Industrial Revolution with Inkjet !

2024年9月17日

今週初め、キヤノンが開発中の3つの新しいインクジェットプレスについて書いた。そのうちの 2つは、パッケージング市場への新たな参入を先導するものだ。これらのプレス機はすべて、キヤノンが長年にわたってひそかに開発してきた新しいプリントヘッドに基づく共通のイメージングプラットフォームによって支えられている。

これまで、キヤノンのインクジェットプロダクションプレスは主に京セラのバルクピエゾプリントヘッドを使用してきた。 それも当然で、キヤノンの最初のインクジェットプレスは、日本のミヤコシが開発した Jetpressであり、ミヤコシは一般的に京セラのヘッドを好んで使用していた。 キヤノンは、これらのプレスを構成するサブアセンブリの開発を徐々に引き継ぎながらも、この傾向を継続した。

しかし、その裏では、キヤノンが Océを買収したことにより誕生した欧州事業部門である Canon Production Printing(CPP)が独自のピエゾプリントヘッドの設計開発を進めていた。 当初は、ColorWaveをはじめとするキヤノンの一部のワイドフォーマットプリンターに採用され、最近では Coloradoシリーズにも搭載されている。

キヤノンはピエゾプリントヘッドの開発についてこれまであまり多くを語ろうとしなかったが、新機種の発表により、同社は多少は情報を開示せざるを得なくなった。 キヤノンは、全く新しいピエゾプリントヘッドを設計・製造したことを確認している。 このヘッドはヨーロッパの CPPが設計し、キヤノンが製造しているが、キヤノンは製造工場について、自社所有であること以外はまだ明らかにしていない。CPPのパッケージング担当シニアディレクターの Roland Stasiczek氏は次のように指摘している。「つまり、これは当社が完全にコントロールできるということです」。

新しいプリントヘッドは薄膜シリコン MEMsピエゾヘッドであり、シリコン MEMsは高価であるため、キヤノンはかなりの投資を行ったことになる。マイクロエレクトロメカニカルシステム(MEMs)アプローチ、つまり本質的には半導体技術を使用する利点は、非常にコンパクトなフォームでありながら、プリントヘッドに非常に精密な制御を組み込むことができる。さらに、Xaarが自社の薄膜化の野望を断念せざるを得なかった際に痛感したように、適切な製造プラントを建設するには莫大な投資が必要であるため、他のヘッドメーカーが追随するのは難しいという利点もある。

キヤノンは、材料をコロイドまたは混合溶液として作り始め、それをゲル状に形成する確立されたゾルゲル法を使用している。これは、セラミックやシリコンなど、多くの異なる材料で広く使用されている。また、PZTとしてよりよく知られているチタン酸ジルコン酸鉛(圧電材料)にも使用できる。PZTは、多くのインクジェットアクチュエータの基礎となる材料だ。MEMsアクチュエータの一般的な製造方法は、ゾルゲル法で PZTを作り、それをシリコンウェハー上に薄膜としてスピンコーティングで塗布するというものである。この方法は、リコーの MEMsプリントヘッドにも採用されていまる。

この設計はヨーロッパの CPP社によるものだが、投資額の規模から、日本のキヤノン株式会社が深く関与していることがうかがえる。また、キヤノンには半導体製造に使用される各種機器を製造する独立部門があり、産業用電子機器の製造に豊富な経験を持っていることも注目に値する。

キヤノンは少なくとも現時点では、プリントヘッドを他のベンダーに販売する計画はない。その代わり、同社はさまざまな印刷機に同じプリントヘッドとイメージングシステムを使用する計画であり、ヘッド、プライマー、インクを含む共通のプラットフォームを効果的に利用する。Stasiczek氏は次のように説明する。「プラットフォームアプローチとは、これらのヘッドを当社のすべての製品で使用し、それによって利益を得るということです」。

この新しいヘッドにはまだ正式名称はなく、仕様についてもほとんど詳細が明らかになっていません。この新しいプリントヘッドはシングルパス用途向けに設計されている。グレースケールヘッドで、解像度は 1200dpiである。40-70kHzで動作し、ネイティブドロップサイズは 2-3plである。 2-6ミリパスカルの粘度を持つ水性流体を扱うことができる。

キヤノンは、異なる印刷機やフォーマットのさまざまな長さの印字バーで同じプリントヘッドを使用できるように、最適な幅を決定するのに多くの時間を費やしたとのことである。最終的に、およそ 100mmの印字幅に落ち着いた。

