過冷却試験装置及び過冷却試験方法
【課題】供試体に含まれた液体が過冷却される状態を作り出すとともに、その液体が過冷却状態から固体に相変化して急激に体積膨張する状況を再現可能な過冷却試験装置及び過冷却試験方法を提供する。
【解決手段】この過冷却試験装置は、供試体Ｗを収容可能な試験槽２と、試験槽２内に収容された供試体Ｗに含まれる液体を過冷却状態にさせることが可能な冷却パターンで試験槽２内を冷却する冷却部６と、試験槽２内に収容された供試体Ｗに含まれる過冷却状態の液体の固体への相変化を発生させるための相変化発生装置１１とを備えている。
【解決手段】この過冷却試験装置は、供試体Ｗを収容可能な試験槽２と、試験槽２内に収容された供試体Ｗに含まれる液体を過冷却状態にさせることが可能な冷却パターンで試験槽２内を冷却する冷却部６と、試験槽２内に収容された供試体Ｗに含まれる過冷却状態の液体の固体への相変化を発生させるための相変化発生装置１１とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過冷却試験装置及び過冷却試験方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体がその液体の凝固点以下の温度になっても固体に相変化していない過冷却状態を作り出す過冷却装置が知られており、そのような過冷却装置の一例が下記特許文献１に開示されている。
【０００３】
この特許文献１に開示された過冷却装置は、パック内に封入された液体を過冷却状態にするための装置であり、処理槽内を冷却するための各種冷却パターンが予め記憶されたデータベースと、処理槽内に入れるパックの条件（処理槽に入れる前のパックの温度、処理槽に入れるパックの個数及びパックを処理槽に入れておく時間）に応じて前記データベースに記憶された冷却パターンからパック内の液体を過冷却状態にするのに最適なものを選択する演算部とを備えている。そして、この過冷却装置では、演算部によって選択された冷却パターンに従って冷却器が処理槽内の温度を低下させていくことによって、パック内の液体を過冷却状態にできるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−９７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来、各種電子部品を収容した機器が寒冷な条件下で使用される場合に、電子部品の損傷が発生するという問題が生じている。その損傷の原因の１つとして、過冷却された水分が機器内で固体に相変化して体積膨張することが考えられる。しかし、上記特許文献１に開示された過冷却装置のように、パック内に封入された液体を過冷却状態にする技術は提案されているものの、過冷却状態の液体の固体への相変化による電子部品等の供試体の損傷を再現させるような装置や試験方法はない。
【０００６】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、供試体に含まれた液体が過冷却される状態を作り出すとともに、その液体が過冷却状態から固体に相変化して急激に体積膨張する状況を再現可能な過冷却試験装置及び過冷却試験方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明の過冷却試験装置は、供試体を収容可能な試験槽と、前記試験槽内に収容された供試体に含まれる液体を過冷却状態にさせることが可能な冷却パターンで前記試験槽内を冷却する冷却部と、前記試験槽内に収容された供試体に含まれる過冷却状態の液体の固体への相変化を発生させるための相変化発生装置とを備えている。
【０００８】
この過冷却試験装置では、冷却部により所定の冷却パターンで試験槽内を冷却してその試験槽内に収容された供試体に含まれる液体を過冷却状態にすることができるとともに、その過冷却状態になった供試体中の液体を相変化発生装置により固体に相変化させることができる。従って、この過冷却試験装置では、供試体に含まれた液体が過冷却される状態を作り出すとともに、その液体が過冷却状態から固体に相変化して急激に体積膨張する状況を再現することができる。
【０００９】
上記過冷却試験装置において、前記相変化発生装置は、前記試験槽内に収容された供試体に含まれる過冷却状態の液体が固体に相変化する程度の揺れをその供試体に付与し得る付与装置からなっていてもよい。
【００１０】
このように構成すれば、付与装置から供試体に付与する揺れによって供試体中の過冷却状態の液体を急激に固体に相変化させることができる。このため、この構成では、供試体に揺れが付与されることによってその供試体中の過冷却状態の液体が固体に相変化して急激に体積膨張する状況を再現することができる。
【００１１】
上記過冷却試験装置において、前記付与装置は、前記供試体に付与する揺れの強さが可変であることが好ましい。
【００１２】
このように構成すれば、付与装置が供試体に付与する揺れの強さを調節して、供試体に含まれる過冷却状態の液体の相変化が発生する状態と発生しない状態とを作り出すことができる。これにより、供試体の構成が種々異なる場合に、その供試体の構成に応じて、どの程度の揺れを供試体に付与すればその供試体に含まれる過冷却状態の液体の固体への相変化が生じるかを確認することができる。また、供試体の構成に応じて付与装置から供試体に付与する揺れの強さを調節することができるので、供試体中の過冷却状態の液体の固体への相変化を確実に発生させることができるようになる。
【００１３】
上記相変化発生装置が付与装置からなっている構成において、前記付与装置は、前記供試体に打撃を加えることによってその供試体に揺れを付与し得る打撃装置であり、この打撃装置は、前記供試体のうち打撃を加える部分を変更可能に構成されていることが好ましい。
【００１４】
このように構成すれば、打撃装置から供試体に加える打撃によって供試体中の過冷却状態の液体を急激に固体に相変化させることができる。このため、この構成では、供試体に打撃のような形態の揺れが付与されることによってその供試体中の過冷却状態の液体が固体に相変化して急激に体積膨張する状況を再現することができる。さらに、この構成では、打撃装置が供試体のうち打撃を加える部分を変更可能であるため、供試体の構成に応じて供試体中の過冷却状態の液体が固体に相変化するような部分を選択して打撃を加えることができる。これにより、打撃を加える部分によっては過冷却状態の液体の固体への相変化が発生しないような構成の供試体であっても、供試体中の過冷却状態の液体を確実に固体に相変化させることができる。また、この構成では、供試体のうち打撃を加える部分を選択できるため、供試体のうちどの部分に打撃が加えられるとその供試体中の過冷却状態の液体が固体に相変化するかを調べることができる。
【００１５】
上記過冷却試験装置において、前記相変化発生装置は、前記試験槽内に収容された供試体に含まれる過冷却状態の液体が固体へ相変化し始めるようにその供試体を局部的に冷却し得る局部冷却装置からなっていてもよい。
【００１６】
このように構成すれば、局部冷却装置により供試体を局部的に冷却することによって供試体中の過冷却状態の液体を固体に相変化させることができる。このため、この構成では、供試体が局部的に冷却されることによってその供試体中の過冷却状態の液体が固体に相変化して急激に体積膨張する状況を再現することができる。
【００１７】
この場合において、前記局部冷却装置は、前記供試体のうち局部的に冷却する部分を変更可能に構成されていることが好ましい。
【００１８】
この構成では、局部冷却装置が供試体のうち局部的に冷却する部分を変更可能であるため、供試体の構成に応じて供試体中の過冷却状態の液体が固体に相変化するような部分を選択して局部的に冷却することができる。これにより、局部的に冷却される部分によっては過冷却状態の液体の固体への相変化が発生しないような構成の供試体であっても、供試体中の過冷却状態の液体を確実に固体に相変化させることができる。また、この構成では、供試体のうち局部的に冷却される部分を選択できるため、供試体のうちどの部分を局部的に冷却するとその供試体中の過冷却状態の液体が固体に相変化するかを調べることができる。
【００１９】
上記過冷却試験装置において、前記試験槽内の冷却に伴って経時変化する前記供試体の温度を検出するための供試体温度検出部を備えることが好ましい。
【００２０】
一般的に、過冷却状態の液体が固体に相変化する際には急激な温度の上昇が生じることが知られており、この場合には過冷却状態の液体を含む供試体の温度も急激に上昇する。このため、この構成のように供試体温度検出部により供試体の温度の経時変化を検出しておけば、付与装置により供試体に揺れを付与する前にその供試体に含まれる液体が固体に相変化した場合にそのことを発見することができる。従って、この構成では、供試体に含まれる過冷却状態の液体の意図しない固体への相変化を発見して、そのような意図しない相変化が生じた供試体を試験対象から外したり、試験そのものを中止したりすることができ、試験の信頼性を高めることができる。また、供試体温度検出部により供試体の温度を検出しておくことによって、その検出データから供試体に含まれる液体が過冷却状態になるまで冷却されたかを判断することができる。さらに、供試体温度検出部による検出データに基づいて、供試体に含まれる液体が過冷却状態になった後、付与装置から供試体に揺れが付与された際に上記した温度の急激な上昇が生じたかを確認することができ、供試体に含まれる過冷却状態の液体の固体への急激な相変化が発生したかを確認することができる。
【００２１】
この場合において、前記供試体温度検出部は、前記供試体全体の温度分布を検出する全体温度検出器を含んでいてもよい。
【００２２】
この構成では、全体温度検出器によって、供試体に含まれる過冷却状態の液体が固体に相変化したときに供試体全体の温度分布がどのように変化するかを調べることができる。
【００２３】
上記供試体温度検出部を備える構成において、その供試体温度検出部によって検出される前記供試体の温度が、その供試体に含まれる液体が過冷却状態となる所定の温度範囲に達してからその温度範囲内で少なくとも１時間以上保持されるように前記冷却部の冷却能力を制御し、その後、前記相変化発生装置による前記供試体中の過冷却状態の液体の固体への相変化を可能にする制御部を備えることが好ましい。
【００２４】
このように制御部が冷却部の冷却能力を制御して、供試体の温度をその供試体に含まれる液体が過冷却状態となる温度範囲内で少なくとも１時間以上保持させれば、過冷却状態となった液体の分子を落ち着かせることができる。その結果、供試体に含まれる液体を安定した過冷却状態にすることができ、付与装置によって付与される揺れのみの要因により過冷却状態の液体が固体へ相変化する状況を作り出すことができる。
【００２５】
上記過冷却試験装置において、前記冷却部による前記試験槽内の冷却に先立って、前記試験槽内に収容された前記供試体が吸湿するようにその試験槽内の加湿を行う加湿部を備えることが好ましい。
【００２６】
このように冷却部による冷却に先立って加湿部により試験槽内の供試体に吸湿させることができれば、供試体への吸湿と、その供試体の冷却と、過冷却状態になった供試体中の液体の固体への急激な相変化とを含む一連の過程を試験槽内で全て行うことができる。このため、供試体に吸湿させるための加湿部を備えておらず、別工程で供試体に吸湿させてからその供試体を試験槽内に搬入して冷却及び前記相変化の各工程を行う必要がある試験装置に比べて、試験工程を簡略化することができる。
【００２７】
また、この発明の過冷却試験方法は、供試体に含まれる液体を過冷却状態にさせることが可能な冷却パターンでその供試体を冷却する冷却工程と、前記冷却工程の後、前記供試体に含まれる過冷却状態の液体を固体へ相変化させる相変化工程と、前記相変化工程における前記供試体の温度を測定してその温度のデータを出力する出力工程とを備えている。
【００２８】
この過冷却試験方法では、冷却工程において所定の冷却パターンで供試体を冷却してその供試体に含まれる液体を過冷却状態にすることができるとともに、その過冷却状態になった供試体中の液体を相変化工程において固体に相変化させることができる。従って、この過冷却試験装置では、供試体に含まれた液体が過冷却される状態を作り出すとともに、その液体が過冷却状態から固体に相変化して急激に体積膨張する状況を再現することができる。また、一般的に、過冷却状態の液体が固体に相変化する際には急激な温度の上昇が生じるため、それに伴って過冷却状態の液体を含む供試体の温度も急激に上昇する。この過冷却試験方法では、出力工程において、相変化工程における供試体の温度のデータが出力されるので、その温度のデータに基づいて、相変化工程中に供試体に前記急激な温度の上昇が発生したかを確認することができ、それによって、供試体中の過冷却状態の液体の固体への相変化が発生したかを確認することができる。
【００２９】
上記過冷却試験方法において、前記冷却工程に先立って、前記供試体に吸湿させる吸湿工程を備え、前記冷却工程では、前記吸湿工程で吸湿されることによって前記供試体に含まれる液体を過冷却状態にすることが好ましい。
【００３０】
このように構成すれば、吸湿工程において供試体に吸湿させた液体を過冷却状態にするとともに、その液体を過冷却状態から固体に相変化させることができる。
【００３１】
この場合において、前記吸湿工程に先立って、前記供試体の乾燥を行う乾燥工程をさらに備えることが好ましい。
【００３２】
このように構成すれば、乾燥工程において供試体を乾燥させて、その後の吸湿工程において供試体への吸湿量の制御を良好に行わせることができる。
【発明の効果】
【００３３】
以上説明したように、本発明によれば、供試体に含まれた液体が過冷却される状態を作り出すとともに、その液体が過冷却状態から固体に相変化して急激に体積膨張する状況を再現可能な過冷却試験装置及び過冷却試験方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態による過冷却試験装置の構成を示す図である。
【図２】過冷却状態の水に振動を付与することによってその水が固体へ急激に相変化するときの温度変化を測定した結果を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態による過冷却試験装置を部分的に示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態の変形例による過冷却試験装置の相変化発生装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態の変形例による過冷却試験装置の相変化発生装置の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００３６】
