JP6028601B2

JP6028601B2 - 耐光性試験装置

Info

Publication number: JP6028601B2
Application number: JP2013021220A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　茂; 鈴木　　茂
Original assignee: Oji Holdings Corp; Oji Paper Co Ltd
Current assignee: New Oji Paper Co Ltd; Oji Holdings Corp
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2033-02-06
Also published as: JP2014153105A

Description

本発明は、試験材料に光を照射して材料の劣化の状態を評価する耐光性試験装置に関するものである。

近年、ＬＥＤ光源を用いた照明装置が普及しつつある。ＬＥＤ光源を用いた照明装置を構成する材料（例えば、拡散部材、反射部材、固定部材、接着部材、シェード等）は、ＬＥＤ光源から照射される光に対し耐性を有する必要があり、耐光性試験を行って耐光性に優れた材料を選択しなければならない。
従来から、材料の耐光性を試験する方法として、高出力の光源を用い、通常使用される数十倍の照射エネルギーを持つ光を試験片に当てて、短期間で試験片の劣化状態を調べる促進試験が行われている（例えば特許文献１）。
しかしながら、ＬＥＤ光源は従来光源（蛍光灯、白熱灯、ナトリウムランプ、キセノンランプ等）とは異なる波長特性を有すること、また、従来光源よりも長寿命である為、照明装置を構成する材料に対してより長い性能保証期間が求められることから、前記従来光源を用いた耐光性試験では、ＬＥＤ光源に対する試験材料の評価が十分にできていなかった。
一方、促進試験に使用できるほどの高出力のＬＥＤ光源は、実用化されていないのが現状である。

特開平４−３４０４４１号公報

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＬＥＤ光源に適した照明装置の構成材料を開発するために、前記構成材料の試験片などを用いてＬＥＤ光源の光に対する耐性を正確に評価することが可能な耐光性試験装置を提供することにある。

（１）筒型形状または筒型形状を２つ以上組み合わせた形状を有する集光部材と、試験材料保持部材と、ＬＥＤ光源と、を備えた耐光性試験装置であって、
前記集光部材は、２つ以上の開口部を有し、
前記試験材料保持部材は、前記集光部材の２つ以上の開口部のうち、１つの開口部に配置され、
前記ＬＥＤ光源は、前記集光部材の前記試験材料保持部材が配置されていない開口部に配置され、
前記ＬＥＤ光源から出射した光を前記前記ＬＥＤ光源が配置された開口部から入射し、前記集光部材の筒状の内部で反射、集光し、前記試験材料保持部材が配置された開口部から前記光を出射して、前記試験材料保持部材上に保持された試験材料へ集光した光を照射することを特徴とする耐光性試験装置。

（２）前記ＬＥＤ光源が複数のＬＥＤユニットから構成されている（１）に記載の耐光性試験装置。
（３）前記集光部材が冷却機能を備える（１）〜（２）のいずれかに記載の耐光性試験装置。
（４）前記筒状の集光部材の内部および／または開口部に特定波長の電磁波の透過を制限する光学フィルターを備える（１）〜（３）のいずれかに記載の耐光性試験装置。
（５）前記光学フィルターが赤外線領域波長の電磁波の透過を制限する光学フィルターである（４）に記載の耐光性試験装置。
（６）前記光学フィルターが紫外線領域波長の電磁波の透過を制限する光学フィルターである（４）または（５）のいずれかに記載の耐光性試験装置。
（７）（１）〜（６）のいずれかに記載の耐光性試験装置を用いた材料の耐光性試験方法。

本発明の耐光性試験装置および試験方法により照明装置の構成材料のＬＥＤ光源の光に対する耐性を正確に評価することが可能となる。

本発明を説明するための模式図である。本発明を説明するための模式図である。本発明の実施形態の一例を示す模式図である。本発明の実施形態の一例を示す模式図である。本発明の実施形態の一例を示す模式図である。本発明の実施形態の一例を示す模式図である。本発明の実施形態の一例を示す模式図である。本発明の実施形態の一例を示す模式図である。本発明の実施形態の一例を示す模式図である。

実施形態の一例を図１に基づいて説明する。ＬＥＤ光源（２）の光を筒状の集光部材（１）の一方の開口部から入射し、反射集光した光を、他方の開口部から試験材料保持部材（３）上に保持された試験材料（Ｓ）へ照射するように構成されている。

