特許 6173792 恒温槽、線膨張係数測定装置、及び恒温槽の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6173792

(24)【登録日】2017年7月14日

(45)【発行日】2017年8月2日

(54)【発明の名称】恒温槽、線膨張係数測定装置、及び恒温槽の制御方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 25/16 20060101AFI20170724BHJP

   G01N 25/00 20060101ALI20170724BHJP

【ＦＩ】

   G01N25/16 E

   G01N25/00 Q

【請求項の数】9

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-134473(P2013-134473)

(22)【出願日】2013年6月27日

(65)【公開番号】特開2015-10857(P2015-10857A)

(43)【公開日】2015年1月19日

【審査請求日】2016年5月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】横山 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】萩野 健

【審査官】 伊藤 幸仙

(56)【参考文献】

【文献】 実開平０３−１１４０３７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００４−０６９３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２７６７１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１６５２２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２５／００−２５／７２

Ｇ０１Ｎ １７／００−１７／０４

Ｆ２４Ｆ １１／００−１１／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

気体の温度が設定された温度になるように加熱又は冷却する変温手段と、
前記変温手段が設けられ、前記変温手段にて温度調整される恒温室と、
前記恒温室とは熱伝導壁で区切られており、内部に試料を収容する試料保持室と、
前記恒温室と前記試料保持室との間を連通状態又は遮断状態とに切り替える連通遮断手段と、を備え、
前記熱伝導壁は、熱を前記恒温室から前記試料保持室へ伝導させる
ことを特徴とする恒温槽。

【請求項2】

請求項１に記載の恒温槽において、
前記変温手段で温度調整された気体を主として前記恒温室内に向けて送風する第１送風手段を備える
ことを特徴とする恒温槽。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の恒温槽において、
さらに、
前記恒温室と前記試料保持室との間で気体の出入り口となる通気孔と、
前記通気孔を介して前記恒温室の気体を前記試料保持室に流入するように送風する第２送風手段と、
前記通気孔を介して前記試料保持室の気体を前記恒温室に向けて排出するように送風する第３送風手段と、を備える
ことを特徴とする恒温槽。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の恒温槽において、
前記熱伝導壁は、前記恒温室の側に向けて突起した放熱板、及び、前記試料保持室の側に向けて突起した放熱板、の少なくともいずれかを有する
ことを特徴とする恒温槽。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の恒温槽において、
前記試料保持室は、測定子を内部に挿入するための開閉可能な測定子導入孔を有する
ことを特徴とする恒温槽。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の恒温槽において、
前記試料保持室は、前記試料の光学的測定に対応するための光透過窓を有する
ことを特徴とする恒温槽。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の恒温槽において、
前記連通遮断手段は、板状体を回転させて開閉する開閉シャッタであって、
前記板状体は、気体が通過することのできる通気性板状体である
ことを特徴とする恒温槽。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の恒温槽と、
異なる温度下における前記試料の長さを測定する測定手段と、
各温度下における前記試料の長さに基づいて前記試料の線膨張係数を算出する算出手段と、を備える
ことを特徴とする線膨張係数測定装置。

【請求項9】

気体の温度が設定された温度になるように加熱又は冷却する変温手段と、
前記変温手段が設けられ、前記変温手段にて温度調整される恒温室と、
前記恒温室とは熱伝導壁で区切られており、内部に試料を収容する試料保持室と、
前記恒温室と前記試料保持室との間を連通状態又は遮断状態とに切り替えられる連通遮断手段と、を備え、
前記熱伝導壁は、熱を前記恒温室から前記試料保持室へ伝導させる恒温槽の制御方法であって、
前記試料の温度を変化させる際には、前記恒温室と前記試料保持室との間で気体の出入り口となる通気孔を連通状態とし、
前記試料の温度を一定に保持する際には、前記通気孔を遮断状態とする
ことを特徴とする恒温槽の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は恒温槽に関する。

【背景技術】

【0002】

試料を目標温度に変温させる恒温槽が利用されている。

【0003】

例えば、特許文献１では、設定温度の空気を送風する温度制御手段と、空気を攪拌して空気だまりを無くすファンとを備える恒温槽が開示されている。このような恒温槽によれば、試料を目標温度に素早く変温させることができる。このような恒温槽を用いると、例えば、各温度における試料の長さを測長し、線膨張係数を測定することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４−２２６３６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、特許文献１に開示される恒温槽では、試料を目標温度までに変温させた後、試料の温度が目標温度から揺らぐことがあった。詳細には、温度制御手段が恒温槽内の温度を目標温度に維持しようとして、目標温度からの偏差分を打ち消すように変温した空気を送り出している。この送り出した空気が試料に当たると、試料の温度が目標温度から揺らぐことがある。試料を目標温度に素早く変温させ、且つ、変温後においては試料の温度を一定に保つことのできる恒温槽が求められている。

