JP2007334055A - 画像形成装置およびトナー - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも結着樹脂、ワックスおよび着色剤を含有したトナーを有し、定着時の面圧(ローラ荷重/接触面積)値が、1.5×105Pa以下のオイルレス定着を用いた電子写真画像形成装置であり、前記画像形成装置に使用される現像剤がキャリアと前記トナーとからなり、前記トナーは透過型電子顕微鏡で観察したときの前記トナーの表面から1μmまでの内部領域におけるワックスの占める面積の割合が、10〜40%であることを特徴とする画像形成装置を主たる構成にする。
【選択図】図1
Description
本発明においては、ワックスの最大方向の粒径をもってワックス分散径とした。具体的には、トナーをエポキシ樹脂に包埋して約100μmに超薄切片化し、四酸化ルテニウムにより染色した後、透過型電子顕微鏡(TEM)により倍率10000倍でトナーの断面観察を行い、写真撮影し、この写真20点(20個のトナー)を画像評価することにより、ワックスの分散状態を観察し分散径を測定した。
ポリエステルは、多価アルコール化合物と多価カルボン酸化合物との重縮合反応によって得られる。多価アルコール化合物(PO)としては、2価アルコール(DIO)および3価以上の多価アルコール(TO)が挙げられ、(DIO)単独、または(DIO)と少量の(TO)との混合物が好ましい。
着色剤としては、公知の染料及び顔料が全て使用でき、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミュウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブ
リリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ピグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン及びそれらの混合物が使用できる。着色剤の含有量はトナーに対して通常1〜15重量%、好ましくは3〜10重量%である。
荷電制御剤としては公知のものが使用でき、例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩及び、サリチル酸誘導体の金属塩等である。
離型剤としては、融点が50〜120℃の低融点のワックスが、バインダー樹脂との分散の中でより離型剤として効果的に定着ローラとトナー界面との間で働き、これにより定着ローラにオイルの如き離型剤を塗布することなく高温オフセットに対し効果を示す。このようなワックス成分としては、以下のものが挙げられる。ロウ類及びワックス類としては、カルナバワックス、綿ロウ、木ロウ、ライスワックス等の植物系ワックス、ミツロウ、ラノリン等の動物系ワックス、オゾケライト、セルシン等の鉱物系ワックス、及びおよびパラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラタム等の石油ワックス等が挙げられる。また、これら天然ワックスの外に、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス等の合成炭化水素ワックス、エステル、ケトン、エーテル等の合成ワックス等が挙
げられる。
トナー粒子の流動性や現像性、帯電性を補助するための外添剤として、無機微粒子が好ましく用いられる。この無機微粒子の一次粒子径は、5×10-3〜2μmであることが好ましく、特に5×10-3〜0.5μmであることが好ましい。また、BET法による比表面積は、20〜500m2/gであることが好ましい。この無機微粒子の使用割合は、トナーの0.01〜5wt%であることが好ましく、特に0.01〜2.0wt%であることが好ましい。
(トナーの製造方法)
(1)着色剤、未変性ポリエステル、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー、離型剤を有機溶媒中に分散させトナー材料液を作る。
有機溶媒は、沸点が100℃未満の揮発性であることが、トナー母体粒子形成後の除去が容易である点から好ましい。具体的には、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを単独あるいは2種以上組合せて用いることができる。特に、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒および塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好ましい。有機溶媒の使用量は、ポリエステルプレポリマー100重量部に対し、通常0〜300重量部、好ましくは0〜100重量部、さらに好ましくは25〜70重量部である。
水系媒体は、水単独でも良いし、アルコール(メタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(メチルセルソルブなど)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)などの有機溶媒を含むものであってもよい。
ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシプロピレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシプロピレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエステルなどのポリオキシエチレン系、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース類などが使用できる。
この反応は、分子鎖の架橋及び/又は伸長を伴う。反応時間は、ポリエステルプレポリマー(A)の有するイソシアネート基構造とアミン類(B)との反応性により選択されるが、通常10分〜40時間、好ましくは2〜24時間である。反応温度は、通常、0〜150℃、好ましくは40〜98℃である。また、必要に応じて公知の触媒を使用することができる。具体的にはジブチルチンラウレート、ジオクチルチンラウレートなどのスズ触媒が挙げられる。
有機溶媒を除去するためには、系全体を徐々に層流の攪拌状態で昇温し、一定の温度域で強い攪拌を与えた後、脱溶媒を行うことで紡錘形のトナー母体粒子が作製できる。また、分散安定剤としてリン酸カルシウム塩などの酸、アルカリに溶解可能な物を用いた場合は、塩酸等の酸により、リン酸カルシウム塩を溶解した後、水洗するなどの方法によって、トナー母体粒子からリン酸カルシウム塩を除去する。その他酵素による分解などの操作によっても除去できる。
荷電制御剤の打ち込み、及び無機微粒子の外添は、ミキサー等を用いた公知の方法によって行われる。これにより、小粒径であって、粒径分布のシャープなトナーを容易に得ることができる。さらに、有機溶媒を除去する工程で強い攪拌を与えることで、真球状からラクビーボール状の間の形状を制御することができ、さらに、表面のモフォロジーも滑らかなものから梅干形状の間で制御することができる。
〜有機微粒子エマルションの合成〜
撹拌棒および温度計をセットした反応容器に、水683部、メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩(エレミノールRS−30、三洋化成工業製)11部、スチレン83部、メタクリル酸83部、アクリル酸ブチル110部、過硫酸アンモニウム1部を仕込み、400回転/分で15分間撹拌したところ、白色の乳濁液が得られた。これを加熱して系内温度75℃まで昇温し、5時間反応させた。
水990部と、[微粒子分散液1]83部、ドデシルジフェニルェーテルジスルホン酸ナトリウムの48.5%水溶液(エレミノールMON-7):三洋化成工業製)37部、酢酸エチル90部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを[水相1]とする。
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物229部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド3モル付加物529部、テレフタル酸208部、アジピン酸46部およびジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧下230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧下5時聞反応した後、反応容器に無水トリメリット酸44部を入れ、180℃常圧下2時間反応し、[低分子ポリエステル1]を得た。[低分子ポリエステル1〕は、数平均分子量2500、重量平均分子量6700,Tg43℃、酸価25であった。
冷却管、撹拌機および窒索導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物682部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物81部、テレフタル酸283部、無水トリメリット酸22部およびジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧下230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応して[中間体ポリエステル1]を得た。[中間体ポリエステル1]は、数平均分子量2100、重量平均分子量9500、Tg55℃、酸価0.5、水酸基価51であった。
次に、冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、[中間体ポリエステル1]410部、イソホロンジイソシアネート89部、酢酸エチル500部を入れ100℃で5時間反応し、[プレポリマー1]を得た。[プレポリマー1]の遊離イソシアネート重量%は1.53%であった。
撹拌棒および温度計をセットした反応容器に、イソホロンジアミン170部とメチルエチルケトン75部を仕込み、50℃で5時間反応を行い、[ケチミン化合物1]を得た。[ケチミン化合物1]のアミン価は418であった。
