(57)【要約】【課題】マーキング装置における動的パワー管理のための方法を提供する。【解決手段】マーキング装置における溶融器を動作する方法である。溶融器はそれらと関連した多くの溶融器要素を有する。方法は、溶融器における溶融器要素の暖機のために利用可能な全パワーを決定すること、溶融器要素の温度制約を決定すること、溶融器要素に適用されるべきパワー配分を選択すること、決定された利用可能な全パワー、決定されたパワー制約、及び選択されたパワー配分に基づいて、溶融器暖機時間を計算すること、及び計算された溶融器暖機時間が低減されるかどうかを判断すること、を含み、計算された溶融器暖機時間が低減されるならば、選択されたパワー配分を適用する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マーキング装置における溶融器を動作する方法であって、前記溶融器はそれらと関連した多くの溶融器要素を有しており、前記方法が、
溶融器における溶融器要素の暖機のために利用可能な全パワーを決定すること、
前記溶融器要素の温度制約を決定すること、
前記溶融器要素に適用されるべきパワー配分を選択すること、
前記決定された利用可能な全パワー、前記決定されたパワー制約、及び前記選択されたパワー配分に基づいて、溶融器暖機時間を計算すること、及び
前記計算された溶融器暖機時間が低減されるかどうかを判断すること、
を含み、
前記計算された溶融器暖機時間が低減されるならば、前記選択されたパワー配分を適用する、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記溶融器暖機時間が低減されないならば、前記選択されたパワー配分を調整し、前記調整されたパワー配分を適用する、方法。
【請求項３】
マーキング装置における溶融装置であって、
一つ又はそれ以上の加熱要素を含む溶融器と、
前記溶融器における溶融器要素の暖機のために利用可能な全パワーを決定し、前記溶融器要素のパワー制約を決定し、前記溶融器要素に適用されるべきパワー配分を選択し、前記決定された利用可能な全パワー、前記決定されたパワー制約、及び前記選択されたパワー配分に基づいて溶融器暖機時間を計算し、前記溶融器暖機時間が低減されるかどうかを判断する動的パワー管理モジュールと、
を備えており、
前記溶融器暖機時間が低減されるならば、前記動的パワー管理モジュールは、前記選択されたパワー配分を適用する、溶融装置。
【請求項４】
請求項３に記載の溶融装置であって、
前記溶融器暖機時間が低減されないならば、前記動的パワー管理モジュールは、前記選択されたパワー配分を調整して、前記調整されたパワー配分を適用する、溶融装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示されているのは、マーキング装置における動的パワー管理のための方法及び装置、ならびに対応する装置及びコンピュータ読み取り可能媒体である。
【背景技術】
【０００２】
マーキング溶融器は典型的に、システム全体で複数の加熱要素（例えばランプ）を使用する。例えば、ロールベースの溶融器では、溶融器ロール、圧力ロール、及び外部加熱ロールの内部に加熱要素が存在し得る。これらの加熱要素は、様々なロールの内部で独立に動作して、溶融間隙に必要な熱を提供し、固定及び光沢の要件を達成し得る。暖機プロセスの間、全てのロール表面温度は、印刷が始まる前に、特定の範囲に達している必要がある。
【０００３】
現在の溶融構成では、材質、形状、溶融器要素のパワーなどにおける差のために、あるロールが他のロールより速く、それらの所定の目標範囲まで加熱する。これは、重要な点である。なぜなら、溶融器の暖機時間は、最後のロールがその設定点まで到達することによって決定されるからである。例えば、コピー機は、４分で加熱し得る外部加熱ロール、４分で加熱し得る圧力ロール、及び８分で加熱し得る溶融器ロールを有し得る。それゆえ、このコピー機に対する暖機時間は、最長の暖機時間を有するロールによって制約されるので、８分である。この例では、様々なロールに対する溶融器要素のパワーの分配が、暖機中の温度ダイナミクスに関して最適化されていないことが明らかになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６９０１２２６号明細書
【特許文献２】米国特許第６７５７５０３号明細書
【特許文献３】米国特許第６４９０４２３号明細書
