(57)【要約】【課題】周囲温度に関係なく、ペルチェ素子の劣化を確実に検出することが可能な温度制御装置を提供する。【解決手段】記憶手段２４には、各周囲温度下において、正常状態にあるペルチェ素子１２による冷却動作または加熱動作が継続した動作継続時間に応じた正常動作時間が各周囲温度に対応付けて記憶されている。制御部２５は、冷却動作の開始時（ステップＳ１で「Ｙ」）には、その冷却動作継続時間の計測を開始し（ステップＳ２）、周囲温度検出手段２１から周囲温度を取り込んで、それに対応する上限正常動作時間を記憶手段２４から読み出す（ステップＳ３，４）。冷却動作の終了時（ステップＳ５で「Ｙ」）には、冷却動作の実動作継続時間と上限正常動作時間とを大小比較し、実動作継続時間が上限正常時間以上のときに（ステップＳ６で「Ｙ」）、異常判定信号を出力する（ステップＳ７）。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペルチェ素子及び制御温度検出手段を被制御部分に対して伝熱可能に配し、前記制御温度検出手段によって検出された制御温度が、予め設定された基準温度範囲より高いときには前記ペルチェ素子に冷却動作を行わせる一方で、前記制御温度が前記基準温度範囲より低いときには前記ペルチェ素子に前記加熱動作を行わせることで、前記被制御部分の温度が前記基準温度範囲内になるように温度制御を行う温度制御装置において、
周囲温度を検出する周囲温度検出手段と、
各周囲温度下において、正常状態にある前記ペルチェ素子による前記冷却動作または加熱動作が継続された動作継続時間に応じた正常動作時間が、前記各周囲温度に対応付けられて記憶される記憶手段と、
前記温度制御における前記冷却動作または加熱動作が継続された実動作継続時間を計測する実動作時間計測手段と、
前記加熱動作または冷却動作時において、前記周囲温度検出手段により検出された周囲温度に対応する前記正常動作時間を前記記憶手段から読み出して、この正常動作時間と前記動作計測手段による前記実動作継続時間とを比較し、この比較結果に応じた判定動作を行う異常判定手段とを備えていることを特徴とする温度制御装置。
【請求項２】
前記正常動作時間は、前記正常状態にある前記ペルチェ素子による前記冷却動作または加熱動作が継続された動作継続時間よりも所定の許容時間分だけ長い上限正常動作時間であって、
前記異常判定手段には、前記記憶手段から読み出された前記上限正常動作時間に対する前記実動作継続時間の割合に応じた検出動作を行う劣化状態検出手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被制御部分をペルチェ素子にて加熱又は冷却して、所定の基準温度範囲内になるように制御する温度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の温度制御装置は、例えばレーザダイオードのように温度に対する特性が著しく変化してしまうようなものにおいて、レーザダイオードの温度を一定に保ってその特性を安定化させる目的で備えられる。具体的には、レーザダイオードを冷却・加熱するペルチェ素子と、レーザダイオードの温度を検出するサーミスタと、このサーミスタによって検出される温度と予め定めた基準温度との温度差に応じてペルチェ素子に制御電流を流して冷却動作又は加熱動作を行わせる制御手段とから構成されている。
【０００３】
このペルチェ素子には、吸熱面と放熱面とがあり、一方の面が放熱作用によって被制御部分を加熱しているときは、他方の面は吸熱作用によって冷却している。また逆に、一方の面が吸熱作用によって被制御部分を冷却しているときは、他方の面は放熱作用によって加熱している。ペルチェ素子において、被制御部分を冷却・加熱する面が、放熱作用となるか吸熱作用となるかは、このペルチェ素子に与える制御電流の向きによって決まる。
【０００４】
そして、従来の温度制御装置では、被制御部分が予め設定された基準温度に対して低い場合には、駆動手段は、温度検出手段によって検出された温度と基準温度との温度差に基づいて、ペルチェ素子が加熱動作するように制御電流を与え、被制御部分が基準温度に対して高い場合には、駆動手段は、温度検出手段によって検出された温度と基準温度との温度差に基づいて、ペルチェ素子が冷却動作するように加熱動作の時とは逆方向に制御電流を与える。これによって、被制御部分の温度を一定の温度に安定させている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２５７３８６公報
【特許文献２】
