JP2942444B2 - 耐候性試験装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】主として金属素材、塗料などの工
業材料、製品が屋外で劣化、腐食される状態を促進して
再現するための耐候性試験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属、塗料など屋外で用いられる各種材
料は、光（特に紫外線）、雨、結露、温湿度など各種の
環境因子によって腐食、劣化される。これを正確に再現
するには、各種の材料が使用される地域各々で使用年限
だけ屋外に曝す「屋外暴露試験」が必要である。ところ
が各種材料の使用地域は多岐にわたりかつ各地域の環境
因子は異なるため、全ての地域で「屋外暴露」を行うこ
とは実際上不可能である。又、屋外暴露では試料の腐
食、劣化に時間がかかるため、各種材料の性能評価が遅
れ、ひいては製品の開発まで遅れることになるため、各
環境因子を付加して行う耐候性試験が行われている。即
ち、光照射試験、塩水噴霧試験、浸漬試験、結露試験、
乾燥試験などを単独で又は順番に組み合わせて行う試験
が行われている。

【０００３】さて従来、各種の環境因子の中、特に光照
射と結露の繰り返しによる腐食、劣化を試験する装置と
して、図４及び図５に示すような耐候性試験装置があ
る。

【０００４】図４の装置は、試験槽２内に光源３として
メタルハライドランプが水平に配してあり、試料４はそ
の下方に水平に配した試料台４３上にその表面を光源３
に向けて載置してある。又、試料台４３の裏面に接して
試料台４３を冷却するための冷却台４４が配してある。
この冷却台４４の冷却は、例えば水タンク３４内に貯溜
した水を冷却器１５及び冷凍機３５で一定の温度（１０
゜Ｃ）に冷却し、冷却水をポンプ３６で冷却台４４内を
循環させて冷却するようになっている。この装置を用い
た一般的な結露試験は、光源３を消灯し、試験槽２内を
３０゜Ｃ、９５％ＲＨに維持した状態で、前記冷却水を
冷却台４３に供給し、試料４の裏面が接する試料台４３
を冷却して試料４表面に結露を発生させるものである。

【０００５】又、図５の装置は日本工業規格（ＪＩＳ）
Ｂ７７５３「サンシャインカーボンアーク灯式耐候性試
験機」に規定の装置で、デューサイクル試験装置を備え
たものである。図において、試験槽２内に光源３として
サンシャインカーボンアーク灯が垂直に配してあり、試
料４はこの光源３の周りを回転する回転枠５にその表面
を光源３に向けて懸架してある。又、デューサイクル試
験装置は、光源３を点灯消灯する機構（図示せず）、試
料４裏面に冷水を噴射するためのスプレーノズル４５、
スプレーノズル４５に冷水（７゜Ｃ）を供給するため
の、水タンク３４、冷却器１５、冷凍器３５、ポンプ３
６などよりなる冷水供給装置４６からなる。この装置を
用いた一般的なデューサイクル試験（結露試験）は、光
源３を消灯し、試験槽２内を３５゜Ｃ、９５％ＲＨに維
持した状態で、上記７゜Ｃの冷水を試料４の裏面に噴射
して試料４表面に結露させるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】試料が置かれている雰
囲気の露点温度以下に試料が冷却されたとき、空気中の
水分が水滴として試料に結露される。この結露水滴は露
点温度と試料温度との差によって粒径が大きく変化す
る。即ち、露点温度と試料との温度差が大きければ大き
いほど急激に粒径が大きくなる傾向がある。一般に、こ
の粒径が直径約０．４mmを超えると水滴が互いに結合し
て急激に水膜状、即ち水を噴霧したような状態に変化す
る。

【０００７】又、結露水滴の粒径と腐食率の関係は、そ
の粒径が約１μm〜５μmの場合の腐食率が最大で、粒径
が大きくなるに従って腐食率は低下することが知られて
いる。

【０００８】ところで、屋外に置かれた試料は、日中太
陽の光照射を受け高温になり、日没と共に徐々に冷やさ
れ、ここで湿度が上昇し試料が相対的に露点温度以下に
なったとき結露される。この場合、試料は極端に露点温
度以下になることは少なく、従って結露によつて試料が
水膜に覆われた状態になることは少ない。

