JP5396356B2 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Description

本発明は、主に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てウェブ(巻き取り紙)上に画像を形成するウェブ印刷システム、さらには、移動ウェブ印刷システムにおける加熱ローラに起因するレジストレーションエラーを補正するためのシステムおよび方法に関する。
インクを吐出してウェブ形式の移動媒体材料上に画像を形成する既知のシステムを図3に示す。システム10は、ウェブ送り出しユニット14、ウェブクリーナ18、プレヒートローラ22(予熱器ローラ22)、複数のマーキングステーション26、回転ローラ30、温度レベリングローラ34(温度平坦化ローラ34)およびスプレッダ38を備える。つまり、ウェブ送り出しユニット14は、媒体材料(メディア)をウェブから送り出す方向に媒体材料のウェブを回転させる、電気モータなどのアクチュエータを備える。媒体材料は、ウェブクリーナ18を通過して、プレヒートローラ22、回転ローラ30および温度レベリングローラ34により形成された経路に沿って供給され、スプレッダ38を通って巻き取り機40へ供給される。ウェブクリーナ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、プレヒートローラ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26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3におけるマーキングステーション26A,26B,26C,26Dの各々は、2つの千鳥配置されたフルワイドプリントヘッドアレイ(全幅プリントヘッドアレイ)を備え、各フルワイド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。あるシステムでは、マーキングステーションは、シアン、マジェンタ、イエローおよびブラックのインクを吐出して合成カラー画像を形成する。温度レベリングローラ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接触しない。温度レベリングローラ34は、ウェブのインク有り部分およびインク無し部分の両方の温度を修正し、両部分の温度差を軽減する。温度レベリング化後、インクをヒータ44によって加熱し、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圧力を加えることにより、ウェブ表面上のラフな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、より均等な画像を提供する。その後、ウェブ材料(媒体材料)を巻き取り機40によって巻き取り、印刷ウェブを別システムへ移動させて更なる処理を行う。
また、システム10は、2つのロードセルを備え、一方のロードセルは、プレヒートローラ22に隣接した位置に取り付けられ、他方のロードセルは、回転ローラ30に隣接した位置に取り付けられる。これらのロードセルは、ロードセルによって監視されたウェブ上の張力を測定する装置である。ローラ22,30,34の各々は、ローラ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、ローラの角速度を測定する機械装置又は電子装置であってもよい。既知の方法で、エンコーダによって測定された角速度を、ローラ上を移動するウェブ速度の直線的測定値(線速度)に変換してもよい。エンコーダによって生成された角速度信号、および2つのロードセルによって生成された張力測定信号は、コントローラ60に送信される。コントローラ60は、I/O回路、メモリ、マイクロ命令およ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ウェブ印刷システムを実行する。ここで使用される「コントローラ」又は「プロセッサ」とは、プロセス又はシステムの一部又はすべてを制御する電気的信号を生成する電子回路およびソフトウェアの組み合わせを示す。コントローラ60は、ウェブ印刷システムの印刷ゾーンにおいてプリントヘッドへの吐出信号の送出のタイミングを調整するために単反射(単反映)又は二重反射(二重反映)いずれかのレジストレーションシステムを実行してもよい。「二重反射レジストレーションシステム」とは、2つのローラの回転に対応する角速度信号を使用して2つのローラ間に位置決めされたプリントヘッドにおけるウェブ速度を計算するシステムを意味する。単反射レジストレーションシステムとは、単一ローラの回転に対応する角速度信号を使用して印刷ゾーンにおけるウェブ位置およびタイミングの予測に使用されるウェブ線速度を計算するシステムを意味する。
