JP2007139646A - 衝撃測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大がかりな設備を必要とせず、実際に地面に設置された衝撃吸収材の衝撃吸収能力を正確に測定して記録しておくことができる衝撃測定装置を提供する。
【解決手段】 落下体を試料に落下させ、落下体と試料との衝突時における加速度を測定する衝撃測定装置３０において、落下体は、筐体３２内に加速度センサ３３と、加速度センサ３３によって測定された加速度を記憶する記憶手段３６とを具備して成る。
【選択図】 図３

Description

本発明は、試料の衝撃吸収度を評価するために使用される衝撃測定装置に関し、さらに詳細には試料に対して直接落下させることにより試料の衝撃吸収度を測定する衝撃測定装置に関する。

子供が遊ぶ公園には、滑り台、ブランコ、ジャングルジム等の遊具が設置されていることが多い。通常、これらの遊具は地面の上に直接設置されているものであるが、子供が遊具から落下することによる事故を防止するために、遊具を衝撃吸収材の上に設置することが提案されている。
すなわち、地面の上に遊具よりも広い範囲を安全領域として定め、この安全領域内に衝撃吸収材を敷き、この衝撃吸収材の上に遊具を設置することで子供が遊具から落下したとしても、その衝撃を吸収して重大事故の防止を図ろうとするものである。

また、子供の安全を確保するために、衝撃吸収材の衝撃吸収能力は予め決めておいた能力である必要があり、衝撃吸収材の衝撃吸収能力を測定する必要性が生じていた。
衝撃吸収材の衝撃吸収能力を測定する装置としては、従来より特許文献１に示すようなものが知られている。
この装置では、測定対象である試料を試料台の上に載置し、上方から鉄球を落下させて試料における反発係数を算出する構成となっている。反発係数は、落下させてから最初の衝撃の加速度と、反発して再度落下したときの加速度とを計時的に計測し、これらの計測結果から算出するようにしている。加速度の計測は、試料台に加速度測定用のピックアップを設けることによって、行なわれている。

また、落下物に加速度センサを設けておき、加速度センサで計測された衝突時の加速度をデータとしてコンピュータで取り込んで衝撃吸収能力を評価する装置も存在する。かかる装置では、落下物とコンピュータとをデータ通信可能にしておくため、落下物にはケーブルを接続したまま落下させる構成となっており、落下物の落下をガイドするための支柱等が設けられている（図示せず）。

なお、衝撃吸収能力を測定する装置ではないが、フィールドの硬さを測定する装置として、ワイヤーでゴルフボールを落下させるように支柱に吊しておき、ゴルフボールの上方に設けたガススプリングの衝突時の収縮値を読み取り可能な装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平９−９６９５８号公報 特開２００３−３４４２５３号公報

特許文献１のように、試料台に加速度測定用のピックアップを設け、試料台の上に試料を載置する従来の装置では、実際に地面に敷いてある状態の衝撃吸収材の衝撃吸収能力を測定することができないという課題があった。

また、ケーブルが接続された落下物で測定されたデータをコンピュータに取り込ませる構成の装置では、コンピュータや落下物のガイド用の支柱等の設備が必要であるため、測定を屋内で行なわざるを得ず、既に屋外の地面に設置された衝撃吸収材の衝撃吸収能力を測定することが困難であった。

さらに、特許文献２のように、ゴルフコース等のフィールドの硬さを測定できる装置では持ち運びは容易にできるが、ユーザは目視で目盛りを読み取って硬さを測定しなくてはならず、正確な衝撃吸収能力の測定ができないという課題があった。また測定した値はユーザ自らが書きとめて記録せざるを得ず、複数回記録した場合の正確なデータの保持が困難であるという課題があった。

したがって、本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、大がかりな設備を必要とせず、実際に地面に設置された衝撃吸収材の衝撃吸収能力を正確に測定して記録しておくことができる衝撃測定装置を提供することにある。

本発明にかかる衝撃測定装置によれば、落下体を試料に落下させ、落下体と試料との衝突時における加速度を測定する衝撃測定装置において、前記落下体は、筐体内に加速度センサと、該加速度センサによって測定された加速度を記憶する記憶手段とを具備して成ることを特徴としている。
この構成を採用することによって、加速度センサで測定した加速度は、落下体内の記憶手段に記憶させておくことができるので、落下体にコンピュータとケーブル等によって接続しておかなくともよい。したがって、落下体のみを衝撃吸収材が設置されている場所へ持ち運ぶことができ、既に屋外に衝撃吸収材が設置されているような場合であっても衝撃吸収能力を容易に且つ正確に測定することができる。

