JPH11281523A - 衝撃試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大重量の被試験体に対しても立ち上がりの作
用力の鋭い高衝撃を実現でき、且つ作用力を正確に設定
できる衝撃試験装置を提供する。 【解決手段】 油圧シリンダ１６の伸長によって加速バ
ネ（皿バネ）１９に蓄積された弾性エネルギの解放を、
張力が加わっている破断部材８を破断手段２６によって
積極的に破断して為しているので、短時間で瞬間的に破
断することができ、大径の破断部材８を用いる必要があ
る大重量の被試験体（載置台１３上に載置される）に対
しても、立ち上がりの作用力の鋭い高衝撃を実現でき
る。また、油圧シリンダ１６のシリンダ力を検出するセ
ンサ１７によって、加速バネ１９に蓄積された弾性エネ
ルギを直接検出できるので、破断部材８の破断時にその
弾性エネルギが解放されることによって被試験体に生じ
る作用力を正確に設定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、極めて重い被試験
体に高衝撃を与える衝撃試験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５に従来の衝撃試験装置の概要を示
す。図示するように、基盤ａ上に、脚部ｂを介して固定
フレームｃが設けられている。固定フレームｃには、中
空のパイプ体ｄが設けられている。パイプ体ｄの内部に
は、ロッド体ｅがスライド自在に収容されている。ロッ
ド体ｅは、固定フレームｃに設けられた油圧シリンダｆ
によってスライド移動される。

【０００３】ロッド体ｅの頂面には、破断ボルトｇのネ
ジ部ｈが螺合されている。破断ボルトｇの頭部ｉには、
可動フレームｊが係合されている。可動フレームｊに
は、極めて重い被試験体が載せられる載置台ｋが設けら
れている。可動フレームｊと固定フレームｃとの間に
は、支持棒ｌに挿通された複数の皿バネｍ（加速バネ）
が介設されている。加速バネｍは、油圧シリンダｆが伸
長して可動フレームｊが押し下げられると圧縮される。
加速バネｍの圧縮量は、パイプ体ｄの頂面に設けられた
ストッパｎの高さを変化させることにより調整される。

【０００４】上記衝撃試験装置は、油圧シリンダｆを伸
長させロッド体ｅおよび破断ボルトｇを介して可動フレ
ームｊを押し下げることにより破断ボルトｇに張力を加
えつつ加速バネｍを圧縮して弾性エネルギを蓄積し、可
動フレームｊがストッパｎに押し当ってもなお油圧シリ
ンダｆを伸長させることにより破断ボルトｇを破断さ
せ、加速バネｍに蓄積された弾性エネルギを一気に解放
することによって載置台ｋ上の被試験体に瞬間的な高衝
撃を与える。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
衝撃試験装置においては、被試験体の重量をアップする
と共に、被試験体に与えられる高衝撃の立ち上がりの作
用力を鋭くすることが求められる。

【０００６】かかる要求を満足するためには、加速バネ
ｍに大きな弾性エネルギを蓄積する必要があるため大径
の破断ボルトｇを使用し、それを短時間で（瞬間的に）
破断する必要がある。しかし、大径の破断ボルトｇは、
小径のものに比べれば破断時間が長くならざるを得ない
ため、大重量の被試験体に対して立ち上がりの作用力の
鋭い高衝撃を実現することは困難であった。なお、小径
の破断ボルトｇを複数並列に用いることも考えられる
が、従来の衝撃試験装置はストッパｎに押し当てて破断
ボルトｇを引き千切る方式であるため、複数の破断ボル
トｇを同時に破断させることが困難であり、現実的では
ない。

【０００７】また、上記衝撃試験装置においては、被試
験体に与えられる作用力Ｆの設定は、加速バネｍの変位
量（圧縮量ｘ）をストッパで調整してＦ＝ｋｘに基づい
た算出値によって間接的に設定しているため、試験精度
が低下する。すなわち、作用力Ｆは、それ自体を直接設
定することができず、加速バネｍの変位量ｘを設定する
ことによってＦ＝ｋｘを介して間接的にしか設定できな
いため、試験精度が低下せざるを得ない。特に、大重量
の被試験体に対応したバネ定数ｋの大きなバネｍでは、
算出される作用力Ｆの誤差が大きくなり、試験精度が低
下せざるを得なかった。

