JPH1078387A - 結露制御式環境試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料の結露量を精度良く制御する。 【解決手段】 試料Ｗの表面をテレビ撮影装置１０で撮
影し、その光−電変換された画像を結露制御器１３に入
れ、地肌部分と結露した部分とを識別し、結露部分の比
率を算出し、予め設定した結露量である比率と比較し、
その差等に対応した出力を発信し、これを冷却器制御部
１４に入れ、試料表面が設定した結露量になるように冷
却器９の冷却能力を制御する。 【効果】 試料の結露量を制御し、電子部品等に目的と
する結露状態を一定時間持続して与えたり、異なった結
露状態を異なった時間与えることにより、種々の試験を
してその電気絶縁性等を精度良く評価することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被試験物の入れら
れる試験室に送られる空気を加湿する加湿手段と前記被
試験物を冷却する冷却手段とを備えていて被試験物に結
露させることのできる環境試験装置に関し、特に、電子
部品、電子材料等の電気絶縁性の試験に好都合に利用さ
れる。

【０００２】

【従来の技術】環境試験装置としては、試験室内の温湿
度を調整する空調装置に加えて試料自体を冷却する冷却
装置を備え、空調され循環される空気の露点温度以下の
温度になるように冷却装置によって試料を冷却し、その
表面に結露させるようにした装置が提案されている（特
開昭５６−１１７１５７号公報、特開昭６２−１９７４
６号公報、特開平４−１２２４９号公報参照）。これら
の装置では、冷却装置に送る冷媒の温度を制御したり、
試料を載せる載置台の温度が一定の温度になるように冷
却器で冷却したり、試料を冷却してそれ自体の表面温度
が一定温度になるようにしている。

【０００３】しかしながら、このように冷媒や試料台や
試料自体を一定の温度にしても、結露する水滴の大きさ
や、それらの全体から成る結露量等の結露状態は時間と
共に変化して行く。例えば、試料を露点温度より十分低
い温度条件下に長時間曝すと、その表面にごく微細な水
滴の発生する初期の曇り状態から、全面的に濡れた最終
状態まで変化する。そのため、試料等の温度制御だけで
は、同程度の結露状態を長時間維持できず、精度の良い
結露状態を得ることができない。そして、目的に合った
結露試験を精度良く行うことができない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術に於
ける上記問題を解決し、精度の良い結露試験を行える環
境試験装置を提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、被試験物の入れられる試験室に送られる空
気を加湿する加湿手段と前記被試験物を冷却する冷却手
段とを備えていて被試験物に結露させることのできる環
境試験装置において、前記結露の状態を検出する検出手
段と、該検出手段で検出した結露の状態が目的とする結
露の状態になるように前記加湿手段の加湿能力又は前記
冷却手段の冷却能力のうちの少なくとも一方を制御する
制御手段と、を有することを特徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１は本発明を適用した環境試験
装置の概略構成の一例を示す。環境試験装置は、被試験
物である試料Ｗの入れられる試験室１及びこれから仕切
られた空調室２、空調室２内に配設された加湿手段とし
ての加湿器３、図示しない冷凍機から冷媒が送られる蒸
発器４及び加熱器５、両室間で空気を循環させる送風機
６、試験室１内に設けられた温度センサ７、湿度センサ
８、冷却手段としての冷却器９及び検出手段としてのテ
レビ撮影装置１０、装置本体の外部に配設される温度調
節器１１、湿度調節器１２、結露制御器１３、冷却器制
御器１４、テレビモニタ１５、記録装置１６、その他図
示しない冷凍機等を配置した機械室や環境試験装置全体
の操作制御盤等によって構成されている。湿度調節器１
２、結露制御器１３及び冷却器制御器１４は制御手段の
一例を構成する。又、これらと温度調節器１１とは上記
操作制御盤に一体的に組み込まれる。

【０００７】冷却器９は、試料Ｗを接触させて熱伝導に
よって直接冷却する冷却面を備えた表面接触冷却式冷却
器で、例えば冷水等の冷媒を用いる冷媒冷却式や、ペル
チェ効果を利用する熱電子素子と冷却ファンとを組み合
わせた電子冷却式のものである。図示の例では、冷却器
９が図示しない支持機構によって試験室内に固定されて
いて、試料Ｗの載置台を兼ねている。冷却器９の冷却面
には、その部分の温度を検出する冷却面温度センサ９ａ
が設けられる。

