JPWO2009133585A1 - 伝熱接続体とそれを備えた恒温発生装置 - Google Patents

Abstract

熱源発生体とこの熱源発生体で加熱又は冷却する熱供給体とを接続し、この熱源発生体又は熱供給体のいずれか一方の振動を吸収する伝熱接続体として、グラファイトシート（１５）を積層したグラファイトシート積層体（１６）を有し、このグラファイトシート積層体（１６）は、前記熱源発生体又は熱供給体の振動を吸収できる長さを具備するようにして、熱伝達と振動吸収とが可能な伝熱接続体（６）を提供する。

Description

本発明は、冷却機や加熱機の熱を熱供給体に伝える伝熱接続体と、その伝熱接続体を備えた恒温発生装置に関する。

従来より、加熱・冷却装置等の熱源発生体の熱を熱供給体に伝え、この熱供給体を所定の温度にする装置が種々の分野で利用されている。例えば、恒温環境で試験や検査を行い、その結果に基いて機器の調整を行うような恒温発生装置がある。その一例として、冷却機（この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「冷却機」は、「冷凍機」を含む）によって低温の恒温環境を作り、その精密な恒温環境を維持して低温用温度計の検査を行い、その検査結果から低温用温度計計測器の校正などを行うための恒温発生装置が開発されている。また、このような恒温発生装置に加熱機を設け、これら冷却機と加熱機とによって恒温環境を作るようにした恒温発生装置もある。以下、低温の恒温環境を作る恒温発生装置を例に説明する。

この種の恒温発生装置は、例えば、バイオ、医療、食品分野などで、超低温域での精密な温度管理要求が増え、そのような超低温域の精密な環境での試験や検査を行える装置として必要性が伸びている。そのため、現場や試験室へ手軽に持運んで低温域の試験や検査ができる恒温発生装置の必要性が高まっている。このように現場や試験室等へ簡単に持運んで使用できる装置とするためには、軽量、小型、省電力の装置であることが必要とされるため、持運びができる小型、軽量で安定した高精度の温度制御ができる超低温域の恒温発生装置の実現が望まれている。特に、超低温校正用途のように、試験や検査を行う部分へ振動を伝達することなく、高い精度と温度制御の安定性を備えた恒温発生装置の必要性が高まっている。

この種の恒温発生装置として、例えば、ペルチェ素子を用いて低温域を作る恒温発生装置がある。ペルチェ素子は振動が無く、加熱と冷却の切替えができるなどの利点を持ち、現場への持運びができる恒温発生装置として装置全体で約１０ｋｇ程度のものが実現されている。

また、他の恒温発生装置として、スターリング冷凍機を用いた冷却装置が提案されている。この種の従来技術として、例えば、スターリング冷凍機の冷却部と熱交換機との間に制振材料からなる部材を介装させることにより、このスターリング冷凍機の振動が熱交換機に伝わるのを抑制するようにした冷却装置がある（例えば、特許文献１参照）。

また、他の従来技術として、スターリング冷凍機を冷却庫本体に緩衝材を介して支持することにより、スターリング冷凍機の振動が冷却庫本体に伝わるのを抑制しようとしたスターリング冷却庫もある（例えば、特許文献２参照）。
日本国 特許出願公開第２０００−１９３３６１号公報 日本国 特許出願公開第２００７−１９８６２７号公報

しかしながら、上記したペルチェ素子を用いた恒温発生装置の場合、実用に耐え得る低温領域で最も低い温度としては−３０℃程度が限界であり、それ以上の低い低温域を発生させる恒温発生装置の実現は難しい。それ以上の低温域を発生させるためにはペルチェ素子を複数段接続する必要があるが、この場合には、非常に大きな発熱を生じて大掛かりな放熱処理が必要になって装置が大型化してしまうとともに、寿命の低下等の信頼性低下を生じる。

また、上記特許文献１では、スターリング冷凍機の冷却部と熱交換機との間に制振材料からなる部材を介装させることによって振動を吸収するようにしているが、この制振材料として例示されているアルミニウムで制振できる構造は具体的に記載されていない。しかも、この特許文献１は熱交換機内の冷媒によって熱供給体を冷却する構成の装置に関するものであり、この熱供給体を含めて装置を小型化するのは難しい。

