衝撃試験装置及び衝撃試験方法
【課題】 衝撃吸収材料の衝撃力作用時における衝撃応力―歪み特性等を得ることができる衝撃試験装置及び衝撃試験方法を提供する。
【解決手段】 試験片２を任意の保持力で保持する保持部材３と、試験片２に衝撃力を負荷する衝撃負荷部材４と、衝撃負荷部材４による試験片２に対する衝撃力を検出する力センサ５と、試験片２の衝撃負荷部材４による衝撃力負荷時の変位を検出する高速度カメラ６と、力センサ５からの信号と、高速度カメラ６からの信号とを同期させて試験片２に衝撃力が作用した時の衝撃応力―歪み特性曲線を出力する出力装置部７と、から構成される。
【解決手段】 試験片２を任意の保持力で保持する保持部材３と、試験片２に衝撃力を負荷する衝撃負荷部材４と、衝撃負荷部材４による試験片２に対する衝撃力を検出する力センサ５と、試験片２の衝撃負荷部材４による衝撃力負荷時の変位を検出する高速度カメラ６と、力センサ５からの信号と、高速度カメラ６からの信号とを同期させて試験片２に衝撃力が作用した時の衝撃応力―歪み特性曲線を出力する出力装置部７と、から構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験片の衝撃応力―歪み特性を得ることができる衝撃試験装置及び衝撃試験方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、材料の衝撃強さを測定する方法として、アイゾット式またはシャルピー式衝撃試験が知られている（例えば、特許文献１参照。）。これらの方法では、試験片を破壊し、その破壊時における試験片に作用する衝撃エネルギー（衝撃力）から試験片の衝撃強さを測定することは可能である。しかしながら、発泡材料、粘弾性材料やこれらを組み合わせた材料からなる衝撃吸収材料で形成された試験片の場合には、試験片が衝撃時に弾性変形して、衝撃エネルギー（衝撃力）を吸収するため、試験片に作用する衝撃力や、この衝撃力の作用時における試験片の衝撃応力−歪み特性等を評価することは困難であった。そのため、衝撃吸収材料においては、リュプケ式反発弾性試験方法や、トリプソ式反発弾性試験方法（例えば、非特許文献１参照。）によって求められる衝撃吸収性あるいは反発性を測定することによって、衝撃吸収材料の特性評価がなされていた。
【０００３】
ところで、各種機械、電化製品等の衝撃吸収材料として、発泡材料や粘弾性材料、あるいはこれらを組み合わせた材料が使用されてきたが、近年になり、携帯型の機械、電化製品（例えば、携帯電話等である。）が増加してきており、これら各種製品は、これまで考えられなかったような衝撃力の受け方をするようになってきている。
【０００４】
また、これら衝撃吸収材料は、材質や内部形態等によって衝撃吸収特性が異なることから、従来の衝撃試験方法や反発弾性試験方法等によって画一的に評価することが困難となってきた。そのため、これら衝撃吸収材料を実機に装着して衝撃落下試験等を行うことによって、製品の衝撃に対する耐久性評価試験等が行われている。
【特許文献１】特開平２−１３８２５号公報
【非特許文献１】財団法人日本工業規格協会編、JISハンドブック ゴム（１９９９年４月１日発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年の製品の多様化、製品開発のスピード化に伴って、実機試験ではなく、衝撃吸収材料の品質管理を行う上で、この衝撃吸収材料を試験片として衝撃力を負荷し、衝撃応力-歪み特性等を得られる衝撃吸収材料の評価方法が要望されるようになってきている。
【０００６】
そこで、本発明は、発泡材料や粘弾性材料あるいはこれらを組み合わせた材料からなる衝撃吸収材料の衝撃力作用時における衝撃応力―歪み特性等を得ることができる衝撃試験装置及び衝撃試験方法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】
【０００７】
前記目的を達成するため請求項１に係る衝撃試験装置は、試験片を任意の保持力で保持する保持手段と、前記保持手段に保持された試験片に衝撃力を負荷する衝撃負荷手段と、前記衝撃負荷手段によって試験片に負荷された衝撃力を検出する衝撃力検出手段と、前記衝撃力検出手段の衝撃力検出時における該試験片の変位を検出する変位検出手段と、前記衝撃力検出手段によって検出された衝撃力と前記変位検出手段によって検出された変位とに基づいて、該試験片の衝撃応力とこの衝撃応力に対する歪みとの関係を表す衝撃応力−歪み特性情報を出力する出力手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に係る衝撃試験装置は、請求項１に記載の衝撃試験装置において、前記保持手段に保持されている試験片を所定温度に維持する温度維持手段を備え、前記所定温度は、設定変更可能であることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に係る衝撃試験装置は、請求項２に記載の衝撃試験装置において、前記保持手段に保持されている試験片を所定湿度の雰囲気中に維持する湿度維持手段を備え、前記所定湿度は、設定変更可能であることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に係る衝撃試験装置は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の衝撃試験装置において、前記衝撃負荷手段は、一端が回動可能に軸支された振り子式のハンマと、前記ハンマを所定角度に持ち上げて保持するハンマ保持手段と、を有し、前記ハンマ保持手段に保持されたハンマを振り下ろすことによって前記衝撃力を負荷することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５に係る衝撃試験装置は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の衝撃試験装置において、前記衝撃力検出手段は、前記試験片の前記衝撃負荷手段による衝撃力を受ける面に対して該試験片を挟んで他方側に設けられた力センサを有し、前記力センサを介して前記衝撃力を検出することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６に係る衝撃試験装置は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の衝撃試験装置において、前記変位検出手段は、高速度カメラを有し、前記高速度カメラを介して前記変位を検出することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項７に係る衝撃試験装置は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の衝撃試験装置において、前記試験片は、衝撃吸収材料であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項８に係る衝撃試験方法は、保持手段によって試験片を任意の保持力で保持する保持工程と、前記保持工程で保持された試験片に衝撃負荷手段によって衝撃力を負荷する衝撃負荷工程と、前記衝撃負荷工程で試験片に負荷された衝撃力を衝撃力検出手段によって検出すると共に、該衝撃力の検出時における該試験片の変位を変位検出手段によって検出する検出工程と、前記検出工程で検出された衝撃力と変位とに基づいて、該試験片の衝撃応力とこの衝撃応力に対する歪みとの関係を表す衝撃応力−歪み特性情報を出力する出力工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項９に係る衝撃試験方法は、請求項８に記載の衝撃試験方法において、前記変位検出手段は、高速度カメラを有し、前記高速度カメラを介して前記変位を検出することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項１０に係る衝撃試験方法は、保持手段に試験片を装着しない状態で衝撃負荷手段によって衝撃力を負荷する第１衝撃負荷工程と、前記第１衝撃負荷工程で負荷された衝撃力を衝撃力検出手段によって検出する第１検出工程と、前記保持手段によって試験片を任意の保持力で保持する保持工程と、前記保持工程で保持された試験片に前記衝撃負荷手段によって衝撃力を負荷する第２衝撃負荷工程と、前記第２衝撃負荷工程で試験片に負荷された衝撃力を前記衝撃力検出手段によって検出する第２検出工程と、前記第１検出工程で検出された衝撃力から前記第２検出工程で検出された衝撃力を減算して求めた衝撃力を該第１検出工程で検出された衝撃力で除算して該試験片の衝撃吸収率として出力する出力工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項１１に係る衝撃試験方法は、請求項８乃至請求項１０のいずれかに記載の衝撃試験方法において、前記保持工程は、保持されている試験片を所定温度に維持する温度維持工程を含み、前記所定温度は、設定変更可能であることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１２に係る衝撃試験方法は、請求項１１に記載の衝撃試験方法において、前記保持工程は、保持されている試験片を所定湿度の雰囲気中に維持する湿度維持工程を含み、前記所定湿度は、設定変更可能であることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１３に係る衝撃試験方法は、請求項８乃至請求項１２のいずれかに記載の衝撃試験方法において、前記衝撃負荷手段は、一端が回動可能に軸支された振り子式のハンマと、前記ハンマを所定角度に持ち上げて保持するハンマ保持手段と、を有し、前記ハンマ保持手段に保持されたハンマを振り下ろすことによって前記衝撃力を負荷することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１４に係る衝撃試験方法は、請求項８乃至請求項１３のいずれかに記載の衝撃試験方法において、前記衝撃力検出手段は、前記試験片の前記衝撃負荷手段による衝撃力を受ける面に対して該試験片を挟んで他方側に設けられた力センサを有し、前記力センサを介して前記衝撃力を検出することを特徴とする。
【００２１】
更に、請求項１５に係る衝撃試験方法は、請求項８乃至請求項１４のいずれかに記載の衝撃試験方法において、前記試験片は、衝撃吸収材料であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１に係る衝撃試験装置では、試験片を任意の保持力で保持して、この試験片に衝撃力を負荷することが可能となる。また、衝撃力検出手段によって検出された試験片に負荷された衝撃力と、変位検出手段によって検出された該試験片の衝撃力負荷時の変位とに基づいて、該試験片の衝撃応力とこの衝撃応力に対する歪みとの関係を表す衝撃応力−歪み特性情報を得ることが可能となる。
【００２３】
また、請求項２に係る衝撃試験装置では、保持手段に保持されている試験片を任意の設定温度に維持して衝撃力を負荷することが可能となる。これにより、任意の設定温度における 試験片の衝撃応力とこの衝撃応力に対する歪みとの関係を表す衝撃応力−歪み特性情報を得ることが可能となる。
【００２４】
また、請求項３に係る衝撃試験装置では、保持手段に保持されている試験片を任意の設定温度及び任意の設定湿度の雰囲気中に維持して衝撃力を負荷することが可能となる。これにより、任意の設定温度及び任意の設定湿度の雰囲気中における試験片の衝撃応力とこの衝撃応力に対する歪みとの関係を表す衝撃応力−歪み特性情報を得ることが可能となる。
【００２５】
