JP6905923B2

JP6905923B2 - 冷却インサート

Info

Publication number: JP6905923B2
Application number: JP2017226522A
Authority: JP
Inventors: ポール・ジェイ・マコンビル; ジェイソン・エム・ルフェーブル; スティーヴン・アール・ムーア; ダグラス・ケイ・ハーマン
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2017-11-27
Publication date: 2021-07-21
Anticipated expiration: 2037-11-27
Also published as: US10279610B2; JP2018101778A; US20180170081A1

Description

実施形態は、一般に、印刷及びレンダリングの分野に関する。実施形態はまた、熱緩和のための方法及びシステムに関する。実施形態は、さらに、チップ温度を制御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、冷却剤流体とＤＭＤチップとの間の熱的連結に関する。

ますます、印刷システムは、ディジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）を使用して熱変色性インクによってターゲットにエネルギを選択的に送達するためにレーザを使用する。ＤＭＤチップ（及びその内部構成要素）が臨界温度（約７０℃）を超えた場合、それらは、損傷を受ける可能性がある。現在、ＤＭＤチップは、最高温度に到達する前に約２０秒間８０％の電力で動作することができる。この閾値は、印刷システムのデューティサイクル又は動作電力のいずれかを著しく制限する。１００％の電力で且つ１００％のデューティサイクルでそのような印刷システムを動作させる能力を有することが有利であろう。

したがって、さらなる冷却も望まれている。しかしながら、低温冷却剤がＤＭＤチップ上の凝縮をもたらす可能があることから、冷却剤の温度を下降させることは問題がある。

チップ上の凝縮は、印刷システムによってチップ故障又は他の問題を引き起こす可能性がある。

そのため、必ずしも関連する冷却流体の温度を低減させることなくチップの温度を制御するために使用可能な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。

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。

したがって、開示された実施形態の１つの態様は、チップから離れるように熱を伝達するための方法及びシステムを提供することである。

開示された実施形態の他の態様は、ＤＭＤベースの印刷システムにおける熱交換を改善するためのシステムを提供することである。

開示された実施形態のさらに他の態様は、ＤＭＤチップの熱制御を改善するための強化された方法及びシステムを提供することである。

上述した態様並びに他の目的及び利点は、本願明細書に記載されるようにここで達成されることができる。温度制御システムは、熱源と伝導的連通するように構成された冷却ブロックであって、ステム及びベースを備える冷却ブロックと、冷却ブロックのベースを通って循環するように構成された冷却流体と、熱源と冷却流体との間において冷却ブロックのベースに形成された電気的障壁とを備える。

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は、開示された実施形態にしたがって実装されたＤＭＤチップ及び冷却ブロック構成のブロック図を示している。図３は、開示された実施形態にかかる冷却ブロックを示している。図４は、開示された実施形態にかかる媒体を引き裂くのに使用されるチップを冷却するための方法に関連するステップを示すフローチャートを示している。

これら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、変更可能であって単に少なくとも１つの実施形態を説明するために引用されており、その範囲を限定するものではない。

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く、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。

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、変更可能であって単に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ており、その範囲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。

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。

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、エネルギ（最も一般的にはレーザ光として具現化される）が媒体上に堆積されるのにともない状態を永久に変化させ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に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。

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、その外面に熱変色性インクを有するブランク媒体を含むことができる。ＤＭＤミラーアレイモジュール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。

予熱ＬＤＡ１３０から構成される予熱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。

ＤＭＤミラーアレイモジュール１１０上にイメージングＬＤＡ１１５から供給されたレーザ光は、ＤＭＤにおいて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冷却ブロックにおいて電気的に絶縁された冷却剤を利用する。

図２は、開示された実施形態にかかるＤＭＤミラーアレイモジュール１１０のより詳細な図を示している。ＤＭＤチップ２０５は、基板２１０上に配設されている。チップ２０５及び基板２１０は、印刷回路基板（ＰＣＢ）２２０上に設けられたソケット２１５に動作可能に接続されることができる。ＰＣＢ２２０は、ＤＭＤチップ２０５と通信して制御するために使用される回路及び／又は電子部品を含む。場合によっては、ＰＣＢは、さらに、印刷処理を制御するために使用可能なコンピュータシステムと通信することができる。

