慣性乗積計測装置及び慣性乗積計測方法

【課題】慣性乗積を求める慣性乗積計測装置及び慣性乗積計測方法を提供する。
【解決手段】架台１２と、架台１２を水平角０°方向に沿って揺動させる転動子１４と、架台１２に対して回動可能に設けられ、被計測体２００を載せ置くターンテーブル１０ａを備えた載置台１０を有する慣性乗積計測装置において、ターンテーブル１０ａを回転させ、水平角０°とは異なる第１水平角αと第２水平角（９０°−α）に被計測体２００を設定し、被計測体２００を第１水平角αの方向に設定した状態で架台１２を揺動させて得られる第１揺動周期と、被計測体２００を第２水平角（９０°−α）の方向に設定した状態で架台１２を揺動させて得られる第２揺動周期とを計測し、第１揺動周期及び第２揺動周期から被計測体２００の慣性乗積を導出する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、模型船等の被計測体について慣性乗積の計測を行う慣性乗積計測装置及び慣性乗積計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶や車両等の物体の運動特性を把握するために、物体の重心位置、慣性モーメント、慣性乗積等のパラメータを正確に計測することが重要である。そこで、船舶や車両等の模型を被計測体として重心位置、慣性モーメント及び慣性乗積を計測できる装置及び方法が必要とされている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、四輪車の車軸の４端部を同一水平面となるように配置し、４端部と基準点との距離及び４端部にかかる車体の荷重を計測すると共に、車体の対角線を軸として車体を傾斜させた際の傾斜角と４端部にかかる車体の荷重を計測し、これらの計測データに基づいて車体の重心位置、慣性モーメント及び慣性乗積を演算する技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、支持軸体を介して両端部が揺動自在となるように架台を支持し、その架台上に被計測体を載せ置いて、架台の傾斜角度及び揺動周期を計測し、その計測値から慣動半径を求める技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、模型船等の被計測体について慣動半径を測定する際に、台座上の被計測体の向きを固定して測定を行うことを可能とした転動子を用いた慣動半径測定装置に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２６５４３３号公報
【特許文献２】特開平１０−１３２６９９号公報
【特許文献３】特開２００８−５８１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１では、慣性乗積を求めるために四輪車の車軸の４端部を支持する大掛かりな計測装置が必要であり、より簡易な装置構成で慣性乗積を求めることができる計測装置が望まれている。また、車軸を持たない被計測体についてはどのように慣性乗積を求めるのか開示されていない。また、上記特許文献２及び３では、慣性乗積を求める手段自体が開示されていない。
【０００８】
本発明は、上記の課題を鑑み、簡易な装置構成により慣性乗積を求めることを可能とした慣性乗積計測装置及び慣性乗積計測方法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】
【０００９】
請求項１に対応した慣性乗積計測装置は、架台と、前記架台を水平角０°方向に沿って揺動させる揺動手段と、前記架台上に前記架台に対して回動可能に設けられ、被計測体を載せ置く載置台と、前記載置台を回転させ、水平角０°とは異なる第１水平角αと第２水平角（９０°−α）に前記被計測体を設定する水平角設定手段と、を備え、前記被計測体を前記第１水平角αの方向に設定した状態で前記架台を揺動させて得られる第１揺動周期と、前記被計測体を前記第２水平角（９０°−α）の方向に設定した状態で前記架台を揺動させて得られる第２揺動周期と、を計測し、前記第１揺動周期及び前記第２揺動周期から前記被計測体の慣性乗積を導出可能としたことを特徴とする。これにより、簡易な装置構成によって、被計測体の慣性乗積を正確に求めることができる。
【００１０】
請求項２に対応した慣性乗積計測装置は、前記載置台を前記架台に対して回転揺動させる回動手段をさらに備え、前記被計測体を前記水平角０°かつ前記被計測体を前記水平角０°方向からみて仰角β、に設定し、前記揺動手段によって前記被計測体を揺動させて得られる第３揺動周期と、前記回動手段によって前記被計測体を回転揺動させて得られる第４揺動周期と、を計測し、又は、前記被計測体を前記水平角０°かつ前記被計測体を前記水平角９０°方向からみて仰角β、に設定し、前記揺動手段によって前記被計測体を揺動させて得られる第３揺動周期と、前記回動手段によって前記被計測体を回転揺動させて得られる第４揺動周期と、を計測し、前記第３揺動周期及び前記第４揺動周期から前記被計測体の慣性乗積を導出可能とすることが好適である。これにより、簡易な装置構成によって、被計測体の別方向の慣性乗積を正確に求めることができる。
【００１１】
請求項３に対応した慣性乗積計測装置は、前記載置台を前記架台に対して回転揺動させる回動手段をさらに備え、前記被計測体を水平角９０°かつ前記被計測体を前記水平角０°方向からみて仰角γに設定し、前記揺動手段によって前記被計測体を揺動させて得られる第５揺動周期と、前記回動手段によって前記被計測体を回転揺動させて得られる第６揺動周期と、を計測し、又は、前記被計測体を水平角９０°かつ前記被計測体を前記水平角９０°方向からみて仰角γに設定し、前記揺動手段によって前記被計測体を揺動させて得られる第５揺動周期と、前記回動手段によって前記被計測体を回転揺動させて得られる第６揺動周期と、を計測し、前記第５揺動周期及び前記第６揺動周期から前記被計測体の慣性乗積を導出可能とすることが好適である。これにより、簡易な装置構成によって、被計測体の別方向の慣性乗積を正確に求めることができる。
【００１２】
請求項４に対応した慣性乗積計測装置は、前記揺動手段が、前記水平角０°に沿って転動可能とする円弧状の転動面を有する転動子を含んで構成されることが好適である。転動子を用いることにより、慣性乗積計測装置の構成をより簡易化することができる。
【００１３】
請求項５に対応した慣性乗積計測装置は、前記載置台は、前記被計測体の支持面を有するターンテーブルを含んで構成されることが好適である。ターンテーブルを回転揺動させる構成とすることで、装置構成をより簡易化することができる。
【００１４】
請求項６に対応した慣性乗積計測装置は、前記架台又は前記載置台は、前記被計測体の位置を調整する位置調整手段又は前記被計測体の仰角を調整する仰角調整手段を備えることを特徴とする。これにより、載置台上に載せ置かれた被計測体を容易に水平に調整することができ、さらに被計測体の仰角を容易に調整することができる。
【００１５】
請求項７に対応した慣性乗積計測装置は、前記水平角設定手段によって前記載置台を前記水平角０°又は水平角９０°に設定し、前記被計測体の前記水平角０°方向又は前記水平角９０°方向の慣性モーメントを導出可能とすることが好適である。これにより、慣性乗積のみならず、被計測体の慣性モーメントを求めることができる。
【００１６】
請求項８に対応した慣性乗積計測装置は、前記揺動手段による揺動の周期を計測する揺動周期計測手段をさらに備えることが好適である。揺動周期を計測することにより、直接的に慣性乗積や慣性モーメントを算出することができる。
【００１７】
請求項９に対応した慣性乗積計測方法は、Ｘ−Ｙ−Ｚの３次元直交座標系において、被計測体を載せ置いた載置台をＸ−Ｙ面において回転させて前記被計測体をＸ軸から第１水平角αをなす方向に設定し、揺動手段を用いて前記載置台と共に前記被計測体をＸ−Ｚ面に沿って揺動させたときの第１揺動周期に基づき得られる前記被計測体の慣性モーメントＩｙｙ_（α）と、前記載置台をＸ−Ｙ面において回転させて前記被計測体をＸ軸から第２水平角（９０°−α）をなす方向に設定し、前記揺動手段を用いて前記載置台と共に前記被計測体をＸ−Ｚ面に沿って揺動させたときの第２揺動周期に基づき得られる前記被計測体の慣性モーメントＩｘｘ_（α）と、を用いて、
【数１】

