JP6904726B2 - トナー - Google Patents
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Description
本発明は、結着樹脂、エステルワックス、及びリン酸エステル金属塩を含有するトナー粒子を有するトナーであって、
前記リン酸エステル金属塩が、下記式(2)及び(3)を満たし、
前記エステルワックスが下記式(1)を満たすエステル化合物を含有し、
前記エステル化合物の含有量が、前記エステルワックスに対して85質量%以上であることを特徴とするトナーに関する。
式(2) |Rp−Rb|≧2.00
式(3) 5.00≦Rp≦10.00
(式(1)〜(3)中、
Rbは、前記結着樹脂のC/O原子比を表す。
Rwは、前記エステル化合物のC/O原子比を表す。
Rpは、前記リン酸エステル金属塩のC/O原子比を表す。)
式(2) |Rp−Rb|≧2.00
式(3) 5.00≦Rp≦10.00
(式(1)〜(3)中、Rbは、前記結着樹脂のC/O原子比を表す。Rwは、前記エステル化合物のC/O原子比を表す。Rpは、前記リン酸エステル金属塩のC/O原子比を表す。)
このような特徴を有することにより、定着器の汚染抑制およびトナーの保存安定性向上の効果が奏することを見出した。このメカニズムについて、本発明者らは以下のように考えられる。
式(8) |Rp−Rb|≧2.00
式(9) 5.00≦Rp≦10.00
(式(7)〜(9)中、Rbは、前記結着樹脂のC/O原子比を表す。Rwは、前記エステル化合物のC/O原子比を表す。Rpは、前記核剤のC/O原子比を表す。)
結着樹脂、エステルワックス、及びリン酸エステル金属塩は、下記式(4)、(5)を満たすと、より結晶化促進の効果が見られるため好ましい。
式(5) Tc1≧30℃
(式(4)、(5)中、
Tc1は、結着樹脂100質量部とエステルワックス9質量部とを混合した混合物を示差走査熱量測定して得られるDSC曲線において、最も高温側にある発熱ピーク温度を示す。
Tc2は、結着樹脂100質量部、エステルワックス9質量部、及びリン酸エステル金属塩0.9質量部を混合した混合物を示差走査熱量測定して得られるDSC曲線において、最も高温側にある発熱ピーク温度を示す。)
式(4)のTc1及びTc2は、それぞれの混合物の結晶化温度を示す。式(4)で表される結晶化温度の変化が1.0以上であれば、エステルワックスの結晶化が促進されて、保存安定性が良化する。そのため、式(4)の値は大きいほど好ましい。上限は特に制限されないが、好ましくは、15.0以下であり、より好ましくは10.0以下である。
(式(6)中、Rwは、エステル化合物のC/O原子比を表す。)
式(6)を満たすことによって、よりリン酸エステル金属塩との親和性を上げることができるため、保存安定性が向上しやすくなる。また、式(6)を満たすエステル化合物は、分子量、粘度が大きいため揮発成分が少なく、定着器汚染がより抑制される。
各材料におけるC/O比は、計算により算出することができる。
Rw、Rpはその構造中の炭素原子数と酸素原子数を数えることにより求める。なお、エステルワックスが1種単独ではなく併用している場合には、最も含有量の高いエステル化合物のRwを採用する。Rbは、結着樹脂を構成する単量体の構造とその導入モル比から求める。なお、本発明において結着樹脂とはトナー中に占める割合が最も多い樹脂を指す。
エステルワックスの融点(Tm)は、示差走査熱量分析装置「Q1000」(TA Instruments社製)を用いてASTM D3418−82に準じて測定する。
結晶化温度(Tc)は、示差走査熱量分析装置「Q1000」を用いてASTM D3418−82に準じて測定する。
前記結晶化温度(Tc)の測定での2回目の昇温過程におけるDSC曲線の吸熱ピークを積分して得られる吸熱量を算出し、この値をA(J/g)とする。さらに、エステルワックス単体も同様の方法により、2回目の昇温過程におけるDSC曲線の吸熱ピークを積分して得られる吸熱量を算出し、この値をB(J/g)とする。算出された吸熱量AおよびBから、下記式により結晶化度を算出する。
