恒温装置
【課題】バーンイン試験を実施するための恒温装置を改良するものであり、消費電力の抑制が可能であり、かつ温度ばらつきも小さい恒温装置の開発を課題とする。
【解決手段】被試験物Ｗ自体の発熱量Ａと送風機が試験室内の空気に与える攪拌熱Ｂの合計は、ダンパを閉め切った状態における断熱壁からの放熱量Ｃよりも大きい。定常運転時には、ダンパーを一定の開度で固定的に開き、換気によって昇温に見合う量の熱量を排出し（等価換気）、比較的小型の制御ヒータ１３を使用して試験室内の温度を比例制御する。
【解決手段】被試験物Ｗ自体の発熱量Ａと送風機が試験室内の空気に与える攪拌熱Ｂの合計は、ダンパを閉め切った状態における断熱壁からの放熱量Ｃよりも大きい。定常運転時には、ダンパーを一定の開度で固定的に開き、換気によって昇温に見合う量の熱量を排出し（等価換気）、比較的小型の制御ヒータ１３を使用して試験室内の温度を比例制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験室内の温度を所定の高温状態に維持することができる恒温装置に関するものであり、特にバーンイン試験を実施するための恒温装置として好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品や電子機器の不良品を除去するための試験として、バーンイン試験が知られている。バーンイン試験とは、半導体デバイス等の電子機器等を、所定の温度に晒し、この状態で電子機器に通常の使用電圧よりも高い電圧を印加して不良品を見分ける検査である。
バーンイン試験においては、摂氏１００度以上、通常は摂氏１２５度程度の温度に電子機器を晒すことが多い。またバーンイン試験においては、電子機器が晒される温度が一定の範囲でなければならない。
【０００３】
そこでバーンイン試験に使用される恒温装置１００（図６）は、例えば摂氏１２５度の温度に試験室１０２内の温度を昇温することができることが必要である。そのためバーンイン試験に使用される恒温装置１００は、一般に大容量の電気ヒータ１０３を備えている。またバーンイン試験に使用される恒温装置１００は、さらに一定の温度幅の間に試験室１０２内の温度を維持する必要がある。そのためバーンイン試験に使用される恒温装置１００は、前記した大容量の電気ヒータ１０３を比例制御することによって試験室１０２内の温度を一定の範囲に保っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２２２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
バーンイン試験は、多くの場合、高温状態で試験を行うため、前記した様に大型の電気ヒータ１０３を搭載しており、電気ヒータ１０３が大電力を消費する。またバーンイン試験は電子機器Ｗに通電して試験を行うものであるから電子機器Ｗに通電するための電力も必須である。そのためバーンイン試験は、電力消費が甚だしく、改善が望まれている。
また従来技術の恒温装置１００は、前記した大容量の電気ヒータ１０３（図６）を比例制御するものであった。ここで周知の通り、比例制御は、目標温度と現在温度の偏差に比例して電気ヒータの出力を変化させる制御方法であり、旧来の単なるオンオフ制御に比べて試験室１０２内の温度の変動が小さい。理想的には図１の様に、時間の経過と共に試験室１０２内の温度が上昇し、多少のオーバーシュートがあるものの、次第に設定温度に収束する。なお図２は、オンオフ制御を行った場合の温度上昇曲線を表している。理想的な比例制御が実行された場合には、オンオフ制御の場合の様な大きなオーバーシュートやアンダーシュートは起こらないはずである。
【０００６】
しかしながら、近年、電子機器Ｗの需要が増大し、バーンイン試験に使用する恒温装置１００もこれに伴って大型化している。その結果、電気ヒータ１０３も極めて大容量のものが採用されている。そのため電気ヒータ１０３の最低発熱量が大きなものとなってしまっている。
その結果、比例制御を行っているとは言え、最低通電時における電気ヒータの発熱量が大きく、試験室１０２内の温度を一気に上昇させてしまう。そのため、実際には、図３の様に、定常状態となってもオーバーシュートやアンダーシュートが発生する。そのため従来技術の恒温装置１００は、設定温度に対する温度バラツキが大きくなってしまうという不満がある。
また電気ヒータ１０３の発熱量が大きく、試験室１０２内の温度を一気に上昇させてしまうので、これを設定温度に戻すために試験室１０２内を冷却する必要が生じ、さらに電力消費を増大させる要因となっている。
例えば図６に示す恒温装置１００の様に、試験室１０２内に冷却器１０１を設け、冷却器１０１で試験室１０２内の温度を低下させている（放熱Ｅ）。また試験室１０２を換気することによっても放熱を行う（放熱Ｆ）。
【０００７】
そこで本発明は、従来技術の上記した問題点に注目し、消費電力の抑制が可能であり、かつ温度ばらつきも小さい恒温装置の開発を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成するべく、現行の恒温装置１００の見直しを進めた。そして従来技術の恒温装置１００は、熱エネルギーを無駄に廃棄していることに気づいた。
即ちバーンイン試験の特徴として、被試験物Ｗ（電子機器）自体が発熱するという問題がある。即ちバーンイン試験は、電子機器Ｗに通電して性能を試験するものであるから、図６の様に電子機器Ｗ自体が発熱し発熱Ａを生じる。そのためバーンイン試験の際には、試験室１０２の内部に多数の発熱体を内包することとなり、試験室１０２内の場所による温度のばらつきが大きなものとなってしまう。
そのためバーンイン試験に使用する恒温装置１００は、試験室１０２内の場所による温度のばらつきを解消するため、通常の環境試験装置よりも強力な送風機１０５を備えている。
即ちバーンイン試験に使用する恒温装置１００では、強力な送風機１０５で試験室１０２内の空気を強く攪拌し、位置による温度のばらつきを解消している。
【０００９】
この様にバーンイン試験装置１００は、被試験物Ｗ自体が発熱する上に強力な送風機１０５を備えており、送風機１０５が発生する攪拌熱（発熱Ｂ）を無視することができない。
例えば出願人らが試作した恒温装置では、９キロワットもの送風機１０５（４．５キロワットの送風機を２基）を搭載している。
バーンイン試験装置は、摂氏１００度以上もの高温で試験されるので、断熱壁１０６からの熱の逃げ（放熱Ｃ）も極めて大きいが、本出願人の計算及び実験によると、被試験物Ｗ自体の発熱量Ａと送風機が試験室内の空気に与える攪拌熱Ｂの合計は、断熱壁からの放熱量Ｃよりも大きい。
【００１０】
従って、もし外乱が全く無いならば、恒温装置１００が定常状態となった後は、電気ヒータ１０３による加熱は必要なく、もっぱら熱を廃棄するだけで試験温度たる摂氏１００度以上の高温を維持することができる。
また試験室１０２内の空気を換気することによって試験室１０２内の温度を低下させることができる。そして換気によって温度を低下させる方策は、冷却器１０１を使用する場合に比べて電力消費量が極めて少ない。
【００１１】
しかし換気による温度低下は、低下量の制御が困難であり、試験室１０２内の温度を設定値の上下限に維持することが困難である。
そこで本発明者らは、定常運転時には、換気によって昇温に見合う量の熱量を排出（等価換気）し、比較的小型の電気ヒータを使用して試験室１０２内の温度調整を行うこととした。
即ち図４の様にダンパーを一定の開度で固定的に開いて等価換気を行い、電気ヒータを使用して試験室内の温度を微調整する。
式で表現すると、電子機器の発熱Ａと、送風機が発生する攪拌熱Ｂの合計から、断熱壁の放熱Ｃを引いた熱量Ｇを定常的に換気によって放出する。即ち、Ｇ＝（Ａ＋Ｂ）−Ｃで示すことができる。
そして容量の小さな電気ヒータを比例制御又はオンオフ制御して試験室内の温度を微調整する。
