JP2004247307A

JP2004247307A - 加熱器の温度制御システム

Info

Publication number: JP2004247307A
Application number: JP2004035260A
Authority: JP
Inventors: John A Harrington; エイハリントンジョン; Steven W Tanamachi; ダブリュタナマチスティーブン
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2004-09-02
Also published as: EP1447730A3; US20040159652A1; US6849833B2; EP1447730A2

Abstract

【課題】電気抵抗加熱器におけるフリッカを削減する温度制御システムを提供する。
【解決手段】温度制御システムは、分割された電気負荷である電気抵抗加熱器３６，３８，４０と、前記電気負荷に電力を供給する電力の供給源と、を含む。電力供給源からの電力は、所定の期間内において各電気負荷ごとに設けられた別個の副期間にて各電気負荷に供給される。電力供給のオンオフに伴う供給電力の増減幅が小さくなり、フリッカが防止される。
【選択図】図５

Description

本発明は、温度制御装置に関し、より詳細には、フリッカを削減するように温度制御加熱器の温度を制御する装置に関する。

乾式銀塩写真方式（photothermography）は、１つの確立した画像形成技術である。乾式銀塩写真方式において、感光性媒体が放射線により露光されると、この媒体に熱処理で現像可能な潜像が形成される。この熱現像処理を実施できる装置および方法は、一般に知られており、その中には、画像が形成された感光性媒体を加熱プラテン、加熱ドラム、または加熱ベルトと接触させ、該媒体に加熱空気を吹き付け、加熱された不活性液に該媒体を浸し、更に、該媒体が感光しない波長、たとえば、赤外線波長の放射エネルギで該媒体を露光する装置および方法が含まれる。これらの従来技術においては、特に、加熱ドラムの利用が一般的である。

これらの画像形成処理に利用できる一般的な感光性媒体は、フィルム、紙などの熱現像感光性媒体として知られる。１つの熱現像感光性媒体は、結合剤と、ハロゲン化銀と、有機銀塩（または、還元可能で非感光性の銀原料物質）と、銀イオン還元剤と、を有する。産業界において、これらの熱現像感光性媒体は、乾式銀塩フィルムを含む乾式銀塩媒体として知られている。

露光された熱現像感光性媒体（フィルムおよび紙を含む）を正確に加熱するには、電気的に加熱されたドラムを利用することが望ましいことがわかっている。この技術を採用する装置において、円筒ドラムは、熱現像感光性媒体の所定現像温度に近い温度まで加熱される。ドラムが、その長手方向の軸を中心に回転するとき、熱現像感光性媒体は、加熱ドラムのごく近傍に保持される。加熱ドラムの表面温度と、熱現像感光性媒体を近接して保持している外周部と、ドラムの回転速度とが判れば、熱現像感光性媒体の現像時間と現像温度を決定できる。一般に、これらのパラメータは、使用される特定の熱現像感光性媒体に応じて最適化されるが、場合によってはその熱現像感光性媒体が採用される用途も考慮される。

熱現像感光性媒体で高品質画像を達成するには、現像パラメータが非常に厳密に維持されなければならない。一般に、熱現像感光性媒体が送られてきて、また送られていくドラムの外周が、大きく変動することはない。また、ドラムの回転速度、すなわち、熱現像感光性媒体が熱処理装置の中を移動する速度についても、正確に保持され得るものである。ただし、ドラムの表面温度の制御と保持は、概してかなり困難である。

また、不正確な処理に至る一因として、他の要因もある。熱現像感光性媒体が保持される場所のドラムに対する近接度は、熱現像感光性媒体内の感光乳剤が加熱される温度をある程度決定する。また、ドラムと熱現像感光性媒体の間に存在する異物は、ドラムから熱現像感光性媒体への熱の流れを妨害する可能性があり、ひいては、画像品質に影響する。

多くの要因が画像品質に影響を与えるが、その要因の１つは、熱現像感光性媒体が現像される温度である。したがって、ドラムの表面温度が維持される精度は、熱現像感光性媒体の熱処理にとって重要である。

