(57)【要約】【課題】安価な装置によって小型化を図ることができるとともに分力を同時に精度よく簡単に測定することができる分力測定装置を提供する。【解決手段】測定対象物２に作用する荷重ＦのうちＸ軸方向の分力である力成分ＦX1，ＦX2をＸ軸力検出部１８Ａ，１８Ｂが検出し、Ｙ軸方向の分力である力成分ＦY1，ＦY2をＹ軸力検出部１９Ａ，１９Ｂが検出し、Ｚ軸方向の分力である力成分ＦZ1，ＦZ2をＺ軸力検出部２０Ａ，２０Ｂが検出する。その結果、荷重作用点Ｐ0におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の力成分ＦX，ＦY，ＦZを合成することによって、荷重作用点ＰOに作用する荷重Ｆの大きさ及び方向が演算される。また、測定対象物２に作用するＺ軸回りのモーメント成分ＭZを発生させるモーメント荷重ＦMZをモーメント検出部２１が検出することによって、Ｚ軸回りのモーメント成分ＭZの大きさ及び方向が演算される。【選択図】図３
2010216867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に作用する複数の分力を測定する分力測定装置であって、
前記測定対象物に作用する荷重の３軸方向の力成分を検出する力検出部と、
前記力検出部による前記３軸方向の力成分の検出と同時に、前記測定対象物の１軸回りのモーメント成分を検出するモーメント検出部と、
を備える分力測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の分力測定装置において、
前記力検出部の検出結果に基づいて、前記１軸回りのモーメント成分以外の残りの１軸又は２軸回りのモーメント成分を演算するモーメント演算部を備えること、
を特徴とする分力測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の分力測定装置において、
前記力検出部は、１軸方向又は２軸方向の力成分を軸方向毎に複数の検出点で検出し、
前記モーメント演算部は、前記力検出部が検出する前記複数の検出点における検出値に基づいて、前記残りの１軸又は２軸回りのモーメント成分を演算すること、
を特徴とする分力測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の分力測定装置において、
前記モーメント演算部は、前記複数の検出点における検出値と、前記荷重の荷重作用点から前記力成分の作用線までの垂直距離とに基づいて、前記残りの１軸又は２軸回りのモーメント成分を演算すること、
を特徴とする分力測定装置。
【請求項５】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の分力測定装置において、
前記３軸方向の力成分が作用する力作用部を備え、
前記力検出部は、前記力作用部に作用する前記３軸方向の力成分を検出すること、
を特徴とする分力測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の分力測定装置において、
前記力作用部は、前記３軸方向の力成分のうち少なくとも２軸方向の力成分に対する検出感度及び／又は許容荷重が同じであること、
を特徴とする分力測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の分力測定装置において、
前記力作用部は、前記力成分の作用方向毎の断面係数が同じであること、
を特徴とする分力測定装置。
【請求項８】
請求項５に記載の分力測定装置において、
前記力作用部は、前記３軸方向の力成分のうち少なくとも２軸方向の力成分に対する検出感度及び／又は許容荷重が異なること、
を特徴とする分力測定装置。
【請求項９】
請求項８に記載の分力測定装置において、
前記力作用部は、前記力成分の作用方向毎に断面係数が異なること、
を特徴とする分力測定装置。
【請求項１０】
請求項６から請求項９までのいずれか１項に記載の分力測定装置において、
前記力作用部は、前記力成分の作用方向に対して前記検出感度及び／又は前記許容荷重が異なるものが着脱自在に交換可能なように複数存在すること、
を特徴とする分力測定装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の分力測定装置において、
前記１軸回りのモーメント成分が作用するモーメント作用部を備え、
前記モーメント検出部は、前記モーメント作用部に作用する前記１軸回りのモーメント成分を発生させるモーメント荷重を検出すること、
を特徴とする分力測定装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の分力測定装置において、
前記力検出部は、
前記３軸方向の力成分のうち２軸方向の力成分を検出する歪みゲージと、
前記３軸方向の力成分のうち残りの１軸方向の力成分を検出するロードセルとを備えること、
を特徴とする分力測定装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の分力測定装置において、
前記モーメント検出部は、前記１軸回りのモーメント成分を発生させるモーメント荷重を検出するロードセルを備えること、
を特徴とする分力測定装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載の分力測定装置において、
前記力検出部は、
前記測定対象物の中心軸と直交するＸ軸方向の力成分を検出するＸ軸力検出部と、
前記測定対象物の中心軸及び前記Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向の力成分を検出するＹ軸力検出部と、
前記測定対象物の中心軸であるＺ軸方向の力成分を検出するＺ軸力検出部とを備えること、
を特徴とする分力測定装置。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載の分力測定装置において、
前記モーメント検出部は、前記測定対象物の中心軸であるＺ軸回りのモーメント成分を発生させるモーメント荷重を検出するＺ軸モーメント荷重検出部を備えること、
を特徴とする分力測定装置。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の分力測定装置において、
前記測定対象物の一端側を回転自在に片持ち支持する第１の支持部と、
前記第１の支持部と同じ長さであり、前記測定対象物の他端側を回転自在に片持ち支持する第２の支持部とを備えること、
を特徴する分力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、測定対象物に作用する複数の分力を測定する分力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物に作用するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の荷重を測定する３分力計、又は、測定対象物に作用するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の荷重とこれらの軸回りのモーメントを測定する６分力計などの製品が市販されている。従来の６分力計は、荷重を受ける荷重受け部と、この荷重受け部を支持する十字状の４本のスポーク柱と、この４本のスポークの荷重受け部を支持する側とは反対側の端部を支持する円筒状の保持体と、４本のスポーク柱に取り付けられた歪みゲージなどを備えている（例えば、特許文献１参照）。このような従来の６分力計では、荷重受け部に荷重が作用して４本のスポーク柱に発生する歪みを歪みゲージによって測定して、この荷重受け部に作用する３軸方向の荷重と３軸回りのモーメントとを測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭57-169643号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
歪みゲージで測定する力測定装置においては、一般に測定感度を高くすると許容荷重は小さくなり、許容荷重を大きくすると測定感度は低くなる。上記の従来の６分力計では、１方向に作用する荷重が他の方向に作用する荷重よりも小さいときにはこの１方向の測定感度を大きくする必要があり、１方向に作用する荷重が他の方向に作用する荷重よりも大きいときにはこの１方向の許容荷重を大きくする必要がある。しかし、従来の６分力計では、３軸方向のそれぞれの測定感度及び許容荷重が同一であり、１方向だけを異なる測定感度にしたり許容荷重を大きくしたりすることが困難であり、１方向の測定感度や許容荷重を異なるような複雑な構造にすると大型化し高価になってしまう問題点がある。また、従来の６分力計では、１方向の引張式又は圧縮式などのロードセルを使用して３軸方向の荷重と３軸回りのモーメントとを測定しようとすると、摩擦力によって各方向の測定力が干渉してしまう問題点がある。
【０００５】
図１８は、従来の６分力計を概略的に示す模式図である。
図１８に示す６分力計１０１は、垂直方向の荷重ＦVと水平方向の荷重ＦHとを受ける荷重受け部１０２と、この荷重受け部１０２に作用する垂直方向の荷重ＦVを検出するロードセル１０３と、荷重受け部１０２に作用する水平方向の荷重ＦHを検出するロードセル１０４などを備えている。このような６分力計１０１では、垂直方向の荷重ＦVと水平方向の荷重ＦHとが同時に荷重受け部１０２に作用すると、ロードセル１０３と荷重受け部１０２との間に水平方向の摩擦力ＦmHが作用し、ロードセル１０４と荷重受け部１０２との間に垂直方向の摩擦力ＦmVが作用する。ここで、水平方向の摩擦力ＦmH＝μＦVであり、垂直方向の摩擦力ＦmV＝μＦHであり、μは摩擦係数である。このため、従来の６分力計１０１では、ロードセル１０３，１０４によって垂直方向の荷重ＦVを測定すると、垂直方向の摩擦力ＦmVが誤差となり、ロードセル１０３，１０４によって水平方向の荷重ＦHを測定すると、水平方向の摩擦力ＦmHが誤差となり、実際の荷重ＦV，ＦHよりも小さい値が測定値となる。このように、従来の６分力計１０１では、摩擦力ＦmV，ＦmHによって各方向の測定力が相互に干渉し測定結果に誤差が生じてしまう問題点がある。また、従来の６分力計１０１では、このような測定値の誤差を小さくするためにリンク機構、軸受又はリニアガイドなどによって摩擦力ＦmV，ＦmHを小さくしようとすると、構造が複雑になって大型化しコストが高くなってしまう問題点がある。
【０００６】
