(57)【要約】      （修正有）【課題】印刷システムに関連付けられたＤＭＤ装置から熱を除去するための改良された方法及びシステムを提供する。【解決手段】冷却システムにおいて冷却ブロック２１０は、冷却液マニホールド３０５と、冷却水マニホールド３０５に適合するように構成されたヒートシンク３１０と、ヒートシンク３１０に形成された複数の冷却フィンと、冷却液マニホールド３０５を介してヒートシンク３１０へと流れるように構成された冷却液とを備える。ヒートシンク３１０に関連付けられたダイヤモンド状ピンフィンは、乱流及び改良された熱伝達を形成するのに役立つ冷却流体のための一連の分岐流体経路を形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却液マニホールドと、
前記冷却水マニホールドに適合するように構成されたヒートシンクと、
前記ヒートシンクに形成された複数の冷却フィンと、
前記冷却液マニホールドを介して前記ヒートシンクへと流れるように構成された冷却液と
を備える、冷却システム。
【請求項２】
前記冷却液マニホールドに関連付けられた加熱ブロック上に構成された熱グリースをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記冷却フィンが、
ダイヤモンド状冷却フィン、
管状冷却フィン、及び
マイクロピラー
のうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記冷却液が、
非導電性冷却液からさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
冷却液マニホールドと、
前記冷却水マニホールドに適合するように構成されたヒートシンクと、
前記ヒートシンクに形成された複数の冷却フィンと、
前記冷却液マニホールドを介して前記ヒートシンクへと流れるように構成された冷却液と
を備える、冷却装置。
【請求項６】
前記冷却液マニホールドに関連付けられた加熱ブロック上に構成された熱グリースをさらに備える、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記冷却フィンが、
ダイヤモンド状冷却フィン、
管状冷却フィン、及び
マイクロピラー
のうちの少なくとも１つを備える、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
冷却液マニホールドにヒートシンクを形成することと、
前記ヒートシンクに複数の冷却フィンを分配することと、
前記冷却マニホールドを介して前記ヒートシンクへと冷却液を循環させることと
を備える、冷却方法。
【請求項９】
前記冷却液マニホールドに関連付けられた加熱ブロック上に熱グリースを塗布することをさらに備える、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、一般に、印刷の分野に関する。実施形態はまた、過熱を防止するための方法及びシステムに関する。実施形態は、さらに、処理要素から離れるように熱を伝導することに関する。実施形態は、さらに、ディジタルミラー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特定の印刷システムは、過熱に関連付けられる問題を被ることがある。例えば、ディジタルミラー装置（ＤＭＤ）を使用するシステムは、熱の放散を必要とする。具体的には、ＤＭＤが構築されたシリコン基板は、ＤＭＤ基板から熱を除去するための手段を設けなければならない。
【０００３】
特定のＤＭＤ面は、５５℃の表面温度の維持を必要とすることがある。冷却面積は小さいが、入射レーザエネルギの入射３２０ワット又はそれ以上から生じるＤＭＤによって吸収される廃エネルギを考慮することができなければならない。従来のシステムにおいて、ＤＭＤチップは、６０ワット可視帯域発光用に設計されたが、印刷システムプログラムは、５５０ｎｍにおいて３６０ワットを使用することができる。
【０００４】
したがって、ＤＭＤ基板から直接熱を除去するのを可能とするシステム及び方法が当該技術分野において必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以下の概要は、開示された実施形態に固有の革新的な特徴のいくつかの理解を容易とするために提供され、完全な説明であることを意図したものではない。実施形態の様々な態様の完全な理解は、全体として、明細書、特許請求の範囲、図面及び要約全体を考慮することによって得ることができる。
【０００６】
したがって、開示された実施形態の１つの態様は、熱を除去するための方法及びシステムを提供することである。
【０００７】
