(57)【要約】【課題】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衝撃試験装置を提供する。【解決手段】衝撃試験装置が、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。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項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、衝撃試験装置。
【請求項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に記載の衝撃試験装置。
【請求項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に記載の衝撃試験装置。
【請求項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に記載の衝撃試験装置。
【請求項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から４のいずれかに記載の衝撃試験装置。
【請求項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に記載の衝撃試験装置。
【請求項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又は６に記載の衝撃試験装置。
【請求項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から７のいずれかに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、自然落下させた時と同等の衝撃を包装貨物に加える衝撃試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、非特許文献１及び２に規定されている落下試験が行われる。
【非特許文献１】ＪＩＳ  Ｚ  ０２００：１９９９「包装貨物−評価試験方法通則」
【非特許文献２】ＪＩＳ  Ｚ  ０２０２：１９９４「包装貨物−落下試験方法」
【０００３】
非特許文献２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、落下試験装置の代わりに、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衝撃試験装置を使用してもよい。
【０００４】
また、非特許文献１及び２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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような落下試験装置や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。
【０００６】
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。
【０００７】
一方、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、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、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。
【０００８】
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衝撃試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明の衝撃試験装置は、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。
【発明の効果】
【００１０】
このように、本発明の衝撃試験装置は、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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、夫々本実施形態の衝撃試験装置１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の二点鎖線Ａ及びＢに対応する断面図である。
【００１２】
本実施形態の衝撃試験装置１は、包装貨物である供試体Ｓを衝撃ブロック２１の上面２１ａに衝突させるための試験装置である。本実施形態の衝撃試験装置１は、可動テーブル１１の上に供試体Ｓを載せ、次いで可動テーブル１１を任意の速度で降下させ、衝撃ブロック２１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。
【００１３】
図１〜３に示されるように、可動テーブル１１の底１１ａは、アルニウム製の複数のはりを＃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１１ｂが設けられている。また、衝撃ブロック２１も、この開口１１ｂ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１１が衝撃ブロック２１の上面よりも低い位置にあるときは、衝撃ブロック２１の夫々は開口１１ｂを通過するようになっている。従って、衝撃ブロック２１の上面２１ａよりも低い位置まで可動テーブル１１を降下させても可動テーブル１１の底１１ａが衝撃ブロック２１の上面２１ａに衝突することはなく、底１１ａの上の供試体Ｓのみが衝撃ブロック２１に衝突する。
【００１４】
次いで、可動テーブル１１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１１は送りねじ機構３０によって上下方向に駆動される。送りねじ機構３０の送りねじ３１及びナット３２は、可動テーブル１１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１１の幅方向両端には、ナット３２を可動テーブル１１に固定するためのナット固定用プレート１２が固定されている。図２及び３に示されるように、ナット３２はナット把持部材３３を介してナット固定用プレート１２に固定されている。ナット把持部材３３は、ナット３２を把持する第１部３３ａと、図示しないボルトにてナット固定用プレート１２に固定されている第２部３３ｂとを有する。第１部３３ａと第２部３３ｂ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３３ａと第２部３３ｂとの間には荷重センサが取り付けられており、第１部３３ａと第２部３３ｂとの間に加わる荷重の大きさを検出することができる。
【００１５】
送りねじ３１は、ベルト機構３５を介してサーボモータ３４によって回転駆動されるようになっている。ベルト機構３５は、サーボモータ３４の駆動軸３４ａに取り付けられている駆動プーリ３５ａと、送りねじ３１の下端に取り付けられている従動プーリ３５ｂと、駆動プーリ３５ａと従動プーリ３５ｂとに掛け渡されている無端ベルト３５ｃとを有する。このため、サーボモータ３４の駆動軸３４ａを回転駆動すると、その回転運動はベルト機構３５によって送りねじ３１に伝達され、送りねじ３１が回転する。なお、図示されているように、従動プーリ３５ｂの径は駆動プーリ３５ａの径の約５倍となっている。すなわち、ベルト機構３５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３４によって、送りねじ３１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３５ｂと駆動プーリ３５ａ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３４の最大トルク、送りねじ３１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。
