(57)【要約】【課題】ペルチェ素子を、発生する熱量で制御できるようにして、広い範囲で温度を安定させる。【解決手段】ペルチェ素子と、温度センサと、制御回路とから構成されるペルチェ素子の温度制御装置において、ペルチェ素子（３４）の温度を検出する温度検出手段（４０）と、一定電圧の電源を供給する定電圧電源手段と、供給された電源を降圧してペルチェ素子に印加する電圧印加手段（６２Ｂ）と、定電圧電源手段が流す電流を検出する電流検出手段（６６）と、検出した電流と前記電圧印加手段で印加した電圧に基づいて、ペルチェ素子の発熱面と吸熱面の温度差を算出する温度差算出手段（５２）と、算出した温度差と前記温度検出手段が検出した温度に基づいて、所望の熱量を発生するように前記電圧印加手段に印加電圧を指示する熱量制御手段（５６）とを設ける。【選択図】図４
2005273920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペルチェ素子と、温度センサと、制御回路とから構成されるペルチェ素子の温度制御装置において、
ペルチェ素子の温度を検出する温度検出手段と、
一定電圧の電源を供給する定電圧電源手段と、
供給された電源を降圧してペルチェ素子に印加する電圧印加手段と、
定電圧電源手段が流す電流を検出する電流検出手段と、
検出した電流と前記電圧印加手段で印加した電圧に基づいて、ペルチェ素子の発熱面と吸熱面の温度差を算出する温度差算出手段と、
算出した温度差と前記温度検出手段が検出した温度に基づいて、所望の熱量を発生するように前記電圧印加手段に印加電圧を指示する熱量制御手段と、
を備えたことを特徴とするペルチェ素子の温度制御装置。
【請求項２】
前記熱量制御手段は、所望の熱量を発生するように、吸熱の際にはペルチェ効果に基づいて演算し、発熱の際にはペルチェ効果とジュール熱に基づいて演算することを特徴とする請求項１に記載のペルチェ素子の温度制御装置。
【請求項３】
前記熱量制御手段は、更に、発生する熱量を熱量制限値以内に制限する熱量制御手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のペルチェ素子の温度制御装置。
【請求項４】
前記熱量制御手段は、更に、所望の熱量を発生するためにペルチェ素子に流す電流値を算出した後に、算出した電流値が前記熱量制限値と共にベルチェ素子の許容電流値を超えないように制限する手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載のペルチェ素子の温度制御装置。
【請求項５】
前記熱量制御手段は、ペルチェ素子に流す電流値をペルチェ素子に印加する電圧値に変換する際に、ゼーベック効果による熱起電力に基づいて変換することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のペルチェ素子の温度制御装置。
【請求項６】
前記温度差算出手段は、温度差を算出する際に、ゼーベック効果による熱起電力に基づいて算出することを特徴とする請求項１に記載のペルチェ素子の温度制御装置。
【請求項７】
前記電圧印加手段は、前記定電圧電源手段が供給する定電圧をパルス幅変調（ＰＷＭ）スイッチングにより降圧する手段と、印加する電圧の極性を正と負のどちらか選択する手段と、どちらの極性であってもＰＷＭスイッチングがゼロボルトスイッチング（ＺＶＳ）となるようにする転流回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載のペルチェ素子の温度制御装置。
【請求項８】
