JPH0726906B2 - 耐候性試験方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、太陽光にさらされて長期間使用される塗膜や
合成樹脂製品のような化学製品の光沢変化や変色などの
品質劣化を実験室的に短期間にシュミレートする促進耐
候性試験方法及びそれに使用する装置に関する。

［従来の技術］ 従来、この種の促進耐候性試験方法としては、人工光源
としてカーボンアーク、キセノンアーク、あるいは紫外
線蛍光ランプから放射する光を、フィルタを介してある
いは介さないで、化学製品である試料に照射している。

ところが、従来の試験方法でなされた試験結果は、自然
界で実際に使用した結果とは必ずしも一致せず、実際の
使用結果との相関性が高いとはいいがたい。

本発明者は、光による化学製品の品質劣化について研究
したところ、品質劣化の程度は化学製品が受ける光の波
長に大きく依存していることを発見した。例えばビヒク
ルの異なる５種類の塗膜（Ａ〜Ｅ）に分光した光を各波
長の光について同一条件で照射して各波長の光に対する
塗膜の光沢減少率を測定した。この結果を第７図に示
す。第７図により、５種類の塗膜（Ａ〜Ｅ）の光沢減少
率は、いずれも光の波長が約350nmから短くなるに従っ
て指数関数的に大きくなるのがわかる。即ち、光による
化学製品の品質劣化は、化学製品の種類によって異なる
波長依存性を有するが、いずれの化学製品についても35
0nm以下の波長の光、特に295nm以下の波長の光に強い依
存性をもつ。

次に本発明者は従来の促進耐候性試験方法において、使
用されている人工光源の分光分布を調べた。その代表例
として第１図にサンシャインカーボンアーク燈と太陽光
との分光分布を示す。

サンシャインカーボンアーク燈の分光分布は、第１図に
実線で示す特性曲線Ａに示すようであり、又、従来の促
進耐候性試験方法で使用されている光フィルタを使用し
ても、その分光分布は第１図に破線で示す特性曲線Ｂに
示したようになり、350nm以下の分光分布が太陽光の分
光分布（第１図に一点鎖線の特性曲線Ｃで示す）と大き
く異なる。特に、太陽光になくしかも化学製品の劣化に
大きな影響を与える295nm以下の光が第１図の特性曲線
Ａ及びＢに示すように存在している。そのため、従来の
試験方法では、試験結果が自然界での使用結果と一致し
ないものと認められる。

又、従来の耐候性試験装置用ガラス製光フィルタは使用
中に劣化し易く、均一な分光分布をもつ光を試料に照射
するためには、高価なガラスフィルタを短時間で取替え
なければならず、費用、取替えの手間の点で不利であっ
た。

そこで本出願人は、350nm以下の波長の光の分光分布が
太陽光のそれと非常に近似した人工光を試料に照射すべ
く、特開昭58-71439号公報に係る試験方法を開発した。

しかしながら特開昭58-71439号公報に係る試験方法で
は、310nmの波長の光の量と320nmの波長の光の量との比
はI320nm/I310nm＝２±0.1であり、I330nm/I310nm＝３
±0.15なることが設定されている。ここでI320nmは光の
波長の320nmにおける光強度を示す。しかしながら実際
の太陽光の分光組成は、I320nm/I310nm＝３〜５、I330n
m/I310nm＝５〜８であり、上記した特開昭58-71439号公
報の試験方法では、試験結果は自然界での使用結果を充
分にシュミレートすることはできない。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、上記のような従来の欠点をなくし、実際の屋
外での使用結果との相関性を向上させた促進耐候性試験
方法及びそれに使用する装置を提供することを目的とす
る。