【０００８】以上の事情を考慮して創作された本発明の
目的は、大重量の被試験体に対しても立ち上がりの作用
力の鋭い高衝撃を実現でき、且つ作用力を正確に設定で
きる衝撃試験装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく本
発明に係る衝撃試験装置は、被試験体が載置される載置
台と、該載置台に接続された破断部材および加速バネ
と、該加速バネを変位させると共に破断部材に張力を与
える油圧シリンダと、該油圧シリンダによって張力が与
えられた破断部材を破断して変位された加速バネを解放
する破断手段と、上記油圧シリンダのシリンダ力を検出
するセンサとを備えたものである。

【００１０】本発明によれば、加速バネに蓄積された弾
性エネルギの解放を、張力が加わっている破断部材を破
断手段によって積極的に破断して為しているので、スト
ッパに押し当てて破断ボルトを引き千切る従来方式と比
べると、短時間で瞬間的に破断することができ、大径の
破断部材を用いる必要がある大重量の被試験体に対して
も、立ち上がりの作用力の鋭い高衝撃を実現できる。

【００１１】また、油圧シリンダのシリンダ力を検出す
るセンサによって、直接加速バネに蓄積された弾性エネ
ルギを検出できるので、破断部材の破断時にその弾性エ
ネルギが解放されることによって被試験体に生じる作用
力を正確に設定できる。よって、試験の精度を大幅に向
上することができる。

【００１２】上記破断手段が、破断部材内に埋設され水
分および金属粉を有する反応体と、該反応体内に配置さ
れ電気エネルギが瞬間的に供給されてプラズマ蒸気化さ
れる金属線とからなっていてもよい。

【００１３】これによれば、金属線がプラズマ蒸気化す
るときの電気熱反応により、反応体に含まれる金属粉が
瞬時に熱化学反応し、そのとき発生する熱エネルギによ
って反応体中の水分が瞬時に蒸気化して膨張するので、
破断部材を瞬時に破断できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基いて説明する。

【００１５】図１に本実施形態にかかる衝撃試験装置の
概要を示す。図示するように、フロア１には凹部２が形
成されており、凹部２には空気バネ３を介して浮基礎体
４が収容されている。空気バネ３は、浮基礎体４に生じ
た振動をフロア１に伝達しないようにするアイソレータ
として機能する。

【００１６】浮基礎体４の中央には支持柱５が設けられ
ている。支持柱５の頂面６にはメネジ部７が形成されて
おり、メネジ部７には破断部材として破断ボルト８のネ
ジ部９が螺合されている。破断ボルト８の頭部１０は、
固定フレーム１１に係合されている。すなわち、固定フ
レーム１１には、破断ボルト８を挿通支持する挿通穴１
２が形成されている。固定フレーム１１には、極めて重
い被試験体が載せられる載置台１３が設けられている。

【００１７】支持柱５の外周には、可動フレーム１４が
上下方向に移動自在に挿通されている。すなわち、可動
フレーム１４は、支持柱５が挿通されるガイド穴１５を
有している。可動フレーム１４と浮基礎体４との間に
は、油圧シリンダ１６が介設されている。油圧シリンダ
１６は、支持柱５を中心としてその周方向に所定間隔を
隔てて複数配置されている。油圧シリンダ１６には、シ
リンダ力を検出するセンサ１７が接続されている。

【００１８】可動フレーム１４と固定フレーム１１との
間には、支持棒１８に挿通された複数の皿バネ１９が介
設されている。支持棒１８および皿バネ１９は、支持柱
５を中心としてその周方向に所定間隔を隔てて複数配置
されている。支持棒１８は、その上端部２０が固定フレ
ーム１１に固定され、下端部２１が可動フレーム１４の
穴２２にスライド自在に挿通されており、可動フレーム
１４の上下動を阻害しないようになっている。

【００１９】各支持棒１８に挿通された皿バネ１９は、
可動フレーム１４に凹設された収納穴２３内に収容され
ている。収納穴２３は、支持柱５を中心としてその周方
向に所定間隔を隔てて複数形成される。皿バネ１９は、
油圧シリンダ１６が伸長して可動フレーム１４が押し上
げられると圧縮されて弾性エネルギを蓄積し、破断ボル
ト８が破断したときにその弾性エネルギを解放して載置
台１３を上方に一気に押し上げる加速バネとして機能す
る。

