JP5180396B1

JP5180396B1 - 歩数計

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Publication number: JP5180396B1
Application number: JP2012158085A
Authority: JP
Inventors: 徳男江村
Original assignee: 徳男江村
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2032-06-27
Also published as: JP2014010823A

Abstract

【課題】消費カロリー等の歩行関連情報が実用上の正確さをもった歩数計に関する技術を提供する。
【解決手段】歩数計は、単位時間に計測される歩数を歩行ピッチとし、歩行ピッチと設定された歩数計利用者の身長に基づいて、歩行速度を計算する歩行速度演算部５と、歩行速度から、運動強度を計算する運動強度演算部６とを有する。前者は、歩行中のピッチ変化に対応した歩幅が一般的な歩行の特性に固定して反映された回帰式に、歩行ピッチを当てはめて得られる結果に設定された身長を乗じて歩行速度を求めるものである。後者は、歩行速度と運動強度の関係を、一つまたは複数の回帰式に、歩行速度を当てはめて得られる結果の最大値をもって運動強度とするものである。歩行速度と運動強度の２量および設定される歩数計利用者の体重から、前記２量と同じ正確さで、消費カロリーなどの前記２量以外の歩行関連情報を公知の計算式で求めることが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、歩数を計測する歩数計であって、歩行距離、消費カロリー、脂肪燃焼量などの歩行関連情報を提供することのできる歩数計に関するものである。

振り子式のもの、加速度センサ式のも、基本の歩数計測のみ、或いは歩数と併せて歩行関連情報も提供する、さまざまな種類の歩数計が市販されている。

歩数計の計測歩数に関しては、ＪＩＳ（日本工業規格ＪＩＳＳ７２００）で誤差が規定（±３％）されていることから、正確な歩数値を得ることが出来る。

歩数計の提供する歩行関連情報、なかでも、消費カロリーや脂肪燃焼量は、歩数計を健康管理にも活用している利用者には有益な情報である。しかし、この歩行関連情報に関しては、歩数のように規格が定められているわけではなく、歩数計製造者の独自の演算方式が採用され、製造者の独自の基準で評価が行われているのが現状である。

筆者にあっては健康状態改善のためにウォーキング（以下では歩行を同意語として使う）を日課とするようになり、歩数計を携帯し、歩行距離と歩行時間の基本データ（この２量を以下では原始データと呼ぶ）、ならびに歩数計が提供する歩数、消費カロリー、脂肪燃焼量などの歩行関連情報を歩行データとして記録してきた。歩行距離と歩行時間の原始データに関しては、歩行に当たり予め歩行コースを何通りか定めて距離を割り出しており、歩行を実施すれば、このコース距離と計った歩行時間を原始データとして記録することにした。

筆者は市の開催した健康づくりのための説明会に参加する機会があり、この時に厚生労働省の運動施策の一環として報告された「健康づくりのための運動指針２００６＜エクササイズガイド２００６＞」に関連した説明を受け、運動強度（メッツ）、エクササイズ、消費カロリー、脂肪燃焼量の諸量間の関係、歩行速度と運動強度の関係などの知識を得た。これらの知識を用いて、歩行記録の原始データからその歩行での消費カロリーを計算し、歩数計の消費カロリー表示値と比較分析することにした。分析結果を述べる前に、上記の諸量間の関係、そして、歩行速度と運動強度の関係は、今回の発明に深く関わるものであるため、以下に詳述しておく。

厚生労働省の運動施策の一環として報告された「健康づくりのための運動指針２００６＜エクササイズガイド２００６＞」では、体力の維持・向上を目的として行われる「運動」以外に、日常生活で行われる「生活活動」も身体活動とされ、身体活動の強さ、即ち運動強度を、安静時の何倍に相当するかで表す単位がメッツである。安静時が１メッツで、例えば、普通歩行は３メッツとされる。エクササイズ（Ｅｘ）は身体活動の量を表す単位であり、その身体活動の運動強度（メッツ）に身体活動の実施時間（時）を乗じたものである。３メッツの身体活動を３０分実施すれば、１．５Ｅｘである。

消費カロリー計算についてであるが、その身体活動量に相当するエネルギー消費量は、上記厚生労働省の「健康づくりのための運動指針２００６」に記載されており、身体活動を行っている者の体重によって異なり、安静時の分を含めて（１）式で計算される。

（１）式の１．０５は、安静時酸素摂取量（３．５ｍｌ／ｋｇ／分）と酸素１０００ｍｌ当りのエネルギー消費量＝５ｋｃａｌから計算される１時間・１ｋｇ当りのエネルギー消費量であり（１）式の１．０５×体重の部分が、１時間当りの基礎代謝量に相当する。１．０５が概略１とされる場合もあり、この場合は、運動強度×実施時間に直接に体重が乗算される形となる。また、身長、体重、性別、年齢から公知の計算式で求められた１時間当りの基礎代謝量が使われることもある。以下では、１．０５を乗ずる（１）式で説明する。尚、エネルギー消費量の単位がｋｃａｌであり、以下では、消費カロリーと表現する。

脂肪燃焼量であるが、脂肪１ｇの燃焼に必要な消費カロリーは７．２ｋｃａｌであり（概略７ｋｃａｌとされることもある）、消費カロリーから脂肪燃焼量を計算出来る。

次に、歩行速度と運動強度の関係について説明する。この関係は今回の発明の重要な技術要素の一つである。一般に、人の歩く速さは４ｋｍ／時程度と言われているが、運動としての歩行の速度と運動強度に関して、厚生労働省の「健康づくりのための運動指針２００６」（以下では、「厚労省運動指針２００６」と省略する）には、歩行速度と運動強度が段階にわけて示され、例えば、次のような関係となる。
普通歩行：６７ｍ／分（４．０ｋｍ／時）３メッツ
速歩：９５〜１００ｍ／分（６ｋｍ／時程度）４メッツ
かなり速歩：１０７ｍ／分（６．４ｋｍ／時）５メッツ

歩行記録の原始データからその歩行での消費カロリーを計算するには、原始データの歩行距離と歩行時間から歩行速度を求め、対応する運動強度を割り出し、上記（１）式を用いて消費カロリーが計算出来る。尚、「厚労省運動指針２００６」には、数段階の歩行速度に対する運動強度しか示されていないが、その間の歩行速度に対しては線形補間することで計算する。

蓄積された歩行記録データをパソコンで分析することは、便利なソフトウェアツールが提供されているため、比較的容易なことである。筆者もこれを活用して原始データに基づき（１）式で計算される消費カロリーと、歩数計の消費カロリー表示値とを比較する、グラフ化するなどの分析を行った。分析の結果、上記原始データに基づき（１）式で計算した消費カロリーと歩数計表示値の間に大きな差があること（１．５倍程度、またはそれ以上）に気付き、何故なのかと疑問を持つに至った。

ここで、市販されている歩数計の現状について簡単に触れておく。歩数計は、原理上振り子式と加速度センサ式に大別されるが、提供される歩行関連情報が、例えば歩行距離と消費カロリーなどに限定、或いは、歩行距離、歩行時間、歩行速度、運動強度、エクササイズ、消費カロリー、脂肪燃焼量などと豊富、さらには付加機能として、所定日数分のデータのメモリーが可能、データ表示が数値表示・グラフ表示と多様、データ通信機能付などさまざまなものが市販されている。歩行関連情報や付加機能が多ければ多いほど複雑な構造となり価格も高く、付加機能が無く歩行関連情報が限定された単純構造の歩数計は低価格で提供されている。

先述の通り、歩数計の歩数計測値に関してはＪＩＳで誤差が規定されており、低価格品であるために誤差が大きく正確さに欠けるということはない。しかし、歩行関連情報に関しては準拠規格が無く、特に注目している消費カロリーの正確さに関しては全く予想がつかない。