また、請求項４に係る衝撃試験装置では、ハンマ保持手段によって所定角度に保持された振り子式のハンマを振り下ろすことによって試験片に衝撃力を負荷するため、保持手段に保持される試験片に一定の衝撃力を負荷することが可能となる。このため、試験片毎の衝撃吸収特性や衝撃応力−歪み特性等の比較検討を容易に行うことが可能となる。
【００２６】
また、請求項５に係る衝撃試験装置では、試験片の衝撃力を受ける面に対して該試験片を挟んで他方側に力センサを設け、該力センサ介して衝撃負荷手段によって負荷された衝撃力を検出するため、試験片に衝撃力が負荷された際に、確実に試験片に作用した衝撃力を検出することができる。
【００２７】
また、請求項６に係る衝撃試験装置では、高速度カメラを介して衝撃力が負荷された際の試験片の変位を時間変化と共に観察することが可能となり、試験片の衝撃応力−歪み特性情報を容易に得ることができる。
【００２８】
また、請求項７に係る衝撃試験装置では、試験片が発泡材料や粘弾性材料あるいはこれらを組み合わせた材料からなり、衝撃作用時に衝撃を緩和、吸収するような衝撃吸収材料であっても、該試験片の衝撃応力とこの衝撃応力に対する歪みとの関係を表す衝撃応力−歪み特性情報を得ることが可能となる。このため、製品の形態等が異なる場合や、衝撃力の作用の方法が異なる場合であっても、発泡材料や粘弾性材料あるいはこれらを組み合わせた材料からなる衝撃吸収材料の衝撃力作用時における衝撃応力―歪み特性等を実機試験することなく確実に求めることができる。
【００２９】
また、請求項８に係る衝撃試験方法では、保持工程で試験片を任意の保持力で保持して、衝撃負荷工程でこの試験片に衝撃力を負荷することが可能となる。また、検出工程で試験片に負荷された衝撃力を検出すると共に、該衝撃力の検出時における該試験片の変位を検出し、出力工程で検出された衝撃力と変位とに基づいて、該試験片の衝撃応力とこの衝撃応力に対する歪みとの関係を表す衝撃応力−歪み特性情報を得ることが可能となる。
【００３０】
また、請求項９に係る衝撃試験方法では、検出工程において、高速度カメラを介して衝撃力が負荷された際の試験片の変位を検出するため、衝撃力が負荷された際の試験片の変位を時間変化と共に観察することが可能となり、試験片の衝撃応力−歪み特性情報を容易に得ることができる。
【００３１】
また、請求項１０に係る衝撃試験方法では、先ず、第１検出工程で保持手段に試験片を装着しない状態で衝撃負荷手段による衝撃力を検出し、続いて、この保持手段に試験片を任意の保持力で保持した後、第２検出工程で衝撃負荷手段による該試験片への衝撃力を検出することによって、第１検出工程で検出された衝撃力から第２検出工程で検出された衝撃力を減算して求めた衝撃力を該第１検出工程で検出された衝撃力で除算して該試験片の衝撃吸収率を得ることが可能となる。
【００３２】
また、請求項１１に係る衝撃試験方法では、温度維持工程で試験片を任意の設定温度に維持して、この試験片に衝撃力を負荷することが可能となる。これにより、任意の設定温度における 試験片の衝撃応力とこの衝撃応力に対する歪みとの関係を表す衝撃応力−歪み特性情報又は衝撃吸収率を得ることが可能となる。
【００３３】
また、請求項１２に係る衝撃試験方法では、温度維持工程で試験片を任意の設定温度に維持すると共に、湿度維持工程で試験片を任意の設定湿度の雰囲気中に維持して、この試験片に衝撃力を負荷することが可能となる。これにより、任意の設定温度及び任意の設定湿度の雰囲気中における試験片の衝撃応力とこの衝撃応力に対する歪みとの関係を表す衝撃応力−歪み特性情報又は衝撃吸収率を得ることが可能となる。
【００３４】
また、請求項１３に係る衝撃試験方法では、一端が回動可能に軸支された振り子式のハンマを所定角度に持ち上げた後、このハンマを振り下ろすことで衝撃力を負荷するため、試験片に一定の衝撃力を負荷することが可能となる。このため、試験片毎の衝撃吸収特性や衝撃応力−歪み特性等の比較検討を容易に行うことが可能となる。
【００３５】
また、請求項１４に係る衝撃試験方法では、試験片の衝撃力を受ける面に対して該試験片を挟んで他方側に力センサを設け、該力センサを介してこの衝撃力を検出するため、試験片に衝撃力が負荷された際に、確実に試験片に作用した衝撃力を検出することができる。
【００３６】
更に、請求項１５に係る衝撃試験方法では、試験片が発泡材料や粘弾性材料あるいはこれらを組み合わせた材料からなり、衝撃作用時に衝撃を緩和、吸収するような衝撃吸収材料であっても、該試験片の衝撃応力とこの衝撃応力に対する歪みとの関係を表す衝撃応力−歪み特性情報又は衝撃吸収率を得ることが可能となる。このため、製品の形態等が異なる場合や、衝撃力の作用の方法が異なる場合であっても、発泡材料や粘弾性材料あるいはこれらを組み合わせた材料からなる衝撃吸収材料の衝撃力作用時における衝撃応力―歪み特性又は衝撃吸収率等を実機試験することなく確実に求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る衝撃試験装置及び衝撃試験方法を具体化した実施例１及び実施例２について説明する。
【実施例１】
【００３８】
先ず、実施例１に係る衝撃試験装置の概略構成について図１乃至図４に基づき説明する。
図１乃至図４に示すように、実施例１に係る衝撃試験装置１は、試験片２を任意の保持力で保持する保持手段としての保持部材３と、試験片２に衝撃応力を負荷する衝撃負荷手段としての衝撃負荷部材４と、衝撃負荷部材４による試験片２に対する衝撃力を検出する衝撃力検出手段としての力センサ５と、試験片２の衝撃負荷部材４による衝撃力作用時の変位を検出する変位検出手段としての高速度カメラ６と、力センサ５からの信号と、高速度カメラ６からの信号とを同期させて試験片２に衝撃力が作用した時の該試験片２の衝撃応力とこの衝撃応力に対する歪みとの関係を表す衝撃応力―歪み特性情報としての衝撃応力−歪み特性曲線を出力する出力手段としての出力装置部７と、で構成される。
【００３９】
また、試験片２を任意の保持力で保持する保持部材３は、テーブル１０に固定された固定治具１１と、固定治具１１に対向して試験片２を挟み込んで保持できるようスライド可能な押さえ治具１２と、で構成されている。この押さえ治具１２は、テーブル１０上をスライド可能な台座１３にスライド可能に設置されており、台座１３と一体にテーブル１０上をスライド可能となっている。また、この台座１３には、台座１３をスライドさせる際のレバー１４と、レバー１４によってスライドされて仮位置決定された後にテーブル１０に固定する固定部材１５と、が設けられている。さらに、押さえ治具１２には押さえ圧力調整手段１６が設けられている。この押さえ圧力調整手段１６には、押さえ治具１２に連動するデジタルゲージ等が設けられていることが好ましい。そして、この押さえ圧力調整手段１６は、仮位置で固定された台座１３上を押さえ治具１２を試験片２に対して前後方向（図１中において、左右方向）に微調整することが可能であり、これによって保持される試験片２に作用する保持力を調整することが可能となる。
【００４０】
また、この保持部材３によって保持された試験片２に衝撃力を負荷する衝撃負荷部材４は、一端２２が支柱２０に対して回動可能に軸支され、他端側にハンマ２４を有するシャフト２３と、ハンマ２４を所定角度に持ち上げて保持するアーム２１とで構成されている。アーム２１は、所定の角度に固定保持できるようになっている。ここで、ハンマ２４は、鋼球を使用することで、アーム２１の一端に電磁石２５を設けることによってハンマ２４を一体に所定角度持ち上げることが可能となっている。なお、ハンマ２４をアーム２１と共に持ち上げることが可能で、さらに、容易にハンマ２４とアーム２１とを切り離すことができるものであれば、電磁石２５に限定されるものではない。また、ハンマ２４は、球状に限らず、例えば、ブロック状であってもよい。
【００４１】
また、衝撃負荷部材４による試験片２に作用する衝撃力を検出する力センサ５は、固定治具１１の試験片２と接する面の他面側に設けられている。実施例１における力センサ５としては、圧電素子で構成される力センサが好ましい。力センサ５を用いることによって、衝撃負荷部材４のハンマ２４が試験片２に衝撃力を作用した際に確実にこの衝撃力を検出することができる。なお、力センサに代えて、歪ゲージを用いることも可能である。
【００４２】
また、試験片２の衝撃力負荷時の変位を検出する高速度カメラ６は、図４に示すように、試験片２の変位が直接観察できるような高速度カメラを用いることが好ましい。ここで、用いられる高速度カメラとしては、撮像間隔が２００μｓ以下、好ましくは１００μｓ以下、より好ましくは７５μｓ以下のものが好ましい。
【００４３】
また、図４に示すように、試験片２は固定治具１１と押さえ治具１２間にアクリル樹脂等の樹脂製板材、アルミニウム板等の金属製板材等の高弾性な板材で構成される支持板２８を介して挟持されている。
また、図４に示すように、衝撃応力―歪み特性曲線を出力する出力装置部７は、変位検出手段である高速度カメラ６からの変位検出信号（画像信号）を出力する第１制御手段３２と、衝撃力検出手段である力センサ５からの信号と、第１制御手段３２からの変位検出信号（画像信号）を同期させる同期手段３５と、第１制御手段３２からの変位検出信号（画像信号）の画像を解析し、変位を試験片２の無負荷時の厚さで除算して歪を算出すると共に、同期手段３５で同期された力センサ５からの信号を解析し、衝撃力を算出後、試験片２の支持板２８に当接する面の面積で除算して衝撃応力を算出して、衝撃応力―歪み特性曲線を出力する第２制御手段３０と、で構成されている。ここで、力センサ５からの信号と、第１制御手段３２からの変位検出信号（画像信号）との同期は、ハンマ２４が試験片２の手前に設けられた速度センサ３４の前を通過した際に発せられる速度計３３からの信号をきっかけとして第１制御手段３２及び同期手段３５が同時に各々の信号を検出するようにすることで行われている。
【００４４】
次に、上記のように構成された衝撃試験装置１による衝撃試験方法について説明する。
（保持工程）
まず、保持部材３の固定治具１１及び押さえ治具１２間に試験片２を挿入せずにアクリル樹脂からなる支持板２８のみを挿入する。そして、レバー１４によって台座１３を固定治具１１側にスライドさせて支持板２８におおよそ密着させて台座１３を仮固定する。次いで、押さえ圧力調整手段１６によって台座１３を微調整し、固定治具１１と支持板２８とを密着固定する。そして、このとき押さえ圧力調整手段１６に設けられているメモリをリセットし、押さえ治具１２の位置を基準点とする。
【００４５】
次に、試験片２の厚みを予め測定する。そして、押さえ圧力調整手段１６を調整し、押さえ治具１２を基準点から試験片２の厚み分移動させ、固定治具１１と支持板２８との間に試験片２をセットする。このとき、発泡材料や粘弾性材料あるいはこれらを組み合わせた材料からなり、衝撃作用時に衝撃を緩和、吸収する衝撃吸収材料で形成された試験片２を装着した場合には、押さえ圧力調整手段１６のゲージを確認しながら試験片２の厚さを考慮しつつ押さえ圧力を調整することによって、この試験片２を実機の装着状態に近い圧縮率で固定することが可能となる。また、試験片２の一方の面の一部または全面に粘着剤等を設けることで、固定治具１１に貼付可能となり、確実に固定治具１１に固定することができる。
【００４６】
（衝撃負荷工程）
試験片２のセット終了後、アーム２１の一端に設けられている電磁石２５のスイッチを入れ、ハンマ２４をアーム２１に固定保持する。そして、アーム２１を任意の所定角度に振り上げて固定後、電磁石２５のスイッチを切り、ハンマ２４を保持部材３に保持されている支持板２８に衝突させる（図２参照）。
（検出工程）
また、このときの衝撃力を力センサ５によって測定する。
ここで、試験片２を挿入する前に、固定治具１１と支持板２８とを密着固定して、同様にしてハンマ２４を支持板２８に衝突させ、この際の衝撃力を測定しておき、下記（１）式で計算することによって試験片２の衝撃吸収率（％）を測定することができる。