【０００８】冷却器制御器１４は、冷却面の温度を設定
できる設定部を備えた設定値運転部１４ａと、後述する
比較出力部１３ｃの出力によって運転される出力値運転
部１４ｂとを備えている。これらの運転部は、切り換え
によって何れかの一方が使用される。そして、何れかの
運転部により、例えば冷却器９が冷媒冷却式のものであ
れば、冷媒流量や温度が制御され、電子冷却式のもので
あれば、通電量が制御される。その結果、冷却器９の冷
却能力が制御される。そして、設定値運転部１４ａを使
用すれば、冷却面温度センサ９ａの実測温度と設定温度
とにより、冷却器の冷却面の温度が設定温度に冷却能力
が制御される。出力値運転部１４ｂを使用すれば、前記
出力によって冷却能力が制御され、冷却面の温度、従っ
て試料の温度は、試料の結露量が目的とする量にするよ
うに変化する。

【０００９】テレビ撮影装置１０は、試験室１内に設置
されていて、試料Ｗの表面を撮影することにより結露の
状態を検出し、光電変換した画像を試験室１の外部に送
信する。結露制御器１３は、画像分析部１３ａ、結露量
設定部１３ｂ及び比較出力部１３ｃを備えている。画像
分析部１３ａは、前記画像を取り込み、結露部分と試料
の地肌の露出した部分との相違を識別し、例えば撮影し
た一定範囲の面積における結露部分の面積の比率を結露
量として算出し、これを比較出力部１３ｃに送る。結露
量設定部１３ｂでは、目的とする結露の状態としての結
露量を例えば前記面積の比率で指定できる。比較出力部
１３ｃでは、設定した結露量と上記の検出した結露量と
を取り入れてこれらを比較し、その差や比率等に対応し
た出力を発信する。

【００１０】温度調節器１１は温度設定部を備えてい
て、ここで設定した設定温度と温度センサ７で検出した
実測温度とによって加熱器５の出力を制御する。湿度調
節器１２は、湿度設定部を備えた設定値運転部１２ａ
と、前記比較出力部１３ｃの出力によって運転される出
力値運転部１２ｂとを備えている。これらの運転部は、
切り換えによって何れかの運転モードが使用される。設
定値運転部１２ａを使用すれば、試験室１内は目的とす
る温湿度に維持される。出力値運転部１２ｂを使用すれ
ば、加湿器の加湿能力は前記出力によって制御され、試
料の結露量が目的とする量になるように制御される。こ
の場合には、試験室１の湿度が変化することになる。

【００１１】テレビモニタ１５は、これを操作すること
によってテレビ撮影装置１０の画像を画面に映すことが
できる。記録装置１６では、必要なときにテレビ撮影装
置１０の画像を連続的に記録できる。テレビモニタ１５
では、この画像を再現することができる。

【００１２】以上のような環境試験装置によれば、次の
ように結露試験を行うことができる。電子部品等から成
る試料Ｗを面状接触式の冷却器９の上に載せ、温湿度調
節器１１、１２によって試験室１の運転すべき温湿度を
設定する。この場合には、湿度調節器１２の設定値運転
部１２ａを使用する。冷却器制御器１４では、出力値運
転部１４ｂを使用する。結露制御器１３では、試験目的
にあった結露量を設定する。そして、空調室２内の機器
や図示しない冷凍機等を作動させる。テレビ撮影装置１
０は、連続的に又は一定の時間間隔で作動され、試料Ｗ
の一定範囲の表面状態を撮影する。試験室１内の温湿度
がほぼ安定すると、冷却器９にその形式に相応して冷媒
又は電源等を供給する。

【００１３】試験室内の温湿度が安定し、試料Ｗの温度
が室内温度に近くなった状態では、試料に結露がないの
で、テレビ撮影装置１０は試料の地肌のみを撮影し、そ
の画像を結露制御器１３の画像分析部１３ａに送る。こ
の画像は、一定範囲を走査した光のドットを光−電気変
換したもので、地肌部分を表すほぼ一定の濃度の画像に
なるため、全体的に例えばほぼＢという値になる。画像
分析部１３ａは、結露部分と試料の地肌部分との相違を
識別し、結露量として一定範囲の面積における結露部分
の面積の比率を算出するが、この場合には結露部分の値
として例えば濃度Ｄの画像がないので、０％と算出して
これを比較出力部１３ｃに送る。

【００１４】比較出力部１３ｃでは、設定した結露量と
検出した結露量とを比較して例えばその差に対応した出
力を発信する。結露量設定部１３ｂの設定値が例えば５
０％であれば、５０％−０％＝５０％に対応した最大出
力を発信する。この出力は、冷却器制御器１４の出力値
運転部１４ｂで受信され、冷却器９はその冷却能力が最
大になるように制御される。その結果、冷却器９の表面
が試験室１の温度よりも十分低温になり、これに面接触
した試料Ｗも十分低温になる。そして、試料Ｗは、試験
室１内の一定条件に制御される温湿度から定まる露点温
度よりも低温になり、その表面に結露が生ずる。

