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図面 (11)

課題

装置構成を単純にした簡易な構成で被処理物に対する均一な加熱と冷却を行う。

解決手段

収容した供試体65(被処理物)を加熱もしくは冷却するためのガスを導入させるガス吹込みパイプ63(ガス導入手段)と、導入されたガスを排出させる排気口64(ガス排気手段)と、を備えた閉構造の冷熱槽10であって、ガス吹込みパイプ63は、導入されたガスが冷熱槽10の内壁と供試体65との間を流れるように、ガスを噴出させる複数の給気孔を並べて設け、排気口64は、ガス吹込みパイプ63によるガスの導入方向とガスの排出方向との角度が90°〜180°となるよう設ける。そして、排気口を、ガス吹込みパイプ63によるガスの導入方向から見て、ガス吹込みパイプ63を囲むように、冷熱槽10の内壁に分散して配置する。

概要

背景

試験槽内試供体加熱冷却試験を行う加熱冷却試験装置に関する従来技術が特許文献1(特開2008−232974号公報)及び特許文献2(特開昭50−114354号公報)に記載されている。特許文献1においては、電子部品冷熱試験装置が開示されている。

図8に示されるように、特許文献1の冷熱試験装置800は、試験槽801、高温槽802、及び低温槽803の3つの槽から構成され、試験槽801と他の槽(高温槽802、低温槽803)との間のダンバ開閉することにより高温槽802または低温槽803の気体を試験槽801に導入して、試験槽801内の供試基板804を加熱・冷却する仕組みである。

また、特許文献2においては、図9に示されるように、加熱体としてのバーナ92を内部に備えた炉体91を断面大略円形状に構成するとともに、吸入口914とノズル913からなる雰囲気ガス供給口、及び、雰囲気ガス出口97を備え、雰囲気ガス供給口を雰囲気ガス発生源に連通する一方、雰囲気ガス排出口97に循環ポンプ99を介して連通し、かつ、ガス供給口を、当該ガス供給口からの雰囲気ガスが炉体内壁に沿って噴出するよう開口された構成の雰囲気ガス使用連続浸炭炉が記載されている。

この雰囲気ガス使用連続浸炭炉においては、炉体91内部にバーナ92が突出しており、下部に架設したレール93上に処理材95を搭載したトレイ94が載置される。そして、炉体91の上方側部及びレール93より下方側部にはガス供給口96、ガス排出口97が穿設され、この供給口96と排出口97とは分岐部98、循環ポンプ99、ストレーナ910を介してパイプ911で連通し、炉体91内とで循環路を形成している。また、分岐部98にはパイプ912が接続され図示しない雰囲気ガス発生機に連通している。ガス供給口96には炉体91の内部と連通し、吸入孔914を有するノズル913を備え、かつノズル913はその噴出する雰囲気ガスが炉体91の内壁に沿って循環するように指向している。

このような構成において、まず雰囲気ガス発生源から雰囲気ガスを炉体91の内部に供給した後、循環ポンプ99を作動させるとともにバーナ92により炉体91の内部を加熱すると、ガス供給口96に取り付けられたノズル913からバーナ92により加熱された炉内の雰囲気ガスと新しい雰囲気ガスとの混合ガスが炉体91の内壁に沿って流れながら、一部は再度排出口97から排出され、他は加熱による浮上力とノズル913からのガス噴出にともなう吸引力により上昇し、炉体91の内壁を循環しながらバーナ92により所定温度に加熱される。

この加熱された雰囲気ガスは上述のように大半は炉体91の内壁を、一部は循環ポンプ99を介して循環するため、炉内壁をほぼ均一な温度とする。また、輻射面湾曲しているので炉内壁からの輻射熱はすべて炉体91の中心部(処理材95)に集中し、炉内温度の均一化と相俟って処理材95を均一温度に保持することになる。

このようにして、図9に示す雰囲気ガス使用連続浸炭炉においては、炉内温度の均一性保障される。

概要

装置構成を単純にした簡易な構成で被処理物に対する均一な加熱と冷却を行う。収容した供試体65(被処理物)を加熱もしくは冷却するためのガスを導入させるガス吹込みパイプ63(ガス導入手段)と、導入されたガスを排出させる排気口64(ガス排気手段)と、を備えた閉構造の冷熱槽10であって、ガス吹込みパイプ63は、導入されたガスが冷熱槽10の内壁と供試体65との間を流れるように、ガスを噴出させる複数の給気孔を並べて設け、排気口64は、ガス吹込みパイプ63によるガスの導入方向とガスの排出方向との角度が90°〜180°となるよう設ける。そして、排気口を、ガス吹込みパイプ63によるガスの導入方向から見て、ガス吹込みパイプ63を囲むように、冷熱槽10の内壁に分散して配置する。

目的

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、簡易な構成で、供試体を迅速かつ均一に加熱および冷却することを可能とする冷熱槽及び冷熱装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

槽内に収容した被処理物を加熱もしくは冷却するためのガスを導入させるガス導入手段と、導入されたガスを排出させるためのガス排気手段と、を備えた閉構造の冷熱槽であって、前記ガス導入手段は、導入されたガスが、前記冷熱槽の内壁と前記被処理物との間を流れるように、前記ガスを導入させ、前記ガス排気手段は、前記ガス導入手段によるガスの導入方向とガスの排出方向との角度が90°〜180°となる分散配置された排気口を備え、前記排気口を、前記ガス導入手段によるガスの導入方向から見て、前記ガス導入手段を囲むように、前記冷熱槽の内壁に配置した冷熱槽。

請求項2

前記排気口を、前記ガスの導入方向に沿って位置する前記冷熱槽の各内壁に、または前記ガス導入方向と反対方向の内壁に、前記ガス導入手段を囲むように配置した請求項1記載の冷熱槽。

請求項3

前記排気口の形状は、スリット状または複数の微小孔集合体である請求項1または請求項2記載の冷熱槽。

請求項4

前記ガス導入手段は、槽内の対向する内壁の一方の内壁から他方の内壁に向かってガスが噴出されるよう、ガスを導入させる請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の冷熱槽。

請求項5

前記ガス導入手段は、槽内の対向する内壁の各々に向かってガスが噴出されるよう、ガスを導入させる請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の冷熱槽。

請求項6

前記ガス導入手段は、前記ガスを噴出させる複数の給気孔が並べて設けられた、冷熱槽の一方の内壁から対面する内壁に向けて配置されたパイプを備えている、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の冷熱槽。

請求項7

前記冷熱槽は、リフロー装置用の槽であり、前記被処理物としてプリント基板を収容する、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の冷熱槽。

請求項8

前記冷熱槽は、加熱または冷却したときの試験体の性能を検査し、あるいは冷熱サイクルにおける試験体の耐久性能を検査する冷熱試験装置用の槽であり、前記被処理物として試験体を収容する、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の冷熱槽。

請求項9

請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の冷熱槽と、常温の第1ガスが流れる第1ガス流路と、前記第1ガスより低温の第2ガスが流れる第2ガス流路と、前記第1ガス流路と前記第2ガス流路とが合流した第3ガス流路と、前記第1ガス流路に設けられ前記第1ガス流路から前記第3ガス流路への第1ガスの流れを制御する第1開閉バルブと、前記第2ガス流路に設けられ前記第2ガス流路から前記第3ガス流路への第2ガスの流れを制御する第2開閉バルブと、前記第3ガス流路に設けられ、前記第3ガス流路に流れるガスを加熱する加熱手段と、前記被処理物の温度制御時に前記第1開閉バルブと前記第2開閉バルブの少なくとも一方を開放するバルブ制御手段と、を含む冷熱装置であって、前記冷熱槽のガス導入手段は、前記第3ガス流路に接続され、前記加熱手段で加熱された前記第1ガス及び前記第2ガスを導入する、冷熱装置。

