JPH0343580B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

(イ) 産業上の利用分野 この発明は、耐候性試験機に関し、特にプラス
チツクス、塗料、インキ、顔料、繊維などの耐候
性試験に結露条件を付与しえる耐候性試験機に関
する。 (ロ) 従来の技術 従来、プラスチツク材料、塗料等の耐候（光）
性を測定する場合は、一般に、JIS B7751〜7754
による耐候（光）性試験機が使用されている。こ
れらの試験機は、通常、カーボンアークランプや
キセノンアークランプ等の光源を使用し、その光
源の光を試料に照射して耐候（光）性の促進試験
を行つている。 ところが、これらの試験機における試料に対す
る紫外線照射強度は、一般に、被照射面１cm²あた
り約６ｍＷ程度であり、太陽光１年に相当する紫
外線劣化特性を測定および判別するのに数百時間
以上を要していた。 しかも、従来は、各ロツト別の試料を全数試験
にかける方法が一般的に行なわれているため、測
定およびその結果を判断するのに長時間を要し極
めて非能率的であるという問題があつた。 このような問題を解決する一手段として試料を
耐候（光）性試験機にかける前に、各ロツト別の
試料に極めて強い紫外線を照射して紫外線劣化を
促進させ、その劣化の程度に応じて試料を選定し
必要な試料だけを耐候（光）性試験機にかけるこ
とが考えられる。このようにすれば、各ロツト別
の試料を全数耐候（光）性試験機にかける必要が
なくなるので試験は極めて能率的になるわけであ
る。 この発明の発明者らは、すでに、このように、
試料を耐候（光）性試験機にかける前に、各ロツ
ト別の試料にメタルハライドランプによる強い紫
外線、例えば被照射面１cm²あたり約50ｍＷ以上の
強度の紫外線を照射して、極めて短時間、例えば
従来の1/10以下の時間で紫外線劣化の判別を行い
える、いわば耐候（光）性試験のプレ試験を行な
うためのプレ試験機を提案している（特開昭60−
117128号公報、及び特開昭60−117129号公報参
照）。なお、このプレ試験機が耐候性試験機とし
ても使用できることは言うまでもない。 (ハ) 発明が解決しようとする問題点 耐候性試験は、プラスチツクス、塗料などの試
料が実際の使用状態においてさらされることにな
る環境下でできるだけ行なわれることが望まれ
る。特に夜間における試料は、単に太陽光の照射
がなく、低温にさらされるだけではなく、その低
温によつて結露状態になりやすい。 かくして先般より、耐候性試験又はそのプレ試
験にそのような結露条件を付すことが商品の品質
向上につながるということで社会的要請にもなつ
ている。 ところで試料にこのような結露条件を付与する
方法としては、例えば、特公昭55−13541号公報
に、試料を水に浸水させる方法が提案されてい
る。しかしながら、このような浸水方法は決して
実際の結露状態を現出できず、それに代えうるも
のではない。 これに対してこの発明の発明者らは、実際の結
露条件を試料に付与する方法として、試料の温度
とその試料の周囲空気の温度と湿度とを調製する
ことを考え、先に提案した耐候性試験機又はその
プレ試験機にその耐候性試験の促進性を損わない
で適用できないか検討してきた。 しかしながら、一般に結露は、上述のごとく温
度と湿度との問題であつて、試料に結露を生じさ
せることができても、それに伴つて試料以外の他
の構成部分が同様の温度・湿度条件になることが
あり、従つてそれらの構成部分にも結露を発生さ
せるに至り、曇りが発生したり、結露による水滴
によつて塵埃等が各所に付着したりするなど不都
合な点が多々生じるおそれのあることがわかつ
た。 特にメタルハライドランプの水冷ジヤケツトや
反射板（鏡）などが結露すると、反射板やジヤケ
ツトの汚れの原因となり、耐候性試験機の促進に
基本的に必要な、肝賢のメタルハライドランプに
よる強力な紫外線〔紫外線（＜400nｍ）：全光量
の10〜30％〕が十分に試料に供給できないという
