JP2010020029A - 顕微鏡観察用保冷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い保冷能力を長時間継続可能で、かつ、振動が発生しない顕微鏡観察用保冷装置を提供する。
【解決手段】所定量の水を貯める水槽部１０と、高熱伝導性材料からなり、水槽部１０に貯められた水に浸漬して用いる放熱フィンを下面側に有する蓋部２０と、蓋部１０の上面に一方の面が貼り付けられたペルチェ素子３０と、高熱伝導性材料からなり、ペルチェ素子３０の他方の面に下面が貼り付けられる保冷プレート４０と、ペルチェ素子３０を駆動するための電源部５０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、顕微鏡観察用保冷装置に関する。

生体試料を顕微鏡によって観察する場合には、酵素活性などの生体反応性を抑制するために観察対象となる生体試料を保冷した状態で観察することが必要となる。この場合、生体試料を適切な温度（例えば３〜５℃）で少なくとも３０分程度保持できる保冷装置が必要となる。この種の保冷装置としては、例えば、非特許文献１に開示されている保冷装置（従来の第１保冷装置という。）が存在する。

図９は、従来の第１保冷装置７００を説明する図である。従来の第１保冷装置７００は、図９に示すように、筐体７１０と、ペルチェ素子７４０が下面に貼付された保冷プレート７２０と、放熱フィン（図示せず。）及び放熱ファン（図示せず。）を有する放熱部７３０とを備える。

従来の第１保冷装置７００は、ペルチェ素子７４０に所定の電力を与えることによって保冷プレート７２０を冷却するものであり、保冷プレート７２０に生体試料の入ったシャーレを載せることにより、生体試料を所定温度で所定時間保持することができる。なお、従来の第１保冷装置７００は、ペルチェ素子７４０で発生した熱を放熱フィン及び放熱ファンで放熱するいわゆる空冷式の放熱手段を用いた保冷装置である。

しかしながら、従来の第１保冷装置７００は、空冷式の放熱手段を用いた保冷装置であるため、生体試料を例えば３〜５℃の温度で少なくとも３０分程度保持しようとすると、時間の経過に伴って、放熱部７３０の放熱能力がペルチェ素子７４０で発生する熱量に追いつかなくなり、生体試料を適切な温度に保持できなくなるという問題がある。また、放熱部７３０は、放熱ファンを用いているため、放熱ファンの駆動に起因する振動によってシャーレ内の生体試料が揺れ動いてしまう場合もあり、生体試料の細部の観察や生体試料の写真撮影に支障を与えるといった問題もある。

ところで、従来の第１保冷装置７００は、顕微鏡観察用保冷装置として開発されたものであるが、ペルチェ素子を用いたこの種の保冷装置は、顕微鏡観察用保冷装置としての用途に限らず電子機器など広い分野の保冷装置として使用が可能であり、このような保冷装置においてもペルチェ素子で発生した熱を効率よく放熱することが重要である。

従来の第１保冷装置７００のような空冷式の放熱手段を用いた保冷装置に対して、保冷装置内に水を流すことでペルチェ素子の発熱した熱を放熱するいわゆる水冷式の放熱手段を用いた保冷装置が知られている（例えば、非特許文献２及び３参照。）。なお、非特許文献２に開示されている保冷装置を従来の第２保冷装置といい、非特許文献３に開示されている保冷装置を従来の第３保冷装置という。

図１０は、従来の第２保冷装置８００を説明する図である。従来の第２保冷装置８００は、図１０に示すように、銅板からなる保冷プレート８１０と、複数個のペルチェ素子８２２を有する冷却部８２０と、内部に水路（図示せず。）が形成された放熱部８３０と、放熱部８３０内の水路へ向けて水を流す流入口８３２と、放熱部８３０内の水路から水を排出する流出口８３４とを備える。

図１１は、従来の第３保冷装置９００を説明する図である。従来の第３保冷装置９００は、図１１に示すように、筐体部９１０と、ペルチェ素子９２２及び保冷プレート９２４を有する冷却部９２０と、ペルチェ素子９２２で発生した熱を放熱する放熱部９３０を有している。放熱部９３０は、内部に水を流すことが可能なハウジング部９３２、ハウジング部９３２の内部へ向けて水を流す流入口９３４と、ハウジング部９３２内部から水を排出する流出口９３６と、ペルチェ素子９２２からの熱をハウジング部９３２の内部を流れる水に放熱する放熱フィン９３８を有している。

従来の第２冷装置８００及び従来の第３保冷装置９００は、いずれも保冷装置内に水を流すことでペルチェ素子の発熱した熱を放熱するいわゆる水冷式の放熱手段を用いた保冷装置であるため高い放熱能力を得ることができる。

