JP3961396B2

JP3961396B2 - 密閉型試験器

Info

Publication number: JP3961396B2
Application number: JP2002313743A
Authority: JP
Inventors: 浩人大槻
Original assignee: Espec Corp
Current assignee: Espec Corp
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2002-10-29
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2022-10-29
Also published as: JP2004150849A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は密閉型環境試験器などの密閉型試験器に関するものであり、特に、密閉された内槽の冷却をより早くできるようにした密閉型試験器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
試験片を無酸素状態で高温に加熱する場合、気密性の高い密閉槽内を窒素ガスで置換し、その槽内に試験片を入れて加熱していた。具体的には、槽内を窒素ガス等に置換可能なガス置換装置を有する密閉型環境試験器が用いられていた。
例えば、ＬＳＩ（Large Scale integrated circuit 大規模集積回路）のＣｕ配線評価では、無酸素状態で高温状態とし、記憶したメモリが消えていないかを確認することがある。この場合の槽内酸素濃度は、１００ｐｐｍ以下とするなど、酸素濃度をｐｐｍオーダーで管理した条件で試験することがあった。
【０００３】
ところでこのように高温で試験を行った試験片は取り出しの際に常温に冷ます必要がある。
従来の窒素ガス置換装置などを有する密閉型環境試験器においては、試験片を入れている密閉槽内の冷却は、密閉槽の周りからの自然放冷に頼っていた。これは、槽内の気体に外気が混入すると、酸素を含んだ空気が混入するため、冷却途中での酸化を防止するためである。
【０００４】
しかし、この従来の自然冷却による方法では槽内が冷めにくく、試験片の冷却に時間がかかるため作業効率が悪かった。また従来技術によると、冷却に長時間を要するので、冷却過程でも高温度状態が長時間継続されることとなり、試料に悪影響を与えてしまう。
【０００５】
また自然冷却によらず、槽内部に、槽内温度よりも温度の低い雰囲気ガスを導入することにより強制的に冷却する方法も考えられるが、この方法では多量の窒素ガス等を必要とするため、冷却の度に窒素ガスを要し、安価に試験することができない。
【０００６】
さらに、除塵装置等が設けられたいわゆるクリーンオーブンの場合の冷却でも同様の問題があり、扉などを開け、外部の空気を入れて槽内を冷却したのでは槽内のクリーン度を保てなくなる。
【０００７】
また、この出願の発明に関連する先行技術文献情報として次のものがある。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−２２２３８９号公報
【０００９】
特許文献１には、「内槽が密閉される環境試験器であって、強制空冷装置を上記内槽の外壁に沿って設け、これにより槽内の冷却を促進することを特徴とする内槽密閉型環境試験器」が記載されており、これによると、環境試験器の内槽の温度以外の雰囲気を変えることなく環境試験器の槽内の冷却を速やかに行うことができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載された発明によっても、十分な冷却が得られず、さらに素早く試験片を冷却することができる密閉型環境試験器が求められていた。
また市場においては内槽の内部の酸素濃度をより低く制御して試験を行う要求があり、内槽の気密性をさらに高める傾向にある。そのため内槽の熱に対する遮蔽性が高まり、槽内の冷却がさらに困難となっている。
【００１１】
また特許文献１に記載された密閉型環境試験器では、強制空冷装置を内槽の外壁に設けているので、その分のスペースだけ装置全体が大きくなってしまうという不満がある。
【００１２】
そこで本発明は、温度以外の槽内雰囲気を変えることなく、環境試験器の槽内の冷却をさらに一段と素早く行うことができる密閉型環境試験器を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
そして、上記した目的を達成するための請求項１に記載の発明は、密閉可能な内槽と、前記内槽の内部に設けられた強制冷却装置と、加熱器とを有し、前記強制冷却装置には冷却流路が設けられ、前記冷却流路の出入り口は内槽の外部につながり、冷却流路に外気を導入して内槽の温度を低下させることが可能であることを特徴としている。
