(57)【要約】【課題】  より高温領域からより低温領域への熱伝達に適していて更に特に加熱された構造に沿う表面温度を均等化するための、熱均等化デバイスが提供される。【解決手段】  この熱均等化デバイスは、防熱材料に埋め込まれたグラファイトファイバーを具備する。グラファイトファイバーは加熱された表面上及びそれに対して接触表面を形成する。接触表面は、加熱された表面における適切な作動に必要なように、平らであるか又は曲線状である。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
比較的より高温の領域から比較的より低温の領域への熱伝達における使用のための熱均等化デバイスにおいて、この熱均等化デバイスは、
防熱材料の層と、
該防熱材料の層内のグラファイトファイバーと、更に
該グラファイトファイバーと該防熱材料により形成される接触表面と、
を具備しており、
該グラファイトファイバーは、熱を該ファイバーに沿って、前記より高温の領域から前記より低温の領域へ伝達するために、該接触表面において十分に暴露されており、前記より高温の領域と前記より低温の領域との間で伸張するのに十分な長さを有する、熱均等化デバイス。
【請求項２】
該防熱材料の層を保持するためのキャリアーを具備する請求項１に記載の熱均等化デバイス。
【請求項３】
該キャリアーは、該防熱材料の層に隣接するエアポケットを有する請求項２に記載の熱均等化デバイス。
【請求項４】
該接触表面は、ロールの表面に対して配置されるために曲げられる請求項１に記載の熱均等化デバイス。
【請求項５】
該接触表面は平らである請求項１に記載の熱均等化デバイス。
【請求項６】
該グラファイトファイバーの少なくとも幾つかは、それの一方の端部とそれのもう一方の端部との間で曲げられる請求項１に記載の熱均等化デバイス。
【請求項７】
該防熱材料は、テフロンと、ガラスと、セラミックと、ゴムの内の１つである請求項１に記載の熱均等化デバイス。
【請求項８】
該防熱材料の層を保持するためのキャリアーを具備する請求項７に記載の熱均等化デバイス。
【請求項９】
該キャリアーは、該防熱材料の層に隣接するエアポケットを有する請求項８に記載の熱均等化デバイス。
【請求項１０】
該接触表面は、ロールの表面に対して配置されるために曲げられる請求項８に記載の熱均等化デバイス。
【請求項１１】
該接触表面は平らである請求項８に記載の熱均等化デバイス。
【請求項１２】
該グラファイトファイバーの少なくとも幾つかは、それの一方の端部とそれのもう一方の端部との間で曲げられる請求項８に記載の熱均等化デバイス。
【請求項１３】
該グラファイトファイバーは、該防熱材料内で実質的に直線状である請求項１に記載の熱均等化デバイス。
【請求項１４】
グラファイトファイバーの層と、
該ファイバーを実質的に囲んでいて且つファイバーの暴露された表面から離れる、防熱材料と、更に
該ファイバーを囲む該防熱材料の層を保持するキャリアーと、
を具備する熱伝達デバイス。
【請求項１５】
該暴露された表面は、加熱される物体の曲線状の表面に対して配置されるために曲げられる請求項１４に記載の熱伝達デバイス。
【請求項１６】
該暴露された表面は平らである請求項１４に記載の熱伝達デバイス。
【請求項１７】
該グラファイトファイバーの少なくとも幾つかは、それの一方の端部とそれのもう一方の端部との間で曲げられる請求項１４に記載の熱伝達デバイス。
【請求項１８】
該防熱材料は、テフロンと、ガラスと、セラミックと、ゴムの内の１つである請求項１４に記載の熱伝達デバイス。
【請求項１９】
該ファイバーは、該防熱材料の該層内で実質的に直線である請求項１４に記載の熱伝達デバイス。
【請求項２０】
加熱される構造において、この加熱される構造は、
加熱される表面を有する加熱される本体と、
該加熱される本体に隣接する熱均等化デバイスと、
を具備しており、
該デバイスは、
防熱材料の層と、
該防熱材料の層内のグラファイトファイバーと、更に
該ファイバーと該防熱材料により形成される接触表面と、