また、システム10は、ウェブ上画像アレイ(IOWA)センサ68を備え、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又は複数列のアレイとして配置された複数の光検知器で構成してもよい。検出器は、ウェブに反射した光に対応する強度をもつ信号を生成する。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の量、ウェブ構造によって散乱された光の量、およびインクおよびウェブ表面によって反射された光の量に依存する。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および位置が特定される。移動するウェブの一部に関する画像データを生成するように構成可能な光センサ又はセンサ、およびウェブ上のインクであればどのようなものであっても、レジストレーション解析のための画像データ生成に使用可能である。
上述のとおり、コントローラ60は、ローラに設けられたエンコーダからの角速度測定値を使用し、また2つのロードセルからの張力測定値を使用してローラ22,30,34におけるウェブ速度を予測することができる。コントローラは、これらの速度に基づいて、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る。ゆえに、コントローラ60は、吐出信号を用いて第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に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で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、吐出されたインクは画像内に視覚的なノイズを発生させる位置でウェブに付着することになる。この現象はミスレジストレーション或いはレジストレーションエラー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又はまったく無い画像を生成するために重要である。
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
正確な角速度の測定値は、特定の位置でのウェブの線速度、およびのウェブの線速度と相関がある吐出信号のタイミングを決定する上で重要である。既知の画像レジストレーションシステムでは、エンコーダによって監視される各ローラにおいて一定(不変)の直径を使用して角速度信号を生成し、この角速度信号を使ってウェブ線速度を計算している。ローラの直径を一定にすると、ウェブ速度計算が不正確になる可能性がある。この不正確性は、特に加熱ローラにおいて問題となる場合がある。これらのローラは、ローラに内蔵された、又はローラに隣接する発熱体を備え、ローラの周辺温度より高い温度にローラを加熱する。加熱ローラはウェブに対する印刷の前処理等の目的に使用することができる。ローラが加熱されると、ローラの回転シリンダを形成する材料が膨張する。この膨張は、アルミニウム又はステンレス鋼のような金属から形成されたシリンダを有するローラにおいて特に顕著である。ローラシリンダの直径の変化は、ウェブの算出速度の精度、およびウェブがプリントヘッドを通過する際にプリントヘッドがインクを吐出するための吐出信号のタイミングに影響を及ぼすおそれがある。
即ち、本発明の目的は、ウェブ速度の算出精度を向上させて、ミスレジストレーションを防止することが可能な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を提供することである。
ウェブ印刷システムのコントローラが印刷ゾーンにおいてローラの直径の変化を補正することが可能なシステムを提供する。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と共に回転するよう構成された第1ローラと、前記第1ローラに隣接して取り付けられ、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、前記第1ローラに隣接して取り付けられ、前記第1ローラの温度に対応する信号を生成する第1温度センサと、前記印刷ゾーンにおいて前記ウェブに隣接して位置決めされた第1プリントヘッドと、前記第1エンコーダ、前記第1温度センサ、および前記第1プリントヘッドに接続されたコントローラを備え、前記コントローラは、前記第1ローラの直径の長さ変化を認識し、かつ当該長さ変化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、また、プリントヘッドへの吐出信号を生成して前記算出されたウェブ速度に対応する位置にてウェブ上にインクを吐出するように構成されている。
本発明の実施形態において、ローラの熱膨張に起因するローラの直径変化により発生するウェブ速度および位置エラーの原因に対処するために、ローラの熱膨張率を使用してローラの直径の長さ変化を計算する方法およびシステムを提供する。熱膨張率、および熱膨張率が測定された基準温度に準拠して測定された温度との差異を用いてローラの直径偏差を認定する。これらの直径偏差は、ウェブ速度および位置誤差の計算に使用されるローラ直径値を修正するために使用する。
