新規 UV 硬化型 IJ インクによる高速高精細画像形成技術
Newly Developed UV-curable Inkjet Technology for Forming High Quality Image with High Productivity
飯島裕隆

Hirotaka IIJIMA池田征Masashi IKEDA

史高林

敏

行

前田

Akio MAEDA平

水野肇

志Tadashi HIRANO

要旨

谷敏

央
幸

Toshiyuki MIZUTANIAbstract

我々は，時間 3000 枚の高速でオフセット印刷同等の高精細画像形成を可能とする，枚葉デジタル印刷機「AccurioJet KM -1」を開発した。既に複数の顧客先で生産機として使用されており，「商業印刷分野で活用できる真のデジタル印刷機」として高い評価を得ている。
より高速高精細な画像形成を達成する為，我々は，新規 UV 硬化型インク技術を開発した。これは，紙面上でのドットの液寄りを瞬時に抑制し，かつ，ドットを適度にレベリングさせる技術で，具体的には，紙面上に着弾したインクの粘度を高度に制御し，かつ，画像表面の形状を制御することにより達成している。

We have developed a sheet-fed digital press AccurioJet
KM-1, which achieves off-set like high quality image with highproductivity; 3,000 sheets per hour. A number of AccurioJet
KM-1 have already run in the production lines of customers,
and have gained reputation as “Real Digitalization Pioneer”
for commercial printing industry.
For achieving the recording process, we have succeeded
to develop a new and a unique UV-curable inkjet technology.
To avoid the dots coalescing and the bumpy image-surface,
we developed a new ink formulation and curing process
which can control the ink viscosity precisely in the print head

本稿では，その新規開発したインク技術の一部を報告する。

and on the recording media. We also improved the technology which can control the gloss value of the image.

＊材料・コンポーネント事業本部 IJ コンポーネント事業部 開発部＊＊情報機器開発本部 第 1 製品開発センター 第 13 製品開発部

64

晃Toshiyuki TAKABAYASHIKONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL. 15 (2018)

1

アート紙に印刷で使用することが困難である。このため，

背景

上質紙を中心とした，オフィス・学校向けの印刷機に用

近年，印刷業界では，必要な部数を印刷するショート

いられる。

ラン印刷の傾向が強くなり，印刷刷版を使用しないデジ

一方，水性インクでは，溶媒の主成分である水が印刷

タル印刷方式へのニーズ，必要性が益々高まっている。

後に乾燥し，固定化樹脂により薄い画像皮膜を形成する。

印刷機を中心とする国際展示会である Drupa2012 はそれにより色材を用紙に定着することが可能となる。ま「Inkjet Drupa」或いは「B2 Drupa」と呼ばれ，印刷本た，予め用紙にプレコート液を付けておくことで，プレ紙に高速／高画質で印刷可能な商業印刷用途のインクコート液とインクの接触によりドットや色材を不動化すジェット印刷機が多数展示された。それから 5 年を経たる技術，所謂ピニング技術による高解像度の画像形成も現在では，インクジェット印刷機の稼働は全世界で 100可能になる。しかしながら，印刷用紙の殆どは紙を基材台を超え，さらに加速する勢いを見せている。にしている。紙を構成するセルロースはインクの水分をコニカミノルタは Drupa2012 にて商業印刷用途に吸収すると膨潤し変形し，さらに乾燥過程で変形したまB2 サイズ枚葉インクジェット印刷機「KM-1」（後のまに再固定化し，所謂カールやコックルを生じることか「AccurioJet KM-1」）を参考出展（Fig. 1）。現在は全世ら，上質紙，特に薄紙の記録に使用することが難しく，界で市場投入が進んでいる。また，Drupa2016では主と様々な用紙が使用される商業印刷用途では不便を生じる

