JP5091393B2 - マントルヒータ - Google Patents

Description

本発明は、液体等を収容したフラスコ等の容器を加熱するマントルヒータに関し、特に、容器を受容する凹所を有するマントルヒータに関するものである。

従来、実験などに使用されるフラスコ等のガラス容器を加熱するためのマントルヒータが知られている。これらのマントルヒータは、ニクロム線等の発熱体を、ガラス繊維等の断熱繊維を主体とした断熱層で覆う構造であり、容器を包むように柔軟性を持ったもの、平面的な形状をしたものの他、加熱すべき容器を受容する凹所を有するものがある。この凹所を有するものは、凹所が容器の底面形状に合わせてあるため、多種類の容器に対応して多種類のマントルヒータを用意する必要がある。このようなマントルヒータの一例として、底面が球形のフラスコを加熱するマントルヒータが知られている（特許文献１）。このマントルヒータは球面状に形成された凹所を有する本体と、本体内にこの凹所に沿って配置されたヒーターを有する。
特開平９−７７３６号公報（図１、図5）

特許文献１のマントルヒータの凹所は、容器の底部と略相補形に形成されているために、受容可能な容器のサイズが極めて狭い範囲に限定されてしまう。すなわち、容器が小さすぎる場合、凹所の内面と容器との間に間隙が生じて、容器を安定的に保持できない。他方、容器が大きすぎると、凹所内に収容することができないという問題が生じる。従って、従来は、加熱される容器ごとに異なる寸法、形状の凹所を有するマントルヒータが必要であった。従って、製造者側にとっては多種類（多品種）のマントルヒータを製造する必要があり、また、使用者側にとっては使用する容器に対応して多種類のマントルヒータを用意する必要があり、無駄が多かった。

また、マントルヒータの凹所を形成している部材の材質が断熱繊維からなる布地であり、比較的柔軟性を有することから、凹所内に容器を配置したり、取り出したりする際に、容器がヒータを圧迫して、ヒータを断線するおそれがあった。特に通電して過熱されたニクロム線等は、過熱によりもろくなるので、外力による変形により容易に断線が生じやすくなる。また、容器の内容物の液体がこぼれた場合、液体がマントルヒータの断熱層を浸透してヒータを腐食させ、断線を生じるおそれもあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、多種類のマントルヒータを製造し、また使用する無駄をなくし、複数種類のサイズの容器を安定的に受容することができる効率的なマントルヒータを提供することを目的とするものである。

また、本発明の他の目的は、マントルヒータの発熱体としてのニクロム線が断線することを防止する点にある。

本発明のマントルヒータは、底部が略球面状の容器を受容する凹所が上方に開放するように設けられたハウジングブロックと、ハウジングブロックに凹所に沿って設けられた発熱体とを備えたマントルヒータにおいて、凹所の内面が、受容される容器の底部を支持する逆円錐面に形成され、発熱体が逆円錐面に沿って形成されていることを特徴とするものである。

また、凹所の底部は、平坦に構成することができる。

また、ハウジングブロックが剛性の防水断熱ブロックであり、発熱体をハウジングブロック内に埋め込まれたニクロム線として構成することが好ましい。

凹所の底部には、ハウジングブロックの外部に連通する排水通路が形成されていてもよい。

ここで「逆円錐面」とは、逆円錐形或いは逆円錐台形の側面の部分の面形状をいうものとする。また、「略球面状」とは、完全な球面の一部を構成する面形状の他、球面に近い曲面であって完全な球面状でない形状も含むものとする。

本発明のマントルヒータは、マントルヒータの凹所の内面が、底部が略球面状の容器を支持する逆円錐面に形成され、発熱体が逆円錐面に沿って形成されているので、複数種類のサイズの容器をこの逆円錐面で安定して受容することができる。従って、少ない種類のマントルヒータで多種類の容器に対応することができるので、多品種のマントルヒータを製造および使用しなくてもよく、非常に効率のよいマントルヒータとすることができる。

また、凹所の底部が平坦に構成されている場合は、容器のサイズによってはこの平坦な面でも容器を支持することができるので、容器を一層安定的に保持することができる。

また、ハウジングブロックが剛性の防水断熱ブロックであり、発熱体がハウジングブロック内に埋め込まれたニクロム線である場合は、防水断熱ブロック内に配置されているニクロム線が外力により変形して断線することがない。また、容器から液体が凹所内にこぼれても、断熱ブロックに浸透することがないので、ニクロム線を腐食、断線するおそれがない。また、発熱体が断熱ブロックに埋め込まれているので、発熱体から発生する熱エネルギーを有効に利用でき、保温性も向上するという効果がある。

