(57)【要約】【課題】小型の装置で高速衝突試験を行なえるようにする。【解決手段】フレーム１の下部に、試験体６を載置するテーブル５を設ける。フレーム１の天井板２の中央部下面にヘッド支持部材１２を取り付け、その外周にプレート部材１４を遊嵌し、下端にヘッド８を破断ボルト１８にて固定する。天井板２とプレート部材１４の間に油圧シリンダ１６を介在させ、プレート部材１４とヘッド８の間にスプリング９を介在させる。油圧シリンダ１６を伸長させてプレート部材１４とヘッド８との間でスプリング９を圧縮した状態にて破断ボルト１８を破断させると、スプリング９の弾性エネルギーにより下向きの力を付勢させた状態でヘッド８が押し出され、高速に加速させられて試験体６へ衝突する。試験体６を圧壊させる衝突ストロークｓの間も、スプリング９にてヘッド８へ下向きの力を継続して付勢させることで、衝突反力によるヘッド８の減速を抑制させる。【選択図】図１
2005062003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テーブル上又はヘッド下に取り付けられた試験体を、該ヘッドとテーブルとの間で圧壊
させる高速衝突試験方法であって、上記ヘッドは圧縮したスプリングの弾性エネルギーに
より下向きに加速されることを特徴とする高速衝突試験方法。
【請求項２】
固定されたテーブルと、該テーブルの上方位置に配置されたヘッドと、該ヘッドにスプ
リングの弾性エネルギーにより下向きの移動力を加速させて付勢させるようにしたヘッド
撃突機構とを備え、該ヘッド撃突機構は、上記ヘッドとテーブルの間にて試験体を圧壊す
るまで該ヘッドに下向きの力を付勢できるようにしたことを特徴とする高速衝突試験装置
。
【請求項３】
上記テーブルは、スプリングの自由長位置でヘッドに衝合させるための所要の高さ寸法
を備えたストッパを有する請求項２記載の高速衝突試験装置。
【請求項４】
上記ヘッド撃突機構は、上記ヘッドを固定保持しておくための破断ボルトと、上記ヘッ
ドの上面にスプリングを介在させて上下方向移動可能に配置されたプレート部材と、該プ
レート部材を昇降させるための油圧シリンダとを備え、該油圧シリンダにて上記プレート
部材を下降させることにより、上記スプリングの圧縮と、上記破断ボルトを破断させるた
めの荷重を供給できるようにした請求項２又は３記載の高速衝突試験装置。
【請求項５】
上記プレート部材の下面又は上記ヘッドの上面に、上下方向の長さ寸法が調整可能なロ
ッド部材を配置した請求項２、３又は４記載の高速衝突試験装置。
【請求項６】
上記テーブルの下側に、上記ヘッドによる試験体の圧壊よりも作動速度の遅いショック
アブソーバを設けた請求項２、３、４又は５記載の高速衝突試験装置。
【請求項７】
上記ショックアブソーバの下端側と地盤との間に、クッションを介在させるようにした
請求項６記載の高速衝突試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験体に所要質量のヘッドを高速で衝突させて上記試験体を所要の衝突スト
ロークで圧壊させるために用いる高速衝突試験方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、走行中の自動車の対車両、或いは、対構造物等、他の物体に対する衝突時に
おける挙動に関する知見を得るための衝突試験装置としては、従来一般に、自動車自体を
試験体として、落下する重錘にワイヤを介し牽引させる形式等の加速装置により水平方向
に所要速度まで加速させた後、衝突対象となる車両或いは構造物の強度を模したバリアに
衝突させ、この衝突により圧壊される試験体の挙動を、各種計測機器により計測するよう
にしている。
【０００３】
しかし、自動車のような重量物である試験体を水平方向に加速させるには、大きなエネ
ルギーを必要とするため、たとえば、衝突速度を高めようとすると装置の規模が大きくな
り、このために、自ずから衝突速度として設定できる速度に限界が生じているというのが
実状である。そのために、更に高速で衝突試験を実施できるようにするための装置が望ま
