コニカミノルタ乳化重合凝集法デジタルトナー HDの開発
Development of KONICA MINOLTA HD (High Definition) Digital Toner
Produced by Emulsion Polymerization and Coagulation Method

山之内貴生＊

Yamanouchi, Takao

要旨
デジタルトナー HD（DT-HD）は，乳化重合凝集法を１はじめに用いたデジタルトナー 2000（DT-2000）を進化させた

近年，電子写真方式出力機器は，高速化と省エネ化にフルカラー用トナーである。特徴は，形状制御手法の最おける技術革新が進み，フルカラー分野においても適用適化によって，表面平滑性と球形化度を高めながら高い市場が拡大している。一つは，印刷分野への進出であり，クリーニング性を有する設計によって高品位な出力画像いわゆる少部数，数千枚以下/ロットを対象とするPODを得ることを可能としたこと，またDT-2000に対し，（Print on Demand）分野への導入が進んでいる。この20℃の定着温度低減化を達成したことである。これら分野では，従来以上に，付加価値の高い出力画像が求めの技術革新によって，DT-HDを搭載した機種は市場でられている。特に，競合するオフセット印刷に対抗して高い評価を得ている。POD市場をターゲットとしたいくためには，適用メディア（紙種）を印刷用コート紙

bizhub PRO C6500においては，優れた色再現性，高や極厚紙など従来は対象外としてきた領域まで拡大する

画質，高信頼性ならびに印刷用コート紙，極厚紙に代表ことが強く要求されるとともに，ハーフトーン画質の向される多種多様な紙種に対応することに貢献している。

上が重要である。もう一つは，オフィス用高速MFP

また，オフィス市場をターゲットとしたbizhub C451/（Multi Functional Peripheral）のフルカラー化である。

C550においては，低消費電力化の達成に貢献している。

近年のフルカラーページプリンタおよび，オフィス用

ここでは，DT-HDの特性と開発した技術を解説する。

MFPカラー機の浸透に伴い，フルカラー画像によるビジネス資料作成が特別なことではなくなり，より高速かAbstract

つ省電力設計である商品の市場ニーズが高まっている。

Digital Toner HD(DT-HD) is a toner for full color that

コニカミノルタでは，このような市場の状況に対応すべ

evolved Digital Toner 2000 (DT-2000) produced by

く，2001年に第一世代の乳化重合凝集法トナーであるデemulsion polymerization and coagulation method.

ジタルトナー 2000（以下DT-2000）を展開してきた１，２）。

A characteristic is that enabled that we get a high image

本報告では，印刷分野へのさらなる浸透と高速化対応

quality by a design having the high cleaning character-

への出力機器の技術革新に対応して，更なる進化を遂げ

istic while raising surface smoothness and spheroniza-

た第二世代の乳化重合凝集法トナーであるデジタルト

tion degree by optimization of the shape control tech-ナー HD（以下DT-HD）の高画質化および低温定着化

nique, to have achieved fixing temperature reduction ofへのアプローチと到達性能について報告する。

20˚C for DT-2000. The model that carried DT-HD bythese innovation gets high evaluation in the market. Superior color reproductivity is high-resolution and, in bi-２

製造法と特徴zhub PRO C6500 which makes a POD market a target,

DT-HDの製造法は，水系媒体中で乳化重合法によりcontributes to a thing corresponding to high reliability

樹脂粒子を合成，別途分散した着色剤分散液とを塩によand the various paper class represented by coated pa-る緩慢凝集法を利用した塩析と加熱による粒子間の融着

per for print, thick paper. Additionally, in bizhub C451/

にてトナーを形成するものである。

C550 which makes an office market a target, we con-

この製造法の模式図をFig. １に示す。まず，着色剤をtribute to the achievement of the energy-saving. Here, I

界面活性剤水溶液中で分散を行う。一方，界面活性剤水

comment on a characteristic of DT-HD and the technol-

溶液に重合開始剤，モノマーを加え，乳化重合による樹ogy that we developed.

脂エマルジョン（重合ラテックス）を生成する。この着色剤分散液と樹脂エマルジョン（重合ラテックス）を混＊コニカミノルタビジネステクノロジーズ㈱化成品事業本部 化成品開発センター 第２開発部
本論文は，日本画像学会誌第46巻第４号（2007）から転載

合した後，凝集剤を添加，加熱攪拌条件化で粒径・粒度分布を制御しながら緩慢凝集を行い，所望の粒径まで成KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.5（2008）57長させる。さらに加熱攪拌することで微粒子間の融着および形状制御を行い，任意の粒径・形状の粒子を形成する。得られた粒子分散液を濾過・洗浄・乾燥し，トナー

３

高画質化

３．１

色再現性の向上
〜顔料粒子均一配置技術〜粒子を生成する。
Fig. ２に会合工程反応の一例を示す。この反応工程は，色再現性の向上のためには，トナー中の顔料粒子のミ粒径成長反応と形状制御反応に機能分離されていることクロ分散性を上げることが求められる。顔料のミクロ分が特徴であり，反応初期に粒径を成長させ，目的の粒径散技術については，粉砕法トナーでは，マスターバッチで停止した後，形状制御反応を行うものである。ラズベ

