JP2002056372A

JP2002056372A - 運動量計

Info

Publication number: JP2002056372A
Application number: JP2000239581A
Authority: JP
Inventors: Yasuji Kato; 靖二加藤
Original assignee: YAMASA TOKEI KEIKI KK; YAMASA TOKEI KEIKI CO Ltd
Current assignee: YAMASA TOKEI KEIKI KK; YAMASA TOKEI KEIKI CO Ltd
Priority date: 2000-08-08
Filing date: 2000-08-08
Publication date: 2002-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】装着姿勢および装着箇所の自由度を拡大する
とともに、歩数計測に加えて腕、上半身、脚等の身体動
作を検出することができる多目的型の運動量計を提供す
る。【解決手段】振子４１、重り４３および圧電素子５７
を備えた振子式検出器１４を内ケース１３内に回転自在
に配設する。身体動作を検出する回転センサ１５を１個
のマグネット８１と、４個のリードスイッチ８３ａ〜８
３ｄで構成する。マグネット８１を重り４３に埋め込
む。リードスイッチ８３ａ〜８３ｄを内ケース１３の内
周に周方向に等間隔おいて配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、運動量計に関し、
特に歩行時の歩数と歩行・非歩行時の身体動作を検出す
る多目的型の運動量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】運動量計の一種として、歩行（走行）時
の歩数を計測する歩数計が知られている。この種の歩数
計は、そのセンサの構造によって大別すると機械式と電
子式の２種類がある。このうち、電子式歩数計は、振子
をばねにより重力に抗して上方に付勢しておき、使用者
が歩くとその上下振動に伴い振子が上下方向に振動し、
下方への振動時に基板上に離間して設けた接片間を導通
させ、この導通回数を電気的に処理して計数し、液晶表
示装置等の表示装置によって表示するように構成したも
のが最も一般的である（例えば、特開昭５９−１０９９
８７号公報、特開昭５９−２０２０１６号公報、実開平
２−５０６１５号公報等）。

【０００３】このような従来の電子式歩数計は、身体の
上下運動により振子を上下方向に振動させるようにして
いるため、表裏面方向（前後方向）または周方向（左右
方向）に一定角度（１５〜２０°）以上傾いて装着され
ると振子が正常に振動せず計測誤差が生じる。このた
め、装着箇所の自由度が狭く、通常スラックスやスカー
トのベルトの表面（または裏面）に背面を密着させ周方
向に傾かないように水平に固定されて使用される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
歩数計はいずれも歩行時の歩数およびその消費カロリー
を計測するものであるため、歩行とは無関係に身体の各
部、例えば脚、上半身、腕等を動かし、その運動量（消
費カロリー）、運動回数、運動の大きさ（衝撃の大き
さ）等を計測する場合は、病院等の施設により専用の計
測器を用いて計測する必要があった。このため、歩数計
測とは別に、例えばリハビリテーションにおいて患者が
ベッド上で寝返りしたり腹筋運動を行ったり、脚や腕の
屈伸ないし捩り運動を行ったときの運動量や運動回数を
簡単に計測することができる安価な多目的型の運動量計
の開発が要望されている。

【０００５】本発明は上記した従来の問題を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは、装着姿
勢および装着箇所の自由度を拡大するとともに、歩数計
測に加えて腕、上半身、脚等の身体動作を検出すること
ができる多目的型の運動量計を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第１の発明は、振子、重りおよび圧電素子を備え前記
振子の振動回数を検出する回転自在な振子式検出器と、
この振子式検出器を収納するバンド付きケースと、歩行
・非歩行時の身体動作を検出する回転センサと、表示手
段と、モード切替手段とを備え、前記回転センサを振子
検出器の周囲に等間隔おいて配設した４個のリードスイ
ッチと、これらのリードスイッチに対応して前記振子式
検出器に配設した１個のマグネットとで構成したもので
ある。

【０００７】第２の発明は、上記第１の発明において、
振子式検出器が圧電素子の代わりに離間して配置された
２つの接片を備えているものである。

【０００８】第１の発明において、使用者が歩行する
と、その上下運動に伴い振子が上下方向に振動し、下方
への振動時に圧電素子を叩く。圧電素子は叩かれること
によりパルス状の電圧を発生し、この電圧に基づいて振
子の振動回数が計数される。振子式検出器は回転自在で
重りの働きにより歩数の計測が可能な姿勢に自動復帰す
る。この計測可能な姿勢は、振子が上方で重りが下方に
位置し、周方向に傾いていない姿勢である。したがっ
て、歩数計自体が周方向に傾いたり、上下逆になった状
態で装着・使用される場合においても、振子式検出器は
正常に動作して歩数計測を行う。

【０００９】回転センサのマグネットは、振子式検出器
が軸回りに回転または一定角度以上回動すると、回転側
のリードスイッチに近接する。マグネットがリードスイ
ッチに近接すると、その磁界によってリードスイッチの
接片を互いに接触させ、当該リードスイッチをＯＮにす
る。このリードスイッチの信号を検出することにより、
振子式検出器の回転（または回動）が検出される。この
回動回数は身体動作の回数に比例する。また、回動角度
は、身体動作の大きさに比例する。したがって、非歩行
時であっても身体各部の運動回数や運動量を検出するこ
とができる。例えば、腕を屈伸させたり捩ったときの運
動量（または運動回数）を計測したい場合は、腕に運動
量計を装着して屈伸させたり捩ればよい。腕を屈伸させ
たり捩ると、それに伴い振子式検出器が回転（または回
動）し、この回転を回転センサが検出することにより、
腕の運動回数または運動量を計測することができる。ま
た、リードスイッチがＯＮしなかったり、ある任意のリ
ードスイッチがＯＮした状態を継続する場合は、身体動
作が行われず、一定の姿勢を保っていることになるの
で、姿勢の判定を行うことができる。表示手段として
は、液晶表示装置が用いられ、歩数、消費カロリー、非
歩行時の運動回数、運動量、時刻等を表示する。モード
切替手段は、使用モードを切り替える。使用モードして
は、例えば消費カロリーモード、歩行モード、時
計モード等が考えられる。消費カロリーモードでは、
歩行時の歩数、非歩行時の身体動作の回数および歩行と
非歩行時における消費カロリーの累計が表示される。歩
行モードでは、歩行時の歩数、歩行の累計日数および累
計歩数が表示される。時計モードでは、時刻のみが表示
される。