筒状の集光部材（１）は内面が研磨、金属蒸着あるいはアルマイト処理により鏡面加工され、高い反射率で光を反射する構成となっている。

また、集光部材（１）は冷却機能を備えることが好ましい。冷却機能を備えるために集光部材（１）は高熱伝導性を有する材質（例えば銅やアルミニウムなどの金属、高熱伝導性セラミックなど）を主体として構成されることが好ましい。
ＬＥＤ光源から生ずる熱を集光部材（１）の表面積の広い筒状の外側の面から放射することによって冷却機能を有する。更に集光部材（１）の外側の面に放熱フィンや放熱パイプを有すると高効率の冷却機能が得られるため好ましい。

本発明の耐光性試験装置は、温度制御機能を備えることが好ましい。具体的には、集光部材（１）、ＬＥＤ光源（２）、試験材料保持部材（３）のうち少なくとも１つの温度を測定し、測定温度情報を基にして、集光部材（１）および／または試験材料保持部材（３）を冷媒によって冷却し、試験材料の温度を一定範囲に制御して、より精度の高い耐光性試験を行うことが可能な耐光性試験装置とすることが好ましい（図２）。

集光部材（１）、ＬＥＤ光源（２）、試験材料保持部材（３）のうち少なくとも１つの温度を測定する方法としては、特に限定されず公知の方法を適用することができる。
集光部材（１）を冷媒によって冷却する方法としては、集光部材（１）の外側の面に沿って冷媒が循環するパイプを巡らせる方法、集光部材（１）の筒を、内部空間を有する二重構造とし、内部空間に冷媒を通す方法などが挙げられる。尚、冷媒は集光部材（１）と冷却装置の間で循環され冷却を行う。冷却装置は、各種公知の冷却手段を用いることができる。

集光部材（１）の形状は２つ以上の開口部を有する筒状であれば良く、断面形状が円、楕円、矩形のいずれの形状であってもよく、またこれらの形状の複合形状であってもよい。また、前記断面形状および／または前記断面形状の面積は、一方の開口部から他方の開口部にかけて変化していてもよく、前記変化は連続的であっても段階的であっても良い。

集光部材（１）のＬＥＤ光源（２）側の開口部の大きさは、組み合わせるＬＥＤ光源（２）の数や大きさに合わせて適宜調整される。集光部材（１）の試験材料保持部材（３）側の開口部の大きさは、試験材料の大きさ又は試験材料の試験される部分の大きさに合わせて適宜調整される。
集光部材（１）のＬＥＤ光源（２）側の開口部から試験材料保持部材（３）側の開口部までの長さは、特に限定されないが、３０ｍｍ以上であることが好ましく、５０ｍｍ以上であることがより好ましい。集光部材（１）のＬＥＤ光源（２）側の開口部から試験材料保持部材（３）側の開口部までの長さが１０ｍｍ未満の場合、ＬＥＤ光源（２）から発生する熱が試験材料に伝導しやすく、耐光性試験として実際の長期使用の再現性に劣る場合がある。

ＬＥＤ光源（２）は、試験目的に合わせて波長特性や出力の異なるＬＥＤ光源に適宜変更可能であるが、短期間で効率よく耐光性試験を行うためには、高出力、高輝度のＬＥＤ光源を用いることが好ましく、前記ＬＥＤ光源を複数のＬＥＤユニットの集合体とすることにより高出力、高輝度のＬＥＤ光源とすることもできる。

試験材料保持部材（３）は、例えば、ネジ、フック等を用いて保持するもの、コイルバネ、板バネ等、弾性材料を用いて保持するもの、磁石、電磁石等、磁力を用いて保持するもの、粘着材、接着剤を用いて保持するもの等が挙げられるが、耐光性試験の妨げとならず試験材料を保持するものであればいずれの形状、機構であっても構わない。

前記筒状の集光部材の内部および開口部のうち、いずれか一箇所あるいは複数個所に特定波長電磁波の透過を制限する光学フィルターを配置することも可能である。前記光学フィルターを赤外線領域波長の電磁波の透過を制限する光学フィルター（例えば、光伸光学工業ＩＲＣシリーズ）とすることにより、試験材料の温度上昇を防ぎ、試験材料の高温による劣化の影響を低減して耐光性試験を実施することができる。
赤外線領域波長の電磁波の透過を制限する光学フィルターは、波長７８０ｎｍ以上の電磁波の透過率が６０％以下であるものが好ましく、３０％以下のものがより好ましい。
上記光学フィルターは２枚以上を重ねて使用しても良い。