【００１５】結露は、まず微小水滴として点状に発生
し、循環空気の温湿度及び試料の温度から定まる結露条
件が同じ状態で持続すると、微小水滴の数が次第に増え
ると共にその大きさが成長し、更に小水滴同士が合体し
て大きな水滴になり、最終的には試料の表面が全体的に
濡れるようになる。このような結露部分の画像濃度Ｄ
は、露出した地肌部分の画像濃度Ｂよりも低い値にな
る。水滴の大きさ等によっても異なるが、ＢとＤとは十
分異なった値になる。従って、画像分析部１３ａでは、
結露部分と地肌部分とを確実に識別できる。

【００１６】結露が生ずると、画像分析部１３ａは、Ｂ
及びＤに分類される画素の数を計算し、これらがそれぞ
れＮＢ及びＮＤであったとすると、１００ＮＢ／（ＮＢ
＋ＮＤ）％の値を結露量として算出し、その値として例
えば２０％を比較出力部１３ｃに送る。これにより、比
較出力部１３ｃは、設定値の５０％と算出した２０％と
の差である３０％に対応した出力を冷却器制御器１４に
発信し、冷却器９の冷却能力が最大能力から中間能力に
変更される。その結果、試料温度と露点温度との差が縮
小し、結露の発生・成長の速度が低下する。このような
制御の繰り返しにより、試料の結露量をほぼ目的とする
結露量にして、その状態を維持することができる。

【００１７】上記のように面状接触型の冷却器９の冷却
能力を制御すれば、試料の温度を直接的に速く上げ下げ
することができるので、目的とする結露量に速く到達さ
せることができるが、冷却器の冷却能力の制御に代え
て、加湿器の加湿能力を制御してもよい。このときに
は、冷却器制御器１４では、設定値運転部１４ａが使用
され、冷却面の温度、従って試料の温度は一定値に制御
される。この制御では、例えば加湿出力を大きくする
と、試験室内を循環する空気の湿度が上昇し、露点温度
が上がり、露点温度と試料温度とに差が生じて、試料に
結露が生ずる。そして、上記と同様に、この状態をテレ
ビ撮影機１０が検出し、結露制御器１３及び湿度調節器
１２の出力値制御部１２ｂが加湿器の加湿出力を制御
し、試料の結露量を略一定値に制御することができる。

【００１８】又、結露制御器１３及び湿度調節器１２の
両方を出力値運転部１３ｂ、１２ｂに切り換えてこれら
を使用し、適当な制御プログラムによって適当な制御動
作をさせることにより、結露の発生／解消をより速く繰
り返す結露サイクル試験等を行うことができる。この場
合には、冷却能力を大きくすると共に加湿出力を大きく
して、より速く結露させ、その反対の動作をさせてより
速く結露状態を解消させることができる。なお、冷却器
９の一部分又はこれとは別に電熱等による試料加熱部分
を設け、必要なときには、消極的な冷却能力の低下のみ
ならず加熱部分を作動させて積極的に試料を加熱し、結
露状態を一層迅速に減少又は解消できるようにしてもよ
い。

【００１９】更に、以上のような結露量一定の制御に代
えて、結露量設定部１３ｂに一定の時間間隔で結露量を
変化させるようなプログラムを与えて、試料に自動的に
順次異なった結露量を与えるような試験も可能である。

【００２０】テレビモニタ１５及び記録装置１７は、必
要に応じて、以上のような種々の結露試験の状態を観察
したり記録するときに使用される。これにより、試料表
面の状態の変化を連続的に評価でき、試料の劣化過程に
おける変化を確認し、劣化原因の解析等が可能になる。
例えば、プリント基板のイオンマイグレーション評価も
できる。又、結露状態を観察することにより、試料表面
の汚染の程度に関して、試験する多数の試料間の相対評
価を行うことができる。

【００２１】なお以上では、結露状態として結露部分と
地肌部分との比率からなる結露量を用いる例を示した
が、画像データから結露した水滴の大きさの最大値等を
計算し、これを結露状態として制御するようにしてもよ
い。又、検出手段としてテレビ撮影機の例を示したが、
試料の表面の一定範囲の状態を光走査し、これを画像と
して電気変換できる装置であれば、例えばレーザー光を
利用したような装置であってもよい。更に、試料の表面
状態の検出に便利なように、冷却器９を昇降可能な支持
機構で支持するようにしてもよい。

【００２２】図２は本発明を適用した環境試験装置の他
の例を示す。試料の表面状態によって結露水による濡れ
性が異なるために水滴の観察状態が一定にならなかった
り、試験中に濡れ性が変化する可能性もあるため、図１
に示す画像分析による結露量の算出のみによっては、正
確な結露量が得られない場合があるので、本例では、別
の方法によって結露量を計算する結露量計算部１３ｄを
設けている。図では、このような計算部１３ｄを単独に
設けているが、図１に示す画像分析部１３ａと併設し、
切り換えて使用したり、一方のデータで他方のデータを
修正して修正値を出力するような方法を用いてもよい。

