JP3685126B2 - 落下衝撃試験装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話、ノート型パーソナルコンピューター等の携帯製品の落下衝撃試験を行う落下衝撃試験装置に関し、特に携帯製品の落下姿勢を制御しながら落下衝撃試験を行う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ため、落下衝撃に耐え得る製品が要求されており、携帯製品のメーカーでは、携帯製品の耐衝撃力を確認するための落下衝撃試験を行うことが必要となる。
【0003】
落下衝撃試験は、試験物(携帯製品)にひずみゲージ等の衝撃検出用センサーを貼り付け、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が、人手による測定では、放し方によっては空中で携帯製品の姿勢が変わり衝突部分が定まらず、正確な測定データを得ることは非常に難しく、各メーカーは、落下衝撃試験の装置化を行っている。
【0004】
図5は、従来の落下衝撃試験装置の側面図であり、図6は、図5に示すアームの詳細図である。
従来の落下衝撃試験装置は、図5および図6を参照すると、アーム11により試験物18を挟み、所定高さでアーム固定部12にアーム11を固定し、スイッチ3により電気信号を信号線A4で伝えてアーム固定部12から試験物18を挟んだままのアーム11を解放する。解放されたアーム11は、支柱5に設けられているリニアレール6に沿って落下し、試験物18は、アーム11に挟まれた状態であるため、空中での試験物18の落下姿勢が保たれる。
【0005】
フォトセンサー13は、アーム11が通過すると、通過信号を信号線B16で制御部14に伝え、通過信号を受信した制御部14は、アーム11を開く命令信号を信号線C17でアーム開閉機構15に伝えることにより、アーム11は開き、挟んでいた試験物18を解放する。試験物18は、衝突する直前でアーム11から解放されるため、完全な自由落下状態となり衝突受け板8に衝突する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術では、落下姿勢を保つためには、できるかぎり衝突直前までアーム11で試験物18を保持する必要があるため、アーム11から試験物18を解放する際にアーム11を高速駆動しなければならず、複雑で高価な高速駆動機構が必要となり、装置が高額になってしまうという問題点があった。
【0007】
さらに、従来技術では、左右のアームを高速で同時に離すことが難しく、左右のアーム11が離れるタイミングが僅かにずれることにより、試験物18の姿勢が崩れるとともに、アーム11から試験物18を離してから衝突するまでの間にも空気抵抗により、試験物18の姿勢が崩れ、空中での試験物18の落下姿勢を一定に保つことができず、正確な測定データを得ることができないという問題点があった。
【0008】
また、携帯電話のFEM(有限要素法)モデルに対して行った落下解析の結果では、衝突角度が僅か1度変化すると、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おり、携帯製品の電子機器においては、僅かな落下姿勢の崩れが正確な実験値を求める際の障害となっている。
【0009】
本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、試験物の落下姿勢を一定に保った状態で自由落下させて衝突面に衝突させることのでき、正確な測定データを得ることができる落下衝撃試験装置を安価に提供する点にある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
請求項1記載の発明の要旨は、試験物をホルダーで保持した状態で落下させ、前記試験物を衝突受け板に衝突させて落下衝撃試験を行う落下衝撃試験装置であって、
前記ホルダーであるテーパ付ホルダーと、ベースと、該ベースに設けられた前記衝突受け板と、前記テーパ付きホルダーの衝突の衝撃を吸収する衝撃吸収材とを備え、前記テーパ付ホルダーは落下方向に向かって開口している開口部が形成され、該開口部は前記テーパ付きホルダーの落下時に前記衝突受け板が貫通する大きさに形成されていることを特徴とする落下衝撃試験装置に存する。