さらに、特許文献２では、スターリング冷凍機の冷却部からの振動が熱供給体に伝わるのを抑制するためには長いクッション層が必要であり、恒温発生装置の小型化は難しい。

このように、従来の技術では、熱源発生体の熱で熱供給体を冷却又は加熱して恒温環境を作る構成において、熱源発生体の熱を熱供給体に効率良く伝えると共に、熱源発生体又は熱供給体のいずれか一方の振動を他方へ伝えないように接続できる小型の恒温発生装置を構成することは難しい。

本発明の目的は、熱源発生体の熱で熱供給体を冷却又は加熱して恒温環境とする接続体として、熱源発生体の熱を熱供給体に効率良く伝えると共に、熱源発生体又は熱供給体の振動を吸収して正確な恒温環境を作ることができる伝熱接続体と、それを備えた恒温発生装置を提供することにある。

そこで、本発明の伝熱接続体は、熱源発生体と該熱源発生体で加熱又は冷却する熱供給体とを接続し、該熱源発生体又は熱供給体のいずれか一方の振動を吸収する伝熱接続体であって、前記伝熱接続体は、グラファイトシートを積層したグラファイトシート積層体を有し、該グラファイトシート積層体は、前記熱源発生体又は熱供給体の振動を吸収できる長さを具備していることを特徴とする。グラファイトシートは熱伝導性を有し、このグラファイトシート積層体は薄いグラファイトシートの表面が重なるように積層したものである。このグラファイトシート積層体の接続長さは、振動側の振動数や振幅に応じて吸収できる長さに決定される。このようにすれば、柔らかく伝導性が良い薄いグラファイトシートを積層したグラファイトシート積層体により、熱伝導面積を増やして大きな熱量を伝熱することができると共に、薄いグラファイトシートによって振動を吸収することができるので、連結する長さをできるだけ短くして熱伝導の応答性を向上させることができると共に、制御性のよい伝熱接続体を構成することができる。

また、前記グラファイトシート積層体の厚みが、該積層したグラファイトシートによって伝熱できる熱量の変化量と、該積層したグラファイトシートによる振動吸収量の変化量とを、グラファイトシート積層体の総厚みの変化との関係で示した時に前記熱量の変化量と振動吸収量の変化量とが交差する交点の厚みであってもよい。このようにすれば、熱伝導性を考えると伝熱接続体を厚くしたいが、厚くすると振動の吸収が損なわれる、という相反する事項を好ましい点で解決することができる。

さらに、前記グラファイトシート積層体は、該グラファイトシート積層体の外側面が金属薄板で挟持されていてもよい。このようにすれば、グラファイトシート積層体を挟む金属薄板によって脆いグラファイトシートを補強するとともに、この金属薄板でも伝熱することができ、効率の良い熱伝達ができる。

また、前記金属薄板が銅薄板又はアルミニウム薄板であれば、グラファイトシート積層体を挟む伝熱性の良い銅薄板又はアルミニウム薄板で効率の良い熱伝達を行うことができる。

さらに、前記グラファイトシート積層体は、該グラファイトシート積層体の外面に断熱材を具備していてもよい。このようにすれば、グラファイトシート積層体を挟む断熱材で放熱を抑止して、効率の良い熱伝達を行うことができる。

一方、本発明の恒温発生装置は、熱供給体を任意の温度で維持する恒温発生装置であって、前記熱供給体を所定温度にする熱源発生体と、前記熱供給体の温度を検知して前記熱源発生体の出力を制御することにより該熱供給体を恒温状態とする制御装置とを備え、前記熱源発生体と前記熱供給体とを前記したいずれかの伝熱接続体で接続したことを特徴とする。このようにすれば、グラファイトシート積層体の伝熱接続体により、効率の良い伝熱と振動吸収とができ、恒温発生装置の小型化を図ることができる。

さらに、前記熱源発生体が冷却機であれば、小型化が図れる低温用の恒温発生装置を構成することができる。

また、前記熱源発生体が加熱機であれば、小型化が図れる高温用の恒温発生装置を構成することができる。

本発明は、以上説明したような手段により、熱源発生体の熱で熱供給体を冷却又は加熱して恒温環境を作る構成として、熱源発生体の熱を熱供給体に効率良く伝えると共に、熱源発生体又は熱供給体の振動を吸収して正確な恒温環境を作る構成を小型化することが可能となる。