【００２３】試料Ｗの表面には、試料温度を検出する試
料温度センサ１７もしくは結露量センサ１８の何れか又
は双方が設けられる。これらと共に、温度センサ７及び
湿度センサ８の検出値も結露量計算部１３ｄに入力され
る。計算部１３ｄは、温度センサ７、湿度センサ８及び
試料温度センサ１７により、又は、結露量センサ１８に
よって試料Ｗの結露量を算出する。

【００２４】温度及び湿度センサによって結露量を計算
する場合には、結露量計算部１３ｄには、よく知られて
いる絶対湿度計算式、ペルンターの式、スプルングの
式、絶対湿度表等のうちの適当なものが記憶されてい
る。例えば絶対湿度表を用いる場合には、まずセンサ
７、８で測定した温度と相対湿度とから試験室内の空気
の絶対湿度Ａ（ｇ／ｍ³ ）を求め、試料温度センサ１７
の検出温度を露点温度としてその温度と相対湿度１００
％とから絶対湿度Ｂ（ｇ／ｍ³ ）を求め、その差（Ａ−
Ｂ）を結露量とする。この値は、試料Ｗに付着した現実
の結露量の絶対値（ｇ）又は（ｇ／ｍ² ）ではないが、
これにほぼ比例した値であるため、これを結露量制御に
用いることができる。但し、予め比例定数や対応関係曲
線を計算部１３ｄに入力しておき、計算部で結露量の絶
対値を算出できるようにしておいてもよい。

【００２５】結露量センサ１８は、同図（ｂ）に示す如
く、例えばくし型電極基板１８ａ、その電流値を変換す
るＡ／Ｄ変換部１８ｂ等によって構成される。結露は電
極間に付着し、電極間にその量に対応したリーク電流が
流れる。このセンサ１８を用いる場合には、結露量計算
部１３ｄに、結露量の絶対値とリーク電流との対応関係
を予め入力しておく。

【００２６】結露量計算部１３ｄで計算された値は、比
較出力部１３ｃに送られる。結露量設定値１３ｂでは、
結露量の相対値又は絶対値等の計算部の計算に対応した
値が設定されている。そして、図１の場合と同様に両者
を比較して結露量を制御することができる。図２のよう
な結露量検出方法を用いる場合でも、図１の場合と同じ
本発明の作用効果が得られる。

【００２７】

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、加湿手段に
加えて被試験物を冷却する冷却手段を備えた環境試験装
置において、被試験物の結露の状態を検出する検出手段
と制御手段とを設け、検出した結露の状態が目的とする
結露の状態になるように加湿手段の加湿能力又は冷却手
段の冷却能力のうちの少なくとも一方を制御するので、
被試験物の任意の結露状態を、精度良く目的とする時間
だけ持続させたり繰り返し再現することができる。その
結果、目的に合った種々の結露試験を精度良く行うこと
ができる。

【００２８】電子部品や電子材料等においては、水分が
その電気絶縁性を低下させる大きな要因になる。上記の
ように被試験物に精度良く任意の結露量を付与できれ
ば、絶縁劣化の状態を試験するための必要な水分を適切
に供給することができる。その結果、多数の被試験物に
対して同じ程度の水分を再現して与えたり、１つの被試
験物に繰り返し同じ水分又は予め定められた異なった量
の水分を与えることにより、電子部品等の電気絶縁性の
寿命評価を精度良く行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した環境試験装置の一例を示す説
明図である。

【図２】本発明を適用した環境試験装置の他の例を示
し、（ａ）は全体の説明図、（ｂ）は結露量センサの説
明図である。

【符号の説明】

１ 試験室 ３ 加湿器（加湿手段） ７ 温度センサ（検出手段） ８ 湿度センサ（検出手段） ９ 冷却器（冷却手段） １０ テレビ撮影装置（検出手段） １２ 湿度調節器（制御手段） １２ｂ 出力値運転部（制御手段） １３ 結露制御器（制御手段） １４ 冷却器制御器（制御手段） １４ｂ 出力値運転部（制御手段） １７ 試料温度センサ（検出手段） １８ 結露量センサ（検出手段） Ｗ 試料（被試験物）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被試験物の入れられる試験室に送られる
   空気を加湿する加湿手段と前記被試験物を冷却する冷却
   手段とを備えていて被試験物に結露させることのできる
   環境試験装置において、 前記結露の状態を検出する検出手段と、該検出手段で検
   出した結露の状態が目的とする結露の状態になるように
   前記加湿手段の加湿能力又は前記冷却手段の冷却能力の
   うちの少なくとも一方を制御する制御手段と、を有する
   ことを特徴とする環境試験装置。