JPH05337376A

JPH05337376A - 素子冷却加熱試験装置

Info

Publication number: JPH05337376A
Application number: JP15056792A
Authority: JP
Inventors: Hiroya Taniguchi; 口裕哉谷; Koichi Nakayama; 山宏一中; Masatada Yokoi; 井正忠横; Kaoru Masuda; 田薫増
Original assignee: TEKUNORO KOGYO KK; Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: TEKUNORO KOGYO KK; Aisin Corp
Priority date: 1992-06-10
Filing date: 1992-06-10
Publication date: 1993-12-21

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、素子冷却加熱試験装置外への熱の
洩れを減少させることを目的とする。【構成】基台、第１，第２冷却手段および加熱手段を
直列的に接続し、加熱手段の上面に試料ステージを形成
する。更に、加熱手段に例えばスパイラル状の溝を形成
し、その底にヒータを配設する。また、第２冷却手段に
第１冷却手段よりも低温の冷媒を流す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、素子冷却加熱試験装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明に係わる従来技術には様々なもの
が提案されてきている。例えば実公昭６１−４５８７２
号公報に開示されたクライオスタットでは、液体窒素等
の寒剤にて試料を冷却するようになつている。ところ
が、この従来技術のものでは試料を電磁石の極間のよう
な狭い場所に配置するためのものであり、試料に磁力を
与える必要がなく、一般の真空容器にて単にサーマルシ
ョックを与えて特性を評価するためには適さない。

【０００３】また、試料を高温度まで加熱したい場合に
は素子冷却加熱試験装置外への伝熱が問題となり、耐熱
性の低い一般真空容器を用いることができず、専用の高
耐熱性真空容器が必要となるおそれがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明では、
素子冷却加熱試験装置外への熱の洩れを減少させること
を、その技術的課題とする。

【０００５】

【発明の構成】

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述した本発明の技術的
課題を解決するために講じた本発明の技術的手段は、基
台に固設され、その内部に第１冷媒が流れる第１通路が
形成された第１冷却手段と、一面が第１冷却手段の一面
と熱的に結合され、その内部に第１冷媒よりも低温の第
２冷媒が流れる第２通路が形成された第２冷却手段と、
一面が第２冷却手段の他面と熱的に結合され、その内部
にヒータが配設されると共にその内部を第２冷媒が流
れ、且つ、他面に試料ステージが形成された加熱手段か
ら素子冷却加熱試験装置を構成し、第２冷却手段とヒー
タとの間に空間断熱層を形成したことである。

【０００７】

【作用】上述した本発明の技術的手段によれば、空間断
熱層および第１冷却手段によりヒータの発生する高熱は
基台へと伝熱されず、空間断熱層を介して断熱した状態
で試料は高温領域まで加熱される。また、試料は第２冷
媒によって低温領域まで冷却される。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の技術的手段を具体化した実施
例について添付図面に基づいて説明する。

【０００９】図１乃至図３に示す素子冷却加熱試験装置
１０おいて、冷却水供給手段（第１冷却手段）３０、低
温冷却手段（第２冷却手段）４０および加熱手段６０
は、溶接あるいは図示しないボルト等を介して直列的に
熱的に結合され、基台１１と共に図示しない真空容器内
に収容される。また、加熱手段６０の上面は試料１８が
配置される試料ステージ１５となる。ここで、低温冷却
手段４０や加熱手段６０は、熱伝導性に優れる材料で形
成され、例えば無酸素銅等が用いられる。

【００１０】断熱性材料からなる基台１１に脚（ボルト
等）１２を介して固設される冷却水供給手段３０の内部
には常温領域の冷却水（第１冷媒）が流れる冷却水通路
（第１通路）３１が形成され、その両端には冷却水供給
管３２および冷却水排出管３３が接続されている。尚、
冷却水通路３１の配設状態は特に図示しないが、ヒータ
６６同様にスパイラル状に形成してもよく、しかし特に
配設状態を限定しない。

