特開 2024-126223 変位計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024126223

(43)【公開日】2024-09-20

(54)【発明の名称】変位計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 5/00 20060101AFI20240912BHJP

   G01B 5/24 20060101ALI20240912BHJP

【ＦＩ】

G01B5/00 A

G01B5/24

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023034462

(22)【出願日】2023-03-07

(71)【出願人】

【識別番号】596112516

【氏名又は名称】株式会社ジャスティ

(74)【代理人】

【識別番号】110001612

【氏名又は名称】弁理士法人きさらぎ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小澤 芳裕

【テーマコード（参考）】

2F062

【Ｆターム（参考）】

2F062AA01

2F062AA04

2F062AA81

2F062EE01

2F062EE62

2F062GG04

2F062GG57

(57)【要約】

【課題】変位計測対象物のあらゆる方向への変位量を直線的に安定して正確に計測する。
【解決手段】変位計測装置は全体が第１方向に伸縮可能なテレスコピック構造の測定子と測定子の基端部に設けられて測定子の基端部に対する先端部の変位量を計測する計測部とを備える。測定子は１の円筒体又は径が異なる複数の円筒体、及び最小径の円筒体に進退自在に挿入される先端部材からなり、伸縮方向に進退動作する際それに連動して基端部に回転動作を付与する回転付与機構を有する。計測部は測定子の基端部に連結された回転変位計と、この回転変位計を、第１方向と交差する第２方向に延びる内側回動軸を介して回動自在に支持する回動枠部と、を有し、回動枠部は、その外側において、第１方向及び第２方向と交差する第３方向に延びる外側回動軸を介して一対の支持部に回動自在に支持される。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

全体が第１方向に伸縮可能なテレスコピック構造の測定子と、
前記測定子の基端部に設けられて前記測定子の基端部に対する先端部の変位量を計測する計測部と、
を備え、
前記測定子は、
１の円筒体又は径が異なる複数の円筒体、及び前記１の円筒体又は前記複数の円筒体のうちの最小径の円筒体に進退自在に挿入されて先端部が変位計測対象物に取り付けられる円柱状又は円筒状の先端部材からなり、
前記１又は複数の円筒体及び前記先端部材は、外側の円筒体に対して内側の円筒体又は先端部材が伸縮方向に進退動作する際、その進退動作に連動して前記基端部に回転動作を付与する回転付与機構を有し、
前記計測部は、
前記測定子の基端部に連結されて前記先端部材に対する最大径の前記円筒体の回転角度を検出する回転変位計と、
この回転変位計を、前記第１方向と交差する第２方向に延びる内側回動軸を介して回動自在に支持する環状の回動枠部と、
を有し、
前記回動枠部は、その外側において、前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向に延びる外側回動軸を介して一対の支持部に回動自在に支持され、
前記一対の支持部は、安全性評価用人体ダミーの体幹骨格部の脊椎部が延びる方向を前記第３方向として前記脊椎部に設けられ、前記測定子は、前記体幹骨格部の左右方向を前記第１方向として延び、前記測定子の先端部は、前記体幹骨格部の胸郭部に固定される
変位計測装置。

【請求項2】

前記計測部は、前記脊椎部に対する取付用基台を有し、
前記一対の支持部は、前記取付用基台の前記第３方向の両端から前記第１方向に立ち上がる一対の支持板である
請求項１記載の変位計測装置。

【請求項3】

前記回動枠部に設けられ、前記回転変位計の前記内側回動軸を中心とした回転角度を検出する第２の回転変位計を備える
請求項１又は２記載の変位計測装置。

【請求項4】

前記一対の支持部の一方に設けられ、前記回動枠部の前記外側回動軸を中心とした回転角度を検出する第３の回転変位計を備える
請求項１又は２記載の変位計測装置。

【請求項5】

前記回動枠部は、前記伸縮方向から見て前記第２方向の両側に、前記第３方向に平行な一対の平行枠部を有する
請求項４記載の変位計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、直線的に伸縮して変位計測対象物の変位量を計測可能な変位計測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

相対変位する変位計測対象物に接続されて、例えば相対的な三次元の変位を計測する変位計測装置として、三次元変位計測システムが知られている（下記特許文献１参照）。この三次元変位計測システムは、変位計測対象物の６自由度の挙動を的確に計測し、非接触式のものより安価で小型なシステムを実現し、変位計測対象物への取付時の位置決めが容易とされている。

【0003】

また、例えば自動車の衝突試験等に用いられる安全性評価用人体ダミーの肋骨部と椎骨部との間に配置され、肋骨部の変位量を計測するタイプの変位計測装置も知られている（下記特許文献２参照）。この変位計測装置は、測定子が伸縮する際の進退動作を回転運動に変換して肋骨部の変位量を計測するとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７－３１５８１５号公報

【特許文献2】特開２０２２－１８２８２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記特許文献１に開示された従来技術の三次元変位計測システムでは、システムを構成する三次元変位検出ユニットにおいて、変位計測対象物に取付固定される測定子の変位を検出する変位計測装置が、連結ロッドの伸縮に伴い伸び縮みするワイヤの移動量を検出するワイヤタイプのものであるため、上記のような安全性評価用人体ダミーの肋骨部の変位量を計測する場合には、衝突時の肋骨部の変位速度にワイヤの収縮速度が追い付かず、正確に計測を行えないことがあった。また、肋骨部への衝突の力の入力方向が、変位計測装置が設置された２点間を結ぶ線分に対して変位計測装置の固定点に向けて斜め方向であったときには、連結ロッドの収縮が妨げられ、正確に計測を行えないことがあった。

