(57)【要約】【課題】簡便な方法で推進力や損失力を測定することができる測定装置を提供する。【解決手段】自転車１のクランク１０５の内面１１９に設けられた第１ひずみゲージ３６９ａおよび第２ひずみゲージ３６９ｂと、第１ひずみゲージ３６９ａおよび第２ひずみゲージ３６９ｂと定電流電源３７４が接続され、クランク１０５に生じているねじれ変形ｒｚを検出する第１検出回路３７３ａと、第１検出回路３７３ａと、定電流電源３７４が接続され、クランク１０５に生じている曲げ変形ｙおよび引張変形ｚを検出する第２検出回路３７３ｂと、を有している。【選択図】図３
2014134510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人力機械のクランクの回転運動により定義される円を含む平面と平行な前記クランクの面である側面に設けられた第１ひずみゲージおよび第２ひずみゲージと、
前記第１ひずみゲージおよび前記第２ひずみゲージと、定電流電源が接続され、前記クランクがねじれる方向に生じているねじれ方向ひずみを検出する第１検出回路と、
前記第１検出回路と、前記定電流電源が接続され、前記クランクの前記平面と垂直な方向に生じている内外方向ひずみ、または、前記クランクの長手方向と平行な方向に生じている引張方向ひずみのうち少なくともいずれか一方を検出する第２検出回路と、を有し、
前記第１ひずみゲージおよび前記第２ひずみゲージが、検出方向が互いに直交するとともに、前記検出方向の中間方向が前記クランクの長手方向になるように設けられている、
ことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記第１検出回路の出力および前記第２検出回路の出力に基づいて、それぞれの検出回路が検出するひずみ以外に混入しているひずみ成分を補正する補正手段を有していることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記第１検出回路および前記第２検出回路がブリッジ回路で構成され、
前記第１ひずみゲージおよび前記第２ひずみゲージが、前記第１検出回路を構成する前記ブリッジ回路において前記定電流電源に対して直列に接続され、
前記第１検出回路を構成する前記ブリッジ回路および前記第２検出回路を構成する前記ブリッジ回路の前記第１および第２ひずみゲージ以外の抵抗素子が、固定抵抗で構成されている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記第１検出回路が、前記第２検出回路を構成するブリッジ回路において、抵抗として機能すること特徴とする請求項３に記載の測定装置。
【請求項５】
前記第１ひずみゲージおよび前記第２ひずみゲージが、互いに重ねられていることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項６】
人力機械のクランクの回転運動により定義される円を含む平面と平行な前記クランクの面である側面に検出方向が互いに直交するとともに、前記検出方向の中間方向が前記クランクの長手方向になるように設けられた第１ひずみゲージおよび第２ひずみゲージと、
前記第１ひずみゲージおよび前記第２ひずみゲージと、定電流電源が接続され、前記クランクがねじれる方向に生じているねじれ方向ひずみを検出する第１検出回路と、
前記第１検出回路と、前記定電流電源が接続され、前記クランクの前記平面と垂直な方向に生じている内外方向ひずみ、または、前記クランクの長手方向と平行な方向に生じている引張方向ひずみのうち少なくともいずれか一方を検出する第２検出回路と、を有した測定装置により前記人力機械の推進力と損失力を測定する測定方法であって、
前記第１検出回路に前記ねじれ方向ひずみを検出させるねじれ方向ひずみ検出工程と、
前記ねじれ方向ひずみ検出工程で検出した前記ねじれ方向ひずみに基づいて前記推進力を測定する推進力測定工程と、
前記第２検出回路に前記内外方向ひずみまたは前記引張方向ひずみのうち少なくともいずれか一方を検出させる内外方向ひずみまたは引張方向ひずみ検出工程と、
前記内外方向ひずみまたは引張方向ひずみ検出工程で検出した前記内外方向ひずみまたは前記引張方向ひずみのうち少なくともいずれか一方に基づいて前記損失力を測定する損失力測定工程と、
含むことを特徴とする測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクを備えた人力機械に加わっている力を測定する測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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等を算出し表示する装置がある。この種の装置は、自転車に設けられたセンサからデータを受信することによって、所定の情報を算出し表示する。表示する情報としては、運転者がペダルに加える力（トルク等）が挙げられる。そして、この種の力の測定方法としては、例えば、特許文献１には、クランク軸のひずみを測定し、クランクにかかるトルクを検知する技術が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、クランク内部に圧電センサを埋め込み、クランクのひずみにより発生する電圧によってトルクを測定する技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献１は、定置式自転車型健康機（自転車エルゴメータ、フィットネスバイクとも称される）においても適用できることが記載されている。
【０００５】
このように、クランクを備えた人力機械において、クランクにかかるひずみを検出することにより、トルクを測定して、運動量等を算出することが既に知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３５５６７号公報
【特許文献２】特開２００９−６９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された自転車用メータでは、ボトムブラケット部分にセンサを設置する必要があるので、ボトムブラケットにフレーム加工が必要となり、さらにクランク軸にナーリング加工が必要になってしまうという問題があった。
【０００８】
また、特許文献２に記載された計器を備えた自転車部品では、回転方向の力によるトルクのみならず損失力をも検出してしまい、どの程度の力が回転力、即ち推進力となっているのかを正確に知ることができないという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した問題に鑑み、例えば、簡便な方法で推進力や損失力を測定することができる測定装置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】
【００１０】
上記課題を解決するために、請求項１に記載された発明は、人力機械のクランクの回転運動により定義される円を含む平面と平行な前記クランクの面である側面に設けられた第１ひずみゲージおよび第２ひずみゲージと、前記第１ひずみゲージおよび前記第２ひずみゲージと、定電流電源が接続され、前記クランクがねじれる方向に生じているねじれ方向ひずみを検出する第１検出回路と、前記第１検出回路と、前記定電流電源が接続され、前記クランクの前記平面と垂直な方向に生じている内外方向ひずみ、または、前記クランクの長手方向と平行な方向に生じている引張方向ひずみのうち少なくともいずれか一方を検出する第２検出回路と、を有し、前記第１ひずみゲージおよび前記第２ひずみゲージが、検出方向が互いに直交するとともに、前記検出方向の中間方向が前記クランクの長手方向になるように設けられている、ことを特徴とする測定装置である。
【００１１】
