WO2009136459A1 - 衝撃試験装置 - Google Patents

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WO2009136459A1
WO2009136459A1 PCT/JP2008/071737 JP2008071737W WO2009136459A1 WO 2009136459 A1 WO2009136459 A1 WO 2009136459A1 JP 2008071737 W JP2008071737 W JP 2008071737W WO 2009136459 A1 WO2009136459 A1 WO 2009136459A1
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WO
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impact
specimen
block
test apparatus
impact test
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Application number
PCT/JP2008/071737
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English (en)
French (fr)
Inventor
繁 松本
博至 宮下
一宏 村内
正伸 長谷川
Original Assignee
国際計測器株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by 国際計測器株式会社 filed Critical 国際計測器株式会社
Priority to TW098114941A priority Critical patent/TW200946892A/zh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/30—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying a single impulsive force, e.g. by falling weight

Definitions

  • the present invention relates to an impact test apparatus for applying a vertical or horizontal impact load to a specimen such as a packaged cargo.
  • JIS Z 0200: 1999 “Package Cargo-General Rules for Evaluation Tests” (hereinafter referred to as JIS Z0200) and JIS Z 0202: 1994 are used to evaluate whether or not the protection of packaging against the drop impact that the package cargo receives in the distribution process is appropriate.
  • a drop test specified in “Packaged Cargo-Drop Test Method” (hereinafter referred to as JIS Z0202) is performed.
  • the former mainly shows an outline of an evaluation test method including a drop impact test, and the latter shows details of the drop test method.
  • the drop test device shown in JIS Z0202 is a collision between a lifting means for lifting a packaged cargo specimen to the drop height, a separating means for separating the specimen from the lifting means, and a specimen that is separated and dropped. And a falling surface. Also, instead of separating and dropping only the specimen as in the drop test device, the specimen is placed on the impact table and lifted by the lifting means, and the specimen is dropped together with the impact base into the impact waveform generating means. A vertical impact test device for impact may be used.
  • the drop test stipulated in JIS Z0202 includes a surface drop that collides one surface of the specimen with the drop surface, a ridge drop that collides the ridge of the specimen with the drop surface, and a corner of the specimen collides with the drop surface. There is a corner drop to let you. For this reason, the drop test device and the vertical impact test device are provided with posture holding means for holding the posture of the test sample so that any one of the surface, ridge and corner of the test sample faces the drop surface and the shock waveform generating device. It is hoped that.
  • JIS Z0200 describes a horizontal impact test method for applying a horizontal impact load to a packaged cargo in order to evaluate whether the package is properly protected against the horizontal impact that the packaged cargo receives during the distribution process. .
  • the details of this horizontal impact test method are described in JIS Z 0205: 1998 “Packaging Cargo-Horizontal Impact Test Method” (hereinafter referred to as JIS Z0205).
  • JIS Z0205 Packaging Cargo-Horizontal Impact Test Method
  • the test specimen is naturally dropped by gravity, so the height of the equipment is at least larger than the sum of the dimensions of the test specimen and the drop height. Become. In particular, when performing corner drop, the height of the device is larger than the sum of the diagonal length of the specimen and the drop height.
  • the specimen is separated from the posture holding means by the separating means, and therefore, in the eccentric specimen, the posture of the specimen may change during the fall. This is particularly noticeable when performing ridge drops or corner drops. If the posture of the specimen changes, there arises a problem that the reproducibility of the test result of the drop test is lowered.
  • the specimen is configured to fall while the attitude of the specimen is held by the attitude holding means, but an unnecessary load is applied from the attitude holding means at the time of collision with the impact waveform generating means.
  • the specimen collides with the shock wave generating means through the bottom surface of the impact table. That is, the impact load received by the specimen during a collision is affected by not only the weight of the specimen and the collision speed but also the rigidity and elasticity of the bottom surface of the impact table. As described above, the impact test using the vertical impact test apparatus was not completely equivalent to the drop test.
  • the present invention has been made to solve the above object. That is, the present invention provides a vertical impact test apparatus that can apply an impact that is substantially equivalent to a drop test to a specimen with high reproducibility without increasing the height of the apparatus, and a speed sensor.
  • An object of the present invention is to provide a horizontal impact test apparatus capable of performing a horizontal impact test without being provided on a carriage.
  • a vertical impact test apparatus is provided with an impact block, an opening disposed on the impact block and allowing the impact block to pass through, and a substantially rectangular parallelepiped shape.
  • a movable table in which a specimen which is a packaged cargo is placed on the opening, and a driving means for driving the movable table downward toward the impact block to cause the specimen to collide with the impact block.
  • Posture holding means for holding the posture of the specimen by sandwiching the specimen with the movable table, and retracting the posture holding means from the specimen immediately before the specimen collides with the impact block by lowering the movable table
  • control means for controlling the posture holding means.
  • the specimen instead of letting the specimen drop naturally, the specimen can be made to collide with the impact block at a desired speed by the driving means. For this reason, since the space
  • the driving means drives the movable table by, for example, a servo motor and a feed screw mechanism.
  • the drive shaft of the servo motor is provided by a belt-pulley mechanism comprising a drive pulley provided on the servo motor side, a driven pulley provided on the feed screw side, and an endless belt stretched over the drive and driven pulleys.
  • the feed screw are connected.
  • the diameter of the driven pulley is 3 to 10 times the diameter of the driving pulley.
  • the posture holding means has a pressure block that comes into contact with the specimen, and a pressure block drive means that drives the pressure block to be separated from the specimen.
  • the pressing block driving means has an air cylinder unit.
  • a first abutting surface that can abut against one surface of the specimen, a second abutting surface that can abut against two surfaces constituting the edge of the specimen, and the specimen A third abutting surface capable of abutting on the three surfaces constituting the corners of the horn is formed.
  • a load sensor for measuring a load applied to the movable table is provided between the movable table and the driving means.
  • a horizontal impact test apparatus includes a base, a carriage on which a specimen is mounted and movable on the base along a predetermined direction on a horizontal plane.
  • An arm movable on the base along a predetermined direction and capable of contacting the carriage, a driving means for driving the arm in a predetermined direction, a control means for controlling a speed at which the driving means drives the arm, a predetermined
  • the carriage is driven via the arm separable from the carriage, and the arm is detached from the carriage before the carriage collides. For this reason, it can be considered that the speed of the arm immediately before leaving the carriage is substantially the same as the speed of the carriage at the time of collision.
  • the speed of the carriage at the time of the collision is known from the speed on the arm side, it is not necessary to provide a speed sensor on the pedestrian side to which a large impact load is applied.
  • the drive means includes a servo motor fixed to the base, a feed screw coupled to the drive shaft of the servo motor, a nut engaged with the feed screw and coupled to the arm, and a nut A linear guide that restricts the moving direction of the lens to a predetermined direction.
  • the linear guide includes at least one rail fixed to the base and extending in a predetermined direction, and at least one runner block fixed to the arm and engaged with the rail.
  • the carriage can be moved smoothly along the rail.
  • at least two rails are arranged side by side in a width direction orthogonal to a predetermined direction on a horizontal plane, and at least one runner block is fixed to the arm for each rail. More preferably, at least two runner blocks are fixed to the arm for each rail.
  • a plurality of runner blocks are guided by the rail at a plurality of locations, so even if a moment around the axis of the rail or an axis orthogonal to the rail is applied to the carriage, The load applied to the block is distributed, and the moving direction of the carriage is limited to the direction along the rail.
  • the movement direction of the groove is such that the runner block forms a recess surrounding the rail, a groove formed along the movement direction of the runner block in the recess, and a groove and a closed circuit formed inside the runner block.
  • a retraction path connected to both ends, and a plurality of balls that circulate in the closed circuit and that come into contact with the rail when positioned in the groove.
  • the runner block can be moved along the rail smoothly without rattling. That is, the carriage can be moved smoothly.
  • four closed circuits are formed in the runner block, and the balls disposed in the grooves of two of the four closed circuits are approximately ⁇ 45 degrees with respect to the radial direction of the linear guide.
  • a ball having a contact angle and disposed in each of the other two closed circuit grooves has a contact angle of approximately ⁇ 45 degrees with respect to the reverse radial direction of the linear guide.
  • the runner block can withstand a large load in each of the radial direction, the reverse radial direction, and the lateral direction, and even if a large load in the above direction is applied to the roller block, the runner block There is no breakage and the runner block can move smoothly along the rail.
  • the collision member is movable on the base in the predetermined direction and is held by the base via an impact absorbing mechanism. According to such a configuration, the impact load applied to the impact member when the impact plate collides with the impact member is absorbed by the impact absorbing mechanism, and the impact member is held so that the impact member does not move greatly.
  • 1 is a top view of a vertical impact test apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • 1 is a front view of a vertical impact test apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • 1 is a side view of a vertical impact test apparatus according to a first embodiment of the present invention. It is a perspective view of the press block of the vertical impact test apparatus by the 1st Embodiment of this invention.
  • 1 is a block diagram of a vertical impact test apparatus according to a first embodiment of the present invention. It is a side view of the horizontal impact test apparatus by the 2nd Embodiment of this invention. It is a top view of the horizontal impact test apparatus by the 2nd Embodiment of this invention.
