WO2018105371A1 - 熱電変換装置および印刷機 - Google Patents

Abstract

熱電変換ユニットは、熱伝導性材料からなる筒体と、筒体の内周面に配置された複数の熱電変換器と、伝熱部材と、伝熱部材に設置されたヒートパイプと、を備えている。複数の熱電変換器のそれぞれは、内周面に対向する作用面と作用面の反対側に位置する逆作用面とを有する。伝熱部材は、逆作用面に配置される。逆作用面を介して複数の熱電変換器のそれぞれと伝熱部材との間で熱が移動する。複数の熱電変換器は、複数の熱電変換器の組に分けられ、複数の熱電変換器の組毎に、伝熱部材およびヒートパイプが設けられる。ヒートパイプは、伝熱部材において複数の熱電変換器の組のそれぞれが設置される位置に沿って配置される。

Description

熱電変換装置および印刷機

　本開示は、熱電変換装置およびそれを備えた印刷機に関する。

　対象物を冷却または加熱するための熱電変換装置が、各種機器に搭載されている。熱電変換装置には、たとえば、ペルチェ素子等の熱電変換素子が集積された熱電変換器が装備される。この場合、熱電変換器の作用面の反対側に位置する面から排熱を行うための構成が必要となる。

　特許文献１には、電子式サーモモジュールを用いた電子冷却式冷却ユニットが記載されている。この構成では、電子式サーモモジュールから受熱ブロックに移動した熱が、ヒートパイプによって大気に排熱される。

特開平９－１１３０５８号公報

　本開示の第１の態様は、熱電変換装置に関する。第１の態様に係る熱電変換装置は、熱伝導性材料からなる筒体と、筒体の内周面に配置された複数の熱電変換器と、伝熱部材と、伝熱部材に設置されたヒートパイプと、を備えている。複数の熱電変換器のそれぞれは、内周面に対向する作用面と作用面の反対側に位置する逆作用面とを有する。伝熱部材は、逆作用面に配置される。逆作用面を介して複数の熱電変換器のそれぞれと伝熱部材との間で熱が移動する。複数の熱電変換器は、複数の熱電変換器の組に分けられ、複数の熱電変換器の組毎に、伝熱部材およびヒートパイプが設けられる。ヒートパイプは、伝熱部材において複数の熱電変換器の組のそれぞれの熱電変換器が設置される位置に沿って配置される。

　本態様に係る熱電変換装置によれば、ヒートパイプによって、伝熱部材における組内の熱電変換器の配置位置付近が、互いに略同じ温度に維持される。よって、熱電変換器間において作用面の反対側に位置する逆作用面の温度を略均一に保つことができる。これにより、熱電変換器間において作用面を、より安定的に、略均一な温度に保つことができる。

　本開示の第２の態様は、印刷機に関する。第２の態様に係る印刷機は、第１の態様に係る熱電変換装置と、シート状の被印刷物に印刷を行う印刷部と、被印刷物を印刷部から熱電変換装置へと搬送する搬送部と、を備える。

　本態様に係る印刷機によれば、第１の態様に係る熱電変換装置を備えているため、対象物であるシート状の被印刷物の温度を、効率的かつ安定的に制御できる。

　以上のとおり、本開示によれば、複数の熱電変換器を用いる場合に、各熱電変換器の作用面の反対側に位置する逆作用面の温度を略均一に保つことが可能な熱電変換装置およびそれを用いた印刷機を提供できる。

　本開示の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本開示を実施化する際の一つの例示であって、本開示は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

図１は、実施の形態に係る印刷機の構成を模式的に示す図である。 図２Ａは、実施の形態に係る熱電変換ユニットの構成を模式的に示す平面図である。 図２Ｂは、実施の形態に係る熱電変換ユニットにおける印刷用紙の搬送過程を模式的に示す平面図である。 図２Ｃは、実施の形態に係る熱電変換ユニットにおける印刷用紙の搬送過程を模式的に示す平面図である。 図３Ａは、実施の形態に係る熱電変換ユニットを冷却風の入口側から見た状態を模式的に示す図である。 図３Ｂは、実施の形態に係る熱電変換ユニットに設置される１つの構造体の構成を模式的に示す分解斜視図である。 図４は、実施の形態に係るヒートパイプの構成を模式的に示す図である。 図５Ａは、実施の形態に係る熱電変換器の構成を模式的に示す分解斜視図である。 図５Ｂは、実施の形態に係る熱電変換器の組立完了状態の構成を模式的に示す斜視図である。 図６Ａは、実施の形態に係る熱電変換ユニットにおける給電線の接続形態を模式的に示す図である。 図６Ｂは、比較例に係る熱電変換ユニットを用いた場合の冷却能力を模式的に示すグラフである。 図７Ａは、比較例に係る熱電変換ユニットを用いた場合のヒートシンクにおける温度分布を模式的に示す図である。 図７Ｂは、比較例に係る熱電変換ユニットを用いた場合の、各熱電変換器の配置位置におけるヒートシンクの温度と各熱電変換器の冷却面（作用面）の温度との関係を示すグラフである。 図８Ａは、実施の形態に係る熱電変換ユニットを用いた場合のヒートシンクにおける温度分布を模式的に示す図である。 図８Ｂは、実施の形態に係る熱電変換ユニットを用いた場合の、各熱電変換器の配置位置におけるヒートシンクの温度と各熱電変換器の冷却面（作用面）の温度との関係を示すグラフである。 図９Ａは、第１変更例に係る熱電変換ユニットにおける給電線の接続形態を模式的に示す図である。 図９Ｂは、第１変更例に係る熱電変換ユニットにおける給電線の接続形態を模式的に示す図である。 図１０Ａは、第１変更例に係る熱電変換ユニットに幅が狭い印刷用紙が搬送された状態を模式的に示す図である。 図１０Ｂは、第１変更例に係る熱電変換ユニットを用いた場合の冷却能力を模式的に示すグラフである。 図１１Ａは、第１変更例に係る２つのヒートパイプの設置形態を模式的に示す図である。 図１１Ｂは、第１変更例に係る２つのヒートパイプの設置形態を模式的に示す図である。 図１２は、第２変更例に係るヒートパイプの設置形態を模式的に示す図である。