室温で、樹脂をテトラヒドロフラン(THF)に溶解する。そして、得られた溶液を、ポア径が0.2μmの耐溶剤性メンブランフィルター「マイショリディスク」(東ソー社製)で濾過してサンプル溶液を得る。なお、サンプル溶液は、THFに可溶な成分の濃度が0.8質量%となるように調整する。このサンプル溶液を用いて、以下の条件で測定する。
装置:高速GPC装置「HLC−8220GPC」[東ソー(株)製]
カラム:LF−604の2連[昭和電工(株)製]
溶離液:THF
流速:0.6mL/min
オーブン温度:40℃
試料注入量:0.020mL
サンプルの分子量の算出にあたっては、標準ポリスチレン樹脂(例えば、商品名「TSKスタンダード ポリスチレン F−850、F−450、F−288、F−128、F−80、F−40、F−20、F−10、F−4、F−2、F−1、A−5000、A−2500、A−1000、A−500」、東ソー社製)を用いて作成した分子量校正曲線を使用する。
トナー粒子の重量平均粒径(D4)は、精密粒度分布測定装置「コールター・カウンター Multisizer 3」(登録商標、ベックマン・コールター社製)を用いて測定する。測定は下記条件で行う。
実効測定チャンネル数:2万5千チャンネル
コントロールモーター総個数:50000個
アパチャー:100μm
カレント:1600μA
ゲイン;2
Kd値は「標準粒子10.0μm」(ベックマン・コールター社製)を用いて得られた値で測定する。
撹拌機、コンデンサー、温度計、窒素導入管を備えた反応容器にキシレン200部を仕込み、70℃に昇温した。スチレン75.0部、アクリル酸n−ブチル25.0部、重合開始剤1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ2−エチルヘキサノエートの75%トルエン溶液10.0部を混合し、前記反応容器に撹拌しながら滴下した。70℃で加熱撹拌し、所望の分子量に達したところで反応液を冷却して反応を停止させた。反応液をメタノール中で固液分離して精製した後、減圧下40℃で乾燥させ、結着樹脂1(スチレンアクリル樹脂)を得た。得られた結着樹脂1の数平均分子量(Mn)は12000、重量平均分子量(Mw)は32000であった。
撹拌機、温度計、窒素導入管、脱水管、及び、減圧装置を備えた反応容器に、下記表1に示す組成のカルボン酸成分およびアルコール成分を添加して130℃まで加熱した。その後、エステル化触媒としてジ(2−エチルヘキサン酸)錫を加え、温度200℃に昇温し所望の分子量になるまで縮重合した。得られた結着樹脂2(ポリエステル樹脂)の物性を表1に示す。
前記結着樹脂2の製造の原材料混合比を下記表1に示す組成に変更した以外は、結着樹脂2の製造と同様の方法により、結着樹脂3、4を製造した。得られた結着樹脂3、4の物性を表1に示す。
撹拌機、温度計、窒素導入管、脱水管、及び、減圧装置を備えた反応容器に、ビスフェノールAのプロピレンオキシド2モル付加物100部、テレフタル酸25.0部、セバシン酸28.3部を添加して撹拌しながら温度130℃まで加熱した。その後、エステル化触媒としてジ(2−エチルヘキサン酸)錫0.24部を加え、温度200℃に昇温し所望の分子量になるまで縮重合し極性樹脂1を得た。得られた極性樹脂1のMnは8000、Mwは27000であった。
撹拌機、コンデンサー、温度計、窒素導入管を備えた反応容器にキシレン200部を仕込んだ。スチレン95.0部、メタクリル酸ヒドロキシエチル2.0部、メタクリル酸2.0部、メタクリル酸メチル3.0部を混合した。この混合液に重合開始剤1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ2−エチルヘキサノエートの75%トルエン溶液15.0部を混合し、前記反応容器に撹拌しながら滴下した。70℃で加熱撹拌し、所望の分子量に達したところで反応液を冷却して反応を停止させた。反応液をメタノール中で固液分離して精製した後、減圧下40℃で乾燥させ、極性樹脂2を得た。得られた極性樹脂2のMnは9000、Mwは16000であった。
