JP2020020817A - 衝撃試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い自由度の衝撃を供試品に与えることが可能な衝撃試験装置を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係る衝撃試験装置は、供試品を載せて所定の経路上を走行可能な走行部と、走行部を駆動する動力を伝えるベルト機構と、ベルト機構を駆動するベルト駆動部と、ベルト駆動部を制御する制御部と、経路上に配置される衝撃ブロックと、を備える。第１の試験及び第２の試験を行うことが可能であり、第１の試験において、制御部は、供試品が衝撃ブロックに衝突するようにベルト駆動部の駆動を制御し、第２の試験において、制御部は、供試品に与えるべき衝撃の衝撃波形に基づいてベルト駆動部の駆動を制御し、ベルト駆動部が発生した衝撃がベルト機構によって走行部に伝達される。【選択図】図１

Description

本発明は、製品や包装貨物の衝撃試験を行う衝撃試験装置に関する。

製品の強度や包装設計の妥当性を評価するために落下試験（非特許文献１）や水平衝撃試験（非特許文献２）が行われる。落下試験には、自由落下試験装置による方法と、衝撃試験装置による方法がある。自由落下試験装置による落下試験は、供試品を所定の高さから自由落下させて、供試品を落下面に衝突させるものである。衝撃試験装置による落下試験は、供試品を載せた衝撃台を所定の高さから自由落下させて、衝撃台を衝撃波発生装置に衝突させることで、衝撃台を介して供試品に衝撃を与えるものである。また、水平衝撃試験は、供試品を載せた滑走車を所定の速度で走行させて、供試品を衝撃板の衝突面に衝突させるものである。

ＪＩＳ Ｚ ０２０２：１９９４「包装貨物−落下試験方法」 ＪＩＳ Ｚ ０２０５：１９９８「包装貨物−水平衝撃試験方法」

非特許文献１に記載の自由落下試験装置や衝撃試験装置は落下試験専用の試験装置であり、非特許文献２に記載の水平衝撃試験装置は水平衝撃試験専用の試験装置である。そのため、落下試験と水平衝撃試験を行うには、それぞれ専用の試験装置を用意する必要があった。

また、従来の落下試験及び水平衝撃試験は、いずれも、供試品（又は供試品を載せた衝撃台）を落下面等に衝突させることによって供試品に与える衝撃を発生させるものであるため、発生する衝撃の波形や持続時間（衝撃パルス作用時間）を高い自由度で設定することができない。そのため、実際の輸送時に梱包貨物に加わり得る衝撃を正確に再現した試験を行うことができなかった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものである。
本発明の第一の目的は、供試品に鉛直方向の衝撃を与える落下試験（又は垂直衝撃試験）と供試品に水平方向の衝撃を与える水平衝撃試験の両試験を実施可能な衝撃試験装置を提供することである。

また、本発明の第二の目的は、供試品に与える衝撃を高い自由度で設定可能な衝撃試験装置を提供することである。

また、本発明の第三の目的は、供試品に与える衝撃を高い自由度で設定可能な垂直衝撃試験と、従来の自由落下試験の両試験を実施可能な衝撃試験装置を提供することである。

本発明の一つの側面によれば、供試品が載置される走行部と、走行部を駆動する動力を伝える巻掛け伝動機構と、を備え、巻掛け伝動機構が、第１の巻掛け媒介節を備え、第１の巻掛け媒介節が、カーボン心線を有する第１の歯付ベルトである、衝撃試験装置が提供される。

上記の衝撃試験装置において、第１の歯付ベルトがエラストマーから形成された本体部を備え、エラストマーが、硬質ポリウレタン及び水素添加アクリロニトリルブタジエンゴムのいずれかを含む構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、走行部を走行可能に支持する軌道部を備え、巻掛け伝動機構が、第１の巻掛け媒介節が巻掛けられた第１の駆動プーリーを備えた構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、軌道部が、走行部が水平方向に走行可能となる水平位置と、走行部が垂直方向に走行可能となる垂直位置との間で、旋回軸を中心に旋回可能に支持され、第１の駆動プーリーの回転軸が旋回軸と一致している構成としてもよい。

本発明の別の側面によれば、供試品が載置される走行部と、走行部を走行可能に支持する軌道部と、走行部を駆動する動力を伝える巻掛け伝動機構と、を備え、巻掛け伝動機構が、第１の駆動プーリーと、第１の駆動プーリーに巻掛けられた第１の巻掛け媒介節と、を備え、軌道部が、走行部が水平方向に走行可能となる水平位置と、走行部が垂直方向に走行可能となる垂直位置との間で、旋回軸を中心に旋回可能に支持され、第１の駆動プーリーの回転軸が旋回軸と一致している衝撃試験装置が提供される。

上記の衝撃試験装置において、軌道部を垂直位置に配置したときに、垂直衝撃試験及び落下試験の少なくともいずれかの実施が可能であり、軌道部を水平位置に配置したときに、水平衝撃試験の実施が可能である構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、巻掛け伝動機構が、第１の駆動プーリーとの間で第１の巻掛け媒介節が張り渡された第１の従動プーリーと、走行部に第１の巻掛け媒介節を着脱可能に固定する媒介節固定具と、を備えた構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、軌道部を旋回可能に支持する固定部を備え、軌道部が、旋回軸を中心線とする軸部を有し、固定部が、軸部を回転可能に支持する軸受部を備えた、構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、第１の従動プーリーが、軌道部の先端部に取り付けられ、軸部が、軌道部の後端部に設けられ、第１の巻掛け媒介節が、軌道部の周囲に張り巡らされた構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、旋回軸の方向に並べて配置された一対の巻掛け伝動機構を備え、軸部が一対の巻掛け伝動機構の第１の駆動プーリー間に配置された構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、軌道部を旋回させる旋回駆動部を備え、旋回駆動部が、モーターと、モーターの軸と連結した第２の駆動プーリーと、軌道部の軸部と結合した第２の従動プーリーと、第２の駆動プーリーと第２の従動プーリーとの間に張り渡された第２の巻掛け媒介節と、を備えた、構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、第２の巻掛け媒介節が歯付ベルトである構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、走行部の走行を案内するリニアガイドウェイを備え、リニアガイドウェイが、軌道部に取り付けられたレールと、走行部に取り付けられ、レール上を走行可能なキャリッジと、を有し、軌道部が、レールが取り付けられたレール支持部を有し、レール支持部の一端部に軸部が連結された構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、一対のリニアガイドウェイを備え、軌道部が、旋回軸の方向に並べて配置された一対のレール支持部を備え、一対のレール支持部に一対のリニアガイドウェイのレールがそれぞれ取り付けられ、一対のレール支持部の一端部が、軸部を介して連結された構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、巻掛け伝動機構が、一対のレール支持部の間に配置された構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、軌道部が、一対のレール支持部の間に配置され、一方のレール支持部の後端部に取り付けられたスペーサーと、他方のレール支持部とスペーサーの間に配置され、該スペーサーに先端部が取り付けられた駆動板と、を備えた構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、スペーサーの幅が、第１の巻掛け媒介節の幅よりも広く、巻掛け伝動機構が、旋回軸の方向において、スペーサーと同位置に配置された構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、軌道部が、一対のレール支持部の間に配置され、該一対のレール支持部の後端部にそれぞれ取り付けられた一対のスペーサーと、一対のスペーサーの間に配置され、該一対のスペーサーにそれぞれ先端部が取り付けられた一対の駆動板と、を備え、一対の駆動板の後端部が、軸部を介して連結された構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、一対の巻掛け伝動機構を備え、一対の巻掛け伝動機構が、一対のレール支持部の間に、旋回軸の方向に並べて配置された、構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、スペーサーの幅が、第１の巻掛け媒介節の幅よりも広く、一対の巻掛け伝動機構が、旋回軸の方向において、一対のスペーサーとそれぞれ同位置に配置された構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、軌道部が、一対のレール支持部の先端部を連結する先端連結部を有し、第１の従動プーリーが先端連結部に取り付けられた構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、軌道部が、一対のレール支持部の中間部を連結する複数の中間連結部を有し、先端連結部及び複数の中間連結部が、走行部の走行方向において等間隔に配置された構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、軌道部の正面に走行部が配置され、軌道部の先端連結部及び複数の中間連結部の背面に第１の巻掛け媒介節をガイドするガイドローラーがそれぞれ設けられた構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、媒介節固定具により、第１の巻掛け媒介節の両端が固定された構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、巻掛け伝動機構が、一対の媒介節固定具を備え、一対の媒介節固定具の一方により、第１の巻掛け媒介節の一端部が固定され、一対の媒介節固定具の他方により、第１の巻掛け媒介節の他端部が固定された、構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、軌道部を支持する固定部を備えた構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、固定部が、水平方向に所定の間隔を空けて格子点状に配列された複数の衝撃板を備え、走行部が、落下試験において供試品が載置される支持フレームを備え、支持フレームには、各衝撃板に対応する位置に、走行部の走行方向に貫通した、衝撃板が通過可能な複数の貫通穴が形成された構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、走行部が、支持フレームに着脱可能に取り付けられて貫通穴を塞ぐ第１の支持プレートを備えた構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、走行部が、水平衝撃試験において供試品が載置される第２の支持プレートを備えた構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、走行部の走行を案内するリニアガイドウェイを備え、リニアガイドウェイが、軌道部に取り付けられたレールと、走行部に取り付けられ、レール上を走行可能なキャリッジと、を備えた構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、リニアガイドウェイが、レールとキャリッジとの間に介在する転動体を備えた構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、転動体が、セラミックス材料から形成された構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、セラミックス材料が、窒化ケイ素、炭化ケイ素及びジルコニアのいずれかを含む構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、巻掛け伝動機構を駆動するベルト駆動部を備え、ベルト駆動部が、第１の駆動プーリーと軸が連結したサーボモータを備えた構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、サーボモータの慣性モーメントが、０．０２ｋｇ・ｍ^２以下である構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、サーボモータの慣性モーメントが、０．０１ｋｇ・ｍ^２以下である構成としてもよい。

