JP3388284B2 - 耐候光性試験装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】塗料、繊維、紙、プラスチッ
クなどの各種工業材料及び製品の耐候性並びに耐光性を
調べる人工光源を有する耐候光性試験装置に関するもの
で、より詳細には、試験槽内において、輻射エネルギ
ー、試験槽内温度が合成された試料温度を測定する規定
のバイメタルダイヤル式温度計を用いたアナログ表示に
よる温度測定管理をデジタル化し、データ管理をし易く
した耐候光性試験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、塗料、繊維、紙、プラスチックな
どの耐候光性試験における温度管理は、日本工業規格に
規定されたブラックパネル温度計が用いられる。例え
ば、試験の対象がプラスチック、人造皮革、繊維、加硫
ゴムなどの自動車部品や、耐候性が低下する恐れがある
表面処理を施した部品となっているＪＩＳ Ｄ ０２０
５（自動車部品の耐候性試験方法）には、１mm×１５０
mm×７０mmのステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４）にバイメ
タルダイヤル式温度計（１℃目盛、感熱体保護管３．５
mm）を密着して取り付け、耐候性黒色エナメルを施した
のもとすると記載されている。

【０００３】更に、ＪＩＳ Ｂ ７７５１（紫外線カー
ボンアーク灯式耐光性及び耐候性試験機）の付図にも記
載されたように、この温度計は、ブラックパネル（１
４）のの感熱部に、簡便で、耐久性のあるバイメタルが
多く使用されている。即ちバイメタル（２１）の感熱体
を金属板であるブラックパネル（１４）の中心に一致さ
せて取り付け、感熱体保護管（２８）を密着固定した構
造で、図５に示すような図示しない目盛の付いたダイヤ
ル式温度表示部（２６）を有するものである。これをホ
ルダーに取り付けて、試料枠に試験片と並置して測定
し、試料の試験温度の現在値を示すものである。

【０００４】従って、ブラックパネル温度計は試験槽外
から覗き窓を通して指針の示す細かな目盛を読み取る方
式のものであり、読み取った温度が温度管理データとな
る。場合によって、空気温度設定を変えることが必要に
なるなど正確さが要求される作業である。

【０００５】また、ブラックパネル温度計の表示する温
度は、暴露される試料の表面温度であり、基本的には試
料に照射される光エネルギーの吸収、放出や試料内の熱
伝導、更に、試料と周囲空気又は試料ホルダーとの間の
熱移動などに依存していて、正確な計測が困難であると
されている。

【０００６】試験装置としては、光エネルギーの安定的
照射のため、試料枠を一定速度で回転させ、試料への均
一な露光を図り、試料の周囲を流れる空気の風速を一定
にするなど、試料温度の正確な制御を行っている。

【０００７】このような試験試料それ自体の温度を条件
とした耐候光性試験装置には、通常、一つの試験槽内の
回転する試料枠上に複数試料ホルダーが取り付けられ、
これによる試料の数は、試験装置の大きさによって異な
るとしても、数十枚乃至百数十枚になる。これらが円筒
状になって光源の周囲を回転しながら、所定距離を措い
た光源からの光エネルギーに暴露され、試料と並置され
たブラックパネル温度計が輻射熱と試験槽内の空気温度
との合成された温度を試料温度として認識する重要な試
験条件の一つとなっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような耐候光性試
験装置において、試験の対象が前述したように、プラス
チック、人造皮革、繊維、加硫ゴムなどの自動車部品、
耐候性が低下するおそれがある表面処理を施した部品な
どであり、一つの試料枠に多種類の素材からなる試料が
取り付けられ、或いは試料表面の色、即ち着色材などが
異なる試料が円筒状をなして取り付けられ、その複数の
試料の温度を一個のブラックパネル（以後、単にパネル
ということがある）を担持した温度計で代表させること
は実際上、止むを得ない手段であるとして行われてき
た。

【０００９】しかし、いわゆるブラックパネルを担持し
た温度計には、その構造、材質により表示温度が相違す
る問題点があった。即ち熱絶縁したパネルと熱絶縁しな
いパネルにより相違し、パネルの板厚やパネルと温度計
を結ぶ止め金の材質によっても表示温度が異なる。これ
は、ブラックパネル温度計の各要素の熱伝導率に差があ
るためであり、ＪＩＳとＩＳＯでは異なる規定がなされ
ている。

