JP7299935B2 - 環境形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、環境形成装置に関し、特に、対象物が収容される環境形成室の内部空間の温度分布を細密に制御することが可能な環境形成装置に関する。

電子部品等の被試験物の性能等を評価するための試験として、環境試験が知られている。環境試験では、試験室内に収容された被試験物に対して温度等の環境ストレスを印加することにより、被試験物の性能等が評価される。また、環境試験を実施するための装置として、環境試験装置が知られている。背景技術に係る環境試験装置は、断熱性筐体に囲まれた試験室と、試験室に連通する空調室と、空調室内に配置されたヒータ及びクーラ等の空調装置と、空調装置によって生成された空調空気を空調室の通風路から試験室に送出する送風機とを備えて構成されている。送風機としては、１台の送風ファンが、試験室の一つの側壁側に位置するように配置されている。

また、下記特許文献１には、試験室の上方の温度調節部内に配置された空調装置と、温度調節部内において左右方向に並んで配置された２台の遠心ファンと、試験室内の温度分布を検出する複数の温度センサとを備えた環境試験装置が開示されている。試験室と温度調節部から下方に伸びる送風路とを仕切る第１の仕切り壁には、上下左右方向に並ぶ多数の通風口が形成されている。同様に、第１の仕切り壁に対向して、試験室と温度調節部から下方に伸びる排気路とを仕切る第２の仕切り壁には、上下左右方向に並ぶ多数の通風口が形成されている。遠心ファンから送出された空調空気は、送風路を通って温度調節部から下方に案内され、第１の仕切り壁の通風口から試験室内に送出される。送出された空調空気は、試験室内を通過した後、第２の仕切り壁の通風口から排気され、排気路を通って上方の温度調節部に案内される。当該環境試験装置では、温度センサの検出結果に基づいて、試験室の内部空間のうち温度ばらつきの大きい領域に重点的に空調空気を送風することによって、試験室内の温度分布が均一になるように２台の遠心ファンの各々の送風量が個別に調整される。

特許第５９６９９６８号公報

上記背景技術に係る環境試験装置によると、１台の送風ファンが側壁の略中央部に配置されているため、試験室の内部空間の周縁部に送出される送風量は、中央部に送出される送風量よりも相対的に小さくなる。そのため、周縁部と中央部とで試験室の内部空間に温度差が生じることがあった。また、試験室内に複数の被試験物が並べて収容される場合には、送風機から送出された空調空気は上流の被試験物に遮られて下流の被試験物に届きにくくなることがあり、送風経路の上流側と下流側とで試験室の内部空間に温度差が生じることがあった。このように、上記背景技術に係る環境試験装置によると、様々な要因によって、試験室の内部空間の温度分布に意図しないばらつきが生じる場合があった。

上記特許文献１に開示された環境試験装置によると、左右方向に並ぶ２台の遠心ファンの各々の送風量を個別に制御することによって、試験室内の左半領域と右半領域とで風量を互いに異ならせることができる。しかし、左半領域及び右半領域の各領域内に関しては、例えば左側の遠心ファンの送風量を増大すれば左半領域内の風量が全体的に増加し、例えば右側の遠心ファンの送風量を減少すれば右半領域内の風量が全体的に低下する。つまり、左半領域及び右半領域の各領域内の一部分のみの風量を増加又は低下させるという風量制御は不可能である。そのため、上記特許文献１に開示された環境試験装置によると、試験室の内部空間の温度分布を制御するにあたり、その制御の細密度が不十分な場合がある。

また、上記特許文献１に開示された環境試験装置では、試験室の内部空間の温度分布を均一にすることが制御の目標とされている。しかし、環境試験の試験ステップの内容によっては必ずしも均一な温度分布が最適であるとは限らないため、試験ステップの内容に応じて、非均一な温度分布を含む所望の温度分布を試験室内に形成する手段の実現が望まれる。

本発明はかかる事情に鑑みて成されたものであり、対象物が収容される環境形成室の内部空間の温度分布を細密に制御することが可能な環境形成装置を得ることを目的とする。

本発明の一態様に係る環境形成装置は、対象物が収容される環境形成室と、前記環境形成室に連通する空調室と、前記環境形成室の第１壁面側から前記空調室に流入した空気の温度を調節することによって空調空気を生成する第１空調手段と、前記第１壁面に対向する前記環境形成室の第２壁面側において複数の方向に沿って並べて配置され、前記第２壁面から前記第１壁面に向かう方向に、前記空調室から前記環境形成室に空調空気を送出する複数の送風ファンと、前記複数の送風ファンの各々の回転速度を個別に制御する制御手段と、前記第１壁面側の複数の箇所に配置された複数の第１温度検出手段と、前記複数の送風ファンに対応して配置され、前記複数の送風ファンの各々によって前記環境形成室に送出される空調空気の温度を調節する、複数の第２空調手段と、を備え、前記制御手段はさらに、前記複数の第２空調手段の各々の空調温度を個別に制御するものであり、前記制御手段は、前記複数の第１温度検出手段のうちある特定の第１温度検出手段による検出温度が目標設定温度に到達していない場合には、前記複数の送風ファンのうち当該特定の第１温度検出手段に対応する特定の送風ファンの回転速度を増大させ、それでもなお当該特定の第１温度検出手段による検出温度が前記目標設定温度に到達しない場合に、前記複数の第２空調手段のうち当該特定の第１温度検出手段に対応する特定の第２空調手段を駆動させることを特徴とするものである。

この態様に係る環境形成装置によれば、環境形成室の第２壁面側には複数の送風ファンが複数の方向に沿って並べて配置されており、制御手段は複数の送風ファンの各々の回転速度を個別に制御する。このように、複数の方向に沿って並べて配置された複数の送風ファンの各々の回転速度を個別に制御することにより、環境形成室内の各領域における空調空気の流れを任意に制御することができる。その結果、均一な温度分布及び非均一な温度分布を含めて、環境形成室の内部空間の温度分布を細密に制御することが可能となる。

例えば、均一な温度分布を環境形成室内に形成することにより、複数の対象物が環境形成室内の複数の箇所に分散して収容されている場合であっても、環境形成室内における収容箇所に拘わらず、各対象物に同一の温度ストレスを印加することが可能となる。