【0006】

これらいずれの場合でも、変位計測対象物の変位量を直線的に安定して正確に計測することができず、従って、上記特許文献２に開示された従来技術の変位計測装置は、このような問題の解決を試みて提案されたものであった。

【0007】

本発明は、上述した従来技術を更に改良し、変位計測対象物のあらゆる方向への変位量を直線的に安定して正確に計測することができる変位計測装置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】

【0008】

本発明に係る変位計測装置は、全体が第１方向に伸縮可能なテレスコピック構造の測定子と、前記測定子の基端部に設けられて前記測定子の基端部に対する先端部の変位量を計測する計測部と、を備え、前記測定子は、１の円筒体又は径が異なる複数の円筒体、及び前記１の円筒体又は前記複数の円筒体のうちの最小径の円筒体に進退自在に挿入されて先端部が変位計測対象物に取り付けられる円柱状又は円筒状の先端部材からなり、前記１又は複数の円筒体及び前記先端部材は、外側の円筒体に対して内側の円筒体又は先端部材が伸縮方向に進退動作する際、その進退動作に連動して前記基端部に回転動作を付与する回転付与機構を有し、前記計測部は、前記測定子の基端部に連結されて前記先端部材に対する最大径の前記円筒体の回転角度を検出する回転変位計と、この回転変位計を、前記第１方向と交差する第２方向に延びる内側回動軸を介して回動自在に支持する環状の回動枠部と、を有し、前記回動枠部は、その外側において、前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向に延びる外側回動軸を介して一対の支持部に回動自在に支持され、前記一対の支持部は、安全性評価用人体ダミーの体幹骨格部の脊椎部が延びる方向を前記第３方向として前記脊椎部に設けられ、前記測定子は、前記体幹骨格部の左右方向を前記第１方向として延び、前記測定子の先端部は、前記体幹骨格部の胸郭部に固定される。

【0009】

本発明の一実施形態において、前記計測部は、前記脊椎部に対する取付用基台を有し、前記一対の支持部は、前記取付用基台の前記第３方向の両端から前記第１方向に立ち上がる一対の支持板である。

【0010】

本発明の他の実施形態において、前記回動枠部に設けられ、前記回転変位計の前記内側回動軸を中心とした回転角度を検出する第２の回転変位計を備える。

【0011】

本発明の更に他の実施形態において、前記一対の支持部の一方に設けられ、前記回動枠部の前記外側回動軸を中心とした回転角度を検出する第３の回転変位計を備える。

【0012】

本発明の更に他の実施形態において、前記回動枠部は、前記伸縮方向から見て前記第２方向の両側に、前記第３方向に平行な一対の平行枠部を有する。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、変位計測対象物のあらゆる方向への変位量を直線的に安定して正確に計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る変位計測装置を備えた安全性評価用人体ダミーの一部を透過して示す全体的な外観斜視図である。

【図2】同変位計測装置の安全性評価用人体ダミーの体幹骨格部内への配置態様を示す上面図である。

【図3】同変位計測装置の最大伸長時の状態を示す正面図である。

【図4】同変位計測装置を示す上面図である。

【図5】同変位計測装置の一部を断面で示す上面図である。

【図6】図５の一部拡大図である。

【図7】図４のＡ－Ａ´線断面図である。

【図8】図４のＢ－Ｂ´線断面図である。

【図9】図７のＣ－Ｃ´線断面図である。

【図10】同変位計測装置の最大収縮時の状態を示す断面図である。

【図11】同変位計測装置の可動範囲の一例を説明するための図である。

【図12】本発明の第２の実施形態に係る変位計測装置を示す正面図である。

【図13】本発明の第３の実施形態に係る変位計測装置の一部を示す断面図である。

【図14】本発明の第４の実施形態に係る変位計測装置を示す上面図である。

【図15】図１４のＤ－Ｄ´線断面図である。

【図16】本発明の第５の実施形態に係る変位計測装置の一部を断面で示す上面図である。

【図17】同変位計測装置の可動範囲の一例を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態に係る変位計測装置を詳細に説明する。ただし、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。また、以下の実施形態において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、実施形態においては、各構成要素の配置、縮尺及び寸法等が誇張或いは矮小化されて、実際のものとは一致しない状態で示されている場合、並びに一部の構成要素につき記載が省略されて示されている場合がある。なお、以下の実施形態は、本発明に係る変位計測装置を安全性評価用人体ダミーの体幹骨格部の内部に適用することで、安全性評価システムとして構成した場合を例示するものである。

【0016】

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る変位計測装置を備えた安全性評価用人体ダミーの一部を透過して示す全体的な外観斜視図である。図２は、この変位計測装置の安全性評価用人体ダミーの体幹骨格部内への配置態様を示す上面図である。図３は、この変位計測装置の最大伸長時の状態を示す正面図である。

【0017】

また、図４は、この変位計測装置を示す上面図である。図５は、この変位計測装置の一部を断面で示す上面図である。更に、図６は図５の一部拡大図、図７は図４のＡ－Ａ´線断面図、図８は図４のＢ－Ｂ´線断面図、図９は図７のＣ－Ｃ´線断面図である。また、図１０は、この変位計測装置の最大収縮時の状態を示す断面図、図１１は、この変位計測装置の可動範囲の一例を説明するための図である。

