JP2789541B2 - 有機材料の耐天候試験用光源装置 - Google Patents

有機材料の耐天候試験用光源装置

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JP2789541B2
JP2789541B2 JP4142050A JP14205092A JP2789541B2 JP 2789541 B2 JP2789541 B2 JP 2789541B2 JP 4142050 A JP4142050 A JP 4142050A JP 14205092 A JP14205092 A JP 14205092A JP 2789541 B2 JP2789541 B2 JP 2789541B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、有機物質が光の作用に
よりどの様な劣化を受けるかを試験する為の有機材料の
耐天候試験機用として好適に使用される光源装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】有機材料は、屋外または屋内の光の当た
る場所で使用すると、次第に物理的、化学的な劣化が生
じ、それに伴って、有機材料を使用した製品の性能や機
能が劣化する。この劣化の速度を有機材料ごとに、また
使用条件ごとに予め知っておくことは製品設計上、非常
に重要な要素となる。このため、これらの劣化を促進し
て起こさせる有機材料の耐光試験装置として人工促進暴
露試験装置が作られ試験に利用されている。
【0003】この人工促進暴露試験装置の基本性能とし
ては、屋外暴露での日光照射による劣化と同じ機構の劣
化反応を再現し、暴露期間中は常に一定のスペクトル分
布の光が一定の放射照度で被照射体に当たるようになっ
ていなければならない。このようなことから、人工促進
暴露試験装置に用いられる光源としては太陽光に近似し
た分光分布を持つことが理想である。特に、紫外線によ
り分子内の化学結合が破壊されることによって始まる連
鎖反応、すなわち光劣化反応が起こる見掛けの活性化エ
ネルギーは、熱劣化反応に起因する連鎖反応の3分の1
以下であるといわれている。従って、劣化反応を起こす
最大の原因は紫外線であり、紫外線領域を太陽光に近似
させることは必須の要件である。
【0004】人工促進暴露試験装置用の光源としては、
カーボンアークランプ、メタルハライドランプ、キセノ
ンランプなどが使用されているが、後二者がスペクトル
分布や放射照度の点で優れており、最近ではより多く使
用されるようになってきている。例えば、人工光源の中
で最も太陽光に近い分光分布を持つとして知られている
キセノンランプは、紫外部においても太陽光に似たスペ
クトル分布を持つので、宇宙空間における人工衛星の環
境試験用光源や太陽電池の性能試験用として良く使われ
ている。しかしながら、地表に降り注ぐ太陽光に近似し
たスペクトル分布を得るためには、実質的に地表には届
かない300nm以下の紫外線をカットして被照射体へ
照射しなければならない。そこで、従来のキセノンラン
プやメタルハライドランプを用いた試験装置において
は、300nm以下をカットするようなフィルターがラ
ンプと被照射体の間に介挿されており、このフィルター
としては、約300nm以下の光を強く吸収するホウケ
イ酸ガラスが使用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このホウケイ酸ガラス
は、ランプからの強い光を吸収し、比較的短時間でソー
ラリゼーション(透光度の変化)が生じ、光透過波長域
での光透過率が変化する。そのため、従来の試験装置に
おいては、この低下分を補償するためにランプの電気入
力を上げ、特定波長での紫外線の放射照度が一定に保た
れるようにしている。しかしながら、電気入力を上げる
と、特定波長の紫外線は一定となるが、赤外線が増大し
て試料温度を上昇させたり、スペクトル分布が変化する
などの問題点を有している。すなわち、前記した光劣化
反応の初期段階においては、反応は光化学の法則に支配
され、温度は影響しないが、これに続く連鎖成長反応と
連鎖停止反応は、一般の有機化学反応と同様に温度が上
昇するほど反応速度も上昇するので、人工促進暴露試験
装置においては温度も重要なファクターとなり、何らか
の温度を一定に保つための手段を講じなければならな
い。またフィルターは短時間で紫外線透過率が減少して
しまうので、保守費用も無視できない問題点を有してい
た。
【0006】本発明は、以上のような問題点を解決する
ために成されたものであり、その目的とするところは、
長時間に渡りソーラリゼーションを起こさず、従って電
気入力を上昇させて特定波長域の紫外線放射量をコント
ロールする必要もなく、長期にわたって使用できるフィ
ルターを有する有機材料の耐天候試験用の光源装置を提
供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の有機材料の耐天
候試験用光源装置は、放電ランプと、該放電ランプの発
光スペクトル修正用フィルターとを備えてなる有機材料
の耐天候試験用光源装置において、前記フィルターは、
295nmにおける光透過率が70%以上である基板に
紫外線吸収膜および/または紫外線反射膜をコーティン
グして300nm以下の光透過率を実質的に無くすとと
もに、350nmにおける光透過率が50%以上となる
ように、300nmより長波長側に向かうに従って、光
透過率が急激に大きくなるように調整されてなることを
