JP3871039B2

JP3871039B2 - 落下衝撃試験機および落下衝撃試験方法

Info

Publication number: JP3871039B2
Application number: JP2002152590A
Authority: JP
Inventors: 貴明吉廣; 浩山梨; 善秋小林
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2002-05-27
Filing date: 2002-05-27
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2022-05-27
Also published as: JP2003344252A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器の落下衝撃試験機および落下試験方法に関し、特に落下姿勢を安定させ正確で再現性のよい落下衝撃試験機および落下方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器、特に小型携帯端末、例えば携帯電話、ＰＤＡやＰＨＳなどの情報機器は日々小型化、軽量化、薄型化の傾向が顕著である。これには、内蔵する機能部品の小型化、薄型化、プリント基板の薄肉・高密度実装化、アンテナ方式の小型化、これらの構成部品を収納する筐体の薄肉化、筐体構造の高剛性化が密接に関連しており、更なる小型・薄型・軽量化が進んでいる。筐体に関しては、携帯機器全体の厚みを薄型化する傾向が強くかつ軽量化も伴うため、例えば紙のようにフラットな薄型電子機器に進化する傾向にある。
【０００３】
電子機器の小型・薄型・軽量化に伴い携帯性が重要視されることから、常時手で保持した状態で使用することを前提にして商品設計される場合が多い。このようなハンドヘルド型電子機器の場合、オペレータの不注意により手から落下した際の電子機器の動作、外観も考慮しなければならない。落下衝撃試験機により電子機器を落下させてその後の動作状態、外観について調査・評価を行い、特定の性能については落下で異常を来たさないような製品設計が重要である。平面の他にエッジ、コーナが衝突面にぶつかった場合に受ける衝撃の測定、外観のダメージを評価し耐衝撃性の良い電子機器の開発に活用する。
【０００４】
人間の操作を想定した落下方法を備えた落下衝撃試験機には例えば、特開平９−３１８４８４、特開２０００−５５７７８のように試験対象物を衝突直前まで所定の力で把持する方法や、特開２０００−８１３６５のように試験対象物を把持した状態で落下高さから開放して自由落下させる方法がとられている。
図９に従来の落下衝撃試験機の構造の一例を示す。
図９に示す落下衝撃試験機は、リニアガイド６、可動部７、ハンド８１、ハンド駆動機構８２、衝突ブロック９、ハンドオープンセンサ７２、信号取り込み位置センサ７３、衝突ブロック９、緩衝材１０、ロック機構２から成る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図９に示す従来の落下衝撃試験機は、上下に自由落下可能なリニアガイド６の可動部７の先端に設けたハンド８１で保持した試験対象物１２をハンド駆動機構８２で開閉する。下部に設けた衝突ブロック９に向けてハンド８１を自由落下に相当する速度で移動する。衝突に相当する位置に設けたハンドオープンセンサ７２でハンド８１のオープンするタイミングを検出して、試験対象物１２を放す。ハンド駆動機構８２を動作させて衝突の直前で衝突ブロック９へのハンド８１の干渉を回避する。必要に応じて衝突ブロックにはハンドを通過する切り欠き部を有する。
【０００６】
