JPH0699085A - Ceramic heater/cooler - Google Patents

Ceramic heater/cooler

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Publication number
JPH0699085A
JPH0699085A JP19155393A JP19155393A JPH0699085A JP H0699085 A JPH0699085 A JP H0699085A JP 19155393 A JP19155393 A JP 19155393A JP 19155393 A JP19155393 A JP 19155393A JP H0699085 A JPH0699085 A JP H0699085A
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JP
Japan
Prior art keywords
sintered body
cooling device
heating
ceramic
ceramic heating
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Application number
JP19155393A
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Japanese (ja)
Inventor
Shuji Ueda
修治 植田
Keiichi Kato
圭一 加藤
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Original Assignee
Individual
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Abstract

PURPOSE:To enable precise temp. control and programmed temp. managing and control for various purposes by providing a sintered body for which holes, through holes or grooves of desired shapes for supporting a material to be heated or cooled are provided on a plane or the optional surface of the sintered body and disposing heating resistors in the sintered body. CONSTITUTION:This unit is provided with a sintered body having holes, 2, 3, through holes, or grooves of desired shapes on a plane or the optional surface for supporting a material to be heated or cooled, and at least one heating resistor (electrode forming metallized layers on the surfaces 4, 5). Or, a heat- exchanging part for cooling is provided on optional surface or in the sintered body. Since the area being in contact with the material to be heated/cooled is large, conduction of heat is efficiently performed from the heater/cooler to the material to be heated/cooled. Thereby, temp. is rapidly increased or decreased to the objective temp., and good accuracy of temp. distribution is obtd., and precise temp. control can be attained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、医学、化学、生物工学
の分野向けの精密温度制御が可能であり、かつ、温度分
布精度の良好なセラミック加熱冷却器の構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a ceramic heating / cooling device which enables precise temperature control in the fields of medicine, chemistry and biotechnology and has a good temperature distribution accuracy.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の理科学向け恒温槽においては被加
熱物支持体とヒーターが別になっていたために、温度分
布精度と迅速な昇温と降温が不可能であった。一定の温
度へ到達するまでに長時間がかかり、かつ温度設定を変
更する場合、応答速度が遅く。また、外乱に対するレス
ポンスが悪く使い勝手が非常に悪かった。
2. Description of the Related Art In a conventional thermostatic chamber for science and science, since a support for an object to be heated and a heater are separate, temperature distribution accuracy and rapid temperature rise / fall cannot be achieved. It takes a long time to reach a certain temperature, and the response speed is slow when changing the temperature setting. Also, the response to the disturbance was poor and the usability was very poor.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の欠点を解決して、所定の温度まですばやく昇温あ
るいは降温し、かつ温度変更に対しても迅速に対応し、
かつ外乱に対するレスポンスも速く温度分布も良好な精
密温度制御と迅速な昇温および降温が可能なセラミック
加熱冷却器を提供するために成されたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned drawbacks of the prior art, quickly raises or lowers the temperature to a predetermined temperature, and quickly responds to temperature changes.
Moreover, the present invention was made to provide a ceramic heating / cooling device capable of performing precise temperature control with fast response to disturbance and good temperature distribution, and rapid heating / cooling.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに成された本発明は、焼結体の任意の面に被加熱冷却
物支持用の孔、または溝を設けるとともに、この焼結体
に熱伝導の良好な焼結体成分を使用し、また、この焼結
体の内部に金属または、導電性を有するセラミックスあ
るいはカーボンを主成分とする発熱抵抗体を埋設する事
を特徴とすると共に、降温に関しては熱放散性の良好な
フィン、ハニカム構造あるいはパイプからなる冷却部を
設置しその面に冷気あるいは冷媒等に接触することによ
り降温させると言う技術的手法を採用した。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention, which was conceived to solve the above-mentioned problems, provides a sintered body with a hole or groove for supporting an object to be heated, and the sintering. It is characterized in that a sintered body component having good thermal conductivity is used for the body, and a heating resistor mainly composed of metal, conductive ceramics or carbon is embedded inside the sintered body. At the same time, regarding the temperature lowering, a technical method was adopted in which a fin, a honeycomb structure or a pipe having a good heat dissipation property was installed and the surface was cooled by contacting cold air or a refrigerant.

【0005】[0005]

【作 用】上記のように構成されたセラミック加熱冷却
器によれば被加熱冷却物は、熱伝導の良好な焼結体に設
けられた面または孔または溝に接しているため迅速に焼
結体加熱冷却器の温度と等しくなる。また、発熱抵抗体
が焼結体内に埋設してあるため、精密に温度を制御する
事が可能となる。冷却部に関しては、熱放散特性が良好
でかつ加工しやすい材料を放熱部に使う事で安価に冷却
部を設置可能となる。
[Operation] According to the ceramic heating / cooling device configured as described above, the object to be heated is quickly sintered because it is in contact with the surface, hole or groove provided on the sintered body with good heat conduction. It becomes equal to the temperature of the body heating and cooling device. Further, since the heating resistor is embedded in the sintered body, it is possible to precisely control the temperature. As for the cooling unit, it is possible to install the cooling unit at a low cost by using a material that has good heat dissipation characteristics and is easy to process for the heat radiation unit.