この発明の課題は、安価な装置によって小型化を図ることができるとともに分力を同時に精度よく簡単に測定することができる分力測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図３及び図４に示すように、測定対象物（２）に作用する複数の分力を測定する分力測定装置であって、前記測定対象物に作用する荷重（Ｆ）の３軸方向の力成分（ＦX，ＦY，ＦZ）を検出する力検出部（１７）と、前記力検出部による前記３軸方向の力成分の検出と同時に、前記測定対象物の１軸回りのモーメント成分（ＭZ）を検出するモーメント検出部（２１）とを備える分力測定装置（３）である。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の分力測定装置において、図４に示すように、前記力検出部の検出結果に基づいて、前記１軸回りのモーメント成分以外の残りの１軸又は２軸回りのモーメント成分（ＭX，ＭY）を演算するモーメント演算部（２４）を備えることを特徴とする分力測定装置である。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２に記載の分力測定装置において、図１７に示すように、前記力検出部は、１軸方向又は２軸方向の力成分（ＦX，ＦY）を軸方向毎に複数の検出点（ＰX1，ＰX2，ＰY1，ＰY2）で検出し、前記モーメント演算部は、前記力検出部が検出する前記複数の検出点における検出値（ＦX1，ＦX2，ＦY1，ＦY2）に基づいて、前記残りの１軸又は２軸回りのモーメント成分（ＭX，ＭY）を演算することを特徴とする分力測定装置である。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項３に記載の分力測定装置において、前記モーメント演算部は、前記複数の検出点における検出値と、前記荷重の荷重作用点（Ｐ0）から前記力成分の作用線までの垂直距離（Ｌ11，Ｌ12，Ｌ21，Ｌ22）とに基づいて、前記残りの１軸又は２軸回りのモーメント成分を演算することを特徴とする分力測定装置である。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の分力測定装置において、図２に示すように、前記３軸方向の力成分が作用する力作用部（８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂ）を備え、前記力検出部は、前記力作用部に作用する前記３軸方向の力成分を検出することを特徴とする分力測定装置である。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項５に記載の分力測定装置において、前記力作用部は、前記３軸方向の力成分のうち少なくとも２軸方向の力成分に対する検出感度及び／又は許容荷重が同じであることを特徴とする分力測定装置である。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項６に記載の分力測定装置において、図１１に示すように、前記力作用部は、前記力成分の作用方向毎の断面係数が同じであることを特徴とする分力測定装置である。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項５に記載の分力測定装置において、前記力作用部は、前記３軸方向の力成分のうち少なくとも２軸方向の力成分に対する検出感度及び／又は許容荷重が異なることを特徴とする分力測定装置である。
【００１５】
請求項９の発明は、請求項８に記載の分力測定装置において、図１５に示すように、前記力作用部は、前記力成分の作用方向毎に断面係数が異なることを特徴とする分力測定装置である。
【００１６】
請求項１０の発明は、請求項５から請求項９までのいずれか１項に記載の分力測定装置において、前記力作用部は、前記力成分の作用方向に対して前記検出感度及び／又は前記許容荷重が異なるものが着脱自在に交換可能なように複数存在することを特徴とする分力測定装置である。
【００１７】
請求項１１の発明は、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の分力測定装置において、図３に示すように、前記１軸回りのモーメント成分が作用するモーメント作用部（１０）を備え、前記モーメント検出部は、前記モーメント作用部に作用する前記１軸回りのモーメント成分（ＭZ）を発生させるモーメント荷重（ＦMZ）を検出することを特徴とする分力測定装置である。
【００１８】
請求項１２の発明は、請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の分力測定装置において、図５及び図６に示すように、前記力検出部は、前記３軸方向の力成分のうち２軸方向の力成分（ＦX，ＦZ）を検出する歪みゲージ（１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂ）と、前記３軸方向の力成分のうち残りの１軸方向の力成分（ＦY）を検出するロードセル（１９ａ）とを備えることを特徴とする分力測定装置である。
【００１９】
請求項１３の発明は、請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の分力測定装置において、図６及び図１０に示すように、前記モーメント検出部は、前記１軸回りのモーメント成分（ＭZ）を発生させるモーメント荷重（ＦMZ）を検出するロードセル（２２ａ）を備えることを特徴とする分力測定装置である。
【００２０】
請求項１４の発明は、請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載の分力測定装置において、図３に示すように、前記力検出部は、前記測定対象物の中心軸と直交するＸ軸方向の力成分（ＦX1，ＦX2）を検出するＸ軸力検出部（１８Ａ，１８Ｂ）と、前記測定対象物の中心軸及び前記Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向の力成分（ＦY1，ＦY2）を検出するＹ軸力検出部（１９Ａ，１９Ｂ）と、前記測定対象物の中心軸であるＺ軸方向の力成分（ＦZ1，ＦZ2）を検出するＺ軸力検出部（２０Ａ，２０Ｂ）とを備えることを特徴とする分力測定装置である。
【００２１】
請求項１５の発明は、請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載の分力測定装置において、図３に示すように、前記モーメント検出部は、前記測定対象物の中心軸であるＺ軸回りのモーメント成分（ＭZ）を発生させるモーメント荷重（ＦMZ）を検出するＺ軸モーメント荷重検出部（２２）を備えることを特徴とする分力測定装置である。
【００２２】
請求項１６の発明は、請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の分力測定装置において、図２及び図３に示すように、前記測定対象物の一端側を回転自在に片持ち支持する第１の支持部（４Ａ）と、前記第１の支持部と同じ長さであり、前記測定対象物の他端側を回転自在に片持ち支持する第２の支持部（４Ｂ）とを備えることを特徴する分力測定装置である。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によると、安価な装置によって小型化を図ることができるとともに分力を同時に精度よく簡単に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の第１実施形態に係る分力測定装置が設置される模擬客室の平面図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る分力測定装置が設置される模擬客室の側面図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係る分力測定装置を概略的に示す斜視図である。
【図４】この発明の第１実施形態に係る分力測定装置の構成図である。
【図５】この発明の第１実施形態に係る分力測定装置の水平支持部の側面図である。
【図６】この発明の第１実施形態に係る分力測定装置の水平支持部の平面図である。
【図７】この発明の第１実施形態に係る分力測定装置の水平支持部の正面図である。
【図８】図５のVIII-VIII線で切断した状態を示す断面図である。
【図９】図５のIX-IX線で切断した状態を示す断面図である。
【図１０】図６のX-X線で切断した状態を示す断面図である。
【図１１】図５のXI-XI線で切断した状態を示す断面図である。
【図１２】この発明の第１実施形態に係る分力測定装置における荷重の測定動作を説明するための模式図であり、（Ａ）はＸ軸方向の力成分のみが作用した状態を示す模式図であり、（Ｂ）はＹ軸方向の力成分のみが作用した状態を示す模式図であり、（Ｃ）はＺ軸方向の力成分のみが作用した状態を示す模式図である。
【図１３】この発明の第１実施形態に係る分力測定装置によるＺ軸方向及びＸ軸方向の力成分の測定原理を説明するための模式図であり、（Ａ）は回転支持状態の測定対象物にＺ軸方向の力成分が作用したときの側面図であり、（Ｂ）は固定支持状態の測定対象物にＺ軸方向の力成分が作用したときの側面図であり、（Ｃ）は測定対象物にＸ軸方向の力成分が作用したときの平面図である。
【図１４】この発明の第１実施形態に係る分力測定装置におけるモーメントの測定動作を説明するための模式図である。
【図１５】この発明の第２実施形態に係る分力測定装置の力作用部の外観図であり、（Ａ）は側面図であり、（Ｂ）は平面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のXV-XV線で切断した状態を示す断面図である。
【図１６】この発明の第３実施形態に係る分力測定装置の構成図である。
【図１７】この発明の第３実施形態に係る分力測定装置におけるＸ軸及びＹ軸回りのモーメント成分の演算動作を説明するための模式図であり、Ｘ軸回りのモーメント成分の演算動作を説明するための模式図であり、Ｙ軸回りのモーメント成分の演算動作を説明するための模式図である。
【図１８】従来の６分力計を概略的に示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る分力測定装置が設置される模擬客室の平面図である。図２は、この発明の第１実施形態に係る分力測定装置が設置される模擬客室の側面図である。
図１及び図２に示す模擬客室１は、実際の鉄道車両の客室を模擬した客室である。模擬客室１は、鉄道車両内の乗客の快適性に及ぼす影響を評価する車内快適性シミュレーション装置（模擬試験装置）によって、振動、走行音、車内音、温度、湿度及び車窓風景などの実際の鉄道車両の車内環境を再現するための設備である。模擬客室１には、上下方向、左右方向及び前後方向の振動、並びにロール方向、ピッチ方向及びロール方向の振動が車内快適性シミュレーション装置の加振装置によって作用する。模擬客室１は、図１及び図２に示す乗客及び荷物などの積載物の重量を支持する床面１ａと、図１に示す車体の床と屋根との間を構成する側面１ｂ，１ｃと、乗客の手荷物を載せる棚１ｄ，１ｅと、立席の乗客が体を支えるためにつかまる水平方向に伸びた握り棒（手すり）１ｆ，１ｇなどを備えている。
【００２６】
図２に示す測定対象物２は、分力測定装置３によって分力を測定する対象物である。測定対象物２は、乗客の利便性及び快適性を図るために実際の鉄道車両の客室内に設置される客室設備（接客設備）である。測定対象物２は、図２に示すように、垂直方向に伸びて配置される棒状部材であり、金属製で断面が円筒状の配管用炭素鋼鋼管(SGP)などのパイプである。測定対象物２は、例えば、鉄道車両の客室内の通路及び乗降口などに設置されて、この客室内の立席の乗客が安全保護のために体を支えるときにつかまる手すり（握り棒）である。
【００２７】
図１に示す被験者Ｔは、模擬客室１内で快適性に及ぼす影響を受ける対象者である。被験者Ｔは、例えば、図１及び図２に示すように左右いずれか一方又は双方の手Ｔ1で測定対象物２を把持し、図１に示すように床面１ａ上に立席状態で、車内快適性シミュレーション装置によってＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の振動を受ける。
【００２８】
図３は、この発明の第１実施形態に係る分力測定装置を概略的に示す斜視図である。図４は、この発明の第１実施形態に係る分力測定装置の構成図である。
図１〜図３に示すＸ軸は、測定対象物２の中心軸（長さ方向）と直交する模擬客室１の幅方向（実際の鉄道車両の幅方向）の軸であり、被験者Ｔから見て左右方向である。Ｙ軸は、測定対象物２の中心軸及びＸ軸方向と直交する模擬客室１の長さ方向（実際の鉄道車両の長さ方向）の軸であり、被験者Ｔから見て前後方向である。Ｚ軸は、測定対象物２の中心軸である模擬客室１の上下方向（実際の鉄道車両の高さ方向）の軸であり、被験者Ｔから見て上下方向である。
【００２９】