また、ある特定の非均一な温度分布が最適である環境形成ステップを実行する際に、その非均一な温度分布を環境形成室内に形成することにより、最適な温度分布でその環境形成ステップを実行することが可能となる。

また、この態様に係る環境形成装置によれば、環境形成室内において空調空気の流れの最下流である第１壁面側の複数の箇所に、複数の第１温度検出手段が配置されている。従って、制御手段は、複数の第１温度検出手段の検出結果に基づいて、所望の温度分布が環境形成室内に正しく形成されているか否かを判定できる。そして、制御手段は、その判定結果に基づいて複数の送風ファンの各々を個別にフィードバック制御することにより、環境形成室内に所望の温度分布を適切に形成することが可能となる。
また、この態様に係る環境形成装置によれば、複数の送風ファンに対応して複数の第２空調手段が配置されており、制御手段が複数の第２空調手段の各々の空調温度を個別に制御することにより、複数の送風ファンの各々によって環境形成室に送出される空調空気の温度が調節される。従って、複数の送風ファンの各々において、空調空気の流れのみならずその温度をも制御できるため、環境形成室の内部空間の温度分布をより細密に制御することが可能となる。
また、この態様に係る環境形成装置によれば、制御手段は、特定の第１温度検出手段による検出温度が目標設定温度に到達していない場合には、当該特定の第１温度検出手段に対応する特定の送風ファンの回転速度を増大させ、それでもなお当該特定の第１温度検出手段による検出温度が目標設定温度に到達しない場合に、当該特定の第１温度検出手段に対応する特定の第２空調手段を駆動させる。従って、特定の送風ファンの回転速度を増大させると特定の第１温度検出手段による検出温度が目標設定温度となる場合には、特定の第２空調手段を駆動する必要がないため、特定の第２空調手段を駆動することに伴う過熱又は過冷却の発生の可能性を低減することが可能となる。

上記態様に係る環境形成装置において、前記複数の第１温度検出手段と、前記複数の送風ファンとは、同数かつ同一のレイアウトで配置されていることが望ましい。

この態様に係る環境形成装置によれば、複数の第１温度検出手段と複数の送風ファンとは、同数かつ同一のレイアウトで配置されている。従って、第１温度検出手段と送風ファンとは一対一に対応しているため、制御手段は、第１温度検出手段の検出結果に基づいて、各第１温度検出手段に対応する送風ファンを容易にフィードバック制御することが可能となる。

上記態様に係る環境形成装置において、前記第２壁面側の複数の箇所に配置された複数の第２温度検出手段をさらに備えることが望ましい。

この態様に係る環境形成装置によれば、環境形成室内において空調空気の流れの最上流である第２壁面側の複数の箇所に、複数の第２温度検出手段が配置されている。従って、第１空調手段及び第２空調手段によって空調空気の温度が許容上限値より過熱されている場合又は許容下限値より過冷却されている場合には、制御手段は、複数の第２温度検出手段の検出結果に基づいて、過熱又は過冷却の発生場所を特定できる。そして、制御手段は、その特定結果に基づいて複数の第２空調手段の各々を個別にフィードバック制御することにより、複数の送風ファンによって環境形成室に送出される空調空気の温度を許容上限値以下又は許容下限値以上に抑えることができる。その結果、過熱又は過冷却された空調空気に曝されることに起因する対象物の故障等を予め回避することが可能となる。

上記態様に係る環境形成装置において、前記複数の第２温度検出手段と、前記複数の送風ファンとは、同数かつ同一のレイアウトで配置されていることが望ましい。

この態様に係る環境形成装置によれば、複数の第２温度検出手段と複数の送風ファンとは、同数かつ同一のレイアウトで配置されている。従って、第２温度検出手段と第２空調手段とは一対一に対応しているため、制御手段は、第２温度検出手段の検出結果に基づいて、各第２温度検出手段に対応する第２空調手段を容易にフィードバック制御することが可能となる。

上記態様に係る環境形成装置において、前記複数の送風ファンの各々は、直流モータによって駆動されることが望ましい。

この態様に係る環境形成装置によれば、複数の送風ファンの各々は直流モータによって駆動される。従って、交流モータによって駆動する場合と比較すると、制御手段は、応答性良く送風ファンを制御できるとともに、低速域から高速域まで広い調整範囲で送風ファンの回転速度を制御することが可能となる。

本発明によれば、対象物が収容される環境形成室の内部空間の温度分布を細密に制御することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る環境形成装置の構成を模式的に示す図である。 複数の送風ファンの配置レイアウトを模式的に示す図である。 複数のサブヒータの配置レイアウトを模式的に示す図である。 複数の直流モータの配置レイアウトを模式的に示す図である。 複数の温度センサの配置レイアウトを模式的に示す図である。 複数の温度センサの配置レイアウトを模式的に示す図である。 環境試験装置が備える制御部を示す図である。 制御部による環境試験装置の制御方法を示すフローチャートである。 環境試験装置による温度サイクルの一例を部分的に示す図である。 複数の送風ファンの配置レイアウトの変形例を模式的に示す図である。 複数の送風ファンの配置レイアウトの変形例を模式的に示す図である。 変形例に係る環境形成装置の構成を模式的に示す図である。 変形例に係る環境形成装置の構成を模式的に示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、異なる図面において同一の符号を付した要素は、同一又は相応する要素を示すものとする。

＜環境試験装置１の構成＞
図１は、本発明の実施の形態に係る環境形成装置の構成を模式的に示す図である。本実施の形態の例において、環境形成装置は、対象物である被試験物６に対して所定の温度ストレスを印加することによって被試験物６の性能等を評価するための環境試験装置１として構成されている。但し、環境試験装置１は、加湿器が追加実装されることによって、被試験物６に対して所定の温度ストレス及び湿度ストレスを印加する恒温恒湿槽として構成されても良い。また、環境試験装置１は、被試験物６に対して所定の温度ストレス及び電圧ストレスを印加することによって初期不良品をスクリーニングするためのバーンイン試験装置として構成されても良い。被試験物６は、例えば、回路基板等の電子部品である。なお、以下の説明では、図１に示したように、水平方向に沿って延在するＸ軸と、鉛直方向に沿って延在するＹ軸と、Ｘ軸及びＹ軸の双方に直交するＺ軸とを有する直交座標系によって、方向を規定するものとする。図１に示した直交座標系には、Ｘ軸の延在方向と反対の方向に延在するＷ軸を示している。