【００１０】第２の発明において、２つの接片は振子に
よって叩かれると互いに導通し、この時の信号が振子の
振動回数として計数される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る運
動量計の一実施の形態を示す正面図、図２は図１のII−
II線拡大断面図、図３は図１のIII −III 線拡大断面
図、図４は図１のＩＶ−ＩＶ線拡断面図、図５は図１の
Ｖ−Ｖ線拡大断面図、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は振
子式検出器の正面図、背面図および側面図である。図７
（ａ）、（ｂ）は振子の正面図および底面図、図８は検
出部の概略図、図９は圧電素子の平面図、図１０は電気
回路部内のマイクロコンピュータの要部の構成を示す
図、図１１は電気回路部内のマイクロコンピュータにお
けるＣ−ＭＯＳバッファアンプの動作特性を示す図であ
る。図１２はマイクロコンピュータの要部の構成を示す
図、図１３は触子によって叩かれた圧電素子が湾曲した
状態を示す図、図１４は圧電素子の変位量Δｘと出力電
圧との関係を示す図、図１５は圧電素子が発生するパル
ス状の電圧およびこのパルス状の電圧から得られるパル
ス信号を示す図である。

【００１２】これらの図において、運動量計１は、従来
の電子式歩数計と同様に歩行時の歩数とそのときの消費
カロリーの計測および時刻表示に加えて、歩行・非歩行
時における腕、脚、上半身等の身体動作の運動回数の計
測が可能な多目的型の運動量計を構成している。また、
従来の電子式歩数計は、主としてスラックスやスカート
のベルトに装着されるものが殆どであったが、本実施の
形態では多目的使用されるため、一般の腕時計と同様に
主として腕（通常左腕）に装着されて使用されることを
前提として設計されている。このため、外観形状が腕時
計の胴（ケース）と略同じ形状のバンド付きケース２を
備えている。

【００１３】前記ケース２は、前面中央に形成された円
形の開口部４を有し、この開口部４を透明なガラス５に
よって気密に閉塞している。ガラス５はケース２の前面
に超音波溶着によって固定されている。また、ケース２
の前面側の外周面には、リング６が嵌合され、超音波溶
着等によって固定されている。さらに、ケース２の上下
面にはバンド７の取付部８がそれぞれ一体に延設され、
裏面側開口部に裏蓋１０がパッキン１１を介して取付け
られ、右側面には同一構造からなるモードボタン（モー
ド切替手段）１２Ａと設定ボタン１２Ｂが取付けられて
いる。

【００１４】上側のモードボタン１２Ａは、運動量計１
の使用モードを切り替える。使用モードは、消費カロ
リーモード、歩行モードおよび時計モードの３種類
であるが、これ以外のモードを組込むことも可能であ
る。消費カロリーモードでは、歩行時の歩数、非歩行
時の身体動作の回数および歩行と非歩行時における消費
カロリーの累計を表示する。歩行モードでは、歩行時の
歩数、歩行の累計日数および累計歩数を表示する。ま
た、設定ボタン１２Ｂにより歩数および歩幅から歩行距
離を算出表示させることができる。時計モードでは、時
刻のみを表示する。

【００１５】下側の設定ボタン１２Ｂは、歩行モードに
おいて使用者の体重設定を行い、時計モードにおいて時
刻の修正を行う。そして、ケース２の内部には、内ケー
ス１３内に回転自在に収納された振子式検出器１４と、
歩行・非歩行時における身体動作の運動回数を検出する
回転センサ１５と、表示手段としての液晶表示装置（以
下、ＬＣＤという）１６と、プリント配線板１７と、電
源としてのリチウム電池１８等が組み込まれている。

【００１６】前記内ケース１３は、背面が開放するカッ
プ状に形成されたケース本体１３Ａと、このケース本体
１３Ａの背面開口部を閉塞するカバー１３Ｂとからな
り、前記ケース２内に固定されている。ケース本体１３
Ａとカバー１３Ｂの中心には、軸孔２１，２２がそれぞ
れ貫通して形成されており、これらの軸孔によって前記
振子式検出器１４の軸２０（２０Ａ，２０Ｂ）をそれぞ
れ回転自在に軸支している。また、ケース本体１３Ａの
前面側には、前記ＬＣＤ１６、プリント配線板１７およ
び通電板ばね２３が配設され、カバー１３Ｂの背面側に
は前記リチウム電池１８、通電接片２４、プラス電池接
片２５およびマイナス電池接片２６が配設されている。

【００１７】前記ＬＣＤ１６は第１〜第３の表示部２７
Ａ〜２７Ｃからなる表示部２７（図１）を有し、この表
示部２７が前記ケース２の前面側開口部４に臨むように
前記プリント配線板１７の前面に配設され、ゼブラコネ
クタ２８（図２）を介してプリント配線板１７に電気的
に接続されている。上段の第１の表示部２７Ａはモード
切替によって累計の消費カロリーまたは累計の歩数を切
替表示し、中段の第２の表示部２７Ｂは時刻または歩行
時の歩数を切替表示し、下段の第３の表示部２７Ｃは歩
行・非歩行時における身体動作の運動回数または使用日
数を切替表示する。これらの表示は、いずれも複数個か
らなる日の字形のセグメントによって行われる。中段の
第２の表示部２７Ｂは、第１、第３の表示部２７Ａ，２
７Ｃに比べて使用頻度が高いため、大きなセグメントで
構成されている。