請求項６に記載された発明は、人力機械のクランクの回転運動により定義される円を含む平面と平行な前記クランクの面である側面に検出方向が互いに直交するとともに、前記検出方向の中間方向が前記クランクの長手方向になるように設けられた第１ひずみゲージおよび第２ひずみゲージと、前記第１ひずみゲージおよび前記第２ひずみゲージと、定電流電源が接続され、前記クランクがねじれる方向に生じているねじれ方向ひずみを検出する第１検出回路と、前記第１検出回路と、前記定電流電源が接続され、前記クランクの前記平面と垂直な方向に生じている内外方向ひずみ、または、前記クランクの長手方向と平行な方向に生じている引張方向ひずみのうち少なくともいずれか一方を検出する第２検出回路と、を有した測定装置により前記人力機械の推進力と損失力を測定する測定方法であって、前記第１検出回路に前記ねじれ方向ひずみを検出させるねじれ方向ひずみ検出工程と、前記ねじれ方向ひずみ検出工程で検出した前記ねじれ方向ひずみに基づいて前記推進力を測定する推進力測定工程と、前記第２検出回路に前記内外方向ひずみまたは前記引張方向ひずみのうち少なくともいずれか一方を検出させる内外方向ひずみまたは引張方向ひずみ検出工程と、前記内外方向ひずみまたは引張方向ひずみ検出工程で検出した前記内外方向ひずみまたは前記引張方向ひずみのうち少なくともいずれか一方に基づいて前記損失力を測定する損失力測定工程と、含むことを特徴とする測定方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例にかかる自転車の全体構成を示す説明図である。
【図２】図１に示されたサイクルコンピュータ、測定モジュール及びケイデンスセンサの位置関係を示した説明図である。
【図３】図１に示されたサイクルコンピュータ、測定モジュール及びケイデンスセンサのブロック構成図である。
【図４】図３に示されたひずみゲージのクランクへの配置の説明図である。
【図５】図３に示された測定モジュールひずみ検出回路の回路図である。
【図６】右側クランクに加わる力と変形の説明図である。
【図７】第１ひずみゲージと第２ひずみゲージが曲げ変形ｘにより変形する場合の説明図である。
【図８】図３に示されたケイデンスセンサの処理のフローチャートである。
【図９】図３に示された測定モジュール及びサイクルコンピュータの処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態にかかる測定装置を説明する。本発明の一実施形態にかかる測定装置は、人力機械のクランクの回転運動により定義される円を含む平面と平行なクランクの面である側面に設けられた第１ひずみゲージおよび第２ひずみゲージと、第１ひずみゲージおよび第２ひずみゲージと、定電流電源が接続され、クランクがねじれる方向に生じているねじれ方向ひずみを検出する第１検出回路と、第１検出回路と、定電流電源が接続され、クランクの前記平面と垂直な方向に生じている内外方向ひずみ、または、クランクの長手方向と平行な方向に生じている引張方向ひずみのうち少なくともいずれか一方を検出する第２検出回路と、を有している。そして、第１ひずみゲージおよび第２ひずみゲージが、クランクの長手方向に対して検出方向が平行になるように設けられている。このようにすることにより、第１検出回路で検出されたねじれ方向ひずみと、第２検出回路で検出された内外方向ひずみまたは引張方向ひずみからクランクに加わっている推進力や損失力を測定することができる。したがって、簡便な方法で推進力や損失力を測定することができる。また、定電流電源を用いているので、ひずみゲージを少なくすることができる。さらに、第１および第２ひずみゲージがクランクの側面のみに設けられているので、１つの面のみで推進力や損失力を測定することができ、また、側面のうち内面側に設けることで、運転者等の足と干渉することがない。
【００１４】
また、第１検出回路の出力および第２検出回路の出力に基づいて、それぞれの検出回路が検出するひずみ以外に混入しているひずみ成分を補正する補正手段を有してもよい。このようにすることにより、第１検出回路や第２検出回路の出力に含まれる検出対象以外のひずみの影響を排除することができる。
【００１５】
また、第１検出回路および第２検出回路がブリッジ回路で構成され、第１ひずみゲージおよび第２ひずみゲージが、第１検出回路を構成するブリッジ回路において定電流電源に対して直列に接続され、第１検出回路を構成するブリッジ回路および第２検出回路を構成するブリッジ回路の第１および第２ひずみゲージ以外の抵抗素子が、固定抵抗で構成されていてもよい。このようにすることにより、ブリッジ回路により、ねじれ方向ひずみや内外方向ひずみまたは引張方向ひずみを検出することができ、簡便な回路構成で推進力や損失力を測定することができる。
【００１６】
また、第１検出回路が、第２検出回路を構成するブリッジ回路において、抵抗として機能するようにしてもよい。このようにすることにより、第１検出回路が第２検出回路を構成するブリッジ回路における抵抗の１つとして機能させることができる。そのため、第１検出回路が第２検出回路の一部とするような回路構成となる。
【００１７】
また、第１ひずみゲージと第２ひずみゲージが、互いに重ねられていてもよい。このようにすることにより、クランクに設けるひずみゲージのサイズを小さくすることができる。
【００１８】
また、本発明の一実施形態にかかる測定方法は、人力機械のクランクの回転運動により定義される円を含む平面と平行なクランクの面である側面に検出方向が互いに直交するとともに、検出方向の中間方向がクランクの長手方向になるように設けられた第１ひずみゲージおよび第２ひずみゲージと、第１ひずみゲージおよび第２ひずみゲージと、定電流電源が接続され、クランクがねじれる方向に生じているねじれ方向ひずみを検出する第１検出回路と、第１検出回路と、定電流電源が接続され、クランクの前記平面と垂直な方向に生じている内外方向ひずみ、または、クランクの長手方向と平行な方向に生じている引張方向ひずみのうち少なくともいずれか一方を検出する第２検出回路と、を有した測定装置により行われる処理に、第１検出回路にねじれ方向ひずみを検出させるねじれ方向ひずみ検出工程と、ねじれ方向ひずみ検出工程で検出したねじれ方向ひずみに基づいて推進力を測定する推進力測定工程と、第２検出回路に内外方向ひずみまたは引張方向ひずみのうち少なくともいずれか一方を検出させる内外方向ひずみまたは引張方向ひずみ検出工程と、内外方向ひずみまたは引張方向ひずみ検出工程で検出した内外方向ひずみまたは引張方向ひずみのうち少なくともいずれか一方に基づいて損失力を測定する損失力測定工程と、含んでいる。このようにすることにより、第１検出回路で検出されたねじれ方向ひずみと、第２検出回路で検出された内外方向ひずみまたは引張方向ひずみからクランクに加わっている推進力や損失力を測定することができる。したがって、簡便な方法で推進力や損失力を測定することができる。また、定電流電源を用いているので、ひずみゲージを少なくすることができる。さらに、第１および第２ひずみゲージがクランクの側面のみに設けられているので、１つの面のみで推進力や損失力を測定することができ、また、側面のうち内面に設けることで、運転者等の足と干渉することがない。
【実施例】
【００１９】
本発明の一実施例にかかる測定装置としての測定モジュール３０１を備えた自転車１を図１乃至図９を参照して説明する。自転車１は図１に示すように、フレーム３と、フロント車輪５と、リア車輪７と、ハンドル９と、サドル１１と、フロントフォーク１３と、駆動機構１０１と、を有している。
【００２０】
フレーム３は、２つのトラス構造から構成されている。フレーム３は、後方の先端部分において、リア車輪７と回転自在に接続されている。また、フレーム３の前方において、フロントフォーク１３が回転自在に接続されている。
【００２１】
フロントフォーク１３は、ハンドル９と接続されている。フロントフォーク１３の下方向の先端位置において、フロントフォーク１３とフロント車輪５とは回転自在に接続されている。
【００２２】
フロント車輪５は、ハブ部、スポーク部及びタイヤ部を有している。ハブ部はフロントフォーク１３と回転自在に接続されている。そして、このハブ部とタイヤ部はスポーク部によって接続されている。
【００２３】
リア車輪７は、ハブ部、スポーク部及びタイヤ部を有している。ハブ部はフレーム３と回転自在に接続されている。そして、このハブ部とタイヤ部はスポーク部によって接続されている。リア車輪７のハブ部は、後述するスプロケット１１３と接続されている。
【００２４】