請求項2記載の発明の要旨は、前記テーパ付きホルダーのテーパ部は、前記開口部の全周に形成されてい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に存する。
請求項3記載の発明の要旨は、前記テーパ部は、前記開口部の一部分に形成されてい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に存する。
請求項4記載の発明の要旨は、前記テーパ部は、前記開口部に3ヶ所以上形成されていることを特徴とする請求項3に記載の落下衝撃試験装置に存する。
請求項5記載の発明の要旨は、前記衝撃吸収材は、前記試験物が前記衝突受け板に衝突した後に前記テーパ付きホルダーと衝突して衝撃を緩和するものであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の落下衝撃試験装置に存する。
請求項6記載の発明の要旨は、前記テーパ部間の最も短い径dと、径dに対応する部分の前記衝突受け板の外形長さcと、試験物の幅eとの関係は、
c<d<e
であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の落下衝撃試験装置に存する。
請求項7記載の発明の要旨は、前記試験物に作用する空気抵抗をR、前記試験物の質量をm、重力加速度をgとすると、前記テーパ部が有する傾斜部分の材質の摩擦係数μと、前記テーパ部が有する傾斜部分の傾斜角度θとは、
R<mg+μmgsinθcosθ
の関係を満たすように設定されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の落下衝撃試験装置に存する。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0012】
図1は、本発明に係る落下衝撃試験装置の実施の形態の正面図であり、図2は、図1に示すテーパ付ホルダーの落下方向に平行な面での断面詳細図であり、図3は、図1に示すテーパ付ホルダーと衝突受け板との関係を示す上面図であり、図4は、図1に示すテーパ付ホルダーに発生する力の釣り合い状態を説明するための模式図である。
【0013】
本実施の形態は、図1を参照すると、試験物18を保持するテーパ付ホルダー1と、テーパ付ホルダー1を所定の高さに固定するホルダー固定部2と、固定部2によるテーパ付ホルダー1の固定を解放指示するためのスイッチ3と、スイッチ3からの解放指示をホルダー固定部2に伝達する信号線A4と、ホルダー固定部2を支える支柱5と、支柱5に沿って設けられテーパ付ホルダー1の落下姿勢をガイドするリニアレール6と、支柱5を支えるベース7と、ベース7に設けられテーパ付ホルダー1に保持された試験物18が衝突する衝突受け板8と、テーパ付ホルダー1の衝突の衝撃を吸収する衝撃吸収材9とからなり、試験物18をテーパ付ホルダー1で保持した状態で衝撃受け板8に落下させて落下衝撃試験を行う。
【0014】
テーパ付ホルダー1には、図2を参照すると、落下方向に向かって(落下方向に垂直な面で)開口している開口部が形成されており、開口部には、落下方向に向かって開口部が狭まるような傾斜が設けられているテーパ部10が形成されている。すなわち、テーパ付ホルダー1の開口部は、テーパ部10により下側に行くほど先細り、下側に行くほど開口面積が狭くなっており、上方から試験物18をおくことにより、テーパ部10の傾斜部分で試験物18を保持することができる。
【0015】
テーパ付ホルダー1の開口部は、落下した際に、衝突受け板8が貫通する大きさに形成されており、開口部の形状は、図3(a)に示すように矩形であってもよく、図3(b)に示すように円形であってもよい。なお、図3において、斜線のエリアがテーパ部10の試験物18を保持するための傾斜部分に該当する。
【0016】
テーパ付ホルダー1の開口部に形成されているテーパ部10は、試験物18を保持するためのものであり、図3(a)、(b)に示すように開口部全面に形成してもよく、開口部の一部分に形成してもよい。テーパ部10は、図3(c)に示すように、少なくとも2ヶ所あればよく、好ましくは3ヶ所以上あれば、回転を効率よく抑制することができる。
【0017】
