(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直に立てられたガイドロッドにガイドされて落下するようにされた落下テーブルを備えるとともに、落下テーブルの落下衝突を受ける衝突受け台を備え、試験対象物を固定した前記落下テーブルを前記衝突受け台に落下衝突させることで、前記試験対象物に前記落下テーブルを介して所定の衝撃加速度を加えるようにされている落下試験装置において、
前記落下テーブルは、姿勢制御プレートと衝撃受けベースを備え、前記姿勢制御プレートは、前記落下テーブルの落下姿勢を整えるために前記ガイドロッドによる落下ガイドを受けることができるように形成され、前記衝撃受けベースは、前記試験対象物を固定する固定面となる上面を有するとともに、前記衝突受け台に衝突する衝突面となる下面を有するように形成され、前記衝突受け台への衝突で受ける衝撃加速度に関して前記姿勢制御プレートに対して分離された状態で前記姿勢制御プレートに組み付けられていることを特徴とする落下試験装置。
【請求項２】
前記衝撃受けベースは、全体的に円柱状に形成されるとともに、中間位置にフランジ部が設けられ、前記フランジ部を介して前記姿勢制御プレートに支持されるようにして前記姿勢制御プレートに形成の組付け孔に可動的に嵌め込むことで、前記衝撃加速度に関する分離がなされるようにされている請求項１に記載の落下試験装置。
【請求項３】
前記衝撃受けベースは、プラスチックス材で形成されている請求項１又は請求項２に記載の落下試験装置。
【請求項４】
前記衝撃受けベースが前記衝突受け台に衝突した際の反動で跳ね上がるのを抑えるための跳ね上り受けが前記姿勢制御プレートに設けられるとともに、前記衝撃受けベースが前記衝突受け台に衝突するタイミングに合せて前記姿勢制御プレートの落下を受け止めて停止させる落下受けが前記衝突受け台の近傍に設けられている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の落下試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯機器に内蔵されている電子部品の落下衝撃に対する信頼性を評価するなどのために行われる落下試験で用いられる落下試験装置に関し、特に衝撃加速度方式の落下試験に用いられる落下試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば携帯電話やモバイル型携帯端末などの携帯機器では、携帯中などに起こり得る落下衝撃に対する信頼性が強く求められる。そのため携帯機器のメーカや携帯機器に内蔵させる基板（半導体デバイスなどの電子部品が装着されたプリント基板）や電子部品のメーカなどでは、落下衝撃に対する信頼性評価のために落下試験を行うようにしている。落下試験には、自由落下方式と衝撃加速度方式の２つの方式がある。自由落下方式では、試験対象物を自由落下状態で着地面に衝突させて試験を行う。一方、衝撃加速度方式では、何らかの支持手段で支持した状態で試験対象物を落下させ、その支持手段の落下衝突を介して試験対象物に所定の衝撃加速度を加えることで試験を行う。この衝撃加速度方式の落下試験については、基板レベルでの電子部品の落下試験、つまり基板に装着した状態での電子部品に対する落下試験として、ＪＥＤＥＣ（米国合同電子デバイス委員会）が定める規格：ＪＥＳＤ２２−Ｂ１１（電子機器の部品として用いられる基板の落下試験方法）があり（非特許文献１）、基板に装着した状態での電子部品の耐衝撃性評価については、この規格に準拠して試験を行うようにするのが望ましい試験形態の１つとされている。
【０００３】
ＪＥＳＤ２２−Ｂ１１規格は、試験装置の基本的な構造について規定している。それによれば、試験装置は、垂直に立てたガイドロッドにガイドされて落下するようにされた落下テーブルを備えるとともに、落下テーブルの落下衝突を受ける衝突受け台を備えている。そして、所定の固定構造で試験対象物（試験対象の電子部品を装着した基板）を固定した落下テーブルを衝突受け台に落下衝突させることで、試験対象物に所定の衝撃加速度を加えるものとしている。またＪＥＳＤ２２−Ｂ１１規格は、試験対象物に加える衝撃加速度について、１５００Ｇ、０．５ミリ秒の正弦半波という条件を基本的なものとして規定している。このようなＪＥＳＤ２２−Ｂ１１規格の落下試験では、１５００Ｇ、０．５ミリ秒正弦半波の衝撃加速度を負荷することで試験対象物に生じる事象、例えば基板に装着の電子部品に生じる電気抵抗の変化や歪などの事象を指標として耐衝撃性を評価する。
