JP6943803B2 - 環境試験装置 - Google Patents
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Description
環境試験装置は、被試験物を設置する試験室を有している。環境試験装置は、試験室内に、高温環境、低温環境、高湿度や低湿度等の所望の環境を人工的に作り出す装置である。
環境試験装置の一つとして振動複合環境試験装置と称される装置がある。振動複合環境試験装置は、所望の温度等の環境を作る機能に加えて、被試験物を振動させる機能を備えている。
振動複合環境試験装置は、例えば自動車に搭載される部材の耐久性等を試験するものであり、例えば走行中の自動車のボンネット内の環境を再現するため、被試験物を揺らしながら高温環境下や低温環境下にさらし、性能や耐久性を試験する。
振動発生装置は、外形が大きい場合があり、試験室の外に設置される場合がある。
例えば試験室の底部に、仕切り部材があり、仕切り部材の外に振動発生装置が設置される場合がある。
一方、試験室内には高温環境や低温環境が創出される。試験室内が低温環境である場合には、仕切り部材の外表面(振動発生装置側)の温度が低下し、仕切り部材の外表面に結露が生じて振動発生装置に滴下されてしまう場合がある。
また特許文献2に開示された環境試験装置では、振動テーブルが試験室外に設置されているので被試験物が置かれた環境が試験室内の環境と同一であることを保証できない場合がある。
上記した課題を解決するための具体的態様は、断熱槽内にあって内部に所望の環境を作ることが可能な試験室と、被試験物を固定する取り付け部と、前記取り付け部を動かす駆動部と、駆動部設置部を有する環境試験装置において、前記取り付け部は前記試験室内にあり、前記駆動部は前記駆動部設置部にあり、前記駆動部と前記取り付け部を繋ぐ駆動軸であって、前記試験室に設けられた開口から前記試験室側に突出して前記取り付け部を支持する前記駆動軸を有し、前記試験室と前記駆動部設置部の間を仕切る仕切り部材を有し、前記駆動部によって前記取り付け部を動かし、前記被試験物に運動を与えつつ試験を行うことが可能であり、前記仕切り部材は、前記駆動軸の周囲を取り巻くように、前記取り付け部と前記開口の間に取り付けられ、少なくとも試験室側薄膜と駆動部側薄膜を有する多層構造であり、前記試験室側薄膜と前記駆動部側薄膜の間に膜間空間があり、当該膜間空間内に気体が存在することを特徴とする環境試験装置である。
上記した課題を解決するためのもう一つの具体的態様は、断熱槽内にあって内部に所望の環境を作ることが可能な試験室と、被試験物を固定する取り付け部と、前記取り付け部を動かす駆動部と、駆動部設置部を有する環境試験装置において、前記取り付け部は前記試験室の底面壁に設けられた開口から突出して前記試験室内にあり、前記駆動部は前記駆動部設置部にあり、前記取り付け部と前記取り付け部の下方に位置する前記開口に固定されて、前記試験室と前記駆動部設置部の間を仕切る仕切り部材を有し、前記駆動部によって前記取り付け部を動かし、前記被試験物に運動を与えつつ試験を行うことが可能であり、前記仕切り部材は、少なくとも試験室側薄膜と駆動部側薄膜を有する多層構造であり、前記試験室側薄膜と前記駆動部側薄膜の間に膜間空間があり、当該膜間空間内に気体が存在することを特徴とする環境試験装置である。
前記仕切り部材は、小径側開口と大径側開口を有し、円錐形に近似される形状であることが望ましい。
本態様の環境試験装置では、取り付け部が試験室内にあるので、被試験物は、試験室内に創出された環境下に置かれる。
本態様の環境試験装置では、試験室と駆動部設置空間の間が仕切り部材で仕切られており、当該仕切り部材は、内部に膜間空間があって気体層がある。
