北野賀久, 江前敏晴, 磯貝明, "オフセット印刷におけるマットコート紙グロス発現メカニズム(第 1 報)", 日本印刷学会誌 42(2): 105-112(2005).

研究論文

オフセット印刷におけるマットコート紙グロス発現メカニズム北野賀久*，江前敏晴**，磯貝明***富士ゼロックス株式会社〒243-0494 神奈川県海老名市本郷 2274 番**東京大学大学院農学生命科学研究科〒113-8657 東京都文京区弥生 1-1-1

Mechanisms of gloss development with matte-coated paper in offset printing
Yoshihisa KITANO*, Toshiharu ENOMAE**, and Akira ISOGAI***Fuji Xerox Co., Ltd. 2274 Hongo, Ebina-shi, Kanagawa 243-0494 Japan**The Univ. Tokyo Yayoi1-1-1, Bunkyo-ku, Tokyo 113-8657 Japan:

Abstract
In recent years, many color printers using electrophotography technology have been commercialized in
the printing market. However, for electrophotography, the correlation between print gloss and paper gloss isinferior to the offset printing. Therefore, it is desired that print gloss changes in accordance with paper gloss tomake prints look natural for these printers in the market. This study is intended to clarify gloss development
mechanisms in offset printing in comparison with electrophotography technology. About mechanisms of gloss
development in offset printing for matte-coated paper, the following experimental results were obtained.
In offset printing for matte-coated paper, printed surface topography is greatly influenced by paper
surface topography. This relationship can be interpreted through the following processes topographicalcompliance. When an ink transfers to paper, topographical unevenness of the printed surface is caused byinhomogeneous ink layer split. The level of the topographical unevenness becomes low for initial several tens ofseconds, and the printed surface becomes smoother than the paper surface. For another several hundreds ofseconds, roughness of the printed surface continues to approach that of the paper surface while the ink layer
contracts by vehicle penetration into paper.
１．はじめに近年，電子写真技術の向上に伴い，高速・高画質なカラープリンタが数多く商品化されている1)-3)．これらの商品は，デジタル化に対応しやすく，短時間にかつ容易に印刷物が作成できることから，オンデマンド印刷機として印刷市場で使用されている．印刷市場ではオフィス市場に比べ，数多くの種類の用紙が使用可能であることが要求される．しかしこれらの商品はFig. 1に示すように，オフセット印刷に比1

