インクジェットプリンター インクジェットプリンターの概要

インクジェットプリンター

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2017/09/24 21:43 UTC 版)

インクジェットプリンター PM-700C

概要

インクジェットプリンターは、機構が単純であるという特長をもつ。オフセット印刷のように版下を作製する必要がなく、複写機レーザープリンターなどで使用されている電子写真方式のような加熱定着処理も不要である。

インクを直接吐出する方式であるため他の方式の印刷機のように印刷媒体が平坦であることは求められず、媒体搬送手段に依存するが例えば紙以外にも印刷を可能としたものもある。一方で同一原稿を大量に印刷する用途には適していない。また色当たりのコストも他の印刷方法と比べて低く抑えることができる。このため6色や7色、さらに10色を超える多色刷りの実現も比較的容易である。

オンデマンド方式の小型プリンターが登場した1980年代から1990年代は、熱転写プリンターなどと競合状態にあった。近年は画素の高密度化や印刷速度の向上が急速に進み家庭用の写真プリンターやオフィス用プリンター、大型ポスター用のプリンターとしても広く応用されている。またイメージスキャナファクシミリ等の機能を併せ持つインクジェット複合機(Multi Function Printer、MFP)も2001年ころから急速に普及が進んでいる。さらに、インクジェットプリンターの特長を生かした応用技術の開発も広がっている。インクカートリッジの容量は2005年以降、半減したとされる[1]

1990年代の製品では印刷時の動作音が比較的大きかったが、2000年代に入ると徐々に動作音の小さな機種も登場していった。

開発史

1990年キヤノンノート型BJ-10vの後1993年に発表されたBJ-10v Lite(仕様はBJ-10vとほぼ同じ)、セントロニクス方式のパラレルインタフェース。(内部のカバーを外し手前に置いている)当時のノートパソコンとほぼ同じ大きさで持ち運びが容易。

インクジェットプリンターの歴史は、ケルヴィン1867年にインク滴に対する荷電実験を行ったことが起源とされる。1879年にレーリーがコンティニュアス型の基本となる液滴生成理論を発表。本格的な研究の取り組みは1950年代からで当時西ドイツシーメンスが液圧搬送、ノズル吐出のコンティニュアス型のプリンターの特許が公開された。

1960年代より実用的なオンデマンド型のインクジェットの研究が進められた。ピエゾ素子(圧電素子)を用いたピエゾ方式がはじめに考案され、セイコーエプソン社よりピエゾ方式のプリンターが商品化された[2]。また1970年代にはサーマル方式も考案されヒューレット・パッカード(HP)社が1984年にThinkJetとして商品化[3]キヤノン社も1985年BJ-80として商品化[4]した。

1990年10月にはキヤノンが普及タイプのノート型BJ-10vを発売し[5]、一般個人ユーザーにも浸透し始めた。1996年11月には、初めて写真画質を売りにしたPM-700Cをセイコーエプソンが発売し[6][7]、インクジェットの普及に拍車をかけた。それ以降、インクジェットは小型プリンターとしてシェアを拡大し2008年現在ではパソコン用のプリンター出荷台数の3分の2以上がインクジェット方式となっている。

基本分類

インクジェットプリンターの方式は、コンティニュアス型オンデマンド型に分類できる。現在実用されているものの中でも小型プリンター用として主流となっているのはオンデマンド型で、ピエゾ方式サーマル方式の2つである。

コンティニュアス型

コンティニュアス型インクジェット装置

ポンプによってノズルから連続的に押し出されたインクは超音波発振器によって微小な液滴になる。インク滴は電極によって電荷が加えられ、印字の必要に応じて偏向電極で軌道を曲げられて紙面の印字面に到達する。偏向電極で曲げられなかったインクはガターと呼ばれる回収口に吸い込まれ、インクタンクに戻り再利用される。印刷していないときもインクは常に連続的に噴射されているのでコンティニュアス型または連続吐出型と呼ばれる。

ポンプによる高い圧力でインクを押し出すので高粘度のインクが使用でき、また連続的にインクを押し出すことから速乾性のインクも使用できるなどインクの選択幅が広い。さらに超音波振動で作られるインク滴は毎秒100滴以上で生成することが可能であり高速であるが構造が大がかりで小型化が難しく、マルチヘッド化も困難であるなどの欠点から家庭用のプリンターとしては使用されておらず工業用のマーカー(生産ラインで部品に製造番号などを記入する)として利用されている。

