JP2014023920A - カーリングブラシ用検出装置、カーリングブラシ及びカーリング用測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】いかなるスウィーピング動作においても、スウィーピング動作の際にカーリングブラシにかかる力を正しく測定することができるカーリングブラシ用検出装置、カーリングブラシ及びカーリング用測定システムを提供する。
【解決手段】カーリングブラシ１０のブラシシャフト部２にかかる応力に応じた電気的信号を検出する応力検出手段４と、ブラシシャフト部２の傾きに応じた電気的信号を検出する傾き検出手段５とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、カーリング競技の技術指導や技術研究に用いるカーリングブラシ用検出装置、この検出装置を備えたカーリングブラシ及びこのカーリングブラシを備えたカーリング用測定システムに関する。

カーリングは主に冬季に行われるスポーツの一種で、円盤状のストーンを氷上で滑走させ、その進路をブラシ（カーリングブラシ）で掃く動作（スウィーピング）により、ストーンの速度や方向を制御し、所定の円（ハウス）に入れて得点を競う競技である。このスウィーピングは競技における重要な技術であり、その技術の向上を図るために、スウィーピングのフォームやストロークの速さ、距離及び氷に加わる力などの関係を研究することが望まれている。

非特許文献１には、棒状のブラシシャフト部の先端に氷面と接触するブラシヘッド部を備えたカーリングブラシにおいて、ブラシヘッド部内に歪ゲージや加速度センサを取り付ける技術が開示されている。このカーリングブラシは、歪ゲージや加速度センサによりブラシ部にかかる圧力や加速度を検出し、スウィーピングにおいて氷面に作用する荷重やストロークを測定し、スウィーピング動作についての研究に役立てようとするものである。

Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｕｓｅ ｏｆ ａｎ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅｄ ｃｕｒｌｉｎｇ ｂｒｕｓｈ，ＢＵＣＫＩＮＧＨＡＭ Ｍ−Ｐ， ＭＡＲＭＯ Ｂ Ａ， ＢＬＡＣＫＦＯＲＤ Ｊ Ｒ （Ｕｎｉｖ． Ｅｄｉｎｂｕｒｇｈ， Ｅｄｉｎｂｕｒｇｈ， Ｐｒｏｃ Ｉｎｓｔ Ｍｅｃｈ Ｅｎｇ Ｐｔ Ｌ Ｊ Ｍａｔｅｒ Ｄｅｓ Ａｐｐｌ， Ｖｏｌ．２２０ Ｎｏ．４ Ｐａｇｅ．１９９−２０５（２００６．１０））

しかし、非特許文献１の技術を適用したカーリングブラシによると、ブラシヘッド部と氷面との角度が変化した際に、氷面に作用する力を正確に測定することができないという問題がある。すなわち、ブラシヘッド部がブラシシャフト部に固定されている場合は、スウィーピングをする者のブラシシャフトの持ち方によってブラシヘッド部と氷面との角度が大きく変わる。ブラシヘッド部が、ブラシシャフト部に対する角度が可動するよう備えられている場合であっても、スウィーピング際の前後移動に伴う摩擦力によってブラシヘッド部が揺動するので、ブラシヘッド部と氷面との角度が細かく変化する。ブラシヘッド部と氷面との角度が変化すると、歪ゲージが測定する値と、ブラシヘッド部にかかる水平方向の力及び垂直方向の力との関係が変化するので、歪みゲージによってスウィーピングブラシにかかる力、すなわちスウィーピングで氷面に作用する力を正しく検出することができない。

従って本発明の目的は、いかなるスウィーピング動作においても、スウィーピングの際にカーリングブラシにかかる力を正しく測定することができるカーリングブラシ用検出装置、カーリングブラシ及びカーリング用測定システムを提供することにある。

本発明のカーリングブラシ用検出装置は、カーリングブラシのブラシシャフト部にかかる応力に応じた電気的信号を検出する応力検出手段と、ブラシシャフト部の傾きに応じた電気的信号を検出する傾き検出手段とを備えている。

