JPH11119464A - 磁性トナーの製造方法 - Google Patents

磁性トナーの製造方法

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JPH11119464A
JPH11119464A JP27917897A JP27917897A JPH11119464A JP H11119464 A JPH11119464 A JP H11119464A JP 27917897 A JP27917897 A JP 27917897A JP 27917897 A JP27917897 A JP 27917897A JP H11119464 A JPH11119464 A JP H11119464A
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powder
magnetic toner
zinc ferrite
magnetic
ferrite powder
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Tatsuya Kojima
達也 小島
Yoshito Nihei
義人 仁平
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子写真方式による画像形成装置における現
像剤などとして用いられる亜鉛フェライト粉末とバイン
ダー樹脂とからなる磁性トナーを、効率よくかつ経済的
有利に製造する。 【解決手段】 ZnO 2.5〜14.5重量%及びF
34 97.5〜85.5重量%からなる粉末混合物
100重量部に対し、FeCl2粉末0.2〜3.0重
量部を加え、窒素雰囲気下、500〜700℃に維持し
たロータリーキルン中に導入して熱処理し、印加磁界5
000 Oeでの飽和磁化85〜105emu/g、保
磁力40〜130 Oeの磁性酸化物粉末を形成させた
のち、これをバインダー樹脂と重量比5:5ないし3:
7の割合で混合して、磁性トナーを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式の画
像形成装置における現像剤などとして用いられる亜鉛フ
ェライト粉末とバインダー樹脂とからなる磁性トナー
を、効率よくかつ経済的有利に製造する方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】複写機、レーザープリンター、普通紙フ
ァクシミリーなどの電子写真方式の画像形成装置などに
おいては、現像剤として、一般に磁性トナーが多く用い
られている。この磁性トナーは、磁性酸化物粉末とバイ
ンダー樹脂から構成されており、そして該磁性酸化物粉
末は、通常一般式 MO・Fe23 (式中のMOはFeO、ZnO、CuO、MnO、Ni
O及びMgOなどの中から選ばれた少なくとも1種であ
る)で表わされる複合磁性酸化物粉末(フェライト粉
末)であって、その多くは、FeO・Fe23で示され
るFe34(マグネタイト)が用いられている。
【0003】この磁性酸化物粉末の工業的製造方法とし
ては、従来、固相還元法、共沈法、熱分解法などが知ら
れている。固相還元法は、Fe23(ヘマタイト)を水
素などで還元熱処理を行うか、あるいは、Fe23と、
Zn、Mn、Cu、Ni及びMgなどの金属の酸化物の
中から選ばれた少なくとも1種とを混合したのち、大気
雰囲気下で高温熱処理し、さらに上記と同様に還元熱処
理を行うことにより得られた生成物を、湿式粉砕し、次
いで乾燥処理して微細な磁性酸化物粉末を調製する方法
である(特公昭57−19055号公報、特公昭60−
36082号公報)。また、共沈法は、FeCl2溶液
又はFeSO4溶液にNaOHやNH4OHなどのアルカ
リを作用させて生成したFe(OH)2を、アルカリ溶
液中にて酸化性ガスを通気して酸化させ、微細な磁性酸