【００４７】
衝撃吸収率（％）＝｛（支持板のみの衝撃力−試験片挿入時の衝撃力）/支持板のみの衝撃力｝×１００・・・（１）
【００４８】
続いて、ハンマ２４が支持板２８に衝突した時における、試験片２の変位の測定方法について説明する。
試験片２に負荷された衝撃力は、前述した方法によりハンマ２４の衝突時における力センサ５によって検出する。この力センサ５からの信号は、同期手段３５に入力される。一方、このときの試験片２の変位については、高速度カメラ６で撮影し、その撮像信号が第１制御手段３２を経て同期手段３５に入力される。ここで、同期手段３５による力センサ５からの信号及び高速度カメラ６からの信号の同期は、図４に示すように、ハンマ２４が保持部材３の直前に設けられている速度センサ３４を通過することで速度計３３から信号が発信し、第１制御手段３２に入力されると共に、該第１制御手段３２を介して同期手段３５に同期信号が入力される。そして、この速度計３３からの信号をきっかけとして高速度カメラ６による撮像が開始されると共に、同期手段３５からの力センサ５の信号が発信されるようになる。これによって、高速度カメラ６の撮像開始と力センサ５による衝撃力測定が同時に開始され、各測定時間における試験片２の変位を該試験片２に作用する衝撃力に同期させて測定することが可能となる。
【００４９】
（出力工程）
そして、同期手段３５によって同期された力センサ５からの信号及び高速度カメラ６からの撮像信号は、第２制御手段３０に入力される。この第２制御手段３０において、力センサ５からの信号は、衝撃力に変換され、高速度カメラ６からの撮像信号は、画像処理されて変位に変換される。ここで、高速度カメラ６からの撮像信号を画像処理によって変位へ変換するには、試験片２あるいは支持板２８の端面にマークを記入しておく。そして、このマークの軌跡を数値化することによって行われる。また、第２制御手段３０は、各測定時間における衝撃力と変位とのデータ値を取得後、各衝撃力を試験片２の支持板２８に当接する面の面積で除算すると共に、各変位を試験片２の無負荷時の厚さで除算して衝撃応力―歪み特性曲線を出力することが可能となる。例えば、第２制御手段３０を液晶表示画面を有するパーソナルコンピュータ等で構成し、この衝撃応力―歪み特性曲線を液晶表示画面に表示することが可能となる。
【００５０】
以上のようにして、試験片２が発泡材料や粘弾性材料あるいはこれらを組み合わせた材料からなり、衝撃力作用時に衝撃力を緩和、吸収する衝撃吸収材料であっても、衝撃試験装置１は、該試験片２の衝撃力作用時における衝撃応力−歪み特性曲線を出力することが可能となる。また、衝撃試験装置１は、同時に試験片２の衝撃吸収率をも出力することが可能となる。
【００５１】
ここで、上記構成の衝撃試験装置１にポリプロピレン製の発泡材料で形成された試験片２を装着して行った衝撃試験の一例について説明する。
この試験片２は、ポリプロピレン製の発泡材料で形成された衝撃吸収材料を２０ｍｍ×２０ｍｍ×１ｍｍとなるように切り出し、９０ｍｍ×８０ｍｍ×３ｍｍのアクリル樹脂製の支持板２８を介して保持部材３によって保持した。このとき、押さえ治具１２は、基準点から少し押し込んだ状態とし、試験片２を厚さ方向に３０％圧縮した状態に保持した。そして、ハンマ２４を支柱２０に対して４５度となるように振り上げた状態にセットした後、該ハンマ２４をアーム２１から切り離し、支持板２８に衝突させた。この際、高速度カメラ６（例えば、Photron社製FASTCAM）によって随時試験片２の変位の撮像を行った。また、室温２０℃、湿度６０％の環境でこの衝撃試験を行った。
以上の試験条件で得られた衝撃応力―歪み特性曲線４５を図５に示す。図５に示すように、試験片２がポリプロピレン製の発泡材料などの衝撃吸収材料であっても衝撃応力―歪み特性曲線４５を得ることができた。
【００５２】
また、この試験片２を厚さ方向に３０％圧縮した状態に保持して、ハンマ２４を支柱２０に対して３０度、４５度、６０度、７５度、９０度の各角度に振り上げた状態にセットした後、該ハンマ２４をアーム２１から切り離し、支持板２８に衝突させた。そして、上記（１）式によって得られた該試験片２の衝撃吸収率を図６に示す。図６に示すように、試験片２がポリプロピレン製の発泡材料などの衝撃吸収材料であってもハンマ２４の各振り上げ角度に対する衝撃吸収率を得ることができた。
【実施例２】
【００５３】
次に、実施例２に係る衝撃試験装置の概略構成について図７乃至図９に基づいて説明する。尚、以下の説明において上記図１乃至図４の実施例１に係る衝撃試験装置１の構成等と同一符号は、該実施例１に係衝撃試験装置１等の構成等と同一あるいは相当部分を示すものである。
実施例２に係る衝撃試験装置の概略構成及び制御構成は、実施例１に係る衝撃試験装置１とほぼ同じ構成である。
但し、図７乃至図９に示すように、実施例２に係る衝撃試験装置５１は、実施例１に係る衝撃試験装置１を構成する力センサ５が取り付けられた保持部材３及び衝撃負荷部材４を温度維持手段及び湿度維持手段としての恒温恒湿槽５２の断熱箱体５４内に配置した点において上記実施例１に係る衝撃試験装置１の構成と異なっている。
【００５４】
図７及び図８に示すように、恒温恒湿槽５２は、前面に矩形の開口５３を備えた断熱箱体５４と、その開口５３を閉塞するように開口５３の一側の端縁部に回動自在に枢支されて、開閉自在に取り付けられた断熱扉５５と、該断熱箱体５４の下側に配設される冷凍機ユニット５６とから構成されている。また、断熱箱体５４内の奥側には、冷凍機ユニット５６の前面側に配置された給水タンク５７から給水される加湿器５８と、この加湿器５８の上側に配置されて冷凍機ユニット５６によって冷却される冷却・除湿器５９と、この冷却・除湿器５９の上側に配置されるヒータ６０と、このヒータ６０の上側に配置される送風機６１とから構成されている。また、送風機６１の吹き出し口近傍には、不図示の湿度センサと温度センサとが配置されている。
また、断熱箱体５４の左側壁面の中央下部には、観測用窓６２が設けられ、該断熱箱体５４内に配置される保持部材３に保持される試験片２の変位を観察可能に構成されている。また、この観測用窓６２の外側には、透明なアクリル板などで形成され略中央部に縦長の貫通孔が穿設された略四角形の保護板６４が設けられている。そして、この保護板６４の外側には、高速度カメラ６と照明装置６６とが配置され、保持部材３に保持される試験片２の変位を観測可能に構成されている。
【００５５】
また、この観測用窓６２の横側には、断熱箱体５４内に配置される衝撃負荷部材４の電磁石２５と、速度計３３と、力センサ５との各配線を外側に引き出すための配線取出口６７が設けられている。
また、断熱扉５５の右側には、冷凍機ユニット５６、加湿器５８、冷却・除湿器５９、ヒータ６０及び送風機６１を駆動制御する制御回路部（不図示）を備えた操作部６８が設けられ、該断熱箱体５４内の温度及び湿度を所定温度及び所定湿度に設定可能に構成されている。ここで、恒温恒湿槽５２は、断熱箱体５４内の温度を−４０℃乃至＋１００℃の範囲内の任意の温度に設定可能に構成され、また、該断熱箱体５４内の湿度を０％乃至１００％の範囲内の任意の湿度に設定可能に構成されている。
【００５６】
また、図９に示すように、断熱箱体５４内には、試験片２の手前に設けられる速度センサ３４と、この速度センサ３４に接続される速度計３３とが配置されている。
また、図９に示すように、衝撃応力―歪み特性曲線を出力する出力装置部７は、断熱箱体５４の外側に配置され、変位検出手段である高速度カメラ６からの変位検出信号（画像信号）を出力する第１制御手段３２と、衝撃力検出手段である力センサ５からの信号と、第１制御手段３２からの変位検出信号（画像信号）を同期させる同期手段３５と、第１制御手段３２からの変位検出信号（画像信号）の画像を解析し、変位を試験片２の無負荷時の厚さで除算して歪を算出すると共に、同期手段３５で同期された力センサ５からの信号を解析し、衝撃力を算出後、試験片２の支持板２８に当接する面の面積で除算して衝撃応力を算出して、衝撃応力―歪み特性曲線を出力する第２制御手段３０と、で構成されている。ここで、力センサ５からの信号と、第１制御手段３２からの変位検出信号（画像信号）との同期は、ハンマ２４が試験片２の手前に設けられた速度センサ３４の前を通過した際に発せられる速度計３３からの信号をきっかけとして第１制御手段３２及び同期手段３５が同時に各々の信号を検出するようにすることで行われている。
【００５７】
次に、上記のように構成された衝撃試験装置５１による衝撃試験方法について説明する。
（保持工程）
まず、断熱箱体５４内に配置される保持部材３の固定治具１１及び押さえ治具１２間に試験片２を挿入せずにアクリル樹脂からなる支持板２８のみを挿入する。そして、レバー１４によって台座１３を固定治具１１側にスライドさせて支持板２８におおよそ密着させて台座１３を仮固定する。次いで、押さえ圧力調整手段１６によって台座１３を微調整し、固定治具１１と支持板２８とを密着固定する。そして、このとき押さえ圧力調整手段１６に設けられているメモリをリセットし、押さえ治具１２の位置を基準点とする。
【００５８】
次に、室内で試験片２の厚みを予め測定する。そして、押さえ圧力調整手段１６を調整し、押さえ治具１２を基準点から試験片２の厚み分移動させ、固定治具１１と支持板２８との間に試験片２をセットする。このとき、発泡材料や粘弾性材料あるいはこれらを組み合わせた材料からなり、衝撃作用時に衝撃を緩和、吸収する衝撃吸収材料で形成された試験片２を装着した場合には、押さえ圧力調整手段１６のゲージを確認しながら試験片２の厚さを考慮しつつ押さえ圧力を調整することによって、この試験片２を実機の装着状態に近い圧縮率で固定することが可能となる。また、試験片２の一方の面の一部または全面に粘着剤等を設けることで、固定治具１１に貼付可能となり、確実に固定治具１１に固定することができる。そして、試験片２のセット終了後、アーム２１の一端に設けられている電磁石２５のスイッチを入れ、ハンマ２４をアーム２１に固定保持する。そして、アーム２１を任意の所定角度に振り上げて固定する。
【００５９】
（温度維持工程・湿度維持工程）
そして、アーム２１を任意の所定角度にセット後、断熱扉５５を閉塞し、操作部６８を介して恒温恒湿槽５２の設定温度及び設定湿度を所定温度及び所定湿度に設定して、所定時間（例えば、約３０分乃至約２時間）運転する。これにより、試験片２の温度を設定温度まで確実に上昇させてに維持すると共に、この試験片２を設定湿度の雰囲気中に維持することができる。
【００６０】
（衝撃負荷工程）
その後、電磁石２５のスイッチを切り、ハンマ２４を保持部材３に保持されている支持板２８に衝突させる（図９参照）。
（検出工程）
また、このときの衝撃力を力センサ５によって測定する。
ここで、試験片２を挿入する前に支持板１２のみの場合に、同様にしてハンマ２４を支持板１２に衝突させ、この際の衝撃力を測定しておき、上記（１）式で計算することによって各設定温度及び各設定湿度の雰囲気中における試験片２の衝撃吸収率（％）を測定することができる。
【００６１】
続いて、ハンマ２４が支持板２８に衝突した時における、試験片２の変位の測定方法について説明する。
