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公開番号2021039341
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210311
出願番号2020142510
出願日20200826
発明の名称トナー
出願人キヤノン株式会社
代理人特許業務法人秀和特許事務所
主分類G03G 9/087 20060101AFI20210212BHJP(写真;映画;光波以外の波を使用する類似技術;電子写真;ホログラフイ)
要約【課題】結着樹脂の可塑性に優れたワックスを用いた場合であっても、低温定着性と、耐熱保存性を両立し、かつ、ワックスのトナー粒子表面への染み出しに起因する部材汚染による画像濃度低下などの画像弊害のない耐熱保存性に優れたトナー。
【解決手段】結着樹脂及びワックスを含有するトナー粒子を含むトナーであって、該トナー粒子は、下記式(1)で表される有機ケイ素重合体を含み、透過型電子顕微鏡により観察される該トナー粒子の断面において、該トナー粒子の該断面の重心から該断面の輪郭までの距離Aのうち、該重心から該距離Aの80%以下の領域に該有機ケイ素重合体が存在し、該有機ケイ素重合体のSP値と該ワックスのSP値との差の絶対値が、0.70(cal/cm3)1/2以下であることを特徴とするトナー。
R1-SiO3/2 (1)
(式(1)中、R1は、炭素数1以上4以下のアルキル基である)
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
結着樹脂及びワックスを含有するトナー粒子を含むトナーであって、
該トナー粒子は、下記式(1)で表される有機ケイ素重合体を含み、
透過型電子顕微鏡により観察される該トナー粒子の断面において、
該トナー粒子の該断面の重心から該断面の輪郭までの距離Aのうち、該重心から該距離Aの80%以下の領域に該有機ケイ素重合体が存在し、
該有機ケイ素重合体のSP値と該ワックスのSP値との差の絶対値が、0.70(cal/cm


1/2
以下であることを特徴とするトナー。


-SiO
3/2
(1)
式(1)中、R

は、炭素数1以上4以下のアルキル基である。
続きを表示(約 860 文字)【請求項2】
前記ワックスのSP値(cal/cm


1/2
が、8.30以上9.00以下である請求項1に記載のトナー。
【請求項3】
前記ワックスが、エステルワックスを含有する請求項1又は2に記載のトナー。
【請求項4】
前記エステルワックスが下記式(2)で表される請求項3に記載のトナー。
式(2)中、R

は、炭素数2以上6以下の直鎖アルキレン基を表し、R

及びR

は、それぞれ独立して炭素数10以上21以下の直鎖アルキル基を表す。
【請求項5】
前記トナー粒子中の前記ワックスの含有量が、6.00質量%以上16.00質量%以下である請求項1〜4のいずれか一項に記載のトナー。
【請求項6】
前記トナー粒子中の前記有機ケイ素重合体の含有量が、0.040質量%以上0.800質量%以下である請求項1〜5のいずれか一項に記載のトナー。
【請求項7】
前記結着樹脂が、スチレンアクリル樹脂を含む請求項1〜6のいずれか一項に記載のトナー。
【請求項8】
前記結着樹脂が、スチレンアクリル樹脂を含み、
該スチレンアクリル樹脂は、スチレンアクリル系共重合体部位を有し、
該スチレンアクリル系共重合体部位が、スチレン−アクリル酸アルキルエステル共重合体及びスチレン−メタクリル酸アルキルエステル共重合体からなる群から選択される少なくとも一を含み、
該アクリル酸アルキルエステル及び該メタクリル酸アルキルエステルのアルキル基の炭素数が、2以上8以下である請求項1〜7のいずれか一項に記載のトナー。
【請求項9】
前記有機ケイ素重合体のSP値(cal/cm