開示された実施形態の他の態様は、印刷システムから熱を除去するための方法及びシステムを提供することである。
【０００８】
開示された実施形態のさらに他の態様は、印刷システムに関連付けられたＤＭＤ装置から熱を除去するための改良された方法及びシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した態様並びに他の目的及び利点は、ここで本願明細書に記載されるように達成されることができる。チップを冷却するための方法及びシステムは、冷却液マニホールドと、冷却液マニホールドに適合するように構成されたヒートシンクと、ヒートシンクに形成された複数の冷却フィンと、冷却液マニホールドを介してヒートシンクへと流れるように構成された冷却液とを備える。システムは、さらに、冷却液マニホールドに関連付けられた加熱ブロック上に構成された熱グリースを備えることができる。冷却フィンは、ダイヤモンド状冷却フィン、管状冷却フィン、及びマイクロピラーのうちの少なくとも１つを備える。実施形態において、冷却液は、さらに、非導電性冷却液を含む。
【００１０】
実施形態において、システムは、さらに、冷却液マニホールドに冷却液を導入するための入口弁と、冷却液が冷却液マニホールドを出るのを可能とするための出口弁とを備え、冷却液は、冷却液マニホールドを介して循環される。システムは、さらに、ヒートシンクと熱接触するチップハウジングを備えることができる。システムはまた、ヒートシンクにおける凝縮を防止するように構成された、ヒートシンクを囲むクローズドセル発泡体を備えることができる。
【００１１】
同様の参照番号が別個の図面を通して同一又は機能的に類似の要素を指し且つ明細書に組み込まれて明細書の一部を形成する添付図面は、詳細な説明とともに、実施形態をさらに説明し、本願明細書に開示される実施形態を説明するように機能する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、開示された実施形態にしたがって実装された印刷システムのブロック図を示している。
【図２】図２は、本実施形態の態様が実装されることができる冷却システムを示している。
【図３】図３は、例示的な実施形態にかかる冷却ブロックの図を示している。
【図４】図４は、開示された実施形態にかかる冷却ブロックの代替実施形態の図を示している。
【図５】図５は、実施形態にかかるヒートシンクの図を示している。
【図６】図６は、実施形態にかかるヒートシンクの図の他の図を示している。
【図７】図７は、開示された実施形態にかかるチップを冷却するための方法に関連付けられたステップを示すフローチャートを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の例示的な実施形態が示される添付図面を参照しながら以下においてより完全に実施形態がここで記載される。本願明細書に開示された実施形態は、多くの異なる形態で具現化されることができ、本願明細書に記載された実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が完璧且つ完全であり、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。同様の符号は、全体を通して同様の要素を指す。本願明細書において使用される場合、用語「及び／又は」は、関連する列挙項目のうちの１つ以上の任意及び全ての組み合わせを含む。
【００１４】
以下の非限定的な例において記載される特定の値及び構成は、単に１つ以上の実施形態を説明するために変更されて引用されることができ、その範囲を限定するものではない。
【００１５】
本願明細書において使用される用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、本発明を限定するものではない。本願明細書において使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈が明確に他を示さない限り、複数形も同様に含むように意図されている。本願明細書において使用される場合、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／又は「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、記載された特徴、整数、ステップ、動作、要素及び／又は構成要素の存在を特定するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又はそれらの群の存在又は追加を排除するものではないことがさらに理解される。
【００１６】
