JP2000046711A - 気槽式熱衝撃試験装置及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蓄冷器への蓄熱量を多くすることにより、熱
衝撃試験に要する時間を短縮することができる気槽式熱
衝撃試験装置を提供する。 【解決手段】 低温槽、高温槽、試験室を配置し、低温
槽から低温空気を、また高温槽から高温空気を試験室に
交互に送り、熱衝撃試験を実施する気槽式説衝撃試験装
置において、低温槽内に装備した蓄冷器を冷凍サイクル
内で冷却器都直列または並列に組込み、蓄冷器の冷却を
冷媒の蒸発潜熱を利用した直接冷却とすることにより、
蓄冷器の冷却温度をより低くすることができ、蓄冷器へ
の蓄熱量の増加および蓄冷器の冷却効率の向上を可能と
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品などの熱
衝撃試験を行う気槽式熱衝撃試験装置に関し、特に、熱
衝撃試験に要する時間の短縮を図るのに好適な気槽式熱
衝撃試験装置及びその運転方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来技術として、半導体装置などの電子
部品の温度ストレスに対する耐熱性、物理的特性及び電
気的特性の変化を短時間で評価するために、気槽式熱衝
撃試験装置が用いられ、たとえば、低温側で−１０℃か
ら−６５℃といった低温と、高温側で６０℃から２００
℃といった高温とに、交互に繰り返し試験室の温度を急
激に変化させることが実施されている。

【０００３】このような試験を行う気槽式熱衝撃試験装
置として、たとえば、特開平５−187984号公報に開示さ
れたものが既に提案されている。

【０００４】この気槽式熱衝撃試験装置においては、試
験室の温度を高温から低温に、もしくは低温から高温に
急激に変化させるために、試験室の他に低温槽及び高温
槽を設け、これらの各槽は、それぞれ低温熱量及び高温
熱量を蓄えておくための熱容量の大きな蓄冷器もしくは
蓄熱器を備えるものとしている。そして、低温側では、
冷却器により冷却した空気を循環させ、その冷却空気に
より蓄冷器を冷却して、低温熱量を蓄熱し、試験温度切
換時に蓄熱した低温熱量を放熱し、急激な温度変化を実
現している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】高温から低温への温度
変化に要する時間は、冷凍装置の冷却能力が同一であれ
ば蓄熱量が多いほど短くなり、また蓄冷器による蓄熱量
は、蓄冷器の熱容量に基準とする温度と蓄冷器温度との
温度差を乗じた値となるため、同一熱容量の蓄冷器であ
れば、蓄冷器の温度が低いほど蓄熱量は多くなる。

【０００６】しかし前記した従来の技術では、蓄冷器の
冷却方式が循環空気による間接的な冷却であるため、熱
伝達の過程における熱抵抗により蓄冷器の温度は、循環
空気の温度以下には冷却することができない。さらに、
循環空気は、冷凍装置の冷却器にて冷媒を蒸発させる必
要があるため、冷媒の蒸発温度より約５〜１０℃高い
（冷却器の性能により異なる）温度となる。したがっ
て、冷凍装置の圧縮機の信頼性の面からの下限蒸発温度
は、一例として冷媒Ｒ２３の場合−９０℃程度であり、
この結果、循環空気温度は−８０℃が下限となり、蓄冷
器温度をこれ以下にすることは不可能である。また、蓄
冷器の冷却に要する時間も、間接的な冷却では長くな
る。