1/2
が、8.00以上9.70以下である請求項1〜8のいずれか一項に記載のトナー。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は電子写真、静電印刷、磁気記録のような、画像形成方法において静電荷画像を顕像化するためのトナーに関する。
続きを表示(約 8,300 文字)【背景技術】
【0002】
近年、複写機やプリンター、ファックスにおいては、省エネルギー化が大きな技術的課題として考えられており、画像定着装置にかかる熱量の大幅な削減が望まれている。したがって、トナーにおいては、より低エネルギーでの画像定着が可能な、いわゆる「低温定着性」のニーズが高まっている。
トナーの低温定着性を改善するための一般的な方法としては、使用する結着樹脂の軟化を目的として結着樹脂のガラス転移温度(Tg)を低くする方法が挙げられる。しかしながら、単に結着樹脂のTgを低下させるだけでは、定着時の離形性不足による定着部材へのオフセットの発生や、トナーの保存中における耐熱性の低下などが起こる。
【0003】
Tgを低下させずに、定着時にトナーを十分に軟化させる方法として、可塑剤を添加することが行われている。特許文献1では、可塑性に優れた軟化剤を用いることにより、定着時のトナー粘度を低下させる方法が開示されている。しかし、定着時にトナーを十分に軟化させるためには、結着樹脂に対する可塑能力が大きい可塑剤を用いる必要がある。このような可塑剤を用いた場合、保存時における可塑剤のトナー粒子表面への染み出しが起こりやすく、ブロッキングや流動性低下による画像弊害が発生する。
上記の要求に対して、特許文献2では、シリカ微粒子をトナー中に内包させることで、結着樹脂と親和性の低いワックスがシリカ凝集体に吸着され、結着樹脂中に均一に分散することにより、トナー母粒子の表面へのワックスの染み出しを抑制している。その結果、トナー母粒子の流動性が向上し、製造装置内での付着と堆積が防止されることが開示されている。
【0004】
また、低温定着性向上に伴うトナーの強度低下の課題に対しては、特許文献3において、低融点の結晶性樹脂を用いた際の部材汚染に対して、パールネックレスタイプのシリカを内包し、強度を上げることが提案されている。これにより低温定着とトナーの強度低下に伴う部材汚染防止の両立を行っている。
また、特許文献4においては、エステルワックスの使用によるトナーの可塑化に起因する現像耐久性の低下や高温環境下の保存安定性の弊害に対して、ビニル系極性樹脂を併用し、水系媒体中でトナーを製造している。これにより、トナー内層からトナー表層に向かって、エステルワックス、結着樹脂、ビニル系極性樹脂が存在し、エステルワックスと結着樹脂が一部相溶したコアシェル構造をとることができる。
トナー表層近傍により高極性のカルボキシル基を持つビニル系極性樹脂が濃度勾配を持って存在することで、結着樹脂と相溶したエステルワックスがトナー表層近傍に存在することを抑制できる。そのため、トナー表層近傍が可塑化しにくくなる。よって、現像耐久性及び保存安定性の低下を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
国際公開第2013/047296号
特開2007−334118号公報
特開2009−42386号公報
特開2012−078628号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1に記載のトナーのように、可塑性に優れた軟化剤はトナー粒子表面へ移行しやすく、保存中にトナー粒子表面への可塑剤の露出が起こり、流動性低下による画像濃度の低下などが生じる。
特許文献2に記載のトナーのように、シリカ微粒子をトナー中に内包させるだけでは、シリカの親水性が高いことから、疎水性の高いワックスを吸着することは難しく、低温定着と耐熱保存性を両立させるためには未だ若干の課題が存在している。
特許文献3に記載のトナーのように、パールネックレスタイプのシリカを内包させるだけでは、トナー全体の強度の向上によりフィルミングは向上するが、バインダー中を移動し、表面に染み出してくるワックスをトナー内部に留めることはできず、耐熱保存性向上に関しては不十分である。
特許文献4に記載のトナーのように、極性樹脂でトナー表層を覆うことで耐熱保存性が向上するものの、定着時のワックス染み出しによるメディアからの離型性については不利な傾向にある。また、表層設計に制約があり、レーザービームプリンターの本体設計の多様化に対して、トナー設計の自由度が低い傾向にある。
【0007】
本発明は、上記のような問題点を解決したトナーを提供するものである。
すなわち、本発明は、結着樹脂の可塑性に優れたワックスを用いた場合であっても、低温定着性と、耐熱保存性を両立し、かつ、ワックスのトナー粒子表面への染み出しに起因する部材汚染による画像濃度低下などの画像弊害のない耐熱保存性に優れたトナーを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
結着樹脂及びワックスを含有するトナー粒子を含むトナーであって、
該トナー粒子は、下記式(1)で表される有機ケイ素重合体を含み、
透過型電子顕微鏡により観察される該トナー粒子の断面において、
該トナー粒子の該断面の重心から該断面の輪郭までの距離Aのうち、該重心から該距離Aの80%以下の領域に該有機ケイ素重合体が存在し、
該有機ケイ素重合体のSP値と該ワックスのSP値との差の絶対値が、0.70(cal/cm


