JP6670134B2 - 加熱試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱試験装置に適用して有効な技術に関する。

特開２０１４−１３９５５８号公報（以下、「特許文献１」という。）には、加熱試験装置に関する技術が記載されている。

特開２０１４−１３９５５８号公報

加熱試験装置は、高温側プレートと低温側プレートでワーク（被試験対象物）をクランプし、温度差を与えて加熱試験を行うものである。このため、加熱試験装置には、ワークに適切な温度を加えて試験が行えるように、温度に対する耐久性（信頼性）などの性能においてより高いものが求められている。

本発明の目的は、高性能の加熱試験装置を提供することにある。本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

本発明の一解決手段に係る加熱試験装置は、筐体と、前記筐体内に設けられ、ワークをクランプするクランプ面を有する高温側プレートおよび低温側プレートと、前記高温側プレートと前記筐体との間にスペースを設けて、前記高温側プレートのクランプ面とは反対側の裏面から前記高温側プレートを支持するスペーサと、前記スペーサとネジ止めされる留め具と、を備え、前記高温側プレートは、前記高温側プレートのクランプ面および前記高温側プレートの裏面に通じる貫通孔を有し、前記貫通孔に挿入される前記留め具によって前記スペーサに固定され、前記低温側プレートのクランプ面とは反対側の裏面に設けられるヒートシンクと、前記ヒートシンクに対向して設けられ、前記ヒートシンクに送風するファンと、前記低温側プレートの厚み方向で起立するよう前記低温側プレートの周囲に設けられる複数のコイルばねと、前記ヒートシンクと前記ファンとの間で挟まれて取り付けられる第１部と、前記第１部から折り曲げられて前記ヒートシンクを囲む第２部と、前記第２部から折り曲げられて前記コイルばねの先端に取り付けられる第３部とを有する取り付け板と、を備えることを特徴とする。

ヒータによって加熱される高温側プレートを直接スペーサに固定させるのではなく、留め具を用いて接続することで、高温による接続箇所の耐久性（接続信頼性）に優れた加熱試験装置を提供することができる。また、例えばネジによって低温側プレートと取り付け板とを直接固定するものではないため、押付荷重をその接続箇所（ネジのせん断方向）で受けることなく耐荷重を向上させることができる。

筐体と、前記筐体内に設けられ、ワークをクランプするクランプ面を有する高温側プレートおよび低温側プレートと、前記高温側プレートと前記筐体との間にスペースを設けて、前記高温側プレートのクランプ面とは反対側の裏面から前記高温側プレートを支持するスペーサと、前記スペーサとネジ止めされる留め具と、を備え、前記高温側プレートは、前記高温側プレートのクランプ面および前記高温側プレートの裏面に通じる貫通孔を有し、前記貫通孔に挿入される前記留め具によって前記スペーサに固定され、前記高温側プレートに熱的に接続されるセラミックヒータと、前記セラミックヒータに接して設けられるクッション部品と、を備えることを特徴とする。ヒータによって加熱される高温側プレートを直接スペーサに固定させるのではなく、留め具を用いて接続することで、高温による接続箇所の耐久性（接続信頼性）に優れた加熱試験装置を提供することができる。また、これによれば、電力密度の高いセラミックヒータを用いて昇降温度速度を向上させると共に、高温側プレートとセラミックヒータの熱膨張係数差による変形を緩和して温度特性に優れた加熱試験装置を提供することができる。

筐体と、前記筐体内に設けられ、ワークをクランプするクランプ面を有する高温側プレートおよび低温側プレートと、前記高温側プレートと前記筐体との間にスペースを設けて、前記高温側プレートのクランプ面とは反対側の裏面から前記高温側プレートを支持するスペーサと、前記スペーサとネジ止めされる留め具と、を備え、前記高温側プレートは、前記高温側プレートのクランプ面および前記高温側プレートの裏面に通じる貫通孔を有し、前記貫通孔に挿入される前記留め具によって前記スペーサに固定され、前記低温側プレートに熱的に接続され、室温よりも高温であって前記高温側プレートよりも低温に調節される低温ヒータを備えることを特徴とする。ヒータによって加熱される高温側プレートを直接スペーサに固定させるのではなく、留め具を用いて接続することで、高温による接続箇所の耐久性（接続信頼性）に優れた加熱試験装置を提供することができる。また、これによれば、より安定させて温度（低温）を保持し、温度特性に優れた加熱試験装置を提供することができる。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すると、高性能の加熱試験装置を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る加熱試験装置の斜視図である。 図１に示す加熱試験装置の高温側の側面図である。 図１に示す加熱試験装置の高温側の平面図である。 図１に示す加熱試験装置の高温側の断面図である。 比較例としての加熱試験装置の高温側の側面図である。 比較例としての加熱試験装置の高温側の平面図である。 比較例としての加熱試験装置の高温側の断面図である。 図１に示す加熱試験装置の低温側の側面図である。 図１に示す加熱試験装置の一制御の説明図である。 図１に示す加熱試験装置の他の制御の説明図である。 本発明の実施形態２に係る加熱試験装置の高温側の側面図である。 本発明の実施形態２に係る加熱試験装置の高温側の側面図である。 比較例としての加熱試験装置の高温側の側面図である。 本発明の実施形態３に係る加熱試験装置の高温側の断面図である。 図１４に示す加熱試験装置の高温側の平面図である。 図１４に示す加熱試験装置の高温側プレートの説明図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が側面図である。 本発明の実施形態４に係る加熱試験装置の低温側の側面図である。 本発明の実施形態５に係る加熱試験装置の側面図である。 本発明の実施形態６に係る加熱試験装置の高温側周辺の側面図である。

