JP3685983B2 - 小動物用体温保持装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小動物用体温保持装置に係り、特に、マウス体温保持装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
生理学実験において、麻酔をした動物の体温維持はそのデータの信頼性を保証する上で不可欠である。しかしながら、一般的にはＯＮ−ＯＦＦ制御により温度コントロールしているものが多く、実際にはヒーター温度が変動していても動物の体がその変動を吸収してしまうが、動物の直腸温度を監視している限り良好な温度管理であると判断されている場合がある。これは生理学的には、厳密に言うと周期的な熱刺激を加えていることになる。しかも、マウス体温が設定温度より低く、ヒーターの上限温度の制限がない場合には、４５度以上の高い温度にまで達する場合があることも問題であった。
【０００３】
また、ヒーターそのものの性能についても、ヒーターの全面にわたって均一な発熱状態でない温度むらの問題や、ノイズを発生するといった問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来例のような、動物の直腸温度をフィードバックして温度コントロールする方式では、ヒーター温度の上昇とマウス体温の上昇との間に時間差があるため、良好な温度管理は困難である。
【０００５】
この問題に関しては、ヒーター装置内部の発熱体からヒーター表面までの熱伝導特性も重要であり、特に熱伝導速度は適切なものにする必要がある。また、従来はマウス直腸温度は重視され管理されていたが、ヒーターにより直接加熱されるマウス腹部温度にはほとんど注意が払われておらず、特に小動物において高温で加熱される場合は適切な生理学実験条件が確保されない危険性があった。
【０００６】
本発明は、上記状況に鑑みて、適当なヒーター装置および小動物の腹部温度すなわちヒーター表面温度をフィードバックして良好な温度管理を行うことができる小動物用体温保持装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕小動物用体温保持装置において、小動物を搭載する平面を温度むらなく加熱するヒーター発熱体を有するヒーター装置と、このヒーター装置の中央部の表面に配置される温度センサーと、前記ヒーター装置の表面に接する前記小動物の腹部温度を検出すると同時に、設定温度を維持するコントロール手段とを具備することを特徴とする。
【０００８】
〔２〕上記〔１〕記載の小動物用体温保持装置において、前記ヒーター装置のヒーター発熱体は、絶縁材基板の下面の全体に満遍なく発熱体を配置することを特徴とする。
【０００９】
〔３〕上記〔２〕記載の小動物用体温保持装置において、前記ヒーター装置のヒーター発熱体は、前記絶縁材基板の上面に薄い金属板を配置することを特徴とする。
【００１０】
〔４〕上記〔３〕記載の小動物用体温保持装置において、前記薄い金属板を接地することを特徴とする。
【００１１】
〔５〕上記〔３〕記載の小動物用体温保持装置において、前記ヒーター発熱体を内蔵する絶縁被覆体を具備することを特徴とする。
【００１２】
〔６〕上記〔１〕記載の小動物用体温保持装置において、前記小動物がマウスであり、このマウスを前記ヒーター装置上に腹這いにセットすることを特徴とする。
【００１３】
上記のように、ヒーター温度の変動を無くし、またそのヒーター温度を一定に保つため、ヒーター表面に小型の温度センサーを取り付け、ヒーター表面温度をフィードバックして温度コントロールするようにした。また、従来のように、機械的なＯＮ−ＯＦＦ制御によらず、半導体回路による比例制御を基本とした制御回路を採用した。
【００１４】
また、ヒーター本体については、絶縁材料による薄い平板の下面に線状の抵抗発熱体を平行に等間隔で密度高く配置して、上面に配置した薄い金属板の熱伝導により平行線状の発熱を面状の発熱に変えて温度むらを解消すると同時に適切な熱伝導速度を確保し、さらにその薄い金属板をアースに接続することによりノイズの遮蔽を可能にした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施例を示すヒーター装置の一部破断斜視図、図２はそのヒーター装置に内蔵されるヒーター発熱体の斜視図、図３はそのヒーター装置に内蔵されるヒーター発熱体の裏面斜視図、図４はそのヒーター装置上にセットされるマウスを示す斜視図である。
