(57)【要約】【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。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【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の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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷熱槽及び冷熱装置に係り、特に、電子部品等の供試体の熱疲労試験を行う冷熱試験装置に設けられる試験槽、及びプリント基板の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】
試験槽内で試供体の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）との間のダンバを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、雰囲気ガス排出口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、輻射面は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、炉内温度の均一性が保障される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２３２９７４号公報
【特許文献２】特開昭５０−１１４３５４号公報
【発明の概要】
【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の集合体である、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】
【図１Ａ】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１Ｂ】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】実施の形態に係る冷熱槽の内部構成を示す図である。
【図８】従来の冷熱試験装置の構成を模式的に示す図である。
【図９】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。
【発明を実施するための形態】
【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、外気が入り込んで、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、局所的に乱れた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】
本図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と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の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、高精度且つ高応答な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、使用下限温度を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。
【符号の説明】
【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
【図１Ａ】
2014145669.tif 000003
【図１Ｂ】
2014145669.tif 000004
【図２】
2014145669.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図７】
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