【００１１】低温冷却手段４０の一面は熱反射板１３お
よびスペーサ１４を介して冷却水供給手段３０の一面と
熱的に結合している。図２からもよく分かるように、低
温冷却手段４０の内部には液体窒素等の低温冷媒（第２
冷媒）が流れる環状通路（第２通路）４１と冷媒溜（第
２通路）４２とがブロック４３により区画形成されてい
る。また、環状通路２１の一部には冷媒供給管４４が接
続され、環状通路４１と冷媒溜４２とは連通路４５を介
して連通している。冷却手段１２の上面部には排出孔４
６，４７が開口しており、それぞれ加熱手段６０内に形
成された垂直通路６１，６２と連通している。また、冷
媒排出管４８は加熱手段６０内に形成された垂直通路６
３と連通している。

【００１２】加熱手段６０の内部には断面矩形状で図３
に示すような平面スパイラル状の２つの溝６４，６５が
形成され、それぞれ垂直通路６１，６２と連通してい
る。ここで、溝６４の上底（試料ステージ１４側）には
ヒータ６６が密着するように配設されている。この結
果、ヒータ６６と溝６４の下底との間には空間断熱層６
７が形成される。尚、溝６４，６５の縦方向長さはでき
る限り長く形成され、且つ、ヒータ６６ができる限り試
料ステージ１５に接近できるよう、溝６４の上底はでき
る限り試料ステージ１５に接近することが望ましい。ヒ
ータ６６はコネクタ６８を介して外部より電力を供給さ
れる。また、溝６４，６５は各一端においてそれぞれ独
立しているが、他端では接続されて垂直通路６３と連通
している。

【００１３】尚、本実施例において溝６４，６５の断面
形状は矩形状のものが示されているが、この矩形状には
限定されず、断面カプセル状や断面楕円状など縦長とな
っていればどのような形状でもよい。また、溝６４，６
５の平面形状はスパイラル状のものが示されているが、
試料ステージ１５を効率よく加熱できるならば特にこの
形状に限定されるものではない。

【００１４】試料ステージ１５，低温冷却手段４０およ
び加熱手段６０を包囲するように、それらの外周には遮
熱板１６，１７が配設されている。遮熱板１６は反射板
１３に、遮熱板１７は冷却水供給手段３０にそれぞれ固
設されている。

【００１５】次に、図４に基づいて制御系を説明する。
冷却水供給管３２には制御弁２１を介して冷却水源２２
が接続されている。尚、冷却水排出管３３から排出され
た冷却水は冷却水源２２へと還流する。冷媒供給管４４
には制御弁２３を介して低温冷媒源２４が接続されてい
る。尚、冷媒排出管４８から排出された低温冷媒は低温
冷媒源へと還流する。そして、ヒータ６６のコネクタ６
８にはスイッチ２５を介して電源２６が接続されてい
る。これらの制御弁２１，２３およびスイッチ２５は制
御装置２７によりその作動を制御される。また、制御装
置２７には試料ステージ１５上の温度を検出する温度セ
ンサ２８の出力信号などが入力される。

【００１６】また、試料ステージ１５に試料１８を置い
たり取り去ったりするため、上下方向および回転方向に
可動できるピック７０が真空容器内に配設されている。

【００１７】以上の構成を有する素子冷却加熱試験装置
１０の作動について説明する。まず試料１８を冷却する
際には、制御装置２７が制御弁２３のみを開とし、制御
弁２１を閉、スイッチ２５をオフとする。従って、低温
冷媒源２４から低温冷却手段４０に低温冷媒が供給され
る。この低温冷媒は環状通路４１，冷媒溜４２，および
溝６４，６５を流れて、試料ステージ１５を低温冷媒の
温度（液体窒素の場合約７７Ｋであり、低温冷媒の種類
によって可変とできる）程度にまで冷却する。

【００１８】この試料ステージ１５の冷却が完了した状
態で、ピック７０を用いて試料ステージ１５上に試料１
８を置き、試料１８にサーマルショックを与えてその特
性評価を行う。この特性評価のために、試料１８には各
種センサが取り付けられている。尚、本実施例では低温
冷媒を溝６４，６５の両方に流しているが、いずれか片
側だけに流してもよい。この時、加熱手段６０は単なる
熱伝導体として作用する。また、反射板１３および遮熱
板１６，１７の作用によって、低温冷媒の冷熱の試料ス
テージ１５外への洩れが少なくなり、試料１８を効率よ
く冷却することができる。

