JPWO2005091080A1 - 静電荷像現像用カラートナー - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、上述の粉砕法によって製造されたトナーは、樹脂中に分散した離型剤や帯電制御剤等がトナー表面に露出しているため、高温の加圧ロール表面に溶融したトナーが付着(ホットオフセット)しやすくなる問題や、トナーの保存性や環境安定性が低下するという問題がある。また、粉砕法により得られたトナーは、その形状が不定形であり、帯電量が不均一となり、画像再現性が低下するという問題がある。
本発明の静電荷像現像用カラートナーは、少なくとも結着樹脂、着色剤、帯電制御剤及び離型剤からなる着色樹脂粒子を含有する。
結着樹脂の具体例としては、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等の従来からトナーに広く用いられている樹脂を挙げることができる。
なお、着色剤の、熱水抽出法により抽出した水抽出液のpHは以下のようにして測定することができる。
精秤した着色剤5gにエタノール10mlと水10mlとを加えてなじませ、更に導電率が1μS/cm、pHが7.0のイオン交換水180mlを加えてよく撹拌した後、5分間煮沸して、着色剤の水溶解成分を抽出し、抽出液を得る。得られた抽出液を室温に戻した後、別途煮沸して室温まで戻したイオン交換水を加えて全量を200mlとする。この液をよく撹拌した後、濾紙で濾過し、その濾液のpHを測定する。
イエロー着色剤としては、例えば、アゾ系着色剤、縮合多環系着色剤等の化合物が用いられる。具体的にはC.I.ピグメントイエロー3、12、13、14、15、17、62、65、73、74、83、90、93、97、120、138、155、180、181、185および186等が挙げられ、これらの着色剤から1種又は2種以上を用いてもよい。
上記のマゼンタ着色剤の中でも、本発明においてはC.I.ピグメントレッド31とC.I.ピグメントレッド150との混合物が好ましく用いられ、その固溶体が更に好ましく用いられる。C.I.ピグメントレッド31とC.I.ピグメントレッド150との割合は、通常、30:70〜80:20であり、好ましくは40:60〜70:30であり、更に好ましくは50:50〜60:40である。また、C.I.ピグメントレッド31とC.I.ピグメントレッド150の混合物の中でも、熱水抽出法により抽出した水抽出液の導電率が10〜100μS/cmのものが好ましく、10〜90μS/cmのものが更に好ましい。熱水抽出法により抽出した水抽出液の伝導度が上記範囲のC.I.ピグメントレッド31とC.I.ピグメントレッド150との混合物を用いるとトナーの印字濃度を高くでき、着色樹脂粒子の凝集物の発生を抑制することができる。
上記のシアン着色剤の中でも、本発明においてはC.I.ピグメントブルー15:3又はC.I.ピグメントブルー15:4が好ましく用いられる。また、C.I.ピグメントブルー15:3、又はC.I.ピグメントブルー15:4の中でも、熱水抽出法により抽出した水抽出液の導電率が10〜40μS/cmのものが好ましく、10〜35μS/cmのものが更に好ましい。熱水抽出法により抽出した水抽出液の伝導度が上記範囲のC.I.ピグメントブルー15:3又はC.I.ピグメントブルー15:4を用いるとトナーの印字濃度を高くでき、着色樹脂粒子の凝集物の発生を抑制することができる。
着色剤の量は、結着樹脂100重量部に対して、好ましくは1〜10重量部である。
本発明で用いる着色剤は、市販品の中から熱水抽出法により抽出した水抽出液のpH、又は導電率が上記範囲のものを選び出すか、公知の着色剤の製造方法に準じて製造したものを洗浄方法などの後処理を十分に行うことによって得ることができる。
これらの共重合体に含有される4級アンモニウム(塩)基またはスルホン酸(塩)基等の官能基を有する単量体単位の割合は、帯電制御樹脂の重量に対し、好ましくは1〜12重量%であり、更に好ましくは2〜10重量%である。含有量がこの範囲にあると、静電荷像現像用カラートナーの帯電量を制御し易く、かぶりの発生を少なくすることができる。
