JPS6345218B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、リハビリテーシヨン等の分野におい
て歩行解析のため歩行時の床反力を測定するのに
用いる歩行解析用フオースプレートに関するもの
である。

リハビリテーシヨンの分野では、歩行障害の程
度の診断、歩行障害者用補装具の設計と評価、お
よび整形外科的手術前後における改善の程度判定
等のためにフオースプレートを用いた歩行解析が
広く行われている。

従来のこの種のフオースプレートは、例えば歩
行台の左右、前後、上下方向（以下これらの方向
を便宜上ｘ、ｙ、ｚ軸方向とする。）の互いに直
交する３軸方向の力を検出する３個１組のロード
セルを４組使用し、歩行台の四隅をこの４組のロ
ードセルを介して支持するものであるが、更に具
体的には、各ロードセルの一端は、歩行台外側近
傍の固定台部分に固定され、他端は伝達棒を介し
て歩行台に連結された構成となつている。このよ
うに構成された従来のフオースプレートは、各軸
方向に独立したロードセルと伝達棒を用いて荷重
軸と直交する軸方向力には不感となし、且つ歩行
台の肉厚を大きくし剛性を高めて干渉特性を改善
しており、現状において、最も精度が高いものと
されている。

しかしながら、この従来のフオースプレート
は、合計12個のロードセルを各別に歩行台および
固定台間に装着するため、構造が複雑で組立調整
にも多くの時間を要し、またロードセルを支持す
る固定台の構造も複雑となり従つて、高価であ
り、更には、大重量（200Kgを超える）のため固
有振動数が低くまた簡単に設置できないという難
点があつた。

また、従来のフオースプレートの他の例とし
て、固定台の四隅に設けられた柱に三分力を検出
し得るようにひずみゲージを装着しこの柱の上に
歩行台を載置したものがある。

しかしながら、この後者のフオースプレート
は、ひずみゲージのミスアライメントその他の理
由で干渉が大きくまた、比較的大きな重量をもつ
歩行台を支えた場合、柱と歩行台および歩行者の
体重により形成される振動系の固有振動数が低下
し、従つて応答周波数帯が狭い、など実用上の難
点があり、現在殆んど採用されなくなつている。

更にまた、従来、歩行時の床反力を簡易に測定
すべく、各種の試みがなされ、例えば、靴の底に
小型のロードセルを取付けたり、また加速度計を
身体の一部に固定し加速度の大きさにより身体各
部の動きを検出し歩行解析同様の有意なデータを
得ようとする試みもなされているが、この例の場
合、歩行時に長いコードをひきずらなければなら
ず、またコードレスにするにはテレメータ装置を
使用しなければならない、という難点がある。

上述したフオースプレートによる歩行解析法は
歴史も長く、現在ではコンピユータの普及で歩行
による反力等の評価法も確立され定着されてきて
いるので、フオースプレートの改良によつて前記
の欠点を解消できれば、より普及し医療分野にお
いて大いに寄与するであろうことは明白である。

本発明は、上述した従来の難点に鑑みなされた
もので、本出願人が既に特願昭56−76677号とし
て出願している三分力検出器を有効に利用して、
構成を簡単化し、設置調整の工数を削減化し、コ
ストを低減化し、小型軽量化し得ると共に干渉特
性と応答性を向上させ得る歩行解析用フオースプ
レートを提供することを目的としている。

以下添付図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳述する。

第１図は、本発明の概略的構成例を示す斜視図
である。

第１図において、１はフオースプレートであ
り、歩行台２の四隅が三分力検出器３を介して、
固定台４上に載置固定された構成となつている。
この実施例の場合歩行台２と固定台４とは、ほぼ
同一構造にすることができ、構成も極めて簡単
で、大幅なコストダウンが実現でき、また重量も
軽減でき、また、後述するように本質的に干渉特
性の優れた三分力検出器を用いることによりある
程度干渉特性の優れたフオースプレートを得るこ
とができる。