ここで、「密閉可能な内槽」とは、常時密閉状態でなくても、扉などを閉めることにより密閉状態とすることができればよい。
【００１４】
請求項１に記載の発明は、冷却流路が設けられた強制冷却装置を有しており、内槽の外部につながっている冷却流路の出入り口から外気を導入・排出することにより、温度以外の雰囲気を変えることなく、内槽内の冷却をさらに一段と素早く行うことができる。
【００１５】
また、請求項１に記載の発明は、内槽の内部には試験片配置室が設けられ、前記強制冷却装置が、前記試験片配置室の一部を形成していることを特徴としている。
ここで試験片配置室とは、密閉型試験器の内部に位置し、試験片などを入れる部分であり、一般に試験片配置室の環境は制御されている。
【００１６】
請求項１に記載の発明によれば、前記強制冷却装置が、前記試験片配置室の一部を形成しているので、部品点数が少なく、密閉型試験器を安価に製作することができる。
【００１７】
請求項１に記載の発明は、加熱器は、内槽内であって試験片配置室外に位置している。また、請求項２に記載の発明では、前記強制冷却装置は、前記加熱器と試験片配置室とを仕切るように位置していることを特徴としている。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、強制冷却装置は、前記加熱器と試験片配置室とを仕切るように位置しているので、加熱器からの輻射熱が直接試験片配置室に至ることがなく、別途輻射熱を遮断するようにする部材を設けなくても良い。
【００１９】
請求項１に記載の発明は、内槽の内部には、内槽内の気体を循環させるファンが設けられ、ファンを回転させると前記強制冷却装置の周囲を循環するように気流が生じることを特徴としている。
【００２０】
請求項１に記載の発明によれば、回転させると内槽内の強制冷却装置の周囲を循環するように気流が生じる内槽用ファンが設けられている。そのためファンを回転させることによって強制冷却装置の周りに気体の流れができ、槽内の冷却を効率的に行うことができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、前記強制冷却装置は箱状であり、内部と外部を貫通している導入口と排出口とが設けられたケース部と、前記ケース部内に設けられた仕切部を有し、仕切部によって仕切られたケース部内部が冷却流路となり、別途設けられた送風機により外気を導入口から冷却流路に導入し、さらに排出口から排出することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の密閉型試験器である。
【００２２】
請求項４に記載の発明によれば、仕切部によって仕切られたケース部内部が冷却流路となり、別途設けられた送風機により外気を導入口から冷却流路に導入して、さらに排出口から排出されるので、強制冷却装置による内槽との熱交換を効率よく行うことができる。
【００２３】
さらに、上記の強制冷却装置を試験片配置室の床面に配置してもよく、かかる場合、強制冷却装置により試験片配置室の床面を兼ねることができる。
また、強制冷却装置の内槽の気体を、希ガス、窒素、二酸化炭素等の反応性の低い不活性ガスに置換することが可能なものでもよい。又、強制冷却装置の内槽の気体を除塵することができるものでもよい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下さらに本発明の具体的実施例について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態である密閉型環境試験器の図であり（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。図２は、本発明の第１の実施形態である密閉型環境試験器の本体部の扉部を開いた状態での正面図である。図３は、本発明の第１の実施形態である密閉型環境試験器の本体部の扉部を開いた状態であって、内槽部材の正面板を取り除いた状態での正面図である。図４は、本発明の第１の実施形態である密閉型環境試験器の本体部の内槽部分を示した斜視図である。図５は、本発明の第１の実施形態である密閉型環境試験器の本体部の試験片配置室部分と加熱器を示した斜視図である。図６は、本発明の強制冷却装置及び送風方向変換器を示した斜視図である。図７は、本発明の強制冷却装置の変形例を示した斜視図である。
【００２５】
本発明の第１の実施形態における密閉型環境試験器１は、図１に示されている。そして、密閉型環境試験器１には本体部１０、扉部１１及び台部１２が設けられている。本体部１０には制御部１３が設けられ、電源のオンオフや条件設定などが可能となっている。また、扉部１１は本体部１０の正面に図示しないヒンジを介して取り付けられ、本体部１０を開閉することができる。