技術分野

0001

本発明は、冷熱槽及び冷熱装置係り、特に、電子部品等の供試体熱疲労試験を行う冷熱試験装置に設けられる試験槽、及びプリント基板はんだ付けを行うリフロー装置に設けられる処理容器として用いられる冷熱槽及び冷熱装置に関するものである。

背景技術

0002

試験槽内試供体加熱冷却試験を行う加熱冷却試験装置に関する従来技術が特許文献1(特開2008−232974号公報)及び特許文献2(特開昭50−114354号公報)に記載されている。特許文献1においては、電子部品の冷熱試験装置が開示されている。

0003

図8に示されるように、特許文献1の冷熱試験装置800は、試験槽801、高温槽802、及び低温槽803の3つの槽から構成され、試験槽801と他の槽(高温槽802、低温槽803)との間のダンバ開閉することにより高温槽802または低温槽803の気体を試験槽801に導入して、試験槽801内の供試基板804を加熱・冷却する仕組みである。

0004

また、特許文献2においては、図9に示されるように、加熱体としてのバーナ92を内部に備えた炉体91を断面大略円形状に構成するとともに、吸入口914とノズル913からなる雰囲気ガス供給口、及び、雰囲気ガス出口97を備え、雰囲気ガス供給口を雰囲気ガス発生源に連通する一方、雰囲気ガス排出口97に循環ポンプ99を介して連通し、かつ、ガス供給口を、当該ガス供給口からの雰囲気ガスが炉体内壁に沿って噴出するよう開口された構成の雰囲気ガス使用連続浸炭炉が記載されている。

0005

この雰囲気ガス使用連続浸炭炉においては、炉体91内部にバーナ92が突出しており、下部に架設したレール93上に処理材95を搭載したトレイ94が載置される。そして、炉体91の上方側部及びレール93より下方側部にはガス供給口96、ガス排出口97が穿設され、この供給口96と排出口97とは分岐部98、循環ポンプ99、ストレーナ910を介してパイプ911で連通し、炉体91内とで循環路を形成している。また、分岐部98にはパイプ912が接続され図示しない雰囲気ガス発生機に連通している。ガス供給口96には炉体91の内部と連通し、吸入孔914を有するノズル913を備え、かつノズル913はその噴出する雰囲気ガスが炉体91の内壁に沿って循環するように指向している。

0006

このような構成において、まず雰囲気ガス発生源から雰囲気ガスを炉体91の内部に供給した後、循環ポンプ99を作動させるとともにバーナ92により炉体91の内部を加熱すると、ガス供給口96に取り付けられたノズル913からバーナ92により加熱された炉内の雰囲気ガスと新しい雰囲気ガスとの混合ガスが炉体91の内壁に沿って流れながら、一部は再度排出口97から排出され、他は加熱による浮上力とノズル913からのガス噴出にともなう吸引力により上昇し、炉体91の内壁を循環しながらバーナ92により所定温度に加熱される。

0007

この加熱された雰囲気ガスは上述のように大半は炉体91の内壁を、一部は循環ポンプ99を介して循環するため、炉内壁をほぼ均一な温度とする。また、輻射面湾曲しているので炉内壁からの輻射熱はすべて炉体91の中心部(処理材95)に集中し、炉内温度の均一化と相俟って処理材95を均一温度に保持することになる。

0008

このようにして、図9に示す雰囲気ガス使用連続浸炭炉においては、炉内温度の均一性保障される。

先行技術

0009

特開2008−232974号公報
特開昭50−114354号公報

発明が解決しようとする課題

0010

しかしながら、上記の特許文献1に記載の装置は、各槽の熱容量が大きいため、加熱・冷却を迅速に行うことができない。例えば、1サイクルの加熱・冷却に60分を要する。また、試験槽801に収容する供試体の量や配置により、加熱・冷却速度に差が生じて試験条件を一定とすることができない。また、試供材全体を均一に加熱・冷却することができないとの問題がある。

0011

また、上記の特許文献2の雰囲気ガス使用連続浸炭炉においては、ガスを加熱するバーナ92を、雰囲気ガス供給口と雰囲気ガス排出口97とが設けられた炉内の反対側に設け、バーナ92で加熱され循環するガスと、雰囲気ガス供給口からの新たな雰囲気ガスとを混合させて炉内を循環されている。そのため、炉内の加熱を迅速に行うことができないとともに、新たな雰囲気ガスが導入される雰囲気ガス供給口付近におけるガス温度と、バーナ92付近のガス温度とに差が生じてしまう。その結果、バーナ92付近では処理材95は、他の場所よりも高い温度が供給される状態が続くこととなり、処理材95に対する均一加熱を迅速且つ効率的に行うことができない。また、炉内にバーナ92を設けた構成となっており、装置規模が大きくなってしまう。

0012

上述したように、特許文献1,2の技術では、供試体を迅速かつ均一に加熱することができない。

0013

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、簡易な構成で、供試体を迅速かつ均一に加熱および冷却することを可能とする冷熱槽及び冷熱装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0014

上記の目的を達成するため、本発明の冷熱槽は、槽内に収容した被処理物を加熱もしくは冷却するためのガスを導入させるガス導入手段と、導入されたガスを排出させるためのガス排気手段と、を備えた閉構造の冷熱槽であって、前記ガス導入手段は、導入されたガスが、前記冷熱槽の内壁と前記被処理物との間を流れるように、前記ガスを導入させ、前記ガス排気手段は、前記ガス導入手段によるガスの導入方向とガスの排出方向との角度が90°〜180°となる分散配置された排気口を備え、前記排気口を、前記ガス導入手段によるガスの導入方向から見て、前記ガス導入手段を囲むように、前記冷熱槽の内壁に配置したことを特徴とする。

0015

また、前記排気口を、前記ガスの導入方向に沿って位置する前記冷熱槽の各内壁に、または前記ガス導入方向と反対方向の内壁に、前記ガス導入手段を囲むように配置したことを特徴とする。

0016

また、前記排気口の形状は、スリット状または複数の微小孔集合体である、ことを特徴とする。

0017

また、前記ガス導入手段は、槽内の対向する内壁の一方の内壁から他方の内壁に向かってガスが噴出されるよう、ガスを導入させることを特徴とする。

0018

また、前記ガス導入手段は、槽内の対向する内壁の各々に向かってガスが噴出されるよう、ガスを導入させることを特徴とする。

0019

前記ガス導入手段は、前記ガスを噴出させる複数の給気孔が並べて設けられた、冷熱槽の一方の内壁から対面する内壁に向けて配置されたパイプを備えている、ことを特徴とする。

0020

また、前記冷熱槽は、リフロー装置用の槽であり、前記被処理物としてプリント基板を収容する、ことを特徴とする。

0021

また、前記冷熱槽は、加熱または冷却したときの試験体の性能を検査し、あるいは冷熱サイクルにおける試験体の耐久性能を検査する冷熱試験装置用の槽であり、前記被処理物として試験体を収容する、ことを特徴とする。

