JPWO2013065153A1 - 検出装置、検出装置が取り付けられたクランク及び検出装置がクランクに取り付けられた自転車 - Google Patents

Abstract

クランクから容易に取り外すことが可能な回転角度検出装置を提供する。伸縮性を備え、裏面で車体に回転自在に連結されたクランクＢ３１１に接着される基板３４〜３７と、基板３４〜３７の表面に接着されたひずみゲージ３０〜３３と、を有し、ひずみゲージ３０〜３３により検出されたクランクのひずみに基づいてクランクに作用する荷重を検出する。

Description

本発明は、車体に回転自在に連結されたクランクに作用する荷重を検出可能な検出装置、検出装置が取り付けられたクランク及び検出装置がクランクに取り付けられた自転車に関する。

従来、自転車に装着され、自転車の走行に関する情報や運転者の運動に関する情報を算出し、表示するサイクルコンピュータと称される装置がある。サイクルコンピュータは、自転車に設けられた各種センサから送信される信号に基づいて所定の情報を算出する。例えば、特許文献１に示すようなひずみゲージをクランクに貼り付けておくことで、サイクルコンピュータはひずみゲージの検出値に基づいてペダルに作用する力を測定し、ペダリングによる全体の仕事率やトルクを算出して表示する。

特開２００５−３１５８１９号公報

ここで、特許文献１に記載されるようなひずみゲージは、クランクに直接貼り付けられるので、クランクから取り外すことが困難であった。また、ひずみゲージを取り外すことができたとしても、取り外す際に変形や破損が生じ易い。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、上述のような問題を解決することを課題の一例とするものであり、これらの課題を解決することができるクランクに作用する荷重を検出可能な検出装置、検出装置が取り付けられたクランク及び検出装置がクランクに取り付けられた自転車を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る検出装置は、伸縮性を備え、車体に回転自在に連結されたクランクに一方の面で接着される基板と、前記基板の一方の面の反対側の面に接着されるひずみゲージと、を有し、前記ひずみゲージにより検出された前記クランクのひずみに基づいて前記クランクに作用する荷重を検出することを特徴とすることを特徴とする。

（ａ）は検出装置を含むペダリングモニタが取り付けられた自転車の側面図、（ｂ）は図１（ａ）のペダリングモニタが取り付けられた自転車の正面図である。 サイクルコンピュータの外観図である。 （ａ）は右側用計測装置が右クランクに取り付けられている様子を現す図、（ｂ）は左側用計測装置が左クランクに取り付けられている様子を表す図である。 （ａ）は右側用検出装置の表面図、（ｂ）は右側用検出装置の横断面図、（ｃ）は右側用検出装置の背面図である。 右側用検出装置の部分断面図である。 右側用検出装置のセンサユニットが取り付けられている様子を模式的に表した図である。 （ａ）は推進力用ブリッジ回路を表す図、（ｂ）は損失力用ブリッジ回路を表す図である。 ペダリングモニタの電気的なブロック図である。 （ａ）は出荷時及び出荷後における損失力電圧値のシフト状態を表すグラフの一例、（ｂ）は出荷時及び出荷後における推進力電圧値のシフト状態を表すグラフの一例である。 サイクルコンピュータによるキャリブレーション実行条件判定処理のフローチャートである。 右側用検出装置によるキャリブレーション実行処理のフローチャートである。 その他の実施の形態におけるペダリングモニタの電気的なブロック図である。 温度と補正キャリブレーション値との関係を表すグラフの一例である。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。図１（ａ）は、自転車のペダリングにより、クランクの回転に寄与しクランクを回転させる力（推進力）及びクランク回転に寄与していない力（損失力）を所定のクランク回転角度毎に算出し、運転者が行った仕事率やトルクを表示するペダリングモニタ１００が自転車Ｂに取り付けられている様子を表す側面図、図１（ｂ）はペダリングモニタ１００が自転車Ｂに取り付けられている様子を表す正面図である。

自転車Ｂは、車体のフレームＢ１と、当該自転車Ｂの前後においてフレームＢ１で回転自在に軸支されることにより、フレームＢ１を移動自在に支持する二つの車輪Ｂ２（前輪Ｂ２１及び後輪Ｂ２２）と、自転車Ｂを推進させるための推進力を後輪Ｂ２２に伝える駆動機構Ｂ３と、運転者が操縦するためのハンドルＢ４と、運転者が着座するためのサドルＢ５とを有する。

駆動機構Ｂ３は、一端に回動軸（クランク軸）を有し、斯かる回動軸がフレームＢ１に対して回転自在に軸支されるアルミ製のクランクＢ３１、クランクＢ３１の他端において回転自在に軸支されると共に、運転者等から力を受けるペダルＢ３２、クランクＢ３１の上記一端にあるクランク軸を共通の回動軸としてクランクＢ３１に接続され、クランクＢ３１と一体的に回動するチェーンリングＢ３４、及び、後輪Ｂ２２の回動軸を共通の回動軸として後輪Ｂ２２と一体的に回転するように配されたリアスプロケット（図示せず）とチェーンリングＢ３４とを連結してペダルＢ３２に作用する力（以下、「ペダル作用力」という）を後輪Ｂ２２に伝達するチェーンＢ３３を具備する。