"冷却プレート"、[online]、ケニス株式会社、[平成２０年６月４日検索]、インターネット ＜URL：http://www.kenis.co.jp/Product/3150555.htm＞ "ペルチェ冷却・加熱ユニット"、[online]、株式会社高木製作所、[平成２０年６月４日検索]、インターネット ＜URL：http://www5f.biglobe.ne.jp/~takagiss/peltierunit.html＞ "MCW60-TTM Liquid Cooled Thermoelectric Assembly for Graphics Processors"、[online]、SWIFTECH、[平成２０年６月４日検索]、インターネット ＜URL：http://www.swiftnets.com/products/mcw60-T.asp＞

しかしながら、従来の第２保冷装置８００及び従来の第３保冷装置９００においては、それぞれの保冷装置内に水を流す構造であるため、水の流れに起因する振動が発生する可能性がある。したがって、これらの保冷装置を先に述べたような顕微鏡観察用の保冷装置として用いると、従来の第１保冷装置７００と同様、振動によってシャーレ内の生体試料が揺れ動いてしまう場合もあり、生体試料の細部の観察や生体試料の写真撮影に支障を与えるといった問題がある。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、高い保冷能力を長時間継続可能で、かつ、振動が発生しない顕微鏡観察用保冷装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の顕微鏡観察用保冷装置は、所定量の水を貯める水槽部と、高熱伝導性材料からなり、前記水槽部に貯められた水に浸漬して用いる放熱フィンを下面側に有する蓋部と、前記蓋部の上面に一方の面が貼り付けられたペルチェ素子と、高熱伝導性材料からなり、前記ペルチェ素子の他方の面に下面が貼り付けられる保冷プレートと、前記ペルチェ素子を駆動するための電源部とを備えることを特徴とする。

本発明の顕微鏡観察用保冷装置によれば、ペルチェ素子で発生する熱を水槽部に貯めた水に放熱する水冷式の放熱手段を用いている。このため、ペルチェ素子で発生する熱の放熱能力が高く、保冷プレートを効率よく冷却することができる。これにより、本発明の顕微鏡観察用保冷装置は、高い保冷能力を長時間継続可能なものとなる。

また、本発明の顕微鏡観察用保冷装置は、放熱ファンを駆動させたり、装置内に水を流したりする必要がないため、放熱ファンの駆動に起因する振動や装置内を流れる水流に起因する振動が発生しない。これにより、シャーレ内の生体試料が揺れ動いたりすることがないので、生体試料の細部の観察や生体試料の写真撮影などを適切に行うことができる。

（２）本発明の顕微鏡観察用保冷装置においては、前記蓋部は、金属からなることが好ましい。

蓋部を金属とすることによって放熱性能を高くすることができる。なお、金属としては、例えば、アルミニウム、銅などが熱伝導性が高いという点で好適である。

（３）本発明の顕微鏡観察用保冷装置においては、前記保冷プレートは、金属又はカーボンからなることが好ましい。

保冷プレートを金属又はカーボンとすることによってペルチェ素子の吸熱作用による熱の低下分をより効率よく吸収することができる。なお、金属としては、例えば、アルミニウム、銅などが熱伝導性が高いという点で好適である。

（４）本発明の顕微鏡観察用保冷装置においては、前記蓋部は前記水槽部に対して着脱可能に取り付けられることが好ましい。

蓋部を水槽部に対して着脱可能とすることによって、水槽部の水の取り換えを容易に行うことができる。なお、蓋部を水槽部に対して着脱可能とするには、蓋部を水槽部に対し例えばネジによって固定することが好ましい。

（５）本発明の顕微鏡観察用保冷装置においては、前記蓋部には、空気流通用孔が形成されていることが好ましい。

蓋部に空気流通用孔が形成されることにより、水槽部に貯められている水の温度が上昇して水の膨張により水槽部内の圧力が高くなった場合でも、水槽部内の圧力によって水槽部や蓋部がひび割れたり、予期せぬ箇所から水が漏れたりするのを未然に防止することができる。

（６）本発明の顕微鏡観察用保冷装置においては、前記保冷プレートは、前記保冷プレートに載せられる保冷対象物の水平方向への所定量以上の動きを規制するための枠を有することが好ましい。

保冷プレートがこのような枠を有することによって、シャーレが保冷プレート上で大きく横ずれするのを防ぐことができる。また、枠は、シャーレを保冷プレート上に載せる際の位置決め用としての役目も果たすので、作業性向上の効果も期待できる。

