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公開番号2021110771
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210802
出願番号2020000845
出願日20200107
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 20060101AFI20210705BHJP(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】画像の低グロス化と排紙部材汚染の抑制とを両立したトナー。
【解決手段】トナー母粒子及び該トナー母粒子表面の有機ケイ素重合体を有するトナー粒子を含むトナーであって、該有機ケイ素重合体は特定の構造を有し、該有機ケイ素重合体は、該トナー粒子の外表面に凸部を形成しており、走査透過型電子顕微鏡によって得た該トナー粒子の断面画像において、該凸部は凸高さが40nm以上300nm以下である「特定高さ凸部」を含み、該特定高さ凸部のうち、凸幅wに対する凸径Dの比D/wが0.33以上0.80以下である特定高さ凸部の個数割合P(D/w)が70個数%以上であり、該トナーのテトラヒドロフラン不溶分量が30質量%以上であることを特徴とするトナー。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
トナー母粒子及び該トナー母粒子表面の有機ケイ素重合体を有するトナー粒子を含むトナーであって、
該有機ケイ素重合体は、下記式(1)で表される構造を有し、
R−SiO
3/2
(1)
式(1)中、Rは、炭素数1以上6以下のアルキル基又はフェニル基を示し、
該有機ケイ素重合体は、該トナー粒子の外表面に凸部を形成しており、
走査透過型電子顕微鏡によって得た該トナー粒子の断面画像について、該トナー母粒子の輪郭線を直線に展開して該断面画像の展開画像を得たとき、
該展開画像において、
該直線の長さをLとし、
該直線上における、該凸部と該トナー母粒子との境界を構成している部分の線分の長さを凸幅wとし、
該凸幅wの法線方向において該凸部の最大長を凸径Dとし、
該凸径Dを形成する線分における該凸部の頂点から該直線までの長さを凸高さHとしたとき、
該凸部は、該凸高さHが、40nm以上300nm以下である「特定高さ凸部」を含み、
該特定高さ凸部のうち、該凸幅wに対する該凸径Dの比D/wが、0.33以上0.80以下である特定高さ凸部の個数割合P(D/w)が70個数%以上であり、
該トナーのテトラヒドロフラン不溶分量が30質量%以上であることを特徴とするトナー。
続きを表示(約 480 文字)【請求項2】
前記展開画像において、
前記直線の長さLに対する、前記凸幅wの総和Σwの割合(Σw/L)が、0.30以上0.90以下である請求項1に記載のトナー。
【請求項3】
前記有機ケイ素重合体の前記トナー母粒子に対する固着率が、80質量%以上である請求項1又は2に記載のトナー。
【請求項4】
前記特定高さ凸部において、前記凸高さHの累積分布をとり、前記凸高さHの小さい方から積算して80個数%にあたる前記凸高さをH80としたとき、該H80は65nm以上である請求項1〜3のいずれか一項に記載のトナー。
【請求項5】
走査型電子顕微鏡SEMによる前記トナーの観察において、前記有機ケイ素重合体の前記凸部の最大径を凸径Rとしたときに、該凸径Rの個数平均径が20nm以上80nm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、1.0質量%以上10.0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。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、電子写真法などの画像形成方法に使用されるトナーに関する。