クランクＢ３１は、自転車Ｂの進行方向を向いて右側に配置される右クランクシャフトＢ３１１と、自転車Ｂの進行方向を向いて左側に配置される左クランクシャフトＢ３１２とを有し、これら左右のクランクシャフトＢ３１１、Ｂ３１２は、上記クランク軸を対称点とする点対称となる位置で固着されている。また、ペダルＢ３２も、右クランクシャフトＢ３１１の先端部に取り付けられた右ペダル軸（図示せず）に回転自在に支持される右ペダルＢ３２１と、左クランクシャフトＢ３１２の先端部に取り付けられた左ペダル軸（図示せず）に回転自在に支持される左ペダルＢ３２２とを有する。なお、右クランクシャフトＢ３１１と左クランクシャフトＢ３１２と、右ペダルＢ３２１と左ペダルＢ３２２とはそれぞれは同一形状・構造である。

ペダリングモニタ１００は、クランクＢ３１の回転角度を検出するクランク回転角度検出装置２、右クランクシャフトＢ３１１に作用する力（＝ペダル作用力）を検出する右側用検出装置３、左クランクシャフトＢ３１２に作用する力（＝ペダル作用力）を回転検出する左側用検出装置４、クランクＢ３１の回転速度を検出するケイデンス検出装置５を備える。なお、右側用検出装置３及び左側用検出装置４は、それぞれクランクＢ３１の回転に寄与する力（以下、「推進力」という）とクランクＢ３１の回転に寄与しない力（以下、「損失力」という）とを分けて検出する。

また、ペダリングモニタ１００は、クランク回転角度検出装置２、右側用検出装置３、並びに左側用検出装置４が検出して送信する検出信号（検出値）に基づいて、右足側の所定のクランク回転角度におけるペダル作用力及び運転者により行われた仕事量やトルクを算出し、サイクルコンピュータ１に送信する右側用計測装置６、左足側の所定のクランク回転角度におけるペダル作用力及び運転者により行われた仕事量やトルクを算出し、サイクルコンピュータ１に送信する左側用計測装置７、及び、所定のクランク回転角度における仕事量やトルク等を足毎に表示するサイクルコンピュータ１を備える。

なお、右側用計測装置６はチェーンリングＢ３４に固定され、左側用計測装置７は左クランクシャフトＢ３１２に固定されている（図３参照）。そして、各検出装置２〜５と、各計測装置６〜７とは有線で接続されている。また、図２に示すように、サイクルコンピュータ１はハンドルＢ４に固定され、サイクルコンピュータ１、右側用計測装置６及び左側用計測装置７は図示しない発信機を備えており、相互に無線で接続されている。

クランク回転角度検出装置２は、複数の磁石が所定間隔をおいて円形状に配された磁石群が設けられた被センシング部２１と、この磁石群からなる被センシング部２１を検出する磁気センサを備えるセンシング部２２とからなる。被センシング部２１は右クランクシャフトＢ３１１に対向する様にフレームＢ１の側面に固定され、センシング部２２はチェーンリングＢ３４に固定され、クランクＢ３１と共に回転する。なお、本実施の形態において被センシング部２１は右側用計測装置６の中に組み込まれており、一体化されている。センシング部２２は回転しながら、磁石群の各磁石を検出し、磁石群の各磁石を検出する度にクランク回転角度検出信号を右側用計測装置６及び左側用計測装置７に送信する。右側用計測装置６及び左側用計測装置７はクランク回転角度検出信号に基づいてクランクＢ３１のクランク回転角度（θ）を検出することができる。

右側用検出装置３は、図３（ａ）に示すように、全体的にシート状となっており、右クランクシャフトＢ３１１に巻き付いている。一方、左側用検出装置４も、図３（ｂ）に示すように、全体的にシート状となっており、左クランクシャフトＢ３１２に巻き付いている。右側用検出装置３の構成と左側用検出装置４の構成とは同様であるため、以下、右側用検出装置３について説明する。

右側用検出装置３は、図４及び図５に示すように、検出対象の歪みを検出するセンサユニット３０〜３３、各センサユニット３０〜３３の下敷きとなって右クランクシャフトＢ３１１に直接貼り付けられる下敷きシート３４〜３７、センサユニット３０〜３３をまとめて全体的にセンサユニット３０〜３３の表面側から覆う上側防水シート３８、及び、上側防水シート３８の裏面と右クランクシャフトＢ３１１の表面との間に形成される隙間とセンサユニット３０〜３３とを遮断する下側防水シート３９を具備する。

下敷きシート３４〜３７は伸縮性（弾性）を有するアルミ板で構成され、一方の面（以下、「表面」という）でセンサユニット３０〜３３に接着されており、他方の面（以下、「裏面」という）で右クランクシャフトＢ３１１の歪み検出箇所に接着される。なお、各下敷きシート３４〜３７の表面は、それぞれの対応するセンサユニット３０〜３３より大きく、センサユニット３０〜３３が接着されると、その一部が露出する。この露出している部分に下側防水シート３９が接着されている。

このように、センサユニット３０〜３３が伸縮性を有する下敷きシート３４〜３７を介して右クランシャフトＢ３１１に接着されるので、使用時においてセンサユニット３０〜３３の検出機能を低下させることなく、センサユニット３０〜３３を破損させずに右クランシャフトＢ３１１から取り外すことが可能となる。なお、下敷きシート３４〜３７は、右クランクシャフトＢ３１１から取り外す際に、塑性変形することなく弾性変形し、且つ、センサユニット３０〜３３を破損させない強度を有することが望ましい。右側用検出装置３を右クランクシャフトＢ３１１から取り外した後に再利用するためである。

