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技術 衝撃試験機および衝撃試験方法

出願人 日本電気株式会社
発明者 塙康弘
出願日 2015年3月18日 (5年0ヶ月経過) 出願番号 2015-054382
公開日 2016年9月29日 (3年5ヶ月経過) 公開番号 2016-173337
状態 特許登録済
技術分野 機械的応力負荷による材料の強さの調査
主要キーワード 衝撃条件 トレーラン 被試験機器 衝撃波形 試験仕様 衝突部分 衝撃応答 振動アーム
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年9月29日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

衝突時間の連続的な調整を容易にする。

解決手段

電子機器100が設置されたプレート200と、プレート200に衝突する衝突体300と、衝突体300の温度を変化させる加熱部400とを有する。

概要

背景

一般的に、精密機器と称される電子機器は、製品出荷前に、大きな衝撃に耐えられるかどうかを評価する耐衝撃性試験を行うことが必須である。この試験においては、試験に用いたパラメータを電子機器に加わる衝撃応答スペクトル(Shock Response Spectrum、以下、SRSと称する)で表現する方法が用いられている。
SRSは、横軸周波数縦軸加速度で表現され、横軸に示される固有値を持つ1自由度バネマスダンパ系に衝撃が加わった場合の最大加速度を示している。例えば、ある衝撃加速度波形から算出したSRSが、周波数1000Hzで加速度1000Gを示している場合、その衝撃は1000Hzの固有値を持つ1自由度バネ・マス・ダンパ系に最大1000Gの加速度が加わるという意味を持つ。

図7は、一般的なSRS仕様の周波数と加速度との関係の一例を示す図である。
耐衝撃試験を行う場合、図7に示すようなSRS仕様がX、Y、Zの3方向に与えられる。SRSは主に、傾き、折れ点周波数、最大加速度、トレーランスと呼ばれる幅が指定される。この仕様は、事前解析実験が行われ、その結果に基づいて求められる。耐衝撃試験では試験仕様を満たす衝撃を発生させる必要がある。
また、SRS仕様は、傾き、折れ点周波数、最大加速度で指定されているが、これらの値は衝撃波形によって決まる。試験仕様と異なるSRSとなった場合、衝撃条件を変更し、所定のSRSに調整する必要がある。

一般的な耐衝撃性の試験は、面内方向に対して自由度を持つバネ・マス系を有する平板に対して衝撃を与える場合、所定の質量のハンマを所定の速度で、被試験機器が設置されているプレート衝突させて行う(例えば、特許文献1参照)。このとき、供試体を固定するプレートの片端にバネとウェイトとを付加し、バネのバネ定数、またはウェイトの質量を変更することで、特にSRS波形の折れ点周波数を変更させている。

概要

衝突時間の連続的な調整を容易にする。電子機器100が設置されたプレート200と、プレート200に衝突する衝突体300と、衝突体300の温度を変化させる加熱部400とを有する。

目的

本発明の目的は、上述した課題を解決する衝撃試験機および衝撃試験方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

電子機器が設置されたプレートと、前記プレートに衝突する衝突体と、前記衝突体の温度を変化させる加熱部とを有する衝撃試験機

請求項2

請求項1に記載の衝撃試験機において、前記衝突体は、該衝突体の温度の変化に応じて、該衝突体の硬度または弾性率が変化する衝撃試験機。

請求項3

請求項1または請求項2に記載の衝撃試験機において、前記衝突体を保持する衝突体クランプと、前記衝突体の温度を測定する温度測定部とを有し、前記衝突体クランプは、前記温度測定部が測定した温度があらかじめ設定された温度となったとき、前記衝突体を解放し、前記衝突体は、前記衝突体クランプから解放されると、重力を利用して前記プレートに衝突する衝撃試験機。

