JPH1091043A - 印刷装置におけるフリッカ低減方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電子写真式プリンタおよび複写機の融着システ
ムが示すフリッカを、全く除去するかまたは少なくとも
劇的に減らすことのできる方法を提供する。 【解決手段】本発明の一実施例によれば、融着システム
の温度を制御する制御システムが提供される。この制御
システムは、人間の目が8Ｈzから10Ｈzの率に近い瞬時
変化に最も敏感であるという知識と共に融着器フィラメ
ントの加熱特性に関する知識を利用する他、形状係数の
概念をも利用して、電力がフィラメントに加えられて融
着システムの温度を動作温度まで上昇させる変化率を制
御する。加熱素子の電気的特性を調べることにより、調
査中の融着システムの加熱素子の抵抗が、加熱しながら
330mＳの熱的時定数を示すことがわかる。また、フリッ
カの規定を要約することによりフリッカが最もよく減少
するのは、電圧上昇変化が少なくとも１秒の上昇時間で
行われる場合であることがわかる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般に電力制御システム
に関わり、更に詳細に述べれば、本発明は電子写真式プ
リンタまたは複写機に供給される電力の量を、フリッカ
を軽減しながら、制御する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ほぼ1984年から、低価格パーソナルプリ
ンタが利用できるようになった。現在全世界で製造され
ているレーザプリンタの殆どすべては、提案されている
ヨーロッパ規制文書ＩＥＣ５５５−３に従って測定する
と、過大なフリッカを受けている。フリッカは、その輝
度またはスペクトル分布が時間と共に変動する光刺激に
より誘導される視覚の不安定な感じと定義されている。
配電システムでは、フリッカは、電圧変動を生ずる配電
システムのインピーダンスと反応する大きな電流変化の
結果である。これら電圧変動は、電圧サグおよびサージ
の形をしているが、白熱灯の光出力を変動させ、蛍光灯
を消灯させる可能性がある。白熱灯のフリッカは、白熱
灯の光子放出が電圧源の非線形関数であり、電圧偏差が
あれば白熱灯から放出される光の輝度がはるかに大きく
偏るので、注目されやすい。光フリッカは視覚的に苛立
たしく、また電力システムに乗っている不要な高調波お
よび電力過渡現象を表している。

【０００３】乾式電子写真式複写機およびプリンタはす
べて乾燥トナーを利用して現像している。通常のトナー
は、スチレンアクリル樹脂、顔料−通常はカーボンブラ
ック、およびトナーに静電気潜像を現像するための所要
摩擦帯電性を付与する電荷制御染料、から構成されてい
る。スチレンアクリル樹脂は融解して、所要媒体、通常
は紙、に融着することができる熱可塑性樹脂である。

【０００４】電子写真式プリンタまたは複写機の通常の
融着システムは、現像画像を有する印刷媒体がそれらの
間を通過するとき、トナーを融解し、融けた熱可塑性樹
脂を圧力により媒体に物理的に融着する二つの加熱プラ
テンローラを備えている。加熱は普通、高電力タングス
テン・フィラメント石英水銀灯を中空のプラテンローラ
の内側に設置して行われる。

【０００５】電子写真式プリンタまたは複写機の融着シ
ステムをもっと積極的に理知的に制御する理由が数多く
存在する。第１に、理知的制御を行えば、電力システム
に関係なく世界中のどんな市場にも送ることができる万
能融着器を得ることができる。万能融着器は世界中のど
んな低電圧公共電力システムにも接続できる融着システ
ムである。第２に、フリッカの全く無い万能融着器は製
造および現地サービスでの取替えの双方について必要な
部品が一つだけであるという魅力的利益をもっている。
製造業者は110ＶＡＣおよび220ＶＡＣのプリンタを製造
するという重荷から解放される。２種類のサービス部品
を在庫する必要性が省かれ、製品配送センタは今度は再
構成する必要なしに世界のどんな国にも輸送できる一つ
の製品を所有する。販売、配送、および製造の日程計画
に関する後方業務の負担が軽減する。予想できるよう
に、全世界の消費に対して単一機種の製品だけを生産す
ることにより大きな財政上の利点を得ることができる。

【０００６】全世界で動作する乾式電子写真式融着シス
テムの場合、そのシステムは50Ｈzから60Ｈzまでの周波
数で90Ｖrmsから240Ｖrmsまでを供給するＡＣ電力シス
テムで満足に動作できなければならない。融着システム
は周囲の室温から動作温度まで可能なかぎり急速に加熱
されねばならず、その間その消費電力レベルが変化する
につれて示すフリッカは極めて小さくなければならな
い。融着システムは、電子写真式プリンタの電源電子装
置の残りの部分と組み合わされるとき、国際電気委員会
（ＩＥＣ）の電流高調波およびフリッカに関する規定Ｉ
ＥＣ５５５−２およびＩＥＣ５５５−３に合致しなけれ
ばならない。プリンタまたは複写機は、連邦通信委員会
（ＦＣＣ）の、電力線伝導放出および放射放出に関する
Ｂ級規定に合格しなければならない。加えて、プリンタ
は、電力線伝導放出および放射放出に関するＣＩＳＰＲ
Ｂ要求事項に合格せねばならない。最後に、プリンタ
は、オフィス環境において人間の可聴範囲での過大なマ
ルチトーンまたは単一トーン音響を受けてはならない。
融着システムは、ＥＰＡエネルギ・スター・プログラム
により提示されているように省エネルギのための電力低
下または電力遮断に切り替えできなければならない。追
加電子装置の絶対費用は、多数の110ＶＡＣおよび220Ｖ
ＡＣの機種を在庫しないという費用利益を超えない範囲
に制限される。