により慣性乗積Ｉｘｙを求めることを特徴とする。これにより、簡易な装置構成によって、被計測体の慣性乗積Ｉｘｙを正確に求めることができる。
【００１８】
請求項１０に対応した慣性乗積計測方法は、Ｘ−Ｙ−Ｚの３次元直交座標系において、載置台に載せ置かれた被計測体をＹ−Ｚ面において回転させて前記被計測体をＹ軸から仰角βをなす方向、及び、Ｘ−Ｙ面において水平角０°をなす方向に設定し、揺動手段を用いて前記載置台と共に前記被計測体をＸ−Ｚ面に沿って揺動させたときの第３揺動周期に基づき得られる前記被計測体の慣性モーメントＩｙｙ_（β）と、前記載置台をＺ軸廻りに回転揺動させたときの第４揺動周期に基づき得られる前記被計測体の慣性モーメントＩｚｚ_（β）と、を用いて、又は、載置台に載せ置かれた被計測体をＸ−Ｚ面において回転させて前記被計測体をＸ軸から仰角βをなす方向、及び、Ｘ−Ｙ面において水平角０°をなす方向に設定し、揺動手段を用いて前記載置台と共に前記被計測体をＸ−Ｚ面に沿って揺動させたときの第３揺動周期に基づき得られる前記被計測体の慣性モーメントＩｙｙ_（β）と、前記載置台をＺ軸廻りに回転揺動させたときの第４揺動周期に基づき得られる前記被計測体の慣性モーメントＩｚｚ_（β）と、を用いて、
【数２】

により慣性乗積Ｉｙｚを求めることを特徴とする。これにより、簡易な装置構成によって、被計測体の慣性乗積Ｉｙｚを正確に求めることができる。
【００１９】
請求項１１に対応した慣性乗積計測方法は、Ｘ−Ｙ−Ｚの３次元直交座標系において、載置台に載せ置かれた被計測体をＹ−Ｚ面において回転させて前記被計測体をＹ軸から仰角γをなす方向、及び、Ｘ−Ｙ面において水平角９０°をなす方向に設定し、揺動手段を用いて前記載置台と共に前記被計測体をＸ−Ｚ面に沿って揺動させたときの第５揺動周期に基づき得られる前記被計測体の慣性モーメントＩｘｘ_（γ）と、前記載置台をＺ軸廻りに回転揺動させたときの第６揺動周期に基づき得られる前記被計測体の慣性モーメントＩｚｚ_（γ）と、を用いて、又は、載置台に載せ置かれた被計測体をＸ−Ｚ面において回転させて前記被計測体をＸ軸から仰角γをなす方向、及び、Ｘ−Ｙ面において水平角９０°をなす方向に設定し、揺動手段を用いて前記載置台と共に前記被計測体をＸ−Ｚ面に沿って揺動させたときの第５揺動周期に基づき得られる前記被計測体の慣性モーメントＩｘｘ_（γ）と、前記載置台をＺ軸廻りに回転揺動させたときの第６揺動周期に基づき得られる前記被計測体の慣性モーメントＩｚｚ_（γ）と、を用いて、
【数３】