図３に示す荷重Ｆは、測定対象物２に作用する外力であり、模擬客室１内で加振される被験者Ｔの手Ｔ1から測定対象物２に任意の方向に作用する。荷重作用点Ｐ0は、測定対象物２に荷重Ｆが作用する地点である。モーメントＭは、測定対象物２に作用するトルクであり、模擬客室１内で加振される被験者Ｔの手Ｔ1から測定対象物２に任意の平面内で作用する。力成分ＦXは、荷重ＦのＸ軸方向の分力であり、力成分ＦX1はＸ軸力検出部１８Ａによって検出される分力であり、力成分ＦX2はＸ軸力検出部１８Ｂによって検出される分力である。力成分ＦYは、荷重ＦのＹ軸方向の分力であり、力成分ＦY1はＹ軸力検出部１９Ａによって検出される分力であり、力成分ＦY2はＹ軸力検出部１９Ｂによって検出される分力である。力成分ＦZは、荷重ＦのＺ軸方向の分力であり、力成分ＦZ1はＺ軸力検出部２０Ａによって検出される分力であり、力成分ＦZ2はＺ軸力検出部２０Ｂによって検出される分力である。モーメント成分ＭZは、測定対象物２に作用するＺ軸回り（水平面内）の成分であり、モーメント荷重ＦMZはこのＺ軸回りのモーメント成分ＭZを発生させる荷重である。検出点ＰX1，ＰX2は、Ｘ軸方向の力成分ＦX1，ＦX2をそれぞれ検出する地点であり、検出点ＰY1，ＰY2はＹ軸方向の力成分ＦY1，ＦY2をそれぞれ検出する地点であり、検出点ＰZ1，ＰZ2はＺ軸方向の力成分ＦZ1，ＦZ2をそれぞれ検出する地点であり、検出点ＰMZはＺ軸回りのモーメント荷重ＦMZを検出する地点である。
【００３０】
図４に示す分力測定装置３は、測定対象物２に作用する分力を測定する装置である。分力測定装置３は、図３に示すように、測定対象物２に作用する荷重ＦのＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の力成分ＦX，ＦY，ＦZと、この測定対象物２に作用するモーメントＭのＺ軸回りのモーメント成分ＭZとを測定する４分力計である。分力測定装置３は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の力成分ＦX，ＦY，ＦZと、Ｚ軸回りのモーメント成分ＭZとを同時に測定可能である。分力測定装置３は、被験者Ｔが測定対象物２につかまった状態で加振されたときに、この測定対象物２のどの方向にどれだけの大きさの荷重Ｆ及びモーメントＭが作用するかを測定する。分力測定装置３は、図２及び図３に示す水平支持部４Ａ，４Ｂと、ガイド部５Ａ，５Ｂと、回転連結部６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂと、図２に示すＹ軸力作用部８Ａ，８Ｂと、図２及び図３に示すＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂと、Ｚ軸モーメント作用部１０と、図２に示す垂直支持部１１と、固定部１２Ａ，１２Ｂと、図１及び図２に示す水平支持部１３と、図２に示す固定部１４，１５と、図１に示す固定部１６Ａ，１６Ｂと、図４に示す力検出部１７と、モーメント検出部２１と、荷重演算部２３と、モーメント演算部２４と、荷重情報記憶部２５と、モーメント情報記憶部２６と、制御部２７などを備えている。
【００３１】
図５は、この発明の第１実施形態に係る分力測定装置の水平支持部の側面図である。図６は、この発明の第１実施形態に係る分力測定装置の水平支持部の平面図である。図７は、この発明の第１実施形態に係る分力測定装置の水平支持部の正面図である。図８は、図５のVIII-VIII線で切断した状態を示す断面図である。図９は、図５のIX-IX線で切断した状態を示す断面図である。図１０は、図６のX-X線で切断した状態を示す断面図である。図１１は、図５のXI-XI線で切断した状態を示す断面図である。
【００３２】
図２及び図３に示す水平支持部４Ａ，４Ｂは、測定対象物２を支持する部分である。水平支持部４Ａは、測定対象物２の一端側（上端部側）を回転自在に片持ち支持し、水平支持部４Ｂは水平支持部４Ａと同じ長さであり測定対象物２の他端側（下端部側）を回転自在に片持ち支持する。水平支持部４Ａ，４Ｂは、測定対象物２を支持する側とは反対側の端部が固定端となるように、図２に示すように固定部１２Ａ，１２Ｂにそれぞれ固定支持されている。水平支持部４Ａ，４Ｂは、図２及び図３に示すように、この水平支持部４Ａ，４Ｂの中心軸が測定対象物２の中心軸と直交しており、この水平支持部４Ａ，４Ｂの中心軸がＹ軸方向と一致するように配置されている。水平支持部４Ａ，４Ｂは、図２に示すように、床面１ａに対して平行に配置されており、水平支持部４Ａは上側に配置されており、水平支持部４Ｂは下側に配置されている。水平支持部４Ａ，４Ｂは、図２に示すように、いずれも同一構造であり、以下では水平支持部４Ｂを中心に説明する。水平支持部４Ｂは、図７及び図８に示すように、炭素鋼などの金属製で断面が四角形の中実の棒状部材であり、図８に示すように水平支持部４Ｂの一方の端部にはこの水平支持部４Ｂの側面を貫通する貫通孔４ａが形成されており、図５及び図６に示すように水平支持部４Ｂの他方の端部には所定の深さで嵌合穴４ｂが形成されている。
【００３３】
図２に示すガイド部５Ａ，５Ｂは、水平支持部４Ａ，４Ｂに対して測定対象物２をガイドする部分である。ガイド部５Ａ，５Ｂは、測定対象物２のＹ軸方向への微小移動を許容し、Ｘ軸方向及びＺ軸方向への移動を規制する。ガイド部５Ａ，５Ｂは、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の力成分ＦX，ＦZが発生したときに、Ｙ軸方向に発生する摩擦力を軽減する。ガイド部５Ａ，５Ｂは、図３に示すＹ軸力検出部１９Ａ，１９Ｂの測定結果にこの摩擦力が測定誤差として影響を与え、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の力成分ＦX，ＦY，ＦZとＺ軸回りのモーメント成分ＭZとが相互に干渉するのを可能な限り防ぐ。ガイド部５Ａ，５Ｂ、図２に示すように、いずれも同一構造であり、以下ではガイド部５Ｂを中心に説明する。ガイド部５Ｂは、図３、図５、図７及び図８に示すスライド部５ａとガイドレール部５ｂなどを備えている。ガイド部５Ｂは、図７及び図８に示すように、スライド部５ａ側の溝とガイドレール部５ｂ側の溝とをスライド自在に嵌合させて、ガイドレール部５ｂに沿ってスライド部５ａを進退自在にガイドするリニアガイド装置である。図３、図５、図７及び図８に示すスライド部５ａは、ガイドレール部５ｂによってガイドされる部分である。スライド部５ａは、測定対象物２を支持した状態でこの測定対象物２と一体となってＹ軸方向に移動する板状部材である。ガイドレール部５ｂは、スライド部５ａを移動自在にガイドする部分であり、スライド部５ａの移動方向（Ｙ軸方向）に沿って配置されている。
【００３４】
図２及び図３に示す回転連結部６Ａは、水平支持部４Ａとガイド部５Ａとを回転自在に連結する部分であり、回転連結部６Ｂは水平支持部４Ｂとガイド部５Ｂとを回転自在に連結する部分である。回転連結部６Ａ，６Ｂは、測定対象物２のＸ軸回りの微小回転を許容し、Ｙ軸回り及びＺ軸回りの回転を規制する。回転連結部６Ａ，６Ｂは、測定対象物２にＺ軸方向の力成分ＦYが作用したときに、水平支持部４Ａ，４Ｂとガイド部５Ａ，５Ｂとの間に発生するＸ軸回りのモーメントを軽減するピン結合部（ヒンジ結合部）である。回転連結部６Ａ，６Ｂは、図２に示すように、いずれも同一構造であり、以下では回転連結部６Ｂを中心に説明する。回転連結部６Ｂは、図８に示す連結軸６ａと、軸受６ｂと、押さえ部材６ｃ，６ｄと、締結部材６ｅと、図７及び図８に示す支持部材６ｆ，６ｇと、固定部材６ｈ，６ｉなどを備えている。
【００３５】
図８に示す連結軸６ａは、水平支持部４Ｂの貫通孔４ａに挿入される部材である。軸受６ｂは、連結軸６ａの両端部を回転自在に支持する部材である。押さえ部材６ｃは、軸受６ｂを押さえ付けて軸受６ｂが支持部材６ｆから脱落するのを防止する部材であり、連結軸６ａが貫通する貫通孔を有する。押さえ部材６ｄは、締結部材６ｅと軸受６ｂとの間に挟み込まれる部材であり円筒状の部材である。締結部材６ｅは、連結軸６ａの脱落を防止するためにこの連結軸６ａに締結される部材であり、連結軸６ａの両端に形成された雄ねじ部と噛み合う雌ねじ部を有するナットである。図７及び図８に示す支持部材６ｆは、軸受６ｂを支持する部材であり、支持部材６ｇは支持部材６ｆを両端部で支持する部材である。固定部材６ｈは、押さえ部材６ｃを支持部材６ｆに固定する部材であり、固定部材６ｉは支持部材６ｆを支持部材６ｇに固定する部材である。回転連結部６Ａは、支持部材６ｇが図示しないボルトなどの固定部材によってガイドレール部５ｂに固定されている。
【００３６】
図２に示す回転連結部７Ａは、測定対象物２とＹ軸力作用部８Ａとを回転自在に連結する部分であり、回転連結部７Ｂは測定対象物２とＹ軸力作用部８Ｂとを回転自在に連結する部分である。回転連結部７Ａ，７Ｂは、測定対象物２のＺ軸回りの微小回転を許容し、Ｘ軸回り及びＹ軸回りの回転を規制する。図２及び図３に示すように、回転連結部７Ａは測定対象物２の一端側（上端部側）と水平支持部４Ａの一端側（自由端側）とをガイド部５Ａ及びＹ軸力作用部８Ａを介して回転自在に連結する。回転連結部７Ｂは、測定対象物２の他端側（下端部側）と水平支持部４Ｂの一端側（自由端側）とをガイド部５Ｂ及びＹ軸力作用部８Ｂを介して回転自在に連結する。回転連結部７Ａ，７Ｂは、測定対象物２にＺ軸回りのねじりモーメントが作用したときに、Ｘ軸力検出部１８Ａ，１８Ｂに発生する曲げモーメントを軽減して、Ｘ軸力検出部１８Ａ，１８Ｂの測定結果にこの曲げモーメントが測定誤差として影響を与えるのを低減する。回転連結部７Ａ，７Ｂ、図２に示すように、いずれも同一構造であり、以下では回転連結部７Ｂを中心に説明する。回転連結部７Ｂは、図８に示す回転軸７ａと、固定部材７ｂと、軸受７ｃ，７ｄと、保持部材７ｅと、図５及び図７〜図９に示す収容部材７ｆと、蓋部材７ｇと、固定部材７ｈ，７ｉなどを備えている。
【００３７】
図８に示す回転軸７ａは、測定対象物２の端部に嵌め込まれてこの測定対象物２と一体となって回転する部材であり、回転軸７ａの外周部にはフランジ部７ｊが形成されている。固定部材７ｂは、回転軸７ａを測定対象物２に固定する部材であり、回転軸７ａ及び測定対象物２を貫通する六角穴付きのボルト７ｋと、このボルト７ｋに締結されるナット７ｍなどを備える。軸受７ｃ，７ｄは、回転軸７ａを回転自在に支持する部材であり、所定の間隔をあけて上下に配置されている。保持部材７ｅは、軸受７ｃと軸受７ｄとを所定の間隔に保持する部材であり、回転軸７ａの外周部と内周部が嵌合しており軸受７ｃと軸受７ｄとの間に挟み込まれる円筒状の部材である。図５、図７及び図８に示す収容部材７ｆは、軸受７ｃ，７ｄ及び保持部材７ｅを収容する部材であり、収容部材７ｆの内周部には軸受７ｃ，７ｄの外輪と保持部材７ｅの外周部とが嵌め込まれている。蓋部材７ｇは、収容部材７ｆの開口部を塞ぐ部材である。蓋部材７ｇは、回転軸７ａが貫通する貫通孔を有する円環状の板状部材であり、収容部材７ｆとの間に軸受７ｃ，７ｄ及び保持部材７ｅを挟み込んでいる。固定部材７ｈは、蓋部材７ｇを収容部材７ｆに着脱自在に固定する部材であり、蓋部材７ｇのフランジ部と収容部材７ｆのフランジ部とを接合させた状態でこれらを締結する止めねじである。固定部材７ｉは、Ｙ軸力作用部８Ｂの押圧部材８ａに収容部材７ｆを固定する部材であり、収容部材７ｆのフランジ部と押圧部材８ａとを接合させた状態でこれらを締結する六角穴付きのボルトである。
【００３８】
図２に示すＹ軸力作用部８Ａは、Ｙ軸方向の力成分ＦY1が作用する部分であり、Ｙ軸力作用部８ＢはＹ軸方向の力成分ＦY2が作用する部分である。Ｙ軸力作用部８Ａは、測定対象物２の上側に配置されており、Ｙ軸力作用部８Ｂは測定対象物２の下側に配置されている。Ｙ軸力作用部８Ａ，８Ｂは、図２に示すように、いずれも同一構造であり、以下ではＹ軸力作用部８Ｂを中心に説明する。Ｙ軸力作用部８Ｂは、図５に示すように、押圧部材８ａと、付勢力発生部材８ｂと、付勢力調整部材８ｃと、支持部材８ｄ，８ｅと、固定部材８ｆなどを備えている。