以下の本発明における実施形態では、必要な場合に複数のセクションなどに分けて説明するが、原則、それらはお互いに無関係ではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細などの関係にある。このため、全図において、同一の機能を有する部品には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、構成要素の数（個数、数値、量、範囲などを含む）については、特に明示した場合や原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。また、構成要素などの形状に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合などを除き、実質的にその形状などに近似または類似するものなどを含むものとする。

（実施形態１）
本発明の実施形態１に係る加熱試験装置１０について、図１〜図１０を参照して説明する。図１は加熱試験装置１０の斜視図である。また、図２〜図４はそれぞれ加熱試験装置１０の高温側の側面図、平面図および断面図である。また、図５〜図７はそれぞれ比較例としての加熱試験装置１０の高温側の側面図、平面図および断面図である。また、図８は加熱試験装置１０の低温側の側面図である。また、図９および図１０は加熱試験装置１０の制御の説明図である。なお、図８では、高温側と低温側とでクランプされるワークＷの様子も併せて示している。ワークＷとしては、例えば、温度差で発電を行う熱電モジュールが挙げられる。

加熱試験装置１０は、図１に示すように、筐体１２（本体部）と、筐体１２内に設けられる高温側プレート１４および低温側プレート１６とを備え、筐体１２内において高温側プレート１４と低温側プレート１６とでワークＷ（図８参照）をクランプして温度差を与えて加熱試験を行うものである。加熱試験の際にはワークＷ（図８参照）をクランプするため、高温側プレート１４がクランプ面１４ａ（ワークＷとの接触面）を有し、低温側プレート１６がクランプ面１６ａ（ワークＷとの接触面）を有している。また、加熱試験装置１０は、高温側プレート１４に熱的に接続されるヒータ２８と、低温側プレート１６を支持し、高温側プレート１４に対して低温側プレート１６を接離動させるステージ３２（クランプ機構）とを備えている。図１では、１つの高温側プレート１４に対して２つの低温側プレート１６が設けられる場合を示しているが、１つの高温側プレート１４に対して１つの低温側プレート１６が設けられる場合であってもよい。低温側プレート１６が複数設けられる場合、互いに独立な構造として設けることで、例えば、複数のワークＷ（同じ種類でもよいし、異なる種類であってもよい。）を同時に加熱試験することができる。

高温側プレート１４には、例えば、金属プレートとして板状の純銅（無酸素銅）が用いられる。高温側プレート１４に熱伝導率の高い純銅を用いることで、温度分布を均一なものとすることができる。また、高温側プレート１４には、耐熱性を重視した金属材料（例えば、合金）を用いることもできる。また、高温側プレート１４には、酸化防止のために、耐熱のめっき処理が施され、その表面にめっき膜が形成されている。例えば、ニッケルを主成分とするめっき液を用いたニッケルめっき処理が施される。この他の酸化防止のめっき処理としては、硬質クロムめっき液を用いることもできるが、純銅との熱膨張係数差が大きくなるため、高温側プレート１４に純銅を用いる場合には、ニッケルめっき処理が好ましい。低温側プレート１６には、高温側プレート１４ほど耐熱性が要求されないため、例えば、アルマイト処理が施されたアルミニウム合金を用いることができ、後述のヒートシンク４２（冷却フィン）と一体に形成されたプレートを用いている。

また、加熱試験装置１０は、図２〜図４に示すように、高温側プレート１４のクランプ面１４ａとは反対側の裏面１４ｂから高温側プレート１４を支持するスペーサ１８を備え、高温側プレート１４と筐体１２（筐体１２を構成する筐体側部品２０）との間にスペースＳ（断熱材または単にエアギャップによる）を設けている（図４参照）。スペースＳを設けることで、高温側プレート１４の熱を筐体１２側へ拡散させてしまうのを防止することができる。また、スペーサ１８は、例えば、柱状のステンレスであり、平面視長方形状の高温側プレート１４の四隅にそれぞれ一本ずつ設けられる。スペーサ１８に柱状のもの（支柱）を用いることで、高温側プレート１４の熱を筐体１２側へ拡散させてしまうのを防止することができる。また、高温側プレート１４に純銅を用いた場合、スペーサ１８に純銅よりも塑性変形強度の高いステンレスを用いることで、ワークＷをクランプする際の荷重（クランプ力）に対する耐久性に優れた加熱試験装置１０を提供することができる。

このスペーサ１８に対してはネジ止めされる留め具２２、２４（図４参照）を加熱試験装置１０は備えている。この留め具２２、２４には雄ネジ２２ａ、２４ａが形成され、スペーサ１８にも留め具２２、２４がネジ止めされる雌ネジ１８ａ、１８ｂ（タップ穴）が形成されている。加熱試験装置１０では、留め具２２によって筐体１２（筐体側部品２０）にスペーサ１８が直接ネジ止めして固定され、留め具２４によって高温側プレート１４がスペーサ１８に間接ネジ止めして固定されている。ネジ止めされる高温側プレート１４は、クランプ面１４ａおよび裏面１４ｂに通じる貫通孔１４ｃ（図２では破線で示す。）を有しており、貫通孔１４ｃに挿入される段付きの留め具２４によってスペーサ１８に固定されている。この貫通孔１４ｃを含む高温側プレート１４の表面には、前述のめっき処理が施されている。これによれば、貫通孔１４ｃ内の酸化を防止して耐久性に優れた加熱試験装置１０を提供することができる。また、高温側プレート１４に純銅を用いる場合、スペーサ１８および留め具２４に純銅よりも塑性変形強度の高いステンレスを用いることで、ワークＷをクランプする際の荷重（クランプ力）に対する耐久性に優れた加熱試験装置１０を提供することができる。