　本開示の実施の形態の説明に先立ち、従来技術における問題点を簡単に説明する。熱電変換装置は、複数の熱電変換器により対象物を冷却するよう構成され得る。この構成において対象物を均一に冷却する場合、複数の熱電変換器のそれぞれの冷却面の反対側に位置する放熱面が互いに略同じ温度に保たれることが好ましい。しかしながら、冷却風等の冷媒によって複数の熱電変換器の放熱面が冷やされる場合、冷媒が複数の熱電変換器の放熱面を移動するに伴って、冷媒の温度が上昇する。このため、冷媒の流れの下流側に位置する熱電変換器の放熱面は、上流側に位置する熱電変換器の放熱面よりも、温度が高くなってしまう。

　かかる課題に鑑み、本開示は、複数の熱電変換器を用いる場合に、各熱電変換器の作用面（冷却面）の反対側に位置する逆作用面（放熱面）の温度を略均一に保つことが可能な熱電変換装置およびそれを用いた印刷機を提供する。

　以下、本開示の実施の形態について図を参照して説明する。便宜上、各図には、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。

　図１は、印刷機１の構成を模式的に示す図である。図１には、産業用の印刷機１の構成例が示されている。印刷機１は、産業用の印刷機に限らず、民生用の印刷機であってもよい。

　印刷機１は、ロール紙２から繰り出される帯状の印刷用紙Ｐ１が搬送される搬送路上に、表面印刷ユニット３と、ドライヤ４と、裏面印刷ユニット５と、を備える。表面印刷ユニット３は、印刷用紙Ｐ１の表面に印刷を行う。ドライヤ４は、表面印刷ユニット３によって印刷用紙Ｐ１に転写されたインクを加熱して乾燥する。裏面印刷ユニット５は、印刷用紙Ｐ１の裏面に印刷を行う。印刷が施された印刷用紙Ｐ１は、巻き取りユニット６によって巻き取られる。また、印刷用紙Ｐ１は、ローラ７によって、各部に案内される。

　なお、印刷が施される対象物は、必ずしも、紙でなくともよく、布等、他のシート状の被印刷物であってもよい。また、後述のように、印刷機１には、印刷用紙Ｐ１よりもＸ軸方向の幅が小さい印刷用紙Ｐ２が供給され得る。

　さらに、印刷機１は、ドライヤ４と裏面印刷ユニット５との間に、熱電変換ユニット１０を備えている。熱電変換ユニット１０は、ドライヤ４によって加熱された印刷用紙Ｐ１を、裏面印刷におけるインクの塗布に適した温度まで冷却する。熱電変換ユニット１０は、筒状の形状を有する。熱電変換ユニット１０は、外周面に印刷用紙Ｐ１が接触した状態で、Ｘ軸に平行な軸の周りに回転する。印刷用紙Ｐ１は、熱電変換ユニット１０の外周面に接触することにより冷やされる。

　図２Ａは、熱電変換ユニット１０の構成を模式的に示す平面図である。便宜上、図２Ａでは、筒体１１をＸ軸に平行な軸の周りに回転させるための機構部の構成が省略されている。

　熱電変換ユニット１０は、筒体１１と、複数の熱電変換器１２とを備えている。筒体１１は、Ｘ軸正側とＸ軸負側が開放された円筒形状である。筒体１１は、銅やアルミニウム、鉄等の熱伝導特性に優れた材料からなっている。筒体１１の内周面に複数の熱電変換器１２が設置されている。

　熱電変換器１２は、筒体１１の周方向に並び、且つ、筒体１１の軸方向（Ｘ軸方向）に分散するように配置されている。ここで、筒体１１の軸方向とは、円筒形状である筒体１１の中心軸（回転中心軸）と平行な方向を示し、筒体１１の周方向とは、筒体１１の中心軸を中心とした円周に沿う方向を示している。本実施の形態では、熱電変換器１２が、Ｘ軸方向に一列に並ぶように配置されている。図２Ａには、８つの熱電変換器１２がＸ軸方向に並ぶ構成が示されているが、Ｘ軸方向に並ぶ熱電変換器１２の数はこれに限られるものではない。

　本実施の形態では、Ｘ軸方向に並ぶ熱電変換器１２の組が、筒体１１の周方向に均等に配置されている。筒体１１の周方向に配置される熱電変換器１２の組の数は、たとえば６つであるが、これに限られるものではない。また、必ずしも、Ｘ軸方向に並ぶ熱電変換器１２の組が、筒体１１の内周面の全周に亘って配置されていなくてもよく、さらには、Ｘ軸方向に並ぶ熱電変換器１２の組の周方向の間隔が均等でなくてもよい。

　個々の熱電変換器１２は、互いに同一の構成および機能を備えている。熱電変換器１２は、電圧が印加されることにより、筒体１１の内周面を冷却する。したがって、印刷用紙Ｐ１が筒体１１の外周面に接触すると、印刷用紙Ｐ１の熱が筒体１１の外周面から内周面へと移動し、さらに、熱電変換器１２へと移動する。これにより、印刷用紙Ｐ１が冷やされる。

