(57)【要約】【課題】一定の放射照度を試料に照射し、かつ温度制御性に優れた耐候試験機を提供する。【解決手段】本発明は、試験開始に先立って耐候試験機の構成要素が、正常に作動するかを確認した後に、インバータ制御型交流電源を用い、波形の安定した電力を光源に供給することによって、一定の放射照度で試験を行うと共に、光源から放出される熱特性を温度制御演算回路に加味することにより、試験槽内の温度が設定条件から逸脱することを防止する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐候試験機において、光源が点灯した後に試料と同等の位置に、取り付けた受光器で測定した光源の放射照度の値が、点灯開始から急上昇を開始するまでの間は、加熱器を作動させずに試験を継続し、前記放射照度の値が急上昇を開始したときに初めて前記加熱器を作動させ、ブラックパネル温度計から伝達された値を基に温度制御演算回路で演算した温度制御信号で、前記加熱器とインバータ制御型冷凍機に連結した冷却コイルとによって試験槽内の温度を制御する機構を有することを特徴とする耐候試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キセノンアークランプ、メタルハライドアークランプなどを光源とし、光源の点灯開始時には予め設定した放電開始可能な放電電力をインバータで制御する電源から付与し、一定の放射照度を維持する定常点灯時には、商用周波数より高い周波数で、矩形波の交流電力により光源を一定の光強度で点灯すると共に、点灯開始後の放射照度の変化を基に、加熱器の出力及び冷却コイルへ供給する冷媒の量を制御することによって、昇温状態から試験を一定に保持する温度に到達する際に、ブラックパネル温度計（以降ＢＰＴと略記する）の値が前記保持温度をオーバーシュートすることのない耐候試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の耐候試験機には、光源として使用されるキセノンアークランプや、メタルハライドアークランプから放射されるエネルギーを安定して制御するために、光源の周囲を回転する試料枠あるいは固定した試料台に、試料と同一の位置に並べて、同一面内に取り付けた放射照度計によって放射照度を測定し、放射照度計に連結したスリップリング又は無線機によって前記耐候試験機の制御部に前記放射照度の値を送信し、予め設定した試験条件の放射照度の値と前記放射照度計にて測定した前記放射照度の値が一致するように制御部に設けた演算回路を介して前記光源の点灯電源に制御信号を送り、自動制御方式で光源の光強度を調整しているものがある。
【０００３】
これとは別に、光源の過負荷を防止するために、
（１）光源の点灯電源に連結した放電電力監視回路により、ランプ放電電力を監視し、それが規定値を超えると制御信号を演算回路に保持されている初期値に切換えて、初期値と同じ放電電力で点灯させる方法、
（２）演算回路に予め設定した初期値を基に光源を点灯し、光源の放射エネルギーの経時変化に対応して光源の点灯電力を制御する方法、
（３）上記（１）の構成に加えて、受光器より測定された放射照度の値に基づいた放電電力が予め設定した放電電力値よりも低い場合には、新たに設定放射照度になるように放電電力の制御値をリセットする方法、
などが行われている。
【特許文献１】特許番号第２７７４０１０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これらの光源の点灯電源部分は受光器からの信号、あるいは点灯電力信号、例えば、点灯放電電圧、点灯放電電流を基に、耐候試験機の制御部に設けたＰＩＤ方式などによる回路で演算した信号によって点灯放電電力を光源に供給している。
【０００５】
点灯電源部の放電電力調整回路は位相制御方式であり、一般には、商用交流電源周波数をそのまま利用している。この位相制御方式では、光源へ供給する電力の制御をＳＣＲのゲートに付与する電圧又は電流を変化させることによって行う。理想的な制御の場合にはＳＣＲでサイン波形の一部を切り取った波形が光源の出力として供給されることになるが、ＳＣＲの特性上、ゲートに作用させる電圧によっては、単にサイン波形の一部を切り取った波形にはならずに、１／２サイクル中にピーク電圧が複数有する波形になる場合もあり、またその形状も安定しておらず、光源への供給電力が１サイクル中で前述の波形に追従して変化しているので、肉眼では一定に感じられても、短時間における放射照度は変動した状態になっている。
