(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ低温の空気と高温の空気とが循環される低温空間と高温空間とを備えた冷熱衝撃試験装置に設けられ前記空気が当てられる被試験物が乗せられ前記低温空間と前記高温空間との間で移動装置によって移動可能にされる試料容器において、
前記被試験物の周辺に前記循環される空気が当たる部材を有し、該部材が少なくともチタンを主成分とする材料から成り、
前記移動装置は互いに直交するｘ軸とｙ軸とｚ軸のうちの上下のｚ軸方向に配置された前記低温空間と前記高温空間とを備えた前記冷熱衝撃試験装置に設けられ前記試料容器を前記低温空間にある下位置と前記高温空間にある上位置との間で昇降可能にする昇降装置であって、
上端側が前記冷熱衝撃試験装置の本体部分から一定位置で回転可能に支持され下端側が前記試料容器に設けられた下ｘ方向案内部によって前記ｘ軸方向に移動可能に案内される下端側の下ｘ方向被案内部を備えた第１クロス部材及び下端側が前記試料容器から該試料容器の一定位置で回転可能に支持されていて上端側が前記本体部分に設けられた上ｘ方向案内部によって前記ｘ軸方向に移動可能に案内される上端側の上ｘ方向被案内部を備えた第２クロス部材が前記ｙ軸方向に間隔を空けて一対として設けられたＸリンク機構と、
前記前記Ｘリンク機構を前記ｚ軸方向の上位置と下位置であって前記下位置のときの前記ｚ方向の間隔が前記ｘ軸方向の間隔より大きくなる下位置との間で伸縮可能にする伸縮手段と、
前記本体部分に固定され前記ｚ方向に延設されたｚ方向案内部及び前記試料容器に設けられ前記ｚ方向案内部で前記ｚ方向に移動可能に案内されるｚ方向被案内部とを備えた試料容器案内構造と、
を有する昇降装置であることを特徴とする試料容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、それぞれ低温の空気と高温の空気とが循環される低温空間と高温空間とを備えた冷熱衝撃試験装置に設けられ前記空気が当てられる被試験物が乗せられ前記低温空間と前記高温空間との間で移動装置によって移動可能にされる試料容器に関し、特に冷熱衝撃試験装置の試験性能の向上技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷熱衝撃試験装置としては、供試品を入れてダンパの切り換えによって供試品を低温さらし及び高温さらしするようにしたテストエリアの壁面を、表面側から順次熱容量の小さい断熱材とステンレススチール等の金属板と更に通常の断熱材とを接着剤で接着して構成し、テストエリア表面の熱容量を小さくし、低温さらしと高温さらしとの間の移行時にテストエリア内の温度を移行前の温度から移行後の温度に到達させる時間を短縮するようにした冷熱サイクル装置が知られている（特公昭５９−４５９３６号公報参照）。
【０００３】
又、このような冷熱サイクル装置では、低温空間と高温空間と試験空間とを明確に区分し、それぞれの空間で低温空気と高温空気とを循環させ、その空気を試験空間に交互に導入して冷熱衝撃試験を行うようにした３ゾーン式の装置で、上記の発明が効果的に適用される装置も周知である（例えば特開平４−３５５３４６号公報参照）。
【０００４】
一方、２ゾーン式冷熱衝撃試験装置としては、低温槽と高温槽とを上下方向に配設し、これらの槽の間で試験されるべき試料を入れる試料容器を、上下方向に二段に組み合わせたＸリンク機構から成る昇降装置で昇降させ、それぞれの槽内で交互に低温さらしと高温さらしとを行うようにした装置も知られている（実開昭５５−３７６７号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の冷熱衝撃試験装置のうち低温槽と高温槽とをそれぞれ独立に供えた２ゾーン式の装置では、それぞれの槽内で常時低温空気と高温空気とを循環させていて、低温さらしと高温さらしとの間の移行時には試料を搭載した試料容器をそれぞれの槽内に出し入れさせる。従って、上記３ゾーン式装置の発明のように、２ゾーン式装置ではそれぞれの槽の壁面の熱容量を低下させる必要がなく、試料に急速に試験温度の空気を当ててより早くその温度に到達させることができる。
【０００６】
しかしながら、最近では、衝撃熱によるより苛酷な熱ストレスを与えて試験されるべき試料が多くなっている。その場合、２ゾーン式装置では上記の如く槽壁面の熱容量の問題がなく、その点での改善の余地はないが、発明者等は、壁面に較べると熱容量は小さいが、試料容器も試料の温度変化にかなり影響があることに着目した。
【０００７】
この場合、従来の試料容器はステンレス鋼でできていて、ステンレス鋼は高強度でヤング率も大きく耐蝕性があり熱的性能も良く一般には加工性も良く入手容易で安価であり、本発明の対象である冷熱衝撃試験装置の使用条件に対しては一応最適であり、試料容器を構成する部材の数や板厚等の寸法も十分に低減され、省材料化及び軽量化とそれに伴うコスト低減が図られていて、試料容器の材料面での変更は殆ど考えられないという程であった。
【０００８】
しかしながら、ステンレス鋼では、部材の板厚を極度に薄くすると、切削や溶接等の加工時に変形や熱ひずみが出るという加工性に問題が生じるため、現在の試料容器の部材はこの点からほぼ最小の厚み寸法になっている。即ち、引張強さやヤング率等に基づく構造強度的にはまだ十分に余裕のある過大な寸法になっていて、この点で改善される余地がある。
【０００９】
