JPH0419543A

JPH0419543A - 疑似太陽光照射装置およびそのスペクトル調整方法

Info

Publication number: JPH0419543A
Application number: JP12297490A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kusuhara; 昌樹楠原
Original assignee: Wakomu KK
Current assignee: Wakomu KK
Priority date: 1990-05-15
Filing date: 1990-05-15
Publication date: 1992-01-23
Anticipated expiration: 2014-02-24
Also published as: JP2859926B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は疑似太陽光照射装置およびそのスペクトル調整
方法に係り、特に、製品材料の耐候・耐光性加速試験に
好適な疑似太陽光を照射する疑似太陽光照射装置および
そのスペクトル調整方法に関する。

（従来の技術）疑似太陽光照射装置は、良く知られるように自然太陽光
のスペクトル分布特性を紫外領域から可視、赤外領域に
わたって高精度に再現するための装置であり、繊維・塗
料・プラスチック・金属等の耐光・耐候性加速試験のた
めの環境試験装置に組み込まれて使用されている。

従来の疑似太陽光照射装置の光源としては、キセノン短
アークランプ、キセノン長アークランプ、カーボンアー
クランプ等が用いられているが、その中でも、特にキセ
ノン短アークランプ（以下、単にキセノンランプという
）はスペクトル分布が自然太陽光のスペクトル分布と極
めて近似しており、疑似太陽光光源として用いられるこ
とが多い。

もっとも、キセノンランプの発光は、第１２図のスペク
トル分布図に示したように、近赤外部（８００〜１０１
０００ｎに、尖鋭でかつ複雑なピーク群を有しているの
で、これを平均的に補正して自然太陽光のスペクトル分
布に近付けるためのスペクトル分布補正用フィルタと併
用されることが多い。

このような補正用フィルタを用いた従来の疑似太陽光照
射装置によれば、そのスペクトル分布は自然太陽光のそ
れに近付き、実用にも供することができるが、現在のフ
ィルタ製造技術では、所望の分光特性をもったフィルタ
を、精度良く、かつ十分な再現性をもって製造すること
はほとんど不可能であり、キセノンランプ特有の近赤外
部でのピーク群を、選択的かつ十分に除去することがで
きなかった。

したがって、補正用フィルタを用いた従来技術では、自
然太陽光には含まれないキセノンランプ特有の８００〜
１１０００ｎの範囲の近赤外成分が多く残ってしまうと
いう問題があった。

また、前記した補正用フィルタとしては、多層蒸着薄膜
式の干渉フィルタやガラスフィルタが広く用いられてい
るが、蒸着式干渉フィルタでは経時的な特性劣化といっ
た問題や、特性の均一な膜を再現性良く生産することが
困難であるといった問題があり、ガラスフィルタでは、
耐熱性の点で劣るために破損するといった問題があった
。

そこで、これらの問題を解決するものとして、本発明の
発明者等は、特開昭６１−１３１３０１号公報に記載し
たように、キセノンランプの近赤外成分を水フィルタを
用いて除去する構成を提案している。

水フィルタとは、たとえば対向して設けられたガラス板
の間に水を充填し、照射光が該水を透過するようにした
構造のものである。

第６図は、厚さ３０ｍｍの水フィルタの分光透過率を示
した図である。同図から明らかなように、水フィルタは
波長９５０ｎｍ付近の光を選択的に吸収する特性を有し
ているので、この水フィルタを用いてキセノンランプの
近赤外成分を除去すれば、第８図（ａ）に示したように
、約１２００ｎｍ以下の領域では、自然太陽光のスペク
トル分布（Ｌ４）に十分近似した疑似太陽光（Ｌ３）を
得ることができるようになる。

（発明が解決しようとする課題）このような水フィルタは耐熱性が高く、特性劣化の問題
もない。しかも、その特性を均一かつ再現性良く実現で
きるといった利点を有する。

ところが、水フィルタは近赤外部のピーク群を従来の補
正用フィルタに比べて可成り吸収することができるもの
の、特に９００〜１１０００ｎの範囲での分光吸収率が
不十分であるために、第８図（ａ）から明らかなように
、水フィルタでは近赤外部に未だに除去しきれないスペ
クトル成分が残ってしまう。

疑似太陽光照射装置を利用した射光・耐候性加速試験で
は、基準太陽光の照射強度の数倍の照射強度の光が照射
されるために、除去しきれない近赤外成分があると、こ
れによって試料が加熱されてしまい、正確な評価ができ
ないという問題が発生する。

