JP2008128833A - 高低温度試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的に温度試験対象物の温度試験ができる高低温度試験装置を提供する。
【解決手段】ペルチェモジュール１の一端側の面と電気ヒータ４とにより温度試験対象物９を挟み、対象物温度検出手段１２が検出する温度試験対象物の検出温度が目標温度よりも高い時には、ペルチェモジュール１の一端側の面が吸熱面となるようにペルチェモジュール１を冷却側駆動し、前記検出温度が前記目標温度よりも低いときにはペルチェ端面温度検出手段２８により検出されるペルチェ端面温度が目標温度よりも低い予め定めたペルチェ加熱停止基準温度に達するまでは、ペルチェモジュール１の一端側の面が放熱面となるようにペルチェモジュールを加熱側駆動すると共に電気ヒータ４駆動し、前記ペルチェ端面温度が前記ペルチェ加熱停止基準温度に達した以降はペルチェモジュール１の駆動を停止して電気ヒータ４のみで前記温度試験対象物の加熱を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、ペルチェモジュールを用いて温度試験対象物を加熱したり冷却したりして目標温度にするために用いられる高低温度試験装置に関するものである。

従来、産業用、業務用、家電用として、温度試験対象物を加熱したり冷却したりすることが多く行われている。このような加熱冷却に際し、従来は、例えば被温度制御対象部を恒温槽内に入れ、例えばヒータにより形成した熱風を恒温槽内に送り込んで被温度制御対象部を加熱したり、コンプレッサにより形成した冷風を恒温槽内に送り込んで被温度制御対象部を冷却したりすることにより行っている。

なお、上記のような温度試験方法について、先行技術文献情報を調査した結果、現時点において先行技術文献は見つかっていない。

しかしながら、上記のような恒温槽を用いた温度制御方法は、温度試験対象物が小型の場合でも恒温槽内全体に熱風や冷風を送って、恒温槽内全体の温度を高くしたり低くしたりしなければならないため、非常に多くのエネルギーが必要となり、エネルギー効率が非常に悪かった。

本発明は、上記従来の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、恒温槽を用いた温度制御に比べて少ないエネルギーで効率良く温度試験対象物の温度制御を行うことができる高低温度試験装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、複数の熱電変換素子を接続して成る回路を有して、該回路に流す電流の向きに応じ、対向する一端側と他端側の一方の面を放熱面と成し他方の面を吸熱面と成すペルチェモジュールの一端側の面と、電気ヒータの放熱面とを互いに間隔を介して対向配置し、該間隔に配置される温度試験対象物を前記ペルチェモジュールと前記電気ヒータとにより間隔を介してまたは密接させて挟んで前記温度試験対象物の温度可変動作を前記ペルチェモジュールと前記電気ヒータの駆動により行う温度可変装置を形成し、前記温度試験対象物の温度を直接的または間接的に検出する対象物温度検出手段と、前記温度可変装置による温度可変動作の制御を行う温度制御装置とを設け、該温度制御装置は、前記温度試験対象物の温度制御の目標温度を設定する目標温度設定部と、該目標温度設定部により設定される目標温度と前記対象物温度検出手段により検出する検出温度との差を零に近づけるために、前記検出温度が前記目標温度よりも高い時には前記ペルチェモジュールの一端側の面が吸熱面となるようにペルチェモジュールを冷却側駆動して前記温度試験対象物を冷却し、前記検出温度が前記目標温度よりも低いときには該目標温度よりも低い予め定めた加熱制御基準温度に達するまでは前記ペルチェモジュールの一端側の面が放熱面となるようにペルチェモジュールを加熱側駆動すると共に前記電気ヒータを駆動して前記温度試験対象物の加熱を行い、前記加熱制御基準温度に達した以降は前記ペルチェモジュールの駆動を停止して前記電気ヒータのみで前記温度試験対象物の加熱を行う冷却加熱駆動制御手段とを有する構成をもって課題を解決する手段としている。