1/2
以下であることを特徴とするトナー。


-SiO
3/2
(1)
(式(1)中、R

は、炭素数1以上4以下のアルキル基である)
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、結着樹脂の可塑性に優れたワックスを用いた場合であっても、低温定着性と、耐熱保存性を両立し、かつ、ワックスのトナー粒子表面への染み出しに起因する部材汚染による画像濃度低下などの画像弊害のない耐熱保存性に優れたトナーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
トナー粒子中の有機ケイ素重合体の存在状態を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明について詳細に説明する。
数値範囲を表す「XX以上YY以下」や「XX〜YY」の記載は、特に断りのない限り、端点である下限及び上限を含む数値範囲を意味する。
以下の記載において、数値範囲が段階的に記載されている場合、各数値範囲の上限及び下限は任意に組み合わせることができる。
【0012】
トナーは、結着樹脂及びワックスを有するトナー粒子を含むトナーであって、トナー粒子は、式(1)で表される有機ケイ素重合体を含む。
そして、透過型電子顕微鏡により観察されるトナー粒子の断面において、トナー粒子の該断面の重心から該断面の輪郭までの距離Aのうち、該重心から該距離Aの80%以下の領域に有機ケイ素重合体が存在し、有機ケイ素重合体のSP値とワックスのSP値との差の絶対値が0.70(cal/cm


1/2
以下である。
【0013】
低温定着性を達成するためには、エステルワックスなど結着樹脂とよく相溶し、可塑性に優れたワックスを用いることが好ましい。一方で、そのようなワックスは高温高湿下におけるトナーの耐熱保存性を低下させる要因となりやすい。
しかし、これに対し強固なシェル構造を構築することや、結着樹脂のTgを上げることは低温定着を妨げる傾向がある。すなわち、上記の耐熱保存性と低温定着性は互いに相補的な関係にあると考えられる。そのため、従来の技術ではこれらを両立することが難しかった。
【0014】
以上のことを解決するため、本発明者らはフィラーとして有機ケイ素重合体をトナーに内包させることに着目した。具体的には、ワックスと有機ケイ素重合体の溶解度パラメータ(SP値)の関係に着目して鋭意検討を行った。その結果、ワックスと有機ケイ素重合体の溶解度パラメータの差の絶対値を一定の値以下とし、さらに有機ケイ素重合体の存在位置を制御することで、低温定着性を達成しつつ、トナーの耐熱保存性を大きく向上できることを見出した。
すなわち、上記規定を満たすことで、低温定着性と、耐熱保存性を両立し、かつ、ワックスのトナー粒子表面への染み出しに起因する部材汚染による画像濃度低下などの画像弊害を抑制できる。
【0015】
溶解度パラメータ(SP値)とは値が近いもの同士が親和し易いことを示すパラメータのことである。SP値は一般的に使用されているFedors法[Poly.Eng.Sci.,14(2)147(1974)]により、構成されるモノマーの種類とモル比率から算出することができる。
SP値の単位は、(cal/cm