【0018】

図１に示すように、安全性評価用人体ダミー（以下、「人体ダミー」と略記する。）１００は、頭部１０１と、体幹部１０２と、一対の腕部１０３と、一対の脚部１０４と、を備えている。頭部１０１は、例えば首骨格部１０５を有する。体幹部１０２には、頭部１０１が設置される。一対の腕部１０３及び一対の脚部１０４は、体幹部１０２にそれぞれ取り付けられる。体幹部１０２は、例えば人体ダミー１００の胸部、胴部及び腰部を構成している。

【0019】

体幹部１０２内には、体幹骨格部１１０が備えられる。体幹骨格部１１０は、例えば着座姿勢或いは立ち姿勢の人体ダミー１００の体幹の骨格に相当する部分を構成し、体幹部１０２内の適正位置に設けられる。また、体幹骨格部１１０は、例えば首骨格部１０５を介して頭部１０１と接続されている。この体幹骨格部１１０は、例えば人体の脊椎に近似する脊椎部１２０及び人体の胸郭に近似する胸郭部１３０を備えている。

【0020】

脊椎部１２０は、例えば複数の椎骨部１２１を有している。胸郭部１３０は、一つの椎骨部１２１に対して人体ダミー１００の左右方向に一組ずつ備えられるように、複数の肋骨部１３１を有している。そして、体幹骨格部１１０の内部には、本発明の第１の実施形態に係る変位計測装置１０が複数設置されている。

【0021】

なお、以下の説明及び図面において、変位計測装置１０のｘ軸方向（ｘ方向）とは、人体ダミー１００に配置された際の上下方向（第３方向）に相当するものとする。また、変位計測装置１０のｙ軸方向（ｙ方向）とは、人体ダミー１００に配置された際の前後方向（第２方向）に相当するものとする。更に、変位計測装置１０のｚ軸方向（ｚ方向）とは、後述する測定子２０の伸縮方向（第１方向）のみならず、人体ダミー１００に配置された際の左右方向（第１方向）に相当するものとする。

【0022】

各変位計測装置１０は、具体的には、図２に示すように、衝突試験等における人体ダミー１００の肋骨部１３１が変形していない状態において、人体ダミー１００の左右方向にそれぞれ測定子２０の軸が配置されるように設置される。これにより、各変位計測装置１０は、人体ダミー１００の左右方向からの衝突等によってもたらされる肋骨部１３１の変形を変位量として計測可能である。

【0023】

また、各変位計測装置１０は、人体ダミー１００の左右方向、並びにこの左右方向を基準として肋骨部１３１の外部からの椎骨部１２１に向かう斜め上下方向及び斜め前後方向を含む各方向からの衝突等によってもたらされる肋骨部１３１の変形を三次元的な変形量として計測可能である。このように、各変位計測装置１０は、上記の各方向にそれぞれ測定子２０が全体的に伸縮可能となる状態で設置されている。

【0024】

すなわち、各変位計測装置１０は、例えば体幹骨格部１１０の中心部を中心として、この中心を通る上記左右方向に沿った椎骨部１２１と左右の各肋骨部１３１との間に、それぞれ変位計測装置１０の基端側及び先端側が取り付けられた状態で配置されている。なお、変位計測装置１０は、図示は省略するが、例えば人体ダミー１００の前後方向からの衝突等によってもたらされる胸郭部１３０の脊椎部１２０に対する変形量を計測可能となるように、この前後方向に測定子２０が全体的に伸縮可能となる状態で別途追加して設置されていても良い。

【0025】

各変位計測装置１０は、図２に示すように、測定子２０と、計測部４０と、を備えて構成されている。測定子２０は、左右方向を含む上記各方向にそれぞれ全体が伸縮可能なテレスコピック構造を有する。計測部４０は、測定子２０の基端側（椎骨部１２１側）に対する先端側（肋骨部１３１側）の変位量を計測する。従って、各変位計測装置１０は、本実施形態では変位計測対象物として、左右に配置された肋骨部１３１の変位量をそれぞれ計測する。

【0026】

図３～図５並びに図７、図８及び図１０に示すように、変位計測装置１０の測定子２０は、全体が伸縮可能となるように、それぞれ径が異なる複数の円筒体２２，２３，２４，２５，２６と、各円筒体２２～２６のうちの最小径の円筒体２２に進退自在に挿入されて先端部２１ｃが肋骨部１３１に取り付けられる円柱状又は円筒状の先端部材２１と、からなる。なお、本実施形態においては、先端部材２１は、例えば自在継手により構成された先端部２１ｃを介して、肋骨部１３１の左右端部内側部分に対して取り付けられている。

【0027】

そして、このように構成された測定子２０は、次のような特徴を備えている。すなわち、測定子２０の各円筒体２２～２６及び先端部材２１は、外側の円筒体２２～２６に対して内側の円筒体２２～２５又は先端部材２１がｚ方向（第１方向）に進退動作する際、その進退動作に連動して回転動作を付与する回転付与機構を有している。

