JP2002372485A - 落下衝撃試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試験物の落下姿勢を一定に保ちつつ、かつ自
由落下に近い状態で衝突面に衝突させることのできる落
下衝撃試験装置を提供する。 【解決手段】 真空ポンプ３を駆動し、電磁弁Ａ５を介
してチューブＡ２１内を真空状態にして試験物吸着パッ
ド１の先端に試験物４を吸着させ、電磁弁Ｂ６を介して
チューブＢ２２内を真空状態にしてハンド吸着パッド２
の先端にハンド１４を吸着させる。スイッチＡ８をＯＮ
にして電磁弁Ｂ６を閉じると、試験物４を吸着したハン
ド１４は、ハンド吸着パッド２から解放され、リニアレ
ール１１に沿って間隔Ｊだけ落下する。間隔Ｊだけ落下
すると、ハンド１４は、スイッチＢ９をＯＮし、電気信
号が信号線Ｃ１９、制御部７、信号線Ｄ２０を伝わり、
真空ポンプ３の電磁弁Ａ５を閉じる。これにより、試験
物４は、ハンド１４から解放された後、衝突受け板１５
に衝突する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、携帯用製品、例え
ば携帯電話機、パーソナルコンピューターなどの落下衝
撃試験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯製品は、携帯時に不注意により床や
地面に落としてしまうことがよくある。従って、ユーザ
ーからはこのような落下衝撃に耐え得る製品が要求され
ている。このため、メーカーでは製品の耐衝撃力を試験
することが必要となるが、このような試験は、試験物に
ひずみゲージ等の衝撃検出用センサを貼り付け、人手に
より試験物を所定の高さから衝突面に自然落下させ、製
品に加わるひずみあるいは応力を測定しているのが現状
である。

【０００３】しかしながら、この測定方法は人手に頼っ
ているため、放し方によっては空中で製品の姿勢が変わ
り、衝突部分が定まらず、正確な測定値を得ることは非
常に難しい。このため、落下衝撃試験を装置化する動き
も各メーカーに見られ、図２は、このような従来の落下
衝撃試験装置として代表的なものを示している。図２
（ａ）は正面図であり、図２（ｂ）は側面図であり、図
２（ｃ）はアーム部の上面図である。

【０００４】この試験装置では、アーム３８により試験
物３１を挟み、ある所定高さでアーム３８を固定し、ス
イッチＡ３２により電気信号をアーム３８に送り、アー
ムを広げ、試験物３１を自由落下させるというものであ
る。または試験物３１を挟んだまま衝突受け板３６に衝
突する直前まで、アーム３８をリニアレール３４に沿っ
て一緒に自由落下させ、衝突する直前でアーム３８を広
げて試験物３１を解放するというものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、人手に
よる落下試験方法は、放し方によって空中で試験物４の
姿勢が変わり、衝突部分が定まらないため、測定値が毎
回異なり、正確な値を得ることが非常に難しいという問
題がある。

【０００６】また、図２に示すように、アーム３８に保
持して所定の高さから落下させる従来の落下衝撃試験装
置は、人手による場合に比べ放し方は一定となるが、試
験物３１が衝突受け板３６に落下するまでに、空気抵抗
により姿勢が崩れてしまうという問題がある。

【０００７】また、試験物４を挟んだまま、アーム３８
をリニアレール３４に沿って一緒に自由落下させる落下
衝撃試験装置は、この空気抵抗による影響を排除できる
ため、従来の落下衝撃試験装置の中では良好な装置と言
える。しかしながら、できるかぎり衝突直前までアーム
３８で保持する必要があることから、落下物を解放する
際には高速駆動機構が必要となり、装置が高額となる
上、アーム３８の左右が離れるタイミングが僅かにずれ
ると試験物３１の姿勢が崩れるという問題は依然として
残っている。この崩れは、直前までアーム３８で試験物
３１の姿勢を保持しているので、所定の落下高さから試
験物３１を解放して衝突させるより遥かに少ないが、本
発明者が携帯電話機のＦＥＭ（有限要素法）モデルに対
し行った落下解析の結果では、衝突角度が僅か１゜変化
すると、内部に組み込んだＬＳＩ実装基板モデルのはん
だ接続部に生じる衝撃応力は、約３０％変化することが
判明している。従って、電子機器においては僅かな姿勢
の崩れも正確な実験値を求める際の障害となり得る。

