JP7277204B2 - トナー - Google Patents
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Description
結着樹脂および着色剤を含有するトナー粒子と、外添剤とを含有するトナーであって、
該結着樹脂は、非晶性ポリエステルを含有し、
該外添剤は、チタン酸ストロンチウム粒子と、シリカ一次粒子が結合してなるシリカ結合体粒子とを含有し、
該チタン酸ストロンチウム粒子による該トナー粒子の被覆率が、17%以上50%以下であり、
該シリカ結合体粒子の平均稠密度が、0.40以上0.75以下であり、
該トナー中における該シリカ結合体粒子の質量割合(質量%)をWSiとし、該トナー中における該チタン酸ストロンチウム粒子の質量割合(質量%)をWSTとしたとき、該WSiと該WSTとが、
0.55≦WSi/WST≦16.00
を満たし、
該シリカ結合体粒子を形成するシリカ一次粒子の個数平均粒径(nm)をRSiとし、該チタン酸ストロンチウム粒子の個数平均粒径(nm)をRSTとしたとき、該RSiと該RSTとが、
3.4≦RSi/RST≦10.0
を満たすことを特徴とするトナーに関する。
該結着樹脂は、非晶性ポリエステルを含有し、
該外添剤は、チタン酸ストロンチウム粒子と、シリカ一次粒子が結合してなるシリカ結合体粒子とを含有し、
該チタン酸ストロンチウム粒子による該トナー粒子の被覆率が、17%以上50%以下であり、
該シリカ結合体粒子の平均稠密度が、0.40以上0.75以下であり、
該トナー中における該シリカ結合体粒子の質量割合(質量%)をWSiとし、該トナー中における該チタン酸ストロンチウム粒子の質量割合(質量%)をWSTとしたとき、該WSiと該WSTとが、
0.55≦WSi/WST≦16.00
を満たし、
該シリカ結合体粒子を形成するシリカ一次粒子の個数平均粒径(nm)をRSiとし、該チタン酸ストロンチウム粒子の個数平均粒径(nm)をRSTとしたとき、該RSiと該RSTとが、
3.4≦RSi/RST≦10.0
を満たすことを特徴とする。
本発明のトナーには、シリカ一次粒子が結合してなる、稠密度0.40以上0.75以下のシリカ結合体粒子が外添されている。稠密度とは外添剤を2次元画像へ投影して形成される投影像の面積を、外添剤の凸面積で除した値である。ここで凸面積とは、対象の外添剤の輪郭を基に作成される凸包(外添剤をゴムバンドで囲った際に形成される像のイメージ)の面積である。稠密度は、0より大きく1以下の値をとり、この値が小さいということは、くびれ部位が多い、もしくは入り組んだ形状を有していることを意味する。
3.0≦RSi/RST≦10.0
を満たすことが求められる。
0.55≦WSi/WST≦16.00
を満たすことが求められる。上記の規定を満たす場合、チタン酸ストロンチウム粒子が、シリカ結合体粒子によってトナー粒子表面に担持されやすくなり、より強固に付着するようになる。
トナー粒子には、結着樹脂として非晶性ポリエステルが含有されている。非晶性ポリエステルを含有することで、稠密度の低いシリカ結合体粒子を外添していることによる熱の伝達効率の低下が生じても、良好な低温定着性を維持することができ、かつ、流動性を高めることができる。
本発明におけるトナー粒子は、結着樹脂として、非晶性ポリエステルを含有していることが、低温定着性の観点から必要である。尚、本発明における非晶性ポリエステルは、ポリエステルユニットにビニル系樹脂が結合したハイブリッド樹脂も含む。
トナー粒子は、結晶性ポリエステルを含有することが、定着性の観点から好ましい。
本発明におけるトナー粒子は、着色剤を含有する。着色剤としては、以下のものが挙げられる。尚、着色剤としては、顔料を単独で使用してもかまわないが、染料と顔料とを併用してその鮮明度を向上させた方がフルカラー画像の画質の点からより好ましい。
本発明におけるトナーは、外添剤として、チタン酸ストロンチウムとシリカ結合体粒子とを含有するが、それ以外の外添剤を有していてもよい。また必要に応じて外添剤は、シラン化合物、シリコーンオイル又はそれらの混合物のような疎水化剤で疎水化されていていてもよい。
本発明におけるトナーは、一成分系現像剤としても使用できるが、磁性キャリアと混合して、二成分系現像剤として用いることもできる。
トナー粒子を製造する方法としては、特に限定されないが、顔料などのトナー材料の分散の観点から粉砕法が好ましい。粉砕工程後に、トナー粒子の表面処理を行うことが好ましい。