そこで、上記消費カロリーに関する疑問点について製造者に問合せてみたが、歩数計内部の独自演算方式に関することにつき開示は出来ないとの回答であった。このため、筆者は、関連情報などの調査を鋭意行った。

調査を進める中で、消費カロリーなどの計算の基礎となる歩行速度をいかに求めるかが重要な技術であることが分かった。歩数計は歩数をより正確に計測することが主機能であり、直接に歩行速度を検出しているわけではない。単位時間での歩数計測値が多くなれば歩行速度が速く、少なくなれば遅くなるが、歩数計測値から歩行速度がいくらかを正確に求めることは、容易な技術ではないことも分かった。

上記の観点にも注意を払い、特許文献調査を実施した。以下に示す特許文献１〜特許文献３に開示された技術では、いくつかの問題があることが分かった。尚、本発明は、歩数計の歩数計測値と、歩数計に設定されている歩数計利用者の身体データである身長及び体重により、消費カロリーなどの歩行関連情報を算出し歩数と併せて提供する歩数計に係わるものであるため、生体インピーダンスや脈拍数を利用するものの調査は、消費カロリーなどの演算方式の調査のみに留めた。

特許文献１には、歩行中の歩幅を、設定された身長と歩行ピッチ（単位時間の歩数計測値）で計算し、歩幅の変化にも応じた歩行速度演算を行う技術が開示されている。また、消費カロリー演算は物理学で公知の運動エネルギー式に基づくもので、速度の項に歩幅×歩行ピッチを適用する技術が開示されている。

しかし、歩幅計算は、研究により見出されたとされる回帰分析に基づく回帰式（直線）、を使うもので、後述する歩行ピッチ変化に対して歩幅変化が少なくなるピッチ範囲のことが全く考慮されておらず、歩行ピッチが上がれば上がるだけ歩幅が広く、下れば下るだけ歩幅が狭く計算され、歩行関連情報の誤差が拡大するといった問題がある。

また、消費カロリー計算に関しても、「厚労省運動指針２００６」に記載の計算式の値とは大きな差があるといった問題がある。このことを示す数値計算例を以下に示す。
歩幅：０．８ｍ、歩行ピッチ：１２５歩／分、体重：６５ｋｇ、歩行時間：１時間として、１時間の消費カロリーを計算してみる。歩行速度＝０．８×１２５×６０＝６ｋｍ／時、１００ｍ／分、１．６７ｍ／秒である。尚、歩行速度６ｋｍ／時の運動強度は４メッツであり、安静時の１メッツ分は差し引いて計算する。
特許文献１での計算結果
消費カロリー（ｋｃａｌ）
＝１／２×６５×１．６７×１．６７×３６００／４．２／１０００
＝７７．７
「厚労省運動指針２００６」に記載の計算式での計算結果
消費カロリー（ｋｃａｌ）
＝（４−１）×１×１．０５×６５＝２０５

特許文献２は、歩行ピッチと身長から歩行スピードを演算する方法（同文献の（３）式）、この歩行スピードと体重から運動負荷量を演算する方法（同文献の（４）式）が開示されている。前者の歩行スピード演算方法は、特許文献１に関しても述べたが、後述する歩行ピッチ変化に対して歩幅変化が少なくなるピッチ範囲のことが全く考慮されておらず、従って、正確な歩行スピードが求められないといった問題がある。

また、後者の、運動エネルギーに基づくとされる運動負荷量は、内容から、消費カロリーに相当する量と考えられるが、上記の正確さを欠く歩行スピードから演算される量であるため、運動負荷量もやはり、正確さを欠くといった問題がある。

特許文献３には、既存の技術とされる運動強度を求める２例の手法が記載されている。
歩行について当該２例の技術を検証してみる。歩幅：８５ｃｍ、歩行ピッチ：１２５歩／分とすると、歩行速度は６．４ｋｍ／時であり、「厚労省運動指針２００６」に記載の運動強度は５メッツ、安静時の１メッツを差し引いて４メッツである。
一例目での計算結果：−７．０６５＋０．１０５×１２５＝６．０６
二例目での計算結果：０．０１５×１２５×０．８５＋１．５９９＝３．１９
計算手法により計算結果のメッツ値が異なり、かつ、「厚労省運動指針２００６」の内容と合わないといった既存の技術にも問題がある。

特許第３７３４４２９号公報（請求項１、請求項２）特許第３９１６２２８号公報（（３）式、（４）式）特開２００９−２７９２３９号公報（段落００２３、００２４）「新しい運動基準・運動指針「身体活動のメッツ（ＭＥＴｓ）表」（独・国立健康・栄養研究所健康増進プログラムエネルギー代謝プロジェクト）

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、振り子式や加速度センサ式などの歩数計測手段にかかわらず、計測された歩数と、設定されている利用者の身体データである身長と体重によって、歩数以外の歩行関連情報を歩行距離と消費カロリーなどに限定して歩数と併せて提供する、経済性を重視した構造が単純で安価な、かつ、歩数と併せて提供される歩行関連情報が実用上の正確さをもった、歩数計に関する技術を提供することにある。尚、実用上の正確さに関しては以下に述べる。

上記目的を達成するために、本発明に係わる歩数計は、歩行速度と運動強度の算出に以下の特徴的な構成を採用し、算出された歩行速度と運動強度に基づいて歩行距離や消費カロリーなどを算出して歩数と併せて表示提供する構成とする。

歩行速度の算出の構成に関しては、歩数計利用者の身長を設定する設定手段と、歩数計利用者の歩行時の歩数を計測する歩数計測手段と、前記歩数計測手段で計測される単位時間当たりの歩数を歩行ピッチとして算出し、前記歩行ピッチを歩行ピッチに関する回帰式に代入して得られる結果と前記設定手段に設定された身長とに基づいて歩行速度を算出する演算手段とを備える構成であって、前記回帰式を、歩行ピッチに対する歩幅の身長に対する割合の変化を、前記変化に応じて複数に区分した区間ごとに歩行ピッチに関する直線で表し、前記区間ごとの直線の一次式に歩行ピッチを乗じて得られる区間ごとの二次式に対し、前記複数の区間の少なくとも一つの区間を含む歩行ピッチ範囲で回帰分析を行って得られる一つの回帰直線の回帰式とすることを特徴とする。

運動強度の算出に関しては、歩数計利用者の身長を設定する設定手段と、歩数計利用者の歩行時の歩数を計測する歩数計測手段と、前記歩数計測手段で計測される単位時間当たりの歩数を歩行ピッチとして算出し、前記歩行ピッチを歩行ピッチに関する回帰式に代入して得られる結果と前記設定手段に設定された身長とに基づいて歩行速度を算出し、前記歩行速度を歩行速度に関する一つまたは複数の回帰式に代入して得られる結果の最大値を運動強度として算出する演算手段とを備える構成であって、歩行ピッチに関する前記回帰式を、歩行ピッチに対する歩幅の身長に対する割合の変化を、前記変化に応じて複数に区分した区間ごとに歩行ピッチに関する直線で表し、前記区間ごとの直線の一次式に歩行ピッチを乗じて得られる区間ごとの二次式に対し、前記複数の区間の少なくとも一つの区間を含む歩行ピッチ範囲で回帰分析を行って得られる一つの回帰直線の回帰式とし、かつ、歩行速度に関する前記一つまたは複数の回帰式を、歩行速度に対する運動強度の関係を区分線形関数で表し、一つまたは複数に分割した歩行速度区間ごとに回帰分析を行って得られる一つまたは複数の回帰直線の回帰式とすることを特徴とする。

