(57)【要約】      （修正有）【課題】資材を消費することなく、任意の形状、材質、及び質量の破片を、目標とした速度に加速できる破片加速装置を提供する。【解決手段】破片加速装置１は、外枠２と、ガイドワイヤー３と、複数の弾性体４Ａ〜４Ｃとを備える。外枠２は、上下に相対する上壁２ｃ及び下壁２ａを備え、上壁２ｃに２つの弾性体止め７が取り付けられて、２つの弾性体止め７の間に破片放出用の孔８が構成される。ガイドワイヤー３は、上壁２ｃ及び下壁２ａの間を上下に延びて、上端が弾性止め７に固定され、下端が下壁２ａに固定される。複数の弾性体４は、ガイドワイヤー３に挿通されて、ガイドワイヤー３に沿って上下に連なる。複数の弾性体４Ａ〜４Ｃは、下段の弾性体４Ｄほど質量が大きく、最上段の弾性体４Ａは、上部に破片設置用の窪み９が形成される。破片放出用の孔８の径は、破片Ｈの径より大きく、最上段の弾性体４Ａの径よりも小さい。【選択図】図１
2015068520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下に相対する上壁及び下壁を備え、前記上壁に２つの弾性体止めが取り付けられて、前記２つの弾性体止めの間に破片放出用の孔が構成される外枠と、
前記上壁及び前記下壁の間を上下に延びて、上端が前記弾性止めに固定され、下端が前記下壁に固定されるガイドワイヤーと、
前記ガイドワイヤーに挿通されて、前記ガイドワイヤーに沿って上下に連なる複数の弾性体とを備え、
前記複数の弾性体は、下段の前記弾性体ほど、質量が大きく、
最上段の前記弾性体は、上部に破片設置用の窪みが形成され、
前記２つの弾性体止めは、前記破片放出用の孔の径が、前記破片の径より大きく、前記最上段の弾性体の径よりも小さくなるように配置され、
前記複数の弾性体を上方に移動させた後、前記複数の弾性体を落下させた場合には、最下段の前記弾性体が前記下壁に衝突して、この後、上向きに反発した前記最下段の弾性体が上段の前記弾性体に衝突することで、上向きに反発した下段の前記弾性体が上段の前記弾性体に衝突することが連続的に生じるとともに、前記最上段の弾性体が前記２つの弾性体止めに衝突することで、前記複数の弾性体が停止して、前記破片設置用の窪みに設定された破片が、前記２つの弾性止めの間にある前記破片放出用の孔から上方に放出される破片加速装置。
【請求項２】
前記ガイドワイヤーは、直線状に延びる請求項１の破片加速装置。
【請求項３】
滑車と、
引き上げ用ワイヤーとをさらに備え、
前記滑車は、前記上壁に取り付けられて、前記外枠の外側に位置し、
前記引き上げ用ワイヤーは、前記弾性体止めの孔に通されて、一方側部分が前記外枠の内側に位置し、他方側部分が前記外枠の外側に位置し、
前記引き上げ用ワイヤーの一方側端は、前記最下段の弾性体の側面に接合され、
前記引き上げ用ワイヤーの他方側部分は、前記滑車に巻き掛けられ、
前記引き上げ用ワイヤーの他方側端を引っ張り、前記最下段の弾性体を引き上げた場合には、この引き上げによって、下段の前記弾性体が上段の前記弾性体を押し上げることで、前記複数の弾性体が上方に移動する請求項１又は２に記載の破片加速装置。
【請求項４】
滑車と、
引き上げ用ワイヤーと、
分離用ワイヤーとをさらに備え、
前記滑車は、前記上壁に取り付けられて、前記外枠の外側に位置し、
前記引き上げ用ワイヤーは、前記弾性体止めの孔に通されて、一方側部分が前記外枠の内側に位置し、他方側部分が前記外枠の外側に位置し、
前記引き上げ用ワイヤーの一方側端は、前記最上段の弾性体の側面に接合され、
前記引き上げ用ワイヤーの他方側部分は、前記滑車に巻き掛けられ、
前記分離用ワイヤーには、前記複数の弾性体の側面が順次接合されて、
前記引き上げ用ワイヤーの他方側端を引っ張り、前記最上段の弾性体を引き上げた場合には、この引き上げによって、前記分離用ワイヤーが他の前記弾性体を上方に牽引して、前記他の弾性体が上方に移動するとともに、前記分離用ワイヤーが伸張することで、前記複数の弾性体が所定の間隔をあけて分離する請求項１又は２に記載の破片加速装置。
【請求項５】
前記引き上げ用ワイヤーの他方側端の引っ張りにより、前記複数の弾性体を上方に移動させた後、前記引き上げ用ワイヤーの他方側端の引っ張りを解除して、前記複数の弾性体を落下させることで、前記最下段の弾性体を前記下壁に衝突させて、前記下段の弾性体が上段の弾性体に衝突することを連続的に生じさせることが可能であり、
前記複数の弾性体を上方に移動させた状態では、前記連続的な弾性体の衝突が生じる際に３つ以上の前記弾性体が同時に衝突しないような距離で、前記複数の弾性体が分離している請求項４に記載の破片加速装置。
【請求項６】
前記複数の弾性体の反発係数は、０．７以上０．９未満であり、
前記複数の弾性体の質量は、上段の弾性体の質量が下段の弾性体の質量の３分の１となるように設定される請求項１乃至５のいずれかに記載の破片加速装置。
【請求項７】