応力検出手段により応力に応じた電気信号を検出し、傾き検出手段により傾きに応じた電気的信号を検出するので、これらの電気信号を分析することで、応力を傾きの値に応じて分析し、ブラシヘッド部にかかる水平荷重及び垂直荷重の値を導出することができる。そのため、いかなるスウィーピング動作においても、スウィーピングの際にカーリングブラシにかかる力（スウィーピング力）を正しく測定でき、カーリングブラシを介して氷面にかかる力を分析し、スウィーピングのフォーム及びストローク等の解析に役立てることができるカーリングブラシ用検出装置を提供することができる。

応力検出手段は、ブラシシャフト部に設けられ、このブラシシャフト部の歪を検出する歪ゲージであることが好ましい。歪ゲージを用いることで、ブラシシャフト部の歪みを検出し、ブラシシャフト部にかかる応力に応じた電気信号を得ることができる。歪ゲージは、ブラシシャフト部に対してカーリングブラシの形態に関わらず容易に取り付けることができる。

応力検出手段は、ブラシシャフト部にかかる軸方向の応力を検出する軸方向荷重検出手段と、ブラシシャフト部にかかる軸方向と直角な方向の応力を検出する軸直角方向荷重検出手段とを備えている。軸方向及び軸に直角な方向の応力を検出することで、ブラシシャフト部にかかる応力を分析することができ、スウィーピング力を詳細に分析することができる。

応力検出手段は、ブラシシャフト部に設けられ、ブラシシャフト部にかかる軸方向の応力に応じた電気信号を検出する軸方向荷重検出手段と、ブラシシャフト部にかかる軸方向と直角な方向の応力に応じた電気信号を検出する軸直角方向荷重検出手段とを備えているロードセルであることが好ましい。これにより、軸方向荷重検出手段及び軸直角方向荷重検出手段は、ブラシシャフト部の円柱形表面の代わりにロードセルに配置することで、スウィーピングの際にカーリングブラシにかかる力をより高精度で検出することが可能となる。

軸方向荷重検出手段及び軸直角方向荷重検出手段は、それぞれブラシシャフト部の歪を検出する４つの歪ゲージから構成され、ロードセルは、ブラシシャフト部の軸と平行であり、軸方向荷重検出手段を配置するため４つの平行平面と、ブラシシャフト部の軸と平行であると共に４つの平行平面に垂直であり、軸直角方向荷重検出手段を配置するための２つの平行平面とを備えていることが好ましい。これにより、荷重検出誤差を減少させることができ、スウィーピングの際にカーリングブラシにかかる力をより高精度で検出することができる。

傾き検出手段はジャイロセンサであることが好ましい。角速度信号を検出し、ブラシシャフト部の傾きを検出することができる。カーリングブラシの形態に関わらずブラシシャフト部に対して容易に取り付けることができる。

本発明のカーリングブラシは、上述したカーリングブラシ用検出装置を備えている。カーリングブラシに加えられる力を検出できるカーリングブラシ用検出装置を備えていることで、スウィーピングの際の氷面にかかる荷重を検出することができるカーリングブラシが提供される。

本発明のスウィーピング力測定システムは、上述のカーリングブラシと、応力検出手段及び傾き検出手段の検出する電気的信号を解析する解析装置とを備えている。上述の電気的信号を解析することで、上述のカーリングブラシにかかるスウィーピングの操作の際のスウィーピング力を測定及び分析することができ、スウィーピングのフォームやストロークの速さ、距離及び氷に加わる力などの関係を解明し、これらの研究や教育に用いることができるスウィーピング力測定システムとなる。

