JP2022112390A - 環境試験機および環境試験機の試験槽の加熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】試験槽を早く加熱できる蒸気による加熱方法で、試験槽内で局所的に温度が高くなることを抑制する環境試験機および環境試験機の試験槽の加熱方法を提供する。【解決手段】試験槽５と、試験槽の外周を囲う加熱槽６と、試験槽と加熱槽とを仕切る仕切壁７と、加熱槽に蒸気を導入する蒸気導入部９と、を含み、仕切壁は、加熱槽内の蒸気の一部を試験槽へ流出させる連通孔８を具備する、環境試験機１。【選択図】図２

Description

本出願における開示は、環境試験機および環境試験機の試験槽の加熱方法に関する。

各種部品や材料等の環境による劣化に対する耐久性の評価を行うために、環境試験機を使用することが知られている。環境試験機の試験槽内に試料を配置し、試料を加湿、噴霧環境に曝す。環境試験機で行われる試験には、噴霧する溶液により、中性塩水噴霧試験・酢酸酸性塩水噴霧試験・キャス試験等がある。そして、それら試験は、例えば、中性塩水噴霧試験および酢酸酸性塩水噴霧試験では３５℃±２℃、キャス試験では５０℃±２℃というように試料周辺の温度を一定に保つことがＪＩＳ規格等により決められている。特許文献１および特許文献２には、試料周辺の温度を一定にするために、試験槽内を加熱する環境試験機が開示されている。

実公昭５８－００８３６１号公報 特許第３１８８２６２号公報

特許文献１に開示された環境試験機は、試験槽を二重槽にして槽間に水を入れヒータで水を加熱する。特許文献１に開示された環境試験機は、ヒータで水を加熱するため、試験槽の温度を試験温度まで上昇させるのに時間がかかるという問題がある。

特許文献２に開示された環境試験機は、試験槽内に蒸気を噴出する蒸気管を備え、蒸気管からの水蒸気によって試験槽内を加熱している。そのため、特許文献１に開示されたヒータで水を加熱するものよりも、試験槽の温度を試験温度まで上昇させる時間を早くできる。しかしながら、特許文献２に開示された環境試験機は、試験槽内に蒸気管を具備する。試験槽内を例えば５０℃とするには、試験槽の加熱は５０℃以上の温度で加熱しなければならない。そのため、試験槽を加熱する蒸気が導入される蒸気管の温度は高くなってしまう。したがって、蒸気管付近の温度が高くなってしまうことから、試験槽内において局所的に温度が高い箇所が生じてしまう。また、試験槽内は噴霧液に曝されるため、温度の高い蒸気管に触れた噴霧液の水分が蒸発して塩が固結するという問題がある。

そこで、本出願における開示は、試験槽を早く加熱できる蒸気による加熱方法で、試験槽内で局所的に温度が高くなることを抑制する環境試験機および環境試験機の試験槽の加熱方法を提供することを課題とする。本出願における開示のその他の任意付加的な効果は、発明を実施するための形態において明らかにされる。

（１）試験槽と、
試験槽の外周を囲う加熱槽と、
試験槽と加熱槽とを仕切る仕切壁と、
加熱槽に蒸気を導入する蒸気導入部と、
を含み、
仕切壁は、加熱槽内の蒸気の一部を試験槽へ流出させる連通孔を具備する、
環境試験機。
（２）連通孔の数および／または大きさを制御する連通孔制御機構を含む、
上記（１）に記載の環境試験機。
（３）環境試験機の試験槽の加熱方法であって、
環境試験機は、
試験槽と、
試験槽の外周を囲う加熱槽と、
試験槽と加熱槽とを仕切る仕切壁と、
加熱槽に蒸気を導入する蒸気導入部と、
を含み、
試験槽の加熱方法は、
蒸気導入部から加熱槽に導入された蒸気によって、試験槽を加熱する加熱工程と、
蒸気を加熱槽から試験槽に流出させて、試験槽内の湿度を上げる加湿工程と、
を含む、
環境試験機の試験槽の加熱方法。