自転車１は、ユーザ（運転者）の足による踏み込み力を自転車１の駆動力に変換する駆動機構１０１を有している。駆動機構１０１は、ペダル１０３、クランク機構１０４、チェーンリング１０９、チェーン１１１、スプロケット１１３と、を有している。
【００２５】
ペダル１０３は、ユーザが踏み込むための足と接する部分である。ペダル１０３は、クランク機構１０４のペダルクランク軸１１５によって回転自在となるように支持されている。
【００２６】
クランク機構１０４は、クランク１０５とクランク軸１０７及びペダルクランク軸１１５（図２および図６参照）から構成されている。
【００２７】
クランク軸１０７はフレーム３を左右方向に（自転車側面の一方から他方に）貫通している。クランク軸１０７は、フレーム３によって回転自在に支持されている。
【００２８】
クランク１０５は、クランク軸１０７と直角に設けられている。クランク１０５は、一端部において、クランク軸１０７と接続されている。
【００２９】
ペダルクランク軸１１５は、クランク１０５と直角に設けられている。ペダルクランク軸１１５の軸方向は、クランク軸１０７と同一方向となっている。ペダルクランク軸１１５は、クランク１０５の他端部においてクランク１０５と接続されている。
【００３０】
クランク機構１０４は、このような構造を自転車１の側面の反対側にも有している。つまり、クランク機構１０４は、２個のクランク１０５及び、２個のペダルクランク軸１１５を有している。したがって、ペダル１０３も自転車１の両側面にそれぞれ有している。
【００３１】
これらが自転車１の右側にあるか左側にあるかを区別する場合には、それぞれ右側クランク１０５Ｒ、左側クランク１０５Ｌ、右側ペダルクランク軸１１５Ｒ、左側ペダルクランク軸１１５Ｌ、右側ペダル１０３Ｒ、左側ペダル１０３Ｌと記載する。
【００３２】
また右側クランク１０５Ｒと左側クランク１０５Ｌは、クランク軸１０７を中心として反対方向に延びるように接続されている。右側ペダルクランク軸１１５Ｒ、クランク軸１０７および左側ペダルクランク軸１１５Ｌは、平行かつ同一平面に形成されている。右側クランク１０５Ｒ及び左側クランク１０５Ｌは、平行かつ同一平面上に形成されている。
【００３３】
チェーンリング１０９は、クランク軸１０７に接続されている。チェーンリング１０９は、ギア比を変化させることができる可変ギアで構成されると好適である。また、チェーンリング１０９にはチェーン１１１が係合されている。
【００３４】
チェーン１１１はチェーンリング１０９及びスプロケット１１３に係合している。スプロケット１１３は、リア車輪７と接続されている。スプロケット１１３は、可変ギアで構成されると好適である。
【００３５】
自転車１は、このような駆動機構１０１によってユーザの踏み込み力をリア車輪の回転力に変換している。
【００３６】
自転車１は、サイクルコンピュータ２０１と、測定モジュール３０１と、ケイデンスセンサ５０１と、を有している。
【００３７】
サイクルコンピュータ２０１は、ハンドル９に配置されている。サイクルコンピュータ２０１は、図２に示すように、各種情報を表示するサイクルコンピュータ表示部２０３およびユーザの操作を受けるサイクルコンピュータ操作部２０５を有している。
【００３８】
サイクルコンピュータ表示部２０３に表示される各種情報とは、自転車１の速度、位置情報、目的地までの距離、目的地までの予測到達時間、出発してからの移動距離、出発してからの経過時間、推進力、損失力等である。
【００３９】
ここで、推進力とはクランク１０５の回転方向に加わる力の大きさである。一方、損失力とは、クランク１０５の回転方向とは別の方向に加わる力の大きさである。この回転方向とは別の方向に加わる力は、何ら自転車１の駆動に寄与しない無駄な力である。したがって、ユーザは、推進力をできるだけ増加させ、損失力をできるだけ減少させることによって、より効率的に自転車１を駆動させることが可能となる。
【００４０】
サイクルコンピュータ操作部２０５は、図２では押しボタンで示されているが、それに限らず、タッチパネルなど各種入力手段や複数の入力手段を組み合わせて用いることができる。
【００４１】
また、サイクルコンピュータ２０１は、サイクルコンピュータケイデンス無線受信部２０７及びサイクルコンピュータ無線受信部２０９を有している。サイクルコンピュータケイデンス無線受信部２０７及びサイクルコンピュータ無線受信部２０９は、配線を介してサイクルコンピュータ２０１の本体部分と接続されている。なお、サイクルコンピュータケイデンス無線受信部２０７及びサイクルコンピュータ無線受信部２０９は、受信のみの機能を有する必要はない。例えば、送信部としての機能を有していても良い。以下、送信部又は受信部と記載した装置も、受信機能及び送信機能の両方を有していても良い。
【００４２】
ケイデンスセンサ５０１は、クランク１０５に設けられた磁石５０３の接近を検出する磁気センサ５０５を有している（図３参照）。磁気センサ５０５は、接近する磁石５０３によってＯＮになることで、磁石５０３の位置を検出する。つまり、磁気センサ５０５がＯＮになるということは、磁気センサ５０５が存在する位置にクランク１０５も存在することとなる。このケイデンスセンサ５０１から、サイクルコンピュータ２０１は、ケイデンス［ｒｐｍ］を得ることができる。
【００４３】
測定モジュール３０１は、クランク１０５の内面に設けられ、複数のひずみゲージ素子から構成されるひずみゲージ３６９（図３及び図４参照）を用いて、ペダル１０３にユーザが加えている人力を検出する。具体的には、クランク１０５の回転力であって自転車１の駆動力となる推進力と、回転方向とは別の方向に加わる力である損失力を算出する。
【００４４】
図３は、サイクルコンピュータ２０１、測定モジュール３０１及びケイデンスセンサ５０１のブロック図である。
【００４５】
まず、ケイデンスセンサ５０１のブロック構成を説明する。ケイデンスセンサ５０１は、磁気センサ５０５、ケイデンスセンサ無線送信部５０７、ケイデンスセンサ制御部５５１、ケイデンスセンサ記憶部５５３、ケイデンスセンサタイマ５６１を有している。
【００４６】
磁気センサ５０５は、磁石５０３が接近することによってＯＮ／ＯＦＦが切り替わる。そして、磁気センサ５０５がＯＮとなると、磁気センサ５０５はその旨の情報信号をケイデンスセンサ制御部５５１に出力する。
【００４７】
ケイデンスセンサ無線送信部５０７は、ケイデンスセンサ記憶部５５３に記憶されているケイデンス情報を、サイクルコンピュータケイデンス無線受信部２０７に送信している。このケイデンスセンサ無線送信部５０７による送信は、ケイデンスセンサタイマ５６１によって命令されることによって例えば１秒ごとに行われている。または、ケイデンスセンサタイマ５６１の値に基づいた判断がケイデンスセンサ制御部５５１によって行われ、その判断に基づいて、このケイデンスセンサ無線送信部５０７による送信がケイデンスセンサ制御部５５１の命令によって行われても良い。
【００４８】
ケイデンスセンサ制御部５５１は、ケイデンスセンサ５０１を包括的に制御している。ケイデンスセンサ制御部５５１は、磁気センサ５０５がＯＮとなった旨の情報信号の出力を受けると、以下の動作を行う。ケイデンスセンサ制御部５５１は、ケイデンスセンサタイマ５６１にタイマ値情報の出力を命令する。そして、ケイデンスセンサ制御部５５１は、ケイデンスセンサタイマ５６１からタイマ値情報を受けると、そのタイマ値情報からケイデンスを算出する。具体的には、タイマ値情報のカウント数（Ｃ）と１度のカウント間隔（Ｔ）を掛け合わせることによって、磁気センサ５０５がＯＮとなる時間（周期）［秒］を算出する。そして、６０をこの周期で割ることによって、ケイデンス［ｒｐｍ］を算出する。
【００４９】
さらに、ケイデンスセンサ制御部５５１は、このケイデンス情報をケイデンスセンサ記憶部５５３のケイデンスセンサＲＡＭ５５５（後述する）に記憶させる。また、ケイデンスセンサ制御部５５１は、ケイデンスセンサタイマ５６１にカウンタ値のリセット命令を出力する。ケイデンスセンサ制御部５５１は、例えば１秒間の間隔で、ケイデンスセンサ無線送信部５０７にケイデンスセンサ記憶部５５３に記憶されているケイデンス情報を送信させても良い。
【００５０】
