JPH06288985A - 冷熱衝撃試験装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】冷熱衝撃試験装置により低温試験を行う場合の
低温試験設定温度に対するアンダーシュートをなくし、
かつ、低温試験精度を向上させることを目的とする。 【構成】低温試験時のインバータ制御に、急速冷却によ
って生じるアンダーシュート量および温度復帰時間を読
み込み、その温度，時間によって圧縮機の回転数を補正
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体等の被試験体の急
速冷却及び急速加熱試験を行う冷熱衝撃試験装置におけ
る予冷温度制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の冷熱衝撃試験装置は、例えば特
開平2−135382 号公報に開示されている様に、インバー
タ制御は運転状態および運転温度状況によって常に同じ
動作を行っている。この方法によると、例えば低温試験
開始時のインバータ制御による圧縮機の回転数は冷熱衝
撃試験開始から終了まで同一となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術による
と、低温試験前に行われる低温室内蓄冷運転における蓄
冷温度（以下、予冷温度という）は、試験する被試験体
の材質や量によってかえなければならず、その設定は経
験によるところが大きいため、所定の低温試験設定温度
よりアンダーシュートしたり、逆に所定の時間内に低温
試験設定温度に到達しない場合もある等、使い勝手が悪
く、低温試験精度の低下をまねくという問題がある。

【０００４】本発明は、前記の如き従来技術の問題点を
改善し、被試験体によって予冷温度を設定し直す手間を
はぶくとともに、低温試験精度を向上させることを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の如き目
的を達成するため、低温室からの冷風を試験室におくる
低温試験時のインバータ制御に、急速冷却によって生じ
る低温試験設定温度に対するアンダーシュート量を読み
込み、その温度によって圧縮機の回転数の補正を行うこ
とにより、次回の低温試験時のアンダーシュートをなく
し、所定の時間内に低温試験温度に到達することを目的
とする冷却能力制御を可能ならしめたことを特徴とす
る。

【０００６】また、本発明は、インバータ制御による圧
縮機の回転数の補正を、アンダーシュートの温度による
ものではなく、アンダーシュートしている時間によるも
のとしたことを特徴とする。

【０００７】さらに、本発明は、インバータ制御による
圧縮機の回転数の補正を、アンダーシュートの温度とア
ンダーシュートしている時間との複合によるものとした
ことを特徴とする。

【０００８】

【作用】低温試験開始と同時に設定低温試験温度に対す
るアンダーシュートの有無を検出し、有りの場合は最大
となるアンダーシュート温度を読み取り、その温度によ
って今回の低温試験のためのインバータ制御による圧縮
機の回転数を決める周波数に対する補正量を演算手段に
よって求め、次回の低温試験のためのインバータ制御に
よる圧縮機の回転数を決める周波数の補正を行い、これ
を冷熱衝撃試験開始から終了するまで繰り返して行う。

【０００９】また、上記アンダーシュート温度による制
御の代案として、アンダーシュートしている時間による
制御があり、さらに、アンダーシュート温度と時間との
複合による制御がある。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図１３に従っ
て説明する。図１は冷熱衝撃試験装置の構成図、図２は
冷熱衝撃試験装置の二元冷凍サイクル系統図、第３図は
冷熱衝撃試験装置に含まれる制御手段の構成図、図４は
冷熱衝撃試験装置の試験温度サイクル図、図５は低温試
験時の試験室温度を示す図、図６は圧縮機の周波数制御
図、図７は本発明の一例でアンダーシュート温度による
低温試験開始時の周波数制御フローチャート図、図８は
本発明の一例のアンダーシュート温度による低温試験開
始時の周波数補正制御図、図９は代案１でアンダーシュ
ート時間による低温試験開始時の周波数制御フローチャ
ート図、図１０は代案１のアンダーシュート時間による
低温試験開始時の周波数補正制御図、図１１は代案２で
アンダーシュート平均温度による低温試験開始時の周波
数制御フローチャート図、図１２は代案２のアンダーシ
ュート平均温度による低温試験開始時の周波数補正制御
図、図１３は本発明による圧縮機の周波数制御例を示す
図である。