他に定義されない限り、本願明細書において使用される全ての用語（技術用語及び科学用語を含む）は、本発明が属する技術分野における当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。一般に使用される辞書に定義されたものなどの用語は、関連技術の文脈における意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本願明細書において明示的にそのように定義されない限り、理想化された又は過度に形式的な意味で解釈されないことがさらに理解される。
【００１７】
１つの実施形態において、印刷技術が開示されている。実施形態は、媒体上に堆積されたエネルギの量が増加するのにともない状態を永久に変化させることができる熱変色性インクを使用する。マーキングサブシステムは、媒体上にエネルギを導くためのディジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）又はアレイとともに高出力レーザダイオードアレイ（ＬＤＡ）の組み合わせを使用することができる。マーキングシステムは、媒体表面に所望のエネルギを供給するために媒体上に入射するエネルギレベルを調整することができる。そのような印刷システムによる１つの問題は、ＤＭＤチップが入射レーザエネルギから急速に過熱することがあるために生じる。
【００１８】
図１は、１つの実施形態にかかる印刷システム１００における主要な構成要素のハイレベルブロック図を示している。媒体１０５は、その外面にブランク熱変色性インクを含むことができる。ＤＭＤミラーアレイ１１０は、イメージングＬＤＡ１１５からイメージング経路１２０へと及び最終的にはイメージング面１２５において媒体１０５上に光を導くことができる。
【００１９】
予熱ＬＤＡ１３０を備える予熱ＬＤＡサブシステムは、熱変色性インクが可視マーキングを露出及び露呈し始める点の直下の温度点まで熱変色性インクをもたらすことができる媒体１０５にエネルギを導くことができる。
【００２０】
ＤＭＤミラーアレイ１１０上にイメージングＬＤＡ１１５から供給されたレーザ光は、極端な温度上昇を引き起こす。本願明細書に開示された実施形態は、より効率的にＤＭＤチップから離れるように熱を伝導するために高い熱伝導性及び非導電性グリース及びダイヤモンドピンフィン構成を提供する。
【００２１】
図２は、ＤＭＤミラーアレイ１１０に関連付けられた冷却システム２００のブロック図を示している。ＤＭＤミラーアレイ１１０におけるミラーの移動は、一般に、ＰＣＢ２０５上に設けられたコンピュータ及び／又は回路によって電子的に制御される。それゆえに、ＤＭＤは、基板２０５上に搭載される。冷却ブロック２１０は、基板２０５の下方に配設されることができる。冷却ブロック２１０には、冷却流入口２１５及び冷却流出口２２０を介して冷却ブロック２１０に冷却液を供給する冷却循環システム２２５を介して冷却流体が供給される。冷却循環システムは、冷却液を冷却して循環させるために必要なポンプ、熱ポンプ、冷媒などを含む任意数のサブシステムを含むことができる。
【００２２】
実施形態において、冷却循環システム２２５は、ＦＣ−７２非導電性流体を使用して３．６ｍ／ｓの速度で冷却ブロックを介して冷却流体をポンピングすることができる。流体は、二相冷媒とすることができるが、４．４℃で単相流体として使用されることができるのみであることが理解されるべきである。
【００２３】
図３は、実施形態にかかる冷却ブロック２１０の図を示している。冷却ブロック２１０は、ＰＣＢ２０５に搭載されることができる冷却マニホールド３０５を含む。冷却マニホールド３０５は、好ましくは、銅から形成されることができるが、代わりに他の同様の導電性材料が使用されてもよい。冷却マニホールド３０５は、一般に、ヒートシンク３１０を受け入れるように形成されている。ヒートシンク３１０はまた、銅又は他のそのような導電性材料から形成されることができ、冷却マニホールド３０５に半田付けされることができる。冷却マニホールドは、銅又は他のそのような材料から同様に形成されたカバー３１５を含む。
【００２４】
冷却流体は、冷却循環システム２２５を介して冷却マニホールド３０５にポンピングされ、ヒートシンク３１０に導入される。ヒートシンク３１０は、図５及び図６により詳細に示されるように１つ以上の冷却フィンによって具体的に構成される。ヒートシンク３１０は、（図５において詳述する）ピラーを介してＤＭＤ１１０と熱的に連通している。ＬＤＡからの入射エネルギがＤＭＤ１１０の温度を上昇させるのにともない、熱は、ヒートシンク３１０を介してＤＭＤ１１０から離れるように伝達される。それゆえに、熱は、ヒートシンク３１０を介して冷却流体に伝達された後、冷却流体が冷却マニホールド３０５を出るのにともない排出される。