【０００４】
【非特許文献１】JEDEC STANDARD「Board Level Drop Test Method of Components for Handheld Electronic Products」,JESD22-B111
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
衝撃加速度落下試験では、１つの試験対象基板に対して最高３０回まで衝撃加速度負荷を繰り返すとＪＥＳＤ２２−Ｂ１１規格に規定されているように、多数回の衝撃加速度負荷を繰り返し、その繰り返されている衝撃加速度負荷を通じた解析で試験対象物の耐衝撃性を評価することになる。こうした衝撃加速度落下試験では、落下試験ごとに試験対象物に負荷される衝撃加速度の再現性が特に重要となる。より具体的にいうと、ＪＥＳＤ２２−Ｂ１１規格が規定する１５００Ｇ、０．５ミリ秒の正弦半波という衝撃加速度条件に拠る場合には、波形が０．５ミリ秒幅の正弦半波となるように衝撃加速度を加えることになるが、その波形が繰り返される落下試験において常に一定であることが重要である。すなわち衝撃加速度方式の落下試験装置には、性能特性として、衝撃加速度の高い再現性が強く求められる。
【０００６】
また衝撃加速度方式の落下試験装置には、高精度な電子機器類の製造現場などで使用されているというその使用環境から、小型化が強く求められ、さらに落下試験に伴う騒音の問題から低騒音化も強く求められる。
【０００７】
以上のような観点からみた場合、従来の衝撃加速度方式の落下試験装置は、いずれの要求に対しても不十分である。すなわち従来の落下試験装置は、ＪＥＳＤ２２−Ｂ１１規格に規定されている基本的な装置構造をそのまま適用した構造とされているが、このような落下試験装置では、落下試験ごとに衝撃加速度のＧ値や正弦半波の幅が一定せず、再現性が十分でなく、また１５００Ｇの加速度を得るには落下高さとして１５００ｍｍ以上を必要とするために、装置が大型化し、落下試験に伴う騒音も大きなものとなってしまう。
【０００８】
本発明は以上のような事情を背景になされたものであり、第１の目的は、衝撃加速度の高い再現性を可能とする落下試験装置の提供にあり、第２の目的は、衝撃加速度の高い再現性とともに小型化と低騒音化を可能とする落下試験装置の提供にある
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では上記第１の目的のために、垂直に立てられたガイドロッドにガイドされて落下するようにされた落下テーブルを備えるとともに、落下テーブルの落下衝突を受ける衝突受け台を備え、試験対象物を固定した前記落下テーブルを前記衝突受け台に落下衝突させることで、前記試験対象物に所定の衝撃加速度を加えるようにされている落下試験装置において、前記落下テーブルは、前記ガイドロッドによる落下ガイドを受ける姿勢制御プレートに、前記衝突受け台に衝突する衝撃受けベースを組み付けて形成されており、前記衝撃受けベースは、前記衝突受け台への衝突で受ける衝撃加速度に関して前記姿勢制御プレートに対して分離された状態とされていることを特徴としている。
【００１０】
また本発明では上記第２の目的のために、上記のような落下試験装置について、前記衝撃受けベースは、プラスチックス材で形成するものとしている。
【００１１】
また本発明では上記のような落下試験装置について、前記衝撃受けベースは、円柱状に形成するものとしている。
【００１２】