また、特に輸出製品材料の射光・耐候性試験に関しては
、輸出先の気候、太陽光のスペクトル分布等に応じて疑
似太陽光のスペクトル分布を適宜に調整し、輸出先の条
件に合わせた試験が要求されるが、上記した水フィルタ
では、分光透過率を変えるためにはその厚みを変えなけ
ればならないために、試験内容に応じて水フィルタを交
換しなければならかった。

したがって、装置を水フィルタの交換可能な構造としな
ければならず、その構造が複雑となり、手間もかかると
いう問題があった。

本発明の目的は、上記した問題点を解決して、自然太陽
光のスペクトル分布を紫外領域から可視、赤外領域にわ
たって高精度に再現することが可能な疑似太陽光照射装
置およびスペクトル調整方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段）上記した目的を達成するために、本発明では、供試材料
を載置する載置手段とキセノンランプとが、キセノンラ
ンプの管軸を回転中心として相対的に回転するように設
けられた疑似太陽光照射装置において、以下のような手
段を講じた。

（ａ）載置手段とキセノンランプとの間に、金属イオン
を含有する溶液を充填して構成された液体フィルタを設
け、該液体フィルタを透過したキセノンランプ光を疑似
太陽光とするようにした。

また、この疑似太陽光のスペクトル調整を、前記金属イ
オンの濃度調整によって行うようにした。

（ｂ）載置手段とキセノンランプとの間に、キセノンラ
ンプの管軸を回転中心として前記載置手段と相対的に回
転する複数の白熱フィラメントランプをさらに設け、液
体フィルタを透過したキセノンランプ光に、複数の白熱
フィラメントランプからの照射光を重畳・混合し、両者
の時系列的な積分光を疑似太陽光とするようにした。

また、この疑似太陽光のスペクトル調整を、前記金属イ
オンの濃度調整および前記複数の白熱フィラメントラン
プの内の少なくとも１つのスペクトル分布調整の少なく
とも一方によって行うようにした。

（作用）（Ａ）キセノンランプは、近赤外領域に特異的なパスル
状のスペクトル分布を有するものの、紫外領域゛および
月夜領域では比較的連続的で自然太陽光に近似したスペ
クトル分布を有する。

そして、液体フィルタは近赤外領域での分光透過率が低
いので、該液体フィルタにキセノンランプ光を透過させ
れば、キセノンランプの近赤外領域での特異的なパスル
状スペクトルを除去することができ、キセノンランプに
よる疑似太陽光のスペクトル分布を自然太陽光に近似さ
せることができる。

しかも、このような液体フィルタでは、金属イオン濃度
を変化させることによって分光透過率を調整できるので
、キセノンランプによる疑似太陽光のスペクトル分布を
簡単に調整することができる。

（Ｂ）白熱フィラメントランプは、赤外領域で自然太陽
光に近似したスペクトル分布を有するので、キセノンラ
ンプ光から選択的に抽出された紫外領域および可視領域
の光に、白熱フィラメントランプ光を重畳・混合すれば
、紫外領域から赤外領域にわたって、自然太陽光に近似
した疑似太陽光を得ることができる。

しかも、白熱フィラメントランプのスペクトル分布は、
供給電圧等を制御してフィラメント温度を変えれば変化
するので、各フィラメントランプへの供給電圧等を、キ
セノンランプ光と自然太陽光上の差を補うように調整し
、両者の時系列的な積分光を疑似太陽光とすれば、その
スペクトル分布特性を自然太陽光のそれにさらに近似さ
せることができるようになる。

（実施例）初めに、本発明の基本概念について説明する。

第７図は硫酸銅水溶液（Ｃｕ　Ｓ　Ｏ４）の分光透過率
（厚さ３０ｍｍ）を示した図であり、第６図に示した水
の分光透過率との比較から明らかなように、硫酸銅水溶
液は近赤外部の分光透過率が低い、すなわち分光吸収率
が高いことが分かる。

また、第８図（ｂ）に示した実線Ｌ５は、この硫酸銅水
溶液をガラス容器等の透明容器に充填してなる液体フィ
ルタを用いてキセノンランプ照射光の近赤外成分を除去
した場合のスペクトル分布図、同図（ａ）に示した実線
Ｌ３は、前記したように水を充填してなる液体フィルタ
を用いた場合のスペクトル分布図である。

なお、図中１点鎖線Ｌ４は、自然太陽光のスペクトル分
布特性を比較のために示したものである。

両者の比較から明らかなように、硫酸銅水溶液フィルタ
を用いると、近赤外領域のスペクトルが水フィルタの場
合よりも多く除去されるので、水フィルタの場合に比べ
て、さらに自然太陽光に近似したスペクトル分布を有す
る疑似太陽光を得ることができる。