環境試験装置１は、断熱性の筐体２によって囲まれた試験室３（環境形成室）及び空調室４を備えている。試験室３は、互いに対向する第１壁面７及び第２壁面９を有している。空調室４は、第１壁面７と筐体２の内面２Ａとによって区画される第１空間部４１と、第２壁面９と筐体２の内面２Ｂとによって区画される第２空間部４２と、第１空間部４１と第２空間部４２とを接続する接続空間部４３と、を有している。第１壁面７には複数の通風口８が形成されており、第２壁面９には複数の通風口１０が形成されている。試験室３と空調室４とは、これら複数の通風口８，１０を介して互いに連通している。なお、複数の通風口８が形成された第１壁面７は省略されても良く、その場合は、筐体２の内面２Ａが試験室３の第１壁面となる。また、第１壁面７又は内面２Ａは、外部から試験室３にアクセスするための扉の内面であっても良く、その場合は、扉の内面が試験室３の第１壁面となる。

試験室３内には、棚板５が設置されている。棚板５は、複数の棒状部材が交差配列された格子状の外観形状を有している。被試験物６は、棚板５上に載置されている。図１に示した例では、棚板５が試験室３内において複数段に設置され、各棚板５上に複数の被試験物６が並べて載置されることにより、試験室３の内部空間の中央部に複数の被試験物６が収容されている。但し、試験室３内に設置される棚板５の段数は１段以上であれば良く、また、各棚板５上に載置される被試験物６の個数は１個以上であれば良い。

空調室４の接続空間部４３内には、冷却装置としてのクーラ１１と、加熱装置としてのメインヒータ１２とが配置されている。クーラ１１及びメインヒータ１２は、第１空調手段として機能し、試験室３から第１壁面７の通風口８を介して空調室４に流入した空気を冷却又は加熱することによって、所望の温度に調整された空調空気を生成する。後述する制御部３０によって、クーラ１１及びメインヒータ１２の空調温度が制御される。

また、試験室３内には、後述する複数の温度センサ１７，１８が配置されている。

試験室３の第２壁面９側には、複数の送風ファン１３が配置されている。送風ファン１３は、直流モータ１４と、直流モータ１４の回転軸１５の先端部に固定された複数の羽根と、を有する軸流ファンとして構成されている。直流モータ１４は、筐体２の外部に配置されている。回転軸１５は、筐体２の外壁を貫通し、空調室４内を試験室３に向かってＷ方向に沿って延在している。回転軸１５の先端部は、第２壁面９の通風口１０の中心と同心位置に配置されている。送風ファン１３の羽根は、通風口１０と同一面内に配置されている。直流モータ１４が駆動されて送風ファン１３が回転すると、空調空気が空調室４から通風口１０を介して試験室３内に送出される。送風ファン１３の羽根はＹ－Ｚ平面内で回転するため、送風ファン１３によって試験室３内に送出された空調空気は、図１中の太い直線矢印で示すように概ねＷ方向に向かって進行し、試験室３内を通過した後、第１壁面７の通風口８から空調室４に排気される。

図２は、複数の送風ファン１３の配置レイアウトを模式的に示す図であり、図１に示したラインＩＩ－ＩＩに沿った位置をＸ方向に眺めた平面図に相当する。本実施の形態の例において、環境試験装置１は、Ｙ方向及びＺ方向の各方向に沿って３個の送風ファン１３が互いに離間して並べられ、３行×３列のマトリクス状に配列された、合計９個の送風ファン１３１～１３９を備えている。送風ファン１３１～１３９は、第２壁面９の中央部及び周縁部を含む全領域に跨って分散配置されている。後述する制御部３０によって、送風ファン１３１～１３９の各々の回転速度が個別に制御される。

また、第２壁面９には、複数の送風ファン１３と同数かつ同一のレイアウトで複数の通風口１０が形成されている。本実施の形態の例では、３行×３列のマトリクス状に合計９個の円形の通風口１０１～１０９が形成されている。各通風口１０１～１０９は、その円の中心が各送風ファン１３１～１３９の回転軸１５と同心となる位置に形成されている。

図１に示したように、空調室４の第２空間部４２内には、各送風ファン１３に対応してサブヒータ１６が配置されている。サブヒータ１６は、送風ファン１３の羽根と直流モータ１４との間で、羽根に近接する位置に配置されている。サブヒータ１６は、送風ファン１３の回転軸１５の回転動作に干渉しない位置及び形状で配置されている。サブヒータ１６は、第２空調手段として機能し、メインヒータ１２によって生成された空調空気をさらに加熱することにより、各送風ファン１３によって試験室３内に送出される空調空気の温度を微調整する。

図３は、複数のサブヒータ１６の配置レイアウトを模式的に示す図であり、図１に示したラインＩＩＩ－ＩＩＩに沿った位置をＸ方向に眺めた平面図に相当する。複数の送風ファン１３と同数かつ同一のレイアウトで複数のサブヒータ１６が配置されている。本実施の形態の例では、３行×３列のマトリクス状に合計９個のサブヒータ１６１～１６９が配置されている。後述する制御部３０によって、サブヒータ１６１～１６９の各々の空調温度が個別に制御される。

図４は、複数の直流モータ１４の配置レイアウトを模式的に示す図であり、図１に示したラインＩＶ－ＩＶに沿った位置をＸ方向に眺めた平面図に相当する。本実施の形態の例では、３行×３列のマトリクス状に合計９個の直流モータ１４１～１４９が配置されている。

図１に示したように、第１温度検出手段としての複数の温度センサ１７が、試験室３の第１壁面７に近接して配置されている。第１壁面７は送風ファン１３による空調空気の送風経路の最下流に位置しているため、温度センサ１７によって当該最下流における試験室３内の空気の温度が検出される。