［問題点を解決するための手段］ そこで本発明者は、屋外での化学製品の使用結果と相関
性の極めて高い耐候性試験方法を提供するため、350nm
以下の波長の光の分光分布が太陽光のそれに非常に近似
した、即ち、295nm以下の波長の光を含まない、300nm以
下の波長の光の量が300〜320nmの波長の光の量の５％以
下であり、I320nm/I310nm＝2.1〜４、I330nm/I310nm＝
５〜10.3、I340nm/I310nm＝6.4〜13からなる光強度分布
を持つ人工光を試料に照射することができる人工光源及
び光フィルタについていろいろ検討した。その結果、31
0nmの波長の光の量を１とすれば、290nmの波長の光の量
が0.5以下で、300nmの波長の光の量が４以下で、320nm
の波長の光の量が0.7〜2.4で、330nmの波長の光の量が
1.1〜4.6で、340nmの波長の光の量が0.9〜5.4である人
工光源を使用し、さらに重量％で、SiO₂ 70±１％、Fe₂
O₃ 0.03±0.02、Na₂O 7.5±１％、K₂O 7±１％、CaO 7.
5±１％、BaO 2±0.5％、ZnO 4±0.5％とこれ以外にAl₂
O₃、MgO、Sb₂O₃、TiO₂の酸化物を含有し、厚みが２〜4m
mのガラス製の光フィルタを使用すればよいことを発見
した。本発明はこの発見に基き完成されたものである。

本発明にかかる試験方法で試料に照射される人工光の分
光分布は、化学製品の品質劣化に大きな影響を与える35
0nm以下の波長の光について、従来の人工光の分光分布
より太陽光のそれに近似しているので、本発明の試験結
果は、従来の試験結果より実際の使用結果との相関性が
高い。

本発明の係る試験装置は、試料が収容される試験室を形
成する試験槽と、試験室に収納される試料に向けて光を
発する人工光源と、人工光源と該試験槽との間に介在す
るガラス製の光フィルタとを具備する試験装置であり、
光フィルタは、重量％でSiO₂ 70±１％、Fe₂O₃ 0.03±
0.02％、Na₂O 7.5±１％、K₂O 7±１％、CaO 7.5±１
％、BaO 2±0.5％、ZnO 4±0.5％を含有し、更にAl
₂O₃、MgO、Sb₂O₃、TiO₂の酸化物を含有し、２〜4mmの厚
みをもち、該人工光源は、310nmの波長の光の量を１と
すれば、290nmの波長の光の量が0.5以下で、300nmの波
長の光の量が４以下で、320nmの波長の光の量が0.7〜2.
4で、330nmの波長の光の量が1.1〜4.6で、340nmの波長
の光の量が0.9〜5.4であることを特徴とするものであ
る。

本発明に係る試験槽は、従来の試験装置の試験槽と本質
的に同一のものを使用することができ、通常、試験室を
構成する箱状体、試料等を出入れするための扉、通気
孔、排気孔等を有する。

本発明に係る人工光源が上記分光分布を有するものであ
り、サンシャインカーボンアーク燈が代表的なものであ
る。サンシャインアーク燈は、第１図に特性曲線Ａで示
す分光分布をもっている。サンシャインアーク燈は310m
mの波長の光の量を１とすれば、290nmの波長の光の量が
0.36±0.05で、300nmの波長の光の量が0.51±0.05で、3
20nmの波長の光の量が1.24±0.05で、330nmの波長の光
の量が2.33±0.05で、340nmの波長の光の量が2.36±0.0
5で分布をもつ光を発する。なお、本発明に係る人工光
源としては、前記サンシャインカーボンアーク燈に限定
される必要はなく、分光分布が、310nmの波長の光の量
を１とすれば、290nmの波長の光の量が0.5以下で、300n
mの波長の光の量が４以下で、320nmの波長の光の量が0.
7〜2.4で、330nmの波長の光の量が1.1〜4.6で、340nmの
波長の光の量が0.9〜5.4であればどのような光源でもよ
い。

本発明に係る試験装置を特色づけるガラス製の光フィル
タは、人工光源と試験槽との間に介在しており、その組
成は、重量％でSiO₂ 70±１％、Fe₂O₃ 0.03±0.02％、N
a₂O 7.5±１％、K₂O 7±１％、CaO 7.5±１％、BaO 2±
0.5％、ZnO 4±0.5％を含有し、更にAl₂O₃、MgO、Sb
₂O₃、TiO₂を含有するものである。光フィルタの厚み
は、後述の実施例および比較例で示すように、分光特性
に影響を与えるため、２〜4mmである。

試験槽は、人工光源と試料との間の距離を調整する調整
装置をもつことが好ましい。このような調整装置をもて
ば、サンシャインカーボンアーク燈等の人工光源と試料
との間の距離を大小調整することができるので有利であ
る。