により慣性乗積Ｉｚｘを求めることを特徴とする。これにより、簡易な装置構成によって、被計測体の慣性乗積Ｉｚｘを正確に求めることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の慣性乗積計測装置及び慣性乗積計測方法では、被計測体の慣性乗積や慣性モーメント等の被計測体の特性を正確に求めることができる。特に、従来より簡易な装置構成によって、被計測体の慣性乗積や慣性モーメント等の被計測体の特性を正確に求めることを可能とする。例えば、本発明の慣性乗積計測装置によれば、慣性乗積Ｉｘｙ，Ｉｙｚ及びＩｚｘをそれぞれ求めることができる。
【００２１】
また、転動子を用いることによって、より簡易な装置構成によって慣性乗積や慣性モーメント等の被計測体の特性を求めることが可能となる。また、固定軸がないことにより支柱を設ける必要がなく、載置台を広く利用できる。
【００２２】
また、被計測体の支持面を有するターンテーブルを用いることによって、被計測体の水平角を所望の角度に維持することが可能となり、より簡易に慣性乗積や慣性モーメント等の被計測体の特性を求めることができる。さらに、ターンテーブルの回転揺動の周期から慣性乗積を求めることができる。
【００２３】
また、架台又は載置台に被計測体の位置を調整する位置調整手段や被計測体の仰角を調整する仰角調整手段を設けることにより、被計測体を容易に水平に調整したり、より簡易に慣性乗積や慣性モーメント等の被計測体の特性を求めたりすることができる。
【００２４】
もちろん、水平角設定手段によって載置台を水平角０°又は水平角９０°に設定し、被計測体の水平角０°方向又は前記水平角９０°方向の慣性モーメントを導出可能とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態における慣性乗積計測装置の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態における慣性乗積計測装置の構成を示す側面図である。
【図３】本発明の実施の形態における慣性乗積計測装置の使用状態を示す平面図である。
【図４（ａ）】本発明の実施の形態における慣性乗積計測装置の使用状態を示す正面図である。
【図４（ｂ）】本発明の実施の形態における慣性乗積計測装置の使用状態を示す側面図である。
【図５（ａ）】本発明の実施の形態における慣性乗積計測装置の使用状態を示す正面図である。
【図５（ｂ）】本発明の実施の形態における慣性乗積計測装置の使用状態を示す側面図である。
【図６】本発明の実施の形態における慣性乗積計測装置による重心位置の計測方法を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態における慣性乗積計測装置の別例の構成を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態における慣性乗積計測装置の別例の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を、図面に従って説明する。図１は、本発明の実施の形態における慣性乗積計測装置１００の全体構成を示す図である。なお、以下の説明では、図中に示した、Ｘ−Ｙ−Ｚの３次元直交座標系を用いて説明を行う。
【００２７】
慣性乗積計測装置１００は、図１に示すように、載置台１０、架台１２及び転動子１４を基本構成として備える。さらに、慣性乗積計測装置１００は、水平角設定機構２０、仰角設定機構２２、位置調整機構２４、水平方向揺動周期センサ２６、仰角方向揺動周期センサ２８及び制御部３０を含んで構成される。
【００２８】
慣性乗積計測装置１００は、載置台１０の上に載せ置かれた被計測体２００の慣性モーメントや慣性乗積を求めることを可能とする。なお、図１では、慣性乗積計測装置１００の構成をより明確に示すために、被計測体２００を破線で示している。また、慣性乗積計測装置１００の一部の隠れた構成要素を破線で示している。また、図２は、慣性乗積計測装置１００をＹ軸方向からみた概略図である。図２において、転動子１４による揺動を行った場合の様子を破線で示している。
【００２９】
載置台１０は、計測時に被計測体２００を載せ置くための構成要素である。載置台１０は、被計測体２００を載せ置くためのターンテーブル１０ａを備えることが好適である。ターンテーブル１０ａは、例えば、円盤状の平板とする。ターンテーブル１０ａには、被計測体２００を固定するための固定具を設けてもよい。
【００３０】
ターンテーブル１０ａは、回動軸１０ｂを中心に回動揺動可能となるように架台１２に取り付けられる。回動軸１０ｂには、ターンテーブル１０ａをスムーズに回動させるためにベアリング等の機構を設けてもよい。また、ターンテーブル１０ａは、図１に破線で示すように、バネ等の弾性部材４０の復元力によって回動軸１０ｂ廻りに回転揺動可能となるように設けられる。弾性部材４０は、ターンテーブル１０ａ及び架台１２に固定され、後述する水平角設定機構２０により水平角が固定されていない状態において、ターンテーブル１０ａを回動軸１０ｂ廻りに回動させた初期状態からターンテーブル１０ａを解放することによって、弾性部材の復元力によってターンテーブル１０ａが回動軸１０ｂ廻りに回転揺動するように構成される。ターンテーブル１０ａ、回動軸１０ｂ及び弾性部材４０は回動手段を構成する。なお、ターンテーブル１０ａを回転揺動させる必要がない場合には、弾性部材４０を外したり、ターンテーブル１０ａ及び架台１２の少なくとも一方との係止を緩めたりすることができるように構成してもよい。
【００３１】
また、載置台１０は、転動子１４によって揺動が与えられていない状態においてターンテーブル１０ａの回動軸１０ｂがＺ軸方向に向くように構成される。
【００３２】
架台１２は、載置台１０を転動子１４に取り付けると共に、載置台１０を機械的に支持する部材である。架台１２は、載置台１０に固定されると共に、後述する位置調整機構２４を介して転動子１４に固定される。これにより、後述する転動子１４の揺動が載置台１０に伝達される。
【００３３】
転動子１４は、載置台１０を振り子状に揺動させる部材であり、揺動手段として機能する。転動子１４は、例えば、図１に示すように、円筒を直径の半分以下で切断したような形状を有する部材とすればよい。この場合、転動子１４は、平面状の上面１４ａと、円弧状の転動面となる下面１４ｂと、を有する。転動子１４の側面には架台１２が取り付けられる。これにより、転動子１４の下面１４ｂを転動面としてＸ軸方向（水平角０°のＸ−Ｚ面）に沿って載置台１０及び架台１２を揺動させることが可能となる。このような転動子１４を用いることにより、固定軸がないことから支柱を設ける必要がなく、載置台１０上を広く利用できる。なお、架台１２の取り付けは、転動子１４の側面でなく、上面でも構わない。