前記温度検出手段が検出した温度に基づいて、温度を維持あるいは変更するために前記熱量制御手段に必要な熱量を指示する温度制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のペルチェ素子の温度制御装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載のペルチェ素子の温度制御装置を備えたことを特徴とする分析機用恒温装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分析機用恒温装置に係り、特に、酵素免疫反応測定で用いられる、試料を収容する多数のウェルが設けられたマイクロプレートを、ペルチェ素子を用いて加熱あるいは冷却して反応を促進させる際に用いるのに好適な、ペルチェ素子の温度制御装置、及び、これを用いた分析機用恒温装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
病原菌の感染検査法の一種として、酵素免疫反応測定がある。この測定では、例えば特許文献１に記載されているように、マイクロプレートが用いられる。
【０００３】
マイクロプレート１０は、図１（ａ）（平面図）、（ｂ）（側面図）、（ｃ）（図１（ｂ）のｃ−ｃ線に沿う断面図）に示す如く、例えばポリスチレン等の合成樹脂からなる平板状の成形品であり、長さｌが１２７ｍｍ、幅ｗが８５ｍｍ、高さｈが１５ｍｍ程度の大きさである。又、マイクロプレート１０には、試料を入れるための直径７ｍｍ程度のウェル１２が、例えば１２×８＝９６個設けられている。
【０００４】
各ウェル１２には、基本的には別々の検体（血液等）が注入される。そして、ウェル１２内で検体と試薬が混合されて、反応後の吸光度や発光度を測定して、陰性又は陽性の感染判定が行なわれる。ここで言う「試料」とは、この検体と試薬との混合物のことである。
【０００５】
ところで、酵素免疫反応測定では、マイクロプレート１０を加熱あるいは冷却する反応工程が含まれている。反応工程の温度は、４℃から３７℃といった範囲の中から、反応を促進する温度が選ばれる。この工程は、例えば図２に示す如く、標準液又は検体滴下後３７℃を６０分、酵素標識抗体滴下後３７℃を６０分、基質液滴下後２５℃（室温）を２０分といったように、１回の測定で数回行なわれる。
【０００６】
従来の恒温装置においては、加熱あるいは冷却するための熱電変換素子として、次のようなものが用いられていた。
【０００７】
（１）温度が室温より高く一定であればヒータ（特許文献１参照）。
【０００８】
（２）温度が室温より下回る場合や、ヒートサイクルのように短時間で温度を変更する必要があればペルチェ素子（特許文献２乃至５参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開平７−２６０６４８号公報
【特許文献２】特開２０００−３０５６３２号公報
【特許文献３】特開２００１−３３６８５３号公報
【特許文献４】特開２００２−３４１９４８号公報
【特許文献５】特許第２９３８７２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、（１）のヒータを用いた恒温装置においては、短時間で温度が変えられず、使用できる測定項目や反応工程が限られる。
【００１１】
（２）のペルチェ素子を用いた恒温装置は、発生熱量と周囲温度と恒温装置内の温度等の諸条件により、発熱面と吸熱面に温度差が生じ、変動することによって、（ａ）ペルチェ素子内で発熱と吸熱が打ち消されて、同じ電流量でも発生熱量が変化するために、制御特性が一定せず、温度が安定しない、（ｂ）ゼーベック効果での熱起電力により、同じ電流量でも消費電力が変化するために、供給電力の大きい高価な電源装置が必要等の問題があった。
【００１２】