れている。
【０００４】
又、従来の衝突試験装置は、通常、試験体を所要速度まで加速させた後、慣性力により
衝突対象に衝突させるようにしてあるため、衝突時に受ける衝突反力によって試験体の速
度は減速してしまう。このために、衝突時に試験体が圧壊される過程、すなわち、衝突ス
トローク中における速度変化を小さくすることも望まれている。
【０００５】
ところで、従来から一般に実用化されている他の形式の衝突試験装置としては、所要重
量を有するヘッドやハンマーを、所要高さ位置より垂直落下もしくは振子状に落下させる
ことにより加速させて、試験体へ衝突させるようにした落下式衝撃試験器やハンマー式衝
撃試験器等がある。
【０００６】
なお、本出願人は、小型、小規模且つ簡素なシステム構成の衝撃試験装置として、試験
体を載置させて、所定高さ位置に上昇可能に保持された載置台と、該載置台の下方に設け
られ、且つ衝突体を上昇方向に発射して加速し上記載置台に衝突させる発射手段であって
、上記衝突体を所定高さ位置に固定する破断ボルトと、シリンダにより圧縮されて上記衝
突体に上昇方向に向かう力を付与するためのバネと、バネ圧縮時に上記シリンダにより上
昇されて上記衝突体に当接し、上記バネの圧縮量を規定すると共に上記破断ボルトに破断
のためのシリンダ力を付与する当接部材とからなる発射手段とを備えた衝撃試験装置を提
案している（たとえば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２４９６２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、従来用いられている落下式衝撃試験器やハンマー式衝撃試験器にて、試験体
に対するヘッドやハンマー等の衝突速度を高めようとすると、ヘッドやハンマーを高所よ
り落下させる必要が生じ、又、衝突ストローク中に衝突反力による速度変化を小さくしよ
うとする場合には、ヘッドやハンマーの重量を大としなければならないという問題が生じ
る。
【０００９】
すなわち、たとえば、幅１０００ｍｍ、奥行き５００ｍｍ、高さ１０００ｍｍとして、
質量５０〜７０ｋｇ程度の試験体を衝突ストローク５００ｍｍとなるように上下方向に圧
壊させる衝突試験を行うものとし、この際の衝突速度ｖを２８ｍ／ｓ（約１００ｋｍ／ｈ
）に設定する場合、衝突中の反力とストロークの関係を、図４に示す如き三角波と仮定し
、衝突時の衝突反力を６００ｋＮと仮定すると、上記衝突に必要なエネルギーＷは、
Ｗ ＝ １／２・６００×１０３・５００×１０−３ ＝ １５０×１０３［Ｎｍ］
となる。
【００１０】
ここで、上記衝突に必要なエネルギーＷを、落下式衝撃試験器にて、質量Ｍ［ｋｇ］の
ヘッドを高さｈ［ｍ］から自由落下させることにより得ようとすると、エネルギーの保存
則より、
１／２・Ｍ・ｖ２ ＝ Ｍ・ｇ・ｈ
の等式が成り立つ。この等式において、ｖ＝２８［ｍ／ｓ］とすれば、ｈ＝４０［ｍ］と
なる。
【００１１】
更に、上記落下するヘッドと接触した試験体が該ヘッドにより圧壊される衝突ストロー
ク中における速度変化、すなわち、衝突開始時の速度ｖと衝突ストロークのストロークエ
ンドに達するときの速度ｖ１との速度変化を１０％以内に抑えることができるようにする
ために必要なヘッドの質量Ｍ［ｋｇ］は、
Ｗ ＝ １／２・Ｍ・（ｖ２−ｖ１２）
１５０×１０３ ＝ １／２・Ｍ・（２８２−２５．２２）
∴ Ｍ ＝ ２０１４［ｋｇ］
となる。
【００１２】
したがって、約２ｔの質量を有するヘッドを、上空４０ｍの位置から自由落下させる必
要があり、このために、大規模な設備が必要になるという問題が生じる。
【００１３】
ハンマー式衝撃試験器を採用する場合であっても、上記衝突に必要なエネルギーＷを得
るためには、上記落下式衝撃試験器と同様に、質量の大きいハンマーを高所より落下させ
る必要があるため設備が大規模になってしまう。
【００１４】
なお、特許文献１に記載されたものは、衝突体を圧縮されたバネの弾性エネルギーによ