オンデマンド型

印字時に必要なときに必要な量のインク滴を吐出する方式である。吐出後のインク供給には毛管現象を利用しているため高粘度のインキは使用できないこと、インキ滴の生成速度が毎秒10滴程度であるなどの欠点があるが構造が簡単で小型化やマルチヘッド化がしやすいなどの長所がある。家庭用のインクジェットプリンターは、ほぼすべてオンデマンド型である。

オンデマンド型はインク滴に圧力を加える方法により、ピエゾ方式・サーマル方式・静電方式に分けられる。

ピエゾ方式

ピエゾ方式オンデマンド型インクジェット装置

ピエゾ方式とは、電圧を加えると変形するピエゾ素子(圧電素子)を用いた方式である。

ピエゾ素子をインクの詰まった微細管に取り付け、このピエゾ素子に電圧を加えて変形させることでインクを管外へと吐出させる。前述のように1960年代から研究がなされていたが以下に示した短所の克服に時間がかかったため、本格的な商品化は1980年代になってからであった[8]

1990年代にセイコーエプソンがピエゾ素子を複数に重ねて使用した「マッハジェット」を開発。カラー高画質化にいち早く成功し、マーケットでの地位も確保した。ブラザー工業もピエゾ方式でインクジェットプリンターを製品化しているほか、CADや大判用プリンターとしてはローランドなどでも採用されている。また、サーマル方式では難しい高粘度・速乾燥性のインクを使用できるメリットを生かしてリコー(GELJET)でも採用されている。

ピエゾ方式の長所は以下の通りである。

  • ピエゾの変形量そのものを電圧制御するため、インク噴出量や液滴サイズを精密に制御できる。
  • インク吐出制御に熱を使用しないため、使用環境の気圧や気温に左右されずヘッドの耐久性も高い。
  • インクを加熱しないため、サーマルジェットに比べて幅広いインクに対応可能である。

短所は以下の通りである。

  • インク内に気泡が混じると目詰まりが生じやすい。
  • ドット毎にピエゾ素子を用意するためヘッド構造が複雑である。
  • ピエゾ素子を小型化するとインクを押し出すために必要な体積変化が得られにくい。

サーマル方式

サーマル方式オンデマンド型インクジェット装置

サーマル方式とは、加熱により管内のインクに気泡を発生させてインクを噴射する方式である。

サーマル方式ではインクの詰まった微細管の一部にヒーターを取り付け、これを瞬時に加熱することでインク内に気泡を発生させてインクを噴出させる。加熱に使用するヒーターは抵抗加熱、誘導加熱などが考えられる。その基本原理は1970年代半ばにキヤノンの中央研究所で偶然見つかった現象に由来する。この時、液体の詰まった注射針に半田ごてが触れたとき針先から液体が飛び出した。キヤノンではこの現象を解析、これをヒントに各社で研究開発が進められ、1984年ヒューレット・パッカードが世界で初めてサーマル方式のインクジェットプリンターを発売した。翌1985年にはキヤノンも自社開発のサーマル方式を「バブルジェット」と命名しBJ-80を発売した。富士ゼロックスレックスマークなどでもサーマル方式のインクジェットプリンターの開発および販売が行われている。

サーマル方式の長所は以下の通りである。

  • ヘッド構造が比較的単純。
  • 物理的機構が少なく印刷速度の高速化や印字画素の高密度化が図りやすい。

短所は以下の通りである。

  • をインクに加えることになるため、熱劣化の少ないインクを用いる必要がある。
  • 同一の噴出穴でインク噴出量を調整するのが難しい。実際多くのプリンターで高速印字用の大液滴噴出穴と、写真印刷などに用いる小液滴噴出穴を並べている。
  • ヘッドの寿命が短く、プリンターの場合ユーザーによる交換が必要となることが多い。
  • 長期間使用しない場合、ノズル中のインクの水分が蒸発することによりヘッドが詰る場合がある。微細化されるとその傾向が高まる。もっともキヤノン製ヘッドの中期以降のものは、ヒーターとノズル先端との距離が短縮されインク吐出時に気泡がノズル先端に到達するように構成されたため、乾燥によりノズルが詰まる可能性は減った。
  • インクの噴出穴が多いため、目詰まり防止のためのクリーニングによるインク消費が多く、低頻度印刷でも維持コストがかさむ。
  • 水滴がかかると変色することがある。

