JP7225977B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

連続するシート状の記録媒体（ウェブ）に対して液体インクを吐出することで画像を形成する画像形成装置として、いわゆるインクジェトプリンタが知られている。インクジェットプリンタは、ロール状に巻き取られたシート状の記録媒体であるウェブに張力を付与しながら搬送し、液体インクの着弾精度を向上させる構造を備える。

ウェブに付与された張力が負荷により変動すると液体インクの吐出先であるウェブの位置（ウェブ）位置がずれる。そうすると、形成される画像の質を低下させることになる。これを防止するには、ウェブに与える張力の負荷変動による液体の着弾位置の精度への影響を低下させる必要がある。そこで、ウェブへ付与する張力の制御精度を向上させるために、エンコーダ信号やパウダーブレーキを用いる技術が開示されている（特許文献１を参照）。

しかし、ウェブは、その種類によって張力によって媒体そのものが伸縮する度合い（伸縮のし易さ、伸縮率）が異なる。したがって、特許文献１に開示されている技術のように、張力の負荷変動への対応するように張力の制御精度を向上させるだけでは、画像品質の低下防止には限界がある。

特に、搬送中のウェブの伸縮は、主走査方向と副走査方向の両方向に生ずる。それ故に、液体インクの着弾位置ずれも、同様に主走査方向と副走査方向で生ずる。また、張力を付与されて搬送されているウェブで生ずる主走査方向と副走査方向のズレの周期はそれぞれ異なるので、これらを考慮した上で、液体インクの着弾位置の精度が張力の付与によって影響をうけないように制御する必要がある。

本発明は、張力制御により生ずる周期的なウェブの変動による画像の質の低下への影響を抑制する画像形成装置を提供することを目的とする。

上記技術的課題を解決するため、本発明の一態様は、ウェブに対して液滴を吐出して画像を形成する画像形成装置であって、張力を付与しながらウェブを搬送する搬送手段と、搬送中の前記ウェブの位置であるウェブ位置を検出するウェブ位置検出手段と、前記ウェブ位置に基づいて、前記ウェブに対する前記液滴の着弾位置を主走査方向と副走査方向で調整可能な着弾位置調整手段と、前記搬送手段が前記ウェブに付与する前記張力を制御する張力制御手段と、を有し、前記ウェブ位置検出手段は、前記張力制御手段が前記張力の大きさを制御する張力制御周期の二倍以上の周期で前記ウェブ位置を検出する、ことを特徴とする。

本発明によれば、張力制御により必ず生ずる周期的なウェブの変動による画像の質の低下への影響を抑制できる。

本発明に係る画像形成装置を含むシステムの実施形態を示す構成図。 本発明に係る画像形成装置の実施形態であるインクジェットプリンタ内部構成の概要を説明する構成図。 上記インクジェットプリンタの機能ブロック図。 上記インクジェットプリンタで実行される吐出タイミング補正処理の流れを例示するフローチャート。 本実施形態に係る制御方法の効果を説明する図。

［画像形成装置の全体概要］
本発明に係る画像形成装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る印刷システム１００の概要を例示する全体斜視図である。印刷システム１００は、連続しているシート状の記録媒体（例えば、紙）などであるウェブ１４０に液体インクを塗布することで、ウェブ１４０に画像を形成するインクジェットプリンタ１１０を含む装置である。以下、ウェブ１４０に対して吐出された液滴が付着する位置を「着弾位置」と表記する。

図１に示すように、印刷システム１００は、一つ又は複数のローラ１３０を備える。このローラ１３０によってウェブ１４０は搬送される。また、ローラ１３０は、搬送中のウェブ１４０に対する搬送位置を調整する。また、ローラ１３０は、搬送中のウェブ１４０に対して与える張力の大きさを調整する。ローラ１３０は張力制御手段を構成する。

また、印刷システム１００は、ウェブ１４０の種類や伸縮特性を示す情報を入力するユーザインタフェースとして機能する操作パネル１５０を備える。操作パネル１５０は、後述する吐出制御部２０がセンサ１２１によるウェブ位置の検出周期を設定するときに参照する情報を入力する入力手段を構成する。

なお、本明細書及び特許請求の範囲に用いられる「インク」の語は、いずれかの適切なマーキング流体（例えば、水溶性インク、油性塗料等）を表すために使用される。インクジェットプリンタ１１０は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、及びブラック（Ｋ）のインクなどのカラーインクを塗布するインクジェット方式のプリンタである。