を具備しており、
該グラファイトファイバーは、熱をそこを通り伝達するために、該接触表面に沿って十分に暴露されており、該接触表面は該加熱される表面と接触するように配置される、
熱伝達デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に、実質的に閉じられた熱的装置（システム）において加熱される構造に係り、より特別には、前記構造の少なくとも一部分にわたって高度な均一性及び熱分布を提供するためのその様な構造内の伝熱性デバイス（装置）に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの加熱される構造は、構造の均一な最終状態及び性能を実現するために、高度の均一性及び熱分布を必要とする。加熱された構造から熱が放出される際に、熱分布は過渡的に均一ではなくなる。構造を横切る温度又は加熱された表面上の温度の、その様な過渡的不均一性は、構造の受容できない性能（パフォーマンス）を生じる可能性がある。例えば、写真複写機の定着器（ヒューザー）ロールの表面における熱分布は、印刷媒体が定着器ロールの表面の一部分上を通過する際に、分配可能である。もし１つの寸法の媒体への印刷の直後において、異なる寸法の媒体への印刷が行われる場合には、２番目の媒体には定着器ロールからそれに適用される不均一な熱が作用する。溶けやすいインクの適切な溶融は、熱と滞留時間と圧力との関数であるので、もし圧力と滞留時間は同じであるが、適用される熱が、媒体の一部分から媒体の別の部分へと変化する場合には、不均一な溶融が発生可能である。溶かされた状態では、インクは、しみや、ズレ（オフセット）や、別の受容できない状態を生じる可能性がある。
【０００３】
熱分布の不均一性に対する簡単な解決案は、熱がクリティカルな領域において実質的に均一に分布されるように、再加熱するための構造のオペレーション間において、十分な時間遅れを許容することである。しかしその様な遅れ自体が受容可能でない場合がある。写真複写機及びプリンターにおいて、高速化及び高性能化は将来的に非常に求められているものである。従って、１番目の寸法の媒体に続く異なる寸法の媒体のためにそれに続くコピー機能を遅らせることは、高速度の事務機械において受容不能な遅れを必要とする可能性がある。熱が作用する際に、もし最大温度が到達されて更に均一に分布されるまで、全ての場所が等しく加熱される場合には、不均一性は同じ状態のままで滞留し得る。
【０００４】
改善された熱分布の均一性を実現するために、熱（ヒート）パイプを使用することが既知である。しかし、ヒートパイプの熱応答時間は外表面材料に依存しており、ヒートパイプに非常に薄い外表面を保持することは困難なことが良くある。ヒートパイプは、ヒートパイプ内に液体又は蒸気を必要とし、そのアセンブリはむしろ、据え付けに嵩ばり、製作に高価である。
【０００５】
技術的に必要なものは、加熱される構造の熱均衡を維持するためで、且つ加熱される構造のクリティカル領域における過渡的温度差異を最小化するための、熱均等化デバイスのための改善された構成である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、超伝熱性グラファイトファイバー及び防熱材料の層を使用した構成を提供することにより、問題を解決し、従来技術の伝熱性デバイスの欠点及び欠陥を克服する。そのグラファイトファイバーは、平らで円形であるか又は任意の三次元形状の加熱される構造に配置可能である。前記グラファイトファイバーは効果的で効率的に、高温領域と低温領域との間における熱分布を均等化して、所望の表面における平衡を保持する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの形態において、比較的より高温の領域から比較的より低温の領域への熱の伝達における使用のための熱均等化デバイス（装置）が提供される。前記熱均等化デバイスは、防熱材料の層にグラファイトファイバーを有する防熱材料の層を有する。接触表面は前記グラファイトファイバーと前記防熱材料により形成される。前記グラファイトファイバーは、熱をファイバーに沿って、前記より高温の領域から前記より低温の領域へ伝えるために、前記接触表面において十分に暴露されており、前記より高温の領域と前記より低温の領域との間で伸張するのに十分な長さを有する。