化物粉末を調製する方法である(特公昭49−3552
0号公報)。
【0004】一方、熱分解法は、FeCl2を水蒸気と
非酸化性ガスの雰囲気下で焼成するか、あるいは、Fe
Cl2と、Zn、Mn、Cu、Ni及びMgなどの金属
の塩化物の中から選ばれた少なくとも1種とを混合し、
上記の雰囲気下で焼成することにより、微細な磁性酸化
物粉末を調製する方法である(特開平7−183111
号公報、特開平7−315846号公報)。しかしなが
ら、これらの方法は、工程数が多かったり、多量のエネ
ルギーを消費したり、あるいは製造装置自体が複雑であ
るなどの欠点を有し、必ずしも十分に満足しうる方法と
はいえなかった。
【0005】一方、本発明者らは、先に、Fe34と、
NiO、ZnO、CuO、MgO及びMnO2の中から
選ばれた少なくとも1種との混合物に、さらに金属塩化
物と、V25、PbO、Bi23の中から選ばれた少な
くとも1種とを加え、これを熱処理することにより、ス
ピネル型フェライト材料を効率よく製造する方法を見出
した(特願平9−79283号)。しかしながら、この
方法は、フェライト粉末を低温熱処理でスピネル化させ
ることにより、十分な焼結密度を有する成形体を得るこ
とを目的としたものであって、磁性トナーを目的とする
ものではない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情のもとで、亜鉛フェライト粉末とバインダー樹脂と
から構成された磁性トナーを製造するに際し、磁性トナ
ー用として要求される特性を備えた亜鉛フェライト粉末
を、粉砕工程や乾燥工程を必要とせず、簡単な工程で調
製し、磁性トナーを効率よくかつ経済的有利に製造する
方法を提供することを目的としてなされたものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、所定の割合の
ZnO、Fe34及びFeCl2からなる粉末混合物
を、低温で焼成するだけで、微細かつスピネル単相の亜
鉛フェライト粉末を形成させることができ、これをバイ
ンダー樹脂と所定の割合で混合することにより、良質の
磁性トナーを製造しうることを見出し、この知見に基づ
いて本発明を完成するに至った。
【0008】すなわち、本発明は、ZnO 2.5〜1
4.5重量%及びFe34 97.5〜85.5重量%
からなる粉末混合物100重量部に対し、FeCl2
末0.2〜3.0重量部を加え、窒素雰囲気下、500
〜700℃の温度に維持したロータリーキルン中に連続
的に導入し、5〜120分間滞留させて、熱処理したの
ち取り出すことにより、印加磁界5000 Oeでの飽
和磁化85〜105emu/g、保磁力40〜130
Oeの磁性酸化物粉末を形成させたのち、これをバイン
ダー樹脂と重量比5:5ないし3:7の割合で混合する
ことを特徴とする磁性トナーの製造方法を提供するもの
である。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明の磁性トナーの製造方法に
おいては、まず磁性酸化物粉末を調製することが必要で
あるが、この亜鉛フェライト粉末は固相法によって製造
される。すなわち、ZnO 2.5〜14.5重量%及
びFe34 97.5〜85.5重量%を混合し、この
100重量部に対し、さらにFeCl2粉末0.2〜
3.0重量部を加え、原料成分からなる粉末混合物を調
製する。
【0010】この際のZnOとFe34との割合が上記
範囲を逸脱すると磁性トナー用として要求される所望の
飽和磁化及び保磁力を有する亜鉛フェライト粉末が得ら
れず、本発明の目的が達せられない。また、FeCl2
粉末の添加量が0.2重量部未満では得られる亜鉛フェ
ライト粉末のスピネル化が進行せず、飽和磁化が低くな
り、3.0重量部を超えると亜鉛フェライト粉末中の残
留塩素量が多くなるため、磁性トナー用として要求され
る所望の特性を有する亜鉛フェライト粉末が得られな