本発明によれば、応力検出手段により応力を検出し、傾き検出手段により傾きを検出するので、応力を傾きの値に応じて分析し、ブラシヘッド部にかかる水平荷重及び垂直荷重の値を導出することができる。そのため、いかなるスウィーピング動作においても、カーリングブラシを介して氷面にかかる力を正しく検出することができるカーリングブラシ用検出装置及びカーリングブラシを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るカーリングブラシ全体の構成を概略的に示す斜視図である。 図１のカーリングブラシの断面図であり、（ａ）はＡ−Ａ線断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。 図１のカーリングブラシの回路図であり、（ａ）は軸方向荷重検出手段の電気的接続を示す回路図であり、（ｂ）は軸直角方向荷重検出手段の電気的接続を示す回路図である。 図１のカーリングブラシを用いたスウィーピング力測定システムの構成を示す概略図である。 図１のカーリングブラシにかかる力の概略を示す側面図である。 本発明の実施例１における電圧検出試験の結果を示すグラフである。 本発明の実施例１における傾き値の検出試験の結果を示すグラフである。 本発明の実施例１におけるスウィーピング力測定の精度検定の結果を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係るカーリングブラシ全体の構成を概略的に示す斜視図である。 図９のカーリングブラシの断面図であり、（ａ）はＡ−Ａ線断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。 図９のカーリングブラシの回路図であり、（ａ）は軸方向荷重検出手段の電気的接続を示す回路図であり、（ｂ）は軸直角方向荷重検出手段の電気的接続を示す回路図である。 図９のカーリングブラシを用いたスウィーピング力測定システムの構成を示す概略図である。 本発明の実施例２における電圧検出試験の結果を示すグラフである。

図１は本発明の第１の実施形態におけるカーリングブラシ１０全体の構成を概略的に示す斜視図である。本実施形態において、カーリングブラシ用検出装置１は、カーリングブラシ１０と共に用いられる。カーリングブラシ１０は、ブラシシャフト部２及びブラシヘッド部３を備える。カーリングブラシ用検出装置１は、ブラシシャフト部２に備えられた応力検出手段４及び傾き検出手段５を含む。

ブラシシャフト部２は、競技者が氷上で所持し先端のブラシヘッド部３で氷面をスウィーピングすることができる長さに構成されている。その長さは例えば１２０〜１３０ｃｍである。ブラシシャフト部２の構成材料としては、樹脂、木材、又は軽量で強度の高いグラスファイバー等を使用できる。ブラシヘッド部３はブラシシャフト部２の一端に設けられ、氷面を掃くための樹脂や合成ゴム等を構成材料とするパッドや、馬毛や豚毛等の刷毛が設けられている。ブラシヘッド部の形状としては、デッキブラシ型やハンマー型等の様々なものが適用できる。このブラシヘッド部の形状やパッド厚さは、選手や氷の条件によって適宜選択できる。

ブラシシャフト部２とブラシヘッド部３は、相互の角度が変化しない固定式、及び相互の角度が変化可能で押し付け荷重に応じてブラシヘッド部３が氷面に略水平になりやすい可動式のいずれをも用いることができる。本実施形態ではブラシヘッド部３内にその長尺方向に伸長する接続軸（図示せず）が設けられており、この接続軸とブラシシャフト部２がネジ留めされることで角度が変化可能な可動式となっている。

応力検出手段４は、ブラシシャフト部２にかかる応力に応じた電気信号を出力可能な手段である。こうした手段にはブラシシャフト部２の伸縮や変形を検出するセンサがある。設置位置はこれらのセンサの機能に応じてブラシシャフト部２の表面や内部などが選択できる。本実施形態では、応力検出手段４はブラシシャフト部２のシャフト外周表面に設けられた歪ゲージを用いている。ブラシシャフト部２は、応力検出手段４として、図２（ａ）に示すように軸方向荷重検出手段４１、４２、４３及び４４と、図２（ｂ）に示すように軸直角方向荷重検出手段４５、４６、４７及び４８とを備えている。

ここで、図１に示すように、ブラシシャフト部２上に、ブラシシャフト部２の中心軸である軸ｚと、軸ｚ及び氷面に対して直角をなす軸ｙ、軸ｙ及び軸ｚと直交する軸ｘを定義する。図に示した例では、ｘ軸はブラシヘッド部３の長手方向に略平行、ｙ軸はブラシヘッド部３の幅方向に略平行の軸を選択されている。軸方向荷重検出手段４１、４２、４３及び４４は、ブラシシャフト部２の外周表面において、軸ｘの両側に２つずつ貼付されている。軸直角方向荷重検出手段４５、４６、４７及び４８は、ブラシシャフト部２の外周表面において軸ｙの両側に２つずつ貼付されている。