即ち、本発明に係る光フィルタを使用した場合には、化
学製品である試料を劣化させ易い295nm以下の光が存在
しないために、品質劣化の促進倍率が低くなる傾向にあ
るが、人工光源から試料までの距離を近づけ、促進倍率
の低下を補ない得るからである。本発明に係る光フィル
タでは、第１図に示す分光特性をもつサンシャインカー
ボンアーク燈などの人工光源と組み合せて使用すれば、
試料に照射される光の分光特性が太陽光の分光特性に極
めて近似する。即ち、350nm以下の範囲で非常によく近
似し、295nm以下の波長の光を含まない、300nm以下の波
長の光の量が300〜320nmの波長の光の量の５％以下であ
り、310nmの波長の光の量を１とすれば、320nmの波長の
光の量が2.1〜４で、330nmの波長の光の量が５〜10.3
で、340nmの波長の光の量が6.4〜13である分光分布をも
つ光が得られる。

［発明の効果］ 本発明に係る試験方法によれば、試料に照射される人工
光の分光分布は、化学製品の品質劣化に大きな影響を与
える350nm以下の波長の光について、従来の人工光の分
光分布より太陽光のそれに近似しているので、本発明の
試験結果は、従来の試験結果より実際の使用結果との相
関性が高い。

又、本発明に係る試験装置によれば、上記した試験方法
を実施できる。

又従来の耐候性試験方法で用いられている光フィルタは
試験中に劣化し易いため、当初の分光分布が第３図に実
線で示す特性曲線Ｇで示さていたものが、例えば300時
間使用後では光の分光分布が第３図に破線で示す特性曲
線Ｆに示したように大きく変化する。これに対して本発
明に係る光フィルタを使用した場合には、当初の分光分
布は第３図に特性曲線Ｅで示されていたが、1500時間使
用後においても、試料に照射される光の分光分布は第３
図に特性曲線Ｐで示すようになり、わずかの量しか変化
せず、従って非常に安定した分光特性をもつ光を長時間
にわたり試料に照射することができる。従って、本発明
に係る光フィルタを使用すれば、フィルタの交換頻度を
少なく、例えば従来のフィルタを使用した場合の1/10以
下にすることができ、これは、光フィルタの交換に長時
間を必要とする試験装置においてフィルタ交換のための
人手をほとんど省くことができ大いに有利である。

［実施例１］ 第６図に示す構造をもつ耐候性試験装置は、基体１と、
基体１に設けられ試料Ｓが収容される試験室20を形成す
る試験槽２と、試験室20に収納された試料Ｓに向けて光
を発する人工光源としてのサンシャインカーボンアーク
燈３と、サンシャインカーボンアーク燈３と試験槽２と
の間に介在するガラス製の光フィルタ４とを具備する。
ここで、基体１は、配電盤10、空気調整弁11、変圧器1
2、送風機13をもつ。サンシャインカーボンアーク燈３
は、所定の距離を離して設けられ通電することにより放
電するカーボン体30と、カーボン体30を収容するケース
31とからなる。カーボン体30が放電により消耗すると、
カーボン体30を保持するホルダ30aが上下動し、カーボ
ン体30の間隔を一定に確保する。試験槽２は、試料Ｓを
保持するホルダー23と、ホルダー23をカーボンアーク燈
の周りに回転させる回転枠21、ブラックパネル温度計22
とをもつ。

ガラス製の光フィルタ４は、重量％でSiO₂ 70±１％、F
e₂O₃ 0.03±0.02％、Na₂O 7.5±１％、K₂O 7±１％、Ca
O 7.5±１％、BaO 2±0.5％、ZnO 4±0.5％を含有し、
更にAl₂O₃、MgO、Sb₂O₃、TiO₂等の酸化物を含有し、2.5
mmの厚みをもつことを特徴とするものである。

さて、カーボン体30に通電してこれを放電させサンシャ
インカーボンアーク燈３を発光させて、その光を光フィ
ルタ４に通す。すると、第２図に実線で示す特性曲線Ｄ
のような分光特性をもつ光が試験室20に収容された試料
Ｓに照射されることになる。試料Ｓに照射される光は、
第２図に一点鎖線で示す特性曲線Ｃのような特性をもつ
太陽光の分光特性と、化学製品の劣化に対して大きな影
響を及ぼす300nm近傍の低波長側で非常によく一致する
とともに、特に従来の光フィルタを用いた場合には存在
していた太陽光にない295nm以下の波長の光が存在しな
い。従って、本実施例では、屋外曝露の結果と色差およ
び光沢ともに非常に良く一致した結果を得ることができ
る。