い。上記粉末混合物の平均粒子径は、通常0.01〜
0.5μm、好ましくは0.03〜0.3μmの範囲で
ある。
【0011】次に、このようにして調製された原料成分
からなる粉末混合物を、窒素雰囲気下、500〜700
℃、好ましくは550〜650℃の温度に維持したロー
タリーキルン中に連続的に導入し、5〜120分間滞留
させて、熱処理したのち、取り出すことによって、微細
でかつスピネル単相の亜鉛フェライト粉末が得られる。
熱処理温度が上記範囲を逸脱すると得られる亜鉛フェラ
イト粉末は、残留塩素量が多くなったり、電磁気特性が
低下したり、あるいは比表面積が小さくなるなどして、
磁性トナー用として要求される所望の特性を有するもの
が得られない。また、昇降温速度は特に制限はないが、
通常3〜60℃/分程度が好ましい。
【0012】本発明においては、熱処理にロータリーキ
ルンが用いられるが、このロータリーキルンは、炉内の
密閉性が良好で、かつ熱処理時に発生するガスの対策が
できているので、該熱処理用として有利である。このよ
うなロータリーキルンを使用する場合には、一般に、耐
熱煉瓦で内張りした鉄製の大きな円筒を、やや傾けて回
転装置の上に横たえた窯炉・鉄筒の下部から加熱しなが
ら、上部から原料の粉末混合物を連続的に供給し、回転
に従って下部の最高温度のところへ移動させ、粉末混合
物の熱処理が行われる。
【0013】図1は、本発明の磁性トナーの製造方法に
おいて、亜鉛フェライト粉末の製造に用いられるロータ
リーキルンの1例の長手方向断面図であって、ロータリ
ーキルン1は回転炉本体2を備えている。この回転炉本
体2は、円筒状の外部炉芯管3a及びその内部に耐腐食
性の内部炉芯管3bを有し、炉芯管3aと3bは、それ
ぞれの炉芯管の両端で接続され、3aの回転と共に3b
も回転する。原料の粉末混合物は、原料投入管7より炉
芯管3bの一端より投入され、熱処理される。熱処理に
より生成した亜鉛フェライト粉末は、他端5の材料取り
出し口より排出される。
【0014】上記炉芯管3a及び3bは、粉末混合物が
投入される一端4側を上にし、かつ亜鉛フェライト粉末
が取り出される他端5側を下にして、水平に対し0.5
〜15度程度傾いている。したがって、このロータリー
キルン1の流動角度は0.5〜15度程度の範囲であ
る。また、該炉芯管3a及び3bは、その回転数が2〜
20rpmの範囲にあるのが望ましい。
【0015】炉芯管3a及び3bの両端には、内部炉芯
管3bよりの排出ガスを外部に漏らさないように、密閉
管6a及び6bが設けられ、さらに亜鉛フェライト粉末
の排出口側は、内部炉芯管3bが材料排出タンク9及び
ダンパー付きのホッパー10に接続し、完全に密閉状態
にある。また、原料の粉末混合物の投入付近は、内部炉
心管3bへの原料投入管7及びガス排出管8が取り付け
られている。そして、原料投入管7は、粉末混合物を定
量的に送り込むための定量供給装置(図示せず)より、
内部炉芯管3bまで配設されている。一方、他端5側の
材料排出タンク9には、雰囲気ガスとして窒素ガスを内
部炉芯管3bに導入するために、窒素ガス導入管11が
設けられている。
【0016】以上の構造を有するロータリーキルンを使
用すれば、特に仮焼成することなしに原料の粉末混合物
を連続的に熱処理することができ、磁性トナー用として
要求される所望の特性を有する亜鉛フェライト粉末を形
成させることができる。
【0017】このようにして形成された亜鉛フェライト
粉末は、印加磁界5000 Oeでの飽和磁化が85〜
105emu/gであり、かつ保磁力が40〜130
Oeの範囲にあることが必要である。飽和磁化が85e
mu/g未満では従来の亜鉛フェライトと特性面で変化
がなく、トナーの帯電性向上効果が得られないし、10
5emu/gを超えると亜鉛フェライト粉末の比表面積
が大きくなって、磁性トナー中に均質に分散しにくくな
り、磁性トナーとしての画像特性に悪影響を与えるおそ
れがある。一方、保磁力が上記範囲を逸脱すると一般に