（第１実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態による過冷却試験装置の構成について説明する。
【００３７】
この第１実施形態による過冷却試験装置は、供試体Ｗに含まれた水が過冷却される状態を作り出すとともに、その過冷却状態の水が液体から固体へ急激に相変化して体積膨張する状況を再現するためのものである。
【００３８】
この過冷却試験装置は、試験槽２と、加湿部４と、冷却部６と、加熱部８と、送風部１０と、相変化発生装置１１と、空間温度検出部１２と、湿度検出部１４と、供試体温度検出部１６と、制御部１８と、記憶部２０と、表示装置２２とを備えている。
【００３９】
試験槽２は、その内部の空間を密閉可能に構成された箱状に形成されており、当該試験槽２の内部には、試験空間２ａと空調空間２ｂとが設けられている。この試験空間２ａと空調空間２ｂとは仕切壁２ｃによって仕切られている。仕切壁２ｃの上側には上側連通部２ｄが設けられているとともに、仕切壁２ｃの下側には下側連通部２ｅが設けられており、これら両連通部２ｄ，２ｅを通じて試験空間２ａと空調空間２ｂとが連通している。
【００４０】
試験空間２ａは、供試体Ｗを収容可能な空間であり、この試験空間２ａにおいて後述する供試体Ｗの乾燥、加湿、冷却及び振動付与等の各工程が行われる。
【００４１】
空調空間２ｂは、試験空間２ａの温湿度を調整するために設けられており、この空調空間２ｂに加湿部４、冷却部６、加熱部８及び送風部１０が設置されている。
【００４２】
加湿部４は、空調空間２ｂの下部に設けられており、空調空間２ｂの空気を加湿する。この加湿部４は、加湿水収容部２４と、供給配管２６と、ヒータ２８とを有する。
【００４３】
加湿水収容部２４は、加湿水を溜める部分であり、試験槽２内の床面のうち空調空間２ｂを形成する部分に設けられた凹部からなる。
【００４４】
供給配管２６は、その一端が図略の加湿水供給源に繋がっているとともに他端が加湿水収容部２４に繋がっており、この供給配管２６を通じて加湿水供給源から加湿水収容部２４に加湿水が供給される。
【００４５】
ヒータ２８は、その一部が加湿水収容部２４内に設けられている。このヒータ２８は、加湿水収容部２４内に溜められた加湿水を加熱して蒸発させることにより、空調空間２ｂの空気を加湿する。このヒータ２８の加熱能力は可変となっており、このヒータ２８の加熱能力が調節されて加湿水の蒸発量が調節されることにより加湿の度合いが調節されるようになっている。
【００４６】
冷却部６は、空調空間２ｂの空気を冷却して間接的に試験空間２ａを冷却するものであり、例えば蒸気圧縮式の冷凍機によって構成されている。この冷却部６は、空調空間２ｂにおいて加湿部４の上側に設けられている。この冷却部６は、後述するように試験空間２ａに収容された供試体Ｗに含まれる水を過冷却状態にすることが可能な冷却パターンで試験空間２ａを冷却する。
【００４７】
加熱部８は、空調空間２ｂの空気を加熱して間接的に試験空間２ａを加熱するものである。この加熱部８は、空調空間２ｂにおいて冷却部６の上側に設けられている。この加熱部８の加熱能力は、可変となっている。
【００４８】
送風部１０は、空調空間２ｂにおいて加熱部８の上側に設けられており、上側連通部２ｄに面する位置に配置されている。この送風部１０は、空気を送風するファンからなり、試験空間２ａと空調空間２ｂとの間で空気を循環させる。送風部１０によって送風された空気は、空調空間２ｂから上側連通部２ｄを通じて試験空間２ａへ流れ、それに伴って、試験空間２ａの空気は、下側連通部２ｅを通じて空調空間２ｂに流れ込む。このようにして、加湿部４、冷却部６及び加熱部８によって温湿度が調節された空気が空調空間２ｂと試験空間２ａとの間で循環し、試験空間２ａの温湿度が所定の温湿度に調整されるようになっている。そして、この送風部１０は、送風量が可変となっている。すなわち、この送風部１０は、ファンの回転数が可変となっており、このファンの回転数が調節されることにより送風量が調節される。
【００４９】
相変化発生装置１１は、試験空間２ａに収容された供試体Ｗに含まれる過冷却状態の水の固体への相変化を発生させるための装置である。この第１実施形態では、この相変化発生装置１１は、試験空間２ａに収容された供試体Ｗに含まれる過冷却状態の水が固体に相変化する程度の揺れを供試体Ｗに付与し得る付与装置１１ａからなる。
【００５０】
具体的には、この付与装置１１ａは、供試体Ｗに所定の強さの振動を与えることによりその供試体Ｗに含まれる過冷却状態の水を固体に相変化させる。この付与装置１１ａは、供試体Ｗに付与する振動の強さが可変となっている。なお、振動の強さの概念には、振動の振幅、振動の周波数、振動によって与えられる加速度が含まれる。この付与装置１１ａは、付与装置本体１１ｂと、載置部１１ｃとを備えている。
【００５１】
付与装置本体１１ｂは、試験槽２の外部であって試験空間２ａの下方の位置に設けられている。この付与装置本体１１ｂは、振動発生部１１ｄを内蔵しており、この振動発生部１１ｄが発する振動の強さが可変となっている。この第１実施形態の過冷却試験装置は、図略の振動設定部を備えており、使用者がこの振動設定部により供試体Ｗに付与したい振動の強さの値を設定できるようになっている。振動発生部１１ｄは、この設定値に応じた強さの振動を発生させる。なお、前記振動設定部は、振動の強さを任意の値に設定可能なもの、または、振動の強さを段階的に設定可能なものであってもよい。また、前記振動設定部は、振動の強さの値を直接入力して設定するようなものや、予め設定された複数の設定値から供試体Ｗに付与したい振動の強さを選択可能なものであってもよい。
【００５２】
載置部１１ｃは、付与装置本体１１ｂから上方に延び、試験槽２の底壁部を貫通して試験空間２ａに延びる延設部１１ｅと、その延設部１１ｅの上端に繋がるとともに試験空間２ａにおいて水平に配設された載置台１１ｆとによって構成されている。供試体Ｗは、試験空間２ａにおいて載置台１１ｆ上に載置される。付与装置本体１１ｂの振動発生部１１ｄから発せられた振動が延設部１１ｅに伝えられて載置部１１ｃ全体が振動し、それによって載置台１１ｆ上の供試体Ｗに振動が付与されるようになっている。なお、載置台１１ｆには、供試体Ｗを固定するための固定具が設けられていてもよい。
【００５３】
空間温度検出部１２は、試験空間２ａに設けられており、当該試験空間２ａの温度を検出するものである。この空間温度検出部１２によって検出された試験空間２ａの温度のデータは、制御部１８に入力されるようになっている。
【００５４】
湿度検出部１４は、試験空間２ａに設けられており、当該試験空間２ａの湿度を検出するものである。この湿度検出部１４によって検出された試験空間２ａの湿度のデータは、制御部１８に入力されるようになっている。
【００５５】
供試体温度検出部１６は、試験槽２内の試験空間２ａに収容された供試体Ｗの温度を検出する。具体的には、この供試体温度検出部１６は、試験槽２内の加熱及び冷却に伴って経時変化する供試体Ｗの温度を連続して検出するものであり、供試体内温度検出器１６ａと、全体温度検出器１６ｂとによって構成されている。
【００５６】
供試体内温度検出器１６ａは、例えば熱電対からなり、供試体Ｗの内部のうち水が溜まる箇所に取り付けられてその箇所の温度変化を検出するものである。従って、この供試体内温度検出器１６ａによって検出される温度は、供試体Ｗ内の水の温度に相当する。この供試体内温度検出器１６ａによって検出された温度データは、制御部１８に入力されるようになっている。
【００５７】
全体温度検出器１６ｂは、供試体Ｗ全体の温度分布を検出するものであり、非接触で供試体Ｗ全体の温度分布を検出するサーモビューワからなる。この全体温度検出器１６ｂは、試験空間２ａにおいて付与装置１１ａの載置台１１ｆの上方に離間して配設されており、載置台１１ｆ上に載置された供試体Ｗの全体を撮像できるように配置されている。この全体温度検出器１６ｂによって検出された供試体Ｗの温度分布のデータは、制御部１８に入力されるようになっている。
【００５８】
制御部１８は、加湿部４の加湿能力と、冷却部６の冷却能力と、加熱部８の加熱能力と、送風部１０の送風量と、付与装置１１ａによる供試体Ｗへの振動の付与動作とをそれぞれ制御するものである。
【００５９】
具体的には、制御部１８は、湿度検出部１４によって検出される試験空間２ａの湿度のデータに基づいて、試験空間２ａの湿度が予め設定された湿度になるように加湿部４の加湿能力を制御する。また、制御部１８は、供試体内温度検出器１６ａによって検出される供試体Ｗの温度のデータと、空間温度検出部１２によって検出される試験空間２ａの温度のデータとに基づいて冷却部６の冷却能力を制御する。詳細には、制御部１８は、試験空間２ａに収容された供試体Ｗに含まれる水を過冷却状態にさせることが可能な冷却パターンで試験空間２ａが冷却されるように冷却部６の冷却能力を制御する。また、制御部１８は、空間温度検出部１２によって検出される試験空間２ａの温度のデータに基づいて、試験空間２ａの温度が予め設定された温度になるように加熱部８の加熱能力を制御する。また、制御部１８は、供試体Ｗに含まれる水が過冷却状態となってその状態が保持されている所定のタイミングで付与装置１１ａを稼働させ、供試体Ｗに振動を付与させる。
【００６０】
また、制御部１８は、図略の演算部を備えており、この演算部は、全体温度検出器１６ｂによって検出された供試体Ｗ全体の温度分布のデータの補正を行なう。具体的には、サーモビューワにより供試体Ｗの温度を検出する場合、供試体Ｗの材質によって反射率が異なることに起因してその検出温度に誤差が生じる。そこで、使用者は、図略の設定部により供試体Ｗの材質を選択し、演算部は、その選択された材質に応じた補正計算を行なって全体温度検出器１６ｂによる検出温度を実際の供試体Ｗの温度に等しい温度に補正する。
【００６１】
記憶部２０は、供試体内温度検出器１６ａによる検出温度のデータ及び全体温度検出器１６ｂによって検出された供試体Ｗ全体の温度のデータが記憶される部分である。なお、この記憶部２０には、全体温度検出器１６ｂの検出温度のデータを制御部１８の演算部が補正した後のデータが記憶される。
【００６２】
表示装置２２は、空間温度検出部１２によって検出される試験空間２ａの温度、湿度検出部１４によって検出される試験空間２ａの湿度、供試体内温度検出器１６ａの検出温度及び全体温度検出器１６ｂの検出温度等の各種データを表示するものである。また、この表示装置２２は、後述するように付与装置１１ａによって供試体Ｗに振動が付与される前に、供試体内温度検出器１６ａの検出温度、すなわち供試体Ｗ内の水の温度が、水の固体への相変化に起因して急激に上昇した場合や、その他のデータにエラーが生じた場合等に警告メッセージを表示する機能も備えている。
【００６３】
次に、この第１実施形態の過冷却試験装置による過冷却試験方法について説明する。
【００６４】
この試験では、供試体Ｗを試験空間２ａにおいて載置台１１ｆ上に載置し、その供試体Ｗの内部の水が溜まると予測される箇所に供試体内温度検出器１６ａを取り付けた後、試験槽２内を密閉して試験を開始する。
【００６５】
試験開始後、まず、供試体Ｗを乾燥させるための乾燥工程が行われる。この際、制御部１８は、加熱部８を稼働させるとともに、空間温度検出部１２によって検出される試験空間２ａの温度のデータに基づいて、試験空間２ａの温度が予め設定された温度となるように加熱部８の加熱能力を制御する。さらに、制御部１８は、送風部１０を駆動させて、加熱部８によって加熱された空気を空調空間２ｂと試験空間２ａとの間で循環させる。このようにして、試験空間２ａを所定の高温状態（例えば、１２０℃）とする。なお、この際、制御部１８は、加湿部４のヒータ２８及び冷却部６を稼働させないとともに、加湿水供給源から加湿水収容部２４への加湿水の供給を停止させて加湿水収容部２４内に加湿水が溜まっていない状態にする。これにより、試験空間２ａは、高温で乾燥した状態となり、この状態が所定時間維持されることによって、試験空間２ａに収容された供試体Ｗが乾燥状態となる。この時、冷却部６を稼働させて除湿を行ってもよい。
【００６６】
次に、供試体Ｗに吸湿させるための吸湿工程が行われる。この際、制御部１８は、空間温度検出部１２によって検出される試験空間２ａの温度のデータに基づいて加熱部８の加熱能力を制御することにより試験空間２ａを所定の高温条件（例えば、８５℃）に設定する。同時に、制御部１８は、加湿水供給源から加湿水収容部２４へ加湿水を供給させるとともに、湿度検出部１４によって検出される試験空間２ａの湿度のデータに基づいてヒータ２８の加熱能力を制御することにより加湿部４の加湿能力を調節する。これにより、試験空間２ａを所定の高湿条件（例えば、湿度８５％）に設定する。そして、この際、制御部１８は、送風部１０の送風量を低下させる。これにより、試験空間２ａにおいて供試体Ｗ内に空気が入っていきやすくなり、供試体Ｗへの吸湿が促進される。なお、予備実験により供試体Ｗが吸湿する水の量と吸湿時間との関係を前もって調べておき、その関係に基づいて、使用者が供試体Ｗに吸湿させたい水の量に応じた吸湿時間を図略の設定部により設定する。制御部１８は、その設定された吸湿時間だけ上記のような吸湿工程を行うように加熱部８、加湿部４及び送風部１０の制御を行う。
【００６７】
次に、供試体Ｗを冷却する冷却工程が行われる。この冷却工程では、前記吸湿工程で吸湿されることによって供試体Ｗに含まれた水を過冷却状態にする。具体的には、制御部１８は、加熱部８の稼働を停止させるとともに、冷却部６を稼働させる。そして、制御部１８は、供試体内温度検出器１６ａの検出温度のデータに基づいて冷却部６の冷却能力を制御することにより、供試体Ｗに含まれる水を過冷却状態にすることが可能な冷却パターン（降温パターン）で試験空間２ａを冷却し、それによって、供試体Ｗが、その内部の水が過冷却状態となることが可能な冷却パターンで冷却される。すなわち、供試体Ｗに含まれる水を過冷却状態にすることが可能な温度低下曲線が実験的に得られた上で記憶部２０に予め記憶されており、制御部１８は、その温度低下曲線に供試体内温度検出器１６ａの検出温度が沿うように冷却部６の冷却能力を制御して試験空間２ａの温度を低下させていく。この温度低下曲線は、例えば、供試体Ｗ内の水を８５℃から−６℃まで１時間程度かけてゆっくりと冷却させるようなものである。この冷却工程中における供試体内温度検出器１６ａの検出温度のデータ及び全体温度検出器１６ｂによって検出される供試体Ｗ全体の温度分布のデータ（前記演算部によって補正された後のデータ）は、記憶部２０に記憶されるとともに、表示装置２２に表示される。これにより、使用者は、この冷却工程における供試体Ｗ内の水の温度の経時変化及び供試体Ｗ全体の温度分布の経時変化を確認することが可能となっている。