このような構造では、ハンドで把持するに必要な把持力が必要となり、小型、薄型、軽量化が進む電子機器にとっては不要な応力がかかる。例えばボディの厚みで１０ｍｍ以下、さらには０．１〜６ｍｍ程度の極めて薄い筐体では障害となる応力がかかり試験方法に耐えられない。しかも、ハンドで把持した状態から衝突直前で開放すると、試験対象物は最初に設定した落下姿勢を保持せずそのまま衝突ブロック９に衝突することになり、本来評価したい落下姿勢を安定して得ることができない。
【０００７】
さらに、電子機器の薄型軽量化が進むと、試験対象物と衝突ブロックとで挟まれた空間が落下動作で急激に圧縮されることにより、試験対象物自体に発生する浮力が試験対象物の自重より勝り試験対象物が浮き姿勢が不安定になる。本来水平に落下する姿勢が変化し水平面に斜めに衝突する場合は、試験対象物が持つ浮力の特性であり、落下試験として有効である。しかしながら、衝突面に穴が複数あるような場合、例えば網目の床などの場合は挟まれた空間が急激に圧縮されず、ゆえに自重の方が浮力より勝り姿勢は水平のまま衝突することとなる。
【０００８】
従来の落下方法では、衝突直前まで試験対象物をハンドで把持し、直前で開放する。この方法ではハンド８１の開放から衝突までの時間が短いとはいえ落下前に設定した姿勢がハンド８１の開放後に変化し、本来試験すべき姿勢を再現性よく得ることができなかった。さらに、試験対象物と衝突ブロックとで挟まれた空間を急激に圧縮するため、たとえ衝突直前でハンドを開放しても、ハンド開放後に急激に浮力が発生し、その浮力が自重に勝る場合には姿勢が狂い斜めに衝突し、本来であれば最大衝撃がかかる面衝突に至らないという問題がある。さらにその浮力が自重に著しく勝る場合には姿勢が大きく狂い衝突に至らないという問題もある。
【０００９】
＜発明の目的＞
本発明の目的は、電子機器の落下衝撃試験における落下姿勢の安定とその試験機を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する本発明の落下衝撃試験機は、次の点を特徴とする。
１：ベースに立設した複数のガイドシャフト及びフレームと、前記ベースに固定された衝突ブロックと、前記ガイドシャフトに案内され、試験対象物を載置したまま落下できるホルダと、試験対象物に載置された衝撃センサと、からなる落下衝撃試験機において、前記衝突ブロックの衝突面に設けられた調圧ノズルおよび空圧センサと、衝突面上空の空圧を制御する空圧制御手段と、を備え、衝突直前の衝突面上空の空圧をモニタし、正圧にも負圧にもならないように、衝突面上空の空圧を制御すること。
２：前記ホルダは、前記ガイドシャフトに嵌合した複数のガイドに保持されとともに、ホルダ上で試験対象物の下面を支える複数の第１のアームと、ホルダ上で試験対象物の立ち姿勢を支える複数の第２のアームと、を備えていること。
３：前記複数の第１のアームと前記第２のアームは、それぞれ、衝突面に設けた通過孔を通過するように所定の幅を有していること。
４：前記複数のアームの間隔は試験対象物より若干小さく形成され、複数のアームは試験対象物の落下姿勢を形成する位置に配置していること。
５：前記空圧制御手段は、前記調圧ノズル，前記空圧センサ、真空発生器、空圧バルブおよび空圧制御回路とから構成され、衝突直前の衝突面上空の空圧をモニタし、正圧にも負圧にもならないように、衝突面上空の空圧を制御すること。
６：前記フレームの下方に衝突位置センサを設け、この衝突位置センサの検出信号を前記空圧制御回路の入力信号としたこと。
７：前記フレームの上方に落下開始を検出する開始センサを設け、記録開始すること。
８：前記開始センサの出力信号をトリガとして空圧制御手段の真空発生器を起動すること。
９：ベースに垂直に立つ複数のガイドシャフトに嵌合した複数のガイドと、前記ガイドで保持したホルダと、ホルダ上で試験対象物の下面を支える複数の第１のアームと、ホルダ上で試験対象物の立ち姿勢を支える複数の第２のアームと、ホルダの下方でホルダと所定の落下高さを確保できる距離に水平の衝突面を有する衝突ブロックと、衝突ブロックの上部で前記第１のアーム、前記第２のアームの厚みより若干広い溝を有して前記第１のアーム、前記第２のアームが通過する複数の通過孔を備えていること。