更に、ペルチェ素子の駆動においては、（ｃ）温度を調整するためのスイッチングによりノイズが生じ、測定結果の信頼性が低下する、（ｄ）発熱と停止の繰り返しにより、発熱面と吸熱面間の熱ストレスでペルチェ素子が破損する等の問題があった。
【００１３】
又、分析装置においては、（ｅ）温度の異なる反応工程を繰り返すヒートサイクルのために、熱ストレスでペルチェ素子の寿命が短くなる、（ｆ）急激に温度変更を行なうと、試料の温度が設定温度を超えて変質する、（ｇ）複数の恒温装置を設けると、スイッチングのオンが重なり、電源装置のピーク電流が大となる等の問題があった。
【００１４】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、ペルチェ素子を用いた温度制御に際し、広い範囲で温度を安定させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、ぺルチェ素子と、温度センサと、制御回路とから構成されるペルチェ素子の温度制御装置において、ぺルチェ素子の温度を検出する温度検出手段と、一定電圧の電源を供給する定電圧電源手段と、供給された電源を降圧してぺルチェ素子に印加する電圧印加手段と、定電圧電源手段が流す電流を検出する電流検出手段と、検出した電流と前記電圧印加手段で印加した電圧に基づいて、ぺルチェ素子の発熱面と吸熱面の温度差を算出する温度差算出手段と、算出した温度差と前記温度検出手段が検出した温度に基づいて、所望の熱量を発生するように前記電圧印加手段に印加電圧を指示する熱量制御手段とを備えることにより、前記課題を解決したものである。
【００１６】
又、前記熱量制御手段は、所望の熱量を発生するように、吸熱の際にはぺルチェ効果に基づいて演算し、発熱の際にはぺルチェ効果とジュール熱に基づいて演算するようにしたものである。
【００１７】
前記熱量制御手段は、更に、発生する熱量を熱量制限値以内に制限する熱量制御手段を備えたものである。
【００１８】
前記熱量制御手段は、更に、所望の熱量を発生するためにペルチェ素子に流す電流値を算出した後に、算出した電流値が前記熱量制限値と共にベルチェ素子の許容電流値を超えないように制限する手段を備えたものである。
【００１９】
又、前記熱量制御手段は、ペルチェ素子に流す電流値をペルチェ素子に印加する電圧値に変換する際に、ゼーベック効果による熱起電力に基づいて変換するようにしたものである。
【００２０】
又、前記温度差算出手段は、温度差を算出する際に、ゼーベック効果による熱起電力に基づいて算出するようにしたものである。
【００２１】
又、前記電圧印加手段は、前記定電圧電源手段が供給する定電圧をパルス幅変調（ＰＷＭ）スイッチングにより降圧する手段と、印加する電圧の極性を正と負のどちらか選択する手段と、どちらの極性であってもＰＷＭスイッチングがゼロボルトスイッチング（ＺＶＳ）となるようにする転流回路を備えたものである。
【００２２】
又、前記温度検出手段が検出した温度に基づいて、温度を維持あるいは変更するために前記熱量制御手段に必要な熱量を指示する温度制御手段を備えたものである。
【００２３】
本発明は、又、前記ペルチェ素子の温度制御装置を備えたことを特徴とする分析機用恒温装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、発生する熱量でペルチェ素子を制御することができるので、広い範囲で温度を安定させることが可能となる。
【００２５】
特に、発生する熱量を熱量制限値以内に制限するようにした場合には、ペルチェ素子に加わる熱ストレスを軽減して、寿命を延ばすと共に、温度を緩慢に変化させることで、試料の変質を防ぐことができる。
【００２６】