図５は、複数の温度センサ１７の配置レイアウトを模式的に示す図であり、図１に示したラインＶ－Ｖに沿った位置をＷ方向に眺めた平面図に相当する。複数の送風ファン１３と同数かつ同一のレイアウトで複数の温度センサ１７が配置されている。本実施の形態の例では、３行×３列のマトリクス状に合計９個の温度センサ１７１～１７９が配置されている。温度センサ１７１～１７９による各々の検出温度は、後述する制御部３０に入力される。温度センサ１７１～１７９は、複数の棒状部材が交差配列された格子状のフレーム２０の各交点に配置されている。このフレーム２０は、第１壁面７に近接して試験室３の内壁に固定される。また、図１に示したように、各温度センサ１７１～１７９は、対応する送風ファン１３１～１３９の回転軸１５の延長線上に配置されている。

図１に示したように、第２温度検出手段としての複数の温度センサ１８が、試験室３の第２壁面９に近接して配置されている。温度センサ１８は、送風ファン１３に近接して配置されている。第２壁面９は送風ファン１３による空調空気の送風経路の最上流に位置しているため、温度センサ１８によって当該最上流における試験室３内の空気の温度が検出される。

図６は、複数の温度センサ１８の配置レイアウトを模式的に示す図であり、図１に示したラインＶＩ－ＶＩに沿った位置をＸ方向に眺めた平面図に相当する。複数の送風ファン１３と同数かつ同一のレイアウトで複数の温度センサ１８が配置されている。本実施の形態の例では、３行×３列のマトリクス状に合計９個の温度センサ１８１～１８９が配置されている。温度センサ１８１～１８９による各々の検出温度は、後述する制御部３０に入力される。温度センサ１８１～１８９は、複数の棒状部材が交差配列された格子状のフレーム２１の各交点に配置されている。このフレーム２１は、第２壁面９に近接して試験室３の内壁に固定される。また、図１に示したように、各温度センサ１８１～１８９は、対応する送風ファン１３１～１３９の回転軸１５の延長線上に配置されている。

図７は、環境試験装置１が備える制御部３０を示す図である。制御部３０として機能するＣＰＵ等のプロセッサは、筐体２の外部に配置されている。制御部３０には、温度センサ１７１～１７９から温度検出信号Ｓ１１～Ｓ１９がそれぞれ入力される。また、制御部３０には、温度センサ１８１～１８９から温度検出信号Ｓ２１～Ｓ２９がそれぞれ入力される。制御部３０は、駆動信号Ｓ３によってクーラ１１の駆動を制御する。制御部３０は、駆動信号Ｓ４によってメインヒータ１２の駆動を制御する。制御部３０は、駆動信号Ｓ５１～Ｓ５９によって直流モータ１４１～１４９の出力を個別に制御することにより、送風ファン１３１～１３９の回転速度を０以上かつ最大値Ｖｍａｘ以下の範囲内で個別に制御する。制御部３０は、駆動信号Ｓ６１～Ｓ６９によってサブヒータ１６１～１６９を個別に駆動することにより、メインヒータ１２を通過した空調空気の温度を、サブヒータ１６１～１６９による追加加熱によって個別に制御する。これにより、送風ファン１３１～１３９の各々によって試験室３に送出される空調空気の温度が、サブヒータ１６１～１６９によって個別に調整される。

＜環境試験装置１の動作＞
図８は、制御部３０による環境試験装置１の制御方法を示すフローチャートである。ここでは、許容上限温度Ｔｍａｘ未満の所定の高温（例えば１５０℃）を目標設定温度ＴＰとして、当該目標設定温度ＴＰの均一な温度分布を試験室３内に形成する場合の動作について説明する。初期状態では、クーラ１１、メインヒータ１２、サブヒータ１６１～１６９、及び送風ファン１３１～１３９は、いずれも駆動が停止されている。

被試験物６が棚板５上に載置された後に環境試験の実行開始命令が入力されると、まずステップＳＰ１０１において制御部３０は、駆動信号Ｓ５１～Ｓ５９によって直流モータ１４１～１４９を駆動することにより、初期値Ｖ０（＜Ｖｍａｘ）の回転速度で全ての送風ファン１３１～１３９の駆動を開始する。

次にステップＳＰ１０２において、制御部３０は、温度センサ１７１～１７９，１８１～１８９から温度検出信号Ｓ１１～Ｓ１９，Ｓ２１～Ｓ２９を入力する。そして、制御部３０は、温度検出信号Ｓ１１～Ｓ１９，Ｓ２１～Ｓ２９で表される検出温度Ｔ１７１～Ｔ１７９，Ｔ１８１～Ｔ１８９の中の最大値を特定し、当該最大値が目標設定温度ＴＰ未満であるか否かを判定する。この時点ではメインヒータ１２はまだ駆動されておらず、試験室３の内部空間の温度は常温であるため、当該最大値は目標設定温度ＴＰ未満となる。

検出温度Ｔ１７１～Ｔ１７９，Ｔ１８１～Ｔ１８９の最大値が目標設定温度ＴＰ未満である場合（ステップＳＰ１０２：ＹＥＳ）は、ステップＳＰ１０３に移行し、制御部３０が、駆動信号Ｓ４によってメインヒータ１２を制御することにより、メインヒータ１２の出力を所定量だけ増大させる。これにより、メインヒータ１２は空気の加熱を開始する。そして、制御部３０は、ステップＳＰ１０２の判定を再度実行する。メインヒータ１２の駆動開始直後は試験室３の内部空間の温度はさほど上昇していないため、しばらくの間はステップＳＰ１０２，ＳＰ１０３の処理が繰り返し実行される。

試験室３の内部空間の温度が上昇し、検出温度Ｔ１７１～Ｔ１７９，Ｔ１８１～Ｔ１８９の最大値が目標設定温度ＴＰ以上となる（ステップＳＰ１０２：ＮＯ）と、制御部３０は、送風ファン１３Ｎ（本実施の形態の例ではＮは１～９）のそれぞれに関して以下の処理を実行する。以下では代表的に送風ファン１３１に関する処理について説明するが、他の送風ファン１３２～１３９に関しても同様の処理が実行される。