ブラシシャフト部２の外周表面の一方の側に並設された軸方向荷重検出手段４１及び４４は、図３（ａ）に示すように、ホイートストンブリッジ回路の一辺に互いに直列に接続されており、ブラシシャフト部２の外周表面の他方の側に並設された軸方向荷重検出手段４２及び４３は、ホイートストンブリッジ回路の対向する辺に互いに直列に接続されており、ホイートストンブリッジ回路の残りの２辺には固定抵抗４０ａ及び４０ｂがそれぞれ接続されている。

ブラシシャフト部２の外周表面の一方の側に並設された軸直角方向荷重検出手段４６及び４７は、図３（ｂ）に示すように、ホイートストンブリッジ回路の互いに対向する辺に接続されており、ブラシシャフト部２の外周表面の他方の側に並設された軸直角方向荷重検出手段４５及び４８は、ホイートストンブリッジ回路の残りの互いに対向する辺にそれぞれ接続されている。

傾き検出手段５は、設置されたブラシシャフト部２の傾きに応じた電気信号を出力するものである。本実施形態では２つのジャイロセンサを、軸と垂直な平面内において互いに直角となるように（軸ｘ、軸ｚ方向に）設置している。各ジャイロセンサはセンサに入力される角速度を検出できるものであれば、機械式又は光学式等を任意に使用できる。

図４に示すように、本実施形態のカーリングブラシ用検出装置１及びこの検出装置を装着したカーリングブラシ１０は、例えば、これらに解析装置６を備えたスウィーピング力測定システム１００によって運用される。スウィーピング力測定システム１００は、前述したホイートストンブリッジ回路及び入力電圧Ｅを供給する電源回路を有する動ひずみ計７と、Ａ／Ｄ変換機８とをさらに備える。カーリングブラシ用検出装置１の応力検出手段４は、動ひずみ計７に接続され、歪による出力電圧変化分（歪量）を表す電気的信号が動ひずみ計７から出力されるようになっている。動ひずみ計７はＡ／Ｄ変換機８に接続され、動ひずみ計７から出力されるアナログの歪量信号はデジタルの歪量信号に変換されるようになっている。傾き検出手段５は、Ａ／Ｄ変換機８に接続され、傾きを表すアナログの傾き信号はデジタルの傾き信号に変換されるようになっている。Ａ／Ｄ変換機８から出力されるデジタルの歪量信号及び傾き信号はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などの解析装置６に入力される。

次に、このカーリングブラシ用検出装置１、カーリングブラシ１０及びスウィーピング力測定システム１００の作用について説明する。競技者がカーリングブラシ１０で氷面を掃くスウィーピングを行うと、応力検出手段４からは、ブラシシャフト部２にかかる応力に応じて電気信号が出力される。傾き検出手段５からは、ブラシシャフト部２の傾きに応じて電気信号が出力される。

応力検出手段４からの信号について、より具体的には、ブラシシャフト部２に軸方向の荷重が加わると、ブラシシャフト部２の表面に引張又は圧縮する方向に歪が生じ、歪ゲージである軸方向荷重検出手段４１、４２、４３及び４４は引張により電気抵抗が増大又は圧縮により電気抵抗が減少し、図３（ａ）に示すホイートストンブリッジ回路の出力７２には、ブラシシャフト部２に加わった軸方向の荷重に応じた電気信号が発生する。より詳しく説明すると、軸方向荷重検出手段４１、４４、４２及び４３の抵抗値をＲ４１、Ｒ４４、Ｒ４２及びＲ４３とし、固定抵抗４０ａ及び４０ｂの抵抗値をＲ４０ａ及びＲ４０ｂとし、ホイートストンブリッジ回路の入力７１の電圧をＥとすると、このホイートストンブリッジ回路の出力７２に現れる出力電圧ｅは、
ｅ＝Ｅ｛Ｒ４０ａＲ４０ｂ−（Ｒ４１＋Ｒ４４）（Ｒ４２＋Ｒ４３）｝
／｛（Ｒ４０ａ＋Ｒ４１＋Ｒ４４）（Ｒ４０ｂ＋Ｒ４２＋Ｒ４３）｝
となる。従って、（Ｒ４１＋Ｒ４４）（Ｒ４２＋Ｒ４３）＝Ｒ４０ａＲ４０ｂと異なる場合は歪が発生していることとなり、出力電圧ｅの変化は軸方向荷重による歪量を表すこととなる。

