リアルタイムに測色する耐候性試験装置
【課題】 原位置でリアルタイムに測色する促進耐候性試験装置を提供する。
【解決手段】 試験槽の中で光源５と試験片３との間に配置された第一入力光学要素１０が、試験片３の色を連続的に決定する測色センサー３１および光分析制御システム３１０に、光ファイバー９によって接続されている。得られた色は格納された値と比較され、経時による色の漸進的変化を決定することができる。別の実施形態では、入力光学要素の影による干渉を制限するため、第一入力光学要素１０が、試験片３と光源５とを結ぶ線からずれて配置される。また別の実施形態では、試験槽内の回転ラック１における様々な角度位置に配置された様々な試験片３の色を測定するため、いくつかの入力光学要素が並んで配列されて使用され、またさらに別の実施形態では、ＣＩＥの基準のもとでの色を計算するための光源５の光をフルスペクトルで計測するために、第二入力光学要素１１が使用されている。
【解決手段】 試験槽の中で光源５と試験片３との間に配置された第一入力光学要素１０が、試験片３の色を連続的に決定する測色センサー３１および光分析制御システム３１０に、光ファイバー９によって接続されている。得られた色は格納された値と比較され、経時による色の漸進的変化を決定することができる。別の実施形態では、入力光学要素の影による干渉を制限するため、第一入力光学要素１０が、試験片３と光源５とを結ぶ線からずれて配置される。また別の実施形態では、試験槽内の回転ラック１における様々な角度位置に配置された様々な試験片３の色を測定するため、いくつかの入力光学要素が並んで配列されて使用され、またさらに別の実施形態では、ＣＩＥの基準のもとでの色を計算するための光源５の光をフルスペクトルで計測するために、第二入力光学要素１１が使用されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般的に耐候性試験装置に関し、特に、耐候性試験装置の試験槽に配置された試料について、原位置でリアルタイムに測色する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
塗装面、布、樹脂シートその他の材料の、促進された経時劣化特性を試験するために、屋内での促進耐候性試験装置が知られている。このような試験は、温度および／または湿度を制御した条件下にて、時には高温および／または高湿での条件下にて、例えば太陽光に近似するキセノン光源のような人工の光源からの高密度放射に試験片を曝すことによってなし遂げられる。キセノン光源は、絶対温度６，５００度での黒体放射の分布によく似ているクラスＤの光源に、たびたび関連付けられる。これらの光源は、色スペクトル分析のために、Ｄ６５と分類されている。
【０００３】
自然の屋外の環境下において、熱、光および湿度は、結合して相乗的に、屋外で自然条件に曝露された製品の光学的、機械的、化学的特性の変化を引き起こす。一般的に、本発明に係る試験装置および従来技術に係る試験装置は、加速された時間に基づく耐候性のデータを得るのに使用され、製品の製造者は、彼らの製品が数カ月または数年の時間という曝露条件に対してどのように反応するかという情報を得ることができる。多くの製品、たとえば塗料や着色プラスチックなどおいて、経年による色の変化は、当初の外観から漸進的に変化していくため、試験片の耐久性を評価するのに用いられる。
【０００４】
典型的には、促進耐候性試験装置は、試験片の温度を制御するために、空気をシステムの中で循環させる。典型的にはキセノンランプのような高密度プラズマランプなどの、試験装置に存在する熱源および／または放射源によって、試料が加熱不足や加熱過剰とならないようにするためである。様々な試験の実行ごとの間の正確な比較を確保するために、また試験装置によりもたらされる曝露条件を正確に所定の条件とし、さらに数年にわたって様々な試料を比較するために、条件を再現できるようにするには、試験片が正確に所定の光の条件に曝されることが望ましい。
【０００５】
公知の促進耐候性試験装置では、試験片を運搬する回転ラックが光源を取り囲んでいる。ここでこの光源は、多くの場合キセノンランプであり、十分な紫外線成分を有する照射を放つ。これらの光源は、クラスＤの光源と考えられ、ここでエネルギー分布はいわゆる黒体放射に密接に一致する。黒体の温度が上がるにつれて、放出される放射線の波長が短くなるような、顕著な変化が生じる。キセノンランプは、放出温度が絶対温度６，５００度での黒体放射に似た分布を有する、クラスＤ６５の光源である。クラスＤ６５の光源は、北半球における昼光での太陽光の分布を模擬するのにしばしば用いられる。クラスＤ５５の光源もまた、地球上での他の地域のために重要である。
【０００６】
システムにおける試料の位置による違いを避けるため、回転ラックは、典型的には毎分約一回転で回転する。また、試験片に付与される照射の典型的なレベルは、約１ＳＵＮである。ここで１ＳＵＮとは、様々な基準で推定することができるが、ソサエティ・オブ・オートモーティブ・エンジニアズの耐候性試験法によれば、波長３４０ナノメートルの紫外線が１平方メートルあたり０．５５ワットの強さ、と定義されている。キセノンランプのようなエネルギー源はフルスペクトル分布で記述され、また可視範囲内でどれだけのエネルギーが放出されたかによって記述することもできる。可視範囲の光は人間の眼により認識することができ、一般的に３８０ナノメータから７８０ナノメータと考えられており、人間の眼にある黄斑色素が吸収する範囲でもある。
【０００７】
試験片は、それらの中に含まれている色素のような様々な化学要素の吸収および／または散乱特性によって、色が付いて見える材料から成る。もしも、ある物質が黄色の波長のエネルギーを吸収する場合、その表面は青く見える。塗料の色素は、スペクトルの一部において、より効率的に光を散乱することが知られており、それゆえに材料を着色するのに用いられている。これらの色素は経時により劣化するので、材料の化学的または機械的な劣化を示すものとして材料の色が変化する。
【０００８】
色を測定するのに様々な方法および基準が用いられているが、そのひとつにＣＩＥ（Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ ｄｅ ｌ‘Ｅｃｌａｉｒａｇｅ、国際照明委員会の略）の基準がある。この基準は１９３１年に制定され、Ｘ，ＹおよびＺの三つの仮想の原色に基づく。それぞれの原色は、可視光のスペクトルの標準化された関数に一致する。この基準のもとでは、これら三つの原色の等エネルギー刺激値は等しい（Ｘ＝Ｙ＝Ｚ）。この基準のもとでは、以下のようにあらわされる。
【０００９】
Ｘ＝１／ｋΣＲ（λ）＊Ｅ（λ）＊ｘ（λ）
【００１０】
Ｙ＝１／ｋΣＲ（λ）＊Ｅ（λ）＊ｙ（λ）
【００１１】
Ｚ＝１／ｋΣＲ（λ）＊Ｅ（λ）＊ｚ（λ）
【００１２】
ここで、ｋ＝ΣＥ（λ）＊ｙ（λ）であり、ｘ（λ），ｙ（λ）およびｚ（λ）は波長λでの標準観測者関数であり、Ｒ（λ）は同じ波長での反射率値である。この基準のもとでは、光源の相対スペクトルエネルギー分布が用いられる。一般的に、ＸＹＺの三刺激値は、色度図における色度座標で表現された三次元の色空間にて与えられる。１９３１年にＣＩＥで制定された基準のもとでは、Ｘ，Ｙ，Ｚについて、２度の視角が用いられ、波長スペクトルを通して３１箇所（４００ｎｍ，４１０ｎｍ，・・・，７００ｎｍ）の測定からなるスペクトルが用いられていた。１９６４年にＣＩＥで制定された新しい基準のもとでは、同様のスペクトルについて、１０度の視角（Ｘ１０，Ｙ１０，Ｚ１０）が用いられている。
【００１３】