また本発明では上記のような落下試験装置について、前記衝撃受けベースが前記衝突受け台に衝突した際にその反動で跳ね上がるのを抑えるための跳ね上り受けを設けるとともに、前記衝撃受けベースが前記衝突受け台に衝突するタイミングに合せて前記姿勢制御プレートの落下を受け止めて停止させる落下受けを設けるものとしている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、姿勢制御プレートに衝撃受けベースを組み付けるようにして落下テーブルを構成し、その衝撃受けベースは、衝突受け台への衝突で受ける衝撃加速度に関して姿勢制御プレートに対して分離する状態としている。このため本発明によれば、繰り返される落下試験において試験対象物に負荷される衝撃加速度の再現性が高いものとなり、落下試験による電子部品などの耐衝撃性評価をより効果的に行うことが可能となる。
【００１４】
また本発明では上記のような衝撃受けベースをプラスチックスで形成するようにしており、これにより衝撃受けベースにおける試験対象物への衝撃加速度の伝搬性を高いものとすることができるとともに衝撃受けベースの軽量化を図れる。このため本発明によれば、衝撃加速度における所定のＧ値を得るのに必要な落下高さを低くでき、そのことで装置の小型化が可能となり、また衝撃受けベースの衝突エネルギーを小さなもので済ませることができ、そのことで装置の大幅な低騒音化を図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１に一実施形態による落下試験装置の構成を示す。本実施形態の落下試験装置１は、主な構成要素として、ガイドロッド２、落下テーブル３、衝突受け台４、および落下受け５を備えている。これらの構成要素の内でガイドロッド２、落下テーブル３および衝突受け台４は、ＪＥＳＤ２２−Ｂ１１規格が定める落下試験装置の基本構造に準拠したものである。落下試験装置１は、これらの主要な要素の他に、落下後の落下テーブル３を所定落下高さ位置に持ち上げるための持上げ機構、落下テーブル３に固定した試験対象物、例えば基板Ｂ（図２）の状態をモニタリングするモニタリング系、落下テーブル３の落下高さ位置や落下開始、それに落下受け５の動作などを制御する制御系なども備えているが、それらについては図示を省略してある。
【００１６】
ガイドロッド２は、落下テーブル３の落下ガイドに機能する要素であり、金属材を用いてロッド構造に形成され、左右一対で垂直に立てて設けられている。
【００１７】
落下テーブル３は、図２〜図４に示すように、姿勢制御プレート１１、衝撃受けベース１２および跳ね上り受け１３を備えた構成とされ、ガイドロッド２にガイドされて自由落下できるようにされている。
【００１８】
姿勢制御プレート１１は、ガイドロッド２による落下ガイドを受けて落下姿勢を整える要素であり、金属材、具体的にはアルミニューム材を用いて概略長方形状となる平板状に形成されている。そしてその長手方向の左右両端部にガイド受け１４が設けられ、このガイド受け１４を介してガイドロッド２による落下ガイドを受けるようにされている。
【００１９】
衝撃受けベース１２は、落下テーブル３の落下時に衝突受け台４に衝突して衝撃加速度を受けて基板Ｂに伝える要素であり、プラスチックス材を用いて形成されており、全体的な形状が円柱状とされ、その上側寄りの中間位置にフランジ部１５が設けられている。また衝撃受けベース１２は、その上面が基板Ｂを固定する固定面１６とされ、図２に示すように、基板Ｂを固定面１６から所定高さで離隔した状態にして固定できるようにした固定用ねじ１７が所定の配置で複数設けられている。こうした衝撃受けベース１２は、図４に示すように、姿勢制御プレート１１に設けてある組付け孔１８に可動的に嵌め込むことでフランジ部１５を介して姿勢制御プレート１１に支持され、フランジ部１５より上側が姿勢制御プレート１１の上面に突出し、フランジ部１５から下側が姿勢制御プレートの下面に突出する状態にして姿勢制御プレート１１に組み付けられている。すなわち衝撃受けベース１２は、落下テーブル３の落下によりその衝突面１９が衝突受け台４に衝突した際に受ける衝撃加速度に関して姿勢制御プレート１１に対して分離された状態で姿勢制御プレート１１に組み付けられている。
【００２０】