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べ画像グロス（印刷光沢）と用紙グロス（白紙光沢）の相関が低いことがわかっている．そのため，例
えばグロスが低い用紙上で画像グロスが際立って高くなると，オフセット印刷とは異なる質感になり，印刷物として不自然な印象を与えるという課題が発生している．
従来，オフセット印刷グロス発現メカニズムに関する研究として，主に用紙に転移したインキの挙動に関する研究が行われてきた．例えば，寺元らはインキが用紙に転移する際，インキ表面にスプリットパターンという亀裂が入り，インキが乾燥した後もスプリットパターンの一部が残ることが，グロスに影響を与えていることを明らかにした4)．同様に，荒井らもスプリットパターンが，特にキャスト紙に印刷した時のグロスに影響していることを示し，用紙の表面および内部構造を変化させ用紙へのインキビヒクルの浸透を変えることで，グロスが変化することを示した5)．また内藤らは，インキが用紙に転移する際，インキ量により画像部表面形状が変化し，グロスが変化することを示した6)．しかしこれらの研究からは，グロスが低い用紙でのグロス発現メカニズムが明確になっていない．また用紙グロスに伴い画像グロスが変化するメカニズムはわかっていない．
一方電子写真技術では，井出らが背景部に透明トナーを現像し，グロスを均一にすることで高画質化を図る研究7)を行っているが，グロス発現メカニズムに関する研究は，ほとんど行われていない．
本研究は，オフセット印刷のグロス発現メカニズムを解明し，電子写真技術との差を明らかにすることを目的としている．本報ではその一環として，従来あまり研究が行われていない，オフセット印刷でのマットコート紙グロス発現メカニズムについて検討した．グロス発現は表面形状が主要因である8), 9)ことから，オフセット印刷での印刷物表面形状がどのような要因で構成されているか，印刷物表面形状はどのようなプロセスで形成されるかを明らかにすることが課題になる．
２．実験
２．１試料
オフセット印刷の画像形成プロセスは万能印刷試験機(熊谷理機工業(株)製ＭＰＴ６０００)を用いてシミュレートした．印刷速度は２．８ｍ／ｓ，印刷線圧は１１．８ｋＮ／ｍとした．実験環境は，インキ練り温度を２５℃，周辺温度を２０〜２５℃に調整した．これらはオフセット枚葉印刷機の一般的な設定値を参考に決定した10)．
インキは枚葉印刷機向けの標準的なタックのもの(東洋インキ製造(株)製ＴＫハイユニティＭＺ)を用い，色はサイアン，量はアート紙でＪａｐａｎＣｏｌｏｒ２００１を再現できる量として，０．１ｍｌをインキ練りロールに供給した．この時，マットコート紙へのインキ転移量は１．２ｇ／ｍ２であった．
用紙は，市販のマットコート紙(王子製紙(株)製ＯＫトップコートマット，坪量１２７．９ｇ／ｍ２)を用いた．
２．２実験方法
印刷物の表面状態，およびその時間変化の観察には，マイクロスコープ（（株）キーエンス製ＶＨ−５９１０）を用いた．観察は１７５倍のレンズを使用し，表面状態の時間変化を観察する際は，アナロ
グ映像出力からデジタルビデオカメラを経由してコンピュータに取り込んだ．それら画像から，画像処理ソフト（ＭｅｄｉａＣｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製Ｉｍａｇｅ−ＰｒｏＰＬＵＳ）を利用して閾値処理を行い，観察された白点面積率を算出した．
用紙と印刷物の表面形状の測定は，レーザー顕微鏡（（株）キーエンス製ＶＫ−８５００）を用いた．
測定は５０倍の対物レンズを使用し，高さ方向のサンプリングピッチは０．０２µmとした．得られた表面形状から，レーザー顕微鏡に搭載されている機能である打ち切り型のガウシアンフィルタ11)を用いて，中心線平均粗さＲａを算出した．これらは，インキが転移してから数日間室温で保管した後測定した．
ただしグロス下降時の測定は，印刷物を液体窒素に入れ，そのまま凍結乾燥機（東京理化器械製ＥＹＥ
2

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ＬＡＦＤＵ−８３０）で2日間乾燥させた直後に行った．

グロスはグロスメータ(日本電色工業(株)製 ＶＧ２０００)からアナログ出力を取り出し，６０°グロスを連続的に測定した．
インキが用紙に転移する様子を高速度カメラ（（株）日本ローパー製 ＭｏｔｉｏｎＭｅｔｅｒ）を使用して観察した．その際１０００フレーム／秒で撮影し，シャッター速度はフレームレートの2倍とした．
３．結果と考察３．１印刷物表面形状の構成要因
印刷前の用紙表面形状と，印刷後に同じ位置で印刷物表面形状を測定し，印刷前後でどのような変化が生じているかを検証した．用紙表面形状と印刷物表面形状をFig. 2に示す．このように2つの表面形状は類似している．これら表面形状において，式（１）で表されるピアソンの相関係数Ｒｒを求めると，０．８８と非常に高い値を示した．

Rr =∑ (S1i − S1ave) × (S 2i − S 2ave)i（１）∑ (S1i − S1ave) 2 × ∑ (S 2i − S 2ave) 2ii

