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プリンタは、通常は紙にグラフィックやテキストを耐久性のある形で印刷する周辺機器です。[ 1 ]出力のほとんどは人間が読めるものですが、バーコードプリンタはプリンタの用途が拡大した例です。[ 2 ]プリンタの種類には、3Dプリンタ、インクジェットプリンタ、レーザープリンタ、サーマルプリンタなどがあります。[ 3 ]
最初に設計されたコンピュータプリンタは、19世紀にチャールズ・バベッジが差分機関のために設計した機械駆動装置でしたが、彼の機械式プリンタの設計が実際に製造されたのは2000年になってからです。 [ 4 ]彼は曲線プロッターの設計も行っており、もしそれが製造されていれば、最初のコンピュータグラフィックスプリンタになっていたでしょう。[ 5 ]
記録媒体にマーキング媒体を塗布するための最初の特許取得済み印刷機構、より具体的には静電インキング装置および受光媒体の制御された領域に静電的にインクを堆積させる方法は、1962年にテレタイプ社のCRウィンストンによって連続インクジェット印刷を用いて発明された。
インクはニューヨーク州ロチェスターのフィリップス・プロセス社がクリアプリントという名前で製造した赤いスタンプパッドインクでした。この特許（US3060429）により、1966年後半に顧客に届けられたテレタイプ・インクトロニック・プリンター製品が誕生しました。[ 6 ]
エプソンによれば、最初のコンパクトで軽量なデジタルプリンターは、日本のエプソン社が発明し、1968年に発売されたEP-101である。 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]
初期の商用プリンターは、一般的に電動タイプライターやテレタイプ端末の機構を流用していました。より高速な印刷への需要の高まりを受けて、コンピュータ専用の新しいシステムが開発されました。1980年代には、タイプライターに似たデイジーホイール方式のシステム、同様の出力をはるかに高速に実現するラインプリンター、テキストとグラフィックを混在させることができるものの比較的低品質な出力しか得られないドットマトリックス方式のシステムなどが登場しました。プロッターは、設計図のような高品質の線画を必要とする用途に使用されました。
1984 年に最初のHP LaserJet [ 10 ]が登場し、低価格のレーザー プリンターが導入されたこと、そして翌年のApple LaserWriterにPostScriptが追加されたことで、デスクトップパブリッシングとして知られる印刷革命が始まりました。[ 11 ] PostScript を使用するレーザー プリンターは、ドット マトリックス プリンターのようにテキストとグラフィックを混在させましたが、以前は商用の組版システムでしか得られなかったレベルの品質を実現しました。 1990 年までに、チラシやパンフレットなどのほとんどの簡単な印刷作業はパーソナル コンピュータで作成され、レーザー プリンターで印刷されるようになりました。高価なオフセット印刷システムはスクラップとして廃棄されました。 1988 年のHP Deskjet は、柔軟性の点でレーザー プリンターと同じ利点を提供しましたが、はるかに安価なメカニズムから、やや低い品質の出力 (用紙による) を生成しました。 インクジェット システムは、ドット マトリックス プリンターとデイジー ホイール プリンターを市場から急速に置き換えました。 2000年代までには、この種の高品質プリンターは100ドル以下の価格帯にまで下がり、一般的になった。
1990年代から2000年代にかけてインターネットメールが急速に発展したことで、文書をやり取りする手段としての印刷の必要性はほぼなくなり、また、多種多様な信頼性の高いストレージシステムが普及したことで、「物理的なバックアップ」は今日ではほとんど役に立たなくなっている。
2010年頃から、3Dプリンティングは大きな注目を集める分野となり、初期のレーザープリンターでパンフレットを作成するのと同程度の労力で物理的な物体を作成できるようになりました。2020年代に入ると、安価な3Dプリンターキットが豊富に出回るようになったため、3Dプリンティングは広く普及した趣味となり、最も一般的なプロセスは溶融堆積モデリング（FDM）です。