【０００８】本発明の目的は、携帯製品の落下衝撃試験
において、その落下姿勢を一定に保ちつつ、かつ、自由
落下に近い状態で衝突面に衝突させることのできる落下
衝撃試験装置を提供することにある。

【０００９】また、本発明の他の目的は、安価な落下衝
撃試験装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、試験対象物を
開放可能に保持する試験対象物保持部と、前記試験対象
物保持部の落下経路を規定するガイド機構とを備える落
下衝撃試験装置において、前記試験対象物保持部は、試
験対象物を吸着する試験対象物吸着手段を備え、前記試
験対象物が衝突面に衝突する直前に前記試験対象物吸着
手段の吸着を解いて前記試験対象物を開放することを特
徴とする。

【００１１】また、本発明は、前記試験対象物保持部を
吸着する試験対象物保持部吸着手段を更に備え、前記試
験対象物保持部吸着手段の吸着を解いて前記試験対象物
保持部を前記ガイド機構に沿って落下させることを特徴
とする。

【００１２】さらに、本発明は、前記衝突面の直上に前
記試験対象物の落下を検出する落下検出手段を備え、前
記落下検出手段からの信号により前記試験対象物吸着手
段の吸着を解くことを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１４】図１は、本発明の実施の形態としての落下
衝撃試験装置の概念図である。本発明は、試験物吸着パ
ッド（試験対象物吸着手段）１と、ハンド吸着パッド
（試験対象物保持部吸着手段）２と、真空ポンプ３と、
電磁弁Ａ５と、電磁弁Ｂ６と、制御部７と、スイッチＡ
８と、スイッチＢ（落下検出手段）９と、支柱１０と、
リニアレール（ガイド機構）１１と、ベース１２と、高
さ固定板１３と、ハンド（試験対象物保持部）１４と、
衝突受け板（衝突面）１５と、衝撃吸収材１６と、信号
線Ａ１７と、信号線Ｂ１８と、信号線Ｃ１９と、信号線
Ｄ２０と、チューブＡ２１と、チューブＢ２２と、フォ
トセンサ（落下開始検出手段）２３という構成から成っ
ている。

【００１５】試験物吸着パッド１は、内部を真空状態
（大気圧よりも低い圧力状態）にして先端に試験物（試
験対象物）４を吸着し、ハンド吸着パッド２は、内部を
真空状態（大気圧よりも低い圧力状態）にして先端にハ
ンド１４を吸着する。ハンド１４の一端には試験物吸着
パッド１が取り付けられる。

【００１６】高さ固定板１３は、ハンド吸着パッド２を
装着し、リニアレール１１に沿って所定の高さに固定す
ることが可能となっている。また、高さ固定板１３は、
ハンド１４の落下開始を検出するフォトセンサ２３を装
着している。

【００１７】スイッチＢ９は、非接触式のフォトセンサ
やバネ式のリミットスイッチ等であり、衝突受け板１５
の直上に設けられ、ハンド１４の落下を検知して電気信
号を出力する。

【００１８】チューブＡ２１は、一端が試験物吸着パッ
ド１に取り付けられ、他端が真空ポンプ３の電磁弁Ａ５
に取り付けられている。

【００１９】チューブＢ２２は、一端がハンド吸着パッ
ド２に取り付けられ、他端が真空ポンプ３の電磁弁Ｂ６
に取り付けられている。

【００２０】信号線Ｂ１８は、ハンド１４の落下開始を
検知するフォトセンサ２３と制御部７とを接続して、フ
ォトセンサ２３からのハンド１４の落下開始信号を制御
部７に伝える。