続きを表示(約 8,000 文字)【背景技術】
【0002】
電子写真法においては、まず、潜像担持体を種々の手段で帯電し、露光することにより潜像担持体表面に静電荷潜像を形成する。次いで、静電荷潜像をトナーで現像してトナー画像を形成し、紙などの転写材にトナー画像を転写する。その後、熱、圧力、又は加熱加圧により転写材上にトナー画像を定着して複写物又はプリントを得る。
プリントされた画像、特に文字画像の視認性を向上させる目的で、画像の低グロス化が求められている(例えば特許文献1、2)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2006−276825号公報
特開2008−97041号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
画像を低グロスにするためには、定着後にトナーが完全に溶融して画像表面が平滑化しないよう、トナー母粒子を熱的にある程度硬くする手段がある。しかし、そのようなトナーを用いると、定着後の画像が排紙コロなどの排紙部材と摩擦接触した際、トナーが画像から排紙部材に移行して部材を汚染する場合があることがわかった。
その汚染は続く印刷画像に汚れとして現れ、画像弊害を生じる。部材汚染の対策として、定着温度を上げることでトナーと紙との接着性を良くすることが考えられるが、同時に画像のグロスも上がることになるため、低グロスとのトレードオフとなる。このように、画像の低グロス化と排紙部材汚染の抑制の両立が課題となっている。
本開示は、画像の低グロス化と排紙部材汚染の抑制とを両立したトナーを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明者らが鋭意検討した結果、トナー粒子表面に、形状を制御した凸部を設け、トナーのテトラヒドロフラン不溶分量を30質量%以上とすることで、上記課題を解決できることが分かった。
すなわち、本開示は、トナー母粒子及び該トナー母粒子表面の有機ケイ素重合体を有するトナー粒子を含むトナーであって、
該有機ケイ素重合体は、下記式(1)で表される構造を有し、
R−SiO
3/2
(1)
式(1)中、Rは、炭素数1以上6以下のアルキル基又はフェニル基を示し、
該有機ケイ素重合体は、該トナー粒子の外表面に凸部を形成しており、
走査透過型電子顕微鏡によって得た該トナー粒子の断面画像について、該トナー母粒子の輪郭線を直線に展開して該断面画像の展開画像を得たとき、
該展開画像において、
該直線の長さをLとし、
該直線上における、該凸部と該トナー母粒子との境界を構成している部分の線分の長さを凸幅wとし、
該凸幅wの法線方向において該凸部の最大長を凸径Dとし、
該凸径Dを形成する線分における該凸部の頂点から該直線までの長さを凸高さHとしたとき、
該凸部は、該凸高さHが、40nm以上300nm以下である「特定高さ凸部」を含み、
該特定高さ凸部のうち、該凸幅wに対する該凸径Dの比D/wが、0.33以上0.80以下である特定高さ凸部の個数割合P(D/w)が70個数%以上であり、
該トナーのテトラヒドロフラン不溶分量が30質量%以上であるトナーに関する。
【発明の効果】
【0006】
本開示によれば、画像の低グロス化と排紙部材汚染の抑制とを両立したトナーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
トナーのSTEMによる断面観察の模式図
凸形状の計測の仕方を表した模式図
凸形状の計測の仕方を表した模式図
凸形状の計測の仕方を表した模式図
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、上記トナーの実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
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。
