(57)【要約】【課題】シートの左右等の座面の複数箇所にそれぞれ作用する力及び力の作用位置を測定することができる力測定装置及び生体力学解析システムを提供する。【解決手段】力測定装置５０は第１シート部３２、第２シート部３４、第１検知部４６及び第２検知部４８を備える。第１シート部３２は座面の片側を構成する第１座面３２Ａを有する。第２シート部３４は、座面の他の片側を構成し、第１座面３２Ａに作用する力に対して独立に力が作用する第２座面３４Ａを有する。第１検知部４６は、第１座面３２Ａに作用する力及び力の作用位置を検知する。第２検知部４８は、第２座面３４Ａに作用する力及び力の作用位置を検知する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
座面の片側を構成する第１座面を有する第１シート部と、
前記第１シート部に並設され、前記座面の他の片側を構成し、かつ、前記第１座面に作用する力に対して独立に力が作用する第２座面を有する第２シート部と、
前記第１座面に作用する力及びこの力の作用位置を検知する第１検知部と、
前記第２座面に作用する力及びこの力の作用位置を検知する第２検知部と、
を備えた力測定装置。
【請求項２】
前記第１シート部の前記第１座面とは反対側に、前記第１シート部よりも剛性が高い板状に形成され、かつ、前記第１座面に作用する力を伝達する第１力伝達部を介して前記第１検知部が設けられ、
前記第２シート部の前記第２座面とは反対側に、前記第２シート部よりも剛性が高い板状に形成され、かつ、前記第２座面に作用する力を前記第１力伝達部に対して独立に伝達する第２力伝達部を介して前記第２検知部が設けられている
請求項１に記載の力測定装置。
【請求項３】
前記第１検知部及び前記第２検知部は、前記第１力伝達部及び前記第２力伝達部の前記第１シート部及び前記第２シート部とは反対側において、前記第１力伝達部及び前記第２力伝達部に対向して配置され、かつ、前記第１シート部及び前記第２シート部よりも剛性が高い板状に形成されたシートベース部に配設されている
請求項２に記載の力測定装置。
【請求項４】
前記第１検知部は、前記第１シート部のシート前後方向の前部及び後部に配設され、
前記第２検知部は、前記第２シート部のシート前後方向の前部及び後部に配設されている
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の力測定装置。
【請求項５】
前記第１検知部は、前記第１シート部の前記前部及び前記後部に加えて、前記第１シート部のシート幅方向一端側の横部に配設され、
前記第２検知部は、前記第２シート部の前記前部及び前記後部に加えて、前記第２シート部のシート幅方向他端側の横部に配設されている
請求項４に記載の力測定装置。
【請求項６】
前記第１検知部は、前記第１シート部の前記前部、前記後部及び前記横部に配設されたいずれか１つの力の検知高さを他の力の検知高さと変え、
前記第２検知部は、前記第２シート部の前記前部、前記後部及び前記横部に配設されたいずれか１つの力の検知高さを他の力の検知高さと変えている
請求項５に記載の力測定装置。
【請求項７】
前記第１検知部、前記第２検知部は、いずれも、３軸方向の力を検知可能とする
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の力測定装置。
【請求項８】
前記第１シート部及び前記第２シート部は、生体の大腿から臀部までの一部が接触するサドル、又は着座用シートである
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の力測定装置。
【請求項９】
前記第１シート部及び前記第２シート部のシート前後方向の後側部に並設され、前記第１座面、前記第２座面のそれぞれに作用する力に対して独立に力が作用する第３座面を有する第３シート部と、
前記第３座面に作用する力及びこの力の作用位置を検知する第３検知部と、
を更に備えた請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の力測定装置。
【請求項１０】
前記第１シート部のシート前後方向の後側部に並設され、前記第１座面、前記第２座面のそれぞれに作用する力に対して独立に力が作用する第４座面を有する第４シート部と、