【００１１】この冷熱衝撃試験装置は、図１に示すよう
に、試験室１０，高温室１１および低温室１２、それに
機械室１３を具備している。

【００１２】高温室１１は試験室１０の上方に、低温室
１２は試験室１０の下方に、そして、機械室１３は高温
室１１および低温室１２の側方に配置されている。これ
らの室は壁によって仕切られ、たがいに独立させられて
いるが、試験室１０と高温室１１との仕切壁にはふたつ
の通路１４，１５が、試験室１０と低温室１２とのあい
だの仕切壁にはふたつの通路１６，１７がそれぞれ設け
られている。これらの通路のうち、通路１４，１５には
ダンパ１８，１９が、通路１６，１７にはダンパ２０，
２１がそれぞれ配置されている。ダンパは一端が仕切壁
にヒンジによって取付けられていて、動力源を外部から
操作することによって回転し、通路１４，１５のみをあ
るいは通路１６，１７のみを開閉することができる。

【００１３】また、高温室１１の内部には、案内板２２
が配設され、この案内板２２によって高温室１１をふた
つの小室に区画している。送風機２３が小室の端部に位
置して高温室１１と機械室１３とのあいだの仕切壁に配
置され、上部小室，送風機２３および下部小室を経由し
て上部小室に戻る循環を高温室の空気にさせることがで
きるようになっているとともに高温室１１には通路１４
にダンパ１８ａが配置されている。このダンパも、一端
が仕切壁にヒンジによって取付けられていて、動力源を
外部から操作することによって回転し、通路１４のみを
開閉することができる。ダンパ１８ａの回転中心軸はダ
ンパ１８と対象に配置されていて、ダンパ１８，１９が
ひらいたときに一緒にひらいて下部小室と送風機２３と
のあいだを閉塞し、送風機２３からの空気を試験室１０
に導き、通路１５および上部小室を経由して、送風機２
３にもどる循環を高温室１１の空気にさせることができ
るようになっている。加熱器２４および蓄熱材２５は上
部小室に配置され、これらの空気循環路上に位置させら
れるとともに案内板２２や仕切壁などに支持されてい
る。

【００１４】低温室１２の内部にも案内板２６が配置さ
れ、低温室１２をふたつの小室に区画している。送風機
２７がこれらの小室の端部に配置され、高温室１１と同
様に、低温室内の空気に循環をさせているとともに、ダ
ンパ２０ａが通路１６に配置され、ダンパ２０，２１と
ともにひらいたときに上部小室と送風機２７とのあいだ
を閉塞し、送風機２７からの空気を試験室１０に導き、
通路１７および下部小室を経由して、送風機２７にもど
る循環を低温室１２の空気にさせることができるように
なっている。

【００１５】蒸発器２８，蓄熱材２９および再加熱器３
０は下部小室に配置され、これらの空気循環路上に位置
させられているとともに、底壁などに支持されている。
蒸発器２８は後述するように冷凍サイクルの一部を構成
している。この冷凍サイクルを構成する圧縮機，凝縮
器，膨張弁などの機器は、図示されていないが機械室１
３に収容されている。

【００１６】冷凍サイクルは、図２に示すように、高温
側冷凍サイクルＡと低温側冷凍サイクルＢとを具備する
二元冷凍サイクルからなっている。

【００１７】高温側冷凍サイクルＡは、圧縮機３１，凝
縮器３２，膨張弁３３，それに熱交換器３４から構成さ
れている。低温側冷凍サイクルＢは、圧縮機３５，低温
室１２に配設された蒸発器２８，膨張弁３６、それに熱
交換器３４から構成されている。熱交換器３４はカスケ
ードタイプのものからなっている。

【００１８】各々の冷凍サイクルにおける圧縮機３１，
３５はスクロールタイプのものからなっているととも
に、インバータが組込まれている。インバータは制御手
段につながれており、制御手段からの信号によって圧縮
機の電動機に供給される周波数を変化させることができ
る。

