JP2009534701A - 熱交換薄層 - Google Patents

Abstract

本発明は、熱交換ユニット内での熱交換部材としての使用のための熱交換薄層（１００）に関し、実質的に平面的に延在する基層（７５）を含み、基層は導電性非金属接触層（１０１，１０２）で両側塗工される。本発明は、さらに、熱交換薄層の使用、そのような熱交換薄層を含む熱交換ユニット及び印刷システムに関する。

Description

本発明は、熱交換ユニット内で熱交換部材として使用される熱交換薄層に関する。本発明は、さらに、熱交換薄層の使用、並びに、そのような熱交換薄層を含む熱交換ユニット及び印刷システムに関する。

印刷システムのための熱交換部材は、米国特許第６，０８９，７０３号から既知である。このインクジェット印刷システムは、システム内の第一位置から第二位置に熱エネルギを移動するためにロールを使用する。第一位置で、ピンチがロール及びさらなる部材によって形成され、熱エネルギが印刷媒体からロールに寄付される。このロールは第二位置で第二ピンチを形成し、第二位置で、回転するロールは、第二ピンチを通じる印刷媒体の通過の間に、その熱エネルギを紙に寄付する。

熱エネルギが寄付されるときから熱エネルギが受取り印刷媒体に移転されるまでに亘って熱エネルギが移動される比較的大きな軌道の故に、熱交換効率が比較的低いことが、この種類の熱交換部材の不利点である。熱交換効率は、受取体に寄付される熱エネルギの量によって除算された熱交換システム内に入れられる熱エネルギの率によって決定される。熱エネルギの移動中、多量のエネルギが散逸される。

熱交換部材の熱交換効率を向上することが本発明の目的である。

この目的を達成するために、実質的に平面的に延在する基層を含み、基層は、導電性非金属接触層で両側塗工される、熱交換ユニット内での熱交換部材としての使用のための熱交換薄層が提供される。熱交換薄層の一部としての平面的な基層は、熱エネルギを寄付し或いは受け取る媒体との効率的な接触をもたらす。特に、印刷媒体のシートのような平坦な媒体は、動作中に、熱交換薄層に沿う平坦な輸送経路内で一般的に輸送される。基層は、熱交換ユニット内で効率的に作用するために、十分な強度及び所望の剛性を含むよう構成される。これらの特性は、基層の平面内の特性並びに平面外の特性の双方において、使用される熱エネルギ寄付及び受取り媒体に依存して選択される。

エネルギ寄付及び受取り媒体の表面は、熱交換薄層の摩擦又は表面粗さによって摩損されてはならない。接触層を用いた基層の両側塗工は、エネルギ受取り及び寄付媒体が損傷されないよう、熱交換薄層表面の摩擦及び粗さが最小限化されるように選択される。熱エネルギを交換するために媒体に対して並びに媒体に沿って摺動する媒体は、比較的高温でマーキング材料を含み得る。これは、マーキング材料が熱交換薄層に沿って進むとき、マーキング材料が損傷に対して極めて敏感であり得ることを意味する。従って、極めて少ない摩擦を伴う熱交換薄層の滑らかな表面は、そのようなシステムにおける適用のための重要な特徴である。

基層の両側での接触層を用いた基層の塗工は導電的である。これは、そのような薄層が塗布されるシステム内で、ブロッキング(blocking)の危険性を低減する。ブロッキングは、輸送経路内でのエネルギ受取り又は寄付媒体による障壁(barrier)の発生である。電気絶縁頂面は、熱エネルギ受取り及び寄付媒体の静電電荷をもたらし得る。静電荷電される媒体は、例えば、熱交換薄層、輸送ローラ、又は、他のエネルギ受取り又は寄付媒体への粘着を実証し得る。

ドイツ国特許公開第２８１１８３５Ａ１号に開示されているように、熱エネルギの活性移動を用いて印刷システムの第一区画から他の区画へ熱エネルギを移動することも既知である。熱交換薄層が熱交換ユニット内での受動的な使用に特に適していることが、本発明の利点である。固定熱交換部材のような熱交換薄層を使用することによって、システムの技術的な複雑さが低減される。