近年、ＣＩＥのＸＹＺ座標は、ｘ＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ），ｙ＝Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ），ｚ＝Ｚ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）と置き、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１の系を用いて変換座標系を形成することにより、二次元座標のプロットに変換されている。この空間は、さまざまな照明値を有する色の結合と関連付けられているという問題があるため、ＣＩＥ Ｌ＊ａ＊ｂ色空間（ＣＩＥ １９７６とも呼ばれる）が考案された。この新しい基準のもとでは、Ｌ＊が明度を表し（０が黒、１００が白）、ａ＊が赤の程度−緑の程度を表し、ｂ＊が黄の程度−青の程度を表す。これらの値を計算するには以下の変換式が用いられる。
【００１４】
Ｌ＊＝１１６（Ｙ／Ｙｎ）１／３−１６
【００１５】
ａ＊＝５００［（Ｘ／Ｘｎ）１／３−（Ｙ／Ｙｎ）１／３］
【００１６】
ｂ＊＝２００［（Ｙ／Ｙｎ）１／３−（Ｚ／Ｚｎ）１／３］
【００１７】
ここでＸｎ，Ｙｎ，Ｚｎはそれぞれ、試料のＸ，Ｙ，Ｚを計算するのに用いた光源のもとでのＸ，Ｙ，Ｚの値である。ＣＩＥ１９７６における他の重要な測定パラメータの一つに、色差ΔＥ＝［（ΔＬ＊）２＋（Δａ＊）２＋（Δｂ＊）２］１／２で表わされるユークリッド距離がある。ユークリッド距離は、ＣＩＥ Ｌ＊ａ＊ｂのもとでの三次元空間における、二点間の距離である。
【００１８】
例えば光源の部分的または完全なスペクトル分布に基づくユークリッド距離の測定による試験片の色の漸進的変化を測定するために、それぞれの試験片を取り除いて別途卓上試験を行うことなく、試験片の測色が可能な促進耐候性試験装置（光源を元の位置に置いたままで測定が可能な促進耐候性試験装置と併用される場合もある）が求められていた。
【発明の概要】
【００１９】
開示される発明は、試験槽内で光源と試験片との間に配置されつつ光ファイバーに接続された入力光学要素を有し、原位置でリアルタイムに測色するシステム（Ｉｎ ｓｉｔｕ Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ Ｃｏｌｏｒ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ，ＩＲＣＭＳ）を備える、促進耐候性試験装置である。ここで、この光ファイバーは測色センサーおよび関連する処理および格納システムに接続されており、曝露手段の筐体の中で試験片の色を連続的に測定する。そして、得られた色は格納された値または参照値と比較され、経時による色の漸進的変化を決定する。標準耐候性物質（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ，ＳＷＲＭ）について標準化された試験を行って目標の色変化がいつ得られるかを決定するため、標準物質（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ，ＳＲＭ）もまた同様に測定される。別の実施形態では、入力光学要素の影による干渉を制限するため、入力光学要素が試験片と光源とを結ぶ線からずれて配置されており、また別の実施形態では、試験槽内の回転ラックにおける様々な角度位置に配置された様々な試験片の色を測定するため、いくつかの入力光学要素が並んで配列されて使用される。またさらに別の実施形態では、ＣＩＥの基準のもとでの色を計算するための、また試験片を自然環境に曝露するための光源の光を、フルスペクトルで計測するために、第二光学要素が使用されている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
図面には特定の実施形態が示されているが、本開示の発明は、図面に示された配置および手段に限定されるものではない。
【００２１】
【図１】本開示の一実施形態に係る促進耐候性試験装置であって、筐体と、光源と試験片との間に配置された入力光学要素とを備えた促進耐候性試験装置について、アクセス扉を除いて見た透視図である。
【図２】従来技術の一実施形態に従った方法であって、試験片の色の変化を決定する方法を示す図である。
【図３】本開示の一実施形態に係る促進耐候性試験装置であって、図１に示す促進耐候性試験装置を、筐体の正面からアクセス扉を除いて見た拡大図である。
【図４】本開示の一実施形態に係る促進耐候性試験装置であって、第一入力光学要素と第二入力光学要素と光分析制御システムとを備える促進耐候性試験装置の機能図である。
【図５】本開示の一実施形態に係る促進耐候性試験装置であって、第一入力光学要素と光分析制御システムとを備える促進耐候性試験装置の機能図である。
【図６】本開示の一実施形態に従った方法であって、試験片の色の変化を決定する方法を示す図である。
【図７】本開示の一実施形態に係る促進耐候性試験装置であって、第一入力光学要素を備える促進耐候性試験装置を、筐体の正面からアクセス扉を除いて見た拡大図である。
【図８】本開示の他の実施形態に係る促進耐候性試験装置であって、線上に配置された入力光学要素Ａと、線からずれて配置された入力光学要素Ｂとを備える促進耐候性試験装置を、筐体の上面から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、ここに記載された特定の詳細な装置に限定されることはなく、また他の変更や応用をも企図するものである。本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、ここに記載した装置に更なる変更を加えることができる。すなわち、上述の記載の主題は、例示として理解されることを意図したものであり、限定する意味のものではない。
【００２３】
図１に、本発明の一実施形態に係る促進耐候性試験装置３００を示す。一般的に、波線で表わされた空気は、降下して一連の加熱要素または冷却要素を通るよう循環し、筐体２に誘導される。そこで空気は回転ラック１に取り付けられた一連の試験片３に接触する。一旦試験片３が空気の対流により加熱または冷却されると、空気は循環して、流路を規制するよう設けられた一連の開口を通り、筐体２から外に出る。筐体２の内部にアクセスできるよう、アクセス扉（図示省略）が筐体２に取り付けられている。
【００２４】
光源５は、一般的にキセノンアークランプまたは他のタイプのランプであり、光化学劣化を促進する光源としてだけでなく、試験片３の表面に向けて放射される熱源としても用いられており、メタルハライドランプ、蛍光ランプ、カーボンアークランプその他のものが用いられる。光源５は、特定の条件下での特定の光と熱を模擬するような出力およびパワースペクトル分布を用いて、較正される。例えば、北半球での太陽光を模擬するために、Ｄ６５タイプのキセノンランプを用いることができる。いくつかの実施形態では、空気が対流によって試験片３を加熱するのに対して、光源５は放射によって試験片３を加熱するよう構成されている。地球上におけるほとんどの天候を模擬できるよう、どちらのエネルギー源も独立に較正することができる。
【００２５】
促進耐候性試験装置は、光、熱および湿度の条件を正確なアルゴリズムに応じて変化させることにより、ゆっくり起こる自然の曝露（ウェザリング）条件を圧縮して、短期間での劣化過程にするために、しばしば用いられている。曝露条件の模擬の程度は、急速に変化していくパラメータに依存するため、筐体２の中での入力パラメータおよび測定値は、正確に制御されなければならない。付加的な曝露条件をより良く模擬するために、湿度制御および降雨制御のような他の補助的な制御を、筐体２の中に導入することもできる。試験片３の表面温度は、接触式または非接触式のセンサーで計測することができる。光源５の光の強さは、フルスペクトルの監視システム；固定され、較正されて格納された値；光源５の出力；一つの試験片３の代わりに回転ラック１に配置されたセンサーのうち、いずれか使うことによって計測することができる。
【００２６】