試験片２に負荷された衝撃力は、前述した方法によりハンマ２４の衝突時における力センサ５によって検出する。この力センサ５からの信号は、同期手段３５に入力される。一方、このときの試験片２の変位については、観測用窓６２を介して高速度カメラ６で撮影し、その撮像信号が第１制御手段３２を経て同期手段３５に入力される。ここで、同期手段３５による力センサ５からの信号及び高速度カメラ６からの信号の同期は、図９に示すように、ハンマ２４が保持部材３の直前に設けられている速度センサ３４を通過することで速度計３３から信号が発信し、第１制御手段３２に入力されると共に、該第１制御手段３２を介して同期手段３５に同期信号が入力される。そして、この速度計３３からの信号をきっかけとして高速度カメラ６による撮像が開始されると共に、同期手段３５からの力センサ５の信号が発信されるようになる。これによって、高速度カメラ６の撮像開始と力センサ５による衝撃力測定が同時に開始され、設定温度及び設定湿度の雰囲気中において、各測定時間における試験片２の変位を該試験片２に作用する衝撃力に同期させて測定することが可能となる。
【００６２】
（出力工程）
そして、同期手段３５によって同期された力センサ５からの信号及び高速度カメラ６からの撮像信号は、第２制御手段３０に入力される。この第２制御手段３０において、力センサ５からの信号は、衝撃力に変換され、高速度カメラ６からの撮像信号は、画像処理されて変位に変換される。ここで、高速度カメラ６からの撮像信号を画像処理によって変位へ変換するには、試験片２あるいは支持板２８の端面にマークを記入しておく。そして、このマークの軌跡を数値化することによって行われる。
また、第２制御手段３０は、各測定時間における衝撃力と変位とのデータ値を取得後、各衝撃力を試験片２の支持板２８に当接する面の面積で除算すると共に、各変位を試験片２の無負荷時の厚さで除算して、設定温度及び設定湿度の雰囲気中における衝撃応力―歪み特性曲線を出力することが可能となる。例えば、第２制御手段３０を液晶表示画面を有するパーソナルコンピュータ等で構成し、この設定温度及び設定湿度の雰囲気中における衝撃応力―歪み特性曲線を液晶表示画面に表示することが可能となる。
【００６３】
以上のようにして、設定温度及び設定湿度の雰囲気中における衝撃応力―歪み特性曲線を出力することができるため、例えば、試験片２に、発泡材料や粘弾性材料あるいはこれらを組み合わせた材料からなり、衝撃力作用時に衝撃力を緩和、吸収する衝撃吸収材料であっても、衝撃試験装置５１は、任意の設定温度及び設定湿度の雰囲気中での該試験片２の衝撃力作用時における衝撃応力―歪み特性曲線を出力することが可能となる。また、衝撃試験装置５１は、同時に任意の設定温度及び設定湿度の雰囲気中での試験片２の衝撃吸収率をも出力することが可能となる。
【００６４】
ここで、上記構成の衝撃試験装置５１にポリプロピレン製の発泡材料で形成された試験片２を装着して、各設定温度−２０℃、＋２０℃、＋６０℃及び設定湿度６０％で行った衝撃試験の一例について説明する。
この試験片２は、ポリプロピレン製の発泡材料で形成された衝撃吸収材料を２０ｍｍ×２０ｍｍ×１ｍｍとなるように切り出し、９０ｍｍ×８０ｍｍ×３ｍｍのアクリル樹脂製の支持板２８を介して保持部材３によって保持した。このとき、押さえ治具１２は、基準点から少し押し込んだ状態とし、試験片２を厚さ方向に３０％圧縮した状態に保持した。そして、ハンマ２４を支柱２０に対して４５度となるように振り上げた状態にセットした後、各設定温度−２０℃、＋２０℃、＋６０℃及び設定湿度６０％にそれぞれ約１時間放置した後、該ハンマ２４をアーム２１から切り離し、支持板２８に衝突させた。この際、高速度カメラ６（例えば、Photron社製FASTCAM）によって随時試験片２の変位の撮像を行った。
以上の試験条件で得られた各設定温度−２０℃、＋２０℃、＋６０℃及び設定湿度６０％における各衝撃応力―歪み特性曲線７１、７２、７３を図１０に示す。図１０に示すように、試験片２がポリプロピレン製の発泡材料などの衝撃吸収材料であっても各設定温度−２０℃、＋２０℃、＋６０℃及び設定湿度６０％における各衝撃応力―歪み特性曲線７１、７２、７３を得ることができた。
【００６５】
尚、本発明は上記実施例１及び実施例２に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。例えば、以下のようにしてもよい。
【実施例３】
【００６６】
図１１に示すように、試験片２の変位の測定は、上述した高速度カメラ６による測定に替えて、例えば、支持板２８のハンマ２４の衝突場所に近い場所に加速度センサ８１を取り付け、ハンマ２４衝突時の加速度を２回積分して試験片２の変位を求めることも可能である。
【実施例４】
【００６７】
図１２に示すように、試験片２の変位の測定は、上述した高速度カメラ６による測定に替えて、支持板２８に金属箔８２を貼付し、レーザドップラ振動計８３からレーザを発信し、その金属箔８２の振動から試験片２の変位を測定することも可能である。
【実施例５】
【００６８】
また、上述の実施例１及び実施例２においては、支持板２８を介して試験片２を保持した場合を例にとって説明したが、例えば、ハンマ２４にブロック状のものを用いることによって、支持板２８を用いることなく発泡材料や粘弾性材料あるいはこれらを組み合わせた材料からなる衝撃吸収材料の試験片２の全面に一様に衝撃力を負荷して、該試験片２の衝撃応力―歪み特性曲線や衝撃吸収率を得ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】実施例１に係る衝撃試験装置の概略構成を示す正面図である。
【図２】実施例１に係る衝撃試験装置の衝撃力負荷時の状態を説明する正面図である。
【図３】実施例１に係る衝撃試験装置の概略構成を平面図、正面図、左側面図、右側面図によって示す図である。
【図４】実施例１に係る衝撃試験装置の試験片の衝撃力及び変位を検出して衝撃応力−歪み特性情報を出力する出力装置部の概略構成を示す図である。
【図５】実施例１に係る衝撃試験装置によって得られた衝撃応力―歪み特性曲線の一例を示す図である。
【図６】実施例１に係る衝撃試験装置によって得られたハンマの振り上げ角度に対する衝撃吸収率の一例を示す図である。
【図７】実施例２に係る衝撃試験装置の概略構成を示す正面図である。
【図８】実施例２に係る衝撃試験装置の概略構成を示す左側面図である。
【図９】実施例２に係る衝撃試験装置の試験片の衝撃力及び変位を検出して衝撃応力−歪み特性情報を出力する出力装置部の概略構成を示す図である。
【図１０】実施例２に係る衝撃試験装置によって得られた各設定温度−２０℃、＋２０℃、＋６０℃及び設定湿度６０％における各衝撃応力―歪み特性曲線の一例を示す図である。
【図１１】他の実施例に係る衝撃試験装置の保持手段の支持板に加速度センサを取り付けた状態を示す部分拡大図である。
【図１２】他の実施例に係る衝撃試験装置の保持手段の支持板に金属箔を貼付してレーザドップラ振動計によって変位を測定する測定方法を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００７０】
１、５１ 衝撃試験装置
２ 試験片
３ 保持部材
４ 衝撃負荷部材
５ 力センサ
６ 高速度カメラ
７ 出力装置部
５２ 恒温恒湿槽
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験片の衝撃応力―歪み特性を得ることができる衝撃試験装置及び衝撃試験方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、材料の衝撃強さを測定する方法として、アイゾット式またはシャルピー式衝撃試験が知られている（例えば、特許文献１参照。）。これらの方法では、試験片を破壊し、その破壊時における試験片に作用する衝撃エネルギー（衝撃力）から試験片の衝撃強さを測定することは可能である。しかしながら、発泡材料、粘弾性材料やこれらを組み合わせた材料からなる衝撃吸収材料で形成された試験片の場合には、試験片が衝撃時に弾性変形して、衝撃エネルギー（衝撃力）を吸収するため、試験片に作用する衝撃力や、この衝撃力の作用時における試験片の衝撃応力−歪み特性等を評価することは困難であった。そのため、衝撃吸収材料においては、リュプケ式反発弾性試験方法や、トリプソ式反発弾性試験方法（例えば、非特許文献１参照。）によって求められる衝撃吸収性あるいは反発性を測定することによって、衝撃吸収材料の特性評価がなされていた。
【０００３】
ところで、各種機械、電化製品等の衝撃吸収材料として、発泡材料や粘弾性材料、あるいはこれらを組み合わせた材料が使用されてきたが、近年になり、携帯型の機械、電化製品（例えば、携帯電話等である。）が増加してきており、これら各種製品は、これまで考えられなかったような衝撃力の受け方をするようになってきている。
【０００４】
また、これら衝撃吸収材料は、材質や内部形態等によって衝撃吸収特性が異なることから、従来の衝撃試験方法や反発弾性試験方法等によって画一的に評価することが困難となってきた。そのため、これら衝撃吸収材料を実機に装着して衝撃落下試験等を行うことによって、製品の衝撃に対する耐久性評価試験等が行われている。
【特許文献１】特開平２−１３８２５号公報
【非特許文献１】財団法人日本工業規格協会編、JISハンドブック ゴム（１９９９年４月１日発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年の製品の多様化、製品開発のスピード化に伴って、実機試験ではなく、衝撃吸収材料の品質管理を行う上で、この衝撃吸収材料を試験片として衝撃力を負荷し、衝撃応力-歪み特性等を得られる衝撃吸収材料の評価方法が要望されるようになってきている。
【０００６】
そこで、本発明は、発泡材料や粘弾性材料あるいはこれらを組み合わせた材料からなる衝撃吸収材料の衝撃力作用時における衝撃応力―歪み特性等を得ることができる衝撃試験装置及び衝撃試験方法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】
【０００７】
前記目的を達成するため請求項１に係る衝撃試験装置は、試験片を任意の保持力で保持する保持手段と、前記保持手段に保持された試験片に衝撃力を負荷する衝撃負荷手段と、前記衝撃負荷手段によって試験片に負荷された衝撃力を検出する衝撃力検出手段と、前記衝撃力検出手段の衝撃力検出時における該試験片の変位を検出する変位検出手段と、前記衝撃力検出手段によって検出された衝撃力と前記変位検出手段によって検出された変位とに基づいて、該試験片の衝撃応力とこの衝撃応力に対する歪みとの関係を表す衝撃応力−歪み特性情報を出力する出力手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に係る衝撃試験装置は、請求項１に記載の衝撃試験装置において、前記保持手段に保持されている試験片を所定温度に維持する温度維持手段を備え、前記所定温度は、設定変更可能であることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に係る衝撃試験装置は、請求項２に記載の衝撃試験装置において、前記保持手段に保持されている試験片を所定湿度の雰囲気中に維持する湿度維持手段を備え、前記所定湿度は、設定変更可能であることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に係る衝撃試験装置は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の衝撃試験装置において、前記衝撃負荷手段は、一端が回動可能に軸支された振り子式のハンマと、前記ハンマを所定角度に持ち上げて保持するハンマ保持手段と、を有し、前記ハンマ保持手段に保持されたハンマを振り下ろすことによって前記衝撃力を負荷することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５に係る衝撃試験装置は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の衝撃試験装置において、前記衝撃力検出手段は、前記試験片の前記衝撃負荷手段による衝撃力を受ける面に対して該試験片を挟