又、スイッチングがＺＶＳとなるようにした場合には、サージノイズが発生することがなく、測定結果の信頼性を大幅に向上できる。又、ペルチェ素子の電流がスイッチングによって断続することがなく、熱ストレスによる破損を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下図面を参照して、酵素免疫反応で用いられるインキュベータに適用した、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２８】
図３は、本発明の実施形態を示すインキュベータ３０の構成図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図である。図３において、３２は熱伝導ブロック、３４はペルチェ素子、３６は放熱板、３８は断熱材、４０は、ペルチェ素子３４の上面温度と略同じ熱伝導ブロック３２の下面温度を検出するための温度センサである。
【００２９】
図４は本実施形態の機能ブロック図である。図４において、５０は、比例・積分・微分（ＰＩＤ）コントローラ５２、電流検出アナログ−ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）５４、ペルチェコントローラ５６及び前記温度センサ４０の出力により温度を検出する温度検出Ａ／Ｄ５８を含む温度制御部である。６０は、前記ペルチェコントローラ５６の出力が入力されるＦＥＴドライバ６２、該ＦＥＴドライバ６２の出力が入力されるＺＶＳ−Ｈブリッジ回路６４、及び、電流検出部６６を含む駆動回路であり、７０は電源部である。
【００３０】
図５は、前記ペルチェコントローラ５６の動作を示す流れ図である。
【００３１】
前記駆動回路６０は、具体的には、図６に示す如く、構成されている。即ち、前記ＦＥＴドライバ６２は、ロジック回路６２Ａとドライバ回路６２Ｂで構成される。
【００３２】
前記ＺＶＳ−Ｈブリッジ回路６４は、４個のＭＯＳＦＥＴ６４Ａ〜ＤによるＨブリッジと、ＬＣによる駆動電源用のＬＰＦ（ローパスフィルタ）回路６４Ｅと、ＬＣによるペルチェ素子出力用のＬＰＦ回路２組（６４Ｆ、６４Ｇ）と、可飽和インダクタとＬＣによる転流回路２組（６４Ｈ、６４Ｉ）で構成される。
【００３３】
前記電流検出部６６は、電流検出抵抗６６Ａと電圧増幅アンプ６６Ｂで構成される。
【００３４】
前記ドライバ回路６２Ｂは、具体的には図７に示す如く構成されており、図８に示すような入出力タイミングで動作する。
【００３５】
以上の構成において、酸素免疫反応測定を例に説明すると、反応工程に先立って、図示しない上位コントローラから温度制御部５０のＰＩＤコントローラ５２に設定温度が指令される。このＰＩＤコントローラ５２の動作は、一般的な比例・積分・微分（ＰＩＤ）演算である。熱伝導ブロック３２に設けられた温度センサ４０により検出した温度（電圧）は、温度検出Ａ／Ｄ５８にてディジタル値に変換され、ＰＩＤコントローラ５２に送られる。本例では高精度な温度データが得られるように１秒毎に変換され送られる。
【００３６】
ＰＩＤコントローラ５２は、温度データを受け取ると演算を行ない、演算結果として熱量の差ΔＱデータをペルチェコントローラ５６に送る。
【００３７】
ペルチェコントローラ５６は、受け取った熱量の差ΔＱを加算し、この合計した熱量Ｑを発生するようにペルチェ素子３４を制御する。この動作の詳細を図５の流れ図に沿って説明する。
【００３８】
動作を開始すると、ステップＳ１で制御熱量Ｑを０に初期設定する。
【００３９】
次にステップＳ２で、デューティＤｔと検出電流Ｉｒに０を初期設定する。
【００４０】
次にステップＳ３で、デューティＤｔの値（＝０）をデューティパルスとして、ＦＥＴドライバ６２のＰＷＭ信号に継続出力する。デューティパルスの繰り返し周期Ｔｃｙｃは本例では１８μＳとしている。
【００４１】
ここで、図６を参照して、駆動回路６０の動きを説明する。