印刷技術の選択は、プリンター本体価格、運用コスト、印刷速度、文書の品質と耐久性、そして騒音レベルに大きな影響を与えます。また、一部のプリンター技術は、カーボン紙や透明フィルムなどの特定の種類の印刷媒体に対応していません。
プリンター技術のもう一つの見落とされがちな側面は、改ざんに対する耐性です。インクジェットヘッドや布製リボンなどの液体インクは紙の繊維に吸収されるため、液体インクで印刷された文書は、紙の表面より下に浸透しないトナーや固形インクで印刷された文書よりも改ざんされにくいのです。
小切手は液体インクで印刷することも、トナーが定着する特殊な小切手用紙に印刷して改ざんを検出することもできます。[ 12 ]小切手の機械読み取り可能な下部は、MICRトナーまたはインクを使用して印刷する必要があります。銀行やその他の決済機関は、これらの特殊印刷された文字からの磁束を利用して正しく機能する自動化機器を使用しています。
現代のプリンターには、以下の印刷技術が一般的に搭載されています。
レーザープリンターは、高品質のテキストやグラフィックを高速で印刷します。デジタルコピー機や複合機（MFP）と同様に、レーザープリンターはゼログラフィー印刷方式を採用していますが、アナログコピー機とは異なり、レーザー光線をプリンターの感光体に直接走査することで画像を生成します。
トナーを使用するプリンターのもう一つの例として、LEDプリンターがある。これは、レーザーの代わりにLEDアレイを使用して、トナーをプリントドラムに付着させる。
インクジェットプリンターは、様々なサイズの液体インクの液滴を噴射することで、ほぼあらゆるサイズの用紙に印刷を行います。消費者が使用するコンピュータープリンターの中で最も一般的なタイプです。
固体インクプリンターは、相変化インクまたはホットメルトインクプリンターとも呼ばれ、熱転写プリンター、グラフィックシートプリンター、または3Dプリンターの一種です。固体のスティック、クレヨン、パール、または粒状のインク材料を使用します。一般的なインクは、ろうそくのワックスに似た粘稠度のCMYKカラーインクで、溶融してピエゾクリスタルで動作するプリントヘッドに供給されます。熱転写プリントヘッドは、回転するオイルコーティングされたドラムに液体インクを噴射します。次に、用紙がプリントドラムを通過すると、画像がすぐにページに転写または固定されます。固体インクプリンターは、カラーオフィスプリンターとして最も一般的に使用されており、透明シートやその他の非多孔質メディアへの印刷に優れています。固体インクは相変化インクまたはホットメルトインクとも呼ばれ、1984年にデータプロダクツとハウテック社によって初めて使用されました。[ 13 ] 固体インクプリンターは、テキストと画像で優れた結果を生み出すことができます。ソリッドインクプリンターの中には、3D モデルを印刷するように進化したものもあり、例えば、ニューハンプシャー州ウィンダムの Visual Impact Corporation [ 14 ]は、Howtek の退職従業員である Richard Helinski によって設立されました。彼の 3D 特許 US4721635 と US5136515 は、後に Solidscape, Inc. と改名された Sanders Prototype, Inc. にライセンス供与されました。購入および運用コストはレーザープリンターと似ています。この技術の欠点としては、エネルギー消費量が多く、冷えた状態からウォームアップに時間がかかることが挙げられます。また、ワックスがペンのインクをはじく傾向があるため、印刷物に書き込みにくく、自動ドキュメントフィーダーに通すのが難しいという不満を一部のユーザーが訴えていますが、これらの特性は後のモデルで大幅に軽減されています。このタイプの熱転写プリンターは、Xerox Phaserオフィスプリンターラインの一部として製造されているXeroxという 1 つのメーカーからのみ入手可能です。以前は、ソリッドインクプリンターはテクトロニクス社が製造していたが、テクトロニクス社は2001年に印刷事業をゼロックス社に売却した。
