JP7122843B2

JP7122843B2 - 環境形成装置

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Publication number: JP7122843B2
Application number: JP2018058244A
Authority: JP
Inventors: 哲也岡留
Original assignee: Espec Corp
Current assignee: Espec Corp
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2022-08-22
Anticipated expiration: 2038-03-26
Also published as: JP2019168416A

Description

本発明は、環境形成装置に関する。

従来から、電子部品やこれらの部品で組み立てられた製品を温度や湿度の過酷な環境に晒して信頼性試験を行うために、環境試験装置（環境形成装置）が使用されている。

このような環境試験装置としては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１の環境試験装置は、試験対象である試料を内部に配置可能な試験槽と、試験槽の内部を１００℃以上の所定の設定温度及び設定湿度に調整可能な槽内環境調整部と、を備える。このような環境試験装置では、通常、試験槽の内部の温度などの状態を表示する表示モニタが設けられている。作業者は、この表示モニタを確認することによって試験槽の内部の温度を知ることができる。

特開２０１７－２１９３７０号公報

上記のような環境試験装置では、試験槽の内部は、所定の設定温度に調整されるため、商用電源からの電力で環境試験装置を作動させるための電源スイッチをＯＦＦにしてから暫くの間、高温の状態が続くことがある。しかしながら、電源スイッチをＯＦＦにした状態では、作業者は、表示モニタを確認することができないため、試験槽の内部の温度が高温であることを知らずに、試験槽の扉を誤って開けて負傷してしまう可能性がある。

そこで、本発明は、上記の課題に基づいてなされたものであり、その目的は、電源スイッチがＯＦＦの状態であっても、作業者は、試験槽の内部に熱が残存しているか否かを知ることができる環境試験装置を提供することである。

本発明に係る環境形成装置は、対象物を内部に配置可能な槽と、前記槽の内部の温度を所定の温度に調整可能な空調部と、前記槽の内外の温度差に応じて起電力が発生する熱電変換器と、前記槽の内部の熱の状態を報知するものであって、前記熱電変換器から発生する前記起電力を電力源として作動する出力器と、を備えてもよい。

この構成によれば、商用電源からの電力で環境形成装置を作動させるための電源スイッチがＯＦＦの状態であったとしても、槽の内部に一定以上の熱が残存している場合には、出力器が作動する。一方、槽の内部に残存する熱が一定未満である場合には、出力器が作動しない。つまり、出力器の作動の有無によって、作業者は、槽の内部に熱が残存しているか否かを知ることができる。そのため、作業者は、電源スイッチがＯＦＦの状態であっても、出力器の作動の有無を確認することにより、例えば、誤って高温の槽によって負傷してしまうことを回避することもできる。さらに、出力器の作動には、商用電源やバッテリからの電力供給が不要なので、複雑な配線や制御システムも省くことができる。

上記構成において、前記熱電変換器は、前記槽の内部に配置される第１感温部と、前記槽の外部に配置される第２感温部と、を有してもよい。前記熱電変換器は、前記第１感温部の温度と前記第２感温部の温度との温度差に応じた起電力を発生してもよい。

この構成によれば、槽の内部は高温または低温になる一方で、槽の外部は通常室温程度であるため、熱電変換器の第１感温部と第２感温部との間で大きな温度差が得られるようになる。そのため、熱電変換器から発生する起電力が大きくなり、電源スイッチをＯＦＦにしてから長時間、出力器を作動させることができる。

本発明に係る環境形成装置は、対象物を内部に配置可能な槽と、前記槽の内部の温度を所定の温度に調整可能な空調部と、前記槽の内外の温度差に応じて起電力が発生する熱電変換器と、前記起電力を貯える蓄電装置と、前記槽の内部の状態を表示するように作動する表示部と、を備える。前記蓄電装置は、電源スイッチがＯＦＦの状態において、前記表示部の電力源として用いられる。

この構成によれば、蓄電装置は、電源スイッチがＯＦＦの状態において、表示部の電力源として用いられるので、表示部は、電源スイッチがＯＦＦの状態であっても、槽の内部の温度などの状態を表示するように作動する。そのため、作業者は、電源スイッチがＯＦＦの状態であっても、表示部の表示を確認することによって槽の内部に熱が残存しているか否かを知ることができるので、例えば、誤って高温の槽によって負傷してしまうことを回避することもできる。

