JP3122986U

JP3122986U - 耐候試験機用放射照度計及び該放射照度計を搭載した耐候試験機

Info

Publication number: JP3122986U
Application number: JP2006002999U
Authority: JP
Inventors: 須賀　長市; 渡辺　洋二; 浩崇堀田
Original assignee: Suga Test Instruments Co Ltd
Current assignee: Suga Test Instruments Co Ltd
Priority date: 2006-04-20
Filing date: 2006-04-20
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2016-04-20

Abstract

【課題】耐候試験機用搭載型放射照度計が示す瞬時値は、ランプ点灯後の初期特性、分光放射照度の経時変化、入力電力の変化などにより、変動が大きい。積算値（とその平均値）は途中経過を考慮しないので、異常を見逃す恐れがある。そのため、放射照度の時間的推移の傾向を的確に把握する指標が必要であった。
【解決手段】設定時間毎に平均値を連続測定し、記憶、表示できる放射照度計を開発した。平均値が規定範囲内にあるかチェックすることで、光源に異常がないか判断する。放射照度計は、この情報を赤外線通信によって発信し、受信した耐候試験機は、文字、音、光で試験者に知らせる。
【選択図】図１

Description

本考案は、メタリングアークランプ、キセノンアークランプ、サンシャインカーボンアークランプ、紫外線カーボンアークランプのうちいずれか１つを光源とする耐候試験機で、試料枠に取り付ける搭載型放射照度計及び該放射照度計を搭載した耐候試験機に関する。

耐候試験機は物質（原材料）の寿命を知るために、試料に強力な光エネルギーを照射して、物質を速く劣化させる装置である。その光源は歴史的に様々なものが開発されてきたが、現在はメタリングアークランプ（以下メタリングランプ）、キセノンアークランプ（以下キセノンランプ）、サンシャインカーボンアークランプ（以下サンシャインカーボン）、紫外線カーボンアークランプ（以下紫外線カーボン）が一般的に使用されている。

各光源から放射される光の放射照度を測定、制御することは、耐候試験の条件を統一する意味で大変重要なことであり、その測定手段として放射照度計が使用されている。

耐候試験機本体に組み込まれた放射照度計は、光源の放射照度の瞬時値を刻々と表示し、それを積算した積算値もあわせて表示している。一方、サンシャインカーボン耐候試験機や紫外線カーボン耐候試験機のように、試験機本体に放射照度の表示器がない試験機では、試験槽内の試料回転枠に取り付けて搭載する放射照度計によって、放射照度の測定が可能となる。

また、前記搭載型放射照度計（標準器とする）は耐候試験機に組み込まれた放射照度計（被校正器とする）の校正にも利用される。
放射照度校正は光源の放射が安定した後、両者同時に一定時間の積算値を測り、測定時間で除して平均値を求め、両者の値を比較、補正する方法で行われる。

また、他の搭載型放射照度計を校正することも可能である。この場合両者を隣り合わせに試料回転枠に取り付け、同時に校正を行う。

このように従来は、瞬時値、積算値又は単純平均値で、放射照度を表示することが多かった。（特許文献１，２参照）

実願平１−１２５８３４特願平２−２４９２６５

放射照度の瞬時値は瞬間的に大きく変化し、一時的に放射照度の規定範囲を外れることがあるが、その変動の要因は大きくわけて３つ考えられる。

１つは、点灯後設定照度に達するまで、徐々に放射照度が高くなっていく変動があげられ、各光源の種類によって、その立ち上がり初期特性は様々である。

たとえば、キセノンランプを５ｋＷで点灯した例では、測定波長域３００−４００ｎｍにおいて、１分後に３８Ｗ／ｍ^２、２分後に３９Ｗ／ｍ^２とほぼ変わらないが、３分後には１１４Ｗ／ｍ^２に上昇し、４分後には１４７Ｗ／ｍ^２に達し、５分後以降ほぼ１３９〜１４８Ｗ／ｍ^２で安定した。

サンシャインカーボンは放電電圧５０Ｖ，放電電流６０Ａで放電する。４対あるカーボン電極のうち点灯、放電するのは最も長いカーボン１対のみである。カーボン対が放電、燃焼して短くなると、そのカーボン対は消灯し、他の一番長いカーボン対が放電を始める。このように消灯と点灯を繰り返すので、放射照度の変動は大きく、測定波長域３００−７００ｎｍにおいて、放射照度２５５Ｗ／ｍ^２±１０％に安定するのに、約２０分要することもある。

紫外線カーボンは放電電圧１３５Ｖ，放電電流１６Ａで放電するが、点灯後３分間は約２０Ａの大電流を流してカーボンを熱し、放電を安定させる。３分経過後、電流が２０Ａから１６Ａに下降するのに対して、電圧は低い値から徐々に上昇して１３５Ｖとなり、測定波長域３００−７００ｎｍにおいて、放射照度５００Ｗ／ｍ^２±１０％に安定するのは、約２０分後である。