して紙器パッケージ用途に B1 サイズのインクジェット

こととなる 4）。

印刷機「KM-C」の参考出展を行った。
商業印刷，紙器パッケージ印刷では，各種印刷用紙に，UV インクは，紫外線で硬化するモノマーを溶媒にしたインクであり，紫外線を照射後に瞬時に用紙に固定化オフセット印刷に匹敵する画質を，高い生産性で印刷すされるため，連続して裏面印刷を行うことが可能であり，ることが求められる。このため，我々は独自の UV 硬化

更に待ち時間無しで折りや断裁などの後加工工程を行う型インクと記録システムを開発し「AccurioJet KM-1」ことが可能である。商業印刷では印刷オーダーの殆どで「KM-C」に搭載した後加工を行うため，待ち時間が要らないことは好都合で。

1) 2) 3)

本報では，高画質かつ高速に印刷する際の技術課題及ある。また，紙媒体に浸透しても，セルロースは膨潤せび高速高画質UVインク「HS（High-quality Single-pass）ず，カール，コックルが発生しない。さらにインク自体インク」の技術について紹介する。

が紫外線硬化により定着性を有することから，商業印刷で使用される上質紙，コート紙，アート紙をはじめ一部フィルムを含む多種多様な印刷用紙に対して記録可能である。一方，シングルパス印刷のような高速記録時に必要なピニングについて，付加的な技術が必要となる。
我々は商業印刷を目的とした「AccurioJet KM-1」および「KM-C」では，様々な印刷用紙に記録が可能であること，速やかに裏面印刷，後加工が可能である点からUV インクを選択した。
2. 2

高速印刷におけるピニングの必要性

インクジェット記録とは，ヘッドから射出された個々

Fig. 1 Front view of “AccurioJet KM-1”.

2

高速，高画質印刷の課題と改善検討

2. 1

商業印刷用途におけるインク種選択のインク液滴が印刷用紙に着弾して出来る，ドットの集合体として表現される点描画の一種と考えられる。点描画では所望の色／大きさのドットを，所望の場所に記録することが求められる。
ヘッドの高周波数駆動（1 つのノズルから一定時間に一般的にインクジェットインクの種類は，用いる溶媒より多くの液滴を射出させること）や吐出力の関係から，により，油性インク，水性インク，UV硬化型インク（以インクジェットインクは低粘度の液体である。低粘度の後，UV インクと略する）に大別される。各インクはそ液滴同士が接触すると，表面張力により液が混ざり合い，れぞれ長所と短所があり，プリンターが使用される用途それぞれのドットの位置や形状，色が変わり，Fig. 2 にに依って選択される。

示したように画像が乱れる。これがビーディングやブ油性インクは揮発性が低く，ヘッドのノズル部での乾リーディングと呼ばれる現象で，画像劣化の原因となる。

燥が抑えられるため，射出信頼性が高く，ヘッドメンテ

スキャン方式のインクジェットプリンターでは，隣接ナンスが簡便で済む。このため，シングルパス印刷に使する液滴を記録する時間間隔を空け，乾燥等により定着用される。反面，単体では印刷されたインクの用紙に対を促進する，所謂インターリーブ記録により，ビーディする定着性が乏しく，インク吸収性の低いコート紙やングやブリーディングを防止することが出来たが，シン

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL. 15 (2018)65

グルパス方式では隣接する液滴が着弾する迄の時間間

ゲル状 UV インクでは，ゲル化剤はインク全体の数重隔が非常に短い。例えば，記録用紙の搬送速度を毎秒量 % の添加でインク全体をゲル化可能であり，UV イン

1,000 mm として，隣接する液滴を射出するノズルが千クとして求められる光硬化性や硬化皮膜の物性制御のた鳥状に配置され，搬送方向に30 mm離れている場合，隣めに，光開始剤やモノマーの選定を自由に行うことが出

接する液滴が着弾する間隔は 0.03 秒となる。

来る。さらに，高粘度のゲル状態で紫外線硬化を行うこ

このように，高速高画質記録では，極短時間でドットとにより，ラジカル重合における酸素阻害の影響を軽減出来るため，少ない光量で硬化でき，省エネルギーであの固定化が可能なピニング技術が求められる。

