第Ⅴ章

注目技術

Ⅴ－２

EA-Eco トナーの開発（採用機種：700 Digital Color Press）
二宮正伸、大門克己

１．はじめに近年のパソコンの高性能化及びネットワークの普及に伴い、情報ネットワークシステムの出力機として、電子写真方式のデジタルカラー複合機及びカラープリンターが急速に普及している。この普及の一因として、1980 年代後半からのデジタル化技術の進歩に伴う、電子写真プリントシステムの高画質化が挙げられる。

（低）←定着温度→（高）富士ゼロックス株式会社・画形材開発本部・化成品開発部

1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010
発売年度

特に写真画像に関しては、階調補正と色補正とが可能になったことで、階調性、粒状性、色再現性が大き

Fig.1

各社オイルレストナーの最低定着温度推移く改善されており、電子写真プリントシステムは一部の印刷市場へ提供されるまでになってきた。

一方近年では、地球温暖化問題、エネルギーや資源印刷市場への電子写真プリントシステム本格提供をの枯渇問題を背景に、改正省エネ法によるオフィスへ実現するためには、プリントシステムとして、更なるの省エネ規制対象拡大やエネルギースタープログラム画質改善(フルカラー画質に関しては高級印刷、銀塩写の認定基準値厳格化等の社会的な環境保護対策/規制真に近い高画質品位)と、プリントの高速化による生産が強まっている。また前述のように、電子写真方式プ性の向上が必要であり、これを具現化する手段としてリンターの普及に伴い、プリンターの使用に伴う総消トナーには益々の小粒径化(高画質対応)と低温定着性費電力量や、使用されるトナーの総消費量は増え続け改善(高生産性対応)が求められている。ており、これらを市場に提供する企業に対しては、サトナーの更なる小径化に関して、従来の混練・粉砕ステナビリティー社会形成への貢献として、製品製造トナー製法を用いるとトナー小粒径化に伴い粉砕エネ時、使用時を問わず省資源/省エネルギー化による環境ルギーが著しく増大することが知られている。更に混負荷低減活動が求められている。

練・粉砕製法では、狙いの粒度域のトナーを選択的に既に電子写真プリントシステムの環境負荷(消費電得る必要があるため、分級工程が必要となり、分級に力)の約 70%は定着システムで消費されることが知ら

よる得率低下が発生し環境負荷の観点で悪影響を及ぼれている2)。これは定着システムとして熱定着方式がすことが知られている。

採用されており、定着装置の加熱に多くの電力が消費またトナーの低温定着性改善に関しては、Fig.1 にされるためである。この消費電力の課題に対して各社見られるように、発売されているトナーの最低定着温は定着装置の改良で省エネルギー化を推進2)～4)してい度のトレンドは横ばいであり、トナー低温定着特性改る。しかしながら、前述のようにトナー低温定着特性善に大きな進展は見られない。このような状況の下、改善の観点での省エネルギー化アプローチに大きな進

高生産性対応技術として、複数の定着機を有する電子展は見られない（Fig.1）。

1)

写真プリントシステムの開発がなされている 。

-1-

第Ⅴ章

注目技術

このような状況において、トナーに対しては、①高対する EA 製法は、製造に要するエネルギーが粒径に画質化のためのトナーの小粒径化及び狭粒度分布化、は殆ど依存しないこと、分級工程が必要ないことから、②トナー生産時の環境負荷低減、③生産性向上/消費電少ない環境負荷で小粒径化/狭粒度分布化が達成でき力低減のための更なる低温定着性改善、等の特性が求（Fig.3）、粉砕製法と比較して製造時 CO2 排出量を約められる。

35%削減できている（Fig.4）。

これまで富士ゼロックスでは、従来のトナー製法（混50練･粉砕製法）に比べてトナー製造過程における消費電従来製法トナー

ＥＡトナー

力量が少なく、小粒径トナー作成に適している新製（分級後）405)～9)。

2. EA （Emulsion Aggregation）製法の特徴

従来法トナー

体積頻度％法：EA製法を開発してきた

30

未分級

2010EA 製法によるトナーの特徴は、①低環境負荷における小粒径、狭粒度分布の実現、②トナー製造時の環境0負荷の低減、③使用時の環境負荷低減（トナー消費量024減/回収量減）を実現する形状制御自由度の拡大、が挙げられる。

