(57)【要約】【課題】  物体の荷重−変位関係を簡便な手法で求めることができ、小型軽量で携帯性及び可搬性に優れる荷重変位測定用アタッチメントを提供する。【解決手段】  本発明の荷重変位測定用アタッチメント1は、平面上の物体200に押し付けられることで一方向に変位する押圧子10と、前記押圧子の変位量を回転角に変換して表示するマーカー20と、前記マーカーを携帯情報端末100のカメラ112で撮影できる位置に固定支持する第1の支持体30と、携帯情報端末を前記平面に対して所定角度範囲内で傾斜可能に支持する第2の支持体40とを備えることを特徴とする。【選択図】図4
2017125777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面上の物体に押し付けられることで一方向に変位する押圧子と、
前記押圧子の変位量を回転角に変換して表示するマーカーと、
前記マーカーを携帯情報端末のカメラで撮影できる位置に固定支持する第1の支持体と、
携帯情報端末を前記平面に対して所定角度範囲内で傾斜可能に支持する第2の支持体とを備えることを特徴とする荷重変位測定用アタッチメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は物体を変形させてその柔らかさを判断する際の指標となる荷重−変位関係を求めるための荷重変位測定用アタッチメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の柔らかさは主観的な感覚に基づいて表現されるため、柔らかさの程度を他人に伝えるのが難しい。例えば料理のレシピ本で「耳たぶと同じ程度の柔らかさになるまで材料をこねる」と記載されている場合、調理者は自身の感覚で耳たぶと同程度まで材料をこねるしかなく、最終的にレシピ本と同じ柔らかさになったかどうかが分からない曖昧な状態のまま調理を進めることになる。
また、教育現場において「物体の柔らかさ」や「柔らかさと力の関係」を生徒に体験を通じて理解させることは物理学の面白さや魅力を伝えるために重要である。
柔らかさを判断する際の指標の一つに、物体に荷重を与えた際の変位量を表す荷重−変位関係がある。
【０００３】
例えば特許文献1には、物体に与える荷重に応じた電気信号を出力する荷重・電圧変換子と、物体の変形加速度に応じた電気信号を出力する加速度・電圧変換子とを備えており、加速度・電圧変換子から出力された加速度信号を2回積分して変位信号を得る荷重変位測定装置が開示されている。
また、特許文献2には、押圧子の押しつけ圧を圧検出素子で検出すると共に、押圧子の周囲にフランジ状当接子を配置し、当該フランジ状当接子の押圧子に対する相対的な変位を歪量検出素子で検出し、これらの検出値から筋の見かけの弾性率を求める筋硬度計が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭59−9542号公報
【特許文献２】特開昭53−92581号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記従来技術では次のような問題がある。
すなわち、従来技術の装置は物体に荷重等を作用させる部位と、各種信号を処理して荷重−変位関係を求める部位とを電気的に接続して一つの装置を構成しているため、装置の大型化及び重量増加という問題や、携帯性及び可搬性に乏しく使い難いという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題を考慮し、物体の荷重−変位関係を簡便な手法で求めることができ、小型軽量で携帯性及び可搬性に優れる荷重変位測定用アタッチメント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】
本発明の荷重変位測定用アタッチメントは、平面上の物体に押し付けられることで一方向に変位する押圧子と、前記押圧子の変位量を回転角に変換して表示するマーカーと、前記マーカーを携帯情報端末のカメラで撮影できる位置に固定支持する第1の支持体と、携帯情報端末を前記平面に対して所定角度範囲内で傾斜可能に支持する第2の支持体とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、携帯情報端末に格納されているカメラ、ジャイロセンサー、画像処理部等を利用して簡便に物体の荷重−変位関係を求めることができる。
また、本発明の荷重変位測定用アタッチメント自体は電気的に駆動する箇所を持たないので、小型・軽量であり、携帯性及び可搬性に優れるという利点を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】荷重変位測定用アタッチメントの構成を示す斜視図
【図２】第1の支持体を示す斜視図(a)及び第2の支持体を示す斜視図(b)
【図３】荷重変位測定用アタッチメントを下方に回転させた状態を示す斜視図(a)、左側面図(b)、平面図(c)及び正面図(d)
