JP2020134277A

JP2020134277A - 環境試験装置及び環境試験方法

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Publication number: JP2020134277A
Application number: JP2019026764A
Authority: JP
Inventors: 信吾今井; Shingo Imai
Original assignee: Espec Corp
Current assignee: Espec Corp
Priority date: 2019-02-18
Filing date: 2019-02-18
Publication date: 2020-08-31
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Abstract

【課題】試験槽３内の環境を高温環境又は常温環境から低温環境に変化させる際、試験槽３内の環境を従来の冷熱衝撃試験に比べて緩やかに変化させることが可能な環境試験装置１を提供する。【解決手段】低温側開閉手段１１ａ、１１ｂを閉じて低温槽５内の空気の温度を調整する予冷運転が行われ、予冷運転時においては、低温槽５に貯留される空気の温度を低温試験目標温度よりも高い温度に制御し、低温側開閉手段を開いて低温槽５内の空気を試験槽３に導入し、その後に試験槽３内の温度を低温試験目標温度に至らせる。【選択図】図１

Description

本発明は環境試験装置に関するものであり、特に冷熱衝撃試験又はそれに類似する環境試験を行うことができる環境試験装置に関するものである。また本発明は、環境試験方法に関するものである。

電子部品や電子機器等の被試験物に熱的な衝撃を与え、その際に生じる熱ストレスからその被試験物の信頼性を評価する冷熱衝撃試験が知られている。冷熱衝撃試験を行う冷熱衝撃試験装置の一つとして、被試験物が配される試験槽と、その試験槽を冷却するために低温の空気を溜めておく低温槽と、前記試験槽を加熱する高温の空気を溜めておく高温槽が備えられたものがある（特許文献１）。

前記構成を備えた冷熱衝撃試験装置では、被試験物を試験槽に設置し、低温槽や高温槽から試験槽に低温空気と高温空気を交互に送り込んで、被試験物を急速に冷却又は加熱して熱ストレスを与える。具体的には、冷熱衝撃試験では、試験槽と低温槽とを連通状態にして試験槽を急速に冷却する低温さらし試験（低温試験）と、試験槽と高温槽とを連通状態にして試験槽を急速に加熱する高温さらし試験（高温試験）が交互に実行される。

冷熱衝撃試験装置には、試験槽における温度状態の移行（高温から低温、低温から高温）を短時間に円滑に行って試験の時間効率を向上させるため、低温さらし試験の最中に、次の高温さらし試験に備えて高温槽内の空気を所定の高温に加熱する予熱運転を行う機能を備えたものがある。
同様に高温さらし試験の最中に、次の低温さらし試験に備えて、低温槽内の空気を所定の低温に低下させる予冷運転を行う機能を備えたものがある。
従来技術の冷熱衝撃試験装置では、試験槽の環境を急激に変化させるため、予冷運転に際しては、低温槽内の空気は、低温さらし試験を行う際の低温試験目標温度よりも相当に低い温度に制御される場合がある。
従来技術の冷熱衝撃試験装置では、試験槽の環境を急激に変化させるため、予冷運転に際しては、低温槽内の空気は、少なくとも低温さらし試験を行う際の低温試験目標温度以下の温度に制御される。

特開２０００−２４９６４３号公報

一般に冷熱衝撃試験は、被試験物が置かれた環境を、低温環境から高温環境に急激に変化させて行われる。また一般に冷熱衝撃試験では、被試験物が置かれた環境を、高温環境から低温環境に急激に変化させる。
ところで市場において、試験槽内の温度環境をやや緩やかに変化させて環境試験を行いたいという要求がある。
従来技術の冷熱衝撃試験装置は、試験槽の環境を急激に変化させることに主眼をおいて作られており、試験槽の環境を緩やかに変化させたいという要求を満足することが困難である。

そこで本発明は、従来技術の上記した問題点に注目し、試験槽内の環境を高温環境又は常温環境から低温環境に変化させる際、試験槽内の環境を従来の冷熱衝撃試験に比べて緩やかに変化させることが可能な環境試験装置を提供することを課題とするものである。

上記した課題を解決するための態様は、内部の空気を昇温し当該昇温した空気を貯留する高温槽と、内部の空気を冷却する冷却手段を有し冷却した空気を貯留する低温槽と、被試験物を載置する試験槽と、前記高温槽と前記試験槽との間を開閉する高温側開閉手段と、前記低温槽と前記試験槽との間を開閉する低温側開閉手段を有し、前記高温側開閉手段を開いて前記高温槽と前記試験槽との間を連通し前記試験槽に前記高温槽内の空気を導入し高温環境に前記被試験物をさらす高温試験と、前記低温側開閉手段を開いて前記低温槽と前記試験槽との間を連通し前記試験槽に前記低温槽内の空気を導入し所定の低温試験目標温度の環境に前記被試験物をさらす低温試験を行うことが可能な環境試験装置において、前記低温側開閉手段を閉じて前記低温槽内の空気の温度を調整する予冷運転が行われ、当該予冷運転時においては、前記低温槽に貯留される空気の温度を前記低温試験目標温度よりも高い温度に制御し、前記低温側開閉手段を開いて前記低温槽内の空気を前記試験槽に導入し、その後に前記試験槽内の温度を前記低温試験目標温度に至らせることを特徴とする環境試験装置である。