り発射して、加速度をコントロールした状態で載置台に下方より衝突させ、該載置台のテ
ーブル部の上側に載置してある試験体に衝撃パルスを与えるものであって、該試験体を所
要の衝突ストロークで圧壊させることを目的としたものではなく、したがって、衝突スト
ローク中における速度変化を抑えるための構成ともなっていない。したがって、本発明の
高速衝突試験方法及び装置の目的とするところの、試験体を所要の衝突ストロークで圧壊
させる場合にそのまま適用できるものではない。
【００１５】
そこで、本発明は、試験体と物体とを高速で衝突させることができると共に、衝突スト
ロークの開始時とストロークエンドに達するときの速度差を小さく抑えた状態にて上記試
験体を圧壊させることができる高速衝突試験方法及び装置を提供しようとするものである
。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、試験体に上方から衝突させるようにする所要質量のヘッドを、圧縮したスプ
リングの弾性エネルギーにより下向きに加速し、該ヘッドを上記試験体に衝突させてから
該試験体を圧壊させるまで移動させるようにする高速衝突試験方法、及び、テーブル上に
載置した試験体の上方位置に、所要質量のヘッドを位置させ、該ヘッドを上記試験体に衝
突させて該試験体を圧壊させるように、圧縮したスプリングの弾性エネルギーによりヘッ
ドに下向きの移動力を加速させて付勢させるようにしたヘッド撃突機構を備え、且つ該ヘ
ッド撃突機構を、上記ヘッドが上記試験体に衝突してから該試験体を圧壊するまで上記ス
プリングにより該ヘッドに下向きの力を付勢できるようにした高速衝突試験装置とする。
【００１７】
又、ヘッド撃突機構を、テーブル上方の所要高さ位置にヘッドを固定するための破断ボ
ルトと、上記ヘッドの上方位置に該ヘッドとの間にスプリングを介在させて上下方向移動
可能に配置したプレート部材と、該プレート部材を昇降させるための油圧シリンダを備え
てなる構成として、該油圧シリンダにて上記プレート部材を下降させることにより、上記
スプリングの圧縮と、上記破断ボルトを破断させるための荷重を供給できるようにした構
成とする。
【００１８】
更に、プレート部材とヘッドとの間に、上下方向の長さ寸法を調整可能としてあるロッ
ド部材を配置して、該ロッド部材を、上記プレート部材の下面又はヘッドの上面に取り付
けた構成とする。
【００１９】
更に又、テーブルの下側に、上記ヘッドによる試験体の圧壊よりも作動速度の遅いショ
ックアブソーバを設けた構成とする。
【００２０】
更に又、ショックアブソーバの下端側と地盤との間に、クッションを介在させるように
した構成とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の高速衝突試験方法及び装置によれば、以下の如き優れた効果を発揮する。
(1) 試験体に上方から衝突させるようにする所要質量のヘッドを、圧縮したスプリングの
弾性エネルギーにより下向きに加速し、該ヘッドを上記試験体に衝突させてから該試験体
を圧壊させるまで移動させるようにする方法、及び、テーブル上に載置した試験体の上方
位置に、所要質量のヘッドを位置させ、該ヘッドを上記試験体に衝突させて該試験体を圧
壊させるように、圧縮したスプリングの弾性エネルギーによりヘッドに下向きの移動力を
加速させて付勢させるようにしたヘッド撃突機構を備え、且つ該ヘッド撃突機構を、上記
ヘッドが上記試験体に衝突してから該試験体を圧壊するまで上記スプリングにより該ヘッ
ドに下向きの力を付勢できるようにした装置としてあるので、ヘッドを自由落下させる場
合に比して短い距離で高速に加速して試験体に衝突させることができる。又、該ヘッドが
試験体に衝突してから該試験体を圧壊する衝突ストローク中に、上記ヘッドに対し圧縮さ
れたスプリングの弾性エネルギーにより下向きの力を付勢して、衝突反力によるヘッドの
減速を抑制することができる。このため、ヘッドを自由落下させて同等の衝突エネルギー
を得ようとする場合に比して、ヘッドの下降距離を短くできると共に、ヘッドの質量を軽
