(57)【要約】【課題】容易に取り付けが可能で、しかも安価で信頼性のある熱交換器、冷却装置及び冷却方法を提供する。【解決手段】装置内における所定の被冷却部分に設置され、熱交換により冷却を行う熱交換器であって、被冷却部分に合わせて形状が可変する容器であり、容器内部に液体が封入される。容器は、液体が移動するための流路を容器内部に有し、さらに、液体を流入する流入口と、液体を流出する流出口と、を有する。容器の外壁を被冷却部分の外壁に密着させたり、又は、容器で被冷却部分を包囲したり、もしくは、容器を被冷却部分の間隙に挿入したりすることにより、熱交換を行う。【選択図】図１
2007333314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置内における所定の被冷却部分に設置され、熱交換により冷却を行う熱交換器であって、
前記被冷却部分に合わせて形状が可変する容器であり、該容器内部に液体が封入されることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記液体が移動するための流路を前記容器内部に有し、
さらに、前記液体を流入する流入口と、
前記液体を流出する流出口と、
を有することを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記容器の外壁を前記被冷却部分の外壁に密着させることにより、前記熱交換を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
【請求項４】
前記容器を、前記被冷却部分を包囲する、もしくは、前記被冷却部分の間隙に挿入することにより、前記熱交換を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換器を備えることを特徴とする冷却装置。
【請求項６】
装置における所定の被冷却部分に合わせて形状が可変する容器であり、該容器内部に液体が封入される熱交換器を前記被冷却部分に設置し、熱交換により冷却を行うことを特徴とする冷却方法。
【請求項７】
前記容器に形成された、前記液体が移動するための流路と、前記液体を流入する流入口と、前記液体を流出する流出口と、を用いて前記液体を循環させ、前記熱交換を行うことを特徴とする請求項６記載の冷却方法。
【請求項８】
前記容器の外壁を前記被冷却部分の外壁に密着させることにより、前記熱交換を行うことを特徴とする請求項６又は７記載の冷却方法。
【請求項９】
前記容器を、前記被冷却部分を包囲する、もしくは、前記被冷却部分の間隙に挿入することにより、前記熱交換を行うことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装置内の部材等を冷却するための熱交換器、冷却装置及び冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の小型でかつ高速な複写機では、高密度なユニット配置によりユニットの空冷が十分行えず、発生する熱によって温度が上昇し画像品質が損なわれることが懸念される。そのため、従来からの熱対策に加えてさらに効率の良い冷却法が必要となってきた。
【０００３】
従来の冷却法は、ファンによる強制空冷法であったが、機器のコピースピードが上がり、発熱量が増加し、さらには小型化によって高密度にユニットを配置しなければならなくなり、ファンの設置場所や空気の流路を機内に設けることが困難になってきている。
【０００４】
そのため、種々の冷熱デバイスを用いて熱輸送や冷却を行うことが提案されている。例えば、ヒートパイプやペルチェ素子である。ヒートパイプは、発熱部からの熱を輸送させるデバイスであり、種々利用されている。最近では、ノートパソコンのＣＰＵの熱輸送等にも使われている。また、ペルチェ素子は電子冷却と言われ、半導体のPN接合に電流を流すと素子自体が冷却するデバイスである。ヒートパイプ適用例として、特許文献１、特許文献２、特許文献３等において、熱伝導性に優れたヒートパイプを利用した冷却法が開示されている。
【０００５】
さらに最近では、パソコンのＣＰＵ冷却法として液体を利用した液冷法が盛んに用いられてきている。ＣＰＵの性能向上によって発熱量が大きくなり、ファンによる空冷では限界になってきていることと、ファン騒音が耳障りであることなどが理由である。特許文献４、特許文献５では、ノートパソコンのＣＰＵ冷却の液冷システム技術が開示されている。
【０００６】
複写機やプリンタ等の画像形成装置での液冷技術は、特許文献６において、中間転写ベルトを用いてトナー像を用紙に転写すると同時に定着する、転写定着一体方式を用いた画像記録装置で、ベルトの冷却に水冷方式を用いて、ローラー内に低温５℃の水を流し冷却するものがある。また、特許文献７のように複写機内に熱交換器を配置して液冷する方法も提案されている。しかし、液冷を機内に適用するにあたっても、ユニットに熱交換器を組み込む煩雑さや、比較的大きな熱交換器を設置する必要もあり、その設計や設置場所など改良することが必要である。
【特許文献１】特開２００３−２９５５８号公報
【特許文献２】特開２００３−８１５１０号公報
【特許文献３】特開２００２−６２７０２号公報
【特許文献４】特許第３７０９１２７号公報
【特許文献５】特開２００２−１８９５３５号公報
【特許文献６】特開２００１−３５０３５７号公報