【００２１】信号線Ｃ１９は、スイッチＢ９と制御部７
とを接続して、スイッチＢ９からのハンド１４の落下を
検知する電気信号を制御部７に伝える。

【００２２】制御部７は、スイッチＡ８からの電気信号
により真空ポンプ３の電磁弁Ｂ６の開閉を制御し、スイ
ッチＢ９からの電気信号により電磁弁Ａ５の開閉を制御
し、また内部にカウンターを備えて、フォトセンサ２３
からハンド１４の落下開始信号を受け取った時から、ス
イッチＢ９からハンド１４の落下を検知する電気信号を
受け取るまでをカウントする。

【００２３】次に、動作について説明する。真空ポンプ
３を駆動することにより、開の状態にある電磁弁Ａ５を
介してチューブＡ２１内を真空状態にすることにより、
試験物吸着パッド１の先端に試験物４を吸着させる。

【００２４】また、開の状態にある電磁弁Ｂ６を介して
チューブＢ２２内を真空状態にすることにより、ハンド
吸着パッド２の先端にハンド１４を吸着させる。ハンド
吸着パッド２は、高さ固定板１３に装着されており、リ
ニアレール１１を上下させて衝突受け板１５と試験物４
との間を所定の距離Ｈにした後、高さ固定板１３をその
位置に固定する。

【００２５】この状態でスイッチＡ８をＯＮすることに
より、電気信号が信号線Ａ１７、制御部７、信号線Ｄ２
０を伝わり、真空ポンプ３の電磁弁Ｂ６を閉じる。

【００２６】これにより、試験物４を吸着したハンド１
４は、ハンド吸着パッド２から解放され、リニアレール
１１に沿って間隔Ｊだけ落下する。

【００２７】リニアレール１１に沿って間隔Ｊだけ落下
すると、ハンド１４は、衝突受け板１５の直上に設けら
れたスイッチＢ９をＯＮし、電気信号が信号線Ｃ１９、
制御部７、信号線Ｄ２０を伝わり真空ポンプ３の電磁弁
Ａ５を閉じる。これにより、試験物４は、試験物吸着パ
ッド１から解放された後、衝突受け板１５に衝突する。
試験物４を解放した試験物吸着パッド１およびハンド１
４は、そのまま落下し、衝撃吸収材１６上に落下する。

【００２８】次に、本発明の他の実施の形態について説
明する。

【００２９】上記実施の形態において、ハンド１４の落
下開始信号が信号線Ｂ１８を伝わり、制御部７のカウン
ターのカウントを開始させ、スイッチＢ９がＯＮされて
試験物４を解放する電気信号が信号線Ｃ１９を伝わり、
制御部７のカウンターのカウントを終了させることによ
り、落下開始時間と落下終了時間との時間間隔ΔＴを容
易に算出できる。これにより、既知の落下距離Ｊだけ落
下した時の落下速度Ｕは、 Ｕ＝Ｊ／ΔＴ （１） として正確に算出できる。

【００３０】一方、理論的な自由落下速度を求めると、
位置エネルギーが落下により完全に運動エネルギーに変
換されたと考えることができ、 ｍｇｈ＝ｍｖ² ／２ （２） ここで、ｍは質量、ｇは重力加速度、ｈは落下距離、終
端でのｖは落下速度である。この式より、 ｖ＝√（２ｇｈ） （３） が得られる。

【００３１】式（１）、式（３）より、 Ｒ＝ｖ−Ｕ＝√（２ｇＪ）−Ｊ／ΔＴ （４） ここで、Ｒは理論値と実測値との誤差である。本装置
は、姿勢保持に使用するリニアレール１１として低摩擦
係数タイプを用いているが、摩擦によるエネルギー損失
を完全に除去することはできず、理論落下速度に対して
必ず若干小さくなり（５パーセント以内）、誤差Ｒは残
る。従って、このまま落下させると落下姿勢は保持でき
るものの、試験物４が衝突によって受けるひずみや応力
は、実際に被るものより若干小さくなることが予想され
る。本発明の落下衝撃試験装置の他の実施の形態とし
て、前記した電気的な測定方法により落下時間ΔＴが算
出できるので、この測定値を式（４）に代入することに
より、高さの微調整だけでＲ＝０に近づけることが容易
に行え、試験物４が自由落下により被るのと同じひずみ
や応力を本装置により与えることができる。

