JP2014145668A - 冷熱装置及び冷熱装置の温度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置構成を単純化した簡易な構成で、被処理物に対する加熱と冷却を迅速かつ効率的に行うことを可能とする。
【解決手段】冷熱装置１００において、常温の第１ガスが流れる第１ガス流路１と第１ガスより低温の第２ガスが流れる第２ガス流路２とが合流した後の第３ガス流路３に設けたヒータ４に対するヒータ制御部１３による出力調整と、試供体５の温度制御時に第１，第２ガス流路１に設けられた第１，第２開閉バルブの少なくとも一方を選択して開放するバルブ制御部１４によるバルブ開放選択制御とにより、供試体５に供給するガスの高温と低温の双方の温度調整を行うことにより、第１ガス流路１において常に高温ガスを生成して循環させる設備も、第２ガス流路２において常に低温ガスを循環させて温度調整する設備も不要とし、且つ第１，第２開閉バルブの開閉選択とヒータの出力調整とによる簡単な制御で供試体５に対する加熱・冷却を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、高温ガス及び低温ガスを生成する冷熱装置及び冷熱装置の温度制御方法に係り、特に、電子部品等の供試体の熱疲労試験等における加熱と冷却を簡易な構成で且つ効率的に行うのに好適な冷熱装置及び冷熱装置の温度制御方法に関するものである。

冷熱装置として、冷熱槽内で供試体の加熱冷却試験を行う加熱冷却試験装置に関する従来技術が特許文献１（特開平０２−０６７９４３号公報）及び特許文献２（特開２００１−２２８０６９号公報）に記載されている。特許文献１においては、電子部品の冷熱試験装置が開示されている。

図１２に示されるように、特許文献１の冷熱試験装置１２００は、試験槽１２０１、高温槽１２０２、及び低温槽１２０３の３つの槽から構成され、試験槽１２０１と他の槽（高温槽１２０２、低温槽１２０３）との間のダンバを開閉することにより高温槽１２０２または低温槽１２０３の気体を試験槽１２０１に導入して、試験槽１２０１内の供試基板１１０４を加熱・冷却する仕組みである。

特許文献２においては、図１３に示されるように、試験槽１３９０に繋がる試験通路１３９１に、熱風を送風する高温側通路１３９２と、常温空気を送風する低温側通路１３９３とが接続されている。そして、高温側通路１３９２には、開閉ダンパー１３９２ａが設けられると共に、開閉ダンパー１３９２ａを閉鎖したときに熱風を送風するための分岐通路１３９４が設けられている。この分岐通路１３９４にも開閉ダンパー１３９４ａが設けられている。一方、低温側通路１３９３には遮断弁１３９３ａが設けられている。

このような構成において、試験槽１３９０内を昇温させるときには、遮断弁１３９３ａを閉鎖するとともに、開閉ダンパー１３９２ａを開放することにより、加熱された熱風のみを試験槽１３９０内に導入するようになっている。一方、試験槽１３９０内を降温させるときには、遮断弁１３９３ａを開放するとともに、開閉ダンパー１３９２ａを閉鎖することにより、常温空気のみを試験槽１３９０内に導入する。

また、特許文献３においては、図１４に示す構成の加熱冷却試験装置１４１０が開示されている。この加熱冷却試験装置１４１０は、高熱源１４３３によって加熱された空気を循環させる高温側循環回路１４１４と、冷熱源１４３６を有し、この冷熱源１４３６によって冷却された空気を循環させる低温側循環回路１４１６と、高温側循環回路１４１４を流通する空気の一部を分流する割合を調整可能に構成され、その分流された空気を試験通路１４１２に導くための高温側分流器１４４３と、低温側循環回路１４１６を流通する空気の一部を分流する割合を調整可能に構成され、その分流された空気を試験通路１４１２に導くための低温側分流器１４４４と、高温側分流器１４４３と低温側分流器１４４４を制御する制御手段１４５８とを備えている。

このような構成とすることにより、高温側分流器１４４３によって、高温側循環回路１４１４の空気の一部を試験通路１４１２に導入するとともに、低温側分流器１４４４によって、低温側循環回路１４１６の空気の一部を試験通路１４１２に導入することが可能となる。その結果、試験通路１４１２には、高温側循環回路１４１４から導入された空気と低温側循環回路１４１６の空気とを混合して流入させることで、設定温度に調整された空気を試験槽１４２５に導入することができる。

高温側循環回路１４１４では、高熱源１４３３により空気を設定温度よりも高温に加熱するとともに、この加熱された空気を循環させることができ、一方、低温側循環回路１４１６では、冷熱源１４３６により空気を設定温度よりも低温に冷却し、その冷却された空気を循環させることができる。

この結果、設定温度が繰り返し変更される加熱冷却試験において、例えば高温側設定温度よりも高温の空気を高温側循環回路１４１４で循環させ、その一部を試験通路１４１２に導入することができ、試験槽１４２５内の昇温速度を上げることができる。同様に降温速度を上げることもできる。このようにして、試験槽１４２５内に配置された供試体１４２２の温度を変化させるのに要する時間を短縮することができ、加熱冷却サイクルを短縮することができる。

また、特許文献４においては、ヒータを用いてガスを目標とする高温度に加熱する場合のみならず、ガスを目標とする低温度に冷却する場合にも、一旦冷却したガスを同じヒータで加熱してガスの温度を目標温度まで調整する技術が開示されている。この技術によれば、特許文献３における高温側循環回路１４１４や低温側循環回路１４１６を不要として、高温ガスと低温ガスを試験槽１４２５に供給することができる。

特開平０２−０６７９４３号公報 特開２００１−２２８０６９号公報 特開２００８−２３２９７４号公報 特開２０１０−２４９８０３号公報

しかしながら、特許文献１の装置は、各槽の熱容量が大きいため、加熱・冷却を迅速に行うことができない。例えば、１サイクルの加熱・冷却に６０分を要する。また、試験槽１２０１に収容する供試体の量や配置により、加熱・冷却速度に差が生じて、試験条件を一定とすることができないとの問題がある。

また、特許文献２に開示された加熱冷却試験装置では、試験槽１３９０内を高温側設定温度まで昇温させるときには、高温側通路１３９２から送られてきた熱風のみが試験槽１３９０内に導入される一方、試験槽１３９０内を低温側設定温度に降温させるときには、低温側通路１３９３から送られてきた常温空気のみが試験槽内に導入されるように切り替えが行われるようになっている。

すなわち、常温より低温の風が供給されないので、常温以下に冷却できないと共に、常温付近まで冷却するのに長時間を要する。この試験装置では、試験槽１３９０内の設定温度に予め調整した空気を、高温側通路１３９２、低温側通路１３９３、及び試験通路経由で試験槽１３９０に導入するものである。このため、供試体の温度が設定温度近くになると、設定温度になるまでの温度変化が鈍るため、供試体の加熱冷却に要する時間が長くなり、加熱冷却サイクルが長くなってしまうという問題がある。

特許文献３は、このような問題を解決して、供試体の加熱冷却に要する時間を短縮することを目的としたものである。しかしながら、特許文献３における技術では、高温側循環回路１４１４において常に高温ガスを生成して循環させ、また、低温側循環回路１４１６においても常に低温ガスを生成して循環させた状態で、分流器１４４３，１４４４の制御に基づくガス流路の切り替えによって、試験槽１４２５内の高温・低温の切り替えを行っている。

このように、高温側循環回路１４１４において常に高温ガスを生成して循環させ、また、低温側循環回路１４１６においても常に低温ガスを生成して循環させる構成としているために、装置規模が大きくなり、かつ温度調整のための分流器１４４３，１４４４に対する制御が複雑となる。

すなわち、分流器１４４３，１４４４の制御に基づくガス流路の開度調整によって試験槽１４２５内の温度調整を行っているため、正確な温度調整ができず、実際には、試験通路１４１２にヒータ１４２７を設けて、微妙な温度調整を行う必要があり、装置規模の増大と温度調整のための複雑な制御が必要となる。

また、特許文献４の技術によれば、上述の高温側循環回路１４１４や低温側循環回路１４１６を不要として、高温ガスと低温ガスを試験槽１４２５に供給することができる。しかしながら、特許文献４の技術では、加熱時においても一旦冷却したガスをヒータで加熱してガスの温度を調整しなければならず、エネルギー効率が悪く、また、加熱速度を速くするには大容量のヒータを用いなければならないという問題がある。

また、この特許文献４のヒータを特許文献３における試験通路１４１２内のヒータ１４２７として用いた場合、特許文献４のヒータで加熱して生成した温風及び冷風の各々を、高温側循環回路１４１４や低温側循環回路１４１６で巡回させる構成となるだけであり、装置の複雑化を抑えることはできない。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、装置を単純化した簡易な構成で、被処理物に対する加熱と冷却を迅速かつ効率的に行うことを可能とする冷熱装置及び温度制御方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の冷熱装置は、常温の第１ガスが流れる第１ガス流路と、前記第１ガスより低温の第２ガスが流れる第２ガス流路と、前記第１ガス流路と前記第２ガス流路とが合流した第３ガス流路と、前記第１ガス流路に設けられ前記第１ガス流路から前記第３ガス流路への第１ガスの流れを制御する第１開閉バルブと、前記第２ガス流路に設けられ前記第２ガス流路から前記第３ガス流路への第２ガスの流れを制御する第２開閉バルブと、前記第３ガス流路に設けられ、前記第３ガス流路に流れるガスを加熱する加熱手段と、被処理物の温度制御時に前記第１開閉バルブと前記第２開閉バルブの少なくとも一方を開放するバルブ制御手段と、前記加熱手段で加熱され前記被処理物に供給されたガスを排出するための排気手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の冷熱装置において、前記加熱手段は１系統のヒータからなり、該ヒータを加熱させる１系統の加熱制御手段を備え、前記被処理物の目標温度と目標冷熱速度の組み合わせに応じた前記バルブ制御手段による前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブの開閉選択と、前記加熱制御手段による前記ヒータの加熱制御と、の組み合わせだけで、前記被処理物の温度制御を行う、ことを特徴とする。

