JP2793032B2

JP2793032B2 - 促進耐候性試験機

Info

Publication number: JP2793032B2
Application number: JP28510990A
Authority: JP
Inventors: 陽一小山; 猛成田; 正一鈴木; 博志伊藤; 考司黒柳; 裕二田中
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1990-10-22
Filing date: 1990-10-22
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2013-09-03
Also published as: JPH04158244A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は塗膜、合成樹脂製品などの化学品の太陽光に
よる光沢低下、変色などの品質劣化を、実験室的に短期
間で調べるための促進耐候性試験機に関する。

［従来の技術］従来この種の試験機においては、カーボンアーク、キ
セノンランプ、あるいは紫外線ランプなどの人工光源か
ら発する光を、フィルターを介してあるいは介せずに試
料に照射している。このような試験を行う試験機として
は、サンシャイン・ウエザ・オ・メータ（スガ試験機
（株）製）、QUV（Ｑ−PANEL社製）などが市販され、各
種分野で多用されている。

しかし上記した人工光源を照射する試験機において
は、促進試験結果と自然界で実際に使用した結果とは必
ずしも一致せず、実際の使用結果との相関性が高いとは
いいがたい。この原因としては、これらの人工光源から
発する光の分光分布が太陽光のそれと異なること、ある
いは人工光源が太陽光に存在しない300nm以下の波長の
光を含んでいることが挙げられる。

そこで、本願出願人は特開昭60−15544号公報に、蛍
光ランプを用い300〜400nmの波長域の照射光の分光組成
を太陽光のそれに近似させた促進耐候性試験機を開示し
ている。このような分光分布をもつ照射光は、太陽光の
それに近似しているので、太陽光下での劣化と相関性の
高い試験結果が得られる。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら上記公報に開示された試験機では、通常
の蛍光ランプを用いているため、光強度が小さく、太陽
光下での暴露の場合に対して促進倍率が小さいという不
具合がある。

そこで本発明の目的は、蛍光ランプを用いた促進耐候
性試験機において、促進倍率を一層向上させることにあ
る。

［課題を解決するための手段］本発明者らは上記課題を解決するために、蛍光ランプ
の投入電流を増大させることを想起した。そして蛍光ラ
ンプの投入電流を適切な値に増大させることにより光量
が増大するが、反射面蛍光ランプの寿命が短くなること
も明らかとなった。そこで蛍光ランプの寿命を伸ばすた
めに鋭意研究した結果、最適な手段を見出し本発明を完
成したものである。

すなわち本発明の促進耐候性試験機は、試料が入れら
れる試験室を形成する試験槽と、試験槽内に設けられた
蛍光ランプよりなる光源と、光源に対向して配置された
光フィルタと、光フィルタの光源と反対側に配置され試
料を保持するホルダと、光源を冷却する冷却手段とより
なる促進耐候性試験機であって、蛍光ランプは定格投入電流の1.4〜2.5倍の投入電流で
点灯され、蛍光ランプには感熱部が設置され冷却手段が
最低温度部である蛍光ランプの中央部の表面温度が35〜
60℃、最高温度部である蛍光ランプの両端部の表面温度
が70℃以下となるように冷却し、かつ光源の光量を検出
しその検出値によって投入電流を制御する制御部をもつ
ことを特徴とする。

光源は蛍光ランプから構成される。蛍光ランプは線光
源であるので、従来のカーボンアーク光源やキセノン光
源などの点光源に比べて多くの試料に均一で強力な照射
光を照射することができる。この蛍光ランプは通常、複
数本を平面状あるいは円筒面状等の面状に並べて配置さ
れる。光の有効利用の点からは平面状に並べるのが望ま
しく、平面状に並べた場合には左右両端部およびランプ
の長手方向両端部に反射板を設けるのが望ましい。

本発明の一つの特色は、蛍光ランプは定格投入電流の
1.4〜2.5倍の投入電流で点灯されるところにある。投入
電流が定格値の2.5倍以上になると、投入電流のうち熱
になる割合が高くなり蛍光ランプの劣化度合が大きくな
る。また1.4倍より小さいと光量がさほど増大せず、促
進倍率の向上がみられない。