【００１０】この熱伝導率に起因して温度に差がでてく
ることは、試験試料においても生じうることであり、同
一の試料枠に置かれ、同じブラックパネル温度で制御さ
れた試験でも劣化結果が異なってくる一因となる。

【００１１】また、ブラックパネル温度計は、多種類の
試料の試料温度を代表させるため、照射される光エネル
ギーの全波長を吸収する黒色に塗装してあるが、各試料
はそれぞれ異なる色を有しており、従って、異なる吸収
波長の表面色を持って光源に向けて保持されている。こ
の点も前述と同様に、同じブラックパネル温度で制御さ
れた試験でも劣化結果が異なってくる一因となる。

【００１２】この塗装色による吸収の違いを考慮したも
のに、本出願人による特公昭５２−４６５０４号（差温
輻射計）がある。これには、耐候光試験機に特に開発さ
れた差温輻射計として、二枚の耐熱絶縁性の合成樹脂薄
膜上に銅箔を貼り、エッチングによりリボン線の多数列
を形成せしめたものの両端部に金属箔を貼り、一方を黒
色他方を白色に塗り、受光面を形成せしめ、光源からの
輻射を受け、その時の温度差によって、輻射強度を測定
する技術が示されている

【００１３】また、本出願人による特公平７−１５４０
９号（耐候光試験機の光エネルギー受感装置）は、分光
感度補正フィルターを面積比で２分割し、おのおの熱電
対を５０対平行に配列し、一方をオプチカルブラック塗
装した高温接点、他方を硫酸バリウム塗装した冷温用接
点とした受感部を形成し、両接点間の温度差による熱起
電力を測定し、光エネルギー値に換算できるようにした
ものであり、上記と同じ技術思想が開示されている。

【００１４】しかしながら、暴露試験の対象は繊維、
紙、プラスチックなどステンレス板ではない材質が多数
であり、素材のもつ熱伝導率が異なり、且つ色は白、黒
のみならず無数にあり、同じ素材であっても前記したよ
うに、表面色の違いによって、エネルギーの吸収が異な
るから、例えば、試料枠上の複数の試料の表面色が明度
が低く暗色である場合と、明度が高く明色である場合と
では、円筒状を成す試料枠内での光の反射具合が異な
り、特に、試験の開始後、或いは空気温度制御動作後の
ブラックパネル温度計による制御温度が異なり、引いて
は試料個々の実温度とに差が生ずるという問題点があっ
た。

【００１５】また、従来のブラックパネル温度計による
温度管理は、ブラックパネル温度計が試料枠上の試料と
並置して取り付けられ、この試料枠が光源を中心にその
周囲を回転しており、試験槽の扉に設置された覗き窓か
ら観察し、温度計上端部にある指針の示す目盛を読み取
るものである。図示しない温度表示目盛は各種温度条件
に対応できるように、＋２０〜＋１２０℃まで表示さ
れ、目量１℃のものが通例使用されている。温度指針は
最大３００°回転できるようになっている。覗き窓のガ
ラスは目の保護のため、遮光性ガラスが使用されてい
て、着色してあり、これを通して移動する温度計の細か
な目盛を読み取り、これを１０回繰り返して記録し、そ
の平均値も計算するという大変手間のかかる作業となっ
ていた。

【００１６】更に、前述した従来のブラックパネル温度
計はバイメタルダイヤル式であり、温度変化をバイメタ
ルの機械的変位、更に、回転トルク及び角度変位に変換
し、指針により目盛表示されるため、温度変化に対する
応答性が悪く、従って、試験槽内の空気温度制御のため
に、外気の導入により変動する槽内空気温度に即答した
温度表示ができないという欠点があった。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、以下のように構成した。即ち請求項１において、本
発明は、耐候光性試験装置における試験中の試料温度測
定に関するものであり、まず、試料温度測定を指針の示
す目盛の読み取りによる温度計ではなく、温度検出部及
び容器に格納されたＡ／Ｄ変換部、液晶表示部、ＣＰＵ
部及び定電圧制御部を含む表示計測部とから構成し、パ
ネルの裏面に半導体温度センサーを密着させ、該パネル
の受感温度が前記半導体温度センサーの出力電圧に変換
されたのち、前記液晶表示部に温度データが表示される
デジタル直読のパネル温度計とした。