また、本発発明の冷熱装置は、前記第３ガス流路に流れるガスの温度、前記被処理物の温度、または被処理物設置部の雰囲気温度を計測するセンサを更に備え、
前記加熱制御手段は、前記センサの計測結果に基づいて、前記被処理物の加熱及び冷却時に、前記第３ガス流路に流れるガスの温度、前記被処理物の温度、または被処理物設置部の雰囲気温度が目標温度となるように前記加熱手段を加熱させる、ことを特徴とする。

また、本発明の冷熱装置において、前記加熱手段は、前記第３流路に流れるガスの熱交換効率が５０％以上の高効率ヒータである、ことを特徴とする。

また、本発明の冷熱装置において、前記バルブ制御手段は、前記被処理物の冷却を開始する前に、前記第２開閉バルブを開放して前記第２ガスを前記第３ガス流路に流入させる、ことを特徴とする。

また、本発明の冷熱装置は、前記第１ガス流路、前記第２ガス流路、前記第３ガス流路、前記第１開閉バルブ、前記第２開閉バルブ、前記加熱手段、前記バルブ制御手段、及び前記排気手段を、各々備えた複数の冷熱ユニットと、前記第１ガスを前記複数の冷熱ユニット各々の前記第１ガス流路に分岐して流入させる第１分岐流路と、前記第１分岐流路の分岐直前における前記第１ガスの圧力を予め定められた値に保つよう制御する第１圧力制御手段と、圧縮ガスを冷却して前記第２ガスを生成するガス冷却手段と、前記第２ガスを前記複数の冷熱ユニット各々の前記第２ガス流路に分岐して流入させる第２分岐流路と、前記第２分岐流路の分岐直前における前記第２ガスの圧力を予め定められた値に保つよう制御する第２圧力制御手段と、を更に備えた構成が好ましい。

また、本発明の冷熱装置において、前記第１開閉バルブは、各々流量の異なる複数の開閉バルブを備え、前記第２開閉バルブは、各々流量の異なる複数の開閉バルブを備え、前記バルブ制御手段は、前記被処理物の加熱及び冷却時に、目標の冷熱速度と前記目標温度とに応じて、開放する前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブの前記複数の開閉バルブの開閉を選択する、構成とする。

また、本発明の冷熱装置は、前記被処理物を収容する冷熱槽を備え、前記冷熱槽は、前記第３ガス流路からの前記加熱手段で加熱されたガスを導入させるガス導入手段と、導入されたガスを排出させるためのガス排気手段と、を備えた閉構造であり、前記ガス導入手段は、導入されたガスが、前記冷熱槽の内壁と前記被処理物との間を流れるように、前記ガスを導入させ、前記ガス排気手段は、前記ガス導入手段によるガスの導入方向とガスの排出方向との角度が９０°〜１８０°となる分散配置された排気口を備え、前記排気口を、前記ガス導入手段によるガスの導入方向から見て、前記ガス導入手段を囲むように、前記冷熱槽の内壁に配置したことを特徴とする。

一方、本発明の冷熱装置の温度制御方法は、常温の第１ガスが流れる第１ガス流路と、前記第１ガスより低温の第２ガスが流れる第２ガス流路と、前記第１ガス流路と前記第２ガス流路とが合流した第３ガス流路と、前記第１ガス流路に設けられ前記第１ガス流路から前記第３ガス流路への第１ガスの流れを制御する第１開閉バルブと、前記第２ガス流路に設けられ前記第２ガス流路から前記第３ガス流路への第２ガスの流れを制御する第２開閉バルブと、前記第３ガス流路に設けられ前記第１ガスまたは前記第２ガスを目標とする温度まで加熱する加熱手段と、バルブ制御手段と、加熱制御手段と、前記加熱手段で加熱され前記被処理物に供給された前記第１ガスまたは前記第２ガスを排出する排気手段と、を備えた冷熱装置の温度制御方法であって、前記被処理物の加熱及び冷却時に、目標の冷熱速度と目標温度とに応じて、前記バルブ制御手段によって、前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブの開閉を選択すると共に、前記加熱制御手段によって、前記第３ガス流路に流れるガスの温度、前記被処理物の温度、または被処理物設置部の雰囲気温度が目標温度となるように前記加熱手段を加熱させる、ことを特徴とする。

このように、本発明では、常温の第１ガスの流路に第１開閉バルブを設け、第１ガスより低温の第２ガスの流路に第２開閉バルブを設け、第１，第２開閉バルブの開閉の選択により、目標とする温度域と温調速度に応じた最適なガス経路を選択することができると共に、第１，第２ガス流路とが合流した後の第３ガス流路に、被処理物に近距離で設けた１系列のヒータ等の加熱手段の出力調整のみで、被処理物に対して供給するガスの温度調整を瞬時に行うことができるので、第１ガス流路において常に高温ガスを生成して循環させる設備も、第２ガス流路において常に低温ガスを循環させる設備も不要となると共に、第１，第２開閉バルブの開閉選択による供給ガスの選択と１系列のヒータの出力制御を組み合わせることにより、多様な温調条件下での最適な温度制御を行うことができる。すなわち、バルブ開閉の選択制御と、被処理物に近距離にある１系列のヒータの出力制御との組み合わせという簡易な構成だけで、被処理物に対する加熱・冷却を迅速且つ効率的に行うことが可能となる。

本発明によれば、バルブの開閉選択制御と、被処理物に近距離にある１系列のヒータの出力制御の組み合わせという簡易な構成だけで、被処理物に対する加熱・冷却を迅速且つ効率的に行うことができる。このような装置を単純にした簡易な構成であるにもかかわらず、被処理物に対する加熱と冷却を迅速且つ効率的に行うことが可能となるのは、従来技術の組み合わせからは到底予測できない特別な効果である。

実施の形態に係る冷熱装置の第１の構成を模式的に示す図である。 実施の形態に係る冷熱装置の第２の構成を模式的に示す図である。 図２Ａにおける冷熱装置の内部構成を模式的に示す図である。 実施の形態に係る冷熱装置に設けた冷熱槽の第１の構成を模式的に示す図である。 実施の形態に係る冷熱装置の第３の構成を模式的に示す図である。 実施の形態に係る冷熱装置の第４の構成を模式的に示す図である。 実施の形態に係る冷熱装置の温度制御方法の制御手順を示すタイムチャートである。 実施の形態に係る冷熱装置に設けた冷熱槽の第２の構成を模式的に示す図である。 実施の形態に係る冷熱装置に設けた冷熱槽の第３の構成を模式的に示す図である。 実施の形態に係る冷熱装置に設けた冷熱槽の第４の構成を模式的に示す図である。 排気口が不適切に配置された冷熱槽の構成を模式的に示す図である。 実施の形態に係る冷熱装置に設けた冷熱槽の内部構成を示す図である。 従来の第１の冷熱装置の構成を模式的に示す図である。 従来の第２の冷熱装置の構成を模式的に示す図である。 従来の第３の冷熱装置の構成を模式的に示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１〜図３を用いて第１の実施の形態の説明を行う。

＜第１の実施の形態＞

図１は、本発明に係る冷熱装置の構成を模式的に示している。図１に示す本実施の形態の冷熱装置１００は、配管１_０，２_０,３_０、本発明に係る加熱手段としてのヒータ４、開閉バルブ６，７（以下、第１開閉バルブ６、第２開閉バルブ７ともいう）、ドライヤ８、冷凍機９、及び、温調器１２からなり、被処理物としての供試体５に高温ガスと低温ガスを供給して、当該供試体５に対する冷熱負荷試験を行うものである。

なお、ドライヤ８は、圧縮ガスの水分を除去するものであり、冷凍機９は、水分が除去された圧縮ガスを冷却するものである。

配管１_０には、日本工業規格（ＪＩＳＺ８７０３）において２０℃±１５℃（５−３５℃）の範囲として規定された特別に加熱も冷却を行わない常温相当の圧縮ガス（以下、第１ガスともいう）が流れる第１ガス流路１が形成され、配管２_０には、ドライヤ８により水分が除去され冷凍機９により冷却された、第１ガスより低温の第２ガスが流れる第２ガス流路２が形成され、配管３_０には、第１ガス流路１と第２ガス流路２とが合流した第３ガス流路３が形成されている。

第１開閉バルブ６は、配管１_０に設けられ、開閉により、配管１_０で形成された第１ガス流路１から配管３_０で形成された第３ガス流路３への第１ガスの流れを制御し、第２開閉バルブ７は、配管２_０に設けられ、開閉により、配管２_０で形成された第２ガス流路２から配管３_０で形成された第３ガス流路３への第２ガスの流れを制御するためのものである。

温調器１２は、プログラム温度コントローラ等で構成され、プログラムされた処理を実行する機能として、目標のプログラム温度に応じてヒータ４の出力（発熱量）を制御する本発明に係る加熱制御手段としてのヒータ制御部１３、及び、目標の温度波形に応じて第１，第２開閉バルブ６，７の開閉を制御するバルブ制御部１４を備えている。

ヒータ４は、第３ガス流路３を形成する配管３_０内に設けられ、ヒータ制御部１３の制御に基づいて、第１ガス流路１又は第２ガス流路２から流入された第１ガス又は第２ガスを瞬時に加熱する。