特徴とする。そして紫外線吸収膜としてはTiO2 、Z
nS、ZnOの何れか、あるいはこれらの組合せからな
ることが好ましい。また紫外線反射膜としては、TiO
2 、Ta2 5 、ZnO2 、HfO2 、Nb2 5 の何
れかの金属酸化物とSiO2 とが交互に積層された多層
膜であることが好ましい。さらにフィルターの基板とし
ては、石英ガラスであることが好ましい。
【0008】
【作用】フィルターの基板として、295nmにおける
光透過率が70%以上であるものを用い、この基板に3
00nm以下の紫外線を吸収および/または反射する物
質をコーティングするので、基板の紫外線吸収量が少な
くなり、ソーラリゼーションが起こりにくくなる。従っ
て、長時間に渡って電気入力を変化させる必要がなく、
放射熱量の上昇やスペクトル分布の変化などは生じな
い。
【0009】
【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。人工促進暴露装置用の光源としては、ショー
トアーク型の超高圧ランプはほとんど使用されず、水冷
あるいは空冷のロングアークランプが使用されることが
多い。図1は人工促進暴露試験装置に使用される水冷タ
イプの光源装置を示しており、1はロングアークキセノ
ンランプ、2はインナージャケット、3はアウタージャ
ケットである。
【0010】ロングアークキセノンランプ1は、ランプ
入力6KW、アーク長は170mmで外径は8mm、肉
厚0.5mmの石英ガラスよりなる発光管11が使用さ
れている。発光管11の両端にはタングステン製の一対
の電極12、13が発光管の内壁にほぼ当接するように
対向配置されており、これらの電極12、13に接続さ
れたリード棒14、15が発光管11の両端を気密に貫
通して外方に伸び出している。そして、一方のリード棒
15はガラス管16で覆われた状態で発光管11を貫通
し、シリコンゴムよりなるパッキン5を貫通している。
また他方のリード棒14は、金属よりなる給電保持部材
4に挿入固定されている。従って、この一方のリード棒
15を覆うガラス管16により、他方のリード棒14及
び給電保持部材4との絶縁が図られているので、導通性
を有する冷却水が流されたとしても安全性は確保されて
いる。
【0011】インナージャケット2は、発光管11の中
央部分を覆うフィルター21と、このフィルター21が
装着される上部装着筒22と下部装着筒23とよりな
る。フィルター21は、外径14mmΦの石英ガラス管
の外面に光学膜厚ndが100〜200nm程度のTi
2 よりなる紫外線吸収膜24が形成されており、ロン
グアークキセノンランプ1より放射される300nm以
下の紫外線はほぼ吸収されるようになっている。また上
部装着筒22と下部装着筒23は、フィルター21の外
径にほぼ適合する内径を有し、金属製の材料で作られて
いる。そして、上部装着筒22には給電保持部材4を固
定する固定板41が取り付けられており、この固定板4
1には適宜の数の冷却水挿入孔42が設けられている。
また下部装着筒23には適宜の数の冷却水貫通孔25が
設けられている。
【0012】アウタージャケット3は、フィルター21
より長めに形成された光放出管31と、この光放出管3
1とは気密に固定された上部固定筒32と下部固定筒3
3とよりなる。光放出管31は外径25mmΦの石英ガ
ラス管よりなり、フィルター21を通った光を全周方向
に放射させる。上部固定筒32と下部固定筒33は上部
装着筒22および下部装着筒23と同じ材料で作られて
おり、上部固定筒32と上部装着筒22および下部固定
筒33と下部装着筒23はそれぞれ接続部材6、7で接
続されており、上部の接続部材6には適宜の数の冷却水
排出孔61が設けられている。
【0013】この光源装置は、次のようにして点灯され
る。まず、純水よりなる冷却水が冷却水挿入孔42より
導かれ、インナージャケット2内を通って冷却水貫通孔
25よりアウタージャケット3内を通り、このアウター
ジャケット3内が充填されて冷却水排出孔61より排出
される状態にする。このようにしてインナージャケット
2とアウタージャケット3内が冷却水で充填されてか
ら、給電部17と18より通電されてロングアークキセ
ノンランプが点灯される。
【0014】図2は、外径14.5mmΦの石英ガラス
の外表面にTiO2 をゾルゲル法でコーティングした場
合の透過率曲線であり、Aは光学膜厚ndを100nm
にコーティングした場合、Bは光学膜厚ndを200n
mにコーティングした場合、Cはコーティングなしの場
合である。尚、参考例として、従来用いられているホウ
ケイ酸ガラスよりなるフィルターの初期透過率を曲線D
で示す。この図から分かる通り、TiO2 の光学膜厚n
dを100〜200nmとした場合は、300nmにお
ける透過率を5%以下にすることができ、ほぼ300n
m以下の紫外線をカットすることができる。そして、3
50nmにおける透過率は石英ガラスに対して70%以
上にすることができるので、従来使用されてきたホウケ
イ酸ガラスの初期透過率とほぼ同じ値を得ることができ
る。
【0015】図3は本発明の効果を確認するために行っ
た比較試験結果であり、使用時間と365nmにおける
透過率との関係を測定したものである。この図におい
て、曲線Eは石英ガラス管にTiO2 を光学膜厚で10
0nmに形成したフィルターを用いた結果であり、曲線
Fは従来のホウケイ酸ガラスをフィルターとして用いた
結果である。この図から分かるとおり、従来の曲線F