ドラムの温度は多くの要因に左右される。その要因としては、熱がドラムに伝達される速度、ドラムの熱伝導率と熱慣性（thermal mass）、熱現像感光性媒体の熱慣性、速度、すなわち、処理される熱現像感光性媒体のシート数（シート状の熱現像感光性媒体が使用される場合）、周囲温度、熱処理がちょうど始まったところであるのか、または、熱処理が長時間運転の中程であるのかなどがある。

また、加熱ドラムは、他の各種材料処理用途に幅広く用いられる。他の利用例としては、たとえば、カレンダ加工（calendaring）、積層加工、被覆加工、乾燥などがある。

一般に、熱は、電気抵抗加熱要素を用いてこのようなドラムに伝達される。熱処理の実行中、加熱ドラムは回転しており、ドラムが回転している間に、電気抵抗加熱要素に電力を送ることが好ましいことから、移動および回転しているドラムに対して、定置電源、たとえば、標準の交流線から電力を送ることが好ましい。電力は、ドラムと結合されたスリップリングを利用してドラムに伝達することができる。

また、電気加熱ドラムの温度を正確に制御するには、ドラムの温度を感知する手段、および温度センサからの信号に応じて電気抵抗加熱器に与えられる電力を制御する手段が必要である。

１９９６年１２月３日に発行された発明者タナマチ（Tanamachi）他による米国特許第５，５８０，４７８号明細書（特許文献１）は、中央加熱ゾーンと、隣接する端部ゾーンとを別の電気抵抗加熱器で熱する加熱ドラム処理装置を開示する。電気加熱器の温度制御は、デューティサイクルの変調によって行われる。電気加熱器までの電源回路内の固体リレー（ソリッドステートリレー）は、ゼロクロス始動によってオンとオフが切り換えられる。

出力過渡変化は、網状に構成され互いに影響を及ぼし合う電源を共有する照明・光源システムに光のフリッカを引き起こす。フリッカ抑制の新しい規格が、最近、ヨーロッパにおいて法制化された。フリッカ抑制の一般的な技法は、抑制のための電子機器を装置へ追加することであり、これは製造費の増加を招いている。一般的な解決方法は、ＡＣ入力電源とそのゼロクロスとを、負荷に対するスループットパワーを調整する時点についての基準として利用することである。例として、１９９０年３月２０日に発行された発明者グランド（Grund）による米国特許第４，９０８，９５６号明細書（特許文献２）、１９９９年５月２５日に発行された発明者タカハシ（Takahashi）による米国特許第５，９０７，７４３号明細書（特許文献３）、２００１年２月１３日に発行された発明者グレーザ（Glaser）他による米国特許第６，１８８，２０８号明細書（特許文献４）などが挙げられる。上記各特許は、ゼロクロスを基準とした電源のオン／オフタイミングの調整方法がそれぞれ異なるが、電子回路を利用して実現している点は共通である。１９９８年１０月６日に発行された発明者オスマン（Othman）他による米国特許第５，８１８，２０８号明細書（特許文献５）に記載された別の発明は、エレクトロニクスを利用して、電圧源変換端子のＡＣ電源電圧と負荷電流を測定し、有効電流と無効電流の負荷を計算することによって、フリッカを削減するものである。

２００２年７月１６日に発行された発明者タナマチ（Tanamachi）による米国特許第６，４２０，６８５Ｂ１号明細書（特許文献６）は、電気抵抗加熱器のフリッカを削減する制御システムと、電源と電気抵抗加熱器の間に接続された２方向固体スイッチ装置（２方向ソリッドステートスイッチ装置）と、２方向固体スイッチ装置を制御して、位相制御された各種異なるデューティサイクルの電流を加熱器に供給する制御回路と、を開示する。この制御回路は、スイッチ装置をランダムにオンに切り換える２進制御信号に応じて、加熱器の電力を効果的に上下させる。

