JP4913812B2 - ディジタル印刷機内シート制御方法 - Google Patents

Description

本発明はディジタル印刷機内シート制御方法及び装置に関する。本発明においては、移送路上にある注目点のうち少なくとも１個にて少なくとも１回、移送路に沿った少なくとも１枚のシートの通過を原則としてシート毎に検知する。

特許文献１では、電子写真式のディジタル印刷機における印刷媒体送り方法について説明している（簡明化のため本願でも電子写真印刷機を例に詳示するが他タイプのディジタル印刷機でも本発明を実施可能である）。印刷媒体シート例えば紙をシート移送路例えば給紙路に送り込むシートフィーダ即ちシート送給ユニットは、その体裁、重量、材質等が異なる様々な種類のシートに対応できるようシート種別毎に合計複数個設けるのが望ましい。ページ毎に別々の画像を印刷できるディジタル印刷機では、混成印刷ジョブを問題なくこなすにはシート送給ユニットをシート種別毎に分けるのが有効である。混成印刷ジョブとは例えばブローチャ（小冊子）を印刷するときに実行されるジョブのことである。この種のジョブでは、シートをまず印刷ユニットに順繰りに送り込んで個々のページを印刷し、必要なら印刷済ページを仕上げユニットに送給する。仕上げユニットでは、例えば、軽量紙に印刷した通常のページに、重量紙に印刷した表紙及び裏表紙を付け、場合によっては図表が印刷されたプラスチックフィルム等を間に入れて、ブローチャ等に仕立て上げる。このように多種類のシートからブローチャ等を仕立て上げるには、シート種別毎に別々のシート送給ユニットを使用し各シートを所定順序でシート移送路に送り込む構成を採るのが望ましい。

シート送給ユニットの先にあるシート移送路は複数個のセグメントから構成される。まず第１の移送路セグメントでは、シート送給ユニットから送り出された印刷媒体シートをグリップベルトとグリップベルトの間に挟む等して運ぶ。第２の移送路セグメントでは、送られてきたシートを回転する送りベルト上に静電吸着させて運ぶ。この送りベルトはプラスチック製の透明なウェブであることが多く、シートはこの送りベルトによって印刷システム内に運ばれる。印刷システム内には（カラー印刷の場合複数個の）印刷ユニットがあり、電子写真印刷の場合、各印刷ユニットが自分が担当する成分色のトナー像をシート上に転写する。シートは次いで熔着ユニットに運び込まれる。熔着ユニットでは、トナー像をシートに熔着、即ち熔融及び堆積させ、更にシートから除熱する。熔着ユニット内搬入時或いは熔着ユニット通過中に移送部材が第３の移送路セグメントへと切り替わることもある。熔着実施後、片面印刷でよいシートはトレイまで運ばれて吐出されるが、両面印刷したいシートはループ状移送路セグメント（反転ループ）で表裏反転して印刷ユニットに回送し、その裏側に印刷する。この回送及び表裏反転は同時に実行できる。例えば、上述のものとは別のグリップベルトで反転ループを構成すればよい。即ち、シートがその長軸を中心に１８０°ねじられるよう、そのベルトでシートを略螺旋状の経路に沿って運べばよい。

移送路セグメントのうち印刷システム内を通るセグメント、即ち送りベルトは、電子写真の分野ではしばしばウェブと呼ばれる。ウェブ上における印刷媒体シートの装荷間隔を狭めれば単位時間当たりスループット即ち印刷出力量が増すが、最低限度のシート間隔は確保する必要がある。これは、シートの表側だけに印刷する片面印刷にも、またシートの表裏両側に印刷して仕上げる両面印刷にも当てはまる。

ウェブ上へのシート装荷を好適に又は調和的に行うには、そのウェブを仮想的に又は区分子により複数個のエリアに区分すればよい。このエリアはフレームと呼ばれる。印刷に当たっては、各フレームにシートを１枚ずつ精密に配置すべきである（但しシート体裁は一様であるとする）。この配置との関連ではウェブ上の窪み、例えば帯状素材の両端をつないで閉ループ状にした場合に生じウェブ横断方向に走る継ぎ目を、利用することができる。この継ぎ目もまた一種のマークとして有効活用できる。例えばセンサによりこの継ぎ目を検知し、その結果に基づきウェブ角度位置制御や基準点設定を行うことができる。従って、この継ぎ目がシートで覆われることがないようにすべきである。勿論他種マークも利用できるが、利用できるのはウェブの縁にあるマークに限られる。