ここでiは画素位置、Sは表面形状高さ（画像輝度），S１、S２は比較する表面形状，Sａｖｅは形状の平均高さ（画像平均輝度）である．
以上のように印刷前後の用紙と印刷物表面形状の観察から，マットコート紙での印刷物表面形状は，用紙表面形状の影響を大きく受けて形成されていることが定量的にわかった．このことはインキのスプリットパターンの消失が印刷物表面形状決定の主要因であったグロスが高い用紙の場合とは異なる特徴である12)．
３．２グロスの時間変化
オフセット印刷ではインキが用紙に転移した後，グロスが時間変化することがわかっている12)．万能印刷試験機でマットコート紙に印刷した時の，インキ転移後のグロス変化をFig. 3に示す．この図のように，マットコート紙ではインキ転移後10秒程度グロスが上昇し，その後数分間にわたり下降する．つまりこの間は，印刷物表面形状が変化している．このことから，印刷物表面形状形成プロセスを明らかにするためには，グロスが上昇している時間域と下降している時間域での印刷物表面形状の変化を明らかにすることが必要になる．
３．３グロスが上昇している時間域
３．３．１インキ転移後の印刷物表面状態
インキが転移した後の印刷物表面状態の変化をFig. 4 に示す．インキが転移した直後は全面に多くの白点が存在する．このような白点が観察される理由として，インキが抜け用紙が見えている，またはインキが部分的に盛り上がり光がある角度の面で正反射していることが考えられるが，この観察からはどちらが原因か判断できない．しかし表面形状に著しい起伏が発生し，大きく乱れていることは明らかである．Fig. ４−（ｂ）〜（d）のように，この乱れは時間とともに減少する様子が観察された．
Fig. 5に白点面積率とグロスの時間変化を示す．インキ表面の乱れは約１０秒間減少し，それ以降はほとんど変化しない．グロスは約１０秒間上昇し，平衡状態の後，２０秒後以降はグロスが低減する．このように白点の面積率減少時間とグロスの上昇時間がほぼ一致することから，観察された表面形状の乱れが低減することに起因して，グロスが上昇したことが明らかになった．ただし２０秒後以降は，白点面積率の変化は小さいが，グロスは下降していることから，白点以外の何らかの変化が生じていると推3