分散や混練プロセスにおける機械的なシェア付与とい

リー状の異形から真球状までの広範囲にわたり任意の形いった手法が確立されている。一方，水中で粒子形成を状に制御することが可能である。

行う製造法においては，凝集顔料粒子のミクロ分散を維

また，Fig. ３にSEM観察による形状ならびに粒度分布を示す。粒子表面は平滑で着色剤等の表面露出は観察持しつつ，重合ラテックス粒子に均一に分散配置する技術確立が大きな課題として認識されている。

されない。これは，重合ラテックスと顔料粒子の凝集性

Fig. ４にDT-HDマゼンタトナーにおける顔料分散状を調整し緩慢凝集を行う独自の技術によるものであり，態（TEM観察写真）を示す。観察は，固体差の影響をトナー粒子中に顔料粒子を完全に内包した構造をとるこ考慮し，任意の重量のトナーを圧力成型し，厚さ180nmとを可能とする。また，この緩慢凝集法をもちいることにスライスする手法を用いた。DT-HDでは，重合ラテッによって，シャープな粒度分布も実現している。

クス粒子と数10 〜数100nmに微細分散した顔料分散液中の顔料粒子の緩慢凝集制御の最適化によって，顔料粒子の急凝集によるミクロンサイズの粗大分散粒子形成を抑制し，均一な分散を実現した。
この結果，Fig. ５に示すように，印刷画像における標準的な色域を示すJapanColorに対して，ブルー，グリーン，レッドの二次色も含めて十分な色再現領域を実現した。

Fig.1

Fig.2

Production scheme of Digital Toner HD．

Shape control and time course of coagulation reaction.

Fig.3

58

Characteristic of Digital Toner HD.

Fig.4

Fig.5

TEM photograph of DT-HD magenta toner.

A wider color gamut for dazzling output quality.

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.5（2008）

３．２

ハーフトーン粒状性の向上
〜形状分布二極化技術によるクリーニング性と画質の両立〜

高画質化を実現するには，中間転写プロセスにおける転写マージンの拡大が必要であり，トナー形状としては，真球状に可能な限り近づけることが望まれている。先に述べたように，乳化重合会合法の形状制御は，ラズベリー状〜真球状の範囲で任意に制御できることが特徴であるが，形状指標とクリーニング性との関係は，基本的に相反する関係にあり，真球状に近い形状の適用には，クリーニング性の向上が課題であった。

Fig.8

Halftone graininess.

クリーニングに最適な形状を検討した結果，Fig. ６に示すように，より真球状に近い粒子群に，少量の異形粒子を混在させる形状分布の二極化によって，クリーニング性能向上と転写性向上の両立が実現することを見出し

４

低温定着性能の向上

４．１

樹脂設計

た。しかしながら，２種類の形状のトナーをブレンドす従来の乳化重合凝集法における設計コンセプトは，重ることは，ロット間の不安定さの増大といったリスクな合ラテックスの樹脂組成最適化によるTg設計と分子量らびに製造設備投資が必要となり，現実的ではない。

設計をベースとし，必要に応じてシェル（カプセル化）

DT-HDでは，乳化重合会合法の優れた形状制御性の設計を組み合わせる手法により，粘弾性設計の最適化を改良によって，ワンショットの凝集反応で，二極化形状図るというものである。従来のコンセプトにおける低温分布を実現することを可能とした。この結果，クリーニ定着化の限界は，トレードオフ関係にある耐熱性の低下ング性と転写性の向上の両立を可能とした。にあった。耐熱性の悪化は，機内温度の制約，排紙部ドFig. ７に，形状および転写画像とクリーニング性の関キュメントオフセット軽減のための冷却ファン設置と係を示す。また，Fig. ８にハーフトーン粒状性を示す。

いったマシン設計への影響，また低温輸送による環境負荷増大といった種々の問題を抱えるリスクが生じる。
DT-HDの開発では，低温定着化と耐熱性の両立を目指し，次の２つの技術を採用した。①新たに採用した低融点ワックスの低温域での染み出し速度の向上による低温オフセット発生温度の低減。②数種の異なる官能基設計を有する重合ラテックスをブレンドし，内部凝集力を高める樹脂層を表面近傍に形成し，かつ低Tg設計樹脂層をトナー中心部に集めることで耐熱性のリスクを軽減する。
これらの技術によって，低温オフセット発生温度から高温オフセット発生温度間の定着オペレーションウィン

Fig.6

 elationship between the spherical/raspberry shaped ratio
Rand the blade cleaning characteristic.

ドウを狭めることなく，DT-2000に対して20℃の低温定着化を達成するとともに，耐熱性の確保を実現した。
Fig. ９に定着オペレーションウィンドウを示す。また，
Fig.10に従来コンセプトにおける定着性と耐熱性のトレードオフ関係とDT-HDトナーの実力を示す。

Fig.7

Half tone graininess and blade cleaning-related
coexistence.

Fig.9

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.5（2008）

Fusing operation window.

