(57)【要約】【課題】自動車部品等を構成する接合体等に衝撃エネルギーが負荷された際の変形量を、高精度に、且つ簡易なレーザ変位センサを用いて計測することができる衝撃試験装置を提供することを課題とする。  【解決手段】発射管２内の打撃体３を、衝撃ブロックに６向けて、発射管２の基端に設けられた発射装置４から噴出された高圧空気により発射させることで、打撃体３を衝撃ブロック６に衝突させて衝撃試験を実施する衝撃試験装置１であって、衝撃ブロック６の上面に垂直体５０を立設すると共に、発射管２の直上にレーザ変位センサ５２を配置し、レーザ変位センサ５２により垂直体５０の変位を計測する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の発射管内に収容された打撃体を、前記発射管の先端側に位置する衝撃ブロックに向けて、前記発射管の基端側に設けられた発射装置から噴出された高圧空気により発射させることで、前記打撃体を前記衝撃ブロックに衝突させることにより衝撃試験を実施する衝撃試験装置であって、
前記衝撃ブロックの上面に垂直体を立設すると共に、前記発射管の直上に前記垂直体と対峙した状態でレーザ変位センサを配置し、前記レーザ変位センサにより測定対象物である垂直体の位置の変化を計測することを特徴とする衝撃試験装置。
【請求項２】
前記垂直体は薄板状であって、その板面方向に前記衝撃ブロックが移動することを特徴とする請求項１記載の衝撃試験装置。
【請求項３】
前記垂直体の、前記衝撃ブロックが移動する方向側に形成された上縁部は、傾斜した上縁部であることを特徴とする請求項２記載の衝撃試験装置。
【請求項４】
前記垂直体の上縁部は、楔状に形成されていることを特徴とする請求項３記載の衝撃試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車をはじめとする輸送車両に用いられる構造部材のうち高い衝突安全性能が要求される部品に用いられる接合体等に、衝撃荷重が負荷されたときの強度を測定し、安全性を評価するために用いられる衝撃試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から自動車をはじめとする輸送車両の設計に際しては、衝突安全性能を確保することが非常に重要な要件の一つとなっている。一方で、近年、炭酸ガス等の地球温暖化ガスの排出抑制のため、エンジン等の燃費改善技術に加えて、車体の軽量化が急務の課題となっている。そのため、車体を鋼板からアルミニウム板などへ材料置換する技術や、高強度鋼板開発および素材適用技術の開発が重要視されてきている。しかしながら、これら新たに開発された技術を適用した自動車等の車体は、従来の鋼板を用いて作製した車体とは、必ずしも衝突安全性能は同一ではないため、衝突安全性能を確保するために、改めて衝突エネルギー吸収部材等の衝撃試験を実施する必要がある。
【０００３】
また、自動車等の衝突においては、衝撃エネルギー吸収部材は大きく変形し、その衝突時の衝撃は部分的には歪み速度で１０３ｓ−１以上にも達する。しかしながら、従来から衝撃試験に用いられている衝撃試験装置は、材料の高速変形特性を、一台だけで試験、評価することができるものではなく、衝撃試験は、技術的なハードルが高い試験評価技術の一つとなっていた。
【０００４】
従って、安定した信頼性の高い計測技術を兼ね備え、且つ種々の変形速度での強度データベースを構築することができれば、ＦＥＭによる衝突シミュレーションにおける変形速度を考慮した解析評価を高精度に行えるだけでなく、車両或いは部材設計における衝突性能を大きく向上させることができると期待することができる。
【０００５】
従来から一般的に衝撃試験装置としては、シャルピー衝撃試験装置やアイゾット衝撃試験装置が標準的な試験装置として知られている。しかしながら、これらの試験装置は、材料の破断に要した衝撃エネルギーを基に評価する試験装置であって、インパクトの速度を変化させることはできても、衝撃力が負荷された際の応力と変形量（歪み）の関係までを評価することはできない。