るというメリットを併せ持つ。
2. 4

ゲル化剤についてゲルは，用いるゲル化剤の種類によるゲル化機構により，（1）高分子ゲル，（2）水素接合性ゲル，（3）ワックスゲル（結晶性ゲル）の 3 種に分類される。
高分子ゲルは，水性ゲルではポリアクリル酸などが広く使用されるが，モノマーのような油性物質のゲル化を起こすものとしては，脂肪酸と糖のエステル化物が用いTransportation

られる。分子量が大きく，ゾル状態の粘度が高くなり，Fig. 2 Image deterioration by dots coalescing.

インクジェットインクのゲルとしては使用が難しい。

高速ピニングとゲル状 UV インク記録技術して用いられる。分子間水素結合によりナノサイズの繊維インクを半硬化させる方法が従来から知られている。しことが可能であるが，ゾル - ゲル転移が遅いため，インクかしながら，一般にラジカル光重合では，光照射から重ジェットインクのピニング機構での効果は限定的になる。

2. 3

水素結合性ゲルは，アミノ酸誘導体が油性ゲル化剤とUVインクのピニング方法として，弱いUV光を照射し，状ネットワークを形成し，少量でインク全体をゲル化する

合が進みインク粘度が上昇するまでには誘導期があり，ワックスゲルは，オイルワックスゲルとも呼ばれ，パ

この方法では，高速の印刷機ではピニングによる画質改ラフィンやマイクロクリスタリンといったワックス類が善の効果は限定的である。

使用される。低温ではワックスは板状結晶として析出し，我々は，ヘッドから射出される時には水のような低粘この結晶が立体的に自己組織化され，カードハウス構造度でありながら，用紙に着弾後，10 ミリ秒以内にオフを形成する。溶媒はカードハウスで出来た隙間に入るたセット印刷インキのような高粘度に変化させることを技

め，少量のゲル化剤により，インク全体をゲル化するこ術コンセプトに掲げ，各種の高速反応や高速状態変化なとが可能である。また，ゾル - ゲル転移が速く，インク

ど様々な機構の探索，検証を行った。

ジェットインクのピニングに好適である。

その結果，相転移現象の高速性に着目し，UV インク

ワックスゲル化剤の添加有無によるドット径の違いににゲル化剤を添加することにより，常温ではゲル状の固ついて Fig. 4 に示す。ゲル化剤を含むインクではゲル化体としたインクを，加熱により低粘度のゾル状態にしてにより濡れによるドット拡大が抑えられており，短時間射出。着弾後は記録媒体に熱を奪われ速やかにゲル状とでゲル化が生じることが確認される。

なり，高速なピニングを可能とするゲル状 UV インク技術を考えた（Fig. 3）。

以上の検討より，我々はワックスゲルを用いたゲル状UV インクにより高速高画質の画像形成技術を確立した。

log Viscosity

High

On the Paper(Offset Printing Ink)

Jump!

(Inkjet Ink)

In the Inkjet Head

Dot Diameter (micron)

70.0
60.0

40.0HighFig. 3 Technical concept of gelled UV ink.

66

with Gelling Agent

30.0
20.0
10.0

Temperature

w/o Gelling Agent

50.00.0

1.0

2.0

3.0

Droplet Volume (ng≒pl)
Fig. 4 Dot diameter on coated paper.