【００１８】前記プリント配線板１７は、ケース本体１
３Ａの前面に突設した基板取付部２９にビス止めされて
おり、前記ＬＣＤ１６、後述するマイクロコンピュータ
等が搭載されるとともに、歩数計測および運動回数の計
測に必要な増幅回路、信号処理回路等の各種回路からな
る電子回路が形成されている。

【００１９】前記リチウム電池１８は、前記カバー１３
Ｂの背面に着脱可能に固定され、前記プラス電池接片２
５とマイナス電池接片２６の一端がそれぞれ接続されて
いる。プラス電池接片２５とマイナス電池接片２６の他
端は、前記内ケース１３を貫通して内ケース１３の前面
側に導かれ、前記プリント配線板１７にそれぞれ半田付
けによって接続されている。

【００２０】さらに前記内ケース１３の外周には、図５
に示すように電源の消耗等による計測したデータの消去
を防止するためにフラッシュメモリ（Ｅ²Ｐ−ＲＯＭ）
３２（またはスーパーコンデンサ）を搭載したプリント
配線板３３と、モード切替用の通電接片３４（図１、図
４）が取付けられている。前記プリント配線板３３は、
前記プリント配線板１７に電気的に接続されている。

【００２１】前記通電接片３４は、中央部が前記内ケー
ス１３の外周に固定されており、両端部３４ａ，３４ｂ
が弾性を有して前記モードボタン１２Ａと設定ボタン１
２Ｂの内端面にそれぞれ圧接されている。一方、前記プ
リント配線板１７の端面で前記通電接片３４の各端部３
４ａ，３４ｂに対応する部位には、所定のパターンがそ
れぞれ形成されている。モード切替時にモードボタン１
２Ａを圧縮コイルばね３６に抗して押し込み通電接片３
４の一端部３４ａを前記パターンに押し付けると、歩行
モードから時計モードまたはこの逆のモードに切り替え
られる。なお、歩行モードにおいて体重を設定すると
き、または時計モードにおいて時刻を修正するときは、
設定ボタン１２Ｂを同じく図示しない圧縮コイルばねに
抗して押し込み通電接片３４の他端部３４ｂをプリント
配線板１７のパターンに所定の値または時刻になるまで
繰り返し押し付ければよい。

【００２２】図２および図３において、前記通電板ばね
２３は、細長い金属片からなり、基端側がケース本体１
３Ａの前面外周部寄りに固定されるとともに前記プリン
ト配線板１７に半田付けによって電気的に接続され、自
由端側がケース本体１３Ａの中心部にまで延在して前記
振子式検出器１４の一方の軸２０Ａの先端面に圧接され
ている。

【００２３】前記通電接片２４は、Ｌ字状に折り曲げら
れた細長い金属片からなり、屈曲部が前記カバー１３Ｂ
の背面外周部寄りに固定され、一端部がケース本体１３
Ａの中心部にまで延在して前記振子式検出器１４の他方
の軸２０Ｂの先端面に圧接されている。一方、他端部は
前記内ケース１３を貫通して内ケース１３の前面側に導
かれ、前記プリント配線板１７に半田付けによって電気
的に接続されている。

【００２４】図５および図６において、前記振子式検出
器１４は、合成樹脂によって形成された回転ケース４０
を有している。この回転ケース４０は、所定の間隔をお
いて前後に対向しかしめ等によって一体的に結合された
第１、第２ケース４０Ａ，４０Ｂとで形成され、その回
転中心に前記軸２０Ａ，２０Ｂが圧入によってそれぞれ
取付けられている。これらの軸２０Ａ，２０Ｂはりん青
銅等によって形成されて表面がＮｉめっきされており、
前記通電板ばね２３、通電接片２４にそれぞれ電気的に
接続されている。回転ケース４０の内部上方には、加速
度センサを構成する振子４１が配設され、中央部には基
板４２が配設され、さらに下部には重り４３がそれぞれ
配設されている。

【００２５】前記振子４１は、ＳＵＳ等の薄い金属板に
よって形成されることにより細長いアーム部４１Ａと、
このアーム部４１Ａの回動端側に設けられた接触子取付
部４１Ｂとからなり、アーム部４１Ａの基端部に筒状の
軸受部材４４が取付けられている。この軸受部材４４
は、前記第１のケース４０Ａの内側面に突設した水平な
軸４７によって上下方向に回動自在に軸支されている。

【００２６】前記振子４１の接触子取付部４１Ｂには、
下面に導電ゴムからなる接触子４８を有する振子錘４９
が固定されている。振子錘４９は、真鍮等の非磁性材に
よって形成されている。さらに、接触子取付部４１Ｂの
上端にはばね係止部５２が設けられており、これによっ
て線ばね５１の上端を係止している。線ばね５１は、ば
ね用鋼材等からなり、下端側が前記第２ケース４０Ｂに
設けたばね係止部５３によって係止されることにより、
振子４１を重力に抗して上方に付勢している。前記第２
ケース４０Ｂは、上下方向に長いガイド孔５４を有し、
このガイド孔５４に前記接触子取付部４１Ｂに突設した
ピン５５が摺動自在に挿入されている。このような振子
４１は、前記第１ケース４０Ａの上端に設けたストッパ
５６に前記線ばね５１によって通常圧接されることによ
り、図６（ａ）、（ｂ）に示すように小角度上方に傾斜
した状態に保持されている。