　なお、図２Ａにおいて、Ｗ１は、印刷用紙Ｐ１が熱電変換ユニット１０に供給された場合に印刷用紙Ｐ１が筒体１１に接触する幅を示しており、Ｗ２は、印刷用紙Ｐ１よりも幅が狭い印刷用紙Ｐ２が熱電変換ユニット１０に供給された場合に印刷用紙Ｐ２が筒体１１に接触する幅を示している。

　図２Ｂ、図２Ｃは、それぞれ、熱電変換ユニット１０における印刷用紙Ｐ１の搬送過程を模式的に示す平面図である。便宜上、図２Ｂには、印刷用紙Ｐ１のＹ軸負側の部分が透視された状態が示されている。

　印刷用紙Ｐ１は、Ｙ軸正側から筒体１１の外周面に巻き付いて、Ｚ軸負方向に搬送される。搬送過程において、筒体１１は、印刷用紙Ｐ１の搬送に伴い、Ｘ軸方向に平行な軸の周りを回転する。これにより、筒体１１の外周面が順次、印刷用紙Ｐ１に接触する。印刷用紙Ｐ１は、筒体１１の外周面に巻き付いる間に、熱電変換器１２によって冷却される。このとき、印刷用紙Ｐ１の搬送方向をＺ軸負方向に続きＹ軸正方向に向かうように印刷用紙Ｐ１の搬送方法を変更すること、すなわち、印刷用紙Ｐ１が筒体１１の外周面に巻き付く距離を長くすることで、熱電変換器１２による冷却効率を高めることができる。

　なお、印刷用紙Ｐ１から熱電変換器１２へと移動した熱は、筒体１１の内部に流入する冷却風によって排熱される。冷却風は、図示しない送風機によって筒体１１の内部に供給される。冷却風は、筒体１１のＸ軸正側の開口（入口）から流入し、筒体１１のＸ軸負側の開口（出口）から流出する。

　図３Ａは、熱電変換ユニット１０を冷却風の入口側から見た状態を模式的に示す図である。図３Ｂは、熱電変換ユニット１０に設置される１つの構造体Ｃ１の構成を模式的に示す分解斜視図である。

　図３Ａに示すように、筒体１１の内周面には、６つの構造体Ｃ１が均等に設置されている。そして、１つの構造体Ｃ１とそれに隣接する構造体Ｃ１の間の空間を埋めるようにスペーサ１５が配置されている。このように構成することで、より多くの冷却風をヒートシンク１４に向かわせることができる。

　図３Ｂに示すように、構造体Ｃ１は、熱電変換器１２と、押え板１３と、ヒートシンク１４と、を備えている。ヒートシンク１４は、熱電変換器１２の作用面（上面）の反対側に位置する逆作用面（下面）から熱を移動させるための伝熱部材である。

　押え板１３の上面は、筒体１１の内周面に沿うように湾曲しており、円弧形状の断面を有している。ヒートシンク１４の上面と押え板１３の下面との間に熱電変換器１２が挟まれるようにして、押え板１３が、ネジ１６でヒートシンク１４に固定される。押え板１３には、ネジ１６が挿入される孔１３ａが形成され、ヒートシンク１４には、ネジ１６が螺着されるネジ穴１４ｂが形成されている。孔１３ａを介して、ネジ１６が、ネジ穴１４ｂに螺着される。こうして、熱電変換器１２がヒートシンク１４の上面に設置される。

　なお、図３Ｂには、ヒートシンク１４の前側の端部付近が図示されているため、３つの熱電変換器１２のみが図示されている。ヒートシンク１４は、さらに後方へと延びた形状となっている。ヒートシンク１４の上面には、図３Ｂと同様の構成によって、合計８つの熱電変換器１２が設置される。

　ヒートシンク１４および押え板１３は、銅やアルミニウム等の熱伝導特性に優れた材料からなっている。押え板１３は、薄板状の部材である。ヒートシンク１４は、所定の厚みを有し、長方形の輪郭の板状の部材である。ヒートシンク１４の下面には、板状の複数のフィン１４ａが互いに平行となるように設けられている。フィン１４ａは、熱伝導性に優れた材料からなっている。さらに、ヒートシンク１４の前端と後端には、上下に貫通するネジ孔１４ｃが設けられている。

　図３Ａに示すように、６つの構造体Ｃ１を筒体１１の内周面に配置した状態で、筒体１１に設けられた貫通孔（図示せず）に、外周面側から内周面側に向かってネジ（図示せず）が挿入され、このネジは、ヒートシンク１４のネジ孔１４ｃに留められる。こうして、図３Ａに示すように、６つの構造体Ｃ１が、筒体１１の内周面に、周方向に均等に固定される。

　筒体１１に流入した冷却風は、フィン１４ａの間の隙間を通って筒体１１から排出される。これにより、熱電変換器１２からフィン１４ａへと移動した熱が取り除かれる。こうして、熱電変換器１２の放熱面に熱が溜まることが抑制され、熱電変換器１２における冷却作用が維持される。

　さらに、本実施の形態では、ヒートシンク１４にヒートパイプ１７が設置されている。図３Ｂに示すように、ヒートシンク１４の上面には、ヒートシンク１４の長手方向に延びる凹部１４ｄが形成されている。この凹部１４ｄにヒートパイプ１７が嵌め込まれる。ヒートパイプ１７は、ヒートシンク１４の長手方向の一方の端部付近から他方の端部付近まで延びるように、凹部１４ｄに嵌め込まれる。すなわち、ヒートパイプ１７は、ヒートシンク１４の上面に設置される８つの熱電変換器１２の全ての設置位置に掛かるように延びている。このように、ヒートシンク１４が熱電変換器１２と対向する面に凹部１４ｄを有し、ヒートパイプ１７が凹部１４ｄに嵌め込まれることで、複数（８つ）の熱電変換器１２の放熱面の温度を略均一に保つ効果を高めつつ、ヒートシンク１４の大きさをコンパクトにできる。