【０００９】さて、上記従来の装置は単純に試料をその
置かれた雰囲気の露点温度以下にすることで結露させよ
うとしたものである。即ち、図４の装置の試験条件の露
点温度は２９．３゜Ｃであるが、この露点温度に対して
試料を約１０゜Ｃに冷却するのであるから、試料表面は
結露開始とほぼ同時に水膜に覆われた状態になる。図５
の装置も同様である。これは、自然界でほとんど生じな
い結露状態であり、むしろ降雨の条件に近似するもので
ある。

【００１０】従って、従来の装置で行う結露試験では屋
外に置かれた試料が結露の影響でどのように腐食、劣化
するかを正確に促進再現することはできなかった。そこ
で、試料が水膜に覆われずかつ一定粒径の結露を生じさ
せ、試料の腐食、劣化を正確に促進再現できる装置が求
められていた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、試験槽内に、水平に配した光源と、表面を光源に
向けた試料を取り付け光源の中心軸を回転軸心として回
転する回転枠と、試料の裏面に所定温度の水を噴射する
ための第１のスプレーノズルと、試料又は試料とほぼ同
材質の基板を配し、この試料又は基板上に密着固定した
結露センサーと、第１のスプレーノズルから噴射する水
と同一温度の水をこの試料又は基板裏面に噴射するため
の第２のスプレーノズルとを設け、試験槽外に、試験槽
内の温度を調節するための調温装置と、試験槽内の湿度
を調節するための加湿装置及び除湿装置からなる調湿装
置と、第１及び第２のスプレーノズルに連結し、貯溜す
る水を予め設定した試験槽内の温湿度から求められる露
点温度より若干高めに調節維持する水タンクと、試料表
面に結露する粒子の状況に応じて変化する前記結露セン
サーの出力を順次複数段階に区分し、各段階に対応して
表示する表示器とを設け、さらに、光源の点灯消灯を制
御するための第１の制御機構と、試験槽内を予め設定し
た温度に調節するために前記調温装置を制御する第２の
制御機構と、試験槽内を予め設定した湿度に調節するた
めに前記調湿装置を制御する第３の制御機構と、光源消
灯時に試験槽内が予め設定した温湿度に到達したとき水
タンクの水を第１及び第２のスプレーノズルから同時に
噴射するための第４の制御機構と、前記表示器で区分し
た段階中いずれかを選択する設定器を含み、前記両スプ
レーノズルから水を噴射すると同時に第３の制御機構に
代わって結露センサーの出力がその選択段階内になるよ
うに前記調湿装置を制御する第５の制御機構とを有する
耐候性試験装置をその手段とした。

【００１２】

【作用】上記の手段は、光源を消灯し、試験槽内が予め
設定した温湿度に達したとき、設定した温湿度から求め
られる露点温度より若干高めに設定した水で試料裏面及
び結露センサーの基板裏面を冷却する。この時点では未
結露状態である。ここから試験槽内の温度を一定に維持
した状態で加湿を開始し、試験槽内の湿度を増加させ、
試料の温度を相対的に露点温度より低くして試料表面に
結露を生じさせる。さらに、結露センサーの結露状態に
応じた出力から試験槽内の湿度を調節することによって
一定状態の結露（所定粒径の結露状態）を維持できるも
のである。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１は第１実施例の要部正面断面図及びその要部側
面断面図と各制御機構との関係を示した構成図、図２は
本実施例で用いた結露センサー１の構成図である。

【００１４】図において、試験槽２内のほぼ中央に光源
３として４Ｋｗのメタルハライドランプが水平に配置し
てある。試料４を取り付け、光源３の中心軸を回転の軸
心として回転する回転枠５は、同一径の２個のホルダー
取り付けリング６とそのそれぞれの外側に、それより大
きい同一径の回転リング７を接続して構成したものであ
る。即ち、回転リング７は同一長さの３本の支柱８を介
して相互に平行になるように固定してあり、両回転リン
グ７の内側に位置するホルダー取り付けリング６はそれ
ぞれ各支柱８に固定した支持棒９を介して接続してあ
る。尚、ホルダー取り付けリング６及び回転リング７は
その中心が一致するようになっている。

【００１５】この回転枠５の回転は、これに接するよう
に配した回転ローラー１０を回転することによって行
う。回転ローラー１０は回転リング７の１個に対してそ
の対象位置に２個（合計４個）設けてあり、それぞれ同
一径で、その中心は同一水平面上にあり、回転枠５の中
心が光源３の中心軸と一致するように設けてある。又、
試験槽２内を横断して水平かつ平行に２本のローラー回
転軸１１が配してあり、回転リング７の同一側で接する
回転ローラー１０どうしの中心を貫通して固定してあ
る。さらに、一方のローラー回転軸１１の端部はタイミ
ングベルト１２を介してモーター１３と連結してあり、
回転ローラー１０を回転するようになっている。

