JP4718427B2 - 環境試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、内部に試料が収容されると共に内部の気体の温度が一定に保持される収容槽を有する環境試験装置に関する。

温度などが所定値に設定された環境で電子部品の動作状況などに関する試験を行うための装置として特許文献１に記載の装置がある。特許文献１の装置は試料を収容する収容槽を有している。収容槽には加熱ヒータなどの加熱手段が設置されており、かかる加熱手段を適切に制御することにより、収容槽内の気体が所定の温度に設定される。

特開２００５−１２１２５６号公報

この装置では、収容槽内の気体が過剰に加熱されることにより、気体の温度が上昇しすぎて気体の温度を所定の設定値に保持することが困難になる場合がある。例えば試料が電子部品であって、その動作時の試験が行われる場合には、電子部品から熱が放出される。このように試料からの発熱が生じる場合には、収容槽の内部を積極的に冷却する必要が生じることがある。

しかし、収容槽を例えばその外側から冷却すると、まず収容槽の内表面近傍の気体が冷却される。そして、気体の温度が露点に達すると、気体中の水蒸気が結露して収容槽の内表面に付着する。これによって、冷却で奪われた熱が結露によって補填されるため、冷却の効果が収容槽の内部の気体まで及びにくくなることがある。特に、特許文献１のように収容槽が多層構造を有している場合には、気体の流通が限定されやすく、気体全体の冷却がより困難になる。収容槽内の気体が冷却されにくいと、収容槽内の気体の温度が過剰に上昇するのを抑制できず、気体の温度を設定値に保持できなくなるおそれが生じる。

本発明の目的は、試料を収容する収容槽が多層構造を有している場合にも収容槽内の気体の温度が保持されやすい環境試験装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及びその効果

本発明の環境試験装置は、内部の気体が密封された状態と内部の気体が外部へと開放された状態とを選択的に取る第１の収容槽と、前記第１の収容槽内に収容されており、内部に試料が収容される第２の収容槽と、前記第２の収容槽内の気体を加熱する加熱手段と、前記第２の収容槽内の気体の温度が設定温度になるように前記加熱器を制御する加熱制御手段と、加湿用水を内部に貯留しており、前記加湿用水を加熱すると共に蒸発させて前記第２の収容槽内の気体を加湿する加湿器と、前記第２の収容槽内の気体の湿度が設定湿度になるように、前記加湿用水を前記設定温度未満の温度まで加熱させる加湿制御手段と、前記第１又は第２の収容槽内の気体内に一端が配置され、前記加湿器内の加湿用水内に他端が配置されており、前記気体におけるものよりも大きい熱伝導率を有する材料からなる熱伝達部材とを備えている。

本発明の環境試験装置によると、気体の熱伝導率より大きい熱伝導率を有する材料からなる熱伝達部材を通じて第１又は第２の収容槽内の気体から加湿用水へと熱が移動する。したがって、第１及び第２の収容槽内の気体が効率よく冷却される。

図１は、本発明の好適な一実施形態に係る環境試験装置１の断面図である。環境試験装置１は、試験槽１００及び制御装置１５０を有している。制御装置１５０は、試験槽１００内の気体の温度等の試験環境を調整する（加熱制御手段、加湿制御手段）。

試験槽１００は外槽１０３、第１の内槽１０１及び第２の内槽１０２が入れ子状に組み合わされた多層構造を有している。これらの収容槽は、試験槽１００の外側から内側へと向かって、外槽１０３、第１の内槽１０１（第１の収容槽）及び第２の内槽１０２（第２の収容槽）の順に配置されている。第１の内槽１０１は外槽１０３内に収容されており、第２の内槽１０２は第１の内槽１０１に収容されている。外槽１０３と第１の内槽１０１との間には空間が形成されており、かかる空間に冷却器１４２が設置されている。

第１の内槽１０１は図１では左方に向かって開口している。この開口には開閉蓋１０４が設置されている。開閉蓋１０４は、図示されていない開閉機構を介して第１の内槽１０１に支持されており、閉じられた状態と開かれた状態とを選択的に取ることができる。図１は開閉蓋１０４が閉じられた状態を示しており、このとき第１の内槽１０１内は密閉されている。上記の開閉機構は、第１の内槽１０１内の気体の圧力が大気圧から変化しても第１の内槽１０１内が密閉された状態が保持されるように構成されていると共に、試験槽１００の使用者が手動で開閉蓋１０４を開閉できるように構成されている。