更に、両面印刷モードにおいては、ウェブから送り出したシートが反転ループを介して再びウェブに戻ってきたとき、そのシートがウェブ上のフレームと正確に再会できるようにするには、反転ループで片側印刷済シートを運ぶのにかかる時間を、ウェブ上でシートを送るのにかかる時間の整数倍にしなければならない。

但し、この送り時間比率以外にも、印刷機内シート走行時間を左右するパラメタは多々ある。例えば、用紙の重量及び長さによってシート送り時間が大きく変わることが既に知られている。同様に、印刷機依存パラメタ例えば移送路長、ローラ直径、モータ速度等の誤差やばらつきも、シート送り時間に影響する。

この現象は、画質劣化や用紙間隔不足等、装置稼働中に発生する種々の問題の原因となっている。種々の用紙を使用する混成印刷ジョブではこれがひときわ問題になる。例えば、厚手で重いシートは薄手のシートより短時間で前進するので、印刷機内で送られている間に前後するシート同士の間隔が刻々と縮まっていき、後からきた厚手の（即ち速い）シートが前をゆく薄手のシートに追いつくことがある。シート間隔が狭くなりすぎるとうまく印刷できず、印刷機の性能が明らかに低下する。同様に、シートがウェブの継ぎ目上にあると画像エラーの発生原因になる。

こうしたことから、前掲の特許文献１では、（各）シート送給ユニットによるシート送り出しタイミングをシート状印刷媒体の素材に応じて定めることを提案している。

特許文献１によれば、各シート送給ユニットから移送路へのシート送り出しタイミングをシートの長さ、重量その他に応じ変化させることができる。即ち、そのままだと移送中に（相互）スキューしかねないシートに対し送り出し時点で誤差相殺措置を施し、運びながらシート位置を補正することができる。また、この先取り制御を数値目標に従い実行すべく、特許文献１では、シート送り出しタイミングを決定するのに必要な情報を事前取得するようにしている。即ち、少なくとも一種類のシートを使用して少なくとも１回（好ましくは複数種類のシートを使用して複数回）印刷機を試験稼働させ、その結果に基づき例えばルックアップテーブル形式の実験値テーブルを作成し、作成したテーブルをタイミング指定テーブルとして用いるようにしている。

独国特許出願公開第１０２３４６２９号明細書（Ａ１） 独国特許出願公開第１０１５４４９９号明細書（Ａ１） 独国特許出願公開第１００２３８２８号明細書（Ａ１） 米国特許第６０７６８２１号明細書（Ａ） 米国特許第６０４７１４８号明細書（Ａ） 米国特許第６０２９０４１号明細書（Ａ） 米国特許第６３８１４４１号明細書（Ｂ１） 欧州特許出願公開第０８１０４８５号明細書（Ａ２）

しかしながら、タイミング指定テーブルの作成は非常に面倒でその使い勝手も悪い。更に、それに基づきシート送り出しタイミングを制御してもあまりうまくいかないことがある。

本発明の目的は、印刷動作実行中にシート位置が自動修正されるようにすることにある。

このような目的を達成するため、本発明においては、計数可能なパルスを含む信号を少なくとも一種類発生させ、そのパルスを用い任意に但し固定的に設定した原点を利用し注目点に対するフレームの位置、即ち移送路を構成する少なくとも１個のセグメント上にありそれぞれ占有可能フィールドたる複数個のフレームのうち少なくとも１個の位置を調べ、その結果に基づき移送路上の他の少なくとも１個の注目点で少なくとも１枚のシートを制御する。