【００６８】
そして、制御部１８は、供試体内温度検出器１６ａの検出温度（供試体Ｗ内の水の温度）が−６℃±３℃の温度範囲に達してからその温度範囲内で１時間保持されるように冷却部６の冷却能力を制御する。−６℃±３℃の温度範囲は、一般的に純水が過冷却状態となると考えられる温度範囲であり、この温度範囲に供試体Ｗ内の水の温度が達することによりその供試体Ｗ内の水が過冷却状態になったと考えられる。そして、供試体Ｗ内の水の温度がこの温度範囲内で１時間保持されることによって、過冷却状態になった供試体Ｗ内の水の分子が安定化され、その供試体Ｗ内の水が安定した過冷却状態となる。
【００６９】
次に、供試体Ｗに含まれる過冷却状態の水を固体へ相変化させる相変化工程が行われる。具体的には、制御部１８は、供試体内温度検出器１６ａの検出温度が−６℃±３℃の温度範囲に達してから１時間経過後、付与装置１１ａを駆動させて供試体Ｗに所定の強さの振動を付与させる。この付与装置１１ａから供試体Ｗに付与される振動の強さは、使用者が予備試験により供試体Ｗ内の過冷却状態の水が確実に相変化を生じる振動の強さを調べて予め前記振動設定部によって設定した強さとなる。このような振動が供試体Ｗに付与されることにより、供試体Ｗ内の過冷却状態の水が固体に相変化し、それによってその水が急激に体積膨張する。
【００７０】
また、前記相変化工程における供試体Ｗの温度を測定してその温度のデータを出力する出力工程が相変化工程と並行して行われる。すなわち、相変化工程中も供試体内温度検出器１６ａ及び全体温度検出器１６ｂにより供試体Ｗの温度が継続して測定されており、この測定された温度のデータは、記憶部２０に記憶されるとともに、表示装置２２に出力されて表示される。
【００７１】
供試体Ｗ内の過冷却状態の水の固体への相変化が発生すると、その水の温度が急激に上昇する。この現象は、図２に示す簡易に行った実験の結果からも判る。この実験では、ペットボトルに水道水を入れ、その水の温度を−３℃付近に保持して過冷却状態にした後、振動を付与して相変化を生じさせ、その際の水の温度の経時変化を測定した。この図２に示すように、ペットボトルに振動を付与した直後に水の温度が約３℃上昇しており、この温度の上昇速度は、約１８０℃／分となっている。このような急激な水の温度の上昇は、試験槽２内において過冷却状態の水の固体への相変化以外の要因で生じることはあり得ないため、振動の付与によって明らかに過冷却状態の水の固体への相変化が生じたことが判る。
【００７２】
従って、使用者は、供試体内温度検出器１６ａによって測定されるとともに、表示装置２２に出力されて表示される供試体Ｗ内の水の温度の変化に基づいて、供試体Ｗに振動が付与されることにより供試体Ｗ内の過冷却状態の水の固体への相変化が生じたかを確認できるようになっている。また、このような供試体Ｗ内の水の相変化に伴う急激な温度上昇により供試体Ｗ自体の温度も急上昇する。この際の供試体Ｗ全体の温度分布の変化が、全体温度検出器１６ｂによる測定結果に現れるため、その測定結果のデータを確認することにより、供試体Ｗ全体の温度分布の変化の挙動が確認できる。
【００７３】
なお、制御部１８は、付与装置１１ａによる供試体Ｗへの振動の付与の前に供試体内温度検出器１６ａの検出温度が上記したように急激に上昇した場合には、表示装置２２に警告メッセージを表示させる。
【００７４】
以上のようにして、この第１実施形態の過冷却試験装置において供試体Ｗに含まれる水を過冷却状態にするとともに、その過冷却状態の水を固体に相変化させて体積膨張させる状況を再現する過冷却試験が行われる。
【００７５】
以上説明したように、この第１実施形態では、冷却工程において冷却部６により所定の冷却パターンで試験空間２ａを冷却してその試験空間２ａに収容された供試体Ｗに含まれる水を過冷却状態にすることができるとともに、その過冷却状態になった供試体Ｗ内の水を相変化工程において付与装置１１ａから付与する振動により急激に固体に相変化させることができる。従って、この第１実施形態では、供試体Ｗに含まれた水が過冷却される状態を作り出すとともに、その水が過冷却状態から固体に相変化して急激に体積膨張する状況を再現することができる。
【００７６】
また、第１実施形態では、付与装置１１ａは、供試体Ｗに付与する振動の強さが可変となっているため、当該付与装置１１ａが供試体Ｗに付与する振動の強さを調節して、供試体Ｗに含まれる過冷却状態の水の相変化が発生する状態と発生しない状態とを作り出すことができる。これにより、供試体Ｗの構成が種々異なる場合に、その供試体Ｗの構成に応じて、どの程度の振動を供試体Ｗに付与すればその供試体Ｗに含まれる過冷却状態の水の相変化が生じるかを確認することができる。また、第１実施形態では、供試体Ｗの構成に応じて付与装置１１ａから供試体Ｗに付与する振動の強さを調節することができるので、供試体Ｗに含まれる過冷却状態の水の固体への相変化を確実に発生させることができるようになる。
【００７７】
また、供試体Ｗに含まれる過冷却状態の水が固体に相変化する際には急激な温度の上昇を伴うので、この第１実施形態では、試験空間２ａに設けられた供試体温度検出部１６（供試体内温度検出器１６ａ，全体温度検出器１６ｂ）による検出結果から、供試体Ｗに振動を付与する前にその供試体Ｗに含まれる水が固体に相変化した場合にそのことを発見することができる。従って、第１実施形態では、供試体Ｗに含まれる過冷却状態の水の意図しない固体への相変化を発見して、そのような意図しない相変化が生じた供試体Ｗを試験対象から外したり、試験そのものを中止したりすることができ、試験の信頼性を高めることができる。
【００７８】
また、第１実施形態では、供試体内温度検出器１６ａから出力される検出温度のデータから供試体Ｗに含まれる水が過冷却状態になるまで冷却されたかを判断することができる。さらに、第１実施形態では、供試体内温度検出器１６ａから出力される検出温度のデータに基づいて、供試体Ｗに含まれる水が過冷却状態になった後、付与装置１１ａから供試体Ｗに振動が付与された際に温度の急激な上昇が生じたかを確認することができ、供試体Ｗに含まれた過冷却状態の水の固体への急激な相変化が発生したかを確認することができる。これにより、供試体Ｗに含まれる水が過冷却状態とならずに氷となった場合に、その供試体Ｗを発見して試験対象から外すことが可能となる。
【００７９】
また、第１実施形態では、供試体温度検出部１６が、供試体Ｗ全体の温度分布を検出する全体温度検出器１６ｂ（サーモビューワ）を含むので、この全体温度検出器１６ｂによる検出結果のデータから供試体Ｗに含まれた過冷却状態の水が固体に相変化したときに供試体Ｗ全体の温度分布がどのように変化するかを調べることができる。
【００８０】
また、第１実施形態では、制御部１８が、供試体内温度検出器１６ａの検出温度が−６℃±３℃の範囲内で１時間保持されるように冷却部６の冷却能力を制御し、その後、付与装置１１ａによる供試体Ｗへの振動の付与を可能にするため、過冷却状態となった水の分子を落ち着かせて安定した過冷却状態にした後、供試体Ｗに振動を付与してその供試体Ｗ内の水を固体に相変化させることができる。このため、付与装置１１ａによって付与される振動のみの要因により、供試体Ｗ内の過冷却状態の水が固体へ相変化する状況を作り出すことができる。
【００８１】
また、第１実施形態では、冷却部６による冷却工程に先立って、加湿部４が試験空間２ａを加湿してその試験空間２ａに収容された供試体Ｗに吸湿させる吸湿工程が行われるため、この供試体Ｗへの吸湿と、供試体Ｗの冷却と、過冷却状態になった供試体Ｗ内の水の固体への急激な相変化とを含む一連の過程を試験槽２内で全て行うことができる。このため、供試体Ｗに吸湿させるための加湿部４を備えておらず、別工程で供試体Ｗに吸湿させてからその供試体Ｗを試験槽内に搬入して冷却及び前記相変化の各工程を行う必要がある試験装置に比べて、試験工程を簡略化することができる。
【００８２】
また、第１実施形態では、前記吸湿工程に先立って、供試体Ｗを乾燥させる乾燥工程が行われるため、この乾燥工程において供試体Ｗを乾燥させて、その後の吸湿工程において供試体Ｗへの吸湿量の制御を良好に行わせることができる。
【００８３】
（第２実施形態）
次に、図３を参照して、本発明の第２実施形態による過冷却試験装置の構成について説明する。
【００８４】
この第２実施形態による過冷却試験装置は、上記第１実施形態と異なり、相変化発生装置１１が供試体Ｗを局部的に冷却し得る局部冷却装置１１ｈからなる。
【００８５】
具体的には、この局部冷却装置１１ｈは、試験空間２ａに収容された供試体Ｗに含まれる過冷却状態の水が固体へ相変化し始めるように供試体Ｗを局部的に冷却可能となっている。この局部冷却装置１１ｈは、供給源１１ｉと、導入管１１ｊと、流量調整弁１１ｋとを備えている。
【００８６】
供給源１１ｉは、試験槽２の外部に設けられており、冷却ガスを所定の圧力で供給するものである。冷却ガスとしてはＬＮ２（液体窒素）やＬＣＯ２（液化炭酸ガス）等が用いられる。
【００８７】
導入管１１ｊは、供給源１１ｉから供給される冷却ガスを試験槽２内の試験空間２ａに導入して供試体Ｗに局部的に吹き付けるために用いられるものである。この第２実施形態では、局部冷却装置１１ｈにより冷却ガスを供試体Ｗに局部的に吹き付けることによって供試体Ｗを局部的に冷却できるようになっている。導入管１１ｊは、その基端部が供給源１１ｉに接続されているとともに、試験槽２の側壁２ｈに形成された貫通孔２ｉを通って試験槽２内の試験空間２ａに延びている。この導入管１１ｊの先端部近傍の部分は、その先端に設けられた冷却ガスの吐出口１１ｍが載置台１１ｆ上の供試体Ｗに向かうようにその部分よりも基端側の部分に対して下方に曲げられている。
【００８８】
そして、導入管１１ｊのうち試験槽２の側壁２ｈから試験空間２ａに突出する部分の長さは、調節可能となっている。すなわち、導入管１１ｊのうち試験槽２の外部に位置する部分を側壁２ｈに対して試験槽２の内側へ押し込むことによって、導入管１１ｊのうち側壁２ｈから試験空間２ａに突出する部分の長さを増大させることができる一方、導入管１１ｊのうち試験槽２の外部に位置する部分を側壁２ｈに対して試験槽２の外側へ引っ張ることによって、導入管１１ｊのうち側壁２ｈから試験空間２ａに突出する部分の長さを減少させることができる。これにより、導入管１１ｊの先端の吐出口１１ｍの水平方向における位置が変更可能となっている。また、導入管１１ｊは、銅管等の変形可能な管材によって形成されている。このため、導入管１１ｊのうち側壁２ｈから試験空間２ａに突出する部分を変形させることができ、それによっても、導入管１１ｊの吐出口１１ｍの位置を変更できるようになっている。このような構成により、この局部冷却装置１１ｈでは、使用者が導入管１１ｊのうち側壁２ｈから試験空間２ａに突出する部分の長さを調節したり、その部分を変形させたりすることによって、供試体Ｗのうち導入管１１ｊの吐出口１１ｍから冷却ガスを吹き付けられる部分、すなわち供試体Ｗのうち局部的に冷却される部分を選択可能となっている。
【００８９】
流量調整弁１１ｋは、試験槽２の外部において導入管１１ｊに設けられている。この流量調整弁１１ｋは、供給源１１ｉから供給されて導入管１１ｊを通って流れる冷却ガスの流量を調節するためのものである。この流量調整弁１１ｋにより、供試体Ｗに対する冷却ガスの吹き付け量を調節できるようになっている。この冷却ガスの吹き付け量を調節することによって、供試体Ｗを局部的に冷却する冷却能力（冷却の度合い）を調節できるようになっている。すなわち、流量調整弁１１ｋにより導入管１１ｊを流れる冷却ガスの流量を増やして供試体Ｗに対する冷却ガスの吹き付け量を増やした場合には、供試体Ｗの局部的な冷却が強くなる一方、流量調整弁１１ｋにより導入管１１ｊを流れる冷却ガスの流量を減らして供試体Ｗに対する冷却ガスの吹き付け量を減らした場合には、供試体Ｗの局部的な冷却が弱くなる。
【００９０】
この第２実施形態の過冷却試験装置による過冷却試験方法では、相変化工程において、試験空間２ａに収容されている供試体Ｗを局部冷却装置１１ｈにより局部的に冷却することによって、準安定状態になっている供試体Ｗ中の過冷却状態の水のうち前記局部的に冷却された部分で氷結が発生する。そして、その氷結が発生した部分から連鎖的に氷結が広がっていって供試体Ｗ中の過冷却状態の水全体が固体に相変化する。
【００９１】
この第２実施形態による過冷却試験装置及び過冷却試験方法の上記以外の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００９２】
以上説明したように、この第２実施形態では、相変化発生装置１１が、試験空間２ａに収容された供試体Ｗに含まれる過冷却状態の液体が固体へ相変化し始めるようにその供試体Ｗを局部的に冷却し得る局部冷却装置１１ｈからなっているため、局部冷却装置１１ｈにより供試体Ｗを局部的に冷却することによって供試体Ｗ中の過冷却状態の液体を固体に相変化させることができる。このため、この第２実施形態では、供試体Ｗが局部的に冷却されることによってその供試体Ｗ中の過冷却状態の水が固体に相変化して急激に体積膨張する状況を再現することができる。
【００９３】
また、第２実施形態では、局部冷却装置１１ｈが、供試体Ｗのうち局部的に冷却される部分を変更可能に構成されているため、供試体Ｗの構成に応じて供試体Ｗ中の過冷却状態の水が固体に相変化し始めるような部分を選択してその部分を局部的に冷却することができる。これにより、局部的に冷却される部分によっては過冷却状態の水の固体への相変化が発生しないような構成の供試体であっても、供試体Ｗ中の過冷却状態の水を確実に固体に相変化させることができる。また、この構成では、供試体Ｗのうち局部的に冷却される部分を変更できるため、供試体Ｗのうちどの部分を局部的に冷却するとその供試体Ｗ中の過冷却状態の水が固体に相変化するかを調べることができる。
【００９４】
この第２実施形態の上記以外の効果は、上記第１実施形態による効果と同様である。
【００９５】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００９６】