オンデマンド型のヘッド構造

上述のインク塗布の機構を集積したものを「プリントヘッド」(または単にヘッド)と呼ぶ。ヘッドには複数のインクノズルが作りこまれており、インクカートリッジ内のインクタンクから供給されたインクを塗布する。プリンターの機構で紙などの被印字媒体を動かし、その印字媒体の動く方向と直行方向にプリンターヘッドを動作させて印字を行う「シリアルヘッド方式」が一般的である。また比較的長いプリンターヘッドを固定して、被印字媒体の動きだけで印刷を行う「ラインヘッド方式」もある。インクヘッド製造時には、インクの流路など半導体露光装置(ステッパ)を使って作りこむことが行われる。またインクノズル部分はエキシマレーザによって加工される場合もある。

インクジェットプリンターでの高密度画素印刷は、このプリントヘッドの高精度の制御が要求される。例えば、1,200dpi解像度で印刷を行うためには1つの画素を20マイクロメートルで塗布する必要がある。この場合、一滴のインクの量は数ピコリットル(数兆分の1リットル)程度であり、さらにプリントヘッドを毎秒500ミリメートルで移動させながら20マイクロメートルで画素印字するためには毎秒2万5,000発ものインクの噴出が必要となる。当然、カラー印刷の場合では色数(通常4色から7色)分の同じ場所に重ね合わせて噴出する技術が必要である。また、プリントヘッドの動作と被印字媒体送りを同期させる制御や色ごとに塗布位置が若干ずれても目立たないような画像処理をあらかじめ行うなどのプリンター周辺技術も高度なものが求められる。


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  1. ^ a b 8年前に製造された中古プリンターがオークションで高額取引される謎
  2. ^ 1984年6月、インクジェットプリンタ「IP-130K」 マイルストンプロダクツ”. セイコーエプソン. 2008年12月5日閲覧。
  3. ^ HPの歩み-1980年代”. 日本ヒューレット・パッカード. 2009年8月4日閲覧。
  4. ^ キヤノンの歩み、1985年、世界初のバブルジェット方式インクジェットプリンタ「BJ-80」発売”. キヤノン. 2008年12月5日閲覧。
  5. ^ キヤノンの歩み、1990年、バブルジェット方式ノート型プリンタ「BJ-10」”. キヤノン. 2008年12月5日閲覧。
  6. ^ 1996年11月、カラーインクジェットプリンタ「PM-700C」 マイルストンプロダクツ”. セイコーエプソン. 2009年8月4日閲覧。
  7. ^ PM-700C --- “写真印刷”を初めて標榜”. 日経BP. 2009年8月4日閲覧。
  8. ^ モノクロで低解像度のものとしては、電卓用プリンターなどとして商品化されたこともあった
  9. ^ FXPS、「ソリッドインク」方式を採用したA4カラーページプリンタ
  10. ^ ソリッドインクカラープリンタがイケてない理由
  11. ^ 3D Systems To Acquire a Portion of Xerox’s Oregon Based Solid Ink Engineering and Development Teams
  12. ^ インクジェット印刷”. 東静容器. 2009年8月12日閲覧。
  13. ^ エプソン. “純正インクが選ばれる4つの理由-1”. 2010年6月4日閲覧。
  14. ^ エプソン. “エプソン純正品について”. 2010年6月4日閲覧。
  15. ^ キヤノン. “キヤノン:インクジェットプリンター 消耗品紹介”. 2010年6月4日閲覧。
  16. ^ キヤノン. “Canon Sustainability Report 2008”. pp. p.39. 2009年8月17日閲覧。
  17. ^ ブラザー工業. “消耗品に関する独・デュッセルドルフ高等裁判所における勝訴判決について”. 2009年8月17日閲覧。
  18. ^ ブラザー工業. “ブラザー純正インクのご案内”. 2008年11月16日閲覧。
  19. ^ アリオン. “公開レポート”. 2008年11月16日閲覧。
  20. ^ 郵便局株式会社. “使用済みインクカートリッジを回収しています”. 2009年8月19日閲覧。
  21. ^ 郵便局株式会社. “ブラザー、キヤノン、デル、エプソン、日本HP、レックスマークは日本郵政グループと協力し使用済みインクカートリッジの共同回収を開始”. 2009年8月19日閲覧。
  22. ^ ITmedia. “かくして“つよインク”は生まれ変わる――エプソンのリサイクル工場見学”. 2010年6月4日閲覧。
  23. ^ PC-9800シリーズ#55ボード問題
  24. ^ 「「インク警告」、「インクわずか」メッセージが表示される」HPカスタマーケア


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