　この状態で、上記のように、熱電変換器１２と押え板１３がヒートシンク１４の上面に設置される。これにより、凹部１４ｄに嵌め込まれたヒートパイプ１７の上面が熱電変換器１２で覆われて、ヒートパイプ１７がヒートシンク１４に設置される。このように、ヒートパイプ１７の少なくとも一部がヒートシンク１４の凹部１４ｄと熱電変換器１２とにより形成された空間に位置することで、複数の熱電変換器１２の冷却面（作用面）の反対側に位置する放熱面の温度を略均一に保つ効果を効率良く高めることができる。さらに、複数の熱電変換器１２が設置された状態において、それぞれの熱電変換器１２の下面（放熱面）は、ヒートパイプ１７の上面に接触しているので、複数の熱電変換器１２の放熱面の温度を略均一に保つ効果をさらに効率良く高めることができる。図３Ａに示す６つのヒートシンク１４の全てに、同様の方法で、ヒートパイプ１７が設置される。

　図４は、ヒートパイプ１７の構成を模式的に示す図である。便宜上、図４では、ヒートパイプ１７の内部が透視され、さらに、ヒートパイプ１７の内部に配置されたウィック（毛細管構造の芯）１７ｃの内側が見えるように、ウィック１７ｃが長手方向に沿ってスリット状に切欠かれている。ここでは、ヒートパイプ１７として、ウィック方式のヒートパイプが用いられている。

　ヒートパイプ１７は、ケース１７ａと、作動液１７ｂと、ウィック１７ｃを有する。作動液１７ｂは、ケース１７ａ内に密封されている。ウィック１７ｃは、ケース１７ａの内壁に沿うようにケース１７ａの内部に配置されている。ヒートパイプ１７では、以下のようにして、高温部Ａ１の熱が低温部Ａ２へと移動する。

　まず、高温部Ａ１の内壁で、作動液１７ｂが熱を吸収して蒸発する。次に、作動液１７ｂの蒸気が、ウィック１７ｃ内部の空洞を通って低温部Ａ２へと移動する。そして、作動液１７ｂの蒸気は、低温部Ａ２で冷却されて凝集し、液体に戻る。液体に戻った作動液１７ｂは、ケース１７ａ内壁に沿って配置された毛細管構造の芯であるウィック１７ｃに吸収される。その後、作動液１７ｂは、ウィック１７ｃを伝わって高温部Ａ１へと戻る。このように、ヒートパイプ１７内で作動液１７ｂが循環することにより、高温部Ａ１から低温部Ａ２へと熱が移動する。

　図５Ａは、熱電変換器１２の構成を模式的に示す分解斜視図、図５Ｂは、熱電変換器１２の組立完了状態の構成を模式的に示す斜視図である。

　図５Ａに示すように、熱電変換器１２は、第１の基板１２ａと、第２の基板１２ｂと、熱電変換素子１２ｃと、を備える。

　第１の基板１２ａおよび第２の基板１２ｂは、平面視において略長方形の形状を有し、熱伝導率が高い金属材料からなっている。図５Ａに示すように第２の基板１２ｂの上面に熱電変換素子１２ｃが配置された状態で、熱電変換素子１２ｃの上面に第１の基板１２ａが重ねられる。熱電変換素子１２ｃは、一定のピッチでＸ軸方向およびＹ軸方向に並べられる。熱電変換素子１２ｃは、印加された電圧に基づいて熱を移動させて冷却するための素子であって、たとえば、ペルチェ素子からなっている。

　なお、第１の基板１２ａの下面と第２の基板１２ｂの上面には、それぞれ、熱電変換素子１２ｃの上側の電極と下側の電極とに接合される接続電極（図示せず）が形成されている。これらの接続電極を介して、熱電変換素子１２ｃに電圧が印加される。第１の基板１２ａに形成された接続電極と、第２の基板１２ｂに形成された接続電極は、図５Ｂのように組み立てられた熱電変換器１２に対して図示しない端子から電圧が印加されると、全ての熱電変換素子１２ｃに一律に電圧が印加されるように設定されている。

　組立時には、第２の基板１２ｂの上面の接続電極に半田が塗布された状態で、図５Ａのように、熱電変換素子１２ｃが配置される。さらに、第１の基板１２ａの下面の接続電極に半田が塗布された状態で、図５Ｂのように、第１の基板１２ａが熱電変換素子１２ｃの上面に重ねられる。この状態で、半田を溶着させるためのリフロー処理が行われる。これにより各接続電極が熱電変換素子１２ｃに接合され、第１の基板１２ａおよび第２の基板１２ｂが固定される。こうして、図５Ｂに示す熱電変換器１２が構成される。熱電変換器１２に対して電圧が印加されると、熱電変換器１２の冷却面（第１の基板１２ａの上面）の熱が、熱電変換器１２の放熱面（第２の基板１２ｂの下面）へと移動する。

　図６Ａは、熱電変換ユニット１０における給電線２１の接続形態を模式的に示す図である。なお、図６Ａに示すドライバ３１と熱電変換ユニット１０（給電線２１を含む）とによって、熱電変換装置１００が構成される。

　図６Ａに示すように、筒体１１の軸方向（Ｘ軸方向）に並ぶ８つの熱電変換器１２が給電線２１によって直列に接続されている。すなわち、図３Ｂに示す１つの構造体Ｃ１に含まれる８つの熱電変換器１２が直列に接続されている。直列に接続された８つの熱電変換器１２の組が、周方向に６つ配置されている。ドライバ３１は、直列に接続された熱電変換器１２の６つの組に対して、それぞれ、個別に、電圧を印加する。熱電変換器１２の６つの組に対して、並列に、ドライバ３１から電圧が印加されてもよい。ドライバ３１と給電線２１は、たとえば、筒体１１の回転軸に配置されたブラシを介して接続されている。