請求項4

請求項3に記載の衝撃試験機において、前記温度測定部は、前記衝突体の、該衝突体と前記プレートとの衝突部分の温度を測定する衝撃試験機。

請求項5

請求項3または請求項4に記載の衝撃試験機において、前記衝突体は、前記加熱部と前記温度測定部とを有する衝撃試験機。

請求項6

請求項3または請求項4に記載の衝撃試験機において、前記衝突体は、前記温度測定部を有し、前記加熱部は、前記衝突体の周辺具備されている衝撃試験機。

請求項7

請求項3または請求項4に記載の衝撃試験機において、前記衝突体は、前記加熱部を有し、前記温度測定部は、前記衝突体の周辺に具備されている衝撃試験機。

請求項8

電子機器が設置されたプレートに衝突させる衝突体の温度を変化させる処理と、前記衝突体の温度を測定する処理と、前記測定した温度があらかじめ設定された温度となったとき、前記衝突体を前記プレートに衝突させる処理とを行う衝撃試験方法

技術分野

0001

本発明は、電子機器に対して衝撃試験を行うための衝撃試験機および衝撃試験方法に関する。

背景技術

0002

一般的に、精密機器と称される電子機器は、製品出荷前に、大きな衝撃に耐えられるかどうかを評価する耐衝撃性試験を行うことが必須である。この試験においては、試験に用いたパラメータを電子機器に加わる衝撃応答スペクトル(Shock Response Spectrum、以下、SRSと称する)で表現する方法が用いられている。
SRSは、横軸周波数縦軸加速度で表現され、横軸に示される固有値を持つ1自由度バネマスダンパ系に衝撃が加わった場合の最大加速度を示している。例えば、ある衝撃加速度波形から算出したSRSが、周波数1000Hzで加速度1000Gを示している場合、その衝撃は1000Hzの固有値を持つ1自由度バネ・マス・ダンパ系に最大1000Gの加速度が加わるという意味を持つ。

0003

図7は、一般的なSRS仕様の周波数と加速度との関係の一例を示す図である。
耐衝撃試験を行う場合、図7に示すようなSRS仕様がX、Y、Zの3方向に与えられる。SRSは主に、傾き、折れ点周波数、最大加速度、トレーランスと呼ばれる幅が指定される。この仕様は、事前解析実験が行われ、その結果に基づいて求められる。耐衝撃試験では試験仕様を満たす衝撃を発生させる必要がある。
また、SRS仕様は、傾き、折れ点周波数、最大加速度で指定されているが、これらの値は衝撃波形によって決まる。試験仕様と異なるSRSとなった場合、衝撃条件を変更し、所定のSRSに調整する必要がある。

0004

一般的な耐衝撃性の試験は、面内方向に対して自由度を持つバネ・マス系を有する平板に対して衝撃を与える場合、所定の質量のハンマを所定の速度で、被試験機器が設置されているプレート衝突させて行う(例えば、特許文献1参照)。このとき、供試体を固定するプレートの片端にバネとウェイトとを付加し、バネのバネ定数、またはウェイトの質量を変更することで、特にSRS波形の折れ点周波数を変更させている。

先行技術

0005

特開平03−287045号公報

発明が解決しようとする課題

0006

耐衝撃性の試験に必要なSRS波形を得るためには、衝突体の速度・質量・衝突時間(プレートと衝突体とが接触している時間)も調整する必要がある。例えば、重力による自由落下を利用して衝突体をプレートに衝突させる試験機においては、衝突体の衝突速度は、衝突体の自由落下開始の高さを変化させることで、連続的に調整することができる。また、衝突体の質量は、微小を衝突体に取り付けることで、ほぼ連続的に調整することができる。
一方、衝突時間は、衝突体の形状や硬さを変えることが必要で、衝突体の先端の形状を変更したり、材質を変えたりすることにより、調整している。しかしながら、この方法では衝突時間の連続的な調整が難しく、試験に必要なSRS波形を得ることが困難であるという問題点がある。

0007

本発明の目的は、上述した課題を解決する衝撃試験機および衝撃試験方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0008

本発明の衝撃試験機は、
電子機器が設置されたプレートと、
前記プレートに衝突する衝突体と、
前記衝突体の温度を変化させる加熱部とを有する。
また、本発明の衝撃試験方法は、
電子機器が設置されたプレートに衝突させる衝突体の温度を変化させる処理と、
前記衝突体の温度を測定する処理と、
前記測定した温度があらかじめ設定された温度となったとき、前記衝突体を前記プレートに衝突させる処理とを行う。