本発明によれば、電源スイッチがＯＦＦの状態であっても、作業者は、出力器の作動の有無によって槽の内部に熱が残存しているか否かを知ることができる。

本発明の第１実施形態に係る環境試験装置の構成を示す図である。本発明の第１実施形態に係る環境試験装置の正面図である。本発明の第１実施形態に係る環境試験装置の熱電変換器の概略図である。本発明の第２実施形態の環境試験装置の構成を示す図である。本発明の第３実施形態の環境試験装置の構成を示す図である。

以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施形態に係る環境試験装置１（環境形成装置）を説明するために必要となる主要な構成要素を簡略化して示したものである。したがって、本発明の各実施形態に係る環境試験装置１は、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成要素を備え得る。以下、図１、２を参照しながら、第１実施形態の環境試験装置１について説明する。

環境試験装置１は、電子部品やこれらの部品で組み立てられた製品を温度の過酷な環境に晒して信頼性試験を行うものである。環境試験装置１は、試験対象である試料（対象物）を内部に配置可能な試験槽２（槽）と、試験槽２の内部の温度を所定の設定温度に調整可能な空調部４と、試験槽２の内部の温度と試験槽２の外部の温度との温度差によって起電力が発生する熱電変換器５と、熱電変換器５から発生した起電力によって作動する出力器８と、試験槽２の内部の状態を表示する表示部７と、を備えている。

試験槽２は、断熱パネルで形成されており、一端部が開放した本体部１３と、本体部１３の開放側端部を閉鎖可能な扉３と、を有する。試験槽２は、本体部１３と扉３により中空状に形成されている。試験槽２の内部空間は、仕切部材１４によって仕切られており、試料の試験が行われる試験室２ａと、試験槽２の内部の空気を空調する空調室２ｂと、を有する。

空調部４は、試験槽２の内部の空気を所定の設定温度に調整することができる。空調部４は、空調室２ｂ内の空気を冷却する冷却器９と、空調室２ｂ内の空気を加熱する加熱器１０と、試験槽２の内部の空気を試験室２ａと空調室２ｂとの間で循環させる送風機１１と、試験室２ａ内の温度を検出する温度センサー１２と、を有する。空調部４は、温度センサー１２で検出された温度に基づいて試験槽２の内部の空気を所定の設定温度に調整するように制御される。尚、空調部４は、加湿器を備え、試験槽２の内部の湿度を調整可能に構成されてもよい。

冷却器９は、図示省略の冷凍装置から供給される冷媒と空調室２ｂ内の空気との間で熱交換させることによって空調室２ｂ内の空気を冷却する。加熱器１０は、例えば、発生する熱で空調室２ｂ内の空気を加熱する。送風機１１は、図示省略の送風機用モータを有し、送風機用モータが回転駆動することで回転し、試験槽２の内部の空気を図１の矢印のように試験室２ａと空調室２ｂとの間で循環させる。

以下、図１、３を参照し、熱電変換器５について説明する。熱電変換器５は、試験槽２の内外にまたがるように設けられている。熱電変換器５は、試験槽２の内外に位置する部分の温度差に応じた起電力を生じる。具体的には、熱電変換器５は、図３に示すように、試験槽２の内部に配置される第１感温部４１と、試験槽２の外部に配置される第２感温部４２と、第１感温部４１と第２感温部４２との間に配置されるＰ型半導体４４およびＮ型半導体４５と、Ｐ型半導体４４とＮ型半導体４５をそれぞれ第１感温部４１と第２感温部４２とに接続する導電材料４３と、を有する。起電力の発生は、例えば、物体の温度差が電圧に直接変換されるというゼーベック効果によって生ずる。これにより、熱電変換器５は、第１感温部４１の温度と第２感温部４２の温度との温度差に応じた起電力を発生する。

第１及び第２感温部４１、４２の材料は、特に限定されないが、熱伝導率の高い材料で形成されるのが好ましい。例えば、第１及び第２感温部４１、４２の材料は、絶縁性が高く、熱伝導率の高い樹脂を挙げることができるが、電気伝導率および熱伝導率の高い金属であってもよい。