上記の衝撃試験装置において、ベルト駆動部が、サーボモータから出力される動力の回転速度を減じる減速機を備えた構成としてもよい。

本発明の更に別の側面によれば、供試品が載置される走行部と、走行部を垂直方向に走行可能に支持する軌道部と、走行部の走行可能な経路上に配置された固定部と、走行部の走行を制御する制御部と、を備え、走行部が、供試品が載置される支持フレームを備え、固定部が、水平方向に所定の間隔を空けて格子点状に配列された複数の衝撃板を備え、支持フレームには、各衝撃板に対応する位置に、垂直方向に貫通した、複数の衝撃板がそれぞれ通過可能な複数の貫通穴が形成され、制御部が、落下試験においては、走行部を、衝撃板よりも高い位置から低い位置まで、供試品が支持フレームから浮上するように、少なくとも一時的に重力加速度よりも大きな加速度で降下させ、垂直衝撃試験においては、走行部を、衝撃板よりも高い位置において、供試品に与えるべき衝撃に対応する加速度波形に従って加速させる衝撃試験装置が提供される。

本発明の一つの側面によれば、垂直衝撃試験又は落下試験と水平衝撃試験の両試験を実施可能な衝撃試験装置が提供される。

本発明の別の側面によれば、高い自由度の衝撃を供試品に与えられる衝撃試験装置が提供される。

本発明の更に別の側面によれば、高い自由度の衝撃を供試品に与えられる垂直衝撃試験と自由落下試験の両試験を実施可能な衝撃試験装置が提供される。

上記の衝撃試験装置において、走行部が、支持フレームに着脱可能に取り付けられて貫通穴を塞ぐ第１の支持プレートを備えた構成としてもよい。

本発明の実施形態に係る衝撃試験装置（落下試験）の斜視図である。 本発明の実施形態に係る衝撃試験装置（落下試験）の斜視図である。 本発明の実施形態に係る衝撃試験装置（落下試験）の側面図である。 本発明の実施形態に係る衝撃試験装置（落下試験）の背面図である。 本発明の実施形態に係る衝撃試験装置（垂直衝撃試験）の斜視図である。 本発明の実施形態に係る衝撃試験装置（水平衝撃試験）の斜視図である。 ベルト駆動部及び旋回駆動部の構造及び配置関係を示した図である。 軌道部の後端部を拡大した図である。 軌道部の後端部の分解図である。 軸受部及びその周辺の断面図である。 歯付ベルトの構造図である。 ベルトクランプの分解図である。 制御システムの概略構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一の又は対応する構成要素には、同一の又は対応する符号を付して、重複する説明を省略する。

図１及び図２は、本発明の実施形態に係る衝撃試験装置１の斜視図である。図１は衝撃試験装置１を正面側から見た図であり、図２は背面側から見た図である。また、図３及び図４は、それぞれ衝撃試験装置１の左側面図及び背面図である。

以下の説明において、図１中に座標で示すように、図１における左上から右下へ向かう方向をＸ軸方向、左下から右上へ向かう方向をＹ軸方向、下から上へ向かう方向をＺ軸方向と定義する。Ｘ軸方向及びＹ軸方向は互いに直交する水平方向であり、Ｚ軸方向は鉛直方向である。また、Ｘ正方向を前方、Ｘ負方向を後方、Ｙ軸正方向を右方、Ｙ軸負方向を左方と呼ぶ。

衝撃試験装置１は、包装貨物等の供試品Ｓ（図５）に対して、包装設計等が適切なものであるかどうかを評価するために、次の３種類の試験を行うことが可能な装置である。
（１）落下試験
（２）垂直衝撃試験
（３）水平衝撃試験

落下試験は、供試品Ｓを所定の高さから所定の姿勢で自由落下させて、落下面に衝突させる試験である。また、垂直衝撃試験は供試品Ｓに鉛直方向の所定の衝撃（加速度）を与える試験であり、水平衝撃試験は供試品Ｓに水平方向の所定の衝撃を与える試験である。

衝撃試験装置１を使用した垂直及び水平衝撃試験では、従来の衝撃試験のように供試品Ｓ等を衝撃板に衝突させるのではなく、供試品Ｓが載せられる走行部３０の駆動を制御する（具体的には、走行部３０を所定の加速度波形に従って加速させる）ことにより供試品Ｓに与えられる衝撃が発生する。

図１〜４には、落下試験用にセットアップされた衝撃試験装置１が示されている。また、図５には垂直衝撃試験時の衝撃試験装置１が示され、図６には水平衝撃試験時の衝撃試験装置１が示されている。衝撃試験装置１は、試験の種類に応じて、セットアップ（装置設定）が変更される。

衝撃試験装置１は、固定部１０、軌道部２０、走行部３０及び支柱支持部４０（図６）を備えている。軌道部２０は、細長い構成部であり、Ｙ軸方向に延びる回転軸（旋回軸）を中心に、長さ方向を垂直に立てた垂直位置（図１−４）と水平に倒した水平位置（図６）との間で、旋回可能に固定部１０に連結されている。また、走行部３０は、軌道部２０の正面（後述するレール５２が取り付けられた面）に、軌道部２０の長さ方向にスライド（すなわち直線走行）可能に連結されている。軌道部２０が垂直位置に配置されているとき、走行部３０は鉛直方向に走行可能となり、軌道部２０が水平位置に配置されているとき、走行部３０は水平方向に走行可能となる。

落下試験（図１〜４）及び垂直衝撃試験（図５）においては、軌道部２０を垂直に立てた状態（垂直位置）で試験が行われ、水平落下試験（図６）においては、軌道部２０を水平に倒した状態（水平位置）で試験が行われる。

なお、軌道部２０の向きについては、図１に示す落下試験のセットアップにおいてＸ軸正方向を向く側（走行部３０が取り付けられる側）を正面、Ｘ軸負方向を向く側を背面、Ｙ軸正方向を向く側を右側面（右側）、Ｙ軸負方向を向く側を左側面（左側）、Ｚ軸正方向を向く側を先端側、Ｚ軸負方向を向く側を後端側と呼ぶ。

また、衝撃試験装置１は、軌道部２０と走行部３０とをスライド可能に連結する一対のリニアガイド５０（５０Ｒ、５０Ｌ）、走行部３０に駆動力を伝達する左右一対のベルト機構６０（６０Ｒ、６０Ｌ）、各ベルト機構６０（６０Ｒ、６０Ｌ）をそれぞれ駆動する左右一対のベルト駆動部７０（７０Ｒ、７０Ｌ）及び軌道部２０のフレーム（以下「軌道フレーム２０Ｆ」という。）を旋回させる旋回駆動部８０（図７）を備えている。

リニアガイド５０は、転がり案内機構であり、軌道フレーム２０Ｆに取り付けられたレール５２と、走行部３０に取り付けられた４個のキャリッジ５４と、レール５２とキャリッジ５４との間に介在する図示されていない転動体（ボール又はローラー）を備えている。キャリッジ５４は、転動体を介してレール５２上を低摩擦で走行することができる。

リニアガイド５０の転動体には、一般的なステンレス鋼等の鋼材の他に、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニア等のセラミックス材料を使用してもよい。窒化ケイ素等のセラミックス製の転動体を使用することにより、高速駆動時の焼き付きが抑制される。