【００１９】この制御手段は、全体が図３において参照
符号５０で示されていて、マイクロプロセッサを含む演
算手段５１，試験温度の設定手段５２，ダンパ動力源の
発動手段５３，高温室１１にある加熱器２４の発動手段
５４，低温室１２にある再加熱器３０の発動手段５５な
どを含むもので、演算手段５１が試験温度設定手段５２
および高温室１１と低温室１２と試験室１０との各々に
配置された温度センサ６０〜６２からの信号にもとづい
てインバータ６３，６４に対する制御信号，ダンパ動力
源発動手段５３，加熱器２４の発動手段５４，再加熱器
３０の発動手段５５に対するオンオフ信号を出力するよ
うになっている。

【００２０】冷凍能力の変更は、この試験装置におい
て、インバータ６３，６４が圧縮機３１，３５の電動器
に供給される電力の周波数をかえることでなされてい
る。電動機の回転数Ｎは、よく知られているように、極
数をｐ，周波数をｆとした時、Ｎ＝(１２０／ｐ)×ｆで
あり、電動機の回転数は周波数に比例している。制御手
段５０は運転状態に応じてインバータ６３，６４を制御
し、圧縮機電動機に供給される電力の周波数をかえ、回
転数を増減させて圧縮機３１，３５の冷媒の吐出量を変
化させ、冷媒循環量をかえることにより冷凍能力を変更
している。

【００２１】この冷熱衝撃試験装置は図４のような温度
変化を被試験体に与えるもので、その動作を説明する。

【００２２】被試験体は試験室１０に収容される。冷熱
衝撃試験は、すべてのダンパ閉じ、二元冷凍サイクルを
起動させて、低温室１２の空気を(この例では−８０℃
まで)予冷するとともに、加熱器２４を作動させて高温
室１１の空気を（この例では１８０℃まで）予熱してか
らダンパ２０，２１，２０ａを開いて冷風を試験室１０
に送り込み、被試験体を冷風にさらし、その後ダンパ２
０，２１，２０ａを閉じるとともにダンパ１８，１９，
１８ａをひらいて高温室１１の熱風を試験室１０に送り
込み、被試験体を熱風にさらし、これらを繰返すことに
よってなされる。

【００２３】図５は低温試験時の低温室温度を示してお
り、低温室温度の設定あるいは被試験体の量等により試
験温度(この例では−６５℃)＋性能補償温度変動幅(−
２℃)に対しアンダーシュートする場合があり、本発明
は、このアンダーシュートを無くし、試験温度を性能補
償変動幅内（設定低温試験温度±２℃）に納めようとす
るものである。

【００２４】冷凍サイクルの圧縮機周波数制御は、制御
手段５０によって各々の冷凍サイクルごとに、インバー
タ６３，６４を制御して図６の如くなされる。

【００２５】制御手段５０は、高温側冷凍サイクルＡに
おける圧縮機３１に対するインバータ６３を制御して、
この圧縮機の電動機の回転数を周波数８０Ｈｚに関連す
る回転数まで、停止から約３分かけて上昇させる。カス
ケード熱交換器３４の温度が−３０℃になると、制御手
段５０はカスケード熱交換器３４にある温度センサから
の信号によって、低温側冷凍サイクルＢにおける圧縮機
３５に対するインバータ６４を制御して、この圧縮機の
電動機の回転数を周波数６０Ｈｚに関連する回転数ま
で、停止から約２分かけて上昇させる。高温室温度及び
低温室温度が、設定温度（この例では高温室温度は１８
０℃，低温室温度は−８０℃）に到達したら試験を開始
し、試験室温度が低温試験温度（この場合では−６５
℃）となったところで、制御手段５０によって高温側冷
凍サイクルＡにおける圧縮機３１に対するインバータ６
３を制御して、この圧縮機の電動機の回転数を周波数６
０Ｈｚに関連する回転数まで約１分かけて下降させ、低
温側冷凍サイクルＢにおける圧縮機３５に対するインバ
ータ６４を制御して、高温側冷凍サイクルＡ側と同様に
電動機の回転数を周波数５０Ｈｚに関連する回転数まで
約３０秒かけて下降させる。

【００２６】低温試験が終了し、高温試験になったら、
高温側冷凍サイクルＡにおける圧縮機３１は周波数８０
Ｈｚに関連する回転数まで約１分にて、低温側冷凍サイ
クルＢにおける圧縮機３５は周波数６０Ｈｚに関連する
回転数まで約３０秒にて上昇させる。そして、低温室温
度が設定温度（−８０℃）に到達したところで、高温側
冷凍サイクルＡにおける圧縮機３１は周波数６０Ｈｚに
関連する回転数まで約１分にて、低温側冷凍サイクルＢ
における圧縮機３５は周波数５０Ｈｚに関連する回転数
まで約３０秒にて下降させる。