【００１９】次いで、試料１８を加熱してその高温度に
対する熱変化や他の特性評価を行うが、この際には、制
御装置２７が制御弁２１を開、制御弁２３を閉、スイッ
チ２５をオンとする。この結果、ヒータ６６が通電され
て発熱を開始する。ここで、ヒータ６６は溝６４の形状
にしたがってスパイラル状に配設されているので試料ス
テージ１５全面を均一に加熱し、ひいては試料１８全体
を均一に加熱することとなる。尚、試料ステージ１５の
温度は温度センサ２８により常時モニタされ、スイッチ
２５を介してヒータ６６への通電量が制御されること
で、試料１８は所望の温度（ヒータ材質にもよるが例え
ば最高８００℃程度、ヒータ材質としては、例えばニク
ロム，タングステン，モリブデン，白金等）に加熱され
る。また、ヒータ６６は溝６４の上底に密着して配設さ
れているので、試料ステージ１５を効率よく加熱するこ
とができると共に、空間断熱層６７により低温冷却手段
４０側への熱伝達量が最小限に抑えられる。更に、熱反
射板１３および遮熱板１６，１７の作用により試料ステ
ージ１５上の熱の外部への洩れ量が低減し、試料ステー
ジ１５上の試料１８を効率的かつ経済的に加熱できる。
更には、ヒータ６６の発生する熱のうち低温冷却手段４
０を介して基台１１へと伝達しようとする熱は冷却水供
給手段３０の冷却水通路３１を流れる冷却水により冷却
される。

【００２０】また、試料ステージ１５を予め高温にした
上で、ピック７０を用いて試料１８を試料ステージ１５
上に置けば、試料１８に高温側のサーマルショックを与
えることができ、この状態でも試料１８の特性評価を行
うことが可能である。

【００２１】

【発明の効果】上述したように本発明の素子冷却加熱試
験装置では、空間断熱層および第１冷却手段によりヒー
タの発生する高熱のうち基台へと伝熱される熱量は非常
に少なく、試料加熱時における基台の温度上昇が抑えら
れるので、基台の材質選定にあたっては高耐熱性を考慮
する必要がなくなる。この結果、本素子冷却加熱試験装
置を一般的な真空容器に設置することができ、汎用性に
優れたものとなる。

【００２２】また、第２冷媒は冷却手段内のみならず加
熱手段内も流れるため、第２冷媒が試料に接近すること
ができ、試料の冷却効率が向上する。

【００２３】更には、遮熱板によって試料ステージ付近
の高熱・冷熱の外部への洩れが少なくなり、経済性すな
わち運転効率に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の素子冷却加熱試験装置の構成図
を示す。

【図２】図１におけるＡ矢視図を示す。

【図３】図１におけるＢ矢視図を示す。

【図４】従来技術の素子冷却加熱試験装置の構成図を示
す。

【符号の説明】

１０素子冷却加熱試験装置、１１基台、１５試料ステージ、１６，１７遮熱板、３０冷却水供給手段（第１冷却手段）、３１冷却水通路（第１通路）、４０低温冷却手段（第２冷却手段）、４１環状通路（第２通路）、４２冷媒溜（第２通路）、６０加熱手段、６６ヒータ、６７空間断熱層。

フロントページの続き (72)発明者横井正忠愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地アイシン精機株式会社内 (72)発明者増田薫東京都文京区本郷１−10−13 テクノロ工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基台に固設され、その内部に第１冷媒が
流れる第１通路が形成された第１冷却手段と、一面が前記第１冷却手段の一面と熱的に結合され、その
内部に前記第１冷媒よりも低温の第２冷媒が流れる第２
通路が形成された第２冷却手段と、一面が前記第２冷却手段の他面と熱的に結合され、その
内部にヒータが配設されると共にその内部を前記第２冷
媒が流れ、且つ、他面に試料ステージが形成された加熱
手段から成り、前記第２冷却手段と前記ヒータとの間に空間断熱層が形
成されていることを特徴とする素子冷却加熱試験装置。
【請求項２】前記試料ステージの外周部には遮熱板が
配設されていることを特徴とする請求項１記載の素子冷
却加熱試験装置。