JP2011063022A

JP2011063022A - ウェブ印刷システムにおけるプリントヘッドの吐出動作システム

Info

Publication number: JP2011063022A
Application number: JP2010206216A
Authority: JP
Inventors: Yongsoon Eun; ユンヤンソン; Jess R Gentner; アールゲントナージェス; Jeffrey J Folkins; ジェイフォーキンスジェフリー
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2011-03-31
Anticipated expiration: 2030-09-15
Also published as: US8162428B2; JP5547008B2; US20110063355A1

Abstract

【課題】ウェブ印刷システムにおけるランアウトエラーを補正するためのシステムを提供する。
【解決手段】システム２００は、移動するウェブ２０４に応じて回転するように構成される第１ローラ２０８と、第１ローラ２０８の近くに取り付けられ、前記第１ローラ２０８の角速度に対応する信号を生成する第１エンコーダと、印刷ゾーンにてウェブ２０４の近くに位置決めされたプリントヘッド２１６と、第１エンコーダ及びプリントヘッド２１６に接続されたコントローラとを備える。コントローラは、第１エンコーダから受信した信号及びコントローラに接続されたメモリに格納されたランアウト補正値に基づいて、ウェブ速度を計算するように構成する。コントローラは、プリントヘッド２１６に吐出信号を送信してプリントヘッド２１６を動作させ、算出ウェブ速度に対応する位置にてウェブ２０４上にインクを吐出させる。
【選択図】図２

Description

この開示は、概してウェブ印刷システムに関し、より詳細には印刷ゾーンにおいて一連のプリントヘッドを使用し、ウェブ上に画像を形成するウェブ印刷システムに関する。

図４に、インクを吐出して媒体材料の移動ウェブ上、すなわち移動巻き取りシート上に画像を形成する既知のシステムを示している。システム１０は、ウェブ巻き解除ユニット１４、媒体前処理ステーション１８、予熱器ローラ２２、複数のマーキングステーション２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ、折り返しローラ３０、温度平準化ローラ３４及びスプレッダ３８を備える。つまり、ウェブ巻き解除ユニット１４は、媒体材料がウェブから切り離される方向に媒体材料のウェブを回転させる、電動モータなどのアクチュエータを備える。媒体材料は媒体前処理ステーション１８を通過して、予熱器ローラ２２、折り返しローラ３０及び平準化ローラ３４により形成された経路に沿って供給され、その後スプレッダ３８を通って巻返し機４０へ供給される。媒体前処理ステーション１８は、印刷が行われるウェブ表面からゴミや遊離粒子状物質を取り除き、予熱器ローラ２２は、媒体材料に十分な熱を伝達する温度に加熱され、これにより媒体材料がマーキングステーション２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄを通る際にウェブ表面上で最適なインク受容が行われる。図４におけるマーキングステーション２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ及び２６Ｄの各々は、２つの千鳥配置された全幅プリントヘッドアレイを備え、各全幅プリントヘッドアレイはウェブ表面にインクを吐出する３つ以上のプリントヘッドを有する。異なるマーキングステーションは異なるカラーインクをウェブ上に吐出して合成カラー画像を形成する。１つのシステムでは、マーキングステーションはシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックインクを吐出して合成カラー画像を形成する。温度平準化ローラ３４と接触するまで、インクを受容するウェブの表面はローラに出会わない。平準化ローラ３４は、ウェブの温度を変更し、ウェブのインク有り部分とインク無し部分との温度差を小さくする。温度平準化後、インクをヒータ４４によって加熱し、その後印刷されたウェブをスプレッダ３８に導入する。スプレッダ３８はウェブ表面上の吐出インクに加圧することにより、ウェブ表面上の荒い半円状のインク滴を平滑化し、インクが異なるカラーで充填されるよう促し、より均等な画像を観察者に提供する。その後、ウェブ材料を巻返し機４０によって巻き取ることにより、印刷ウェブを別システムへ移動してさらなる処理を行う。