上記三分力検出器３は、歩行台２上を被測定対
象者が歩行するとき、歩行台２に生ずる左右、前
後および上下の各方向の力Fx，FyおよびFzをそ
れぞれ検出して測定するものである。この三分力
検出器３については、上記したように既に特願昭
56−76677号にて提案済であるのでここではその
基本的構成について、説明する。

第２図は、本発明に係るフオースプレートに用
いられる三分力検出器３および取付部の一実施例
の構成を示す正面図である。

第２図において三分力検出器３は力Fx，Fy，
Fzをそれぞれ検出する左右一組の分力検出部５
XAおよび５XB，５YAおよび５YB，５ZAおよ
び５ZBを有している。これら３つの分力検出部
は歩行台２と固定台４に連結される上下の連結端
部６，７の間に一体に連設された３組の四角柱状
の検出脚部８XAおよび８XB，８YAおよび８
YB，８ZAおよび８ZBに設けられている。

分力検出部５YAおよび５YBはそれぞれ、ｚ
軸方向に延長する第３の検出脚部８YAおよび８
YBをＸ軸方向に両面側から座ぐりによつて円穴
を穿設しそのほぼ中央部にｙ−ｚ平面内を延長す
る十分に厚味の薄い仕切り板部でなる起歪部９
YAおよび９YBを残す深さまで両面側から削り
取られ、それぞれの一面（又は両面）にひずみゲ
ージ１０YAおよび１０YBを接着し、かくして
第３の検出脚部８YAおよび８YBの下端部を固
定した状態で上部連結端部６がｙ−ｚ平面内をｙ
軸方向に押しやられたときに起歪部９YAおよび
９YBにその板面方向に沿つた方向（ｙ軸方向）
の剪断応力が生じ、この剪断応力をひずみゲージ
１０YAおよび１０YBにより検出可能としたも
のである。

ひずみゲージ１０YAおよび１０YBは互いに
90゜の角度で交差するように重ね合された４つの
検出素子でなり、これらの素子でブリツジ回路を
構成したものであり、各検出素子がｙ軸方向に対
して45゜だけ傾いた方向に向くように起歪部９YA
および９YBに接着されている。

分力検出部５ZAおよび５ZBはそれぞれ分力検
出部５YAおよび５YBにつき述べたと同様にｘ
軸方向に延長する第２の検出脚部８ZAおよび８
ZBのｙ軸方向厚みのほぼ中央部にｚ−ｘ平面内
を延長する起歪部９ZAおよび９ZBを形成し、そ
れぞれの一面（又は両面）にひずみゲージ１０
ZAおよび１０ZBを接着し、かくして第２の検出
脚部８ZAおよび８ZBの一端を固定した状態で他
端がｚ軸方向に押しやられたときに起歪部９ZA
および９ZBにその板面方向に沿つた方向（ｚ方
向）の剪断応力が生じ、この剪断応力をひずみゲ
ージ１０ZAおよび１０ZBによつて検出可能とし
たものである。ひずみゲージ１０ZAおよび１０
ZBはひずみゲージ１０YAおよび１０YBにつき
述べたと同様に４つの検出素子からなり、これら
の検出素子によつてブリツジ回路を構成したもの
であり各検出素子がｚ軸方向に対して45゜だけ傾
いた方向に向くよう起歪部９ZAおよび９ZBに接
着されている。

分力検出部５XAおよび５XBはそれぞれ分力
検出部５YAおよび５YBにつき述べたと同様に、
ｚ軸方向に延長する第１の検出脚部８XAおよび
８XBのｙ軸方向厚みのほぼ中央部にｚ−ｘ平面
内を延長する起歪部９XAおよび９XBを形成し、
それぞれの一面（又は両面）にひずみゲージ１０
XAおよび１０XBを接着し、かくして第１の検
出脚部８XAの下端を固定した状態で上端がｘ軸
方向に押しやられたときに起歪部９XAおよび９
XBにその板面方向に沿つた方向（ｘ方向）の剪
断応力が生じ、この剪断応力をひずみゲージ１０
XAおよび１０XBによつて検出可能としたもの
である。ひずみゲージ１０XAおよび１０XBは
ひずみゲージ１０YAおよび１０YBにつき述べ
たと同様に４つの検出素子からなり、これらの検
出素子によつてブリツジ回路を構成したものであ
り各検出素子がｚ軸方向に対して45゜だけ傾いた
方向に向くよう起歪部９XAおよび９XBに接着
されている。