このヘッドは再循環機能を備え、ノズルの詰まりが発生した場合の補正機能も備えている。この補正機能は、主に詰まったノズルの両側でより大きな液滴を印刷することに基づいている。Stasiczek氏は次のように説明している。「音響フィードバック機能により、ヘッド内で何が起こっているのかを把握することができます」。

ヘッドが平行四辺形の形状をしているのも、富士フイルムの Sambaヘッドと同様、ヘッドを印刷バーに沿って一列に並べられるようにするためである。 CPPの枚葉印刷機担当副社長であるロナルド・アダムス氏は次のように説明している。「印刷ユニットはできるだけコンパクトにしたいと考えています。なぜなら、乾燥工程はユニットがコンパクトになって初めて可能になるものであり、できるだけ早く乾燥工程を開始したいからです。また、最初の色が用紙に当たってから最後の色が当たるまでの間、長い時間をかけたくありません」。

しかし、キヤノンは富士フイルムの Sambaヘッドと機能や性能面で直接競合することを期待していると考えるのが妥当だろう。iV7プラットフォームと段ボールコンセプト印刷機は、いずれもこの新しい MEMsピエゾプリントヘッドを使用する。B2 VarioPressは 1色あたり 8個のプリントヘッドを使用し、B1段ボール印刷機は 1色あたり 18個のプリントヘッドを使用する。

サーマルインク技術

この新しい薄膜ピエゾプリントヘッドに加え、キヤノンはオフィスや大判フォトプリンターで広く使用されているサーマルプリントヘッド技術も取り入れ、商業印刷用に新しいサーマルヘッドシリーズを開発した。これにより、さらに 2つの印刷機が誕生しました。VarioPrint iX1700は商業印刷業者向けの枚葉印刷機、LabelStream LS2000はラベル印刷機で、いずれも以前にこちらでご紹介したことがある。両機種は昨年末に横浜で初めて公開され、今夏のdrupaでヨーロッパデビューを果たした。

いずれも各色につき 1つのプリントヘッドが搭載されており、そのヘッドのプリント幅は印刷機の印刷幅に一致している。両機種とも同じタイプのヘッドを使用しており、唯一の違いはプリント幅で、LS2000は 340mm、iX1700は 360mmです。つまり、複数のヘッドを連結する必要はなく、プリントバーのヘッドを交換する際に一般的に行われるキャリブレーションやヘッドの調整も不要であるため、ヘッドの交換は比較的簡単である。

しかし、これは各ヘッドに多数のノズルが搭載されていることを意味し、そのうちの数個が故障しただけでもプリントバー全体を交換しなければならなくなる。キヤノンは、これらのサーマルヘッドはインク循環技術を採用しており、インクをすべてのノズルの先端まで正確なフローパスに沿って流すことで、最適なインクの安定性と噴射動作を確保していると述べている。さらに、キヤノン・ヨーロッパのラベルおよびパッケージング担当シニアマネージャーであるエドアルド・コティキーニ氏は、キヤノンが洗浄液を噴霧し、ローラーでヘッドを洗浄して、詰まったノズルがあればそれを解消するいくつかの洗浄ルーチンを開発したと指摘している。

キヤノンはサーマルヘッドの寿命についてまだ言及できないが、これは明らかに同社の価値提案に大きな影響を与えるだろう。サーマルヘッドは一般的に消耗品とみなされているが、HPと Memjetは、このヘッド技術から相当な量の使用が可能であることを実証しており、キヤノンが導入したインクの再循環とクリーニング方法も、この点で大いに役立つだろう。

水性インク

これらの新しい印刷機すべて(バリオプレス iV7 およびその折りたたみカートン用（folding carton：紙器）モデル、そして本記事の前編で取り上げた段ボール用コンセプト印刷機)は、新しいピエゾプリントヘッドを使用しており、またバリオプリント iX1700 およびラベルストリーム  LS2000 はサーマルプリントヘッドを使用している。ヘッド技術や基材によって配合は異なるが、いずれも同様の水性インクを使用している。これは、キヤノンが ProStreamシリーズを含む既存のインクジェットプレス用に開発したものと同じ樹脂インク技術である。

インク自体は、高彩度の顔料を含む樹脂粒子を含有する水性ポリマー顔料インクである。樹脂インクは、熱によって樹脂を溶かし、顔料を基材に接着させる仕組みだ。この場合、顔料と樹脂の比率が最適化されており、噴射後に非常に薄いインク膜を形成する。これにより光の内部散乱が抑制され、広色域の再現が可能になる。Stasiczek氏は次のように指摘している。「インクには、ノズルを開いた状態に保つための共溶媒が含まれています」。