本発明に従った熱交換薄層の実施態様において、導電性非金属接触層は、グラファイト箔である。通過媒体の静電荷電は皆無であるので、グラファイトは接触層として極めて適している。その上、グラファイト接触層は極めて滑らかであり、通過する媒体と極めて少ない摩擦を引き起こす。その上、グラファイトの熱伝導特性は、熱交換薄層における使用に極めて適している。

本発明に従った熱交換薄層の他の実施態様において、基層は金属シートである。熱交換薄層の第一側上に寄付される熱エネルギは、薄層の受取り側に向かって効率的に移動されなければならず、その場合には、それは引き続き熱エネルギ受取り媒体に寄付される。基層としての金属シートは、熱交換薄層の厚さに亘る効率的な熱交換のための積極的な熱伝導特性を有する。

本発明に従った熱交換薄層のさらなる実施態様において、金属層は、実質的に３５％のニッケルを含む鉄ニッケル合金を含む。約３４〜３７％、好ましくは、３５〜３６％のニッケル含有量を備える鉄ニッケル合金は、実質的に低い熱膨張係数を有する。これは特に面心立方結晶構成に当て嵌まる。熱交換薄層内の基層としてのこの金属合金の使用は、熱的に安定した基礎形態をもたらす。低いヤング率及び／又は低い熱膨張係数を備える材料から構成される基層は、熱交換薄層に亘る高い熱勾配に起因するしわ立ち(wrinkling)の危険性を低減する。特に向流熱交換概念を用いた適用では、薄層の一端部、例えば、プリンタの印刷エンジン又は融着ステーション付近の端部は、動作中に、他端部、例えば、紙トレイ及び／又は供給ステーション付近の端部よりも高い温度を有する。さらに一層、薄層の１つの側、具体的には、熱エネルギ受取り媒体の輸送経路の側は、薄層の反対側、具体的には、熱エネルギ寄付体の輸送経路の側よりも冷たい。よって、薄層の厚さの方向並びに薄層の平面内の両方における比較的高い温度勾配は、動作中に、薄層の熱膨張の大きな勾配をもたらし、潜在的には、薄層のしわ立ちをもたらし得る。

本発明に従った熱交換薄層の他の実施態様において、基層は、５×１０^−６ｍ／ｍ×Ｋよりも小さい、好ましくは、２×１０^−６ｍ／ｍ×Ｋよりも小さい線形熱膨張係数αを有する。これは、大きな熱勾配に晒されるときに、薄層のしわ立ちの低い危険性をもたらし、従って、熱交換ユニットの動作中のより高い確実性をもたらす。

以下の実施例を参照して本発明を今や説明する。

図１は、本発明の実施態様に従った熱交換薄層を含む熱交換ユニットを含む印刷システムを示す概略図を示している。印刷システム１はエンジン２を有し、紙が供給部３からエンジン内に送り込まれ、事前調整され、印刷プロセス５０を用いて印刷され、取出し地域に送られ、操作者が取出し地域から被印刷媒体を取り出し得る。印刷システム１は、マーキング材料を画像状に印刷媒体上に供給する。この画像は、例えば、有線又は無線ネットワーク接続（図示せず）を介してコンピュータによって、或いは、スキャナ７を用いて送り込まれ得る。スキャナ７は、自動文書フィーダ６内に送り込まれる画像を走査し、デジタル化された画像を印刷コントローラ（図示せず）に供給する。このコントローラは、デジタル画像情報を制御信号に変換し、制御信号はコントローラがマーキング材料を中間部材上に供給するマーキングユニットを制御することを可能にする。予加熱された印刷媒体が中間部材に沿って送られ、画像状マーキング材料画像が、中間部材から印刷媒体上に転写される。