固定部１０は、固定フレーム１０Ｆと複数の衝撃ブロック１９を備えている。固定フレーム１０Ｆは、ベースプレート１２と、衝撃ブロック１９を支持するブロック支持フレーム１４を備えている。ブロック支持フレーム１４は、ベースプレート１２上に固定されている。

図１に示すように、衝撃ブロック１９は、テーブル状の構成要素であり、水平に配置された矩形状の衝撃板１９１と、衝撃板１９１の四隅からそれぞれ下方に延びる４本の脚１９２を備えている。脚１９２の下端は、溶接により、ブロック支持フレーム１４に一体に固定されている。衝撃板１９１の上面は、落下試験において供試品Ｓが衝突する落下面となる。衝撃ブロック１９（特に、落下面が形成される衝撃板１９１）は、ステンレス鋼等の堅固な材料により形成されている。本実施形態の衝撃試験装置１は、１２個の衝撃ブロック１９を備えている。１２個の衝撃ブロック１９は、Ｘ軸方向に３列、Ｙ軸方向に４列に、一定の間隔（隙間）を空けて格子点状に配列されている。落下面を構成する１２個の衝撃ブロック１９の衝撃板１９１の上面は、同一平面上に配置されている。

図７は、固定部１０の下部を示した図である。図７においては、説明の便宜のため、ブロック支持フレーム１４及び衝撃ブロック１９の図示が省略されている。固定部１０の下部には、一対のベルト駆動部７０（７０Ｒ、７０Ｌ）と旋回駆動部８０が配置されている。旋回駆動部８０は、衝撃ブロック１９の下方に配置され、固定フレーム１０Ｆによって囲まれている。

各ベルト駆動部７０は、サーボモータ７２及びサーボアンプ７４（図１３）を備えている。なお、ベルト駆動部７０は、サーボモータ７２から出力される動力の回転速度を減速する減速機を備えていてもよい。

サーボモータ７２は、最大で３５０Ｎ・ｍに及ぶトルクを発生し、回転部（回転子及びシャフト）の慣性モーメントが１０^−２（ｋｇ・ｍ^２）以下に抑えられた、定格出力３７ｋＷの大出力超低慣性サーボモータである。なお、必要な衝撃（加速度）の大きさに応じて、サーボモータ７２の容量を増減してもよい。また、必要な衝撃の大きさによっては、慣性モーメントが０．２ｋｇ・ｍ^２程度の一般的なサーボモータを使用することもできる。

旋回駆動部８０は、モーター８１と、モーター８１から出力される動力の回転速度を減速させるギアボックス８２と、ギアボックス８２の出力軸８２ｓと結合した駆動プーリー８３と、軌道フレーム２０Ｆの軸部２８（図７）と結合した従動プーリー８６と、駆動プーリー８３と従動プーリー８６に張り渡された歯付ベルト８４を備えている。

固定フレーム１０Ｆは、各サーボモータ７２を支持する一対のモーター支持フレーム１６と、旋回駆動部８０のモーター８１及びギアボックス８２を支持する駆動部支持フレーム１７と、軌道フレーム２０Ｆを旋回可能に支持する軸受部１８を備えている。モーター支持フレーム１６、駆動部支持フレーム１７及び軸受部１８は、それぞれベースプレート１２に固定されている。

モーター支持フレーム１６は、サーボモータ７２の負荷側ブラケット７２Ａを支持する負荷側ブラケット支持部１６Ａと、反力側ブラケット７２Ｂを支持する反力側ブラケット支持部１６Ｂを含む。負荷側ブラケット７２Ａには、サーボモータ７２の軸７２ｓの一端側を回転可能に支持する軸受が取り付けられている。また、反力側ブラケット７２Ｂには、軸７２ｓの他端側を回転可能に支持する軸受が取り付けられている。モーター支持フレーム１６によりサーボモータ７２の負荷側ブラケット７２Ａ及び反力側ブラケット７２Ｂの両方を支持することにより、サーボモータ７２の軸７２ｓのふらつきが抑制され、より高い精度の駆動制御が可能になっている。

図８は軌道部２０の後端側の部分を示した正面図であり、図９は軌道部２０の後端部の分解図である。また、図１０は、軸受部１８及びその周辺の断面図である。なお、図８においては、説明の便宜のため、軌道部２０（軌道フレーム２０Ｆ、リニアガイド５０及びベルト機構６０）並びに旋回駆動部８０の従動プーリー８６のみが図示されている。

軌道フレーム２０Ｆは、左右に並べて配置された一対のレール支持部２２（２２Ｒ、２２Ｌ）と、レール支持部２２Ｒと２２Ｌの先端部同士を連結する先端連結部２４（図４）と、レール支持部２２Ｒと２２Ｌの中間部同士を連結する３つの中間連結部２５と、各レール支持部２２（２２Ｒ、２２Ｌ）の後端部に取り付けられた左右一対のスペーサー２６（２６Ｒ、２６Ｌ）と、各スペーサー２６（２６Ｒ、２６Ｌ）に取り付けられた左右一対の駆動板２７（２７Ｒ、２７Ｌ）と、駆動板２７Ｒと２７Ｌを連結する軸部２８とを有している。

レール支持部２２、スペーサー２６及び駆動板２７は、それぞれ細長い部材であり、互いに平行に配置されている。具体的には、スペーサー２６は、レール支持部２２の後端部及び駆動板２７の先端部の間に挟まれて、溶接等によりレール支持部２２と駆動板２７とを一体的に連結する。なお、スペーサー２６は、後述する歯付ベルト６２よりも、幅（Ｙ軸方向寸法）が広くなっている。スペーサー２６を使用することにより、駆動板２７を歯付ベルト６２（及び後述する駆動プーリー６４）よりもＹ軸方向内側に配置させることができる。

レール支持部２２Ｒ、２２Ｌは、角柱状の部材であり、その正面には、略全長に渡って、リニアガイド５０Ｒ、５０Ｌのレール５２がそれぞれ取り付けられている。

先端連結部２４及び３つの中間連結部２５は、レール支持部２２Ｒ、２２Ｌの長さ方向において等間隔に配置され、一対のレール支持部２２Ｒ及び２２Ｌを梯子状に連結している。

軸部２８は、円柱状の部材であり、その両端が駆動板２７Ｒ、２７Ｌの後端部にボルト２９によって固定されている。

図１０に示すように、軸受部１８は、台座１８１と、台座１８１に支持された一対の軸受１８２を備えている。台座１８１の上部にはＸ軸方向に延びる溝１８１ｇが形成されている。また、溝１８１ｇによって２つに分岐された台座１８１の上部には、それぞれＹ軸方向に貫通する貫通穴１８１ｈが同心に（すなわち中心線を共有するように）形成され、各貫通穴１８１ｈに軸受１８２が嵌め込まれている。軌道フレーム２０Ｆの軸部２８は、一対の軸受１８２を介して、台座１８１により回転可能に支持されている。

図９に示すように、従動プーリー８６は、プーリー取付部材８５（締結継手）を介して、軌道フレーム２０の軸部２８に取り付けられている。プーリー取付部材８５は、従動プーリー８６の中空部に嵌め込まれる円筒状の部材であり、プーリー取付部材８５の中空部には軸部２８が嵌め込まれる。プーリー取付部材８５は、付属のボルトを締めることにより、外径が広がると共に内径が狭まり、それにより軸部２８と従動プーリー８６とを一体に連結するように構成されている。

また、プーリー取付部材８５の外周面にはスプラインが形成されていて、これと噛み合うスプラインが従動プーリー８６の内周面に形成されている。この構成により、ギアボックス８２から出力される動力が軌道フレーム２０Ｆに確実に伝達されるように、従動プーリー８６がプーリー取付部材８５を介して軌道フレーム２０Ｆの軸部２８と強固に結合している。旋回駆動部８０によって、従動プーリー８６と結合した軸部２８が回転駆動されると、軸部２８の中心線（旋回軸）を中心に軌道フレーム２０Ｆが旋回される。

走行部３０は、図１に示す落下試験用のセットアップにおいて、垂直に立てられた平板状の支持プレート３２（テーブル）と、支持プレート３２の下端部から略水平に延びる支持フレーム３４を備えている。支持プレート３２の背面には、各リニアガイド５０Ｒ、５０Ｌのキャリッジ５４が取り付けられている。また、支持プレート３２には、水平衝撃試験や垂直衝撃試験の際に供試品Ｓを走行部３０に固定するための複数のねじ穴が設けられている。

また、図５及び図６に示すように、水平及び垂直衝撃試験用のセットアップにおいて、走行部３０には支持プレート３６（テーブル）が設けられる。支持プレート３６は、支持フレーム３４に取り付けられる。支持プレート３６にも、供試品Ｓを走行部３０に固定するための複数のねじ穴が設けられている。