Fig.3

従 来 の 混 練 粉 砕 法 トナ ー

EA－ 乳 化 凝 集 法 トナ ー（機 械 的 、エ ネ ル ギ ー 消 費 型 ）（化 学 的 、微 粒 子 成 長 型 ）

粉砕

顔料

凝集
成長分級

Fig.2

EAvs

従来製法トナーEAvs

従来製法トナー粒径分布比較

1.2

サ ブ ミク ロ ン 微 粒 子 樹 脂

ワ ックス

8 10 12 14 16

トナー製造１ｋｇ当たり
CO2排出量（ｋｇ－C/TN-kg)

原料混練物

6

粒径 ・粒度分布

融合10.80.6

粉砕
工程

0.4

35%
減58％

粒子化
工程
20％
乾燥
31％

Conv.現行トナー

EA トナー

0.2

製造方法ｲﾒｰｼﾞ図

粉砕製法が原料混練物を粉砕して小粒径化していく

プロセス材料共用設備
製造工程

0Fig.4

EAvs従来製法トナーCO2 排出量比較製法であるのに対し、EA 製法はサブミクロンの原材料粒子を凝集、成長させる製法であるため、トナーの小また、粉砕製法トナーは、機械的な力で粉砕しト粒径化、狭粒度分布化に対して有利である（Fig.2）。

ナーを形作るため、形状係数（ML2/A）は 150 前後で、また一般的には、粉砕製法ではトナー小粒径化に伴い形状の制御は困難である。これに対し、EA 製法では、粉砕エネルギーが著しく増大するため、小粒径トナー融合工程の条件を制御する事により、トナーの形状係を製造する場合には消費電力の観点で環境負荷が大き数は、ほぼ球形の 120 から不定形の 150 前後まで形状くなる。さらに、粉砕後のトナーの粒度分布は広く、を任意に制御することができる（Fig.5）。

数回の分級操作が行われることが多い。分級操作を行うと所望粒径以外のトナーが産業廃棄物となり排出される場合もある。

-2-

第Ⅴ章

注目技術
ス転移点や軟化点を下げる方法が考えられるが、これ形状係数
ＭＬ２/Ａ

120130140

ではブロッキング温度やホットオフセット発生温度が低下し、低温定着性能との両立が困難である。
そこで我々は、新開発のシャープメルトポリエステルを用い、トナーの温度に対する粘度変化を、従来トナ高転写性
転写・ＣＬＮ性両立域

ブレードクリーニング性ーから大きく変える設計とした（Fig.7）。
トナーの温度に対する粘度変化
温度に対する粘度変化
粘度

Fig.5

EA 製法のトナー形状制御性

シャープメルト材料トナー

高従来樹脂トナー紙の定着に必要な粘度の上限

トナーの形状は現像性、転写性の観点からは球形が、ブレードによるクリーニング性の観点からは不定形が望ましい。EA トナーはシステムに適合した形状を選択することで、高転写効率と安定したクリーニング性能を高次元で両立することに成功しており、トナー消費量低減や廃トナーの削減へ寄与している（Fig.6）。