歩行距離や消費カロリーなどを算出して歩数と併せて表示提供する構成に関しては、歩数計利用者の少なくとも身長を設定する設定手段と、歩数計利用者の歩行時の歩数を計測する歩数計測手段と、前記歩数計測手段で計測される単位時間当たりの歩数を歩行ピッチとして算出し、前記歩行ピッチを歩行ピッチに関する回帰式に代入して得られる結果と前記設定手段に設定された身長とに基づいて歩行速度を算出し、前記歩行速度を歩行速度に関する一つまたは複数の回帰式に代入して得られる結果の最大値を運動強度として算出し、前記歩行速度と前記運動強度とに歩行時間を乗じて歩行距離とエクササイズとを算出し、前記エクササイズに基礎代謝量を乗じて消費カロリーを算出する演算手段と、前記歩数計測手段で計測された歩数と併せて前記演算手段で算出された歩行速度または歩行距離または運動強度またはエクササイズまたは消費カロリーの少なくとも一つを表示する表示手段とを備える構成であって、歩行ピッチに関する前記回帰式を、歩行ピッチに対する歩幅の身長に対する割合の変化を、前記変化に応じて複数に区分した区間ごとに歩行ピッチに関する直線で表し、前記区間ごとの直線の一次式に歩行ピッチを乗じて得られる区間ごとの二次式に対し、前記複数の区間の少なくとも一つの区間を含む歩行ピッチ範囲で回帰分析を行って得られる一つの回帰直線の回帰式とし、かつ、歩行速度に関する前記一つまたは複数の回帰式を、歩行速度に対する運動強度の関係を区分線形関数で表し、一つまたは複数に分割した歩行速度区間ごとに回帰分析を行って得られる一つまたは複数の回帰直線の回帰式とし、かつ、前記基礎代謝量を、前記設定手段に設定された身長に加えて設定された歩数計利用者の体重の値、または前記体重に係数１．０５を乗じた値、または前記設定手段にさらに加えて設定された歩数計利用者の性別と年齢と前記身長と前記体重とから計算される値のいずれかとすることを特徴とする。

以上に課題を解決するための手段について詳細に説明してきた。この手段を講ずることにより、単位時間に計測される歩数、即ち歩行ピッチと、歩数計利用者の身長のみを用いて、後述する中間ピッチ区間と歩幅変化の少なくなる下方ピッチ区間および上方ピッチ区間における一般的な歩行特性が固定して反映され、回帰分析を行って得られる実用上の正確さを保って単純化された計算式で歩行速度を求めることが出来る。そして、求められた歩行速度から「厚労省運動指針２００６」他で示される公知の数値内容に合った運動強度を、回帰分析を行って得られる実用上の正確さを保って単純化された計算式で求めることが出来る。従って、本発明の解決課題である、経済性を重視した構造が単純で安価な、かつ、歩数と併せて提供される歩行距離や消費カロリーなどの歩行関連情報が実用上の正確さをもった歩数計を提供出来ることになる。

本発明に係わる実施例での歩数計の構成を表すブロック図である。歩行速度と運動強度の関係を表すデータとグラフである。歩行ピッチと歩幅の関係を確認するために行った歩行実験結果を表すデータとグラフである。歩行速度と運動強度の関係を分割数を変えて折線特性化した時の特性値と誤差を表すデータとグラフである。歩行ピッチと歩行速度の関係を表す２次関係式を回帰直線化した時の関数値と誤差を表すデータとグラフである。歩行特性パラメタ（Ｎ２，Ｎ３）を固定値から変化させた時の歩行速度と運動強度に生じる誤差の特性を表すデータとグラフである。歩行特性パラメタ（Ｓ２，Ｓ３）を固定値から変化させた時の歩行速度と運動強度に生じる誤差の特性を表すデータとグラフである。歩行特性パラメタ（下傾，上傾）を固定値から変化させた時の歩行速度と運動強度に生じる誤差の特性を表すデータとグラフである。

計測される歩数から歩行速度を、歩行速度から「厚労省運動指針２００６」他で示される公知の数値内容に合った運動強度を、いかにして実用上の正確さで求めるか、これが本発明の重要な技術要素であり、後者から詳述するが、その前に実用上の正確さについて言及しておく。

歩数計の計測歩数は、歩数計の応動範囲内（後に触れる）であれば、歩数計利用者の歩行特性（歩き方）にほとんど影響されることはなく、ＪＩＳ規格で誤差も±３％と規定されている。一方、歩行関連情報に関しては、歩数計利用者の、身長や体重などの身体データ、歩幅や歩行ピッチなどの歩行特性に大きく影響されるため、規格で誤差を規定することは容易ではない。しかし、歩数と併せて提供される消費カロリーなどの規格に準拠しない歩行関連情報が、歩数計製造者が独自に開発した計算方式であるからと言って、公知の数値内容とかけ離れていることは問題である。以上の点、歩数の規定誤差は±３％、歩行関連情報は歩行特性に影響され誤差規定は容易ではない、しかし公知の数値内容との整合性は必要である、を勘案し、歩数計測誤差±３％を含まない、本発明の計算方式による歩行関連情報単独の正確さを、公知の数値内容などに基づき本発明で導き出した基準値の±５〜１０％程度の誤差とし、本発明ではこれを、実用上の正確さ、あるいは、実用上の誤差などと呼ぶことにする。

「厚労省運動指針２００６」には、１０７ｍ／分のかなり速歩以上の歩行に関しては示されていないが、非特許文献１には、さまざまな身体活動に対する運動強度、即ち、メッツ値が示されており、歩行運動に関しては次のデータが示されている。このメッツ値は安静時の１メッツ分を含む値である。
６７ｍ／分（４．０ｋｍ／時）硬く安定した平地３．０メッツ
８０ｍ／分（４．８ｋｍ／時）平地適度な速度３．３メッツ
９３ｍ／分（５．６ｋｍ／時）平地運動として小気味よい速度３．８メッツ
１０７ｍ／分（６．４ｋｍ／時）平地小気味よい速度５．０メッツ
１２０ｍ／分（７．２ｋｍ／時）平地とてもきびきびした速度６．３メッツ
１３３ｍ／分（８．０ｋｍ／時）８．０メッツ
上記データは、「厚労省運動指針２００６」の記載内容とも、またインターネット上の多くの関連情報の内容ともよく合うもので、このデータを今回の発明の根拠とする。

図２は、横軸：歩行速度（ｋｍ／時）、縦軸：運動強度（メッツ）とし、上記データをプロットしたものである。歩行速度と運動強度の関係は、図示していないが、区分線形補間（折れ線グラフ）から、明らかに凹型の特性の関係にある。２次関数の関係のようではあるが、この関数を決定し関数から運動強度を求めることは複雑となる。

そこで、隣接点同士を接続して出来るこの区分線形関数が凹特性であることを利用して、５つの線形（一次）関数に歩行速度Ｖを代入して計算される値の最大値を選べば、正確に運動強度Ｍを求めることができる。この方式では、歩行速度がいずれの速度区間にあるかの判定が不要であるため計算構造を単純化できる利点がある。（２）式が計算式である。尚、身体活動分を対象とする時は、安静時の１メッツ分を差し引く。

（２）式の、Ａｉ、Ｂｉの一例を示す。ｉ＝１に対しては、（時速，メッツ）の組として、（４．０，３．０）と（４．８，３．３）の２点から決定される１次関数であり、Ａ１＝３／８、Ｂ１＝１．５である。

上記は、歩行速度４〜８ｋｍ／時の範囲を５分割して、運動強度を５つの区分線形関数（一次関数）で折線特性化したもので５分割特性と呼ぶことにする。この５分割特性の（２）式が、歩行速度Ｖ（ｋｍ／時）から運動強度Ｍ（メッツ）を求める基本計算式となるが、さらに分割数を少なくし構造を単純化する方法がある。５分割特性を基準にすると、単純化による誤差が予想されるが、この誤差が許容出来るものであれば、以下に説明する単純化の方法は本発明の課題解決につながるものである。

