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最新トナー技術と応用展開

  • Advanced Technology and Application of Toner
★ 進化し続けるトナーの材料・技術を網羅した一冊!
★ トナーを含む樹脂粉体の一般物性やトナー物性の測定技術について解説!

商品コード: T0684

  • 監修: 竹内学・小口寿彦
  • 発行日: 2009年6月
  • 価格(税込): 70,200 円
  • 体裁: B5判、347ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0118-1

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  • ワックス,外添剤,粉砕,分散,エマルション,乳化,凝集,懸濁重合,

刊行にあたって

 グーテンベルグによる印刷の発明から570年、Xerographyの発明から70年が経過した。電子写真プロセスは1980年代にデジタル記録技術を導入してから、飛躍的な伸びを示して応用分野が大きく広がり、現在では印刷の分野にも進出しつつある。しかし、現在はインクジェット、ディスプレー、電子ペーパーなどの技術が追い上げてきており、これからの発展には予断を許さない。今後の電子写真技術は、複写・印刷の機能を併せ持つ特徴を生かした独自のビジネス領域を確保して行く必要がある。
 電子写真プロセスの変遷とともに、トナー技術は地味ではあるが着実に進化してきた。ここ10年間はケミカル法によるトナーが次々と登場し、トナービジネスに大きな活力を与えている。粉砕法トナーにも新しい知見が取り込まれ、現状ではケミカル法で達成できて粉砕法で達成できないトナーは無いかも知れない。しかし、ケミカル法の最も大きな特徴は、素材を積み木のごとくに組み合わせて、設計通りの粒子を作製する技術である。素材粒子のサイズは極端に言えば分子サイズ近くまで小さくできる。サイズが小さくなると、必要な場所に必要な素材粒子を高精度に配置して今までにないトナーを作製することができる。
 トナーは八方美人であることを要求される粒子である。すなわち、現像、転写、定着、クリーニングの諸プロセスは、時として相反する物性値をトナーに要求する。今後、材料技術の進展に伴って矛盾する性質を難なくこなせる材料が出現する可能性がある。トナーの構造を制御して相反する性質を併せ持った機能分離型トナーも現実のものになりつつある。ケミカルトナーは遺憾なくその特徴を発揮できるであろう。
 本書は上記の観点に立って、電子写真プロセス、トナーの構成材料および製造技術、ケミカルトナー、トナー物性の基礎および測定技術、トナー関連技術など、トナー最新技術の現状と将来を展望するために、第一線で活躍されておられる方々にご執筆いただいた。本書が今後の印刷技術、デジタルプリンテイング技術に携わっておられる技術者の方々にお役に立つことを期待したい。