【００４２】
前記ＦＥＴドライバ６２は、ＣＯＯＬ信号あるいはＨＯＴ信号とＰＷＭ信号の組合せで、ＺＶＳ−Ｈブリッジ回路６４のＭＯＳＦＥＴ６４Ａ〜Ｄを駆動する。
【００４３】
ここでは、ＺＶＳ（ゼロボルトスイッチング）の動作を、ＣＯＯＬ信号がＨｉｇｈでＨＯＴ信号がＬｏｗとして説明する。
【００４４】
ＰＷＭ信号がゲートにより反転されて、図８の入出力タイミングに示すＸＬＩの波形となる。ここでＸＬＩ、ＸＬＯ、ＸＨＯのＸはＡ又はＢを示す。すなわちＡＬＩ（ＸＬＩ）の入力波形でＡＬＯ（ＸＬＯ）とＡＨＯ（ＸＨＯ）の出力波形となり、ＢＬＩ（ＸＬＩ）の入力波形でＢＬＯ（ＸＬＯ）とＢＨＯ（ＸＨＯ）の出力波形となる。図７のＢＬＩがＨｉｇｈからＬｏｗになると、ＢＬＯがＬｏｗ（下側ＭＯＳＦＥＴ６４Ｂがオフ）になり、ターンオンディレイ後、ＢＨＯがＨｉｇｈ（上側ＭＯＳＦＥＴ６４Ａがオン）になる。次に、ＢＬＩがＬｏｗからＨｉｇｈになると、ＢＨＯがＬｏｗになり、ターンオンディレイ後、ＢＬＯがＨｉｇｈになる。このとき、Ｈブリッジ反対側のＡＬＯはＨｉｇｈ（下側ＭＯＳＦＥＴ６４Ｄがオン）で、ＡＨＯはＬｏｗ（上側ＭＯＳＦＥＴ６４Ｃがオフ）で一定となる。
【００４５】
このＢＨＯとＢＬＯによる上側ＭＯＳＦＥＴ６４Ａと下側ＭＯＳＦＥＴ６４Ｂの交互オンにより、転流回路６４Ｈへの電流の流入と流出が生じる。そして、ターンオンディレイ期間は上下ＭＯＳＦＥＴ共オフになるので、上側ＭＯＳＦＥＴ６４Ａについては、ＢＬＯがＨｉｇｈからＬｏｗになる際に、転流回路からの流出電流がソース電位をドレイン電位まで持ち上げる。従って、ドレイン−ソース間電位が０Ｖの状態でオンになる。一方、下側ＭＯＳＦＥＴ６４Ｂについては、ＢＨＯがＨｉｇｈからＬｏｗになる際に、転流回路への流入電流がダイオードを通って回流する。従って、ドレイン−ソース間電位が０Ｖの状態でオンになる。
【００４６】
ペルチェ素子３４の電流極性を逆にする場合は、ＣＯＯＬ信号とＨＯＴ信号を反転させる。そうすると、下側ＭＯＳＦＥＴ６４Ｂ、６４Ｄと上側ＭＯＳＦＥＴ６４Ａ、６４Ｃと転流回路６４Ｈ、６４Ｉが入れ替わり、上記と同じ動作となる。
【００４７】
ペルチェ素子３４の駆動については、ＰＷＭ信号がＨｉｇｈの期間、上側ＭＯＳＦＥＴ６４Ａ、６４Ｃがオンになり、デューティＤｔに比例した電圧Ｖｐが印加される。
【００４８】
デューティＤｔは、
Ｄｔ＝Ｔｏｎ／Ｔｃｙｃ                …（１）
Ｔｏｎ：オン期間
と表わされ、ペルチェ印加電圧Ｖｐは、
Ｖｐ＝Ｖｓ×Ｄｔ                      …（２）
Ｖｓ：駆動電源電圧
と表わされる。
【００４９】
図５によるペルチェコントローラ５６の動作説明に戻る。
【００５０】
ステップＳ４では、電流データを受け取ったか否かを確認する。電流検出部６６の出力する電圧は、ＺＶＳ−Ｈブリッジ回路６４に流れた電流を示す。この電圧は電流検出Ａ／Ｄ５４でディジタル値に変換され、ペルチェコントローラ５６に電流データとして送られる。本例では、１００μＳ毎に変換され送られる。電流データを受けていればステップＳ５に分岐する。
【００５１】
ステップＳ５では、電流データを検出電流Ｉｒに設定する。
【００５２】
次にステップＳ６で、熱量データを受け取ったか否かを確認する。この熱量データがＰＩＤコントローラ５２から送られる熱量の差ΔＱである。受け取っていればステップＳ７に進み、いなければステップＳ４に戻る。
【００５３】
ステップＳ７では、制御熱量Ｑに熱量データΔＱを加算する。
【００５４】
次にステップＳ８では、温度データからペルチェ係数Πを求める。この温度データは、温度検出Ａ／Ｄ５８からＰＩＤコントローラ５２に送られた温度データと同じものである。ペルチェ係数Πは、温度に依存するペルチェ素子固有の値で、電流値を積算することで、ペルチェ素子の発熱面と吸熱面に温度差が無い場合の発生熱量が求まる。本例では、素子メーカから与えられるデータに基づき、ペルチェ係数Πは温度Ｔに対応させたデータテーブルΠ［Ｔ］として、予め用意している。