0022

また、本発明の冷熱装置は、上記の冷熱槽と、常温の第1ガスが流れる第1ガス流路と、前記第1ガスより低温の第2ガスが流れる第2ガス流路と、前記第1ガス流路と前記第2ガス流路とが合流した第3ガス流路と、前記第1ガス流路に設けられ前記第1ガス流路から前記第3ガス流路への第1ガスの流れを制御する第1開閉バルブと、前記第2ガス流路に設けられ前記第2ガス流路から前記第3ガス流路への第2ガスの流れを制御する第2開閉バルブと、前記第3ガス流路に設けられ、前記第3ガス流路に流れるガスを加熱する加熱手段と、前記被処理物の温度制御時に前記第1開閉バルブと前記第2開閉バルブの少なくとも一方を開放するバルブ制御手段と、を含む冷熱装置であって、前記ガス導入手段は、前記第3ガス流路に接続され、前記加熱手段で加熱された前記第1ガス及び前記第2ガスを導入する、ことを特徴とする。

0023

上述した本発明の冷熱槽では、ガス導入手段により、槽内に収容した被処理物を加熱もしくは冷却するためのガスが、冷熱槽の内壁と被処理物との間を流れるように導入され、導入されたガスは、ガス排気手段に設けられた、ガス導入手段によるガスの導入方向とガスの排出方向との角度が90°〜180°となる分散配置された排気口から排出される構成となっており、さらに、排気口は、ガス導入手段によるガスの導入方向から見て、ガス導入手段を囲むように、冷熱槽の内壁に分散配置された構成となっている。このような構成とすることにより、ガス導入手段により槽内に導入され、冷熱槽の例えば上側の内壁と被処理物との間を流れてきたガスは、槽内の内壁で反転し、冷熱槽の下側の内壁と被処理物との間を流れて排気口から排出されるので、ガスは、槽内を循環して被処理物の全体を包むようにして流れることとなる。

発明の効果

0024

本発明によれば、ガスが、槽内を循環して被処理物の全体を包むようにして流れることとなり、槽内に配置された被処理物の全体を均一に加熱・冷却することができ、これにより、装置構成を単純にした簡易な構成で、被処理物に対する均一な加熱と冷却を行うことが可能となる。

図面の簡単な説明

0025

実施の形態に係る冷熱槽を備えた冷熱装置の構成を模式的に示す図である。
図1Aにおける冷熱装置の内部構成を模式的に示す図である。
実施の形態に係る冷熱槽の第1の構成を模式的に示す図である。
実施の形態に係る冷熱槽の第2の構成を模式的に示す図である。
実施の形態に係る冷熱槽の第3の構成を模式的に示す図である。
実施の形態に係る冷熱槽の第4の構成を模式的に示す図である。
排気口が不適切に配置された冷熱槽の構成を模式的に示す図である。
実施の形態に係る冷熱槽の内部構成を示す図である。
従来の冷熱試験装置の構成を模式的に示す図である。
従来の雰囲気ガス使用連続浸炭炉の構成を模式的に示す図である。

実施例

0026

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図1Aは、本発明の実施の形態に係る冷熱槽10を備えた冷熱装置100の構成を模式的に示し、図1Bは、図1Aにおける冷熱槽10の「A−A」における断面での構成を示している。

0027

図1Aに示す冷熱装置100は、冷熱槽10に温度制御されたガス(以下、温調ガスともいう)を供給して、当該冷熱槽10内に載置された被処理物(以下、供試体ともいう)に対する冷熱負荷を行うものである。

0028

冷熱槽10には、供試体を加熱または冷却するためのガスを冷熱槽10内に給気するためのガス導入手段と、ガスを冷熱槽10外に排出するためのガス排気手段とが設けられており、閉構造となっている。また、図1Bに示すように、冷熱槽10内には供試体が置かれる。

0029

このような冷熱槽10において、ガス導入手段は、冷熱槽10内にガスを給気する。特に、図1Bに示すように、本ガス導入手段は、冷熱槽10内の対向する内壁の一方の内壁から他方の内壁に向かってガスが噴出され、冷熱槽10の内壁と冷熱槽10内に置かれた供試体との間を流れるようにガスを導入させる。

0030

また、ガス排気手段は、ガス導入手段によるガスの導入方向とガスの排出方向との角度が90°となる排気口を備え、この排気口を、ガス導入手段によるガスの導入方向から見て、ガス導入手段を囲むように、冷熱槽10の内壁に分散配置している。

0031

このような構成とすることにより、ガス導入手段により槽内に導入され、冷熱槽10の左側面の内壁と供試体との間を流れてきたガスは、槽内の上面の内壁で反転し、槽内を循環して冷熱槽の上下左右側の内壁と、供試体との間を流れて排気口から排出される。これにより、ガス導入手段により槽内に導入されたガスは供試体の全体を包むようにして流れることとなる。

0032

このように、本実施の形態の冷熱槽10によれば、加熱または冷却用のガスが、槽内を循環して供試体の全体を包むようにして流れることとなり、槽内に配置された供試体の全体を均一に加熱・冷却することができ、これにより、装置構成を単純にした簡易な構成で、供試体に対する均一な加熱と冷却を行うことが可能となる。

0033

なお、ガス排気手段は、ガス導入手段によるガスの導入方向とガスの排出方向との角度が90°〜180°となる排気口を備える構成とすることが望ましい。ガスの導入方向と排出方向との角度が90°より小さい場合には、ガスの導入方向と排出方向が近いため、導入したガスが槽内を巡回せずに、直ぐに排出されてしまうので、ガスを槽内に巡回させることができない。その結果、槽内に置かれた供試体を包み込むようにガスを流すことができず、供試体全体を、均一かつ迅速に加熱及び冷却することができない。

0034

なお、冷熱槽10の構成に関しては、以下の図2図5等に基づいて詳細に説明するように、種々の構成とすることができる。

0035

以下、図2図7を用いて、本実施の形態の冷熱槽の詳細について説明する。なお、図2において第1の実施の形態を、図3において第2の実施の形態を、図4において第3の実施の形態を、図5において第4の実施の形態を説明する。

0036

本実施の形態の冷熱槽は、収容した供試体を均一に加熱または冷却できる構成となっている。供試体としては電子基板等が例示されるが、このような電子基板等の供試体は、熱伝導率が各々異なる部品で構成されており、従来の高温ガスまたは低温ガスを供試体に直接吹き付ける技術では、全体を効率的に均一加熱または均一冷却することが困難であった。例えば、電子基板の全体を均一加熱または均一冷却するために、電子基板を高熱伝導の箔でその表面を覆い、一部に高温ガスまたは低温ガスを吹き付ける従来技術があるが、電子基板のサイズが大きい場合には、ガスが直接吹き付けられる個所と当該個所から離れた個所では温度差が生じてしまう。

0037

本実施の形態の冷熱槽は、例えば、従来技術のように、高熱伝導の箔で供試体の表面を覆う必要はなく、冷熱槽内に供試体をそのまま配置するだけで良い。

0038

<第1の実施の形態>
図2において、図2(A)では冷熱槽10aの側面側からの内部構成を示し、図2(B)では冷熱槽10aの正面側(ガス導入方向と反対の方向から見た場合)からの内部構成を示している。