図3(a)から(c)に示す、テーパ付ホルダー1の開口部において、テーパ部10が形成されている部分の最も短い径dよりも長い幅eを有する試験物18であれば、テーパ部10により保持することができる。なお、試験物18の幅eは、試験物18の幅が最も長い部分であり、試験物18が矩形の場合には、対角辺の長さである。また、開口部の径dの部分に対応する衝突受け板8の外形長さcは、開口部の径dよりも短くなっている。従って、テーパ部10が形成されている部分の最も短い径dと、試験物18の幅eと、開口部の径dの部分に対応する衝突受け板8の外形長さcとは、
c<d<e
で示す関係が成り立つ。
【0018】
図2に示すテーパ部10の傾斜角度θと、テーパ部10の試験物18に当接する部分の材質の摩擦係数μとは、試験物18に作用する空気抵抗をR、試験物の質量をm、重力加速度をgとすると、
R<mg+μmgsinθcosθ
の関係が成り立つように傾斜角度θおよび摩擦係数μを有する材質が選択されている。
【0019】
図4を参照すると、テーパ部10と試験物18との接触部分に発生している静止摩擦力μmgsinθの鉛直方向分力μmgsinθcosθに、試験物18の自重mgに加わった値が、空気抵抗Rよりも大きくなるように設定すると、試験物18は、衝突受け板8に衝突するまで、空気抵抗Rによりテーパ付ホルダー1から浮上することはなくなり、落下開始時の姿勢を完全に保つことができ、実験データの再現性を向上させることができる。なお、試験物18の自重はテーパ部10と試験物18との接触領域に分布荷重として作用しているが、図5では一点に作用しているものとして表記している。
【0020】
次に、実施の形態の動作について詳細に説明する。
まず、テーパ付ホルダー1のテーパ部10に試験物18を装着し、所要の高さにホルダー固定部2でテーパ付ホルダー1を固定する。ホルダー固定部2にテーパ付ホルダー1を固定した状態でスイッチ3をONすることにより、解放指示が信号線A4を介してホルダー固定部2からテーパ付ホルダー1に伝わり、ホルダー固定部2は、テーパ付ホルダー1を解放する。なお、ホルダー固定部2よるテーパ付ホルダー1の固定は、電磁石を用いた磁気による固定、物理的なフック等による固定が考えられる。
【0021】
ホルダー固定部2から解放されたテーパ付ホルダー1は、試験物18をテーパ部10により保持した状態で、支柱5に取り付けられているリニアレール6にガイドされることにより落下姿勢を保って落下する。
【0022】
テーパ付ホルダー1が落下して、ベース7上に装着した衝突受け板8へ到達すると、試験物18は、テーパ付ホルダー1に保持された状態で、すなわち落下姿勢を保った状態で衝突受け板8に衝突する。
【0023】
試験物18は、衝突受け板8に衝突した際に、テーパ付ホルダー1から解放され、テーパ付ホルダー1は、衝突受け板8に衝突することなく、ベース7上に設置した衝撃吸収材9に衝突し、衝突エネルギーを吸収されて停止するため、試験物18の自由落下および衝突受け板8との衝突に影響を与えることがない。
【0024】
以上説明したように、本実施の形態によれば、試験物18をテーパ付ホルダー1のテーパ部に保持した状態で衝突受け板8に衝突させることができるため、試験物18の落下姿勢を一定に保った状態で自由落下させて衝突面に衝突させることができ、衝撃によって生じるひずみ、応力などの正確な実験値を再現性よく求めることができ、正確な測定データを得ることができる落下衝撃試験装置を安価に提供することができるという効果を奏する。
【0025】
さらに、本実施の形態によれば、テーパ付ホルダー1に保持されている試験物18と衝突受け板8とが衝突した際に、テーパ付ホルダー1から試験物18が影響を受けることなく解放されるように構成したため、試験物18の落下姿勢を一定に保った状態で自由落下させて衝突面に衝突させることができ、衝撃によって生じるひずみ、応力などの正確な実験値を再現性よく求めることができるという効果を奏する。
【0026】
さらに、本実施の形態によれば、落下時に試験物18に加わる空気抵抗Rより試験物18がテーパ付ホルダー1から浮上することがないようにテーパ部10の傾斜角度θと、テーパ部10の試験物18に当接する部分の材質の摩擦係数μとを設定することにより、空気抵抗Rの影響による試験物18の落下姿勢の崩れを防止でき、落下姿勢を一定に保った状態で自由落下させて衝突面に衝突させることのできるという効果を奏する。
【0027】
