(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧操作される被操作体の操作力を測定する装置であって、加圧操作するための加圧用プレートと、自己の撓みによって加圧用プレートを被操作体側から離間した状態に弾性保持する保持用プレートと、加圧用プレートの加圧操作に伴って保持用プレートとの間で加圧入力されるロードセルを備え、加圧用プレートの両端部にロードセルを配置すると共に、全体的に湾曲させた保持用プレートによって加圧用プレートを保持していることを特徴とする操作力測定装置。
【請求項２】
加圧用プレートとの間に保持用プレートおよびロードセルを介装した状態で被操作体に取付けられる固定用プレートを備えたことを特徴とする請求項１に記載の操作力測定装置。
【請求項３】
略矩形状を成す加圧用プレートの４隅にロードセルを配置すると共に、全体的に湾曲させた保持用プレートによって加圧用プレートの中央部を保持していることを特徴とする請求項１または２に記載の操作力測定装置。
【請求項４】
各ロードセルの出力信号の総和に基づいて加圧用プレートに加わった操作力を検出することを特徴とする請求項３に記載の操作力測定装置。
【請求項５】
各ロードセルの出力信号の差に基づいて加圧用プレートにおける荷重点の位置を検出することを特徴とする請求項３または４に記載の操作力測定装置。
【請求項６】
加圧用プレートの一端部に設けた各ロードセルの出力信号と他端部に設けた各ロードセルの出力信号との差に基づいて、加圧用プレートの両端部方向における荷重点の位置を検出することを特徴とする請求項３または４に記載の操作力測定装置。
【請求項７】
保持用プレートが、他のプレートとの間に形成した空間からロードセルのリード線を通過させる貫通孔を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の操作力測定装置。
【請求項８】
各プレートが、被操作体の表面に沿う形状を成していることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の操作力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加圧操作される被操作体の操作力測定に用いられる装置に関し、より具体的には、例えば、自動車のアクセルやブレーキ等のペダルの踏力測定に用いられる操作力測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の操作力測定装置としては、例えば、上側に開放されたケーシングに、加圧操作面を有する起歪体を収容したものがある。起歪体は、ケーシング内において複数の脚部を有し、各脚部に歪みゲージが取付けてある。このような操作力測定装置は、自動車におけるアクセルやブレーキ等のペダルの踏力測定に用いられるものであって、ケーシングの下面には、ペダルを両面側から挟持する固定治具と、固定治具による挟持状態を拘束する固定用ボルトが設けてある。そして、上記操作力測定装置は、ペダルに固定して加圧操作面を踏むことにより、起歪体に発生した歪みを歪みゲージで検出し、歪みゲージからの出力信号に基づいてペダルの踏力を測定し得るものとなっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したような従来の操作力測定装置にあっては、ケーシング内に加圧操作面や脚部を有する起歪体を収容した構造であることから、例えば自動車のペダルの踏力測定に用いるには、厚みや重量の大きさに問題があった。つまり、ペダルの踏力測定では、当該操作力測定装置を介してペダルの踏み込みを行うことになるため、操作力測定装置の厚みが大きいと、操作感が損なわれるうえに、ペダルの支点に対する踏力力点のオフセット量が大きくなって測定精度を高めることが難しいという問題点があり、また、操作力測定装置の重量が大きいと、踏み込んだ際に慣性力が影響することとなって測定精度を高めることが難しいという問題点があり、これらの問題点を解決することが課題であった。