下側防水シート３９は、ＰＥＴ樹脂製あるいはＡＢＳ樹脂製等の樹脂シート（ｔ＝０．１ｍｍ又は０．０５ｍｍ）からなり、略Ｔ字状に成形され、センサユニット３０〜３３が配される本体部３９Ａと、各センサユニット３０〜３３のケーブルを集中させて右側用計測装置６へ導くための接続部３９Ｂとで構成されている。本体部３９Ａには、各センサユニット３０〜３３が嵌入される嵌入孔３９ａ〜３９ｄが形成されている。嵌入孔３９ａ〜３９ｄは直線状に所定間隔をおいて（本実施の形態においては２１ｍｍ）並設されている。そして、図５に示すように、嵌入孔３９ａ〜３９ｄにセンサユニット３０〜３３が嵌入された状態で、センサユニット３０〜３３と下側防水シート３９のセンサユニット３０〜３３を取り囲む部分とが一体的に下敷きシート３４〜３７に接着されている。よって、下側防水シート３９とセンサユニット３０〜３３との間から水等の外敵の浸入を防ぐことができる。また、各嵌入孔３９ａ〜３９ｄの形状は、対応するセンサユニット３０〜３３と略同一に、具体的には、センサユニット３０〜３３より僅かに大きくなっている。これは下側防水シート３９とセンサユニット３０〜３３との間から水等の外敵の浸入を確実に防ぐことができるようにすると共に、右クランクシャフトＢ３１１の変形に伴う下敷きシート３４〜３７の伸縮が阻害されて右側用検出装置３の検出精度が低下しないようにするためである。

上側防水シート３８は、ゴム板（ｔ＝０．３ｍｍ）からなり、下側防水シート３９と同一の形状に成形されている。上側防水シート３８は、少なくとも複数個のセンサユニット３０〜３３を全体的に覆い、センサユニット３０〜３３を全体的に且つ個々に取り囲むように下側防水シート３９の表面に接着されている。このように、センサユニット３０〜３３を囲んだ下側防水シート３９が下敷きシート３４〜３７に接着されて、センサユニット３０〜３３と下側防水シート３９との隙間が遮断される一方、上側防水シート３８がセンサユニット３０〜３３を全体的に覆った状態で取り囲むように下敷きシート３４〜３７に接着され、センサユニット３０〜３３と上側防水シート３８との隙間が遮断されている。よって、センサユニット３０〜３３が防水されている。さらに、下敷きシート３４〜３７を右クランクシャフトＢ３１１から取り外すことで、下敷きシート３４〜３７、上側防水シート３８及び下側防水シート３９によるセンサユニット３０〜３３に対する防水機能を維持したまま右側用検出装置３を右クランクシャフトＢ３１１から取り外すことができる。

なお、上側防水シート３８及び下側防水シート３９の材質は特に限定されないが、図３（ａ）に示すように、上側防水シート３８及び下側防水シート３９は、右クランクシャフトＢ３１１に巻き付けられるため、一定以上、具体的には右クランクシャフトＢ３１１に巻き付けられる際に破断しない程度の伸縮性を有する（折り曲げ可能である）ことが望ましい。しかしながら、下側防水シート３９については、伸縮性が所定値以上高いと下側防水シート３９に設けられた配線が切断されるおそれがあるため、所定値以下、具体的には配線が切断されない程度の伸縮性を有することが望ましい。

なお、下側防水シート３９と右クランクシャフトＢ３１１とは基本的に密接しているが、接着はされていない。これは、下側防水シート３９と右クランクシャフトＢ３１１との間に所定の工具等を挿入させ、右側用検出装置３を右クランクシャフトＢ３１１から簡単に取り外すためである。

また、本実施の形態において、下敷きシート３４〜３７はくさび型を呈し、すなわち、テーパ状に成形されている。詳細には、下敷きシート３４〜３７の表面は１辺が９．０ｍｍの正方形に成形され、裏面は１辺が７．４ｍｍの正方形に成形されている。このように下敷きシート３４〜３７が表面側に向かって拡大するテーパ状に成形されていることにより、所定の工具を下敷きシート３４〜３７のテーパ状部分に引っ掛けさせることができるので、容易に且つセンサユニット３０〜３３や下側防水シート３９等の他の部材を破損させることなく右側用検出装置３を右クランクシャフトＢ３１１から取り外すことができる。

また、本実施の形態において、右側用検出装置３は、各センサユニット３０〜３３に対応する下敷きシート３４〜３７を具備する構成となっているが、複数のセンサユニット３０〜３３がまとめて貼り付けられる一枚の下敷きシートを具備する構成とすることもできる。この場合、右側用検出装置３の部品点数及び製造工程が削減されると共に、右側用検出装置３を右クランクシャフトＢ３１１から取り外す工程が削減されるという効果を奏する。一方で、下敷きシートに貼り付けられたセンサユニット３０〜３３の伸縮性、すなわち、検出感度（精度）の観点から、下敷きシートの面積は小さい方が好ましい。よって、検出感度の観点からは、本実施の形態のように、右側用検出装置３が各センサユニット３０〜３３に対応する下敷きシート３４〜３７を具備する構成の方が望ましい。また、検出感度の観点からは、右クランクシャフトＢ３１１と下敷きシート３４〜３７の材質が同一で、伸縮係数が同一となることが望ましい。

さらに、下敷きシートの厚さは特に限定されないが、厚さを薄くすると伸縮性が増すので、センサユニット３０〜３３の検出感度が向上する。しかしながら、厚さが薄くなるにつれて耐久性が低下し、特に右側用検出装置３を取り外す際に壊れやすくなる。よって、下敷きシートの厚さは検出感度と耐久性との兼ね合いによりバランス良く適宜に設定されることが望ましい。