【００１２】
上記した知見に基づいて開発された請求項１に記載の発明は、被試験物を配置する試験室と、試験室内の空気を循環する送風手段と、試験室内の空気を換気する換気手段とを有し、摂氏１００度以上の設定温度に内部を維持して試験を行うことを常態とする恒温装置であって、常時一定の発熱量で運転される基礎ヒータを備えるか、或いは試験室内に配置された被試験物が発熱するものであるかいずれかの条件または双方の条件を備え、且つ被試験物を試験室内に配置し、前記送風手段を起動し、前記基礎ヒータを備える場合には当該基礎ヒータを運転し、前記換気手段による換気を行わなわずに試験を行った場合に試験室内の温度が前記設定温度を超える傾向となる恒温装置において、前記送風手段の発熱量と、基礎ヒータの発熱量と、被試験物の発熱量の合計を基礎発熱量としたとき、当該基礎発熱量よりも小さい最大発熱量であって且つ発熱量を制御することができる制御ヒータを備え、前記換気手段は換気量を変更することが可能であり、被試験物を試験室内に配置し、前記送風手段を運転し、前記基礎ヒータを備える場合には当該基礎ヒータを運転している状態であって、これらが定常状態となった際に試験室内の温度が設定温度の近傍となる換気量に前記換気手段の換気量を固定し、その後は制御ヒータの発熱量を制御して試験室内の温度を設定温度に調節することを特徴とする恒温装置である。
【００１３】
本発明の恒温装置は、高温下で試験を行う機種を対象としている。即ち本発明は、摂氏１００度以上の設定温度に内部を維持して試験を行うことを目的とする恒温装置である。また本発明は、換気手段による換気を行わなわずに試験を行った場合に試験室内の温度が前記設定温度を超える傾向となる恒温装置を対象としている。
そして本発明では、定常状態となった際に試験室内の温度が設定温度の近傍となる換気量に前記換気手段の換気量を固定し、その後は制御ヒータの発熱量を制御して試験室内の温度を設定温度に調節する。そのため図６に示すように、従来無駄に発生していた電気ヒータ１０３の発熱Ｄや、冷却器１０１の放熱Ｅが解消され、省エネルギー運転が可能となる。また試験室内の温度も安定する。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、固定される換気量は、定常状態となった際に制御ヒータを停止した場合に試験室内の温度が低下傾向となる換気量であることを特徴とする請求項１に記載の恒温装置である。
【００１５】
本発明の恒温装置は、固定される換気量が等価換気量よりもやや多めに設定されている。そのため試験室内の温度を低下させないためには、制御ヒータ１３を常時発熱させることとなるが、制御ヒータ１３を常時発熱させることによって試験室３内の温度の下げしろができる。そのため外乱によって試験室３内の温度が上昇傾向となっても迅速に試験室３内の温度を低下させることができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、試験室は断熱壁を有し、定常状態となった際には前記基礎発熱量が前記断熱壁からの放熱量を上回るものであり、ほぼ両者の差に相当する熱量を排出する様に前記換気手段の換気量が固定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の恒温装置である。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、制御ヒータ１３の最大発熱量は、断熱壁からの放熱量と前記換気手段の換気によって外部に排出される熱量との合計排出熱量と、前記基礎発熱量との差の４倍未満であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の恒温装置である。
【００１８】
本発明は、制御ヒータの大きさの基準を示すものである。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、制御ヒータの最大発熱量は、送風手段の発熱量よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の恒温装置である。
【００２０】
本発明も、制御ヒータの大きさの基準を示すものである。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、制御ヒータの最大発熱量は、被試験物の発熱量よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の恒温装置である。
【００２２】
本発明も、制御ヒータの大きさの基準を示すものである。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、複数のヒータを備え、これらを選択的に使用して制御ヒータとして機能させることが可能であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の恒温装置である。
【００２４】
本発明の恒温装置では、複数のヒータを備え、これらを選択的に使用して制御ヒータとして機能させるので、被試験物の発熱量の相違や、外気温度の相違による放熱量の相違に対応することができる。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、複数のヒータを備え、制御ヒータはこの内の一部であって、制御ヒータの最大発熱量は、全ヒータの総最大発熱量の２０パーセント以下であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の恒温装置である。
【００２６】
本発明は、制御ヒータの大きさの基準を示すものである。
【００２７】
請求項９に記載の発明は、換気手段は、開度を変更可能なダンパーであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の恒温装置である。
【００２８】
本発明では、換気手段としてダンパーを採用しているので、余分な電力消費が無い。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の恒温装置は、試験時における消費電力が少ないという効果がある。また本発明の恒温装置は、試験室内の温度が安定するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】理想的な比例制御によって恒温装置の試験室内の温度が制御された場合の試験室内の温度上昇曲線を示すグラフである。
【図２】オンオフ制御によって試験室内の温度が制御された場合の試験室内の温度上昇曲線を示すグラフである。
【図３】従来技術の恒温装置の試験室内の温度上昇曲線を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態の恒温装置の概念図である。
【図５】本発明の第２実施形態の恒温装置の概念図である。
【図６】従来技術の恒温装置の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下さらに本発明の実施形態について説明する。
なお、本実施形態の恒温装置１は、バーンイン試験を行うバーンイン試験装置として説明する。ここで、バーンイン試験は、先にも説明したように、通電すると発熱する発熱試料体Ｗに対して、所定の温度に晒した状態で、通常の使用電圧よりも高い電圧を掛けて、不良品を見分ける検査である。
【００３２】
恒温装置１は、図４に示すように、外部の温度変化の影響を受けないように外枠が断熱壁２で形成されており、図示しない扉を閉じることによって、内部を密閉状態とすることができる。また、前記扉を開くことによって、被試験物Ｗたる半導体デバイス等の出し入れを行うことができる。
また、断熱壁２は試験室３を形成している。また試験室３の内部は、被試験物Ｗを配置する試料配置部５と、空気が流れる通路部６とに分けられている。