図１は、本発明の一実施の形態に係る恒温発生装置を側面から見た縦断面図である。 図２は、図１に示す恒温発生装置に設けた冷凍機の支持状態を示す平面図である。 図３は、図２の冷凍機の支持部を示す斜視図である。 図４は、図１に示す恒温発生装置に用いられている伝熱接続体を示す側面図である。 図５は、図４に示す伝熱接続体の他の例を示す側面図である。 図６は、図４に示す伝熱接続体の総厚みを決定するためのグラフである。 図７は、図１に示す恒温発生装置の動作を示すブロック図である。

符号の説明

１ 恒温発生装置
２ 冷凍機
３ 恒温ブロック
４ 吸熱部
５ コールドヘッド
６ 伝熱接続体
８ 温度センサ
９ 制御装置
１０ 装置本体
１５ グラファイトシート
１６ グラファイトシート積層体
２７ 熱伝導性材
２８ 放熱ファン
２９ 外気
３０ 断熱材
３１ インサートブロック
３４ ヒータ
３６ 支持部
３７ 冷凍機本体側取付板
３８ 装置本体側取付板
３９ 防振部
４２ ゲル材
４５ 温度設定パネル
４６ 駆動回路
Ｘ，Ｙ 吸熱部

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る恒温発生装置を側面から見た縦断面図であり、図２は、図１に示す恒温発生装置に設けた冷凍機の支持状態を示す平面図、図３は、図２の冷凍機の支持部を示す斜視図である。熱源発生体は、冷却・加熱のいずれでもよいが、以下の実施の形態では、冷凍機を熱源発生体として低温環境を作る恒温発生装置を例を説明する。この冷凍機としては、例えば、フリーピストン型スターリング冷凍機が用いられ、使用条件等に応じて加熱ユニットが具備される。

図１に示すように、恒温発生装置１（例えば、温度校正器）は、熱源発生体たる冷凍機２と、熱供給体たる恒温ブロック３と、この恒温ブロック３と上記冷凍機２の吸熱部４に取付けられたコールドヘッド５とを接続する伝熱接続体６とを備えている。この実施の形態における「熱供給体」は、「恒温ブロック３」であるが、この「熱供給体」は「恒温プレート」等、冷凍機で「恒温」にする部分であればよい。そして、冷凍機２の吸熱部４と恒温ブロック３とに接続された伝熱接続体６により、吸熱部４から恒温ブロック３に熱搬送される。このようにして、伝熱接続体６で冷凍機２から恒温ブロック３にドライタイプで熱搬送を行い、恒温ブロック３の全体を低温域の精密な恒温環境としている。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「ドライタイプ」とは、「冷却媒体」として「液体」を用いない構成をいう。

図１に示すように、上記冷凍機２の吸熱部４に設けられたコールドヘッド５は、この実施の形態では円筒状に形成されており、その反冷凍機側に上記伝熱接続体６の一端が接続されている。コールドヘッド５の材料としては、銅またはアルミニウムなど、熱伝導性のよい金属で形成される。このようなコールドヘッド５により、冷凍機２の冷却出力を伝熱接続体６へ高効率で伝えるようにしている。このコールドヘッド５を冷凍機２の吸熱部４へ取付ける際には、吸熱部４とコールドヘッド５との間の熱抵抗を低減させるために、熱伝導性のよい、例えば、シリコーン接着剤などを塗布して取付けられる。

一方、この実施の形態の上記恒温ブロック３は、上面が開放した所定深さの矩形箱状に形成されている。この恒温ブロック３の材料としては、銅やアルミニウムなど、熱伝導率が高い金属材料が好ましいが、他の金属材料でもよい。また、形状も箱状に限らず、円筒状、多角形状の筒やプレート状等であってもよい。

また、上記伝熱接続体６は、横向きに配置された冷凍機２のコールドヘッド５から上方向へ延び、恒温ブロック３の下部へと向けて横方向に屈曲し、冷凍機２の上方に設けられた恒温ブロック３の下面に接している。この実施の形態では、伝熱接続体６の幅寸法が、コールドヘッド５（熱源発生体）及び恒温ブロック３（熱供給体）の幅寸法と同等の幅寸法に仕上げられている。