システム１０はまた、２つのロードセルを備え、一方のロードセルは予熱器ローラ２２に近い位置に取り付けられ、他方のロードセルは折り返しローラ３０に近い位置に取り付けられる。これらのロードセルはロードセルの位置の近くのウェブ上の張力に対応する信号を生成する。ローラ２２、３０及び３４の各々は、ローラの表面の近くに取り付けられたエンコーダを有する。これらのエンコーダは、ローラの角速度に対応する信号を生成するエンコーダによって監視されたローラの、角速度を測定する機械装置または電子装置であってもよい。エンコーダによって測定された角速度に対応する信号は既知の方法でコントローラ６０に提供され、コントローラ６０はこの角速度を線形のウェブ速度に変換する。線形ウェブ速度もまた、ロードセルによって生成された張力測定信号に基づいてコントローラ６０によって調節されてもよい。コントローラ６０はＩ／Ｏ回路、メモリ、プログラムされた命令及び他の電子部品で構成され、マーキングステーション２６のプリントヘッドに対する吐出信号を生成する二重反射印刷システムを実行する。この明細書で使用される「コントローラ」または「プロセッサ」とは、プロセスまたはシステムの一部またはすべてを制御する電気信号を生成する電子回路及びソフトウェアの組み合わせをいう。

システム１０はまた、ウェブ上画像アレイ（ＩＯＷＡ）センサ（ｉｍａｇｅ−ｏｎ−ｗｅｂａｒｒａｙ（ＩＯＷＡ）ｓｅｎｓｏｒ）６８を備えもよく、このＩＯＷＡセンサ６８は、ウェブの一部がＩＯＷＡセンサを通る際にその画像信号を生成するものである。ＩＯＷＡセンサ６８は、少なくとも印刷されるウェブの一部を横切るように延伸する単一または複数列のアレイに配列された複数の光検知器で構成してもよい。光検知器は、ウェブに反射した光に対応する強度を有する信号を生成する。ＩＯＷＡセンサに内蔵された発光源によって光を発生させ、この光を、ウェブがＩＯＷＡセンサの光検知器を通るときにウェブ表面を照射するように方向づける。反射光の強度は、ウェブ表面のインクに吸収された光、ウェブ構造によって散乱した光、及びインクとウェブ表面とによって反射された光の量に左右される。ＩＯＷＡセンサによって生成された画像信号を統合レジストレーションカラーコントローラ（ＩＲＣＣ）によって処理することにより、ウェブ表面に吐出されたインク滴の存在及び位置をＩＯＷＡセンサで検出する。

米国特許第７５８７１５７号明細書米国特許第７５８３９２０号明細書米国特許第７４６７８３８号明細書

上述のとおり、コントローラ６０はエンコーダからの角速度測定値と共に２つのロードセルからの張力測定値を用いて、ローラ２２、３０及び３４における線形ウェブ速度を計算する。コントローラはこれらの線形速度に基づいて、１つのマーキングステーション、例えばステーション２６Ａによって印刷されたウェブ部分が、別のマーキングステーション、例えばステーション２６Ｂにいつ対向するのかを判断することが可能であり、これによりコントローラ６０は、吐出信号によって第２のマーキングステーションがウェブ上に異なるカラーのインクを吐出するよう動作させることが可能であり、前のマーキングステーションによってウェブ上に既に付着されたインクとの適切なレジストレーションが確保される。次のマーキングステーションの動作が早すぎたり遅すぎたりすると、吐出されたインクが画像内に視覚的なノイズを生成可能な位置でウェブに着地することになる。この結果はミスレジストレーションとして知られている。したがって、ウェブ上の異なるカラー画像のレジストレーションにおいて、正確な測定値は視覚的なノイズがほとんどまたはまったく無い画像を生成するために重要である。