前記複数の弾性体の反発係数は、０．９以上であり、
前記複数の弾性体の質量は、上段の弾性体の質量が下段の弾性体の質量の２分の１となるように設定される請求項１乃至５のいずれかに記載の破片加速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性体の衝突を利用した破片加速装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、破片の衝突で装備品及び人員に生じる損傷を評価するために、破片を加速させる装置を用いて、破片を目標に衝突させる実験が行なわれている。特許文献１，２には、上記の破片加速装置の例として、火薬やガスの燃焼で生じるエネルギーにより破片を加速させる装置が開示されている。これらの装置は、装置ごとに限定された形状、材質、及び質量の破片を加速するものであり、目的とする実験の性質に応じて様々な性能のものが使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３２３７８５公報
【特許文献２】特開２００５−２６２９５９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１，２に開示されるような従来の破片加速装置では、加速可能な破片の形状、材質及び質量が装置ごとに限定されており、任意の破片を加速させることができない。また、火薬やガスの燃焼で生じるエネルギーにより破片を加速させるようにしていることで、破片速度の調整が困難であった。また、破片を加速するごとに火薬やガスを消費するため、火薬やガスの消費を考慮した上で、実験を行う必要があった。
【０００５】
本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであって、その目的は、資材を消費することなく、任意の形状、材質、及び質量の破片を、目標とした速度に加速できる破片加速装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の観点に係る破片加速装置は、上下に相対する上壁及び下壁を備え、前記上壁に２つの弾性体止めが取り付けられて、前記２つの弾性体止めの間に破片放出用の孔が構成される外枠と、前記上壁及び前記下壁の間を上下に延びて、上端が前記弾性止めに固定され、下端が前記下壁に固定されるガイドワイヤーと、前記ガイドワイヤーに挿通されて、前記ガイドワイヤーに沿って上下に連なる複数の弾性体とを備え、前記複数の弾性体は、下段の前記弾性体ほど、質量が大きく、最上段の前記弾性体は、上部に破片設置用の窪みが形成され、前記２つの弾性体止めは、前記破片放出用の孔の径が、前記破片の径より大きく、前記最上段の弾性体の径よりも小さくなるように配置され、前記複数の弾性体を上方に移動させた後、前記複数の弾性体を落下させた場合には、最下段の前記弾性体が前記下壁に衝突して、この後、上向きに反発した前記最下段の弾性体が上段の前記弾性体に衝突することで、上向きに反発した下段の前記弾性体が上段の前記弾性体に衝突することが連続的に生じるとともに、前記最上段の弾性体が前記２つの弾性体止めに衝突することで、前記複数の弾性体が停止して、前記破片設置用の窪みに設定された破片が、前記２つの弾性止めの間にある前記破片放出用の孔から上方に放出される。
【０００７】
好ましくは、前記ガイドワイヤーは、直線状に延びる。
【０００８】
好ましくは、滑車と、引き上げ用ワイヤーとをさらに備え、前記滑車は、前記上壁に取り付けられて、前記外枠の外側に位置し、前記引き上げ用ワイヤーは、前記弾性体止めの孔に通されて、一方側部分が前記外枠の内側に位置し、他方側部分が前記外枠の外側に位置し、前記引き上げ用ワイヤーの一方側端は、前記最下段の弾性体の側面に接合され、前記引き上げ用ワイヤーの他方側部分は、前記滑車に巻き掛けられ、前記引き上げ用ワイヤーの他方側端を引っ張り、前記最下段の弾性体を引き上げた場合には、この引き上げによって、下段の前記弾性体が上段の前記弾性体を押し上げることで、前記複数の弾性体が上方に移動する。
【０００９】
好ましくは、滑車と、引き上げ用ワイヤーと、分離用ワイヤーとをさらに備え、前記滑車は、前記上壁に取り付けられて、前記外枠の外側に位置し、前記引き上げ用ワイヤーは、前記弾性体止めの孔に通されて、一方側部分が前記外枠の内側に位置し、他方側部分が前記外枠の外側に位置し、前記引き上げ用ワイヤーの一方側端は、前記最上段の弾性体の側面に接合され、前記引き上げ用ワイヤーの他方側部分は、前記滑車に巻き掛けられ、前記分離用ワイヤーには、前記複数の弾性体の側面が順次接合されて、前記引き上げ用ワイヤーの他方側端を引っ張り、前記最上段の弾性体を引き上げた場合には、この引き上げによって、前記分離用ワイヤーが他の前記弾性体を上方に牽引して、前記他の弾性体が上方に移動するとともに、前記分離用ワイヤーが伸張することで、前記複数の弾性体が所定の間隔をあけて分離する。