2009年6月  竹内  学、小口寿彦

著者一覧

 
小口寿彦   森村ケミカル(株) 技術部 本部長
澤山 昇   (株)リコー 画像エンジン開発本部 プラットフォーム開発センター シニアスペシャリスト
木村正利   富士ゼロックス(株) デバイス開発本部 第一デバイス開発部 マネージャー
栄田朗宏   花王(株) テクノケミカル研究センター 化学品研究所 第3研究室
寺岡 努   セイコーエプソン(株) 技術開発本部 コア技術開発センター 主任研究員
武井宏之   三井化学(株) 機能材料事業本部 開発センター 複合技術開発部 材料開発1ユニット 主席研究員
原田大輔   クラリアントジャパン(株) 顔料・添加剤事業部 スペシャルティ部 NIPチーム NIP技術担当
大槻浩平   クラリアントジャパン(株) 顔料・添加剤事業部 スペシャルティ部 NIPチーム アシスタントマネージャー
山田宗宏   日油(株) 油化学研究所 主査
神原 肇   キャボット・スペシャルティ・ケミカルズ・インク 新規事業本部 新規事業開発 シニアテクニカルリーダー
川岸洋司   オリヱント化学工業(株) 取締役副社長
小林弘道   パウダーテック(株) キャリア事業部 研究開発部 マネージャー
中野要介   三井鉱山(株) 栃木工場 粉体技術センター センター長
郡司 進   三井鉱山(株) 開発部 商品開発グループ グループリーダー
乾 薫   日本ニューマチック工業(株) 化工機部 部長
照沼泰則   東邦化学工業(株) 研究開発本部 新製品開発推進グループ 担当部長
髙嶋清州   綜研化学(株) 研究開発センター 商品開発室 室長
関谷敏雄   綜研化学(株) 研究開発センター 商品開発室 粉体グループ長
鈴木千秋   富士ゼロックス(株) 画像形成材料開発本部 化成品開発部 グループ長
山﨑 弘   コニカミノルタビジネステクノロジーズ(株) 開発本部 開発管理部 5G
泉水慶太   日本ゼオン(株) 総合開発センター 高機能材料研究所 トナー研究グループ 主席研究員
山田雅英   (株)リコー 画像エンジン開発本部 機能材料開発センター FM第一開発室 FM開発六グループ シニアスペシャリスト
井上義之   ホソカワミクロン(株) 大阪本社 営業本部 営業統括部 営業部 営業2課 主事
山口智責   ユーテック(株) 商品事業本部 副本部長竹内 学   茨城大学名誉教授
長瀬達也   コニカミノルタビジネステクノロジーズ(株) 開発本部 化製品開発センター 第2化製品開発部 マネジャー
多田達也   キヤノン(株) 記録プロセス・材料開発センター 主幹研究員
楊 逸明   ベックマン・コールター(株) ライフサイエンスアプリケーション&マーケティング統括部門 粒子物性チーム 課長
太田英樹   京セラミタ(株) 生産本部 化成品事業部 技術部 玉城技術1課 責任者鷲尾一裕   (株)島津製作所 分析計測事業部 応用技術部 東京アプリケーション開発センター センター長
野田明彦   富士ゼロックス(株) 研究技術開発本部 マーキング要素技術研究所 研究主査
髙山 暁   (株)東芝 研究開発センター 機能材料ラボラトリー 主任研究員
篠原浩一郎   富士ゼロックス(株) 研究技術開発本部 IJ技術研究所
板谷正彦   サムスン電子(株) プリンタ事業部 首席
前田昌孝   ブラザー工業(株) プリンティング研究部

目次

総論―トナー技術の変遷と技術開発動向―
1. はじめに
2. トナーを用いた電子写真の特徴
3. 電子写真プロセス変遷とトナー
3.1 現像プロセスの変遷とトナー
3.2 転写プロセス・定着プロセスの変遷とトナー
4. トナー物性に関する課題と今後のトナー技術
4.1 摩擦帯電性
4.2 粒度および粒度分布
4.3 粒子形状
4.4 熱定着特性
4.5 表面物性
5. 今後のトナー技術動向
5.1 トナー構成
5.2 製造プロセス
5.3 外部環境

【電子写真プロセスとトナー編】
第1章 電子写真プロセス
1. はじめに
2. 電子写真プロセスを理解するための準備
2.1 静電気の特徴
2.2 トナーに働く力
3. 電子写真プロセスの枠組み
3.1 帯電
3.2 露光
3.3 現像
3.4 転写
3.5 クリーニング
3.6 定着
4. 電子写真のシステム特性とトナー
4.1 各プロセスの関連
4.2 トナー特性と電子写真特性

第2章 現像プロセス
1. はじめに
2. 現像の基本原理と現像理論
3. 現像装置に要求される基本機能
4. 主要な現像方式の一般的な特徴と最近の開発動向
4.1 乾式現像方式
4.1.1 2成分磁気ブラシ現像法
4.1.2 1成分絶縁トナー現像法
4.2 湿式現像法
4.2.1 電気泳動現像法
5. 新規な乾式現像法
5.1 導電性磁性トナーフルカラー現像法
5.2 ハイブリッド現像法
6. おわりに

