JP2014117950A - ベルト表面速度測定を用いた印字周波数の調整により改良された画質 - Google Patents

ベルト表面速度測定を用いた印字周波数の調整により改良された画質 Download PDF

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Abstract

【課題】2色以上のカラーを正確に見当合わせして画質を改良することができる反射印刷システムを提供する。
【解決手段】媒体搬送体は、二つ以上のプリントヘッド122、124、126、128、129を通過して媒体経路に沿ってプロセス方向へ中間ベルト120を移動させ、二つ以上のプリントヘッドはインクを中間ベルトへ付着させる。速度測定デバイス130は画像を受信するベルトの表面速度を直接測定してコントローラ138に送信し、二つ以上のプリントヘッドへプリントコマンドを送信して印刷速度を制御する。中間ベルトに付着されたインクは10〜20ミクロンのカラーレジストレーションを有している。
【選択図】図3

Description

本発明に開示されている技術は、印字周波数を調整することにより画質を改良するためのシステムおよび方法に関する。本明細書に記載されているシステムおよび方法はベルトの表面速度を測定しこれを使用して印字周波数を調整する。
切断された枚葉(以下、カットシート)のダイレクト・ツー・ペーパー(Direct To Paper:DTP)インクジェット印刷において良好な画質(Image Quality:IQ)を確実にするために、媒体搬送システムは、プリントゾーンを介して媒体をコントロールされた搬送速度で搬送する必要がある。媒体搬送体を選ぶ方法は真空力または静電力を用いて媒体をベルトの表面にタッキング(粘着)するベルトモジュールを使用する。正確な印刷を確実にするためには、粘着された媒体を有するベルトを支持体にしっかりと保持させる必要がある。ベルト表面速度の公称値からの偏差は印刷された画像に欠陥を生じる。これらの偏差は、限定はされないが、ベルト厚さのばらつき、ベルト支持領域のドラッグ時のばらつき、およびベルトモジュールにおけるローラ公差よる速度のばらつきによって生じる。
図1は、本発明によって使用され得る例示的なプロダクションプリンティング(軽印刷)システムを示している。媒体は静電力や真空力を用いてベルトに粘着され、媒体搬送ベルトモジュールはシートをプリントゾーンを介して搬送する。更に、ベルトは支持体(例えば、図1に示すように、平面プラテン(圧盤)や湾曲表面)に対してしっかりと保持される。ベルト搬送速度における偏差がカラーレジストレーションエラー、即ち、カラー分離を生じることから、目標ロケーションにカラーが印刷されない。これによって、画質欠陥が生じる。
反射印刷(reflex printing)は公知の方法であり、画質欠陥を軽減するために使用される。従来の反射印刷はベルトモジュールローラ上で実行されるか、または、ドラムアーキテクチャシステムの場合、印刷は主要ドラムエンコーダ上で行われる。反射印刷において、画像生成の周波数は、プリントヘッドの下を通過する印刷媒体の測定された速度の関数である。その最も単純な実施において、画像生成周波数(即ち、プリントヘッドの発射)は、測定されるローラ/ドラムの角速度に比例する。これにより、異なるロケーションに配置されるプリントヘッドによって印刷される2色以上のカラーが一致し、画質が大幅に改良される。
ベルトモジュールにおいて、ローラの角速度はベルト表面または媒体搬送速度の極めて正確な測定ではない。モジュールのローラの誤差、ベルト厚みのばらつき、変わりやすいドラッグ/摩擦などが媒体搬送速度のばらつきに寄与し、ベルト駆動ローラの角速度に基づいて反射印刷を用いる場合、この媒体搬送速度のばらつきが補償されないという問題があった。カラー間のレジストレーションエラーは位置的エラーであり、即ち、これらのエラーは速度エラーの経時的な蓄積によって生じる。長い波長の場合、微小な速度エラーであっても相対的に大きな位置的エラーに取り込まれる。一方、短波長(非常に高い周波数)エラーは相対的に小さな位置的エラーに取り込まれる。ベルトの長さが長波長を示し、ベルト厚さのばらつきが相対的に大きなカラー間のレジストレーションエラーを生じることが分かっている。従って、2色以上のカラーを正確に見当合わせして画質を改良することができる反射印刷システムが必要とされている。