【００３４】
水平角設定機構２０は、回動軸１０ｂを回動中心としてターンテーブル１０ａを所定の水平角に設定するために設けられる。水平角設定機構２０は、図３に示すように、Ｘ軸方向を０°として、ターンテーブル１０ａを少なくとも０°から９０°の間の任意の水平角αに調整及び固定できる機構を有する。例えば、ターンテーブル１０ａを０°から９０°の間の水平角αに維持した状態でターンテーブル１０ａの回動軸１０ｂを締め付けて架台１２に固定するラッチ機構を設ければよい。ただし、水平角設定機構２０は、これに限定されるものでなく、ターンテーブル１０ａと架台１２との角度を調整できるものであればよい。
【００３５】
仰角設定機構２２は、載置台１０（ターンテーブル１０ａ）上において被計測体２００をＹ−Ｚ面内及びＸ−Ｚ面内において所定の仰角に設定するために設けられる。仰角設定機構２２は、図４（ａ），図４（ｂ）に示すように、載置台１０が水平の状態を仰角０°として、Ｘ軸を軸としてＹ−Ｚ面内及びＸ−Ｚ面内において載置台１０上に載せ置かれた被計測体２００を仰角βに保持する構成を含むものとする。例えば、図４（ａ），図４（ｂ）に示すように、ターンテーブル１０ａ上において被計測体２００を仰角βに傾けるための高さ調整部２２ａを設ければよい。また、仰角設定機構２２は、図５（ａ），図５（ｂ）に示すように、ターンテーブル１０ａを水平角９０°に回転させた状態において、Ｘ軸及びＹ軸を軸としてＹ−Ｚ面内及びＸ−Ｚ面内においてターンテーブル１０ａ上に載せ置かれた被計測体２００を仰角γに保持する構成を含むものとする。例えば、図５（ａ），図５（ｂ）に示すように、ターンテーブル１０ａ上において被計測体２００を仰角γに傾けるための高さ調整部２２ｂを設ければよい。ただし、仰角設定機構２２は、これに限定されるものでなく、載置台１０上に載せ置かれた被計測体２００と載置台１０（ターンテーブル１０ａ）との間の角度を調整できるものであればよい。
【００３６】
位置調整機構２４は、架台１２（載置台１０）と転動子１４との取付角度を調整するために設けられる。位置調整機構２４は、例えば、図１に示すように、架台１２に固定された棒状の軸２４ａと、軸２４ａと嵌合可能であり転動子１４に固定された円筒状の連結部２４ｂと、を含んで構成することができる。軸２４ａを連結部２４ｂの円筒に回動可能に挿入し、連結部２４ｂと軸２４ａとをネジ等の固定部材（図示しない）により固定できるように構成すればよい。これにより、架台１２（載置台１０）が水平状態となるように転動子１４との取付角度を調整した後、計測中にその取付角度が保持されるように軸２４ａと連結部２４ｂとを固定することが可能となる。ただし、位置調整機構２４はこれに限定されるものでなく、架台１２（載置台１０）と転動子１４との取付角度を調整できるものであればよい。
【００３７】
また、位置調整機構２４として、載置台１０上に載せ置かれた被計測体２００のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の位置のいずれかを調整できる３次元ステージを設けてもよい。
【００３８】
水平方向揺動周期センサ２６は、載置台１０（ターンテーブル１０ａ）の回転揺動の周期を検出するセンサである。水平方向揺動周期センサ２６は、例えば、載置台１０（ターンテーブル１０ａ）の回転角を検出する回転角センサとし、載置台１０（ターンテーブル１０ａ）の架台１２に対する回転角から回転揺動周期を検出するものとすればよい。また、水平方向揺動周期センサ２６は、例えば、載置台１０（ターンテーブル１０ａ）の一部に反射板を取り付け、反射型光学センサで載置台１０（ターンテーブル１０ａ）の架台１２に対する回転揺動周期を検出してもよい。ただし、水平方向揺動周期センサ２６は、これらに限定されるものでなく、載置台１０（ターンテーブル１０ａ）の回動軸１０ｂを回動中心とする回転揺動の周期を検出できるものであればよい。
【００３９】
仰角方向揺動周期センサ２８は、転動子１４のＸ軸方向（水平角０°であるＸ−Ｚ面）に沿った揺動の周期を検出するセンサである。仰角方向揺動周期センサ２８は、例えば、転動子１４の傾斜角度を検出する傾斜センサとし、転動子１４の傾斜角からＸ軸方向に沿った揺動周期を検出すればよい。また、仰角方向揺動周期センサ２８は、例えば、転動子１４の一部に反射板を取り付け、反射型光学センサで転動子１４のＸ軸方向に沿った揺動周期を検出してもよい。ただし、仰角方向揺動周期センサ２８は、これらに限定されるものでなく、転動子１４のＸ軸方向に沿った揺動の周期を検出できるものであればよい。
【００４０】
制御部３０は、慣性乗積計測装置１００の各部を統合的に制御する。制御部３０は、水平方向揺動周期センサ２６及び仰角方向揺動周期センサ２８からターンテーブル１０ａの揺動周期及び転動子１４の揺動周期の入力を受けて、それらの計測値から慣性乗積や慣性モーメント等の被計測体２００の特性値を算出する。算出された特性値は、ディスプレイやプリンタ等の出力手段によってユーザに呈示されたり、半導体メモリ，ハードディスク及び光ディスク等の記憶媒体に出力したりするようにしてもよい。
【００４１】
制御部３０は、一般的なコンピュータにおいて計測用のプログラムを実行することにより実現することができる。具体的には、コンピュータの記憶手段に以下に説明する処理を実行するための計測用プログラムを記憶させ、ＣＰＵにて当該計測用プログラムを実行する。
【００４２】
＜計測処理＞
以下、慣性乗積計測装置１００を用いた慣性乗積計測方法について説明する。
【００４３】
まず、最初に、被計測体２００をターンテーブル１０ａ上に載せ置いて固定する。以下の説明では、被計測体２００は質量Ｍであるとする。また、船舶等の模型を被計測体２００とする場合には、実物の船舶等に合わせて重心の調整を行う。例えば、模型である被計測体２００内に錘を配置し、実物の船舶等の重心位置に合わせる。
【００４４】
次に、質量ｍの移動用錘Ｘを用いて傾斜試験を行い、被計測体２００の重心位置Ｇｓを求める。図６に示すように、重心位置を調整した被計測体２００に転動子１４の揺動中心点０を通る垂線から距離ｄだけ離れた位置に移動用錘Ｘを設置し、その時の転動子１４の傾きの角度θを計測する。このとき、重心位置Ｇｓは数式（４）によって算出することができる。
【数４】