そのため仕切り部材は断熱性が高く、試験室内が低温であっても駆動部側薄膜の外面の温度はさほど低くはならない。そのため仕切り部材の駆動部設置部側に結露が生じにくい。
上記した課題を解決するための具体的態様は、内部に所望の環境を作ることが可能な試験室と、被試験物を固定する取り付け部と、前記取り付け部を動かす駆動部と、駆動部設置部を有する環境試験装置において、前記取り付け部は前記試験室内にあり、前記駆動部は前記駆動部設置部にあり、前記試験室と前記駆動部設置部の間を仕切る仕切り部材を有し、前記駆動部によって前記取り付け部を動かし、前記被試験物に運動を与えつつ試験を行うことが可能であり、前記仕切り部材は、少なくとも試験室側薄膜と駆動部側薄膜を有する多層構造であり、前記試験室側薄膜と前記駆動部側薄膜の間に膜間空間があり、当該膜間空間内に気体が存在し、前記膜間空間内を乾燥気体が通過するものであり、前記乾燥気体は、前記試験室の外側から前記膜間空間に導入され、前記試験室内に抜けることを特徴とする環境試験装置である。
また通過する乾燥気体は、試験室の冷気の影響を受けて温度が低下している場合があるが、試験室内に放出されるので、駆動部設置部側に結露が生じにくい。
また凸部及び凹部の突端部分は、シート片の面同士を重ねて接合されて構成されたものであるから、蛇腹部分の復元性が高い。そのため仕切り部材は変形能と、形態復元性が共に高く、取り付け部の動きに対応して変形し、且つ元の形状に復帰する。
本実施形態の環境試験装置1は、振動複合環境試験装置であり、本体装置2と振動発生装置3及び仕切り部材7を有している。図1の様に本体装置2は、架台38に設置されている。架台38の下部に駆動部設置部16があり、前記した振動発生装置3の大部分が設置されている。
振動発生装置3は、図2の様に、駆動部5と、駆動軸6を有している。実際には駆動軸6は、複数の関節部分を有し、複数の軸に分かれている。本実施形態では、図3、図6の様に駆動軸6の先端に取り付けフランジ8が設けられている。そして取り付けフランジ8を介して試料テーブル10が取り付けられている。試料テーブル10は、被試験物を固定する物品取り付け部として機能する。
試料テーブル10は、相当の剛性を有する金属板であり、正方形に近い四角形である。 試料テーブル10の下面側には図6の様にフランジ部材15が設けられている。
即ち本体装置2は、公知の環境試験装置と同様に、断熱壁20によって覆われた断熱槽22を有している。断熱槽22の内部には、図3の様に内部仕切り壁23があり、試験室11と空気調和機器設置部17に区画されている。
空気調和機器設置部17は、内部仕切り壁23によって試験室11から区画されているが、内部仕切り壁23は、上端部と下端部に開口30,31がある。そのため空気調和機器設置部17は、前記した開口30,31を通じて試験室11と連通している。
本実施形態では、空気調和機器設置部17は一連の空気流路32を形成しており、当該空気流路32に前記した加湿装置25、冷却装置26、加熱装置27、及び送風機28が置かれている。
また空気流路32の出口側(開口30側)に、温度センサー33と湿度センサー34が設けられている。環境試験装置1では、前記した空気調和機器設置部17内の部材と、温度センサー33及び湿度センサー34によって試験室11内に所定の環境を作り、この環境を維持することができる。
本実施形態で採用する試験室11は、正面壁35、天面壁36、底面壁37、左右側面壁40,41及び奥面壁(内部仕切り壁23)を有している。
正面壁35、天面壁36、底面壁37、左右側面壁40,41は、いずれも断熱壁である。
本実施形態では、試験室11は、図1, 図3の様に正面側に扉21が設けられており、正面側を開放することができ、正面の扉21を開いて被試験物を試験室11に出し入れすることができる。