【0006】[0006]

【実施例1】図1は、本発明の実施例1の外観を示す。
ここでは、1は、導電性SiCである。2、3は被加熱
冷却物支持体用の孔である。このセラミック基体の製法
としては、図2に示すように導電性SiCの原料粉末周
知の焼結助剤を添加した原料粉体金型に充填し加圧し、
ブロック6を形成する。次に切削加工による2、3の被
加熱冷却物支持体用の穴を形成する。次にこれを周知の
焼結条件で焼結する。次に面4、5にメタライズ層を形
成し電極とする。上記の方法を用いて製作したセラミッ
ク加熱冷却器を用いて特性試験を行った。加熱および精
密温度コントロールは、電極4、5に電圧を印加するこ
とにより行った。冷却は、図4にその模式図を示す。ブ
ロック体8は冷風ファン9により冷却される。次に特性
試験を行った。孔2、3に熱電対を設置してあるマイク
ロチューブをセットして、次のような条件でテストを行
った。すなわち、孔2の位置のマイクロチューブの熱電
対でPID制御を行った。装置の稼動前の初期温度は2
の位置の孔の熱電対の数値で17℃、装置の任意設定温
度と設定可動時間を次のようにプログラムする。95℃
を10分間次に4℃で60分間次に25℃を20分間で
運転終了のプログラムを入力する。温度制御と測定の結
果は、95℃に設定し装置を運転させて8秒後に設定温
度95℃に到達、10分間の95℃に対して各熱電対の
位置においても温度精度±0.1℃以内。設定4℃まで
の到達時間18秒、60分間の4℃に対する各熱電対の
位置においても温度精度±0.1℃以内。設定25℃ま
での到達時間2秒、20分間の25℃に対する孔3の位
置の熱電対においても温度精度±0.2℃で運転し終
了。良好な試験結果が得られた。本実施例では、ブロッ
ク体導電性SiCを使用したが他の導電性セラミックで
も構わない。本実施例では孔は2つであるが、これに限
られるものではなく、孔の数の設定は自由である。
Embodiment 1 FIG. 1 shows the appearance of Embodiment 1 of the present invention.
Here, 1 is conductive SiC. Reference numerals 2 and 3 are holes for supporting the object to be cooled. As a method for producing this ceramic substrate, as shown in FIG. 2, a raw material powder mold to which a known sintering aid of conductive SiC raw material powder is added is filled and pressed,
The block 6 is formed. Next, a few holes are formed by a cutting process for supporting the object to be cooled. Next, this is sintered under known sintering conditions. Next, a metallization layer is formed on the surfaces 4 and 5 to serve as electrodes. A characteristic test was performed using the ceramic heating and cooling device manufactured using the above method. Heating and precise temperature control were performed by applying a voltage to the electrodes 4 and 5. The cooling is shown in the schematic diagram of FIG. The block body 8 is cooled by a cold air fan 9. Next, a characteristic test was conducted. A microtube having a thermocouple installed was set in the holes 2 and 3, and a test was conducted under the following conditions. That is, PID control was performed with the thermocouple of the microtube at the position of the hole 2. The initial temperature before operation of the device is 2
The value of the thermocouple of the hole at the position is 17 ° C., and the arbitrary set temperature of the device and the set movable time are programmed as follows. 95 ° C
10 minutes, then 4 ° C. for 60 minutes, then 25 ° C. for 20 minutes. The temperature control and measurement results were set to 95 ° C and the set temperature reached to 95 ° C 8 seconds after the device was operated. Within. The temperature accuracy is within ± 0.1 ° C at the position of each thermocouple with respect to 4 ° C for 60 minutes, the arrival time to the setting 4 ° C is 18 seconds. The thermocouple at the position of the hole 3 with respect to 25 ° C for 20 minutes at the set arrival time of 2 seconds for 2 seconds was operated with temperature accuracy of ± 0.2 ° C and ended. Good test results were obtained. In this embodiment, the block conductive SiC is used, but other conductive ceramics may be used. In this embodiment, the number of holes is two, but the number is not limited to this, and the number of holes can be set freely.

【0007】[0007]

【実施例2】実施例1で使用したブロックの下部に冷却
効率を向上する目的で、ダイヤモンド研削により凹凸を
形成し実施例1と同様な試験を行った。実施例1と同様
な良好な試験結果が得られた。
Example 2 For the purpose of improving the cooling efficiency in the lower part of the block used in Example 1, unevenness was formed by diamond grinding and the same test as in Example 1 was conducted. Good test results similar to those of Example 1 were obtained.

【0008】[0008]

【実施例3】実施例2を使用したブロックの表面および
穴部分にCVDを用いてAlN層を形成しSiCブロッ
ク体と被加熱冷却部の絶縁を行い、試験を行った。実施
例1と同様の方法で特性試験を行った。実施例1と同様
な良好な試験結果が得られた。
Example 3 An AlN layer was formed on the surface and holes of the block used in Example 2 by CVD to insulate a SiC block from a heated and cooled portion, and a test was conducted. A characteristic test was conducted in the same manner as in Example 1. Good test results similar to those of Example 1 were obtained.

【0009】[0009]

【実施例4】実施例1のブロックに図5に示すように接
着層10を形成しアルミフィン11を取り付ける。そし
て、実施例1と同様の方法で特性試験を行った。実施例
1と同様な良好な試験結果が得られた。
Fourth Embodiment As shown in FIG. 5, an adhesive layer 10 is formed on the block of the first embodiment and an aluminum fin 11 is attached. Then, a characteristic test was conducted in the same manner as in Example 1. Good test results similar to those of Example 1 were obtained.