まず、シートの通過を制御するタイミングは、通常、シートフィーダからのシートを前述の送りベルトに載せる時点や片面印刷後に反転ループから送りベルトへとシートを引き渡す時点である。特に、片面印刷が済んだシートを送りベルトに載せて印刷機構に再び送り込む際等には、シート位置を高精度で合わせなければならない。それには、シートを送りベルトに引き渡すときに所定タイミングで送り出すことと、その場所を注目点に指定しシート先端検知用の先端センサを設けることとが必要である。送りベルトに引き渡されたシートはそのベルトによって運ばれやがてイメージングシリンダに到着し、その上の印刷対象画像がシート上に転写される。その際、イメージングシリンダ上に画像を形成するタイミングやその画像をイメージングシリンダからシートへと転写するタイミングを、例えばシートが先端センサを通過した時刻（先端センサ通過タイミング）に基づき精密に、また印刷対象画像転写場所・先端センサ間の距離及び送り速度を勘案して、調整することができる。即ち、シート位置合わせのためシート位置、その送り速度、画像被着タイミング等を修正することができる。電子写真式ディジタル印刷機の場合、シートが移送路上の先端センサ位置即ち注目点を通過してから画像転写を受けるまでの時間をあまり変えない方がよいかもしれない。それは、送りベルト上におけるシート位置が静電力等で保持されているので、送りベルトの回転速度をできるだけ変えない方がよいからである。画像転写タイミングを修正するのは、その修正規模が些少で全印刷プロセス特に後続する多数のシートにあまり悪影響が及ばず、しかもその修正の必要性が高い場合に限った方がよい。何れにせよ、肝要なことは、注目点即ち先端センサ位置をシートが可能な限り所定タイミングに近いタイミングで通過することである。

このタイミングは、前述の通り送りベルトによる送り速度及び先端センサ・印刷ユニット内画像転写点間距離に応じて決める必要があり、また当然のことながらシートも送りベルト上の対応するフレーム上に精密に載せる必要がある。従って、シートを捉えるのにちょうどよく時間的にも無理がないようタイミングを決め、対応するフレーム上にそのタイミングでシートを載せて先端センサに通すことが必要である。即ち、シートが通過するタイミングとフレームが通過するタイミングを互いに同期させる必要がある。両者はできれば同一タイミングの方がよい。

本発明では、このタイミング同期精度を高めるため、先端センサ（注目点）より上流に配された制御要素でシート制御、例えばシートの一時加速又は減速を少なくとも１回行い、適時に且つ体系的にシート送りに介入する。本願にて提案する制御方式では、このシート制御を実現可能にすべく、シートの制御要素通過タイミングを対応するフレームの注目点通過タイミングやそのシートが同点を通過するタイミングに関連づける。また、そのため、例えば各シートがフィーダによって移送路上に送り込まれるより前のタイミングで、フレーム毎にそのフレームに対応するクロック信号（クロックパルス）の計数を開始させる。各フレームの注目点通過タイミングは、そのフレームに係るクロックパルスの計数開始からの経過時間、即ちクロックパルス個数計数値によって表すことができる。従って、そのフレームの注目点通過タイミング、ひいてはそのフレームによって運ばれるシートの注目点通過タイミングの所期値が精密にわかる。

各制御要素は、例えばカウンタ状態についての通知を受ける等してこのクロックパルス個数計数値を知る。各制御要素は、シートが面前を通過するとき、当該計数値に基づき、且つ注目点からの距離及び送り速度目標値を考慮に入れて、そのシートが概ね所期通りの位置にあるか否か、また例えば送り速度目標値を何らかの手段で一時修正してそのシートの位置を所期値に近づける必要があるか否かを検知・判別することができる。なお、これらの制御要素もまた注目点として指定することができる。それらの注目点には例えばまた別の先端センサを配置し、信号同期用の装置を設ける。例えばコントローラを設けるとよい。

また、本発明に係る方法を実施する際には、例えば各制御要素を相互独立に動作させる。それらの制御要素では、それぞれ、計数可能なパルスを発生させ、移送路上におけるその制御要素の位置を反映させつつそのシートに係るフレームの位置についての同期信号を基準にそのパルスの計数値を調整した値を以て、その制御要素で制御すべきシートがその制御要素を通過するタイミングの目標値即ち目標通過タイミングとし、更にその制御要素で制御すべきシートがその制御要素を実際に通過したことをその制御要素のセンサにより検知する。従って、本実施形態では、印刷機内で基準クロック信号を発生させてそれに諸制御要素を同期させる必要がなく、技術的な困難さが緩和される。これは、各フレームに係るパルスがあれば各制御要素を自己完結的に動作させることができ、基準クロック信号の類が必要ないからである。