なお、試料容器を構成する部材のうち上記発明の壁面構造を適用できるものもあるが、上記の三重壁面構造は複雑で製作が難しくコスト高なものである。又、試料容器では通気性を良くする必要があるため骨組み構造を主体として形成されるので、本来的に上記のような壁面構造を適用できる部分は少ない。
【００１０】
一方、試料容器は低温槽と高温槽の間を昇降されることが多いので、本来的に軽量化が望まれる。特に、構造の簡単なＸリンク機構を用いた昇降装置を使用する場合には、Ｘリンク機構を構成するアームや軸が曲げや捩じり応力を受けるので、試料容器を軽量化するとそのような応力が軽減され、モータ等の駆動装置の動力も軽減できる利点がある。
【００１１】
そこで本発明は、従来技術における上記問題を解決し、簡単な構造で被試験物の試験温度への到達が速く冷熱衝撃試験装置の試験性能が一層改善されると共に、軽量化により昇降装置への負担の軽減された試料容器を提供することを課題とする。
【００１３】
【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、請求項１の発明は、それぞれ低温の空気と高温の空気とが循環される低温空間と高温空間とを備えた冷熱衝撃試験装置に設けられ前記空気が当てられる被試験物が乗せられ前記低温空間と前記高温空間との間で移動装置によって移動可能にされる試料容器において、
前記被試験物の周辺に前記循環される空気が当たる部材を有し、該部材が少なくともチタンを主成分とする材料から成り、
前記移動装置は互いに直交するｘ軸とｙ軸とｚ軸のうちの上下のｚ軸方向に配置された前記低温空間と前記高温空間とを備えた前記冷熱衝撃試験装置に設けられ前記試料容器を前記低温空間にある下位置と前記高温空間にある上位置との間で昇降可能にする昇降装置であって、
上端側が前記冷熱衝撃試験装置の本体部分から一定位置で回転可能に支持され下端側が前記試料容器に設けられた下ｘ方向案内部によって前記ｘ軸方向に移動可能に案内される下端側の下ｘ方向被案内部を備えた第１クロス部材及び下端側が前記試料容器から該試料容器の一定位置で回転可能に支持されていて上端側が前記本体部分に設けられた上ｘ方向案内部によって前記ｘ軸方向に移動可能に案内される上端側の上ｘ方向被案内部を備えた第２クロス部材が前記ｙ軸方向に間隔を空けて一対として設けられたＸリンク機構と、
前記前記Ｘリンク機構を前記ｚ軸方向の上位置と下位置であって前記下位置のときの前記ｚ方向の間隔が前記ｘ軸方向の間隔より大きくなる下位置との間で伸縮可能にする伸縮手段と、
前記本体部分に固定され前記ｚ方向に延設されたｚ方向案内部及び前記試料容器に設けられ前記ｚ方向案内部で前記ｚ方向に移動可能に案内されるｚ方向被案内部とを備えた試料容器案内構造と、
を有する昇降装置であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を適用した試料容器の全体構成の一例を示し、図２乃至図４はこの試料容器の昇降装置及びこれらを装備した冷熱衝撃試験装置の構成例を示し、図５乃至図７はそのＸリンク機構部分の構成例を示す。他の図を参照しつつ主として図１及び図２によって説明する。
【００１５】
試料容器５は、それぞれ低温の空気と高温の空気とが循環され本例では上下ｚ方向に配置された低温空間１と高温空間２とを備えた冷熱衝撃試験装置３に設けられ、空気が当てられる被試験物である電気・電子部品等からなるワークＷが乗せられ、低温空間１にある下位置と高温空間２にある上位置との間でＸリンク機構６、伸縮手段である駆動装置７、台案内構造８等によって構成される昇降装置によって昇降可能にされていて、ワークＷの周辺に循環される空気が当たる部材である周辺部材を有する。試料容器５とＸリンク機構６とは、後述するように試料容器５の上部に形成された構造枠５１及びこれに形成されＸリンク機構６の下端部分を案内する下ガイドレール５２によって接続されている。
【００１６】
試料容器５の前記周辺部材は、天板５３、底板５４、これらを結合する支柱５５、支柱間を結合する支柱結合板５６、支柱間に取り付けられこれらを結合する棚受５７、等で構成されている。このような周辺部材は、少なくともチタンを主成分とする材料であるチタン又はチタン合金製になっている。チタン合金としては、チタンをほぼ１０％程度以上含み、アルミニウム、バナジューム、モリブデン、錫等を単独又は組み合わせて少量含み強度や耐蝕性等を上げた材料を用いることができる。このようなチタン合金はチタンを主成分としているので、基本的には純チタンと同性状を持ち強度や耐蝕性が上がっているので、上記周辺部材への適用性がよいものである。
【００１７】
このような試料容器５は、従来のステンレス鋼（以下単に「ステンレス」ということがある）製のものと同様に板材を溶接によってアングル構造にした材料等から成るアングル材を主とした骨組み構造になっていて、構造面の軽量化が図られている。本例の試料容器５では、これらの部材の厚みは、その使用部分に対応して０．８ｍｍ乃至１．２ｍｍになっている。この厚みやその他の寸法も従来のステンレス製のものと同じである。
【００１８】
冷熱衝撃試験装置の使用温度範囲である２００℃程度では、チタンの引張強さ（約１８０ＭＰａ）及び部材の剛性を定めるヤング率（約１０００００ＭＰａ）はステンレス鋼のそれら（約３５０ＭＰａ及び約２０００００ＭＰａ）のほぼ半分である。従って、変形を考慮した構造強度的には、理論上両材料の部材の厚み等の寸法は同一にはならないが、前述の如く、ステンレス製では加工性の面から上記寸法をほぼ最小寸法としていて、構造強度的にはまだ十分余裕のある寸法になっている。