【特許文献７】特開２００５−１４８６５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明では、機器内で発生する熱を効率よく冷却する方法である液体冷却法に関して、機内の被冷却物への取り付けも簡単で、しかも熱交換を容易にする柔軟性を持った熱交換器を提供するものである。これに類する技術では、ＣＰＵなどを冷却するため、液体を封止した水枕のようなリキッドヒートシンクがあり、それはＣＰＵ上に置いて吸熱させて温度上昇を防止するものであるが、液体は循環しているものではなく、袋からの自然空冷で冷却するもので、時間とともに冷却効率が低下してくる欠点があり、普及することはなかった。
【０００８】
また、前述したような、ＣＰＵや複写機の例でも現在使われている液冷用の熱交換器は金属を加工し、しかも水漏れのないように流路を形成し、それを筐体として使ったり、または被冷却物にネジ止めや、接着剤で付けたりしなければならず、コストが掛かっていた。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、上記のような煩雑さや再設計の手間を省き、いつも容易に取り付けが可能で、しかも安価で信頼性のある熱交換器、冷却装置及び冷却方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明は、装置内における所定の被冷却部分に設置され、熱交換により冷却を行う熱交換器であって、被冷却部分に合わせて形状が可変する容器であり、容器内部に液体が封入されることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、液体が移動するための流路を容器内部に有し、さらに、液体を流入する流入口と、液体を流出する流出口と、を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、容器の外壁を被冷却部分の外壁に密着させることにより、熱交換を行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、容器を、被冷却部分を包囲する、もしくは、被冷却部分の間隙に挿入することにより、熱交換を行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換器を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の発明は、装置における所定の被冷却部分に合わせて形状が可変する容器であり、容器内部に液体が封入される熱交換器を被冷却部分に設置し、熱交換により冷却を行うことを特徴とする。
【００１６】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、容器に形成された、液体が移動するための流路と、液体を流入する流入口と、液体を流出する流出口と、を用いて液体を循環させ、熱交換を行うことを特徴とする。
【００１７】
請求項８記載の発明は、請求項６又は７記載の発明において、容器の外壁を被冷却部分の外壁に密着させることにより、熱交換を行うことを特徴とする。
【００１８】
請求項９記載の発明は、請求項６から８のいずれか１項に記載の発明において、容器を、被冷却部分を包囲する、もしくは、被冷却部分の間隙に挿入することにより、熱交換を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、容易に取り付けが可能で、しかも安価で信頼性のある熱交換器、冷却装置及び冷却方法を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
まず、実施例１の目的について述べる。
装置内の発熱部材や周囲からの熱的影響を受け温度上昇する部材を冷却する方法として、液体循環による冷却、所謂液冷は高効率である。しかし、液体を被冷却部材と熱交換させ、冷却するためには、装置内のユニットや部材を加工して流路を作製しなければならず、納期やコストがかかり大変な負担である。
そこで、本実施例では、装置内のユニットや部材を加工しないでも、簡単に装着できる熱交換器を提案する。この熱交換器の素材は、柔軟性にとみ、可撓性があって液体を入れても漏れることのない容器であり、簡単に機内で熱交換器として適用できるものである。
【００２２】
以下、実施例１の詳細について図を参照して説明する。
本実施例の熱交換器として、図１に柔軟性のある容器を示した。この容器は袋状で、上部に、内部の液体を流入・流出するための流入・流出口１を備え、一般的にはジュース等を封入する容器として用いられているものである。一般にはパウチ容器と呼ばれるものもあり、その大きさや形状は各種作製でき、被冷却部材に合わせることができる。容器の素材と構成の例としては、ポリエチレンテレフタレートなどの耐熱性フィルムの外層、アルミ箔の中間層、ポリイソブチレンを加えて機械強度やゴム弾性を上げた高密度ポリエチレンフィルムの内層、の３層を積層した積層フィルムなどが利用できる。汎用的なフレキシブルな容器として通常のビ二ール袋のような容器に別の素材をラミネートしたものもあるが、本発明のような冷却を目的とした熱交換器で利用する場合は、伝熱性や均熱性など良好な特性を有するアルミ金属をパウチ外装シール２としてラミネートしたパウチ容器が最適である。
【００２３】