【0006】

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、試料を目標温度に素早く変温させ、且つ、変温後においては試料の温度を一定に保つことのできる恒温槽を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明にかかる恒温槽は、
気体の温度が設定された温度になるように加熱又は冷却する変温手段と、
前記変温手段が設けられ、前記変温手段にて温度調整される恒温室と、
前記恒温室とは熱伝導壁で区切られており、内部に試料を収容する試料保持室と、
前記恒温室と前記試料保持室との間を連通状態又は遮断状態とに切り替える連通遮断手段と、を備える。

【0008】

このような構成によれば、試料を目標温度に素早く変温させ、且つ、変温後においては試料の温度を一定に保つことができる。

【0009】

また、上記した恒温槽において、前記変温手段で温度調整された気体を主として前記恒温室内に向けて送風する第１送風手段を備えることを特徴としてもよい。また、上記した恒温槽において、さらに、前記恒温室と前記試料保持室との間で気体の出入り口となる通気孔と、前記通気孔を介して前記恒温室の気体を前記試料保持室に流入するように送風する第２送風手段と、前記通気孔を介して前記試料保持室の気体を前記恒温室に向けて排出するように送風する第３送風手段と、を備えることを特徴としてもよい。また、上記した恒温槽において、前記熱伝導壁は、前記恒温室の側に向けて突起した放熱板、及び、前記試料保持室の側に向けて突起した放熱板、の少なくともいずれかを有することを特徴としてもよい。上記した恒温槽において、前記試料保持室は、測定子を内部に挿入するための開閉可能な測定子導入孔を有することを特徴としてもよい。また、上記した恒温槽において、前記試料保持室は、前記試料の光学的測定に対応するための光透過窓を有することを特徴としてもよい。また、上記した恒温槽において、前記連通遮断手段は、板状体を回転させて開閉する開閉シャッタであって、前記板状体は、気体が通過することのできる通気性板状体であることを特徴としてもよい。

【0010】

他方、本発明にかかる線膨張係数測定装置は、
上記した恒温槽と、
異なる温度下における前記試料の長さを測定する測定手段と、
各温度下における前記試料の長さに基づいて前記試料の線膨張係数を算出する算出手段と、を備えることを特徴とする。

【0011】

このような構成によれば、各温度下における前記試料の線膨張係数を測定することができる。

【0012】

他方、本発明にかかる恒温槽の温度制御方法は、
気体の温度が設定された温度になるように加熱又は冷却する変温手段と、
前記変温手段が設けられ、前記変温手段にて温度調整される恒温室と、
前記恒温室とは熱伝導壁で区切られており、内部に試料を収容する試料保持室と、
前記恒温室と前記試料保持室との間を連通状態又は遮断状態とに切り替えられる連通遮断手段と、を備える恒温槽の制御方法であって、
前記試料の温度を変化させる際には、前記恒温室と前記試料保持室との間で気体の出入り口となる通気孔を連通状態とし、
前記試料の温度を一定に保持する際には、前記通気孔を遮断状態とする
ことを特徴とする。

【0013】

このような構成によれば、試料を目標温度に素早く変温させ、且つ、変温後においては試料の温度を一定に保つことができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明は、試料を目標温度に素早く変温させ、且つ、変温後においては試料の温度を一定に保つことのできる恒温槽を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１実施形態にかかる恒温槽システムの構成図である。

【図2】第１実施形態にかかる恒温槽の断面図である。

【図3】第１実施形態にかかる恒温槽の断面図である。

【図4】第１実施形態にかかる恒温槽システムのブロック図である。

【図5】第１実施形態にかかる恒温槽システムの温度制御方法のフローチャートを示す図である。

【図6】時間に対する試料の温度変化とシャッタ動作との関係を表す図である。

【図7】第２実施形態にかかる恒温槽の斜視図である。

【図8】第２実施形態にかかる恒温槽の正断面図である。

【図9】第２実施形態にかかる恒温槽の側断面図である。

【図10】第２実施形態にかかる恒温槽の正断面図である。

【図11】第２実施形態にかかる恒温槽の内部空間を示す図である。

【図12】第３実施形態にかかる恒温槽の断面図である。

【図13】第３実施形態にかかる恒温槽の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

（第１実施形態）
図１〜４を用いて第１実施形態にかかる恒温槽システムについて説明する。図１は第１実施形態にかかる恒温槽システムの構成図を示す。図２及び３は第１実施形態にかかる恒温槽の断面図を示す。図４は第１実施形態にかかる恒温槽システムのブロック図を示す。