【００５５】
次にステップＳ９で、制御熱量Ｑが熱量制限を越えたかどうかを確認する。熱量制限は、加熱用ＱｐＬｉｍと吸熱用ＱｍＬｉｍが設けられて、ペルチェ素子や電源の制約等、熱量の制限を必要とする場合に制限値が設定される。通常の制御では、９９９と−９９９（Ｗ）が設定され無制限とする。制限を超えていればステップＳ１０に分岐する。ステップＳ１０では、制御熱量Ｑに熱量制限値を設定する。
【００５６】
次にステップＳ１１で、デューティＤｔが０か否かを確認する。０でステップＳ１２、０以外であればステップＳ１３に分岐する。
【００５７】
ステップＳ１２では、熱起電力Ｖｔに０を設定する。
【００５８】
ステップＳ１３では、デューティＤｔと検出電流Ｉｒから熱起電力Ｖｔを求める。
【００５９】
ペルチェ素子３４が消費した電力Ｗｐを、
Ｗｐ＝Ｖｓ×Ｉｒ×Ｅｂ            …（３）
Ｅｂ：回路の効率
ペルチェ素子３４に加えた電圧Ｖｐを、
Ｖｐ＝Ｖｓ×Ｄｔ                  …（４）
ペルチェ素子３４に流れた電流Ｉｐを、
Ｉｐ＝Ｗｐ／Ｖｐ                  …（５）
として、熱起電力Ｖｔは、
Ｖｔ＝Ｖｐ−Ｉｐ×Ｒｐ            …（６）
Ｒｐ：ペルチェ素子３４の抵抗値
で求められる。
【００６０】
次にステップＳ１４で、ゼーベック係数Ｓから温度差ΔＴを求める。ゼーベック係数Ｓはペルチェ素子固有の値で、発熱面（熱伝導ブロック３２側）と、放熱面（放熱板３４側）の温度差ΔＴを積算することで、熱起電力Ｖｔ（Ｖ）が求まる。従って、温度差ΔＴは、
ΔＴ＝Ｖｔ／Ｓ                    …（７）
となる。
【００６１】
次にステップ１５で、温度差ΔＴからペルチェ素子３４に電流を流さない場合（Ｉｐ＝０）の熱量Ｑｚを求める。熱量Ｑｚはペルチェ素子固有の熱伝導λｐにより生ずるものである。本例では、この熱量Ｑｚは、温度差ΔＴに対応させたデータテーブルＱｚ［ΔＴ］を予め計算して用意している。
【００６２】
次にステップＳ１６で、制御熱量Ｑと熱量Ｑｚを比較する。制御熱量Ｑが熱量Ｑｚ以下であれば吸熱（冷却）としてステップＳ１７に分岐し、熱量Ｑｚより大であれば加熱としてステップＳ２４に分岐する。ここでは吸熱だとしてステップＳ１７に進む。
【００６３】
ステップＳ１７では、ペルチェ効果によって発生する熱量と熱伝導により失われる熱量から、ペルチェ素子３４を駆動する電流値Ｉｐを求める。ここで熱伝導λｐは定数ｅ、ｆにより電流の１次式として近似させたものである。
【００６４】
即ち、熱伝導λｐを、
λｐ＝ｅ×Ｉｐ＋ｆ                …（８）
として、吸熱時の熱量Ｑは、
Ｑ＝Π×Ｉｐ−ΔＴ×λｐ          …（９）
で求められるから、ペルチェ素子駆動電流Ｉｐは、
Ｉｐ＝（Ｑ＋ΔＴ×ｆ）／（Π＋ΔＴ×ｅ）    …（１０）
となる。
【００６５】
次にステップＳ１８で、温度差ΔＴから制限電流ＩＬｉｍを求める。制限電流ＩＬｉｍは、ペルチェ素子３４に流せる最大電流値と、電源部７０の電力供給能力から求める最大電流値のどちらか小さい方である。電源供給能力による最大電流値は、ペルチェ素子３４の消費電力Ｗｐを、
Ｗｐ＝Ｉｐ2×Ｒｐ＋Ｖｔ×Ｉｐ              …（１１）
として算出する。本例では、制限電流ＩＬｉｍは、温度差ΔＴに対応させたデータテーブルＩＬｉｍ［ΔＴ］として予め計算して用意している。
【００６６】