ヒータ制御部１３は、供試体５の加熱時に、第３ガス流路３に流れるガスの温度、供試体５の温度、または供試体５の周囲の雰囲気温度が目標の温度（以下、高温度ともいう）となるようにヒータ４でガスを加熱させ、供試体５の冷却時に、第３ガス流路に流れるガスの温度、供試体５の温度、または供試体５の周囲の雰囲気温度が目標の温度（以下、低温度ともいう）となるようにヒータ４でガスを補助加熱させるように制御する。

バルブ制御部１４は、供試体５の加熱時または供試体５の冷却時に第１開閉バルブ６と第２開閉バルブ７の少なくとも一方を開放するように制御する。開放するバルブは、加熱時または冷却時における目標とする温度（以下、加熱時における目標温度を目標高温度、冷却時における目標温度を目標低温度ともいう）と冷熱速度（以下、昇温時における冷熱速度を昇温速度、降温時における冷熱速度を降温速度ともいう）により選択される。

すなわち、本冷熱装置１００では、第１、第２開閉バルブ６，７の開閉選択により、目標とする冷熱速度と温度域に応じた最適なガス経路を、プログラム温度コントローラなどを用いた単純な接点の切り替え動作により選択することができる。また、ヒータ４は１系列の制御に１本であり、全てのガスがこのヒータ４のみにより温度制御することができるので、１本のヒータ４の出力制御をするだけで温度制御が可能になる。ただし、その際に制御可能な冷熱速度と温度域は、供給ガスの種類に依存するので、多様な温度域と冷熱速度との組み合わせに応じて最適な制御を行うには、第１、第２開閉バルブ６，７の開閉選択による供給ガスの選択が必要となる。従って、第１、第２開閉バルブ６，７の開閉選択によるガスの選択と、１本のヒータ４の出力制御とを組み合わせることにより、多様な冷熱条件下の最適な温度制御を行うことが可能となる。

このように、本冷熱装置１００では、目標とする冷熱速度と温度域に応じた第１、第２開閉バルブ６，７の開閉選択とヒータ４の制御の組み合わせという簡易な構成だけで、広範囲の冷熱条件が実現できるとの、従来技術の組み合わせからは到底予測できない顕著な効果が得られる。

具体的には、本冷熱装置１００では、常温の第１ガスをヒータ４で加熱することにより、例えば６００℃の高温ガスを速く生成すると共に、冷凍機９で例えばマイナス８０℃に冷却された第２ガスをヒータ４で加熱することにより、マイナス５０℃の低温ガス（冷温ガス）を速く生成することができる。

そして、例えば、低温域で緩やかに温度を上昇（昇温）させる場合は、第２開閉バルブ７を開き、第１開閉バルブ６を閉じる。また、低温域から常温付近で緩やかに昇温させる場合は、第２開閉バルブ７を開き、第１開閉バルブ６は閉じるもしくは開く。また、高温域で緩やかに昇温させる場合、あるいは、高温域から常温付近で緩やかに温度を降下（降温）させる場合は、第１開閉バルブ６を開き、第２開閉バルブ７は閉じるもしくは開く。

また、低温域から高温域で速く昇温させる場合、あるいは、高温域で温度を一定に保持させる場合、第１開閉バルブ６を開き、第２開閉バルブ７は閉じる。また、高温域から低温域で速く降温させる場合、低温域で緩やかに降温させる場合、あるいは、低温域で温度を一定に保持させる場合は、第１開閉バルブ６を閉じ、第２開閉バルブ７は開く。また、速く降温する前の温度制御過程においては、第２開閉バルブ７を開き、第１開閉バルブ６は閉じるもしくは開く。

このように、本冷熱装置１００は、１組の制御系統について１本のヒータ４の出力調整のみで温度を制御するといった単純な制御であるにも関わらず、第１、第２開閉バルブ６，７の開閉選択との組み合わせにより、上述した多様な温度域と温調速度との組み合わせに応じて高効率、高精度且つ高応答な最適温度制御を実現することができるという、従来技術からは予測できない極めて高性能な効果が得られる。

このような高性能な効果は、第１、第２開閉バルブ６，７からなる２種類のガス系統のバルブの開放選択制御と１本のヒータ４の出力調整の組み合わせにより初めて創出されるものであり、単なる従来技術の組み合わせからは到底予測されない重要な意義を持つ効果である。また、第１、第２開閉バルブ６，７は、単純な開閉機構であるため、液体窒素温度程度の極低温から常温までの広範囲な温度域で安定して作動できる。これにより、例えば、長期間安定して冷熱サイクルの繰り返しが必要な熱疲労試験用の冷熱装置として、長期間安定して使用できるという重要な意義を持つ効果が得られる。従来の分流器等を使用した技術では、分流板が極低温で凍結してしまい動作が不安定になる問題があり、使用下限温度を余り低くすることができないという制約が生じる。これに対して、本実施の形態の冷熱装置では、簡易な構成で、冷熱条件化での最適制御が可能となるとの、従来技術からは予測できない画期的な効果が得られる。

なお、本冷熱装置１００では、このようにして、ヒータ４で加熱され供試体５に供給された第１ガスまたは第２ガスは、後述する供試体５を収容する冷熱槽内に設けられた排気手段により、槽外に排出される構成としている。

このように、冷熱装置１００では、常温の第１ガスが流れる第１ガス流路１と第１ガスより低温の第２ガスが流れる第２ガス流路２とが合流した後の第３ガス流路３に設けたヒータ４の出力調整と、バルブ制御部１４による第１，２開閉バルブ６，７の開閉制御とにより、ヒータ４と近距離に置かれた供試体５に対して供給するガスの高温と低温の双方の温度調整を行っている。

このことにより、第１ガス流路１において常に高温ガスを生成して循環させる設備も、第２ガス流路２において常に低温ガスを循環させて予備的に温度調整する設備も不要となると共に、供試体５に近距離にあるヒータ４の出力調整とバルブ制御開閉制御のみによる簡単な制御で、供試体５に対する加熱処理及び冷却処理を迅速に且つ効率的に行うことが可能となる。

なお、本冷熱装置１００では、ドライヤ８及び冷凍機９への圧縮ガスのガス供給圧は０．１ＭＰａ以上とすると共に、冷凍機９へ供給するガスの圧力下露点はマイナス６０℃以下とし、さらに、低温ガスが流れる第２ガス流路２は、結露や凍結がなく、外気との接触がない、十分な保温が確保されたものとする。この条件を満たすことにより、低温ガスを連続的に生成して供給することが可能となる。

また、詳細は後述するが、供試体５を速く冷却することが必要な場合には、供試体５に対する冷却処理を開始する前、予め定められた時間だけ早めに第２開閉バルブ７を開放して、ヒータ４により第２ガスを加熱して目標の温度に制御させても良い。このように、バルブ制御部１４により、供試体５の冷却を開始する前に、第２開閉バルブ７を開放して第２ガスを第３ガス流路３に流入させるよう制御することにより、第２開閉バルブ７及び第２ガス流路２を予備冷却しておくことができ、供試体５に対する第２ガスによる冷却処理時の冷却速度を速めることが可能となる。

また、詳細は後述するが、第１，第２開閉バルブ６，７の各々は、各々流量の異なる複数の開閉バルブを備えた構成とし、バルブ制御部１４により、供試体５の目標とする冷熱速度と目標温度とに応じて、第１開閉バルブ６と第２開閉バルブの各々の開閉バルブの開閉を選択するよう制御しても良い。高温や低温ではガスの流量を高精度に制御することが難しいが、このような構成及び制御により、バルブの開閉のみで流量を制御することができる。

このように、供試体５の温度制御時に、目標の冷熱速度と目標の温度とに応じて、第１開閉バルブと第２開閉バルブの複数の開閉バルブの開閉を選択することにより、さらに高精度に効率良くガス温調制御を行うことができる。

なお、本実施の形態の冷熱装置では、第３ガス経路に設置した１系統の１本のヒータ４のみで加熱用ガス及び冷却用ガスの各々の温度制御を瞬時に行っており、この温度制御を高精度に且つ高応答に行うためには、高効率ヒータの選択が望ましい。従来技術で用いられているヒータは、加熱室や太い配管の中に発熱部が配置されており、ヒータ部をガスが循環することによって徐々に目標温度への加熱が実現されるものが一般的である。このような一般的なヒータを用いた場合、ガスが順次に且つ均一に加熱されず、加熱が不十分で不均一なガスが供試体に供給されるため、高精度且つ高応答な加熱が要求される場合には望ましくない。

そのため、本実施の形態の冷熱装置では、ガスを瞬時に目的とする温度まで均一に加熱することができる高熱変換効率のヒータを用いることが望ましい。例えば、本実施の形態の冷熱装置では、ヒータ４の熱変換効率は、少なくとも５０％以上であることが望ましく、８０％以上であることがより望ましい。これにより、ヒータ４の出力調整が瞬時にヒータの発熱量に反映されるため、高精度且つ高応答な温度制御が可能になる。

次に、図２Ａ，Ｂに示す冷熱装置の説明を行う。なお、本図２Ａ，Ｂを含む以降の各図においては、説明を簡単にするために、図１で示した配管１_０,２_０,３_０等の配管に関しては図示しない。また、温調器１２も図示していない。

図２Ａに示す冷熱装置１００ａは、図１における冷熱装置１００に、供試体５を収容する冷熱槽１０を設けた構成となっている。そして、冷熱槽１０内の雰囲気温度を温度センサ１１により測定し、ヒータ制御部１３は、温度センサ１１の測定結果に応じて、目標温度となるようヒータ４の出力調整を行う。なお、温度センサ１１により、冷熱槽１０内の供試体５の温度を測定することも可能である。また、温度センサにより、ヒータ４で加熱され第３ガス流路３に流れるガスの温度を測定する構成とすることも可能である。