んで他方側に設けられた力センサを有し、前記力センサを介して前記衝撃力を検出することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６に係る衝撃試験装置は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の衝撃試験装置において、前記変位検出手段は、高速度カメラを有し、前記高速度カメラを介して前記変位を検出することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項７に係る衝撃試験装置は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の衝撃試験装置において、前記試験片は、衝撃吸収材料であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項８に係る衝撃試験方法は、保持手段によって試験片を任意の保持力で保持する保持工程と、前記保持工程で保持された試験片に衝撃負荷手段によって衝撃力を負荷する衝撃負荷工程と、前記衝撃負荷工程で試験片に負荷された衝撃力を衝撃力検出手段によって検出すると共に、該衝撃力の検出時における該試験片の変位を変位検出手段によって検出する検出工程と、前記検出工程で検出された衝撃力と変位とに基づいて、該試験片の衝撃応力とこの衝撃応力に対する歪みとの関係を表す衝撃応力−歪み特性情報を出力する出力工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項９に係る衝撃試験方法は、請求項８に記載の衝撃試験方法において、前記変位検出手段は、高速度カメラを有し、前記高速度カメラを介して前記変位を検出することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項１０に係る衝撃試験方法は、保持手段に試験片を装着しない状態で衝撃負荷手段によって衝撃力を負荷する第１衝撃負荷工程と、前記第１衝撃負荷工程で負荷された衝撃力を衝撃力検出手段によって検出する第１検出工程と、前記保持手段によって試験片を任意の保持力で保持する保持工程と、前記保持工程で保持された試験片に前記衝撃負荷手段によって衝撃力を負荷する第２衝撃負荷工程と、前記第２衝撃負荷工程で試験片に負荷された衝撃力を前記衝撃力検出手段によって検出する第２検出工程と、前記第１検出工程で検出された衝撃力から前記第２検出工程で検出された衝撃力を減算して求めた衝撃力を該第１検出工程で検出された衝撃力で除算して該試験片の衝撃吸収率として出力する出力工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項１１に係る衝撃試験方法は、請求項８乃至請求項１０のいずれかに記載の衝撃試験方法において、前記保持工程は、保持されている試験片を所定温度に維持する温度維持工程を含み、前記所定温度は、設定変更可能であることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１２に係る衝撃試験方法は、請求項１１に記載の衝撃試験方法において、前記保持工程は、保持されている試験片を所定湿度の雰囲気中に維持する湿度維持工程を含み、前記所定湿度は、設定変更可能であることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１３に係る衝撃試験方法は、請求項８乃至請求項１２のいずれかに記載の衝撃試験方法において、前記衝撃負荷手段は、一端が回動可能に軸支された振り子式のハンマと、前記ハンマを所定角度に持ち上げて保持するハンマ保持手段と、を有し、前記ハンマ保持手段に保持されたハンマを振り下ろすことによって前記衝撃力を負荷することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１４に係る衝撃試験方法は、請求項８乃至請求項１３のいずれかに記載の衝撃試験方法において、前記衝撃力検出手段は、前記試験片の前記衝撃負荷手段による衝撃力を受ける面に対して該試験片を挟んで他方側に設けられた力センサを有し、前記力センサを介して前記衝撃力を検出することを特徴とする。
【００２１】
更に、請求項１５に係る衝撃試験方法は、請求項８乃至請求項１４のいずれかに記載の衝撃試験方法において、前記試験片は、衝撃吸収材料であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１に係る衝撃試験装置では、試験片を任意の保持力で保持して、この試験片に衝撃力を負荷することが可能となる。また、衝撃力検出手段によって検出された試験片に負荷された衝撃力と、変位検出手段によって検出された該試験片の衝撃力負荷時の変位とに基づいて、該試験片の衝撃応力とこの衝撃応力に対する歪みとの関係を表す衝撃応力−歪み特性情報を得ることが可能となる。
【００２３】
また、請求項２に係る衝撃試験装置では、保持手段に保持されている試験片を任意の設定温度に維持して衝撃力を負荷することが可能となる。これにより、任意の設定温度における 試験片の衝撃応力とこの衝撃応力に対する歪みとの関係を表す衝撃応力−歪み特性情報を得ることが可能となる。
【００２４】
また、請求項３に係る衝撃試験装置では、保持手段に保持されている試験片を任意の設定温度及び任意の設定湿度の雰囲気中に維持して衝撃力を負荷することが可能となる。これにより、任意の設定温度及び任意の設定湿度の雰囲気中における試験片の衝撃応力とこの衝撃応力に対する歪みとの関係を表す衝撃応力−歪み特性情報を得ることが可能となる。
【００２５】
また、請求項４に係る衝撃試験装置では、ハンマ保持手段によって所定角度に保持された振り子式のハンマを振り下ろすことによって試験片に衝撃力を負荷するため、保持手段に保持される試験片に一定の衝撃力を負荷することが可能となる。このため、試験片毎の衝撃吸収特性や衝撃応力−歪み特性等の比較検討を容易に行うことが可能となる。
【００２６】
また、請求項５に係る衝撃試験装置では、試験片の衝撃力を受ける面に対して該試験片を挟んで他方側に力センサを設け、該力センサ介して衝撃負荷手段によって負荷された衝撃力を検出するため、試験片に衝撃力が負荷された際に、確実に試験片に作用した衝撃力を検出することができる。
【００２７】
また、請求項６に係る衝撃試験装置では、高速度カメラを介して衝撃力が負荷された際の試験片の変位を時間変化と共に観察することが可能となり、試験片の衝撃応力−歪み特性情報を容易に得ることができる。
【００２８】
また、請求項７に係る衝撃試験装置では、試験片が発泡材料や粘弾性材料あるいはこれらを組み合わせた材料からなり、衝撃作用時に衝撃を緩和、吸収するような衝撃吸収材料であっても、該試験片の衝撃応力とこの衝撃応力に対する歪みとの関係を表す衝撃応力−歪み特性情報を得ることが可能となる。このため、製品の形態等が異なる場合や、衝撃力の作用の方法が異なる場合であっても、発泡材料や粘弾性材料あるいはこれらを組み合わせた材料からなる衝撃吸収材料の衝撃力作用時における衝撃応力―歪み特性等を実機試験することなく確実に求めることができる。
【００２９】
また、請求項８に係る衝撃試験方法では、保持工程で試験片を任意の保持力で保持して、衝撃負荷工程でこの試験片に衝撃力を負荷することが可能となる。また、検出工程で試験片に負荷された衝撃力を検出すると共に、該衝撃力の検出時における該試験片の変位を検出し、出力工程で検出された衝撃力と変位とに基づいて、該試験片の衝撃応力とこの衝撃応力に対する歪みとの関係を表す衝撃応力−歪み特性情報を得ることが可能となる。
【００３０】
また、請求項９に係る衝撃試験方法では、検出工程において、高速度カメラを介して衝撃力が負荷された際の試験片の変位を検出するため、衝撃力が負荷された際の試験片の変位を時間変化と共に観察することが可能となり、試験片の衝撃応力−歪み特性情報を容易に得ることができる。
【００３１】
また、請求項１０に係る衝撃試験方法では、先ず、第１検出工程で保持手段に試験片を装着しない状態で衝撃負荷手段による衝撃力を検出し、続いて、この保持手段に試験片を任意の保持力で保持した後、第２検出工程で衝撃負荷手段による該試験片への衝撃力を検出することによって、第１検出工程で検出された衝撃力から第２検出工程で検出された衝撃力を減算して求めた衝撃力を該第１検出工程で検出された衝撃力で除算して該試験片の衝撃吸収率を得ることが可能となる。
【００３２】
また、請求項１１に係る衝撃試験方法では、温度維持工程で試験片を任意の設定温度に維持して、この試験片に衝撃力を負荷することが可能となる。これにより、任意の設定温度における 試験片の衝撃応力とこの衝撃応力に対する歪みとの関係を表す衝撃応力−歪み特性情報又は衝撃吸収率を得ることが可能となる。
【００３３】
また、請求項１２に係る衝撃試験方法では、温度維持工程で試験片を任意の設定温度に維持すると共に、湿度維持工程で試験片を任意の設定湿度の雰囲気中に維持して、この試験片に衝撃力を負荷することが可能となる。これにより、任意の設定温度及び任意の設定湿度の雰囲気中における試験片の衝撃応力とこの衝撃応力に対する歪みとの関係を表す衝撃応力−歪み特性情報又は衝撃吸収率を得ることが可能となる。
【００３４】
また、請求項１３に係る衝撃試験方法では、一端が回動可能に軸支された振り子式のハンマを所定角度に持ち上げた後、このハンマを振り下ろすことで衝撃力を負荷するため、試験片に一定の衝撃力を負荷することが可能となる。このため、試験片毎の衝撃吸収特性や衝撃応力−歪み特性等の比較検討を容易に行うことが可能となる。
【００３５】
また、請求項１４に係る衝撃試験方法では、試験片の衝撃力を受ける面に対して該試験片を挟んで他方側に力センサを設け、該力センサを介してこの衝撃力を検出するため、試験片に衝撃力が負荷された際に、確実に試験片に作用した衝撃力を検出することができる。
【００３６】
更に、請求項１５に係る衝撃試験方法では、試験片が発泡材料や粘弾性材料あるいはこれらを組み合わせた材料からなり、衝撃作用時に衝撃を緩和、吸収するような衝撃吸収材料であっても、該試験片の衝撃応力とこの衝撃応力に対する歪みとの関係を表す衝撃応力−歪み特性情報又は衝撃吸収率を得ることが可能となる。このため、製品の形態等が異なる場合や、衝撃力の作用の方法が異なる場合であっても、発泡材料や粘弾性材料あるいはこれらを組み合わせた材料からなる衝撃吸収材料の衝撃力作用時における衝撃応力―歪み特性又は衝撃吸収率等を実機試験することなく確実に求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る衝撃試験装置及び衝撃試験方法を具体化した実施例１及び実施例２について説明する。
【実施例１】
【００３８】
先ず、実施例１に係る衝撃試験装置の概略構成について図１乃至図４に基づき説明する。
図１乃至図４に示すように、実施例１に係る衝撃試験装置１は、試験片２を任意の保持力で保持する保持手段としての保持部材３と、試験片２に衝撃応力を負荷する衝撃負荷手段としての衝撃負荷部材４と、衝撃負荷部材４による試験片２に対する衝撃力を検出する衝撃力検出手段としての力センサ５と、試験片２の衝撃負荷部材４による衝撃力作用時の変位を検出する変位検出手段としての高速度カメラ６と、力センサ５からの信号と、高速度カメラ６からの信号とを同期させて試験片２に衝撃力が作用した時の該試験片２の衝撃応力とこの衝撃応力に対する歪みとの関係を表す衝撃応力―歪み特性情報としての衝撃応力−歪み特性曲線を出力する出力手段としての出力装置部７と、で構成される。
【００３９】