【００１９】
一方、チタンの許容応力はステンレスより小さいが高強度であるため、従来のステンレスの場合と同程度の厚み等の寸法を使用することにより、チタン製の試料容器５を十分な強度を持ち変形等の問題の生じない構造にすることができる。この場合、チタンはステンレスに較べて線膨張係数が約半分（８．４×１０-6／℃と１７×１０-6／℃）であり十分小さい値であるので、例えば溶接時の熱変形が小さく残留歪みが小さくなり、この点で加工性が良くなるため、更に板厚寸法を下げられる可能性がある。又、チタン合金を使用すれば、チタン材が大幅に高強度化するので、この点でも更に厚み寸法を低減できる余地がある。
【００２０】
このようにほぼ同寸法に製作されるチタン製試料周辺部材は、チタンの比重（約０．４５ＭＰａ）がステンレスの比重（約０．７９ＭＰａ）の５７％という半分程度の値であるため、ステンレス製のものの５７％の重量に軽量化される。そして、両材料の比熱はほぼ同じ（約５ｊ／ｇ／℃）であるから、結局、チタン製試料周辺部材はステンレス製試料周辺部材より熱容量（重量×比熱×温度）において４３％低減されたものになる。
【００２１】
一方、両材料の熱伝導率はほぼ同じ（約０．１８ｊ／ｃｍ2 ／ｓ／ｃｍ）であるから、結局、本発明を適用したチタン製試料周辺部材は、高低温間の移行時に、ステンレス製試料周辺部材のときよりも早く移行後の温度に到達することになる。その結果、試料自体の温度到達を早める効果を有することになる。
【００２２】
なお、アルミニウムもある程度強度があり軽量で耐蝕性があり試料周辺部材として適当な材料のようであるが、２００℃程度の温度では引張強さが大幅に低下する（チタンの約１／８）ため、部材の厚みをチタン製よりも相当厚くする必要があると共に、比熱がチタン及びステンレスの約２倍であるため、結局低熱容量化はもとより軽量化も図られないことになる。
【００２３】
試料容器５では、以上のような試料周辺材料に加えて、試験されるワークＷを収納する試料かご５８が棚受け５７に着脱可能に載置される。又、天板５３及び底板５４に連続して高低温空間の間をシール及び断熱するための断熱材５９ａ及びその外装板５９が設けられている。そして上端には昇降装置用の前記構造枠５１が取り付けられ、下端にはパッキンが接触することになる仕切板６０が設けられている。
【００２４】
試料かご５８は、詳細図示を省略しているが、心材を用いた骨組みとその周囲及び底に線材を配設し、通気性の良い形状に形成されている。この試料かご５８も、前記周辺部材と同様に、従来のステンレス製のものでは製作時の加工性によって心材や線材が選定されていて、構造強度や変形面では余裕のあるものであった。この心材や線材は熱容量的には小さく又昇温／降温しやすいが、ワークＷに最も近い位置にあるので、チタン製にすることが望ましい。
【００２５】
断熱材を囲う外装板５９は、ワークＷからは天板５３及び底板５４で隔離された位置にあり何れか一方は冷熱衝撃試験装置の断熱仕切３６（図４、５に示す）に対向する位置になるので、チタン製にする必要性は周辺部材程ではないが、これらもチタン製にされてもよい。
【００２６】
本発明の試料容器５は適当な昇降装置によって低温空間１と高温空間２との間で昇降されればよいが、本例の昇降装置では、Ｘリンク機構６が、第１クロス部材である内側アーム６１と第２クロス部材である外側アーム６２とを組み合わせたＸリンクがｙ軸方向に空間を空けて設けられた構造になっている。即ち、内外アーム６１、６２を中間支点Ｐで結合した１組のＸリンクを２組形成し、少なくともｙ軸方向の両端のそれぞれのＸリンクの中間支点Ｐ、Ｐ間を結合することなく、その移動範囲を空間として確保できるように、それぞれのＸリンクをｙ軸方向の両側に設けてＸリンク機構６を構成させている。
【００２７】
内側アーム６１の上端側は、冷熱衝撃試験装置３の本体部分である構造枠３１から上端側の一定位置で回転可能に支持されている。本例では、ｙ軸方向に一対になっている内側アーム６１、６１（図４（ａ）にも示す）の上端側が断面角型の連結軸９で連結されていて、この連結軸９が構造枠３１に回転可能に支持されることにより、内側アーム６１が上端側を中心として回転可能なように支持されている。
【００２８】
内側アーム６１の下端側は、試料容器５の天井部分の構造枠５１に設けられた下ｘ方向案内部でありガイドレール部分である下ガイドレール５２によってｘ軸方向に移動可能に案内される下端側の下ｘ方向被案内部でありローラ構造部分であるローラ構造１０を備えている。
【００２９】
外側アーム６２の下端側は、試料容器５の前記構造枠５１からその一定位置で回転可能に支持されている。外側アーム６２の上端側は、前記構造枠３１に設けられた上ｘ方向案内部でありガイドレール部分である上ガイドレール３２によってｘ軸方向に移動可能に案内される上ｘ方向被案内部でありローラ構造部分であるローラ構造１１を備えている。
【００３０】
駆動装置７は、試料容器５が低温空間１の下位置と高温空間２の上位置（図４（ｂ）及び図７に示す位置）との間で昇降可能なようにＸリンク機構６を伸縮可能にする装置であり、本例のものは、リニアドモータ７１、これによって直線往復移動される駆動軸７２、この軸に傾動可能に結合された中間軸７３、この軸と回転可能に結合された駆動リンク７４、前記連結軸９、等によって構成されている。なお、駆動装置７としては、例えばシリンダ装置のような他の直線往復機構を使用したり、連結軸９を直接的に回転駆動させる減速機付きモータ等を使用することも可能である。