0039

図2(A)に示すように、本冷熱槽10aは、断熱材61からなる容器で構成され、内壁の全面には、槽外に連通しない銅箔等の高熱伝導箔62が設けられている。なお、高熱伝導箔62が槽外に連通している場合には、高熱伝導箔62を介して熱が槽外に逃げてしまい、槽内の均熱性が低下する上、迅速な加熱ができない。

0040

また、図2(B)に示すように、ガス導入手段は、冷熱槽10aの一方の内壁から対面する内壁に向けて配されたガス吹込みパイプ63を備え、ガス吹込みパイプ63には、ガスを流入させる複数の給気孔が並べて設けられている。

0041

また、図2(A)に示すように、ガス吹込みパイプ63は冷熱槽10a内の一端部に配置され、ガス吹込みパイプ63の各給気孔からのガス吹き込み方向は冷熱槽10aの他端部に向かう方向となっている。なお、ここでは、ガス吹込みパイプ63は対面する内壁に達するように設けられている。

0042

そして、ガス導入手段としてのガス吹き込みパイプ63とガス排気手段としての排気口64とが設けられ、供試体65に対して温調ガスを供給し、供試体65を加熱または冷却する。なお、高熱伝導箔62の厚みは2mm以下が好適であり、0.05mm以下がより好適である。また、高熱伝導箔62としてアルミ箔を用いることでも良く、銅やアルミを主成分とした金属を用いることでも良い。銅箔は熱伝導率が高いため均熱性を高める効果がある。また、アルミ箔は熱伝導率が高い上、酸化しにくいため、より高温まで使用できる利点がある。

0043

また、図2(B)に示すように、本冷熱槽10aにおいては、ガス吹き込みパイプ63はヒータ4が配置された配管に接続されており、温度センサ11の冷熱槽10a内の温度測定結果に応じてヒータ制御部13により出力調整されたヒータ4で温調されたガスが、ガス吹き込みパイプ63に設けられた複数の細孔63aから吹き込まれる。

0044

なお、細孔63aの直径は3mm以下が好適であり、2mm以下がより好適である。また、ガス吹き込みパイプ63の内径は細孔63aの直径の2倍以上が好ましく、4倍以上がより好ましい。パイプ内径細孔径の比が大きいほど、各細孔から噴出されるガスの流量が均一になり、槽内も均熱化する効果が生じる。

0045

本冷熱槽10aでは、ガス吹き込みパイプ63は、図2(B)に示すように、冷熱槽10aの一方の内壁から対面する内壁に向けて配され、ガスを導入させる複数の細孔(給気孔)63aが並べて設けられ、図2(A)に示すように、冷熱槽10a内の一端部に配置されており、このガス吹き込みパイプ63の各細孔(給気孔)63aからのガス吹き込み方向は冷熱槽10a内の他端部に向かう方向となっている。また、ガス吹き込みパイプ63は、ヒータ4が接続された内壁に対面する内壁に達するように設けられている。

0046

そして、ガス排気手段としての排気口64は、ガス吹き込みパイプ63によるガスの噴出方向とガスの排出方向との角度が90°となるよう、ガスの噴出方向に沿って延びる冷熱槽10aの各内壁に、分散して配置されている。

0047

このようにガス吹き込みパイプ63と排気口64とを配置することにより、ガス吹き込みパイプ63における複数の細孔63aから噴出されたガスは、供試体65に直接遮られることなく、冷熱槽10aの内壁と供試体65との間に、供試体65と平行に噴出され、冷熱槽10aの高熱伝導箔62が設けられた内壁と供試体との間を循環して冷熱槽10a内を略一巡して排気口64から排出される。このようにガスを供試体65に直接吹き付けない構成とすることにより、ガスを供試体65に直接吹き付けることによりガスを供試体65に発生する温度分布の増大を防ぐことができる。

0048

また、ガス吹き込みパイプ63の高さ位置は、図2における上部とし、高さ方向の中央に配置した供試体65の上方に、ガスを、ガス吹き込みパイプ63の各細孔63からシャワー状に押し流し、冷熱槽10aの内壁で反転させて供試体65の下方にガスを反対方向に流して、排気口64から排出するようにする。なお、ガス吹き込みパイプ63の高さ位置は、図2における下部としても良い。

0049

このように本実施の形態では、排気口64の位置と形状により、槽内のガスの流れを制御している。そのため、排気口の配置は極めて重要な技術的特徴である。上述した排気口64の位置と形状とすることにより、ガスは槽内を速やかにかつ均一に巡回した後、速やかに排出される、との顕著な効果が得られる。

0050

また、本冷熱槽10aでは、断熱材61からなる内壁に高熱伝導箔62が設けられており、ガス吹き込みパイプ63の各細孔63から本冷熱槽10aの内壁に向かうガスにより、内壁全体を均一な温度に加熱・冷却できる。これは、高熱伝導箔62により、内壁の場所による温度差が自動的に解消されるためである。また、断熱材61は、高熱伝導箔62から槽外に熱が逃げることを防止するので、高熱伝導箔62を少量の熱量で迅速に加熱・冷却することができる、との顕著な効果が得られる。さらに、内壁の温度の均一化に伴い、槽内を流れるガスの温度も均一になる。このことにより、供試体65を均一温度のガス流で包み込むように加熱・冷却することができ、供試体65全体を均一に加熱・冷却することができる。

0051

このように、本冷熱槽10aでは、槽の内壁面に銅箔等の高熱伝導箔62を設け、外側に断熱材を配し、ヒータ4により温調したガスを、ヒータ4の先端に取り付けたガス吹き込みパイプ63の各細孔63から槽内にシャワー状に噴出させ、供試体65をガスシャワーで包み込むようにガスを流したのち、速やかに排気口64からガスを槽外へ排出する。

0052

このように、均一温度のガスシャワーで供試体65を包み込むようにガスを流すことにより、供試体65全体に迅速且つ均一にガスの熱が伝達され、供試体65全体を迅速且つ均一に加熱または冷却することができる。また、熱交換により温度が変化したガスは排気口64から速やかに排出されるので、常に温調されたばかりの導入ガスによる熱交換が連続して行われることとなり、供試体65への熱伝達を効率よく迅速に行うことができる。

0053

また、排気口64を、槽内のガス吹き込みパイプ63と同じ側に、スリット状または複数の微小孔の集合体の形状として、槽の外周部に設置することにより、ガス吹き込みパイプ63の各細孔63から噴出されたガスが槽内を反転して供試体65を包むように流れたのちに排気口64から速やかに排出させることができる。

0054

なお、スリットとは細長い隙間という意味であり、スリット幅が大きすぎると、外気入り込んで、槽内の均熱性が保たれない。そのため、排出口64のスリットの幅は3mm以下とする。より好適には、排出口64のスリットの幅は2mm以下であることが望まれる。

0055

また、ガス吹き込みパイプ63の各細孔63から噴出されたガスは放射状に広がりながら流れるので、槽壁や供試体65に衝突して熱交換しながら流れる。特に、凹凸がある供試体65の周辺では、局所的に乱れ渦状の流れが発生するため、ガスと供試体65との間で円滑に熱交換が行われる。

0056

また、槽の内壁面付近では、ガスと銅箔等の高熱伝導箔62との間で熱交換が生じるが、高熱伝導箔62により槽内全体の温度分布が補正されて均一化されるため、流れるガスの温度分布が均一になるように槽内壁面での熱交換が生じる。