本発明の実施形態において、ローラが第1温度である間に予め定められた所定パターンを生成し、ローラが第1温度と異なる第2温度である間に第2の所定パターンを生成し、印刷ゾーンのローラの熱膨張率を認定する。
このプロセスを繰り返すことにより、単反射又は二重反射のレジストレーションプロセスを実行するコントローラが、印刷ゾーンの各ローラの熱膨張率を認識し、これにより印刷ゾーン内の1つ以上の位置におけるウェブ速度を算出することができる。
プリントヘッドコントローラは、各ローラの基準直径(第1温度での直径)、各ローラの熱膨張率、および各ローラの現在温度と基準温度(第1温度)との温度差異に基づいて、印刷ゾーンにおけるローラの直径に対する補正が行われる。
補正された直径は、印刷ゾーン内のウェブ速度および位置を決定するための計算に使用される。
プリントヘッドの吐出信号は、算出されたウェブ速度および位置に基づき生成される。
コントローラによりウェブ印刷システムの印刷ゾーンにおけるローラの直径変化を認識可能なウェブ印刷システムの構成図である。 ウェブ印刷システムの印刷ゾーンにおけるローラの熱膨張率を認識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。 ウェブ印刷システムの構成図である。 二重反射レジストレーションプロセスを使用してウェブ速度を計算するシステムの構成図である。
図面を用いて、本発明の実施形態について以下詳細に説明する。
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プリントヘッドから移動するウェブ上に吐出される。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、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。
ローラの熱膨張に起因するローラの直径変化により角速度信号にエラーが発生することがある。ウェブ速度および位置エラーの原因に対処するために、ローラの熱膨張率を使用してローラの直径の長さ変化を計算する方法およびシステムを提供する。熱膨張率、および熱膨張率が測定された基準温度に準拠して測定された温度との差異を用いてローラの直径偏差を認定する。これらの直径偏差は、ウェブ速度および位置誤差の計算に使用されるローラ直径値を修正するために使用する。
二重反射レジストレーションプロセスを、図4に示す既知のウェブ印刷システム500で実行してもよい。システム500では、プリントヘッドコントローラ112(以下、コントローラ112とする)は、ローラ22,30,34(図3)の角速度測定値を、ロータリーエンコーダ1041,1042,1043からそれぞれ受信する。これらの測定値は、印刷ゾーンにおけるウェブ部分の位置を認識し、印刷ゾーンのプリントヘッドに対して吐出信号を生成および送出するタイミングを調整するためにコントローラ112によって使用される。二重反射レジストレーションプロセスは、各ローラ位置におけるウェブに関して計算されたウェブ速度を使用して、ローラ間位置におけるウェブ速度を補間する。
マーキングステーション26A,26B,26C,26D(図3)は、それぞれ、ウェブ幅をカバーするように既知の千鳥配置で並べられた4列のプリントヘッドを備えている。図4では、第1マーキングステーションの第1プリントヘッドはプリントヘッド111であり、第1列の最終プリントヘッドはプリントヘッド11Nであり、この場合、第1桁がマーキングステーション数を示し、第2桁はマーキングステーション列を示し、最終桁Nは列内のプリントヘッド数を示す。したがって、印刷ゾーンにおける最終マーキングステーションの最終列の第1プリントヘッドは、プリントヘッド441であり、印刷ゾーンにおける最終マーキングステーションの最終列の最終のプリントヘッドは、プリントヘッド44Mである。1つの実施形態において、N=3であり、M=2である。
また、システム500は、光学画像システム108を備えていてもよい。光学画像システムは、IOWAアレイ68が図3のシステム10内に存在するように、システム500内に存在してもよく、又はシステムの外部にあるスキャナなどであってもよい。光学画像システムは、ウェブの一部が印刷ゾーンから出た後に、その一部上に各プリントヘッド又は一部のプリントヘッドから吐出されたインクの所定パターンのイメージを作成する。各プリントヘッドにより生成されたウェブ上のインクを比較することにより、各プリントヘッドの所定パターンに関するウェブの一部上における予測位置と実際の位置との相対的な変位を測定することができる。既知のシステムでは、これらの変位を用いてプリントヘッド吐出信号のタイミングを調整してプリントヘッドによるインクの吐出を早めたり遅らせたりすることにより、ウェブ位置計算におけるエラーを補正していた。