メタリングランプは測定波長域３００〜４００ｎｍにおいて、放射照度を６５０〜２０００Ｗ／ｍ^２の間で任意の値に設定することができる。ランプ内に封入した金属が十分に熱せられて蒸発し、放電が安定するのは約３０分後である。

もう１つは、放射照度の分光分布の変化による変動をあげることができる。
たとえば、キセノンランプの場合、太陽光の分光分布に最も近似しているが、時間の経過に伴い、赤外域の分光エネルギーが徐々に大きくなる。
また、紫外線カーボンの場合、約３６０ｎｍ，約３８５ｎｍ，約４１５ｎｍ付近の波長に放射エネルギーが集中しているが、時間の経過に伴い、約３６０ｎｍと約４１５ｎｍの分光放射照度は大きく変化することが知られている。
放射照度は分光放射照度を積分したものなので、分光放射照度が変化すれば放射照度の値に影響する可能性は高い。

最後に、入力電圧の変動をあげることができる。
たとえば、サンシャインカーボンの場合、放電電圧５０Ｖ，放電電流６０Ａを保持するように放電を制御しているが、耐候試験機への入力電圧の変動が光源の放電電圧電流に影響を与え、放射照度の変動要因になりうる。
これは、サンシャインカーボンに限らず、各光源に共通している。

このように放射照度の瞬時値は各光源の特性や入力電圧に応じて大きく変動するので、放射照度の変化の傾向を把握するには適さないので、瞬時値に代わる指標が求められていた。

また、放射照度の積算値に関しては、設定時間終了後の全日照時間のみが表示されるので、放射途中に異常があったかどうかは知ることができない。

また、従来の放射照度の平均値は、測定開始から終了までの放射照度の積算値を測定時間で除した値であり、一定時間毎の平均値を求める場合には、搭載型放射照度計の平均値を読んだ後、再測定をせねばならず、更に回転型試料枠の場合には、回転を一旦停止するので、はなはだ不都合であり試験結果に悪影響を及ぼす場合もあった。また、再測定までの間に光源に異常が生じた場合には、その現象を見逃すことにもなった。

瞬時値と積算値に加えて、設定単位時間毎の平均値を放射照度の指標として、搭載型放射照度計に表示する。

耐候試験機の光源から発せられた光エネルギーを搭載型放射照度計のフィルタを通し、光電素子からなる受光器で受け止め、電流に変換する。この電流は微弱なので増幅器で増幅してから、ＡＤ変換器でアナログ信号からデジタル信号に変換する。
このデジタル信号を基に、マイクロコンピュータで放射照度の瞬時値と積算値を演算し、設定単位時間毎に平均値を演算し、これを測定全時間になるまで繰り返す。

これらの積算値と平均値をメモリーに記憶し、瞬時値、積算値、平均値を液晶表示器に表示する。

この搭載型放射照度計は赤外線通信機能を備え、５０ヘルツと６０ヘルツ及びこれらの高次周波数を除いた周波数の赤外線を、赤外線発光器で発信する。これらの周波数を用いないのは電源からのノイズを避け、赤外線がより正確に伝わるようにするためである。
赤外線通信で伝達する信号は、
１、偏差値が予め設定した範囲を逸脱したことを示す信号
２、放射照度測定全時間経過後、この測定を停止したことを示す信号
である。

次に、この搭載型放射照度計を試験槽の試料回転枠に搭載した耐候試験機について説明する。
搭載型放射照度計から発信された赤外線信号を、耐候試験機槽内に設けられた赤外線受光器によって受信する。耐候試験機は受信した信号を基に、文字、音、光などの手段によって表示し、試験者に知らせる。

放射照度の平均値を設定時間毎に連続して測定することによって、瞬間的な変化にとらわれることなく、放射照度の時間的変動の傾向を、より明確に把握することができ、耐候試験機の光源が正常に光を放射していたかどうか、チェックすることができる。
特に光源の点灯後安定するまでの立ち上がり初期特性や放電電流電圧のチェックに有効である。

本考案の耐候試験機用搭載型放射照度計は、光源の種類と測定波長域によって、種類が異なるが、ここではキセノンランプ用（３００−４００ｎｍ）のものを図１及び２に基づいて実施例として説明する。