導電材料４３は、電極取出口４６を有する。電極取出口４６は、出力器８と電気的に接続されている。

出力器８は、図１、２に示すように、扉３の外面に設置されている。出力器８は、熱電変換器５から発生した起電力によって作動する。出力器８は、熱電変換器５から発生する起電力が所定の閾値を超えると、作動を開始し、熱電変換器５から発生する起電力が所定の閾値以下になると、作動を停止するように構成されている。所定の閾値は、例えば、作業者が扉３を開けたときに、高温の試験槽２によって負傷しない程度の安全な温度になったときの起電力に設定することができる。出力器８は、作業者が出力器８の作動を知ることができる動作であれば、いずれの動作であってもよいが、例えば、消費電力の少ないＬＥＤを点灯させるように構成されるのが好ましい。尚、出力器８の設置個所は、扉３の外面に限定されない。出力器８は、作業者が、環境試験装置１の外側から視認できる位置であれば、どこに配置されてもよい。

表示部７は、図２に示すように、試験槽２の前面上部に設置されている。表示部７は、商用電源からの電力で作動するものであり、温度センサー１２で検出された温度に基づいて試験槽２の内部の温度や湿度などの状態を表示する。

上記のように構成された環境試験装置１は、次のように使用される。まず、作業者は、試料を試験槽２の試験室２ａ内に置き、商用電源からの電力で環境試験装置１を作動させるための電源スイッチをＯＮにする。これにより、試験槽２の内部の温度が表示部７に表示される。

次に、作業者は、環境試験装置１の図略の操作盤の入力ボタンを用いて試験条件に関するパラメータを入力する。試験条件として入力するパラメータは、設定温度（例えば、１５０℃）や試験時間などの設定値である。設定値の入力が完了すると、作業者は、環境試験装置１に設けられた図略のスタートボタンを押して、環境試験装置１の運転を開始する。

環境試験装置１の運転が開始されると、試験槽２の内部の空気は、送風機１１が作動することによって試験室２ａと空調室２ｂとの間で循環し、設定温度になるまで加熱器１０で加熱される。

このとき、熱電変換器５において、第１感温部４１が試験槽２の試験室２ａ内の空気によって高温（例えば、約１５０℃）に加熱される一方、第２感温部４２は、通常、試験槽２の外部の室温程度である（例えば、約２５℃）。この第１感温部４１と第２感温部４２との温度差に応じた起電力が発生し、この起電力が所定の閾値を超えると、出力器８が作動する。

その後、所定の試験時間が経過すると、作業者は、試験槽２の試験室２ａから試料を取り出し、電源スイッチをＯＦＦにして、試験を終了する。電源スイッチがＯＦＦにされると、表示部７は、作動を停止する。

出力器８は、電源スイッチがＯＦＦにされても、試験槽２の内部に残存する熱によって熱電変換器５から発生する起電力が所定の閾値を超えている間は、作動し続ける。

一方、電源スイッチがＯＦＦにされてから暫くすると、第１感温部４１と第２感温部４２との温度差が小さくなり、熱電変換器５から発生する起電力は、徐々に小さくなっていき、所定の閾値以下になると、出力器８は、作動を停止する。

上記環境試験装置１によれば、電源スイッチがＯＦＦの状態であったとしても、試験槽２の内部の熱が一定以上残存している場合、すなわち、熱電変換器５から発生する起電力が所定の閾値よりも高い場合、出力器８は点灯し続ける。一方、試験槽２の内部の熱が一定以上ない場合、すなわち、熱電変換器５から発生する起電力が所定の閾値以下である場合、出力器８は、作動を停止する。つまり、出力器８の点灯の有無によって、作業者は、試験槽２の内部に熱が残存しているか否かを知ることができる。そのため、作業者は、電源スイッチがＯＦＦの状態であっても、出力器８の点灯の有無を確認することにより、誤って扉３を開けて高温の試験槽２により負傷してしまうことを回避することができる。さらに、出力器８の点灯には、商用電源やバッテリからの電力供給が不要なので、複雑な配線や制御システムも省くことができる。

上記環境試験装置１によれば、熱電変換器５の第１感温部４１は試験槽２の内部に配置され、第２感温部４２は、試験槽２の外部に配置されるため、第１感温部４１の温度と第２感温部４２の温度との温度差が大きい。そのため、熱電変換器５から大きな起電力が得られ、電源スイッチをＯＦＦにしてから長時間、出力器８を点灯させることができる。

上記環境試験装置１では、熱電変換器５が試験槽２の内外にまたがるように設けられているが、これに限られない。例えば、熱電変換器５は、試験槽２の内部の熱が伝わる位置と試験槽２の外部の熱が伝わる位置にまたがっていてもよい。この場合において、扉３の観測窓が複層の場合には、熱電変換器５の第１感温部４１と第２感温部４２の少なくとも一方が内側ガラスの内部または外側ガラスの内部に配置されていてもよい。より具体的には、例えば、第１感温部４１が内側ガラスの内部に配置され、第２感温部４２が外側ガラスの外側に配置されてもよく、第１感温部４１が内側ガラスの内部、第２感温部４２が外側ガラスの内部に配置されてもよい。