各種物性の測定法について以下に説明する。
先ず、波長分散型蛍光X線分析装置Axios advanced(PANalytical社製)を用いて、トナー中のストロンチウムの元素強度を測定する。次に、下記の水洗処理を行った後のトナーにおけるストロンチウムの元素強度を測定する。固着率は、下式より算出される。
・水洗処理方法
イオン交換水10.3gにショ糖20.7g(キシダ化学社製)を溶解させたショ糖水溶液と、界面活性剤であるコンタミノンN6mLとを、30mLのガラスバイアルに入れて十分混合し、分散液を作製する。ここでコンタミノンNとしては、たとえば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を使用することができる。またガラスバイアルとしては、例えば、日電理化硝子株式会社製、VCV-30、外径:35mm、高さ:70mmを使用することができる。このバイアルにトナー1.0gを添加し、トナーが自然に沈降するまで静置して処理前分散液を作製する。この分散液を、振とう機(YS-8D型:(株)ヤヨイ製)にて、振とう速度:200rpmで5分間振とうし、トナー粒子表面からのチタン酸ストロンチウム粒子の離脱を促進させた。脱離したチタン酸ストロンチウム粒子と、残存したチタン酸ストロンチウム粒子を担持するトナーとを、遠心分離機を用いて分離する。遠心分離工程は3700rpmで30min行った。チタン酸ストロンチウム粒子が残存したトナーを吸引濾過することで採取し、乾燥させ水洗後のトナーを得る。
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)にて撮影されたトナー表面画像を20個無作為にサンプリングする。
[シリカ結合体粒子を形成するシリカ一次粒子の個数平均粒径RSi、シリカ結合体粒子の個数平均長径、チタン酸ストロンチウム粒子の個数平均粒径RST]
透過型電子顕微鏡(TEM)により、加速電圧200kVの条件のもと、視野中の外添剤が十分に測長できる倍率(例えば200k~1M倍)にて、トナーの粒子表面を撮影する。得られた画像において、ランダムに100個の外添剤の粒径・長径を測定して、個数平均粒径・個数平均長径を求める。一次粒子の粒径の測定は手動でもよいし、計測ツールを用いてもよい。
透過型電子顕微鏡(TEM)によって得られたシリカ結合体粒子の画像において、シリカ結合体粒子領域とそうでない領域とを、明度の違いから二値化によって区分する。二値化には、画像解析ソフトウェアImageJを用いることができ、二値化の条件は適切に選択される。
トナー粒子の平均円形度は、フロー式粒子像分析装置「FPIA-3000」(シスメックス(株)製)によって、校正作業時の測定及び解析条件で測定する。
樹脂の軟化点の測定は、定荷重押し出し方式の細管式レオメーター「流動特性評価装置フローテスターCFT-500D」(島津製作所社製)を用い、装置付属のマニュアルに従って行う。本装置では、測定試料の上部からピストンによって一定荷重を加えつつ、シリンダに充填した測定試料を昇温させて溶融し、シリンダ底部のダイから溶融された測定試料を押し出し、この際のピストン降下量と温度との関係を示す流動曲線を得ることができる。
試験モード:昇温法
開始温度:40℃
到達温度:200℃
測定間隔:1.0℃
昇温速度:4.0℃/分
ピストン断面積:1.000cm2
試験荷重(ピストン荷重):10.0kgf(0.9807MPa)
予熱時間:300秒
ダイの穴の直径:1.0mm
ダイの長さ:1.0mm
硫酸法で得られたメタチタン酸を脱鉄漂白処理した後、水酸化ナトリウム水溶液を加えpH9.0とし、脱硫処理を行い、その後、塩酸によりpHを5.8にし、ろ過・水洗を行った。洗浄済みケーキに水を加えTiO2として1.85モル/Lのスラリーとした後、塩酸を加えpH1.4とし解膠処理を行った。
チタン酸ストロンチウム粒子の製造例1において、反応工程の時間を変化させて、平均粒子径が異なるチタン酸ストロンチウム2~11を得た。各チタン酸ストロンチウム粒子の粒径を表1に示す。
・アルカリ触媒溶液(1)の調製
金属製撹拌棒、滴下ノズル(テフロン(登録商標)製マイクロチューブポンプ)、及び、温度計を有した容積3Lのガラス製反応容器に、メタノール600部、10%アンモニア水88部を入れ、撹拌混合して、アルカリ触媒溶液(1)を得た。