【0017】

図１に示すように、恒温槽システム１００は、恒温槽１０１と、制御装置１０２とを備える。恒温槽システム１００は、測定子Ｐを備える線膨張係数測定装置に組み込まれて使用される。線膨張係数測定装置は、複数の温度において、測定子Ｐにより試料ＳＡの長さを測定して、この測定結果に基づいて試料ＳＡの線膨張係数を算出できる。

【0018】

図２及び３に示すように、恒温槽１０１は、筐体１１０と、試料保持板１２０と、試料温度検出部１３０と、恒温室温度検出部１４０と、変温手段１５０と、送風手段１６０と、連通遮断手段１７０、１７１とを備える。

【0019】

図１及び２に示すように、筐体１１０は、例えば、断熱材からなる略直方体状の筐体である。筐体１１０は、その上面に試料ＳＡを導入するための試料導入口１１１を有する。試料導入口１１１は、試料導入口フタ１１２により密閉される。筐体１１０は、試料ＳＡの形状及びサイズ、送風手段１６０の送風能力に応じて、適宜形状及びサイズを変更してもよい。試料導入口フタ１１２は、測定子Ｐを筐体１１０に導入するための測定子導入口１１４と、測定子導入口１１４を閉めるための測定子導入口フタ１１３とを備える。

【0020】

試料保持板１２０は、支持脚１２１、１２１によって支持され、筐体１１０の内部を上下２つに区切るように設置されている。試料保持板１２０は、試料保持台１２２を介して試料ＳＡを保持する。ここで、筐体１１０の内部空間は、試料保持板１２０により、２つの空間に区画されている。ただし、筐体１１０と試料保持板１２０との間には、２箇所で隙間が開いている。これらの隙間をそれぞれ第１通気口１２５、第２通気口１２６とする。筐体１１０の内部空間のうち、上側の空間は、試料保持室１２３として機能し、下側の空間は、恒温室１２４として機能する。試料保持室１２３はその内部に試料ＳＡを収容する。試料保持板１２０は、熱伝導性の高い熱伝導材料からなる。試料保持板１２０は恒温室１２４と試料保持室１２３とを熱伝導壁として区切る。このような熱伝導材料としては、例えば、銅又は銅合金が挙げられる。試料保持板１２０は、熱が恒温室１２４から試料ＳＡに緩やかに伝導するように所定の厚みを有するとよい。また、試料保持板１２０は、恒温室１２４の側に向けて突起した放熱板、又は、試料保持室１２３の側に向けて突起した放熱板の少なくともいずれかを有してもよい。

【0021】

試料温度検出部１３０は、試料ＳＡに密着して設置されて、試料ＳＡの試料温度を検出する。試料温度検出部１３０は、試料温度についての信号を生成する。

【0022】

恒温室温度検出部１４０は、恒温室１２４に設置されて、恒温室１２４の恒温室温度を検出する。恒温室温度検出部１４０は、恒温室温度についての信号を生成する。

【0023】

変温手段１５０は、筐体１１０のうち、恒温室１２４（つまり、下側空間）と外部とを区切る壁に埋め込まれるように設置されている。変温手段１５０は、第１通気口１２５よりも第２通気口１２６に近い。変温手段１５０は、試料保持室１２３ではなく、主として恒温室１２４の温度を変える。変温手段１５０としては、例えば、熱交換器を利用することができる。変温手段１５０は、制御信号を受けて、恒温室１２４の気体を加熱又は冷却して、所定の温度に変温する。この気体として、例えば、空気が挙げられる。

【0024】

送風手段１６０は、変温手段１５０近傍に設置されて、変温手段１５０により変温された気体を送風することができる。送風手段１６０は、筐体１１０の内部において、気体を少なくとも循環させることができる送風能力を有する。送風手段１６０の送風方向は、恒温室１２４（つまり下側空間）に向く。送風手段１６０により送風された気体が、試料ＳＡに当たるには、主として送風手段１６０から遠い方の通気口である第１通気口１２５を通る。送風手段１６０は変温手段１５０に従属して動作する。送風手段１６０として、例えば、変温手段１５０としての熱交換器に一般的に付属するファンを利用してもよい。