前記第２シート部のシート前後方向の後側部に並設され、前記第１座面、前記第２座面、前記第４座面のそれぞれに作用する力に対して独立に力が作用する第５座面を有する第５シート部と、
前記第４座面に作用する力及びこの力の作用位置を検知する第４検知部と、
前記第５座面に作用する力及びこの力の作用位置を検知する第５検知部と、
を更に備えた請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の力測定装置。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の前記力測定装置と、
前記力測定装置の力及び力の作用位置の検知結果に基づいて、生体の左右の股関節トルクをそれぞれ個別に演算する演算処理部と、
を備えた生体力学解析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力測定装置及び生体力学解析システムに関し、特に分割されたシートの複数箇所に作用する力をそれぞれ検知可能な力測定装置及びこの力測定装置を含んで構成される生体力学解析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
サイクリング人口の増加と健康志向の高まりから、ペダリング時における身体情報を取得する技術が開発されている。例えば、身体情報は生体力学解析によって求められ、生体力学解析には身体に作用する反力及び反力の作用位置の測定が不可欠である。
【０００３】
例えば、生体力学解析では、エルゴメータ（Ergometer）を用いて、股関節の力学的負担や運動性能を評価することができる。評価に際して、サドル下に６軸センサ（力３軸、モーメント３軸）が装着される。６軸センサでは、大腿又は臀部との接触によりサドルに生じる力（荷重）及びこの力の作用位置が測定可能である。
また、サドル表面上にシート型の圧力センサが装着されると、圧力センサにより大腿又は臀部とサドルとの接触部の圧力分布（力及び力の作用位置）が測定可能である。
なお、エルゴメータに関しては、例えば、下記特許文献１に固定式自転車トレーニング装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１３４０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、６軸センサを用いる測定方法では、サドルの座面全体に加わる力が一体的に測定されている。このため、左右大腿や臀部からの合力が測定されるものの、各部位からの力を個別に測定することができないので、逆動力学計算を実行して生体力学解析を正確に行うことができない。従って、左右の股関節の力学的負担や運動性能を正確に評価するためには、改善の余地があった。
一方、圧力センサを用いる測定方法では、サドルの座面に対して鉛直方向に作用する力及び力の作用位置は測定可能であるものの、股関節に作用する三次元的な力を測定することができない。このため、同様に生体力学的解析を用いて、左右の股関節の力学的負担や運動性能を正確に評価するためには、改善の余地があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を考慮し、シートの左右等の座面の複数箇所にそれぞれ作用する力及びこの力の作用位置を個別に検知することができる力測定装置を提供する。
さらに、本発明は、上記力測定装置から得られる検知結果に基づいて、左右の股関節の力学的負担や運動性能を正確に評価することができる生体力学解析システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の第１実施態様に係る力測定装置は、座面の片側を構成する第１座面を有する第１シート部と、第１シート部に並設され、座面の他の片側を構成し、かつ、第１座面に作用する力に対して独立に力が作用する第２座面を有する第２シート部と、第１座面に作用する力及びこの力の作用位置を検知する第１検知部と、第２座面に作用する力及びこの力の作用位置を検知する第２検知部と、を備える。
【０００８】
第１実施態様に係る力測定装置では、シートが第１シート部と第２シート部とに分離され、かつ、第１シート部に第２シート部が並設される。第１シート部は座面の片側を構成する第１座面を有する。第２シート部は、座面の他の片側を構成し、第１座面に作用する力に対して独立に力が作用する第２座面を有する。
【０００９】