【００１７】
図３に示すように、ヒーター発熱体１は、絶縁材基板２を中心にして、その裏面の全面に発熱抵抗体４を配置して、ヒーター発熱体１の全面に温度むらが生じないように構成されている。一方、ヒーター発熱体１の表面には薄い金属板３が設けられる。
【００１８】
そのヒーター発熱体１は、図１に示すように、絶縁被覆体６により封止され、ヒーター装置５が得られる。そのヒーター装置５の表面の中央部には温度センサー７（例えば、サーミスタ）を配置する。
【００１９】
このように構成されたヒーター装置５の表面に、図４に示すように、マウス８を腹這いにセットして、生理学実験を行うようにする。
【００２０】
図５は本発明の一実施例を示すヒーターコントロール装置の構成図、図６はそのヒーターコントロール装置の初段ＯＰアンプの動作特性図である。
【００２１】
図５に示すように、ヒーターコントロール装置１０において、負荷としてのヒーター発熱体１は電源に接続される電源端子１２（＋１５Ｖ）と、制御トランジスタ１１（２ＳＤ３３８Ａ）を介して接地１３される。つまり、ヒーター発熱体１は制御トランジスタ１１のベース電流の制御によりその発熱量が制御され、マウスの体の加熱温度が維持される。
【００２２】
その制御トランジスタ１１のベース電流の制御回路は、電源に接続される電源端子１４（＋１５Ｖ）、半固定抵抗１５（Ｒ1 ：５００Ω）、可変抵抗１６（Ｒ2 ）、半固定抵抗１７（Ｒ3 ：５ｋΩ）、接地点１８、抵抗１９（Ｒ4 ；１００ｋΩ）、図１の温度センサーに対応するサーミスタ（Ｒｔ）２０〔温度が高いと抵抗が低くなり、逆に温度が低いと抵抗が高くなる〕、抵抗２１（Ｒ5 ：１００ｋΩ）、初段ＯＰアンプ２２（ＴＬ０７２）、抵抗２３（Ｒ6 ：５ｋΩ）、コンデンサ２４（０．１Ｆ）、抵抗２５（Ｒ7 ：５０ｋΩ）、次段ＯＰアンプ２６（ＴＬ０７２）、半固定抵抗２７（Ｒ8 ）を有している。
【００２３】
図５に示すヒーターコントロール装置の初段ＯＰアンプ回路２２は反転増幅回路であり、サーミスタＲｔ２０に発生する電位がサーミスタＲｔ２０と抵抗Ｒ5 ２１との抵抗値の比で反転増幅される。サーミスタＲｔ２０に発生する電位は、初段ＯＰアンプ回路２２の反転入力端子（−側）の電位と接地電位との差であるが、この回路の場合、入力バイアス電流によって抵抗Ｒ4 １９に生ずる電圧すなわち非反転入力端子の電位（＋側）と同一である。したがって、サーミスタＲｔ２０に発生する電位は変化せず常に一定である。しかし、温度変化によりサーミスタＲｔ２０の抵抗値が変化するので、この反転増幅回路はサーミスタＲｔ２０と抵抗Ｒ5 ２１との抵抗値の比で増幅するため、図６に示すように初段ＯＰアンプ回路２２の出力電圧が変化する。
【００２４】
サーミスタＲｔ２０の温度が高温である場合、その抵抗値は小さくなり、図６の直線ａの状態で表されるように初段ＯＰアンプ回路２２の出力電圧は高くなる。逆にサーミスタＲｔ２０の温度が低温である場合、その抵抗値は大きくなり、図６の直線ｂの状態で表されるように初段ＯＰアンプ回路２２の出力電圧は低くなる。なお、点線ｃは入力バイアス電流によって抵抗Ｒ4 １９に生ずる電圧を示している。
【００２５】
そして、次段ＯＰアンプ回路２６も反転増幅回路であるため、初段ＯＰアンプ回路２２の出力は反転される。可変抵抗Ｒ2 １６は設定温度を調整するものであり、サーミスタＲｔ２０の温度が設定温度以下である場合には次段ＯＰアンプ回路２６の出力電圧が高く、設定温度に近づくにしたがってその出力電圧は低くなる。この出力電圧は比例制御の性格を示し、これが制御トランジスタ１１のベース電流を制御することにより、ヒーター発熱体１の温度制御が行われる。
【００２６】
図６の直線ａ，直線ｂはそれぞれサーミスタＲｔ２０の温度が高温、低温の場合を表すが、高温の状態の直線ａの傾きが直線ｂの傾きより大きい。したがって、高温の場合、すなわち設定温度に近づいた時の次段ＯＰアンプ回路２６の出力電圧の変化が低温の場合に比べて大きい。これは、同じ温度上昇でも、設定温度から離れた低温の場合にはヒーター装置に流れる電流があまり変化せず、設定温度に近づいた時にはその変化量が大きくなって細やかな制御を行う回路方式であることを示す。
【００２７】