また、試験片２を任意の保持力で保持する保持部材３は、テーブル１０に固定された固定治具１１と、固定治具１１に対向して試験片２を挟み込んで保持できるようスライド可能な押さえ治具１２と、で構成されている。この押さえ治具１２は、テーブル１０上をスライド可能な台座１３にスライド可能に設置されており、台座１３と一体にテーブル１０上をスライド可能となっている。また、この台座１３には、台座１３をスライドさせる際のレバー１４と、レバー１４によってスライドされて仮位置決定された後にテーブル１０に固定する固定部材１５と、が設けられている。さらに、押さえ治具１２には押さえ圧力調整手段１６が設けられている。この押さえ圧力調整手段１６には、押さえ治具１２に連動するデジタルゲージ等が設けられていることが好ましい。そして、この押さえ圧力調整手段１６は、仮位置で固定された台座１３上を押さえ治具１２を試験片２に対して前後方向（図１中において、左右方向）に微調整することが可能であり、これによって保持される試験片２に作用する保持力を調整することが可能となる。
【００４０】
また、この保持部材３によって保持された試験片２に衝撃力を負荷する衝撃負荷部材４は、一端２２が支柱２０に対して回動可能に軸支され、他端側にハンマ２４を有するシャフト２３と、ハンマ２４を所定角度に持ち上げて保持するアーム２１とで構成されている。アーム２１は、所定の角度に固定保持できるようになっている。ここで、ハンマ２４は、鋼球を使用することで、アーム２１の一端に電磁石２５を設けることによってハンマ２４を一体に所定角度持ち上げることが可能となっている。なお、ハンマ２４をアーム２１と共に持ち上げることが可能で、さらに、容易にハンマ２４とアーム２１とを切り離すことができるものであれば、電磁石２５に限定されるものではない。また、ハンマ２４は、球状に限らず、例えば、ブロック状であってもよい。
【００４１】
また、衝撃負荷部材４による試験片２に作用する衝撃力を検出する力センサ５は、固定治具１１の試験片２と接する面の他面側に設けられている。実施例１における力センサ５としては、圧電素子で構成される力センサが好ましい。力センサ５を用いることによって、衝撃負荷部材４のハンマ２４が試験片２に衝撃力を作用した際に確実にこの衝撃力を検出することができる。なお、力センサに代えて、歪ゲージを用いることも可能である。
【００４２】
また、試験片２の衝撃力負荷時の変位を検出する高速度カメラ６は、図４に示すように、試験片２の変位が直接観察できるような高速度カメラを用いることが好ましい。ここで、用いられる高速度カメラとしては、撮像間隔が２００μｓ以下、好ましくは１００μｓ以下、より好ましくは７５μｓ以下のものが好ましい。
【００４３】
また、図４に示すように、試験片２は固定治具１１と押さえ治具１２間にアクリル樹脂等の樹脂製板材、アルミニウム板等の金属製板材等の高弾性な板材で構成される支持板２８を介して挟持されている。
また、図４に示すように、衝撃応力―歪み特性曲線を出力する出力装置部７は、変位検出手段である高速度カメラ６からの変位検出信号（画像信号）を出力する第１制御手段３２と、衝撃力検出手段である力センサ５からの信号と、第１制御手段３２からの変位検出信号（画像信号）を同期させる同期手段３５と、第１制御手段３２からの変位検出信号（画像信号）の画像を解析し、変位を試験片２の無負荷時の厚さで除算して歪を算出すると共に、同期手段３５で同期された力センサ５からの信号を解析し、衝撃力を算出後、試験片２の支持板２８に当接する面の面積で除算して衝撃応力を算出して、衝撃応力―歪み特性曲線を出力する第２制御手段３０と、で構成されている。ここで、力センサ５からの信号と、第１制御手段３２からの変位検出信号（画像信号）との同期は、ハンマ２４が試験片２の手前に設けられた速度センサ３４の前を通過した際に発せられる速度計３３からの信号をきっかけとして第１制御手段３２及び同期手段３５が同時に各々の信号を検出するようにすることで行われている。
【００４４】
次に、上記のように構成された衝撃試験装置１による衝撃試験方法について説明する。
（保持工程）
まず、保持部材３の固定治具１１及び押さえ治具１２間に試験片２を挿入せずにアクリル樹脂からなる支持板２８のみを挿入する。そして、レバー１４によって台座１３を固定治具１１側にスライドさせて支持板２８におおよそ密着させて台座１３を仮固定する。次いで、押さえ圧力調整手段１６によって台座１３を微調整し、固定治具１１と支持板２８とを密着固定する。そして、このとき押さえ圧力調整手段１６に設けられているメモリをリセットし、押さえ治具１２の位置を基準点とする。
【００４５】
次に、試験片２の厚みを予め測定する。そして、押さえ圧力調整手段１６を調整し、押さえ治具１２を基準点から試験片２の厚み分移動させ、固定治具１１と支持板２８との間に試験片２をセットする。このとき、発泡材料や粘弾性材料あるいはこれらを組み合わせた材料からなり、衝撃作用時に衝撃を緩和、吸収する衝撃吸収材料で形成された試験片２を装着した場合には、押さえ圧力調整手段１６のゲージを確認しながら試験片２の厚さを考慮しつつ押さえ圧力を調整することによって、この試験片２を実機の装着状態に近い圧縮率で固定することが可能となる。また、試験片２の一方の面の一部または全面に粘着剤等を設けることで、固定治具１１に貼付可能となり、確実に固定治具１１に固定することができる。
【００４６】
（衝撃負荷工程）
試験片２のセット終了後、アーム２１の一端に設けられている電磁石２５のスイッチを入れ、ハンマ２４をアーム２１に固定保持する。そして、アーム２１を任意の所定角度に振り上げて固定後、電磁石２５のスイッチを切り、ハンマ２４を保持部材３に保持されている支持板２８に衝突させる（図２参照）。
（検出工程）
また、このときの衝撃力を力センサ５によって測定する。
ここで、試験片２を挿入する前に、固定治具１１と支持板２８とを密着固定して、同様にしてハンマ２４を支持板２８に衝突させ、この際の衝撃力を測定しておき、下記（１）式で計算することによって試験片２の衝撃吸収率（％）を測定することができる。
【００４７】
衝撃吸収率（％）＝｛（支持板のみの衝撃力−試験片挿入時の衝撃力）/支持板のみの衝撃力｝×１００・・・（１）
【００４８】
続いて、ハンマ２４が支持板２８に衝突した時における、試験片２の変位の測定方法について説明する。
試験片２に負荷された衝撃力は、前述した方法によりハンマ２４の衝突時における力センサ５によって検出する。この力センサ５からの信号は、同期手段３５に入力される。一方、このときの試験片２の変位については、高速度カメラ６で撮影し、その撮像信号が第１制御手段３２を経て同期手段３５に入力される。ここで、同期手段３５による力センサ５からの信号及び高速度カメラ６からの信号の同期は、図４に示すように、ハンマ２４が保持部材３の直前に設けられている速度センサ３４を通過することで速度計３３から信号が発信し、第１制御手段３２に入力されると共に、該第１制御手段３２を介して同期手段３５に同期信号が入力される。そして、この速度計３３からの信号をきっかけとして高速度カメラ６による撮像が開始されると共に、同期手段３５からの力センサ５の信号が発信されるようになる。これによって、高速度カメラ６の撮像開始と力センサ５による衝撃力測定が同時に開始され、各測定時間における試験片２の変位を該試験片２に作用する衝撃力に同期させて測定することが可能となる。
【００４９】
（出力工程）
そして、同期手段３５によって同期された力センサ５からの信号及び高速度カメラ６からの撮像信号は、第２制御手段３０に入力される。この第２制御手段３０において、力センサ５からの信号は、衝撃力に変換され、高速度カメラ６からの撮像信号は、画像処理されて変位に変換される。ここで、高速度カメラ６からの撮像信号を画像処理によって変位へ変換するには、試験片２あるいは支持板２８の端面にマークを記入しておく。そして、このマークの軌跡を数値化することによって行われる。また、第２制御手段３０は、各測定時間における衝撃力と変位とのデータ値を取得後、各衝撃力を試験片２の支持板２８に当接する面の面積で除算すると共に、各変位を試験片２の無負荷時の厚さで除算して衝撃応力―歪み特性曲線を出力することが可能となる。例えば、第２制御手段３０を液晶表示画面を有するパーソナルコンピュータ等で構成し、この衝撃応力―歪み特性曲線を液晶表示画面に表示することが可能となる。
【００５０】
以上のようにして、試験片２が発泡材料や粘弾性材料あるいはこれらを組み合わせた材料からなり、衝撃力作用時に衝撃力を緩和、吸収する衝撃吸収材料であっても、衝撃試験装置１は、該試験片２の衝撃力作用時における衝撃応力−歪み特性曲線を出力することが可能となる。また、衝撃試験装置１は、同時に試験片２の衝撃吸収率をも出力することが可能となる。
【００５１】
ここで、上記構成の衝撃試験装置１にポリプロピレン製の発泡材料で形成された試験片２を装着して行った衝撃試験の一例について説明する。
この試験片２は、ポリプロピレン製の発泡材料で形成された衝撃吸収材料を２０ｍｍ×２０ｍｍ×１ｍｍとなるように切り出し、９０ｍｍ×８０ｍｍ×３ｍｍのアクリル樹脂製の支持板２８を介して保持部材３によって保持した。このとき、押さえ治具１２は、基準点から少し押し込んだ状態とし、試験片２を厚さ方向に３０％圧縮した状態に保持した。そして、ハンマ２４を支柱２０に対して４５度となるように振り上げた状態にセットした後、該ハンマ２４をアーム２１から切り離し、支持板２８に衝突させた。この際、高速度カメラ６（例えば、Photron社製FASTCAM）によって随時試験片２の変位の撮像を行った。また、室温２０℃、湿度６０％の環境でこの衝撃試験を行った。
以上の試験条件で得られた衝撃応力―歪み特性曲線４５を図５に示す。図５に示すように、試験片２がポリプロピレン製の発泡材料などの衝撃吸収材料であっても衝撃応力―歪み特性曲線４５を得ることができた。
【００５２】
また、この試験片２を厚さ方向に３０％圧縮した状態に保持して、ハンマ２４を支柱２０に対して３０度、４５度、６０度、７５度、９０度の各角度に振り上げた状態にセットした後、該ハンマ２４をアーム２１から切り離し、支持板２８に衝突させた。そして、上記（１）式によって得られた該試験片２の衝撃吸収率を図６に示す。図６に示すように、試験片２がポリプロピレン製の発泡材料などの衝撃吸収材料であってもハンマ２４の各振り上げ角度に対する衝撃吸収率を得ることができた。
【実施例２】
【００５３】
次に、実施例２に係る衝撃試験装置の概略構成について図７乃至図９に基づいて説明する。尚、以下の説明において上記図１乃至図４の実施例１に係る衝撃試験装置１の構成等と同一符号は、該実施例１に係衝撃試験装置１等の構成等と同一あるいは相当部分を示すものである。
実施例２に係る衝撃試験装置の概略構成及び制御構成は、実施例１に係る衝撃試験装置１とほぼ同じ構成である。
但し、図７乃至図９に示すように、実施例２に係る衝撃試験装置５１は、実施例１に係る衝撃試験装置１を構成する力センサ５が取り付けられた保持部材３及び衝撃負荷部材４を温度維持手段及び湿度維持手段としての恒温恒湿槽５２の断熱箱体５４内に配置した点において上記実施例１に係る衝撃試験装置１の構成と異なっている。
【００５４】
図７及び図８に示すように、恒温恒湿槽５２は、前面に矩形の開口５３を備えた断熱箱体５４と、その開口５３を閉塞するように開口５３の一側の端縁部に回動自在に枢支されて、開閉自在に取り付けられた断熱扉５５と、該断熱箱体５４の下側に配設される冷凍機ユニット５６とから構成されている。また、断熱箱体５４内の奥側には、冷凍機ユニット５６の前面側に配置された給水タンク５７から給水される加湿器５８と、この加湿器５８の上側に配置されて冷凍機ユニット５６によって冷却される冷却・除湿器５９と、この冷却・除湿器５９の上側に配置されるヒータ６０と、このヒータ６０の上側に配置される送風機６１とから構成されている。また、送風機６１の吹き出し口近傍には、不図示の湿度センサと温度センサとが配置されている。