【０００６】
また、材料の動的・衝撃強度特性を評価することができる衝撃試験装置としては、スプリット・ホプキンソン棒法衝撃試験装置が知られている。このスプリット・ホプキンソン棒法衝撃試験装置を用いた試験では、入力棒と出力棒といった２本の応力棒の間に試験片を挿入し、その入力棒の一端に、圧縮空気などを駆動力として打撃棒を高速で衝突させて、応力棒に貼り付けた歪みゲージ出力から、一次元波動伝播理論によって、高歪み速度領域における応力と変形量（歪み）の関係を評価することができる。
【０００７】
しかしながら、このスプリット・ホプキンソン棒法衝撃試験装置を用いた試験では、打撃棒の入力速度が大きいほど衝撃弾性波挙動を長時間計測することができるが、試験片を高延性材料で形成した場合は、その試験片が破断するまでの応力と変形量（歪み）の関係を求めることは非常に困難である。すなわち、この試験装置を用いた試験では、試験評価が可能な速度域は限定されており、歪み速度が１０３ｓ−１程度の弾性域から甦生域に入った変形１０％程度までの評価が行えるに過ぎない。また、応力棒の一軸性が要求されるため、試験毎の精度管理が非常に困難であるという欠点もある。
【０００８】
一方で、高延性材料までを含む材料の破断までの動的・衝撃強度特性を測定、評価することができる衝撃試験装置としては、例えば、特許文献１に示すようなワンバー法と呼ばれる衝撃試験装置が知られている。この衝撃試験装置を用いた試験では、１本の応力棒に試験片を治具固定し、その治具を介して試験片をインパクトブロック（衝撃ブロック）に取り付けて試験を行う。詳しくは、インパクトブロックの端面にガイドレールに沿って加速されたハンマーを衝突させることにより、試験片を引っ張り、その際の応力を応力棒に貼り付けた歪みゲージ出力から検出して、高速度域における応力と変形量（歪み）の関係を測定、評価する試験法である。
【０００９】
これら衝撃試験装置で、一般的に試験片の歪み計測に用いられているのは、非常に高価な非接触式光学変位計である。この非接触式光学変位計で試験片の歪み計測を行う場合は、例えば、インパクトブロック（衝撃ブロック）等の側面に、白黒マーカと呼ばれる検知シールを貼り付け、非接触式光学変位計でその白黒マーカの境界線の変位量を計測することで、試験片の歪み計測を実施していた。しかしながら、この非接触式光学変位計を用いた計測では、白黒マーカの境界線を判別するために極めて微小なピント調整を行うことが必要で、また、周囲の光量の影響を受けた場合は計測が困難になることもあった。更には、高速度域における応力と変形量（歪み）の関係を測定、評価することは非常に困難であった。
【００１０】
また、本発明者らは、自動車等の衝突時の衝撃強度を精度良く、且つ簡便に計測することができる衝撃試験装置として、特許文献２に示す発明を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−４０３２号公報
【特許文献２】特開２００７−２１２４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記従来の問題を解決せんとしてなされたもので、自動車部品等を構成する接合体等に衝撃エネルギーが負荷された際の変形量を、高精度に、且つ簡易なレーザ変位センサを用いて計測することができる衝撃試験装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１記載の発明は、筒状の発射管内に収容された打撃体を、前記発射管の先端側に位置する衝撃ブロックに向けて、前記発射管の基端側に設けられた発射装置から噴出された高圧空気により発射させることで、前記打撃体を前記衝撃ブロックに衝突させることにより衝撃試験を実施する衝撃試験装置であって、前記衝撃ブロックの上面に垂直体を立設すると共に、前記発射管の直上に前記垂直体と対峙した状態でレーザ変位センサを配置し、前記レーザ変位センサにより測定対象物である垂直体の位置の変化を計測することを特徴とする衝撃試験装置である。
