リコーテクニカルレポートNo.44

リチウムイオン二次電池は高エネルギー密度化，大型化の方向で市場が拡大しているが，一方で安全性との両立に課題があった．

我々はリコーの印刷技術を用いて電極上へ耐熱セラミック層を印刷する技術を確立した．

1000°C以上の耐熱性を持つアルミナAl₂O₃をインクジェットインク化し，電極上へ直接印刷することで，異常発熱時におけるリチウムイオン二次電池の安全性を向上させた．またこれまで他の印刷方式で課題となっていた印刷品質の課題や出力性能の低下を，インク組成や使用材料の変更により解決した．インクジェット印刷は非接触印刷であるため，下地電極へダメージを与えることなく薄膜印刷が可能であることが確認できた．

電池材料のインクジェット印刷では更なる高次安全技術の確立として，現状のポリオレフィンセパレータの置き換えを狙う耐熱性セパレータの開発や燃焼系材料を使用しない固体電解質材料によるセパレータ層印刷の技術を開発している．

The market for lithium-ion secondary batteries has been moving in the direction of higher energy density and larger size, but this comes with the challenge of achieving compatibility with safety.

We have established a technology to print a heat-resistant ceramic layer on the electrode using Ricoh printing technology. Alumina Al₂O₃, which has a heat resistance of 1000°C or higher, was converted into an inkjet ink and printed directly on the electrode to improve the safety of lithium-ion secondary batteries during abnormal heat generation. In addition, we have solved the problems of print quality and decreased output performance, which have been issues in other printing methods, by changing the ink composition and materials used. Since ink jet printing is non-contact printing, we were able to perform thin film printing without damaging the base electrode.

In order to establish higher-order safety technology for inkjet printing of battery materials, we are developing a heat-resistant separator to replace the current polyolefin separator and a separator layer printing technology using a solid electrolyte material that does not use combustion.

ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）などの核酸増幅法は様々な分野でターゲットDNAの検出に用いられている．近年では分析化学の発展とともに，1分子レベルのDNAを正確に定量する方法への需要が高まっている．しかし，適切な標準物質がないため，低コピー数のターゲットDNAの検出精度が十分に管理されていないことが多い．そこで，我々は指定コピー数のターゲットDNAを含む標準物質を作製するための新しい方式を開発した．1コピーのみのターゲットDNAを有する細胞の懸濁液をインクジェットヘッドで吐出し，高感度カメラで各液滴中の細胞数をカウントする形でコピー数を制御した．更に我々は本標準物質と希釈法で作製したDNA溶液を使用し，検出限界（LOD）の評価を用いて定性PCRの性能を比較した．結果として，本DNA標準物質を利用することで，より正確な評価結果を得られた．

Nucleic acid amplification methods such as polymerase chain reaction (PCR) are extensively used in many fields to detect target DNA. Recent advances in analytical sciences require a method to accurately quantify DNA at the single molecule level. However, analytical quality control when detecting low copy number target DNA is often missing due to a lack of appropriate reference materials. Herein, we have developed a novel method to produce reference material containing a defined copy number of target DNA. In this method, the suspension of cells carrying a single target DNA sequence is ejected by an inkjet head and the number of cells in each droplet is counted using highly sensitive cameras in order to control the copy number. We compared the use of this reference material with that of diluted solutions of DNA to evaluate the performance of qualitative real-time PCR in terms of the limit of detection (LOD). Our results demonstrate that by using this DNA reference material, more accurate information regarding performance quality can be provided.

近年，再生医療用途や創薬開発向けにin vitroで3次元組織体を構築する技術が求められており，その1つとしてバイオプリント技術が有望視されている．我々は，3次元組織体構築に向け複数種類の細胞や積層材料を精密に配置できるバイオプリントシステムを開発した．細胞吐出させるために新規に開発したインクジェットヘッドは細胞を生きたまま吐出可能であり，かつピエゾ素子でメンブレンを振動させて細胞液を撹拌することでノズル閉塞を回避できるため，安定的なオンデマンド吐出が可能である．本インクジェット技術を搭載したバイオプリントシステムにより，吐出細胞数の制御や細胞の2次元配置を達成すると共に，ハイドロゲルと細胞それぞれの層を交互に積層することでミルフィーユ状の3次元構造体構築プロセスを提案した．本バイオプリントシステムは既往の技術を凌駕するレベルでの細胞プリントを達成し得るものと期待できる．

