(57)【要約】【課題】材料の衝撃試験における荷重の測定において、衝撃によって発生する荷重振動を簡便に抑制する荷重測定方法および装置を提供する。【解決手段】試験片に衝撃を与える撃芯を有し、前記撃芯に隣接した荷重検出部を有し、前記撃芯と前記荷重検出部を駆動するロッドを有し、前記ロッドにより前記撃芯と前記荷重検出部を駆動することで、前記撃芯により試験片に衝撃を与え、前記荷重検出部により衝撃荷重を検出する衝撃荷重測定方法であって、前記荷重検出部と前記ロッドとの間に低反発性樹脂を配置したことを特徴とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片に衝撃を与える撃芯を有し、前記撃芯に隣接した荷重検出部を有し、前記撃芯と前記荷重検出部を駆動するロッドを有し、前記ロッドにより前記撃芯と前記荷重検出部を駆動することで、前記撃芯により試験片に衝撃を与え、前記荷重検出部により衝撃荷重を検出する衝撃荷重測定方法であって、前記荷重検出部と前記ロッドとの間に低反発性樹脂を配置したことを特徴とする、衝撃荷重測定方法。
【請求項２】
前記低反発性樹脂の反発弾性率が、１０％未満であることを特徴とする、請求項１記載の衝撃荷重測定方法。
【請求項３】
前記低反発性樹脂の厚さが、０．３ｍｍから５．０ｍｍの範囲内にあることを特徴とする、請求項１乃至２の何れか１項に記載の衝撃荷重測定方法。
【請求項４】
試験片に衝撃を与える撃芯を有し、前記撃芯に隣接した荷重検出部を有し、前記撃芯と前記荷重検出部を駆動するロッドを有し、前記荷重検出部と前記ロッドとの間に低反発性樹脂を配置したことを特徴とする、衝撃荷重測定装置。
【請求項５】
前記低反発性樹脂の反発弾性率が、１０％未満であることを特徴とする、請求項４記載の衝撃荷重測定装置。
【請求項６】
前記低反発性樹脂の厚さが、０．３ｍｍから５．０ｍｍの範囲内にあることを特徴とする、請求項４乃至５の何れか１項に記載の衝撃荷重測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料の衝撃試験において荷重を測定する方法および装置に関し、特に、衝撃によって発生する荷重振動を簡便な手段で抑制する荷重測定方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料の力学的強度を調べる材料試験において、試験片に実際に作用した荷重を正確に知ることは非常に重要となる。荷重の測定は、一般に、ロードセルと呼ばれる荷重検出器を用いて行われ、試験片の変形が準静的な低速の試験の場合には、高精度な測定が比較的簡単に実現される。しかし、携帯機器の落下衝撃や自動車の衝突など、高速に材料が変形することを想定した衝撃試験では、ごく短時間での現象であることに加えて、衝撃によって発生した応力波（弾性波）が各所で反射、伝搬し、繰り返しロードセル中に戻ってくるため、測定荷重にこの反射に起因した振動が重畳してしまい、真の荷重を正確に知ることが困難となる。このような衝撃荷重を計測する方法として、以下の２つの手法が知られている。
【０００３】
１つは、ホプキンソン棒法と呼ばれる方法である。本手法では、細長い２本の弾性棒の間に試験片を装着し、これらの弾性棒を介して試験片に衝撃荷重が印加される。弾性棒中を伝搬した応力波は、弾性棒に貼り付けられたひずみゲージによってひずみ波形から応力波形へと変換され、さらにこの応力波形を解析することによって、試験片に作用した荷重が導出される。弾性棒が十分長ければ、弾性棒の他端で反射した応力波が再びひずみゲージに到達する前に試験片が破断するため、反射の影響を受けずに正確な荷重測定が可能となる。このため、一般的に弾性棒は長大なものが使用され、数ｍから、場合によっては３０ｍにも及ぶ巨大な試験機となり、取り扱いが非常に困難であるという欠点があった。
【０００４】
また、本手法は、鉄鋼材料を主な測定対象として発展してきたため、近年急速に要求が高まりつつある樹脂材料に対しては、破断までの伸び量の増大、すなわち、破断までの時間が長くなることによって、破断前に応力波の反射の影響が重畳され、正確な荷重測定ができないという欠点があった。
【０００５】