【００１０】
好ましくは、前記引き上げ用ワイヤーの他方側端の引っ張りにより、前記複数の弾性体を上方に移動させた後、前記引き上げ用ワイヤーの他方側端の引っ張りを解除して、前記複数の弾性体を落下させることで、前記最下段の弾性体を前記下壁に衝突させて、前記下段の弾性体が上段の弾性体に衝突することを連続的に生じさせることが可能であり、前記複数の弾性体を上方に移動させた状態では、前記連続的な弾性体の衝突が生じる際に３つ以上の前記弾性体が同時に衝突しないような距離で、前記複数の弾性体が分離している。
【００１１】
好ましくは、前記複数の弾性体の反発係数は、０．７以上０．９未満であり、前記複数の弾性体の質量は、上段の弾性体の質量が下段の弾性体の質量の３分の１となるように設定される。
【００１２】
好ましくは、前記複数の弾性体の反発係数は、０．９以上であり、前記複数の弾性体の質量は、上段の弾性体の質量が下段の弾性体の質量の２分の１となるように設定される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の破片加速装置によれば、最上段の弾性体の窪みに、加速させる破片を載せるようにしていることで、加速させる破片の形状、材質、及び質量が制限されない。このため、任意の形状、材質及び質量の破片を加速可能である。
【００１４】
また、火薬やガス等の資材を要せずに、破片を加速できるため、資材の消費を考慮することなく、破片を目標に衝突させる実験を行うことができる。
【００１５】
また、破片の速度は、弾性体の数、質量、及び反発係数や、最下段の弾性体と下壁との間の間隔により決定されるため、弾性体の数や、最下段の弾性体と下壁との間の間隔を変更したり、弾性体を交換して弾性体の質量や反発係数を変更することで、破片の速度を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る破片加速装置を示す外観図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る破片加速装置を示す外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の第１実施形態に係る破片加速装置を、図１を参照して説明する。第1実施形態に係る破片加速装置１は、上下に連なる複数の弾性体４を落下させて、該落下の衝撃により複数の弾性体４を連続的に衝突させて、最上段の弾性体４Ａに載せた破片Ｈを加速させるものである。
【００１８】
図１に示すように、第1実施形態に係る破片加速装置１は、外枠２と、ガイドワイヤー３と、弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｄと、滑車５と、引き上げ用ワイヤー６とを備える。
【００１９】
外枠２は、箱状を呈するものであって、下壁２ａと、側壁２ｂと、上壁２ｃとを備える。下壁２ａは床面に載置される。側壁２ｂは下壁２ａから立設する。上壁２ｃは、側壁２ｂに支持されて、下壁２ａと上下に相対する。
【００２０】
外枠２の上壁２ｃには、２つの弾性体止め７が取り付けられており、２つの弾性体止め７の間に破片放出用の孔８が構成される。また、２つの弾性体止め７のうち、一方には、引き上げ用ワイヤー６を通すための孔があけられている。
【００２１】
外枠２の側壁２ｂには、横方向に貫通する開口部（図示せず）が形成されており、該開口部を通じて、ガイドワイヤー３や弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｄを、外枠２の内側に入れたり、外枠２の外側へ出すことができる。
【００２２】
ガイドワイヤー３は、弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｄの運動を上下方向のみに制限し、弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｄの軌道を安定させるためのものである。ガイドワイヤー３は、上壁２ｃと下壁２ａとの間を上下に直線状に延びる。ガイドワイヤー３の上端は、弾性止め２に固定される。ガイドワイヤー３の下端は、下壁２ａに固定される。
【００２３】
弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄは、それぞれ高反発性材質の固体からなる。高反発性材質とは、反発係数が０．７以上であり、外部から弾性限度内の力を加えて形状が変化しても力を取り去ると、元の形状に戻る性質を意味する。弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄは、例えば、上記高反発性材質のゴムから形成される。
【００２４】
弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｄは、それぞれ貫通孔を有しており、弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｄの貫通孔にそれぞれガイドワイヤー３が挿通されることで、弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄはガイドワイヤー３に沿って上下に連なる。
【００２５】
弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄは、下段の弾性体ほど、質量が大きい（図１の例では、最下段の弾性体４Ｄの質量＞３段目の弾性体４Ｃの質量＞２段目の弾性体４Ｂの質量＞最上段の弾性体４Ａの質量となる）。最上段の弾性体４Ａの上部には、破片設置用の窪み９が形成される。
【００２６】
なお、図１では、４つの弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄがガイドワイヤー３に挿通される例を示しているが、ガイドワイヤー３に挿通される弾性体４の数は、必要とする破片Ｈの速度に応じて、任意の複数に決定され得る。
【００２７】
また、弾性体４との摩擦によるエネルギーの減少を小さく抑えるために、ガイドワイヤー３には、潤滑剤が糊塗される。
【００２８】
２つの弾性体止め７は、弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを外枠２の外側に放出させないように押さえて、破片Ｈのみを放出させるためのものである。２つの弾性体止め７は、破片放出用の孔８の径が、破片Ｈの径より大きく、最上段の弾性体４Ａの径よりも小さくなるように配置される。
【００２９】
破片放出用の孔８の上方には、破片Ｈを衝突させる目標Ｍが設置される。目標Ｍは、外枠２と一体である支持部材１０によって支持される。なお、外枠２と別体の支持部材によって、目標Ｍが支持されてもよい。
【００３０】
滑車５は、上壁２ｃの上面に取り付けられて、外枠２の外側に位置する。
【００３１】
引き上げ用ワイヤー６は、弾性体止め７の孔に通されて、一方側部分が外枠２の内側に位置し、他方側部分が外枠２の外側に位置している。引き上げ用ワイヤー６の一方側端は、最下段の弾性体４Ｄの側面に接合される。引き上げ用ワイヤー６の他方側部分は、滑車５に巻き掛けられる。
【００３２】
上記の引き上げ用ワイヤー６によれば、その他方側端を引っ張ることで、最下段の弾性体４Ｄが引き上げられる。そして、この引き上げによって、下段の弾性体４が上段の弾性体４を押し上げて、弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが上方に移動する。
【００３３】
また、引き上げ用ワイヤー６の他方側部分が滑車５に巻き掛けられることで、上記の引き上げ用ワイヤー６を引っ張る操作を容易に行うことができる。
【００３４】
また、滑車５との摩擦によるエネルギー減少を小さくするために、引き上げ用ワイヤー６には、潤滑剤が糊塗される。
【００３５】
以上の破片加速装置を用いて、破片Ｈを目標Ｍに衝突させる実験を行なう場合には、まず、ガイドワイヤー３や弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを外枠２内に設置する作業が行なわれる。この際には、まず、弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの貫通孔にガイドワイヤー３を挿通する。ついで、ガイドワイヤー３や弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを、側壁２ｂの開口（図示せず）から外枠２内に挿入して、ガイドワイヤー３の上端を弾性体止め７に固定し、ガイドワイヤー３の下端を下壁２ａに固定する。これにより、ガイドワイヤー３や弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが外枠２内に設置されて、ガイドワイヤー３が上壁２ｃと下壁２ａとの間で上下に延び、弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄがガイドワイヤー３に沿って上下に連なった状態になる。
【００３６】
ついで、側壁２ｂの開口（図示せず）或いは上壁２ｃの孔８から、破片Ｈを外枠２内に入れて、破片Ｈを最上段弾性体４Ａの窪み９に設置する。また、弾性体４Ｄに接合されている引き上げ用ワイヤー６を、弾性体止め７の孔に通して、滑車５に巻き掛ける。
【００３７】
ついで、引き上げ用ワイヤー６の他方側端を引っ張り、弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを上方に移動させて、弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを所定の高さに位置付ける。
【００３８】
