(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験槽の内部に収容した被試験体に少なくとも高温環境と低温環境を交互に付与可能に構成して前記被試験体に対する熱試験を行う熱試験装置において、下方に突出するフィン部を有するヒートシンク形の熱交換器の上面にペルチェ素子を用いた少なくとも一つ以上のサーモモジュールを配し、かつこのサーモモジュールの上面に伝熱プレートを配するとともに、この伝熱プレートに対して開閉するカバー部を設け、このカバー部を閉じた際に前記伝熱プレートを底面部とする前記試験槽を構成する試験槽機構と、前記フィン部が臨む熱交換室と、この熱交換室の下方に仕切壁部を介して設けた冷却気体室及びこの冷却気体室に冷却部を臨ませたスターリングクーラを用いた冷却器を有する気体冷却部を備えるとともに、前記冷却気体室から第一通気口を経て前記熱交換室に至り、かつこの熱交換室から第二通気口を経て前記冷却気体室に至る循環送風路，この循環送風路に前記冷却気体を循環送風する送風ファン，及び前記熱交換室と前記冷却気体室間における循環送風路を開閉する開閉機構部を有する送風部を備える冷却機構と、前記サーモモジュール及び前記冷却器の作動を制御するコントローラとを具備してなることを特徴とする熱試験装置。
【請求項２】
前記試験槽機構は、前記サーモモジュールに加えて補助加熱部を備えることを特徴とする請求項１記載の熱試験装置。
【請求項３】
前記補助加熱部は、少なくとも、前記サーモモジュールに並べて配したヒータを用いた補助加熱部，前記熱交換器の内部に埋設した棒状のヒータを用いた補助加熱部，前記熱交換器の内部に形成した気体通路に加熱流体を流通させる補助加熱部，の一又は二以上を用いることを特徴とする請求項２記載の熱試験装置。
【請求項４】
前記熱交換器に対して放冷用の気体を送風する補助放冷部を備えることを特徴とする請求項１記載の熱試験装置。
【請求項５】
前記冷却機構は、前記循環送風路に対して除湿空気又は不活性ガスを供給する気体供給部を備えることを特徴とする請求項１記載の熱試験装置。
【請求項６】
前記試験槽機構は、前記カバー部に、前記試験槽の内部の空気を撹拌する撹拌機構部を設けることにより、熱衝撃試験用の試験槽機構として構成することを特徴とする請求項１記載の熱試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温環境と低温環境を交互に付与可能に構成して電子部品等の被試験体に対する熱試験を行う際に用いて好適な熱試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子部品は様々な環境で使用されるため、低温環境から高温環境までの所定の温度範囲における耐久性能が要求される。したがって、通常、新製品や新しい用途に使用される電子部品に対しては、高温環境と低温環境を交互に付与する熱試験や熱衝撃試験が行われる。
【０００３】
従来、このような熱試験（熱衝撃試験）に用いる代表的な原理に基づく熱試験装置としては、加熱系と冷却系を別々の筺体内に設け、開閉弁で切換えることにより試験槽に対して熱風と冷風を選択的に供給して高温環境又は低温環境を得る方式と、加熱系と冷却系を同一筺体内に設け、加熱系と冷却系の動作を選択的にＯＮ（ＯＦＦ）して高温環境又は低温環境を得る方式があり、前者の方式としては、特許文献１で開示される冷熱試験装置が知られており、後者の方式としては、特許文献２で開示される急速昇降温型冷熱試験装置が知られている。
【０００４】
特許文献１で開示される冷熱試験装置は、試験槽と、外気導入口を備えるとともに試験槽に気体供給口を介して接続されたファン設置槽と、試験槽に連通口を介して接続されるとともに試験槽に気体吸い込み口を介して接続された高温槽と、試験槽に気体供給口及び気体吸い込み口を介して接続された低温槽と、試験槽に設けた排気口と、連通口及び外気導入口に共通の開閉ダンパと、気体供給口及び気体吸い込み口の開閉ダンパと、気体供給口及び気体吸い込み口の開閉ダンパと、排気口の開閉ダンパとを備えて構成したものであり、また、特許文献２で開示される急速昇降温型冷熱試験装置は、装置筺体の上面に試験物載置板とその上面を覆う開閉可能な蓋体とを設けて、蓋体が閉じた状態で密閉された試験室を形成するようにし、試験物載置板に吸込口と吹出口を設け、試験物載置板の下側に、試験室の容量に対して充分大きな熱交換性能を有する冷却コイル及び加熱ヒータと、試験室内の空気を矢示のように循環させるファンと、これらを覆って空気の循環路を形成するカバーとを設け、冷却コイルに冷媒を循環させる冷凍機はカバーの外側に設けるとともに、ファンの回転と冷凍機及び加熱ヒータの動作を制御して試験室内の温度を急速に上昇または降下させるように構成したものである。
【特許文献１】特開平６−０８２３５４号公報