1/2
であるが、1(cal/cm


1/2
=2.046×10

(J/m


1/2
によって(J/m


1/2
の単位に換算することができる。
【0016】
上記条件を満たすトナーとすることにより上記効果が得られる理由について、本発明者らは次のように考えている。
有機ケイ素重合体がトナー粒子に内包され、かつ、トナー粒子に内包される有機ケイ素重合体がワックスと近いSP値を持つことを特徴とする。有機ケイ素重合体とワックスが高い親和性を持つため、保存時にワックスは有機ケイ素重合体に誘引され、トナー粒子中に留められる。そのため、高温高湿下であっても、ワックスがトナー粒子表面へ露出することがなく、それに伴うブロッキングなどの弊害を抑制することができる。
なお、有機ケイ素重合体がトナー粒子に内包されることを、図1に示されるように、トナー粒子の断面の重心から断面の輪郭までの距離Aのうち、重心から距離Aの80%以下の領域に有機ケイ素重合体が存在することと定義している。80%以下であると、有機ケイ素重合体とトナー粒子表面との距離が十分長いため、有機ケイ素重合体に留められたワックスがトナー粒子表面に出ることを抑制することができる。
該重心から距離Aの80%以下の領域に有機ケイ素重合体を存在させるためには、有機ケイ素重合体を重合性単量体や顔料などと混合し、重合性単量体組成物を得る際の分散時間、分散強度、有機ケイ素重合体の量などを調整することにより任意に存在位置を制御することができる。
【0017】
また、トナーには有機ケイ素重合体を用いる。有機ケイ素重合体は重合体形成に用いる有機ケイ素化合物の種類及び量、並びに、有機ケイ素重合体形成時の加水分解、付加重合及び縮合重合の反応温度、反応時間、反応溶媒及びpHを制御することによって、任意に部分構造を制御することができる。
特に、式(1)で表される構造を多く有する場合、三次元構造の重合体が形成され、有機ケイ素重合体の疎水性が高くなる。そのため、有機ケイ素重合体のSP値はワックスのSP値と近い値となり、ワックスの誘引効果が顕著に表れる。
また、有機ケイ素重合体はシリカなどの一般的な無機フィラーと比べ結着樹脂との親和性が高いため、添加量が少なくてもワックスの染み出しを十分に抑制することができる。そのため、フィラーの多量添加に起因する定着阻害により低温定着性を損なうことなく、ワックスのトナー粒子表面への染み出しに起因する部材汚染による画像濃度低下などの画像弊害を抑制することができる。
【0018】
有機ケイ素重合体は、下記式(1)で表される構造を有する。


-SiO
3/2
(1)
式(1)中、R

は、炭素数1以上4以下(好ましくは1以上3以下、より好ましくは1又は2)のアルキル基である。R

は、さらに好ましくはメチル基である。
有機ケイ素重合体中の式(1)で表される構造の含有量は、好ましくは50質量%〜100質量%であり、より好ましくは80質量%〜100質量%であり、さらに好ましくは90質量%〜100質量%であり、さらにより好ましくは95質量%〜100質量%であり、特に好ましくは98質量%〜100質量%である。
有機ケイ素重合体のSP値(cal/cm


1/2
は、8.00以上9.70以下であることが好ましく、8.50以上9.00以下であることがより好ましい。
また、トナー粒子中に、有機ケイ素重合体は粒子状の形態で存在していることが好ましい。有機ケイ素重合体の粒子の長径の個数平均値は10nm〜200nm程度であることが好ましい。
【0019】
耐熱保存性をさらに高めるためには、有機ケイ素重合体のSP値とワックスのSP値との差の絶対値が、0.40(cal/cm


