(57)【要約】【課題】  短時間で遮熱塗膜の遮熱効果を定量的に絶対評価することが可能な携帯型の遮熱塗膜評価装置を提供する。【解決手段】  遮熱塗膜の被測定面に照射するための赤外線発光ダイオードを備えた少なくとも２つ以上の照射部と、該被測定面からの反射光を受光し、反射光強度に応じた電気信号を出力するフォトダイオードを備えた受光部とを具備する光学プローブを、あらかじめ対照用遮熱塗膜の遮熱効果パラメーターの赤外線反射光強度への回帰式を用意し、受光部から出力された反射光強度の測定値により演算して得られた値を、該回帰式と照合して遮熱効果パラメーターを表示する演算処理装置に接続した遮熱塗膜評価装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遮熱塗膜の被測定面に照射するための赤外線発光ダイオードを備えた少なくとも２つ以上の照射部と、該被測定面からの反射光を受光し、反射光強度に応じた電気信号を出力するフォトダイオードを備えた受光部とを具備する光学プローブと、あらかじめ対照用遮熱塗膜の遮熱効果パラメーターの赤外線反射光強度への回帰式を用意し、受光部から出力された反射光強度の測定値により演算して得られた値を、該回帰式と照合して遮熱効果パラメーターを表示する演算処理装置に接続してなることを特徴とする遮熱塗膜評価装置。
【請求項２】
前記照射部及び受光部が、被測定面からの拡散反射光の一部が前記受光部に受光されるように夫々配置されている請求項１に記載の遮熱塗膜評価装置。
【請求項３】
前記照射部及び受光部が、開口部を備えた光学マウントに配置され、該光学マウントは遮蔽カバー内に収納されている請求項１または２のいずれかに記載の遮熱塗膜評価装置。
【請求項４】
前記照射部からの照射光の軸線が、前記開口部の開口面の中心法線に対して５〜８５°の範囲内の角度となるように配置されている請求項３に記載の遮熱塗膜評価装置。
【請求項５】
前記複数の照射部にはピーク波長の異なる赤外線発光ダイオードが備えられ、該照射部は時間を異ならせて照射し得るように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の遮熱塗膜評価装置。
【請求項６】
前記複数の照射部からの照射光の軸線が前記開口部の開口面の中心法線に対して５〜８５°の範囲内の角度となるように、且つ該法線を中心軸とした円周上に配置され、前記受光部が、前記開口面の中心法線上に配置されている請求項４または５に記載の遮熱塗膜評価装置。
【請求項７】
携帯型であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の遮熱塗膜評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、遮熱塗膜の遮熱効果を評価する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  一般的な遮熱塗膜は太陽光の照射により塗膜の表面温度が極力上昇しないような特殊顔料が使用されている。塗膜の表面温度が上昇するのは太陽光スペクトルの中で主に近赤外領域の光が塗膜に吸収されて熱エネルギーに変換されることが原因である。そのため、遮熱塗膜には近赤外領域の光の反射率が高いことが要求される。これまでの遮熱塗膜は、太陽光下での塗膜の表面温度上昇をどの程度抑えることができるかが遮熱効果の評価基準とされていた。【０００３】  従来の遮熱塗膜の遮熱効果を評価する方法として、特許文献１には、水平に載置した遮熱塗膜塗装板に太陽光を模した光源を照射し、塗装板の裏側に取り付けた温度センサーと、これに接続した温度表示装置により塗装板の温度上昇及び飽和温度を測定することで遮熱塗膜を評価する装置が記載されている。この方法では、光源を照射し飽和温度に達するまでに時間を要することや、繰り返し測定するには一旦塗装板の冷却時間が必要となる等、多数の遮熱塗膜を評価するのには問題があった。また、雰囲気温度によって塗装板の飽和温度が変動するため、遮熱効果の相対比較は出来るが絶対比較は困難であった。さらに、評価する塗装板は装置にセットする必要があり大きさも限定されるため、すでに現場施工された遮熱塗膜等を評価することは著しく困難であった。現場で使用可能な装置として、サーモグラフィを使用し遮熱塗膜の飽和温度から遮熱効果を評価する方法もあるが、前記装置と同様に、遮熱塗膜が塗装された対象物の熱容量や雰囲気温度等により飽和温度が変動するため、遮熱効果の絶対比較は困難であった。