前記光学フィルターを紫外線領域波長の電磁波の透過を制限する光学フィルターとすることもできる。高出力の紫外線照射によって、通常使用では発生しない過剰なオゾンが発生する場合があるが、紫外線領域波長の電磁波の透過を制限する光学フィルターを配置することにより、試験材料の過剰オゾンによる劣化の影響を排除して耐光性試験を実施することができる。
紫外線領域波長の電磁波の透過を制限する光学フィルターは、波長３５０ｎｍ以下の電磁波の透過率が６０％以下であるものが好ましく、３０％以下のものがより好ましい。
上記光学フィルターは２枚以上を重ねて使用しても良い。

前記光学フィルターは赤外線領域波長と紫外線領域波長の透過を同時に制限する光学フィルターとすることも出来る。
赤外線領域波長と紫外線領域波長の透過を同時に制限する光学フィルターは、波長７８０ｎｍ以上の電磁波の透過率が６０％以下かつ波長３５０ｎｍ以下の電磁波の透過率が６０％以下であるものが好ましく、波長７８０ｎｍ以上の電磁波の透過率が３０％以下かつ波長３５０ｎｍ以下の電磁波の透過率が３０％以下であるものがより好ましい
上記光学フィルターは２枚以上を重ねて使用しても良い。

前記光学フィルターは、赤外線領域波長の電磁波の透過を制限する光学フィルター、紫外線領域波長の電磁波の透過を制限する光学フィルター、赤外線領域波長と紫外線領域波長の透過を同時に制限する光学フィルターを様々な組み合わせで重ね合わせたり、様々な組み合わせで前記筒状の集光部材の開口部または内部に配置したりすることが出来る。

前記筒状の集光部材の内部および開口部のうちのいずれか一箇所あるいは複数個所に光学レンズを配置することも出来る。前記筒状の集光部材と同様、前記光学レンズにより光の方向を調節することも可能である。

（その他の実施形態）
本発明の他の実施形態（図３）は、互いに径の異なる筒型形状が同心円状に入れ子になった集光部材を採用している。図３の実施形態では、３つの筒型形状を組み合わせた形状により４つの開口部を有し、３つの開口部に複数のＬＥＤユニット（２ａ）から成るＬＥＤ光源を複数有し、複数のＬＥＤ光源から一つの集光部材（１）へ入射することによって、より高い照射エネルギーを持つ光を試験材料（Ｓ）に照射することができ、短期間で効率の良い耐光性試験の実施が可能となる、或いは、集光部材（１）を大型化することができ、照度が均一で広い照射面積を確保し、一度により多くの試験材料の耐光性試験の実施が可能となる。本実施形態では、図３に示すように集光部材（１）の内側の筒型形状が反射壁となり、より照度が均一で広い照射面積を確保することができる。

他の別の実施形態（図４）は集光部材（１）を複数の筒型形状を束ねたような形状としている。図４の実施形態では、ＬＥＤ光源（２）から出射した光を集光し、より高い照射エネルギーを持つ光を試験材料（Ｓ）に照射することができる。
また、図５のように、図３の実施形態と図４の実施形態を組み合わせることにより、さらに高い照射エネルギーを持つ光を試験材料（Ｓ）に照射することができる。

更に、図６〜９に示した本発明の更に別の他の実施形態ではＬＥＤ光源（２）と集光部材（１）の組み合わせを複数配置することによって、より高い照射エネルギーを持つ光を試験材料に照射することができ、短期間で効率の良い耐光性試験の実施が可能となる。尚複数配置の場合、試験材料保持部材（３）の一方向から光が照射するように複数配置する構成、試験材料保持部材（３）の表裏から光が照射するように複数配置する構成、３方向以上から光が照射するように複数配置する構成の内、いずれの構成であっても良い。