本体部１０、扉部１１は一体となって台部１２に載せられている。
なお、本明細書においては、密閉型環境試験器１の扉部１１側を正面側、前記正面側と反対側の面を裏面側、正面側や裏面側に垂直な方向を側面側、密閉型環境試験器１の上側・下側の方向をそれぞれ上面側・下面側として説明する。
【００２６】
本体部１０は、外部ケース１５と内槽部材１６を有している。外部ケース１５は、箱状であり、本体部１０の外郭を構成する。また、外部ケース１５の内側に内槽部材１６が位置している。内槽部材１６は複数の板状の部材を接続し、開口部分が設けられた箱状となるように形成されたものであり、内槽部材１６の開口部分は正面側に位置している。
即ち内槽部材１６は正面板１６ａ、裏面板１６ｂ、側面板１６ｃ、１６ｄ、底面板１６ｅ及び天面板１６ｆを有するが、正面板１６ａには試験片を出し入れするための開口１７が設けられている。そして正面板１６ａの開口が正面側に位置している。
内槽部材１６を構成する各板のつなぎ部分は溶接を隙間の無いように行ったり、シール材を設けたりして気密性を高くしている。
【００２７】
扉部１１を閉めると、扉部１１の内側は内槽部材１６の開口状の部分に密着する。そうして、内槽部材１６の内側の内槽２０が気密性を有する密閉状態となる。
外部ケース１５と内槽部材１６の間には、必要に応じて断熱材などが設けられている。
【００２８】
また、本体部１０の内槽２０の内部には、図３に示されるように、強制冷却装置２３、加熱器３３、有孔板３６及びファン３５が設けられている。
【００２９】
強制冷却装置２３は、図５、図６に示されるように、高さの低い四角形状の箱状であって、内槽２０の内部においては、水平方向に平行に配置されている。強制冷却装置２３の位置は、具体的には内槽２０の下側付近であり、内槽部材１６の底面板１６ｅとは離れている。即ち強制冷却装置２３の底面と内槽部材１６の底面板１６ｅとの間には隙間が設けられている。
同様に内槽部材１６の側面板１６ｃ，１６ｄに面した部位についても、強制冷却装置２３と内槽部材１６の間に隙間が有る。
【００３０】
なお、強制冷却装置２３は、内槽部材１６の正面板１６ａ及び裏面板１６ｂに連結して固定するものでもよく、また、強制冷却装置２３の正面側や裏面側の側面板２８を、正面板１６ａや裏面板１６ｂと共用しても良い。
【００３１】
強制冷却装置２３は、内部に冷却流路が設けられ、冷却流路に外気を導入して内槽の温度を低下させるものである。
即ち強制冷却装置２３は、天面板２６、底面板２７及び側面板２８からなるケース部２４によって外形が構成され、その内部に冷却流路が形成されている。より詳細に説明すると、ケース部２４の内部は中空となっており、内部に仕切板２５を有している（図６）。
【００３２】
そして、強制冷却装置２３の裏面側の側面２８に導入口２９及び排出口３０が設けられており、導入口２９から仕切板２５で仕切られた強制冷却装置２３の内部の空間を通過して排出口３０に至る一連の流路が形成されており、この一連の流路は、冷却流路となる。仕切板２５は、導入口２９から排出口３０に直接流れるよりも、流路が長くなるように設けられている。また、冷却流路は、つづら折り状の部分を有し、また、複数の場所で流れの方向を変えている。
【００３３】
具体的に説明すると、冷却流路は導入口２９から排出口３０に至る直列の流路であり、いずれの部位も略一定の流路面積を持つ。そして強制冷却装置２３の天面板２６及び底面板２７の全ての面は、冷却流路のいずれかの部分と接している。そのため天面板２６及び底面板２７の全ての面は、冷却流路を流れる外気によってくまなく冷却される。
なおこの冷却流路は、前記の内槽２０と気密的に仕切られているものであり、冷却流路に流れる外気が、内槽２０に流入することはない。
【００３４】
強制冷却装置２３の導入口２９の外側には図６に示されるような空気ケース３８が設けられている。空気ケース３８は、送風方向を変換するものであり、図１に示されるように、本体部１０の下側に配置されている送風機８０から導入される外気を強制冷却装置２３に導く。
【００３５】
有孔板３６は、網状又は多数の細孔が設けられた板体であり、右側有孔板３６ａと左側有孔板３６ｂの２枚が設けられている。有孔板３６は、強制冷却装置２３と共に内槽２０内において試験片配置室２１を構成するものである。即ち有孔板３６ａ，３６ｂは、内槽部材１６の側面板１６ｃ、１６ｄと平行に配置され、強制冷却装置２３の側面側の両端付近で垂直状に位置し、強制冷却装置２３から内槽部材１６の天面板１６ｆに至る部分を覆っている。
【００３６】
前記した様に強制冷却装置２３の位置が、内槽２０の下側付近にあって強制冷却装置２３の底面と内槽部材１６の底面板１６ｅとの間には隙間が有り、さらに内槽部材１６の側面板１６ｃ，１６ｄに面した部位についても、強制冷却装置２３と内槽部材１６の間に隙間が有り、有孔板３６があるので、左側有孔板３６ｂ及び強制冷却装置２３と内槽部材１６の側面板１６ｄとの間には、第１隙間１８ａが形成され、強制冷却装置２３と内槽部材１６の底面板１６ｅとの間には、第２隙間１８ｂが形成され、右側有孔板３６ａ及び強制冷却装置２３と内槽部材１６の側面板１６ｃとの間には、第３隙間１８ｃが形成されている。