【0010】[0010]

【実施例5】図6に示すように実施例4のブロックにフ
ィンの代わりに冷却パイプ12、13を取り付けて試験
を行った。実施例1と同様の方法で特性試験を行った。
実施例1と同様な良好な試験結果が得られた。
Fifth Embodiment As shown in FIG. 6, a cooling pipe 12, 13 was attached to the block of the fourth embodiment instead of the fins, and a test was conducted. A characteristic test was conducted in the same manner as in Example 1.
Good test results similar to those of Example 1 were obtained.

【0011】[0011]

【実施例6】図7に示すように実施例1のブロック体に
冷却用の貫通穴14、15、16を設け、そこに冷媒を
流して冷却を行った。実施例1と同様の方法で特性試験
を行った。実施例1と同様な良好な試験結果が得られ
た。
Sixth Embodiment As shown in FIG. 7, the block body of the first embodiment is provided with through holes 14, 15, 16 for cooling, and a cooling medium is flown there through for cooling. A characteristic test was conducted in the same manner as in Example 1. Good test results similar to those of Example 1 were obtained.

【0012】[0012]

【実施例7】実施例6のブロックの14、15、16の
内部がハニカム構造になっているパイプを設置し、そこ
に冷媒を流して冷却を行った。実施例1と同様の方法で
特性試験を行った。実施例1と同様な良好な試験結果が
得られた 。
Example 7 Pipes having a honeycomb structure inside the blocks 14, 15 and 16 of Example 6 were installed, and a cooling medium was flowed through them to cool them. A characteristic test was conducted in the same manner as in Example 1. Good test results similar to those of Example 1 were obtained.

【0013】[0013]

【実施例8】図8に実施例8の外観を示す。ここで17
はAlNであり。18はAlNとMoSiの混合部で
ある。19は、被加熱冷却物支持用の穴である。20
は、メタライズ部分である。図9は図8のA−A′断面
を示す。本実施例の製法としては、非導電性原料粉末A
lNおよび導電性原料粉末AlN30%とMoSi
0%の混合物をサンドイッチ構造にする。すなわち、図
10に示すように金型21に非導電註原料粉末AlNの
22を充填する。次に図11に示すように導電性原料粉
末AlN30%とMoSi70%の混合物である23
を充填する。次に図12に示すように再び非導電性原料
粉末AlNの24を充填し、金型25により圧力を加え
仮成形する。次に図14に示すように切削加工により被
加熱冷却物支持用の穴28、29を形成する。次に図1
5に示すように穴に表面に離型剤BNなどを塗ったカー
ボン棒30、31をセットしホットプレスを行う。図1
6は図15のAA′断面で切った部分のホットプレス時
の断面図である。ここで、35、36はカーボン型であ
る。37はカーボン棒、34のガイド穴である。この焼
結体に図8の20の部分に電極を形成する。これを実施
例1と同様な方法でテストを行った。実施例1と同様な
良好な結果が得られた。本実施例では、導電体の積層数
は1層であるがこれに限られるものではなく。多層サン
ドイッチ構造でも良好な結果が得られる。また、材料の
組み合わせも自由である。
[Embodiment 8] FIG. 8 shows an appearance of Embodiment 8. Where 17
Is AlN. 18 is a mixed portion of AlN and MoSi 2 . Numeral 19 is a hole for supporting the object to be heated. 20
Is a metallized part. FIG. 9 shows a cross section taken along the line 9-9 in FIG. As the manufacturing method of this embodiment, the non-conductive raw material powder A is used.
1N and conductive raw material powder AlN 30% and MoSi 2 7
The 0% mixture is made into a sandwich structure. That is, as shown in FIG. 10, the mold 21 is filled with 22 of the non-conducting raw material powder AlN. Next, as shown in FIG. 11, a mixture of conductive raw material powder AlN 30% and MoSi 2 70% 23
To fill. Next, as shown in FIG. 12, non-conductive raw material powder AlN 24 is filled again, and pressure is temporarily applied by a mold 25 to perform temporary molding. Next, as shown in FIG. 14, holes 28 and 29 for supporting the object to be heated are formed by cutting. Next in FIG.
As shown in FIG. 5, carbon rods 30 and 31 each having a surface coated with a release agent BN or the like are set in the holes, and hot pressing is performed. Figure 1
6 is a cross-sectional view of the portion cut along the AA ′ cross section in FIG. 15 during hot pressing. Here, 35 and 36 are carbon type. 37 is a carbon rod and 34 is a guide hole. An electrode is formed at 20 in FIG. 8 on this sintered body. This was tested in the same manner as in Example 1. Good results similar to those of Example 1 were obtained. In the present embodiment, the number of laminated conductors is one, but the number is not limited to this. Good results are also obtained with a multilayer sandwich structure. Also, the combination of materials is free.

【0014】[0014]

【実施例9】実施例8のブロックに実施例4と同様の方
法でフィンを取り付けて、実施例1と同様のテストを行
った。実施例1と同様な良好な結果が得られた。
Example 9 A fin was attached to the block of Example 8 by the same method as in Example 4, and the same test as in Example 1 was conducted. Good results similar to those of Example 1 were obtained.

【0015】[0015]

【実施例10】実施例9のフィンの変わりに実施例5と
同様の冷却パイプを設置して、実施例1と同様のテスト
を行った。実施例1と同様な良好な結果が得られた。
[Example 10] A cooling pipe similar to that of Example 5 was installed in place of the fins of Example 9, and the same test as that of Example 1 was conducted. Good results similar to those of Example 1 were obtained.