本発明は、改良された画質を有する反射印刷システムである。このシステムは、二つ以上のプリントヘッドと、媒体搬送体と、媒体基材やベルト表面の速度を測定するためのデバイスと、コントローラと、を含む。二つ以上のプリントヘッドは、媒体基材または中間ベルト上へ2色以上のインクを付着させる。典型的に、3色以上のカラーが使用され、2色以上のカラーの組合せによって異なるカラーの異なる色相を印刷することができる。媒体搬送体は二つ以上のプリントヘッドを通過して媒体経路に沿ってプロセス方向へ媒体基材または中間ベルトを移動させる。媒体搬送体は媒体基材を搬送するために媒体搬送ベルトを含むことができる。媒体搬送ベルトまたは中間ベルトは、内部表面、外部表面、およびベルト速度を有している。媒体基材は真空力または静電力を用いてベルトの表面に粘着することができる。中間ベルトも同様にプリントヘッドの下の適正位置に粘着され得る。
速度測定デバイスは、好ましくは、符号器(以下、エンコーダ)であり、最も好ましくは、光学エンコーダである。エンコーダは速度を測定し、媒体基材または媒体搬送ベルトや中間ベルトの外部表面に接触しているホイール(大歯車)に動作可能に連結されている。ホイールは、媒体搬送ベルト、中間ベルト、または媒体基材に回転可能に接触し、測定された速度に対応する電気信号を送信する。コントローラは、測定された速度に対する電気信号を受信し、二つ以上のプリントヘッドへプリントコマンドを送信する。好ましくは、コントローラは、二つ以上のプリントヘッドの印字周波数をコントロールする。一実施形態において、コントローラは、所定の速度から測定された速度のばらつきを算出して速度偏差を求め、この速度偏差に基づいて二つ以上のプリントヘッドへプリントコマンドを送信する。
二つ以上のプリントヘッドによって媒体基材または中間ベルトへ付着された2色以上のインクのうち少なくとも2色のインクが互いに色見当合わせされる。好ましくは、媒体基材または中間ベルトに付着されたインクは、10〜100ミクロン、より好ましくは、10〜50ミクロン、最も好ましくは、10〜20ミクロン、即ち、15ミクロン未満のカラーレジストレーションを有している。一実施形態において、インクは、10〜50ミクロン、好ましくは、10〜20ミクロンのカラー間のレジストレーションを有する4つのプリントヘッドシステムによって媒体基材または中間ベルトへ付着される。
ベルトベースのレジストレーション搬送体を使用してプリントヘッドを介して媒体を搬送する従来技術のインクジェット印刷システムを示す図である。 本発明のカラー間のレジストレーション方法を使用して媒体基材上に印刷する印刷システムを示す図である。 本発明のカラー間のレジストレーション方法を使用して中間ベルト上に印刷する印刷システムを示す図である。 媒体に対してバネ荷重されるホイールを有するエンコーダを示す側面図である。 図3のエンコーダを示す斜視図である。 表面ローラ位置、駆動ローラ位置、およびフィルタリングされた表面ホイール位置に対する[時間:位置]の関係を描いたグラフである。 異なる印刷システムを用いて予測されるカラー間のレジストレーションの結果を示すグラフである。
本発明は、媒体基材またはベルト表面速度測定を用いて印字周波数を調整する撮像システムを有するダイレクトマーキングベルト媒体搬送システムである。具体的には、印字周波数は媒体基材の速度またはベルト表面速度に比例し得る。これによって、カラー間のレジストレーションエラーが削減されて、現在使用されている印刷システムに比較して大幅に画質を改善することができる。媒体基材やベルト表面速度を測定するための好ましいデバイスは、媒体基材またはベルトの外部表面に接触するホイールに連結された主軸を有する光学式ロータリーエンコーダである。このシステムは、ローラの振れ 、ベルト厚さのばらつき、およびベルトとローラの界面での微小なスリップ(滑り)に起因するエラーを回避するので、ベルト駆動ローラの回転を測定するより正確である。