【０００７】上記した事情に鑑み、本発明の目的は、蓄
冷器の冷却温度をより低くし、該蓄冷器への蓄熱量を多
くすることにより、高温から低温への温度変化に要する
時間を短縮すると共に、蓄冷器の冷却に要する時間をも
短縮することにより、本装置の最も基本となる性能であ
る熱衝撃試験に要する時間を短縮することができる気槽
式熱衝撃試験装置及びその運転方法を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明による気槽式熱衝撃試験装置は、各請求項
に記載されたところを特徴とする。特に、独立項として
の請求項１記載の発明による気槽式熱衝撃試験装置は、
冷凍装置における冷凍サイクル内の冷却器、冷却空気送
風用の送風機及び前記冷却器と比較して熱容量の大きな
低温熱量を蓄えるための蓄冷器を備えた低温槽と、加熱
器、高温空気送風用の送風機及び高温熱量を蓄えるため
の蓄熱器を備えた高温槽と、前記低温及び高温の両槽間
に配置された被試験品を設置するための試験室と、で構
成され、低温槽から低温空気を、また、高温槽から高温
空気を、前記試験室内へ交互に送風し、該試験室内温度
を、高温から低温に、また、低温から高温に急激に変化
させ、前記被試験品に熱衝撃を付加するようにした気槽
式熱衝撃試験装置において、前記蓄冷器を前記冷却器と
共に前記冷凍サイクル内に組み込み、冷媒の蒸発潜熱を
利用して、該冷媒により前記蓄冷器を直接冷却して低温
熱量を蓄熱するようにしたことを特徴とするものであ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は、気槽式熱衝撃試験装置の
正面断面図である。同図において、１は筐体であり、該
筐体１の中央部に被試験品３を収容する試験室２を設け
ると共に、その下側に低温熱量を蓄熱する低温槽４を、
また試験室２の上側に高温熱量を蓄熱する高温槽９を各
配置し、各々の境界は、断熱材１ａにより区切られてい
る。そして、低温槽４と試験室２及び高温槽９と試験室
２には、それぞれ低温空気供給路１ｂ、低温空気回収路
１ｃ及び高温空気供給路１ｄ、高温空気回収路１ｅが導
通しており、それぞれの試験室２側の開口部に、低温試
験及び高温試験に対応して開閉する低温ダンパ１３，１
３及び高温ダンパ１４，１４がそれぞれ装備されてい
る。

【００１０】低温槽４内には、筐体１の外に設置された
冷凍装置（図示せず）における冷凍サイクル内の冷却器
６、該冷却器６と共に冷凍サイクル内に組み込まれ、し
かも冷却器６と比較して熱容量の大きな蓄冷器８、冷却
器を通過した低温空気の温度調節を行う加熱器７及び低
温槽４内の空気の循環と試験室２への低温空気の供給と
を行う送風機５が配置され、上部に低温空気循環路４a
が設けてあり、冷凍装置の蒸発作用を利用し、低温熱量
の蓄冷及び試験室２への低温空気の供給を行う。

【００１１】高温槽９内には、高温熱源となる加熱器１
１、高温熱量を蓄熱する蓄熱器１２、高温槽９内の空気
の循環及び試験室２への供給を行う送風機１０が配置さ
れ、下部に高温空気循環路９a が設けてあり、高温熱量
の蓄熱及び試験室２への高温空気の供給を行う。

【００１２】低温槽４内の空気の流れは、装置運転開始
時における低温槽４内の温度が所定の温度に到達するま
での準備運転時、または高温試験中の待機運転時は、低
温ダンパ１３，１３が閉じた状態で、実線の矢印で示す
ように低温空気循環路４a を通り低温槽内を循環し、低
温試験時は、低温ダンパ１３，１３が開いた状態で破線
の矢印で示すように、低温空気供給路１b を通り試験室
２に低温熱量を供給し、低温空気回収路１c を通り再び
低温槽４内に戻るという循環経路となる。高温槽９内も
同様の空気の流れとなり、低温ダンパ１３，１３及び高
温ダンパ１４，１４の開閉により交互に試験室２に低温
熱量、もしくは高温熱量を供給し、被試験品３に対し熱
衝撃を付加する熱衝撃試験を実施する。

【００１３】図２は、冷凍装置の冷凍サイクル系統の概
略図である。本実施例の気槽式熱衝撃試験装置では、低
温槽内の温度をたとえば、−８０℃にて蓄熱するため、
冷凍装置として二元冷凍サイクルを採用している。