問題があつた。更に前記特公昭55−13541号公報
に開示された耐候性試験機ではキセノンランプを
採用しているが、そのような各部への結露が生じ
た場合は、もともと紫外線照射強度が弱いので
〔紫外線（＜400nｍ）；全光量の3.25％〕、耐候性
試験の促進性を致底保障することができない。 (ニ) 問題点を解決するための手段及びその作用 この発明は (a) 水冷式のメタルハライドランプからなり実質
的に300〜400nｍの紫外線を照射する紫外線発
生源、 (b) そのメタルハライドランプを収納し、且つ下
部に開口を有し、この開口を通じて下方へ紫外
線を照射しうる略ドーム状の反射板、 (c) この反射板の開口に対応して設けられ、紫外
線を透過し水蒸気を実質的に遮断しうるシール
ド板、 (d) 前記開口の下方に設けられ、温度調節手段を
備えた試料載置台、 (e) 前記シールド板を介して紫外線発生源及び反
射板の設置空間から区画されていて、試料載置
台及び温度調節手段等を収納する区画室、 (f) この区画室にダクトの吸収部及び吹出部が連
結され、熱交換器及び送風手段を介設したダク
ト、 (g) 前記区画室内を所定の湿度に加湿するための
加湿器、 (h) 前記メタルハライドランプのオン作動中は前
記試料載置台上に載置される試料を予め設定さ
れた温度にし、一方オフ作動中は前記試料を結
露させるべく、前記紫外線発生源、温度調節手
段、循環ダクトの熱交換器、同じく送風手段及
び加湿器に作動を指令しうる制御手段からなる
耐候性試験機である。 すなわち、この発明は、試料載置台が温度調節
手段を備えるとともに、これら試料載置台等が収
納されている区画室内を所定の湿度に加湿するた
めの加湿器を設け、それらに制御手段を通じて特
定の作動条件を付与することによつて、メタルハ
ライドランプのオフ作動中に試料の温度を露点以
下に低下させ、それによつて自然に近い結露条件
を試料に付与することができるようにしている。 またこの発明は、更に重要な点であるが、紫外
線を透過し水蒸気を実質的に遮断しうるシールド
板を介して、紫外線発生源及び反射板の設置空間
と試料載置台及び温度調節手段等の収納空間とを
区画し、それによつて紫外線照射に支障となる部
分への結露を防止し、しかも温度と湿度の制御対
象空間を小さくし、制御の容易性と硬度を上げよ
うとするものである。 この発明において紫外線を透過し水蒸気を実質
的に遮断しうるシールド板とは、耐候（光）性試
験に必要な紫外線を効率よく透過でき、しかも水
蒸気（湿気）を遮断しうる板状体を意味する。 すなわち、このシールド板は、主に300〜400n
ｍ波長域の紫外線を効率よく透過でき、300nｍ
未満及び400nｍを越える波長域の光線を効率よ
く遮断できるもの、例えば石英ガラス製の薄板等
が好ましい。 更にこの発明のシールド板としては、必要によ
つて複数枚の板状体を重ねて所望の透過特性を得
るようにしてもよく、例えば蒸気石英ガラス製の
薄板とこの薄板に重ねられた赤外線吸収ガラス製
の薄板とを用い、ランプからの赤外線を吸収し熱
に変換してシールド板自体の結露を確実に防止す
るようにしてもよい。 この発明においてメタルハライドランプとは、
少なくとも一対の電極を有する石英ガラス製発光
管の内部に適量の水銀及び希ガスと共に鉄及び錫
のハロゲン化物又は鉄のハロゲン化物を主体とし
た金属ハロゲン化物を封入したランプを意味し、
その具体例は、特公昭58−18743号公報に挙げら
れている。 このメタルハライドランプは、点灯時の発光ス
ペクトルが第８図に水銀ランプとの比較で示すよ
うに300〜400nｍの波長域に連続スペクトルに近
いかなり大きなエネルギーを有する。つまり、そ
のメタルハライドランプの光エネルギーは大部分
が300〜400nｍの波長域に集中し、従つて短時間
の大量の耐候劣化を促す光エネルギーを試料に与
えることができる。すなわち、先にも述べたよう
に、試料に対して被照射面１cm²あたり約50ｍＷ以