本明細書中で使用されるように、「基材の媒体」と「媒体」は、情報や画像が印刷され配置され再生される、用紙(例えば、用紙のシート(枚葉)、長いウェブの用紙など)、透明紙、羊皮紙、フィルム、布、プラスチック、写真仕上げ用紙や他の塗工基材または非塗工基材などの有形媒体を指す。本明細書中では、具体的に、シートや用紙を参照しているが、シート状の任意の支持媒体であれば、妥当な媒体となることが理解されよう。また、本発明は、次の中間ベルトから媒体へのインクの転写のために中間ベルト上へ印刷するシステムにも適用される。
本明細書中に使用されているように、用語「カラー間のレジストレーション」は、基材上の指定されたロケーションに印刷される異なるカラーの二つ以上のインクを指す。反射印刷において、その目的は、媒体に1色以上のカラーを互いに対してより正確にアラインメント(位置合わせ)させて印刷し、多くの場合、第3の色を生成することである。ある1色のカラーが他のカラーに正確に印刷されているとき、2色のカラーが「見当合わせる」、または「見当合わせされている」。このような場合、「カラー間のレジストレーション」は0(ゼロ)ミクロンである。しかしながら、1色のカラーが別のカラーに正確に印刷されていないとき、2色のカラーがレジストレーションからはみ出した距離が印刷プロセスの精度を求め、ミクロン単位で測定される。例えば、反射印刷プロセスが15ミクロン未満の「カラー間のレジストレーション」を有している場合、これは1カラーが他のカラーに対して最大値15ミクロン、ミスアラインメント(位置合わせ誤り)されていることを意味する。
本明細書中に使用されているように、用語「反射印刷」は、撮像面、媒体または基材の測定された速度に基づいてプリントヘッドの発射を調整する印刷方法を指す。その最も単純な形態において、プリントヘッドの発射は、撮像表面の測定された速度に比例している。これによって、単一のプリントヘッドからの連続的な液滴が撮像面へ等間隔に配置され、多数のプリントヘッドからの液滴が互いに対して空間的なばらつきを展開しないことにて、一定したレジストレーションが維持される。
本明細書中に使用されているように、用語「プロセス」と「プロセス方向」は基材媒体の移動し、搬送し、および/または処理するプロセスをいう。プロセス方向は、基材媒体が主に媒体処理アセンブリ内を移動する給送経路Pの方向にほぼ一致している。このような給送経路Pは、上流から下流の流れのことをいう。
本明細書中に使用されているように、「画像」は、媒体に印刷することができる絵柄、写真、コンピュータドキュメント(テキスト、図形、絵柄および/または写真を含む)などの視覚的表現を指す。
本明細書中に使用されているように、「中間ベルト」は、プリントヘッドが媒体基材上に直接印刷しない印刷システムを指す。その代わり、プリントヘッドはベルトへインクを付着させ、その後、ベルトは媒体基材に接触してこの媒体基材へインクを転写する。中間ベルトを用いた印刷システムは、両方とも本明細書中に組み込まれている、Domotoらに与えられた米国特許出願公開2010/0295913号およびYamashitaらに与えられた米国特許出願公開2011/0048324号に開示されている。
本明細書中に使用されているように、「相変化インクジェットプリンタ」は、インクは固体形状からはじまり加熱されて液体状態に変換されるタイプのインクジェットプリンタを指す。液体状態にある間、インク液滴は、圧電性結晶の衝動によって基材へ推進される。インク液滴が基材に到達すると、インクが冷却されて直ぐに固体形状に戻る別の相変化が発生する。印刷品質は優良であり、固体形状のインクは他の多数のインクのように滲まないので、このプリンタが廉価な用紙でも良好な画質を達成することができることから、本発明は、水性インク、UV硬化型インク、または他のタイプのインクを用いたインクジェット印刷システムにも使用できることが理解されよう。
本明細書中に使用されているように、「ロケーション」は基準点または基準領域に対する空間的な位置を指す。
本明細書中に使用されているように、「媒体印刷システム」または「印刷システム」は、インク、トナーなどを用いて基材媒体へ画像を形成するためのデバイス、機械、装置などを指し、「マルチカラー(多色)印刷システム」は、複数のカラー(例えば、赤、青、緑、黒、シアン、マゼンタ、イエロー、透明などの)インクやトナーを使用して支持媒体に画像を形成する印刷システムを指す。「印刷システム」は、印刷出力機能を実行するプリンタ、デジタル複写機、製本機、ファクシミリ装置、多機能機械など任意の装置を含むことができる。印刷システムのいくつかの例として、電子写真印刷システム、ダイレクト・ツー・ペーパー(例えば、ダイレクトマーキング)印刷システム、モジュール式オーバープリントプレス(MOP)印刷システム、インクジェット印刷システム、固体インク印刷システム、および、他の印刷システムが挙げられる。
