JP2012013497A - 恒温装置用均熱ブロック - Google Patents

Abstract

【課題】従来の温度校正装置用の均熱ブロックは、温度センサを挿入する穴の開口部分から、熱が流出したり流入したりするため、上下で大きな温度差が生まれ、温度分布が不均一であった。
【解決手段】本件発明では、一端が閉じた管状の加熱冷却管と、前記加熱冷却管に内接し、恒温状態にすべき恒温対象物を挿入可能な恒温対象物挿入穴を有する恒温対象物挿入ブロックとからなり、前記加熱冷却管の長さ方向略中央部の外周には、加熱冷却装置が接続される加熱冷却装置接続部と、を有する恒温装置用均熱ブロックを提供する。また、前記加熱冷却管は、内壁の少なくとも一部が、一端が閉じた方向へ向かって狭まるテーパー形状を有し、前記恒温対象物挿入ブロックの外周は、前記加熱冷却管の内壁のテーパー形状に沿ったテーパー形状を有している恒温装置用均熱ブロックを提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱電対や測温抵抗体などの温度計や温度センサの校正を行う校正装置の恒温装置に用いられる恒温装置用均熱ブロックに関する。

温度センサの校正を行う校正装置は、温度がヒータなどの加熱装置や、ペルチェ素子やスターリングクーラーなどの冷却装置などによって、一定温度に保持された恒温装置の均熱ブロック内に校正対象となる温度センサを挿入し、校正を行っている。

温度センサの校正に際して、均熱ブロックの温度は、一定に保たれ、また温度センサが挿入された空間は、できるだけ温度分布が少なく、均一な温度に保つことが必要である。

このため、例えば特許文献１に示した温度校正用の恒温槽では、均熱ブロック（金属槽）の底面から加熱を行い、校正対象となる温度センサ（温度計）が挿入される均熱ブロックの周囲に断熱ケースを設けて、熱の流入や流出を防ぎ、温度センサ周囲の温度分布が均一になるように構成している。

特開平１１−２２３５６４号公報

しかし、特許文献１に示した温度校正用の恒温槽では、温度センサを挿入する恒温槽の上面側は、断熱ケースの厚さが薄く、温度センサを挿入する穴にはゴム蓋のみがされている。このため、特許文献１に示した温度校正用の恒温槽では、恒温槽の下部から加熱または冷却されると、断熱ケースの薄い箇所の他、特に温度センサを挿入する穴の開口部分から、熱が流出したり流入したりするため、恒温槽の上下で大きな温度差が生まれ、温度分布が不均一になる可能性がある。

そこで、本件発明では、上記課題に鑑み、以下の恒温装置用均熱ブロックを提供する。すなわち第一の発明としては、一端が閉じた管状の加熱冷却管と、前記加熱冷却管に内接し、恒温状態にすべき恒温対象物を挿入可能な恒温対象物挿入穴を有する恒温対象物挿入ブロックとからなり、前記加熱冷却管の長さ方向略中央部の外周には、加熱冷却装置が接続される加熱冷却装置接続部と、を有する恒温装置用均熱ブロックを提供する。

第二の発明としては、前記加熱冷却管は、内壁の少なくとも一部が、一端が閉じた方向へ行くについてれ狭まるテーパー形状を有し、前記恒温対象物挿入ブロックの外周は、前記加熱冷却管の内壁のテーパー形状に沿ったテーパー形状を有している第一の発明に記載の恒温装置用均熱ブロックを提供する。

本件発明の恒温装置用均熱ブロックによれば、ブロックを加熱冷却するための加熱冷却装置が接続される加熱冷却装置接続部を加熱冷却管の長さ方向略中央に設けることで、恒温対象物挿入ブロックに挿入された校正対象である温度センサなどの恒温対象物の温度分布を少なくし、さらに温度が均一な領域を広くすることが可能となる。