また、冷熱槽１０は、後述するように、迅速且つ均一に槽内温度を制御できると共に、供試体と槽内温度の差が極めて小さいので、槽内の雰囲気温度を温度センサで検知してヒータの出力制御を行うだけで、供試体の温度を制御できる特徴を持つ。

冷熱槽１０には、ヒータ４で加熱して温度調節された温調ガスを冷熱槽１０内に導入（給気）させるためのガス導入手段と、冷熱槽１０内に導入された温調ガスを排出するためのガス排気手段とが設けられ、冷熱槽１０は、閉構造となっている。また、冷熱槽１０は断熱容器で構成し、内壁に高熱伝導箔を設けた構成とすることが望ましい。

また、図２Ｂにおいて「Ａ−Ａ 断面図」として示すように、冷熱槽１０において、ガス導入手段は、導入されたガスが、冷熱槽１０の内壁と冷熱槽１０内に置かれた供試体との間を流れるように、ガスを導入させ、ガス排気手段は、ガス導入手段によるガスの導入方向とガスの排出方向との角度が９０°となる排気口を備え、この排気口を、ガス導入手段によるガスの導入方向から見て、ガス導入手段を囲むように、冷熱槽１０の内壁に分散させて配置している。

このような構成とすることにより、ガス導入手段により槽内に導入され、冷熱槽１０の左側面の内壁と供試体との間を流れてきたガスは、槽内の上面の内壁で反転し、槽内を循環して冷熱槽の上下左右側の内壁と、供試体との間を流れて排気口から排出される。これにより、ガス導入手段により槽内に導入されたガスは供試体の全体を包むようにして流れることとなる。

このように、本実施の形態の冷熱槽１０によれば、加熱または冷却用のガスが、槽内を循環して供試体の全体を包むようにして流れることとなり、槽内に配置された供試体の全体を均一に加熱・冷却することができ、これにより、装置構成を単純にした簡易な構成で、供試体に対する均一な加熱と冷却を行うことが可能となる。

なお、ガス排気手段は、ガス導入手段によるガスの導入方向とガスの排出方向との角度が９０°〜１８０°となる排気口を備える構成とすることが望ましい。ガスの導入方向と排出方向との角度が９０°より小さい場合には、ガスの導入方向と排出方向が近いため、導入したガスが槽内を巡回せずに、直ぐに排出されてしまうので、ガスを槽内に巡回させることができない。その結果、槽内に置かれた被処理物を包み込むようにガスを流すことができず、被処理物全体を、均一かつ迅速に加熱及び冷却することができない。

ここでは、ガス導入手段は、冷熱槽１０の一方の内壁から対面する内壁に向けて配されたパイプを備え、パイプには、ガスを導入させる複数の給気孔が並べて設けられている。また、パイプは冷熱槽１０の端部に配置され、パイプの各給気孔からのガス吹き込み方向は冷熱槽１０の中央に向かう方向となっている。なお、ここでは、パイプは対面する内壁に達するように設けられている。

また、ここでは、図２Ｂにおいて示すように、ガス排気手段は、ガス導入手段によるガスの噴出方向とガスの排出方向との角度が９０°となる排気口が、冷熱槽１０におけるガス導入手段と同じ一端部側に、分散して配置されている。

このようにガス排気手段とガス導入手段を配置することにより、ガス導入手段のパイプにおける複数の給気孔から噴出されたガスは、供試体に直接遮られることなく、冷熱槽１０の内壁と供試体との間を循環して冷熱槽１０内を略一巡してガス排気手段の排気口から排出される。

例えば、ガス導入手段のパイプの高さ位置を上部とし、高さ方向の中央に配置した供試体の上方に、ガスを、パイプの各給気孔からシャワー状に押し流し、冷熱槽１０の内面で反転させて供試体の下方にガスを反対方向に流して、排気口から排出するようにすることにより、ガスシャワーにより供試体を包み込むようにガスを流すことができ、供試体全体を均一かつ迅速に加熱・冷却することができる。

このような本実施の形態の冷熱装置が備える冷熱槽の詳細を、図３を用いて説明する。

図３に示す冷熱槽１０’は、収容した供試体６５を均一に加熱または冷却する構成となっている。供試体６５としては電子基板等が例示されるが、このような電子基板等の供試体６５は、熱伝導率が各々異なる部品で構成されており、従来の高温ガスまたは低温ガスを供試体に直接吹き付ける技術では、全体を効率的に均一加熱または均一冷却することが困難であった。例えば、電子基板の全体を均一加熱または均一冷却するために、電子基板を高熱伝導の箔でその表面を覆い、一部に高温ガスまたは低温ガスを吹き付ける従来技術があるが、電子基板のサイズが大きい場合には、ガスが直接吹き付けられる個所と当該個所から離れた個所では温度差が生じてしまう。

本実施の形態の冷熱装置が備える冷熱槽１０’は、例えば、従来技術のように、高熱伝導の箔で供試体の表面を覆う必要はなく、冷熱槽１０’内に供試体をそのまま配置するだけで良い。

図３において、図３（Ａ）では冷熱槽１０’の側面側からの内部構成を示し、図３（Ｂ）では冷熱槽１０’の正面側からの内部構成を示している。

図３（Ａ）に示すように、本冷熱槽１０’は、断熱材６１からなる容器で構成され、内壁の全面には、槽外に連通しない銅箔等の高熱伝導箔６２が設けられている。なお、高熱伝導箔６２が槽外に連通している場合には、高熱伝導箔６２を介して熱が槽外に逃げてしまい、槽内の均熱性が低下する上、迅速な加熱ができない。

また、図３（Ｂ）においてはガス導入手段の詳細を示しており、上述したように、ガス導入手段は、冷熱槽１０’の一方の内壁から対面する内壁に向けて配されたガス吹込みパイプ６３を備え、ガス吹込みパイプ６３には、ガスを流入させる複数の給気孔が並べて設けられている。

また、図３（Ａ）に示すように、ガス吹込みパイプ６３は冷熱槽１０ａ内の一端部に配置され、ガス吹込みパイプ６３の各給気孔からのガス吹き込み方向は冷熱槽１０’の他端部に向かう方向となっている。なお、ここでは、ガス吹込みパイプ６３は対面する内壁に達するように設けられている。

そして、ガス導入手段としてのガス吹き込みパイプ６３とガス排気手段としての排気口６４とが設けられ、供試体６５に対して高温ガスまたは低温ガスを供給し、供試体６５を加熱または冷却して熱負荷をかける。なお、高熱伝導箔６２の厚みは２ｍｍ以下が好適であり、０．０５ｍｍ以下がより好適である。また、高熱伝導箔６２としてアルミ箔を用いることでも良く、銅やアルミを主成分とした金属を用いることでも良い。銅箔は熱伝導率が高いため均熱性を高める効果がある。また、アルミ箔は熱伝導率が高い上、酸化しにくいため、より高温まで使用できる利点がある。

また、図３（Ｂ）に示すように、本冷熱槽１０’においては、ガス吹き込みパイプ６３はヒータ４が配置された配管に接続されており、温度センサ１１の冷熱槽１０’内の温度測定結果に応じてヒータ制御部１３により出力調整されたヒータ４で温調されたガスが、ガス吹き込みパイプ６３に設けられた複数の細孔６３ａから吹き込まれる。

なお、細孔６３ａの直径は３ｍｍ以下が好適であり、２ｍｍ以下がより好適である。また、ガス吹き込みパイプ６３の内径は細孔６３ａの直径の２倍以上が好ましく、４倍以上がより好ましい。パイプ内径／細孔径の比が大きいほど、各細孔から噴出されるガスの流量が均一になり、槽内も均熱化する効果が生じる。

本冷熱槽１０’では、ガス吹き込みパイプ６３は、図３（Ｂ）に示すように、冷熱槽１０’の一方の内壁から対面する内壁に向けて配され、ガスを導入させる複数の細孔（給気孔）６３ａが並べて設けられ、図３（Ａ）に示すように、冷熱槽１０’内の一端部に配置されており、このガス吹き込みパイプ６３の各細孔（給気孔）６３ａからのガス吹き込み方向は冷熱槽１０’内の他端部に向かう方向となっている。また、ガス吹き込みパイプ６３は、ヒータ４が接続された内壁に対面する内壁に達するように設けられている。

そして、ガス排気手段としての排気口６４は、ガス吹き込みパイプ６３によるガスの噴出方向とガスの排出方向との角度が９０°となるよう、ガスの噴出方向に沿って延びる冷熱槽１０’の各内壁に、分散して配置されている。

このようにガス吹き込みパイプ６３と排気口６４とを配置することにより、ガス吹き込みパイプ６３における複数の細孔６３ａから噴出されたガスは、供試体６５に直接遮られることなく、冷熱槽１０’の内壁と供試体６５との間に、供試体６５と平行に噴出され、冷熱槽１０’の高熱伝導箔６２が設けられた内壁と供試体６５との間を循環して冷熱槽１０’内を略一巡して排気口６４から排出される。このようにガスを供試体６５に直接吹き付けない構成とすることにより、ガスを供試体６５に直接吹き付けることによりガスを供試体６５に発生する温度分布の増大を防ぐことができる。

また、ガス吹き込みパイプ６３の高さ位置は、図３における上部とし、高さ方向の中央に配置した供試体６５の上方に、ガスを、ガス吹き込みパイプ６３の各細孔６３からシャワー状に押し流し、冷熱槽１０の内面で反転させて供試体６５の下方にガスを反対方向に流して、排気口６４から排出するようにする。なお、ガス吹き込みパイプ６３の高さ位置は、図３における下部としても良い。