一実施形態において、本発明の印刷システムは、カットシート媒体の速度、搬送ベルトの外部表面、または中間ベルトの外部表面を直接測定するローラを設けた外部エンコーダを使用する。この方法は内部ローラの回転を測定するよりも正確である。ベルトのローラ界面方向へのスリップ(滑り)/クリープ(漸動)が原因で、ベルト上を搬送されるカットシートの速度は、内部ローラ上のエンコーダによって測定されるベルトの内部速度と同じにはならない。ローラは測定された速度で移動することができるが、ベルトはいつも同じ速度で移動するとは限らない。ベルト表面のエンコーダは、撮像ピッチ、ベルト厚さのばらつき、およびサーボ駆動エラー(例えば、ドラッグ把持力のばらつき)に同期しないローラに対するローラの振れに起因するエラーを取り除く。最終的には、これらのエラーによって反射印刷システムのカラー間のレジストレーション誤差(inaccuracy)が容易に30〜50ミクロンに到達してしまう。カットシートまたは搬送ベルト若しくは中間ベルトの外部表面に直接接触する外部ローラは、媒体とベルトの速度の直接測定でありより精度が高い。更に、カラーレジストレーションに対して良好なカラーを達成するために機械を同期させる必要がないので、設置面積が少なくて済む。駆動ローラ上でエンコーダを使用する従来のシステムの場合、カラー印刷ステーション間の間隔を駆動ローラ直径の周長の偶数整数倍になるようにシステムを設計することによってレジストレーションエラーを最小にすることから、システムのサイズを大きくする必要がある。
本明細書中には、ベルトや媒体の速度を測定するために光学面ロータリーエンコーダを用いた印刷方法を記載しているが、媒体基材やベルトの表面の他の速度測定を用いることもできる。例えば、ベルト上のマークを検出するシステム、非接触型レーザ速度計、および当業者に周知である他の同様のデバイスが挙げられる。従って、本発明は、光学式エンコーダに限定されることなく、他のデバイスを用いて媒体基材やベルトの速度を直接測定するシステムも含む。
反射印刷システムは、媒体表面上のインクの2色以上のカラーのレジストレーションの精度を改良することによって画質を向上させる。媒体の速度をより正確に測定することによって、コントローラはプリントヘッドの印字周波数をより正確に調整しカラー間のレジストレーションを改良することができる。様々な速度測定デバイスが適切とされる光学エンコーダと共に使用することができる。本発明の反射印刷システムは、10〜100ミクロン、より好ましくは、10〜50ミクロン、最も好ましくは、10〜20ミクロンの精度を有するカラー間のレジストレーションを提供する。最も好ましい実施形態において、カラー間のカラーレジストレーションは15ミクロン未満である。
ここで、本発明の例示的な実施形態を、図を参照して、より詳細に説明する。
さて、図面を参照するに、図2は、例示的なベルトモジュール12を備える反射印刷システム10を示している。ベルトモジュール12は、3つのローラ、即ち、駆動ローラ14、ステアリングローラ16、および引っ張りローラ18を有し、これらのローラは、搬送ベルト20を移動させて、四つのプリントヘッド22、24、26、28の下へ、媒体基材15を搬送する。駆動ローラ14はその速度をコントロールするためのサーボ演算子を有している。ベルト表面速度を測定するために、光学式ロータリーエンコーダ30の主軸34に取り付けられたホイール32(大歯車)はベルト20の縁部近傍の媒体基材15またはベルト表面36に取り付けられる。(図4および図5参照。)典型的に、エンコーダ30の出力信号はパルス列でありベルト表面速度測定値を得るようにプロセッシングされる。エンコーダ30は媒体またはベルトの表面速度を測定しその値をコントローラ138へ送信する。プリントヘッド22、24、26、28の各々の印字周波数はこのベルト表面速度測定値に基づいて調整される。図2において、表面エンコーダホイール32が二つのプリントヘッド26、28間に介在されて位置決めされているのが示されている。当業者は、ホイール32を駆動ローラ14とステアリングローラ16の間のベルト20に沿った他のロケーションに位置決めしてもよいことを理解するであろう。