第２の内槽１０２は図１では左方に向かって開口し、第２の内槽１０２の右端には、左右方向について第２の内槽１０２を貫通する貫通孔１０２ａが形成されている。第２の内槽１０２内には試料台１０２ｂが設置されている。

第１の内槽１０１と第２の内槽１０２との間の空間において、図１では貫通孔１０２ａの右方に、ヒータ１４１（加熱器）が設置されている。ヒータ１４１のさらに右方には送風ファン１３１（気流発生手段）が設置されている。送風ファン１３１の回転軸は、駆動モータ１３２の駆動軸に固定されている。駆動モータ１３２が作動すると送風ファン１３１が回転し、左方へ向かう気流が発生する。これによって第１の内槽１０１及び第２の内槽１０２内に、図１の白抜き矢印に沿った気流が発生する。かかる気流によって、ヒータ１４１が加熱した気体が貫通孔１０２ａを通じて第２の内槽１０２内に流入すると共に、第１の内槽１０１及び第２の内槽１０２内の気体が循環する。ヒータ１４１及び駆動モータ１３２のいずれも制御装置１５０に接続されている。制御装置１５０はヒータ１４１のオン・オフを切り替えると共に、駆動モータ１３２の駆動を制御する。

第１の内槽１０１の下部には加湿器１４３が設置されている。加湿器１４３は第１の内槽１０１の内部の底面上に固定されており、加湿用の加湿用水Ｗが収容されている。加湿器１４３はヒータ１４４を有しており、ヒータ１４４の発熱部は加湿器１４３内の加湿用水Ｗに浸されている。ヒータ１４４が作動すると加湿用水Ｗが熱せられる。加湿用水Ｗの温度が変化すると試験槽１００内の湿度が変化する。ヒータ１４４は制御装置１５０に接続されている。制御装置１５０はヒータ１４４のオン・オフを切り替える。これによって制御装置１５０は試験槽１００内の気体の湿度を所定の大きさに調整する。

試験槽１００には乾球温度センサ１２１及び湿球温度センサ１２２が設置されている。乾球温度センサ１２１及び湿球温度センサ１２２の検出部はいずれも第２の内槽１０２内に設置されている。乾球温度センサ１２１及び湿球温度センサ１２２は制御装置１５０に接続されており、これらの検出部において検出された温度を示す信号が制御装置１５０へと送信される。制御装置１５０は、乾球温度センサ１２１及び湿球温度センサ１２２からの信号に基づいて第２の内槽１０２内の気体の温度及び湿度を導出する。また、加湿用水Ｗにも水温センサ１２３が設置されている。水温センサ１２３の検出温度は、主に湿度の調整のためにヒータ１４４の制御に利用される。

以上の構成により、制御装置１５０は、第２の内槽１０２内の気体の温度及び湿度を導出すると共に、かかる導出結果に基づいて、第２の内槽１０２内の気体の温度及び湿度があらかじめ設定された設定温度及び設定湿度となるようにヒータ１４１及び１４４、並びに、駆動モータ１３２を制御する。これによって、第２の内槽１０２内の気体が設定温度及び設定湿度に基づく所定の環境に保持される。そして、かかる所定の環境下において試料台１０２ｂ上に載置された試料Ｓの試験がなされる。例えば第２の内槽１０２内の温度が１３０℃、湿度が８５％に設定される。そして、試料Ｓが電子回路である場合には、上記の設定温度及び設定湿度において試料Ｓに相当する電子回路の動作についての試験が行われる。

ところで、例えば試料Ｓからの発熱などにより第２の内槽１０２内の気体の温度が急激に上昇した場合には、ヒータ１４１や駆動モータ１３２を制御するだけでは第２の内槽１０２内の温度上昇に対応できないことがある。このような状況を回避するため、制御装置１５０は、乾球温度センサ１２１からの信号に基づいて、第２の内槽１０２内の気体の温度に関して所定の条件が満たされた場合に、冷却器１４２に第１の内槽１０１を冷却させる。