昇華型プリンター（またはダイサブプリンター）とは、熱を利用して染料をプラスチックカード、紙、キャンバスなどの媒体に転写する印刷方式を採用したプリンターです。通常、カラーパネル付きのリボンを使用して、一度に1色ずつ印刷していきます。昇華型プリンターは、主にカラー写真などの高品質なカラー印刷用途向けに設計されており、テキスト印刷にはあまり適していません。かつては高級印刷会社向けのプリンターでしたが、現在では一般消費者向けの写真プリンターとしても広く利用されるようになっています。
感熱プリンターは、特殊な感熱紙の特定領域を加熱することで印刷を行います。モノクロ感熱プリンターは、レジ、ATM、ガソリンスタンドの給油機、一部の旧型低価格ファックス機などで使用されています。カラー印刷は、特殊な用紙と、色ごとに異なる温度と加熱速度を用いることで実現できます。これらのカラー用紙は、モノクロ印刷では必要ありません。一例として、Zink（「ゼロインク」の略）があります。
以下の技術は、かつては広く普及していたものの、現在ではほとんどが旧式化しているか、特定の用途に限られている。
プリンターはどれも、地獄の地震のような音を立てる。
—エドワード・メンデルソン、1985年[ 15 ]
インパクトプリンターは、インクを用紙に転写するために強い衝撃を利用します。インパクトプリンターは、プリントヘッドがインクリボンの表面に当たってインクリボンを紙に押し付ける（タイプライターの動作に似ている）か、あまり一般的ではありませんが、紙の裏面に当たって紙をインクリボンに押し付ける（例えばIBM 1403）かのいずれかの方法を用います。ドットマトリクスプリンターを除くすべてのプリンターは、プリンターが印刷できる各文字を表す完全な文字、つまり文字の形状を使用します。さらに、これらのプリンターのほとんどは、一度に1つの書体でモノクロまたは2色印刷に限定されていましたが、テキストの太字や下線は、「オーバーストライク」、つまり同じ文字位置またはわずかにずらして2つ以上の印字を行うことで実現できました。インパクトプリンターの種類には、タイプライター由来のプリンター、テレタイプライター由来のプリンター、デイジーホイールプリンター、ドットマトリクスプリンター、ラインプリンターなどがあります。ドットマトリクスプリンターは、複写用紙を印刷する企業では依然として広く使用されています[ 16 ] 。インパクト印刷の概要[ 17 ]には、使用されている多くの技術の詳細な説明が含まれています。
様々な種類のコンピュータプリンタは、既存の電動タイプライターをコンピュータ制御できるようにしただけのものだった。最も一般的な例としては、 Friden FlexowriterとIBM Selectricベースのプリンタが挙げられる。Flexowriterは従来型のタイプバー機構で印刷する一方、SelectricはIBMの有名な「ゴルフボール」式印刷機構を採用していた。どちらの場合も、文字がリボンに当たり、リボンが紙に押し付けられることで、1文字ずつ印刷される仕組みだった。Selectricプリンタ（Flexowriterより速い方）の最大印刷速度は毎秒15.5文字だった。
一般的なテレプリンターはコンピュータと簡単に接続でき、IBM製のコンピュータを除いて非常に普及した。一部の機種では、機構によってX軸とY軸に位置決めされる「タイプボックス」が使用され、選択された文字がハンマーで叩かれた。また、セレクトリック・タイプライターがタイプボールを使用するのと同様の方法でタイプシリンダーを使用する機種もあった。いずれの場合も、文字がリボンを叩いて印刷された。ほとんどのテレプリンターは毎秒10文字で動作したが、中には毎秒15文字を達成したものもあった。
デイジーホイール式プリンターは、タイプライターとほぼ同じ仕組みで動作します。ハンマーが花びら状のホイール（デイジーホイール）を叩き、それぞれの花びらの先端に文字の形が刻まれています。文字の形がインクのリボンを叩き、インクが紙に付着して文字が印刷されます。デイジーホイールを回転させることで、印刷する文字を選択できます。これらのプリンターは、タイプライターのように鮮明でくっきりとした文字を印刷できることから、レタークオリティプリンターとも呼ばれていました。最速のレタークオリティプリンターは、毎秒30文字の印刷速度でした。
ドットマトリクスプリンタという用語は、小さなピンのマトリックスを使用してインクをページに転写するインパクトプリンタに使用されます。[ 18 ]ドットマトリクスの他のインパクトプリンタに対する利点は、テキストに加えてグラフィック画像を生成できることですが、テキストの品質は一般的に、文字（タイプ）を使用するインパクトプリンタよりも劣ります。