上の強い紫外線を照射することができ、劣化特性
の測定及び判定に要する時間を従来の1/10以下と
大巾に短縮することができる。 なお、このようなメタルハライドランプを用い
た場合でも300〜400nｍ以外の波長域のエネルギ
ーの放射は避けられない。しかるに、略300nｍ
未満の紫外線は実際に地表に到達する太陽光には
含まれておらず、反対に400nｍを越える波長域
には可視光と赤外線が多く含まれるため熱により
試料温度が上昇するので好ましくない。適当なフ
イルタを組み合せて照射する波長域を略300〜
400nｍに絞ることが必要である。かかるフイル
タとしては例えば低融点軟質ガラス製の薄板、具
体的には、重量比で60〜65％SiO₂と、15〜20％
のPbと、７〜８％のNaと、７〜８％のＫと、１
％のCoと、１％のNiとからなるものが好ましい
ものとして挙げられる〔例えば三井電気(株)社製の
ブルーフイルタ（商品名）〕。かかるフイルタをメ
タルハライドランプと組み合せて適宜使用するわ
けであるが、上記フイルタをメタルハライドラン
プの周囲に設置しただけではランプからの放射熱
によりフイルタは直ちに破損してしまう。そこ
で、実際には、発光管を水冷ジヤケツトの中心に
配置するとともに水冷ジヤケツトの内部にフイル
タを配置している。 ここで参考までに各光源装置からの紫外線に与
えるフイルタの影響を第１表に例示する。但し各
数値は紫外線強度（Ｗ）、ランプ入力は100W、フ
イルタは上記ブルーフイルタである。

【表】 かくしてこの発明の耐候性試験機は、短時間に
大量の耐候劣化を促す光エネルギーを試料に供給
でき、しかも結露条件の付与をその光エネルギー
の供給の支障にならないように行うことができ、
プラスチツクス、塗料、インキ、顔料、染料、繊
維などの耐候（光）性試験又はそれらの耐候性試
験のプレ試験用として好適に使用できる。 (ホ) 実施例 以下図に示す実施例に基づいてこの発明を詳述
する。なお、これによつてこの発明が限定される
ものではない。 第１〜２図において、耐候性試験機Ｔは、紫外
線照射用区画室２を備えた試験機本体３と、その
区画室内上部に設置された紫外線発生源として光
源装置４と、この光源装置の下方に設置された試
料載置台７と、温度調節用循環ダクト１８と、加
湿器１２と、制御装置３０と、熱交換器３６とか
ら主としてなる。 光源装置４は、特に第２図において、略ドーム
状平行光用主反射板３３と、平行光用補助反射板
３３ａと、これらの反射板の内部に収納されたメ
タルハライドランプ１及びその水冷ジヤケツト３
２からなる。この光源装置４の設置空間は、紫外
線を透過し水蒸気を実質的に遮断しうるシールド
板としての石英ガラス製板状体３４を介して、試
料載置台７等が収納されている空間すなわち区画
室２から区画されている。なお、３９はシールド
板の固定金具、４０はシールパツキンである。 試料載置台７は温度調節手段６を具備し、この
温度調節手段は試料載置台７の上部に設置され温
度信号を制御装置３０に出力する温度センサ［１
７、第１図Ｂ参照］と、試料載置台７の下部に接
設された冷却用循環水路３１とからなり、この水
路には更に制御装置３０から作動を指令される熱
交換器（４２、図示省略）及び水循環ポンプ（４
３、図示省略）が介設される。なお４１は断熱材
である。 循環ダクト１８は、紫外線照射用区画室２内空
気の一部を区画室の吸込口［３５、第１図Ｂ参
照］から導出し、熱交換器３６を介して区画室壁
からノズル状吹出口２５を通じて再び室内の試料
載置台７上に導入する。１０は循環ダクト１８の
送風装置である。熱交換器３６は冷凍サイクルの
蒸発器からなる上流側の冷却器９と、ヒータから
なる下流側の加熱器８とからなる。 加湿器１２は水槽３７と、この水槽に内設され
たヒータ１１と、水槽内に水を供給し、槽内の水
量を一定に維持する水供給器（図示省略）と湿度
センサ５とからなる。なお３８は発生した水蒸気
を試料載置台７上の試料Ｓのまわりに導く、先端