ロータリーエンコーダによるウェブ速度測定の精度は、ローラ及びその取り付け品質と、エンコーダ及びその取り付け品質とに依存する。ローラを形成するシリンダに欠陥があると、ローラの半径が変わってしまい、これによりウェブ速度測定の精度が影響を受けることになる。同様に、ローラの偏心、ウォブル（ふらつき）または他の周期的な欠陥もまた精度に影響を与える場合がある。同様に、エンコーダに欠陥がある場合や、あるいは生成するウェブ速度信号にエラーが生じるような方法で取り付けられる場合もある。二重反射または単反射印刷方法において、このようなウェブ速度測定におけるエラーは、ウェブがプリントヘッドを通過する際にインクを吐出するプリントヘッドに対する吐出信号のタイミングに影響を与え、結果として画像のミスレジストレーションが発生する。ウェブ速度エラーは回転するロール及びエンコーダにより発生するため、このエラーは周期的なミスレジストレーションとして印刷物に出現し、その周期はローラの１回転に対応している。このエラーをここではランアウトエラーと呼ぶ。本発明は、ウェブ印刷システムにおけるランアウトエラーを補正するためのシステムを提供する。

１つのシステムによると、ウェブ印刷システムを動作させるコントローラが、ウェブ印刷システムの印刷ゾーン内に位置決めされたローラまたはエンコーダにおけるランアウトエラーを補正することを可能とする。このシステムは、ウェブ印刷システムの印刷ゾーンを通って移動するウェブに応じて回転するように構成された第１ローラと、前記第１ローラの近くに取り付けられ、前記第１ローラの角速度に対応する信号を生成する第１エンコーダと、前記印刷ゾーンにて前記ウェブの近くに位置決めされたプリントヘッドと、前記第１エンコーダ及び前記プリントヘッドに接続されたコントローラとを備え、前記コントローラは、前記第１エンコーダから受信した信号及び前記コントローラに接続されたメモリに格納されたランアウト補正値に基づいて前記印刷ゾーンを通って移動する前記ウェブのウェブ速度を計算するように構成され、前記コントローラは前記プリントヘッドに吐出信号を送信して前記プリントヘッドを動作させ、前記算出ウェブ速度に対応する位置にて前記ウェブ上にインクを吐出する。

ウェブ印刷システムにおけるランアウトエラーを認識し、かつウェブの特定の位置における速度認識に使用されるローラの可変半径により、エラーを補正するために実行可能なプロセスのフローチャートである。システム内のローラのうちの１つに関するランアウトエラーを認識するシステムの構成図である。画像レジストレーションプロセスにおいて可変ローラ半径の使用の有効性を実証する実験結果のグラフ図である。ウェブ印刷システムの構成図である。

ここに開示するシステム及び方法を取り巻く状況、ならびに同システム及び方法の詳細についての一般的な理解を得るために図面を参照する。図面全体において、同様の構成要素には同様の参照番号を使用している。ここに使用される「プリンタ」とは、デジタルコピー機、製本機械、ファクシミリ装置、マルチファンクション機などのような任意の目的のために印刷物出力機能を実行するあらゆる装置を包含する。また、以下に示す記述は、ローラにより駆動される移動ウェブ上に画像を形成するプリンタを動作させるためのシステムに関する。またここで規定する原理は、シート上に画像を形成する画像システムにも適用可能であることは理解されるであろう。

ウェブ印刷システムの１つの実施形態では、マーキングステーションは固形インクマーキングステーションである。固形インクマーキングステーションが使用するインクは、固体形状でプリンタに提供され、融解装置に搬送され、そこで融解温度に加熱され、液体インクに変換される。液体インクはマーキングステーション内のプリントヘッドに供給され、コントローラ６０が生成する吐出信号に応じて、移動するウェブ上にプリントヘッドから吐出される。このような連続給紙ダイレクトマーキングシステムでは、印刷ゾーンは、ウェブのうち第１マーキングステーションから最終マーキングステーションまでの部分である。システムによっては、この印刷ゾーンは数ｍの長さであってもよい。

上記の背景技術において述べたように、ウェブ速度エラーは、ローラ半径における不規則、ローラ回転におけるウォブル（ふらつき）またはエンコーダの欠陥に起因する場合がある。ウェブ速度及び位置エラーの原因に対処するために、ウェブ速度の測定におけるランアウトエラーを測定し、ランアウトエラーの補正値を生成する方法及びシステムが開発されている。１つの実施形態では、これらの補正値を使ってローラの半径をルックアップテーブルで実行される変数パラメータとしてモデル化する。そのような実施形態は、単反射レジストレーションシステムを使用する印刷システム、または媒体に転写するために中間作像部材に画像を配置する印刷システムにおいて使用することができる。別の実施形態では、補正値を印刷ゾーンのローラ毎に格納して使用することにより、二重反射レジストレーションシステムにおいて印刷ゾーンにおけるローラ間のウェブ速度及び位置をより正確に推定することができる。