【００３１】
この駆動装置７では、Ｘリンク機構６が低温空間１内にある下位置のときには、図６に示す如く、ｚ軸方向の両端間隔である高さ間隔ａがｘ軸方向の両端間隔である横幅ｂより大きくなるように駆動される。
【００３２】
台案内構造８は、本体部分である図５にも示す上下の構造枠３１、３３に固定されｚ軸方向に延設されたｚ方向案内部でありガイドレール部分である上下ガイドレール８１と試料容器５の構造枠５１に設けられ上下ガイドレール８１でｚ方向に移動可能に案内されるｚ方向被案内部でありローラ構造部分であるローラ構造８２とを備えている。
【００３３】
冷熱衝撃試験装置３は、二槽式のものの通常の構造部分として、断熱扉３４、断熱壁３５、断熱仕切３６、低温空間１内に配設された冷凍機の蒸発器からなる冷却器３８、蓄熱器３７、低温側温度調節用の加熱器３９、モータ４０ａで回転駆動される送風機４０及び送風ダクト部分４１、高温空間２内に配設された加熱器４２、モータ４３ａで回転駆動される送風機４３及び送風ダクト部分４４、前記駆動装置７やモータ等が配置されている機械電気室４５、換気扇４６、キャスター４７、高さ調整脚４８、等で構成されている。符号４９は図５にも示すパッキンである。
【００３４】
図８（ａ）乃至（ｄ）はＸリンク機構５の接続部分の構造例を示す。
（ａ）は内側アーム６１の上端部分の構造を示す。この部分は、冷熱衝撃試験装置３の本体部分をなす前記構造枠３１、これに取り付けられｙ軸方向の両端にある軸受６１ａ、この中で回転可能な軸６１ｂ、この軸が一体的に形成されｙ軸方向の両端まで伸びた前記連結軸９、この軸に固定されこの軸と共に回転可能にされた前記内側アーム６１、等で構成されている。
【００３５】
角型の連結軸９には、図２、３にも示す如く駆動リンク７４が結合されている。なお、外側アーム６２の下端側部分も同様の構造であり、（ａ）では括弧書きで符号を示している。この下端側部分では、上端側の角形の連結軸９に代えて丸軸９´にしている。なお、この丸軸９´は回転駆動されないなので省略可能である。
【００３６】
（ｂ）は、外側アーム６２の上端部分及び内側アーム６１の下端部分を示す。外側アーム６２の上端部分は、構造枠３１に取り付けられた前記ガイドレール３２及び前記ローラ構造１１で構成されている。ローラ構造１１は、軸受部１１１ａとローラ部１１１ｂとが一体の焼結金属でできたローラ体１１１とこれを支持する軸１１２とを備えた構造になっている。内側アーム６１の下端部分も同様の構造になっていて、この構造部分については、（ｂ）において一部分を二点鎖線及び括弧書きの符号で示している。
【００３７】
（ｃ）は内外アーム６１、６２のクロス結合部分である中間支点Ｐの部分を示す。この部分は、内側アーム６１に外向きの突出軸６１ｃを取り付け、この軸に対して外側アーム６２に取り付けられた軸受６２ｃを嵌め込み、これらを介して内外アームが相互間で回転自在にされた構造になっている。
【００３８】
（ｄ）は台案内構造８の部分を示す。この構造部分は、既述の如く、上下ガイドレール８１と試料容器５の構造枠５１とこれらの間に介装されたローラ構造８２とによって構成されている。ローラ構造８２は、上記（ｂ）のものと同様に、軸受部８２１ａとローラ部８２１ｂとが一体の焼結金属でできたローラ体８２１とこれを支持する軸８２２とを備えた構造になっている。なお、（ｄ）はガイドレール８１の縦断面を示していて、この構造の横断面は（ｂ）と同様の構造になっている。即ち、ｘｙ方向の動きを規制されつつｚ方向に移動可能に案内されている。
【００３９】
以上のような昇降装置及びこれを装備した冷熱衝撃試験装置は次のように運転されその作用効果を発揮する。
低温空間１及び高温空間２では、それぞれ空調機器が運転され、それぞれの空間内が例えば−７０℃程度までの最低温度及び２００℃程度までの最高温度のうちの目的とする低温試験温度として例えばｔ1 ＝−３０℃及び高温試験温度として例えばｔ2 ＝１３０℃に維持される。このような状態で、図２、３、６等に示すようにＸリンク機構が伸びて試料容器５が低温空間１内の下位置にあるときには、ワークＷは−３０℃の低温循環空気に曝されてその温度になっている。
【００４０】
この低温状態から、ワークＷに高温熱衝撃を与えるときには、駆動装置７を作動させる。これにより、モータ７１が回転し、駆動軸７２が突き出され、中間軸７３及び駆動リンク７４を介して連結軸９が回転し、その角変位が内側アーム６１に伝達されてこれが同じ角度だけ回転し、この内側アーム６１の回転と並行して中間支点Ｐを介して外側アーム６２が動き、内外アーム６１、６２の他端側がガイドレール５２、３２に沿ってｘ軸方向に広がって動きつつｚ軸方向に上昇し、図６等に示すＸリンクの伸びた状態から図４（ｂ）及び図７に示す縮んだ状態になり、試料容器５は高温空間２内の位置である上位置に到達する。
【００４１】
試料容器５が上位置に到達すると、低温空間１内で低温ｔ1 になっていたワークＷには、高温空間２内で循環している高温ｔ2 の空気が当てられる。これによってワークＷは急激に温度上昇するが、このとき、全体的に低温ｔ1 になっている試料容器５が（ｔ1 −ｔ2 ）に対応したマイナスの熱容量を持つので、その値がｔ2 の循環空気温度に影響すると共に、ｔ1 からｔ2 に到達しようとするワークＷの昇温速度にもかなりの影響を及ぼすものと推定される。