【0016】[0016]

【実施例11】実施例8のブロックに実施例6と同様の
冷却貫通穴を設置して、実施例1と同様のテストを行っ
た。実施例1と同様な良好な結果が得られた。
[Embodiment 11] The same cooling through holes as in Embodiment 6 were installed in the block of Embodiment 8 and the same test as in Embodiment 1 was conducted. Good results similar to those of Example 1 were obtained.

【0017】[0017]

【実施例12】図17に本実施例の外観を示す。ここで
38はAlNブロック体で、39、40は被加熱冷却物
支持用貫通孔である。AA′を図18に示す。ここで4
2は、AlNであり、43はカーボンである。このブロ
ック体の製法としては、図19に示すようにAlNの生
テープを作る。ここで43、44、46はAlNの生テ
ープであり、43はカーボンペーストを使用し、スクリ
ーン印刷などの方法により印刷する。そして、この3枚
を積層し焼結を行う。図17に示すようにメタライズを
行い電極41を形成する。これを実施例1と同様のテス
トを行った。実施例1と同様な良好な結果が得られた。
ここでは、3層のみの積層であるが、これに限られるも
のではない。必要に応じて積層数は自由に設定ができ
る。
Twelfth Embodiment FIG. 17 shows the appearance of this embodiment. Here, 38 is an AlN block body, and 39 and 40 are through holes for supporting the object to be heated. AA 'is shown in FIG. 4 here
2 is AlN and 43 is carbon. As a method of manufacturing this block body, a raw tape of AlN is made as shown in FIG. Here, 43, 44, and 46 are raw tapes of AlN, and 43 is a carbon paste, and is printed by a method such as screen printing. Then, these three sheets are laminated and sintered. As shown in FIG. 17, metallization is performed to form electrodes 41. This was tested in the same manner as in Example 1. Good results similar to those of Example 1 were obtained.
Here, only three layers are stacked, but the number of layers is not limited to this. The number of layers can be freely set as needed.

【0018】[0018]

【実施例13】図20に実施例13の外観を示す。ここ
で47はブロック体である。48、49、50、51
は、試験管支持用の穴である。52は電極である。図2
1に図20のA−A′断面を示す。ここで53は、Al
Nある。54はTiNである。このブロック体の製法と
しては、まず、TiNをのグリーンシートを作成する。
図22に示す。このグリーンシートにより図23に示す
ような形に打ち抜く。打ち抜いたシートが55である。
次に図24に示すように、金型56にAlNの粉末57
を充填する。図25に示すように、この粉末57の上に
打ち抜いたTiN55をセットする。次に図26に示す
ように、AlN粉末を再び充填する。そして、それを加
圧成型する。次にホットプレス焼結し、端面を研削して
TiNを取り出して、その部分にメタライズを行い電極
とする。実施例1と同様な試験を行った。実施例1と同
様な良好な試験結果が得られた。
[Embodiment 13] FIG. 20 shows the appearance of Embodiment 13. Here, 47 is a block body. 48, 49, 50, 51
Is a hole for supporting a test tube. 52 is an electrode. Figure 2
FIG. 1 shows a cross section taken along the line AA ′ of FIG. Where 53 is Al
There are N. 54 is TiN. As a method of manufacturing this block body, first, a green sheet of TiN is prepared.
It shows in FIG. This green sheet is punched into a shape as shown in FIG. The punched sheet is 55.
Next, as shown in FIG. 24, AlN powder 57 is applied to the mold 56.
To fill. As shown in FIG. 25, punched TiN 55 is set on this powder 57. Next, as shown in FIG. 26, AlN powder is filled again. Then, it is pressure-molded. Next, hot press sintering is performed, the end face is ground, TiN is taken out, and the portion is metallized to form an electrode. The same test as in Example 1 was performed. Good test results similar to those of Example 1 were obtained.

【0019】[0019]

【実施例14】図27に実施例14の外観を示す。ここ
で、58はブロック体、59、60は試験管支持用の穴
である。62、63は試験管内の試料を光学的測定など
で観測する観測用貫通穴である。64、65、66は冷
媒通過用の貫通穴である。図28に図27のAA′断面
を示す。このような装置であれば、サンプルに温度コン
トロールを維持しながらでも現状を観測貫通穴から測定
する事が可能となる。
[Embodiment 14] FIG. 27 shows an appearance of Embodiment 14. Here, 58 is a block body, and 59 and 60 are holes for supporting a test tube. Reference numerals 62 and 63 are observation through holes for observing the sample in the test tube by optical measurement or the like. Reference numerals 64, 65 and 66 are through holes for passing the refrigerant. FIG. 28 shows a cross section taken along the line AA ′ of FIG. With such a device, it is possible to measure the current state from the observation through hole while maintaining the temperature control of the sample.