回転ラック１は筐体２の中で回転するため、回転ラック１に配置されるセンサーもまた、筐体２に対して移動可能となる。回転ラック１からの知覚的検出は、データの記録が可能なセンサー、無線により伝達可能なセンサー、または図１に示すようにロータリージョイント６を介して命令系統に接続された光ファイバーまたは電気的コネクターに接続されたセンサーの、いずれかを使用することによって行われる。他の実施形態においては、センサーは、筐体２の中で入力光学要素１０に接続された光ファイバー９により固定され、回転ラック１とともには回転しないよう構成されている。本開示は、筐体２の中における試験片３の測色に関連するため、上述した促進耐候性試験装置に関わる全ての天候制御機構および検出測定手段にこの主題があてはまることを、当業者は認識するだろう。本開示は、ここに記載の技術を、あらゆる促進耐候性試験装置と併せて使用することを企図するものである。
【００２７】
当業者に周知の方法であって、促進耐候性試験装置３００の筐体２に収められた回転ラック１に装着された試験片３の色の変化を決定する方法が、図２に示されている。一旦試験片３の曝露が開始される（符号２１０）と、試験装置の操作者は一定の時間待機する（符号２１１）か、または曝露される試験片の種類での経験に基づいて、もしくは試験室での手順に関連付けられた一定の時間に基づいて、予め決めておいた時間待機する。そして曝露は停止され（符号２１２）、試験片は、退色試験またはＳＲＭ試験を行うために、促進耐候性試験装置から取り除かれる（符号２１３）。そして測定された色は試験片の当初の色と比較され、色の変化の度合いを決定する（符号２１４）。もしも所望の色の変化に達していた場合（符号２１５）、曝露を終了する（符号２１６）。もしも所望の色の変化に達してない場合は、試験片３は再び筐体２の中に入れられ、もう一巡の曝露過程を行う（符号２１０）。測色は、アクセス扉を開き、回転ラック１に装着された試験片３にアクセスして、可搬型装置を用いて行われるか、または、回転ラック１から試験片３を取り外して、卓上測色制御装置を用いて測色し、その後試験片３を元の位置に戻すことにより、行われる。これらの測定では、離散的な時間毎の情報しか得ることができず、連続的なデータや、原位置でのリアルタイム計測を行うことができない。したがって、曝露過程を中断することに付随して、補正をする必要があった。
【００２８】
図７は、図１に示す促進耐候性試験装置に、図５の機能図に示す一つの入力光学要素をさらに設けた促進耐候性試験装置を、筐体の正面からアクセス扉を除いて見た拡大図である。図３は、図１に示す促進耐候性試験装置に、図４の機能図に示す二つの入力光学要素をさらに設けた促進耐候性試験装置を、筐体の正面からアクセス扉を除いて見た拡大図である。
【００２９】
図７に示す一つの実施形態において、促進耐候性試験装置３００は、内部に試験槽が形成されてアクセス扉が設けられている筐体２と、筐体２の中で少なくとも一つの試験片３を保持する回転ラック１と、試験槽の中に配置され試験片３を照射する光源５と、試験槽の中に配置され、光源５から試験片３に照射された光のスペクトル反射率を測定する第一入力光学要素１０とを備え、第一入力光学要素１０は、光ファイバー９により図５に示す測色センサー３１および光分析制御システム３１０に接続され、原位置でリアルタイムに試験片３の色の漸進的変化を決定するよう構成されている。
【００３０】
測色は、光源５から試験片３に照射された光の反射率を用いて行われる。ここで、反射率は、筐体２の中で回転ラック１に装着された試験片３の表面により反射される光であると理解される。反射分光光度計は、反射する光に比例する量を反射率として測定し、また第一入力光学要素１０に入る光の波長の関数として表現された反射スペクトルとして、測定する。一つの好適な実施形態では図４に図式的に示すような色合わせソフトウェアが用いられ、この実施形態は、測色センサー３１と、光学入力を選択する切替装置３０に接続されたソフトウェアスイッチ３２と、測色アルゴリズム３５と、測色アルゴリズム３５による測定に基づき、例えばＸ，Ｙ，Ｚ，ｘ，ｙ，ｚ，Ｌ＊，ａ＊，ｂ＊，ΔＬ，Δａ＊，Δｂ＊，ΔＥのような、様々なパラメータを決定するパラメータ決定ソフトウェア３６とを含むことができる。一つの実施形態では、測色によるスペクトル出力３３は、さらなる処理のために、格納される前に色表示インターフェイスを用いてスクリーン３４に表示されるよう構成される。
【００３１】
一つの実施形態では、波長スペクトルにおける選択された区域ごとに関連する様々な値を用いてパラメータＸ，Ｙ，Ｚ，ｘ，ｙ，ｚが決定および算出されると、Ｌ＊，ａ＊，ｂ＊も決定される。次に、インターフェイスを用いて、ΔＬ，Δａ＊，Δｂ＊，ΔＥのような変化量を計算することにより、新しく得られた色と試験片の当初の色および目標の色とが比較される。この実施形態は、得られた情報を表示および処理するために、あらゆる公知のグラフィカルインターフェイスおよびスプレッドシート型のインターフェイスが使用されることを企図するものである。
【００３２】
さらにここに開示され企図されるのは、付加的な外部操作手段を使用することにより、反射率の測定が適切に行われることを保証することである。例えば、表面仕上げの異なる試験片は、異なる方向に異なる量だけ光を反射し、これは今度は試験片３が回転ラック１に装着されて回転するとき全体の反射率に大きな変動が生じることにつながる。光沢仕上げされた赤の塗料は、視角が小さい場合には黒く見え得る。空気中の水滴、埃、または霧の存在等の他のパラメータは、反射率の変化につながる。また、曝露により試験片の表面仕上げが変化し、さらに粗くなり、実際には色が変化していなくてもある特定の視角からは色が変化したような印象を与え得る。
【００３３】
乾燥周期の使用、試験片３の角度位置と調和した測定、および曝露サイクルにおける特定の正確な瞬間における測色のような、曝露する環境を制御することに加え、原位置でのリアルタイムな測色を向上させるための計算技術および計算アルゴリズムを使用することが企図される。例えば、測定が複数の角度において行われてピーク値において記録されること、複数の測定が行われて平均されること、リアルタイムの測定を補うため移動平均を用いることなどが挙げられる。
【００３４】
図３および４に示される別の実施形態においては、光源５のスペクトル分布を測定する第二入力光学要素１１が試験槽の中に配置されている。光源５のスペクトル分布の測定については、米国特許第７，０３８，１９６号に開示されており、すべての目的でその全体が参照により本明細書に組み込まれる。第二入力光学要素１１を用いることによって、光源５について原位置でのリアルタイム測定をすることができる。ここで光源５は、反射率の計算のための光源として較正される。色を計算するのに、３８０ｎｍから７００ｎｍまでの可視光のスペクトルにおいて離散的な区域が使用され、これらの区域は、よりよい結果を得るためにそれぞれ互いに相補する関係にある。
【００３５】
一つの実施形態では、第一入力光学要素１０は、切替装置３０を介して測色センサー３１に接続されている。光スイッチ、光クロスコネクタ、あるいは二つの入力と一つの出力とスイッチとを備えて一つの出力に向かう二つの入力を選択的に変化させるかまたは循環させるような好適な光学装置など、あらゆる適した切替装置を使用できることが認識されるであろう。一つの実施形態における測色センサー３１は、アレイ状に形成された小型の電荷結合素子（ｃｈａｒｇｅｄ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ，ＣＣＤ）である。また別の実施形態では、測色センサー３１は非走査型分光放射計である。二つの異なるタイプの測色センサー３１について記載したが、あらゆる公知の可搬型の測色センサーを使用することができ、例えば電荷結合素子、シリコンアレイ検出器、相補型金属酸化膜半導体素子、能動画素センサー、ベイヤセンサー、ｆｏｖｅｏｎ Ｘ３（登録商標）センサー、ダイオードアレイ検出器、光電子増倍管などを使用することができる。
【００３６】