撹拌機、温度計、窒素導入管、脱水管、及び、減圧装置を備えた反応容器に、キシレン300部とジペンタエリスリトール25.5部、ベヘン酸205部を加え、撹拌しながら温度130℃まで加熱した。その後、エステル化触媒としてジ(2−エチルヘキサン酸)錫0.41部を加え、温度200℃に昇温して縮合した。反応後、溶媒を留去してエステル化合物1を得た。
エステル化合物1の製造と同様の方法により、表2に示す組成に従い、エステル化合物2〜13を製造した。
<トナー1の製造>
(マスターバッチ分散液1の調製)
・スチレン 216.0部
・銅フタロシアニン顔料 39.0部
(Pigment Blue 15:3,大日精化工業株式会社製)
・サリチル酸系化合物 3.0部
(ボントロンE84,オリヱント化学工業株式会社製)
・化合物(1)(リン酸エステル金属塩) 5.4部
上記材料をアトライタ(三井三池化工機株式会社製)に導入し、半径2.5mmのジルコニアビーズ(180部)を用いて250rpm、25℃で180分間撹拌を行い、マスターバッチ分散液1を調整した。
・マスターバッチ分散液1 195.8部
・スチレン 80.3部
・アクリル酸ブチル 80.3部
・エステル化合物1 40.1部
・極性樹脂1 17.8部
・極性樹脂2 35.7部
上記材料を混合して65℃に加温し、T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて、3500rpmにて60分間均一に溶解し分散し、トナー組成物溶解液1を得た。
(マスターバッチ分散液2の調製)
・メチルエチルケトン 120部
・銅フタロシアニン顔料 32.5部
(Pigment Blue 15:3,大日精化工業株式会社製)
・サリチル酸系化合物 2.5部
(ボントロンE84)
・化合物(1)(リン酸エステル金属塩) 4.5部
上記材料をアトライタに導入し、半径2.5mmのジルコニアビーズ(180部)を用いて250rpm、25℃で180分間撹拌を行い、マスターバッチ分散液2を調製した。
・マスターバッチ分散液2 108部
・メチルエチルケトン 27.0部
・結着樹脂1 244部
・エステル化合物1 30.1部
・極性樹脂1 13.5部
・極性樹脂2 27.1部
上記材料を混合して75℃に加温し、T.K.ホモミクサーを用いて、5000rpmにて60分間均一に溶解し分散し、トナー組成物溶解液2を得た。
(マスターバッチ分散液3の調製)
・メチルエチルケトン 120.0部
・銅フタロシアニン顔料 32.5部
(Pigment Blue 15:3,大日精化工業株式会社製)
・サリチル酸系化合物 2.5部
(ボントロンE84)
・化合物(1)(リン酸エステル金属塩) 4.5部
上記材料をアトライタに導入し、半径2.5mmのジルコニアビーズ(180部)を用いて250rpm、25℃で180分間撹拌を行い、マスターバッチ分散液3を調製した。
・結着樹脂1 162部
・エステル化合物1 30.8部
・極性樹脂1 13.7部
・極性樹脂2 27.4部
得られた混練物を冷却し、ハンマーミルにて1mm以下に粗粉砕し、粗砕物を得た。得られた粗砕物を、機械式粉砕機(T−250、ターボ工業株式会社製)にて微粉砕した。さらに回転型分級機(200TSP、ホソカワミクロン株式会社製)を用いて分級を行い、トナー粒子3を得た。回転型分級機(200TSP、ホソカワミクロン株式会社製)の運転条件は、分級ローター回転数を50.0s−1で分級を行った。得られたトナー粒子3の重量平均粒径(D4)は5.9μmであった。次いで、トナー粒子3をトナー粒子1と同様の条件で外添を行い、トナー3を得た。
<着色剤粒子分散液1の調製>
(マスターバッチ分散液4の調製)
・メチルエチルケトン 120部
・銅フタロシアニン顔料 32.5部
(Pigment Blue 15:3,大日精化工業株式会社製)
・サリチル酸系化合物 2.5部
(ボントロンE84)
上記材料をアトライタに導入し、半径2.5mmのジルコニアビーズ(180部)を用いて250rpm、25℃で180分間撹拌を行い、マスターバッチ分散液4を調製した。
・メチルエチルケトン 200部
・結着樹脂1 372部
・極性樹脂2 32.0部