また、本発明に係る方法を実施する際には、例えばフレームに対するシートの位置を先行シート及び後続シートの位置を直接利用せず少なくとも１個のフレームについて検出し、その結果をシート位置の目標値と比較する。これによって、各シートが所期通りの位置にあるか否かをシート毎に絶対判別することができる。

前述したシート位置補正は、例えばこの比較結果即ちシートの実際の位置と所期位置乃至設定位置との比較結果に基づき且つ必要に応じ実行すればよい。この補正は例えばそのシートの送り速度の修正によって実行するとよく、また移送路上にそのための修正点を設けるとよい。それらの修正点は移送路上に複数個設けるのが望ましく、それらの修正点にそれぞれ制御要素を設けて速度を修正するようにするとよい。

また、移送路上における各制御要素の位置をシート送り中の測定により予め調べておき、その結果に基づきフレームの位置を調整するとよい。シート送り中、とは、例えばそのシートが送りベルト等により運ばれて上流の制御要素から下流の制御要素へと移動している期間のことである。

クロックパルス処理の精度を十分に高め、とりわけパルス立ち上がりエッジの影響を抑えるためには、パルス間隔を１００μｓｅｃにするとよい。

既に説明した事項と一部重複するが、本発明を好適に実施するには、移送路セグメントのうち少なくとも１個として、整数個のフレームに区分された連続回転型の送りベルトを用いるとよい。更に、送りベルトと共に回転する継ぎ目等、送りベルト上にある注目点を以て占有可能フィールド乃至フレームの区分基準点とし、送りベルト上にある継ぎ目その他の注目点がセンサを通過した時点を以てクロック信号用の基準点とするとよい。また、移送路のうちシート両面印刷用の反転ループをその延長方向に沿って整数個のフレームに区分し、送りベルト上にある整数個のフレームとの合計個数を整数個にするとよい。

そして、本発明に係る装置では、本発明に係る方法を実行する。

以下、本発明の実施形態に係る方法及び装置の実施形態について、別紙図面を参照して説明する。但し、図示又は説明により本発明の技術的範囲が下記実施形態に限定されるわけではない。

図１に、ディジタル印刷機内移送路の縦断面を模式化及び単純化して示す。

前述の通り、シートを送りベルトＴＢ上に載せるときにはそのシートの先端ＬＥ（ｎ，ｓ）をそのベルトＴＢ上の所定位置に載せる必要がある（ｎ：シート番号、ｓ：面番号）。先端ＬＥ（ｎ，ｓ）を載せるべき位置は、シートの先端ＬＥ（ｎ，ｓ）が通過したことを検知する先端センサＬＥＳによってベルトＴＢの継ぎ目の通過が検知され、継ぎ目信号が発生するまでの時間で決まる。シート送給ユニットによって入口Ａ〜ＥからベルトＴＢ上に送り込まれたシートがセンサＬＥＳに着くまでにかかる時間及びその速度は、前述の通り用紙重量の違い等による推定不能な偏差があるため一定ではなく、シート毎に違いが生じる。以下説明する通り、本実施形態に係る方法では、シート先端ＬＥ（ｎ，ｓ）の先端センサ通過タイミングにほとんど誤差が生じないよう、シート先端ＬＥ（ｎ，ｓ）をベルトＴＢ上の対応する占有可能フィールド（フレーム）内の所定位置に載せることができる。

まず、送りベルト（ウェブ）ＴＢが一周するのに要する時間ｔ_Webは、ベルトＴＢの継ぎ目をセンサ例えば先端センサＬＥＳで検知することにより求めることができる。求めたウェブ周回所要時間ｔ_Webと、そのウェブの長さｌ_Webとの間には、次の式
（１） ｌ_Web＝ｖ_Web＊ｔ_Web
但しｔ_Web：送りベルトＴＢの周回所要時間
ｖ_Web：送りベルトＴＢの平均速度（処理速度）
ｌ_Web：送りベルトＴＢの長さ
により表される関係が成り立つ。

