JP5316852B2

JP5316852B2 - 熱老化試験機

Info

Publication number: JP5316852B2
Application number: JP2008253066A
Authority: JP
Inventors: 早人柴田
Original assignee: 早人柴田
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: JP2010085176A

Description

本発明は、高分子材料の促進老化試験に用いる熱老化試験機において、特に消費電力法による空気置換率制御に関するものである。

熱老化試験機における空気置換率とは、一定時間内に試験槽内容積に相当する周辺の空気を何回入れ替えたかを表す値であり、消費電力量法による空気置換率の測定は当該試験装置のＪＩＳ規格では数式１と規定している。（非特許文献１）

また、空気置換率の測定手順は下記と規定している。（非特許文献１）
(１) 吸排気口など全ての隙間を塞ぎ、試験槽を密封する。 (２) 試験槽温度を、周囲温度＋80℃（±2℃）に加熱し装置が熱平衡するまで概ね3時間放置する。
(３) 少なくとも30分間消費電力量を測定する。（無換気中の消費電力量Ｙの測定） (４) 密封材を取り除き、空気置換装置の吸入口を調整する。 (５) （４)と同様に消費電力量を測定する。（換気中の消費電力量Ｘの測定）
ＪＩＳＢ７７５７強制循環式空気加熱老化試験機

気体はその温度により密度が変化することは周知の事実であり、測定結果を保障するうえで熱老化試験機の環境温度は一定であることが望ましく、非特許文献１においても測定中の周囲温度は２℃以上変動してはならないと規定している。又、当該試験装置を用いて高分子材料の試験方法を規定するＪＩＳ規格
では、熱老化試験装置を使用する試験室の温度は２３℃±２℃と規定している。（非特許文献２）
ＪＩＳＫ６２５７加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−熱老化特性の求め方

一方、熱老化試験装置が実際に使用される環境は、恒温槽内や空調設備が完備されたところばかりではなく、温度が管理されず夏と冬の温度差が大きな自然環境下で使用される場合も多く、ＪＩＳ規格で意図した酸素曝露量が守られていないという問題がある。

さらに、非特許文献１の手順が示す様に、老化促進試験を実行する前に空気置換率の調整工程として無換気中の消費電力量の測定が必要であり、試験準備に時間がかかるという課題もある。

本発明は、消費電力量への環境温度による影響を補正することで、当該試験装置が設置された環境温度に関わらず、恒温槽で使用された場合と同等の酸素曝露量を試験片に与えることが可能な空気置換率制御を実現し、さらに老化促進試験の準備時間を短縮することが可能な装置を提供することを目的とする。

補正目標の環境温度（非特許文献２で言うところの23℃）を設定する機能を備え、測定した消費電力量に含まれる測定時の環境温度と補正目標の環境温度の差分より生じる消費電力量の過不足分を数式２で補正する。式中の定数１．００３×１０^３は空気の比熱である。

一方、無換気中の消費電力量の測定結果（Ｙ）は当該装置の放熱量を示しており、放熱量はニュートンの冷却の法則より、温度差に比例することが判っている。よって、任意の外気温度における無換気中の消費電力量は、予め温度差が小さい場合と大きい場合の2点で無換気中の消費電力量を測定しておき、横軸を温度差、縦軸を消費電力量としたグラフ上にこの2点を置き、2点を通る直線で近似することが可能である。

この直線が、設定された補正目標の環境温度（非特許文献２で言うところの23℃）と試験槽内の温度との差が示す位置を横切ったところの消費電力量が、補正目標の環境温度で実施した時の無換気中の消費電力量Ｙ１に相当する。

このようにして求めた補正後の消費電力量Ｘ_１及び無換気中の消費電力量Ｙ_１を数式３に当てはめることで、実際に使用する環境温度が何℃であっても、補正目標の環境温度で使用した場合と同じ空気置換率を得ることが可能となる。

実際に使用する環境温度が何℃であっても、補正目標の環境温度で使用した場合と同じ空気置換率を得ることが可能となり、使用者が恒温槽や空調等の設備投資に関わる費用を削減することができる。

無換気中の消費電力量の測定を、1回だけ低い温度差の場合と高い温度差の場合の2点で測定して近似式を生成しておくことで、老化促進試験を実施する前に必要な無換気中の消費電力量の測定を省略することができる。