  • FIG. It is a sectional side view of the horizontal impact test apparatus by the 2nd Embodiment of this invention. It is II sectional drawing of FIG. It is sectional drawing which cut
  • FIG. 1 are a top view, a front view and a side view, respectively, of the vertical impact test apparatus 101 according to the first embodiment of the present invention.
  • Regions A and B in FIG. 2 are cross-sectional views corresponding to the alternate long and short dash lines A and B in FIG. 1, respectively.
  • the vertical impact test apparatus 101 of the present embodiment is a test apparatus for causing the specimen S, which is a packaged cargo, to collide with the upper surface 121a of the impact block 121.
  • the vertical impact test apparatus 101 places the specimen S on the movable table 111, then lowers the movable table 111 at an arbitrary speed, and causes the specimen S to collide with the impact block 121. . Thereby, an impact equivalent to the case where the specimen S is freely dropped from a desired height can be given to the specimen S.
  • the bottom 111a of the movable table 111 is formed by combining a plurality of beams made of aluminum in a cross beam shape, and nine openings 111b of 3 ⁇ 3 squares are formed between the beams. Is provided. Also, nine impact blocks 121 are provided so as to be accommodated in the openings 111b. For this reason, when the movable table 111 is at a position lower than the upper surface of the impact block 121, each of the impact blocks 121 passes through the opening 111b.
  • the bottom 111a of the movable table 111 does not collide with the upper surface 121a of the impact block 121, and only the specimen S on the bottom 111a. Collides with the impact block 121.
  • the movable table 111 is driven in the vertical direction by the feed screw mechanism 130.
  • One set of the feed screw 131 and the nut 132 of the feed screw mechanism 130 is provided on the outside of both ends of the movable table 111 in the width direction (left and right direction in FIGS. 1 and 2).
  • a nut fixing plate 112 for fixing the nut 132 to the movable table 111 is fixed to both ends of the movable table 111 in the width direction.
  • the nut 132 is fixed to the nut fixing plate 112 via a nut gripping member 133.
  • the nut gripping member 133 includes a first portion 133a that grips the nut 132 and a second portion 133b that is fixed to the nut fixing plate 112 with a bolt (not shown).
  • the first part 133a and the second part 133b are arranged side by side in the vertical direction, and both are fixed by bolts (not shown).
  • a load sensor 133c is attached between the first part 133a and the second part 133b, and the magnitude of the load applied between the first part 133a and the second part 133b can be detected.
  • the feed screw 131 is rotationally driven by a servo motor 134 via a belt mechanism 135.
  • the belt mechanism 135 is stretched over a drive pulley 135a attached to the drive shaft 134a of the servo motor 134, a driven pulley 135b attached to the lower end of the feed screw 131, and the drive pulley 135a and the driven pulley 35b. And an endless belt 135c.
  • the diameter of the driven pulley 135b is about five times the diameter of the drive pulley 135a.
  • the belt mechanism 135 is a kind of speed reduction mechanism, and the feed screw 131 can be rotated with high torque by the servo motor 134 that can rotate at low speed and at high speed.
  • the ratio of the diameters of the driven pulley 135b and the driving pulley 135a is not limited to the configuration of the present embodiment, and the maximum torque of the servo motor 134, the lead of the feed screw 131, the range of 3 to 10 times, It is appropriately selected according to the weight of the specimen S and the like.
  • the movable table 111 is guided by the guide mechanism 140 so that the moving direction thereof is only the vertical direction.
  • the guide mechanism 140 includes four guide bars 141 fixed to the apparatus frame 102 and a sliding member 142 provided to be slidable along the guide bar 141. Since the guide bar 141 extends in the vertical direction and the sliding member 142 is fixed to the nut fixing plate 112 with a bolt (FIG. 1), the moving direction of the movable table 111 is limited to the vertical direction only. .
  • the movable table 111 can be moved in the vertical direction at a desired speed by the feed screw mechanism 130 and placed on the movable table 111.
  • the specimen S can be made to collide with the upper surface 121a of the impact block 121 at a desired speed.
  • a proximity sensor 113 is attached to the bottom plate 102 a of the apparatus frame 102. The proximity sensor 113 is disposed immediately below the movable table 111 and lower than the upper surface 121a of the impact block 121.
  • the movable table 11 does not further drop.
  • the servo motor 134 is controlled.
  • the posture holding means 150 presses the specimen S toward the movable table 111 from above so that the posture of the specimen S does not change while the movable table 111 moves downward. It has become.
  • the posture holding means 150 is guided by the four guide bars 151 extending in the vertical direction, the guide bar 151 via the sliding member 152a, and the movable plate 152 movable in the vertical direction along the guide bar 151.
  • an air cylinder unit 153 that drives the plate 152 in the vertical direction with respect to the guide bar 151.
  • the top plate 154 is fixed to the upper end of the guide bar 151, and the top plate 154 and the guide bar 51 are integrated.
  • the sleeve 153 b of the air cylinder unit 153 is fixed to the top plate 153.
  • the shaft 153 a of the air cylinder unit 153 is fixed to the movable plate 152.
  • the lower end of the guide bar 151 is welded to the nut fixing plate 112, and the guide bar 151, the top plate 154 and the air cylinder unit 153 are integrated with the movable table 111 and move up and down along the guide bar 141. .
  • a pressing block 155 is fixed to the lower surface of the movable plate 152 for abutting and pressing the specimen S.
  • the air cylinder unit 153 is driven and the top plate 154 is pushed down, the pressing block 155 and the specimen S come into contact with each other, and the specimen S is biased downward (that is, toward the movable table 111).
  • the posture of the specimen S is maintained between the movable table 11 and the pressing block 155.
  • FIG. 4 A perspective view of the pressing block 155 is shown in FIG. As shown in FIG. 4, at the lower part of the pressing block 155, a substantially horizontal first contact surface 155a, two second contact surfaces 155b inclined by approximately 45 ° with respect to the horizontal plane, and a horizontal plane Three third abutting surfaces 155c inclined at approximately 43.8 °.
  • the second contact surfaces 155b are orthogonal to each other, and any two surfaces of the third contact surfaces 155c are orthogonal to each other. Therefore, in a state where the surface with the specimen S, which is a substantially rectangular parallelepiped packaged cargo, is in contact with the first contact surface 155a, the opposite surface is movable as shown in FIGS. Abuts with the table 111.
  • the ridge opposite to the ridge formed by the two surfaces contacts the movable table 111. Further, in a state where the three surfaces of the specimen are in contact with the third contact surface, the apex formed by the three surfaces other than the three surfaces and the upper surface 121a of the impact block 121 face each other. For this reason, depending on which contact surface of the pressing block 155 the specimen S is matched with, the surface, edge, or corner of the specimen can be made to collide with the impact block 21.
  • the shaft 153a of the air cylinder unit 153 is retracted immediately before the specimen S collides so that no extra load is applied from the pressing block 155.
  • the pressing block 155 is raised, and the pressing block 155 is pulled away from the specimen S.
  • FIG. 5 is a block diagram of the vertical impact test apparatus 101 of this embodiment.
  • the vertical impact test apparatus 101 includes a controller 102, a power source 103, a servo amplifier 104, and an input unit 105.
  • the servo amplifier 104 receives supply of power from the power supply 103 to generate a three-phase alternating current, and supplies this to the servo motor 134.
  • the controller 102 can control the servo amplifier 104 to adjust the amplitude and frequency of the alternating current supplied to the servo motor 134.
  • the rotation speed of the servo motor 134 that is, the lowering speed of the movable table 111 (FIG. 2) is controlled.
  • the controller 102 controls the rotation speed of the servo motor 134 based on the parameters input via the input unit 105.
  • controller 102 can control the air cylinder 153 to bring the pressing block 155 (FIG. 2) into contact with the specimen S or to release the pressing block 155 from the specimen S.
  • the distance from the lowermost part of the specimen S at this time to the upper surface 121a of the impact block 121 is manually measured. This distance is input to the controller 102 via the input means 105.
  • the controller 102 drives the servo motor 134 to lower the movable table 111 at a speed set via the input means 105.
  • the angular velocity of the shaft of the servo motor 134 is such that [the angular velocity of the shaft of the servo motor 134 / 2 ⁇ ⁇ (the diameter of the driving pulley 135a / the diameter of the driven pulley 135b) ⁇ the lead of the feed screw 131] becomes the above speed.
  • the controller 102 measures the number of rotations of the shaft after the servo motor 134 starts to be driven, and calculates the moving distance of the movable table 111 from the number of rotations. When this moving distance becomes slightly smaller than the distance from the lowermost part of the specimen S before the start of the test to the upper surface 121a of the impact block 121, the controller 102 drives the air cylinder unit 153 to The shaft is raised and the pressing block 155 is separated from the subject S.
  • the vertical impact test apparatus 101 lowers the movable table 111 by the feed screw mechanism 130 driven by the servo motor 134 and causes the specimen S to collide with the impact block 121 at a desired speed.
  • an impact equivalent to that when the specimen S is naturally dropped from a height corresponding to this speed can be given to the specimen S.
  • the feed screw mechanism 130 can lower the movable table 111 at an acceleration equal to or higher than the gravitational acceleration, the lowering distance of the movable table 111 can be made smaller than the drop height when an equivalent drop test is performed. As a result, the height dimension can be reduced as compared with a drop test apparatus having an equivalent function.