また、第２の発明は、複数の熱電変換素子を接続して成る回路を有して、該回路に流す電流の向きに応じ、対向する一端側と他端側の一方の面を放熱面と成し他方の面を吸熱面と成すペルチェモジュールの一端側の面と、電気ヒータの放熱面とを互いに間隔を介して対向配置し、該間隔に配置される温度試験対象物を前記ペルチェモジュールと前記電気ヒータとにより間隔を介してまたは密接させて挟んで前記温度試験対象物の温度可変動作を前記ペルチェモジュールと前記電気ヒータの駆動により行う温度可変装置を形成し、前記温度試験対象物の温度を直接的または間接的に検出する対象物温度検出手段と、前記ペルチェモジュールの一端側の面の温度を検出するペルチェ端面温度検出手段と、前記温度可変装置による温度可変動作の制御を行う温度制御装置とを設け、該温度制御装置は、前記温度試験対象物の温度制御の目標温度を設定する目標温度設定部と、該目標温度設定部により設定される目標温度と前記対象物温度検出手段により検出する検出温度との差を零に近づけるために、前記検出温度が前記目標温度よりも高い時には前記ペルチェモジュールの一端側の面が吸熱面となるようにペルチェモジュールを冷却側駆動して前記温度試験対象物を冷却し、前記検出温度が前記目標温度よりも低いときには前記ペルチェ端面温度検出手段により検出されるペルチェ端面温度が前記目標温度よりも低い予め定めたペルチェ加熱停止基準温度に達するまでは前記ペルチェモジュールの一端側の面が放熱面となるようにペルチェモジュールを加熱側駆動すると共に前記電気ヒータを駆動して前記温度試験対象物の加熱を行い、前記ペルチェ端面温度が前記ペルチェ加熱停止基準温度に達した以降は前記ペルチェモジュールの駆動を停止して前記電気ヒータのみで前記温度試験対象物の加熱を行う冷却加熱駆動制御手段とを有する構成をもって課題を解決する手段としている。

さらに、第３の発明は、上記第１または第２の発明の構成に加え、前記ペルチェモジュールの加熱側駆動と電気ヒータの駆動は対象物温度検出手段による温度試験対象物の検出温度が目標温度より低い状態が予め定めた加熱側駆動開始判断基準時間以上継続したときに行うようにする加熱側駆動遅延回路と、ペルチェモジュールの冷却側駆動は前記検出温度が目標温度より高い状態が予め定めた冷却側駆動開始判断基準時間以上継続したときに行うようにする冷却側駆動遅延回路の少なくとも一方を設けたことを特徴とする。

さらに、第４の発明は、上記第１または第２または第３の発明の構成に加え、前記ペルチェモジュールを複数設けて、一方側のペルチェモジュールの吸熱面側と他方側のペルチェモジュールの放熱面側を隣接させて上下に重ね合わせて配置し、最上段のペルチェモジュールの上端と電気ヒータとを間隔を介して配置した構成をもって課題を解決する手段としている。

本発明の高低温度試験装置は、ペルチェモジュールと電気ヒータとにより、温度試験対象物を間隔を介してまたは密接させて挟んで、ペルチェモジュールと電気ヒータの駆動により温度試験対象物の温度可変動作を行うので、恒温槽内に熱風や冷風を送って温度試験対象物を加熱したり冷却したりする場合と異なり、温度試験対象物を直接的に加熱したり冷却したりすることができるので、少ないエネルギーで効率良く温度試験対象物の温度制御を行うことができる。

つまり、目標温度と対象物温度検出手段により検出する検出温度との差を零に近づけるために、前記検出温度が前記目標温度よりも高い時には前記ペルチェモジュールの一端側の面が吸熱面となるようにペルチェモジュールを冷却側駆動することにより、温度試験対象物を効率的に冷却できるし、前記検出温度が前記目標温度よりも低いときには、ペルチェモジュールの一端側の面が放熱面となるようにペルチェモジュールの加熱側駆動や電気ヒータの駆動により、温度試験対象物を効率的に加熱できる。

また、ペルチェモジュールは、ペルチェモジュール自身の駆動によってその一端側を例えば１００℃を越す温度に加熱している状態において、ペルチェモジュールの周りの温度も同程度以上に高くなると、ペルチェモジュール内部の温度が非常に高くなって劣化が生じやすいことが知られている。

しかしながら、本発明は、前記対象物温度検出手段により検出する検出温度が前記目標温度よりも低いときに、第１の発明のように、目標温度よりも低い予め定めた加熱制御基準温度に達した以降は、ペルチェモジュールの駆動を停止して記電気ヒータのみで前記温度試験対象物の加熱を行ったり、第２の発明のように、ペルチェ端面温度検出手段により検出するペルチェ端面温度がペルチェ加熱停止基準温度に達した以降は、ペルチェモジュールの駆動を停止して記電気ヒータのみで前記温度試験対象物の加熱を行ったりすることにより、ペルチェモジュールの内部温度が高くなってペルチェモジュールの劣化が生じることを抑制できる。