歩行速度４〜８ｋｍ／時の範囲を適切に３分割（または２分割）し、分割区間の５分割特性の値に基づき分割区間ごとに、最小二乗法による回帰分析を行い、回帰直線を決定する。そして、運動強度を、決定された３つ（または２つ）の回帰直線による折線で特性化する。上記の適切に分割するとは、任意に分割し回帰直線を決定しても５分割特性との誤差が大きければその分割は選択出来ないことになり、誤差がより小さい新たな分割を求めることになる。この意味で適切に分割するという事である。

図４は、選択された３分割特性と２分割特性を、５分割特性を基準に比較したものである。特性の計算式は同図に示す通りで、５分割特性より計算式は単純になるが誤差が発生する。歩行速度のステップを小さくして誤差を細かく分析した結果、２分割特性ではＶ＝５．７ｋｍ／時の近傍で最大誤差−３．５％、３分割特性ではＶ＝５．４ｋｍ／時の近傍で最大誤差−１．７％となり、運動強度計算上の誤差は、概ね、３分割特性で２％未満、２分割特性で４％未満と言ってよい。

以上より、課題解決のための手段として、運動強度を、（２）式の５分割特性の基本計算式に替えて、次の３分割特性の（３）式を用いて求める方法を採ることができる。
（３）式括弧内のＶに関する３つの１次式は、上述の回帰分析で決定される回帰直線の回帰式である。尚、身体活動分を対象とする時は、安静時の１メッツ分を差し引く。

この（３）式によれば、歩行速度がいずれの速度区間にあるかの判定が不要であり、（２）式の基本計算式よりも計算が単純化され、かつ単純化による誤差が２％未満と実用上問題のない誤差である。尚、単純化による誤差がさらに許容出来るならば、２分割特性を採用することで、計算がより単純化されることは言うまでもない。

歩行速度を求めることが出来れば、上記（３）式から運動強度が計算出来る。さらに、これに計測された歩行時間を乗じてエクササイズが、これに１．０５×体重の基礎代謝量を乗じて消費カロリーが、これを７．２で除して脂肪燃焼量が、と連なるように歩行関連情報が計算できる。従って、歩行速度が全ての歩行関連情報の基礎となるため、歩行速度をいかに正確に、詳しく言うと、実用上の正確さもって求めるかが鍵となることが理解される。以下に歩行速度を求める方法を詳述する。

先に結論を示すと、（４）式が歩行速度の計算式となる。Ｎが単位時間（例えば１分）の歩数、即ち歩行ピッチである。以下では、単にピッチとも呼ぶ。Ｌは身長であり、ウォーキング歩幅として公知の身長の０．４５倍を用いる。０．４５Ｌ×Ｎは、単位時間の歩行距離、即ち歩行速度である。しかし、０．４５Ｌとされる歩幅は常に一定ではなく、ピッチが上ると広くも、下ると狭くもなる。これを何らかの方法で補正しなければ、正確に歩行速度を計算出来ず、結果、歩行関連情報も正確さを欠く。そこで、ピッチＮに基づく歩幅の補正を、補正関数ｆ（Ｎ）を乗ずることにより行う。

尚、上記（４）式は、単位を揃えず、歩行速度計算式の形についてのみ示したもので、後述の実際の計算式とは、係数の有無などに違いがあることを付け加えておく。また（４）式の形自体は単純であるが、補正関数ｆ（Ｎ）の導出はそれほど簡単ではなく、筆者が特許文献を含め関連情報の調査や、繰り返し行った歩行実験結果から導き出したものである。

健康増進・改善のために意識的に速度を上げて行う運動としての歩行、買い物や散歩に出かけるといった生活活動の一環としての歩行もある。両者のピッチと歩幅は、当然異なるものであり、前者は後者に比べ、いずれも大きくなることは容易に分かる。そこで、ピッチと歩幅の関係がどのように捉えられるかについて、まず説明する。

時速６ｋｍ前後である速歩に関しては、ピッチは１２０〜１３０歩／分、歩幅は公知のウォーキング歩幅０．４５Ｌ（Ｌは身長）に相当する。一方、上記に例示した生活活動の中での歩行も含めた、時速４ｋｍ前後の普通歩行に関しては、ピッチは９０〜１００歩／分、歩幅は０．４０Ｌ程度とされる。

次に、ピッチに対する歩幅の変化がどのようになるのかについて説明する。ピッチが９０〜１３０歩／分の範囲にあっては、ピッチと歩幅の変化は直線的であると考えられる。この点で特許文献１での回帰直線を用いる方法は妥当であり、筆者の行った歩行実験からもほぼ直線的変化が確認された。尚、この歩行実験に関しては後述する。

しかし、問題はピッチが９０歩／分以下の、１３０歩／分以上の範囲での歩幅変化である。この範囲にまで当該直線を延長して考えればよいわけではない。延長すれば、次の点から、歩幅計算に大きな誤差が生じ、正確な歩行速度の計算が出来なくなる。

９０〜１３０歩／分の範囲では、ピッチを上げると同時に歩幅も広くなり、歩行速度はピッチにも歩幅にも概ね比例して増加することになる。１３０歩／分以上の範囲ではピッチを上げても、歩幅変化は少なく増加はわずかと考えられ、歩行速度はピッチに比例した増加が主となる。歩幅をより広げた一歩行の所要時間と、速いピッチとのバランスを維持して歩行を継続することは容易ではないためである。身長の５０％歩幅で歩く人がいないとは言えないが、それはむしろ不自然な歩き方か、それとも余程下半身の筋群のトレーニングを積んだ例外的な人ではとの専門家の意見もある（ｈｔｔｐ：／／ｗｗ２．ｗａｉｎｅｔ．ｎｅ．ｊｐ／〜ｔｕｋａｓａ／Ｕ＿６．ｈｔｍｌ）。

さらにピッチを上げると歩幅は逆に狭くなり、歩行としては不自然な、いわゆる小走りに転じ、やがて、回復した歩幅での走行へと移る。従って、運動としての自然な歩行を対象とする限り、歩数計の応動範囲としてピッチの上限（例えば１５０〜１６０歩／分の範囲の値）を設定する必要があろう。

一方、ピッチが９０歩／分以下の範囲であるが、一歩行の時間に余裕があるため、歩幅を広くも、狭くもすることは可能である。しかし、上げた片足を着地させるまでは、身体を他方の足で支えておく必要があるため、ピッチと身体バランス維持の点からも、歩幅を広くすることには限界があり、かつ、不自然な歩行となる。逆に、歩幅を狭くすることは、身体バランスの問題はないが、狭くしすぎることは不自然な歩行となる。
以上から、ピッチが９０歩／分以下の範囲では、自然な歩行での歩幅変化は少なく、歩幅の減少はわずかと考えられる。後述の筆者の歩行実験でもこのことを確認している。尚、ピッチが下り過ぎると、生活活動を含めた運動としての自然な歩行とは言い難くなるため、上記と同様に、歩数計の応動範囲としてピッチの下限（例えば７０〜８０歩／分の範囲の値）も設定することが必要であろう。

以上に定量的・定性的に、ピッチと歩幅との関係を詳述したが、この関係を検証するために筆者は歩行実験を行った。一定区間（距離５５０ｍ）を、歩行ピッチを維持するために携帯した電子メトロノームの発信音に合わせて歩行し、歩行時間と歩数計の歩数を記録しデータを分析するものである。図３が実験結果を表すもので、計算された歩行ピッチと歩幅の関係をグラフ化している。ピッチ１２５歩／分あたり以上から歩幅増加の少ない範囲が現れ、ピッチ９５歩／分あたり以下から歩幅減少の少ない範囲が現れている。実験結果は上述の内容とよく一致する。尚、筆者の身長１７２ｃｍから、計算上、ウォーキング歩幅＝１７２×０．４５＝７７．４ｃｍ、普通歩行歩幅＝１７２×０．４０＝６８．８ｃｍとなり、実験結果ともよく合う。