減でき、したがって、装置の小型化が可能となる。
(2) テーブルの上面における試験体載置位置の周囲の所要個所に、スプリングの自由長位
置でヘッドに衝合させるための所要の高さ寸法を備えたストッパを突設した構成とするこ
とにより、下降するヘッドをストッパにより受けることができるため、圧壊される試験体
が、上記ストッパの高さ寸法と対応した高さ寸法となる時点で該試験体の圧壊の進行を停
止させることができる。
(3) ヘッド撃突機構を、テーブル上方の所要高さ位置にヘッドを固定するための破断ボル
トと、上記ヘッドの上方位置に該ヘッドとの間にスプリングを介在させて上下方向移動可
能に配置したプレート部材と、該プレート部材を昇降させるための油圧シリンダを備えて
なる構成として、該油圧シリンダにて上記プレート部材を下降させることにより、上記ス
プリングの圧縮と、上記破断ボルトを破断させるための荷重を供給できるようにした構成
とすることにより、油圧シリンダにて破断ボルトが破断するまで荷重を作用させることで
、ヘッドを、圧縮したスプリングの弾性エネルギーによる下向きの力を作用させた状態に
て試験体に撃突させるための機構を容易に構成できる。
(4) プレート部材とヘッドとの間に、上下方向の長さ寸法を調整可能としてあるロッド部
材を配置して、該ロッド部材を、上記プレート部材の下面又はヘッドの上面に取り付けた
構成とすることにより、プレート部材とヘッドとの間隔を規定してスプリングの圧縮スト
ロークを規定できる。したがって、圧縮されたスプリングの圧縮長さを変えることができ
て、ヘッドに対し付勢される下向きの力の大きさを調整できる。このため、ヘッドの試験
体に対する衝突速度や衝突ストロークを調整することが可能になる。
(5) テーブルの下側に、上記ヘッドによる試験体の圧壊よりも作動速度の遅いショックア
ブソーバを設けた構成とすることにより、ヘッドにより試験体を圧壊させる間はテーブル
の位置をほぼ変動させることなく保持でき、且つ試験体が圧壊された後、下向きに付勢さ
れているヘッドよりテーブルに作用する衝撃を効率よく緩和させることができる。
(6) ショックアブソーバの下端側と地盤との間に、クッションを介在させるようにした構
成とすることにより、ヘッドの下降による地盤振動の発生を未然に防止することが可能に
なる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００２３】
図１乃至図３は本発明の実施の一形態を示すもので、上下に所要間隔を隔てて平行配置
した天井板２と底板３を、上下方向に延びる複数本の柱部材４の上端部と下端部にそれぞ
れ取り付けて縦長のフレーム１を構成する。該フレーム１の下部所要位置に、試験体６を
載置するためのテーブル５を設けると共に、該テーブル５の上方となる上記フレーム１の
上部位置に、所要質量のヘッド８を配置し、該ヘッド８を圧縮したスプリング９の弾性エ
ネルギーにより下向きに移動させる力を付勢させた状態で下向きに押し出して所要速度ま
で加速させて上記試験体６へ衝突させてから該試験体６を圧壊する衝突ストロークｓの間
、上記ヘッド８に対し下向きの力を付勢し続けることができるようにしてあるヘッド撃突
機構７を設ける。
【００２４】
以下、詳述する。
【００２５】
上記テーブル５は、上面に載置する試験体６の周囲の所要個所に、上方へ所要寸法（図
では試験体の高さ寸法の半分の寸法としてある）突出する複数のストッパ１０を設けて、
上記ヘッド８が上記試験体６に上方より衝突して該試験体６を圧壊するときに、上記各ス
トッパ１０にヘッド８が衝合して該ヘッド８を受けることができるようにしてあり、ヘッ
ド８が試験体６に衝突してから該試験体６を圧壊させるまでの衝突ストロークｓを規定で
きるようにしてある。
【００２６】
更に、上記テーブル５は、上記フレーム１の底板３の上側に、所要数のショックアブソ
ーバ１１を介して支持させるようにしてある。なお、ヘッド撃突機構７より押し出されて
加速される上記ヘッド８が試験体６に高速で衝突することにより該試験体６を圧壊させる