ブラシシャフト部２に軸方向に直角の荷重が加わった場合、例えばブラシシャフト部２が軸直角方向荷重検出手段４５及び４８の設けられた方向に向かって湾曲した場合は、歪ゲージである軸直角方向荷重検出手段４５及び４８は圧縮して電気抵抗が減少し、軸直角方向荷重検出手段４６及び４７は引張により電気抵抗が増大し、図３（ｂ）に示すホイートストンブリッジ回路の出力７２には、ブラシシャフト部２に加わった軸直角方向の荷重に応じた電気信号が発生する。ブラシシャフト部２が軸直角方向荷重検出手段４６及び４７の設けられた方向に向かって湾曲した場合も同様である。より詳しく説明すると、軸方向荷重検出手段４６、４７、４５及び４８の抵抗値をＲ４６、Ｒ４７、Ｒ４５及びＲ４８とし、ホイートストンブリッジ回路の入力７１の電圧をＥとすると、このホイートストンブリッジ回路の出力７２に現れる出力電圧ｅは、
ｅ＝Ｅ（Ｒ４５Ｒ４８−Ｒ４６Ｒ４７）／｛（Ｒ４５＋Ｒ４６）（Ｒ４７＋Ｒ４８）｝
となる。従って、Ｒ４５Ｒ４８＝Ｒ４６Ｒ４７と異なる場合は歪が発生していることとなり、出力電圧ｅの変化は軸直角方向荷重による歪量を表すこととなる。

傾き検出手段５としての２つのジャイロセンサは、ブラシシャフト部２の軸ｘ回り及び軸ｚ回りを回転する傾き（シャフトピッチ角β´及びロール角γ）を、それぞれ角速度信号として出力する。氷面に対するブラシシャフト部２の傾き、すなわち図５に示すブラシシャフト部２と氷表面に平行な軸ｉのなすピッチ角βは、シャフトピッチ角β´及びロール角γの値より、β＝β´／ｃｏｓγの関係から導き出すことができる。

スウィーピング力測定システム１００では、荷重検出信号は動ひずみ計７及びＡ／Ｄ変換機８を介して、傾きに応じた信号はＡ／Ｄ変換機８を介して解析装置６にそれぞれ入力される。解析装置６では、これらの電気信号からスウィーピング力を解析する。

具体的には、例えば、軸方向荷重検出手段４１、４２、４３及び４４によって検出された軸方向にブラシシャフト部２にかかる応力（荷重）をＦａ、軸直角方向荷重検出手段４５、４６、４７及び４８によって検出された軸直角方向にブラシシャフト部２にかかる応力（荷重）をＦｂ´とする。図１及び図５に示すように、傾き検出手段５によって検出された氷の表面に平行な軸ｉに対するブラシシャフト部２のｘ軸方向の傾き角であるピッチ角をβ、氷の表面に対するブラシシャフト部２のｚ軸方向の中心軸周りのロール角をγとする。

図５に示す軸直角方向の荷重Ｆｂは、Ｆｂ＝Ｆｂ´／ｃｏｓγで表される。これらの値から、カーリングブラシ１０が氷面に及ぼす垂直方向の力ＦＮは、ＦＮ＝Ｆａｓｉｎβ＋Ｆｂｃｏｓβ、水平方向の力ＦＨは、ＦＨ＝Ｆａｃｏｓβ＋Ｆｂｓｉｎβで表すことができる。カーリングブラシ用検出装置１から得られた信号を解析装置６により解析することで、カーリングブラシ１０が氷面に及ぼす垂直方向及び水平方向の力を解析し、スウィーピング力を分析することができる。