この三分力検出器３は第１の検出脚部８XAお
よび８XBをｘ軸方向に沿う四角柱状の結合部１
１によつて連結し、この結合部１１の上側面から
上方に延長する上部連結端部６を中心として左右
対称となつており、第３の検出脚部８YAおよび
８YBの下端が下部連結端部７とされ、ボルトに
より固定台４上面に固定されると共に第２の検出
脚部８ZA，８ZBは、その両端部においてそれぞ
れ第１の検出脚部８XA，８XBおよび第３の検
出脚部８YA，８YBに一体に連接されている。

この第２図におけるフオースプレートは、連結
端部６の上端を除く部分全体が防湿ケース１２内
に納められている。この場合、歩行台２から三分
力検出器３に力Fx，Fy，Fzが伝達される際、そ
の力の伝達をこの防湿ケースが阻止しないように
防湿ケース１２の一部を第２図に示す如くベロー
状にしておくことが好ましい。防湿ケース１２は
ひずみゲージ１０XA，１０XB，１０YA，１０
YB，１０ZA，１０ZBを信頼性確保（吸湿によ
る性能劣化の防止）のため外気から遮断するため
のものである。尚、各ひずみゲージの防湿処理は
防湿ケース１２内に収納することで完全となるが
フオースプレートは室内で使用されるので各ひず
みゲージ毎に行なうゴム系のコーテイング等によ
るだけでも充分である。

第３図は本発明のフオースプレートの要部構成
を一部断面にて示す拡大側面図、第４図は第３図
のＡ−Ａ線矢視断面図である。図において歩行台
２の四隅下部にはそれぞれｘ−ｙ面、ｙ−ｚ面ｚ
−ｘ面に沿う直交した３壁１３ａ，１３ｂ，１３
ｃからなる取付部材１３が、ｘ−ｙ面に沿う取付
壁１３ａと歩行台２のボルト締結により装着され
ている。そして、ｘ−ｙ面、ｙ−ｚ面、ｚ−ｘ面
に沿う取付壁１３ａ，１３ｂ，１３ｃにはそれぞ
れ、弾性を有し、かつ互いに一点で直交するｚ軸
方向、ｘ軸方向、ｙ軸方向に沿う伝達棒１６，１
４，１５が取付けられており、これら３本の伝達
棒１６，１４，１５は前記三分力検出器３の上部
連結端部６上端に連結されている。

以上のようなフオースプレートの上つまり歩行
台２上をｘ軸方向に人が歩くとき歩行台２に作用
する力Ｆのｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の分力
Fx，Fy，Fzにより、歩行台２を四隅で伝達棒１
４，１５，１６を介して支持する各三分力検出器
３の第１，第２および第３の検出脚部に設けた起
歪部にそれぞれｘ，ｙ，ｚ軸方向の剪断応力を顕
著に発生させ、それぞれのひずみゲージから、
ｘ，ｙ，ｚ軸方向の三分力検出出力をほとんど干
渉させずに測定できる。このことを次に説明す
る。

(1) 三分力検出器３の機能（応答性と干渉特性） 例えばｚ軸方向の力Fzに対しては同方向に沿
う第１，第３の検出脚部８XAおよび８XB，８
YAおよび８YBが十分な剛性を有し、力Fzで生
じる曲げに対しては結合部１１と第１の検出脚部
８XAおよび８XB間及び各検出脚部間の連結部
とｘ軸方向に沿う第２の検出脚部８ZAおよび８
ZBとが十分な剛性を有する。この第２の検出脚
部８ZAおよび８ZBにはひずみゲージ１０ZAお
よび１０ZBが接着された起歪部９ZAおよび９
ZBを断面Ｉ状となした分力検出部５ZAおよび５
ZBが設けられている。