【００２０】皿バネ１９を圧縮すべく油圧シリンダ１６
を伸長させると、可動フレーム１４および皿バネ１９を
介して固定フレーム１１に押上力が加わり、破断ボルト
８に張力が生じることになる。かかる破断ボルト８の軸
部２４には、径方向に収納穴２５が形成されており、収
納穴２５には、張力が与えられた破断ボルト８を破断し
て圧縮により蓄積された皿バネ１９の弾性エネルギを解
放する破断手段２６が設けられている。

【００２１】破断手段２６は、図２に示すように、破断
ボルト８の軸部２４に径方向に形成された収納穴２５内
に収容されている。収納穴２５は、図例のように 180度
間隔で２個に限らず、１個でもよく３個以上でもよい。
また、複数設ける場合、図例のように同一平面上に形成
せず、破断ボルト８の軸方向に面を異ならせて形成して
もよい。要は、油圧シリンダ１６を伸長させたとき、破
断ボルト８に所定の張力を保持させることができればよ
い。

【００２２】各収納穴２５に収容される破断手段２６
は、収納穴２５内に充填された反応体２７と、反応体２
７内に配置された金属線２８と、収納穴２５を蓋するプ
ラグ２９とからなっている。反応体２７は、水分と金属
粉（例えばアルミ粉）とをシリコン等の給水性助剤にア
ルミ粉が均一に分散するように混合したものであり、ゲ
ル状を呈するためセメント等のプラグ２９によって収納
穴内に封じられる。

【００２３】金属線２８（例えば銅線）は、電力供給装
置３０から２本の電線３１を介して大電気エネルギが瞬
間的に供給され、プラズマ蒸気化されるものである。収
納穴２５の内面には、電線３１および金属線２８を流れ
る電流が破断ボルト８側にリークするのを防止するため
に、図示しない絶縁材が設けられている。なお、電線３
１は、絶縁材で被覆されていることは勿論である。

【００２４】電力供給装置３０は、電源３２と、エネル
ギ蓄積部３３と、開閉スイッチ３４と、波形成形部３５
と、制御部３６とからなる。エネルギ蓄積部３３は、電
源３２から供給される通常レベルの電気エネルギをスト
レージし、最終的に膨大な電気エネルギを蓄積する。開
閉スイッチ３４は、エネルギ蓄積部３３に蓄積された電
気エネルギを、パルス状に圧縮された電気エネルギとし
て、金属線２８に印加する。波形成形部３５は、印加波
形を整える。

【００２５】制御部３６は、電源３２とエネルギ蓄積部
３３と開閉スイッチ３４とをトータルで制御するもので
あり、油圧シリンダ１６のシリンダ力を検出するセンサ
１７（図１参照）が接続されている。この構成によれ
ば、油圧シリンダ１６のシリンダ力を把握しながら、開
閉スイッチ３４をオンするタイミングすなわち破断ボル
ト８を破断するタイミングを自在に設定することができ
る。

【００２６】以上の構成からなる本実施形態の作用を述
べる。

【００２７】図１に示す衝撃試験装置を用いるときに
は、まず載置台１３に極めて重い被試験体を載せる。そ
して、図３に示すように、油圧シリンダ１６を伸長さ
せ、可動フレーム１４を押し上げると共に皿バネ１９を
圧縮する。これによって、皿バネ１９に載置台１３上の
被試験体を加速するための弾性エネルギが蓄積され、破
断ボルト８に張力が加わる。ここで、破断ボルト８に
は、極めて重い被試験体に高衝撃を与えるに充分な弾性
エネルギを保持できる大径のボルトが用いられる。ま
た、油圧シリンダ１６の伸長時には、センサ１７によっ
て油圧シリンダのシリンダ力が検出される。