環境試験機の試験槽内を加熱した際、試験槽内で局所的に温度が高くなることを抑制する。

環境試験機１の概略図。 図２Ａ：図１のＸ－Ｘ’における断面図。図２Ｂ：図２ＡのＹ－Ｙ’における断面図。図２Ｃ：上蓋３を除いたケース２を上からみた図。 連通孔８の調整例を示す図。 実施例１における試験槽５の温度測定地点を示す図。 実施例２および比較例１における試験槽５の温度到達時間測定の結果を示す図。

以下、図面を参照しつつ、環境試験機１の実施形態について、詳しく説明する。なお、本明細書において、同種の機能を有する部材には、同一又は類似の符号が付されている。そして、同一又は類似の符号の付された部材について、繰り返しとなる説明が省略される場合がある。

また、図面において示す各構成の位置、大きさ、範囲などは、理解を容易とするため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、本出願における開示は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。

（環境試験機の実施形態）
図１～図３を参照して、実施形態に係る環境試験機１について説明する。図１は、環境試験機１の概略図である。図２Ａは、図１のＸ－Ｘ’における断面図である。図２Ｂは、図２ＡのＹ－Ｙ’における断面図である。図２Ｃは、上蓋３を除いたケース２を上からみた図である。図３は、連通孔８の調整例を示す図である。

実施形態に係る環境試験機１は、試験槽５と、加熱槽６と、仕切壁７と、蒸気導入部９とを少なくとも具備する。なお、図１および図２に示す例では、環境試験機１は、任意付加的に制御部４、噴霧塔５２および試料載置枠５３を具備している。

試験槽５は、その内部に試料Ｓを載置して、中性塩水噴霧試験・酢酸酸性塩水噴霧試験・キャス試験等の環境試験を行う。図１に示す例では、環境試験機１は、ケース２および上蓋３を具備している。実施形態に係る環境試験機１の試験槽５は、ケース２内で後述する仕切壁７により囲われた箇所と上蓋３によって形成される。ケース２に上蓋３を被せた際、ウォーターシール部５１を形成して試験槽５内の環境と外部環境とを隔離する。ウォーターシール部５１は、ケース２の上部にある凹部に上蓋３が嵌合するように上蓋３をケース２に被せ、凹部に水を入れて形成される。なお、ケース２と上蓋３は、環境試験に使用される溶液で腐食されない材料であれば、特に制限はない。例えば、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリカーボネート、アクリル樹脂、チタン等が挙げられる。

また、試験槽５の内部には、環境試験を行うための装置が設けられる。試験槽５に設けられる装置として、任意付加的に噴霧塔５２、試料載置枠５３等を配置してもよい。噴霧塔５２は、環境試験に使用される溶液を試験槽５内に噴霧する。試料載置枠５３は、試料Ｓを試験槽５内に載置するために使用される。また、試験槽５内の試料Ｓに光を照射するＵＶ光源、可視光源等を配置してもよい。

加熱槽６は、図２Ａおよび図２Ｂに示すようにケース２の内部に試験槽５の外周を囲うように設けられる。加熱槽６には後述する蒸気導入部９が設けられ、蒸気導入部９から蒸気が加熱槽６に導入される。そして、加熱槽６内の蒸気の熱が試験槽５の周囲全体から伝わり試験槽５が加熱される。実施形態に係る環境試験機１は、蒸気を用いて加熱するため、従来のヒータで水を加熱するものよりも試験槽５を早く加熱できる。さらに、試験槽５の外周を囲うように加熱槽６が設けられているため、試験槽５の加熱において、環境試験機１の設置場所や外気温度等のケース２の外部環境からの影響が抑えられる。そのため、迅速に試験槽５を加熱でき、試験槽５内の温度が局所的に高くなることを防ぐ。さらに、外部環境に左右されず、噴霧量、塩濃度およびｐＨ等のデータが再現性良く得られる。