図６には、原位置でリアルタイムに測色する装置によって曝露がどのように行われているかが示されている。光分析制御システム３１０は、試験片の色の変化の決定に基づき（符号２０５）、曝露を終了させる（符号２０６）ことができる。最初のステップでは、標準物質（ＳＲＭ）の色の変化を制御データとして光分析制御システム３１０に入れることができる。次に、試験片３の色が上述の装置を用いて測定され（符号２０１）、試験片の曝露が開始される（符号２０３）。それに続くステップでは、リアルタイムで、連続的にまたは離散的な時間間隔で、色の変動が測定され（符号２０４）、そして試験開始当初の測定値（ΔＥ）と比較される（符号２０５）。もしも色の変化が所定の値と等しいか所定の値より大きい場合、曝露は終了される（符号２０６）。もしも測定された色の変化が所望の色の変化より小さい場合には、曝露は再開され（符号２０７）色の変化が再び測定される（符号２０４）まで続けられる。
【００３７】
図８には、回転ラック１において様々な角度位置に装着されている試験片３についての、異なる採用しうる配置が示されている。符号Ａで示されている配置は、第一入力光学要素１０および第二入力光学要素１１が、光源５と試験片３との間で一列に並ぶような、採用しうる実施形態である。この配置の利点は、試験片３の正面での測色が可能となることだが、不利点は、第一入力光学要素１０および第二入力光学要素１１により、幾分かの影が作られることである。符号Ｂで示されている配置では、第一入力光学要素１０は、試験片３の法平面から所定の角度傾いた方向に反射する反射光を受光して試験片３のスペクトル反射率を測定する。
【００３８】
促進耐候性試験装置で試験片の色を決定する別の方法は、少なくとも一つの試験片３を保持する回転ラック１を有する試験槽２の中に、第一入力光学要素１０を配置するステップと、試験片３を識別するステップと、第一入力光学要素１０を用いて、試験槽２の中の光源５から試験片３に照射された光のスペクトル反射率を測定するステップと、測定されたスペクトル反射率に基づき、試験片３についてのＣＩＥ表色系における三刺激値のセットを計算するステップと、前記三刺激値のセットを、タイムスタンプとともにデータベースに格納するステップとを備える。また別の実施形態の方法は、光源５のスペクトル分布を測定する第二入力光学要素１１を前記試験槽２の中に配置するステップと、前記スペクトル分布を、タイムスタンプとともにデータベースに格納するステップとをさらに備える。ここでタイムスタンプは、データの流れを時間順に再構成できるような尺度に関連した、あらゆるタイプ情報または格納の仕組みを採用し得る。例えば、測色データとともに時刻を格納することができるが、逐次格納される値に関連する時間の増分を用いることもまた企図される。また、試験片の色の変化ではなく色あせが観察される対象である場合に、経時的な色の変化（色差ΔＥ）ではなく色あせ（明度差ΔＬ）を、試験片の変化を評価することができるツールとして使用することが、耐候性の分野で開示されている。また、他の基準や測色技術、および測色技術との境界技術も使用されること企図される。
【００３９】
最後に、図示されてはいないものの企図されるのは、筐体２の中で試験片３からの二回目以降の反射に起因する背景明度を検出することが可能な、環境センサーを用いることであり、これによって測定された色をさらに補正することができる。閉鎖された筐体２の中では、壁面は反射性を有し、また光源５は試験片３のみに指向してはおらず筐体２の全体を指向しており、光源５からの照射の多くは背景光度から成る。
【００４０】
本発明の具体的な実施形態が図面に描かれ、また明細書に記述されているが、本発明はこれらに記載されたままの構成に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載された発明の範囲から逸脱しない限り、部品および要素の構成および配置について変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 回転ラック
２ 筐体
３ 試験片
５ 光源
９ 光ファイバー
１０ 第一入力光学要素
１１ 第二入力光学要素
３０ 切替装置
３１ 測色センサー
３２ ソフトウェアスイッチ
３００ 促進耐候性試験装置
３１０ 光分析制御システム
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般的に耐候性試験装置に関し、特に、耐候性試験装置の試験槽に配置された試料について、原位置でリアルタイムに測色する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
塗装面、布、樹脂シートその他の材料の、促進された経時劣化特性を試験するために、屋内での促進耐候性試験装置が知られている。このような試験は、温度および／または湿度を制御した条件下にて、時には高温および／または高湿での条件下にて、例えば太陽光に近似するキセノン光源のような人工の光源からの高密度放射に試験片を曝すことによってなし遂げられる。キセノン光源は、絶対温度６，５００度での黒体放射の分布によく似ているクラスＤの光源に、たびたび関連付けられる。これらの光源は、色スペクトル分析のために、Ｄ６５と分類されている。
【０００３】
自然の屋外の環境下において、熱、光および湿度は、結合して相乗的に、屋外で自然条件に曝露された製品の光学的、機械的、化学的特性の変化を引き起こす。一般的に、本発明に係る試験装置および従来技術に係る試験装置は、加速された時間に基づく耐候性のデータを得るのに使用され、製品の製造者は、彼らの製品が数カ月または数年の時間という曝露条件に対してどのように反応するかという情報を得ることができる。多くの製品、たとえば塗料や着色プラスチックなどおいて、経年による色の変化は、当初の外観から漸進的に変化していくため、試験片の耐久性を評価するのに用いられる。
【０００４】
典型的には、促進耐候性試験装置は、試験片の温度を制御するために、空気をシステムの中で循環させる。典型的にはキセノンランプのような高密度プラズマランプなどの、試験装置に存在する熱源および／または放射源によって、試料が加熱不足や加熱過剰とならないようにするためである。様々な試験の実行ごとの間の正確な比較を確保するために、また試験装置によりもたらされる曝露条件を正確に所定の条件とし、さらに数年にわたって様々な試料を比較するために、条件を再現できるようにするには、試験片が正確に所定の光の条件に曝されることが望ましい。
【０００５】
公知の促進耐候性試験装置では、試験片を運搬する回転ラックが光源を取り囲んでいる。ここでこの光源は、多くの場合キセノンランプであり、十分な紫外線成分を有する照射を放つ。これらの光源は、クラスＤの光源と考えられ、ここでエネルギー分布はいわゆる黒体放射に密接に一致する。黒体の温度が上がるにつれて、放出される放射線の波長が短くなるような、顕著な変化が生じる。キセノンランプは、放出温度が絶対温度６，５００度での黒体放射に似た分布を有する、クラスＤ６５の光源である。クラスＤ６５の光源は、北半球における昼光での太陽光の分布を模擬するのにしばしば用いられる。クラスＤ５５の光源もまた、地球上での他の地域のために重要である。
【０００６】
システムにおける試料の位置による違いを避けるため、回転ラックは、典型的には毎分約一回転で回転する。また、試験片に付与される照射の典型的なレベルは、約１ＳＵＮである。ここで１ＳＵＮとは、様々な基準で推定することができるが、ソサエティ・オブ・オートモーティブ・エンジニアズの耐候性試験法によれば、波長３４０ナノメートルの紫外線が１平方メートルあたり０．５５ワットの強さ、と定義されている。キセノンランプのようなエネルギー源はフルスペクトル分布で記述され、また可視範囲内でどれだけのエネルギーが放出されたかによって記述することもできる。可視範囲の光は人間の眼により認識することができ、一般的に３８０ナノメータから７８０ナノメータと考えられており、人間の眼にある黄斑色素が吸収する範囲でもある。
【０００７】
試験片は、それらの中に含まれている色素のような様々な化学要素の吸収および／または散乱特性によって、色が付いて見える材料から成る。もしも、ある物質が黄色の波長のエネルギーを吸収する場合、その表面は青く見える。塗料の色素は、スペクトルの一部において、より効率的に光を散乱することが知られており、それゆえに材料を着色するのに用いられている。これらの色素は経時により劣化するので、材料の化学的または機械的な劣化を示すものとして材料の色が変化する。