即ち試験室11には、図2、図3の様に底面壁37に大きな円形の開口45が設けられ、当該開口45から振動発生装置3に固定された試料テーブル10が試験室11内に突出している。
本実施形態の環境試験装置1では、本体装置2は、図1、図2の様に架台38に載置されていてピット13に中空位置に支持されており、本体装置2の下に前記した振動発生装置3が配置されている。即ち振動発生装置3の大部分はピット13内に設置されている。本実施形態では、ピット13が、駆動部設置部16となっている。
振動発生装置3に取り付けられた試料テーブル10は試験室11内にあり、駆動軸6が駆動部設置部16内の駆動部5と試験室11内の試料テーブル10の間を繋いでいる。
即ち駆動軸6等が試験室11の開口45を経て試験室11の内外を繋いでいる。
即ち試験室11の底面壁37の開口45の内縁と、試料テーブル10のフランジ部材15外縁との間には仕切り部材7がある。
仕切り部材7は、図5、図7の様に二重壁構造の蛇腹である。
以下、二重壁を一体として観察し、蛇腹全体の外側を蛇腹の外面或いは蛇腹の外側と称し、蛇腹の内側を蛇腹の内面或いは蛇腹の内側と称する。
また蛇腹の二重壁に注目し、二重壁の内側を二重壁の内面或いは内側と称し、外側を二重壁の外面或いは外側と称する。従って、二重壁の外側には、蛇腹の外側に相当するものと、蛇腹の内側に相当するものがある。
仕切り部材7を巨視的に観察すると、図6の様に大径側開口46から小径側開口43に連通する連通孔51がある。即ち蛇腹の内面は空洞であり、設置姿勢を基準として円錐形に近似される連通孔51がある。
前記した様に仕切り部材7は、二重壁構造となっており、図5、図6、図7の様に試験室側薄膜52と、駆動部側薄膜53が組み合わされたものである。
試験室側薄膜52及び駆動部側薄膜53は、図5の様にいずれも積層シートを蛇腹状に成形したものである。
駆動部側薄膜53は、仕切り部材7の内面(蛇腹の内面)を構成するものであり、巨視的に観察すると、略円錐形の蛇腹であり、複数の節部がある。
試験室側薄膜52と駆動部側薄膜53は相似形であり、試験室側薄膜52の外側への突出部分に相当する凸部(図7C)の位置では、駆動部側薄膜53も突出する凸部(図7F)となっている。同様に、試験室側薄膜52の内側に凹んだ凹部 (図7D)に相当する位置では、駆動部側薄膜53も凹んだ凹部(図7E)となっている。
駆動部側薄膜53は、試験室側薄膜52に比べてやや小さい。
試験室側薄膜52のソリッド層62は、例えばシリコンゴム等の耐熱、耐寒性の高い弾性を有するゴムである。
内側の発泡層63は、例えば独立気泡の発泡層であり、内部に気体を包含している。発泡層63は、ソリッド層62との接着性が良好であれば、素材は限定されるものではない。例えばソリッド層62の素材に近いものを素材とする発泡層である。本実施形態では、シリコンスポンジが採用されている。
即ち試験室側薄膜52は、図7のC、D内の様に、平面状且つ環状の積層シート片65の発泡層63側の面同士を重ね、当該部分を縫製して繋ぎ合わせたものである。
駆動部側薄膜53のソリッド層72は、例えばネオプレンゴム等の合成ゴムや天然ゴム等の弾性を有する公知のゴムである。
発泡層73は、例えば独立気泡の発泡層であり、内部に気体を包含している。発泡層73は、ソリッド層72との接着性が良好であれば、素材は限定されるものではない。例えばソリッド層72の素材に近いものを素材とする発泡層であり、ネオプレンスポンジ等が採用可能である。
即ち駆動部側薄膜53は、図7のE、Fの様に、平面状且つ環状の積層シート片75の発泡層73側の面同士を重ね、当該部分を縫製して繋ぎ合わせたものである。
試験室側薄膜52と駆動部側薄膜53は相似形であり、図6、図7の様に試験室側薄膜52の外側への突出部分に相当する位置では、駆動部側薄膜53も突出し、試験室側薄膜52の内側に凹んだ凹部に相当する位置では、駆動部側薄膜53も凹んでいる。
