JP3898210B2 - 液槽式冷熱衝撃試験装置 - Google Patents

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Description

この発明は液槽式冷熱衝撃試験装置に関し、特に小型精密機械等の部品、又は電子部品等の熱的衝撃による耐久性や強度等の試験を行う液槽式冷熱衝撃試験装置に関するものである。
精密機器等の部品や電子部品等は、その一般的テストの他に熱的影響に対しての耐久性を確認するために熱衝撃試験を行っている。従来このテストを行うに際して、試験対象となる試料を低温状態で液状を呈する液体槽と高温の液体槽との間を交互に移動させてこれに浸漬させて試験を行う方式を採用している。
図9は、例えば特許文献1に示されているような従来の液槽式熱衝撃試験装置の概略構造を示す正面図である。
図を参照して、液槽式熱衝撃試験装置69は、箱型形状の装置本体14の下方部に低温槽15と高温槽16とが断熱層17を介して並列状態に設置されている。低温槽15の内部には低温液21が収納され、高温槽16の内部には高温液22が収納されている。低温槽15の上方は開放されているが、これを密閉状態とするための開閉蓋70が取り付けられている。一方、高温槽16の上方面にも同様に開閉蓋73が取り付けられている。
低温槽15の上方にはその内部に試料が格納される試料カゴ31が位置している。試料カゴ31は仮蓋71の下面に取り付けられている。仮蓋71の上方には可動盤74が配置され、可動盤74はその上方に位置する第1昇降シリンダ75a,第1昇降シリンダ75bによって所定の長さ分だけ下方に移動できるように構成されている。又、仮蓋71の中央には可動盤74に固定されている第2昇降シリンダ76のピストンロッドが接続するように構成されている。これによって試料カゴ31は第2昇降シリンダ76の働きによって更に下方に移動することができるように構成されている。
第1昇降シリンダ75a,第1昇降シリンダ75bが固定されている基盤72は、横方向に配置されている支持枠体77に沿って水平方向に移動可能なように構成されている。
図10は図9の状態から試料カゴ31を低温槽15内に下降させた状態を示した概略図である。
図を参照して、所定のタイミングとなると、第1昇降シリンダ75a,第1昇降シリンダ75bが作動して、仮蓋71及び可動盤74が一体となって下降する。下降した仮蓋71は低温槽15の上面の開放面を塞ぎ、低温槽15内部を密閉状態とする。この状態で更に第2昇降シリンダ76が駆動して試料カゴ31を下降させる。下降した試料カゴ31は低温槽15内に収納されている低温液21に浸漬され低温状態に維持される。
所定時間が経過すると、第2昇降シリンダ76及び第1昇降シリンダ75a,第1昇降シリンダ75bが各々駆動して図9に示した状態に復帰する。次に開閉蓋73が開き、試料カゴ31は水平方向に移動して高温槽16の上方に位置する。試料カゴ31が移動すると、開閉蓋31は閉じて低温槽15内を密閉状態にする。そして所定のタイミングで図10に示したのと同様に試料カゴ31は下降して高温槽16内部に収納されている高温液22に浸漬される。これによって試料は高温状態に保持される。
所定時間が経過すると試料カゴ31は高温槽16から上方に取り出され、更に水平方向に移動して図9の状態に戻る。このようなサイクルを試料に応じて所定回数繰り返すことによって試料の所望の熱衝撃試験が行われる。
特開昭60‐263836号公報
上記のような従来の熱衝撃試験装置では、低温槽と高温槽との間を移動する際、一方の槽から外部に一旦試料カゴが取り出されてから他方の槽へ向かうため、この移動の間で試料カゴに付着した低温液、高温液が拡散してその消費が多くなってしまう。そのため、随時液の補充を行うとしても人手がいるため、長期間の連続的な試験が困難となりやすい。更に、これらの液は高価なものが多く、消費が多いとコスト的に不利な装置となる。又、液は蒸発して拡散するため、環境的にも好ましいものではない。