【００３３】
試料配置部５は、図４に示すように、試験室３のほぼ中央に位置し、空気の流れ方向上流側と下流側に通路部６が隣接している。また、試料配置部５は、バーンインボードと称される試料載置棚７が鉛直方向に複数並べられ、さらに各試料載置棚７には被試験物Ｗに通電するための図示しない端子が設けられている。即ち、試料配置部５を通過する空気は、試料載置棚７に沿ってほぼ平行に流れる。より具体的には、試料配置部５を通過する空気は、試料載置棚７によって大まかに５層に分かれて並行に流れる。
そして、試料配置部５を通過する空気は、通電されて発熱した被試験物Ｗと熱交換する。
【００３４】
通路部６は、図４に示すように、試料配置部５を囲繞するように位置している。具体的には、通路部６は、断熱壁２と試料配置部５との間にあり、送風通路１０と、上流側通路１１と、下流側通路１２によって構成されている。
ここで上流側通路１１は、図４の様に、試料配置部５の空気の流れ方向上流側（右側）と隣接した通路である。また下流側通路１２は、試料配置部５の空気の流れ方向下流側（左側）に隣接した通路である。
送風通路１０は、試料配置部５の上部側にあり、送風機１８と、１基の制御ヒータ１３と、５基の臨時ヒータ１４（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）が設けられている。
なお、送風通路１０の一部であって、送風機１８及び臨時ヒータ１４（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）の近辺には、仕切り１５が設けられている。他の領域には、仕切りはない。
そして前記した上流側通路１１と、下流側通路１２は、送風通路１０を介して循環流路を形成している。即ち送風通路１０の送風は、上流側通路１１から試料配置部５に入り、下流側通路１２に抜けて送風通路１０に戻る。
【００３５】
また、通路部６には、下流側通路１２を通過した空気の一部又は全部が外部に排気される排気部２２と、外部から試験室３内に空気を給気する給気部２３と、排気部２２と給気部２３を通過する空気の通過流量を調整可能な開閉板２４とが設けられ、ダンパー２１が形成されている。具体的には、排気部２２は、下流側通路１２における空気の流れ方向下流側に位置し、給気部２３は、送風通路１０の流れ方向上流側に位置している。即ち給気部２３は、送風機１８の吸込圧によって負圧になる領域にあり、排気部２２は、送風機１８の排気圧によって正圧になる領域にある。
排気部２２は、排気ダクト３４と接続されている。
【００３６】
ダンパー２１は、開閉板２４が、図示しないモータによって開度調整され、当該開閉板２４によって排気部２２と給気部２３を通過する空気の通過流量を同時に調整することができる。より具体的には、開閉板２４は、排気部２２と給気部２３を同時に覆うことができる程度の大きさを備えた１枚の金属板である。また、開閉板２４には、排気部２２と給気部２３の間にヒンジ２５が配されている。即ち、開閉板２４は、ヒンジ２５を基準に回動させることで、排気部２２と給気部２３の開度を同時に調整することができる。即ち、ダンパー２１の開度調整は、図示しない制御部から生成される信号に基づいて、前記モータが駆動されてヒンジ２５を基準に開閉板２４が回動して行われる。
従って、ダンパー２１は、排気部２２と給気部２３との開度を調整することで、恒温装置１内部の加熱された空気を排気しつつ、外部の低温空気を給気できるため、試料配置部５の温度を降下させることができる（換気手段）。即ち、ダンパー２１により、恒温装置１内部の空気を外気と置換させることができる。なお、上記開閉板２４は、所謂バタフライ式であるが、ゲート式でもよい。
【００３７】
さらに、本実施形態に採用されたダンパー２１は、開閉板２４の開閉速度が制御可能な構成である。これにより、試料配置部５の温度調整をより円滑に行うことが可能となる。なお、この開閉板２４の開閉速度制御は、本発明に直接的に関わらないため、簡単に説明する。即ち、試料配置部５の温度を急激に下げたい場合には開閉板２４の開速度を増加し、試料配置部５の温度を急激に上げたい場合には開閉板２４の閉速度を増加する。
【００３８】
また本実施形態では、ダンパー２１の開閉板２４を開閉するモータにステッピングモータが採用されており、ダンパー２１の開度を任意の位置で固定することもできる。
【００３９】
送風通路１０には室内温度検知センサ２０が配されている。即ち、室内温度検知センサ２０の検知温度に基づいて、試験室３内の温度が調整されている。
【００４０】
送風通路１０には前記した様に送風機１８と制御ヒータ１３及び臨時ヒータ１４が配されており、送風機１８がヒータ１３，１４よりも空気の流れ方向下流側に位置している。即ち、ヒータ１３，１４で加熱された空気が、送風機１８によって上流側通路１１に送り出される。
【００４１】
本実施形態では、ヒータ１３，１４は合計６つ設けられており、その内の１つは制御ヒータ１３である。また残りの５つは短時間に急激な温度上昇を行う必要がある場合に作動する臨時ヒータ１４ａ〜１４ｅである。
【００４２】
ここで臨時ヒータ１４ａ〜１４ｅと制御ヒータ１３の容量について説明すると、制御ヒータ１３の最大発熱量（容量）は、全てのヒータ１３，１４の２０パーセント以下であることが望ましい。より望ましくは、１５パーセント以下である。
また制御ヒータ１３の最大発熱量は、送風機１８の発熱量（攪拌に寄与する発熱量又はモータ出力）よりも小さい。
また制御ヒータ１３の最大発熱量は、被試験物Ｗの発熱量よりも小さい。
また制御ヒータ１３の最大発熱量は、断熱壁２からの放熱量と固定状態のダンパー２１からの換気によって外部に排出される熱量との合計排出熱量と、基礎発熱量（送風機１８の発熱量Ｂと、被試験物Ｗの発熱量Ａの合計）との差の４倍未満であることが望ましい。
【００４３】
送風機１８は、公知の遠心ファンである。なお、本実施形態の恒温装置１では、従来の恒温装置に用いられる送風機よりもモータの容量が大きいものが採用されている。これは、高発熱化された近年の被試験物Ｗに対応するためである。具体的には、本実施形態に採用される送風機１８のモータの容量としては、９ｋｗ（４．５ｋｗ程度のモータが２基）程度のものである。
【００４４】
次に、本実施形態の恒温装置１の機能について説明する。
【００４５】
本実施形態の恒温装置１では、試験室３の試料載置棚７に被試験物Ｗを載置し、熱風によって試料配置部５を加熱すると共に被試験物Ｗに通電して被試験物Ｗを試験することができる。
なお、送風機１８は、恒温装置１が運転されている間は、試料配置部５の温度分布を均一にするために、常時送風動作を行っている。
また定常状態における試験室内の温度は、摂氏１００度を超える。通常は、摂氏１２５度程度で試験が行われる。
【００４６】
また本実施形態の恒温装置１では、被試験物Ｗ自体の発熱量Ａと送風機１８が試験室３内の空気に与える攪拌熱Ｂの合計は、ダンパー２１を閉め切った状態における断熱壁２からの放熱量Ｃよりも大きい。
そのためダンパー２１を閉め切って換気を行わなわずに試験を行った場合には、電気ヒータ１３，１４がオフの状態であったとしても、試験室３内の温度が設定温度を超える傾向となる。
【００４７】
本実施形態の恒温装置１では、運転初期の様に試験室３の温度が低下している場合は、全ての電気ヒータ１３，１４を使用して試験室３の温度を昇温させる。一方、一旦、試験室３の温度が設定温度に達すると、臨時ヒータ１４を停止し、以後は制御ヒータ１３だけを比例制御して試料配置部５の温度を調節する。
またこのとき、ダンパー２１は、中途の位置で開度を固定し、以後は原則としてダンパー２１の開度調整は行わない。
【００４８】
具体的なダンパー２１の開度は、恒温装置１が定常状態となっていることを前提として、試験室３内の温度が設定温度の近傍となる換気量となる開度である。