また両者はいずれも平面状の積層シート片65、75の辺部を縫合して作られており、積層シート片65、75の弾性によって撓み、高さ方向に伸縮する。
その一方、平面状の積層シート片65、75は、平面形状に戻ろうとするので、形状の復元性が高い。
そのため試験室側薄膜52と駆動部側薄膜53は型崩れしにくく、仕切り部材7に外力を加えて変形させても、試験室側薄膜52と駆動部側薄膜53の間に膜間空間80が確保される。
試験室側薄膜52と駆動部側薄膜53の上端側(小径側開口43側)と下端側(大径側開口46側)は、他の部材と接合されており、前記した口金81、82を除いて膜間空間80は閉塞されている。即ち口金81、82を除いて二重壁の内外は遮蔽されている。
また仕切り部材7の頂き部側の端部は、試料テーブル10の下面側のフランジ部材15に図示しないネジによって固定されている。仕切り部材7の頂き部と、フランジ部材15の間には、図示しないパッキンがあり、仕切り部材7とフランジ部材15の間は気密性が確保されている。
本実施形態では、振動発生装置3の駆動部5は、ピット13で構成される駆動部設置部16に設置されており、試験室11とは仕切り部材7で遮蔽されている。
試料テーブル10に被試験物を固定し、駆動部5を駆動することによって、試験室11内の被試験物に振動等の動きを与えることができる。
本実施形態の環境試験装置1は、試験室11内を低温環境としても、仕切り部材7の断熱性が高いので、仕切り部材7の駆動部設置部16側に結露が生じにくい。
以下、説明する。
具体的には、駆動部側薄膜53の口金82に窒素ガスボンベ100を接続し、駆動部側薄膜53側から膜間空間80に乾燥気体を導入する。即ち試験室11外から膜間空間80に乾燥気体を導入する。
乾燥気体は、膜間空間80を通過して試験室側薄膜52の口金81から試験室11内に放出される。
仕切り部材7は、試験室側薄膜52と駆動部側薄膜53によって構成されており、両者の間に膜間空間80がある。
また試験室側薄膜52と駆動部側薄膜53は、いずれもソリッド層62、72と発泡層63、73が積層された二層構造である。
試験室11と駆動部設置部16の間には、試験室側薄膜52のソリッド層62、試験室側薄膜52の発泡層63、乾燥気体層(膜間空間80)、駆動部側薄膜53の発泡層73、駆動部側薄膜53のソリッド層72がある。
従って、駆動部側薄膜53の外面には冷気が伝わりにくく、試験室11内が極低温であったとしても、駆動部側薄膜53の外面の温度は、常温の域を出ない。試験室11内が極低温となり、蛇腹の外面が低温に晒されても、駆動部側となる蛇腹の内面側の表面温度は、常温の域を出ない。
特に本実施形態では、試験室側薄膜52と駆動部側薄膜53の間に厚い乾燥気体層があるので、熱伝導が乾燥気体層で阻まれ、駆動部側薄膜53の外面(蛇腹の内面側)の温度は、過度に低くはならない。
ソリッド層62の冷熱は、試験室側薄膜52のソリッド層62から発泡層63に伝わるが、発泡層63は内部に気泡を含んでいる。発泡層63は、熱伝導率が低く、試験室11内の冷熱を伝えにくい。そのため発泡層63の表面(膜間空間80側)の温度は、試験室11内の温度に比べて相当に高い。
ここで試験室側薄膜52の発泡層63と駆動部側薄膜53の発泡層73の間には、膜間空間80があり、内部に乾燥気体が存在する。この間の熱移動には、気体間の拡散によるものと、対流によるものと、輻射によるものがある。
ここで気体間の拡散は、気体分子の接触による熱移動である。拡散による熱移動は、そもそも時間がかかるものである。即ち拡散による熱移動は、気体が低温部材と接触して温度が下がり、それが周囲の気体に伝播し、全体の温度を低下させる。そして気体が高温側部材(本実施形態では駆動部側薄膜53の発泡層73)と接触して冷熱を移動させるものである。