【００４５】
次に、慣性乗積の計測処理を開始する。慣性乗積の計測では、慣性乗積Ｉｘｙ，Ｉｙｚ及びＩｚｘを求める処理を行う。以下、慣性乗積Ｉｘｙ，Ｉｙｚ及びＩｚｘを求める処理についてそれぞれ説明する。
【００４６】
（慣性乗積Ｉｘｙ）
被計測体２００の重心位置Ｇｓを調整した状態で、図３に示すように、水平角設定機構２０を用いて、Ｘ軸方向を０°として水平角αだけずらした角度にターンテーブル１０ａを固定する。この状態において、揺動手段である転動子１４をＸ軸方向（水平角０°であるＸ−Ｚ面）に沿って揺動させ、仰角方向揺動周期センサ２８にて転動子１４の第１揺動周期Ｔｘｘ_（α）を計測する。制御部３０は、計測された第１揺動周期Ｔｘｘ_（α）を取得する。制御部３０では、第１揺動周期Ｔｘｘ_（α）を用いて数式（５）により慣性モーメントＩｘｘ_（α）を算出する。ここで、ｇは重力加速度である。
【数５】

【００４７】
次に、水平角設定機構２０を用いて、水平角９０°−αだけずらした角度にターンテーブル１０ａを固定する。この状態において、揺動手段である転動子１４をＸ軸方向に沿って揺動させ、仰角方向揺動周期センサ２８にて転動子１４の第２揺動周期Ｔｙｙ_（α）を計測する。制御部３０は、計測された第２揺動周期Ｔｙｙ_（α）を取得する。制御部３０では、第２揺動周期Ｔｙｙ_（α）を用いて数式（６）により慣性モーメントＩｙｙ_（α）を算出する。
【数６】

【００４８】
以上のように算出された慣性モーメントＩｘｘ_（α）及びＩｙｙ_（α）から、数式（７）により被計測体２００に水平角αを与えた場合の慣性乗積Ｉｘｙを算出する。
【数７】

【００４９】
（慣性乗積Ｉｙｚ）
被計測体２００の重心位置Ｇｓを調整した状態で、図４（ａ）に示すように、仰角設定機構２２を用いて、載置台１０のターンテーブル１０ａに載せ置かれた被計測体２００をＹ−Ｚ面において回転させて、被計測体２００をＹ軸から仰角βをなす方向に固定する。この状態において、揺動手段である転動子１４をＸ軸方向（Ｘ−Ｚ面）に沿って揺動させ、仰角方向揺動周期センサ２８にて転動子１４の第３揺動周期Ｔｙｙ_（β）を計測する。制御部３０は、計測された第３揺動周期Ｔｙｙ_（β）を取得する。制御部３０では、第３揺動周期Ｔｙｙ_（β）を用いて数式（８）により慣性モーメントＩｙｙ_（β）を算出する。
【数８】

