JPH0554060B2 - - 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
性試験に結露条件に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約数百時
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
る物理的条件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整する
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、耐候性試験の促
進に基本的に必要な、肝腎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
プを採用しているので、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到底保障することができな
い。 ところで上述のごとき結露条件は、ランプがオ
フのときに試料に付与される。つまりランプは試
料の結露時には使用されていないことになる。も
ちろん逆に紫外線照射時には、結露条件を試料に
付与するための機構はオフ状態であつて使用され
ていない。 (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 実質的に300〜400nmの紫外線を照射するラ
ンプからなる紫外線発生源、そのランプを収納
し、且つ略下部に開口を有し、この開口を通じ
て紫外線を照射しうる略ドーム状の反射板から
なる紫外線照射部、 ｂ 複数の試料載置台及びこれらの試料載置台に
付設された試料温度調節手段からなる試料載置
部、 ｃ これらの紫外線照射部及び試料載置部を収納
した試験室、 ｄ 試験室内において、紫外線照射部と試料載置
台との間、及び各試料載置部相互の間をそれぞ
れ区画する区画手段、 ｅ 紫外線照射部と試料載置部との間の区画手段
の一部をなし、紫外線照射部からの紫外線を試
料載置部に透過させ、かつ試料載置部設置空間
の水蒸気を実質的に遮断しうるシールド板、 ｆ 紫外線照射部を、複数の試料載置台のうちの
任意の試料載置台に対応させるべく、該紫外線
照射部または試料載置部を移動させる移動手
段、 ｇ 試験室内空間の温度を調節するための空間温
度調節手段、 ｈ 区画手段によつて区画された試料載置台が設
置された空間の湿度を上昇させるための加湿
器、 ｉ 紫外線照射部を対応させた試料載置台上の試
料を予め設定された温度下で紫外線照射し、同
時に他の試料載置台上の試料を結露させ、次い
で、この照射・結露を任意の試料載置台上の試
料に対して順次切換えて行なうべく、紫外線発
生源、試料温度調節手段、空間温度調節手段、
加湿器及び移動手段に作動を指令する制御手段
からなる耐候性試験機である。 すなわち、この発明は、試料載置台に温度調節
手段を、試験室の特定空間内に加湿器をそれぞれ
配設し、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、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、紫外線発生源及び反射板よ
りなる紫外線照射部と試料載置部との間を、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、制御の容易性と確
度を上げようとするものである。 更にこの発明は、紫外線照射部と試料載置部と
の相対移動手段を設け、少なくとも紫外線照射が
常にオン状態で使用できるようにしている。この
発明は、これによつてランプの使用効率を上げ、
試験時間の短縮化と効率化を更に高めようとする
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。 更にこのシールド板は、主に300〜400nm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、例えば上記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。 この発明において使用し得るランプとしては、
例えばメタルハライドランプ、カーボンアークラ
ンプ、キセノンアークランプ、紫外蛍光ランプ、
陽光ランプ等が挙げられ、好ましくはメタルハラ
イドランプが挙げられる。 ここで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図に高圧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
短時間に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50
ｍＷ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を超える波長域には
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〔例えば三共電気(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。 この発明において移動手段とは、紫外線照射部
を所定の試料載置台に対応させるべく、紫外線照
射部と試料載置部のいずれかを移動させる手段を
意味し、具体的には、例えば、各試料載置台を直
線上又は曲線上に配列固定し、それらの線上に紫
外線照射部を移動（水平直線移動、水平面内で曲
線移動、垂直面内で曲線移動など）させるか、紫
外線照射部を固定し、試料載置台をその照射部に
添つて移動させる。 更に発明において区画手段とは、試験室内にお
いて、紫外線照射部と試料載置部との間、及び各
試料載置部相互の間をそれぞれ区画する手段を意
味する。具体的には、実施例では紫外線照射部と
試料載置部との間に設置されたシールド板３４及
びその支持部材、並びに２つの試料載置台７，７
ａの周囲を取り囲む軟質プラスチツク製の区画壁
板４９，５０がこれに該当する。上記区画壁板４
９，５０はその一端を移動可能な反射板の開口部
に固定し、他端を自由端にしておいてもよいし、
反対に一端を試料載置台側に固定してもよい。 (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、試験
室Ｃ内に紫外線照射空間を区画する紫外線照射用
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照射部としての光源装置
４と、この光源装置の下方に設置された試料載置
台７，７ａ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とからなる。この光源装置４が設置される空間
と後述の試料載置台が設置される空間とは、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３４を介して区画されている。上記シールド板
３４には石英ガラス製板状体が使われる。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。また４９，５０は試料載置部の周囲