ドットマトリクスプリンターは、大きく分けて2つの主要な種類に分類できます。
ドットマトリクスプリンターは、プリントヘッドの構成によって、文字ベースまたはラインベース（つまり、ページ全体に水平方向に1列のピクセルを配置する）のいずれかに分類されます。
1970年代から80年代にかけて、ドットマトリクスプリンタは、家庭や小規模オフィスなどで一般的に使用されるプリンタとして最も普及していたタイプの1つでした。このようなプリンタは通常、プリントヘッドに9ピンまたは24ピンを備えていました（初期の7ピンプリンタも存在しましたが、これはディセンダーを印刷しませんでした）。初期のホームコンピュータ時代には、セイコーシャのユニハンマーシステムを使用したCommodore VIC-1525など、多くのブランドでさまざまなプリンタが製造された時期がありました。これは、ヘッドが一定速度で移動している間、7つの垂直ピクセルの各列に対して7回作動する斜めのストライカーを備えた単一のソレノイドを使用していました。ストライカーの角度により、ヘッドが1ドット間隔移動してもドットが垂直に整列しました。垂直ドットの位置は、用紙の後ろにある同期した縦方向のリブ付きプラテンによって制御され、1ピクセル列を印刷するのにかかる時間内にリブが垂直方向に7ドット間隔移動して高速回転しました。[ 19 ] 24ピンのプリントヘッドはより高品質な印刷が可能になり、追加の書体スタイルも提供できるようになり、一部のベンダーからは「ニアレター品質」として販売されました。インクジェットプリンターの価格がドットマトリックスプリンターと競争力のある水準まで下がると、ドットマトリックスプリンターは一般用途では人気がなくなりました。
NEC P6300などの一部のドットマトリクスプリンターは、カラー印刷に対応できるようアップグレードできます。これは、必要に応じてリボンを上下させる機構（標準の黒リボン機構と交換するアップグレードキットに付属）に取り付けられた4色リボンを使用することで実現されます。カラーグラフィックは通常、標準解像度では4回のパスで印刷されるため、印刷速度が大幅に低下します。そのため、カラーグラフィックの印刷時間は、標準のモノクログラフィックの最大4倍、高解像度モードでは最大8～16倍にもなる場合があります。
ドットマトリクスプリンターは、レジなどの低コスト・低品質の用途や、請求書印刷などの要求の厳しい大量印刷用途で今でも広く使われています。インパクト印刷は、レーザー印刷とは異なり、プリントヘッドの圧力を2枚以上の用紙の束に加えることで、カーボンレス複写紙を使用した連続用紙に、売上請求書やクレジットカードの領収書などの複数枚複写の文書を印刷できます。また、紙のマトリックスに圧力をかけてインクを押し込むことで、インクを消しにくくなるため、セキュリティ面でも利点があります。ドットマトリクスプリンターは、20世紀末以降、領収書プリンターとしても次第に取って代わられつつありました。
ラインプリンターは、一度に1行分のテキストを印刷します。主な設計は4種類あります。
いずれの場合も、一行を印刷するには、印刷する文字が紙の前を通過するまさにその瞬間に、正確にタイミングが調整されたハンマーが紙の裏側を叩きます。紙はリボンに押し付けられ、リボンが文字の型に押し付けられ、文字の型が紙に印刷されます。どのシステムにもわずかなタイミングの問題があり、その結果、印刷された文字にわずかなずれが生じる可能性があります。ドラム式またはタイプバー式プリンターでは、これは垂直方向のずれとして現れ、文字が行の他の文字よりわずかに上または下に印刷されます。チェーン式またはバー式プリンターでは、ずれは水平方向のずれとして現れ、印刷された文字が密集したり、間隔が広くなったりします。これは、文字が行の中で上下に跳ねるように見える垂直方向のずれよりも人間の目にははるかに目立たないため、より高品質の印刷と見なされていました。