【００１４】
請求項２記載の発明は、前記垂直体は薄板状であって、その板面方向に前記衝撃ブロックが移動することを特徴とする請求項１記載の衝撃試験装置である。
【００１５】
請求項３記載の発明は、前記垂直体の、前記衝撃ブロックが移動する方向側に形成された上縁部は、傾斜した上縁部であることを特徴とする請求項２記載の衝撃試験装置である。
【００１６】
請求項４記載の発明は、前記垂直体の上縁部は、楔状に形成されていることを特徴とする請求項３記載の衝撃試験装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の請求項１記載の衝撃試験装置によると、自動車部品等を構成する接合体等に衝撃エネルギーが負荷された際の変形量を、高精度に、且つ簡易なレーザ変位センサを用いて容易に計測することができる。また、微小なピント調整等の煩雑且つ手間な作業も必要とせず、更には、周囲の光量の影響を受けて計測が困難になるということもない。
【００１８】
本発明の請求項２記載の衝撃試験装置によると、垂直体が移動する際に受ける空気抵抗の影響を極力小さくすることができ、垂直体が移動する際に受ける空気抵抗が衝撃試験に悪影響を及ぼすことがない。
【００１９】
本発明の請求項３記載の衝撃試験装置によると、垂直体が移動する際に受ける空気抵抗の影響をより小さくすることができる。
【００２０】
本発明の請求項４記載の衝撃試験装置によると、垂直体が移動する際に受ける空気抵抗の影響を更に小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態を示すもので、打撃体が待機位置にある状態を示す衝撃試験装置の一部欠切側面図である。
【図２】同実施形態を示すもので、打撃体が衝撃ブロックに衝突した状態を示す衝撃試験装置の一部欠切側面図である。
【図３】同実施形態および比較例の衝撃試験装置の要部を併せて示し、（ａ）は打撃体が発射され衝撃ブロックに衝突する直前の状態を示す縦断面図であり、（ｂ）は打撃体が衝撃ブロックに衝突して試験体を破壊した状態を示す縦断面図である。
【図４】同実施形態の、衝撃ブロックの上面に垂直体が立設した状態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。
【図５】本発明の異なる実施形態の、衝撃ブロックの上面に垂直体が立設した状態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。
【図６】本発明の更に異なる実施形態の、衝撃ブロックの上面に垂直体が立設した状態を示す正面図である。
【図７】本発明の一実施形態を示すもので、内層側シリンダー空間に高圧空気を供給した状態を示す発射装置の縦断面図である。
【図８】同実施形態を示すもので、外層側シリンダー空間に高圧空気を供給した状態を示す発射装置の縦断面図である。
【図９】同実施形態を示すもので、内層側シリンダー空間から高圧空気を排気して噴出口から外層側シリンダー空間の高圧空気を噴出した状態を示す発射装置の縦断面図である。
【図１０】同実施形態の試験に用いる試験体を示す平面図である。
【図１１】同実施形態の試験に用いる試験体を示す側面図である。
【図１２】同実施形態の試験に用いる試験体を示す正面図である。
【図１３】同実施形態の試験に用いる試験体をせん断モード試験用の連結部材を用いて連結した状態を示す側面図である。
【図１４】同実施形態の試験に用いる試験体を剥離モード試験用の連結部材を用いて連結した状態を示す側面図である。
【図１５】同実施形態の試験に用いる試験体をせん断−剥離混合モード試験用の連結部材を用いて連結した状態を示す側面図である。
【図１６】同実施形態の衝撃試験装置を用いて衝撃試験を実施している状態を示し、（ａ）は打撃体が発射され衝撃ブロックに衝突する直前の状態を示す要部縦断面図、（ｂ）は打撃体が衝撃ブロックに衝突した状態を示す要部縦断面図、（ｃ）は打撃体が衝撃ブロックに衝突し、試験体を破壊した状態を示す要部縦断面図である。