  • the specimen S collides with the impact block 121 in a state where the attitude of the specimen S is held by the attitude holding means 150 so that a highly stable drop impact test can be performed. It has become.
  • the vertical impact test apparatus 101 according to the present embodiment can select which of the surface, ridge, or corner of the specimen S collides with the impact block 121, and the surface drop test, the ridge drop test, and the corner drop test. A drop impact test equivalent to can be performed.
  • the vertical impact test apparatus 101 according to the present embodiment since the pressing block 55 is separated from the specimen S just before the specimen S collides, an extra load is applied to the specimen S at the time of the collision. Therefore, almost the same impact test as a drop test by natural fall can be performed.
  • the vertical impact test apparatus 101 can also be used as a compression test apparatus for applying a compressive load to the specimen S.
  • the specimen S is placed on the impact block 121 and the movable table 111 is lowered by the feed screw mechanism 130 to compress the specimen S between the movable table 111 and the impact block 121.
  • a load can be applied.
  • the magnitude of the compressive load at this time is detected by a load sensor 133c (FIGS. 2 and 3).
  • FIG. 6 shows a side view of the horizontal impact test apparatus of the present embodiment.
  • the horizontal impact test apparatus 201 has a configuration in which a carriage 220 and a collision block 270 are disposed on a base 210.
  • Two rails 254 are arranged on the base 210, and the carriage 220 and the collision block 270 can move along the rails 254.
  • the rail 54 extends along one direction on the horizontal plane (the left-right direction in FIG. 6). Hereinafter, this direction is referred to as a collision direction.
  • the direction from the carriage 220 toward the collision block 270 is the collision advance direction
  • the direction from the collision block 270 to the carriage 220 is the collision retreat. It is called direction.
  • a direction on the horizontal plane perpendicular to the collision direction is referred to as a width direction.
  • an impact member 230 is provided on the side of the carriage 220 in the collision advance direction.
  • the impact member 230 includes an impact plate 231 that is substantially perpendicular to the collision direction, and a collision projection 232 that projects from the impact plate 231 in the collision advance direction.
  • a packaged cargo as a specimen is mounted on the carriage 220, and the carriage 220 is driven in the collision forward direction to cause the collision projection 232 to collide with the collision block 270.
  • the side surface, ridge, or corner of the specimen is brought into contact with the impact plate 231 in advance so that the impact load generated by the collision is applied to the specimen.
  • the impact plate 231 is reinforced by ribs 233 so that the impact plate 231 is not bent by the impact load.
  • a collision protrusion 271 that protrudes in the collision backward direction is provided on the side of the collision block 270 on the collision backward direction side.
  • the collision projection 232 of the impact member 230 collides with the collision projection 271 of the collision block 270, and an impact load generated by this collision is passed through the impact plate 231. Join the specimen.
  • FIG. 7 is a top view of the horizontal impact test apparatus 1 of the present embodiment
  • FIG. 8 is a side sectional view.
  • a pair of rails 254 are fixed to both ends in the width direction of the base 210, and the carriage 220 and the collision block 270 are both disposed on the rails 254.
  • Runner blocks 256 that engage with rails 254 are fixed to the four corners of the lower surface of the carriage 220. Due to the engagement between the rail 254 and the runner block 256, the moving direction of the carriage 220 is limited only to the collision direction.
  • runner blocks 258 that engage with the rails 254 are fixed to the four corners of the lower surface of the collision block 270, and the movement direction of the collision block 270 is limited only to the collision direction.
  • the shock absorber 272 absorbs an impact load applied to the collision block 270 when the impact member 230 collides with the collision block 270 and holds the collision block 270 so that the collision block 270 does not move greatly.
  • the shock absorber 272 is, for example, an air cylinder.
  • the carriage 220 is driven by a feed screw mechanism.
  • the base 210 is provided with two sets of feed screw mechanisms including a servo motor 261, a feed screw 263, and a nut 265.
  • the feed screw 263 is supported at both ends by bearings 264a and 264b, and can rotate around the axis.
  • the end of the feed screw 263 on the collision retreat direction side is connected to the drive shaft of the servo motor 261 via the coupling 262, and the feed screw 263 can be rotated by driving the servo motor 261.
  • a nut 265 is attached to the feed screw 263. Both nuts 265 are fixed to the arm 65.
  • the arm 266 is an H-shaped plate, and runner blocks 246 are fixed to the four corners thereof.
  • the runner block 246 is engaged with two rails 244 extending in the collision direction, and the movement direction of the arm 266 is limited only to the collision direction. That is, the movement direction of the nut 265 is limited only to the collision direction, and when the feed screw 263 is rotated, the nut 265 and the arm 266 move in the collision direction.
  • FIG. 9 is a II diagram of FIG.
  • an L-shaped stay 267 is fixed to the lower surface of the arm 266.
  • a pusher block 268 is fixed to the side surface of the stay 267 on the collision advance direction side.
  • An engagement block 221 is fixed to the lower surface of the carriage 220.
  • the pusher block 268 and the engagement block 221 are disposed at positions where they can come into contact with each other. For this reason, when the arm 266 is moved in the collision forward direction, the pusher block 268 and the engagement block 221 come into contact with each other as shown in FIG. 9, and the arm 266 and the carriage 220 move together.
  • the stay 267 is reinforced by ribs 267a so as not to be deformed even when a load is applied in the collision direction.
  • FIG. 12 is a block diagram of the horizontal impact test apparatus 201 of this embodiment.
  • the vertical impact test apparatus 201 includes a controller 202, a power source 203, a servo amplifier 204, and input means 205.
  • the servo amplifier 204 receives power supplied from the power source 203 to generate a three-phase alternating current, and supplies this to the servo motor 261.
  • the controller 202 can control the servo amplifier 204 to adjust the amplitude and frequency of the alternating current supplied to the servo motor 261. Thereby, the rotation speed of the servo motor 261, that is, the moving speed of the carriage 220 (FIG. 8) is controlled.
  • the controller 202 controls the rotational speed of the servo motor 261 based on the speed parameter input via the input unit 205.
  • the controller 202 drives the servo motor 261 to sufficiently pull the carriage 220 away from the collision block 270.
  • the controller 202 calculates the movement distance of the carriage 220 based on the rotation speed of the servo motor 261 and stores the distance L 0 between the carriage 220 and the collision block 270 obtained based on the calculation result.
  • the controller 202 drives the servo motor 261 based on the speed parameter input via the input unit 205, and moves the carriage 220 at a desired speed.
  • the controller 202 calculates the moving distance of the carriage 220 based on the rotation speed of the servo motor 261, the calculation results and, based on the distance L 0 stored, the distance between the carriage 220 and the collision block 270 L 1 is calculated sequentially.
  • the controller 202 detects that L 1 has fallen below a predetermined threshold (that is, the collision protrusion 232 of the impact member 230 is close to the collision block 270), the controller 202 decelerates the speed of the arm 266. And finally stop.
  • the arm 266 moves away from the carriage 20 and the carriage 220 alone moves toward the collision block.
  • the runner block 256 moves on the rail 254 with low friction even when the load of the carriage 220 and the specimen is applied, the carriage 220 is moved even after the arm 266 is separated from the carriage 220.
  • the collision protrusion 232 of the impact member 230 collide with the collision block 270 with almost no deceleration.
  • the structure of the linear guide composed of the rail 244 and the runner block 246 (FIG. 7) will be described.
  • the structure of the linear guide comprised from the rail 254 and the runner blocks 256 and 258 is the same as the said linear guide.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the rail 244 and the runner block 246 cut along one surface (that is, a horizontal plane) perpendicular to the major axis direction of the rail 244, and
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
  • the runner block 246 is formed with a recess so as to surround the rail 244, and in this recess, four grooves 246 a and 246 a ′ extending in the axial direction of the rail 244 are formed.
  • Numerous stainless steel balls 246b are accommodated in the grooves 246a and 246a '.
  • the rail 244 is provided with grooves 244a and 244a 'at positions facing the grooves 246a and 246a' of the runner block 246, respectively, and the ball 246b is formed between the grooves 246a and 244a or between the grooves 246a 'and 244a'. It is designed to be sandwiched between them.
  • the cross-sectional shape of the grooves 246a, 246a ', 244a, 244a' is an arc shape, and the radius of curvature thereof is substantially equal to the radius of the ball 246b. Therefore, the ball 246b is in close contact with the grooves 246a, 246a ', 244a, 244a' with almost no play.
  • each ball retraction paths 246c and 246c ' are provided which are substantially parallel to the grooves 246a.
  • the groove 246a and the retreat path 246c are connected to each other at both ends via a U-shaped path 46d, and the groove 246a, the groove 244a, the retreat path 246c, and the U-shaped path 246d
  • a circulation path for circulating the ball 46b is formed.
  • a similar circulation path is also formed by the groove 246a ', the groove 244a', and the retreat path 246c '.
  • the two rows of balls 246b sandwiched between the grooves 246a and 244a form a front combination angular contact ball bearing having a contact angle of approximately ⁇ 45 °.
  • the contact angle means that the line connecting the contact points where the grooves 246a and 244a contact the ball 46b is in the radial direction of the linear guide (the direction from the runner block to the rail, the downward direction in FIG. 10). It is the angle to make.