支持フレーム３４には、走行部３０の走行方向から見たときに、各衝撃ブロック１９に対応する位置に、支持フレーム３４を貫通する１２個の矩形の貫通穴３４ａが形成されている。落下試験において、走行部３０が降下したときに、衝撃ブロック１９の衝撃板１９１が支持フレーム３４の貫通穴３４ａを通過できるよう、貫通穴３４ａは衝撃板１９１の上面よりも大きく形成されている。落下試験においては、支持フレーム３４は、衝撃ブロック１９の衝撃板１９１よりも低い位置まで降下するため、衝撃板１９１が支持フレーム３４の貫通穴３４ａを通過し、自由落下する供試品Ｓが支持フレーム３４から突き出た衝撃板１９１に衝突する。

図４に示すように、各ベルト機構６０（６０Ｒ、６０Ｌ）は、歯付ベルト６２（巻掛け媒介節）、駆動プーリー６４、従動プーリー６６、４つのガイドローラー６８及び２つのベルトクランプ６９を備えている。各ベルト機構６０Ｒ、６０Ｌは、それぞれ対応するベルト駆動部７０Ｒ、７０Ｌによって駆動される。

各ベルト機構６０Ｒ、６０Ｌの駆動プーリー６４は、対応するベルト駆動部７０Ｒ、７０Ｌのサーボモータ７２の軸７２ｓに取り付けられている。各駆動プーリー６４は、軸部２８と同心に配置されている。従動プーリー６６は、軌道フレーム２０Ｆ（先端連結部２４）の先端に取り付けられている。歯付ベルト６２は、駆動プーリー６４と従動プーリー６６に張り渡され、軌道フレーム２０Ｆの周りを循環可能に装着されている。

ガイドローラー６８は、軌道フレーム２０Ｆの背面に取り付けられている。具体的には、ガイドローラー６８は、先端連結部２４の後端部及び各中間連結部２５に取り付けられている。歯付ベルト６２は、軌道フレーム２０Ｆとガイドローラー６８との間に通されている。歯付ベルト６２は、ガイドローラー６８によって低摩擦でガイドされるため、高速で駆動されたときでも、所定の軌道を安定して循環することができる。

図１１は、歯付ベルト６２の構造を示した図である。歯付ベルト６２は、高強度・高弾性率の基材樹脂から形成された本体部６２１と、高強度・高弾性率繊維の束である複数の心線６２２を有している。複数の心線６２２は、歯付ベルト６２の幅方向に略等間隔に並べられている。また、各心線６２２は、歯付ベルト６２の長手方向に弛みなく張られた状態で、本体部６２１に埋め込まれている。

歯付ベルト６２の内周面（図１１における下面）には、噛み合い伝動のための歯面６２１ｔが形成されている。歯面６２１ｔの表面は、耐摩耗性に優れた高強度ポリアミド系繊維等から形成された歯布６２３によって被覆されている。また、歯付ベルト６２の外周面には、可撓性を高めるための幅方向に延びる複数の溝６２１ｇが長手方向に等間隔で形成されている。

本実施形態の歯付ベルト６２においては、心線６２２には、軽量で高強度・高弾性率の炭素繊維から形成されたカーボン心線が使用されている。カーボン心線を使用することにより、大きな加速度（張力）で駆動しても、歯付ベルト６２が殆ど伸縮しないため、各ベルト駆動部７０Ｒ、７０Ｌの駆動力が走行部３０に正確に伝達され、走行部３０の駆動を高精度で制御することが可能になる。また、軽量なカーボン心線を使用することにより、例えばスチールワイヤやスチールコード等の金属心線を使用した場合よりも、動力伝達系の慣性を大幅に低減させることができる。そのため、同じ容量のモーターを使用して、より高い加速度で駆動することが可能になる。また、同じ加速度で駆動する場合、より低容量のモーターを使用することが可能になり、装置の小形化・軽量化や低コスト化が可能になる。

また、本実施形態の歯付ベルト６２では、本体部６２１を形成する基材には、高強度ポリウレタンや、水素添加アクリロニトリルブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）等の高強度・高硬度のエラストマーが使用される。このように高強度・高硬度の基材を使用することにより、駆動時の歯形の変形量が減少するため、歯形の変形に起因する歯飛びの発生が抑制され、走行部３０の駆動を高精度で制御することが可能になる。また、歯付ベルト６２の強度が向上するため、駆動時の歯付ベルト６２の伸縮が低減し、走行部３０の駆動を更に高精度で制御することが可能になる。

各歯付ベルト６２は、その長さ方向の２箇所において、ベルトクランプ６９（媒介節固定具）により走行部３０に固定されている。また、各歯付ベルト６２は、ベルトクランプ６９の一つにより、ループ状に連結されている。なお、歯付ベルト６２の一端を一方のベルトクランプ６９により走行部３０に固定し、他端を他方のベルトクランプ６９により走行部３０に固定してもよい。

図１２は、ベルトクランプ６９の分解図である。ベルトクランプ６９は、走行部３０に取り付けられる取付部６９１と、取付部６９１との間で歯付ベルト６２を締め付けて固定するクランプ板６９２を備えている。

クランプ板６９２の幅方向中央には、歯付ベルト６２の内周面に形成された歯面６２１ｔと噛み合う歯面６９２ｔが形成されている。また、取付部６９１の下面には、歯付ベルト６２及びクランプ板６９２が嵌め込まれる溝６９１ｇが形成されている。

クランプ板６９２には、クランプ板６９２を取付部６９１にボルト止めするための複数の貫通穴６９２ｈが、歯面６９２ｔを挟んで幅方向両側に設けられている。また、取付部６９１には、各貫通穴６９２ｈと連絡するねじ穴６９１ｉが設けられている。クランプ板６９２の各貫通穴６９２ｈに通されたボルト６９３を取付部６９１の対応するねじ穴６９１ｉに嵌めることにより、クランプ板６９２が取付部６９１に取り付けられている。

取付部６９１の溝６９１ｇに歯付ベルト６２を嵌め込み、クランプ板６９２を取付部６９１に取り付けると、歯付ベルト６２が取付部６９１とクランプ板６９２との間で圧迫されて、ベルトクランプ６９に固定される。このとき、歯付ベルト６２の歯面６２１ｔとクランプ板６９２の歯面６９２ｔが噛み合っているため、歯付ベルト６２に長手方向（Ｘ軸方向）の強い衝撃が与えられても、ベルトクランプ６９から歯付ベルト６２が滑ることなく、ベルトクランプ６９により歯付ベルト６２が一体に固定された走行部３０が駆動される。

取付部６９１には、取付部６９１を走行部３０にボルト止めするための複数の貫通穴６９１ｈが設けられている。また、走行部３０には、貫通穴６９１ｈに対応する複数のねじ穴（不図示）が設けられている。取付部６９１は、ボルトの付け外しのみで、走行部３０に容易に着脱可能になっている。例えば、供試品に合わせて専用の走行部３０を用意し、供試品の種類に応じて走行部３０を交換して使用することができる。

本実施形態の衝撃試験装置１は、供試品に例えば２０Ｇ（１９６ｍ／ｓ^２）を超える大きな加速度を与えられるように構成されている。大きな加速度を正確に伝達するためには、動力伝達系に剛性の高い部材を使用する必要がある。剛性の高い動力伝達系としては、例えば、ボールねじ機構、歯車伝動機構、チェーン伝動機構、ワイヤ伝動機構などがある。

歯車伝動機構やチェーン伝動機構を使用する場合、歯車やチェーンに大きな加速度に耐え得る強度を与える必要がある。しかし、強度を高めると、慣性が大きくなるため、より高出力のモーターが必要になる。また、モーターの高出力化は、モーター自体の慣性モーメントの増大を伴うため、更なる高出力化が必要となり、モーター等の装置の大型化やエネルギー効率の低下を招く。また、装置全体の慣性が過大になると、大加速度の発生・伝達が困難になる。歯車伝動機構やチェーン伝動機構による加速は、概ね３Ｇ（２９ｍ／ｓ^２）程度が限界となり、衝撃試験に必要な加速度（例えば１０Ｇ［９８ｍ／ｓ^２］以上）で駆動することができない。また、歯車機構やチェーン機構を衝撃試験に必要な早い周速で駆動すると、焼き付きを起こす可能性がある。

また、ワイヤ伝動機構（ワイヤとプーリーを使用した巻掛け伝動機構）は、比較的に低慣性ではあるが、摩擦のみによって動力が伝達されるため、大加速度で駆動した際にワイヤとプーリーとの間ですべりが発生して、運動を正確に伝達することができない。