このマーキング材料画像は、高圧及び高温の下で、融着ステップにおいて印刷媒体上に融着される。画像担持印刷媒体は、印刷媒体が取出し地域４に供給される前により低温に冷却される。ユーザーインターフェース５が、操作者が、印刷ジョブ特性、並びに、印刷媒体の選択、印刷媒体向き、及び、仕上げオプションのような好みをプログラムすることを可能にする。印刷システム１は、積重ね、中綴じ、ホッチキス綴じのような複数の仕上げオプションを有する。仕上げユニット８は、選択されると、これらの仕上げオプションを実行する。マーキング材料の画像が場合によっては１つ又はそれよりも多くの中間部材を介して印刷媒体上に転写される他の画像形成プロセス、例えば、静電（電子写真）、磁気、インクジェット、及び、直接画像プロセスも適用可能であることが当業者に明らかであろう。印刷プロセス５０から供給される印刷媒体１１は、印刷プロセス５０内の加熱及び融着ステップにおける加熱の故に高温にある。本発明に従った熱交換ユニットは、これらの出て行く印刷媒体のエネルギを印刷プロセス５０に入る前に予加熱されなければならない冷たい媒体の予加熱のために使用する。出て行く被印刷媒体１１は、熱交換ユニット２０内の熱交換ゾーンを通じて輸送される。図２はこの原理の概略図である。供給ユニット３から分離される印刷媒体１０は、矢印Ｘで印される方向に印刷プロセス５０に輸送される。印刷プロセス及び融着ステップに起源する被印刷媒体１１の熱エネルギは、熱中間熱交換部材１３を通じて冷たい印刷媒体１０に寄付される。マーキング材料が硬化され、従って、スミアリングにより少なく感応的である、被印刷媒体１１を許容可能な温度まで冷却する間、被印刷媒体１１は、印刷システム１の取出し地域４に向かって矢印Ｙで印される方向に輸送される。

図３は、本発明の実施態様に従った熱交換薄層を含む熱交換ユニットの概略図である。印刷媒体は、供給ユニット３から分離され、矢印Iの方向に熱交換ユニット２０の第一印刷媒体輸送経路２３内に送り込まれる。この熱交換ユニット内への進入は、センサ２５によって位置合わせされる。印刷媒体はピンチ２１に移動され、ピンチは第一印刷媒体輸送経路２３を通じて印刷媒体をピンチ２２に向かって押す。ピンチ２２は地域２３から印刷プロセス（図示せず）に向かって矢印IIの方向に印刷媒体を引く。印刷媒体は、高圧及び高温の下で印刷媒体内に融着されるマーキング材料の画像状塗布を促進するために、印刷プロセス内部で、電気予加熱器（図示せず）によって予加熱される。印刷媒体上へのマーキング材料の塗布及びマーキング材料の融着の双方は、印刷媒体の温度を上昇する。次に、高温にある印刷媒体は、印刷プロセスから排出され、矢印IIIの方向に熱交換ユニットの第二印刷媒体輸送経路３３内に送り込まれる。ピンチ３１が印刷媒体を印刷プロセスからピンチ３２に向かって押す。高温にある印刷媒体が第二印刷媒体輸送経路３３を通じて輸送される間、第二印刷媒体が第一印刷媒体輸送経路２３内に送り込まれる。第一印刷媒体輸送経路２３及び第二印刷媒体輸送経路３３は熱交換接触を有するので、第二印刷媒体輸送経路３３内で高温にある第一印刷媒体は、第一印刷媒体輸送経路２３内の第二印刷媒体にその熱エネルギを部分的に寄付し、それは熱エネルギを受け取り且つ加熱する。第一印刷媒体は第二印刷媒体に熱エネルギを寄付するので、印刷プロセスの予加熱はその熱散逸を下げ得る。

高温にある印刷媒体がない場合には、例えば、システム始動時又は印刷滑動の中断後は、高温にある印刷媒体が利用可能でない限り、加熱器素子２７が余分な熱エネルギの欠乏を補正し得る。