　この接続形態では、筒体１１の軸方向（Ｘ軸方向）に並ぶ８つの熱電変換器１２に同一の電流が流れる。このため、筒体１１の軸方向（Ｘ軸方向）の位置ごとに、熱電変換器１２の駆動を制御することができない。このため、ヒートパイプ１７がヒートシンク１４に設置されていない場合は、以下のとおり、筒体１１において、軸方向（Ｘ軸方向）に温度勾配が生じてしまう。

　図６Ｂは、比較例に係る熱電変換ユニット１０を用いた場合の冷却能力を模式的に示すグラフである。

　比較例では、ヒートパイプ１７がヒートシンク１４に設置されていない。すなわち、比較例では、図３Ｂの構成から凹部１４ｄとヒートパイプ１７が省略され、ヒートシンク１４の上面は平面となっている。

　図６Ａに示すように、筒体１１のＸ軸正側の開口（入口）から冷却風が導入されると、冷却風は、筒体１１の内部を通るに伴い、フィン１４ａから熱を吸収する。このため、冷却風の温度は、図６Ｂの黒丸のプロットに示すように、軸方向の位置がＸ軸負方向に移動するに伴い上昇する。冷却風の温度が上昇すると、フィン１４ａから冷却風に移動する熱量が減少する。このため、比較例では、冷却風の流れの下流側に向かうほど、ヒートシンク１４の温度が上昇する。その結果、冷却風の流れの下流側に向かうほど、熱電変換器１２の放熱面（図５Ｂに示す第２の基板１２ｂの下面）の温度が上昇し、熱電変換器１２の冷却能力が低下する。このような現象により、比較例では、Ｘ軸の軸方向に並ぶ熱電変換器１２の冷却能力が、図６Ｂの黒菱形のプロットに示すように、不均一となる。

　図７Ａは、比較例に係る熱電変換ユニット１０を用いた場合のヒートシンク１４における温度分布を模式的に示す図である。便宜上、図７Ａでは、ハッチングの濃淡によって、ヒートシンク１４の温度が示されている。ここでは、ハッチングが濃いほど、ヒートシンク１４の温度が高い。

　上記のように、筒体１１の内部を流れる冷却風は、流れの下流ほど温度が高くなる。このため、各熱電変換器１２の直下位置におけるヒートシンク１４の温度は、冷却風の流れの下流側ほど温度が高くなる。したがって、Ｘ軸方向に並ぶ８つの熱電変換器１２は、冷却風の下流側に位置するものほど放熱面の温度が高くなる。その結果、Ｘ軸方向に並ぶ８つの熱電変換器１２は、冷却風の下流側に位置するものほど冷却面（作用面）の温度が高くなる。

　図７Ｂは、比較例に係る熱電変換ユニット１０を用いた場合の、各熱電変換器１２の配置位置におけるヒートシンク１４の温度と各熱電変換器１２の冷却面（作用面）の温度との関係を示すグラフである。

　熱電変換器１２は、冷却面（作用面）の温度と、放熱面（作用面の反対側に位置する逆作用面）の温度との間の温度差ΔＴが一定となる性質を有している。これに対し、比較例では、上記のように、Ｘ軸方向に並ぶ８つの熱電変換器１２の直下位置におけるヒートシンク１４の温度（放熱面の温度）が、図７Ｂの黒三角のプロットのように変化する。このため、比較例では、Ｘ軸方向に並ぶ８つの熱電変換器１２の冷却面（作用面）の温度が、図７Ｂの黒四角のプロットのように変化する。

　このように、比較例に係る熱電変換ユニット１０では、筒体１１の軸方向（Ｘ軸方向）に並ぶ８つの熱電変換器１２の冷却面（作用面）の温度が不均一となるため、筒体１１においても、図７Ｂの黒四角のグラフと同様の傾向で、温度勾配が生じる。このため、筒体１１に接触する印刷用紙Ｐ１においても、幅方向（Ｘ軸方向）に温度勾配が生じる。印刷用紙Ｐ１における温度勾配は、図１に示す裏面印刷ユニット５における印刷に支障を与える可能性がある。

　これに対し、本実施の形態では、ヒートシンク１４にヒートパイプ１７が設置されているため、上記のように筒体１１を流れる冷却風に温度差が生じたとしても、ヒートパイプ１７の高い熱伝導特性によって、ヒートシンク１４の温度が、ヒートシンク１４の長手方向において、略均一化される。

　図８Ａは、実施の形態に係る熱電変換ユニット１０を用いた場合のヒートシンク１４における温度分布を模式的に示す図である。図８Ａでは、図７Ａと同様、ハッチングによって、ヒートシンク１４の温度が示されている。

　図８Ａに示すように、実施の形態に係る熱電変換ユニット１０では、筒体１１を流れる冷却風に温度差が生じたとしても、ヒートシンク１４の温度が長手方向に略均一化される。これは、ヒートパイプ１７によって、以下の作用が生じるためであると想定され得る。

　すなわち、温度が高い下流側では、作動液１７ｂが気化してヒートシンク１４の熱を奪い、ヒートシンク１４の温度が降下する。一方、温度が低い上流側では、作動液１７ｂが液化してヒートシンク１４に熱を与え、ヒートシンク１４の温度が上昇する。このとき、ヒートシンク１４の各位置における温度の降下と上昇は、ヒートシンク１４の長手方向中央付近の中間温度との差分が大きいほど大きくなる。このような作用が短時間で繰り返されることにより、ヒートシンク１４の温度分布が、長手方向中央付近の中間温度に均一化される。