【特許文献２】特開平８−１３６４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した従来の熱試験装置において、加熱系と冷却系を別々の筺体内に設ける方式（特許文献１）では、高温環境と低温環境を速やかに切換えることができる長所を有する反面、装置全体が大型化するとともに、加熱系と冷却系を常時動作させるため、電力消費も大きくなる短所を有しており、他方、加熱系と冷却系を同一筺体内に設ける方式（特許文献２）では、装置全体が小型化するとともに、加熱系と冷却系のいずれか一方を動作させるため、電力消費が小さくなる長所を有する反面、高温環境と低温環境を速やかに切換えることができない短所を有している。
【０００６】
このように、従来の熱試験装置では、高温環境と低温環境を速やかに切換えることと、装置全体の小型化及び電力消費の低減を実現することの双方を満足させることが容易でなく、結局、一方の要請を満たした場合には、他方の要請を満たすことが困難になるという相反する問題があった。しかも、電子機器の小型化や高密度化と相俟って、電子部品がより小型化されるに至っているが、小型電子部品を対象とした最適化については何ら考慮されていないため、特に、小型電子部品の熱試験を行う場合には、電力消費等において無駄を生じるとともに、試験性能等においても臨機応変に対応できない問題があった。
【０００７】
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した熱試験装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するため、試験槽２の内部に収容した被試験体Ｐ…に少なくとも高温環境と低温環境を交互に付与可能に構成して被試験体Ｐ…に対する熱試験を行う熱試験装置１を構成するに際して、下方に突出するフィン部３ｆ…を有するヒートシンク形の熱交換器３の上面にペルチェ素子を用いた少なくとも一つ以上のサーモモジュール４…を配し、かつこのサーモモジュール４…の上面に伝熱プレート５を配するとともに、この伝熱プレート５に対して開閉するカバー部６を設け、このカバー部６を閉じた際に伝熱プレート５を底面部２ｄとする試験槽２を構成する試験槽機構Ｍａと、フィン部３ｆ…が臨む熱交換室Ｃｃと、この熱交換室Ｃｃの下方に仕切壁部３２を介して設けた冷却気体室Ｃａ及びこの冷却気体室Ｃａに冷却部７ｃｓを臨ませたスターリングクーラ７ｓを用いた冷却器７を有する気体冷却部１５を備えるとともに、冷却気体室Ｃａから第一通気口Ｃａｏを経て熱交換室Ｃｃに至り、かつこの熱交換室Ｃｃから第二通気口Ｃａｉを経て冷却気体室Ｃａに至る循環送風路Ｒ，この循環送風路Ｒに冷却気体Ａｃを循環送風する送風ファン１６ａ，１６ｂ，及び熱交換室Ｃｃと冷却気体室Ｃａ間における循環送風路Ｒを開閉する開閉機構部１８を有する送風部１７を備える冷却機構Ｍｂと、サーモモジュール４…及び冷却器７の作動を制御するコントローラ８とを具備してなることを特徴とする。
【０００９】
この場合、発明の好適な態様により、試験槽機構Ｍａには、サーモモジュール４…に加えて補助加熱部１１を設けることができ、この補助加熱部１１としては、少なくとも、サーモモジュール４…に並べて配したヒータ１１ａ…を用いた補助加熱部，熱交換器３の内部に埋設した棒状のヒータ１１ｂ…を用いた補助加熱部，熱交換器３の内部に形成した気体通路１１ｃ…に加熱流体Ａｈを流通させる補助加熱部，の一又は二以上を用いることができる。また、熱交換器３に対して放冷用の気体Ａａを送風する補助放冷部１２を設けることもできる。一方、冷却機構Ｍｂには、循環送風路Ｒに対して除湿空気又は不活性ガスを供給する気体供給部１９を設けることができる。他方、試験槽機構Ｍａは、カバー部６に、試験槽２の内部の空気を撹拌する撹拌機構部２０を設けることにより、熱衝撃試験用の試験槽機構Ｍａｅとして構成することもできる。
【発明の効果】
【００１０】
このような構成を有する本発明に係る熱試験装置１によれば、次のような顕著な効果を奏する。
【００１１】
（１）  ヒートシンク形の熱交換器３の上面にペルチェ素子を用いたサーモモジュール４…を配し、かつこのサーモモジュール４…の上面に伝熱プレート５を配するとともに、この伝熱プレート５に対して開閉するカバー部６を設け、このカバー部６を閉じた際に伝熱プレート５を底面部２ｄとする試験槽２を構成する試験槽機構Ｍａと、熱交換器３を冷却する冷却気体Ａｃを得る冷却器７を用いた冷却機構Ｍｂを備えてなるため、高温環境と低温環境を速やかに切換えることができることに加え、装置全体の小型化、更には電力消費の低減を図ることができる。
【００１２】
（２）  冷却機構Ｍｂには、冷却器７を構成するスターリングクーラ７ｓ及びこのスターリングクーラ７ｓにより冷却した冷却気体Ａｃを貯留する冷却気体室Ｃａを有する気体冷却部１５と、冷却気体室Ｃａから第一通気口Ｃａｏを経て熱交換器３に至り、かつこの熱交換器３から第二通気口Ｃａｉを経て冷却気体室Ｃａに至る循環送風路Ｒ、及びこの循環送風路Ｒに冷却気体Ａｃを循環送風する送風ファン１６ａ，１６ｂを有する送風部１７を設けたため、小型電子部品の熱試験を行う際の消費電力の無駄を回避できるとともに、小型電子部品に対する試験性能等に対して臨機応変に対応することができる。即ち、冷却出力は大きくできないものの急速冷却等の冷却性能に優れるという固有の特性を有するスターリングクーラ７ｓを利用することによって、特に小型電子部品を対象とした熱試験に最適となる。