【００１４】高温側の冷凍サイクルの主要部品は、圧縮
機１５、凝縮器１６、膨張弁１７及びカスケードコンデ
ンサ１８で構成され、低温側の冷凍サイクルの主要部品
は、圧縮機１９、カスケードコンデンサ１８、膨張弁２
０、蓄冷器８及び冷却器６で構成されており、カスケー
ドコンデンサ１８は、高温側サイクルの冷媒（たとえば
Ｒ２２）の蒸発作用により低温側サイクルの冷媒（たと
えばＲ２３）を冷却し液化する。そして、冷凍サイクル
内で直列に接続されている蓄冷器８及び冷却器６は、低
温側サイクルの冷媒の蒸発作用により低温熱量の蓄熱及
び試験室２への低温熱量の供給のための低温熱源とな
る。なお、図８は、図２と同様の二元冷凍サイクル系統
内に従来方式による間接冷却方式を採用した蓄冷器２５
を組み込んだ態様を示す。

【００１５】図４及び図５は、実施の態様を異にした２
種類の蓄冷器８の外観図を示す。熱衝撃試験は、試験室
２の温度を高温から低温、あるいは低温から高温の状態
に急激に変化させることを交互に繰り返し実施し、被試
験品３に熱衝撃を付加する試験であるため、気槽式熱衝
撃試験装置には、急激な温度変化を実現させるために、
一定量以上の低温熱量及び高温熱量が必要となる。特に
低温側の場合には、その必要熱量を冷凍装置の冷却能力
だけで賄うことは製品寸法などの制約により難しいた
め、待機運転時に蓄冷器８に不足分の熱量を蓄熱し、高
温から低温への試験温度切換時には蓄冷器８からの放熱
と冷凍装置での冷却により急激な温度変化を実現してい
る。したがって、蓄冷器８には、一定量以上の熱量を蓄
えるだけの熱容量をもつことと共に、空気への熱伝達性
が良いこと及び空気の通風抵抗が少ないことが要求され
る。

【００１６】以上のことから、蓄冷器８は、図４の場合
には、十分な厚み（たとえば５ｍｍ）の金属の板８ａ
（たとえばアルミ板）を一定間隔で並べその間隙を空気
の流路とし、冷媒を通す配管８ｂを、板面に対して垂直
に設けた穴に密着貫通させた多通路クロスフィン形とし
た構造をなしている。また、図５の場合には、十分な厚
み（たとえば10ｍｍ）の金属の板８ｃ（たとえばアルミ
板）を一定間隔で並べその間隙を空気の流路とし、冷媒
流路として金属板８ｃの板厚側の側面に空気流路と平行
になるように貫通穴８ｄを設け、パイプ８ｅにより、上
下に並んだ貫通穴８ｄを連結させることにより、冷媒流
路として十分な熱交換距離を持たせ、さらに、空気の通
風抵抗を極力抑えることができる構造としている。な
お、冷媒は、上部に設けた冷媒供給管８ｆより供給さ
れ、貫通穴８ｄ及びパイプ８ｅを通り下方に流れ、冷媒
回収管８ｇより冷却器6 に流れる構造となっている。

【００１７】前述したように、装置運転開始時の準備運
転時及び待機運転時、低温槽４内では、冷凍装置におけ
る冷媒の蒸発作用を利用して、低温熱量の蓄熱を行う。
その時の循環空気への熱の伝達経路は、冷却器６の冷媒
配管、フィンを介して冷媒の蒸発潜熱により循環空気を
冷却するというようになっており、冷媒から冷却器６及
び冷却器６から循環空気という伝達過程における熱抵抗
により、循環空気の温度は冷媒の温度に対し５℃から１
０℃程度高くなる。したがって、低温槽４内において冷
媒の温度が最も低い温度となり、蓄冷器８に冷却器６と
同様に膨張弁２０を通過後の冷媒を通すことにより、低
温槽４内における最も低い温度で冷却することとなるた
め、蓄冷材８の冷却に要する時間は、循環空気による冷
却と比較して短時間となり、また、より低い温度まで冷
却が可能となる。