【図１７】実施例で得られた試験結果を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて更に詳細に説明する。
【００２３】
図１および図２は本発明の一実施形態の衝撃試験装置を示し、図１は打撃体が発射前の待機位置にある状態を、図２は発射した打撃体が衝撃ブロックに衝突した状態を夫々示す。尚、図２は後述する計測系の図示を省略している。
【００２４】
また、図３は本発明の一実施形態の衝撃試験装置の要部を示し、図３（ａ）は打撃体が発射され衝撃ブロックに衝突する直前の状態を、図３（ｂ）は打撃体が衝撃ブロックに衝突して試験体を破壊した状態を夫々示す。尚、図３には一部従来技術に係る構成も併せて図示している。詳しくは実施例の欄で説明する。
【００２５】
図１および図２において、１は本発明の衝撃試験装置を示し、その衝撃試験装置１は架台１１に支持され、内部に打撃体３を収容する円筒状の発射管２と、その発射管２の基端（後端）側に接続して設けられた発射装置４と、発射管２の先端（前端）側に位置する衝撃ブロック６を基に構成されている。
【００２６】
まず、発射管２内部の詳細構成と、本発明の要点でもある衝撃ブロック６の詳細構成、並びにそれらの関係等について説明する。
【００２７】
円筒状の発射管２の内部には、先に説明したように、打撃体３が収容されている。この打撃体３は略円筒形状で空洞部３ａを有しており、発射管２との間の摺動抵抗を低減するために、その前後の部位のみが他の部位と比較して大径となっている。このように、打撃体３の外周面のうち、発射管２の内周面に接触する部位を、この大径となった前後部等、打撃体３の外周面の一部だけとすることが、発射管２との間の摺動抵抗を低減することができることで好ましい。尚、この打撃体３は単なる円筒形状で、摺動抵抗が考慮されていないものであっても構わない。
【００２８】
この打撃体３の内側の空洞部３ａには、発射管２の内部にその発射管２と同心状に内蔵された円筒状のガイド５が極僅かな隙間を介して挿通している。このガイド５の長さは、発射管２の長さと略同じ長さである。打撃体３はその内周面がガイド５の外周面に極僅かな隙間を介して略接触するようにして設けられており、そのガイド５に沿って前方、すなわち、発射管２の基端側から先端側に向けて発射される。
【００２９】
ガイド５の内部には、出力棒７が設けられている。この出力棒７の形状は円柱状であり、その長さは、発射管２およびガイド５の長さと略同じ長さである。この出力棒７の外径はガイド５の内径より小さく、図１２に示すように、その先端側含む複数の位置で、スペーサーの役割をなす複数個のリング状支持部材１８により支持されており、発射管２並びにガイド５と同心状に配置されている。また、この出力棒７の先端側には、歪みゲージ８が貼着されている。
【００３０】
この出力棒７の先端と衝撃ブロック６の間には、図１３〜１５に示す連結部材４３〜４５を介して試験体１０が設けられる。その構成については後ほど詳細に説明する。
【００３１】
衝撃ブロック６は、架台１１上に設けられたフリーローラ９の上に配置されており円柱状である。この衝撃ブロック６は、図２に示すように、発射された打撃体３がその後面に衝突すると、フリーローラ９上を、前方（先端側）に移動しようとし、連結部材４３〜４５を介して試験体１０に高速で引張荷重を負荷する。
【００３２】
この衝撃ブロック６の上面には、図３に示すように、垂直体５０が立設されている。垂直体５０は薄板状であって、その板面方向に衝撃ブロック６は移動する。垂直体５０の形状を薄板状とすることにより、衝撃ブロック６の移動に伴い、垂直体５０が移動する際に受ける空気抵抗の影響を小さくすることができる。
【００３３】
図４および図５に、この垂直体５０の代表的な形状を示す。図４に示す垂直体５０は、側面視が直角三角形状の薄板であって、その垂直縁部５０ｂが衝撃ブロック６の後面と面一となるようにして垂直体５０は立設されている。また、衝撃ブロック６が移動する方向側の上縁部５０ａは、下方に向かうほど衝撃ブロック６が移動する側になるようにして傾斜している。