［インクジェットプリンタ１１０の構成］
次に、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１１０の構成について、図２を参照しながら説明する。本実施形態に係るインクジェットプリンタ１１０は、印刷媒体として、連続したシート状の記録媒体に画像を形成するように動作可能なものである。本実施形態では、画像形成が行われる対象物を「ウェブ１４０」とする。

インクジェットプリンタ１１０は、ウェブ１４０に液体インクを吐出する液体吐出ヘッドに相当する複数のプリンタヘッド１１１を備えている。各プリンタヘッド１１１は、ウェブ１４０の搬送方向（図２における太矢印方向）に設置されていて、それぞれが異なる色の液体インクを吐出するように構成されている。

ウェブ１４０は、プリンタヘッド１１１の直下を搬送される。ウェブ１４０の搬送は、ウェブ１４０の搬送方向において複数配置されている搬送ローラ１１２による。なお、「プリンタヘッド１１１の直下」とは、プリンタヘッド１１１に対して搬送方向上流側と搬送方向下流側に間に配置されている搬送ローラ１１２の間を意味する。言い換えると、「プリンタヘッド１１１の直下」とは、あるプリンタヘッド１１１に着目した場合、当該プリンタヘッド１１１を搬送方向に対して挟むように配置された二つ搬送ローラ１１２の間を意味する。

プリンタヘッド１１１の直下には、搬送中のウェブ１４０の位置を検出するためのウェブ位置検出手段を構成するセンサ１２１が配置されている。センサ１２１は、ウェブ１４０の搬送方向において複数配置されていて、それぞれが、各プリンタヘッド１１１の直下にある。この複数のセンサ１２１からの検出結果に基づいて、搬送中のウェブ１４０の位置を検出する。そして検出されたウェブ１４０の位置に基づいて、ウェブ１４０の搬送位置ずれと液体吐出動作のタイミングが補正される。

センサ１２１は、ウェブ１４０の位置を非接触で検知可能ないずれかシステム、構成部分、又はデバイスを備える。例えば、センサ１２１は、レーザ、ＣＣＤカメラ、赤外線、光、又は、いずれかの他の適切なタイプの検出デバイスを備え得る。本実現形態では、センサ１２１はウェブのスペックルパターンによりウェブ位置を検出するセンサを前提とする。なお、センサ１２１は、上記のように種々のものが適用可能であるから、上流のプリンタヘッド１１１によって作られたマークに基づいてウェブの位置を検出するタイプであってもよい。

インクジェットプリンタ１１０は、ウェブ１４０の両面に画像を形成するには、表面用と裏面用のインクジェットプリンタ１１０を用いる必要がある。そして、各プリンタヘッド１１１の直下に配置されているセンサ１２１のうち、搬送方向において最も上流に配置されている最上流位置センサ１２１ａがウェブ１４０の位置を検出したタイミングに応じて、各プリンタヘッド１１１における吐出動作のタイミングが生成される。

ここで生成された液体インクの吐出タイミングは、搬送ローラ１１２に配置したエンコーダから生成された吐出タイミングとは異なり、搬送ローラ１１２の偏心に起因する回転周期に同期したズレは発生しない。したがって、プリンタヘッド１１１間の距離を搬送ローラ１１２の周長の整数倍にする必要がなく、配置上の制約を減らすことが可能となる。

さらに、センサ１２１は、プリンタヘッド１１１の直下を搬送されるウェブ１４０の位置（ウェブ位置）を、直接検出しているのでウェブ１４０と搬送ローラ１１２の間の滑りの影響および搬送ローラ１１２の熱膨張の影響も受けない構成となっている。また、プリンタヘッド１１１のぞれぞれの直下にセンサ１２１を配置することで、プリンタヘッド１１１間におけるウェブ１４０の伸縮によるウェブ位置検出の影響もキャンセルすることが可能となる。このとき、プリンタヘッド１１１とセンサ１２１の位置関係が近いほど正確な補正が可能となる。

制御回路１２０には、センサ１２１によって検出されたウェブ位置の情報に基づいて、プリンタヘッド１１１の吐出タイミングを制御する構成が搭載されている。例えば、制御回路１２０が備える構成には、インクジェットプリンタ１１０内においてウェブ１４０の搬送方向の一番上流側に配置されているプリンタヘッド１１１の直下にあるセンサ１２１の検出結果を受け付ける構成が含まれる。そして、この検出結果によって得られる、ある規定量のウェブ１４０が搬送されるのに要した時間から、最上流に配置されているプリンタヘッド１１１における液体インクの吐出タイミングを生成する。そして、生成された吐出タイミングに基づいて、プリンタヘッド１１１の吐出動作を制御する構成を備える。