【００１３】
（３）  冷却気体室Ｃａは熱交換器３の下方に配したため、冷却気体Ａｃが下方に溜まる性質を利用することにより、冷却気体Ａｃの非使用時であっても、冷却気体Ａｃが熱交換器３側に影響する不具合を回避できる。
【００１４】
（４）  送風部１７には、熱交換器３と冷却気体室Ｃａ間における循環送風路Ｒを開閉する開閉機構部１８を設けたため、冷却気体Ａｃの非使用時であっても、冷却気体Ａｃが気体冷却部１５から熱交換器３側へ漏れるのを確実に防止できる。
【００１５】
（５）  好適な態様により、試験槽機構Ｍａに、サーモモジュール４…に加えて補助加熱部１１を設ければ、昇温時には、サーモモジュール４…に加えて補助加熱部１１を併用できるため、低温環境から高温環境に移行する際に急峻な温度上昇を実現することができ、より速やかに移行させることができる。
【００１６】
（６）  好適な態様により、熱交換器３に対して放冷用の気体Ａａを送風する補助放冷部１２を設ければ、サーモモジュール４…による加熱モード時には、サーモモジュール４…の放冷側における放冷効果を高めることによりサーモモジュール４…の加熱能力をより高めることができる。
【００１７】
（７）  好適な態様により、冷却機構Ｍｂに、循環送風路Ｒに対して除湿空気又は不活性ガスを供給する気体供給部１９を設ければ、常に循環送風路Ｒ内を最適圧に維持できるとともに、霜の発生を防止できる。
【００１８】
（８）  好適な態様により、試験槽機構Ｍａにおけるカバー部６に、試験槽２の内部の空気を撹拌する撹拌機構部２０を設けることにより、熱衝撃試験用の試験槽機構Ｍａｅとして構成すれば、カバー部６以外の構成をそのまま利用して熱衝撃試験を行うことができる。したがって、例えば、熱衝撃試験用のカバー部をオプション扱いとして、カバー部６と交換可能に構成すれば、熱試験装置（熱衝撃試験装置）から熱衝撃試験装置（熱試験装置）に容易に変更できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００２０】
まず、本実施形態に係る熱試験装置１の構成について、図１〜図４を参照して具体的に説明する。
【００２１】
熱試験装置１において、３１は断熱性を有する機体であり、内部には、上下方向の中間位置に設けた仕切壁部３２により仕切られた上側の熱交換室Ｃｃと下側の冷却気体室Ｃａを備える。また、仕切壁部３２には、図１を正面とした場合、左側位置に第一通気口Ｃａｏを形成し、右側位置に第二通気口Ｃａｉを形成する。これにより、冷却気体室Ｃａ，第一通気口Ｃａｏ，熱交換室Ｃｃ及び第二通気口Ｃａｉは、後述する冷却気体Ａｃが循環する循環送風路Ｒを構成するとともに、冷却気体室Ｃａは、後述する熱交換器３よりも下方に配される。このように、冷却気体室Ｃａを熱交換器３の下方に配すれば、冷却気体Ａｃが下方に溜まる性質を利用することにより、冷却気体Ａｃの非使用時であっても、冷却気体Ａｃが熱交換器３側に影響する不具合を回避できる。したがって、冷却気体Ａｃを遮断する開閉機構部などの設置を省略できるため、構成の簡略化を図れる利点がある。
【００２２】
一方、機体３１の上面中央には試験槽機構Ｍａを配設する。この試験槽機構Ｍａは機体３１の上壁部を貫通して熱交換室Ｃｃの内部に臨む。試験槽機構Ｍａは、ヒートシンク形の熱交換器３を備える。熱交換器３は、熱伝導率の高い素材、例えば、アルミニウム素材等により一体形成し、図２に示すように、上面を平坦に形成した上板部３ｕ及びこの上板部３ｕの下面から下方に突出する多数のフィン部３ｆ…からなる。熱交換器３は、フィン部３ｆ…が熱交換室Ｃｃの内部に位置するように機体３１に取付けるとともに、この際、フィン部３ｆ…間のスリットが循環送風路Ｒに対して平行になるように配する。
【００２３】
また、図３に示すように、熱交換器３の上板部３ｕの上面には、ペルチェ素子を用いた複数のサーモモジュール４…を配設する。この際、サーモモジュール４…と上板部３ｕ間には受熱プレート３５を介在させる。受熱プレート３５は、熱伝導率が高く、かつ熱膨張係数の小さい素材により形成したプレート材、例えば、カーボン素材により形成した厚さ３〜５〔ｍｍ〕のプレート材、或いはセラミックス素材により形成した厚さ０．６〜５〔ｍｍ〕のプレート材を用いる。サーモモジュール４…は上板部３ｕの上面に直接配設してもよいが、サーモモジュール４…を構成するペルチェ素子の下部には、通常、セラミックスが用いられることも多いため、ペルチェ素子の下部とほぼ同じ熱膨張係数の受熱プレート３５を介在させることにより、熱交換器３側の熱収縮を受熱プレート３５により遮断できる利点がある。したがって、このような受熱プレート３５を用いることにより、ペルチェ素子の温度繰り返し耐久性をより向上させることができる。