場合、高速での圧壊作用であるため、上記各ショックアブソーバ１１は、作動速度が上記
試験体の圧壊速度よりも遅いものを使用するようにして、上記試験体６が衝突するヘッド
８により圧壊される間は作動しないようにする。これにより、ヘッド８が試験体６に衝突
して該試験体６を圧壊する間は、ショックアブソーバ１１は作動せず、テーブル５を堅固
に支持していて、試験体６の圧壊に支障を来たすことはない。試験体６が圧壊された後、
ヘッド８が上記各ストッパ１０に衝合して該ヘッド８の運動エネルギーが各ストッパ１０
を介し直接テーブル５に伝達されるときに、該テーブル５に伝えられる下向きの衝撃を、
ショックアブソーバ１１により効率よく緩衝できるようにしてある。
【００２７】
上記ヘッド撃突機構７は、以下のような構成としてある。すなわち、上下方向に延びる
所要寸法の柱状とし且つ下端部の軸心位置にねじ孔１３を有するヘッド支持部材１２の上
端部を、上記フレーム１の天井板２の下面中央部に一体に取り付ける。一方、中心部に上
記ヘッド支持部材１２の外形に対応する貫通孔１５を備えたプレート部材１４をヘッド８
の上方位置に配置して、該プレート部材１４の貫通孔１５に、上記ヘッド支持部材１２を
遊嵌状態に挿通させる。更に、上記天井板２の下面における上記ヘッド支持部材１２の周
囲の周方向所要間隔個所に、下向きに配置した複数の油圧シリンダ１６のヘッド側端部を
それぞれ取り付けると共に、該各油圧シリンダ１６の作動ロッド１７の先端部（下端部）
を、上記プレート部材１４の上面における対応する個所にそれぞれ連結して、上記各油圧
シリンダ１６の同期した伸縮動作により、上記プレート部材１４を昇降移動できるように
してある。
【００２８】
又、上記柱状のヘッド支持部材１２の下端部の軸心部のねじ孔１３に、前記したヘッド
８の中心部に下方より挿通させた破断ボルト１８を螺合させて、ヘッド８をヘッド支持部
材１２に固定させるようにする。該ヘッド８の上面と上記プレート部材１４の下面との間
に、複数、たとえば、周方向に所要間隔で４本の伸縮可能なスプリング９を介在させ、ヘ
ッド支持部材１２を油圧シリンダ１６の伸長作動で下降させることにより、スプリング９
を圧縮できるようにしてある。更に、上記プレート部材１４の下面には、周方向所要間隔
個所に、上下方向の長さ寸法を調整できるようにした複数のロッド部材１９を下向きにし
てその上端部がそれぞれ取り付けてある。これにより、上記各油圧シリンダ１６により上
記プレート部材１４を下降させてスプリング９を圧縮させるときに、予め所要長さに設定
しておいた上記各ロッド部材１９の下端がヘッド８の上面側に当接することにより、該各
ロッド部材１９の設定寸法で上記各スプリング９の圧縮の進行を停止させて圧縮ストロー
クを規定できるようになると共に、その後は上記プレート部材１４を下方へ押す各油圧シ
リンダ１６の伸長力を、各ロッド部材１９を介しヘッド８へ直接伝えて、該ヘッド８をヘ
ッド支持部材１２の下端に固定している破断ボルト１８を破断させるための荷重として作
用させることができることになるようにしてある。各油圧シリンダ１６により下降させら
れるプレート部材１９により上記破断ボルト１８が破断させられた後は、上記ヘッド８を
、該ヘッド８の自重による位置エネルギーと、上記圧縮されたスプリング９の弾性エネル
ギーを作用させた状態にて下方へ加速させて移動させ、上記テーブル５上に載置される試
験体６に衝突させ該試験体６を圧壊させることができるようにしてある。したがって、上
記破断ボルト１８としては、圧縮されるスプリング９の伸長方向への弾性エネルギーのみ
では破断しない強度のものを用いるようにすれば、スプリング９を、ロッド部材１９の長
さ寸法として設定する所定寸法まで確実に圧縮できると共に、該所定寸法まで正確に圧縮
されたスプリング９による弾性エネルギーを付与させた状態にて、上記ヘッド８を下向き
に移動させることができるようになる。
【００２９】
更に又、上記各スプリング９の長さ寸法は、該各スプリング９が自由長となるときにヘ
ッド８がテーブル５上のストッパ１０に衝合するように設定してある。これにより、上記
