(57)【要約】【課題】機器に所望の衝撃レベルを負荷することができる衝撃試験機を得る。【解決手段】供試体（３）が載置される板状部材（１）と、板状部材を地盤または設置面上に保持する支持部材（２）と、板状部材に対して錘による衝撃を印加する際に、板状部材が衝撃で破壊されることを防止するために板状部材に貼付される保護部材（４）と、板状部材上に設けられ、錘により印加された衝撃に起因して発生する加速度を検出するための加速度検出器（６）と、加速度検出器による検出結果を収集するデータ集計部（７）とを備え、板状部材は、所望の衝撃レベルを供試体に負荷した衝撃試験を実施するために、規定衝撃応答スペクトラムの特性に合った共振周波数と減衰を有するように積層構造の設計パラメータが調整された積層板（１）で構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝撃試験対象である供試体が載置される板状部材と、
前記板状部材を地盤または設置面上に保持する支持部材と、
前記板状部材に対して錘による衝撃を印加する際に、前記板状部材が衝撃で破壊されることを防止するために前記板状部材に貼付される保護部材と、
前記板状部材上に設けられ、前記錘により印加された前記衝撃に起因して発生する加速度を検出するための加速度検出器と、
前記加速度検出器による検出結果を収集するデータ集計部と
を備えた衝撃試験機であって、
前記板状部材は、所望の衝撃レベルを前記供試体に負荷した衝撃試験を実施するために、規定衝撃応答スペクトラムの特性に合った共振周波数と減衰を有するように積層構造の設計パラメータが調整された積層板で構成される
ことを特徴とする衝撃試験機。
【請求項２】
請求項１に記載の衝撃試験機において、
前記保護部材を介して前記積層板の所望の位置に対して前記錘による衝撃を印加できるように設けられた錘衝突ガイド
をさらに備えることを特徴とする衝撃試験機。
【請求項３】
請求項１に記載の衝撃試験機において、
前記保護部材を介して前記積層板に対して所望の高さから前記錘による衝撃を印加できるように設けられた錘落下高さ調整機構
をさらに備えることを特徴とする衝撃試験機。
【請求項４】
衝撃試験対象である供試体が載置される板状部材と、
前記板状部材を地盤または設置面上に保持する支持部材と、
前記板状部材に対して錘による衝撃を印加する際に、前記板状部材が衝撃で破壊されることを防止するために前記板状部材に貼付される保護部材と、
前記板状部材上に設けられ、前記錘により印加された前記衝撃に起因して発生する加速度を検出するための加速度検出器と、
前記加速度検出器による検出結果を収集するデータ集計部と
を備えた衝撃試験機による衝撃試験方法であって、
前記板状部材として、所望の衝撃レベルを前記供試体に負荷した衝撃試験を実施するために、規定衝撃応答スペクトラムの特性に合った共振周波数と減衰を有するように積層構造の設計パラメータが調整された積層板を用いる
ことを特徴とする衝撃試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ロケットや人工衛星に搭載される機器の耐衝撃環境性を評価するために使用される衝撃試験機および衝撃試験方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の衝撃試験機では、ブロックに供試体を設置し、ブロックに取り付けたプレートに対して、振り子形状のハンマを衝突させて、耐衝撃環境性を評価している（例えば、特許文献１参照）。また、ハンマでなく、錘を落下させて、衝撃を負荷する衝撃試験機がある（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１７０３９０号公報（段落００１３、図１）
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】衝撃試験ハンドブック（１３頁目の１２〜１６行目、図４．１−４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
人工衛星に搭載される機器に対して負荷される衝撃は、人工衛星とロケットの分離時や、太陽電池パドルやアンテナの保持解放時に発生する衝撃であり、人工衛星の構造体を伝播して機器に負荷される。
【０００６】