印刷機内の最初のプリントバーは、キヤノンが ColorGripと呼ぶプライマーを噴射するために使用される。 プライマーの液滴は、後に続くインクの液滴を受け止めるために正確な位置に配置される。インクが噴射されると、インクの液滴はまず固定され、その後熱で硬化され、湿度で定着が完了する。 液滴が基材表面に到達すると、水分が蒸発するか、基材に吸収される。

また、インクの配合により乾燥に必要なエネルギーの量を減らすこともできる。 粒子が液体内に含まれている限り、粒子同士は反発し合い、粒子の分散状態が維持される。 Stasiczek氏は次のように説明している。「インクが紙に噴射され、水分が蒸発すると、粒子が凝集し始め、残りの液体を押し出します。すると、均一な流れが生まれます。これは iXシリーズや ProStreamと同じ原理です。共溶剤を蒸発させることはなく、紙に吸収されるので、間接的な食品接触ラベル試験の対象となります。当社はインクの成分が可能な限り安全であることを確認しています。すべての成分には、特定の規制レベルが定められています」。

戦略的ポートフォリオ管理担当シニアディレクターのロバート・クルーカー氏は次のように付け加えている。「問題は規制が変更されることであり、それが最大の課題です。」氏は、生産性と品質およびコストのバランスが重要であると述べている。しかし、このインクは間接食品接触に関する認証を取得する予定であり、多くのコンバーターは、すべてのパッケージングおよびラベル用途において、これは不可欠であると考えている。

ラベルおよびパッケージング

キヤノンは、折りたたみカートン用の B1プレスとして開発された Océ InfiniStreamにまでさかのぼる長い間、パッケージング市場への参入を熱望していた。これはリキッドトナー技術をベースとしており、2013年にドイツのベータサイトに設置されたが、最終的には 2016年に廃止された。

キヤノンはデジタルラベル市場に対して、LS4000プレスからスタートするなど、やや行き当たりばったりなアプローチを取ってきた。これは、すでにしばらく市場に出回っていた既存の FFEI Graphiumをベースにしたもので、キヤノンはゼロから新しい機械を開発することなく、迅速に市場に参入することができた。そして昨年、キヤノンは、グラフィウムのシャーシを提供していた英国のフレキソ印刷機メーカー、エデールを買収し、業界を驚かせた。 しかし、エデールがキヤノンに確立されたラベル印刷市場への参入の道を開いたという理屈のようです。また、エデールのナローウェブフレキソ印刷機の設置ベースを通じて、折りたたみカートン市場への参入もますます現実的となった。

明らかなのは、市場参入が遅れたにもかかわらず、キヤノンは現在、ラベルおよびパッケージング部門に対応するための多角的な戦略を展開しており、その戦略はエントリーレベルのラベルからB1サイズの折りたたみカートンや段ボール用マシンまで多岐にわたっているということだ。さらに、これらの印刷機は、キヤノンのワイドフォーマットプリンターや商業用印刷機を含む他の印刷ポートフォリオとすでに緊密に統合されている。最も重要なのは、キヤノンがインク、印刷機本体、搬送システム、そしてもちろん新しいプリントヘッドの背後にある知的財産を所有しているということである。

キヤノンは現在、商業印刷およびパッケージング印刷市場向けの 2つの実用的なインクジェット技術を有するというユニークな立場にある。新しい MEMsピエゾヘッドの開発はヨーロッパの CPPが主導したようだが、サーマルプリントヘッドは明らかに日本のキヤノン株式会社が開発したものだ。ただし、キヤノンのスタッフは、プリントヘッドと印刷機の両方について、CPPとキヤノン株式会社の2つのキヤノン間で緊密な協力関係があったことを強調している。

今のところ、サーマルプリントヘッドを使用する 2つのプリンターは、どちらもエントリーレベル、あるいは少なくとも価格重視の市場をターゲットとしているようだ。しかし、インクジェット技術の開発には多額の費用がかかるため、キヤノンがピエゾおよびサーマルプリントヘッドの両方を改良する研究開発費に見合う価値があると感じるかどうかはまだわからない。その判断には、キヤノンがこれらのヘッドを他の OEMに提供するかどうかという点も関わってくる。リコーやエプソンなどの他の日本の印刷機メーカーは、すでに自社のヘッドを OEM提供している。いずれにしても、今後数年間でキヤノンがインクジェット技術と印刷機をどのように発展させていくのか、注目に値する動きである。

このストーリーの最初の部分、つまりキヤノンのパッケージングへの参入についてはこちらをご覧ください。また、キヤノンのプロダクションプリンティング製品に関する詳しい情報は、global.canonをご覧ください。

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