発明の効果

0009

以上説明したように、本発明においては、衝突時間の連続的な調整を容易にすることができる。

図面の簡単な説明

0010

本発明の衝撃試験機の第1の実施の形態を示す図である。
本発明の衝撃試験機の第2の実施の形態を示す図である。
材料ごとの温度と硬さとの関係の一例を示すグラフである。
ある物質の硬さの温度依存性の一例を示すグラフである。
図2に示した形態における衝撃試験方法を説明するためのフローチャートである。
本発明の衝撃試験機の第3の実施の形態を示す図である。
一般的なSRS仕様の周波数と加速度との関係の一例を示す図である。

実施例

0011

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
(第1の実施の形態)

0012

図1は、本発明の衝撃試験機の第1の実施の形態を示す図である。
本形態における衝撃試験機は図1に示すように、被試験機器となる電子機器100が設置されたプレート200と、衝突体300と、加熱部400とを具備している。衝突体300は、プレート200を振動させるために、プレート200に所定の速度で衝突する。加熱部400は、衝突体300の温度を変化させる。
このように、加熱部400が衝突体300の温度を変化させ、温度が変化した衝突体300が所定の速度でプレート200に衝突することで、衝突時間の連続的な調整を容易にすることができる。
(第2の実施の形態)

0013

図2は、本発明の衝撃試験機の第2の実施の形態を示す図である。
本形態における衝撃試験機は図2に示すように、被試験機器となる電子機器100が設置されたプレート200と、衝突体300と、加熱部400と、衝突体クランプ500と、温度測定部600とを具備している。また、プレート支持部700が、プレート200を支えている。なお、図2に示した形態においては、プレート支持部700はバネを用いたものであるが、ワイヤ等を用いてプレート200を吊すものであっても良い。
プレート200は、試験仕様のSRSで振動する。
衝突体300は、プレート200の上方の所定高さに配置されている。また、衝突体300は、プレート200を振動させるために、プレート200に所定の速度で衝突する。また、衝突体300は、自身の温度の変化に応じて、硬度または弾性率が変化する材質から構成される。
加熱部400は、衝突体300の温度を変化させる。加熱部400は、衝突体300の温度を変化させるために、衝突体300を冷却することもできるし、加熱することもできる。
温度測定部600は、衝突体300の温度を測定する。また、温度測定部600は、衝突体300の、衝突体300とプレート200との衝突部分の温度を測定するものであっても良い。
衝突体クランプ500は、衝突体300を保持(把持)する。また、衝突体クランプ500は、温度測定部600が測定した温度があらかじめ設定された温度となったとき、衝突体300を解放する。つまり、温度測定部600が測定した温度があらかじめ設定された温度となったとき、衝突体300は衝突体クランプ500から離れ、プレート200へ向けて落下する。

0014

上述したように、電子機器100の耐衝撃試験を実施するにあたり、試験仕様のSRSとなるように衝突体の速度、質量、衝突時間(プレート200と衝突体300とが接触している時間)を調整する必要がある。
図2に図示した重力による自由落下を利用して衝突体300をプレート200に衝突させる試験機においては、衝突体300がプレート200に衝突するときの速度は、衝突体300とプレート200との間の距離を変更することにより、変更することが可能である。また、衝突体300の質量は、衝突体300に錘を付加、またはすでに付加されている錘を取り外すことで、変更することが可能である。衝突時間は、衝突体300のプレート200との衝突部分の形状や硬度、弾性率を変えることで変更する手段が一般的である。例えば、衝突体300のプレート200との衝突部分を、材料の異なる部品や形状の部品に交換する手段が用いられる。しかしながらこの方法では、衝突時間を連続的に変更することは困難である。また、部品の交換時間が必要となり、かつ部品を数種類準備しなければならず、時間的、コスト的に問題がある。