  • the angular ball bearings formed in this way are in the reverse radial direction (the direction from the rail toward the runner block, the upward direction in FIG. 10) and the lateral direction (the direction orthogonal to both the radial direction and the advance / retreat direction of the runner block). Yes, the load in the left-right direction in FIG. 10 can be supported.
  • the two rows of balls 246b sandwiched between the grooves 246a ′ and 244a ′ have a contact angle (the line connecting the contact points where the grooves 246a ′ and 244a ′ are in contact with the ball 246b is the reverse of the linear guide).
  • a front combination angular contact ball bearing having an angle of about ⁇ 45 ° with respect to the radial direction is formed. This angular ball bearing can support radial and lateral loads.
  • a row of two rows of balls 246b sandwiched between one of the grooves 246a and 244a (left side in the figure) and one of the grooves 246a 'and 244a' (left side in the figure) is also a front combination type angular ball bearing.
  • two rows of balls 246b sandwiched between the other of the grooves 246a and 244a (right side in the figure) and the other of the grooves 246a 'and 244a' (right side in the figure) are also front combination type angular ball bearings.
  • the front combination angular contact ball bearing having a large number of balls 246b supports the loads acting in the radial direction, the reverse radial direction, and the lateral direction.
  • the runner block 246 In a state where a heavy load is applied in a direction other than the axial direction, the runner block 246 can move smoothly along the rail 244 with low friction.

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Abstract

　本発明の実施形態による垂直衝撃試験装置は、衝撃ブロックと、可動テーブルと、可動テーブルを衝撃ブロックに向けて下方に駆動して供試体を衝撃ブロックに衝突させる駆動手段と、供試体を前記可動テーブルとの間で挟み込むことによって供試体の姿勢を保持する姿勢保持手段と、可動テーブルを降下させて供試体が衝撃ブロックに衝突する直前に姿勢保持手段を供試体から退避させるよう姿勢保持手段を制御する制御手段と、を有する。 　本発明の実施形態による水平衝撃試験装置は、その上に供試体が取りつけられると共にベース上で移動可能な台車と、台車と当接可能なアームと、アームを駆動する駆動手段と、台車上に固定されている衝撃板と、衝撃板と衝突するようにベース上に取りつけられている衝突部材とを有し、アームが駆動されるとアームが台車と当接して台車が駆動され、衝撃板が衝突部材に衝突する直前にアームを駆動する速度を低下させることによって、台車はアームから離れて慣性にて衝突部材に向かって移動する。

Description

衝撃試験装置
　本発明は包装貨物等の供試体に垂直方向又は水平方向の衝撃荷重を加える衝撃試験装置に関する。
　包装貨物が流通過程において受ける落下衝撃に対する包装の保護が適正であるかを評価するため、ＪＩＳ　Ｚ　０２００：１９９９「包装貨物－評価試験方法通則」（以下ＪＩＳ　Ｚ０２００と称す）及びＪＩＳ　Ｚ　０２０２：１９９４「包装貨物－落下試験方法」（以下ＪＩＳ　Ｚ０２０２と称す）に規定されている落下試験が行われる。前者には主として落下衝撃試験を含む評価試験方法の概要が、後者には落下試験方法の詳細が示されている。
　ＪＩＳ　Ｚ０２０２に示されている落下試験装置は、包装貨物である供試体を落下高さまで持ち上げるための昇降手段と、昇降手段から供試体を切り離す切離手段と、切り離されて落下する供試体が衝突する落下面とを備えている。また、前記落下試験装置のように、供試体のみを切り離して落下させる代わりに、衝撃台に供試体を載置して昇降手段により持ち上げ、衝撃台ごと供試体を落下させて衝撃波形発生手段に衝突させる垂直衝撃試験装置を使用してもよい。
　ＪＩＳ　Ｚ０２０２に規定されている落下試験としては、供試体の１面を落下面に衝突させる面落下と、供試体の稜を落下面に衝突させる稜落下と、供試体の角を落下面に衝突させる角落下がある。このため、落下試験装置や垂直衝撃試験装置には、供試体の面、稜及び角のいずれかを落下面や衝撃波形発生手段と対向するように供試体の姿勢を保持する姿勢保持手段を備えることが望まれている。
　また、包装貨物が流通過程において受ける水平方向の衝撃に対する包装の保護が適正であるかを評価するため、ＪＩＳ　Ｚ０２００には包装貨物に水平方向の衝撃荷重を加える水平衝撃試験方法が記載されている。この水平衝撃試験方法の詳細は、ＪＩＳ　Ｚ　０２０５：１９９８「包装貨物－水平衝撃試験方法」（以下、ＪＩＳ　Ｚ０２０５と称す）に記載されている。ＪＩＳ　Ｚ０２０５に記載の水平衝撃試験は、包装貨物が搭載された台車を滑走路上で走行させ、滑走路に垂直な衝突面に衝突させるものである。
　ＪＩＳ　Ｚ０２０２に規定される落下試験装置や垂直衝撃試験装置においては、供試体を重力によって自然落下させるものであるため、装置の高さは、少なくとも供試体の寸法と落下高さの和よりも大きくなる。特に、角落下を行う場合は、装置の高さは供試体の対角長さと落下高さの和よりも大きくなる。
　また、落下試験装置においては、切離手段によって供試体が姿勢保持手段から切り離されるので、偏心している供試体においては、落下中に供試体の姿勢が変化してしまう可能性があった。これは、特に稜落下や角落下を行う場合に顕著である。供試体の姿勢が変化してしまうと、落下試験の試験結果の再現性が低下してしまうという問題が生じる。
　一方、垂直衝撃試験装置においては、姿勢保持手段によって供試体の姿勢が保持されたまま供試体が落下するよう構成されているが、衝撃波形発生手段への衝突時に姿勢保持手段から不要な荷重が供試体に加わってしまうという問題がある。また、垂直衝撃試験装置においては、供試体は衝撃台の上に載せられた状態で落下するので、供試体は衝撃台の底面を介して衝撃波発生手段に衝突することになる。すなわち、衝突時に供試体が受ける衝撃荷重は、供試体の重量や衝突速度のみならず、衝撃台の底面の剛性や弾性の影響を受ける。このように、垂直衝撃試験装置による衝撃試験は、落下試験と完全に等価とはいえなかった。
　また、水平衝撃試験装置においては、ＪＩＳ　Ｚ０２００に記載されているように、予め決められた速度で供試体を衝突面に衝突させる必要がある。このため、台車には速度センサを設ける必要があった。このように、大きな衝撃荷重が加わる台車に精密電子部品である速度センサを設けざるを得ないため、試験中に速度センサが破損する可能性があった。
　本発明は上記の目的を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、装置の高さを大きくすることなく、落下試験と略等価といえる衝撃を高い再現性をもって供試体に加えることが可能な垂直衝撃試験装置を提供すること、及び速度センサを台車に設けることなく水平衝撃試験を行うことが可能な水平衝撃試験装置を提供することを目的とする。
　上記の目的を達成するため、本発明の実施形態による垂直衝撃試験装置は、衝撃ブロックと、衝撃ブロックの上に配置されており衝撃ブロックを通過させるための開口が設けられており且つ略直方体形状の包装貨物である供試体がこの開口の上に載置されるようになっている可動テーブルと、可動テーブルを衝撃ブロックに向けて下方に駆動して供試体を衝撃ブロックに衝突させる駆動手段と、供試体を前記可動テーブルとの間で挟み込むことによって供試体の姿勢を保持する姿勢保持手段と、可動テーブルを降下させて供試体が衝撃ブロックに衝突する直前に姿勢保持手段を供試体から退避させるよう姿勢保持手段を制御する制御手段と、を有する。