また、恒温ブロック３と伝熱接続体６とは、外気からの侵入熱を防ぐために適宜分割された断熱材３０によって断熱処理が施されている。断熱材３０は真空断熱材がよいが、例えば発泡ポリウレタンなどでもよい。このように恒温ブロック３の周囲を断熱処理することにより、恒温ブロック３への外部からの熱の影響を抑えて、効率的に恒温状態とできるようにしている。

さらに、このような恒温ブロック３で温度校正器を構成する場合、被校正温度センサには様々な種類や形状があるため、これらに対して、形状の異なる被校正温度センサ毎に温度センサ挿入口のサイズを合わせたインサートブロック３１を用意し、このインサートブロック３１を恒温ブロック３内に挿入することで、実際の校正作業を行なう方法が好ましい。

この実施の形態のインサートブロック３１には、標準温度センサ挿入口３２と被校正温度センサ挿入口３３の２つの挿入口が備えられている。これら２つの挿入口３２，３３は、インサートブロック３１の温度分布を考慮して、インサートブロック３１を上方から見て中心から同一距離に配置されている。このように被校正温度センサの挿入口を２つ準備するのは、被校正温度センサの値付けを、別に用意された標準温度センサで行なう場合を想定しているためである。標準温度センサを使用せず、恒温発生装置１の恒温ブロック３に組込まれた温度センサ８での検知温度によって被校正温度センサの値付けを行なう場合は、２つの挿入口３２，３３には、一度で２本の被校正温度センサを挿入できる。

また、このインサートブロック３１に設けられる被校正温度センサの揮入口３２，３３は、この実施の形態のような２つには限られず、例えば、１つ、もしくは３つ以上の複数個でもよく、使用条件等に応じて決定すればよい。但し、この挿入口３２，３３は、インサートブロック３１の温度分布を考慮して、１つの場合はインサートブロック３１を上方から見て中心部に、３つ以上の場合は、２つの場合と同様に、インサートブロック３１を上方から見て中心から同一距離で配置する。このインサートブロック３１としては、重さと熱伝導性のバランスを考慮すると、アルミニウムブロックが好ましい。但し、銅など、他の熱伝導のよい金属でもよい。

さらに、この実施の形態では、インサートブロック３１を恒温ブロック３に挿入することによって温度校正器として応用する例を説明したが、このインサートブロック３１を取り外して恒温ブロック３を単独の小型恒温槽として利用してもよい。これにより、超低温で精密な恒温環境が必要とされる小さな試料に対する実験や試験の装置として用いることができる。

また、この実施の形態では、恒温ブロック３の下部にヒータ３４が設けられている。このヒータ３４は電気ヒータで構成されており、配線３５によって制御装置９と接続されている。ヒータ３４は、冷凍機２と恒温ブロック３との間の任意の位置に設けられていればよい。このように補助制御の目的でヒータ３４を設けることにより、設定温度を上げたい場合に恒温ブロック３の温度上昇時間を短縮したり、より緻密で高精度な恒温ブロック３の温度制御を行うことができる。なお、このヒータ３４は、加熱を必要としない場合には無くてもよい。

さらに、この実施の形態では、装置本体１０内に制御装置９が設けられており、この制御装置９の制御によって、冷凍機２の吸熱作用によってコールドヘッド５を介して伝熱接続体６を冷却し、その伝熱接続体６の熱搬送によって恒温ブロック３が所定の温度まで冷却される。そして、恒温ブロック３に組込まれた温度センサ８で検知した恒温ブロック３の温度が制御装置９ヘフィードバックされ、この制御装置９によって冷凍機２の吸熱量を制御することで、恒温ブロック３が所定の恒温となるよう制御される。なお、この制御装置９は、装置本体１０と別体で構成してもよい。