また、高温側プレート１４がクランプ面１４ａに形成された貫通孔１４ｃのザグリ１４ｄ（凹部）を有し、また、段付きの留め具２４が軸部に対する鍔２４ｂ（ネジ頭）を有しており、ザグリ１４ｄに鍔２４ｂを収納してスペーサ１８と留め具２４とがネジ止めされている。これによれば、高温側プレート１４のクランプ面１４ａから留め具２４を突出させずに高温側プレート１４がスペーサ１８に固定されるので、薄いワークＷであっても加熱試験することができる汎用性に優れた加熱試験装置１０を提供することができる。もちろん、鍔２４ｂを有する留め具２４（段付きネジ）とすることで高温側プレート１４に応力を掛けないようにすることができるので、ザグリ１４ｄは必須ではない。すなわち、留め具２４の段付き部（雄ネジ２４ａを除く）の長さを高温側プレート１４の厚み以上として、高温側プレート１４に応力を掛けないようにしている。

ところで、図５〜図７に示すように、雌ネジ２６ａ（タップ穴）、雄ネジ２６ｂを有するスペーサ２６に対して高温側プレート１４を直接ネジ止めして固定する場合も考えられる。具体的には、雌ネジ２６ａが留め具２２の雄ネジ２２ａに対応してスペーサ２６が筐体１２（筐体側部品２０）に直接ネジ止めして固定される。また、高温側プレート１４に形成された雌ネジ１４ｅ（タップ穴）にスペーサ２６の雄ネジ２６ｂが対応してスペーサ２６に高温側プレート１４が直接ネジ止めして固定される。このような場合では、高温となる高温側プレート１４と、スペーサ２６との接続信頼性が低下することが考えられる。この点、図２〜図４を参照して説明したように、高温側プレート１４を直接スペーサ１８に固定させるのではなく、留め具２４を用いて接続することで、高温による接続箇所の耐久性（接続信頼性）に優れた加熱試験装置１０を提供することができる。

また、図５〜図７に示す高温側プレート１４では、雌ネジ１４ｅ（タップ穴）内にめっき膜が付きにくい形状（袋小路形状）となっている。このため、雌ネジ１４ｅの山頂、谷底のネジ山箇所や、タップ穴の深い箇所にはめっき液が入り難く、めっき膜が所望の厚さに形成されず、めっきが弱い部分が発生してしまうおそれがある。ワークＷに高温を加える加熱試験装置１０では、めっきが弱い部分のプレート表面から高温酸化（腐食）が始まり、徐々に進行してしまう。そして、高温側プレート１４の局所的な変形の他に、高温酸化した箇所が脆くなり剥がれ落ちたり、強度が不足したりするといった症状が発生してしまう場合がある。この場合、ワークＷに効率よく熱を伝える高温側プレート１４としての機能、性能を満たさなくなってしまう。このような高温側プレート１４は寿命として、交換が必要となってしまう。この点、高温側プレート１４に雌ネジ１４ｅを形成せずに、留め具２４が挿入されるよう内壁面が滑らかな貫通孔１４ｃ（通し穴）を形成することで、貫通孔１４ｃ内にめっきが弱い部分が発生するのを防止することができる。

また、加熱試験装置１０は、図１に示すように、高温側プレート１４に熱的に接続されるヒータ２８と、高温側プレート１４の温度を測定する熱電対３０（温度センサ）と、低温側プレート１６の温度を測定する熱電対３１とを備えている。ヒータ２８は、高温側プレート１４の内部に設けられ（内蔵され）、直接高温側プレート１４を加熱する。すなわち、高温側プレート１４はホットプレートとなる。ヒータ２８には、例えば、カートリッジヒータが用いられる。また、高温側プレート１４の正面から内部へ延伸される熱電対３０は、接点部が高温側プレート１４の内部中央に設けられている。他方、低温側プレート１６は、高温側プレート１４を加熱するヒータ２８のようにヒータが内蔵されておらず、ワークＷを介した高温（例えば、６００℃程度）の高温側プレート１４からの熱を冷却機構によって冷却して低温（例えば、１００℃程度）を保つよう構成されている。また、低温側プレート１６の背面から内部へ延伸される熱電対３１は、接点部が低温側プレート１６の内部中央に設けられている。

ヒータ２８および熱電対３０が内部に設けられる高温側プレート１４は、クランプ面１４ａと交差して対向する側面１４ｆ（図１では正面となる。）、側面１４ｇ（図１では背面となる。）に通じる側面貫通孔１４ｈ、１４ｉ（図２、図３参照）を有している。そして、側面貫通孔１４ｈにヒータ２８（カートリッジヒータ）が挿入され、側面貫通孔１４ｉに熱電対３０が挿入される。ヒータ２８が挿入される側面貫通孔１４ｈは径が大きいため一度に穿孔して貫通させることができるが、熱電対３０が挿入される側面貫通孔１４ｉは径が小さいため側面１４ｆ、１４ｇのそれぞれから穿孔して貫通させたものである。

ここで、側面貫通孔１４ｈ、１４ｉ内を含む高温側プレート１４の表面には、前述のめっき処理が施されている。これによれば、側面貫通孔１４ｈ、１４ｉ内の酸化を防止して耐久性に優れた加熱試験装置１０を提供することができる。側面貫通孔１４ｈ、１４ｉの耐久性を確保することで、それぞれに設けられるヒータ２８および熱電対３０の性能も確保することができる。

ところで、熱電対３０の接点部が高温側プレート１４の内部中央に設けられるのであれば、図５および図６に示すように、高温側プレート１４には、対向する側面１４ｆ、１４ｇに貫通させずに一方の側面１４ｆのみで開口する止まり穴１４ｊを形成する場合も考えられる。例えば、高温側プレート１４が難削材の純銅の場合、深穴加工が困難である（粘いため、ドリル加工の切り子が排出され難い）ため、止まり穴１４ｊとすることも考えられる。しかしながら、この止まり穴１４ｊは、めっき液がのりにくい（めっき膜が付きにくい）袋小路の形状となっている。このため、止まり穴１４ｊの深い奥部にはめっき液が入り難く、めっき膜が所望の厚さに形成されず、前述の雌ネジ１４ｅ（タップ穴）と同様に、めっきが弱い部分が発生してしまうおそれがある。この点、高温側プレート１４に止まり穴１４ｊを形成せずに、側面貫通孔１４ｉを形成することで、側面貫通孔１４ｉ内にめっきが弱い部分が発生するのを防止することができる。