（７）本発明の顕微鏡観察用保冷装置においては、前記ペルチェ素子の一方の面は、熱伝導性ペーストを介して前記蓋部の上面に貼り付けられており、前記ペルチェ素子の他方の面は、熱伝導性ペーストを介して前記保冷プレートの下面に貼り付けられていることが好ましい。

ペルチェ素子を熱伝導性ペーストによって蓋部と保冷プレートとに貼り付けることによって、ペルチェ素子の吸熱作用による温度の低下分を保冷プレート側に効率よく伝導させることができるとともに、ペルチェ素子の発熱作用による温度の上昇分を蓋側に効率よく伝導させることができる。なお、熱伝導性ペーストとしては、銀ペーストを例示することができる。

（８）本発明の顕微鏡観察用保冷装置においては、前記保冷プレートと前記蓋部とは、ネジにより固定されていることが好ましい。

このように、保冷プレートと記蓋部とがネジにより固定されることにより、保冷プレートを蓋部に対して確実に固定することができる。

（９）本発明の顕微鏡観察用保冷装置においては、前記保冷プレートと前記蓋部との間の空間部には、前記ペルチェ素子を保護するための弾性部材が介在されることが好ましい。

このような弾性部材を蓋部と保冷プレートの間に介在させることにより、保冷プレートを蓋部にネジ止めする際、ペルチェ素子に必要以上の力が加わるのを防止することができ、ペルチェ素子が破壊されるのを未然に防止することができる。

（１０）本発明の顕微鏡観察用保冷装置においては、前記電源部は、前記ペルチェ素子に与える電力量を制御するための電力量制御手段を有することが好ましい。

これにより、ペルチェ素子による保冷プレートの冷却の度合いを変化させることができ、保冷対象物の温度を所定範囲内に収めることができる。なお、電力量制御手段としては、例えば、ペルチェ素子に与える電力量を複数段階に設定可能とするものであってもよく、また、ペルチェ素子に与える電力量を連続的に変化させることのできるものであってもよい。

（１１）本発明の顕微鏡観察用保冷装置においては、保冷対象物の温度を測定するための温度測定装置をさらに備え、前記電力量制御手段は、前記温度測定装置から出力される温度情報に基づいて前記ペルチェ素子に与える電力量を制御することが好ましい。

このように、温度測定装置から出力される温度情報に基づいてペルチェ素子に与える電力量を制御することにより、保冷対象物の温度制御を自動的に行うことができ、また、保冷対象試料の温度をきめ細かく制御することもできる。これにより、例えば、保冷対象物の温度を最適な温度範囲で所定時間保持させることが可能となる。

以下、本発明の顕微鏡観察用保冷装置について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る顕微鏡観察用保冷装置１００の構成を示す図である。なお、図１（ａ）は外観構成を示す斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）を矢印Ａ方向から見た側面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるｘ−ｘ’線の矢視断面図である。

実施形態１に係る顕微鏡観察用保冷装置１００は、図１に示すように、水槽部１０と、水槽部１０の開口面を覆うように取り付けられる蓋部２０と、蓋部２０の上面に一方の面が接するように取り付けられるペルチェ素子３０と、ペルチェ素子３０の他方の面に下面が接するように取り付けられる保冷プレート４０と、ペルチェ素子３０を駆動するための電源部５０とを備えている。

水槽部１０は、アルミニウムなどの高熱伝導性材料からなり、例えば、縦方向１２０ｍｍ及び横方向１２０ｍｍ、高さ３０ｍｍ程度の外形寸法を有する箱型をなし、内部に所定量の水を貯めることができる貯水部１２を有している。また、水槽部１０の側壁１４の上端部には蓋部２０をネジ１６によって固定するためのネジ孔１８が４箇所設けられている。

蓋部２０は、アルミニウムなどの高熱伝導性材料からなり、その下面側に多数の放熱フィン２２が形成され、その上面側に取っ手２４を有している。このように構成された蓋部２０は、放熱フィン２２が水槽部１０に貯められた水に浸漬されるように水槽部１０に取り付けられ、ネジ１６によって水槽部１０に固定される。このように、蓋部２０はネジ１６によって水槽部１０に固定されるので、水槽部１０に対して着脱可能となっており、水槽部１０内の水を容易に取り替えることができる。

ペルチェ素子３０は、一方の面が蓋部２０の上面に対して銀ペーストなどの熱伝導性ペースト３２により貼り付けられ、他方の面は保冷プレート４０の下面に対して、同じく銀ペーストなどの熱伝導性ペースト３２により貼り付けられている。