帯電制御樹脂のガラス転移温度は、好ましくは40〜80℃であり、更に好ましくは45〜75℃であり、最も好ましくは45〜70℃である。ガラス転移温度がこの範囲にあると、トナーの保存性と定着性とをバランス良く向上させることができる。
上述した帯電制御剤の量は、結着樹脂100重量部に対して、通常0.1〜10重量部であり、好ましくは0.1〜6重量部である。
上記離型剤の中でも、多官能エステル化合物が好ましい。多官能エステル化合物の中でも、示差走査熱量計により測定されるDSC曲線において、昇温時の吸熱ピーク温度が好ましくは30〜150℃、更に好ましくは40〜100℃、最も好ましくは50〜80℃の範囲にある多官能エステル化合物が、定着時の定着−剥離性バランスに優れるトナーが得られるので好ましい。該多官能エステル化合物は、分子量が1,000以上であり、25℃でスチレン100重量部に対し5重量部以上溶解し、1mgKOH/g以下の酸価、0.1〜4mgKOH/g以下の水酸基価を有するものが、最低定着温度低下及びホットオフセット抑制効果が高いので好ましい。このような多官能エステル化合物としては、ジペンタエリスリトールヘキサミリステート、ペンタエリスリトールテトラミリステート等が特に好ましい。なお、上記酸価及び水酸基価は、それぞれ、日本油化学協会(JOCS)制定の基準油脂分析法である、JOCS.2.3.1−96及びJOCS.2.3.6.2−96に準拠し測定される値を意味する。また、吸熱ピーク温度とは、ASTM D3418−82によって測定される値を意味する。
また、結着樹脂100重量部に対する離型剤の添加重量部をbとし、離型剤の水酸基価(mgKOH/g)をaとしたとき、aとbとの積(a×b)は0.5〜40であることが好ましく、2〜30であることが更に好ましい。aとbとの積を上記範囲とすることにより、トナーのかぶりの発生を抑制することができる。
このコアシェル型着色樹脂粒子のコア層は前記結着樹脂、着色剤、帯電制御剤及び離型剤が含有され、シェル層は結着樹脂のみで構成される。
シェル層の割合を上記割合にすることにより、トナーの保存性と低温での定着性を兼備することができる。
コア層の粒径およびシェル層の厚みは、透過型電子顕微鏡により観察できる場合は、その観察写真から無作為に選択した粒子の大きさおよびシェル層の厚みを直接測ることにより得ることができ、電子顕微鏡でコアとシェルとを観察することが困難な場合は、コア層の粒径およびシェルを形成する単量体の量から算定することができる。
転相乳化法、溶解懸濁法、重合法(懸濁重合法や乳化重合法)等を用いて静電荷像現像用カラートナーを製造することにより、この平均円形度を比較的容易に上記範囲とすることができる。
上記式においてCiは0.6〜400μmの円相当径の粒子群の各粒子について測定された円周長を元に次式により算出された各粒子の円形度である。
円形度(Ci)=粒子の投影面積に等しい円の周囲長/粒子投影像の周囲長
上記式において、fiは円形度Ciの粒子の頻度である。
着色樹脂粒子の個数平均粒径、体積平均粒径、円形度及び平均円形度は、シスメックス社製フロー式粒子像分析装置「FPIA−2100」又は「FPIA−2000」等を用いて測定することができる。
上記残留揮発成分としては、例えば、樹脂未反応残存物、モノマー成分、残留反応溶剤、着色剤中の不純物、帯電制御樹脂中の不純物、外添剤中の不純物、並びに重合開始剤、及び連鎖移動剤等の反応生成物、分解生成物、酸化物等が挙げられる。
なお、テトラヒドロフラン不溶分量は後述の方法によって測定することができる。
次に重合法により静電荷像現像用カラートナーを構成する着色樹脂粒子を製造する方法について説明する。
本発明の静電荷像現像用カラートナーを構成する着色樹脂粒子は、例えば、結着樹脂の原料である重合性単量体(モノビニル単量体や架橋性単量体等からなる)に、上述した着色剤、帯電制御剤及びその他の添加剤を溶解あるいは分散させ、分散安定化剤を含有する水性分散媒中で重合開始剤を添加して重合反応を行い、濾過、洗浄、脱水及び乾燥することにより製造することができる。重合反応の際に、熱水抽出法により抽出した水抽出液のpHが6.0〜8.0の着色剤を用いると、重合時の凝集物の発生が少なくなるので好ましい。
