落下試験機とは
落下試験機とは、対象物を落下させた時の衝撃や影響を知るために、決められた高さ等の条件を繰り返し維持しながら、試験品を自然落下させることができる装置です。
特に持ち運びが容易で小型なスマートフォンやモバイル機器は、使用環境下での落下による衝撃への対策が求められています。使用環境において比較的発生しやすい落下による機器の耐衝撃性を高めるためには、再現性の高い落下試験の実施が大変重要です。
他にも重量のある貨物や包装資材の耐衝撃性を調べる際にも、落下試験機が使用されています。
落下試験機の使用用途
落下試験機は、さまざまな製品開発において用いられます。主な用途は、工業製品です。また、落下試験は大きく2つの状況を想定して行われており、物流過程を想定したものと製品の利用環境を想定したものです。
1. 物流過程を想定した落下試験
主に特定の場所に据え置いて使われる製品の開発に使用されます。例えば、テレビや冷蔵庫といった大型家電です。このような製品は私たちが日常生活で使う際に落下を伴う可能性は非常に少ないと考えられます。
大型家電では製品の出荷から流通、店舗や購入者の設置場所への移動の際に、誤って落下してしまうことが考えられます。
2. 製品の利用環境を想定した落下試験
使用環境によって落下する可能性がある製品として、モバイル機器などが挙げられます。スマートフォンやデジタルカメラといった小型電子機器は持ち運んで使われるため、落下を経験する可能性が少なくありません。このような落下による製品の耐久信頼性を確認するために、落下試験機が用いられています。
落下試験機の原理
落下試験機の原理は、主に保持落下型、回転ドラム型、回転アーム型、電磁フック型に分かれます。
1. 保持落下型
保持落下型はシンプルな構造で、対象物を空圧のペンシリンダを用いて水平方向から挟み込み固定します。設定した高さから自然落下させると、落下の途中でシリンダが対象物から離れ、対象物のみを落下させることができます。同じ角度で落下させたい場合に有効な方法です。
2. 回転ドラム型
回転ドラム型は、ドラムの中に対象物を入れ、ドラムを一定の速度で回転させます。繰り返しドラムの中でランダムに落下させることができます。
3. 回転アーム型
回転アーム型はエア駆動のシリンダとばねを用いた落下試験機構を持ちます。エアシリンダによる対象物を載せたテーブルを高速で移動させた後、テーブルを強力なばねの張力で回転させて対象物を垂直方向に自然落下させます。
4. 電磁フック型
電磁フック型は、電磁フックで吊るされた貨物が、フックが外れることで自然落下する装置です。
いずれも落下させる高さを自由に設定することができます。また、落下動作の設定はリモコンで行う場合と、制御盤で行う場合があります。さらに、ハイスピードカメラを搭載して、落下の様子を解析できるものもあります。
落下試験機のその他情報
1. 落下試験の規格
落下試験に適用されるJIS規格には、製品衝撃強さ試験方法であるJIS Z 0119や、包装貨物の性能試験であるJIS Z 0200などがあります。落下試験の種類は様々であり、対象となる製品に必要に応じて、適用される規格で評価しなければなりません。
そのほか、落下試験で適用される規格は、包装貨物の落下試験方法であるJIS Z 0202、衝撃試験方法であるJIS C 60068-2-31 Ea、落下試験及び転倒試験方法であるJIS C 60068-2-31 Ecなどがあります。
2. 落下試験の応用
落下衝撃試験では、実際に落下が生じる状況を想定した試験が行われます。利用する製品が中型や大型家電製品である場合には、据置での利用が想定されますが、携帯電話などでは背丈の半分程度の位置からの落下を想定した試験が望まれます。
据置での利用が想定される場合には、物流工程での落下を検討するため貨物を積む際のトラックの高さからの落下試験が行われます。また、試験は単純な高さだけでなく、人力での積載方法やフォークリフトを使用しての積載、重量物などで特殊な条件でないと積み込めない場合には、クレーンなどを利用して玉掛けを行ない積み込むことも想定した試験が必要です。
例えば、旋回しながらの落下なども必要です。携帯電話などではただ落下するだけではなく、物体に加速度がつくことも想定できるため、物理的に速度を与える衝撃試験も行われています。
3. 落下試験機の活用事例
東京都立産業技術研究センターに落下衝撃試験機の紹介動画があります。落下試験のイメージをつかみやすいかと思いますので是非御覧ください。
参考文献
https://www.shinyei-tm.co.jp/shocktesting/info/infodrop/
https://www.jisc.go.jp/app/jis/general/GnrJISNumberNameSearchList?show
https://www.jsa.or.jp/whats_jis/whats_jis_index/
https://www.oeg.co.jp/Rel/drop.html