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電子写真現像剤の最新技術―トナー開発の最前線― (普及版)

  • Advanced Technologies in Toner Based Printing Materials and Processes (Popular Edition)
2005年刊「電子写真現像剤の最新技術―トナー開発の最前線―」の普及版。電子写真プロセス・デジタルプリンティング技術の中でも主要な位置を占めるトナー技術。その構成材料の基礎理論から技術動向までを解説しています。

商品コード: B1074

  • 監修: 竹内学・小口寿彦
  • 発行日: 2014年4月2日
  • 価格(税込): 6,696 円
  • 体裁: B5判、392ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0877-7

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刊行にあたって

 C.F.Carlsonによって電子写真が発明されてからすでに60年が経過した。電子写真技術は印刷における製版と印刷の双方が同時におこなえる新しい技術として、発明から40年余りの間複写機市場の発展に寄与してきた。しかしここ20年は潜像形成工程にパソコンからの情報を直接書き込む技術を取り入れて、デジタルプリント市場へとその応用範囲を広げてきている。
 電子写真ではトナーと呼ばれる着色粒子を現像、転写、定着の主要プロセスを通して自在に扱うことに大きな特徴がある。すなわちトナーは粉体の持つ厄介な性質に加え、摩擦帯電という電荷発生メカニズムも未だ完全には解明されていない物性を制御しつつ、電子写真技術の変遷に応えてのその電気的、機械的、化学的特性を変容し、今日の電子写真技術を可能ならしめていると言っても過言ではない。
 電子写真とトナーの歴史を顧みるとき、トナーはプロセス技術の革新に呼応して常に新しい材料と製造技術を提供して今日に至っている。最近に至っても、カラートナー、低温定着トナー、小粒径トナー、ケミカルトナーなど新しい名前を冠したトナーの話題にこと欠かない。また、今後も従来からの概念にとらわれない新タイプのトナーが開発されることが期待できる。
 現在、トナーの世界需要は約16万トンと言われている。この量は印刷インキの1/10にも満たない量ではあるが、ディスプレイなどのソフトコピーがハードコピーを駆逐すると言われて久しい現在においてもなおその需要は増加しており、この市場拡大傾向が一瞬にして変わるとは考えられない。こんな中にあって電子写真技術の中で主要な位置を占めるトナー技術をもう一度見直してみることは電子写真技術の発展と今後の動向を探るためにも有意義と考える。
 本書はこのような背景を考慮して、現在の電子写真プロセス、トナー構成材料、トナーと現像剤、トナー諸物性の測定・評価技術、トナー関連技術などを概観し、トナー技術の現状と将来が理解・把握できる内容を盛り込むため、それぞれの分野で活躍されておられる研究者、技術者の方々に執筆いただいた。ご協力いただいた関係各位に深く感謝するとともに、本書が印刷技術、デジタルプリンティング技術に携わっておられる多くの方々のお役に立つことを期待するものである。
(「はじめに」より) 
         
2005年7月  
竹内 学 
小口寿彦


<普及版の刊行にあたって>

 本書は2005年に『電子写真現像剤の最新技術 ―トナー開発の最前線―』として刊行されました。普及版の刊行にあたり、内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので、ご了承ください。