0015

そこで、本形態における衝撃試験機は、衝突体300全体の温度または衝突体300の衝突部分の温度を変えることにより、衝突部分の物性値、特に硬度を変化させて衝突時間を調整する。
図3は、材料ごとの温度と硬さとの関係の一例を示すグラフである。本グラフは、独立行政放任産業技術総合研究所の「材料の高温硬度特性」の資料から引用したものである。
図4は、ある物質の硬さの温度依存性の一例を示すグラフである。本グラフは、東レ・デュポン株式会社の「ハイトレルの機械的特性」の資料から引用したものである。
図3および図4に示されるように、金属材料樹脂材料セラミック材料は温度を上昇させるとその硬度が低下する。物体同士が衝突するときの衝突時間(物体同士が接触している時間)は、硬度が高いほど短くなり、硬度が低くなると長くなる。よって、衝突体300(特に衝突部分)の温度を変化させることにより、プレート200と衝突体300との衝突時間を変化させることができる。また、図3および図4に示されるように、温度と硬度との関係は連続した曲線(急に硬度が変化することがない)となるため、温度を連続して変化させれば、硬度も連続して変化させることができる。
本形態における衝撃試験機では、衝撃試験される電子機器100が取り付けられたプレート200の上方、衝突体300がプレート200に衝突する直前で所定の速度となる高さに配置された衝突体300を衝突体クランプ500が保持している。その状態において衝突体300の周辺に配置されている加熱部400が、衝突体300全体あるいは衝突体300のプレート200に衝突する部分を加熱する。温度測定部600は、衝突体300の衝突部分の温度を測定している。温度測定部600が測定している温度が所定の温度となったら、衝突体クランプ500は衝突体300を解放する。すると、衝突体300はプレート200へ向けて落下、加速し、所定の速度に到達し、プレート200に衝突してプレート200に衝撃を与え、電子機器100の衝撃試験を実施する。仮に試験仕様のSRSとなっていないときは、衝突体300とプレート200との間の距離を変えたり、衝突体300の質量を変えたり、衝突体300の加熱温度を変更して衝突時間を変えることにより、試験仕様のSRSとなるように調整する。

0016

以下に、図2に示した形態における衝撃試験方法について説明する。
図5は、図2に示した形態における衝撃試験方法を説明するためのフローチャートである。
まず、温度測定部600が、衝突体300の温度、特にプレート200と衝突する部分の温度を測定する(ステップS1)。続いて、温度測定部600は測定した温度が、あらかじめ設定された温度であるかどうかを判定する(ステップS2)。この測定および判定は、連続して行われるもので良い。また、あらかじめ設定された温度とは、試験の条件とする衝突時間と衝突体300の材質に応じた温度であり、例えば、図3図4に示したような、実験を行った結果として得られた温度である。
温度測定部600が測定した温度が、あらかじめ設定された温度ではない場合、加熱部400が衝突体300の温度を調整する(ステップS3)。具体的には、温度測定部600が測定した温度が、あらかじめ設定された温度よりも低い場合、加熱部400は衝突体300を加熱する。一方、温度測定部600が測定した温度が、あらかじめ設定された温度よりも高い場合、加熱部400は衝突体300を冷却する。そして、温度測定部600はさらにステップS1の処理を行う。
一方、温度測定部600が測定した温度が、あらかじめ設定された温度である場合、つまり、温度測定部600が測定した温度があらかじめ設定された温度となったとき、衝突体クランプ500は、衝突体300を解放する(ステップS4)。これにより、解放された衝突体300は、プレート200に衝突する。

0017

なお、図2に示した形態では、衝突体300の周辺に加熱部400を配置しているが、衝突体300そのものが加熱部400を有しているものであっても良い。また、衝突体300そのものが温度測定部600を有しているものであっても良い。また、衝突体300そのものが加熱部400および温度測定部600を有しているものであっても良い。

0018

このように、本形態においては、加熱部400を用いて衝突体300の衝突部分の温度を変化させることで、衝突体300の硬度あるいは弾性率を変化させ、衝突体300とプレート200との衝突時間を連続的に調整する。これにより、試験仕様のSRSに調整するにあたり、衝突時間を連続的に変更することが可能となり、調整時間を短縮することができるという効果を奏する。
(第3の実施の形態)