【００３２】さらに、本実施の形態は、試験者がＲ＝０
に近付けるように高さを調整する他、制御部７に自動的
に行わせる機能を設けても良い。

【００３３】上述したように本発明による落下衝撃試験
装置は、試験物４の落下姿勢保持に試験物吸着パッド１
およびハンド１４をバラツキなく解放させるためにハン
ド吸着パッド２を設けたことを特徴としている。したが
って、試験物４およびハンド１４の保持部に駆動部がな
くなるため、装置が安価となるという効果が得られる。

【００３４】また、従来の落下衝撃試験装置のように試
験物４をアームにより挟む方法では、試験物４の解放時
にアームの左右が試験物から離れるタイミングが僅かに
ずれて、解放時に試験物４の態勢が崩れるという問題が
あったが、本発明による落下衝撃試験装置は、試験物４
を１個所で吸着により保持しているため、解放時に試験
物の態勢の変動（傾き）が抑えられるという効果が得ら
れる。

【００３５】また、スイッチＢ９と、信号線Ｃ１９と、
制御部７と、信号線Ｄ２０と、真空ポンプ３と、電磁弁
Ａ５と、チューブＡ２１とにより、リニアレール１１に
沿って落下するハンド１４に姿勢保持された試験物４
が、衝突受け板１５に衝突する直前に電気的制御によっ
て解放されるという特徴を有するため、落下中の空気抵
抗による姿勢の崩れが発生せず、試験物４に衝突後に発
生するひずみや応力等の正確な実験値が得られるという
効果がある。

【００３６】さらに、スイッチＡ８と、信号線Ａ１７
と、制御部７と、信号線Ｄ２０と、真空ポンプ３と、電
磁弁Ｂ６と、チューブＢ２２とにより、高さ固定板１３
に保持したハンド１４を放す動作を電気的に制御すると
いう特徴を有するため、従来、人手によると放し方の違
いによって空中で製品の姿勢が変わり、衝突部分が定ま
らないという問題を解決でき、試験物４の姿勢を、より
高精度に保持できるという効果がある。

【００３７】また、スイッチＡ８によるハンド１４の解
放と、スイッチＢ９による試験物４の解放を電気的な信
号に基づいて行うことにより、カウンターによりこの間
の正確な時間間隔ΔＴが求められるため、試験物４が解
放されるまでの距離（既知）Ｊより、衝突直前の落下速
度Ｕ＝Ｊ／ΔＴを正確に算出できるという効果も得られ
る。

【００３８】なお、上述した実施の形態では、試験物吸
着パッド１による試験物４の吸着、およびハンド吸着パ
ッド２によるハンド１４の吸着を、パッドの内部を真空
状態（大気圧よりも低い圧力状態）にして行ったが、磁
力、静電気による吸引力を利用して試験物４やハンド１
４の吸着を行うようにしても良い。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、試験物
の落下姿勢保持に試験物吸着パッドおよびハンドをバラ
ツキなく解放させるためにハンド吸着パッドを設け、こ
れにより試験物およびハンドの保持部に駆動部がなくな
るため、装置が安価となるという効果が得られる。

【００４０】また、従来、アームの左右が試験物から離
れるタイミングが僅かにずれることによって試験物の姿
勢が崩れるという問題があったが、本発明は、試験物を
１個所で吸着により保持しているので、解放時の試験物
の態勢の変動（傾き）が抑えられるという効果がえられ
る。

【００４１】また、リニアレールに沿って落下するハン
ドに姿勢保持された試験物が、衝突受け板に衝突する直
前、電気的制御によって解放されるため、落下中の空気
抵抗による姿勢の崩れが発生せず、試験物に衝撃によっ
て生じるひずみ、応力などの正確な実験値が再現性よく
求めることができるという効果がある。