ヘッド撃突機構７より下方へ向けて押し出されるヘッド８がテーブル５上の試験体６に衝
突した後においても、上記ヘッド８がストッパ１０に衝合するようになるまでの間は、圧
縮された各スプリング９の弾性エネルギーを、ヘッド８に対して下方へ押す力として継続
的に付勢することができるようにしてある。
【００３０】
一方、上記フレーム１の底板３の下面には、クッションとしてエアークッション２０を
取り付けて、フレーム１をエアークッション２０を介して地盤上に設置するようにし、上
記ヘッド８が下降して試験体６を圧壊するとき、ストッパ１０、ショックアブソーバ１１
を介して上記底板３に伝えられる衝撃を地盤に伝えないようにしてある。
【００３１】
２１はフレーム１の天井板２と底板３の各周縁部間に設けた垂直なガイドロッドであり
、上記テーブル５とヘッド８とプレート部材１４の外周部に設けてあるそれぞれのガイド
リング５ａ，８ａ，１４ａに挿通させてあり、上記プレート部材１４とヘッド８とテーブ
ル５を各々ガイドロッド２１に沿い上下方向へ移動できるようにしてある。又、２２はテ
ーブル５の制動を行なわせるべくガイドロッド２１の下端部に装着した制動スプリング、
２３は下降するヘッド８とストッパ１０との衝合時の衝撃を緩和させるためにストッパ１
０の上端部に設けた緩衝材である。
【００３２】
なお、上記各油圧シリンダ１６を最も収縮させたときに、自由長のスプリング９の下端
よりもヘッド支持部材１２の下端が、下方に位置するようにすれば、上記スプリング９に
圧縮力を発生させることなく、上記ヘッド支持部材１２の下端へのヘッド８の取付作業を
容易に行うことが可能になる。
【００３３】
上記構成としてある本発明の高速衝突試験装置を用いる場合は、予め試験体６を所要の
衝突ストロークｓで圧壊させるために要する想定反力と、所望する衝突速度ｖに基づいて
、スプリング９のバネ定数Ｋと、ヘッド８の質量Ｍａを設定する。
【００３４】
すなわち、たとえば、幅１０００ｍｍ、奥行き５００ｍｍ、高さ１０００ｍｍとして、
質量５０〜７０ｋｇ程度の試験体６を衝突ストロークｓが５００ｍｍとなるように上下方
向に圧壊させる衝突試験を行う場合には、各ストッパ１０の高さ寸法を５００ｍｍに設定
しておくと共に、上記スプリング９は、自由長まで伸長した状態となるときの下端が、ス
トッパ１０上に達したときのヘッド８の上面位置となる高さ位置に達するものを使用する
ようにする。又、スプリング９の圧縮ストロークを１０００ｍｍに設定する場合には、ス
トッパ１０の１０００ｍｍ上方位置にてヘッド支持部材１２にヘッド８が固定されるよう
にしておく。これにより、１０００ｍｍ圧縮された状態の各スプリング９が、５００ｍｍ
伸長した時点で、ヘッド８が試験体６に衝突し始めるようになる。
【００３５】
更に、ヘッド８が試験体６に衝突し始めるときの速度ｖを２８ｍ／ｓ（約１００ｋｍ／
ｈ）に設定する場合、衝突中の反力とストロークの関係を、図４に示したと同様の三角波
と仮定して、衝突時の衝突反力を６００ｋＮと仮定すると、上記ヘッド８が試験体６に衝
突するときに必要なエネルギーＷは、式（１）で示したように１５０×１０３［Ｎｍ］と
なり、この衝突ストローク中に試験体６の圧壊で消費するエネルギーをスプリング９の圧
縮エネルギーで供給するとすれば、スプリング９のバネ定数Ｋは、
１５０×１０３ ＝ １／２・Ｋ・０．５２
∴ Ｋ ＝ １２００×１０３［Ｎ／ｍ］
となる。
【００３６】
衝突開始時の速度ｖが２８ｍ／ｓとなるヘッドの質量Ｍａを、当初のスプリング９の圧
縮ストロークをｘ１［ｍ］とし、且つ衝突開始時点で残存しているスプリングの圧縮スト
ロークをｘ２［ｍ］として逆算すると、エネルギー保存の法則より、
１／２・Ｍａ・ｖ２＝Ｍ・ｇ・ｈ＋１／２・Ｋ・（ｘ１２−ｘ２２）
１／２・Ｍａ・２８２ 
＝ Ｍａ・９．８・０．５＋１／２・１２００×１０３・（１．０２−０．５２）
∴ Ｍ ＝ １１６１［ｋｇ］
上記において、試験体６を５００ｍｍ圧壊させる衝突ストロークｓのストロークエンドに