【0020】[0020]

【実施例15】図29に実施例15の外観を示す。ここ
で68はAlNである。69に電極である。70は、冷
媒を流す冷却貫通穴である。図30に図29のAA′断
面を示す。ここで71は、タングステンである。図31
に図29のBB′断面で見た実際の使用状態を示す。こ
こで72は、サンプル保持容器であり、73はサンプル
注入用の孔である。74は、発熱抵抗体、75は、冷却
用貫通穴である。ここで各孔に、同量の純粋水を入れ、
温度制御法は実施例1と同様とした。温度制御は孔の部
分に入れた熱電対で行った。後は実施例1と同様な試験
を行った。実施例1と同様な良好な結果が得られたが、
各孔での温度精度だけは、±1℃以内であった。本実施
例では、加熱冷却器本体にAlNを使用し、発熱抵抗体
にタングステンを使用した。又、冷却には、冷却用貫通
穴に冷媒を流したが、これに限られるものではない。本
体材料、発熱抵抗体材料及び冷却法に関しての組み合わ
せは自由である。
Fifteenth Embodiment FIG. 29 shows the appearance of the fifteenth embodiment. Here, 68 is AlN. 69 is an electrode. Reference numeral 70 is a cooling through hole through which a coolant flows. FIG. 30 shows a cross section taken along the line AA ′ of FIG. Here, 71 is tungsten. Figure 31
FIG. 29 shows an actual use state as seen from the BB ′ cross section of FIG. Here, 72 is a sample holding container, and 73 is a hole for sample injection. Reference numeral 74 is a heating resistor, and 75 is a cooling through hole. Now put the same amount of pure water in each hole,
The temperature control method was the same as in Example 1. The temperature was controlled by a thermocouple placed in the hole. After that, the same test as in Example 1 was performed. The same good results as in Example 1 were obtained,
Only the temperature accuracy at each hole was within ± 1 ° C. In this embodiment, AlN is used for the heating / cooling body and tungsten is used for the heating resistor. Further, for cooling, the cooling medium is flowed through the cooling through hole, but the cooling method is not limited to this. The combination of the body material, the heating resistor material and the cooling method is free.

【0021】[0021]

【実施例16】図32に実施例16の外観を示す。ここ
で76は、AlNを使用した本体である。77は電極、
78は孔、79は冷却用フィンである。図33に図32
のAA′断面で見た実際の使用状態を示す。ここで、8
0は、サンプル保持容器である。81は、サンプル注入
用の孔である。82は、発熱抵抗体である。実施例16
と同様のテストを行った。ただし、冷却は下部から冷風
を冷却フィンに当てた。実施例15と同様な良好な結果
が得られた。
16th Embodiment FIG. 32 shows the appearance of the 16th embodiment. Here, 76 is a main body using AlN. 77 is an electrode,
Reference numeral 78 is a hole, and 79 is a cooling fin. 32 in FIG.
The actual use condition seen from the AA ′ cross section of FIG. Where 8
0 is a sample holding container. 81 is a hole for sample injection. Reference numeral 82 is a heating resistor. Example 16
The same test was performed. However, for cooling, cold air was applied to the cooling fins from the bottom. Good results similar to those of Example 15 were obtained.

【0022】[0022]

【発明の効果】以上のように、本発明は、熱伝導が良好
な焼結体に、金属、または導電性セラミックの発熱体を
埋設してあり、かつ、熱放散性が良好で、かつ、加工し
やすい材料の冷却部を具備しているので、安価な冷却部
が可能となる。そして、被加熱冷却物と接する面積を広
くとっているため効率的に加熱冷却器から被加熱冷却物
に熱伝導が行われる。よって設定温度に対して迅速に昇
温、降温ができ、また、温度分布精度も良好となり精密
温度制御が可能となる。したがって、従来の技術では、
なしえなっかた各種の温度パターンの精密温度制御が可
能となり、バイオテクノロジー及び化学分野等において
は、新しい用途が開け、複雑な温度プログラム制御が可
能となり、新規な操作方法かできるようになった。
As described above, according to the present invention, a metal or conductive ceramic heating element is embedded in a sintered body having good heat conduction, and the heat dissipation is good, and Since the cooling part made of a material that can be easily processed is provided, an inexpensive cooling part is possible. Since the area in contact with the object to be heated is wide, heat can be efficiently conducted from the heating cooler to the object to be heated. Therefore, the temperature can be raised and lowered quickly with respect to the set temperature, and the temperature distribution accuracy is improved, enabling precise temperature control. Therefore, in the conventional technology,
Precise temperature control of various temperature patterns has become possible, new applications have opened up, complicated temperature program control has become possible, and new operation methods have become possible in the biotechnology and chemistry fields. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例1の外観FIG. 1 Appearance of Example 1

【図2】生成型体[Figure 2] Generating body

【図3】生成型体に穴加工した状態[Fig. 3] A state in which holes are formed in the generative body.

【図4】冷却の模式図FIG. 4 is a schematic diagram of cooling

【図5】実施例4の外観FIG. 5 Appearance of Example 4

【図6】実施例5の外観FIG. 6 Appearance of Example 5

【図7】実施例6の外観FIG. 7 Appearance of Example 6

【図8】実施例8の外観FIG. 8 Appearance of Example 8

【図9】図8のA−A′断面9 is a cross section taken along the line AA ′ of FIG.

【図10】金型に原料粉末を充填したところFIG. 10 shows a mold filled with raw material powder.

【図11】金型に原料粉末を充填したところFIG. 11 shows a mold filled with raw material powder.

【図12】サンドイッチ状に成型するところ[Fig. 12] Molded into a sandwich

【図13】サンドイッチ構造の仮成型FIG. 13: Temporary molding of sandwich structure

【図14】仮成型体に穴加工したところ[Fig. 14] A hole formed in a temporary molded body

【図15】仮成型体にカーボン棒ををセットした状態FIG. 15 shows a state where a carbon rod is set on a temporary molded body.