【００３７】
そして密閉型環境試験器１の試験片配置室２１は、図５に示されるように、強制冷却装置２３、右側有孔板３６ａ、左側有孔板３６ｂ、裏面板１６ｂ及び天面板１６ｆで囲まれる部分によって構成される。また、試験片配置室２１の床面は強制冷却装置２３によって形成されており、強制冷却装置２３は試験片配置室２１の一部となっている。
また、図２に示されるように、試験片配置室２１の正面側には、内槽部材１６の正面板１６ａの開口１７が位置しており、扉部１１を開けると、外部から試験片配置室２１の中に試験片などのものを出し入れすることができる。
【００３８】
加熱器３３の位置は、強制冷却装置２３と内槽部材１６の底面板１６ｅとの間に設けられた第２隙間１８ｂであり、また試験片配置室２１の外側である。また、加熱器３３と試験片配置室２１の間に強制冷却装置２３が位置しており、強制冷却装置２３は、加熱器３３と試験片配置室２１との間を仕切るように位置している。そして、制御部１３等からの指令などによって作動し、内槽の温度を高くすることができる。加熱器３３は、具体的には電気ヒータが用いられている。
【００３９】
ファン３５は、側面板１６ｃと右側有孔板３６ａに形成された第３隙間１８ｃに位置し、内槽２０の外側に設けられたモータ（図示せず）により回転する。
【００４０】
次に、密閉型環境試験器１を使用する際の状況について説明する。
まず、扉部１１を開けて、試験片を試験片配置室２１に入れ、扉部１１を閉めて内槽２０を密閉状態とする。そして、内槽２０内に窒素ガスなどの不活性ガスを入れて内槽２０を窒素ガス雰囲気にし、酸素を内槽２０から追い出す。本実施形態の密閉型環境試験器１では、気密性が高く、内槽２０の外部からの空気の侵入は少ない。なお、必要に応じて、試験の最中に窒素ガスなどを入れてもよい。また、窒素ガスは、液体窒素を気化させて発生させても良く、窒素ガスボンベから導入してもよい。
【００４１】
そして、制御部１３に所定の条件を入力するなどして、密閉型環境試験器１の内槽２０内を所定の温度まで加熱する。
【００４２】
この加熱は従来技術と同様であり、ファン３５を回転しながら、加熱器３３を作動させて行う。本実施形態ではファン３５を回転させると、図３の矢印に示すように、右側有孔板３６ａの孔を通過し、試験片配置室２１から左側有孔板３６ｂの孔を通過し、さらに、第１隙間１８ａ、第２隙間１８ｂ、第３隙間１８ｃを経て、再びファン３５付近に至る流れが形成される。この流れは、言い換えると、強制冷却装置２３の周囲を回るように流れるものであり、ファン３５を作動させると、強制冷却装置２３の周囲を循環するように流れが生じる。
加熱器３３は第２隙間１８ｂに設けられているので、加熱された気体がファン３５の作動によって攪拌される。
【００４３】
なお本実施形態では、加熱器３３が、強制冷却装置２３と内槽部材１６の底面板１６ｅとの間に形成された第２隙間１８ｂに配置されており、加熱器３３と試験片配置室２１の間に強制冷却装置２３がある。そのため強制冷却装置２３が熱遮蔽物として機能し、加熱器３３の自然対流熱や直接的な伝導熱が試験片配置室２１に伝わらない。したがって本実施形態では、試験片配置室２１内における温度ばらつきが小さい。
【００４４】
設定温度に達して、試験片の加熱が所定の時間行われた後、内槽２０内が冷却される。この冷却は、以下に示すように、外気などを内槽２０内に直接入れることなく強制冷却装置２３を用いることにより短時間に行われる。
具体的には、本体部１０下側に設けられた送風機８０が作動し、送風方向変換器３８の下側の開口３８ａより外気が流入し、送風方向変換器３８の上側の開口３８ｂから強制冷却装置２３に流れ込む。
【００４５】
そして、強制冷却装置２３内に入った外気は、上記した仕切板２５により形成され、導入口２９から排出口３０に至る一連の流路である冷却流路を通過しながら、内槽２０内の気体の熱を奪って、内槽２０内の温度を下げる。
本実施形態の強制冷却装置２３では、仕切板２５により、導入口２９から排出口３０に直接流れるよりも、流路が長くなるように設けられているので、より冷却効率を大きくすることができる。外気の流れは図６の矢印に示され、排出口３０から再び外部に流出する。
【００４６】
またファン３５を回転させて内槽２０内の空気を攪拌する。強制冷却装置２３は内槽２０内で４面が露出しているので、特に冷却効率がよい。すなわち、強制冷却装置２３の天面板２６、底面板２７及び側面方向の両側の側面板２８が内槽２０に面している。特に天面板２６及び底面板２７の面積は大きいので、冷却効率が良い。またファン３５を回転させることによって、前記した様に強制冷却装置２３の周囲を循環するように気流が生じる。