なお、ペルチェ素子３０は、蓋部２０及び保冷プレート４０に比べてその外形寸法が小さいものを使用する。したがって、ペルチェ素子３０を蓋部２０及び保冷プレート４０のそれぞれの対向面の中央部に配置することによって、蓋部２０と保冷プレート４０との間には、ペルチェ素子３０の厚みの分だけの空隙部Ｅがペルチェ素子３０を囲むように形成される。このように、蓋部２０と保冷プレート４０との間に空隙部Ｅが形成されることにより、蓋部１０から空気中に放熱された熱を保冷プレート４０に伝わりにくくする効果が得られる。

保冷プレート４０は、アルミニウム又はカーボンなどの高熱伝導性材料からなる円盤状をなし、その上面（プレート面）には生体試料などの試料の入ったシャーレ（図１では図示せず。）が載せられる。保冷プレート４０は、ネジ４２によって蓋部２０に取り付けられる。また、保冷プレート４０の縁部には、プレート面に直交する方向に凸部を形成するための枠４４が設けられている。保冷プレート４０がこのような枠４４を有することによって、保冷プレート４０に載せられたシャーレが保冷プレート４０上で大きく横ずれするのを防ぐことができる。また、枠４４は、シャーレを保冷プレート４０上に載せる際の位置決め用としての役目も果たすので、観察作業を行う際の作業性向上の効果も期待できる。

電源部５０は、電源制御ユニット５２と、電源制御ユニット５２をペルチェ素子３０に接続するためのコネクタ５４とを有している。電源制御ユニット５２は、ペルチェ素子３０に供給する電力をオン／オフさせる電源スイッチ５２１と、ペルチェ素子３０に与える電力量を制御するための電力量制御手段としての電力量設定スイッチ５２２とを有する。実施形態１に係る顕微鏡観察用保冷装置１００においては、電力量設定スイッチ５２２は、ペルチェ素子３０に供給する電力量を強（Ｈ）／弱（Ｌ）の２段階に設定可能であるとする。

図２は、実施形態１に係る顕微鏡観察用保冷装置１００の組み立て工程（その１）を説明する図である。また、図３は、実施形態１に係る顕微鏡観察用保冷装置１００の組み立て工程（その２）を説明する図である。

実施形態１に係る顕微鏡観察用保冷装置１００は、まずは、図２に示すように、蓋部２０の上面にペルチェ素子３０の一方の面（下面）を銀ペーストなどの熱伝導性ペースト３２によって貼り付ける（図２（ａ）参照。）。次に、ペルチェ素子３０の他方の面（上面）に保冷プレート４０を銀ペーストなどの熱伝導性ペースト３２によって貼り付ける(図２（ｂ）参照。）。その後、ネジ４２によって保冷プレート４０を蓋部２０に固定する（図２（ｃ）参照。）。

続いて、図２（ｃ）までの工程が終了した蓋部２０を所定量の水が貯められた水槽部１０に取り付ける（図３（ａ）〜図３（ｄ）参照。）。すなわち、放熱フィン２２を下にした状態で蓋部２０を水槽部１０の開口面に対向させる（図３（ａ）参照。）。そして、放熱フィン２２が水槽部１０内の水に浸漬するように、蓋部２０で水槽部１０の開口面を覆い、ネジ１６によって蓋部２０を水槽部１０に固定する（図３（ｂ）及び図３（ｃ）参照。）。その後、電源部５０のコネクタ５４（図３では図示せず。）によってペルチェ素子３０と電源制御ユニット５２とを接続する（図３（ｄ）参照。）。

図４は、実施形態１に係る顕微鏡観察用保冷装置１００の性能を評価するための評価試験について説明する図である。
実施形態１に係る顕微鏡観察用保冷装置１００の評価試験は、図４に示すように、図２及び図３に示す工程によって組み立てられた実施形態１に係る顕微鏡観察用保冷装置１００と、保冷対象物としてのシャーレ６０と、シャーレ６０の温度を測定するシャーレ温度測定装置７０と、水槽部１０の温度を測定する水槽温度測定装置８０とを用いて行う。

まず、所定量の水を入れたシャーレ６０を保冷プレート４０に載せ、シャーレ温度測定装置７０の温度センサ７２をシャーレ６０内に入れておく。また、水槽温度測定装置８０の温度センサ８２を水槽部１０に取り付けておく。その後、電源制御ユニット５２の電源スイッチ５２１をオンして、シャーレ温度測定装置７０と水槽温度測定装置８０の測定温度の変化を観察する。