まずステップＳＰ１０４において、制御部３０は、現在設定されている送風ファン１３１の回転速度Ｖ１が最大値Ｖｍａｘ以上であるか否かを判定する。この時点では送風ファン１３１の回転速度Ｖ１は初期値Ｖ０に設定されているため、回転速度Ｖ１は最大値Ｖｍａｘ未満となる。

回転速度Ｖ１が最大値Ｖｍａｘ未満である場合（ステップＳＰ１０４：ＮＯ）は、ステップＳＰ１０５に移行し、制御部３０が、送風ファン１３１に対応する温度センサ１７１から入力される温度検出信号Ｓ１１に基づいて、温度センサ１７１の検出温度Ｔ１７１が目標設定温度ＴＰ未満であるか否かを判定する。

検出温度Ｔ１７１が目標設定温度ＴＰ以上である場合（ステップＳＰ１０５：ＮＯ）は、送風ファン１３１による送風経路の最下流で、目標設定温度ＴＰまで空気の温度が上昇していると言え、当該送風経路において、それより上流の全領域で温度上昇は完了していると考えられる。この場合、ステップＳＰ１１０に移行し、制御部３０は、環境試験の終了命令が入力されたか否かを判定する。

検出温度Ｔ１７１が目標設定温度ＴＰ未満である場合（ステップＳＰ１０５：ＹＥＳ）は、送風ファン１３１による送風経路の最下流で、目標設定温度ＴＰまで空気の温度が上昇していないことから、送風ファン１３１によって試験室３に送出された空調空気がその送風経路の最下流まで十分に到達していないと考えられる。この場合、ステップＳＰ１０６に移行し、制御部３０は、送風ファン１３１に対応する直流モータ１４１を駆動信号Ｓ５１によって制御することにより、送風ファン１３１の回転速度Ｖ１を所定量だけ増大させる。これにより、送風ファン１３１によって試験室３に送出される空調空気の風量が増大される。次に制御部３０は、ステップＳＰ１０４の判定を再度実行する。

回転速度Ｖ１を増大させても検出温度Ｔ１７１が目標設定温度ＴＰ以上に上昇しない場合には、回転速度Ｖ１が最大値ＶｍａｘとなるまでステップＳＰ１０４～ＳＰ１０６の処理が繰り返し実行される。このフィードバック制御により送風ファン１３１の回転速度Ｖ１が徐々に増大され、その結果、送風ファン１３１によって試験室３に送出される空調空気の風量が徐々に増大する。

回転速度Ｖ１が最大値Ｖｍａｘ以上となる（ステップＳＰ１０４：ＹＥＳ）と、それ以上は回転速度Ｖ１を増大できないため、制御部３０は、送風ファン１３１によって送出される空調空気の温度を上昇させる処理に移行する。まずステップＳＰ１０７において、制御部３０は、送風ファン１３１に対応する温度センサ１８１から入力される温度検出信号Ｓ２１に基づいて、温度センサ１８１の検出温度Ｔ１８１が許容上限温度Ｔｍａｘ未満であるか否かを判定する。

検出温度Ｔ１８１が許容上限温度Ｔｍａｘ以上である場合（ステップＳＰ１０７：ＮＯ）は、送風ファン１３１によって試験室３に送出される空調空気の温度をそれ以上に上昇させることができない。この場合、制御部３０はステップＳＰ１１０を実行する。

検出温度Ｔ１８１が許容上限温度Ｔｍａｘ未満である場合（ステップＳＰ１０７：ＹＥＳ）は、ステップＳＰ１０８に移行し、制御部３０は、送風ファン１３１に対応する温度センサ１７１から入力された温度検出信号Ｓ１１に基づいて、温度センサ１７１の検出温度Ｔ１７１が目標設定温度ＴＰ未満であるか否かを判定する。ステップＳＰ１０４からステップＳＰ１０７に移行した直後の時点では、まだサブヒータ１６１は駆動されていないため、検出温度Ｔ１７１は目標設定温度ＴＰ未満である可能性が高い。

検出温度Ｔ１７１が目標設定温度ＴＰ未満である場合（ステップＳＰ１０８：ＹＥＳ）は、ステップＳＰ１０９に移行し、制御部３０は、送風ファン１３１に対応するサブヒータ１６１を駆動信号Ｓ６１によって制御することにより、サブヒータ１６１の出力を所定量だけ増大させる。これにより、サブヒータ１６１の駆動が開始され、送風ファン１３１によって試験室３に送出される空調空気の温度が上昇する。そして、制御部３０は、ステップＳＰ１０７の判定を再度実行する。

サブヒータ１６１の出力を増大させても検出温度Ｔ１７１が目標設定温度ＴＰ以上に上昇しない場合には、検出温度Ｔ１８１が許容上限温度Ｔｍａｘ未満である限り、ステップＳＰ１０７～ＳＰ１０９の処理が繰り返し実行される。このフィードバック制御により、送風ファン１３１によって試験室３に送出される空調空気の温度は、サブヒータ１６１による追加加熱によって徐々に上昇する。

検出温度Ｔ１７１が目標設定温度ＴＰ以上となる（ステップＳＰ１０８：ＮＯ）と、送風ファン１３１による送風経路の最下流で、目標設定温度ＴＰまで空気の温度が上昇していることから、当該送風経路において、それより上流の全領域で温度上昇は完了していると考えられる。この場合、次に制御部３０はステップＳＰ１１０を実行する。

ステップＳＰ１１０において、制御部３０は、環境試験の終了命令が入力されたか否かを判定する。環境試験の終了命令が入力されていない場合（ステップＳＰ１１０：ＮＯ）は、制御部３０はステップＳＰ１０２以降の処理を繰り返し実行する。一方、環境試験の終了命令が入力された場合（ステップＳＰ１１０：ＹＥＳ）は、制御部３０は環境試験装置１の運転を停止する。