さて、歩幅の補正関数ｆ（Ｎ）について説明する。記号の意味は以下の通りである。
Ｎ１：下限ピッチ（歩／分）歩数計の応動範囲の下限ピッチ
Ｎ２：普通歩行ピッチ（歩／分）９０≦Ｎ２≦１００
Ｎ３：速歩ピッチ（歩／分）１２０≦Ｎ３≦１３０
Ｎ４：上限ピッチ（歩／分）歩数計の応動範囲の上限ピッチ
Ｌ：身長（ｃｍ）、０．４０Ｌ：普通歩行歩幅、０．４５Ｌ：速歩歩幅
定量的・定性的に説明した上記の内容から、単位時間に計測された歩数、即ち、歩行ピッチをＮ（歩／分）として、３つの歩行ピッチ区間での歩幅補正関数ｆ（Ｎ）は、次の（５）式、（６）式、（７）式で与えることが出来る。

普通歩行ピッチＮ２〜速歩ピッチＮ３（以下では“中間ピッチ区間”と呼ぶ）

下限ピッチＮ１〜普通歩行ピッチＮ２（以下では“下方ピッチ区間”と呼ぶ）

α、α´は、傾きを与える係数で、例えば、中間ピッチ区間の５０％の傾きとすれば、α＝０．０２５Ｌ／（Ｎ３−Ｎ２）、α´＝１／１８（Ｎ３−Ｎ２）となる。

速歩ピッチＮ３〜上限ピッチＮ４（以下では、“上方ピッチ区間”と呼ぶ）

β、β´は、傾きを与える係数で、例えば、中間ピッチ区間の５０％の傾きとすれば、β＝０．０２５Ｌ／（Ｎ３−Ｎ２）、β´＝１／１８（Ｎ３−Ｎ２）となる。

以上の（５）式、（６）式、（７）式のいずれかの補正関数を用いて計算された歩幅補正値ｆ（Ｎ）を（４）式に適用することで正確に歩行速度を求めることが出来る。

しかし、本発明の課題は、経済性を重視した構造が単純で安価な、かつ、歩数と併せて提供される歩行関連情報が実用上の正確さをもった歩数計に関する技術を提供することであり、上記（５）式、（６）式、（７）式、および（４）式による歩行速度の計算を単純化することでこの課題を解決する方法を以下に詳しく説明する。

まず、中間ピッチ区間について説明する。（５）式を、Ｎ２＝９５、Ｎ３＝１２５として（４）式に適用すると、歩行速度の計算式は次のように展開される。
歩行速度Ｖ＝ｆ（Ｎ）×０．４５Ｌ×Ｎ
＝（（Ｎ−Ｎ３）／９（Ｎ３−Ｎ２）＋１）×０．４５Ｌ×Ｎ
＝（（Ｎ−１２５）／２７０＋１）×０．４５Ｌ×Ｎ
＝（１／６００）×（Ｎ＋１４５）×Ｎ×Ｌ

上式から時速を求めるにはさらに換算係数を乗ずるが、説明上１／６００などの係数は省略する。係数以外の演算を見ると３回の乗算が必要であるが、Ｎの２次式部分を回帰直線で近似すれば、乗算回数を１回減らすことが出来る。高々１回の乗算回数の減少だが、近似誤差が実用上の誤差内に留まるのであれば、このような工夫を重ねることは構造を単純化し、結果、本発明の課題解決につながる。以下に具体的に説明する。尚、１／６００や換算係数を含めても同じ結論になることは言うまでもない。

２次式（ａＮ＋ｂ）×Ｎを、区間Ｎ２〜Ｎ３で最小二乗法により回帰分析し、回帰直線を定めると（以下では回帰直線化と言う）、回帰直線の傾きと切片は、一般式として
回帰直線の傾き：（Ｎ２＋Ｎ３）×ａ＋ｂ
回帰直線の切片：−（Ｎ２×Ｎ２＋４×Ｎ２×Ｎ３＋Ｎ３×Ｎ３）×ａ／６
で与えられる（証明は省略する）。上式では、ａ＝１、ｂ＝１４５、Ｎ２＝９５、Ｎ３＝１２５であり、回帰直線の傾き：３６５、切片：−１２０２５となる。つまり、
（Ｎ＋１４５）×Ｎ≒３６５×Ｎ−１２０２５
と近似することが出来る。９５〜１２５のＮに対して近似誤差は１％に満たないことが確認でき、実用上の誤差として問題ないと言える。また、１／６００を上式右辺の係数と定数に乗じて一体化しておけば、上述の通り、乗算回数を減ずることが出来る。

以上は中間ピッチ区間を例に説明したが、他のピッチ区間に関しても同様に回帰直線化を行うことになり、下限ピッチＮ１＝７０、上限ピッチＮ４＝１６０、下方ピッチ区間及び上方ピッチ区間での歩幅補正関数の傾きを中間ピッチ区間の５０％とした時の、回帰直線化した歩行速度の計算式を、中間ピッチ区間も含めて以下に示す。尚、下方および上方ピッチ区間での近似誤差も１％未満であることが確認出来る。

中間ピッチ区間（Ｎ２＝９５〜Ｎ３＝１２５）

下方ピッチ区間（Ｎ１＝７０〜Ｎ２＝９５）

上方ピッチ区間（Ｎ３＝１２５〜Ｎ４＝１６０）

尚、（８）式〜（１０）式のＮの一次式が係数も含めた回帰式である。

歩行ピッチＮがいずれのピッチ区間かを判定し、単純化された（８）式、（９）式、（１０）式のいずれかにより歩行速度を１％未満の誤差で計算出来ることになる。

歩行速度をｋｍ／時として求めるには、換算係数６０／１００／１０００を（８）式〜（１０）式に乗ずるが、これを回帰式の係数、定数と一体化して新しい値とした場合も、歩行速度の計算式は、係数ｋ、定数ｃを用いて、Ｖ＝（ｋ×Ｎ＋ｃ）×Ｌ、の単純な形となる。括弧内が換算係数を含めた回帰式となる。尚、換算係数を乗ずる前の（８）式〜（１０）式における回帰式の定数ｃは負の値である。例えば、（８）式では、ｃ＝−（２４０５０／１２００）である。

上記の方法はピッチ区間の判定が必要だが、計算式が単純化され単純化の誤算も１％未満と課題解決の手段と出来る１つの方法である。下記の方法は、誤差が多少増加するが、ピッチ区間の判定が不要な、より単純化された歩行速度の計算方法である。

各ピッチ区間での（８）式、（９）式、（１０）式の回帰直線化する前の３つのＮの２次式、下方ピッチ区間：（Ｎ＋３８５）×Ｎ、中間ピッチ区間：２（Ｎ＋１４５）×Ｎ、上方ピッチ区間：（Ｎ＋４１５）×Ｎ、をピッチ区間を通して回帰直線化する方法である。これも一般式で求めることが出来るが複雑になるためパソコンを活用した。ピッチ区間を７０〜１６０、８０〜１５０の２通りとし、２．５ステップのデータ、即ち、Ｎ＝７０（８０）＋２．５ｉ（ｉ＝０、１、２・・・）と２次式の値に基づいて、回帰直線を決定した。決定された回帰直線は次の２つである。
ピッチ区間７０〜１６０を通して回帰直線化６８４×Ｎ−１８１５６
ピッチ区間８０〜１５０を通して回帰直線化６９６×Ｎ−１９９３９

