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
32015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
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
1 Market Trend市場変化
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
42015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
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
1 Market Trend市場変化
一般プリンタ市場
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.
52015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
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)
1 Market Trend市場変化
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
62015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
1 Market Trend市場変化
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
82015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
サーマルインクジェット ピエゾインクジェット
一般プリンタ市場
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
92015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
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
2 Approaches of Ink Jet Printheadプリントヘッドの対応
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
102015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
プリントヘッドの対応
2 Approaches of Ink Jet Printhead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
112015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
ラインヘッドの適用市場拡大
2 Approaches of Ink Jet Printheadプリントヘッドの対応
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
122015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
HP2005
Xaar2007
Spectra(Lung)
1990年代後半
インク循環システム
2 Approaches of Ink Jet Printheadプリントヘッドの対応
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
132015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
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
2 Approaches of Ink Jet Printheadプリントヘッドの対応
142015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
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
2 Approaches of Ink Jet Printheadプリントヘッドの対応
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
152015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
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)
2 Approaches of Ink Jet Printheadプリントヘッドの対応
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