また、本実施の形態において、右側用検出装置３は、センサユニット３０〜３３、下敷きシート３４〜３７、上側防水シート３８及び下側防水シート３９が一体化してなり、下敷きシート３４〜３７が裏面で右クランクシャフトＢ３１１の歪み検出箇所（後述する前面、後面、外側面及び内側面）に接着される。これにより、右側用検出装置３が右クランクシャフトＢ３１１に巻き付けられ、センサユニット３０〜３３が下敷きシート３４〜３７を介して右クランクシャフトＢ３１１に貼り付けられることとなる。すなわち、右側用検出装置３が右クランクシャフトＢ３１１に巻き付けられるように、下敷きシート３４〜３７、センサユニット３０〜３３及び嵌入孔３９ａ〜３９ｄが設けられている。具体的に、下敷きシート３４〜３７、センサユニット３０〜３３及び嵌入孔３９ａ〜３９ｄは、歪み検出箇所（後述する前面、後面、外側面及び内側面）に応じた位置に設けられている。このように、下敷きシート３４〜３７、センサユニット３０〜３３及び嵌入孔３９ａ〜３９ｄが設けられる位置は、取り付けられるクランクの形状・構造に応じて適宜に設定されることが望ましい。なお、本実施の形態においては、後述するようにセンサユニット３０、３１は推進力を検出するために用いられ、右クランクシャフトＢ３１１の前面及び後面に貼り付けられる。一方、センサユニット３２、３３は損失力を検出するために用いられ、右クランクシャフトＢ３１１の外側面及び内側面に貼り付けられる。よって、一体化された右側用検出装置３において、推進力用のセンサユニット３０、３１と、損失力用のセンサユニット３２、３３とが交互に配される。

次に、センサユニット３０〜３３の構成及びセンサユニット３０〜３３を用いた推進力及び損失力の検出方法について説明する。

図６に示すように、右側用検出装置３のセンサユニット３０〜３３はそれぞれ、一対の２つのひずみゲージからなる。センサユニット３０は、ペダルＢ３２１が真下（６時方向）に位置するとき、右クランクシャフトＢ３１１の進行方向に対して前方を向く面（以下、「前面」という）に下敷きシート３４を介して貼り付けられ、センサユニット３１は、同様に後方を向く面（以下、「後面」という）に敷きシート３５を介して貼り付けられている。センサユニット３０、３１は矢羽型で、一対のひずみゲージ３０ａ・３０ｂ、３１ａ・３１ｂで構成され、各センサユニット３０、３１は矢羽型の矢羽の向きが右クランクシャフトＢ３１１の長さ方向に沿って右ペダルＢ３２１を向いた状態で貼り付けられている。

一方、センサユニット３２は、右クランクシャフトＢ３１１の進行方向に直交する方向に対して自転車Ｂの外側を向く面（以下、「外側面」という）に敷きシート３６を介して貼り付けられ、センサユニット３３は進行方向に直交する方向に対して自転車Ｂの内側を向く面（以下、「内側面」という）に敷きシート３７を介して貼り付けられている。なお、センサユニット３２、３３は矢羽型で、一対のひずみゲージ３２ａ・３３ｂ、３３ａ・３３ｂで構成され、矢羽型の矢羽の向きが右クランクシャフトＢ３１１の長さ方向に沿って右ペダルＢ３２１を向いた状態で貼り付けられている。

なお、各センサユニット３０〜３３はケーブルによって右側用計測装置６に接続されており、各センサユニット３０〜３３で検出された検出値が検出信号により右側用計測装置６に送信される。

図６（ａ）に示すように、右クランクシャフトＢ３１１の前後面、すなわち、右クランクシャフトＢ３１１の回転方向に力を受ける面に貼り付けられたセンサユニット３０、３１によって、ペダル作用力の回転方向成分（推進力）が検出される。そして、これらのひずみゲージ３０ａ、３０ｂ、３１ａ及び３１ｂにより、図７（ａ）に示す推進力用ブリッジ回路３Ａが構成されている。具体的には、各センサユニット３０、３１を構成する一対のひずみゲージ３０ａ、３０ｂとひずみゲージ３１ａ、３１ｂがそれぞれ推進力用ブリッジ回路３Ａの対辺に配置されている。これにより、右クランクシャフトＢ３１１のねじれのひずみ（内外方向から受ける力の影響）を相殺（キャンセル）することができる。

一方、図６（ｂ）に示すように、右クランクシャフトＢ３１１の内外側面、すなわち、右クランクシャフトＢ３１１の内外方向に力を受ける面に貼り付けられたセンサユニット３２、３３によって、ペダル作用力の動径方向成分（損失力）が検出される。そして、これらのひずみゲージ３２ａ、３２ｂ、３３ａ及び３３ｂにより、図７（ｂ）に示す損失力用ブリッジ回路３Ｂが構成されている。具体的には、各センサユニット３２、３３を構成する一対のひずみゲージ３２ａ、３２ｂとひずみゲージ３３ａ、３３ｂがそれぞれ損失力用ブリッジ回路３Ｂの対辺に配置されている。これにより、右クランクシャフトＢ３１１のねじれのひずみ（回転方向から受ける力の影響）を相殺（キャンセル）することができる。

以上のように構成される推進力に係るセンサユニット３０、３１で構成される推進力用ブリッジ回路３Ａからの出力値Ｘ、損失力に係るセンサユニット３２、３３で構成されるブリッジ回路３Ｂからの出力値Ｙに基づいて、以下のように、ペダル作用力の回転方向成分Ｆｘ及び動径方向成分Ｆｙを算出することができる。なお、この算出は、各ブリッジ回路が接続された右側用計測装置６の制御部６０により行われる。また、ブリッジ回路３Ａ、３Ｂと制御部６０との間にオペアンプ等の増幅回路が介在している場合、最終的に制御部６０が取得する電力値を以下の出力値Ｘ、出力値Ｙとする。
〔式〕
Ｆｘ＝（（Ｘ−Ｘｚ）−（Ｙ−Ｙｚ）Ａ／Ｂ［ｋｇｆ］
Ｆｙ＝（（Ｙ−Ｙｚ）−（Ｘ−Ｘｚ）Ｃ／Ｄ［ｋｇｆ］