１つの実施形態におけるランアウトエラーの測定は図１において示す方法で行ってもよい。方法１００は、移動ウェブ上にレジストレーションテスト画像を印刷する（ブロック１０４）。レジストレーションテスト画像は、１つのプリントヘッド内の各インクジェットが一連のインク滴を吐出することにより生成する一連の垂直線であってもよい。ウェブ上に印刷されたテスト画像に対応する画像データをキャプチャ、すなわち取得する（ブロック１０８）。レジストレーションテスト画像は、テスト画像が印刷されたウェブの一部が光センサを通過する際に、そのウェブの一部の画像信号を生成する光センサによってキャプチャされてもよい。１つの実施形態では、光センサはウェブ上画像アレイ（ＩＯＷＡ）センサ６８により構成される。あるいは、テスト画像をオフラインスキャナで走査し、得られた画像データをプリンタまたは詳しい解析のために他の画像処理システムに送信してもよい。テスト画像データを解析して、ウェブ上のインクの配置に関するエラーを測定する（ブロック１１２）。１つの実施形態では、ＩＯＷＡ６８はコントローラ６０に接続され、コントローラ６０はメモリに格納されたプログラムを実行して、ＩＯＷＡによって生成された移動するウェブ上のテストレジストレーションパターンに対応する画像データを解析する。この解析により、コントローラ６０は、移動するウェブ上に印刷されたテストレジストレーションパターンにおける対応する走査線間のレジストレーションエラーを測定することができる。あるインクジェットに対応する走査線の位置における周期的な変化はランアウトエラーに起因する場合があり、このランアウトエラーはローラの回転毎に生じるような周期的な特性を示す。あるいは、ローラまたはエンコーダのランアウトエラーはテストレジストレーション画像ではなく既知の技術を使用して機械的に測定してもよい。

一旦ランアウトエラーが測定されると、エラーに対応する補正値をローラ周面の特定セクタの半径変化にマッピングする（ブロック１１６）。１つの実施形態では、ローラ周面を６４セクタに分割し、半径変化を補正値として各セクタへ割り当てる。そのようなマッピングは、インデックスとしての角度セクタ識別子及びインデックス付きセルの内容としての半径変化を用いるルックアップテーブルにおいて実行してもよい。その後、画像レジストレーションプロセスを実行するコントローラは、プリントヘッドへの吐出信号の送出のタイミング調整に使用するウェブ速度計算に可変半径を組み入れる。

既知の画像レジストレーションシステムでは、画像レジストレーション制御システムにおいて使用されるローラの半径Ｒを定数として扱う。しかしながら、このアプローチでは、ローラまたはエンコーダの不規則により発生するランアウトエラーは補正されない。このランアウトエラーを補正する方法を提供するために、ローラの半径Ｒを次の形式の関数で表現することができる。

この関係では、Ｒは不変長ｒ＋可変長の和であり、ローラ周面の特定のセクタのランアウトエラーを補正する。すなわち、θはローラ（またはエンコーダ）の角度位置であり、f（θ）はランアウトの影響を補正する変数である。f（θ）がテストレジストレーション画像から得られた画像データに基づいて計算されると、変数θによって半径変化のインデックス付けが行われるルックアップテーブルを生成することができる。１つの実施形態では、ローラの［０、２π］の回転範囲を６４のセグメントに分割し、θの６４の値のうちの１つに関する半径変化f（θ）を有するルックアップテーブルを生成する。この半径変化を基線値ｒに加えることにより、ローラの現在の角度位置におけるＲが得られる。