In recent years, bioprinting has emerged as a promising technology for the construction of threedimensional (3D) tissues to be used in regenerative medicine or in vitro screening applications. In the present study, we report the development of an inkjet-based bioprinting system to arrange multiple cells and materials precisely into structurally organized constructs. A novel inkjet printhead has been specially designed for live cell ejection. Droplet formation is powered by piezoelectric membrane vibrations coupled with mixing movements to prevent cell sedimentation at the nozzle. Stable drop-ondemand dispensing and cell viability were confirmed over a long enough time to allow the fabrication of 3D tissues. Reliable control of cell number and spatial positioning was demonstrated using two separate suspensions with different cell types printed sequentially. Finally, a process for constructing stratified Mille-Feuille-like 3D structures is proposed that alternately superimposes cell suspensions and hydrogel layers with a controlled vertical resolution. Experimental results show that our inkjet technology is effective for both two-dimensional patterning and 3D multilayering and has the potential to facilitate the achievement of live cell bioprinting with an unprecedented level of precision.

現在テキスタイル市場における生産方式には，染物に代表される「アナログ捺染方式」と，インクジェットプリンタ等による「デジタル印刷方式」があり，「アナログ捺染方式」が市場の大半を占めている．「アナログ捺染方式」は大量生産に適した方式ではあるものの，デザインの多様化／商品サイクルの短期化に伴う「在庫の大量廃棄」や，後処理工程で発生する「排水による水質汚染」等の「環境課題」が指摘されている．一方，「デジタル印刷方式」は，「小ロット／多品種」の対応力に優れており，環境課題の軽減策として注目されている．

特に「水性顔料インク」を用いた方式は，後処理工程を必要としない「環境に優しい方式」である為，持続可能な社会を創る意味でもそのニーズが高まりつつある．

我々はこれまで培ってきた技術を活用し，「水性顔料インク」を用いたインクジェット方式のガーメント（garment：衣服）プリンタを上市し，リコーとしてのテキスタイル事業を立ち上げた．本論文では，テキスタイル印刷に対するリコーの技術的な強みと，それを活かした今後の取り組みと狙いについて述べる．

The printing process in the textile industry can be separated into “analog printing” typified by dye printing and “digital printing” typified by inkjet printer. While analog printing is currently dominant in the market due to its suitability for mass production, it has several environmental issues such as the large amount of inventory for disposal, which has been increased by shorter product cycles, and water pollution generated during the post-treatment process. In contrast, digital printing can meet the small lot / multi-variety demands, which makes it an attractive approach for solving the environmental issues.

In particular, water-based pigment ink shows promise as an environmentally friendly method because it does not require any post-treatment process.

Ricoh launched inkjet garment printers using water-based pigment ink and established textile business by utilizing our technology. In this work, we introduce our technical strengths relating to textile printing, future initiatives, and goals.

現在，インクジェット技術を用いてナノ銀などを印刷して配線を形成したり，様々な機能性インクを印刷するプリンテッドエレクトロニクス技術が検討されている．また強誘電体膜に関しても，薄い膜（100nm）で半導体素子（FeRAM）に応用する検討が報告されているが，厚い膜で機械的なアクチュエーターとしての機能を確認した報告はない．今回インクジェット工法とCSD（Chemical Solution Deposition）法，表面エネルギー制御を組み合わせ，パターニングされたPZT薄膜のダイレクト形成を行った．この表面処理，インクジェット塗布及び焼成工程を繰り返すことでパターンの寸法精度を確保しつつ2µm厚のPZT薄膜を形成することに成功した．また，このPZT薄膜をアクチュエーターとするインクジェットヘッドを製作し，インクの吐出を行った．さらに，従来工法のスパッタやスピンコートでは一般的に最大膜厚が2～3µmであるが，本プロセスを用いることで10µmのピエゾ膜が成膜でき，2µm膜厚と同等の配向や結晶性を確認できた．

Inkjet printing (IJP) has become an important technology for many applications such as nanotechnology and, electronics, due to its ability to direct-write well-definedpatterns on various substrates. It avoids the complicated photolithography process, which leads to cost-savings, efficient use of materials, and waste elimination. By controlling the surface energy distribution with a selfassembled monolayer (SAM) coating process, we successfully deposited a patterned 2-µm-thick PZT film by an IJP technique utilizing a sol-gel PZT ink as the precursor. We also confirmed through experiments that the piezoelectric constant of the IJP PZT film was high enough to be used as the actuator of an inkjet head. In addition, while the conventional methods of sputtering and spin coating generally have a maximum film thickness of 2 or 3 microns, by using IJP, we could form a 20-µm-thick PZT film. With the orientation and crystallinity equivalent to 2-µm-thick PZT film.