つまり、本発明は、前記検出温度が前記目標温度よりも低いときに、ペルチェモジュールの劣化が生じないような温度まで、ペルチェモジュールを加熱側駆動すると共に前記電気ヒータを駆動して前記温度試験対象物の加熱を行うことにより、温度試験対象物の加熱を、非常に効率的に、急スピードで行うことができると共に、ペルチェモジュールの劣化のおそれが生じる可能性がある温度においては、前記ペルチェモジュールの駆動を停止して前記電気ヒータのみで温度試験対象物の加熱を行うことにより、ペルチェモジュールの加熱側駆動を加熱制御基準温度に達した以降にも継続する場合に生じるペルチェモジュールの劣化も抑制でき、ペルチェモジュールの寿命を長くでき、高低温度試験装置の信頼性を高め、寿命を長くできる。

また、本発明において、対象物温度検出手段による温度試験対象物の検出温度が目標温度より低い状態が予め定めた加熱側駆動開始判断基準時間以上継続したときに、ペルチェモジュールの加熱側駆動と電気ヒータの駆動を行うようにする加熱側駆動遅延回路と、前記検出温度が目標温度より高い状態が予め定めた冷却側駆動開始判断基準時間以上継続したときに、前記ペルチェモジュールの冷却側駆動を行うようにする冷却側駆動遅延回路の少なくとも一方を設けたものにおいては、温度試験対象物の温度が目標温度付近に達したときに、ペルチェモジュールのオンオフおよび加熱側駆動と冷却側駆動の切り替えや、電気ヒータのオンオフを頻繁に繰り返すことを抑制できる。

したがって、この構成を有することにより、ペルチェモジュールと電気ヒータの寿命をより長くすることができ、高低温度試験装置の信頼性を高め、寿命を長くできる。

さらに、本発明において、ペルチェモジュールを複数設けて、一方側のペルチェモジュールの吸熱面側と他方側のペルチェモジュールの放熱面側を隣接させて上下に重ね合わせて配置し、最上段のペルチェモジュールの上端と電気ヒータとを間隔を介して配置した構成においては、複数段のペルチェモジュールの配置によって温度試験対象物の加熱や冷却のスピードアップや、加熱冷却効率の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１には、本発明に係る高低温度試験装置の一実施形態例がブロック図により示されており、図２には、本実施形態例の高低温度試験装置の外観構成が模式的な斜視図によって示されている。これらの図に示すように、本実施形態例の高低温度試験装置は、対象物温度検出手段１２（図２には、図示せず）と、ペルチェ端面温度検出手段２８（図２には、図示せず）と、温度制御装置１３と、温度可変装置１１とを有し、温度可変装置１１は、図２に示す接続線２３を介して温度制御手段１３に接続されている。

温度可変装置１１は、筐体（上筐体２１と下筐体２０）内に配設された複数のペルチェモジュール１と複数の電気ヒータ４とを有している。本実施形態例において、電気ヒータ４はセラミックヒータにより板状に平面的に形成されており、図３（ａ）の平面図に示す態様で、温度可変装置１１の上筐体２１に埋め込み配設されており、上筐体２１を開いた状態において、電気ヒータ４の放熱面８が露出するように構成されている。

ペルチェモジュール１は、下筐体２０に配置されており、例えば図５（ａ）の側面図に示すように、複数の熱電変換素子５を接続して成る回路を有して、該回路に流す電流の向きに応じ、対向する一端側と他端側の一方の面を放熱面と成し他方の面を吸熱面と成すものである。なお、図５（ａ）は、本実施形態例に適用されているペルチェモジュール１を示す模式的な側面図であり、このペルチェモジュール１の模式的な斜視構成が、その動作と共に、図６に示されている。

本実施形態例に適用されているペルチェモジュール１は、上下方向に互いに間隔を介して配置された絶縁性基板６，７の間に、水平方向に互いに間隔を介して複数配置されたＰ型（ｐ型）の熱電変換素子５（５ａ）とＮ型（ｎ型）の熱電変換素子５（５ｂ）とを立設配置し、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）を電極２（図６には、図示せず）により電気的に接続して形成されている。