ついで、引き上げ用ワイヤー６による引っ張りを解除して、弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを落下させる。これにより、最下段の弾性体４Ｄが下壁２ａに衝突し、この後、上向きに反発した最下段の弾性体４Ｄが、上段の弾性体４Ｃに衝突する。この衝突により、上向きに反発した下段の弾性体４が上段の弾性体４に衝突することが生じて（すなわち、弾性体４Ｃが弾性体４Ｂに衝突することや、弾性体４Ｂが弾性体４Ａに衝突することが生じて）、下段の質量の大きい弾性体４から上段の質量の小さい弾性体４への運動量の移行が起こり、上段の弾性体４の速度は下段の弾性体４の速度よりも大きくなる。そして、上記の衝突が連続して起こることにより（すなわち、弾性体４Ｃが弾性体４Ｂに衝突することに連続して、弾性体４Ｂが弾性体４Ａに衝突することにより）、上段の弾性体４ほど加速が大きくなり、破片Ｈが窪み９に載せられた最上段の弾性体４Ａで、最も大きな加速が生じる。そして、最上段の弾性体４Ａが２つの弾性体止め７に衝突することで、弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが停止して、最上段の弾性体４Ａと共に加速された破片Ｈが、２つの弾性止め７の間にある孔８から上方に放出されて、目標Ｍに衝突する。
【００３９】
第１実施形態の破片加速装置１によれば、最上段の弾性体４Ａに形成した窪み９に、加速させる破片Ｈを載せるようにしていることで、窪み９の大きさや形状等を調整することで、任意の形状、材質及び質量の破片Ｈを最上段の弾性体４Ａに載せることができる。したがって、任意の形状、材質及び質量の破片Ｈを加速することが可能である。
【００４０】
また、火薬やガス等の資材を要せずに、破片Ｈを加速させることができる。このため、資材の消費を考慮することなく、目標Ｍに破片Ｈを衝突させる実験を行うことができる。
【００４１】
また、破片Ｈの速度は、弾性体４の数、質量、及び反発係数や、最下段の弾性体４と下壁２ｃとの間の間隔（最下段の弾性体４の落下高さ）により決定されるため、弾性体４の数や、最下段の弾性体４と下壁２ｃとの間の間隔を変更したり、弾性体４を交換して弾性体４の質量や反発係数を変更することで、破片Ｈの速度を調整することができる。
【００４２】
例えば、反発係数が全て０．９５である１３個の弾性体４をガイドワイヤー３に上下に挿通させて、これら弾性体４の質量を、下側の弾性体４から順に、２５０００ｇ、１２５００ｇ、６２５０ｇ、３１２５ｇ、１５６２ｇ、７８１ｇ、３９０ｇ、１９５ｇ、９７ｇ、４８ｇ、２４ｇ、１２ｇ、３ｇとする条件（上段の弾性体質量が下段の弾性体質量の約２分の１とした条件）で、上記１３個の弾性体４を落下させて、最上段の弾性体４に載せた質量３ｇの破片Ｈを加速させる場合には、最下段の弾性体４と下壁２ｃとの間の間隔と、破片Ｈの速度とは以下の表１に示す関係になる。
【００４３】
【表１】
2015068520.tif 000003
【００４４】
次に、本発明の第２実施形態に係る破片加速装置を、図２に基づいて説明する。第２実施形態に係る破片加速装置２０は、複数の弾性体４を上方に移動させた状態で、複数の弾性体４を分離させるようになっており、この特徴から、落下の衝撃で複数の弾性体４が連続的な衝突を生じる際に、３つ以上の弾性体４が同時に衝突しないようになっている。
【００４５】
第２実施形態に係る破片加速装置２０は、外枠２と、ガイドワイヤー３と、弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄと、滑車５と、引き上げ用ワイヤー２１と、分離用ワイヤー２２とを備える。外枠２と、ガイドワイヤー３と、複数の弾性体４と、滑車５とは、図１に示すものと同様の構成を有する。したがって、これらについての詳細な説明を省略する。
【００４６】
引き上げ用ワイヤー２１は、弾性体止め７の孔に通されて、一方側部分が外枠２の内側に位置し、他方側部分が外枠２の外側に位置している。引き上げ用ワイヤー２１の一方側端は、最上段の弾性体４Ａの側面に接合される。引き上げ用ワイヤー２１の他方側部分は、滑車５に巻き掛けられる。
【００４７】
分離用ワイヤー２２には、弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの側面が順次接合される。図２の例では、分離用ワイヤー２２の一端に弾性体４Ａの側面が接合され、分離用ワイヤー２２の中間部における一端寄りの位置に弾性体４Ｂの側面が接合され、分離用ワイヤー２２の中間部における他端寄りの位置に弾性体４Ｃの側面が接合され、分離用ワイヤー２２の他端に弾性体４Ｄの側面が接合されている。
【００４８】