さらに、ポータブル型の分光光度計等を使用することで、遮熱塗膜の近赤外領域の反射率を測定して遮熱効果を推測することも可能だが、信頼性の高い遮熱効果パラメーターとして適用するには、あらかじめ反射率と飽和温度との相関性を見出し、遮熱効果パラメーターとして反射率データを計算処理する必要があり、そのままでの適用は著しく困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献１】特開２００５−２４２５２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  本発明の目的は、短時間で遮熱塗膜の遮熱効果を定量的に絶対評価することが可能な携帯型の遮熱塗膜評価装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】    本発明は、上記課題を達成するため、遮熱塗膜の被測定面に照射するための赤外線発光ダイオードを備えた少なくとも２つ以上の照射部と、該被測定面からの反射光を受光し、反射光強度に応じた電気信号を出力するフォトダイオードを備えた受光部とを具備する光学プローブと、あらかじめ対照用遮熱塗膜の遮熱効果パラメーターの赤外線反射光強度への回帰式を用意し、受光部から出力された反射光強度の測定値により演算して得られた値を、該回帰式と照合して遮熱効果パラメーターを表示する演算処理装置に接続してなることを特徴とする遮熱塗膜評価装置を提供するものである。【０００６】  一般に、物体に赤外線が照射されると、物体の赤外線吸収能に応じて赤外線の一部は該物体に吸収され、「正反射光」と「拡散反射光」として反射される。「正反射光」とは「被測定面と入射光との接点の法線に対して入射光角度と同じ角度で且つ該入射光と反対の方向に該接点から反射していく光」であり、「拡散反射光」とは「被測定面で四方に散乱する光」を意味する。本発明者は様々な遮熱塗膜の赤外線反射光強度を測定し入射角と受光角の関係を調べたところ、正反射光より拡散反射光のほうが反射光強度の有意差が顕著になることを見出した。但し、照射部から発せられる光が平行光ではなく、ある程度の広がりをもった拡散光である場合は、正反射光は照射光の拡散角度に応じた拡散角度を有するため、受光部が拡散した正反射光の一部を受ける可能性がある。しかしながら拡散角度をもった正反射光の内、周辺部分の正反射光の強度が、被測定面からの拡散反射光に比して低く、測定上問題とならない場合は、受光部がそのような正反射光を受けることは、本発明において許容され得る。【０００７】  本発明における「遮熱効果パラメーター」とは、遮熱塗膜の遮熱効果を定性的あるいは定量的に表す数値であって、たとえば、太陽光下における塗膜の飽和表面温度を相対的に比較評価した値でもよいし、一定の光源下における塗膜の飽和表面温度を比較した値でもよい。また、近赤外領域における遮熱塗膜の赤外線反射率を「遮熱効果パラメーター」として代用してもよい。そのため、パラメーターの数値（飽和表面温度）が小さいほうが遮熱効果は高いと評価する場合もあるし、逆にパラメーターの数値（赤外線反射率）が大きいほうが遮熱効果は高いと評価する場合もある。【０００８】  前記照射部及び受光部は、被測定面からの拡散反射光の一部が受光部に受光されるように夫々配置されていることが望ましい。【０００９】  この配置のための前記照射部及び受光部の好ましい位置関係として、照射部は、上記開口部の面の中心法線に対して５〜８５°、より好ましくは４０〜５０°の範囲内の角度となるように配置されることが望ましい。受光部は、開口部の面の中心法線に対して０〜５°未満の範囲内、好ましくは該中心法線上に配置することができる。ここで、面の中心法線とは、照射される面の中心を通る法線を意味する。【００１０】  前記照射部及び受光部は、配置角度が固定できるように、開口部と貫通する照射部設置穴および受光部設置穴を加工した光学マウントに具備され、該光学マウントは遮蔽カバーに収納されていることが望ましい。【００１１】  上記照射部��光学マウントに２つ以上の複数備えることもできる。この際、複数の照射部及び受光部の好ましい位置関係としては、複数の照射部が、開口部の面の中心法線に対して５〜８５°の範囲内の角度となるように、且つ該法線を中心軸とした円周上に配置され、受光部が開口部の面の中心法線上に配置されていることが望ましい。【００１２】  前記照射部が２つ以上複数備えられた場合には、ピーク波長の異なる赤外線を照射する照射部を複数具備することが望ましい。