【0028】

この回転付与機構は、複数の円筒体２２～２６に設けられた、ｚ方向に傾斜した溝部３１，３２，３３，３４，３５又はガイド部（図示せず）と、複数の円筒体２２～２６のうちの最大径の円筒体２６を除く円筒体２２～２５及び先端部材２１の外周部に設けられ外側に隣接する円筒体２２～２６の溝部３１～３５又はガイド部に遊嵌する突起部１１，１２，１３，１４，１５又はガイドピン（図示せず）と、を有する。

【0029】

本実施形態においては、回転付与機構は、上記のように、例えばそれぞれ外側に配置される円筒体２２～２６に設けられた傾斜した溝部３１～３５を有するように構成されている。また、回転付与機構は、内側に配置される円筒体２２～２５及び先端部材２１の外周部である外周面２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａから突出するように設けられ、外側に隣接する円筒体２２～２６の溝部３１～３５に対し遊びをもった状態で嵌まる（遊嵌する）突起部１１～１５を有するように構成されている。

【0030】

これら突起部１１～１５は、例えば円筒体２２～２５及び先端部材２１の円周方向に沿って均等配置されている。また、突起部１１～１５は、隣接する円筒体２２～２５同士又は隣接する円筒体２２及び先端部材２１に設けられたものが、ｚ方向から見て円周方向にずれて配置されている。

【0031】

具体的には、突起部１１を例に挙げると、この突起部１１は、例えば図４に示すように、先端部材２１の円周方向に１８０°間隔で２つ設けられている。他の突起部１２～１５も、それぞれ円筒体２２～２５の円周方向に１８０°間隔でそれぞれ２つずつ設けられている。

【0032】

また、隣接する円筒体２２～２５同士に設けられた突起部１２～１５は、ｚ方向から見て円周方向にずれて配置されている。更に、隣接する円筒体２２及び先端部材２１に設けられた突起部１２，１１は、ｚ方向から見て円周方向にずれて配置されている。より具体的には、突起部１１～１５は、ｚ方向から見て円周方向にそれぞれ９０°ずつずれた状態で配置されている。

【0033】

一方、溝部３１～３５は、各円筒体２２～２６の軸（ｚ軸）に対して所定角度、例えば２°～３０°の範囲の角度（本実施形態では、例えば２５°）で傾斜した状態で形成されている。各溝部３１～３５は、例えば各突起部１１～１５に対応する位置にそれぞれ設けられている。

【0034】

各溝部３１～３５は、このように所定角度傾斜した状態でそれぞれ設けられることにより、各突起部１１～１５と共に、外側の円筒体２２～２６に対して内側の円筒体２２～２５又は先端部材２１がｚ方向に進退動作する際に、その進退動作に連動して、外側の各円筒体２２～２６をｚ軸回りに回転動作させる回転付与機構を構成する。

【0035】

なお、各突起部１１～１５及び各溝部３１～３５は、例えば上記のような円周方向に沿って、１２０°間隔で３つ均等配置されたり、それ以上の数設けられたりしても良い。このように円周方向に均等配置することで、測定子２０を伸縮方向（ｚ方向）に伸縮させる力の偏りを極力防ぐことが可能となる。

【0036】

ここで、各溝部３１～３５及び各突起部１１～１５は、より具体的には次のように形成されることが好ましい。ここでは、図６に示すように、突起部１３及び溝部３３を例に挙げて説明するが、他の溝部３１，３２，３４，３５及び突起部１１，１２，１４，１５も同様に形成され得る。

【0037】

溝部３３は、その開口部分の切欠内周面３６が、円筒体２４の内周面２７側から外周面２４ａ側に向けて開口径が広がるようなテーパ状に形成され得る。これに伴い、この溝部３３に遊嵌する突起部１３は、切欠内周面３６に合致するテーパ状の突起外周面１６を有するように形成され得る。

【0038】

なお、図示のように、突起部１３は、例えば円筒体２３の外周面２３ａに対して波ワッシャ１７を介して取付ボルト１８により取り付けられる。取付ボルト１８のヘッド部１８ａと突起部１３との間には、例えば平ワッシャ１７ａが備えられる。このような構造により、形状が合致する溝部３３の切欠内周面３６と突起部１３の突起外周面１６とが、上記進退動作に伴う回転動作時の摺動の際にも、最適な角度及び最適な当接力の下での面接触による遊嵌状態となるよう保たれる。

【0039】

また、図示は省略するが、各突起部１１～１５は、円周方向に均等配置されるのみならず、各溝部３１～３５の長手方向に沿うように、複数設けられていても良い。このようにすれば、測定子２０の伸縮に伴い、先端部材２１及び各円筒体２２～２６が、ｚ軸に対して傾いた状態で進退動作してしまい、伸縮が阻害されてしまうことをより効果的に防止することができる。

【0040】

一方、変位計測装置１０の計測部４０は、矩形板状（例えば、正方形）の取付ベース（取付用基台）４１を有する。この取付ベース４１は、例えば複数形成されたボルト孔４１ａ（図４等参照）に取付ボルト（図示せず）を挿入し、椎骨部１２１に形成されたネジ穴（図示せず）に締結することによって、椎骨部１２１に対して取付固定される。この取付ベース４１には、取付ベース４１のｘ方向の両端から測定子２０の方向（ｚ方向）に向かって立設された一対の支持部である一対の取付プレート（一対の支持板）４１ｂが備えられている。