米国特許第５，５８０，４７８号明細書米国特許第４，９０８，９５６号明細書米国特許第５，９０７，７４３号明細書米国特許第６，１８８，２０８号明細書米国特許第５，８１８，２０８号明細書米国特許第６，４２０，６８５Ｂ１号明細書

このように、電気加熱システムのフリッカを制御する効果的で費用対効果の高い方法に対する要望がある。

本発明によって、前述した要望および問題に対する解決方法が提供される。

本発明の一態様によると、電気抵抗加熱器のフリッカを削減する温度制御システムが提供される。この温度制御システムは、少なくとも２つの電気負荷に分割される電気抵抗加熱器と、所定期間の連続した別の副期間において、前記少なくとも２つの電気負荷それぞれに繰り返し電気出力を供給する電力の供給源と、を含む。該システムにおいて、前記少なくとも２つの電気負荷に供給される電力の合計は、前記所定時間枠の中で前記電気抵抗加熱器に供給される全出力と等しい。

本発明は次の利点を有する。
１．フリッカ抑制が、追加の電気回路に依存せずに達成される。
２．効率的で費用対効果が高いフリッカ抑制である。

本発明は、概して、温度制御され、フリッカが抑制された電気加熱ドラムを提供する。円筒ドラムは一表面を備え、軸廻りに回転可能である。電気加熱器は、前記円筒ドラムの表面と熱現象に関して結合された状態にある。円筒ドラムと組み合わせて回転不能に設けられ、スリップリングを通じて電気加熱器に結合される固体リレー（ＳＳＲ）は、回転不能に設けられたマイクロプロセッサからの制御信号に応じて、電気加熱器への電気の流れを制御することによって温度を制御する。円筒ドラムと共に回転可能に設けられた温度センサ機構は、円筒ドラムの表面の温度を検知し、検知した温度を表す温度信号を生成する。円筒ドラムに対して回転不能に設けられたマイクロプロセッサは、前記温度信号に応じた制御信号を生成して、電気加熱ドラムの温度を制御する。この温度制御手段、温度センサ手段、および回転式マイクロプロセッサ手段と組み合わされる光学機構は、回転式温度センサ手段から回転不能マイクロプロセッサ手段への温度信号を光学的に結合する。

回転可能な電気加熱ドラム１０を利用する熱処理装置の一部を図１および図２に示す。このような熱処理装置は、医療診断で要求される品質の乾式銀塩フィルムの処理に利用することができる。フレーム１１上に取り付けられる円筒ドラム１０は、軸線１２回りに回転可能である。省略可能な構成として、ドラム１０の外面１４は、シリコン層１５で被覆されてもよい。また、任意選択の構成として、ドラム１０の外面１４は、個別に制御される加熱ゾーン１６，１８，２０に分割される。ドラム１０の外面１４の端部は、外面１４の中央部分よりも温度が低くてもよいので、中央のゾーン１６は、端部ゾーン１８および２０とは別に制御される。熱現象感光性媒体（図示せず）は、外面１４とドラム１０の近傍において、押さえつけローラ（図示せず）によってドラム１０の外周部の上で保持される。ドラム１０の外面１４温度が分かり、典型的には華氏２５２度（摂氏１２２度）であるが、そして、回転速度が分かり、熱現象感光性媒体がその上を通過する外面１４の外周部が分かれば、すでに知られている現像温度と休止時間を実現できる。加熱による現像の後、冷却装置２２が、現像温度より低い温度まで熱現象感光性媒体を冷却する。冷却された媒体は、次に、排出トレイに搬送される。