【００２７】前記基板４２の上面で前記振子４１が下方
に振動したとき前記接触子４８が接触する部位には圧電
素子５７が固定されており、これらによって歩数を検出
する検出部を構成している。

【００２８】図８および図９において、前記圧電素子５
７は、分極処理された圧電磁気５７ａと、この圧電磁気
５７ａの表面および裏面に蒸着形成された電極５７ｂ，
５７ｃとで構成されている。電極５７ｃは、圧電磁気５
７ａの表面から裏面側に折り返されている。

【００２９】前記圧電磁気５７ａは、例えばチタン酸バ
リウム（ＢａＴｉＯ₃）やチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ
（Ｚｒ・Ｔｉ）Ｏ₃）などを固溶体とし焼き固めたもの
である。外部から力が加わり圧電磁気５７ａが歪むと電
極５７ｂ，５７ｃ間に電圧が発生する。なお、本実施の
形態において、圧電磁気５７ａは基板４２を介して適度
に撓む部材、例えば燐青銅の薄板５９上に設けられてい
る。また、圧電素子５７と薄板５９は基板４２によって
絶縁されている。

【００３０】前記電極５７ｂ，５７ｃは、前記基板４２
に電気的に接続されている。基板４２は、基板接片６０
ａ，６０ｂ（図６（ｃ））を介して前記軸２０Ａ，２０
Ｂにそれぞれ電気的に接続されている。また、これらの
軸２０Ａ，２０Ｂは、前述した通り通電板ばね２３、通
電接片２４を介して前記プリント配線板１７の電気回路
部６２に接続されている。電気回路部６２は、前記リチ
ウム電池１８からの電源電圧Ｖｃの供給を受けて動作す
る。

【００３１】図１０に電気回路部６２の概略を示す。電
気回路部６２は、マイクロコンピュータ６５を備え、前
記ＬＣＤ１６、モードボタン１２Ａおよび設定ボタン１
２Ｂが接続されている。また、マイクロコンピュータ６
５と前記圧電素子５７との接続ラインＬ１，Ｌ２間には
ダイオードＤ１および抵抗Ｒ１が並列に接続されてい
る。

【００３２】前記電気回路部６２において、ラインＬ２
はマイクロコンピュータ６５のＧＮＤ端子６７とともに
接地され、ラインＬ１はマイクロコンピュータ６５の入
力端子６８に接続されている。また、マイクロコンピュ
ータ６５の電源端子６９には、前記リチウム電池１８か
らの電源電圧Ｖｃ（この実施の形態ではＶｃ＝３Ｖ）が
与えられ、入力端子６８と電源端子６９との間にはダイ
オードＤ２が接続されている。

【００３３】マイクロコンピュータ６５はＣ−ＭＯＳバ
ッファアンプ７１を有している。Ｃ−ＭＯＳバッファア
ンプ７１は、入力電圧Ｖinが（１／２）・Ｖｃを下回れ
ば、出力電圧Ｖｏｕｔを零にする。図１１にＣ−ＭＯＳ
バッファアンプ７１の動作特性を示す。

【００３４】マイクロコンピュータ６５は、Ｃ−ＭＯＳ
バッファアンプ７１の他、図１２にその要部の構成を示
すように、ＣＰＵ７２、ＲＡＭ７３、ＲＯＭ７４、イン
ターフェース７５，７６等を備えている。ＣＰＵ７２
は、インターフェース７５を介してＣ−ＭＯＳバッファ
アンプ７１からの出力電圧Ｖｏｕｔを入力し、ＲＯＭ７
４に格納されているプログラムにしたがい、ＲＡＭ７３
にアクセスして処理動作を行う。ＣＰＵ７２での処理情
報は、インターフェース７６を介してＬＣＤ１６へ出力
される。

【００３５】再び図６において、前記重り４３は、ダイ
キャスト製の鉛からなり、前記第１、第２ケース４０
Ａ，４０Ｂの下部間に接着等によって固定されている。
重り４３の重心は、振子式検出器１４の回転中心を通る
垂直線上に位置している。このような重り４３を回転ケ
ース４０の下部に取付けておくと、振子式検出器１４は
ガラス５（図５）が上を向いた水平な姿勢でない限り重
り４３の作用によって回転することにより正常な姿勢
（周方向の傾きが零の姿勢）に自動的に復帰する。した
がって、運動量計１をスラックスやスカートに限らず
腕、ポケット、鞄、ハンドバックの中などに装着して使
用しても、歩数計測が可能である。

【００３６】図２および図３において、前記回転センサ
１５は、前記重り４３に埋設した１個のマグネット８１
と、前記内ケース１３側に配設した４個のリードスイッ
チ８３ａ〜８３ｄとで構成されている。前記マグネット
８１は円柱状で、一端面がＮ極に、他端面がＳ極となる
ように軸線方向に着磁され、図６（ａ）、（ｂ）に示す
ように前記第１、第２ケース４０Ａ，４０Ｂの下部に設
けた孔８２に、軸線が振子式検出器１４の軸線と平行に
なるように嵌合され、重り４３に埋め込まれている。マ
グネット８１の重心も前記重り４３と同様に振子式検出
器１４の回転中心を通る垂直線上に位置している。

【００３７】前記リードスイッチ８３ａ〜８３ｄは、前
記振子式検出器１４の外周を取り囲むように内ケース１
３の内周面に周方向に９０°ずつ位相をずらして、かつ
時計の文字盤の時刻を表す数字１２、３、６および９の
位置に位置するように配設されている。また、リードス
イッチ８３ａ〜８３ｄは、軸線が振子式検出器１４の軸
線と平行になるように配設され、そのリード線８４ａ，
８４ｂが前記プリント配線板１７と前記プラス電池接片
２５にそれぞれ半田付けによって電気的に接続されてい
る。これらのリードスイッチ８３ａ〜８３ｄは、振子式
検出器１４が回転してマグネット８１が近接すると、そ
の磁界によってリード線８４ａ，８４ｂの互いに対向す
る接片が接触することによりＯＮになる。したがって、
リードスイッチ８３ａ〜８３ｄのＯＮ、ＯＦＦ状態を検
出すると、振子式検出器１４の回転運動の大きさ、回転
方向を判別することができる。