又、本実施例に係る光フィルタ４をサンシャインカーボ
ンアーク燈３と組み合せた場合、1500時間使用後の試料
Ｓ面での分光特性は、第３図の特性曲線Ｐに示す通りで
あり、光フィルタ４の劣化が非常に少ない。

［比較例１］ 実施例１に示す同様の試験装置において、比較例１にか
かる光フィルタを使用した。この光フィルタはSiO₂ 67.
9％、B₂O₃ 17.3％、K₂O 7.15％、Na₂O 4.0％、Al₂O₃ 3.
24％、Li₂O 0.80％とこれ以外にCaO、Fe₂O₃、MgO等から
選ばれる一般にガラス構成要素として使用される酸化物
の数種を含有する組成を有し、厚さ2.5mmのガラスフィ
ルタである。この比較例１では、第４図の特性曲線Ｈに
示す分光特性の光が試料Ｓに照射されることになり、こ
れは第４図のごとく太陽光にない295nm以下の波長の光
をかなりの量、有するとともに、分光特性も太陽光と異
なっている。従って比較例１では、化学製品の耐候性試
験を行えば、屋外曝露の結果と色差および光沢ともに異
なった結果が得られた。

［比較例２］ 実施例１に示す同様な試験装置において、比較例２にか
かる光フィルタを使用した。この光フィルタは、SiO₂ 6
7.3％、Al₂O₃ 1.68％、Fe₂O₃ 0.023％、Na₂O 21.6％、B
₂O 7.37％、Sb₂O₃ 1.13％その他一般にガラス構成要素
として使用される酸化物の数種を含有してなる組成で、
厚み0.85mmのガラスからなるフィルタである。比較例２
にかかる光フィルタとサンシャインカーボンアーク燈３
と組み合せると、第４図の特性曲線Ｉに示す分光特性の
光が試料Ｓに照射される。この比較例２においても、太
陽光にない295nm以下の波長をかなりの量有するととも
に、300nm近傍の波長の分光特性が太陽光の分光特性と
大きく異なる。よって比較例２においても、屋外曝露の
結果と色差及び光沢ともに異なった結果が得られた。

［比較例３］ 実施例１に示す同様な試験装置において、以下の光フィ
ルタを使用した。この光フィルタはSiO₂ 69.9％、Al₂O₃
1.83％、Fe₂O₃ 0.008％、Na₂O 16.3％、K₂O 1.87％、C
aO 5.91％、MgO 2.89％、B₂O₃ 1.07％その他一般にガラ
ス構成要素として使用される酸化物の数種を含有してな
る組成で、厚み2mmのガラスからなるフィルタである。
光フィルタとサンシャインカーボンアーク燈３と組み合
わせると第４図の特性曲線Ｊに示す分光特性の光が試料
Ｓに照射される。この比較例３においても、太陽光にな
い295nm以下の波長の光をかなりの量有するとともに、3
00nm近傍の波長の分光特性が太陽光の分光特性と大きく
異なる。よって比較例３においても、屋外曝露の結果と
色差及び光沢共に異なった結果が得られた。

［実施例２］ 実施例１に示す同様の試験装置において、実施例１と同
一組成の光フィルタを使用した。ただし実施例２の場合
には、光フィルタのガラスの厚みを2mmとした。実施例
２では、試料Ｓに照射される光の分光特性は第５図の特
性曲線Ｋで示すようになる。従って、実施例１の分光特
性を示す特性曲線Ｄと同様に、太陽光の分光特性とよく
一致した。従って実施例２においても、屋外曝露の結果
と色差および光沢ともに非常によく一致した結果を得る
ことができる。

［比較例４］ 実施例２において光フィルタの厚みを1.4mmに設定し、
後は実施例２の場合と同様の条件で試験した。この場合
には、第５図に示す特性曲線Ｌで示す分光特性が得られ
た。この分光特性は、太陽光にはない295nm以下の波長
の光が試料に照射されるとともに、I320nm/I310nm＝1.
6、I330nm/I310nm＝3.5、I340nm/I310nm＝3.7となり、
これは太陽光の分光特性（I320nm/I310nm＝３〜５、I33
0nm/I310nm＝５〜８、I340nm/I310nm＝５〜11）と大き
く異なっていた。従って、比較例３においては、屋外曝
露の結果と色差及び光沢ともに異なった結果となった。