【0025】

連通遮断手段１７０、１７１は、試料保持板１２０と筐体１１０との間に設置され、試料保持室１２３と恒温室１２４とを遮断（図２参照）、又は、連通（図３参照）することができる。連通遮断手段１７０、１７１は、試料保持板１２０とほぼ同じ高さの位置において、試料保持板１２０を間にして両側にそれぞれ設けられている。連通遮断手段１７０、１７１は、第１通気口１２５、第２通気口１２６をそれぞれ閉じたり、開いたりすることができる。ここでは、連通遮断手段１７０、１７１としては、例えば、バタフライバルブのように、弁体のその弁軸を中心に９０度回転させることで開閉する開閉シャッタを利用してもよい。この弁体として、気体が通過し難い非通気性材料からなる板状体を利用するとよい。図３は、開閉シャッタが開いた状態を示す図である。図３に示すように、連通遮断手段１７０、１７１が両方とも開のとき、送風手段１６０からの風は、恒温室１２４、第１通気口１２５、試料保持室１２３、第２通気口１２６、恒温室１２４の順に通過して、筐体１１０内部を循環する。一方、連通遮断手段１７０、１７１が閉じると、図２に示すように、送風手段１６０が風を送っても、この風が恒温室１２４に流れるだけで、試料保持室１２３の内部や試料ＳＡに直接当たらない。

【0026】

次に、制御装置１０２について説明する。

【0027】

図４に示すように、制御装置１０２は、操作部１９０と、制御部１８０と、表示部１９１とを含む。

【0028】

操作部１９０は、例えば、キーボード、マウスなどの入力装置である。操作部１９０は、使用者による入力を受け付ける。使用者が入力すべき指令としては、例えば、目標温度、閾値、許容範囲がある。ここで、目標温度は、温度制御により達成すべき試料の温度である。また、しきい値は、連通遮断手段１７０、１７１の動作に必要な値であって、目標温度に近い温度である。また、許容範囲は、試料温度が定常状態に遷移したか否かを確認するための範囲であって、目標温度を含む所定の範囲である。

【0029】

制御部１８０は、メモリ１８１と、ＣＰＵ１８２と、送風連通遮断コントローラ１８３と、変温コントローラ１８４とを含む。

【0030】

ＣＰＵ１８２は、送風連通遮断コントローラ１８３及び変温コントローラ１８４を介して、変温手段１５０、及び、連通遮断手段１７０、１７１をそれぞれ制御する。また、ＣＰＵ１８２は表示部１９１を制御する。メモリ１８１は、ＣＰＵ１８２から、温度制御のために必要なデータを格納する。送風連通遮断コントローラ１８３は、ＣＰＵ１８２からの信号と、試料温度検出部１３０からの試料温度についての信号とに基づいて連通遮断手段１７０、１７１を制御する。変温コントローラ１８４は、恒温室温度検出部１４０から恒温室温度についての信号を受けて、変温手段１５０を制御する。

【0031】

表示部１９１は、制御部１８０から表示信号を受けて、恒温槽１０１を温度制御するための情報を表示する。表示部１９１として、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイなどの表示装置を利用することができる。なお、操作部１９０及び表示部１９１として、タッチパネルディスプレイを利用してもよい。このような情報として、例えば、試料温度、恒温室温度、目標温度、しきい値、許容範囲などが挙げられる。

【0032】

（温度制御方法）
次に、図５を参照しつつ図６を用いて、温度制御方法について説明する。図５は、第１実施形態にかかる恒温槽システムの温度制御方法のフローチャートを示す。図６は、時間に対する試料の温度変化とシャッタ動作との関係を表す図を示す。

【0033】

まず、使用者が指令を入力すると、操作部１９０が温度制御するための条件についての情報の入力を受け付ける（温度制御条件入力ステップＳ１）。ここでは、試料温度を現在よりも高い目標温度Ｔｇ１に変化させたいとする。温度制御を開始する（運転指令ステップＳ２）。次いで、変温コントローラ１８４による変温手段１５０の制御と、送風連通遮断コントローラ１８３による連通遮断手段１７０、１７１との制御を並行して行う。

【0034】

まず、変温コントローラ１８４による変温手段１５０の制御（ＳＨ１〜ＳＨ４）について説明する。変温コントローラ１８４にはＣＰＵ１８２から動作指令が与えられる。すると、変温コントローラ１８４は、変温手段１５０としての熱交換器を運転させて、変温を開始する（変温開始ステップＳＨ１）。変温手段１５０の運転に伴って、送風手段１６０が送風を開始する。次いで、恒温室温度を検出する（恒温室検温ステップＳＨ２）。恒温室温度と目標温度との差を算出する（目標温度確認ステップＳＨ３）。恒温室温度と目標温度との差に基づいて、恒温室温度を目標温度に近づけるように熱交換器の出力を調整する（変温手段出力調整ステップＳＨ４）。