絶縁性基板６，７は、一般に、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックにより形成されており、前記電極２は、絶縁性基板６，７の対向面１６，１７に互いに間隔を介して複数形成されている。電極２上には図示されていない半田が形成されており、該半田を介して熱電変換素子５が電極２上に固定されている。熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の回路は、リード端子（図示せず）とリード線２８を介して電源回路等に接続されている。なお、図５（ａ）、図６は、それぞれ模式図であり、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の配設数等の詳細な構成は正確に示していないが、これらは、必要に応じて適宜設定されるものである。

ペルチェモジュール１において、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の接続回路に電流を流すと、Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂに電極２を介して電流が流れて、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）と電極２との接合部（界面）で冷却・加熱効果が生じる。そして、例えば図６に示すように、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）に流す電流の方向によって、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の一方の端部側、例えば一端側（上側）の絶縁性基板６側が冷却（吸熱）面と成し、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の他方の端部、例えば他端側（下側）の絶縁性基板７側が放熱面（放熱面）と成し、熱の移動が行われる。また、前記電流を流す方向を逆にすると、冷却面と放熱面が逆になる。

ペルチェモジュール１は、温度試験対象物９を集中的に加熱したり冷却したりすることができ、かつ、高精度な温度制御が実現できる。

本実施形態例では、４つのペルチェモジュール１を、図３（ｂ）に示すように、温度可変装置１１の下筐体２０内に２列に配置し、さらに、図３（ｃ）に示すように、２段に配置している。この多段（ここでは、２段）配置のペルチェモジュール１は、一方側のペルチェモジュール１の吸熱面側と他方側のペルチェモジュール１の放熱面側を隣接させて上下に重ね合わせて配置している。

つまり、例えば１段目のペルチェモジュール１ａの上端側が吸熱面と成し、下端側が放熱面と成す場合は、２段目のペルチェモジュール１ｂも、上端側が吸熱面と成し、下端側が放熱面と成し、その逆に、１段目のペルチェモジュール１ａの上端側が放熱面と成し、下端側が吸熱面と成す場合は、２段目のペルチェモジュール１ｂも、上端側が放熱面と成し、下端側が吸熱面と成すように配置されている。

最上段のペルチェモジュール１ａの上端面（上側の絶縁性基板の上端面）には、前記ペルチェ端面温度検出手段２８が設けられ、このペルチェ端面温度検出手段２８は、端子部１０と前記接続線２３とを介して温度制御手段１３に接続されている。ペルチェ端面温度検出手段２８は、ペルチェモジュール１の一端側の面（複数のペルチェモジュール１を有する場合には、最上段のペルチェモジュール１の上端面）の温度を検出するものであり、サーミスタ等の適宜の温度検出手段が適用される。なお、ペルチェモジュール１ｂの下側には、水冷ジャケット２２が設けられており、この水冷ジャケット２２は、図示されていない冷却装置に接続されている。

本実施形態例では、温度可変装置１１の上筐体２１を下筐体２０に被せた状態で、図３（ｃ）に示すように、最上段のペルチェモジュール１ａの上端（一端側）の面と電気ヒータ４の放熱面８とが互いに間隔を介して対向配置されるようにし、該間隔に配置されるプリント基板等の温度試験対象物９をペルチェモジュール１と電気ヒータ４とにより挟んで、温度試験対象物９の温度可変動作をペルチェモジュール１と電気ヒータ４の駆動により行う温度可変装置１１を形成している。

温度試験対象物９は、その表面と電気ヒータ４の放熱面８とが間隔を介して配置され、温度試験対象物９の裏面とペルチェモジュール１の一端側の面とが密接するように配置されており、温度試験対象物９の表面には前記対象物温度検出手段１２が設けられている。対象物温度検出手段１２は、端子部１０と前記接続線２３とを介して温度制御手段１３に接続されている。対象物温度検出手段１２は、前記温度試験対象物９の温度を直接的または間接的に検出するものであり、サーミスタ等の適宜の温度検出手段が適用される。

温度制御手段１３は、温度可変装置１１による温度可変動作の制御を行う装置であり、図１に示すように、温度制御装置１３は、目標温度設定部１４と冷却加熱駆動制御手段１５とを有している。

目標温度設定部１４は、温度試験対象物９の温度制御の目標温度を設定するものであり、例えば温度制御手段１３に接続線２９を介して接続されるパーソナルコンピュータ１８からの目標温度情報の設定信号を受信し、その値を温度制御装置１３に設定する。なお、目標温度設定部１４は、例えば温度試験対象物９のヒートサイクル試験を行う場合には、低温側の目標温度と、高温側の目標温度と、目標温度切り替えタイミングと、ヒートサイクルの繰り返し回数等の情報を含むヒートサイクル情報を設定する。