なお、以上の説明では、送風ファン１３１～１３９に対応してサブヒータ１６１～１６９を設け、加熱処理において、メインヒータ１２によって加熱された空調空気を、サブヒータ１６１～１６９によって個別に追加加熱する例について述べた。この例に限らず、送風ファン１３１～１３９に対応してサブクーラを設け、冷却処理において、メインクーラ（クーラ１１）によって冷却された空調空気を、サブクーラによって個別に追加冷却する構成を採用することもできる。また、メインヒータ１２、クーラ１１、サブヒータ１６１～１６９、及びサブクーラは、送風ファン１３１～１３９を駆動する前に駆動を始めてもよい。

＜環境試験装置１の作用効果＞
本実施の形態に係る環境試験装置１によれば、試験室３の第２壁面９側には複数の送風ファン１３１～１３９が複数の方向（上記の例ではＹ方向及びＺ方向）に沿って並べて配置されており、制御部３０は複数の送風ファン１３１～１３９の各々の回転速度Ｖ１～Ｖ９を個別に制御する。このように、複数の方向に沿って並べて配置された複数の送風ファン１３１～１３９の各々の回転速度Ｖ１～Ｖ９を個別に制御することにより、試験室３内の各領域における空調空気の流れを任意に制御することができる。その結果、均一な温度分布及び非均一な温度分布を含めて、試験室３の内部空間の温度分布を細密に制御することが可能となる。

また、本実施の形態に係る環境試験装置１によれば、試験室３内において空調空気の流れの最下流である第１壁面７側の複数の箇所に、第１温度検出手段としての複数の温度センサ１７１～１７９が配置されている。従って、制御部３０は、温度センサ１７１～１７９の検出結果に基づいて、所望の温度分布が試験室３内に正しく形成されているか否かを判定できる。そして、制御部３０は、その判定結果に基づいて各送風ファン１３１～１３９を個別にフィードバック制御することにより、試験室３内に所望の温度分布を適切に形成することが可能となる。

また、本実施の形態に係る環境試験装置１によれば、複数の温度センサ１７１～１７９と複数の送風ファン１３１～１３９とは、同数かつ同一のレイアウトで配置されている。このように、温度センサ１７１～１７９と送風ファン１３１～１３９とは一対一に対応しているため、制御部３０は、温度センサ１７１～１７９の検出結果に基づいて、各温度センサ１７１～１７９に対応する送風ファン１３１～１３９を容易にフィードバック制御することが可能となる。

また、本実施の形態に係る環境試験装置１によれば、第２空調手段としての複数のサブヒータ１６１～１６９が、複数の送風ファン１３１～１３９に対応して配置されている。そして、制御部３０が各サブヒータ１６１～１６９の空調温度を個別に制御することにより、各送風ファン１３１～１３９によって試験室３に送出される空調空気の温度が調節される。従って、各送風ファン１３１～１３９において、空調空気の流れのみならずその温度をも制御できるため、試験室３の内部空間の温度分布をより細密に制御することが可能となる。

また、本実施の形態に係る環境試験装置１によれば、制御部３０は、温度センサ１７Ｎによる検出温度Ｔ１７Ｎが目標設定温度ＴＰに到達していない場合には、温度センサ１７Ｎに対応する送風ファン１３Ｎの回転速度ＶＮを増大させ、それでもなお検出温度Ｔ１７Ｎが目標設定温度ＴＰに到達しない場合に、温度センサ１７Ｎに対応するサブヒータ１６Ｎを駆動させる。従って、送風ファン１３Ｎの回転速度ＶＮを増大させると検出温度Ｔ１７Ｎが目標設定温度ＴＰとなる場合には、サブヒータ１６Ｎを駆動する必要がないため、サブヒータ１６Ｎを駆動することに伴う過熱の発生の可能性を低減することが可能となる。

また、本実施の形態に係る環境試験装置１によれば、試験室３内において空調空気の流れの最上流である第２壁面９側の複数の箇所に、第２温度検出手段としての複数の温度センサ１８１～１８９が配置されている。従って、メインヒータ１２及びサブヒータ１６１～１６９によって空調空気の温度が許容上限温度Ｔｍａｘより過熱されている場合、制御部３０は、温度センサ１８１～１８９の検出結果に基づいて、過熱の発生場所を特定できる。そして、制御部３０は、その特定結果に基づいて各サブヒータ１６１～１６９を個別にフィードバック制御することにより、各送風ファン１３１～１３９によって試験室３に送出される空調空気の温度を許容上限温度Ｔｍａｘ以下に抑えることができる。その結果、過熱された空調空気に曝されることに起因する被試験物６の故障を予め回避することが可能となる。

また、本実施の形態に係る環境試験装置１によれば、複数の温度センサ１８１～１８９と複数の送風ファン１３１～１３９とは、同数かつ同一のレイアウトで配置されている。このように、温度センサ１８１～１８９とサブヒータ１６１～１６９とは一対一に対応しているため、制御部３０は、温度センサ１８１～１８９の検出結果に基づいて、各温度センサ１８１～１８９に対応するサブヒータ１６１～１６９を容易にフィードバック制御することが可能となる。

また、本実施の形態に係る環境試験装置１によれば、各送風ファン１３１～１３９は直流モータ１４１～１４９によって駆動される。従って、交流モータによって駆動する場合と比較すると、制御部３０は、応答性良く送風ファン１３１～１３９を制御できるとともに、低速域から高速域まで広い調整範囲で送風ファン１３１～１３９の回転速度Ｖ１～Ｖ９を制御することが可能となる。

また、本実施の形態に係る環境試験装置１によれば、制御部３０は、各送風ファン１３１～１３９の回転速度Ｖ１～Ｖ９を個別に制御することにより、均一な温度分布を試験室３内に形成する。従って、複数の被試験物６が試験室３内の複数の箇所に分散して収容されている場合であっても、試験室３内における収容箇所に拘わらず、各被試験物６に同一の温度ストレスを印加することが可能となる。

＜第１変形例＞
上記実施の形態では、制御部３０は、目標設定温度ＴＰの均一な温度分布を試験室３内に形成したが、被試験物６に対して実行される環境試験の試験ステップに同期させて、各試験ステップに最適な非均一の温度分布を形成しても良い。