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測される．
３．３．２インキ表面の乱れ発生
インキが用紙に転移した直後に存在する乱れが発生する位置として，インキを練る際に発生しインキ転移前のブランケットロール上に存在した，またはインキが用紙に転移する際発生したことが考えられる．発生位置を明確にするため，インキを転移させる前のブランケットロール上インキ表面を観察した
ところ，Fig. 6のように白点が観察できた．しかしFig. 7のように，インキ供給量を０．３ｍｌに増やすことで，ブランケットロール上の白点は低減するが，インキ転移直後の印刷物表面に存在する白点は増加することがわかった．
以上のように，ブランケットロール上に存在した白点は，インキ供給量を変化させることで，インキ転移直後の印刷物表面に存在する白点と相反する挙動を示すことから，インキを練る際には乱れが発生していないといえる．つまりインキが用紙に転移する際に，乱れが発生していることが予想される．
この仮説を検証するため，用紙とブランケットロールがニップを通過した直後の様子を観察した（Fig.
8）．これらは画像中央のニップ位置を境に，上側がロールに巻き付けた用紙表面，下側がブランケットロール上のインキ表面である．Fig. ８−（b）のように，インキ層は糸を引きながら開裂する．その後あるギャップを越えると，Fig. ８−（c），（d）のように，インキフィラメントがほぼ中央で破断しブランケット側と用紙側に吸収される場合と，ブランケット側にのみ吸収される場合が観察できた．後者は用紙からインキが着脱したことが予想される．インキフィラメントは，ロール軸方向全域，つまり印刷物表面全域で発生している．
以上のように，破断したインキフィラメントの一方が用紙側に転移して凸状に盛り上がる，または用紙からインキが脱着してフィラメントの全てがブランケット側に転移し，用紙上では凹状に窪むことで，インキ転移直後の印刷物表面に乱れが発生することが明らかになった．このようなインキ転移直後の印刷物表面に凹状と凸状の起伏が混在することは，グロスが高い用紙でも観察されており12)、同じような現象が生じていることが予想される．
３．４グロスが下降する領域
インキが用紙に転移し一定時間が経過した後に，印刷物を液体窒素に入れて固化させ，そのまま低温真空乾燥し溶媒を蒸発させることで，固化させた時点での印刷物表面形状を得ることができる13)．
本実験ではインキが転移してから１５秒後，つまりグロスがピークを取る時点，およびグロスが十分低下した３００秒後でのサンプリングを行った．これらサンプルの印刷物表面形状と，印刷前に同じ位置で測定した用紙表面形状をFig. 9に示す．転移後の時間によらず印刷物表面は用紙表面に似た形状であり，目視ではこれら表面形状の差はわからない．
これら表面形状の中心線平均粗さRaと，用紙表面粗さに対する印刷物表面粗さの比率を算出したもの
をTable 1に示す．Raは４水準のカットオフ波長で算出した．つまり設定したカットオフ波長が大きい場
合は長波長の起伏を主要因として算出した粗さを，小さい場合は長波長から短波長までの起伏を含めて算出した粗さを表している．すべての水準で表面粗さの比率が1より小さいことから，転移後の経過時間によらず用紙表面に比べ印刷物表面が滑らかであることがわかった．しかし転移後十分時間が経過すると，用紙表面粗さに対すると印刷物表面粗さの比率が１に近づく．この傾向は，特に長波長側の表面起伏で差が大きい．
オフセット印刷は，ビヒクルの用紙への浸透と酸化重合によりインキがセットする．このことからインキ転移直後と十分時間が経過した後では，インキ層の断面はFig. 10に示した状態であることが予想できる．インキ転移直後は用紙表面上に存在するインキ層が厚いことから，用紙表面形状の影響をあまり受けない印刷物表面形状が形成される．しかし時間経過とともにインキ組成の大部分を占めるビヒクルが用紙内に浸透していくことで，用紙表面上に存在するインキ層が薄くなり，用紙の起伏に倣った形状
4

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４．おわりに
本研究では，オフセット印刷でのマットコート紙グロス発現メカニズムとして，用紙表面形状と印刷物表面形状の比較，インキが用紙に転移した後の印刷物表面状態の観察，および表面形状を測定することで，以下のことを明らかにした．
・印刷物の表面形状は，用紙表面形状の影響を大きく受けて形成されていることを定量的に示した．これはスプリットパターンの消失程度によるインキ表面形状の粗さが，印刷物表面形状を決定する主要因であった，平滑度の高いコート紙とは異なる特徴である．
・ブランケットロールから用紙にインキが転移する際，破断したインキフィラメントの一方が用紙側に転移し凸状に盛り上がる，または用紙上のインキが脱着してブランケット側に転移し，用紙上では凹状に窪むことで，インキ転移直後の印刷物表面に乱れが発生する．
・印刷物表面のスプリットパターンによる乱れはインキが用紙に転移した後１０秒程度で低減し，印刷物表面は用紙表面より滑らかな形状に変化する．その間グロスは上昇する．
・グロスがピークをとった時点，および下降した時点での印刷物表面形状の比較から，インキビヒクルが浸透しインキ層が薄くなる過程で，用紙より滑らかだった表面形状が用紙の起伏に倣った形状に変化し，グロスが低下することが推測できた．
参考文献
1) 安西正保, 日本画像学会誌, 40, 140(2001)2) 高木純, 日本画像学会誌, 40, 145(2001)3) 澁谷嗣晴, 日本画像学会誌, 40, 150(2001)
4) 寺元学, 江前敏晴, 尾鍋史彦, 早野三郎, 内藤等, 高野弘二, 鎌田一則, 第 67 回紙パルプ研究発表会
講演要旨集, p.136(2000)
5) 荒井康宏, 野島一博, 第 64 回紙パルプ研究発表会講演要旨集, p.58(1997)6) 内藤郁夫, 早野智裕, 牧健, 木下尭博, 日本印刷学会誌, 31, 203(1994)
7) 井出収, 栗本雅之, 日本画像学会誌, 38, 103(1999)
8) 桑村五郎, 早野三郎, 高野弘二, 鎌田一則, 江前敏晴, 尾鍋史彦, 紙パ技協誌, 52, 177(1998)
9) 近藤宏, リコーテクニカルレポｰﾄ, 28, 89(2002)
10) 高柳茂直, “オフセット印刷機”, 日本印刷新聞社編(1986)11) 伊藤明, 塚田忠夫, 笹島和幸, 日本設計工学会 1998 年度春季研究発表会講演会, p.53(1998)12) 早野三郎, 高野弘二, 鎌田一則, 寺元学, 江前敏晴, 尾鍋史彦, 紙パ技協誌, 53, 1015(1999)
13) Enomae, T., Hayno, S., Takano, K., Teramoto, M., Naito, H., Kamada, K., Onabe, F., 2000 International
Printing and Graphic Arts Conference, Svannah, GA, USA, 1(2000).