Ａ＝（Ｘｄ−Ｘｚ）／（Ｙｄ−Ｙｚ）
Ｂ＝２０／（Ｘｒ−Ｘｚ）
Ｃ＝（Ｙｒ−Ｙｚ）／（Ｘｒ−Ｘｚ）
Ｂ＝２０／（Ｙｄ−Ｙｚ）

ここで、「Ｘｚ」、［Ｙｚ］は右クランクシャフトＢ３１１が無負荷状態における制御部６０への出力値を表し、「Ｘｒ」、［Ｙｒ］は右クランクシャフトＢ３１１が２０［ｋｇｆ］の回転方向成分を受けた状態における制御部６０への出力値を表し、「Ｘｄ」、［Ｙｄ］は右クランクシャフトＢ３１１が２０［ｋｇｆ］の動径方向成分を受けた状態における制御部６０への出力値を表す。なお、これらの［Ｘｚ］、［Ｙｚ］、［Ｘｒ］、［Ｙｒ］、［Ｘｄ］、［Ｙｄ］は、例えば、ペダリングモニタ１００を使用する前にセンサユニット３０〜３３を右クランクシャフトＢ３１１に貼り付けて校正することによって取得される。

次に、図８の右側用計測装置６を中心としたペダリングモニタ１００のブロック図を用いて、ペダリングモニタ１００による右側用検出装置３のキャリブレーション（無負荷状態における右側用検出装置３の電圧値（出力値）の校正）について説明する。

図８に示すように、サイクルコンピュータ１は、制御を司る制御部１０、操作が可能であり、操作された内容を示す操作検出信号を制御部１０に送信する入力部１１、制御部１０の命令により所定の情報を表示する表示部１２、制御部１０の命令により所定の情報を右側用計測装置６との間で送受信する送受信部１４、制御部１０に電源を供給する電源部１５を有する。

制御部１０は、ＣＰＵ１０ａ、ＲＯＭ１０ｂ、ＲＡＭ１０ｃを備えている。ＣＰＵ１０ａは、ＲＯＭ１０ｂに予め記憶されているプログラムに基づいて、ペダリングに係る所定のパラメータの表示等を含むサイクルコンピュータとしての基本処理及び後述する右側用検出装置３のキャリブレーション実行条件の判定処理を制御する。ＲＯＭ１０ｂには、ＣＰＵ１０ａが実行するサイクルコンピュータとしての基本処理及び右側用検出装置３のキャリブレーション実行条件の判定処理を実行するためのプログラムコードが予め記憶されている。ＲＡＭ１０ｃは、ＣＰＵ１０ａがサイクルコンピュータとしての基本処理及び右側用検出装置３のキャリブレーション実行条件の判定処理を実行する際に行う演算処理において、データ等のワーキングエリアとして機能する。

入力部１１は、操作可能な操作部１１ａ〜１１ｃを備え（図２参照）、操作部１１ａ〜１１ｃが受けた操作に伴う入力信号を操作に対応する制御情報に変換して制御部１０へ送信する。なお、本実施の形態において、操作部１１ａ、１１ｃは押下操作可能なボタン構造からなり、１１ｂは十字キー構造からなる。運転者は、これら操作部１１ａ〜１１ｃの操作の組み合わせによって、運転者や自転車に関する固有情報の入力や後述するキャリブレーションの実行／不実行の選択等が可能となる。

表示部１２は、例えば、各足についての所定のクランク回転角度毎の仕事率やトルク等、又は、後述するように電源投入時にキャリブレーション実行を選択するための画面を表示する。なお、表示部１２をタッチパネルで構成させて、入力部１１と表示部１２とを一体化することも可能である。

送受信部１４は、右側用計測装置６、左側用計測装置７をはじめ、携帯電話等の移動端末や自宅等に設置されるＰＣといった外部の処理機器との間でデータの送受信を行うためのインターフェースである。

右側用計測装置６は、制御を司る制御部６０、右側用検出装置３の各ブリッジ回路３Ａ、３Ｂから出力される電圧に電圧を出力（加算）する電圧出力部６１、各ブリッジ回路３Ａ、３Ｂから出力される電圧に電圧増幅部６１から出力される電圧が加算されたものを増幅する電圧増幅部６２、電圧増幅部６２から出力された電圧の電圧値を検出する電圧検出部６３、サイクルコンピュータ１からの信号を受信すると共に、サイクルコンピュータ１に信号を送信する送受信部６４、制御部６０に電源を供給する電源部６５を備える。

各ブリッジ回路３Ａ、３Ｂは独立して個別に電圧増幅部６２に接続されている。電圧出力部６１は、Ｄ／Ａコンバータで構成されており、各ブリッジ回路３Ａ、３Ｂと電圧増幅部６２とを接続するケーブルに接続されている。すなわち、電圧出力部６１は、推進力用ブリッジ回路３Ａから出力される電圧と、損失力用ブリッジ回路３Ｂから出力される電圧に対して個別に電圧を加えることができる。

電圧増幅部６２はオペアンプで構成され、推進力用ブリッジ回路３Ａから出力される電圧に電圧出力部６１から出力された電圧が加算された電圧Ａと、損失力用ブリッジ回路３Ｂから出力される電圧に電圧出力部６１から出力された電圧が加算された電圧Ｂと、を個別に増幅する。