がノズル状の加湿用ダクトである。 また第１図において１３はメタルハライドラン
プ１用冷却クーラーで、１４は水タンク、１５は
メタルハライドランプ１用安定器、１６は熱交換
器３６の冷凍機、１９，２０は点灯・結露時間設
定タイマ、２１，２２は湿度・温度調整器、２３
は全試験時間設定タイマ、２４は紫外線強度計で
ある。 制御装置３０は、メタルハライドランプ１、送
風装置１０、熱交換器３６、加湿器１２及び熱交
換器（４２、図示省略）の各作動を指令するが、
まず、試料載置台７上に載置された試料（Ｓ）
は、紫外線発生源のメタルハライドランプ１のオ
ン作動により、紫外線照射を一定時間（約８時
間）受ける。この場合温度センサ１７の信号にも
とづく熱交換器３６及び送風装置１０の作動によ
り、試料Ｓは一定温度（40〜100℃±1.0℃）に維
持されている。次いでメタルハライドランプ１の
オフ作動により紫外線照射が終了すると、更に温
度センサ１７・湿度センサ５からの信号にもとづ
いて、温度調節手段６、及び加湿器１２のオン・
オフ作動が指令され、試料Ｓが低温（露点以下、
通常循環空気はその温度を試料温度のそれより５
℃以上高くなるように設定される。但し循環空気
の湿度は80％以上とする。）にされると共に循環
ダクト１８より高温多湿空気の供給を受け、結露
する。この状態が一定時間（約４時間）続いた
後、試料Ｓは上述のごとく再び紫外線照射を受
け、これを繰り返す。 かくして試料Ｓには、耐候性試験又はそのプレ
試験をきわめて短時間で行なうことができる。も
ちろんその耐候性試験又はそのプレ試験の内容
は、夜間の結露状態にきわめて近似する状態を試
料に付与しているので、より自然に近い試験であ
ると言える。また、シールド板３４を介して光源
装置４の載置空間と試料載置台等の収納空間とを
区画しているので、水冷ジヤケツト３２や反射板
３３，３３ａの鏡面がくもることなく、試料Ｓに
所定の紫外線が照射され、短時間の耐候性試験又
はそのプレ試験が可能となる。 ここで、光源装置４の設置空間と試料載置台の
収納空間とをシールド板３４を介して区画しない
場合の問題について、より詳しく述べれば、前述
のように水冷ジヤケツト３２や反射板３３，３３
ａの鏡面がくもるほか、反射板３３，３３ａ内が
高温多湿になるので（温度30〜80℃、湿度60〜90
％）、反射板３３，３３ａ内の、ステンレス鋼以
外の金属材料の腐食がおこり、半年程度で使用不
能となるおそれがある。特に反射板３３，３３ａ
に使用している陽極酸化処理されたアルミニウム
材が腐食され、紫外線強度の低下及び変動の原因
となるおそれがある。更に反射板３３，３３ａ内
には、ランプ点灯のため、高電圧1000V及びパル
ス電圧8000V程度が印加されており、高温多湿条
件下では絶縁性の低下のおそれもある。 第１〜２図に示す実施例とは異なり、加湿器を
区画室の外の設置して循環ダクトの一部に接続す
ることもできる。この場合は、加湿器は熱交換器
（加熱及び冷却用）の下流側に設けられる。 そこで、以下の試験例に示すように、数種の試
料をこの発明の耐候性試験機と市販の耐候性試験
機とにかけて、結露条件を付した場合の紫外線劣
化を調べてみた。 試験機器及び試験条件 (1) 発明機 第１〜２図のもの 使用ランプ：メタルハライドランプ4KW シールド板：石英ガラス（紫外線300〜400nｍ
を90％以上透過） 照射波長：300〜400nｍ（正確には第８図参
照） 試料面最高温度：65℃以下 ブラツクパネル温度：63±３℃ 試料面での紫外線強度：100±５ｍＷ／cm² 結露サイクル：紫外線照射８時間、結露４時間
１サイクルとして繰返す。なお結露は試料温
度30℃、循環空気温度35℃以上、湿度80％以
上で生じさせる。 (2) 市販機（従来機） 岩崎電気株式会社製耐候性試験機 （商品名“アイ スーパーUVステタ”） 使用ランプ：メタルハライドランプ4KW 照射波長：300〜400nｍ（正確には第８図参