そこで、本発明では硫酸銅水溶液フィルタを用いてキセ
ノンランプ照射光の近赤外成分を除去し、これを疑似太
陽光として用いるようにした。

以下に、図面を参照して本発明の詳細な説明する。第２
図は本発明の一実施例である疑似太陽光照射ランプユニ
ットの側面図、第１図は第２図のＡ−Ｂ線断面図である
。

第１図および第２図において、ランプユニット１の中心
部には保持部材２によって保持されたキセノンランプ５
が収納され、該キセノンランプ５の両端に点灯回路（図
示せず）から電圧を印加することによってキセノンラン
プ５内の電極１２間でアークが発生し、光が放射される
。

キセノンランプ５の周囲には、６枚のホウ珪酸ガラスｌ
ｌａで構成された筒型のＵＶフィルタ１１が設けられて
いる。なお、ＵＶフィルタ１１は、ホウ珪酸ガラスから
成るシリンダ形状のものであっても良い。このＵＶフィ
ルタ１１は、太陽光には含まれていないがキセノンラン
プ５の照射光には含まれている、波長３００ｎｍ以下の
紫外光を除去する。

ＵＶフィルタ１１の周囲には、それぞれ６枚の石英ガラ
スで構成された内筒６ａおよび外筒６ｂが設けられてい
る。この内筒６ａおよび外筒６ｂは、支柱９、上板４お
よび底板３と液密に構成され、該内筒６ａと外筒６ｂと
の間に硫酸銅水溶液７を充填することによって液体フィ
ルタ８が構成される。

このような構成において、キセノンランプ５からの照射
光は、まずＵＶフィルタ１１によって不要な紫外成分を
除去された後に、液体フィルタ８によって、その近赤外
成分も除去されて、前記第８図（ｂ）に示したようなス
ペクトル分布を有する疑似太陽光となる。

同図（ａ）に示した、水を充填した液体フィルタを用い
た場合との比較から明らかなように、上記した構成によ
れば、自然太陽光により近似したスペクトル分布を有す
る疑似太陽光を得ることができるようになる。

また、このように金属イオンを含有した溶液を充填した
液体フィルタでは、金属イオンの濃度を変えることによ
って、その分光透過率を変化させることができる。

第９図は、硫酸銅水溶液を光学フィルタとして用いたと
きの、銅イオン濃度を違いによる分光透過率の変化を示
した図である。

同図から明らかなように、銅イオン濃度を変化させると
、その濃度に応じて分光透過率が変化する。したがって
、このような溶液を充填して液体フィルタを構成すれば
、キセノンランプによる疑似太陽光のスペクトル分布を
簡単に調整できるようになる。

ところで、このような硫酸銅水溶液フィルタでは、５０
０〜８００ｎｍの領域、および約１２００ｎｍ以上の領
域での分光透過率が低いために、該領域での照射強度が
自然太陽光に比べて弱くなってしまう。

そこで、以下に説明する実施例では、白熱フィラメント
を併用することによって、該領域での照射強度を補うよ
うにした。

第３図は、本発明の他の実施例であるランプユニットの
断面図、第４図はその平面図であり、前記と同一の符号
は同一または同等部分を表している。

同図において、外筒６ｂを構成する各支柱９には、棒状
の白熱フィラメント（タングステンやハロゲンなど）１
０がそれぞれ設置されている。

第５図は上記した構成のランプユニットを適用した射光
・耐候性試験器の断面図であり、前記と同一の符号は同
一または同等部分を表している。

同図において、ランプユニット１は、ローレットビス４
０によって枠体４１に固定されている。

供試材料１４は、固定ブロック１５から伸びた供試材料
ハンガ１７に、試験面をキセノンランプ５に対向させて
取り付けられ、固定ブロック１５はブラケット１６によ
って回転テーブル１３に固定されている。

回転テーブル１３に一体的に固定された軸２１は軸受２
４によって枠体４１に支持され、ウオーム歯車２２およ
び２３を介してモータ２０の回転軸に連結される。回転
テーブル１３はモータ２０の回転によって所望の回転速
度で回転される。

このような構成において、キセノンランプ５からの照射
光は、まずＵＶフィルタ１１によって不要な紫外成分を
除去された後に、液体フィルタ８によって近赤外成分も
除去されて、前記第８図（ｂ）に示したようなスペクト
ル分布を有する疑似太陽光となる。

さらに、白熱フィラメントランプ１０を点灯して両者の
照射光を重畳・混合すると共に、モータ２０を駆動して
回転テーブル１３を回転させ、供試材料１４とキセノン
ランプ５および白熱フィラメントランプ１０とを相対的
に回転させることによって、両者の時系列的な積分光を
最終的な疑似太陽光とする。