　なお、本願の発明者は、実施の形態と同様、ヒートシンク１４にヒートパイプ１７を配置した構成において、各熱電変換器１２を駆動した状態で、各熱電変換器１２の配置位置付近におけるヒートシンク１４の温度を測定した。その結果、ヒートシンク１４にヒートパイプ１７を配置することにより、熱電変換器１２の配置位置付近におけるヒートシンク１４の温度が、互いに略同一となることが確認できた。

　図８Ｂは、実施の形態に係る熱電変換ユニット１０を用いた場合の、各熱電変換器１２の配置位置におけるヒートシンク１４の温度と各熱電変換器１２の冷却面（作用面）の温度との関係を示すグラフである。

　実施の形態に係る熱電変換ユニット１０では、上述のヒートパイプ１７の作用によって、図８Ｂの黒三角のプロットのように、ヒートシンク１４の温度分布が、ヒートシンク１４の長手方向において、略均一化される。このため、Ｘ軸方向に並ぶ８つの熱電変換器１２の冷却面（作用面）の温度も、ヒートシンク１４の温度との間の温度差がΔＴとなるように、ヒートシンク１４の長手方向において、略均一化される。したがって、実施の形態に係る熱電変換ユニット１０では、Ｘ軸方向に並ぶ８つの熱電変換器１２の冷却面（作用面）の温度が、図８Ｂの黒四角のプロットのように略同一となる。

　このように、実施の形態に係る熱電変換ユニット１０では、筒体１１の軸方向（Ｘ軸方向）に並ぶ８つの熱電変換器１２の冷却面（作用面）の温度が略均一となるため、筒体１１においても、軸方向に略温度勾配が生じることがなく、略均一の温度に保たれる。このため、筒体１１に接触する印刷用紙Ｐ１を略均一に冷却でき、図１に示す裏面印刷ユニット５における印刷を適正に行うことができる。

　＜実施形態の効果＞
　以上、本実施の形態によれば、以下の効果が奏される。

　ヒートパイプ１７の作用によって、ヒートシンク１４の複数の熱電変換器１２の配置位置付近の温度が、略同じに維持される。よって、複数の熱電変換器１２の作用面（冷却面）の反対側に位置する面（放熱面）の温度を略均一に保つことができる。これにより、複数の熱電変換器１２の作用面（冷却面）を、より安定的に、均一な温度に保つことができる。

　８つの熱電変換器１２が筒体１１の軸方向に１列に並ぶように配置され、ヒートパイプ１７は、列の両端の熱電変換器１２の配置位置付近の間を直線状に連結するように、ヒートシンク１４に設置されている。これにより、直線状のヒートパイプ１７をヒートシンク１４に円滑に配置しつつ、ヒートシンク１４に直線状に設置された８つの熱電変換器１２の作用面（冷却面）の反対側に位置する面（放熱面）の温度を、略均一に保つことができる。

　１列に並んだ８つの熱電変換器１２の組が、筒体１１の周方向に一定の間隔で、筒体１１の内周面に６つ配置され、各列の熱電変換器１２の組に対してヒートシンク１４とヒートパイプ１７がそれぞれ設けられている。これにより、筒体１１の外周面を効率的に略均一な冷却温度に保つことができる。

　筒体１１の内周面に設置された６つのヒートシンク１４は、それぞれ、筒体１１の中心軸に向かって延びるフィン１４ａを備える。これにより、筒体１１の内部に冷却風を流すことにより、熱電変換器１２から各ヒートシンク１４に移動した熱を効果的に排熱できる。

　＜第１変更例＞
　以上、本開示の実施の形態について説明したが、本開示は上記実施の形態に何らの制限を受けるものではない。

　たとえば、上記実施の形態では、図６Ａに示すように、筒体１１の軸方向に並ぶ８つの熱電変換器１２が直列に接続されたが、筒体１１の周方向に並ぶ６つの熱電変換器１２が直列に接続される接続形態であってもよい。

　図９Ａ、図９Ｂは、第１変更例に係る熱電変換ユニット１０における給電線２２の接続形態を模式的に示す図である。図９Ａは、熱電変換ユニット１０をＺ軸正側から見た図、図９Ｂは、熱電変換ユニット１０をＸ軸正側から見た図である。便宜上、図９Ｂでは、熱電変換器１２よりも筒体１１の中心軸側の構成の図示が省略されている。

　図９Ａ、図９Ｂに示すように、本変更例では、筒体１１の周方向（Ｘ軸周りの方向）に並ぶ６つの熱電変換器１２が給電線２２によって直列に接続されている。すなわち、筒体１１の周方向（Ｘ軸周りの方向）に並ぶ６つの熱電変換器１２が直列に接続されて、１つの回路を構成している。直列に接続された６つの熱電変換器１２からなる回路が、軸方向（Ｘ軸方向）に８つ構成されている。ドライバ３２は、各回路に対して、それぞれ、個別に、電圧を印加する。ドライバ３２と給電線２２は、たとえば、筒体１１の回転軸に配置されたブラシを介して接続されている。

　本変更例では、ドライバ３２と熱電変換ユニット１０（給電線２２を含む）とによって、熱電変換装置１００が構成される。

　本変更例の接続形態では、図１０Ａに示すように、印刷用紙Ｐ１よりも幅が小さい印刷用紙Ｐ２が熱電変換ユニット１０に供給された場合に、以下のように、熱電変換器１２において、無駄な電力消費が生じることを抑制できる。

　すなわち、幅が狭い印刷用紙Ｐ２が熱電変換ユニット１０に供給された場合、印刷用紙Ｐ２の両側の領域Ｗ３には印刷用紙Ｐ２が接触しない。これに対し、上記実施の形態の接続形態では、軸方向（Ｘ軸方向）に並ぶ８つの熱電変換器１２が直列に接続されているため、領域Ｗ３（非接触領域）に含まれる熱電変換器１２も、中央の熱電変換器１２と同様に電流が流されて、筒体１１に冷却作用を付与する。このため、領域Ｗ３に対する冷却によって電力が無駄に消費されてしまう。また、筒体１１は領域Ｗ３（非接触領域）において過冷却となる。