【0035】

次に、図２、３、５及び６を参照しつつ、送風連通遮断コントローラ１８３による連通遮断手段１７０、１７１の制御（ＳＦ１〜ＳＦ７）について説明する。

【0036】

送風連通遮断コントローラ１８３には、ＣＰＵ１８２から動作指令が与えられる。すると、送風連通遮断コントローラ１８３は、連通遮断手段１７０、１７１に制御信号を送って第１通気口１２５及び第２通気口１２６をそれぞれ開かせる（試料保持室連通ステップＳＦ１）。具体的には、図６（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１で制御信号の信号電圧値をＶｈｉｇｈにする。Ｖｈｉｇｈは開であるとする。ここで、図３に示すように、連通遮断手段１７０、１７１としての開閉シャッタが開く。すると、試料保持室１２３と恒温室１２４とが連通した状態になる。変温手段１５０が気体を変温しつつ、送風手段１６０が引き続き送風する。すると、気体が恒温室１２４と試料保持室１２３とを循環する。このとき、変温された気体が直接試料ＳＡに当たり、熱を与える。図６（Ａ）に示すように、ｔ１〜ｔ２では、試料ＳＡの温度は、目標温度Ｔｇ１に向けて素早く変化していく。

【0037】

送風連通遮断コントローラ１８３は、試料温度検出部１３０を介して試料温度を検出し（第１試料温度検出ステップＳＦ２）、試料温度が、しきい値Ｔｈ１まで到達しているか否かを確認する（しきい値到達確認ステップＳＦ３）。試料温度が、しきい値Ｔｈ１以上になっていれば（しきい値到達確認ステップＳＦ３：ＯＫ）、試料温度は目標温度に達しており、風を直接当てての急速な変温は、もはや必要ない。したがって、連通遮断手段１７０、１７１にて恒温室１２４と試料保持室１２３とを遮断させる（試料保持室遮断ステップＳＦ４）（図２参照）。その後は、恒温室１２４の温度が試料保持板１２０及び試料保持台１２２を介して、試料保持室１２３の気体及び試料ＳＡに緩やかに伝わる。試料ＳＡの温度は、目標温度から揺らぐことを抑制されて、一定に保たれるようになる（ｔ２〜ｔ３）。

【0038】

そして、試料温度が目標温度Ｔｇ１で安定しているかを検出する。すなわち、試料温度を検出する（第２試料温度検出ステップＳＦ５）。試料温度が許容範囲Ｒ１に所定時間継続して収まっているかを確認する（許容範囲確認ステップＳＦ６）。試料温度が許容範囲Ｒ１に所定時間継続して収まっている場合には、（許容範囲確認ステップＳＦ６：ＯＫ）、変温・安定化完了を表示部１９１に表示する（完了表示ステップＳＦ７）。最後に、温度制御の終了条件の充足を確認し（終了条件充足確認ステップＳＨ５）、温度制御を終了する。

【0039】

上記したように、変温手段１５０の制御と、連通遮断手段１７０、１７１の制御とを並行して行う。

【0040】

なお、上記の例（ｔ１〜ｔ３）では、試料ＳＡの温度を上げるように変温したが、試料ＳＡの温度を下げるように変温する場合も同じである。すなわち、目標温度を目標温度Ｔｇ２に再設定するとともに、しきい値をしきい値Ｔｈ２に再設定し、上記したステップ（Ｓ１、Ｓ２、ＳＨ１〜ＳＨ５、ＳＦ１〜ＳＦ７）を再び経る。すると、図６のｔ３〜ｔ５に示すように、ｔ３〜ｔ４において試料ＳＡの温度を目標温度Ｔｇ２に変温させ、ｔ４〜ｔ５において定常状態に至らせるのである。つまり、試料温度は、目標温度Ｔｇ２から揺らぐことなく、一定に保たれるのである。

【0041】

以上より、本実施形態によれば、試料保持室１２３と恒温室１２４とが連通した状態で、変温手段１５０が気体を変温しつつ送風手段１６０が送風することで、変温した気体が試料ＳＡに直接当たる。これにより、試料ＳＡを目標温度Ｔｇ１に素早く変温させることができる。さらに、試料ＳＡを目標温度Ｔｇ１に変温させた後において、試料保持室１２３と恒温室１２４とが遮断した状態で、変温手段１５０が恒温室１２４の温度を一定に保つようにする。すると、恒温室１２４の気体の熱が試料保持板１２０及び試料保持台１２２を介して、試料保持室１２３の気体及び試料ＳＡに緩やかに伝わる。これにより、試料ＳＡの温度は、目標温度から揺らぐことを抑制されて、一定に保たれる。

【0042】

また、第１実施形態にかかる恒温槽システム１００は、線膨張係数測定装置（図示略）に組み込まれて、使用される。かかる線膨張係数測定装置によれば、試料ＳＡを目標温度に素早く変温して、変温後においては一定に保って、試料ＳＡの線膨張係数を素早く正確に測定し得る。