2014年4月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

竹内学   茨城大学 工学部 電気電子工学科 教授
小口寿彦   森村ケミカル(株) 技術部 本部長
鈴木千秋   富士ゼロックス(株) 技術開発本部 化成品開発部 グループ長
木村正利   富士ゼロックス(株) プロダクションサービス事業本部 商品開発推進部 マネジャー
多田達也   キヤノン(株) 電子写真技術開発センター 室長
青木克敏   花王(株) 化学品研究所 第3研究室 グループリーダー
武道男   富士ゼロックス(株) 技術開発本部 化成品開発部 マネジャー
大槻浩平   クラリアントジャパン(株) 顔料・添加剤事業部 営業本部 プリンティング部 NIPチーム
岡田久夫   保土谷化学工業(株) 電子・色素材料事業部 常務執行役員;電子・色素材料事業部長
大久保正樹   保土谷化学工業(株) 電子・色素材料事業部 開発部 開発部長
天野裕貴   日本アエロジル(株) アプライドテクノロジーグループ シニアリサーチャー
伊藤昇   コニカミノルタビジネステクノロジーズ(株) 機器開発本部 画像技術開発部 マネジャー
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
内山正喜   キヤノン(株) 材料プロセス開発センター 上席研究員
石山孝雄   富士ゼロックス(株) 技術開発本部 化成品開発部 グループ長
山田博   (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 主任
南谷俊樹   (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 次長
神山幹夫   コニカミノルタビジネステクノロジーズ(株) 化成品事業本部 化成品開発センター 第2開発部 マネジャー
渡辺誠   日本ゼオン(株) 高機能材料研究所 トナー研究グループ チームリーダー 主席研究員
野田明彦   富士ゼロックス(株) 技術開発本部 マーキングプラットフォーム開発部 マネジャー
板谷正彦   三星電子(株) デジタルメディア総括 デジタルプリンティング事業部 首席研究員
彼谷憲美   ホソカワミクロン(株) 粉体システム事業本部 アプリケーションビジネスグループ ユニットリーダー
柳田和彦   富士ゼロックス(株) 技術開発本部 化成品開発部 マネジャー
水口由紀子   元 コニカミノルタテクノロジーセンター(株) 材料技術研究所 分析技術室
池﨑和男   慶應義塾大学 名誉教授
細矢雅弘   (株)東芝 研究開発センター 技監(Senior Fellow)
伊藤哲也   コニカミノルタビジネステクノロジーズ(株) 機器開発本部 機器第2開発センター マネジャー
門永雅史   (株)リコー 画像エンジン開発本部 PF開発センター ST開発室
北村孝司   千葉大学 工学部 情報画像工学科 教授

執筆者の所属表記は、2005年当時のものを使用しております。

目次

第1章 総論―トナー技術の概観と技術開発動向  
1. はじめに
2. トナーに求められる必要機能と制御技術
2.1 トナーに求められる必要機能
2.2 トナー構成材料と制御技術
2.3 トナー制御技術
2.3.1 粒径制御
2.3.2 形状制御
2.3.3 機能分離制御
3. ケミカルトナーの歴史と商品化
4. ケミカルトナー技術開発動向
5. まとめ

【トナー利用プロセス・技術編】

第2章 電子写真プロセスおよび装置の技術動向 
1. はじめに
2. モノクロ電子写真プロセス技術
2.1 現像プロセス技術の開発動向
2.2 省エネ定着プロセス技術の開発動向
3. タンデムカラー電子写真装置構成と高精細化への技術課題
4. 高精細カラー化技術の進展
4.1 微小ドットの忠実な再現技術
4.1.1 静電潜像形成技術
4.1.2 微粒子粉体トナーとプロセス技術
4.1.3 液体トナーとプロセス技術
4.2 位置合わせ精度の向上技術
4.3 長期連続安定性技術
5. 魅力ある商品化のための技術
5.1 小型・低価格・操作性の追求
5.2 省エネ・オンデマンド性の向上
5.2.1 熱ローラ定着技術
5.2.2 フラッシュ定着技術
6. POD向け高速高画質カラー化技術
7. まとめ

第3章 現像理論と現像技術
1. はじめに
2. 現像装置に求められる基本機能
3. 基本的な現像理論
4. 近年の特徴的な現像技術
4.1 ケミカルトナーを用いた現像同時クリーニング技術
4.1.1 OKI OL400eで採用された球形トナーリサイクルシステム(STRS)
4.1.2 キヤノン(株)CP2100で採用された磁気ブラシ注入帯電CLNレスシステム
4.2 OCE CPS900で採用された導電性磁性トナーを用いたフルカラーシステム
5. 現像技術の将来展望

【トナー構成材料編】

第4章 トナー用バインダー
1. はじめに
2. トナー用樹脂の種類
2.1 スチレン系樹脂
2.2 ポリエステル樹脂
3. 樹脂設計に関して
3.1 定着特性
3.2 帯電特性
3.3 保存特性
3.4 粉砕特性
3.5 添加剤の分散性に関して
4. 環境問題に関して
5. ケミカルトナー用樹脂
6. 新規な樹脂の開発状況

第5章 トナー用顔料

1. 黒色顔料
1.1 はじめに
1.2 トナーに使用される黒色顔料の種類
1.3 トナーの小径化と黒色顔料の関係
1.4 カーボンブラックの分散制御
1.5 カーボンブラック以外のトナー用黒色顔料
1.6 おわりに