本態様の環境試験装置は、従来技術の冷熱衝撃試験装置と同様、内部の空気を昇温し当該昇温した空気を貯留する高温槽と、内部の空気を冷却する冷却手段を有し冷却した空気を貯留する低温槽を有している。そして高温槽と試験槽との間を連通し試験槽に高温槽内の高温の空気を導入し高温環境に被試験物をさらす高温試験と、低温側開閉手段を開いて低温槽と試験槽との間を連通し試験槽に低温槽内の低温の空気を導入し所定の低温試験目標温度の環境に被試験物をさらす低温試験を行うことができる。
本態様の環境試験装置においても、低温試験に備えて、低温槽内の空気を所定の低温に低下させる予冷運転が行われる。
ここで本態様の環境試験装置は、特徴的構成として、予冷運転時においては低温槽に貯留される空気の目標温度（以下、予冷目標温度と称する場合がある）が、低温試験目標温度よりも高い温度に制御される。
前記した様に、従来技術の冷熱衝撃試験装置では、試験槽の環境を急激に変化させるため、予冷運転時においては、低温槽内の空気は低温試験目標温度よりも低い予冷目標温度に調整される。
これに対して本態様の環境試験装置では、予冷目標温度は低温試験目標温度よりも高く、低温槽に貯留される空気の温度は、低温試験目標温度よりも高い。
そのため低温槽内の空気が試験槽に導入され、試験槽内の空気が低温槽内の空気と置換されても、試験槽内の温度は低温試験目標温度よりも高い状態にある。
本態様の環境試験装置では、低温槽内の空気を試験槽に導入した後、冷却手段等によって試験槽内の温度を低温試験目標温度に至らせる。そのため試験槽内の温度低下速度は、従来技術の冷熱衝撃試験装置に比べて緩やかになる。

上記した態様において、前記予冷運転時において前記低温槽に貯留される空気の温度を前記低温試験目標温度以下に制御することも可能であり、希望する前記試験槽の温度降下が急である場合には、前記予冷運転時において前記低温槽に貯留される空気の温度が前記低温試験目標温度以下に制御されることが望ましい。

本態様によると、要求される試験槽の温度降下速度に応じて、低温槽に貯留される空気の温度を変えられる。
低温槽に貯留される空気の温度を低温試験目標温度以下に制御することによって、試験槽の温度環境を急激に低下させることができ、本態様の環境試験装置によって冷熱衝撃試験を実施することができる。

上記した各態様において、前記予冷運転時においては前記低温槽内の空気の温度が前記低温試験目標温度よりも高い温度に制御され、前記低温側開閉手段を開いた後に、前記冷却手段によって前記試験槽内の空気の温度を前記低温試験目標温度に至らせる追加冷却運転が行われ、前記冷却手段は、冷却出力を増減可能であり、前記追加冷却運転時であって、希望する前記試験槽の温度降下が緩やかである場合には、希望する温度降下が急である場合に比べて前記冷却出力が絞られた状態で前記冷却手段が運転されることが望ましい。

本態様の環境試験装置では、予冷運転の際と低温槽と試験槽を連通した状態の際との間で、冷却手段の運転方法が切り替わる。即ち低温側開閉手段を開いた後は、追加冷却運転が行われる。
また追加冷却運転においては、希望する試験槽の温度降下の速度に応じて冷却手段の制御方法が変わる。
即ち希望する試験槽の温度降下が緩やかである場合には、希望する温度降下が急である場合に比べて冷却出力が絞られた状態で冷却手段が運転される。
冷却出力が絞られることにより、試験槽の温度降下が緩やかになる。

同様の課題を解決するためのもう一つの態様は、内部の空気を昇温し当該昇温した空気を貯留する高温槽と、内部の空気を冷却する冷却手段を有し冷却した空気を貯留する低温槽と、被試験物を載置する試験槽と、前記高温槽と前記試験槽との間を開閉する高温側開閉手段と、前記低温槽と前記試験槽との間を開閉する低温側開閉手段を有し、前記高温側開閉手段を開いて前記高温槽と前記試験槽との間を連通し前記試験槽に前記高温槽内の空気を導入し高温環境に前記被試験物をさらす高温試験と、前記低温側開閉手段を開いて前記低温槽と前記試験槽との間を連通し前記試験槽に前記低温槽内の空気を導入し所定の低温試験目標温度の環境に前記被試験物をさらす低温試験を行うことが可能な環境試験装置において、前記低温側開閉手段を閉じた状態で前記冷却手段によって前記低温槽内の空気の温度を制御する予冷運転と、前記低温側開閉手段を開いた後に、前記冷却手段によって前記試験槽内の空気の温度を前記低温試験目標温度に至らせる追加冷却運転を行うものであり、前記追加冷却運転時であって、希望する前記試験槽の温度降下が緩やかである場合には、希望する温度降下が急である場合に比べて前記冷却出力が絞られた状態で前記冷却手段が運転されること特徴とする環境試験装置である。

本態様の環境試験装置においても、予冷運転の際と、低温槽と試験槽を連通した状態の際で冷却手段の運転方法が切り替わる。即ち低温側開閉手段を開いた後は、追加冷却運転が行われる。
また追加冷却運転においては、希望する試験槽の温度降下の速度に応じて冷却手段の制御方法が変わる。
即ち希望する試験槽の温度降下が緩やかである場合には、希望する温度降下が急である場合に比べて冷却出力が絞られた状態で冷却手段が運転される。
冷却出力が絞られることにより、試験槽の温度降下が緩やかになる。

上記した各態様において、前記低温側開閉手段を開いた後に、前記冷却手段によって前記試験槽内の空気の温度を前記低温試験目標温度に至らせる追加冷却運転を行うものであり、ヒーターを有し、前記追加冷却運転時であって、前記試験槽の希望する温度降下が緩やかである場合には、前記ヒーターを駆動して前記冷却手段の前記冷却出力の一部を前記ヒーターの発熱で相殺することが望ましい。

本態様によると、ヒーターの発熱によって冷却手段の冷却出力の一部が相殺されるので、温度低下がより一層緩やかになる。

上記した各態様において、前記低温槽内に、熱容量を有する蓄熱器が設けられていることが望ましい。

本態様では、低温槽内に蓄熱器が設けられているので、予冷運転によって蓄熱器の温度が低温槽内の空気の温度と同等の温度となる。
予冷運転によって低温槽内の空気の温度を低温試験目標温度よりも高い温度に制御すると、蓄熱器の温度も低温試験目標温度よりも高い温度に調整される。
低温側開閉手段を開いた後は、冷却手段等によって試験槽内の温度が低温試験目標温度に低下されるが、蓄熱器の温度が低温試験目標温度よりも高い温度であるから、蓄熱器の保有する熱が試験槽内の温度低下の妨げとなり、温度低下速度を鈍化させる。