　本発明の実施形態による垂直衝撃試験装置は、供試体を自然落下させる代わりに、駆動手段によって供試体を所望の速度で衝撃ブロックに衝突させることができるようになっている。このため、試験開始前の被検体と衝撃ブロックとの間隔を自然落下時の落下高さよりも小さくすることができるので、装置の高さ方向寸法を抑えることができる。また、供試体が載置される可動テーブルには衝撃ブロックを通過させるための開口が設けられており、開口を通過した衝撃ブロックと供試体とが直接衝突するようになっている。さらに、衝撃ブロックに被検体が衝突する寸前に姿勢保持手段が供試体から離れるように制御されるので、衝突時に姿勢保持手段から不要な荷重が供試体に加わることは無い。この結果、落下試験時とほとんど等価といえる衝撃を供試体に加えることができる。
　ここで、駆動手段は、例えばサーボモータ及び送りねじ機構によって可動テーブルを駆動する。好ましくは、サーボモータ側に設けられた駆動プーリと、送りねじ側に設けられた従動プーリと、駆動及び従動プーリに掛け渡された無端ベルトを備えたベルト－プーリ機構によって、サーボモータの駆動軸と送りねじとが連結されている。ここで、例えば、従動プーリの径は駆動プーリの径の３～１０倍である。
　好ましくは、姿勢保持手段が供試体と当接する押圧ブロックと、押圧ブロックを供試体に対して離接させるよう駆動する押圧ブロック駆動手段とを有する。ここで、例えば、押圧ブロック駆動手段はエアシリンダユニットを有する。
　好ましくは、押圧ブロックの下部には、供試体の１面と当接可能な第１当接面と、供試体の稜を構成する２面と当接可能な第２当接面と、供試体の角を構成する３面と当接可能な第３当接面とが形成されている。このような構成とすると、面落下、稜落下、角落下を、押圧ブロックを交換することなく実施可能である。
　また、可動テーブルと駆動手段との間に、可動テーブルに加わる荷重を計測するための荷重センサが設けられている構成とすることか好ましい。このような構成とすると、本発明の実施形態による垂直衝撃試験装置を用いて、可動テーブルと衝撃ブロックとの間に被検体を挟み込んで圧縮荷重を加える圧縮試験を行うことができる。
　また、上記の目的を達成するため、本発明の実施形態による水平衝撃試験装置は、ベースと、その上に供試体が取りつけられると共に水平面上の所定方向に沿ってベース上で移動可能な台車と、所定方向に沿ってベース上で移動可能であると共に台車と当接可能なアームと、所定方向にアームを駆動する駆動手段と、駆動手段がアームを駆動する速度を制御する制御手段と、所定方向に直交するよう台車上に固定されている衝撃板と、所定方向に駆動された台車上の衝撃板と衝突するようにベース上に取りつけられている衝突部材とを有し、アームが駆動されるとアームが台車と当接して台車が所定方向に駆動されるようになっており、衝撃板が衝突部材に衝突する直前にアームを駆動する速度を低下させることによって、台車はアームから離れて慣性にて衝突部材に向かって移動する。
　上記のように、本発明の実施形態による水平衝撃試験装置においては、台車と分離可能なアームを介して台車を駆動し、台車が衝突する前にアームが台車から離脱するようになっている。このため、台車から離脱する直前のアームの速度は衝突時の台車の速度と実質同一であると見なせる。このように、本発明の実施形態による水平衝撃試験装置においてはアーム側の速度から衝突時の台車の速度が判るため、大きな衝撃荷重の加わる台者側に速度センサを設ける必要はない。
　ここで、例えば、駆動手段は、ベースに固定されているサーボモータと、サーボモータの駆動軸と連結されている送りねじと、送りねじと係合すると共にアームと連結されているナットと、ナットの移動方向を所定方向に制限するリニアガイドと、を有する。
　好ましくは、リニアガイドが、ベースに固定された所定方向に延びる少なくとも１本のレールと、アームに固定され前記レールに係合する少なくとも１つのランナーブロックと、を有する。このような構成とすると、台車をレールに沿ってスムーズに移動させることが可能となる。ここで、レールが、水平面において所定方向に直交する幅方向に少なくとも２本並べて配置されており、ランナーブロックが、レール１本につき少なくとも１つずつ前記アームに固定されていることが好ましい。さらに好ましくは、ランナーブロックは、レール１本につき少なくとも２つずつアームに固定されている。このような構成とすると、複数のランナーブロックが複数の箇所でレールにガイドされることになるため、レールの軸周り、或いはレールに直交する軸周りのモーメントが台車に加わったとしても、らんなーブロックに加わる荷重は分散され、台車の移動方向はレールに沿った方向のみに制限される。
　好ましくは、ランナーブロックが、レールを囲む凹部と、凹部においてランナーブロックの移動方向に沿って形成された溝と、ランナーブロックの内部に形成され溝と閉回路を形成するように溝の前記移動方向両端と繋がっている退避路と、閉回路を循環するとともに溝に位置するときはレールと当接するようになっている複数のボールとを有する。
　このような構成とすると、ランナーブロックをガタツキ無く且つスムーズにレールに沿って移動させることが可能となる。すなわち、台車をスムーズに移動させることができる。
　好ましくは、ランナーブロックには閉回路が４つ形成されており、４つの閉回路のうち２つの閉回路の溝の夫々に配置されたボールはリニアガイドのラジアル方向に対して略±４５度の接触角を有し、他の２つの閉回路の溝の夫々に配置されたボールはリニアガイドの逆ラジアル方向に対して略±４５度の接触角を有する。
　このような構成とすると、ランナーブロックはラジアル方向、逆ラジアル方向及び横方向の夫々に対して大荷重に耐えることができ、上記の方向の大荷重がローラブロックに加わったとしても、ランナーブロックが破損に至ることはなく、また、ランナーブロックはレールに沿ってスムーズに移動可能である。
　また、衝突部材がベース上を前記所定方向に移動可能となっており、且つ衝撃吸収機構を介してベースに保持されている構成とすることが好ましい。このような構成によれば、衝撃板が衝突部材に衝突したときに衝突部材に加わる衝撃荷重が衝撃吸収機構によって吸収され、且つ衝突部材が大きく移動しないように衝突部材が保持される。
本発明の第１の実施の形態による垂直衝撃試験装置の上面図である。 本発明の第１の実施の形態による垂直衝撃試験装置の正面図である。 本発明の第１の実施の形態による垂直衝撃試験装置の側面図である。 本発明の第１の実施の形態による垂直衝撃試験装置の押圧ブロックの斜視図である。 本発明の第１の実施の形態による垂直衝撃試験装置のブロック図である。 本発明の第２の実施の形態による水平衝撃試験装置の側面図である。 本発明の第２の実施の形態による水平衝撃試験装置の上面図である。 本発明の第２の実施の形態による水平衝撃試験装置の側断面図である。 図６のＩ－Ｉ断面図である。 本発明の第２の実施の形態による水平衝撃試験装置において、ランナーブロック及びレールをレールの長軸方向に垂直な一面で切断した断面図である。 図１０のＩＩ－ＩＩ断面図である。 本発明の第２の実施の形態による水平衝撃試験装置のブロック図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１、図２及び図３は、夫々本発明の第１の実施の形態による垂直衝撃試験装置１０１の上面図、正面図、側面図である。なお、図２ににおける領域Ａ及びＢは、夫々図１の一点鎖線Ａ及びＢに対応する断面図である。
　本実施形態の垂直衝撃試験装置１０１は、包装貨物である供試体Ｓを衝撃ブロック１２１の上面１２１ａに衝突させるための試験装置である。本実施形態の垂直衝撃試験装置１０１は、可動テーブル１１１の上に供試体Ｓを載せ、次いで可動テーブル１１１を任意の速度で降下させ、衝撃ブロック１２１に供試体Ｓを衝突させるようになっている。これにより、所望の高さから供試体Ｓを自由落下させた場合と等価の衝撃を供試体Ｓに与えられるようになっている。
　図１～３に示されるように、可動テーブル１１１の底１１１ａは、アルニウム製の複数のはりを井桁形状に組み合わせて形成されており、はりの間に３×３マスの９個の開口１１１ｂが設けられている。また、衝撃ブロック１２１も、この開口１１１ｂに収まるように９個設けられている。このため、可動テーブル１１１が衝撃ブロック１２１の上面よりも低い位置にあるときは、衝撃ブロック１２１の夫々は開口１１１ｂを通過するようになっている。従って、衝撃ブロック１２１の上面１２１ａよりも低い位置まで可動テーブル１１１を降下させても可動テーブル１１１の底１１１ａが衝撃ブロック１２１の上面１２１ａに衝突することはなく、底１１１ａの上の供試体Ｓのみが衝撃ブロック１２１に衝突する。