【0041】

一対の取付プレート４１ｂの間には、例えば測定子２０の伸縮方向（ｚ方向）から見て、円形枠状（円環状）に形成された回動枠部４１ｃが、回動軸（外側回動軸）４１ｄを介して回動可能に取り付けられている。回動枠部４１ｃは、具体的には、ジンバル機構を構成し、回動軸４１ｄを介して、例えば取付ベース４１の主面に平行で、且つｚ方向のｚ軸と直交するｘ軸回りに回動自在に配置されている。また、一対の取付プレート４１ｂのｘ軸方向（第３方向）の一方の外側には、この回動枠部４１ｃの回動軸４１ｄを中心とした回転角度を検出するｘ軸回転変位計（第３の回転変位計）５１が取り付けられている。そして、回動枠部４１ｃは、例えばその外周部の大きさが、取付ベース４１の主面上においてｚ方向に向かう空間領域の内側に収まるような大きさの形状をもって形成されている。

【0042】

一方、回動枠部４１ｃの内側には、例えば測定子２０の基端側に測定子２０と一体的に設けられたｚ軸回転変位計５０が、回動軸（内側回動軸）４１ｆを介して回動可能に取り付けられている。ｚ軸回転変位計５０は、具体的には、円筒形状の外形を有し、例えばｚ軸及びｘ軸とそれぞれ直交するｙ軸回りに回動自在に配置されている。また、回動枠部４１ｃのｙ軸に沿って対向する部分（ｙ軸方向の対向部分）におけるｙ軸方向（第２方向）の一方の外側には、この回動枠部４１ｃを介してｚ軸回転変位計５０から延びた回動軸４１ｆの回転角度、すなわちｚ軸回転変位計５０の回動軸４１ｆを中心とした回転角度を検出するｙ軸回転変位計（第２の回転変位計）５２が取り付けられている。なお、回動枠部４１ｃは、例えばその内周面（及び外周面）が、ｘ軸方向及びｙ軸方向で形成される面におけるｚ軸方向の中心部から、それぞれｚ軸方向の枠端部に向けて傾斜するテーパ面（図示せず）を有するように形成されていても良い。

【0043】

なお、計測部４０において、上述した取付ベース４１及び取付プレート４１ｂ、回動枠部４１ｃ、回動軸４１ｄ、ｚ軸回転変位計５０、並びに回動軸４１ｆの各部で自由度２のジンバル機構が構成されている。また、ｘ軸回転変位計５１及びｙ軸回転変位計５２は、ｘ軸及びｙ軸回りの回転角度をそれぞれ変位計測装置１０全体の傾斜角として検出する傾斜角検出手段を構成する。

【0044】

計測部４０は、図２に示すように、例えばｘ軸回転変位計５１が、人体ダミー１００に配置された際の上下方向（垂直方向）の下側（又は上側）に位置するように、回動軸４１ｄの軸方向が上下方向（垂直方向）となる状態で、取付ベース４１が椎骨部１２１に取り付けられて配置される。これにより、図１１に示すように、回動枠部４１ｃは、ｚ軸に対してそれぞれｘ方向の回動軸４１ｄを回動中心として、例えばｙ方向に±４５°程度の範囲で回動することが可能となる。

【0045】

すなわち、第１の実施形態の変位計測装置１０は、計測部４０の回動枠部４１ｃが、人体ダミー１００の上下方向（ｘ方向）に延びる回動軸４１ｄによって支持されている。このため、人体ダミー１００に対する前後の衝撃に対して、測定子２０の先端部２１ｃが前後方向（ｙ方向）に大きく移動した場合でも、測定子２０が一対の取付プレート４１ｂと物理的に干渉することはない。

【0046】

これにより、測定子２０の先端部２１ｃが取り付けられた人体ダミー１００の胸郭部１３０における各肋骨部１３１が、取付ベース４１が取り付けられた脊椎部１２０における各椎骨部１２１に対して、前後方向（ｙ方向）に大きく変形しても、上記のように測定子２０の前後方向（ｙ方向）における±４５°程度の振れ幅を許容することが可能となる。従って、変位計測装置１０は、特に人体ダミー１００に対する前後方向の変位を、直線的に安定して正確に計測することができる。

【0047】

このように、図２に示した変位計測装置１０の設置態様においては、肋骨部１３１に対する人体ダミー１００の左右方向（ｚ方向）のみならず、前後方向（ｙ方向）、斜め前後方向からの力の入力に対しても、回動枠部４１ｃがフレキシブルに対応して測定子２０が伸縮動作することが可能となる。勿論、測定子２０は、回動軸４１ｆ（図示せず）を中心としてｙ軸回りにも回動可能なので、人体ダミー１００の左右斜め上下方向及び斜め前後方向における上下方向からの力の入力に対してもフレキシブルに伸縮可能である。このように、本実施形態の変位計測装置１０は、測定子２０による計測可能範囲を、従来のものよりもより一層広げて、あらゆる方向からの力の入力に対する変位を正確に計測することが可能となる。

【0048】

また、ｚ軸回転変位計５０は、例えば測定子２０の最大径の円筒体２６の基端側に設けられた回転板２６ｄを介して、測定子２０に一体的に設けられている。このｚ軸回転変位計５０は、その外径が円筒体２６の外径とほぼ同径、又は円筒体２６の外径以下の径となるように構成されていると良い。