第3章 乾式現像プロセス用トナー
1. はじめに
2. 乾式現像プロセス用トナーの構成と物性
2.1 トナーの構成
2.2 トナーの物性
2.2.1 粉体特性
2.2.2 熱特性
2.2.3 電気特性
2.2.4 磁気特性
2.2.5 光学的特性
3. 乾式トナーの分類
3.1 現像方法による分類
3.2 電気的特性による分類
3.3 色調による分類
3.4 定着方式による分類
3.5 製造方法による分類
4. 乾式現像プロセス用トナーに要求される特性
4.1 現像プロセスにおいてトナーに要求される特性
4.2 転写プロセスにおいてトナーに要求される特性
4.3 定着プロセスにおいてトナーに要求される特性
4.4 クリーニングプロセスにおいてトナーに要求される特性
4.5 画像特性においてトナーに要求される特性
4.6 保存性(保管時・輸送時)においてトナーに要求される特性
4.7 トナーに要求される安全性

第4章 液体現像プロセス用トナーとシステム
1. はじめに
2. 液体現像プロセス
2.1 現像プロセス
2.2 転写プロセス
2.3 定着プロセス
3. 液体現像剤の構成
3.1 着色剤(顔料)
3.2 バインダー樹脂
3.3 分散剤
3.4 荷電制御剤
3.5 キャリア
3.6 液体現像剤における必要な機能
4. 新しい液体現像技術の動向と液体現像剤
4.1 液体現像技術の具体例
4.1.1 粘着転写方式
4.1.2 Binary Ink Development(BID)方式
4.1.3 シアリング転写方式
4.1.4 高濃度高粘性薄層現像方式
4.2 液体現像の技術の動向
4.2.1 高画質化
4.2.2 高速化
4.2.3 用紙対応性
4.2.4 環境対応性
5. おわりに

【トナー構成材料編】
第5章 トナー用樹脂
1. はじめに
2. トナー用樹脂に求められる性能
2.1 定着・耐オフセット性
2.2 保存性
2.3 帯電性
2.4 耐久性
2.5 粉砕性
2.6 材料分散性
3. トナー樹脂の種類
3.1 スチレンアクリル樹脂
3.2 ポリエステル樹脂
3.3 ポリエーテルポリオール樹脂
3.4 その他
3.4.1 SBR(Styrene Butadiene Rubber)
3.4.2 COC(Cyclo Olefin Copolymer)
4. 今後の動向
4.1 架橋型スチレンアクリル樹脂
4.2 ポリ乳酸
4.3 グリーン調達やエコラベル対応

第6章 カラートナー用顔料
1. はじめに
2. トナー用色材に要求される特性
3. トナー用色材に要求される新たなる特性:ケミカルトナーへの対応
4. これまで使用されてきたカラートナー用顔料
4.1 イエロー顔料
4.2 マゼンタ顔料
4.3 シアン顔料
5. 最近のカラートナーに使用される顔料
5.1 イエロー顔料の動き
5.2 マゼンタ顔料の動き
6. おわりに

第7章 ワックス
1. はじめに
2. ワックスの分類
3. ワックスの役割
4. 粉砕法トナー用ワックス
5. 重合(ケミカル)トナー用ワックス
5.1 懸濁重合法トナー
5.2 乳化重合法トナー
5.3 その他のトナー
6. トナー用ワックスの例
7. おわりに

第8章 外添剤
1. はじめに
2. ヒュームドシリカの合成
3. トナー用外添剤としての要求性能
3.1 帯電性能
3.2 流動性能
3.3 耐久性能
3.4 スペーサー性能
3.4.1 大粒径コロイダルシリカ
3.5 環境安定性能
4. トナーの種類による外添剤への要求項目
5. 外添剤の安全性
6. おわりに

第9章 荷電制御剤―Charge Control Agent(CCA)の開発経緯と展望―
1. はじめに
2. 特許からのCCAの変遷
2.1 出願件数
2.2 出願人
3. 各年代別の重要と推定される特許番号と内容
3.1 第一世代
3.1.1 総括
3.1.2 (+)CCA
3.1.3 (-)CCA
3.2 第二世代
3.2.1 総括
3.2.2 (+)CCA
3.2.3 (-)CCA
3.3 第三世代
3.3.1 総括
3.3.2 (+)CCA
3.3.3 (-)CCA
3.4 第四世代
3.4.1 総括
3.4.2 (+)CCA
3.4.3 (-)CCA
4. おわりに