このように、本発明に係る小動物用体温保持装置は、ヒーター装置（温度センサー付き）５とヒーターコントロール装置１０とにより構成されており、実際の実験に使用して、良好な温度コントロール特性を確認している。
【００２８】
しかし、この方式では生理学実験用小動物、例えば、マウスの腹部温度を検出してヒーター温度をコントロールするため、外気温などの違いなどによりマウスの体温が常に一定とはならない。これは、手動で補正することも可能であるが、マウス直腸温度を入力とするコントロール回路を２次的制御回路として組み合わせる方式が最良である。
【００２９】
完成品としては、マウスの直腸温度センサーからの信号も追加して、外界条件の変動に左右されない装置とすることもできる。
【００３０】
上記したようにコントロール回路も比例制御を基本としたものであるが、ノイズ除去の観点から温度センサー７としてのサーミスタＲｔ２０の一端が、接地点１８としてアースされる位置に置かれる。温度センサー７がマウスの腹部の温度を正確に検出するためにはその位置が重要であり、図１のヒーター装置５に示すように、ヒーター装置５内部に埋め込むのではなく、ヒーター表面に設けるほうが望ましい。そのためには、温度センサー７の形状が薄く小型であることが必要条件となる。
【００３１】
また、ヒーター表面のどこに温度センサーを取り付けるかということも重要である。マウスの体が乗らない外気に露出した表面に取り付けた場合にはマウスの腹部の温度は正確にフィードバックされない。したがって、マウスの体（特に腹部）が覆う部分すなわちヒーター表面中央部に温度センサーを取り付けことが肝要である。
【００３２】
このような位置に取り付けた温度センサーからは、ヒーターの加熱温度、ヒーター表面温度、マウスの腹部温度を同時に同一の温度情報として得ることができる。
【００３３】
図７は温度センサーによる温度計を組込みＬＥＤ表示させる模式図であり、このように構成することにより、マウス加熱温度もモニターすることが可能である。
【００３４】
以下、具体的な生理学実験用マウスを用いたヒーター表面温度とマウス直腸温度を計測した。本発明の試作品（ヒーター定格；１５Ｖ，４５Ω、最大電流３００ｍＡ、最大出力４．５Ｗ）は上記実施例のものであり、従来品は小動物用体温保持装置（ＢＷＴ−１００）（ヒーター定格；３０Ｖ，５０Ω、最大電流０．６Ａ、最大出力１８Ｗ）である。
【００３５】
図８は小動物用体温保持装置の電源ＯＮ後１０分間のヒータ表面温度の測定結果を示す図であり、図８（ａ）は本発明の試作品のヒータ表面温度、図８（ｂ）は従来品のヒータ表面温度をそれぞれ示す図である。横軸は時間（分）、縦軸は温度（℃）である。ここでは、設定温度を３８℃とし、マウスをセットしない状態にした。
【００３６】
これらの図から明らかなように、従来品のヒーター表面温度の変化が大きいのに対して、本発明の試作品はスムーズに所定温度に保持される様子が示されている。
【００３７】
図９は小動物用体温保持装置の電源ＯＮ３０分後５分間のヒーター表面温度の測定結果を示す図であり、図９（ａ）は本発明の試作品のヒーター表面温度、図９（ｂ）は従来品のヒータ表面温度をそれぞれ示す図である。横軸は時間（分）、縦軸は温度（℃）である。ここでも、設定温度を３８℃とし、マウスをセットしない状態にした。
【００３８】
これらの図から明らかなように、従来品のヒータ表面温度は脈動しているのに対して、本発明の試作品は略所定温度に保持される様子が示されている。
【００３９】
図１０は従来品の電源ＯＮ後５分間のヒーター表面温度とマウス直腸温度の測定結果を示す図であり、図１０（ａ）はそのヒーター表面温度（設定温度３７．３℃）、図１０（ｂ）はそのマウス直腸温度を示している。横軸は時間（分）、縦軸は温度（℃）である。
【００４０】
図１１は従来品の電源ＯＮ後３０分間のヒーター表面温度とマウス直腸温度の測定結果を示す図であり、図１１（ａ）はそのヒーター表面温度（設定温度３７．３℃）、図１１（ｂ）はそのマウス直腸温度を示している。横軸は時間（分）、縦軸は温度（℃）である。なお、マウスは予熱が終わってからセットした。
【００４１】
これらの図から明らかなように、ヒーター温度の変化が著しく、マウス直腸温度も脈動している。
【００４２】
図１２は本発明の試作品の電源ＯＮ３０分後５分間のヒーター表面温度とマウス直腸温度の測定結果を示す図であり、図１２（ａ）はそのヒーター表面温度（設定温度３９．２℃）、図１２（ｂ）はそのマウス直腸温度（モニター値）を示している。横軸は時間（分）、縦軸は温度（℃）である。なお、マウスは予熱が終わってからセットした。