図９は、環境試験装置１による温度サイクルの一例を部分的に示す図である。時刻Ｔ０において常温状態からスタートし、時刻Ｔ１においてメインヒータ１２の駆動による常温状態から高温状態に向けての加熱制御が開始され、時刻Ｔ２において高温状態への遷移が完了している。高温状態での試験室３内の温度は、例えば１５０℃である。時刻Ｔ２から時刻Ｔ３まではメインヒータ１２の駆動により高温状態が維持されており、この期間が高温さらし期間となる。高温さらし期間は、例えば３０分である。時刻Ｔ３においてクーラ１１の駆動による高温状態から低温状態に向けての冷却制御が開始され、時刻Ｔ４において低温状態への遷移が完了している。低温状態での試験室３内の温度は、例えば－４０℃である。時刻Ｔ４から時刻Ｔ５まではクーラ１１の駆動により低温状態が維持されており、この期間が低温さらし期間となる。低温さらし期間は、例えば３０分である。時刻Ｔ５においてメインヒータ１２の駆動による低温状態から高温状態に向けての加熱制御が開始され、時刻Ｔ６において高温状態への遷移が完了している。

時刻Ｔ２から時刻Ｔ６までの一連のサイクルが温度サイクルの単位サイクルとなり、この単位サイクルが所望のサイクル数（例えば１０００サイクル）繰り返される。このように、環境試験装置１によって被試験物６に対し実行される環境試験の単位サイクルは、試験室３内の温度を変化させる温度変化ステップ（時刻Ｔ３～Ｔ４，Ｔ５～Ｔ６）と、試験室３内の温度を維持する温度維持ステップ（時刻Ｔ２～Ｔ３，Ｔ４～Ｔ５）とを有している。

温度変化ステップにおいて、制御部３０は、駆動信号Ｓ５１～Ｓ５９によって直流モータ１４１～１４９の駆動を制御することにより、試験室３の内部空間の中央部に向けて空調空気を送出する送風ファン１３５の回転速度Ｖ５を相対的に増大させ、試験室３の内部空間の周縁部に向けて空調空気を送出する送風ファン１３１～１３４，１３６～１３９の回転速度Ｖ１～Ｖ４，Ｖ６～Ｖ９を相対的に低下させる。

これにより、温度を上昇させる場合の温度変化ステップにおいては、送風ファン１３による空調空気の送風経路の横断面（Ｙ－Ｚ平面）に関して、中央部の温度が相対的に高く、周縁部の温度が相対的に低い、非均一な温度分布が試験室３内に形成される。なお、温度を上昇させる場合の温度変化ステップにおいて、制御部３０は、送風ファン１３５に対応するサブヒータ１６５を駆動することによって、試験室３の内部空間の中央部に向けて送出される空調空気を追加加熱しても良い。

また、温度を降下させる場合の温度変化ステップにおいては、送風ファン１３による空調空気の送風経路の横断面（Ｙ－Ｚ平面）に関して、中央部の温度が相対的に低く、周縁部の温度が相対的に高い、非均一な温度分布が試験室３内に形成される。なお、温度を降下させる場合の温度変化ステップにおいて、制御部３０は、送風ファン１３５に対応する上述のサブクーラを駆動することによって、試験室３の内部空間の中央部に向けて送出される空調空気を追加冷却しても良い。

図１に示したように、被試験物６は試験室３の内部空間の中央部に収容されているため、このように送風ファン１３１～１３９の駆動力を中央部の送風ファン１３５に集中させる風量制御（中央集中制御）を行うことによって、被試験物６に向けてより多くの空調空気を送出することができる。

一方、温度維持ステップにおいて、制御部３０は、駆動信号Ｓ５１～Ｓ５９によって直流モータ１４１～１４９の駆動を制御することにより、試験室３の内部空間の中央部に向けて空調空気を送出する送風ファン１３５の回転速度Ｖ５を相対的に低下させ、試験室３の内部空間の周縁部に向けて空調空気を送出する送風ファン１３１～１３４，１３６～１３９の回転速度Ｖ１～Ｖ４，Ｖ６～Ｖ９を相対的に増大させる。

これにより、高温で温度維持する場合の温度維持ステップにおいては、送風ファン１３による空調空気の送風経路の横断面（Ｙ－Ｚ平面）に関して、中央部の温度が相対的に低く、周縁部の温度が相対的に高い、非均一な温度分布が試験室３内に形成される。なお、高温で温度維持する場合の温度維持ステップにおいて、制御部３０は、送風ファン１３１～１３４，１３６～１３９に対応するサブヒータ１６１～１６４，１６６～１６９を駆動することによって、試験室３の内部空間の周縁部に向けて送出される空調空気を追加加熱しても良い。

また、低温で温度維持する場合の温度維持ステップにおいては、送風ファン１３による空調空気の送風経路の横断面（Ｙ－Ｚ平面）に関して、中央部の温度が相対的に高く、周縁部の温度が相対的に低い、非均一な温度分布が試験室３内に形成される。なお、低温で温度維持する場合の温度維持ステップにおいて、制御部３０は、送風ファン１３１～１３４，１３６～１３９に対応する上述のサブクーラを駆動することによって、試験室３の内部空間の周縁部に向けて送出される空調空気を追加冷却しても良い。

このように送風ファン１３１～１３９の駆動力を周縁部の送風ファン１３１～１３４，１３６～１３９に集中させる風量制御（周縁集中制御）を行うことによって、試験室３の壁面、天井面、及び床面に向けて、より多くの空調空気を送出することができる。

上記のように制御部３０は、複数の送風ファン１３の各々の回転速度を個別に制御することによって、非均一な温度分布を試験室３内に形成する。本変形例においては、複数の送風ファン１３は必ずしも複数の方向に沿って並べて配置されている必要はない。制御部３０は、少なくとも一方向に沿って並べて配置された複数の送風ファン１３の各々の回転速度を個別に制御することによって、非均一な温度分布を試験室３内に形成することができる。