ここで、力測定装置には、第１検知部及び第２検知部が設けられる。第１検知部では、第１座面に作用する力及びこの力の作用位置が検知される。第２検知部では、第２座面に作用する力及びこの力の作用位置が、第１座面に作用する力に対して独立に検知される。このため、第１座面に作用する力及び力の作用位置、第２座面に作用する力及び力の作用位置のそれぞれを別々に検知することができる。
【００１０】
本発明の第２実施態様に係る力測定装置では、第１実施態様に係る力測定装置において、第１シート部の第１座面とは反対側に、第１シート部よりも剛性が高い板状に形成され、かつ、第１座面に作用する力を伝達する第１力伝達部を介して第１検知部が設けられ、第２シート部の第２座面とは反対側に、第２シート部よりも剛性が高い板状に形成され、かつ、第２座面に作用する力を第１力伝達部に対して独立に伝達する第２力伝達部を介して第２検知部が設けられている。
【００１１】
第２実施態様に係る力測定装置によれば、第１検知部は第１シート部の第１座面とは反対側に第１力伝達部を介して設けられ、第１力伝達部は第１シート部よりも剛性が高い板状とされる。第１座面に作用する力は第１力伝達部を介して第１検知部により検知されるので、正確に力を測定することができる。一方、第１シート部をシートに適した剛性に形成することができる。
同様に、第２検知部は第２シート部の第２座面とは反対側に第２力伝達部を介して設けられ、第２力伝達部は第２シート部よりも剛性が高い板状とされる。第２座面に作用する力は、第１座面に作用する力に対して独立に第２力伝達部を介して第２検知部により検知されるので、正確に力を測定することができる。一方、第２シート部をシートに適した剛性に形成することができる。
【００１２】
本発明の第３実施態様に係る力測定装置では、第１実施態様又は第２実施態様に係る力測定装置において、第１検知部及び第２検知部は、第１力伝達部及び第２力伝達部の第１シート部及び第２シート部とは反対側において、第１力伝達部及び第２力伝達部に対向して配置され、かつ、第１シート部及び第２シート部よりも剛性が高い板状に形成されたシートベース部に配設されている。
【００１３】
第３実施態様に係る力測定装置によれば、第１シート部及び第２シート部よりも剛性が高い板状に形成されたシートベース部に第１検知部及び第２検知部が配設される。このため、シートベース部が剛性の高い、第１検知部及び第２検知部の共通の土台となって、第１検知部、第２検知部のそれぞれにより力が検知されるので、正確に力を検知することができる。
【００１４】
本発明の第４実施態様に係る力測定装置では、第１実施態様〜第３実施態様のいずれか１つに係る力測定装置において、第１検知部は、第１シート部のシート前後方向の前部及び後部に配設され、第２検知部は、第２シート部のシート前後方向の前部及び後部に配設されている。
【００１５】
第４実施態様に係る力測定装置によれば、第１検知部は第１シート部の前部及び後部に配設されるので、複数の第１検知部により第１座面に作用する力及び力の作用位置を検知することができる。同様に、第２検知部は第２シート部の前部及び後部に配設されるので、複数の第２検知部により第２座面に作用する力及び力の作用位置を検知することができる。
【００１６】
本発明の第５実施態様に係る力測定装置では、第４実施態様に係る力測定装置において、第１検知部は、第１シート部の前部及び後部に加えて、第１シート部のシート幅方向一端側の横部に配設され、第２検知部は、第２シート部の前部及び後部に加えて、第２シート部のシート幅方向他端側の横部に配設されている。
【００１７】
第５実施態様に係る力測定装置によれば、第１検知部は第１シート部の前部、後部及び横部に配設されるので、複数の第１検知部により第１座面に作用する力及び力の平面上の作用位置を検知することができる。同様に、第２検知部は第２シート部の前部、後部及び横部に配設されるので、複数の第２検知部により第２座面に作用する力及び力の平面上の作用位置を検知することができる。
【００１８】
本発明の第６実施態様に係る力測定装置では、第５実施態様に係る力測定装置において、第１検知部は、第１シート部の前部、後部及び横部に配設されたいずれか１つの力の検知高さを他の力の検知高さと変え、第２検知部は、第２シート部の前部、後部及び横部に配設されたいずれか１つの力の検知高さを他の力の検知高さと変えている。
【００１９】