なお、シャーレ温度測定装置７０が測定する温度は、シャーレ６０内の水の温度であるとし、当該シャーレ温度測定装置７０が測定したシャーレ６０内の水の温度をここでは「シャーレ温度」と呼ぶことにする。また、水槽温度測定装置８０によって測定する水槽部１０の温度は、水槽部１０の筐体の温度であるとし、当該水槽温度測定装置８０よって測定した水槽部１０の筐体の温度を「水槽温度」と呼ぶことにする。

ここで、実施形態１に係る顕微鏡観察用保冷装置１００の評価試験として、電力量設定スイッチ５２２を「強」に設定し、かつ、その設定状態をそのまま継続させた場合の評価試験（第１評価試験という。）と、シャーレ温度に応じて、電力設定スイッチ５２２を「強」又は「弱」に適宜切り替えた場合の評価試験（第２評価試験という。）との２種類の評価試験を行った。なお、第１評価試験及び第２の評価試験を行ったときの室温は２２℃であったとする。

図５は、第１評価試験による評価試験結果を示す図である。また、図６は、第２評価試験による評価試験結果を示す図である。

図５及び図６において、縦軸は温度、すなわち、シャーレ温度測定装置７０によって測定されるシャーレ温度（℃）と水槽温度測定装置８０によって測定される水槽部温度（℃）を示し、横軸は第１評価試験及び第２評価試験のそれぞれの開始時点からの経過時間(分)を表している。また、図５及び図６において、シャーレ温度は実線で示し、水槽部温度は破線で示している。

まず、第１評価試験結果について図５を参照しながら説明する。なお、第１評価試験結果は、電力量設定スイッチ５２２が「強」に設定された場合であり、この場合、ペルチェ素子３０には「強」に対応する所定の電力量（例えば、電圧６Ｖ、電流２Ａによって得られる電力量）が与えられる。

図５に示す第１評価試験結果によれば、評価試験開始時点（経過時間０分）においては、シャーレ温度及び水槽温度は、ほぼ１８℃前後あったものが、評価試験開始からほぼ５分経過後には、シャーレ温度はほぼ５℃にまで低下し、その後、シャーレ温度はさらに低下し続け、評価試験の始からほぼ１０分経過後には、シャーレ温度は−２℃程度にまで低下している。

一方、シャーレ温度の低下に伴って、水槽温度は徐々に上昇する。なお、水槽温度が上昇するのは、ペルチェ素子３０で発生する熱が蓋部２０を介して水槽部１０に伝導されるとともに、放熱フィン２２によって水槽部１０内の水に放熱されるためである。

そして、水槽温度は評価試験開始からの時間経過とともに、ゆっくり上昇し続ける。水槽温度が上昇して行くと、放熱効果も弱くなってくるので、シャーレ温度の低下は止まり、やがてはシャーレ温度が上昇に転じる。この第１評価試験においては、評価試験開始からほぼ１３分が経過した時点でシャーレ温度が上昇に転じ、評価試験開始からほぼ４５分が経過した時点で、シャーレ温度が５℃を超え、その後、シャーレ温度は上昇し続ける。

図５に示す第１評価試験結果によれば、評価試験開始から５分が経過した以降、評価試験開始から４５分までの４０分間は５℃以下を保持することが可能であることがわかる。しかしながら、第１評価試験結果においては、シャーレ温度が氷点下にまで下がることも確認されており、シャーレ温度が氷点下にまで下がることは、実際の顕微鏡観察を行う上で好ましくない場合もあり得る。第２評価試験は、これに対処するために行った評価試験であり、第２評価試験結果について図６を参照しながら説明する。

第２評価試験は、シャーレ温度に応じて、電力設定スイッチ５２２を「強」又は「弱」に適宜切り替えるものである。この場合、評価試験開始時点（シャーレ温度は５℃以上）においては、電力量設定スイッチ５２２を「強」とし、シャーレ温度が３℃にまで低下したら、電力量設定スイッチ５２２を「弱」に切り替えるものとし、その後、シャーレ温度が５℃まで上昇したら「強」に切り替えるものとする。このような電力量設定スイッチ５２２の切り替えは、ユーザがシャーレ温度測定装置７０よって測定されるシャーレ温度を見ながら行うものとする。なお、電力量設定スイッチ５２２が「弱」に設定されたときに、ペルチェ素子３０に与えられる電圧は４．７５Ｖであるとする。

第２評価試験における評価試験開始時点（経過時間０分）おいては、図６に示すように、シャーレ温度は約１８℃であり、この時点では、電力量設定スイッチ５２２は「強」に設定されている。このように、評価試験開始時点で電力量設定スイッチ５２２が「強」に設定された状態においては、シャーレ温度は評価試験開始からほぼ４分経過した時点で５℃となり、評価試験開始からほぼ５分経過した時点で３℃に達している。そして、シャーレ温度が３℃に達した時点で、ユーザは電力量設定スイッチ５２２を「弱」に切り替える。その後、シャーレ温度はさらに低下するが、電力量設定スイッチ５２２が「弱」に切り替わっているので、シャーレ温度の低下の度合いは小さく、シャーレ温度が０℃未満にならないことが確認された。