【００３４】
尚、垂直体５０の垂直縁部５０ｂは、必ずしも衝撃ブロック６の後面と面一となるようにしては立設されていなくても良い。また、垂直体５０の上縁部５０ａの傾斜は、必ずしも図４に示すような直線状でなくても良く、例えば、円弧状等の曲線状であっても良い。垂直体５０の形状を以上に説明したような形状とすることで、垂直体５０が移動する際に受ける空気抵抗の影響をより小さくすることができる。
【００３５】
この垂直体５０の衝撃ブロック６の上面への取り付けは、接着剤や溶接等によるが、図４（ｃ）に示すように、衝撃ブロック６の上面に取付溝５１を形成し、その取付溝５１に垂直体５０の下縁を嵌込するようにして取り付ければ、より安定した状態で垂直体５０を取り付けることができる。更には、取付溝５１を、図６に示すような、所謂あり溝とすれば、垂直体５０の下縁に隆起部を形成することや、接着を併用する場合は、あり溝の両脇を接着剤溜りとすること等でより安定した状態で垂直体５０を取り付けることができる。
【００３６】
また、図５に示す垂直体５０は、図４に示す垂直体５０と同様に、側面視が直角三角形状の薄板であるが、その上縁部５０ａは楔状に形成されている。尚、図５に示す垂直体５０は、上縁部５０ａを含む全体形状が楔状であるが、上縁部５０ａのみが楔状に形成されていても良い。垂直体５０の上縁部５０ａを楔状に形成することで、垂直体５０が移動する際に受ける空気抵抗の影響を更に小さくすることができる。
【００３７】
尚、垂直体５０は必ずしも以上に説明したような形状でなくても良く、例えば、側面視が四角形や半円形の薄板でも良く、また、薄板状でなく棒状等であっても構わない。
【００３８】
この垂直体５０と対峙した状態で、図３に示すように、発射管２の直上にはレーザ変位センサ５２が配置されている。このレーザ変位センサ５２から投光されたレーザ光５３を、測定対象物である垂直体５０の端面（垂直縁部５０ｂ）に照射し、反射されたレーザ光５３を受光することで、衝撃ブロック６の上面に立設された垂直体５０の変位量を、その動きに合わせて極僅かな時間置きに高精度に計測することができる。この垂直体５０の変位量は試験体１０の変位量と同一である。このレーザ変位センサ５２によって、時間毎の細かな変位量データを得ることができる。
【００３９】
また、打撃体３が衝撃ブロック６に衝突することにより発生する試験体１０への引張荷重は、試験体１０を連結した連結部材４３〜４５によって、出力棒７に一次元縦弾性波（歪み波）として伝播する。この歪みの時刻暦変化を、出力棒７に貼着された歪みゲージ８で検出し、図１に示すように、ホィートストンブリッジ回路１２、歪みアンプ１３を介してデジタルスコープ１４へ送信し、且つ記録する。この縦弾性波（歪み波）の時刻暦デジタルデータをパソコン（図示しない）へ転送し、校正係数を乗じることで、試験体１０に作用した衝撃荷重を求めることができる。
【００４０】
尚、出力棒７は、試験体１０に作用する衝撃荷重による歪み範囲が弾性範囲内以上である直径、或いは強度（弾性範囲）を有する材料で形成されている。また、この出力棒７は、試験体１０の破壊に要する時間より、出力棒７の中を伝播する縦弾性波（歪み波）が、出力棒７の基端で反射して出力棒７の先端側の歪みゲージ８の位置まで戻ってくるまでの時間より長くなるだけの十分な長さを有する金属棒で形成されていることが望ましい。
【００４１】
また、出力棒７の歪みゲージ８は、出力棒７の先端からその出力棒７の直径の３倍以上離れた位置に貼着されていることが望ましい。連結部材４３〜４５が連結された出力棒７の先端部付近に歪みゲージ８が貼着されている場合は、断面内の歪み分布が一様でない可能性がある。経験的な理論ではあるが、サンブナンの理論から歪みゲージ８は、出力棒７の先端からその出力棒７の直径の３倍以上離れた位置に貼着されることが望ましい。
【００４２】
更には、この歪みゲージ８によって、試験体１０に作用する衝撃力を、出力棒７の中を伝播する一次元弾性波動による歪みとして検出し、予め求めておいた歪みと荷重との静的な関係を示す校正係数を歪み検出値に乗じることによって、衝撃荷重の時刻暦変化を測定できるように構成することが望ましい。