【特許文献４】米国特許第６３５３７１８号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る方法は、マーキング装置における溶融器を動作する方法であって、前記溶融器はそれらと関連した多くの溶融器要素を有しており、前記方法が、溶融器における溶融器要素の暖機のために利用可能な全パワーを決定すること、前記溶融器要素の温度制約を決定すること、前記溶融器要素に適用されるべきパワー配分を選択すること、前記決定された利用可能な全パワー、前記決定されたパワー制約、及び前記選択されたパワー配分に基づいて、溶融器暖機時間を計算すること、及び前記計算された溶融器暖機時間が低減されるかどうかを判断すること、を含み、前記計算された溶融器暖機時間が低減されるならば、前記選択されたパワー配分を適用する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本開示の一つの可能な実施形態に従ったマーキング装置の例示的な図である。
【図２】本開示の一つの可能な実施形態に従ったマーキング装置のブロック図である。
【図３】本開示の一つの可能な実施形態に従った例示的な溶融器の図である。
【図４】本開示の一つの可能な実施形態に従った例示的な動的パワー管理プロセスの流れ図である。
【図５Ａ】動的パワー管理プロセスが本開示の一つの可能な実施形態に従って適用される前後のパワー配分を示す例示的な円グラフを示す図である。
【図５Ｂ】動的パワー管理プロセスが本開示の一つの可能な実施形態に従って適用される前後のパワー配分を示す例示的な円グラフを示す図である。
【図６Ａ】本開示の一つの可能な実施形態に従って、動的パワー管理プロセスが適用される前後のパワー配分を示す例示的なグラフを示す図である。
【図６Ｂ】本開示の一つの可能な実施形態に従って、動的パワー管理プロセスが適用される前後のパワー配分を示す例示的なグラフを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
ここに開示される実施形態の特徴は、マーキング装置における動的パワー管理のための方法、ならびに対応する装置及びコンピュータ読み取り可能媒体に関する。
【０００８】
一つの実施形態が、合成物でカバーされた又はコーティングされたローラ又はベルトを利用し得るマーキングシステムを使用しているコピー機、プリンタ、又はその他の装置を記述し得る。そのような装置は、通常はパワー的に非効率である。
【０００９】
伝統的な溶融器（定着器、フューザ）の設計では、全溶融器要素パワーが最初に選択され得る。それから、動作中に利用可能なパワーを操作するために、制御系が設計され得る。しかし、この開示では、最良の性能を達成するために、溶融器要素パワーが制御系によって決定され得る。このプロセスは、経済的なシステム設計アプローチに従い得て、所与のリソース及び制約のセットに対して、フィードバック制御及びリソース配分が、最良の性能が達成され且つどの制約も破られないように実行され得る。暖機（ウォームアップ）プロセスの間の溶融器温度の制御に対しては、リソースは全溶融器要素のパワーであり得て、制約は溶融器ロールコアにおける過熱であり得て、性能基準は暖機時間であり得る。すなわち、
溶融器要素パワー分配に関して暖機時間を低減又は最小化するために、
リソース：全溶融器パワー≦利用可能なパワーＰ’
制約：コア温度≦所与の上限Ｔ’core
システムモデル：溶融器温度ダイナミクス
なお、記号「’」は「バー」の代替表現であり、「Ｐ’」はピーバー、「Ｔ’」はティーバーであり、以降の他のアルファベットについても同様である。
【００１０】
これより、所与の全パワーに対して時間を低減するために、溶融ロールの間のパワー分配は、溶融器ロールコアの過温度無しに暖機時間が低減されるように見出され得る。
【００１１】
熱いロール溶融器には、いくつかの加熱要素がある（例えば、ランプ、ヒータ、コイルなどのような溶融器要素）。それらは、独立して動作して熱を提供し、トナーを溶かす。暖機プロセスの間、全ロールの温度が設定範囲に到達する必要がある。材質、形状、及び溶融器要素パワーなどにおける差のために、あるロールは速く加熱し、あるロールはゆっくりと加熱する。暖機時間は、最後のロールがその設定範囲に到達することによって決定される。現在の大きなオフィス機械に対しては、例えばそれは、溶融器ロールの表面温度が１６８℃に達する時間である。これより、本開示は、全パワーが供給制約の対象でありながら、全てのロールがそれらの設定点に同じ時間で到達するように、より多くのパワーを、そうしないとゆっくりと加熱するロールに配分することによって、溶融器要素のパワー管理を介したより速い暖機戦略を提案する。
【００１２】
高速暖機は、暖機プロセスの間の溶融器温度制御の目的である。より速い暖機のためには、より多くのパワーが必要である。しかし、より多くのパワーは、フリッカ及び溶融器コアにおける過熱を生じ得て、それが今度はデボンド（debond、分解または剥離）を生じ得て、且つ過剰ストレスは時間の経過とともに溶融器の疲労を生じ得る。デボンドのリスク及び溶融器寿命が考慮されるとき、溶融器コア温度の制約を考慮して、溶融器要素のパワーを配分し且つ溶融器温度制御を設計することが重要である。