一方、図２，３に示すように、上記冷凍機２の振動（軸方向に生じる、例えば、変位量が約０．３ミクロン程度以下の低周波振動）が装置本体１０に伝わらないように、この冷凍機２は振動を吸収する支持部３６によって装置本体１０に支持されている。支持部３６は、冷凍機筐体２６の両側部に設けられ、この支持部３６で冷凍機２の両側部が装置本体１０に支持されている。支持部３６は、冷凍機筐体２６に固定される冷凍機本体側取付板３７と、装置本体１０に固定されるＬ字状の装置本体側取付板３８と、これらの取付板３７，３８に固定される防振部３９とによって構成されている。この防振部３９は、上記冷凍機本体側取付板３７に固定される取付フランジ４０と、上記装置本体側取付板３８に固定される取付フランジ４１と、これらの取付フランジ４０，４１の間に接着されたゲル材４２とが一体形成されたものである。この防振部３９の両取付フランジ４０，４１がボルト４３で取付板３７，３８にそれぞれ固定されている。これにより、冷凍機２の振動方向（軸方向）がゲル材４２の剪断方向となるように支持されている。このゲル材４２としては、冷凍機２を支持できる強さとともに、微少な振動も吸収できる柔軟さとを兼ね備えた、例えば、シリコン系、ウレタン系の高減衰材料等が用いられる。

このような支持部３６で冷凍機２を装置本体１０に支持することにより、使用電源の動作周波数によって冷凍機２のピストン１２が軸方向に移動してその周波数の振動を生じるが、その周波数の振動を防振部３９のゲル材４２が剪断方向に変位して吸収することができる。すなわち、ゲル材４２は剪断方向に柔軟で変形自在となっているため、冷凍機筐体２６側に固定された取付フランジ４０が振動したとしても、ゲル材４２が変形して装置本体１０側に固定された取付フランジ４１への振動伝搬を防止することができる。

図４は、図１に示す恒温発生装置に用いられている伝熱接続体を示す側面図、図５は、図４に示す伝熱接続体の他の例を示す側面図、図６は、図４に示す伝熱接続体の総厚みを決定するためのグラフである。これらの図面により上記伝熱接続体６を詳細に説明する。なお、これらの図では、薄いシートの厚み等を誇張して記載する。

図４に示すように、上記伝熱接続体６は、複数枚の薄いグラファイトシート１５（熱搬送に適した面積が確保できる枚数）が積層されたグラファイトシート積層体６で構成されており、例えば、厚みが約０．３〜０．５ｍｍ前後と薄く、高熱伝導性のグラファイトシート１５が積層されて、所定の厚みとなったグラファイトシート積層体１６が構成されている。

上記グラファイトシート１５としては、例えば、黒鉛粉末をバインダー樹脂と混合してシート状にしたもの、膨張黒鉛を圧延してシート状にしたもの等の、熱伝導性を有するグラファイトシート１５が採用される。このグラファイトシート１５の熱伝導率としては、例えば、２００〜４００Ｗ／ｍ・Ｋ程度で、比重が１．１〜１．７程度、比熱が０．６７〜０．８４Ｊ／ｇ・Ｋ程度、のものが採用される。

また、この実施の形態では、上記吸熱部Ｘ，Ｙにおけるグラファイトシート積層体１６は、熱伝導性シリコングリスまたは熱伝導性シート等を各薄板間に挟んで積層されている。このように熱伝導性シリコングリスまたは熱伝導性シート等を薄板の各グラファイトシート１５間に挟んで積層することにより、コールドヘッド５の吸熱部Ｘにおける各グラファイトシート１５の間と恒温ブロック３の吸熱部Ｙにおける各グラファイトシート１５の間とが、熱伝導性シリコングリスまたは熱伝導性シート等の厚みの分で離れるようにしている。

このように、吸熱部Ｘ，Ｙで各伝熱接続体６の間を離すことにより、吸熱部Ｘ，Ｙの間の各伝熱接続体６間に隙間を空けている。すなわち、吸熱部Ｘ，Ｙ以外の部分では、薄いグラファイトシート１５の間が隙間で空いた状態となっている。このように各グラファイトシート１５の間に隙間を空けることにより、コールドヘッド５と恒温ブロック３との間でグラファイトシート積層体１６の剛性を更に低めるとともに、各グラファイトシート１５が自由に変位できるようにしている。これにより、上記したように冷凍機２のコールドヘッド５からグラファイトシート積層体１６に振動が伝わっても、このグラファイトシート積層体１６が変位して確実に吸収できるので、冷凍機２の振動が恒温ブロック３へ伝わるのを確実に抑止することができる。