【００１６】試験槽２の背面空間には試験槽２内の温度
を調節するために、ヒーター１４及び冷凍器（図示せ
ず）と接続した冷却器１５からなる調温装置１６が配し
てある。この空間には試験槽２内の湿度を調節するため
の除湿器１７が配してあり、この空間の下方に接続した
加湿器１８と併せて試験槽２内の湿度を調節するための
調湿装置１９を構成している。この加湿器１８には水供
給口（図示せず）から濾過フィルター２０を経た水が、
水位の低下に応じて電磁弁２１を開閉して供給されるよ
うになっている。

【００１７】又、調温及び調湿装置１６、１９で調節さ
れた空気はこの空間上方に設けたファン２２によって試
験槽２の一方の側壁に設けた空気導入口２３から試験槽
２内に送入され、試験槽２内の空気は空気導入口２３と
ほぼ対面する位置の空気排出口２４から排出され、上記
試験槽２背面の空間下方に導かれる循環をする。

【００１８】さて、本実施例で用いた結露センサー１は
図２で示すように、極薄いフィルム２５に２枚の耐食性
金属の電極２６、２７を微小な間隔を設けて配したもの
で、結露の状況に応じて両電極２６、２７間の導通が変
化するものである。この結露センサー１をアルマイト製
の基板２８上に接着してある。この基板２８は結露セン
サー１を上に向けて水平に試験槽２内の側壁に取り外し
可能に固定してある。又、固定位置は光源３の垂直下方
に位置する試料４とほぼ同一平面上にありかつ各々の中
心線がほぼ一致する位置となっている。又、本実施例で
はこの基板２８をステンレス製としたが、これは塗膜試
料（鉄板に塗布）が多いためで、アルミニウムと鉄とは
熱電導率が比較的近似しているので腐食されにくいアル
マイト製を用いたものであって、試験する試料によって
はこの基板２８の材質を考慮する必要がある。又、試験
する試料を基板２８としてもよい。

【００１９】この結露センサー１の出力は試験槽２外に
配した表示器２９に連絡される。表示器２９の表示部は
結露センサー１からの出力を連続的かつ段階的に複数に
区分して、出力が各区分範囲にあるときその区分部分が
点灯するようになっている。本実施例ではこの区分を結
露センサー１からの抵抗値によって、抵抗値の大きい方
から順にａ、ｂ、ｃの３区分とした。又、この表示器２
９には上記ａ、ｂ、ｃの範囲を設定するための設定器３
０（後述第５の制御機構４２参照）が設けてある。

【００２０】又、光源３の垂直下方位置の試験槽２下方
には、光源３の中心軸ほぼ一致して水平にスプレー管３
１が配してあり、このスプレー管３１には垂直方向に水
を噴射するためのスプレーノズル、即ち、試料４裏面に
噴射するための第１のスプレーノズル３２、結露センサ
ー１を取り付けた基板２８裏面に噴射するための第２の
スプレーノズル３３が固定してある。

【００２１】又、スプレー管３１は試験槽２外に設けた
水タンク３４に接続している。この水タンク３４内部に
はヒーター１４、冷凍機３５につながる冷却器１５が配
してあり、貯溜する水を予め設定した温度に調節維持す
るようになっており、ポンプ３６を介して所定圧力でス
プレー管３１に圧送するようになっている。ポンプ３６
の動作は後述の第４の制御機構４１による。又、前記加
湿器１８と同じく水供給口（図示せず）から濾過フィル
ター２０を経た水が、水位の低下に応じて電磁弁２１を
開閉して供給されるようになっている。

