インクジェットプリンターの応用と材料II

インクジェットは、信号により打ち出された微小液滴を空中飛翔により対象物に付着させる最もシンプルなインキング技術であります。インクジェットプリンタは当初、装置がシンプルでフルカラーも容易なことから、低価格なプリンタとしてパーソナル分野に普及しました。その後、マシンコストの安さからビジネス分野にも拡がっていきました。産業分野での応用は、オンデマンド捺染、段ボールや缶詰などの産業用マーキング、半導体製造、写真プリントなど多岐にわたっています。特に最近は、ラージフォーマットやデジタルカラープルーフ、可変情報対応高速プリンタなど印刷分野が伸びています。 インクジェット技術が発展して行くためには高速化、高解像性ヘッドの開発と、インクや紙の材料やケミカルスの技術が必要であります。すなわち、機能性インク、UVインク、水性インク、油性インク、顔料、コート紙、光沢紙、合成紙、紙薬品などの技術開発が望まれています。 本誌は2002年『インクジェットプリンターの応用と材料』の続編となっております。時代に即したまったく新しい内容をまとめておりますので、是非、ご購読をお勧めいたします。

• 髙橋 恭介　　東海大学名誉教授
• 河合 晃　　　長岡技術科学大学 工学部 電気系 准教授
• 松尾 一壽　　福岡工業大学 情報工学部 情報工学科 教授 福岡工業大学 総合研究機構 情報科学研究所 所長
• 大坪 泰文　　千葉大学 大学院 工学研究科 教授
• 矢崎 利昭　　英弘精機(株 )物性・分析機器事業部 取締役 事業部長
• 山上 達也　　東京大学 大学院工学系研究科 物理工学専攻 助教 現・(株)コベルコ科研 技術本部 エンジニアリングメカニクス事業部
• 日出 勝利　　(株)テラバイト 第二技術部 グループリーダー
• 太田 徳也　　ザール・ピーエルシー 日本事務所 在日代表、日本事務所長
• 野口 弘道　　フュージョンUVシステムズ･ジャパン(株) リサーチフェロー
• 上村 一之　　ビデオジェット(株) 製品技術マネージャー
• 奥田 貞直　　理想科学工業(株) K&I開発センター 第一研究部 部長
• 小野 裕之　　日本合成化学工業(株) 中央研究所 スペシャリティクリエイティブセンター 担当課長
• 平澤 朗　　　トッパン・フォームズ(株) 中央研究所 第一研究室 室長
• 釜中 眞次　　紀州技研工業(株) 専務取締役
• 萩原 和夫　　ジーエーシティ(株) 代表取締役社長
• 大西 勝　　　(株)ミマキエンジニアリング 技術本部 取締役技師長
• 成田 裕　　　倉敷紡績(株) エレクトロニクス事業部 システム開発部 企画開発課
• 菅沼 克昭　　大阪大学 産業科学研究所 教授
• 和久田 大介　大阪大学 産業科学研究所 特任研究員
• 金 槿銖　　　大阪大学 産業科学研究所 助教
• 竹延 大志　　東北大学 金属材料研究所 准教授
• 浅野 武志　　ブラザー工業(株) 技術部 技術開発グループ チーム・マネジャー
• 白石 誠司　　大阪大学 大学院基礎工学研究科 准教授
• 小澤 康博　　(株)石井表記 企画開発部 部長
• 日口 洋一　　大日本印刷(株) 知的財産本部 エキスパート
• 岡田 裕之　　富山大学 理工学研究部 准教授
• 中 茂樹　　　富山大学 理工学研究部 助教
• 柴田 幹　　　富山大学 工学部 技術専門職員
• 長谷川 倫男　前・ニップンテクノクラスタ(株) 営業技術本部 ジェノミクス・プロテオミクスグループ 主任
• 西山 勇一　　(財)神奈川科学技術アカデミー中村バイオプリンティングプロジェクト研究員
• 中村 真人　　東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 准教授 (財)神奈川科学技術アカデミー 中村バイオプリンティングプロジェクトプロジェクトリーダー
• 逸見 千寿香　(財)神奈川科学技術アカデミー 中村バイオプリンティングプロジェクト研究員

＜総論＞

第1章 インクジェットプリント技術の最新動向／髙橋 恭介

• 1. 印刷技術の栄枯盛衰から学ぶ
• 1.1奈良～平安時代
• 1.2鎌倉～室町時代―寺院版木版印刷の全盛期
• 1.3古活字版と木版共存時代(桃山末期～江戸初期)
• 1.4江戸出版文化の隆盛(寛永～明治初期)
• 1.5明治(1868年)～平成の技術導入とその栄枯盛
• 2.インクジェット技術のポテンシャル