【００３８】このように構成された運動量計１では、歩
行モードにおいて次のようにして振子４１の振動回数が
計数され、その計数された振動回数が歩数としてＬＣＤ
１６の第２の表示部２７Ｂに表示される。また、歩行モ
ードにおいては、第１の表示部２７Ａに歩行の累計歩数
が表示され、第３の表示部２７Ｃに装着使用している累
計日数が表示される。

【００３９】歩数計測に際して、振子４１は線ばね５１
により重力に抗して上方に押し上げられストッパ５６に
圧接されることにより、図６（ａ）、（ｂ）に示す初期
位置に保持されている。この状態において、使用者が歩
行するとその上下振動に伴い振子４１が回動支点Ｐ（図
８）を中心として下方に振動し、接触子４８が基板４２
上の圧電素子５７を叩く。

【００４０】圧電素子５７は基板４２を介して薄板５９
上に配置されており、接触子４８によって叩かれると、
図１３に示すように湾曲する。圧電素子５７が湾曲、す
なわち圧電磁気５７ａが湾曲すると、その変位量Δｘに
応じた大きさのパルス状の電圧が電極５７ｂ，５７ｃ間
に発生する（図１４）。振子４１の上下運動の強さは加
速度と比例し、受けた衝撃加速度と圧電磁気５７ａの変
位量Δｘとは比例関係にある。本実施の形態では、歩行
時の上下加速度変化で振子４１が上下方向に振動し、接
触子４８が圧電素子５７を叩いた時、圧電素子５７の電
極５７ｂ，５７ｃ間に最低でもパルス幅が１ｍｓｅｃ前
後で約２Ｖ以上の電圧が発生する。なお、圧電素子５７
は１千万回の衝撃試験に対して十分耐え得るものであっ
た。

【００４１】圧電磁気５７ａは変位量Δｘが大きいほど
大きな出力が出るが、通常板厚が０．３〜０．５ｍｍ程
度の薄板に形成されているため、過度な衝撃（変位）が
加わると破壊されてしまうおそれがある。そこで、本実
施の形態では、圧電素子５７に過度な衝撃が加わらない
ように、接触子４８を導電ゴムで形成し、圧電素子５７
を基板４２を介して薄板５９上に設置している。

【００４２】圧電素子５７の電極５７ｂ，５７ｃ間に発
生したパルス状の電圧は、電気回路部６２（図１０）へ
与えられる。電気回路部６２において、圧電素子５７か
らのパルス状の電圧は、ダイオードＤ１，Ｄ２によって
Ｖｃ以上の電圧と接地レベル（ＧＮＤ）以下の電圧が吸
収され、ＧＮＤからＶｃの範囲の入力電圧Ｖinとしてマ
イクロコンピュータ６５の入力端子６８へ与えられる。
抵抗Ｒ１は数百ＫΩ〜数ＭΩとしている。この抵抗Ｒ１
によって入力インピーダンスが固定され、圧電素子５７
で発生した電荷が適度に放電されるとともに、電圧が発
生しないときは入力端子６８の電位がＧＮＤに固定され
る。

【００４３】入力端子６８へ入力電圧Ｖinとして与えら
れた圧電素子５７からのパルス状の電圧はＣ−ＭＯＳバ
ッファアンプ７１へ入力される。Ｃ−ＭＯＳバッファア
ンプ７１は、入力電圧Ｖinが（１／２）・Ｖｃを越える
と、出力電圧ＶｏｕｔをＶｃとする。図１５（ａ）に入
力電圧Ｖinとして与えられる圧電素子５７からのパルス
状の電圧を示す。図１５においては、振子４１の接触子
４８が圧電素子５７を叩いた時に発生する第１発目のパ
ルス状の電圧をＶ１、第２発目の電圧をＶ２、第３発目
の電圧をＶ３としてそれぞれ示している。

【００４４】歩行時において、パルス状の電圧Ｖ１，Ｖ
２，Ｖ３は、１ｍｓｅｃ前後のパルス幅で約２Ｖ以上と
なる。本実施の形態においては、電源電圧Ｖｃを３Ｖと
しているので、パルス状の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が（１
／２）・Ｖｃ＝１．５Ｖを越えると、Ｃ−ＭＯＳバッフ
ァアンプ７１の出力電圧Ｖｏｕｔは、図１５（ｂ）に示
すように、パルス状の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が（１／
２）・Ｖｃを越えている間Ｖｃとなり、Ｖｃをハイレベ
ルとするパルス信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３となる。

【００４５】このパルス信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３はインタ
ーフェイス７５（図１２）を介してＣＰＵ７２へ与えら
れる。図１５（ａ）ではパルス状の電圧をＶ３までしか
示していないが、次々にパルス状の電圧がマイクロコン
ピュータ６５へ与えられる。ＣＰＵ７２は、ＲＯＭ７４
に格納されているプログラムにしたがい、入力されるパ
ルス信号の数を振子４１の振動回数として計数する。そ
して、この計数した振動回数をインターフェイス７６を
介してＬＣＤ１６へ送り、ＬＣＤ１６の第２の表示部２
７Ｂ上に歩数として表示する。また、この歩数を換算す
ることにより歩行によって消費したカロリーを第１の表
示部２７Ａに表示する。この場合、圧電素子５７が発生
するパルス状の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の大きさは、振子
４１が圧電素子５７を叩いたときの衝撃荷重の大きさに
比例するため、パルス状電圧をＡ／Ｄ変換して衝撃荷重
の大きさを求め、その値をＬＥＤ１６に表示することが
できる。また、衝撃荷重は運動の大きさに比例するた
め、衝撃荷重の大きさから消費カロリーを算出すると、
より正確な消費カロリーを表示することができる。