上記環境試験装置１では、表示部７が第１実施形態の出力器８を兼ねるように構成して出力器８を省略してもよい。この場合、表示部７は、電源スイッチがＯＦＦのときには、熱電変換器５の起電力で試験槽２の内部の状態の表示を行うように構成される。

上記環境試験装置１において、表示部７は、省略されていてもよい。

上記環境試験装置１では、１５０℃の高温の試験槽２の内部で試料を試験したが、例えば、０℃以下の低温の試験槽２の内部で試料を試験してもよい。

以上に説明した環境試験装置１は、本発明の一実施形態であり、その具体的構成については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

以下、第２実施形態の環境試験装置について説明する。尚、第１実施形態の環境試験装置１と対応する要素については、第１実施形態と同様の符号を付して、その説明を省略する。

第２実施形態の環境試験装置は、第１実施形態の出力器８を備えていない代わりに、図４に示すように、扉３の外面に設置された蓄電装置６を備えている点、表示部７は、電源スイッチがＯＦＦの状態において、蓄電装置６を電力源として作動するように構成されている点において、第１実施形態と相違している。

蓄電装置６は、熱電変換器５の電極取出口４６に電気的に接続されており、熱電変換器５から発生した起電力を貯えることができるように構成されている。また、蓄電装置６は、電源スイッチがＯＦＦにされると、表示部７と電気的に接続されるように構成されており、これにより表示部７の電力源として用いられる。尚、蓄電装置６は、電源スイッチがＯＦＦの状態において、貯えた起電力が熱電変換器５で消費されるのを防ぐために、熱電変換器５と電気的な接続が切断されるようにしてもよい。また、蓄電装置６の設置個所は、扉３に限定されない。蓄電装置６は、熱電変換器５から発生した起電力を貯えることができれば、いずれの場所に配置されてもよい。

表示部７は、電源スイッチがＯＦＦの状態において、蓄電装置６に貯えられた起電力がなくなると、作動を停止する。尚、表示部７は、電源スイッチがＯＦＦの状態において、試験槽２の内部の温度が一定未満になったときに、作動を停止するようにしてもよい。この場合、第１実施形態の温度センサー１２は、蓄電装置６と電気的に接続され、電源スイッチがＯＦＦの状態において、蓄電装置６を電力源として作動するように構成される。表示部７は、電源スイッチがＯＦＦの状態において、温度センサー１２によって検出された温度が一定未満になると、作動を停止するように構成される。これにより、電源スイッチがＯＦＦの状態において、試験槽２が高温でもないにも関わらず、表示部７が作動し続けることにより、蓄電装置６に貯えた起電力を無駄に消費してしまうことを防止することができる。

第２実施形態の環境試験装置は、次のようにして使用される。尚、第１実施形態と同様の部分は、説明を省略する。

蓄電装置６は、電源スイッチがＯＮにされると、熱電変換器５から発生した起電力を貯える。試験時間が経過し、電源スイッチがＯＦＦにされると、表示部７は、蓄電装置６と電気的に接続され、試験槽２の内部の温度や湿度などの状態を表示する。その後、蓄電装置６に貯えられた起電力がなくなると、表示部７は、作動を停止する。

第２実施形態の環境試験装置では、表示部７は、電源スイッチがＯＦＦの状態であっても、蓄電装置６を電力源として作動するので、作業者は、表示部７に表示されている温度を確認することにより、試験槽２の内部に熱が残存しているか否かを知ることができる。そのため、作業者は、電源スイッチがＯＦＦの状態であっても、誤って扉３を開けて高温の試験槽２によって負傷してしまうことを回避することができる。さらに、蓄電装置６には、電源スイッチがＯＮのとき、熱電変換器５から発生した起電力が貯えられるので、蓄電装置６は、表示部７の表示が可能な程度の起電力を貯えることができる。そのため、電源スイッチがＯＦＦのときに、熱電変換器５から発生する起電力が小さくても、表示部７は、試験槽２の内部の温度などの状態を表示するように作動する。

次に、第３実施形態の環境試験装置について説明する。尚、第１実施形態の環境試験装置１と対応する要素については、第１実施形態と同様の符号を付して、その説明を省略する。