【０００７】Barrettに与えられた米国特許第5,483,149
号（ここではBarrettという）は、修正積分半サイクル
（ＩＨＣ）電力制御器を使用することにより万能融着器
を得ることができることを示しているが、フリッカの問
題を解決していない。Barrettが教示した方法は幾らか
のフリッカの問題を受けることの他にＡＣ電力システム
に電流分周波が乗ることを示している。現時点ではＡＣ
電流分周波の含有量に関する規定は存在しない。

【０００８】トライアックの導通角が比較的ゆっくり増
加する位相制御のような他の方法は、ＩＥＣ５５５−３
仕様に合致する万能融着システムを生ずることを立証し
ている。Ｋaiedaその他に与えられた米国特許第4,928,0
55号（ここではＫaiedaという）では、ＡＣ加熱システ
ムの位相遅延開閉トライアック制御に基づく融着器電力
制御システムが教示されている。

【０００９】フリッカを調整するための提案された国際
標準についての詳細は、アトニー・ドケット番号109502
91-1、「A REDUCED FLICKER FUSING SYSTEM FOR USE IN
ELECTROPHOTOGRAPHIC PRINTERS AND COPIERS（電子写
真式プリンタおよび複写機に使用する、フリッカの低減
された融着システム）」に記されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、電子
写真式プリンタおよび複写機の融着システムが示すフリ
ッカを、全く除去するかまたは少なくとも劇的に減らす
ことである。簡潔に言い換えると、フリッカは、低電圧
公共電力分配システムにおける電圧サグなどの大きな過
渡電力負荷により家庭内または作業場内で視覚的にうる
さく認められる周囲光変動である。ここに述べるフリッ
カ解決法を実施することの重要な利益は、万能融着器が
自動的に達成されることである。

【００１１】ここに述べる電力制御設計法は、フリッカ
の問題を解決し、万能融着システムを生じ、線形電力制
御をデューティサイクルの関数として与え、終局的にす
べての電流高調波を排除し、ほぼ１に近い力率を低価格
でＡＣ電力システムに提示する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、加熱素子の温
度を、生ずるフリッカを少なくしながら制御する方法を
提供する。方法は、入力電圧を決定することから始ま
る。これは加熱素子に初期量の電力を消費させることに
より行うことができる。加熱素子の温度の変化の割合を
測定することにより、入力電圧を決定することができ
る。入力電圧に基づき、消費され得る最大量および最小
量の電力および他の制御器の力学量を設定する。加熱素
子への電力を、始めから終わりまで、初期量から最大量
の間で滑らかに直線的に増大させる。加熱素子が動作温
度に達してから、温度制御プロセスを呼び出す。温度制
御プロセスは加熱素子の温度を制御する。

【００１３】

【実施例】付図に関連して行う下記詳細説明を考察する
ことにより本発明を更によく理解できよう。

【００１４】本発明はここに例示する特定の実施例に限
定されない。本発明は、融着システムの温度を制御する
ための制御システムである。この制御システムは、人間
の目が8Ｈzから10Ｈzの率に近い瞬時変化に最も敏感で
あるという知識と共に融着器フィラメントの加熱特性の
知識を利用する他に、形状係数の概念をも利用して、電
力がフィラメントに加えられて融着システムの温度を動
作温度まで上昇させる変化率を制御する。加熱素子の電
気的特性を調べることにより、調査中の融着システムの
加熱素子の抵抗が、加熱しながら330mＳの熱的時定数を
示すことがわかる。また、フリッカの規定を要約するこ
とによりフリッカが最もよく減少するのは、電圧上昇変
化が少なくとも１秒の上昇時間で行われる場合であるこ
とがわかる。

【００１５】フィードバック制御の通常の基礎は図３に
ブロック図の形で与えてあり、図３では、システムへの
入力は所要融着器温度、ｄ_TEMP、であり、フィードバッ
ク量は融着器温度測定値、ｔ_MEAS、である。温度誤差信
号は制御器300に入力として供給され、制御器300の出
力、Ｗ_k、は、電力電子装置のブロック301でパルス幅変
調器のデューティサイクルを直接制御する。

【００１６】図３の制御器300はＰＩＤ（比例、積分、
微分）または適応形式のもので良く、融着システムの動
力学特性の詳細なモデルを備えることができる。電力電
子装置301を高速動特性を有する線形電力増幅器と考え
ることができる。他方融着器302はかなり低速の動特性
を有し、性能または安定性の理由で温度制御器の設計に
おいてこれらの動特性を備えることが必要であることが
立証される。