59

Fig.11にFCT（First Copy Time）比較を示す。DTHDを搭載したbizhub C451（フルカラー 35ppm/モノクロ45ppm）は，同クラスの従来機に対し，約1/2低減を
実 現， ま た 上 位 ク ラ ス のbizhub C650（ フ ル カ ラ ー50ppm/モノクロ65ppm）においても同等の性能を達成している。
また，Fig.12に国際エナジースタープログラムにおける標準消費電力指標値であるTEC値を示す。DT-2000を搭載したbizhub Pro C500に対して，DT-HDを搭載したbizhub C650では，約75％の低減を達成している。
Fig.10Relationship between fusing characteristics and Heatresistant characteristics.

４．２

POD市場向けbizhub PRO C6500における紙種適用範囲の拡大への寄与
〜新規低融点ワックスの採用〜

DT-HDでは，前述の低温オフセット性能向上，薄紙分離性の向上ならびに印刷用コート紙における光沢ノイズ軽減の３つの技術課題を解決すべく新規な低融点ワックスを採用した。
薄紙分離性については，従来，電子写真出力機器でのFig.11

対象と考えていなかった新聞折込みチラシのような薄紙

Comparison first copy time.

コート紙の市場ニーズが背景にあり，より低温で表面に染み出すことが重要である。
また，印刷用コート紙の光沢ノイズは，トナーに内包されたワックスが定着通過後に冷却される際の結晶化サイズの不安定さによって生じる現象である３）。ワックスは，定着通過後，紙とともに搬送され，結晶化温度に達すると固化して画像上に薄い皮膜を形成する。ワックスが固化する前に，搬送経路の部材に接触すると，接触した部分の温度は自然空冷されている他の部分に比べて急冷されることになる。ワックスの結晶サイズは，急冷された部分では小さく，徐冷された部分では大きくなる。また，結晶サイズが大きいほど形成される皮膜の表面平滑性が高くなる。このようなメカニズムにより，ワックスが固化

Fig.12

A reduction effect of the consumption electricity.

する前に部材に接触した部分が光沢の差として見えることがあり，印刷用グロスコート紙では，わずかな光沢差が光沢ノイズとして認識できるため，画像品位を低下させる原因となる。解決のために，低融点化とあわせて，冷却時の結晶成長サイズに着目し，急冷した場合と徐冷した場合のサイズ差を小さくする技術を導入した。

５

環境対応

Fig.13に，DT-HDと粉砕トナーの環境への影響を比較するLCA（������������������������������
Life Cycle Assessment���������
）調査結果を示す。

これらの技術課題に十分対応しうるワックスの選択に粉砕トナーに対し，乳化会合凝集法のDT-HDトナーはよって，DT-HDは，一般印刷用コート紙等の従来適用CO2の約３割削減，SOx，NOxの約４割削減を実現したが困難であった紙種への対応を可能とすることに貢献し環境適合性の高い製造法である。ている。

LCAは，製品の原材量調達から製造・製品使用・廃棄に至るLife Cycle全体にわたる環境負荷の評価手法で４．３

省エネルギー化ある。系の簡略化のために重合から乾燥までのトナー母低温定着化の実現により，省エネルギー化への多大な貢献を実現した。

60

体製造工程を評価の対象としている。
DT-HDでは，第一世代のDT-2000に対して，生産効

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.5（2008）

●参考文献１）大柴知美，山之内貴生，河野誠式，白勢明三：「重合トナー“DigitalToner 2000”の電子写真特性」 KONICA Tech. Rep., 13 (2000)
２）神 山幹夫：「乳化会合型重合トナートナー」日本画像学会誌

コニカミノルタデジタル

第43巻第1号

３）市 原 美 幸：「KONICA MINOLTA bizhubPro C6500に お け る
コート紙対応技術」日本画像学会誌

Fig.13

第45巻第６号

A reduction effect of LCA.

率の向上を図り，さらなる環境負荷の低減を達成している。具体的には，水資源の有効利用への配慮の観点から，後処理工程，特に洗浄工程における使用水量の削減を重要な課題と位置づけ，検討を進めてきた。Fig.14に示す
ように，界面活性剤，凝集塩といった処方因子の検討ならびに生産技術の革新により，DT-2000に対し，75%の水量削減を実現した。
また，生産工場においては，原材料収率99%超の実現によるゼロエミッション（廃棄物削減）化への寄与ならびにエネルギー効率の高いコ･ジェネレーションシステ
ムの導入によるCO2削減を実現している。

Fig.14

６

Quantity of the water reduction in the washing process.

まとめ

DT-HDは，乳化重合会合法製造スキームの特徴を維持，発展させることによって，さらなる高画質化と低温定着化を実現した。
乳化重合会合法のポテンシャルは高く，今後もさらなる高機能化が期待されるものであり，形状コントロール技術ならびにさらなる低温定着化技術の改良をすすめている。また，電子写真エンジンプロセス開発チームとの連携により，これまでの電子写真エンジン出力画像の枠を超えたインパクトのある画像の提供，ならびに省エネルギー化への更なる貢献を果たすことによって，市場のお客様に喜ばれる製品開発ができると考えている。

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