また設定温度の近傍とは、設定温度に対してプラスマイナス摂氏１０度程度の温度である。より望ましくは、設定温度に対してやや高い温度であることが望ましい。推奨される温度は、設定温度に対して摂氏８度程度高い温度である。
【００４９】
ダンバ部２１の開度は、実際の試料配置部５を監視しながら変化させ、試験室３内の温度が設定温度の近傍となる換気量となったところで固定する。あるいは、予め、被試験物Ｗの発熱量等から、定常時における開度を演算し、あるいは予備実験によって求め、定常状態になれば、その演算された開度や、実験で求められた開度に移行させ、固定してもよい。
【００５０】
ダンパー２１を固定する結果、換気によって昇温に見合う量の熱量が常時排出される（等価換気）。そのため原則的に恒温装置１の内外の熱収支が整い、試験室３内の温度変化は、外乱に起因するものだけとなる。
そして本実施形態では、小型の電気ヒータ（制御ヒータ１３）で、この外乱に対応する。そのため本実施形態の恒温装置１は、無駄なヒータの電力消費等が無い。また最小限の電気ヒータを比例制御して試験室内の温度を調整するので、温度のオーバシュートやアンダーシュートが少ない。
【００５１】
以上説明した実施形態では、電気ヒータを６基備え、そのうちの１基だけが、制御ヒータ１３であったが、２基以上の制御ヒータを備えるものであってもよい。また制御ヒータの数を試験状況に応じて変更可能なものであってもよい。
例えば、外乱が大きいことが予想される場合には、手動装置によって制御ヒータの数を増やすことができる構成であってもよい。
また外乱その他の影響によって、一つの制御ヒータ１３だけでは、設定温度範囲に試験室３の温度を維持できない状況となった場合には、自動的に、制御ヒータ１３の数を増加させ、その後に、元の状況に自動復帰させる構成を採用することもできる。
さらに、外乱その他の影響によって、一つの制御ヒータ１３だけでは、設定温度範囲に試験室の温度を維持できない状況となった場合に、ダンパー２１の開度を僅かに変更する構成を付加してもよい。
【００５２】
以上説明した実施形態では、被試験物Ｗの発熱と送風機１８の発熱の合計（発熱量Ａプラス発熱量Ｂ）が、断熱材２からの放熱量Ｃを超える場合の態様を説明したが、例えば基礎ヒータを備えており、被試験物Ｗの発熱量と送風機１８の発熱量と基礎ヒータの発熱量を合計した場合に、断熱材からの放熱量を超える様な恒温装置にも本発明を適用することができる。
【００５３】
図５は、本発明の第２実施形態を示し、基礎ヒータ３０を備えている。基礎ヒータ３０は、常時一定の発熱量で発熱されるものである。他の構成については、同一であるから、部材の説明については省略する。
本実施形態の恒温装置３１では、被試験物Ｗの発熱と送風機１８の発熱と、基礎ヒータ３０の発熱量の合計が、断熱壁２からの放熱量を超える。
即ち被試験物Ｗを試験室３内に配置し、送風機１８を起動し、基礎ヒータ３０を運転し、ダンパー２１による換気を行わずに試験を行った場合に試験室３内の温度が前記設定温度を超える傾向となる。
【００５４】
また発熱しない被試験物を扱う恒温装置にも本発明を適用することができる。
この場合には、基礎ヒータ３０が必須であり、送風機１８を起動し、基礎ヒータ３０を運転し、ダンパー２１による換気を行わなわずに試験を行った場合に試験室３内の温度が前記設定温度を超える傾向となる様な恒温装置となる。
【実施例】
【００５５】
本発明の実施例として、次の仕様の恒温装置を試作した。
（実施例）
臨時ヒータ：容量１５キロワット
制御ヒータ：容量３キロワット
基礎ヒータ：無し
送風機：４．５キロワットの送風機を２基
制御方法：定常状態においてダンパーを一定開度で固定し、制御ヒータを比例制御
【００５６】
比較例として次の仕様の恒温装置を試作した。
（比較例）
臨時ヒータ：無し
制御ヒータ：容量１８キロワット
基礎ヒータ：無し
送風機：４．５キロワットの送風機を２基
制御方法：定常常態においてダンパーを全開にして、制御ヒータを比例制御
【００５７】
これらの恒温装置を使用し、摂氏２５度を１時間維持し、摂氏１２５度を８時間維持させ、さらに摂氏２５度を１時間維持させる試験を行った。その結果、比較例では、１２７．５キロワット時の電力を消費したのに対し、実施例における電力消費量は、１０９．３キロワット時であった。従って全ヒータ容量は同一であるが、実施例は、約１４．３パーセントの電力削減効果があった。
【符号の説明】
【００５８】
１ 恒温装置
２ 断熱壁
３ 試験室
５ 試料配置部
１３ 制御ヒータ
１４ 臨時ヒータ
１８ 送風機（送風手段）
２１ ダンパー（換気手段）
３０ 基礎ヒータ
Ｗ 被試験物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験室内の温度を所定の高温状態に維持することができる恒温装置に関するものであり、特にバーンイン試験を実施するための恒温装置として好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品や電子機器の不良品を除去するための試験として、バーンイン試験が知られている。バーンイン試験とは、半導体デバイス等の電子機器等を、所定の温度に晒し、この状態で電子機器に通常の使用電圧よりも高い電圧を印加して不良品を見分ける検査である。
バーンイン試験においては、摂氏１００度以上、通常は摂氏１２５度程度の温度に電子機器を晒すことが多い。またバーンイン試験においては、電子機器が晒される温度が一定の範囲でなければならない。
【０００３】
そこでバーンイン試験に使用される恒温装置１００（図６）は、例えば摂氏１２５度の温度に試験室１０２内の温度を昇温することができることが必要である。そのためバーンイン試験に使用される恒温装置１００は、一般に大容量の電気ヒータ１０３を備えている。またバーンイン試験に使用される恒温装置１００は、さらに一定の温度幅の間に試験室１０２内の温度を維持する必要がある。そのためバーンイン試験に使用される恒温装置１００は、前記した大容量の電気ヒータ１０３を比例制御することによって試験室１０２内の温度を一定の範囲に保っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２２２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
バーンイン試験は、多くの場合、高温状態で試験を行うため、前記した様に大型の電気ヒータ１０３を搭載しており、電気ヒータ１０３が大電力を消費する。またバーンイン試験は電子機器Ｗに通電して試験を行うものであるから電子機器Ｗに通電するための電力も必須である。そのためバーンイン試験は、電力消費が甚だしく、改善が望まれている。
また従来技術の恒温装置１００は、前記した大容量の電気ヒータ１０３（図６）を比例制御するものであった。ここで周知の通り、比例制御は、目標温度と現在温度の偏差に比例して電気ヒータの出力を変化させる制御方法であり、旧来の単なるオンオフ制御に比べて試験室１０２内の温度の変動が小さい。理想的には図１の様に、時間の経過と共に試験室１０２内の温度が上昇し、多少のオーバーシュートがあるものの、次第に設定温度に収束する。なお図２は、オンオフ制御を行った場合の温度上昇曲線を表している。理想的な比例制御が実行された場合には、オンオフ制御の場合の様な大きなオーバーシュートやアンダーシュートは起こらないはずである。
【０００６】
しかしながら、近年、電子機器Ｗの需要が増大し、バーンイン試験に使用する恒温装置１００もこれに伴って大型化している。その結果、電気ヒータ１０３も極めて大容量のものが採用されている。そのため電気ヒータ１０３の最低発熱量が大きなものとなってしまっている。
その結果、比例制御を行っているとは言え、最低通電時における電気ヒータの発熱量が大きく、試験室１０２内の温度を一気に上昇させてしまう。そのため、実際には、図３の様に、定常状態となってもオーバーシュートやアンダーシュートが発生する。そのため従来技術の恒温装置１００は、設定温度に対する温度バラツキが大きくなってしまうという不満がある。