第10章 キャリア材料
1. はじめに
2. キャリアの機能
3. 材料から見たキャリアの種類
3.1 コア材
3.1.1 鉄粉
3.1.2 フェライト
3.1.3 複合系
3.2 樹脂材料
3.2.1 ベース樹脂
3.2.2 添加剤
4. 最新のキャリア技術
4.1 トレンド
4.1.1 粉体特性
4.1.2 電気特性
4.1.3 磁気特性
4.2 市場で使用されているキャリア例
4.3 その他
5. 将来展望
5.1 高画質化への対応
5.2 高安定化(長寿命化)への対応
5.3 信頼性向上
5.4 環境負荷の低減
6. おわりに

【トナー製造技術編】
第11章 分散技術(熱混練分散・湿式分散・乾式分散)
1. はじめに
2. 粉砕法トナーの混練処理(ニーデックス)
2.1 混練機構
2.2 顔料分散
2.3 ワックスの分散
3. 重合法トナーの顔料分散処理(湿式ビーズミルSCミル、MSCミル)
3.1 L/D比(=タンク長さ/タンク径)の改善(粉砕室機構の最適化)
3.2 循環プロセス
3.3 マイクロビーズを用いたナノ分散機とインライン測定
4. 外添処理(FMミキサ)
4.1 外添処理の実際
5. おわりに

第12章 粉砕・分級・球形化技術
1. はじめに
2. 粉砕エネルギー
3. 機械式粉砕機
4. ジェットミル
5. 分級機
5.1 気流式分級機
5.2 ロータ式分級機
5.3 コアンダ効果式分級機
6. 球形化装置
7. 粉砕トナー製造フロー
8. おわりに

第13章 エマルション化技術
1. はじめに
2. 界面活性剤及びその役割
2.1 界面活性剤について
2.2 界面活性剤の種類
2.2.1 陰イオン界面活性剤
2.2.2 陽イオン界面活性剤
2.2.3 両性界面活性剤
2.2.4 非イオン界面活性剤
2.3 界面活性剤の性質
2.3.1 界面への吸着
2.3.2 界面張力の低下
2.3.3 cmc
2.4 界面活性剤の選択法
2.4.1 HLB法
2.4.2 PIT法
3. 乳化
3.1 乳化方法
3.2 化学的乳化法
3.2.1 転相乳化法
3.2.2 転相温度乳化法
3.2.3 液晶乳化法
3.2.4 D相乳法
3.3 物理(機械)的乳化
3.3.1 ホモミキサー
3.3.2 高圧ホモジナイザー
3.3.3 膜乳化
4. おわりに

第14章 乳化重合技術・懸濁重合技術
1. ビニル化合物の重合方法
2. 乳化重合について
2.1 乳化重合の機構
2.2 乳化重合の工業生産レベルにおける基本的方法
2.3 乳化重合の基本的配合
3. トナー用添加剤として注目されるアクリル系微粉体製造における乳化重合
3.1 アクリル系微粉体の乳化重合による製造方法
3.2 トナー用アクリル系微粉体の基本的設計
4. 懸濁重合について
4.1 懸濁重合における重合安定性
4.2 懸濁重合系の安定化と粒子径制御
4.2.1 撹拌装置の剪断力の粒子径への影響
4.2.2 分散安定剤の種類と懸濁重合系の安定化・粒子径との関係
5. 懸濁重合の具体的方法
5.1 高分子分散安定剤を用いた懸濁重合方法
5.2 無機微粉末を用いた懸濁重合方法
6. 懸濁重合によって作製された粒子の粉体化方法

【新しい粉体トナー編】
第15章 乳化凝集トナー
1. はじめに
2. EAトナーの特徴
2.1 小径、狭粒度分布、形状制御
2.2 コア・シェル構造による機能分離制御
2.3 外添設計
3. 第一世代EA1/EA-HGトナー設計
4. 第二世代EA-Ecoトナー設計
5. おわりに