2. カラートナー用顔料 
2.1 はじめに
2.2 トナー用色材に要求される特性
2.3 これまで使用されてきたカラートナー用顔料
2.3.1 イエロー顔料
2.3.2 マゼンタ顔料
2.3.3 シアン顔料
2.4 最近のカラートナーに使用される顔料
2.4.1 イエロー顔料の動き
2.4.2 マゼンタ顔料の動き
2.5 新たなる要求1 ケミカルトナーへの対応
2.6 新たなる要求2 小粒径顔料の開発
2.6.1 小粒径顔料の開発の背景
2.6.2 粉砕・磨砕処理の適用
2.6.3 合成条件の最適化
2.7 新たなる取り組み マイクロリアクターの適用
2.8 おわりに

第6章 電荷制御剤(CCA;Charge Control Agent)
1. 総論
2. 電荷制御剤(CCA)の役割
3. 電荷制御剤(CCA)の化学構造と製造工程
3.1 CCAの構造
3.2 CCAの製造工程
3.3 電荷制御剤の評価方法
4. 電荷制御剤(CCA)の機能
4.1 トナーへの帯電性能付与
4.2 トナーへの環境安定性の付与
5. 電荷制御剤の物理化学的性状と帯電
5.1 化学構造と帯電
5.2 電荷制御剤の結晶構造と帯電
5.3 電荷制御剤の体積抵抗率と帯電
6. まとめ

第7章 ワックス 
1. はじめに
2. トナー用ワックス
2.1 天然ワックス
2.2 石油由来のワックス
2.3 合成ワックス
2.3.1 ポリオレフィンワックス
2.3.2 フィッシャー・トロプシュワックス
2.3.3 油脂系合成ワックス
3. ワックスのトナー中での存在状態とその役割
4. 新しいトナー用ワックス粒子
5. おわりに

第8章 トナー用外添剤の機能と応用 
1. はじめに
2. 無機微粒子の製法と種類
3. 粒子径
4. 純度
5. 表面処理
6. 疎水性の評価
7. トナーの外添剤としての応用
7.1 分散性
7.2 帯電性
7.3 流動性
8. まとめ

【粉砕トナー、現像剤編】

第9章 粉砕トナー 
1. はじめに
2. 粉砕トナーとケミカルトナー
3. トナーへの要求特性とトナー技術
3.1 帯電特性
3.1.1 飽和帯電量
3.1.2 帯電立ち上がり特性
3.1.3 帯電量分布
3.2 流動性
3.3 熱的特性
4. トナー特性と材料・製造条件
4.1 材料分散
4.1.1 帯電と分散
4.1.2 WAXの分散性とトラブル
4.1.3 電気特性と分散
4.2 流動性と製造条件
4.2.1 形状制御
4.2.2 後処理条件
4.3 トナー材料について
4.3.1 樹脂設計
4.3.2 WAXの設計
4.3.3 後処理剤設計
5. 最後に

第10章 キャリア 
1. はじめに
2. キャリアの役割
3. キャリアの変遷
4. キャリアの構成
5. キャリア芯材の種類と製造工程
5.1 鉄粉
5.2 フェライト
5.3 マグネタイト
5.4 複合系
6. 樹脂被覆
7. キャリアの基本特性と画像品質との関係
8. 代表的なキャリアの特性
8.1 モノクロ機用キャリア
8.1.1 キャリア芯材
8.1.2 被覆樹脂
8.2 フルカラー用キャリア
8.2.1 キャリア芯材
8.2.2 被覆樹脂
9. 市場の要求とキャリアの帯電特性
9.1 帯電レベル
9.1.1 トナーの帯電レベル
9.1.2 キャリアの帯電レベル
9.2 環境安定性
9.2.1 トナー帯電量の環境安定性
9.2.2 キャリア帯電量の環境安定性
9.3 帯電特性に関するまとめ
10. 今後のキャリア設計
10.1 高画質化対応
10.2 長寿命・高速化対応
10.3 環境への対応
11. おわりに

【ケミカル(重合)トナー編】

第11章 キヤノンのカラー現像剤 
1. はじめに
2. カラートナーに求められる要件
3. カラートナーの取り組み
4. キャリアの取り組み
5. カラー現像剤の今後の展開

第12章 新製法EAトナー 
1. はじめに
2. 粉砕法トナーとEA法トナーの特徴
3. EA法トナー化プロセスと特徴
3.1 EAトナープロセス
3.2 粒度制御
3.3 形状制御
3.4 構造制御
4. EAトナーの特徴
4.1 転写性への効果
4.2 定着性能への効果
4.3 画質への効果
5. 環境影響
6. おわりに