【００４６】このように、本実施の形態においては、圧
電素子５７を用い、素子自らが発生するパルス状の電圧
に基づいて振子４１の振動回数が計数されるので、電力
消費が軽減され、リチウム電池１８を長く使用すること
ができる。

【００４７】また、振子式検出器１４は重り４３によっ
て正常な姿勢に自動的に復帰するので、運動量計１の装
着姿勢が周方向または前後方向もしくは周方向と前後方
向の両方向に傾いていたり、あるいはまた上下逆になっ
ていたとしても、振子４１が正常に上下方向に振動して
歩数を確実に計測することができる。したがって、運動
量計１をスラックスやスカートのベルトに限らず、腕や
足、さらにはポケット、鞄、ハンドバック等の中などに
装着しても使用することができ、装着姿勢、装着箇所を
拡大することができる。

【００４８】また、本発明に係る運動量計１によれば、
回転自在で正常な姿勢に自動復帰する振子式検出器１４
に加えて回転センサ１５を備えているで、消費カロリー
モードに切り替えてリードスイッチ８３ａ〜８３ｄのＯ
Ｎ、ＯＦＦ状態を検出することにより、歩行・非歩行時
の身体動作の状況や運動状況を捕らえ、その動作回数や
動作（運動）の大きさを検出することができ、目的別に
細かい情報を管理することができる。

【００４９】歩行以外に身体行動、動作、姿勢を大別す
ると、立っている（立位）、座っている（座位）、寝て
いる（臥位）、両腕動作（運動）に分けることができ
る。表１に運動量計１を左腕に装着した場合の主な姿勢
と、マグネット８１の停止、通過位置と動作状況の関係
を示す。マグネット８１の停止、通過位置の数字は、時
計の文字盤に表示されている数字であり、この数字の位
置に配置されているリードスイッチ８３ａ〜８３ｄがＯ
Ｎになることを示している。例えば、マグネット８１の
停止、通過位置の数字が１２，３の場合は、１２時と３
時の位置のリードスイッチ８３ａと８３ｂがＯＮとなる
ことを示す。なお、リードスイッチの動作回数は歩行・
非歩行時の運動回数としてＬＣＤ１６の第３の表示部２
７Ｃに表示される。このとき、歩行時の歩数が第２の表
示部２７Ｂに表示され、歩行と非歩行時の消費カロリー
の累計が第１の表示部２７Ａに表示される。

【００５０】

【表１】

【００５１】また、上記した表１に示す姿勢以外にも、
例えば、使用者がベッド上に仰向けに寝た状態で腹筋運
動を行い、その運動量（または運動回数）を計測するこ
とができる。その場合は、歩数計１を脇腹に取付ける。
この取付姿勢は、略垂直な姿勢に限らず、腹筋運動時に
振子式検出器１４が軸２０回りに回転（または回動）し
得る角度範囲内であれば傾斜した姿勢であってもよい。

【００５２】腹筋運動を行うと、上半身が上下動するた
め、ケース２と振子式検出器１４は相対的に回転または
回動する。このとき、回動角度が１８０°以上で３６０
°以下であると、マグネット８１がリードスイッチ８３
ａ〜８３ｄのうち少なくとも１つのリードスイッチに近
接するため、マグネット８１の磁界によって当該リード
スイッチの接片が互いに接触してＯＮになる。したがっ
て、このときの信号を検出することにより振子式検出器
１４の回動が検出され、この回動回数は、腹筋運動の回
数に比例する。そして、この回動回数を腹筋運動の回数
としてＬＣＤ１６の第３の表示部１７Ｃに表示する。あ
るいは、検出信号を処理することにより消費カロリーに
換算して表示する。

【００５３】図１６は本発明の他の実施の形態を示す検
出部の平面図である。本実施の形態では、上記した圧電
素子５７の代わりに互いに離間した２つの接片、すなわ
ちプラス側接片９１とマイナス側接片９２を基板４２の
上面に振子の接触子４８に対応して形成し、これらの接
片９１，９２の導通回数を振子の振動回数として計測す
るようにしている。

【００５４】プラス側接片９１とマイナス側接片９２
は、銅箔等によって形成され、表面が金めっきされてい
る。また、プラス側接片９１とマイナス側接片９２は、
それぞれ櫛歯状に形成されることにより、同一ピッチか
らなる細長い接点片９１ａ〜９１ｃ、９２ａ〜９２ｄを
それぞれ有し、電気回路部に接続されている。また、プ
ラス側接片９１の接点片９１ａ〜９１ｃと、マイナス側
接片９２の接点片９２ａ〜９２ｄは、半ピッチずれて互
いに噛み合うように形成されている。接点片９１ａ〜９
１ｃ、接点片９２ａ〜９２ｄの幅および隣り合う接点片
どうしの間隔は、０．２ｍｍ程度である。接点片９１ａ
〜９１ｃと接点片９２ａ〜９２ｄの長手方向において噛
み合う部分の長さＸは、２ｍｍ程度である。このような
プラス側接片９１とマイナス側接片９２は、周知の印刷
配線技術によって容易に形成される。なお、その他の構
成は、電気回路部６２における信号処理の方式が異なる
点を除いて上記した実施の形態と同一である。