本発明の最良の形態を添付した図１を使用し説明する。本例は、強制循環式空気加熱老化試験機に適用したものである。
試験機本体は、試験片を入れる試験槽、その周囲を覆う加熱空気が循環する循環槽、さらにその周囲に全体を覆う断熱槽の3槽で構成している。試験槽の左右側板には、空気循環用の孔を多数空けている。

試験槽内の空気は、攪拌モータの軸に取り付けられた攪拌ファンが回転することで実線の矢印の方向に循環する。一部の試験槽内空気は排気口を通り試験槽より外に排出される。

一方、試験機周辺の空気は、試験槽内が排出された空気量に相当する圧力分低圧となることで吸引力が生じ、換気ダンパと置換空気導入路との隙間を通り試験槽内に破線矢印の流れに沿って導かれる。この際導入された空気が試験槽内を循環する前に排気口から排出されることを防ぐ目的で遮蔽板を設けている。

換気ダンパは換気ダンパ駆動モータの軸に取り付けられており、軸の回転方向により前後進する。換気ダンパは円錐形状をしており、置換空気導入路の壁に開けられた円形の孔に嵌る構造になっており、後進した場合は隙間が広がり、前進した場合は隙間が狭まり、空気置換率が増減する。試験槽内空気と導入された周辺空気は混合され、加熱ヒータの近傍を通過する際に加熱され、循環槽を通り試験槽へと導かれ、試験片を曝露する。

試験槽内には槽内温度を計測するため槽内温度センサが設置されており、片端は温度制御回路に接続され、試験槽内の温度が測定される。測定結果は操作表示部に通知され、同部で表示されることで使用者が認知することになる。さらに測定結果は、マイコンを内蔵し演算処理を行う置換率制御回路にも通知され、熱老化試験機内外の温度差を求める際に使用される。

試験槽内の設定温度は、使用者が操作表示部で設定し、温度制御回路に通知される。温度制御回路は、設定温度と測定温度の差を操作量として電力調整器を制御することで加熱ヒータの電力量が制御され、試験槽内の温度は設定値に到達する。

試験機周辺の空気温度は、換気ダンパの近傍に環境温度センサを設置し、片端を置換率制御回路に接続し測定する。測定結果は操作表示部に通知され、同部で表示することで使用者が認知することになる。

空気置換率の設定は、使用者が操作表示部で設定し、設定値が置換率制御回路に通知される。同様に、補正目標の環境温度も使用者が操作表示部で設定し、設定値が置換率制御回路に通知される。

空気置換率の演算に使用する消費電力量は、電力調整器の前段に設置された消費電力量計でパルス信号に変換し、置換率制御回路に入力する。置換率制御回路は、パルス数をカウントすることで消費電力量を計測する。

計算式に使用する熱老化試験機内容積、及び環境温度に対応する空気密度変換テーブルは予め置換率制御回路内の記憶装置に記憶しておく。空気密度の求め方は、環境温度を熱力学温度に変換し計算式を用いて求めても良い。

置換率制御回路は、得られた消費電力量に対し、試験機周辺の空気温度、補正目標の環境温度、設定空気置換率、熱老化試験機内容積、空気密度を用いて消費電力量を補正し、補正された消費電力量を演算式に適用し空気置換率を求め、設定された空気置換率になるよう換気ダンパ駆動モータを回転し、換気ダンパの位置を調整する。演算によって求められた空気置換率は、操作表示部に通知され表示されることで使用者が認知するところとなる。

本発明の一実施形態を示す全体構成図である。

符号の説明

１試験槽
２循環槽
３断熱槽
４排気口
５攪拌モータ
６攪拌ファン
７遮蔽板
８置換空気導入路
９換気ダンパ
１０換気ダンパ駆動モータ
１１槽内温度センサ
１２環境温度センサ
１３加熱ヒータ
１４電力調整器
１５消費電力量計
１６温度制御回路
１７置換率制御回路
１８操作表示部

Claims

試験槽、温度調整装置、循環装置、空気置換装置及び消費電力測定装置からなる熱老化試験機において、測定時の環境温度と規定されている環境温度との差分を補正した消費電力と、予め異なる環境温度での無換気状態で測定しておいた消費電力量２点を通る直線上の規定される環境温度により求められる無換気消費電力を用いて、空気置換率を制御することを特徴とする、熱老化試験機。