モノビニル単量体としては、スチレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレン等の芳香族ビニル単量体;(メタ)アクリル酸;(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸イソボニル等の(メタ)アクリル酸エステル単量体;エチレン、プロピレン、ブチレン等のモノオレフィン単量体;等が挙げられる。
モノビニル単量体は、単独で用いても、複数の単量体を組み合わせて用いても良い。これらモノビニル単量体のうち、芳香族ビニル単量体単独、芳香族ビニル単量体と(メタ)アクリル酸エステル単量体との併用などが好適に用いられる。
マクロモノマーは、使用するモノビニル単量体を単独で重合して得られる重合体のガラス転移温度よりも、それを重合することにより、より高いガラス転移温度を有する重合体が得られるものが好ましい。
マクロモノマーの量は、モノビニル単量体100重量部に対して、通常、0.01〜10重量部、好ましくは0.03〜5重量部、さらに好ましくは0.05〜1重量部である。
上記分散安定化剤の量は、モノビニル単量体100重量部に対して、好ましくは0.1〜20重量部である。分散安定化剤の量がこの範囲にあると、十分な重合安定性を得られ、重合凝集物の生成が抑制されるので好ましい。
コア層の粒子が分散している水系分散媒体中に、シェル層を形成するための重合性単量体(シェル用重合性単量体)と重合開始剤を添加し、重合することでコアシェル型着色樹脂粒子を得ることができる。
シェル層を形成する具体的な方法としては、コア層の粒子を得るために行った重合反応の反応系にシェル用重合性単量体を添加して継続的に重合する方法、または別の反応系で得たコア層の粒子を仕込み、これにシェル用重合性単量体を添加して重合する方法などを挙げることができる。
シェル用重合性単量体は反応系中に一括して添加しても、またはプランジャポンプなどのポンプを使用して連続的もしくは断続的に添加してもよい。
上記の着色樹脂粒子の水分散液から着色樹脂粒子を濾過脱水する方法は特に制限されない。例えば、遠心濾過法、真空濾過法、加圧濾過法などを挙げることができる。これらのうち遠心濾過法が好適である。
トナーの体積平均粒径(Dv)及び粒径分布、すなわち体積平均粒径と個数平均粒径(Dp)との比(Dv/Dp)は、マルチサイザー(ベックマン・コールター社製)により測定した。マルチサイザーによる体積平均粒径及び粒径分布の測定は、アパーチャー径:100μm、媒体:イソトンII、濃度:10%、測定粒子個数:100,000個の条件により実施した。
(2)平均円形度
20mgの静電荷像現像用カラートナーに、分散媒として0.1%ドデシルスルホン酸ナトリウム(アニオン系界面活性剤)水溶液を100μl加えてなじませた後、イオン交換水10mlを加えて撹拌し、超音波分散機で60W、30分間分散処理を行った。測定時のトナー濃度を3,000〜10,000個/μlとなるように調整し、1μm以上の円相当径のトナー粒子1,000〜10,000個についてシスメックス社製フロー式粒子像分析装置「FPIA−2100」を用いて測定した。測定値から平均円形度を求めた。
精秤した着色剤5gを300mlのビーカーに入れ、エタノール10mlと水10mlとを加えなじませ、更に、導電率が1μS/cm、pHが7.0のイオン交換水180mlを加えてよく撹拌した後、5分間煮沸して、着色剤の水溶解成分を抽出し、抽出液を得た。得られた抽出液を室温(約25℃)に冷却した後、200mlのメスフラスコに、別途煮沸して室温(約25℃)まで冷却したイオン交換水を加えて全量を200mlとした。この液をよく撹拌した後、濾紙(東洋濾紙No.5C)で濾過し、その濾液のpHを、pHメーター「D−14」(堀場製作所(株)製)を用いて測定し、その導電率を、導電率計「ES−12」(堀場製作所製)を用いて測定した。