また、恒温装置用均熱ブロックに加熱冷却管の内壁の一部をテーパー形状とし、加熱冷却管に内接するように配置される恒温対象物挿入ブロックの外周も、加熱冷却管のテーパー形状に沿ったテーパー形状とすることで、加熱または冷却による恒温対象物挿入ブロックおよび加熱冷却管の膨張または収縮による、接触不良を回避することが可能となる。また、加熱冷却管および恒温対象物挿入ブロックに設けられたテーパー形状のテーパー角度を互いに合致するように構成すれば、加熱冷却管と恒温対象物挿入ブロックのサイズに多少の誤差が生じても、テーパー形状の部分の接触状態を確保することが可能なため、熱伝導を確実に行うことが可能となる。
＜実施形態１ 効果＞

実施形態１の恒温装置用均熱ブロックを説明するための斜視概念図 実施形態１の恒温装置用均熱ブロックを説明するための断面概念図 実施形態１の恒温装置用均熱ブロックの温度分布を説明するための断面概念図 実施形態２の恒温装置用均熱ブロックを説明するための斜視概念図 実施形態２の恒温装置用均熱ブロックを説明するための断面概念図 実施形態２の恒温装置用均熱ブロックの一例を説明するための断面概念図 実施形態２の恒温装置用均熱ブロックの温度変化による影響を説明するための断面概念図 実施形態２の恒温装置用均熱ブロックの係止構造を説明するための断面概念図

以下、本件発明の実施の形態について、添付図面を用いて説明する。なお、本件発明は、これら実施形態に何ら限定されるべきものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得る。

実施形態１は主に請求項１、実施形態２は主に請求項２、実施形態３は主に請求項３に関する。
＜＜実施形態１＞＞
＜実施形態１ 概要＞

本実施形態は、温度計の校正を行う温度校正装置等に用いられる恒温装置用均熱ブロックであって、ブロックを加熱冷却するための加熱冷却装置が接続される加熱冷却装置接続部が均熱ブロックの長さ方向略中央に設けられた事を特徴としている。これにより、恒温装置において恒温に保持可能な範囲を広げることが可能となる。
＜実施形態１ 構成＞

図１および図２に本実施形態の恒温装置用均熱ブロックを説明するための概念図を示した。図１は恒温装置用均熱ブロックの斜視概念透視図であって、図２は概念断面図である。

本実施形態の恒温装置用均熱ブロックは、一端が閉じた管状の加熱冷却管（０１０１、０２０１）と、加熱冷却管に内接し、恒温状態にすべき恒温対象物を挿入可能な恒温対象物挿入穴（０１０２、０２０２）を有する恒温対象物挿入ブロック（０１０３、０２０３）とからなり、加熱冷却管の長さ方向略中央部の外周には、加熱冷却装置が接続される加熱冷却装置接続部（０１０４、０１０５、０２０４、０２０５）と、を有する。

また、図示していないが、図１および図２に示した恒温装置用均熱ブロックの周囲は、外部の熱が流入したり、逆に外部へ熱が流出したりしないように、恒温対象物挿入穴側を除いて、断熱材によって覆われている。

「加熱冷却管」は、図１の（ａ）や図２の（ａ）に示したように、一端が閉じた管状であって、管の内部に後述する図１の（ｂ）や図２の（ｂ）に示した恒温対象物挿入ブロックが、図１の（ｃ）や図２の（ｃ）のように内接するように構成されている。図１では、加熱冷却管の断面形状が四角形になる例を示しているが、特に四角形には限定されず、円形や楕円形、三角形や他の多角形であってもよい。また、管内部の恒温対象物挿入ブロックが内接する部分の断面形状についても、図１では円形で示したが、特にこれに限定されず、恒温対象物挿入ブロックの断面形状に合わせて、楕円形や三角形、四角形などの多角形等であってもよい。

また、加熱冷却管の外周には、図１や図２に示したように、加熱冷却装置が接続される加熱冷却装置接続部が設けられている。この加熱冷却装置接続部は、恒温装置に設置される温度センサなどの温度を一定に保つための加熱冷却装置が接続される場所である。この加熱冷却装置接続部から加熱冷却装置によって、目的物である温度センサを加熱したり冷却したりする。