【００１８】また、図３は、図２における冷凍サイクル
内で直列に接続された冷却器６及び蓄冷器８がそれぞれ
の上流側に電磁弁２１及び２２を備えている実施態様を
示す。図３の（１）に示すように循環空気の温度が所定
の温度に到達するまでは、電磁弁２１を開、電磁弁２２
を閉とし冷却器６のみに冷媒を流し、循環空気の冷却を
優先的に行い、所定の温度に到達した時点で図３の
（２）に示すように電磁弁２１を閉、電磁弁２２を開と
し蓄冷器８にも冷媒を流し、蓄冷器のさらなる冷却を行
うように冷媒の流れを切換えることにより、効率的に循
環空気及び蓄冷材８の冷却を行うことが可能となる。そ
の際、送風機５を停止し、循環空気への熱漏洩を最小限
に抑えることにより、蓄冷器８をより低い温度まで冷却
することが可能となる。そして、低温試験時は、図３の
（１）に示すように、再び電磁弁２１を開、電磁弁２２
を閉として冷却器６に冷媒を流し、また、送風機５の運
転を再開し、試験室２に低温空気を供給する。

【００１９】図６は、本発明における他の実施形態での
冷凍サイクル系統の概略図である。蓄冷器８及び冷却器
６を冷凍サイクル内で並列に接続し、かつ、蓄冷器８及
び冷却器６の上流側にそれぞれ電磁弁２３、２４を設
け、電磁弁２３及び２４の開閉により冷媒の流れを切換
えることができるようにしている。そして、準備運転及
び待機運転の際、まず循環空気の冷却を優先的に行うた
めに、図７の（１）に示すように電磁弁２３を開、電磁
弁２４を閉として冷媒を冷却器６に流し、循環空気の温
度が所定の温度に到達した時点で図７の（２）に示すよ
うに電磁弁２３を閉、電磁弁２４を開として冷媒を蓄冷
器８に流すように切換え、蓄冷器８の冷却を行う。その
際、送風機５を停止し、循環空気への熱漏洩を最小限に
抑えることにより、蓄冷器８をより低い温度まで冷却す
ることが可能となる。そして、低温試験時は、図７の
（１）に示すように再び電磁弁２３を開、電磁弁２４を
閉として冷却器６に冷媒を流し、また、送風機５の運転
を再開し、試験室２に低温熱量を供給する。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、低
温槽と高温槽及び試験室とを配置し、低温槽及び高温槽
から試験室に低温空気、高温空気を交互に送り、熱衝撃
試験を実施する気槽式熱衝撃試験装置において、低温槽
内に装備した低温熱量を蓄えるための蓄冷器を冷凍装置
の冷凍サイクル内に組込み、蓄冷器の冷却を冷媒の蒸発
潜熱を利用して直接冷却するようにして、蓄冷器の冷却
に要する時間を短縮するとともに、高温から低温への温
度変化時間を短縮することができ、さらに、蓄冷器の冷
却温度を低くすることにより、低温試験の温度範囲下限
値を広くすることができ、気槽式熱衝撃試験装置の性能
を向上させることができる。

【００２１】また、従来と同等性能とした場合、冷凍装
置の各機器、特に圧縮機の出力を小形化することがで
き、本装置の運転に要する消費電力が低減され、省エネ
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による気槽式熱衝撃試験装置の正面断面
図

【図２】図１における冷凍装置として直列に接続された
冷却器及び蓄冷器を有する二元冷凍サイクル系統の概略
図

【図３】図２における冷却器及び蓄冷器の各上流側に設
けた電磁弁の動作説明図

【図４】本発明による気槽式熱衝撃試験装置に用いる蓄
冷器の実施例を示す外観図

【図５】本発明による気槽式熱衝撃試験装置に用いる蓄
冷器の別の実施例を示す外観図

【図６】図１における冷凍装置として並列に接続された
冷却器及び蓄例器を有する二元冷凍サイクル系統の概略
図

【図７】図６における冷却器及び蓄冷器の各上流側に設
けた電磁弁の動作説明図

【図８】従来方式による間接冷却方式を採用した蓄冷器
を用いた二元冷凍サイクル系統の概略図

【符号の説明】

４…低温槽 ５，１０…送風機 ６…冷却器 ８…蓄冷器 ９…高温槽 １３…高温ダンパ １４…低温ダンパ １６…凝縮機 １７…膨張弁 １５，１９…圧縮機 １８…カスケードコンデンサ ２１，２２，２３，２４…電磁弁 ２５…蓄冷器

