特開 2022-126562 恒温装置及び圧電定数ｄ３３計測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022126562

(43)【公開日】2022-08-30

(54)【発明の名称】恒温装置及び圧電定数ｄ３３計測方法

(51)【国際特許分類】

   G05D 23/19 20060101AFI20220823BHJP

【ＦＩ】

G05D23/19 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021024722

(22)【出願日】2021-02-18

(71)【出願人】

【識別番号】517106327

【氏名又は名称】リードテクノ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121337

【弁理士】

【氏名又は名称】藤河 恒生

(72)【発明者】

【氏名】早野 修二

(72)【発明者】

【氏名】桂 澄夫

【テーマコード（参考）】

5H323

【Ｆターム（参考）】

5H323AA29

5H323BB11

5H323CA02

5H323CB03

5H323CB25

5H323CB44

5H323DB11

(57)【要約】

【課題】設定温度を高温にすることができ、かつ、小型化が可能な恒温装置を提供する。
【解決手段】この恒温装置１は、吸熱部２１を有する冷却機２と、ヒータ３と、吸熱部２１とヒータ３の間に配置され吸熱部２１側からヒータ３側に風を送るファン４と、吸熱部２１、ファン４及びヒータ３が内部に配置され、該内部で温度特性が計測される物品Ｍを保持する計測器Ａの保持部ＡＨがヒータ３の近傍に差し込まれる断熱性の箱体５と、恒温コントローラ６と、を備え、物品Ｍの周囲の空間の温度を測定する温度センサ７が箱体５の内部に取り付けられており、温度センサ７の測定温度に基づいて恒温コントローラ６によりヒータ３が制御されることにより物品Ｍの周囲の空間の温度を設定温度に保つ。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸熱部を有する冷却機と、
ヒータと、
前記吸熱部と前記ヒータの間に配置され該吸熱部側から該ヒータ側に風を送るファンと、
前記吸熱部、前記ファン及び前記ヒータが内部に配置され、該内部で温度特性が計測される物品を保持する計測器の保持部が前記ヒータの近傍に差し込まれる断熱性の箱体と、
恒温コントローラと、
を備え、
前記物品の周囲の空間の温度を測定する温度センサが前記箱体の前記内部又は前記計測器の前記保持部に取り付けられており、該温度センサの測定温度に基づいて前記恒温コントローラにより前記ヒータが制御されることにより前記物品の周囲の空間の温度を設定温度に保つことを特徴とする恒温装置。

【請求項2】

請求項１に記載の恒温装置において、
保たれる全ての前記設定温度において前記冷却機は常に稼働しており前記吸熱部は常に吸熱していることを特徴とする恒温装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の恒温装置を用いて前記物品が圧電体でその圧電定数ｄ３３を計測する圧電定数ｄ３３計測方法であって、
計測中は前記恒温コントローラにより前記ファンを停止することを特徴とする圧電定数ｄ３３計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

物品の温度特性の計測のためにその温度を設定温度に保つ恒温装置及びそれを用いた圧電定数ｄ３３計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

物品の温度特性の計測のためには、一般的に、物品を収容する断熱性の箱体を有し、物品の周囲の温度を設定温度に保つことで物品を設定温度に保つようにする恒温装置が用いられている。

【0003】

例えば、特許文献１には、箱体の中に循環する空気の温度調整用流路を設け、その流路で冷却手段としての開閉制御のダンパーから低温度の空気を制御して取り入れ、それから加熱手段としてのヒータで加熱することにより空気の温度調整を行い、その空気を箱体内の物品の周囲の空間に流すことにより物品を設定温度に保つようにした恒温装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０００－２１４９３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、空気を冷却手段と加熱手段が設けられた温度調整用流路で温度調整してから物品の周囲の空間に流すと、恒温装置は温度調整用流路の確保のために大型化せざるを得ない。また、温度調整用流路と物品の間の温度勾配を考慮すると、設定温度が高温（例えば、１２５℃～１５０℃）の場合、加熱手段の温度をそれよりもかなり高くしなければならないので、加熱手段自体の大型化及び耐熱対策のためのその近傍の大型化によって恒温装置は更に大型化せざるを得ない。

【0006】

一方、物品が電子部品などのように小さくて単品が計測される等の場合、物品の周囲のそれほど大きくない空間を設定温度に保てばよい場合も少なくない。

【0007】

本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、設定温度を高温にすることができ、かつ、小型化が可能な恒温装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、請求項１に記載の恒温装置は、吸熱部を有する冷却機と、ヒータと、前記吸熱部と前記ヒータの間に配置され該吸熱部側から該ヒータ側に風を送るファンと、前記吸熱部、前記ファン及び前記ヒータが内部に配置され、該内部で温度特性が計測される物品を保持する計測器の保持部が前記ヒータの近傍に差し込まれる断熱性の箱体と、恒温コントローラと、を備え、前記物品の周囲の空間の温度を測定する温度センサが前記箱体の前記内部又は前記計測器の前記保持部に取り付けられており、該温度センサの測定温度に基づいて前記恒温コントローラにより前記ヒータが制御されることにより前記物品の周囲の空間の温度を設定温度に保つことを特徴とする。