【００１７】通常の温度制御器はトライアック主体の電
力制御器を駆動する。トライアック主体の電力制御器は
低価格で実現しやすい。トライアック主体のシステム
を、ＡＣ電力の半サイクルの多数を融着システムに供給
し、無電力の半サイクルの多数を融着器に供給する積分
半サイクル制御器（ＩＨＣ）により制御することができ
る。電力サイクルと無電力サイクルとの合計に対する電
力サイクルの数の比をＩＨＣ制御器のデューティサイク
ルという。トライアック主体のシステムを、トライアッ
クが融着器にＡＣ半サイクルの個別の部分について電力
を供給できるようにする位相制御システムにより制御し
てもよい。トライアックが導通しているＡＣサイクルの
部分は導通角と言われている。

【００１８】位相制御およびＩＨＣ制御は共に、ＡＣ電
圧のゼロクロスとＡＣ電圧の大きさとに関する情報が与
えられたとき万能電圧インターフェース融着システムを
生ずることができる。ＩＨＣ制御は、導通半サイクルの
疑似ランダム化により低電力レベルで満足なフリッカ性
能を与えることができる。位相制御は、その導通角を制
御する制御システムが正しく設計されていれば、満足な
フリッカ性能を生ずることができる。

【００１９】代わりに、温度制御器は、同時係属中の出
願、アトニー・ドケット番号10950291-1、「A REDUCED
FLICKER FUSING SYSTEM FOR USE IN ELECTROPHOTOGRAPH
IC PRINTERS AND COPIERS（電子写真式プリンタおよび
複写機に使用する、フリッカの低減された融着システ
ム）」に記されているようなオフライン・スイッチモー
ド形式電力制御器を駆動することができ、電圧ゼロクロ
ス・タイミングの情報を必要とせずに万能電圧インター
フェースを生ずる。このオフライン・スイッチモード電
力制御器は、ＡＣラインから連続的に電力を引き出し、
ＡＣ電源に対しほぼ純粋な抵抗性負荷を提供する。した
がって、万能電圧インターフェースが生ずれば、発生す
る電流高調波は極小になり、すぐれた力率を示す。

【００２０】温度を調節する前に、電源電圧を決定しな
ければならない。しかし、好適実施例には幾つかの方法
があり、それは、デューティサイクルまたは導通角を、
予想最高電源電圧に対して引き出される電力を制限する
ような値に制限することにより決定される。これにより
利用可能な電力の一部を融着システムに供給することが
できる。この電力の大きさは電源電圧に比例している。
融着器に供給される電力は、融着器温度を平衡温度に到
達する点まで上昇させる。温度変化の割合は電源電圧に
比例している。利用可能な電力の一部を加えてからの温
度の勾配を測定することにより、電源電圧を決定するこ
とができる。電源電圧を決定するこの方法の別の説明
を、同時係属中の出願、アトニー・ドケット番号109510
60-1、「USE OF TEMPERATURE GRADIENT TO DETERMINE T
HE SOURCE VOLTAGE（温度勾配を使用して電源電圧を決
定する方法）」で見ることができる。他の方法には電圧
を直接検出する方法、およびユーザに情報を供給させる
方法がある。

【００２１】電源電圧が決定されると、融着器温度制御
プロセスが始まる。好適実施例の融着システムは少なく
とも四つの個別動作モードを備えている。すなわち準
備、動作、アイドル、および省電力モードである。準備
動作モード中、利用可能な最大電力が融着器に供給され
るので、融着器は或る周囲温度から動作温度まで可能な
かぎり急速に温められる。動作モード中、融着器に供給
される電力レベルは融着システムを通過する印刷媒体の
過渡電力負荷のため振動する。アイドルモードでは融着
システムの目標温度が下がり、媒体負荷がもはや融着シ
ステムを通過しない。温度制御器はなお振動している
が、融着システムのアイドル温度を維持するのに必要な
平均電力は通常、活動電力レベルに比べて10分の１に減
少している。プリンタが省電力モードに入ると、融着シ
ステムへの電力は完全に遮断され、プリンタが必要とす
る電力を最小にする。

【００２２】融着器温度制御器および関連する電力電子
装置についてフリッカレベルを最小にするのに融着シス
テムの様々な動作モードの間の遷移の時間中制御器出力
に注意を払わなければならない。温度制御器および電力
電子装置により生ずるフリッカを最小にするために温度
制御器は様々な動作モードの間の遷移の時間中制御器出
力を滑らかに変化させねばならない。制御器出力の変化
の割合は発生するフリッカレベルおよび必要な融着器温
度応答特性に対して釣り合わされる。

【００２３】その高レベルの説明で、融着器温度制御シ
ステムを更に詳細に説明することにする。融着器温度制
御システムはディジタルコンピュータにより実行される
ソフトウェアまたはファームウェアの中に入っている。
次に図１を参照すると、制御システム全体の好適実施例
を示す流れ図が示されている。最初に、制御システムは
入力電圧を決定する。デューティサイクルを１秒の期間
にわたり０から0.25まで直線的に増加させる（1000）。
直線的増加の期間は形状係数を決定し、短いことも長い
こともあるが、少なくとも１秒の時間はフリッカ減少を
最大にする。また、0.25の最終値は220Ｖrmsの最高の特
定の入力電圧に対するデューティサイクルの最大値に関
係している。他の融着システムは最大電圧に関連する別
の値をもつことができる。