従来の高速水性インクジェットプリンタで用紙に印刷を行うと，乾燥不足によって印刷品質が低下するという問題があった．また，特に高濃度の画像を出力する場合や薄紙を用いた場合に発生する波打ち状のシワ（コックリング）を防止することは困難だった．今回，我々はこれらの問題を解決することを目的として，高速連続用紙インクジェットプリンティングシステム「RICOH Pro VC70000」を開発した．独自の技術として連帳紙を複数の小径加熱ローラへ繰り返しニップしながら搬送する機構を採用することにより，インクの乾燥性能を大幅に向上させた．この高速インクジェットシステム技術により，高濃度の画像を出力する場合や薄紙を用いた場合でもコックリングの発生を抑制し，さらに省スペース・省エネで印刷速度と画質の向上を実現した．

When printing on paper with a conventional high-speed water-based inkjet printer, the print quality tends to be degraded due to insufficient drying. In addition, wavy wrinkles (cockling) can occur, especially when high-density images are printed or when thin paper is used, and it is difficult to prevent this with conventional technology. To resolve this issue, we have developed a high-speed full-color inkjet printing system for continuous papers called "RICOH Pro VC70000". This system utilizes a mechanism that repeatedly contacts a paper with multiple small heating rollers as our unique drying technology to extend the drying distance and improve the drying performance. Experimental results show that cockling can be suppressed even when high-density images are printed or when thin paper is used. In addition, both printing speed and image quality are improved along with space and energy saving.

製品カタログやダイレクトメールのオンデマンド印刷を実現するカラープロダクションプリンターには，幅広い用紙において，オフセット印刷機と同等の高精細な画像，高精度な表裏画像見当（レジストレーション）が求められている．本報は，用紙と画像の位置を高精度に合わせるリコー独自のレジストレーション技術を紹介する．本技術は，紙姿勢を非接触で検知するセンサーを配置し，紙の傾きであるスキューと，紙の位置ずれであるシフト量を検出し，検知結果を基に，画像を紙に転写する直前に配置された搬送ローラが回動およびスライド移動することで，紙姿勢誤差を補正する．補正動作では，フィードフォワード制御とフィードバック制御を組み合わせることで，従来の用紙先端突き当てによるレジストレーション方式と比較し，より幅広い紙種に対し高精度で安定したレジストレーションを実現した．

In electrophotographic printers, image to sheet registration is one of the important requirements for ensuring print quality close to offset printing. This paper describes the mechatronics design of a sheet registration device using a steerable and sliding roller and the control system of such a device. The device is placed upstream from the image transfer station along the sheet feeding path and precisely controls the longitudinal, lateral, and skew directions of the sheet until it reaches the image transfer station. The lateral and skew position error of the sheet is determined by using two Contact Image Sensors (CIS) to detect the side edge. The steerable and sliding roller is rotated and shifted to correct the sheet position error. This paper proposes a new Feed Forward (FF) and Feed Back (FB) sequential control method for reducing the variations in sheet position caused by transfer errors from feed rollers.

Experimental results verified that the steerable and sliding roller using the proposed control method is able to fulfill the performance requirements for practical application.

ポリエステル重合を用いたケミカルトナーの1種である重合トナーの品質制御は，過去の品質測定値を参照して品質管理者が工程の操作変数を決定する手動調整を実施していた．そのため，トナー品質管理者の多大な工数が必要であるとともに，品質安定性が不足していた．

この問題を解決するため，品質予測システムと操作量算出システムで構成される品質自動制御システムを開発した．品質予測システムの構築では，いくつかの機械学習手法の中から，変数選択したRandom Forestモデルを選定した．操作量算出システムの構築では，品質予測値を参照して，操作量を自動算出するシステムを開発した．品質自動制御システムをトナー製造プロセスで活用した結果，トナー品質管理者の工数15%低減と品質安定性の向上を確認した．

The quality control of polymerized toner, a chemical toner using polyester polymerization, is typically performed by manual adjustment. Quality operators determine the extent to which the process should be adjusted by referring to past quality values. It takes a lot of man-hours of the operators and the quality stability is insufficient. Thus, we developed an automatic quality control system, which comprises two systems: one for predicting quality and one for calculating the manipulation amount. In the quality prediction system, we selected a random forest model with variable selection from several machine learning methods. In the manipulation amount calculation system, we developed a system that automatically calculates the manipulation amount by referring to the predicted quality value. By applying the automatic quality control system to the toner manufacturing process, the quality operator's man-hours were reduced by 15% and the quality stability of the toner was improved.