また、前記筐体を半球状としてもよい。
筐体を半球状とし、落下時には球面側が下向きとして球面側が試料に衝突する側とすることにより、落下時に落下体が傾いたりした場合であっても、衝突時に測定される加速度を一定にすることができる。

また、前記落下体には、前記加速度センサによって測定された加速度を表示する表示手段が設けられていることを特徴としてもよい。
この構成によれば、測定した加速度を測定現場で確認することができるので、後でコンピュータに接続してデータを取り込む等の必要がなくなる。このため、非常に簡単な構成で容易に衝撃吸収能力を測定することができる。

前記落下体には、前記記憶手段に記憶された加速度データを外部機器に出力するためのインターフェース部が設けられていることを特徴としてもよい。
この構成によれば、インターフェース部を介してコンピュータ等の外部機器に接続し、記憶手段に記憶されている測定した加速度を外部機器内に取り込ませ外部機器でデータ処理を行なって衝撃吸収能力を解析することができる。このため、屋外で複数の衝撃吸収材の衝突時の加速度を測定しておき、コンピュータが配置されている屋内の所定場所に戻ったときに、データ処理を行なえば良いので、測定時には大がかりな装置を必要とせず、既に設置されている衝撃吸収材の測定を容易に行なうことができる。

さらに、前記加速度センサによって計測された加速度に基づいて、頭部損傷基準値を算出する算出手段を設けたことを特徴としてもよい。
頭部損傷基準値とは、衝突時の加速度の時刻暦に基づいて算出される値であって、頭部損傷の危険性の相関から定められたものである。詳細については後述する。

前記記憶手段には、複数の加速度が記憶可能に設けられており、前記記憶手段に記憶された加速度を前記表示手段に順番に表示させるように制御する制御手段が設けられていることを特徴としてもよい。
この構成によれば、複数の衝撃吸収材についてそれぞれの衝撃吸収能力を測定した場合であっても、解析が容易に行なわれる。

なお、落下させる際の試料からの高さを測定可能な高さ測定手段を設けたことを特徴としてもよい。
本発明は、測定者が手で落下体を持って予め決められた所定高さから落下させる構成となるが、測定者が常に正確な所定高さから落下させることができるとは限らない場合もあると考えられる。そこで、落下させる際の高さを測定する手段を設けることにより、正確な高さから落下していない場合であっても、測定のし直し等を行なうことが可能となる。

本発明の衝撃測定装置によれば、大がかりな設備を必要としないので、実際に地面に設置されている衝撃吸収材の衝撃吸収能力の測定を容易に行なうことができる。

本発明の衝撃測定装置の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１に衝撃測定装置の概略構成を示す分解図を、図２に平面図を、図３に側面からの断面図を、図４に落下時にユーザが把持する取っ手を示し、まず、これらの図面に基づいて衝撃測定装置の構造について説明する。
本実施形態による衝撃測定装置３０は、落下体が半球状の筐体を有しており、落下体自体により加速度の測定、記憶、表示ができるように、加速度センサ３３と、測定された加速度を記憶しておく記憶手段３６（本実施形態ではＳＲＡＭ）と、測定された加速度を表示する表示手段４２（本実施形態では加速度表示用ＬＣＤパネル４２）とが設けられている。

落下体を落下させる場合には、ユーザが自ら落下体を所定の高さに持ち上げて落下させる。落下を容易に行えるようにユーザが把持する取っ手７０が落下体に着脱可能に設けられている。
また、落下の際には、筐体３２の半球状の部分が下向きとなり、半球状の部分が衝撃吸収材に当接する部位となる。

衝撃測定装置３０の筐体３２内部には、衝突時の加速度を測定する加速度センサ３３と、加速度センサ３３により測定された加速度のデータ処理や装置全体の制御を行なう制御回路基板４０と、電源である電池３９とが設けられている。