第16章 乳化会合型重合トナー
1. はじめに
2. 製造方法
2.1 分散工程
2.2 乳化重合工程
2.3 塩析/融着工程
2.4 濾過/洗浄工程
2.5 乾燥工程
2.6 外添剤処理工程
3. 電子写真特性
4. 環境負荷
5. おわりに

第17章 懸濁重合法トナー
1. はじめに
2. トナーの構造
3.  懸濁重合法トナー
3.1 製造プロセスと特徴
3.2 形状
3.3 粒子径および粒子径分布
3.4 顔料分散
3.5 構造制御
3.6 環境配慮
4. おわりに

第18章 エステル伸長法重合トナー
1. はじめに
1.1 概要
1.2 トナーに求められる性能
1.3 近年のトナー開発動向
2. PxPトナーとは
2.1 トナーの設計モデル
3. PxPトナーの製造プロセス
4. PxPトナーの性能
4.1 顔料分散と色再現
4.2 WAX分散
4.3 低温定着
4.4 粒径制御
4.5 形状制御
4.6 環境負荷低減
5. おわりに

【トナー物性の基礎編】
第19章 粉体物性
1. はじめに
2. 粒子とは?
3. 粒子の大きさ、粒度分布
4. 粉体の形状
5. 粉体の密度:真密度とかさ密度
6. 粉体の濡れ性
7. 粉体の凝集、付着
8. 粉体のせん断特性
9. 粉体の流動性、噴流性、分散性
9.1 流動性
9.2 噴流性
10. 粉体の圧密性
11. おわりに

第20章 電気・物理的特性
1. はじめに
2. 電気的特性
2.1 帯電性
2.1.1 帯電速度
2.1.2 イオン化ポテンシャル、電荷制御剤
2.1.3 磁性一成分トナーの帯電
2.1.4 非磁性一成分トナーの帯電
2.2 電気伝導性
2.3 誘電性
3. 物理的特性

第21章 熱的特性

第22章 色再現性

【トナー物性の測定技術編】
第23章 電磁気的特性測定
1. はじめに
2. 摩擦帯電特性の測定
2.1 帯電電荷量の測定
2.1.1 平均帯電量(平均比電荷Q/M)の測定
2.1.2 帯電量分布の測定
2.2 帯電状態の測定
2.2.1 SPM(走査型プローブ顕微鏡)によるトナー表面の帯電状態の測定
2.2.2 TSCによる電荷トラップ状態の測定
3. 電気特性測定
3.1 体積抵抗率測定
3.2 誘電率の測定
4. 磁気特性測定

第24章 粒子径分布測定
1. はじめに
2. 原理
2.1 電気的検知帯法(コールター原理)
2.2 装置の構成
2.3 球相当径
2.4 デジタルパルス波形処理機能
3. 装置の校正
3.1 校正定数
3.2 校正粒子の選択
3.3 校正手順と頻度
4. サンプル分散と測定
4.1 懸濁液の作製
4.2 分散方法
4.3 分散手順
4.4 測定手順
5. 測定結果の表示と統計解析
5.1 粒子径分布の表示
5.2 粒子径分布の統計解析
5.3 結果の報告と記憶
6. 測定上の注意事項
6.1 電気的ノイズの除去
6.2 試料溶液のコンタミの影響
6.3 アパチャーの洗浄
7. おわりに

第25章 粘弾性測定
1. はじめに
2. 動的粘弾性とは
3. 動的粘弾性の測定
4. 動的粘弾性とトナー特性の関係
5. トナー粘弾性特性の制御

第26章 付着力測定
1. はじめに
2. トナーの付着力測定法
2.1 遠心法
2.2 振動離脱法
2.3 離脱電界法
2.4 噴流法
2.5 原子力顕微鏡(AFM)法