【図４】荷重変位測定用アタッチメントが下方に回転していく様子を示す斜視図(a)〜(d)
【図５】押圧子及びマーカーを示す斜視図(a)及び縦断面図(b)
【図６】押圧子及びマーカーの内部構造を示す分解斜視図
【図７】押圧子及びマーカーの初期状態を示す図（a1）〜(a3)及び停止状態を示す図(b1)〜(b3)
【図８】荷重変位測定用アタッチメントを携帯情報端末に装着した状態での初期状態及び接触状態を示す側面図(a)及び停止状態を示す側面図(b)
【図９】携帯情報端末の制御部の構成を簡略化して示したブロック図
【図１０】初期状態から停止状態までの携帯情報端末の回転角を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の荷重変位測定用アタッチメント1の実施の形態について説明する。
図1〜図5に示すように本発明の荷重変位測定用アタッチメント1は押圧子10、マーカー20、第1の支持体30及び第2の支持体40を備える。
押圧子10は図5〜図8に示すように平面上に置いた物体200に押し付けられることで一方向（前後方向）に変位する部材である。
本実施の形態では押圧子10として円柱状の部材を使用している。押圧子10の先端は物体200に接触する接触面であり、押圧子10の後端には長手方向にのびる挿入孔11が形成されている。
【００１１】
マーカー20は押圧子10の変位量を回転角に変換して表示する部材である。
本実施の形態のマーカー20は回転子21、ハウジング22及び回転量表示盤23から構成される。
回転子21は円柱状の部材である。回転子21の外周面に螺旋状の凹部21aを2本形成している。回転子21の先端と後端には前後方向にのびる軸21bを形成しており、前方の軸を押圧子10の挿入孔に挿入した状態で固定している。
【００１２】
ハウジング22は回転子21を軸回りに往復回転可能な状態で収容するための筒状の部材であり、前方ハウジング22a、中央ハウジング22b、後方ハウジング22c及び蓋体22dで構成される。
前方ハウジング22aの前側の開口をリング状の蓋体22dで覆っており、蓋体22dの開口に押圧子10を挿入する。押圧子10は前方ハウジング22a内を前後方向に変位する仕組みになっている。また、前方ハウジング22aの内周面に螺旋状の凸部22eを2本形成している。この2本の凸部22eに回転子21の2本の凹部21aを嵌め込んだ状態で回転子21が前方ハウジング22a内を前後方向に変位する際に、回転子21は2本の凸部22eに案内され、軸周りに往復回転する仕組みになっている。
中央ハウジング22bの後端を底板で塞いでおり、底板の中央に貫通穴22fを形成している。また、中央ハウジング22bの内部にスポンジ22gを収容しており、このスポンジ22gに前後方向にのびる貫通穴22hを形成している。回転子21の後端面をスポンジ22gの前端面に接触させ、回転子21の後方の軸21bをスポンジ22gの貫通穴22hと底板の貫通穴22fを貫通させ回転量表示盤23の前面に固定している。回転子21が軸周りに回転しながら後方に移動するとスポンジ22gが圧縮され、これにより生じるスポンジ22gの反発力によって回転子21は前方に付勢されることになる。なお、回転子21を前方に付勢できる弾性体であればゴムやバネ等、周知の部材を使用できる。
後方ハウジング22cの内部に回転量表示盤23を収容し、その後端の開口部22iから携帯情報端末100のカメラ112（図9を参照）で回転量表示盤23を撮影可能になっている。
【００１３】
回転量表示盤23は円形の部材である。上述のとおり回転量表示盤23の前面に回転子21の軸を固定し、回転量表示盤23の後面に回転角表示線23a（図7参照）を描いている。
図7(a1)〜(a3)及び図8(a)に示すように押圧子10を平面上の物体200に押し付けておらず、回転子21が前方に位置した状態では、回転子21に固定している回転量表示盤23の回転角表示線23aは原点を指している。そして、図7(b1)〜(b3)及び図8(b)に示すように押圧子10を物体200に押し付けて外力を作用させると、回転子21は軸周りに回転しながら後方に変位していき、回転角表示線23aは原点から図7(b3)に示す時計回りに回転する。押圧子10への外力を除去すると、スポンジ22gの反発力によって回転子21は反対方向に回転しながら前方に変位していき、回転角表示線23aは原点に戻る。
このように、マーカー20は押圧子10及び回転子21の後方への変位量を軸周りの回転角に変換して表示するものである。回転角表示線23aの原点からの回転角Bを携帯情報端末100のカメラ112で撮影し、適宜処理することで当該回転角Bに基づいて押圧子10の変位量d（前後方向への移動量）を算出できる。また、回転角Bに基づいて物体200に押し付けた際に押圧子10に作用した外力Fの値を算出できる。
【００１４】