特許第２９９６００７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記温度制御装置を長期に使用していると、ペルチェ素子が経時的に劣化してしまう。そうすると、ペルチェ素子は単位制御電流に対する吸熱量または放熱量が低下するため、例えば周囲温度と被制御部分との温度差が大きい場合には、被制御部分の温度を前記基準温度にさせることができず制御不能となるか、たとえ前記基準温度にさせることができたとしても消費電力が極めて大きくなるといった問題が生じる。また、特に周囲温度と被制御部分との温度差が小さい場合には、被制御部分の温度が基準温度になり見かけ上は正常に温度制御されていても、やはりペルチェ素子が劣化していない正常状態に比べて消費電力が増大し、このまま温度制御を続けると更にペルチェ素子の劣化を進行させてしまい結局制御不能となってしまうことも生じ得る。
【０００７】
なお、上記特許文献１には、被制御部分と周囲温度との温度差が大きくなって消費電力が増大することによってペルチェ素子の温度制御が不能できなくなることを未然に防止するために、ペルチェ素子に流れる制御電流量を監視し、それが所定値以上になったときに制御電流量を低減させるよう目標となる設定温度を再設定する構成のものが記載されている。
また、上記特許文献２には、ペルチェ素子の素子端での急激な温度上昇による破損を防止するために、ペルチェ素子の熱起電力を監視して、それが基準電圧より大きくなった場合に、ペルチェ素子への電流供給を停止させる構成のものが記載されている。しかしながら、何れの構成のものにおいても、ペルチェ素子の経時的劣化を直接的に検出することはできない。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、周囲温度に関係なく、ペルチェ素子の劣化を確実に検出することが可能な温度制御装置を提供するところにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明に係る温度制御装置は、ペルチェ素子及び制御温度検出手段を被制御部分に対して伝熱可能に配し、制御温度検出手段によって検出された制御温度が、予め設定された基準温度範囲より高いときにはペルチェ素子に冷却動作を行わせる一方で、制御温度が基準温度範囲より低いときにはペルチェ素子に加熱動作を行わせることで、被制御部分の温度が基準温度範囲になるように温度制御を行う温度制御装置において、周囲温度を検出する周囲温度検出手段と、各周囲温度下において、正常状態にあるペルチェ素子による冷却動作または加熱動作が継続された動作継続時間に応じた正常動作時間が、各周囲温度に対応付けられて記憶される記憶手段と、温度制御における冷却動作または加熱動作が継続された実動作継続時間を計測する実動作時間計測手段と、加熱動作または冷却動作時において、周囲温度検出手段により検出された周囲温度に対応する正常動作時間を記憶手段から読み出して、この正常動作時間と動作計測手段による実動作継続時間とを比較し、この比較結果に応じた判定動作を行う異常判定手段とを備えているところに特徴を有する。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の温度制御装置において、正常動作時間は、正常状態にあるペルチェ素子による冷却動作または加熱動作が継続された動作継続時間よりも所定の許容時間分だけ長い上限正常動作時間であって、異常判定手段には、記憶手段から読み出された上限正常動作時間に対する実動作継続時間の割合に応じた検出動作を行う劣化状態検出手段が設けられているところに特徴を有する。
【００１１】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１の発明＞
上述したように、ペルチェ素子が劣化すると、ペルチェ素子は単位制御電流に対する吸熱量または放熱量が低下するため、温度制御におけるペルチェ素子の冷却動作或いは加熱動作に要する時間が長くなる。しかも、周囲温度が異なれば、それだけ被制御部分以外の周囲に奪われる熱量も異なり、やはり冷却動作或いは加熱動作に要する時間に影響を与える。
【００１２】
そこで、本発明によれば、記憶手段に、各周囲温度下において、正常状態（正常な温度制御が実質的に行える状態）にあるペルチェ素子による冷却動作または加熱動作が継続した動作継続時間に応じた正常動作時間を、各周囲温度に対応付けて記憶しておく。次いで、例えば温度制御装置を起動させると、その温度制御における加熱動作または冷却動作時において周囲温度検出手段により周囲温度が検出されるとともに、実動作時間計測手段において冷却動作また加熱動作が継続された実動作継続時間が計測される。そして、異常判定手段により、検出された周囲温度に対応する正常動作時間が記憶手段から読み出され、この正常動作時間と実動作継続時間との比較結果に応じた判定動作が行われる。
【００１３】
このように、温度制御の実行において加熱動作或いは冷却動作が継続した時間が、ペルチェ素子の劣化に応じて変化することに着目し、それらの実動作継続時間と正常動作時間との比較に基づいて判定動作が行われるから、ペルチェ素子の劣化を検出することができる。しかも前記判定動作における正常動作時間は、周囲温度毎に対応付けられて記憶手段に記憶されたものから読み出されて設定されるから、周囲温度に関係なく、ペルチェ素子の劣化を確実に検出することができる。