0057

また、高熱伝導箔62は熱容量が小さいうえに、槽外への放熱が断熱材61により遮断されているので、高熱伝導箔62の温度を均熱化させるのに必要な熱量は小さく、速やかに均熱化させることができる。

0058

また、本冷熱槽10aでは、排気口64は、槽内のガスを速やか且つ均一に排出させるために槽の外周部全体に均等に配置している。排気口64を槽の外周部の一部に偏って配置した場合、排気口64に向かうガスの流れが強く生じ、ガスの流れに偏りができてしまうが、本冷熱槽10aでは、このような問題を回避することができる。

0059

また、排気口64の面積が大きすぎると、排気口64から外気が導入されて、槽内におけるガス温度の均熱性が阻害される恐れがある。そのため、通常の1つに集約した排気口では十分な均熱性が保たれない。本冷熱槽10aでは、排気口64は、幅の細いスリット状で槽の外周部全体に均等に配置しており、このような問題を回避している。

0060

なお、スリットの幅は、排気口64から適度な圧力でガスの排出がなされることで外気の侵入を防ぐように設定することが望ましい。また、スリットは、その幅や配置を調整することで、容易に外気の侵入を防ぐことができるメリットがある。ただし、外気の侵入を防ぐ他の構成として、微細な穴を多数分散させて排気孔とすることもできる。

0061

<第2の実施の形態>
次に、図3に示す冷熱槽10bの説明を行う。図3において、図3(A)では冷熱槽10bの上面側から見た構成を示し、図3(B)では冷熱槽10bの側面側からの内部構成を示している。

0062

図3(A)及び図3(B)に示すように、ガスの噴出方向(給気方向と同じ)に沿って延びる冷熱槽10bの上面を含む各面(上下、左右)には、スリット状の排気口としての図2における冷熱槽10aと同様の排気スリット64aが均等に配置されている。

0063

また、図3(B)に示すように、本冷熱槽10bは、図2における冷熱槽10aと同様のガス吹き込みパイプ63によるガスの噴出方向の先に存在する内壁に、図2における冷熱槽10aと同様の高熱伝導箔62が設けられ、供試体65aに対して温調ガスを供給し、供試体65aを加熱または冷却する。

0064

ガス導入方向に対向する壁面にはガスが直接当たり、最も温度差が生じ易いので、少なくとも、この面の内壁には高熱伝導箔62の設置が望ましい。これにより、必要最小限の構成で、効率良く槽内の均熱性を向上させることができる。

0065

図3における冷熱槽10bでは、排気スリット64aは、ガスの噴出方向(給気方向)に沿って延びる各面(上下、左右)に均等に分散して配置されている。このような構成により、図2における冷熱槽10aと同様にして、ガス吹き込みパイプ63から供試体65aに直接吹き付けることなく噴出されたガスを、槽内壁に沿って槽内を略一巡するように循環させることができ、供試体65aを包み込むようにガスを供給することができる。

0066

<第3の実施の形態>
次に、図4に示す冷熱槽10cの説明を行う。図4においては、図2の冷熱槽10aにおける排気口を構成する排気スリットと同様の排気スリット64bが、ガス吹き込みパイプ63によるガスの噴出方向と反対方向に存在する壁面に、ガスの噴出方向から見てガス吹き込みパイプ63を囲むように、均等に分散して配置された構成となっている。これにより、排気スリット64bからのガスの排出方向は、ガス吹き込みパイプ63からのガスの噴射方向と180度の方向となる。

0067

このような構成により、図2及び図3における冷熱槽10a,10bと同様にして、ガス吹き込みパイプ63(給気パイプ)の給気穴(細孔)から、供試体65aに直接吹き付けることなく噴出された温調ガスを、槽の内壁と供試体65aとの間に、槽内を略一巡するように循環させることができ、供試体65aを包み込むようにガスを供給することができる。

0068

<第4の実施の形態>
次に、図5に示す冷熱槽10dの説明を行う。図5において、図5(A)では冷熱槽10dの上面側から見た構成を示し、図5(B)では冷熱槽10dの側面側からの内部構成を示している。

0069

図5においては、対向する内壁の各々に向かってガスを噴出するように、一方向に並んだ複数の給気口(細孔)を両側に備えたガス吹き込みパイプ63bが、槽内の下部におけるガス噴出方向の中央部分に設けられ、また、図2の冷熱槽10aにおける排気口を構成する排気スリットと同様の排気スリット64cが、ガス吹き込みパイプ63bが設けられた位置に合わせて、ガス吹き込みパイプ63bを囲むように、ガスの噴出方向に沿って延びる各壁面に均等に分散して配置された構成となっている。

0070

このような配置とすることにより、排気スリット64cからのガスの排出方向は、ガス吹き込みパイプ63bからのガスの噴射方向と90度の方向となる。なお、ガス吹き込みパイプ63bの両側の細孔からのガスの噴射方向に対向する槽の内壁の各々には、図2の冷熱槽10aと同様の高熱伝導箔62が設けられている。

0071

このような構成により、図2図4における冷熱槽10a,10b,10cと同様にして、ガス吹き込みパイプ63bの両側の各細孔から噴出(給気)されたガスを、供試体65aに直接吹き付けることなく、槽の内壁と供試体65aとの間に、槽内を略一巡するように循環させることにより、供試体65aを包み込むようにガスを供給することができる。

0072

なお、パイプ63bの冷熱槽10d内における上下方向の位置は、供試体65aと下の内壁との中間付近が望ましい。もしパイプ63bを内壁に近い位置に配置した場合には内壁近くに多くガスが流れるため、供試体65a付近のガスが少なくなり、迅速な加熱・冷却ができない。また、供試体65aに凹凸がある場合には、最も出張った部位の付近にガス流の中心がくるようにパイプ63bを配置することにより、供試体65aをより迅速に加熱・冷却できる効果が得られる。

0073

また、ガス吹き込みパイプ63bを、槽内の下部ではなく、上部におけるガス噴出方向の中央部分に設けることも可能である。しかしながら、ガス吹き込みパイプ63bを槽内の下部に設けた構成とすることにより、例えば、槽の上蓋を外して上部から容易に供試体65aを交換することができるとの効果が得られる。

0074

このように、ガス導入手段により、槽内に収容した供試体を加熱もしくは冷却するためのガスを、冷熱槽の内壁と供試体との間を流れるように導入し、導入されたガスを排出するガス排気手段に、ガス導入手段によるガスの導入方向とガスの排出方向との角度が90°〜180°となる排気口を、ガス導入手段によるガスの導入方向から見て、ガス導入手段を囲むように、槽の内壁に分散配置した構成とすることにより、導入されたガスが、冷熱槽の内壁と供試体との間を流れて排気口から排出されるので、ガスは、槽内を循環して供試体の全体を包むようにして流れることとなり、槽内に配置された供試体の全体を均一に加熱・冷却することができる。

0075

これに対して、図6(a)〜(f)の各々に示すように、ガス吹き込みパイプの配置位置に対して、排気口が不適切な位置に配置された場合、すなわち、排気口によるガスの排出方向が、ガス吹き込むパイプによるガス導入方向と90°〜180°となるように分散配置しておらず、また、排気口を、ガス吹き込むパイプによるガス導入方向から見て、ガス吹き込むパイプを囲むように分散配置していない場合には、ガス吹き込みパイプから導入されたガスを、供試体を包み込みように槽内を循環させることができない。