このように本実施の形態では、排気口６４の位置と形状により、槽内のガスの流れを制御している。そのため、排気口の配置は極めて重要な技術的特徴である。上述した排気口６４の位置と形状とすることにより、ガスは槽内を速やかにかつ均一に巡回した後、速やかに排出される、との顕著な効果が得られる。

また、本冷熱槽１０’では、断熱材６１からなる内壁に高熱伝導箔６２が設けられており、ガス吹き込みパイプ６３の各細孔６３から本冷熱槽１０’の内壁に向かうガスにより、内壁全体を均一な温度に加熱・冷却できる。これは、高熱伝導箔６２により、内壁の場所による温度差が自動的に解消されるためである。また、断熱材６１は、高熱伝導箔６２から槽外に熱が逃げることを防止するので、高熱伝導箔６２を少量の熱量で迅速に加熱・冷却することができる、との顕著な効果が得られる。さらに、内壁の温度の均一化に伴い、槽内を流れるガスの温度も均一になる。このことにより、供試体６５を均一温度のガス流で包み込むように加熱・冷却することができ、供試体６５全体を均一に加熱・冷却することができる。

このように、本冷熱槽１０’では、槽の内壁面に銅箔等の高熱伝導箔６２を設け、外側に断熱材を配し、ヒータ４により一定の温度に昇温したガスを、ヒータ４の先端に取り付けたガス吹き込みパイプ６３の各細孔６３から槽内にシャワー状に噴出させ、供試体６５をガスシャワーで包み込むようにガスを流したのち、速やかに排気口６４からガスを槽外へ排出する。

このように、均一温度のガスシャワーで供試体６５を包み込むようにガスを流すことにより、供試体６５全体に迅速且つ均一にガスの熱が伝達され、供試体６５全体を迅速且つ均一に加熱または冷却することができる。また、熱交換により温度が変化したガスは排気口６４から速やかに排出されるので、常に温調されたばかりの導入ガスによる熱交換が連続して行われることとなり、供試体６５への熱伝達を効率よく迅速に行うことができる。

また、排気口６４を、槽内のガス吹き込みパイプ６３と同じ側に、スリット状または複数の微小孔の集合体の形状として、槽の外周部に設置することにより、ガス吹き込みパイプ６３の各細孔６３から噴出されたガスが槽内を反転して供試体６５を包むように流れたのちに排気口６４から速やかに排出させることができる。

なお、スリットとは細長い隙間という意味であり、スリット幅が大きすぎると、外気が入り込んで、槽内の均熱性が保たれない。そのため、排気口６４のスリットの幅は３ｍｍ以下とする。より好適には、排気口６４のスリットの幅は２ｍｍ以下であることが望まれる。

また、ガス吹き込みパイプ６３の各細孔６３から噴出されたガスは放射状に広がりながら流れるので、槽壁や供試体６５に衝突して熱交換しながら流れる。特に、凹凸がある供試体６５の周辺では、局所的に乱れた渦状の流れが発生するため、ガスと供試体６５との間で円滑に熱交換が行われる。

また、槽の内壁面付近では、ガスと銅箔等の高熱伝導箔６２との間で熱交換が生じるが、高熱伝導箔６２により槽内全体の温度分布が補正されて均一化されるため、流れるガスの温度分布が均一になるように槽内壁面での熱交換が生じる。

また、高熱伝導箔６２は熱容量が小さいうえに、槽外への放熱が断熱材６１により遮断されているので、高熱伝導箔６２の温度を均熱化させるのに必要な熱量は小さく、速やかに均熱化させることができる。

また、本冷熱槽１０’では、排気口６４は、槽内のガスを速やか且つ均一に排出させるために槽の外周部全体に均等に配置している。排気口６４を槽の外周部の一部に偏って配置した場合、排気口６４に向かうガスの流れが強く生じ、ガスの流れに偏りができてしまうが、本冷熱槽１０’では、このような問題を回避することができる。

また、排気口６４の面積が大きすぎると、排気口６４から外気が導入されて、槽内におけるガス温度の均熱性が阻害される恐れがある。そのため、通常の１つに集約した排気口では十分な均熱性が保たれない。本冷熱槽１０’では、排気口６４は、幅の細いスリット状で槽の外周部全体に均等に配置しており、このような問題を回避している。

なお、スリットの幅は、排気口６４から適度な圧力でガスの排気がなされることで外気の侵入を防ぐように設定することが望ましい。また、スリットは、その幅や配置を調整することで、容易に外気の侵入を防ぐことができるメリットがある。ただし、外気の侵入を防ぐ他の構成として、微細な穴を多数分散させて排気孔とすることもできる。

＜第２の実施の形態＞

次に、図４を用いて、図２における冷熱装置を複数設けた本発明の第２の実施の形態としての冷熱装置の説明を行う。図４に示す冷熱装置１００ｂは、図２に示す冷熱装置１００ａにおけるドライヤ８と冷凍機９以外の構成要素を複数設けている。

すなわち、冷熱装置１００ｂは、図２における第１ガス流路１、第２ガス流路２、第３ガス流路３、第１開閉バルブ６、第２開閉バルブ７、ヒータ４、ヒータ制御部１３、バルブ制御部１４、冷熱槽１０、及び温度センサ１１からなる冷熱ユニットを複数備えたマルチ冷熱システムの構成となっている。

このようなマルチ冷熱システムでは、各冷熱ユニットにおける複数の制御が互いに独立して且つ同時並行で行われる。すなわち、ある１台の冷熱ユニットが処理を完了して、冷熱槽１０ａ,１０ｂのいずれか一方へのガスの供給を全停止し、供試体を交換して再度別の温度波形条件を設定して試験を再開する動作を、他の冷熱ユニットの動作を妨げることなく行う必要がある。

また、各冷熱ユニットを個別の温度波形で独立運転させるため、全体としてのガスの消費量が変化することになる。しかしながら、各冷熱ユニットにおいて特定のガス供給用の開閉バルブを開いたときに供給されるガス量は一定でなければ処理の再現性を得ることができない。

本冷熱装置１００ｂでは、全体のガスの消費量が変化しても各冷熱ユニットに供給されるガス量を一定に保つために、以下に説明するように、各冷熱ユニットに分岐するガス配管の分岐直前の圧力を一定に制御するための制御機構を設けている。

図４に示す冷熱装置１００ｂでは、第１ガス流路１ａ、第２ガス流路２ａ、第３ガス流路３ａ、第１開閉バルブ６ａ、第２開閉バルブ７ａ、ヒータ４ａ、ヒータ制御部１３ａ、バルブ制御部１４ａ、冷熱槽１０ａ、及び温度センサ１１ａからなる冷熱ユニット１０１と、第１ガス流路１ｂ、第２ガス流路２ｂ、第３ガス流路３ｂ、第１開閉バルブ６ｂ、第２開閉バルブ７ｂ、ヒータ４ｂ、ヒータ制御部１３ｂ、バルブ制御部１４ｂ、冷熱槽１０ｂ、及び温度センサ１１ｂからなる冷熱ユニット１０２と、を含む構成となっている。

さらに、冷熱装置１００ｂでは、第１ガスを冷熱ユニット１０１，１０２各々の第１ガス流路１ａ，１ｂに分岐して流入させる第１分岐流路３１と、第１分岐流路３１の分岐前における第１ガスの圧力を予め定められた値に保つよう制御する圧力制御バルブ部１６と、冷凍機９で冷却された第２ガスを冷熱ユニット１０１，１０２各々の第２ガス流路２ａ，２ｂに分岐して流入させる第２分岐流路３２と、第２分岐流路３２における第２ガスの圧力を測定する圧力センサ１７と、第２ガスの分岐前の圧力を予め定められた値に保つよう制御する流量制御バルブ部１５と、を備えた構成となっている。

このような構成により、本冷熱装置１００ｂは、１台の冷凍機９から供給される低温ガス（第２ガス）を２つの第２ガス流路２ａ，２ｂに分岐させ、第２開閉バルブ７ａ,７ｂとヒータ４ａ,４ｂを介して複数の冷熱槽１０ａ,１０ｂに供給する。

この際、分岐前の第２ガスの圧力が一定になるように、冷凍機９への供給ガス量を制御する。ここでは、圧力センサ１７による第２分岐流路３２における測定値が予め定められた一定の値となるよう、流量制御バルブ部１５による制御を行う。なお、この制御は、例えば専用の独立したコントローラを設けて制御する。

このような流量制御バルブ部１５の制御により、各冷熱槽１０ａ,１０ｂを独立して運転した場合にも、第２開閉バルブ７ａ，７ｂの開放時の第２ガスの流量を一定に保つことが可能となる。

冷却用の第２ガスの流路については、冷凍機９により冷却されたガスが各冷熱ユニット１０１，１０２に分岐される直前の第２分岐流路３２に設置された圧力センサ１７で計測された圧力値に基づいて、流量制御バルブ部１５により、冷凍機９に供給するガスの流量をフィードバック制御することで、分岐前の低温ガスの圧力を一定に制御しているが、これは以下の理由によるものである。

極低温に冷却されたガスの流量をバルブの開閉量の制御により直接制御すると、バルブの凍結等により、誤動作する懸念が高いため望ましくない。本冷熱装置１００ｂの構成では、冷却された低温ガスの配管部分には圧力センサ１７の配置だけでよく、この圧力センサ１７には低温ガスは流れ込まないので、センサ部分が冷やされず圧力センサ１７の計測動作には影響はなく、また、流量制御バルブ部１５は、冷凍機９で冷却される前の配管部分に設定されているため冷やされて誤動作することがない。これにより、全体として安定した確実な温調制御を行うことが可能となる。