一方、水槽温度は時間経過とともにゆっくり上昇し続ける。水槽温度が上昇して行くと、シャーレ温度の低下は止まり、やがてシャーレ温度が上昇に転じる。この評価試験においては、評価試験開始からほぼ１２分が経過した時点でシャーレ温度が上昇に転じ、評価試験開始からほぼ４５分が経過すると、シャーレ温度が５℃に達している。この時点で、ユーザは電力量設定スイッチ５２２を「強」に切り替える。それにより、再び、シャーレ温度は低下し始めるが、この時点では、水槽温度も評価試験開始時点の温度（約１８℃）に比べて高い温度（約３３℃）となっている。このため、水槽部１０による放熱効果も弱まり、電力量設定スイッチ５２２が「強」に設定されていても、シャーレ温度はあまり低下しない。そして、評価試験開始からほぼ６５分が経過した時点でシャーレ温度が５℃を超え、その後、シャーレ温度は上昇し続ける。

このように、第２評価試験においては、シャーレ温度が評価試験開始時点から３℃にまで低下した時点で、電力量設定スイッチ５２２を「強」から「弱」に切り替え、その後、シャーレ温度がさらに低下したあと、上昇に転じて再び５度にまで上昇した時点で、電力量設定スイッチ５２２を再び「強」に切り替えるというように、シャーレ温度に応じて、電力設定スイッチ５２２を「強」又は「弱」に適宜切り替えるようにしている。これにより、シャーレ温度を必要以上に低下させることがなく、また、５℃以上にまで上昇しかけたシャーレ温度を再び低下させることができるので、シャーレ温度を所定範囲で所定時間保持することができる。

図６に示す第２評価試験結果によれば、評価試験開始からほぼ４分経過した時点でシャーレ温度が５℃にまで低下し、それ以降、評価試験開始から６５分経過するまでの間（約６０分間）は、シャーレ温度を５℃以下に保持することができる。しかも、その間の温度変化は、０〜５℃の範囲に抑えることができる。これは、生体試料を保冷した状態で顕微鏡による観察を行う場合において、観察対象となる生体試料の種類によっては実用可能な温度範囲であり、しかも、観察に必要な時間として十分な時間であると考えられる。

なお、図６に示す第２評価試験結果は、評価試験開始時点（シャーレ温度が５℃以上）である場合には、電力量設定スイッチ５２２を「強」とし、シャーレ温度が３℃にまで低下したら、電力量設定スイッチ５２２を「弱」に切り替え、その後、シャーレ温度が５℃まで上昇したら「強」に切り替えるというような設定とした場合の評価結果であるが、シャーレ温度に応じて「強」、[弱]の切り替えのタイミングを適宜変えたり、よりきめ細かく「強」と「弱」を切り替えるようにすれば、温度変化の範囲を、例えば、３〜５℃というような範囲とすることは十分可能であることが確認できた。

図７は実施形態１に係る顕微鏡観察用保冷装置１００を顕微鏡に設置した場合を示す図である。
実施形態１に係る顕微鏡観察用保冷装置１００は、図７に示すように、顕微鏡５００の台座５１０の所定位置に置かれる。そして、観察対象となる生体試料などの入ったシャーレ６０を実施形態１に係る顕微鏡観察用保冷装置１００の保冷プレート４０に載せる。そして、電源制御ユニット５２の電源スイッチ５２１をオンすることにより、ペルチェ素子３０が駆動され、それによって保冷プレート４０が冷却される。

これによって、シャーレ６０の温度を所定時間、５℃以下に保持することができる。なお、このとき、上記した第２評価試験で説明したように、シャーレ温度に応じて電力量設定スイッチ５２２の「強」／「弱」を適宜切り替えることによって、例えば、図６に示すように、シャーレ温度を所定時間（約６０分間）、所定範囲（０〜５℃）に保持することができ、さらに、シャーレ温度に応じて「強」、[弱]の切り替えのタイミングを適宜変えたり、よりきめかく「強」と「弱」を切り替えるようにすれば、温度変化の範囲を、例えば、３〜５℃というような範囲とすることも可能である。