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、加圧操作される被操作体の操作力を測定する装置において、薄肉化および軽量化を実現し、これにより測定精度の向上を実現することができる操作力測定装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる操作力測定装置は、請求項１として、加圧操作される被操作体の操作力を測定する装置であって、加圧操作するための加圧用プレートと、自己の撓みによって加圧用プレートを被操作体側から離間した状態に弾性保持する保持用プレートと、加圧用プレートの加圧操作に伴って保持用プレートとの間で加圧入力されるロードセルを備え、加圧用プレートの両端部にロードセルを配置すると共に、全体的に湾曲させた保持用プレートによって加圧用プレートを保持している構成とし、請求項２として、加圧用プレートとの間に保持用プレートおよびロードセルを介装した状態で被操作体に取付けられる固定用プレートを備えた構成とし、請求項３として、略矩形状を成す加圧用プレートの４隅にロードセルを配置すると共に、全体的に湾曲させた保持用プレートによって加圧用プレートの中央部を保持している構成とし、請求項４として、各ロードセルの出力信号の総和に基づいて加圧用プレートに加わった操作力を検出する構成とし、請求項５として、各ロードセルの出力信号の差に基づいて加圧用プレートにおける荷重点の位置を検出する構成とし、請求項６として、加圧用プレートの一端部に設けた各ロードセルの出力信号と他端部に設けた各ロードセルの出力信号との差に基づいて、加圧用プレートの両端部方向における荷重点の位置を検出する構成とし、請求項７として、保持用プレートが、他のプレートとの間に形成した空間からロードセルのリード線を通過させる貫通孔を有している構成とし、請求項８として、各プレートが、被操作体の表面に沿う形状を成している構成としており、上記の構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【０００６】
なお、上記の構成において、加圧用プレートは、直接加圧操作されるものであるから、軽量で加圧操作に対する充分な剛性を有する素材を用いることが望ましく、例えばアルミニウム合金などが用いられる。保持用プレートは、加圧用プレートへの操作力がロードセルに働くように加圧用プレートを弾性保持するものであるから、軽量で柔軟性に富み、加圧操作時における荷重伝達の影響が極力小さい素材を用いることが望ましく、例えば塩化ビニールなどが用いられる。固定用プレートは、被操作体に固定するものであるから、軽量で且つ高強度であり、弾力性にも富む素材を用いることが望ましく、例えば炭素繊維などを使用した繊維強化複合材などが用いられる。
【０００７】
また、各プレート同士の取付けには、各種接合手段を用いることが可能であるが、軽量化等を考慮して、接着剤や両面接着テープ類を用いることがより望ましい。さらに、被操作体に対する固定用プレートの取付けには、接着剤や両面接着テープ類あるいはベルト等を用いることができる。
【０００８】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わる操作力測定装置では、加圧用プレートの両端部と全体を湾曲させた保持用プレートの間にロードセルを介装した簡単な構造であって、全体の厚みは、加圧用プレートの厚みと保持用プレートの厚みおよび撓み分であり、重量も小さいものとなっている。そして、被操作体に取付けて加圧用プレートを加圧操作することにより、保持用プレートの弾性変形に伴って加圧用プレートの両端部と保持用プレートの間で各ロードセルへの加圧入力が行われ、各ロードセルの出力信号に基づいて被操作体の操作力が測定される。また、全体的に湾曲させた保持用プレートで加圧用プレートを保持しているので、加圧用プレートを加圧操作した際に、保持用プレートが容易に弾性変形すると共に、各ロードセルへの加圧入力がより確実に成される。
【０００９】
本発明の請求項２に係わる操作力測定装置では、加圧用プレート、保持用プレート、ロードセルおよび固定用プレートが予め組立てられ、固定用プレートによって被操作体に一体的に取付けられる。
【００１０】
本発明の請求項３に係わる操作力測定装置では、略矩形状の加圧用プレートの４隅にロードセルを配置し、全体的に湾曲させた保持用プレートで加圧用プレートの中央部を保持しているので、加圧用プレートを加圧操作した際に、保持用プレートが容易に弾性変形すると共に、各ロードセルへの加圧入力がより確実に成される。
【００１１】
本発明の請求項４に係わる操作力測定装置では、加圧用プレートの加圧操作によって各ロードセルに加圧入力が成されると、各ロードセルの出力信号の総和に基づいて加圧用プレートに加わった操作力を検出する。
【００１２】
本発明の請求項５に係わる操作力測定装置では、加圧用プレートの加圧操作によって各ロードセルに加圧入力が成されると、各ロードセルの出力信号の差に基づいて加圧用プレートにおける荷重点の位置（ＸＹ座標）を検出する。
【００１３】
本発明の請求項６に係わる操作力測定装置では、加圧用プレートの加圧操作によって各ロードセルに加圧入力が成されると、加圧用プレートの一端部に設けた各ロードセルの出力信号と他端部に設けた各ロードセルの出力信号との差に基づいて、加圧用プレートの両端部方向における荷重点の位置（Ｙ方向の位置）を検出する。