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL. 15 (2018)

4.0

5.0

3

AccurioJet KM-1 について

4結論

次に，本報告のゲル化 UV インク技術を搭載した製品

商業印刷用途で求められる，高速高精細な画像形成を例として「AccurioJet KM-1」について紹介する（Fig. 5,

目的として，我々はゲル状UVインク（HSインク）技術

Table 1）。

を見出した。ゲル化剤の選択とインク処方の最適化により，高速印刷に必要な高速ピニングを可能とした。また
Inkjet Head Array = 64 Total Heads
16 prints heads per color x 4 colors (CMYK )LED UV Array
quick ink curing

Main Cylinderhigh precision sheet transport

In-Line Sensor
Sheet Feeder Input

本報では触れなかったが，本インク技術により光沢の制御を可能とし，高精細な画像形成を可能とした。
我々はこの技術を商業印刷，パッケージ印刷に向けた基本技術として捉え，拡大発展に向け技術開発を継続している。

Sheet Delivery Output
Reverse Drum (for Duplex)

Fig. 5 Structural illustration of KM-1 system.

AccurioJet KM-1 ではアレイ状に並べられたインクジェットヘッドから，メインシリンダに巻き付けられた用紙に，4 色のインクを順次記録。同じシリンダ上に配置された UV-LED で光照射され硬化する。
UV インクは瞬時に硬化乾燥するため，両面印刷時にはドラム下部の反転ドラムを経て同様に裏面を印刷することが可能である。また，シリンダ上にはインラインで射出欠や曲がりを検知可能なセンサを搭載し，画像欠陥のある印刷物の分別や，自動での画像補正を行うことで，信頼性と生産性を高めている。
最後に AccurioJet KM-1 の仕様を Table 1 に示す。
Table 1 AccurioJet KM-1 specifications.
Printing typeTransportation
Speed
Number of colors
Number of heads
Resolutions
Maximum print media size
Media thickness
Media type

InkRIP

Specifications
Single pass inkjet printing
Gripper transportation
Simplex: 3,000 sheets/hour
Duplex: 1,500 shees/hour
4 colors (Y, M, C, K)●参考文献1)	Development of the 23” × 29.5” Sheet-fed Inkjet Press KM-1,Mitsuru Obata, Toyoaki Sugaya, Toshiyuki Mizutani, HideoWatanabe, Toshiyuki Takabayashi, and Hirotaka Iijima,
Proceedings of NIP 30 and Digital Fabrication 2014 (2014),pp. 372 – 374.
2) Newly developed UV-curable inkjet technology for Digital
Inkjet Press “KM-1”, Toshiyuki Takabayashi, HirotakaIijima, Katsunori Goi, Mitsuru Obata, Toshiyuki Mizutani,and Hideo Watanabe, Proceedings of NIP 31 and Digital
Fabrication 2015 (2015), pp. 251 – 255.
3) Development of Image quality and reliability enhancing
technology for 29 × 23 size digital inkjet press “KM-1”,Toshiyuki Mizutani, Kenichiro Hiramoto, Mitsuru Obata,Toshiyuki Takabayashi, and Toyoaki Sugaya, Proceedings ofNIP 32 and Digital Fabrication 2016 (2016), pp. 237 – 240.
4) A New Water-based Inkjet Ink for Plain Paper Printing,
Hirotaka Iijima, Atsushi Tomotake, and Yasuhiko Kawashima,
Proceedings of NIP 22 International Conference on Digital
Printing Technologies (2006), pp. 201 – 203.
●出典
本稿は日本画像学会“Imaging Conference JAPAN 2017”の予稿を加筆修正して転載したものである。本稿の著作権は日本画像学会が有する。

2 Heads/module
8 Modules/color (Total 64 heads/color)
1,200 dpi x 1,200 dpi
585 x 750 mmSimplex: 0.06 - 0.6 mm
Duplex: 0.06 - 0.45 mm
Coated paper
Non-coated paper
Embossed paper etc.
UV-curable ink
Full variable

Table 1 に示す通り AccurioJet KM-1 は HS インクの採用により B2+ サイズ（585 × 750 mm）の用紙に毎時3,000枚（両面で1,500枚）の速度で印刷可能である。また，プレコート無しで上質紙，コート紙，アート紙，またエンボス状の紙にも印刷可能であり，本格的なインクジェット商業印刷機である。

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