このとき、白熱フィラメントランプ１０による発光は、
第１１図に示したように、供給する電圧、電流、および
周波数などを適宜に調整することによってフィラメント
温度を制御すると、そのフィラメント温度に応じたスペ
クトル分布を示す。

そして、本実施例では供試材料と白熱フィラメントラン
プとが相対的に回転するので、各白熱フィラメントラン
プごとにスペクトル分布特性を異ならせても、各供試材
料には、実質上均一な疑似太陽光が照射されるようにな
る。

したがって、キセノンランプ５による疑似太陽光のスペ
クトル分布を予め分析し、自然太陽光に比べて照度の弱
い領域の照度を補うように各フィラメントランプ１０へ
の供給電圧等をそれぞれ個別に制御すれば、両者の時系
列的な積分光である疑似太陽光は、自然太陽光に極めて
近似するようになる。

また、各白熱フィラメントランプ１０の供給電圧等を個
別に制御することができないような場合には、各白熱フ
ィラメントランプ１０への供給電圧等を時分割的に制御
するようにすれば、上記と同等の効果を達成することが
できる。

なお、試料位置に温度検出器を設置し、検出温度が所望
の温度より低い場合には赤外領域の照度を高くし、また
、検出温度が高い場合には赤外領域の照度を低くすると
いったように、検出温度に応じてキセノンランプ５およ
び各フィラメントの少なくとも一方への供給電圧等を制
御してスペクトル調整を行うようにすれば、試験内容に
最適な疑似太陽光を自動的に得ることができるようにな
る。

第１３図は本発明のさらに他の実施例であるランプユニ
ットの断面図であり、前記と同一の符号は同一または同
等部分を表している。

本実施例では、キセノンランプ５のスペクトル分布補正
用のガラスフィルタ８０を液体フィルタ８内に設けた点
に特徴がある。

このような構成によれば、ガラスフィルタの温度上昇を
押さえることができるので、加熱による破損等の問題が
なくなる。

なお、液体フィルタ８内に収容する補正用フィルタはガ
ラスフィルタに限らず、蒸着フィルタであっても良い。

また、液体フィルタ８を構成する内筒６ａおよび外筒６
ｂの表面に膜を蒸着して、該内筒６ａないし外筒６ｂを
蒸着フィルタとして活用したり、あるいは内筒６ａない
し外筒６ｂをガラスフィルタによって構成したりすれば
、部品点数が減るので構造が簡単になる。

上記した各実施例では、液体フィルタ８内に充填する、
金属イオンを含有した溶液として硫酸銅水溶液を例にし
て説明したが、第１０図に示したように、たとえば硫酸
鉄水溶液（Ｆｅ２（ＳＯ４）３）なども、近赤外部の分
光透過率が低いので、硫酸鉄水溶液を充填して液体フィ
ルタを構成するようにしても同等の効果が達成される。

また、第３．４図に関して説明した実施例では、供試材
料が回転するものとして説明したが、供試材料を固定し
て白熱フィラメントランプおよびキセノンランプが回転
するようにしても良い。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明によれば以下の
ような効果が達成される。

（１）金属イオンを含有する溶液は近赤外領域での分光
透過率が低いので、このような溶液を充填して液体フィ
ルタを構成すれば、近赤外領域に発生するキセノンラン
プの特異的なパスル状スペクトルを吸収することができ
、キセノンランプによる疑似太陽光のスペクトル分布を
、自然太陽光に極めて近似させることができる。

しかも、このような液体フィルタでは、金属イオン濃度
を変化させることによって分光透過率を調整できるので
、キセノンランプによる疑似太陽光のスペクトル分布を
簡単に調整できるようになる。

（２）白熱フィラメントランプを併用し、キセノンラン
プから選択的に抽出された紫外領域および可視領域の光
に、白熱フィラメントランプ光を重畳・混合して疑似太
陽光を得るようにしたので、紫外領域から赤外領域にわ
たって、自然太陽光に極めて近似した疑似太陽光を得る
ことができるようになる。