0019

図6は、本発明の衝撃試験機の第3の実施の形態を示す図である。
本形態における衝撃試験機は図6に示すように、被試験機器となる電子機器100が設置されたプレート200と、衝突体300と、加熱部400と、衝突体クランプ500と、温度測定部600と、振動アーム800を具備している。また、プレート支持部710が、プレート200を支えている。
プレート200は、試験仕様のSRSで振動する。
衝突体300は、振動アーム800の一端に取り付けられている。本形態は、振動アーム800の他端を揺動支点として、衝突体300を振り子式にプレート200に衝突させる構成となっている。また、衝突体300は、プレート200を振動させるために、プレート200に所定の速度で衝突する。また、衝突体300は、自身の温度の変化に応じて、硬度または弾性率が変化する材質から構成される。
加熱部400は、衝突体300の温度を変化させる。加熱部400は、衝突体300の温度を変化させるために、衝突体300を冷却することもできるし、加熱することもできる。
温度測定部600は、衝突体300の温度を測定する。また、温度測定部600は、衝突体300の、衝突体300とプレート200との衝突部分の温度を測定するものであっても良い。
衝突体クランプ500は、衝突体300を保持(把持)する。また、衝突体クランプ500は、温度測定部600が測定した温度があらかじめ設定された温度となったとき、衝突体300を解放する。つまり、温度測定部600が測定した温度があらかじめ設定された温度となったとき、衝突体300は衝突体クランプ500から離れ、振動アーム800の他端を揺動の支点として、振り子式にプレート200に衝突する。ここで、衝突体300がプレート200と衝突するときの速度は、図2に示した形態と同様に衝突体クランプ500が衝突体300を解放する高さを変えることにより調整することができる。これにより、本形態においても第1および第2の実施の形態と同じ効果を得ることができる。
(変形例)

0020

なお、衝突体を加速するにあたり、上述したような重力を用いるだけでなく、外部から力を衝突体300に付加し、初速を与えることも可能である。また、重力以外の加速手段、例えば、エア圧力火薬等の爆発力により衝突体300を所定の速度まで加速することも可能である。

0021

本発明は、電子機器などの衝撃試験、特にSRS(衝撃応答スペクトラム)測定のような、試験仕様として衝撃応答の周波数が重要となる衝撃試験機に適用可能である。

0022

上記の実施の形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
(付記1)電子機器が設置されたプレートと、
前記プレートに衝突する衝突体と、
前記衝突体の温度を変化させる加熱部とを有する衝撃試験機。
(付記2)前記衝突体は、該衝突体の温度の変化に応じて、該衝突体の硬度または弾性率が変化する、付記1に記載の衝撃試験機。
(付記3)前記衝突体を保持する衝突体クランプと、
前記衝突体の温度を測定する温度測定部とを有し、
前記衝突体クランプは、前記温度測定部が測定した温度があらかじめ設定された温度となったとき、前記衝突体を解放し、
前記衝突体は、前記衝突体クランプから解放されると、重力を利用して前記プレートに衝突する、付記1または付記2に記載の衝撃試験機。
(付記4)前記温度測定部は、前記衝突体の、該衝突体と前記プレートとの衝突部分の温度を測定する、付記3に記載の衝撃試験機。
(付記5)前記衝突体は、前記加熱部と前記温度測定部とを有する、付記3または付記4に記載の衝撃試験機。
(付記6)前記衝突体は、前記温度測定部を有し、
前記加熱部は、前記衝突体の周辺に具備されている、付記3または付記4に記載の衝撃試験機。
衝撃試験機。
(付記7)前記衝突体は、前記加熱部を有し、
前記温度測定部は、前記衝突体の周辺に具備されている、付記3または付記4に記載の衝撃試験機。
(付記8)電子機器が設置されたプレートに衝突させる衝突体の温度を変化させる処理と、
前記衝突体の温度を測定する処理と、
前記測定した温度があらかじめ設定された温度となったとき、前記衝突体を前記プレートに衝突させる処理とを行う衝撃試験方法。

0023

100電子機器
200プレート
300衝突体
400 加熱部
500 衝突体クランプ
600温度測定部
700,710 プレート支持部
800 振動アーム

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