凹所の底部に、ハウジングブロックの外部に連通する排水通路が形成されている場合は、不要な液体を速やかに且つ効率的に排出することができる。

以下、本発明の一例を示すマントルヒータの好ましい実施の形態について添付図を参照して詳細に説明する。図１はマントルヒータの平面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿うマントルヒータの断面図である。図１および図２に示すように、マントルヒータ１は、概ね直方体であり、上方に開放する凹所２が形成されたハウジングブロック４を有する。この凹所２は、逆円錐台状部分２ａと、この逆円錐台状部分２ａに連続する円形壁部分２ｂと、この円形壁部分２ｂからハウジングブロック４の上面４ａに至るテーパ部分２ｃとから構成される。逆円錐台状部分２ａは、約４５度の角度の斜面（逆円錐面）３を有するとともに平坦な底面２ｄを有する。逆円錐台状部分２ａには、凹所２の中心８（図１）の周りに螺旋状（図示せず）に溝５が形成され、この溝５内に例えば、発熱体としてコイル状のニクロム線６が配置される。図２には、そのニクロム線６が配置される領域７を斜線で示す。この領域７の一部に、溝５およびこの溝５内に配置されたニクロム線６が示されている。また、この凹所２の底面２ｄの中心８には、孔１０が形成されており、さらにこの孔１０に連続して、下方に向けてパイプ１２が配置されている。これら孔１０およびパイプ１２により排水通路が構成される。このパイプ１２は、ハウジングブロック４の下面４ｂから突出するように延びており、受容される容器１００から凹所２内にこぼれた液体を、マントルヒータ１の外部に速やかに排出する。

次に、このハウジングブロック４の製造方法について説明する。なお、この製造方法は、本願出願人の出願になる特開２００４−３４９１９６号公報（平成１５年５月２６日出願、特願２００３−１４７５６７号）に記載された方法であるので、ここでは詳細には説明せず、概略のみ説明する。ハウジングブロック４は、図示しないスラリー状のセラミックファイバを成型機（図示せず）により成形し、乾燥させる。次に、この乾燥した成形後のハウジングブロック４に、例えば有機炭化ケイ素系塗料の如き耐熱樹脂を含侵させて乾燥させ、さらに熱処理を行って、セラミックファイバのバルク表面の含侵層を強化する。そして、この凹所２の斜面３に形成された溝５に、ニクロム線６が配置される。そしてこのニクロム線６と溝５に、ペースト状の耐熱表面硬化剤を塗布し硬化させて、ニクロム線６を溝５の中に固定するとともにニクロム線６の周囲に絶縁層９を形成する。これによりニクロム線６は、凹所２の内側に露出することがなくなり、外部から物理的、電気的に遮断される。このようにして構成されたハウジングブロック４は、防水性、断熱性および剛性を有するブロックとなり、容器１００による外力でニクロム線６が破損するおそれはなく、また、こぼれた液体の浸透によってニクロム線６が腐食、断線するおそれもない。

ハウジングブロック４は、その上面４ａ、テーパ部分２ｃの一部および側面４ｃを覆うように例えば、ステンレス鋼の如き金属板から形成されたケース１４がハウジングブロック４の上方から被冠される。ケース１４の周壁１４ａの高さは、ハウジングブロック４の高さより大きくなっている。ハウジングブロック４の下部には、ステンレス鋼等の金属材料から形成された支持板１８が、ねじ２０によりケース１４の周壁１４ａに固定されている。ハウジングブロック４は、シリコンスポンジの如き耐熱性を有する弾性体１６を介して支持板１８により支持されている。弾性体１６および支持板１８には、前述のパイプ１２を挿通するための開口１６ａ、１８ａがそれぞれ形成されている。また、ケース１４の下端には、金属製の底板２２が、同様にねじ２０により周壁１４ａに固定されている。前述のパイプ１２の下端１２ａは、底板２２の近傍に位置している。また底板２２には、マントルヒータ１を安定して載置するための脚２４が複数個取り付けられている。支持板１８と底板２２の間の空間Ｇには、ニクロム線６に接続されるリード線（図示せず）と電源線３４（図１）を相互に接続する端子台３０が配置されている。この端子台３０は、ねじ３２により支持板１８に固定されている。