上記の引き上げ用ワイヤー２１及び分離用ワイヤー２２によれば、引き上げ用ワイヤー２１の他方側端を引っ張ることで、最上段の弾性体４Ａが引き上げられる。そして、この引き上げによって分離用ワイヤー２２が他の弾性体４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを上方に牽引して、他の弾性体４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが上方に移動するとともに、分離用ワイヤー２２が伸張することで、弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが所定の間隔をあけて分離する。
【００４９】
第２実施形態に係る破片加速装置２０を用いて、破片Ｈを目標Ｍに衝突させる実験を行なう場合には、第１実施形態と同様の作業で、ガイドワイヤー３や、分離用ワイヤー２２が接合されている弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを外枠２内に設置し、破片Ｈを最上段の弾性体４Ａの窪み９に設置する。また、弾性体４Ａに接合されている引き上げ用ワイヤー２１を、弾性体止め７の孔に通して、滑車５に巻き掛ける。
【００５０】
ついで、引き上げ用ワイヤー２１の他方側端を引っ張り、弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを上方に移動させて、弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを所定の高さに位置付ける。この際には、分離用ワイヤー２２が伸張することで、弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが所定の間隔をあけて分離する。
【００５１】
この後、引き上げ用ワイヤー２１による引っ張りを解除して、弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを落下させる。これにより、最下段の弾性体４Ｄが下壁２ａに衝突して、この後、上向きに反発した最下段の弾性体４Ｄが、上段の弾性体４Ｃに衝突する。この衝突により、上向きに反発した下段の弾性体４が上段の弾性体４に衝突することが連続的に生じる（すなわち、弾性体４Ｃが弾性体４Ｂに衝突することに連続して、弾性体４Ｂが弾性体４Ａに衝突することが生じる）。この際には、落下前の弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが所定の間隔をあけて分離していたことで、２つの弾性体４の衝突が終了して、２つの弾性体４が完全に分離した後、次の衝突が起こる（すなわち、弾性体４Ｄ，４Ｃの衝突が終了して、弾性体４Ｄ，４Ｃが完全に分離した後、弾性体４Ｃ，４Ｂの衝突が起こり、弾性体４Ｃ，４Ｂの衝突が終了して、弾性体４Ｃ，４Ｂが完全に分離した後、弾性体４Ｂ，４Ａの衝突が起こる）。
【００５２】
そして、最上段の弾性体４Ａが２つの弾性体止め７に衝突することで、弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが停止して、最上段の弾性体４Ａと共に加速された破片Ｈが、２つの弾性止め７の間にある孔８から上方に放出されて、目標Ｍに衝突する。
【００５３】
第２実施形態係る破片加速装置２０によれば、上述したように、２つの弾性体４の衝突が終了して、２つの弾性体４が完全に分離した後、次の衝突が起こるため、３つ以上の弾性体４が同時に衝突しない。このため、下段の質量の大きい弾性体４から上段の質量の小さい弾性体４へ運動量の移行が完全に行われる。したがって、破片Ｈを十分に加速することができる。
【００５４】
なお、ガイドワイヤー３に挿通させる弾性体４の数は任意の複数とすることができ、弾性体４の数や、最下段の弾性体４と下壁２ｃとの間の間隔（最下段の弾性体４の落下高さ）を変更したり、上方への移動時に複数の弾性体４が分離する距離（以下、分離距離）を変更したり、弾性体４を交換して弾性体４の質量や反発係数を変更することで、破片Ｈの速度を調整することができる。
【００５５】
また、分離用ワイヤー２２における各弾性体４の接合位置を調整することで、上記の分離距離を調整することができ、弾性体４が球体である場合には、分離距離は、下記の式で求められるａ１２に設定される。
【００５６】
【数１】
2015068520.tif 000004
【００５７】
上記の式は、２つの弾性球４の間の分離距離を求める式である。３つ以上の弾性球４を用いる場合には、上記の式に代入する数値を変更することで、各々の弾性球４間の分離距離を求めることができる。
【００５８】
例えば図２に示すように、４つの弾性球４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄを使用する場合には、弾性体４Ａと弾性体４Ｂとの分離距離は、式のｍ１、ｍ２、Ｒ１、Ｒ２、Ｅ１、Ｅ２、ｖ２、ｖ２、Ｖ１２に、弾性体４Ａと弾性体４Ｂの質量や半径やヤング率やポアソン比や、弾性体４Ａと弾性体４Ｂとの相対速度を代入して求めることができる。また、弾性体４Ｂと弾性体４Ｃの分離距離は、式のｍ１、ｍ２、Ｒ１、Ｒ２…に、弾性体４Ｂと弾性体４Ｃの質量や半径等を代入して求めることができる。また、弾性体４Ｃと弾性体４Ｄの分離距離は、式のｍ１、ｍ２、Ｒ１、Ｒ２…に、弾性体４Ｃと弾性体４Ｄの質量や半径等を代入して求めることができる。