水1200部、カーボンブラック(Printex35 デクサ製)540部〔DBP吸油量=42ml/100mg、pH=9.5〕、 ポリエステル樹脂1200部を加え、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)で混合し、この混合物を、2本ロールを用いて150℃で30分混練後、圧延冷却しパルペライザーで粉砕して、[マスターバッチ1]を得た。
撹拌棒および温度計をセットした容器に、[低分子ポリエステル1]378部、エステルワックス(酸価3)110部、CCA(サリチル酸金属錯体E-84:オリエント化学工業)22部、酢酸エチル947部を仕込み、撹拌下80℃に昇温し、80℃のまま5時間保持した後、1時問で30℃に冷却した。次いで容器に[マスターバッチ1]500部、酢酸エチル500部を仕込み、1時間混合し[原料溶解液1]を得た。
[顔料・WAX分散液1]749部、[プレポリマー1]を115部、[ケチミン化合物1]2.9部を容器に入れ、TKホモミキサー(特殊機化製)で5,000rpmで1分間混合した後、容器に[水相1]1200部を加え、TKホモミキサーで、回転数13,000rpmで20分間混合し[乳化スラリー1]を得た。撹拌機および温度計をセットした容器に、[乳化スラリー1]を投入し、30℃で8時間脱溶剤した後、45℃で4時間熟成を行い、[分散スラリー1]を得た。[分散スラリー1]は、体積平均粒径5.99μm、個数平均粒径5.70μm(マルチサイザーIIで測定)であった。
[分散スラリー1]100部を減圧濾過した後、
(1)濾過ケーキにイオン交換水100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後に濾過した。
(2):(1)の濾過ケーキに10%水酸化ナトリウム水溶液1OO部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで30分間)した後、減圧濾過した。
(3):(2)の濾過ケーキに10%塩酸100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後に濾過した。
(4):(3)の濾過ケーキにイオン交換水300部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後に濾過する操作を2回行い、[濾過ケーキ1]を得た。
湿式法により作成したマグネタイト100重量部に対してポリビニルアルコール2重量部、水60重量部をボールミルに入れ12時間混合してマグネタイトのスラリーを調整した。このスラリーをスプレードライヤーを用いて噴霧造粒し、平均粒径54μmの球形粒子とした。この粒子を窒素雰囲気中で1000℃の温度で3時間焼成後冷却し、核体粒子1を得た。
シリコーン樹脂溶液 100重量部
トルエン 100重量部
γ−アミノプロピルトリメトキシシラン 6重量部
カーボンブラック 10重量部
脱遊離脂肪酸型カルナウバワックス 7部
このときのトナー平均体積粒径は6.5μmで、5μm以下含有量は、85%であった。また、トナーのクロロホルム不溶分は0%であった。また、このときのトナー表面摩擦係数の値は0.28であった。キャリアとして樹脂コートを施さないフェライトキャリアを用い、前記トナーと濃度4.0重量%で混合し、現像剤として使用した。
脱遊離脂肪酸型カルナウバワックス 4.5部
このときのトナー平均体積粒径は6.5μmで、5μm以下含有量は、80%であった。また、トナーのクロロホルム不溶分は0%であった。また、このときの摩擦係数の値は0.3であった。キャリアとして樹脂コートを施さないフェライトキャリアを用い、前記トナーと濃度4.0重量%で混合し、現像剤として使用した。
スチレンアクリル樹脂 80部
脱遊離脂肪酸型カルナウバワックス 4.5部
カーボンブラック(#44:三菱化成社製) 10部
サリチル酸誘導体の金属塩 1部
上記組成の混合物を実施例1と同様な方法で作成し、トナーとした。このときのトナー平均体積粒径は6.5μmで、5μm以下含有量は、80%であった。また、トナーのクロロホルム不溶分は21%であった。また、このときのトナー表面摩擦係数の値は0.3であった。キャリアとしては樹脂コートを施さない、フェライトキャリアを用い前記トナーと濃度4.0重量%で混合し、現像剤として使用した。
脱遊離脂肪酸型カルナウバワックス 4.5部
カーボンブラック(#44:三菱化成社製) 10部
サリチル酸誘導体の金属塩 1部
上記組成の混合物を実施例1と同様な方法で作成し、トナーとした。このときのトナー平均体積粒径は6.5μmであり、5μm以下含有量は、63%であった。また、トナーのクロロホルム不溶分は21%であった。また、このときのトナー表面摩擦係数の値は0.32であった。キャリアとしては樹脂コートを施さない、フェライトキャリアを用い前記トナーと濃度4.0重量%で混合し、現像剤として使用した。
[比較例1]
低分子量ポリプロピレン(ビスコール660P:三洋化成社製) 15部
[比較例2]
[評価項目]