第二印刷媒体輸送経路３３内で高温にある印刷媒体と第一印刷媒体輸送経路２３内の冷たい媒体との間の熱エネルギの交換を向上するために、熱交換効率が増大するよう、加圧部材３５が高温にある印刷媒体上に圧力を加える。この圧力は、熱交換効率を増大するのに十分なほどに高く、印刷媒体の通過を過剰に妨げないほどに低い。加圧部材３５は、約１０２〜２００Ｐａの圧力を印刷媒体に加えるフォーム層である。熱交換部材は固定的に開始する、即ち、部材は印刷媒体輸送経路内で印刷媒体に対して移動せず、熱交換の効率を増大する。

図４ａ及び４ｂは、本発明の実施態様に従った回転可能な案内部材を含む熱交換ユニットの概略図を示している。図４ａの箱で囲まれた地域は、図４ｂ中に拡大されて描写されている。印刷媒体輸送経路２３，３３の出口に、案内部材４１，４２が、熱交換ユニットと回転可能に接続されている。紙経路２３，３３を通じて輸送される印刷媒体１１は、印刷媒体が引張りピンチ２２及び３２内に送り込まれるまで、ピンチ２１及び３１によってそれぞれ初期的に押される。これらの引張りピッチ２２及び３２は、印刷媒体輸送経路２３及び３３から印刷媒体を引っ張る。印刷媒体輸送経路２３，３３の内部の印刷媒体は、ある量の摩擦によって影響されるので、印刷媒体１１からのこの引っ張りは、引っ張られるときに、印刷媒体の応力を加える。特に印刷媒体輸送経路２３，３３の湾曲出口地域で、この応力は生じ得る。自由に回転可能な案内部材４１及び４２は、これらの地域で印刷媒体１１上の応力を減少し、それによって、印刷媒体及び画像完全性に影響を及ぼす危険性を減少する。

１つの印刷媒体から他の印刷媒体へのマーキング材料の相互汚染及びスミアリングの危険性を減少するために、薄い可撓な熱交換薄層２８が、前記第一及び第二の印刷媒体輸送経路２３，３３の間に適用される。この薄い可撓な熱交換薄層２８は、印刷媒体が印刷媒体輸送経路２３，３３を通じて輸送される間にそれらが遮られないよう、極めて滑らかである。

印刷媒体の静電荷電を防止するために、箔２８は導電特性を有する。箔２８は摩耗に対して耐性があり、低い滑り抵抗を有する。第一及び第二の印刷媒体の間の熱交換の間の箔２８の熱挙動を向上するために、箔は、箔２８自体の加熱が印刷媒体間の熱交換を妨げないよう、極めて薄く構成される。従って、箔の熱容量及び熱抵抗性は、第一及び第二の印刷媒体の間の熱を交換するよう構成される。

図５は、本発明の実施態様に従った熱交換薄層を製造する方法を示す概略図である。先ず、基層７５が加工される。この目的のために、実質的に３５％のニッケルを含む鉄ニッケル合金のシートが、結果として得られる薄層１００が印刷システム内の熱交換ユニット内に嵌入するような形に切断される。

グラファイトが、約１ｍｍの直径及び０．１ｍｍの厚さの小片に研磨される。グラファイト片は、グラファイトの容量がその元の容量の約３００〜４００倍に増大するよう、酸環境において高温下で膨張される。この膨張されたグラファイト構造の連続流が、薄い層構造に圧延される。次に、一続きの薄い層構造のグラファイト片８０，８１が、基層７５の各側に向かって送られる。次に、グラファイト構造層８０，８１及び基層７５は、高温下で圧延され、２つのグラファイト接触層１０１，１０２で両側塗工され且つ２つのグラファイト接触層１０１，１０２に接合される基層７５から成る熱交換薄層(laminate)１００を形成するよう共に加圧される。

図５Ｂは、熱交換薄層１００の概略的な展開図を示している。基層７５は、グラファイトの２つの接触層１０１，１０２と両側塗工され且つグラファイトの２つの接触層１０１，１０２に接合されている。基層７５は、３５％ニッケル鉄合金の層である。この合金は、極めて低い熱膨張係数を有する。従って、例えば、第一端部にある熱い印刷媒体及び反対側にある冷たい印刷媒体の結果としての、基層７５又は熱交換薄層１００に亘る温度勾配は、大きな膨張差を招く。従って、熱交換薄層は、その平面形状を維持し、動作中、その表面に亘る温度差の故にしわ立たない。