［実施例３］ 実施例１に示すと同様の試験装置において実施例１と同
一の組成の光フィルタを使用した。但し、光フィルタの
ガラスの厚みを4mmとして、後は実施例１の場合と同様
な条件で試験を行った。この場合には、第５図の特性曲
線Ｍに示すような分光特性の光が試料Ｓに照射される。
この場合、I320nm/I310nm＝3.4、I330nm/I310nm＝10.
3、I340nm/I310nm＝12.6となる。これは太陽光の分光特
性とかなりよく一致している。従って屋外曝露の結果と
かなりよく一致した試験結果が得られる。

［比較例５］ 実施例１に示すと同様の試験装置を用い、実施例１と同
一組成の光フィルタを使用した。ただし光フィルタのガ
ラス厚みを5mmとした。後は実施例１との場合と同様な
条件で試験を行った。この場合、第５図の特性曲線Ｎに
示す分光特性をもつ光が試料Ｓに照射される。この場
合、I320nm/I310nm＝5.7、I330nm/I310nm＝15.7、I340n
m/I310nm＝20.3となる。これは太陽光の分光特性と大き
く異なっている。従って屋外曝露の結果と色差及び光沢
ともに異なった結果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、太陽光の分光特性、サンシャインカーボンア
ーク燈の分光特性、サンシャインカーボンアーク燈と従
来の光フィルタとを組合わせた場合の分光特性を示すグ
ラフであり、第２図は、サンシャインカーボンアーク燈
と本発明に係る光フィルタとを組合わせた場合の分光特
性を示すグラフであり、第３図は光フィルタの劣化によ
り試料に照射される光の分光特性変化を示すグラフであ
り、第４図はガラス組成を変更した光フィルタとサンシ
ャインカーボンアーク燈とによって試料に照射される光
の分光特性を示すグラフであり、第５図は光フィルタの
厚みの変化による分光特性の変化を示すグラフであり、
第６図は本実施例で使用した試験装置の内部を示す説明
図である。 第７図は光の波長と光沢減少率との関係をしめすグラフ
である。 図中、１は基体、２は試験槽、20は試験室、３はサンシ
ャインカーボンアーク燈、４は光フィルタをしめす。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小山 陽一 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 成田 猛 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 荒賀 年美 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 鈴木 正一 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 服部 寛 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 青木 菊生 愛知県刈谷市一里山町金山100番地 トヨ タ車体株式会社内 (72)発明者 板垣 宏一郎 神奈川県横須賀市田浦港町無番地 関東自 動車工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−71439（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−15544（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】人工光源と光フィルタとを組み合わせ、29
   5nm以下の波長の光を含まず、300nm以下の波長の光の量
   が300〜320nmの波長の光の量の５％以下であり、310nm
   の波長の光の量を１とすれば、320nmの波長の光の量が
   2.1〜４で、330nmの波長の光の量が５〜10.3で、340nm
   の波長の光の量が6.4〜13である分光分布をもつ光を生
   成し、 該光を化学製品からなる試料に照射することを特徴とす
   る促進耐候性試験方法。
2. 【請求項２】試料が収容される試験室を形成する試験槽
   と、 該試験室に収納される試料に向けて光を発する人工光源
   と、 該人工光源と該試験槽との間に介在するガラス製の光フ
   ィルタとを具備する試験装置であり、 該光フィルタは、重量％でSiO₂ 70±１％、Fe₂O₃ 0.03
   ±0.02％、Na₂O 7.5±１％、K₂O 7±１％、CaO 7.5±１
   ％、BaO 2±0.5％、ZnO 4±0.5％を含有し、更にAl
   ₂O₃、MgO、Sb₂O₃、TiO₂の酸化物を含有し、２〜4mmの厚
   みをもち、 該人工光源は、310nmの波長の光の量を１とすれば、290
   nmの波長の光の量が0.5以下で、300nmの波長の光の量が
   ４以下で、320nmの波長の光の量が0.7〜2.4で、330nmの
   波長の光の量が1.1〜4.6で、340nmの波長の光の量が0.9
   〜5.4であることを特徴とする試験装置。
3. 【請求項３】試験槽は人工光源と試料との間の距離を調
   整する調整装置をもつ特許請求の範囲第２項記載の試験
   装置。