そのため気体間の拡散によって膜間空間80内の乾燥空気の温度が低下傾向となっても、冷却された乾燥空気は外部(試験室11側)に排出される。そのため、膜間空間80内の乾燥気体は過度に温度低下することはない。即ち膜間空間80内の乾燥気体は入れ代わるので、乾燥気体は過度に温度低下することはない。
また仮に膜間空間80内の乾燥空気の温度が低下しても、乾燥空気は露点が低いので、膜間空間80内で結露することはない。
温度低下した乾燥気体は試験室11側に放出されるが、試験室11内はそもそも低温環境であるから、試験室11の環境に与える影響は小さい。
輻射による冷熱の移動はそもそも少ない。
そのため、試験室側薄膜52の発泡層63の表面の冷熱は、駆動部側薄膜53の発泡層73には伝わりにくく、駆動部側薄膜53の発泡層73の温度は、試験室側薄膜52の発泡層63の表面温度よりも高い。
さらに駆動部側薄膜53の発泡層73は、気泡を含んでいて熱伝導率が低いので、駆動部側薄膜53のソリッド層72の表面温度は、膜間空間80内の温度よりも高く、外気温度に近い。
そのため駆動部側薄膜53の表面温度は外気温度と大差なく、結露は生じにくい。従って振動発生装置3に結露水が落下したり、振動発生装置3自体の表面に結露が生じる懸念は低い。
膜間空間80に導入される気体を試験室11以外の場所に排出してもよい。
膜間空間80に乾燥気体を通過させることが望ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、口金81、82を開放状態としてもよい。また口金81、82自体を無くし、膜間空間80を密閉空間としてもよい。
この構成は、ソリッド層62、72によって気密性と強度を確保し、発泡層63、73によって断熱性の向上を図ることができ、推奨される。
しかしながら、いずれか一方だけが積層体であり、他方が単層であってもよい。さらに試験室側薄膜52及び駆動部側薄膜53は、共に単層であってもよい。逆に試験室側薄膜52及び駆動部側薄膜53が、3層以上の積層体であってもよい。
試験室側薄膜52及び駆動部側薄膜53の成形方法は任意であり、縫製に限定されるものではない。
これに対して、試料テーブル10により複雑な動きをさせることを目的として、図8の様に駆動部5に複数の駆動軸6a、6b、6c、6d、6e、6fを設け、各駆動軸6a、6b、6c、6d、6e、6fを試料テーブル10に接続する場合がある。
図8、図9に示す環境試験装置90では、底面壁37等に複数の開口91を設け、当該開口91から駆動軸6a、6b、6c、6d、6e、6fを突出させて試料テーブル10を支持している。
そして試料テーブル10と開口91の間に、前記した実施形態と同様の層構成を持つ仕切り部材7a、7b、7c、7d、7e、7fが取り付けられている。
2 本体装置
3 振動発生装置
5 駆動部
7 仕切り部材
10 試料テーブル(取り付け部)
11 試験室
16 駆動部設置部
26 冷却装置
52 試験室側薄膜
53 駆動部側薄膜
62 ソリッド層
63 発泡層
65 積層シート片
72 ソリッド層
73 発泡層
75 積層シート片
80 膜間空間
Claims (9)
- 断熱槽内にあって内部に所望の環境を作ることが可能な試験室と、被試験物を固定する取り付け部と、前記取り付け部を動かす駆動部と、駆動部設置部を有する環境試験装置において、
前記取り付け部は前記試験室内にあり、前記駆動部は前記駆動部設置部にあり、
前記駆動部と前記取り付け部を繋ぐ駆動軸であって、前記試験室に設けられた開口から前記試験室側に突出して前記取り付け部を支持する前記駆動軸を有し、
前記試験室と前記駆動部設置部の間を仕切る仕切り部材を有し、
前記駆動部によって前記取り付け部を動かし、前記被試験物に運動を与えつつ試験を行うことが可能であり、