加熱冷却装置接続部の形状は、取り付ける加熱冷却装置に応じて適宜変更することが可能である。本明細書中に示した図では、加熱冷却装置としてペルチェ素子を用いた場合を想定し、加熱冷却装置接続部は平面としているが、その他、加熱冷却装置の接続箇所の形状に合わせて適宜変更してもよい。

また、本明細書中では、加熱冷却装置接続部を加熱冷却管につき２ヶ所設けた例を図示しているが、加熱冷却装置接続部の数は、恒温装置用均熱ブロックの使用目的に応じて適宜変更可能である。但し、加熱冷却装置接続部を１か所とした場合には、恒温対象物挿入ブロックの温度に斑が生じる恐れがあるため、できれば２ヶ所以上とすることが望ましい。

また、加熱冷却装置接続部は、前記加熱冷却管の長さ方向略中央部の外周に設けられている。この加熱冷却装置接続部は、加熱冷却管を外側から加熱または冷却するように加熱冷却管の外周に設置されている。また、加熱冷却装置接続部は加熱冷却管の長さ方向略中央部に配置されている。図３に本実施形態の恒温装置用均熱ブロック（０３００）を説明するための概念図を示した。図３では、加熱冷却装置接続部（０３０１、０３０２）に接続された加熱冷却装置（０３０３、０３０４）によって冷却が行われる場合を例に説明する。本実施形態の恒温装置用均熱ブロックは、図３に示したように、恒温対象物挿入穴側（０３０５）を除いて、外周を断熱材（０３０６）によって覆われている。従って、冷却が行われた際に熱の流入口となるのは、加熱冷却管（０３０７）の開口側、すなわち恒温対象物挿入ブロック（０３０８）の恒温対象物挿入穴側である。従って、加熱冷却装置接続部より加熱冷却管の開口側は、上部から熱の流入があるため、上部にいくにつれて温度があがる。従って加熱冷却装置接続部より上部は温度が不均一である。一方、加熱冷却装置接続部より下部側は、断熱材に覆われているため、熱の流入が無いため、安定した温度で均一な状態となる。

仮に、加熱冷却装置接続部を、長さ方向より加熱冷却管の開口側、すなわち上部へ移動すると、加熱冷却装置接続部より下側の温度が均一に保たれた範囲は大きくなるが、断熱材に覆われていない開口側からの熱の流入が激しく、冷却効率の悪い恒温装置となってしまう。逆に、加熱冷却装置接続部を、下側に配置した場合は、均一な温度に保てる範囲が狭くなってしまう。従って、加熱冷却装置接続部は、加熱冷却管の長さ方向略中央部に配置することが望ましい。

尚、本明細書中に説明する加熱冷却装置とは、特段の説明がない限り、加熱および冷却の両方を行える装置の他、加熱のみ、または冷却のみ可能な装置も含まれる。

「恒温対象物挿入ブロック」は、図１の（ｂ）や図２の（ｂ）に示したように、恒温状態にすべき目的物である恒温対象物を挿入し設置する恒温対象物挿入穴を有している。恒温対象物は、この恒温対象物挿入穴に挿入し、図１の（ｃ）や図２の（ｃ）のように、恒温対象物を挿入した恒温対象物挿入ブロックを前述の加熱冷却管に内接するように設置することで恒温対象物が恒温に保持される。

この恒温対象物挿入ブロックは、様々な形状の恒温対象物に対応できるように、複数種類の恒温対象物挿入ブロックを用意し、恒温対象物挿入ブロックを交換することで対応することが可能となる。

ここで、「恒温対象物」とは、例えば本実施形態の恒温装置用均熱ブロックを温度校正装置に用いた場合には、校正対象の熱電対などの温度センサなどである。
＜実施形態１ 効果＞