図3は、一実施形態による中間ベルトモジュール112を備えた反射印刷システム110を示している。中間ベルトモジュール112は、五つのローラ、即ち、駆動ローラ114、ステアリングローラ116、引っ張りローラ118、および挟持ローラ対123、125を有する。このシステムは、5つのプリントヘッド122、124、126、128、129の下へ中間ベルト120を搬送する。駆動ローラ114はその速度をコントロールするためのサーボ演算子を有している。ベルト表面速度を測定するために、光学式ロータリーエンコーダ130に連結されたホイール132はベルト縁部近傍で中間ベルト120に取り付けられている。エンコーダ130は中間ベルト120の表面速度を測定しその値をコントローラ138へ送信する。プリントヘッド122、124、126、128、129の各々の印字周波数はこのベルト表面速度測定に基づいて調整される。表面エンコーダホイール132が駆動ローラ14とプリントヘッドの一つ129の間に位置決めされているのが示されている。しかしながら、当業者は、ホイール132を駆動ローラ114とステアリングローラ116の間のベルト120に沿った他のロケーションに位置決めしてもよいことを理解するであろう。
図4および図5には光学式ロータリーエンコーダ30が示されている。典型的には、エンコーダ30はアーム40に取り付けられ引っ張りアセンブリ42によってベルト表面36に接触した状態で保持される。このような引っ張りアセンブリ42は当業者に周知である。
(実施例1)
データは、ベルト表面ローラに搭載されたエンコーダを用いて収集され、このエンコーダは回転可能なシャフトの先端に取り付けられた追跡ホイールを有している。追跡ホイールはベルトに直接取り付けられ移動時にベルトの速度を測定する。
印字周波数はベルト表面速度に比例するが、カラー間のレジストレーションエラーを示す位置情報に関する検証データが示されている。またこのデータは、より長い波長、より小なるエラーの寄与をより明確に示している。これらの位置は、ある一定の時間間隔(約58秒)で測定された速度(マイナス(−)その平均速度の経時的積分として、算出された。結果を図6に示す。
表面エンコーダ位置Aは、ローラ/ホイールエラー、ベルト厚みのばらつき、およびベルト駆動サーボエラーを含む全てのエラーソースからの寄与を示している。典型的に、ローラ/ホイールエラーは、ローラ/ホイールの偏心、取付けエラーなどによって生じる。これらの種類のエラーは、エンコーダエラーを含み、図6により明確に示されている。これらのエラーの具体例としては、駆動トレインエラー(即ち、モータプーリ、荷重プーリ、モータポール周波数、タイミングベルトエラー、歯車列エラー)、他のベルトモジュールローラエラー、および表面エンコーダエラーが挙げられる。
図6には、ベルト厚みのばらつきBによるエラーが明確に示されている。このエラーは表面エンコーダ測定において高周波数をろ過することによって抽出される。周期はベルトの一回転に対応する。また、図6には、駆動ローラに取り付けられたエンコーダから直接測定され、3つの曲線A、B、Cのうちで最少の偏差を有するベルト駆動エラーCが示されている。ベルト駆動サーボエラーCは表面エンコーダによって測定されるばらつきの一部である。
ベルト表面エンコーダからのエラーは偽エラーである。つまり、実際のベルト速度エラーを表していない。エンコーダは、他の測定デバイスと同様に、固有エラーを有している。このエラーは、測定された撮像表面速度に重なるが、実際のベルト速度エラーを示していない。このエラーはノッチフィルタを用いてろ過したり較正したりすることができる。エラーをろ過するための一つの方法は、その全体が本明細書中に組み込まれているNowakらに与えられた米国特許第6,304,825号に開示されている。
(実施例2)
(エラーソースの推定される大きさに応じた)異なる設計、測定、および補償の手法を用いた概算的カラー間のレジストレーションエラーを求めるための推定値はテスト結果履歴に基づいて生成された。推定値の一部は同期設計ルールを想定したものであり、ここで、駆動ローラの円周は互いに隣り合って配設されるプリントヘッド同士の間隔(S)の整数倍である(図3参照)。これは大きな印刷システムを必要とすることから、空間を有効に利用できなくなる(即ち、システムの大きさ)。概算的レジストレーションエラー(単位:ミクロン)を求めるため、以下の六つの異なる印刷システムを想定した。