＜インクジェットの基礎物理＞

第2章 インクジェットインク・微小液滴の基礎物性／河合 晃

• 1. はじめに
• 2. 微小液滴の表面エネルギーとサイズ効果
• 3. 液滴の濡れ性を表す基本式
• 3.1接触角の定義式(Youngの式とDupreの式)
• 3.2粗い表面での接触角(Wenzelの式)
• 3.3異種材質の基板上での接触角(Cassieの式)
• 3.4時間経過による接触角変化(Neumannの式)
• 4. 液滴はどこまで小さくできるか(ナノ液滴)
• 4.1接触角のサイズ依存性(AFM観察)
• 4.2液滴成長の2つのモード(アイランド型と凝集型)
• 5. インクジェットにおける液滴コントロール
• 5.1拡張係数Sで液滴の広がりを評価する
• 5.2版内への液滴の浸透性
• 5.3液滴の乾燥性(ウォーターマーク)
• 5.4ピンニングによる液滴広がりの抑制(液滴形状の歪み)
• 5.5濡れ不良(ピンホール)
• 6. おわりに

第3章 インクジェットインクの飛翔特性と制御／松尾 一壽

• 1. はじめに
• 2. インクジェット飛翔
• 3. インクジェット飛翔の観測方法
• 3.1He-Neレーザ光を光源としたインクジェット飛翔の振る舞いの観測
• 3.2パルスレーザ光を光源としたインクジェット飛翔の振る舞いの観測
• 4. インクジェット飛翔のジグザグ走査方式
• 5. おわりに

第4章 インクジェットインクのレオロジーと界面化学／大坪 泰文、矢崎 利昭

• 1. はじめに
• 2. インクのレオロジー
• 2.1振動流動と動的粘弾性
• 2.2インクの動的粘弾性
• 2.3伸長流動
• 3. インクの表面張力と新表面の生成
• 3.1界面活性剤の拡散と動的表面張力
• 3.2インクの動的表面張力
• 4. インクのぬれ性
• 4.1接触角とぬれ性
• 4.2ジェットインクのぬれ性
• 5.おわりに

第5章 インクジェットインク乾燥の計測と解析／山上 達也

• 1. はじめに
• 2. 液滴の乾燥過程の計測の基礎
• 2.1静滴(sessiledrop)法
• 2.2 3段階の乾燥過程の概要
• 2.3液滴の乾燥過程を特徴づける無次元数
• 3. 試料と溶液物性の測定法
• 3.1試料
• 3.2動的粘弾性測定
• 4. 液滴の乾燥過程と蒸発速度の測定法
• 4.1溶媒のみの乾燥過程の測定
• 4.2高分子液滴の乾燥初期濃度Фi・初期体積Vi依存性の測定
• 5. 液滴の乾燥後の形状の測定法と解析法
• 5.1乾燥後のステイン形状の測定
• 5.2乾燥後のステイン形状を決める因子の解析と考察
• 5.3蒸発速度の液滴サイズ依存性
• 5.4スキン形成およびバックリング条件とペクレ数の関係
• 6. 液滴の乾燥後の硬化度の測定法と解析法
• 6.1原子間力顕微鏡(AFM)による表面弾性率測定
• 6.2高分子液滴の表面弾性率の分子量Mw依存性の測定
• 7.おわりに

第6章 インクジェットの流動解析／日出 勝利

• 1. はじめに
• 2. 要求されるCFD機能の要点
• 3. FLOW-3Dについて
• 3.1歴史
• 3.2概要
• 3.3機能特徴
• 3.4基礎式
• 3.5 FAVOR法
• 3.6 VOF法およびTruVOF法
• 3.7人工知能的エキスパートシステム
• 4. インクジェットの適用例
• 4.1連続方式によるインクジェット滴の吐出
• 4.2オンデマンド方式によるインクジェット滴の吐出(ピエゾ方式)
• 4.3オンデマンド方式によるインクジェット滴の吐出(バブルジェット方式)
• 4.4液滴の吸着
• 5. インクジェット解析のユーザ事例
• 5.1 Oce Technologies社の適用事例
• 5.2Eastman Kodak社の適用事例
• 5.3熱的偏向連続方式によるインクジェット
• 5.4熱毛管力駆動による液滴の形成
• 6. おわりに

第7章 インクジェットヘッドの技術動向

• ―ヘッドの種類及び応用用途別動向―／太田 徳也
• 1. はじめに
• 2. 各種インクジェットヘッドの吐出原理と特徴
• 3. 用途別プリントヘッドの現状と技術動向
• 3.1オフィス・ホーム用デスクトッププリンター用プリントヘッド
• 3.2産業用プリンター用プリントヘッド
• 4. おわりに

