(57)【要約】【課題】部品点数の少ない簡単な構成からなり、均一な温度制御が可能な熱交換装置を得る。【解決手段】第１の熱交換領域１１と第２の熱交換領域１２を含むアルミフレーム１０と、熱交換領域１１，１２内及び熱交換領域１１，１２間の熱輸送を行うヒートパイプ２５，２５とを備えた熱交換装置。アルミフレーム１０には、熱交換領域１１，１２間に熱輸送方向Ｘに垂直な断面積が小さくなるように溝部１３が形成されている。【選択図】図２
2007250921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二つの熱交換領域を含む一つの支持構造体と、前記熱交換領域内及び該熱交換領域間の熱輸送を行う少なくとも一つの熱輸送手段と、を備えた熱交換装置において、前記熱交換領域間に熱輸送方向に垂直又はほぼ垂直な断面積が小さくなる形状を設けたこと、を特徴とする熱交換装置。
【請求項２】
前記支持構造体はアルミフレームからなり、前記熱輸送手段はヒートパイプからなることを特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項３】
前記熱交換領域の少なくとも一つに加熱手段及び／又は冷却手段を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱交換装置。
【請求項４】
加熱及び／又は冷却の対象物の特性を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果を前記加熱手段及び／又は冷却手段の出力にフィードバックする制御回路と、
を備えたことを特徴とする請求項３に記載の熱交換装置。
【請求項５】
前記対象物はＰＬＺＴ基板であり、前記検出手段はサーミスタであることを特徴とする請求項４に記載の熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換装置、例えば、ＰＬＺＴなどの基板や電子部品の温度を制御する加熱／冷却手段を備えた熱交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、銀塩感光体への露光装置としてＰＬＺＴプリントヘッドが実用に供されている。このＰＬＺＴプリントヘッドは、入力された画像情報に応じて主走査方向に１ラインずつの光信号を出力し、感光体を副走査方向に移動させることで感光体上に２次元の画像を形成する。
【０００３】
この種のプリントヘッドに使用されているＰＬＺＴ光シャッタ素子の出力特性は温度依存性を有するため、環境温度や駆動回路の発熱の影響により、ＰＬＺＴ基板の温度が変化すると出力光量が変化し、コントラスト不良など画像の品質が損なわれる。そこで、ＰＬＺＴ基板の温度制御手段を設けることにより、安定した画像を得ることが可能である。
【０００４】
従来、ＰＬＺＴ基板の温度制御は、ＰＬＺＴ基板を取り付けるアルミフレームと、ペルチェ素子を利用した加熱冷却手段とを、ヒートパイプを介して熱的に連結し、ヒートパイプ及びアルミフレームを介しての熱交換によって行われている。ここでは、ヒートパイプによる熱輸送とともにアルミフレームの固体熱伝導による熱輸送が発生している。しかしながら、アルミフレームの熱伝導率はヒートパイプよりも小さくて熱の移動速度が遅いため、アルミフレームの温度均一性が悪く、アルミフレームに温度勾配が発生し、ひいてはＰＬＺＴ基板の温度が不均一になって光シャッタ素子の出力特性に悪影響を与えていた。
【０００５】
特許文献１には、発熱する電子素子を取り付けた支持部材にヒートパイプを埋め込んだ冷却構造が開示されている。しかし、この冷却構造は放熱のみを考慮したもので、特許文献１では被冷却部の温度分布の均一性にまで言及することはない。
【特許文献１】特開２０００−１７４１８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の目的は、部品点数の少ない簡単な構造からなり、均一な温度制御が可能な熱交換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明は、少なくとも二つの熱交換領域を含む一つの支持構造体と、前記熱交換領域内及び該熱交換領域間の熱輸送を行う少なくとも一つの熱輸送手段と、を備えた熱交換装置において、前記熱交換領域間に熱輸送方向に垂直又はほぼ垂直な断面積が小さくなる形状を設けたこと、を特徴とする。