ＤＭＤチップ２０５及び基板２１０の下方において、冷却ブロック２２５は、ＤＭＤチップ２０５から離れるように熱を伝達するように構成されることができる。ＤＭＤチップ２０５の温度を計測するために、サーミスタ２３０がＤＭＤチップ２０５に接続されることができる。サーミスタは、一般に、抵抗器の抵抗が抵抗器の温度に依存する抵抗器であると理解される。それゆえに、サーミスタの抵抗は、サーミスタにおける温度と相関させることができる。サーミスタ２３０は、代替的に、温度計などの他の温度計測装置として具現化されてもよいことが理解されるべきである。

肩付きネジ２３５は、冷却ブロック２２５を通って伸びることができ、コンプレイントワッシャー２４０を係合し且つナット２４５を押すことができる。肩付きネジ２３５は、ＤＭＤチップ２０５／基板２１０に接触して適所に冷却ブロック２２５を保持するために使用される。追加の絶縁バネ２５０は、冷却ブロック２２５とＤＭＤチップ２０５との間の良質な接触を確実にするために使用されることができる。

熱伝導性グリース２５５は、冷却ブロック２２５とＤＭＤチップ２０５との間の界面において冷却ブロック２２５に塗布されることができる。熱伝導性グリース２５５は、慎重に塗布されるように意図されている。好ましくは、熱伝導性グリース２５５は、冷却ブロック２２５とＤＭＤチップ２０５との間の熱接触をさらに最大化する最小の可能な厚さで塗布される。特定の実施形態において、熱伝導性グリース２５５は、エポキシ、シリコーン、ウレタン、アクリレート、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化亜鉛及び窒化アルミニウムとして具現化されることができる。代わりに、他の熱伝導グリースが使用されてもよい。

冷却ブロック２２５は、冷却剤循環システム２６０とインラインで取り付けられる。冷却剤循環システム２６０は、入口２６５を介して冷却ブロック２２５に冷却剤を循環させる。熱は、冷却ブロック２２５内にあるときに冷却剤に伝達された後、出口２７０を介して冷却ブロック２２５から循環される。任意数のポンプ、ダクト、マニホールド、圧縮機、冷媒、又は他のそのような装置は、冷却剤循環システム２６０に関連付けられて使用されることができる。特定の実施形態において、冷却剤循環システム２６０は、ポンプ、冷凍機、熱ポンプ、チラー、又は他のそのようなシステムを備えることができる。特定の実施形態において、冷却剤は、不凍液（例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、又はプロピレングリコール）、オイル（鉱物油、切削油、シリコーン油）、冷媒（Ｒ−１２、Ｒ−２２、Ｒ−１３４ａ）などを含むことができる。

図３は、開示された実施形態にかかる冷却ブロック２２５の図を示している。冷却ブロック２２５は、熱ピラー３１５及びベース３１０を備えることができる。熱ピラー３１５は、ＤＭＤチップ２０５と熱接触している冷却ブロック２２５のスタブを形成する。留意されるように、熱グリース２５５が熱ピラー３１５とＤＭＤチップ２０５との間の界面に塗布されることができる。

ベース３１０は、冷却剤３２０が冷却ブロック２２５を通って循環するのを可能とするマニホールド３２５を含む。入射エネルギがＤＭＤチップにおける温度を上昇させるのにともない、熱は、熱グリース２５５を介して熱ピラー３１５へと及び最終的にはマニホールド３２５を通って循環する冷却剤３２０に伝達される。

特に重要なのは、冷却剤３２０とＤＭＤチップ２０５との間の冷却ブロック２２５のベース３１０に電気的障壁３０５を含むことである。電気的障壁３０５は、冷却剤３２０からＤＭＤチップ２０５を電気的に絶縁する。電気的障壁は、１つ以上の電気的絶縁層であるが冷却ベース３１０における熱伝導性材料として具現化されることができる。特定の実施形態において、電気的障壁３０５は、シリコン層又はシート、ポリマー、ゴム、セラミックス、プラスチック、又は他の同様の材料を含むことができる。