例えば、上記第１実施形態では、供試体内温度検出器１６ａの検出温度に基づいて冷却部６による試験空間２ａの冷却パターンを調整する例を示したが、全体温度検出器１６ｂの検出温度に基づいて冷却部６の冷却能力を制御し、試験空間２ａの冷却パターンを調整してもよい。具体的には、使用者が供試体Ｗ全体から所定箇所を指定することにより、全体温度検出器１６ｂの検出温度のデータのうちその指定された箇所の温度のデータに基づいて、制御部１８が冷却部６の制御を行うようにしてもよい。この場合、使用者が予備実験により供試体Ｗのうち水が溜まる箇所を調べてから、その箇所を指定すれば、全体温度検出器１６ｂの検出温度のデータに基づいて冷却部６を制御する場合でも、供試体Ｗ内の水の温度とほぼ等しい温度に基づいて試験空間２ａの冷却パターンを調整できるようになる。なお、この場合には、供試体内温度検出器１６ａを省略してもよい。
【００９７】
また、供試体Ｗの温度を検出するために、供試体内温度検出器１６ａの代わりに、供試体Ｗのうち水が溜まる箇所以外の箇所に取り付けた温度検出器を用いてもよい。この場合には、予備実験を行って温度検出器を取り付ける箇所の温度と供試体Ｗのうち水が溜まる箇所の温度との相関関係を前もって調べておき、その相関関係に基づいて温度検出器の検出温度を補正することにより供試体Ｗ内の水が溜まる箇所の温度を求めることが望ましい。
【００９８】
また、供試体内温度検出器１６ａのみを設けて全体温度検出器１６ｂを省略してもよい。
【００９９】
また、供試体内温度検出器１６ａ及び全体温度検出器１６ｂの両方を省略してもよい。この場合には、予備試験を行って空間温度検出部１２による検出温度と供試体Ｗ内の水の温度との相関関係を測定しておき、制御部１８がその相関関係と空間温度検出部１２の検出温度とに基づいて、冷却部６の冷却能力を制御し、供試体Ｗ内の水が過冷却状態になるような冷却パターンで試験空間２ａを冷却させてもよい。
【０１００】
また、上記第１実施形態において、付与装置１１ａは、載置台１１ｆ上に載置された供試体Ｗの重量を測定するための重量測定機能を有していてもよい。そして、この場合には、吸湿工程において、供試体Ｗの重量の増加分、すなわち供試体Ｗの吸湿量を求めて、その重量の増加が使用者によって設定された重量の増加分（吸湿量）に達したときに吸湿工程を終了させるようにすればよい。
【０１０１】
また、上記第１実施形態において、付与装置１１ａの載置台１１ｆ上に載置された供試体Ｗに、過冷却試験装置の本体の各駆動部の振動が伝わるのを防ぐような防振構造を過冷却試験装置に設けてもよい。例えば、過冷却試験装置のうち付与装置１１ａが取り付けられる架台と、各駆動部が設置される本体部とを分離させてそれらの間に緩衝材等の振動の伝達を防ぐような材料を設けてもよい。このようにすれば、供試体Ｗ中の過冷却状態の水が過冷却試験装置の各駆動部の駆動時に発生する振動により意図せず固体へ相変化するのを防ぐことができる。
【０１０２】
また、供試体Ｗに含まれた過冷却状態の水を相変化させるためにその供試体Ｗに付与する揺れは、揺れが繰り返すような振動に限定されない。
【０１０３】
例えば、付与装置は、１回だけ供試体Ｗを揺らすような衝撃を供試体Ｗに付与するものであってもよい。この場合も、付与装置が供試体Ｗに付与する衝撃の強さ、すなわち衝撃の揺れ幅や、衝撃によって供試体Ｗに与えられる加速度等を調節できるようになっていてもよい。
【０１０４】
また、図４に示す上記第１実施形態の変形例のように、相変化発生装置１１を構成する付与装置１１ａは、供試体Ｗに打撃を加えることによってその供試体Ｗに揺れを付与し得る打撃装置１１ｐであってもよい。そして、この場合、この打撃装置１１ｐは、供試体Ｗのうち打撃を加える部分を変更可能に構成されていることが好ましい。
【０１０５】
具体的には、この打撃装置１１ｐは、複数のハンマ部１１ｑと、複数のエアシリンダ１１ｒと、図略のエア回路と、支持部１１ｓとを有する。
【０１０６】
各ハンマ部１１ｑは、対応するエアシリンダ１１ｒのロッド部１１ｔの先端に取り付けられている。各エアシリンダ１１ｒは、支持部１１ｓによって載置台１１ｆ上で支持されている。各エアシリンダ１１ｒは、その軸方向が載置台１１ｆの上面に対して垂直となるとともに、ロッド部１１ｔが下側に配置される姿勢で支持部１１ｓによって支持されている。そして、各エアシリンダ１１ｒがロッド部１１ｔを下方へ進出させることによって、ハンマ部１１ｑが載置台１１ｆ上の供試体Ｗに打撃を加えるようになっている。
【０１０７】
各エアシリンダ１１ｒには、図略のエア回路が接続されている。前記制御部１８は、このエア回路を制御してそのエア回路から各エアシリンダ１１ｒへのエアの供給及びその供給するエアの圧力を制御する。このような制御部１８によるエア回路の制御によって、複数のエアシリンダ１１ｒのうちエアを供給するエアシリンダ１１ｒを変更可能となっている。エアシリンダ１１ｒは、エアが供給されることで駆動するので、エアを供給するエアシリンダ１１ｒを変更することによって、供試体Ｗのうちエアが供給されたエアシリンダ１１ｒに取り付けられたハンマ部１１ｑによって打撃が加えられる。これにより、供試体Ｗのうち打撃を加える部分が変更可能となっている。また、制御部１８は、エア回路からエアシリンダ１１ｒに供給されるエアの圧力を制御することによって、ロッド部１１ｔ及びハンマ部１１ｑの下方への移動速度を制御し、それによって供試体Ｗに加える打撃の強さ、換言すれば供試体Ｗに付与する揺れの強さを変更できるようになっている。また、制御部１８は、複数のエアシリンダ１１ｒを任意の順番で駆動させて、その各エアシリンダ１１ｒに対応する供試体Ｗの各部分に任意の順番で打撃を加えさせる。
【０１０８】
この変形例の構成によれば、打撃装置１１ｐから供試体Ｗに加える打撃によって供試体Ｗ中の過冷却状態の水を急激に固体に相変化させることができる。このため、この構成では、供試体Ｗに打撃のような形態の揺れが付与されることによってその供試体Ｗ中の過冷却状態の水が固体に相変化して急激に体積膨張する状況を再現することができる。
【０１０９】
さらに、この変形例では、打撃装置１１ｐが供試体Ｗに打撃を加える部分を変更可能であるため、供試体Ｗの構成に応じて供試体Ｗ中の過冷却状態の水が固体に相変化するような部分を選択して打撃を加えることができる。これにより、打撃を加える部分によっては過冷却状態の水の固体への相変化が発生しないような構成の供試体Ｗであっても、供試体Ｗ中の過冷却状態の水を確実に固体に相変化させることができる。
【０１１０】
また、この変形例では、供試体Ｗのうち打撃を加える部分を選択できるため、供試体Ｗのうちどの部分に打撃が加えられるとその供試体Ｗ中の過冷却状態の水が固体に相変化するかを調べることができる。
【０１１１】
また、図５に示す上記第２実施形態の変形例のように、相変化発生装置１１を構成する局部冷却装置１１ｖは、複数のペルチェ素子１１ｘのブロックの集合体からなっていてもよい。具体的には、この変形例では、供試体Ｗが載置される載置台１１ｆが局部冷却装置１１ｖとなっている。この局部冷却装置１１ｖは、複数の矩形状のブロックに区画されており、その各ブロックがそれぞれペルチェ素子１１ｘからなっている。供試体Ｗは、各ペルチェ素子１１ｘによって局部的に冷却される。そして、前記制御部１８は、各ペルチェ素子１１ｘのうち稼働させるペルチェ素子１１ｘを変更可能となっている。稼働されるペルチェ素子１１ｘが変更されるのに応じて、供試体Ｗのうち局部的に冷却される部分が変更される。使用者は、供試体Ｗのうち局部的に冷却される部分、換言すれば、複数のペルチェ素子１１ｘのうちどのペルチェ素子１１ｘで供試体Ｗの冷却を行うかを選択して図略の設定部によって設定する。制御部１８は、その設定されたペルチェ素子１１ｘを稼働させ、それによって、供試体Ｗのうち使用者が選択した部分が局部的に冷却されるようになっている。また、制御部１８は、使用者により図略の設定部で設定された設定値に基づいて各ペルチェ素子１１ｘの冷却能力を個別に制御する。これにより、供試体Ｗを局部的に冷却する強さを調節できるようになっている。
【０１１２】
また、上記第２実施形態において、供給源１１ｉの代わりに、供試体Ｗを局部的に冷却するための冷気を供給する専用の冷却器や空調機を用いてもよい。
【０１１３】
また、相変化発生装置１１を構成する局部冷却装置は、冷却したプローブを供試体Ｗの任意の部分に押し当ててその部分を局部的に冷却し得るような装置であってもよい。この場合の局部冷却装置は、供試体Ｗのうち冷却したプローブを押し当てる部分を変更可能に構成されていることが好ましい。
【０１１４】
また、相変化発生装置１１を構成する局部冷却装置は、ドライアイスの粉を供試体Ｗの任意の部分に落としてその部分を局部的に冷却し得るような装置であってもよい。この場合の局部冷却装置は、供試体Ｗのうちドライアイスの粉を落とす部分を変更可能に構成されていることが好ましい。
【０１１５】
また、供試体Ｗは、試験空間２ａに複数設置してもよい。
【０１１６】
また、試験槽２内において、試験空間２ａと空調空間２ｂとは、仕切壁２ｃによって仕切られずに一体に構成されていてもよい。
【０１１７】
また、試験槽のうち試験空間が設けられた部分と空調空間が設けられた部分とが別体に構成されているとともに、その試験空間と空調空間とがダクトで接続されており、試験空間と空調空間との間でダクトを通じて空気が流通可能となっていてもよい。
【０１１８】
また、乾燥工程及び吸湿工程を過冷却試験装置とは別の装置で行ってもよい。
【０１１９】
また、供試体Ｗに含まれた水が過冷却状態となる温度は、供試体Ｗの熱容量や水の組成、その水中の不純物の混入度等、様々な要因によって変化するため、必ずしも、制御部１８が、供試体内温度検出器１６ａの検出温度が上記した−６℃±３℃の温度範囲に達するように冷却部６による試験空間２ａの冷却パターンを制御しなくてもよい。すなわち、供試体Ｗに含まれた水が過冷却状態になる適切な温度範囲を予備実験によって確認してから、その確認した温度範囲に供試体Ｗ内の水の温度が達するように冷却部６による試験空間２ａの冷却パターンを調節すればよい。
【０１２０】
また、供試体Ｗ内の水が過冷却状態となる温度範囲に達してからその温度範囲内に保持して付与装置１１ａにより供試体Ｗに振動を付与するまでの時間は、１時間に限定されず、１時間より短くても、また、長くてもよい。
【０１２１】
また、供試体Ｗ全体の温度分布を検出する全体温度検出器１６ｂは、サーモビューワ以外の検出器からなっていてもよい。
【０１２２】
また、サーモビューワからなる全体温度検出器１６ｂを試験槽２の外部に設けるとともに、試験槽２の一部にその試験槽２内から外部へ赤外線を透過させる赤外線透過部を設け、その赤外線透過部を通じて試験槽２の外部の全体温度検出器１６ｂにより試験槽２内の供試体Ｗの全体温度を検出するようにしてもよい。
【０１２３】
また、加湿部４、冷却部６、加熱部８及び送風部１０の配置箇所は、上記実施形態で示した箇所に限らない。
【０１２４】
また、供試体Ｗの乾燥工程において試験空間２ａを乾燥状態にするために用いる除湿機を処理槽２に別途設けてもよい。
【符号の説明】
【０１２５】
２ 試験槽
４ 加湿部
６ 冷却部
１１ 相変化発生装置
１１ａ 付与装置
１１ｐ 打撃装置
１１ｈ、１１ｖ 局部冷却装置
１６ 供試体温度検出部
１６ｂ 全体温度検出器
１８ 制御部
Ｗ 供試体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過冷却試験装置及び過冷却試験方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体がその液体の凝固点以下の温度になっても固体に相変化していない過冷却状態を作り出す過冷却装置が知られており、そのような過冷却装置の一例が下記特許文献１に開示されている。
【０００３】
この特許文献１に開示された過冷却装置は、パック内に封入された液体を過冷却状態にするための装置であり、処理槽内を冷却するための各種冷却パターンが予め記憶されたデータベースと、処理槽内に入れるパックの条件（処理槽に入れる前のパックの温度、処理槽に入れるパックの個数及びパックを処理槽に入れておく時間）に応じて前記データベースに記憶された冷却パターンからパック内の液体を過冷却状態にするのに最適なものを選択する演算部とを備えている。そして、この過冷却装置では、演算部によって選択された冷却パターンに従って冷却器が処理槽内の温度を低下させていくことによって、パック内の液体を過冷却状態にできるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−９７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来、各種電子部品を収容した機器が寒冷な条件下で使用される場合に、電子部品の損傷が発生するという問題が生じている。その損傷の原因の１つとして、過冷却された水分が機器内で固体に相変化して体積膨張することが考えられる。しかし、上記特許文献１に開示された過冷却装置のように、パック内に封入された液体を過冷却状態にする技術は提案されているものの、過冷却状態の液体の固体への相変化による電子部品等の供試体の損傷を再現させるような装置や試験方法はない。
【０００６】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、供試体に含まれた液体が過冷却される状態を作り出すとともに、その液体が過冷却状態から固体に相変化して急激に体積膨張する状況を再現可能な過冷却試験装置及び過冷却試験方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明の過冷却試験装置は、供試体を収容可能な試験槽と、前記試験槽内に収容された供試体に含まれる液体を過冷却状態にさせることが可能な冷却パターンで前記試験槽内を冷却する冷却部と、前記試験槽内に収容された供試体に含まれる過冷却状態の液体の固体への相変化を発生させるための相変化発生装置とを備えている。
【０００８】
この過冷却試験装置では、冷却部により所定の冷却パターンで試験槽内を冷却してその試験槽内に収容された供試体に含まれる液体を過冷却状態にすることができるとともに、その過冷却状態になった供試体中の液体を相変化発生装置により固体に相変化させることができる。従って、この過冷却試験装置では、供試体に含まれた液体が過冷却される状態を作り出すとともに、その液体が過冷却状態から固体に相変化して急激に体積膨張する状況を再現することができる。