　次いで、可動テーブル１１１を駆動するための機構について以下に説明する。本実施形態においては、可動テーブル１１１は送りねじ機構１３０によって上下方向に駆動される。送りねじ機構１３０の送りねじ１３１及びナット１３２は、可動テーブル１１１の幅方向（図１及び図２における左右方向）両端の外側に、夫々１組ずつ設けられている。可動テーブル１１１の幅方向両端には、ナット１３２を可動テーブル１１１に固定するためのナット固定用プレート１１２が固定されている。図２及び３に示されるように、ナット１３２はナット把持部材１３３を介してナット固定用プレート１１２に固定されている。ナット把持部材１３３は、ナット１３２を把持する第１部１３３ａと、図示しないボルトにてナット固定用プレート１１２に固定されている第２部１３３ｂとを有する。第１部１３３ａと第２部１３３ｂとは鉛直方向に並んで配置されており、図示しないボルトによって両者は固定されている。第１部１３３ａと第２部１３３ｂとの間には荷重センサ１３３ｃが取り付けられており、第１部１３３ａと第２部１３３ｂとの間に加わる荷重の大きさを検出することができる。
　送りねじ１３１は、ベルト機構１３５を介してサーボモータ１３４によって回転駆動されるようになっている。ベルト機構１３５は、サーボモータ１３４の駆動軸１３４ａに取り付けられている駆動プーリ１３５ａと、送りねじ１３１の下端に取り付けられている従動プーリ１３５ｂと、駆動プーリ１３５ａと従動プーリ３５ｂとに掛け渡されている無端ベルト１３５ｃとを有する。このため、サーボモータ１３４の駆動軸１３４ａを回転駆動すると、その回転運動はベルト機構１３５によって送りねじ１３１に伝達され、送りねじ１３１が回転する。なお、図示されているように、従動プーリ１３５ｂの径は駆動プーリ１３５ａの径の約５倍となっている。すなわち、ベルト機構１３５は一種の減速機構であり、低トルク且つ高速回転可能なサーボモータ１３４によって、送りねじ１３１を高いトルクをもって回転させることができる。なお、従動プーリ１３５ｂと駆動プーリ１３５ａの径の比は本実施形態の構成に限定されるものではなく、３～１０倍の範囲の中から、サーボモータ１３４の最大トルク、送りねじ１３１のリード、供試体Ｓの重量などに応じて適宜選択されるものである。
　また、可動テーブル１１１はガイド機構１４０によって、その移動方向が鉛直方向のみとなるようにガイドされている。ガイド機構１４０は、装置フレーム１０２に固定されている４本のガイドバー１４１と、ガイドバー１４１に沿って摺動可能に設けられた摺動部材１４２とを有する。ガイドバー１４１は鉛直方向に延びており、また、摺動部材１４２はナット固定用プレート１１２にボルトで固定されている（図１）ので、可動テーブル１１１の移動方向は鉛直方向のみに制限される。
　以上のように、本実施形態による垂直衝撃試験装置１０１においては、送りねじ機構１３０によって可動テーブル１１１を所望の速度で上下方向に移動させることが可能であり、可動テーブル１１１の上に載せられた供試体Ｓを所望の速度で衝撃ブロック１２１の上面１２１ａに衝突させることができる。また、装置フレーム１０２の底板１０２ａには、近接センサ１１３が取り付けられている。近接センサ１１３は、可動テーブル１１１の真下且つ衝撃ブロック１２１の上面１２１ａよりも低い位置に配置されており、可動テーブル１１１が近接センサ１３に近接している状態では、それ以上可動テーブル１１が降下しないようにサーボモータ１３４は制御される。
　本実施形態においては、可動テーブル１１１が下方に移動している間に供試体Ｓの姿勢が変化しないよう、姿勢保持手段１５０によって上方から供試体Ｓが可動テーブル１１１に向けて押圧されるようになっている。姿勢保持手段１５０は、鉛直方向に伸びる４本のガイドバー１５１と、摺動部材１５２ａを介してガイドバー１５１にガイドされ、ガイドバー１５１に沿って鉛直方向に移動可能な可動プレート１５２と、可動プレート１５２をガイドバー１５１に対して上下方向に駆動するエアシリンダユニット１５３とを有する。
　ガイドバー１５１の上端には、天板１５４が固定されており、天板１５４とガイドバー５１は一体となっている。エアシリンダユニット１５３のスリーブ１５３ｂは、天板１５３に固定されている。また、エアシリンダユニット１５３のシャフト１５３ａは、可動プレート１５２に固定されている。また、ガイドバー１５１の下端はナット固定用プレート１１２に溶接されており、ガイドバー１５１、天板１５４及びエアシリンダユニット１５３は可動テーブル１１１と一体となって、ガイドバー１４１に沿って上下動する。
　可動プレート１５２の下面には、供試体Ｓと当接して押さえ込むための押圧ブロック１５５が固定されている。エアシリンダユニット１５３を駆動して天板１５４を押し下げると、押圧ブロック１５５と供試体Ｓとが当接し、供試体Ｓは下方に（すなわち、可動テーブル１１１に向かって）付勢される。これによって、供試体Ｓは可動テーブル１１と押圧ブロック１５５の間でその姿勢が保持される。
　押圧ブロック１５５の斜視図を図４に示す。図４に示されるように、押圧ブロック１５５の下部には、略水平な第１の当接面１５５ａ、水平面に対して略４５°傾斜している２つの第２の当接面１５５ｂ、及び水平面に対して略４３．８°傾斜している３つの第３の当接面１５５ｃとを有している。第２の当接面１５５ｂは互いに直交しており、また、第３の当接面１５５ｃのうち任意の２面は互いに直交している。このため、略直方体形状の包装貨物である供試体Ｓのある面を第１の当接面１５５ａに当接させた状態では、図２及び３に示されるように、その反対側の面が可動テーブル１１１と当接する。また、供試体Ｓの２面を第２の当接面１５５ｂに当接させた状態では、この２面が形成する稜と反対側の稜が可動テーブル１１１と当接する。また、供試体の３面を第３の当接面に当接させた状態では、この３面以外の３面によって形成される頂点と衝撃ブロック１２１の上面１２１ａとが向かい合う形となる。このため、押圧ブロック１５５のどの当接面に供試体Ｓを合わせるかによって、供試体の面、稜、角のいずれかを衝撃ブロック２１に衝突させるかを選択することができる。
　本実施形態においては、供試体Ｓが衝撃ブロック１２１に衝突するときに、押圧ブロック１５５から余計な荷重が加わらないように、供試体Ｓが衝突する直前にエアシリンダユニット１５３のシャフト１５３ａを引き込んで押圧ブロック１５５を上昇させ、押圧ブロック１５５を供試体Ｓから引き離すようになっている。
　次に、本実施形態の垂直衝撃試験装置１０１の制御について説明する。図５は、本実施形態の垂直衝撃試験装置１０１のブロック図である。図５に示されるように、垂直衝撃試験装置１０１は、コントローラ１０２と、電源１０３と、サーボアンプ１０４と、入力手段１０５を有する。サーボアンプ１０４は、電源１０３から電力の供給を受けて三相の交流電流を生成し、これをサーボモータ１３４に供給する。コントローラ１０２はサーボアンプ１０４を制御して、サーボモータ１３４に供給する交流電流の振幅及び周波数を調整可能である。これにより、サーボモータ１３４の回転数、すなわち可動テーブル１１１（図２）の降下速度が制御される。なお、コントローラ１０２は、入力手段１０５を介して入力されたパラメータに基づいて、サーボモータ１３４の回転数を制御する。
　また、コントローラ１０２は、エアシリンダ１５３を制御し、押圧ブロック１５５（図２）を供試体Ｓに当接させる、或いは、供試体Ｓから押圧ブロック１５５を離すことができる。
　以上説明した垂直衝撃試験装置１０１による、供試体Ｓの衝撃試験手順について説明する。まず、入力手段１０５を介して入力された供試体Ｓの上下方向の寸法に基づいて、コントローラ１０２は、可動テーブル１１１上に配置する供試体Ｓが衝撃ブロック１２１に接触しないよう可動テーブル１１１を十分に上昇させる。次いで、供試体Ｓを可動テーブル１１１の上に載せ、エアシリンダユニット１５３のシャフト１５３ａを降下させ、押圧ブロック１５５と可動テーブル１１１の底１１１ａとの間で供試体Ｓが保持されるようにする。
　次いで、この時の供試体Ｓの最下部から衝撃ブロック１２１の上面１２１ａとの距離を手動で計測する。この距離は、入力手段１０５を介してコントローラ１０２に入力される。
　次いで、コントローラ１０２はサーボモータ１３４を駆動し、入力手段１０５を介して設定された速度で可動テーブル１１１を降下させる。具体的には、［サーボモータ１３４の軸の角速度／２π×（駆動プーリ１３５ａの径／従動プーリ１３５ｂの径）×送りねじ１３１のリード］が上記速度となるよう、サーボモータ１３４の軸の角速度を制御する。
　なお、コントローラ１０２は、サーボモータ１３４の駆動開始以降の軸の回転回数を計測しており、この回転回数から、可動テーブル１１１の移動距離を算出している。そして、この移動距離が、試験開始前における供試体Ｓの最下部から衝撃ブロック１２１の上面１２１ａとの距離よりわずかに小さい程度となった時に、コントローラ１０２は、エアシリンダユニット１５３を駆動してそのシャフトを上昇させ、押圧ブロック１５５を被検体Ｓから切り離す。
　以上のように、本実施形態による垂直衝撃試験装置１０１は、サーボモータ１３４にて駆動される送りねじ機構１３０によって可動テーブル１１１を降下させて所望の速度で供試体Ｓを衝撃ブロック１２１によって衝突させることによって、この速度に対応した高さから供試体Ｓを自然落下させたときと同等の衝撃を供試体Ｓに与えることができる。送りねじ機構１３０は可動テーブル１１１を重力加速度以上の加速度で降下させることが可能であるため、可動テーブル１１１の降下距離を、同等の落下試験を行う際の落下高さよりも小さくすることができる。この結果、同等の機能を有する落下試験装置と比べて、高さ方向寸法を小さくすることができる。
　また、本実施形態においては、姿勢保持手段１５０によって供試体Ｓの姿勢が保持された状態で供試体Ｓが衝撃ブロック１２１に衝突するようになっており、安定性の高い落下衝撃試験を行えるようになっている。また、本実施形態による垂直衝撃試験装置１０１は、供試体Ｓの面、稜、或いは角のいずれを衝撃ブロック１２１に衝突させるかを選択可能であり、面落下試験、稜落下試験、角落下試験と同等の落下衝撃試験を行うことができる。加えて、本実施形態による垂直衝撃試験装置１０１においては、供試体Ｓが衝突する寸前に押圧ブロック５５が供試体Ｓから離れるようになっているので、衝突時に余計な荷重が供試体Ｓに加わらず、自然落下による落下試験とほとんど同一の衝撃試験を行うことができる。