上記した態様において、前記蓄熱器を加熱する蓄熱器加熱手段を有し、前記蓄熱器の温度を前記低温槽内の空気温度よりも高い温度とすることが可能であることが望ましい。

本態様によると、蓄熱器の保有する熱が試験槽内の温度低下の妨げとなり、温度低下速度を鈍化させる。

上記した態様において、希望する温度降下に関する情報を入力可能であることが望ましい。

本態様によると、入力された温度降下に関する情報に基づいて、予冷運転時の設定温度や、追加冷却運転時の冷却出力を変更する構成とすることもできる。

環境試験方法に関する態様は、高温槽内に昇温した空気を貯留し、低温槽内に低温の空気を貯留し、試験槽内に被試験物を設置し、前記高温槽内の空気を前記試験槽内に導入して前記被試験物を高温環境にさらす高温試験と、前記低温槽内の空気を前記試験槽内に導入し前記被試験物を低温試験目標温度の環境にさらす低温試験を行う環境試験方法において、前記低温槽に貯留される空気の温度を前記低温試験目標温度よりも高い温度に制御し、前記試験槽内に前記低温槽内の空気を導入し、その後に、前記試験槽内の温度を前記低温試験目標温度に至らせることを特徴とする環境試験方法である。

本態様の環境試験方法では、低温槽に貯留される空気の温度が低温試験目標温度よりも高い温度に制御されるから、低温槽内の空気が試験槽に導入され、試験槽内の空気が、低温槽内の空気と置換されても、試験槽内の温度は低温試験目標温度よりも高い状態となる。
本態様の環境試験方法では、低温槽内の空気を試験槽に導入した後、試験槽内の温度を低温試験目標温度に至らせる。そのため試験槽内の温度低下速度は、従来技術の冷熱衝撃試験装置に比べて緩やかになる。

環境試験方法に関するもう一つの態様は、高温槽内に昇温した空気を貯留し、低温槽内に低温の空気を貯留し、試験槽内に被試験物を設置し、前記高温槽内の空気を前記試験槽内に導入して前記被試験物を高温環境にさらす高温試験と、前記低温槽内の空気を前記試験槽内に導入し前記被試験物を低温試験目標温度の環境にさらす低温試験を行う環境試験方法において、前記低温槽内の空気を冷却する冷却手段を有し、前記低温槽から前記試験槽内に空気を導入した後、前記冷却手段によって前記試験槽内の温度を前記低温試験目標温度に至らせる追加冷却を行い、前記追加冷却時であって、希望する前記試験槽の温度降下が緩やかである場合には、希望する温度降下が急である場合に比べて前記冷却手段の冷却出力が絞られた状態で前記冷却手段を運転することを特徴とする環境試験方法である。

本態様の環境試験方法では、追加冷却運時においては、希望する試験槽の温度降下の速度に応じて冷却手段の制御方法が変わる。
即ち希望する試験槽の温度降下が緩やかである場合には、温度降下が急である場合に比べて冷却出力が絞られた状態で冷却手段が運転される。
冷却出力が絞られることにより、試験槽の温度降下が緩やかになる。

本発明の環境試験装置によると、試験槽内の環境を高温環境又は常温環境から低温環境に変化させる際、試験槽内の環境を従来の冷熱衝撃試験に比べて緩やかに変化させることができる。

本発明の実施形態の環境試験装置の概念図であり、高温試験中における空気の流れを示す。図１の環境試験装置の概念図であり、低温試験中における空気の流れを示す。図１の環境試験装置で採用する冷却装置の配管系統図である。図１の環境試験装置の制御装置のブロック図である。図１の環境試験装置の動作を示すフローチャートである。図１の環境試験装置の各部の温度変化等の状況を示すグラフである。本発明の他の実施形態の環境試験装置の概念図である。

以下さらに本発明の実施形態について説明する。
本実施形態の環境試験装置１は、冷熱衝撃試験を行うことができるものである。本実施形態の環境試験装置１は、さらに加えて熱サイクル試験に近い環境試験を行うこともできる。即ち環境試験装置１は、通常の冷熱衝撃試験に比べて、温度の変化勾配が緩い環境変化を実現することができる。

環境試験装置１の機械的構造は、公知の３槽式の熱衝撃試験装置に類似している。環境試験装置１は、図１、図２に示す様に断熱筐体２の内部が３部屋に分かれている。具体的には、環境試験装置１では、断熱筐体２の内部に、被試験物が載置される試験槽３と、高温の空気を生成して試験槽３に熱風を送る高温槽５と、低温の空気を生成して試験槽３に冷風を送る低温槽６とを備えている。図１、図２に示す例では、試験槽３を基準として、上部に高温槽５が配され、下部に低温槽６が配されている。

また試験槽３と高温槽５の間には、互いに連通した通気口７ａ、７ｂが設けられている。同様に試験槽３と低温槽６の間には、互いに連通した通気口８ａ、８ｂが設けられている。
そしてそれぞれの通気口７、８には、槽間の空気の往来を制限するダンパー（高温側開閉手段、低温側開閉手段）１０、１１が設けられている。
環境試験装置１では、試験槽３と高温槽５の間に一連の高温側空気循環路が形成されており、高温側ダンパー（高温側開閉手段）１０ａ、１０ｂは前記高温側空気循環路を開閉するものである。
同様に試験槽３と低温槽６の間にも、一連の低温側空気循環路が形成されており、低温側（低温側開閉手段）ダンパー１１ａ、１１ｂは前記低温側空気循環路を開閉するものである。

試験槽３は、高温環境と低温環境が繰り返し創出される部分であり、試験槽３内の雰囲気温度を検知する試験槽側温度センサー１２を有している。

高温槽５は、当該槽内の空気（気体）を、予め設定した高温側の設定温度（予熱目標温度）まで加熱し、その加熱した空気を貯留する機能を果たす空間である。また高温槽５は、試験槽３との間で高温の空気を循環させる機能を備えている。
高温槽５は、空気を加熱する加熱ヒーター１５と、空気を循環させる高温側送風機１６と、高温槽５内の雰囲気温度を検知する高温槽側温度センサー１７を有している。