冷却手段としては、通常空冷が採用されるが特にこれ
を限定されるものではない。本発明の第２の特徴は、螢
光ランプの温度を検出しこの温度を冷却系にフィードバ
ックすることによって、蛍光ランプは最低温度部が35〜
60℃、最高温度部が70℃以下となるように冷却されると
ころにある。最低温度部は棒状の蛍光ランプの場合は中
央部にあり、35〜60℃となるように冷却される。それと
同時に、最高温度部は棒状の蛍光ランプの場合は両端部
のフィラメント部にあり、70℃以下となるように冷却さ
れる。これにより高い発光効率が得られ、蛍光ランプの
劣化も防止される。

しかしながら投入電流を増大させた場合、冷却手段で
冷却しても蛍光ランプの早期の劣化が避けられない。そ
こで本発明のさらなる特徴は、光源の光量を検出しその
検出値によって投入電流を制御する制御部をもつところ
にある。光量の検出にはSiフォトダイオード、サーモパ
イルなどの通常の光センサを利用できる。これらのセン
サはランプ近傍あるいは試験槽内に設置することもでき
る。この場合、センサ特性の温、湿度依存性、劣化等を
考慮すると、センサを一定温、湿度に保持するのが望ま
しい。さらに、光ファイバーで光を槽外の一定温湿度部
に導き、ここでセンサにより光量を検出することもでき
る。そして制御部は、検出された値から現実の光量を算
出し、蛍光ランプの投入電流を制御する。この制御部は
マイクロコンピュータなどのデジタル回路から構成する
ことができる。この制御部の存在により、蛍光ランプが
劣化した場合に投入電流を最適に制御することができ、
試験時間の間一定の光量を照射することができる。

光フィルタは蛍光ランプ光源に対向して設けられ、不
要な光をカットするとともに所定の分光分布とする機能
を有する。この光フィルタと前記蛍光ランプの種類を種
々選択し、種々の分光分布を有する照射光とすることが
できる。

光フィルタの光源と反対側にはホルダが配置されてい
る。試験される試料はこのホルダに保持され、光フィル
タを通して出る照射光が照射される。このホルダは光源
および光フィルタの周囲を回転移動するように構成する
ことが望ましい。これにより光源や光フィルタによる照
射光の光量および分光分布のばらつきを回避でき、ホル
ダ上の全試料に均一な条件で照射光を照射することがで
きる。

なお、従来の促進耐候性試験機と同様に、試験槽内の
温度や湿度を一定あるいは可変する装置、試料に間欠的
あるいは連続的に水をスプレーする装置、さらには結露
させたり水中に浸漬する装置などを設けることも好まし
い。

また、投入電流の増大によって、蛍光ランプが切れや
すくなる。そこでランプ切れモニターを設置し、蛍光ラ
ンプが切れたら速やかに変換できるように構成すること
が好ましい。さらに、投入電流の増大により蛍光ランプ
から発する紫外線量も増大するので、ソケットなど紫外
線に弱い部品にはカバーなどを設ける劣化防止対策を講
じることが好ましい。

［発明の作用および効果］本発明の促進耐候性試験機では、蛍光ランプは定格投
入電流の1.4〜2.5倍の投入電流で点灯される。ところで
蛍光ランプにおける電流と光強度との間には、第５図に
示すような関係がある。すなわち通常の投入電流の0.36
Aから電流が増大するにつれて光量は増大するが、その
増大量は直線関係になく、電流が大きくなるにつれて熱
としての損失量が多くなっている。

一方、蛍光ランプの表面温度と発光効率との間には、
第６図に示す関係がある。すなわちランプ表面温度が35
℃〜60℃のときに特に良い。そこで本発明の試験機で
は、蛍光ランプは最低温度部が35〜60℃、最高温度部が
70℃以下となるように冷却される。最高温度部を70℃以
下に冷却することによって第７図のようにランプの劣化
を低減でき、従って長期にわたる程の光強度を増大させ
ることができる。これにより投入電流を増大しても高い
発光効率で発光させることができる。

さらに本発明の試験機では、光源の光量を検出しその
検出値によって投入電流を制御する制御部をもつ。すな
わち蛍光ランプが劣化して光量が低下した場合には、制
御部が投入電流を増大させて光量を回復させる。したが
ってこの制御部の存在により、蛍光ランプが劣化した場
合に投入電流を最適に制御することができ、試験時間の
間一定の光量を照射することができる。