【0049】

本実施形態の計測部４０におけるｚ軸回転変位計５０は、例えばポテンショメータにより構成され得る。このようにｚ軸回転変位計５０がポテンショメータにより構成される場合、ポテンショメータの回転シャフト５７（図７～図１０参照）は、ポテンショメータの円筒状の外形の中心軸に沿ってｚ方向（第１方向）に延び、最大径の円筒体２６の軸中心に取り付けられる。

【0050】

具体的には、図９に示すように、回転板２６ｄは、先端部材２１に対する最大径の円筒体２６の基端側に、円筒体２６の外周面２６ａ側から、例えばｘ軸方向に沿ってそれぞれ螺合された一対の止めねじ４１ｅによって取り付けられる。回転板２６ｄを円筒体２６に取り付けたら、ポテンショメータと回転板２６ｄとの間にベアリング５９（図７等参照）を介在させた上で、回転板２６ｄの中心孔２６ｅにネジ山を有する回転シャフト５７を挿入する。

【0051】

その後、ナット５８を回転シャフト５７に取り付けて、ナット５８を締め込むことにより、ポテンショメータと回転板２６ｄとでベアリング５９をｚ方向に挟み込んだ状態となる。このようにして、回転シャフト５７が円筒体２６の軸中心に据えられたｚ軸回転変位計５０が、測定子２０の基端部に一体的に接続されて設けられる。なお、ベアリング５９は、ポテンショメータと測定子２０とを回転自在に連結するものであるが、回転自在な連結構造を可能にする構成のものであれば、これに限定されるものではない。

【0052】

このように、測定子２０に、回転板２６ｄを介して一体的に接続されたｚ軸回転変位計５０は、測定子２０の基端に対する先端の変位量を直線的且つ正確に得るために、測定子２０の伸縮に伴い回転する各円筒体２２～２６のうちの最大径の円筒体２６の回転角度を検出し得る。

【0053】

また、ｚ軸回転変位計５０は、回動枠部４１ｃの内側に配置され、回動枠部４１ｃは、取付ベース４１上の空間領域の内側に収まるように配置されているので、計測部４０の全体的な小型化が可能となる。なお、各回転変位計５０～５２からの出力は、例えば取付ベース４１に設けられた演算手段としてのセンサ回路４２に入力される。センサ回路４２は、計測部４０の設置面積の大きさをなるべく拡大しないように、例えば取付ベース４１の一つの隅部において、一つの取付プレート４１ｂに隣接する主面上に配置されている。

【0054】

なお、特にポテンショメータからなるｚ軸回転変位計５０は、測定子２０の全変位量を表す任意の回転角が、所定の範囲で極力分解能が高くなるような検出信号を出力するように設定されている。センサ回路４２は、肋骨部１３１の変位に伴い検出された最大径の円筒体２６の回転角度を電圧に変換するｚ軸回転変位計５０からの出力値に基づいて、肋骨部１３１のｚ方向の変位量（距離）を算出する。

【0055】

また、センサ回路４２は、ｘ軸回転変位計５１及びｙ軸回転変位計５２からのそれぞれの出力値に基づいて、変位計測装置１０のｘ軸及びｙ軸の傾斜角を算出する。そして、センサ回路４２は、これら複数の回転変位計５０～５２からの出力値に基づいて、肋骨部１３１の三次元的な変位量を算出する。

【0056】

第１の実施形態に係る変位計測装置１０は、以上のような構造により、肋骨部１３１の三次元的な変位量を計測するときに、肋骨部１３１の変位速度に追従して測定子２０が全体的に収縮し得る。また、肋骨部１３１への衝突の力の入力方向が上述した各方向であったとしても、取付ベース４１及び回動枠部４１ｃの脊椎部１２０への取付構造及び配置関係、各突起部１１～１５及び溝部３１～３５による回転付与機構、並びに計測部４０のジンバル機構の作用等により、測定子２０の収縮が妨げられることは皆無である。

【0057】

このため、各肋骨部１３１の三次元的な変位量を直線的に安定して正確に計測することが可能となる。なお、変位計測装置１０は、測定子２０が上記のような回転付与機構を備えたテレスコピック構造からなるため、繰り返し計測に供することが可能である。また、測定子２０及び計測部４０を含む各部の機構自体も簡易な構成であるため、安価に製造することが可能である。

【0058】

また、第１の実施形態によれば、ｚ軸回転変位計５０は、測定子２０の基端部に直接取り付けられているので、ジンバル機構の他の枠部等に設置する場合に比べて、外径を大きくすることができる。例えば、本実施形態のように、ｚ軸回転変位計５０の外径を円筒体２６の外径とほぼ同径となるようにすることができる。この場合には、回転角度に対する周長を長くすることができ、測定精度を向上させることができる。

【0059】

また、第１の実施形態によれば、ｚ軸回転変位計５０が測定子２０の基端部に直接取り付けられているので、測定子２０及び計測部４０のｚ軸回転変位計５０をコンパクトに設計することが可能である。例えば、本実施形態のように、ｚ軸回転変位計５０の外径を円筒体２６の外径以下の径となるようにすることもできる。これにより、変位計測装置１０は、例えば、胸郭部１３０の内側スペースよりも、より狭い設置スペースにおける三次元的な変位量の計測等に用いることも可能となる。

【0060】

更に、第１の実施形態によれば、ｚ軸回転変位計５０が測定子２０の基端部に直接取り付けられて、取付ベース４１の主面上の空間領域の内側に収まる円環状の回動枠部４１ｃの内側に設けられているので、計測部４０をコンパクトに設計することが可能である。これにより、変位計測装置１０は、上記のようなより狭い設置スペースへの配置が容易な構造を備える。