【００２４】デューティサイクルは融着器温度が上昇す
るとき所定時間0.25に保持される（1001）。正確な時間
量は、それが融着システムの熱的質量および輸送遅れに
よって決まるので、各アプリケーションについて決定し
なければならない。試験中のプリンタの融着システムに
は20秒の時間を使用した。温度傾斜は時間間隔および融
着器温度から決まる（1002）。傾斜から電源電圧を決定
できる（1003）。

【００２５】融着器を確実に安全に動作させるには、最
大デューティサイクル（ＤＭＡＸ)を電源電圧に基づい
て割り当て、制御器の動特性を調節し、最小デューティ
サイクルを設定する（1004）。デューティサイクルがＤ
ＭＡＸになっていなければ（1005）、デューティサイク
ルを１秒の期間にわたりＤＭＡＸまで直線的に増加させ
る（1006）。デューティサイクルがＤＭＡＸに達してか
ら、正しい温度を維持するための温度制御プロセスを呼
び出す。このプロセスを下に更に詳細に説明する。同時
に、制御器の動特性を所定の電源電圧に対する最適性能
について設定してよい。

【００２６】印刷が完了すると、融着器は、ＤＭＡＸを
50％だけ直線的に下げて、アイドルモードに入る（100
8）。プリンタはアイドルモードを出て（1010）、印刷
モードにまたは省電力モードに入る。プリンタが省電力
モードに入れば（1011）、融着器への電力はデューティ
サイクルを０まで下げることにより遮断される（101
3）。省電力またはアイドルモードを出るには、ＤＭＡ
Ｘを（1004）で決定したその元の値にリセットせねばな
らない（1012）。

【００２７】図３の温度制御システムは唯一つのフィー
ドバック量、融着システム302の温度、を使用してい
る。これにより、制御システム300を実現するのにきわ
めて低価格のマイクロ制御器（図５の4001）を使用でき
るので、最低価格の装置が得られる。プリンタおよび複
写機の大部分の制御コンピュータは、融着システムの温
度を既に測定しているので、商用装置の最良の方法は、
プリンタまたは複写機エンジンでマイクロプロセッサ40
01により既に使用されている現存のＡ／Ｄ4000を利用す
ることである。通常、温度センサは、高周波雑音を除去
するのに１次低域通過フィルタに結合された電圧分割回
路に温度係数が負のサーミスタを備えている。サーミス
タおよび低域通過フィルタの帯域幅は比較的低く、約20
Ｈzであるが、融着システムの帯域幅よりはるかに高
い。

【００２８】同等のレーザプリンタおよび複写機を互い
に比較するのに使用される規準の一つは、融着システム
が「冷たい」状態から正しい融着に必要な温度まで温め
るのに必要な時間である。融着器プラテンの熱的質量の
ため融着システムを妥当に可能なかぎり速く動作温度ま
で上げるには大量のエネルギが必要である。また家庭用
またはオフィス用の低電圧配電システムから引き出せる
利用可能な電力レベルには限界があり、全世界の用途に
ついて利用可能な最大電力レベルは約1200ワットであ
る。

【００２９】融着器302が動作温度まで上がってから、
温度を維持し且つトナーを印刷媒体に正しく融着するの
に十分なエネルギを与えるのに必要なエネルギの量は大
幅に減少する。したがって、融着器302に供給される最
大電力を減らすことができる。勿論、必要な平均電力は
種々の媒体の熱負荷、そのような種々の紙の重さおよび
サイズの他にオーバヘッド投射用透明紙のような種々の
媒体形式に従って大幅に変化する。正しい融着に必要な
平均電力レベルはまた、紙の中の水分の量が相対湿度の
変化と共に変わるにつれて変化する。

【００３０】温度制御システム1007の好適実施例を図２
に一層詳細に示してある。これは通常の制御方法で設計
して個別時間領域に変換することができ、または完全に
個別時間領域で設計することができる。

【００３１】融着器温度制御器1007は、融着システムに
より発生されるフリッカを更に減らすために、融着器30
2がその正しい動作温度（1102）に達すると、利得スケ
ジューリングおよびデューティサイクル制限（1103）を
行う。最初の準備期間（1100）、（1101）の後、融着シ
ステムがその動作温度（1102）に達すると、最大デュー
ティサイクルが20％だけ減らされ、上昇割合が約1.25秒
から約6秒に減らされる（1103）。こうして適応温度制
御プロセス（1104）が継続する。融着器は今は動作温度
に近いから、熱損失および紙の熱負荷を補償するのにそ
んなに多くの電力は不要であり、したがって、フリッカ
を減らすために最大フィラメント電力を下げる。

【００３２】利得スケジューリング（図２の1103）は融
着器302が動作温度近くになると温度制御器の温度上昇
割合を低くする。また融着器302に供給される最大電力
を、パルス幅変調器の最大デューティサイクルを制限す
ることにより減らす。融着器302が動作温度に達してか
ら最大許容デューティサイクルを設定することは温度制
御プログラムを実施するアルゴリズムにより非常に容易
に行われる。