【００２７】高温試験が終了し、低温試験になったら、
高温側冷凍サイクルＡにおける圧縮機３１は周波数８０
Ｈｚに関連する回転数まで約１分にて、低温側冷凍サイ
クルＢにおける圧縮機３５は周波数６０Ｈｚに関連する
回転数まで約３０秒にて上昇させる。

【００２８】その後は、これらの繰返しとなる。

【００２９】次に、本発明の動作について図７，図８を
用いて説明する。初めに「アンダーシュート温度＝低温
試験温度＋性能補償温度変動幅（−２℃）−現在の試験
室温度」と決める。つまり、本実施例においては、「ア
ンダーシュート温度＝−６５℃−２℃−現在の試験室温
度」となり、現在の試験室温度が−６７℃より大なら
負，小なら正となる。

【００３０】低温試験を開始すると、先にも述べたよう
に、高温側冷凍サイクルＡにおける圧縮機３１は周波数
８０Ｈｚに関連する回転数まで、低温側冷凍サイクルＢ
における圧縮機３５は周波数６０Ｈｚに関連する回転数
まで上昇する。と同時に図７の制御を行う。この制御方
法は、アンダーシュート温度が正か負かの判定すなわち
アンダーシュートの有無をチェックし、有りの場合に
は、アンダーシュート温度が最大となる温度によって次
の低温試験の為の予冷運転時及び低温試験時の周波数
を、今回の低温試験の為の予冷運転時及び低温試験時の
周波数に対する周波数の補正量を演算手段５１に含まれ
ている演算器にて図８の如く求め、補正する。

【００３１】アンダーシュート温度が負の時すなわちア
ンダーシュートが無い時は、まず現在の試験経過時間が
性能補償復帰時間内であるかどうかの判定を行う。時間
内であれば何も行わないが、時間外となった場合にはア
ンダーシュートが有りの場合と同様の制御を行う。図８
からもわかるように、性能補償変動幅内であれば次の低
温試験の為の予冷運転時及び低温試験時の周波数は現在
の低温試験の為の予冷運転時及び低温試験時の周波数と
同一となる。

【００３２】次に、代案１を図９，図１０にて説明す
る。この制御方法では、アンダーシュートが無い場合は
先に説明したような図８による制御を行う。アンダーシ
ュートが有る場合には、アンダーシュートしている時間
によって次の低温試験の為の予冷運転時及び低温試験時
の周波数を現在の低温試験の為の予冷運転時及び低温試
験時の周波数に対する周波数の補正量を演算手段５１に
含まれている演算器にて図１０の如く求め、補正する。

【００３３】次に、代案２を図１１，図１２にて説明す
る。この制御方法でも、アンダーシュートが無い場合に
は代案１と同様に図８による制御を行う。アンダーシュ
ートが有る場合には、演算手段５１にてアンダーシュー
ト温度とアンダーシュート時間を複合したアンダーシュ
ート平均温度を求め、これによって次の低温試験の為の
予冷運転時及び低温試験時の周波数を現在の低温試験の
為の予冷運転時及び低温試験時の周波数に対する周波数
の補正量を演算手段５１に含まれている演算器にて図１
２の如く求め、補正する。

【００３４】これらのどの方法においても、冷熱試験開
始から終了するまで繰り返し本発明の制御を行う。

【００３５】以上の様な制御方法を用いることで図１３
の様な周波数制御が可能となる。この例は、１回目の低
温試験においてアンダーシュート温度の最大が２℃，ア
ンダーシュート時間が２０秒であるので、２回目の低温
試験の為の予冷運転時及び低温試験時の周波数の補正量
は、図８あるいは図１０あるいは図１２により−４Ｈｚ
となり、２回目の低温試験の為の予冷運転時及び低温試
験時の周波数は各々図１３の右側に示す様になり、２回
目以降もこれらの制御を繰返し行う。