第13章 リコーPxPトナー  
1. はじめに
1.1 トナーに求められる性能
1.2 環境負荷低減
2. PxPトナーとは
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
4.2 WAX分散
4.3 ZESM低温定着
4.4 粒径制御
4.5 形状制御
4.6 環境負荷低減
4.7 PxPトナーのカラー化
5. おわりに

第14章 乳化会合型重合トナー―コニカミノルタデジタルトナーの製造法と特性― 
1. はじめに
2. 乳化重合の機構
3. 乳化重合によるトナー樹脂設計
4. 乳化会合型重合トナー コニカミノルタデジタルトナーの製造法
5. 乳化会合型重合トナー コニカミノルタデジタルトナーの反応原理
6. 乳化会合型重合トナー コニカミノルタデジタルトナーの特性(1)
7. 乳化会合型重合トナー コニカミノルタデジタルトナーの特性(2)
8. 乳化会合型重合トナー コニカミノルタデジタルトナーの特性(3)
9. Life Cycle Assessment
10. 乳化会合型重合トナー コニカミノルタデジタルトナー搭載機
11. まとめ

第15章 懸濁重合法トナー 
1. .はじめに
2. 電子写真への要求とトナー技術
3. 懸濁重合法による高機能トナーの達成
3.1 懸濁重合法トナー製造プロセス
3.2 小粒径でシャープな粒径分布の達成
3.3 均一な粒子形状
3.4 顔料の均一分散
3.5 カプセルトナーによる低温定着トナーの達成
3.6 懸濁重合トナーによる耐久性向上
3.7 球形トナーによる高転写率の達成
3.8 小粒径・高顔料濃度トナーによる高画質化と低コスト化
4. まとめ

【デジタル印刷システムと現像剤編】

第16章 オンデマンド領域の乾式現像システム  
1. はじめに
2. DocuColor iGen3
2.1 DocuColor iGen3の概要
2.2 DocuColor iGen3の現像技術
2.2.1 はじめに
2.2.2 HSD技術
2.2.3 IOIプロセスにおけるシステムインタラクションへの対応
2.3 iGen3の現像剤
2.3.1 トナー
2.3.2 キャリア
3. NexPress2100の現像技術と現像剤
3.1 NexPressの現像技術
3.2 NexPress2100の現像剤
4. Xeikon5000の現像技術と現像剤
5. 今後の課題

第17章 液体現像システムと現像剤 
1. はじめに
2. 液体現像システムの概要
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. 液体現像剤の機能と構成
3.1 レジン
3.2 顔料
3.3 帯電制御および帯電制御剤(CCA)
3.4 分散剤(DA)
3.5 溶媒(キャリア)
3.6 液体現像剤の構成と製法
4. 新しい液体現像技術の動向
4.1 液体現像プロセス技術の動向
4.1.1 高画質化
4.1.2 高速化
4.1.3 用紙対応性
4.1.4 環境問題への対応策
4.2 新しい液体現像技術
4.2.1 Binary Ink Development方式と転写方式
4.2.2 粘着転写方式およびシアリング転写方式
4.2.3 高濃度高粘性現像剤を用いる方式
5. おわりに

【トナーの諸特性とその測定・評価技術編】

第18章 トナーの粉体物性とその測定・評価  
1. はじめに
2. 粒径測定
2.1 粒径測定の意味
2.2 電気的検知帯法
2.3 光学的検知帯法
2.4 レーザー回折散乱法
3. 流動性の評価
4. あとがき

第19章 トナーの帯電機構、帯電制御
1. 緒言
2. 物質の構造や性質と帯電の関係
3. 帯電の電子モデル:高分子の電子構造との関係
4. 帯電のイオンモデル
5. 現像剤の帯電速度と帯電メカニズム
6. 現像剤の帯電のトナーキャリア重量比依存性
7. おわりに