【0061】

［第２の実施形態］
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る変位計測装置を示す正面図である。なお、図１２を含む以降の説明においては、第１の実施形態と同一の構成要素に関しては同一の符号を付しているので、以下では重複する説明は省略する。

【0062】

図１２に示すように、第２の実施形態に係る変位計測装置１０Ａは、測定子２０及び計測部４０の各部の構成は、第１の実施形態の変位計測装置１０と同様であるが、計測部４０において、ｚ軸回転変位計５０と共に、更に測定子２０に可変抵抗器６０が設けられた点が、第１の実施形態とは相違している。これにより、変位量を直線的に安定して正確に計測することについて、ｚ軸回転変位計５０の出力と可変抵抗器６０の出力とを利用することで、より高い精度を期すことが可能となる。

【0063】

ここで、可変抵抗器６０は、例えば測定子２０の先端部材２１に対する最大径の円筒体２６と、その一つ内側の円筒体２５とのｚ方向の変位を検出し得る。可変抵抗器６０は、具体的には、円筒体２５の外周面２５ａ上に設けられた摺動子６１と、円筒体２６の内周面２７上に設けられた抵抗体６２と、から構成される。なお、図１２中の円筒体２５及び円筒体２６に跨がる曲線は、曲線により区分けされた部分が、装置全体の断面とは異なる部分断面を表すことを示している。

【0064】

このように構成された可変抵抗器６０からの出力値は、上述したようにｚ軸回転変位計５０の出力値と共にセンサ回路４２に入力され、これに基づき肋骨部１３１のｚ方向の変位量（距離）が算出される。なお、センサ回路４２では、例えば入力した出力値に基づき、円筒体２２～２６の段数を係数として利用し、これに乗した結果により、先端部材２１のｚ方向への移動距離を求めて肋骨部１３１の変位量を算出するようにしても良い。このような構成によっても、第１の実施形態と同様の作用効果を奏することが可能である。

【0065】

なお、第２の実施形態に係る変位計測装置１０Ａも、上述したようにｚ軸回転変位計５０が測定子２０に一体的に設けられており、例えば、ポテンショメータにより構成されていて、回動枠部４１ｃの内側に配置されている。このため、ｚ軸回転変位計５０の全体及び計測部４０の小型化を図りつつ、抵抗体に対してワイパー（摺動子）の位置を動かす回転体の直径を、ｚ軸回転変位計５０の内部で比較的大きく取ることが可能となる。これにより、小型化及び設置スペースの削減が可能にも拘わらず、ｚ軸回転変位計５０の分解能を求められる性能に維持或いはその向上を図ることが可能である。

【0066】

［第３の実施形態］
図１３は、本発明の第３の実施形態に係る変位計測装置の一部を示す断面図である。
図１３に示すように、第３の実施形態に係る変位計測装置１０Ｂは、ｚ軸回転変位計５０が回転板２６ｄを介して測定子２０に一体的に接続されている点は、上述した第１及び第２の実施形態の変位測定装置１０，１０Ａと同様であるが、ｚ軸回転変位計５０に別部材からなる回動軸（内側回動軸）４１ｆが取り付けられた点が、第１及び第２の実施形態とは相違している。

【0067】

すなわち、図１３に示すように、別部材からなる回動軸４１ｆは、ｚ軸回転変位計５０のｙ軸方向（第２方向）の所定箇所に、ｙ軸方向に沿って設けられた一対の差込孔５０ｂにそれぞれ差し込まれる。回動軸４１ｆは、差込孔５０ｂに差し込まれる際に、ｚ軸回転変位計５０側から順に、スラストワッシャ５２ｄ、ｙ軸回転変位計５２の筐体５２ａ及びベアリング５２ｂを介して差し込まれる。

【0068】

回動軸４１ｆの一方の端部に近い所定箇所には、ｚ軸方向（第１方向）に貫通する穴部４１ｆａが備えられている。穴部４１ｆａは、ｚ軸回転変位計５０にｚ軸方向に延びるように設けられた固定孔５０ｄと連通する。この固定孔５０ｄに、ｚ軸回転変位計５０の下方側から固定ねじ５０ｃを螺合することにより、固定ねじ５０ｃの少なくとも先端部が回動軸４１ｆの穴部４１ｆａにねじ止めされる。

【0069】

これにより、差込孔５０ｂに差し込まれた回動軸４１ｆが、ｚ軸回転変位計５０に対して固定される。なお、回動軸４１ｆの他方の端部側には、ｙ軸回転変位計５２の変位計測軸５２ｅのＩ字状先端部が嵌合するスリット部４１ｆｂが設けられている。このような嵌合構造によれば、ｙ軸回転変位計５２の原点位置を調整しやすい。

【0070】

このような構成によっても、第１及び第２の実施形態と同様の作用効果を奏することができると共に、ｚ軸回転変位計５０の外径に対してポテンショメータの回転体５０ａの直径を大きく取ることができる。これにより、第１及び第２の実施形態と同様に、ｚ軸回転変位計５０の分解能を求められる性能に維持或いはその向上を図ることが可能である。