【０００８】
本発明の別の形態は、伝熱デバイス（装置）を提供しており、その伝熱デバイスはグラファイトファイバーの層と、前記ファイバーを実質的に囲む一方でファイバーの暴露された表面から離れる、防熱材料と、前記ファイバーを囲む防熱材料の層を保持するキャリア（支持部）とを有する。
【０００９】
本発明の更に別の形態は加熱される構造を提供しており、その加熱される構造は、加熱される表面を有する加熱される本体と、前記加熱される本体に隣接する熱均等化デバイスとを有する。前記熱均等化デバイスは、防熱材料の層と、前記防熱材料の層内のグラファイトファイバーとを具備する。接触表面は、前記グラファイトファイバーが、そこを通り熱を伝えるための前記接触表面に沿って十分に暴露される状態で、前記防熱材料と前記ファイバーにより形成される。前記接触表面は、前記加熱される表面に接触するように配設される。
【００１０】
本発明の利点は、均一に加熱される表面を必要とする種々の幾何学的形状におけるオペレーションに必要とされるように形成可能である、伝熱デバイスを提供することである。
【００１１】
本発明の別の利点は、加熱される表面に沿う熱分布を均等化し更にその均等化を十分且つ迅速に実施する、伝熱デバイスを提供することである。
【００１２】
本発明の更に別の利点は、製造するのに比較的容易で且つ長期間にわたり信頼性のある性能を維持する、伝熱デバイスを提供することである。
【００１３】
本発明のこれとは別の利点は、故障又は誤作動を起こし難い静的構成要素により、加熱される表面における熱分布を均等化する、伝熱デバイスを提供することである。
【００１４】
本発明のやはり別の利点は、熱をある場所から別の離れた場所へ伝えるのに使用可能で且つ構造において生成された所望されない熱の除去に使用可能である、伝熱デバイスを提供することである。
【００１５】
本発明のこれとは別の形態及び利点は、下記の詳細な説明と、請求項と、同様な記号が同様な部分を指定するように使用される図面の検討により当業者にとって明確になるであろう。
【００１６】
本発明の実施の形態の詳細な説明の前に、本発明は本出願において、下記の説明に記載されるか又は図面に示される、構成要素の構造及び配置の詳細に限定されない構成要素ことが理解されるべきである。本発明は、別の実施の形態からなることが可能であり、更に種々の方法で実施されるか又は実行されることが可能である。また、本明細書で使用される語法及び用語は、説明の目的のためのものであり、限定として認識されるべきではないことが理解される。「含む」や、「備える」や、「具備する」及びそれらの変形等の本明細書での用途は、その後に記載されるものと、それの同等物と、更に付加的なものと、それの同等品とを包含することを意味するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
より特別には、図面、特には図１を参照すると、符号１０は、本発明による超伝熱性熱均等化デバイスを指定する。熱均等化デバイス（装置）１０は、ロール１２のおける作動のために設置されていることが図示されており、そのロール１２は、プリンターやコピーやファックス機械等における定着器（ヒューザー）ロール、あるいは別の装置の加熱式ロールであっても良い。ロール１２は、ロール１２の作動表面を形成する表面１４を備えており、それは、内部的又は外部的のいずれかで加熱されて、適切なプロセス処理を提供する。例えば、定着器ロールとしてのロール１２は、圧力ローラ（図示されない）と共に、熱と圧力を、ロール１２と圧力ローラ（図示されない）との間を通過する媒体に、媒体に適用されるトナーを溶かすために作用させる。当業者であれば、定着器ロールとしてのロール１２が、本発明による熱均等化デバイス１０に適した用途の単に１つの例であることを直ちに理解する。加熱される構造の別のタイプの加熱式ロールはまた、本発明による熱均等化デバイス１０の設置により恩恵を得ることが出来る。