【０００６】
実環境中に於ける塗料、プラスチック、繊維、印刷された文字ならびに画像、写真などに作用する光の強度は長時間で観測すればその値は一定ではないが、時間的変化は朝、昼、夕方のスパンで変化するような非常に緩やかなものである。従来の耐候試験機の光源は交流を変調した電力で放電を行っているので、ミリセカンドのようなショートレンジで放射照度を観測すれば、変動した不安定な照度となっている。このため、試料表面では実環境下で生ずる光化学反応の機構とは異なる反応が生じていることも考えられる。
【０００７】
また、使用する光源によっては、赤外近傍の長波長が含まれている。前記長波長の光は熱エネルギーとして作用するため、試料台あるいは試料枠に取り付けられたＢＰＴの値を上昇させ、その程度が大きい場合には空調機器の制御能力を越えてしまうので設定温度を逸脱する場合がある。
【０００８】
従来の耐候試験機は、冷媒を用いて冷却する冷却器と電気抵抗による発熱を利用した加熱器を搭載して試験槽内の温度を規定値に制御しているが、例えば、設定条件が暗黒試験時には槽内温度を３８℃に保ち、照射試験時にはＢＰＴの値が６３℃で放射照度を２５００Ｗ／m2のような高い放射照度で試験を行う場合がある。従来の試験機の制御方式は、暗黒試験から照射試験に切り替わると、制御回路は昇温するモードに設定される。
【０００９】
この状態においては、ＢＰＴの値が６３℃に達するまでは、前記加熱器が作動し、これと同時に光源からの熱エネルギーが重畳することになるので、ＢＰＴの値が設定値近傍に達したとき、冷凍機が作動し冷却を開始する制御を実行しても、制御しきれずに設定温度を越えて、６３℃に回復するまでには、かなりの時間を要することがある。
【００１０】
これは、前述の如くＢＰＴの値を上昇させる熱源が二箇所すなわち、前記加熱器と光源から成っているからである。すなわち、加熱器には温度調整機構が連結されているが、光源は、光強度の制御を優先しなければならないので、温度を制御するために光源への供給電力を変化させることは出来ない。これまでは点灯を開始すると同時に加熱器は、設定温度とＢＰＴの値の差を基にＰＩＤ制御によって作動していた。このために、温度が低い点灯初期には、ＰＩＤ値が１００％となり、加熱器がフルパワーで作動することがあるのでＢＰＴの値が急速に上昇する。光源の放射照度が設定値に近づくにつれ光源からの熱もＢＰＴの値の上昇に作用し、設定温度に達した時に、加熱器から発生する熱量を減じてもＢＰＴの温度上昇を急速に留めることが出来ないからである。
【００１１】
試験槽を小型にし、光源からの発熱量を少なくした場合には、温度変化に対する応答速度が速いので、設定温度から逸脱せずに制御することは可能であるが、上述の耐候試験機のように、光源からの発熱量が大きい場合には設定値から逸脱することが多い。
【００１２】
本発明は、このような従来の問題を解決しようとするもので、試験開始に先立って耐候試験機の構成要素が、正常に作動することを確認し、その後に波形の安定した交流電源を用い、一定の放射照度で試験を行うと共に、点灯開始時の昇温状態から、試験を一定に保持する温度に到達する際に、ＢＰＴの値が前記保持温度をオーバーシュートすることのない耐候試験機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の耐候試験機が試験を開始するときには、前記耐候試験機の温度制御演算回路から昇温モードで加熱器や冷凍機を作動させて試験開始時に設定した温度になるように自動的に空調を開始する。また、同様に、暗黒試験から照射試験に切り替わるときにも、昇温モードとなる。この昇温モードにおいて、ＢＰＴの値が設定温度より低いと、前記光源からのエネルギーによる昇温に加えて前記耐候試験機に付属した前記加熱器によって昇温を行うが、前述の如く光源に熱エネルギーとなる前記長波長成分が多く含まれていると、ＢＰＴの温度が設定値を越える恐れがある。本発明においては、ＢＰＴの値が設定値を逸脱する前にその予兆を把握し、その予兆の状態を基に事前に制御対象に負荷を与えて制御する方式を採用した。すなわち、光源からの放射照度は、点灯開始直後は低く、一定時間後に高くなり安定する。点灯開始時に加熱器を高出力状態で作動させて昇温を開始すると、光源の照度が高くなり始めた時、あるいは高くなりつつあるときに加熱器の出力を低下させてもＢＰＴの値が設定値を逸脱することがあるため、本発明では点灯開始から光源の放射照度が急速に上昇するまでの期間は、加熱器を作動させず、光源の放射照度が急速に上昇を始めたときに加熱器を作動させ、ＢＰＴの値を所定の値に導く。このとき、冷凍機はＢＰＴの値を基に、ＰＩＤ制御によって光源の点灯開始時から作動させる。このことによって、光源からの熱エネルギーの影響によりＢＰＴの値が設定値を逸脱することを防止できる。