本実施形態の変更態様として、市販されている他の形態のカーリングブラシに対して、ブラシシャフト部に歪ゲージ及びジャイロセンサを設けることができる。従来のブラシヘッド部に歪ゲージ及び加速度計を設ける技術を用いる場合は、ブラシヘッド部をそのために加工しなくてはならず、既存のカーリングブラシに適用することは加工や、カーリングブラシに合わせた調整の手間を要した。これに対して歪ゲージ及びジャイロセンサはブラシシャフト部に設け、さらに既存のブラシシャフト部の外部に追加することで容易に適用できるため、ブラシヘッド部の形状やブラシシャフト部に対する取り付け方に関わらず設けることができる。そのため、市販されている多様な形態のカーリングブラシに対して、いずれの形態のカーリング用ブラシに対しても比較的容易に適用することのできるカーリングブラシ用測定装置及びそれを備えるカーリングブラシを提供することができる。

（ひずみ応力に対する電圧検出試験）
図１に示すカーリングブラシ１０のように構成したカーリングブラシ（試作ブラシ）を備えるように、図４に示すスウィーピング力測定システム１００を構成した。この試作ブラシのブラシシャフト部２に対して、軸方向の荷重Ｆａ及び軸に直角な方向の荷重Ｆｂを加え、応力検出手段４からの出力と比較した。その結果を図６に示す。図中に示すＥａは軸方向荷重検出手段４１、４２、４３及び４４を図３（ａ）のごとくブリッジ接続した場合にその出力７２に現れる出力電圧、Ｅｂは軸直角方向荷重検出手段４５、４６、４７及び４８を図３（ｂ）のごとくブリッジ接続した場合にその出力７２に現れる出力電圧を示している。ＦａとＥａ、ＦｂとＥｂには良好な比例関係があり、応力検出手段４及びホイートストンブリッジ回路の出力からブラシシャフト部２に加えられる荷重を測定できることを示す。

（傾き値の検出試験）
上述の試作ブラシでスウィーピング操作を行い、傾き検出手段５から、ピッチ角β及びロール角γを検出した。同時にこのスウィーピング操作に対してモーション・キャプチャーシステムＶｉｃｏｎでピッチ角β及びロール角γを解析し、傾き検出手段の結果と比較した。結果を表１、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す。両者のβ及びγの値はよく一致しており、傾き検出手段５による検出が有効であることを示す。

（スウィーピング力測定の精度検定）
上述の試作ブラシを備えるスウィーピング力測定システム１００を用いて、フォースプレートに対してスウィーピング操作を行い、フォースプレートが検出する床への反発力と、スウィーピング力測定システム１００の測定する垂直方向の力ＦＮ及び水平方向の力ＦＨを比較した。表２に解析結果の表、図８（ａ）及び図８（ｂ）に本実施例の試作ブラシとフォースプレートによる約１５秒間のスウィーピング力の波形を示す。特に垂直方向の力ＦＮにおいてはフォースプレートの結果に良好に一致し、水平方向の力ＦＨについても揺動の影響か振幅がやや増加しているが、１５％以下の誤差となっている。以上の結果から、本実施例のスウィーピング力測定システム１００は高い精度でのスウィーピング力の測定が可能であることが示された。

図９は本発明の第２の実施形態におけるカーリングブラシ１０Ａ全体の構成を概略的に示す斜視図である。本実施形態において、カーリングブラシ１０Ａは、図９に示すように、カーリングブラシ用検出装置１Ａと、ブラシシャフト部２と、ブラシヘッド部３とを備えている。カーリングブラシ用検出装置１Ａは、ブラシシャフト部２の下部に組み込まれている。このカーリングブラシ１０Ａは、カーリングブラシ用検出装置１Ａ以外に上述した第１の実施形態におけるカーリングブラシ１０と同様な構成を有している。

カーリングブラシ用検出装置１Ａは、応力検出手段４及び傾き検出手段５を有するロードセルである。ロードセル本体は、矩形断面を有する柱状体から構成されている。この柱状体の長手方向の外表面は、ブラシシャフト部２の軸方向と平行となるように構成されている。また、ロードセル本体は、応力検出手段４の軸方向荷重検出手段と軸直角方向荷重検出手段により検出しようとする荷重の方向にのみ変形しやすいように、軸方向荷重検出手段と軸直角方向荷重検出手段とが配置される部分の断面が所定厚さを有する薄壁状（板状）に形成されている。即ち、ロードセル本体の上端側において中央部に切り抜き部が設けられ、左右に薄壁が形成され、かつ切り抜き部の側面は、長手方向の外表面と平行となるように形成されている。また、ロードセル本体の下端側において中央部に切り抜き部が設けられ、上下に薄壁が形成されている。