【００４２】
そしてこの場合、本例の試料容器５では、少なくとも天板５３、底板５４、支柱５５、支柱結合板５６及び棚受５７で構成される試料周辺部材をチタン製にしているので、その熱容量が従来のステンレス製のものより半分近くになっているため、循環空気温度の早期安定化、試料周辺部材の温度上昇の迅速化、これらによるワークＷの温度上昇の迅速化が図られる。その結果、ワークＷの温度上昇が早くなり、ワークＷに加えられる熱衝撃が大きくなってより大きな熱ストレスがワークＷに与えられることになる。
【００４３】
試料容器５の上昇動作においては、台案内構造８により、試料容器５の構造枠５１に取り付けられたローラ構造８２のローラ部８２１ｂが冷熱衝撃試験装置の本体部分をなす上下構造枠３１、３３に取り付けられた上下ガイドレール８１によって上下方向に案内されるので、試料容器５は、動作中に揺動したり不規則な動きをせず、上位置に到達したときに傾いたり位置ずれすることがなく、正しい姿勢でｘｙ平面上の目的とする所定位置に位置決めされる。
【００４４】
なお従来の冷熱衝撃試験装置の昇降装置では、ｙ軸方向の両端の中間支点間や二段Ｘリンクの段間結合点間を接続しているが、そのようにしても、Ｘリンク機構がｘｚ方向に動くために結局全体としての剛性が得られず、又リンク接続部の不確実な遊びの存在により、試料容器５に揺動、傾動、位置ずれ等の不規則な動きが発生することになる。これに対して本発明を適用した本例の装置では、図２、図４（ａ）、図５に示す如く、両側の中間支点Ｐ、Ｐ間は結合されていないが、本体部分から絶対的位置を固定された上下ガイドレール８１によって試料容器５が案内されているため、試料容器５がｘｙ平面上の同じ位置を確実に上昇することになる。
【００４５】
その結果、図４（ｂ）に示す如く、試料容器５の下端の仕切板６０の上面が断熱仕切３６の下面に取り付けられたパッキン４９に確実に接触し、高低温空間２、１間を確実にシールすることができる。そして、両空間内の温度を精度良く維持し、試験性能を向上させることができる。
【００４６】
試料容器５が高温空間に到達して一定の時間が経過すると、試料容器５はｔ1 からｔ2 に全体的に温度上昇する。この場合、本例の試料容器５は熱膨張係数の小さい材料でできているので、温度上昇による試料容器５の伸びが小さい。即ち、ｔ2 −ｔ1 が前記の如く１６０℃であり、試料容器５のうち試料周辺部材部分の長さが２５０ｍｍであるとすれば、その部分の伸びが従来のステンレス製のものでは約０．７ｍｍになるが、本例のチタン製のものでは約０．３４ｍｍになって半減する。この伸びは、試料容器５の全長では倍程度になる。従って、本発明のように少なくとも試料周辺部材をチタン製にすれば、パッキンの必要な圧縮量を確保して従来よりもシール製を一層良くすることができる。
【００４７】
高温熱衝撃時間が経過してワークＷに低温熱衝撃を与えるときには、再び駆動装置７を作動させ、Ｘリンク機構６を伸長させて試料容器５を下降させる。このときには、上昇時とは反対方向にモータ７１が回転し、駆動軸７２が引き付けられ、上昇時とは反対の動きになり、図４（ｂ）及び図７に示すＸリンクの縮んだ状態から図６等に示すＸリンクの伸びた状態になり、試料容器５は低温空間１内の位置である下位置に到達する。
【００４８】
試料容器５が低温空間に移動されると、今度は高温ｔ2 になっている試料容器５及びワークＷに低温ｔ1 の循環空気が当てられ、ワークＷは急激に温度降下するが、このとき、全体的に高温ｔ1 になっている試料容器５が（ｔ2 −ｔ1 ）のに対応した熱容量を持つので、その値がｔ1 の循環空気温度に影響すると共に、ｔ2 からｔ1 に到達しようとするワークＷの降温速度にもかなりの影響を及ぼすものと推定される。
【００４９】
そしてこの場合、本例の試料容器５では試料周辺部材をチタン製にしているので、その熱容量が従来のステンレス製のものより半分近くになっているため、高温熱衝撃時と同様に、低温循環空気温度の早期安定化、試料周辺部材の温度降下の迅速化、これらによるワークＷの温度降下の迅速化が図られる。その結果、ワークＷに加えられる熱衝撃が大きくなってより大きな熱ストレスがワークＷに与えられることになる。
【００５０】
発明者等は、本例のような装置を用いて実験して以下のような結果を得た：
0003732420.tif 000002
試料容器５は、前記の上位置から下位置への下降時の動作においても、上昇時と同様に、試料容器５が上下ガイドレール８１によって案内され、正しい姿勢でｘｙ平面上の目的とする所定位置に位置決めされる。この場合、本例の装置では、第１、第２クロス部材である内外アーム６１、６２を組み合わせた単段のＸリンクにしていて不可避的に遊びの生ずる回転結合部分を最小数にしているため、及び、試料容器５を正しく昇降案内しているため、Ｘリンク機構５が伸びた状態でも遊びによるストロークを最小にすることができる。
【００５１】
以上の如く、発明者等は、Ｘリンク機構についても、従来の二段Ｘリンク機構に代えて一段Ｘリンク機構を開発し、試作実験をした。その結果によれば、従来のｙ方向接続型の二段Ｘリンク機構を用いた装置では、約１５ｍｍ生じていたｚ方向の遊びを、本例の装置では、同程度（実際には１０％位大きい）の全体伸長距離の装置において、約５ｍｍという従来の１／３の遊び長さにすることができた。
【００５２】