(定着性評価)
定着ローラとして、PTFE製ローラを使用した(株)リコー製複写機 MF−200の定着部を改造した装置に、リコー製のタイプ6200紙をセットし複写テストを行った。マクベス濃度計による画像濃度が1.2となるようなコピー画像を得、定着温度を変化させたコピー画像を、砂消しゴムを装着したクロックメーターにより10回擦り、その前後の画像濃度を測定し、下記式を用いて定着率を求めた。
[(砂消しゴム10回後の画像濃度)/(前の画像濃度)]×100=定着率(%)
(低温定着性): ◎:130℃未満、○:130〜140℃、□:140〜150℃、 △:150〜160℃、×:160℃以上
(ホットオフセット性) ◎:201℃以上、○:200〜191℃、□:190〜181℃、△:180〜171℃、×:170℃以下
トナー試料20gを20mlのガラス瓶に入れ、50回程度ガラス瓶をタッピングし試料を密に固めた後、50℃の恒温槽に24時間放置し、その後針入度試験器を用いて針入度を以下のように求めた。
◎:貫通、○:〜25mm、△25〜20mm、×:20〜15mm,15mm以下
(フィルミング、画像安定性、スペント化率評価)
リコー製複写機imagio2730にセットして、通紙試験を行いフィルミング、画像安定性、及びスペント化率を評価する。
連続10万枚(印字率6%)コピーを行い10万枚後感光体上にフィルミングが発生しているかどうかを確認した。同時にハーフトーン画像を出力し、白帯の発生の有無についても評価した。尚、感光体上フィルミングの評価は目視により5段階にランク分けし、程度の良い方をランク5、悪い方をランク1とした。またハーフトーン白帯については未発生を○、発生しているが許容レベルのものを△、NGレベルで発生しているものを×として評価した。
連続10万枚(印字率6%)コピーを行い10万枚後の画像濃度、細線再現性、地汚れを調べ、それらを総合的に判断した。
◎:特に優れる、○:優れる、△:少し劣る、×:極めて劣るものとした。
30万枚複写試験後の現像剤からブローオフ法によりトナーを除去し、残ったキャリア重量W1をトルエン中に入れ融着物を溶解、洗浄、乾燥し、その時の融解物の重量W2からスペント化率を求め、評価した。
スペント化率(wt%)=〔(W1−W2)/W1〕×100
◎:0〜0.02wt%、○:0.02〜0.05wt%、△:0.05〜0.08wt%、×:0.08wt%未満
2 加圧ローラ
3 金属シリンダー
5 加熱ランプ
6 金属シリンダー
7 オフセット防止層
8 加熱ランプ
Claims (9)
- 少なくとも結着樹脂、ワックスおよび着色剤を含有したトナーを有し、定着時の面圧(ローラ荷重/接触面積)値が、1.5×105Pa以下のオイルレス定着を用いた電子写真画像形成装置であり、
前記画像形成装置に使用される現像剤がキャリアと前記トナーとからなり、前記トナーは透過型電子顕微鏡で観察したときの前記トナーの表面から1μmまでの内部領域におけるワックスの占める面積の割合が、10〜40%であることを特徴とする画像形成装置。 - 前記トナー内部に分散して存在するワックスのうち、トナーの表面近傍に存在する分散ワックスが全ワックスの70個数%以上であることを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
- 前記トナー内部に分散して存在する前記分散ワックスが、トナーの表面に実質的に露出していなことを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
- 前記トナー内部に存在する分散ワックスの分散粒の径が0.5〜3μmであるワックス分散粒が60個数%以上を占めることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記ワックスは、脱遊離脂肪酸カルナウバワックス、ライスワックス、モンタン系ワックスから選択される少なくとも1種のワックスであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記トナーは、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤および離型剤とを有機溶媒中に分散させたトナー材料液を、水系媒体中で架橋又は伸長反応の少なくとも1つの反応をさせて得られるトナーであることを特徴とする請求項5記載の画像形成装置。
- 少なくとも、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤および離型剤とを有機溶媒中に分散させたトナー材料液を、水系媒体中で架橋又は伸長反応の少なくとも1つの反応をさせて得られることを特徴とするトナー。
- 前記トナーの形状は、紡錘形状であることを特徴とする請求項7記載のトナー。
- 前記トナーの長軸r1と短軸r2との比(r2/r1)は0.5〜0.8であり、厚さr3と短軸r2との比(r3/r2)が0.7〜1.0で表されることを特徴とする請求項8記載のトナー。
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