【0009】

請求項２に記載の恒温装置は、請求項１に記載の恒温装置において、保たれる全ての前記設定温度において前記冷却機は常に稼働しており前記吸熱部は常に吸熱していることを特徴とする。

【0010】

請求項３に記載の圧電定数ｄ３３計測方法は、請求項１又は２に記載の恒温装置を用いて前記物品が圧電体でその圧電定数ｄ３３を計測する圧電定数ｄ３３計測方法であって、計測中は前記恒温コントローラにより前記ファンを停止することを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明に係る恒温装置によれば、設定温度を高温にすることができ、かつ、小型化が可能となる。また、本発明に係る圧電定数ｄ３３計測方法によれば、本発明に係る恒温装置を用いて精度の良い圧電定数ｄ３３の計測が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態に係る恒温装置を示す概略正面図である。

【図2】同上の恒温装置を示す概略平面図である。

【図3】同上の恒温装置に計測器の保持部を差し込んだ状態を示す概略正面図である。

【図4】同上の恒温装置の温度を変化させたときの様子を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明を実施するための形態を説明する。本発明の実施形態に係る恒温装置１は、図１及び図２に示すように、冷却機２とヒータ３とファン４と箱体５と恒温コントローラ６を備える。また、恒温装置１は、温度センサ７が箱体５の内部に取り付けられている。なお、箱体５の内部を理解し易いように、図１においては箱体５の正面側（図１における手前側）、図２においては箱体５の上面側（図２における手前側）及び恒温コントローラ６は省略している。

【0014】

冷却機２は、吸熱部２１を有し、吸熱部２１の周囲の空気の熱を吸収して冷やすものである。吸熱部２１は、図１等に例示するものでは、吸熱する本体である吸熱ヘッド２１ａと、それの側面に接触して効率良く周囲の空気の熱を吸収するため又は保護のための吸熱ヘッド周辺部材２１ｂとから構成されている。

【0015】

冷却機２は、低温の設定温度が低くできるように冷却能力を高くできるものが好ましい。冷却機２は、例えば、スターリング方式の冷却機を用いることができる。

【0016】

冷却機２は、保たれる全ての設定温度において冷却機は常に稼働しており、吸熱部２１は常に吸熱している状態である。すなわち、低温の設定温度においてはもちろん、高温の設定温度においても冷却機２は常に稼働しており、吸熱部２１は常に吸熱している状態である。

【0017】

冷却機２は、冷却能力が一定（つまり、冷却のパワーが一定）で調整不可能なものであってもよいし、冷却能力が調整可能なものであってもよい。後者のようにすると、後述する物品Ｍの温度特性が計測される空間において、高温において後述するヒータ２の加温能力が冷却機２の冷却能力を超えるように容易にできる。

【0018】

ヒータ３は、通電により発熱量を調整できるものである。ヒータ３は、その種類が特に限定されるものではないが、各種の面状ヒータを用いることができる。また、ヒータ３は、後述する物品Ｍの温度特性が計測される空間を適正に加温できれば、その数が特に限定されるものではない。

【0019】

ファン４は、吸熱部２１とヒータ３の間に配置され、吸熱部２１側からヒータ３側に風を送るものである。

【0020】

箱体５は、断熱性のものである。また、箱体５は、吸熱部２１、ファン４及びヒータ３が内部に配置される。吸熱部２１以外の冷却機２の大部分は、箱体５の外側になるように配置される。箱体５は、通常は、直方体状のものであり、箱体５の長手方向がファン４の軸心方向（回転軸方向）となる。ファン４は、箱体５の内壁面との間に隙間ができるように配置される。

【0021】

また、箱体５は、図３に示すように、その内部で温度特性が計測される物品Ｍを保持する計測器Ａの保持部ＡＨがヒータ３の近傍に差し込まれる。物品Ｍは、ファン４による風が直接当たる位置に保持される。箱体５は、計測器Ａの保持部ＡＨが差し込まれるための差し込み孔部５１を有している。ヒータ３の近傍の空間で、物品Ｍの温度特性が計測される。つまり、ヒータ３の近傍の空間が、物品Ｍの周囲の空間となる。なお、図３では、物品Ｍを上下で挟む形の計測器Ａを用いており、計測器Ａの下側部分を符号Ａ、上側部分を符号Ａ’、下側の保持部ＡＨを符号ＡＨ、上側の保持部ＡＨを符号ＡＨ’、下側の差し込み孔部５１を符号５１、上側の差し込み孔部５１を符号５１’で示している。計測器Ａの形状によっては、それらの片方だけを有するようにもできる。

【0022】

恒温コントローラ６は、後述する温度センサ７の測定温度に基づいてヒータ３を制御する。恒温コントローラ６は、また、冷却機２やファン４のオンオフなどの制御も行うことができる。