ケース２内の試験槽５と加熱槽６は、仕切壁７によって仕切られる。仕切壁７は、試験槽５の外周に加熱槽６が配置されるように、ケース２内に設けられる。また、図２Ｃに示されるように、仕切壁７は、加熱槽６の上部においても、試験槽５と加熱槽６とを仕切る。そして、仕切壁７は、加熱槽６の上部に試験槽５と加熱槽６とを連通する連通孔８を具備している。なお、仕切壁７は、加熱槽６内の蒸気の熱を試験槽５に伝えることができ、環境試験に使用される溶液で腐食されない材料であればよく、特に制限はない。仕切壁７は、例えば、ケース２や上蓋３と同様な材料で構成してもよい。

加熱槽６に蒸気が導入されるため、蒸気の逃げ場がないと加熱槽６内の圧力が上昇してしまう。連通孔８は、試験槽５と加熱槽６とを連通することから、加熱槽６内の蒸気を試験槽５に流出させることで加熱槽６内の圧力の上昇を防げる。なお、試験槽５は図示しない排気口を有するため、蒸気が試験槽５に流出しても圧力は上昇しない。

さらに、蒸気が試験槽５に流出することで、蒸気により直接的に試験槽５内の加熱もできる。したがって、蒸気の熱を仕切壁７に伝えて試験槽５を加熱することに加えて、蒸気により試験槽５を直接的に加熱できるので、より迅速に試験槽５を加熱できる。

また、温度にもよるが、例えば、キャス試験では試験槽５内の温度を５０℃に加熱するため、試験槽５内の温度が上がり試験槽５内で噴霧された溶液が蒸発してしまうおそれがある。それにより、噴霧された溶液の塩、酸等の濃度が変わってしまい、正確な試験ができなくなる。そこで、連通孔８により加熱槽６内の蒸気を試験槽５に流出させることで、試験槽５内の湿度を高くでき、噴霧された溶液の蒸発を防げる。なお、連通孔８は、試験槽５と加熱槽６とを連通させて、加熱槽６内の蒸気を試験槽５に流出させることができれば、その大きさや形状に特に制限はないが、例えば、直径１０ｍｍ～２０ｍｍの円形状、一辺が１０～２０ｍｍの多角形状等としてもよい。

実施形態に係る環境試験機１は、試験槽５へ流出する蒸気量を調整してもよい。加熱槽６から試験槽５へ流出する蒸気量が多くなると、試験槽５内に結露が生じ、噴霧された溶液の塩、酸等の濃度が変わってしまい正確な試験ができなくなるおそれがある。そのため、試験槽５内の湿度を９８％ＲＨ～９９％ＲＨ程度にすることが好ましい。試験槽５内の湿度を９８％ＲＨ～９９％ＲＨ程度にするための蒸気量をどの程度とするかは、試験槽５の大きさや、試験槽５内の温度に応じて適宜調整すればよい。具体的には、連通孔８の数および／または大きさを調整する。

連通孔８の数および／または大きさの調整は、連通孔８の数および／または大きさを変えることができれば、特に制限はない。例えば、図３Ａに示す連通孔制御機構８１を使用できる。連通孔制御機構８１は、連通孔８と同じ大きさの孔８２が開けられた板状部材である。連通孔制御機構８１を連通孔８が開けられた仕切壁７の上に配置する。そして、図３Ｂに示すように連通孔制御機構８１をスライドさせることで、孔８２がずれて蒸気が流出する大きさを変えられる。したがって、加熱槽６から試験槽５に流出する蒸気量を調整できる。なお、連通孔制御機構８１のスライドは、自動で行ってもよく、手動で行ってもよい。自動で行う場合は、環境試験機１は図示しない駆動機構を具備してもよい。駆動機構は例えば、公知のアクチュエータ等でよい。代替的に連通孔制御機構８１は、孔のない板状部材でもよい。孔のない板状部材である連通孔制御機構８１を連通孔８ごとに配置して、連通孔制御機構８１をスライドさせて連通孔８ごとに開閉を行い、蒸気が試験槽５に流出する連通孔８の数を変えてもよい。また、スライドさせる板状部材に換えて栓等で連通孔８を塞いでもよい。