第６実施態様に係る力測定装置によれば、複数箇所に配設された第１検知部のいずれか１つの力の検知高さを変えることにより、第１座面に作用する力の高さ方向の作用位置を検知することができる。同様に、複数箇所に配設された第２検知部のいずれか１つの力の検知高さを変えることにより、第２座面に作用する力の高さ方向の作用位置を直接検知することができる。
【００２０】
本発明の第７実施態様に係る力測定装置では、第１実施態様〜第６実施態様のいずれか１つに係る力測定装置において、第１検知部、第２検知部は、いずれも、３軸方向の力を検知可能とする。
【００２１】
第７実施態様に係る力測定装置によれば、第１検知部、第２検知部はいずれも３軸方向の力を検知可能とするので、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に作用する力及び力の作用位置を検知することができる。この検知情報に基づいて、第１座面、第２座面のそれぞれに作用する力の大きさ及び力の作用方向（ベクトル）を別々に取得することができる。
【００２２】
本発明の第８実施態様に係る力測定装置は、第１実施態様〜第７実施態様のいずれか１つに係る力測定装置において、第１シート部及び第２シート部は、生体の大腿から臀部までの一部が接触するサドル、又は着座用シートである。
【００２３】
第８実施態様に係る力測定装置では、第１シート部及び第２シート部がサドル又は着座用シートとされる。例えば、エルゴメータ若しくは自転車のサドルとされる場合、ペダリング時における左右の股関節の力学的負担や運動性能の評価に必要とされる力及び力の作用位置を第１検知部及び第２検知部により検知することができる。
また、例えば、ローイングマシン若しくはローイングボートに設けられる着座用シートとされる場合、ローイング時における左右の股関節の力学的負担や運動性能の評価に必要とされる力及び力の作用位置を第１検知部及び第２検知部により検知することができる。
【００２４】
本発明の第９実施態様に係る力測定装置は、第１実施態様〜第８実施態様のいずれか１つに係る力測定装置において、第１シート部及び第２シート部のシート前後方向の後側部に並設され、第１座面、第２座面のそれぞれに作用する力に対して独立に力が作用する第３座面を有する第３シート部と、第３座面に作用する力及びこの力の作用位置を検知する第３検知部と、を更に備える。
【００２５】
第９実施態様に係る力測定装置は、第３シート部及び第３検知部を更に備える。第３シート部は、第１シート部及び第２シート部の後側部に並設され、第３座面を有する。第３座面には、第１座面、第２座面のそれぞれに作用する力に対して独立に力が作用する。このため、第１座面に作用する力及び力の作用位置、第２座面に作用する力及び力の作用位置、第３座面に作用する力及び力の作用位置のそれぞれを別々に検知することができる。特に、第１座面及び第２座面に作用する力及び力の作用位置と、第３座面に作用する力及び力の作用位置とを別々に検知することができる。
【００２６】
本発明の第１０実施態様に係る力測定装置は、第１実施態様〜第８実施態様のいずれか１つに係る力測定装置において、第１シート部のシート前後方向の後側部に並設され、第１座面、第２座面のそれぞれに作用する力に対して独立に力が作用する第４座面を有する第４シート部と、第２シート部のシート前後方向の後側部に並設され、第１座面、第２座面、第４座面のそれぞれに作用する力に対して独立に力が作用する第５座面を有する第５シート部と、第４座面に作用する力及びこの力の作用位置を検知する第４検知部と、第５座面に作用する力及びこの力の作用位置を検知する第５検知部と、を更に備える。
【００２７】
第１０実施態様に係る力測定装置は、第４シート部及び第４検知部と、第５シート部及び第５検知部とを更に備える。第４シート部は、第１シート部の後側部に並設され、第４座面を有する。第４座面には、第１座面、第２座面のそれぞれに作用する力に対して独立に力が作用する。第５シート部は、第２シート部の後側部に並設され、第５座面を有する。第５座面には、第１座面、第２座面、第４座面のそれぞれに作用する力に対して独立に力が作用する。
このため、第１座面に作用する力及び力の作用位置、第２座面に作用する力及び力の作用位置、第４座面に作用する力及び力の作用位置、第５座面に作用する力及び力の作用位置のそれぞれを別々に検知することができる。特に、第４座面に作用する力及び力の作用位置と、第５座面に作用する力及び力の作用位置とを別々に検知することができる。