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。
【0009】
トナーは、トナー粒子表面に、下記式(1)で表される構造(T3単位構造)を有する有機ケイ素重合体を含む。
R−SiO
3/2
(1)
式(1)中、Rは、炭素数1以上6以下のアルキル基又はフェニル基である。
該有機ケイ素重合体は、該トナー粒子の外表面に凸部を形成しており、走査透過型電子顕微鏡STEMによって得たトナー粒子の断面画像について、該トナー母粒子の輪郭線を直線に展開して該断面画像の展開画像を得たとき、
該展開画像において、
該直線の長さをLとし、
該直線上における、該凸部と該トナー母粒子との境界を構成している部分の線分の長さを凸幅wとし、
該凸幅wの法線方向において該凸部の最大長を凸径Dとし、
該凸径Dを形成する線分における該凸部の頂点から該直線までの長さを凸高さHとしたとき、
該凸部は、該凸高さHが、40nm以上300nm以下である「特定高さ凸部」を含み、
該特定高さ凸部のうち、該凸幅wに対する該凸径Dの比D/wが、0.33以上0.80以下である特定高さ凸部の個数割合P(D/w)が70個数%以上である。
また、トナーのテトラヒドロフランTHF不溶分量が30質量%以上である。
【0010】
以下、上記各要件について、詳細に説明する。
トナーは、トナー母粒子及び該トナー母粒子の表面に有機ケイ素重合体を有するトナー粒子を含む。有機ケイ素重合体は下記式(1)で表される構造を有する。
R−SiO
3/2
(1)
式中、Rは、炭素数1以上6以下のアルキル基又はフェニル基である。
有機ケイ素重合体は、トナー粒子表面に凸部を形成している。
式(1)で表される構造において、Rは炭素数1以上6以下のアルキル基であることが好ましく、炭素数が1以上3以下のアルキル基であることがより好ましい。
炭素数が1以上3以下のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基が好ましく例示できる。さらに好ましくは、Rはメチル基である。
【0011】
有機ケイ素重合体の凸部は、トナー母粒子表面に面接触している。面接触することにより、凸部にストレスがかかったときの、凸部の移動・脱離・埋没に対する抑制効果が顕著に期待できる。具体的には、現像、転写、定着という電子写真プロセスを経ても、定着画像上に凸部が残存しており、排紙時に画像部分と排紙部材との接触面積を小さくすることができ、排紙部材へのトナーの移行を抑制することができる。
【0012】
トナー母粒子表面と凸部との面接触の程度を表すために、トナーのSTEMによる断面観察を行う。図1〜4にトナー粒子表面の該凸部の模式図を示す。
図1に示す1がSTEM像であり、トナー粒子の約1/4程度が分かる像であり、2はトナー母粒子、3はトナー母粒子表面、4が凸部である。また、図2〜4において、5が凸幅wであり、6が凸径Dであり、7が凸高さHである。
トナー粒子の断面画像を観察し、トナー母粒子の輪郭線を直線に展開して断面画像の展開画像を得る。該展開画像において、該直線の長さをLとする。該直線上における、該凸部と該トナー母粒子との境界を構成している部分の線分の長さを凸幅wとする。また、凸幅wの法線方向において凸部の最大長を凸径Dとし、凸径Dを形成する線分における凸部の頂点から該直線までの長さを凸高さHとする。
【0013】
図2及び図4においては凸径Dと凸高さHは同じであり、図3において凸径Dは凸高さHより大きくなる。
また、図4は、中空粒子を潰す・割るなどして得られた、半球粒子の中心部が凹んだ、ボウル形状の粒子に類する粒子の固着状態を模式的に表したものである。図4において、凸幅wはトナー母粒子表面と接している有機ケイ素重合体の長さの合計とする。すなわち、図4における凸幅wはW1とW2の合計となる。
【0014】