図２に示されるように、円筒ドラム１０は、たとえば、８インチ（２０．３２センチメートル）の直径を持つアルミニウムで構成され、中空のドラム内部と、たとえば、０．２５インチ（０．６３５センチメートル）の厚さの外殻とを備える。ドラム１０の内面３４に取り付けられる電気抵抗加熱器３６，３８，４０は、それぞれ、加熱ゾーン１６，１８，２０として適用される。ドラム１０の外面１４は、非常にきめ細かいシリコン被膜１５を備える可能性があるため、ドラムの温度測定は、表面の被膜を傷つけないように内部において実行される。ドラム１０の内面３４に設けられた温度センサ（ＲＴＤ：白金測温抵抗体）４２，４４，４６は、それぞれ、各ゾーン１６，１８，２０の温度を検知するように構成される。

医療診断品質の画像を作成するため、外面１４の温度は、ドラム１０全域と、熱現象感光性媒体の各シートについて華氏±０．５度（摂氏±２．８度）内に維持される。

温度制御回路の主要構成部品の高レベルブロック図を図３に示す。ドラム１０は回転するため、電気抵抗加熱器３６，３８，４０との接続は、スリップリングアセンブリ６７を介して実現される。スリップリングアセンブリ６７は、円筒ドラム１０の片側端部に設けられ、ドラム１０と同じ速度で回転する。図３に示されるように、回路基板４８は、この回転する回路基板４８と光学的に協調動作するように位置決めされ、固定して設けられた受光器５０と光学的に結合される。一方向の通信が、回転基板から光受信器５０を介して回転しない処理装置通信基板５２まで光通信リンク６６を通じて発生する。回転回路基板４８は、ドラム１０と共に回転し、３つのドラム加熱ゾーン１６，１８，２０から処理装置通信基板５２に搭載されたソフトウェアまで、光受信器５０に至るリンク６６を介して温度情報を送信する。処理装置通信基板５２は、マイクロプロセッサを含み、該マイクロプロセッサのソフトウェアが、３つの加熱ゾーン１６，１８，２０から得たコード化された温度情報を解釈して、実際のゾーン温度に変換する。このソフトウェアは、次に、加熱制御アルゴリズムを用いて、特定のゾーンで検知された温度に対応する加熱器について、オンまたはオフのいずれに切り換えるのかを計算して、制御ループを閉じる。次に、マイクロプロセッサが、固体リレーをオンに切り換え、該当する加熱器に対して、スリップリングアセンブリ６７Ａ〜Ｅを通じて電力を付与する。

処理装置通信基板５２の機能について、図４に、より詳しく示す。ドラム１４が設けられた画像形成装置の電源７０からのＡＣ（交流）１２０ボルトは、基板５２に伝達されて処理装置加熱器に与える電力であると共に、ＡＣ１２ボルトの電力を回転基板に付与する。このＡＣ１２ボルトは、降圧変換器１００を介して供給される。３つの固体リレー１０１，１０２，１０３が存在し、この固体リレーは、マイクロプロセッサ１０４の制御下で３つのドラム加熱器３６，３８，４０それぞれへの電力を調整する。コード化された１２ビットのデジタル温度データは、３つの各温度センサ４２，４４，４６から光リンク６６および光受信器５０を介してマイクロプロセッサ１０４に供給される。画像形成装置の残りの部分への通信は、１２Ｃインタフェース１０５を通じて行われる。また、新しいソフトウェアが、通信システムを介してダウンロードされてもよい。インタフェース１０５は、また、処理装置制御システムのサービスに対応するＲＳ２３２通信ポートも含む。

図５を参照して説明する。図５には、回転ドラム１０に配置される電気部品が詳細に示されている。スリップリング６７Ａ〜Ｄは、制御されたＡＣ１２０ボルトの電力を抵抗加熱器３６，３８，４０に供給する。また、ＡＣ１２ボルトの電力が、スリップリング６７Ｅを介して中継整流器とフィルタ２００に供給され、＋５ボルト調整器２０２に供給されるＤＣ電圧を生成する。＋２．５ボルト精密電圧基準器２０４および精密分圧器回路２０６は、アナログデジタル変換器２０８および電流源２１０〜２１６にＤＣ（直流）電圧を供給する。電流源２１０，２１２，２１４は、それぞれ、温度センサ４６，４４，４２と組み合わされる。各センサ４２，４４，４６からの温度信号は、ロータリマイクロプロセッサ２２０によって制御されるアナログ多重器２１８に送られる。多重器２１８は、その温度信号をＡＤ変換器２０８に供給してデジタル信号に変換する。変換されたデジタル信号は、マイクロプロセッサ２２０によって読み込まれて処理され、その後、マイクロプロセッサ２２０および赤外線ＬＥＤ２２２により光通信リンク６６で通信される。