環境試験機１は、図示しない蒸気発生器をケース２の外部に具備し、蒸気発生器で発生した蒸気は蒸気導入部９を介して加熱槽６に導入される。蒸気導入部９は、加熱槽６に蒸気を導入できれば、特に制限はない。蒸気導入部９としては、例えば、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、蒸気発生器からの蒸気が導入される蒸気導入口９１を加熱槽６底部に設けてもよい。図２Ａおよび図２Ｂに示す蒸気導入口９１は、蒸気発生器から加熱槽６に蒸気を導入する。蒸気導入口９１は、加熱槽６内にどのように配置してもよく、例えば、試験槽５の外周に沿って加熱槽６の底部に複数に配置してもよいが、加熱槽６の一部に配置してもよい。

実施形態に係る環境試験機１は、任意付加的に制御部４を具備する。制御部４は、環境試験機１における環境試験を行う際に、各構成要素を制御するためのものである。また、環境試験機１が連通孔制御機構８１を具備した場合は、制御部４で連通孔制御機構８１を制御してもよい。制御部４としては、例えば、プログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）、ＰＣ等を具備して制御を行ってもよい。

（環境試験機の試験槽の加熱方法の実施形態）
環境試験機１の試験槽５の加熱方法（以下、「試験槽の加熱方法」と記載することがある。）の実施形態について説明する。

試験槽５の加熱方法は、環境試験機１において、（１）蒸気導入部９から加熱槽６に導入された蒸気によって、試験槽５を加熱する加熱工程と、（２）蒸気を加熱槽６から試験槽５に流出させて、試験槽５内の湿度を上げる加湿工程と、を含む。

加熱工程は、蒸気導入部９から加熱槽６に導入された蒸気によって試験槽５を加熱する。加熱槽６と試験槽５は、仕切壁７によって仕切られており、加熱槽６内の蒸気の熱が仕切壁７を伝導し試験槽５を加熱する。そのため、蒸気導入部９を試験槽５内に設けないので、試験槽５内で局所的に温度が高くなることを抑制する。また、加熱槽６は試験槽５の外周を囲うように設けられ、試験槽５はケース２の外部との間に加熱槽６を介している。したがって、外部環境からの影響を抑えて、試験槽５を加熱できる。さらに、仕切壁７は連通孔８を具備している。そのため連通孔８から試験槽５へ蒸気が流出することで、流出した蒸気によって試験槽５内を直接的に加熱できる。

加湿工程は試験槽５内の湿度を上げる。試験槽５内の加湿は、加熱槽６内の蒸気を仕切壁７の連通孔８から試験槽５に流出させて行う。水分を多く含む蒸気が加熱槽６から試験槽５に流出するため、試験槽５内の湿度を高い状態に保てる。したがって、試験槽５内の温度上昇によって、試験槽５内に噴霧された溶液の蒸発を防げる。また、試験槽５に流出する蒸気量が多くなると試験槽５内に結露が生じてしまうが、連通孔８の数および／または大きさを変えて、結露が生じないように流出する蒸気量を調整してもよい。連通孔８の数および／または大きさは、試験槽５の大きさや、試験槽５内の温度に応じて適宜調整すればよい。

上記の実施形態に係る環境試験機１および試験槽５の加熱方法は、以下の効果を奏する。
（１）試験槽５の外周を囲う加熱槽６と、加熱槽６に蒸気を導入する蒸気導入部９を具備する。そのため、試験槽５内で局所的に温度が高くなることを抑制する。
（２）試験槽５の外周を囲う加熱槽６を具備するため、外部環境の影響を抑え、迅速に試験槽５を加熱できる。さらに、環境試験のデータを再現性よく得られる。
（３）試験槽５と加熱槽６とを仕切る仕切壁７が連通孔８を具備する。そのため、加熱槽６から試験槽５へ蒸気が流出し、試験槽５内の湿度を高い状態に保てる。したがって、試験槽５内の温度上昇による噴霧される溶液の蒸発を防げる。さらに、蒸気により試験槽５を直接的に加熱できる。
（４）連通孔制御機構８１を具備した場合は、連通孔８の数および／または大きさを制御できる。それによって、加熱槽６から試験槽５へ流出する蒸気量を制御でき、試験槽５内の湿度を調整できる。