【材料・ケミカルス編】

＜インクジェット用インク＞

第8章 UV硬化型インクの最新動向／野口 弘道

• 1. はじめに
• 2. UVIJ印刷応用の現在
• 3. 製品インク技術
• 3.1光開始剤の改良
• 3.2新規なモノマーの開発
• 3.3白色インク
• 3.4顔料分散の安定性
• 4. アクリル系UVIJインクの開発動向
• 5. カチオン系UVIJインクの開発動向
• 6. 水性UVIJインクの開発動向
• 7. UVIJ用ランプの開発動向
• 8. UVIJインクと印刷物の環境対応

第9章 マーキングインク／上村 一之

• 1. はじめに
• 2. マーキングインクのあゆみ
• 2.1概要
• 2.2インク開発の推移
• 2.3化学物質規制との関わり
• 3. マーキングインクの印字方法とマーキングインク
• 3.1 Continuous Ink Jet Printer(CIJ)のインク印字例
• 3.2 Drop On Demand方式(DOD)インクジェットプリンタの印字例
• 4. マーキングインクの開発要因
• 4.1インク開発のセグメンテーションの概要
• 4.2インクの機能とユーザーアプリケーション
• 5. インク開発の変化とその実例
• 5.1印字要求とマーケット・ニーズの変化
• 5.2開発インクの実例紹介
• 6.マーキングインクと今後の化学物質規制の関わり
• 6.1化学物質規制の概要
• 6.2各種化学物質規制との関わり
• 6.3安全・危険情報
• 7. まとめ

第10章 環境対応型インク／奥田 貞直

• 1. はじめに
• 2. インク配合と印刷時の特性
• 3. 油性環境対応インク
• 3.1基本的なインク物性と配合
• 3.2顔料と顔料分散
• 3.3溶剤と添加剤
• 4. 性能評価
• 5. 今後の課題
• 6. まとめ

＜インクジェット用メディア＞

第11章 インクジェットメディア用ポリビニルアルコール／小野 裕之

• 1. はじめに
• 2. PVOHの概要
• 3. インクジェット用ポリビニルアルコール
• 4. おわりに

第12章 インクジェット受容層の最適設計／平澤 朗

• 1. はじめに
• 2. インクジェット印刷方式による分類
• 3. インクジェット印刷の特徴と問題点および要求性能
• 3.1インクジェット印刷の特徴と問題点
• 3.2要求性能
• 4. インクジェット受容層の設計
• 4.1設計する上での留意点
• 4.2評価方法
• 5. 印刷による受容層形成の実用例
• 5.1情報用紙と印刷による薄膜受容層の設計
• 5.2印刷によるインクジェット受容層の創造
• 5.3受容層形成オフセットインキの設計
• 5.4まとめ
• 6. 新しい受容層形成技術
• 7. おわりに

【応用編】

＜メディア応用＞

第13章 産業用インクジェット印刷最新動向／釜中 眞次

• 1. はじめに
• 2. 産業用IJPの種類
• 2.1連続式IJP
• 2.2オンデマンド式IJP
• 3. 産業用IJPの原理・用途
• 3.1連続式IJP
• 3.2オンデマンド式IJP
• 3.3ピエゾ式
• 3.4サーマル・インクジェット式
• 3.5バルブ式
• 4. おわりに

第14章 印刷用カラープルーフインクジェット最新動向／萩原 和夫

• 1. はじめに
• 2. 印刷用カラープルーフ(色校正)の動向
• 2.1色校正の目的
• 2.2色校正に求められる性能
• 2.3主な色校正技術と問題点
• 3. インクジェットプリンターの色校正の応用
• 6.1広い色域(AdobeRGB)と印刷再現域(JapanColor)のカバー
• 6.2カラーマネージメントRIPの登場
• 6.3安価な機械コスト
• 6.4安価な材料コスト
• 6.5環境対応
• 4. ターゲット印刷物の定義
• 4.1基準印刷物作り
• 4.2ICCプロファイル作成
• 5. カラーマネージメントRIP
• 5.1ICCプロファイル利用による色あわせの理論
• 5.2プリンターリニアリゼーションの決定
• 5.3プリンターICCプロファイルの作成
• 5.4ターゲットプロファイルの反映
• 5.5プロファイルの最適化
• 6. インクジェットプルーフの品質
• 7. カラーマネージメントRIP紹介
• 8. 今後期待される技術
• 8.1インクジェットプリンターのキャリブレーション
• 8.2出力スピード
• 8.3両面印刷機能