【００５０】
次に、回動手段を用いて、ターンテーブル１０ａをＺ軸廻りに回転揺動させ、水平方向揺動周期センサ２６にてターンテーブル１０ａの第４揺動周期Ｔｚｚ_（β）を計測する。制御部３０は、計測された第４揺動周期Ｔｚｚ_（β）を取得する。制御部３０では、第４揺動周期Ｔｚｚ_（β）を用いて数式（９）により慣性モーメントＩｚｚ_（β）を算出する。
【数９】

【００５１】
以上のように算出された慣性モーメントＩｙｙ_（β）及びＩｚｚ_（β）から、数式（１０）により被計測体２００に仰角βを与えた場合の慣性乗積Ｉｙｚを算出する。
【数１０】

【００５２】
また、被計測体２００の重心位置Ｇｓを調整した状態で、図４（ｂ）に示すように、仰角設定機構２２を用いて、載置台１０のターンテーブル１０ａに載せ置かれた被計測体２００をＸ−Ｚ面において回転させて、被計測体２００をＸ軸から仰角βをなす方向に固定する。この状態において、揺動手段である転動子１４をＸ軸方向（Ｘ−Ｚ面）に沿って揺動させ、仰角方向揺動周期センサ２８にて転動子１４の第３揺動周期Ｔｙｙ_（β）を計測し、計測された第３揺動周期Ｔｙｙ_（β）を取得する。制御部３０では、第３揺動周期Ｔｙｙ_（β）を用いて数式（８）により慣性モーメントＩｙｙ_（β）を算出する。さらに、回動手段を用いて、ターンテーブル１０ａをＺ軸廻りに回転揺動させ、水平方向揺動周期センサ２６にてターンテーブル１０ａの第４揺動周期Ｔｚｚ_（β）を計測し、計測された第４揺動周期Ｔｚｚ_（β）を取得する。制御部３０では、第４揺動周期Ｔｚｚ_（β）を用いて数式（９）により慣性モーメントＩｚｚ_（β）を算出する。そして、算出された慣性モーメントＩｙｙ_（β）及びＩｚｚ_（β）から、数式（１０）により被計測体２００に仰角βを与えた場合の慣性乗積Ｉｙｚを算出してもよい。
【００５３】
（慣性乗積Ｉｚｘ）
被計測体２００の重心位置Ｇｓを調整した状態で、図５（ａ）に示すように、水平角設定機構２０を用いて、Ｘ軸方向を０°として水平角９０°だけずらした角度にターンテーブル１０ａを固定すると共に、仰角設定機構２２を用いて、載置台１０のターンテーブル１０ａに載せ置かれた被計測体２００をＹ−Ｚ面において回転させて、被計測体２００をＹ軸から仰角γをなす方向に固定する。この状態において、揺動手段である転動子１４をＸ軸方向（Ｘ−Ｚ面）に沿って揺動させ、仰角方向揺動周期センサ２８にて転動子１４の第５揺動周期Ｔｘｘ_（γ）を計測する。制御部３０は、計測された第５揺動周期Ｔｘｘ_（γ））を取得する。制御部３０では、第５揺動周期Ｔｘｘ_（γ）を用いて数式（１１）により慣性モーメントＩｘｘ_（γ）を算出する。
【数１１】

【００５４】
次に、回動手段を用いて、ターンテーブル１０ａをＺ軸廻りに回転揺動させ、水平方向揺動周期センサ２６にてターンテーブル１０ａの第６揺動周期Ｔｚｚ_（γ）を計測する。制御部３０は、計測された第６揺動周期Ｔｚｚ_（γ）を取得する。制御部３０では、第６揺動周期Ｔｚｚ_（γ）を用いて数式（１２）により慣性モーメントＩｚｚ_（γ）を算出する。
【数１２】

【００５５】
以上のように算出された慣性モーメントＩｘｘ_（γ）及びＩｚｚ_（γ）から、数式（１３）により被計測体２００に仰角γを与えた場合の慣性乗積Ｉｚｘを算出する。
【数１３】

【００５６】
また、被計測体２００の重心位置Ｇｓを調整した状態で、図５（ｂ）に示すように、水平角設定機構２０を用いて、Ｘ軸方向を０°として水平角９０°だけずらした角度にターンテーブル１０ａを固定すると共に、仰角設定機構２２を用いて、載置台１０のターンテーブル１０ａに載せ置かれた被計測体２００をＸ−Ｚ面において回転させて、被計測体２００をＸ軸から仰角γをなす方向に固定する。この状態において、揺動手段を用いて、転動子１４をＸ軸方向（Ｘ−Ｚ面）に沿って揺動させ、仰角方向揺動周期センサ２８にて転動子１４の第５揺動周期Ｔｘｘ_（γ）を計測する。制御部３０は、計測された第５揺動周期Ｔｘｘ_（γ））を取得する。制御部３０では、第５揺動周期Ｔｘｘ_（γ）を用いて数式（１１）により慣性モーメントＩｘｘ_（γ）を算出する。次に、回動手段を用いて、ターンテーブル１０ａをＺ軸廻りに回転揺動させ、水平方向揺動周期センサ２６にてターンテーブル１０ａの第６揺動周期Ｔｚｚ_（γ）を計測する。制御部３０は、計測された第６揺動周期Ｔｚｚ_（γ）を取得する。制御部３０では、第６揺動周期Ｔｚｚ_（γ）を用いて数式（１２）により慣性モーメントＩｚｚ_（γ）を算出する。そして、算出された慣性モーメントＩｘｘ_（γ）及びＩｚｚ_（γ）から、数式（１３）により被計測体２００に仰角γを与えた場合の慣性乗積Ｉｚｘを算出してもよい。
【００５７】
以上のように、慣性乗積計測装置１００を用いて慣性乗積Ｉｘｙ，Ｉｙｚ及びＩｚｘを求めることができる。特に、回転揺動可能なターンテーブル１０ａを有する載置台１０並びに水平角設定機構２０及び仰角設定機構２２を備えることによって、従来の装置より簡易な構成及び方法で慣性乗積を求めることができる。
【００５８】
なお、水平角設定機構２０により被計測体２００を水平角０°かつ仰角設定機構２２により仰角０°に保って転動子１４の揺動周期Ｔｘｘ_（０）を計測することによって、数式（１４）にて慣性モーメントＩｘｘを求めることもできる。
【数１４】