【００２５】
冷却流体は、冷媒単相非導電性流体とすることができる。これは、流体経路を介したグラウンドへのＤＭＤの短絡を防止するために好ましい。流体は、接地電位を有するＤＭＤ表面の導電性接地を防止する。特定の実施形態において、冷却流体は、１ｅ１５オーム平方で非導電性である３Ｍ社製の熱流体ＦＣ−７２とすることができる。全流体経路は、導電性接合部間のいかなる導通も防止するためにグラウンドから電気的に絶縁されなければならない。
【００２６】
図４は、他の実施形態にかかる冷却ブロック２１０の代替図を示している。冷却マニホールド３０５は、流入口４０５及び流出口４１０を含む。さらに、冷却マニホールドは、カバー３１５によってキャッピングされることができる。
【００２７】
カバー３１５は、マニホールドハウジングに半田付けされることができるか又は他の方法で機械的に接続されることができる。プラスチックブッシング（図示しない）を有するバネ４１５は、ＤＭＤに接触して適所にアセンブリ全体を保持するために付勢を提供する。ヒートシンク全体はまた、ピラーとＤＭＤとの間の界面に加えられる熱グリースを介してＤＭＤ１１０の表面への良好な熱接続を提供するようにバネ４１５によってバネ留めされる。好ましい熱グリースの厚さは、１２μｍである（他のグリースの厚さが可能である）。
【００２８】
一連のプラスチックブッシュ（図示しない）は、短絡を防止するためにグラウンドからバネ荷重を絶縁する。バネ４１５は、冷却ブロック３１５を装着し、ＤＭＤの前側における３個の基準パッドにＤＭＤチップ１１０を与え且つ熱界面と関連する熱グリースとの間の空気を押し出すのに必要な力を供給する。バネ荷重はまた、管接続部によって生成される歪み力に打ち勝つことができる。
【００２９】
図５は、ヒートシンク３１０の詳細図を示している。ヒートシンク３１０は、ＤＭＤ１１０と１つ以上の熱伝導フィン５０５との間の熱伝導媒体として機能するピラー５１０を含む。熱グリース５１５は、ピラー５１０の先端に配設されることができる。
【００３０】
特定の実施形態において、熱グリース５１５は、５μｍ〜１２μｍの厚さの薄い熱グリース層を含む。熱グリースは、ピラー５１０とＤＭＤ１１０の表面との間の熱抵抗を低減させる。特定の実施形態において、熱グリース５１５は、非導電性であるＡｒｔｉｃ  Ｓｉｌｖｅｒグリースとすることができる。小さな隙間は、ヒートシンクとチップ界面との間の十分な接触を可能とすることができる。ヒートシンク３１０はまた、クローズドセル発泡体５２０を含むことができる。クローズドセル発泡体５２０は、ヒートシンク３１０を囲むことができ、ヒートシンク及びＤＭＤ１１０内又はその周囲の凝縮を防止するように機能する。
【００３１】
一般に、ヒートシンク３１０に関連付けて構成されたフィンが多いほど、より効率的に、ＤＭＤチップ１１０からの熱は、ＤＭＤチップ１１０から離れるように伝達されることができる。実施形態において、ヒートシンク３１０は、９６個のピンフィン５０５を含み、各ピンフィン５０５は、ダイヤモンドパターンに形成されている。ピンフィン５０５は、流体分布及び乱流を強化するためにインターリーブされることができる。ピン５０５は、１７．６ｗ／ｃｍ２を除去し且つ５５度以下でＤＭＤ１１０の表面温度を維持するように機能することができる。ピン５０５は、３０°斜め切りによってスリットソーを使用して銅において直接機械加工されることができる。このように配置されたピンは、３．６ｋｍｍ２の濡れ面積を有する９６％効率である。
【００３２】
図６は、ダイヤモンド状に構成されたフィン５０５の実施形態を示している。ダイヤモンド状ピンフィン５０５は、ピンフィン５０５を介してＤＭＤ１１０から冷却流体への乱流及び改良された熱伝達を形成するのに役立つ冷却流体のための一連の分岐流体経路を形成する。他の実施形態において、ピン５０５は、設計検討事項に応じて他の方法で成形されることができる。例えば、涙滴状ピンフィンは、摩擦損失を低減するために使用可能である。他の実施形態において、ピンフィン５０５は、管状冷却フィン又はマイクロピラーとすることができる。
【００３３】
図７は、チップの温度を制御するための方法に関連付けられたステップのフローチャート７００を示している。本方法は、ステップ７０５において開始する。ステップ７１０において、ヒートシンク及び冷却ブロックが製造されることができる。好ましくは、これは、ヒートシンクを形成するように、３０°斜め切りによってスリットソーを使用して銅において直接ピンを機械加工することを含む。ステップ７１５において、ヒートシンクのピラーに熱グリースが塗布されることができる。
【００３４】