図1に示す新規なウェブ印刷システム100では、温度センサ1201,1202,1203が、ローラ22,30,34に隣接して取り付けられている。これらのセンサは、コントローラ112に接続され、センサに隣接して取り付けられたローラの温度に対応する信号をコントローラに提供する。したがって、コントローラ112は、ローラに隣接して取り付けられた温度センサから受信した信号により、印刷ゾーンのローラの温度を検知することができる。ウェブ速度測定プロセスでは、ウェブ速度は以下の式によって特定することができる。
web=ωrollerxπ(d+thpaper
ここで、Vwebはウェブ速度であり、ωrollerは、ロータリーエンコーダから得られたローラの角速度であり、dはローラの直径であり、thpaperはウェブの有効厚さである。単反射レジストレーションプロセスを使用してウェブ速度および位置を計算して、プリントヘッドの吐出タイミングを調整するコントローラでは、1つのローラの直径をこの計算で使用する。使用するローラ直径は、印刷システムの印刷ゾーンにあるローラのうち、どのローラの直径であってもよい。二重反射レジストレーションプロセスを使用してウェブ速度および位置を計算して、プリントヘッドの吐出タイミングを得るコントローラでは、任意の2つのローラの直径を計算に使用する。使用する2つのローラ直径は、印刷システムの印刷ゾーンに位置するローラのうちの任意の2つのローラの直径である。ローラの直径を定数として扱うと、レジストレーションプロセスで使用する単数又は複数のローラの実際の直径がローラの温度変化により変化するため、ウェブ速度および位置計算にエラーが出てしまう。温度差に起因する直径の変化に対応するために、各ローラの熱膨張率を認定する。
ローラの熱膨張率の認定プロセスを図2に示す。この熱膨張率は、印刷ゾーンのプリントヘッドによりウェブの第1部分に所定パターンを印刷することにより実験的に決定される(ブロック204)。所定パターンは、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される一連の垂直線であってもよい。ローラの温度は、所定パターンを印刷したプリントヘッドに最も近いローラに隣接した温度センサにより生成された信号に基づいて検出される(ブロック208)。所定パターンは、パターンが印刷されたウェブの一部が光センサを通過する際に、その画像信号を生成する光センサによって、その画像データが取得されてもよい。1つの実施形態では、光センサは上述のようなIOWAセンサ68により実現される。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又は詳しい解析のために他のイメージ処理システムに送信してもよい。この解析により、第1温度におけるローラの基準となる直径が確立される。ローラが、第1温度から所定のしきい値以上異なった第2温度に達した後(ブロック212)、同一のプリントヘッドによって所定パターンをウェブの第2部分に印刷する(ブロック216)。第2温度は第1温度以上又は未満であってもよい。印刷された所定パターンの予測位置は、第1温度について使用したローラの直径に基づいて計算される。ウェブの第2部分に印刷された所定パターンが予測位置からどれだけ変位しているかを認識する(ブロック220)。この変位、基準となる直径、および第1温度と第2温度間の差異を利用して、ローラの熱膨張率を特定する(ブロック220)。
熱膨張率は以下の式により特定できる。
d=d0(c(T‐T0)+1)
ここで、d0は温度T0におけるローラの直径であり、T0は第1温度であり、Tは第2温度であり、dは増加した直径であり、cは熱膨張率である。この式は以下の形式に書き換え可能である。
c=d−d0/(d0(T−T0))
上述のプロセスに関して、d−d0は所定パターンの変位に対応し、d0は基準となる直径(基準直径)であり、(T−T0)は2つの温度間の差異である。熱膨張率が認識されると、熱膨張率はウェブ印刷システムの印刷ゾーンで発現する温度範囲にて概ね一定となる。この実験的に得られた熱膨張率を使用するようにコントローラ112を構成することによって、コントローラは、上記の直径dを含む数式を使って直径の変化を特定することができる。現在温度に対応する直径を用いて、上記のウェブ速度の数式に従ってローラにおけるウェブ速度を計算することができる。1つの実施形態では、熱膨張率を印刷ゾーンのローラ毎に認定してもよい。そして、ウェブ印刷システムのコントローラは、各ローラの温度を認識し、熱膨張率を使用してローラの第1温度と異なる温度を有する各ローラの直径値を補正して、補正したローラ直径を使ってウェブ速度を計算することにより印刷ゾーンのウェブ位置を認識し、マーキングステーションのプリントヘッドへの吐出信号の生成および送出を行う。