【００５５】前記接触子４８は、振子が下方へ振動した
時プラス側接片９１とマイナス側接片９２の接点片９１
ａ〜９１ｃ、接点片９２ａ〜９２ｄのうち、少なくとも
一対の接点片、例えば図１６においては接点片９１ａと
９２ａ、接点片９１ｂと９２ｂの２対に対して接触し、
両接片９１，９２を電気的に導通させる。プラス側接片
９１とマイナス側接片９２が電気的に導通すると、電気
回路部はその信号を振子の振動回数として計測しＬＣＤ
１６に表示する。このようなプラス側接片９１とマイナ
ス側接片９２を用いると、圧電素子５７を用いる場合に
比べて複雑な信号処理を行う必要がなく、電気回路部６
２を簡素化することができる。

【００５６】また、接触子４８の接触面の長さを長くす
ると、プラス側接片９１とマイナス側接片９２の接触箇
所がさらに増加するため、運動量計１の信頼性を高める
ことができる。すなわち、接触箇所が多くなると、いず
れか１つの接触箇所が金属酸化物や塵埃等の付着によっ
て接触不良を起こしても、全ての接触箇所が接触不良を
起こすまでは計測可能であるため、計測の信頼性は向上
する。

【００５７】次に、本発明に係る運動量計の応用例につ
いて説明する。運動量計１は、消費カロリーモードにお
いて、歩行時の歩数と、歩行・非歩行時の身体の動作、
運動の回数を検出できるため、１日の行動の全ての検出
・測定に用いることができる。

【００５８】実際に、運動量計１を使用者の左腕に装着
して１日の行動の全てを検出、測定した例を以下に示
す。なお、回数はリードスイッチ８３ａ〜８３ｄがＯＮ
した回数、（）内の数字はマグネット８１の停止・通
過位置である。

【００５９】６：３０起床寝返り２０回（１２−
６）、トイレ１回３０歩（３）洗面立位１０分（歯磨き、洗顔、整髪１００回）
（３）食事座位３０分（新聞、朝食など５０回）（１２）７：１５出勤立位（歩行、立位１０分、電車５０分
１０００歩）（３）駅から会社立位１５分１５００歩
（３）８：３０会社座位（デスクで新聞、資料読み５０
回）（１２−６）９：００仕事座位（社内営業業務打合わせ５０回）
（１２−９）１０：００得意先回り座位（車運転１２０分５００
回）１２：００食事座位（３０分５０回）（１２−９）１３：００営業活動立位（２０分２０００歩）
（３）、座位（２２０分１００回（１２−９）１７：００帰社座位（車運転５０分３００回）（１
２−９）１８：１５帰宅立位（電車５０分、歩行２５分２５
００歩）（３）２２：００食事、団欒座位２００回（１２−９）２２：３０就寝寝位

【００６０】上記の１日の行動を分析すると、歩数が総
計７０３０歩、歩行・非歩行時の身体動作の運動回数が
総計１４２０回であった。これにより、生活行動別に行
動状況の判別と歩行、非歩行の判別もできる。また、身
体生活行動、動作、時間、歩数、歩行・非歩行時の進退
動作の回数等の情報をマイクロコンピュータのメモリー
に記憶してパーソナルコンピュータに転送すると、身体
動作の詳細データとして保管したり、分析、解析を行う
ことができる。

【００６１】また、運動量計１の他の応用例としては、
野球のバットやゴルフのクラブを素振りした時のベッド
スピードやボールの飛行距離の測定、テニス、縄跳び等
の練習回数、水中での運動等を測定するスポーツカウン
ターにも用いることが可能である。

【００６２】例えば、ゴルフクラブのヘッドスピードの
測定に用いる場合は、消費カロリーモード、歩行モ
ード、時計モードの他に素振りモードを追加して圧電
素子５７から出るパルス状の電圧の最大値（最大加速
度）を計測する。測定に際しては、素振りモードを選択
し、次に設定モードで使用クラブを入力する。運動量計
１を使用者の左腕に装着する。そして、素振りを行う。
クラブの運動は円運動とみなす。

【００６３】素振りをすると、使用者が右利きの場合、
運動量計１の振子式検出器１４はアドレスからバックス
イングの動作過程で反時計方向に回転し、トップ位置で
振子４１が作動して圧電素子５７を叩き、パルス状の電
圧を発生させる。反時計方向の回転は、マグネット８１
が静止位置のリードスイッチ８３ｂ−８３ａ−８３ｄの
順序で通過する。このため、これらのリードスイッチ８
３ａ，８３ｂ，８３ｄがＯＮとなり、リードスイッチ８
３ｂからリードスイッチ８３ｄまでの間をマグネット８
１が通過する時間をマイクロコンピュータ６５で計算す
る。

【００６４】フォロースルーからインパクトを迎える
時、振子式検出器１４は時計方向に回転し、インパクト
で振子４１が圧電素子５７を叩く。この時の圧電素子５
７から出るパルス状の電圧は最大値（最大加速度）とな
る。時計方向の回転は、マグネット８１が静止位置のリ
ードスイッチ８３ｄ−８３ａ−８３ｂの順序で通過し、
これらのリードスイッチ８３ａ，８３ｂ，８３ｄが順次
ＯＮになり、リードスイッチ８３ｄからリードスイッチ
８３ｂ間をマグネット８１が通過する時間をマイクロコ
ンピュータ６５で計算する。

【００６５】ヘッドスピードから飛行距離の算出は、使
用クラブ毎に飛行距離が異なるため、設定ボタンで使用
クラブを入力するとマイクロコンピュータ６５が演算し
て使用クラブの飛行距離を算出する。

【００６６】アドレスからフィニッシュまでの所要時間
の算出クラブをアドレスからトップ位置まで振り上げる
と、マグネット８１は３時の位置から反時計方向に回転
し、リードスイッチ８３ｂ−８３ａ−８３ｄの順序で通
過し、これらスイッチを順次ＯＮにする。