【００２４】
さらに、受熱プレート３５の上面には、補助加熱部１１を構成する複数のヒータ１１ａ…をサーモモジュール４…に並べて配設する。このように、試験槽機構Ｍａに、サーモモジュール４…に加えて補助加熱部１１を設ければ、昇温時には、サーモモジュール４…に加えて補助加熱部１１を併用できるため、低温環境から高温環境に移行する際に急峻な温度上昇を実現することができ、より速やかに移行させることができる利点がある。
【００２５】
一方、サーモモジュール４…の上面には伝熱プレート５を配設する。伝熱プレート５は、熱伝導率が高く、かつ熱膨張係数の小さい素材により形成する。したがって、伝熱プレート５は、厚さを除き、上述した受熱プレート３５とほぼ同様に形成できる。例示の伝熱プレート５は、比熱が小さく、受熱プレート３５よりも薄く形成したセラミックス素材を用いており、横幅寸法は９０〜１５０〔ｍｍ〕程度の平板である。この伝熱プレート５は、試験槽２における実質的な底面部２ｄを構成し、上面には複数の小型電子部品（被試験体Ｐ…）を載置できる。サーモモジュール４…を構成するペルチェ素子の上部には、通常、セラミックスが用いられるため、伝熱プレート５にセラミックス素材を用いることにより、１００〔℃〕程度の高温であっても、ペルチェ素子の反りと同程度となる。したがって、熱容量の小さい、良好な熱接触を維持できるとともに、熱負荷がひじょうに小さくなり、小さな投入電力でも温度変化を速めることができる。しかも、電気的には絶縁素材であるため、通電テストも良好に行うことができる。なお、上述したヒータ１１ａ…と伝熱プレート５間には僅かな隙間を設け、ヒータ１１ａ…と伝熱プレート５が直接接触しないように考慮する。これにより、ヒータ１１ａ…により伝熱プレート５を加熱する際における均一性を高めることができる。また、上板部３ｕの上面には、受熱プレート３５，サーモモジュール４…，ヒータ１１ａ…及び伝熱プレート５の回りを囲む枠状の試験槽側壁ブロック３６を固定する。この側壁ブロック３６は、断熱性素材により形成し、伝熱プレート５に対しては上から密着させる。
【００２６】
他方、機体３１には、伝熱プレート５に対して開閉するカバー部６を付設する。カバー部６は、断熱性素材により形成したカバー部本体６ｍ及びこのカバー部本体６ｍの後端を機体３１の後上端において回動変位可能に支持するヒンジ部６ｈを備える。カバー部本体６ｍの下面には、試験槽２の内部空間の一部を形成する凹部３７を設けるとともに、カバー部本体６ｍの下面であって、凹部３７の外側位置には、当該凹部３７の回りを囲むゴムグリップ３８を取付ける。カバー部本体６ｍを断熱性素材により形成するとは、カバー部本体６ｍ自身を断熱性素材により一体に形成する場合と、カバー部本体６ｍを非断熱性素材により形成し、このカバー部本体６ｍを別途の断熱性素材により覆うような場合も含む。これにより、カバー部本体６ｍを伝熱プレート５（側壁ブロック３６）に対して昇降させることができ、下降させて閉じた際はゴムグリップ３８が側壁ブロック３６の上面に圧接し、伝熱プレート５を底面部２ｄとする密閉された試験槽２が構成されるとともに、上昇させて開いた際は、伝熱プレート５の上面に対して被試験体Ｐ…（小型電子部品）の出入れを行うことができる。
【００２７】
また、機体３１には、熱交換器３を冷却する冷却気体Ａｃを得る冷却器７を用いた冷却機構Ｍｂを配設する。冷却機構Ｍｂは、冷却器７を構成するスターリングクーラ７ｓ及びこのスターリングクーラ７ｓにより冷却した冷却気体Ａｃを貯留する冷却気体室Ｃａを有する気体冷却部１５と、冷却気体室Ｃａから第一通気口Ｃａｏを経て熱交換器３に至り、かつこの熱交換器３から第二通気口Ｃａｉを経て冷却気体室Ｃａに至る循環送風路Ｒ、及びこの循環送風路Ｒに冷却気体Ａｃを循環送風する送風ファン１６ａ，１６ｂを有する送風部１７を備える。スターリングクーラ７ｓは、図２に示すように、冷却気体室Ｃａの後壁面に取付け、突出する冷却部７ｃｓを機体３１の側壁部を貫通させて冷却気体室Ｃａ内に臨ませる。そして、冷却気体室Ｃａの内部に配するヒートシンク形の冷却用フィン部３９に結合する。なお、４０は断熱部を示す。スターリングクーラ７ｓは、圧縮容器の中に作動ガスとしてヘリウムを封入するとともに、上下に往復動するピストンとディスプレーサを内蔵し、等温圧縮，等積冷却，等温膨張，等積加熱の行程を経て作動する。特に、スターリングクーラは、小型軽量であり、小容積であれば、２５〔℃〕から−５０〔℃〕まで１分間程度で急速冷却できる。スターリングクーラ７ｓとしては、例えば、「神栄株式会社製スターリングクーラ（型番：ＭＡ−ＳＣＵＣ０８）」を用いることができる。このように、冷却出力は大きくできないものの急速冷却等の冷却性能に優れるという固有の特性を有するスターリングクーラ７ｓを利用することによって、特に小型電子部品を対象とした熱試験に最適となり、小型電子部品の熱試験を行う際の消費電力の無駄を回避できるとともに、小型電子部品に対する試験性能等に対して臨機応変に対応することができる利点がある。