電圧検出部６３は、Ａ／Ｄコンバータで構成され、電圧増幅部６２によって増幅された電圧の電圧値を検出することができる（以下、ブリッジ回路３Ａから出力された電圧にＡ基づいて増幅された電圧の電圧値を「推進力電圧値Ｖａ」、ブリッジ回路３Ｂから出力された電圧Ｂに基づいて増幅された電圧の電圧値を「損失力電圧値Ｖｂ」という）。なお、本実施の形態において、Ａ／Ｄコンバータである電圧検出部６３の性能は、分解能が「１０」ｂｉｔであり、入力最大値が「１．５」Ｖ、感度（傾き）が「７．３２」ｍＶ／ｋｇｆとなっている。

制御部６０は、ＣＰＵ６０ａ、ＲＯＭ６０ｂ、ＲＡＭ６０ｃを備えている。ＣＰＵ６０ａは、ＲＯＭ６０ｂに予め記憶されているプログラムに基づいて、後述する右側用検出装置３のキャリブレーションを制御する。ＲＯＭ６０ｂには、ＣＰＵ６０ａが実行する右側用検出装置３のキャリブレーションを実行するためのプログラムコードが予め記憶されている。ＲＡＭ６０ｃは、ＣＰＵ６０ａが右側用検出装置３のキャリブレーションを実行する際に行う演算処理において、データ等のワーキングエリアとして機能する。制御部６０は、キャリブレーションを実行するための所定の実行条件（以下、「キャリブレーション実行条件」という）が成立すると、電圧検出部６３によって検出された各検出値（推進力電圧値Ｖａ、損失力電圧値Ｖｂ）が予め設定された所定の判定値に達しているか否かを判定し、達していないと判定すると、電圧出力部６１にブリッジ回路３Ａ、３Ｂに所定の電圧を加えさせる。

本実施の形態において、判定値は検出値毎に設定されている（以下、推進力電圧値Ｖａに対する判定値を「推進力用判定値Ｖｓ」、損失力電圧値Ｖｂに対する判定値を「損失力用判定値Ｖｔ」という）。すなわち、推進力用ブリッジ回路３Ａと損失力用ブリッジ回路３Ｂとに対して判定値が設定されている。制御部６０は、推進力電圧値Ｖａ、損失力電圧値Ｖｂがそれぞれ推進力用判定値Ｖｓ、損失力用判定値Ｖｔを越えるまで上記の処理を繰り返す。なお、所定のキャリブレーション実行条件については後述する。

次に、図９を用いて、制御部６０による右側用検出装置３のキャリブレーション（無負荷状態における右側用検出装置３の電圧値（出力値）の校正）について説明する。

推進力Ｆｘ及び損失力Ｆｙの検出範囲が所望の範囲となるように、右側用検出装置３が出荷される前に、無負荷状態（Ｆｘ・Ｆｙ＝０［ｋｇｆ］）における電圧値が校正されたとしても（図９（ａ）、図９（ｂ）の一点鎖線参照）、右側用検出装置３が出荷された後には、センサユニット３０〜３３の経年変化や温度変化、さらには、右クランクシャフトＢ３１１への取り付けの不手際による変形によって、無負荷状態（Ｆｘ・Ｆｙ＝０［ｋｇｆ］）のときの電圧値がずれてしまう（図９（ａ）、図９（ｂ）の波線参照）。

そこで、使用前に推進力Ｆｘ及び損失力Ｆｙの検出範囲が所望の範囲となるように、無負荷状態（Ｆｘ・Ｆｙ＝０ｋｇｆ）における電圧値Ｖａ、Ｖｂを校正するキャリブレーションを実行する。なお、右側用検出装置３のキャリブレーションを実行する前提として、右側用検出装置３は右クランクシャフトＢ３１１に取り付けられているものとする。

本実施の形態では、推進力Ｆｘの所望の検出範囲と損失力Ｆｙの所望の検出範囲が異なることから、推進力Ｆｘと損失力Ｆｙを分けて説明する。最初に、損失力Ｆｙについて説明する。

損失力Ｆｙの所望の検出範囲は「−１００」ｋｇｆから「１００」ｋｇｆであり、電圧検出部６３の入力範囲が「０」Ｖ（０００）〜「１．５」Ｖ（３ＦＦ）であるため、「Ｆｙ＝０」ｋｇｆにおけるＡ／Ｄコンバータ出力（推進力用判定値Ｖｔ）が「０．７５」Ｖ（２００）となるように、すなわち、推進力用判定値Ｖｔを「０．７５」Ｖに設定して制御部６０にキャリブレーションを実行させる。

一方、推進力Ｆｘの所望の検出範囲は「−２０」ｋｇｆから「１８０」ｋｇｆであり、電圧検出部６３の入力範囲が「０」Ｖ（０００）〜「１．５」Ｖ（３ＦＦ）であるため、「Ｆｘ＝０」ｋｇｆにおけるＡ／Ｄコンバータ出力（推進力用判定値Ｖｓ）が「０．１５」Ｖ（０６６）となるように、すなわち、推進力用判定値Ｖｓを「０．１５」Ｖに設定して制御部６０にキャリブレーションを実行させる。

このように、推進力Ｆｘの所望の検出範囲が「＋」側に偏っているのは、右クランクシャフトＢ３１１（右ペダルＢ３２１）には正の方向（漕ぐ方向）の力が掛かり易く、負の方向の力が掛かり難いことから、推進力（ペダル作用力の回転方向成分）の正の方向のダイナミックレンジを大きくして、精度良く且つ確実に回転方向成分を検出するためである。なお、負の方向の力が全く掛からないということはないので、負の方向のダイナミックレンジも適度に設定しておくことが望ましい。