低温槽６は、槽内の空気（気体）を所定の温度まで冷却し、その冷却した空気を貯留する機能を果たす空間である。本実施形態では、予冷運転時には、低温槽６内の空気は予冷目標温度ＰＴに調整される。また低温試験時には、低温槽６内の空気は低温試験目標温度ＴＴに調整される。
低温槽６は、試験槽３との間で低温の空気を循環させる機能を備えている。
低温槽６は、空気を冷却する冷却器２０と、空気を循環させる低温側送風機２１と、冷却した空気の温度を微調整する調整用ヒーター２３と、蓄冷器２６と、低温槽６内の雰囲気温度を検知する低温槽側温度センサー２５を有している。
冷却器２０は、後記する冷却装置１８の低温側蒸発器である。蓄冷器２６は、アルミ等の金属のブロックであり、相当の熱容量を有するものである。

環境試験装置１は、高温に調整された空気（気体）を試験槽３に導入して高温雰囲気下に被試験物をさらす高温さらし（高温試験）を行う高温さらしモードによる運転と、低温に調整された空気を試験槽３に導入して低温雰囲気下に被試験物をさらす低温さらし（低温試験）を行う低温さらしモードによる運転とを順次実施し、被試験物に熱衝撃を与えることができる。
高温さらしモードによる運転を実施する場合には、図１の様に高温側ダンパー１０ａ、１０ｂを開いて高温槽５から試験槽３内に高温の空気を導入する。
逆に低温さらしモードによる運転を実施する場合には、図２の様に、低温側ダンパー１１ａ、１１ｂを開いて低温槽６から試験槽３内に低温の空気を導入する。

高温さらしモードが実行されている際、次の低温試験に備えて、低温槽６側では、予冷運転が行われる。予冷運転は、図１の矢印の様に、低温槽６内で空気を循環させ、低温槽６の空気を低温側の設定温度に調節する運転である。予冷運転時においては、低温槽６内の空気は、予冷目標温度ＰＴに調節される。
一方、低温さらしモードが実行されている際、次の高温試験に備えて、高温槽５側では、予熱運転が行われる。予熱運転は、図２の矢印の様に、高温槽５内で空気を循環させ、高温槽５の空気を高温側の設定温度に調節する運転である。

次に低温槽６を冷却する冷却装置１８について説明する。前記した様に、低温槽６内に設置された冷却器２０は、冷却装置１８の低温側蒸発器である。
本実施形態の環境試験装置１では、冷却装置１８として、図３に示すような二元冷却構造が採用されている。
即ち冷却装置１８は、一次側冷却回路３０と二次側冷却回路３１を備えた二元冷却構造を持つ。
一次側冷却回路３０は、高温側圧縮部３２と高温側オイルセパレータ３３と、高温側凝縮部３５と高温側膨張手段３６とカスケードコンデンサ３７の一次側流路３８及び高温側アキュームレータ４０が順次環状に配管されたものである。
そして上記した回路内に相変化する冷媒が封入されている。一次側冷却回路３０は、公知のそれと同様に冷凍サイクルを実現するものである。

二次側冷却回路３１は低温側圧縮部４１と低温側オイルセパレータ４２と、カスケードコンデンサ３７の二次側流路４３と、低温側膨張手段４５と低温側蒸発器（冷却器）２０及び低温側アキュームレータ４６が順次環状に配管されたものである。
低温側膨張手段４５は、膨張弁であり、モータ等のアクチェータによって開度を調節することができるものである。

そして上記した二次側冷却回路３１内に相変化する冷媒が封入されている。二次側冷却回路３１は、公知のそれと同様に冷凍サイクルを実現するものである。
そして公知の二元冷却構造と同様に、一次側冷却回路３０のカスケードコンデンサ３７の一次側流路３８で、一次側冷却回路３０の冷媒を蒸発させてカスケードコンデンサ３７を温度降下させる。
この時に発生した低温によって、二次側冷却回路３１の冷媒を凝縮させる。

本実施形態に特有の構成として、低温側圧縮部４１は２基の圧縮機５０、５１を備えている。即ち低温側圧縮部４１は第１圧縮機５０と、第２圧縮機５１を有し、二つの圧縮機５０、５１が並列接続されたものである。

また二次側冷却回路３１には、バイパス流路５２がある。バイパス流路５２は、カスケードコンデンサ３７と低温側膨張手段４５との間から分岐され、低温側圧縮部４１の吸込側に至る流路である。バイパス流路５２には、電磁弁５３とバイパス用膨張手段４８が設けられている。
バイパス流路５２を通過した冷媒は、十分に冷却能力を有している。そのためバイパス流路５２は、低温側圧縮部４１に吸入される冷媒の温度を低下させる冷媒冷却手段としての機能を果たすことができる。
例えば、低温側圧縮部４１に吸入される冷媒の温度が過度に高い場合（例えば、低温槽の温度が高い場合）には、バイパス流路５２の電磁弁５３と、バイパス用膨張手段４８を開いて冷媒を低温側圧縮部４１の上流側に混入し、冷媒の温度を低下させて低温側圧縮部４１に吸入させることができる。

さらに二次側冷却回路３１には、ホットガスバイパス流路５５がある。ホットガスバイパス流路５５は、低温側オイルセパレータ４２とカスケードコンデンサ３７との間から分岐され、低温側圧縮部４１の吸込側に至る流路である。
ホットガスバイパス流路５５には、開度を調節することができる調整弁５６が設けられている。なお、ホットガスバイパス流路５５には、調整弁５６がなくてもよい。また、調整弁５６に変えてキャピラリーチューブを用いてもよい。

本実施形態で採用する冷却装置１８は、冷却出力を増減することができる。
本実施形態で採用する冷却装置１８では、次の方法によって冷却出力を増減する。
（１）低温側膨張手段４５の開度変更
低温側膨張手段４５は、モータ等のアクチェータ（図示せず）によって開度を調節することができる。低温側膨張手段４５の開度を開くことによって低温側蒸発器（冷却器）２０に導入される冷媒量が増加し、冷却出力が増加する。逆に低温側膨張手段４５の開度を絞ると冷却出力が減少する。
なお低温側膨張手段４５の開度を極度に絞ると、低温側圧縮部４１に吸入される冷媒の温度が上昇する。その場合には、バイパス流路５２の電磁弁５３と、バイパス用膨張手段４８を開いて冷媒を低温側圧縮部４１の上流側に混入し、冷媒の温度を低下させて低温側圧縮部４１に吸入させる。