【０００９】
上記過冷却試験装置において、前記相変化発生装置は、前記試験槽内に収容された供試体に含まれる過冷却状態の液体が固体に相変化する程度の揺れをその供試体に付与し得る付与装置からなっていてもよい。
【００１０】
このように構成すれば、付与装置から供試体に付与する揺れによって供試体中の過冷却状態の液体を急激に固体に相変化させることができる。このため、この構成では、供試体に揺れが付与されることによってその供試体中の過冷却状態の液体が固体に相変化して急激に体積膨張する状況を再現することができる。
【００１１】
上記過冷却試験装置において、前記付与装置は、前記供試体に付与する揺れの強さが可変であることが好ましい。
【００１２】
このように構成すれば、付与装置が供試体に付与する揺れの強さを調節して、供試体に含まれる過冷却状態の液体の相変化が発生する状態と発生しない状態とを作り出すことができる。これにより、供試体の構成が種々異なる場合に、その供試体の構成に応じて、どの程度の揺れを供試体に付与すればその供試体に含まれる過冷却状態の液体の固体への相変化が生じるかを確認することができる。また、供試体の構成に応じて付与装置から供試体に付与する揺れの強さを調節することができるので、供試体中の過冷却状態の液体の固体への相変化を確実に発生させることができるようになる。
【００１３】
上記相変化発生装置が付与装置からなっている構成において、前記付与装置は、前記供試体に打撃を加えることによってその供試体に揺れを付与し得る打撃装置であり、この打撃装置は、前記供試体のうち打撃を加える部分を変更可能に構成されていることが好ましい。
【００１４】
このように構成すれば、打撃装置から供試体に加える打撃によって供試体中の過冷却状態の液体を急激に固体に相変化させることができる。このため、この構成では、供試体に打撃のような形態の揺れが付与されることによってその供試体中の過冷却状態の液体が固体に相変化して急激に体積膨張する状況を再現することができる。さらに、この構成では、打撃装置が供試体のうち打撃を加える部分を変更可能であるため、供試体の構成に応じて供試体中の過冷却状態の液体が固体に相変化するような部分を選択して打撃を加えることができる。これにより、打撃を加える部分によっては過冷却状態の液体の固体への相変化が発生しないような構成の供試体であっても、供試体中の過冷却状態の液体を確実に固体に相変化させることができる。また、この構成では、供試体のうち打撃を加える部分を選択できるため、供試体のうちどの部分に打撃が加えられるとその供試体中の過冷却状態の液体が固体に相変化するかを調べることができる。
【００１５】
上記過冷却試験装置において、前記相変化発生装置は、前記試験槽内に収容された供試体に含まれる過冷却状態の液体が固体へ相変化し始めるようにその供試体を局部的に冷却し得る局部冷却装置からなっていてもよい。
【００１６】
このように構成すれば、局部冷却装置により供試体を局部的に冷却することによって供試体中の過冷却状態の液体を固体に相変化させることができる。このため、この構成では、供試体が局部的に冷却されることによってその供試体中の過冷却状態の液体が固体に相変化して急激に体積膨張する状況を再現することができる。
【００１７】
この場合において、前記局部冷却装置は、前記供試体のうち局部的に冷却する部分を変更可能に構成されていることが好ましい。
【００１８】
この構成では、局部冷却装置が供試体のうち局部的に冷却する部分を変更可能であるため、供試体の構成に応じて供試体中の過冷却状態の液体が固体に相変化するような部分を選択して局部的に冷却することができる。これにより、局部的に冷却される部分によっては過冷却状態の液体の固体への相変化が発生しないような構成の供試体であっても、供試体中の過冷却状態の液体を確実に固体に相変化させることができる。また、この構成では、供試体のうち局部的に冷却される部分を選択できるため、供試体のうちどの部分を局部的に冷却するとその供試体中の過冷却状態の液体が固体に相変化するかを調べることができる。
【００１９】
上記過冷却試験装置において、前記試験槽内の冷却に伴って経時変化する前記供試体の温度を検出するための供試体温度検出部を備えることが好ましい。
【００２０】
一般的に、過冷却状態の液体が固体に相変化する際には急激な温度の上昇が生じることが知られており、この場合には過冷却状態の液体を含む供試体の温度も急激に上昇する。このため、この構成のように供試体温度検出部により供試体の温度の経時変化を検出しておけば、付与装置により供試体に揺れを付与する前にその供試体に含まれる液体が固体に相変化した場合にそのことを発見することができる。従って、この構成では、供試体に含まれる過冷却状態の液体の意図しない固体への相変化を発見して、そのような意図しない相変化が生じた供試体を試験対象から外したり、試験そのものを中止したりすることができ、試験の信頼性を高めることができる。また、供試体温度検出部により供試体の温度を検出しておくことによって、その検出データから供試体に含まれる液体が過冷却状態になるまで冷却されたかを判断することができる。さらに、供試体温度検出部による検出データに基づいて、供試体に含まれる液体が過冷却状態になった後、付与装置から供試体に揺れが付与された際に上記した温度の急激な上昇が生じたかを確認することができ、供試体に含まれる過冷却状態の液体の固体への急激な相変化が発生したかを確認することができる。
【００２１】
この場合において、前記供試体温度検出部は、前記供試体全体の温度分布を検出する全体温度検出器を含んでいてもよい。
【００２２】
この構成では、全体温度検出器によって、供試体に含まれる過冷却状態の液体が固体に相変化したときに供試体全体の温度分布がどのように変化するかを調べることができる。
【００２３】
上記供試体温度検出部を備える構成において、その供試体温度検出部によって検出される前記供試体の温度が、その供試体に含まれる液体が過冷却状態となる所定の温度範囲に達してからその温度範囲内で少なくとも１時間以上保持されるように前記冷却部の冷却能力を制御し、その後、前記相変化発生装置による前記供試体中の過冷却状態の液体の固体への相変化を可能にする制御部を備えることが好ましい。
【００２４】
このように制御部が冷却部の冷却能力を制御して、供試体の温度をその供試体に含まれる液体が過冷却状態となる温度範囲内で少なくとも１時間以上保持させれば、過冷却状態となった液体の分子を落ち着かせることができる。その結果、供試体に含まれる液体を安定した過冷却状態にすることができ、付与装置によって付与される揺れのみの要因により過冷却状態の液体が固体へ相変化する状況を作り出すことができる。
【００２５】
上記過冷却試験装置において、前記冷却部による前記試験槽内の冷却に先立って、前記試験槽内に収容された前記供試体が吸湿するようにその試験槽内の加湿を行う加湿部を備えることが好ましい。
【００２６】
このように冷却部による冷却に先立って加湿部により試験槽内の供試体に吸湿させることができれば、供試体への吸湿と、その供試体の冷却と、過冷却状態になった供試体中の液体の固体への急激な相変化とを含む一連の過程を試験槽内で全て行うことができる。このため、供試体に吸湿させるための加湿部を備えておらず、別工程で供試体に吸湿させてからその供試体を試験槽内に搬入して冷却及び前記相変化の各工程を行う必要がある試験装置に比べて、試験工程を簡略化することができる。
【００２７】
また、この発明の過冷却試験方法は、供試体に含まれる液体を過冷却状態にさせることが可能な冷却パターンでその供試体を冷却する冷却工程と、前記冷却工程の後、前記供試体に含まれる過冷却状態の液体を固体へ相変化させる相変化工程と、前記相変化工程における前記供試体の温度を測定してその温度のデータを出力する出力工程とを備えている。
【００２８】
この過冷却試験方法では、冷却工程において所定の冷却パターンで供試体を冷却してその供試体に含まれる液体を過冷却状態にすることができるとともに、その過冷却状態になった供試体中の液体を相変化工程において固体に相変化させることができる。従って、この過冷却試験装置では、供試体に含まれた液体が過冷却される状態を作り出すとともに、その液体が過冷却状態から固体に相変化して急激に体積膨張する状況を再現することができる。また、一般的に、過冷却状態の液体が固体に相変化する際には急激な温度の上昇が生じるため、それに伴って過冷却状態の液体を含む供試体の温度も急激に上昇する。この過冷却試験方法では、出力工程において、相変化工程における供試体の温度のデータが出力されるので、その温度のデータに基づいて、相変化工程中に供試体に前記急激な温度の上昇が発生したかを確認することができ、それによって、供試体中の過冷却状態の液体の固体への相変化が発生したかを確認することができる。
【００２９】
上記過冷却試験方法において、前記冷却工程に先立って、前記供試体に吸湿させる吸湿工程を備え、前記冷却工程では、前記吸湿工程で吸湿されることによって前記供試体に含まれる液体を過冷却状態にすることが好ましい。
【００３０】
このように構成すれば、吸湿工程において供試体に吸湿させた液体を過冷却状態にするとともに、その液体を過冷却状態から固体に相変化させることができる。
【００３１】
この場合において、前記吸湿工程に先立って、前記供試体の乾燥を行う乾燥工程をさらに備えることが好ましい。
【００３２】
このように構成すれば、乾燥工程において供試体を乾燥させて、その後の吸湿工程において供試体への吸湿量の制御を良好に行わせることができる。
【発明の効果】
【００３３】
以上説明したように、本発明によれば、供試体に含まれた液体が過冷却される状態を作り出すとともに、その液体が過冷却状態から固体に相変化して急激に体積膨張する状況を再現可能な過冷却試験装置及び過冷却試験方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態による過冷却試験装置の構成を示す図である。
【図２】過冷却状態の水に振動を付与することによってその水が固体へ急激に相変化するときの温度変化を測定した結果を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態による過冷却試験装置を部分的に示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態の変形例による過冷却試験装置の相変化発生装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態の変形例による過冷却試験装置の相変化発生装置の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００３６】
（第１実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態による過冷却試験装置の構成について説明する。
【００３７】
この第１実施形態による過冷却試験装置は、供試体Ｗに含まれた水が過冷却される状態を作り出すとともに、その過冷却状態の水が液体から固体へ急激に相変化して体積膨張する状況を再現するためのものである。
【００３８】
この過冷却試験装置は、試験槽２と、加湿部４と、冷却部６と、加熱部８と、送風部１０と、相変化発生装置１１と、空間温度検出部１２と、湿度検出部１４と、供試体温度検出部１６と、制御部１８と、記憶部２０と、表示装置２２とを備えている。
【００３９】
試験槽２は、その内部の空間を密閉可能に構成された箱状に形成されており、当該試験槽２の内部には、試験空間２ａと空調空間２ｂとが設けられている。この試験空間２ａと空調空間２ｂとは仕切壁２ｃによって仕切られている。仕切壁２ｃの上側には上側連通部２ｄが設けられているとともに、仕切壁２ｃの下側には下側連通部２ｅが設けられており、これら両連通部２ｄ，２ｅを通じて試験空間２ａと空調空間２ｂとが連通している。
【００４０】
試験空間２ａは、供試体Ｗを収容可能な空間であり、この試験空間２ａにおいて後述する供試体Ｗの乾燥、加湿、冷却及び振動付与等の各工程が行われる。
【００４１】
空調空間２ｂは、試験空間２ａの温湿度を調整するために設けられており、この空調空間２ｂに加湿部４、冷却部６、加熱部８及び送風部１０が設置されている。
【００４２】
加湿部４は、空調空間２ｂの下部に設けられており、空調空間２ｂの空気を加湿する。この加湿部４は、加湿水収容部２４と、供給配管２６と、ヒータ２８とを有する。
【００４３】
加湿水収容部２４は、加湿水を溜める部分であり、試験槽２内の床面のうち空調空間２ｂを形成する部分に設けられた凹部からなる。
【００４４】
供給配管２６は、その一端が図略の加湿水供給源に繋がっているとともに他端が加湿水収容部２４に繋がっており、この供給配管２６を通じて加湿水供給源から加湿水収容部２４に加湿水が供給される。
【００４５】
ヒータ２８は、その一部が加湿水収容部２４内に設けられている。このヒータ２８は、加湿水収容部２４内に溜められた加湿水を加熱して蒸発させることにより、空調空間２ｂの空気を加湿する。このヒータ２８の加熱能力は可変となっており、このヒータ２８の加熱能力が調節されて加湿水の蒸発量が調節されることにより加湿の度合いが調節されるようになっている。
【００４６】
冷却部６は、空調空間２ｂの空気を冷却して間接的に試験空間２ａを冷却するものであり、例えば蒸気圧縮式の冷凍機によって構成されている。この冷却部６は、空調空間２ｂにおいて加湿部４の上側に設けられている。この冷却部６は、後述するように試験空間２ａに収容された供試体Ｗに含まれる水を過冷却状態にすることが可能な冷却パターンで試験空間２ａを冷却する。
【００４７】
加熱部８は、空調空間２ｂの空気を加熱して間接的に試験空間２ａを加熱するものである。この加熱部８は、空調空間２ｂにおいて冷却部６の上側に設けられている。この加熱部８の加熱能力は、可変となっている。
【００４８】
送風部１０は、空調空間２ｂにおいて加熱部８の上側に設けられており、上側連通部２ｄに面する位置に配置されている。この送風部１０は、空気を送風するファンからなり、試験空間２ａと空調空間２ｂとの間で空気を循環させる。送風部１０によって送風された空気は、空調空間２ｂから上側連通部２ｄを通じて試験空間２ａへ流れ、それに伴って、試験空間２ａの空気は、下側連通部２ｅを通じて空調空間２ｂに流れ込む。このようにして、加湿部４、冷却部６及び加熱部８によって温湿度が調節された空気が空調空間２ｂと試験空間２ａとの間で循環し、試験空間２ａの温湿度が所定の温湿度に調整されるようになっている。そして、この送風部１０は、送風量が可変となっている。すなわち、この送風部１０は、ファンの回転数が可変となっており、このファンの回転数が調節されることにより送風量が調節される。