【００３９】
図５に示す押圧部材８ａは、Ｙ軸力検出部１９Ｂのロードボタン１９ｂを押圧する部材である。押圧部材８ａは、図示しない固定部材によってスライド部５ａに固定されておりスライド部５ａと一体となってＹ軸方向に移動可能である。付勢力発生部材８ｂは、Ｙ軸力検出部１９Ｂのロードボタン１９ｂに押圧部材８ａを付勢するための付勢力を発生する部材である。付勢力発生部材８ｂは、押圧部材８ａに固定されており、押圧部材８ａをロードボタン１９ｂに押し付ける圧縮ばね８ｇと、押圧部材８ａに取り付けられて圧縮ばね８ｇを収容する収容部材８ｈと、圧縮ばね８ｇの端部を押さえる押さえ部材８ｉなどを備えている。付勢力調整部材８ｃは、付勢力発生部材８ｂが発生する付勢力を調整する部材である。付勢力調整部材８ｃは、押さえ部材８ｉの移動量を可変することによって圧縮ばね８ｇの撓み量を可変し、この圧縮ばね８ｇが発生する付勢力（ばね力）を調整する。付勢力調整部材８ｃは、先端部が押さえ部材８ｉにねじ込まれて支持部材８ｅの貫通孔を貫通するボルト８ｊと、このボルト８ｊが支持部材８ｅから抜け出すのを防止するためにボルト８ｊに装着されるナット８ｋなどを備えている。支持部材８ｄは、Ｙ軸力検出部１９Ｂを支持する部材であり、押圧部材８ａとの間でＹ軸力検出部１９Ｂを挟み込むように回転連結部６Ｂの支持部材６ｇに固定されている。支持部材８ｅは、付勢力調整部材８ｃを支持する部材であり、支持部材８ｄが固定されている側とは反対側の支持部材６ｇの端部に固定されている。固定部材８ｆは、支持部材８ｄ，８ｅを支持部材６ｇに固定する部材であり、支持部材６ｇの両端部に装着される六角穴付きのボルトである。
【００４０】
図２及び図３に示すＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ａは、Ｘ軸方向の力成分ＦX1とＺ軸方向の力成分ＦZ1とが作用する部分であり、Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９ＢはＸ軸方向の力成分ＦX2とＺ軸方向の力成分ＦZ2が作用する部分である。Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ａは、水平支持部４Ａと固定部１２Ａとの間に配置されており、Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ｂは水平支持部４Ｂと固定部１２Ｂとの間に配置されている。Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂは、図２に示すように、いずれも同一構造であり、以下ではＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ｂを中心に説明する。Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ｂは、図５、図６及び図１１に示すように、アルミニウムなどの金属製で断面形状が円形の中実の棒状部材である。Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ｂは、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の力成分ＦX2，ＦZ2に対する測定感度及び許容荷重が同じであり、力成分ＦX2，ＦZ2の作用方向毎の断面係数が同じである。Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ｂは、図５及び図６に示すように、歪み予定部９ａと、装着部９ｂ，９ｃと、固定部材９ｄなどを備えている。Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ｂは、歪み予定部９ａにＺ軸方向の力成分ＦZ2が作用してＸ軸を中立軸として曲げモーメントが作用する場合と、歪み予定部９ａにＸ軸方向の力成分ＦX2が作用してＺ軸を中立軸として曲げモーメントが作用する場合とで検出感度及び許容荷重が同じである。
【００４１】
図５、図６及び図１１に示す歪み予定部９ａは、Ｘ軸方向及び／又はＺ軸方向の力成分ＦX2，ＦZ2が作用したときに歪みが発生する部分である。図５及び図６に示す装着部９ｂは、水平支持部４Ｂに装着される部分であり、装着部９ｃは固定部１２Ｂに装着される部分である。装着部９ｂ，９ｃは、歪み予定部９ａよりも大径に形成されており、装着部９ｂは水平支持部４Ｂの嵌合穴４ｂに嵌め込まれており、装着部９ｃは固定部１２Ｂの嵌合穴１２ｇに嵌め込まれている。固定部材９ｄは、装着部９ｂを嵌合穴４ｂに固定する部材であり、水平支持部４Ｂの外周部を貫通する雌ねじ部に装着されて先端部が装着部９ｂの外周面と接触する六角穴付きの埋込ねじなどである。
【００４２】
図２及び図３に示すＺ軸モーメント作用部１０は、Ｚ軸回りのモーメント成分ＭZが作用する部分である。Ｚ軸モーメント作用部１０は、Ｙ軸力作用部８Ａ，８Ｂ及びＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂとは異なり、図２及び図３に示すように測定対象物２の下側に１つ配置されている。Ｚ軸モーメント作用部１０は、図５に示すＹ軸力作用部８Ｂと近似した構造であり、図５、図６及び図１０に示す押圧部材１０ａと、図５〜図８に示す固定部材１０ｂと、図１０に示す付勢力発生部材１０ｃと、付勢力調整部材１０ｄと、支持部材１０ｅ，１０ｆと、取付部材１０ｇと、固定部材１０ｈ，１０ｉなどを備えている。
【００４３】
図５及び図６に示す押圧部材１０ａは、Ｚ軸モーメント荷重検出部２２のロードボタン２２ｂを押圧する部材である。押圧部材１０ａは、図５に示すように、外観が略Ｌ字状の板状のアーム部材である。図６に示すように、押圧部材１０ａの一端部（固定端）には回転連結部６Ｂの連結軸６ａの外周部と嵌合可能なように円環状の嵌合部１０ｊが形成されており、押圧部材１０ａの他端部（自由端）にはＺ軸モーメント荷重検出部２２のロードボタン２２ｂと接触する接触部１０ｋが形成されている。押圧部材１０ａは、Ｚ軸回りのモーメント成分ＭZを発生させるモーメント荷重ＦMZをＺ軸モーメント荷重検出部２２に作用させる。押圧部材１０ａは、図８に示すように、嵌合部１０ｊ側が固定端となるように回転軸７ａを介して測定対象物２に固定支持されており、図１０に示すように接触部１０ｋ側が自由端となるようにＺ軸モーメント荷重検出部２２と密着している。図５〜図８に示す固定部材１０ｂは、押圧部材１０ａの嵌合部１０ｊと回転軸７ａのフランジ部とを接合させた状態でこれらを締結する六角穴付きのボルトなどである。図１０に示す付勢力発生部材１０ｃは、Ｚ軸モーメント荷重検出部２２のロードボタン２２ｂに押圧部材１０ａを付勢するための付勢力を発生する部材である。付勢力発生部材１０ｃは、押圧部材１０ａをロードボタン２２ｂに押し付ける圧縮ばね１０ｍと、押圧部材１０ａに取り付けられて圧縮ばね１０ｍを収容する収容部材１０ｎと、圧縮ばね１０ｍの端部を押さえる押さえ部材１０ｐなどを備えている。付勢力調整部材１０ｄは、付勢力発生部材１０ｃが発生する付勢力を調整する部材である。付勢力調整部材１０ｄは、押さえ部材１０ｐの移動量を可変することによって圧縮ばね１０ｍの撓み量を可変し、この圧縮ばね１０ｍが発生する付勢力（ばね力）を調整する。付勢力調整部材１０ｄは、先端部が押さえ部材１０ｐにねじ込まれて支持部材１０ｆの貫通孔を貫通するボルト１０ｑと、このボルト１０ｑが支持部材１０ｆから抜け出すのを防止するためにボルト１０ｑに装着されるナット１０ｒなどを備えている。支持部材１０ｅは、Ｚ軸モーメント荷重検出部２２を支持する部材であり、押圧部材１０ａとの間でＺ軸モーメント荷重検出部２２を挟み込むように取付部材１０ｇに固定されている。支持部材１０ｆは、付勢力調整部材１０ｄを支持する部材であり、支持部材１０ｅが固定されている側とは反対側の取付部材１０ｇの端部に固定されている。取付部材１０ｇは、支持部材１０ｅ，１０ｆを水平支持部４Ｂに取り付ける部材であり、水平支持部４Ｂと直交してこの水平支持部４Ｂと接触して配置されている。固定部材１０ｈは、支持部材１０ｅ，１０ｆを取付部材１０ｇに固定する部材であり、取付部材１０ｇの両端部に装着される六角穴付きのボルトである。固定部材１０ｉは、取付部材１０ｇを水平支持部４Ｂに固定する部材であり、水平支持部４Ｂを貫通して取付部材１０ｇの雌ねじ部と噛み合う雄ねじ部を有する六角穴付きのボルトなどである。
【００４４】
図２、図５及び図６に示す垂直支持部１１は、水平支持部４Ａ，４Ｂを支持する部分である。垂直支持部１１は、図２に示すように、一端部（上端部）が固定部１４に固定されており、他端部（下端部）が固定部１５に固定されており、固定部１４と固定部１５との間に水平支持部４Ａ，４Ｂを支持した状態で固定部１４，１５によって両持ち支持されている。垂直支持部１１は、この垂直支持部１１の中心軸が測定対象物２の中心軸と平行しており、床面１ａに対して垂直に配置されている。垂直支持部１１は、図５及び図６に示すように、金属製で断面が円筒状の配管用炭素鋼鋼管(SGP)などのパイプである。
【００４５】
図２に示す固定部１２Ａ，１２Ｂは、水平支持部４Ａ，４Ｂを垂直支持部１１に固定する部分である。固定部１２Ａは、水平支持部４Ａを垂直支持部１１に着脱自在に固定し、固定部１２Ｂは水平支持部４Ｂを垂直支持部１１に着脱自在に固定する。固定部１２Ａ，１２Ｂは、図２に示すように、いずれも同一構造であり、以下では固定部１２Ｂを中心に説明する。固定部１２Ｂは、図５及び図６に示すように、支持部材１２ａと、固定部材１２ｂ，１２ｃと、取付部材１２ｄ，１２ｅと、連結部材１２ｆなどを備えている。支持部材１２ａは、Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ｂの装着部９ｃを支持する部材であり、図５及び図６に示すようにこの装着部９ｃが嵌合する嵌合穴１２ｇと、取付部材１２ｄに装着されるフランジ部１２ｈなどを備えている。支持部材１２ａは、Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ｂを支持することによって水平支持部４Ｂを支持している。固定部材１２ｂは、装着部９ｃを嵌合穴１２ｇに固定する部材であり、支持部材１２ａの外周部を貫通する雌ねじ部に装着されて先端部が装着部９ｃの外周面と接触する六角穴付きの埋込ねじなどである。固定部材１２ｃは、支持部材１２ａを取付部材１２ｄに固定する部材であり、支持部材１２ａのフランジ部１２ｈを貫通して取付部材１２ｄの雌ねじ部と噛み合う雄ねじ部を有する六角穴付きのボルトなどである。取付部材１２ｄ，１２ｅは、支持部材１２ａを垂直支持部１１に取り付ける部材である。取付部材１２ｄ，１２ｅは、図５及び図６に示すように、垂直支持部１１を挟み込み前後に分割可能なように装着されており、図６に示すように垂直支持部１１の外周面と密着する円弧面を備えている。連結部材１２ｆは、取付部材１２ｄと取付部材１２ｅとを連結する部材であり、取付部材１２ｅを貫通して取付部材１２ｄの雌ねじ部と噛み合う雄ねじ部を有する六角穴付きのボルトなどである。
【００４６】
図１及び図２に示す水平支持部１３は、垂直支持部１１を支持する部分である。水平支持部１３は、図１に示すように、一端部が固定部１６Ａに固定されており、他端部が固定部１６Ｂに固定されており、固定部１６Ａと固定部１６Ｂとの間の中間部（模擬客室１の長さ方向の中心）で垂直支持部１１を支持した状態で固定部１６Ａ，１６Ｂによって両端支持されている。水平支持部１３は、この水平支持部１３の中心軸が床面１ａと平行に配置されているとともに、垂直支持部１１に対して直交して配置されている。水平支持部１３は、図２に示すように、金属製で断面が略Ｌ字状の山形鋼などである。