なお、側面１４ｆ、１４ｇからの穿孔が通じて形成される側面貫通孔１４ｉは、めっき液が行き渡るように貫通していればよい。このため、互いの穿孔が同心となるような高い精度まで必要でなく（ドリル先端の位置精度を出さなくともよく）、本実施形態では、熱電対３０が挿入される側の側面１４ｆ側の穿孔径よりも側面１４ｇの穿孔径を若干大きくしている。

また、加熱試験装置１０は、図１、図８に示すように、低温側プレート１６のクランプ面１６ａとは反対側の裏面１６ｂから低温側プレート１６を支持し、高温側プレート１４に対して低温側プレート１６を接離動させるステージ３２を備えている。このステージ３２は、低温側プレート１６のクランプ面１６ａに載置されたワークＷを高温側プレート１４に対してクランプしたり解除したりするために、鉛直方向Ａ（第１方向）に低温側プレート１６を移動させるジャッキ構造部を備えている。また、ステージ３２は、ワークＷの個数、種類によって高温側プレート１４に対してワークＷのクランプ位置（当接位置）を調整するために、水平面方向Ｂ（第１方向と交差する第２方向）に低温側プレート１６を移動させるシフト構造部を備えている。ジャッキ構造部は、ハンドル３４を有して、このハンドル３４を手動で回すことで昇降する手動式のジャッキ（パンダグラフジャッキ）であり、低温側プレート１６を昇降させることができる。シフト構造部は、ジャッキ構造部が固定される載置板３６およびこれを筐体１２に固定するつまみネジ３８を有しており、つまみネジ３８を外してジャッキ構造部が搭載されている載置板３６をずらすことによって、低温側プレート１６をシフトさせることができる。

また、加熱試験装置１０は、図８に示すように、低温側プレート１６の裏面１６ｂに設けられるヒートシンク４２（冷却フィン）と、ヒートシンク４２に対向して設けられ、ヒートシンク４２に送風するファン４４とを備え、空冷仕様に構成されている。本実施形態では、ヒートシンク４２と低温側プレート１６とは一体に形成されたものを用いている。また、低温側プレート１６は、ファン４４が回転することによって発生したエアをヒートシンク４２へ吹き付けて冷却するよう構成されている。このように、低温側プレート１６では、ワークＷを介した高温側プレート１４からの熱をエアで冷却する空冷仕様の冷却機構を用いており、例えば、高温（例えば、６００℃程度）の高温側プレート１４よりも低温（例えば、１００℃程度）となるようにファン４４が調節されることとなる。

また、加熱試験装置１０は、図８に示すように、低温側プレート１６の周囲でステージ３２（ステージ側部品４０）に低温側プレート１６の厚み方向（鉛直方向Ａ）に起立して設けられる複数のコイルばね４６を備えている。このコイルばね４６の内部には、コイルばね４６が鉛直方向Ａに起立するよう支持する支柱が設けられている。また、加熱試験装置１０は、ヒートシンク４２とファン４４との間で挟まれて取り付けられる第１部４８ａと、第１部４８ａから折り曲げられてヒートシンク４２を囲む第２部４８ｂと、第２部４８ｂから折り曲げられてコイルばね４６の先端に取り付けられる第３部４８ｃとを有する取り付け板４８を備えている。これによれば、例えばネジによって低温側プレート１６と取り付け板とを直接固定するものではないため、押付荷重をその接続箇所（ネジのせん断方向）で受けることなく耐荷重を向上させることができる。また、低温側プレート１６が、取り付け板４８を介してコイルばね４６によって支持されているので、ワークＷに対する押付荷重（負荷）をコイルばね４６で受けることができ、ワークＷの片当たりを防止して信頼性に優れた加熱試験装置１０を提供することができる。

また、加熱試験装置１０は、図１に示すように、水平面方向Ｂに隣接する低温側プレート１６、１６の間に設けられるゲージ５０と、隣接する低温側プレート１６、１６のそれぞれに設けられるゲージ針５２、５２とを備えている。ゲージ５０は、短冊状に構成されて短手両側に長手方向に沿って目盛りが振られており、鉛直方向Ａへ延在するよう設けられている。また、ゲージ針５２は、コイルばね４６の伸縮によって鉛直方向Ａに移動する低温側プレート１６と共に移動するよう低温側プレート１６に設けられていればよい。ゲージ針５２としては、例えば、取り付け板４８が有する第３部４８ｃから折り曲げられてゲージ５０に掛かる第４面４８ｄに形成された切欠部を用いることができる。このようなゲージ５０およびゲージ針５２によれば、クランプ時のコイルばね４６の撓み量を目視で確認することができ、コイルばね４６の撓み量とそのばね定数から間接的にワークＷへの押しつけ荷重（クランプ力）を測定することができる。

また、加熱試験装置１０は、図１に示すように、その正面に取手５４によって筐体１２に開閉可能に設けられ、のぞき窓５６を有する扉５８を備えている。扉５８を開くことにより、ワークＷを出し入れすることができる。また、扉５８を閉めて加熱試験を行っている最中には、のぞき窓５６からワークＷを観測することができる。また、加熱試験装置１０は、筐体１２を支持する複数のアジャスト脚６０と、筐体１２の上面（天板）に設けられ、加熱試験装置１０を持ち運ぶ際に用いることができる一対の取手６２とを備えている。