しかも、吸熱部Ｘ，Ｙにおいて、各グラファイトシート１５間に熱伝導性シリコングリスまたは熱伝導性シート等の熱伝導性のよい熱伝導性材２７を塗布または介在させることで熱抵抗を下げた状態で接続しているので、これらの吸熱部Ｘ，Ｙにおける熱伝達効率の低下を抑止した熱搬送ができる。

さらに、この実施の形態では、上記グラファイトシート積層体１６の両外側には金属薄板１７が設けられており、この金属薄板１７でグラファイトシート積層体１６を挟み込むことによって脆いグラファイトシート積層体１６の補強を図っている。この金属薄板１７としては、例えば、厚みが０．３ｍｍ程度の銅板が用いられる。このグラファイトシート積層体１６とその両側に設けられた金属薄板１７とは、アルミニウム等の押え板１８でコールドヘッド５と恒温ブロック３とにそれぞれ挟むようにしてビス１９で止められている。なお、このグラファイトシート積層体１６は、ビスを使わずに熱伝導性接着剤等で止めるようにしてもよい。

また、この実施の形態では、グラファイトシート積層体１６の両外側を金属薄板１７で挟んで補強しているが、この金属薄板１７の外側に柔軟な断熱材２０を設けて断熱を図るようにしてもよい。このように断熱材２０を設ければ、グラファイトシート積層体１６からの放熱量を抑制して熱伝導効率を向上させることができる。なお、金属薄板１７を設けることなく、グラファイトシート積層体１６の両外側に断熱材２０を一体的に設けるようにしてもよい。

図５に示すように、上記グラファイトシート積層体６の形態としては、冷凍機２のコールドヘッド５から上方向に延びた後、上記図４に示す形態とは逆方向の横向きに屈曲して横方向に延びて恒温ブロック３の下部に接するような形態でもよい。このグラファイトシート積層体１６は、Ｌ字状、Ｕ字状、その他、直線状等に形成されていても良く、冷却機２（熱源発生体）と恒温ブロック３（熱供給体）との配置関係や形状等に応じて決定すればよい。このような形態のグラファイトシート積層体１６も、上記図４に示すグラファイトシート積層体１６と同様に、金属薄板１７で挟んで補強したり、断熱材２０を設けて断熱するようにしてもよい。

図６に示すように、前記グラファイトシート積層体１６の総厚みは、積層したグラファイトシート１５によって伝熱できる熱量の変化量（実線）と、この積層したグラファイトシート１５による振動吸収量の変化量（点線）とを、グラファイトシート積層体の総厚みの変化との関係で示した時に、交差する交点の厚みが好ましい。このグラフでは、グラファイトシート積層体１６の幅寸法と、長さ寸法とを一定とした場合のそれぞれの能力関係を示している。つまり、これらの関係から、グラファイトシート積層体１６の総厚みが増すことにより伝熱面積が増えて伝熱できる熱量が増加することと、グラファイトシート積層体１６の総厚みが増すことによりグラファイトシート積層体１６の柔軟性が低下して振動吸収量が減ること、の相反する関係を相互に好ましい状態で満足できる点として、上記熱量の変化量と振動吸収量の変化量との交点によって容易に導き出すことができるようにしている。なお、この交点は、伝熱性能や振動周波数、グラファイトシート積層体１６（伝熱接続体）の幅寸法等に応じたグラフを作成して決定すればよい。

図７は、図１に示す恒温発生装置の動作を示すブロック図である。上記恒温発生装置１によれば、以下のように動作して恒温ブロック３内を恒温状態とすることができる。すなわち、恒温発生装置１に設けられた温度設定パネル４５によって恒温ブロック３の設定温度を設定し、恒温発生装置１を運転する。恒温ブロック３では、組込まれた温度センサ８によって恒温ブロック３の温度が検知されて制御装置９に入力される。制御装置９では、入力された温度と温度設定パネル４５（装置本体１０に設けられる）で設定した温度とを比較し、その比較結果に基いて冷凍機２の駆動回路４６（冷凍機２に含まれる）を制御することで冷凍機２の吸熱量を制御する。この制御は、恒温ブロック３の温度が設定温度よりも低い場合には冷凍機２の吸熱量を減らし、逆に、恒温ブロック３の温度が設定温度よりも高い場合には冷凍機２の吸熱量を増やすように動作させる。この制御はＰＩＤ制御がよいが、負荷によっては簡単な比例制御などでもよい。