冷却加熱駆動制御手段１５は、目標温度設定部１４により設定される目標温度と前記対象物温度検出手段１２により検出する検出温度との差を零に近づけるために、ペルチェモジュール１と電気ヒータ４の駆動を制御するものである。

冷却加熱駆動制御手段１５は、温度比較回路１９と、遅延回路２５と、ペルチェ駆動回路２６と、ヒータ駆動回路２７とを有しており、前記温度比較回路１９によって、対象物温度検出手段１２の検出温度と前記目標温度とを比較する。そして、前記検出温度が前記目標温度よりも高い時には、ペルチェ駆動回路２６を駆動して、ペルチェモジュール１の一端側の面が吸熱面となるように、ペルチェ駆動回路２６によってペルチェモジュール１を冷却側駆動し、前記温度試験対象物９を冷却する。

冷却加熱駆動制御手段１５は、前記検出温度が前記目標温度よりも低いときには、前記ペルチェ端面温度検出手段２８により検出されるペルチェ端面温度が前記目標温度よりも低い予め定めたペルチェ加熱停止基準温度（ここでは８０℃）に達するまでは、ペルチェモジュール１の一端側の面が放熱面となるように、ペルチェ駆動回路２６によってペルチェモジュールを加熱側駆動すると共に、ヒータ駆動回路２７によって前記電気ヒータ４を駆動して、前記温度試験対象物９の加熱を行う。そして、前記ペルチェ端面温度が前記ペルチェ加熱停止基準温度に達した以降はペルチェモジュール１の駆動を停止し、電気ヒータ４のみで温度試験対象物９の加熱を行う。

なお、本実施形態例において、冷却加熱駆動制御手段１５は、加熱側遅延回路として機能する遅延回路２５を有しており、この遅延回路２５は、対象物温度検出手段１２による温度試験対象物９の検出温度が目標温度より低い状態が予め定めた加熱側駆動開始判断基準時間（例えば１０秒）以上継続したときに、ペルチェモジュール１の加熱側駆動と電気ヒータ４の駆動を行うようにする。

本実施形態例は以上のように構成されており、温度可変装置１１にプリント基板等の温度試験対象物９をセットし、例えば−４０℃〜１３０℃といった温度範囲内で、温度試験対象物９の冷却と加熱とを繰り返し行ってヒートサイクル試験を行うために用いられる。

この場合、目標温度設定部１４は、低温側の目標温度を−４０℃に、高温側の目標温度を１３０℃に設定し、さらに、温度試験対象物９の温度が低温側の目標温度に達してから、目標温度を高温側の目標温度に切り替えるまでの時間（低温側保温時間）と、温度試験対象物９の温度が高温側の目標温度に達してから、目標温度を低温側の目標温度に切り替えるまでの時間（高温側保温時間）と、ヒートサイクルの繰り返し回数とを設定する。

この設定に基づき、例えば、温度試験対象物９が温度可変装置１１にセットされた状態で、まず、低温側の目標温度となるようにし、その後、高温側の目標温度となるようにし、その後、低温側の目標温度となるようにして、ヒートサイクルを繰り返すとすると、温度制御手段１３の温度比較回路１９は、まず、低温側の目標温度と温度試験対象物９の温度（対象物温度検出手段１２の検出温度であり、通常、室温付近の温度）との比較を行う。この場合、当然、前記検出温度が目標温度よりも高いので、ペルチェ駆動回路２６によって、ペルチェモジュール１が、その一端側の面（上端側の絶縁性基板６側の面）が吸熱面となるように、冷却側駆動され、温度試験対象物９の冷却が行われる。

このペルチェモジュール１の冷却側駆動により、例えば、図４のＡ領域に示すように、温度試験対象物９の温度が徐々に低下していき、低温側の目標温度に近づく。そして、温度試験対象物９の温度が低温側の目標温度に達してから前記低温側保温時間（図４のＢ領域であり、例えば２〜３分）が経過すると、目標温度が高温側の目標温度（ここでは、１３０℃）に切り替わるので、温度比較回路１９は、高温側の目標温度と温度試験対象物９の温度との比較を行う。そうすると、当然、前記検出温度が目標温度よりも低いので、温度試験対象物９の加熱する方向に動作することになるが、本実施形態例では、ここで、検出温度が目標温度よりも低い状態が１０秒以上継続するかどうかを遅延回路２５により判断する。