画像濃度低下や解像度低下の原因となる。
【0018】また、残留塩素量は1000ppm以下で
あるのが好ましい。この残留塩素量が1000ppmを
超えると亜鉛フェライト粉末の抵抗値が低下するため、
これを用いた磁性トナーは帯電性能が低下し、画像特性
や環境特性に多大の悪影響を及ぼす。
【0019】さらに、比表面積は、2.0〜10.0m
2/gの範囲にあるのが望ましい。近年、電子写真に用
いられる磁性トナーの粒子径は、高解像度化を図るため
に微小化しており、比表面積が2.0m2/g未満の亜
鉛フェライト粉末を用いた場合、トナー表面に亜鉛フェ
ライト粒子が突出することがあり、磁性トナーの帯電性
能を低下させる原因となる。また、比表面積が10.0
2/gを超える亜鉛フェライト粉末を用いた場合、フ
ェライト粒子同士の凝集が起こりやすくなり、磁性トナ
ー中での亜鉛フェライトの分散性が低下し、画像特性に
悪影響を及ぼす。
【0020】前述の本発明方法によれば、このような磁
性トナー用として要求される特性を備えた亜鉛フェライ
ト粉末が容易に得られ、しかも従来の固相還元法のよう
に粉砕工程及び乾燥工程を必要とせず、工程を簡略化し
うるとともに、エネルギー消費量を低減させることがで
きる。図2は、本発明方法による亜鉛フェライト粉末の
製造工程図であり、図3は、従来の固相還元法による亜
鉛フェライト粉末の製造工程図であるが、両者を対比す
れば明らかなように、本発明によれば、製造工程を著し
く短縮することができる。
【0021】本発明においては、このようにして形成さ
れた亜鉛フェライト粉末を、バインダー樹脂と重量比
5:5ないし3:7の割合で混合することにより、磁性
トナーを製造する。亜鉛フェライト粉末の量が上記範囲
より少ないと磁性トナーとしての磁気特性が低下し、画
像特性において画像劣化(解像性の悪化や白地かぶりな
ど)が生じるし、上記範囲より多いと磁性トナーの帯電
性が低下して画像濃度の低下を生じる。
【0022】上記バインダー樹脂としては特に制限はな
く、従来磁性トナーにおいてバインダー樹脂として慣用
されているもの、例えばスチレン−アクリル樹脂、ポリ
エステル樹脂、エポキシ樹脂などの中から、任意のもの
を1種又は2種以上選択して用いることができる。
【0023】この磁性トナーの調製の際に、必要に応じ
て荷電制御剤や他の添加剤を配合することができる。荷
電制御剤は、磁性トナーの帯電極性や帯電量を制御する
ためのものであって、その種類については特に制限はな
く、所望の極性や帯電量に応じて、公知の荷電制御剤、
例えば金属錯塩型アゾ染料、ニグロシン材料などの中か
ら、1種又は2種以上を適宜選択すればよい。この荷電
制御剤の配合量は、亜鉛フェライト粉末とバインダー樹
脂との合計量100重量部に対して、0.1〜5.0重
量部の範囲が好ましい。
【0024】また、その他添加剤としては、例えば色調
整用顔料や、ワックス、オイルなどが用いられる。上記
色調整用顔料としては、例えばカーボンブラックなどが
挙げられ、通常亜鉛フェライト粉末とバインダー樹脂と
の合計量100重量部に対して、0.1〜5.0重量部
程度配合される。一方、ワックスやオイルは、離型剤と
してオフセット防止のために、必要に応じて配合される
ものであって、例えばポリエチレン、ポリプロピレンな
どのポリオレフィン類やシリコーンオイルなどが用いら
れる。このワックスやオイルの配合量は、亜鉛フェライ
ト粉末とバインダー樹脂との合計量100重量部に対し
て、0.1〜10.0重量部の範囲で、磁性トナーの要
求特性に応じて適宜選ばれる。
【0025】本発明方法で得られた磁性トナーにおいて
は、平均粒子径は、5.0〜12.0μmの範囲にある
のが好ましい。この平均粒子径が5.0μm未満ではト
ナーが凝集しやすく、トナーの流動性が低下し、現像器
内において、トナーの搬送不良が生じるおそれがある
上、粉塵発生の原因となる。一方、平均粒子径が12.