図2〜図4に示すように第1の支持体30は、マーカー20を携帯情報端末100のカメラ112で撮影できる位置に固定支持するための部材である。具体的には、第1の支持体30は矩形状の正面板31と、正面板31の左右から後方に屈曲してのびる側板32から構成される正面視コ字状の部材である。正面板31には開口33を形成しており、この開口33を覆う位置にマーカー20の後方ハウジング22cを固定する。正面板31の左右方向の長さ（左右の側板32の間隔）は、携帯情報端末100の左右方向の幅とほぼ同一に調節されている。第1の支持体30を携帯情報端末100に取り付ける際には、例えば図1に示すように左右の側板32をその間隔が拡がるように弾性変形させながら携帯情報端末100のカメラ112と正面板31の開口33とが一致するように嵌め込んでスライドさせ、携帯情報端末100を左右から挟持することにより行う。これにより回転角表示線23aの回転角Bを携帯情報端末100のカメラ112で撮影することが可能になる。
なお、第1の支持体30を携帯情報端末100に取り付ける方法としてはこれに限らず適宜変更可能である。また、携帯情報端末100は機種によってサイズ（横幅）が異なることから、左右の側板32の間隔を多段階で変化させることができるような構造にしたり、バネの引張力に抗して左右の側板32の間隔を弾性的に拡げることができる構造にしてもよい。あるいは第1の支持体30をゴム等の伸縮性を持つバンドや面ファスナーで構成し、バンドや面ファスナーで締結することで第1の支持体30を携帯情報端末100に固定する仕組みでもよい。
【００１５】
第2の支持体40は携帯情報端末100を、物体200が置かれた平面に対して所定角度範囲内で傾斜可能に支持するための部材であり、保持部41と基台42から構成される。
保持部41は携帯情報端末100の下端部に脱着自在に取り付けるコ字状の部材であり、矩形状の第1の平面板41aと、当該平面板41aの左右から上方に屈曲してのびる第1の側板41bとから成る。
【００１６】
基台42は保持部41を平面に対して所定角度範囲内で回転可能に支持するためのコ字状の部材であり、矩形状の第2の平面板42aと、当該平面板42aの左右から上方に屈曲してのびる第2の側板42bと、第2の平面板42aの底面の左右から前後方向にのびる脚部42cとから構成される。
第1の側板41bを、第2の側板42bの支持箇所Oにおいて左右方向にのびるピンにより軸支しており、これにより保持部41は鉛直方向に回転可能になっている。
第2の支持体40を携帯情報端末100に取り付ける際には、例えば図1に示すように左右の第1の側板41b及び第2の側板42bの各々をその間隔が拡がるように弾性変形させながら、左右の第1の側板41bの間に携帯情報端末100を嵌め込んでスライドさせ、携帯情報端末100を左右から挟持することにより行う。これにより携帯情報端末100は第2の支持体40によって平面に対して所定角度範囲内で傾斜可能に支持される。
なお、第2の支持体40を携帯情報端末100に取り付ける方法としてはこれに限らず適宜変更可能である。また、第1の支持体30と同様に左右の第1の側板41b及び第2の側板42bの間隔を変化させることができる構造にしてもよい。
また、第1の支持体30と第2の支持体40とを連結しておき、携帯情報端末100を載せることで荷重変位測定用アタッチメント1を携帯情報端末100に取り付ける仕組みにしてもよい。
【００１７】
次に、本発明の荷重変位測定用アタッチメント1の使用方法について説明する。
使用者は第1の支持体30を携帯情報端末100のカメラ112を覆う位置に装着し、第2の支持体40を携帯情報端末100の下端部に装着する。
そして、図8(a)に示すように携帯情報端末100を平面に対して垂直にした状態で第2の支持体40の脚部42cを平面に接触させる。この状態では回転角表示線23aは原点を指している。以下の説明においては携帯情報端末100が平面に対して垂直になっている状態を「初期状態」とよぶ。
【００１８】
次に、使用者は携帯情報端末100を下方に回転させ、押圧子10の先端を物体200に接触させる。以下の説明においては押圧子10の先端が物体200に接触した際の携帯情報端末100の状態を「接触状態」とよぶ。
接触状態から更に携帯情報端末100を下方に回転させると、図8(b)に示すように物体200は押圧子10に押されて変形し始める。物体200からの反力を受けた押圧子10は後方に変位し、これに伴い回転子21が軸周りに回転し、回転角表示線23aが回転する。
【００１９】
図9は携帯情報端末100に格納されている制御部110の構成を簡略化して示したものである。
携帯情報端末100の垂直状態から下方への回転角Aは携帯情報端末100に格納されているジャイロセンサー111、カメラ112及び画像処理部113によって測定され、回転角表示線23aの原点からの回転角Bはカメラ112及び画像処理部113で測定される。