本発明によると、フリッカは、作動時全体を通じてほぼ一定レベルの電力を複数の負荷に分配することによって抑制される。このフリッカ抑制解決方法には次に示すいくつかの構成要素がある。
１）負荷を２つ以上のより小さい負荷に分割する。
２）小さい負荷に対する電源のオンをそれぞれ、設定期間内の異なる時点で切り換える。この設定期間は、継続的に反復する。前記設定期間内において任意の特定の負荷に電力が与えられる時間長さのことを、該当する負荷の電力消費のデューティサイクルと呼ぶ。したがって、５０パーセントのデューティサイクルは、電力が前記設定期間の半分の長さだけ与えられることを意味する。各負荷の最大デューティサイクルが、各負荷のスイッチの切換えの時間差に比例するように負荷が選択されるのが理想的である。そして、負荷Ａは、負荷Ｂがオンに切り換わる時点またはそれ以前にオフに切り換わらなければならない。
３）負荷が切り換わる時間は、装置全体の電力消費に対する比率として、負荷の電力消費と比例する。このタイミングは位相と呼ばれる。たとえば、電力消費が４つの等分の負荷に分割される場合、各負荷は、前の負荷と位相が９０度ずれてオンに切り換わる（３６０度で１周期になる）。負荷が３つであり、３つ目の負荷が残りの２つの倍の電力を消費する場合、２つの等しい負荷については、それぞれ０度と９０度、３つ目の負荷については、１８０度の時点で切り換えを行える。３つ目の負荷がオンに切り換わった後は、期間の半分について、次に切り換わる負荷が存在しないことになる。この例について、更に、期間が２秒であるとする。その場合は、１つの負荷が０秒、もう１つの等価の負荷が２分の１秒、そして、大きい負荷が１秒の時点でオンに切り換わる。そして、２秒が経過した時点で再度全プロセスが反復し、続いて、２秒ごとに反復する。

前述した熱処理装置の構成において、フリッカを抑制する本発明は、次の例に示す方法で実現されてもよい。電源７０からのＡＣ電力は、電気抵抗加熱器３６，３８，４０に供給され、固定リレー１０１，１０２，１０３およびスリップリング６７Ａ，６７Ｂ，６７Ｃを通じて各ゾーン１６，１８，２０を加熱する。リレー１０１，１０２，１０３は、マイクロプロセッサ１０４によって制御され、設定期間内の異なる時点において、電気抵抗加熱器３６，３８，４０に電力を送る。前述の例において、加熱器３８によって加熱される中央のゾーン１６に供給される電力が、加熱器３６，４０によってそれぞれ加熱される各端部ゾーン１８，２０に供給される電力の２倍であると仮定すると、０秒の時点において、リレー１０３をオンに切り換えて加熱器３６にＸワットの電力が供給される。０．５秒の時点において、リレー１０３がオフに切り換えられ、加熱器３６への電力供給が終了し、リレー１０１がオンに切り換えられて、Ｘワットの電力を加熱器４０に供給する。１．０秒の時点において、リレー１０１はオフに切り換えられ、リレー１０２がオンに切り換えられて、２Ｘワットを加熱器３８に供給する。２秒の時点において、加熱器３８への電力供給は、リレー１０２をオフに切り換えて停止される。この処理は、続く２秒の期間ごとに再び反復される。この電力サイクルは、前述の信号を描画した図６に示されている。信号Ａは、加熱器３６に供給される電力を表し、信号Ｂは加熱器４０に供給される電力、信号Ｃは加熱器３８に供給される電力を表す。