【0043】

さらに、本実施形態において、試料保持板１２０は熱伝導材料からなる。これにより、試料ＳＡを目標温度Ｔｇ１に変温させた後において、試料ＳＡの温度は、目標温度から揺らぐことをさらに抑制され得て、短時間で一定になる。また、試料保持板１２０が放熱板を有すると、試料ＳＡの温度は、さらに短時間で一定になり得る。

【0044】

また、筐体１１０は、断熱材からなるので、恒温室１２４及び試料保持室１２３は外気から熱の影響を受けにくく、さらに、熱を筐体１１０の外へ逃がさないので、目標温度により安定して変温しつつ、一定に保つことができる。

【0045】

（第２実施形態）
次に、図７〜１１を用いて、第２実施形態にかかる恒温槽について説明する。図７は、第２実施形態にかかる恒温槽の斜視図を示す。図８及び１０は、第２実施形態にかかる恒温槽の正断面図を示す。図９は、第２実施形態にかかる恒温槽の側断面図を示す。図１１は、第２実施形態にかかる恒温槽の内部空間を示す。第２実施形態にかかる恒温槽は、第１実施形態にかかる恒温槽１０１と、筐体、試料保持室、送風手段のみ異なる。その他の構成は共通するため、同一の符号を付して説明する。

【0046】

図７、８、９及び１１に示すように、恒温槽２０１は、筐体２１０と、試料保持室２２０とを含む。恒温槽２０１は、恒温槽１０１と同様に、制御装置（図示略）により制御される。筐体２１０は、筐体１１０と同様に、断熱材からなる略直方体状の筐体である。また、筐体２１０は、光透過窓２１１を側壁に有する。光透過窓２１１は、試料ＳＡの光学的測定に対応するために、適宜、その設置位置や材料を変更してよい。筐体２１０は、試料保持室２２０の外側の空間を有する。この空間は恒温室２２４として機能する。

【0047】

試料保持室２２０は、支持脚１２１、１２１に支持されて筐体２１０の内部に設置されている。試料保持室２２０には、第１通気口１２５、第２通気口１２６が形成されている。試料保持室２２０は、試料保持板１２０と同様に、熱伝導性の高い熱伝導材料からなる。試料保持室２２０は、熱が恒温室２２４から試料ＳＡに緩やかに伝導するように所定の厚みを有するとよい。また、試料保持室２２０は、可視光を透過する光透過窓２２１を側壁に有する。光透過窓２２１は、光透過窓２１１と同様に、試料ＳＡの光学的測定に対応するために、適宜、その設置位置や材料を変更してよい。光学的測長手段を用いると、光透過窓２１１及び光透過窓２２１を介して、フタを開ける必要なく試料ＳＡの長さを測定することができる。

【0048】

送風手段１６０は、筐体２１０の内部において、気体を少なくとも循環させることができる送風能力を有する必要なく、少なくとも恒温室２２４の気体を攪拌する程度の送風能力を有すればよい。送風手段１６０の送風方向は、恒温室２２４に向く。

【0049】

第２送風手段２６２は、第１通気口１２５に設置され、恒温室２２４の気体を試料保持室２２０に流入するように送風する。恒温室２２４の気体は試料保持室２２０に流入した後で、試料ＳＡに当たる。また、第３送風手段２６３は、第２通気口１２６に設置され、試料保持室２２０の気体を恒温室２２４に向けて排出するように送風する。第２送風手段２６２及び第３送風手段２６３はそれぞれ制御信号を受けて、送風を開始、又は、停止する。

【0050】

連通遮断手段２７０、２７１は、試料保持室２２０の側壁に設置され、試料保持室２２０と恒温室２２４とを遮断（図１０参照）、又は連通（図８参照）することができる。ここでは、連通遮断手段２７０、２７１としては、例えば、ブラインド型シャッタを利用する。ブラインド型シャッタは、開閉シャッタと比較して、小さなスペースで開閉動作を行うことができる。図８は、ブラインド型シャッタが開いた状態を示す図である。図８に示すように、連通遮断手段２７０、２７１が両方とも開のとき、送風手段１６０からの風は恒温室２２４に流れる。次いで、第２送風手段２６２からの風は第１通気口１２５を介して試料保持室２２０に流れる。最後に、第３送風手段２６３からの風は第２通気口１２６を介して恒温室２２４に流れる。以上より、送風手段１６０からの風は、恒温室２２４、第１通気口１２５、試料保持室２２０、第２通気口１２６、恒温室２２４の順に通過して、筐体１１０内部を循環する。一方、連通遮断手段２７０、２７１が閉じると、図１０に示すように、送風手段１６０が風を送っても、この風が恒温室１２４に流れるだけで、試料保持室２２０の内部や試料ＳＡに直接当たらない。