【００１３】
本開示では、モデル予測制御（ＭＰＣ）がこの制約に対処し得る。ＭＰＣは、機器及び安全の制約をルーチン的に考慮し得る唯一の包括的な制御技術である。モデル予測コントローラは、制御アクションを、プロセスの内部プラントモデルに基づかせても良い。この内部モデルは、コントローラが将来のプロセスの振る舞いを予測し、且つ出力制約を遵守することを可能にする。内部モデルを更新する能力は、システムパラメータが変わるときに個別のチューニングを必要とする複雑な結合型比例積分微分（ＰＩＤ）ループよりも、ＭＰＣを維持しやすいものにする。溶融温度制御は、ゆっくりしたダイナミクスを有し、ＭＰＣのために必要なオンライン最適化のために多くの時間を許容する。さらに、より洗練された溶融器プロセスモデルが使われるとき、非線形ＭＰＣが適用され易くなり得る。
【００１４】
開示されている実施形態は、マーキング装置における溶融器を動作する方法を含み得る。溶融器は、それと関連した多くの溶融器要素を有する。この方法は、溶融器内の溶融器要素の暖機のために利用可能な全パワーを決定すること、溶融器要素のパワー制約を決定すること、溶融器要素に適用されるべきパワー配分を選択すること、決定された利用可能な全パワー、決定されたパワー制約、及び選択されたパワー配分に基づいて溶融器暖機時間を計算すること、溶融器暖機時間が低減されるかどうか（または、低減されたものかどうか、切り詰められたものかどうか）を判断すること、溶融器暖機時間が低減されるならば（または、低減されたものであるならば、切り詰められたものであるならば）、選択されたパワー配分を適用すること、を含む。
【００１５】
開示される実施形態はさらに、マーキング装置における溶融装置を含む。溶融装置は、一つ又はそれ以上の溶融器要素を含む溶融器と、溶融器内の溶融器要素の暖機のために利用可能な全パワーを決定し、溶融器要素のパワー制約を決定し、溶融器要素に適用されるべきパワー配分を選択し、決定された利用可能な全パワー、決定されたパワー制約、及び選択されたパワー配分に基づいて溶融器暖機時間を計算し、溶融器暖機時間が低減されるかどうか（または、低減されたものかどうか、切り詰められたものかどうか）を判断する動的パワー管理モジュールと、を含み得て、溶融器暖機時間が低減されるならば（または、低減されたものであるならば、切り詰められたものであるならば）、動的パワー管理モジュールは、選択されたパワー配分を適用する。
【００１６】
図１は、この開示の一つの可能な実施形態にしたがったマーキング装置１００の例示的な図を描く。このマーキング装置１００は、印刷及び／又はコピーをすることができ得る任意の装置（電子写真装置を含む）を表し得て、合成物（例えばゴム）に覆われたローラ又はベルトを使用し、例えば、大きなスタンドアローンのオフィスコピー機、デスクトップコピー機、プリンタ、多機能装置（ＭＦＤ）などを含む。
【００１７】
図２は、この開示の一つの可能な実施形態にしたがったマーキング装置１００のブロック図を描く。このマーキング装置１００は、バス２１０、プロセッサ２２０、メモリ２３０、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）２４０、動的パワー管理モジュール２５０、溶融器２６０、ユーザインターフェース２７０、通信インターフェース２８０、及びスキャナ２９０を含み得る。バス２１０は、マーキング装置１００の構成要素の間の通信を許容し得る。
【００１８】
プロセッサ２２０は、命令を解釈して実行する少なくとも一つの従来のプロセッサ又はマイクロプロセッサを含み得る。メモリ２３０は、プロセッサ２２０による実行のために情報及び命令を記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）又は他のタイプの動的記憶装置であっても良い。メモリ２３０はまた、プロセッサ２２０による実行のために静的な情報及び命令を記憶する従来のＲＯＭ装置又は他のタイプの静的記憶装置を含み得るリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）を含んでも良い。
【００１９】
通信インターフェース２８０は、ローカル、リモート又は外部ネットワークを介した通信を容易にする任意の機構を含み得る。例えば、通信インターフェース２８０はモデムを含み得る。あるいは、通信インターフェース２８０は、他の装置及び／又はシステムとの通信を手助けする他の機構を含み得る。
【００２０】
ＲＯＭ２４０は、プロセッサ２２０のために静的な情報及び命令を記憶する従来のＲＯＭ装置又は他のタイプの静的記憶装置を含み得る。記憶装置は、ＲＯＭを補い得て、例えば磁気又は光学記録媒体のような任意のタイプの記憶媒体及びその対応するドライブを含み得る。
【００２１】