【図16】ホットプレス時の断面FIG. 16 is a cross section at the time of hot pressing

【図17】実施例12の外観FIG. 17 Appearance of Example 12

【図18】図17のAA′断面18 is a cross section taken along line AA ′ of FIG.

【図19】積層前の生テープFIG. 19: Raw tape before lamination

【図20】実施例13の外観FIG. 20 Appearance of Example 13

【図21】図20のA−A′断面21 is a cross section taken along the line AA ′ of FIG.

【図22】導電性セラミックのグリーンシートFIG. 22: Green sheet of conductive ceramic

【図23】打ち抜いたグリーンシートFIG. 23: Punched green sheet

【図24】金型に絶縁性セラミックの原料粉末を充填し
た状態
FIG. 24 shows a state in which a raw material powder of insulating ceramic is filled in a mold.

【図25】金型に導電性セラミックのグリーンシートを
セットした状態
FIG. 25 shows a state in which a conductive ceramic green sheet is set in the mold.

【図26】金型に導電性セラミックと絶縁性セラミック
原料を充填した状態
FIG. 26 shows a state in which a mold is filled with a conductive ceramic and an insulating ceramic raw material.

【図27】実施例14の外観FIG. 27 Appearance of Example 14

【図28】図27のAA′断面28 is a cross section taken along line AA ′ of FIG. 27.

【図29】実施例15の外観FIG. 29 Appearance of Example 15

【図30】図29のAA′断面30 is a cross section taken along line AA ′ of FIG. 29.

【図31】実際の使用状態の断面[Fig. 31] Cross-section in actual use

【図32】実施例16の外観32 is an appearance of Example 16 FIG.

【図33】実際の使用状態の断面FIG. 33 is a cross section of an actual use state

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 セラミック基体 2、3 被加熱冷却物支持用穴 4、5 電極 6 生成型体 7 生成型体に穴加工した状態 8 セラミック基体 9 冷風ファン 10 接着層 11 冷却フィン 12、13 冷却用パイプ 14、15、16 冷却用貫通穴 17 絶縁性セラミック基体 18 導電性セラミック基体 19 被加熱冷却物支持用穴 20 電極 21 金型 22、 絶縁性セラミック原料粉末 23 導電性セラミック原料粉末 24 絶縁性セラミック原料粉末 25 金型 26 絶縁性原料 27 導電性原料 28、29 被加熱冷却物支持用穴 30、31 カーボン 32 絶縁体部分 33 導電体部分 34 ガイド穴 35、36、37 カーボン 38 セラミック基体 39、40 被加熱冷却物支持用貫通孔 41 電極 42 セラミック基体 43 発熱抵抗体 44、46 生成型体 45 穴 47 セラミック基体 48、49、50、51 被加熱冷却物支持用穴 52 電極 53 セラミック基体 54 発熱抵抗体 55 発熱抵抗体グリーン 58 セラミック基体 59、60 被加熱冷却物支持用穴 61 電極 62、63 測定用の観測貫通穴 64、65、66 冷却用貫通穴 67 発熱抵抗体 68 セラミック基体 69 電極 70 冷却用貫通穴 71 発熱抵抗体 72 サンプルホルダー 73 サンプル孔 74 発熱抵抗体 75 冷却用貫通穴 76 セラミック基体 77 電極 78 孔 80 サンプルホルダー 81 サンプル孔 82 発熱抵抗体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ceramic base 2, 3 Holes for supporting heated object to be heated 4, 5 Electrode 6 Generation type body 7 State in which holes are formed in generation type body 8 Ceramic base body 9 Cool air fan 10 Adhesive layer 11 Cooling fins 12, 13 Cooling pipe 14, 15, 16 Cooling Through Hole 17 Insulating Ceramic Substrate 18 Conductive Ceramic Substrate 19 Heated Material Support Hole 20 Electrode 21 Mold 22, Insulating Ceramic Raw Material Powder 23 Conductive Ceramic Raw Material Powder 24 Insulating Ceramic Raw Material Powder 25 Mold 26 Insulating raw material 27 Conductive raw material 28, 29 Heated object supporting hole 30, 31 Carbon 32 Insulator part 33 Conductor part 34 Guide hole 35, 36, 37 Carbon 38 Ceramic substrate 39, 40 Heated cooling Through hole for supporting objects 41 Electrode 42 Ceramic substrate 43 Heating resistor 44, 46 Generation type body 45 holes 47 ceramic bases 48, 49, 50, 51 holes for supporting objects to be heated 52 electrodes 53 ceramic bases 54 heating resistors 55 heating resistors green 58 ceramic bases 59, 60 holes for supporting objects to be heated 61 electrodes 62, 63 Observation through holes for measurement 64, 65, 66 Cooling through holes 67 Heating resistor 68 Ceramic substrate 69 Electrode 70 Cooling through hole 71 Heating resistor 72 Sample holder 73 Sample hole 74 Heating resistor 75 Cooling through hole 76 Ceramic substrate 77 Electrode 78 Hole 80 Sample holder 81 Sample hole 82 Heating resistor

フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平4−213145 (32)優先日 平4(1992)7月2日 (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平4−247044 (32)優先日 平4(1992)8月3日 (33)優先権主張国 日本(JP)Continuation of the front page (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 4-213145 (32) Priority Day 4 (1992) July 2 (33) Country of priority claim Japan (JP) (31) Priority claim number Special Wishhei 4-247044 (32) Priority date Hei 4 (1992) August 3 (33) Priority claiming country Japan (JP)