本変形例に係る環境試験装置１によれば、制御部３０は、温度変化ステップにおいては、試験室３の内部空間の中央部に向けて空調空気を送出する送風ファン１３５の回転速度Ｖ５を相対的に増大させる。被試験物６は、試験室３の内部空間の中央部に収容されることが多い。そのため、中央部に向けて空調空気を送出する送風ファン１３５の回転速度Ｖ５を相対的に増大させることにより、被試験物６に向けてより多くの空調空気を送出でき、被試験物６に対して温度ストレスを効率的に印加することが可能となる。そして、中央部に複数の被試験物６が収容されている場合に、温度変化ステップの実行中における被試験物６の温度遷移を促進できるとともに温度ばらつきを低減することが可能となる。また、制御部３０は、温度維持ステップにおいては、試験室３の内部空間の周縁部に向けて空調空気を送出する送風ファン１３１～１３４，１３６～１３９の回転速度Ｖ１～Ｖ４，Ｖ６～Ｖ９を相対的に増大させる。これにより、周縁部である試験室３の壁面、天井面、及び床面に向けて、より多くの空調空気を送出することができる。その結果、試験室３の外気温が試験室３の内部空間の温度に及ぼす影響を緩和できるため、試験室３内の温度を安定的に維持することが可能となる。

＜第２変形例＞
上記実施の形態では、環境試験装置１は３行×３列のマトリクス状に配列された合計９個の送風ファン１３１～１３９を備えていたが、複数の送風ファン１３の配置レイアウトはこの例に限定されない。

図１０，１１は、複数の送風ファン１３の配置レイアウトの変形例を模式的に示す図であり、図１に示したラインＩＩ－ＩＩに沿った位置をＸ方向に眺めた平面図に相当する。

図１０に示した例において、環境試験装置１は、Ｙ方向及びＺ方向の各方向に沿って４個の送風ファン１３が互いに離間して並べられ、４行×４列のマトリクス状に配列された、合計１６個の送風ファン１３を備えている。制御部３０は、これら１６個の送風ファン１３の各々の回転速度を個別に制御する。なお、図１０に示した例に限らず、環境試験装置１は、少なくとも２行×少なくとも２列のマトリクス状に配列された少なくとも４個の送風ファン１３を備えていれば良い。また、第２壁面９の縦横比に応じて、各行に属する複数の送風ファン１３の個数と各列に属する複数の送風ファン１３の個数とが、互いに異なっていても良い。

図１１に示した例において、環境試験装置１は、第２壁面９の中央部に配置された大型の送風ファン１３Ｌと、第２壁面９の四隅に配置された小型の送風ファン１３Ｓとを備えている。つまり、第２壁面９の二つの対角線の各々に沿って、送風ファン１３Ｌと２個の送風ファン１３Ｓとが並べて配置されている。制御部３０は、送風ファン１３Ｌ，１３Ｓの各々の回転速度を個別に制御する。このように、複数の送風ファン１３が必ずしもマトリクス状に配置されている必要はなく、また、複数の送風ファン１３のサイズが全て同一である必要もない。

本変形例によっても、制御部３０が複数の送風ファン１３の各々の回転速度を個別に制御することにより、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、以上の説明では、環境形成装置が環境試験装置１として構成されている例について述べたが、この例には限られない。環境形成装置は、対象物であるワークに対して熱処理を施すために所定の高温環境を形成する熱処理装置として構成されても良い。また、環境形成装置は、対象物である食品を加熱するために所定の高温環境を形成する調理装置として構成されても良い。

図１２，１３は、他の変形例に係る環境形成装置の構成を模式的に示す図である。図１２に示すように、送風ファン１３の羽根は、通風口１０よりもＸ方向（第２空間部４２側）に配置されていても良い。また、図１３に示すように、送風ファン１３の羽根は、通風口１０よりもＷ方向（試験室３側）に配置されていても良い。

１ 環境試験装置
３ 試験室
４ 空調室
７ 第１壁面
９ 第２壁面
１１ クーラ
１２ メインヒータ
１３，１３１～１３９ 送風ファン
１４，１４１～１４９ 直流モータ
１６，１６１～１６９ サブヒータ
１７，１７１～１７９，１８，１８１～１８９ 温度センサ
３０ 制御部

Claims (5)

1. 対象物が収容される環境形成室と、
   前記環境形成室に連通する空調室と、
   前記環境形成室の第１壁面側から前記空調室に流入した空気の温度を調節することによって空調空気を生成する第１空調手段と、
   前記第１壁面に対向する前記環境形成室の第２壁面側において複数の方向に沿って並べて配置され、前記第２壁面から前記第１壁面に向かう方向に、前記空調室から前記環境形成室に空調空気を送出する複数の送風ファンと、
   前記複数の送風ファンの各々の回転速度を個別に制御する制御手段と、
   前記第１壁面側の複数の箇所に配置された複数の第１温度検出手段と、
   前記複数の送風ファンに対応して配置され、前記複数の送風ファンの各々によって前記環境形成室に送出される空調空気の温度を調節する、複数の第２空調手段と、
   を備え、
   前記制御手段はさらに、前記複数の第２空調手段の各々の空調温度を個別に制御するものであり、
   前記制御手段は、前記複数の第１温度検出手段のうちある特定の第１温度検出手段による検出温度が目標設定温度に到達していない場合には、前記複数の送風ファンのうち当該特定の第１温度検出手段に対応する特定の送風ファンの回転速度を増大させ、それでもなお当該特定の第１温度検出手段による検出温度が前記目標設定温度に到達しない場合に、前記複数の第２空調手段のうち当該特定の第１温度検出手段に対応する特定の第２空調手段を駆動させる、環境形成装置。
2. 前記複数の第１温度検出手段と、前記複数の送風ファンとは、同数かつ同一のレイアウトで配置されている、請求項１に記載の環境形成装置。
3. 前記第２壁面側の複数の箇所に配置された複数の第２温度検出手段をさらに備える、請求項１又は２に記載の環境形成装置。
4. 前記複数の第２温度検出手段と、前記複数の送風ファンとは、同数かつ同一のレイアウトで配置されている、請求項３に記載の環境形成装置。
5. 前記複数の送風ファンの各々は、直流モータによって駆動される、請求項１～４のいずれか一つに記載の環境形成装置。

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