【００２８】
本発明の第１１実施態様に係る生体力学解析システムは、第１実施態様〜第１０実施態様のいずれか１つに記載の力測定装置と、力測定装置の力及び力の作用位置の検知結果に基づいて、生体の左右の股関節トルクをそれぞれ個別に演算する演算処理部と、を備える。
【００２９】
第１１実施態様に係る生体力学解析システムは、力測定装置と、演算処理部とを備える。力測定装置では、第１座面に作用する力及びこの力の作用位置、第２座面に作用する力及びこの力の作用位置の少なくともそれぞれが別々に検知される。演算処理部では、力測定装置の力及び力の作用位置の検知結果に基づいて、例えば生体の左右の股関節トルクがそれぞれ個別に演算される。このため、左右の股関節の力学的負担や運動性能を評価することができる。
また、演算処理部では、力測定装置の力及び力の作用位置の検知結果に基づいて、例えば左右大腿とサドルの座面との接触による股関節に作用する剪断力を取得することができる。このため、股関節に作用する三次元的な力を取得することができるので、左右の股関節の力学的負担や運動性能を評価することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、シートの左右等の座面の複数箇所にそれぞれ作用する力及びこの力の作用位置を個別に検知することができる力測定装置を提供することができる。
また、本発明によれば、上記力測定装置から得られる検知結果に基づいて、左右の股関節の力学的負担や運動性能を正確に評価することができる生体力学解析システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る力測定装置及びこの力測定装置を備える生体力学解析システムを示す正面図である。
【図２】図１に示される力測定装置を示す分解斜視図である。
【図３】図１に示される力測定装置の主として右側を示す図１の一部拡大図である。
【図４】図２及び図３に示される力測定装置のシート（サドル）を示す平面図である。
【図５】図２及び図３に示される力測定装置のシート下に配設される力伝達部を示す平面図である。
【図６】図２及び図３に示される力測定装置の力伝達部下に配設されるシートベース部を示す平面図である。
【図７】図２に示される力測定装置の測定原理を説明する図であり、（Ａ）は力のＸ軸−Ｙ軸面上の作用位置の測定原理を示す説明図、（Ｂ）は力の高さ方向（Ｙ軸−Ｚ軸面上）の作用位置の測定原理を示す図３の一部を用いた説明図である。
【図８】本発明の第２実施の形態に係る力測定装置及び生体力学解析システムを説明する図であり、（Ａ）は力測定装置のサドルを示す平面図、（Ｂ）は力測定装置の力伝達部を示す平面図、（Ｃ）は力測定装置のシートベース部を示す平面図である。
【図９】本発明の第３実施の形態に係る力測定装置及び生体力学解析システムを説明する図であり、（Ａ）は力測定装置のサドルを示す平面図、（Ｂ）は力測定装置の力伝達部を示す平面図、（Ｃ）は力測定装置のシートベース部を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
（第１実施の形態）
図１〜図７を用いて、本発明の第１実施の形態に係る、エルゴメータに適用された力測定装置及びこの力測定装置を含んで構成される生体力学解析システムを説明する。ここで、図中、適宜示される矢印Ｘ方向はエルゴメータの幅方向左側を示し、矢印Ｙ方向はエルゴメータの前後方向前側を示している。また、矢印Ｚ方向はエルゴメータの上下方向下側を示している。
【００３３】
［生体力学解析システムの全体の概略構成］
図１に示されるように、本実施の形態に係る生体力学解析システム１０は、エルゴメータ１２に適用され、力測定装置５０と、演算処理部６２とを含んで構成されている。
【００３４】
エルゴメータ１２は、エルゴメータ本体１４と、ハンドル１８と、ペダル２４と、シートとしてのサドル３０とを含んで構成されている。ハンドル１８はエルゴメータ本体１４の前方上部から上方へ向かって立設されたハンドルサポート１６を介して装着されている。ハンドル１８はエルゴメータ１２の操作者により把持される部位である。
【００３５】