【００２８】
一方、送風部１７を構成する送風ファン１６ａ，１６ｂは、機体３１の上面であって試験槽機構Ｍａの左右両側の位置に配設したモータ部４１ａ，４１ｂを備える。各モータ部４１ａ，４１ｂの回転シャフトには、ファンシャフト４２ａ，４２ｂの上端を連結するとともに、ファンシャフト４２ａ，４２ｂの下端側は、機体３１の上壁部を貫通させて熱交換室Ｃｃの内部に至らせる。そして、ファンシャフト４２ａ，４２ｂの先端（下端）に、ファン部４３ａ，４３ｂを取付け、ファン部４３ａ，４３ｂは、それぞれ第一通気口Ｃａｏ，第二通気口Ｃａｉの真上に臨ませる。
【００２９】
さらに、冷却機構Ｍｂには、循環送風路Ｒに対して除湿空気又は不活性ガスを供給する気体供給部１９を付設する。例示は窒素ガス（不活性ガス）を使用する。気体供給部１９は、熱交換室Ｃｃの一方に接続して窒素ガスを熱交換室Ｃｃに供給可能な窒素ガス供給系４５と、熱交換室Ｃｃの他方に接続して窒素ガスを熱交換室Ｃｃから排出可能な窒素ガス排出系５１を備える。窒素ガス供給系４５は、窒素ガス供給源４６を備え、この窒素ガス供給源４６は、電磁弁４７及びオリフィス継手４８を介して熱交換室Ｃｃに接続する。４９は電磁弁４７の流出側の圧力を検出する圧力スイッチであり、この圧力スイッチ４９により電磁弁４７を制御する。一方、窒素ガス排出系５１は、熱交換室Ｃｃに接続したオリフィス継手５２を、電磁弁５３を介して大気に接続する。５４はオリフィス継手５２の流出側の圧力を検出する圧力スイッチであり、この圧力スイッチ５４により電磁弁５３を制御する。また、窒素ガス排出系５１には、安全弁５５を接続し、熱交換室Ｃｃの内圧が異常圧（２〜２．５〔ｋＰａ〕）に達した場合に開作動させるとともに、微小径孔のオリフィス継手４８，５２を用いることにより急激な圧力変化を回避している。このように、冷却機構Ｍｂに、循環送風路Ｒに対して除湿空気又は不活性ガスを供給する気体供給部１９を設ければ、常に循環送風路Ｒ内を最適圧に維持できるとともに、霜の発生を防止できる利点がある。
【００３０】
他方、図４に示すコントローラ８を備える。コントローラ８には、上述した気体供給部，１９，サーモモジュール４…，ヒータ１１ａ…，スターリングクーラ７ｓ及び送風ファン１６ａ，１６ｂを接続する。コントローラ８は、マイクロコンピュータを搭載し、格納された制御プログラムに従って、サーモモジュール４…，ヒータ１１ａ…，スターリングクーラ７ｓ及び送風ファン１６ａ，１６ｂに対する作動制御（シーケンス制御）を行う。図５は、制御プログラムに従ってシーケンス制御される制御パターンを示す。
【００３１】
次に、本実施形態に係る熱試験装置１の使用方法及び動作について、各図を参照しつつ図６に示すフローチャートに従って説明する。
【００３２】
この熱試験装置１は、特に、小型電子部品の熱試験に用いて最適であり、以下、小型電子部品の熱試験を行う場合について説明する。まず、熱試験を行うに当たっては、試験槽２のカバー部６を開き、試験槽２の内部空間（試験室）に所定数の被試験体Ｐ…（小型電子部品）をセット、即ち、図３に示すように、伝熱プレート５の上に所定数の被試験体Ｐ…を載置する（ステップＳ１）。被試験体Ｐ…をセットしたなら、カバー部６を閉じてロックする。これにより、カバー部６のゴムグリップ３８は側壁ブロック３６の上面に圧接し、被試験体Ｐ…をセットした試験室が密閉される。なお、試験室が高温環境になり、内圧が高くなった場合には、圧接状態のゴムグリップ３８と側壁ブロック３６間から逃がすことができる。
【００３３】
次いで、コントローラ８の作動スイッチをＯＮにする。これにより、気体供給部１９は作動状態となり、コントローラ８は、窒素ガス供給源４６における不図示のバルブを開側に切換え、窒素ガスを循環送風路Ｒに封入する（ステップＳ２）。この際、初期段階では、電磁弁４７，５３を開側に切換制御し、窒素ガスの供給により循環送風路Ｒ内の空気を外部に排出するとともに、窒素ガスが循環送風路Ｒ内に満たされたなら、電磁弁４７，５３を閉じる。これにより、熱交換室Ｃｃの内部は、５０〜６００〔Ｐａ〕の微陽圧（設定圧）に維持される。即ち、熱交換室Ｃｃの内圧が設定圧以下になれば、圧力スイッチ４９により検出され、電磁弁４７が開側に切換えられる。これにより、窒素ガス供給系４５から循環送風路Ｒ内に窒素ガスが供給されて内圧を上昇させる。他方、熱交換室Ｃｃの内圧が設定圧を超えれば、圧力スイッチ５４により検出され、電磁弁５３が開側に切換えられる。これにより、循環送風路Ｒ内の窒素ガスが窒素ガス排出系５１を介して外部（大気）に排出されて内圧を下降させる。この結果、熱交換室Ｃｃの内圧は、常に設定圧（微陽圧）に維持される。
【００３４】