（耐光性試験方法）
本発明の耐光性試験方法は、上述した本発明の耐光性試験装置の試験材料保持部材に試験材料を保持し、ＬＥＤ光源の光を任意の時間照射して材料の変化を調査する。ＬＥＤ光源は、試験する目的に合わせて適宜選択される。例えば、製品に使用するＬＥＤ光源と同じものを耐光性試験装置の光源に用い、製品の光拡散部材として使用を検討している材料を試験材料とすることもできる。

耐光性試験による材料の変化を調査する方法としては、材料の色の変化、形の変化、色差計などによる材料の色調の変化の測定、材料の粘弾性の測定値の変化などが挙げられる。
また、試験目的によってはＬＥＤ光源から照射される光を特定波長の電磁波の透過を制限する光学フィルターを通して試験材料に照射する。例えば、集光された光束付近では、通常使用環境にはない濃度のオゾンが発生する影響で、材料の実際の長期使用による変化とは異なる試験結果がでてしまうことがある。このような場合は、ＬＥＤ光源から照射される光を紫外線波長の電磁波の透過を制限する光学フィルターを通して試験材料に照射することにより、試験結果を実際の長期使用の再現に近づけることができる。

或いは、集光された光によって、試験材料温度が通常使用環境では起こりえないような高温状態になり、材料の実際の長期使用による変化とは異なる試験結果がでてしまうことがある。このような場合は、ＬＥＤ光源から照射される光を赤外線波長の電磁波の透過を制限する光学フィルターを通して試験材料に照射することにより、試験材料の温度上昇を低減し、試験結果を実際の長期使用の再現に近づけることができる。

さらに、耐光性試験装置の冷却機能を用いて試験中の試験材料の温度を一定範囲に保って実施する試験方法は、試験装置の外の温度の影響を受けず、試験結果の再現性を高めることができるため好ましい。更に試験材料付近の湿度も一定に保つことが好ましい。具体的には、少なくとも試験材料保持部材を調温調湿チャンバーで囲うことが好ましい。試験材料保持部材とともに集光部材やＬＥＤ光源を調温調湿チャンバーで囲ってもよい。ＬＥＤ光源を調温調湿チャンバーの外側に配置する場合は、透明材料からなる窓、または光学フィルターを通してＬＥＤ光源の光を試験材料へ照射する。

１集光部材
２ＬＥＤ光源
２ａＬＥＤユニット
３試験材料保持部材
４光学フィルター
５温度センサ
６冷却装置
７冷媒管
８冷却ジャケット
９反射筒
Ｓ試験材料

Claims

筒型形状または筒型形状を２つ以上組み合わせた形状を有する集光部材と、試験材料保持部材と、ＬＥＤ光源と、を備えた耐光性試験装置であって、
前記試験材料保持部材の表裏から光を照射するように前記ＬＥＤ光源と前記集光部材の組み合わせが複数配置されており、
前記集光部材は、２つ以上の開口部を有し、且つ、内面が鏡面加工されており、
前記試験材料保持部材は、前記集光部材の２つ以上の開口部のうち、１つの開口部に配置され、
前記ＬＥＤ光源は、前記集光部材の前記試験材料保持部材が配置されていない開口部に配置され、
前記集光部材の前記ＬＥＤ光源配置側の開口部から前記試験材料保持部材配置側の開口部までの長さが３０ｍｍ以上であり、
前記ＬＥＤ光源から出射した光を前記前記ＬＥＤ光源が配置された開口部から入射し、前記集光部材の筒状の内部で反射、集光し、前記試験材料保持部材が配置された開口部から前記光を出射して、前記試験材料保持部材上に保持された試験材料へ集光した光を照射する
ことを特徴とする耐光性試験装置。
前記ＬＥＤ光源が複数のＬＥＤユニットから構成されている請求項１に記載の耐光性試験装置。
前記集光部材が冷却機能を備える請求項１または２のいずれかに記載の耐光性試験装置。
前記筒状の集光部材の内部および／または開口部に特定波長の電磁波の透過を制限する光学フィルターを備える請求項１〜３のいずれかに記載の耐光性試験装置。
前記光学フィルターが赤外線領域波長の電磁波の透過を制限する光学フィルターである請求項４に記載の耐光性試験装置。
前記光学フィルターが紫外線領域波長の電磁波の透過を制限する光学フィルターである請求項４または５のいずれかに記載の耐光性試験装置。
請求項１〜６のいずれかに記載の耐光性試験装置を用いた材料の耐光性試験方法。