【００４７】
図１及び図２に示す固定部１４は、垂直支持部１１を水平支持部１３に固定する部分である。固定部１４は、図２に示すように、垂直支持部１１の上端部と水平支持部１３の中間部とを連結しており、図５及び図６に示す固定部１２Ｂと同一構造である。
【００４８】
図２に示す固定部１５は、垂直支持部１１を床面１ａに固定する部分である。固定部１５は、垂直支持部１１の下端部と床面１ａとを連結しており、取付部材１５ａ，１５ｂと、連結部材１５ｃと、取付部材１５ｄと、保持部材１５ｅと、固定部材１５ｆ，１５ｇなどを備えている。取付部材１５ａ，１５ｂは、固定部１２Ｂの取付部材１２ｄ，１２ｅと同一構造であり、連結部材１５ｃは固定部１２Ｂの連結部材１２ｆと同一構造である。取付部材１５ｄは、取付部材１５ａ，１５ｂを床面１ａに取り付ける部材であり、図１及び図２に示すように水平支持部１３と平行に床面１ａ上に配置されているとともに、図２に示すように垂直支持部１１に対して直交して配置されている。取付部材１５ｄは、図１に示すように、水平支持部１３よりも短く形成されており、図２に示す水平支持部１３と同様の金属製で断面が略Ｌ字状の山形鋼などである。図２に示す保持部材１５ｅは、取付部材１５ｂと取付部材１５ｄとの間の一定の間隔に保持する部材であり、これらの部材の間に挟み込まれるパイプなどである。固定部材１５ｆは、取付部材１５ｂを取付部材１５ｄに固定する部材であり、取付部材１５ｄを貫通し保持部材１５ｅの中空部を通過して取付部材１５ｂの雌ねじ部と噛み合う雄ねじ部を有する六角穴付きのボルトなどである。固定部材１５ｇは、取付部材１５ｄを床面１ａに固定する部材であり、取付部材１５ｄを貫通して床面１ａの雌ねじ部と噛み合う雄ねじ部を有するボルトなどである。
【００４９】
図１に示す固定部１６Ａ，１６Ｂは、水平支持部１３を模擬客室１に固定する部分である。固定部１６Ａは、模擬客室１内の握り棒１ｆに水平支持部１３の一端部を着脱自在に固定し、固定部１６Ｂは模擬客室１内の握り棒１ｇに水平支持部１３の他端部を着脱自在に固定する。固定部１６Ａ，１６Ｂは、図５及び図６に示す固定部１２Ｂと同一構造である。
【００５０】
図４に示す力検出部１７は、測定対象物２に作用する荷重Ｆの３軸方向の力成分ＦX，ＦY，ＦZを検出する部分である。力検出部１７は、Ｙ軸力作用部８Ａ，８Ｂに作用するＹ軸方向の力成分ＦYを検出するとともに、Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂに作用するＸ軸及びＺ軸方向の力成分ＦX，ＦZを検出する。図１及び図２に示すように、被験者Ｔが測定対象物２につかまった状態で模擬客室１に振動を加えたときに、図３に示すように測定対象物２に作用する荷重ＦのＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の分力である力成分ＦX，ＦY，ＦZを検出する。力検出部１７は、図３及び図４に示すように、Ｘ軸力検出部１８Ａ，１８Ｂと、Ｙ軸力検出部１９Ａ，１９Ｂと、Ｚ軸力検出部２０Ａ，２０Ｂなどを備えている。
【００５１】
図３及び図４に示すＸ軸力検出部１８Ａ，１８Ｂは、Ｘ軸方向の力成分ＦX1，ＦX2を検出する部分である。図３に示すように、Ｘ軸力検出部１８ＡはＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ａに配置されており、Ｘ軸力検出部１８ＢはＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ｂに配置されている。Ｘ軸力検出部１８Ａ，１８Ｂは、いずれも同一構造であり、以下ではＸ軸力検出部１８Ｂを中心に説明する。Ｘ軸力検出部１８Ｂは、図５及び図１１に示すように、歪みゲージ１８ａ，１８ｂなどを備えている。歪みゲージ１８ａ，１８ｂは、Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ｂの歪み予定部９ａの歪みを検出する部分であり、歪み予定部９ａの歪みに応じて電気抵抗が変化する電気抵抗式の歪みゲージである。歪みゲージ１８ａ，１８ｂは、歪み予定部９ａに発生する歪み量に応じて電気抵抗値が変化し、この電気抵抗値に応じた電気信号（Ｘ軸力検出情報）を制御部２７に出力する。歪みゲージ１８ａ，１８ｂ、図１１に示すように歪み予定部９ａの中心に左右対称にＸ軸方向と一致させて配置されており、図５に示すように歪み予定部９ａの中心軸と平行にこの歪み予定部９ａの表面に接着剤などによって貼り付けられている。
【００５２】
図３及び図４に示すＹ軸力検出部１９Ａ，１９Ｂは、Ｙ軸方向の力成分ＦY1，ＦY2を検出する部分である。Ｙ軸力検出部１９Ａは、図２に示すＹ軸力作用部８Ａに配置されており、Ｙ軸力検出部１９ＢはＹ軸力作用部８Ｂに配置されている。Ｙ軸力検出部１９Ａ，１９Ｂは、いずれも同一構造であり、以下ではＹ軸力検出部１９Ｂを中心に説明する。Ｙ軸力検出部１９Ｂは、図５に示すように、ロードセル１９ａなどを備えている。ロードセル１９ａは、Ｙ軸力作用部８Ｂに作用する荷重を検出する部分であり、この荷重の大きさに応じて電気抵抗が変化する。ロードセル１９ａは、このロードセル１９ａの一部を構成しＹ軸方向の力成分ＦY1，ＦY2が加わるロードボタン１９ｂを備えており、このロードボタン１９ｂに結合された歪み予定部に発生する歪み量に応じて電気抵抗値が変化し、この電気抵抗値に応じた電気信号（Ｙ軸力検出情報）を制御部２７に出力する。ロードセル１９ａは、測定対象物２に作用する押付力及び引張力を検出可能なように、所定の圧縮力を常時作用させて使用する圧縮型ロードセルであり、図５に示すように付勢力発生部材８ｂが発生する付勢力が与荷重となって押圧部材８ａを通じてロードボタン１９ｂに作用している。ロードセル１９ａは、例えば、圧縮型ロードセルの容量の50％程度の荷重がロードボタン１９ｂに常時作用しており、この圧縮型ロードセルの容量の±50％程度の荷重を測定可能である。
【００５３】
図３及び図４に示すＺ軸力検出部２０Ａ，２０Ｂは、Ｚ軸方向の力成分ＦZ1，ＦZ2を検出する部分である。図３に示すように、Ｚ軸力検出部２０ＡはＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ａに配置されており、Ｚ軸力検出部２０ＢはＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ｂに配置されている。Ｚ軸力検出部２０Ａ，２０Ｂは、いずれも同一構造であり、以下ではＺ軸力検出部２０Ｂを中心に説明する。Ｚ軸力検出部２０Ｂは、図６及び図１１に示すように、歪みゲージ２０ａ，２０ｂなどを備えている。歪みゲージ２０ａ，２０ｂは、Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ｂの歪み予定部９ａの歪みを検出する部分であり、歪みゲージ１８ａ，１８ｂと同一構造の電気抵抗式の歪みゲージである。歪みゲージ２０ａ，２０ｂは、歪み予定部９ａに発生する歪み量に応じて電気抵抗値が変化し、この電気抵抗値に応じた電気信号（Ｚ軸力検出情報）を制御部２７に出力する。歪みゲージ２０ａ，２０ｂ、図１１に示すように歪み予定部９ａの中心に上下対称にＺ軸方向と一致させて、歪みゲージ１８ａ，１８ｂとは中心軸に対して90°ずらして配置されており、図６に示すように歪み予定部９ａの中心軸と平行にこの歪み予定部９ａの表面に接着剤などによって貼り付けられている。
【００５４】
図４に示すモーメント検出部２１は、力検出部１７による３軸方向の力成分ＦX，ＦY，ＦZの検出と同時に、測定対象物２のＺ軸回りのモーメント成分ＭZを検出する部分である。モーメント検出部２１は、図１及び図２に示すように、被験者Ｔが測定対象物２につかまった状態で模擬客室１に振動を加えたときに、図３に示すように測定対象物２に作用するモーメントＭ（Ｚ軸回りのモーメント成分ＭZ）を検出する。モーメント検出部２１は、図４に示すように、Ｚ軸モーメント荷重検出部２２などを備えている。
【００５５】
Ｚ軸モーメント荷重検出部２２は、Ｚ軸モーメント作用部１０に作用するＺ軸回りのモーメント成分ＭZを発生させるモーメント荷重ＦMZを検出する部分である。Ｚ軸モーメント荷重検出部２２は、図３に示すように、Ｚ軸モーメント作用部１０に配置されている。Ｚ軸モーメント荷重検出部２２は、図６及び図１０に示すように、ロードセル２２ａなどを備えている。ロードセル２２ａは、Ｚ軸モーメント作用部１０に作用するモーメント荷重ＦMZを検出する部分であり、このモーメント荷重ＦMZの大きさに応じて電気抵抗が変化する。ロードセル２２ａは、このロードセル２２ｂの一部を構成しモーメント荷重ＦMZが加わるロードボタン２２ｂを備えており、このロードボタン２２ｂに結合された歪み予定部に発生する歪み量に応じて電気抵抗値が変化し、この電気抵抗値に応じた電気信号（Ｚ軸モーメント荷重検出情報）を制御部２７に出力する。ロードセル２２ａは、図５に示すロードセル１９ａと同様の圧縮型ロードセルであり、図１０に示すように付勢力発生部材１０ｃが発生する付勢力が与荷重となって押圧部材１０ａを通じてロードボタン２２ｂに作用しており、Ｚ軸を回転中心とする左右方向のモーメント荷重ＦMZを検出可能である。
【００５６】
図４に示す荷重演算部２３は、力検出部１７の検出結果に基づいて測定対象物２に作用する荷重Ｆを演算する部分である。荷重演算部２３は、Ｘ軸力演算部２３ａと、Ｙ軸力演算部２３ｂと、Ｚ軸力演算部２３ｃなどを備えている。Ｘ軸力演算部２３ａは、Ｘ軸力検出部１８Ａ，１８Ｂが出力するＸ軸力検出情報に基づいて、Ｘ軸方向の力成分ＦX1，ＦX2の大きさ及び方向（検出値）を演算する部分である。Ｙ軸力演算部２３ｂは、Ｙ軸力検出部１９Ａ，１９Ｂが出力するＹ軸力検出情報に基づいて、Ｙ軸方向の力成分ＦY1，ＦY2の大きさ及び方向（検出値）を演算する部分である。Ｚ軸力演算部２３ｃは、Ｚ軸力検出部２０Ａ，２０Ｂが出力するＺ軸力検出情報に基づいて、Ｚ軸方向の力成分ＦZ1，ＦZ2の大きさ及び方向（荷重値）を演算する部分である。荷重演算部２３は、これらの検出値に基づいて、図３に示す荷重作用点ＰOに作用する任意の方向及び大きさの荷重Ｆを演算し、これらの演算結果を荷重情報として制御部２７に出力する。荷重演算部２３は、上側のＸ軸力検出部１８Ａ、Ｙ軸力検出部１９Ａ及びＺ軸力検出部２０Ａが検出する力成分ＦX1，ＦY1，ＦZ1の検出値と、下側のＸ軸力検出部１８Ｂ、Ｙ軸力検出部１９Ｂ及びＺ軸力検出部２０Ｂが検出する力成分ＦX2，ＦY2，ＦZ2の検出値とをそれぞれ演算したり、荷重作用点Ｐ0における力成分ＦX，ＦY，ＦZの検出値を演算したりする。
【００５７】
モーメント演算部２４は、モーメント検出部２１の検出結果に基づいて測定対象物２に作用するモーメントＭを演算する部分である。モーメント演算部２４は、Ｚ軸モーメント演算部２４ａを備えており、このＺ軸モーメント演算部２４ａはＺ軸モーメント荷重検出部２２が出力するＺ軸モーメント荷重検出情報に基づいて、Ｚ軸回りのモーメント成分ＭZの大きさ及び方向（検出値）を演算する部分である。Ｚ軸モーメント演算部２４ａは、例えば、図３に示すように、Ｚ軸モーメント荷重検出部２２の検出点ＰMZと、荷重作用点Ｐ0を通過する測定対象物２の中心線との間の距離(垂直距離)ＬZであり、Ｚ軸モーメント荷重検出部２２が検出点ＰMZで検出したモーメント荷重ＦMZであるときには、Ｚ軸回りのモーメント成分ＭZ＝ＦMZ×ＬZとして演算する。モーメント演算部２４は、この演算結果をモーメント情報として制御部２７に出力する。
【００５８】