第15章 屋外用ラージフォーマットインクジェットプリンタ／大西 勝

• 1. はじめに
• 2. ソルベントインクの高精細屋外ラージフォーマットプリンタへの適用
• 3. ソルベントインクによる高精細プリントに対する技術課題
• 4. インクジェットインクの定着プロセス
• 5. 低粘度インクの性質とソルベルトプリンタでの解決策
• 6. 屋外使用ラージフォーマットプリンタへのソルベントインクの適用
• 7. 屋外用ソルベントインクプリンタの開発課題と開発した技術
• 7.1インクの開発
• 7.2プリンタシステムの開発
• 7.3プリントヒーターの設置と役割
• 7.4ヒーター制御
• 8. 最近のソルベントインクを使うラージフォーマットプリンタと今後の展開

第16章 インクジェット捺染の最新動向／成田 裕

• 1. 繊維捺染業界を取り巻く環境と課題
• 2. 捺染業界におけるインクジェット技術の浸透
• 3. インクジェット捺染機の処理能力
• 4. ピエゾヘッド
• 5. 前処理
• 6. 出力素材(メディア)とインク
• 6.1インクジェット捺染の素材適応
• 6.2脱気
• 6.3色域表現
• 7. カラーコントロール
• 8. デジタル技術を活用した新しいビジネスモデル
• 9. コモ地区の繊維製品輸出入
• 10. 国内のベターゾーン
• 11. 環境対応
• 12. インクジェット捺染の将来

＜デジタルファブリケーション応用＞

第17章 インクジェット技術による金属ナノ粒子インク配線／菅沼 克昭、和久田 大介、金 槿銖

• 1. インクジェット印刷とPrintedElectronics
• 2. 金属ナノ粒子インクのインクジェット印刷技術
• 3. インクジェット用金属ナノ粒子インク
• 4. インクジェット印刷技術による微細配線のこれから

第18章 インクジェット法を用いた単層カーボンナノチューブﾞ薄膜トランジスタ／竹延 大志、浅野 武志、白石 誠司

• 1. はじめに
• 2. 単層カーボンナノチューブトランジスタ
• 3. 単層カーボンナノチューブ薄膜トランジスタの作製
• 4. インクジェット法を用いたデバイス作製
• 5. 単層カーボンナノチューブへのキャリアドーピング
• 6. まとめ

第19章 インクジェット技術の配向膜への応用／小澤 康博

• 1. はじめに
• 2. IJP・PI-Coaterに期待される能力を備えた当社装置
• 2.1版が不要でオンデマンド生産が可能
• 2.2コーティングパターンデータを顧客にて作成可能
• 2.3レシピ管理で品種切り替えが速く、PI液の切り替え手順を確立
• 2.4PI液使用効率の向上を実現
• 2.5ITO基板での試しコーティングが低減
• 2.61パスコーティングで高スループットを実現
• 2.7PI膜厚コーティング性能
• 2.8長期安定稼動
• 2.9コンパクトで軽量な装置
• 2.10操作性の良い装置
• 2.11パーティクルの発生しない装置
• 2.12メンテナンス性の良い装置
• 3. 総合的なアドバイスの提供
• 3.1プリベークに期待される内容
• 3.2ITO、TFT、CF基板に求められるもの
• 3.3PI液に求められるもの
• 4. おわりに―IJP・PI-Coater、プリベークの展望

第20章 インクジェット技術のディスプレイ部材加工への応用／日口 洋一

• 1. はじめに
• 2. レンズアレーへの応用
• 3. カラーフィルタ(CF)への応用
• 4. スペーサ・隔壁への応用
• 5. おわりに

第21章 インクジェット技術による有機EL／岡田 裕之、中 茂樹、柴田 幹

• 1. はじめに
• 2. IJP法を用いた自己整合IJP有機EL素子
• 2.1自己整合IJPプロセスの概略
• 2.2自己整合IJP有機EL素子
• 2.3自己整合IJP有機EL素子のマルチカラー化
• 3. ラミネートプロセスによる自己整合IJP有機EL素子
• 4. まとめ

＜バイオテクノロジー技術応用＞

第22章 インクジェット微量分注機によるDNAマイクロアレイの作製／長谷川 倫男

• 1. はじめに
• 2. DNAチップ
• 3. アレイヤー
• 4. その他のチップなど
• 5. スポットのクオリティ
• 6. まとめ

第23章 バイオプリンティング―インクジェット技術の再生医療への応用―／西山 勇一、中村 真人、逸見 千寿香

• 1. 緒言
• 2. インクジェットの応用：3次元バイオプリンティングへのあゆみ
• 3. 3DBio-Printer装置の研究開発
• 3.1インクジェットノズルヘッド
• 3.2高速度カメラによる液滴観察
• 4. 多色3次元ゲル構造およびその構築法：実験および結果
• 4.1材料
• 4.2 3次元ゲル構造の構築方法
• 4.3 装置の改良
• 4.4 3次元チューブ構造
• 4.5 3次元積層構造
• 5． 結言