は、50時間経過で365nmの透過率は約20%低下
し、1000時間経過で約30%も低下してしまった。
これに対して、本発明の曲線Eは、1000時間経過後
も測定された365nmの透過率は誤差範囲内であり、
ほとんど変化しなかった。
【0016】以上の試験結果からも分かる通り、本実施
例の有機材料の耐天候試験用光源装置は、石英ガラス管
の外表面に所定の厚みのTiO2 よりなる紫外線吸収膜
を設けたフィルターを使用し、300nm以下の紫外線
を実質的に無くすとともに300nm以上の紫外線透過
率が急激に大きくなるようにしたので、長時間に渡って
ソーラリゼーションを起こすこともなく、従って電気入
力を上昇させて特定波長域の紫外線放射量をコントロー
ルする必要もない。この結果、フィルターは長期にわた
って交換せずに使用でき、経済的で保守費用の点でも優
れたものとすることができる。
【0017】以上の実施例は、紫外線吸収膜としてTi
2 の単層膜を形成したものを示したが、この紫外線吸
収膜としてはTiO2 に限定されるものではなく、Zn
SやZnOの単層膜あるいはこれらの複合体を用いても
よく、この設ける箇所は外面に限定されるものではな
く、内面あるいは両面に設けてもよい。さらに、TiO
2 、Ta2 5 、ZnO2 、HfO2 、Nb2 5 の何
れかの金属酸化物とSiO2 とを交互に積層して多層膜
を形成し、紫外線反射膜としてもよい。
【0018】また紫外線吸収膜あるいは紫外線反射膜を
設ける位置は、インナージャケット2のフィルター21
に限定されるものではなく、アウタージャケット3の光
透過部31の表面もしくは内面であってもよい。この場
合は、光透過部31がフィルターとなり、フィルター2
1が石英で作られた光透過部となる。
【0019】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の有
機材料の耐天候試験用光源装置は、スペクトル補正用の
フィルターを長時間に渡ってソーラリゼーションを起こ
さないものとすることができるので、電気入力を上昇さ
せて特定波長の紫外線をコントロールする必要もなく、
従って試料の温度変化も起こすことがなく、しかもフィ
ルターは長期にわたって交換せずに使用できるので、保
守費用も軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の有機材料の耐天候試験用光源装置の断
面図である。
【図2】本発明に係わる光源装置に使用されるフィルタ
ーと従来のホウケイ酸ガラスよりなるフィルターの透過
率曲線である。
【図3】従来のホウケイ酸ガラスよりなるフィルターと
本発明に係わるフィルターの365nmの透過率の経時
変化曲線である。
【符号の説明】
1…ロングアークランプ 11…バルブ 12、13…電極 14、15…リード棒 16…被覆ガラス 17、18…給電部 2…インナージャケット 21…フィルター 22…上部装着部 23…下部装着部 24…紫外線吸収膜 25…冷却水貫通孔 3…アウタージャケット 31…光透過部 32…上部固定部 33…下部固定部 4…給電保持部材 41…固定板 42…冷却水挿入孔 5…パッキン 6…上部接続部材 61…冷却水排出孔 7…下部接続部材
フロントページの続き (72)発明者 間山 省一 兵庫県姫路市別所町佐土1194番地 ウシ オ電機株式会社内 審査官 ▲高▼見 重雄 (56)参考文献 特開 昭58−71439(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 17/00 - 17/04

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 放電ランプと、該放電ランプの発光スペ
    クトル修正用フィルターとを備えてなる有機材料の耐天
    候試験用光源装置において、 前記フィルターは、295nmにおける光透過率が70
    %以上である基板に紫外線吸収膜および/または紫外線
    反射膜をコーティングして300nm以下の光透過率を
    実質的に無くすとともに、350nmにおける光透過率
    が50%以上となるように、300nmより長波長側に
    向かうに従って、光透過率が急激に大きくなるように調
    整されてなることを特徴とする有機材料の耐天候試験用
    光源装置。
  2. 【請求項2】 前記紫外線吸収膜が、TiO2 、Zn
    S、ZnOの何れか、あるいはこれらの組合せからなる
    ことを特徴とする請求項1記載の有機材料の耐天候試験
    用光源装置。
  3. 【請求項3】 前記紫外線反射膜が、TiO2 、Ta2
    5 、ZnO2 、HfO2 、Nb2 5 の何れかの金属
    酸化物とSiO2 とが交互に積層された多層膜よりなる
    ことを特徴とする請求項1記載の有機材料の耐天候試験
    用光源装置。
  4. 【請求項4】 前記フィルターの基板が石英ガラスより
    なることを特徴とする請求項1乃至3記載の有機材料の
    耐天候試験用光源装置。
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CN109082639A (zh) * 2018-07-17 2018-12-25 海安浩驰科技有限公司 一种抗紫外线镀ZnO/SiO2纳米多层材料的超晶格汽车PET贴膜

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