【００４２】さらに、ハンドの落下開始信号により制御
部のカウンターのカウントを開始させ、衝突受け板の直
上に設けられスイッチからの試験物を解放する信号によ
り制御部のカウンターのカウントを終了させ、この時間
間隔ΔＴを容易に算出し、さらに、この値を式（４）に
代入することにより、高さを微調整するだけで容易に誤
差Ｒ＝０に近づけられるため、実際の高さから自由落下
させた時に生じるひずみ、応力と同じものを試験物に与
えることができるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の落下衝撃試験装置の概念図である。

【図２】従来の落下衝撃試験装置の概念図である。

【符号の説明】

１ 試験物吸着パッド ２ ハンド吸着パッド ３ 真空ポンプ ４，３１ 試験物 ５ 電磁弁Ａ ６ 電磁弁Ｂ ７ 制御部 ８，３２ スイッチＡ ９ スイッチＢ １０，３３ 支柱 １１，３４ リニアレール １２，３５ ベース １３ 高さ固定板 １４ ハンド １５，３６ 衝突受け板 １６ 衝撃吸収材 １７，３７ 信号線Ａ １８ 信号線Ｂ １９ 信号線Ｃ ２０ 信号線Ｄ ２１ チューブＡ ２２ チューブＢ ２３ フォトセンサ ３８ アーム

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試験対象物を開放可能に保持する試験対象
   物保持部と、前記試験対象物保持部の落下経路を規定す
   るガイド機構とを備える落下衝撃試験装置において、 前記試験対象物保持部は、試験対象物を吸着する試験対
   象物吸着手段を備え、前記試験対象物が衝突面に衝突す
   る直前に前記試験対象物吸着手段の吸着を解いて前記試
   験対象物を開放することを特徴とする落下衝撃試験装
   置。
2. 【請求項２】前記試験対象物保持部を吸着する試験対象
   物保持部吸着手段を更に備え、前記試験対象物保持部吸
   着手段の吸着を解いて前記試験対象物保持部を前記ガイ
   ド機構に沿って落下させることを特徴とする請求項１に
   記載の落下衝撃試験装置。
3. 【請求項３】前記衝突面の直上に前記試験対象物の落下
   を検出する落下検出手段を備え、前記落下検出手段から
   の信号により前記試験対象物吸着手段の吸着を解くこと
   を特徴とする請求項１または２に記載の落下衝撃試験装
   置。
4. 【請求項４】前記試験対象物保持部の落下開始を検知す
   る落下開始検出手段を備え、前記落下開始検出手段から
   の信号によりカウンターのカウントを開始させ、前記落
   下検出手段からの信号により前記カウンターのカウント
   を終了させて、落下開始時間と落下終了時間との時間間
   隔ΔＴを計測し、前記時間間隔ΔＴと前記試験対象物が
   解放されるまでの距離Ｊより、衝突直前の落下速度Ｕ＝
   Ｊ／ΔＴを算出することを特徴とする請求項１〜３のい
   ずれかに記載の落下衝撃試験装置。
5. 【請求項５】前記時間間隔ΔＴを以下の式に代入し、 Ｒ＝ｖ−Ｕ＝√（２ｇＪ）−Ｊ／ΔＴ Ｒ：自由落下速度と実測した落下速度との差 ｖ：自由落下速度 Ｕ：実測した落下速度 ｇ：重力加速度 Ｊ：試験対象物が解放されるまでの距離 ΔＴ：落下開始時間と落下終了時間との時間間隔 Ｒ＝０となるように高さの微調整を行って、自由落下に
   より被るのと同じひずみや応力を前記試験対象物に与え
   ることを特徴とする請求項４に記載の落下衝撃試験装
   置。
6. 【請求項６】前記吸着は、大気圧よりも低い圧力、磁力
   または静電気による吸引力により行われることを特徴と
   する請求項１〜５のいずれかに記載の落下衝撃試験装
   置。