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、液の拡散による消費が少なく、長期間の試験にも適した液槽式冷熱衝撃試験装置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に、請求項1記載の発明は、液槽式冷熱衝撃試験装置であって、低温の第1の浴液を保有する低温槽と、低温槽に隣接され、第1の浴液より高温の第2の浴液を保有する高温槽と、低温槽及び高温槽の上部を密閉状態に囲うと共に、その上面に開口部が形成された箱体と、開口部に対して密閉状態に覆うことができる密閉蓋と、密閉蓋を、開口部を密閉する第1の位置と開口部から上方に離れた第2の位置との間を垂直方向に移動自在とする蓋駆動機構と、密閉蓋にほぼ密閉状態に設けられ、密閉蓋の下方に位置する試料カゴを低温槽の上方の低温側位置と高温槽の上方の高温側位置との間を水平方向に移動自在とする水平駆動機構と、水平駆動機構に保持され、試料カゴを低温側位置と低温槽内の位置との間及び高温側位置と高温槽内の位置との間の各々に対して垂直方向に移動自在とする垂直駆動機構とを備えたものである。
このように構成すると、密閉状態の箱体内において、試料カゴが低温槽と高温槽との間を移動する。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明の構成において、箱体、低温槽及び高温槽は、ほぼ密閉状態の箱型形状の装置本体に収納され、装置本体内は、箱体内のテストエリアと箱体外の搬入エリアとに区画され、搬入エリアの圧力はテストエリアの圧力より大きく設定されているものである。
このように構成すると、テストエリア内の気体は搬入エリア内へ拡散しにくくなる。
請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明の構成において、密閉蓋の第1の位置への移動の完了に少なくとも応答して、搬入エリアには除湿された圧縮空気が供給されるものである。
このように構成すると、箱体内の湿度は極めて低くなる。
請求項4記載の発明は、請求項1から請求項3のいずれかに記載の発明の構成において、密閉蓋にはその内部が視認できる点検窓が形成されるものである。
このように構成すると、密閉蓋が箱体の開口部を塞いだ状態であっても箱体内部を目視できる。
請求項5記載の発明は、請求項1から請求項4のいずれかに記載の発明の構成において、低温槽及び高温槽は断熱層によって区画され、低温槽と高温槽との間の断熱層の上面は低温槽に向かって下がるように傾斜しているものである。
このように構成すると、断熱層の傾斜面に落下した浴液の各々は低温槽に流れ込む。
請求項6記載の発明は、請求項1から請求項5のいずれかに記載の発明の構成において、箱体内であって高温槽の上方に取り付けられ、発生する蒸気から第2の浴液を回収する回収器を更に備えたものである。
このように構成すると、第2の浴液の蒸気は回収器によって液化する。
以上説明したように、請求項1記載の発明は、密閉状態の箱体内において試料カゴが低温槽と高温槽との間を移動するため、第1の浴液及び第2の浴液の拡散による消費が低減される。その結果コスト的に有利となり、又、各浴液の管理が容易となるので長期間の試験にも適した装置となる。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明の効果に加えて、テストエリア内の気体は搬入エリア内へ拡散しにくくなる。そのため、第1の浴液及び第2の浴液から気化した蒸気は搬入エリアへ漏れにくくなるため各浴液の消費が更に低減される。
請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明の効果に加えて、箱体内の湿度は極めて低くなるため、低温槽での氷結現象が防止され装置の信頼性が向上する。
請求項4記載の発明は、請求項1から請求項3のいずれかに記載の発明の効果に加えて、密閉蓋が箱体の開口部を塞いだ状態であっても箱体内部を目視できるため、装置の使い勝手がより向上する。
請求項5記載の発明は、請求項1から請求項4のいずれかに記載の発明の効果に加えて、断熱層の傾斜面に落下した浴液の各々は低温槽に流れ込むため、各浴液の回収効率がより向上する。
請求項6記載の発明は、請求項1から請求項5のいずれかに記載の発明の効果に加えて、第2の浴液の蒸気は回収器によって液化するため、テストエリア内の高温槽の上方で拡散する蒸気から第2の浴液を効率的に回収することが可能となる。この場合、テストエリアは箱体全体の容積に比べて小さいため蒸気の拡散密度が高くなる。したがって、回収器による回収効率が従来の装置に対して向上する。