この例では、２秒の期間が使用されているが、これは、付与された電力の熱量一部が移動し。温度を検知するＲＴＤ（抵抗温度計）に到達するのに要する期間である。この期間は、適用例の熱設計によって異なるが、実際には、１秒〜２秒まで変更可能である。ゾーンの温度は、期間の終了時に測定され、そのゾーンの次の期間に対応するデューティサイクルの計算に利用される。デューティサイクルの計算は、比例積分微分（ＰＩＤ）温度制御アルゴリズムの計算である。前述したフリッカ制御は、この適用例のピーク電流負荷の大きさを３分の１に削減する。デューティサイクルは、実際には、最大負荷条件を示す図６に示されているものよりも小さかった。より短いデューティサイクルであっても、依然として、電流のピーク負荷消費のフリッカ制御による削減範囲内に留まる。

開始時の冷めた状態からドラムを暖める条件については、負荷電流のすべてが継続されることになる。この条件に対する実質的な温度制御は行わないため、電流の切り換え／フリッカは存在しない。ドラムが動作温度範囲に達したら、ＰＩＤ温度制御とフリッカ制御が開始する。

回転可能な電気加熱ドラムを利用している熱処理装置の一部を示す斜視図である。図１に示したドラムの断面図である。本発明を組み込んだ電子式温度制御装置の高レベルブロック図である。図３の温度制御装置に用いられる処理装置通信基板のブロック図である。図３の温度制御装置に用いられる回転基板のブロック図である。本発明を説明する上で有用な図である。

符号の説明

１０電気加熱ドラム、１１フレーム、１４外面、１５シリコン層、１６，１８，２０加熱ゾーン、２２冷却装置、３６，３８，４０電気抵抗加熱器、４２，４４，４６温度センサ、４８回路基板、５０受光器、５２処理装置通信基板、６６光通信リンク、６７スリップリングアセンブリ、７０電源、１００降圧変圧器、１０１，１０２，１０３固体リレー、１０４マイクロプロセッサ、１０５１２ＣとＲＳ２３２通信インタフェース、２００中継整流器とフィルタ、２０２＋５ボルト整流器、２０４＋２．５ボルト精密電圧基準器、２０６精密分圧器チェイン、２０８ＡＤ変換器、２１０，２１２，２１４，２１６電流源、２１８アナログ多重器、２２２赤外線ＬＥＤ。

Claims

電気抵抗加熱器のフリッカを削減する温度制御システムであって、
少なくとも２つの電気負荷に分割される電気抵抗加熱器と、
前記少なくとも２つの電気負荷それぞれに繰り返し電力を供給する電気出力の供給源であって、この供給源からの電力供給は、個々の電気負荷に対して所定の期間内の別個の副期間にて行われる、供給源と、
を含み、
前記少なくとも２つの電気負荷に供給される前記電力の合計は、前記所定期間の間に前記電気抵抗加熱器に供給される全電力と等しい、温度制御システム。
請求項１に記載のシステムであって、各副期間に供給される前記電力は、前記所定期間の中で供給される全電力に対する割合に比例する温度制御システム。
フリッカが削減された状態にある温度制御された電気加熱ドラムアセンブリであって、
軸廻りに回転可能で、該軸に沿って長手方向に配列される複数のゾーンに分割された外側表面を有する円筒ドラムと、
前記複数の各ゾーンに対して、それぞれ、熱的に結合される複数の電気抵抗加熱器と、
時間枠前記複数の電気抵抗加熱器それぞれに繰り返し電力を供給する電気出力の供給源であって、この供給源からの電力供給は、個々の電気負荷に対して所定の期間内の別個の副期間にて行われる、供給源と、
を含み、
前記複数の電気抵抗加熱器に供給される前記電力の合計は、前記所定時間枠の中で供給される全電力と等しい、電気加熱ドラムアセンブリ。