上記材料を、撹拌機を備えたリアクターに投入し、70℃で60分溶解、混合し樹脂溶液1とした。95℃に加熱したイオン交換水1600部にドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム8.10部、1N NaOH水溶液3.00部を溶解させ中和用水溶液を作製した。この中和用水溶液を樹脂溶液1のフラスコ中に投入し、ホモジナイザー(ウルトラタラックス)で5分間乳化した。この分散液を60℃減圧下で、固形分量20%になるまで溶媒留去してから、超音波バスにより30分間分散し、室温(25℃)の水にてフラスコを冷却した。これにより樹脂粒子のメジアン径が250nm、固形分量が20質量%の樹脂粒子分散液1を得た。
・アニオン性界面活性剤 1.80部
(第一工業製薬株式会社製、ネオゲンR)
・イオン交換水 350部
・エステル化合物1 90.0部
・化合物(1)(リン酸エステル金属塩) 9.0部
上記成分を混合し、120℃に加熱して、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理し、体積平均粒径170nmの25質量%の離型剤粒子分散液1を得た。
・メチルエチルケトン 50.0部
・極性樹脂1 72.0部
上記材料を、撹拌機を備えたリアクターに投入し、70℃で60分溶解、混合し樹脂溶液2とした。95℃に加熱したイオン交換水238部にドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.44部、1N NaOH水溶液を3.00部溶解させ中和用水溶液を作製した。この中和用水溶液を樹脂溶液2のフラスコ中に投入し、ホモジナイザー(ウルトラタラックス)で5分間乳化した。この分散液を60℃減圧下で、固形分量20%になるまで溶媒留去してから、超音波バスにより30分間分散し、室温(25℃)の水にてフラスコを冷却した。これにより樹脂粒子のメジアン径が250nm、固形分量が20質量%の樹脂粒子分散液2を得た。
・樹脂粒子分散液1 1860部
・着色剤粒子分散液1 112部
・アニオン性界面活性剤 25.0部
(Dowfax2A1 20%水溶液)
・離型剤粒子分散液1 158部
表3に示す組成に変更したこと以外は、トナー1の製造と同様の方法により、トナー8〜17、21〜24、26、34、35を製造した。
表4に示す組成に変更したこと以外は、トナー3の製造と同様の方法により、トナー5〜7、18〜20、25、27〜33、36〜40を製造した。
前記トナー処方におけるRb、Rw、Rpおよび式(1)、(2)の数値を表5に示す。
前記トナー1〜40に含有する結着樹脂、エステルワックス、リン酸エステル金属塩を200℃のホットプレート上で溶融混練した。また、トナー1〜40に用いる結着樹脂、エステルワックスを200℃のホットプレート上で溶融混練した。これらの混練したサンプルを粉砕し、Tc1、Tc2および結晶化度を算出した。結果を表6に示す。
トナー1〜40について以下の評価を行った。
試験には、目開き75μm(200メッシュ)の篩にかけたトナーを用いて、下記2つの条件での保存安定性を評価した。
篩にかけたトナー5gを50ccの樹脂製カップに取り、温度55℃/湿度10%RHで72時間放置した。
篩にかけたトナー5gを50ccの樹脂製カップに取り、下記に示す条件で保存性試験を行った。
(1)温度15℃、湿度10%RHで12時間放置
(2)12時間かけて温度55℃、湿度95%RHまで上げる
(3)温度55℃、湿度95%RHで12時間放置
(4)12時間かけて温度15℃、湿度10%RHまで下げる
上記(1)〜(4)を1サイクルとし、これを3サイクル繰り返した。
測定装置として、「パウダーテスター」(ホソカワミクロン株式会社製)の振動台側面部分に、デジタル表示式振動計「デジバイブロ MODEL 1332A」(昭和測器株式会社製)を接続したものを用いた。パウダーテスターの振動台上に、下から順に目開き20μm(635メッシュ)、38μm(390メッシュ)、75μm(200メッシュ)の篩を重ねてセットした。測定は、温度23℃、湿度60%RH環境下で、以下のようにして行った。
式(8)