さらに、コントローラ８はスターリングクーラ７ｓをＯＮにする。これにより、スターリングクーラ７ｓは作動状態となり、冷却部７ｓｃにより冷却用フィン部３９の冷却を行う（ステップＳ３）。この結果、冷却用フィン部３９により冷却気体室Ｃａ内の気体（窒素ガス）が冷却され、冷却気体Ａｃが得られるとともに、この冷却気体Ａｃは冷却気体室Ｃａ内に貯留される。冷却気体室Ｃａの温度は不図示の温度センサにより検出されるため、目標冷却温度に達したなら、コントローラ８は熱試験を開始する。
【００３５】
熱試験は、図５に示す制御パターン、即ち、低温環境（−４０〔℃〕）を低温設定時間だけ維持する冷却モードＤｃと、高温環境（＋１２５〔℃〕）を高温設定時間だけ維持する加熱モードＤｈを交互に繰り返す制御パターンに従って実行する。図５中、Ｔｓは試験槽２の内部温度、Ｔｒは冷却気体室Ｃａの内部温度の傾向を示している。また、Ｚａは加熱モード時の＋１２５〔℃〕期間、Ｚｂは＋１２５〔℃〕から−４０〔℃〕への移行期間、Ｚｃは冷却モード時の−４０〔℃〕期間、Ｚｄは−４０〔℃〕から＋１２５〔℃〕への移行期間をそれぞれ示す。
【００３６】
冷却モードＤｃでは、サーモモジュール４…を冷却モードに通電制御する（ステップＳ４，Ｓ５）。同時に、送風ファン１６ａ，１６ｂをＯＮにする（ステップＳ６）。これにより、サーモモジュール４…の上面が冷却され、伝熱プレート５を介して試験槽２の内部が低温環境になるとともに、サーモモジュール４…の下面からは放熱が行われる。この放熱は受熱プレート３５を介して熱交換器３に伝達され、熱交換室Ｃｃにおいて熱交換される。即ち、送風ファン１６ａ，１６ｂはそれぞれ逆方向に回転し、冷却気体室Ｃａの冷却気体Ａｃは、図１に示す点線矢印Ｆｃ…のように、第一通気口Ｃａｏを通して熱交換室Ｃｃに至り、この後、第二通気口Ｃａｉを通して冷却気体室Ｃａに至る循環送風路Ｒに沿って循環するため、熱交換器３は冷却気体Ａｃにより冷却（熱交換）される。また、試験槽２の内部温度は、不図示の温度センサにより検出され、試験槽２の内部は、−４０〔℃〕の冷却環境に維持される冷却モードＤｃによる温度制御が行われる（ステップＳ７）。この冷却モードＤｃは低温設定時間だけ行われる。そして、低温設定時間が経過したなら、コントローラ８は送風ファン１６ａ，１６ｂをＯＦＦにする（ステップＳ８，Ｓ９）。
【００３７】
冷却モードＤｃの終了により直ちに加熱モードＤｃに移行するため、コントローラ８は、サーモモジュール４…に対する通電方向を反転させ、加熱モードとなるように通電制御する（ステップＳ１０，Ｓ４，Ｓ１１，Ｓ１２）。同時に、ヒータ１１ａ…をＯＮにする（ステップＳ１３）。これにより、サーモモジュール４…及びヒータ１１ａ…により伝熱プレート５が加熱される。この際、伝熱プレート５の温度は、不図示の温度センサにより検出され、伝熱プレート５が高温環境となる＋１２５〔℃〕に達したなら、コントローラ８はヒータ１１ａ…をＯＦＦにする（ステップＳ１４，Ｓ１５）。この後、サーモモジュール４…のみの通電により、＋１２５〔℃〕の高温環境に維持される加熱モードＤｈによる温度制御が行われる（ステップＳ１６）。そして、高温設定時間が経過し、加熱モードＤｈが終了したなら直ちに冷却モードＤｃに移行する（ステップＳ１７，Ｓ１０，Ｓ４）。以上の冷却モードＤｃと加熱モードＤｈが所定の熱試験時間にわたって繰り返される。
【００３８】
よって、このような本実施形態に係る熱試験装置１によれば、熱交換用の熱交換器３の上面にペルチェ素子を用いたサーモモジュール４…を配し、かつこのサーモモジュール４…の上面に伝熱プレート５を配するとともに、この伝熱プレート５に対して開閉するカバー部６を設け、このカバー部６を閉じた際に伝熱プレート５を底面部２ｄとする試験槽２を構成する試験槽機構Ｍａと、熱交換器３を冷却する冷却気体Ａｃを得る冷却器７を用いた冷却機構Ｍｂを備えてなるため、高温環境と低温環境を速やかに切換えることができることに加え、装置全体の小型化、更には電力消費の低減を図ることができる。
【００３９】
次に、本発明の変更実施形態に係る熱試験装置１について、図７〜図１１を参照して説明する。
【００４０】
図７及び図８は、補助加熱部１１の変更例を示す。図７に示す補助加熱部１１は、ヒータ１１ａ…の代わりに、熱交換器３の内部に埋設した棒状のヒータ１１ｂ…を用いたものであり、図７（ａ）に正面方向から見た断面構成を示すとともに、図７（ｂ）に側面方向から見た構成を示す。この場合、カーボン素材等により形成したヒータブロック６１に側面から複数の孔を開け、この孔に小型のヒータ１１ｂ…をそれぞれ差し込むことによりヒータユニット６２を構成するとともに、このヒータユニット６２を熱交換器３の上面に載置すればよい。
【００４１】