図４に示す荷重情報記憶部２５は、荷重演算部２３の演算結果を記憶する部分である。荷重情報記憶部２５は、荷重演算部２３が演算するＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の力成分ＦX1，ＦX2，ＦY1，ＦY2，ＦZ1，ＦZ2の検出値、並びに測定対象物２の荷重作用点Ｐ0に作用する荷重Ｆの検出値を記憶するメモリなどである。
【００５９】
図３及び図４に示すモーメント情報記憶部２６は、モーメント演算部２４の演算結果を記憶する部分である。モーメント情報記憶部２６は、モーメント演算部２４が演算するＺ軸回りのモーメント成分ＭZの検出値（測定対象物２に作用するモーメントＭの検出値）を記憶するメモリなどである。
【００６０】
制御部２７は、分力測定装置３の種々の動作を制御する中央処理部(CPU)である。制御部２７は、例えば、力検出部１７が出力するＸ軸力検出情報、Ｙ軸力検出情報及びＺ軸力検出情報を荷重演算部２３に出力したり、モーメント検出部２１が出力するモーメント荷重検出情報をモーメント演算部２４に出力したり、荷重演算部２３に荷重Ｆの大きさ及び方向の演算を指令したり、モーメント演算部２４にモーメントＭの大きさ及び方向の演算を指令したり、荷重演算部２３が出力する荷重情報を荷重情報記憶部２５に出力したり、モーメント演算部２４が出力するモーメント情報をモーメント情報記憶部２６に出力したり、荷重情報記憶部２５に荷重情報の記憶を指令したり、モーメント情報記憶部２６にモーメント情報の記憶を指令したりする。制御部２７には、図４に示すように、力検出部１７と、モーメント検出部２１と、荷重演算部２３と、モーメント演算部２４と、荷重情報記憶部２５と、モーメント情報記憶部２６などが図示しないバスなどを通じて相互に通信可能なように接続されている。
【００６１】
次に、この発明の第１実施形態に係る分力測定装置の動作を説明する。
（Ｘ軸方向の力成分の測定動作）
図１２は、この発明の第１実施形態に係る分力測定装置における荷重の測定動作を説明するための模式図であり、図１２（Ａ）はＸ軸方向の力成分のみが作用した状態を示す模式図であり、図１２（Ｂ）はＹ軸方向の力成分のみが作用した状態を示す模式図であり、図１２（Ｃ）はＺ軸方向の力成分のみが作用した状態を示す模式図である。
図１及び図２に示すように、測定対象物２を荷重作用点Ｐ0で被験者Ｔがつかんだ状態で模擬客室１を加振すると、被験者Ｔの手Ｔ1によって測定対象物２が引っ張り又は押し付けられて、測定対象物２に荷重作用点Ｐ0で任意の方向に荷重Ｆが作用する。図１２（Ａ）に示すように、測定対象物２と水平支持部４Ａ，４Ｂとが回転連結部７Ａ，７Ｂによって水平面内で回転自在に連結されているため、測定対象物２に作用する荷重ＦのうちＸ軸方向の分力である力成分ＦX(＝ＦX1＋ＦX2)が水平支持部４Ａ，４Ｂにそれぞれ力成分ＦX1，ＦX2として作用する。図１２（Ａ）に示すように、測定対象物２にＸ軸方向の力成分ＦXのみが作用したと仮定すると、水平支持部４Ａ，４Ｂが力成分ＦX1，ＦX2をそれぞれ受けて固定部１２Ａ，１２Ｂ側を固定端とし回転連結部６Ａ，６Ｂ側を自由端として左右方向に撓む。水平支持部４Ａ，４Ｂが撓むとＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂも撓み、図４に示すＸ軸力検出部１８Ａ，１８ＢがこのＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂの歪みを検出してＸ軸力検出情報を制御部２７に出力する。その結果、このＸ軸力検出情報に基づいてＸ軸方向の力成分ＦXの大きさ及び方向を荷重演算部２３が演算し、この演算結果を荷重情報記憶部２５が記憶する。
【００６２】
（Ｙ軸方向の力成分の測定動作）
図１２（Ｂ）に示すように、測定対象物２と水平支持部４Ａ，４Ｂとが回転連結部６Ａ，６Ｂによって垂直面内で回転自在にピン結合されているため、測定対象物２に作用する荷重ＦのうちＹ軸方向の分力である力成分ＦY(＝ＦY1＋ＦY2)が図２に示すＹ軸力作用部８Ａ，８Ｂにそれぞれ力成分ＦY1，ＦY2として作用する。図１２（Ｂ）に示すように、測定対象物２にＹ軸方向の力成分ＦYのみが作用したと仮定すると、図２に示すＹ軸力作用部８Ａ，８Ｂがガイド部５Ａ，５ＢによってガイドされながらＹ軸方向に微小移動する。Ｙ軸力作用部８Ａ，８Ｂが微小移動すると、図５に示す押圧部材８ａの端面とロードボタン１９ｂの先端部との間に発生する荷重が変動し、図１２（Ｂ）に示すＹ軸力検出部１９Ａ，１９Ｂがこの荷重の変動を検出する。その結果、Ｙ軸力検出部１９Ａ，１９ＢがＹ軸力検出情報を制御部２７に出力し、このＹ軸力検出情報に基づいてＹ軸方向の力成分ＦYの大きさ及び方向を荷重演算部２３が演算し、この演算結果を荷重情報記憶部２５が記憶する。
【００６３】
（Ｚ軸方向の力成分の測定動作）
図１２（Ｃ）に示すように、測定対象物２と水平支持部４Ａ，４Ｂとが回転連結部６Ａ，６Ｂによって垂直面内で回転自在にピン結合されているため、測定対象物２に作用する荷重ＦのうちＺ軸方向の分力である力成分ＦZ(＝ＦZ1＋ＦZ2)が水平支持部４Ａ，４Ｂにそれぞれ力成分ＦZ1，ＦZ2として作用する。図１２（Ｃ）に示すように、測定対象物２にＺ軸方向の力成分ＦZのみが作用したと仮定すると、水平支持部４Ａ，４Ｂが力成分ＦZ1，ＦZ2を受けて固定部１２Ａ，１２Ｂ側を固定端とし回転連結部６Ａ，６Ｂ側を自由端として上下方向に撓む。水平支持部４Ａ，４Ｂが撓むとＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂも撓み、図４に示すＺ軸力検出部２０Ａ，２０ＢがこのＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂの歪みを検出してＺ軸力検出情報を制御部２７に出力する。その結果、このＺ軸力検出情報に基づいてＺ軸方向の力成分ＦZの大きさ及び方向を荷重演算部２３が演算し、この演算結果を荷重情報記憶部２５が記憶する。
【００６４】
（測定対象物に作用する荷重の測定動作）
荷重情報記憶部２５から制御部２７が荷重情報を読み出して荷重演算部２３に測定対象物２に作用する荷重Ｆの大きさ及び方向の演算を指令する。その結果、図１２に示す荷重作用点Ｐ0におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の力成分ＦX，ＦY，ＦZを荷重演算部２３が合成して、図１２に示す測定対象物２の荷重作用点ＰOに作用する荷重Ｆの大きさ及び方向をこの荷重演算部２３が演算し、演算後の荷重情報をこの荷重演算部２３が制御部２７に出力する。その結果、荷重情報記憶部２５に制御部２７が荷重情報を出力し、この荷重情報が荷重情報記憶部２５に記憶される。
【００６５】
図１３は、この発明の第１実施形態に係る分力測定装置によるＺ軸方向及びＸ軸方向の力成分の測定原理を説明するための模式図であり、図１３（Ａ）は回転支持状態の測定対象物にＺ軸方向の力成分が作用したときの側面図であり、図１３（Ｂ）は固定支持状態の測定対象物にＺ軸方向の力成分が作用したときの側面図であり、図１３（Ｃ）は測定対象物にＸ軸方向の力成分が作用したときの平面図である。
図１３（Ａ）に示すように、測定対象物２と水平支持部４Ａ，４Ｂとが回転連結部６Ａ，６Ｂによってピン結合されている場合には、測定対象物２にＺ軸方向の力成分ＦZが作用すると、水平支持部４Ａ，４Ｂの長さＬであるときには、水平支持部４Ａ，４Ｂの固定端には曲げモーメントＭ1＝ＦZ×Ｌのモーメントが発生する。また、図１３（Ｃ）に示すように、測定対象物２にＸ軸方向の力成分ＦXが作用すると、水平支持部４Ａ，４Ｂの固定端には曲げモーメントＭ2＝Ｆx×Ｌのモーメントが発生する。このため、図１３（Ａ）に示すＺ軸方向の力成分ＦZと図１３（Ｃ）に示すＸ軸方向の力成分ＦXとが同一の大きさであるときには、水平支持部４Ａ，４Ｂの固定端には同一の大きさの曲げモーメントＭ1，Ｍ2が発生する。一方、図１３（Ｂ）に示すように、測定対象物２と水平支持部４Ａ，４Ｂとが回転連結部６Ａ，６Ｂによってピン結合されておらず剛結合されている場合には、測定対象物２にＺ軸方向の力成分ＦZが作用すると、水平支持部４Ａ，４Ｂの固定端には曲げモーメントＭ1＝ＦZ×Ｌ/２のモーメントが発生する。このように、測定対象物２と水平支持部４Ａ，４Ｂとがピン結合されている場合と剛結合されている場合とでは、水平支持部４Ａ，４Ｂの変形の仕方が異なる。このため、Ｚ軸方向に力成分ＦZが作用する場合とＸ軸方向に力成分ＦXが作用する場合とで検出感度を同一にしようとすると、ピン結合の場合と剛結合の場合とでは同じ力成分ＦZが作用しても曲げモーメントＭ1が２倍異なり、検出感度も２倍異なることになる。この第１実施形態では、模擬客室１を加振すると被験者Ｔから測定対象物２に作用するＺ軸方向及びＸ軸方向の力成分ＦZ，ＦXが略同一になる場合が多いため、測定対象物２と水平支持部４Ａ，４Ｂとをピン結合することによって、Ｚ軸方向とＸ軸方向の検出感度を同一にし、Ｚ軸／Ｘ軸力作用部９Ａ，９Ｂに発生する歪みも同一にすることができる。
【００６６】
（Ｚ軸回りのモーメント成分の測定動作）
図１４は、この発明の第１実施形態に係る分力測定装置におけるモーメントの測定動作を説明するための模式図である。
図１及び図２に示すように、測定対象物２を荷重作用点Ｐ0で被験者Ｔがつかんだ状態で模擬客室１を加振すると、被験者Ｔの手Ｔ1によって測定対象物２が中心軸回りにねじられて、測定対象物２に任意の平面内でモーメントＭが作用する。ここで、回転連結部７Ａ，７Ｂによって測定対象物２がＺ軸回りにのみ回転が許容されているため、測定対象物２に作用するモーメントＭとＺ軸回りのモーメント成分ＭZとが等しくなる。図１４に示すように、測定対象物２と水平支持部４Ａ，４Ｂとが回転連結部７Ａ，７Ｂによって水平面内で回転自在に連結されているため、測定対象物２がＺ軸回りに微小回転すると、図６及び図１０に示すＺ軸モーメント作用部１０の押圧部材１０ａがこの測定対象物２と一体となってＺ軸回りに微小回転する。その結果、押圧部材１０ａがＸ軸方向に微小移動し、押圧部材１０ａの端面とロードボタン２２ｂの先端部との間に発生するモーメント荷重ＦMZが変動し、図１４に示すモーメント検出部２１がモーメント荷重ＦMZの変動を検出する。図１４に示すように、測定対象物２の中心軸とロードボタン２２ｂの中心との間の垂直距離ＬZが一定値である。このため、モーメント荷重ＦMZと垂直距離ＬZとをモーメント演算部２４が乗算して、Ｚ軸回りのモーメント成分ＭZの大きさ及び方向をモーメント演算部２４が演算し、演算後のモーメント情報をこのモーメント演算部２４が制御部２７に出力する。その結果、モーメント情報記憶部２６に制御部２７がモーメント情報を出力し、このモーメント情報がモーメント情報記憶部２６に記憶される。
【００６７】
この発明の第１実施形態に係る分力測定装置には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、測定対象物２に作用する荷重Ｆの３軸方向の力成分ＦX，ＦY，ＦZを力検出部１７が検出し、この力検出部１７による３軸方向の力成分ＦX，ＦY，ＦZの検出と同時に、この測定対象物２の１軸回りのモーメント成分ＭZをモーメント検出部２１が検出する。このため、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の力成分ＦX，ＦY，ＦZを同時に測定することができるとともに、Ｚ軸回りのモーメント成分ＭZを力成分ＦX，ＦY，ＦZと同時に測定することができる。また、従来の６分力計に比べて２軸回りのモーメント成分ＭX，ＭYを検出する必要がなくなるため、分力測定装置３の構造が小型で簡単になり分力測定装置３を安価に製造することができる。
【００６８】