また、制御回路１２０には、最上流側のプリンタヘッド１１１における液体インクの吐出タイミングが生成されると同時に、下流側のセンサ１２１ではウェブ１４０の搬送量（ウェブ搬送量）が積算する構成が搭載される。そして、センサ１２１間の距離と同じ量のウェブ搬送量に到達した時点で、下流側のセンサ１２１でも規定量のウェブ１４０が搬送されるのに要した時間を測定し、各プリンタヘッド１１１における液体インクの吐出タイミングが補正される。

以上にように、制御回路１２０が備える構成によって吐出タイミングが生成され、各プリンタヘッド１１１の液体吐出動作は制御され、これによって画像が形成される。なお、制御回路は、例えば、カスタム回路として、関連付けられたプログラムメモリに記憶されたプログラムによる命令を実行するプロセッサを用いることもできる。また、それらの特定の組み合わせとして実現することもできる。

また、インクジェットプリンタ１１０は、ニップローラ１１４と接触する位置に配置されている上流側モータ１２３及び下流側モータ１２４を用いて、プリンタヘッド１１１を通過するウェブ１４０に所定の張力を付与するように構成されている。上流側モータ１２３と下流側モータ１２４の動作は、後述する張力制御手段１１による。

また、インクジェットプリンタ１１０が備える制御回路１２０は、前述したセンサ１２１におけるウェブ位置の検出周期（位置検出周期）を、張力制御手段１１による張力を制御する周期（張力制御周期）の二倍の周期とするように制御する。制御回路１２０に搭載された構成によって、上記の位置検出周期をもって検出されるウェブ位置に基づいて、液体インクの吐出タイミングが制御される。

［ウェブ１４０の搬送制御方法］
次に、本実施形態に係るウェブ１４０の搬送制御方法について、より詳細に説明する。例えば、上流側のニップローラ１１４と接触する上流側モータ１２３による搬送速度（上流側モータ１２３の回転速度）を速度基準とする。そして、下流側のニップローラ１１４と接触する下流側モータ１２４による搬送速度（下流側モータ１２４の回転速度）は、張力検出ローラ１２２で検出された張力が、後述する張力値設定手段１２で設定された張力となるように制御される。このとき下流側モータ１２４の速度制御は、後述する張力制御手段１１によるフィードバック制御とする。

なお、制御回路１２０には、演算手段や記憶手段を備える基板回路を含むハードウェア構成と、これを用いて実行されるコンピュータプログラムとが搭載されている、ここでいう記憶手段は、いわゆるメモリ等である。また、演算手段は、例えば、マイクロコンピュータやＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）や、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又は電子回路等である。

［制御回路１２０の機能ブロック］
次に、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１１０が備える制御回路１２０の機能ブロックについて、図３を用いて説明する。図３に示すように、制御回路１２０は、張力変動制御部１０と、ヘッドコントローラであって、液体吐出タイミングを制御する吐出制御部２０と、を有している。また、張力変動制御部１０は、張力制御手段１１と、張力値設定手段１２と、張力変動周期検知手段１３と、センサ検出周期設定手段１４と、第一モータドライバ１５と、第二モータドライバ１６と、を有している。吐出制御部２０は、センサ検出値取込手段２１と、インク吐出タイミング補正手段２２と、を有している。

張力制御手段１１は、張力検出ローラ１２２からの検出結果に基づいて、ウェブ１４０に付与する張力を制御するために、第一モータドライバ１５及び第二モータドライバ１６に速度制御を行う。

張力値設定手段１２は、操作パネル１５０等のユーザインタフェースを介して設定された張力値を張力制御手段１１に通知し、ウェブ１４０に与えられる張力の設定をする。また、張力値設定手段１２は、操作パネル１５０のユーザインタフェースを介して設定されたウェブ１４０の種別に基づいて、最適な張力を選定し、その張力値を張力制御手段１１に設定する。張力値設定手段と操作パネル１５０によって、ウェブ種類設定手段が構成される。

張力変動周期検知手段１３は、張力検出ローラ１２２で検出された張力変動周期を検知し、センサ検出周期設定手段１４に通知する。

センサ検出周期設定手段１４は、センサ１２１のウェブ位置検出周期を決定し、センサ検出値取込手段２１に通知する。

第一モータドライバ１５は、張力制御手段１１の制御に基づいて、上流側モータ１２３によるウェブ１４０の搬送速度を制御する。

第二モータドライバ１６は、張力制御手段１１の制御に基づいて、下流側モータ１２４によるウェブ１４０の搬送速度を制御する。

センサ検出値取込手段２１は、センサ検出周期設定手段１４から通知される設定時間に基づいて、各センサ１２１によるウェブ１４０の検出結果を取り込んで、ウェブ位置を算出する。センサ検出値取込手段２１は、算出したウェブ位置をインク吐出タイミング補正手段２２に通知する。