また、断熱箱体５４の左側壁面の中央下部には、観測用窓６２が設けられ、該断熱箱体５４内に配置される保持部材３に保持される試験片２の変位を観察可能に構成されている。また、この観測用窓６２の外側には、透明なアクリル板などで形成され略中央部に縦長の貫通孔が穿設された略四角形の保護板６４が設けられている。そして、この保護板６４の外側には、高速度カメラ６と照明装置６６とが配置され、保持部材３に保持される試験片２の変位を観測可能に構成されている。
【００５５】
また、この観測用窓６２の横側には、断熱箱体５４内に配置される衝撃負荷部材４の電磁石２５と、速度計３３と、力センサ５との各配線を外側に引き出すための配線取出口６７が設けられている。
また、断熱扉５５の右側には、冷凍機ユニット５６、加湿器５８、冷却・除湿器５９、ヒータ６０及び送風機６１を駆動制御する制御回路部（不図示）を備えた操作部６８が設けられ、該断熱箱体５４内の温度及び湿度を所定温度及び所定湿度に設定可能に構成されている。ここで、恒温恒湿槽５２は、断熱箱体５４内の温度を−４０℃乃至＋１００℃の範囲内の任意の温度に設定可能に構成され、また、該断熱箱体５４内の湿度を０％乃至１００％の範囲内の任意の湿度に設定可能に構成されている。
【００５６】
また、図９に示すように、断熱箱体５４内には、試験片２の手前に設けられる速度センサ３４と、この速度センサ３４に接続される速度計３３とが配置されている。
また、図９に示すように、衝撃応力―歪み特性曲線を出力する出力装置部７は、断熱箱体５４の外側に配置され、変位検出手段である高速度カメラ６からの変位検出信号（画像信号）を出力する第１制御手段３２と、衝撃力検出手段である力センサ５からの信号と、第１制御手段３２からの変位検出信号（画像信号）を同期させる同期手段３５と、第１制御手段３２からの変位検出信号（画像信号）の画像を解析し、変位を試験片２の無負荷時の厚さで除算して歪を算出すると共に、同期手段３５で同期された力センサ５からの信号を解析し、衝撃力を算出後、試験片２の支持板２８に当接する面の面積で除算して衝撃応力を算出して、衝撃応力―歪み特性曲線を出力する第２制御手段３０と、で構成されている。ここで、力センサ５からの信号と、第１制御手段３２からの変位検出信号（画像信号）との同期は、ハンマ２４が試験片２の手前に設けられた速度センサ３４の前を通過した際に発せられる速度計３３からの信号をきっかけとして第１制御手段３２及び同期手段３５が同時に各々の信号を検出するようにすることで行われている。
【００５７】
次に、上記のように構成された衝撃試験装置５１による衝撃試験方法について説明する。
（保持工程）
まず、断熱箱体５４内に配置される保持部材３の固定治具１１及び押さえ治具１２間に試験片２を挿入せずにアクリル樹脂からなる支持板２８のみを挿入する。そして、レバー１４によって台座１３を固定治具１１側にスライドさせて支持板２８におおよそ密着させて台座１３を仮固定する。次いで、押さえ圧力調整手段１６によって台座１３を微調整し、固定治具１１と支持板２８とを密着固定する。そして、このとき押さえ圧力調整手段１６に設けられているメモリをリセットし、押さえ治具１２の位置を基準点とする。
【００５８】
次に、室内で試験片２の厚みを予め測定する。そして、押さえ圧力調整手段１６を調整し、押さえ治具１２を基準点から試験片２の厚み分移動させ、固定治具１１と支持板２８との間に試験片２をセットする。このとき、発泡材料や粘弾性材料あるいはこれらを組み合わせた材料からなり、衝撃作用時に衝撃を緩和、吸収する衝撃吸収材料で形成された試験片２を装着した場合には、押さえ圧力調整手段１６のゲージを確認しながら試験片２の厚さを考慮しつつ押さえ圧力を調整することによって、この試験片２を実機の装着状態に近い圧縮率で固定することが可能となる。また、試験片２の一方の面の一部または全面に粘着剤等を設けることで、固定治具１１に貼付可能となり、確実に固定治具１１に固定することができる。そして、試験片２のセット終了後、アーム２１の一端に設けられている電磁石２５のスイッチを入れ、ハンマ２４をアーム２１に固定保持する。そして、アーム２１を任意の所定角度に振り上げて固定する。
【００５９】
（温度維持工程・湿度維持工程）
そして、アーム２１を任意の所定角度にセット後、断熱扉５５を閉塞し、操作部６８を介して恒温恒湿槽５２の設定温度及び設定湿度を所定温度及び所定湿度に設定して、所定時間（例えば、約３０分乃至約２時間）運転する。これにより、試験片２の温度を設定温度まで確実に上昇させてに維持すると共に、この試験片２を設定湿度の雰囲気中に維持することができる。
【００６０】
（衝撃負荷工程）
その後、電磁石２５のスイッチを切り、ハンマ２４を保持部材３に保持されている支持板２８に衝突させる（図９参照）。
（検出工程）
また、このときの衝撃力を力センサ５によって測定する。
ここで、試験片２を挿入する前に支持板１２のみの場合に、同様にしてハンマ２４を支持板１２に衝突させ、この際の衝撃力を測定しておき、上記（１）式で計算することによって各設定温度及び各設定湿度の雰囲気中における試験片２の衝撃吸収率（％）を測定することができる。
【００６１】
続いて、ハンマ２４が支持板２８に衝突した時における、試験片２の変位の測定方法について説明する。
試験片２に負荷された衝撃力は、前述した方法によりハンマ２４の衝突時における力センサ５によって検出する。この力センサ５からの信号は、同期手段３５に入力される。一方、このときの試験片２の変位については、観測用窓６２を介して高速度カメラ６で撮影し、その撮像信号が第１制御手段３２を経て同期手段３５に入力される。ここで、同期手段３５による力センサ５からの信号及び高速度カメラ６からの信号の同期は、図９に示すように、ハンマ２４が保持部材３の直前に設けられている速度センサ３４を通過することで速度計３３から信号が発信し、第１制御手段３２に入力されると共に、該第１制御手段３２を介して同期手段３５に同期信号が入力される。そして、この速度計３３からの信号をきっかけとして高速度カメラ６による撮像が開始されると共に、同期手段３５からの力センサ５の信号が発信されるようになる。これによって、高速度カメラ６の撮像開始と力センサ５による衝撃力測定が同時に開始され、設定温度及び設定湿度の雰囲気中において、各測定時間における試験片２の変位を該試験片２に作用する衝撃力に同期させて測定することが可能となる。
【００６２】
（出力工程）
そして、同期手段３５によって同期された力センサ５からの信号及び高速度カメラ６からの撮像信号は、第２制御手段３０に入力される。この第２制御手段３０において、力センサ５からの信号は、衝撃力に変換され、高速度カメラ６からの撮像信号は、画像処理されて変位に変換される。ここで、高速度カメラ６からの撮像信号を画像処理によって変位へ変換するには、試験片２あるいは支持板２８の端面にマークを記入しておく。そして、このマークの軌跡を数値化することによって行われる。
また、第２制御手段３０は、各測定時間における衝撃力と変位とのデータ値を取得後、各衝撃力を試験片２の支持板２８に当接する面の面積で除算すると共に、各変位を試験片２の無負荷時の厚さで除算して、設定温度及び設定湿度の雰囲気中における衝撃応力―歪み特性曲線を出力することが可能となる。例えば、第２制御手段３０を液晶表示画面を有するパーソナルコンピュータ等で構成し、この設定温度及び設定湿度の雰囲気中における衝撃応力―歪み特性曲線を液晶表示画面に表示することが可能となる。
【００６３】
以上のようにして、設定温度及び設定湿度の雰囲気中における衝撃応力―歪み特性曲線を出力することができるため、例えば、試験片２に、発泡材料や粘弾性材料あるいはこれらを組み合わせた材料からなり、衝撃力作用時に衝撃力を緩和、吸収する衝撃吸収材料であっても、衝撃試験装置５１は、任意の設定温度及び設定湿度の雰囲気中での該試験片２の衝撃力作用時における衝撃応力―歪み特性曲線を出力することが可能となる。また、衝撃試験装置５１は、同時に任意の設定温度及び設定湿度の雰囲気中での試験片２の衝撃吸収率をも出力することが可能となる。
【００６４】
ここで、上記構成の衝撃試験装置５１にポリプロピレン製の発泡材料で形成された試験片２を装着して、各設定温度−２０℃、＋２０℃、＋６０℃及び設定湿度６０％で行った衝撃試験の一例について説明する。
この試験片２は、ポリプロピレン製の発泡材料で形成された衝撃吸収材料を２０ｍｍ×２０ｍｍ×１ｍｍとなるように切り出し、９０ｍｍ×８０ｍｍ×３ｍｍのアクリル樹脂製の支持板２８を介して保持部材３によって保持した。このとき、押さえ治具１２は、基準点から少し押し込んだ状態とし、試験片２を厚さ方向に３０％圧縮した状態に保持した。そして、ハンマ２４を支柱２０に対して４５度となるように振り上げた状態にセットした後、各設定温度−２０℃、＋２０℃、＋６０℃及び設定湿度６０％にそれぞれ約１時間放置した後、該ハンマ２４をアーム２１から切り離し、支持板２８に衝突させた。この際、高速度カメラ６（例えば、Photron社製FASTCAM）によって随時試験片２の変位の撮像を行った。
以上の試験条件で得られた各設定温度−２０℃、＋２０℃、＋６０℃及び設定湿度６０％における各衝撃応力―歪み特性曲線７１、７２、７３を図１０に示す。図１０に示すように、試験片２がポリプロピレン製の発泡材料などの衝撃吸収材料であっても各設定温度−２０℃、＋２０℃、＋６０℃及び設定湿度６０％における各衝撃応力―歪み特性曲線７１、７２、７３を得ることができた。
【００６５】
尚、本発明は上記実施例１及び実施例２に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。例えば、以下のようにしてもよい。
【実施例３】
【００６６】
図１１に示すように、試験片２の変位の測定は、上述した高速度カメラ６による測定に替えて、例えば、支持板２８のハンマ２４の衝突場所に近い場所に加速度センサ８１を取り付け、ハンマ２４衝突時の加速度を２回積分して試験片２の変位を求めることも可能である。
【実施例４】
【００６７】
図１２に示すように、試験片２の変位の測定は、上述した高速度カメラ６による測定に替えて、支持板２８に金属箔８２を貼付し、レーザドップラ振動計８３からレーザを発信し、その金属箔８２の振動から試験片２の変位を測定することも可能である。
【実施例５】
【００６８】
また、上述の実施例１及び実施例２においては、支持板２８を介して試験片２を保持した場合を例にとって説明したが、例えば、ハンマ２４にブロック状のものを用いることによって、支持板２８を用いることなく発泡材料や粘弾性材料あるいはこれらを組み合わせた材料からなる衝撃吸収材料の試験片２の全面に一様に衝撃力を負荷して、該試験片２の衝撃応力―歪み特性曲線や衝撃吸収率を得ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】実施例１に係る衝撃試験装置の概略構成を示す正面図である。
【図２】実施例１に係る衝撃試験装置の衝撃力負荷時の状態を説明する正面図である。
【図３】実施例１に係る衝撃試験装置の概略構成を平面図、正面図、左側面図、右側面図によって示す図である。
【図４】実施例１に係る衝撃試験装置の試験片の衝撃力及び変位を検出して衝撃応力−歪み特性情報を出力する出力装置部の概略構成を示す図である。
【図５】実施例１に係る衝撃試験装置によって得られた衝撃応力―歪み特性曲線の一例を示す図である。
【図６】実施例１に係る衝撃試験装置によって得られたハンマの振り上げ角度に対する衝撃吸収率の一例を示す図である。
【図７】実施例２に係る衝撃試験装置の概略構成を示す正面図である。
【図８】実施例２に係る衝撃試験装置の概略構成を示す左側面図である。
【図９】実施例２に係る衝撃試験装置の試験片の衝撃力及び変位を検出して衝撃応力−歪み特性情報を出力する出力装置部の概略構成を示す図である。