図２には、例えば、フラスコである容器１００が配置された状態が仮想線で示されている。この容器１００は、異なる３種類の容器１００ａ、１００ｂ、１００ｃの本体部分の底部の球面に沿う円として例示的に示されている。なお、３種類の容器１００ａ、１００ｂ、１００ｃを総括して容器１００という。最も小さい容器１００ａは、例えば、９０ｍｍの直径を有し、２００ｍｌの容量を有する。容器１００ａが凹所２内に受容されると、凹所２の底面２ｄおよび逆円錐台状部分２ａの斜面３に環状に接して安定的に配置される。この場合円形壁部分２ｂと容器１００ａとの間には十分な余裕がある。次に、最も大きい容器１００ｃは、例えば、直径１１５ｍｍであり、５００ｍｌの容量を有する。この容器１００ｃが凹所２に配置されると、逆円錐台状部分２ａの斜面３のみに接しているが、接触部分は容器１００ｃの全周に亘っているため安定して凹所２内に保持される。また、その接触位置は、容器１００ａより上方となっている。容器１００ｃと円形壁部分２ｂとの間にはほとんど余裕はないが、安定的に凹所２内に保持されている。そして、中間サイズの容器１００ｂは、例えば、直径１００ｍｍであり、３００ｍｌの容量を有する。この容器１００ｂは、容器１００ｃと同様に逆円錐台状部分２ａの斜面３のみに接しているが、その位置は、容器１００ａと容器１００ｃとの中間に位置する。このように、逆円錐台状部分２ａを有する凹所２は、種々のサイズの容器１００を少なくとも斜面３の部分で安定的に受容することができる。

次に、図３を参照して、凹所２の円錐台状部分２ａと、凹所２に受容される容器１００との寸法関係について説明する。図３は、凹所２と容器１００との寸法関係を示す概念図である。この図において、Ｖ（ｍｌ）は容器１００の容量、ｒ（ｍｍ）は、容器１００の半径、Ｒ（ｍｍ）は容器１００の直径、Ｄ（ｍｍ）は凹所２の斜面３が収束する頂点２６から各容器１００の中心２８までの距離（深さ）、Ｈ（ｍｍ）は容器１００の仮想球形部分の頂部までの高さ、ｈ（ｍｍ）は凹所２の底面２ｄまでの立ち上げの距離（高さ）、ｄ（ｍｍ）は底面２ｄの直径、Ｌ（ｍｍ）は容器１００が斜面３に接触した領域の直径をそれぞれ示す。

容器１００の容量が、例えば２０ｍｌ〜２０００ｍｌまで変化したときの、各部の寸法について表１に示す。なお、この場合斜面３の角度は４５度である。

ここで、

という式がなり立つ。

表１は８種類のサイズの容器を示している。表１に示すように、８種類の容器に対し、通常は８種類のマントルヒータが必要になるが、例えば前述の実施形態で説明したように、容量が２００ｍｌ、３００ｍｌ、５００ｍｌの容器１００ａ、１００ｂ、１００ｃ用として１種類のマントルヒータを用意すればよい。その他の容量２０〜１００、１０００〜２０００）の容器用に２種類用意すればよい。すなわち３種類のマントルヒータで対応することができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明したが、上記実施形態に限定されるものではないことは当業者にとって明白である。例えば、凹所２の形状は逆円錐台状の他に逆円錐状も考えられる。この場合は、逆円錐状の頂部が凹所の底部となり、この底部に排水通路が設けられる。また、逆円錐台状部分２ａの斜面３の角度は、４５度が最も好ましいが、４５度に限定されるものではなく、４０度〜５０度程度の範囲であってもよい。

本発明の一例を示すマントルヒータの平面図 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿うマントルヒータの断面図 マントルヒータの凹所と容器との寸法関係を示す概念図

符号の説明

１ マントルヒータ
２ 凹所
２ａ 逆円錐台状部分
２ｄ 底面
３ 斜面（逆円錐面）
４ ハウジングブロック
６ ニクロム線（発熱体）
１０ 孔（排水通路）
１２ パイプ（排水通路）
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ 容器

Claims (4)

1. 曲率が互いに異なる略球面状の底部を有する複数種類の容器を受容可能なマントルヒータであって、
   凹所が上方に開放するように設けられたハウジングブロックと、該ハウジングブロックに前記凹所に沿って設けられた発熱体とを備え、
   前記凹所の内面が、受容される前記容器の底部を支持する単一の逆円錐面に形成されていることを特徴とするマントルヒータ。
2. 前記凹所の底部が平坦であることを特徴とする請求項１記載のマントルヒータ。
3. 前記ハウジングブロックが剛性の防水断熱ブロックであり、前記発熱体が前記ハウジングブロック内に埋め込まれたニクロム線であることを特徴とする請求項１または２記載のマントルヒータ。
4. 前記凹所の底部には、前記ハウジングブロックの外部に連通する排水通路が形成されていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のマントルヒータ。

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