また、冷凍機９で冷却された後のガスが流入する配管に配置された第２開閉バルブ７ａ,７ｂは単に開閉のみの単純な制御を行うバルブであり、極低温での使用を保証された市販のものを使用することができる。

また、常温の第１ガス側の流路については、各冷熱ユニット１０１，１０２への分岐直前の流路に圧力制御バルブ部１６を設置し、圧力制御バルブ部１６でこの部分のガス圧力を一定に制御することにより、全体のガス消費量が変化しても各冷熱ユニット１０１，１０２へのガスの供給量を一定に制御することができる。

ただし、一般的な圧力制御バルブでは、ガス流量変化に伴い圧力が変動する場合があるので、流量が変化しても圧力を一定に保つことができる高精度なバルブを用いることが望ましい。

これにより、各冷熱槽１０ａ,１０ｂを独立して運転した場合にも、第１開閉バルブ６ａ，６ｂの開放時の第１ガスの流量を一定に保つことが可能となる。なお、低温ガス用の流路を形成する配管と同様に、圧力センサと流量制御バルブ部との組み合わせ等で、常温ガス側のガス流路の圧力を一定に制御することでも良い。

このように、第１ガス流路１ａ,１ｂ、第２ガス流路２ａ,２ｂ、第３ガス流路３ａ,３ｂ、第１開閉バルブ６ａ,６ｂ、第２開閉バルブ７ａ,７ｂ、ヒータ４ａ,４ｂ、バルブ制御部１４ａ,１４ｂ、及び排気部を含む冷熱槽１０ａ,１０ｂを各々備えた複数の冷熱ユニット１０１、ｌ０２における低温ガス側及び常温ガス側の各々のガス供給流路の分岐前のそれぞれの個所に、各冷熱ユニット１０１，１０２に分岐する前の配管のガス圧力を予め定められた値に保つように制御する機構を設けることにより、マルチ冷熱システムにおいて、各冷熱ユニット１０１，１０２が独立に動作して全体のガス消費量が変化しても、各冷熱ユニット１０１，１０２に供給されるガス量を一定に保つことができるので、試験の再現性及び安定性を確保することが可能となる。

＜第３の実施の形態＞

次に、図５を用いて、本発明の第３の実施の形態として、冷熱ユニットを３台備えたマルチ冷熱システムについて説明する。図５においては、冷熱ユニットを３台備えた冷熱装置１００ｃの構成を示しており、各ヒータ４ａ〜４ｃにより各冷熱槽１０ａ〜１０ｃに導入する温調ガスを、各冷熱ユニットで独立して生成することができる。

特に、本冷熱装置１００ｃでは、複数の第１開閉バルブ６ａ〜６ｃの各々が２つの電磁弁６ａ１，６ａ２，６ｂ１，６ｂ２，６ｃ１，６ｃ２を備えており、また、複数の第２開閉バルブ７ａ〜７ｃの各々も２つの電磁弁７ａ１，７ａ２，７ｂ１，７ｂ２，７ｃ１，７ｃ２を備えている。なお、第１開閉バルブ６ａ〜６ｃの電磁弁６ａ１，６ａ２，６ｂ１，６ｂ２，６ｃ１，６ｃ２の接続点Ａ１〜Ａ３は、第２開閉バルブ７ａ〜７ｃの各電磁弁７ａ１，７ａ２，７ｂ１，７ｂ２，７ｃ１，７ｃ２と各々ヒータ４ａ〜４ｃとの間にある接続点Ａ１〜Ａ３で接続されている。

このように、本冷熱装置１００ｃでは、複数の第１開閉バルブ６ａ〜６ｃ及び複数の第２開閉バルブ７ａ〜７ｃの各々が２つの電磁弁を備え、各々の電磁弁の開閉をバルブ制御部１４ａ，１４ｂにより個別に制御することにより、冷熱槽１０ａ〜１０ｃの各々に提供するガスの温調制御をさらに効率的に行うことが可能となる。

例えば、第１開閉バルブ６ａ〜６ｃ及び第２開閉バルブ７ａ〜７ｃの各々の電磁弁のオリフィス径や配管径を変えることによりバルブ毎の流路の流量を変えることができ、一方は他方の電磁弁よりも流量が多いものとすることにより、ガスの流量を大流量と小流量に切り替えることができる。

以下、第１開閉バルブの流量の多い電磁弁をＲ１、少ない電磁弁をＲ２、同じく、第２開閉バルブの流量の多い電磁弁をＣ１、少ない電磁弁をＣ２として、図６に基づいて、冷熱槽１０ｃ〜１０ｅの各々に提供するガスの温調制御とバルブ制御の動作を説明する。

図６において、Ｒ１は常温ガス大流量供給用バルブで、Ｒ２は常温ガス小流量供給用バルブであり、Ｃ１は低温ガス大流量供給用バルブで、Ｃ２は常温ガス小流量供給用バルブである。

この例では、常温ガスと低温ガスの供給切り替えを繰り返して行う際の、常温ガスを冷熱槽に供給して供試体を温めた後に、低温ガスを冷熱槽に供給して供試体を冷却する冷熱サイクルにおける制御を示している。

目標温度波形に従ってガス温度を上昇させる昇温時から高温保持初期までの間は、常温ガスの大流量供給用バルブＲ１を開いて（ＯＮ）大流量の常温ガスをヒータに供給し、冷熱槽内の温度が目標の高温度になるよう加熱制御したガスを冷熱槽内に供給して冷熱槽内及び供試体を急速に加熱する。

その後、高温保持中期には、大流量供給用バルブＲ１を閉じ（ＯＦＦ）、常温ガスの小流量供給用バルブＲ２を開いて（ＯＮ）小流量の常温ガスをヒータに供給し、冷熱槽内の温度が目標の高温度になるよう加熱制御したガスを冷熱槽内に供給して、冷熱槽内の温度を一定に保持するための補助的な加熱を行う。

このように、高温保持中期において、大流量供給用バルブＲ１を閉じ（ＯＦＦ）、常温ガスの小流量供給用バルブＲ２を開いて（ＯＮ）補助的な加熱を行うことにより、常温ガスの消費を抑えることが可能となる。

その後、高温保持終了前（冷却開始前）の所定時間だけ早めに、常温ガスの小流量供給用バルブＲ２を閉じる（ＯＦＦ）と共に、低温ガスの大流量供給用バルブＣ１を開いて（ＯＮ）大流量の低温ガスをヒータに供給し、冷熱槽内の温度が高温での保持温度に保つように当該低温ガスをヒータで加熱して温度調節したガスを冷熱槽内に供給する。

このことにより、冷熱槽内の温度を保持温度に維持しつつ、ヒータに達するまでの低温ガスの供給流路を次の冷却工程のために予備冷却しておくことができ、次の冷却工程における降温速度を早くすることが可能となる。

さらに、その後、冷熱槽内の温度を目標温度波形に従って降下させる冷却工程、及び、低温に保持させる低温保持工程の初期においても、低温ガスの大流量供給用バルブＣ１を開放（ＯＮ）しておくことにより温度制御を維持する。

そして、冷却保持工程の中期においては、低温ガスの大流量供給用バルブＣ１を閉じて（ＯＦＦ）、低温ガスの小流量供給用バルブＣ２を開いて（ＯＮ）小流量の低温ガスをヒータに供給し、冷熱槽内の温度が低温側の目標の低温度になるよう加熱制御したガスを冷熱槽内に供給して、冷熱槽内の温度を低温側に保持するための補助的な加熱を行う。

このように、低温保持中期において、大流量供給用バルブＣ１を閉じ（ＯＦＦ）、小流量供給用バルブＣ２を開いて（ＯＮ）補助的な加熱を行うことにより、低温ガスの消費を抑えることが可能となる。

以上の工程を繰り返して、冷熱槽内の温度を任意の目標温度波形に制御する温調サイクル制御を行う。

なお、図６で示したバルブ選択の組み合わせは一例であり、目的に応じて適宜変更することができる。例えば、高温保持工程や低温保持工程の時間が短ければ、小流量のバルブＲ２またはＣ２への切り替えは省略しても良い。また、昇温速度または降温速度が遅くても良い場合には、昇温初期または降温初期に小流量のバルブＲ２またはＣ２を選択しても良い。また、降温初期に大流量の常温ガス用バルブＲ１を開いて冷却することも可能である。さらに、昇温初期にバルブＲ１とＲ２の双方を開き、降温初期にバルブＣ１とＣ２の双方を開くよう制御しても良い。

このように、必要に応じて開閉するバルブを選択することによって、温度制御に用いるガスの消費量を節約することができると共に、同じ流量のガスを、マルチ配管により、効率よく複数の冷熱槽に分配することにより、より多くの冷熱槽を同時に動作させることが可能となる。

また、図５及び図６で示したバルブ選択の組み合わせでは、大流量と小流量との２つのバルブの構成を示しているが、第１開閉バルブ６ａ〜６ｃが、各々流量の異なる３以上の開閉バルブを備え、第２開閉バルブ７ａ〜７ｃも、各々流量の異なる３以上の開閉バルブを備えた構成としても良い。この場合にも、バルブ制御部１４ａ，１４ｂが、ガス昇温時には、目標とする温調速度と目標温度とに応じて、開放する第１開閉バルブ６ａ〜６ｃの各々の開閉バルブを選択して開閉すると共に、ガス降温時には、目標とする温調速度と目標温度とに応じて、開放する第２開閉バルブ７ａ〜７ｃの各々の開閉バルブを選択する。

次に、図７〜図１０を用いて、第１〜第３の本実施の形態の冷熱装置が備える冷熱槽の他の構成例について説明する。

ここで示す各冷熱槽も、図３で示した冷熱槽と同様に、収容した供試体を均一に加熱または冷却する構成となっており、従来技術のように、高熱伝導の箔で供試体の表面を覆う必要はなく、冷熱槽内に供試体をそのまま配置するだけで良い。