ケイデンスセンサ記憶部５５３には、各種情報が記憶される。各種情報とは、例えば、ケイデンスセンサ制御部５５１の制御プログラム、ケイデンスセンサ制御部５５１が制御する際に必要とされる一時的な情報である。特に本実施形態では、磁気センサ５０５がＯＮとなる間隔であるケイデンスセンサタイマ５６１のタイマ値を記憶している。なお、ケイデンスセンサ記憶部５５３は、ケイデンスセンサＲＡＭ５５５及びケイデンスセンサＲＯＭ５５７から構成されている。ケイデンスセンサＲＡＭ５５５にはタイマ値等が記憶され、ケイデンスセンサＲＯＭ５５７には制御プログラム等が記憶される。
【００５１】
ケイデンスセンサタイマ５６１は、タイマカウンタであり所定周期を有するクロックを常時カウントしている。ケイデンスセンサタイマ５６１は、ケイデンスセンサ制御部５５１の値出力命令を受けると、タイマ値情報をケイデンスセンサ制御部５５１に出力する。また、ケイデンスセンサタイマ５６１は、ケイデンスセンサ制御部５５１のリセット命令を受けると、タイマカウンタの値を初期値にリセットする。さらに、ケイデンスセンサタイマ５６１は、ケイデンスセンサ無線送信部５０７に、送信のタイミングを命令する役割をも有している。具体的には、例えば１秒ごとに、ケイデンスセンサ無線送信部５０７に送信タイミングを指令している。
【００５２】
次に、測定モジュール３０１のブロック構成を説明する。測定モジュール３０１は、図３に示したように、測定モジュール無線送信部３０９、測定モジュールタイマ３６１、測定モジュール制御部３５１、測定モジュール記憶部３５３、測定モジュールＡ／Ｄ３６３、測定モジュールひずみ検出回路３６５及びひずみゲージ３６９を有している。
【００５３】
測定モジュール無線送信部３０９は、測定モジュール制御部３５１がひずみ情報から算出した推進力及び損失力情報を、サイクルコンピュータ無線受信部２０９に送信している。この測定モジュール無線送信部３０９による送信は、測定モジュールタイマ３６１によって命令されることによって例えば１秒ごとに行われている。または、測定モジュールタイマ３６１の値に基づいて測定モジュール制御部３５１が命令を出力することによって送信しても良い。
【００５４】
測定モジュールタイマ３６１は、タイマカウンタであり所定周期を有するクロックを常時カウントしている。さらに、測定モジュールタイマ３６１は、測定モジュール無線送信部３０９に、送信のタイミングを命令する役割をも有している。具体的には、例えば、１秒ごとに、測定モジュール無線送信部３０９に送信タイミングを指令している。
【００５５】
測定モジュール制御部３５１は、測定モジュール３０１を包括的に制御している。測定モジュール制御部３５１は、ひずみ情報から推進力及び損失力を算出する。算出方法は後述する。
【００５６】
測定モジュール記憶部３５３には、各種情報が記憶される。各種情報とは、例えば、測定モジュール制御部３５１の制御プログラム、及び、測定モジュール制御部３５１が制御を行う際に必要とされる一時的な情報である。特に本実施例では、ひずみ情報を記憶している。なお、測定モジュール記憶部３５３は、測定モジュールＲＡＭ３５５及び測定モジュールＲＯＭ３５７から構成されている。測定モジュールＲＡＭ３５５にはひずみ情報等が記憶される。測定モジュールＲＯＭ３５７には制御プログラム、及び、ひずみ情報から推進力及び損失力を算出するための各種のパラメータ、定数、等が記憶される。
【００５７】
ひずみゲージ３６９は、クランク１０５に接着されて、一体化される。ひずみゲージ３６９は、第１ひずみゲージ３６９ａ、第２ひずみゲージ３６９ｂから構成されている。そして、ひずみゲージ３６９のそれぞれの端子は、測定モジュールひずみ検出回路３６５に接続されている。
【００５８】
図４に、本実施例におけるひずみゲージ３６９のクランク１０５への配置を示す。ひずみゲージ３６９は、クランク１０５の内面１１９に接着されている。クランク１０５の内面とは、クランク軸１０７が突設されている（接続されている）面であり、クランク１０５の回転運動により定義される円を含む平面と平行な面（側面）である。また、図４には図示しないが、クランク１０５の外面１２０は、内面１１９と対向しペダルクランク軸１１５が突設されている（接続されている）面である。つまり、ペダル１０３が回転自在に設けられている面である。クランク１０５の上面１１７は、内面１１９および外面１２０と同じ方向に長手方向が延在し、かつ内面１１９および外面１２０と直交する面の一方である。クランク１０５の下面１１８は、上面１１７と対向する面である。
【００５９】
第１ひずみゲージ３６９ａと第２ひずみゲージ３６９ｂは、互いに直交かつ重ねられて（重層して）配置されている。また、第１ひずみゲージ３６９ａの検出方向と第２ひずみゲージ３６９ｂの検出方向との間の中間方向が、クランク１０５の長手方向になるように配置されている。つまり、第１ひずみゲージ３６９ａの検出方向とクランク１０５の中心軸Ｃ１の方向とは４５度の角度を有する。第２ひずみゲージ３６９ｂの検出方向とクランク１０５の中心軸Ｃ１の方向とは４５度の角度を有する。また、第１ひずみゲージ３６９ａと第２ひずみゲージ３６９ｂが重ねられた交点部分が内面１１９の中心軸Ｃ１上となるように配置されている。つまり、第１ひずみゲージ３６９ａと第２ひずみゲージ３６９ｂは、中心軸Ｃ１を中心として対称となるように配置されている。
【００６０】
なお、第１ひずみゲージ３６９ａおよび第２ひずみゲージ３６９ｂの配置は図４に限らない。つまり、第１ひずみゲージ３６９ａおよび第２ひずみゲージ３６９ｂは、互いに直交し、中心軸Ｃ１と４５度の関係が維持されていれば他の配置でもよい。但し、中心軸Ｃ１上に配置する方が、後述する各変形を精度良く検出できるので好ましい。
【００６１】
また、図４では、クランク１０５を単純な直方体として説明しているが、デザイン等により、角が丸められていたり、一部の面が曲面で構成されていてもよい。そのような場合でも、上述した配置を極力維持するようにひずみゲージ３６９を配置することで、後述する各変形を検出することができる。但し、上記した中心軸Ｃ１との関係（４５度）や互いに直交している関係がずれるにしたがって検出精度が低下する。
【００６２】
測定モジュールひずみ検出回路３６５は、第１ひずみゲージ３６９ａ、第２ひずみゲージ３６９ｂが接続されて、ひずみゲージ３６９のひずみ量が電圧として出力される。測定モジュールひずみ検出回路３６５の出力は、測定モジュールＡ／Ｄ３６３によって、アナログ情報からデジタル情報であるひずみ情報に変換される。そして、ひずみ情報信号は測定モジュール記憶部３５３に出力される。測定モジュール記憶部３５３に入力されたひずみ情報信号は、測定モジュールＲＡＭ３５５にひずみ情報として記憶される。
【００６３】
測定モジュールひずみ検出回路３６５を図５に示す。測定モジュールひずみ検出回路３６５は、２つのブリッジ回路である第１検出回路３７３ａと第２検出回路３７３ｂとで構成されている。第１検出回路３７３ａの第１系統側では、定電流電源３７４側から順に、第２ひずみゲージ３６９ｂ、第１ひずみゲージ３６９ａの順に接続されている。即ち、第１ひずみゲージ３６９ａおよび第２ひずみゲージ３６９ｂが定電流電源３７４に対して直列に接続されている。第２系統側では、定電流電源３７４側から順に、固定抵抗Ｒ、固定抵抗Ｒの順に接続されている。第２検出回路３７３ｂの第１系統側では、定電流電源３７４に、第１検出回路３７３ａが接続されている。即ち、第１ひずみゲージ３６９ａおよび第２ひずみゲージ３６９ｂが、第１検出回路３７３ａを構成するブリッジ回路において定電流電源３７４に対して直列に接続されている。第２系統側では、定電圧電源Ｖｃｃから順に、固定抵抗Ｒ１、固定抵抗Ｒ２の順に接続されている。また、第１検出回路３７３ａは、第２検出回路３７３ｂを構成するブリッジ回路において、抵抗として機能する。つまり、第１検出回路３７３ａが第２検出回路３７３ｂを構成するブリッジ回路における抵抗の１つとして機能させている。
【００６４】