また、図８に示す補助加熱部１１は、熱交換器３の内部に形成した気体通路１１ｃ…に加熱流体Ａｈを流通させるものである。この場合、６５は外部に設けた加熱部であり、ヒータケース６５ｃの内部にヒータ６５ｈを内蔵して構成する。これにより、エアポンプ６６を用いて常温空気をヒータケース６５ｃの内部に一端側から供給すれば、ヒータケース６５ｃの他端側からは加熱された加熱流体（加熱空気）Ａｈを得れるため、この加熱流体Ａｈをシリコン素材等により形成した供給チューブ６７を介して気体通路１１ｃ…の一端に供給すればよい。なお、気体通路１１ｃ…の加熱流体Ａｈは、他端から排気チューブ６８を介して排出される。この場合、加熱流体Ａｈの温度は、温度センサ６９により検出し、温度制御器７０により、加熱流体Ａｈの温度が６０〜６５〔℃〕になるようにヒータ６５ｈをフィードバック制御する。加熱流体Ａｈは少ない風量で済むため、エアポンプ６６は小型のダイヤフラムポンプで足りる。この変更例では、電気系の回路を温度変化の激しい試験槽２の近傍に配設しないため、漏電や故障等を回避する観点から有利となる。図８における補助加熱部１１は補助冷却部としても利用できる。即ち、ヒータ６５ｈをＯＦＦにして気体通路１１ｃ…に常温の外気を供給すれば、高温状態の熱交換器３を冷却（余熱を除去）できるため、上述した冷却機構Ｍｂの補助として用いることができる。
【００４２】
図９は、熱交換器３に対して放冷用の気体Ａａを送風する補助放冷部１２を設けたものであり、加熱モード時に、熱交換器３の放冷能力を高めてサーモモジュール４…の加熱能力を上げることができる。なお、本明細書において、放冷とは、冷却された熱交換器３が温められる意味である。補助放冷部１２は、図１の機体３１において、第一通気口Ｃａｏ，第二通気口Ｃａｉに付設して当該第一通気口Ｃａｏ，第二通気口Ｃａｉをそれぞれ開閉するダンパ８１ａ，８１ｂを備える。この場合、ダンパ８１ａ，８１ｂは、不図示のソレノイド等により回動変位する。また、熱交換室Ｃｃ内の熱交換器３におけるフィン部３ｆ…間のスリットの前後方向両側に位置する機体３１の壁面には第一連通口８２ａ，第二連通口８２ｂをそれぞれ設けるとともに、第一連通口８２ａ，第二連通口８２ｂに、第二送風路Ｒｓの両端がそれぞれ臨む送風路形成フレーム８３を付設する。したがって、ダンパ８１ａ，８１ｂをそれぞれ９０〔゜〕回動変位させることにより、第一通気口Ｃａｏ，第二通気口Ｃａｉ、又は第一連通口８２ａ，第二連通口８２ｂを、選択的に開閉できる。一方、送風路形成フレーム８３の中途には、上下にフィン部を有するヒートシンク形の熱交換ユニット８４を設け、上側を第二送風路Ｒｓに臨ませ、下側を外気に臨ませる。８５ａ，８５ｂは第二送風路Ｒｓに配した送風ファンである。
【００４３】
これにより、冷却モードでは、ダンパ８１ａ，８１ｂを変位させて、第一通気口Ｃａｏ，第二通気口Ｃａｉを開き、かつ第一連通口８２ａ，第二連通口８２ｂを閉じれば、図１と同様の冷却モードを実行できる。これに対して、加熱モードでは、ダンパ８１ａ，８１ｂを変位させて、第一通気口Ｃａｏ，第二通気口Ｃａｉを閉じ、かつ第一連通口８２ａ，第二連通口８２ｂを開くとともに、送風ファン８５ａ，８５ｂをＯＮにすれば、第二送風路Ｒｓ内の気体は、熱交換ユニット８４により温度が１０〜３５〔℃〕程度の常温付近に温められる。そして、温められた気体Ａａは、点線矢印Ｆａで示すように、第二送風路Ｒｓに沿って循環し、熱交換器３に対する放冷（熱交換）が行われる。このように、熱交換器３に対して放冷用の気体Ａａを送風する補助放冷部１２を設ければ、サーモモジュール４…による加熱モード時には、サーモモジュール４…の放冷側における放冷効果を高めることによりサーモモジュール４…の加熱能力をより高めることができる利点がある。なお、図９における補助放冷部１２は、冷却モード時には放熱用としても利用できる。また、ダンパ８１ａ（８１ｂ）を、第一連通口８２ａ（第二連通口８２ｂ）と第一通気口Ｃａｏ（第二通気口Ｃａｉ）の中間位置に位置させれば、第一連通口８２ａ，第二連通口８２ｂ，第一通気口Ｃａｏ及び第二通気口Ｃａｉを全て開放状態にして、急速放冷又は急速放熱することもできる。
【００４４】
図１０は、送風部１７に、熱交換器３と冷却気体室Ｃａ間における循環送風路Ｒを開閉する開閉機構部１８を設けたものである。即ち、機体３１の上面であって試験槽機構Ｍａの左右両側の位置にエアシリンダ９１ａ，９１ｂを配設するとともに、このエアシリンダ９１ａ，９１ｂの出力ロッドに連結した弁シャフト９２ａ，９２ｂを熱交換室Ｃｃの内部に至らせる。そして、弁シャフト９２ａ，９２ｂの先端（下端）に、弁部９３ａ，９３ｂを取付け、この弁部９３ａ，９３ｂは、それぞれ第一通気口Ｃａｏ，第二通気口Ｃａｉの真上に臨ませる。このように、送風部１７に、熱交換器３と冷却気体室Ｃａ間における循環送風路Ｒを開閉する開閉機構部１８を設ければ、冷却気体Ａｃの非使用時であっても、冷却気体Ａｃが気体冷却部１５から熱交換器３側へ漏れるのを確実に防止できる利点がある。
【００４５】