（２）低温側圧縮部４１の切り替え
低温側圧縮部４１は２基の圧縮機５０、５１を備えている。
２基の圧縮機５０、５１を駆動することにより、流路を流れる冷媒量が増加し、冷却出力が増加する。逆にいずれか一方の圧縮機５０、５１を休止すると、冷却出力が減少する。

（３）ホットガスバイパス流路５５の利用
ホットガスバイパス流路５５は、低温側蒸発器（冷却器）２０をバイパスするものであるから、調整弁５６を開くことによって低温側蒸発器（冷却器）２０を通過する冷媒量が減少し、冷却出力が減少する。

（４）バイパス流路５２の利用
バイパス流路５２についても低温側蒸発器（冷却器）２０をバイパスするものであるから、バイパス用膨張手段４８を開くことによって低温側蒸発器（冷却器）２０を通過する冷媒量が減少し、冷却出力が減少する。

（５）一元運転と二元冷却構造の切り替え
本実施形態で採用する冷却装置１８は、二元冷却構造を有し、一次側冷却回路３０と二次側冷却回路３１を備えている。これに加えて、一次側冷却回路３０にカスケードコンデンサ３７と並列に接続された蒸発器であって、低温槽内に配置される蒸発器を有するようにし、カスケードコンデンサ３７には冷媒を流さずに当該蒸発器にのみ冷媒を流す一元運転を行うように構成しても良い。この場合、二次側冷却回路３１を停止させる。
冷却装置１８を一元運転することによって冷却出力が減少する。

（６）その他
低温側圧縮部４１の圧縮機５０、５１をインバータ制御する等により、圧縮機５０、５１自体の冷媒吐出量を低下させ、冷却出力を減少させることも考えられる。

環境試験装置１は、図４に示す制御装置７０によって制御される。制御装置７０には、高温槽側温度センサー１７の検知信号と、低温槽側温度センサー２５の信号と、試験槽側温度センサー１２の信号が入力される。
また試験温度入力手段によって、高温試験目標温度と、低温試験目標温度が入力される。ここで高温試験目標温度は、高温試験を実施する際における試験槽３の目標温度である。低温試験目標温度は、低温試験を実施する際における試験槽３の目標温度である。
さらに特有の構成として、制御装置７０に温度勾配入力装置が接続されている。温度勾配入力装置は、希望する試験槽３の温度降下曲線に関する情報を入力するものである。例えば、単位時間当たりの降下温度の目標値が数値で入力される。あるいは、試験槽３内の温度が低温試験目標温度に達するまでの時間、が入力される。
より簡便な方法として、温度降下速度を「急」「中」「緩」という様に何段階かに区分して入力するものであってもよい。
本実施形態では、低温試験における単位時間当たりの降下温度の目標値が入力される。

制御装置７０は、ＣＰＵを内蔵するものであり、内蔵するコンピュータプログラムによって、図４の様に高温槽温度制御手段と、低温槽温度制御手段及び試験槽温度制御手段が実現される。
これらは、いずれも入力されたセンサーの信号と目標値から、冷却装置１８やヒーター１５、２３等をＰ．Ｉ．Ｄ．制御し、各槽の温度を目標値に収斂させるものである。

また本実施形態で採用する制御装置７０は、特有の構成として、低温槽６の予冷温度を決定する予冷目標温度決定手段を有している。
予冷目標温度決定手段は、試験温度入力手段から入力された低温試験目標温度と、温度勾配入力装置から入力された単位時間あたりの温度降下の目標値から、望ましい低温槽６の予冷目標温度を決定するものである。

制御装置７０の出力信号によって、加熱ヒーター１５、調整用ヒーター２３及び冷却装置１８等が制御される。

次に、環境試験装置１の機能について説明する。
本実施形態の環境試験装置１は、冷熱衝撃試験を行うことができる。また特有の機能として、通常の冷熱衝撃試験に比べて温度の変化勾配が緩い環境変化を実現することができる。
以下、比較的ゆるやかな環境変化を実現させる場合の動作について説明する。

本実施形態の環境試験装置１では、制御装置７０に、試験槽３の目標温度を入力する。環境試験装置１は、高温試験と低温試験を繰り返すものであるから、高温試験目標温度と、低温試験目標温度が入力される。
また制御装置７０に、希望する試験槽３の温度降下状況に関する情報が入力される。具体的には温度勾配入力装置から入力された単位時間あたりの温度降下の目標値が入力される。その結果、制御装置７０の予冷目標温度決定手段によって、予冷運転時における低温槽６の目標温度（予冷目標温度ＰＴ）が演算される。

ここで試験槽３の温度を急降下させたい場合には、予冷目標温度ＰＴとして低温試験目標温度ＴＴ以下の温度が算出される。一方、試験槽３の温度を緩やかに低下させたい場合には、予冷目標温度ＰＴとして低温試験目標温度ＴＴよりも高い温度が算出される。試験槽３の温度を緩やかに低下させたい場合には、例えば予冷目標温度ＰＴとして低温試験目標温度ＴＴよりも摂氏１０度以上高い温度が算出される。
設例に従うと、予冷目標温度ＰＴとして低温試験目標温度ＴＴよりも高い温度が算出される。
また本実施形態では、制御装置７０によって、試験槽３が低温試験目標温度ＴＴに達するまでの予想時間が演算される。

以下、図５のフローチャート及び図６のグラフを参照しつつ説明する。以下の動作は、低温試験に際して試験槽３の温度を緩やかに低下させる場合を例示している。

なお以下に示す制御フローは、あくまでも概念的なものであり、ステップの順序が入れ代わることもある。特にタイマーの計時を開始するタイミングは、任意性が高い。

作業者が行う工程として、制御装置７０に所定の目標値が入力される。
そして図示しないスタートスイッチがＯＮされると、低温槽６内で予冷運転が開始され、高温槽５内で予熱運転が開始される。
即ちステップ１に移行し、ダンパー（高温側開閉手段）１０が閉じられる。同時にダンパー（低温側開閉手段）１１も閉じられる。