跳ね上り受け１３は、図４に示すように、姿勢制御プレート１１の上面に立ち上げた立上り部２１から跳ね上り受け部２２を水平方向に突出させた鉤形状に形成されており、その跳ね上り受け部２２に緩衝体２３を設けた構成とされ、衝撃受けベース１２に沿うようにして姿勢制御プレート１１の上面に設けられている。この跳ね上り受け１３は、衝撃受けベース１２が衝突受け台４に衝突した反動で跳ね上がるのを抑えるための要素であり、衝撃受けベース１２が跳ね上がった際に、跳ね上り受け部２２が緩衝体２３を介して衝撃受けベース１２のフランジ部１５を上側から押さえることで衝撃受けベース１２の跳ね上りを滑らかに停止させるのに機能する。こうした跳ね上り受け１３については、その緩衝体２３にオイルダンパを用いることで、衝撃受けベース１２の跳上り停止をより滑らかに行わせることができる。
【００２１】
衝突受け台４は、落下テーブル３の落下衝突、より具体的には落下テーブル３における衝撃受けベース１２の落下衝突を受ける要素であり、図１に示すように、金属材を用いて円柱状に形成されており、その上面が衝突受け面２４となるようにされている。衝突受け面２４には、必要に応じてサーフェイス２５を載せる。サーフェイス２５は、緩衝性の高い材料、例えば低反発性のゴムやフェルトなどで形成される。こうしたサーフェイス２５を用いることで、衝撃加速度における正弦半波の幅を調整することができる。正弦半波の幅はサーフェイス２５の緩衝性に相関し、サーフェイス２５の緩衝性はサーフェイス２５の材質と厚みで決まる。したがってサーフェイス２５は、材質や厚みを変えた各種タイプを用意しておき、落下試験の衝撃加速度条件に応じて選択して用いることになる。
【００２２】
落下受け５は、姿勢制御プレート１１の落下を受け止めることを通して衝撃受けベース１２のリバウンドを抑制する要素であり、図１に示すように、エアシリンダを用いて上下動可能に形成した作動部２６の上端に落下受け部２７を組み付けた構成とされ、衝突受け台４に沿うようにして設けられている。
【００２３】
次に、以上のような落下試験装置１でなされる落下試験について説明する。落下試験を行うには、まず基板Ｂを衝撃受けベース１２の固定面１６に固定用ねじ１７で固定する。それから制御系を操作して落下テーブル３に所定の落下高さ位置から最初の落下を開始させる。ここで、落下高さ位置は、衝撃加速度のＧ値に相関し、１５００Ｇの場合であれば、５００ｍｍ程度となる。落下を開始した落下テーブル３は、両ガイドロッド２、２にガイドされた状態で自由落下する。そして最終的に衝撃受けベース１２がその衝突面１９で衝突受け台４の衝突受け面２４ないしそこに載せてあるサーフェイス２５に衝突することで衝撃受けベース１２を通じて基板Ｂに衝撃加速度が加わる。
【００２４】
衝突受け台４に衝突した衝撃受けベース１２は、その反動で跳ね上がる。この間、姿勢制御プレート１１は衝撃受けベース１２と分離した状態で落下を続けており、最終的に落下受け５により受け止められて落下を停止する。すなわち衝撃受けベース１２が衝突受け台４に衝突するタイミングに合せて落下受け５が作動部２６の上昇動作を開始して落下受け部２７を所定の高さ位置まで上昇させ、その状態で落下受け５が姿勢制御プレート１１を、その落下衝撃をシリンダの緩衝性で吸収するようにして下側から受け止めて停止させる。その一方で、跳ね上がった衝撃受けベース１２は、跳ね上り受け１３で柔らかく受けられることで跳上りを滑らかに停止させられ（図４に想像線で示す状態）、それからわずかに落下し、フランジ部１５を介して姿勢制御プレート１１に支持された状態に戻って安定する。つまり落下受け５で姿勢制御プレート１１を適切な高さ位置で支持し、この状態の姿勢制御プレート１１に支持させて衝撃受けベース１２を安定させることで衝撃受けベース１２のリバウンドが抑制されるということである。こうして衝撃受けベース１２が安定すると、落下テーブル３が上昇し、所定の落下高さ位置に戻る。以上のようにして最初の落下が終了したら、以降は必要な回数だけ同様な落下試験を同一の基板Ｂについて繰り返す。
【００２５】