【００６７】リードスイッチ８３ｂからリードスイッチ
８３ｄ間をマグネット８１が通過した時間をマイクロコ
ンピュータ６５で算出する。振子４１はトップ位置でＯ
Ｎとなった時間までがバックスイングに要した時間であ
る。

【００６８】トップ位置からクラブを振り下ろしてイン
パクトすると、マグネット８１は時計方向に回転するこ
とにより９時の位置からリードスイッチ８３ｄ−８３ａ
−８３ｂの順序で通過し、これらスイッチをＯＮにす
る。リードスイッチ８３ｄからリードスイッチ８３ｂま
での間をマグネット８１が通過した時間をマイクロコン
ピュータ６５で算出する。振子４１はインパクト位置で
最大加速度を迎え、圧電素子を叩く。

【００６９】最大加速度と素振り１回の所要時間は、圧
電素子の最大電圧値、マグネット８１がリードスイッチ
を通過する時間、速度が分かれば算出することができ
る。クラブヘッドの移動距離は、クラブとスイングの大
きさによって異なるため、設定モードでクラブとスイン
グの大きさを入力すればよい。また、設定モードで腕の
長さ、クラブの長さを入力すれば、より一層測定精度を
高めることができる。

【００７０】さらに、パッティングのヘッドスピードと
距離の算出にも利用することができる。この場合は、設
定ボタンで芝目（順目または逆目）を入力して距離を算
出する。

【００７１】なお、上記した実施の形態においては、歩
行モードにおいて歩行時の歩数と、日数および累計歩数
をＬＣＤ１６に表示し、設定ボタンによって累計歩数の
代わりに消費カロリーを切替表示するようにしてもよ
い。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る運動量
計によれば、振子式検出器をケース内に回転自在に組込
み、重りによって振子式検出器を常に正常な姿勢に保持
するように構成したので、運動量計自体の使用姿勢が周
方向に傾いていたり上下逆になっていても、振子式検出
器は計測可能な姿勢に自動復帰し、振子が上下方向に振
動するため歩数を確実に計測することができる。したが
って、腕に装着して使用することができ、またスラック
スやスカートのベルトはもとより、ポケット、鞄、ハン
ドバックの中などに入れた状態でも使用することがで
き、装着姿勢および装着箇所の自由度を大幅に拡大する
ことができる。

【００７３】また、本発明は回転センサを備え、これに
よって振子式検出器の回転または回動を検出するように
構成したので、歩数計測とは無関係に身体の各部の運動
回数または運動量を計測することができ、多目的型の運
動量計を提供することができる。

【００７４】また、振子式検出器を水平な軸によって回
転自在に軸支し重りによって正常な姿勢を保持するとと
もに、回転センサとしてマグネットとリードスイッチを
用いるだけでよいため、構造が比較的簡単で安価に製作
することができる。

【００７５】また、圧電素子が発生するパルス状の電圧
に基づいて振子の振動回数を計数するようにすると、消
費電力を軽減し、電池を長く使用することができる。さ
らに、圧電素子の代わりに互いに近接する２つの接片を
用い、その導通による通電回数を振子の振動回数として
表示すると、信号処理回路を簡素化することができる。

【００７６】さらにまた、本発明に係る運動量計は、回
転自在な振子式検出器と回転センサを備えているので、
ゴルフクラブのヘッドスピードや野球のバットのヘッド
スピードなどを計測するスポーツカウンターにも応用す
ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る運動量計の一実施の形態を示す
正面図である。

【図２】図１のII−II線拡大断面図である。

【図３】図１のIII −III 線拡大断面図である。

【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線拡断面図である。

【図５】図１のＶ−Ｖ線拡大断面図である。

【図６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は振子式検出器の正
面図、背面図および側面図である。

【図７】（ａ）、（ｂ）は振子の正面図および底面図
である。

【図８】検出部の概略図である。

【図９】圧電素子の平面図である。

【図１０】電気回路部内のマイクロコンピュータの要
部の構成を示す図である。

【図１１】電気回路部内のマイクロコンピュータにお
けるＣ−ＭＯＳバッファアンプの動作特性を示す図であ
る。

【図１２】マイクロコンピュータの要部の構成を示す
図である。

【図１３】接触子によって叩かれた圧電素子が湾曲し
た状態を示す図である。

【図１４】圧電素子の変位量Δｘと出力電圧との関係
を示す図である。

【図１５】圧電素子が発生するパルス状の電圧および
このパルス状の電圧から得られるパルス信号を示す図で
ある。

【図１６】本発明の他の実施の形態を示す接点の平面
図である。

【符号の説明】

１…運動量計、２…ケース、１２Ａ…モードボタン、１
２Ｂ…設定ボタン、１４…振子式検出器、１５…回転セ
ンサ、１６…液晶表示装置、４０…内ケース、４１…振
子、４３…重り、４８…接触子、５７…圧電素子、８１
…マグネット、８３ａ〜８３ｄ…リードスイッチ、９１
…プラス側接片、９２…マイナス側接片。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振子、重りおよび圧電素子を備え前記振
子の振動回数を検出する回転自在な振子式検出器と、こ
の振子式検出器を収納するバンド付きケースと、歩行・
非歩行時の身体動作を検出する回転センサと、表示手段
と、モード切替手段とを備え、前記回転センサを振子検
出器の周囲に等間隔おいて配設した４個のリードスイッ
チと、これらのリードスイッチに対応して前記振子式検
出器に配設した１個のマグネットとで構成したことを特
徴とする運動量計。
【請求項２】請求項１記載の運動量計において、振子式検出器が圧電素子の代わりに離間して配置された
２つの接片を備えていることを特徴とする運動量計。