【００１８】次に、前記温度検出部は試料表面色を考慮
して、試験試料と同一の色相及び材質のパネルを受感部
とし、構成するパネル温度計を具備させた。

【００１９】更に、温度データ収集の便宜を考慮して、
前記ＣＰＵ部は、計測制御部、演算部、表示切換部と、
電源・表示切換・平均・計測の各スイッチから構成さ
れ、前記計測制御部の作動開始により、前記液晶表示器
に受感温度の瞬時値が直読表示される一方、前記演算部
において積算された前記瞬時値からの平均値、最高値及
び最低値を表示切換部を介し、順次直読表示できるよう
にした。

【００２０】請求項２において、前記半導体温度センサ
ーからの出力電圧を発信し、前記ＣＰＵ部で受信し、前
記平均値、最高値及び最低値を表示切換部を介し、順次
直読表示できるようにしたことを特徴とする請求項１に
記載の耐候光性試験装置とした。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図に基づい
て説明する。図１は本発明の耐候光性試験装置の温度管
理に用いられるパネル温度計の正面図である。図２は本
発明の耐候光性試験装置の温度管理に用いられるパネル
温度計の側断面図、図３は本発明の耐候光性試験装置の
実施例を示す正面図及び側断面図、図４は本発明のパネ
ル温度がデジタル表示されるまでのブロック図、図５は
従来のブラックパネル温度計の正面図、図７は表面色の
異なる試料の分光反射率を示す分光分布図である。

【００２２】図３（ａ）及び（ｂ）は本発明の耐候光性
試験装置の実施例であり、試験槽内光源の周囲を回転す
る試料枠（１７）があり、複数の試料（１８）を保持し
た複数の試料ホルダー（１６）が吊り下げられていて、
該試料ホルダーと並置させて、図１に示すような本発明
の温度制御に用いるパネル温度計（２）が取り付けられ
ている。

【００２３】図３（ｂ）に示すように、槽中心にある光
源（２３）に向けて多数の試料（１８）が取り付けられ
て、やや異形の円筒状を形成し、試料の表面温度は光源
からの輻射エネルギーと槽内空気温度とが合成された温
度であるように構成され、並置されるパネル温度計
（２）に表示される。通常は試験条件としてブラックパ
ネルで６３℃±３℃と規定されて実施されることが多
い。

【００２４】従って、試験槽内の図示しないセンサーに
より、槽内空気温度が設定温度を超えると、送風機（１
９）が作動し、外部の冷風が試験槽底部から取り込ま
れ、矢印（２９）に示されるように、試料枠の下方から
試料の前後を上方へ流れ、試験槽上部の排気ダンパー
（２０）が開いて熱気を追い出し、空気温度を下げるよ
うに働いて、規定の試験温度条件内に温度制御されるよ
うになっている。

【００２５】冷気の流入と、排気ダンパー（２０）の開
閉によって、パネル（４）の温度は空気温度の変化を反
映することになる。図６は従来のブラックパネル温度計
を構成する部品である止め金（２７）の材質の違いによ
るブラックパネル温度の変動を示すものであるが、送風
機（１９）の作動及び停止に伴うパネル温度変化をも示
している。

【００２６】図５に示すように、従来のブラックパネル
温度計（１３）は、その温度変化を螺旋形状のバイメタ
ル（２１）の回転する機械的変位に転換し、ダイヤル式
温度表示部（２６）の指針の示す図示しない目盛を読み
取るものである。これに対し、本発明の構成は図２に示
すように、温度検出部（３）において、パネル（４）と
その裏面に密着させた半導体温度センサー（５）とで構
成してある。パネル（４）と表示計測部（２４）との間
に空隙を設けてあり、槽内空気が充分流通するようにし
てある。