低最低定着温度
低高ブロッキング温度
ブロッキング（トナーが固まってしまう温度）

Fig.7

定着器を汚さない粘度の下限

EA-Ecovs温度

ホットｵﾌｾｯﾄ発生温度
ホットｵﾌｾｯﾄ発生(定着器汚染の開始温度）

従来トナー粘度比較

１００ｋｐｖトナー使用量及び回収量
12000
10000

37%
40%減
減

8000

トナー量（ｇ）

また、材料設計と EA 製法の改良により、シャープメ

トナー消費量

ルトポリエステルをトナー中に最適配置させること

トナー回収量で、ブロッキングやホットオフセットを防止しつつ、低温定着機能発現可能なトナー構造（Fig.8）にした。

6000
4000

68%
70%減
減

2000
0Fig.6

EA

vsConv. トナー種
EA
従来製法 トナー消費量/回収量比較

3. EA-Eco トナーの狙いと低温定着設計
上述のように我々は、環境/エネルギー問題に対応しつつ、高画質化/高信頼化のため EA 製法を探究、トナ

Fig.8

EA-Eco トナー構造模式図

ーの小粒子径化/形状分布の改善を行い、トナー生産時の環境負荷低減とトナー消費量抑制を実現してきた。

トナーのさらなる低温定着化は、電力削減のみなら次のステップとして我々は、トナー生産時の環境負荷ず、同じ電力でのプリント高速化（生産性向上）が可が少ない EA 製法を深化させつつ、トナー消費時の環境能であり、印刷市場への本格展開が期待できる。しか負荷低減（消費電力削減）を具現化する Ecology なトしながら、電子写真プリントシステムの印刷市場へのナーの開発を狙いとした。具体的には、更なる低温定本格展開には画質、特に印刷画像相当の画像グロス再着可能な EA-Eco トナーの開発である。

現性が必要であった。

低温定着化のためには、一般的にトナー樹脂のガラ-3-

画像グロスに関して、印刷画像の場合、インクによ第Ⅴ章

注目技術る着色層は用紙表面に沿って薄く形成されている。こ4-2

EA-Eco トナーの生産性への寄与のような画像構造では、着色層の表面や内部での光散低温定着化設計によりトナー溶融に必要なエネルギ乱が小さく、用紙のグロスに対応した画像グロスを示

ーが少なくなるため、同じ消費電力量下ではプリントす。一方、電子写真システムの場合、着色層は、用紙の生産性向上が可能である。弊社

表面にトナーが溶融堆積した状態で形成され嵩高い。

Color

よって、トナー層の溶融むらや表面状態(平滑性等)に生産性を用紙別に比較した（Fig.10）。坪量 100gsm

より、トナー層固有の光散乱が生じ、用紙グロスに対以下の非コート紙の生産性は約 42％、坪量 105 からする画像グロス依存性が小さくなる。特にオイルレス

175gsm までの非コート紙の生産性は約 184%の向上が定着トナーの場合、ホットオフセット特性や用紙と定可能となった。更に、従来では定着が困難であった坪着部材との剥離性を確保するため、溶融時のトナー粘量 300gsm の厚紙の定着も可能にした。

度が高目に設計されており、結果的に高光沢紙に画像低く、沈んだ画像になってしまっていた。
この課題に対して、新開発のシャープメルトポリエ
ステルの特性を活かし、トナーの粘度を低くすることで平滑なトナー着色層を形成し、トナー層固有の光散■EA-ECO■弊社従来トナー（EA製法）

42%
UP

60184%
UP

40104%
UP

200 64～104 105～176 177～280 281～300

乱を低減することで、画像グロスの用紙のグロス追従

非コート紙 坪量（ｇｓｍ）性を向上させた。さらにホットオフセット特性や剥離性の確保のためワックス融点/粘度の最適化を実施し、DigitalPress において EA-Eco トナーと従来トナーの80生産性（ｐｐｍ）を形成しても、用紙のグロスに対して画像のグロスが700

Fig.10EA-Ecovs

従来トナー生産性比較

従来にない低温定着特性と実用レベルのホットオフセット特性の両立を実現した。

4-3

EA-EcoトナーのCO2削減への寄与

EA-Ecoトナーと市販トナー、そしてこれまで弊社製

4. 新開発 EA-Eco トナーの性能品でもっとも環境負荷の少ない従来EAトナーの定着時4-1の使用電力比（光沢モード）を、CO2排出量比に換算しEA-Eco トナーの低温定着性

Fig.9 には EA-Eco トナーとともに、オイルレストナて比較した（Fig.11）。EA-ECOトナーはこれまでのトーの最低定着温度を示した。新開発の「シャープメル

ナーと比較し、40～60％の消費電力を削減でき、世界トポリエステル」の採用により、従来タイプのトナー的課題であるCO2削減に対して、大きな貢献が期待できより低温域でトナーの溶融粘度が低下する。従来のトる。
定着時CO2排出削減効果