次に、上記のキャリブレーションの実行条件について説明する。サイクルコンピュータ１に電力が供給されると、制御部１０は表示部１２に右側用検出装置３のキャリブレーションの実行／不実行を選択させる画面（以下、「キャリブレーション選択画面」という）を表示させる。ここで、運転者が入力部１１を用いて、キャリブレーションの実行を選択する操作を行うと、制御部１０は、送受信部１４にキャリブレーションの実行が選択されたという情報を右側用計測装置６に送信させる。

右側用計測装置６の制御部６０は、送受信部６４からキャリブレーションの実行が選択されたという情報を受け取ると、上記のキャリブレーションを実行する。すなわち、キャリブレーション実行条件は、「表示部１２にキャリブレーション選択画面が表示されているときに、入力部１１が所定の操作を受けること」である。すなわち、キャリブレーションは手動で行われることとなる。

次に、キャリブレーションを行うための制御フローを説明する。まず、図１０を用いてサイクルコンピュータ１によるキャリブレーション実行条件判定処理を説明する。

制御部１０は、電源部１５より電力が供給されると、ステップＳ１０において、表示部１２にキャリブレーション選択画面を表示させる。

次いで、制御部１０は、ステップＳ１１において、入力部１１から制御情報が送信されたか否かを判定する。制御部１０は、制御情報がなければ当該判定を繰り返し行い、制御情報があれば、ステップＳ１２において、当該制御情報がキャリブレーションの実行を示しているか否かを判定する。

制御部１０は、制御情報が「キャリブレーションの実行」を示さない、すなわち、不実行を示す場合はそのまま当該メイン処理を終了し、一方、制御情報が「キャリブレーションの実行」を示す場合、送受信部１４に「キャリブレーションの実行」が選択されたという情報を右側用計測装置６に送信させて、当該メイン処理を終了する。

次に、図１１を用いて右側用計測装置６によるキャリブレーション実行処理を説明する。まず、制御部６０は、ステップＳ２０において、後述する推進力校正完了フラグがＯＮされているか否かを判定する。制御部６０は、推進力校正完了フラグがＯＮされていると判定すると、ステップＳ２５に処理を移し、推進力校正完了フラグがＯＮされていないと判定すると、ステップＳ２１において、電圧検出部６３に推進力電圧値Ｖａを検出させる。

制御部６０は、ステップＳ２２において、推進力電圧値Ｖａが推進力用判定値Ｖｓ以上であるか否かを判定する。制御部６０は、Ｖａ≧Ｖｓと判定するとステップＳ２４においてＲＡＭ６０ｃの所定領域に推進力校正完了フラグをＯＮし、Ｖａ＜Ｖｓと判定するとステップＳ２３において電圧出力部６１に所定の電圧を推進力ブリッジ回路３Ａに掛けさせる。

制御部６０は、ステップＳ２５において、後述する損失力校正完了フラグがＯＮされているか否かを判定する。制御部６０は、損失力校正完了フラグがＯＮされていると判定すると、ステップＳ３０に処理を移し、損失力校正完了フラグがＯＮされていないと判定すると、ステップＳ２６において、電圧検出部６３に損失力電圧値Ｖｂを検出させる。

制御部６０は、ステップＳ２７において、損失力電圧値Ｖｂが損失力用判定値Ｖｔ以上であるか否かを判定する。制御部６０は、Ｖｂ≧Ｖｔと判定するとステップＳ２９においてＲＡＭ６０ｃの所定領域に損失力校正完了フラグをＯＮし、Ｖｂ＜Ｖｔと判定するとステップＳ２８において、電圧出力部６１に所定の電圧を損失力ブリッジ回路３Ｂに掛けさせる。

制御部６０は、ステップＳ３０において、推進力校正完了フラグ及び損失力校正完了フラグのいずれもがＯＮされているか否かを判定する。制御部６０は、いずれもＯＮされていると判定すると当該キャリブレーション実行処理を終了し、いずれもＯＮされていないと判定するとステップＳ２０に処理を戻す。なお、キャリブレーション実行処理によってＯＮされた推進力校正完了フラグ及び損失力校正完了フラグは、電断時やステップＳ３０の後などの適宜なタイミングでＯＦＦされる。

なお、上述したように、サイクルコンピュータ１と右側用計測装置６とによる右側用検出装置３のキャリブレーションを説明しているが、サイクルコンピュータ１と左側用計測装置７とによっても同様に左側用検出装置４のキャリブレーションが実行される。

このように、右側用検出装置３が制御部６０を備える右側用計測装置６に接続されており、右側用計測装置６が電圧検出部６３と電圧出力部６１とを備えるので、出荷後の使用前においてもキャリブレーションを行い、正確に測定値を測定することができる。

（その他の実施の形態）
ペダリングモニタ１００は路上を走行する自転車以外に、スポーツジム等に設置されるトレーニング用の走行不能なエクササイズバイク、又は、人力でペダルを漕いで推進する船（例えば、スワンボート）等のペダルに連結されたクランクを回転させる乗り物に使用することができる。

また、実施の形態１では、サイクルコンピュータ１によってペダル作用力やトルクの平均等が表示されているが、携帯電話等の移動端末のアプリケーションソフトウェアによってペダル作用力やトルクの平均等を表示するようにすることもできる。この場合、移動端末は自転車Ｂに設置しても、運転者が携帯するようにしてもよい。

実施の形態１では、キャリブレーション選択画面は電源投入時に表示されているが、入力部１１の操作により任意に表示させることも可能である。

また、右側用検出装置３のセンサユニット３０〜３３、下敷きシート３４〜３７、上側防水シート３８及び下側防水シートの形状・大きさ・材質なども実施の形態１に限られない。