車載向けのヘッドアップディスプレイ（HUD）が市場に普及してきている．HUDは車両センサからの情報をフロントガラス先の背景に重畳させて拡張現実（AR）を実現することで，安全な運転環境を提供しようとしている．レーザー走査方式HUDは広色域と高輝度コントラストを特徴として運転者に確実な注意喚起を促すことができ，また背景に対して違和感のない3D表示が可能になるため，ARを実現するHUDに最適な方式である．我々は新規の部品であるスクリーンと2軸MEMSミラーを開発し，レーザーHUDの画質劣化と低信頼性の課題を解決して高画質と高信頼性のプロジェクションユニットを実現した．

In-vehicle head-up displays (HUDs) are being marketed as augmented reality (AR) displays aimed at make driving safer by superimposing information from the vehicle sensor on the background behind the windsheild. A laser HUD is optimal for an AR display because it can effectively draw the driver's attention to the information and display a seamless image with a wide color gamut and high brightness contrast. We developed a projection unit for an automotive laser HUD and attained high image quality and reliability. Laser projection units tend to cause image quality deterioration and low reliability. We addressed these issues by developing a new screen and a two-axis micro-electromechanical systems (MEMS) mirror.

近年，脳科学は医学界を初め幅広い社会の要請を受けて，著しい発展を遂げている．近赤外光を利用した脳機能計測であるfNIRS（functional near-infrared spectroscopy）は，現在よりも空間分解能が向上することで脳疾患の診断に対し飛躍的に価値が高まることが期待されている．一方光源側では，VCSEL（Vertical-cavity surface-emitting laser：面発光レーザ）のセンシング分野における新しい応用が始まっている．我々は多ビームを制御性良く出射できるVCSELの強みを活かした「多方向方式fNIRS」を考案し，ビーム数と受光方向をそれぞれ4倍にすることで合計16倍の情報量増加を実現し脳機能計測の高精度化を図った．VCSELと微小レンズを高精度に実装する技術を開発して試作機を製作し，要求される空間分解能以下の微細なメッシュ（3mm間隔）を適用した生体モデルに対し，1×10⁹個のフォトン数に対してモンテカルロシミュレーションを実施することで，脳血流分布の推定精度を向上させた．ファントム（疑似生体）計測および運動野のヒト計測を行ったところ，脳表面（灰白質）における賦活エリアを5mm程度の誤差で検出できることを確認した．このように開発したfNIRSは，高価なfMRIに匹敵する空間分解能が実現でき，小型で安価なモジュールにより脳内ネットワークなどの診断ができる可能性が見えてきた．

In recent years, brain science has made remarkable progress in response to current demands, including those from the medical community. The development of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS), a brain function measurement tool using near-infrared light, is expected to dramatically lower the cost of brain diseases diagnosis by improving spatial resolution. We have devised a multi-directional fNIRS, which utilizes a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) that can emit multiple beams with good controllability. The accuracy of brain function measurement is improved by increasing the amount of information. Phantom (pseudo biological) measurements and human measurements of the motor cortex showed that the activation area on the brain surface (gray matter) were detected with an error margin of about 5mm. With a spatial resolution has been comparable to the more expensive fMRI, the possibilities for diagnosing brain diseases are now greater than ever.

オフィスや工場など職場において，作業者の位置測定と可視化は業務改善の重要な課題である．作業者の位置を可視化することで，生産効率向上，作業ミス低減，事故防止効果が得られる．本稿は一枚の360度魚眼カメラ画像による高精度な作業者認識，3次元位置測定，作業者位置可視化方法を提案する．

本提案手法は魚眼画像を単位球面へ投影，透視投影を行うことで，複数方向への歪み補正画像を作成する．職場地面に複数のマーカーを設けることで，歪み補正画像と3次元実空間のキャリブレーションを行い，変換式を求める．複数方向の歪み補正画像から機械学習による作業者認識を行い，求めた変換式を用いて，3次元空間での作業者位置測定を行う．

Ricoh R 360度魚眼カメラにより作業者認識，3次元位置測定実験を行い，本提案手法の有効性を確認した．

In a workplace such as a factory or office, it is important to visualize workers' positions to improve efficiency and avoid errors and accidents during work operations.

We propose a method for measuring the 3D positions of people in a workplace using only one fisheye camera. One 360-degree fisheye image is projected onto a unit sphere and several perspective projection images are generated to correct distortions in the image obtained from the fisheye camera. A machine learning method is applied to the corrected images for people recognition, and the results are used to calculate 3D positions in the workplace. Only a few markers need to be placed on the floor of the workplace to calibrate the perspective projection images with the plane of floor.