また、自動車用タイミングベルト等の一般的な歯付ベルトでは、ガラス繊維やアラミド繊維を撚り合わせた心線が使用されている。そのため、１０Ｇ（９８ｍ／ｓ^２）を超える大加速度で駆動すると、心線の剛性や強度の不足によって歯付ベルトの伸縮が増大するため、運動を正確に伝達することができない。また、一般的な歯付ベルトでは、基材にはニトリルゴムやクロロプレンゴム等の比較的に硬度の低い合成ゴムが使用されているため、歯飛びが生じ易く、運動を正確に伝達することができない。

また、駆動源としては、サーボ弁と油圧シリンダを使用するものもあるが、応答速度が不足し、２００Ｈｚを超える高い周波数で変動する衝撃波形を正確に再現することができない。また、油圧システムは、油圧装置の他に大型の油圧供給設備が必要となるため、広い設置場所を要する。更に、油圧システムには、油圧供給設備の維持・管理コストが高く、油漏れによる環境汚染の問題などもある。

本発明者は、上述した、ボールねじ機構、歯車伝動機構、チェーン伝動機構、ワイヤ伝動機構、ベルト伝動機構等の様々な種類の伝動機構について膨大な試作実験を繰り返した結果、１０Ｇ（９８ｍ／ｓ^２）を超える大加速度を実現可能な唯一の構成として、超低慣性電気サーボモータと、カーボン心線と高弾性率エラストマーの基材とを複合した軽量で高強度の特殊歯付ベルトとを組み合わせた、本実施形態の駆動システムの開発に成功した。

支柱支持部４０は、軌道部２０が水平に倒される水平位置に配置されているときに、軌道フレーム２０Ｆの先端側を下方から支持して、軸部２８に過大な荷重が加わらないようにするための構造部である。

図６に示すように、支柱支持部４０は、ベースプレート４２と、ベースプレート４２上に立てられた４つの支柱４４を備えている。支柱４４の上面には、ゴム板等の緩衝部材が取り付けられている。４つの支柱４４は、衝撃試験装置１が水平衝撃試験用にセットアップされたとき（すなわち、軌道部２０が水平位置に配置されているとき）に、レール支持部２２Ｒが右側の２つの支柱４４に載り、レール支持部２２Ｌが左側の２つの支柱４４に載るように配置されている。

図１３は、衝撃試験装置１の制御システム１ａの概略構成を示すブロック図である。制御システム１ａは、装置全体の動作を制御する制御部２と、走行部３０や供試品Ｓの加速度を計測する計測部３と、外部との入出力を行うインタフェース部４を備えている。

インタフェース部４は、例えば、ユーザーとの間で入出力を行うためのユーザーインタフェース、ＬＡＮ（Local Area Network）等の各種ネットワークと接続するためのネットワークインタフェース、外部機器と接続するためのＵＳＢ（Universal Serial Bus）やＧＰＩＢ（General Purpose Interface Bus）等の各種通信インタフェースの一つ以上を備えている。また、ユーザーインタフェースは、例えば、各種操作スイッチ、表示器、ＬＣＤ（liquid crystal display）等の各種ディスプレイ装置、マウスやタッチパッド等の各種ポインティングデバイス、タッチスクリーン、ビデオカメラ、プリンタ、スキャナ、ブザー、スピーカ、マイクロフォン、メモリーカードリーダライタ等の各種入出力装置の一つ以上を含む。

計測部３は、走行部３０に取り付けられる加速度センサー３ａを備え、加速度センサー３ａからの信号を増幅及びデジタル変換して計測データを生成し、制御部２へ送信する。また、計測部３には、供試品Ｓに取り付けられる加速度センサー３ｂを増設し、試験中に供試品Ｓに加わる衝撃を計測することもできる。

制御部２には、２台のサーボモータ７２が、それぞれサーボアンプ７４を介して接続されている。制御部２と各サーボアンプ７４とは光ファイバによって通信可能に接続され、制御部２と各サーボアンプ７４との間で高速のフィードバック制御が可能になっている。これにより、複数のサーボモータを高精度（時間軸において高分解能かつ高確度）に同期制御することが可能になっている。また、制御部には、旋回駆動部８０のモーター８１がドライバ８１ｄを介して接続されている。

制御部２は、インタフェース部４を介して入力された加速度波形等の制御条件や計測部３から入力された計測データに基づいて、各ベルト駆動部７０Ｒ、７０Ｌのサーボモータ７２の駆動を同期制御する。なお、本実施形態では、２つのサーボモータ７２を同位相で駆動する（厳密には、左側のベルト駆動部７０Ｌのサーボモータ７２と右側のベルト駆動部７０Ｒのサーボモータ７２を逆位相〔逆回転〕で駆動する）。

上述したように、衝撃試験装置１を使用して、落下試験、垂直衝撃試験及び水平衝撃試験の３種類の試験を行うことができる。次に、各試験の内容及び手順について説明する。

（落下試験）
落下試験は、供試品Ｓを所定の高さから衝撃ブロック１９の上に自由落下させる試験である。落下試験は、上述したように、軌道部２０を垂直に立て、走行部３０の支持プレート３６（図５）を取り外した状態で行われる。

落下試験においては、まず、ベルト駆動部７０Ｒ、７０Ｌが駆動され、走行部３０が準備位置まで移動し、準備位置において支持フレーム３４の上に供試品Ｓが載せられる。準備位置は、衝撃ブロック１９の衝撃板１９１が支持フレーム３４の上端よりも高くならない位置に設定される。また、供試品Ｓを所定の姿勢で保持するための姿勢保持部材（不図示）を走行部３０に設けて、姿勢保持部材の上に供試品Ｓを所定の姿勢で載せることもできる。

次に、ベルト駆動部７０Ｒ、７０Ｌが駆動され、衝撃ブロック１９の上面（落下面）から所定の高さの落下位置まで走行部３０と共に供試品Ｓが上昇する。落下位置において所定時間静止した後、走行部３０が重力加速度よりも大きな加速度で下限位置まで降下する。このとき、供試品Ｓは、支持フレーム３４から浮上し、重力加速度により自由落下する。なお、下限位置は、衝撃ブロック１９の衝撃板１９１よりも支持フレーム３４が低くなる位置に設定される。そのため、衝撃ブロック１９の衝撃板１９１が支持フレーム３４の貫通穴３４ａを突き抜けるため、供試品Ｓは衝撃板１９１に衝突する。

なお、落下試験（自由落下）時には、衝撃ブロック１９に衝突するまで供試品Ｓを支持フレーム３４から浮上した状態に保てばよく、走行部３０を常に重力加速度よりも大きな加速度で降下させる必要はない。

また、供試品Ｓを走行部３０に解除可能に固定して保持させる保持機構を設けてもよい。この場合、走行部３０と共に供試品Ｓを例えば重力加速度以上で所定の速度まで加速させ、衝撃ブロック１９に衝突する直前に保持機構を解除して、供試品Ｓのみを衝撃ブロック１９に衝突させる。これにより、自然落下では到達できない落下速度で供試品Ｓを衝撃ブロック１９に衝突させることが可能になる。また、保持機構による供試品Ｓの保持を解除する際に、走行部３０を重力加速度で降下させると、供試品Ｓに重力以外の力が作用しないため、姿勢を保ったまま供試品Ｓを落下させることができる。

（垂直衝撃試験）
垂直衝撃試験は、走行部３０を鉛直方向に予め設定された加速度で加速することにより、走行部３０に固定された供試品Ｓに衝撃を与える試験である。上述した落下試験は、供試品Ｓを衝撃ブロック１９の上に落下させることにより供試品Ｓに衝撃を加えるものであるが、垂直衝撃試験では、ベルト駆動部７０Ｒ、７０Ｌによって走行部３０を鉛直方向に加速させることによって供試品Ｓに衝撃が加えられる。そのため、垂直衝撃試験により、例えば、落下試験よりも厳しい条件の（強い衝撃を加える）試験、緩やかな条件の（弱い衝撃を加える）試験、衝撃パルス作用時間の長い衝撃を与える試験、繰り返し（断続的に）衝撃を与える試験、衝撃ブロック１９への衝突では再現できない衝撃波形を与える試験等、様々な条件で試験を行うことができる。

図５に示すように、垂直衝撃試験用のセットアップにおいては、支持フレーム３４の上面に支持プレート３６が取り付けられる。また、供試品Ｓは、支持プレート３６の上に載せられた状態で、走行部３０に固定される。また、垂直衝撃試験においては、走行部３０は、衝撃ブロック１９の衝撃板１９１よりも下方には移動しない。そのため、垂直衝撃試験において、支持プレート３６及び供試品Ｓは、衝撃ブロック１９に衝突することがない。