そして、検出温度が目標温度よりも低い状態が１０秒以上継続したときには、ペルチェ駆動回路２６によって、ペルチェモジュール１が、その一端側の面（上端側の絶縁性基板６側の面）が放熱面となるように、加熱側駆動されると共に、ヒータ駆動回路２７によって電気ヒータ４の駆動が行われ、温度試験対象物９の加熱が行われる。そうすると、例えば、図４のＣ領域に示すように、温度試験対象物９の温度が急激に上昇していく。

そして、温度比較回路１９は、ペルチェ端面温度検出手段２８により検出されるペルチェ端面温度が、前記ペルチェ加熱停止基準温度（ここでは８０℃）に達するまでは、ペルチェモジュール１の一端側の面が放熱面となるように、ペルチェ駆動回路２６を作動させてペルチェモジュールを加熱側駆動すると共に、ヒータ駆動回路２７を作動させて前記電気ヒータ４を駆動し、前記温度試験対象物９の加熱をペルチェモジュール１と電気ヒータ４とで行い、ペルチェ端面温度が前記ペルチェ加熱停止基準温度に達した以降は、ペルチェ駆動回路２６を停止してペルチェモジュール１の駆動を停止し、電気ヒータ４のみで温度試験対象物９の加熱を行う。

なお、ペルチェ加熱停止基準温度は、ペルチェモジュール１の熱による劣化を抑制できる適宜の温度に設定されるものであり、ここでは８０℃としたが、高温側の目標温度に基づき、この目標温度より予め定めた温度だけ差し引いた値に設定してもよい。

そして、温度試験対象物９の温度が高温側の目標温度に達してから前記高温側保温時間（図４のＤ領域であり、例えば１５分程度）が経過すると、目標温度が前記低温側の目標温度に切り替わるので、その後は、再び冷却動作に切り替え、上記動作を、ヒートサイクルの繰り返し回数だけ繰り返し行う。

本実施形態例によれば、上記のように、平面的な構成のペルチェモジュール１と電気ヒータ４とにより平面状の温度試験対象物９を挟み、ペルチェモジュール１と電気ヒータ４の駆動により温度試験対象物９の温度可変動作を行うので、恒温槽内に熱風や冷風を送って温度試験対象物を加熱したり冷却したりする場合と異なり、温度試験対象物９を直接的に加熱したり冷却したりすることができ、少ないエネルギーで効率良く温度試験対象物９の温度制御を行うことができる。

また、本実施形態例によれば、温度試験対象物９を加熱する際、ペルチェ端面温度（最上段のペルチェモジュール１の上端面の温度）が８０℃となるまでは、ペルチェモジュール１と電気ヒータ４とによって加熱するため、温度試験対象物９の温度上昇スピードを高くすることができるし、前記ペルチェ端面温度が８０℃となった以降は、ペルチェモジュール１を停止するので、ペルチェモジュール１の寿命を長くでき、高低温度試験装置の信頼性を高め、寿命を長くできる。

なお、ペルチェモジュール１の駆動停止後も、温度試験対象物９の温度が高温側の目標温度に達するまでは電気ヒータ４の駆動は継続されるが、ペルチェモジュール１の駆動を停止すれば、たとえ電気ヒータ４による温度試験対象物９の加熱の余熱を受けてペルチェモジュール１の表面温度が１３０〜１４０℃程度に高くなったとしても、ペルチェモジュール１は、その内部温度が１００℃を越える温度にならない限り劣化が生じにくい。そのため、ペルチェモジュール１の加熱側駆動を継続したときのような劣化が生じることを抑制できる。

なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な態様を採り得る。例えば、上記実施形態例では、冷却加熱駆動制御手段１５は、加熱側遅延回路として機能する遅延回路２５を有していたが、加熱側遅延回路の代わりに、対象物温度検出手段１２による検出温度が目標温度より高い状態が予め定めた冷却側駆動開始判断基準時間以上継続したときに、ペルチェモジュール１の冷却側駆動を行うようにする冷却側遅延回路を設けてもよいし、加熱側遅延回路と冷却側遅延回路の両方を設けてもよい。

また、上記実施形態例では、−４０℃から１３０℃までの温度範囲内でヒートサイクルを繰り返す温度試験に適用する例を述べたが、目標温度設定部１４による目標温度の設定の仕方（試験温度や試験時間等の設定の仕方）は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものである。