図７において、図７（Ａ）では冷熱槽１０ｄの上面側から見た構成を示し、図７（Ｂ）では冷熱槽１０ｄの側面側からの内部構成を示している。

図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、ガスの噴出方向に沿って延びる冷熱槽１０ｄの上面を含む各面（上下、左右）には、スリット状の排気口としての図３における冷熱槽１０と同様の排気スリット６４ａが均等に配置されている。

また、図７（Ｂ）に示すように、本冷熱槽１０ｄは、図３における冷熱槽１０’と同様のガス吹き込みパイプ６３によるガスの噴出方向の先に存在する内壁に、図３における冷熱槽１０’と同様の高熱伝導箔６２が設けられ、供試体６５ａに対して温調ガスを供給し、供試体６５ａを加熱または冷却する。

ガス導入方向に対向する壁面にはガスが直接当たり、最も温度差が生じ易いので、少なくとも、この面の内壁には高熱伝導箔６２の設置が望ましい。これにより、必要最小限の構成で、効率良く槽内の均熱性を向上させることができる。

本図７における冷熱槽１０ｄでは、排気スリット６４ａは、ガスの噴出方向に沿って延びる各面（上下、左右）に均等に分散して配置されている。このような構成により、図３における冷熱槽１０’と同様にして、ガス吹き込みパイプ６３から供試体６５ａに直接吹き付けることなく噴出されたガスを、槽内壁に沿って槽内を略一巡するように循環させることができ、供試体６５ａを包み込むようにガスを供給することができる。

次に、図８に示す冷熱槽１０ｅの説明を行う。図８においては、図３の冷熱槽１０’における排気口を構成する排気スリットと同様の排気スリット６４ｂが、ガス吹き込みパイプ６３によるガスの噴出方向と反対方向に存在する壁面に、ガスの噴出方向から見てガス吹き込みパイプ６３を囲むように、均等に分散して配置された構成となっている。これにより、排気スリット６４ｂからのガスの排出方向は、ガス吹き込みパイプ６３からのガスの噴射方向と１８０度の方向となる。

このような構成により、図３及び図７における冷熱槽１０’，１０ｄと同様にして、ガス吹き込みパイプ６３（給気パイプ）の給気穴（細孔）から、供試体６５ａに直接吹き付けることなく噴出された温調ガスを、槽の内壁と供試体６５ａとの間に、槽内を略一巡するように循環させることにより、供試体６５ａを包み込むようにガスを供給することができる。

次に、図９に示す冷熱槽１０ｆの説明を行う。図９において、図９（Ａ）では冷熱槽１０ｆの上面側から見た構成を示し、図９（Ｂ）では冷熱槽１０ｆの側面側からの内部構成を示している。

図９においては、対向する内壁の各々に向かってガスを噴出するように、一方向に並んだ複数の給気口（細孔）を両側に備えたガス吹き込みパイプ６３ｂが、槽内の下部におけるガス噴出方向の中央部分に設けられ、また、図３の冷熱槽１０’における排気口を構成する排気スリットと同様の排気スリット６４ｃが、ガス吹き込みパイプ６３ｂが設けられた位置に合わせて、ガス吹き込みパイプ６３ｂを囲むように、ガスの噴出方向に沿って延びる各壁面に均等に分散して配置された構成となっている。

このような配置とすることにより、排気スリット６４ｃからのガスの排出方向は、ガス吹き込みパイプ６３ｂからのガスの噴射方向と９０度の方向となる。なお、ガス吹き込みパイプ６３ｂの両側の細孔からのガスの噴射方向に対向する槽の内壁の各々には、図３の冷熱槽１０’と同様の高熱伝導箔６２が設けられている。

このような構成により、図３，図７，図８における冷熱槽１０’,１０ｄ,１０ｅと同様にして、ガス吹き込みパイプ６３ｂの両側の細孔から噴出（給気）されたガスを、供試体６５ａに直接吹き付けることなく、槽の内壁と供試体６５ａとの間に、槽内を略一巡するように循環させることにより、供試体６５ａを包み込むようにガスを供給することができる。

なお、パイプ６３ｂの冷熱槽１０ｆ内における上下方向の位置は、供試体６５ａと下の内壁との中間付近が望ましい。もしパイプ６３ｂを内壁に近い位置に配置した場合には内壁近くに多くガスが流れるため、供試体６５ａ付近のガスが少なくなり、迅速な加熱・冷却ができない。また、供試体６５ａに凹凸がある場合には、最も出張った部位の付近にガス流の中心がくるようにパイプ６３ｂを配置することにより、供試体６５ａをより迅速に加熱・冷却できる効果が得られる。

また、ガス吹き込みパイプ６３ｂを、槽内の下部ではなく、上部におけるガス噴出方向の中央部分に設けることも可能である。しかしながら、ガス吹き込みパイプ６３ｂを槽内の下部に設けた構成とすることにより、例えば、槽の上蓋を外して上部から容易に供試体６５ａを交換することができるとの効果が得られる。

このように、ガス導入手段により、槽内に収容した供試体を加熱もしくは冷却するためのガスを、冷熱槽の内壁と被処理物との間を流れるように導入し、導入されたガスを排出するガス排気手段に、ガス導入手段によるガスの導入方向とガスの排出方向との角度が９０°〜１８０°となる排気口を、ガス導入手段によるガスの導入方向から見て、ガス導入手段を囲むように、槽の内壁に分散配置した構成とすることにより、導入されたガスが、冷熱槽の内壁と被処理物との間を流れて排気口から排出されるので、ガスは、槽内を循環して被処理物の全体を包むようにして流れることとなり、槽内に配置された被処理物の全体を均一に加熱・冷却することができる。

これに対して、図１０（ａ）〜（ｆ）の各々に示すように、ガス吹き込みパイプの配置位置に対して、排気口が不適切な位置に配置された場合、すなわち、排気口によるガスの排出方向が、ガス吹き込むパイプによるガス導入方向と９０°〜１８０°となるように分散配置しておらず、また、排気口を、ガス吹き込むパイプによるガス導入方向から見て、ガス吹き込むパイプを囲むように分散配置していない場合には、ガス吹き込みパイプから導入されたガスを、供試体を包み込みように槽内を循環させることができない。

例えば、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）では、排気口からのガスの排出方向が、ガス吹き込みパイプからのガス導入方向に対して０°となっている。そのため、ガス吹き込みパイプから導入されたガスは、供試体を包み込みように槽内を循環することなく、排気口から排出されてしまい、その結果、供試体及び槽内を均一に加熱・冷却することができない。

また、図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）では、排気口は１個所のみに設けられており、ガス吹き込みパイプから導入されたガスは、１個所の排気口に向かって流れるため、ガスの流れに偏りができる。そのため、槽内にガスが流れない部分ができ、供試体の全体を包むようには流れない。例えば、図１０（ｃ）に示す構成では、パイプから導入されたガスは、供試体の左側面側に流れず、また、図１０（ｄ）に示す構成では、パイプから導入されたガスは、図面における供試体の手前側と奥側に流れず、供試体の全体を包むように槽内を循環することなく、排気口から排出されてしまう。その結果、供試体及び槽内を均一に加熱・冷却することができない。

また、図１０（ｅ）及び図１０（ｆ）では、排気口は、ガス吹き込みパイプからのガス導入方向から見て、ガス吹き込みパイプを囲むように配置されていない。そのため、ガス吹き込みパイプから導入されたガスは、供試体を包み込みように槽内を循環することなく、排気口から直ちに排出されてしまい、その結果、供試体及び槽内を均一に加熱・冷却することができない。

図１１においては、図２、図３における冷熱槽１０，１０’内に供試基板を載置した構成を示しており、ガス吹き込みパイプの各細孔から温調エアーを導入することにより、１２分のサイクルで高温状態と低温状態を繰り返すことができた。

上述の各実施の形態の冷熱槽１０，１０’，１０ａ〜１０ｆの各々は、冷熱試験装置に用いることができる。このような本発明に係る冷熱槽を用いた冷熱試験装置では、プリント基板、電子部品、熱疲労試験片などを供試体（以下、試験体ともいう）として収容した冷熱槽１０，１０’，１０ａ〜１０ｆ内において迅速かつ均一に加熱または冷却して試験体の性能を迅速かつ高精度に検査し、あるいは冷熱サイクルにおける試験体の耐久性能を迅速かつ高精度に検査することができる。

また、上述の各実施の形態の冷熱槽１０，１０’，１０ａ〜１０ｆとして示した各々の槽は、プリント基板のリフロー装置に用いることができる。リフロー装置は、冷熱槽１０，１０’，１０ａ〜１０ｆと同様の構成とした槽を用い、槽内に収容したプリント基板を加熱してはんだ付けを行う。このような本発明に係る冷熱槽を用いたリフロー装置では、温度を均一かつ迅速に制御できるため、はんだ付けの信頼性を高めることができる上、生産性も向上できる。

以上、各図を用いて説明したように、本実施の形態の冷熱装置では、常温の第１ガスが流れる第１ガス流路と、第１ガスより低温の第２ガスが流れる第２ガス流路と、第１ガス流路と第２ガス流路とが合流した第３ガス流路と、第１ガス流路に設けられ第１ガス流路から第３ガス流路への第１ガスの流れを制御する第１開閉バルブと、第２ガス流路に設けられ第２ガス流路から第３ガス流路への第２ガスの流れを制御する第２開閉バルブと、第３ガス流路に設けられ、第３ガス流路に流れるガスを加熱するヒータと、試供体の温度制御時に第１開閉バルブと第２開閉バルブの少なくとも一方を開放するバルブ制御手段と、を備え、バルブ制御部により、供試体の加熱時または冷却時に設定される温度と速度との組み合わせに応じて、第１開閉バルブ及び第２開閉バルブのいずれかまたは両方を選択して開放する。ガス導入手段は、第３ガス流路に接続され、ヒータで加熱された第１ガス及び第２ガスを冷熱槽内に導入し、ガス排気手段は、ヒータで加熱され供試体に供給されたガスを冷熱槽内外に排出する構成としている。