第27章 表面物性測定(比表面積、細孔分布)
1. はじめに
2. ガス吸着法
2.1 吸脱着等温線
2.2 ヒステリシス
2.3 測定手法
2.3.1 容量法
2.3.2 重量法
2.3.3 流動法
2.4 前処理(脱ガス処理)
3. 吸着等温線の解析方法―比表面積、細孔分布の計算
3.1 BET法―代表的な比表面積計算法
3.2 tプロットとMP法―実験式に基づくマイクロポア評価法
3.3 Horvath-Kawazoe法他―マイクロポア分布解析法
3.4 マイクロポア分布解析法の使い分けと制約
3.5 毛管凝縮現象を利用する方法―メソポア、マクロポアの解析方法
3.6 DFT法(Density Functional Theory)
4. ガス吸着法の応用
4.1 ナノ粒子の平均粒子径
4.2 他のガスや蒸気の吸着
5. 水銀圧入法
6. ガス吸着法と水銀圧入法の比較
7. おわりに

【トナー関連技術編】
第28章 オンデマンド印刷領域の現像技術と現像剤
1. はじめに
2. 概要
3. 各技術の概要
3.1 Xerox iGen3 110
3.1.1 DocuColor iGen3 110における非接触現像の必要性
3.1.2 iGen3 110の現像技術
3.1.3 iGen3 110の現像剤
3.2 Kodak NexPress S3000の現像技術と現像剤
3.2.1 Kodak NexPress S3000の現像技術
3.2.2 NexPress S3000の現像剤
3.3 Fuji Xerox 490/980 Color Continuous Feed Printing Systems
3.3.1 Fuji Xerox 490/980の現像技術と現像剤
3.4 Canon imagePRESS C7000VP
3.4.1 imagePRESS C7000VPの現像技術と現像剤
3.5 Ricoh Pro C900/imagio MP C7500/C6000
3.5.1 Ricoh Pro C900/imagio MP C7500/C6000の現像技術と現像剤
3.6 Konica Minolta bizhub PRO C6500
3.6.1 bizhub PRO C6500の現像技術と現像剤
4. 高速高画質の現像システム
5. 今後の課題

第29章 消色トナー
1. 開発の背景と消色インクの原理
2. 消色トナーの原理
3. トナーの発消色特性評価
3.1 発色性(粉体濃度:PD)
3.2 消色性(消去率:ER)
3.3 発消色メトリクス(M)
4. 消色トナーによる紙のリユースシステム
5. 消色トナーの導入効果
6. 消色トナーの課題と展望

第30章 トナー画像の評価
1. はじめに
2. 電子写真の表面性
2.1 表面性と色に関する特性
2.2 電子写真の画像再現性
2.2.1 色再現
2.2.2 階調再現
2.3 電子写真印刷への表面性(面質)
2.3.1 表面性付与の方法
2.3.2 面質の定式化
3. その他の画質特性
3.1 極めて大きな範囲のずれ
3.2 大きな範囲のずれ:面内ムラ
3.3 比較的小さな範囲のずれ:粒状性(Granularity)
4. おわりに

第31章 高画質化技術の方向性
1. はじめに
2. 高画質化に関する一般論
2.1 画像濃度
2.2 階調性
2.3 粒状性
2.4 鮮鋭度、シャープネス
2.5 解像力
2.6 カラー再現性
2.7 光沢度
3. 更なる高画質化の試み
3.1 液体現像プロセスによる高画質化
3.2 高濃度液体現像プロセスによる高画質化の考え方
4. おわりに

第32章 現像・転写プロセスのシミュレーション
1. はじめに
2. DEM
2.1 個別要素法
2.2 変形しない球の運動
2.3 時間発展
2.4 トナーの接触による反発力(Voigtモデル)
2.5 トナーに加わる様々な力
2.6 パラメータ値
2.7 利用法
3. 電界シミュレーション
3.1 電界シミュレーションの目的
3.2 電界と電位とは
3.3 電界の計算手法
3.3.1 電荷と電位の関係式
3.3.2 領域分割
3.3.3 境界条件
3.3.4 トナーの電荷
3.3.5 誘電率
3.3.6 高抵抗ローラー
3.3.7 ローラーの回転やトナーの動き
4. おわりに
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