更に、送りベルトＴＢは互いに長さが等しいｋ個のフレームに区分されている。各フレーム内のシートの先端ＬＥ（ｎ，ｓ）が先端センサＬＥＳ通過時にそのフレーム内の先頭位置にある場合、それらのシートの先端ＬＥ（ｎ，ｓ）の先端センサ通過タイミングＴ_LE（ｊ）と、ベルトＴＢが一周するたびに１回発生する継ぎ目信号のベルトｕ周目における発生タイミングＴ_Seam（ｕ）との間に、次の式
（２） Ｔ_LE（ｊ）＝Ｔ_Seam（ｕ）＋ｊ＊（ｔ_Web／ｋ）
但しｋ：送りベルトＴＢ上にあるフレームの個数
ｕ：送りベルトＴＢのこれまでの周回回数
に示す時差関係が成り立つ（ｊ：フレーム番号）。

本実施形態に係るスケジューリングアルゴリズムでは、次の式
（３） Ｔ_LE（ｎ，０）＝Ｔ_LE（ｊ）
Ｔ_LE（ｎ，１）＝Ｔ_LE（ｊ＋ｒｏ）
によって表される関係が成り立つように、シート送り動作を制御しまたシート先端位置を定める。この式中、Ｔ_LE（ｎ，ｓ）は第ｎシートの表側（ｓ＝０）及び裏側（ｓ＝１）が先端センサＬＥＳを通過するタイミングであり、ｒｏは表面印刷に使用したフレームの番号と裏面印刷に使用するフレームの番号の差即ちフレーム番号差である。このフレーム番号差ｒｏは移送路の長さとその移送路上でのシート送り速度の比で決まる定数値であり、これには送りベルトＴＢだけでなく反転ループＤＬも移送路として関わってくる。反転ループＤＬとは、１個又は複数個の印刷ユニットＤＷを通り抜けたシートのうちその裏側への印刷が必要なものをシート反転ユニットＩＮで表裏反転させて回送し、それ以外のものを排出トレイＥＸに排出する移送路セグメントである。

また、本アルゴリズムでは、シート送りに関わる全ユニットに共通な時間基準を提供するため、同期信号ＦｒａｍｅＳｙｎｃを発生させてフレーム毎に（即ち各ｊについて）時間軸原点Ｔ_FrameSync（ｊ）を定める。原点Ｔ_FrameSync（ｊ）を定めてしまえばその時刻を基準に先端センサ通過タイミングＴ_LE（ｊ）までの所要時間ｔ_FrameSync（定数）が決まる。信号ＦｒａｍｅＳｙｎｃは、何れかの信号処理ユニットがその信号ＦｒａｍｅＳｙｎｃを使用する時点までに発生していればよく、その条件を満たす限り発生時点は任意である。

本アルゴリズムでは、更に、印刷機内にある種々のユニットＦＤ（Ａ）〜ＦＤ（Ｅ）、ＳＤ、ＳＵ及びＬＥＳを注目点として指定し、それらの点をシートが通過すべきタイミングＴ_Feed(A)〜Ｔ_Feed(E)、Ｔ_SlowDown、Ｔ_Speedup（図中Ｔ_SU）及びＴ_LEを決めておく。注目点にあるユニットのうちＦＤ（Ａ）〜ＦＤ（Ｅ）は入口Ａ〜Ｅを介しシートを送り込むシート送給ユニット、ＳＤはシート送り速度を下げる減速ユニット、ＳＵはシート送り速度を上げる加速ユニットである。必要とあらば、これらのユニットでシート位置も補正できる。こうして指定した移送路上の注目点には、適宜、センサや信号処理ユニットからなる制御要素を設けておく。

これらのタイミングのうちシートの表側についての重要タイミングは図２に、また裏側についての重要タイミングは図３に、それぞれ示す通りである。これらの図では、上掲の表記を使用しまた時間軸ｔに沿って各タイミング及び時間を示してある。

上掲のタイミングのうちＴ_Feed（ｊ）は、シート送給ユニットＦＤ（Ａ）〜ＦＤ（Ｅ）が入口Ａ〜Ｅを介しベルトＴＢ上にシートを送り込むべき時刻を表している。即ち、この時刻に送り込まないと、そのシートの先端ＬＥ（ｎ，ｓ）が先端センサＬＥＳを通過するタイミングがＴ_LE（ｊ）にならない。このタイミングＴ_Feed（ｊ）は、各基本タイミングと図３に示した裏側時系列との僅かな差を計測することによって求める。念のために指摘すると、本実施形態に係る方法では送りベルト長変化等を計測する必要がない。それは、一周毎に送りベルトＴＢの継ぎ目が実検知され、継ぎ目信号が新たに発生するからである。