凝集度(%)={(目開き75μm篩の残量(g))/2(g)}×100
+{(目開き38μm篩の残量(g))/2(g)}×100×0.6
+{(目開き20μm篩の残量(g))/2(g)}×100×0.2
凝集度の評価基準は以下の通りであり、C以上であれば本発明の効果が得られているレベルとする。結果を表7に示す。
A:5.0%未満
B:5.0%以上10.0%未満
C:10.0%以上15.0%未満
D:15.0%以上
市販のレーザープリンターであるLBP−5400(キヤノン株式会社製)の一部を改造して評価を行った。
A:定着器の汚染はほとんど見られない。
B:定着器に微量の汚染が見られる。
C:定着器の端部に汚染が見られる。
D:定着器全体に汚染が見られる。
トナー濃度6.0質量%になるようにフェライトキャリアF813−300(パウダーテック社製)と評価するトナーを混合し、二成分現像剤とした。50ccの樹脂製容器に前記二成分現像剤50gを入れ、常温常湿環境(23℃/60%RH)で4日間放置した。その後、15秒かけて30回振とう、90秒かけて180回振とうした。
評価は、180回振とう後の二成分現像剤の摩擦帯電量の絶対値に対する30回振とう後の二成分現像剤の摩擦帯電量の絶対値の割合を帯電立上がり性として算出し、以下の基準で評価した。C以上であれば、本発明の効果が得られているレベルとする。結果を表7に示す。
A:80%以上
B:70%以上80%未満
C:60%以上70%未満
D:60%未満
2 測定容器
3 スクリーン
4 フタ
5 真空計
6 風量調節弁
7 吸引口
8 コンデンサー
9 電位計
Claims (7)
- 結着樹脂、エステルワックス、及びリン酸エステル金属塩を含有するトナー粒子を有するトナーであって、
前記リン酸エステル金属塩が、下記式(2)及び(3)を満たし、
前記エステルワックスが下記式(1)を満たすエステル化合物を含有し、
前記エステル化合物の含有量が、前記エステルワックスに対して85質量%以上であることを特徴とするトナー。
式(1) |Rp−Rw|≦7.50
式(2) |Rp−Rb|≧2.00
式(3) 5.00≦Rp≦10.00
(式(1)〜(3)中、
Rbは、前記結着樹脂のC/O原子比を表す。
Rwは、前記エステル化合物のC/O原子比を表す。
Rpは、前記リン酸エステル金属塩のC/O原子比を表す。) - 前記エステルワックス及び前記リン酸エステル金属塩が、下記式(4)及び(5)を満たす請求項1に記載のトナー。
式(4) Tc2−Tc1≧1.0℃
式(5) Tc1≧30℃
(式(4)、(5)中、
Tc1は、前記結着樹脂100質量部と前記エステルワックス9質量部とを混合した混合物を示差走査熱量測定して得られるDSC曲線において、最も高温側にある発熱ピーク温度を示す。
Tc2は、前記結着樹脂100質量部、前記エステルワックス9質量部及び前記リン酸エステル金属塩0.9質量部を混合した混合物を示差走査熱量測定して得られるDSC曲線において、最も高温側にある発熱ピーク温度を示す。) - 前記エステル化合物が、下記式(6)を満たす請求項1又は2に記載のトナー。
式(6) 8.00≦Rw≦12.00
(式(6)中、
Rwは、前記エステル化合物のC/O原子比を表す。) - 前記エステルワックスの融点が55℃以上100℃以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載のトナー。
- 前記リン酸エステル金属塩の含有量が前記エステルワックス100質量部に対して3質量部以上20質量部以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載のトナー。
- 前記結着樹脂が、スチレンアクリル樹脂、またはポリエステル樹脂である請求項1〜5のいずれか1項に記載のトナー。
- 前記エステル化合物が、2価以上のアルコールと脂肪族モノカルボン酸とのエステル、又は2価以上のカルボン酸と脂肪族モノアルコールとのエステルである請求項1〜6のいずれか1項に記載のトナー。
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