そしてステップ２に移行し、高温槽５の温度制御が開始される。即ち加熱ヒーター１５と高温側送風機１６が駆動され、高温槽５内の空気を攪拌しつつ、高温槽５の空気温度が昇温される。

高温槽５の目標温度たる予熱目標温度は概ね高温試験目標温度の近傍である。予熱目標温度は、高温試験目標温度よりも高くてもよく、低くてもよい。もちろん予熱目標温度は、高温試験目標温度と同じであってもよい。

続くステップ３で、低温槽６の目標温度が演算される。実施例の設例では、試験槽３の温度を緩やかに低下させる方針であるから、低温槽６の目標温度たる予冷目標温度ＰＴは、試験槽３の低温試験時における目標温度たる低温試験目標温度ＴＴよりも高い温度である。

続いてステップ４に移行し、低温槽６の温度制御が開始される。即ち冷却装置１８と低温側送風機２１が駆動され、低温槽６内の空気を攪拌しつつ、低温槽６の空気温度が図６の様に予冷目標温度ＰＴに向かって降下する。

そしてステップ５に移行し、高温槽５及び低温槽６の温度が目標温度に到達するのを待つ。高温槽５及び低温槽６の温度が目標温度に到達したことが確認されると、ステップ６に移行し、ダンパー（高温側開閉手段）１０が開かれ、高温槽５と試験槽３を連通させる。以後、高温試験が実施される。
即ち高温側送風機１６の送風によって高温槽５内に溜められていた空気が試験槽３に流れ込み、試験槽３内の空気が高温槽５内の高温の空気と置換され、試験槽３内の温度は、図６の様に上昇する。

高温槽５内の空気と試験槽３内の空気は、高温側送風機１６によって循環する。
そしてステップ７で、試験槽３内の温度が、高温試験目標温度に到達するのを待つ。
試験槽３内の温度が、高温試験目標温度に到達すると、ステップ８で維持時間タイマーの計時が開始され、ステップ９で所定の高温さらし時間の経過を待つ。

なおステップ８の維持時間タイマーの計時の開始時期は、ステップ６の後でもよい。またステップ７自体を省略してもよい。

ステップ９で高温さらし時間が経過したことが確認されると、一回目の高温試験を終え、ステップ１０に移行してダンパー（高温側開閉手段）１０が閉じられる。

続いて低温試験を開始すべく、ステップ１１に移行し、ダンパー（低温側開閉手段）１１が開かれる。
そしてステップ１２に移行し、ダンパー（低温側開閉手段）１１が開かれたことを契機とし、低温槽６の目標温度が試験槽３の低温試験目標温度ＴＴに切り換えられる。
即ち、ダンパー（低温側開閉手段）１１が開かれたことを契機とし、冷却装置１８等の運転が、追加冷却運転に切り替わる。
さらに続くステップ１３では、冷却装置１８の出力が制限される。
この様に追加冷却運転では、低温槽６の目標温度と、冷却装置１８の出力が変更される。
さらにステップ１４に移行し、温度勾配検知タイマーの計時が開始される。

前記したステップ１１でダンパー（低温側開閉手段）１１が開かれることにより、低温槽６と試験槽３が連通し、低温側送風機２１の送風によって低温槽６内に溜められていた低温の空気が試験槽３に流れ込み、試験槽３内の空気が低温槽６内の低温の空気と置換される。

図６に示す様に、低温槽６内に溜められていた低温の空気が試験槽３に流れ込むことによって、試験槽３内の温度が急激に低下する。ここで本実施形態では、低温槽６の予冷目標温度ＰＴは、試験槽３の低温試験目標温度ＴＴよりも高い温度である。そのため試験槽３内の空気が低温槽６内の低温の空気と全て置換された後でも、低温槽６内に溜められていた空気の温度が低温試験目標温度ＴＴよりも高いので、試験槽３内の温度は、低温試験目標温度ＴＴには至らない。即ち試験槽３内の空気が低温槽６内の低温の空気と全て置換された後であっても、試験槽３内の温度は、低温試験目標温度ＴＴよりも高く、予冷目標温度ＰＴの近傍に止まる。

本実施形態では、前記した様にステップ１１に続くステップ１２で、低温槽６の目標温度が試験槽３の低温試験目標温度に切り換えられ、さらに低温槽６内の空気が試験槽３内を循環するので、試験槽３内の空気の温度は予冷目標温度ＰＴの近傍から低温試験目標温度ＴＴに向かって降下してゆく。
しかしながら、この降下速度は比較的緩やかである。
即ち、低温槽６の目標温度が元の予冷目標温度ＰＴから、試験槽３の低温試験目標温度ＴＴに下げられるが、ステップ１３で冷却装置１８の出力が制限され、冷却装置１８はフル出力よりも低い冷凍出力で運転される。

加えて、低温槽６内に蓄冷器２６があり、当該蓄冷器２６が試験槽３の温度降下を妨げる。即ち低温槽６内に冷却器２０があり、低温槽６内の空気を試験槽３内に循環させて試験槽３内の温度を低下させるが、蓄冷器２６の温度は、予冷運転時において、前記した低温槽６の目標温度に維持されている。そして前記した様に予冷時におる低温槽６の目標温度（予冷目標温度ＰＴ）は、低温試験目標温度ＴＴよりも高い温度である。従って蓄冷器２６の温度は、低温試験目標温度ＴＴよりも高く、低温槽６内の空気の温度を低下させるのを妨げる。

そのため試験槽３内の温度変化は、図６に示す様な挙動を示す。即ちダンパー（低温側開閉手段）１１を開いて試験槽３内の空気が低温槽６内の空気と置換されることによって、試験槽３内の温度が低温槽６の予冷目標温度ＰＴ近くまで低下し、その後、ゆっくりとさらに温度低下して低温試験目標温度ＴＴに至る。
そのためダンパー（低温側開閉手段）１１を開いて低温試験を開始してから、試験槽３内の温度が実際に低温試験目標温度ＴＴに至るまでに、ある程度の時間がかかる。