達するときのヘッド８の速度ｖ２を計算すると、エネルギーの保存則より、
１／２・Ｍａ・（ｖ２−ｖ２２）＝ Ｍａ・ｇ・ｈ＋１／２・Ｋ・ｘ２２−Ｗ
１／２・１１６１・（２８２−ｖ２２） 
＝ １１６１・９．８・０．５＋１／２・１２００×１０３・０．５２−１５０×１０３
∴ ｖ２ ＝ ２７．８２［ｍ／ｓ］
となり、この場合、衝突ストロークｓ終了時の衝突開始時に対する速度比は、
２７．８２／２８ ＝ ０．９９４
となることから、衝突ストロークｓ終了時の衝突開始時に対する減速率は０．６％となる
。
【００３７】
したがって、上記において導かれたバネ定数Ｋを１２００×１０３［Ｎ／ｍ］としてあ
るスプリング９及び質量Ｍａを１１６１ｋｇとしたヘッド８を用いると共に、テーブル５
上の中央部所定位置に圧壊させるべき試験体６を載置し、その外周に、高さ寸法が上記試
験体６の圧壊前の高さ寸法である１０００ｍｍと、圧壊させるべき衝突ストロークｓであ
る５００ｍｍとの差となるようにした各ストッパ１０を設置した状態として本発明の高速
衝突試験装置を構成し、更に、上記各ロッド部材１９は、予め、各スプリング９の自然長
より所望するスプリング９の圧縮ストロークである１０００ｍｍを引いた長さ寸法に設定
しておく。
【００３８】
この状態において、図１に二点鎖線で示す如き各油圧シリンダ１６を収縮させた初期状
態より、図１に実線で示す示す如く、上記各油圧シリンダ１６を同期させて伸長作動させ
ると、プレート部材１４が下方へ押されて該プレート部材１４とヘッド８との間にて各ス
プリング９が徐々に圧縮される。更に、上記各油圧シリンダ１６の伸長動作を継続させる
と、図２に示す如く、上記各スプリング９が１０００ｍｍ圧縮された時点で各ロッド部材
１９の下端がヘッド８の上面に接触させられる。その後、更に、各油圧シリンダ１６の伸
長動作を行なわせると、該各油圧シリンダ１６の伸長力は各ロッド部材１９を介しヘッド
８を直接下方へ押す力、すなわち、該ヘッド８をヘッド支持部材１２に固定している破断
ボルト１８を破断させるための荷重として作用させられるようになり、該荷重が破断ボル
ト１８の強度を上回るようになる時点で該破断ボルト１８が破断させられる。
【００３９】
この破断ボルト１８の破断により、ヘッド８は自重に応じた位置エネルギー及び上記圧
縮されているスプリング９の弾性エネルギーにより下方へ押し出されると共に、加速させ
られ、図３に示す如く、各スプリング９が５００ｍｍ伸びた時点で、該ヘッド８は速度が
２８ｍ／ｓに達した状態で試験体６に衝突させられる。この衝突の開始時点では、上記各
スプリング９は、まだ自然長より５００ｍｍ圧縮されている状態であるため、上記ヘッド
８に対しては上記各スプリング９の弾性エネルギーによる下向きの力が継続的に付勢され
る。このために、上記ヘッド８と試験体６の衝突により衝突反力が生じても、該ヘッド８
は減速が小さく抑えられた状態にて試験体６を圧壊させるようになる。その後、ヘッド８
は、図３に二点鎖線で示す如く、上記各スプリング９が自然長となる更に５００ｍｍ下方
の位置、すなわち、該ヘッド８がテーブル５上のストッパ１０に衝合するようになるまで
減速率０．６％とほとんど減速することなく更に下降させられ、これに伴い、上記試験体
６はストッパ１０の高さ寸法に相当する５００ｍｍの高さ寸法になるまで圧壊される。
【００４０】
このように、本発明の高速衝突試験装置によれば、衝突ストロークｓ中にも圧縮された
スプリング９の弾性エネルギーによる下向きの力をヘッド８に継続的に付勢することで、
衝突ストロークｓのストロークエンドにおけるヘッドの減速率を０．６％とほとんど衝突
開始時より減速させることなく、速度変化を小さく抑えた状態にて試験体６を圧壊させる
ことができる。
【００４１】
又、上記のように、衝突ストロークｓ中の速度変化を抑えるよう設定するときに要求さ
れるヘッド８の質量を１１６１ｋｇとして、ヘッドの自由落下により上記と同様の衝突エ
ネルギーを発生させようとする場合に比して半分程度にすることが可能となる。
【００４２】
更に、ヘッド８と試験体６との衝突速度を２８ｍ／ｓ、すなわち、約１００ｋｍ／ｈと