【００４３】
これらの図から明らかなように、ヒーター表面温度もマウス直腸温度も略一定の温度に保持されている。
【００４４】
ここでは、ヒーター表面温度は略３９．２度で一定であり、マウス直腸温度は略略３７．１度に保持されていることがわかる。
【００４５】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００４７】
（Ａ）小動物の腹部温度すなわちヒーター表面温度をフィードバックして温度管理を行うため、小動物が異常な高温で加熱されることがなくなり、適切な生理学実験条件が確保される。
【００４８】
（Ｂ）ヒーター装置表面に取り付けた温度センサーにより、ヒーターの加熱温度、ヒーターの表面温度、マウスの腹部温度を同時に同一の温度情報として得ることができる。
【００４９】
（Ｃ）フィードバックされるヒーター表面温度をＬＥＤにより数値表示させることにより、小動物の腹部温度すなわちヒーター表面温度を視覚により確認することができる。
【００５０】
（Ｄ）ヒーター装置本体に関しては、温度むらの少ない熱の拡散と発熱体からのヒーター表面への適度な熱伝導速度が得られる。さらに薄い金属板の接地によりノイズの少ない製品を作製することができる。
【００５１】
（Ｅ）ヒーター装置とヒーターコントロール装置により、真に温度変動の少ない良好なマウス体温維持の環境を実現することができる。
【００５２】
（Ｆ）小動物の腹部温度すなわちヒーター表面温度が設定温度に近づくにつれで電流制御動作が大きくなるヒーターコントロール装置により、ヒーター装置の立ち上がりの速い温度上昇が得られ、また加熱温度のオーバーシュートを起こさない優れたマウス体温維持の環境を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すヒーター装置の一部破断斜視図である。
【図２】本発明の実施例を示すヒーター装置に内蔵されるヒーター発熱体の斜視図である。
【図３】本発明の実施例を示すヒーター装置に内蔵されるヒーター発熱体の裏面斜視図である。
【図４】本発明の実施例を示すヒーター装置上にセットされるマウスを示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施例を示すヒーターコントロール装置の構成図である。
【図６】本発明の一実施例を示すヒーターコントロール装置の初段ＯＰアンプの動作特性図である。
【図７】本発明の一実施例を示すヒーターコントロール装置の温度表示器の模式図である。
【図８】小動物用体温保持装置の電源ＯＮ後１０分間のヒーター表面温度の測定結果を示す図である。
【図９】小動物用体温保持装置の電源ＯＮ３０分後５分間のヒーター表面温度の測定結果を示す図である。
【図１０】従来品の電源ＯＮ後５分間のヒーター表面温度とマウス直腸温度の測定結果を示す図である。
【図１１】従来品の電源ＯＮ後３０分間のヒーター表面温度とマウス直腸温度の測定結果を示す図である。
【図１２】本発明の試作品の電源ＯＮ３０分後５分間のヒーター表面温度とマウス直腸温度の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１ ヒーター発熱体
２ 絶縁材基板
３ 薄い金属板
４ 発熱抵抗体
５ ヒーター装置
６ 絶縁被覆体
７ 温度センサー
８ マウス
１０ ヒーターコントロール装置
１１ 制御トランジスタ
１２，１４ 電源端子
１３ 接地
１５，１７，２７ 半固定抵抗
１６ 可変抵抗
１９，２１，２３，２５ 抵抗
１８ 接地点
２０ サーミスタ（Ｒｔ）
２２ 初段ＯＰアンプ
２４ コンデンサ
２６ 次段ＯＰアンプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、小動物用体温保持装置に係り、特に、マウス体温保持装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
生理学実験において、麻酔をした動物の体温維持はそのデータの信頼性を保証する上で不可欠である。しかしながら、一般的にはＯＮ−ＯＦＦ制御により温度コントロールしているものが多く、実際にはヒーター温度が変動していても動物の体がその変動を吸収してしまうが、動物の直腸温度を監視している限り良好な温度管理であると判断されている場合がある。これは生理学的には、厳密に言うと周期的な熱刺激を加えていることになる。しかも、マウス体温が設定温度より低く、ヒーターの上限温度の制限がない場合には、４５度以上の高い温度にまで達する場合があることも問題であった。