本実施形態の恒温装置用均熱ブロックのように、ブロックを加熱冷却するための加熱冷却装置が接続される加熱冷却装置接続部を加熱冷却管の長さ方向略中央に設けることで、恒温対象物挿入ブロックに挿入された校正対象である温度センサなどの恒温対象物の温度分布を少なくし、さらに温度が均一な領域を広くすることが可能となる。
＜＜実施形態２＞＞
＜実施形態２ 概要＞

本実施形態は、実施形態１の恒温装置用均熱ブロックに加熱冷却管の内壁の一部をテーパー形状とし、加熱冷却管に内接するように配置される恒温対象物挿入ブロックの外周も、加熱冷却管のテーパー形状に沿ったテーパー形状を有していることを特徴とする恒温装置用均熱ブロックである。
＜実施形態２ 構成＞

図４および図５に本実施形態の恒温装置用均熱ブロックの一例を説明するための概念図を示した。図４は恒温装置用均熱ブロックの斜視概念透視図であって、図５は断面概念図である。

本実施形態は、実施形態１の加熱冷却管（０４０１、０５０１）、恒温対象物挿入穴（０４０２、０５０２）、恒温対象物挿入ブロック（０４０３、０５０３）、加熱冷却装置接続部（０４０４、０４０５、０５０４、０５０５）を有する恒温装置用均熱ブロックにさらに、加熱冷却管が、内壁の少なくとも一部が、一端が閉じた方向へ向かって狭まるテーパー形状（０４０６、０５０６）を有し、恒温対象物挿入ブロックの外周は、前記加熱冷却管の内壁のテーパー形状に沿ったテーパー形状（０４０７、０５０７）を有している

尚、図４の（ａ）および図５の（ａ）は、本実施形態の加熱冷却管であって、図４の（ｂ）および図５の（ｂ）は、恒温対象物挿入ブロックであって、図４の（ｃ）および図５の（ｃ）は、加熱冷却管に恒温対象物挿入ブロックを内接させて設置した状態である。

図４および図５に示した例では、加熱冷却管および恒温対象物挿入ブロックの長さ方向略中央部付近がテーパー形状となっている。このテーパー形状となる部分は、図４および図５のように中央付近のみをテーパー形状としてもよいし、図６の（ａ）のように下半分程度がテーパー形状（０６０１）となるようにしてもよいし、図６の（ｂ）のように全体がテーパー形状（０６０２）となるように構成してもよい。

このように、加熱冷却管の内壁をテーパー形状とすることで、加熱冷却管と恒温対象物挿入ブロックとの接触を確実にすることが可能となる。恒温対象物挿入ブロックの外径は、加熱冷却管の内径に比べて小さくしなければ、加熱冷却管の内壁に恒温対象物挿入ブロックを内接するように設置することができない。このため、恒温対象物挿入ブロックの外径は、加熱冷却管の内径に比べて小さく成形されている。しかし、恒温対象物挿入ブロックの外径を、小さくし過ぎると、加熱冷却管と恒温対象物挿入ブロックの接触が不十分となってしまう。逆にほぼ同一の大きさに成形すると、加熱冷却管内に恒温対象物挿入ブロックを設置することができなかったり、はずすことができなくなるなどの問題が生じる。つまり、加熱冷却管の内径と恒温対象物挿入ブロックの外径は、許容できる誤差の範囲が極めて小さい。しかし、本実施形態のようにテーパー形状を設けると、サイズに誤差が生じていても、テーパー角度が一致していれば、加熱冷却管と恒温対象物挿入ブロックの接触を確保することができる。