このように、実施形態１に係る顕微鏡観察用保冷装置１００は、シャーレ６０を所定温度範囲で所定時間保冷することが可能となる。したがって、生体試料を顕微鏡観察する場合のように、観察に適した温度を所定時間保持する必要のある場合に好適なものとなる。また、実施形態１に係る顕微鏡観察用保冷装置１００は、水冷式の放熱手段を用いた保冷装置であるため、空冷式の放熱手段を用いた保冷装置よりも高い冷却能力を得ることができる。また、実施形態１に係る顕微鏡観察用保冷装置１００は、放熱ファンを駆動させたり、装置内に水を流したりする必要がないため、放熱ファンの駆動に起因する振動や装置内を流れる水流に起因する振動をなくすことができる。これにより、生体試料が揺れ動いたりすることがないので、生体試料の細部の観察や生体試料の写真撮影などを適切に行うことができる。

[実施形態２]
図８は実施形態２に係る顕微鏡観察用保冷装置２００の構成を示す断面図である。図８は実施形態１に係る顕微鏡観察用保冷装置１００の説明で用いた図１（ｃ）に対応する図であり、実施形態２に係る顕微鏡観察用保冷装置２００が実施形態１に係る顕微鏡観察用保冷装置１００と異なるのは、蓋部２０に空気流通孔２６が設けられている点と、蓋部２０と保冷プレート４０との間にペルチェ素子３０を保護するための弾性部材９０が設けられている点である。

空気流通孔２６は、水槽部１０に貯められている水の温度が上昇して水の膨張により水槽部１０内の空気が圧縮された場合、圧縮された空気を抜くためのものである。すなわち、水槽部１０と蓋部２０によって形成される空間が密閉された空間であると、水槽部１０に貯められている水の温度の上昇による水の膨張によって、水槽部１０内の圧力が高くなり、その圧力によって、水槽部１０や蓋部２０にひび割れが生じたり、予期せぬ箇所から水漏れが生じたりするおそれがある。蓋部２０に空気流通孔２６を設けることによって、このような不具合を未然に防止することができる。

また、弾性部材９０は、保冷プレート４０を蓋部２０にネジ４２によって固定（図２（ｃ）参照。）する際に、ネジ４２の締め過ぎなどによって、ペルチェ素子３０が破壊されるのを防止するためのものである。この弾性部材９０は、ペルチェ素子３０の厚みとほぼ同程度か、ペルチェ素子３０の厚みよりもわずかに厚い寸法を有するものとし、実施形態２に係る顕微鏡観察用保冷装置２００においては、ネジ４２が貫通可能なネジ貫通孔を有する２つの弾性部材９０をネジ４２の取り付け部分にそれぞれ設けるようにしている。そして、保冷プレート４０を蓋部２０に取り付ける際には、ネジ４２が弾性部材９０のネジ貫通孔を通過するようにして蓋部２０側のネジ孔に取り付けられるようにする。

このような弾性部材９０を蓋部２０と保冷プレート４０の間に介在させることにより、保冷プレート４０を蓋部２０にネジ止めする際、ペルチェ素子３０に必要以上の力が加わるのを防止することができ、ペルチェ素子３０が破壊されるのを未然に防止することができる。

以上、本発明の顕微鏡観察用保冷装置を上記の各実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の各実施形態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態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

（１）上記各実施形態においては、ペルチェ素子３０に与える電力量の制御を行う電力量制御手段としての電力量設定スイッチ５２２は、電力量を「強」／「弱」の２段階に設定可能な切り替えスイッチとしたが、さらに細分化した多段階の設定も可能な多段階切り替えスイッチであってもよく、また、電力量を連続的に変化させることができる電力量可変手段であってもよい。

（２）上記各実施形態では、ペルチェ素子３０に与える電力量の設定は、ユーザが電力量設定スイッチ５２２の切り替えによって行う場合を例示したが、シャーレ温度情報に基づいて電力量を制御するマイクロコンピュータを電力量制御手段として電源部５０に搭載し、当該マイクロコンピュータによりペルチェ素子３０に与える電力量を自動的に制御することも可能である。これによれば、ペルチェ素子３０に与える電力量をきめ細かく制御することができ、それにより、シャーレ６０の温度を所定時間、最適な温度範囲（例えば、３〜５℃）に保持させることが可能となる。

（３）上記各実施形態においては、高熱伝導性を有する金属としてアルミニウムを例示したが、銅など高熱伝導性を有する他の金属を用いてもよい。

（４）上記各実施形態において、保冷プレート４０の下面（蓋部２０の上面との対向面）側に、熱の反射能力の高い板（熱反射板）を配置するようにしてもよい。このように、保冷プレート４０の下面側に熱反射板を設けることにより、蓋部１０から空気中に放熱された熱を保冷プレート４０に伝わりにくくする効果をより大きくすることができる。