　これに対し、本変更例では、周方向に並ぶ６つの熱電変換器１２が給電線２２によって直列に接続されているため、領域Ｗ３（非接触領域）に含まれる熱電変換器１２に対する給電を制御することにより、これらの問題を解消できる。

　すなわち、図１０Ｂに示すように、領域Ｗ３に含まれる熱電変換器１２に印加する電圧を、印刷用紙Ｐ２が接触する中央領域に含まれる熱電変換器１２に印加する電圧に比べて、低下させる。たとえば、ドライバ３２は、領域Ｗ３に含まれる熱電変換器１２に対する電圧の印加を停止させる（印加電圧＝０）。あるいは、ドライバ３２は、領域Ｗ３に含まれる熱電変換器１２に対する印加電圧をゼロ付近に低下させる。これにより、熱電変換ユニット１０が領域Ｗ３において過冷却となることが抑止され、領域Ｗ３における無駄な電力消費が回避され得る。

　なお、本変更例では、上記実施の形態と同様、ヒートパイプ１７が放熱面側のヒートシンク１４に設置されている。もし、仮に、ヒートパイプ１７が、熱電変換器１２の放熱面側ではなく冷却面側に配置された場合は、Ｘ軸方向に並ぶ８つの熱電変換器１２に対する印加電圧を図１０Ｂに示すように制御したとしても、領域Ｗ３の範囲において、筒体１１が冷却されることになる。たとえば、ヒートシンク１４上に並ぶ８つの熱電変換器１２の上面をそれぞれ押さえる押え板１３（図３Ｂ参照）を接続するように、ヒートパイプ１７が、これら８つの熱電変換器１２の冷却面側に配置された場合、図１０Ａの領域Ｗ３に含まれる熱電変換器１２に対する印加電圧を遮断したとしても、ヒートパイプ１７を介して、領域Ｗ３の範囲における筒体１１の熱が、領域Ｗ２の熱電変換器１２へと移動し、領域Ｗ３の範囲において筒体１１が冷却される。

　本変更例では、上記実施の形態と同様、ヒートパイプ１７がヒートシンク１４に設置されているため、領域Ｗ３の範囲における筒体１１の熱が、ヒートパイプ１７を介して、領域Ｗ２の熱電変換器１２へと移動することがない。よって、本変更例によれば、Ｘ軸方向に並ぶ８つの熱電変換器１２に対する印加電圧を図１０Ｂのように制御することにより、領域Ｗ３における筒体１１の過冷却を抑制することができる。

　なお、本変更例では、図１１Ａ、図１１Ｂに示すように、領域Ｗ１と領域Ｗ２にそれぞれ対応する２種類の長さのヒートパイプ１７１、１７２をヒートシンク１４に設置するようにしてもよい。図１１Ａは、凹部１４ｄにヒートパイプ１７１、１７２を嵌め込む前の状態をヒートシンク１４の上面側から見た図であり、図１１Ｂは、凹部１４ｄにヒートパイプ１７１、１７２を嵌め込んだ後の状態をヒートシンク１４の上面側から見た図である。ここでは、平面視における凹部１４ｄの形状が、２つのヒートパイプ１７１、１７２の長さに応じた形状に変更されている。

　この変更例では、幅の広い印刷用紙Ｐ１が供給される場合は、領域Ｗ１に含まれる全ての熱電変換器１２が駆動される。この場合、主として、長い方のヒートパイプ１７１が、領域Ｗ１におけるヒートシンク１４の温度の均一化に効果的に作用する。また、幅の狭い印刷用紙Ｐ２が供給される場合は、領域Ｗ２に含まれる４つの熱電変換器１２が駆動される。この場合、主として、短い方のヒートパイプ１７２が、領域Ｗ２におけるヒートシンク１４の温度の均一化に効果的に作用する。これにより、印刷用紙Ｐ１、Ｐ２の何れが熱電変換ユニット１０に供給される場合も、効率的かつ安定的に、印刷用紙Ｐ１、Ｐ２を冷却することができる。

　＜第２変更例＞
　上記実施の形態では、ヒートシンク１４の上面に設けられた凹部１４ｄにヒートパイプ１７を嵌め込む構成であったが、ヒートシンク１４に対するヒートパイプ１７の装着方法はこれに限られるものではない。

　たとえば、図１２に示すように、ヒートシンク１４に、長手方向に貫通する孔１４ｅを設け、この孔１４ｅにヒートパイプ１７３を挿入して、ヒートパイプ１７３をヒートシンク１４に装着する構成であってもよい。この場合、孔１４ｅは必ずしも貫通していなくてもよく、孔１４ｅの一方の端部のみがヒートシンク１４の側面まで延びており、他方の端部は、ヒートシンク１４の内部で止まっていてもよい。また、孔１４ｅの数は、２つに限らず、他の数であってもよい。さらに、図１１Ａ、図１１Ｂに示すように、２つのヒートパイプ１７３の長さが異なっていてもよい。押え板１３には、２つ孔１３ａが設けられ、ヒートシンク１４の上面には、２つの孔１３ａに対応する位置にネジ孔１４ｂが設けられている。

　なお、本変更例では、上記実施の形態と異なり、ヒートパイプ１７３の断面形状が円形となっている。ヒートパイプ１７１は、角柱形状より円柱形状の方が、熱伝導率が高い。このため、本変更例のように、ヒートパイプ１７３が、ヒートシンク１４の内部に配置されて、熱電変換器１２から遠ざかったとしても、円柱状のヒートパイプ１７３を用いることにより、ヒートシンク１４の温度をより効果的に均一化することができる。