また、上記したように、補助制御の目的でヒータ３４を設け、このヒータ３４を制御することにより、設定温度を上げたい場合の恒温ブロック３の温度上昇時間を短縮させることができる。また、例えば、冷凍機２の単独の制御で恒温ブロック３の温度が安定しない場合、ヒータ３４での補助制御を組み合わせることで、常に、高精度で精密な恒温状態とすることができる。

以上のように構成された恒温発生装置１によれば、低温域の温度校正器とした場合、例えば、重量を約３．０ｋｇ程度とすることもでき、装置全体の重量を大幅に軽量化することができるとともに、０℃から約−８０℃程度での校正作業が可能である。このように、小型で軽量な低温域での使用が可能な恒温発生装置１が実現でき、恒温発生装置１を現場へ容易に持運んで、現場での試験や検査作業を行なうことが容易に可能となる。

また、上記したようなグラファイトシート積層体１６を用いたドライタイプの恒温発生装置１とすることにより、冷凍機２の吸熱部４を、直接、伝熱性が高く柔軟なグラファイトシート積層体１６を用いて恒温ブロック３に接続し、このグラファイトシート積層体１６による高い熱搬送性によって恒温ブロック３の恒温化を迅速に行えるので、高い熱搬送能力と迅速な恒温化ができるとともに、非常にメンテナンス性が良い。

しかも、振動伝達の抑制効果が高い柔軟な高熱伝導性グラファイトシート１５を用いてグラファイトシート積層体１６を構成することにより、グラファイトシート積層体１６（伝熱接続体６）の全長を短くしても振動吸収ができるので、伝熱接続体６の長さに反比例する伝熱量を大きくすることができ、制御性と伝熱量の向上を図って効率の良い伝熱接続ができる。その上、伝熱接続体６であるグラファイトシート積層体１６が短くなることにより、伝熱経路が短くなって伝熱面積が減るので、これにより放熱される面積が減り、伝熱効果が上がって、この点でも性能向上に寄与することができる。さらに、グラファイトシート１５の素材価格も金属（例えば、銅）と比べて抑えることができると共に比重も軽くなるので、装置重量の軽量化とコストダウンを図ることができる。また、素材を温める時の熱量（比重×重量）が銅と比べて３５％程度になるので、温度制御性が向上して安定度の向上と温度到達時間の短縮とを図ることができる。

また、上記したように恒温発生装置１では冷却媒体等を使用しないので、恒温発生装置１の使用時に交換や追加を必要とする消耗品は無く、装置を動作させる際に必要なランニングコストを大幅に抑えることができる。

このように、上記恒温発生装置１によれば、柔軟なグラファイトシート積層体１６によるドライタイプで熱搬送を行うので、熱搬送のための構成を軽量、小型化することができ、軽量、小型で持運びができ、恒温部を高精度で温域維持ができる恒温発生装置１を構成することが可能となる。

したがって、好ましい冷却出力の冷凍機２を採用することにより、超低温域での精密な環境で試験や検査を行うために温度管理要求が必要とされている、バイオ、医療、食品分野などで使用する恒温発生装置１として、簡単に持運びができる小型・軽量であり、超低温域で安定した高精度の温度制御ができる恒温発生装置１を提供することが可能となる。例えば、食品関係等の用途で要望が高まっている、被試験体が冷却媒体と接触しない構成で、約−４０℃以下の超低温域を発生させることが可能な恒温発生装置１として利用できる。

なお、上記実施の形態では、恒温部として恒温ブロック３を例に説明したが、恒温ブロック３を恒温プレートとした場合、冷却プレート、表面温度計の低温温度校正、半導体や電子部品の試験装置、検査装置など、超低温で、且つ、精密な恒温環境を必要とする恒温発生装置として利用でき、恒温部は、恒温ブロック３、恒温プレート、恒温容器等とすることは可能であり、恒温部の形態は上記実施の形態に限定されるものではない。

