JPH0419544A - 疑似太陽光照射装置およびそのスペクトル調整方法 - Google Patents

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１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、キャ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４図のスペクト
ル分布図に示したように、近赤外部（８００〜１０００
　ｎｍ）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。

補正用フィルタとしては、ガラスフィルタ、蒸着フィル
タ、あるいは水フィルタなどが用いられている。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。

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。

第７図は、厚さ３０ｍｍの水フィルタの分光吸収率を示
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９５Ｏｎｍ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図に示したように、約１
２００ｎｍ以下の領域では、自然太陽光のスペクトル分
布（−点鎖線Ｌ４）に十分近似した疑似太陽光（実線Ｌ
３）を得ることができるようになる。

なお、第７図から明らかなように、水フィルタは約１３
００ｎｍより長波長側をほとんど吸収してしまうので、
この領域の光を補うために、近年では白熱フィラメント
ランプ（ハロゲン、タングステンなど）を併用し、両者
を重畳・混合して得られた光を疑似太陽光として用いる
場合が多い。

（発明が解決しようとする課題） 白熱フィラメントランプ光は、可視領域および赤外領域
に、比較的連続した自然太陽光に近いスペクトル分布を
有するので、上記したように、近赤外領域の除去された
キセノンランプ光に、これと自然太陽光との差を補うよ
うな白熱フィラメントランプ光を重畳・混合すれば、キ
セノンランプ光のみによる場合に比べて、より自然太陽
光に近い疑似太陽光を得ることができる。

ところが、上記した従来技術では、併用される白熱フィ
ラメントランプ光が一種類、すなわち、白熱フィラメン
トランプが１つであったり、たとえ複数であっても、各
白熱フィラメントランプによる照射光が同一のスペクト
ル分布を示していたために、この白熱フィラメントラン
プを併用しても、その補正が未だ不十分であるという問
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、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と、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とを具備した。

また、疑似太陽光のスペクトル調整を、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
分布調整によって行うようにした。

（作用） 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
、前記した構成によれば、各白熱フィラメントランプへ
の供給電圧等をそれぞれ異ならせることによって、各白
熱フィラメントランプのスペクトルを、それぞれ異なら
せることができるようになる。

そして、少なくとも１つの白熱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との差を
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を自然太陽光のそれに
極めて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。

前記した第８図から明らかなように、水フィルタを用い
ると、近赤外領域のスペクトルが除去されるので、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。

ところが、このような水フィルタでは、５００〜８００
ｎｍ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、本発明では、白熱フィラメントランプを併用し
、該領域での照射強度を補うようにした。

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ｌ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５０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
の間に水７を充填することによって水フィルタ８が構成
される。

外筒６ｂを構成する各支柱９には、棒状の白熱フィラメ
ントランプ（タングステンやハロゲンなど）１０がそれ
ぞれ設置されている。

第３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Ｉｖ′でめ、バ第１図または第２
図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によフて枠体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、水フィルタ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１ｏによる発光は、
第５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（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
最適な擬似太陽光を自動的に得ることができるようにな
る。

第６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８ｏを水フイルタ８内にさらに設け
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、加熱によるガラスフィルタ
の破損等の問題がなくなる。

なお、水フイルタ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、水フィルタ８を構成する内筒６ａおよび外筒６ｂ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。

また、第３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、キセ
ノンランプ光に、該キセノンランプ光を補うようにスペ
クトル分布を異ならせた複数の白熱フィラメントランプ
による光を重畳・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。

【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
第１．２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４図はキセノンランプのスペクトル分
布図、第５図は白熱フィラメントランプのフィラメント
温度ごとのスペクトル分布図、第６図は本発明の他の実
施例のランプユニットの断面図、第７図は水の分光透過
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である。 ｌ・・・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・・・水、８・・・水フ
ィルタ、１０・・白熱フィラメントランプ、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 ′Ｊ、長一体一 第 図 第 図 成長い嗣 Φ埜塑曹・蓋６

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （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
   ンランプとの間に設けられたスペクトル分布補正用フィ
   ルタと、 載置手段とキセノンランプとの間に設けられ、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と、 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と、 を具備し、 スペクトル分布補正され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
   して得られた、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疑似太陽光照射装置。
2. （２）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１項記載の疑似太陽光
   照射装置。
3. （３）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１項ま
   たは第２項記載の疑似太陽光照射装置。
4. （４）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３項のいずれかに記載の疑似太陽光
   照射装置。
5. （５）前記補正用フィルタは、透明容器の内部に水を充
   填した水フィルタ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４項のいずれかに記載の疑似太陽光照
   射装置。
6. （６）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。
7. （７）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６項記載の疑似太
   陽光のスペクトル調整方法。