照） 試料面最高温度：65℃以下 ブラツクパネル温度：63±３℃ 試料面での紫外線強度：100±５ｍＷ／cm² (3) 屋外暴露 千葉県松戸市での屋外暴露 昭和60年１〜12月 評価項目及び評価方法 (1) 色素変化：照射時間ごとにミノルタカメラ株
式会社製CR−100を用いて色素（ΔE）を測定
する。但し色素（ΔE）は1976年国際照明学会
の表色系であるCIEL^*a^*b^*から求める。 (2) 光沢変化：村上色彩技術研究所株式会社製光
沢計GM−24型を用いて測定角度60°での鏡面
光沢を測定する。 試験結果 (1) ABSシートの色素変化 試料：ABSシート、ナチユラル、厚味0.8mm （基準色：Ｙ＝69.07、Ｘ＝0.3343、ｙ＝
0.3477） 結果：第３図及び第２表のとおり 第３図から明らかなように、従来機ではΔE
がほぼ直線的に変化するのに対して、この発明
機では結露の作用により照射時間に対する色素
変化が減少しているが、この傾向は屋外暴露の
傾向と良く一致している。

【表】 倍の促進性が認められた。但し
屋外暴露月数×30(日)×24(時間)
倍率＝

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 水冷式のメタルハライドランプからなり
   実質的に300〜400nｍの紫外線を照射する紫外
   線発生源、 (b) そのメタルハライドランプを収納し、且つ下
   部に開口を有し、この開口を通じて下方へ紫外
   線を照射しうる略ドーム状の反射板、 (c) この反射板の開口に対応して設けられ、紫外
   線を透過し水蒸気を実質的に遮断しうるシール
   ド板、 (d) 前記開口の下方に設けられ、温度調節手段を
   備えた試料載置台、 (e) 前記シールド板を介して紫外線発生源及び反
   射板の設置空間から区画されていて、試料載置
   台及び温度調節手段等を収納する区画室、 (f) この区画室にダクトの吸込部及び吹出部が連
   結され、熱交換器及び送風手段を介設した循環
   ダクト、 (g) 前記区画室内を所定の湿度に加湿するための
   加湿器、 (h) 前記メタルハライドランプのオン作動中は前
   記試料載置台上に載置される試料を予め設定さ
   れた温度にし、一方オフ作動中は前記試料を結
   露させるべく、前記紫外線発生源、温度調節手
   段、循環ダクトの熱交換器、同じく送風手段及
   び加湿器に作動を指令しうる制御手段からなる
   耐候性試験機。 ２ シールド板が、石英ガラス製の薄板である特
   許請求の範囲第１項に記載の試験機。 ３ シールド板が、石英ガラス製の薄板と、この
   薄板に重ねられた紫外線吸収ガラス製の薄板であ
   る特許請求の範囲第１項に記載の試験機。 ４ 加湿器が、水槽と、この水槽内に載置され制
   御手段から作動を指令されるヒータと、水槽内に
   水を供給し、槽内水量を一定に維持しうる水供給
   手段とからなる特許請求の範囲第１項に記載の試
   験機。 ５ 加湿器が、区画室に内設され、且つ水槽と、
   この水槽内に設置され制御手段から作動を指令さ
   れるヒータと、水槽内に水を供給し、槽内水量を
   一定に維持しうる水供給手段と、水槽から試料載
   置台へ延び、水槽にて発生する水蒸気を、試料載
   置台上に載置される試料のまわりに導く先端がノ
   ズル状である加湿用ダクトとからなる特許請求の
   範囲第１項に記載の試験機。 ６ 循環ダクトの吹出部が、区画室壁から試料載
   置台へ延び、循環空気を試料載置台上に載置され
   る試料のまわりに導く循環空気用ノズルからなる
   特許請求の範囲第１項に記載の試験機。 ７ 温度調節手段が、試料載置台の上部に載置さ
   れ、湿度信号を制御手段に出力しうる温度センサ
   と、試料載置台の下部に接設された冷却用水路と
   からなる特許請求の範囲第１項に記載の試験機。 ８ 循環ダクトの熱交換器が、ヒータと、冷凍サ
   イクルの蒸発器とからなる特許請求の範囲第１項
   の試験機。