従来の打撃式衝撃試験機では、機器を搭載したプレートもしくはブロックにハンマや錘を衝突させ衝撃を発生させているが、プレートやブロックの減衰が小さい。このことから、低周波数帯域で所望の衝撃レベルを発生させるためには、プレートやブロックの共振周波数で過剰負荷となり、その一方で、共振周波数付近で所望の衝撃レベルを発生させるためには、振動モードの疎な帯域で過少負荷となる場合があった。このため、発生させる衝撃のレベルと周波数特性を調整可能とすることが課題であった。
【０００７】
また、従来の火工品を用いる衝撃試験機では、人工衛星に搭載される機器に対して負荷される衝撃に近い環境を作り出すことができる。しかしながら、火工品は、高価で、かつ、再使用ができないため、試験費用が高額となる。このため、試験費用の低減が課題であった。
【０００８】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、機器に所望の衝撃レベルを負荷することができる衝撃試験機および衝撃試験方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る衝撃試験機は、衝撃試験対象である供試体が載置される板状部材と、板状部材を地盤または設置面上に保持する支持部材と、板状部材に対して錘による衝撃を印加する際に、板状部材が衝撃で破壊されることを防止するために板状部材に貼付される保護部材と、板状部材上に設けられ、錘により印加された衝撃に起因して発生する加速度を検出するための加速度検出器と、加速度検出器による検出結果を収集するデータ集計部とを備えた衝撃試験機であって、板状部材は、所望の衝撃レベルを供試体に負荷した衝撃試験を実施するために、規定衝撃応答スペクトラムの特性に合った共振周波数と減衰を有するように積層構造の設計パラメータが調整された積層板で構成されるものである。
【００１０】
また、本発明に係る衝撃試験方法は、衝撃試験対象である供試体が載置される板状部材と、板状部材を地盤または設置面上に保持する支持部材と、板状部材に対して錘による衝撃を印加する際に、板状部材が衝撃で破壊されることを防止するために板状部材に貼付される保護部材と、板状部材上に設けられ、錘により印加された衝撃に起因して発生する加速度を検出するための加速度検出器と、加速度検出器による検出結果を収集するデータ集計部とを備えた衝撃試験機による衝撃試験方法であって、板状部材として、所望の衝撃レベルを供試体に負荷した衝撃試験を実施するために、規定衝撃応答スペクトラムの特性に合った共振周波数と減衰を有するように積層構造の設計パラメータが調整された積層板を用いるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、規定衝撃応答スペクトラムの特性に合った衝撃試験を実施できるように、共振周波数と減衰が調整された積層板を用いることにより、機器に所望の衝撃レベルを負荷することができる衝撃試験機および衝撃試験方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１による第１の衝撃試験機を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１による第２の衝撃試験機を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１による第３の衝撃試験機を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１による規定衝撃応答スペクトラムの一例を示した図である。
【図５】本発明の実施の形態１によるデータ収集・演算・記録装置のブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態１による積層板の伸縮変形振動モードの模式図である。
【図７】本発明の実施の形態１による第４の衝撃試験機を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１によるコア層とフェイスシートと接着層を有するサンドイッチパネルの断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１による積層板を用いた衝撃試験機の試験結果を示した図である。
【図１０】本発明の実施の形態１による積層板の代わりに金属板を用いた衝撃試験機の試験結果を示した図である。