フローチャートの説明に戻ると、ステップ１５で試験槽３内の温度が、低温試験目標温度に到達するのを待つ。
試験槽３内の温度が、低温試験目標温度に到達するとステップ１６で温度勾配検知タイマーの計時を終了する。そしてステップ１７、ステップ１８で、ダンパー（低温側開閉手段）１１を開いてから低温試験目標温度ＴＴに至るまでの実時間と、温度降下勾配の目標値から想定される低温試験目標温度ＴＴに至るまでの予想時間を比較する。
即ちステップ１７で、実時間と予想時間が同じであることが確認できればステップ２１に移行する。
ステップ１７で実時間と予定時間が同じでないならばステップ１８に移行し、実時間が予想時間よりも短いか否かを比較する。実時間が予想時間よりも短い場合には、ステップ１９に移行して、予冷目標温度ＰＴを上昇させてステップ２１に移行する。
ステップ１８がＮＯであればステップ２０に移行し、予冷目標温度を下方に修正してステップ２１に移行する。

いずれにしてもステップ２１に移行し、維持時間タイマーの計時が開始され、ステップ２２で所定の低温さらし時間の経過を待つ。

なおステップ２１の維持時間タイマーの計時は、ステップ１１のダンパー（低温側開閉手段）１１が開かれたことを契機として開始してもよい。さらにステップ２１の維持時間タイマーの計時は、ステップ１０のダンパー（高温側開閉手段）１０が閉じられことを契機として開始してもよい。また、ステップ１５において、低温試験目標温度到達した場合にステップ１６に移行するようにしたが、これに限定しない。ステップ１０又はステップ１１を契機に維持時間タイマーの計時を行う場合、ステップ１５において温度到達しない場合でも、当該維持時間タイマーのカウントアップを契機として、ステップ１６に移行し、ステップ１６に移行する前までの温度勾配を検知してステップ１７〜ステップ２０の処理をすることも可能である。

図５の説明に戻ると、ステップ２２で低温さらし時間が経過したことが確認されると、一回目の低温試験を終え、ステップ２３に移行してダンパー（低温側開閉手段）１１が閉じられる。

そしてステップ２４に移行し、高温試験と低温試験を１サイクルとする試験が、予定回数だけ実施されたか否かが確認される。
所定回数実施されていなければステップ６に戻り、再度高温試験と低温試験が繰り返される。
なお２回目の試験では、修正された予冷目標温度ＰＴとなる様に低温槽６が制御される。２回目の試験では、修正された予冷目標温度ＰＴに低温槽６が制御されるので、試験槽３が低温試験目標温度ＴＴに至るまでの時間が、より目標到達時間に近いものとなる。

また図６のグラフの様に、一回目の低温試験が終了した時点では、低温槽６の庫内温度は低温試験目標温度ＴＴまで低下している。
続く二回目の高温試験時には、低温槽６内が予冷運転され、目標温度が予冷目標温度ＰＴに上がる。そのため、必要に応じて調整用ヒーター２３が駆動される。

以上説明した実施形態では、次の方策によって試験槽３の温度が低温試験目標温度ＴＴに至るのを遅らせている。
（１）予冷目標温度ＰＴを低温試験目標温度ＴＴよりも高くし、低温試験目標温度ＴＴよりも高い温度の空気を試験槽３に導入して試験槽３内の温度をある程度低下させ、その後に冷却装置１８によって試験槽３内の温度を低温試験目標温度ＴＴに至らせる。
（２）試験槽３に低温槽６の空気を導入し、試験槽３内の温度を低温試験目標温度ＴＴに至らせる際に、冷却装置１８の出力を制限し、試験槽３内の温度低下を遅らせる。
（３）低温槽６内に蓄冷器２６を設け、当該蓄冷器２６を温度低下に際しての熱負荷とし、試験槽３内の温度低下を遅らせる。

以上説明した実施形態では、上記した３方法の相乗効果によって試験槽３の温度が低温試験目標温度ＴＴに至るのを遅らせたが、必ずしも上記した３方法を併用する必要はない。
例えば、予冷目標温度ＰＴを低温試験目標温度ＴＴよりも高くするだけでも試験槽３の温度が低温試験目標温度ＴＴに至るのを遅らせることができる。
また試験槽３に低温槽６の空気を導入した後、冷却装置１８の出力を制限するだけでも試験槽３の温度が低温試験目標温度ＴＴに至るのを遅らせることができる。

以上説明した実施形態では、蓄冷器２６は単なる金属のブロックであり、蓄冷器２６の温度は低温槽６内の雰囲気温度と同等となり、試験槽３の温度を低下させる際に熱負荷となって試験槽３内の温度低下を遅らせる。
変形例として、蓄冷器２６の温度を故意に低温槽６の雰囲気温度よりも高くし、より大きな熱負荷として試験槽３内の温度低下を遅らせてもよい。

例えば図７に示す環境試験装置１’の様に、蓄冷器２６にヒーター（蓄熱器加熱手段）５５を設け、予冷運転の際に蓄冷器２６の温度を雰囲気温度よりも高くすることができる。

また上記した方策に加え、低温試験の際に調整用ヒーター２３を駆動し、低温槽６及び試験槽３の温度低下を抑制してもよい。
本方法によると、調整用ヒーター２３の発熱によって冷却手段の冷却出力の一部が相殺されるので、低温槽６及び試験槽３の温度低下がより一層緩やかになる。

上記した実施形態の環境試験装置１は、低温槽６に貯留される空気の温度を低温試験目標温度ＴＴよりも高い温度に制御し、試験槽３内に低温槽６内の空気を導入し、その後に、試験槽３内の温度を低温試験目標温度ＴＴに至らせる環境試験方法を採用している。
上記した実施形態の環境試験装置１は、全ての工程を制御装置７０が内蔵するコンピュータプログラムによって実現しているが、いずれかの工程を手動で行ってもよい。
例えば、予冷目標温度ＰＴの設定を手動で行ってもよい。
また、予熱目標温度を高温試験目標温度よりも低くする等し、温度上昇時の温度勾配が緩やかになるように制御する構成にしてもよい。