その結果、図３及び図５に示す如く、試料容器５の上端の構造枠５１の下面が断熱仕切３６の上面に取り付けられたパッキン４９に確実に接触し、必要なパッキン圧接力を確保し、高低温空間２、１間を確実にシールし、両空間内の温度を精度良く維持して試験性能を向上させることができる。
【００５３】
以上の如く、本例の装置によれば、ｙ軸方向の両側の中間支点Ｐ、Ｐ間を結合することなくＸリンク機構の昇降精度を得ることができる。その結果、図３及び図４、特に図４（ａ）に示す如く、ｘ軸方向では、ｙ軸方向の両側に設けられたＸリンク機構６の回転領域になる部分を、ｙ軸方向では空間として確保し、この部分に加熱器４２、送風機４３及び送風ダクト４４を配置することができた。即ち、単段Ｘリンク機構であるために同じ伸縮距離を得るためにはアーム長さが長くなり、その回転軌跡範囲が広くなるが、そのｙ軸方向を空間として利用可能にしたことにより、従来装置よりも機器配置面で改善することができた。
【００５４】
即ち、従来の装置では、Ｘリンク機構のｙ方向スペースを利用できないため、加熱器及び送風機を配置するためにｘｙ平面上に別個に追加して配置スペースを設けていたが、本例の装置ではこのようにスペースをなくすることができた。従って、従来装置より冷熱衝撃試験装置の平面寸法を小さくすることができる。
【００５５】
その結果、電子部品等の製造工程で使用されクリーンルームに設置されことが多い冷熱衝撃試験装置では、平面的配置スペースをできるだけ小さくする要請があるが、そのような要請に応えることができる。なお、低温側では、冷却器及び蓄冷器が広い配置スペースを占めることになるが、冷熱衝撃試験装置は通常高さが低いので、本例の図３に示す如く、これらを下方配置にすることが容易である。従って、低温側の配置のために平面寸法が大きくなることはない。
【００５６】
又以上の如く、従来の装置よりもシール性能面及び配置面での改善を図りつつ単段Ｘリンク機構の採用を可能にしたので、部品点数を大幅に減少させ装置構成の簡素化、コスト低減、装置の信頼性の向上等を図ることができた。即ち、本例の装置は、従来の装置に較べて、上下ガイドレール８１が追加になるが、その他の主要部品数としては、アーム数が８本から４本に、ｙ軸方向連結軸が８本から２本に、軸受数が１８個から１０個に、何れも大幅に減少させることができ、それに基づく簡単な機械装置としての種々の利益を得ることができる。
【００５７】
本例の装置では更に、図６に示す如く、下位置のときのアームの高さ距離ａが下端間の横幅ｂより大きくなるようにしているので、内側アーム６１と外側アーム６２との１段のＸリンクであっても、図４（ｂ）に示す必要なリフトｈを得ることができる。即ち、例えばａを約２５ｃｍ、ｂを約４０ｃｍとすれば、長さが約５０ｃｍのアームで約２９ｃｍのリフトｈを得ることができる。これに対して、従来の装置のようにａとｂとを同じ４０ｃｍにすると、リフトｈが約５ｃｍ少なくなる。従って、ａをｂより小さくすることが望ましい。
【００５８】
この場合、本例の冷熱衝撃試験装置では、試料容器５のｘ方向の寸法がほぼａと同じになっている。そのようにすれば、内外アーム６１、６２の下端側で試料容器５を吊るときに、試料容器５が下位置にあるときでも、その全幅部分を吊ることができ、吊り下げ状態を安定させることができる。即ち、本例のようにａをｂより小さくして更に試料容器５の寸法と同程度にすれば、支持状態の安定化、アーム長さの短縮、それによるＸリンク機構の回転範囲の縮小、リンク駆動力の低減等の諸効果を得ることができる。
【００５９】
以上の如く昇降装置として一段Ｘリンク機構を用いると、多くの作用効果を得ることができるが、二段Ｘリンク機構に較べて、同じリフトを得るためには内外アーム６１、６２の長さが長くなり、モータ７１の駆動力やリンクにかかる力が大きくなる。この場合、本発明を適用し、試料周辺部材をチタン製にして試料容器５を大幅に軽量化しているので、前記モータ等の負担を軽減し、一段Ｘリンク機構の採用を容易化されている。
【００６０】
本例の装置では更に、アームの移動側端や試料容器の案内構造部分として、図８（ｂ）及び（ｄ）に示す如く、例えば外側アーム６２の上端部分において、軸１１２に嵌め込まれるローラ体１１１を軸受部１１１ａとローラ部１１１ｂとが一体となった焼結金属製にしているので、簡単な構造を維持した上で、案内構造部分の動作を安定させ寿命を長くしその信頼性を上げることができる。
【００６１】
即ち、Ｘリンク機構の水平ガイド程度の使用条件であれば、軸に摺動可能な材料からなるブッシュを入れて、これとガイドレールとを回転又は摺動させつつ案内移動させるのが通常であり、従来の装置もそのようにしていたが、ブッシュの厚みは例えば２ｍｍ程度で薄く作られるので、ブッシュが回転しにくく摺動で減耗しその寿命が短いという問題があった。これに対して本例の装置のように、軸受と一体構造の直径の大きいローラ部を形成させることにより、ローラ部がガイドレールとの間で相対移動するときに、ここで発生する摩擦力による回転トルクが大きくなり、軸１１２に対してローラ体１１１が回転し、円滑な動作により片減りが防止され、部品の耐久性が大幅に向上し装置の機械的信頼性を上げることができる。
【００６２】
この場合、焼結金属は本来摺動部分に使用される材料であるから、仮に回転が円滑に行われずガイドレールとの間で摺動移動が起こったとしても特に問題は発生せず、ローラ部により直径が大きくなっているので、片減りにより寿命が短くなるということはない。そして、このようなローラ構造を採用することにより、Ｘリンク機構の動作時の抵抗を減らし、単段リンクを使用しその長さが長くなることによる駆動力の増加に対して、モータや動作部分の負担を軽減させることができる。