第１検出回路３７３ａは、定電流電源３７４側が直接接続されている。このようにすることで、第１ひずみゲージ３６９ａと第２ひずみゲージ３６９ｂの抵抗値の変化が後述するＢ出力において直接取り出せることができる。つまり、定電流電源３７４とすることで、後述する電位Ｖ１（図５参照）が第１検出回路３７３ａの動作に応じて変化することができるので、電源と第１検出回路３７３ａとの間にひずみゲージ素子を設ける必要が無くなる。なお、２つの固定抵抗Ｒは同じ抵抗値を有している。また、第１ひずみゲージ３６９ａおよび第２ひずみゲージ３６９ｂは同じ抵抗値を有している。また、固定抵抗Ｒ１とＲ２は、無負荷の状態で後述するＶ２（図５参照）の電位が、Ｖ１（図５参照）の電位と同じ電位となるような抵抗値とすることが望ましい。
【００６５】
ひずみゲージ３６９の抵抗値は、公知のように圧縮されている場合には抵抗値が下がり、伸長されている場合には抵抗値が上がる。この抵抗値の変化は、変化量がわずかな場合には比例している。また、ひずみゲージ３６９の検出方向は、配線が伸びている方向であり、上述したように第１ひずみゲージ３６９ａ、第２ひずみゲージ３６９ｂが、中心軸Ｃ１と平行な方向となる。この検出方向以外において圧縮又は伸長が生じた場合には、ひずみゲージ３６９に抵抗値の変化は生じない。
【００６６】
このような特性を持つひずみゲージ３６９を使用した第１検出回路３７３ａは、第１ひずみゲージ３６９ａと第２ひずみゲージ３６９ｂの検出方向で圧縮または伸長されていない場合は、第１ひずみゲージ３６９ａと第２ひずみゲージ３６９ｂとの間の電位Ｖａｂと、２つの固定抵抗Ｒの間の電位Ｖｒとの電位差はほぼゼロとなる。
【００６７】
第１ひずみゲージ３６９ａが圧縮され、第２ひずみゲージ３６９ｂが伸張された場合は、第１ひずみゲージ３６９ａの抵抗値が減少して第２ひずみゲージ３６９ｂの抵抗値が増加するために、電位Ｖａｂが低くなり、電位Ｖｒは変化しない。つまり、電位Ｖａｂと電位Ｖｒとの間に電位差が発生する。第１ひずみゲージ３６９ａが伸張され、第２ひずみゲージ３６９ｂが圧縮された場合は、第１ひずみゲージ３６９ａの抵抗値が増加して第２ひずみゲージ３６９ｂの抵抗値が減少するために、電位Ｖａｂが高くなり、電位Ｖｒは変化しない。つまり、電位Ｖａｂと電位Ｖｒとの間に電位差が発生する。
【００６８】
第１ひずみゲージ３６９ａ、第２ひずみゲージ３６９ｂともに圧縮された場合は、第１ひずみゲージ３６９ａ、第２ひずみゲージ３６９ｂともに抵抗値が減少するために、電位Ｖａｂと、電位Ｖｒとの電位差はほぼゼロとなる。第１ひずみゲージ３６９ａ、第２ひずみゲージ３６９ｂともに伸張された場合は、第１ひずみゲージ３６９ａ、第２ひずみゲージ３６９ｂともに抵抗値が増加するために、電位Ｖａｂと、電位Ｖｒとの電位差はほぼゼロとなる。
【００６９】
第２検出回路３７３ｂは、第１検出回路３７３ａの第１ひずみゲージ３６９ａ、第２ひずみゲージ３６９ｂの抵抗値が増加した場合は、定電流電源３７４と第１検出回路３７３ａとの間の電位Ｖ１が高くなり、固定抵抗Ｒ１と固定抵抗Ｒ２との間の電位Ｖ２は変化しない。つまり、電位Ｖ１と電位Ｖ２との間に電位差が発生する。第１検出回路３７３ａの第１ひずみゲージ３６９ａ、第２ひずみゲージ３６９ｂの抵抗値が減少した場合は、電位Ｖ１が低くなり、電位Ｖ２は変化しない。つまり、電位Ｖ１と電位Ｖ２との間に電位差が発生する。第１検出回路３７３ａの第１ひずみゲージ３６９ａ、第２ひずみゲージ３６９ｂの抵抗値がいずれも変化しない、または、一方が増加して他方が減少する場合は、電位Ｖ１、Ｖ２とも変化しない。つまり、電位Ｖ１と電位Ｖ２との電位差はほぼゼロとなる。
【００７０】
そこで、第１検出回路３７３ａの電位Ｖａｂが測定できる第１ひずみゲージ３６９ａと第２ひずみゲージ３６９ｂとの接続点と、電位Ｖｒが測定できる２つの固定抵抗Ｒの接続点と、を第１検出回路３７３ａの出力（以降Ａ出力）とする。第２検出回路３７３ｂの電位Ｖ１が測定できる定電流電源３７４と第１検出回路３７３ａとの接続点と、電位Ｖ２が測定できる固定抵抗Ｒ１と固定抵抗Ｒ２との接続点と、を第２検出回路３７３ｂの出力（以降Ｂ出力）とする。このＡ出力とＢ出力がひずみ情報となる。
【００７１】
図６は、ユーザにより力（踏力）が加えられた際の右側クランク１０５Ｒの変形状態を示している。（ａ）は右クランク１０５Ｒの上面１１７から見た平面図、（ｂ）は右側クランク１０５Ｒの内面１１９から見た平面図、（ｃ）は右側クランク１０５Ｒのクランク軸１０７側の端部から見た平面図である。なお、以降の説明では右側クランク１０５Ｒで説明するが、左側クランク１０５Ｌでも同様である。
【００７２】
ユーザの足からペダル１０３を介して踏力が加えられると、その踏力はクランク１０５の回転力となる、クランク１０５の回転の接線方向の力である推進力Ｆｔと、クランク１０５の回転の法線方向の力である損失力Ｆｒとに分けられる。このとき、右側クランク１０５Ｒには、曲げ変形ｘ、曲げ変形ｙ、引張変形ｚ、ねじれ変形ｒｚの各変形状態が生じる。
【００７３】
曲げ変形ｘは、図６（ａ）に示したように、右側クランク１０５Ｒが上面１１７から下面１１８に向かって、或いは下面１１８から上面１１７に向かって曲がるように変形することであり、推進力Ｆｔによって生じる変形である。即ち、クランク１０５の回転方向に発生する変形によるひずみ（クランク１０５の回転方向に生じているひずみ）を検出することとなり、曲げ変形ｘの検出によってクランク１０５に生じている回転方向ひずみが検出できる。曲げ変形ｙは、図６（ｂ）に示したように、右側クランク１０５Ｒが外面１２０から内面１１９に向かって、或いは内面１１９から外面１２０に向かって曲がるように変形することであり、損失力Ｆｒによって生じる変形である。即ち、クランク１０５の外面１２０から内面１１９、または内面１１９から外面１２０に向かって発生する変形によるひずみ（右側クランク１０５Ｒの回転運動により定義される円と同一平面と垂直な方向の生じているひずみ）を検出することとなり、曲げ変形ｙの検出によってクランク１０５に生じている内外方向ひずみが検出できる。
【００７４】
引張変形ｚは、右側クランク１０５Ｒが長手方向に伸張または圧縮されるように変形することであり、損失力Ｆｒによって生じる変形である。即ち、クランク１０５が長手方向に引っ張られるまたは押される方向に発生する変形によるひずみ（長手方向と平行な方向に生じているひずみ）を検出することとなり、引張変形ｚの検出によってクランク１０５に生じている引張方向ひずみが検出できる。ねじれ変形ｒｚは、右側クランク１０５Ｒが、ねじれるように変形することであり、推進力Ｆｔによって生じる変形である。即ち、クランク１０５がねじれる方向に発生する変形によるひずみを検出することとなり、ねじれ変形ｒｚの検出によってクランク１０５に生じているねじり方向ひずみが検出できる。なお、図６は、曲げ変形ｘ、曲げ変形ｙ、引張変形ｚ、ねじれ変形ｒｚの変形方向を矢印で示したが、上述したように、この矢印と逆方向に各変形が発生する場合もある。
【００７５】
したがって、推進力Ｆｔを測定するためには、曲げ変形ｘまたはねじれ変形ｒｚのいずれか、損失力Ｆｒを測定するためには、曲げ変形ｙまたは引張変形ｚのいずれかを定量的に検出すればよい。
【００７６】
ここで、図４のように配置され、図５のように第１ひずみゲージ３６９ａ、第２ひずみゲージ３６９ｂが接続された測定モジュールひずみ検出回路３６５によって、曲げ変形ｘ、曲げ変形ｙ、引張変形ｚ、ねじれ変形ｒｚを検出（測定）する方法を説明する。
【００７７】
まず、第１検出回路３７３ａのＡ出力において、各変形がどのように検出（測定）されるかを説明する。曲げ変形ｘは、右側クランク１０５Ｒが上面１１７から下面１１８に向かって、或いはその逆方向に変形する。右側クランク１０５Ｒが上面１１７から下面１１８に向かって変形する場合、図７に示したように、第１ひずみゲージ３６９ａの一端は伸張されるが、他端は圧縮される。その結果、第１ひずみゲージ３６９ａ内部で伸長及び圧縮の両方が生じ第１ひずみゲージ３６９ａの抵抗値は変化しない。第２ひずみゲージ３６９ｂも同様である。そのため、第１検出回路３７３ａのＡ出力はゼロとなる。また、右側クランク１０５Ｒが下面１１８から上面１１７に向かって変形する場合も同様に、第１ひずみゲージ３６９ａ、第２ひずみゲージ３６９ｂともに伸張及び圧縮の両方が生じ抵抗値は変化しない。そのため、第１検出回路３７３ａのＡ出力はゼロとなる。
【００７８】