また、加熱試験装置１０は、筐体１２の両側面に高温側プレート１４のクランプ面１４ａの位置（周囲領域）にエアを吹き付け可能に設けられた強制冷却ファン６４を備え、空冷仕様に構成されている。例えば、高温側プレート１４および低温側プレート１６でワークＷをクランプして加熱試験しているときに、通常の停止を行う場合や異常が発生した場合には、強制冷却ファン６４を駆動させることで、特に高温側プレート１４やワークＷを強制的に冷却することができる。

また、加熱試験装置１０は、筐体１２の外部に設けられる操作部６６を備えている。操作部６６は、筐体１２内の各電気部品と電気的に接続されており、それらの状態を監視、制御する。操作部６６は、電源スイッチ６８と、タッチパネル７０と、運転開始ボタン７２と、強制冷却ボタン７４とを備えている。例えば、電源スイッチ６８の切り替えによって加熱試験装置１０が外部電源からの電力供給を受けた状態で、タッチパネル７０によって試験条件を設定することができる。そして、図９に示すように、運転開始ボタン７２によって加熱試験を開始し、強制冷却ボタン７４（内部警報）によって強制冷却ファン６４を駆動させながら試験を停止させることができる。また、加熱試験装置１０の安全性向上のために、操作部６６に外部信号入力端子を設け、例えば、ＵＰＳ（Uninterruptible Power Supply）やチラーなどの外部機器（オプション機器としてもよい）からの異常信号入力時に強制冷却運転を開始させてもよい。例えば、ＵＰＳからのＵＰＳ異常信号、チラーからの異常信号やモニタリングされる循環水流量および温度の計測器数値によって強制冷却運転を行うことができる。

操作部６６は、内部にＰＬＣ（Programmable Logic Controller）を備え、タッチパネル７０での高温側設定温度（例えば、６００℃）となるように、高温側プレート１４の温度（熱電対３０の測定値）をモニターしながら（タッチパネル７０でも表示される）、複数のヒータ２８の温度をＰＩＤ（Proportional Integral Derivative）制御している。また、操作部６６は、内部にアナログ信号入力によるファン制御基板を備え、図１０に示すように、タッチパネル７０でのファン４４の設定回転数となるように、ＰＬＣからのアナログ出力を基にファン制御基板にてファン４４の回転数をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御している。この際、操作部６６は、低温側プレート１６の温度（熱電対３１の測定値）をモニター（タッチパネル７０でも表示される）しているので、タッチパネル７０での低温側設定温度（例えば、１００℃）となるように、回転数自動調節による温調制御を行ってもよい。ファン制御基板を用いることで、繰り返しの試験時におけるファン４４の回転数の再現性を向上させることができる。

なお、加熱試験装置１０（ＰＬＣ）とＰＣ（Personal Computer）とをＯＰＣサーバなどの標準通信仕様の通信ソフトウエア（通信ドライバ）を介して接続することもできる。これにより、例えば、加熱試験装置１０と各種外部計測器とを接続して制御ソフトウエアや計測器選択の幅を広げてＰＣ制御による自動計測をしたり、ＰＣによって複数の加熱試験装置１０を一括管理したりすることができる。各種外部計測器としては、熱電モジュールの出力を測定するための電子負荷装置や電流電圧源、または内部抵抗を測定するための低抵抗計（バッテリハイテスタ）などがある。ＯＰＣサーバを用いることで、ＰＣでの加熱試験装置１０を制御する制御プログラムの開発の自由度をユーザに提供することができ、制御ソフトウエア開発のみで様々な計測用途に用いることができる。この際、ＯＰＣサーバと加熱試験装置１０内のプログラムで制限をかけることで、誤動作を防ぎ、安全性を確保することができる。

（実施形態２）
本発明の実施形態２では、高温側プレート１４の伝熱抵抗を低減するため、高荷重を加えることのできる加熱試験装置１０について、図１１〜図１３を参照して説明する。図１１および図１２はそれぞれ異なる本実施形態に係る加熱試験装置１０の高温側の側面図である。また、図１３は比較例としての加熱試験装置１０の高温側の側面図である。なお、図１１〜図１３には、高温側プレート１４に加えられる荷重方向を矢印で示している。

本実施形態に係る加熱試験装置１０は、前記実施形態１（図１参照）と同様に、筐体１２と、筐体１２内に設けられる高温側プレート１４および低温側プレート１６とを備え、筐体１２内において高温側プレート１４と低温側プレート１６とでワークＷ（図８参照）をクランプして温度差を与えて加熱試験を行うものである。また、加熱試験装置１０は、図１１に示すように、高温側プレート１４と筐体１２（筐体側部品２０）との間にスペースＳを設けて、高温側プレート１４の裏面１４ｂから高温側プレート１４を支持するスペーサ１８と、高温側プレート１４の裏面１４ｂに設けられ、高温側プレート１４（例えば、純銅）よりも塑性変形強度の高い補強部品７６（例えば、ステンレス）とを備えている。補強部品７６を用いることで、ワークＷに対して均等に、高荷重でクランプすることができ、伝熱抵抗を低減して温度特性に優れた加熱試験装置１０を提供することができる。

ところで、補強部品７６を設けない場合に荷重が一定量を超えると、筐体１２（筐体側部品２０）側に凸状となるよう高温側プレート１４（純銅）が長手方向に反ってしまい、中央部の変形が大きくなってしまうことが本発明者らの検討により判明している。そこで、補強部品７６を、留め具２２によって筐体１２（筐体側部品２０）に固定された柱状部品とし、裏面１４ｂの中央部に接している。この柱状の補強部品７６（ステンレス）の周りには、平面視長方形状の高温側プレート１４（純銅）の四隅のそれぞれに設けられる柱状のスペーサ１８（ステンレス）が設けられている。補強部品７６をスペーサ１８と同じ長さ（スペースＳにおける長さ）で同じ材質（ステンレス）からなる柱状とすることで、高温側プレート１４の熱でスペーサ１８と補強部品７６が同様に膨張し、高温側プレート１４の反り（塑性変形）の発生を防止することができる。また、柱状の補強部品７６を用いることで、補強部品７６からの熱拡散を防止することができる。なお、補強部品７６から熱が逃げてしまうことによる昇温上限、温度昇降スピード低下などを考慮しながら、補強部品７６の太さ、位置、本数は、設定する荷重の位置や大きさに応じて設定する必要がある。

