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公開番号2021148844
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210927
出願番号2020045835
出願日20200316
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 9/097 20060101AFI20210830BHJP(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】低温定着性を維持しながら長期耐久性と画質の環境依存性の抑制を両立できるトナー。
【解決手段】トナー粒子、及び該トナー粒子の表面の外添剤を有するトナーであって、該トナー粒子は、結着樹脂を含有するコア粒子、及び該コア粒子の表面のシェル層を有し、該シェル層は、窒素原子を含有する化合物を含み、該外添剤は、有機ケイ素重合体粒子を含み、該有機ケイ素重合体粒子の仕事関数Waと該トナー粒子の仕事関数Wbの差が下記式(A)を満たすことを特徴とするトナー。
0.00eV<Wa-Wb≦0.75eV ・・・(A)
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項1】
トナー粒子、及び該トナー粒子の表面の外添剤を有するトナーであって、
該トナー粒子は、結着樹脂を含有するコア粒子、及び該コア粒子の表面のシェル層を有し、
該シェル層は、窒素原子を含有する化合物を含み、
該外添剤は、有機ケイ素重合体粒子を含み、
該有機ケイ素重合体粒子の仕事関数Waと該トナー粒子の仕事関数Wbの差が下記式(A)を満たすことを特徴とするトナー。
0.00eV<Wa−Wb≦0.75eV ・・・(A)
続きを表示(約 1,000 文字)【請求項2】
透過型電子顕微鏡での観察による、前記シェル層の前記コア粒子に対する被覆率が、30%以上である請求項1に記載のトナー。
【請求項3】
前記シェル層の厚さの平均値が、1nm〜250nmである請求項1又は2に記載のトナー。
【請求項4】
前記有機ケイ素重合体粒子の一次粒子の個数平均粒径が、30nm〜500nm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】
前記トナー中の前記有機ケイ素重合体粒子の含有量が、0.10質量%〜8.00質量%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】
透過型電子顕微鏡での観察による、前記シェル層上の前記有機ケイ素重合体粒子による被覆率が、10%以上である請求項1〜5のいずれか一項に記載のトナー。
【請求項7】
前記シェル層がメラミン系樹脂、尿素系樹脂、及びオキサゾリン基を含有する樹脂からなる群から選択される少なくとも一を有する請求項1〜6のいずれか一項に記載のトナー。
【請求項8】
前記有機ケイ素重合体粒子は、ケイ素原子と酸素原子とが交互に結合した構造を有し、
前記有機ケイ素重合体粒子が、下記式(1)で表されるT3単位構造を有し、