エルゴメータ本体１４の前後方向中間部には、左右幅方向を軸方向とするクランク軸２０が設けられている。このクランク軸２０にはクランクアーム２２の一端部が連結されている。クランクアーム２２はクランク軸２０を中心としてクランク軸２０の軸周りを回転する構成とされている。クランクアーム２２の他端側にはペダル２４が回動可能に取付けられている。ペダル２４は、クランクアーム２２の回転に従って回転する構成とされ、操作者の足部からペダリング力を作用させる部位である。クランクアーム２２及びペダル２４は、図１では左側しか示されていないが、左側に対して回転角度が１８０度オフセットされた状態において、右側にも同様に配設されている。
【００３６】
サドル３０はエルゴメータ本体１４の後方上部から上方へ向かって立設されたサドルサポート２６を介して装着されている。図１及び図３に示されるように、サドルサポート２６の上部には回動調整部２８を介してシートベース（サドルベース）部３６が取付けられている。回動調整部２８は、シートベース部３６の下部において、シートベース部３６の前後方向及び左右幅方向の中間部に取付けられている。回動調整部２８は、シートベース部３６の取付角度を調整可能な構成とされている。サドル３０はシートベース部３６上に装着されている。サドル３０は例えば硬質樹脂材料により形成されている。シートベース部３６は、サドル３０よりも剛性が高く、操作者から作用する力では力の検知精度に影響を与える撓みやねじれを生じることがない、板材により形成されている。ここでは、シートベース部３６は、例えばアルミニウム合金等の軽金属材料により形成されている。
【００３７】
図６に一点鎖線により示されるシート前後方向（矢印Ｙ方向）の中間線Ａ−Ａを下底とすると、平面視において、シートベース部３６の中間線Ａ−Ａよりも前方部位３６Ａは、下底よりも脚の長さが長い略台形状に形成されている。一方、中間線Ａ−Ａを一辺とすると、平面視において、シートベース部３６の中間線Ａ−Ａよりも後方部位３６Ｂは、上記一辺の長さが最も長い略八角形状に形成されている。また、図６に一点鎖線により示されるシート左右幅方向（矢印Ｘ方向）の中間線Ｂ−Ｂを中心として、シートベース部３６は線対称に形成されている。ここで、サドル３０のシート前後方向、シート左右幅方向のそれぞれは、エルゴメータ１２の前後方向、左右幅方向のそれぞれに一致させている。
【００３８】
［力測定装置の構成］
図１、図２及び図３に示されるように、力測定装置５０は、サドル３０と、サドル３０下に配設された力伝達部４０と、図１、図２、図３及び図５に示されるサドル３０に力伝達部４０を介して設けられた第１検知部４６及び第２検知部４８とを含んで構成されている。
【００３９】
図２及び図４に示されるように、中間線Ｂ−Ｂを中心として、サドル３０は左右に２分割されている。サドル３０の分割された右側は第１シート部（第１サドル分割部）３２とされている。第１シート部３２の上面部位及び側面部位の右側は、サドル３０の座面の片側を構成する第１座面３２Ａとされている。第１座面３２Ａには、サドル３０に着座した状態において操作者の右側大腿から臀部の右側までの少なくとも一部が接触し、この接触による荷重が作用する。
サドル３０の分割された左側は、第１シート部３２に接触しない程度のクリアランスを持って並設された第２シート部（第２サドル分割部）３４とされている。第２シート部３２の上面部位及び側面部位の左側は、サドル３０の座面の他の片側を構成する第２座面３４Ａとされている。第２座面３４Ａには、操作者の左側大腿から臀部の左側までの少なくとも一部が接触し、この接触による荷重が第１座面３２Ａに作用する荷重に対して独立に作用する。第２シート部３４は、中間線Ｂ−Ｂを中心線として、第１シート部３２の線対称形状に形成されている。
【００４０】
図３に示されるように、第１シート部３２は、支持部材３８Ａを介して力伝達部４０の一方の第１力伝達部４２に支持されると共に、この第１力伝達部４２に取付けられている。特に限定されるものではないが、ここでは、支持部材３８Ａは、前後方向の両端部が上方側へ斜めに折曲げられた棒状の金属材料により形成されている。支持部材３８Ａの前方側の一端部３８Ａ１は、第１シート部３２の前部において第１座面３２Ａとは反対側の下面部分にインサート成形により一体的に形成され、かつ、固定されている。支持部材３８Ａの後方側の他端部３８Ａ２は、第１シート部３２の後部の下面部分に、一端部３８Ａ１と同様に一体的に形成され、かつ、固定されている。支持部材３８Ａの前後方向の中間部３８Ａ３は、第１力伝達部４２の上面に取付けられた挟持部（クランプ部）３８Ｂに挟持され、かつ、位置を固定されている。