１０：衝突ブロックの衝突面に設けた調圧ノズルと空圧センサ、真空発生器、空圧バルブ、空圧制御回路を備えていること。
【００１１】
前記目的を達成する本発明の落下衝撃試験方法は、次の点を特徴とする。
１１：試験対象物をその形状を把持されることなく自重と姿勢を下面、側面から支持したままで、試験対象物の自重と姿勢を支持した状態で落下させるとともに、衝突面上空に発生する正圧を抑制して試験対象物の姿勢不安定を防ぐこと。
１２：ホルダに試験対象物をその形状を把持されることなく自重と姿勢を下面、側面から支持してそのままホルダごと落下させると同時に、衝突面上空の圧力をチェックし、空圧値が大気圧以上であれば、空圧制御手段により空圧調整を試験対象物の衝突まで繰り返し行い、前記ホルダと試験対象物を衝突面まで一体で落下させ、その後、試験対象物の衝突面に衝突したときの衝撃波形を衝撃センサにより出力させ、前記試験対象物の自重と姿勢を支持した状態で落下させるとともに、衝突面上空に発生する正圧を抑制して試験対象物の姿勢不安定を防ぐこと。
【００１２】
本発明では、試験対象物の自重と姿勢を支えるアームとアームが衝突ブロックを通過する通過孔を設けたことにより、試験対象物に無用な応力をかけることが無く、かつ衝突の瞬間まで試験対象物の自重を支持しているので正確で再現性のある落下姿勢を得ることができる。
さらに、調圧ノズルと空圧制御回路を設けたことにより、極薄で軽量化された電子機器を試験対象物として扱うことができ衝突直前で発生する浮力に影響されず落下姿勢を再現よく制御可能になる。
【００１３】
特に，請求項９の発明は、ベース１に垂直に立つ複数のガイドシャフトＡ２に勘合した複数のガイドＡ２１と、ガイドＡ２１で保持したホルダ２２と、ホルダ２２上で試験対象物３の下面を支える複数のアームＡ２４と、ホルダ２２上で試験対象物３の立ち姿勢を支える複数のアームＢ２５と、ホルダ２２の下方でホルダ２２と所定の落下高さを確保できる距離に水平の衝突面４１を有する衝突ブロック４と、衝突ブロック４の上部でアームＡ２４、アームＢ２５の厚みより若干広い溝を有してアームＡ２４、アームＢ２５が通過する複数の通過孔４２を備えている。
【００１４】
試験対象物３の自重を下から支え立ち姿勢を側面で支える複数のアームＡ２４、アームＢ２５を設けたことにより、試験対象物３を把持せず無用な応力を試験対象物３にかけない為、極薄の電子機器を扱える。
【００１５】
また、試験対象物３を把持せず落下させることにより衝突の瞬間まで常に姿勢を維持できるため、試験対象物３の落下姿勢を正確に設定することができる。
【００１６】
さらに精度の良い再現性のある落下姿勢を得ることができる。
請求項１０の発明は、開始センサ６、衝突位置センサ４５、衝突ブロック４の衝突面４１に設けた調圧ノズル４３と空圧センサ６４、真空発生器６３、空圧バルブ６２、空圧制御回路６１を備えている。衝突直前の衝突面４１上空の空圧をモニタし正圧にも負圧にもならないように空圧制御回路６１により制御する。これにより試験対象物３と衝突面４１との空間の圧力上昇とそれに伴う浮力の発生を抑えて衝突瞬間の落下姿勢の乱れを抑制する。これにより薄型軽量化が進んだ電子機器でも常に設定した落下姿勢を得ることができる。
【００１７】
【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詳細に説明する。
図１は、本発明の落下衝撃試験機の一つの実施例を示す側面図である。
図２は、本発明の落下衝撃試験機の一つの実施例を示す正面図である。
ベース１に垂直に立つ複数のガイドシャフトＡ２に勘合した複数のガイドＡ２１と、ガイドＡ２１で保持したホルダ２２と、ホルダ２２上で試験対象物３の下面を支える複数のアームＡ２４と、ホルダ２２上で試験対象物３の立ち姿勢を支える複数のアームＢ２５と、ホルダ２２の下方でホルダ２２と所定の落下高さを確保できる距離に水平の衝突面４１を有する衝突ブロック４と、衝突ブロック４の上部でアームＡ２４、アームＢ２５の厚みより若干広い溝を有してアームＡ２４、アームＢ２５が通過する複数の通過孔４２を備えている。