図1はこの発明の第1の実施の形態による液槽式冷熱衝撃試験装置の概略構造を示した正面図であり、図2は図1で示した試験装置の概略側面図であり、図3は図1で示した試験装置の概略平面図である。
これらの図を参照して、液槽式冷熱衝撃試験装置13は、主にその外郭がほぼ密閉構造よりなる直方体形状の装置本体14によって構成されている。装置本体14の内部の下方部には第1の浴液として低温液21を保有する低温槽15と第2の浴液として高温液22を保有する高温槽16とが並列状態に設置され、その周囲は断熱層17によって充填され区画されている。低温槽15の側壁には冷却コイル19が設置され、高温槽16の底部にはヒーター20が設置されている。尚、この実施の形態にあっては、低温液21と高温液22は同一のフッ素系不活性液(例えば商品名ガルデン)が使用され、試験時には低温液21にあっては−65℃に維持され、高温液22にあっては150℃に維持されている。尚、低温液21と高温液22とは、必ずしも同一液でなくそれぞれ別の液を使用しても良い。しかし、この実施の形態のように同一液であれば、試験時に低温液と高温液とが混合することによる粘度変化や消費量の増加を危惧する必要が無いため好ましい。
低温槽15及び高温槽16の上方には気密性を有する箱体25が設置され、その内部のテストエリア23を箱体25の外部の搬入エリア28に対して密閉状態となるように設置されている。尚、箱体25の上面は開口部26となっており、この開口部26を試験時外に閉鎖するための遮蔽蓋27a,遮蔽蓋27bが取り付けられている。したがって後述するように開口部26が密閉蓋37によって密閉状態となっている時には、箱体25の内部のテストエリア23は低温槽15及び高温槽16の内部も含めて箱体25の外方の搬入エリア28に対して密閉状態に維持されることになる。
又、箱体25の側壁面であって、高温槽16の上方側の位置には回収器29a〜回収器29cが取り付けられているが、この機能については後述する。又、低温槽15と高温槽16との間の断熱層17の部分の上面は、低温槽15に向かって下がるように傾斜している傾斜面24となっている。この傾斜面24の効果についても後述する。
装置本体14の内部であって箱体25の上方のスペースに密閉蓋37が設置されている。この密閉蓋37の平面視の大きさは箱体25の開口部26を完全に塞ぐことができる大きさに設定されている。密閉蓋37の背面側には垂直板38が接続され、垂直板38は接続体48を介して蓋駆動機構41に係合している。これによって蓋駆動機構41を駆動させると、接続体48を介して密閉蓋37は図に示した位置から図2の2点鎖線で示した位置まで下降できるように構成されている。
密閉蓋37は、図3に示されているように前面パネル43側には長方形形状の点検窓49が形成されている。密閉蓋37の中央部には左右方向に伸びる互いに平行な一対のガイド45a,ガイド45bが取り付けられている。そしてガイド45a,ガイド45bに掛け渡すように固定板34が取り付けられている。固定板34の背面側は接続体47を介して密閉蓋37に取り付けられている水平駆動機構39に係合している。このようにして、水平駆動機構39を駆動することによって固定板34は接続体47を介して左右方向に移動自在となるように構成されている。
固定板34の図3において右側には蛇腹46aが取り付けられ、固定板34の左側には蛇腹46bが取り付けられている。蛇腹46a,蛇腹46bの各々は固定板34の左右への移動に伴い伸縮自在となるように構成されており、又その伸縮状態のいずれの状態にあっても密閉蓋37の上方と下方との間の気密性を阻害しないように構成されている。
一方、固定板34の上面には垂直駆動機構32が取り付けられており、そのピストンロッド33は試料カゴ31の上面に固定されている。又、固定板34に対して上下に摺動自在となるようにケーブル用管35が取り付けられ、その下方端は試料カゴ31に接続するように構成されている。これによって垂直駆動機構32を駆動すると、密閉蓋37に対して試料カゴ31を下降させることが可能となる。
図4は図1で示した試験装置において使用される浴液の管理のための制御フローを示した概略図である。