冷却器１４２が第１の内槽１０１を冷却すると、その内部の気体は第１の内槽１０１の内表面近傍から冷却され始める。そして、第１の内槽１０１の内表面近傍の気体の温度が露点に達すると、第１の内槽１０１の内表面に結露が発生する。例えば設定温度が１３０℃、設定湿度が８５％であるとすると、このような設定条件を満たす気体の露点は１２４．６℃である。この場合、設定温度である１３０℃と露点との差が小さいため、気体の温度は冷却によって露点に達しやすい。そして、第１の内槽１０１の内表面に結露が発生すると、結露水の大部分は第１の内槽１０１の内表面を伝って流下し、加湿器１４３の加湿用水に流れ込んだりする。冷却器１４２の冷却によって第１の内槽１０１内の気体から奪われた熱は結露が発生する際の発熱によって補填される。したがって、第１の内槽１０１内の気体がなかなか冷却されない、という問題が生じ得る。また、第１の内槽１０１内のさらに内部に存在する第２の内槽１０２内の気体はなおさら冷却されにくい。

そこで、本実施形態の試験槽１００には、第１の内槽１０１の内表面から突出する突出部１１１が設置されている。図２には、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った試験槽１００の断面図が示されている。第１の内槽１０１には、図２において複数の突出部１１１が設けられている。突出部１１１のそれぞれは、上端が第１の内槽１０１の内表面に固定されており、下端が第２の内槽１０２の外表面近傍に配置されている。突出部１１１はいずれも平板の形状を有している。第１の内槽１０１の左半分に設置された突出部１１１はいずれも、第１の内槽１０１の内表面から図２の右下の方向へと延在している。第１の内槽１０１の右半分に設置された突出部１１１はいずれも、第１の内槽１０１の内表面から図２の左下の方向へと延在している。

また、第２の内槽１０２の外表面にはステンレスウール１１２が固定されている。ステンレスウール１１２は、突出部１１１の下端と第２の内槽１０２の間に設置されている。

さらに、加湿器１４３内の加湿用水Ｗには、ヒートパイプ１１３（熱伝達部材）が浸されている。ヒートパイプ１１３はステンレスなどからなる棒状の部材である。ヒートパイプ１１３の一端は、図１において加湿器１４３の左端の上方に配置されている。また、ヒートパイプ１１３の他端は、加湿器１４３内の底面に当接している。つまり、ヒートパイプ１１３の一端から所定の長さの部分は加湿用水Ｗの液面より上方に露出しており、残りの部分が液面より下方に浸されている。

以上の構成を有することにより、冷却器１４２が作動した際に、第２の内槽１０２が以下のように冷却される。第１の内槽１０１が冷却されることによって第１の内槽１０１の内表面に結露が発生する。これによって生じた結露水Ｄは、第１の内槽１０１の内表面及び突出部１１１に沿って、図２の白抜き矢印のように第２の内槽１０２の外表面へと到達する。このように第２の内槽１０２の外表面へと達した結露水は、ステンレスウール１１２に保持される。一方、第２の内槽１０２内の気体は、試料Ｓから発生する熱などにより設定温度より高温になっている。例えば設定温度が１３０℃、設定湿度が８５％である場合には、第２の内槽１０２内の気体は１３０℃より高温になっている。ここで、露点は１２４．６℃である。したがって、第２の内槽１０２は露点よりも高い温度となっているので、ステンレスウールに保持された結露水は蒸発する。このとき第２の内槽１０２の外表面から結露水の蒸発熱が奪われるので、第２の内槽１０２が冷却され、第２の内槽１０２内の気体も冷却される。

また、例えば設定温度が１３０℃、設定湿度が８５％である場合には、加湿用水の水温が１２４．６℃に設定される。このように、加湿用水Ｗの温度は設定温度以下に設定されるので、第２の内槽１０２内の気体が設定温度より上昇すると、気体の温度と加湿用水Ｗの温度との間に大きな差が生じる。したがって、ヒートパイプ１１３を通じて気体から加湿用水Ｗへ図１の黒塗り矢印の示す方向へと熱が移動する。これによって、第２の内槽１０２内の気体が冷却される。

以上のとおり、第１の内槽１０１の内表面に発生した結露水が、突出部１１１を通じて第２の内槽１０２へと案内され、その外表面において蒸発する。これによって、第１の内槽１０１の内表面において結露が発生しても、第２の内槽１０２の外表面において結露水が蒸発することにより第２の内槽１０２が冷却され、第２の内槽１０２内の気体が冷却される。