【００１４】
本発明の請求項７に係わる操作力測定装置では、保持用プレートが、他のプレートとの間に形成した空間からロードセルのリード線を通過させる貫通孔を有しているので、ロードセルのリード線が各プレート間でまとめられ、所定の方向に導き出される。
【００１５】
本発明の請求項８に係わる操作力測定装置では、各プレートが、被操作体の表面に沿う形状を成しているので、例えば、被操作体が湾曲しているような場合であっても、その被操作体への取付け状態が安定したものとなる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わる操作力測定装置によれば、加圧用プレートと保持用プレートとロードセルを採用したことから、構造をきわめて簡単なものにすることができると共に、装置の薄肉化および軽量化を実現することができ、厚みや重量による測定精度の損失を解消して測定精度を高めることができる。とくに、自動車のペダルの踏力測定に用いた場合には、薄肉化により、ペダルの支点に対する踏力力点のオフセット量を極力小さくすることができると共に、実際のペダル操作に近い操作感を得ることができ、また、軽量化により、踏み込んだ際の慣性力の影響をきわめて小さくすることができるので、薄肉化および軽量化によって測定精度の向上を実現することができる。さらに、保持用プレートが可撓性を有することから、被操作体の表面形状が平坦なものだけでなく、僅かに湾曲した曲面であっても取付けが可能になる。また、加圧用プレートの両端部にロードセルを配置し、全体的に湾曲させた保持用プレートで加圧用プレートを保持したことから、加圧用プレートを加圧操作した際に、保持用プレートの弾性抵抗力をほとんど影響をさせることなく、各ロードセルへの加圧入力をより確実に行うことができ、測定精度のさらなる向上を実現することができる。
【００１７】
本発明の請求項２に係わる操作力測定装置によれば、請求項１と同様の効果を得ることができるうえに、加圧用プレート、保持用プレート、ロードセルおよび固定用プレートを予め組立てた状態にして、これらを固定用プレートによって被操作体に簡単に取付けることができ、また、固定用プレートによって安定した取付け状態を得ることができる。
【００１８】
本発明の請求項３に係わる操作力測定装置によれば、請求項１および２と同様の効果を得ることができるうえに、略矩形状の加圧用プレートの４隅にロードセルを配置し、全体的に湾曲させた保持用プレートで加圧用プレートの中央部を保持したことから、加圧用プレートを加圧操作した際に、保持用プレートの弾性抵抗力をほとんど影響をさせることなく、各ロードセルへの加圧入力をより確実に行うことができ、測定精度のさらなる向上を実現することができる。
【００１９】
本発明の請求項４に係わる操作力測定装置によれば、請求項３と同様の効果を得ることができるうえに、各ロードセルの出力信号の総和に基づいて加圧用プレートに加わった操作力を検出することにより、加圧用プレートにおける荷重点の位置が一定していなくても、常に精度の高い操作力測定を行うことができる。
【００２０】
本発明の請求項５に係わる操作力測定装置によれば、請求項３および４と同様の効果を得ることができるうえに、各ロードセルの出力信号の差に基づいて加圧用プレートにおける荷重点の位置を検出することにより、ＸＹ座標における荷重重心や、荷重点に対する測定誤差を求めることができ、これにより入出力特性を把握することができ、信頼性の向上などに貢献することができる。
【００２１】
本発明の請求項６に係わる操作力測定装置によれば、請求項３および４と同様の効果を得ることができるうえに、加圧用プレートの一端部に設けた各ロードセルの出力信号と他端部に設けた各ロードセルの出力信号との差に基づいて、加圧用プレートの両端部方向における荷重点の位置を検出することにより、一方向における荷重重心や、荷重点に対する測定誤差を求めることができ、これにより入出力特性を把握することができ、信頼性の向上などに貢献することができる。
【００２２】
本発明の請求項７に係わる操作力測定装置によれば、請求項１〜６と同様の効果を得ることができるうえに、貫通孔を有する保持用プレートを採用したことから、きわめて簡単な構造により各プレート間でロードセルのリード線を整理することができ、これらのリード線をまとめて導き出すことにより、被操作体に対する当該装置の取付けや外部装置に対するリード線の接続などの作業が行いやすくなる。
【００２３】
本発明の請求項８に係わる操作力測定装置によれば、請求項１〜７と同様の効果を得ることができるうえに、例えば、被操作体が湾曲しているような場合であっても、その被操作体にフィットさせてきわめて安定した状態に取付けることができ、取付け状態の安定化によって測定精度のさらなる向上に貢献することができる。