【００１８】
さらに、衝突ブロック４の衝突面４１に設けた調圧ノズル４３と空圧センサ６４、真空発生器６３、空圧バルブ６２、空圧制御回路６１を備えている。
ホルダ２２の近傍でベースに垂直に立つ複数のガイドシャフトＢ５１に勘合した複数のガイドＢ５２と、ガイドＢ５２で保持したガイドブロック５３と、ガイドブロック５３に固定し前記ホルダ２２方向に伸縮する解除バー５４とレバー５５を備えている。ホルダ２２にはストッパシャフト２３を設けており、解除バー５４と互いに交差する長さを有している。
【００１９】
ガイドブロック５３を吊るすワイヤー５７が、ガイドシャフトＢ５１の上部を支える天板１３上に設けた複数のプーリ５６を介して垂直のフレーム１１にクランプハンドル５８で固定さえている。
落下高さを設定する際の目盛りを有したスケールプレート５９をフレーム１１に垂直に取り付けている。
【００２０】
フレーム１１の上方には開始センサ６、衝突面４１近傍には衝突位置センサ４５と速度センサ４６を設けている。
ガイドシャフトＡ２の下端でホルダ２２の下面に接触する位置にはダンパ１２を設置している。
【００２１】
図３は、本発明の落下衝撃試験機の一つの実施例を示すブロック図である。図４は、本発明の落下衝撃試験機の一つの実施例を示すフローチャート図である。図５、６は落下の瞬間と落下後のホルダの位置を表す正面からの矢視図である。
【００２２】
＜動作の説明＞
まず試験対象物３をアームＡ２４の上に搭載する。アームＡ２４は試験対象物３の自重を下面から支えるようにホルダ２２から横に伸びた形状であり、かつ衝突面４１に設けた通過孔４２を通過するように所定の幅を有している。十分な衝突面４１を確保するため、アームＡ２４の幅は試験対象物３の自重を支えるのに必要な最小限の強度をもつように取り決めている。
【００２３】
例えば、アームＡ２４の幅は０．５〜２ｍｍ、その際の通過孔４２の幅は、アームＡ２４との隙間をそれぞれ０．５〜１ｍｍ程度有して１．５〜４ｍｍである。アームＢ２５は、試験対象物３の姿勢を維持するよう側面から支えるホルダ２２上の位置に複数個備えている。試験対象物３が倒立するのに必要な強度をもつ最小限の厚み、例えばアームＡ２４と前記同様の寸法を有している。
【００２４】
衝突面４１は、試験対象物３の衝突対象面より若干大きい寸法を有して水平に設置している。衝突の際の様々な衝撃を再現するために、衝突面４１にはコンクリート、鉄、木などの材料を用いる。試験対象物３には衝撃センサ７１を設置しており、衝突の際の衝撃、例えば加速度、ひずみ量などを電気信号で出力する。
【００２５】
衝撃センサ７１の電気出力信号は信号解析器７２で信号の増幅・処理などを行い、信号記録器７３でその信号を記録する。出力信号は、例えばアナログで出力されたものをデジタル信号にＡ／Ｄ変換してデジタル値としてハードディスクなどの記憶媒体に保存する。
【００２６】
試験対象物３をアームに搭載した状態でホルダ２２を上方に引き上げる。ガイドブロック５３はあらかじめ試験する落下高さを有するようにスケールプレート５９上の目盛りを目安にして上方にワイヤー５７とクランプハンドル５８で固定している。レバー５５を引き解除バー５４をホルダ２２に対して後方に退避した状態で、引き上げたホルダ２２のストッパシャフト２３が解除バー５４の上に位置するようにさらに引き上げる。
【００２７】
その後レバー５５を戻して解除バー５４を復帰させストッパシャフト２３が解除バー５４上に載るようにホルダ２２を降ろす。この状態で、落下開始可能となる。落下高さの変更は、クランプハンドル５８の固定を緩めてワイヤー５７で吊るしたガイドブロック５３を上下させて行う。
【００２８】
次に、図３、図４を用いながら落下動作のフローについて説明する。
