インクジェットプリントヘッドに関するトップ10の質問への回答

プリントヘッドはあらゆるインクジェット プリンターの核心ですが、ほとんどのプリンターでは、期待どおりに動作しない場合にのみプリントヘッドが考慮に入れられます。Sonja Angerer が、インクジェット プリントヘッドに関する初心者と専門家向けの 10 の質問と、ビジネスとニーズに適したプリントヘッドの見つけ方について説明します。

1. インクジェットプリントヘッドはどれくらい前から存在していますか?

インクジェット ヘッドを搭載した最初の実用的なデジタル プリンターは、1970 年代初頭に IBM によって市場に投入されました。ただし、これらは産業用途のみを対象としていました。1980 年代半ばには、HP と Epson が日常のオフィス用途向けにインクジェット プリンターを発売しました。当初、プリンターは白黒でしたが、1980 年代の終わりには、A3 フォーマットまでの用紙で動作する最初のカラー プリンターが導入されました。1990 年代の終わりにデジタル大判印刷が開始されると、インクジェット プリントヘッドはより強力になり、多色印刷を可能にするためにプリンターに組み込む必要が多数ありました。

2. CIJ プリントヘッドはどこで使用されますか?

最初のインクジェット プリンターは、連続インクジェット (CIJ) プロセス (連続フローまたは連続ドロップとも呼ばれる) を採用していました。ノズルはインク滴の連続ストリームを生成し、必要に応じて滴を偏向または遮断する電界を通過します。印刷に不要な滴は収集容器にリダイレクトされ、最終的に再利用されます。

CIJ 印刷は、非常に細かく均一な液滴を使用して高速印刷しますが、インクの消費量は DoD インクジェットよりも一般的に多くなります。そのため、住所や簡単なラベルの高速印刷や、一部の産業用途に使用されます。

3. DoD インクジェットとは何ですか?

DoD (ドロップオンデマンド) インクジェット プリントヘッドでは、ノズルから生成されるすべての液滴が基板上にも配置されます。サーマル インクジェットとバブル ジェットでは、ノズル内のインクを加熱することで液滴が生成されます。ピエゾ インクジェット ヘッドでは、電気で活性化される結晶によって液滴が生成されます。グラフィック アート業界やオフィス プリンターでは、DoD インクジェットが最も一般的です。

4. ピエゾインクジェットプリントヘッドはどのように機能しますか?

ピエゾ インクジェット プリントヘッドは、電圧が加えられると曲がる圧電結晶を使用します。これにより、インク室のサイズが縮小され、インク滴がノズルから押し出されます。この技術は 1980 年代後半にエプソンによって開発され、プリントヘッドの高精度と信頼性を実現しています。ピエゾ インクジェット プリントヘッドは、さまざまなサイズのインク滴を生成することもできます。エプソン、富士フイルム、コニカミノルタ、京セラ、東芝、 Xaarなどが製造しています。

ピエゾ ヘッドでは、さまざまなインク配合を使用できます。インクを沸騰させる必要がないためです。その結果、サーマル インクジェットでは問題となる、熱に敏感で揮発性の高いコンポーネントも使用できます。

キャプション: サーマルおよびピエゾインクジェットプリントヘッド技術のスケッチ。画像提供: S. Angerer

5. サーマルインクジェットヘッドの特徴は何ですか？

サーモ インクジェット プリントヘッドは、ノズル チャンバー内のインクを気化させる小型ヒーターを使用します。これにより、泡が生成され、ノズルからインク滴が排出されます。基本原理は、1970 年代後半に HP と Canon によってほぼ同時に特許取得されました。ただし、Canon Bubble Jet (ビデオ) と HP Thermo Inkjet プリントヘッドの技術的詳細は異なります。

サーマル インクジェット ヘッドは、一般的にピエゾ インクジェット プリントヘッドよりも安価で製造も簡単です。ただし、寿命が短く、通常は 1 つの液滴サイズしか生成できません。HP の Pagewide テクノロジー (ビデオ) も、サーマル インクジェット プロセスのバリエーションです。

6. グレースケール / グレースケール インクジェット プリントヘッドとは何ですか?