すなわち本発明の促進耐候性試験機によれば、従来の
試験機に比べて光量が増大し、促進倍率が向上する。そ
して光量の増大に伴なう発熱は、冷却手段で効率良く冷
却され、発光効率を最適とするとともに蛍光ランプの劣
化が防止されるので、促進倍率が一層向上する。さらに
蛍光ランプが劣化して光量が低下したとしても、制御部
がフィードバック制御により投入電流を最適に制御する
ので、試験の間一定の光量が得られ信頼性および再現性
の高い試験を行なうことができる。

［実施例］以下、実施例により具体的に説明する。

第１図〜第４図に本発明の一実施例の促進耐候性試験
機を示す。この試験機は、試験室を形成する試験槽１
と、試験槽１内に設けられた蛍光ランプ20よりなる光源
２と、光源２に対向して配置された光フィルタ３と、光
フィルタ３の光源２と反対側に配置され試料を保持する
ホルダ４と、光フィルタ３とホルダ４との間に配置され
ホルダ４に保持された試料に向かって純水をスプレーす
るノズル５と、光源２の内側に配置された反射板６と、
第２図に示すようにホルダ４の上下方向へ逃げる照射光
をホルダ４の方向へ反射するための反射板８から構成さ
れる。

試験槽１は箱状をなし、一面に図示しないドアが設け
られている。そしてドアを閉じた状態で外気と遮断さ
れ、図示しない制御装置により試験槽１内は一定の温度
・湿度に調整されている。

光源２は56本の蛍光ランプ（東芝（株）製「FL20S・
Ｅ−BL−37C」）20からなり、試験槽１の天井部に固定
された保持部材21に保持されている。そしてそれぞれの
蛍光ランプ20は、軸方向が上下方向に平行に並び、径方
向の断面で全体で八角形となっている。

蛍光ランプ20は、保持部材21に設けられたソケット22
に着脱自在に保持されている。このソケット22は樹脂製
であり蛍光ランプ20から照射される紫外線から保護する
ために、ソケット22と蛍光ランプ20間にはソケット保護
板23が配置されている。

光フィルタ３は透明な特殊ガラス製であり、蛍光ラン
プ20から出る光のうち不要な波長域をカットするととも
に、試料に照射される照射光の分光分布を適切なものと
している。この光フィルタ３は、試験槽１の天井部に固
定された保持部材30にボルト31とフッ素ゴムチューブ32
を介して保持・固定されている。そして光源２の八角形
面状に対応して、蛍光ランプ20の外側に８枚それぞれ上
下方向に立設され、全体で断言八角形となっている。

ホルダ４は、上下方向に延びる縦枠体40と縦枠体40を
連結し水平方向に真円状に延びる上下一対のレール41と
から形成され、光フィルタ３の外側を回転自在に試験槽
１の底部に保持されている。一対のレール41には板状の
試料が保持される試料保持部材が着脱自在に保持され、
ホルダ４の回転とともに光フィルタ３の外側を回転す
る。なおホルダ４は、図示しない駆動装置により一定速
度で回転駆動される。

ノズル５は試験槽１の天井部から下方に突出して固定
され、ホルダ４と光フィルタ３の間に配置されている。
そしてノズル５の先端はホルダ４に保持された試料保持
部材に向かい、試料保持部材に保持された試料の表面に
向かって間欠的に純水をスプレーするように構成されて
いる。

また光源２の内側には、光源２に対向し全体の断面が
八角形のアルミ製鏡面板６が設けられ、光源２から内側
へ向かう光を反射して光フィルタ３側へ送っている。こ
の鏡面板６は、ソケット保護板23とともに試験槽１の天
井部に固定されている。

そして光源２の８面のぞれぞれの中央部正面には、試
験槽１の天井部から吊下された光量センサ７が設けら
れ、マイクロコンピュータよりなる図示しない制御部に
検知信号が入力されている。光量センサ７は一面に石英
ガラス窓を持つ密閉容器内に保持され、容器内は一定
温、湿度に保持されている。その検知信号により制御部
は８面の各面ごとに蛍光ランプ20への投入電流を制御し
ている。なお、試験槽１内には蛍光ランプ20の冷却用空
気（冷却手段）が供給され、第２図に示すように試験槽
１天井部、下部および鏡面板６の適部に設けた図示省略
の孔より導入され、鏡面板６と光フィルタ３の間を通っ
て蛍光ランプ20を冷却し、排気管９から天井部へ抜ける
ように構成されている。ランプ20には感熱部を設置し、
この信号によって冷却用空気の温度、流量を最適になる
よう制御できる。