Fig.9

EA-Eco20%（ 少 ） ← C O2 排出量比→ （ 多)(弊社内比較 電力換算）

vs

トナーD

トナーC

トナーB

弊社従来トナー（EA製法）

トナーA

20℃低下

EA-ECO（低 ）← 定 着 温度→ （高 ）ナーより約 20℃定着温度を下げることができている。

4 0%

市販トナー
（平均）

従来トナー最低定着温度比較

Fig.11-4-EA-Eco

弊社従来トナー（EA製法）

vsEA-ECO

従来トナー定着排出CO2比較

第Ⅴ章
4-2

注目技術

EA-Eco トナーの光沢性解性、バイオマス材料の適用化検討も課題である。一

「EA-Eco トナー」は、従来トナーよりも溶融粘度を方で市場ニーズへの対応面では、更なる高画質化/信頼大きく低下させる設計となっており、より高いグロス性アップ、また高速化/高機能化に加え、コストダウンの画像が形成できる。一方、樹脂を含めたトナー粘弾施策も重要である。

性設計最適化で、オイルレストナーでありながら用紙これらの課題解決はトナー単独でなし得るものではグロスに 近い 画像グロ ス再 現性を達 成し ている。

ない。今後はよりマーキングシステムと一体化した研(Fig12)。

究開発を進め、一つ一つの改善技術を地道に取り入れる事によって、結果的に市場でのお客様の満足を勝ち（低）← 画像グロス →（高）用紙グロスに対する画像グロス追従性●：EA-ECOトナー●：弊社従来トナー（EA製法)

得、プリンテイング市場の拡大、トナーマーキング技
目標グロス線術の進展につなげていければと考えている。

参考文献(低)← 用紙グロス →（高)Fig.12

EA-Ecovs

１） 太田、”imagePRES C7000 における高速、高画質化

従来トナーの画像グロスの技術” 2007 ビジネス機器関連技術調査報告書

用紙グロス追従性比較

２） 香川、前田、山地、朝倉、難波、木田、”外部ベルト加熱定着システムの開発“

5.まとめと今後の展望

2006 ビジネス機器関連技術調査報告書

EA-Eco トナーはトナー製造時及び使用時の環境負荷低減に加え、高グロス化、高生産性を目指して開発を進め、以下の成果を得た。

３） 内田、”カラーオンデマンド定着技術“2006 ビジネス機器関連技術調査報告書
４） 清水、”高速カラー電子写真方式における省エネ定

低環境負荷着技術“ 2007 ビジネス機器関連技術調査報告書

トナー製造時のエネルギー：約 35%低減

５） 松村、鈴木、石山、“高画質オイルレスカラーを実現

トナー使用時のエネルギー：約 40～60%低減

する EA トナー（乳化重合凝集法トナー）の開発”

トナー使用量：約 37％削減、回収トナー量：約 68％削減

富士ゼロックステクニカルレポート,No14．2002

高生産性６） 鈴木、石山、松村、石田、

消費電力を増やすことなくドキュメント生産性を向上“環境負荷低減型新製法 EA トナーの開発”

高画質化

エコデザイン 2002 ジャパンシンポジウム

画像グロスの用紙グロス追従性向上による、

７） 鈴木 “市販ケミカルトナーの分類、構成と将来展望”

画像光沢制御範囲の向上

2003 年第 3 回日本画像学会技術研究会
８） 松村、鈴木、石山、赤木、百武、“高画質と低環境負

一方で、トナーの技術課題はまだまだ残されている。

荷を両立した乳化重合凝集法トナー（EA トナー）の技

環境負荷低減に関して、消費エネルギー面では、EA-Eco

術開発,日本画像学会誌,vol42(4),P24

トナー以上の消費エネルギー低減化が、廃棄物削減面
では、廃トナーレス化に加え、用紙再生の容易性にも目を向けた開発が必要であろう。グリーン面では生分-5-９） 鈴木、”EA-HG トナーの開発 “
2004 年度事務機器関連技術調査報告書

第Ⅴ章

注目技術禁 無 断 転 載2008 年度「ビジネス機器関連技術調査報告書」“Ⅴ―２”部
発行

2009 年 3 月
社団法人 ビジネス機械･情報システム産業協会（JBMIA）
技術委員会 技術調査小委員会〒105-0003 東京都港区西新橋三丁目 25 番 33 号 NP 御成門ビル
電話 03-5472-1101(代表) ／ FAX 03-5472-2511-6-