垂直衝撃試験においても、まず、ベルト駆動部７０Ｒ、７０Ｌが駆動され、走行部３０が準備位置まで降下され、供試品Ｓが走行部３０に取り付けられる。具体的には、供試品Ｓが支持プレート３６の上に載せられ、支持プレート３６及び３２の少なくとも一方に固定される。また、供試品Ｓを所定の姿勢で保持するための姿勢保持部材（不図示）を走行部３０に設けて、姿勢保持部材により供試品Ｓを所定の姿勢で保持させてもよい。

次に、ベルト駆動部７０Ｒ、７０Ｌが駆動され、開始位置まで走行部３０と共に供試品Ｓが上昇する。開始位置は、試験に必要な走行部３０の移動範囲を確保できるよう、試験条件に応じて設定される。開始位置は、例えば走行部３０の可動範囲の中間位置に設定される。開始位置において所定時間静止した後、予め設定された衝撃波形に基づいてベルト駆動部７０Ｒ、７０Ｌが駆動され、走行部３０及び供試品Ｓに所定の衝撃が与えられる。試験後、走行部３０が準備位置まで降下され、供試品Ｓが走行部３０から取り外される。

（水平衝撃試験）
水平衝撃試験は、走行部３０を水平方向に予め設定された加速度で加速することにより、走行部３０に固定された供試品Ｓに衝撃を与える試験である。水平衝撃試験は、軌道部２０を水平位置に倒して、ベルト駆動部７０Ｒ、７０Ｌで走行部３０を水平方向に駆動することによって行われる。

落下試験においても、まず、ベルト駆動部７０Ｒ、７０Ｌが駆動され、走行部３０が準備位置まで移動され、供試品Ｓが走行部３０に取り付けられる。具体的には、供試品Ｓが支持プレート３２の上に載せられ、支持プレート３２及び３６の少なくとも一方に固定される。また、供試品Ｓを所定の姿勢で保持するための姿勢保持部材（不図示）を走行部３０に設けて、姿勢保持部材により供試品Ｓを所定の姿勢で支持させた状態で、供試品Ｓを走行部３０に取り付けてもよい。

次に、ベルト駆動部７０Ｒ、７０Ｌが駆動され、開始位置まで走行部３０と共に供試品Ｓが移動する。開始位置において所定時間静止した後、予め設定された衝撃波形に基づいてベルト駆動部７０Ｒ、７０Ｌが駆動され、走行部３０及び供試品Ｓに所定の衝撃が与えられる。

水平衝撃試験用のセットアップにおいては、走行部３０の位置に拘わらず供試品Ｓの装着が可能であるため、必ずしも準備位置を設定して、供試品Ｓを装着する際に走行部３０を準備位置まで移動させる必要はない。また、水平衝撃試験における準備位置は、落下試験や垂直衝撃試験における準備位置とは異なる位置に設定してもよい。例えば、水平衝撃試験における準備位置と開始位置を共通の位置に設定して、供試品Ｓの装着後に準備位置から開始位置に走行部３０を移動させる手順を省いてもよい。

水平又は垂直衝撃試験において供試品Ｓに与えられる衝撃は、例えば、波形の種類（正弦波、正弦半波、鋸歯状波、三角波、台形波等）、持続時間及び最大加速度によって定義される。また、衝撃試験装置１を使用した水平又は垂直衝撃試験においては、ユーザーが設定した波形（ユーザー設定波形）の衝撃を供試品Ｓに与えることができる。ユーザー設定波形としては、例えば、落下試験や衝突試験で計測された衝撃波形、衝突のコンピュータ・シミュレーションによって予測された衝撃波形、又は、その他の任意の合成波形（ファンクションジェネレータ等により生成された波形）がある。

また、水平又は垂直衝撃試験において供試品Ｓに与えられる衝撃は、通常は加速度によって表されるが、変位、速度又は加加速度の波形（或いは時間の関数）によって衝撃を設定・制御することもできる。

各試験によって供試品Ｓに生じた変形や損傷の有無により、包装設計等が適切なものであるか否かが評価される。また、供試品Ｓ（例えば梱包された製品）に加速度ピックアップ等のセンサーを取り付けて試験を行い、試験時に供試品Ｓに加わった衝撃の計測結果から、包装設計等を評価することもできる。

また、供試品Ｓは、包装貨物に限らず、製品自体を供試品Ｓとして、衝撃試験装置１を使用して製品の強度の評価を行うこともできる。

以上に説明した本実施形態の衝撃試験装置１は、軌道部２０を旋回させるだけで、落下試験及び垂直衝撃試験に加えて水平衝撃試験を行うことが可能になっている。従来は、試験毎に専用の試験機を用意する必要があったが、本実施形態の衝撃試験装置１を使用すれば、１台の装置で３種類の試験を行うことが可能になる。そのため、試験設備の導入や維持管理のコストが大幅に軽減する。また、試験設備の設置に必要なスペースも大幅に減らすことができる。

また、本実施形態の衝撃試験装置１においては、走行部３０の駆動にベルト機構６０が採用され、更に、軌道部２０の旋回の中心となる軸部２８と、ベルト機構６０を駆動する駆動プーリー６４とを同心に（すなわち、共通の回転軸を中心に回転するように）配置する構成が採用されている。この構成により、軸部２８を中心に軌道部２０を旋回させて軌道部２０の傾きを変更しても、ベルト駆動部７０の切り替え（例えば、落下試験／垂直衝撃試験用のベルト駆動部７０と水平衝撃試験用のベルト駆動部７０との切り替え）や移動（例えば、ベルト駆動部７０を軌道部２０に固定して、軌道部２０と共にベルト駆動部７０を移動させること）を行わずに、そのままベルト駆動部７０によってベルト機構６０を駆動させることが可能になっている。また、軌道部２０の旋回中にベルト機構６０とベルト駆動部７０との接続を切り離す必要もない。

従って、軸部２８（軌道部２０の旋回軸）と駆動プーリー６４とを同心に配置する構成を採用することにより、軌道部２０の配置（垂直位置、水平位置）毎に専用のベルト駆動部７０を設けたり、ベルト機構６０とベルト駆動部７０との連結を切り離す機構や切り替える機構を設けたりする必要が無くなり、シンプルな装置構成により３種類の試験の実施を可能にしている。また、軌道部２０と共にベルト駆動部７０を旋回させる（すなわち、ベルト駆動部７０を軌道部２０に組み込む）必要が無いため、軌道部２０の重量が増えず、比較的に小容量で小型の旋回駆動部８０により軌道部２０を旋回させることが可能になっている。

軸部と駆動プーリーとを同心に配置する構成は、ベルト伝動機構に限らず、チェーン伝動機構やワイヤ伝動機構等の他の種類の巻掛け伝動機構にも適用することができる。また、駆動プーリーを駆動歯車に置き換えることにより、歯車伝動機構にも適用することが可能である。

しかしながら、上述したように、チェーン伝動機構や歯車伝動機構では、動力伝達機構の慣性が大きくなるため、水平衝撃試験や垂直衝撃試験において、可動部に大きな衝撃を伝達することが難しい。また、ワイヤ伝動機構や平ベルトを使用したベルト伝達機構では、巻掛け媒介節の滑りが発生するため、大きな衝撃を正確に伝達することが難しい。一般的な歯付ベルトを使用した場合は、心線の剛性や強度の不足によって歯付ベルトの伸縮が大きくなり、また、基材の硬度の不足により歯飛びが生じ易くなるため、大きな衝撃を正確に伝達することが難しい。

本実施形態の衝撃試験装置１においては、心線６２２に軽量で高強度・高弾性率のカーボン心線を使用し、また、本体部６２１の基材に高強度ポリウレタンやＨ−ＮＢＲ等の高強度・高硬度のエラストマーを使用した軽量（低慣性）で高強度の歯付ベルト６２を採用することにより、大きな衝撃を正確に伝達することを可能にしている。

以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、特許請求の範囲の記載により表現された技術的思想の範囲内において様々な変形が可能である。例えば本明細書中に例示的に明示された実施形態等の構成及び／又は本明細書中の記載から当業者に自明な実施形態等の構成を適宜組み合わせた構成も本願の実施形態に含まれる。

上記の実施形態においては、走行部３０に与えられる加速度が制御されている（すなわち、加速度によって衝撃が表現されている）が、本発明はこの構成に限定されない。例えば、速度や加加速度（jerk）によって走行部３０を制御してもよい。

上記の実施形態においては、走行部３０の加速度が制御されるが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、供試品の所定箇所に加速度センサー３ａを装着し、供試品に加わる加速度（衝撃）を制御対象としてもよい。

上記の実施形態においては、直線運動案内機構としてレールと略直方体状のキャリッジから構成されるリニアガイドが使用されるが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、リニアガイドに替えて又は加えて、ボールスプラインやリニアブッシュ等の転動体を使用する転がり案内機構を使用してもよい。