上記条件に基づき、有機ケイ素重合体の凸部の形状を制御する検討を行った結果、凸幅wに対する凸径Dの比D/wが、0.33以上0.80以下の凸形状であれば、凸部が移動・脱離・埋没しにくいことを見出した。すなわち、有機ケイ素重合体の凸部が図1のような形状であれば、凸部が移動・脱離・埋没しにくいことが分かった。
加えて、個数割合P(D/w)が70個数%以上であれば、定着後の排紙部材の汚染を十分に抑制できることが分かった。
【0015】
凸高さHが40nm以上であることで、定着後まで移動・脱離・埋没せずに残存した凸部が、排紙部材と画像との接触面積を小さくするのに十分なほど突起することになる。一方、凸高さHが300nmより大きな凸部になると、外部からのストレスに対して、凸部の移動・脱離・埋没、特に脱離が起こるようになる。さらには、脱離した凸部により、排紙部材以外の部材汚染も引き起こすことがある。
したがって、個数割合P(D/w)が70個数%以上であることで、凸部が移動・脱離・埋没せずに、定着後に残存する凸部の個数を確保することができるため、排紙部材の汚染を抑制する効果を良好に発揮することが分かった。
P(D/w)は、75個数%以上であることが好ましく、80個数%以上であることがより好ましい。一方、上限は特に制限されないが、好ましくは95個数%以下であり、より好ましくは92個数%以下である。
【0016】
また、トナーのテトラヒドロフラン不溶分量が30質量%以上であることが必要である。THF不溶分量が30質量%以上であると、トナーの弾性が高くなるため、定着画像の
低グロス化を達成できる。
THF不溶分量は、好ましくは40質量%以上であり、より好ましくは45質量%以上である。上限は特に制限されないが、好ましくは85質量%以下であり、より好ましくは70質量%以下である。
トナーのTHF不溶分量は、例えばスチレン系共重合体においては、架橋剤の添加量や反応時の温度を変更することにより制御できる。
【0017】
また、上記展開画像において、
上記直線上における、直線の長さLに対する、凸幅wの総和Σwの割合(Σw/L)が、0.30以上0.90以下であることが好ましい。Σw/Lが0.30以上であれば排紙部材の汚染抑制効果がより優れ、Σw/Lが0.90以下であると低温定着性に対してもより優れる。Σw/Lは、0.45以上0.80以下がより好ましい。
【0018】
さらに、有機ケイ素重合体のトナー母粒子に対する固着率が、80質量%以上であることが好ましい。固着率が80質量%以上であれば、排紙部材の汚染抑制効果を、耐久使用を通じてより持続させることができる。
該固着率は、より好ましくは90質量%以上であり、さらにより好ましくは95質量%以上である。一方、上限は特に制限されないが、好ましくは100質量%以下であり、より好ましくは99質量%以下である。
これら固着率と、Σw/Lは、後述する有機ケイ素重合体の製造方法、具体的には、加水分解温度、原料となるアルコキシシランの投入部数、加水分解及び重合時のpHなどによって制御できる。
【0019】
また、排紙部材の汚染抑制効果をより良好にする観点から、該凸高さHが40nm以上300nm以下である「特定高さ凸部」において、該凸高さHの累積分布をとり、該凸高さHの小さい方から積算して80個数%にあたる該凸高さをH80としたとき、該H80は65nm以上であることが好ましい。より好ましくは75nm以上であり、さらに好ましくは80nm以上である。
上限は特に制限されないが、好ましくは130nm以下であり、より好ましくは120nm以下であり、さらに好ましくは100nm以下である。
【0020】
走査型電子顕微鏡SEMによるトナーの観察において、有機ケイ素重合体の凸部の最大径を凸径Rとしたときに、該凸径Rの個数平均径が20nm以上80nm以下であることが好ましい。より好ましくは、35nm以上60nm以下である。
【0021】
有機ケイ素重合体は、下記式(Z)で表される構造を有する有機ケイ素化合物の縮重合物であることが好ましい。
【0022】
【0023】
(式(Z)中、R