（５）上記実施形態２において設けられる弾性部材９０は、必ずしも図８に示すような位置に設ける必要はなく、例えば、ネジ４２の取り付け位置以外の数箇所に設けるようにしてもよく、また、弾性部材９０をペルチェ素子３０を一周するようなリング状として、ペルチェ素子３０を取り囲むように設けてもよい。

実施形態１に係る顕微鏡観察用保冷装置１００の構成を示す図である。 実施形態１に係る顕微鏡観察用保冷装置１００の組み立て工程（その１）を説明する図である。 実施形態１に係る顕微鏡観察用保冷装置１００の組み立て工程（その２）を説明する図である。 実施形態１に係る顕微鏡観察用保冷装置１００の性能を評価するための評価試験について説明する図である。 第１評価試験による評価試験結果を示す図である。 第２評価試験による評価試験結果を示す図である。 実施形態１に係る顕微鏡観察用保冷装置１００を顕微鏡に設置した場合を示す図である。 実施形態２に係る顕微鏡観察用保冷装置２００の構成を示す断面図である。 従来の第１保冷装置７００を説明するために示す図である。 従来の第２保冷装置８００を説明するために示す図である。 従来の第３保冷装置９００を説明するために示す図である。

符号の説明

１０…水槽部、１２…貯水部、１６…ネジ、２０…蓋部、２２…放熱フィン、２４…取っ手、２６…空気流通孔、３０…ペルチェ素子、４０…保冷プレート、４２…ネジ、４４…枠、５０…電源部、５２…電源制御ユニット、５２１…電源スイッチ、５２２…電力量設定スイッチ、６０…シャーレ、７０…シャーレ温度測定装置、８０…水槽温度測定装置、９０…弾性部材、１００，２００…顕微鏡観察用保冷装置、５００…顕微鏡

Claims (11)

1. 所定量の水を貯める水槽部と、
   高熱伝導性材料からなり、前記水槽部に貯められた水に浸漬して用いる放熱フィンを下面側に有する蓋部と、
   前記蓋部の上面に一方の面が貼り付けられたペルチェ素子と、
   高熱伝導性材料からなり、前記ペルチェ素子の他方の面に下面が貼り付けられる保冷プレートと、
   前記ペルチェ素子を駆動するための電源部と、
   を備えることを特徴とする顕微鏡観察用保冷装置。
2. 請求項１に記載の顕微鏡観察用保冷装置において、
   前記蓋部は、金属からなることを特徴とする顕微鏡観察用保冷装置。
3. 請求項１又は２に記載の顕微鏡観察用保冷装置において、
   前記保冷プレートは、金属又はカーボンからなることを特徴とする顕微鏡観察用保冷装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の顕微鏡観察用保冷装置において、
   前記蓋部は、前記水槽部に対して着脱可能に取り付けられることを特徴とする顕微鏡観察用保冷装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の顕微鏡観察用保冷装置において、
   前記蓋部には、空気流通用孔が形成されていることを特徴とする顕微鏡観察用保冷装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の顕微鏡観察用保冷装置において、
   前記保冷プレートは、前記保冷プレートに載せられる保冷対象物の水平方向への所定量以上の動きを規制するための枠を有することを特徴とする顕微鏡観察用保冷装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の顕微鏡観察用保冷装置において、
   前記ペルチェ素子の一方の面は、熱伝導性ペーストを介して前記蓋部の上面に貼り付けられており、
   前記ペルチェ素子の他方の面は、熱伝導性ペーストを介して前記保冷プレートの下面に貼り付けられていることを特徴とする顕微鏡観察用保冷装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の顕微鏡観察用保冷装置において、
   前記保冷プレートと前記蓋部とは、ネジにより固定されていることを特徴とする顕微鏡観察用保冷装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の顕微鏡観察用保冷装置において、
   前記保冷プレートと前記蓋部との間の空間部には、前記ペルチェ素子を保護するための弾性部材が介在されることを特徴とする顕微鏡観察用保冷装置。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の顕微鏡観察用保冷装置において、
    前記電源部は、前記ペルチェ素子に与える電力量を制御するための電力量制御手段を有することを特徴とする顕微鏡観察用保冷装置。
11. 請求項１０に記載の顕微鏡観察用保冷装置において、
    保冷対象物の温度を測定するための温度測定装置をさらに備え、
    前記電力量制御手段は、前記温度測定装置から出力される温度情報に基づいて前記ペルチェ素子に与える電力量を制御することを特徴とする顕微鏡観察用保冷装置。

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