電気的障壁３０５は、冷却流体３２０からのＤＭＤチップ２０５の電気的絶縁を提供する。これは、ＤＭＤチップ２０５から冷却ブロック２２５を通り且つ特に冷却剤３２０への接地経路を防止するために必要である。冷却ブロック２２５のベース３１０における電気的障壁３０５の位置は、（熱ピラー３１５とは対照的に）ベース３１０に形成された電気的障壁層３０５の大きな表面積が冷却ブロック２２５の冷却能力における大幅な改善を提供するというさらなる利点を有する。

図４は、チップを冷却するための方法４００に関連付けられたステップを示している。本方法は、ブロック４０５において開始する。ブロック４１０において、冷却ブロックが製造されることができる。これは、冷却ブロック及びチップを流れる冷却剤を電気的に分離する冷却ブロックのベースに電気的障壁を形成することを含む。ブロック４１５において、熱グリースが冷却ブロックの熱ピラーに塗布されることができる。

それゆえに、冷却ブロックは、装備の準備ができている。ブロック４２０において、冷却ブロックは、チップと係合させることができ、冷却剤循環システムに取り付けられることができる。熱グリースは、冷却ブロックとチップとの間の界面として機能する。そして、冷却剤循環システムは、ブロック４２５に示されるように冷却ブロックを介して冷却剤を循環させるために使用されることができる。

ＤＭＤチップに関連付けられた印刷システムは、ブロック４３０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。ブロック４３５に示されるようにＬＤＡからの入射光に関連付けられた熱エネルギは、ヒートシンクから冷却剤へと伝達される。電気的障壁は、チップから冷却剤までのグラウンドへの経路の形成を防止する。これは、過熱なしで印刷システムの連続使用を可能とする。本方法は、ブロック４４０において終了する。

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、温度制御システムは、熱源と伝導的連通するように構成された冷却ブロックであって、ステム及びベースを備える冷却ブロックと、冷却ブロックのベースを通って循環するように構成された冷却流体と、熱源と冷却流体との間において冷却ブロックのベースに形成された電気的障壁とを備える。

実施形態において、温度制御システムは、さらに、ステムと熱源との間の界面に塗布される熱伝導性グリースを含む。熱伝導性グリースは、エポキシ、シリコーン、ウレタン、アクリレート、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化亜鉛及び窒化アルミニウムのうちの少なくとも１つを含む。

他の実施形態において、電気的障壁は、シリコン、ポリマー、ゴム、セラミック、及びプラスチックのうちの少なくとも１つを含む。

実施形態において、温度制御システムは、さらに、冷却ブロックのベースを介して冷却流体を循環させるように構成された冷却ポンプ及び冷却マニホールドを備える冷却流体循環モジュールを備える。

実施形態において、熱源は、チップを備える。実施形態において、チップは、熱変色印刷システムに関連付けられたディジタルマイクロミラー装置を備える。

他の実施形態において、温度制御装置は、熱源と伝導的連通するように構成された冷却ブロックであって、ステム及びベースを備える冷却ブロックと、冷却ブロックのベースを通って循環するように構成された冷却流体と、熱源と冷却流体との間において冷却ブロックのベースに形成された電気的障壁とを備える。

実施形態において、請求項８の温度制御装置は、さらに、ステムと熱源との間の界面に塗布される熱伝導性グリースを含む。熱伝導性グリースは、エポキシ、シリコーン、ウレタン、アクリレート、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化亜鉛及び窒化アルミニウムのうちの少なくとも１つを含む。

実施形態において、電気的障壁は、シリコン、ポリマー、ゴム、セラミック、及びプラスチックのうちの少なくとも１つを含む。

実施形態において、温度制御装置は、さらに、冷却ブロックのベースを介して冷却流体を循環させるように構成された冷却ポンプ及び冷却マニホールドを備える冷却流体循環モジュールを備える。

他の実施形態において、熱源は、チップを備える。実施形態において、チップは、熱変色印刷システムに関連付けられたディジタルマイクロミラー装置を備える。

さらに他の実施形態において、温度制御方法は、熱源からステム及びベースを備える冷却ブロックへと熱を伝導的に連通させることと、冷却ブロックのベースを介して冷却流体を循環させることと、熱源と冷却流体との間において冷却ブロックのベースに形成された電気的障壁によって熱源と冷却流体との間の電気的連通を遮断することとを備える。