は、炭素数1以上6以下の炭化水素基(好ましくはアルキル基)を表し、R

、R

及びR

は、それぞれ独立して、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アセトキシ基、又は、アルコキシ基を表す。)

1
は炭素数1以上3以下の脂肪族炭化水素基であることが好ましく、メチル基である
ことがより好ましい。
【0024】


、R

及びR

は、それぞれ独立して、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アセトキシ基、又は、アルコキシ基である(以下、反応基ともいう)。これらの反応基が加水分解、付加重合及び縮重合させて架橋構造を形成する。
加水分解性が室温で穏やかであり、トナー母粒子の表面への析出性の観点から、炭素数1〜3のアルコキシ基であることが好ましく、メトキシ基やエトキシ基であることがより好ましい。
また、R

、R

及びR

の加水分解、付加重合及び縮合重合は、反応温度、反応時間、反応溶媒及びpHによって制御することができる。有機ケイ素重合体を得るには、上記に示す式(Z)中のR

を除く一分子中に3つの反応基(R

、R

及びR

)を有する有機ケイ素化合物(以下、三官能性シランともいう)を1種又は複数種を組み合わせて用いるとよい。
【0025】
上記式(Z)で表される化合物としては以下のものが挙げられる。
メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルジエトキシメトキシシラン、メチルエトキシジメトキシシラン、メチルトリクロロシラン、メチルメトキシジクロロシラン、メチルエトキシジクロロシラン、メチルジメトキシクロロシラン、メチルメトキシエトキシクロロシラン、メチルジエトキシクロロシラン、メチルトリアセトキシシラン、メチルジアセトキシメトキシシラン、メチルジアセトキシエトキシシラン、メチルアセトキシジメトキシシラン、メチルアセトキシメトキシエトキシシラン、メチルアセトキシジエトキシシラン、メチルトリヒドロキシシラン、メチルメトキシジヒドロキシシラン、メチルエトキシジヒドロキシシラン、メチルジメトキシヒドロキシシラン、メチルエトキシメトキシヒドロキシシラン、メチルジエトキシヒドロキシシランのような三官能性のメチルシラン。
エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリクロロシラン、エチルトリアセトキシシラン、エチルトリヒドロキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、プロピルトリクロロシラン、プロピルトリアセトキシシラン、プロピルトリヒドロキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、ブチルトリクロロシラン、ブチルトリアセトキシシラン、ブチルトリヒドロキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、ヘキシルトリクロロシラン、ヘキシルトリアセトキシシラン、ヘキシルトリヒドロキシシランのような三官能性のシラン。
フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリクロロシラン、フェニルトリアセトキシシラン、フェニルトリヒドロキシシランのような三官能性のフェニルシラン。
【0026】
また、本発明の効果を損なわない程度に、式(Z)で表される構造を有する有機ケイ素化合物とともに、以下を併用して得られた有機ケイ素重合体を用いてもよい。一分子中に4つの反応基を有する有機ケイ素化合物(四官能性シラン)、一分子中に2つの反応基を有する有機ケイ素化合物(二官能性シラン)又は1つの反応基を有する有機ケイ素化合物(一官能性シラン)。例えば以下のようなものが挙げられる。
ジメチルジエトキシシラン、テトラエトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエメトキシシラン、3−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、3−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリイソシアネートシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルジエトキシメトキシシラン、ビニルエトキシジメトキシシラン、ビニルエトキシジヒドロキシシラン、ビニルジメトキシヒドロキシシラン、ビニルエトキシメトキシヒドロキシシラン、ビニルジエトキシヒドロキシシラン、のような三官能性のビニルシラン。
【0027】
さらに、トナー粒子中の有機ケイ素重合体の含有量は1.0質量%以上10.0質量%以下であることが好ましく、2.5質量%以上6.0質量%以下であることがより好ましい。
【0028】
上記特定の凸形状をトナー粒子表面に形成する好ましい手法として、水系媒体にトナー母粒子を分散しトナー母粒子分散液を得たところへ、有機ケイ素化合物を添加し凸形状を形成させトナー粒子分散液を得る方法が挙げられる。
【0029】
トナー母粒子分散液は固形分濃度を25質量%以上50質量%以下に調整することが好ましい。そして、トナー母粒子分散液の温度は35℃以上に調整しておくことが好ましい。また、該トナー母粒子分散液のpHは有機ケイ素化合物の縮合が進みにくいpHに調整することが好ましい。有機ケイ素重合体の縮合が進みにくいpHは物質によって異なるため、最も反応が進みにくいpHを中心として、±0.5以内が好ましい。
【0030】
一方、有機ケイ素化合物は加水分解処理を行ったものを用いることが好ましい。例えば、有機ケイ素化合物の前処理として別容器で加水分解しておく。加水分解の仕込み濃度は有機ケイ素化合物の量を100質量部とした場合、イオン交換水やRO水などイオン分を除去した水40質量部以上500質量部以下が好ましく、100質量部以上400質量部以下がより好ましい。加水分解の条件としては、好ましくはpHが2〜7、温度が15〜80℃、時間が30〜600分である。
(【0031】以降は省略されています)

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