ラインプリンタは、インパクトプリンタの中で最も高速で、大規模なコンピュータセンターでの大量印刷に使用されます。ラインプリンタは毎分1100行以上の速度で印刷でき、現在の多くのレーザープリンタよりも高速にページを印刷できることがよくあります。一方で、ラインプリンタの機械部品は厳しい公差で動作するため、最高品質の印刷を実現するには定期的な予防保守（PM）が必要です。パーソナルコンピュータで使用されることはほとんどなく、現在では高速レーザープリンタに取って代わられています。ラインプリンタの名残は、プリンタを指す際に「lp」、「lpr」、「LPT」などの略語を使用する多くのオペレーティングシステムに残っています。
液体インク静電プリンターは、印刷ヘッドが文書の画像に応じて帯電させた化学コーティング紙を使用します。[ 24 ]紙は反対の電荷を持つ液体インクのプールの近くを通過します。紙の帯電した領域がインクを引き付け、画像が形成されます。このプロセスは静電複写のプロセスから発展したものです。[ 25 ]色の再現性は非常に正確で、加熱がないため、スケールの歪みは±0.1%未満です。（すべてのレーザープリンターの精度は±1%です。）
世界中で、カラーインクジェットプロッターが普及する前は、ほとんどの測量事務所でこのプリンターが使われていました。液体インク静電プリンターは、主に36～54インチ（910～1,370 mm）幅で、6色印刷が可能でした。これらは大型看板の印刷にも使われていました。最初に導入したのはVersatec社で、後にXerox社に買収されました。3M社もこれらのプリンターを製造していました。[ 26 ]
ペン式プロッターは、かつてエンジニアリングや建築会社で一般的だった代替印刷技術です。ペン式プロッターは、紙との接触（衝撃そのものではない）と、紙の上を機械的に走る専用ペンを利用して、テキストや画像を作成します。ペンは連続線を出力するため、ドットマトリックス技術で達成できるよりも高解像度の技術図面を作成することができました。[ 27 ] 一部のプロッターはロール紙を使用していたため、出力サイズに1次元の制限が最小限でした。これらのプロッターはかなり大きな図面を作成することができました。
その他にも、歴史的な理由や特殊な用途のために重要なプリンターが数多く存在する。
プリンターは、 USBなどの専用データケーブルで直接接続したり、 Bluetoothなどの近距離無線通信を使用したり、ケーブル（イーサネットなど）や無線（ WiFiなど）を使用したローカルエリアネットワークを使用したり、コンピューターなしでメモリカードやその他のポータブルデータストレージデバイスを使用してスタンドアロンで接続したりするなど、さまざまな方法でコンピューターに接続できます。
ラインプリンタ以外のほとんどのプリンタは、さまざまなプリンタ機能を制御するために、制御文字または固有の文字シーケンスを受け入れます。これには、タイプライタープリンタでの小文字から大文字への切り替えや黒リボンから赤リボンへの切り替えから、ラスタープリンタでのフォントの切り替え、文字サイズや色の変更までが含まれます。初期のプリンタ制御は標準化されておらず、各メーカーの機器には独自の制御セットがありました。IBMパーソナルプリンタデータストリーム（PPDS）は、ドットマトリクスプリンタで広く使用されるコマンドセットとなりました。
現在、ほとんどのプリンターは1つ以上のページ記述言語（PDL）に対応しています。処理能力の高いレーザープリンターは、ヒューレット・パッカードのプリンターコマンド言語（PCL）、PostScript、またはOpen XML Paper Specificationのバリアントをサポートすることがよくあります。ほとんどのインクジェットデバイスは、 ESC/Pなどのメーカー独自のPDLをサポートしています。モバイルプラットフォームの多様性により、プリンターワーキンググループ（PWG）のPWG Rasterなど、デバイスPDLに関するさまざまな標準化の取り組みが行われています。
初期のプリンターの印刷速度は、文字プリンターの場合は1分あたりの文字数（cpm）、ラインプリンターの場合は1分あたりの行数（lpm）で測定されていました。現代のプリンターは1分あたりのページ数（ppm）で測定されます。これらの測定値は主にマーケティングツールとして使用され、トナーの印刷可能枚数ほど標準化されていません。通常、1分あたりのページ数は、特にカラー画像など、印刷速度がはるかに遅い高密度の画像ではなく、密度の低いモノクロのオフィス文書を指します。ppmの速度は、世界のほとんどの国ではA4用紙に、北米ではそれより約6%短いレターサイズの用紙に適用されます。