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷凍装置における冷凍サイクル内の冷却
   器、冷却空気送風用の送風機及び前記冷却器と比較して
   熱容量の大きな低温熱量を蓄えるための蓄冷器を備えた
   低温槽と、加熱器、高温空気送風用の送風機及び高温熱
   量を蓄えるための蓄熱器を備えた高温槽と、前記低温及
   び高温の両槽間に配置された被試験品を設置するための
   試験室と、で構成され、低温槽から低温空気を、また、
   高温槽から高温空気を、前記試験室内へ交互に送風し、
   該試験室内温度を、高温から低温に、また、低温から高
   温に急激に変化させ、前記被試験品に熱衝撃を付加する
   ようにした気槽式熱衝撃試験装置において、 前記蓄冷器を前記冷却器と共に前記冷凍サイクル内に組
   み込み、冷媒の蒸発潜熱を利用して、該冷媒により前記
   蓄冷器を直接冷却して低温熱量を蓄熱するようにしたこ
   とを特徴とする気槽式熱衝撃試験装置。
2. 【請求項２】 前記蓄冷器は、十分な厚みの金属板を一
   定間隔で並べ、その間隙を空気の流路とし、前記冷凍サ
   イクルの冷媒を通す配管を板面に対して垂直に設けた多
   数の穴に密着貫通させた多通路クロスフィン構造である
   ことを特徴とする請求項１に記載の気槽式熱衝撃試験装
   置。
3. 【請求項３】 前記蓄冷器は、十分な厚みの金属板を一
   定間隔で並べ、その間隙を空気の流路とし、板厚側の側
   面に空気流路と平行になるように多数の貫通穴を設け、
   上下に並んだ貫通穴を互いに連結させて各板ごとの冷媒
   流路を形成し、各板における最上部の貫通穴を冷媒供給
   管に、また各板における最下部の貫通穴を冷媒回収管に
   それぞれ接続した構造であることを特徴とする請求項１
   に記載の気槽式熱衝撃試験装置。
4. 【請求項４】 前記蓄冷器及び冷却器は、前記冷凍サイ
   クル内で直列に接続されていることを特徴とする請求項
   １ないし３のいずれかに記載の気槽式熱衝撃試験装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の気槽式熱衝撃試験装置
   において、前記蓄冷器及び冷却器のそれぞれ上流側に各
   電磁弁を設け、冷媒を蓄冷器と冷却器とに流す回路、ま
   たは、冷媒を冷却器のみに流す回路のいずれかに切換え
   できるようにしたことを特徴とする気槽式熱衝撃試験装
   置。
6. 【請求項６】 前記蓄冷器及び冷却器は、前記冷凍サイ
   クル内で並列に接続されていることを特徴とする請求項
   １ないし３のいずれかに記載の気槽式熱衝撃試験装置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の気槽式熱衝撃試験装置
   において、前記蓄冷器及び冷却器のそれぞれ上流側に各
   電磁弁を設け、冷媒を蓄冷器のみに流す回路、または、
   冷媒を冷却器のみに流す回路のいずれかに切換えできる
   ようにしたことを特徴とする気槽式熱衝撃試験装置。
8. 【請求項８】 請求項５又は７記載の気槽式熱衝撃試験
   装置における低温槽の準備運転及び待機運転に際し、冷
   却器側の電磁弁を開に、蓄冷器側の電磁弁を閉にして送
   風機を運転し、循環空気の温度が所定の温度に到達した
   時点で冷却器側の電磁弁を閉に、蓄冷器側の電磁弁を開
   にして送風機の運転を停止することを特徴とする気槽式
   熱衝撃試験装置の運転方法。