ヒートシンクは、装備の準備ができている。ステップ７２０において、ヒートシンクは、冷却ブロックに関与されることができ、冷却循環システムに取り付けられることができる。ヒートシンクは、さらに、ヒートシンクとチップとの間の界面として機能する熱グリースによってＤＭＤチップなどのチップに接続される。そして、冷却循環システムは、ステップ７２５に示されるように冷却ブロックを介して冷却流体を循環させるために使用されることができる。
【００３５】
ＤＭＤチップに関連付けられた印刷システムは、ステップ７３０に示されるように印刷媒体をレンダリングするようにここで関与されることができる。ＬＤＡからの入射光に関連付けられた熱エネルギは、ステップ７３５に示されるようにヒートシンクに関連付けられたダイヤモンド状ピンを介してヒートシンクから冷却流体へと伝達される。これは、ＤＭＤチップを過熱することなく印刷システムの中断されない使用を可能とする。本方法は、ステップ７４０において終了する。
【００３６】
本願明細書に開示された実施形態は、より厚い０．８３５ｍｍの非導電性インジウム／硝酸アルミニウム／インジウムラミネートの使用により、６倍熱抵抗を低減することができる。
【００３７】
上記に基づいて、好ましい及び代替の多数の実施形態が本願明細書に開示されることが理解される。例えば、１つの実施形態において、冷却システムは、冷却液マニホールドと、冷却液マニホールドに適合するように構成されたヒートシンクと、ヒートシンクに形成された複数の冷却フィンと、冷却液マニホールドを介してヒートシンクへと流れるように構成された冷却液とを備える。システムは、さらに、冷却液マニホールドに関連付けられた加熱ブロック上に構成された熱グリースを備えることができる。
【００３８】
実施形態において、冷却フィンは、ダイヤモンド状冷却フィン、管状冷却フィン、及びマイクロピラーのうちの少なくとも１つを備える。実施形態において、冷却液は、さらに、非導電性冷却液を含む。
【００３９】
実施形態において、システムは、さらに、冷却液マニホールドに冷却液を導入するための入口弁と、冷却液が冷却液マニホールドを出るのを可能とするための出口弁とを備え、冷却液は、冷却液マニホールドを介して循環される。
【００４０】
他の実施形態において、システムは、ヒートシンクと熱接触するチップハウジングを備える。システムはまた、ヒートシンクにおける凝縮を防止するように構成された、ヒートシンクを囲むクローズドセル発泡体を備えることができる。
【００４１】
他の実施形態において、冷却装置は、冷却液マニホールドと、冷却水マニホールドに適合するように構成されたヒートシンクと、ヒートシンクに形成された複数の冷却フィンと、冷却液マニホールドを介してヒートシンクへと流れるように構成された冷却液とを備える。実施形態において、装置は、冷却液マニホールドに関連付けられた加熱ブロック上に構成された熱グリースを備えることができる。
【００４２】
実施形態において、冷却フィンは、ダイヤモンド状冷却フィン、管状冷却フィン、及びマイクロピラーのうちの少なくとも１つを備える。
【００４３】
実施形態において、冷却液は、さらに、非導電性冷却液を含む。
【００４４】
他の実施形態において、装置は、さらに、冷却液マニホールドに冷却液を導入するための入口弁と、冷却液が冷却液マニホールドを出るのを可能とするための出口弁とを備えることができ、冷却液は、冷却液マニホールドを介して循環される。
【００４５】
他の実施形態において、装置は、ヒートシンクと熱接触するチップハウジングを備える。装置はまた、ヒートシンクにおける凝縮を防止するように構成された、ヒートシンクを囲むクローズドセル発泡体を備えることができる。
【００４６】
さらに他の実施形態において、冷却方法は、冷却液マニホールドにヒートシンクを形成することと、ヒートシンクに複数の冷却フィンを分配することと、冷却マニホールドを介してヒートシンクへと冷却液を循環させることとを備える。本方法は、さらに、冷却液マニホールドに関連付けられた加熱ブロック上に熱グリースを塗布することを備えることができる。
【００４７】
実施形態において、冷却フィンは、ダイヤモンド状冷却フィン、管状冷却フィン、及びマイクロピラーのうちの少なくとも１つを備える。実施形態において、冷却液は、さらに、非導電性冷却液を含む。
【００４８】
さらに他の実施形態において、本方法は、さらに、ヒートシンクと熱接触するチップハウジングを構成することを備える。本方法は、ヒートシンクにおける凝縮を防止するように構成されたクローズドセル発泡体によってヒートシンクを囲むことを含むことができる。
【図１】
2018101777.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018101777.tif 000009