高速に設定する場合であっても、ヘッド８の下降距離は、各スプリング９の圧縮量である
１０００ｍｍ程度とすることができるため、ヘッドの自由落下により上記と同様の衝突速
度を得ようとする場合に比して、装置のサイズを大幅に小型化することが可能になる。
【００４３】
更に又、上記フレーム１は、底板３の下面側に設けたエアークッション２０により地盤
と切り離すようにしてあるため、高速で下降するヘッド８がストッパ１０に衝突するとき
の衝撃を地盤へ伝えないようにすることができて、地盤振動の発生を防止することができ
る。
【００４４】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、試験体６を圧壊させる
ときのヘッド８の衝突速度ｖは２８ｍ／ｓ以外の値としてもよく、この衝突速度に応じて
必要とされるヘッド８の質量は自在に設定してもよい。又、試験体６の寸法、圧壊後の試
験体６に残存させるべき寸法、これらに基く衝突ストロークｓは目的とする試験体６の衝
突試験の状況や、試験体６の種類、材質、衝突時に所望する圧壊の度合等に応じて自在に
設定してもよい。スプリング９としては、試験体６を圧壊させるときに生じる想定反力に
応じて、所要のバネ定数Ｋを備えたスプリング９を適宜選択して使用できる。又、図１乃
至図３では、スプリング９としてコイル状のものを示したが、弾性エネルギーによりヘッ
ド８に下向きの力を付勢した状態で、該ヘッド８を、所要の衝突ストロークｓで試験体に
衝突させることができれば、皿ばねや板ばね、重ね板ばね、竹の子ばね等、一般に使用さ
れているスプリングを使用してもよい。ロッド部材１９の長さ寸法を調整することにより
、各スプリング９の圧縮ストローク量を変更して、下降させられるヘッド８に対する各ス
プリング９の弾性エネルギーに基づいて付勢させる下向きの力を変化させるようにしても
よい。ヘッド８は、圧壊させるべき試験体６より受ける反力、該試験体６の形状、材質等
に応じて、任意の材質や形状のものを適宜使用することができる。上記実施の形態におい
ては、テーブル５上に載置した試験体６に対し、ヘッド８を上方より衝突させるものとし
て示したが、ヘッド８の下面に試験体６を取り付けておき、該試験体６をヘッド８と一体
にスプリング９の弾性エネルギーに基づいて下向きの力を付勢した状態で下方に配置して
あるテーブル５に対し衝突させることにより、上記試験体６の圧壊を行わせるようにして
もよい。この場合、ヘッド８の質量は、試験体６の質量を考慮して適宜設定すればよい。
試験体６としては、衝突試験を所望するものであれば、任意のものを使用できる。又、試
験体６は、圧壊後に図３に示した如き形状とならなくてもよいこと、その他本発明の要旨
を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の高速衝突試験方法及び装置の実施の一形態を示す一部切断概略側面図である。
【図２】図１の装置を用いて行う衝突試験においてヘッドが試験体に衝突を開始する状態を示す一部切断概略側面図である。
【図３】図１の装置を用いて行う衝突試験においてヘッドが試験体を圧壊して衝突ストロークのストロークエンドに達した状態を示す一部切断側面図である。
【図４】衝突時に作用する衝突ストロークと衝突反力との関係を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４６】
５    テーブル
６    試験体
７    ヘッド撃突機構
８    ヘッド
９    スプリング
１０    ストッパ
１１    ショックアブソーバ
１４    プレート部材
１６    油圧シリンダ
１８    破断ボルト
１９    ロッド部材
２０    エアークッション（クッション）
ｓ    衝突ストローク
【図１】
2005062003.tif 000003
【図２】
2005062003.tif 000004
【図３】
2005062003.tif 000005
【図４】
2005062003.tif 000006