インク吐出タイミング補正手段２２は、センサ検出データであるウェブ位置情報に基づいてインク吐出タイミングを補正したインク吐出信号をプリンタヘッド１１１に通知する。

以上の様に、制御回路１２０によって構成される機能ブロックによれば、張力の変動周期に基づいて、センサ１２１によるウェブ位置の検出周期を制御することができる。これによって、張力が加わることで伸縮するウェブ１４０であっても、その変動周囲の影響を排除してウェブ位置の検出を行うことができるので、ウェブ１４０に対する液体インクの着弾位置の精度をより向上させることができる。

［制御回路１２０による制御フロー］
次に、本実施形態に係る制御回路１２０における張力制御に基づくインク吐出動作制御の流れについて図４のフローチャートを用いて説明する。

まず、インクジェットプリンタ１１０が動作を開始し、ウェブ１４０の搬送が開始されたとき、上流側モータ１２３及び下流側モータ１２４を一定の周期で張力制御手段１１が制御する（Ｓ４０１）。これによって、制御された張力が搬送中のウェブ１４０に加わる。

続いて、張力変動周期検知手段１３が張力制御手段１１によって張力が与えられている状態において、ウェブ１４０に係っている張力の変動***を張力検出ローラ１２２から取得し、張力変動周期Ｔｃを算出する（Ｓ４０２）。

続いて、張力変動周期Ｔｃに基づいて、センサ１２１によるウェブ位置の取込周期（センサ１２１によるウェブ位置の検出周期）を算出する（Ｓ４０３）。本実施形態では、センサ検出周期Ｓｃは、張力変動周期Ｔｃの二倍の周期とする（Ｓｃ＝張力変動周期Ｔｃ×２）。

続いて、センサ検出周期設定手段１４において、センサ検出周期Ｓｃとして、張力変動周期の二倍の周期を設定する（Ｓ４０４）。

続いて、センサ検出周期設定手段１４で設定されたセンサ検出周期Ｓｃに基づいて、センサ１２１によるウェブ位置の検出を行い、その結果をセンサ検出値取込手段２１に取り込む（Ｓ４０５）。センサ検出値取込手段２１は、センサ検出周期Ｓｃで取り込んだウェブ情報をインク吐出タイミング補正手段２２に通知する。

続いて、インク吐出タイミング補正手段２２は、センサ検出周期Ｓｃで取り込まれたウェブ位置の情報に基づいて、インク吐出タイミングを補正し、そのインク吐出振動タイミングをプリンタヘッド１１１に通知する（Ｓ４０６）。

以上のようにウェブ１４０に係る張力の制御周期の二倍の周期でセンサ１２１がウェブ１４０の位置を検出するように制御する。これによって、ウェブ１４０の伸縮による張力変動が液体インクの着弾位置に与える悪影響を抑制することができる。すなわち、張力制御周期の二倍の周期で検出されるウェブ位置に基づいて、インク吐出動作のタイミングが補正されるので、張力によるウェブ１４０の伸縮の影響で変動する着弾位置の変動の影響を抑制することができる。結果として、画像の質を向上させることができる。

［インクジェットプリンタ１１０による張力制御による効果］
次に、図５を用いて、本実施形態の効果について詳細に説明する。図５（ａ）は、本実施形態に係る張力制御ではなく、従来例（比較例）における張力制御を説明するためのグラフである。

図５（ａ）に示すように、張力が与えられるウェブ１４０において生ずる伸縮は、一定の周期で繰り返す。この周期的な変化の周波数は、ウェブ１４０の搬送方向（主走査方向）における変位である高周波に、ウェブ１４０の搬送方向と直交する方向（副走査方向）における変位である低周波が重畳した形になっている。

比較例においても、本実施形態と同様に、張力制御をフィードバック制御によって行い、張力を一定に保とうとしても、バネ特性が高い（伸縮し易い）ウェブ１４０の場合は、張力を強めたときにはオーバーシュートをする。そして、オーバーシュートを検出したことで張力を弱めるとアンダーシュートすることになる。比較例の張力制御では、これを繰り返しながら張力を一定に保つ制御が行われる。したがって、比較例では、マイクロメートルオーダで、ウェブ１４０の伸縮が発生し、その伸縮が液体インクの着弾位置に悪影響を及ぼす。この伸縮の周波数が図５（ａ）の例示した高周波に相当し、この高周波の周期は、張力制御周期の二倍以上の周期である。