図２に、本実施例の熱交換器を使用した冷却装置の基本的な構成例を示した。本実施例の冷却装置は、図２に示すように、上記容器である熱交換器３、熱交換器３の液冷対象となる被冷却部材４、液体の流路となるチューブ８、熱交換器３と液体とを循環させるポンプ７、液体中の空気を脱気したり、不足を補ったりする冷媒プール５、さらに循環液の温度を制御する放熱器６を有して構成される。
【００２４】
よって、本実施例によれば、以下の効果を奏する。
柔軟性のある容器で構成された熱交換器は、液体はもれることなく冷却を施す任意の場所に簡単に装着、設置が可能である。
また、容器の価格も安価であり、大きさも各種揃っているため、製作も容易である。従来の熱交換器であれば、ユニットや部材の流路設計や加工に時間も要していた。しかし、本実施例の熱交換器は、設計時間や開発納期の短縮が可能であり、しかも冷却性能にも優れているため発熱部の温度上昇も低く抑えることができ、機器の信頼性が向上した。
【実施例２】
【００２５】
まず、実施例２の目的について述べる。
本実施例では、液体を循環させて熱交換器として用いるために、液体の流れる流路と、流入口と、流出口とを容器内に設けることにより、液体の熱交換効率を向上させる。
【００２６】
以下、実施例２の詳細について図を参照して説明する。
図３に、上記実施例１の容器に設けた流路を示した。作製法は、流路となる部分に沿って薄い紙等をスペーサーにして、その上からアイロンで全体を加圧し、スペーサーの無い部分のフィルム表裏を溶着して流路９を形成した。流路９の形状は、圧力損失の大きさに影響するため、これを考慮して作製することが必要である。また、流入口と流出口（流入・流出口１２）は、ホットメルト接着剤を用いて管を接着した。この様にして製作した熱交換器の外観斜視図を図４に示す。
【００２７】
よって、本実施例によれば、以下の効果を奏する。
液体循環の流路形成がアイロン等で簡単に行えるので、従来の加工に要する時間とコストが大幅に省けるとともに、流路の最適化も容易に図れ開発の効率向上が図れた。従来では、金属板に溝を彫ったり、あるいは溶接したり、多くの加工工程が必要であった。しかも、流入出口も樹脂のホットメルト剤で容易に作製できるので、従来の溶接や銀ロウなど不要でコストダウンになった。
【実施例３】
【００２８】
まず、実施例３の目的について述べる。
本実施例では、熱交換器である容器と被冷却部との熱交換を行わせるために、双方の外壁を密着させる。シリコーンのような熱伝導性の良好なグリースを用いてもよく、機械的なネジ締め等によって密着させ、熱的なコンタクトを良好にすることが大事である。
【００２９】
以下、実施例３の詳細について図を参照して説明する。
図５に、上記実施例１及び２の容器である熱交換器１５が、被冷却部であるＩＣ素子が付いたアルミ製のヒートシンク１３に密着した例を示した。熱交換器１５側には液体が循環し、ヒートシンク１３と熱交換する。
【００３０】
図６は、熱交換器を現像ユニットへ適用した例である。従来のままの現像器に設計変更を加えず液冷の熱交換器１６を装着した。図６において、現像パドルローラの下の筐体底面にパウチ容器である熱交換器１６を接着剤で貼り付けた。パウチ容器である熱交換器１６は現像ユニットの大きさに合わせて、長さと幅一杯に設けた。熱交換器１６には、実施例２で説明したように、流路９、液体の流入口１２ａ、及び流出口１２ｂを設けた。熱交換器１６の設置場所は、図６の例に限らず、最も効果的な場所に装着すればよい。
【００３１】
さらに、図７にスキャナユニットの概略図を示した。構成要素は、キセノンランプとそのインバータ回路であるランプレギュレータ、この２つは発熱源である。キセノンの高輝度ランプでも約３０Ｗ程度の消費電力を要する。このランプの反射鏡とレギュレタ回路のハウジング上に、パウチ容器の熱交換器１７を装着させた概略図を図８に示した。液体の循環は、図８に示す流入口・流出口１２にフレキシブルチューブを接続した。キャリッジ左右に動いた場合でも追随できるものである。
【００３２】
また、書き込みユニットは、ポリゴンミラーを高速に回転させるモータやレーザーダイオード（ＬＤ）等の熱源があり、しかも光ビームを成形したり、フォーカスするための光学素子が多数セットしたりしてあるので、温度上昇を押さえ、かつ光学素子の部分的な温度むらが照射する画像スポットに悪影響を及ぼすため、書き込みユニット全体の温度分布も低減させる必要がある。そこで、図９に示したように、ポリゴンモータ部の底板と、側面のアルミ製の筐体に、それぞれ熱交換器１８，１９を装着した。
【００３３】
よって、本実施例によれば、以下の効果を奏する。
現像ユニットの側面は一様な平面ではなく凹凸があるため、液冷の流路を形成するには設計と加工に時間とコストもかかり、しかも、溶接等の複雑な加工を経るため液漏れ等の信頼性の確保も大変であるが、本実施例のようにパウチ容器を熱交換器として利用すれば、従来のユニットでも簡単に装着もできるので低コストで、被冷却面とよくフィットするので冷却効率も高くすることができた。
【００３４】
また、点灯するランプとそのインバータ回路をファン空冷よりも高効率で冷却できたので、スキャナ内部温度を低減でき、信頼性が向上すると同時に、ファンを取り去ることができたので、騒音も低減できた。
【００３５】
さらに、書き込みユニットは各種の光学素子が内部に配置され、塵埃の混入による汚染があってはならず、そのため外気をユニット内に送風し冷却することが困難である。そのため、筐体を空冷していたが、効率はよくなかった。本実施例の熱交換器によって、書き込みユニットのアルミ筐体を再設計することなく、パウチ容器の熱交換器が装着でき、しかも冷却効果が向上した。