また、異なる形態として加熱試験装置１０は、図１２に示すように、柱状の補強部品７６の代わりに板状の補強部品７８を備えてもよい。補強部品７８は、高温側プレート１４とスペーサ１８との間に挟まれる板状部品（例えば、ステンレス）である。そして、ヒータ２８が、補強部品７８の内部（貫通孔７８ｈ）に設けられる。これによれば、より荷重を加えてワークＷをクランプすることができ、伝熱抵抗を低減して温度特性に優れた加熱試験装置１０を提供することができる。また、高温側プレート１４の内部（貫通孔１４ｉ）に設けられる熱電対３０の他に、補強部品７８の内部（貫通孔７８ｉ）に別の熱電対を設け、高温側プレート１４の温度調節に用いることもできる。

ところで、図１３に示すように、単に高温側プレート１４とスペーサ１８との間に挟まれる板状の補強部品８０（例えば、ステンレス）を設けることも考えられる。しかしながら、高温側プレート１４に純銅を用い、補強部品８０にステンレスを用いて、高温側プレート１４よりも塑性変形強度の高い補強部品８０を設けたとしても、ステンレスは純銅に比べて熱伝導率が低く、熱膨張係数が大きいため、高温側プレート１４の反り（変形）の原因となるおそれがある。これは、高温プレート１４側から補強部品８０が片面のみ加熱され、筐体１２（筐体側部品２０）側に凹状となるよう反りが発生してしまうからである。この点、図１２を参照して説明したように、ステンレスからなる板状の補強部品７８の内部にヒータ２８を設けることで、補強部品７８の反りを防止し、ワークＷに対して均等に高荷重でクランプすることができ、伝熱抵抗を低減して温度特性に優れた加熱試験装置１０を提供することができる。

なお、補強部品７６、７８としては、ステンレスの他にインコネル・ハステロイを用いることもできる。

（実施形態３）
本発明の実施形態３では、高温側プレート１４の温度昇降速度を向上させることのできる加熱試験装置１０について、図１４〜図１６を参照して説明する。図１４および図１５はそれぞれ本実施形態に係る加熱試験装置１０の高温側の断面図および平面図である。また、図１６は高温側プレート１４の説明図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が側面図である。

加熱試験装置１０は、前記実施形態１ではヒータ２８としてカートリッジヒータを備えていたが、本実施形態ではヒータ電極８２ａおよびヒータ温度モニター用の熱電対８２ｂを有するセラミックヒータ８２（例えば、窒化アルミニウムヒータ）を備えている。このため、高温側プレート１４には、裏面１４ｂから窪むセラミックヒータ８２が収納される凹部１４ｋと、熱電対８２ｂを引き出す通し穴１４ｌとが形成されている。高温側プレート１４には前記実施形態１で説明したように純銅を用いることもできるが、純銅よりも塑性変形強度が高く、高温耐熱材料のオーステナイト系ステンレスや、ステンレスの中でも比較的熱伝導率が大きく、熱膨張係数の小さいフェライト系ステンレスを用いることも考えられる。熱電対８２ｂは、セラミックヒータ８２の温度も直接測定し、高温側プレート１４の熱電対３０による温度測定とあわせて温度過昇をモニタリングしている。

また、本実施形態に係る加熱試験装置１０は、セラミックヒータ８２に接して設けられるクッション部品８４と、ヒータ電極８２ａとの干渉を避ける逃げ８６ａを有し、セラミックヒータ８２を押さえる押さえ板８６とを備え、凹部１４ｋに収納されたセラミックヒータ８２を、クッション部品８４を介して押さえ板８６で押さえ付けている。クッション部品８４は、耐熱性を有するセラミックペーパ（セラミックウールをシート状に形成したもの）である。なお、クッション部品８４としてはロックウールなどを用いてもよい。

これによれば、カートリッジヒータよりも電力密度の高いセラミックヒータ８２を用いて昇降温度速度を向上させると共に、高温側プレート１４とセラミックヒータ８２の熱膨張係数差による変形を緩和して温度特性に優れた加熱試験装置１０を提供することができる。また、カートリッジヒータ（ヒータ２８）の使用時に比べて高温側プレート１４の体積も小さくできるため、降温速度も向上させることができる。

（実施形態４）
本発明の実施形態４では、低温側の温度を安定して保持することのできる加熱試験装置１０について、図１７を参照して説明する。図１７は本実施形態に係る加熱試験装置１０の低温側の側面図である。

加熱試験装置１０は、前記実施形態１では、低温側プレート１６としてヒートシンク４２と一体のプレートを用い、ヒータ２８によって加熱された高温プレート１４の熱を受ける低温側プレート１６の温調機構（冷却機構）として、ファン４４の回転数のみによって調節するものである。この点、本実施形態では、低温側プレート１６Ａとしてヒートシンク４２とは別のプレート８８と、低温側プレート１６Ａに熱的に接続され、室温よりも高温であってヒータ２８よりも低温に調節される低温ヒータ９０と、低温側プレート１６Ａの温度を測定する熱電対９２とを備え、低温側の温度を安定して保持している。