図５は、元の２次式と回帰直線の値および誤差を示したものである。ピッチ８０以下では誤差が５％を超え、ピッチ１１５前後当たりまでは３％未満、それ以上では１％未満と、３つのピッチ区間ごとに回帰直線化した場合の計算式より誤差は大きい。回帰直線のいずれを選択するかに関しては、自然な身体活動としての歩行ピッチ、さらには、歩数計に内蔵の振り子や加速度センサの歩行ピッチに対する応答性能（筆者はピッチ８０以下、或いは、ピッチ１５０以上で歩行した時に歩数計の歩数値が予想値より少ないことを経験、つまり、センサが正しく応答していない）を考慮すれば、計算式の誤差の問題はピッチ区間８０〜１５０で考えておけばよいと言える。

ピッチ区間８０〜１５０を通して回帰直線化した直線での誤差は、図５から、ピッチ区間８０〜８５：４％未満、ピッチ区間８５〜１１０：２％未満、ピッチ区間１１０〜１５０（１６０）：１％未満となる。歩行ピッチ８５以下で誤差が大きくなるが、それ以上の歩行ピッチでは、ピッチ区間により２％未満、もしくは、１％未満と実用上問題のない誤差と考えられる。

この方法は、歩行ピッチＮ（歩／分）と歩数計利用者の身長Ｌ（ｃｍ）のみで、ピッチ区間の判定が不要で、かつ、次の（１１）式だけで、歩行速度Ｖ（ｋｍ／時）を実用上問題のない誤差で求めることが出来る、課題解決の有効な手段と言える。

（１１）式で歩行速度Ｖを求め、これを（３）式に適用して運動強度Ｍが求められるが、これらの計算式は、実用上問題のない誤差で計算式を単純化したものである。また、（１１）式は、中間ピッチ区間と歩幅変化の少なくなる下方及び上方ピッチ区間での歩行特性を決めるパラメタを、一般的に言われている数値内容や筆者自らの歩行実験結果に基づき、次に示す数値に固定して導出したものである。
下限ピッチＮ１＝７０
普通歩行ピッチＮ２＝９５普通歩幅係数Ｓ２＝０．４０
速歩ピッチＮ３＝１２５速歩歩幅係数Ｓ３＝０．４５
上限ピッチＮ４＝１６０
上方及び下方ピッチ区間での歩幅変化の割合（傾き）：中間ピッチ区間の５０％

これらの数値を歩数計利用者が自らの歩行特性に合わせて設定出来るようにすることも可能であるが、身長、体重のように親しく扱う数値ではなく、設定が煩雑で構造が複雑となる。これは本発明の課題解決に反し、上記の数値に固定化することで構造の大幅な単純化を図ることが出来る。この単純化による誤差について以下に述べる。

歩数計利用者が上記の固定値から離れた歩行特性である時に、（１１）式で計算される歩行速度、これを（３）式に適用して計算される運動強度に生ずる誤差は、計算式の単純化（近似）と特性の固定化などによる誤差を含む総合誤差、つまり、本発明に係わる歩数計の構造上の誤差であり、歩数計が提供する歩行関連情報の正確さ、即ち、実用性能を決定することになる。従って、この総合誤差の検証は不可欠である。

そこで、歩行速度Ｖ（ｋｍ／時）と運動強度Ｍ（メッツ）に関して、歩行特性のパラメタを固定値から変化させた時の、本発明に係わる固定値の（１１）式で求めた歩行速度と、これを（３）式に適用して求めた運動強度の計算値と、本来の計算式による計算値を、以下の条件で計算し検証した。尚、身長はＬ＝１７０ｃｍとしている。
本来の計算式での計算
歩行速度Ｖ：歩行ピッチ区間に応じた（５）式、（６）式、（７）式と、
速度（ｋｍ／時）への換算係数を乗じた（４）式より計算
運動強度Ｍ：上記の歩行速度計算値を５分割特性の（２）式に適用して計算
歩行特性パラメタの固定値からの変化
（Ｎ２，Ｎ３）：（９５，１２５）→（９５，１３５）、（９５，１１５）
変化幅： ±１０（８５，１２５）、（１０５，１２５）
（Ｓ２，Ｓ３）：（４０％，４５％）→（４０，４７）、（４０，４３）
変化幅： ±２％（３８，４５）、（４２，４５）
（下傾，上傾）：（５０％，５０％）→（５０，１００）、（５０，０）
変化幅：±５０％（０，５０）、（１００，５０）

説明の都合上、３種類の特性パラメタ（Ｎ２，Ｎ３）、（Ｓ２，Ｓ３）、（下傾，上傾）を（Ｎ）、（Ｓ）、（傾）と簡略化して表すことにする。１種類の特性パラメタを変化させる時は、残り２種類は固定値にフィックスさせる方法で数値検証を行った。図６は（Ｎ）を、図７は（Ｓ）を、図８は（傾）を固定値から上記の４組の数値に変化させ、歩行速度と運動強度を、本発明の計算式と本来の計算式で計算した時の値と誤差のデータとグラフを表す。これらの図の、誤差のグラフの５つの記号、黒丸、四角、三角、菱形、白丸は、この記号順に、同図の誤差のデータの表の１段目から５段目のデータに順に対応する。図６、図７、図８の誤差について以下のように集約される。
誤差が概ね±５％以内の区間区間８０〜１５０での誤差
（Ｎ）歩行速度Ｖ８５〜１５０概ね± ６％以内
運動強度Ｍ８０〜１２５概ね±１０％以内
（Ｓ）歩行速度Ｖ１００〜１４５概ね± ９％以内
運動強度Ｍ８５〜１２０概ね±１２％以内
（傾）歩行速度Ｖ８５〜１５０概ね± ６％以内
運動強度Ｍ８５〜１３５概ね± ９％以内

図６、図７、図８の誤差のデータは、誤差を概数で捉えるために小数部分を丸めて表している。この意味で、上記集約結果の誤差表記に概ねと付している。この集約結果から、誤差が概ね±５％以内の区間は、普通歩行ピッチＮ２＝９５、速歩ピッチＮ３＝１２５と固定して定めた中間ピッチ区間をほぼカバーしている。また、区間８０〜１５０では、歩行速度は概ね±９％以内、運動強度は概ね±１２％以内である。

以上により、本発明に係わる計算式で計算される歩行速度や運動強度の値に含まれる誤差（総合誤差）は、歩数計利用者の歩行特性が固定化した特性より上記の変化幅程度乖離しても、歩行ピッチが９５〜１２５にあっては、概ね±５％以内、区間８０〜１５０にあっては、歩行速度では概ね±９％以内、運動強度では概ね±１２％以内となり、最初に言及した、歩行関連情報に関する本発明での実用上の誤差±５〜１０％程度とほぼ一致することになる。従って、本発明に係わる計算式は、課題解決のための有効な手段であると結論付けることが出来る。尚、歩行関連情報の歩行距離、エクササイズ、問題の消費カロリー、脂肪燃焼量などは、歩行速度、運動強度に、計測時間（歩行関連情報を提供する歩数計では一般に時計機能が内蔵されており、誤差が無視出来る正確な時間情報が得られる）や体重設定値、定数など誤差のない値が乗算されるだけであり、これらの情報の誤差も上記と変わらないことは言うまでもない。