【００５９】
なお、上段の弾性体４と下段の弾性体４との相対速度Ｖ１２を正確に求めるには別途計算を行う必要があるが、分離距離ａ１２を求める場合には、簡易的に
2015068520.tif 000005
【００６０】
として計算を行う。弾性体４の実際の分離距離が、上記の式で求められた分離距離ａ１２以上である場合は、３つ以上の弾性体４が同時に衝突することがなく、破片Ｈが十分に加速される。
【００６１】
例えば、形状が球形であり、密度、ヤング率、ポアソン比、反発係数が１．１ｇ／ｃｍ３、２．５ＭＰａ、０．４８、０．９５である１３個の弾性体４をガイドワイヤー３に上下に挿通させて、弾性体４の質量を、下側の弾性体４から順に、２５０００ｇ、１２５００ｇ、６２５０ｇ、３１２５ｇ、１５６２ｇ、７８１ｇ、３９０ｇ、１９５ｇ、９７ｇ、４８ｇ、２４ｇ、１２ｇ、３ｇとした条件（上段の弾性体４の質量が下段の弾性体４の質量の約２分の１とした条件）で、上記１３個の弾性体４を１ｍの高さから落下させて、最上段の弾性体４に載せた質量３ｇの破片Ｈを加速させる場合には、上記の式により、表２に示す分離距離が算出される。そして、下記表２に示すように分離距離が設定された場合には、破片Ｈを２００ｍ／ｓまで加速させることができる。
【００６２】
【表２】
2015068520.tif 000006
【００６３】
なお、上記第１及び第２実施形態では、効率的に破片Ｈを加速させるために、弾性体４の質量の組み合わせが適宜設定され得る。ここで効率的とは、弾性体４の総質量を一定とした場合に破片Ｈの最終的な速度を大きくできることを意味する。弾性体４の反発係数が０．７以上０．９未満の場合における最も効率的な組み合わせは、上段の弾性体４の質量が下段の弾性体４の質量の約３分の１、つまり、弾性体４の質量比が下側から順（質量の大きいものから順）に、…：２７：９：３：１に設定される。なお、最上段の弾性体４については、加速させる破片Ｈと最上段の弾性体４との合計質量が、下段（２段目）の弾性体４の質量の約３分の１に設定される。また、弾性体４の反発係数が０．９以上の場合における最も効率的な組み合わせは、上段の弾性体４の質量が下段の弾性体４の質量の約２分の１、つまり、弾性体４の質量比が下側から順（質量の大きいものから順）に、…：８：４：２：１に設定される。弾性体４の質量比は、これらの値に近くなるように設定することが好ましい。なお、最上段の弾性体４については、加速させる破片Ｈと最上段の弾性体４との合計質量が、下段（２段目）の弾性体４の質量の約２分の１に設定される。加速する破片Ｈに応じて、最上段の弾性体４を交換できるように、最上段の弾性体４は、質量が異なるものを複数用意しておくことが好ましい。
【００６４】
また、弾性体４の形状は球形であることが好ましい。これは、落下の衝撃で弾性体４を上方に反発させることが可能になることや、弾性体４の反発係数が大きくなることや、適切な分離距離を計算で算出可能となることを理由とする。
【００６５】
また、弾性体４の各貫通孔にガイドワイヤー３を通すことが、破片Ｈの運動の妨げとならないように、弾性体４の各貫通孔は、中心軸からずれた位置に対称に複数開けることが好ましい。
【００６６】
また、外枠２の下壁２ａは、水平に延びていることが好ましい。このようにすることで、下壁２ａへの弾性体４の衝突により、弾性体４を上方に反発させることができる。また、ガイドワイヤー３の固定手段として下壁２ａに突起を設けることなく、ガイドワイヤー３の下端を下壁２ａに固定することで（突起を使用せずに、ガイドワイヤー３の下端を下壁２ａに固定することで）、より確実に弾性体４を上方に反発させることができる。
【００６７】
また、第２実施形態では、引き上げ用ワイヤー２１及び分離用ワイヤー２２により、弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを上方に移動させ、また、該上方に移動した弾性体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを分離させるようにしたが、手で弾性体４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを持ち上げて、弾性体４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを上方に移動させたり、弾性体４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを手で分離させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１，２０  破片加速装置