また、運転時には蛍光ランプ20は光フィルタ３および
ホルダ４などにより外部から直視することが困難であ
る。そのためランプ切れが生じてもどのランプが切れて
いるのか知ることができない。そこで本実施例では、図
示しない制御板の下部にそれぞれの蛍光ランプ20に対応
するLEDを配置し、蛍光ランプ20の点灯に連動して点灯
するように構成している。これによりランプ切れの場合
は対応するLEDのみが消灯し、切れた蛍光ランプ20が一
目で分かるようになっている。

さて、上記のように構成された本実施例の試験機で
は、蛍光ランプ20の投入電流は、通常の使用条件では0.
7A（定格投入電流の1.9倍）に制御部により規制されて
いる。そして冷却用空気で冷却された蛍光ランプ20の表
面温度は、最高温度部であるフィラメント部で約70℃で
あり、最低温度部である中央部で約40℃である。したが
って投入電流が大きい割に表面温度が低く、第６図に示
す発光効率の高い範囲にある。そして蛍光ランプ20の熱
劣化が防止されるので、寿命が長くなる。

そして蛍光ランプ20が劣化し光量センサ７がその光量
の低下を検出すると、制御部は対応する面の蛍光ランプ
20の投入電流を増大させ、その面の光量を所定値まで回
復させる。それた共に、ランプ20冷却用空気の温度およ
び流量が調節される。これにより常時一定の光量を照射
でき、信頼性および再現性の高い試験を行なうことがで
きる。さらに劣化などによりランプ切れが生じても、LE
Dによるランプ切れモニタが一目瞭然に表示するので、
速やかにランプ交換ができる。

したがって本実施例の促進耐候性試験機によれば、従
来に比べて促進倍率が向上するとともに、蛍光ランプの
劣化が防止され長期間の試験が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の一実施例の促進耐候性試験機
に関し、第１図はその横断面で示し全体概略構成を示す
説明図、第２図はその縦断面で示し全体概略構成を示す
説明図、第３図および第４図はその要部拡大断面図であ
る。第５図は投入電流と光強度の関係を示すグラフ、第
６図はランプ表面温度と発光効率との関係を示すグラ
フ、第７図はランプの最高温度部を所定の温度に設定し
た場合の光強度保持率（％）の経時的変化を示すグラフ
である。１……試験槽、２……光源３……光フィルタ、４……ホルダ５……ノズル、６……鏡面板７……光量センサ 20……蛍光ランプ、21……保持部材 22……ソケット、23……ソケット保護板 30……保持部材、32……フッ素ゴムチューブ

フロントページの続き (72)発明者鈴木正一愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者伊藤博志愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者黒柳考司愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者田中裕二愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (56)参考文献特開昭59−48643（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−73056（ＪＰ，Ａ) 特開昭48−53790（ＪＰ，Ａ) 光学技術ハンドブック増補昭和58 年７月15日朝倉書店発行Ｐ．342〜347 東京芝浦電気株式会社照明事業部技術資料Ｎｏ．21−Ｆ−60Ａ昭和52年12 月 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 17/00 - 17/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】試料が入れられる試験室を形成する試験槽
と、該試験槽内に設けられた蛍光ランプよりなる光源
と、該光源に対向して配置された光フィルタと、該光フ
ィルタの該光源と反対側に配置され試料を保持するホル
ダと、該光源を冷却する冷却手段とよりなる促進耐候性
試験機であって、前記蛍光ランプは定格投入電流の1.4〜2.5倍の投入電流
で点灯され、該蛍光ランプには感熱部が設置され前記冷
却手段が最低温度部である該蛍光ランプの中央部の表面
温度が35〜60℃、最高温度部である該蛍光ランプの両端
部の表面温度が70℃以下となるように冷却し、かつ前記
光源の光量を検出しその検出値によって該投入電流を制
御する制御部をもつことを特徴とする促進耐候性試験
機。