これに対して、検力ブロック式と呼ばれる手法が提案されている（図１）。本手法は、ブロック部材を用いて応力波伝搬現象を短時間で消滅させることで、上記の短所を克服することを目指したものである。本手法では、大型の基部ブロック２２と、それに比較して十分小さな小突起部２１で構成された検力ブロックと呼ばれるものが使用される。小突起部２１にはひずみゲージが貼り付けられており、荷重検出部として機能する。小突起部上に設置された試験片１１に衝撃を加えると、試験片１１から小突起部２１へ透過した応力波は、短時間に小突起部２１と基部ブロック２２との境界面で反射を繰り返し、小突起部内は近似的に一様な応力状態となる。一方、小突起部２１から基部ブロック２２へ透過した応力波は、球面波として基部ブロック２２内に拡散し、反射を繰り返すことによって減衰し、小突起部２１への反射波の影響を極力少なくすることで、反射波の重畳による乱れの少ない荷重測定が実現できるとしている。
【０００６】
しかしながら、基部ブロックから小突起部への反射波の影響が少なからず存在することにより、十分な精度での荷重測定が実現できないという欠点があった。また、荷重検出部が小突起で構成されるという特徴から、試験片の寸法や形状が限定されていた。
【０００７】
基部ブロックから小突起部への反射波の影響を軽減する手法として、基部ブロックと外部との間に絶縁手段を設けることが開示（特許文献１）されている。しかしながら、応力波絶縁材として、ゴムやプラスチック等が示されているのみであった。そのため、特許文献１の方法では、基部ブロックから外部への応力波の透過を減衰させることはできても、依然として、基部ブロックと応力波絶縁材の境界面で発生する反射波の影響を十分軽減することはできなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−３０９８０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、衝撃によって発生する荷重振動を簡便な手段で抑制する荷重測定方法および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】
【００１０】
試験片に衝撃を与える撃芯を有し、前記撃芯に隣接した荷重検出部を有し、前記撃芯と前記荷重検出部を駆動するロッドを有し、前記ロッドにより前記撃芯と前記荷重検出部を駆動することで、前記撃芯により試験片に衝撃を与え、前記荷重検出部により衝撃荷重を検出する衝撃荷重測定方法であって、前記荷重検出部と前記ロッドとの間に低反発性樹脂を配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、材料の衝撃試験における荷重の測定において、衝撃によって発生する荷重振動を簡便に抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】特許文献１の衝撃荷重測定方法および装置を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の衝撃荷重測定方法および装置を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における低反発性樹脂の有無による荷重測定結果を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における低反発性樹脂以外の材料による荷重測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
【００１４】
図２は、本実施形態による衝撃荷重測定方法および装置の例を示したものである。試験片１２は、支持台３４の２点で支持され、２点間の中心に対して、支持台と反対側に配置された撃芯３１を図の矢印の方向に高速で衝突させることによって、衝撃試験が行われる。
【００１５】
荷重検出部３２は、衝撃による応力波が発生する場所からできるだけ近くに配置されることが望ましい。このため、荷重検出部３２は撃芯３１に隣接して配置され、かつ、撃芯３１はできるだけ短いことが望ましい。低反発性樹脂４１は、荷重検出部３２とロッド３３の間に配置され、応力波の伝搬および透過を減衰させる。これによって、ロッド３３における応力波の反射の影響をなくすことが可能となる。
【００１６】
試験片１２で発生した応力波は、撃芯３１を透過して荷重検出部３２へと伝搬した後、低反発性樹脂４１の界面において反射し、撃芯３１の先端部との間で短時間に反射を繰り返すことによって近似的に一様な応力状態が得られる。このため、低反発性樹脂４１と撃芯３１の間の長さはできるだけ短いことが望ましく、低反発性樹脂４１は、荷重検出部３２に隣接して配置されることが最も望ましい。また、撃芯３１と荷重検出部３２を合わせた長さも、できるだけ短いことが望ましい。
【００１７】
低反発性樹脂４１は、応力波の伝搬および透過を十分に減衰させる必要がある。このため、低反発性樹脂の反発弾性率は１０％未満であることが望ましい。
【００１８】
