(57)【要約】【課題】自動車等の衝突時の衝撃強度を精度良く、簡便に計測することができ、更には、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る際の変形速度を、精度良く、自在に設定することが可能な衝撃試験装置を提供する。【解決手段】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、内層側シリンダー空間２７に供給する高圧空気は、外層側シリンダー空２６間に供給する高圧空気の、２倍以上の空気圧であり、発射装置４を構成する内層側シリンダー空間２７に供給する高圧空気と、外層側シリンダー空間２６に供給する高圧空気のうち、少なくとも一方の空気圧を調整することで、発射される打撃体３の速度が調整できるように構成されている。【選択図】図１
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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、
前記発射装置は、外表面を形成する筒状体と、その筒状体の両端面を被覆する前後の蓋板と、その筒状体の内側に設けられた筒状隔壁と、その筒状隔壁の内側に設けられたピストンとから構成されており、前記筒状隔壁で仕切られた外側が外層側シリンダー空間、前記筒状隔壁で仕切られた内側が内層側シリンダー空間となっており、前記筒状隔壁の前側の蓋板寄りには、前記外層側シリンダー空間と前記内層側シリンダー空間を連通する連通孔が形成されていると共に、その前記前側の蓋板には高圧空気の噴出口が形成されており、
前記発射装置は、前記内層側シリンダー空間に高圧空気を供給して前記ピストンを前進させ、前記前側の蓋板の噴出口を前記ピストンで閉塞した後、前記外層側シリンダー空間に高圧空気を供給し、更にその後、前記内層側シリンダー空間の高圧空気を瞬時に排気することで前記ピストンを後退させ、前記外層側シリンダー空間の高圧空気を前記連通孔を介して前記噴出口から噴出させて、前記打撃体を発射するように構成されており、
前記内層側シリンダー空間に供給する高圧空気は、前記外層側シリンダー空間に供給する高圧空気の、２倍以上の空気圧であると共に、前記内層側シリンダー空間に供給する高圧空気と、前記外層側シリンダー空間に供給する高圧空気のうち、少なくとも一方の空気圧を調整することができるように構成されていることを特徴とする衝撃試験装置。
【請求項２】
前記発射管と前記発射装置は着脱自在であり、前記発射管内に収容された前記打撃体の発射前の設置位置を、前記発射管の背面側から前後に調整できるように構成されていることを特徴とする請求項１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】
しかしながら、このワンバー法では、ハンマーを加速する駆動源としてゴム繊維からなる紐を用い、人力によってそのゴム紐を一定回数巻き取って十分に引き伸ばし、一気にゴム紐を開放することによって試験を実施する。ワンバー法は、このような方法で試験を実施するため、ゴム紐を巻き取る人の技量等や試験毎によるバラツキ、また誤差が大きく、正確なデータを得ることは非常に難しく、再現性の高い高速度域における応力と変形量（歪み）の関係を測定、評価する試験としては、このワンバー法は適切な試験方法とはいえない。
【００１０】
そこで、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た。しかしながら、自動車等の衝突時に負荷される衝突エネルギーは衝突速度等の違いによって様々であり、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る際の変形速度を、精度良く、且つ自在に設定することができる衝撃試験装置を開発することが新たな課題として残っていた。
【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、上記従来の実情に鑑みてなされたもので、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、更には、試験において、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る際の変形速度を、精度良く、且つ自在に設定することが可能な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、前記発射装置は、外表面を形成する筒状体と、その筒状体の両端面を被覆する前後の蓋板と、その筒状体の内側に設けられた筒状隔壁と、その筒状隔壁の内側に設けられたピストンとから構成されており、前記筒状隔壁で仕切られた外側が外層側シリンダー空間、前記筒状隔壁で仕切られた内側が内層側シリンダー空間となっており、前記筒状隔壁の前側の蓋板寄りには、前記外層側シリンダー空間と前記内層側シリンダー空間を連通する連通孔が形成されていると共に、その前記前側の蓋板には高圧空気の噴出口が形成されており、前記発射装置は、前記内層側シリンダー空間に高圧空気を供給して前記ピストンを前進させ、前記前側の蓋板の噴出口を前記ピストンで閉塞した後、前記外層側シリンダー空間に高圧空気を供給し、更にその後、前記内層側シリンダー空間の高圧空気を瞬時に排気することで前記ピストンを後退させ、前記外層側シリンダー空間の高圧空気を前記連通孔を介して前記噴出口から噴出させて、前記打撃体を発射するように構成されており、前記内層側シリンダー空間に供給する高圧空気は、前記外層側シリンダー空間に供給する高圧空気の、２倍以上の空気圧であると共に、前記内層側シリンダー空間に供給する高圧空気と、前記外層側シリンダー空間に供給する高圧空気のうち、少なくとも一方の空気圧を調整することができるように構成されてい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、前記発射管と前記発射装置は着脱自在であり、前記発射管内に収容された前記打撃体の発射前の設置位置を、前記発射管の背面側から前後に調整できるように構成されてい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。