−SiO
3/2
・・・(1)
(式(1)中、R

は、炭素数が1〜6のアルキル基又はフェニル基を表す。)
前記有機ケイ素重合体粒子の
29
Si−NMR測定において、前記有機ケイ素重合体粒子に含有される全ケイ素元素に由来するピークの合計面積に対する、該T3単位構造を有するケイ素に由来するピークの面積の割合が、0.50〜1.00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】
下記式(I)で計算されるポリカーボネート膜に対する前記有機ケイ素重合体粒子の固着指数が、4.5以下である請求項1〜8のいずれか一項に記載のトナー。
固着指数=ポリカーボネート膜に移行した前記有機ケイ素重合体粒子の面積率A/前記トナー粒子表面における前記有機ケイ素重合体粒子の被覆率B×100 ・・(I)
【請求項10】
前記有機ケイ素重合体粒子の前記トナー表面における分散度評価指数が、0.5以上2.0以下である請求項1〜9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、電子写真法のような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 7,100 文字)【背景技術】
【0002】
電子写真画像形成装置には、より長寿命化、省エネルギー化が求められており、これらに対応する為に、トナーに対しても種々の性能のより一層の向上が求められている。特にトナーに対して、長寿命化の観点からはより一層の品質安定性、つまり長期耐久性の向上が要求されている。また、省エネルギー化の観点からはより一層の低温定着性が要求されている。
また、画質の観点からは使用環境の多様化に伴い、どのような使用環境においても一定以上の画質を維持すること(画質の環境依存性の抑制)がより一層求められている。
【0003】
従来は、低温定着性を改良するためにトナー母体の粘度を下げる設計がなされてきた。しかし単純にトナー母体の粘度を下げるだけでは耐久性などの様々な弊害が発生するため、トナー母体の表面に樹脂シェル層を設け、外添剤としてスペーサー粒子を用いることで耐久性を維持してきた。また、トナー母体表面のシェル層や外添剤の特性を制御することで画質の環境依存性を抑制してきた。
特許文献1では、トナー粒子に潤滑性粒子を外添し、外添剤の帯電極性を制御することで、補給系カートリッジにおけるトナー凝集と耐久性を改善できる提案がなされている。
特許文献2では、トナー粒子に樹脂粒子を外添することで、クリーニング不良と部材汚染を改善できる提案がなされている。
特許文献3では、トナー粒子表面のシェル層と外添剤として用いられるシリカとの仕事関数差を制御することで耐久性を改善できる提案がなされている。
これらの技術によれば、トナー凝集、クリーニング性、耐久性に対して一定の効果が確認される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
国際公開第2019/065730号
特開2017−21262号公報
特開2018−136374号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、低温定着性を改良したトナー母体において、長期耐久性と画質の環境依存性を高度に両立するという点においては、さらなる検討の余地がある。本開示は、上記問題点を解消したトナーを提供する。具体的には、低温定着性を改良したトナーにおいて、長期耐久性及び画質の環境依存性の抑制を両立できるトナーを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
トナー粒子、及び該トナー粒子の表面の外添剤を有するトナーであって、
該トナー粒子は、結着樹脂を含有するコア粒子、及び該コア粒子の表面のシェル層を有し、
該シェル層は、窒素原子を含有する化合物を含み、
該外添剤は、有機ケイ素重合体粒子を含み、
該有機ケイ素重合体粒子の仕事関数Waと該トナー粒子の仕事関数Wbの差が下記式(A)を満たすトナー。
0.00eV<Wa−Wb≦0.75eV ・・・(A)
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、低温定着性を改良したトナーにおいて、長期耐久性及び画質の環境依存性の抑制を両立できるトナーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
仕事関数測定曲線の一例
【発明を実施するための形態】
【0009】
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。
「モノマーユニット」とは、ポリマー中のモノマー物質の反応した形態をいう。
【0010】
先に述べたように、トナー母粒子の表面に樹脂シェル層を設けて、さらに外添剤としてスペーサー粒子を用いただけでは、長期耐久性と画質の環境依存性を両立することは容易ではない。
本発明者らは検討を重ねた結果、長期耐久性の低下の原因は、耐久使用によるストレスでスペーサー粒子がトナー母粒子に埋め込まれることであると考えた。また、画質がプリント環境により変化する原因としては、使用環境によりトナーの帯電性が変化する、すなわち、トナー粒子表面のシェル層の帯電性が環境により変化することであると考えた。
そこで本発明者らは、低温定着性を維持しながら長期耐久性と画質の環境依存性とを両立するためには、トナー表層の設計が重要であると考えた。
【0011】
具体的には、本発明者らは、
トナー粒子、及び該トナー粒子の表面の外添剤を有するトナーであって、
該トナー粒子は、結着樹脂を含有するコア粒子、及び該コア粒子の表面のシェル層を有し、
該シェル層は、窒素原子を含有する化合物を含み、
該外添剤は、有機ケイ素重合体粒子を含み、
該有機ケイ素重合体粒子の仕事関数Waと該トナー粒子の仕事関数Wbの差が下記式(A)を満たすトナーにより上記課題を解決しうることを見出した。
0.00eV<Wa−Wb≦0.75eV ・・・(A)
【0012】
上記トナーは、外添剤として有機ケイ素重合体粒子を含有する。有機ケイ素重合体粒子は弾性を有する。トナーが長期使用により現像器などから負荷を受け続けても、有機ケイ素重合体粒子が弾性変形して負荷を吸収する。負荷から解放されたときに有機ケイ素重合体粒子は元の形状に戻る。この効果により有機ケイ素重合体粒子がトナー粒子に埋め込まれにくくなる。その結果、有機ケイ素重合体粒子はスペーサー粒子として長期耐久性の向上に効果がある。
【0013】
スペーサー粒子が無機微粒子の場合は、長期使用によって負荷を受け続けることで、徐々に無機微粒子のトナー粒子への埋め込みが進んでしまい、長期耐久性が維持できない場合がある。これは無機微粒子が弾性変形できずに負荷を吸収できないためと考えている。
スペーサー粒子が樹脂微粒子の場合は、樹脂微粒子が弾性を有するために負荷を吸収することはできるが、長期使用で負荷を受け続けることで、徐々に樹脂微粒子自身の塑性変形が進んで潰れてしまい、長期耐久性が維持できない場合がある。また、樹脂微粒子は帯電性が不十分であり、かぶりが発生する場合がある。
【0014】
シェル層は窒素原子を含有する化合物を含有する。窒素原子を含有する化合物をシェル層に有することで、該化合物と有機ケイ素重合体粒子との電荷移動がスムーズになり、良好な正帯電性トナーが得られる。さらに、低温定着性を改良したトナー粒子においても長期耐久性を維持することができる。また、有機ケイ素重合体粒子とトナー粒子との仕事関数差を制御しやすくなる。