【００３３】融着システムが動作温度に達したら利得ス
ケジューリングと最大電力制限との概念を組み合わせる
と、融着システムにより発生されるフリッカのレベル
を、融着システムの温度制御性能を低下させずに３倍だ
け減らすことができることが実験により示されている。

【００３４】今度は制御プロセスに目を向ける。上述の
ように、温度制御器は、ＰＩＤまたは適応式のものでよ
い。ＰＩＤ制御器は、 ｗ_n＝ｗ_n-1＋ｋ₀e_n＋ｋ₁e_n-1＋ｋ₂e_n-2 式１ の形のものであると示すことができる。ただしｅ_nは現
在の制御器誤差であり、ｅ_n-1は最後の制御器誤差であ
り、ｅ_n-2は第２の最後の制御器誤差であり、定数ｋ₀、
ｋ₁、およびｋ₂は、 ｋ₀＝ｋ_p＋ｋ_iＴ＋ｋ_d／Ｔ 式２ ｋ₁＝−ｋ_p−2ｋ_d／Ｔ 式３ ｋ₂＝ｋ_d／Ｔ 式４ ただしｋ_p、ｋ_i、およびｋ_dは所要の比例、積分、微分の
利得であり、Ｔはディジタル制御器のサンプル期間であ
る。

【００３５】比例、積分、微分の利得の選択は、反復実
験、ツァイグラ−ニコルス同調（Zeigler−Nichols tun
ing）により示されているようなプロセス反応測定曲線
に基づく同調、またはディジタル制御器に結合されてい
る融着システムの閉ループ周波数応答のモデル化により
得ることができる。

【００３６】融着器温度制御器および電力電子装置の全
体により発生されるフリッカを極小にするには、制御器
出力の帯域幅が数ヘルツを超えてはならず、フリッカの
観点からは１ヘルツ未満の帯域幅が理想的設計である。

【００３７】プロセッサも紙経路タイミングのような他
のエンジン機能のすべてを制御しているから、プロセッ
サの間接費を極小にするためＰＩＤ温度制御器を比例制
御器に簡単化してよい。比例制御器の場合に対する制御
器出力は、 ｗ_n＝ｗ_n-1＋ｋ₀e_n＋ｋ₁e_n-1 式５ ここでｋ₀およびｋ₁は、積分利得ｋ_i、および微分利得ｋ
_dが０に設定されているので、簡単に ｋ₀＝ｋ_p 式６ ｋ₁＝−ｋ_p 式７

【００３８】比例温度制御器およびその関連電力電子装
置が極小フリッカを示すためには、比例利得を少なくと
も１秒の時間間隔に０電力から全電力までの電力変化の
最大割合について、換言すれば、制御器帯域幅を１ヘル
ツ未満に、選定しなければならない。

【００３９】利得スケジューリングは、動作温度に到達
したとき温度制御システムの個別の利得を修正して温度
制御器の動特性を更に変えることにより行ってよい。温
度制御器の利得を熱的遷移負荷が融着システムを通過す
るときの融着器温度制御を最適にするために、融着シス
テムの輸送遅れの熱的質量により、温度制御器の利得を
大きくまたは小さくすることができる。

【００４０】本発明の好適実施例は、Ｗidrow,Ｂ．およ
びＳterns,Ｓ．「Adaptive SignalProcessing（適応信
号処理）」、ＩＳＢＮ 0-13-004029-01（1985）（参考
のためここに記しておく）により教示されているような
ＬＭＳ「Least Mean Square（最小平均二乗）」形式の
アルゴリズムを使用する適応線形コンバイナに基づく適
応制御システムを使用している。適応制御システムは、
自分自身で問題に適応するので、制御しようとするシス
テムについて非常にわずかしか知らなくても実施できる
という点で非常に魅力的である。適応制御システムは、
高速または低速の適応についてたやすく修正でき、した
がって、制御されているシステムを急速に適応させ、次
いで所要設定点辺りの精密制御にゆっくり適応するよう
切り替えることができる。

【００４１】好適実施例は、１重量適応構造およびＬＭ
Ｓ形式のアルゴリズムを使用している。単純な１重量方
法には、最も大きいのが現存する制御システムを、プロ
セッサの間接費を不必要に追加せずに、置き換えること
ができるという能力であるが、多数の長所を備えてい
る。これにより大量生産のプリンタまたは複写機で実施
できる確率が最高になる。

【００４２】Ｗidrowにより記されたような標準ＬＭＳ
適応システムを用いる実験は、システムが安定で、解決
に向けて集中していることを示した。しかし、融着器の
温度は所要温度に等しくならないことが見いだされた。
これはＷidrowにより教示されているような適応システ
ムにより測定された温度の重みの大きさの調節のためで
ある。したがって所要温度ｄ_kを適応線形コンバイナの
出力と同等の大きさになるようにシステムを修正する必
要がある。これは所要温度に重みが変わるにつれて絶え
ず変わる新しい所要信号を生ずる現在の重みベクトルＷ
_kを乗ずることにより容易に行うことができる。これに
よって適応システムの設計方法が侵されることはない。
新しい重みに調節された所要温度はシステムに対する所
要信号として正確に処理され、重み調節された測定温度
と同等の大きさである。代わりに、補正温度測定の重み
調節を省略し、元の所要温度を利用することができる。
この方法は適応線形コンバイナおよび性能面の形を変え
るが、非常に実施しやすい。