【０００３】
また、ヒーターそのものの性能についても、ヒーターの全面にわたって均一な発熱状態でない温度むらの問題や、ノイズを発生するといった問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来例のような、動物の直腸温度をフィードバックして温度コントロールする方式では、ヒーター温度の上昇とマウス体温の上昇との間に時間差があるため、良好な温度管理は困難である。
【０００５】
この問題に関しては、ヒーター装置内部の発熱体からヒーター表面までの熱伝導特性も重要であり、特に熱伝導速度は適切なものにする必要がある。また、従来はマウス直腸温度は重視され管理されていたが、ヒーターにより直接加熱されるマウス腹部温度にはほとんど注意が払われておらず、特に小動物において高温で加熱される場合は適切な生理学実験条件が確保されない危険性があった。
【０００６】
本発明は、上記状況に鑑みて、適当なヒーター装置および小動物の腹部温度すなわちヒーター表面温度をフィードバックして良好な温度管理を行うことができる小動物用体温保持装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕小動物用体温保持装置において、小動物を搭載する平面を温度むらなく加熱するヒーター発熱体を有するヒーター装置と、このヒーター装置の中央部の表面に配置される温度センサーと、前記ヒーター装置の表面に接する前記小動物の腹部温度を検出すると同時に、設定温度を維持するコントロール手段とを具備することを特徴とする。
【０００８】
〔２〕上記〔１〕記載の小動物用体温保持装置において、前記ヒーター装置のヒーター発熱体は、絶縁材基板の下面の全体に満遍なく発熱体を配置することを特徴とする。
【０００９】
〔３〕上記〔２〕記載の小動物用体温保持装置において、前記ヒーター装置のヒーター発熱体は、前記絶縁材基板の上面に薄い金属板を配置することを特徴とする。
【００１０】
〔４〕上記〔３〕記載の小動物用体温保持装置において、前記薄い金属板を接地することを特徴とする。
【００１１】
〔５〕上記〔３〕記載の小動物用体温保持装置において、前記ヒーター発熱体を内蔵する絶縁被覆体を具備することを特徴とする。
【００１２】
〔６〕上記〔１〕記載の小動物用体温保持装置において、前記小動物がマウスであり、このマウスを前記ヒーター装置上に腹這いにセットすることを特徴とする。
【００１３】
上記のように、ヒーター温度の変動を無くし、またそのヒーター温度を一定に保つため、ヒーター表面に小型の温度センサーを取り付け、ヒーター表面温度をフィードバックして温度コントロールするようにした。また、従来のように、機械的なＯＮ−ＯＦＦ制御によらず、半導体回路による比例制御を基本とした制御回路を採用した。
【００１４】
また、ヒーター本体については、絶縁材料による薄い平板の下面に線状の抵抗発熱体を平行に等間隔で密度高く配置して、上面に配置した薄い金属板の熱伝導により平行線状の発熱を面状の発熱に変えて温度むらを解消すると同時に適切な熱伝導速度を確保し、さらにその薄い金属板をアースに接続することによりノイズの遮蔽を可能にした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施例を示すヒーター装置の一部破断斜視図、図２はそのヒーター装置に内蔵されるヒーター発熱体の斜視図、図３はそのヒーター装置に内蔵されるヒーター発熱体の裏面斜視図、図４はそのヒーター装置上にセットされるマウスを示す斜視図である。
【００１７】
図３に示すように、ヒーター発熱体１は、絶縁材基板２を中心にして、その裏面の全面に発熱抵抗体４を配置して、ヒーター発熱体１の全面に温度むらが生じないように構成されている。一方、ヒーター発熱体１の表面には薄い金属板３が設けられる。
【００１８】
そのヒーター発熱体１は、図１に示すように、絶縁被覆体６により封止され、ヒーター装置５が得られる。そのヒーター装置５の表面の中央部には温度センサー７（例えば、サーミスタ）を配置する。
【００１９】
このように構成されたヒーター装置５の表面に、図４に示すように、マウス８を腹這いにセットして、生理学実験を行うようにする。