図５に、本実施形態の落下試験装置１による落下試験で基板Ｂにおいて計測した衝撃加速度の波形を示す。図に見られるように、乱れがなくて安定性がきわめて高い状態で１５００Ｇ、０．５ミリ秒の正弦半波が得られている。このため繰り返される落下試験において衝撃加速度の再現性がきわめて高いものとなる。このような衝撃加速度の高い再現性は、落下テーブル３の構造によりもたらされる。衝撃加速度の高い再現性をもたらす落下テーブル３の構造は、分離構造であること、すなわち落下衝突した際に受ける衝撃加速度に関して分離的である姿勢制御プレート１１と衝撃受けベース１２で落下テーブル３が構成されていること、衝撃加速度を直接に受ける衝撃受けベース１２が軽量であるとともに硬度が高くて衝撃伝播性が大きいこと、といった基本的な要件で特徴付けられ、さらに衝撃受けベース１２が円柱状であるという付加的な要件でも特徴付けられるといえる。
【００２６】
軽量でかつ衝撃伝播性が大きいとう衝撃受けベース１２の特性はプラスチックス材で衝撃受けベース１２を形成することにより実現可能なものである。プラスチックス材の中に、分子量が１００万以上の超高分子量のポリエチレンがあり、これの使用が好適である。更に超高分子量の中でも、平均分子量が５５０万といったような超高分子量のポリエチレン系プラスチックス材が適していた。一例として、ＪＥＳＤ２２−Ｂ１１規格が定める基板サイズに対応する衝撃受けベース１２のサイズは、直径１４０ｍｍ程度、高さ１２０ｍｍ程度の円柱となり、これをデュロメータ硬度が６７の超高分子量ポリエチレン系プラスチックス材で形成した場合、その重量は１，７ｋｇ程度となる。
【００２７】
以上のような落下テーブル３の特徴構造における衝撃受けベース１２の大きな衝撃伝播性は、衝撃加速度における所定のＧ値を得るのに必要な落下高さを低くできるということにも働く。具体的には、５００ｍｍ程度の落下高さで１５００Ｇを可能とする。この落下高さを従来の落下試験装置のそれと比べると半分以下である。このため装置の大幅な小型化が可能となる。また衝撃受けベース１２はその軽量性でも特徴付けられるが、この軽量性は、装置の耐衝撃構造の簡略化を可能とすることで装置の小型化に寄与し、さらに衝突エネルギーを小さなもので済ませることができるということで、装置の大幅な低騒音化にも寄与する。
【００２８】
ここで、落下による衝撃加速度負荷では、正弦半波の加速度衝撃を生じた後に残響的な衝撃つまりダンピング衝撃をある程度生じることが避けられない。このダンピング衝撃が大きいと正規の衝撃加速度以外の衝撃加速度が基板Ｂに加わることになり、それだけ試験の精度を低下させることになる。そのためダンピング衝撃ができるだけ小さいことも重要でとなる。図５に見られるように、本実施形態の落下試験装置１ではダンピング衝撃もきわめて小さなものとなっており、低ダンピング衝撃性という点でも要求を十分に満足させることができている。
【００２９】
このような低ダンピング衝撃性は、跳ね上り受け１３と落下受け５でもたらされる。すなわち衝突で跳ね上がった衝撃受けベース１２を跳ね上り受け１３が柔らかく受け止め、それから落下受け５により適切な高さ位置で受け止められる姿勢制御プレート１１が衝撃受けベース１２の安定支持を行うという一連の動作によりダンピング衝撃の発生要因を効果的に排除することができ、その結果として低ダンピング衝撃性が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】一実施形態による落下試験装置の構成を簡略化して示す図である。
【図２】落下テーブルの近傍を拡大して示す図である。
【図３】落下テーブルの平面構造を示す図である。
【図４】落下テーブルにおける衝撃受けベースの姿勢制御プレートへの組付け構造を示す図である。
【図５】本発明による落下試験装置における衝撃加速度の波形の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
２    ガイドロッド
３    落下テーブル
４    衝突受け台
５    落下受け
１１    姿勢制御プレート
１２    衝撃受けベース
１３    跳ね上り受け
Ｂ    基板（試験対象物）
【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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