【００１８】
図２に示される拡大横断面図を参照すると、熱均等化デバイス１０は、ロール１２の長さを実質的に伸張する細長いグラファイトファイバー２０の層を備える。グラファイトファイバー２０は防熱材料２２の層内に埋め込まれる。グラファイトファイバー２０は、高温用接着剤、防熱層に溶け込ませることによる熱接着、又は接合の別の適切な手段により防熱材料２２に接合されても良い。高温の用途に関して、鋳造可能な（キャスタブル）セラミックは該ファイバーに注入可能である。グラファイトファイバー２０は、防熱材料２２により完全に覆われず、暴露された隣接するグラファイトファイバー２０の接触表面２４は、ロール１２の表面１４に接触するように配置されるために具備される。防熱材料２２内において、グラファイトファイバー２０は、直線形状で実質的に平行な整列状態で配置されるか、編まれるか、又はお互いに絡み合うことが可能である。高温地点から低温地点への最も有効な伝熱として、グラファイトファイバー２０の直線配置が好ましい。個々のグラファイトファイバー２０は、お互いに直ぐ隣接して配置可能であるか、又は個々のグラファイトファイバー２０は、隣接するファイバー２０間で防熱材料２２により熱的に遮断可能である。
【００１９】
防熱材料２２の層は、セラミック、ガラス、テフロン、ゴム又は別の防熱性の高い防熱材料２２により形成される。防熱層の厚みは、最良の防熱と、グラファイトファイバー２０への圧力の穏やかな適用のための層の柔軟性とを形成するのに最適化される。防熱材料２２は、接触表面２４において暴露される、グラファイトファイバー２０の一部分に関してを除いて、グラファイトファイバー２０を完全に囲む。
【００２０】
グラファイトファイバー２０と防熱材料２２とのアセンブリは、キャリアー本体２６に保持されており、キャリアー本体２６はまた、熱損失を更に出きる限り小さくし、デバイス１０により所望の熱伝達を改善するように防熱されることが都合が良い。これとは別に、キャリアー２６は、プラスティック又は金属等の、用途に適した任意のキャリアー材料であり得る。一連の空気ポケット２８は、キャリアー２６内に形成されて、キャリアー２６の防熱品質を更に改善する。キャリアー２６は、作動のための適切な位置への熱均等化デバイス１０の固定に適した、備品を有するように形成可能である。
【００２１】
使用において、デバイス１０は、暴露されるグラファイトファイバー２０の表面２４がロール１２の加熱される表面１４と接触するように、ロール１２に隣接して設置される。グラファイトファイバー２０はそれにより、ロール１２が回転する際に、表面１４の比較的高温の領域及び比較的低温の領域に接触する。個別のグラファイトファイバー２０が表面１４のより高温の領域とより低温の領域との両者に接触するので、熱は効率的で迅速に、ファイバー２０の長さに沿ってより高温の領域からより低温の領域へ熱伝達される。表面１４温度は、ロール１２の回転に従い、表面１４のより高温の地点から表面１４のより低温の地点への熱伝達により、迅速且つ効率的に均等化される。デバイス１０は、ロール１２の稼働面長さを実質的に伸張するので、表面１４全体は温度が均等化される。より低温の領域はより高温の領域からの熱により暖められる。より高温の領域からの熱損失は、より高温の領域を冷却するので、表面１４の全ての領域は実質的に同じ温度に素速く形成される。従ってもしロール１２が、コピー機の定着器ロールである場合には、媒体のより幅広いシートの後に、ロール１２により処理される媒体のより幅の狭いシートが続く場合に、実質的に均等化された熱は、デバイス１０により実行された熱均等化作用の結果として、その幅にわたって、それに続くより幅広いシートに適用される。
【００２２】