グレースケール プリントヘッドは、追加のヘッド パスなしで細かいグラデーションと正確なディテールを実現できるため、「可変ドット」とも呼ばれます。これを実現するために、さまざまな量のインク滴を放出します。モデルに応じて、その量は数ピコリットルから 50 ピコリットルを超える量まであります。

異なる液滴サイズにより、同じ物理的ノズル密度でも人間の目にはより優れた画質が得られます。たとえば、シャープなエッジや文字は、より小さな液滴を設定することでより滑らかで美しく見えます。液滴の位置と均一性の精度、液滴の最小サイズと最大サイズ、印刷インクの数、および視認距離も、知覚される画質に影響します。グレースケール プリントヘッドは通常、ピエゾ技術です。

7. 「バイナリ」インクジェットプリントヘッドは何をしますか?

バイナリ インクジェット プリントヘッドには、液滴ありと液滴なしの 2 つのオプションしかありません。つまり、各液滴のサイズは同じです。液滴が小さいほど、プリンターの速度は遅くなります (ただし、精度は高くなります)。これは、液滴が非常に小さいと、モチーフごとにヘッド パスの数が多くなるためです。バイナリ ヘッドは、ワニスやプライマーなどの液体を大量に素早く塗布できるため、産業用インクジェット印刷によく使用されます。

8. MEMS プリントヘッドの利点は何ですか?

MEMS は微小電気機械システムの略で、コンポーネントの寸法が 1 マイクロメートル以下のシステムを指します。

インクジェット プリントヘッドについて言及する場合、MEMS はシリコン ベースのコンピュータ チップのような製造プロセスを示すために使用されます。このため、Si-MEMS または Thin Layer / Thin Film インクジェットとも呼ばれます。最初の Si-MEMS プリントヘッドは、サーマル ジェットまたはバブル ジェット技術を備えたオフィス プリンターや家庭用デバイス向けに設計されました。

現在では、エプソンのPrecisionCoreヘッド（ビデオ）のようにシリコンウェハーで作られたピエゾヘッドも存在する。

キャプション: HP Pagewide プリントヘッド (スクリーンショット)。

9. シングルパスヘッドとマルチパスヘッドの違いは何ですか?

プリンターがシングルパスデバイスと呼ばれるか、マルチパスデバイスと呼ばれるかは、インクジェットヘッドだけでなく、印刷プロセス全体によって決まります。マルチパスでは、印刷ユニットが基材上のスポット上を複数回移動します。その結果、生産性の低いインクジェットプリントヘッドを使用できます。シングルパス印刷では、基材が圧力ビームの下を垂直に通過するため、印刷ビームは基材のすべてのスポットを 1 回だけ通過します。

シングルパス印刷では、紙や段ボール、および直接テキスタイル印刷に主に水性インクを使用します。ただし、Nozomi シリーズの EFI シングルパス プリンター (ビデオ) は UV 硬化インクを使用します。マルチパス印刷は、水性、溶剤ベース、ラテックス、または UV 硬化インクに適しています。

10. レーザープリンターにはプリントヘッドがありますか?

レーザー プリンターやトナー プリンターにはプリントヘッドがありません。レーザー ビームが静電気を帯びたローラーに向けられるため、トナーを塗布すべきでない場所の電荷が除去されます。このようにして準備された印刷ローラーは、粒子を基板に転写し、熱で固定します (ビデオ)。

適切なプリントヘッドを見つける

プリントヘッドは個別に購入できますが、プリンターの場合、インクジェット プリントヘッド、制御、機構、ソフトウェア間の接続が大きな違いを生みます。デジタル印刷機には、定義済みのプリントヘッドが付属しているのはそのためです。構成は変更できません。したがって、マシンに取り付けられたプリントヘッドに承認されたインクのみを使用できます。

ピエゾ プリントヘッドは通常、サーマル プリントヘッドよりも高価で、寿命も長いです。一部のプリンターでは、サーモス インクジェット ヘッドはインク タンクと一緒に交換されます。一般に、設置するプリントヘッドの数が多いほど、総所有コスト (TCO) が高くなります。

ただし、実際のインクジェット プリントヘッドの交換コストは、他の多くの要因によって異なります。インクジェット プリントヘッドは、現場でオペレーターが取り付けて調整できますか? メーカーの技術者が関与する必要がありますか? プリントヘッドは再生して再利用できますか? プリントヘッド モデルは市場で非常に一般的であり、多くのソースから入手できるでしょうか?

したがって、プリンターは引き続き製造元または専門小売業者にアドバイスを求める必要があります。