【００４３】補正測定温度に適応重みベクトルを乗ずる
ことが除かれ、代わりに重みベクトルが直接パルス幅変
調器に供給される。適応線形コンバイナの出力ｙ_kが今
度は丁度、正の補正温度係数融着器温度測定値ｘ_kであ
る。このシステムの図を図４に示す。

【００４４】この修正適応システムに対する瞬時誤差信
号ε_kは今度は ε_k＝ｄ_k−ｘ_k 式８ の形を成し、瞬時二乗誤差ε_k ²は今度は （ε_k)²＝（ｄ_k−ｘ_k)²＝（ｄ_k)²−2・（ｄ_k・ｘ_k)＋（ｘ_k)² 式９ の形を成す。これは放物線であるが、システムの重みｗ
_kにはよらない。これ は違う形であり、見かけ上Ｗidro
wの方法とは合致していない。

【００４５】融着器の定常状態温度は融着器に配給され
た電力と周囲環境に対する融着器の熱抵抗Ｒ_θとの積で
ある。 Ｔ＝Ｐ・Ｒ_θ＝（Ｖ²・ｄ／Ｒ）Ｒ 式１０

【００４６】融着システムの適応様式である時間に対し
て熱抵抗は無視されるので、修正ＬＭＳシステムの誤差
面を調べることができる。

【００４７】図３および図５を参照して、好適実施例で
は、制御システムの重み、ｗ_k、をその最大出力が５ボル
トであるマイクロ制御器4001で制御されるＤ／Ａ変換器
4002によりアナログ電圧に変換する。Ｄ／Ａ変換器から
のアナログ電圧を今度は、その入力電圧が５ボルトに等
しいときデューティサイクル１に対して計画されている
電力電子装置301に供給する。他に、電力電子装置301は
電力をデューティサイクルの関数として制御する。この
ようにして、デューティサイクルを制御システムの重み
の一次関数として次のように表すことができる。 ｄ＝ｗ_k／5 式１１ 式１１を式１２に代入すると融着温度が Ｔ＝Ｖ²・Ｒ_θ・ｗ_k／(Ｒ・5) 式１２ のように得られ、これは適応線形コンバイナに入力され
る正の温度係数である。 ｘ_k＝Ｔ＝Ｖ²・Ｒ_θ・ｗ_k／(Ｒ・5) 式１３ したがって定常状態では入力信号をシステム定数ｃに重
みベクトルを乗じたもの ｘ_k＝ｃ・ｗ 式１４ と考えることができ、式９の誤差面はシステムが近定常
状態であるとき重み乗算が埋め込まれている二次式であ
る。これはシステムの応答に相当するシステム定数ｃを
有するＷidrowのモデルに適合する。システムの設計の
ため温度測定値ｘ_kは既に重みベクトルが乗ぜられてい
る。推論のこの筋を基準とすれば、この修正システムに
ついて標準ＬＭＳ勾配推定値を利用するのが適切であ
る。

【００４８】システム定数ｃは、ＡＣ電源電圧の変化に
対して、加熱素子の抵抗の変化に対して、融着システム
の回転速度が変化するにつれて、周囲の相対湿度が変化
するにつれて、周囲環境温度が変化するにつれて、およ
び媒体負荷が融着器プラテンに出入りするにつれて、融
着システムの熱抵抗が変化することに対して、変化す
る。

【００４９】この１重み適応システムに対する修正ＬＭ
Ｓ重み更新方程式は Ｗ_k+1＝Ｗ_k＋2με_kX_k 式１５ であり、ここでＷ_k+1はシステム重みの次の状態値であ
り、Ｗ_kはシステム重みの現在値であり、μは適応係数
であり、ε_kは誤差信号（これは所要温度から温度測定
値を差し引いたもの）であり、ｘ_kは現在の温度測定値
であり、変数ｋは時間指標である。

【００５０】適応係数μは制御器重みＷ_k+1の線形１秒
上昇が適応制御システムにより発生されるように選定さ
れている。融着システムの位相遅れは制御システムの誤
差信号ε_kおよび温度測定値ｘ_kを本質的に一定のままに
し、それにより制御器重みの線形増減を自動的に発生す
る。また適応制御器重みＷ_k+1はパルス幅変調器のデュ
ーティサイクルを直接制御していること、およびパルス
幅変調器のデューティサイクルは融着システムに供給さ
れる電力を直線的に制御すること、を想起すること。

【００５１】融着器302はまた大量の純粋時間遅れを示
す。融着器302がその入力電力の変化後所定時間純粋時
間遅れ（すなわち、位相遅れ）を示している状態で、制
御システムの温度、したがって誤差信号は一定のままで
ある。誤差が一定である間、式１５の次の適応重量（Ｗ
_k+1)は、融着器に分配される平均電力を直線的に制御す
るが、直線的に増加または減少する。位相遅れは高利得
を有する比例制御器と同様に温度制御器を振動させる。