反発弾性率とは、物体の衝突時に材料が吸収するエネルギーを表す指標（ＪＩＳ  Ｋ  ６２５５）であり、反発弾性率が０％の場合には、物体は反発することなく静止し、すべてのエネルギーは材料の内部摩擦によって熱エネルギーに変換される。本発明において、応力波の伝搬および透過を十分に減衰させるためには、低反発性樹脂の反発弾性率が小さいことが必要であり、１０％未満であることが望ましい。理想的には０％である。
【００１９】
また、低反発性樹脂の厚さは０．３ｍｍから５．０ｍｍの範囲内にあることが望ましい。厚さが０．３ｍｍ未満の場合には、応力波を十分に減衰させることができなくなるため、荷重振動の抑制効果が得られなくなる。一方、厚さが５．０ｍｍより大きくなると、試験片への衝撃負荷印加時における低反発性樹脂の変形が顕著となるため、試験片に十分な衝撃負荷を与えることができなくなる。
【００２０】
（実施例）
次に、本発明の実施例を説明する。長さ８０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ４ｍｍの試験片をポリカーボネートで作製し、さらに長さ方向の中央部に、角度４５°、深さ２ｍｍ、先端部の曲率半径が０．２５ｍｍのノッチを幅方向に切削で形成したものを試験片１２とした。
【００２１】
撃芯３１は、先端部の曲率半径が２ｍｍ、角度３０°、長さ３３ｍｍの鋼鉄製とし、荷重検出部３２は、直径１３ｍｍ、長さ１８ｍｍの衝撃荷重測定用の圧電型ロードセルを使用した。ロッド３３は、直径２０ｍｍ、長さ２００ｍｍの鋼鉄製とした。低反発性樹脂４１は、反発弾性率２％、厚さ２ｍｍの内外ゴム株式会社製ハネナイト（商品名）を使用した。
【００２２】
まず、ロッド３３の端部（上端）を、高速動作が可能な衝撃試験機のアクチュエータに接続し、ロッド３３のもう一方の端部（下端）には、低反発性樹脂４１を介して、荷重検出部３２、撃芯３１をそれぞれ隣接して接着した。次に、間隔を６２ｍｍとした２つの支持台３４の上に、試験片のノッチ部分を下向き、かつ、支持台間の中心となるように試験片１２を設置し、さらに、支持台間の中心鉛直方向に撃芯３１を配置した。
【００２３】
衝撃試験は、アクチュエータを駆動することにより、ロッド３３、低反発性樹脂４１、荷重検出部３２を介して接続された撃芯３１を、図２の矢印の方向に移動させることによって行われる。撃芯３１は、所定の速度に達した後、試験片１２に衝突し、試験片が破断した後に停止される。この際、荷重検出部３２の信号は時間とともに計測され、荷重データとして記録される。
【００２４】
図３は、ロッド３３と荷重検出部３２の間に、低反発性樹脂４１を配置した場合と、配置しなかった場合の測定結果を示したものである。撃芯の速度は、試験片に衝突する際に２．６ｍ／ｓｅｃとなるようにして行った。低反発性樹脂がない場合、０ｍｓｅｃ時点で撃芯が試験片に衝突すると、測定荷重値は時間とともに増大すると伴に、非常に大きな荷重振動が重畳した。約０．７ｍｓｅｃ時点で試験片が破断し、測定荷重値が急激に減少した後も、大きな荷重振動が継続して重畳していることがわかる。一方、低反発性樹脂を配置した場合には、荷重振動が大幅に抑制されており、安定した測定結果が得られていることがわかった。
【００２５】
（比較例）
次に、本発明に対する比較例を説明する。図４は、低反発性樹脂の代わりに、一般的な樹脂（ポリカーボネート、反発弾性率〜５０％、厚さ１ｍｍ）とゴム材（反発弾性率７０％、厚さ２ｍｍ）を配置した場合について、同様の試験を行った結果である。すなわち、０ｍｓｅｃ時点で撃芯が試験片に衝突すると、測定荷重値は時間とともに増大すると伴に、非常に大きな荷重振動が重畳した。約０．７ｍｓｅｃ時点で試験片が破断し、測定荷重値が急激に減少した後も、大きな荷重振動が継続して重畳した。すなわち、上記の樹脂やゴム材を用いた場合には、荷重振動の抑制効果は得られなかった。
【００２６】
以上説明したように、本発明の実施形態による衝撃荷重測定方法および装置を用いることによって、衝撃によって発生する荷重振動を簡便に抑制することが可能になった。
【符号の説明】
【００２７】
１１    試験片
１２    試験片
２１    小突起部（荷重検出部）
２２    基部ブロック
３１    撃芯
３２    荷重検出部
３３    ロッド
３４    支持台
４１    低反発性樹脂
【図１】
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【図２】
2013092390.tif 000004
【図３】
2013092390.tif 000005
【図４】
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