また、加熱や冷却によって生じる加熱冷却管と恒温対象物挿入ブロックの膨張や収縮によってサイズに変化が生じた場合でも、接触を確保することができる。例えば、図７を例に冷却によって生じるサイズの変化について説明する。図７の（ａ）にはテーパー形状を有していない加熱冷却管と恒温対象物挿入ブロックの例である。仮に冷却を行うと、加熱冷却管と恒温対象物挿入ブロックは、収縮する。すると、図７のように加熱冷却管と恒温対象物挿入ブロックの間には隙間が生じてしまう。一方、図７の（ｂ）のように加熱冷却管の内壁の一部がテーパー形状を有する構成の場合、冷却によって加熱冷却管と恒温対象物挿入ブロックが収縮すると、恒温対象物挿入ブロックは、テーパー形状に沿って下方へ下がる。このように、恒温対象物挿入ブロックがテーパー形状に沿って下方へ下がることで、加熱冷却管と恒温対象物挿入ブロックのテーパー部分は接触し続けるため、両者の接触を確保することが可能となる。つまり、加熱冷却管と恒温対象物挿入ブロックが置かれた温度に変化が生じても、加熱冷却管と恒温対象物挿入ブロックとの間における熱伝達に影響を及ぼす可能性を低くすることが可能となる。

また、加熱冷却管と恒温対象物挿入ブロックにテーパー形状を設けて、温度変化によって恒温対象物挿入ブロックが上下するように構成した場合、図８のように、恒温対象物挿入ブロック（０８０１）の上下移動を妨げないように構成する必要がある。例えば、恒温対象物挿入ブロックに鍔（０８０２）を設けた場合、前述の上下移動を妨げない位置に取り付ける必要がある。また、恒温対象物挿入ブロックが上下動するように、加熱冷却管（０８０３）と恒温対象物挿入ブロックが内接する状態において、恒温対象物挿入ブロックの下方に空間（０８０４）を設けておく必要がある。
＜実施形態２ 効果＞

本実施形態の恒温装置用均熱ブロックのように、恒温装置用均熱ブロックに加熱冷却管の内壁の一部をテーパー形状とし、加熱冷却管に内接するように配置される恒温対象物挿入ブロックの外周も、加熱冷却管のテーパー形状に沿ったテーパー形状とすることで、加熱または冷却による恒温対象物挿入ブロックおよび加熱冷却管の膨張または収縮による、接触不良を回避することが可能となる。

また、加熱冷却管および恒温対象物挿入ブロックに設けられたテーパー形状のテーパー角度を互いに合致するように構成すれば、加熱冷却管と恒温対象物挿入ブロックのサイズに多少の誤差が生じても、テーパー形状の部分の接触状態を確保することが可能なため、熱伝導を確実に行うことが可能となる。

０１０１、０２０１ 加熱冷却管
０１０２、０２０２ 恒温対象物挿入穴
０１０３、０２０３ 恒温対象物挿入ブロック
０１０４、０１０５、０２０４、０２０５ 加熱冷却装置接続部
０３００ 恒温装置用均熱ブロック
０３０１、０３０２ 加熱冷却装置接続部
０３０３、０３０４ 加熱冷却装置
０３０５ 恒温対象物挿入穴
０３０６ 断熱材
０３０７ 加熱冷却管
０３０８ 恒温対象物挿入ブロック
０４０１、０５０１ 加熱冷却管
０４０２、０５０２ 恒温対象物挿入穴
０４０３、０５０３ 恒温対象物挿入ブロック
０４０４、０４０５、０５０４、０５０５ 加熱冷却装置接続部
０４０６、０５０６、０４０７、０５０７、０６０１、０６０２ テーパー形状
０８０１ 恒温対象物挿入ブロック
０８０２ 鍔
０８０３ 加熱冷却管
０８０４ 空間

Claims (2)

1. 一端が閉じた管状の加熱冷却管と、
   前記加熱冷却管に内接し、恒温状態にすべき恒温対象物を挿入可能な恒温対象物挿入穴を有する恒温対象物挿入ブロックとからなり、
   前記加熱冷却管の長さ方向略中央部の外周には、加熱冷却装置が接続される加熱冷却装置接続部と、
   を有する恒温装置用均熱ブロック。
2. 前記加熱冷却管は、内壁の少なくとも一部が、一端が閉じた方向へ向かって狭まるテーパー形状を有し、
   前記恒温対象物挿入ブロックの外周は、前記加熱冷却管の内壁のテーパー形状に沿ったテーパー形状を有している請求項１に記載の恒温装置用均熱ブロック。