1/2
以下であることが好ましい。なお、下限値は特に限定されないが、0.00(cal/cm


1/2
以上程度であることが好ましい。有機ケイ素重合体とワックスのSP値の絶対値が近い値となることで、有機ケイ素重合体とワックスの誘引効果がより顕著に表れる。
【0020】
以下にトナーの製造方法に関して説明する。
トナーの製造方法は特に限定されないが、懸濁重合法及び溶解懸濁法が好適に用いられる。
懸濁重合法は、結着樹脂を形成し得る重合性単量体、有機ケイ素重合体及びワックス、並びに必要に応じて着色剤などの添加剤を含有する重合性単量体組成物の粒子を該水系媒体中で形成する造粒工程、及び、該造粒工程後、該重合性単量体組成物の粒子に含有される該重合性単量体を重合させてトナー粒子を形成する重合工程を有する。
溶解懸濁法は、結着樹脂及びワックス、並びに必要に応じて着色剤などの添加剤を含有するトナー粒子組成物と、該結着樹脂を溶解し得る有機溶媒とを混合した混合溶液を、該水系媒体中に分散し、該混合溶液の粒子を形成する造粒工程、及び、該造粒工程後、該混合溶液の粒子中に存在する該有機溶媒を除去してトナー粒子を形成する溶媒除去工程を有する。
【0021】
以下、懸濁重合法によるトナー製造を、詳細に説明するが、これに限定されるわけではない。
(重合性単量体組成物の調製)
結着樹脂を形成し得る重合性単量体、有機ケイ素重合体及びワックス、並びに必要に応
じて着色剤などの添加剤を含有する重合性単量体組成物を調製する。着色剤は予め一部の重合性単量体中に分散させ、その後に残りの重合性単量体などと混合してもよい。また、全ての成分を同時に混合して、重合性単量体組成物を調製してもよい。
【0022】
(造粒工程)
界面活性剤又は難水溶性無機微粒子を含む水系媒体に重合性単量体組成物を投入し、分散させることにより、水系媒体中に重合性単量体組成物の粒子を形成させる。これにより重合性単量体組成物の粒子を含む分散体を得る。
【0023】
(水系媒体の調製)
水系媒体の組成は特に限定されず、水を主として用いられた公知の水系媒体を使用するとよい。
水系媒体は、重合性単量体組成物の粒子の分散安定性を向上させる観点から、分散安定剤を含有してもよい。分散安定剤としては、以下に示す難水溶性無機微粒子が例示できるが、これらに限定されない。
【0024】
炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムなどの炭酸塩;
リン酸アルミニウム、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸バリウム、リン酸亜鉛などのリン酸金属塩;
硫酸バリウム、硫酸カルシウムなどの硫酸塩;
水酸化カルシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化第二鉄の金属水酸化物;など。
これらは、単独又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。
これらは、水系媒体中に微粒子として存在することにより分散安定剤としての機能を発揮する。
【0025】
(重合工程)
上述の造粒工程後、得られた重合性単量体組成物の粒子に含有される重合性単量体を重合させてトナー粒子を形成する。
重合工程において、重合開始剤を添加してもよい。
重合工程では、温度調節可能な一般的な撹拌手段を有する反応槽を用いるとよい。
重合温度は、通常40℃以上、好ましくは50〜90℃である。重合温度は終始一定でもよいが、所望の分子量分布を得る目的で重合工程後半に昇温してもよい。
また、撹拌手段に用いられる撹拌羽根は重合性単量体組成物の粒子を滞留させることなく浮遊させ、かつ槽内の温度を均一に保てるようなものならばどのようなものを用いてもよい。
【0026】
撹拌羽根又は撹拌手段としては、パドル翼、傾斜パドル翼、三枚後退翼、プロペラ翼、ディスクタービン翼、ヘリカルリボン翼及びアンカー翼のような一般的な撹拌羽根が例示できる。
また、「フルゾーン」((株)神鋼環境ソリューション製)、「ツインスター」((株)神鋼環境ソリューション製)、「マックスブレンド」(住友重機(株)製)、「スーパーミックス」(佐竹化学機械工業(株)製)及び「Hi−Fミキサー」(綜研化学(株)製)などを用いてもよい。
【0027】
(蒸留工程)
重合工程後に、必要であれば未反応の重合性単量体や副生成物などの揮発性不純物を除去するために、重合終了後に一部水系媒体を蒸留工程により留去してもよい。蒸留工程は常圧又は減圧下で行うことができる。
【0028】
(洗浄工程、固液分離工程及び乾燥工程)
得られたトナー粒子の表面に付着した分散安定剤を除去する目的で、分散体中に酸又はアルカリを添加して、分散安定剤の除去処理をしてもよい。
その後、一般的な固液分離法によりトナー粒子は液相と分離されるが、酸又はアルカリ及びそれに溶解した分散安定剤成分を完全に取り除くため、再度水でトナー粒子を洗浄してもよい。この洗浄工程を何度か繰り返し、十分な洗浄が行われた後に、再び固液分離してトナー粒子を得るとよい。得られたトナー粒子は公知の乾燥手段により乾燥するとよい。
【0029】
(分級工程)
得られたトナー粒子は十分にシャープな粒度分布を有するものであるが、さらにシャープな粒度を要求される場合には風力分級機などで分級を行なうことにより、所望の粒度分布から外れるトナー粒子を分別して取り除くこともできる。
【0030】
(外添工程)
得られたトナー粒子はそのままトナーとしてもよいし、トナー粒子に添加剤を外部添加してトナーとしてもよい。
外添工程では、トナーへの各種特性付与を目的とした添加剤(外添剤ともいうことがある)を使用するとよい。
添加剤は、トナー粒子に添加した場合の耐久性の観点から、トナー粒子の重量平均粒径の1/10以下の粒径であることが好ましい。
添加剤の粒径とは、電子顕微鏡による観察から求めた個数平均粒径を意味する。
(【0031】以降は省略されています)

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