曲げ変形ｙは、右側クランク１０５Ｒが外面１２０から内面１１９に向かって、或いはその逆方向に変形する。右側クランク１０５Ｒが外面１２０から内面１１９に向かって変形する場合、第１ひずみゲージ３６９ａ、第２ひずみゲージ３６９ｂともに伸張されるので、どちらも抵抗値が増加する。そのため、第１検出回路３７３ａのＡ出力はゼロとなる。また、右側クランク１０５Ｒが内面１１９から外面１２０に向かって変形する場合、第１ひずみゲージ３６９ａ、第２ひずみゲージ３６９ｂともに圧縮されるので、どちらも抵抗値が減少する。そのため、第１検出回路３７３ａのＡ出力はゼロとなる。
【００７９】
引張変形ｚは、右側クランク１０５Ｒが長手方向に伸張または圧縮されるように変形する。右側クランク１０５Ｒが伸張する場合、第１ひずみゲージ３６９ａ、第２ひずみゲージ３６９ｂともに圧縮されるので、どちらも抵抗値が減少する。そのため、第１検出回路３７３ａのＡ出力はゼロとなる。また、右側クランク１０５Ｒが圧縮する場合、第１ひずみゲージ３６９ａ、第２ひずみゲージ３６９ｂともに伸張されるので、どちらも抵抗値が増加する。そのため、第１検出回路３７３ａのＡ出力はゼロとなる。
【００８０】
ねじれ変形ｒｚは、右側クランク１０５Ｒが、ねじれるように変形する。右側クランク１０５Ｒが図６（ｂ）の矢印の方向にねじれる場合、第１ひずみゲージ３６９ａは伸張されるので抵抗値が増加し、第２ひずみゲージ３６９ｂは圧縮されるので抵抗値が減少する。そのため、第１検出回路３７３ａのＡ出力は正出力（電位Ｖａｂが高く電位Ｖｒが低い）となる。また、右側クランク１０５Ｒが図６（ｂ）の矢印と逆方向にねじれる場合、第１ひずみゲージ３６９ａは圧縮されるので抵抗値が減少し、第２ひずみゲージ３６９ｂは伸張されるので抵抗値が増加する。そのため、第１検出回路３７３ａのＡ出力は負出力（電位Ｖａｂが低く電位Ｖｒが高い）となる。
【００８１】
以上のように、Ａ出力からは、ねじれ変形ｒｚのみが検出される。即ち、第１検出回路３７３ａは、第１ひずみゲージ３６９ａおよび第２ひずみゲージ３６９ｂが接続され、クランク１０５に生じているねじれ方向ひずみを検出する。
【００８２】
次に、第２検出回路３７３ｂのＢ出力において、各変形がどのように検出（測定）されるかを説明する。曲げ変形ｘは、右側クランク１０５Ｒが上面１１７から下面１１８に向かって、或いはその逆方向に変形する。右側クランク１０５Ｒが上面１１７から下面１１８に向かって変形する場合、上述したように、第１ひずみゲージ３６９ａ、第２ひずみゲージ３６９ｂともに内部で伸張及び圧縮の両方が生じ抵抗値は変化しない。そのため、電位Ｖ１は変化しないため、第２検出回路３７３ｂのＢ出力はゼロとなる。また、右側クランク１０５Ｒが下面１１８から上面１１７に向かって変形する場合も同様に、第１ひずみゲージ３６９ａ、第２ひずみゲージ３６９ｂともに内部で伸張及び圧縮の両方が生じ抵抗値は変化しない。そのため、電位Ｖ１は変化しないため、第２検出回路３７３ｂのＢ出力はゼロとなる。
【００８３】
曲げ変形ｙは、右側クランク１０５Ｒが外面１２０から内面１１９に向かって、或いはその逆方向に変形する。右側クランク１０５Ｒが外面１２０から内面１１９に向かって変形する場合、第１ひずみゲージ３６９ａ、第２ひずみゲージ３６９ｂともに伸張されるので、どちらも抵抗値が増加する。そのため、第２検出回路３７３ｂのＢ出力は正出力（電位Ｖ１が高く電位Ｖ２が低い）となる。また、右側クランク１０５Ｒが内面１１９から外面１２０に向かって変形する場合、第１ひずみゲージ３６９ａ、第２ひずみゲージ３６９ｂともに圧縮されるので、どちらも抵抗値が減少する。そのため、第２検出回路３７３ｂのＢ出力は負出力（電位Ｖ１が低く電位Ｖ２が高い）となる。
【００８４】
引張変形ｚは、右側クランク１０５Ｒが長手方向に伸張または圧縮されるように変形する。右側クランク１０５Ｒが伸張する場合、第１ひずみゲージ３６９ａ、第２ひずみゲージ３６９ｂともに圧縮されるので、どちらも抵抗値が減少する。そのため、第２検出回路３７３ｂのＢ出力は負出力となる。また、右側クランク１０５Ｒが圧縮する場合、第１ひずみゲージ３６９ａ、第２ひずみゲージ３６９ｂともに伸張されるので、どちらも抵抗値が増加する。そのため、第２検出回路３７３ｂのＢ出力は正出力となる。
【００８５】
ねじれ変形ｒｚは、右側クランク１０５Ｒが、ねじれるように変形する。右側クランク１０５Ｒが図６（ｂ）の矢印の方向にねじれる場合、第１ひずみゲージ３６９ａは伸張されるので抵抗値が増加し、第２ひずみゲージ３６９ｂは圧縮されるので抵抗値が減少する。そのため、第２検出回路３７３ｂのＢ出力はゼロとなる。また、右側クランク１０５Ｒが図６（ｂ）の矢印と逆方向にねじれる場合、第１ひずみゲージ３６９ａは圧縮されるので抵抗値が減少し、第２ひずみゲージ３６９ｂは伸張されるので抵抗値が増加する。そのため、第２検出回路３７３ｂのＢ出力はゼロとなる。
【００８６】
以上のように、Ｂ出力からは、曲げ変形ｙ、引張変形ｚが検出される。即ち、第２検出回路３７３ｂは、第１検出回路３７３ａと、定電流電源３７４が接続され、クランク１０５に生じている内外方向ひずみまたは引張方向ひずみを検出する。
【００８７】
そして、第１検出回路３７３ａのＡ出力と、第２検出回路３７３ｂのＢ出力から、推進力Ｆｔは次の（１）式により、損失力Ｆｒは次の（２）式によりそれぞれ算出する。なお、引張変形ｚは曲げ変形ｙと比較すると非常に小さいので無視することができる。
Ｆｔ＝ｐ（Ａ−Ａ０）＋ｑ（Ｂ−Ｂ０）［ｋｇｆ］・・・（１）
Ｆｒ＝ｓ（Ａ−Ａ０）＋ｕ（Ｂ−Ｂ０）［ｋｇｆ］・・・（２）
【００８８】
ここで、Ａは推進力Ｆｔ（あるいは損失力Ｆｒ）を算出する時点におけるＡ出力値、Ａ０は無負荷時のＡ出力値、Ｂは推進力Ｆｔ（あるいは損失力Ｆｒ）を算出する時点におけるＢ出力値、Ｂ０は無負荷時のＢ出力値、ｐ、ｑ、ｓ、ｕは係数であり、次の（３）〜（６）式からなる連立方程式により算出される値である。
ｍ＝ｐ（Ａｍ−Ａ０）＋ｑ（Ｂｅ−Ｂ０）・・・（３）
０＝ｓ（Ａｍ−Ａ０）＋ｕ（Ｂｅ−Ｂ０）・・・（４）
０＝ｐ（Ａｅ−Ａ０）＋ｑ（Ｂｍ−Ｂ０）・・・（５）
ｍ＝ｓ（Ａｅ−Ａ０）＋ｕ（Ｂｍ−Ｂ０）・・・（６）
【００８９】
ここで、Ａｍはクランク１０５の角度が水平前向き（クランク１０５で水平かつフロント車輪５方向に延在している状態）でペダル１０３にｍ［ｋｇ］を載せたときのＡ出力値である。Ｂｅはクランク１０５の角度が水平前向きでペダル１０３にｍ［ｋｇ］を載せたときのＢ出力値である。Ａｅはクランク１０５の角度が垂直下向き（クランク１０５で鉛直かつ地面方向に延在している状態）でペダル１０３にｍ［ｋｇ］を載せたときのＡ出力値である。Ｂｍはクランク１０５の角度が垂直下向きでペダル１０３にｍ［ｋｇ］を載せたときのＢ出力値である。
【００９０】
係数ｐ、ｑ、ｓ、ｕおよびＡ０、Ｂ０は予め算出又は測定可能な値であるので、ＡおよびＢを（１）式および（２）式に代入することで推進力Ｆｔおよび損失力Ｆｒが算出できる。
【００９１】
また、（１）式ではＢ出力を用いてＡ出力の補正をしている。（２）式ではＡ出力を用いてＢ出力の補正をしている。即ち、各式の算出を行っている測定モジュール制御部３５１が補正手段して機能している。これにより、第１検出回路３７３ａや第２検出回路３７３ｂに含まれる検出対象以外のひずみの影響を排除することができる。なお、第１ひずみゲージ３６９ａと第２ひずみゲージ３６９ｂがクランク方向（中心軸Ｃ１と平行な方向）にずれが無い場合、Ａｅ＝Ａ０となりＢ出力による補正の必要がなくなる。また、本実施例の場合常にＢｅ＝Ｂ０となるのでＡ出力による補正は必要がなくなる。
【００９２】
次に、サイクルコンピュータ２０１のブロック構成を説明する。サイクルコンピュータ２０１は、図３に示したように、サイクルコンピュータ表示部２０３、サイクルコンピュータ操作部２０５、サイクルコンピュータケイデンス無線受信部２０７、サイクルコンピュータ無線受信部２０９、サイクルコンピュータタイマ２６１、サイクルコンピュータ記憶部２５３及びサイクルコンピュータ制御部２５１を有している。
【００９３】
サイクルコンピュータ表示部２０３は、ユーザの指示等に基づいて、各種の情報を表示する。本実施例においては、推進力と損失力を視覚化して表示する。なお、視覚化の方法はどのような方法であっても良い。サイクルコンピュータ表示部２０３における、視覚化の方法は、例えば、ベクトル表示、グラフ表示、色分け表示、記号の表示、３次元表示等がありえ、どのような方法であってもよい。また、それらの組み合わせ等であってよい。
