JP2020193846A5

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Publication number: JP2020193846A5
Application number: JP2019098699A
Authority: JP
Filing date: 2019-05-27
Publication date: 2022-05-13
Anticipated expiration: 2039-05-27

Description

本発明の実施形態に係る感知装置の縦断側面図である。前記感知装置の一部を拡大した縦断側面図である。前記感知装置におけるセンサモジュールの着脱を示す説明図である。前記感知装置が設けられた感知システムの縦断側面図である。

水晶振動子４を発振させるための回路基板３は、ベース部２の内部に収納される。この感知装置１は、ペルチェ素子部６によって、水晶振動子４の温度を例えば－８０℃～１２５℃の範囲内で変更できるように構成されている。ベース部２は水晶振動子４の発振周波数を感知装置１の外部装置へ取り出すと共に、ペルチェ素子部６が水晶振動子４を冷却するにあたり発生する熱を排熱するための冷却部７１に接続できるように構成されている。

本例のペルチェ素子部６は、各々角型に構成された２つのペルチェ素子６３、６４を備え、ペルチェ素子６３の下面及びペルチェ素子６４の上面が、高熱伝導性接着剤などを介して互いに密着固定された上下に２段の構成となっている。ペルチェ素子６３、６４は、その上面及び下面のうちの一方の面が放熱面（加熱面）、他方の面が冷却面であり、ペルチェ素子６３、６４へ供給される電流の方向が切り替えられることによって放熱面と冷却面とが互いに切り替えられて、センサ部５の冷却と加熱とを行うことができる。センサ部５を冷却する際にはペルチェ素子６３、６４共にその上面が冷却面となり、その下面が放熱面となる。センサ部５を加熱する際にはペルチェ素子６３、６４共にその上面が放熱面となり、その下面が冷却面となる。また、下段側のペルチェ素子６４の上面は、上段側のペルチェ素子６３の下面よりも大きく形成されており、当該ペルチェ素子６４の上面の中央部にペルチェ素子６３の下面が配置される。ペルチェ素子部６は、本実施の形態の熱電素子部に相当する。

上記の構成を備えるセンサモジュール１００の着脱について図３を参照して説明する。なお図３は、図２の感知装置１を上下方向に伸びる鉛直軸周りに９０°回転させた状態を示している。センサモジュール１００をベース部２に固定するにあたっては、ベース部２の上面にグラファイトシートなどの熱伝導シート８が配置される。さらに図３（ａ）に示すように熱伝導シート８の上面にセンサモジュール１００の下面（支持板１０の下面）が載置され、孔部１２がベース部２に形成されたネジ孔２ａに揃うように配置される。この時支持板１０に形成されたスリット１１がベース部２の長穴２０に揃う。図３では、ピン５３を取り外した状態で示しているが、ピン５３をセンサモジュール１００に取り付けた状態、あるいは下端をソケット３３に挿入した状態であってもよい。

さらにセンサモジュール１００は、各孔部１２に上面側からネジ部材２４が挿入されてベース部２に固定される。その後ピン５３がセンサモジュール１００に取り付けられると共に、既述のようにピン５３の下方側がソケット３３に挿入される。これにより励振電極４１、４３及び温度検出部５２と、回路基板３側とが電気的に接続される。
そして、ベース部２及びセンサモジュール１００の上面側からカバー９を取り付け、後述の感知システム内に設置することにより、感知装置１が使用可能な状態となる。

一方、センサモジュール１００を交換する場合には、例えばピン５３を取り外し、続いて各ネジ部材２４を取り外すことで、センサモジュール１００をベース部２から取り外すことができる。なおネジ部材２４の着脱を容易にするために、センサ部５の面積の小型化や、センサ部５における孔部１２の上方に貫通孔や切り欠きを設けるといった構成としてもよい。

図４は、感知装置１を用いた感知システムを示している。感知システムは、真空容器７０を備え、真空容器７０は、その側面のうちの一面が感知装置１を冷却するための冷却部７１として構成されている。そして感知装置１は、図４に示すように真空容器７０内において、冷却部７１にベース部２が固定され、開口部６１が水平方向を向くように取り付けられる。冷却部７１は例えば冷媒が流通する流路７１ａを備えたチラーにより構成され、凹部７２及び凹部７２の開口縁部を冷却できるように構成されている。これにより感知装置１は、ベース部２を介して、その全体が冷却される。このように冷却部７１の熱は、ベース部２を介して、ペルチェ素子部６に熱伝導されることから、ベース部２は、ペルチェ素子部６に対する給排熱を行うと言える。なおベース部２は、ペルチェ素子部６に対して給熱と排熱との一方を行う構成でも良い。

そのため感知装置１を組み立てるときのセンサ部５の支柱への締め付け具合によりペルチェ素子部６と、センサ部５との密着性に差が生じ、個々の感知システム間のセンサ部５とペルチェ素子部６との密着性の差による水晶振動子４の冷却性能の差が生じることがあった。

Claims

気体である被感知物質を圧電振動子に吸着させ、当該圧電振動子の温度を変化させて被感知物質を脱離させ、圧電振動子の発振周波数の変化と前記温度との関係に基づいて、被感知物質を感知する感知装置において、
前記圧電振動子を保持した基板と、
前記基板と接する位置に設けられ、前記圧電振動子の温度を変化させるための熱電素子部と、
前記基板と接する位置とは反対側から前記熱電素子部を支持する支持板と、
前記熱電素子部を支持する面とは反対側の面と接触するように前記支持板が固定され、前記支持板を介して前記熱電素子部に対する給熱と排熱との少なくとも一方を行うためのベース部と、を備え、
前記基板と熱電素子部と支持板とが一体化され、前記ベース部から着脱自在な感知モジュール部を構成していることを特徴とする感知装置
前記ベース部には、圧電振動子を発振させるための発振回路を収容した収容空間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の感知装置。
前記圧電振動子と接続された電極、及び前記発振回路に接続された電極の間に着脱自在に設けられ、前記圧電振動子と、前記発振回路と、の電気的な接続、非接続を切り替える導電部材を備えることを特徴とする請求項２に記載の感知装置。
前記ベース部は、当該ベース部の冷却、加熱の少なくとも一方を行うための冷却／加熱部に接続されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の感知装置。
前記基板と、前記熱電素子部と、は、金属ナノ粒子を介して互いに接続され、前記熱電素子部と、前記支持板と、は、金属ナノ粒子を介して互いに接続されたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の感知装置。
前記ベース部と、前記支持板と、の間に熱伝導シートが設けられたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の感知装置。
前記基板及び前記熱電素子部の接続部分と、前記熱電素子部及び前記支持板の接続部分と、は、各々一方を他方に嵌合させて位置決めがされる嵌合構造であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の感知装置。