【００４３】
このように構成することで、打撃体３の衝突によって発生する反射波の影響が及ばない範囲で、試験体１０を破壊することができる。衝撃引張荷重波形は、試験体１０の接合部が破断することによって急激に減少することから、それまでに生じた最大荷重が、試験体１０の接合部の衝撃強度として得られる。
【００４４】
また、図１に示すように、発射管２の先端部付近には、一定の間隔を開けて光電管１５ａ、１５ｂが取り付けられており、発射された打撃体３が夫々の光電管１５ａ、１５ｂの前を通過する時刻を検知することができるように構成されている。この検知された時刻信号が、アンプ１６を介してデジタルオシロスコープ１７に送信、記録される。
【００４５】
この光電管１５ａ、１５ｂの間隔と検知された通過時刻から、打撃体３の衝撃初速度Ｖを求めることができる。詳しく説明すると、この求められた初速度Ｖと打撃体３の質量ｍから、Ｅ＝１／２ｍＶ２という式を用いて、試験体１０に負荷される衝撃エネルギーＥを求めることができる。
【００４６】
次に、発射装置４の構成を、図７〜９に基づいて詳細に説明する。
【００４７】
発射装置４は、その外表面を形成する円筒状の筒状体２０と、その筒状体２０の前後両端面を被覆する蓋板２４ａ、２４ｂと、その筒状体２０の内側に筒状体２０と同心状に設けられた筒状体２０より小径の円筒状の筒状隔壁２５と、その筒状隔壁２５の内側に進退自在に設けられた円筒状のピストン２９とから構成されている。
【００４８】
ピストン２９の外周面と、筒状隔壁２５の内周面は、気密に接触しており、その少なくとも一方が弾性材で形成されていることが好ましい。また、ピストン２９の前方側は円盤状のピストンヘッド２９ａとなっており、このピストンヘッド２９ａの前面と、前側の蓋板２４ａの内面（後面）も、ピストン２９が前進した際に、気密に接触するよう少なくとも一方が弾性材で形成されていることが好ましい。
【００４９】
発射装置４の内部には、筒状体２０と筒状隔壁２５で、二層の空間が形成されており、筒状隔壁２０で仕切られた外側に形成された筒状体２０との間の空間が外層側シリンダー空間２６、筒状隔壁２０の内側が内層側シリンダー空間２７となっている。
【００５０】
筒状隔壁２５の前側の蓋板２４ａ寄りには、外層側シリンダー空間２６と内層側シリンダー空間２７を連通する連通孔２５が形成されており、ピストン２９が後退した状態では、この連通孔２５が開放した状態となるが、ピストン２９が前進した状態では、この連通孔２５はピストン２９の外周面で被覆され閉塞した状態となる。
【００５１】
また、前側の蓋板２４ａには、後で説明する高圧空気の噴出口２１が複数形成されており、先に説明した筒状隔壁２５の連通孔２５と同様に、ピストン２９が後退した状態では、この噴出口２１は開放した状態となるが、ピストン２９が前進した状態では、この噴出口２１はピストンヘッド２９ａの前面で被覆され閉塞した状態となる。
【００５２】
図７〜９に示す２３は、外層側シリンダー空間２６に高圧空気を供給する給気管である。また、２８は、内層側シリンダー空間２７の内部に高圧空気を供給する給気管であり、３０は、内層側シリンダー空間２７から供給された高圧空気を瞬時に排気する排気管である。これら給気管２３、２８、および排気管３０には切替弁が設けられている。
【００５３】
続いて、この発射装置４の動作状態について説明する。
【００５４】
打撃体３の発射にあたっては、まず、図７に示すように、給気管２８から内層側シリンダー空間２７の内部に高圧空気を供給する。高圧空気を供給すると、ピストン２９は筒状隔壁２５で囲まれた内層側シリンダー空間２７内を前進し、ピストンヘッド２９ａの前面が前側の蓋板２４ａの内面に圧接した状態で停止する。このとき、前側の蓋板２４ａに形成された噴出口２１は、ピストンヘッド２９ａの前面で被覆され閉塞した状態となる。
【００５５】