また電気ヒータ１０３の発熱量が大きく、試験室１０２内の温度を一気に上昇させてしまうので、これを設定温度に戻すために試験室１０２内を冷却する必要が生じ、さらに電力消費を増大させる要因となっている。
例えば図６に示す恒温装置１００の様に、試験室１０２内に冷却器１０１を設け、冷却器１０１で試験室１０２内の温度を低下させている（放熱Ｅ）。また試験室１０２を換気することによっても放熱を行う（放熱Ｆ）。
【０００７】
そこで本発明は、従来技術の上記した問題点に注目し、消費電力の抑制が可能であり、かつ温度ばらつきも小さい恒温装置の開発を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成するべく、現行の恒温装置１００の見直しを進めた。そして従来技術の恒温装置１００は、熱エネルギーを無駄に廃棄していることに気づいた。
即ちバーンイン試験の特徴として、被試験物Ｗ（電子機器）自体が発熱するという問題がある。即ちバーンイン試験は、電子機器Ｗに通電して性能を試験するものであるから、図６の様に電子機器Ｗ自体が発熱し発熱Ａを生じる。そのためバーンイン試験の際には、試験室１０２の内部に多数の発熱体を内包することとなり、試験室１０２内の場所による温度のばらつきが大きなものとなってしまう。
そのためバーンイン試験に使用する恒温装置１００は、試験室１０２内の場所による温度のばらつきを解消するため、通常の環境試験装置よりも強力な送風機１０５を備えている。
即ちバーンイン試験に使用する恒温装置１００では、強力な送風機１０５で試験室１０２内の空気を強く攪拌し、位置による温度のばらつきを解消している。
【０００９】
この様にバーンイン試験装置１００は、被試験物Ｗ自体が発熱する上に強力な送風機１０５を備えており、送風機１０５が発生する攪拌熱（発熱Ｂ）を無視することができない。
例えば出願人らが試作した恒温装置では、９キロワットもの送風機１０５（４．５キロワットの送風機を２基）を搭載している。
バーンイン試験装置は、摂氏１００度以上もの高温で試験されるので、断熱壁１０６からの熱の逃げ（放熱Ｃ）も極めて大きいが、本出願人の計算及び実験によると、被試験物Ｗ自体の発熱量Ａと送風機が試験室内の空気に与える攪拌熱Ｂの合計は、断熱壁からの放熱量Ｃよりも大きい。
【００１０】
従って、もし外乱が全く無いならば、恒温装置１００が定常状態となった後は、電気ヒータ１０３による加熱は必要なく、もっぱら熱を廃棄するだけで試験温度たる摂氏１００度以上の高温を維持することができる。
また試験室１０２内の空気を換気することによって試験室１０２内の温度を低下させることができる。そして換気によって温度を低下させる方策は、冷却器１０１を使用する場合に比べて電力消費量が極めて少ない。
【００１１】
しかし換気による温度低下は、低下量の制御が困難であり、試験室１０２内の温度を設定値の上下限に維持することが困難である。
そこで本発明者らは、定常運転時には、換気によって昇温に見合う量の熱量を排出（等価換気）し、比較的小型の電気ヒータを使用して試験室１０２内の温度調整を行うこととした。
即ち図４の様にダンパーを一定の開度で固定的に開いて等価換気を行い、電気ヒータを使用して試験室内の温度を微調整する。
式で表現すると、電子機器の発熱Ａと、送風機が発生する攪拌熱Ｂの合計から、断熱壁の放熱Ｃを引いた熱量Ｇを定常的に換気によって放出する。即ち、Ｇ＝（Ａ＋Ｂ）−Ｃで示すことができる。
そして容量の小さな電気ヒータを比例制御又はオンオフ制御して試験室内の温度を微調整する。
【００１２】
上記した知見に基づいて開発された請求項１に記載の発明は、被試験物を配置する試験室と、試験室内の空気を循環する送風手段と、試験室内の空気を換気する換気手段とを有し、摂氏１００度以上の設定温度に内部を維持して試験を行うことを常態とする恒温装置であって、常時一定の発熱量で運転される基礎ヒータを備えるか、或いは試験室内に配置された被試験物が発熱するものであるかいずれかの条件または双方の条件を備え、且つ被試験物を試験室内に配置し、前記送風手段を起動し、前記基礎ヒータを備える場合には当該基礎ヒータを運転し、前記換気手段による換気を行わなわずに試験を行った場合に試験室内の温度が前記設定温度を超える傾向となる恒温装置において、前記送風手段の発熱量と、基礎ヒータの発熱量と、被試験物の発熱量の合計を基礎発熱量としたとき、当該基礎発熱量よりも小さい最大発熱量であって且つ発熱量を制御することができる制御ヒータを備え、前記換気手段は換気量を変更することが可能であり、被試験物を試験室内に配置し、前記送風手段を運転し、前記基礎ヒータを備える場合には当該基礎ヒータを運転している状態であって、これらが定常状態となった際に試験室内の温度が設定温度の近傍となる換気量に前記換気手段の換気量を固定し、その後は制御ヒータの発熱量を制御して試験室内の温度を設定温度に調節することを特徴とする恒温装置である。
【００１３】
本発明の恒温装置は、高温下で試験を行う機種を対象としている。即ち本発明は、摂氏１００度以上の設定温度に内部を維持して試験を行うことを目的とする恒温装置である。また本発明は、換気手段による換気を行わなわずに試験を行った場合に試験室内の温度が前記設定温度を超える傾向となる恒温装置を対象としている。
そして本発明では、定常状態となった際に試験室内の温度が設定温度の近傍となる換気量に前記換気手段の換気量を固定し、その後は制御ヒータの発熱量を制御して試験室内の温度を設定温度に調節する。そのため図６に示すように、従来無駄に発生していた電気ヒータ１０３の発熱Ｄや、冷却器１０１の放熱Ｅが解消され、省エネルギー運転が可能となる。また試験室内の温度も安定する。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、固定される換気量は、定常状態となった際に制御ヒータを停止した場合に試験室内の温度が低下傾向となる換気量であることを特徴とする請求項１に記載の恒温装置である。
【００１５】
本発明の恒温装置は、固定される換気量が等価換気量よりもやや多めに設定されている。そのため試験室内の温度を低下させないためには、制御ヒータ１３を常時発熱させることとなるが、制御ヒータ１３を常時発熱させることによって試験室３内の温度の下げしろができる。そのため外乱によって試験室３内の温度が上昇傾向となっても迅速に試験室３内の温度を低下させることができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、試験室は断熱壁を有し、定常状態となった際には前記基礎発熱量が前記断熱壁からの放熱量を上回るものであり、ほぼ両者の差に相当する熱量を排出する様に前記換気手段の換気量が固定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の恒温装置である。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、制御ヒータ１３の最大発熱量は、断熱壁からの放熱量と前記換気手段の換気によって外部に排出される熱量との合計排出熱量と、前記基礎発熱量との差の４倍未満であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の恒温装置である。
【００１８】
本発明は、制御ヒータの大きさの基準を示すものである。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、制御ヒータの最大発熱量は、送風手段の発熱量よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の恒温装置である。
【００２０】