【００２７】この温度検出部（３）は、図４に示すよう
に、光源からの光エネルギーと雰囲気温度の変動に応じ
て、パネル（４）の裏面に密着させた半導体温度センサ
ー（５）からの出力電圧を容器内の表示計測部（２４）
のＡ／Ｄ変換部（６）に送るもので、更に、ＣＰＵ部
（１２）内の計測制御部（７）、演算部（８）、表示切
換部（９）、液晶表示部（１０）へと送られ、デジタル
表示される。半導体温度センサー（５）は、サーミスタ
ー等に比べ、温度と出力電圧との関係が直線的で且つ測
温抵抗体等に比べ、微小なセンサーであるため、制作コ
ストが安くて済み、本装置には好適である。なお、定電
圧制御部（２５）はＣＰＵ部（１２）及び温度検出部
（３）に接続され、充電池を備えている。電源は商用電
源を用いるが、光源（２３）の光エネルギーを利用した
太陽電池を用いることも可能である。

【００２８】前述したように、従来のバイメタルダイヤ
ル式のブラックパネル温度計による測定は、試験槽扉の
覗き窓（２２）から１分間１回転又は３回転の速度で移
動する試料枠（１７）上のブラックパネル温度計（１
３）の指針の示す目盛を、小数点以下１桁まで読み取る
ものであったが、これに対し、本発明は、図１及び図４
に示したように、１秒毎に計測し、これを瞬時値とし
て、常に表示できるようになっている。

【００２９】本来、ブラックパネル温度計（１３）は試
料温度のチェック用として用いられるため、１分間１回
転の速度で移動する場合は目盛を１０回読み取り、その
平均値を算出することになっている。従って、１０分間
の読み取り時間が必要であった。図６に示すようなブラ
ックパネルの温度変化の場合に、変化の大きいピークを
測定し、１０回平均した温度や変化の小さいときを１分
毎に測定し、１０回平均した温度もあり得るから、どち
らが正確な試料温度の実際を表しているか判断するのは
難しい。

【００３０】図１に示すように、本発明において、平均
値は平均のスイッチ（１１）を押して平均モードが作動
し、所定時間経過して再度平均のスイッチ（１１）を押
すと、その間の瞬時値が積算され保持されたうえ、平均
計算を自動に行って、直ちに液晶表示部（１０）で直読
できるようになっている。平均モードが作動中は、これ
を示す表示ランプが該液晶表示部に点灯する。

【００３１】また、所定時間内の最高値、最低値も表示
できるようにしてある。前記表示切換部（９）のスイッ
チ（１１）には上下に表示ランプ（１５）があり、スイ
ッチを順次切り換えていくと、上の表示ランプが点灯す
れば最高値、下の表示ランプが点灯すれば最低値、上下
両方が点灯すれば平均値が表示されていることがわか
り、上下両方が点灯していないときは、瞬時値が表示さ
れていることが分かるようにしてある。

【００３２】本発明の請求項２は、前記平均値、最高
値、最低値を試験槽外部において、監視できる構成が開
示されている。即ち前記半導体温度センサーの出力電圧
を発信し、前記ＣＰＵ部（１２）に設けた図示しない受
信部で受信できるようにした。

【００３３】従って、前記温度検出部（３）と表示計測
部（２４）とは分離され（図示しない）、温度検出部
（３）は試料枠上にあり、表示計測部（２４）は試験槽
外部にあって、瞬時値が常に表示されるとともに表示切
換部（９）のスイッチ（１１）によって、適宜、平均
値、最高値、最低値を読み取ることができるように構成
してある。

【００３４】表１は、試料の材質、厚み、色の違いによ
って、同じブラックパネル温度でも試料自体の温度が異
なることを示す実施例である。一定の流れのある空気温
度５８℃の雰囲気中で、ブラックパネル温度計が７８℃
を示したとき、試料それぞれの温度が異なることが示さ
れていて、従来の温度計が一つの尺度ではあるが、実際
の暴露中の試料温度を正確に示しているとは言い難かっ
た。

【００３５】

【表１】

【００３６】本発明は、上記温度の違いをもたらす要素
のうち、試料表面色に着目して構成されたものである。
図７に示したように、分光反射率曲線が色によって異な
るから、例えば、同一色相の多数の試料が保持された試
料枠（１７）内において、暗色の場合と明色の場合とで
は、対面する試料間の相互の反射具合が違い、光エネル
ギーは一定であっても、光の吸収が違うため劣化結果に
も影響する。

【００３７】そこで、温度検出部（３）のパネル（４）
を試験試料と同じ色相にすることによって、試料表面と
輻射エネルギーの吸収を同じにして、正確に測定できる
ようにし、且つ材質も試験試料と同じにすることで、更
に試料自体の温度の測定が正確に行えるようになってい
る。