【0015】
有機ケイ素重合体粒子の仕事関数Waとシェル層の仕事関数Wbとの差(Wa−Wb)は、下記式(A)を満たす。
0.00eV<Wa−Wb≦0.75eV ・・・(A)
Wa−Wbは0.00eVより大きく、好ましくは0.10eV以上であり、より好ましくは0.20eV以上である。
Wa−Wbがこの範囲にあると、トナー粒子と有機ケイ素重合体粒子間の電荷の移動がスムーズになり、プリント開始後早期にトナーの帯電が高くなる。その結果、高温高湿環境におけるプリント初期の画質を向上することができる。
また、電荷移動によりトナー粒子と有機ケイ素重合体粒子が逆極性を有し、トナー粒子と有機ケイ素重合体粒子間の付着力が強くなる。その結果、長期耐久性を更に向上させることができる。
WaとWbに差がない場合、電荷が移動しにくく帯電性が低くなる。その結果、高温高湿環境におけるプリント初期の画質が低下する。また、トナー粒子と有機ケイ素重合体粒子間の付着力が弱くなり長期耐久性が低下する。
【0016】
また、Wa−Wbは、0.75eV以下であり、好ましくは0.73eV以下であり、より好ましくは0.60eV以下であり、さらに好ましくは0.50eV以下である。
Wa−Wbがこの範囲にあると、トナー粒子と有機ケイ素重合体粒子間の電荷移動を一定以下に抑制でき、チャージアップによるトナー凝集を抑制できる。その結果、低温低湿環境における画質をより向上させることができる。Wa−Wbが上記範囲外であると、トナーのチャージアップに起因する凝集が起こりやすく、低温低湿環境において縦スジが発生しやすくなる。
【0017】
透過型電子顕微鏡TEMでの観察による、シェル層のコア粒子に対する被覆率は、30%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましい。上限は特に制限されないが、好ましくは100%以下であり、より好ましくは90%以下である。
被覆率がこの範囲にあると、トナーの表層が均一になりやすく、帯電性が良化して画像濃度が向上し、かぶりを抑制しやすくなる。また、長期耐久性をより向上させやすくなる。シェル層の被覆率は、シェル剤の添加量やシェル形成時の製造条件を変更することで制御することができる。
【0018】
シェル層の厚さの平均値は、1nm〜250nmであることが好ましく、10nm〜200nmであることがより好ましい。厚さがこの範囲にあると、長期耐久性及び低温定着性をバランス良く両立しやすい。シェル層の厚みは、シェル剤の添加量やシェル形成時の製造条件を変更することで制御することができる。
【0019】
有機ケイ素重合体粒子の一次粒子の個数平均粒径は、30nm〜500nmであることが好ましく、50nm〜200nmであることがより好ましい。
一次粒子の個数平均粒径がこの範囲にあると、低温定着性及び長期耐久性をより向上させやすい。一次粒子の個数平均粒径が30nm以上であると、スペーサー粒子としての効果が得られやすく、長期耐久性が向上しやすくなる。
一次粒子の個数平均粒径が500nm以下の場合は、定着溶融時のトナー同士及びトナーと紙の結着力が向上し、低温定着性が良好になる。また、長期の使用に伴い、トナー粒
子上から有機ケイ素重合体粒子が外れにくくなり、スペーサー粒子としての機能を維持しやすく、長期耐久性が向上する。
有機ケイ素重合体粒子の一次粒子の個数平均粒径は、有機ケイ素重合体粒子の製造条件を変更することで制御することができる。
【0020】
トナー中の有機ケイ素重合体粒子の含有量は、0.10質量%〜8.00質量%であることが好ましく、0.50質量%〜5.00質量%であることがより好ましい。含有量がこの範囲にあると、長期耐久性と低温定着性がより良化しやすい。有機ケイ素重合体粒子の含有量は、有機ケイ素重合体粒子の添加量で制御することができる。
【0021】
透過型電子顕微鏡TEMでの観察による、シェル層上の有機ケイ素重合体粒子による被覆率は、10%以上であることが好ましく、30%以上であることがより好ましい。上限は特に制限されないが、好ましくは75%以下であり、より好ましくは50%以下である。
シェル層上の有機ケイ素重合体粒子による被覆率がこの範囲にあることで、画質の環境依存性と長期耐久性がより良化しやすい。シェル層上の有機ケイ素重合体粒子による被覆率は、シェル剤の添加量と有機ケイ素重合体粒子の添加量のバランス、及び製造条件を変更することで制御することができる。
【0022】
下記式(I)で計算されるポリカーボネート膜に対する有機ケイ素重合体粒子の固着指数が、4.5以下であることが好ましく、4.3以下であることがより好ましい。一方、下限は特に制限されないが、好ましくは3.0以上であり、より好ましくは3.5以上である。
固着指数がこの範囲にあると、耐久使用を通じてトナー粒子上の有機ケイ素重合体粒子の移行を抑えやすくなり、長期耐久性が向上しやすい。有機ケイ素重合体粒子の固着指数は、Wa−Wbの制御、及び有機ケイ素重合体粒子を添加するときの製造条件を変更することで制御することができる。
固着指数=ポリカーボネート膜に移行した前記有機ケイ素重合体粒子の面積率A/前記トナー粒子表面における前記有機ケイ素重合体粒子の被覆率B×100 ・・(I)
【0023】
有機ケイ素重合体粒子のトナー表面における分散度評価指数が、0.5以上2.0以下であることが好ましく、0.5以上1.5以下であることがより好ましい。
分散度評価指数がこの範囲にあると、帯電分布が良化して画質が向上しやすくなる。有機ケイ素重合体粒子の分散度評価指数は、有機ケイ素重合体粒子を添加するときの製造条件を変更することで制御することができる。
【0024】
有機ケイ素重合体粒子について詳細に説明する。有機ケイ素重合体粒子とは、有機基をもつケイ素と酸素が交互に結合してできた主鎖より構成される樹脂粒子である。
有機ケイ素重合体粒子の製法は特に限定されず、例えば水にシラン化合物を滴下し、触媒により加水分解、縮合反応させた後、得られた懸濁液を濾過、乾燥し得ることができる。触媒の種類、配合比、反応開始温度、滴下時間などにより、有機ケイ素重合体粒子の一次粒子の個数平均粒径をコントロールすることができる。
触媒として酸性触媒は塩酸、フッ化水素酸、硫酸、硝酸などが挙げられ、塩基性触媒はアンモニア水、水酸ナトリウム、水酸化カリウムなどが挙げられるが、これらに限定はされない。
【0025】
有機ケイ素重合体粒子は、ケイ素原子と酸素原子とが交互に結合した構造を有し、好ましくは下記式(1)で表されるT3単位構造を有している。
有機ケイ素重合体粒子の
29
Si−NMR測定において、有機ケイ素重合体粒子に含有される全ケイ素元素に由来するピークの合計面積に対する、T3単位構造を有するケイ素
に由来するピークの面積の割合が、0.50〜1.00であることが好ましい。より好ましくは0.60〜0.98であり、さらに好ましくは0.70〜0.95である。上記範囲であると、有機ケイ素重合体粒子に適切な弾性を持たせることができるため、長期耐久性の効果が得られやすい。
T3単位構造を有するケイ素に由来するピークの面積の割合は、有機ケイ素重合体粒子の重合に使用する有機ケイ素化合物の種類、特に三官能性シランの種類及び割合の少なくとも一方を変更することにより制御することができる。
【0026】