そのため、強制冷却装置２３の外面と内槽２０内の空気との接触機会が増大し、より一層、冷却効率が高められる。
【００４７】
内槽２０内の温度が、常温付近などの所定の温度以下まで低下すると、試験が終了する。この状態で扉部１１を開けて、試験片配置室２１から試験片を取り出す。
【００４８】
本実施形態の密閉型環境試験器１の冷却の際の内槽２０内の冷却時間は、強制冷却装置２３を持たない自然冷却方式のものに比べて格段に早い。
この確認のため、３００℃から５０℃までの冷却に要する時間（冷却時間）を測定し、自然冷却方式及び特許文献１の装置と比較した。なお、試験器は、強制冷却装置２３以外の部分（槽内容量等）を同じとしたものを用いた。
その結果、本実施形態の装置では冷却時間は１時間４分となり、自然冷却方式の冷却時間は４時間１３分となり、特許文献１の装置では２時間０分となった。したがって、本実施形態の密閉型環境試験器１は、自然冷却方式の装置と比べると約１／４程度の時間となり、特許文献１の装置と比べると約１／２の時間短縮となった。
【００４９】
上記の密閉型環境試験器１の強制冷却装置２３の導入口２９は側面板２８に設けられていたが、図７に示す強制冷却装置２３’のように導入口２９を底面板２７に設けて、本体部１０の下側に設けられた送風機８０と接続する構造であってもよい。
また、強制冷却装置２３は、内槽２０の下側付近に位置していたが、上側付近でも良く、内槽２０の内部であればよい。
【００５０】
上記した実施形態の密閉型環境試験器１は、窒素ガスに置換することができる試験器であったが、槽内を除塵することができる試験器などの密閉を必要とする試験器にも本発明を適用することができる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の密閉型環境試験器は、温度以外の雰囲気を変えることなく、環境試験器の槽内の冷却をさらに一段と素早く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である密閉型環境試験器の図であり（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態である密閉型環境試験器の本体部の扉部を開いた状態での正面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態である密閉型環境試験器の本体部の扉部を開いた状態であって、内槽部材の正面板を取り除いた状態での正面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態である密閉型環境試験器の本体部の内槽部分を示した斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施形態である密閉型環境試験器の本体部の試験片配置室部分と加熱器を示した斜視図である。
【図６】本発明の強制冷却装置及び送風方向変換器を示した斜視図である。
【図７】本発明の強制冷却装置の変形例を示した斜視図である。
【符号の説明】
１密閉型環境試験器
２０内槽
２１試験片配置室
２３、２３’強制冷却装置
２４ケース部
２５仕切板
２９導入口
３０排出口
３３加熱器
３５ファン
８０送風機

Claims

密閉可能な内槽と、前記内槽の内部に設けられた強制冷却装置と、加熱器とを有し、
内槽の内部には試験片配置室が設けられ、前記強制冷却装置が、前記試験片配置室の一部を形成しており、
前記強制冷却装置には冷却流路が設けられ、前記冷却流路の出入り口は内槽の外部につながり、冷却流路に外気を導入して内槽の温度を低下させることが可能であり、
加熱器は、内槽内であって試験片配置室外に位置しており、内槽の内部には、内槽内の気体を循環させるファンが設けられ、ファンを回転させると前記強制冷却装置の周囲を循環するように気流が生じるものであることを特徴とする密閉型試験器。
前記強制冷却装置は、前記加熱器と試験片配置室とを仕切るように位置していることを特徴とする請求項１に記載の密閉型試験器。
強制冷却装置は内槽の下側付近に配置され、試験片配置室の床面が強制冷却装置によって形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の密閉型試験器。
前記強制冷却装置は箱状であり、内部と外部を貫通している導入口と排出口とが設けられたケース部と、前記ケース部内に設けられた仕切部を有し、仕切部によって仕切られたケース部内部が冷却流路となり、別途設けられた送風機により外気を導入口から冷却流路に導入し、さらに排出口から排出することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の密閉型試験器。