上記の内容に関連して２点を付け加えておく。１点目は特性パラメタの変化幅に関し、２点目は３種類の特性パラメタの同時変化に関してである。１点目の変化幅に関して説明する。（傾）で定めた固定値の５０％は、この特性パラメタに関する公知の数値が見つからないため、０％と１００％の平均値としている。このため変化幅をあえて大きく５０％（率で１００％）とした。（Ｎ）の１０は、１０／１１０（＝９５と１２５の平均値）で約１０％、（Ｓ）の変化幅の２％は、２／４２．５（＝４０と４５の平均値）で約５％であるが、決して小さい値ではない。ちなみに（Ｓ）の変化幅については、身長Ｌ＝１７０ｃｍで、４５％歩幅：７６．５ｃｍ、４７％歩幅：７９．９ｃｍとなり、身長１７２ｃｍの筆者の歩行経験からも妥当な変化幅と考える。

３種類の特性パラメタの同時変化に関して説明する。上記の検証は変化させる特性パラメタを１種類のみとした場合であるが、３種類を同時に、かつ、各種類の２つのパラメタを同時に変化させた時の誤差も検証している。この時は、同時変化であるため変化幅を上記の１／２とし、４×４×４＝６４通りの組み合わせで同様の数値検証を行った。次に説明する６通り以外の組み合わせに対しては、変化幅を１／２としていることもあり、上記の集約結果とほとんど同じ結果を得た。

６通りの組み合わせにおいても、歩行速度の誤差は上記の集約結果と同程度であり、運動強度の誤差が、概ね±５％区間は８５〜１２０であるが、上方ピッチ区間で大きくなる。６通りの組み合わせと誤差の程度を（Ｎ）、（Ｓ）、（傾）、誤差の順に示す。
（１００，１２０）、（３９，４６）、（２５もしくは７５，７５）概ね±２５％以内
（１００，１２０）、（４１，４６）、（２５もしくは７５，７５）概ね±１８％以内
（９０，１２０）、（３９，４６）、（２５もしくは７５，７５）概ね±１７％以内
誤差拡大の理由は、２５％の組では、中間ピッチ区間が狭くなり（３０→２０）、同区間での歩幅補正関数ｆ（Ｎ）の傾きが大きくなり（５／３０→７／２０）、上方ピッチ区間での傾きも大きくなり（５／３０×５０％→７／２０×７５％）、固定値からの乖離が大きくなっているためと考えられる。このことから考えると、下の組も同様の理由であり、２５％、１８％、１７％は数値的にも整合性がある。この６通りは、数値検証下での組み合わせで、特に上方ピッチ区間での歩幅増加が尋常ではなく、自然な歩行とは言い難く、総合誤差の評価対象から除いてもよいと考えられる。

以下に本発明の実施例について説明する。図１が本発明に係わる歩数計の構成を示すブロック図である。

最初に、歩行ピッチを演算する単位時間と、各種演算を一巡する演算周期について説明しておく。ピッチの単位は通常、歩／分であるため、実施例においても単位時間を１分とする。これ以外の時間でも全く問題はない。

昨今、電子回路を内蔵する民生製品の多くにＭＰＵ（マイクロプロセサ）が搭載されている。ＭＰＵの性能、機能も多岐に渡り、経済性を重視して演算速度の遅いＭＰＵを選択したとしても、上記の単位時間１分は、ＭＰＵにとってあり余る時間である。

１分の単位時間の歩数計測値からピッチを求め、各種の歩行関連情報の演算を行ったとしても、所要時間は１００ｍｓ、２００ｍｓといったものであろう。そこで、次の歩数計測値が得られる１分の単位時間を待つのではなく、例えば、１／６の１０秒を演算周期とし、演算周期毎の歩数値を、最古を捨て最新を残す形で一定量メモリーするようにすれば、メモリー内の最新歩数値から単位時間前の歩数値を減算して、当該演算周期での単位時間の歩数値と出来る。このような移動演算方法を採れば、ＭＰＵを効率よく活用出来る。

ＭＰＵ及びその周辺機能は、本発明に係わる歩数計の技術とは直接関係しないため、図１の実施例では省略しているが、演算周期、メモリー、移動演算方法などＭＰＵベースを念頭に説明を進める。尚、説明上演算周期を１０秒としておく。１秒でも可能であろうが、歩数変化が少ない割にメモリー量が多くなる欠点がある。ただし、表示部（歩数計利用者とのマンマシンインターフェイス）は１０秒周期では、応答性が悪く、例えば、１０秒の最初の１秒は演算、残り９秒はマンマシン処理などとなろう。

図１の１〜８の数字の符号を付したブロックについて説明する。設定値記憶部１は、歩行速度と消費カロリー演算に必要となる歩数計利用者の身体データである、身長設定値Ｌ（ｃｍ）、体重設定値Ｗ（ｋｇ）の記憶部である。

歩数計測部２は、歩数計の基本機能である歩行運動による歩数の計測部である。振り子式、加速度センサ式などの歩数計測手段は問わない。既存の技術を用いて、規格の誤差内で精度の高い計測部を構成することが可能である。

タイマ３は、１０秒の演算周期毎に起動信号を発し、歩行ピッチ演算部４に与えられ、当該演算周期が開始する。以下に示す各種演算処理は、当該演算周期でのものである。

歩行ピッチ演算部４は、上記起動信号に基づき、歩数計測部２の最新の歩数計測値を取り込み、上述の最古を捨て最新を残す形でメモリーされている歩数値データを更新する。そして、最新データから、６データ前（単位時間前）のデータを減算して、当該演算周期での単位時間歩数値、即ち歩行ピッチＮ（歩／分）を得る。

歩行ピッチ演算部４の出力である歩行ピッチＮは、設定値記憶部１に記憶される歩数計利用者の身長設定値Ｌ（ｃｍ）とともに、歩行速度演算部５に入力され、歩行速度Ｖ（ｋｍ／時）が、先に示した（１１）式に従って計算される。具体的に説明すると、同部５に入力された歩行ピッチＮを、Ｎに関する回帰式に当てはめて、即ち、係数ｋ＝０．０００３４８が乗算され、これに定数ｃ＝−０．００９９７が加算されて、得られる結果に、同部５に入力の身長設定値Ｌが乗算され、歩行速度Ｖが計算される。

歩行速度演算部５の出力の歩行速度Ｖは、運動強度演算部６に入力され、先に示した３分割特性の（３）式に従って運動強度Ｍ（メッツ）が計算される。具体的には、３つの回帰式、０．４５Ｖ＋１．１９、１．４２Ｖ−４．０９、１．９８Ｖ−７．９０に、同部６に入力された歩行速度Ｖを当てはめて得られる結果の最大値を、身体活動分のみの時は最大値から１を減算し、運動強度Ｍとして求める。

運動強度演算部６の出力である運動強度Ｍは、設定値記憶部１に記憶される歩数計利用者の体重設定値Ｗ（ｋｇ）とともに、消費カロリー演算部７に入力され、先に示した（１）式に従って、（１）式での実施時間を１（時間）として、１時間相当の消費カロリーＫ（ｋｃａｌ）が計算される。具体的に説明すると、同部７に入力された運動強度Ｍに、同部７に入力された体重設定値Ｗに係数１．０５が乗算された基礎代謝量を乗算して、１時間相当の消費カロリーＫが計算される。１時間値とする理由は、演算周期時間が設計上変更されても同部７の構造の変更を不要とするためである。

当該演算周期での演算結果である、歩行速度演算部５での歩行速度Ｖと消費カロリー演算部７での消費カロリーＫは、演算部と表示部８に入力される。消費カロリーＫは１時間相当の値として、また、歩行速度Ｖも時速として計算しているためＶの値は１時間相当の距離であり、両者に共通に演算周期時間１／３６０（１０秒）を乗ずることで当該演算周期での値に変換される。また、同部８の表示部では、歩行距離や消費カロリーの累計値を表示することになるため、累計演算も必要となる。これらの変換演算や累計演算が同部８の演算部でＶ、Ｋに対して共通に行われる。歩行速度演算部５や消費カロリー演算部７で個別に上記の変換演算や累計演算を行うよりも構造が単純であり、演算周期時間が設計上変更されても同部８の演算部のみの変更で済む。