図を参照して、まず浴液の温度制御について説明する。
低温槽15内部にはその浴液の温度を検知するための温度センサ63が設置されている。この温度センサ63の検出結果に基づいてポンプ62が駆動され、低温液21は熱交換器61を介して循環する。これによって低温槽15内に配置された冷却コイル19と熱交換器61との作用により低温槽15内部の低温液21は所望の温度に維持される。
一方、高温槽16にもその内部に収容されている高温液22の温度を検知するための温度センサ66が取り付けられている。試験時にあっては、高温液22の温度は高温槽16内部に設置されているヒーター20によって制御されている。しかし運転が終了すると、高温による浴液の蒸発量を低減させるために高温液22の温度をできるだけ早く常温程度に下げることが望ましい。この時、この実施の形態にあっては、温度センサ66の検出結果に基づいてポンプ65を駆動して熱交換器64を介して高温液22を循環させる。その結果、熱交換器64の作用によって高温液22は迅速に高温状態から常温状態にその温度を下げることが可能となる。
次に浴液の液量制御について説明する。
まず運転開始前にあっては、液槽式冷熱衝撃試験装置13に含まれ、装置本体14外に配置されているリザーブタンク51に外部(A)から所定の浴液を充填する。次に液槽式冷熱衝撃試験装置13に含まれ、装置本体14外に配置されている補助タンク53に設置されている液面センサ54における内部の浴液の液面が所定の液面レベル以下になっている旨を検知すると、この検知信号に基づいてポンプ52が駆動する。これによってリザーブタンク51に充填されている浴液は補助タンク53に投入されることになる。
一方、低温槽15及び高温槽16にも、その低温液21及び高温液22の各々の液面を検知するための液面センサ56及び液面センサ58が設置されている。低温液21が所定の液面レベル以下になった旨を液面センサ56が検知すると、その検知信号によって電磁弁57が閉状態から開状態に変わり、補助タンク53に充填されている浴液が低温槽15内部に投入される。同様に高温液22の液面レベルが所定値以下となった旨を液面センサ58が検知すると、その検知信号によって電磁弁59が開状態となり、補助タンク53に充填されている浴液が高温槽16に投入される。
このように構成することによって、外部(A)から浴液を補給するだけで低温槽15及び高温槽16の低温液21及び高温液22の液面レベルは所望のレベルに維持されることになる。
又、高温槽16からオーバーフローした高温液22は、水分や異物を除去するためのフィルタ68を介してリザーブタンク51に流入するように構成されている。又、箱体25内に配置されている回収器29によって回収された高温液22の蒸気からの凝縮液は、フィルタ68を介してリザーブタンク51に流入するように構成されている。又、低温槽15と高温槽16との間の傾斜面24に滴下した浴液を、その傾斜によって低温槽15内部に回収するように構成されている。
このようにして浴液の液量及び温度の制御が行われているため、浴液の拡散による消費は極めて低減するように構成されている。又、上述のように試験時に低温槽15や高温槽16に保有されている浴液が減少した場合、自動的に浴液が供給されるように構成されている。そのため、試験開始時にリザーブタンクに十分な浴液を入れておきさえすれば、テストエリア内で浴液不足となることなく長期間の試験を継続することが可能となる。
次にこの発明の第1の実施の形態による試験装置の使用状態について説明する。
試験に際しては、まず図2に示されているように装置本体14の前面パネル43に取り付けられている扉44を開放する。この状態で試験すべき試料を収納した試料カゴ31をピストンロッド33の下端に取り付けられた枠体(図示せず)に設置する。試料カゴ31の設置が終了すると、扉44を閉じ、図示しないコントロールパネルを介して運転開始を指令する。
運転の開始が指令されると、図1及び図2で示した状態からまず、遮蔽蓋27a,遮蔽蓋27bを閉状態から開状態に移動させ、次に蓋駆動機構41が駆動され密閉蓋37が下降する。この時、密閉蓋37の下方に位置する試料カゴ31も同時に下降する。
図5は図1に対応する図であって、密閉蓋37の下降が終了した状態を示した概略図である。