　また、本実施形態による垂直衝撃試験装置１０１は、供試体Ｓに圧縮荷重を加えるための圧縮試験装置としても使用可能である。圧縮試験を行う場合は、衝撃ブロック１２１の上に供試体Ｓを配置し、送りねじ機構１３０によって可動テーブル１１１を降下させることによって、可動テーブル１１１と衝撃ブロック１２１との間で供試体Ｓに圧縮荷重を加えることができる。この時の圧縮荷重の大きさは、荷重センサ１３３ｃ（図２、図３）によって検出される。
　次いで、本発明の第２の実施の形態による水平衝撃試験装置について図面を用いて説明する。図６は、本実施形態の水平衝撃試験装置の側面図を示すものである。図６に示されるように、水平衝撃試験装置２０１は、ベース２１０の上に台車２２０及び衝突ブロック２７０が配置された構成となっている。ベース２１０の上には、２本（図６中には１本のみ図示）のレール２５４が配置されており、台車２２０及び衝突ブロック２７０は、このレール２５４に沿って移動可能となっている。レール５４は、水平面上の一方向（図６における左右方向）に沿って延びている。以下、この方向を衝突方向と称する。さらに、台車２２０から衝突ブロック２７０に向かう方向（図６中左から右に向かう方向）を衝突前進方向、衝突ブロック２７０から台車２２０に向かう方向（図６中右から左に向かう方向）を衝突後退方向と称す。また、衝突方向に垂直な水平面上の方向（図６における表－裏方向）を幅方向と称す。
　図６に示されるように、台車２２０の衝突前進方向側には、衝撃部材２３０が設けられている。衝撃部材２３０は、衝突方向に略垂直な衝撃板２３１と、衝撃板２３１から衝突前進方向に突出する衝突突起２３２とを備える。水平衝撃試験を行う場合は、台車２２０の上に供試体である包装貨物を取りつけ、台車２２０を衝突前進方向に駆動して衝突突起２３２を衝突ブロック２７０に衝突させる。このとき、衝突によって生じる衝撃荷重が供試体に加わるように、予め供試体の側面、稜又は角を衝撃板２３１に接触させる。なお、衝撃荷重によって衝撃板２３１が撓まないよう、衝撃板２３１はリブ２３３によって補強されている。
　衝突ブロック２７０の衝突後退方向側の側面には、衝突後退方向に突出する衝突突起２７１が設けられている。後述する駆動機構によって台車２２０を衝突部材２３０に向かって移動させると、衝撃部材２３０の衝突突起２３２が衝突ブロック２７０の衝突突起２７１に衝突し、この衝突によって生じる衝撃荷重が、衝撃板２３１を介して供試体に加わる。
　次いで、図７及び８を参照して、台車２２０の駆動機構及び衝突ブロック２７０の保持機構について説明する。図７は本実施形態の水平衝撃試験装置１の上面図であり、図８は側断面図である。
　図７及び８に示されるように、ベース２１０の幅方向両端には一対のレール２５４が固定されており、台車２２０及び衝突ブロック２７０は共にレール２５４の上に配置されている。台車２２０の下面の四隅には、レール２５４に係合するランナーブロック２５６が固定されている。レール２５４とランナーブロック２５６との係合により、台車２２０の移動方向は衝突方向のみに制限される。同様に、衝突ブロック２７０の下面の四隅にも、レール２５４と係合するランナーブロック２５８が固定されており、衝突ブロック２７０の移動方向は衝突方向のみに制限される。
　また、衝突ブロック２７０の下面と、ベース２１０の衝突前進方向側の側面とは、一対のショックアブソーバ２７２を介して連結されている。ショックアブソーバ２７２は、衝撃部材２３０が衝突ブロック２７０に衝突したときに衝突ブロック２７０に加わる衝撃荷重を吸収すると共に、衝突ブロック２７０が大きく移動しないように衝突ブロック２７０を保持する。ショックアブソーバ２７２は、例えばエアシリンダである。
　本実施形態においては、台車２２０は送りねじ機構によって駆動される。図７に示されるように、ベース２１０には、サーボモータ２６１、送りねじ２６３及びナット２６５を備えた送りねじ機構が２組設けられている。送りねじ２６３は、その両端を軸受２６４ａ、２６４ｂにて支持されており、軸周りに回転可能となっている。送りねじ２６３の衝突後退方向側の端部は、カップリング２６２を介してサーボモータ２６１の駆動軸と連結しており、サーボモータ２６１を駆動することによって、送りねじ２６３を回転させることができる。
　送りねじ２６３には、ナット２６５が取りつけられている。２つのナット２６５は共に、アーム６５に固定されている。図７に示されるように、アーム２６６は、Ｈ字形状のプレートであり、その四隅には、ランナーブロック２４６が固定されている。ランナーブロック２４６は、衝突方向に延びる２本のレール２４４に係合しており、アーム２６６の移動方向は衝突方向のみに制限されている。すなわち、ナット２６５の移動方向は衝突方向のみに制限されており、送りねじ２６３を回転させるとナット２６５及びアーム２６６は、衝突方向に移動する。
　アーム２６６は台車２２０を衝突前進方向に押し込んでこの方向に移動させることができるようになっている。以下、この構造について説明する。図９は、図７のＩ－Ｉ線図である。図９に示されるように、アーム２６６の下面にはＬ字断面のステー２６７が固定されている。ステー２６７の衝突前進方向側の側面にはプッシャブロック２６８が固定されている。また、台車２２０の下面には、係合ブロック２２１が固定されている。プッシャブロック２６８と係合ブロック２２１は、当接可能な位置に配置されている。このため、アーム２６６を衝突前進方向に移動させると、図９のようにプッシャブロック２６８と係合ブロック２２１とが当接して、アーム２６６と台車２２０とが一体となって移動する。なお、ステー２６７はリブ２６７ａによって、衝突方向に荷重が加わっても変形しないように補強されている。
　次に、本実施形態の水平衝撃試験装置２０１の制御について説明する。図１２は、本実施形態の水平衝撃試験装置２０１のブロック図である。図１２に示されるように、垂直衝撃試験装置２０１は、コントローラ２０２と、電源２０３と、サーボアンプ２０４と、入力手段２０５を有する。サーボアンプ２０４は、電源２０３から電力の供給を受けて三相の交流電流を生成し、これをサーボモータ２６１に供給する。コントローラ２０２はサーボアンプ２０４を制御して、サーボモータ２６１に供給する交流電流の振幅及び周波数を調整可能である。これにより、サーボモータ２６１の回転数、すなわち台車２２０（図８）の移動速度が制御される。なお、コントローラ２０２は、入力手段２０５を介して入力された速度パラメータに基づいて、サーボモータ２６１の回転数を制御する。
　以上の構成の水平衝撃試験装置２０１による、水平衝撃試験の手順について説明する。まず、コントローラ２０２は、サーボモータ２６１を駆動して、台車２２０を衝突ブロック２７０から十分引き離す。この時、コントローラ２０２は、サーボモータ２６１の回転数に基づいて台車２２０の移動距離を計算し、この計算結果に基づいて得られた台車２２０と衝突ブロック２７０との距離Ｌ０を記憶する。
　次に、台車２２０に供試体を載置する。そして、コントローラ２０２は、入力手段２０５を介して入力された速度パラメータに基づいてサーボモータ２６１を駆動させ、所望の速度で台車２２０を移動させる。この時、コントローラ２０２は、サーボモータ２６１の回転数に基づいて台車２２０の移動距離を計算し、この計算結果及び、記憶されている距離Ｌ０に基づいて、台車２２０と衝突ブロック２７０との距離Ｌ１を逐次演算する。そして、Ｌ１が所定の閾値を下回った（すなわち、衝撃部材２３０の衝突突起２３２が衝突ブロック２７０に近接している）ことをコントローラ２０２が検出すると、コントローラ２０２は、アーム２６６の速度を減速し、最終的には停止させる。この時、台車２２０は慣性によって移動し続けるので、アーム２６６が台車２０から離れ、台車２２０が単独で衝突ブロックに向かって移動することになる。詳細は後述するが、ランナーブロック２５６は、台車２２０及び供試体の荷重が加わった状態であっても低摩擦にレール２５４上を移動するため、アーム２６６が台車２２０から離れた後も、台車２２０はほとんど減速することなく衝撃部材２３０の衝突突起２３２を衝突ブロック２７０に衝突させる。
　以上のように、本実施形態の水平衝撃試験装置２０１においては、アーム２６６が台車２２０から離れるため、アーム２６６から余計な荷重が加わることなく、衝突時の衝撃荷重のみを供試体に加えることが可能である。
　ついで、レール２４４とランナーブロック２４６（図７）から構成されるリニアガイドの構造について説明する。なお、レール２５４とランナーブロック２５６、２５８から構成されるリニアガイドの構造は、上記リニアガイドと同一である。
　図１０は、レール２４４及びランナーブロック２４６を、レール２４４の長軸方向に垂直な一面（すなわち水平面）で切断した断面図であり、図１１は図１０のＩＩ－ＩＩ断面図である。図１０及び図１１に示されるように、ランナーブロック２４６にはレール２４４を囲むように凹部が形成されており、この凹部にはレール２４４の軸方向に延びる４本の溝２４６ａ、２４６ａ’が形成されている。この溝２４６ａ、２４６ａ’には、多数のステンレス鋼製のボール２４６ｂが収納されている。レール２４４には、ランナーブロック２４６の溝２４６ａ、２４６ａ’と対向する位置にそれぞれ溝２４４ａ、２４４ａ’が設けられており、ボール２４６ｂが溝２４６ａと溝２４４ａ、又は溝２４６ａ’と溝２４４ａ’との間に挟まれるようになっている。溝２４６ａ、２４６ａ’、２４４ａ、２４４ａ’の断面形状は円弧状であり、その曲率半径はボール２４６ｂの半径と略等しい。このため、ボール２４６ｂは、あそびのほとんど無い状態で溝２４６ａ、２４６ａ’、２４４ａ、２４４ａ’に密着する。