【図１０】実施例２に係る衝撃試験装置によって得られた各設定温度−２０℃、＋２０℃、＋６０℃及び設定湿度６０％における各衝撃応力―歪み特性曲線の一例を示す図である。
【図１１】他の実施例に係る衝撃試験装置の保持手段の支持板に加速度センサを取り付けた状態を示す部分拡大図である。
【図１２】他の実施例に係る衝撃試験装置の保持手段の支持板に金属箔を貼付してレーザドップラ振動計によって変位を測定する測定方法を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００７０】
１、５１ 衝撃試験装置
２ 試験片
３ 保持部材
４ 衝撃負荷部材
５ 力センサ
６ 高速度カメラ
７ 出力装置部
５２ 恒温恒湿槽
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片を任意の保持力で保持する保持手段と、
前記保持手段に保持された試験片に衝撃力を負荷する衝撃負荷手段と、
前記衝撃負荷手段によって試験片に負荷された衝撃力を検出する衝撃力検出手段と、
前記衝撃力検出手段の衝撃力検出時における該試験片の変位を検出する変位検出手段と、
前記衝撃力検出手段によって検出された衝撃力と前記変位検出手段によって検出された変位とに基づいて、該試験片の衝撃応力とこの衝撃応力に対する歪みとの関係を表す衝撃応力−歪み特性情報を出力する出力手段と、を備えたことを特徴とする衝撃試験装置。
【請求項２】
前記保持手段に保持されている試験片を所定温度に維持する温度維持手段を備え、
前記所定温度は、設定変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の衝撃試験装置。
【請求項３】
前記保持手段に保持されている試験片を所定湿度の雰囲気中に維持する湿度維持手段を備え、
前記所定湿度は、設定変更可能であることを特徴とする請求項２に記載の衝撃試験装置。
【請求項４】
前記衝撃負荷手段は、一端が回動可能に軸支された振り子式のハンマと、
前記ハンマを所定角度に持ち上げて保持するハンマ保持手段と、を有し、
前記ハンマ保持手段に保持されたハンマを振り下ろすことによって前記衝撃力を負荷することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の衝撃試験装置。
【請求項５】
前記衝撃力検出手段は、前記試験片の前記衝撃負荷手段による衝撃力を受ける面に対して該試験片を挟んで他方側に設けられた力センサを有し、
前記力センサを介して前記衝撃力を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の衝撃試験装置。
【請求項６】
前記変位検出手段は、高速度カメラを有し、
前記高速度カメラを介して前記変位を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の衝撃試験装置。
【請求項７】
前記試験片は、衝撃吸収材料であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の衝撃試験装置。
【請求項８】
保持手段によって試験片を任意の保持力で保持する保持工程と、
前記保持工程で保持された試験片に衝撃負荷手段によって衝撃力を負荷する衝撃負荷工程と、
前記衝撃負荷工程で試験片に負荷された衝撃力を衝撃力検出手段によって検出すると共に、該衝撃力の検出時における該試験片の変位を変位検出手段によって検出する検出工程と、
前記検出工程で検出された衝撃力と変位とに基づいて、該試験片の衝撃応力とこの衝撃応力に対する歪みとの関係を表す衝撃応力−歪み特性情報を出力する出力工程と、を備えたことを特徴とする衝撃試験方法。
【請求項９】
前記変位検出手段は、高速度カメラを有し、
前記高速度カメラを介して前記変位を検出することを特徴とする請求項８に記載の衝撃試験方法。
【請求項１０】
保持手段に試験片を装着しない状態で衝撃負荷手段によって衝撃力を負荷する第１衝撃負荷工程と、
前記第１衝撃負荷工程で負荷された衝撃力を衝撃力検出手段によって検出する第１検出工程と、
前記保持手段によって試験片を任意の保持力で保持する保持工程と、
前記保持工程で保持された試験片に前記衝撃負荷手段によって衝撃力を負荷する第２衝撃負荷工程と、
前記第２衝撃負荷工程で試験片に負荷された衝撃力を前記衝撃力検出手段によって検出する第２検出工程と、
前記第１検出工程で検出された衝撃力から前記第２検出工程で検出された衝撃力を減算して求めた衝撃力を該第１検出工程で検出された衝撃力で除算して該試験片の衝撃吸収率として出力する出力工程と、を備えたことを特徴とする衝撃試験方法。
【請求項１１】
前記保持工程は、保持されている試験片を所定温度に維持する温度維持工程を含み、
前記所定温度は、設定変更可能であることを特徴とする請求項８乃至請求項１０のいずれかに記載の衝撃試験方法。
【請求項１２】
前記保持工程は、保持されている試験片を所定湿度の雰囲気中に維持する湿度維持工程を含み、
前記所定湿度は、設定変更可能であることを特徴とする請求項１１に記載の衝撃試験方法。
【請求項１３】
前記衝撃負荷手段は、一端が回動可能に軸支された振り子式のハンマと、
前記ハンマを所定角度に持ち上げて保持するハンマ保持手段と、を有し、
前記ハンマ保持手段に保持されたハンマを振り下ろすことによって前記衝撃力を負荷することを特徴とする請求項８乃至請求項１２のいずれかに記載の衝撃試験方法。
【請求項１４】
前記衝撃力検出手段は、前記試験片の前記衝撃負荷手段による衝撃力を受ける面に対して該試験片を挟んで他方側に設けられた力センサを有し、
前記力センサを介して前記衝撃力を検出することを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれかに記載の衝撃試験方法。
【請求項１５】
前記試験片は、衝撃吸収材料であることを特徴とする請求項８乃至請求項１４のいずれかに記載の衝撃試験方法。
【請求項１】
試験片を任意の保持力で保持する保持手段と、
前記保持手段に保持された試験片に衝撃力を負荷する衝撃負荷手段と、
前記衝撃負荷手段によって試験片に負荷された衝撃力を検出する衝撃力検出手段と、
前記衝撃力検出手段の衝撃力検出時における該試験片の変位を検出する変位検出手段と、
前記衝撃力検出手段によって検出された衝撃力と前記変位検出手段によって検出された変位とに基づいて、該試験片の衝撃応力とこの衝撃応力に対する歪みとの関係を表す衝撃応力−歪み特性情報を出力する出力手段と、を備えたことを特徴とする衝撃試験装置。
【請求項２】
前記保持手段に保持されている試験片を所定温度に維持する温度維持手段を備え、
前記所定温度は、設定変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の衝撃試験装置。
【請求項３】
前記保持手段に保持されている試験片を所定湿度の雰囲気中に維持する湿度維持手段を備え、
前記所定湿度は、設定変更可能であることを特徴とする請求項２に記載の衝撃試験装置。
【請求項４】
前記衝撃負荷手段は、一端が回動可能に軸支された振り子式のハンマと、
前記ハンマを所定角度に持ち上げて保持するハンマ保持手段と、を有し、
前記ハンマ保持手段に保持されたハンマを振り下ろすことによって前記衝撃力を負荷することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の衝撃試験装置。
【請求項５】
前記衝撃力検出手段は、前記試験片の前記衝撃負荷手段による衝撃力を受ける面に対して該試験片を挟んで他方側に設けられた力センサを有し、
前記力センサを介して前記衝撃力を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の衝撃試験装置。
【請求項６】
前記変位検出手段は、高速度カメラを有し、
前記高速度カメラを介して前記変位を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の衝撃試験装置。
【請求項７】
前記試験片は、衝撃吸収材料であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の衝撃試験装置。
【請求項８】
保持手段によって試験片を任意の保持力で保持する保持工程と、
前記保持工程で保持された試験片に衝撃負荷手段によって衝撃力を負荷する衝撃負荷工程と、
前記衝撃負荷工程で試験片に負荷された衝撃力を衝撃力検出手段によって検出すると共に、該衝撃力の検出時における該試験片の変位を変位検出手段によって検出する検出工程と、
前記検出工程で検出された衝撃力と変位とに基づいて、該試験片の衝撃応力とこの衝撃応力に対する歪みとの関係を表す衝撃応力−歪み特性情報を出力する出力工程と、を備えたことを特徴とする衝撃試験方法。
【請求項９】
前記変位検出手段は、高速度カメラを有し、
前記高速度カメラを介して前記変位を検出することを特徴とする請求項８に記載の衝撃試験方法。
【請求項１０】
保持手段に試験片を装着しない状態で衝撃負荷手段によって衝撃力を負荷する第１衝撃負荷工程と、
前記第１衝撃負荷工程で負荷された衝撃力を衝撃力検出手段によって検出する第１検出工程と、
前記保持手段によって試験片を任意の保持力で保持する保持工程と、
前記保持工程で保持された試験片に前記衝撃負荷手段によって衝撃力を負荷する第２衝撃負荷工程と、
前記第２衝撃負荷工程で試験片に負荷された衝撃力を前記衝撃力検出手段によって検出する第２検出工程と、
前記第１検出工程で検出された衝撃力から前記第２検出工程で検出された衝撃力を減算して求めた衝撃力を該第１検出工程で検出された衝撃力で除算して該試験片の衝撃吸収率として出力する出力工程と、を備えたことを特徴とする衝撃試験方法。
【請求項１１】
前記保持工程は、保持されている試験片を所定温度に維持する温度維持工程を含み、
前記所定温度は、設定変更可能であることを特徴とする請求項８乃至請求項１０のいずれかに記載の衝撃試験方法。
【請求項１２】
前記保持工程は、保持されている試験片を所定湿度の雰囲気中に維持する湿度維持工程を含み、
前記所定湿度は、設定変更可能であることを特徴とする請求項１１に記載の衝撃試験方法。
【請求項１３】
前記衝撃負荷手段は、一端が回動可能に軸支された振り子式のハンマと、
前記ハンマを所定角度に持ち上げて保持するハンマ保持手段と、を有し、
前記ハンマ保持手段に保持されたハンマを振り下ろすことによって前記衝撃力を負荷することを特徴とする請求項８乃至請求項１２のいずれかに記載の衝撃試験方法。
【請求項１４】
前記衝撃力検出手段は、前記試験片の前記衝撃負荷手段による衝撃力を受ける面に対して該試験片を挟んで他方側に設けられた力センサを有し、
前記力センサを介して前記衝撃力を検出することを特徴とする請求項８乃至請求項１３のいずれかに記載の衝撃試験方法。
【請求項１５】
前記試験片は、衝撃吸収材料であることを特徴とする請求項８乃至請求項１４のいずれかに記載の衝撃試験方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−４７２７７（Ｐ２００６−４７２７７Ａ）
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−７２１８６（Ｐ２００５−７２１８６）
【出願日】平成１７年３月１５日（２００５．３．１５）
【出願人】（０００００３９６４）日東電工株式会社 (5,557)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１５日（２００５．３．１５）
【出願人】（０００００３９６４）日東電工株式会社 (5,557)
【Ｆターム（参考）】
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