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 面状あるいは、任意の面に被加熱冷却物
支持用の所望の形状の孔あるいは、貫通孔または溝を設
けた焼結体と焼結体内に1以上の発熱抵抗体を有する事
を特徴とするセラミック加熱冷却器。
1. A sintered body having a hole or a through hole or groove having a desired shape for supporting an object to be heated, which is planar or has an arbitrary surface, and one or more heating resistors in the sintered body. Ceramic heating and cooling device that is characterized.
【請求項2】 焼結体の任意の面あるいは、内部に冷却
用の熱交換部分を備えた事を特徴とする特許請求範囲第
1項記載のセラミック加熱冷却器。
2. The ceramic heating / cooling device according to claim 1, wherein a heat exchange portion for cooling is provided on an arbitrary surface or inside of the sintered body.
【請求項3】 冷却用熱交換部分は、任意の面に平面ま
たは凹凸を有する事を特徴とする特許請求範囲第1項記
載のセラミック加熱冷却器。
3. The ceramic heating / cooling device according to claim 1, wherein the cooling heat exchange portion has a flat surface or unevenness on any surface.
【請求項4】 冷却用熱交換部分は任意の面に冷却用の
フィンあるいはハニカム構造、パイプを取り付けた構造
を特徴とする特許請求範囲第1項記載のセラミック加熱
冷却器。
4. The ceramic heating / cooling device according to claim 1, wherein the cooling heat exchange portion has a structure in which a cooling fin, a honeycomb structure, or a pipe is attached to an arbitrary surface.
【請求項5】 冷却用熱交換部分は焼結体内に中空ある
いはパイプ、ハニカム構造を設置してある冷却用貫通穴
を有する事を特徴とする特許請求範囲第1項記載のセラ
ミック加熱冷却器。
5. The ceramic heating and cooling device according to claim 1, wherein the cooling heat exchange portion has a through hole for cooling in which a hollow, pipe or honeycomb structure is installed in the sintered body.
【請求項6】 焼結体の任意の部分に所望の形状の被加
熱冷却物用の光学的測定用の観測穴あるいは光路の構造
を備えた事を特徴とする特許請求範囲第1項記載のセラ
ミック加熱冷却器。
6. The structure according to claim 1, wherein an arbitrary portion of the sintered body is provided with an observation hole or an optical path structure for optical measurement of the object to be heated to be cooled having a desired shape. Ceramic heating and cooling device.
【請求項7】 観測穴あるいは光路は、焼結体内の貫通
穴である事を特徴とする特許請求範囲第6項記載のセラ
ミック加熱冷却器。
7. The ceramic heating / cooling device according to claim 6, wherein the observation hole or the optical path is a through hole in the sintered body.
【請求項8】 観測穴あるいは光路は、焼結体内の透光
性セラミックである事を特徴とする特許請求範囲第6項
記載のセラミック加熱冷却器。
8. The ceramic heating and cooling device according to claim 6, wherein the observation hole or the optical path is a translucent ceramic in a sintered body.
【請求項9】 観測穴あるいは光路は、焼結体内の透光
性ガラスである事を特徴とする特許請求範囲第6項記載
のセラミック加熱冷却器。
9. The ceramic heating / cooling device according to claim 6, wherein the observation hole or the optical path is a transparent glass in the sintered body.
【請求項10】 観測穴あるいは光路は、焼結体内の透
光性樹脂である事を特徴とする特許請求範囲第6項記載
のセラミック加熱冷却器。
10. The ceramic heating / cooling device according to claim 6, wherein the observation hole or the optical path is a transparent resin in the sintered body.
【請求項11】 焼結体は、熱伝導率が10W/m゜K
以上である事を特徴とする特許請求範囲第1項記載のセ
ラミック加熱冷却器。
11. The sintered body has a thermal conductivity of 10 W / m ° K.
The ceramic heating and cooling device according to claim 1, characterized in that it is the above.
【請求項12】 焼結体材料は、絶縁性セラミックであ
る事を特徴とする特許請求範囲第1項記載のセラミック
加熱冷却器。
12. The ceramic heating / cooling device according to claim 1, wherein the sintered body material is an insulating ceramic.
【請求項13】 焼結体材料は、導電性セラミックであ
り、焼結体そのものが通電により、発熱する事を特徴と
する特許請求範囲第1項記載のセラミック加熱冷却器。
13. The ceramic heating / cooling device according to claim 1, wherein the sintered body material is a conductive ceramic, and the sintered body itself generates heat when energized.
【請求項14】 発熱抵抗体は、無機導電体材料である
事を特徴とする特許請求範囲第1項記載のセラミック加
熱冷却器。
14. The ceramic heating / cooling device according to claim 1, wherein the heating resistor is an inorganic conductor material.
【請求項15】 発熱抵抗体材料は、金属である事を特
徴とする特許請求範囲第14項記載のセラミック加熱冷
却器。
15. The ceramic heating / cooling device according to claim 14, wherein the heating resistor material is a metal.
【請求項16】 発熱抵抗体材料は、導電性セラミック
である事を特徴とする特許請求範囲第14項記載のセラ
ミック加熱冷却器。
16. The ceramic heating / cooling device according to claim 14, wherein the heating resistor material is a conductive ceramic.
【請求項17】 発熱抵抗体材料は、炭素である事を特
徴とする特許請求範囲第14項記載のセラミック加熱冷
却器。
17. The ceramic heating / cooling device according to claim 14, wherein the heating resistor material is carbon.