【００１４】
＜請求項２の発明＞
本発明によれば、劣化状態検出手段によって、正常状態にあるペルチェ素子による冷却動作または加熱動作が継続した動作継続時間よりも所定の許容時間分だけ長い上限正常動作時間に対する実動作継続時間の割合に応じた出力信号が出力される。従って、例えば表示手段によって前記出力信号に応じた表示をさせることでペルチェ素子の劣化具合を事前に知ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
本実施形態で例示する温度制御装置は、図１に全体の構成が示されており、半導体レーザ光源１０（具体的には、レーザダイオード）を実装した回路基板１１を被制御部分として、その温度を制御するものである。
【００１６】
図１において、符号１２はペルチェ素子、符号１３は制御温度検出手段であり、これらは共に回路基板１１に取り付けられている。具体的には、ペルチェ素子１２は、回路基板１１のうち前記半導体レーザ光源１０に密着して取り付けられ、また、制御温度検出手段１３は、回路基板１１に実装したサーミスタ１４と抵抗１５との共通接続部分から出力線を延ばした分圧回路となっている。
符号１６の基準電圧回路は、抵抗１７，１８からなる分圧回路であり、本発明に係る「予め設定された基準温度範囲」に対応した基準電圧を出力する。なお、本実施形態において基準温度範囲は、例えば、２５℃に設定されている。即ち、本発明でいう「被制御部分の温度が基準温度範囲内になるように」とは、本実施形態では「回路基板１１の温度が基準温度（２５℃）になるように」ということを意味する。
【００１７】
前記制御温度検出手段１３と基準電圧回路１６との出力が比較回路１９の入力端子にそれぞれ与えられ、比較回路１９はその大小比較結果に応じた信号をペルチェドライバ２０に出力する。ペルチェドライバ２０は、ＩＣ（図示せず）を備えて、比較回路１９から受けた信号に基づき、ペルチェ素子１２に与える制御電流の向きを切り換えることで、ペルチェ素子１２に冷却動作と加熱動作とを選択的に行わせる。また、制御温度検出手段１３と基準電圧回路１６との出力レベルが同レベルであるとき、即ち、回路基板１１の温度（本発明でいう「制御温度」に相当）が基準温度に一致しているときには比較回路１９からの信号レベルがゼロとなりペルチェ素子１２への制御電流供給を停止させる。
【００１８】
以上の構成により、回路基板１１の温度が前記基準温度に対して低い場合には、比較回路１９からの所定レベルの信号がペルチェドライバ２０に与えられてペルチェ素子１２が加熱動作するように制御電流が供給される。これに対して、回路基板１１の温度が基準温度に対して高い場合には、比較回路１９から反転した信号がペルチェドライバ２０に与えられてペルチェ素子１２が冷却動作するように上記加熱動作時とは逆向きに制御電流が供給される。
【００１９】
ここで、回路基板１１をペルチェ素子１２によって冷却・加熱して、基準温度に近づけていくと、例えば、図２（Ａ）に示すように、やがて回路基板１１の温度が基準温度に達する。しかし、回路基板１１の温度は、基準温度に瞬間的に一致したとしても、その基準温度で即安定するのではなく、惰性でその温度を通り過ぎていく。すると、回路基板１１の温度は基準温度に対して、先の状態とは逆の状態となり、基準温度より高い温度となるため、制御温度検出手段１３によって検出された制御温度と基準温度との温度差に基づいた制御電流でもって、ペルチェ素子１２が冷却制御されることになる。さらに、この冷却制御によって、回路基板１１を冷却すると、また基準温度を通り過ぎてしまい、温度が基準温度よりも低くなるために再度加熱制御し、基準温度付近で冷却と加熱の繰り返し制御が行われる。
このようにして、回路基板１１がほぼ一定の温度に維持されるのである。
【００２０】
さて、本実施形態の温度制御装置には、周囲温度検出手段２１、記憶手段２４と制御部２５とが備えられている。このうち、周囲温度検出手段２１は、抵抗２２とサーミスタ２３とが直列接続されており、周囲温度に応じて変化するサーミスタ１８の負荷電圧が制御部２５に与えられるようになっている。次に、記憶手段２４には、本発明でいう「正常動作時間」が各周囲温度に対応付けられて記憶されている。本実施形態では、例えば、各周囲温度下において、ペルチェ素子１２が劣化前の正常状態で温度制御装置を駆動させ、例えば図５（Ａ）に示すように、起動開始から回路基板１１が基準温度に達した後に順次繰り返される各冷却動作継続時間を測定し、この冷却時間に、所定に許容時間加えたものを前記正常動作時間としている。この冷却動作継続時間は周囲温度によっても変化するから各周囲温度下で温度制御を実行させてそれぞれの冷却動作継続時間を測定する。ここで、被制御部分が発熱体であるときは、発熱状態にして冷却動作継続時間を測定する。つまり、本実施形態の場合は、半導体レーザ光源１０の出力をオンした状態で冷却動作継続時間を測定することになる。なお、この冷却動作継続時間は、例えば比較回路１９から出力される信号レベルを監視し、ペルチェ素子１２に冷却動作をさせるための信号が出力されてからそのレベルが反転するまでの時間を計測することで得ることができる。