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１記載の衝撃試験装置によると、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上に、更には、内層側シリンダー空間に供給する高圧空気の空気圧と、外層側シリンダー空間に供給する高圧空気の空気圧のうち、少なくとも一方を調整することにより、打撃体の発射時の初期の速度等を調整することができ、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る際の変形速度を、精度良く、且つ自在に設定することが可能となる。また、発射装置の内部構造を、外層側シリンダー空間と内層側シリンダー空間とよりなる二層構造とすることにより、打撃体を瞬時に加速することが可能になる。
【００１６】
また、内層側シリンダー空間に供給する高圧空気は、外層側シリンダー空間に供給する高圧空気の、２倍以上の空気圧であるため、内層側シリンダー空間に続いて、外層側シリンダー空間に高圧空気を供給した際に、外層側シリンダー空間に供給した高圧空気が、連通孔を介して内層側シリンダー空間、更には連通孔および噴出口を介して発射管内に漏れ出すことがない。
【００１７】
本発明の請求項２記載の衝撃試験装置によると、打撃体の発射前の設置位置を発射装置とは分離させた発射管の背面側から調整することで、打撃体が衝撃ブロックに到達するまでの距離（寸法）を調整することができるため、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る際の変形速度を、より精度良く、且つより自在に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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４】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５】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６】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７】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８】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９】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１０】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１１】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１２】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１３】内層側シリンダー空間の空気圧を一定とし、外層側シリンダー空間の空気圧、打撃体の設置位置を夫々変えて、打撃体が衝撃ブロックに衝突する直前の速度を測定した実施例での試験結果を示すグラフ図である。
【図１４】打撃体の設置位置を変えて、打撃体の初速度を測定した実施例での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】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。この発射管２と発射装置４は分離させることができ、着脱自在であるように構成されている。
【００２２】
まず、発射管２内部の詳細構成と衝撃ブロック６、並びにそれらの関係等について説明する。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
尚、図１に示す打撃体３の発射前の設置位置は、発射管２の内部の発射装置４寄りの位置であるが、この打撃体３の発射前の設置位置を前後の位置に調整することで、打撃体３が衝撃ブロック６に到達するまでの距離（寸法）を調整することができる。
【００２６】
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。
【００２７】
この出力棒７の先端と衝撃ブロック６の間には、図９〜１１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。
【００２８】
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の上に配置されている。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が衝突すると、フリーローラ９上を、図２に示す左側（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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
次に、本発明の要点の一つでもある発射装置４の構成を、図３〜５に基づいて詳細に説明する。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
図３〜５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。
【００４３】
続いて、この発射装置４の動作状態について説明する。
【００４４】
打撃体３の発射にあたっては、まず、図３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。
【００４５】