【００３６】本発明によれば、低温試験時の低温試験設
定温度のアンダーシュート量及び温度復帰時間によって
低温試験の為の予冷運転時及び低温試験時のインバータ
制御による圧縮機の回転数を補正することにより、被試
験体の材質や量によって予冷温度を設定し直す手間がは
ぶけ、低温試験精度を向上させることができる。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、低温試験温度が性能補
償温度変動幅内となるように制御されることによって、
従来経験的に設定していた予冷温度の設定がファジーに
なることから被試験体の材質や量によって予冷温度を設
定し直す手間が不要となり、低温試験精度が向上する。
更に、必要以上の冷凍能力を保持しない為、省エネルギ
ーの効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】冷熱衝撃試験装置の構成図。

【図２】冷熱衝撃試験装置の二元冷凍サイクル系統図。

【図３】冷熱衝撃試験装置に含まれる制御手段の構成
図。

【図４】冷熱衝撃試験装置の試験温度サイクル図。

【図５】低温試験時の試験室温度を示す図。

【図６】冷熱衝撃試験装置の冷凍サイクルにおける圧縮
機の周波数制御図。

【図７】本発明のアンダーシュート温度による低温試験
時の周波数制御フローチャート図。

【図８】本発明のアンダーシュート温度による予冷運転
時及び低温試験時の周波数補正制御図。

【図９】本発明の代案１のアンダーシュート時間による
低温試験時の周波数制御のフローチャート図。

【図１０】本発明の代案１のアンダーシュート時間によ
る予冷運転時及び低温試験時の周波数補正制御図。

【図１１】本発明の代案２のアンダーシュート平均温度
による低温試験時の周波数制御フローチャート図。

【図１２】本発明の代案２のアンダーシュート平均温度
による予冷運転時及び低温試験時の周波数補正制御図。

【図１３】本発明による冷凍サイクルにおける圧縮機の
周波数制御例を示す図。

【符号の説明】

１０…試験室、１１…高温室、１２…低温室、１４，１
５，１８，１９…試験室を高温室に連通させる手段、１
６，１７，２０，２１…試験室を低温室に連通させる手
段、２４…加熱器、２８…蒸発器、３０…再加熱器、Ａ
…高温側冷凍サイクル、Ｂ…低温側冷凍サイクル、３
１，３５…圧縮機、５０…制御手段、５１…演算手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河本 康雄 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所清水工場内 (72)発明者 川口 雄史 静岡県清水市村松390番地 日立清水エン ジニアリング株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】二元冷凍サイクルと、この冷凍サイクルに
   おける低温側冷凍サイクルを構成する蒸発器および再加
   熱器が収容された低温室と、加熱器が収容された高温室
   と、低温室および高温室につながれた試験室と、低温室
   および高温室を択一的に試験室に連通させる為にこれら
   の間に配設された手段とを具備し、低温室からの冷風あ
   るいは高温室からの熱風を試験室に交互に送ることによ
   って試験室内の被試験体に冷熱衝撃試験を行い、前記二
   元冷凍サイクルにおける圧縮機の各々がインバータを具
   備するものからなり、低温室の準備運転，低温試験運
   転，予冷運転などの運転状態に応じてインバータの制御
   を行っている装置において、低温室からの冷風を試験室
   におくる低温試験時のインバータ制御に、急速冷却によ
   って生じる低温試験設定温度に対するアンダーシュート
   量を読み込み、その温度によって圧縮機の回転数の補正
   を行うことにより、次回の低温試験時のアンダーシュー
   トをなくし、所定の時間内に低温試験温度に到達するこ
   とを目標とする冷却能力制御を可能ならしめることを特
   徴とする冷熱衝撃試験装置の制御方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の冷熱衝撃試験装置の制御
   方法において、インバータ制御による圧縮機の回転数の
   補正を、アンダーシュートの温度によるものではなく、
   アンダーシュートしている時間によるものとしたことを
   特徴とする冷熱衝撃試験装置の制御方法。
3. 【請求項３】請求項１に記載の冷熱衝撃試験装置の制御
   方法において、インバータ制御による圧縮機の回転数の
   補正を、アンダーシュートの温度とアンダーシュートし
   ている時間との複合によるものとしたことを特徴とする
   冷熱衝撃試験装置の制御方法。