【００２０】
図５は本発明の一実施例を示すヒーターコントロール装置の構成図、図６はそのヒーターコントロール装置の初段ＯＰアンプの動作特性図である。
【００２１】
図５に示すように、ヒーターコントロール装置１０において、負荷としてのヒーター発熱体１は電源に接続される電源端子１２（＋１５Ｖ）と、制御トランジスタ１１（２ＳＤ３３８Ａ）を介して接地１３される。つまり、ヒーター発熱体１は制御トランジスタ１１のベース電流の制御によりその発熱量が制御され、マウスの体の加熱温度が維持される。
【００２２】
その制御トランジスタ１１のベース電流の制御回路は、電源に接続される電源端子１４（＋１５Ｖ）、半固定抵抗１５（Ｒ1 ：５００Ω）、可変抵抗１６（Ｒ2 ）、半固定抵抗１７（Ｒ3 ：５ｋΩ）、接地点１８、抵抗１９（Ｒ4 ；１００ｋΩ）、図１の温度センサーに対応するサーミスタ（Ｒｔ）２０〔温度が高いと抵抗が低くなり、逆に温度が低いと抵抗が高くなる〕、抵抗２１（Ｒ5 ：１００ｋΩ）、初段ＯＰアンプ２２（ＴＬ０７２）、抵抗２３（Ｒ6 ：５ｋΩ）、コンデンサ２４（０．１Ｆ）、抵抗２５（Ｒ7 ：５０ｋΩ）、次段ＯＰアンプ２６（ＴＬ０７２）、半固定抵抗２７（Ｒ8 ）を有している。
【００２３】
図５に示すヒーターコントロール装置の初段ＯＰアンプ回路２２は反転増幅回路であり、サーミスタＲｔ２０に発生する電位がサーミスタＲｔ２０と抵抗Ｒ5 ２１との抵抗値の比で反転増幅される。サーミスタＲｔ２０に発生する電位は、初段ＯＰアンプ回路２２の反転入力端子（−側）の電位と接地電位との差であるが、この回路の場合、入力バイアス電流によって抵抗Ｒ4 １９に生ずる電圧すなわち非反転入力端子の電位（＋側）と同一である。したがって、サーミスタＲｔ２０に発生する電位は変化せず常に一定である。しかし、温度変化によりサーミスタＲｔ２０の抵抗値が変化するので、この反転増幅回路はサーミスタＲｔ２０と抵抗Ｒ5 ２１との抵抗値の比で増幅するため、図６に示すように初段ＯＰアンプ回路２２の出力電圧が変化する。
【００２４】
サーミスタＲｔ２０の温度が高温である場合、その抵抗値は小さくなり、図６の直線ａの状態で表されるように初段ＯＰアンプ回路２２の出力電圧は高くなる。逆にサーミスタＲｔ２０の温度が低温である場合、その抵抗値は大きくなり、図６の直線ｂの状態で表されるように初段ＯＰアンプ回路２２の出力電圧は低くなる。なお、点線ｃは入力バイアス電流によって抵抗Ｒ4 １９に生ずる電圧を示している。
【００２５】
そして、次段ＯＰアンプ回路２６も反転増幅回路であるため、初段ＯＰアンプ回路２２の出力は反転される。可変抵抗Ｒ2 １６は設定温度を調整するものであり、サーミスタＲｔ２０の温度が設定温度以下である場合には次段ＯＰアンプ回路２６の出力電圧が高く、設定温度に近づくにしたがってその出力電圧は低くなる。この出力電圧は比例制御の性格を示し、これが制御トランジスタ１１のベース電流を制御することにより、ヒーター発熱体１の温度制御が行われる。
【００２６】
図６の直線ａ，直線ｂはそれぞれサーミスタＲｔ２０の温度が高温、低温の場合を表すが、高温の状態の直線ａの傾きが直線ｂの傾きより大きい。したがって、高温の場合、すなわち設定温度に近づいた時の次段ＯＰアンプ回路２６の出力電圧の変化が低温の場合に比べて大きい。これは、同じ温度上昇でも、設定温度から離れた低温の場合にはヒーター装置に流れる電流があまり変化せず、設定温度に近づいた時にはその変化量が大きくなって細やかな制御を行う回路方式であることを示す。
【００２７】
このように、本発明に係る小動物用体温保持装置は、ヒーター装置（温度センサー付き）５とヒーターコントロール装置１０とにより構成されており、実際の実験に使用して、良好な温度コントロール特性を確認している。
【００２８】
しかし、この方式では生理学実験用小動物、例えば、マウスの腹部温度を検出してヒーター温度をコントロールするため、外気温などの違いなどによりマウスの体温が常に一定とはならない。これは、手動で補正することも可能であるが、マウス直腸温度を入力とするコントロール回路を２次的制御回路として組み合わせる方式が最良である。
【００２９】
完成品としては、マウスの直腸温度センサーからの信号も追加して、外界条件の変動に左右されない装置とすることもできる。
【００３０】