具体的には、回転角表示線23aが原点から回転し始めると、カメラ112の画像データを受信している画像処理部113はジャイロセンサー111に信号を送信する。ジャイロセンサー111は信号受信時点での携帯情報端末100の初期状態からの回転角A01°（図10参照）を算出し、記憶部114に送信する。
【００２０】
使用者は、自身の判断により携帯情報端末100の下方への回転を適当な位置で止める。
携帯情報端末100の下方への回転が止まり、これに伴い回転角表示線23aの回転が止まると、画像処理部113はジャイロセンサー111に信号を送信する。ジャイロセンサー111は信号受信時点での携帯情報端末100の初期状態からの回転角A02°を算出し、記憶部114に送信する。以下の説明において携帯情報端末100の下方への回転が止まった状態を「停止状態」とよぶ。
記憶部114は受信した回転角A01及びA02を記憶する。また、記憶部114には上記支持箇所Oからカメラ112までの距離Lが予め格納されている。
CPU115は記憶部114から回転角A01，A02及び距離Lを読み出し、以下の式1に基いて接触状態から停止状態までのカメラ112の移動距離D12を算出する。なお、移動距離D12は半径Lの円における角度（A02−A01）°の弧の長さに相当するが、角度（A02−A01）が小さい範囲内では移動距離D12を直線と近似してよい。
D12＝2×Π×L×(A02−A01)/360°・・・式1 
【００２１】
また、停止状態での回転角表示線23aをカメラ112が撮影したデータは画像処理部113に送信され、画像処理部113では接触状態から停止状態までの回転角表示線23aの回転角B12を周知の画像処理技術に基いて算出し、記憶部114に送信する。
記憶部114は受信した回転角B12を記憶する。また、記憶部114には回転角表示線23aを所定角度回転させるために必要な押圧子10への外力（反力）値Fと回転角Bとの相関関係を示す表1と、回転角Bと押圧子10の後方への変位量dとの相関関係を示す表2とが予め格納されている（図9参照）。
【００２２】
CPU115は記憶部114に格納されている表1を参照して停止状態での回転角B12に対応する外力値F12を読み出すと共に、表2を参照して回転角B12に対応する押圧子10の後方への変位量d12を読み出す。
次に、CPU115は以下の式2に基いて接触状態から停止状態までの物体200の変形量（押し込み長さ）α12を算出する。
α12＝D12−d12・・・式2
【００２３】
これにより、停止状態における物体200への荷重（F12）と変位（α12）を算出したことになり、CPU115は当該荷重−変位関係を表示部116（携帯情報端末100の表示画面）に表示する。
使用者は表示部116を見て「物体200の柔らかさ」や「柔らかさと力の関係」を認識する。
使用者が押圧子10を物体200から離すと、スポンジ22gの付勢力によって押圧子10は前方に変位し、これに伴い回転角表示線23aは原点に戻る。
なお、本実施の形態で示した荷重変位測定用アタッチメント1の構成は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜改変可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、物体の荷重−変位関係を簡便な手法で求めることができ、小型軽量で携帯性及び可搬性に優れる荷重変位測定用アタッチメントであり、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【００２５】
α 変形量
A 回転角
B 回転角
D 移動距離
d 変位量
0 支持箇所
1 荷重変位測定用アタッチメント
10 押圧子
11 挿入孔
20 マーカー
21 回転子
21a 凹部
21b 軸
22 ハウジング
22a 前方ハウジング
22b 中央ハウジング
22c 後方ハウジング
22d 蓋体
22e 凸部
22f 貫通穴
22g スポンジ
22h 貫通穴
22i 開口部
23 回転量表示盤
23a 回転角表示線
30 第1の支持体
31 正面板
32 側板
33 開口
40 第2の支持体
41 保持部
41a 第1の平面板
41b 第1の側板
42 基台
42a 第2の平面板
42b 第2の側板
42c 脚部
100 携帯情報端末
110 制御部
111 ジャイロセンサー
112 カメラ
113 画像処理部
114 記憶部
115 CPU
116 表示部
200 物体
【図１】
2017125777.tif 000003
【図２】
2017125777.tif 000004
【図３】
2017125777.tif 000005
【図４】
2017125777.tif 000006
【図５】
2017125777.tif 000007
【図６】
2017125777.tif 000008
【図７】
2017125777.tif 000009
【図８】
2017125777.tif 000010
【図９】
2017125777.tif 000011
【図１０】
2017125777.tif 000012