続いて、図８に示すように、給気管２３から外層側シリンダー空間２６の内部に高圧空気を供給する。外層側シリンダー空間２６と内層側シリンダー空間２７に、共に高圧空気が充填された状態で、図９に示すように、内層側シリンダー空間２７側の高圧空気を瞬時に排気することで、外層側シリンダー空間２６内の高圧空気は、噴出口２１から噴出され、発射管２内の待機位置にある打撃体３を、衝撃ブロック６に向けて発射する。
【００５６】
より詳しく説明すると、外層側シリンダー空間２６と内層側シリンダー空間２７に、共に高圧空気が充填された状態で、排気管３０の切替弁を開放すると、内層側シリンダー空間２６内の高圧空気は、排気管３０から瞬時に排気され、内層側シリンダー空間２７内のピストン２９は後退する。ピストン２９の後退により、連通孔２５並びに噴出口２１は開放するので、外層側シリンダー空間２６内の高圧空気は、連通孔２５を通って噴出口２１から勢いよく噴出し、打撃体３の背面に衝撃力を負荷する。この衝撃力が負荷された打撃体３は瞬時に加速され、衝撃ブロック６に向けて発射される。
【００５７】
以上説明したように、この発射装置４は、外層側シリンダー空間２６と内層側シリンダー空間２７とよりなる二層構造とすることにより、高圧空気噴出機構２２を構成している。
【００５８】
次に、本発明の衝撃試験装置１で用いる試験体１０並びに連結部材４３〜４５の構成について、詳細に説明する。尚、試験体１０並びに連結部材４３〜４５の大きさ（縦横の幅）は、打撃体３の空洞部３ａの径より小さい必要があり、試験体１０並びに連結部材４３〜４５をこのような大きさとすることで、打撃体３は、試験体１０並びに連結部材４３〜４５の周囲を通過して衝撃ブロック６に衝突することができる。
【００５９】
この試験体１０は、図１０〜１２に示すように、ニ体の溝形材４０ａ、４０ｂのウエブ（接合面）を背中合わせとし、スポット溶接４１で接合することにより構成されている。また、夫々の溝形材４０ａ、４０ｂの片側或いは両側のフランジには連結孔４２ａ、４２ｂが形成されており、図１３〜１５に示すように、これら連結孔４２ａ、４２ｂを介して、ピンやボルト（図示せず）で両側の連結部材４３〜４５と連結される。この両側の連結部材４３〜４５は、夫々出力棒７の先端と、衝撃ブロック６に連結される。
【００６０】
連結部材４３〜４５としては、図１３に示す試験体１０のせん断モード試験用の連結部材４３、図１４に示す試験体１０の剥離モード試験用の連結部材４４、図１５に示す試験体１０のせん断−剥離混合モード試験用の連結部材４５等、複数種の連結部材がある。
【００６１】
図１３に示す試験体１０のせん断モード試験用の連結部材４３を用いて試験体１０を連結した試験では、衝撃ブロック６に打撃体３が衝突すると、矢印方向に作用する引張荷重が作用し、試験体１０の接合面にはせん断方向の引張力が働き、結果として試験体１０のスポット溶接４１された部位にせん断力が作用する。
【００６２】
図１４に示す試験体１０の剥離モード試験用の連結部材４４を用いて試験体１０を連結した試験では、衝撃ブロック６に打撃体３が衝突すると、矢印方向に作用する引張荷重が作用し、試験体１０の接合面には直交する方向の引張力が働き、結果として試験体１０のスポット溶接４１を引き剥がそうとする剥離力が作用する。
【００６３】
図１５に示す試験体１０のせん断−剥離混合モード試験用の連結部材４５を用いて試験体１０を連結した試験では、衝撃ブロック６に打撃体３が衝突すると、矢印方向に作用する引張荷重が作用し、試験体１０の接合面には前記引張荷重に傾斜した角度の引張力が働き、結果として試験体１０のスポット溶接４１された部位には、せん断力と剥離力が同時に負荷されるせん断−剥離混合力が作用する。
【００６４】
以上に示したような複数種の連結部材４３〜４５を用いて衝撃試験を行うことで、試験体１０に高速で引張応力を負荷させて、せん断モードや剥離モード等任意の負荷モードにおける試験体１０の衝撃接合強度を測定できるので、剥離力とせん断力が複合された様々な条件の荷重下での接合体（試験体１０）の強度特性を評価することが可能となる。