本発明者は、太陽光スペクトルの近赤外領域を模擬するには最低２つ以上のピーク波長をもつ赤外線発光ダイオードが必要であることを見出した。具体的には、例えば太陽光の近赤外領域である８００ｎｍから２２００ｎｍの波長域の光を代替する赤外線発光ダイオードとして、ピーク波長９００ｎｍと１５００ｎｍの２つ、より好ましくはピーク波長９００ｎｍ、１２００ｎｍ、１５００ｎｍの３つの照射部を備えることが望ましい。【００１３】  本発明における「赤外線反射光強度」は、前記受光部の受光面全体が受ける赤外線の強度、受光面における単位面積当たりの赤外線強度の平均値、中央値若しくは最大値など、測定対象に応じた値として定義され得る。【００１４】  本発明で適用させる回帰式は、対照用遮熱塗膜について測定した各ピーク波長における「赤外線反射光強度」と、特許文献１と同様の装置を用いて得られる該対照用遮熱塗膜の「飽和温度」（遮熱効果パラメーター）の測定データを回帰分析して取得することができる。対照用遮熱塗膜は、白色、灰色、黒色等の無彩色塗料及び赤色、青色、黄色等の有彩色塗料を、夫々単独あるいは混合して作成した塗料で作成することが望ましく、様々な色彩で、且つ遮熱効果に著しい差がある塗膜での測定データで回帰式を取得することが望ましい。【００１５】  演算処理装置で表示される「遮熱効果パラメーター」は、前記回帰式との照合で得られる「飽和温度」でもよいが、より好ましくは絶対評価値としての「反射率」として表示されることが望ましい。【００１６】  このための演算処理装置には、赤外線領域の反射率がほぼゼロの暗幕あるいは暗箱等を使用して測定した「遮熱効果パラメーター」のデータ値を「０」とし、赤外線領域の反射率がほぼ１００％の標準反射板を使用して測定した「遮熱効果パラメーター」のデータ値を「１００」とするゼロ−スパン調整機能が付加されていることが望ましい。【００１７】  本発明において、受光部に適用されるセンサーは、近赤外領域において広範囲な感度波長範囲をもつフォトダイオードの適用が望ましく、例えば、ＩｎＧａＡｓタイプのフォトダイオードであれば、ピーク波長が９００ｎｍから１７００ｎｍの範囲における赤外線発光ダイオードからの反射光を電気信号として出力することができる。【００１８】  また、赤外線発光ダイオードの照射光が、効率よく被測定面に到達するように、光学マウントの照射部設置穴にコリメートレンズ等の集光部材を設置し、さらに穴の内壁には白色の高反射塗料を塗布して照射光の強度を減衰させないようにすることが望ましい。【００１９】  さらに、被測定面からの反射光が受光部に到達する前に光学マウントの受光部設置穴で吸収・減衰されることを防止するため、該受光部設��穴にも拡散反射光を集光して受光部に導くためにボールレンズ等の集光レンズを設置し、さらに穴の内壁に白色の高反射塗料を塗布することが望ましい。【００２０】  上記開口部は、測定時に被測定面に接触させて赤外線を照射させ、該被測定面からの反射光を受光部に受光させるために設けられるものである。該開口部の形状としては、円状、方状等特に制限はないが、対象な形状であることが望ましい。また、被測定面と該開口部との間に隙間ができないようにするためのゴム状のパッキン等を該開口部周囲に設けたものであってもよい。遮蔽カバーの寸法及び形状としては、少なくとも前記照射部及び前記受光部を具備した光学マウントが収納されるように製作されているのが望ましい。【００２１】  本発明が適用される遮熱塗膜としては、特に制限はないが、赤外線反射顔料を使用した遮熱塗料で形成された塗膜であることが望ましく、例えば、塗膜が形成された物品、プラスチック等の高分子材料、遮熱塗料が塗装された建造物の壁面や屋根面、あるいは舗装された車道や歩道に塗装された遮熱道路面などを例示することができる。
【発明の効果】
【００２２】  本発明の遮熱塗膜評価装置によれば、赤外線を被測定面に照射するための照射部は、赤外線発光ダイオードを備えて構成され、受光部は、被測定面からの反射光を受光し、受光した光の強度に応じた電気信号を出力するように構成された光学プローブが、携帯型の演算処理装置に接続されているので、装置は、全体として軽量、小型であり、容易に持ち運びができる。したがって、屋外の建造物に塗装された遮熱塗膜、あるいは舗装された車道や歩道に塗装された遮熱塗膜などの近赤外領域における赤外線反射光強度を測定できるようになる。さらに、この測定結果から被測定面の飽和温度の推定や、あるいは絶対評価としての近赤外領域における「赤外線反射率」を表示することで遮熱塗膜の定量的評価が可能となる。