【００２４】
【実施例】
図１は、本発明に係わる操作力測定装置の一実施例を説明する図である。
【００２５】
図示の操作力測定装置Ａ１は、加圧操作される被操作体の一例としての自動車のアクセルペダルＰ１に取付けて、同アクセルペダルＰ１の踏力測定を行うものである。この操作力測定装置Ａ１は、加圧操作するための加圧用プレート１と、自己の撓みによって加圧用プレート１をアクセルペダルＰ１から離間した状態に弾性保持する保持用プレート２と、加圧用プレート１の加圧操作に伴って保持用プレート２との間で加圧入力される４個のロードセル３を備えると共に、加圧用プレート１との間に保持用プレート２およびロードセル３を介装した状態でアクセルペダルＰ１に取付けられる固定用プレート４を備えている。
【００２６】
各ロードセル３は、薄肉で且つ小型の円形プレート状であって、その片面を形成する起歪板の外面中央部に入力部（ロードボタン）５を有すると共に、起歪板の内面に歪みゲージを貼り付けた構造になっている。
【００２７】
加圧用プレート１は、直接加圧操作（踏み込み操作）されることから、軽量で加圧操作に対する充分な剛性を有するものとして、アルミニウム合金を素材としており、この実施例の場合はアクセルペダルＰ１が平坦であるため、長方形の平板状を成している。そして、加圧用プレート１は、その背面の４隅に円形の凹部６が形成してあり、各凹部６に、入力部５をアクセルペダルＰ１側に向けた状態で各ロードセル３が取付けてある。このように凹部６にロードセル３の一部を収容する構造にすれば、装置全体の厚みがより小さいものとなる。
【００２８】
保持用プレート２は、加圧用プレート１への操作力が各ロードセル３に充分に働くように加圧用プレート１を弾性保持することから、軽量で柔軟性に富み、加圧操作時における荷重伝達の影響が極力小さいものとして、塩化ビニールを素材としており、加圧用プレート１とほぼ同じ大きさの長方形の薄い平板状を成している。
【００２９】
固定用プレート４は、アクセルペダルＰ１に固定することから、軽量で且つ高強度であり、弾力性にも富むものとして、炭素繊維を使用した繊維強化複合材を素材としており、加圧用プレート１とほぼ同じ大きさの長方形の薄い平板状を成している。
【００３０】
そして、操作力測定装置Ａ１は、保持用プレート２をその長辺が湾曲するように全体的に湾曲させた状態にし、加圧用プレート１の背面中央部に、接着剤層７を介して保持用プレート２の湾曲中央部を取付けると共に、固定用プレート４の長辺方向の両端部に、接着剤層８，８を介して保持用プレート２の両端部を取付けている。これにより、操作力測定装置Ａ１は、保持用プレート２によって加圧用プレート１を固定用プレート４から離間した状態に弾性保持している。このとき、各ロードセル３は、入力部５が保持用プレート２に接触あるいは僅かに離間しており、出力信号を発生しない未加圧入力の状態に維持されている。
【００３１】
また、保持用プレート２は、その長辺方向の２か所に、ロードセル３のリード線９を通過させる貫通孔１０，１０を有している。つまり、先述の如く保持用プレート２を湾曲させると、保持用プレート２と加圧用および固定用の各プレート１，４との間に隙間Ｓが形成されるので、その隙間Ｓおよび貫通孔１０にリード線９を通すことにより、各プレート１，２，４間で複数のリード線９をまとめることができ、これらを一か所に導き出すことができる。このようにリード線９を整理すれば、アクセルペダルＰ１に対する当該装置の取付けや外部装置に対するリード線９の接続などの作業が容易になる。
【００３２】
上記の操作力測定装置Ａ１は、アクセルペダルＰ１の表面に両面接着テープ１１を介して固定用プレート４を貼り付けることにより、きわめて簡単に且つ確実に取付けられ、その取付け状態も非常に安定したものとなる。
【００３３】
そして、操作力測定装置Ａ１は、アクセルペダルＰ１に取付けた状態にして加圧用プレート１を踏み込むと、保持用プレート２の弾性変形に伴って加圧用プレート１と保持用プレート２の間で各ロードセル３への加圧入力が行われ、各ロードセル３の出力信号に基づいて被操作体の操作力が測定される。
【００３４】
このとき、操作力測定装置Ａ１は、きわめて簡単な構造であると共に、厚みおよび重量が小さいものとなっており、薄肉化によってアクセルペダルＰ１の支点に対するオフセット量が小さくなると共に、アクセルペダルＰ１を直接踏み込んだ場合に近い操作感が得られ、しかも、軽量化によって踏み込んだ際の慣性力の影響が小さくなっているので、精度の高い測定を行うことが可能である。また、操作力測定装置Ａ１は、加圧用プレート１を加圧操作した際に、保持用プレート２の弾性抵抗力の影響がほとんど無いと共に、加圧用プレート１における荷重点の位置が一定していなくても、加圧用プレート１の４隅にロードセル３を配置しているので、各ロードセル３に確実に加圧入力が成される。