【図１１】本発明の実施の形態１による積層板の代わりに金属板を用い、かつ共振周波数を調整しなかった場合の衝撃試験機の試験結果を示した図である。
【図１２】本発明の実施の形態２による衝撃試験機を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態３による第１の衝撃試験機を示す断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３による錘落下高さ調整機構を用いた衝撃試験機の試験結果の一例である。
【図１５】本発明の実施の形態３による第２の衝撃試験機を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による第１の衝撃試験機を示す断面図である。本実施の形態１における第１の衝撃試験機は、積層板１、支持部材２、供試体３、保護部材４、錘５、加速度検出器６、およびデータ収集・演算・記録装置７を備えて構成されている。
【００１４】
板状部材である積層板１は、支持部材２により、地盤または設置面上に保持されている。また、積層板１上には、供試体３および、積層板１が衝撃で破壊されることを防止する保護部材４が載置される。
【００１５】
本実施の形態１における衝撃試験機では、錘５を保護部材４に衝突させることにより、衝撃力を発生させ、その結果、供試体３に所望の衝撃スペックを印加することができる。
【００１６】
また、積層板１には、加速度検出器６が載置されている。この加速度検出器６は、供試体３および保護部材４と同様に、積層板１に対して位置自在に載置可能である。さらに、データ収集・演算・記録装置７は、加速度検出器６と接続されており、加速度検出器６による検出結果を収集、記録することができる。
【００１７】
ここで、支持部材２は、図１のようなプレート形状に限らず、柱形状や単純支持形状であってもよい。図２は、本発明の実施の形態１による第２の衝撃試験機を示す断面図である。基本的な構成は、図１と同じであるが、この図２では、支持部材２が柱形状の例を示している。なお、積層板１と支持部材２の接触は、部分的でもよい。
【００１８】
積層板１は、供試体３および保護部材４を位置自在に載置可能とするように、複数のねじ穴を有する。そして、供試体３および保護部材４は、ボルト締結で積層板１に固定される。なお、供試体３および保護部材４の固定方法は、ねじ止めに限らず、接着材による接着や、クランプ機構など、その他の保持機構であってもよい。
【００１９】
図３は、本発明の実施の形態１による第３の衝撃試験機を示す断面図である。基本的な構成は、図１、図２と同じであるが、図３では、錘５を剛壁から懸架して振り子構造とし、積層板１の面内方向に衝撃を負荷する構成を例示している。なお、錘５の代わりに、ハンマを衝突体としてもよい。
【００２０】
ここで、衝撃スペックは、一般的に衝撃応答スペクトラム（Ｓｈｏｃｋ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ、以下「ＳＲＳ」と称する）で規定されている。図４は、本発明の実施の形態１による規定衝撃応答スペクトラムの一例を示した図である。
【００２１】
図５は、本発明の実施の形態１によるデータ収集・演算・記録装置７のブロック図である。図５に示すように、本実施の形態１におけるデータ収集・演算・記録装置７は、試験条件入力部７１、試験結果検索部７２、試験データ収集部７３、データ演算部７４、データ記録部７５、表示部７６、および出力部７７を備えて構成されている。
【００２２】
このような構成を有することで、データ収集・演算・記録装置７は、加速度検出器６で検出したデータを、試験データ収集部７３で収集し、データ記録部７５に記録させることができる。
【００２３】
さらに、データ収集・演算・記録装置７は、記録した時刻歴データをもとに、データ演算部７４により、四則演算、微積分演算、周波数分析、ＳＲＳ解析等の演算処理を行うことができる。
【００２４】
加速度検出器６は、振動を検出するための測定器であるが、振動の変位や速度を検出する測定器でもよい。その場合、加速度のＳＲＳに変換する際には、データ収集・演算・記録装置７内のデータ演算部７４にて、微分処理を要することとなる。
【００２５】