【００９４】
サイクルコンピュータ操作部２０５は、ユーザの指示（入力）を受ける。例えば、サイクルコンピュータ操作部２０５は、ユーザから、サイクルコンピュータ表示部２０３に表示内容の指示を受ける。
【００９５】
サイクルコンピュータケイデンス無線受信部２０７は、ケイデンスセンサ５０１から送信されるケイデンス情報を受信する。
【００９６】
サイクルコンピュータ無線受信部２０９は、測定モジュール３０１から送信される推進力及び損失力情報を受信する。
【００９７】
サイクルコンピュータタイマ２６１は、タイマカウンタでありタイマをカウントしている。サイクルコンピュータタイマ２６１によって生成されるこのタイマ値情報はサイクルコンピュータ制御部２５１等が様々に利用している。
【００９８】
サイクルコンピュータ記憶部２５３には、各種情報が記憶される。各種情報とは、例えば、サイクルコンピュータ制御部２５１の制御プログラム、及び、サイクルコンピュータ制御部２５１が制御を行う際に必要とされる一時的な情報である。なお、サイクルコンピュータ記憶部２５３は、サイクルコンピュータＲＡＭ２５５及びサイクルコンピュータＲＯＭ２５７から構成されている。サイクルコンピュータＲＯＭ２５７には制御プログラム、及び、推進力および損失力をサイクルコンピュータ表示部２０３に視覚的に表示するデータに変換するための各種のパラメータ、定数、等が記憶されている。
【００９９】
サイクルコンピュータ制御部２５１は、サイクルコンピュータ２０１を包括的に制御している。さらに、ケイデンスセンサ５０１及び測定モジュール３０１をも包括的に制御していても良い。サイクルコンピュータ制御部２５１は、推進力および損失力をサイクルコンピュータ表示部２０３に視覚的に表示するデータに変換する。
【０１００】
次に、ケイデンスセンサ５０１の処理と、測定モジュール３０１およびサイクルコンピュータ２０１の処理を、図８及び図９を参照して説明する。
【０１０１】
まず、ケイデンスセンサ５０１の処理を説明する。ステップＳＴ５１において、ケイデンスセンサ５０１のケイデンスセンサ制御部５５１は、磁気センサ５０５のＯＮへの変化を検出する。そして、ケイデンスセンサ制御部５５１は、磁気センサ５０５の変化を検出すると処理の割り込みを行い、ステップＳＴ５３以下の処理を開始する。割り込みとは、それまでの処理を中断して、指定された処理を実行することをいう。
【０１０２】
次に、ステップＳＴ５３において、ケイデンスセンサ制御部５５１は、ケイデンス値を算出する。ケイデンスセンサ制御部５５１は、タイマ値情報のカウント数（Ｃ）と１度のカウント間隔（Ｔ）をかけあわせることによって、磁気センサ５０５がＯＮとなる時間（周期）［秒］を算出する。そして、ケイデンスセンサ制御部５５１は、６０をこの時間（周期）で割ることによって、ケイデンス［ｒｐｍ］を算出する。さらに、ケイデンスセンサ制御部５５１は、このケイデンス情報をケイデンスセンサ記憶部５５３のケイデンスセンサＲＡＭ５５５に記憶させる。
【０１０３】
次に、ステップＳＴ５５において、ケイデンスセンサ制御部５５１は、ケイデンスセンサタイマ５６１にカウンタ値のリセット命令を出力する。これで、ケイデンスセンサ制御部５５１の制御のメインフローは終了する。そして、次に磁気センサ５０５がＯＮになると割り込みを再び行い、ステップＳＴ５１から処理を再開する。
【０１０４】
一方、ステップＳＴ５７においては、ケイデンスセンサ制御部５５１は、ケイデンスセンサ記憶部５５３に記憶されているケイデンス情報を、ケイデンスセンサ無線送信部５０７を用いて、サイクルコンピュータ２０１に送信する。なお、ケイデンスセンサ制御部５５１を介さずに、ケイデンスセンサ無線送信部５０７のみによって送信を行っても良い。
【０１０５】
次に、ステップＳＴ５９において、ケイデンスセンサ制御部５５１は、１秒間ウェイトしている。なお、ウェイトの時間は可変である。
【０１０６】
次に、測定モジュール３０１等の処理を説明する。ステップＳＴ１１において、測定モジュールＡ／Ｄ３６３は、測定モジュールひずみ検出回路３６５からの出力（Ａ出力、Ｂ出力）を、アナログ値からデジタル値にＡ／Ｄ変換する。即ち、本ステップが、第１検出回路３７３ａにねじれ方向ひずみを検出させるねじれ方向ひずみ検出工程および第２検出回路３７３ｂに内外方向ひずみまたは引張方向ひずみのうち少なくともいずれか一方を検出させる内外方向ひずみまたは引張方向ひずみ検出工程として機能する。
【０１０７】
次に、ステップＳＴ１３において、測定モジュールＡ／Ｄ３６３が検出（変換）したひずみ情報は、測定モジュール記憶部３５３の測定モジュールＲＡＭ３５５に記憶される。
【０１０８】
次に、ステップＳＴ１５において、処理は、１／Ｎ秒間ウェイトする。ここで、Ｎの値は、一秒間に測定するデータポイントの数である。つまり、Ｎの値が大きいほど、ひずみ情報の数が多く、秒単位の分解能が高いことを意味する。Ｎ値は大きいほどよいが、Ｎ値をあまり大きくすると測定モジュールＲＡＭ３５５が大きな容量のものでなければならず、コストの増加になる。したがって、Ｎ値をどの程度とするかは、コスト、必要とされる時間分解能及び測定モジュールＡ／Ｄ３６３がＡ／Ｄ変換するのに必要とされる時間等によって決定され得る。ステップＳＴ１５の処理が終了すると、ステップＳＴ１１の処理に再び戻る。つまり、１秒間にＮ回のステップＳＴ１１〜ステップＳＴ１５の処理を繰り返し行う。
【０１０９】
また、測定モジュール制御部３５１は、図９（ｂ）の処理をおこなう。ステップＳＴ３１において、測定モジュール制御部３５１は、ひずみ情報のデータ退避を行う。その理由を説明する。まず、測定モジュール記憶部３５３の測定モジュールＲＡＭ３５５の容量には限りがある。ここで、測定モジュールＲＡＭ３５５の容量を大きくすればひずみ情報のデータ退避は必要なくなるが、あまり余裕を持たせて設計するとコストの増加をもたらし適切ではない。また、ひずみ情報は連続的に次々書き込まれるため、データ退避を行わないと、後述するステップＳＴ３３での処理によって推進力Ｆｔ及び損失力Ｆｒを計算する前に、新たな情報が上書きされてしまうおそれがあるからである。
【０１１０】
次に、ステップＳＴ３３において、測定モジュール制御部３５１は推進力Ｆｔ及び損失力Ｆｒを算出する。具体的には、測定モジュール制御部３５１は、上述した（１）式および（２）式により推進力Ｆｔ及び損失力Ｆｒを算出する。さらに、測定モジュール制御部３５１は、この推進力Ｆｔ及び損失力ＦｒをＮ個算出しその平均を算出する。つまり、測定モジュール制御部３５１は、１秒間の推進力Ｆｔ及び損失力Ｆｒの平均（平均推進力及び平均損失力）を算出する。即ち、本ステップが、ねじれ方向ひずみ検出工程で検出したねじれ方向ひずみに基づいて推進力を測定する推進力測定工程および、内外方向ひずみまたは引張方向ひずみ検出工程で検出した内外方向ひずみまたは引張方向ひずみのうち少なくともいずれか一方に基づいて損失力を測定する損失力測定工程として機能する。
【０１１１】
次に、ステップＳＴ３５において、測定モジュール制御部３５１は、測定モジュール無線送信部３０９を介して、算出された平均推進力及び平均損失力を送信する。送信された平均推進力及び平均損失力は、サイクルコンピュータ２０１のサイクルコンピュータ無線受信部２０９によって受信される。
【０１１２】
次に、ステップＳＴ３７において、１秒ウェイトする。なお、１秒は一例であり必要に応じて可変である。ステップＳＴ３７の処理が終了すると、ステップＳＴ３１の処理に再び戻る。つまり、１秒間に１回のステップＳＴ３１〜ステップＳＴ３５の処理を繰り返し行う。
【０１１３】
また、サイクルコンピュータ２０１のサイクルコンピュータ制御部２５１は、図９（ｃ）の処理をおこなう。ステップＳＴ７１において、サイクルコンピュータ制御部２５１は、平均推進力、平均損失力及びケイデンス情報を受信すると割り込みが行われる。つまり、サイクルコンピュータ無線受信部２０９が平均推進力、平均損失力及びケイデンス情報を受信したことをサイクルコンピュータ制御部２５１が検出した時には、サイクルコンピュータ制御部２５１は、それまでの処理を中断（割り込み）し、ステップＳＴ７３以下の処理を開始する。