応力検出手段４は、ブラシシャフト部２にかかる応力に応じた電気信号を出力可能な手段である。例えば、ブラシシャフト部２の伸縮や変形を検出する歪ゲージを用いている。本実施形態では、図１０（ａ）に示すように、軸方向荷重検出手段５１、５２、５３及び５４は、ロードセル本体の上端側の両側壁の外表面及び内表面の中央（軸ｘ上）に１つずつ貼付されている。また、図１０（ｂ）に示すように、軸直角方向荷重検出手段５５、５６、５７及び５８は、ロードセル本体の下端側の上下両壁の外表面の中央に軸ｙに沿って２つずつ貼付されている。

ロードセル本体の両側壁の外表面に配置された軸方向荷重検出手段５１及び５３は、図１１（ａ）に示すように、ホイートストンブリッジ回路の互いに対向する辺に接続されており、ロードセル本体の両側壁の内表面に配置された軸方向荷重検出手段５２及び５４は、ホイートストンブリッジ回路の残りの互いに対向する辺にそれぞれ接続されている。

ロードセル本体の上下両壁の外表面に配置された軸直角方向荷重検出手段５６及び５８は、図１１（ｂ）に示すように、ホイートストンブリッジ回路の互いに対向する辺に接続されており、一方、軸直角方向荷重検出手段５５及び５７は、ホイートストンブリッジ回路の残りの互いに対向する辺にそれぞれ接続されている。

傾き検出手段５は、ブラシシャフト部２の傾きに応じた電気信号を出力するものである。本実施形態では２つのジャイロセンサを、軸と垂直な平面内において互いに直角となるように（軸ｘ、軸ｚ方向に）設置している。各ジャイロセンサはセンサに入力される角速度を検出できるものであれば、機械式又は光学式等を任意に使用できる。

図１２に示すように、本実施形態のカーリングブラシ用検出装置１Ａを備えたカーリングブラシ１０Ａは、例えば、これらに解析装置６を備えたスウィーピング力測定システム１００Ａによって運用される。スウィーピング力測定システム１００Ａは、前述したホイートストンブリッジ回路及び入力電圧Ｅを供給する電源回路を有する動ひずみ計７と、Ａ／Ｄ変換機８とをさらに備える。カーリングブラシ用検出装置１Ａの応力検出手段４は、動ひずみ計７に接続され、歪による出力電圧変化分（歪量）を表す電気的信号が動ひずみ計７から出力されるようになっている。動ひずみ計７はＡ／Ｄ変換機８に接続され、動ひずみ計７から出力されるアナログの歪量信号はデジタルの歪量信号に変換されるようになっている。傾き検出手段５は、Ａ／Ｄ変換機８に接続され、傾きを表すアナログの傾き信号はデジタルの傾き信号に変換されるようになっている。Ａ／Ｄ変換機８から出力されるデジタルの歪量信号及び傾き信号はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などの解析装置６に入力される。

（ひずみ応力に対する電圧検出試験）
図９に示すカーリングブラシ１０Ａのように構成したカーリングブラシ（試作ブラシ）を備えるように、図１２に示すスウィーピング力測定システム１００Ａを構成した。この試作ブラシのブラシシャフト部２に対して、軸に直角な方向の荷重Ｆｂを加え、応力検出手段４からの出力と比較した。その結果を図１３に示す。図中に示すＥａは軸方向荷重検出手段５１、５２、５３及び５４を図１１（ａ）のごとくブリッジ接続した場合にその出力７２に現れる出力電圧、Ｅｂは軸直角方向荷重検出手段５５、５６、５７及び５８を図１１（ｂ）のごとくブリッジ接続した場合にその出力７２に現れる出力電圧を示している。

