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Market Trend1. 市場変化

Approaches of Ink Jet Printhead2. プリントヘッドの対応

Market Trend in the past 5 years and Ink Jet Printhead approaches

この5年の市場変化とヘッドの対応

September 11, 2015

日本画像学会技術研究会第124回

FUJI XEROX Co., Ltd.

Marking Technology Laboratory マーキング技術研究所

The Imaging Society of Japan日本画像学会

FUJII Masahiko藤井雅彦

Ink Jet Technology Task Forceインクジェット技術部会

(神奈川県海老名市本郷 2274)

1Market Trend市場変化

22015年9月11日この5年の市場変化とヘッドの対応，藤井雅彦

Image Quality画質

Photo Finishing

Publishing

Office

Print Speedプリント速度

NoritsuEpson

CanonEpsonHPBrotherLexmarkFunaiFuji XeroxXeroxBrotherCasio*)Riso Kagaku(*)Sharp(*)BENQPanasonic(*)NEC(*)KodakOlivettiOthers

CanonEpsonLexmarkFuji XeroxXeroxHPSonyRicohSharpBrotherKodak Transactional

/Near Print

EpsonHP

HPXEROXMemjet

Line Printhead

技術難易度

Home

HP

Fuji FilmDNS

Konica MinoltaLanda

MiyakoshiAgfa(Dotrix)OceHitachi/DNPKodak VersamarkFuji XeroxXeroxToppanDNS(InfoPrint)TKSHPPitney Bowes

Fuji FilmiMpikaKomoriHoseiLandaKBAFounder Elec.

Canon

1 Market Trend市場変化

市場俯瞰

Serial Printhead

WF Label/PackageTextile DF/3D

Stratasys3D SystemsKeyenceMimakiHP

RISOBrother

プリント速度と画質だけで提供価値を表せない市場が増えてきた


0

100

200

300

400

500

600

700

800

98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14

SFPMFP

出荷台数 (万台)

Year

* 複数の調査会社のデータが混在しており，台数は参考値

年賀状発行枚 (億枚)

Year

5

0

15

10

25

20

35

30

45

40

50

1994 2003 2012

出典：日本郵便プレスリリース,http://www.post.japanpost.jp/notification/pressrelease/2014/00_honsha/1225_01.html


一般プリンタ市場

図. インクジェットプリンタ出荷台数(国内) 図. 年賀状発行枚数


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

08 09 10 11 12 13

Biz IJ

出荷台数 (万台)

Year



図. オフィス向けインクジェットプリンタ出荷台数(国内)

* 調査会社によりオフィスインクジェットの定義，対象機種が異なるため，台数は調査会社により大きく異なる．

2011年のPhoto(サービス)市場は2000年に比べ1/20国内の写真店の店舗数も34000→9000に激減．


0

20,000

40,000

60,000

80,000

100,000

120,000

140,000

13 14 15 16 17 18

AqueousLatexEco-SolventUVDye-subSolvent

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

11 12 13 14 15 16

台数

売上

販売台数 (台) 売上 (億円)

出展：三原、富士ゼロックスにおけるインクジェット連帳機商品開発の歴史と今後の展望、第121回日本画像学会技術研究会(2014)


プロダクション市場

図. プロダクション向けプリンタ市場規模(AP/China/Japan)

38% CAGR (AP/China)32% CAGR (Japan)

40% CAGR (AP/China)36% CAGR (Japan)

図. インクジェットWFプリンタ出荷台数(WW)

Year

出荷台数 (台)

Year

11% CAGR

2.2% CAGR

-6.6% CAGR

-10% CAGR



3D Printer

図. 3Dプリンタ市場規模

(M$)

Year

¥5000億

図. 3Dプリンタ販売台数Year

(台)

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

180000

200000

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 140

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14

ServiceSystem

¥2.5兆

0

5000

10000

15000

20000

25000

2016 2018 2020(M$)

* 調査機関により，成長予測は著しく異なる．

(億円)

出展：Wohlers Report 2015他

DesktopProfessional

Binder JettingPowder Bed Fusing

Direct Energy Deposition

Material Jeting

Vat Polymerization

Material ExtrusionSheet Lamination

14.8%

5.4%1.5%

0

100

200

300

400

2013 2014

日本国内

0

4000

8000

12000

2013 2014

日本国内

(岱)* 国内のSystemは消耗品含む

2Approaches of Ink Jet Printhead

プリントヘッドの対応


サーマルインクジェットピエゾインクジェット


コンシューマー

オフィスモバイル

産業用プリンタ市場

印刷代替(高速．高画質)

連帳(超高速)

MOF

デジタルファブリケーション

PEDisplay

BioMedical

3D

ラベルWide Format

捺染

Photo

Coating

小型・低コスト高密度小滴 ? 液体自由度長寿命滴径変調

TIJとPIJ

2 Approaches of Ink Jet Printheadプリントヘッドの対応


Frequency (kHz)80

TIJ

0

20

60

40

PIJ

90 95 00 10 1505

Year

13

Commercialized Home Printer

10-3

10-2

10-1

100

101

102

90 95 00 05 10

58

27

6

3

1

1510-4

Announced by Using Electrostatic Pull Ink Jet (AIST)

0.3

プリントヘッドの基本仕様の変化


Min. Drop Volume (pl)Drop Radius (μm)