【０１１４】
次に、ステップＳＴ７３において、サイクルコンピュータ制御部２５１は、サイクルコンピュータ表示部２０３に平均推進力と平均損失力及びケイデンスを表示させる。サイクルコンピュータ表示部２０３は、平均推進力と平均損失力及びケイデンス情報を数値として表示、又は、その他の視覚化・聴覚化・触覚化した方法によってユーザに伝達する。
【０１１５】
次に、ステップＳＴ７５において、サイクルコンピュータ制御部２５１は、平均推進力と平均損失力及びケイデンス情報をサイクルコンピュータ記憶部２５３のサイクルコンピュータＲＡＭ２５５に記憶する。その後、サイクルコンピュータ制御部２５１は、再びステップＳＴ５１の割り込みが行われるまで他の処理を行う。
【０１１６】
本実施例によれば、測定モジュール３０１は、自転車１のクランク１０５の内面１１９に設けられた第１ひずみゲージ３６９ａおよび第２ひずみゲージ３６９ｂと、第１ひずみゲージ３６９ａおよび第２ひずみゲージ３６９ｂと定電流電源３７４が接続され、クランク１０５に生じているねじれ変形ｒｚを検出する第１検出回路３７３ａと、第１検出回路３７３ａと、定電流電源３７４が接続され、クランク１０５に生じている曲げ変形ｙおよび引張変形ｚを検出する第２検出回路３７３ｂと、を有している。そして、第１ひずみゲージ３６９ａおよび第２ひずみゲージ３６９ｂが、検出方向が互いに直交するとともに、第１ひずみゲージ３６９ａおよび第２ひずみゲージ３６９ｂの検出方向の中間方向がクランク１０５の長手方向にとなるように設けられている。このようにすることにより、第１検出回路３７３ａで検出されたねじれ変形ｒｚと、第２検出回路３７３ｂで検出された曲げ変形ｙおよび引張変形ｚからクランク１０５に加わっている推進力Ｆｔや損失力Ｆｒを測定することができる。したがって、簡便な方法で推進力Ｆｔや損失力Ｆｒを測定することができる。また、定電流電源３７４を用いているので、ひずみゲージの素子数を少なくすることができる。さらに、第１ひずみゲージ３６９ａおよび第２ひずみゲージ３６９ｂがクランク１０５の内面１１９のみに設けられているので、１つの面のみで推進力Ｆｔや損失力Ｆｒを測定することができ、また、内面１１９に設けることで、ユーザの足と干渉することがない。
【０１１７】
また、第１検出回路３７３ａおよび第２検出回路３７３ｂがブリッジ回路で構成され、第１ひずみゲージおよび第２ひずみゲージが、第１検出回路３７３ａを構成するブリッジ回路において定電流電源３７４に対して直列に接続され、さらに、第１検出回路３７３ａを構成するブリッジ回路および第２検出回路３７３ｂを構成するブリッジ回路の第１ひずみゲージ３６９ａおよび第２ひずみゲージ３６９ｂ以外の抵抗素子が、固定抵抗Ｒ、固定抵抗Ｒ１および固定抵抗Ｒ２で構成されているので、ブリッジ回路により、曲げ変形ｘや曲げ変形ｙおよび引張変形ｚを検出することができ、簡便な回路構成で推進力Ｆｔや損失力Ｆｒを測定することができる。
【０１１８】
また、第１ひずみゲージ３６９ａおよび第２ひずみゲージ３６９ｂが、互いに重ねられているので、ひずみゲージ３６９のサイズを小さくすることができる。
【０１１９】
なお、第１ひずみゲージ３６９ａと第２ひずみゲージ３６９ｂを重ねずに個別に配置してもよい。
【０１２０】
また、第１検出回路３７３ａにおいて、第１ひずみゲージ３６９ａと第２ひずみゲージ３６９ｂは接続順序が逆であってもよい。
【０１２１】
また、上述した実施例では、サイクルコンピュータ２０１は１秒毎の平均推進力と平均損失力を表示していたが、例えば、クランク１０５の回転角度（３０°など）毎に平均推進力と平均損失力を算出してその大きさを矢印等で表示するようにしてもよい。クランク１０５の回転角度は、例えばクランクギアの外周部近傍に狭装された、発光部と受光部とを有する光学式の回転検出センサからなり、発光部と受光部との間を通過するギアの歯の数をカウントし、このカウント値とギアの歯数との比を求めることで、回転角度を検出する方法や、ポテンションメータ等の既存のセンサにより検出する方法等が挙げられる。
【０１２２】
また、算出された推進力Ｆｔや損失力Ｆｒからクランク１０５の回転角度ごとの伝達効率を算出して表示しても良い。伝達効率とは、ペダル１０３に作用する力に対する推進力Ｆｔの寄与率であり、ペダリング状態を示す指標となる。また、伝達効率に所定の閾値を設定し、その閾値以下である場合は、ペダリング状態が悪く、非効率的であると判定し、その結果を図形等により表示してもよい。
【０１２３】
また、上述した実施例において、右側クランク１０５Ｒにひずみゲージ３６９を設けていたが、左側クランク１０５Ｌにも設けることが可能である。これによって、ユーザは、左右のペダリングバランスを知ることが可能となる。
【０１２４】
また、クランク１０５の製造過程においてひずみゲージ３６９を、クランク１０５の内部に埋め込んでも良い。また、クランク１０５が中空構造の場合には、ひずみゲージ３６９を中空の内側に接着しても良い。これらの方法によると、クランク１０５の外観を害せずにひずみゲージ３６９を配置することができる。また、ひずみゲージ３６９が外部に露出しないことから、ひずみゲージ３６９の耐久性を向上させることが可能となる。
【０１２５】
また、図４では、ひずみゲージ３６９がクランク１０５の中央近傍に設けられているように記載しているが、ペダル１０３寄りやクランク軸１０７寄りに設けてもよい。ペダル１０３寄りに設けるとクランク１０５のひずみ量が小さいためにひずみゲージ３６９の寿命を延ばすことができる。クランク軸１０７寄りに設けるとてこの原理によりひずみゲージ３６９の出力が大きくなりノイズの影響を小さくすることができる。
【０１２６】
また、ひずみゲージ３６９をクランク１０５の内面１１９に設けたが、外面１２０に設けてもよい。但し、外面１２０に設けた場合ユーザの足と緩衝する可能性があるので、内面１１９に設けたほうが好ましい。
【０１２７】
また、ひずみゲージ３６９は、それぞれ１つの素子で構成するに限らず、複数素子から構成してもよい。また、ひずみゲージ３６９の抵抗値も全て同じに限らないが、各ひずみゲージ３６９や固定抵抗Ｒ、固定抵抗Ｒ１および固定抵抗Ｒ２は、各変形を検出した際に正出力や負出力が出力される関係となる抵抗値としなければならない。
【０１２８】
本発明おける人力機械とは、自転車１、フィットネスバイク等のクランク１０５を備えた人力で駆動される機械をいう。つまり、クランク１０５を備えた人力で駆動（必ずしも場所的な移動をする必要はない）される機械であれば、人力機械はどの様なものであっても良い。
【０１２９】
本発明における測定装置とは、サイクルコンピュータ２０１の一部であってもよいし、他の独立した装置であっても良い。さらに、物理的に別れた複数の装置の集合体であっても良い。場合によっては、ひずみゲージ３６９（測定モジュールひずみ検出回路３６５）以外は通信を介することとし全く別の場所にある装置であってもよい。つまり、測定モジュール３０１は、本発明における測定装置の一例である。
【０１３０】
また、本発明は上記実施例に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の測定装置の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１３１】
１        自転車（人力機械）
１０５    クランク
１１９    内面（側面）
１２０    外面（側面）
３６９ａ  第１ひずみゲージ
３６９ｂ  第２ひずみゲージ
３７３ａ  第１検出回路
３７３ｂ  第２検出回路
３７４    定電流電源
Ｃ１      中心軸
Ｒ、Ｒ１、Ｒ２   固定抵抗
ＳＴ１１  測定モジュールＡ／ＤにてＡ／Ｄ変換（ねじれ方向ひずみ検出工程、内外方向ひずみまたは引張方向ひずみ検出工程）
ＳＴ３３  平均推進力、平均損失力算出（推進力測定工程、損失力測定工程）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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