アルカリ触媒溶液(1)を窒素置換した。その後、アルカリ触媒溶液(1)を撹拌しながら、テトラメトキシシラン(TMOS)120部と、触媒(NH3)濃度が4.4%のアンモニア水80部とを、下記供給量で、同時に滴下を開始し、シリカ微粒子懸濁液(1)を得た。
シリカ微粒子懸濁液(1)200部(固形分13.985%)に、トリメチルシラン5.59部を添加して疎水化処理を行った。その後、ホットプレートを用いて、65℃で加熱し、乾燥させることで、シリカ結合体粒子としてのシリカ粒子1を生成した。
シリカ粒子の製造例1の“アルカリ触媒溶液(1)の調製”において、10%アンモニア水の供給量を変化させ、“シリカ微粒子懸濁液(1)の調製”において、テトラメトキシシラン(TMOS)の供給量を変化させた。それによって、一次粒子の個数平均粒子径および稠密度を変化させることで、シリカ結合体粒子としてシリカ粒子2~15を得た。各シリカ粒子の一次粒子の個数平均粒径と、結合体粒子としての個数平均長径、稠密度を表2に示す。
撹拌機、滴下ロート及び温度計を備えた3リットルのガラス製反応器に、メタノール589.6g、水42.0g、28質量%アンモニア水47.1gを加えて混合した。得られた溶液を35℃となるように調整し、撹拌しながら、テトラメトキシシラン1100.0g(7.23mol)及び5.4質量%アンモニア水395.2gを同時に添加し始めた。テトラメトキシシランは6時間かけて、アンモニア水は5時間かけて、それぞれを滴下した。滴下が終了した後、さらに0.5時間撹拌を継続して加水分解を行うことにより、親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子のメタノール-水分散液を得た。
・ポリオキシプロピレン(2.2)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン:73.3質量部(0.20モル部;多価アルコール総モル数に対して100.0mol%)
・テレフタル酸:22.4質量部(0.13モル部;多価カルボン酸総モル数に対して82.0mol%)
・アジピン酸:4.3質量部(0.03モル部;多価カルボン酸総モル数に対して18.0mol%)
・チタンテトラブトキシド(エステル化触媒):0.5質量部
冷却管、攪拌機、窒素導入管、及び、熱電対のついた反応槽に、上記材料を秤量した。次にフラスコ内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、200℃の温度で撹拌しつつ、4時間反応させ、非晶性ポリエステル(非晶性PES)を得た。得られた非晶性ポリエステルの軟化点は90℃であった。
温度計、ステンレス製撹拌棒、流下式コンデンサー及び窒素導入管を装備した2リットルのガラス製の四つ口フラスコにキシレン850質量部を入れ、窒素置換後、150℃に昇温した。
・スチレン 1700質量部
・n-ブチルアクリレート 250質量部
・モノブチルマレート 50質量部
・ジクミルパーオキサイド 80質量部
その後、上記の材料の混合物を滴下ロートより、4時間かけて滴下し、150℃で4時間反応させた。その後、200℃まで昇温し、減圧下でキシレンを留去して、スチレンアクリル樹脂を得た。得られたスチレンアクリル樹脂(StAc樹脂)の軟化点は108℃であった。
・ドデカンジオール:34.5質量部(0.29モル部;多価アルコール総モル数に対して100.0mol%)
・セバシン酸:65.5質量部(0.28モル部;多価カルボン酸総モル数に対して100.0mol%)
冷却管、攪拌機、窒素導入管、及び、熱電対のついた反応槽に、上記材料を秤量した。次にフラスコ内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、140℃の温度で撹拌しつつ、3時間反応させた。
・2-エチルヘキサン酸錫:0.5質量部
その後、上記材料を加え、反応槽内の圧力を8.3kPaに下げ、温度200℃に維持したまま、4時間反応させた。その後、反応槽内の圧力を序々に開放して常圧へ戻し、結晶性ポリエステルを得た。融点は82℃だった。
<トナー粒子の製造例1>
・上記非晶性ポリエステル 100部
・上記結晶性ポリエステル 5部
・フィッシャートロプシュワックス(融点:90℃) 6部
・C.I.ピグメントブルー 15:3 4部
・3,5-ジ-t-ブチルサリチル酸アルミニウム化合物 0.3部