プリンタが受信するデータは以下のとおりです。
プリンターによっては、4種類のデータすべてを処理できるものもあれば、そうでないものもあります。
今日では、あらかじめ用意されたビットマップ画像をプリンターに送信することで、あらゆるもの（プレーンテキストを含む）を印刷することが可能です。これにより、特に異なるベンダーの機器間でのフォーマットの制御が向上します。多くのプリンタードライバーは、プリンターがテキストモードに対応していても、テキストモードをまったく使用しません。[ 7 ]
モノクロプリンターは、単色の濃淡のみで構成されたモノクロ画像しか生成できません。ほとんどのプリンターは、黒（インク）と白（インクなし）の2色しか生成できません。しかし、ハーフトーン技術を使用すれば、そのようなプリンターでも許容範囲内のグレースケール画像を生成できます。
カラープリンターは、複数の色を含む画像を印刷できます。フォトプリンターは、写真フィルムから印刷された画像の色域（色域）と解像度を再現できるカラープリンターです。
ページ印刷可能枚数とは、トナーカートリッジまたはインクカートリッジを補充または交換する前に印刷できるページ数のことです。特定のカートリッジで実際に印刷できるページ数は、多くの要因によって異なります。[ 28 ]
公平な比較のために、多くのレーザープリンターメーカーはISO/IEC 19752プロセスを使用してトナーカートリッジの印刷可能枚数を測定しています。[ 29 ] [ 30 ]
比較的小さなインクカートリッジを使用するプリンターと、通常より多くのトナーを保持し、カートリッジを交換するまでにより多くのページを印刷できる、より大きく高価なトナーカートリッジを使用するプリンターの運用コストを公平に比較するために、多くの人は運用コストを1ページあたりのコスト（CPP）で見積もることを好みます。[ 29 ]
小売業者はしばしば「カミソリと替刃」モデルを採用する。つまり、プリンター本体を原価で販売し、インクカートリッジ、用紙、その他の交換部品で利益を上げるというものだ。このため、プリンターメーカー以外の企業が互換インクカートリッジを販売する権利をめぐって、法的な紛争が生じている。こうしたビジネスモデルを守るため、多くのメーカーは新しいカートリッジ技術の開発と特許取得に多額の投資を行っている。
他のメーカーは、このビジネスモデルを採用する際の課題に対応するため、プリンター本体の利益を増やし、インクの利益を減らす戦略を選択し、広告キャンペーンを通じてインクの販売促進を図っています。結果として、「プリンターは安い がインクは高い」か「プリンターは高い がインクは安い」という、明確に異なる2つの提案が生まれます。最終的に消費者の意思決定は、基準金利や時間選好によって左右されます。経済学的な観点から見ると、 1枚あたりの印刷コストとプリンター本体の価格の間には明確なトレードオフが存在します。
プリンターステガノグラフィーは、カラープリンターによって生成されるステガノグラフィーの一種で、「データの中にデータを隠す」[ 31 ]です。これには、 Brother、Canon、Dell、Epson、HP、IBM、Konica Minolta、Kyocera、Lanier、Lexmark、Ricoh、Toshiba、Xerox [ 32 ]ブランドのカラーレーザープリンターが含まれ、各ページに小さな黄色のドットが追加されます。ドットはほとんど見えず、エンコードされたプリンターのシリアル番号、日付と時刻のスタンプが含まれています。[ 33 ]
2020～2021年現在、世界最大のプリンターベンダーはヒューレット・パッカードで、次いでキヤノン、ブラザー、セイコーエプソン、京セラが続く。[ 34 ]その他の有名なベンダーには、 NEC、リコー、ゼロックス、レックスマーク、[ 35 ] OKI、シャープ、コニカミノルタ、サムスン、コダック、デル、東芝、スターマイクロニクス、シチズン、パナソニックなどがある。
バーコードラベルを印刷するように設計されたプリンター...
。ドラム。120個のプリントホイール。ハンマー。プリントホイール。用紙。リボン。…1132
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