1. 非同期設計ルールを用いた等速搬送。
2. 同期設計ルールを用いた等速搬送。
3. 非同期設計ルールを用いた駆動ローラエンコーダに基づく反射印刷。
4. 同期設計ルールを用いた駆動ローラエンコーダに基づく反射印刷。
5. 非同期設計ルールを用いた表面ローラエンコーダに基づく反射印刷。
6. 同期設計ルールを用いた表面ローラエンコーダに基づく反射印刷。
結果を図7に示す。図7は各方法のレジストレーションエラーを棒グラフで示したものである。結果を比較すると、表面ローラエンコーダ(テスト方法の5および6)を使用したシステムのレジストレーションエラーが最小であることが分かった。
上記に開示されたおよびその他の特徴および機能の様々な実施形態または代替実施形態は、所望があれば、数多くの他の異なるシステムやアプリケーションに組み合わせることができることが理解されよう。現時点で予測または予期し得ない様々な代替、変更、変形、またはそれらの改良がこれ以降、当業者によって行われる可能性があり、それを以下の特許請求の範囲に包含するように意図したものである。

Claims (10)

  1. 画質が改良された反射印刷システムであって、
    2色以上のインクを媒体基材または中間ベルトへ付着させるための二つ以上のプリントヘッドと、
    前記二つ以上のプリントヘッドを通過して媒体経路に沿ってプロセス方向へ前記媒体基材を移動させるための媒体搬送体であって、内部表面、外部表面、およびベルト速度を有する媒体搬送ベルトを含む、媒体搬送体と、
    前記媒体搬送ベルトまたは前記ベルトによって搬送されている媒体の外部表面の速度を測定するデバイスであって、前記媒体搬送ベルトまたは前記媒体の測定された速度に対応する電気信号を送信する、デバイスと、
    前記測定された速度に対する前記電気信号を受信し前記二つ以上のプリントヘッドへプリントコマンドを送信するためのコントローラと、
    を含み、
    前記二つ以上のプリントヘッドによって前記媒体基材または前記中間ベルトに付着された2色以上のインクの少なくとも2色のインクが互いに対してカラーレジストレーションされている、
    反射印刷システム。
  2. 前記デバイスが光学エンコーダである請求項1に記載の画質が改良された反射印刷システム。
  3. 前記光学エンコーダが前記媒体搬送ベルトまたは前記媒体基材に回転可能に接触するホイールを含む請求項2に記載の画質が改良された反射印刷システム。
  4. 前記コントローラが前記二つ以上のプリントヘッドの印字の周波数をコントロールする請求項1に記載の画質が改良された反射印刷システム。
  5. 前記コントローラが所定の速度から測定された速度のばらつきを算出して速度偏差を提供して前記速度偏差に基づいて前記二つ以上のプリントヘッドへプリントコマンドを送信する請求項1に記載の画質が改良された反射印刷システム。
  6. 前記媒体基材または前記中間ベルトに付着された前記インクが10〜100ミクロンのカラーレジストレーションを有している請求項1に記載の画質が改良された反射印刷システム。
  7. 前記媒体基材または前記中間ベルトに付着された前記インクが10〜50ミクロンのカラーレジストレーションを有している請求項1に記載の画質が改良された反射印刷システム。
  8. 前記媒体基材または前記中間ベルトに付着された前記インクが10〜20ミクロンのカラーレジストレーションを有している請求項1に記載の画質が改良された反射印刷システム。
  9. 前記媒体基材または前記中間ベルトに付着された前記インクが15ミクロン未満のカラーレジストレーションを有している請求項1に記載の画質が改良された反射印刷システム。
  10. 前記インクは少なくとも4つのプリントヘッドシステムによって前記媒体基材または前記中間ベルトへ付着され10〜20ミクロンのカラーレジストレーションを有している請求項1に記載の画質が改良された反射印刷システム。
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