(2) この第１実施形態では、Ｙ軸力作用部８Ａ，８Ｂ及びＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂに３軸方向の力成分ＦX，ＦY，ＦZが作用し、このＹ軸力作用部８Ａ，８Ｂ及びＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂに作用する３軸方向の力成分ＦX，ＦY，ＦZを力検出部１７が検出する。このため、力成分ＦX，ＦY，ＦZを間接的にＹ軸力作用部８Ａ，８Ｂ及びＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂに作用させて、力検出部１７によってこの力成分ＦX，ＦY，ＦZを検出することができる。その結果、測定対象物２に力検出部１７を直接取り付けたり、力検出部１７を取り付けるために測定対象物２の構造を変更したりする必要がなくなって、分力測定装置３によって簡単に分力を測定することができる。
【００６９】
(3) この第１実施形態では、２軸方向の力成分ＦX，ＦZに対するＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂの検出感度及び許容荷重が同じである。このため、例えば、同一の大きさの力成分ＦX，ＦZがＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂに作用したときに、このＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂに発生する歪が同じになり、測定対象物２に作用する荷重Ｆを荷重演算部２３によって簡単に演算処理しこの荷重Ｆの大きさを精度よく測定することができる。
【００７０】
(4) この第１実施形態では、力成分ＦX，ＦZの作用方向毎のＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂの断面係数が同じである。このため、図５、図６及び図１１に示すように、Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂの歪み予定部９ａの断面形状が簡単な円形になり、Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂを簡単に加工して製造することができ、分力測定装置３を簡単な構造にすることができる。
【００７１】
(5) この第１実施形態では、Ｚ軸回りのモーメント成分ＭZがＺ軸モーメント作用部１０に作用し、このＺ軸モーメント作用部１０に作用するこのＺ軸回りのモーメント成分ＭZを発生させるモーメント荷重ＦMZをモーメント検出部２１が検出する。このため、Ｚ軸回りのモーメント成分ＭZを間接的にＺ軸モーメント作用部１０に作用させて、モーメント検出部２１によってこのＺ軸回りのモーメント成分ＭZを検出することができる。その結果、測定対象物２にモーメント検出部２１を直接取り付けたり、モーメント検出部２１を取り付けるために測定対象物２の構造を変更したりする必要がなくなって、分力測定装置３によって簡単にモーメントＭを測定することができる。
【００７２】
(6) この第１実施形態では、２軸方向の力成分ＦX，ＦZを歪みゲージ１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂが検出し、残りの１軸方向の力成分ＦYをロードセル１９ａが検出する。例えば、３軸方向の力成分ＦX，ＦY，ＦZを合計６個のロードセル１９ａによって検出するような構造にすると、３軸方向のロードセル１９ａに摩擦力が作用しないようにリニアガイドや軸受などを多数配置する必要があり、分力測定装置３の構造が複雑になって高価になってしまう。この第１実施形態では、２軸方向の力成分ＦX，ＦZが作用するＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂに発生する歪みを安価で簡単な構造の歪みゲージ１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂによって検出し、Ｙ軸力作用部８Ａ，８Ｂに作用する１軸方向の力成分ＦYを合計２個のロードセル１９ａによって検出することができる。その結果、高価なロードセル１９ａを６個も使用して３軸方向の力成分ＦX，ＦY，ＦZを全て検出する必要がなくなり、分力測定装置３を安価に製造することができる。
【００７３】
(7) この第１実施形態では、Ｚ軸回りのモーメント成分ＭZを発生させるモーメント荷重ＦMZをロードセル２２ａが検出する。このため、Ｚ軸モーメント作用部１０に作用するモーメント荷重ＦMZを１個のロードセル２２ａによって簡単に検出することができる。
【００７４】
(8) この第１実施形態では、測定対象物２の中心軸と直交するＸ軸方向の力成分ＦXをＸ軸力検出部１８Ａ，１８Ｂが検出し、この測定対象物２の中心軸及びＸ軸方向と直交するＹ軸方向の力成分ＦYをＹ軸力検出部１９Ａ，１９Ｂが検出し、この測定対象物２の中心軸であるＺ軸方向の力成分ＦZをＺ軸力検出部２０Ａ，２０Ｂが検出する。このため、Ｘ軸力検出部１８Ａ，１８Ｂ、Ｙ軸力検出部１９Ａ，１９Ｂ及びＺ軸力検出部２０Ａ，２０Ｂによって３軸方向の力成分ＦX，ＦY，ＦZを検出するとともに、これらの力成分ＦX，ＦY，ＦZを合成することによって、測定対象物２に作用する未知の荷重Ｆを簡単に測定することができる。
【００７５】
(9) この第１実施形態では、測定対象物２の中心軸であるＺ軸回りのモーメント成分ＭZを発生させるモーメント荷重ＦMZをＺ軸モーメント荷重検出部２２が検出する。このため、Ｚ軸モーメント荷重検出部２２によってモーメント荷重ＦMZを検出することによって測定対象物２に作用する未知のＺ軸モーメント成分ＭZを簡単に測定することができる。
【００７６】
(10) この第１実施形態では、水平支持部４Ａが測定対象物２の一端側を回転自在に片持ち支持し、この水平支持部４Ａと同じ長さの水平支持部４Ｂがこの測定対象物２の他端側を回転自在に片持ち支持する。このため、測定対象物２に作用するＺ軸方向の力成分ＦZと、測定対象物２に作用するＸ軸方向の力成分ＦXの大きさが同一であるときに、Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂに同じ大きさの歪みを発生させることができる。その結果、Ｘ軸方向の歪みデータとＺ軸方向の歪みデータとを同様の演算処理によって力成分ＦX，ＦZを簡単に測定することができる。
【００７７】
（第２実施形態）
図１５は、この発明の第２実施形態に係る分力測定装置の力作用部の外観図であり、図１５（Ａ）は側面図であり、図１５（Ｂ）は平面図であり、図１５（Ｃ）は図１５（Ａ）のXV-XV線で切断した状態を示す断面図である。以下では、図１〜図１４に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。また、以下では、図２に示すＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ｂ側について説明し、Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ側については詳細な説明を省略する。
図１５に示すＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ｂは、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の力成分ＦX，ＦZに対する検出感度及び許容荷重が異なり、力成分ＦX，ＦZの作用方向毎に断面係数が異なる。Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ｂは、図１５（Ｃ）に示すように、歪み予定部９ａの断面形状が長方形である。Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ｂは、歪み予定部９ａに力成分ＦZ2が作用してＸ軸を中立軸として曲げモーメントが作用する場合と、歪み予定部９ａに力成分ＦX2が作用してＺ軸を中立軸として曲げモーメントが作用する場合とで検出感度及び許容荷重が異なる。Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ｂは、歪み予定部９ａの高さｈが幅ｂよりも長くなるように形成されており、力成分ＦZ2が作用するときには歪み予定部９ａの断面係数ＺZ＝ｂｈ2/６であり、力成分ＦX2が作用するときには歪み予定部９ａの断面係数ＺX＝ｈｂ2/６(ＺX＜ＺZ)である。力Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ｂは、着脱自在に交換可能であり、力成分ＦX2，ＦZ2に対する検出感度及び許容荷重を変更可能なように複数存在する。Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ｂは、例えば、図１０及び図１５に示すように歪み予定部９ａの断面形状の異なるものや寸法の異なるもののように、力成分ＦX2，ＦZ2の作用方向に対して検出感度及び許容荷重が異なるものが着脱自在に交換可能なように複数存在する。
【００７８】
この発明の第２実施形態に係る分力測定装置には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
(1) この第２実施形態では、２軸方向の力成分ＦX，ＦZに対するＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂの検出感度及び／又は許容荷重が異なる。例えば、図１及び図２に示すように、被験者Ｔが測定対象物２をつかんだ状態で加振されると、Ｘ軸方向に比べてＺ軸方向には測定対象物２の自重と被験者Ｔの体重の一部とが作用するため、図３に示すＺ軸方向の力成分ＦZがＸ軸方向の力成分ＦXよりも通常大きくなる。このため、Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９ＢのＺ軸方向には強度を高くし、Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９ＢのＸ軸方向には検出感度を上げる必要がある。この第２実施形態では、例えば、図１５（Ｃ）に示すように、Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂの断面形状をＺ軸方向に長くＸ軸方向に短くすることによって、Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９ＢのＺ軸方向の力成分ＦZ1，ＦZ2に対する許容荷重を大きくし、Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９ＢのＸ軸方向の力成分ＦX1，ＦX2に対する検出感度を上げることができる。
【００７９】
(2) この第２実施形態では、力成分ＦX，ＦZの作用方向毎にＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂの断面係数が異なる。このため、図１５に示すように、Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ｂの歪み予定部９ａの断面形状をＸ軸方向とＺ軸方向とで変えることによって、Ｘ軸方向とＺ軸方向の検出感度や許容荷重を簡単に変えることができる。その結果、許容荷重が高く高価であっても検出感度が低い分力計を使用する必要がなくなって、分力測定装置３を低コストで製造することができる。
【００８０】
(3) この第２実施形態では、力成分ＦX，ＦZの作用方向に対して検出感度及び許容荷重が異なるＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂを着脱自在に交換可能なようにこのＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂが複数存在する。このため、強度を下げても検出感度を上げたい場合や、検出感度を下げても強度を上げたい場合などに、適当なＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂを選択して力成分ＦX，ＦZを検出することができる。