5100

Print gloss

80
60402000204060
Paper gloss

80

100

Fig.1 Relationship between paper gloss and print gloss●:Color Printer A▲:Color Printer B
×:Offset Printing pressMeasuring line

100μm(a) Paper surface(10μm in height with 8bit gray levels)

Measuring line(b) Printed surface at same location(10μm in height with 8bit gray levels)

Amplitude(2μm/div

Paper surface

Printed surface

050

100
150
200
Position(μm)(c) Cross section

Fig.2 Surface profiles

250

Prinrt gloss

26
24
22
20
180

100
200
Elapsed time after printing(s)300

Fig.3 Dynamic print gloss for matte-coated paperPrintingdirection
500μm(a) Immediately after printing(b) 5 seconds after printing(c)15 seconds after printing(d) 30seconds after printing
Fig.4 Dynamic printed surface profiles after printing

258236214192170150

Print gloss

White spots area(%)

1020406080
Elapsed time after printing(s)Fig.5 Dynamic print gloss and white spots area for matte-coated paper■:White spots area−:Print gloss

500μm
Fig.6 Ink layer surface on a blanket roll

500μm(a) Ink layer surface on a blanket roll

Printing
direction(b) Printed paper surface immediately after printing
Fig.7 White spots when amount of ink is increased

500μm(a) Ink layer splitting(b) Generation of filament(c) Broken filament(d) Disapperance of ink filament
Fig.8 Ink layer splitting when ink transfers from blanketroll to paper

Measuring line

Measuring line

100μm(a)Paper surface(b)Printed surface at same location

15seconds after printing(10μm in height with 8bit gray levels)

Measuring line

Measuring line(c)Paper surface(d)Printed surface at same location

300seconds after printing(10μm in height with 8bit gray levels)

Printed surface

050

100150200
Position(μm)

Paper surface

Amplitude(2μm/div

Amplitude(2μm/div

Paper surface

250(e)15seconds after printing

Printed surface

050

100
150
200
Position(μm)(f)300seconds after printing
Cross section

Fig.9 Printed and paper surface topography, when printed gloss is decreasing250

ink layer
paper(a)Immediately after printing
ink layer
paper(b)After ink penetrates
Fig.10 Scheme of relation between printed surface topography and ink penetration into paperTable1 Roughness of paper surface and printed surface
Cut of15seconds after printing

300seconds after printing

wavelength

PaperPrint

Print/Paper

Paper

Print

Print/Paper

0.08mm

0.518

0.259

0.50

0.486

0.268

0.55

0.25mm

0.783

0.575

0.73

0.745

0.665

0.89

0.8mm

0.907

0.678

0.75

0.808

0.763

0.94

2.5mm

0.913

0.681

0.75

0.812

0.768

0.95