【００４９】
相変化発生装置１１は、試験空間２ａに収容された供試体Ｗに含まれる過冷却状態の水の固体への相変化を発生させるための装置である。この第１実施形態では、この相変化発生装置１１は、試験空間２ａに収容された供試体Ｗに含まれる過冷却状態の水が固体に相変化する程度の揺れを供試体Ｗに付与し得る付与装置１１ａからなる。
【００５０】
具体的には、この付与装置１１ａは、供試体Ｗに所定の強さの振動を与えることによりその供試体Ｗに含まれる過冷却状態の水を固体に相変化させる。この付与装置１１ａは、供試体Ｗに付与する振動の強さが可変となっている。なお、振動の強さの概念には、振動の振幅、振動の周波数、振動によって与えられる加速度が含まれる。この付与装置１１ａは、付与装置本体１１ｂと、載置部１１ｃとを備えている。
【００５１】
付与装置本体１１ｂは、試験槽２の外部であって試験空間２ａの下方の位置に設けられている。この付与装置本体１１ｂは、振動発生部１１ｄを内蔵しており、この振動発生部１１ｄが発する振動の強さが可変となっている。この第１実施形態の過冷却試験装置は、図略の振動設定部を備えており、使用者がこの振動設定部により供試体Ｗに付与したい振動の強さの値を設定できるようになっている。振動発生部１１ｄは、この設定値に応じた強さの振動を発生させる。なお、前記振動設定部は、振動の強さを任意の値に設定可能なもの、または、振動の強さを段階的に設定可能なものであってもよい。また、前記振動設定部は、振動の強さの値を直接入力して設定するようなものや、予め設定された複数の設定値から供試体Ｗに付与したい振動の強さを選択可能なものであってもよい。
【００５２】
載置部１１ｃは、付与装置本体１１ｂから上方に延び、試験槽２の底壁部を貫通して試験空間２ａに延びる延設部１１ｅと、その延設部１１ｅの上端に繋がるとともに試験空間２ａにおいて水平に配設された載置台１１ｆとによって構成されている。供試体Ｗは、試験空間２ａにおいて載置台１１ｆ上に載置される。付与装置本体１１ｂの振動発生部１１ｄから発せられた振動が延設部１１ｅに伝えられて載置部１１ｃ全体が振動し、それによって載置台１１ｆ上の供試体Ｗに振動が付与されるようになっている。なお、載置台１１ｆには、供試体Ｗを固定するための固定具が設けられていてもよい。
【００５３】
空間温度検出部１２は、試験空間２ａに設けられており、当該試験空間２ａの温度を検出するものである。この空間温度検出部１２によって検出された試験空間２ａの温度のデータは、制御部１８に入力されるようになっている。
【００５４】
湿度検出部１４は、試験空間２ａに設けられており、当該試験空間２ａの湿度を検出するものである。この湿度検出部１４によって検出された試験空間２ａの湿度のデータは、制御部１８に入力されるようになっている。
【００５５】
供試体温度検出部１６は、試験槽２内の試験空間２ａに収容された供試体Ｗの温度を検出する。具体的には、この供試体温度検出部１６は、試験槽２内の加熱及び冷却に伴って経時変化する供試体Ｗの温度を連続して検出するものであり、供試体内温度検出器１６ａと、全体温度検出器１６ｂとによって構成されている。
【００５６】
供試体内温度検出器１６ａは、例えば熱電対からなり、供試体Ｗの内部のうち水が溜まる箇所に取り付けられてその箇所の温度変化を検出するものである。従って、この供試体内温度検出器１６ａによって検出される温度は、供試体Ｗ内の水の温度に相当する。この供試体内温度検出器１６ａによって検出された温度データは、制御部１８に入力されるようになっている。
【００５７】
全体温度検出器１６ｂは、供試体Ｗ全体の温度分布を検出するものであり、非接触で供試体Ｗ全体の温度分布を検出するサーモビューワからなる。この全体温度検出器１６ｂは、試験空間２ａにおいて付与装置１１ａの載置台１１ｆの上方に離間して配設されており、載置台１１ｆ上に載置された供試体Ｗの全体を撮像できるように配置されている。この全体温度検出器１６ｂによって検出された供試体Ｗの温度分布のデータは、制御部１８に入力されるようになっている。
【００５８】
制御部１８は、加湿部４の加湿能力と、冷却部６の冷却能力と、加熱部８の加熱能力と、送風部１０の送風量と、付与装置１１ａによる供試体Ｗへの振動の付与動作とをそれぞれ制御するものである。
【００５９】
具体的には、制御部１８は、湿度検出部１４によって検出される試験空間２ａの湿度のデータに基づいて、試験空間２ａの湿度が予め設定された湿度になるように加湿部４の加湿能力を制御する。また、制御部１８は、供試体内温度検出器１６ａによって検出される供試体Ｗの温度のデータと、空間温度検出部１２によって検出される試験空間２ａの温度のデータとに基づいて冷却部６の冷却能力を制御する。詳細には、制御部１８は、試験空間２ａに収容された供試体Ｗに含まれる水を過冷却状態にさせることが可能な冷却パターンで試験空間２ａが冷却されるように冷却部６の冷却能力を制御する。また、制御部１８は、空間温度検出部１２によって検出される試験空間２ａの温度のデータに基づいて、試験空間２ａの温度が予め設定された温度になるように加熱部８の加熱能力を制御する。また、制御部１８は、供試体Ｗに含まれる水が過冷却状態となってその状態が保持されている所定のタイミングで付与装置１１ａを稼働させ、供試体Ｗに振動を付与させる。
【００６０】
また、制御部１８は、図略の演算部を備えており、この演算部は、全体温度検出器１６ｂによって検出された供試体Ｗ全体の温度分布のデータの補正を行なう。具体的には、サーモビューワにより供試体Ｗの温度を検出する場合、供試体Ｗの材質によって反射率が異なることに起因してその検出温度に誤差が生じる。そこで、使用者は、図略の設定部により供試体Ｗの材質を選択し、演算部は、その選択された材質に応じた補正計算を行なって全体温度検出器１６ｂによる検出温度を実際の供試体Ｗの温度に等しい温度に補正する。
【００６１】
記憶部２０は、供試体内温度検出器１６ａによる検出温度のデータ及び全体温度検出器１６ｂによって検出された供試体Ｗ全体の温度のデータが記憶される部分である。なお、この記憶部２０には、全体温度検出器１６ｂの検出温度のデータを制御部１８の演算部が補正した後のデータが記憶される。
【００６２】
表示装置２２は、空間温度検出部１２によって検出される試験空間２ａの温度、湿度検出部１４によって検出される試験空間２ａの湿度、供試体内温度検出器１６ａの検出温度及び全体温度検出器１６ｂの検出温度等の各種データを表示するものである。また、この表示装置２２は、後述するように付与装置１１ａによって供試体Ｗに振動が付与される前に、供試体内温度検出器１６ａの検出温度、すなわち供試体Ｗ内の水の温度が、水の固体への相変化に起因して急激に上昇した場合や、その他のデータにエラーが生じた場合等に警告メッセージを表示する機能も備えている。
【００６３】
次に、この第１実施形態の過冷却試験装置による過冷却試験方法について説明する。
【００６４】
この試験では、供試体Ｗを試験空間２ａにおいて載置台１１ｆ上に載置し、その供試体Ｗの内部の水が溜まると予測される箇所に供試体内温度検出器１６ａを取り付けた後、試験槽２内を密閉して試験を開始する。
【００６５】
試験開始後、まず、供試体Ｗを乾燥させるための乾燥工程が行われる。この際、制御部１８は、加熱部８を稼働させるとともに、空間温度検出部１２によって検出される試験空間２ａの温度のデータに基づいて、試験空間２ａの温度が予め設定された温度となるように加熱部８の加熱能力を制御する。さらに、制御部１８は、送風部１０を駆動させて、加熱部８によって加熱された空気を空調空間２ｂと試験空間２ａとの間で循環させる。このようにして、試験空間２ａを所定の高温状態（例えば、１２０℃）とする。なお、この際、制御部１８は、加湿部４のヒータ２８及び冷却部６を稼働させないとともに、加湿水供給源から加湿水収容部２４への加湿水の供給を停止させて加湿水収容部２４内に加湿水が溜まっていない状態にする。これにより、試験空間２ａは、高温で乾燥した状態となり、この状態が所定時間維持されることによって、試験空間２ａに収容された供試体Ｗが乾燥状態となる。この時、冷却部６を稼働させて除湿を行ってもよい。
【００６６】
次に、供試体Ｗに吸湿させるための吸湿工程が行われる。この際、制御部１８は、空間温度検出部１２によって検出される試験空間２ａの温度のデータに基づいて加熱部８の加熱能力を制御することにより試験空間２ａを所定の高温条件（例えば、８５℃）に設定する。同時に、制御部１８は、加湿水供給源から加湿水収容部２４へ加湿水を供給させるとともに、湿度検出部１４によって検出される試験空間２ａの湿度のデータに基づいてヒータ２８の加熱能力を制御することにより加湿部４の加湿能力を調節する。これにより、試験空間２ａを所定の高湿条件（例えば、湿度８５％）に設定する。そして、この際、制御部１８は、送風部１０の送風量を低下させる。これにより、試験空間２ａにおいて供試体Ｗ内に空気が入っていきやすくなり、供試体Ｗへの吸湿が促進される。なお、予備実験により供試体Ｗが吸湿する水の量と吸湿時間との関係を前もって調べておき、その関係に基づいて、使用者が供試体Ｗに吸湿させたい水の量に応じた吸湿時間を図略の設定部により設定する。制御部１８は、その設定された吸湿時間だけ上記のような吸湿工程を行うように加熱部８、加湿部４及び送風部１０の制御を行う。
【００６７】
次に、供試体Ｗを冷却する冷却工程が行われる。この冷却工程では、前記吸湿工程で吸湿されることによって供試体Ｗに含まれた水を過冷却状態にする。具体的には、制御部１８は、加熱部８の稼働を停止させるとともに、冷却部６を稼働させる。そして、制御部１８は、供試体内温度検出器１６ａの検出温度のデータに基づいて冷却部６の冷却能力を制御することにより、供試体Ｗに含まれる水を過冷却状態にすることが可能な冷却パターン（降温パターン）で試験空間２ａを冷却し、それによって、供試体Ｗが、その内部の水が過冷却状態となることが可能な冷却パターンで冷却される。すなわち、供試体Ｗに含まれる水を過冷却状態にすることが可能な温度低下曲線が実験的に得られた上で記憶部２０に予め記憶されており、制御部１８は、その温度低下曲線に供試体内温度検出器１６ａの検出温度が沿うように冷却部６の冷却能力を制御して試験空間２ａの温度を低下させていく。この温度低下曲線は、例えば、供試体Ｗ内の水を８５℃から−６℃まで１時間程度かけてゆっくりと冷却させるようなものである。この冷却工程中における供試体内温度検出器１６ａの検出温度のデータ及び全体温度検出器１６ｂによって検出される供試体Ｗ全体の温度分布のデータ（前記演算部によって補正された後のデータ）は、記憶部２０に記憶されるとともに、表示装置２２に表示される。これにより、使用者は、この冷却工程における供試体Ｗ内の水の温度の経時変化及び供試体Ｗ全体の温度分布の経時変化を確認することが可能となっている。
【００６８】
そして、制御部１８は、供試体内温度検出器１６ａの検出温度（供試体Ｗ内の水の温度）が−６℃±３℃の温度範囲に達してからその温度範囲内で１時間保持されるように冷却部６の冷却能力を制御する。−６℃±３℃の温度範囲は、一般的に純水が過冷却状態となると考えられる温度範囲であり、この温度範囲に供試体Ｗ内の水の温度が達することによりその供試体Ｗ内の水が過冷却状態になったと考えられる。そして、供試体Ｗ内の水の温度がこの温度範囲内で１時間保持されることによって、過冷却状態になった供試体Ｗ内の水の分子が安定化され、その供試体Ｗ内の水が安定した過冷却状態となる。
【００６９】
次に、供試体Ｗに含まれる過冷却状態の水を固体へ相変化させる相変化工程が行われる。具体的には、制御部１８は、供試体内温度検出器１６ａの検出温度が−６℃±３℃の温度範囲に達してから１時間経過後、付与装置１１ａを駆動させて供試体Ｗに所定の強さの振動を付与させる。この付与装置１１ａから供試体Ｗに付与される振動の強さは、使用者が予備試験により供試体Ｗ内の過冷却状態の水が確実に相変化を生じる振動の強さを調べて予め前記振動設定部によって設定した強さとなる。このような振動が供試体Ｗに付与されることにより、供試体Ｗ内の過冷却状態の水が固体に相変化し、それによってその水が急激に体積膨張する。
【００７０】
また、前記相変化工程における供試体Ｗの温度を測定してその温度のデータを出力する出力工程が相変化工程と並行して行われる。すなわち、相変化工程中も供試体内温度検出器１６ａ及び全体温度検出器１６ｂにより供試体Ｗの温度が継続して測定されており、この測定された温度のデータは、記憶部２０に記憶されるとともに、表示装置２２に出力されて表示される。
【００７１】
供試体Ｗ内の過冷却状態の水の固体への相変化が発生すると、その水の温度が急激に上昇する。この現象は、図２に示す簡易に行った実験の結果からも判る。この実験では、ペットボトルに水道水を入れ、その水の温度を−３℃付近に保持して過冷却状態にした後、振動を付与して相変化を生じさせ、その際の水の温度の経時変化を測定した。この図２に示すように、ペットボトルに振動を付与した直後に水の温度が約３℃上昇しており、この温度の上昇速度は、約１８０℃／分となっている。このような急激な水の温度の上昇は、試験槽２内において過冷却状態の水の固体への相変化以外の要因で生じることはあり得ないため、振動の付与によって明らかに過冷却状態の水の固体への相変化が生じたことが判る。
【００７２】
従って、使用者は、供試体内温度検出器１６ａによって測定されるとともに、表示装置２２に出力されて表示される供試体Ｗ内の水の温度の変化に基づいて、供試体Ｗに振動が付与されることにより供試体Ｗ内の過冷却状態の水の固体への相変化が生じたかを確認できるようになっている。また、このような供試体Ｗ内の水の相変化に伴う急激な温度上昇により供試体Ｗ自体の温度も急上昇する。この際の供試体Ｗ全体の温度分布の変化が、全体温度検出器１６ｂによる測定結果に現れるため、その測定結果のデータを確認することにより、供試体Ｗ全体の温度分布の変化の挙動が確認できる。
【００７３】
なお、制御部１８は、付与装置１１ａによる供試体Ｗへの振動の付与の前に供試体内温度検出器１６ａの検出温度が上記したように急激に上昇した場合には、表示装置２２に警告メッセージを表示させる。
【００７４】
以上のようにして、この第１実施形態の過冷却試験装置において供試体Ｗに含まれる水を過冷却状態にするとともに、その過冷却状態の水を固体に相変化させて体積膨張させる状況を再現する過冷却試験が行われる。
【００７５】