静電荷像現像用カラートナー0.8〜1.0gを秤量し、予め秤量しておいた円筒ろ紙(東洋ろ紙製:No.86R)に入れてソックスレー抽出器にセットし、溶媒としてメタノール100mlを用いて6時間抽出を行った。抽出後のカラートナーの入った円筒ろ紙を50℃の温度で1時間真空乾燥して、得られた乾燥後の円筒ろ紙を秤量する。この秤量した重量を、予め秤量した、円筒ろ紙自体の重量とカラートナーの重量の和から差し引き、予め秤量したカラートナーの重量に対する割合(%)をメタノール抽出成分含有量(%)とした。
静電荷像現像用カラートナー約1gを秤量し、円筒ろ紙(東洋ろ紙製:No.86R、サイズ29×100mm)の入ったソックスレー抽出器に入れ、溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)約100mlを用いて5時間還流を行った。還流は、5〜15分に1回溶媒が落下するペースで行った。還流終了後に、円筒ろ紙をドラフト中で一晩風乾燥し、それを50℃の温度で1時間乾燥した後、秤量し、以下の計算式からTHF不溶分量を算出した。
THF不溶分量(重量%)=(S/T)×100
上記式において、Tは静電荷像現像用カラートナーの量(g)であり、Sは還流後にろ紙に残留した不溶解成分量(g)である。
以下に示すようなパージ&トラップ/ガスクロマトグラフィー(P&T/GC)法により、残留揮発成分含有量を求めた。
パージ容器に静電荷像現像用カラートナー0.1gを入れ、キャリアガスとしてヘリウムガスを50ml/分で流しながら、パージ容器を室温から10℃/分の速度で加熱を開始し、200℃の温度で30分間保持して、発生した揮発成分を−130℃でトラップ管に捕集した。捕集した残留揮発成分の定量を行い、残留揮発成分含有量を求めた。
測定装置はアジレント社ガスクロマトグラフ6890(FID法)、島津C−R7Aクロマトパック、パージ&トラップサンプラーはアジレント社TDS、カラムはJ&W社DB−5(L=30m、I.D=0.32mm Film=0.25μmを用い以下の条件で測定した。
カラム温度:50℃(保持2分)〜270℃(10℃/分昇温)
試料送入温度:280℃
検出温度:280℃
キャリアガス:ヘリウムガス、流量:1ml/分
重合反応終了後の着色樹脂粒子が分散した水分散液を、メッシュ(20メッシュ)に通し、メッシュ上に残留した凝集物を乾燥させ重量を測定した。得られた重量を凝集物重量とした。重合安定性は、下記式から算出される凝集物量を指標にして求めた(下記の重合後の全固形分量は、分散安定化剤の重量を除く)。凝集物量が少ない方が重合安定性が良好であることを示す。
凝集物量(%)=凝集物重量(g)/重合後の全固形分量(g)×100
市販の非磁性一成分現像方式のプリンター(18枚機)の定着ロール部の温度を変化できるように改造したプリンターを用いて、定着試験を行った。定着試験は、改造プリンターの定着ロールの温度を5℃ずつ変化させて、それぞれの温度での現像剤(トナー)の定着率を測定し、温度−定着率の関係を求めることにより行った。定着率は、改造プリンターで印刷した試験用紙におけるベタ印字領域の、テープ剥離操作前後の画像濃度の比率から計算した。すなわち、テープ剥離前の画像濃度をID前、テープ剥離後の画像濃度をID後とすると、定着率は、下記式から算出することができる。
定着率(%)=(ID後/ID前)×100
なお、テープ剥離操作とは、試験用紙の測定部分に粘着テープ(住友スリーエム社製 スコッチメンディングテープ810−3−18)を貼り、一定圧で付着させ、次いで、一定速度で紙に沿った方向に粘着テープを剥離する一連の操作のことを意味する。また、画像濃度は、マクベス社製反射式画像濃度測定機を用いて測定した。定着試験において、定着率が80%以上になる定着ロールの最低温度をトナーの最低定着温度とした。この最低定着温度が低い方が、より高速での印刷に用いることができるのでトナーとして優れている。