従つて、起歪部９ZAおよび９ZBに力Fzにより
剪断応力を集中的に生じさせることができ、最大
剪断応力が発生しかつ曲げ応力が生じない起歪部
９ZAおよび９ZBのＺ軸方向中心位置にひずみゲ
ージ１０ZAおよび１０ZBを配設しておけば、曲
げモーメントの影響を無視できるから、剪断応力
だけに基き力Fzに応じた検出出力をひずみゲー
ジ１０ZAおよび１０ZBから得ることができる。

分力検出部５ZAおよび５ZBにはｘ軸方向の力
Fxによつて曲げ、引張り又は圧縮が働き、また
ｙ軸方向の力Fyによつてねじり、曲げが働くが、
前述した通り分力検出部５ZAおよび５ZBは断面
Ｉ状をなしており、その形状効果即ち上下のフラ
ンジ部による補強効果により、起歪部９ZAおよ
び９ZBに前記曲げ、ねじり、引張り又は圧縮に
よつて変形歪が発生することが防止軽減されてい
る。

従つて、ひずみゲージ１０ZAおよび１０ZBの
検出出力に力Fx，Fyがそれほど影響せず干渉特
性を１％程度に抑えることができる。

以上分力検出部５ZAおよび５ZBにつき代表さ
せて説明したように、この三分力検出器３は作用
力Ｆの分力Fx，Fy，Fzに対応してそれぞれ起歪
部９XAおよび９XB，９YAおよび９YB，９ZA
および９ZBに剪断応力を顕著に生じさせると共
に、他分力による変形歪の発生は抑制するように
したから、比較的小さい作用力でかつ小さい変形
量で応動して、ひずみゲージ１０XAおよび１０
XB，１０YAおよび１０YB，１０ZAおよび１
０ZBにより検出出力を精度良く得ることができ
固有振動数が高く干渉特性も非常に良好である。
また干渉特性は各分力検出部の小型化により即ち
起歪部の中心位置に、より小型のひずみゲージを
配することによりさらに改善できそれだけ補正が
不要となる点で演算器の負担を軽減できる。また
防湿処理（防湿ケース１２等による全体カバー又
はゴムコーテイング等による部分シール）により
長期に亘る性能の安定性が容易に確保でき、その
信頼性は極めて高い。さらに三分力検出器３を小
型化して軽量化することができ、その設置調整を
容易化できる。

(2) 伝達棒１４，１５，１６，の機能 ところで、第１図に示す実施例について上述し
たように三分力検出器３の上部連結端部６を歩行
台２に直結し、歩行台２と固定台４とで三分力検
出器３をサンドイツチにした場合には最も簡易な
フオースプレートが得られる。しかしながらこの
フオースプレートでは若干、干渉特性が悪化す
る。即ち、歩行台２は現実的には完全剛体に製作
することはできず必ず撓みが生じ、この撓みが三
分力検出器３の上部連結端部６に曲げモーメント
を生ぜしめ、その干渉特性を悪化させるのであ
る。そこで三分力検出器３の干渉特性を十分に発
揮させるため歩行台２と三分力検出器３の上部連
結端部６との連結にヒンジを使用することも考え
られるが、ヒンジは必ず摩擦部分をもつものであ
り、この部分が干渉特性に及ぼす影響を無視する
ことはできない。このことを考慮して、本発明で
は弾性を有する伝達棒１４，１５，１６を使用し
たものである。

従つて歩行台２に撓みが生じてもｘ，ｙ，ｚ軸
方向に沿う伝達棒１４，１５，１６がそれぞれ曲
がつて三分力検出器３の上部連結端部６に曲げモ
ーメントを与えず、同方向の力Fx，Fy，Fzのみ
を有効に伝達できる。換言すれば、弾性を有する
伝達棒１４，１５，１６の使用により歩行台２が
撓んでも三分力検出器３の干渉特性を損わずに済
み、このため歩行台２を薄肉にして軽量化し固有
振動数を高め、これにより応答性を改善すること
が可能となる。