ユーザインターフェース２７０は、電子ディスプレイ、マイクロホン、タッチパッド、キーパッド、キーボード、マウス、ペン、スタイラス、音声認識装置、ボタン、一つ又はそれ以上のスピーカなどのような一つ又はそれ以上の従来の入力機構を含み得て、これは、ユーザが情報を入力し、マーキング装置１００と通信し、及び／又は、情報をユーザに提示することを許容する。ユーザインターフェース２７０のための出力機構は、ユーザに情報を出力する一つ又はそれ以上の従来の機構を含み得て、これは、ディスプレイ、プリンタ、一つ又はそれ以上のスピーカ、あるいは、メモリ、又は磁気又は光ディスクのような媒体、及び対応するディスクドライブを含む。
【００２２】
スキャナ２９０は、文書及び／又はイメージを処理のためにスキャンし得る、当業者には既知の任意のスキャナ又はスキャン装置を表し得る。
【００２３】
溶融器２６０及び動的パワー管理モジュール２５０の動作は、図３及び図４に関連して、以下にさらに詳細に議論される。
【００２４】
マーキング装置１００は、例えばメモリ２３０のようなコンピュータ読み取り可能媒体に収容された命令シーケンスを実行することによって、プロセッサ２２０に応答してそのような機能を実行し得る。そのような命令は、記憶装置のような他のコンピュータ読み取り可能媒体から、あるいは通信インターフェース２８０を介して別個の装置から、メモリ２３０に読み出され得る。
【００２５】
図１及び図２に描かれたマーキング装置１００ならびに関連した議論は、本発明が具現化され得る適切な通信及び処理環境の簡潔で一般的な記述を提供することを意図している。必要とはされていないが、本発明は、少なくとも部分的に、例えば通信サーバ、通信スイッチ、通信ルータ、又は汎用コンピュータのような、マーキング装置１００によって実行されるプログラムモジュールのようなコンピュータが実行可能な命令の一般的な文脈（コンテクスト）で記述される。
【００２６】
一般的にプログラムモジュールは、特定のタスクを実行するか又は特定の抽象的なデータタイプを実行するルーチンのプログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含む。さらに、当業者は、本発明の他の実施形態が、パーソナルコンピュータ、携帯装置、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサに基づく又はプログラム可能な消費者エレクトロニクスなどを含む多くのタイプの通信装置及びコンピュータシステム構成との通信ネットワーク環境にて実行され得ることを理解する。
【００２７】
図３は、本開示の一つの可能な実施形態に従った例示的な溶融器２６０の図を描いている。マーキング技術でよく知られているように、溶融器２６０は熱を提供するように動作して、印刷のためにトナーを溶かす。溶融器２６０は、この機能を実行する一つ又はそれ以上のロール、ベルト、又はその他の要素を含み得る多くの溶融器要素を含み得る。これらのローラは、暖機プロセスの間に加熱されなければならない。溶融器２６０は、クリーニングウエブ３１０、外部加熱ベルト３２０、３３０、オイルコンテナ３４０、メータロール３５０、ドナーロール３６０、溶融器ロール３７０、エアナイフ３８０、及び圧力ロール３９０を含み得る。
【００２８】
図３の図は単なる例として示されていることに留意されたい。溶融器２６０は、任意の印刷及び／又はコピー装置に位置され得て、合成物（例えばゴム）ローラ又はベルトを含み得て、且つ様々な異なる方法で構成され得る。
【００２９】
暖機プロセスの間、全ての溶融器ロール又はベルトの温度が設定範囲に達する必要がある。材質、形状、溶融器要素のパワーなどにおける差のために、あるロール又はベルトは速く加熱し、あるものはゆっくり加熱する。暖機時間は、最後に設定範囲に到達するロール又はベルトによって決定される。図３に描かれた例示的な溶融器２６０については、溶融器２６０に対する暖機時間は、溶融器ロール３７０の表面温度が印刷準備完了温度に達する時間によって制約される。
【００３０】
描写目的のために、動的パワー管理モジュール２５０の動作及び動的パワー管理プロセスが、図１〜３のブロック図に関連して図４に述べられている。
【００３１】
図４は、本開示の一つの可能な実施形態に従った例示的な動的パワー管理プロセスの流れ図である。プロセスは４１００で始まり、ステップ４２００に続き、そこで動的パワー管理モジュール２５０は、溶融器３７０における溶融器要素の暖機のために利用可能な全パワーを決定し得る。全パワーはそれから、様々な溶融器要素に配分されなければならない。
【００３２】
ステップ４３００で、動的パワー管理モジュール２５０は、溶融器要素のパワー制約を決定し得る。パワー制約は、ロール又はベルトの合成物表面のデボンディング（結合分離）を避けるための温度限界、所与のパワーに対する各ロールの暖機時間、各ロール又はベルト上の合成物材料及びその各々の熱転送特性などを含み得る。