0076

例えば、図6(a)及び図6(b)では、排気口からのガスの排出方向が、ガス吹き込みパイプからのガス導入方向に対して0°となっている。そのため、ガス吹き込みパイプから導入されたガスは、供試体を包み込みように槽内を循環することなく、排気口から排出されてしまう。その結果、供試体及び槽内を均一に加熱・冷却することができない。

0077

また、図6(c)及び図6(d)では、排気口は1個所のみに設けられており、ガス吹き込みパイプから導入されたガスは、1個所の排気口に向かって流れるため、ガスの流れに偏りができる。そのため、槽内にガスが流れない部分ができ、供試体の全体を包むようには流れない。例えば、図6(c)に示す構成では、パイプから導入されたガスは、供試体の左側面側に流れず、また、図6(d)に示す構成では、パイプから導入されたガスは、図面における供試体の手前側と奥側に流れず、供試体の全体を包むように槽内を循環することなく、排気口から排出されてしまう。その結果、供試体及び槽内を均一に加熱・冷却することができない。

0078

また、図6(e)及び図6(f)では、排気口は、ガス吹き込みパイプからのガス導入方向から見て、ガス吹き込みパイプを囲むように配置されていない。そのため、ガス吹き込みパイプから導入されたガスは、供試体を包み込みように槽内を循環することなく、排気口から直ちに排出されてしまい、その結果、供試体及び槽内を均一に加熱・冷却することができない。

0079

図7においては、図2における冷熱槽10a内に供試基板を載置した構成を示しており、ガス吹き込みパイプ63bの各細孔から温調エアーを導入することにより、12分のサイクルで高温状態冷温状態を繰り返すことができた。

0080

上述の第1〜第4の実施の形態の冷熱槽10a〜10dの各々は、冷熱試験装置に用いることができる。このような本発明に係る冷熱槽を用いた冷熱試験装置では、プリント基板、電子部品、熱疲労試験片などを供試体(試験体)として収容した冷熱槽10a〜10d内において迅速かつ均一に加熱または冷却して試験体の性能を迅速かつ高精度に検査し、あるいは冷熱サイクルにおける試験体の耐久性能を迅速かつ高精度に検査することができる。

0081

また、上述の第1〜第4の実施の形態の冷熱槽10a〜10dとして示した各々の槽は、プリント基板のリフロー装置に用いることができる。リフロー装置は、冷熱槽10a〜10dと同様の構成とした槽を用い、槽内に収容したプリント基板を加熱してはんだ付けを行う。このような本発明に係る冷熱槽を用いたリフロー装置では、温度を均一かつ迅速に制御できるため、はんだ付けの信頼性を高めることができる上、生産性も向上できる。

0082

次に、図1Aを用いて、このような特徴的な構成の冷熱槽を備えた冷熱装置100の詳細を説明する。

0083

図1Aに示す冷熱装置100は、配管10,20,30、本発明に係る加熱手段としてのヒータ4、開閉バルブ6,7(以下、第1開閉バルブ6、第2開閉バルブ7ともいう)、ドライヤ8、冷凍機9、温度センサ11、及び、温調器12からなり、本発明に係る冷熱槽10に温調ガスを供給して、当該冷熱槽10内に載置された供試体に対する冷熱負荷試験を行うものである。

0084

なお、ドライヤ8は、圧縮ガスの水分を除去するものであり、冷凍機9は、水分が除去された圧縮ガスを冷却するものである。

0085

配管10には、日本工業規格(JISZ8703)において20℃±15℃(5−35℃)の範囲として規定された特別に加熱も冷却もされない常温相当の圧縮ガス(以下、第1ガスともいう)が流れる第1ガス流路1が形成され、配管20には、ドライヤ8により水分が除去され冷凍機9により冷却された、第1ガスより低温の第2ガスが流れる第2ガス流路2が形成され、配管30には、第1ガス流路1と第2ガス流路2とが合流した第3ガス流路3が形成されている。

0086

第1開閉バルブ6は、配管10に設けられ、開閉により、配管10で形成された第1ガス流路1から配管30で形成された第3ガス流路3への第1ガスの流れを制御し、第2開閉バルブ7は、配管20に設けられ、開閉により、配管20で形成された第2ガス流路2から配管30で形成された第3ガス流路3への第2ガスの流れを制御するためのものである。

0087

温調器12は、プログラム温度コントローラ等で構成され、プログラムされた処理を実行する機能として、温度センサ11による温度測定結果及び目標のプログラム温度に応じてヒータ4の出力(発熱量)を制御するヒータ制御部13、及び、目標の温度波形に応じて、第1,第2開閉バルブ6,7の開閉を制御するバルブ制御部14を備えている。なお、温度センサ11は、冷熱槽10内に設置された図示していない供試体自体の温度、または冷熱槽10内における雰囲気温度を測定するが、温度センサにより、ヒータ4により加熱され第3ガス流路3に流れるガスの温度を測定する構成とすることも可能である。

0088

また、冷熱槽10は、迅速且つ均一に槽内温度を制御できると共に、供試体と槽内温度の差が極めて小さいので、槽内で雰囲気温度を温度センサで検知してヒータの出力制御を行うだけで、供試体の温度を制御することができる。

0089

ヒータ4は、第3ガス流路3を形成する配管30内に設けられ、ヒータ制御部13の制御に基づいて、第1ガス流路1または第2ガス流路2から流入された第1ガスまたは第2ガスを瞬時に加熱する。

0090

ヒータ制御部13は、冷熱槽10内の加熱時に、槽内の雰囲気温度が目標の温度となるようにヒータ4でガスを加熱させ、冷熱槽10内の冷却時に、槽内の雰囲気温度が目標の低温となるようにヒータ4でガスを補助加熱させるように制御する。

0091

バルブ制御部14は、ヒータ4により加熱された第1ガスによる冷熱槽10内の加熱時またはヒータ4により補助加熱された第2ガスによる冷熱槽10内の冷却時に第1開閉バルブ6と第2開閉バルブ7の少なくとも一方を開放するように制御する。開放するバルブは、加熱時または冷却時における目標とする温度(以下、目標温度という)と冷熱速度により選択される。

0092

すなわち、本冷熱装置100では、第1、第2開閉バルブ6,7の開閉選択により、目標とする冷熱速度と温度域に応じた最適なガス経路を、プログラム温度コントローラなどを用いた単純な接点切り替え動作により選択することができる。また、ヒータ4は1系列の制御に1本であり、全てのガスがこのヒータ4のみにより温度制御することができるので、1本のヒータ4の出力制御をするだけで温度制御が可能になる。ただし、その際に制御可能な冷熱速度と温度域は、供給ガスの種類に依存するので、多様な温度域と冷熱速度との組み合わせに応じて最適な制御を行うには、第1、第2開閉バルブ6,7の開閉選択による供給ガスの選択が必要となる。従って、第1、第2開閉バルブ6,7の開閉選択によるガスの選択と、1本のヒータ4の出力制御とを組み合わせることにより、多様な冷熱条件下の最適な温度制御を行うことが可能となる。