図を参照して、蓋駆動機構41の駆動によって下降した密閉蓋37は箱体25の開口部26を塞ぐように箱体25の上面に当接状態となる。密閉蓋37の外周全周には図示しないパッキンが設置されており、このパッキンが箱体25の上面と当接状態となって密閉蓋37による密閉状態が維持される。この状態にあっては、垂直駆動機構32及び水平駆動機構39は駆動されていないため、試料カゴ31は高温槽16の上方に位置した状態となる。この密閉蓋37の下降タイミングに少なくとも併せて、搬入エリア28には図示しない開口から−75℃で除湿された圧縮空気が供給される。この圧縮空気の圧力すなわち、搬入エリア28の圧力は箱体内の圧力すなわち、高温液22の蒸気の圧力より大きくなるように設定されている。又、この蒸気の比重は空気より大きいので、これらの相乗効果によってテストエリア23内の蒸気は箱体25外にほとんど拡散することはない。又、試験終了後に密閉蓋37を上昇させた場合でも、箱体25内の浴液の蒸気は漏れ出しにくくなる。
次に水平駆動機構39が駆動して試料カゴ31は低温槽15の上方側に移動する。
図6は図5に対応した図であって、試料カゴ31が低温槽15の上方への移動が完了した状態を示した図である。
図を参照して、水平駆動機構39の駆動によって試料カゴ31は低温槽15の上方側に移動する。この時、垂直駆動機構32は駆動していないため、試料カゴ31の上下の位置は移動前と変わらず、その水平移動には何ら障害を生じない。この水平移動にあっては、図3で示されているように蛇腹46a,蛇腹46bの各々の長さが変化することによって密閉蓋37の密閉状態が維持されている。次に垂直駆動機構32が駆動して試料カゴ31は低温槽15内に下降する。
図7は図6に対応した図であって、試料カゴ31が低温槽15の内部まで下降した状態を示した図である。
図を参照して、垂直駆動機構32が駆動するとピストンロッド33が下方に伸びて試料カゴ31は下降する。そして低温槽15内に収納されている低温液21に試料カゴ31は浸漬され、試料は低温状態に維持される。この時、ケーブル用管35は試料カゴ31に固定されているため、固定板34から下方に移動する。この場合であってもケーブル用管35の上端は固定板34の上方に位置するように構成されている。これによってケーブル用管35を介して試料カゴ31内の試料に接続されたケーブル等は、搬入エリア28内でその長さに余裕を持たせておけば何ら影響を受けることなく試験を行うことが可能となる。
試料カゴ31が低温液21に浸漬された状態が所定時間経過すると、垂直駆動機構32が駆動して試料カゴ31が上昇して図6の状態に復帰する。そして水平駆動機構39が駆動して試料カゴ31は水平方向に移動して図5の状態に復帰する。この時試料カゴ31に付着した低温液21の一部は滴下するが、傾斜面24の上に滴下した浴液は低温槽15側に回収される。図5の状態に復帰した試料カゴ31は、更に垂直駆動機構32が駆動して下降する。
図8は図5に対応した図であって、下降した試料カゴ31が高温槽16内部に収納された状態を示す概略図である。
図を参照して、下降した試料カゴ31は高温槽16の高温液22に浸漬されて高温状態に維持される。この状態にあっても、ケーブル用管35の上端は固定板34の上方に位置するため、試料に接続されたケーブル等に影響を与えることはない。試料カゴ31の高温液22への浸漬状態が所定時間経過すると、垂直駆動機構32が駆動して試料カゴ31は上昇する。この上昇に伴って高温液22から生じる多量の蒸気は回収器29によって凝縮され凝縮液となって回収される。試料カゴ31の上昇が完了すると図5の状態に復帰する。以後同様に図5から図8の状態を試験内容に応じて所定回数繰り返すことによって衝撃試験は完了する。
上述のように衝撃試験は箱体25内のテストエリア23において連続的に行われるため、その状態を密閉蓋37に取り付けられている点検窓49を介して目視することが可能となる。そのため、試料カゴ31の低温液21や高温液22への浸漬状態が直接確認できるため装置の信頼性がより向上する。試験が終了すると、図5の状態となっているため、この状態において蓋駆動機構41を駆動すると密閉蓋37が上昇し、図1及び図2の状態に復帰する。そして、扉44を開けることによって試料カゴ31を取り出し、その試験結果を確認することが可能となる。