第20章 トナーの帯電量、帯電量分布、抵抗率、誘電率、磁気的性質の測定法 
1. はじめに
2. トナーの帯電量の測定法
2.1 帯電量測定の原理-ファラデーケージ法
2.2 吸引式ファラデーケージ
2.3 ブローオフ法
2.4 現像分離法
2.5 カスケード法
2.6 表面電位計法
3. 帯電量分布の測定
3.1 トナーの帯電量分布
3.2 平行極板法
3.3 直流電界法
3.4 チャージスペクトログラフ
3.5 軌跡観測法
3.6 レーザードップラー法
4. トナーの抵抗率、誘電率、磁気的特性の測定法
4.1 トナーの帯電の速度論
4.2 トナーの抵抗率の測定法
4.2.1 粒子系における電気伝導
4.2.2 平行平板電極法
4.2.3 トナーの抵抗率のその場測定
4.3 トナーの誘電率の測定法
4.4 トナーの磁気的特性の測定法
5. むすび

第21章 トナーの付着力、付着機構、付着力の測定法 
1. はじめに
2. トナーの付着力
3. トナーの付着機構
3.1 非静電的付着力
3.1.1 ファン・デル・ワールス力(van der Waals force)
3.1.2 液架橋力
3.2 静電的付着力
3.2.1 クーロン力
3.2.2 鏡像力(影像力)(image force)
3.2.3 接触電位差(CPD、Contact Potential Difference)による力
3.2.4 グレーディエント力(電界勾配力)(dielectrophoretic force)
4. 付着力を左右する因子
4.1 表面粗さ
4.2 粒子径、粒子形状
4.3 硬さ、弾性率などの影響
5. トナーの付着力測定方法
5.1 遠心法(Centrifugal method)
5.2 電解脱離法(Field detachment method)
5.3 振動脱離法(A apparatus based on vibratory detachment、 Vibratory detachment method)
5.4 AFM(Atomic force microscope、原子間力顕微鏡)を用いた手法
5.5 その他の付着力測定法
6. まとめ

第22章 トナーの熱刺激電流(TSC)測定―電荷トラップの評価― 
1. 熱刺激電流とはどういうものか
1.1 定義と分類
1.2 TSCの測定回路
1.3 実電荷開回路TSCの特徴
2. 1次のTSC理論式
3. 開回路で実際に観測されたTSCと試料固有のTSC
4. 粉体試料TSCの測定法
4.1 試料の調整
4.2 粉体試料のポーリング処理
5. TSCで何が評価できるか
6. TSCスペクトルの実測例

第23章 トナー帯電量測定標準・標準現像剤・標準キャリア 
1. はじめに
2. 摩擦帯電量を決める要因
3. 2成分現像剤におけるトナー帯電測定の標準化
3.1 試料・器具
3.2 試料の調整
3.3 測定
4. 標準現像剤
4.1 標準現像剤足り得る条件
4.2 トナー・キャリアの混合方法
4.3 標準現像剤の選択と測定結果
4.4 配布標準現像剤
4.5 トナー帯電量測定標準および標準現像剤の必要性
5. 標準キャリア
6. おわりに

【トナー関連技術編】

第24章 トナー画像の高精細化 
1. はじめに
2. 液体トナーによる高精細画像の特徴
3. トナー画像の高精細化を実現する電子写真プロセス
3.1 液体トナーによる高精細現像
3.2 液体トナーを用いた高精細カラープロセス
4. 液体現像における高精細化実現のメカニズム
4.1 2、540dpi孤立画点の現像
4.2 マルチライン画像の現像
5. トナー画像の極限解像度
5.1 画像エッジの状態とRaggednessの測定
5.2 トナー粒径と解像度限界
6. 微細パターニング(Digital fabrication)への応用
7. まとめ

第25章 トナー画像の評価 
1. はじめに
2. モノクロ画像測定規格
3. 光沢均一性測定の標準化動向
3.1 光沢均一性を表す画質属性の定義
3.2 光沢度の測定
4. おわりに

第26章 電子写真プロセスおよび現像剤に関するシミュレーション 
1. 概要
2. トナー挙動計算
3. 現像プロセスのシミュレーション
3.1 キャリア挙動シミュレーション
3.2 トナー挙動解析例
4. 転写プロセスのシミュレーション
4.1 トナー粒子を考慮した電界計算による転写特性の解析
4.2 中抜け画像解析
4.3 トナー飛散(チリ)解析
5. その他の解析例

第27章 トナーディスプレイ 
1. はじめに
2. 表示原理
3. 1粒子移動型
3.1 表示原理
3.2 試料
3.3 表示特性
3.4 電荷輸送層
4. 2粒子移動型
4.1 表示原理
4.2 試料
4.3 表示特性
5. 表示
6. まとめ示
6. まとめ
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