　＜その他の変更例＞
　上記実施の形態では、対象物である印刷用紙Ｐ１、Ｐ２を冷却する冷却する冷却装置として熱電変換装置１００を使用する場合について説明したが、たとえば、図６Ａにおけるドライバ３２の電圧供給端子の極性を入れ替えることで、熱電変換装置１００を加熱装置として使用することも可能である。この場合、熱電変換器１２の作用面は加熱面となり、逆作用面は吸熱面となる。

　なお、印刷機１を寒冷地域で使用する場合、印刷機１の電源投入時に熱電変換ユニット１０が所定温度以上に達していないこともあり得る。このような場合、熱電変換ユニット１０に印加する電圧の極性を反転させることにより、筒体１１を適正温度まで急速に近づけることができる。その結果、印刷機１において、電源投入から印刷開始までに要する時間を短縮することができる。

　また、熱電変換装置１００は、必ずしも、印刷機１に用いられなくてもよく、冷却または加熱を要する他の機器に用いられてもよい。また、Ｘ軸方向に見たときの筒体１１の形状は、必ずしも、円形でなくてもよく、角が丸められた四角形等、熱電変換装置１００が用いられる装置側の要求に応じて適宜変更可能である。

　また、熱電変換器１２は、必ずしも、筒体１１の内周面に設置されなくてもよく、筒体１１の外周面等、熱電変換装置１００が用いられる装置側の要求に応じて適宜変更可能である。また、熱電変換器１２の配置レイアウトや配置数等も適宜変更可能である。同様に、ヒートシンク１４におけるヒートパイプ１７の配置数や配置位置も、適宜変更可能である。

　さらに、筒体１１に対する熱電変換器１２の設置構造も、図３Ａ、図３Ｂに示した設置構造に限らず、種々の変更が可能である。たとえば、上記実施の形態では、筒体１１の軸方向に並ぶ８つの熱電変換器１２に対して１つのヒートシンク１４が割り当てられたが、筒体１１の軸方向に並ぶ８つの熱電変換器１２に対して個別にヒートシンク１４が割り当てられてもよく、これら８つの熱電変換器１２のうち隣り合う２つの熱電変換器１２に１つのヒートシンク１４が割り当てられてもよい。これらの場合も、筒体１１の軸方向に並ぶ各ヒートシンクは、ヒートパイプ１７によって互いに熱の移動が可能に連結される。

　この他、冷却対象物も、印刷に用いる紙や布の他に、種々変更可能である。また、筒体１１を用いない熱電変換装置であってもよい。

　本開示の実施の形態は、請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

　　１　印刷機
　　１０　熱電変換ユニット
　　１１　筒体
　　１２　熱電変換器
　　１４　ヒートシンク（伝熱部材）
　　１４ａ　フィン
　　１７　ヒートパイプ
　　１７１，１７２，１７３　ヒートパイプ
　　１００　熱電変換装置

Claims (10)

1. 　熱伝導性材料からなる筒体と、
   　前記筒体の内周面に配置され、それぞれが前記内周面に対向する作用面と前記作用面の反対側に位置する逆作用面とを有する複数の熱電変換器と、
   　前記逆作用面に配置された伝熱部材と、
   　前記伝熱部材に設置されたヒートパイプと、を備え、
   　前記逆作用面を介して前記複数の熱電変換器のそれぞれと前記伝熱部材との間で熱が移動し、
   　前記複数の熱電変換器は、複数の熱電変換器の組に分けられ、
   　前記複数の熱電変換器の組毎に、前記伝熱部材および前記ヒートパイプが設けられ、
   　前記ヒートパイプは、前記伝熱部材において前記複数の熱電変換器の組のそれぞれが設置される位置に沿って配置される、
   　熱電変換装置。
2. 　前記複数の熱電変換器が、前記複数の熱電変換器の組毎に前記筒体の軸方向において直線状の列に並ぶように配置され、
   　前記ヒートパイプは、前記列の両端の熱電変換器の配置位置の間を直線状に連結するように前記伝熱部材に設置される、
   　請求項１に記載の熱電変換装置。
3. 　前記複数の熱電変換器の組が、前記筒体の周方向に所定の間隔で配置されている、
   　請求項１または２に記載の熱電変換装置。
4. 　前記伝熱部材は、前記筒体の中心軸に向かって延びるフィンを備える、
   　請求項１～３のいずれか１項に記載の熱電変換装置。
5. 　前記熱電変換器は、前記筒体の外周面に接触した対象物を冷却するよう制御される、
   　請求項１～４のいずれか１項に記載の熱電変換装置。
6. 　前記伝熱部材は、前記逆作用面に対向する面に凹部を有し、
   　前記ヒートパイプは前記凹部に嵌め込まれる、
   　請求項１～５のいずれか１項に記載の熱電変換装置。
7. 　前記ヒートパイプは、少なくともその一部が前記凹部と前記逆作用面とにより形成された空間内に位置する、
   　請求項６に記載の熱電変換装置。
8. 　前記ヒートパイプは前記逆作用面に接触している、
   　請求項１～７のいずれか１項に記載の熱電変換装置。
9. 　請求項１に記載の熱電変換装置と、
   　シート状の被印刷物に印刷を行う印刷部と、
   　前記被印刷物を前記印刷部から前記熱電変換装置へと搬送する搬送部と、を備える、
   　印刷機。
10. 　前記印刷部は、互いに異なる複数の幅の前記被印刷物に印刷できるように構成されており、
    　前記熱電変換装置は、前記複数の幅にそれぞれ対応する長さを有する、前記ヒートパイプを含む複数のヒートパイプを備える、
    　請求項９に記載の印刷機。

Images