以下に実施例を掲げ、本出願で開示する実施形態を具体的に説明するが、この実施例は単に実施形態の説明のためのものである。本出願で開示する発明の範囲を限定したり、あるいは制限することを表すものではない。

［試験槽の温度分布測定］
（実施例１）
キャス噴霧試験における試験槽５内の温度が設定温度になるように加熱槽６へ蒸気を導入して試験槽５を加熱した。その後、図４Ａに示す仕切壁７の試験槽５側Ａ～Ｈの各場所の温度および図４Ｂに示す試験槽５内のＩ～Ｎの各場所の温度を測定した。測定条件は以下に示す。
＜測定条件＞
キャス噴霧試験
試験槽設定温度：５０℃
空気飽和器温度：６３℃
噴霧圧力：０．０９８ＭＰａ
測定場所の高さ：床面から３００ｍｍ
環境試験機設置場所温度：２４℃
環境試験機設置場所湿度：７７％ＲＨ

結果を表１に示す。表１から、Ａ～Ｈの各場所は仕切壁７での温度であるため、５０℃よりも高い温度となった。また、試験槽５内のＩ～Ｎの各場所はほぼ５０℃であり、ＪＩＳ規格等で規定されるキャス試験における温度５０±２℃の範囲であった。そして、測定結果から、試験槽５内において、温度が局所的に高くならないことが示された。

［試験槽の加熱による設定温度到達時間測定］
（実施例２）
加熱槽６に蒸気を導入し、試験槽５を加熱した際に設定温度に到達するまでの時間を測定した。設定温度は５０℃とした。測定時、環境試験機１の設置場所温度は２４℃であった。

（比較例１）
試験槽５の周囲に仕切壁７を設けず、蒸気導入部９の上方に試験槽５の底と平行に仕切壁を設け、上方向に水蒸気を噴出させた以外は実施例２と同じ条件で測定した。

図５Ａに実施例２の結果を示し、図５Ｂに比較例１の結果を示す。実施例２は、加熱後約５０分で５０℃となり設定温度を維持したのに対し、比較例１は、５０℃に達するのに７０分以上かかった。実施例２および比較例１の結果から、試験槽５の外周を囲うように加熱槽６を設けることで、ケース２の外部の温度に影響されず迅速に試験槽５を加熱できることが示された。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されない。本発明の範囲内において、上記の各実施形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施形態の任意の構成要素の変形、または、任意の構成要素の省略が可能である。さらに、上記の各実施形態に任意の構成要素が追加されてもよい。

本出願で開示する環境試験機および環境試験機の試験槽の加熱方法を用いるといち早く条件温度に到達することができ、試験槽内で局所的に温度が高くなることを抑制し、塩の固結を防ぐ。したがって、環境試験機を扱う業者にとって有用である。

１…環境試験機、２…ケース、３…上蓋、４…制御部、５…試験槽、５１…ウォーターシール部、５２…噴霧塔、５３…試料載置枠、６…加熱槽、７…仕切壁、８…連通孔、８１…連通孔制御機構、８２…孔、９…蒸気導入部、９１…蒸気導入口、Ｓ…試料

Claims (3)

1. 試験槽と、
   試験槽の外周を囲う加熱槽と、
   試験槽と加熱槽とを仕切る仕切壁と、
   加熱槽に蒸気を導入する蒸気導入部と、
   を含み、
   仕切壁は、加熱槽内の蒸気の一部を試験槽へ流出させる連通孔を具備する、
   環境試験機。
2. 連通孔の数および／または大きさを制御する連通孔制御機構を含む、
   請求項１に記載の環境試験機。
3. 環境試験機の試験槽の加熱方法であって、
   環境試験機は、
   試験槽と、
   試験槽の外周を囲う加熱槽と、
   試験槽と加熱槽とを仕切る仕切壁と、
   加熱槽に蒸気を導入する蒸気導入部と、
   を含み、
   試験槽の加熱方法は、
   蒸気導入部から加熱槽に導入された蒸気によって、試験槽を加熱する加熱工程と、
   蒸気を加熱槽から試験槽に流出させて、試験槽内の湿度を上げる加湿工程と、
   を含む、
   環境試験機の試験槽の加熱方法。
   

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