−SiO
3/2
・・・(1)
(式(1)中、R

は炭素数が1〜6(好ましくは1〜4、より好ましくは1又は2)のアルキル基又はフェニル基を表す。)
【0027】
有機ケイ素重合体粒子は、下記式(2)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。
【0028】
【0029】
(式(2)中、R

、R

、R

及びR

は、それぞれ独立して、炭素数1〜6(好ましくは1〜4、より好ましくは1又は2)のアルキル基、フェニル基、又は反応基(例えば、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アセトキシ基、又は(好ましくは炭素数1〜6、より好ましくは炭素数1〜3の)アルコキシ基)を表す。)
【0030】
有機ケイ素重合体粒子を得るには、
式(2)の一分子中に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)、
式(2)中のR

がアルキル基又はフェニル基であり、3つの反応基(R

、R

、R

)を有する有機ケイ素化合物(三官能性シラン)、
式(2)中のR

、R

がアルキル基又はフェニル基であり、2つの反応基(R

、R

)を有する有機ケイ素化合物(二官能性シラン)、
式(2)中のR

、R

、R

がアルキル基又はフェニル基であり、1つの反応基(R

)を有する有機ケイ素化合物(一官能性シラン)を用いることができる。
T3単位構造に由来するピークの面積の割合を、0.50〜1.00とするためには、有機ケイ素化合物として三官能性シランを50モル%以上使用することが好ましい。
(【0031】以降は省略されています)

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