【００２２】次に本実施例の動作の制御機構について説
明する。第１の制御機構３７は光源３の点灯及び消灯の
時間を設定し、設定した時間に応じて光源３の点灯装置
３８に信号を送り、光源３の点灯消灯を制御し、第２の
制御機構３９は予め試験槽２内の温度を設定し、設定し
た温度になるように調温装置１６のヒーター１４及び冷
却機１５（図示しない冷凍機）を制御し、第３の制御機
構４０は予め試験槽２内の湿度を設定し、設定した湿度
になるように調湿装置１９の徐湿器１７及び加湿器１８
を制御し、第４の制御機構４１は光源３消灯時に試験槽
２内が予め設定した温湿度に到達したとき第１及び第２
のスプレーノズル３２、３３から、予め設定した時間だ
け水を噴射するように水タンク３４のポンプ３６に動作
信号を送り、第５の制御機構４２は前記表示器２９に設
けた設定器３０で、結露センサー１の出力が特定の範囲
（本実施例ではａ、ｂ又はｃのいずれかの範囲で、この
範囲は上記したように結露センサー１からの抵抗値によ
って区分される）を選択する。結露センサー１の出力
が、選択した範囲内を維持するように調湿装置１９の徐
湿器１７及び加湿器１８を制御し、この制御が開始され
ると同時に第３の制御機構は制御を中止するものであ
る。又、これらの制御機構は図示しない制御盤に設けて
ある。尚、これら制御機構の動作を例えばマイクロコン
ピューター等にインプットして行ってもよい。

【００２３】さて、発明者らは数多くの実験の結果、本
発明で用いた結露センサー１の抵抗値と結露水滴の粒径
との関係を図３に示すように解明した。即ち、抵抗値が
１．５ＭΩ〜０．８ＭΩのときの粒径は約０．００５mm
〜０．０２mm、抵抗値が０．８ＭΩ〜０．５ＭΩのとき
の粒径は約０．０２mm〜０．０８mm、抵抗値が０．５Ｍ
Ω〜０．１ＭΩのときの粒径は約０．０８mm〜０．２mm
であった。

【００２４】このような実験結果から、本実施例では例
えば、暗黒時の試験槽２内温度を３０゜Ｃ（試験槽２内
に設けた図示しない乾球温度計の指示温度）に、水タン
クの水温を２８゜Ｃに維持し、結露センサー１とつなが
る表示器２９に設けた設定器３０に、ａが１．５ＭΩ〜
０．８ＭΩ、ｂが０．８ＭΩ〜０．５ＭΩ、ｃが０．５
ＭΩ〜０．１ＭΩとなる抵抗値の範囲を設定した。即
ち、結露の水滴の粒子径に当てはめると、上記のように
ａが約０．００５mm〜０．０２mm、ｂが約０．０２mm〜
０．０８mm、ｃが約０．０８mm〜０．２mmに相当するよ
うにした。又、上記各設定範囲を設定したとき、第５の
制御機構４２による調湿装置１９の制御湿度がａの場合
は９０％ＲＨ（露点温度２８．３゜Ｃ）、ｂの場合は９
５％ＲＨ（露点温度２９．３゜Ｃ）、ｃの場合は９８％
ＲＨ（露点温度２９．８゜Ｃ）となるようにしてある。
ここで、結露水滴の成長が急激であると、実際上第５の
制御機構４２の制御が不可能となるため、露点温度と試
料４温度との差を比較的小さくした。

【００２５】以下、本実施例の装置を用いた試験を説明
する。試験条件は、（ａ）光照射試験：試験温度６３゜
Ｃ（試験槽２内に設けた図示しないブラックパネル温度
計の指示温度）、湿度５０％ＲＨ、試験時間３．２時
間、（ｂ）結露試験：光源３消灯、試験温度３０゜Ｃ
（試験槽２内に設けた図示しない乾球温度計の指示温
度）及び湿度８０％ＲＨに到達後、試験時間１時間、
（ｃ）第５の制御機構４２の設定器はｂを設定、又、上
記のように（ｄ）水タンク３４内の水の設定温度を２８
゜Ｃとした。

【００２６】このときの動作は次の通りである。 （ア）光照射試験：第１の制御機構３７に設定された時
間だけ光源３３を点灯し、その間、第２及び第３の制御
機構３９、４０によって、試験槽２２内を設定温湿度に
維持するように調温装置１６及び調湿装置１９を制御す
る。 （イ）結露試験：下記イー１〜イー３の動作。 イー１：第１の制御機構３７により光源３を消灯し、第
２及び第３の制御機構３７によって、試験槽２内が設定
の温湿度（３０゜Ｃ、８０％ＲＨ）になるように制御す
る。 イー２：設定温湿度に到達後、第４の制御機構４１によ
り水タンク３４の２８゜Ｃの水を第１及び第２のスプレ
ーノズル２３、３３に供給し、試料４裏面及び結露セン
サー１の基板２８裏面に噴射する。このとき、試験槽２
内の（温湿度：３０゜Ｃ、８０％ＲＨ）露点温度は２
６．２゜Ｃであり、試料４及び結露センサー１は水噴射
によって２８゜Ｃに維持されているため、結露は発生し
ていない。 イー３：結露センサー１からの出力（抵抗値）が、第５
の制御機構４２に設定されたｂの抵抗値０．８ＭΩ〜
０．５ＭΩになるように、この制御機構４２によって、
調湿装置１９を制御する。この場合、上記イー２では結
露が発生していないので、加湿器１８を動作して試験槽
２内を、試料４及び結露センサー１の温度（２８゜Ｃ）
が相対的に露点温度より低い温度となり、かつ結露セン
サー１の出力がｂの抵抗値の範囲となるように加湿す
る。抵抗値がｂの範囲を超えた場合は徐湿器１７を動作
して、結露センサー１の出力がｂの範囲の抵抗値となる
ように試験槽２内を調湿する。この（ア）、（イ）を所
定回数繰り返す。