以上説明したように、この第１実施形態では、冷却工程において冷却部６により所定の冷却パターンで試験空間２ａを冷却してその試験空間２ａに収容された供試体Ｗに含まれる水を過冷却状態にすることができるとともに、その過冷却状態になった供試体Ｗ内の水を相変化工程において付与装置１１ａから付与する振動により急激に固体に相変化させることができる。従って、この第１実施形態では、供試体Ｗに含まれた水が過冷却される状態を作り出すとともに、その水が過冷却状態から固体に相変化して急激に体積膨張する状況を再現することができる。
【００７６】
また、第１実施形態では、付与装置１１ａは、供試体Ｗに付与する振動の強さが可変となっているため、当該付与装置１１ａが供試体Ｗに付与する振動の強さを調節して、供試体Ｗに含まれる過冷却状態の水の相変化が発生する状態と発生しない状態とを作り出すことができる。これにより、供試体Ｗの構成が種々異なる場合に、その供試体Ｗの構成に応じて、どの程度の振動を供試体Ｗに付与すればその供試体Ｗに含まれる過冷却状態の水の相変化が生じるかを確認することができる。また、第１実施形態では、供試体Ｗの構成に応じて付与装置１１ａから供試体Ｗに付与する振動の強さを調節することができるので、供試体Ｗに含まれる過冷却状態の水の固体への相変化を確実に発生させることができるようになる。
【００７７】
また、供試体Ｗに含まれる過冷却状態の水が固体に相変化する際には急激な温度の上昇を伴うので、この第１実施形態では、試験空間２ａに設けられた供試体温度検出部１６（供試体内温度検出器１６ａ，全体温度検出器１６ｂ）による検出結果から、供試体Ｗに振動を付与する前にその供試体Ｗに含まれる水が固体に相変化した場合にそのことを発見することができる。従って、第１実施形態では、供試体Ｗに含まれる過冷却状態の水の意図しない固体への相変化を発見して、そのような意図しない相変化が生じた供試体Ｗを試験対象から外したり、試験そのものを中止したりすることができ、試験の信頼性を高めることができる。
【００７８】
また、第１実施形態では、供試体内温度検出器１６ａから出力される検出温度のデータから供試体Ｗに含まれる水が過冷却状態になるまで冷却されたかを判断することができる。さらに、第１実施形態では、供試体内温度検出器１６ａから出力される検出温度のデータに基づいて、供試体Ｗに含まれる水が過冷却状態になった後、付与装置１１ａから供試体Ｗに振動が付与された際に温度の急激な上昇が生じたかを確認することができ、供試体Ｗに含まれた過冷却状態の水の固体への急激な相変化が発生したかを確認することができる。これにより、供試体Ｗに含まれる水が過冷却状態とならずに氷となった場合に、その供試体Ｗを発見して試験対象から外すことが可能となる。
【００７９】
また、第１実施形態では、供試体温度検出部１６が、供試体Ｗ全体の温度分布を検出する全体温度検出器１６ｂ（サーモビューワ）を含むので、この全体温度検出器１６ｂによる検出結果のデータから供試体Ｗに含まれた過冷却状態の水が固体に相変化したときに供試体Ｗ全体の温度分布がどのように変化するかを調べることができる。
【００８０】
また、第１実施形態では、制御部１８が、供試体内温度検出器１６ａの検出温度が−６℃±３℃の範囲内で１時間保持されるように冷却部６の冷却能力を制御し、その後、付与装置１１ａによる供試体Ｗへの振動の付与を可能にするため、過冷却状態となった水の分子を落ち着かせて安定した過冷却状態にした後、供試体Ｗに振動を付与してその供試体Ｗ内の水を固体に相変化させることができる。このため、付与装置１１ａによって付与される振動のみの要因により、供試体Ｗ内の過冷却状態の水が固体へ相変化する状況を作り出すことができる。
【００８１】
また、第１実施形態では、冷却部６による冷却工程に先立って、加湿部４が試験空間２ａを加湿してその試験空間２ａに収容された供試体Ｗに吸湿させる吸湿工程が行われるため、この供試体Ｗへの吸湿と、供試体Ｗの冷却と、過冷却状態になった供試体Ｗ内の水の固体への急激な相変化とを含む一連の過程を試験槽２内で全て行うことができる。このため、供試体Ｗに吸湿させるための加湿部４を備えておらず、別工程で供試体Ｗに吸湿させてからその供試体Ｗを試験槽内に搬入して冷却及び前記相変化の各工程を行う必要がある試験装置に比べて、試験工程を簡略化することができる。
【００８２】
また、第１実施形態では、前記吸湿工程に先立って、供試体Ｗを乾燥させる乾燥工程が行われるため、この乾燥工程において供試体Ｗを乾燥させて、その後の吸湿工程において供試体Ｗへの吸湿量の制御を良好に行わせることができる。
【００８３】
（第２実施形態）
次に、図３を参照して、本発明の第２実施形態による過冷却試験装置の構成について説明する。
【００８４】
この第２実施形態による過冷却試験装置は、上記第１実施形態と異なり、相変化発生装置１１が供試体Ｗを局部的に冷却し得る局部冷却装置１１ｈからなる。
【００８５】
具体的には、この局部冷却装置１１ｈは、試験空間２ａに収容された供試体Ｗに含まれる過冷却状態の水が固体へ相変化し始めるように供試体Ｗを局部的に冷却可能となっている。この局部冷却装置１１ｈは、供給源１１ｉと、導入管１１ｊと、流量調整弁１１ｋとを備えている。
【００８６】
供給源１１ｉは、試験槽２の外部に設けられており、冷却ガスを所定の圧力で供給するものである。冷却ガスとしてはＬＮ２（液体窒素）やＬＣＯ２（液化炭酸ガス）等が用いられる。
【００８７】
導入管１１ｊは、供給源１１ｉから供給される冷却ガスを試験槽２内の試験空間２ａに導入して供試体Ｗに局部的に吹き付けるために用いられるものである。この第２実施形態では、局部冷却装置１１ｈにより冷却ガスを供試体Ｗに局部的に吹き付けることによって供試体Ｗを局部的に冷却できるようになっている。導入管１１ｊは、その基端部が供給源１１ｉに接続されているとともに、試験槽２の側壁２ｈに形成された貫通孔２ｉを通って試験槽２内の試験空間２ａに延びている。この導入管１１ｊの先端部近傍の部分は、その先端に設けられた冷却ガスの吐出口１１ｍが載置台１１ｆ上の供試体Ｗに向かうようにその部分よりも基端側の部分に対して下方に曲げられている。
【００８８】
そして、導入管１１ｊのうち試験槽２の側壁２ｈから試験空間２ａに突出する部分の長さは、調節可能となっている。すなわち、導入管１１ｊのうち試験槽２の外部に位置する部分を側壁２ｈに対して試験槽２の内側へ押し込むことによって、導入管１１ｊのうち側壁２ｈから試験空間２ａに突出する部分の長さを増大させることができる一方、導入管１１ｊのうち試験槽２の外部に位置する部分を側壁２ｈに対して試験槽２の外側へ引っ張ることによって、導入管１１ｊのうち側壁２ｈから試験空間２ａに突出する部分の長さを減少させることができる。これにより、導入管１１ｊの先端の吐出口１１ｍの水平方向における位置が変更可能となっている。また、導入管１１ｊは、銅管等の変形可能な管材によって形成されている。このため、導入管１１ｊのうち側壁２ｈから試験空間２ａに突出する部分を変形させることができ、それによっても、導入管１１ｊの吐出口１１ｍの位置を変更できるようになっている。このような構成により、この局部冷却装置１１ｈでは、使用者が導入管１１ｊのうち側壁２ｈから試験空間２ａに突出する部分の長さを調節したり、その部分を変形させたりすることによって、供試体Ｗのうち導入管１１ｊの吐出口１１ｍから冷却ガスを吹き付けられる部分、すなわち供試体Ｗのうち局部的に冷却される部分を選択可能となっている。
【００８９】
流量調整弁１１ｋは、試験槽２の外部において導入管１１ｊに設けられている。この流量調整弁１１ｋは、供給源１１ｉから供給されて導入管１１ｊを通って流れる冷却ガスの流量を調節するためのものである。この流量調整弁１１ｋにより、供試体Ｗに対する冷却ガスの吹き付け量を調節できるようになっている。この冷却ガスの吹き付け量を調節することによって、供試体Ｗを局部的に冷却する冷却能力（冷却の度合い）を調節できるようになっている。すなわち、流量調整弁１１ｋにより導入管１１ｊを流れる冷却ガスの流量を増やして供試体Ｗに対する冷却ガスの吹き付け量を増やした場合には、供試体Ｗの局部的な冷却が強くなる一方、流量調整弁１１ｋにより導入管１１ｊを流れる冷却ガスの流量を減らして供試体Ｗに対する冷却ガスの吹き付け量を減らした場合には、供試体Ｗの局部的な冷却が弱くなる。
【００９０】
この第２実施形態の過冷却試験装置による過冷却試験方法では、相変化工程において、試験空間２ａに収容されている供試体Ｗを局部冷却装置１１ｈにより局部的に冷却することによって、準安定状態になっている供試体Ｗ中の過冷却状態の水のうち前記局部的に冷却された部分で氷結が発生する。そして、その氷結が発生した部分から連鎖的に氷結が広がっていって供試体Ｗ中の過冷却状態の水全体が固体に相変化する。
【００９１】
この第２実施形態による過冷却試験装置及び過冷却試験方法の上記以外の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００９２】
以上説明したように、この第２実施形態では、相変化発生装置１１が、試験空間２ａに収容された供試体Ｗに含まれる過冷却状態の液体が固体へ相変化し始めるようにその供試体Ｗを局部的に冷却し得る局部冷却装置１１ｈからなっているため、局部冷却装置１１ｈにより供試体Ｗを局部的に冷却することによって供試体Ｗ中の過冷却状態の液体を固体に相変化させることができる。このため、この第２実施形態では、供試体Ｗが局部的に冷却されることによってその供試体Ｗ中の過冷却状態の水が固体に相変化して急激に体積膨張する状況を再現することができる。
【００９３】
また、第２実施形態では、局部冷却装置１１ｈが、供試体Ｗのうち局部的に冷却される部分を変更可能に構成されているため、供試体Ｗの構成に応じて供試体Ｗ中の過冷却状態の水が固体に相変化し始めるような部分を選択してその部分を局部的に冷却することができる。これにより、局部的に冷却される部分によっては過冷却状態の水の固体への相変化が発生しないような構成の供試体であっても、供試体Ｗ中の過冷却状態の水を確実に固体に相変化させることができる。また、この構成では、供試体Ｗのうち局部的に冷却される部分を変更できるため、供試体Ｗのうちどの部分を局部的に冷却するとその供試体Ｗ中の過冷却状態の水が固体に相変化するかを調べることができる。
【００９４】
この第２実施形態の上記以外の効果は、上記第１実施形態による効果と同様である。
【００９５】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００９６】
例えば、上記第１実施形態では、供試体内温度検出器１６ａの検出温度に基づいて冷却部６による試験空間２ａの冷却パターンを調整する例を示したが、全体温度検出器１６ｂの検出温度に基づいて冷却部６の冷却能力を制御し、試験空間２ａの冷却パターンを調整してもよい。具体的には、使用者が供試体Ｗ全体から所定箇所を指定することにより、全体温度検出器１６ｂの検出温度のデータのうちその指定された箇所の温度のデータに基づいて、制御部１８が冷却部６の制御を行うようにしてもよい。この場合、使用者が予備実験により供試体Ｗのうち水が溜まる箇所を調べてから、その箇所を指定すれば、全体温度検出器１６ｂの検出温度のデータに基づいて冷却部６を制御する場合でも、供試体Ｗ内の水の温度とほぼ等しい温度に基づいて試験空間２ａの冷却パターンを調整できるようになる。なお、この場合には、供試体内温度検出器１６ａを省略してもよい。
【００９７】
また、供試体Ｗの温度を検出するために、供試体内温度検出器１６ａの代わりに、供試体Ｗのうち水が溜まる箇所以外の箇所に取り付けた温度検出器を用いてもよい。この場合には、予備実験を行って温度検出器を取り付ける箇所の温度と供試体Ｗのうち水が溜まる箇所の温度との相関関係を前もって調べておき、その相関関係に基づいて温度検出器の検出温度を補正することにより供試体Ｗ内の水が溜まる箇所の温度を求めることが望ましい。
【００９８】
また、供試体内温度検出器１６ａのみを設けて全体温度検出器１６ｂを省略してもよい。
【００９９】
また、供試体内温度検出器１６ａ及び全体温度検出器１６ｂの両方を省略してもよい。この場合には、予備試験を行って空間温度検出部１２による検出温度と供試体Ｗ内の水の温度との相関関係を測定しておき、制御部１８がその相関関係と空間温度検出部１２の検出温度とに基づいて、冷却部６の冷却能力を制御し、供試体Ｗ内の水が過冷却状態になるような冷却パターンで試験空間２ａを冷却させてもよい。
【０１００】
また、上記第１実施形態において、付与装置１１ａは、載置台１１ｆ上に載置された供試体Ｗの重量を測定するための重量測定機能を有していてもよい。そして、この場合には、吸湿工程において、供試体Ｗの重量の増加分、すなわち供試体Ｗの吸湿量を求めて、その重量の増加が使用者によって設定された重量の増加分（吸湿量）に達したときに吸湿工程を終了させるようにすればよい。
【０１０１】
また、上記第１実施形態において、付与装置１１ａの載置台１１ｆ上に載置された供試体Ｗに、過冷却試験装置の本体の各駆動部の振動が伝わるのを防ぐような防振構造を過冷却試験装置に設けてもよい。例えば、過冷却試験装置のうち付与装置１１ａが取り付けられる架台と、各駆動部が設置される本体部とを分離させてそれらの間に緩衝材等の振動の伝達を防ぐような材料を設けてもよい。このようにすれば、供試体Ｗ中の過冷却状態の水が過冷却試験装置の各駆動部の駆動時に発生する振動により意図せず固体へ相変化するのを防ぐことができる。
【０１０２】
また、供試体Ｗに含まれた過冷却状態の水を相変化させるためにその供試体Ｗに付与する揺れは、揺れが繰り返すような振動に限定されない。
【０１０３】
例えば、付与装置は、１回だけ供試体Ｗを揺らすような衝撃を供試体Ｗに付与するものであってもよい。この場合も、付与装置が供試体Ｗに付与する衝撃の強さ、すなわち衝撃の揺れ幅や、衝撃によって供試体Ｗに与えられる加速度等を調節できるようになっていてもよい。
【０１０４】
また、図４に示す上記第１実施形態の変形例のように、相変化発生装置１１を構成する付与装置１１ａは、供試体Ｗに打撃を加えることによってその供試体Ｗに揺れを付与し得る打撃装置１１ｐであってもよい。そして、この場合、この打撃装置１１ｐは、供試体Ｗのうち打撃を加える部分を変更可能に構成されていることが好ましい。
【０１０５】
具体的には、この打撃装置１１ｐは、複数のハンマ部１１ｑと、複数のエアシリンダ１１ｒと、図略のエア回路と、支持部１１ｓとを有する。
【０１０６】