上記の実施形態においては、直線運動案内機構（リニアガイド）の転動体の材質に窒化ケイ素が使用されているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、炭化ケイ素やジルコニア等の別の種類のセラミックス材料を使用してもよく、ステンレス鋼を使用してもよい。

上記の実施形態においては、走行部３０は、左右一対のリニアガイド５０Ｒ、５０Ｌによって駆動方向のみに移動可能に支持されているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、走行部３０が３つ以上のリニアガイド５０によって支持される構成としてもよい。リニアガイド５０の数を増やすことにより、走行部３０の支持の剛性が向上する。供試品Ｓの重量や必要な試験精度に応じて使用するリニアガイド５０の数が決定される。

上記の実施形態においては、２本の歯付ベルト６２が使用されているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、供試品の重量や試験加速度の大きさに応じて、１本又は３本以上の歯付ベルト６２を使用してもよい。

上記の実施形態においては、歯付ベルト６２はエンドレスベルト（無端ベルト）であるが、本発明はこの構成に限定されない。歯付ベルト６２は、長さ方向（駆動方向）に離れた２箇所でベルトクランプ６９によって走行部３０に固定されるため、オープンエンドベルトを使用することもできる。

上記の実施形態においては、１本の歯付ベルト６２を固定する二つのベルトクランプ６９が別体に形成されているが、これらを一体に形成してもよい。

上記の実施形態においては、走行部３０とベルトクランプ６９の取付部６９１が別部品として形成されているが、これらを一体に形成してもよい。例えば、テーブルの下面に歯付ベルトが嵌め込まれる溝やクランプ板をボルト止めするためのねじ穴を設けることにより、テーブルに直接歯付ベルトを固定することができる。

上記の実施形態においては、駆動源にＡＣサーボモータが使用されているが、運動制御が可能であれば他の種類のアクチュエータ（例えば、ＤＣサーボモータや、ステッピングモータ、インバータモータ等）を使用することもできる。また、油圧又は空圧アクチュエータを使用してもよい。

上記の実施形態においては、フレーム２２の取付部２２１、レール支持部２２２及び連結部２２３が、それぞれ角柱状の構造材であるが、本発明はこの構成に限定されない。取付部２２１は、その下面にベースブロック２１上に設置するための平面を有していれば、他の形状であってもよい。レール支持部２２２は、その上面にレール２３１を取り付けるための平面を有していれば、他の形状であってもよい。また、連結部２２３は、取付部２２１とレール支持部２２２とを十分な強度で連結するものであれば、他の形状であってもよい。

上記の実施形態においては、軸部２８が水平に配置されているが、本発明はこの構成に限定されない。軸部２８は、水平面に対して斜めに配置されてもよく、また、鉛直に配置されてもよい。

上記の実施形態においては、旋回駆動部８０に巻掛け伝動機構が使用されているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、従動プーリー８６に替えて従動歯車を軸部２８に結合させ、歯車機構を介してモーター８１から従動歯車に動力を伝達させる構成としてもよい。また、上記の実施形態においては、巻掛け伝動機構の巻掛け媒介節として歯付ベルトが使用されているが、平ベルト、チェーン、ワイヤ等の他の種類の巻掛け媒介節を使用してもよい。また、軸部２８をモーターの軸に直結させてもよい。

１ … 衝撃試験装置
１０ … 固定部
２０ … 軌道部
３０ … 走行部
４０ … 支柱支持部
５０ … リニアガイド
６０ … ベルト機構
７０ … ベルト駆動部
８０ … 旋回駆動部
Ｓ … 供試品

サーボモータ７２は、最大で３５０Ｎ・ｍに及ぶトルクを発生し、回転部（回転子及びシャフト）の慣性モーメントが１０^−２ｋｇ・ｍ^２以下に抑えられた、定格出力３７ｋＷの大出力超低慣性サーボモータである。なお、必要な衝撃（加速度）の大きさに応じて、サーボモータ７２の容量を増減してもよい。また、必要な衝撃の大きさによっては、慣性モーメントが０．２ｋｇ・ｍ^２程度の一般的なサーボモータを使用することもできる。

図９に示すように、従動プーリー８６は、プーリー取付部材８５（締結継手）を介して、軌道フレーム２０Ｆの軸部２８に取り付けられている。プーリー取付部材８５は、従動プーリー８６の中空部に嵌め込まれる円筒状の部材であり、プーリー取付部材８５の中空部には軸部２８が嵌め込まれる。プーリー取付部材８５は、付属のボルトを締めることにより、外径が広がると共に内径が狭まり、それにより軸部２８と従動プーリー８６とを一体に連結するように構成されている。

水平衝撃試験においても、まず、ベルト駆動部７０Ｒ、７０Ｌが駆動され、走行部３０が準備位置まで移動され、供試品Ｓが走行部３０に取り付けられる。具体的には、供試品Ｓが支持プレート３２の上に載せられ、支持プレート３２及び３６の少なくとも一方に固定される。また、供試品Ｓを所定の姿勢で保持するための姿勢保持部材（不図示）を走行部３０に設けて、姿勢保持部材により供試品Ｓを所定の姿勢で支持させた状態で、供試品Ｓを走行部３０に取り付けてもよい。

上記の実施形態においては、軌道フレーム２０Ｆの取付部２２１、レール支持部２２２及び連結部２２３が、それぞれ角柱状の構造材であるが、本発明はこの構成に限定されない。取付部２２１は、その下面にベースブロック２１上に設置するための平面を有していれば、他の形状であってもよい。レール支持部２２２は、その上面にレール２３１を取り付けるための平面を有していれば、他の形状であってもよい。また、連結部２２３は、取付部２２１とレール支持部２２２とを十分な強度で連結するものであれば、他の形状であってもよい。

Claims (40)