【0023】

例えば、物品Ｍが圧電体でその圧電定数ｄ３３を計測する場合、計測器Ａの下側部分と上側部分により物品Ｍを加圧して電荷を発生させる。この計測中にファン４の振動が計測器Ａに伝わると、計測精度が低下し易くなる。そこで、計測中は、恒温コントローラ６によりファン４をオフする（停止する）ことが好ましい。そうすると、精度の良い圧電定数ｄ３３の計測が可能となる。また、その他、恒温装置１からの振動が計測器Ａに伝わるのを低減するために、恒温装置１と計測器Ａを別々の台に載せ、恒温装置１（詳細には、冷却機２）の下に防振ゴムを取り付けるのが好ましい。

【0024】

温度センサ７は、物品Ｍの周囲の温度を測定する。そのため、温度センサ７は、箱体５の内部に取り付けられているが、計測器Ａの保持部ＡＨに取り付けられていてもよい。

【0025】

恒温装置１は、温度センサ７の測定温度に基づいて恒温コントローラ６によりヒータ３が制御されることにより物品Ｍの周囲の空間の温度を設定温度に保つ。

【0026】

恒温装置１の箱体５の中では、ヒータ３により物品Ｍの周囲の空間の空気を加温する。一方、ファン４により、吸熱部２１側からヒータ３側に風が送られるため、吸熱部２１により冷やされた空気は、ファン４を通って物品Ｍの周囲の空間の空気まで到達してそれを冷やす。こうして、物品Ｍの周囲の空間の空気は、ヒータ３により加温されながら冷却機２により冷却されることになり、加温と冷却のバランスで温度が決まる。

【0027】

ここで、高温において、ヒータ３の熱は、緩和されながら、冷却機２の吸熱部２１まで伝わる。冷却機２は、一般に、内部の冷媒の温度に上限が有るため、吸熱部２１の温度にも上限が有る。例えば、スターリング方式の冷却機は、通常、冷媒としてヘリウムガスが用いられるが、温度上昇にともなうヘリウムガスの圧力の増加による冷却機２の破損などを防止するため、温度の上限（例えば、約３５℃）が設けられる。そのため、恒温装置１では、ヒータ３側の熱が吸熱部２１側に伝わるのをファン４により防御し、かつ、ヒータ３から吸熱部２１までの距離を適度に取ることにより、吸熱部２１（特に、吸熱ヘッド２１ａ）では十分に温度が下がるようにしている。

【0028】

恒温装置１の実験について、以下述べる。

【0029】

箱体５は、その内部空間のサイズを高さ（図１における上下方向）が４０ｍｍ、幅（図１における左右方向）が２４０ｍｍ、奥行き（図２における上下方向）が８０ｍｍとした。冷却機２は、吸熱ヘッド周辺部材２１ｂ以外はツインバード工業株式会社製のスターリング方式の冷却機ＳＣ－ＵＤ０８を用い、吸熱ヘッド周辺部材２１ｂは金属製の円柱管状のものを用いた。冷却機２の吸熱ヘッド２１ａの温度の上限は、３５℃とした。ファン４は、風量が０．０２～０．０５ｍ^３／ｍｉｎとし、吸熱ヘッド周辺部材２１ｂの近くに設置した。ヒータ３は、７０Ｗの能力のもの２本を差し込み孔部５１を挟んで底面に設置した。温度センサ７は、熱電対を用いた。また、仮の計測器Ａ、Ａ’（及びその保持部ＡＨ、ＡＨ’）と物品Ｍを設置した。

【0030】

図４は、物品Ｍの周囲の空間の温度を初期の－５０℃以下の状態から設定温度を－４０℃にして１０分間保つようにし、それから設定温度を－２０℃にして１０分間保つようにし、それから設定温度を０℃にして１０分間保つようにし、それから設定温度を５０℃にして１０分間保つようにし、それから設定温度を１００℃にして１０分間保つようにし、それから設定温度を１５０℃にして１０分間保つようにしたときの様子を示すものである。曲線ａは、物品Ｍの周囲の空間の温度であり、曲線ｂは、吸熱ヘッド２１ａの温度である。

【0031】

図４の曲線ａによると、大きなオーバーシュートがなく安定した温度変化が可能なことが分かる。また、曲線ｂによると、物品Ｍの周囲の空間の温度が１５０℃であっても、吸熱ヘッド２１ａの温度は、その上限の３５℃よりも十分に低いことが分かる。

【0032】

また、物品Ｍの周囲の空間を各設定温度に保ったときの変動は、以下の表１の通りである。

【表1】

【0033】

表１によると、この実験装置では、－４０℃～１５０℃の設定温度範囲が可能であり、各設定温度に保つときの変動幅を設定温度±２℃或いは設定温度±３℃とできることが分かる。

【0034】

以上、本発明の実施形態に係る恒温装置について説明したが、本発明は、上述の実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。

【符号の説明】

【0035】

１ 恒温装置
２ 冷却機
２１ 吸熱部
２１ａ 吸熱ヘッド
２１ｂ 吸熱ヘッド周辺部材
３ ヒータ
４ ファン
５ 箱体
５１、５１’ 差し込み孔部
６ 恒温コントローラ
７ 温度センサ
Ａ、Ａ’ 計測器
ＡＨ、ＡＨ’ 計測器の保持部
Ｍ 物品
Ｓ 物品の周囲の空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】