【００３５】
さらに、操作力測定装置Ａ１は、各ロードセル３の出力信号の総和に基づいて加圧用プレート１に加わった操作力を検出するほか、各ロードセル３の出力信号の差に基づいて加圧用プレート１における荷重点の位置を検出する。このような荷重点の検出機能により、ＸＹ座標における荷重重心や、荷重点に対する測定誤差を求めることができ、これにより入出力特性を把握することが可能となり、信頼性の向上などに役立てることができる。
【００３６】
ここで、上記の荷重点の検出機能を利用し、逆に荷重点を任意に設定して、荷重点に対する測定誤差を求める試験を行った。
【００３７】
試験に使用した操作力測定装置は、加圧用プレートと保持用プレートをねじで固定した以外は、各プレートの素材や基本的な構成は図１に示すものと同じである。各プレートは、いずれも長辺が１１０ｍｍ、短辺が４５ｍｍ、厚みが２ｍｍである。ロードセルは、容量が５ｋｇｆであり且つ耐荷重が７ｋｇｆである。
【００３８】
そして、図２に示すように、加圧用プレート１上において、長辺方向をＹ軸、短辺方向をＸ軸として、９か所の荷重点Ｌ１〜Ｌ９を設定し、引張圧縮試験機を用いて各荷重点Ｌ１〜Ｌ９に静的な荷重負荷（５±０．５ｋｇｆ）を行い、各荷重点Ｌ１〜Ｌ９での入力荷重に対する測定誤差、およびＹ軸方向の荷重重心算出誤差を求めた。なお、荷重重心については、ＸＹ両方を算出することが望ましいが、アクセルペダルに対応して長方形を成す加圧用プレート１の形状等の都合によってＹ方向のみとした。また、開発目標値として、測定誤差を±０．１ｋｇｆ以内とし、荷重重心誤差を±１０ｍｍとした。試験の結果を次の表に示す。
【００３９】
0003700167.tif 000002
【００４０】
表から明らかなように、当該操作力測定装置は、開発目標値に対して測定誤差や荷重重心誤差がきわめて小さいものであり、入出力特性に何ら問題が無いことを確認した。
【００４１】
なお、上記実施例で説明した操作力測定装置Ａ１は、固定用プレート４として弾力性を有するものを使用しているので、被操作体（アクセルペダルＰ１）の表面が僅かに湾曲している場合であっても、その湾曲面に固定用プレート４を対応させ、両面接着テープなどを用いて確実に固定することが可能である。
【００４２】
図３は、本発明に係わる操作力測定装置の他の実施例を説明する図である。
【００４３】
この実施例における操作力測定装置Ａ２は、基本的構成は先の実施例で説明したもの（図１参照）と同様であるが、被操作体であるアクセルペダルＰ２が大きく湾曲した形状を成しており、これに対応して各プレート１，２，４が湾曲した形状になっている。この場合、加圧用プレート１は、剛性を確保し且つロードセル３の取付け面を平坦にするために、その背面が段差形状に形成されている。
【００４４】
この操作力測定装置Ａ２にあっても、アクセルペダルＰ２の表面に両面接着テープ１１を介して固定用プレート４を貼り付けることにより、湾曲したアクセルペダルＰ２に対してきわめて簡単に且つ確実に取付けられ、その取付け状態も非常に安定したものとなる。そして、アクセルペダルＰ２に沿った形状としたことにより、加圧用プレート１の加圧操作とともに各ロードセル３に確実な加圧入力が成され、先の実施例と同様に高精度な操作力（踏力）測定が行われる。
【００４５】
なお、上記各実施例では、当該操作力測定装置を自動車のアクセルペダルの踏力測定に用いる場合を例示したが、当該操作力測定装置は、ペダル類の踏力測定にだけでなく、自動車においては、ドアやトランクリッドなどの操作力測定に使用することもでき、さらには、自動車以外の様々な操作力測定に使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる操作力測定装置の一実施例を説明する側面図（ａ）および固定用プレートを省いた底面図（ｂ）である。
【図２】試験に使用した加圧用プレートおよび荷重点の位置を示す平面図である。
【図３】本発明に係わる操作力測定装置の一実施例を説明する側面図である。
【符号の説明】
Ａ１  Ａ２    操作力測定装置
Ｐ１  Ｐ２    アクセルペダル（被操作体）
１            加圧用プレート
２            保持用プレート
３            ロードセル
４            固定用プレート
９            リード線
１０            貫通孔
【図１】
0003700167.tif 000003
【図２】
0003700167.tif 000004
【図３】
0003700167.tif 000005