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

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Toshihiro Kimura
俊宏 木村
Masato Miyahara
眞人 宮原
Seiichi Tanaka
誠一 田中
Toshiki Sakamoto
俊貴 坂本
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Okano Electric Wire Co Ltd
岡野電線株式会社
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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)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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