【００５９】
また、水平角設定機構２０により被計測体２００を水平角９０°かつ仰角設定機構２２により仰角０°に保って転動子１４の揺動周期Ｔｙｙ_（０）を計測することによって、数式（１５）にて慣性モーメントＩｙｙを求めることもできる。
【数１５】

【００６０】
さらに、水平角設定機構２０により被計測体２００を水平角０°かつ仰角設定機構２２により仰角０°に保って載置台１０のターンテーブル１０ａの揺動周期Ｔｚｚ_（０）を計測することによって、数式（１６）にて慣性モーメントＩｚｚを求めることもできる。
【数１６】

【００６１】
なお、上記実施の形態では揺動手段として転動子１４を適用したが、これに限定されるものでなく、架台１２（載置台１０）をＸ軸方向（Ｘ−Ｚ面）に沿って揺動可能とするものであればよい。例えば、図７に示すように、吊り部材３１によって軸３２に載置台１０を吊り下げ、軸３２を回動中心としてＸ軸方向（Ｘ−Ｚ面）に沿って架台１２（載置台１０）をブランコ状に揺動させる慣性乗積計測装置１０２としてもよい。また、図８に示すように、軸３４によって架台１２を回動可能に支える支柱３６を設けると共に、架台１２を水平にバランスさせる錘３８ａ，３８ｂを設け、軸３４を回動中心としてＸ軸方向（Ｘ−Ｚ面）に沿って架台１２（載置台１０）を振り子状に揺動させる慣性乗積計測装置１０４としてもよい。これらの慣性乗積計測装置１０２，１０４においても上記と同様に慣性乗積及び慣性モーメントを算出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
以上の実施形態は、船舶及び船舶の模型の計測のみならず、他の構造物、例えば鉄道車両、自動車等についても適用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１０載置台、１０ａターンテーブル、１０ｂ回動軸、１２架台、１４転動子、１４ａ上面、１４ｂ下面、２０水平角設定機構、２２仰角設定機構、２２ａ調整部、２２ｂ調整部、２４位置調整機構、２４ａ軸、２４ｂ連結部、２６水平方向揺動周期センサ、２８仰角方向揺動周期センサ、３０制御部、３１吊り部材、３２軸、３４軸、３６支柱、３８ａ，３８ｂ錘、１００，１０２，１０４慣性乗積計測装置、２００被計測体。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
架台と、
前記架台を水平角０°方向に沿って揺動させる揺動手段と、
前記架台上に前記架台に対して回動可能に設けられ、被計測体を載せ置く載置台と、
前記載置台を回転させ、水平角０°とは異なる第１水平角αと第２水平角（９０°−α）に前記被計測体を設定する水平角設定手段と、を備え、
前記被計測体を前記第１水平角αの方向に設定した状態で前記架台を揺動させて得られる第１揺動周期と、前記被計測体を前記第２水平角（９０°−α）の方向に設定した状態で前記架台を揺動させて得られる第２揺動周期と、を計測し、
前記第１揺動周期及び前記第２揺動周期から前記被計測体の慣性乗積を導出可能としたことを特徴とする慣性乗積計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の慣性乗積計測装置であって、
前記載置台を前記架台に対して回転揺動させる回動手段をさらに備え、
前記被計測体を前記水平角０°かつ前記被計測体を前記水平角０°方向からみて仰角β、に設定し、前記揺動手段によって前記被計測体を揺動させて得られる第３揺動周期と、前記回動手段によって前記被計測体を回転揺動させて得られる第４揺動周期と、を計測し、
又は、
前記被計測体を前記水平角０°かつ前記被計測体を前記水平角９０°方向からみて仰角β、に設定し、前記揺動手段によって前記被計測体を揺動させて得られる第３揺動周期と、前記回動手段によって前記被計測体を回転揺動させて得られる第４揺動周期と、を計測し、
前記第３揺動周期及び前記第４揺動周期から前記被計測体の慣性乗積を導出可能としたことを特徴とする慣性乗積計測装置。
【請求項３】
請求項１に記載の慣性乗積計測装置であって、
前記載置台を前記架台に対して回転揺動させる回動手段をさらに備え、
前記被計測体を水平角９０°かつ前記被計測体を前記水平角０°方向からみて仰角γに設定し、前記揺動手段によって前記被計測体を揺動させて得られる第５揺動周期と、前記回動手段によって前記被計測体を回転揺動させて得られる第６揺動周期と、を計測し、
又は、
前記被計測体を水平角９０°かつ前記被計測体を前記水平角９０°方向からみて仰角γに設定し、前記揺動手段によって前記被計測体を揺動させて得られる第５揺動周期と、前記回動手段によって前記被計測体を回転揺動させて得られる第６揺動周期と、を計測し、
前記第５揺動周期及び前記第６揺動周期から前記被計測体の慣性乗積を導出可能としたことを特徴とする慣性乗積計測装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の慣性乗積計測装置であって、
前記揺動手段は、前記水平角０°に沿って転動可能とする円弧状の転動面を有する転動子を含んで構成されることを特徴とする慣性乗積計測装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の慣性乗積計測装置であって、
前記載置台は、前記被計測体の支持面を有するターンテーブルを含んで構成されることを特徴とする慣性乗積計測装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の慣性乗積計測装置であって、
前記架台又は前記載置台は、前記被計測体の位置を調整する位置調整手段又は前記被計測体の仰角を調整する仰角調整手段を備えることを特徴とする慣性乗積計測装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の慣性乗積計測装置であって、
前記水平角設定手段によって前記載置台を前記水平角０°又は水平角９０°に設定し、前記被計測体の前記水平角０°方向又は前記水平角９０°方向の慣性モーメントを導出可能としたことを特徴する慣性乗積計測装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の慣性乗積計測装置であって、
前記揺動手段による揺動の周期を計測する揺動周期計測手段をさらに備えることを特徴とする慣性乗積計測装置。
【請求項９】
Ｘ−Ｙ−Ｚの３次元直交座標系において、
被計測体を載せ置いた載置台をＸ−Ｙ面において回転させて前記被計測体をＸ軸から第１水平角αをなす方向に設定し、揺動手段を用いて前記載置台と共に前記被計測体をＸ−Ｚ面に沿って揺動させたときの第１揺動周期に基づき得られる前記被計測体の慣性モーメントＩｙｙ_（α）と、
前記載置台をＸ−Ｙ面において回転させて前記被計測体をＸ軸から第２水平角（９０°−α）をなす方向に設定し、前記揺動手段を用いて前記載置台と共に前記被計測体をＸ−Ｚ面に沿って揺動させたときの第２揺動周期に基づき得られる前記被計測体の慣性モーメントＩｘｘ_（α）と、を用いて、
【数１】