１、１’ 環境試験装置
３試験槽
５高温槽
６低温槽
１８冷却装置
７０制御装置
１０ａ、１０ｂ高温側ダンパー（高温側開閉手段）
１１ａ、１１ｂ低温側ダンパー（低温側開閉手段）

Claims

内部の空気を昇温し当該昇温した空気を貯留する高温槽と、内部の空気を冷却する冷却手段を有し冷却した空気を貯留する低温槽と、被試験物を載置する試験槽と、前記高温槽と前記試験槽との間を開閉する高温側開閉手段と、前記低温槽と前記試験槽との間を開閉する低温側開閉手段を有し、前記高温側開閉手段を開いて前記高温槽と前記試験槽との間を連通し前記試験槽に前記高温槽内の空気を導入し高温環境に前記被試験物をさらす高温試験と、前記低温側開閉手段を開いて前記低温槽と前記試験槽との間を連通し前記試験槽に前記低温槽内の空気を導入し所定の低温試験目標温度の環境に前記被試験物をさらす低温試験を行うことが可能な環境試験装置において、
前記低温側開閉手段を閉じて前記低温槽内の空気の温度を調整する予冷運転が行われ、当該予冷運転時においては、前記低温槽に貯留される空気の温度を前記低温試験目標温度よりも高い温度に制御し、
前記低温側開閉手段を開いて前記低温槽内の空気を前記試験槽に導入し、
その後に前記試験槽内の温度を前記低温試験目標温度に至らせることを特徴とする環境試験装置。
前記予冷運転時において前記低温槽に貯留される空気の温度を前記低温試験目標温度以下に制御することも可能であり、
希望する前記試験槽の温度降下が急である場合には、前記予冷運転時において前記低温槽に貯留される空気の温度が前記低温試験目標温度以下に制御されることを特徴とする請求項１に記載の環境試験装置。
前記予冷運転時においては前記低温槽内の空気の温度が前記低温試験目標温度よりも高い温度に制御され、
前記低温側開閉手段を開いた後に、前記冷却手段によって前記試験槽内の空気の温度を前記低温試験目標温度に至らせる追加冷却運転が行われ、
前記冷却手段は、冷却出力を増減可能であり、
前記追加冷却運転時であって、希望する前記試験槽の温度降下が緩やかである場合には、希望する温度降下が急である場合に比べて前記冷却出力が絞られた状態で前記冷却手段が運転されることを特徴とする請求項１又は２に記載の環境試験装置。
内部の空気を昇温し当該昇温した空気を貯留する高温槽と、内部の空気を冷却する冷却手段を有し冷却した空気を貯留する低温槽と、被試験物を載置する試験槽と、前記高温槽と前記試験槽との間を開閉する高温側開閉手段と、前記低温槽と前記試験槽との間を開閉する低温側開閉手段を有し、前記高温側開閉手段を開いて前記高温槽と前記試験槽との間を連通し前記試験槽に前記高温槽内の空気を導入し高温環境に前記被試験物をさらす高温試験と、前記低温側開閉手段を開いて前記低温槽と前記試験槽との間を連通し前記試験槽に前記低温槽内の空気を導入し所定の低温試験目標温度の環境に前記被試験物をさらす低温試験を行うことが可能な環境試験装置において、
前記低温側開閉手段を閉じた状態で前記冷却手段によって前記低温槽内の空気の温度を制御する予冷運転と、
前記低温側開閉手段を開いた後に、前記冷却手段によって前記試験槽内の空気の温度を前記低温試験目標温度に至らせる追加冷却運転を行うものであり、
前記追加冷却運転時であって、希望する前記試験槽の温度降下が緩やかである場合には、希望する温度降下が急である場合に比べて前記冷却出力が絞られた状態で前記冷却手段が運転されること特徴とする環境試験装置。
前記低温側開閉手段を開いた後に、前記冷却手段によって前記試験槽内の空気の温度を前記低温試験目標温度に至らせる追加冷却運転を行うものであり、
ヒーターを有し、前記追加冷却運転時であって、前記試験槽の希望する温度降下が緩やかである場合には、前記ヒーターを駆動して前記冷却手段の前記冷却出力の一部を前記ヒーターの発熱で相殺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環境試験装置。
前記低温槽内に、熱容量を有する蓄熱器が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の環境試験装置。
前記蓄熱器を加熱する蓄熱器加熱手段を有し、前記蓄熱器の温度を前記低温槽内の空気温度よりも高い温度とすることが可能であることを特徴とする請求項６に記載の環境試験装置。
希望する温度降下に関する情報を入力可能であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の環境試験装置。
高温槽内に昇温した空気を貯留し、低温槽内に低温の空気を貯留し、試験槽内に被試験物を設置し、
前記高温槽内の空気を前記試験槽内に導入して前記被試験物を高温環境にさらす高温試験と、前記低温槽内の空気を前記試験槽内に導入し前記被試験物を低温試験目標温度の環境にさらす低温試験を行う環境試験方法において、
前記低温槽に貯留される空気の温度を前記低温試験目標温度よりも高い温度に制御し、前記試験槽内に前記低温槽内の空気を導入し、
その後に、前記試験槽内の温度を前記低温試験目標温度に至らせることを特徴とする環境試験方法。
高温槽内に昇温した空気を貯留し、低温槽内に低温の空気を貯留し、試験槽内に被試験物を設置し、
前記高温槽内の空気を前記試験槽内に導入して前記被試験物を高温環境にさらす高温試験と、前記低温槽内の空気を前記試験槽内に導入し前記被試験物を低温試験目標温度の環境にさらす低温試験を行う環境試験方法において、
前記低温槽内の空気を冷却する冷却手段を有し、前記低温槽から前記試験槽内に空気を導入した後、前記冷却手段によって前記試験槽内の温度を前記低温試験目標温度に至らせる追加冷却を行い、
前記追加冷却時であって、希望する前記試験槽の温度降下が緩やかである場合には、希望する温度降下が急である場合に比べて前記冷却手段の冷却出力が絞られた状態で前記冷却手段を運転することを特徴とする環境試験方法。