【００１６】
また、可動テーブル１１はガイド機構４０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４０は、装置フレーム２に固定されている４本のガイドバー４１と、ガイドバー４１に沿って摺動可能に設けられた摺動部材４２とを有する。ガイドバー４１は鉛直方向に延びており、また、摺動部材４２はナット固定用プレート１２にボルトで固定されている（図１）ので、可動テーブル１１の移動方向は鉛直方向のみに制限される。
【００１７】
以上のように、本実施形態による衝撃試験装置１においては、送りねじ機構３０によって可動テーブル１１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１１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２１の上面２１ａに衝突させることができる。また、装置フレーム２の底板２ａには、近接センサ１３が取り付けられている。近接センサ１３は、可動テーブル１１の真下且つ衝撃ブロック２１の上面２１ａよりも低い位置に配置されており、可動テーブル１１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３４は制御される。
【００１８】
本実施形態においては、可動テーブル１１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５０によって上方から供試体Ｓが可動テーブル１１に向けて押圧されるようになっている。姿勢保持手段５０は、鉛直方向に伸びる４本のガイドバー５１と、摺動部材５２ａを介してガイドバー５１にガイドされ、ガイドバー５１に沿って鉛直方向に移動可能な可動プレート５２と、可動プレート５２をガイドバー５１に対して上下方向に駆動するエアシリンダユニット５３とを有する。
【００１９】
ガイドバー５１の上端には、天板５４が固定されており、天板５４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５３のスリーブ５３ｂは、天板５３に固定されている。また、エアシリンダユニット５３のシャフト５３ａは、可動プレート５２に固定されている。また、ガイドバー５１の下端はナット固定用プレート１２に溶接されており、ガイドバー５１、天板５４及びエアシリンダユニット５３は可動テーブル１１と一体となって、ガイドバー４１に沿って上下動する。
【００２０】
可動プレート５２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５５が固定されている。エアシリンダユニット５３を駆動して天板５４を押し下げると、押圧ブロック５５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１１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５５の間でその姿勢が保持される。
【００２１】
なお、押圧ブロック５５の下部には、略水平な第１の当接面５５ａ、水平面に対して略４５°傾斜している２つの第２の当接面５５ｂ、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５５ｃとを有している。第２の当接面５５ｂは互いに直交しており、また、第３の当接面５５ｃ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５５ａ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１１と当接する。また、供試体Ｓの２面を第２の当接面５５ｂ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１１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２１の上面２１ａとが向かい合う形となる。このため、押圧ブロック５５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。
【００２２】
本実施形態においては、供試体Ｓが衝撃ブロック２１に衝突するときに、押圧ブロック５５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５３のシャフト５３ａを引き込んで押圧ブロック５５を上昇させ、押圧ブロック５５を供試体Ｓから引き離すようになっている。具体的には、供試体Ｓが衝撃ブロックＳに衝突するまでの可動テーブル１１の移動距離を予め計測しておき、その移動距離よりわずかに短い距離だけ可動テーブル１１が降下したときに、エアシリンダユニット５３を制御して押圧ブロック５５を供試体Ｓから離すよう制御する。
【００２３】
以上のように、本実施形態による衝撃試験装置１は、サーボモータ３４にて駆動される送りねじ機構３０によって可動テーブル１１を降下させて所望の速度で供試体Ｓを衝撃ブロック２１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３０は可動テーブル１１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１１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。
【００２４】
また、本実施形態においては、姿勢保持手段５０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２１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、本実施形態による衝撃試験装置１は、供試体Ｓの面、稜、或いは角のいずれを衝撃ブロック２１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、本実施形態による衝撃試験装置１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。
【００２５】
また、本実施形態による衝撃試験装置１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２１の上に供試体Ｓを配置し、送りねじ機構３０によって可動テーブル１１を降下させることによって、可動テーブル１１と衝撃ブロック２１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３３ｃ（図２、図３）によって検出される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態の衝撃試験装置の上面図である。
【図２】本発明の実施の形態の衝撃試験装置の正面図である。
【図３】本発明の実施の形態の衝撃試験装置の側面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    衝撃試験装置
１１    可動テーブル
１２    ナット固定用プレート
２１    衝撃ブロック
３０    送りねじ機構
３１    送りねじ
３２    ナット
３３    ナット把持部材
３３ｃ  荷重センサ
３４    サーボモータ
３５    ベルト機構
３５ａ  駆動プーリ
３５ｂ  従動プーリ
３５ｃ  無端ベルト
４０    ガイド機構
５０    姿勢保持手段
５１    ガイドバー
５２    可動プレート
５３    エアシリンダユニット
５３ａ  シャフト
５５    押圧ブロック
５５ａ  第１の当接面
５５ｂ  第２の当接面
５５ｃ  第３の当接面
Ｓ    供試体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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