People recognition and position measurement experiments were conducted in a workplace using Ricoh R 360-degree monocular fisheye cameras. The evaluation results demonstrate the effectiveness of our proposed method.

顔認証の技術は今急速に発展している．セキュリティ監視システムやスマートフォンだけでなく，オフィスプリンティング分野でも製品に顔認証を組み合わせることが試みられている．顔認証の応用の拡大に伴い，その安全性の確保が重要となっている．人の顔の画像や映像は入手しやすいため，なりすましに対する検査が必要である．本論文では，赤外線や構造化光を用いない安価な単眼カメラを使い，顔写真やビデオによるなりすましを検出する低コストのシステムを提案する．顔検知，輝度確認，鮮明度確認を行った後，RGB，HSV，CNNの3つの手法でなりすまし検出を行い，それらを統合した分類器で最終結果を得る．統合により，単一手法より高いロバスト性が得られた．

Facial recognition technology has been developing rapidly nowadays for applications such as mobile phones, access controls, and security monitoring systems. Furthermore, the feasibility of combining office automation products with face recognition is being explored. The security risks of facial recognition are becoming exposed as more applications emerge. Because faces are frequently exposed in photos and videos, it is necessary to implement face spoof detection. Our solution introduces a lowcost face spoof detection system, which enables face photo and video spoof detection using inexpensive monocular cameras (compared with infrared cameras and 3D structured light cameras). In the pretreatment stage, face detection, brightness evaluation, and image blur detection are used. In the core processing stage, RGB, HSV, and CNN methods are used to detect spoof faces. Finally, an integrated classifier is designed based on the output of the above three classifiers, making it more robust than a single system.

ニューラル機械翻訳（Neural Machine Translation：NMT）モデルは通常，対訳コーパスにより学習され，翻訳品質を改善するための新しい拡張コーパスを生成する．従来の研究では，NMTの品質の主要なテスト要素であるn-gramを考慮せずに対訳コーパスを生成ないし選択していた．本論文では，翻訳品質向上のための対訳コーパス選択標準としてn-gramを利用する，ニューラル機械翻訳のためのデータ拡張について説明する．実験により，この方法は，2018年に開催されたアジア諸言語翻訳に関するワークショップ（Workshop on Asian Translation：WAT）の基本的なNMTモデルよりも，英日と日英翻訳タスクにおけるBLEUスコアをそれぞれ最大0.86および1.34まで改善することが示された．

Neural machine translation (NMT) models typically operate with a parallel corpus and generate a new augmented corpus to improve translation quality. Previous studies created or selected the parallel corpus without considering the importance of the n-gram algorithm in BLEU. N-gram is a key test element in the NMT quality standard that should be taken into account. This paper describes a data augmentation method for neural machine translation. We regard n-gram as a select standard for a parallel corpus which can enhance translation quality. Experiments showed that compared with the basic NMT model, our method improved BLEU scores by 0.86 and 1.34, respectively, when performing English-Japanese and Japanese-English translation tasks from the Workshop on Asian Translation (WAT).

当社は顧客に対して安全な製品を提供するため，安全に関する公的な国際・国内規格の遵守だけでなく，安全性向上の視点で構築した当社独自の製品安全基準への適合による製品の安全設計を行ってきている．更には，製品安全事故リスクを事前に低減させるために，製品のライフサイクル全般にわたるリスクアセスメントを実践し，未知のリスクを顕在化させ，対応の必要性を検討するプロセスを継続的に回している．

データが不十分な状況での未知のリスクへの対応については，危害の程度や発生頻度を見積もり，製品安全設計基準を適切に製品へ反映する必要がある．そのためには，現象と原因を正確に把握することを目的とした実験方法の開発やデータ蓄積，共有などを行う安全技術開発が重要になる．

本報告では，安全技術開発の一例として，電気・電子機器の重大製品事故の一つの原因であるプリント基板発火・延焼について，実験方法の検討と実験結果を示す．

In order to provide customers with safe products we must comply with public safety standards and as well as our own standards. We reduce the risk of accidents through risk assessments, which are continuously conducted throughout the life cycle of the product.

To estimate the frequency of accidents and degree of harm, and to reflect them in products as appropriate product safety design standards, it is necessary to accurately grasp the phenomena and causes. For this reason, it is important to safety engineering development for developing experimental methods and storing and sharing data.

In this report, we show the results of ignition and fire spread experiment on printed circuit board as an example of safety engineering development.