【００５２】短期間フリッカ測定を標準トライアックで
制御されているおよび新しい電力制御トポロジと結合さ
れた修正一重量ＬＭＳ制御器で制御されているプリンタ
で行った。これらフリッカ測定は、プリンタが毎分10ペ
ージの定格速度で連続して印刷している状態で120Ｖrm
s、60Ｈzの電源で行われた。５分短期フリッカ試験での
標準トライアック主体融着電力制御器のフリッカ測定値
はＰ_st5min＝3.86であった。10分間フリッカはＰ
_st10min＝1.35であることが見いだされた。単純一重量
修正ＬＭＳ制御器を有する新しい電力制御器に対する第
１パスのフリッカ測定値は１秒線形デューティサイクル
増加を生ずる状態でＰ_st5min＝0.875および10分フリッ
カはＰ_st10min＝0.77であった。この改善によりこのプ
リンタは、現時点では提案されているヨーロッパフリッ
カ限界に合格していないが、合格できることになる。

【００５３】利得スケジューリングおよびデューティサ
イクル制限について修正されている温度制御器は電力変
動を各10秒の内４秒間950Ｗから、30秒ごとに26秒間約4
40Ｗに変わった。融着システムにより発生されるフリッ
カはＰ_st10min＝0.22に下がった。利得スケジューリン
グおよびデューティサイクル制限を利用しない前の装置
で短期間フリッカがＰ_st10min＝0.77であったことを想
起すること。

【００５４】更に他の最適化は単純温度制御器に経験的
試験により行って最良最小デューティサイクル、最大デ
ューティサイクル、および最適融着温度制御のための適
応係数を決定することができる。これによりプリンタエ
ンジンのファームウェア設計者がシステムの位相遅れを
更に多数の手の込んだ制御システムを実施することなく
補償できるようになる。これら経験的方法は、顧客が毎
日の印刷ニーズについて使用している広く多様な紙重
量、幅、および長さのためプリンタ設計者に広範に利用
されている。

【００５５】利得スケジューリングおよび最大デューテ
ィサイクル制限に関する修正を行ってさえ温度制御器は
なお振動する比例温度制御器と類似の挙動をすることに
再び注目することは興味深い。勿論、それは非常に望ま
しい極めて低いフリッカレベルを有している。また、温
度性能は受け入れ可能であった。これら修正ＬＭＳ式制
御器は、紙がプリンタ融着システムを通過するとき満足
な温度制御性能を得るには比較的高い適応係数を使用し
なければならなかった。これら高い適応係数ＬＭＳを基
礎とする制御器および融着システムの固有の純粋な時間
遅れにより、それら制御器は、温度が持続するにつれて
電力レベルが変動する標準的な比例制御器と非常に類似
した行いをする。

【００５６】適応係数μを更に減らすには、融着器を通
過する印刷媒体の未知の熱負荷に対する内部応答を犠牲
にして温度制御器を安定にすべきである。また、差し迫
った熱負荷を検出するための大きな横断フィルタおよび
付加重量の付いた一層厳密に計画されたＬＭＳ形式適応
制御システムは電力変動の問題を解決することができる
が、追加プロセッサの間接費または制御コンピュータに
関する追加経費が必要になる。これらの選択肢はいずれ
も、通常のプリンタエンジンがすべての紙経路タイミン
グ、電子写真式プロセス制御、融着器温度制御、ファン
の速度のようなすべての周辺回路の制御、に一つの制御
コンピュータを利用しており、また最後にラスタ化印刷
画像データを発生しているコンピュータと連絡しなけれ
ばならないので、現時点では実行不可能である。この間
接費はすべてプリンタエンジンに既に計画されており、
制御コンピュータは更に手の込んだ融着器温度制御アル
ゴリズムのための多量の追加プロセッサ時間を考慮して
いない。

【００５７】組合せシステムはシステムが接続されてい
る電源電圧を決定する方法から構成されている。電源電
圧の情報から最小および最大デューティサイクルまたは
導通角が、万能電圧インターフェース動作およびアイド
ルモードでの寄生電力損失について、およびプラテン回
転の場合について決定される。融着器が動作温度に達す
ると、融着システムに供給される最大電圧レベルが下が
り、温度制御器の動特性が変化する。この組合せシステ
ムは所要万能電圧インターフェースを生じ、全速印刷で
融着システムの受容可能な融着器温度制御を行い、優れ
たフリッカ性能をも同様に示す。

【００５８】本発明の好適実施例を図解し、且つその形
態を説明してきたが、当業者には、前記好適実施例に種
々の修正を加え得ることが容易に明らかである。

【００５９】以上、本発明の実施例について詳述した
が、以下、本発明の各実施態様の例を示す。

【００６０】[実施態様１]画像作成装置の加熱素子（30
2）により消費される電力を制御する方法であって、入
力電圧を決定するステップ（1000-1003）と、前記加熱
素子（302）により消費されることができる、前記入力
電圧に関係した、電力の最大量（ＤＭＡＸ）を設定する
第１設定ステップ（1004）と、前記加熱素子（302）に
より消費されることができる、前記入力電圧に関係し
た、電力の最小量（ＤＭＩＮ）を設定する第２設定ステ
ップ（1004）と、前記加熱素子（302）により消費され
る電力を初期量から前記最大量（ＤＭＡＸ）まで滑らか
に直線的に増大させるステップ（1006）と、温度制御プ
ロセス（1007）を呼び出して前記加熱素子（302）を設
定温度に維持するステップと、を備えて成る方法。