【０００８】
色を測定するのに様々な方法および基準が用いられているが、そのひとつにＣＩＥ（Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ ｄｅ ｌ‘Ｅｃｌａｉｒａｇｅ、国際照明委員会の略）の基準がある。この基準は１９３１年に制定され、Ｘ，ＹおよびＺの三つの仮想の原色に基づく。それぞれの原色は、可視光のスペクトルの標準化された関数に一致する。この基準のもとでは、これら三つの原色の等エネルギー刺激値は等しい（Ｘ＝Ｙ＝Ｚ）。この基準のもとでは、以下のようにあらわされる。
【０００９】
Ｘ＝１／ｋΣＲ（λ）＊Ｅ（λ）＊ｘ（λ）
【００１０】
Ｙ＝１／ｋΣＲ（λ）＊Ｅ（λ）＊ｙ（λ）
【００１１】
Ｚ＝１／ｋΣＲ（λ）＊Ｅ（λ）＊ｚ（λ）
【００１２】
ここで、ｋ＝ΣＥ（λ）＊ｙ（λ）であり、ｘ（λ），ｙ（λ）およびｚ（λ）は波長λでの標準観測者関数であり、Ｒ（λ）は同じ波長での反射率値である。この基準のもとでは、光源の相対スペクトルエネルギー分布が用いられる。一般的に、ＸＹＺの三刺激値は、色度図における色度座標で表現された三次元の色空間にて与えられる。１９３１年にＣＩＥで制定された基準のもとでは、Ｘ，Ｙ，Ｚについて、２度の視角が用いられ、波長スペクトルを通して３１箇所（４００ｎｍ，４１０ｎｍ，・・・，７００ｎｍ）の測定からなるスペクトルが用いられていた。１９６４年にＣＩＥで制定された新しい基準のもとでは、同様のスペクトルについて、１０度の視角（Ｘ１０，Ｙ１０，Ｚ１０）が用いられている。
【００１３】
近年、ＣＩＥのＸＹＺ座標は、ｘ＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ），ｙ＝Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ），ｚ＝Ｚ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）と置き、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１の系を用いて変換座標系を形成することにより、二次元座標のプロットに変換されている。この空間は、さまざまな照明値を有する色の結合と関連付けられているという問題があるため、ＣＩＥ Ｌ＊ａ＊ｂ色空間（ＣＩＥ １９７６とも呼ばれる）が考案された。この新しい基準のもとでは、Ｌ＊が明度を表し（０が黒、１００が白）、ａ＊が赤の程度−緑の程度を表し、ｂ＊が黄の程度−青の程度を表す。これらの値を計算するには以下の変換式が用いられる。
【００１４】
Ｌ＊＝１１６（Ｙ／Ｙｎ）１／３−１６
【００１５】
ａ＊＝５００［（Ｘ／Ｘｎ）１／３−（Ｙ／Ｙｎ）１／３］
【００１６】
ｂ＊＝２００［（Ｙ／Ｙｎ）１／３−（Ｚ／Ｚｎ）１／３］
【００１７】
ここでＸｎ，Ｙｎ，Ｚｎはそれぞれ、試料のＸ，Ｙ，Ｚを計算するのに用いた光源のもとでのＸ，Ｙ，Ｚの値である。ＣＩＥ１９７６における他の重要な測定パラメータの一つに、色差ΔＥ＝［（ΔＬ＊）２＋（Δａ＊）２＋（Δｂ＊）２］１／２で表わされるユークリッド距離がある。ユークリッド距離は、ＣＩＥ Ｌ＊ａ＊ｂのもとでの三次元空間における、二点間の距離である。
【００１８】
例えば光源の部分的または完全なスペクトル分布に基づくユークリッド距離の測定による試験片の色の漸進的変化を測定するために、それぞれの試験片を取り除いて別途卓上試験を行うことなく、試験片の測色が可能な促進耐候性試験装置（光源を元の位置に置いたままで測定が可能な促進耐候性試験装置と併用される場合もある）が求められていた。
【発明の概要】
【００１９】
開示される発明は、試験槽内で光源と試験片との間に配置されつつ光ファイバーに接続された入力光学要素を有し、原位置でリアルタイムに測色するシステム（Ｉｎ ｓｉｔｕ Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ Ｃｏｌｏｒ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ，ＩＲＣＭＳ）を備える、促進耐候性試験装置である。ここで、この光ファイバーは測色センサーおよび関連する処理および格納システムに接続されており、曝露手段の筐体の中で試験片の色を連続的に測定する。そして、得られた色は格納された値または参照値と比較され、経時による色の漸進的変化を決定する。標準耐候性物質（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ，ＳＷＲＭ）について標準化された試験を行って目標の色変化がいつ得られるかを決定するため、標準物質（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ，ＳＲＭ）もまた同様に測定される。別の実施形態では、入力光学要素の影による干渉を制限するため、入力光学要素が試験片と光源とを結ぶ線からずれて配置されており、また別の実施形態では、試験槽内の回転ラックにおける様々な角度位置に配置された様々な試験片の色を測定するため、いくつかの入力光学要素が並んで配列されて使用される。またさらに別の実施形態では、ＣＩＥの基準のもとでの色を計算するための、また試験片を自然環境に曝露するための光源の光を、フルスペクトルで計測するために、第二光学要素が使用されている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
図面には特定の実施形態が示されているが、本開示の発明は、図面に示された配置および手段に限定されるものではない。
【００２１】
【図１】本開示の一実施形態に係る促進耐候性試験装置であって、筐体と、光源と試験片との間に配置された入力光学要素とを備えた促進耐候性試験装置について、アクセス扉を除いて見た透視図である。
【図２】従来技術の一実施形態に従った方法であって、試験片の色の変化を決定する方法を示す図である。
【図３】本開示の一実施形態に係る促進耐候性試験装置であって、図１に示す促進耐候性試験装置を、筐体の正面からアクセス扉を除いて見た拡大図である。
【図４】本開示の一実施形態に係る促進耐候性試験装置であって、第一入力光学要素と第二入力光学要素と光分析制御システムとを備える促進耐候性試験装置の機能図である。
【図５】本開示の一実施形態に係る促進耐候性試験装置であって、第一入力光学要素と光分析制御システムとを備える促進耐候性試験装置の機能図である。
【図６】本開示の一実施形態に従った方法であって、試験片の色の変化を決定する方法を示す図である。
【図７】本開示の一実施形態に係る促進耐候性試験装置であって、第一入力光学要素を備える促進耐候性試験装置を、筐体の正面からアクセス扉を除いて見た拡大図である。
【図８】本開示の他の実施形態に係る促進耐候性試験装置であって、線上に配置された入力光学要素Ａと、線からずれて配置された入力光学要素Ｂとを備える促進耐候性試験装置を、筐体の上面から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、ここに記載された特定の詳細な装置に限定されることはなく、また他の変更や応用をも企図するものである。本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、ここに記載した装置に更なる変更を加えることができる。すなわち、上述の記載の主題は、例示として理解されることを意図したものであり、限定する意味のものではない。
【００２３】
図１に、本発明の一実施形態に係る促進耐候性試験装置３００を示す。一般的に、波線で表わされた空気は、降下して一連の加熱要素または冷却要素を通るよう循環し、筐体２に誘導される。そこで空気は回転ラック１に取り付けられた一連の試験片３に接触する。一旦試験片３が空気の対流により加熱または冷却されると、空気は循環して、流路を規制するよう設けられた一連の開口を通り、筐体２から外に出る。筐体２の内部にアクセスできるよう、アクセス扉（図示省略）が筐体２に取り付けられている。