上記材料をヘンシェルミキサー(FM-75型、三井鉱山(株)製)で予備混合した後、二軸混練押し出し機(PCM-30型、株式会社池貝製)によって、160℃で溶融混練した。得られた混練物を冷却し、ハンマーミルで1mm以下に粗粉砕した後、機械式粉砕機(T-250、ターボ工業(株)製)にて微粉砕した。
・トナー粒子1 100部
・シリカ粒子1 3.16部
・チタン酸ストロンチウム粒子1 2.11部
上記処方で示した原材料をヘンシェルミキサー(FM-10C型、日本コークス(株)製)を用いて、回転数67s-1(4000rpm)、回転時間2minで混合した後、目開き54μmの超音波振動篩を通過させ、トナー1を得た。
トナー1の製造例において、処方を表3となるように変更した以外は同様にして、トナー2~25を得た。また、トナー1~25におけるチタン酸ストロンチウムの固着率と被覆率を表3に示す。
・工程1(秤量・混合工程):
Fe2O3 62.7部
MnCO3 29.5部
Mg(OH)2 6.8部
SrCO3 1.0部
上記材料を上記組成比となるようにフェライト原材料を秤量した。その後、直径1/8インチのステンレスビーズを用いた乾式振動ミルで5時間粉砕・混合した。
得られた粉砕物をローラーコンパクターにて、約1mm角のペレットにした。このペレットを目開き3mmの振動篩にて粗粉を除去し、次いで目開き0.5mmの振動篩にて微粉を除去した後、バーナー式焼成炉を用いて、窒素雰囲気下(酸素濃度0.01体積%)で、温度1000℃で4時間焼成し、仮焼フェライトを作製した。得られた仮焼フェライトの組成は、下記の通りである。
(MnO)0.257(MgO)0.117(SrO)0.007(Fe2O3)0.393
得られた仮焼フェライトをクラッシャーで0.3mm程度に粉砕した後に、直径1/8インチのジルコニアビーズを用い、仮焼フェライト100部に対し、水を30部加え、湿式ボールミルで1時間粉砕した。得られたスラリーを、直径1/16インチのアルミナビーズを用いた湿式ボールミルで4時間粉砕し、フェライトスラリー(仮焼フェライトの微粉砕品)を得た。
フェライトスラリーに、仮焼フェライト100部に対して分散剤としてポリカルボン酸アンモニウム1.0部、バインダーとしてポリビニルアルコール2.0部を添加し、スプレードライヤー(製造元:大川原化工機)で、球状粒子に造粒した。得られた粒子を粒度調整した後、ロータリーキルンを用いて、650℃で2時間加熱し、分散剤やバインダーの有機成分を除去した。
焼成雰囲気をコントロールするために、電気炉にて窒素雰囲気下(酸素濃度1.00体積%)で、室温から温度1300℃まで2時間で昇温し、その後、温度1150℃で4時間焼成した。その後、4時間をかけて、温度60℃まで降温し、窒素雰囲気から大気に戻し、温度40℃以下で取り出した。
凝集した粒子を解砕した後に、磁力選鉱により低磁力品をカットし、目開き250μmの篩で篩分して粗大粒子を除去し、体積分布基準の50%粒径(D50)37.0μmの磁性コア粒子を得た。
シクロヘキシルメタクリレートモノマー 26.8部
メチルメタクリレートモノマー 0.2部
メチルメタクリレートマクロモノマー 8.4部
(片末端にメタクリロイル基を有する重量平均分子量5000のマクロモノマー)
トルエン 31.3部
メチルエチルケトン 31.3部
アゾビスイソブチロニトリル 2.0部
上記材料のうち、シクロヘキシルメタクリレートモノマー、メチルメタクリレートモノマー、メチルメタクリレートマクロモノマー、トルエン、メチルエチルケトンを下記装置にいれる。すなわち還流冷却器、温度計、窒素導入管及び攪拌装置を取り付けた四つ口のセパラブルフラスコに入れる。そして窒素ガスを導入して充分に窒素雰囲気にした。その後、80℃まで加温し、アゾビスイソブチロニトリルを添加して5時間還流し重合させた。得られた反応物にヘキサンを注入して共重合体を沈殿析出させ、沈殿物を濾別後、真空乾燥して被覆樹脂1を得た。
重合体溶液(樹脂固形分30質量%) 33.3部
トルエン 66.4部
カーボンブラックRegal330(キャボット製) 0.3部
(一次粒径25nm、窒素吸着比表面積94m2/g、DBP吸油量75mL/100g)
上記の材料を混合し、直径0.5mmのジルコニアビーズを用いて、ペイントシェーカーで1時間分散を行った。得られた分散液を、5.0μmのメンブランフィルターで濾過を行い、被覆樹脂溶液を得た。
(樹脂被覆工程):