【００２８】センサ１７が予め定められた所定のシリン
ダ力を検出したならば、図２に示す制御部３６が開閉ス
イッチ３４をオンする。すると、金属線２８にパルス圧
縮された大電気エネルギが印加されて金属線２８が瞬時
にプラズマ蒸気化され、そのプラズマ蒸気化されるとき
の電気熱反応によって反応体２７に含まれる金属粉が瞬
時に熱化学反応し、そのとき発生する熱エネルギによっ
て反応体２７中の水分が瞬時に蒸気化して膨張するた
め、破断ボルト８が張力が掛かっていることと相俟って
瞬時に破断される。すると、皿バネ１９に蓄積されてい
た弾性エネルギが一気に解放され、載置台１３が瞬時に
押し上げられて載置台１３上の被試験体（重量物）に高
衝撃が生じる。

【００２９】このように、上記衝撃試験装置において
は、皿バネ１９に蓄積された弾性エネルギの解放を、張
力が加わっている破断ボルト８を破断手段２６によって
積極的に瞬時に破断して為しているので、図５に示すよ
うにストッパｎに押し当てて破断ボルトｇを引き千切る
従来方式と比べると、短時間で瞬間的に破断することが
でき、大径の破断ボルト８を用いる必要がある大重量の
被試験体に対しても、立ち上がりの作用力の鋭い高衝撃
を実現できる。

【００３０】また、上記衝撃試験装置においては、破断
ボルト８の破断時にバネ１９に蓄積された弾性エネルギ
の大きさを、図５に示す従来タイプのようにバネｍの変
位によってＦ＝ｋｘを用いて間接的に求めるのではな
く、センサ１７によってバネ力そのもの（シリンダ力）
を直接求めることができるので、その弾性エネルギが解
放されたときに被試験体に生じる作用力を正確に設定で
き、試験の精度が大幅に向上する。

【００３１】また、油圧シリンダ１６のシリンダ力を変
化させると共に、開閉スイッチ３４のオンタイミングを
変化させることにより、皿バネ１９に蓄積される弾性エ
ネルギの大きさを任意に調節できるので、載置台１３上
の被試験体に与えられる上記作用力を容易に変更でき
る。

【００３２】また、本実施形態では、破断ボルト８を破
断する破断手段２６に電熱化学反応による高圧発生現象
を利用したものを用いているので、火薬や高圧ガスを用
いるものに比べれば、取り扱いが容易で安全性が高く特
別な資格（危険物取扱主任者等）も不要である。

【００３３】また、破断ボルト８の破断タイミングを電
気的に制御できるため、大径ボルト８を単体で用いる代
わりに図４に示すように小径ボルト８ａを複数並設し、
それぞれに前述のような破断手段２６を設けてそれらを
同時に破断するようにしてもよい。

【００３４】こうすれば、必要な作用力を変更したい場
合には、その作動力に応じて適宜ボルト８ａの使用本数
を調整できるので、１種類のみのボルト８ａを複数用意
しておけばよく、コストダウンとなる。なお、図４のも
のはボルト８ａ以外は図１のものと同様の構成なので、
同一部品に同一符合を付して説明を省略する。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る衝撃試
験装置によれば、大重量の被試験体に対しても立ち上が
りの作用力の鋭い高衝撃を実現できると共に、その作用
力を正確に設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す衝撃試験装置の概略
図である。

【図２】上記衝撃試験装置の破断手段を示す概略図であ
る。

【図３】上記衝撃試験装置の作動を示す概略図である。

【図４】本発明の別の実施形態を示す衝撃試験装置の概
略図である。

【図５】従来例を示す衝撃試験装置の概略図である。

【符号の説明】

８ 破断部材としての破断ボルト １３ 載置台 １６ 油圧シリンダ １７ センサ １９ 加速バネとしての皿バネ ２６ 破断手段 ２７ 反応体 ２８ 金属線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被試験体が載置される載置台と、該載置
   台に接続された破断部材および加速バネと、該加速バネ
   を変位させると共に破断部材に張力を与える油圧シリン
   ダと、該油圧シリンダによって張力が与えられた破断部
   材を破断して変位された加速バネを解放する破断手段
   と、上記油圧シリンダのシリンダ力を検出するセンサと
   を備えたことを特徴とする衝撃試験装置。
2. 【請求項２】 上記破断手段が、破断部材内に埋設され
   水分および金属粉を有する反応体と、該反応体内に配置
   され電気エネルギが瞬間的に供給されてプラズマ蒸気化
   される金属線とからなる請求項１記載の衝撃試験装置。