【００２３】  しかも、本発明の評価装置は、小型でありながら得られる測定結果は精度が高いという利点を有する。これは前記受光部が、被測定面からの正反射光が入射しない角度に配置されているからである。正反射光の光強度は、被測定面の滑らかさ、粗さ又は凹凸状態に大きく影響されるので、受光部が正反射光を受光すると、被測定面の赤外線反射光強度の測定及び評価を正しく行うことができない。【００２４】  すなわち、受光部に受光される反射光が拡散反射光であると、本発明の遮熱塗膜評価装置の測定値である「赤外線反射光強度」と遮熱効果パラメーターとなり得る「被測定面の飽和温度」との相関性が高くなるので好適である。【００２５】  また、照射が赤外線発光ダイオードで受光がフォトダイオードなので測定開始から「遮熱効果パラメーター」表示までの所要時間は１〜２秒と短時間で、電力消費も少ないことからバッテリー駆動のポータブル評価装置として使用することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】  以下、図面に基づいて本発明の遮熱塗膜評価装置を使用した測定方法及びその測定結果を用いた遮熱塗膜の評価方法の好適な実施形態について説明する。【００２７】  図１は、本発明の一実施形態である遮熱塗膜評価装置の概略図である。光学プローブ１は複合ケーブル９及びコネクター１０を介し演算処理装置１１に接続されている。演算処理装置１１には、赤外線発光ダイオードを点灯するためのＬＥＤ駆動回路（図示せず）も組み込まれている。電源スイッチ１３を入れたら、測定準備として、あらかじめ用意された暗箱（図示せず）に光学プローブ１をセットし調整ボタン１５でゼロ調整を行う。同様に、光学プローブ１を標準反射板（図示せず）にセットし調整ボタン１６でスパン調整を行い準備完了となる。被測定面２２に光学プローブ１を接触させたら測定開始ボタン１７を押し測定を開始する。反射光強度の測定及び演算処理は瞬時に行われ遮熱効果パラメーターとしての赤外線反射率（０〜１００％）が演算処理装置１１の液晶表示部１４に表示される。【００２８】  図２は、本発明の一実施形態である遮熱塗膜評価装置の光学プローブ１の概略図である。光学プローブ１は、光学マウント３と円筒状の遮蔽カバー２で構成されており、光学マウント３には、開口部４に貫通する照射部設置穴５ａ、５ｂ、５ｃ（図示せず）と受光部設置穴６が加工されている。照射部設置穴５ａには、ピーク波長８７０ｎｍの赤外線発光ダイオード７ａが、照射部設置穴５ｂには、ピーク波長１２００ｎｍの赤外線発光ダイオード７ｂが、照射部設置穴５ｃ（図示せず）にはピーク波長１５５０ｎｍ（図示せず）の赤外線発光ダイードが備えられている。もし、追加で他の赤外線発光ダイオードを備える場合には照射部設置穴５ｄ（図示せず）を使用すればよい。さらに、開口部４から鉛直方向に貫通する受光部設置穴６には、被測定面からの反射光を集光する集光レンズ２５と、受光した反射光強度に応じた電気信号を出力するフォトダイオード８が備えられている。各赤外線発光ダイオード及びフォトダイオードからのリード線は、まとめて複合ケーブル９を介し演算処理装置１１（図示せず）に接続されている。【００２９】  図３に光学マウントの外観構成の一例を示す。この光学マウントは、開口部４（図２の下面）と平行に形成された頂面２３の周囲に、開口部４に対して斜めに形成された円錐状の斜面２４を有する円柱状になっている。頂面２３には、受光部設置穴６が開口され、斜面２４には複数の照射部設置穴５ａ、５ｂ、５ｃが開口されている。各照射部設置穴５ａ、５ｂ、５ｃは斜面２４から開口部４に対し４５°の角度で貫通しており、各照射部に設置された赤外線発光ダイオードは被測定面２２（図示せず）に４５°の角度で照射されることになる。
このような構成によれば、必要に応じて照射部設置穴を追加することが可能となり、近赤外領域の他のピーク波長の赤外線発光ダイオードを追加することで、より太陽光スペクトルに近い光源を模擬的に作り出すことが可能となる。【００３０】  図４は、本発明の演算処理装置１１および光学プローブ１の部品及び回路構成を示す。制御部１８からＬＥＤ点灯信号がＬＥＤパルス駆動回路１９に送られると、各赤外線発光ダイオード７ａ、７ｂ、７ｃは時間差でパルス発光し、随時受光センサー８が反射光を受光する。受光信号はプリアンプ２０で増幅され、Ａ／Ｄ変換器２１でデジタル信号に変換され演算処理装置１１のメモリー回路に格納される。格納された各受光信号は、あらかじめ用意された回帰式で演算され赤外線反射率として液晶表示部１４に表示される。【００３１】［回帰式の作成手順］