本発明も、制御ヒータの大きさの基準を示すものである。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、制御ヒータの最大発熱量は、被試験物の発熱量よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の恒温装置である。
【００２２】
本発明も、制御ヒータの大きさの基準を示すものである。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、複数のヒータを備え、これらを選択的に使用して制御ヒータとして機能させることが可能であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の恒温装置である。
【００２４】
本発明の恒温装置では、複数のヒータを備え、これらを選択的に使用して制御ヒータとして機能させるので、被試験物の発熱量の相違や、外気温度の相違による放熱量の相違に対応することができる。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、複数のヒータを備え、制御ヒータはこの内の一部であって、制御ヒータの最大発熱量は、全ヒータの総最大発熱量の２０パーセント以下であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の恒温装置である。
【００２６】
本発明は、制御ヒータの大きさの基準を示すものである。
【００２７】
請求項９に記載の発明は、換気手段は、開度を変更可能なダンパーであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の恒温装置である。
【００２８】
本発明では、換気手段としてダンパーを採用しているので、余分な電力消費が無い。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の恒温装置は、試験時における消費電力が少ないという効果がある。また本発明の恒温装置は、試験室内の温度が安定するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】理想的な比例制御によって恒温装置の試験室内の温度が制御された場合の試験室内の温度上昇曲線を示すグラフである。
【図２】オンオフ制御によって試験室内の温度が制御された場合の試験室内の温度上昇曲線を示すグラフである。
【図３】従来技術の恒温装置の試験室内の温度上昇曲線を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態の恒温装置の概念図である。
【図５】本発明の第２実施形態の恒温装置の概念図である。
【図６】従来技術の恒温装置の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下さらに本発明の実施形態について説明する。
なお、本実施形態の恒温装置１は、バーンイン試験を行うバーンイン試験装置として説明する。ここで、バーンイン試験は、先にも説明したように、通電すると発熱する発熱試料体Ｗに対して、所定の温度に晒した状態で、通常の使用電圧よりも高い電圧を掛けて、不良品を見分ける検査である。
【００３２】
恒温装置１は、図４に示すように、外部の温度変化の影響を受けないように外枠が断熱壁２で形成されており、図示しない扉を閉じることによって、内部を密閉状態とすることができる。また、前記扉を開くことによって、被試験物Ｗたる半導体デバイス等の出し入れを行うことができる。
また、断熱壁２は試験室３を形成している。また試験室３の内部は、被試験物Ｗを配置する試料配置部５と、空気が流れる通路部６とに分けられている。
【００３３】
試料配置部５は、図４に示すように、試験室３のほぼ中央に位置し、空気の流れ方向上流側と下流側に通路部６が隣接している。また、試料配置部５は、バーンインボードと称される試料載置棚７が鉛直方向に複数並べられ、さらに各試料載置棚７には被試験物Ｗに通電するための図示しない端子が設けられている。即ち、試料配置部５を通過する空気は、試料載置棚７に沿ってほぼ平行に流れる。より具体的には、試料配置部５を通過する空気は、試料載置棚７によって大まかに５層に分かれて並行に流れる。
そして、試料配置部５を通過する空気は、通電されて発熱した被試験物Ｗと熱交換する。
【００３４】
通路部６は、図４に示すように、試料配置部５を囲繞するように位置している。具体的には、通路部６は、断熱壁２と試料配置部５との間にあり、送風通路１０と、上流側通路１１と、下流側通路１２によって構成されている。
ここで上流側通路１１は、図４の様に、試料配置部５の空気の流れ方向上流側（右側）と隣接した通路である。また下流側通路１２は、試料配置部５の空気の流れ方向下流側（左側）に隣接した通路である。
送風通路１０は、試料配置部５の上部側にあり、送風機１８と、１基の制御ヒータ１３と、５基の臨時ヒータ１４（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）が設けられている。
なお、送風通路１０の一部であって、送風機１８及び臨時ヒータ１４（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）の近辺には、仕切り１５が設けられている。他の領域には、仕切りはない。
そして前記した上流側通路１１と、下流側通路１２は、送風通路１０を介して循環流路を形成している。即ち送風通路１０の送風は、上流側通路１１から試料配置部５に入り、下流側通路１２に抜けて送風通路１０に戻る。
【００３５】
また、通路部６には、下流側通路１２を通過した空気の一部又は全部が外部に排気される排気部２２と、外部から試験室３内に空気を給気する給気部２３と、排気部２２と給気部２３を通過する空気の通過流量を調整可能な開閉板２４とが設けられ、ダンパー２１が形成されている。具体的には、排気部２２は、下流側通路１２における空気の流れ方向下流側に位置し、給気部２３は、送風通路１０の流れ方向上流側に位置している。即ち給気部２３は、送風機１８の吸込圧によって負圧になる領域にあり、排気部２２は、送風機１８の排気圧によって正圧になる領域にある。
排気部２２は、排気ダクト３４と接続されている。
【００３６】
ダンパー２１は、開閉板２４が、図示しないモータによって開度調整され、当該開閉板２４によって排気部２２と給気部２３を通過する空気の通過流量を同時に調整することができる。より具体的には、開閉板２４は、排気部２２と給気部２３を同時に覆うことができる程度の大きさを備えた１枚の金属板である。また、開閉板２４には、排気部２２と給気部２３の間にヒンジ２５が配されている。即ち、開閉板２４は、ヒンジ２５を基準に回動させることで、排気部２２と給気部２３の開度を同時に調整することができる。即ち、ダンパー２１の開度調整は、図示しない制御部から生成される信号に基づいて、前記モータが駆動されてヒンジ２５を基準に開閉板２４が回動して行われる。
従って、ダンパー２１は、排気部２２と給気部２３との開度を調整することで、恒温装置１内部の加熱された空気を排気しつつ、外部の低温空気を給気できるため、試料配置部５の温度を降下させることができる（換気手段）。即ち、ダンパー２１により、恒温装置１内部の空気を外気と置換させることができる。なお、上記開閉板２４は、所謂バタフライ式であるが、ゲート式でもよい。
【００３７】
さらに、本実施形態に採用されたダンパー２１は、開閉板２４の開閉速度が制御可能な構成である。これにより、試料配置部５の温度調整をより円滑に行うことが可能となる。なお、この開閉板２４の開閉速度制御は、本発明に直接的に関わらないため、簡単に説明する。即ち、試料配置部５の温度を急激に下げたい場合には開閉板２４の開速度を増加し、試料配置部５の温度を急激に上げたい場合には開閉板２４の閉速度を増加する。
【００３８】