なお、本発明が上記各実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。
【0028】
【発明の効果】
本発明の落下衝撃試験装置は、試験物をテーパ付ホルダーのテーパ部に保持した状態で衝突受け板に衝突させることができるため、試験物の落下姿勢を一定に保った状態で自由落下させて衝突面に衝突させることができ、衝撃によって生じるひずみ、応力などの正確な実験値を再現性よく求めることができ、正確な測定データを得ることができる落下衝撃試験装置を安価に提供することができるという効果を奏する。
【0029】
さらに、本実施の形態によれば、テーパ付ホルダーに保持されている試験物と衝突受け板とが衝突した際に、テーパ付ホルダーから試験物が影響を受けることなく解放されるように構成したため、試験物の落下姿勢を一定に保った状態で自由落下させて衝突面に衝突させることができ、衝撃によって生じるひずみ、応力などの正確な実験値を再現性よく求めることができるという効果を奏する。
【0030】
さらに、本実施の形態によれば、落下時に試験物に加わる空気抵抗より試験物がテーパ付ホルダーから浮上することがないようにテーパ部の傾斜角度と、テーパ部の試験物に当接する部分の材質の摩擦係数とを設定することにより、空気抵抗の影響による試験物の落下姿勢の崩れを防止でき、落下姿勢を一定に保った状態で自由落下させて衝突面に衝突させることのできるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る落下衝撃試験装置の実施の形態の正面図である。
【図2】図1に示すテーパ付ホルダーの落下方向に平行な面での断面詳細図である。
【図3】図1に示すテーパ付ホルダーと衝突受け板との関係を示す上面図である。
【図4】図1に示すテーパ付ホルダーに発生する力の釣り合い状態を説明するための模式図である。
【図5】従来の落下衝撃試験装置の側面図である
【図6】図5に示すアームの詳細図である。
【符号の説明】
1 テーパ付ホルダー
2 ホルダー固定部
3 スイッチ
4 信号線A
5 支柱
6 リニアレール
7 ベース
8 衝突受け板
9 衝撃吸収材
Claims (7)
- 試験物をホルダーで保持した状態で落下させ、前記試験物を衝突受け板に衝突させて落下衝撃試験を行う落下衝撃試験装置であって、
前記ホルダーであるテーパ付ホルダーと、ベースと、該ベースに設けられた前記衝突受け板と、前記テーパ付きホルダーの衝突の衝撃を吸収する衝撃吸収材とを備え、前記テーパ付ホルダーは落下方向に向かって開口している開口部が形成され、該開口部は前記テーパ付きホルダーの落下時に前記衝突受け板が貫通する大きさに形成されていることを特徴とする落下衝撃試験装置。 - 前記テーパ付きホルダーのテーパ部は、前記開口部の全周に形成されてい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。
- 前記テーパ部は、前記開口部の一部分に形成されてい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。
- 前記テーパ部は、前記開口部に3ヶ所以上形成されていることを特徴とする請求項3に記載の落下衝撃試験装置。
- 前記衝撃吸収材は、前記試験物が前記衝突受け板に衝突した後に前記テーパ付きホルダーと衝突して衝撃を緩和するものであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の落下衝撃試験装置。
- 前記テーパ部間の最も短い径dと、径dに対応する部分の前記衝突受け板の外形長さcと、試験物の幅eとの関係は、
c<d<e
であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の落下衝撃試験装置。 - 前記試験物に作用する空気抵抗をR、前記試験物の質量をm、重力加速度をgとすると、前記テーパ部が有する傾斜部分の材質の摩擦係数μと、前記テーパ部が有する傾斜部分の傾斜角度θとは、
R<mg+μmgsinθcosθ
の関係を満たすように設定されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の落下衝撃試験装置。
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