このような構成により、本実施の形態の冷熱装置では、第１，第２開閉バルブの開閉の選択により、目標とする温度域と冷熱速度に応じた最適なガス経路を選択することができると共に、第１，第２ガス流路とが合流した後の第３ガス流路に供試体に近距離で設けた１本のヒータの出力調整のみで、供試体に対して供給するガスの温度調整を瞬時に行うことができるので、第１ガス流路において常に高温ガスを生成して循環させる設備も、第２ガス流路において常に低温ガスを循環させる設備も不要となると共に、第１，第２開閉バルブの開閉選択による供給ガスの選択と１本のヒータの出力制御を組み合わせることにより、多様な広範囲での温調条件下での最適な温度制御を行うことができる。

すなわち、本実施の形態の冷熱装置では、例えば目標とする冷熱速度（昇温速度、降温速度）と温度域に応じた、バルブの開閉選択制御と、供試体に近距離にある１本のヒータの出力制御との組み合わせという簡易な構成だけで、広範囲の温調条件下での供試体に対する最適な加熱・冷却を迅速且つ効率的に行うことが可能となるとの、従来技術の単なる組み合わせからは到底予測することができない顕著な効果を得ることができる。

そして、このように、低温から高温までの任意の温度に高精度に温調調整したガスを迅速に生成でき、さらに、生成したガスを複数の給気孔からシャワーのようにして冷熱槽内に導入し巡回させることにより、供試体全体を包み、速やかに排出することができる。これにより、冷熱槽内に導入したガスの熱を迅速かつ均一に供試体全体に伝達することができ、簡易な装置構成であるにも関わらず、従来装置に比べて極めて迅速且つ均一に供試体を加熱・冷却することができ、高速且つ高精度に供試体の温度を制御することができる。

特に、断熱容器の内壁に高熱伝導箔を配した冷熱槽内に温調ガス（高温ガス、低温ガス）を導入し、供試体をシャワー状のガス流で包むように熱交換した後、速やかに排気口から熱交換後のガスを排出することにより、供試体全体を均一且つ迅速に加熱または冷却することができる。

なお、本実施の形態の冷熱装置は、上述したプリント基板用のリフロー装置、電子部品の熱疲労試験装置、または、各種温度環境下での性能検査装置等として用いることが可能である。

また、本実施の形態の冷熱装置の冷熱槽内の断面形状は、矩形に構成されているが、楕円形または円形に構成されても良い。

１ 第１ガス流路
１_０,２_０,３_０ 配管
２ 第２ガス流路
３ 第３ガス流路
４,４ａ〜４ｃ ヒータ
５ 供試体
６,６ａ〜６ｃ 第１開閉バルブ
６ａ１，６ａ２，６ｂ１，６ｂ２，６ｃ１，６ｃ２ 電磁弁
７,７ａ〜７ｃ 第２開閉バルブ
７ａ１，７ａ２，７ｂ１，７ｂ２，７ｃ１，７ｃ２ 電磁弁
８ ドライヤ
９ 冷凍機
１０，１０’，１０ａ〜１０ｆ 冷熱槽
１１，１１ａ,１１ｂ 温度センサ
１２ 温調器
１３，１３ａ,１３ｂ ヒータ制御部
１４，１４ａ，１４ｂ バルブ制御部
１５ 流量制御バルブ部
１６ 圧力制御バルブ部
１７ 圧力センサ
３１ 第１分岐流路
３２ 第２分岐流路
６１ 断熱材
６２ 高熱伝導箔
６３,６３ｂ ガス吹込みパイプ
６３ａ 細孔
６４ 排気口
６４ａ,６４ｂ,６４ｃ 排気スリット
６５，６５ａ 供試体
１００，１００ａ，１００ｂ 冷熱装置
１０１，１０２ 冷熱ユニット

Claims (9)

1. 常温の第１ガスが流れる第１ガス流路と、
   前記第１ガスより低温の第２ガスが流れる第２ガス流路と、
   前記第１ガス流路と前記第２ガス流路とが合流した第３ガス流路と、
   前記第１ガス流路に設けられ前記第１ガス流路から前記第３ガス流路への第１ガスの流れを制御する第１開閉バルブと、
   前記第２ガス流路に設けられ前記第２ガス流路から前記第３ガス流路への第２ガスの流れを制御する第２開閉バルブと、
   前記第３ガス流路に設けられ、前記第３ガス流路に流れるガスを加熱する加熱手段と、
   被処理物の温度制御時に前記第１開閉バルブと前記第２開閉バルブの少なくとも一方を開放するバルブ制御手段と、
   前記加熱手段で加熱され前記被処理物に供給されたガスを排出するための排気手段と、
   を備えた冷熱装置。
2. 前記加熱手段は１系統のヒータからなり、該ヒータを加熱させる１系統の加熱制御手段を備え、
   前記被処理物の目標温度と目標冷熱速度の組み合わせに応じた前記バルブ制御手段による前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブの開閉選択と、前記加熱制御手段による前記ヒータの加熱制御と、の組み合わせだけで、前記被処理物の温度制御を行う、
   請求項１記載の冷熱装置。
3. 前記第３ガス流路に流れるガスの温度、前記被処理物の温度、または被処理物設置部の雰囲気温度を計測するセンサを更に備え、
   前記加熱制御手段は、前記センサの計測結果に基づいて、前記被処理物の加熱及び冷却時に、前記第３ガス流路に流れるガスの温度、前記被処理物の温度、または被処理物設置部の雰囲気温度が目標温度となるように前記加熱手段を加熱させる、
   請求項２記載の冷熱装置。
4. 前記加熱手段は、前記第３流路に流れるガスの熱交換効率が５０％以上の高効率ヒータである、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の冷熱装置。
5. 前記バルブ制御手段は、前記被処理物の冷却を開始する前に、前記第２開閉バルブを開放して前記第２ガスを前記第３ガス流路に流入させる、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の冷熱装置。
6. 前記第１ガス流路、前記第２ガス流路、前記第３ガス流路、前記第１開閉バルブ、前記第２開閉バルブ、前記加熱手段、前記バルブ制御手段、及び前記排気手段を、各々備えた複数の冷熱ユニットと、
   前記第１ガスを前記複数の冷熱ユニット各々の前記第１ガス流路に分岐して流入させる第１分岐流路と、
   前記第１分岐流路の分岐直前における前記第１ガスの圧力を予め定められた値に保つよう制御する第１圧力制御手段と、
   圧縮ガスを冷却して前記第２ガスを生成するガス冷却手段と、
   前記第２ガスを前記複数の冷熱ユニット各々の前記第２ガス流路に分岐して流入させる第２分岐流路と、
   前記第２分岐流路の分岐直前における前記第２ガスの圧力を予め定められた値に保つよう制御する第２圧力制御手段と、
   を備えた請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の冷熱装置。
7. 前記第１開閉バルブは、各々流量の異なる複数の開閉バルブを備え、
   前記第２開閉バルブは、各々流量の異なる複数の開閉バルブを備え、
   前記バルブ制御手段は、前記被処理物の加熱及び冷却時に、目標の冷熱速度と前記目標温度とに応じて、開放する前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブの前記複数の開閉バルブの開閉を選択する、
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の冷熱装置。
8. 前記被処理物を収容する冷熱槽を備え、
   前記冷熱槽は、
   前記第３ガス流路からの前記加熱手段で加熱されたガスを導入させるガス導入手段と、導入されたガスを排出させるためのガス排気手段と、を備えた閉構造であり、
   前記ガス導入手段は、導入されたガスが、前記冷熱槽の内壁と前記被処理物との間を流れるように、前記ガスを導入させ、
   前記ガス排気手段は、前記ガス導入手段によるガスの導入方向とガスの排出方向との角度が９０°〜１８０°となる分散配置された排気口を備え、
   前記排気口を、前記ガス導入手段によるガスの導入方向から見て、前記ガス導入手段を囲むように、前記冷熱槽の内壁に配置した
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の冷熱装置。
9. 常温の第１ガスが流れる第１ガス流路と、
   前記第１ガスより低温の第２ガスが流れる第２ガス流路と、
   前記第１ガス流路と前記第２ガス流路とが合流した第３ガス流路と、
   前記第１ガス流路に設けられ前記第１ガス流路から前記第３ガス流路への第１ガスの流れを制御する第１開閉バルブと、
   前記第２ガス流路に設けられ前記第２ガス流路から前記第３ガス流路への第２ガスの流れを制御する第２開閉バルブと、
   前記第３ガス流路に設けられ前記第１ガスまたは前記第２ガスを目標とする温度まで加熱する加熱手段と、
   バルブ制御手段と、
   加熱制御手段と、
   前記加熱手段で加熱され前記被処理物に供給された前記第１ガスまたは前記第２ガスを排出する排気手段と、
   を備えた冷熱装置の温度制御方法であって、
   前記被処理物の加熱及び冷却時に、目標の冷熱速度と目標温度とに応じて、前記バルブ制御手段によって、前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブの開閉を選択すると共に、前記加熱制御手段によって、前記第３ガス流路に流れるガスの温度、前記被処理物の温度、または被処理物設置部の雰囲気温度が目標温度となるように前記加熱手段を加熱させる、
   冷熱装置の温度制御方法。