【００６３】
なお以上では、本発明を適用した試料容器をＸリンク機構を用いた昇降装置を備えた冷熱衝撃試験装置に設けた例について説明したが、本発明の試料容器は、２ゾーン式の冷熱衝撃試験装置に広く適用できるものである。又、二段Ｘリンク機構の昇降装置を持つ冷熱衝撃試験装置にも適用可能であることは勿論である。更に、Ｘリンク機構の伸縮手段として、内側アーム６１の上端側部分を回転させる例について説明したが、外側アーム６２の上端側部分をｘ方向に往復移動させるような装置等、他の適当な伸縮手段を用いることができる。又、必要な伸縮距離等によっては、図６のａ、ｂ寸法を同程度にしてもよい。更に、実際の装置の使用条件等によっては、焼結金属一体型ローラ構造に代えて、通常の構造のローラや単なるブッシュ構造を採用することも可能である。
【００６４】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、請求項１の発明においては、冷熱衝撃試験装置がそれぞれ低温の空気と高温の空気が循環される低温空間と高温空間とを備えていて、循環空気が当てられる被試験物が乗せられる試料容器が低温空間と高温空間との間で移動装置によって移動可能にされるので、被試験物が試料容器に乗せられてそれぞれの空間に移動されたときに、被試験物には直ちに移動された空間の循環空気が当てられる。一方、被試験物を乗せた試料容器にも同じ循環空気が当てられる。
【００６５】
このとき、試料容器は移動前の空間の温度になっているので、移動後の空間の循環空気に対して、試料容器の関連部材の重量×比熱×温度差からなる熱容量に対応した影響を与え、又被試験物の温度にも影響を与えることになる。即ち、熱容量の大きさに対応して、循環空気の温度を上昇又は低下させると共に、被試験物の移動前の温度から移動後の温度への到達時間及びその間の温度変化状態に影響を与えることになる。
【００６６】
そしてこの場合、試料容器が被試験物の周辺に循環される空気が当たる部材を有し、その部材を少なくともチタンを主成分とする材料、即ちチタン又はチタン合金にしているので、従来最適な材料として当然に用いられていたステンレス製の周辺部材よりも、チタン製部材の熱容量が大幅に小さくなっているため、循環空気温度が早期に定化し被試験物周辺部材が移動後の温度に迅速に到達し、それらによって被試験物の移動後の温度への到達時間を短縮することができる。
【００６７】
即ち、チタンは冷熱衝撃試験装置の高温側の温度であって例えば２００℃程度の温度においてもステンレスの５０％程度の高い強度及びヤング率を有すると共に、従来のステンレス製の場合に板厚等の部材寸法が加工性の面から定まっていて強度や変形等の面では十分余裕があることから、前記周辺部材をチタン製にしても、ステンレス製と同程度の部材寸法にすることができる。そして、チタンがステンレスより５０％近く軽量であることにより、結局チタン製にすることによって周辺部材の熱容量を下げることができる。
【００６８】
その結果、上記の如く冷熱衝撃を加えたときの被試験物の温度を早く衝撃温度に到達させ、単位時間当たりの衝撃熱量を増加させ、被試験物により厳しい熱ストレスを加えられるようにして、冷熱衝撃試験装置の試験性能を改善することができる。この場合、試料容器の変更は材料のみであるから、構造面では従来と同様の簡単な構造を維持することができる。
【００６９】
一方、チタンは高価な材料であり、ステンレスに較べると単位重量当たりでは約１０倍で、これを本発明に適用すれば、直接の部材材料費としては約６倍になるが、試料容器の材料費は冷熱衝撃試験装置の全体の材料費に対しては３％以下であるため、製品価額からすれば僅かな上昇に止まるものである。
【００７０】
以上の如く請求項１の発明によれば、高価なチタン材を被試験物の周辺部材に限定して使用してコスト上昇を抑制しつつ、従来使用されていたステンレスとは強度等で大差があるにもかかわらず同程度の寸法に形成可能なことを見いだし、これに比熱条件を加味して、チタンの直接的性質としては周知でない熱容量の面に利用してこれを低減させ、更に、チタンの使用温度における十分な耐蝕性、小さい線膨張率による溶接等の面での良好な加工性を含みチタンの諸性質を総合的に利用することにより、より厳しい熱衝撃試験を可能にし冷熱衝撃試験装置の基本的性能を向上させるという大きな効果を得ることができる。
【００７１】
又、チタン使用によって重量の軽減された試料容器の移動装置をＸリンク機構を使用した昇降装置とし、所定の構成を備えた第１クロス部材と第２クロス部材とを組み合わせたＸリンクをｙ軸方向に空間を空けて設けてＸリンク機構を構成させていると共に、試料容器を下位置と上位置との間で昇降可能なようにＸリンク機構を伸縮可能にする伸縮手段を設けているので、Ｘリンク機構を伸縮させ、その第２クロス部材の下端側で試料容器を回転可能に支持しつつＸリンクの変形に対応して第１クロス部材の他端側を試料容器によってｘ軸方向に移動案内させ、Ｘリンクを変形させつつ試料容器を上位置と下位置との間で昇降させることができる。
【００７２】