さらに、上記実施形態例では、温度試験対象物９は、その表面と電気ヒータ４の放熱面８とが間隔を介し、温度試験対象物９の裏面とペルチェモジュール１の一端側の面とが密接するように配置されていたが、ペルチェモジュール１と電気ヒータ４とによる温度試験対象物９の挟持方法は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものであり、温度試験対象物９は、ペルチェモジュール１と電気ヒータ４の両方に間隔を介して配置されてもよいし、ペルチェモジュール１と電気ヒータ４の両方に密接して配置されてもよい。

また、ペルチェモジュール１を温度試験対象物９の上側に配置し、電気ヒータ４を温度試験対象物９の下側に配置してもよいし、温度試験対象物９を、ペルチェモジュール１と電気ヒータ４とにより左右方向から挟む態様で配置してもよい。

さらに、上記実施形態例では、温度試験対象物９を加熱する際に、ペルチェモジュール１の駆動停止は、ペルチェモジュール１の端面温度に基づいて行ったが、温度試験対象物９の検出温度に基づき、該検出温度が前記目標温度よりも低いときには、該目標温度よりも低い予め定めた加熱制御基準温度（例えば８０℃）に達するまでは、ペルチェモジュール１の一端側の面が放熱面となるようにペルチェモジュール１を加熱側駆動すると共に、前記電気ヒータ４を駆動して温度試験対象物９の加熱を行い、前記検出温度が前記加熱制御基準温度に達した以降は、ペルチェモジュール１の駆動を停止し、電気ヒータ４のみで前記温度試験対象物９の加熱を行うようにしてもよい。なお、この場合は、上記実施形態例に設けたペルチェ端面温度検出手段２８は、設けてもよいし、省略してもよい。

さらに、上記実施形態例では、図５（ａ）に示したタイプのペルチェモジュール１を適用して温度可変装置１１を形成したが、温度可変装置１１に適用されるペルチェモジュール１のタイプは適宜設定されるものである。また、ペルチェモジュール１の配設数や配設態様も適宜設定されるものであり、例えば１つのペルチェモジュール１を設けて温度可変装置１１を形成することもできる。

なお、図５（ｂ）には、別のタイプのペルチェモジュール１の代表例の側面図が模式的に示されており、このペルチェモジュール１は、複数の素子嵌合孔３を有する絶縁性の素子配列基板３０の素子嵌合孔３に、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）を貫通嵌合して形成されている。Ｐ型とＮ型の熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の素子嵌合孔３への貫通方向の一端側と他端側には、それぞれ電極２が配置され、これらの電極２は対応するＰ型の熱電変換素子５ａの端面とＮ型の熱電変換素子５ｂの端面間に掛け渡して設けられており、図示されていない半田付け等により熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）に接合されている。

さらに、上記実施形態例では、電気ヒータ４はセラミックヒータとしたが、温度可変装置１１に適用される電気ヒータ４は、セラミックヒータとは限らず、適宜の電気ヒータ４を適用できるものであり、その配設数や配設態様も特に限定されるものでなく、適宜設定されるものである。

本発明に係る高低温度試験装置の一実施形態例の制御構成を模式的に示すブロック図である。 上記実施形態例の高低温度試験装置の外観構成を模式的に示す説明図である。 上記実施形態例の高低温度試験装置における温度可変装置の構成を説明するための図である。 上記実施形態例の高低温度試験装置を用いたヒートサイクル試験による温度試験対象物の温度変化の一例を模式的に示すグラフである。 ペルチェモジュールの代表例を模式的に示す説明図である。 ペルチェモジュールの熱的動作例を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１ １ａ，１ｂ ペルチェモジュール
４ 電気ヒータ
５，５ａ，５ｂ 熱電変換素子
６，７ 絶縁性基板
１１ 温度可変装置
１２ 対象物温度検出手段
１３ 温度制御装置
１４ 目標温度設定部
１５ 冷却加熱駆動制御手段
１９ 温度比較回路
２５ 遅延回路
２６ ペルチェ駆動回路
２７ ヒータ駆動回路
２８ ペルチェ端面温度検出手段

Claims (4)