0μmを超えると画像特性における解像性の悪化や、現
像スリーブ表面でのトナーの付着などを生じやすくな
る。
【0026】なお、上記磁性トナーの平均粒子径は、コ
ールターカウンター法により、すなわち、電解液として
アイソトンII(コールターエレクトロニクス社製)を
用い、かつ例えばアパチャー径が100μmのコールタ
ーカウンターTA−II(コールターエレクトロニクス
社製)を用いて、体積粒子径を測定し、その50%平均
粒子径をトナー平均粒子径として求めた値である。ま
た、粒子径分布は、一般にトナー平均粒子径をdとする
と、2d以上が5%程度以下、d/2以下が5%程度以
下であるのが好ましい。さらに、この磁性トナーは、飽
和磁化が、印加磁界5000 Oeにおいて、25〜6
0emu/gの範囲にあるのが望ましい。また、この磁
性トナーにおいては、トナー粒子表面に流動化剤や抵抗
調整剤などが、所望により添加されていてもよい。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、従来の固相還元法のよ
うに粉砕工程や乾燥工程を必要とせずに、簡単な工程
で、比表面積が大きく微細なスピネル単相であって、磁
性トナー用として良好な特性を有する亜鉛フェライト粉
末を容易に調製することができる。したがって、この亜
鉛フェライト粉末を用いて得られた磁性トナーは、良好
な性能を有するとともに、安価であって、電子写真方式
の画像形成装置における現像剤などとして好適に用いら
れる。
【0028】
【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定さ
れるものではない。
【0029】実施例1〜5、比較例1〜7 (1)亜鉛フェライト粉末の調製 ZnO及びFe34を表1に示す割合で振動ミルに仕込
み、10分間粉砕・混合したのち、この混合物に対し、
表1に示す割合のFeCl2結晶を添加してヘンシェル
ミキサーで混合し、原料成分からなる粉末混合物を調製
した。この粉末混合物各1.0kgを、表1に示す雰囲
気下、表1に示す温度に維持したロータリーキルン(図
1)中に連続的に導入し、表1に示す時間滞留させて熱
処理したのち、冷却後取り出し、亜鉛フェライト粉末を
得た。
【0030】このようにして得られた亜鉛フェライト粉
末について、以下に示す方法に従って、結晶の種類を特
定するとともに、印加磁界5000 Oeでの飽和磁化
と保磁力、比表面積及び残留塩素量を測定した。その結
果を表2に示す。 (イ)結晶の種類 粉末X線回折試験法によるピーク値から、定性的に求め
た。 (ロ)飽和磁化と保磁力 試料0.1gをホルダーにセットし、磁場5000 O
eを印加した状態で振動試料型磁力計により測定した。 (ハ)比表面積 試料0.5gをホルダーにセットしてBET1点法によ
り測定した。 (ニ)残留塩素量 蛍光X線法により測定した。すなわち、粉末プレス法に
よりプレスした試料の表面にX線を照射して塩素ピーク
値を求め、あらかじめ作成しておいた塩素量とピーク値
との関係を示す検量線から、上記ピーク値に対応する塩
素量を求めた。
【0031】
【表1】
【0032】
【表2】
【0033】表1及び表2から明らかなように、本発明
方法に従い得られた亜鉛フェライト粉末は、磁気特性に
優れ、比表面積が大きく、かつ残留塩素量が少ないこと
が分かる。すなわち、磁性トナー用磁性粉末として、良
好な特性を有していた。
【0034】(2)磁性トナーの製造 実施例1、3、5及び比較例3について、上記(1)で
得られた亜鉛フェライト粉末を用い、以下に示す方法に
従って、磁性トナーを製造した。バインダー樹脂として
のスチレン−ブチルアクリレート樹脂と亜鉛フェライト
粉末を表3に示す割合で用い、これら100重量部と、
荷電制御剤1.0重量部、カーボンブラック0.5重量
部及びポリプロピレン3.5重量部を混合し、この混合
物を加圧式ニーダで溶融混練したのち、粉砕、分級処理
してトナー粉末を得た。次いで、このトナー粉末に、シ
リカ(SiO2)粉末1.0重量%及びチタニア(Ti
2)粉末0.3重量%を加え、分級処理して、磁性ト
ナーを製造した。