実施形態において、温度制御方法は、さらに、ステムと熱源との間の界面に熱伝導性グリースを塗布することを備える。実施形態において、熱伝導性グリースは、エポキシ、シリコーン、ウレタン、アクリレート、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化亜鉛及び窒化アルミニウムのうちの少なくとも１つを含む。

本方法の実施形態において、熱源は、チップを備える。チップは、熱変色印刷システムに関連付けられたディジタルマイクロミラー装置を備える。

Claims

熱源と伝導的連通するように構成された冷却ブロックであって、ステム及びベースを備え、前記ベースはさらに前記ベースを通って冷却流体が循環するように構成された冷却マニホールドを含む冷却ブロックと、
前記冷却マニホールドを通って循環するように構成された冷却流体と、
前記熱源と前記冷却流体との間において前記冷却ブロックの前記ベースに形成された電気的障壁と
を備える、温度制御システム。
前記ステムと前記熱源との間の界面に塗布される熱伝導性グリース
をさらに備える、請求項１に記載の温度制御システム。
前記熱伝導性グリースが、
エポキシ、
シリコーン、
ウレタン、
アクリレート、
酸化アルミニウム、
窒化ホウ素、
酸化亜鉛、及び
窒化アルミニウム
のうちの少なくとも１つを含む、請求項２に記載の温度制御システム。
前記電気的障壁が、
シリコン、
ポリマー、
ゴム、
セラミック、及び
プラスチック
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の温度制御システム。
前記冷却ブロックの前記ベースの前記マニホールドを通って前記冷却流体を循環させるように構成された冷却ポンプをさらに備える、請求項１に記載の温度制御システム。
前記熱源がチップを備える、請求項１に記載の温度制御システム。
前記チップは、熱変色印刷システムに関連付けられたディジタルマイクロミラー装置を含む、請求項６に記載の温度制御システム。
熱変色印刷システムに関連付けられたディジタルマイクロミラー装置と伝導的連通するように構成された冷却マニホールドを含む冷却ブロックであって、ステム及びベースを備え、前記ベースはさらに前記ベースを通って冷却流体が循環するように構成された前記マニホールドを含む冷却ブロックと、
前記マニホールドを通して前記冷却流体を循環させ、前記冷却ブロックを冷却するように構成された冷却ポンプと、
前記ディジタルマイクロミラー装置と前記冷却流体との間において前記冷却ブロックの前記ベースに形成された電気的障壁と
を備える、温度制御装置。
前記ステムと前記ディジタルマイクロミラー装置との間の界面に塗布される熱伝導性グリース
をさらに含む、請求項８に記載の温度制御装置。
前記熱伝導性グリースが、
エポキシ、
シリコーン、
ウレタン、
アクリレート、
酸化アルミニウム、
窒化ホウ素、
酸化亜鉛、及び
窒化アルミニウム
のうちの少なくとも１つを含む、請求項９に記載の温度制御装置。
前記電気的障壁が、
シリコン、
ポリマー、
ゴム、
セラミック、及び
プラスチック
のうちの少なくとも１つを含む、請求項８に記載の温度制御装置。
熱源から、ステム及びベースを備え、前記ベースはさらに前記ベースを通って冷却流体が循環するように構成された冷却マニホールドを備える冷却ブロックへと熱を伝導的に連通させることと、
前記冷却マニホールドを通り、前記冷却ブロックの前記ベースを介して前記冷却流体を循環させることと、
前記熱源と前記冷却流体との間において前記冷却ブロックの前記ベースに形成された電気的障壁によって前記熱源と前記冷却流体との間の電気的連通を遮断することと
を備える、温度制御方法。
前記ステムと前記熱源との間の界面に熱伝導性グリースを塗布すること
をさらに備える、請求項１２に記載の温度制御方法。
前記熱伝導性グリースが、
エポキシ、
シリコーン、
ウレタン、
アクリレート、
酸化アルミニウム、
窒化ホウ素、
酸化亜鉛、及び
窒化アルミニウム
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１３に記載の温度制御方法。
前記電気的障壁が、
シリコン、
ポリマー、
ゴム、
セラミック、及び
プラスチック
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の温度制御方法。
前記熱源がチップを備える、請求項１２に記載の温度制御方法。
前記チップは、熱変色印刷システムに関連付けられたディジタルマイクロミラー装置を含む、請求項１６に記載の温度制御方法。