【００６１】[実施態様２]前記温度制御プロセス（100
7）が適応式プロセス（図２）であることを特徴とする
実施態様１に記載の方法。

【００６２】[実施態様３]前記温度制御プロセスが比
例、積分、微分形式のプロセス（図２）であることを特
徴とする実施態様１に記載の方法。

【００６３】[実施態様４]加熱素子（302）の温度を制
御する方法であって、前記加熱素子（302）に初期量の
電力を消費させるステップ（1001）と、前記加熱素子
（302）の前記温度の変化率を測定するステップ（100
2）と、前記変化率を使用して入力電圧を決定するステ
ップ（1003）と、前記加熱素子（302）により消費され
ることができる、前記入力電圧に関係した、電力の最大
量（ＤＭＡＸ）を設定する第１設定ステップ（1004）
と、前記加熱素子（302）により消費されることができ
る、前記入力電圧に関係した、電力の最小量（ＤＭＩ
Ｎ）を設定する第２設定ステップ（1004）と、始めから
終わりまで、前記加熱素子（302）により消費される電
力を前記初期量から前記最大量（ＤＭＡＸ）まで滑らか
に直線的に増大させるステップ（1006）と、適応式温度
制御プロセス（図２、図４）を呼び出して前記加熱素子
（302）の前記温度を制御するステップ（1007）と、を
備えて成る方法。

【００６４】[実施態様５]加熱素子（302）の温度を制
御する方法であって、前記加熱素子（302）に初期量の
電力を消費させるステップ（1001）と、前記加熱素子
（302）の前記温度の変化率を測定するステップ（100
2）と、前記変化率を使用して入力電圧を決定するステ
ップ（1003）と、前記加熱素子（302）により消費され
ることができる、前記入力電圧に関係した、電力の最大
量（ＤＭＡＸ）を設定する第１設定ステップ（1004）
と、前記加熱素子（302）により消費されることができ
る、前記入力電圧に関係した、電力の最小量（ＤＭＩ
Ｎ）を設定する第２設定ステップ（1004）と、始めから
終わりまで、前記加熱素子（302）により消費される電
力を前記初期量から前記最大量（ＤＭＡＸ）まで滑らか
に直線的に増大させるステップ（1006）と、比例、積
分、微分形式の温度制御プロセス（図２）を呼び出して
前記加熱素子（302）の前記温度を制御するステップ（1
007）と、を備えて成る方法。

【００６５】[実施態様６]前記加熱素子（302）により
消費される前記電力の量に対する、前記入力電圧に関係
した、最大変化率を設定する第３設定ステップ（1004）
をさらに備えて成る実施態様１、４、または５に記載の
方法。

【００６６】[実施態様７]アイドルモード（1009）に入
る第１入り込みステップ（1008）をさらに備えて成る実
施態様１、４、または５に記載の方法。

【００６７】[実施態様８]前記第１入り込みステップ
（1008）が、前記最大量（ＤＭＡＸ）を滑らかに減らす
ステップ（1009）をさらに備えて成ることを特徴とする
実施態様７に記載の方法。

【００６８】[実施態様９]電力節約モード（1013）に入
る第２入り込みステップ（1011）をさらに備えて成る実
施態様７に記載の方法。

【００６９】[実施態様１０]前記第２入り込みステップ
（1011）が、前記加熱素子（302）により消費される前
記電力をゼロまで滑らかに減らすステップ（1013）をさ
らに備えて成ることを特徴とする実施態様９に記載の方
法。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明を用いるこ
とにより、電子写真式プリンタおよび複写機の融着シス
テムが示すフリッカを、全く除去するかまたは少なくと
も劇的に減らすことができる。また、万能融着システム
を具現化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】制御プロセス全体を示す流れ図である。

【図２】適応温度制御プロセスを示す流れ図である。

【図３】通常のフィードバック融着器温度制御システム
のブロック図である。

【図４】修正単一入力単一重み適応温度制御システムを
示す図である。

【図５】図３の制御器のブロック図である。

【符号の説明】

４０００：Ａ／Ｄ変換器 ４００１：マイクロ制御器 ４００２：Ｄ／Ａ変換器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画像作成装置の加熱素子により消費される
   電力を制御する方法であって、 入力電圧を決定するステップと、 前記加熱素子により消費されることができる、前記入力
   電圧に関係した、電力の最大量を設定する第１設定ステ
   ップと、 前記加熱素子により消費されることができる、前記入力
   電圧に関係した、電力の最小量を設定する第２設定ステ
   ップと、 前記加熱素子により消費される電力を初期量から前記最
   大量まで滑らかに直線的に増大させるステップと、 温度制御プロセスを呼び出して前記加熱素子を設定温度
   に維持するステップと、を備えて成る方法。