【００３３】
ステップ４４００で、動的パワー管理モジュール２５０は、溶融器要素に適用される初期パワー配分を選択し得る。この初期パワー配分は、例えば、工場にて、機械が最初にオンされるときに手作業で、又は機械がオンされるたびに（あるいは様々なときに）、決定され得る。初期パワー配分は、例えば記憶テーブル又はメモリレジスタ内に見出され得て、所与の数のコピー、機械／要素の年齢などに対して、時間の経過とともに変化する溶融器要素の特性に対して、調整され得る。
【００３４】
ステップ４５００で、動的パワー管理モジュール２５０は、決定された利用可能な全パワー、決定されたパワー制約、及び選択されたパワー配分に基づいて、溶融器の暖機時間を計算し得る。最適な暖機時間の問題は、以下のように記述されることができる。
暖機時間の低減（最小化）
条件として：
全溶融器要素パワー＜利用可能なパワー
コア温度＜Ｔ’core
溶融器温度ダイナミクス
【００３５】
暖機温度設定点ｒが与えられると、溶融温度制御問題は、追跡問題として与えられることができる。すなわち、各時間ステップで、我々は二次プログラミング（quadratic programming、二次計画法）を解く。
下記（数１）のＳ（ｋ）を低減／最小化する。
【数１】
2009181127.tif 000003
条件として
０＜ｕ＜ｕ’
ｘcore＜Ｔ’core
溶融器温度ダイナミクス
【００３６】
ここで、ｘsurfが溶融器ロール３７０の表面温度であり且つｘcoreが溶融器ロール３７０のコア温度である。ＭＰＣの主なアイデアは、最適制御問題をオンラインで反復して解くことによって、制御アクションを選ぶことである。これは、操作された入力ｕ及び出力ｘcoreに関する制約を条件として、将来の水平線（future horizon）Ｐに対する性能基準（パフォーマンス基準）Ｓ(k)を最小化することを目指している。ここで、将来の振る舞いは、プラントのモデルに従って計算される。入力パワーの振幅（または大きさ）が制約されることができるだけではなく、入力の変化の割合（または速度）もまた、制約として追加されることができる。
【００３７】
ステップ４６００で、動的パワー管理モジュール２５０は、溶融器暖機時間が低減されるかどうか（または、低減されたものかどうか、切り詰められたものかどうか）を判断し得る。動的パワー管理モジュール２５０が、暖機パワーが低減されない（または、低減されたものでない、切り詰められたものでない）と判断すると、プロセスはステップ４７００に進み、動的パワー管理モジュール２５０は選択されたパワー配分を調整し得る。このステップはまた、コア温度が許容できないレベルに達しないことを保障し得る。プロセスはそれからステップ４５００に戻る。
【００３８】
動的パワー管理モジュール２５０が暖機パワーが低減される（または、低減されたものである、切り詰められたものである）と判断すると、プロセスはステップ４８００に進み、動的パワー管理モジュール２５０は選択された又は調整されたパワー配分を適用し得る。プロセスはそれからステップ４９００に進み、終了する。
【００３９】
図５Ａ〜５Ｂは、本開示の一つの可能な実施形態に従って動的パワー管理プロセスが適用される前後のパワー配分をそれぞれ示す例示的な円グラフである。全溶融器要素パワーは一定である。図５Ｂの円グラフは、より多くのパワーが溶融器ロール３７０に提供されることを示すが、これは、それが最長の加熱時間を要するからである。
【００４０】
図６Ａ〜６Ｂは、本開示の一つの可能な実施形態に従って動的パワー管理プロセスが適用される前後のパワー配分をそれぞれ示す例示的なグラフを描く。図６Ａは現在のパワー配分における温度制御であり、図６Ｂは最適化の後の温度プロファイルである。溶融器ロールのコア温度がその上限限界Ｔ’coreを破ることが無いことに留意されたい。
【００４１】
上述のならびにその他の様々な特徴及び機能、又はその代替が、多くの他の異なるシステム又はアプリケーションに、望まれるように組み合わせられ得ることが理解されるであろう。また、そこにおける様々な現在の予測されない又は予期されない代替、改変、変動、又は改良が、当業者によって引き続いて行われ得て、これらもまた、添付の請求項によって包含されることが意図されている。
【符号の説明】
【００４２】
１００  マーキング装置、２５０  動的パワー管理モジュール、２６０  溶融器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2009181127.tif 000009
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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