1. 複数の熱電変換素子を接続して成る回路を有して、該回路に流す電流の向きに応じ、対向する一端側と他端側の一方の面を放熱面と成し他方の面を吸熱面と成すペルチェモジュールの一端側の面と、電気ヒータの放熱面とを互いに間隔を介して対向配置し、該間隔に配置される温度試験対象物を前記ペルチェモジュールと前記電気ヒータとにより間隔を介してまたは密接させて挟んで前記温度試験対象物の温度可変動作を前記ペルチェモジュールと前記電気ヒータの駆動により行う温度可変装置を形成し、前記温度試験対象物の温度を直接的または間接的に検出する対象物温度検出手段と、前記温度可変装置による温度可変動作の制御を行う温度制御装置とを設け、該温度制御装置は、前記温度試験対象物の温度制御の目標温度を設定する目標温度設定部と、該目標温度設定部により設定される目標温度と前記対象物温度検出手段により検出する検出温度との差を零に近づけるために、前記検出温度が前記目標温度よりも高い時には前記ペルチェモジュールの一端側の面が吸熱面となるようにペルチェモジュールを冷却側駆動して前記温度試験対象物を冷却し、前記検出温度が前記目標温度よりも低いときには前記検出温度が前記目標温度よりも低い予め定めた加熱制御基準温度に達するまでは前記ペルチェモジュールの一端側の面が放熱面となるようにペルチェモジュールを加熱側駆動すると共に前記電気ヒータを駆動して前記温度試験対象物の加熱を行い、前記検出温度が前記加熱制御基準温度に達した以降は前記ペルチェモジュールの駆動を停止して前記電気ヒータのみで前記温度試験対象物の加熱を行う冷却加熱駆動制御手段とを有することを特徴とする高低温度試験装置。
2. 複数の熱電変換素子を接続して成る回路を有して、該回路に流す電流の向きに応じ、対向する一端側と他端側の一方の面を放熱面と成し他方の面を吸熱面と成すペルチェモジュールの一端側の面と、電気ヒータの放熱面とを互いに間隔を介して対向配置し、該間隔に配置される温度試験対象物を前記ペルチェモジュールと前記電気ヒータとにより間隔を介してまたは密接させて挟んで前記温度試験対象物の温度可変動作を前記ペルチェモジュールと前記電気ヒータの駆動により行う温度可変装置を形成し、前記温度試験対象物の温度を直接的または間接的に検出する対象物温度検出手段と、前記ペルチェモジュールの一端側の面の温度を検出するペルチェ端面温度検出手段と、前記温度可変装置による温度可変動作の制御を行う温度制御装置とを設け、該温度制御装置は、前記温度試験対象物の温度制御の目標温度を設定する目標温度設定部と、該目標温度設定部により設定される目標温度と前記対象物温度検出手段により検出する検出温度との差を零に近づけるために、前記検出温度が前記目標温度よりも高い時には前記ペルチェモジュールの一端側の面が吸熱面となるようにペルチェモジュールを冷却側駆動して前記温度試験対象物を冷却し、前記検出温度が前記目標温度よりも低いときには前記ペルチェ端面温度検出手段により検出されるペルチェ端面温度が前記目標温度よりも低い予め定めたペルチェ加熱停止基準温度に達するまでは前記ペルチェモジュールの一端側の面が放熱面となるようにペルチェモジュールを加熱側駆動すると共に前記電気ヒータを駆動して前記温度試験対象物の加熱を行い、前記ペルチェ端面温度が前記ペルチェ加熱停止基準温度に達した以降は前記ペルチェモジュールの駆動を停止して前記電気ヒータのみで前記温度試験対象物の加熱を行う冷却加熱駆動制御手段とを有することを特徴とする高低温度試験装置。
3. 対象物温度検出手段による温度試験対象物の検出温度が目標温度より低い状態が予め定めた加熱側駆動開始判断基準時間以上継続したときに、ペルチェモジュールの加熱側駆動と電気ヒータの駆動を行うようにする加熱側駆動遅延回路と、前記検出温度が目標温度より高い状態が予め定めた冷却側駆動開始判断基準時間以上継続したときに、前記ペルチェモジュールの冷却側駆動を行うようにする冷却側駆動遅延回路の少なくとも一方を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の高低温度試験装置。
4. ペルチェモジュールを複数設けて、一方側のペルチェモジュールの吸熱面側と他方側のペルチェモジュールの放熱面側を隣接させて上下に重ね合わせて配置し、最上段のペルチェモジュールの上端と電気ヒータとを間隔を介して配置したことを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載の高低温度試験装置。

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