【００２４】
光源５は、一般的にキセノンアークランプまたは他のタイプのランプであり、光化学劣化を促進する光源としてだけでなく、試験片３の表面に向けて放射される熱源としても用いられており、メタルハライドランプ、蛍光ランプ、カーボンアークランプその他のものが用いられる。光源５は、特定の条件下での特定の光と熱を模擬するような出力およびパワースペクトル分布を用いて、較正される。例えば、北半球での太陽光を模擬するために、Ｄ６５タイプのキセノンランプを用いることができる。いくつかの実施形態では、空気が対流によって試験片３を加熱するのに対して、光源５は放射によって試験片３を加熱するよう構成されている。地球上におけるほとんどの天候を模擬できるよう、どちらのエネルギー源も独立に較正することができる。
【００２５】
促進耐候性試験装置は、光、熱および湿度の条件を正確なアルゴリズムに応じて変化させることにより、ゆっくり起こる自然の曝露（ウェザリング）条件を圧縮して、短期間での劣化過程にするために、しばしば用いられている。曝露条件の模擬の程度は、急速に変化していくパラメータに依存するため、筐体２の中での入力パラメータおよび測定値は、正確に制御されなければならない。付加的な曝露条件をより良く模擬するために、湿度制御および降雨制御のような他の補助的な制御を、筐体２の中に導入することもできる。試験片３の表面温度は、接触式または非接触式のセンサーで計測することができる。光源５の光の強さは、フルスペクトルの監視システム；固定され、較正されて格納された値；光源５の出力；一つの試験片３の代わりに回転ラック１に配置されたセンサーのうち、いずれか使うことによって計測することができる。
【００２６】
回転ラック１は筐体２の中で回転するため、回転ラック１に配置されるセンサーもまた、筐体２に対して移動可能となる。回転ラック１からの知覚的検出は、データの記録が可能なセンサー、無線により伝達可能なセンサー、または図１に示すようにロータリージョイント６を介して命令系統に接続された光ファイバーまたは電気的コネクターに接続されたセンサーの、いずれかを使用することによって行われる。他の実施形態においては、センサーは、筐体２の中で入力光学要素１０に接続された光ファイバー９により固定され、回転ラック１とともには回転しないよう構成されている。本開示は、筐体２の中における試験片３の測色に関連するため、上述した促進耐候性試験装置に関わる全ての天候制御機構および検出測定手段にこの主題があてはまることを、当業者は認識するだろう。本開示は、ここに記載の技術を、あらゆる促進耐候性試験装置と併せて使用することを企図するものである。
【００２７】
当業者に周知の方法であって、促進耐候性試験装置３００の筐体２に収められた回転ラック１に装着された試験片３の色の変化を決定する方法が、図２に示されている。一旦試験片３の曝露が開始される（符号２１０）と、試験装置の操作者は一定の時間待機する（符号２１１）か、または曝露される試験片の種類での経験に基づいて、もしくは試験室での手順に関連付けられた一定の時間に基づいて、予め決めておいた時間待機する。そして曝露は停止され（符号２１２）、試験片は、退色試験またはＳＲＭ試験を行うために、促進耐候性試験装置から取り除かれる（符号２１３）。そして測定された色は試験片の当初の色と比較され、色の変化の度合いを決定する（符号２１４）。もしも所望の色の変化に達していた場合（符号２１５）、曝露を終了する（符号２１６）。もしも所望の色の変化に達してない場合は、試験片３は再び筐体２の中に入れられ、もう一巡の曝露過程を行う（符号２１０）。測色は、アクセス扉を開き、回転ラック１に装着された試験片３にアクセスして、可搬型装置を用いて行われるか、または、回転ラック１から試験片３を取り外して、卓上測色制御装置を用いて測色し、その後試験片３を元の位置に戻すことにより、行われる。これらの測定では、離散的な時間毎の情報しか得ることができず、連続的なデータや、原位置でのリアルタイム計測を行うことができない。したがって、曝露過程を中断することに付随して、補正をする必要があった。
【００２８】
図７は、図１に示す促進耐候性試験装置に、図５の機能図に示す一つの入力光学要素をさらに設けた促進耐候性試験装置を、筐体の正面からアクセス扉を除いて見た拡大図である。図３は、図１に示す促進耐候性試験装置に、図４の機能図に示す二つの入力光学要素をさらに設けた促進耐候性試験装置を、筐体の正面からアクセス扉を除いて見た拡大図である。
【００２９】
図７に示す一つの実施形態において、促進耐候性試験装置３００は、内部に試験槽が形成されてアクセス扉が設けられている筐体２と、筐体２の中で少なくとも一つの試験片３を保持する回転ラック１と、試験槽の中に配置され試験片３を照射する光源５と、試験槽の中に配置され、光源５から試験片３に照射された光のスペクトル反射率を測定する第一入力光学要素１０とを備え、第一入力光学要素１０は、光ファイバー９により図５に示す測色センサー３１および光分析制御システム３１０に接続され、原位置でリアルタイムに試験片３の色の漸進的変化を決定するよう構成されている。
【００３０】
測色は、光源５から試験片３に照射された光の反射率を用いて行われる。ここで、反射率は、筐体２の中で回転ラック１に装着された試験片３の表面により反射される光であると理解される。反射分光光度計は、反射する光に比例する量を反射率として測定し、また第一入力光学要素１０に入る光の波長の関数として表現された反射スペクトルとして、測定する。一つの好適な実施形態では図４に図式的に示すような色合わせソフトウェアが用いられ、この実施形態は、測色センサー３１と、光学入力を選択する切替装置３０に接続されたソフトウェアスイッチ３２と、測色アルゴリズム３５と、測色アルゴリズム３５による測定に基づき、例えばＸ，Ｙ，Ｚ，ｘ，ｙ，ｚ，Ｌ＊，ａ＊，ｂ＊，ΔＬ，Δａ＊，Δｂ＊，ΔＥのような、様々なパラメータを決定するパラメータ決定ソフトウェア３６とを含むことができる。一つの実施形態では、測色によるスペクトル出力３３は、さらなる処理のために、格納される前に色表示インターフェイスを用いてスクリーン３４に表示されるよう構成される。
【００３１】
一つの実施形態では、波長スペクトルにおける選択された区域ごとに関連する様々な値を用いてパラメータＸ，Ｙ，Ｚ，ｘ，ｙ，ｚが決定および算出されると、Ｌ＊，ａ＊，ｂ＊も決定される。次に、インターフェイスを用いて、ΔＬ，Δａ＊，Δｂ＊，ΔＥのような変化量を計算することにより、新しく得られた色と試験片の当初の色および目標の色とが比較される。この実施形態は、得られた情報を表示および処理するために、あらゆる公知のグラフィカルインターフェイスおよびスプレッドシート型のインターフェイスが使用されることを企図するものである。
【００３２】
さらにここに開示され企図されるのは、付加的な外部操作手段を使用することにより、反射率の測定が適切に行われることを保証することである。例えば、表面仕上げの異なる試験片は、異なる方向に異なる量だけ光を反射し、これは今度は試験片３が回転ラック１に装着されて回転するとき全体の反射率に大きな変動が生じることにつながる。光沢仕上げされた赤の塗料は、視角が小さい場合には黒く見え得る。空気中の水滴、埃、または霧の存在等の他のパラメータは、反射率の変化につながる。また、曝露により試験片の表面仕上げが変化し、さらに粗くなり、実際には色が変化していなくてもある特定の視角からは色が変化したような印象を与え得る。
【００３３】
乾燥周期の使用、試験片３の角度位置と調和した測定、および曝露サイクルにおける特定の正確な瞬間における測色のような、曝露する環境を制御することに加え、原位置でのリアルタイムな測色を向上させるための計算技術および計算アルゴリズムを使用することが企図される。例えば、測定が複数の角度において行われてピーク値において記録されること、複数の測定が行われて平均されること、リアルタイムの測定を補うため移動平均を用いることなどが挙げられる。
【００３４】