第３実施形態の環境試験装置１では、熱電変換器５と出力器８が省略されている代わりに、図５に示すように、扉３の内側に配置された示温部３３１が備えられている。この場合、示温部３３１は、作業者が扉３の観測窓を通して視認できる位置に配置される。示温部３３１は、作業者が扉３の観測窓を通して視認できる位置であれば、試験槽２の内部のいずれに配置されてもよい。尚、示温部３３１は、扉３の観測窓の内部に設けられてもよい。

示温部３３１は、試験槽２の内部に残存する熱によって温度が所定の閾値以上ある場合に変色するように構成されている。具体的には、示温部３３１は、例えば、金属錯体、液晶、ロイコ染料などの示温塗料を用いて形成されることにより、温度が所定の閾値以上になったときに変色する特性を有している。上記閾値は、使用する示温塗料の種類を選択することにより所望の値に設定することができる。尚、示温部３３１は、段階的に色が変化するものであってもよい。

第３実施形態の環境試験装置では、示温部３３１は、電源スイッチがＯＦＦの状態であっても、その温度が所定の閾値以上ある場合に変色する。一方、示温部３３１は、その温度が所定の閾値未満の場合には変色しない。つまり、示温部３３１の変色の有無によって、作業者は、試験槽２の内部に熱が残存しているか否かを知ることができる。そのため、作業者は、電源スイッチがＯＦＦの状態であっても、誤って扉３を開けて高温の試験槽２によって負傷してしまうことを回避することができる。

さらに、電源スイッチがＯＦＦの状態における示温部３３１の変色は、試験槽２の内部に残存する熱によって引き起こされるので、第３実施形態の環境試験装置は、第１実施形態の熱電変換器５と、熱電変換器５から発生する起電力で動作する出力器８とを省略できる。そのため、第３実施形態の環境試験装置は、第１実施形態の環境試験装置１よりも簡単な装置とすることができる。

上記各実施形態では、試験槽２は、所定の設定温度に調整される恒温槽が用いられたが、これに限定されない。試験槽２は、所定の設定温度と設定湿度に調整される恒温恒湿槽や、０℃以下の低温から１００℃以上の高温まで急速に温度を変化させる急速温度変化チャンバー等であってもよい。特に、試験槽２の内部の温度が０℃以下となる場合であっても、熱電変換器５は、第１感温部４１と第２感温部４２との間の温度差が一定以上ある場合には、起電力を発生する。出力器８は、熱電変換器５からの起電力によって作動する。そのため、作業者は、電源スイッチがＯＦＦの状態であっても、試験槽２の内部に熱が残存しているか否かを知ることができるので、誤って扉３を開けて低温の試験槽２によって負傷してしまうことを回避することができる。

また、上記各実施形態の環境試験装置では、一定の試験時間の間、試料を高温の状態にさらして信頼性試験を行うために用いられたが、高温状態における試料の寿命を試験する高温寿命試験や、試料が何度まで熱に耐えられるか試験する耐熱試験を行うために用いられてもよい。

また、上記各実施形態では、本発明は、環境試験装置に適用されたが、熱処理装置やオーブン等にも適用可能である。要するに、本発明は、内部に常温ではない環境を作る装置に適用可能である。

１環境試験装置（環境形成装置）
２試験槽（槽）
４空調部
５熱電変換器
６蓄電装置
７表示部
８出力器
４１第１感温部
４２第２感温部
３３１示温部

Claims

対象物を内部に配置可能な槽と、
前記槽の内部の温度を所定の温度に調整可能な空調部と、
前記槽の内外の温度差に応じて起電力が発生する熱電変換器と、
前記槽の内部の熱の状態を報知するものであって、前記熱電変換器から発生する前記起電力を電力源として作動する出力器と、を備える環境形成装置。
前記熱電変換器は、前記槽の内部に配置される第１感温部と、前記槽の外部に配置される第２感温部と、を有し、前記第１感温部の温度と前記第２感温部の温度との温度差に応じた起電力を発生する請求項１に記載の環境形成装置。
対象物を内部に配置可能な槽と、
前記槽の内部の温度を所定の温度に調整可能な空調部と、
前記槽の内外の温度差に応じて起電力が発生する熱電変換器と、
前記起電力を貯える蓄電装置と、
前記槽の内部の状態を表示するように作動する表示部と、を備え、
前記蓄電装置は、電源スイッチがＯＦＦの状態において、前記表示部の電力源として用いられる環境形成装置。