ファイバー形状のグラファイトは脆くなる傾向があり、グラファイトファイバー２０への衝撃は、破損の低減のために最小化されるべきである。ファイバー２０を防熱材料２２に埋め込むことにより、ロール１２の加熱される表面１４への摩擦の結果としての表面からのファイバーの破損の可能性は最小化される。更にファイバー２０を保護するために、表面被覆が接触表面２４に沿って形成可能であり、表面１４に対するファイバー２０の直接的接触を排除する。防熱材料２２に類似の防熱材料の薄い層は、表面２４に沿って薄い層で形成されて、ファイバー２０との間での熱伝達を実質的に低減しないで、グラファイトファイバー２０のための物理的な保護を形成可能である。接触表面２４に沿う任意のその様な被覆は、十分に薄いか、又は伝熱性材料であるので、グラファイトファイバー２０は、接触表面２４に沿うファイバー２０への及びそれからの効率的な熱伝達のために、十分に暴露された状態で保持される。
【００２３】
コピー機の定着器ロール等の幾つかのプロセスロールのオペレーションにおいて、表面１４が、長期間の使用により不均一に磨耗する場合があることが知られている。表面１４上を通過する媒体による磨耗の結果として、それにより処理される媒体の異なる幅の角部に対応して異なる高さで形成される状態の、階段状の段差の影響が表面１４に発生し得る。表面１４に対するデバイス１０の使用による別の利点は、ロール１２が回転する際の表面１４に対するデバイス１０による摩擦は、表面１４を滑らかにする傾向があり、前記階段状の段差の影響を軽減又は排除することである。更に、デバイス１０は、ロール１２のための防熱カバーを形成し、環境への熱損失を実質的に低減し、表面１４における所望のプロセス（処理）温度を維持するための加熱要求を低減する。
【００２４】
図３は本発明の第２の実施の形態を示す。熱均等化デバイス３０は図１と２に示されるデバイス１０と類似であるが、デバイス３０は平らな用途において使用される。図１と２に示されるようなデバイス１０の曲線形状とは異なり、デバイス３０は、実質的に矩形であり、グラファイトファイバー３２の層が、防熱材料３４内に埋め込まれる状態である。ここでも、暴露される接触表面３６が形成されており、その暴露される接触表面３６は、防熱材料３４に類似する材料の薄層、か又は別の材料の合成物の薄層により保護可能である。接触表面３６は、デバイス３０が作動する表面に対する設置のために、形成され配置される。防熱材料３４内に埋め込まれるグラファイトファイバー３２のアセンブリは、防熱エアポケット４０を備えても良い、キャリアー３８に保持される。
【００２５】
デバイス３０は、実質的に平らな表面（図示されない）に設置される、表面３６と共に使用されており、前記平らな表面に関して、実質的に均一な熱分布を有することが望まれる。グラファイトファイバー３２は熱を、比較的より高温の領域から比較的より低温の領域へ、熱均等化デバイス１０に関して記載されたものと同様な状態で、熱伝達する。
【００２６】
グラファイトファイバー２０，３２を防熱材料２２，３４に埋め込む結果として、熱伝達は、各ファイバー２０，３２に沿って軸方向の向きで行われる傾向がある。図４は、より高温の領域５４と５６と、より低温の領域５８との間で伸張する、グラファイトファイバー５２を有する本発明の熱均等化デバイス５０における熱伝達を図式的に示す。図４の図式図は、より高温の領域５４と５６から、より低温の領域５８への熱伝達の方向を矢印６０により示す。図４の図式的表示は、デバイス１０と３０における熱伝達と共に、本発明の別の熱均等化デバイスを示す。より低温の領域５８は、より低温の領域５８の近くに設置されたより高温の領域５４と５６により加熱可能である。
【００２７】
熱伝達が、実質的にグラファイトファイバーの長さに沿って、より高温の領域からより低温の領域へ実施される状態で、本発明によるデバイスは、より高温の領域からより低温の領域へ三次元的に熱を伝達するように使用可能である。図５は、本発明の熱均等化デバイス６２がその様な三次元的熱伝達を実施するように使用可能である状態を示す。グラファイトファイバー６４は、より高温の領域６６とより低温の領域６８との間で角度を持って配置される。基本的にグラファイトファイバー６４は、それの一方の端部とそれのもう一方の端部との間で、屈曲されるか又は曲げられるが、穏やかに破損を回避する。ファイバー６４は、適切な防熱材料に埋め込まれることにより、所定の形状と位置で固定される。これにより、熱は、より高温である１つの領域から、より低温の別の領域へ、三次元的に任意の方向で移動可能である。