対照用遮熱塗膜の塗装板作成
市販の汎用塗料（合成樹脂塗料：アサヒペン製）及び遮熱塗料（合成樹脂塗料：カンペハピオ製）を用い、夫々の配合比率を変えた塗料を作成し、該塗料を厚さ３．５ｍｍ、１２０ｍｍ×８０ｍｍのガラス板に、バーコーターを用いて乾燥膜厚が約１００μとなるように塗装し、常温で自然乾燥させた塗装板を作成した。【００３２】  飽和温度データの測定
上記塗装板を使用し、前記「特許文献１」で記載されている装置と同様の装置（光源：７５Ｗハロゲンランプ、照射距離：１００ｍｍ、照射時間１０分）を使って塗装板の飽和温度データを取得した。測定結果を表１に示す。【００３３】  赤外線反射光強度の測定
上記塗装板について本装置の光学プローブを使用し、各ピーク波長の赤外線発光ダイオード（Ｌ１２１７０：８７０ｎｍ、Ｌ１３０７２：１．２μｍ、Ｌ１２５０９：１．５５μｍ：浜松ホトニクス製）を順次照射したときの反射光をＩｎＧａＡｓフォトダイオード（ＦＧＡ０１：ソーラボジャパン製）で受光し反射光強度（任意単位）を測定した。その結果を表１に併記した。任意単位とは、フォトダイオードの電気信号が電圧なら「Ｖ」、電流なら「Ａ」となり、特に限定するものではない。【００３４】  重回帰式による遮熱効果パラメーターの決定
ハロゲンランプ照射後の飽和温度を目的変数Ｙとし、各ピーク波長の赤外線発光ダイオードによる反射光強度を、それぞれ説明変数Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３として重回帰分析をおこなった。その結果、Ｙ＝８４．２８５２−０．１５４３２Ｘ１＋０．０８０９４４Ｘ２＋０．００２７７Ｘ３の関係式が得られた。この関係式で算出した値を遮熱効果パラメーターとして、上記飽和温度との相関性を調べた結果を図５のグラフに示した。相関係数は０．９６４８と非常に高く、従来の評価装置で得られる飽和温度が本装置の遮熱効果パラメーターで容易に予測できることが確認できた。【００３５】  図６は、遮熱効果パラメーターを赤外線領域の反射率に変換した場合のグラフである。暗箱を使用したときの各ピーク波長の赤外線発光ダイオードの反射光強度をもとに、前記関係式で算出した値を「ゼロ」とし、反射率１００％の標準反射板を使用して同様に算出した値を「１００」として補正すると、遮熱効果パラメーターは太陽光スペクトルの近赤外領域における赤外線反射率として換算することが可能となる。【００３６】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００３７】  本発明によれば、短時間で太陽光スペクトルの近赤外領域における赤外線反射率を定量的に絶対評価することができるので、遮熱塗料の研究開発現場では、試作開発塗料の評価作業時間を短縮することが可能となる。また、遮熱塗料の製造現場においては出荷検査の際のロット管理等を容易に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の遮熱塗膜の評価装置の一例を示す模式図である。
【図２】光学プローブの一例を示す断面図である。
【図３】光学マウントの一例を示す斜視図である。
【図４】本発明の遮熱塗膜の評価装置の一例を示すブロックダイアグラム図である。
【図５】遮熱効果パラメーターと飽和温度との関係を示すグラフである。
【図６】遮熱効果パラメーターと赤外線反射率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３９】１・・・光学プローブ、２・・・遮蔽カバー、３・・・光学マウント、４・・・開口部、５ａ、５ｂ、５ｃ・・・照射部設置穴、６・・・受光部設置穴、７ａ、７ｂ・・・赤外線発光ダイオード、８・・・フォトダイオード、９・・・複合ケーブル、１０・・・コネクター、１１・・・演算処理装置、１２・・・ハンドル、１３・・・電源スイッチ、１４・・・液晶表示部、１５・・・ゼロ調整、１６・・・スパン調整、１７・・・測定ボタン、１８・・・制御部、１９・・・ＬＥＤドライバー、２０・・・増幅回路、２１・・・Ａ／Ｄ変換機、２２・・・被測定面、２３・・・頂面、２４・・・斜面、２５・・・集光レンズ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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