常温で維持されている真空脱気型ニーダーに、磁性コア粒子及び被覆樹脂溶液を投入した(被覆樹脂溶液の投入量は、100部の磁性コア粒子に対して樹脂成分として2.5部になる量)。投入後、回転速度30rpmで15分間撹拌し、溶媒が一定以上(80質量%)揮発した後、減圧混合しながら80℃まで昇温し、2時間かけてトルエンを留去した後冷却した。得られた磁性キャリアを、磁力選鉱により低磁力品を分別し、開口70μmの篩を通した後、風力分級器で分級し、体積分布基準の50%粒径(D50)38.2μmの磁性キャリアを得た。
92.0部の磁性キャリアと8.0部のトナー1をV型混合機(V-20、セイシン企業製)により混合し、現像剤1を得た。
現像剤の製造例1において、トナー1をトナー2~25に変更する以外は同様の操作を行い、現像剤2~25を得た。尚、現像剤13を用いた実施例13は参考例として記載するものである。
キヤノン製フルカラー複写機imagePRESS C800又はその改造機を用い、シアンステーションの現像器に、現像剤1を投入し、下記評価を行った。
キヤノン製フルカラー複写機imagePRESS C800の改造機を用い、シアンステーションの現像器に、現像剤1を投入した。改造点は、現像器内部で過剰になった磁性キャリアを現像器から排出する機構を取り外したことである。また、FFH画像(ベタ画像)におけるトナーの紙上への載り量が0.45mg/cm2となるように調整した。FFHとは、256階調を16進数で表示した値であり、00Hが256階調の1階調目(白地部)であり、FFHが256階調の256階調目(ベタ部)である。本評価では、画像比率1%で、1万枚の耐久画像出力試験を行った。
(評価基準:長時間使用後スリーブゴースト)
A:領域(a)と領域(b)の濃度差が0.02未満
B:領域(a)と領域(b)の濃度差が0.02以上0.04未満
C:領域(a)と領域(b)の濃度差が0.04以上0.06未満
D:領域(a)と領域(b)の濃度差が0.06以上0.10未満
キヤノン製フルカラー複写機imagePRESS C800改造機のシアンステーションに現像剤1を入れた現像器を搭載し、定着器を取り外した状態で画像形成できるように改造を行った。また、FFH画像(以下、ベタ部)のトナーの紙上への載り量が1.2mg/cm2となるように現像条件を調整し、A4縦評価紙先端から3cm、評価紙の中心の位置に2cm×10cmの未定着画像を形成した。評価紙としては、普通紙GF-C157(A4、157g/cm2)(キヤノンマーケティングジャパン株式会社より販売)を用いた。また、未定着画像は低湿低温環境下(15℃/10%Rh)に24時間調湿した。
A:130℃未満
B:130℃以上150℃未満
C:150℃以上160℃未満
D:160℃以上
2 圧縮気体調整手段
3 導入管
4 突起状部材
5 供給管
6 処理室
7 熱風供給手段
8 冷風供給手段
9 規制手段
10 回収手段
11 熱風供給手段出口
12 分配部材
13 旋回部材
14 粉体粒子供給口
Claims (4)
- 結着樹脂および着色剤を含有するトナー粒子と、外添剤とを含有するトナーであって、
該結着樹脂は、非晶性ポリエステルを含有し、
該外添剤は、チタン酸ストロンチウム粒子と、シリカ一次粒子が結合してなるシリカ結合体粒子とを含有し、
該チタン酸ストロンチウム粒子による該トナー粒子の被覆率が、17%以上50%以下であり、
該シリカ結合体粒子の平均稠密度が、0.40以上0.75以下であり、
該トナー中における該シリカ結合体粒子の質量割合(質量%)をWSiとし、該トナー中における該チタン酸ストロンチウム粒子の質量割合(質量%)をWSTとしたとき、該WSiと該WSTとが、
0.55≦WSi/WST≦16.00
を満たし、
該シリカ結合体粒子を形成するシリカ一次粒子の個数平均粒径(nm)をRSiとし、該チタン酸ストロンチウム粒子の個数平均粒径(nm)をRSTとしたとき、該RSiと該RSTとが、
3.4≦RSi/RST≦10.0
を満たすことを特徴とするトナー。 - 該RST(nm)が、30nm以上80nm以下である請求項1に記載のトナー。
- 該WST(質量%)が、0.5質量%以上50.0質量%以下である請求項1又は2に記載のトナー。
- 該トナー粒子が、結晶性ポリエステルを含有している請求項1乃至3のいずれか1項に記載のトナー。
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