を実質的に取り囲むための軟質プラスチツク製の
区画壁板である。この区画壁板５０はその一端を
反射板３３ａの開口部に固定し他端を自由端とし
てある。したがつて、光源装置４が第１図Ｂの実
線の矢符の方向に移動した場合は試料載置台７ａ
の周囲を実質的に取り囲むことになる。 光源装置４の移動は、光源装置４を試験室に摺
動可能に垂下させ、移動手段として、図示は省略
するが、光源装置４に固定れたモータと、このモ
ータによつて正・逆回転されたピニオンと、試験
室に設けられ、光源装置４を所定試料載置台に対
応させるべくそのピニオンを案内するラツクとか
らなる手段を用いることによつて可能になる。 試料載置台７，７ａ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（７ａも同
様、説明省略）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［１７、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（図示
省略）及び水循環ポンプ（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を介してノズル状
吹出口２５から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又は７ａ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り、ダン
パー（図示省略）によつて一方の試料載置台に水
蒸気を振り分ける。 また第１図において１３はメタルハライドラン
プ１冷却用クーラー、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、こ
のランプの移動手段、送風装置１０、熱交換器３
６、加湿器１２及び熱交換器（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。次いで移動手段の作動に
より光源装置４は一方の試料載置台７ａに対応す
べく移動する。そして温度センサ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８時間）続いた後、試料Ｓは上述のごと
く再び逆移動して紫外線照射を受け、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。また水蒸気は試験室Ｃ全体に広がる
おそれがあるが、光源装置４と試料載置部との間
はシールド板３４を介して区画されているので、
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部の
設置空間とをシールド板３４を介して区画してい
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，
３３ａ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３３，３
３ａ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３３，３３
ａ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、試料載置台が収納された試験室内空間の外に
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。 以上の実施例とは異なり、第９図に示す耐候性
試験機Tbのごとく１つの光源装置４ｂを水平移
動させ３つの試料載置台７ｂ，７ｂ，７ｂにそれ
ぞれシールド板３４ｂ，３４ｂ，３４ｂを介して
対応させてもよい。なお、３３ｂはメタルハライ
ドランプ１ｂの反射板である。 更に第１０図に示す耐候性試験機Tcのごとく、
光源装置４ｃをそのアーム５１ｃの支持点Ocを
中心にして揺動回転移動させ、１つの水平試料載
置台７ｃ及び左右傾斜試料載置台７ca，７caに
シールド板３４ｃ，３４ca，３４caを介して対
応できるようにしてもよい。なお、３３ｃはメタ
ルハライドランプ１ｃの反射板である。 また、第１１図に示す耐候性試験機Tdのごと
く光源装置４ｄを固定させ上・下試料載置台７
ｄ，７daを支持点Odを中心として上・下半転移
動させ、光源装置４ｄと各試料載置台７ｄ，７
daとをシールド板３４ｄを介してそれぞれ対応
できるようにしてもよい。なお、３３ｄはメタル
ハライドランプ１ｄの反射板である。 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８時間
を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テスタ”） 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 色差変化：照射時間ごとにミノルタカメラ株
式会社製CR−100を用いて色差（ΔE）を測
定する。但し色差（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シートの色差変化 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差変化が
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 実質的に300〜400nmの紫外線を照射す
   るランプからなる紫外線発生源、そのランプを
   収納し、且つ略下部に開口を有し、この開口を
   通じて紫外線を照射しうる略ドーム状の反射板
   からなる紫外線照射部、 ｂ 複数の試料載置台及びこれらの試料載置台に
   付設された試料温度調節手段からなる試料載置
   部、 ｃ これらの紫外線照射部及び試料載置部を収納
   した試験室、 ｄ 試験室内において、紫外線照射部と試料載置
   台との間、及び各試料載置部相互の間をそれぞ
   れ区画する区画手段、 ｅ 紫外線照射部と試料載置部との間の区画手段
   の一部をなし、紫外線照射部からの紫外線を試
   料載置部に透過させ、かつ試料載置部設置空間
   の水蒸気を実質的に遮断しうるシールド板、 ｆ 紫外線照射部を、複数の試料載置台のうちの
   任意の試料載置台に対応させるべく、該紫外線
   照射部または試料載置部を移動させる移動手
   段、 ｇ 試験室内空間の温度を調節するための空間温
   度調節手段、 ｈ 区画手段によつて区画された試料載置台が設
   置された空間の湿度を上昇させるための加湿
   器、 ｉ 紫外線照射部を対応させた試料載置台上の試
   料を予め設定された温度下で紫外線照射し、同
   時に他の試料載置台上の試料を結露させ、次い
   で、この照射・結露を任意の試料載置台上の試
   料に対して順次切換えて行なうべく、紫外線発
   生源、試料温度調節手段、空間温度調節手段、
   加湿器及び移動手段に作動を指令する制御手段
   からなる耐候性試験機。 ２ ランプがメタルハライドランプである特許請
   求の範囲第１項記載の試験機。