【0051】

次に、恒温槽２０１の制御装置２０２（図示略）について説明する。制御装置２０２は、制御装置１０２と、送風連通遮断コントローラのみ異なる。恒温槽２０１の送風連通遮断コントローラ２８３（図示略）は、連通遮断手段２７０、２７１に加えて、第２送風手段２６２及び第３送風手段２６３を制御する。

【0052】

次に、第２実施形態にかかる温度制御方法について説明する。第２実施形態にかかる温度制御方法は、第１実施形態にかかる温度制御方法と、試料保持室連通ステップＳＦ１、及び、試料保持室遮断ステップＳＦ４にのみ異なる。試料保持室連通ステップＳＦ１、及び、試料保持室遮断ステップＳＦ４のみ説明する。

【0053】

試料保持室連通ステップＳＦ１では、図８に示すように、送風手段１６０が送風し、連通遮断手段２７０、２７１が試料保持室２２０と恒温室２２４とを連通し、さらに、第２送風手段２６２、第３送風手段２６３が送風を開始する。

【0054】

試料保持室遮断ステップＳＦ４では、図１０に示すように、連通遮断手段２７０、２７１が試料保持室２２０と恒温室２２４とを遮断しつつ、さらに、第２送風手段２６２及び第３送風手段２６３が送風を停止する。

【0055】

以上より、第２実施形態にかかる恒温槽２０１によれば、上記した第１実施形態と同様に、試料保持室２２０と恒温室２２４とが連通した状態で、変温手段１５０が気体を変温しつつ、送風手段１６０、第２送風手段２６２、及び、第３送風手段２６３が気体を送風することで、変温した気体が試料ＳＡに直接当たる。これにより、試料ＳＡを目標温度Ｔｇ１に素早く変温させることができる。さらに、試料ＳＡを目標温度Ｔｇ１に変温させた後において、試料保持室２２０と恒温室２２４とが遮断した状態で、変温手段１５０が恒温室１２４の温度を一定に保つようにする。すると、恒温室２２４の気体の熱が試料保持室２２０及び試料保持台１２２を介して、試料保持室１２３の気体及び試料ＳＡに緩やかに伝わる。これにより、試料ＳＡの温度は、目標温度から揺らぐことを抑制されて、一定に保たれる。

【0056】

また、第２実施形態にかかる恒温槽２０１は、上記した第１実施形態と同様に、制御装置（図示略）と共に、線膨張係数測定装置に組み込まれて使用される。線膨張係数測定装置は、上記した第１実施形態と同様に、複数の温度において、測定子Ｐにより試料ＳＡを計測して、試料ＳＡの線膨張係数を測定できる。

【0057】

また、第２実施形態にかかる恒温槽２０１では、送風手段１６０と第２送風手段２６２と第３送風手段２６３とが気体を循環させる送風能力を有していればよく、第２実施形態にかかる送風手段１６０の送風能力は、第１実施形態にかかる送風手段１６０と比較して、小さくても構わない。また、第１及び第２実施形態にかかる送風手段１６０の送風能力が同じであれば、筐体２１０は筐体１１０と比較して大きいものであってもよい。すなわち、恒温槽２０１は、恒温槽１０１と比較して、多種多様の形状及びサイズの試料について、適用することができる。

【0058】

なお、第２実施形態では、第３送風手段２６３を第２通気口１２６に設置したが、送風手段１６０と第２送風手段２６２とが気体を循環させる送風能力を有するのであれば、第３送風手段２６３の設置を省略しても構わない。

【0059】

（第３実施形態）
次に、図１２及び１３を用いて、第３実施形態にかかる恒温槽について説明する。図１２及び１３は、第３実施形態にかかる恒温槽の断面図を示す。第３実施形態にかかる恒温槽は、第１実施形態にかかる恒温槽１０１と、連通遮断手段のみ異なる。その他の構成は共通するため、同一の符号を付して説明する。