尚、三分力検出器３は上部連結端部６と下部連
結端部７との間に第１，第２，第３の検出脚部８
XAおよび８XB，８ZAおよび８ZB，８YAおよ
び８YBを力伝達方向に順次連設したが、その一
体連続性がある限りそれぞれの分力検出部は機能
するから、検出脚部の順位を変更した形の種々の
三分力検出器を上記した三分力検出器３に代え用
いてもよい。例えば第５図に示される三分力検出
器３′は力伝達方向に順次第１，第３，第２の検
出脚部８XAと８XB，８YAと８YB，８ZAと８
ZBを力伝達方向に順次連接したものであり、こ
のような構成にすれば、上、下の連結端部６，７
を上下相対応した位置に配して前記三分力検出器
３よりコンパクトにできる利点がある。この他、
本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可
能であることは勿論である。例えば前記実施例で
はｘ軸方向は歩行台２の左右方向であつたが、前
後方向であつてもよい。この場合三分力検出器３
又は３′の向きが歩行台２に対して90゜変るだけで
機能的には、ほぼ同様である。

以上詳述したように本発明によれば、歩行台に
作用する力のｘ軸，ｙ軸，ｚ軸方向の３分力を計
４個の干渉特性の優れた三分力検出器により精度
よく測定でき、特に三分力検出器を弾性を有する
伝達棒により歩行台に取付けたので歩行台の撓み
による曲げモーメントが三分力検出器には伝達さ
れず、三分力検出器の干渉特性を損わずに歩行台
を薄肉、軽量化できる。従つて、フオースプレー
トの固有振動数を高めることができ、より微妙な
歩行状態の変化を観測することができる。

また、三分力検出器自体小型軽量であり、歩行
台の軽量化と相挨つて、従来のものに比べ大幅に
軽量化が可能となるため、運搬、設置が簡易とな
る。

更にまた、三分力検出器の伝達棒を介しての歩
行台への取付けおよび固定台への取付け構造も簡
単であるため組立・調整も簡易で安価なフオース
プレートを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のフオースプレートの概略的
構成を示す斜視図、第２図は本発明のフオースプ
レートに使用する三分力検出器および取付部の他
の実施例の構成を示す正面図、第３図は、本発明
のフオースプレートの要部構成を一部断面にて示
す拡大側面図、第４図は第２図のＡ−Ａ線矢視方
向断面図、第５図は、三分力検出器の他の例を示
す正面図である。 １……フオースプレート、２……歩行台、３，
３′……三分力検出器、４……固定台、５XA，
５XB，５YA，５YB，５ZA，５ZB……分力検
出部、６……上部連結端部、７……下部連結端
部、８XA，８XB，８YA，８YB，８ZA，８
ZB……検出脚部、９XA，９XB，９YA，９
YB，９ZA，９ZB……起歪部、１０XA，１０
XB，１０YA，１０YB，１０ZA，１０ZB……
ひずみゲージ、１１……結合部、１２……防湿ケ
ース、１３……取付部材、１４，１５，１６……
伝達棒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 歩行台の四隅を三分力検出器を介して固定台
   上に支持してなり、前記三分力検出器は、上下の
   連結端部間にｚ軸方向（歩行台の上下方向）に沿
   う第１、第３の検出脚部と、ｘ軸方向（歩行台の
   左右又は前後方向）に沿う第２の検出脚部とを一
   体に連設し、これら第１、第２、第３の検出脚部
   にそれぞれｚ−ｘ平面、ｚ−ｘ平面、ｙ−ｚ平面
   内を延長するようなｘ軸方向、ｚ軸方向、ｙ軸方
   向の各分力検出用の起歪部を形成し、これら第
   １、第２、第３の起歪部にひずみゲージを添着し
   て構成し、前記三分力検出器の上部連結端部と歩
   行台とは弾性を有するｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸
   方向に沿う伝達棒により連結したことを特徴とす
   る歩行解析用フオースプレート。