【０００８】
本発明に係る熱交換装置においては、支持構造体の熱交換領域間に熱輸送方向に垂直又はほぼ垂直な断面が小さくなる形状を設けたため、熱交換領域での温度勾配の発生が解消され、温度制御の対象物を設けた熱交換領域に対して均一な温度制御が可能となる。また、支持構造体を分割することなく単一部品で構成することができ、かつ、断面積を小さくする加工（溝や穴などの形成）のみで済み、部品点数が少なく、構造の簡単な熱交換装置を得ることができる。
【０００９】
本発明に係る熱交換装置において、支持構造体はアルミフレームを用い、熱輸送手段はヒートパイプを用いることができる。また、熱交換領域の少なくとも一つに加熱手段及び／又は冷却手段（例えば、ペルチェ素子）が設けられる。
【００１０】
さらに、本発明に係る熱交換装置は、加熱及び／又は冷却の対象物の特性を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果を前記加熱手段及び／又は冷却手段の出力にフィードバックする制御回路と、を備えていてもよい。対象物とは例えばＰＬＺＴ基板であり、検出手段としてはサーミスタを用いれば、ＰＬＺＴ基板の温度制御を容易に行うことができ、高品質の画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る熱交換装置の実施例について添付図面を参照して説明する。
【００１２】
図１に本発明に係る熱交換装置の第１実施例を示し、図２はその裏面から見た分解斜視図である。この熱交換装置１は、支持構造体としてのアルミフレーム１０と、樹脂材からなる蓋部材２０と、２本のヒートパイプ２５，２５と、ペルチェ素子からなる加熱冷却ユニット３０にて構成されている。
【００１３】
アルミフレーム１０は、図２及び図３に示すように、溝部１３で区分けされた第１の熱交換領域１１と第２の熱交換領域１２とからなる。第１の熱交換領域１１には加熱冷却ユニット３０が配置され、第２の熱交換領域１２には多数のＰＬＺＴ光シャッタ素子を形成したＰＬＺＴ基板（図示せず）と該素子を駆動するための電装基板３５が配置されている。また、第２の熱交換領域１２には光を透過させるための長孔１５が形成されている。電装基板３５上には温度を検出するためのサーミスタ４０が設置されている。
【００１４】
加熱冷却ユニット３０とアルミフレーム１０（第１の熱交換領域１１）との間、及び、電装基板３５とアルミフレーム１０（第２の熱交換領域１２）との間には、熱的な接触を向上させるため、柔軟性を有する熱伝導シート（図示せず）が挟み込まれている。
【００１５】
電装基板３５はＰＬＺＴ光シャッタ素子の駆動回路５１に接続され、サーミスタ４０の信号線は制御部５０に接続されている。また、加熱冷却ユニット３０の配線は電源５２及び駆動回路５３に接続されている。なお、ＰＬＺＴ基板の構成及び光シャッタ素子の動作については周知であり、その説明は省略する。
【００１６】
即ち、この熱交換装置１では、サーミスタ４０によって検出されたＰＬＺＴ基板及び電装基板３５の温度を制御部５０に入力し、制御部５０は検出温度に応じて加熱冷却ユニット３０を制御し、ヒートパイプ２５，２５を通じてアルミフレーム１０（第２の熱交換領域１２）の温度を制御することで、結果的にＰＬＺＴ基板の温度を一定に保つように制御し、形成される画像の品質の劣化を防止する。
【００１７】
加熱冷却ユニット３０の熱は、まず、アルミフレーム１０の第１の熱交換領域１１に伝達され、ヒートパイプ２５，２５を通じて第２の熱交換領域１２に伝達される。ヒートパイプ２５は、内部に封入された作動液の相変化や毛細管現象を利用した自己循環又はポンプなどによる強制循環によって、高速・大容量の熱輸送を行うものである。ヒートパイプ２５，２５はアルミフレーム１０の長手方向に形成した溝部１４，１４に収納され、蓋部材２０がアルミフレーム１０にねじ止めされている。ヒートパイプ２５，２５とアルミフレーム１０との熱抵抗を減らすために、ヒートパイプ２５，２５は溝部１４，１４に熱伝導接着剤で接着されている。また、蓋部材２０には光を透過させるための長孔２１が形成されている。
【００１８】
アルミフレーム１０の第１及び第２の熱交換領域１１，１２を仕切るように形成された溝部１３は、アルミフレーム１０の熱輸送方向Ｘに垂直な断面積が小さくなる形状を有している。即ち、アルミフレーム１０の第１及び第２の熱交換領域１１，１２は、図４（Ａ）に示す断面形状を有しており、これに対して溝部１３は図４（Ｂ）に示す断面形状を有している。