市販の非磁性一成分現像方式のプリンター(18枚機)にコピー用紙をセットし、現像装置に静電荷像現像用カラートナーを入れ、温度23℃及び湿度50%の(N/N)環境下で一昼夜放置後、5%印字濃度で印字を行い、10枚印字にベタ印字を行い、マクベス式反射型画像濃度測定機を用いて、印字濃度を測定した。同様に、静電荷像現像用カラートナーを温度50℃、湿度80%の環境下で2週間放置した後、(N/N)環境で静電荷像現像用カラートナーを現像装置に入れて印字濃度を測定した。
(9)で用いたプリンターを用いて、温度23℃、湿度50%の(N/N)環境、温度35℃、湿度80%の(H/H)環境の各環境下で一昼夜放置後、5%濃度で連続印字を行い、500枚毎に、ベタ印字及び白ベタ印字を行った。
印字濃度は、(9)と同様にしてベタ印字したものについて測定した。
また、白ベタ印字後に、感光体上にある静電荷像現像用カラートナーを粘着テープ(住友スリーエム社製、スコッチメンディングテープ810−3−18)に付着させ、それを新しい印字用紙に貼り付けた。次に、その粘着テープを貼り付けた印字用紙の色調(B)を、分光色差計(日本電色社製、機種名「SE2000」)で測定した。同様にして、粘着テープだけを貼り付けた印字用紙の色調(A)を測定し、それぞれの色調をL*a*b*空間の座標として表し、その2つの色調から色差ΔE*を算出して、かぶり値を測定した。このかぶり値が小さい方が、かぶりが少ないことを示す。
環境安定性の評価は、上記ベタ印字を行った際の印字濃度が1.3以上で、かつ白ベタ印字を行った際のかぶり値が1%以下である画質を維持できる連続印字枚数を10,000枚まで調べた。なお、表中に10,000枚以上とあるのは、10,000枚で、上記基準を満たしたことを示す。
スチレン83部、n−ブチルアクリレート17部、C.I.ピグメントイエロー74(山陽色素社製、商品名「Fast Yellow 7415」)6部、ジビニルベンゼン0.8部、ポリメタクリル酸エステルマクロマー(東亜合成化学社製、商品名「AA6」)0.25部を混合した後、メディア型分散器(浅田鉄工社製、商品名「ピコミル」)にて分散処理を行い、着色剤分散液を得た。得られた着色剤分散液に正帯電制御樹脂(スチレン・n−ブチルアクリレート・N,N−ジエチル−N−メチル−2−(メタクリロイルオキシ)エチルアンモニウムp−トルエンスルホン酸共重合体、重量平均分子量:18,000、ガラス転移温度:60℃、官能基量:2%、藤倉化成(株)製)2部、2,2,4,6,6−ペンタメチルヘプタン−4−チオール 0.8部、及びジペンタエリスリトールヘキサミリステート(水酸基価:1.5mgKOH/g)10部を室温下にてビーズミルにより分散させ、コア用重合性単量体組成物を得た。
一方、メチルメタクリレート1部及び水65部を混合して、シェル用重合性単量体の水分散液を得た。
次いで、温度を85℃に維持したままで、反応器下部の配管から窒素ガスを吹き込み、反応器内上部にある気相部を窒素ガスで置換した。次いで、撹拌翼で撹拌しながら0.08m3/hr・Kgで窒素ガスを吹き込んでストリッピング処理を10時間行い、残留揮発成分の除去を行った。その後、コアシェル型着色樹脂粒子の水分散液を室温で冷却した。
C.I.ピグメントイエロー74に代え、C.I.ピグメントレッド150とC.I.ピグメントレッド31の固溶体顔料(富士色素社製)6部を用いた以外は、実施例1と同様に操作を行い、静電荷像現像用カラートナーを得た。得られた静電荷像現像用カラートナーの特性及び画像等の評価を実施例1と同様にして行った。その結果を表1に示す。
C.I.ピグメントイエロー74に代え、C.I.ピグメントブルー15:3(大日本インキ社製、商品名「BX121」)を熱水中に分散して20分間煮沸して再洗浄を行ったシアン着色剤6部を用いた以外は、実施例1と同様に操作を行い、静電荷像現像用カラートナーを得た。得られた静電荷像現像用カラートナーの特性及び画像等の評価を実施例1と同様にして行った。その結果を表1に示す。