低温側プレート１６Ａ（プレート８８）は、例えば、高温側プレート１４と同様に、ニッケルめっき処理が施された板状の純銅（無酸素銅）から構成される。また、低温ヒータ９０は、低温側プレート１６Ａの内部に設けられ（内蔵され）、直接低温側プレート１６Ａを加熱する。すなわち、低温側プレート１６Ａはホットプレートとなる。低温ヒータ９０には、例えば、カートリッジヒータが用いられる。また、低温側プレート１６Ａの背面から内部へ延伸される熱電対９２は、接点部が低温側プレート１６Ａの内部中央に設けられている。

このような低温側プレート１６Ａを用いることで、より安定させて温度（低温）を保持し、温度特性に優れた加熱試験装置１０を提供することができる。ところで、低温側プレート１６の温調機構としては、前記実施形態１で説明した空冷仕様よりも冷却性能の高いものとして、水冷ユニットとチラーを組み合わせた水冷仕様も考えられる。しかしながら、水冷仕様は高価であり、場所を確保する必要がある。この点、低温ヒータ９０によって温調制御される低温側プレート１６Ａ（ホットプレート）を、前記実施形態１で説明した空冷仕様に追加することで、水冷仕様に比べて低コストかつ省スペースで温調機構を実現することができる。また、この温調機構によれば、水冷仕様での難易度の高い１００℃以上での温調も行うことができる。

（実施形態５）
本発明の実施形態５では、押付荷重（クランプ力）を自動制御することのできる加熱試験装置１０について、図１８を参照して説明する。図１８は本実施形態に係る加熱試験装置１０の側面図（正面図）である。なお、本実施形態では、低温側プレート１６は１つ構成であるが前記実施形態１と同様に２つ構成であってもよく、また、押付荷重を自動制御するのでゲージ５０を設けなくともよい。

加熱試験装置１０は、前記実施形態１では、ステージ３２として手動式のジャッキを用いてワークＷに対して押付荷重（クランプ力）を加えるものである。この点、本実施形態では、電動ステージ３２Ａと、電動ステージ３２Ａに設けられ、ワークＷをクランプする荷重を測定する電子はかり９４と、電子はかり９４からの測定値を基に電動ステージ３２Ａの位置を制御する操作部６６とを備え、荷重フィードバックにより自動位置制御するものである。また、操作部６６は、電子はかり９４からの荷重表示やゼロ設定などを表示する表示部９６（デジタル指示計）と、電動ステージ３２Ａを昇降させる上昇ボタン９８および下降ボタン１００とを備えている。

電動ステージ３２Ａは、例えば、サーボモーターやステッピングモータで駆動され、「荷重」ではなく「位置」が制御される。そこで、本実施形態では、電子はかり９４（例えば、ロードセル）と組み合わせて、電子はかり９４で測定した押付荷重を基に電動ステージ３２Ａの位置制御にフィードバックしている。ところで、低温側プレート１６に載置されたワークＷが高温プレート１４に押し当たった瞬間に押付荷重が急激に増加してしまい、荷重測定から位置制御が間に合わないおそれがある。その対策として、低温側プレート１６と電動ステージ３２Ａとの間に作用するよう設けられるコイルばね４６を用いて、電動ステージ３２Ａの位置上昇から押付荷重の増加を緩やかにし、フィードバック制御するための余裕（遊び）を設けている。このような電動ステージ３２Ａや電子はかり９４を用いることで、押付荷重（クランプ力）を自動制御することのできる加熱試験装置１０を提供することができる。

（実施形態６）
本発明の実施形態６では、耐久性が高く、保守が容易な加熱試験装置１０について、図１９を参照して説明する。図１９は本実施形態に係る加熱試験装置１０の高温側周辺の側面図である。

図１９に示すように、加熱試験装置１０は、高温側プレート１４と、低温側プレート１６と、高温側プレート１４の内部（側面貫通孔１４ｉ）に設けられる熱電対３０（温度センサ）と、を備える。高温側プレート１４は、ワークＷをクランプするクランプ面１４ａ（ワーク接触面）を有する。また、低温側プレート１６は、ワークＷをクランプするクランプ面１６ａ（ワーク接触面）を有する。

本実施形態では、高温側プレート１４を筐体１２（筐体側部品２０）には固定せず、低温側プレート１６のクランプ面１６ａに載置されたワークＷの上に高温側プレート１４を積み重ねた状態でワークＷをクランプする構成としている。すなわち、高温側プレート１４は低温側プレート１６のクランプ面１６ａ上にワークＷを介して設けられる。この点で図１２に示した高温側プレート１４を筐体１２に固定する構成とは相違する。

このため、高温側プレート１４はワークＷと共に挟み込まれる（図１９では荷重方向を上向きの矢印で示す）。このとき、高温側プレート１４には熱電対３０が設けられているので、ワークＷに加えられる温度（クランプ面１４ａの温度）を正確に測定することができる。

また、加熱試験装置１０は、高温側プレート１４に接するように設けられ、高温側プレート１４よりも塑性変形強度の高い板状の補強部品７８（板状部品）を備える。高温側プレート１４には熱伝導率の高い例えば純銅を用いることで、ワークＷに対して温度特性に優れたものとしている。また、補強部品７８には塑性変形強度の高い例えばステンレスを用いることで、クランプに対して耐久性が高いものとしている。

また、高温側プレート１４には、クランプ面１４ａに対してワークＷと同じか少し大きいもの（同程度のもの）を用いている。これによれば、高温側プレート１４（例えば純銅）のプレートサイズが小さくなるため、保守交換費用を低減することができる。これに合わせて熱電対３０（温度センサ）の配線をコネクタ化することで交換作業も容易となる。