他方、タイミングＴ_SlowDown（ｊ）は減速ユニットＳＤにシートの先端ＬＥ（ｎ，ｓ）を到達させるべき時刻である。これは計測により求める。加速ユニットＳＵにシートの先端ＬＥ（ｎ，ｓ）を到達させるべきタイミングＴ_Speedup（ｊ）についても同様である。

印刷時には、装置内にあり相互独立に動作する信号処理ユニットのうちシート送給ユニットＦＤ（Ａ）〜ＦＤ（Ｅ）、減速ユニットＳＤ及び加速ユニットＳＵを用い、シート送りを加減速する。これらのユニットＦＤ（Ａ）〜ＦＤ（Ｅ）、ＳＤ及びＳＵでは、同期信号ＦｒａｍｅＳｙｎｃを受信した時点Ｔ_FrameSync（ｊ）で１０ｋＨｚ自走カウンタの計数値Ｔ_XXを取得しておき、更に第ｎシートの先端ＬＥ（ｎ，ｓ）の自ユニット通過タイミングＴ_LEFeed、Ｔ_LESlowDown及びＴ_LESpeedUpを自ユニットのセンサによって検知する。目標先端通過タイミングに対するこの先端通過タイミングＴ_LEFeed、Ｔ_LESlowDown及びＴ_LESpeedUpの誤差ｔ_Fehlは、次の式
（４） ｔ_Fehl＝Ｔ_LEXX−Ｔ_XX
但しＸＸ：ユニット名称
を用いた単純な差の計算で求めることができる。

通過タイミング誤差ｔ_Fehlの補正は制御要素に行わせる。

それらの信号処理ユニットは互いに同期用システムクロックを共用していない。そのため絶対時間Ｔベースで時間値を処理することができないので、相対時間ｔベースで時間値を処理しなければならない。相対時間ｔベースでの処理を実現するため、各信号処理ユニットでは、第ｊフレームについて同期信号ＦｒａｍｅＳｙｎｃを受信するとその時点Ｔ_FrameSync（ｊ）における実際の計数値を１０ｋＨｚ自走カウンタから読み出し、更に第ｎシートの先端ＬＥ（ｎ，ｓ）を検知した時点で同じ１０ｋＨｚ自走カウンタから再び実際の計数値を読み出して、それらの値と式（４）とを用いて誤差ｔ_Fehlを求めるようにしている。

なお、クロック周波数として１０ｋＨｚを使用する場合、信号エッジのずれによる誤差を無視できるようにする。十分正確にパルスを発生させれば、ユニット間周波数ずれによる誤差を無視できる。

ディジタル印刷機内移送路の構成を示す縦断面図である。 シートの表側印刷時送り動作を示すタイミングチャートである。 図２に示したシートの裏側印刷時送り動作を示すタイミングチャートである。

Claims (1)

1. 印刷機内の移送路上を回転するとともに、複数のフレームに区画された連続回転型の送りベルトにシートを搬送させる、ディジタル印刷機内シート制御方法であって、
   上記送りベルトが回転する移動経路上には、上記送りベルトに設けられた原点を検知する原点検知センサと、印刷ユニットと、上記印刷ユニットの上流に設けられた給紙ユニットと、上記給紙ユニットの上流に設けられたシート反転ユニットと、上記給紙ユニットと上記シート反転ユニットの間に設けられたシート速度調整ユニットと、が設けられ、
   上記原点検知センサが上記送りベルトの原点を検知した検知時点と、上記検知時点から計数されるパルス信号とに基づいて、それぞれの上記フレームの位置を求め、
   上記給紙ユニットは、上記フレームの位置に基づいて、給紙されるシートが上記フレーム内に収まるように給紙タイミングを設定し、
   上記シート速度調整ユニットには、上記反転ユニットによって反転されたシートの通過を検知するシート検知センサが設けられ、
   上記フレームの位置と検知されたシートの位置とに基づいて、上記反転されたシートを上記シート速度調整ユニットによって上記フレーム内に収めることを特徴とするディジタル印刷機内シート制御方法。

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