【0071】

［第４の実施形態］
図１４は、本発明の第４の実施形態に係る変位計測装置を示す上面図である。図１５は、図１４のＤ－Ｄ´線断面図である。
図１４に示すように、第４の実施形態に係る変位計測装置１０Ｃは、測定子２０及び計測部４０を備える点は、第１～第３の実施形態の変位計測装置１０～１０Ｂと同様であるが、ｚ軸回転変位計５０を内側に備える回動枠部４１ｃが、伸縮方向（ｚ方向）から見てｙ方向（第２方向）の両側に、ｘ方向（第３方向）に平行な平行枠部４１ｃａを有する点が、第１～第３の実施形態とは相違している。

【0072】

このようにすれば、図１５に示すように、回動枠部４１ｃにおいて、ｙ軸方向の距離を、平行枠部４１ｃａ間の距離Ｗａのようにより狭めることができると共に、取付プレート４１ｂの主面から回動枠部４１ｃまでのｚ方向の距離Ｈａをより短く構成することが可能となる。これにより、第１～第３の実施形態と同様の作用効果を奏することができると共に、更なる小型化及び設置スペースの削減が可能になる。

【0073】

［第５の実施形態］
図１６は、本発明の第５の実施形態に係る変位計測装置の一部を断面で示す上面図である。図１７は、変位計測装置の可動範囲の一例を説明するための図である。
図１６に示すように、第５の実施形態に係る変位計測装置１０Ｄは、測定子２０及び計測部４０を備える点は、第１～第３の実施形態の変位計測装置１０～１０Ｂと同様であるが、ｚ軸回転変位計５０を内側に備える回動枠部４１ｃの内側に、ｙ軸回転変位計５２が設けられている点が、第１～第３の実施形態とは相違している。

【0074】

ｙ軸回転変位計５２は、ｚ軸回転変位計５０のｙ軸方向の一方の外形に形成された、ｙ軸回転変位計５２の筐体５２ａの形状に合わせた凹み等からなる取付部（図示せず）に取り付けられている。ｙ軸回転変位計５２の変位計測軸５２ｅは、回動軸４１ｆの外周面側を覆うような円筒状に形成され、回動枠部４１ｃに一体的に取り付けられている。

【0075】

このような構成によっても、第１～第３の実施形態の変位計測装置１０～１０Ｂと同様の作用効果を奏することができると共に、回動枠部４１ｃのｙ軸方向の外側にｙ軸回転変位計５２のような障害物がない構造とすることができる。このため、図１７に示すように、回動枠部４１ｃは、ｚ軸に対してそれぞれｘ方向の回動軸４１ｄを回動中心として、例えばｙ方向に±４５°の範囲か、ｙ軸回転変位計５２がない分だけ＋又は－の方へそれ以上の範囲で回動することが可能となる。

【0076】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【0077】

例えば、上記の実施形態では、変位計測装置１０，１０Ａの測定子２０の基端に対する先端の変位量を、変位計測装置１０ではｚ軸回転変位計５０によって、また変位計測装置１０Ａではｚ軸回転変位計５０及び可変抵抗器６０を用いて、それぞれ検出することができるものとしたが、これに限定されるものではない。

【0078】

例えば、ｚ軸回転変位計５０の代わりに可変抵抗器６０のみを備えるように、変位計測装置１０，１０Ａを構成するようにしても良い。この場合でも、測定子２０の伸縮に伴って測定子２０の基端側が回転付与機構によって回転する。従って、可変抵抗器６０をｚ軸回転変位計５０と同様に回転板２６ｄを介して接続し、円筒体２６の回転変位を抵抗値の変化として検出して出力可能な構成とすれば、直線動作のみでの計測よりも、軋みや歪みなどの影響が出にくくなり、より正確な測定が可能になる。

【0079】

また、回転付与機構は、溝部３１～３５が円筒体２２～２６に対して螺旋状（スパイラル、ヘリカル）に形成されていたり、突起部１１～１５と溝部３１～３５との形成位置関係が、上記の例と反対であったりしても良い。更に、上述した実施形態における突起部１１～１５及び溝部３１～３５の形状は、遊嵌状態を維持可能な形状であればその他の種々の態様を採用し得る。

【0080】

また、測定子２０の基端部に設けられたｚ軸回転変位計５０は、例えば、最大径の円筒体２６が基端側が閉塞された円筒体で構成される場合は、上述した回転板２６ｄを介さずに、回転シャフト５７をナット５８で円筒体２６の閉塞部分に直付けすることで、一体的に構成されても良い。

【符号の説明】

【0081】

１０，１０Ａ～１０Ｄ 変位計測装置
１１～１５ 突起部
１６ 突起外周面
２０ 測定子
２１ 先端部材
２１ａ 外周面
２１ｃ 先端部
２２～２６ 円筒体
２２ａ～２６ａ 外周面
２６ｄ 回転板
２７ 内周面
３１～３５ 溝部
３６ 切欠内周面
４０ 計測部
４１ 取付ベース
４１ｃ 回動枠部
４１ｅ 止めねじ
４２ センサ回路
５０ ｚ軸回転変位計
５１ ｘ軸回転変位計
５２ ｙ軸回転変位計
５７ 回転シャフト
５８ ナット
５９ ベアリング
６０ 可変抵抗器
６１ 摺動子
６２ 抵抗体
１００ 安全性評価用人体ダミー
１０２ 体幹部
１１０ 体幹骨格部
１２０ 脊椎部
１２１ 椎骨部
１３０ 胸郭部
１３１ 肋骨部

【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13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】