【００２８】
加熱される表面に沿って熱を均等化することに関して、本明細書で上記の如く詳しく図解され説明された一方で、本発明によるデバイスはまた、領域又はデバイスからの所望されない熱を除去するために使用可能であることが直ちに認識されるべきである。従って、本発明によるデバイスは、熱発生デバイスの熱を低減する目的で、その様なデバイスからヒートシンク又は別のデバイスへ熱を伝達することにより、熱発生デバイスを冷却するために使用可能である。従って、所望されないより低温の領域を発生させることによる衝撃を最小化することに加えて、本発明はまた、熱発生構造内のデバイス又は領域の過熱を防止するために使用可能である。デバイスは、デバイスが搭載されるべきデバイスの特定の構造により必要とされるような、任意の所望の幾何学的形状で形成可能である。
【００２９】
デバイス１０が回転するロール１２に対して作動すること等の、可動な表面に対する本発明の適用において、静電電荷がデバイス１０とロール１２との間の摩擦により蓄積可能である。形成された任意の静電電荷は、少なくとも幾つかのグラファイトファイバー２０に電気的に接続される、接地回路に散逸させることが可能である。
【００３０】
加熱を更に促進するために、単一又は複数の加熱要素は、防熱材料２２，３４の層に具備可能である。更に別の代替形態として、加熱要素はまたキャリアー２６，３８に具備可能である。任意のデバイス１０，３０，５０，６２のための据え付け構造は、バネ、膨張可能な空気袋、又は別の弾性のある付勢デバイスを具備可能であり、それらは、デバイス１０，３０，５０，６２の等しく矛盾のない圧力を、各々が作動する表面に対して作用させる。
【００３１】
前述の形態の変形形態及び修正形態が、本発明の範囲内にある。本明細書において開示され且つ規定された本発明は、本明細書及び／又は図面に記述されるか又はそれらから分かる個別の形態の二つ以上の別の組み合わせの全ての範囲を含むことが理解される。これらの異なる組み合わせの全ては、本発明の種々の別の形態を形成する。本明細書で説明された実施の形態は、本発明を実施するための既知の最良のモードを説明しており、当業者による本発明の使用を可能にする。請求の範囲は、従来技術により許容される範囲までの別の実施の形態を含むように解釈されるべきである。
【００３２】
本発明の種々の形態が添付の請求の範囲に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は本発明による伝熱性の熱均等化デバイスと加熱されるロールを備える、加熱される構造の等角投影図である。
【図２】図２は図１に示される伝熱性の熱均等化デバイスと前記ロールの一部分の横断面図である。
【図３】図３は図２と類似の横断面図であるが、平らな被加熱体において使用されるための本発明による伝熱性熱均等化デバイスを示す。
【図４】図４は本発明による伝熱性熱均等化デバイスによる熱伝達を示す、平面図である。
【図５】図５は本発明による三次元の熱均等化デバイスのためのファイバーの方向を示しており、該熱均等化デバイスは該デバイスによる熱の方向的な熱伝達に使用可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１０…熱均等化デバイス
１２…ロール
１４…表面
２０…グラファイトファイバー
２２…防熱材料
２４…接触表面
２６…キャリアー
２８…ポケット
【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５】
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