例1
で得られたシリコーンコートキャリアA97.5部をボ
ールミルで混合し、本発明の現像剤を得た。
【0041】上記現像剤をリコー社製複写機Imagi
o530(交互電界を重畳、Vp−p=1.5kv)を
改造した機械に投入し、現像を行なったところ、鮮明な
高画質が得られ、その画像は10万枚画像出し後も変わ
らなかった。また、トナーの帯電量をブローオフ法で測
定したところ、初期の帯電量は−15(μC/g)であ
り、10万枚プリント後におけるトナーの帯電量は−1
3(μC/g)であり、初期値とレベル差が少なかっ
た。
【0042】実施例2 実施例1で得られたトナーα2.5部に対し、製造例2
で得られたキャリアB97.5部を混合し、本発明の現
像剤を得た。
【0043】本現像剤を実施例1と同一条件で、同一方
法により現像を行なったところ、鮮明な高画質が得ら
れ、その画像は10万枚画像出し後も変わらなかった。
また、トナーの帯電量をブローオフ法で測定したとこ
ろ、初期の帯電量は−18(μC/g)、10万枚ラン
ニング後におけるトナーの帯電量は−17(μC/g)
であり、初期値とレベル差が少なかった。
【0044】実施例3 ポリエステル樹脂 80部 スチレン/アクリレート共重合体 15部 カーボンブラック 13部 第4級アンモニウム化合物 1部 ポリプロピレン 5部
【0045】上記組成の混合物をヘンシェルミキサー中
で充分撹拌混合した後、実施例1と同様にして疎水性シ
リカ外添トナー(トナーβ)を得た。次にトナーβ2.
5部に対し、製造例3で得られたキャリアC97.5部
をボールミルで混合し、本発明の現像剤を得た。
【0046】本現像剤を、リコー社製複写機FT−33
50(交互電界を重畳、Vp−p=1.5kv)を改造
した機械に投入し、現像を行なったところ、鮮明な画像
が得られ、その画像は10万枚プリント後も変わらなか
った。また、トナーの帯電量をブローオフ法で測定した
ところ、必期の帯電量は+17(μC/g)であり、1
0万枚プリント後におけるトナーの帯電量は+15(μ
C/g)であり、初期値と大差なかった。
【0047】実施例4 実施例3で得られたトナーβ2.0部に対し製造例4で
得られたキャリアD98.0部をボールミルで混合し、
本発明の現像剤を得た。
【0048】本現像剤を実施例3と同一条件で、同一方
法により現像を行なったところ、鮮明な画像が得られ、
その画像は10万枚プリント後も変わらなかった。ま
た、トナーの帯電量をブローオフ法で測定したところ、
初期の帯電量は+22(μC/g)であり、10万枚プ
リント後におけるトナーの帯電量は+21(μC/g)
であり、初期値とレベル差が少なかった。
【0049】実施例5〜6及び比較例1〜6 表4に示されるキャリアとトナーとから、実施例1と同
様にして現像剤を作成し、且つ表4に示される条件で現
像を行なった。それらの結果を、実施例1〜4の結果と
併わせて表4に示す。
【0050】なお、画像品質の評価は次のようにして行
なった。 画像濃度・・・マクベス濃度計により、画像上ベタ部
の反射濃度を測定。 カブリ(地肌濃度)・・・マクベス濃度計により、画
像上地肌部の反射濃度を測定。 解像力・・・タケノコ型テストチャートを複写して解
像可能な線数を評価した。 エッジ強調ランク・・・マイクロデンシドメーターに
より、画像上ベタソリッド部とエッジ部の濃度差を、以
下の様に分類した。 A:濃度差0.05未満 B: 〃 0.05〜0.15 C: 〃 0.15より大
【0051】
【表4】
【0052】
【発明の効果】請求項1の静電潜像現像用現像剤は、潜
像担持体と現像剤担持体との間に交互に電界が印加され
た状態で静電潜像を現像する方法に用いる樹脂被覆磁性
粒子(キャリア粒子)とトナー粒子との混合物からなる
現像剤であって、前記磁性粒子が平均粒径30〜90μ
mの球状型粒子であり、且つ該粒子の樹脂被覆層が平均
層厚み0.1〜0.5μmのシリコーン樹脂からなり、
しかも該被覆層中にカップリング剤が含有されているも
のであるという構成としたことから、高い現像能力を有
し、長期撹拌による磁性粒子表面へのトナー粒子の付着
を防止し、且つ耐久性に優れたものである。その結果、
本現像剤によると、細線再現性に優れ、地肌カブリがな
く、エッジ効果の弱い高品質画像が得られる。
【0053】請求項2の静電潜像現像用現像剤は、キャ
リア粒子の樹脂被覆層中に導電性微粒子が含有されてい
るという構成としたことから、弱い撹拌条件下でのトナ
ー粒子への帯電付与能力がより向上し、地肌汚れ防止能
がより向上するという効果が加わる。
【0054】請求項3の静電潜像現像用現像剤は、キャ
リア粒子の樹脂被覆層中にアミノシラン系カップリング
剤が含有されていることにより、キャリア自体の負帯電
性コントロールが非常に容易になり、トナーの融着現象
をより緩和できるという効果が加わる。
【0055】請求項4の静電潜像現像現像剤は、キャリ
ア粒子の樹脂被覆層中にクロロシラン系又はエポキシシ
ラン系カップリング剤が含有されていることにより、キ
ャリア自体の正帯電性コントロールが非常に容易にな
り、トナーの融着現象をより緩和できるという効果が加
わる。
【図面の簡単な説明】
【図1】印加電圧とトナー付着量との関係を示すグラフ
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 富美雄 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (72)発明者 郷原 秀文 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (72)発明者 望月 千春 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 昭61−140951(JP,A) 特開 平2−220068(JP,A) 特開 昭60−201359(JP,A) 特開 平2−33159(JP,A) 特開 昭64−7046(JP,A) 特開 昭63−237066(JP,A) 特開 昭62−182759(JP,A) 東レ・ダウコーニング・シリコーン株 式会社(パブリシティー委員会),シリ コーン材料ハンドブック,日本,東レ・ ダウコーニング・シリコーン株式会社, 1993年 8月,324 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03G 9/113

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 樹脂被覆磁性粒子とトナー粒子との混合
    物からなる現像剤を用い、潜像担持体と現像剤担持体と
    の間に交互電界が印加されている状態で静電潜像に対応
    するトナー像を形成させる現像方法に用いる現像剤であ
    って、前記磁性粒子が平均粒径30〜90μmの球状型
    粒子であり、且つ該粒子の樹脂被覆層が平均層厚み0.
    1〜0.5μmのシリコーン樹脂からなり、しかも該被
    覆層中にカップリング剤が含有されているものであるこ
    とを特徴とする静電潜像現像用現像剤。
  2. 【請求項2】 前記樹脂被覆層中に更に導電性微粒子が
    含有されているものであることを特徴とする請求項1記
    載の静電潜像現像用現像剤。
  3. 【請求項3】 前記カップリング剤がアミノシラン系カ
    ップリング剤である請求項1又は2に記載の静電潜像現
    像用現像剤。
  4. 【請求項4】 前記カップリング剤がクロロシラン系カ
    ップリング剤又はエポキシシラン系カップリング剤であ
    る請求項1又は2に記載の静電潜像現像用現像剤。
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