次にステップＳ１９で、駆動電流Ｉｐが制限電流ＩＬｉｍを越えるか否かを判定する。越えていなければステップＳ２３に、越えていればステップＳ２０に分岐する。ここでは、越えているとしてステップＳ２０に進む。
【００６７】
ステップＳ２０では、駆動電流Ｉｐに制限電流ＩＬｉｍの値を設定する。
【００６８】
次にステップＳ２１で、温度差ΔＴから熱伝導λｐにより失われる熱量ＱＬｉｍを求める。熱量ＱＬｉｍは制限電流ＩＬｉｍの値で算出する。本例では、この熱量は温度差ΔＴに対応させたデータテーブルＱＬｉｍ［ΔＴ］として予め用意している。
【００６９】
次にステップＳ２２で、駆動電流Ｉｐのペルチェ効果により発生する熱量と、熱伝導λｐにより失われる熱量から、次式により制御熱量Ｑを求める。
【００７０】
Ｑ＝Π×Ｉｐ−ＱＬｉｍ              …（１２）
【００７１】
次にステップＳ２３では、ペルチェ素子３４が吸熱となるように、ＦＥＴドライバ６２のＣＯＯＬ信号をＨｉｇｈに、ＨＯＴ信号をＬｏｗに設定出力する。次にステップＳ３１に進む。
【００７２】
一方、ステップＳ１６で加熱としてステップＳ２４に進んだ場合は、吸熱と同様にステップＳ３０までの処理を行なう。
【００７３】
ステップＳ２４からＳ３０までの処理で吸熱との相違点は、以下のとおりである。
【００７４】
ステップＳ２４では、ペルチェ効果とジュール熱により発生する熱量と、熱伝導により失われる熱量から駆動電流Ｉｐを求める。
【００７５】
即ち、加熱時の発生熱量Ｑ、
Ｑ＝Ｉｐ2×Ｒｐ＋Π×Ｉｐ−ΔＴ×λｐ    …（１３）
から、ペルチェ駆動電流Ｉｐは、
Ａ＝Ｒｐ
Ｂ＝Π−ΔＴ×ｅ
Ｃ＝−ΔＴ×ｆ−Ｑ
Ｄ＝Ｂ2−４×Ａ×Ｃ
として、
Ｄ＜０で、    Ｉｐ＝０                            …（１４）
Ｄ≧０で、    Ｉｐ＝（−Ｂ＋√Ｄ）／（２×Ａ）    …（１５）
となる。
【００７６】
ステップＳ２９では、駆動電流Ｉｐ（＝ＩＬｉｍ）のペルチェ効果とジュール熱により発生する熱量と、熱伝導λｐにより失われる熱量から、次式により制御熱量Ｑを求める。
【００７７】
Ｑ＝Ｉｐ2×Ｒｐ＋Π×Ｉｐ−ＱＬｉｍ                …（１６）
【００７８】
ステップＳ３０では、ペルチェ素子３４が加熱となるように、ＦＥＴドライバ６２のＣＯＯＬ信号をＬｏｗに、ＨＯＴ信号をＨｉｇｈに設定出力する。次にステップＳ３１に進む。
【００７９】
ステップＳ３１では、熱起電力Ｖｔと駆動電流Ｉｐから、次式によりデューティＤｔを求める。
【００８０】
Ｄｔ＝（Ｖｔ＋Ｉｐ×Ｒｐ）／Ｖｓ                  …（１７）
【００８１】
次にステップＳ３２で、デューティＤｔの絶対値をデューティパルスに変換して、ＦＥＴドライバ６２のＰＷＭ信号に継続出力する。
【００８２】
以後、ステップＳ４からＳ３２までを繰り返す。
【００８３】
本実施形態においては、所望の熱量を発生するように、吸熱の際にはペルチェ効果に基づいて演算し、発熱の際にはペルチェ効果とジュール熱に基づいて演算するようにしたので、熱量を簡単且つ的確に計算することができる。なお、熱量を計算する方法はこれに限定されない。
【００８４】
又、本実施形態では、発生する熱量を熱量制限値以内に制限するようにしたので、ペルチェ素子に加わる熱ストレスを軽減して寿命を延ばすことができると共に、温度を緩慢に変化させることで、試料の変質を防ぐことができる。なお、ペルチェ素子の特性や用途によっては、熱量制限を省略することも可能である。
【００８５】
又、本実施形態では、所望の熱量を発生するためにペルチェ素子に流す電流値を算出した後に、算出した電流値が前記熱量制限値と共にペルチェ素子の許容電流値を越えないよう制限するようにしたので、ペルチェ素子を保護すると共に、安価な電源装置を用いることができる。なお、ペルチェ素子の消費電力に基づく第一の熱量制限手段に加えて、熱量制限値を変更可能な第二の熱量制限手段を設けることもできる。