尚、上記の実施の形態では、装置本体は密閉構造としているが、必ずしも密閉構造でなくても良く、又、搬入エリアへの圧縮空気の供給はなくても良く、更に、圧縮空気の代わりに他の不活性ガスを供給するように構成しても良い。
又、上記の実施の形態では、密閉蓋に点検窓を設けているが、点検窓は必ずしもなくても良い。
更に、上記の実施の形態では、低温槽と高温槽との間の断熱層の上面を傾斜面としているが、水平面であっても良い。
更に、上記の実施の形態では、箱体内に3台の回収器を設けているが、台数はこれに限らず、又、回収器自体設けなくても良い。
更に、上記の実施の形態では、各駆動機構はシリンダー構造を前提としているが、他の駆動機構であっても同様の効果を奏する。
この発明の第1の実施の形態による液槽式冷熱衝撃試験装置の概略構成を示した正面図である。 図1で示した試験装置の概略構成を示した側面図である。 図1で示した試験装置の概略構成を示した平面図である。 図1で示した試験装置の浴液の管理に関する制御フローを示した概略図である。 図1に対応した図であって、試験工程の第1段階の状態を示した図である。 図5に対応した図であって、試験工程の第2段階の状態を示した図である。 図6に対応した図であって、試験工程の第3段階の状態を示した図である。 図5に対応した図であって、試験工程の最終段階の状態を示した図である。 従来の液槽式熱衝撃試験装置の概略構造を示した図である。 図9に対応した図であって、試験工程の第1段階の状態を示した図である。
符号の説明
13…液槽式冷熱衝撃試験装置
14…装置本体
15…低温槽
16…高温槽
17…断熱層
21…低温液
22…高温液
23…テストエリア
24…傾斜面
25…箱体
26…開口部
27…遮蔽蓋
28…搬入エリア
29…回収器
31…試料カゴ
32…垂直駆動機構
37…密閉蓋
39…水平駆動機構
41…蓋駆動機構
49…点検窓
尚、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (6)

  1. 液槽式冷熱衝撃試験装置であって、
    低温の第1の浴液を保有する低温槽と、
    前記低温槽に隣接され、前記第1の浴液より高温の第2の浴液を保有する高温槽と、
    前記低温槽及び前記高温槽の上部を密閉状態に囲うと共に、その上面に開口部が形成された箱体と、
    前記開口部に対して密閉状態に覆うことができる密閉蓋と、
    前記密閉蓋を、前記開口部を密閉する第1の位置と前記開口部から上方に離れた第2の位置との間を垂直方向に移動自在とする蓋駆動機構と、
    前記密閉蓋にほぼ密閉状態で設けられ、前記密閉蓋の下方に位置する試料カゴを前記低温槽の上方の低温側位置と前記高温槽の上方の高温側位置との間を水平方向に移動自在とする水平駆動機構と、
    前記水平駆動機構に保持され、前記試料カゴを前記低温側位置と前記低温槽内の位置との間及び前記高温側位置と前記高温槽内の位置との間の各々に対して垂直方向に移動自在とする垂直駆動機構とを備えた、液槽式冷熱衝撃試験装置。
  2. 前記箱体、前記低温槽及び前記高温槽は、ほぼ密閉状態の箱型形状の装置本体に収納され、前記装置本体内は、前記箱体内のテストエリアと、前記箱体外の搬入エリアとに区画され、
    前記搬入エリアの圧力は、前記テストエリアの圧力より大きく設定されている、請求項1記載の液槽式冷熱衝撃試験装置。
  3. 前記密閉蓋の前記第1の位置への移動の完了に少なくとも応答して、前記搬入エリアには除湿された圧縮空気が供給される、請求項2記載の液槽式冷熱衝撃試験装置。
  4. 前記密閉蓋には、その内部が視認できる点検窓が形成される、請求項1から請求項3のいずれかに記載の液槽式冷熱衝撃試験装置。
  5. 前記低温槽及び前記高温槽は断熱層によって区画され、
    前記低温槽と前記高温槽との間の前記断熱層の上面は、前記低温槽に向かって下がるように傾斜している、請求項1から請求項4のいずれかに記載の液槽式冷熱衝撃試験装置。
  6. 前記箱体内であって前記高温槽の上方に取り付けられ、発生する蒸気から前記第2の浴液を回収する回収器を更に備えた、請求項1から請求項5のいずれかに記載の液槽式冷熱衝撃試験装置。
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