図５Ｃは、印刷システム内の熱交換薄層の概略的な動作を示している。熱交換薄層１００は、印刷媒体供給ユニットと印刷エンジンとの間で媒体輸送経路に沿って配置される。描写されているように、冷たい印刷媒体５１が、供給ユニットから印刷エンジンに向かって１つの方向に送り込まれ、熱交換薄層の反対側では、熱い印刷媒体５０がエンジンから供給ステーションに向かって送り込まれる。熱い印刷媒体５０は、熱交換薄層１００を介して、その熱エネルギの一部を冷たい印刷媒体５１に寄付する。

代替的に、印刷媒体の流れは、熱交換薄層の両側で同一方向に方向付けられ得る。

本発明の実施態様に従った熱交換薄層を含む熱交換ユニットを含む印刷システムを示す概略図である。 本発明の実施態様に従った熱交換プロセスを示す概略図である。 本発明の実施態様に従った熱交換薄層を含む熱交換ユニットを示す概略図である。 本発明の実施態様に従った回転可能な案内部材を含む熱交換ユニットを示す概略図である。 本発明の実施態様に従った回転可能な案内部材を含む熱交換ユニットを示す概略図である。 本発明の実施態様に従った熱交換薄層を生成する方法を示す概略図である。 熱交換薄層を概略的に示す展開図である。 印刷システム内の熱交換薄層の動作を示す概略図である。

Claims (13)

1. 熱交換ユニット内で熱交換部材として使用するための熱交換薄層であって、実質的に平面的に延在する基層を含み、該基層は、導電性非金属接触層で両側塗工される、熱交換薄層。
2. 前記導電性非金属接触層は、グラファイト箔である、請求項１に記載の熱交換薄層。
3. 前記基層は、金属シートである、上記請求項のうちのいずれか１項に記載の熱交換薄層。
4. 前記金属シートは、鉄ニッケル合金を含む、請求項３に記載の熱交換薄層。
5. 前記鉄ニッケル合金は、実質的に３５％のニッケルを含む、請求項４に記載の熱交換薄層。
6. 前記鉄ニッケル合金は、鉄ニッケル合金の面心立方結晶構造である、請求項５に記載の熱交換薄層。
7. 前記基層は、２×１０^−６ｍ／ｍ×Ｋよりも小さい線形熱膨張係数αを有する、請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載の熱交換薄層。
8. 熱交換ユニット内での請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載の熱交換薄層の使用。
9. 向流熱交換ユニット内での請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載の熱交換薄層の使用。
10. 印刷システムの熱交換ユニット内での請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載の熱交換薄層の使用。
11. 印刷エンジンからの印刷媒体を冷却し且つ印刷エンジンに向かう印刷媒体を加熱するための印刷システムの熱交換ユニット内での請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載の熱交換薄層の使用。
12. 熱交換領域と、動作中に供給部から前記熱交換領域を通じて印刷エンジンに第一印刷媒体を輸送するために構成される第一印刷媒体輸送経路と、動作中に前記印刷エンジンから前記熱交換領域を通じて第二印刷媒体を輸送するために構成される第二印刷媒体輸送経路とを含む、熱交換ユニットであって、前記第一印刷媒体輸送経路に面する第一側と、前記第二印刷媒体輸送経路に面する第二の反対側とを有する固定熱交換部材をさらに含み、動作中に、前記第二印刷媒体は、前記第一印刷媒体に対して高温にあり、前記第一印刷媒体及び前記第二印刷媒体は、前記熱交換領域内で熱交換接触を有し、前記固定熱交換部材は、請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載の熱交換薄層である、熱交換ユニット。
13. 印刷媒体供給部と、マーキング材料を印刷媒体に塗布するための印刷エンジンと、請求項１２に記載の熱交換ユニットとを含む、印刷システム。

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