【実施例４】
【００３６】
まず、実施例４の目的について述べる。
本実施例では、熱交換器を、複雑な形状の被冷却部を包んだり、覆ったり、接触させるなど、あるいは間隙に装着して密着させて、伝熱を良好にして効率よく冷却を促進することを目的とする。
【００３７】
以下、実施例４の詳細について図を参照して説明する。
図１０に、クリーニングユニット内にパウチ容器の熱交換器２０を挿入した例を示した。図１０において、クリーニングブレードで掻き落とされたトナー、ファーブラシ周囲のトナー溜りを熱交換器２０で冷却する。ここで、液体は手前から流入し、図１０には示されていないが、背面へ流出するように流路を形成した。
【００３８】
また、図１１には、定着ユニットの上部に熱交換器２１を設けた例を示した。定着ユニット内部の熱を極力漏洩させないため、定着側に金属板製の断熱板を設け、その上を包囲するように液冷の熱交換器２１を装着した。
【００３９】
さらには、スキャナ内部のランプキャリッジを水平に駆動するモータの外装に包むように熱交換器２２を設けた例を図１２に示した。
【００４０】
よって、本実施例によれば、以下の効果を奏する。
クリーニングユニットにパウチ容器の熱交換器をもちいて液冷することによって、簡単に冷却装置が装着でき、しかも回収トナーの温度も低減させることができたので、回収ルートへの移送が容易になった。
【００４１】
また、定着ユニットの上側は、通常であればファンとダクトを組み合わせて機外に排熱し、周囲に熱的影響を及ぼさないようにしているが、それでも定着上板からの対流と放射によって伝熱するため、温度低減の対策に苦慮していたが、大面積のパウチ容器で熱交換器ができ、しかも曲がり部等可撓性もあるので据付が容易で冷却効率も高く、周囲温度上昇も４５℃から３０℃へ低減した。しかも断熱板と組み合わせているので、定着上部からの放熱を防止している。
【００４２】
さらに、キャリッジ移動用の駆動モータにパウチ容器の熱交換器を装着した。駆動用のモータの表面形状は筒状であるが、可撓性に富むパウチ容器はよく形状にフィットした。その結果、モータからの放熱を防止でき、ファンが不要になるなど筐体とも十分な冷却効果を示した。
【００４３】
以上、本発明の各実施例について説明したが、上記各実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置のみならず、その他の装置や機器等における部材やユニットの冷却に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施例１に係り、熱交換器の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例１に係り、冷却装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例２に係り、熱交換器に設けた流路を示す図である。
【図４】本発明の実施例２に係り、熱交換器の外観を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施例３に係り、熱交換器をアルミヒートシンクに設けた例を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施例３に係り、熱交換器を現像器に設けた例を示す側断面図である。
【図７】スキャナユニットの構成を示す側断面図である。
【図８】本発明の実施例３に係り、熱交換器をスキャナユニットに設けた例を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施例４に係り、熱交換器を書き込みユニットに設けた例を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施例４に係り、熱交換器をクリーニングユニットに設けた例を示す側断面図である。
【図１１】本発明の実施例４に係り、熱交換器を定着ユニットに設けた例を示す側断面図である。
【図１２】本発明の実施例４に係り、熱交換器をスキャナモータに設けた例を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１、１２    流入・流出口
２    パウチ外装シール
３、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２    熱交換器
４    被冷却部材
５    冷媒プール
６    放熱器
７    ポンプ
８    チューブ
９    流路
１０    仕切り
１１    接着面
１２ａ    流入口
１２ｂ    流出口
１３    アルミ製ヒートシンク
１４    基板
【図１】
2007333314.tif 000003
【図２】
2007333314.tif 000004
【図３】
2007333314.tif 000005
【図４】
2007333314.tif 000006
【図５】
2007333314.tif 000007
【図６】
2007333314.tif 000008
【図７】
2007333314.tif 000009
【図８】
2007333314.tif 000010
【図９】
2007333314.tif 000011
【図１０】
2007333314.tif 000012
【図１１】
2007333314.tif 000013
【図１２】
2007333314.tif 000014