さまざまなθにおいてf（θ）の値を得るプロセスについて、図２を参照して説明する。システム２００では、ウェブ２０４がローラ２０８及びローラ２１２上を移動するにつれて、ウェブ２０４がプリントヘッド２１６及び２２０から吐出されたインクにより印刷される。複数のローラを使用する印刷システムでは、印刷ゾーンの複数のローラは、それぞれ互いの整数倍ではない異なる直径を有するように構成される。そのように構成すると、各エラーが異なる頻度で生じるために、各ローラのランアウトエラー解析を、他のローラに関連したランアウトエラーからディコンボリューション処理で実行することができる。ローラに起因するランアウトエラー全体を解析するために、テストレジストレーション画像の長さは、エラーの測定対象となるローラ周面より長く設定する必要がある。レジストレーションテスト画像はローラの直上流側または直下流側のプリントヘッドによって印刷されるため、そのような長さ設定を行うことによりローラは少なくとも１回転を完了することができる。

図２において、Ｌはエンコーダによって監視されたローラを通るウェブの速度に対応する信号を生成するエンコーダを有する、２つのローラ２０８、２１２の中心間の長さである。同様に、ｄ₁及びｄ₂は、それぞれローラ２０８とプリントヘッド２１６及びプリントヘッド２２０の中心間の距離である。ローラ２０８におけるウェブ線形速度をＶ_aとし、ローラ２１２におけるウェブ速度をＶ_bとする。ストレッチファクタτ_aは、ウェブの張力Ｔ_a、及びウェブ２０４の弾性係数Ｍに関する。レジストレーションエラーｅ（ｋ）は、プリントヘッド２１６によって印刷されたテストレジストレーション画像内のｋ番目の走査線と、プリントヘッド２２０によって印刷されたｋ番目の走査線との位置の相違によって規定することができる。負の値は、プリントヘッド２２０の印刷が遅すぎたため、プリントヘッド２１６によって印刷されたｋ番目の走査線に適切に重ねることが出来ない場合を意味する。画像レジストレーション制御プロセスでは、プリントヘッドの両側の２つのローラの半径は、次の数式で得られる。

ここで問題なのは、ＩＯＷＡまたはオフラインスキャナによって生成されたテストレジストレーションパターン画像から検出されたレジストレーションエラーに基づいて、関数f_a（θ）及びf_b（θ）を導き出すことである。両関数とも２πの期間の周期を有し、定義上、ゼロ平均を有する。この事実に基づき、関数f_a（θ）は次のように表示することができる。

なお、f_b（θ_b）も同様である。次に、レジストレーションエラーｅ（ｋ）からα_n、β_nを導き出すことができる。

まず、f_a（θ_a）の解について説明する。位置θ_aはテストパターンの印刷中に検出されるので、エラーは、θ_aの関数として表現することができる。ｅ（θ_a）からｎ番目の調和項を抽出するためにさまざまな技術を使用することができる。関数f_a（θ_a）のｎ番目の調和項は次のように表示することができる。

次に、f_a（θ）のα_n、β_nは次の式を解くことにより得られる。

上記数式において、τ_a≒τ_b≒τと仮定し、φ＝θ_a（２）―θ_a（１）であり、プリントヘッド２１６が第１走査線を印刷中である場合のエンコーダａの位置をθ_a(1)とし、プリントヘッド２２０が第１走査線を印刷中である場合のエンコーダａの位置をθ_a（２）としている。同様の手順がf_b（θ_b）を導き出す場合にも適用される。この場合、位置θ_bを使用し、エラーをθ_bの関数として表現する。次に、ｎ番目の調和項を抽出し、Ｍ_nｓｉｎ（ｎθ_b＋ψ_n）とする。次の数式を解くことによりf_b（θ_b）が得られる。

ここではφ＝θ_b（２）−θ_b（１）であり、プリントヘッド２１６が第１走査線を印刷中である場合のエンコーダｂの位置をθ_b（１）とし、プリントヘッド２２０が第１走査線を印刷中である場合のエンコーダｂの位置をθ_b（２）としている。典型的には、第１調和項の要素（ｎ＝１）の補正は適切であるが、高次調和項を補正するために本方法を使用してもよい。

