JP3793844B1 - 耐候光試験機用風速計及びそれを用いた耐候光試験機 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で、試料表面を通過する風を乱すことなく、試料が光源の周囲を回転した場合においても、風速を精度良く測定することが可能な、耐候光試験機用の風速計を提供する。
【解決手段】従来のブラックパネル温度計とほぼ同一形式で、感熱体の測定値に及ぼす風速の影響をあらかじめ測定し、その値から温度―風速の相関を明らかにし、試験中の感熱体の測定値を、あらかじめ求めた温度―風速曲線から風速に換算する、安価で、試料表面の雰囲気をかく乱することのない耐候光試験機用の風速計を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、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、メタルハライドアークランプ、紫外線カーボンアークランプを光源とし、試験槽内の風速を制御できる耐候光試験機において、当該試験槽内の風速を測定する風速計に関し、さらに詳しくは、試料近傍の流れる空気との熱交換が良好な工夫を凝らした当該試験槽の試料枠に装着した感熱体の値から換算して求める当該耐候光試験機用の風速計に関する。

近年はより耐候光性に優れた製品が求められており、このために多大の開発費が費やされおり、開発費の回収を効率よく行うために、いかに短期間に、そして精度良く耐候光性能を求めることができるかが開発の重点課題になっている。

従来の耐候光試験機すなわち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、メタルハライドアークランプ、紫外線カーボンアークランプを光源とした耐候光試験機の試験条件は、主に、照射強度、温度、湿度、照射時間、暗黒時間、水の噴霧量、噴霧時間などであり、ＪＩＳ、ＩＳＯ，ＡＳＴＭ，ＡＡＴＣＣの規格には、試験条件について言及しているものもある。

照射強度、湿度、降雨条件一定としても、温度によって、試験結果すなわち、劣化の度合いが異なる。そのため多くの耐候光試験機は光源の照射条件（例えば照射波長域、照射強度）、試験温湿度、降雨などの条件を変更設定できる機構になっている。

通常、温度の制御は、試験槽内の乾球温度計、試料と同一位置に取り付けたブラックパネル温度計、ブラックスタンダード温度計などによって検知した値を基に行っている。

当該各温度計で検知した値を基に試験槽内の温度を制御するパラメータは、試験槽内を流れる空気温度と風速である。一般に、風速を一定にした時のブラックパネル温度と乾球温度との差は２０数℃である。

光源の照射強度、試験槽内の湿度を一定の値に保持し、ブラックパネル温度の温度を一定に保つ試験条件の場合では、試験槽内を流れる空気温度又は風速をあるいは空気温度と風速の両方を制御する。

光源の照射強度、試験槽内の湿度を一定の値に保持し、ブラックパネル温度計の温度と乾球温度の双方を一定の値に保つ試験条件の場合では、試験槽内を流れる風速のみが温度制御因子となる。例えば、米国自動車技術協会の規格、ＳＡＥ１８８５においては、ブラックパネル温度８９±３℃、乾球温度６２±２℃と規定されている。

上述の如く、耐候光試験機においては、風速が重要な劣化要因となる。

風速を測定する機器にはその原理・構造から、回転型風速計、風圧型風速計、熱線型風速計、超音波型風速計などがある（例えば、非特許文献１参照。）。

回転型と超音波型の風速計はそれらの形状から試料枠に取り付けた場合、風速計の近傍に乱流を生じ、試料の温度を不均一にする危険性がある。

耐候光試験機の多くは、試料枠に取り付けた複数の試料への照射量を均一にするために、試料枠が光源を中心に回転している。このような耐候光試験機においては、温度調整のための空気は試料枠の回転軸の方向と同一の方向に送風されている。このために、風圧型と熱線型の風速計は取り付け方向を規定しないと、試料表面を流れる風速を正確に把握できないことになる。

当該４種類の風速計はそれぞれに前記のような特徴があり、耐候光試験機の風速計に最適なものとは言い難い。

前述のように乾球温度が規定されている場合には、ブラックパネル温度計の温度は試験槽内を流れる風速で制御されることになる。照射強度が高い試験条件の場合には、風速を速くしなければならない耐候光試験機があり、実暴露環境より風速が速くなった場合には、耐候光試験機の試験は実環境での劣化とは異なった結果をもたらす恐れもある。

さらに、同一条件の試験を型式の異なる試験機で行った際に、試験機間の風速の差が著しい場合には、試験結果が異なる場合も予想される。このような場合には、規定された試験条件に加え、試料表面の風速も測定し、記録しておくことが肝要である。

機械学会編 流体計測法 昭和６１年３月刊（７６頁〜１４２頁）

前記のように、従来の耐候光試験機には風速を変化させる機構を有するものはあるが、試料表面の風速をリアルタイムに検知する風速計を搭載したものは見当たらず、また、既存の風速計は、前記の如く、回転型風速計や超音波型風速計の場合には、測定部が回転あるいは数本の棒状の形状をしており試料近傍に乱流を生じさせる。また、試料が光源の周囲を回転している耐候光試験機の場合には、熱線風速計や風圧型風速計は、試料表面の複雑な流れとなっている風速を正確に測定できないので、耐候光試験機に適した風速計とは言い難い。

従って本発明の目的は、試料表面を通過する風を乱すことなく、試料が光源の周囲を回転した場合においても、風速を精度良く測定することが可能な、耐候光試験機用の風速計を提供することにある。

本発明は、上述の目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、熱吸収の良好な物体表面に一定の強度の光を照射し、物体表面を一定の温度で流れる気体の流速を変化させたときに、物体表面温度が流速の変化に相対して変化することに着目し、この相関から風速を求めることが可能であることを見出し、想到したものである。