続いて、図４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。この外層側シリンダー空間２６の内部に供給する高圧空気の空気圧は、内層側シリンダー空間２７の内部に供給する高圧空気の空気圧より小さいことが望ましい。更には、外層側シリンダー空間２６の内部に供給する高圧空気の空気圧は、内層側シリンダー空間２７の内部に供給する高圧空気の空気圧の１／２以下であること、言い換えれば、内層側シリンダー空間に供給する高圧空気は、外層側シリンダー空間に供給する高圧空気の、２倍以上の空気圧であることがより望ましい。
【００４６】
外層側シリンダー空間２６の高圧空気と、内層側シリンダー空間２７の高圧空気の、空気圧の関係を以上に説明したようにすることで、内層側シリンダー空間２７に続いて、外層側シリンダー空間２６に高圧空気を供給した際に、外層側シリンダー空間２６に供給した高圧空気が、連通孔２５を介して内層側シリンダー空間２７、更には連通孔２５および噴出口２１を介して発射管２内に漏れ出すことがない。
【００４７】
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５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。
【００４８】
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。
【００４９】
このように、発射装置４を、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、打撃体３を瞬時に加速することが可能になる。一層構造とする場合は、電磁バルブを用いることが考えられるが、このように構成しても噴出口の開放には秒オーダーの時間を要し、打撃体３を瞬時に加速することはできない。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
この試験体１０は、図６〜８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９〜１１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。
【００５３】
連結部材４３〜４５としては、図９に示す試験体１０のせん断モード試験用の連結部材４３、図１０に示す試験体１０の剥離モード試験用の連結部材４４、図１１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。
【００５４】
図９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。
【００５５】
図１０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。
【００５６】
図１１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。
【００５７】
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。
【００５８】
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１２（ａ）〜（ｃ）に基づき説明する。
【００５９】
図１２（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１２（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。
【００６０】
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上を左側（前側）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を左側（前側）に移動させるので、図１２（ｃ）に示すように、試験体１０は破壊に至る。
【実施例】
【００６１】
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。
【００６２】
図１示す本発明の衝撃試験装置を用いて衝撃試験を実施した。この試験では、発射装置の内層側シリンダーに供給する高圧空気の空気圧を１２．５ＫＰａで固定し、外層側シリンダーに供給する高圧空気の空気圧を図１３に示すように変化させた。また、打撃体の発射前の発射管内での設置位置を変化させた。尚、打撃体の設置位置は図１に示す設置位置を０ｍｍとして発射管内で前後に移動させた。図１に示す設置位置より発射装置に近づけた場合についても試験を実施した（「−」でその設置位置を示す）。この試験で使用した打撃体はＳＵＳ６３０鋼製とし、材料強度や耐久性などを考慮して熱処理を施した。
【００６３】
試験では、打撃体が衝撃ブロックに衝突する直前の速度を、光電管を用いて測定した。試験結果を図１３に示す。試験結果から、内層側シリンダー空間および／または外層側シリンダー空間に供給する高圧空気の空気圧を調整すること、また、発射管内に収容された打撃体の発射前の設置位置を調整することで、打撃体が衝撃ブロックに衝突する直前の速度を調整できることが分かる。
【００６４】
また、打撃体の設置位置を先に示した試験での設置位置より更に多くの位置とし、試験を実施した試験結果を図１４に示す。この試験では、打撃体が衝撃ブロックに衝突する直前の速度ではなく、打撃体の初速度を測定した。この試験結果によると、発射管内に収容された前記打撃体の発射前の設置位置を調整することで、打撃体の初速度を調整できることが分かる。
【符号の説明】
【００６５】
１…衝撃試験装置
２…発射管
３…打撃体
６…衝撃ブロック
２０…筒状体
２１…噴出口
２４ａ、２４ｂ…蓋板
２５…筒状隔壁
２５ａ…連通孔
２６…外層側シリンダー空間
２７…内層側シリンダー空間
２９…ピストン
【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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