画像レジストレーションプロセスにおいて可変ローラ半径の使用の有効性を示す実験結果を図３に示す。上部グラフ図はローラの半径を不変にした場合のレジストレーションエラーと、ローラの半径を可変にした場合に生じるレジストレーションエラーとを示す。左下グラフ図は、補正前のレジストレーションエラーのＦＦＴを示す。２．５Ｈｚの高ピークは、予め設定されたウェブ速度におけるプレヒートローラ（反射印刷で使用するローラのうちの１つ）の１回転の周波数に対応する。右下グラフ図もまた、補正後のエラーのＦＦＴを示す。補正されたレジストレーションエラーは、２．５Ｈｚの周波数において十分に軽減されたピークを示した。

動作時に、テストレジストレーション画像を生成し、レジストレーションエラーを認識して特定のローラセクタにおける可変半径の補正値を得るのに使用する。この可変の半径値を記憶することにより、印刷ゾーンのローラの半径に基づいてウェブ速度を決定する計算において、コントローラはローラ半径を修正することができる。算出ウェブ速度に基づいて吐出信号を生成し、この信号をウェブ速度計算時にランアウト補正値により修正された半径を有するローラの近くのプリントヘッドに送出する。この吐出信号によりプリントヘッド内のインクジェットのノズルが起動され、算出ウェブ速度に対応する位置にてウェブ上にインクが吐出される。この結果生じる吐出信号により、インクの吐出タイミングが調節されてウェブ速度計算におけるランアウトエラーの影響が補正され、プリントヘッドによって印刷された画像のレジストレーションが、従来の形態の画像レジストレーションシステムよりも長期にわたって安定した状態に保たれる。

１００方法、２００システム、２０４ウェブ、２０８，２１２ローラ、２１６，２２０プリントヘッド。

Claims

ウェブ印刷システムにおけるプリントヘッドの吐出動作システムであって、
ウェブ印刷システムの印刷ゾーンを通って移動するウェブに応じて回転するように構成される第１ローラと、
前記第１ローラの近くに取り付けられ、前記第１ローラの角速度に対応する信号を生成する第１エンコーダと、
前記印刷ゾーンにて前記ウェブの近くに位置決めされたプリントヘッドと、
前記第１エンコーダ及び前記プリントヘッドに接続されたコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記第１エンコーダから受信した前記信号及び前記コントローラに接続されたメモリに格納されたランアウト補正値に基づいて、前記印刷ゾーンを通って移動する前記ウェブのウェブ速度を計算するように構成され、前記コントローラは、前記プリントヘッドに吐出信号を送信して前記プリントヘッドを動作させ、前記算出ウェブ速度に対応する位置にて前記ウェブ上にインクを吐出させることを特徴とする吐出動作システム。
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記印刷ゾーンの外側の位置にて前記ウェブの近くに取り付けられた光センサをさらに備え、
前記光センサは、前記ウェブが前記光センサを通過するときに前記ウェブの画像データを生成するように構成され、
前記コントローラは前記光センサに接続され、さらに前記印刷ゾーンにおいて複数のプリントヘッドに吐出信号を送信して前記印刷ゾーンを通って移動する前記ウェブ上にインクを吐出することにより所定パターンを形成し、前記ウェブの前記画像データ及び前記光センサによって生成された前記所定パターンにおけるレジストレーションエラーを認識するように構成されることを特徴とするシステム。
請求項１に記載のシステムにおいて
前記ウェブ印刷システムの前記印刷ゾーンを通って移動する前記ウェブに応じて回転するように構成される第２ローラと、
前記第２ローラの近くに取り付けられ、前記第２ローラの角速度に対応する信号を生成する第２エンコーダをさらに備え、
前記コントローラは前記第２エンコーダに接続され、前記コントローラは、前記第１エンコーダ、前記第２エンコーダから受信した信号及び前記コントローラに接続されたメモリに格納されたランアウト補正値に基づいて、前記印刷ゾーンを通って移動する前記ウェブのウェブ速度を計算するように構成され、前記コントローラは前記プリントヘッドに吐出信号を送信して前記プリントヘッドを動作させ、前記算出ウェブ速度に対応する位置にて前記ウェブ上にインクを吐出させることを特徴とするシステム。
請求項３に記載のシステムにおいて、
前記第１ローラは、前記第２ローラの半径の整数倍でない半径を有することを特徴とするシステム。