図３および４に示される別の実施形態においては、光源５のスペクトル分布を測定する第二入力光学要素１１が試験槽の中に配置されている。光源５のスペクトル分布の測定については、米国特許第７，０３８，１９６号に開示されており、すべての目的でその全体が参照により本明細書に組み込まれる。第二入力光学要素１１を用いることによって、光源５について原位置でのリアルタイム測定をすることができる。ここで光源５は、反射率の計算のための光源として較正される。色を計算するのに、３８０ｎｍから７００ｎｍまでの可視光のスペクトルにおいて離散的な区域が使用され、これらの区域は、よりよい結果を得るためにそれぞれ互いに相補する関係にある。
【００３５】
一つの実施形態では、第一入力光学要素１０は、切替装置３０を介して測色センサー３１に接続されている。光スイッチ、光クロスコネクタ、あるいは二つの入力と一つの出力とスイッチとを備えて一つの出力に向かう二つの入力を選択的に変化させるかまたは循環させるような好適な光学装置など、あらゆる適した切替装置を使用できることが認識されるであろう。一つの実施形態における測色センサー３１は、アレイ状に形成された小型の電荷結合素子（ｃｈａｒｇｅｄ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ，ＣＣＤ）である。また別の実施形態では、測色センサー３１は非走査型分光放射計である。二つの異なるタイプの測色センサー３１について記載したが、あらゆる公知の可搬型の測色センサーを使用することができ、例えば電荷結合素子、シリコンアレイ検出器、相補型金属酸化膜半導体素子、能動画素センサー、ベイヤセンサー、ｆｏｖｅｏｎ Ｘ３（登録商標）センサー、ダイオードアレイ検出器、光電子増倍管などを使用することができる。
【００３６】
図６には、原位置でリアルタイムに測色する装置によって曝露がどのように行われているかが示されている。光分析制御システム３１０は、試験片の色の変化の決定に基づき（符号２０５）、曝露を終了させる（符号２０６）ことができる。最初のステップでは、標準物質（ＳＲＭ）の色の変化を制御データとして光分析制御システム３１０に入れることができる。次に、試験片３の色が上述の装置を用いて測定され（符号２０１）、試験片の曝露が開始される（符号２０３）。それに続くステップでは、リアルタイムで、連続的にまたは離散的な時間間隔で、色の変動が測定され（符号２０４）、そして試験開始当初の測定値（ΔＥ）と比較される（符号２０５）。もしも色の変化が所定の値と等しいか所定の値より大きい場合、曝露は終了される（符号２０６）。もしも測定された色の変化が所望の色の変化より小さい場合には、曝露は再開され（符号２０７）色の変化が再び測定される（符号２０４）まで続けられる。
【００３７】
図８には、回転ラック１において様々な角度位置に装着されている試験片３についての、異なる採用しうる配置が示されている。符号Ａで示されている配置は、第一入力光学要素１０および第二入力光学要素１１が、光源５と試験片３との間で一列に並ぶような、採用しうる実施形態である。この配置の利点は、試験片３の正面での測色が可能となることだが、不利点は、第一入力光学要素１０および第二入力光学要素１１により、幾分かの影が作られることである。符号Ｂで示されている配置では、第一入力光学要素１０は、試験片３の法平面から所定の角度傾いた方向に反射する反射光を受光して試験片３のスペクトル反射率を測定する。
【００３８】
促進耐候性試験装置で試験片の色を決定する別の方法は、少なくとも一つの試験片３を保持する回転ラック１を有する試験槽２の中に、第一入力光学要素１０を配置するステップと、試験片３を識別するステップと、第一入力光学要素１０を用いて、試験槽２の中の光源５から試験片３に照射された光のスペクトル反射率を測定するステップと、測定されたスペクトル反射率に基づき、試験片３についてのＣＩＥ表色系における三刺激値のセットを計算するステップと、前記三刺激値のセットを、タイムスタンプとともにデータベースに格納するステップとを備える。また別の実施形態の方法は、光源５のスペクトル分布を測定する第二入力光学要素１１を前記試験槽２の中に配置するステップと、前記スペクトル分布を、タイムスタンプとともにデータベースに格納するステップとをさらに備える。ここでタイムスタンプは、データの流れを時間順に再構成できるような尺度に関連した、あらゆるタイプ情報または格納の仕組みを採用し得る。例えば、測色データとともに時刻を格納することができるが、逐次格納される値に関連する時間の増分を用いることもまた企図される。また、試験片の色の変化ではなく色あせが観察される対象である場合に、経時的な色の変化（色差ΔＥ）ではなく色あせ（明度差ΔＬ）を、試験片の変化を評価することができるツールとして使用することが、耐候性の分野で開示されている。また、他の基準や測色技術、および測色技術との境界技術も使用されること企図される。
【００３９】
最後に、図示されてはいないものの企図されるのは、筐体２の中で試験片３からの二回目以降の反射に起因する背景明度を検出することが可能な、環境センサーを用いることであり、これによって測定された色をさらに補正することができる。閉鎖された筐体２の中では、壁面は反射性を有し、また光源５は試験片３のみに指向してはおらず筐体２の全体を指向しており、光源５からの照射の多くは背景光度から成る。
【００４０】
本発明の具体的な実施形態が図面に描かれ、また明細書に記述されているが、本発明はこれらに記載されたままの構成に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載された発明の範囲から逸脱しない限り、部品および要素の構成および配置について変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 回転ラック
２ 筐体
３ 試験片
５ 光源
９ 光ファイバー
１０ 第一入力光学要素
１１ 第二入力光学要素
３０ 切替装置
３１ 測色センサー
３２ ソフトウェアスイッチ
３００ 促進耐候性試験装置
３１０ 光分析制御システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に設けられた試験槽へのアクセス扉を有する筐体と、
前記筐体内に少なくとも一つの試験片を保持する回転ラックと、
前記試験片を照射するため、前記試験槽内に配置された光源と、
前記試験槽内に配置され、前記光源から前記試験片に照射された光のスペクトル反射率を測定する第一入力光学要素とを備え、
前記第一入力光学要素は、光ファイバーにより測色センサーおよび光分析制御システムに接続され、
原位置でリアルタイムに前記試験片の色の漸進的変化を決定する
ことを特徴とする促進耐候性試験装置。
【請求項２】
前記試験槽内に配置され、前記光源のスペクトル分布を測定する第二入力光学要素をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の促進耐候性試験装置。
【請求項３】
前記光源が、キセノンアークランプ、メタルハライドランプ、蛍光ランプおよびカーボンアークランプのなかから選択されること
ことを特徴とする請求項１に記載の促進耐候性試験装置。
【請求項４】
前記第一入力光学要素が、切替装置を介して前記測色センサーに接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載の促進耐候性試験装置。
【請求項５】
前記測色センサーが、電荷結合素子、電荷結合配列、シリコンアレイ検出器、相補型金属酸化膜半導体素子、能動画素センサー、ベイヤセンサー、ｆｏｖｅｏｎ Ｘ３（登録商標）センサー、ダイオードアレイ検出器、光電子増倍管、非走査型分光放射計からなる群から選択される
ことを特徴とする請求項１に記載の促進耐候性試験装置。
【請求項６】
前記光分析制御システムが、スペクトル出力に接続されたソフトウェアスイッチと、リアルタイムに色差を計算する測色ソフトウェアとを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の促進耐候性試験装置。