【００３８】

【発明の効果】上記したように、本発明は、従来から用
いられている簡易で丈夫であるが、読み取りが困難で、
温度表示遅れが大きいバイメタルを感熱部とするブラッ
クパネル温度計に替えて、試料の温度変化に直線的に比
例して、電圧変化に変換する半導体温度センサーを受感
部のパネルに密着させた温度検出部を構成し、デジタル
表示できるようにし、所定測定時間内の平均値、最高
値、最低値を直読できるようにしたことは、正確な試験
温度を実現し、正確な劣化評価を可能にした効果は顕著
である。更に、試験試料と同じ色相、同じ材質のパネル
を受感部とした耐候光試験用の温度計は従来なかったも
のであり、これまで不確定要素が多く、必ずしも正確と
は言えなかったブラックパネル温度計による温度制御に
新しい手段を提供できたものである。また、試料温度の
瞬時値、平均値、最高値、最低値が試験槽外部で観察で
き、殊に１０回の平均値算出するのに、１０分間を要し
たものが、瞬時に読み取れることは、従来煩瑣であった
温度管理を容易にして作業時間が大幅に短縮できるた
め、顕著な効果が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の耐候光性試験装置の温度管理に用いら
れるパネル温度計の正面図。

【図２】本発明の耐候光性試験装置の温度管理に用いら
れるパネル温度計の側断面図。

【図３】本発明の耐候光性試験装置の実施例を示す正面
図及び側断面図。

【図４】本発明のパネル温度がデジタル表示されるまで
のブロック図。

【図５】従来のブラックパネル温度計の正面図。

【図６】ブラックパネル止め金の材質の違い及びブロア
ＯＮ−ＯＦＦによるブラックパネル温度変化図。

【図７】表面色の異なる試料の分光反射率を示す分光分
布図。

【符号の説明】

１ 耐候光性試験装置 ２ パネル温度計 ３ 温度検出部 ４ パネル ５ 半導体温度センサー ６ Ａ／Ｄ変換部 ７ 計測制御部 ８ 演算部 ９ 表示切換部 １０ 液晶表示部 １１ スイッチ １２ ＣＰＵ部 １３ ブラックパネル温度計 １４ ブラックパネル １５ 表示ランプ １６ 試料ホルダー １７ 試料枠 １８ 試料 １９ 送風機 ２０ 排気ダンパー ２１ バイメタル ２２ 覗き窓 ２３ 光源 ２４ 表示計測部 ２５ 定電圧制御部 ２６ ダイヤル式温度表示部 ２７ 止め金 ２８ 感熱体保護管 ２９ 矢印

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 17/00 G01K 1/14 G01K 7/00 301 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 耐候光性試験装置（１）における試験中
   の試料温度測定に関し、温度検出部（３）及び容器に格
   納されたＡ／Ｄ変換部（６）、液晶表示部（１０）、Ｃ
   ＰＵ部（１２）及び定電圧制御部（２５）を含む表示計
   測部（２４）とから構成され、前記温度検出部は、試験
   試料（１８）と同一の色相及び材質のパネル（４）を受
   感部とし、且つ該パネルの裏面に半導体温度センサー
   （５）を密着させ、該パネルの受感温度が前記半導体温
   度センサーの出力電圧に変換されたのち、前記液晶表示
   部（１０）に温度データが表示されるパネル温度計
   （２）を具備し、前記ＣＰＵ部（１２）は、計測制御
   部、演算部、表示切換部と、電源・表示切換・平均・計
   測の各スイッチ（１１）から構成され、前記計測制御部
   の作動開始により、前記液晶表示部（１０）に受感温度
   の瞬時値が直読表示される一方、前記演算部（８）にお
   いて積算された前記瞬時値からの平均値、最高値及び最
   低値を表示切換部（９）を介し、順次直読表示できるよ
   うにしたことを特徴とする耐候光性試験装置。
2. 【請求項２】 前記半導体温度センサー（５）からの出
   力電圧を発信し、前記ＣＰＵ部（１２）で受信し、前記
   平均値、最高値及び最低値を表示切換部（９）を介し、
   順次直読表示できるようにしたことを特徴とする請求項
   １に記載の耐候光性試験装置。