0093

このように、本冷熱装置100では、目標とする冷熱速度と温度域に応じた第1、第2開閉バルブ6,7の開閉選択とヒータ4の制御の組み合わせという簡易な構成だけで、広範囲の冷熱条件が実現できるとの、従来技術の組み合わせからは到底予測できない顕著な効果が得られる。

0094

具体的には、本冷熱装置100では、常温の第1ガスをヒータ4で加熱することにより、例えば600℃の高温ガスを速く生成すると共に、冷凍機9で例えばマイナス80℃に冷却された第2ガスをヒータ4で加熱することにより、マイナス50℃の低温ガス(冷温ガス)を速く生成することができる。

0095

そして、例えば、低温域で緩やかに温度を上昇(昇温)させる場合は、第2開閉バルブ7を開き、第1開閉バルブ6を閉じる。また、低温域から常温付近で緩やかに昇温させる場合は、第2開閉バルブ7を開き、第1開閉バルブ6は閉じるもしくは開く。また、高温域で緩やかに昇温させる場合、あるいは、高温域から常温付近で緩やかに温度を降下(降温)させる場合は、第1開閉バルブ6を開き、第2開閉バルブ7は閉じるもしくは開く。

0096

また、低温域から高温域で速く昇温させる場合、あるいは、高温域で温度を一定に保持させる場合、第1開閉バルブ6を開き、第2開閉バルブ7は閉じる。また、高温域から低温域で速く降温させる場合、低温域で緩やかに降温させる場合、あるいは、低温域で温度を一定に保持させる場合は、第1開閉バルブ6を閉じ、第2開閉バルブ7は開く。また、速く降温する前の温度制御過程においては、第2開閉バルブ7を開き、第1開閉バルブ6は閉じるもしくは開く。

0097

このように、本冷熱装置100は、1組の制御系統について1本のヒータ4の出力調整のみで温度を制御するといった単純な制御であるにも関わらず、第1、第2開閉バブル6,7の開閉選択との組み合わせにより、上述した多様な温度域と温調速度との組み合わせに応じて高効率、高精度且つ高応答最適温度制御を実現することができるという、従来技術からは予測できない極めて高性能な効果が得られる。

0098

このような高性能な効果は、第1、第2開閉バルブ6,7からなる2種類のガス系統のバルブの開放選択制御と1本のヒータ4の出力調整の組み合わせにより初めて創出されるものであり、単なる従来技術の組み合わせからは到底予測されない重要な意義を持つ効果である。また、第1、第2開閉バルブ6,7は、単純な開閉機構であるため、液体窒素温度程度の極低温から常温までの広範囲な温度域で安定して作動できる。これにより、例えば、長期間安定して冷熱サイクルの繰り返しが必要な熱疲労試験用の冷熱装置として、長期間安定して使用できるという重要な意義を持つ効果が得られる。従来の分流器等を使用した技術では、分流板が極低温で凍結してしまい動作が不安定になる問題があり、使用下限温度余り低くすることができないという制約が生じる。これに対して、本実施の形態の冷熱装置では、簡易な構成で、冷熱条件化での最適制御が可能となるとの、従来技術からは予測できない画期的な効果が得られる。

0099

本冷熱装置100では、このようにして、ヒータ4で加熱され冷熱槽10に供給された第1ガスまたは第2ガスは、冷熱槽10内に設けられた排気手段により、槽外に排出される構成としている。

0100

このように、冷熱装置100では、常温の第1ガスが流れる第1ガス流路1と第1ガスより低温の第2ガスが流れる第2ガス流路2とが合流した後の第3ガス流路3に設けたヒータ4の出力調整と、バルブ制御部14による第1,2開閉バブル6,7の開閉制御とにより、ヒータ4と近距離に置かれた冷熱槽10に対して供給するガスの温度調整を行っている。

0101

このことにより、第1ガス流路1において常に高温ガスを生成して循環させる設備も、第2ガス流路2において常に低温ガスを循環させて予備的に温度調整する設備も不要となると共に、冷熱槽10に近距離にあるヒータの出力調整とバルブ開閉制御のみによる簡単な制御で、冷熱槽10に対する温度制御を迅速に且つ効率的に行うことが可能となる。

0102

なお、本冷熱装置100では、ドライヤ8及び冷凍機9への圧縮ガスのガス供給圧は0.1MPa以上とすると共に、冷凍機9へ供給するガスの圧力下露点はマイナス60℃以下とし、さらに、低温ガスが流れる第2ガス経路2は、結露や凍結がなく、外気との接触がない、十分な保温が確保されたものとする。この条件を満たすことにより、低温ガスを連続的に生成して供給することが可能となる。

0103

また、冷熱槽10内を速く冷却することが必要な場合には、冷熱槽10に対する冷却処理を開始する前、予め定められた時間だけ早めに第2開閉バルブ7を開放して、ヒータ4により第2ガスを加熱して目標の温度に制御させることが望ましい。このように、バルブ制御部14により、冷熱槽10に対する冷却を開始する前に、第2開閉バルブ7を開放して第2ガスを第3ガス流路3に流入させるよう制御することにより、第2開閉バルブ7及び第2ガス流路2を予備冷却しておくことができ、冷熱槽10に対する第2ガスによる冷却処理時の冷却速度を速めることが可能となる。

0104

また、第1,第2開閉バブル6,7の各々は、各々流量の異なる複数の開閉バブルを備えた構成とし、バルブ制御部14により、冷熱槽10の目標とする冷熱速度と目標温度とに応じて、第1開閉バルブ6と第2開閉バルブの各々の開閉バブルの開閉を選択するよう制御しても良い。高温や低温ではガスの流量を高精度に制御することが難しいが、このような構成及び制御により、バルブの開閉のみで流量を制御することができる。

0105

このように、冷熱槽10の温度制御時に、目標の冷熱速度と目標の温度とに応じて、第1開閉バルブと第2開閉バルブの複数の開閉バブルの開閉を選択することにより、さらに高精度に効率良くガス温調制御を行うことができる。

0106

なお、本実施の形態の冷熱装置では、第3ガス経路に設置した1系統の1本のヒータ4のみで加熱用ガス及び冷却用ガスの各々の温度制御を瞬時に行っており、この温度制御を高精度に且つ高応答に行うためには、高効率ヒータの選択が望ましい。従来技術で用いられているヒータは、加熱室や太い配管の中に発熱部が配置されており、ヒータ部をガスが循環することによって徐々に目標温度への加熱が実現されるものが一般的である。このような一般的なヒータを用いた場合、ガスが順次に且つ均一に加熱されず、加熱が不十分で不均一なガスが供試体に供給されるため、高精度且つ高応答な加熱が要求される場合には望ましくない。

0107

そのため、本実施の形態の冷熱装置では、ガスを瞬時に目的とする温度まで均一に加熱することができる高熱変換効率のヒータを用いることが望ましい。例えば、本実施の形態の冷熱装置では、ヒータ4の熱変換効率は、少なくとも50%以上であることが望ましく、80%以上であることがより望ましい。これにより、ヒータ4の出力調整が瞬時にヒータの発熱量に反映されるため、高精度且つ高応答な温度制御が可能になる。

0108

なお、上述したように、本実施の形態の冷熱槽10には、ヒータ4で加熱して温度調整された温調ガスを冷熱槽10内に導入(給気)させるためのガス導入手段と、冷熱槽10内に導入された温調ガスを排出するためのガス排気手段とが設けられ、冷熱槽10は、閉構造となっている。また、冷熱槽10は断熱容器で構成し、内壁に高熱伝導箔を設けた構成とすることが望ましい。