また、右側用検出装置３のキャリブレーションは実施の形態１に限られない。例えば、図１２に示すように、温度を検出する温度センサ９を制御部６０に接続させ、使用前のキャリブレーションを行うときに温度センサ９が検出する温度を基準温度として所定の記憶装置に記憶し、それ以降、電源投入されていることを条件として、温度センサにより検出される温度と基準温度との差が所定の閾値を超えることをキャリブレーション実行条件とし、自動的にキャリブレーションが実行されるようにすることもできる。

この場合のキャリブレーション方法の一例を以下に説明する。例えば、最初に、右側用検出装置３の出荷前に、温度センサ９で温度を検出すると共に、電圧検出部６３で電圧値を検出しながら検出値Ｖａ（Ｖｂ）を０Ｖに調整する。さらに、出荷後で右側用検出装置３を自転車Ｂに取り付ける前に、温度センサ９で温度を検出すると共に、電圧検出部６３で電圧値を検出しながら検出値Ｖａ（Ｖｂ）を０Ｖに調整する。ここで、温度センサ９によって検出された温度（出荷前の検出温度を「基準温度Ａ」とし、出荷後で取り付けられる前の検出温度を「基準温度Ｂ」とする）と、各基準温度検出の際に電圧検出部６３によって最初に検出された電圧値とを対応付けて制御部６０のＲＯＭ６０ｂあるいはＲＡＭ６０ｃ等の記憶装置に記憶する（基準温度Ａの検出の際に最初に検出された電圧値を「温度キャリブレーション値ａ」とし、基準温度Ｂの検出の際に最初に検出された電圧値を「温度キャリブレーション値ｂ」とする）。次に、図１３に示すように、基準温度Ａ（図１３において「温度Ａ」）及び温度キャリブレーション値ａと、基準温度Ｂ（図１３において「温度Ｂ」）及び温度キャリブレーション値ｂとから、検出温度と温度キャリブレーション値との関係式を算出して、ＲＯＭ６０ｂあるいはＲＡＭ６０ｃ等の記憶装置に記憶する。そして、右側用検出装置３を自転車Ｂに取り付けた後等、キャリブレーション実行条件が成立すると（例えば、検出温度と基準温度Ａとの差が所定の閾値を超えると）、当該関係式に温度センサ９によって検出された温度を入力して、補正キャリブレーション値を算出し、算出された補正キャリブレーション値が示す電圧を電圧出力部６１から出力させる。なお、基準温度・温度キャリブレーション値の数や検出時期は上記の例に限られない。また、キャリブレーション実行条件は、「検出温度と基準温度Ａとの差が所定の閾値を超えること」に限られない。

１ サイクルコンピュータ
２ クランク回転角度検出センサ
３ 右側用検出装置
３Ａ 推進力用ブリッジ回路
３Ｂ 損失力用ブリッジ回路
４ 左側用検出装置
６ 右側用計測装置
７ 左側用検出装置
９ 温度センサ
３０〜３３ センサユニット
３４〜３７ 下敷きシート（基板）
３８ 上側防水シート（第２防水シート）
３９ 下側防水シート（第１防水シート）
６１ 電圧出力部
６２ 電圧増幅部
６３ 電圧検出部
１００ ペダリングモニタ
Ｂ 自転車
Ｂ１ フレーム
Ｂ２ 車輪
Ｂ２１ 前輪
Ｂ２２ 後輪
Ｂ３ 駆動機構
Ｂ３１ クランク
Ｂ３１１ 右クランクシャフト
Ｂ３１２ 左クランクシャフト
Ｂ３２ ペダル
Ｂ３２１ 右ペダル
Ｂ３２２ 左ペダル
Ｂ３３ チェーン
Ｂ３４ チェーンリング
Ｂ４ ハンドル
Ｂ５ サドル
Ｂ６ スポーク
Ｂ７ チェーンステイ
Ｂ８ タイヤ

上記課題を解決するために、本発明に係る検出装置は、伸縮性を備え、車体に回転自在に連結されたクランクに一方の面で接着される基板と、前記基板の一方の面の反対側の面に接着されるひずみゲージと、を有し、前記ひずみゲージにより検出された前記クランクのひずみに基づいて前記クランクに作用する荷重を検出し、前記基板は、前記クランクに接着される側から前記ひずみゲージに接着される側に向かって拡大していることを特徴とする。

Claims (7)

1. 伸縮性を備え、車体に回転自在に連結されたクランクに一方の面で接着される基板と、
   前記基板の一方の面の反対側の面に接着されるひずみゲージと、を有し、
   前記ひずみゲージにより検出された前記クランクのひずみに基づいて前記クランクに作用する荷重を検出することを特徴とする検出装置。
2. 前記基板は、前記クランクに接着される側から前記ひずみゲージに接着される側に向かって拡大していることを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
3. 前記ひずみゲージが嵌入される嵌入孔が形成された第１防水シートと、
   前記嵌入孔に前記ひずみゲージが嵌入された状態で前記ひずみゲージを囲むように前記第１防水シートと接着されている第２防水シートと、を有し、
   前記基板は、前記嵌入孔における前記第１防水シートと前記ひずみゲージとの間を遮断した状態で前記第１防水シート及び前記ひずみゲージに接着されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の検出装置。
4. 前記第１防水シートに複数の嵌入孔が形成され、
   前記複数の嵌入孔に前記ひずみゲージが一つずつ嵌入されていることを特徴とする請求項３に記載の検出装置。
5. 当該検出装置全体で前記クランクに巻き付け可能であり、
   前記ひずみゲージが前記クランクのひずみの検出位置に応じて配されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の検出装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の検出装置が取り付けられたクランク。
7. 請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の検出装置がクランクに取り付けられた自転車。

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