1. 供試品が載置される走行部と、
   前記走行部を駆動する動力を伝える巻掛け伝動機構と、
   を備え、
   前記巻掛け伝動機構が、第１の巻掛け媒介節を備え、
   前記第１の巻掛け媒介節が、カーボン心線を有する第１の歯付ベルトである、
   衝撃試験装置。
2. 前記第１の歯付ベルトがエラストマーから形成された本体部を備え、
   前記エラストマーが、硬質ポリウレタン及び水素添加アクリロニトリルブタジエンゴムのいずれかを含む、
   請求項１項に記載の衝撃試験装置。
3. 前記走行部を走行可能に支持する軌道部を備え、
   前記巻掛け伝動機構が、前記第１の巻掛け媒介節が巻掛けられた第１の駆動プーリーを備えた、
   請求項１又は請求項２に記載の衝撃試験装置。
4. 前記軌道部が、前記走行部が水平方向に走行可能となる水平位置と、前記走行部が垂直方向に走行可能となる垂直位置との間で、旋回軸を中心に旋回可能に支持され、
   前記第１の駆動プーリーの回転軸が前記旋回軸と一致している、
   請求項３に記載の衝撃試験装置。
5. 供試品が載置される走行部と、
   前記走行部を走行可能に支持する軌道部と、
   前記走行部を駆動する動力を伝える巻掛け伝動機構と、
   を備え、
   前記巻掛け伝動機構が、
   第１の駆動プーリーと、
   記第１の駆動プーリーに巻掛けられた第１の巻掛け媒介節と、を備え、
   前記軌道部が、前記走行部が水平方向に走行可能となる水平位置と、前記走行部が垂直方向に走行可能となる垂直位置との間で、旋回軸を中心に旋回可能に支持され、
   前記第１の駆動プーリーの回転軸が前記旋回軸と一致している、
   衝撃試験装置。
6. 前記軌道部を前記垂直位置に配置したときに、垂直衝撃試験及び落下試験の少なくともいずれかの実施が可能であり、
   前記軌道部を前記水平位置に配置したときに、水平衝撃試験の実施が可能である、
   請求項４又は請求項５に記載の衝撃試験装置。
7. 前記巻掛け伝動機構が、
   前記第１の駆動プーリーとの間で前記第１の巻掛け媒介節が張り渡された第１の従動プーリーと、
   前記走行部に前記第１の巻掛け媒介節を着脱可能に固定する媒介節固定具と、
   を備えた、
   請求項６に記載の衝撃試験装置。
8. 前記軌道部を旋回可能に支持する固定部を備え、
   前記軌道部が、前記旋回軸を中心線とする軸部を有し、
   前記固定部が、前記軸部を回転可能に支持する軸受部を備えた、
   請求項７に記載の衝撃試験装置。
9. 前記第１の従動プーリーが、前記軌道部の先端部に取り付けられ、
   前記軸部が、前記軌道部の後端部に設けられ、
   前記第１の巻掛け媒介節が、前記軌道部の周囲に張り巡らされた、
   請求項８に記載の衝撃試験装置。
10. 前記旋回軸の方向に並べて配置された一対の前記巻掛け伝動機構を備え、
    前記軸部が前記一対の巻掛け伝動機構の前記第１の駆動プーリー間に配置された、
    請求項８に記載の衝撃試験装置。
11. 前記軌道部を旋回させる旋回駆動部を備え、
    前記旋回駆動部が、
    モーターと、
    前記モーターの軸と連結した第２の駆動プーリーと、
    前記軌道部の前記軸部と結合した第２の従動プーリーと、
    前記第２の駆動プーリーと第２の従動プーリーとの間に張り渡された第２の巻掛け媒介節と、を備えた、
    請求項８から請求項１０のいずれか一項に記載の衝撃試験装置。
12. 前記第２の巻掛け媒介節が歯付ベルトである、
    請求項１１に記載の衝撃試験装置。
13. 前記走行部の走行を案内するリニアガイドウェイを備え、
    前記リニアガイドウェイが、
    前記軌道部に取り付けられたレールと、
    前記走行部に取り付けられ、前記レール上を走行可能なキャリッジと、を有し、
    前記軌道部が、前記レールが取り付けられたレール支持部を有し、
    前記レール支持部の一端部に前記軸部が連結された、
    請求項８から請求項１２のいずれか一項に記載の衝撃試験装置。
14. 一対の前記リニアガイドウェイを備え、
    前記軌道部が、前記旋回軸の方向に並べて配置された一対の前記レール支持部を備え、
    前記一対のレール支持部に前記一対のリニアガイドウェイの前記レールがそれぞれ取り付けられ、
    前記一対のレール支持部の一端部が、前記軸部を介して連結された、
    請求項１３に記載の衝撃試験装置。
15. 前記巻掛け伝動機構が、前記一対のレール支持部の間に配置された、
    請求項１４に記載の衝撃試験装置。
16. 前記軌道部が、
    前記一対のレール支持部の間に配置され、一方の前記レール支持部の後端部に取り付けられたスペーサーと、
    他方の前記レール支持部と前記スペーサーの間に配置され、該スペーサーに先端部が取り付けられた駆動板と、を備えた、
    請求項１４又は請求項１５に記載の衝撃試験装置。
17. 前記スペーサーの幅が、前記第１の巻掛け媒介節の幅よりも広く、
    前記巻掛け伝動機構が、前記旋回軸の方向において、前記スペーサーと同位置に配置された、
    請求項１６に記載の衝撃試験装置。
18. 前記軌道部が、
    前記一対のレール支持部の間に配置され、該一対のレール支持部の後端部にそれぞれ取り付けられた一対のスペーサーと、
    前記一対のスペーサーの間に配置され、該一対のスペーサーにそれぞれ先端部が取り付けられた一対の駆動板と、を備え、
    前記一対の駆動板の後端部が、前記軸部を介して連結された、
    請求項１４又は請求項１５に記載の衝撃試験装置。
19. 一対の前記巻掛け伝動機構を備え、
    前記一対の巻掛け伝動機構が、前記一対のレール支持部の間に、前記旋回軸の方向に並べて配置された、
    請求項１８に記載の衝撃試験装置。
20. 前記スペーサーの幅が、前記第１の巻掛け媒介節の幅よりも広く、
    前記一対の巻掛け伝動機構が、前記旋回軸の方向において、前記一対のスペーサーとそれぞれ同位置に配置された、
    請求項１９に記載の衝撃試験装置。
21. 前記軌道部が、前記一対のレール支持部の先端部を連結する先端連結部を有し、
    前記第１の従動プーリーが前記先端連結部に取り付けられた、
    請求項１５から請求項２０のいずれか一項に記載の衝撃試験装置。
22. 前記軌道部が、前記一対のレール支持部の中間部を連結する複数の中間連結部を有し、
    前記先端連結部及び前記複数の中間連結部が、前記走行部の走行方向において等間隔に配置された、
    請求項２１に記載の衝撃試験装置。
23. 前記軌道部の正面に前記走行部が配置され、
    前記軌道部の前記先端連結部及び前記複数の中間連結部の背面に前記第１の巻掛け媒介節をガイドするガイドローラーがそれぞれ設けられた、
    請求項２２に記載の衝撃試験装置。
24. 前記巻掛け伝動機構が、
    前記第１の駆動プーリーとの間で前記第１の巻掛け媒介節が張り渡された第１の従動プーリーと、
    前記走行部に前記第１の巻掛け媒介節を着脱可能に固定する媒介節固定具と、
    を備えた、
    請求項３又は請求項４に記載の衝撃試験装置。
25. 前記媒介節固定具により、前記第１の巻掛け媒介節の両端が固定された、
    請求項７から請求項２４のいずれか一項に記載の衝撃試験装置。
26. 前記巻掛け伝動機構が、一対の前記媒介節固定具を備え、
    前記一対の媒介節固定具の一方により、前記第１の巻掛け媒介節の一端部が固定され、
    前記一対の媒介節固定具の他方により、前記第１の巻掛け媒介節の他端部が固定された、
    請求項７から請求項２４のいずれか一項に記載の衝撃試験装置。
27. 前記軌道部を支持する固定部を備えた、
    請求項３又は請求項４に記載の衝撃試験装置。
28. 前記固定部が、水平方向に所定の間隔を空けて格子点状に配列された複数の衝撃板を備え、
    前記走行部が、落下試験において前記供試品が載置される支持フレームを備え、
    前記支持フレームには、各衝撃板に対応する位置に、前記走行部の走行方向に貫通した、前記衝撃板が通過可能な複数の貫通穴が形成された、
    請求項８から請求項２３及び請求項２７のいずれか一項に記載の衝撃試験装置。
29. 前記走行部が、前記支持フレームに着脱可能に取り付けられて前記貫通穴を塞ぐ第１の支持プレートを備えた、
    請求項２８に記載の衝撃試験装置。
30. 前記走行部が、水平衝撃試験において前記供試品が載置される第２の支持プレートを備えた、
    請求項２９に記載の衝撃試験装置。
31. 前記走行部の走行を案内するリニアガイドウェイを備え、
    前記リニアガイドウェイが、
    前記軌道部に取り付けられたレールと、
    前記走行部に取り付けられ、前記レール上を走行可能なキャリッジと、を備えた、
    請求項３又は請求項４に記載の衝撃試験装置。
32. 前記リニアガイドウェイが、前記レールと前記キャリッジとの間に介在する転動体を備えた、
    請求項１３から請求項２３及び請求項３１のいずれか一項に記載の衝撃試験装置。
33. 前記転動体が、セラミックス材料から形成された、
    請求項３２に記載の衝撃試験装置。
34. 前記セラミックス材料が、窒化ケイ素、炭化ケイ素及びジルコニアのいずれかを含む、
    請求項３３に記載の衝撃試験装置。
35. 前記巻掛け伝動機構を駆動するベルト駆動部を備え、
    前記ベルト駆動部が、前記第１の駆動プーリーと軸が連結したサーボモータを備えた、
    請求項３から請求項３４のいずれか一項に記載の衝撃試験装置。
36. 前記サーボモータの慣性モーメントが、０．０２ｋｇ・ｍ^２以下である、
    請求項３５に記載の衝撃試験装置。
37. 前記サーボモータの慣性モーメントが、０．０１ｋｇ・ｍ^２以下である、
    請求項３６に記載の衝撃試験装置。
38. 前記ベルト駆動部が、前記サーボモータから出力される動力の回転速度を減じる減速機を備えた、
    請求項３５から請求項３７のいずれか一項に記載の衝撃試験装置。
39. 供試品が載置される走行部と、
    前記走行部を垂直方向に走行可能に支持する軌道部と、
    前記走行部の走行可能な経路上に配置された固定部と、
    前記走行部の走行を制御する制御部と、
    を備え、
    前記走行部が、前記供試品が載置される支持フレームを備え、
    前記固定部が、水平方向に所定の間隔を空けて格子点状に配列された複数の衝撃板を備え、
    前記支持フレームには、各衝撃板に対応する位置に、垂直方向に貫通した、前記複数の衝撃板がそれぞれ通過可能な複数の貫通穴が形成され、
    前記制御部が、
    落下試験においては、前記走行部を、前記衝撃板よりも高い位置から低い位置まで、前記供試品が前記支持フレームから浮上するように、少なくとも一時的に重力加速度よりも大きな加速度で降下させ、
    垂直衝撃試験においては、前記走行部を、前記衝撃板よりも高い位置において、前記供試品に与えるべき衝撃に対応する加速度波形に従って加速させる、
    衝撃試験装置。
40. 前記走行部が、前記支持フレームに着脱可能に取り付けられて前記貫通穴を塞ぐ第１の支持プレートを備えた、
    請求項３９に記載の衝撃試験装置。

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