動作時には、ローラが第1温度である間に所定パターンを生成し、ローラが第1温度と異なる第2温度である間に第2の所定パターンを生成し、印刷ゾーンのローラの熱膨張率を認定する。このプロセスを繰り返すことにより、単反射又は二重反射のレジストレーションプロセスを実行するコントローラが、印刷ゾーンの各ローラの熱膨張率を認識し、これにより印刷ゾーン内の1つ以上の位置におけるウェブ速度を算出することができる。プリントヘッドコントローラは、ローラに隣接して取り付けられた温度センサから信号を得ると共に、ローラに隣接して取り付けられたロータリーエンコーダから角速度信号を取得する。各ローラの基準となる直径、各ローラの熱膨張率、および各ローラの現在温度と基準となる温度との温度差異に基づいて、印刷ゾーンにおけるローラの直径に対する補正が行われる。補正された直径は、印刷ゾーン内のウェブ速度および位置を決定するための計算に使用される。プリントヘッドの吐出信号は、算出されたウェブ速度および位置に基づいて生成される。吐出信号をプリントヘッドに送出することにより、プリントヘッドのインクジェットノズルを起動し、算出されたウェブ速度に対応する位置でウェブ上にインクを吐出する。
10 システム、14 ウェブ送り出しユニット、18 ウェブクリーナ、22 プレヒートローラ、26 マーキングステーション、30 回転ローラ、34 温度レベリングローラ、38 スプレッダ、68 IOWAセンサ、44 ヒータ、60 コントローラ、500 ウェブ印刷システム。
100 ウェブ印刷システム、104 ロータリーエンコーダ、108 光学画像システム、112 プリントヘッドコントローラ、120 温度センサ。

Claims (4)

  1. 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において、
    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と共に回転するように構成された第1ローラと、
    前記第1ローラに隣接して取り付けられ、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、
    前記第1ローラに隣接して取り付けられ、前記第1ローラの温度に対応する信号を生成する第1温度センサと、
    前記印刷ゾーンにおいて前記ウェブに隣接して配置された第1プリントヘッドと、
    前記第1エンコーダ、前記第1温度センサおよび前記第1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ローラの直径の長さ変化を認識し、当該長さ変化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算出するように構成されると共に、
    前記第1プリントヘッドに対して、算出されたウェブ速度に対応する位置で前記ウェブ上にインクを吐出するための吐出信号を生成するように構成されたシステム。
  2. 請求項1に記載のシステムにおいて、
    前記第1ローラの直径の長さ変化は、予め定められた第1の所定温度と、前記第1温度センサによって生成された信号に対応する前記第1ローラの温度との温度差、および前記第1ローラの熱膨張率に対応することを特徴とするシステム。
  3. 請求項1に記載のシステムにおいて、さらに、
    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と共に回転するように構成された第2ローラと、
    前記第2ローラに隣接して取り付けられ、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エンコーダと、
    前記第2ローラに隣接して取り付けられ、前記第2ローラの温度に対応する信号を生成する第2温度センサと、
    前記印刷ゾーンにおいて前記ウェブに隣接して配置された第2プリントヘッドと、
    を備え、
    前記コントローラは、
    前記第2エンコーダ、前記第2温度センサおよび前記第2プリントヘッドに接続され、
    前記第2ローラの直径の長さ変化を認識し、当該長さ変化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算出するように構成され、
    前記第2のプリントヘッドに対して、算出されたウェブ速度に対応する位置で前記ウェブ上にインクを吐出するための吐出信号を生成するように構成されたシステム。
  4. 請求項に記載のシステムにおいて、さらに、
    前記印刷ゾーンの外側の位置で前記ウェブに隣接して取り付けられた光センサを備え、
    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、
    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して所定パターンを形成するための吐出信号を、前記印刷ゾーンの複数のプリントヘッドに送信すると共に、
    前記光センサによって生成された前記ウェブ上の前記所定パターンの画像データにおけるレジストレーションエラーから前記第1ローラおよび前記第2ローラの熱膨張率を特定するように構成されたシステム。
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