【００８６】
又、本実施形態においては、ペルチェ素子に流す電流値をペルチェ素子に印加する電圧値に変換する際に、ゼーベック効果による熱起電力に基づいて変換するようにしたので、前記変換を容易に行なうことができる。なお、他の方法で変換することも可能である。
【００８７】
又、本実施形態においては、温度差を算出する際に、ゼーベック効果による熱起電力に基づいて算出するようにしたので、温度差を容易に算出することができる。なお、温度差を算出する方法は、これに限定されない。
【００８８】
又、本実施形態においては、電圧印加手段が、定電圧電源手段が供給する定電圧をＰＷＭスイッチングにより降圧する手段（ドライバ回路６２Ｂ）と、印加する電圧の極性を正と負のどちらか選択する手段（Ｈブリッジ）と、どちらの極性であってもＰＷＭスイッチングがＺＶＳとなるようにする転流回路６４Ｈ、６４Ｉを備えたので、サージノイズが発生することがなく、測定結果の信頼性を大幅に向上できる。又、ペルチェ素子の電流がスイッチングによって断続することがなく、熱ストレスによる破損を防ぐことができる。
【００８９】
特にＬＰＦ６４Ｅ〜６４Ｇを設けた場合には、電源の電流がスイッチングによって変動することがなく、複数の恒温装置を設けたときでも、ピーク電流を抑えることができる。
【００９０】
又、温度検出手段で検出した温度に基づいて、温度を維持あるいは変更するために熱量制御手段に必要な熱量を指示する温度制御手段（ＰＩＤコントローラ５２、ペルチェコントローラ５６）を設けたので、必要な熱量に応じた的確な制御を行なうことができる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
なお、前記実施形態では、反応容器として９６穴のマイクロプレートが用いられていたが、本発明は、３８４穴のマイクロプレートや、他の反応容器一般に適用できる。
【００９２】
又、前記実施形態では、熱伝導ブロックをアルミニウム材質としているが、銅を用いたり、グラファイト等に一部を代えて熱容量を下げ、更に効果を上げても良い。
【００９３】
又、計算に用いるパラメータの値を、算出前に変更するパラメータ変更手段を更に設けても良い。
【００９４】
温度制御対象も、酵素免疫反応測定用のインキュベータや恒温装置に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】反応容器の一種であるマイクロプレートを示す（ａ）平面図、（ｂ）側面図及び（ｃ）断面図
【図２】酵素免疫反応測定における温度変化状態の例を示す線図
【図３】本発明の実施形態におけるインキュベータを示す（ａ）平面図及び（ｂ）断面図
【図４】同じく機能ブロック図
【図５ａ】同じくペルチェコントローラの制御の前半を示す流れ図
【図５ｂ】同じくペルチェコントローラの制御の後半を示す流れ図
【図６】同じく駆動回路の構成を示す回路図
【図７】同じくドライバ回路の構成を示す回路図
【図８】同じくドライバ回路の動作を示すタイムチャート
【符号の説明】
【００９６】
１０…マイクロプレート
１２…ウェル
３０…インキュベータ
３２…熱伝導ブロック
３４…ペルチェ素子
４０…温度センサ
５０…温度制御部
５２…ＰＩＤコントローラ
５４…電流検出Ａ／Ｄ
５６…ペルチェコントローラ
５８…温度検出Ａ／Ｄ
６０…駆動回路
６２…ＦＥＴドライバ
６２Ｂ…ドライバ回路
６４…ＺＶＳ−Ｈブリッジ回路
６６…電流検出部
７０…電源部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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