本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものであり、光による劣化を調べる耐候光試験において、試験槽内の雰囲気を制御するための流動空気と、光源から放射される光とに暴露された試料表面の風速を、試料と同等の位置に設けた感熱体の温度と、該試験槽内を流れる空気の風速とから導かれる温度と風速の関係から、試験中の前記感熱体の温度を風速に換算して求める風速計において、前記感熱体を内挿した保護管の外部にステンレス鋼線を巻きつけ、該保護管をブラックパネル温度計の保護管取り付け部に装着し、耐熱性黒色エナメルを焼付け塗装したことを特徴とする風速計である。

また、前記記載の風速計で求めた値を基に、試験槽内の風速を制御することを特徴とする耐候光試験機である。

本発明によれば、耐候光試験中の試料表面の風速を求めるために、前述の回転型風速計、風圧型風速計、熱線型風速計、超音波型風速計などを装着する必要がなく、従来のブラックパネル温度計とほぼ同一形式で、感熱体の測定値に及ぼす風速の影響をあらかじめ求めておき、試験中の感熱体の測定値を、あらかじめ求めた温度―風速曲線から風速に換算すればよく、安価で、試料表面の雰囲気をかく乱することのない耐候光試験機用の風速計を提供できる。

また、当該風速計を搭載した耐候光試験機で風速を制御しながら試験を行うことにより、再現性の良い試験結果を提供できる。

本発明の風速計１は、図１に示されるようにブラックパネル温度計とほぼ類似の形状をしており、厚さ１ｍｍのオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４製の金属板２上に一端を封止した感熱体保護管３が密着して取り付けられている。感熱体保護管３の直径は３．５ｍｍである。感熱体保護管３は断熱材５と断熱材６によって金属板２に固定されている。感熱体保護管３の中には感熱体４としてバイメタルを挿入してある。風速指示部７は円盤状で、図には示していないが円の周辺部には風速を表す目盛が刻まれており、バイメタルに連動した指示針が風速に呼応して回転し、当該目盛を指示するようになっている。風速指示部７は当該指示針に外力が作用し、指示値を誤らせないために透明なアクリル製保護板で覆ってある。

図１に示した風速指示部は、感熱体の熱による変形を、指示針の変位として利用しているが、感熱体には、白金抵抗体、サーミスタ、熱電対などを用いて、それらの信号を温度に変換してもよい。

また、感熱体の信号を電気信号に置き換えて、液晶などを利用してデジタル表示することもできる。

また、風速指示部の位置を、図１のものから９０度回転した位置に取り付け、目盛部分を感熱体とは反対の位置とし、回転する試料枠の外側に目盛部が位置するようにすることによって、より風速の値を目読しやすくこともできる。

感熱体保護管３の表面には図２に示すように空気の保有する熱エネルギーをすばやく感熱体に伝達するための微細な突起、すなわち、直径０．３ｍｍのＳＵＳ３０４製の風受線８がらせん状に巻きつけてある。らせんのピッチは、０．５ｍｍで、らせんの傾斜は感熱体保護管３の長手方向に対して４５度である。さらに、風受線８、感熱体保護管３、断熱材５、断熱材６及び金属板２の表面にはブラックパネル温度計に塗装してある焼付型耐候性黒色エナメルと同等のものが塗装してある。

次に本発明の風速計１をキセノンアークランプ式耐候試験機の試料枠に搭載し、温度と風速の関係を調べた結果を図３に示す。試料表面での照射強度は１５０Ｗ／ｍ^２、試料枠の回転は毎分１回、試料枠直径は５８０ｍｍ、試験槽内を流れる空気の温度は３８℃とした。図３にはブラックパネル温度計及び、らせんのピッチを粗くした風速計で試験した結果も併せて示した。

図３から明らかなように、試料表面を流れる空気の温度と、試料表面の照射強度を一定にしても、風速が異なると、試料表面の温度が異なり、本試験条件の場合には風速が速くなると温度が低下する。

また、感熱体保護管の表面形状によっても温度が異なり、らせんのピッチが０．５ｍｍの場合がもっとも風速の変化に対する温度の変化が激しい。この結果から、本発明の風速計は、５ｍ／ｓ以下の風速を、温度の値を温度―風速曲線から変換して求めることができる。

上述の発明は、耐候光試験機間の試験結果の差異を低減するために、光劣化を試験する耐候光試験機の試料表面の風速の検知に利用できる。

本発明にかかる風速計の構成を示す外観図である。 感熱体保護管表面形状を示す外観図である。 本発明にかかわる風速計の風速と温度の関係を示す図である。

符号の説明

１ 風速計
２ 金属板
３ 感熱体保護管
４ 感熱体
５ 断熱材
６ 断熱材
７ 風速指示部
８ らせん状風受線

Claims (2)

1. 光源の照射強度及び耐候光試験槽内の乾球温度を一定としたときの試料近傍に装着した感熱体の温度と、槽内を流れる空気の風速とから導かれる温度と風速の関係から、試験中の感熱体の温度を風速に換算して求める耐候光試験機に用いる風速計において、前記感熱体を内挿した保護管の外部にステンレス鋼線を巻きつけ、該保護管をブラックパネル温度計の保護管取り付け部に装着し、耐熱性黒色エナメルを焼き付け塗装したことを特徴とする風速計。
2. 請求項１に記載の当該風速計で計測した値を基に、試験槽内の風速を制御することを特徴とする耐候光試験機。