加速度センサ３３は、筐体３２の内部に設けられたセンサ取付板５１の上に載置される。センサ取付板５１は、筐体３２の内壁面に固定されるか、あるいは筐体３２一体に形成されており、筐体３２が受けた衝撃を直接加速度センサ３３へ伝達させることができる。
また、センサ取付板５１は、筐体３２が受けた衝撃を加速度センサ３３へ正確に伝達できるものであれば図示したような形状に限定されることはない。

電池３９は、電池収納部５５内に収納されている。電池収納部５５は、電池が収納されるように下方に凹んだ収納部５５ａと、収納部５５ａの上端部から外方へ向けて突出する鍔部５５ｂとを有するように形成されている。電池収納部５５の鍔部５５ｂが、筐体３２の内壁面上部から内方へ突出するように設けられている内縁部５７の上面に載置されてボルト６０により固定されている。

電池収納部５５の上部には、筐体３２の上面開口部を閉塞するための平面視ほぼ円形である蓋部３８が設けられている。蓋部３８は、電池収納部５５を固定しているボルト６０によって筐体３２の内縁部５７に電池収納部５５と共に固定されている。

蓋部３８は、所定の厚さを有しており、この蓋部３８の内部に制御回路基板４０が収納されている。また、蓋部３８の上面には、測定した加速度の値を表示させる表示手段としての加速度表示用ＬＣＤパネル４２と、衝撃測定装置３０の電源をオン−オフする電源スイッチ４１と、計測を開始させる計測開始スイッチ４４と、外部機器と接続させるコネクタ４６と、電源がオンになったときに点灯する電源表示部４７と、計測開始準備が整ったときに点灯する計測開始準備表示部４８とが設けられている。
さらに、落下体を手で持つときに使用する取っ手７０が挿入される、取っ手挿入部５０が蓋部３８のほぼ中心に設けられている。

なお、筐体３２が受けた衝撃により、蓋部３８内に設けられた制御回路基板４０や加速度表示用ＬＣＤパネル４２が破損したりしないように、ボルト６０の周囲および筐体３２の内縁部５７との間には防震材（図示せず）を介在させるとよい。

次に、図４に基づいて、取っ手７０について説明する。
取っ手７０は、ユーザが手で把持する把持部７２と、蓋部３８の取っ手挿入部５０に挿入される部分である棒状部７３とから構成される。棒状部７３の先端側には、取っ手挿入部５０の内部の係合凹部（図示せず）と係合する係合部７４が設けられている。係合部７４は、棒状部７３の径方向に付勢されて通常時は棒状部７３の外径よりも大径となるように形成されている。

係合部７４は、棒状部７３を取っ手挿入部５０内に挿入させていくと取っ手挿入部５０の内壁面に押圧されて付勢力に抗して縮径する。
そして、取っ手挿入部５０内部の係合凹部に係合部７４が達すると、付勢力によって係合部７４が拡張し、係合凹部内に係合部７４が収納され、取っ手挿入部５０と取っ手７０とが係合する。

取っ手７０には、取っ手挿入部５０との係合を解除するための係合解除手段７６が設けられている。係合解除手段７６は、把持部７２において棒状部７３と同一直線上に位置するように設けられており、測定者は把持部７２を把持しつつ係合解除手段７６を操作することができる。
測定者が係合解除手段７６を押圧すると、係合部７４が縮径して係合凹部との係合が解除される。

次に、図５に基づいて、衝撃測定装置３０の制御系について説明する。
制御回路基板４０は、蓋部３８に設けられている電源スイッチ４１や測定開始スイッチ４４の操作によって装置全体の動作を統括制御する機能と、加速度センサ３３で測定された加速度データをＡＤ変換するＡＤ変換機能と、加速度センサ３３によって測定された加速度を記憶手段３６に記憶しておくメモリ機能と、外部機器へデータの送受信を行えるインターフェース機能とを有している。

上述したような制御回路基板４０の制御機能は、制御回路基板４０に搭載されたＭＰＵ５２によって実現される。ＭＰＵ５２には、制御プログラムが記憶されているＥＥＰＲＯＭ５４が接続されており、ＭＰＵ５２は、ＥＥＰＲＯＭ５４に記憶されている制御プログラムに基づいて、装置全体の計測動作を制御する。