【００１９】
ところで、アルミフレーム１０の固体熱伝導による単位時間Δｔ当たりの熱輸送量ΔＱ（−ΔＱ）は、熱輸送方向に垂直な断面積をＡ、アルミの熱伝導率をκ、熱輸送方向の距離をａ、熱交換領域間の温度差をＴ−Ｔ’とすると、以下の式で表される。
【００２０】
ΔＱ＝（−ΔＱ）＝κ｛（Ｔ−Ｔ’）／ａ｝ＡΔｔ
【００２１】
アルミフレーム１０の熱交換領域１１，１２間に断面積Ａが小さくなる形状（溝部１３）を設けることによって、アルミフレーム１０の固体熱伝導による熱輸送量の影響を軽減し、特に第２の熱交換領域１２での温度勾配の発生が解消され、温度制御の対象物であるＰＬＺＴ基板を設けた第２の熱交換領域１２に対して均一な温度制御が可能となる。また、アルミフレーム１０を分割することなく単一部品で構成でき、かつ、断面積を小さくする加工のみで済み、部品点数が少なく、構造の簡単な熱交換装置とすることができる。
【００２２】
図３に示したアルミフレーム１０をモデルとして、所定の条件下で熱交換を行った場合を想定し、アルミフレーム１０の長手方向に沿った中央部分での温度分布をシミュレートした結果を図５（Ａ）に示す。図５（Ｂ）は、比較のために、溝部１３が形成されていないアルミフレームをモデルとして同じ条件下で熱交換を行った場合の温度分布をシミュレートした結果を示す。なお、簡略化のため断熱条件で計算した。
【００２３】
計算の基礎とした条件は次のとおりである。
第１の熱交換領域からの吸熱：１００Ｗ
第２の熱交換領域への入熱：１００Ｗ
ヒートパイプの見かけの熱伝導率：２００００Ｗ／ｍ・Ｋ
環境温度：２２℃
アルミフレームサイズ：２００ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ
【００２４】
断面形状の小さな部分を設けていない比較例（図５（Ｂ）参照）では、第２の熱交換領域にほぼ８℃の温度差を生じている。しかし、本発明例（図５（Ａ）参照）では、第２の熱交換領域１２の温度は均一で、比較例で生じていた温度差は解消されている。
【００２５】
図６に、本発明の第２実施例を構成するアルミフレーム１０Ａを示す。このアルミフレーム１０Ａは、第１及び第２の熱交換領域１１，１２の間に、両側部に臨みかつ底部を残した溝部１３Ａを形成して熱輸送方向Ｘに直交する断面積を小さくしたものである。他の構成は前記第１実施例と同様であり、その作用効果も前記アルミフレーム１０と同様である。
【００２６】
なお、本発明に係る熱交換装置は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
【００２７】
特に、支持構造体は前記アルミフレームに限定するものではなく、他の材料であってもよい。また、熱交換領域間の断面積を小さくする形状は前記溝部に限らず、多数の穴を形成してもよい。さらに、加熱冷却手段はペルチェ素子を利用したもの以外に、ヒータなどの加熱手段であってもよい。さらに、温度制御対象物はＰＬＺＴ基板以外に、ＬＥＤ（発光ダイオード）や半導体素子などの電子部品であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る熱交換装置の第１実施例を示す斜視図である。
【図２】図１に示した熱交換装置の分解斜視図である。
【図３】図１に示した熱交換装置を構成するアルミフレームを示す斜視図である。
【図４】（Ａ）は図３のＡ−Ａ拡大断面図、（Ｂ）は図３のＢ−Ｂ拡大断面図である。
【図５】シミュレートされた温度プロファイルを示し、（Ａ）は本発明例、（Ｂ）は比較例である。
【図６】本発明に係る熱交換装置の第２実施例を構成するアルミフレームを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…熱交換装置
１０，１０Ａ…アルミフレーム
１１…第１の熱交換領域
１２…第２の熱交換領域
１３…溝部
２５…ヒートパイプ
３０…加熱冷却ユニット
３５…電装基板
４０…サーミスタ
５０…制御部
【図１】
2007250921.tif 000003
【図２】
2007250921.tif 000004
【図３】
2007250921.tif 000005
【図４】
2007250921.tif 000006
【図５】
2007250921.tif 000007
【図６】
2007250921.tif 000008