上記のように生ずるウェブ１４０の伸縮が生じているウェブ１４０の位置に対して、インク吐出動作に係る着弾位置補正を行うと、着弾位置のずれを解消することができない。例えば、主走査方向のずれは、書き出し位置のずれにつながってしまうため、補正する必要はない。そのため、張力制御周期の二倍以上の周期でウェブ１４０の位置を検出することで、上述の伸縮の除いた成分を検出し、液体インクの着弾位置を補正することができる。これによって、正しく着弾位置を補正できる。

図５（ｂ）は、張力制御周期の二倍の周期でウェブ位置の検出を実行した場合を想定した効果を説明するグラフである。図５（ｂ）に示すように、張力制御周期の二倍の周期でウェブ位置を検出しているためウェブ１４０の伸縮分はキャンセルでき、ウェブ１４０の蛇行のみを検出できる。

以上説明をした本実施形態に係るウェブ位置検出方法は、ウェブ１４０のエッジに近い方が、その効果は大きくなる。

上記の実施形態に係る制御回路１２０において、センサ１２１の検出周期を、センサ１２１による検出値の変動幅から自動で切り替えてもよい。また、操作パネル１５０を介してユーザが入力したウェブ１４０の種類などの情報に紐づけられた伸縮特性の情報によって自動的に切り替えられてもよい。さらに、ユーザが手動で切り替え可能としてもよい。

また、張力制御による伸縮よりも、ローラの偏芯等による影響が大きい場合は、位置検出周期の設定を、張力制御周期の二倍以外の周期に設定してもよい。この場合の設定は、操作パネル１５０を介してユーザ手動で行えればよい。

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、その技術的要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。上記実施形態は、好適な例を示したものであるが、当業者であれば、開示した内容から様々な変形例を実現することが可能である。そのような変形例も、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。

１０ ：張力変動制御部
１１ ：張力制御手段
１２ ：張力値設定手段
１３ ：張力変動周期検知手段
１４ ：センサ検出周期設定手段
１５ ：第一モータドライバ
１６ ：第二モータドライバ
２０ ：吐出制御部
２１ ：センサ検出値取込手段
２２ ：インク吐出タイミング補正手段
１００ ：印刷システム
１１０ ：インクジェットプリンタ
１１１ ：プリンタヘッド
１１２ ：搬送ローラ
１１４ ：ニップローラ
１２０ ：制御回路
１２１ ：センサ
１２１ａ ：最上流位置センサ
１２２ ：張力検出ローラ
１２３ ：上流側モータ
１２４ ：下流側モータ
１３０ ：ローラ
１４０ ：ウェブ
１５０ ：操作パネル

特開２０１７－１５９９６９号公報

Claims (3)

1. ウェブに対して液滴を吐出して画像を形成する画像形成装置であって、
   張力を付与しながらウェブを搬送する搬送手段と、
   搬送中の前記ウェブの位置であるウェブ位置を検出するウェブ位置検出手段と、
   前記ウェブ位置に基づいて、前記ウェブに対する前記液滴の着弾位置を主走査方向と副走査方向で調整可能な着弾位置調整手段と、
   前記搬送手段が前記ウェブに付与する前記張力を制御する張力制御手段と、
   を有し、
   前記ウェブ位置検出手段は、前記張力制御手段が前記張力の大きさを制御する張力制御周期の二倍以上の周期で前記ウェブ位置を検出する、
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記ウェブの伸縮量であるウェブ伸縮量を検知するウェブ伸縮量検知手段と、を備え、
   前記ウェブ位置検出手段は、前記ウェブ伸縮量の最大量が予め既定した閾値を越えるときには前記張力制御周期の二倍以上の周期で前記ウェブ位置を検出し、
   前記ウェブ伸縮量の最大量が予め既定した閾値を越えないときには前記張力制御周期の二倍未満の周期で前記ウェブ位置を検出する、
   請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記ウェブの種類を設定するウェブ種類設定手段を更に備え、
   前記ウェブ位置検出手段は、前記ウェブの種類に応じて前記ウェブ位置の検出周期を前記張力制御周期の二倍以上とする設定を切り替える、
   請求項１又は２に記載の画像形成装置。
   

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