また、本実施形態における加速度センサ３３は3軸加速度センサであり、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸それぞれについて、測定された加速度の強度が振幅値として表されたアナログ信号が出力される。アナログ信号は、制御回路基板４０に入力され、制御回路基板４０内に設けられているＡ／Ｄコンバータ３５によってＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換された各軸線方向のデジタル信号は、ＳＲＡＭ３６に記憶される。

ＳＲＡＭ３６に記憶されているデジタル信号は、３軸それぞれの方向成分の加速度であるので、ユーザに加速度を提示する場合には、３軸の合成値を算出する必要がある。
ＭＰＵ５２は、ＳＲＡＭ３６に記憶されているｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各軸線方向の加速度を取り出してフィルタ処理し演算可能な数値に加工する。そして、ＭＰＵ５２は、フィルタ処理した各軸線方向の加速度Ａ_x、Ａ_y、Ａ_zを式１に基づいて合成し、合成値Ａ_Rを算出する。合成値Ａ_Rは、各時刻ごとに算出され、ＭＰＵは、算出した各時刻ごとの合成値Ａ_Rのうちの最大値を、測定結果である加速度として加速度表示用ＬＣＤパネル４２に表示させる。

また、ＭＰＵ５２は、頭部損傷基準値（ＨＩＣ値）を演算し、演算結果を加速度表示用ＬＣＤパネル４２に表示させることができる。なお、ＨＩＣ値とは、頭部損傷の危険性の相関から定められたものである。
ＨＩＣ値は、式２によって算出することができる。
ちなみに、ｔ₁、ｔ₂は、衝突開始前から衝突終了までの任意の時刻であり、ｔ₁＜ｔ₂である。さらに、ある時刻ｔにおける加速度である。本実施形態では加速度センサが3軸加速度センサなので、式１で算出される合成値がここでいう加速度Ａ_tに該当する。

制御回路基板４０のインターフェース機能は、制御回路基板４０に設けられたインターフェースドライバ５６が実行する。本実施形態では具体的には通信規格としてＲＳ２３２Ｃを採用しており、制御回路基板４０にはＲＳ２３２Ｃインターフェースドライバ５６が設けられている。ＲＳ２３２Ｃインターフェースドライバ５６は、外部機器８０（具体的にはコンピュータを想定している）からの指示に基づき、ＳＲＡＭ３５６内に記憶されている測定した加速度、またはＭＰＵ５２内で演算した合成加速度およびＨＩＣ値を外部機器８０に送出することができる。
なお、特許請求の範囲でいうインターフェース部は、コネクタ４６とおよびインターフェースドライバ５６を含めた概念である。

以下、測定時の動作について説明する。
電源スイッチ４１は、電池３９からの電源入力を制御回路基板４０へ入力させるオン−オフを制御できる。電源スイッチ４１がオンになると、電源が制御回路基板４０へ入力され、電源表示部４７が点灯すると共に、ＭＰＵ５２が所定の動作を開始する。

計測開始スイッチ４４はＭＰＵ５２に接続されており、ユーザがこのスイッチをオンにすることで、ＭＰＵ５２は加速度センサ３３で測定された加速度を入力可能な状態とする。そしてＭＰＵ５２は計測開始準備表示部４８を点灯させ、ユーザに計測準備が整ったことを知らせる。

落下体が落下した結果、加速度センサ３３が衝撃による加速度を検出したのち、ＭＰＵ５２は加速度の合成値のうち最大値をＳＲＡＭ３６に記憶すると共に加速度表示用ＬＣＤ４２に表示させる。このとき、ＭＰＵ５２は、計測開始準備表示部４８を消灯して演算中であって、今は計測出来ない旨を表示する。

さらに、次の衝撃吸収材を測定する場合、ユーザは計測開始スイッチ４４をオンにして上記と同様にして再度計測を行なう。ＭＰＵ５２は、計測結果をＳＲＡＭ３６内に順次記憶させていく。
また、ＭＰＵ５２は、ユーザの指示によって、ＳＲＡＭ３６内に記憶されている複数の加速度を順番に加速度表示用ＬＣＤ４２へ表示させるように制御可能に設けるとよい。ここでいうユーザの指示とは、ユーザが何らかのスイッチを押す場合が考えられ、ＭＰＵ５２はスイッチが押下させる都度、ＳＲＡＭ３６内に記憶されている複数の加速度を順番に表示させる。