また、ステンレスウール１１２により第２の内槽１０２の外表面に達した結露水が保持される。つまりステンレスウール１１２は、結露水が第２の内槽１０２の外表面に沿って流下するのを妨害する役割を果たす。したがって、結露水が第２の内槽１０２の外表面に留まりやすくなり、結露水が第２の内槽１０２の下方に流下するまでに外表面において蒸発しやすくなる。

さらに、ヒートパイプ１１３によって第１の内槽１０１及び第２の内槽１０２内の気体の熱が加湿用水Ｗに移動するので気体が冷却されやすい。なお、ヒートパイプ１１３の材質はできるだけ熱伝導率の大きいものが好ましい。しかし、第１の内槽１０１及び第２の内槽１０２内の気体におけるものより大きい熱伝導率を有する材質であればよい。

＜変形例＞
以上は、本発明の好適な実施の形態についての説明であるが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、課題を解決するための手段に記載された内容の限りにおいて様々な変更が可能なものである。

上述の実施形態においてはステンレスウール１１２が用いられているが、第２の内槽１０２の外表面において結露水が下方に流下しにくくなるような部材や構造が用いられればどのようなものでもよい。例えば、第２の内槽１０２の外表面に水平方向に平行な複数の溝が切られるなどの、外表面の表面積を大きくするような構造が形成されていてもよい。なお、ステンレスウール１１２のような結露水を保持する部材が用いられる場合には、できるだけ熱伝導率の大きい材料からなる部材であることが好ましい。

また、上述の実施形態においては棒状のヒートパイプ１１３が用いられているが、棒状とは異なる形状を有する部材が用いられてもよい。例えば、ヒートパイプ１１３とは異なり、一端が第２の内槽１０２の内部まで到達し、他端が加湿用水Ｗに浸されるように調整された形状を有する部材がヒートパイプ１１３と同様の役割を有する部材として用いられてもよい。

また上記の実施形態においては、試験槽１００が突出部１１１及びヒートパイプ１１３の両方を伴う場合が示されている。しかし、試験槽１００がこれらのいずれかを有するものであってもよい。つまり、突出部１１１及びヒートパイプ１１３は互いに独立に機能するものであるため、これらのいずれかが設けられていれば、第２の内槽１０２内の気体が冷却されやすくなるという効果が奏される。

また、上述の実施形態においては、試験槽１００内に冷却器１４２が設置されている。しかし、環境試験装置１が冷却器１４２を有していなくてもよい。このような場合に、第２の内槽１０２内の気体の温度が過剰に上昇したときには、外槽１０３の外側からなんらかの冷却手段を用いて試験槽１００を冷却したり、外槽１０３の外部を覆う部材（不図示）などを外槽１０３から除去することによって試験槽１００から放熱しやすくすればよい。

本発明の一実施形態である環境試験装置の一部断面を含む内部の構成図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。

符号の説明

１ 環境試験装置
１００ 試験槽
１０１ 第１の内槽
１０２ 第２の内槽
１０２ａ 貫通孔
１０２ｂ 試料台
１０３ 外槽
１１１ 突出部
１１２ ステンレスウール
１１３ ヒートパイプ
１３１ 送風ファン
１４１ ヒータ
１４２ 冷却器
１４３ 加湿器
１４４ ヒータ
１５０ 制御装置
Ｓ 試料
Ｗ 加湿用水

Claims (1)

1. 内部の気体が密封された状態と内部の気体が外部へと開放された状態とを選択的に取る第１の収容槽と、
   前記第１の収容槽内に収容されており、内部に試料が収容される第２の収容槽と、
   前記第２の収容槽内の気体を加熱する加熱手段と、
   前記第２の収容槽内の気体の温度が設定温度になるように前記加熱器を制御する加熱制御手段と、
   加湿用水を内部に貯留しており、前記加湿用水を加熱すると共に蒸発させて前記第２の収容槽内の気体を加湿する加湿器と、
   前記第２の収容槽内の気体の湿度が設定湿度になるように、前記加湿用水を前記設定温度未満の温度まで加熱させる加湿制御手段と、
   前記第１又は第２の収容槽内の気体内に一端が配置され、前記加湿器内の加湿用水内に他端が配置されており、前記気体におけるものよりも大きい熱伝導率を有する材料からなる熱伝達部材とを備えていることを特徴とする環境試験装置。

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