また本実施形態では、ダンパー２１の開閉板２４を開閉するモータにステッピングモータが採用されており、ダンパー２１の開度を任意の位置で固定することもできる。
【００３９】
送風通路１０には室内温度検知センサ２０が配されている。即ち、室内温度検知センサ２０の検知温度に基づいて、試験室３内の温度が調整されている。
【００４０】
送風通路１０には前記した様に送風機１８と制御ヒータ１３及び臨時ヒータ１４が配されており、送風機１８がヒータ１３，１４よりも空気の流れ方向下流側に位置している。即ち、ヒータ１３，１４で加熱された空気が、送風機１８によって上流側通路１１に送り出される。
【００４１】
本実施形態では、ヒータ１３，１４は合計６つ設けられており、その内の１つは制御ヒータ１３である。また残りの５つは短時間に急激な温度上昇を行う必要がある場合に作動する臨時ヒータ１４ａ〜１４ｅである。
【００４２】
ここで臨時ヒータ１４ａ〜１４ｅと制御ヒータ１３の容量について説明すると、制御ヒータ１３の最大発熱量（容量）は、全てのヒータ１３，１４の２０パーセント以下であることが望ましい。より望ましくは、１５パーセント以下である。
また制御ヒータ１３の最大発熱量は、送風機１８の発熱量（攪拌に寄与する発熱量又はモータ出力）よりも小さい。
また制御ヒータ１３の最大発熱量は、被試験物Ｗの発熱量よりも小さい。
また制御ヒータ１３の最大発熱量は、断熱壁２からの放熱量と固定状態のダンパー２１からの換気によって外部に排出される熱量との合計排出熱量と、基礎発熱量（送風機１８の発熱量Ｂと、被試験物Ｗの発熱量Ａの合計）との差の４倍未満であることが望ましい。
【００４３】
送風機１８は、公知の遠心ファンである。なお、本実施形態の恒温装置１では、従来の恒温装置に用いられる送風機よりもモータの容量が大きいものが採用されている。これは、高発熱化された近年の被試験物Ｗに対応するためである。具体的には、本実施形態に採用される送風機１８のモータの容量としては、９ｋｗ（４．５ｋｗ程度のモータが２基）程度のものである。
【００４４】
次に、本実施形態の恒温装置１の機能について説明する。
【００４５】
本実施形態の恒温装置１では、試験室３の試料載置棚７に被試験物Ｗを載置し、熱風によって試料配置部５を加熱すると共に被試験物Ｗに通電して被試験物Ｗを試験することができる。
なお、送風機１８は、恒温装置１が運転されている間は、試料配置部５の温度分布を均一にするために、常時送風動作を行っている。
また定常状態における試験室内の温度は、摂氏１００度を超える。通常は、摂氏１２５度程度で試験が行われる。
【００４６】
また本実施形態の恒温装置１では、被試験物Ｗ自体の発熱量Ａと送風機１８が試験室３内の空気に与える攪拌熱Ｂの合計は、ダンパー２１を閉め切った状態における断熱壁２からの放熱量Ｃよりも大きい。
そのためダンパー２１を閉め切って換気を行わなわずに試験を行った場合には、電気ヒータ１３，１４がオフの状態であったとしても、試験室３内の温度が設定温度を超える傾向となる。
【００４７】
本実施形態の恒温装置１では、運転初期の様に試験室３の温度が低下している場合は、全ての電気ヒータ１３，１４を使用して試験室３の温度を昇温させる。一方、一旦、試験室３の温度が設定温度に達すると、臨時ヒータ１４を停止し、以後は制御ヒータ１３だけを比例制御して試料配置部５の温度を調節する。
またこのとき、ダンパー２１は、中途の位置で開度を固定し、以後は原則としてダンパー２１の開度調整は行わない。
【００４８】
具体的なダンパー２１の開度は、恒温装置１が定常状態となっていることを前提として、試験室３内の温度が設定温度の近傍となる換気量となる開度である。
また設定温度の近傍とは、設定温度に対してプラスマイナス摂氏１０度程度の温度である。より望ましくは、設定温度に対してやや高い温度であることが望ましい。推奨される温度は、設定温度に対して摂氏８度程度高い温度である。
【００４９】
ダンバ部２１の開度は、実際の試料配置部５を監視しながら変化させ、試験室３内の温度が設定温度の近傍となる換気量となったところで固定する。あるいは、予め、被試験物Ｗの発熱量等から、定常時における開度を演算し、あるいは予備実験によって求め、定常状態になれば、その演算された開度や、実験で求められた開度に移行させ、固定してもよい。
【００５０】
ダンパー２１を固定する結果、換気によって昇温に見合う量の熱量が常時排出される（等価換気）。そのため原則的に恒温装置１の内外の熱収支が整い、試験室３内の温度変化は、外乱に起因するものだけとなる。
そして本実施形態では、小型の電気ヒータ（制御ヒータ１３）で、この外乱に対応する。そのため本実施形態の恒温装置１は、無駄なヒータの電力消費等が無い。また最小限の電気ヒータを比例制御して試験室内の温度を調整するので、温度のオーバシュートやアンダーシュートが少ない。
【００５１】
以上説明した実施形態では、電気ヒータを６基備え、そのうちの１基だけが、制御ヒータ１３であったが、２基以上の制御ヒータを備えるものであってもよい。また制御ヒータの数を試験状況に応じて変更可能なものであってもよい。
例えば、外乱が大きいことが予想される場合には、手動装置によって制御ヒータの数を増やすことができる構成であってもよい。
また外乱その他の影響によって、一つの制御ヒータ１３だけでは、設定温度範囲に試験室３の温度を維持できない状況となった場合には、自動的に、制御ヒータ１３の数を増加させ、その後に、元の状況に自動復帰させる構成を採用することもできる。
さらに、外乱その他の影響によって、一つの制御ヒータ１３だけでは、設定温度範囲に試験室の温度を維持できない状況となった場合に、ダンパー２１の開度を僅かに変更する構成を付加してもよい。
【００５２】
以上説明した実施形態では、被試験物Ｗの発熱と送風機１８の発熱の合計（発熱量Ａプラス発熱量Ｂ）が、断熱材２からの放熱量Ｃを超える場合の態様を説明したが、例えば基礎ヒータを備えており、被試験物Ｗの発熱量と送風機１８の発熱量と基礎ヒータの発熱量を合計した場合に、断熱材からの放熱量を超える様な恒温装置にも本発明を適用することができる。
【００５３】
図５は、本発明の第２実施形態を示し、基礎ヒータ３０を備えている。基礎ヒータ３０は、常時一定の発熱量で発熱されるものである。他の構成については、同一であるから、部材の説明については省略する。
本実施形態の恒温装置３１では、被試験物Ｗの発熱と送風機１８の発熱と、基礎ヒータ３０の発熱量の合計が、断熱壁２からの放熱量を超える。
即ち被試験物Ｗを試験室３内に配置し、送風機１８を起動し、基礎ヒータ３０を運転し、ダンパー２１による換気を行わずに試験を行った場合に試験室３内の温度が前記設定温度を超える傾向となる。
【００５４】
また発熱しない被試験物を扱う恒温装置にも本発明を適用することができる。
この場合には、基礎ヒータ３０が必須であり、送風機１８を起動し、基礎ヒータ３０を運転し、ダンパー２１による換気を行わなわずに試験を行った場合に試験室３内の温度が前記設定温度を超える傾向となる様な恒温装置となる。
【実施例】
【００５５】
本発明の実施例として、次の仕様の恒温装置を試作した。
（実施例）
臨時ヒータ：容量１５キロワット
制御ヒータ：容量３キロワット
基礎ヒータ：無し
送風機：４．５キロワットの送風機を２基
制御方法：定常状態においてダンパーを一定開度で固定し、制御ヒータを比例制御
【００５６】
比較例として次の仕様の恒温装置を試作した。
（比較例）
臨時ヒータ：無し
制御ヒータ：容量１８キロワット
基礎ヒータ：無し
送風機：４．５キロワットの送風機を２基
制御方法：定常常態においてダンパーを全開にして、制御ヒータを比例制御
【００５７】
これらの恒温装置を使用し、摂氏２５度を１時間維持し、摂氏１２５度を８時間維持させ、さらに摂氏２５度を１時間維持させる試験を行った。その結果、比較例では、１２７．５キロワット時の電力を消費したのに対し、実施例における電力消費量は、１０９．３キロワット時であった。従って全ヒータ容量は同一であるが、実施例は、約１４．３パーセントの電力削減効果があった。