図. 駆動周波数トレンド図. 小インク滴トレンド

Year


プリントヘッドの対応


依然，市場の中心(規模)はコンシューマー・オフィスであるが，Production市場，産業向け市場は拡大しており，この市場に向けた取り組みが活発である．

ラインヘッド(ワンパス)による高速化

インク自由度の拡大 (UV硬化型，Latex，高粘度，粒子サイズ，pH…)

信頼性の向上(より飛ばしにくいインクへの対応，商材の生産)，厳しいバラツキ要求への対応

インク循環の採用(気泡除去，インク物性安定化)

ノズルごとのばらつき補正

ノズル欠陥検出・補正機能

これらの市場への対応として，主にこれまで伸ばしてきたプリントヘッドの基本仕様(駆動周波数，インク滴量)ではなく

取り組みは高速化(に伴う課題解決)と信頼性(欠陥防止，補正含む)の向上．

さらには

より具体的には


ラインヘッドの適用市場拡大


Image Quality画質

Photo Finishing

Publishing

Office

Print Speedプリント速度

Transactional/Near Print

Home

シリアルヘッド対応範囲

初のラインヘッド商品(プリント速度は発売時の仕様)

Jetpress 720 [FF/FX]:A4換算180ppm

Offset代替

OfficeCM8060[HP]: 60ppm/A4

2007

2008

2003

MJP600 [Miyakoshi]: 40m/m

連帳

PhotoSmart [HP]:4”×6”換算12ppm

Mini-Lab.

2006

Orphis HC5000[理想科学]: 105ppm/A4

軽印刷 2003

HL-S7000[Brother]: 100ppm/A42012

捺染

LaRIO[MS]75m/m

WF

WideStar2000[Own-X]

20112011

DreamLabo 5000 [キヤノン]:Ｌサイズ換算44ppm

2011

Label・Package

1997P-400C[Canon]:150mm/s

ラインヘッド対応範囲


HP2005

Xaar2007

Spectra(Lung)

1990年代後半

インク循環システム


気泡除去

ノズル乾燥防止(沈降防止)

FDMX2011

Kyocera2016?

東芝TEC2013

SII2014

KM2013

図. 休止後の吐出速度のインク循環依存

Non-Jetting Time (s)0.1 1 10 100 1000

1st Drop Velocity (m/s)12

10

8

6

4

2

0

0 nl/s14 nl/s50 nl/s

出典：S. Hirakata, Proceeding of PPIC08 (2008)

Printhead

Vent Chamber Ink Tank Pump

Sub-Tank

Reservoir

Chip

CloseOpen

OpenClose

PurintheadのSub-Tankにインクを供給

気泡を含んだインクをVent Chamberに戻す(PrintheadのReservoirにインクを供給)

図. HPのActive Air Management (脱泡)

リコー2014


出典：和田友宏，「マハラノビスの距離」を用いたPIJヘッドの吐出評価方法，日本画像学会ICJ2007 (2007)他

周波数の移動

振幅の変化

曲線のシフト

インクを充填した状態で，ピエゾに正弦波状の電圧を周波数をSweepさせて入力し，電圧に対する電流の位相差測定．

・異物によるノズル詰まり

・気泡混入による不吐出

・ノズルや表面処理の欠陥による吐出方向性不良

故障原因の推定

気泡位置の推定

出典：佐藤強，「液滴塗布ヘッド内の気泡検出に関する研究」，精密工学会誌 Vol.77, No.9 (2011)

No Bubble Mode 1 Mode 2 Mode 3 Mode 4

No Bubble

R33µm@57µm(Mode 2)

R32µm@284µm(Mode 3)

No Bubble

Mode 1

Mode 2

気泡の存在位置で，残留振動波形が異なる

一般プリンタの場合においてもノズル抜けは問題であるが，(プロダクション市場に比べればクライテリアは低く)，ごまかし技術(マルチパス)も適用できる．

プリント物を商材として扱うプロダクション市場では，欠陥はロス(コスト)につながり，マルチパスも適用できないため，ノズル欠陥はより問題となり，検知技術，補正技術が不可欠になる．

DF，例えばPrinted Electronicsにおいて抜けは致命的欠陥．事前に抜け等の異常を検出する必要性が高くなる．

欠陥検出機能



Nozzle #1

#2

#3

#4

出典：辰巳大祐，誤差拡散法を用いた白すじ低減の一手法，日本画像学会ICJ2007 (2007)

画像欠陥と補正


画像欠陥検知(不吐出，ドットずれ検知)

画像補正(ピエゾインクジェット)

Jet Press 720 True Press 520HD

出典：小幡満，日本画像学会第121回技術研究会 (2014) 出典：http://www.screen.co.jp/ga_dtp/product/digitalprint/tp_jet520hd/post_26.html

システムとして欠陥検出，補正技術が導入されている

KM-1


薄膜ピエゾで改善できる性能(?)

要求性能一次特性ピエゾ素子への期待

高信頼性ヘッド寿命* 繰り返し変位安定性(1010以上)

多様インク対応高粘度インク対応高変位&高剛性

その他製造プロセス対応高温(例えば300ºC以上)での分極保持

環境対応 (鉛フリー化??)

産業用プリンタ用途，デジファブ用途

要求性能一次特性ピエゾ素子への期待

高画質化高解像度高変位

高速化多ノズル化 (面内，チップ内)高均一性

低コスト化駆動回路の低コスト化低電圧化

一般プリンタ用途

一般向けプリンタにおいては，薄膜ピエゾはどのような価値を提供できるのだろうか．

薄膜ピエゾの開発(2)


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