スチレン83部、n−ブチルアクリレート15部、N−ジエチル−N−メチル−2−(メタクリロイルオキシ)エチルアンモニウムP−トルエンスルホン酸2部を混合してなる正帯電制御樹脂(重量平均分子量:12000、ガラス転移温度:67℃)100部に、トルエン24部、メチルエチルケトン6部を分散させ、冷却しながらロールにて混合した。正帯電制御樹脂がロールに巻き付いたところで、C.I.ピグメントイエロー74(大日精化社製、商品名「セイカファーストイエロー2017E」)100部及び一次粒径が40nmの疎水化処理されたシリカ微粒子(日本アエロジル社製、商品名「RX−50」)40部を徐々に添加して、40分間混合を行い、正帯電制御樹脂組成物を製造した。この時、ロール間隔は、初期1mmであり、その後、徐々に間隔を広げ、最後は3mmまで広げ、有機溶剤(トルエン/メチルエチルケトン=4/1混合溶剤)を、正帯電制御樹脂組成物の混合状態を見ながら何度かに分けて追加した。混合終了後、使用した有機溶剤を減圧下で除去した。
スチレン90部及びn−ブチルアクリレート10部からなるモノビニル単量体と、上述のようにして得られた正帯電制御樹脂組成物14.4部、t−ドデシルメルカプタン3部及びペンタエリスリトールテトラステアレート10部とを撹拌、混合して、均一分散し、コア用重合性単量体組成物を得た。
一方、メチルメタクリレート2部及び水100部を混合して、シェル用重合性単量体の水分散液を得た。
着色剤の熱水抽出法により抽出した水抽出液のpH、メタノール抽出成分含有量が、本発明で規定する範囲外である、比較例1〜3の静電荷像現像用カラートナーは、印字濃度が、特に温度50℃、湿度80%の環境下で2週間放置した後の印字濃度が低く、環境安定性が低い。
これに対し、本発明の実施例1〜3の静電荷像現像用カラートナーは、印字濃度が高く、環境安定性が良好である。
Claims (13)
- 少なくとも結着樹脂、着色剤、帯電制御剤及び離型剤からなる着色樹脂粒子を含有する静電荷像現像用カラートナーであって、
該着色剤の、熱水抽出法により抽出した水抽出液のpHが6.0〜8.0であり、
該着色樹脂粒子の体積平均粒径(Dv)が4〜10μmであり、平均円形度が0.93〜0.995であり、
メタノール抽出成分含有量が7重量%以下であり、
残留揮発成分含有量が500ppm以下である、静電荷像現像用カラートナー。 - テトラヒドロフラン不溶分量が30〜95重量%である、請求項1に記載の静電荷像現像用カラートナー。
- 着色剤がC.I.ピグメントイエロー74である、請求項1に記載の静電荷像現像用カラートナー。
- 着色剤の、熱水抽出法により抽出した水抽出液の導電率が10〜130μS/cmである、請求項3に記載の静電荷像現像用カラートナー。
- 着色剤がC.I.ピグメントレッド31とC.I.ピグメントレッド150との混合物である、請求項1に記載の静電荷像現像用カラートナー。
- 着色剤の、熱水抽出法により抽出した水抽出液の導電率が10〜100μS/cmである、請求項5に記載の静電荷像現像用カラートナー。
- 着色剤がC.I.ピグメントブルー15:3又はC.I.ピグメントブルー15:4である、請求項1に記載の静電荷像現像用カラートナー。
- 着色剤の、熱水抽出法により抽出した水抽出液の導電率が10〜40μS/cmである、請求項7に記載の静電荷像現像用カラートナー。
- 着色剤の、熱水抽出法により抽出した水抽出液のpHが6.5〜8.0である、請求項1に記載の静電荷像現像用カラートナー。
- 離型剤が多官能エステル化合物である、請求項1に記載の静電荷像現像用カラートナー。
- 離型剤の水酸基価a(mgKOH/g)と、結着剤100重量部に対する離型剤の添加重量部bとの積(a×b)が0.5〜40である、請求項1に記載の静電荷像現像用カラートナー。
- 帯電制御剤が、帯電制御樹脂を含む、請求項1に記載の静電荷像現像用カラートナー。
- 着色樹脂粒子が重合法により製造されることを特徴とする、請求項1に記載の静電荷像現像用カラートナー。
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