【請求項７】
前記光分析制御システムが、前記試験片の色の変動の測定結果に基づいて、曝露を終了させることができる
ことを特徴とする請求項６に記載の促進耐候性試験装置。
【請求項８】
前記第一入力光学要素および前記第二入力光学要素が、前記光源と前記試験片との間で一列に並んでいる
ことを特徴とする請求項２に記載の促進耐候性試験装置。
【請求項９】
前記第一入力光学要素が、前記試験片の法平面から所定の角度傾いた方向に反射する反射光を受光して、前記試験片のスペクトル反射率を測定する
ことを特徴とする請求項２に記載の促進耐候性試験装置。
【請求項１０】
少なくとも一つの試験片を保持する回転ラックを有する試験槽内に、第一入力光学要素を配置するステップと、
前記試験片を識別するステップと、
前記第一入力光学要素を用いて、前記試験槽内の光源から前記試験片に照射された光のスペクトル反射率を測定するステップと、
測定されたスペクトル反射率に基づき、前記試験片についてのＣＩＥ表色系における三刺激値のセットを計算するステップと、
前記三刺激値のセットを、タイムスタンプとともにデータベースに格納するステップとを備える
ことを特徴とする促進耐候性試験装置内の試験片の色を測定する方法。
【請求項１１】
前記光源のスペクトル分布を測定する第二入力光学要素を前記試験槽内に配置するステップと、
前記スペクトル分布を、タイムスタンプとともに前記データベースに格納するステップとをさらに備える
ことを特徴とする請求項１０に記載の促進耐候性試験装置内の試験片の色を測定する方法。
【請求項１２】
ソフトウェアを用いてスペクトル出力を作るステップと、
前記スペクトル出力をスペクトル分布として表示するとともに前記データベースに格納するステップとをさらに備える
ことを特徴とする請求項１０に記載の促進耐候性試験装置内の試験片の色を測定する方法。
【請求項１３】
前記三刺激値のセットと、前記データベースに格納された試験開始当初のＣＩＥ表色系における三刺激値のセットとを比較することにより、リアルタイムの色差を決定するステップと、
前記リアルタイムの色差と、前記データベースに格納されている、前記試験片における色の変動の最大限値とを比較するステップと、
前記リアルタイムの色差が、前記色の変動の最大限値と等しいかまたは前記色の変動の最大限値を超える場合に、曝露を終了させるステップとをさらに備える
ことを特徴とする請求項１０に記載の促進耐候性試験装置内の試験片の色を測定する方法。
【請求項１】
内部に設けられた試験槽へのアクセス扉を有する筐体と、
前記筐体内に少なくとも一つの試験片を保持する回転ラックと、
前記試験片を照射するため、前記試験槽内に配置された光源と、
前記試験槽内に配置され、前記光源から前記試験片に照射された光のスペクトル反射率を測定する第一入力光学要素とを備え、
前記第一入力光学要素は、光ファイバーにより測色センサーおよび光分析制御システムに接続され、
原位置でリアルタイムに前記試験片の色の漸進的変化を決定する
ことを特徴とする促進耐候性試験装置。
【請求項２】
前記試験槽内に配置され、前記光源のスペクトル分布を測定する第二入力光学要素をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の促進耐候性試験装置。
【請求項３】
前記光源が、キセノンアークランプ、メタルハライドランプ、蛍光ランプおよびカーボンアークランプのなかから選択されること
ことを特徴とする請求項１に記載の促進耐候性試験装置。
【請求項４】
前記第一入力光学要素が、切替装置を介して前記測色センサーに接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載の促進耐候性試験装置。
【請求項５】
前記測色センサーが、電荷結合素子、電荷結合配列、シリコンアレイ検出器、相補型金属酸化膜半導体素子、能動画素センサー、ベイヤセンサー、ｆｏｖｅｏｎ Ｘ３（登録商標）センサー、ダイオードアレイ検出器、光電子増倍管、非走査型分光放射計からなる群から選択される
ことを特徴とする請求項１に記載の促進耐候性試験装置。
【請求項６】
前記光分析制御システムが、スペクトル出力に接続されたソフトウェアスイッチと、リアルタイムに色差を計算する測色ソフトウェアとを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の促進耐候性試験装置。
【請求項７】
前記光分析制御システムが、前記試験片の色の変動の測定結果に基づいて、曝露を終了させることができる
ことを特徴とする請求項６に記載の促進耐候性試験装置。
【請求項８】
前記第一入力光学要素および前記第二入力光学要素が、前記光源と前記試験片との間で一列に並んでいる
ことを特徴とする請求項２に記載の促進耐候性試験装置。
【請求項９】
前記第一入力光学要素が、前記試験片の法平面から所定の角度傾いた方向に反射する反射光を受光して、前記試験片のスペクトル反射率を測定する
ことを特徴とする請求項２に記載の促進耐候性試験装置。
【請求項１０】
少なくとも一つの試験片を保持する回転ラックを有する試験槽内に、第一入力光学要素を配置するステップと、
前記試験片を識別するステップと、
前記第一入力光学要素を用いて、前記試験槽内の光源から前記試験片に照射された光のスペクトル反射率を測定するステップと、
測定されたスペクトル反射率に基づき、前記試験片についてのＣＩＥ表色系における三刺激値のセットを計算するステップと、
前記三刺激値のセットを、タイムスタンプとともにデータベースに格納するステップとを備える
ことを特徴とする促進耐候性試験装置内の試験片の色を測定する方法。
【請求項１１】
前記光源のスペクトル分布を測定する第二入力光学要素を前記試験槽内に配置するステップと、
前記スペクトル分布を、タイムスタンプとともに前記データベースに格納するステップとをさらに備える
ことを特徴とする請求項１０に記載の促進耐候性試験装置内の試験片の色を測定する方法。
【請求項１２】
ソフトウェアを用いてスペクトル出力を作るステップと、
前記スペクトル出力をスペクトル分布として表示するとともに前記データベースに格納するステップとをさらに備える
ことを特徴とする請求項１０に記載の促進耐候性試験装置内の試験片の色を測定する方法。
【請求項１３】
前記三刺激値のセットと、前記データベースに格納された試験開始当初のＣＩＥ表色系における三刺激値のセットとを比較することにより、リアルタイムの色差を決定するステップと、
前記リアルタイムの色差と、前記データベースに格納されている、前記試験片における色の変動の最大限値とを比較するステップと、
前記リアルタイムの色差が、前記色の変動の最大限値と等しいかまたは前記色の変動の最大限値を超える場合に、曝露を終了させるステップとをさらに備える
ことを特徴とする請求項１０に記載の促進耐候性試験装置内の試験片の色を測定する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１９８４１（Ｐ２０１０−１９８４１Ａ）
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００９−１６２４０５（Ｐ２００９−１６２４０５）
【出願日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【出願人】（５０２１１７５８３）アトラス・マテリアル・テスティング・テクノロジー・エル・エル・シー (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６２４０５（Ｐ２００９−１６２４０５）
【出願日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【出願人】（５０２１１７５８３）アトラス・マテリアル・テスティング・テクノロジー・エル・エル・シー (10)
【Ｆターム（参考）】
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