【請求項18】 焼結体主成分が−60℃から300℃
の範囲で熱伝導率が10W/m゜K以上である導電性セ
ラミックスからなる焼結体で構成され、発熱抵抗体も前
記の導電性セラミックスが兼ねている事を特徴とする特
許請求範囲第1項記載のセラミック加熱冷却器。
18. The main component of the sintered body is -60.degree. C. to 300.degree.
Claim 1 is characterized in that it is composed of a sintered body made of a conductive ceramics having a thermal conductivity of 10 W / m ° K or more in the above range, and the conductive ceramics also serves as a heating resistor. The ceramic heating and cooling device according to the item.
【請求項19】 焼結体主成分がSiC、TiN、Mo
Si、ZrB、WCなどの導電性セラミックスで少
なくとも一種類以上からなる焼結体で構成され、発熱抵
抗体は前記セラミックスが兼ねている事を特徴とする特
許請求範囲第1項記載のセラミック加熱冷却器。
19. The main component of the sintered body is SiC, TiN, Mo.
The ceramic according to claim 1, characterized in that the ceramic is composed of a sintered body made of at least one kind of conductive ceramics such as Si 2 , ZrB 2 and WC, and the heating resistor also serves as the heating resistor. Heating cooler.
【請求項20】 焼結体主成分が−60℃から300℃
の範囲で熱伝導率が10W/m゜K以上のセラミックス
で構成され、発熱抵抗体は、導電性セラミックスと前
記、熱伝導率10W/m゜K以上のセラミックスで構成
される焼結体主成分と同様の材料を配合してなる導電性
セラミックスで構成される事を特徴とする特許請求範囲
第1項記載のセラミック加熱冷却器。
20. The main component of the sintered body is -60.degree. C. to 300.degree.
, The thermal conductivity of which is 10 W / m ° K or higher, and the heating resistor is made of conductive ceramics and the thermal conductivity of which is 10 W / m ° K or higher. The ceramic heating / cooling device according to claim 1, wherein the ceramic heating / cooling device is composed of a conductive ceramic material containing the same material as described in (1) above.
【請求項21】 焼結体主成分が、AlNで絶縁性であ
るSiC、MgO、S、Alなどの少なく
とも一種類以上のセラミックスで構成され、発熱抵抗体
は、導電性のSiC、TiN、MoSi、ZrB
WC、RCrOなどの導電性セラミックスあるいはカ
ーボンの一種類以上からなる導電体成分と前記、熱伝導
率10W/m゜K以上のセラミックスで構成される焼結
体主成分と同様の材料を配合してなる導電性を有するセ
ラミックスを主成分とする物質で構成される事を特徴と
する特許請求範囲第1項記載のセラミック加熱冷却器。
21. The main component of the sintered body is made of at least one ceramics such as SiC, MgO, S 3 N 4 , and Al 2 O 3 which are insulative with AlN, and the heating resistor is made of a conductive material. SiC, TiN, MoSi 2 , ZrB 2 ,
WC, RCrO 3 or other conductive ceramics or a conductive material component made of one or more kinds of carbon and the same material as the main component of the sintered body composed of ceramics having a thermal conductivity of 10 W / m ° K or higher are mixed. The ceramic heating / cooling device according to claim 1, wherein the ceramic heating / cooling device is composed of a substance containing a conductive ceramics as a main component.
【請求項22】 焼結体主成分が−60℃から300℃
の範囲で熱伝導率が10W/m゜K以上の成分から成る
焼結体で構成され、発熱抵抗体は、固有抵抗値10Ω
Cm以下の材料で構成される事を特徴とする特許請求範
囲第1項記載のセラミック加熱冷却器。
22. The main component of the sintered body is -60.degree. C. to 300.degree.
In the range, the thermal conductivity is 10 W / m ° K or more, and the heat-generating resistor has a specific resistance value of 10 5 Ω.
The ceramic heating / cooling device according to claim 1, wherein the heating / cooling device is made of a material having Cm or less.
【請求項23】 焼結体主成分が固有抵抗値10ΩC
m以上のSiC、MgO、Si、Al、A
lN、BeOから選ばれた少なくとも一種類以上の成
分からなる焼結体で構成され、発熱抵抗体はタングステ
ン、モリブデン、レニウム、白金などの金属、TiN、
MoSi、ZrB、WC、TaC、RCrO体積
固有抵抗値が10ΩCm以下の炭化ケイ素などの導電
性を有するセラミックスあるいはカーボンを主成分とす
るの少なくとも一種類以上を主成分とする物質で構成さ
れる事を特徴とする特許請求範囲第1項記載のセラミッ
ク加熱冷却器。
23. The main component of the sintered body is a specific resistance value of 10 7 ΩC.
m or more SiC, MgO, Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , A
The heating resistor is made of a sintered body composed of at least one component selected from 1N and BeO 2 , and the heating resistor is made of metal such as tungsten, molybdenum, rhenium, or platinum, TiN,
MoSi 2 , ZrB 2 , WC, TaC, RCrO 3 is a substance containing at least one or more kinds of conductive ceramics such as silicon carbide having a volume resistivity of 10 7 ΩCm or less, or carbon. The ceramic heating and cooling device according to claim 1, characterized in that it is configured.
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DE69320449T DE69320449T2 (en) 1992-07-01 1993-06-28 CERAMIC APPARATUS FOR HEATING AND COOLING
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