レバー５５を引き解除バー５４を外すとホルダ２２と試験対象物３は落下を開始する。試験対象物３はホルダ２２とともに自由落下状態あるいは自由落下に近い状態で落下する。
落下直後に開始センサ６で落下開始を検出することにより、衝撃センサ７１の信号を信号解析器７２を通して信号記録器７３で記録開始する。
さらに開始センサ６をトリガとして真空発生器６３を起動する。起動自体は落下開始前でもよいが落下動作中以外は不要のため、開始センサ６で起動するほうが良い。
【００２９】
次に調圧ノズル４３と真空発生器６３の間に設けた空圧センサ６４と空圧制御回路６１により衝突面４１上空の圧力をチェックする。
空圧値が大気圧以上であれば、空圧制御回路６１で空圧バルブ６２をオープンして図８に示すように空圧値を下げる。この空圧調整を繰り返し衝突にいたり衝突位置センサ４５の検出により空圧調整を終了する。
空圧調整を行わない場合は図７に示すグラフのように落下の直前で急激に衝突面４１上空の圧力が上昇する。衝突後は空圧バルブ６２をクローズして真空発生器６３を停止し衝撃センサ７１の信号の記録を停止する。衝突の瞬間の落下速度は速度センサ４６で計測して速度表示器４７で表示して確認する。
【００３０】
試験対象物３はその形状を把持されることなく自重と姿勢を下面、側面から支持してそのままホルダ２２ごと落下する。
図５に示すように衝突面４１まではホルダ２２と試験対象物３が一体で落下して、その後試験対象物３は衝突面４１に衝突し衝撃センサ７１に衝撃波形を出力する。
【００３１】
図６はホルダが下端まで落下して停止した状態である。
この図のように、試験対象物３を支持していたアームＡ２４、アームＢ２５は衝突ブロック４に設けた通過孔４２を通り抜け試験対象物３の衝突姿勢にはまったく影響しない。ホルダ２２はガイドシャフトＡ２の下端のダンパ１２に衝突して停止する。
ダンパ１２は反発係数の小さいゲル状樹脂、ショックアブソーバなどからなり、ホルダ２２がダンパ１２に衝突した後のバウンド量はアームＡ２４、アームＢ２５が試験対象物３に干渉しない程度に小さく緩衝し速度を急減速している。
【００３２】
以上より、試験対象物３はその自重と姿勢を支持した状態で落下できるため、毎回正確な落下姿勢を得ることができて再現性のよい落下試験を行うことができる。
さらに衝突面上空に発生する正圧を抑制して試験対象物３の姿勢不安定を防ぐことができて、薄型軽量化された電子機器でも正確で再現性のある落下試験を行うことができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の効果は、電子機器の落下衝撃試験における正確で再現性の良い落下姿勢を可能にすることである。
本発明では、試験対象物の自重と姿勢を支えるアームとアームが衝突ブロックを通過する通過孔を設けたことにより、試験対象物に無用な応力をかけることが無く正確で再現性のある落下姿勢を得ることができる。
さらに、調圧ノズルと空圧制御回路を設けたことにより、極薄で軽量化された電子機器を試験対象物として扱うことができ、衝突直前で発生する浮力に影響されず落下姿勢を再現よく制御可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の落下衝撃試験機の構造を表す側面図
【図２】本発明の落下衝撃試験機の構造を表す正面図
【図３】本発明の落下衝撃試験機を表すブロック図
【図４】本発明の落下衝撃試験機の動作を表すフローチャート
【図５】本発明の落下衝撃試験機の落下瞬間を表す矢視図
【図６】本発明の落下衝撃試験機の落下瞬間直後を表す矢視図
【図７】本発明の落下衝撃試験機の空圧制御を行わない場合の試験対象下面の圧力線図
【図８】本発明の落下衝撃試験機の空圧制御を行った場合の試験対象下面の圧力線図
【図９】従来の落下衝撃試験機の一例を示す斜視図
【符号の説明】
１ベース
１１フレーム
１２ダンパ
１３天板
２ガイドシャフトＡ
２１ガイドＡ
２２ホルダ
２３ストッパシャフト
２４アームＡ
２５アームＢ
３試験対象物
４衝突ブロック
４１衝突面
４２通過孔