２  外枠
２ａ  下壁
２ｃ  上壁
３  ガイドワイヤー
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ  弾性体
５  滑車
６，２１  引き上げ用ワイヤー
７  弾性止め
８  破片放出用の孔
９  破片設置用の窪み
２２  分離用ワイヤー
Ｈ  破片
【図１】
2015068520.tif 000007
【図２】
2015068520.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月4日(2014.11.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下に相対する上壁及び下壁を備え、前記上壁に２つの弾性体止めが取り付けられて、前記２つの弾性体止めの間に破片放出用の孔が構成される外枠と、
前記上壁及び前記下壁の間を上下に延びて、上端が前記弾性体止めに固定され、下端が前記下壁に固定されるガイドワイヤーと、
前記ガイドワイヤーに挿通されて、前記ガイドワイヤーに沿って上下に連なる複数の弾性体とを備え、
前記複数の弾性体は、下段の前記弾性体ほど、質量が大きく、
最上段の前記弾性体は、上部に破片設置用の窪みが形成され、
前記２つの弾性体止めは、前記破片放出用の孔の径が、前記破片設置用の窪みに設置される破片の径より大きく、前記最上段の弾性体の径よりも小さくなるように配置され、
前記複数の弾性体を上方に移動させた後、前記複数の弾性体を落下させた場合には、最下段の前記弾性体が前記下壁に衝突して、この後、上向きに反発した前記最下段の弾性体が上段の前記弾性体に衝突することで、上向きに反発した下段の前記弾性体が上段の前記弾性体に衝突することが連続的に生じるとともに、前記最上段の弾性体が前記２つの弾性体止めに衝突することで、前記複数の弾性体が停止して、前記破片設置用の窪みに設置された前記破片が、前記２つの弾性体止めの間にある前記破片放出用の孔から上方に放出される破片加速装置。
【請求項２】
前記ガイドワイヤーは、直線状に延びる請求項１の破片加速装置。
【請求項３】
滑車と、
引き上げ用ワイヤーとをさらに備え、
前記滑車は、前記上壁に取り付けられて、前記外枠の外側に位置し、
前記引き上げ用ワイヤーは、前記弾性体止めの孔に通されて、一方側部分が前記外枠の内側に位置し、他方側部分が前記外枠の外側に位置し、
前記引き上げ用ワイヤーの一方側端は、前記最下段の弾性体の側面に接合され、
前記引き上げ用ワイヤーの他方側部分は、前記滑車に巻き掛けられ、
前記引き上げ用ワイヤーの他方側端を引っ張り、前記最下段の弾性体を引き上げた場合には、この引き上げによって、下段の前記弾性体が上段の前記弾性体を押し上げることで、前記複数の弾性体が上方に移動する請求項１又は２に記載の破片加速装置。
【請求項４】
滑車と、
引き上げ用ワイヤーと、
分離用ワイヤーとをさらに備え、
前記滑車は、前記上壁に取り付けられて、前記外枠の外側に位置し、
前記引き上げ用ワイヤーは、前記弾性体止めの孔に通されて、一方側部分が前記外枠の内側に位置し、他方側部分が前記外枠の外側に位置し、
前記引き上げ用ワイヤーの一方側端は、前記最上段の弾性体の側面に接合され、
前記引き上げ用ワイヤーの他方側部分は、前記滑車に巻き掛けられ、
前記分離用ワイヤーには、前記複数の弾性体の側面が順次接合されて、
前記引き上げ用ワイヤーの他方側端を引っ張り、前記最上段の弾性体を引き上げた場合には、この引き上げによって、前記分離用ワイヤーが他の前記弾性体を上方に牽引して、前記他の弾性体が上方に移動するとともに、前記分離用ワイヤーが伸張することで、前記複数の弾性体が所定の間隔をあけて分離する請求項１又は２に記載の破片加速装置。
【請求項５】
前記引き上げ用ワイヤーの他方側端の引っ張りにより、前記複数の弾性体を上方に移動させた後、前記引き上げ用ワイヤーの他方側端の引っ張りを解除して、前記複数の弾性体を落下させることで、前記最下段の弾性体を前記下壁に衝突させて、前記下段の弾性体が上段の弾性体に衝突することを連続的に生じさせることが可能であり、
前記複数の弾性体を上方に移動させた状態では、前記連続的な弾性体の衝突が生じる際に３つ以上の前記弾性体が同時に衝突しないような距離で、前記複数の弾性体が分離している請求項４に記載の破片加速装置。
【請求項６】
前記複数の弾性体の反発係数は、０．７以上０．９未満であり、
前記複数の弾性体の質量は、上段の弾性体の質量が下段の弾性体の質量の３分の１となるように設定される請求項１乃至５のいずれかに記載の破片加速装置。
【請求項７】
前記複数の弾性体の反発係数は、０．９以上であり、
前記複数の弾性体の質量は、上段の弾性体の質量が下段の弾性体の質量の２分の１となるように設定される請求項１乃至５のいずれかに記載の破片加速装置。