【0035】このようにして得られた磁性トナーについ
て、以下に示す方法に従って、粉体特性を求めた。その
結果を表3に示す。 (a)かさ比重 JIS K5101に準拠して測定した。 (b)流動性 磁性トナー10gを100メッシュの篩いの上で振動さ
せ、10秒後の篩い上の磁性トナー残量を測定した。こ
の残量が少ないほど流動性が優れている。 (c)帯電量 磁性トナー5.0重量%とフェライトキャリア95.0
重量%をボールミルで30分間混合したのち、この混合
物について、ブローオフ装置でブロー時間30秒後の帯
電量を求めた。 (d)平均粒子径 前述のように、コールターカウンター法により、体積粒
子径を測定し、その50%平均粒子径をトナー平均粒子
径として求めた。 (e)飽和磁化及び保磁力 トナー0.1gをホルダーにセットし、磁場5000
Oeを印加した状態で、振動試料型磁力計により測定し
た。
【0036】次に、各磁性トナーを市販の電子写真プリ
ンター(キャノン社製)にセットし、以下に示す方法に
従って画像特性を求めた。結果を表3に示す。 (f)画像濃度 マクベス濃度計(マクベス社製)により、プリント像の
黒ベタ部を3箇所測定し、平均値を画像濃度とした。 (g)かぶり 通紙前の紙の反射率(A)を測定し、プリント後の非現
像箇所の反射率(B)を測定し、下記式により求めた。
なお、測定装置として、REFRECTO METER
TC−6D(東京電色社製)を用いた。 かぶり(%)=(|A−B|/A)×100 (h)解像度 600dpiの群線をプリントし、10倍のルーペにて
独立の線として認識できるか、目視により確認した。 (i)オフセット オフセットは、1項目のプリント像が2項目以降のプリ
ント像に残存してしまう現象であり、目視で確認した。 (j)定着率 1インチ四方の黒ベタパターンをプリント後、その黒ベ
タ画像を、ガーゼを両面テープで貼り付けた金属製円柱
棒にて10往復こすらせて、プリント像のこする前と後
の濃度を測定し、次式により、定着率を算出した。 定着率(%)=[(こする前の濃度−こすり後の濃度)
/こする前の濃度]×100
【0037】
【表3】
【0038】表3から分かるように、本発明方法に従い
得られた亜鉛フェライト粉末を用いた磁性トナー(実施
例1、3、5)は帯電性能が高いが、比較例の磁性トナ
ーは帯電性能が低い。また、実施例の磁性トナーでは、
良好な画像特性が得られるのに対し、比較例の磁性トナ
ーでは、画像濃度がやや低く、かぶりや解像度について
もやや劣る結果となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の磁性トナーの製造方法において、亜
鉛フェライト粉末の製造に用いられるロータリーキルン
の1例の長手方向断面図。
【図2】 本発明方法における亜鉛フェライト粉末の製
造工程図。
【図3】 従来の固相還元法における亜鉛フェライト粉
末の製造工程図。
【符号の説明】
1 ロータリーキルン 2 回転炉本体 3a 外部炉芯管 3b 内部炉芯管 4 炉芯管の一端 5 炉芯管の他端 6a,6b 密閉管 7 原料投入管 8 ガス排出管 9 材料排出タンク 10 ダンパー付きのホッパー 11 窒素ガス導入管

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ZnO 2.5〜14.5重量%及びF
    34 97.5〜85.5重量%からなる粉末混合物
    100重量部に対し、FeCl2粉末0.2〜3.0重
    量部を加え、窒素雰囲気下、500〜700℃の温度に
    維持したロータリーキルン中に連続的に導入し、5〜1
    20分間滞留させて、熱処理したのち取り出すことによ
    り、印加磁界5000 Oeでの飽和磁化85〜105
    emu/g、保磁力40〜130 Oeの磁性酸化物粉
    末を形成させたのち、これをバインダー樹脂と重量比
    5:5ないし3:7の割合で混合することを特徴とする
    磁性トナーの製造方法。
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