上記したようにコントロール回路も比例制御を基本としたものであるが、ノイズ除去の観点から温度センサー７としてのサーミスタＲｔ２０の一端が、接地点１８としてアースされる位置に置かれる。温度センサー７がマウスの腹部の温度を正確に検出するためにはその位置が重要であり、図１のヒーター装置５に示すように、ヒーター装置５内部に埋め込むのではなく、ヒーター表面に設けるほうが望ましい。そのためには、温度センサー７の形状が薄く小型であることが必要条件となる。
【００３１】
また、ヒーター表面のどこに温度センサーを取り付けるかということも重要である。マウスの体が乗らない外気に露出した表面に取り付けた場合にはマウスの腹部の温度は正確にフィードバックされない。したがって、マウスの体（特に腹部）が覆う部分すなわちヒーター表面中央部に温度センサーを取り付けことが肝要である。
【００３２】
このような位置に取り付けた温度センサーからは、ヒーターの加熱温度、ヒーター表面温度、マウスの腹部温度を同時に同一の温度情報として得ることができる。
【００３３】
図７は温度センサーによる温度計を組込みＬＥＤ表示させる模式図であり、このように構成することにより、マウス加熱温度もモニターすることが可能である。
【００３４】
以下、具体的な生理学実験用マウスを用いたヒーター表面温度とマウス直腸温度を計測した。本発明の試作品（ヒーター定格；１５Ｖ，４５Ω、最大電流３００ｍＡ、最大出力４．５Ｗ）は上記実施例のものであり、従来品は小動物用体温保持装置（ＢＷＴ−１００）（ヒーター定格；３０Ｖ，５０Ω、最大電流０．６Ａ、最大出力１８Ｗ）である。
【００３５】
図８は小動物用体温保持装置の電源ＯＮ後１０分間のヒータ表面温度の測定結果を示す図であり、図８（ａ）は本発明の試作品のヒータ表面温度、図８（ｂ）は従来品のヒータ表面温度をそれぞれ示す図である。横軸は時間（分）、縦軸は温度（℃）である。ここでは、設定温度を３８℃とし、マウスをセットしない状態にした。
【００３６】
これらの図から明らかなように、従来品のヒーター表面温度の変化が大きいのに対して、本発明の試作品はスムーズに所定温度に保持される様子が示されている。
【００３７】
図９は小動物用体温保持装置の電源ＯＮ３０分後５分間のヒーター表面温度の測定結果を示す図であり、図９（ａ）は本発明の試作品のヒーター表面温度、図９（ｂ）は従来品のヒータ表面温度をそれぞれ示す図である。横軸は時間（分）、縦軸は温度（℃）である。ここでも、設定温度を３８℃とし、マウスをセットしない状態にした。
【００３８】
これらの図から明らかなように、従来品のヒータ表面温度は脈動しているのに対して、本発明の試作品は略所定温度に保持される様子が示されている。
【００３９】
図１０は従来品の電源ＯＮ後５分間のヒーター表面温度とマウス直腸温度の測定結果を示す図であり、図１０（ａ）はそのヒーター表面温度（設定温度３７．３℃）、図１０（ｂ）はそのマウス直腸温度を示している。横軸は時間（分）、縦軸は温度（℃）である。
【００４０】
図１１は従来品の電源ＯＮ後３０分間のヒーター表面温度とマウス直腸温度の測定結果を示す図であり、図１１（ａ）はそのヒーター表面温度（設定温度３７．３℃）、図１１（ｂ）はそのマウス直腸温度を示している。横軸は時間（分）、縦軸は温度（℃）である。なお、マウスは予熱が終わってからセットした。
【００４１】
これらの図から明らかなように、ヒーター温度の変化が著しく、マウス直腸温度も脈動している。
【００４２】
図１２は本発明の試作品の電源ＯＮ３０分後５分間のヒーター表面温度とマウス直腸温度の測定結果を示す図であり、図１２（ａ）はそのヒーター表面温度（設定温度３９．２℃）、図１２（ｂ）はそのマウス直腸温度（モニター値）を示している。横軸は時間（分）、縦軸は温度（℃）である。なお、マウスは予熱が終わってからセットした。
【００４３】
これらの図から明らかなように、ヒーター表面温度もマウス直腸温度も略一定の温度に保持されている。
【００４４】
ここでは、ヒーター表面温度は略３９．２度で一定であり、マウス直腸温度は略略３７．１度に保持されていることがわかる。
【００４５】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００４７】
（Ａ）小動物の腹部温度すなわちヒーター表面温度をフィードバックして温度管理を行うため、小動物が異常な高温で加熱されることがなくなり、適切な生理学実験条件が確保される。
【００４８】