0109

また、図1Bにおいて「A−A 断面図」として示すように、冷熱槽10において、ガス導入手段は、導入されたガスが、冷熱槽10の内壁と冷熱槽10内に置かれた供試体との間を流れるように、ガスを導入させ、ガス排気手段は、ガス導入手段によるガスの導入方向とガスの排出方向との角度が90°となる排気口を備え、この排気口を、ガス導入手段によるガスの導入方向から見て、ガス導入手段を囲むように、冷熱槽10の内壁に分散させて配置している。

0110

また、ガス導入手段は、冷熱槽10の一方の内壁から対面する内壁に向けて配されたパイプを備え、パイプには、ガスを流入させる複数の給気孔が並べて設けられている。また、パイプは冷熱槽10内の一端部に配置され、パイプの各給気孔からのガス吹き込み方向は冷熱槽10の他端部に向かう方向となっている。なお、ここでは、パイプは対面する内壁に達するように設けられている。

0111

また、ここでは、図1Bにおいて示すように、ガス排気手段は、ガス導入手段によるガスの噴出方向とガスの排出方向との角度が90°となる排気口が、冷熱槽10内におけるガス導入手段と同じ一端部側に、分散して配置されている。

0112

このようにガス排気手段とガス導入手段を配置することにより、ガス導入手段のパイプにおける複数の給気孔から噴出されたガスは、供試体に直接遮られることなく、冷熱槽10の内壁と供試体との間を循環して冷熱槽10内を略一巡してガス排気手段の排気口から排出される。

0113

例えば、ガス導入手段のパイプの高さ位置を上部とし、高さ方向の中央に配置した供試体の上方に、ガスを、パイプの各給気孔からシャワー状に押し流し、冷熱槽10の内面で反転させて供試体の下方にガスを反対方向に流して、排気口から排出するようにすることにより、ガスシャワーにより供試体を包み込むようにガスを流すことができ、供試体全体を均一かつ迅速に加熱・冷却することができる。

0114

以上、各図を用いて説明したように、本実施の形態の冷熱槽は、槽内に収容した供試体を加熱もしくは冷却するためのガスを導入させるガス導入手段と、導入されたガスを排出させるためのガス排気手段と、を備え、ガス導入手段は、導入されたガスが、冷熱槽の内壁と供試体との間を流れるように、ガスを導入させ、ガス排気手段は、ガス導入手段によるガスの導入方向とガスの排出方向との角度が90°〜180°となる分散配置された排気口を備え、排気口を、ガス導入手段によるガスの導入方向から見て、ガス導入手段を囲むように、冷熱槽の内壁に配置した構成としている。

0115

このような構成とすることにより、ガス導入手段により槽内に導入され、冷熱槽の例えば上側の内壁と供試体との間を流れてきたガスは、槽内の内壁で反転し、冷熱槽の下側の内壁と供試体との間を流れて排気口から排出されるので、ガスは、槽内を循環して供試体の全体を包むようにして流れることとなる。

0116

このように、ガスが、槽内を循環して供試体の全体を包むようにして流れることとなり、槽内に配置された供試体の全体を均一に加熱・冷却することができ、これにより、装置構成を単純にした簡易な構成で、供試体に対する均一な加熱と冷却を行うことが可能となる。

0117

また、このような冷熱槽を備えた冷熱装置では、常温の第1ガスが流れる第1ガス流路と、第1ガスより低温の第2ガスが流れる第2ガス流路と、第1ガス流路と第2ガス流路とが合流した第3ガス流路と、第1ガス流路に設けられ第1ガス流路から第3ガス流路への第1ガスの流れを制御する第1開閉バルブと、第2ガス流路に設けられ第2ガス流路から第3ガス流路への第2ガスの流れを制御する第2開閉バルブと、第3ガス流路に設けられ、第3ガス流路に流れる第1ガスまたは第2ガスを加熱するヒータと、試供体の温度制御時に第1開閉バルブと第2開閉バルブの少なくとも一方を開放するバルブ制御手段と、を備え、バルブ制御部により、供試体の加熱時または冷却時に設定される温度と速度との組み合わせに応じて、第1開閉バルブ及び第2開閉バルブのいずれかまたは両方を選択して開放する。ガス導入手段は、第3ガス流路に接続され、ヒータで加熱された第1ガス及び第2ガスを冷熱槽内に導入し、ガス排出手段は、ヒータで加熱され供試体に供給されたガスを冷熱槽内外に排出する構成としている。

0118

このような構成により、本実施の形態の冷熱装置では、第1,第2開閉バルブの開閉の選択により、目標とする温度域と冷熱速度に応じた最適なガス経路を選択することができると共に、第1,第2ガス流路とが合流した後の第3ガス流路に、供試体に近距離で設けた1本のヒータの出力調整のみで、供試体に対して供給するガスの温度調整を瞬時に行うことができるので、第1ガス流路において常に高温ガスを生成して循環させる設備も、第2ガス流路において常に低温ガスを循環させる設備も不要となると共に、第1,第2開閉バルブの開閉選択による供給ガスの選択と1本のヒータの出力制御を組み合わせることにより、多様な広範囲での温調条件下での最適な温度制御を行うことができる。

0119

すなわち、本実施の形態の冷熱装置では、例えば目標とする温調速度(加熱速度、冷却速度)と温度域に応じた、バルブの開閉選択制御と、供試体に近距離にある1本のヒータの出力制御との組み合わせという簡易な構成だけで、広範囲の温調条件下での供試体に対する最適な加熱・冷却を迅速且つ効率的に行うことが可能となるとの、従来技術の単なる組み合わせからは到底予測することができない顕著な効果を得ることができる。

0120

そして、このように、低温から高温までの任意の温度に高精度に温調調整したガスを迅速に生成でき、さらに、生成したガスを複数の給気孔からシャワーのようにして冷熱槽内に導入し巡回させることにより、供試体全体を包み、速やかに排出することができる。これにより、冷熱槽内に導入したガスの熱を迅速かつ均一に供試体全体に伝達することができ、簡易な装置構成であるにも関わらず、従来装置に比べて極めて迅速且つ均一に供試体を加熱・冷却することができ、高速且つ高精度に供試体の温度を制御することができる。

0121

特に、断熱容器の内壁に高熱伝導箔を配した冷熱槽内に温調ガス(高温ガス、低温ガス)を導入し、供試体をシャワー状のガス流で包むように熱交換した後、速やかに排気口から熱交換後のガスを排出することにより、供試体全体を均一且つ迅速に加熱または冷却することができる。

0122

なお、本実施の形態の冷熱装置の槽内の断面形状は、矩形に構成されているが、楕円形または円形に構成されても良い。

0123

1 第1ガス経路
10,20,30配管
2 第2ガス経路
3 第3ガス経路
4ヒータ
6 第1開閉バルブ
7 第2開閉バルブ
8ドライヤ
9冷凍機
10,10a〜10d冷熱槽
11温度センサ
12温調器
13ヒータ制御部
14バルブ制御部
61断熱材
62高熱伝導箔
63,63bガス吹込みパイプ
63a 細孔
64排気口
64a,64b,64c排気スリット
65,65a供試体
100 冷熱装置

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