により慣性乗積Ｉｘｙを求めることを特徴とする慣性乗積計測方法。
【請求項１０】
Ｘ−Ｙ−Ｚの３次元直交座標系において、
載置台に載せ置かれた被計測体をＹ−Ｚ面において回転させて前記被計測体をＹ軸から仰角βをなす方向、及び、Ｘ−Ｙ面において水平角０°をなす方向に設定し、揺動手段を用いて前記載置台と共に前記被計測体をＸ−Ｚ面に沿って揺動させたときの第３揺動周期に基づき得られる前記被計測体の慣性モーメントＩｙｙ_（β）と、
前記載置台をＺ軸廻りに回転揺動させたときの第４揺動周期に基づき得られる前記被計測体の慣性モーメントＩｚｚ_（β）と、を用いて、
又は、
載置台に載せ置かれた被計測体をＸ−Ｚ面において回転させて前記被計測体をＸ軸から仰角βをなす方向、及び、Ｘ−Ｙ面において水平角０°をなす方向に設定し、揺動手段を用いて前記載置台と共に前記被計測体をＸ−Ｚ面に沿って揺動させたときの第３揺動周期に基づき得られる前記被計測体の慣性モーメントＩｙｙ_（β）と、
前記載置台をＺ軸廻りに回転揺動させたときの第４揺動周期に基づき得られる前記被計測体の慣性モーメントＩｚｚ_（β）と、を用いて、
【数２】

により慣性乗積Ｉｙｚを求めることを特徴とする慣性乗積計測方法。
【請求項１１】
Ｘ−Ｙ−Ｚの３次元直交座標系において、
載置台に載せ置かれた被計測体をＹ−Ｚ面において回転させて前記被計測体をＹ軸から仰角γをなす方向、及び、Ｘ−Ｙ面において水平角９０°をなす方向に設定し、揺動手段を用いて前記載置台と共に前記被計測体をＸ−Ｚ面に沿って揺動させたときの第５揺動周期に基づき得られる前記被計測体の慣性モーメントＩｘｘ_（γ）と、
前記載置台をＺ軸廻りに回転揺動させたときの第６揺動周期に基づき得られる前記被計測体の慣性モーメントＩｚｚ_（γ）と、を用いて、
又は、
載置台に載せ置かれた被計測体をＸ−Ｚ面において回転させて前記被計測体をＸ軸から仰角γをなす方向、及び、Ｘ−Ｙ面において水平角９０°をなす方向に設定し、揺動手段を用いて前記載置台と共に前記被計測体をＸ−Ｚ面に沿って揺動させたときの第５揺動周期に基づき得られる前記被計測体の慣性モーメントＩｘｘ_（γ）と、
前記載置台をＺ軸廻りに回転揺動させたときの第６揺動周期に基づき得られる前記被計測体の慣性モーメントＩｚｚ_（γ）と、を用いて、
【数３】