そして、本体部分にｚ軸方向に延設されたｚ方向案内部を固定し、試料容器にこのｚ方向案内部でｚ軸方向に移動可能に案内されるｚ方向被案内部を設けるので、Ｘリンク機構で試料容器を昇降させるときに、試料容器が揺動したり不規則な動きをせず、上下位置に到達したときに傾いたり位置ずれがなく、正しい姿勢でｘｙ平面上の目的とする所定位置に試料容器を位置決することができる。即ち、従来の装置のようにｙ軸方向の両側のＸリンクを接続させるのでなく、本体部分の固定位置から試料容器をｚ軸方向に案内するので、上記の如く良好な昇降動作をさせることができる。
【００７３】
その結果、低温空間の下位置と高温空間の上位置とで試料容器が移動して両位置に設置されるときに、それらの空間をシールするパッキン等のシール構造物と試料容器とが確実に接触し、高低温空間の間を確実にシールし、両空間内の温度を精度良く維持して試験性能を向上させることができる。この場合、試料容器が上位置にあるときには、高温によって熱膨張し、下端側のシール位置が下方に伸びてシール性を低下させることになるが、試料容器の被試験物周辺部材が線膨張係数の小さいチタン製になっているので、シール性を良好に維持することができる。
【００７４】
又、Ｘリンク機構を第１、第２クロス部材を組み合わせた単段のＸリンクで構成しているので、遊びの生ずる回転結合部分を最小数にすることができる。その結果、試料容器の下位置でＸリンク機構が伸びた状態でも、遊び量を十分小さくし、遊びによるストロークロスを最小にすることができる。その結果、リンク機構の不可避的な遊びに対しても、試料容器の移動到達位置や姿勢を良好に維持し、必要なパッキン圧接力を確保し、高低温空間の間を確実にシールすることができる。
【００７５】
更に、試料容器の案内手段を設けたことにより、第１、第２クロス部材の結合点をｙ軸方向に接続させる必要がなくなり、ｙ軸方向の空間が確保されるようにＸリンク機構を構成させているので、この部分に冷熱衝撃試験装置の装備機器の一部分を配置することが可能になる。その結果、冷熱衝撃試験装置の平面寸法を縮小することが可能になる。そして、クリーンルーム等の冷熱衝撃試験装置の設置される配置スペースを節約することができる。
【００７６】
そして更に、シール性能面及び配置面での改善を図りつつ単段Ｘリンク機構の採用を可能にしたので、従来の冷熱衝撃試験装置のＸリンク機構を用いた昇降装置に較べて部品点数の大幅に減少し、装置構成の簡素化、コスト低減、装置の信頼性の向上等を図ることができる。この場合、単段Ｘリンク機構を用いると、二段Ｘリンク機構に較べて第１、第２クロス部材の長さが長くなり、駆動手段の駆動力やリンク機構にかかる力が大きくなるが、試料周辺部材をチタン製にして試料容器を大幅に軽量化しているので、駆動手段やリンク機構の負担を軽減し、単段Ｘリンク機構の採用が容易化されている。
【００７７】
以上の如く、請求項２の発明によれば、Ｘリンク機構と試料容器移動案内構造と冷熱衝撃試験装置の特性とを総合的に組み合わせることにより、従来の装置にない種々の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明を適用した冷熱衝撃試験装置の試料容器の構造例を示す側面図及び正面図である。
【図２】本発明を適用した冷熱衝撃試験装置の昇降装置の一例を示す斜視図である。
【図３】上記冷熱衝撃試験装置の側断面状態を示す説明図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は上記冷熱衝撃試験装置の正面断面状態及び上部側断面状態を示す説明図である。
【図５】試料容器及び昇降装置部分の正面図である。
【図６】試料容器及び昇降装置部分の側面図である。
【図７】試料容器及び昇降装置部分の側面図で試料容器が上位置にある状態を示す
【図８】（ａ）乃至（ｄ）は各部の構造を示す断面図で、（ａ）は内側アームの上端部分及び下側アームの下端部分、（ｂ）は外側アームの上端部分及び内側アームの下端部分、（ｃ）は中間支点の部分、そして（ｄ）は試料容器の案内構造部分を示す。
【符号の説明】
１                低温空間
２                高温空間
３                冷熱衝撃試験装置
５                試料容器
６                Ｘリンク機構
７                駆動装置（伸縮手段）
８                試料容器案内構造
３１              構造枠（冷熱衝撃試験装置の本体部分）
３２              上ガイドレール（上ｘ方向案内部）
５２              下ガイドレール（下ｘ方向案内部）
５３、５４        天板、底板（部材）
５５、５６        支柱、支柱結合板（部材）
５７              棚受（部材）
６１              内側アーム（第１クロス部材）
６２              外側アーム（第２クロス部材）
８１              上下ガイドレール（ｚ方向案内部）
８２              ローラ構造（ｚ方向被案内部）
Ｗ                ワーク（被試験物）
【図１】
0003732420.tif 000003
【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】
0003732420.tif 000008
【図７】
0003732420.tif 000009
【図８】
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