また、上記実施の形態では、伝熱接続体６であるグラファイトシート積層体１６を備えた恒温発生装置の一例として低温で温度校正を行う恒温発生装置１を例に説明したが、このグラファイトシート積層体１６の他の用途としては、例えば、低温でＣＣＤ撮像素子によって高精度センシングを行う装置にも利用できる。さらに、加温冷却プレートに載せられた振動検出電子デバイス・モジュール（加速度センサ、角速度センサ等）や振動により出力値が変化する電子デバイス・モジュール（水晶振動子等）等の電子デバイスを温度検査する装置において、温度はプレートから伝えるが熱源の振動は伝えないようにしたい場合に利用できる。また、加温冷却プレートに載せられた一般的な電子デバイス等の温度に関する検査装置で、熱発生源の振動により電気的なコンタクトに影響がある場合にも利用できる。

さらに、その他の用途として、モータやジェネレータ等の振動のある部品で発生した熱をペルチェ素子にて冷却する場合も、振動に弱いペルチェ素子に振動が伝わるのを防ぐことができる。また、振動に弱い高精度の温度センサ（例えば、白金測温抵抗体、水晶温度計）によって高精度で温度制御する装置にも利用できる。その上、その他、振動に弱い部品・モジュール等を加温冷却プレートに載せて温度試験を行う場合にも利用できる。

さらに、上記実施の形態では、熱源発生体として振動源でもある冷凍機２を例にし、この冷凍機２で熱供給体である恒温ブロック３を恒温冷却する例を説明したが、熱源発生体は加熱機であってもよく、伝熱接続体による伝熱は加熱又は冷却のどちらであってもよく、上記実施の形態に限定されるものではない。

また、上記実施の形態では熱源発生体側が振動源となった例を説明したが、熱供給体である恒温ブロック３側が振動源であってもよく、その場合には恒温ブロック３（熱供給体）側からの振動を伝熱接続体６（グラファイトシート積層体１６）で吸収して高い伝熱機能は維持でき、振動源は熱源発生体又は熱供給体のいずれであってもよく、上記実施の形態に限定されるものではない。

さらに、上述した実施の形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。

本発明に係る伝熱接続体は、熱源発生体と熱供給体とを接続して熱源発生体の熱を伝えると共に、これらの間で振動を吸収して伝達しないようにしたい冷凍機や加熱機等に利用できる。

Claims (8)

1. 熱源発生体と該熱源発生体で加熱又は冷却する熱供給体とを接続し、該熱源発生体又は熱供給体のいずれか一方の振動を吸収する伝熱接続体であって、
   前記伝熱接続体は、グラファイトシートを積層したグラファイトシート積層体を有し、
   該グラファイトシート積層体は、前記熱源発生体又は熱供給体の振動を吸収できる長さを具備していることを特徴とする伝熱接続体。
2. 前記グラファイトシート積層体の厚みが、
   該積層したグラファイトシートによって伝熱できる熱量の変化量と、該積層したグラファイトシートによる振動吸収量の変化量とを、グラファイトシート積層体の総厚みの変化との関係で示した時に前記熱量の変化量と振動吸収量の変化量とが交差する交点の厚みである請求項１記載の伝熱接続体。
3. 前記グラファイトシート積層体は、該グラファイトシート積層体の外側面が金属薄板で挟持されている請求項１又は請求項２記載の伝熱接続体。
4. 前記金属薄板が銅薄板又はアルミニウム薄板である請求項３に記載の伝熱接続体。
5. 前記グラファイトシート積層体は、該グラファイトシート積層体の外面に断熱材を具備している請求項１又は請求項２記載の伝熱接続体。
6. 熱供給体を任意の温度で維持する恒温発生装置であって、
   前記熱供給体を所定温度にする熱源発生体と、前記熱供給体の温度を検知して前記熱源発生体の出力を制御することにより該熱供給体を恒温状態とする制御装置とを備え、
   前記熱源発生体と前記熱供給体とを請求項１〜５のいずれか１項に記載の伝熱接続体で接続したことを特徴とする恒温発生装置。
7. 前記熱源発生体が冷却機である請求項６に記載の恒温発生装置。
8. 前記熱源発生体が加熱機である請求項６に記載の恒温発生装置。

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