【００１４】
さらに付け加えると、試験開始の信号を耐候試験機に与えると、前記耐候試験機を構成する各装置の状態、すなわち、ＢＰＴの値、試験槽内の温度、調温室の温度、ランプ冷却水の温度及び流量、湿度発生器の温度及び水位、冷凍機の内圧、点灯用電源回路の安全回路の作動状態、前記試験槽扉ロック確認スイッチの状態等が正常であるか否かを前記耐候試験機に設けた装置異常検出回路で自動的に判断し、異常を検知した場合には光、音、文字などで異常を警告し、異常が解除されるまでは、次のステップへ移行することを保留する。
【００１５】
また、異常のないことを検知した場合及び異常が解除された場合には、光源を点灯する。点灯に際しては、前記耐候試験機の制御部に設けた放射照度制御回路から、予め同一種類の複数の光源の平均値から求めた電流値または電圧値または電流値と電圧値を、光源に負荷するために点灯用電源へ信号を伝達する。前記点灯用電源はインバータ型点灯電力制御回路と点灯電力出力回路で構成されており、矩形波で、電圧を変化させた前記信号に対応した交流電力を光源に供給することによって光源の明るさを調節する。
【００１６】
また、放射照度は、試験槽内の試料枠あるいは試料台に設けた受光器で測定し、その値と試験開始時に設定した試験条件の放射照度の値とを前記放射照度制御回路で比較する。それらの値に差がある場合には、その差を解消するための放電電力制御信号を前記放射照度比較回路内のＰＩＤ演算回路部で演算し、前記インバータ型点灯電力制御回路に伝達して、前記の設定した放射照度になるように前記点灯電力出力回路から光源の点灯電力の供給を制御することによって、放射照度を調整する。
【００１７】
また、光源を安定して長時間使用するために、予め使用上限電圧、使用上限電流の値を設定し、この値を放電電力比較回路に入力して、前記光源に供給する電圧、電流を前記放電電力比較回路で測定し、その値が前記測定値を越えた場合は、前記光源へ供給する電力を前記耐候試験機に設けた運転開閉器で遮断する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、各種安全回路を点検した後、インバータ制御点灯電源で光源を点灯することによって、試料に照射する光の放射照度を一定に制御すると共に、点灯開始後の放射照度の変化を基に、加熱器の出力及び冷却コイルへ供給する冷媒の量を制御することによって、昇温状態から試験を一定に保持する温度に到達する際に、ＢＰＴの値が前記保持温度をオーバーシュートすることのない、温度制御性に優れた試験が可能となるので、再現性の優れた耐候試験結果が得られる。
【実施例】
【００１９】
図１は、本発明によるメタルハライドアークランプを光源１とした耐候試験機のブロック図である。本耐候試験機は、試験槽１０と、前記試験槽１０内に配置された光源１と、光源１の一方に設けられた噴霧ノズル２３と、光源１から３５０ｍｍ離れた位置に配置された試料台６と、冷却コイル１４と、加熱器１８と、インバータ制御型循環送風機１７と、これらの機器を制御する制御回路と、これらの機器を駆動する動力源とから構成されている。試料台６は、噴霧ノズル２３から噴霧した溶液が滞留しないように斜めに傾けられており、また、試料台６には、受光器７、ＢＰＴ１１、図には示していないが試料が取付けられている。
【００２０】
次に、操作手順に従って、その機能を記述する。始めに、図には示していないが、試験条件（試験槽内温度：６３℃、相対湿度：５０％等）を試験条件設定回路に入力した後、本耐候試験機の電源をＯＮにすると、本耐候試験機を構成している機器の安全を確認する各種信号が装置異常検出回路２に送信される。ここで異常信号が検出された場合には、異常個所を表示器１９に表示し、異常が解除されるまで、操作の進行を停止する。このときの解除は手動で行う。
【００２１】
異常がなかった場合または、異常の原因を取り除き、異常を解除した場合は、光源１が点灯する。試験開始に先立って、同一種類の複数の光源の平均値から予め求めておいた、点灯電圧値と電流値を放射照度制御回路８に記憶させておき、点灯時にこの値を光源１に負荷するために必要な信号をインバータ型点灯電力制御回路３に送り、ここから点灯電圧を指示する信号をサイリスタ型点灯電力出力回路４に送り、光源１の点灯が自動的に行われる。