【0060】

図１２に示すように、恒温槽３０１は、連通遮断手段３７０、３７１を含む。連通遮断手段３７０、３７１は、連通遮断手段１７０、１７１と同様に、試料保持板１２０と筐体１１０との間に設置される。連通遮断手段３７０、３７１は、試料保持室１２３と恒温室１２４とを遮断（図１２参照）、又は、連通（図１３参照）することができ、試料保持板１２０とほぼ同じ高さの位置において、試料保持板１２０を間にして両側にそれぞれ設けられている。連通遮断手段３７０、３７１は、第１通気口１２５、第２通気口１２６をそれぞれ閉じたり、開いたりすることができる。連通遮断手段３７０、３７１として、バタフライバルブのように、弁体をその弁軸を中心に９０度回転させることで開閉する開閉シャッタを利用する。この弁体は、気体が通過することのできる通気性板状体を利用する。通気性板状体としては、例えば、パンチングメタルからなる板状体、金網からなる板状体、細かい穴を無数に有する穴開き板、又は、多孔質材料からなる板状体が挙げられる。図１３は、開閉シャッタが開いた状態を示す図である。図１３に示すように、連通遮断手段３７０、３７１が両方とも開のとき、恒温槽１０１と同様に、送風手段１６０からの風は、恒温室１２４、第１通気口１２５、試料保持室１２３、第２通気口１２６、恒温室１２４の順に通過して、筐体１１０内部を循環する。一方、連通遮断手段３７０、３７１が閉じると、図１２に示すように、送風手段１６０が風を送ると、この風の一部が恒温室１２４に流れる。一方で、送風手段１６０からの残りの風は連通遮断手段３７０を通過し、試料保持室１２３の内部や試料ＳＡに直接当たる。

【0061】

以上より、第３実施形態にかかる恒温槽３０１によれば、恒温槽１０１と同様に、試料保持室１２３と恒温室１２４とが連通した状態で、変温手段１５０が気体を変温しつつ送風手段１６０が送風することで、変温した気体が試料ＳＡに直接当たる。これにより、試料ＳＡを目標温度Ｔｇ１に素早く変温させることができる。さらに、試料ＳＡを目標温度Ｔｇ１に変温させた後において、試料保持室１２３と恒温室１２４とが遮断した状態で、変温手段１５０が恒温室１２４の温度を一定に保つようにする。すると、恒温室１２４の気体の熱が試料保持板１２０及び試料保持台１２２を介して、試料保持室１２３の気体及び試料ＳＡに緩やかに伝わる。また、変温手段１５０が気体を変温しつつ送風手段１６０が送風することで、変温した気体の一部が試料ＳＡに直接当たる。これにより、試料保持室１２３に流れる気体が減じ、試料ＳＡに直接当たる風の量が減じ、試料ＳＡの温度は、目標温度から揺らぐことを抑制されて、一定に保たれる。すなわち、試料保持室１２３に流れる気体の量の調整を適切にし得て、安定した温度制御を実現し得る。

【0062】

また、第１及び第２実施形態では、試料温度に基づいて変温手段１５０を制御したが、恒温室温度に基づいて変温手段１５０を制御してもよい。また、第１実施形態では、連通遮断手段１７０、１７１として開閉シャッタを用いたが、ブラインド型シャッタを用いてもよい。また、第２実施形態では、連通遮断手段２７０、２７１としてブラインド型シャッタを用いたが、開閉シャッタを用いてもよい。風が循環することを考慮すると、第１通気口１２５、第２通気口１２６の２つの通気口が有った方が好ましいが、気体が出入りすればよいので、第１通気口１２５、第２通気口１２６のいずれか一方を設置するだけでも構わない。

【0063】

また、第１及び第２実施形態では、変温手段１５０が恒温室１２４の気体を加熱又は冷却して、所定の温度に変温したが、変温手段１５０が筐体１１０自体を加熱又は冷却して、恒温室１２４の温度を変温してもよい。このように変温手段１５０が筐体１１０自体を加熱又は冷却する場合、筐体１１０としては、例えば、略直方体状の内側筐体と、この内側筐体を包む略直方体状の外側筐体とを備える二重構造の筐体を利用することができる。詳細には、内側筐体は熱伝導材料からなり、外側筐体は断熱材料からなる。また、変温手段１５０としては、例えば、ペルチェ素子を利用することができる。ペルチェ素子は内側筐体に設置され、恒温槽１０１の外部の電源に接続されており、電流を供給される。このような構成によれば、ペルチェ素子が内側筐体を加熱又は冷却することで、筐体１１０自体を加熱又は冷却して、恒温室１２４の温度を変温することができる。

【符号の説明】

【0064】

１００、２００ 恒温槽システム、 １０１、２０１ 恒温槽、
１１０、２１０ 筐体、 １２０ 試料保持板、 １２３、２２０ 試料保持室、 １２２ 試料保持台、 １２４、２２４ 恒温室、 １２５、１２６ 通気口 １３０ 試料温度検出部、 １４０ 恒温室温度検出部、 １５０ 変温手段、
１６０、２６２、２６３ 送風手段、
１７０、１７１、２７０、２７１、３７０、３７１ 連通遮断手段、
１８０ 制御部、 ２１１、２２１ 光透過窓

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】