４３調圧ノズル
４５衝突位置センサ
４６速度センサ
５１ガイドシャフトＢ
５２ガイドＢ
５３ガイドブロック
５４解除バー
５５レバー
５６プーリ
５７ワイヤー
５８クランプハンドル
５９スケールプレート
６開始センサ
６１空圧制御回路
６２空圧バルブ
６３真空発生器
６４空圧センサ

Claims

ベースに立設した複数のガイドシャフト及びフレームと、前記ベースに固定された衝突ブロックと、
前記ガイドシャフトに案内され、試験対象物を載置したまま落下できるホルダと、
試験対象物に載置された衝撃センサと、からなる落下衝撃試験機において、
前記衝突ブロックの衝突面に設けられた調圧ノズルおよび空圧センサと、
衝突面上空の空圧を制御する空圧制御手段と、を備え、
衝突直前の衝突面上空の空圧をモニタし、正圧にも負圧にもならないように、衝突面上空の空圧を制御することを特徴とする落下衝撃試験機。
前記ホルダは、前記ガイドシャフトに嵌合した複数のガイドに保持されとともに、ホルダ上で試験対象物の下面を支える複数の第１のアームと、ホルダ上で試験対象物の立ち姿勢を支える複数の第２のアームと、を備えていること、
を特徴とする請求項１記載の落下衝撃試験機。
前記複数の第１のアームと前記第２のアームは、それぞれ、衝突面に設けた通過孔を通過するように所定の幅を有していること、を特徴とする請求項２記載の落下衝撃試験機。
前記複数のアームの間隔は試験対象物より若干小さく形成され、複数のアームは試験対象物の落下姿勢を形成する位置に配置していること、を特徴とする請求項３記載の落下衝撃試験機。
前記空圧制御手段は、前記調圧ノズル，前記空圧センサ、真空発生器、空圧バルブおよび空圧制御回路とから構成され、衝突直前の衝突面上空の空圧をモニタし、正圧にも負圧にもならないように、衝突面上空の空圧を制御すること、を特徴とする請求項１記載の落下衝撃試験機。
前記フレームの下方に衝突位置センサを設け、この衝突位置センサの検出信号を前記空圧制御回路の入力信号としたこと、を特徴とする請求項５記載の落下衝撃試験機。
前記フレームの上方に落下開始を検出する開始センサを設け、記録開始すること、を特徴とする請求項５〜６のいずれかに記載の落下衝撃試験機。
前記開始センサの出力信号をトリガとして空圧制御手段の真空発生器を起動すること、を特徴とする請求項５記載の落下衝撃試験機。
ベースに垂直に立つ複数のガイドシャフトに嵌合した複数のガイドと、
前記ガイドで保持したホルダと、
ホルダ上で試験対象物の下面を支える複数の第１のアームと、
ホルダ上で試験対象物の立ち姿勢を支える複数の第２のアームと、
ホルダの下方でホルダと所定の落下高さを確保できる距離に水平の衝突面を有する衝突ブロックと、
衝突ブロックの上部で前記第１のアーム、前記第２のアームの厚みより若干広い溝を有して前記第１のアーム、前記第２のアームが通過する複数の通過孔を備えていること、を特徴とする落下衝撃試験機
衝突ブロックの衝突面に設けた調圧ノズルと空圧センサ、真空発生器、空圧バルブ、空圧制御回路を備えていることを特徴とする請求項９に記載の落下衝撃試験機
試験対象物をその形状を把持されることなく自重と姿勢を下面、側面から支持したままで、試験対象物の自重と姿勢を支持した状態で落下させるとともに、衝突面上空に発生する正圧を抑制して試験対象物の姿勢不安定を防ぐことを特徴とする落下衝撃試験方法。
ホルダに試験対象物をその形状を把持されることなく自重と姿勢を下面、側面から支持してそのままホルダごと落下させると同時に、衝突面上空の圧力をチェックし、空圧値が大気圧以上であれば、空圧制御手段により空圧調整を試験対象物の衝突まで繰り返し行い、
前記ホルダと試験対象物を衝突面まで一体で落下させ、
その後、試験対象物の衝突面に衝突したときの衝撃波形を衝撃センサにより出力させ、
前記試験対象物の自重と姿勢を支持した状態で落下させるとともに、衝突面上空に発生する正圧を抑制して試験対象物の姿勢不安定を防ぐことを特徴とする落下衝撃試験方法。