以上説明したように本実施形態において、カーリングブラシ用検出装置１Ａは、応力検出手段４及び傾き検出手段５を有するロードセルから構成され、応力検出手段４において、軸方向荷重検出手段５１、５２、５３及び５４は、カーリングブラシ用検出装置１Ａの両側壁の外表面及び内表面の中央（軸ｘ上）に１つずつ貼付されていることにより、歪ゲージは貼付位置の基準を軸直角荷重によって歪が発生しない中立面（ｘ−ｚ面）に合わせることによって、軸方向に荷重検出誤差を減少させることができると共に、ホイートストンブリッジ回路によって軸方向の圧縮荷重を検出することができる。また、軸直角方向荷重検出手段５５、５６、５７及び５８は、カーリングブラシ用検出装置１Ａの上下両壁の外表面の中央に軸ｙに沿って２つずつ貼付されていることにより、軸方向の荷重による歪ゲージの抵抗値の変化が相殺されることによって、軸に直角方向の加重についてのみ検出することが可能である。従って、本実施形態に係るカーリングブラシ１０Ａでは、軸直角方向加重による軸方向電圧の誤差が非常に小さく、高い精度でのスウィーピング力の測定ができる。

以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

本発明はカーリングにおける力学を解析することで、教育、競技技術の研究、競技用機器の開発などに応用でき、スポーツ産業に広く役立つものである。

１、１Ａ カーリングブラシ用検出装置
２ ブラシシャフト部
３ ブラシヘッド部
４ 応力検出手段
５ 傾き検出手段
６ 解析装置
７ 動ひずみ計
８ Ａ／Ｄ変換機
１０、１０Ａ カーリングブラシ
４１、４２、４３、４４、５１、５２、５３、５４ 軸方向荷重検出手段
４５、４６、４７、４８、５５、５６、５７、５８ 軸直角方向荷重検出手段
７１ 入力側
７２ 出力側
１００、１００Ａ スウィーピング力測定システム
β ピッチ角
γ ロール角
Ｆａ 軸方向の荷重
Ｆｂ 軸に直角な方向の荷重
ＦＨ 水平方向の力
ＦＮ 垂直方向の力
ｉ 氷面に平行な軸
ｘ、ｙ、ｚ 軸

Claims (8)

1. カーリングブラシのブラシシャフト部にかかる応力に応じた電気的信号を検出する応力検出手段と、前記ブラシシャフト部の傾きに応じた電気的信号を検出する傾き検出手段とを備えていることを特徴とするカーリングブラシ用検出装置。
2. 前記応力検出手段は、前記ブラシシャフト部に設けられブラシシャフト部の歪を検出する歪ゲージを備えていることを特徴とする請求項１に記載のカーリングブラシ用検出装置。
3. 前記応力検出手段は、前記ブラシシャフト部にかかる軸方向の応力に応じた電気信号を検出する軸方向荷重検出手段と、前記ブラシシャフト部にかかる軸方向と直角な方向の応力に応じた電気信号を検出する軸直角方向荷重検出手段とを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のカーリングブラシ用検出装置。
4. 前記応力検出手段は、前記ブラシシャフト部に設けられ、前記ブラシシャフト部にかかる軸方向の応力に応じた電気信号を検出する軸方向荷重検出手段と、前記ブラシシャフト部にかかる軸方向と直角な方向の応力に応じた電気信号を検出する軸直角方向荷重検出手段とを備えているロードセルであることを特徴とする請求項１に記載のカーリングブラシ用検出装置。
5. 前記軸方向荷重検出手段及び前記軸直角方向荷重検出手段は、それぞれ前記ブラシシャフト部の歪を検出する４つの歪ゲージから構成され、
   前記ロードセルは、前記ブラシシャフト部の軸と平行であり、前記軸方向荷重検出手段を配置するため４つの平行平面と、前記ブラシシャフト部の軸と平行であると共に前記４つの平行平面に垂直であり、前記軸直角方向荷重検出手段を配置するための２つの平行平面とを備えていることを特徴とする請求項４に記載のカーリングブラシ用検出装置。
6. 前記傾き検出手段は、ジャイロセンサを備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のカーリングブラシ用検出装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のカーリングブラシ用検出装置を備えていることを特徴とするカーリングブラシ。
8. 請求項７のカーリングブラシと、前記応力検出手段及び前記傾き検出手段の検出する電気的信号を解析する解析装置とを備えていることを特徴とするスウィーピング力測定システム。