また、錘５の質量、落下高さ、および材質、供試体３と保護部材４と加速度検出器６の載置位置、保護部材４の材質およびばね定数、所望の衝撃スペック等の試験諸条件は、キーボード等の試験条件入力部７１を介してデータ収集・演算・記録装置７へ入力することができる。さらに、試験条件入力部７１で入力されたデータは、時刻歴データおよび演算処理結果と合わせて、データ記録部７５に保存することで、データベースを構築することができる。
【００２６】
また、蓄積したデータベースを検索することも可能であり、試験結果検索部７２は、試験条件入力部７１を介して入力した新規試験の諸条件に対応する類似事例を、過去にデータ記録部７５に記録したデータの中から抽出することができる。これにより、図５に示したデータ収集・演算・記録装置７は、試験結果の収集・記録だけでなく、新規試験時に効率的に試験条件を決定することができる。
【００２７】
また、データ収集・演算・記録装置７は、表示部７６を介して適宜情報を表示させることで、閲覧が可能となる。さらに、データ収集・演算・記録装置７は、出力部７７を有することで、各種データを外部機器に対して出力することもできる。
【００２８】
火工品を用いた従来の衝撃試験では、試験回数に応じ、火工品を調達する必要があった。これに対して、本実施の形態１における衝撃試験機の各構成要素は、繰り返し使用可能であるため、試験材料および試験費用の削減が可能となる。
【００２９】
図４に例示したような、規定されたＳＲＳ折れ点周波数の近傍に、積層板１の矩形長辺方向に伸縮変形する振動モードを有するように、積層板１の共振周波数ｆを決定することにより、折れ点周波数の合致と、低周波数帯域のＳＲＳ振幅増大と、高周波数帯域でのＳＲＳ振幅増大防止をそれぞれ図ることができる。
【００３０】
図６は、本発明の実施の形態１による積層板１の伸縮変形振動モードの模式図である。積層板１の共振周波数ｆの設計パラメータは、弾性係数Ｅ、質量密度ρ、ポアソン比ν、板厚ｔ、長辺の長さａ、短辺の長さｂ等である。
【００３１】
積層板１は、積層構造により生じる減衰効果のため、金属板よりも減衰が大きく、ＳＲＳ低周波数帯域の傾きが緩やかとなる。また、低周波数帯域のＳＲＳ振幅増大のためには、積層板１の質量密度ρを低くしたほうがよい。減衰の調整は、積層板１を構成する材料の板厚の変更、接着層の接着剤の変更により行う。
【００３２】
さらに、ゴム等の粘弾性素材や拘束型の減衰材８を付加することにより、減衰量を調整することができる。図７は、本発明の実施の形態１による第４の衝撃試験機を示す断面図であり、積層板１に減衰材８を貼り付けた構成を備えている。なお、減衰材８の貼り付け位置は、積層板１の全面であっても、一部のみであってもよい。また、減衰材８を付加する場合には、積層板１の代わりに金属板を用いてもよく、金属板と減衰材８で構成されるものを、積層板１とみなすことができる。
【００３３】
また、積層板１の構造としては、サンドイッチパネルを採用してもよい。図８は、本発明の実施の形態１によるコア層とフェイスシートと接着層を有するサンドイッチパネルの断面図である。一例として、図８に示したように、ハニカムコアや発泡コアからなるコア層９、そのコア層９を挟むフェイスシート１０、およびコア層９およびフェイスシート１０を結合するための接着層１１から構成されるサンドイッチパネル１２を採用することできる。サンドイッチパネルは、金属板よりも質量密度ρを十分に低くすることができ、減衰も大きくなる特性を持たせることができる。
【００３４】
次に、本実施の形態１における衝撃試験機を用いた試験結果について、図を用いて説明する。図９は、本発明の実施の形態１による積層板１を用いた衝撃試験機の試験結果を示した図である。また、図１０は、本発明の実施の形態１による積層板１の代わりに金属板を用いた衝撃試験機の試験結果を示した図である。さらに、図１１は、本発明の実施の形態１による積層板１の代わりに金属板を用い、かつ共振周波数を調整しなかった場合の衝撃試験機の試験結果を示した図である。
【００３５】
図９に示す衝撃試験結果は、規定ＳＲＳレベルの特性に近く、かつ、ＳＲＳレベル許容下限値を下回ることのない（過少負荷となることのない）値が得られており、金属板よりも減衰が大きく、ＳＲＳ低周波数帯域の傾きが緩やかな特性が得られている。このように、積層板１の積層構造の設計パラメータとして、積層板１の形状、質量密度、板厚、接着層の接着剤の材質等を変更して共振周波数ｆと減衰を調整することにより、所望の衝撃レベルを負荷することができることがわかる。
【００３６】