【００８１】
（第３実施形態）
図１６は、この発明の第３実施形態に係る分力測定装置の構成図である。図１７は、この発明の第３実施形態に係る分力測定装置におけるＸ軸及びＹ軸回りのモーメント成分の演算動作を説明するための模式図であり、（Ａ）はＸ軸回りのモーメント成分の演算動作を説明するための模式図であり、（Ｂ）はＹ軸回りのモーメント成分の演算動作を説明するための模式図である。
図１６に示す分力測定装置３は、測定対象物２に作用する荷重ＦのＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の力成分ＦX，ＦY，ＦZと、測定対象物２に作用するモーメントＭのＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸回りのモーメント成分ＭX，ＭY，ＭZとを測定する６分力計である。分力測定装置３は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の力成分ＦX，ＦY，ＦZと、Ｚ軸回りのモーメント成分ＭZとを同時に測定可能であるとともに、Ｘ軸及びＹ軸回りのモーメント成分ＭX，ＭYとを演算可能である。
【００８２】
モーメント演算部２４は、力検出部１７の検出結果に基づいて、Ｚ軸回りのモーメント成分ＭZ以外の残りのＸ軸回りのモーメント成分ＭX及び／又はＹ軸回りのモーメント成分ＭYを演算する。モーメント演算部２４は、Ｚ軸モーメント演算部２４ａと、Ｘ軸モーメント演算部２４ｂと、Ｙ軸モーメント演算部２４ｃなどを備えている。Ｘ軸モーメント演算部２４ｂは、Ｙ軸力検出部１９Ａ，１９Ｂが出力するＹ軸力検出情報に基づいて、Ｘ軸回りのモーメント成分ＭXの大きさ及び方向（検出値）を演算する部分である。Ｘ軸モーメント演算部２４ｂは、図１７（Ａ）に示すように、Ｙ軸力検出部１９Ａ，１９Ｂが検出する検出点ＰY1，ＰY2におけるＹ軸方向の力成分ＦY1，ＦY2の検出値に基づいて、Ｘ軸回りのモーメント成分ＭXを演算する。Ｘ軸モーメント演算部２４ｂは、検出点ＰY1，ＰY2におけるＹ軸方向の力成分ＦY1，ＦY2の検出値と、荷重作用点Ｐ0からＹ軸方向の力成分ＦY1，ＦY2の作用線までの垂直距離Ｌ11，Ｌ12とに基づいて、Ｘ軸回りのモーメント成分ＭX＝ＦY1×Ｌ11−ＦY2×Ｌ12を演算する。図１６に示すＹ軸モーメント演算部２４ｃは、Ｘ軸力検出部１８Ａ，１８Ｂが出力するＸ軸力検出情報に基づいて、Ｙ軸回りのモーメント成分ＭYの大きさ及び方向（検出値）を演算する部分である。Ｙ軸モーメント演算部２４ｃは、図１７（Ｂ）に示すように、Ｘ軸力検出部１８Ａ，１８Ｂが検出する検出点ＰX1，ＰX2におけるＸ軸方向の力成分ＦX1，ＦX2の検出値に基づいて、Ｙ軸回りのモーメント成分ＭYを演算する。Ｙ軸モーメント演算部２４ｃは、検出点ＰX1，ＰX2におけるＸ軸方向の力成分ＦX1，ＦX2の検出値と、荷重作用点Ｐ0からＸ軸方向の力成分ＦX1，ＦX2の作用線までの垂直距離Ｌ21，Ｌ22とに基づいて、Ｙ軸回りのモーメント成分ＭY＝ＦX1×Ｌ21−ＦX2×Ｌ22を演算する。モーメント演算部２４は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸回りのモーメント成分ＭX，ＭY，ＭZを合成して、測定対象物２の荷重作用点ＰOに作用する任意の方向及び大きさのモーメントＭを演算するとともに、これらの演算結果をモーメント情報として制御部２７に出力する。モーメント情報記憶部２６は、モーメント演算部２４が演算するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸回りのモーメント成分ＭX，ＭY，ＭZの検出値、並びに測定対象物２の荷重作用点Ｐ0に作用するモーメントＭの検出値を記憶する。
【００８３】
この発明の第３実施形態に係る分力測定装置には、第１実施形態及び第２実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
(1) この第３実施形態では、力検出部１７の検出結果に基づいて、Ｚ軸回りのモーメント成分ＭZ以外の残りのＸ軸及びＹ軸回りのモーメント成分ＭX，ＭYをモーメント演算部２４が演算する。このため、Ｘ軸及びＹ軸回りのモーメント成分ＭX，ＭYをそれぞれ検出するための検出部が不要になり、Ｘ軸及びＹ軸回りのモーメント成分ＭX，ＭYを簡単に演算することができる。
【００８４】
(2) この第３実施形態では、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の力成分ＦX，ＦYを軸方向毎に複数の検出点ＰX1，ＰX2，ＰY1，ＰY2で力検出部１７が検出し、この力検出部１７が検出する複数の検出点ＰX1，ＰX2，ＰY1，ＰY2における検出値に基づいて、Ｘ軸及びＹ軸回りのモーメント成分ＭX，ＭYをモーメント演算部２４が演算する。このため、上側に配置されたＸ軸力検出部１８Ａ及びＹ軸力検出部１９Ａの検出値と、下側に配置されたＸ軸力検出部１８Ｂ及びＹ軸力検出部１９Ｂの検出値との差によって、残りの２軸方向のモーメント成分ＭX，ＭYを簡単に測定することができる。
【００８５】
(3) この第３実施形態では、複数の検出点ＰX1，ＰX2，ＰY1，ＰY2における検出値と、荷重Ｆの荷重作用点Ｐ0から力成分ＦX，ＦYの作用線までの垂直距離Ｌ11，Ｌ12，Ｌ21，Ｌ22とに基づいて、Ｘ軸及びＹ軸回りのモーメント成分ＭX，ＭYをモーメント演算部２４が演算する。このため、荷重作用点Ｐ0が分かる場合には、垂直距離Ｌ11，Ｌ12，Ｌ21，Ｌ22が一定値になり、複数の検出点ＰX1，ＰX2，ＰY1，ＰY2における力成分ＦX，ＦYの大きさ及び方向を検出することによって、２軸方向のモーメント成分ＭX，ＭYを簡単に演算することができる。
【００８６】
（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、測定対象物２が手すりである場合を例に挙げて説明したが、腰掛、握り棒（つかみ棒）又は袖仕切り（袖仕切り棒）などについてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、測定対象物２を垂直支持する場合を例に挙げて説明したが、測定対象物２を水平支持又は傾斜支持する場合についてもこの発明を適用することができる。
【００８７】
(2) この実施形態では、Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂの歪み予定部９ａの断面が円形又は長方形である場合を例に挙げて説明したが、正方形又は楕円形などの他の形状にすることもできる。また、この実施形態では、Ｘ軸力検出部１８Ａ，１８Ｂ及びＺ軸モーメント荷重検出部２２をロードセル１９ａ，２２ａによって構成する場合を例に挙げて説明したが、これらを歪みゲージによって構成することもできる。さらに、この実施形態では、Ｘ軸力検出部１８Ａ，１８Ｂ及びＺ軸力検出部２０Ａ，２０Ｂを電気抵抗式の歪みゲージ１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂによって構成する場合を例に挙げて説明したが、光ファイバ式の歪みゲージによって構成することもできる。
【００８８】
(3) この第１実施形態では、３軸方向の力成分ＦX，ＦY，ＦZのうち２軸方向の力成分ＦX，ＦZに対するＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂの検出感度及び許容荷重が同じ場合を例に挙げて説明したが、３軸方向の力成分ＦX，ＦY，ＦZに対するＹ軸力作用部８Ａ，８Ｂ及びＸ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂの検出感度及び許容荷重を同じにすることもできる。また、この第１実施形態では、Ｘ軸／Ｚ軸力作用部９Ａ，９Ｂの検出感度及び許容荷重が同じ場合を例に挙げて説明したが、検出感度又は許容荷重のいずれか一方のみを同じにすることもできる。
【００８９】
(4) この第１実施形態及び第２実施形態では、３軸回りのモーメント成分ＭX，ＭY，ＭZのうちＺ軸回りのモーメント成分ＭZを検出する場合を例に挙げて説明したが、Ｚ軸回りのモーメント成分ＭZに代えてＸ軸回りのモーメント成分ＭX又はＹ軸回りのモーメント成分ＭYを検出することもできる。この第３実施形態では、１軸回りのモーメント成分ＭZ以外の２軸回りのモーメント成分ＭX，ＭYを演算しているが、１軸回りのモーメント成分ＭX又はモーメント成分ＭYを演算することもできる。
【符号の説明】
【００９０】
１  模擬客室
２  測定対象物
３  分力測定装置
４Ａ，４Ｂ  水平支持部
５Ａ，５Ｂ  ガイド部
６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂ  回転連結部
８Ａ，８Ｂ  Ｙ軸力作用部（力作用部）
９Ａ，９Ｂ  Ｘ軸／Ｚ軸力作用部（力作用部）
１０  Ｚ軸モーメント作用部（モーメント作用部）
１１  垂直支持部
１２Ａ，１２Ｂ  固定部
１３  水平支持部
１４，１５，１６Ａ，１６Ｂ  固定部
１７  力検出部
１８Ａ，１８Ｂ  Ｘ軸力検出部
１８ａ，１８ｂ  歪みゲージ
１９Ａ，１９Ｂ  Ｙ軸力検出部
１９ａ  ロードセル
２０Ａ，２０Ｂ  Ｚ軸力検出部
２０ａ，２０ｂ  歪みゲージ
２１  モーメント検出部
２２  Ｚ軸モーメント荷重検出部
２２ａ  ロードセル
２３  荷重演算部
２３ａ  Ｘ軸力演算部
２３ｂ  Ｙ軸力演算部
２３ｃ  Ｚ軸力演算部
２４  モーメント演算部
２４ａ  Ｚ軸モーメント演算部
２４ｂ  Ｘ軸モーメント演算部
２４ｃ  Ｙ軸モーメント演算部
２５  荷重情報記憶部
２６  モーメント情報記憶部
２７  制御部
Ｔ  被験者
Ｔ1  手
Ｆ  荷重
ＦX，ＦX1，ＦX2  力成分（Ｘ軸方向の力成分）
ＦY，ＦY1，ＦY2  力成分（Ｙ軸方向の力成分）
ＦZ，ＦZ1，ＦZ2  力成分（Ｚ軸方向の力成分）
ＭX  モーメント成分（Ｘ軸回りのモーメント成分）
ＭY  モーメント成分（Ｙ軸回りのモーメント成分）
ＭZ  モーメント成分（Ｚ軸回りのモーメント成分）
ＦMZ  モーメント荷重
Ｐ0  荷重作用点
ＰX1，ＰX2，ＰY1，ＰY2，ＰZ1，ＰZ2，ＰM2  検出点
Ｌ  長さ
ＬZ，Ｌ11，Ｌ12，Ｌ21，Ｌ22  垂直距離
【図１】
2010216867.tif 000003
【図２】
2010216867.tif 000004
【図３】
2010216867.tif 000005
【図４】
2010216867.tif 000006
【図５】
2010216867.tif 000007
【図６】
2010216867.tif 000008
【図７】
2010216867.tif 000009
【図８】
2010216867.tif 000010
【図９】
2010216867.tif 000011
【図１０】
2010216867.tif 000012
【図１１】
2010216867.tif 000013
【図１２】
2010216867.tif 000014
【図１３】
2010216867.tif 000015
【図１４】
2010216867.tif 000016
【図１５】
2010216867.tif 000017
【図１６】
2010216867.tif 000018
【図１７】
2010216867.tif 000019
【図１８】
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