演算部と表示部８に入力された歩行速度Ｖと消費カロリーＫは、同部８の演算部にメモリーされている１演算周期前の各累計値に加算される形で更新される。歩行速度Ｖと消費カロリーＫの累計値に、最後に１／３６０を乗じて表示データに変換される。

これらの表示データは、歩行関連情報として、歩数とともに、演算部と表示部８の表示部より歩数計利用者が確認することができる。設定値記憶部１の設定値は、同部８にも入力されており、同部８の表示部を介して設定値の確認や変更がなされる。

最後に、図１の点線で示される内容に関して説明しておく。運動強度演算部６の出力は運動強度Ｍ（メッツ）であるが、この値は１時間の身体活動量、即ち、エクササイズ（Ｅｘ）の値そのものであり、これに演算周期時間１／３６０（１０秒）を乗ずることで当該演算周期での値に変換出来る。さらに、表示の形式としては累計値である。従って、同部６の出力を演算部と表示部８に直接入力して（同図の横の点線矢印）、上述の歩行距離や消費カロリーと同様に累計演算と変換演算を行えば、エクササイズも歩行関連情報として提供できることになる。尚、同部８へ入力される歩行速度Ｖと上記の運動強度Ｍを、累計値だけの扱いではなく、本来の即時値としても扱い、同部８の演算部で、例えば平均値や最大値に加工して、同部８の表示部より表示提供することも、構造を大幅に変更することなく可能である。

図６の縦の点線矢印について説明する。最初に説明したが、脂肪燃焼量は消費カロリーを所定値７．２で除算するだけで求められる。従って、これを歩行関連情報として提供（表示）する場合は、表示される消費カロリーの値を７．２で除算して表示すればよいことになる。逆はあっても、歩行関連情報として消費カロリーは提供せず脂肪燃焼量だけを提供することは、まずないと言える。

本発明によれば、振り子式や加速度センサ式などの既存の歩数計測手段を問わず、単位時間に計測される歩数、即ち歩行ピッチと、設定された歩数計利用者の身体データである身長に基づき、中間ピッチ区間と歩幅変化の少なくなる下方ピッチ区間および上方ピッチ区間における歩行特性が、歩数計利用者が行う設定の煩雑さと歩数計構造の複雑さ避けるために一般的な歩行特性に固定して反映され、実用上の正確さを保って単純化された計算式で歩行速度を求めることが出来、この歩行速度から「厚労省運動指針２００６」他で示される公知の数値内容に合った運動強度を、実用上の正確さを保って単純化された計算式で求めることが出来る。そして、この２量から、２量以外の歩行関連情報である、歩行距離を、エクササイズを、設定される歩数計利用者の身体データである体重によって消費カロリーを、脂肪燃焼量を、上記２量と同じ正確さで公知の計算式により計算することが可能となる。

本発明の解決課題の１つである経済性を重視した構造が単純で安価な歩数計とするためには、歩行関連情報は、例えば、歩行距離と消費カロリーなどに限定すればよく、設計上余裕があれば増やせばよい。かくして、構造が単純な、従って安価な、かつ、歩数と併せて提供される歩行関連情報が実用上の正確さをもった歩数計を提供でき、産業上の利用可能性は非常に大きいと言える。

１設定値記憶部
２歩数計測部
３タイマ
４歩行ピッチ演算部
５歩行速度演算部
６運動強度演算部
７消費カロリー演算部
８演算部と表示部

Claims

歩数計利用者の身長を設定する設定手段と、歩数計利用者の歩行時の歩数を計測する歩数計測手段と、前記歩数計測手段で計測される単位時間当たりの歩数を歩行ピッチとして算出し、前記歩行ピッチを歩行ピッチに関する回帰式に代入して得られる結果と前記設定手段に設定された身長とに基づいて歩行速度を算出する演算手段とを備えた歩数計であって、前記回帰式を、歩行ピッチに対する歩幅の身長に対する割合の変化を、前記変化に応じて複数に区分した区間ごとに歩行ピッチに関する直線で表し、前記区間ごとの直線の一次式に歩行ピッチを乗じて得られる区間ごとの二次式に対し、前記複数の区間の少なくとも一つの区間を含む歩行ピッチ範囲で回帰分析を行って得られる一つの回帰直線の回帰式とすることを特徴とする歩数計。
歩数計利用者の身長を設定する設定手段と、歩数計利用者の歩行時の歩数を計測する歩数計測手段と、前記歩数計測手段で計測される単位時間当たりの歩数を歩行ピッチとして算出し、前記歩行ピッチを歩行ピッチに関する回帰式に代入して得られる結果と前記設定手段に設定された身長とに基づいて歩行速度を算出し、前記歩行速度を歩行速度に関する一つまたは複数の回帰式に代入して得られる結果の最大値を運動強度として算出する演算手段とを備えた歩数計であって、歩行ピッチに関する前記回帰式を、歩行ピッチに対する歩幅の身長に対する割合の変化を、前記変化に応じて複数に区分した区間ごとに歩行ピッチに関する直線で表し、前記区間ごとの直線の一次式に歩行ピッチを乗じて得られる区間ごとの二次式に対し、前記複数の区間の少なくとも一つの区間を含む歩行ピッチ範囲で回帰分析を行って得られる一つの回帰直線の回帰式とし、かつ、歩行速度に関する前記一つまたは複数の回帰式を、歩行速度に対する運動強度の関係を区分線形関数で表し、一つまたは複数に分割した歩行速度区間ごとに回帰分析して得られる一つまたは複数の回帰直線の回帰式とすることを特徴とする歩数計。
歩数計利用者の少なくとも身長を設定する設定手段と、歩数計利用者の歩行時の歩数を計測する歩数計測手段と、前記歩数計測手段で計測される単位時間当たりの歩数を歩行ピッチとして算出し、前記歩行ピッチを歩行ピッチに関する回帰式に代入して得られる結果と前記設定手段に設定された身長とに基づいて歩行速度を算出し、前記歩行速度を歩行速度に関する一つまたは複数の回帰式に代入して得られる結果の最大値を運動強度として算出し、前記歩行速度と前記運動強度とに歩行時間を乗じて歩行距離とエクササイズとを算出し、前記エクササイズに基礎代謝量を乗じて消費カロリーを算出する演算手段と、前記歩数計測手段で計測された歩数と併せて前記演算手段で算出された歩行速度または歩行距離または運動強度またはエクササイズまたは消費カロリーの少なくとも一つを表示する表示手段とを備えた歩数計であって、歩行ピッチに関する前記回帰式を、歩行ピッチに対する歩幅の身長に対する割合の変化を、前記変化に応じて複数に区分した区間ごとに歩行ピッチに関する直線で表し、前記区間ごとの直線の一次式に歩行ピッチを乗じて得られる区間ごとの二次式に対し、前記複数の区間の少なくとも一つの区間を含む歩行ピッチ範囲で回帰分析を行って得られる一つの回帰直線の回帰式とし、かつ、歩行速度に関する前記一つまたは複数の回帰式を、歩行速度に対する運動強度の関係を区分線形関数で表し、一つまたは複数に分割した歩行速度区間ごとに回帰分析して得られる一つまたは複数の回帰直線の回帰式とし、かつ、前記基礎代謝量を、前記設定手段に設定された身長に加えて設定された歩数計利用者の体重の値、または前記体重に係数１．０５を乗じた値、または前記設定手段にさらに加えて設定された歩数計利用者の性別と年齢と前記身長と前記体重とから計算される値のいずれかとすることを特徴とする歩数計。