また、加熱試験装置１０は、高温側プレート１４に熱的に接続されるヒータ２８を備える。補強部品７８には貫通孔７８ｈが形成されており、この貫通孔７８ｈ内、すなわち補強部品７８の内部にヒータ２８が設けられる。このヒータ２８は高温側プレート１４を加熱することができる。また、補強部品７８には貫通孔７８ｉが形成されており、この貫通孔７８ｉ内、すなわち補強部品７８の内部に熱電対２９（温度センサ）が設けられる。この熱電対２９は熱電対３０と共に高温側プレート１４の温度調節に用いることができる。

また、加熱試験装置１０は、高温側プレート１４と筐体１２の筐体側部品２０との間にスペースＳを設けるスペーサ２６を備える。このスペーサ２６は、筐体側部品２０に対して留め具２２によって固定され、補強部品７８に対して直接ネジ止めして固定される。このため、高温側プレート１４と筐体側部品２０との間では補強部品７８を介してスペースＳが設けられる。スペースＳを設けることで、高温側プレート１４の熱を筐体１２側へ拡散させてしまうのを防止することができる。

１０ 加熱試験装置； １２ 筐体； １４ 高温側プレート；
１４ａ クランプ面； １４ｂ 裏面； １４ｃ 貫通孔；
１４ｄ ザグリ； １４ｅ 雌ネジ； １４ｆ、１４ｇ 側面；
１４ｈ、１４ｉ 側面貫通孔； １４ｊ 止まり穴；
１４ｋ 凹部； １４ｌ 通し穴；
１６、１６Ａ 低温側プレート； １８ スペーサ；
１８ａ、１８ｂ 雌ネジ； ２０ 筐体側部品； ２２ 留め具；
２２ａ 雄ネジ； ２４ 留め具； ２４ａ 雄ネジ；
２４ｂ 鍔； ２６ スペーサ； ２６ａ 雌ネジ；
２６ｂ 雄ネジ； ２８ ヒータ； ２９、３０、３１ 熱電対；
３２ ステージ； ３２Ａ 電動ステージ； ３４ ハンドル；
３６ 載置板； ３８ つまみネジ； ４０ ステージ側部品；
４２ ヒートシンク； ４４ ファン； ４６ コイルばね；
４８ 取り付け板； ４８ａ 第１部； ４８ｂ 第２部；
４８ｃ 第３部； ４８ｄ 第４部； ５０ ゲージ；
５２ ゲージ針； ５４ 取手； ５６ のぞき窓；
５８ 扉； ６０ アジャスト脚； ６２ 取手；
６４ 強制冷却ファン； ６６ 操作部； ６８ 電源スイッチ；
７０ タッチパネル； ７２ 運転開始ボタン； ７４ 強制冷却ボタン；
７６ 補強部品； ７８ 補強部品； ７８ｈ、７８ｉ 貫通孔；
８０ 補強部品； ８２ セラミックヒータ； ８２ａ ヒータ電極；
８２ｂ 熱電対； ８４ クッション部品； ８６ 押さえ板；
８６ａ 逃げ； ８８ プレート； ９０ 低温ヒータ；
９２ 熱電対； ９４ 電子はかり； ９６ 表示部；
９８ 上昇ボタン； １００ 下降ボタン； Ｓ スペース；
Ｗ ワーク。

Claims (3)

1. 筐体と、
   前記筐体内に設けられ、ワークをクランプするクランプ面を有する高温側プレートおよび低温側プレートと、
   前記高温側プレートと前記筐体との間にスペースを設けて、前記高温側プレートのクランプ面とは反対側の裏面から前記高温側プレートを支持するスペーサと、
   前記スペーサとネジ止めされる留め具と、
   を備え、
   前記高温側プレートは、前記高温側プレートのクランプ面および前記高温側プレートの裏面に通じる貫通孔を有し、前記貫通孔に挿入される前記留め具によって前記スペーサに固定され、
   前記低温側プレートのクランプ面とは反対側の裏面に設けられるヒートシンクと、
   前記ヒートシンクに対向して設けられ、前記ヒートシンクに送風するファンと、
   前記低温側プレートの厚み方向で起立するよう前記低温側プレートの周囲に設けられる複数のコイルばねと、
   前記ヒートシンクと前記ファンとの間で挟まれて取り付けられる第１部と、前記第１部から折り曲げられて前記ヒートシンクを囲む第２部と、前記第２部から折り曲げられて前記コイルばねの先端に取り付けられる第３部とを有する取り付け板と、
   を備えることを特徴とする加熱試験装置。
2. 筐体と、
   前記筐体内に設けられ、ワークをクランプするクランプ面を有する高温側プレートおよび低温側プレートと、
   前記高温側プレートと前記筐体との間にスペースを設けて、前記高温側プレートのクランプ面とは反対側の裏面から前記高温側プレートを支持するスペーサと、
   前記スペーサとネジ止めされる留め具と、
   を備え、
   前記高温側プレートは、前記高温側プレートのクランプ面および前記高温側プレートの裏面に通じる貫通孔を有し、前記貫通孔に挿入される前記留め具によって前記スペーサに固定され、
   前記高温側プレートに熱的に接続されるセラミックヒータと、
   前記セラミックヒータに接して設けられるクッション部品と、
   を備えることを特徴とする加熱試験装置。
3. 筐体と、
   前記筐体内に設けられ、ワークをクランプするクランプ面を有する高温側プレートおよび低温側プレートと、
   前記高温側プレートと前記筐体との間にスペースを設けて、前記高温側プレートのクランプ面とは反対側の裏面から前記高温側プレートを支持するスペーサと、
   前記スペーサとネジ止めされる留め具と、
   を備え、
   前記高温側プレートは、前記高温側プレートのクランプ面および前記高温側プレートの裏面に通じる貫通孔を有し、前記貫通孔に挿入される前記留め具によって前記スペーサに固定され、
   前記低温側プレートに熱的に接続され、室温よりも高温であって前記高温側プレートよりも低温に調節される低温ヒータを備えることを特徴とする加熱試験装置。

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