（Ｂ）ヒーター装置表面に取り付けた温度センサーにより、ヒーターの加熱温度、ヒーターの表面温度、マウスの腹部温度を同時に同一の温度情報として得ることができる。
【００４９】
（Ｃ）フィードバックされるヒーター表面温度をＬＥＤにより数値表示させることにより、小動物の腹部温度すなわちヒーター表面温度を視覚により確認することができる。
【００５０】
（Ｄ）ヒーター装置本体に関しては、温度むらの少ない熱の拡散と発熱体からのヒーター表面への適度な熱伝導速度が得られる。さらに薄い金属板の接地によりノイズの少ない製品を作製することができる。
【００５１】
（Ｅ）ヒーター装置とヒーターコントロール装置により、真に温度変動の少ない良好なマウス体温維持の環境を実現することができる。
【００５２】
（Ｆ）小動物の腹部温度すなわちヒーター表面温度が設定温度に近づくにつれで電流制御動作が大きくなるヒーターコントロール装置により、ヒーター装置の立ち上がりの速い温度上昇が得られ、また加熱温度のオーバーシュートを起こさない優れたマウス体温維持の環境を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すヒーター装置の一部破断斜視図である。
【図２】本発明の実施例を示すヒーター装置に内蔵されるヒーター発熱体の斜視図である。
【図３】本発明の実施例を示すヒーター装置に内蔵されるヒーター発熱体の裏面斜視図である。
【図４】本発明の実施例を示すヒーター装置上にセットされるマウスを示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施例を示すヒーターコントロール装置の構成図である。
【図６】本発明の一実施例を示すヒーターコントロール装置の初段ＯＰアンプの動作特性図である。
【図７】本発明の一実施例を示すヒーターコントロール装置の温度表示器の模式図である。
【図８】小動物用体温保持装置の電源ＯＮ後１０分間のヒーター表面温度の測定結果を示す図である。
【図９】小動物用体温保持装置の電源ＯＮ３０分後５分間のヒーター表面温度の測定結果を示す図である。
【図１０】従来品の電源ＯＮ後５分間のヒーター表面温度とマウス直腸温度の測定結果を示す図である。
【図１１】従来品の電源ＯＮ後３０分間のヒーター表面温度とマウス直腸温度の測定結果を示す図である。
【図１２】本発明の試作品の電源ＯＮ３０分後５分間のヒーター表面温度とマウス直腸温度の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１ ヒーター発熱体
２ 絶縁材基板
３ 薄い金属板
４ 発熱抵抗体
５ ヒーター装置
６ 絶縁被覆体
７ 温度センサー
８ マウス
１０ ヒーターコントロール装置
１１ 制御トランジスタ
１２，１４ 電源端子
１３ 接地
１５，１７，２７ 半固定抵抗
１６ 可変抵抗
１９，２１，２３，２５ 抵抗
１８ 接地点
２０ サーミスタ（Ｒｔ）
２２ 初段ＯＰアンプ
２４ コンデンサ
２６ 次段ＯＰアンプ
Claims (6)
- 小動物用体温保持装置において、
（ａ）小動物を搭載する平面を温度むらなく加熱するヒーター発熱体を有するヒーター装置と、
（ｂ）該ヒーター装置の中央部の表面に配置される温度センサーと、
（ｃ）前記ヒーター装置の表面に接する前記小動物の腹部温度を検出すると同時に、設定温度を維持するコントロール手段とを具備することを特徴とする小動物用体温保持装置。 - 請求項１記載の小動物用体温保持装置において、前記ヒーター装置のヒーター発熱体は、絶縁材基板の下面の全体に満遍なく発熱体を配置することを特徴とする小動物用体温保持装置。
- 請求項２記載の小動物用体温保持装置において、前記ヒーター装置のヒーター発熱体は、前記絶縁材基板の上面に薄い金属板を配置することを特徴とする小動物用体温保持装置。
- 請求項３記載の小動物用体温保持装置において、前記薄い金属板を接地することを特徴とする小動物用体温保持装置。
- 請求項３記載の小動物用体温保持装置において、前記ヒーター発熱体を内蔵する絶縁被覆体を具備することを特徴とする小動物用体温保持装置。
- 請求項１記載の小動物用体温保持装置において、前記小動物がマウスであり、該マウスを前記ヒーター装置上に腹這いにセットすることを特徴とする小動物用体温保持装置。
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