図１１は、試験槽機構Ｍａにおけるカバー部６に、試験槽２の内部の空気を撹拌する撹拌機構部２０を設けることにより、熱衝撃試験用の試験槽機構Ｍａｅとして構成したものである。この場合、撹拌機構部２０は、カバー部６の上面に取付けたモータ９５を備え、このモータ９５の回転シャフトに連結した回転シャフト９６を凹部３７内に臨ませることにより、回転シャフト９６先端（下端）に、撹拌用ファン９７を取付ける。また、撹拌用ファン９７の回転を妨げない位置には、ステンレス素材を用いたネットにより構成した上バケット９８ｕを配設する。一方、伝熱プレート５の上面には、アルミニウム素材又は銅素材で形成したヒートシンク形の熱交換ブロック９９を載置するとともに、この熱交換ブロック９９の上に所定の隙間を開けて、ステンレス素材を用いたネットにより構成した下バケット９８ｄを設置する。これにより、カバー部６を閉じれば、上バケット９８ｕが下バケット９８ｄを覆うため、下バケット９８ｄに被試験体Ｐ…をセットし、撹拌用ファン９７を回転させれば、被試験体Ｐ…に対する熱衝撃試験を行うことができる。このように、試験槽機構Ｍａにおけるカバー部６に、試験槽２の内部の空気を撹拌する撹拌機構部２０を設けることにより、熱衝撃試験用の試験槽機構Ｍａｅとして構成すれば、カバー部６以外の構成をそのまま利用して熱衝撃試験を行うことができる。したがって、例えば、熱衝撃試験用のカバー部をオプション扱いとして、カバー部６と交換可能に構成すれば、熱試験装置（熱衝撃試験装置）から熱衝撃試験装置（熱試験装置）に容易に変更できる。
【００４６】
なお、図７〜図１１に示す変更実施形態において、図１〜図６と同一部分（同一機能部分）には同一符号を付してその構成を明確にした。したがって、図７〜図１１において、図１〜図６と同一部分（同一機能部分）の詳細な説明は省略する。
【００４７】
以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。
【００４８】
例えば、冷却気体Ａｃとして窒素ガスを用いた場合を示したが、他の不活性ガスや除湿空気を用いてもよい。なお、この場合の除湿空気は、外部から除湿空気を封入する場合と、封入した通常の空気を機体３１に内蔵した除湿装置により除湿する場合を含む。また、サーモモジュール４を構成するペルチュ素子は、例えば、二段重ねにより構成するなど、その構成は任意である。さらに、冷却器７としてスターリングクーラ７ｓを用いた場合を示したが、他の冷却器７の使用を排除するものではない。したがって、ペルチェ素子を利用した冷却器７であってもよい。一方、補助加熱部１１は、例示した補助加熱部以外の加熱手段であってもよいし、必要により異なる複数の補助加熱部を組合わせることもできる。なお、本実施形態に係る熱試験装置１は、小型電子部品（被試験体Ｐ…）の熱試験に用いて最適であるが、小型電子部品のみならず試験槽２にセットできる各種中型及び大型の電子部品をはじめ、電子部品以外の各種部品や物品などの熱試験にも同様に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の最良の実施形態に係る熱試験装置の一部断面正面図、
【図２】同熱試験装置の一部断面側面図、
【図３】同熱試験装置における試験槽機構を拡大して示す断面正面図、
【図４】同熱試験装置における制御系を示すブロック系統図、
【図５】同熱試験装置により熱試験を行う際における制御パターン図、
【図６】同熱試験装置の使用方法及び動作を説明するためのフローチャート、
【図７】本発明の変更実施形態に係る熱試験装置における補助加熱部の変更例を示し、（ａ）は正面方向から見た断面構成図、（ｂ）は側面方向から見た構成図、
【図８】同熱試験装置における補助加熱部の他の変更例を示す一部断面正面図、
【図９】本発明の他の変更実施形態に係る熱試験装置であって補助放冷部の構成を含む一部断面正面図、
【図１０】本発明の他の変更実施形態に係る熱試験装置であって開閉機構部の構成を含む一部断面正面図、
【図１１】本発明の他の変更実施形態に係る熱試験装置であって熱衝撃試験用の試験槽機構を含む一部断面正面図、
【符号の説明】
【００５０】
１：熱試験装置，２：試験槽，２ｄ：試験槽の底面部，３：熱交換器，３ｆ…：フィン部，４…：サーモモジュール，５：伝熱プレート，６：カバー部，７：冷却器，７ｓ：スターリングクーラ，７ｃｓ：スターリングクーラの冷却部，８：コントローラ，１１：補助加熱部，１１ａ…：ヒータ，１１ｂ…：棒状のヒータ，１１ｃ…：気体通路，１２：補助放冷部，１５：気体冷却部，１６ａ：送風ファン，１６ｂ：送風ファン，１７：送風部，１８：開閉機構部，１９：気体供給部，２０：撹拌機構部，３２：仕切壁部，Ｐ…：被試験体，Ｍａ：試験槽機構，Ｍｂ：冷却機構，Ｍａｅ：熱衝撃試験用の試験槽機構，Ａｃ：冷却気体，Ａｈ：加熱流体，Ａａ：放冷用の気体，Ｃａ：冷却気体室，Ｃａｏ：第一通気口，Ｃａｉ：第二通気口，Ｃｃ：熱交換室，Ｒ：循環送風路
【図１】
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【図２】
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【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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