各ハンマ部１１ｑは、対応するエアシリンダ１１ｒのロッド部１１ｔの先端に取り付けられている。各エアシリンダ１１ｒは、支持部１１ｓによって載置台１１ｆ上で支持されている。各エアシリンダ１１ｒは、その軸方向が載置台１１ｆの上面に対して垂直となるとともに、ロッド部１１ｔが下側に配置される姿勢で支持部１１ｓによって支持されている。そして、各エアシリンダ１１ｒがロッド部１１ｔを下方へ進出させることによって、ハンマ部１１ｑが載置台１１ｆ上の供試体Ｗに打撃を加えるようになっている。
【０１０７】
各エアシリンダ１１ｒには、図略のエア回路が接続されている。前記制御部１８は、このエア回路を制御してそのエア回路から各エアシリンダ１１ｒへのエアの供給及びその供給するエアの圧力を制御する。このような制御部１８によるエア回路の制御によって、複数のエアシリンダ１１ｒのうちエアを供給するエアシリンダ１１ｒを変更可能となっている。エアシリンダ１１ｒは、エアが供給されることで駆動するので、エアを供給するエアシリンダ１１ｒを変更することによって、供試体Ｗのうちエアが供給されたエアシリンダ１１ｒに取り付けられたハンマ部１１ｑによって打撃が加えられる。これにより、供試体Ｗのうち打撃を加える部分が変更可能となっている。また、制御部１８は、エア回路からエアシリンダ１１ｒに供給されるエアの圧力を制御することによって、ロッド部１１ｔ及びハンマ部１１ｑの下方への移動速度を制御し、それによって供試体Ｗに加える打撃の強さ、換言すれば供試体Ｗに付与する揺れの強さを変更できるようになっている。また、制御部１８は、複数のエアシリンダ１１ｒを任意の順番で駆動させて、その各エアシリンダ１１ｒに対応する供試体Ｗの各部分に任意の順番で打撃を加えさせる。
【０１０８】
この変形例の構成によれば、打撃装置１１ｐから供試体Ｗに加える打撃によって供試体Ｗ中の過冷却状態の水を急激に固体に相変化させることができる。このため、この構成では、供試体Ｗに打撃のような形態の揺れが付与されることによってその供試体Ｗ中の過冷却状態の水が固体に相変化して急激に体積膨張する状況を再現することができる。
【０１０９】
さらに、この変形例では、打撃装置１１ｐが供試体Ｗに打撃を加える部分を変更可能であるため、供試体Ｗの構成に応じて供試体Ｗ中の過冷却状態の水が固体に相変化するような部分を選択して打撃を加えることができる。これにより、打撃を加える部分によっては過冷却状態の水の固体への相変化が発生しないような構成の供試体Ｗであっても、供試体Ｗ中の過冷却状態の水を確実に固体に相変化させることができる。
【０１１０】
また、この変形例では、供試体Ｗのうち打撃を加える部分を選択できるため、供試体Ｗのうちどの部分に打撃が加えられるとその供試体Ｗ中の過冷却状態の水が固体に相変化するかを調べることができる。
【０１１１】
また、図５に示す上記第２実施形態の変形例のように、相変化発生装置１１を構成する局部冷却装置１１ｖは、複数のペルチェ素子１１ｘのブロックの集合体からなっていてもよい。具体的には、この変形例では、供試体Ｗが載置される載置台１１ｆが局部冷却装置１１ｖとなっている。この局部冷却装置１１ｖは、複数の矩形状のブロックに区画されており、その各ブロックがそれぞれペルチェ素子１１ｘからなっている。供試体Ｗは、各ペルチェ素子１１ｘによって局部的に冷却される。そして、前記制御部１８は、各ペルチェ素子１１ｘのうち稼働させるペルチェ素子１１ｘを変更可能となっている。稼働されるペルチェ素子１１ｘが変更されるのに応じて、供試体Ｗのうち局部的に冷却される部分が変更される。使用者は、供試体Ｗのうち局部的に冷却される部分、換言すれば、複数のペルチェ素子１１ｘのうちどのペルチェ素子１１ｘで供試体Ｗの冷却を行うかを選択して図略の設定部によって設定する。制御部１８は、その設定されたペルチェ素子１１ｘを稼働させ、それによって、供試体Ｗのうち使用者が選択した部分が局部的に冷却されるようになっている。また、制御部１８は、使用者により図略の設定部で設定された設定値に基づいて各ペルチェ素子１１ｘの冷却能力を個別に制御する。これにより、供試体Ｗを局部的に冷却する強さを調節できるようになっている。
【０１１２】
また、上記第２実施形態において、供給源１１ｉの代わりに、供試体Ｗを局部的に冷却するための冷気を供給する専用の冷却器や空調機を用いてもよい。
【０１１３】
また、相変化発生装置１１を構成する局部冷却装置は、冷却したプローブを供試体Ｗの任意の部分に押し当ててその部分を局部的に冷却し得るような装置であってもよい。この場合の局部冷却装置は、供試体Ｗのうち冷却したプローブを押し当てる部分を変更可能に構成されていることが好ましい。
【０１１４】
また、相変化発生装置１１を構成する局部冷却装置は、ドライアイスの粉を供試体Ｗの任意の部分に落としてその部分を局部的に冷却し得るような装置であってもよい。この場合の局部冷却装置は、供試体Ｗのうちドライアイスの粉を落とす部分を変更可能に構成されていることが好ましい。
【０１１５】
また、供試体Ｗは、試験空間２ａに複数設置してもよい。
【０１１６】
また、試験槽２内において、試験空間２ａと空調空間２ｂとは、仕切壁２ｃによって仕切られずに一体に構成されていてもよい。
【０１１７】
また、試験槽のうち試験空間が設けられた部分と空調空間が設けられた部分とが別体に構成されているとともに、その試験空間と空調空間とがダクトで接続されており、試験空間と空調空間との間でダクトを通じて空気が流通可能となっていてもよい。
【０１１８】
また、乾燥工程及び吸湿工程を過冷却試験装置とは別の装置で行ってもよい。
【０１１９】
また、供試体Ｗに含まれた水が過冷却状態となる温度は、供試体Ｗの熱容量や水の組成、その水中の不純物の混入度等、様々な要因によって変化するため、必ずしも、制御部１８が、供試体内温度検出器１６ａの検出温度が上記した−６℃±３℃の温度範囲に達するように冷却部６による試験空間２ａの冷却パターンを制御しなくてもよい。すなわち、供試体Ｗに含まれた水が過冷却状態になる適切な温度範囲を予備実験によって確認してから、その確認した温度範囲に供試体Ｗ内の水の温度が達するように冷却部６による試験空間２ａの冷却パターンを調節すればよい。
【０１２０】
また、供試体Ｗ内の水が過冷却状態となる温度範囲に達してからその温度範囲内に保持して付与装置１１ａにより供試体Ｗに振動を付与するまでの時間は、１時間に限定されず、１時間より短くても、また、長くてもよい。
【０１２１】
また、供試体Ｗ全体の温度分布を検出する全体温度検出器１６ｂは、サーモビューワ以外の検出器からなっていてもよい。
【０１２２】
また、サーモビューワからなる全体温度検出器１６ｂを試験槽２の外部に設けるとともに、試験槽２の一部にその試験槽２内から外部へ赤外線を透過させる赤外線透過部を設け、その赤外線透過部を通じて試験槽２の外部の全体温度検出器１６ｂにより試験槽２内の供試体Ｗの全体温度を検出するようにしてもよい。
【０１２３】
また、加湿部４、冷却部６、加熱部８及び送風部１０の配置箇所は、上記実施形態で示した箇所に限らない。
【０１２４】
また、供試体Ｗの乾燥工程において試験空間２ａを乾燥状態にするために用いる除湿機を処理槽２に別途設けてもよい。
【符号の説明】
【０１２５】
２ 試験槽
４ 加湿部
６ 冷却部
１１ 相変化発生装置
１１ａ 付与装置
１１ｐ 打撃装置
１１ｈ、１１ｖ 局部冷却装置
１６ 供試体温度検出部
１６ｂ 全体温度検出器
１８ 制御部
Ｗ 供試体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試体を収容可能な試験槽と、
前記試験槽内に収容された供試体に含まれる液体を過冷却状態にさせることが可能な冷却パターンで前記試験槽内を冷却する冷却部と、
前記試験槽内に収容された供試体に含まれる過冷却状態の液体の固体への相変化を発生させるための相変化発生装置とを備えた、過冷却試験装置。
【請求項２】
前記相変化発生装置は、前記試験槽内に収容された供試体に含まれる過冷却状態の液体が固体に相変化する程度の揺れをその供試体に付与し得る付与装置からなる、請求項１に記載の過冷却試験装置。
【請求項３】
前記付与装置は、前記供試体に付与する揺れの強さが可変である、請求項２に記載の過冷却試験装置。
【請求項４】
前記付与装置は、前記供試体に打撃を加えることによってその供試体に揺れを付与し得る打撃装置であり、この打撃装置は、前記供試体のうち打撃を加える部分を変更可能に構成されている、請求項２又は３に記載の過冷却試験装置。
【請求項５】
前記相変化発生装置は、前記試験槽内に収容された供試体に含まれる過冷却状態の液体が固体へ相変化し始めるようにその供試体を局部的に冷却し得る局部冷却装置からなる、請求項１に記載の過冷却試験装置。
【請求項６】
前記局部冷却装置は、前記供試体のうち局部的に冷却する部分を変更可能に構成されている、請求項５に記載の過冷却試験装置。
【請求項７】
前記試験槽内の冷却に伴って経時変化する前記供試体の温度を検出するための供試体温度検出部を備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の過冷却試験装置。
【請求項８】
前記供試体温度検出部は、前記供試体全体の温度分布を検出する全体温度検出器を含む、請求項７に記載の過冷却試験装置。
【請求項９】
前記供試体温度検出部によって検出される前記供試体の温度が、その供試体に含まれる液体が過冷却状態となる所定の温度範囲に達してからその温度範囲内で少なくとも１時間以上保持されるように前記冷却部の冷却能力を制御し、その後、前記相変化発生装置による前記供試体中の過冷却状態の液体の固体への相変化を可能にする制御部を備える、請求項７又は８に記載の過冷却試験装置。
【請求項１０】
前記冷却部による前記試験槽内の冷却に先立って、前記試験槽内に収容された前記供試体が吸湿するようにその試験槽内の加湿を行う加湿部を備える、請求項１〜９のいずれか１項に記載の過冷却試験装置。
【請求項１１】
供試体に含まれる液体を過冷却状態にさせることが可能な冷却パターンでその供試体を冷却する冷却工程と、
前記冷却工程の後、前記供試体に含まれる過冷却状態の液体を固体へ相変化させる相変化工程と、
前記相変化工程における前記供試体の温度を測定してその温度のデータを出力する出力工程とを備えた、過冷却試験方法。
【請求項１２】
前記冷却工程に先立って、前記供試体に吸湿させる吸湿工程を備え、
前記冷却工程では、前記吸湿工程で吸湿されることによって前記供試体に含まれる液体を過冷却状態にする、請求項１１に記載の過冷却試験方法。
【請求項１３】
前記吸湿工程に先立って、前記供試体の乾燥を行う乾燥工程をさらに備える、請求項１２に記載の過冷却試験方法。
【請求項１】
供試体を収容可能な試験槽と、
前記試験槽内に収容された供試体に含まれる液体を過冷却状態にさせることが可能な冷却パターンで前記試験槽内を冷却する冷却部と、
前記試験槽内に収容された供試体に含まれる過冷却状態の液体の固体への相変化を発生させるための相変化発生装置とを備えた、過冷却試験装置。
【請求項２】
前記相変化発生装置は、前記試験槽内に収容された供試体に含まれる過冷却状態の液体が固体に相変化する程度の揺れをその供試体に付与し得る付与装置からなる、請求項１に記載の過冷却試験装置。
【請求項３】
前記付与装置は、前記供試体に付与する揺れの強さが可変である、請求項２に記載の過冷却試験装置。
【請求項４】
前記付与装置は、前記供試体に打撃を加えることによってその供試体に揺れを付与し得る打撃装置であり、この打撃装置は、前記供試体のうち打撃を加える部分を変更可能に構成されている、請求項２又は３に記載の過冷却試験装置。
【請求項５】
前記相変化発生装置は、前記試験槽内に収容された供試体に含まれる過冷却状態の液体が固体へ相変化し始めるようにその供試体を局部的に冷却し得る局部冷却装置からなる、請求項１に記載の過冷却試験装置。
【請求項６】
前記局部冷却装置は、前記供試体のうち局部的に冷却する部分を変更可能に構成されている、請求項５に記載の過冷却試験装置。
【請求項７】
前記試験槽内の冷却に伴って経時変化する前記供試体の温度を検出するための供試体温度検出部を備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の過冷却試験装置。
【請求項８】
前記供試体温度検出部は、前記供試体全体の温度分布を検出する全体温度検出器を含む、請求項７に記載の過冷却試験装置。
【請求項９】
前記供試体温度検出部によって検出される前記供試体の温度が、その供試体に含まれる液体が過冷却状態となる所定の温度範囲に達してからその温度範囲内で少なくとも１時間以上保持されるように前記冷却部の冷却能力を制御し、その後、前記相変化発生装置による前記供試体中の過冷却状態の液体の固体への相変化を可能にする制御部を備える、請求項７又は８に記載の過冷却試験装置。
【請求項１０】
前記冷却部による前記試験槽内の冷却に先立って、前記試験槽内に収容された前記供試体が吸湿するようにその試験槽内の加湿を行う加湿部を備える、請求項１〜９のいずれか１項に記載の過冷却試験装置。
【請求項１１】
供試体に含まれる液体を過冷却状態にさせることが可能な冷却パターンでその供試体を冷却する冷却工程と、
前記冷却工程の後、前記供試体に含まれる過冷却状態の液体を固体へ相変化させる相変化工程と、
前記相変化工程における前記供試体の温度を測定してその温度のデータを出力する出力工程とを備えた、過冷却試験方法。
【請求項１２】
前記冷却工程に先立って、前記供試体に吸湿させる吸湿工程を備え、
前記冷却工程では、前記吸湿工程で吸湿されることによって前記供試体に含まれる液体を過冷却状態にする、請求項１１に記載の過冷却試験方法。
【請求項１３】
前記吸湿工程に先立って、前記供試体の乾燥を行う乾燥工程をさらに備える、請求項１２に記載の過冷却試験方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２３０２９８（Ｐ２０１０−２３０２９８Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８１３４７（Ｐ２００９−８１３４７）
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【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２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（０００１０８７９７）エスペック株式会社 (282)
【Ｆターム（参考）】
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