【符号の説明】
【００５８】
１ 恒温装置
２ 断熱壁
３ 試験室
５ 試料配置部
１３ 制御ヒータ
１４ 臨時ヒータ
１８ 送風機（送風手段）
２１ ダンパー（換気手段）
３０ 基礎ヒータ
Ｗ 被試験物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被試験物を配置する試験室と、試験室内の空気を循環する送風手段と、試験室内の空気を換気する換気手段とを有し、摂氏１００度以上の設定温度に内部を維持して試験を行うことを常態とする恒温装置であって、常時一定の発熱量で運転される基礎ヒータを備えるか、或いは試験室内に配置された被試験物が発熱するものであるかいずれかの条件または双方の条件を備え、且つ被試験物を試験室内に配置し、前記送風手段を起動し、前記基礎ヒータを備える場合には当該基礎ヒータを運転し、前記換気手段による換気を行わなわずに試験を行った場合に試験室内の温度が前記設定温度を超える傾向となる恒温装置において、前記送風手段の発熱量と、基礎ヒータの発熱量と、被試験物の発熱量の合計を基礎発熱量としたとき、当該基礎発熱量よりも小さい最大発熱量であって且つ発熱量を制御することができる制御ヒータを備え、前記換気手段は換気量を変更することが可能であり、被試験物を試験室内に配置し、前記送風手段を運転し、前記基礎ヒータを備える場合には当該基礎ヒータを運転している状態であって、これらが定常状態となった際に試験室内の温度が設定温度の近傍となる換気量に前記換気手段の換気量を固定し、その後は制御ヒータの発熱量を制御して試験室内の温度を設定温度に調節することを特徴とする恒温装置。
【請求項２】
固定される換気量は、定常状態となった際に制御ヒータを停止した場合に試験室内の温度が低下傾向となる換気量であることを特徴とする請求項１に記載の恒温装置。
【請求項３】
試験室は断熱壁を有し、定常状態となった際には前記基礎発熱量が前記断熱壁からの放熱量を上回るものであり、ほぼ両者の差に相当する熱量を排出する様に前記換気手段の換気量が固定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の恒温装置。
【請求項４】
制御ヒータの最大発熱量は、断熱壁からの放熱量と前記換気手段の換気によって外部に排出される熱量との合計排出熱量と、前記基礎発熱量との差の４倍未満であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の恒温装置。
【請求項５】
制御ヒータの最大発熱量は、送風手段の発熱量よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の恒温装置。
【請求項６】
制御ヒータの最大発熱量は、被試験物の発熱量よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の恒温装置。
【請求項７】
複数のヒータを備え、これらを選択的に使用して制御ヒータとして機能させることが可能であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の恒温装置。
【請求項８】
複数のヒータを備え、制御ヒータはこの内の一部であって、制御ヒータの最大発熱量は、全ヒータの総最大発熱量の２０パーセント以下であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の恒温装置。
【請求項９】
換気手段は、開度を変更可能なダンパーであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の恒温装置。
【請求項１】
被試験物を配置する試験室と、試験室内の空気を循環する送風手段と、試験室内の空気を換気する換気手段とを有し、摂氏１００度以上の設定温度に内部を維持して試験を行うことを常態とする恒温装置であって、常時一定の発熱量で運転される基礎ヒータを備えるか、或いは試験室内に配置された被試験物が発熱するものであるかいずれかの条件または双方の条件を備え、且つ被試験物を試験室内に配置し、前記送風手段を起動し、前記基礎ヒータを備える場合には当該基礎ヒータを運転し、前記換気手段による換気を行わなわずに試験を行った場合に試験室内の温度が前記設定温度を超える傾向となる恒温装置において、前記送風手段の発熱量と、基礎ヒータの発熱量と、被試験物の発熱量の合計を基礎発熱量としたとき、当該基礎発熱量よりも小さい最大発熱量であって且つ発熱量を制御することができる制御ヒータを備え、前記換気手段は換気量を変更することが可能であり、被試験物を試験室内に配置し、前記送風手段を運転し、前記基礎ヒータを備える場合には当該基礎ヒータを運転している状態であって、これらが定常状態となった際に試験室内の温度が設定温度の近傍となる換気量に前記換気手段の換気量を固定し、その後は制御ヒータの発熱量を制御して試験室内の温度を設定温度に調節することを特徴とする恒温装置。
【請求項２】
固定される換気量は、定常状態となった際に制御ヒータを停止した場合に試験室内の温度が低下傾向となる換気量であることを特徴とする請求項１に記載の恒温装置。
【請求項３】
試験室は断熱壁を有し、定常状態となった際には前記基礎発熱量が前記断熱壁からの放熱量を上回るものであり、ほぼ両者の差に相当する熱量を排出する様に前記換気手段の換気量が固定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の恒温装置。
【請求項４】
制御ヒータの最大発熱量は、断熱壁からの放熱量と前記換気手段の換気によって外部に排出される熱量との合計排出熱量と、前記基礎発熱量との差の４倍未満であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の恒温装置。
【請求項５】
制御ヒータの最大発熱量は、送風手段の発熱量よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の恒温装置。
【請求項６】
制御ヒータの最大発熱量は、被試験物の発熱量よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の恒温装置。
【請求項７】
複数のヒータを備え、これらを選択的に使用して制御ヒータとして機能させることが可能であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の恒温装置。
【請求項８】
複数のヒータを備え、制御ヒータはこの内の一部であって、制御ヒータの最大発熱量は、全ヒータの総最大発熱量の２０パーセント以下であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の恒温装置。
【請求項９】
換気手段は、開度を変更可能なダンパーであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の恒温装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２５７１７１（Ｐ２０１１−２５７１７１Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２９７９６（Ｐ２０１０−１２９７９６）
【出願日】平成２２年６月７日（２０１０．６．７）
【出願人】（０００１０８７９７）エスペック株式会社 (282)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月７日（２０１０．６．７）
【出願人】（０００１０８７９７）エスペック株式会社 (282)
【Ｆターム（参考）】
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