　ランナーブロック２４６の内部には、溝２４６ａの夫々と略平行な４本のボール退避路２４６ｃ、２４６ｃ’が設けられている。図１１に示されるように、溝２４６ａと退避路２４６ｃとは、夫々の両端でＵ字路４６ｄを介して接続されており、溝２４６ａ、溝２４４ａ、退避路２４６ｃ、及びＵ字路２４６ｄによって、ボール４６ｂを循環させるための循環路が形成される。溝２４６ａ’、溝２４４ａ’及び退避路２４６ｃ’によっても、同様の循環路が形成されている。
　このため、ランナーブロック２４６がレール２４４に対して移動すると、多数のボール２４６ｂが溝２４６ａ、２４６ａ’、２４４ａ、２４４ａ’を転がりながら循環路を循環する。このため、レール軸方向以外の方向に大荷重が加わっていたとしても、多数のボールでランナーブロックを支持可能であると共にボール２４６ｂが転がることによりレール軸方向の抵抗が小さく保たれるので、ランナーブロック２４６をレール２４４に対してスムーズに移動させることができる。なお、退避路２４６ｃ及びＵ字路２４６ｄの内径は、ボール２４６ｂの径よりやや大きくなっている。このため、退避路２４６ｃ及びＵ字路２４６ｄとボール２４６ｂとの間に発生する摩擦力はごくわずかであり、それによってボール２４６ｂの循環が妨げられることはない。
　図示されているように、溝２４６ａと２４４ａに挟まれた二列のボール２４６ｂの列は、接触角が略±４５°となる正面組合せ型のアンギュラ玉軸受を形成する。この場合の接触角とは、溝２４６ａ及び２４４ａがボール４６ｂと接触する接触点同士を結んだ線が、リニアガイドのラジアル方向（ランナーブロックからレールに向かう方向であり、図１０における下方向）に対してなす角度である。このように形成されたアンギュラ玉軸受は、逆ラジアル方向（レールからランナーブロックに向かう方向であり、図１０における上方向）及び横方向（ラジアル方向及びランナーブロックの進退方向の双方に直交する方向であり、図１０における左右方向）の荷重を支持することができる。
　同様に、溝２４６ａ’と２４４ａ’に挟まれた二列のボール２４６ｂの列は、接触角（溝２４６ａ’及び２４４ａ’がボール２４６ｂと接触する接触点同士を結んだ線が、リニアガイドの逆ラジアル方向に対してなす角度）が略±４５°となる正面組合せ型のアンギュラ玉軸受を形成する。このアンギュラ玉軸受は、ラジアル方向及び横方向の荷重を支持することができる。
　また、溝２４６ａと２４４ａの一方（図中左側）と、溝２４６ａ’と２４４ａ’の一方（図中左側）にそれぞれ挟まれた二列のボール２４６ｂの列もまた、正面組み合わせ型のアンギュラ玉軸受を形成する。同様に溝２４６ａと２４４ａの他方（図中右側）と、溝２４６ａ’と２４４ａ’の他方（図中右側）にそれぞれ挟まれた二列のボール２４６ｂの列もまた、正面組合せ型のアンギュラ玉軸受を形成する。
　このように、本実施形態においては、ラジアル方向、逆ラジアル方向、横方向のそれぞれに働く荷重に対して、多数のボール２４６ｂを有する正面組合せ型のアンギュラ玉軸受が支持することになるので、レール軸方向以外に大荷重が加わる状態であって、ランナーブロック２４６はレール２４４に沿って低摩擦且つスムーズに移動可能となっている。

Claims (16)

  1. 　衝撃ブロックと、
    　前記衝撃ブロックの上に配置されており、該衝撃ブロックを通過させるための開口が設けられており、且つ略直方体形状の包装貨物である供試体が該開口の上に載置されるようになっている可動テーブルと、
    　前記可動テーブルを前記衝撃ブロックに向けて下方に駆動して前記供試体を前記衝撃ブロックに衝突させる駆動手段と、
    　前記供試体を前記可動テーブルとの間で挟み込むことによって、該供試体の姿勢を保持する姿勢保持手段と、
    　前記可動テーブルを降下させて前記供試体が前記衝撃ブロックに衝突する直前に、前記姿勢保持手段を前記供試体から退避させるよう前記姿勢保持手段を制御する制御手段と、
    　を有する、垂直衝撃試験装置。
  2. 　前記駆動手段が、サーボモータ及び送りねじ機構によって前記可動テーブルを駆動することを特徴とする請求項１に記載の垂直衝撃試験装置。
  3. 　前記サーボモータ側に設けられた駆動プーリと、前記送りねじ側に設けられた従動プーリと、該駆動及び従動プーリに掛け渡された無端ベルトを備えたベルト－プーリ機構によって、該サーボモータの駆動軸と該送りねじとが連結されていることを特徴とする請求項２に記載の垂直衝撃試験装置。
  4. 　前記従動プーリの径は前記駆動プーリの径の３～１０倍であることを特徴とする請求項３に記載の垂直衝撃試験装置。
  5. 　前記姿勢保持手段が前記供試体と当接する押圧ブロックと、前記押圧ブロックを前記供試体に対して離接させるよう駆動する押圧ブロック駆動手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の垂直衝撃試験装置。
  6. 　前記押圧ブロック駆動手段がエアシリンダユニットを有することを特徴とする請求項５に記載の垂直衝撃試験装置。
  7. 　前記押圧ブロックの下部には、前記供試体の１面と当接可能な第１当接面と、該供試体の稜を構成する２面と当接可能な第２当接面と、該供試体の角を構成する３面と当接可能な第３当接面とが形成されていることを特徴とする請求項５に記載の垂直衝撃試験装置。
  8. 　前記可動テーブルと前記駆動手段との間に、前記可動テーブルに加わる荷重を計測するための荷重センサが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の垂直衝撃試験装置。
  9. 　ベースと、
    　その上に供試体が取りつけられると共に、水平面上の所定方向に沿ってベース上で移動可能な台車と、
    　前記所定方向に沿って前記ベース上で移動可能であると共に前記台車と当接可能なアームと、
    　前記所定方向に前記アームを駆動する駆動手段と、
    　前記駆動手段が前記アームを駆動する速度を制御する制御手段と、
    　前記所定方向に直交するよう前記台車上に固定されている衝撃板と、
    　前記所定方向に駆動された台車上の衝撃板と衝突するように前記ベース上に取りつけられている衝突部材と、
    　を有し、
    　前記アームが駆動されると該アームが前記台車と当接して該台車が所定方向に駆動されるようになっており、
    　前記衝撃板が前記衝突部材に衝突する直前に前記アームを駆動する速度を前記制御手段が低下させることによって、前記台車は該アームから離れて慣性にて該衝突部材に向かって移動する
    　ことを特徴とする水平衝撃試験装置。
  10. 　前記駆動手段が、
    　前記ベースに固定されているサーボモータと、
    　前記サーボモータの駆動軸と連結されている送りねじと、
    　前記送りねじと係合すると共に前記アームと連結されているナットと、
    　前記ナットの移動方向を前記所定方向に制限するリニアガイドと、
    　を有することを特徴とする請求項９に記載の水平衝撃試験装置。
  11. 　前記リニアガイドが、
    　前記ベースに固定された前記所定方向に延びる少なくとも１本のレールと、
    　前記アームに固定され前記レールに係合する少なくとも１つのランナーブロックと、
    　を有することを特徴とする請求項１０に記載の水平衝撃試験装置。
  12. 　前記レールは、前記水平面において前記所定方向に直交する幅方向に少なくとも２本並べて配置されており、
    　前記ランナーブロックは、前記レール１本につき少なくとも１つずつ前記アームに固定されている
    　ことを特徴とする請求項１１に記載の水平衝撃試験装置。
  13. 　前記ランナーブロックは、前記レール１本につき少なくとも２つずつ前記アームに固定されていることを特徴とする請求項１２に記載の水平衝撃試験装置。
  14. 　前記ランナーブロックが、
    　　前記レールを囲む凹部と、
    　　前記凹部において、前記ランナーブロックの移動方向に沿って形成された溝と、
    　　前記ランナーブロックの内部に形成され、前記溝と閉回路を形成するように前記溝の前記移動方向両端と繋がっている退避路と、
    　　前記閉回路を循環するとともに、前記溝に位置するときは前記レールと当接するようになっている複数のボールと、
    　を有することを特徴とする請求項１１に記載の水平衝撃試験装置。
  15. 　前記ランナーブロックには前記閉回路が４つ形成されており、
    　前記４つの閉回路のうち２つの閉回路の溝の夫々に配置されたボールは前記リニアガイドのラジアル方向に対して略±４５度の接触角を有し、他の２つの閉回路の溝の夫々に配置されたボールは前記リニアガイドの逆ラジアル方向に対して略±４５度の接触角を有することを特徴とする請求項１４に記載の水平衝撃試験装置。
  16. 　前記衝突部材が、前記ベース上を前記所定方向に移動可能となっており、且つ衝撃吸収機構を介して前記ベースに保持されていることを特徴とする請求項９に記載の水平衝撃試験装置。
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