（３）白熱フィラメントランプへの供給電圧等を制御す
ることによって、各白熱フィラメントランプのスペクト
ル分布特性を調整できるようにしたので、さらに自然太
陽光に近似した疑似太陽光を得ることができるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である疑似太陽光照射ランプ
ユニットの断面図、第２図は第１図の側面図、第３図は
他の実施例であるランプユニットの断面図、第４図は第
３図の側面図、第５図は第３．４図のランプユニットを
適用した射光・耐候性試験器の断面図、第６図は水の分
光透過率を示した図、第７図は硫酸銅水溶液の分光透過
率を示した図、第８図はキセノンランプによる疑似太陽
光のスペクトル分布図、第９図は銅イオン濃度の違いに
よる分光透過率の変化を示した図、第１０図は硫酸鉄水
溶液の分光透過率を示した図、第１１図は白熱フィラメ
ントのフィラメント温度ごとのスペクトル分布図、第１
２図はキセノンランプのスペクトル分布図、第１３図は
さらに他の実施例のランプユニットの断面図である。１・・・ランプユニット、２・・・保持部材、３・・・
底板、４・・・上板、５・・・キセノンランプ、６ａ・
・・内筒、６ｂ・・・外筒、７・・・硫酸銅水溶液、８
・・・液体フィルタ、９・・・支柱、１０・・・白熱フ
ィラメント、１１・・・ＵＶフィルタ、１２・・・電極
、１３・・・回転テーブル、１４・・・供試材料、１７
・・・供試材料ハンガ、２０・・・モータ代理人弁理士　平木道人　外１名第図淑長（帛Ｉｗ１）第図遠−＆　（４１−）（Ｇ）第（ｂ）第図第図シＬ＆（＃ＩＭ％ン第図シｌ屹　−ｋ　　（Ｍ−〜）第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）供試材料を載置する載置手段とキセノンランプと
が、キセノンランプの管軸を回転中心として相対的に回
転する疑似太陽光照射装置において、載置手段とキセノ
ンランプとの間に、透明容器の内部に金属イオンを含有
する溶液を充填して構成された液体フィルタを具備し、液体フィルタを透過したキセノンランプ光を疑似太陽光
とすることを特徴とする疑似太陽光照射装置。
（２）載置手段とキセノンランプとの間に、キセノンラ
ンプの管軸を回転中心として前記載置手段と相対的に回
転する複数の白熱フィラメントランプをさらに具備し、液体フィルタを透過したキセノンランプ光に、複数の白
熱フィラメントランプからの照射光を順次重畳・混合し
、両者の時系列的な積分光を疑似太陽光とすることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の疑似太陽光照射装
置。
（３）前記複数の白熱フィラメントランプのうちの少な
くとも１つの白熱フィラメントランプの電圧、電流、お
よび周波数の少なくとも１つを制御する制御手段をさら
に具備したことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
の疑似太陽光照射装置。
（４）供試材料の温度を検出する温度検出手段をさらに
具備し、前記制御手段は検出温度に応じた制御を行うこ
とを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の疑似太陽光
照射装置。
（５）前記制御手段は、前記白熱フィラメントランプの
電圧、電流、および周波数の少なくとも１つを、時分割
的に変化させることを特徴とする特許請求の範囲第３項
または第４項記載の疑似太陽光照射装置。
（６）前記金属イオンを含有する溶液は、硫酸銅水溶液
および硫酸鉄水溶液のいずれか一方であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記
載の疑似太陽光照射装置。
（７）前記載置手段とキセノンランプとの間に、紫外線
フィルタをさらに具備したことを特徴とする特許請求の
範囲第１項ないし第６項のいずれかに記載の疑似太陽光
照射装置。
（８）前記液体フィルタ内に、スペクトル分布補正用フ
ィルタを設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
ないし第７項のいずれかに記載の疑似太陽光照射装置。
（９）前記液体フィルタを構成する透明容器の表面に、
スペクトル分布補正用の膜を蒸着したことを特徴とする
特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに記載の
疑似太陽光照射装置。
（１０）前記液体フィルタを構成する透明容器は、スペ
クトル分布補正用ガラスフィルタによって構成されたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第７項のい
ずれかに記載の疑似太陽光照射装置。
（１１）特許請求の範囲第１項記載の疑似太陽光照射装
置のスペクトル調整方法であって、前記疑似太陽光のスペクトル調整を、前記金属イオンの
濃度調整によって行うことを特徴とする疑似太陽光のス
ペクトル調整方法。
（１２）特許請求の範囲第３項または第４項記載の疑似
太陽光照射装置のスペクトル調整方法であって、前記疑
似太陽光のスペクトル調整を、前記金属イオンの濃度調
整および前記複数の白熱フィラメントランプの内の少な
くとも１つのスペクトル分布調整の少なくとも一方によ
って行うことを特徴とする疑似太陽光のスペクトル調整
方法。
（１３）前記白熱フィラメントランプのスペクトル分布
調整は、該白熱フィラメントランプの電圧、電流、およ
び周波数の少なくとも１つを制御することによって行わ
れることを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載の疑
似太陽光のスペクトル調整方法。