【００２２】
点灯が確認された後、受光器７で測定した放射照度の値が予め設定した試験条件の放射照度になるように、受光器７からの放射照度の値を基に放射照度制御回路８からインバータ型点灯電力制御回路３に信号を送る。この状態で光源１の放射照度を制御して耐候試験を行う。
【００２３】
図２に、耐候試験を実施中の点灯電圧の変化と放射照度の変化を対応して示す。図３に従来の位相制御型電源で点灯したときの図２と同様の測定結果を示す。図２と図３から明らかなように、点灯電源の電圧変動と放射照度の変化は連動しており、本発明の条件下での放射照度の変動幅は図３の条件下の放射照度の変動幅に比べると非常に少ない。
【００２４】
光照射試験、暗黒試験、結露試験を複数回繰り返すサイクル試験において、光照射試験開始と同時に、従来は、ＢＰＴ１１の値を室温から６３℃に昇温させるために、ＰＩＤ制御によって冷凍機を作動させるとともに、加熱器１８を作動させ、３０分以内（試験条件によって異なる）に６３℃に達する電力を負荷していたが、ここでは光照射試験開始と同時に、ＰＩＤ制御回路を搭載した冷凍機出力制御回路１２によってインバータ制御型冷凍機１３を作動させ、温度制御演算回路１５において、光源の放射照度が高くなり始める直前である点灯開始後３分間は加熱器１８を停止し、点灯開始光源の放射照度が高くなり始める３分後からは加熱器１８を温度制御演算回路１５に設けたＰＩＤ制御回路によって作動させ、ＢＰＴ１１の値が６３℃になるように制御を開始する。
【００２５】
光照射試験が完了し暗黒試験、結露試験とへ移行する際に、光源１の点灯は停止する。
【００２６】
図４に点灯開始時すなわち室温状態から６３℃にＢＰＴ１１の値が安定するまでのＢＰＴ１１の値を示す。図４には、従来の制御条件で温度制御した場合の結果も併せて示した。図４に示す如く、本発明の結果は、設定温度である６３℃をオーバーシュートすることなく温度制御が行われていることを示している。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明によるメタルハライドアークランプを光源とした耐候試験機のブロック図である。
【図２】本発明による耐候試験機によって耐候試験を実施中の点灯電圧の変化と放射照度の変化を示す図である。
【図３】従来の位相制御型電源で点灯し、耐候試験を実施した時の点灯電圧の変化と放射照度の変化を示す図である。
【図４】点灯開始から試験槽内の温度が安定するまでのＢＰＴの値を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…光源                                                    
２…装置異常検出回路                    
３…インバータ型点灯電力制御回路  
４…サイリスタ型点灯電力出力回路            
５…放電電力比較回路                  
６…試料台
７…受光器
８…放射照度制御回路
９…運転開閉器              
１０…試験槽
１１…ＢＰＴ
１２…冷凍機出力制御回路
１３…インバータ制御型冷凍機
１４…冷却コイル
１５…温度制御演算回路        
１６…加熱器出力回路
１７…インバータ制御型循環送風機  
１８…加熱器    
１９…表示器
２０…加湿器
２１…温度湿度センサー
２２…光学フィルター
２３…噴霧ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年2月20日(2007.2.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料と同等の位置に取り付けた受光器と、ブラックパネル温度計と、温度制御演算回路と、加熱器とインバータ制御型冷凍機に連結した冷却コイルによって温度を制御する機構とを有する耐候試験機であって、該温度を制御する機構は、光源が点灯した後に前記受光器で測定した光源の放射照度の値が、点灯開始から急上昇を開始するまでの間は、前記加熱器を作動させずに試験を継続し、前記放射照度の値が急上昇を開始したときに初めて前記加熱器を作動させ、前記ブラックパネル温度計から伝達された値を基に前記温度制御演算回路で演算した温度制御信号で試験槽内の温度を制御することを特徴とする耐候試験機。