【００６５】
次に、本発明の衝撃試験装置１を用い、試験体１０を連結部材４４で夫々出力棒７の先端と衝撃ブロック６に連結して、衝撃試験を実施した際の状況を、図１６（ａ）〜（ｃ）に基づき説明する。
【００６６】
図１６（ａ）は、打撃体３が発射され衝撃ブロック６に衝突する直前の状態を示す。この状態から打撃体３は更に前方に進み、図１６（ｂ）に示すように、衝撃ブロック６に衝突するが、打撃体３には、試験体１０並びに連結部材４４の大きさより大きな径の空洞部３ａが形成されているため、打撃体３は、試験体１０並びに連結部材４４の周囲を通過し、衝撃ブロック６に確実に衝突する。
【００６７】
打撃体３が衝突した衝撃ブロック６は、図２に示すように、フリーローラ９上を前方（先端側）に移動しようとし、連結部材４４に高速の引張荷重が付与され、また、試験体１０には高速で剥離力が作用する。その際、出力棒７に貼着された歪みゲージ８によって、引張荷重により出力棒７に作用した高速歪みを検出することができる。更に、衝撃ブロック６に衝突した打撃体３は、慣性により衝撃ブロック６を前方（先端側）に移動させるので、図１６（ｃ）に示すように、試験体１０は破壊に至る。
【実施例】
【００６８】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適宜変更を加えて実施することも可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００６９】
本実施例では、図３に示す衝撃試験装置を用いて衝撃試験を実施し、試験体１０の変位量を、下記する発明例と比較例の２種の方法で同時に計測し、その発明例と比較例により求められた変位量を比較対照した。尚、試験体１０としては、一般に歪み速度依存性がないと考えられている７０７５−Ｔ６アルミニウム合金を用いて試験を実施した。
【００７０】
発明例では、衝撃ブロック６の上面に側面視が直角三角形状の薄板でなる垂直体５０を立設すると共に、発射管２の直上に垂直体５０と対峙した状態でレーザ変位センサ５２（キーエンス製、ＬＫ−Ｇ１５５＠５０ｋＨｚ）を配置し、そのレーザ変位センサ５２により測定対象物である垂直体５０の端面（垂直縁）の位置の変化（変位量）Δδ１（図３に示す）を計測した。
【００７１】
一方、比較例では、試験体１０の両側に位置する連結部材４４の側面に黄色と黒のマーカ（検知シール）５３を貼り付けると共に、側方からそのマーカ５３の変位を高速度カメラ（フォトロン製、ＦＡＳＴＣＡＭ−ＭＡＸ）を用いて１０ｋＨｚ相当で撮影し、対称形状追跡機能を有する動体解析ソフト（フォトロン製、ＴＥＭＡ：Ｔｒａｃｋ  Ｅｙｅ  Ｍｏｔｉｏｎ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）によって、図３に示す変位量Δδ２を計測した。
【００７２】
図１７に、打撃体３を約３０ｍ／ｓの速度で発射させ、衝撃ブロック６に衝突させたときの、発明例と比較例により夫々計測した変位量Δδ１、Δδ２と時間との関係（時刻暦応答）を示す。
【００７３】
発明例と比較例により計測された結果（データ）を比較対照すると、発明例のデータは比較例のデータの２０倍以上であり（図１７では点の数が多すぎるため太線のように表示されている。）、発明例は比較例と比べると非常に高精度に計測できていることが分かる。また、発明例のグラフと比較例のグラフを比較すると、発明例のグラフにはガタツキが殆どなく、衝撃ブロックの上面に垂直体を立設したに関わらず、衝撃ブロックは、空気抵抗の影響を受けることなく一軸性を保持したまま偏心せずに移動していることが分かる。
【符号の説明】
【００７４】
１…衝撃試験装置
２…発射管
３…打撃体
４…発射装置
６…衝撃ブロック
５０…垂直体
５０ａ…上縁部
５２…レーザ変位センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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