【００２１】
続いて、制御部２５は、本発明の異常判定手段及び劣化状態検出手段として機能し、図３のフローチャートに示す制御を実行する。制御部２５は、ステップＳ１において、例えば比較回路１９からの信号レベルに基づき冷却動作が開始されたか否かを検知し、開始されたとき（ステップＳ１で「Ｙ」）には、その冷却動作継続時間の計測を開始する（ステップＳ２）。それとともに、周囲温度検出手段２１から得られるサーミスタ２３の負荷電圧レベルに基づいて周囲温度を取り込んで、それに対応する上限正常動作時間を記憶手段２４から読み出す（ステップＳ３，４）。そして、比較回路１９からの信号レベルがゼロになるか或いは反転して冷却動作が終了したとき（ステップＳ５で「Ｙ」）には、ステップＳ６で、その冷却動作の実動作継続時間と上限正常動作時間とを大小比較する。ここで、実動作継続時間が上限正常時間以上となっているとき（ステップＳ６で「Ｙ」）には、正常な温度制御ができない程度にペルチェ素子１２が劣化している異常状態になっているとみなして異常判定信号を出力する（ステップＳ７）。そして、例えば制御部２５は、この異常判定信号をペルチェドライバ２０に与えて比較回路１９からの信号レベルに拘わらずペルチェ素子１２への電流供給を停止させるとともに、図示しない報知手段を駆動（例えば表示灯を点灯）させる。従って、この場合、制御部２５は本発明の「異常判定手段」として機能することになる。
【００２２】
一方、実動作継続時間が上限正常時間未満となっているとき（ステップＳ６で「Ｎ」）には、例えば上限正常時間に対する実動作継続時間の割合が所定の基準値になっていることを条件に、まもなく前記異常状態になるとみなして出力信号を出力する。そして、この出力信号に基づいて例えば前記表示灯の表示態様を変化させたり、或いは表示部を設けて前記割合をパーセント表示させるなど、やはり図示しない報知手段を駆動させる（ステップＳ８）。従って、この場合、制御部２５は本発明の「劣化状態検出手段」として機能することになる。
【００２３】
ここで、ペルチェ素子１２が劣化してくると、ペルチェ素子１２は単位制御電流に対する吸熱量が低下するため、図２（Ｂ）に示すように、温度制御におけるペルチェ素子１２の各冷却動動作継続時間が長くなる。そして、この冷却動作継続時間が上限正常動作時間以上になったときには、制御部２５から異常判定信号が出力されて所定の報知処理がなされる。しかも、上記したように制御部２５の判定動作における上限正常動作時間は、周囲温度毎に対応付けられて記憶手段２４に記憶されたものから読み出されて設定されるから、周囲温度に関係なく、ペルチェ素子１２の劣化を確実に検出することができる。
更に、冷却動作継続時間が上限正常動作時間未満であっても、上限正常時間に対する実動作継続時間の割合に基づいて所定の報知処理がなされるから、それによってペルチェ素子１２の劣化具合を事前に知ることができる。
【００２４】
＜他の実施形態＞
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）前記実施形態では、基準温度範囲は１つの値（２５℃）としたが、これに限らず、所定の上限温度及び下限温度によって挟まれる所定の温度範囲であっても良い。
（２）前記実施形態では、冷却動作についてその実動作継続時間および正常動作時間に基づき異常判定等を行う構成としたが、加熱動作についてその実動作継続時間および正常動作時間に基づき異常判定等を行う構成であっても良い。
（３）前記実施形態では、起動開始から回路基板１１が基準温度に達した後に順次繰り返される冷却動作の動作継続時間に基づき異常判定等を行う構成としたが、これに限らず、温度制御装置の起動時から開始される冷却動作或いは加熱動作についてその動作継続時間を計測し、これに対応する正常動作時間との比較に基づいて判定動作等を行う構成であっても良い。
（４）前記実施形態では、回路基板１１を被制御部分としたものを例示したが、被制御部分は必ずしも回路基板等の電気製品でなくてもよく、また、発熱するものでなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る温度制御装置のブロック図
【図２】回路基板の温度変化と冷却動作との関係を示すグラフ
【図３】制御部の制御内容を示すフローチャート
【符号の説明】
１１…回路基板（被制御部分）
１２…ペルチェ素子
１３…制御温度検出手段
１９…比較回路
２１…周囲温度検出手段
２４…記憶手段
２５…制御部（異常判定手段及び劣化状態検出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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