該搭載型放射照度計本体は樹脂製で、小型軽量であり、使用温度範囲が広く、耐水性に優れる。

キセノンランプ５から放射される光エネルギーをフィルタ（図示せず）に通して受光器４で受光した後、増幅器（図示せず）で増幅し、ＡＤ変換器（図示せず）でアナログ信号からデジタル信号に変換する。この信号を基に、放射照度計内蔵のマイクロコンピュータ（図示せず）で、放射照度の瞬時値、積算値及び平均値を演算する。これらの値は液晶表示器２に表示され、また赤外線発光器１から赤外線信号によって、耐候試験機の赤外線受光器１３に伝えられる。

耐候試験機の試験槽にキセノンランプ５を設置し、試料回転枠６に試料ホルダ７とエネルギー受光器８と搭載型放射照度計１５を取り付ける。搭載型放射照度計１５からの前記信号を赤外線受光器１３で受信し、タッチパネル１２に表示する。
また前記平均値が規定範囲を逸脱した場合、アラームを鳴らし、異常表示灯１４を点灯して試験者に知らせる。
また、測定全時間に達し、測定が終了した場合は、ブザーで知らせる。
上記のように、タッチパネルの文字、アラームとブザーの音、異常表示灯の光のいずれか1つ、又は１つ以上の手段で試験者に知らせる。

実際にキセノンランプ耐候試験機で本考案の搭載型放射照度計によって、放射照度を５分毎連続測定し、その平均値を求めた例を示す。

試験条件：試験機；スガ試験機株式会社製スーパーキセノンＳＸ７５
光源；７．５ｋＷキセノンアークランプ
フィルタ;アウターフィルタ＃２７５、インナーフィルタ石英
放射照度；１８０Ｗ／ｍ^２（測定波長域３００−４００ｎｍ）
放射照度測定間隔；5分毎
測定全時間；1時間
温度ＢＰＴ６３℃、湿度５０％ｒｈ

試験結果：外気温湿度；２３℃、３９％ｒｈ
放電電圧１９０Ｖ,放電電流２９Ａ,放電電力５．５ｋＷ,電源電圧１９２Ｖ
温度ＢＰＴ６２℃、湿度５０％ｒｈ、槽内温度２８℃
放射照度の5分毎の測定平均値は表１参照

放射照度の規定範囲を設定値の上下限１０％以内（JIS B 7754,キセノンアークランプ式耐候性及び耐候性試験機より）とすると、平均値の規定範囲は、
１８０Ｗ／ｍ^２の場合：１６２〜１９８Ｗ／ｍ^２となる。
表１の例で平均値は、１７８〜１８２Ｗ／ｍ^２を示しているので、規定範囲内であり、耐候試験機の光源に異常は見当たらないことがわかる。

本考案の耐候試験機用搭載型放射照度計本考案の耐候試験機用搭載型放射照度計を搭載した耐候試験機

符号の説明

１赤外線発光器
２液晶表示器
３操作ボタン
４受光器
５キセノンランプ
６試料回転枠
７試料ホルダー
８エネルギ−受光器
９ブラックパネル温度計
１０主電源スイッチ
１１記録計
１２タッチパネル
１３赤外線受光器
１４異常表示灯
１５搭載型放射照度計
１６表面スプレー

Claims

メタリングアークランプ、キセノンアークランプ、サンシャインカーボンアークランプ、紫外線カーボンアークランプのうち、いずれか1つを光源とする耐候試験機のランプ点灯後の放射初期特性を正確に把握するために、時間的に推移する放射照度を連続測定する放射照度計に関するもので、
１）光源からの光エネルギーを電流に変換する光電素子とフィルタとからなる受光部と、
２）前記電流の値を増幅する増幅器と、
３）ＡＤ変換器を内蔵し、放射照度の瞬時値と積算値を、前記電流の値を基に演算する回路と、
４）前記積算値を記憶する回路と、
５）前記瞬時値と前記積算値を表示する液晶表示器と、
６）前記回路を作動するのに要する電力供給用の充電式電源と
を装備する耐候試験機用放射照度計であって、
予め設定した単位時間ごとに、その時間内の瞬時値を基に平均値を求め、これを単位時間ごとに繰り返す回路を有することを特徴とする放射照度計。
５０ヘルツと６０ヘルツ及びこれらの高次周波数を除いた周波数によって、
ａ）前記平均値が予め設定した範囲を逸脱したことを示す信号と、
ｂ）予め設定した放射照度測定全時間に到達した後、放射照度測定を停止したことを示す信号
のうち、いずれか１つ、又は両方の信号を、耐候試験機の赤外線信号受光器に向けて発信する赤外線発光器を有する請求項１に記載の放射照度計。
請求項２の放射照度計を耐候試験機の試料回転枠に搭載し、
前記赤外線発光器からの信号を、
前記耐候試験機に装着した赤外線受光器によって受信し、
文字,音,光のいずれか１つ,又は１つ以上の手段で示すことを特徴とする耐候試験機。