【００２７】

【効果】本発明によれば、試験中の結露状態を結露セン
サーに接続した表示器によって確認できるので、確実に
結露が発生しているかどうかがわかる。又、従来結露水
滴の大きさは考慮されず、屋外暴露ではほとんど生じな
い試料が水膜に覆われた状態であっても結露試験として
いたが、本発明によれば、一定範囲の大きさの結露水滴
を維持して試験できるので、屋外暴露とも相関し、試料
の腐食、劣化を再現性よく促進試験できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す構成図。

【図２】本発明の実施例に用いた結露センサー部分の構
成図。

【図３】結露センサーの抵抗値と結露水滴の粒径を示す
図。

【図４】従来の耐候性試験機の一例の要部構成図。

【図５】従来の耐候性試験機で、図４と異なる装置の一
例の要部構成図。

【符号の説明】

１ 結露センサー ２ 試験槽 ３ 光源 ４ 試料 ５ 回転枠 １６ 調湿装置 １７ 徐湿器 １８ 加湿器 １９ 調湿装置 ２９ 表示器 ３０ 設定器 ３２ 第１のスプレーノズル ３３ 第２のスプレーノズル ３７ 第１の制御機構 ３９ 第２の制御機構 ４０ 第３の制御機構 ４１ 第４の制御機構 ４２ 第５の制御機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小島 隆 東京都新宿区新宿５丁目４番14号スガ試 験機株式会社内 (72)発明者 篠原 憲壽 東京都新宿区新宿５丁目４番14号スガ試 験機株式会社内 審査官 ▲高▼見 重雄 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 17/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光照射、明暗サイクル、結露などの試験
   を行う耐候性試験装置であって、試験槽内に、水平に配
   した光源と、表面を光源に向けた試料を取り付け光源の
   中心軸を回転軸心として回転する回転枠と、試料の裏面
   に所定温度の水を噴射するための第１のスプレーノズル
   と、試料又は試料とほぼ同材質の基板を配し、この試料
   又は基板上に密着固定した結露センサーと、第１のスプ
   レーノズルから噴射する水と同一温度の水をこの試料又
   は基板裏面に噴射するための第２のスプレーノズルとを
   設け、試験槽外に、試験槽内の温度を調節するための調
   温装置と、試験槽内の湿度を調節するための加湿装置及
   び除湿装置からなる調湿装置と、第１及び第２のスプレ
   ーノズルに連結し、貯溜する水を予め設定した試験槽内
   の温湿度から求められる露点温度より若干高めに調節維
   持する水タンクと、試料表面に結露する粒子の状況に応
   じて変化する前記結露センサーの出力を順次複数段階に
   区分し、各段階に対応して表示する表示器とを設け、さ
   らに、光源の点灯消灯を制御するための第１の制御機構
   と、試験槽内を予め設定した温度に調節するために前記
   調温装置を制御する第２の制御機構と、試験槽内を予め
   設定した湿度に調節するために前記調湿装置を制御する
   第３の制御機構と、光源消灯時に試験槽内が予め設定し
   た温湿度に到達したとき水タンクの水を第１及び第２の
   スプレーノズルから同時に噴射するための第４の制御機
   構と、前記表示器で区分した段階中いずれかを選択する
   設定器を含み、前記両スプレーノズルから水を噴射する
   と同時に第３の制御機構に代わって結露センサーの出力
   がその選択段階内になるように前記調湿装置を制御する
   第５の制御機構とを有し、光照射と、光源消灯時に結露
   センサーの出力を制御して試料に所定粒径の結露を生じ
   させ、結露の定量化によって耐候試験の精度を向上させ
   たことを特徴とする耐候性試験装置。