前記仕切り部材は、前記駆動軸の周囲を取り巻くように、前記取り付け部と前記開口の間に取り付けられ、少なくとも試験室側薄膜と駆動部側薄膜を有する多層構造であり、前記試験室側薄膜と前記駆動部側薄膜の間に膜間空間があり、当該膜間空間内に気体が存在することを特徴とする環境試験装置。 - 断熱槽内にあって内部に所望の環境を作ることが可能な試験室と、被試験物を固定する取り付け部と、前記取り付け部を動かす駆動部と、駆動部設置部を有する環境試験装置において、
前記取り付け部は前記試験室の底面壁に設けられた開口から突出して前記試験室内にあり、前記駆動部は前記駆動部設置部にあり、
前記取り付け部と前記取り付け部の下方に位置する前記開口に固定されて、前記試験室と前記駆動部設置部の間を仕切る仕切り部材を有し、
前記駆動部によって前記取り付け部を動かし、前記被試験物に運動を与えつつ試験を行うことが可能であり、
前記仕切り部材は、少なくとも試験室側薄膜と駆動部側薄膜を有する多層構造であり、前記試験室側薄膜と前記駆動部側薄膜の間に膜間空間があり、当該膜間空間内に気体が存在することを特徴とする環境試験装置。 - 前記仕切り部材は、小径側開口と大径側開口を有し、円錐形に近似される形状であ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。
- 前記試験室側薄膜は、ソリッド層と発泡層を有し、前記発泡層が前記膜間空間側に配されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の環境試験装置。
- 前記駆動部側薄膜は、ソリッド層と発泡層を有し、前記発泡層が前記膜間空間側に配されてい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。
- 前記膜間空間内に乾燥気体が存在す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。
- 前記膜間空間内を乾燥気体が通過することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の環境試験装置。
- 内部に所望の環境を作ることが可能な試験室と、被試験物を固定する取り付け部と、前記取り付け部を動かす駆動部と、駆動部設置部を有する環境試験装置において、
前記取り付け部は前記試験室内にあり、前記駆動部は前記駆動部設置部にあり、
前記試験室と前記駆動部設置部の間を仕切る仕切り部材を有し、
前記駆動部によって前記取り付け部を動かし、前記被試験物に運動を与えつつ試験を行うことが可能であり、
前記仕切り部材は、少なくとも試験室側薄膜と駆動部側薄膜を有する多層構造であり、前記試験室側薄膜と前記駆動部側薄膜の間に膜間空間があり、当該膜間空間内に気体が存在し、
前記膜間空間内を乾燥気体が通過するものであり、
前記乾燥気体は、前記試験室の外側から前記膜間空間に導入され、前記試験室内に抜けることを特徴とする環境試験装置。 - 前記試験室側薄膜及び前記駆動部側薄膜はいずれも複数のシート片が結合されたものであり、前記仕切り部材の少なくとも一部に外観が凹凸状の蛇腹部があり、当該蛇腹部であって外側に凸向きの部位は、前記試験室側薄膜と前記駆動部側薄膜が共に凸向きであり、凹向きの部位は、前記試験室側薄膜と前記駆動部側薄膜が共に凹向きであり、
前記試験室側薄膜及び前記駆動部側薄膜の凸部の突端部及び凹部の突端部分は、前記シート片が面同士を重ねて接合されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の環境試験装置。
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