なお、衝撃測定装置３０は、落下高さを計測する高さ測定手段を有しているとよい。すなわち、落下時の高さが変われば衝突時の速度が変わってくるので、衝突加速度も変わってくる。したがって、落下体を落下させる際には、予め所定の高さ（例えば１ｍ）から落下させるようにユーザに対して指示しておくこと必要となる。しかし、ユーザが常に所定の高さから落下させることは困難であるため、どの程度の高さから落下したかを測定する機能があれば、さらに正確な衝撃吸収能力の判定が行える。

高さを測定するために、衝撃測定装置３０の落下体内には、加速度センサ３３の他に、落下開始を検出する落下時検出センサ５９を設けておく。落下時検出センサ５９は、落下が開始したときの無重力状態を検出可能な機能を有しており、無重力になったときに検出信号をＭＰＵ５２へ出力する。

ＭＰＵ５２が、落下時検出センサ５９および加速度センサ３３に基づいて高さを算出する機能を有している。すなわち、ＭＰＵ５２は、落下時検出センサからの検出信号を受信した時刻と、落下体が試料に衝突して加速度センサ３３が衝撃を検出して加速度を受信した時刻との差を算出し、落下時間（落下開始から着地までの落下中の時間）を算出する。さらに、ＭＰＵ５２は、算出した落下時間から、次の式３に基づいて、落下高さを算出できる。
ただし式３では、ｈは高さ、ｇは重力加速度、ｔは落下時間を表している。

算出された落下高さは、ＳＲＡＭ３６内に記憶され、ユーザの操作により測定した加速度と共に、または測定した加速度とは別に加速度表示用ＬＣＤパネル４２に表示される。

なお、上述してきた実施形態では加速度センサとして３軸加速度センサを用いていたが、衝突時の加速度が正確に測定できるものであれば、3軸加速度センサでなくてもよい。

以上本発明につき好適な実施例を挙げて種々説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのはもちろんである。

本発明の衝撃測定装置の概略構成を示す分解図である。 衝撃測定装置の筐体上面に設けた表示手段等を示す平面図である。 衝撃測定装置の内部構成を示す側面からの断面図である。 落下させる際にユーザが把持する取っ手の側面図である。 衝撃測定装置の制御回路を示すブロック図である。

符号の説明

３０ 衝撃測定装置
３２ 筐体
３３ 加速度センサ
３５ Ａ／Ｄコンバータ
３６ 記憶手段
３８ 蓋部
３９ 電池
４０ 制御回路基板
４１ 電源スイッチ
４２ 表示手段
４４ 測定開始スイッチ
４６ コネクタ
４７ 電源表示部
４８ 計測開始準備表示部
５０ 取っ手手挿入部
５１ センサ取付板
５５ａ 収納部
５５ｂ 鍔部
５５ 電池収納部
５６ インターフェースドライバ
５７ 内縁部
５９ 落下時検出センサ
６０ ボルト
７０ 取っ手
７２ 把持部
７３ 棒状部
７４ 係合部
７６ 係合解除手段
８０ 外部機器

Claims (7)

1. 落下体を試料に落下させ、落下体と試料との衝突時における加速度を測定する衝撃測定装置において、
   前記落下体は、筐体内に加速度センサと、該加速度センサによって測定された加速度を記憶する記憶手段とを具備して成ることを特徴とする衝撃測定装置。
2. 前記筐体は、半球状であることを特徴とする請求項１記載の衝撃測定装置。
3. 前記落下体には、前記加速度センサによって測定された加速度を表示する表示手段が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の衝撃測定装置。
4. 前記落下体には、前記記憶手段に記憶された加速度データを外部機器に出力するためのインターフェース部が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項記載の衝撃測定装置。
5. 前記加速度センサによって計測された加速度に基づいて、頭部損傷基準値を算出する算出手段を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項記載の衝撃測定装置。
6. 前記記憶手段には、複数の加速度が記憶可能に設けられており、
   前記記憶手段に記憶された加速度を前記表示手段に順番に表示させるように制御する制御手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項記載の衝撃測定装置。
7. 前記落下体には、落下させる際の試料からの高さを測定可能な高さ測定手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項６のうちのいずれか１項記載の衝撃測定装置。
   

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