以上のように、実施の形態１によれば、積層板に供試体および保護部材を載置し、保護部材に対して錘による衝撃を印加することで、供試体の衝撃試験を行う構成を備えている。その際に、積層板の積層構造、質量密度、板厚、接着層の接着剤の材質等の設計パラメータを変更して、積層板の共振周波数ｆと減衰を調整することにより、所望の衝撃レベルの試験を実現できる衝撃試験機を得ることができる。
【００３７】
すなわち、発生させる衝撃のレベルと周波数特性を調整することが困難な問題に対して、共振周波数と減衰を調整した積層板を用いることにより、過少負荷となることを防止して所望の衝撃レベルを負荷することができる。
【００３８】
実施の形態２．
図１２は、本発明の実施の形態２による衝撃試験機を示す断面図である。本実施の形態２における衝撃試験機は、先の実施の形態１における図１の構成と比較すると、錘衝突ガイド１３をさらに備えている。
【００３９】
この構成によれば、錘５が保護部材４へ衝突するまでの経路を制限することで、積層板１に対する錘５の衝突位置を所望の位置に調整することができる。それにより、錘５の衝突位置が安定化し、複数試験回数において、供試体３へ印加するＳＲＳの再現性を向上させることができる。
【００４０】
以上のように、実施の形態２によれば、錘の衝突位置を安定化させる構造を備えることで、先の実施の形態１の効果に加え、供試体へ印加するＳＲＳの再現性を向上させた衝撃試験機を得ることができる。
【００４１】
実施の形態３．
図１３は、本発明の実施の形態３による第１の衝撃試験機を示す断面図である。本実施の形態３における衝撃試験機は、先の実施の形態１における図１の構成と比較すると、錘落下高さ調整機構１４をさらに備えている。
【００４２】
この構成によれば、錘５を自由落下させた場合、錘５の落下高さをｈ１からｈ２へ変更することで、錘５の衝突エネルギーを定量的に変更させることができる。図１４は、本発明の実施の形態３による錘落下高さ調整機構１４を用いた衝撃試験機の試験結果の一例である。図１４に示すように、錘落下高さ調整機構１４を用いることで、供試体３に印加されるＳＲＳの大きさを所望の比率で変更することが可能となる。
【００４３】
また、図１５は、本発明の実施の形態３による第２の衝撃試験機を示す断面図である。この図１５においては、錘落下高さ調整機構１４を、ポンプ１５、吸い込み口１６、モータ１７、チェーン１８、スプロケット１９、アーム２０、およびフレーム２１で構成した場合を例示している。
【００４４】
地盤に固定されたフレーム２１に対して、スプロケット１９が取り付けられており、スプロケット１９にチェーン１８が張られている。チェーン１８には、吸い込み口１６を取り付けるアーム２０が連結されている。
【００４５】
このような構成において、モータ１７によりスプロケット１９を回転させることで、吸い込み口１６の高さを自在に制御することができる。吸い込み口１６は、ポンプ１５と連結されており、錘５を吸引することができる。吸い込み口１６を錘５に密着させ、ポンプ１５により吸引することで、錘５を保持することができ、吸引を解放してやることで、錘５を自由落下させることができる。
【００４６】
以上のように、実施の形態３によれば、錘の落下高さを所望の高さに変更させる構造を備えることで、先の実施の形態１の効果に加え、所望の衝突エネルギーに対する衝撃試験を再現性よく実施することが可能となる。
【符号の説明】
【００４７】
１  積層板、２  支持部材、３  供試体、４  保護部材、５  錘、６  加速度検出器、７  データ収集・演算・記録装置（データ集計部）、８  減衰材、９  コア層、１０  フェイスシート、１１  接着層、１２  サンドイッチパネル、１３  錘衝突ガイド、１４  錘落下高さ調整機構、１５  ポンプ、１６  吸い込み口、１７  モータ、１８  チェーン、１９  スプロケット、２０  アーム、２１  フレーム、７１  試験条件入力部、７２  試験結果検索部、７３  試験データ収集部、７４  データ演算部、７５  データ記録部、７６  表示部、７７  出力部。
【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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【図１５】
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