ここで、挟持部３８Ｂは、締結材３８１を用いて、中間部３８Ａ３を上下から締付けて挟持する構成とされている。中間部３８Ａ３は前後方向に延設された直線部位を備えているので、締結材３８１の締付けを緩めれば、挟持部３８Ｂに対して中間部３８Ａ３が前後方向に移動可能となる。すなわち、第１シート部３２の前後方向の位置の調整が可能とされる。操作者の好みや競技ルールに応じて前後方向の位置は適宜調整される。
【００４１】
図２及び図５に示されるように、力伝達部４０は、平面視において、図２及び図６に示されるシートベース部３６の平面形状と同様の形状に形成されている。第１力伝達部４２は、中間線Ｂ−Ｂを中心として左右に２分割された力伝達部４０の右側の一方の部位である。第１力伝達部４２は、サドル３０よりも剛性が高く、操作者から作用する力では力の検知精度に影響を与える撓みやねじれを生じることがない、板材により形成されている。第１力伝達部４２は平面視において、シートベース部３６上に重なり合う位置に配設され、第１力伝達部４２はシートベース部３６に対向して配置されている。ここでは、第１力伝達部４２は、シートベース部３６と同様に例えばアルミニウム合金等の軽金属材料により形成され、シートベース部３６の板厚と同等の板厚に形成されている。なお、力伝達部４０は、薄肉材料により形成され、平面状又は曲面状に形成された剛体であれば適用できる。
【００４２】
一方、図２及び図４に示される第２シート部３４は、図３では省略されているが、第１シート部３２と同様に、支持部材３８Ａを介して図２及び図５に示される力伝達部４０の他方の第２力伝達部４４に支持されると共に、この第２力伝達部４４に取付けられている。支持部材３８Ａは、第２力伝達部４４の上面に取付けられた図３と同様の挟持部３８Ｂに挟持されている。
【００４３】
図２及び図５に示されるように、第２力伝達部４４は、中間線Ｂ−Ｂを中心として分割された力伝達部４０の左側の他方の部位であり、第１力伝達部４２の左側に接触しない程度の適度なクリアランスを持って並設されている。第２力伝達部４４の材料及び板厚は、第１力伝達部４２の材料及び板厚と同一に設定されている。第２力伝達部４４は、中間線Ｂ−Ｂを中心として、第１力伝達部４２の線対称形状に形成されている。
【００４４】
図２、図３及び図５に示されるように、第１力伝達部４２はシートベース部３６に装着された第１検知部４６に連結されている。詳しく説明すると、第１検知部４６は、少なくとも２個の第１検知部４６Ａ及び第１検知部４６Ｂを含んで構成され、ここでは更に第１検知部４６Ｃを加えた合計３個により構成されている。
【００４５】
第１検知部４６Ａは、シートベース部３６の前方部位３６Ａの前端部右側（第１シート部３２のシート前後方向の前部）に図３に示される台座３６Ｄを介して下端側を固着し、第１力伝達部４２の前方端部４２Ａに上端側を固着している。ここで、台座３６Ｄは、例えば第１力伝達部４２と同様の材料により形成され、かつ、第１力伝達部４２の板厚と同等の板厚か、又は第１力伝達部４２の板厚よりも薄い板厚に設定されている。第１検知部４６Ａは、台座３６Ｄを介してシートベース部３６に例えばねじ等の締結部材を用いて固定され、第１力伝達部４２に同様に締結部材を用いて固定されている。
第１検知部４６Ｂは、シートベース部３６の後方部位３６Ｂの後端部右側（第１シート部３２のシート前後方向の後部）に図３に示される台座３６Ｄを介して下端側を固着し、第１力伝達部４２の後方端部４２Ｂに上端側を固着している。台座３６Ｄの構成や第１検知部４６Ｂの取付け方法は第１検知部４６Ａと同様である。
【００４６】
第１検知部４６Ｃは、シートベース部３６の後方部位３６Ｂの右端部３６Ｅ（第１シート部３２のシート幅方向一端側の横部）に下端側を固着し、第１力伝達部４２の右端部４２Ｃに図３に示されるスペーサ３６Ｓを介して上端側を固着している。ここで、スペーサ３６Ｓは、台座３６Ｄと同様の材料及び板厚により形成されている。第１検知部４６Ｃは、シートベース部３６に締結部材を用いて固定され、第１力伝達部４２に締結部材を用いてスペーサ３６Ｓを介して固定されている。
すなわち、シートベース部３６の上面を基準面とすると、第１検知部４６Ａ及び第１検知部４６Ｂは同一の力の検知高さ位置に配設されている。そして、第１検知部４６Ａ及び第１検知部４６Ｂの力の検知高さ位置に対して、第１検知部４６Ｃは、台座３６Ｄの板厚分、低い位置に配設され、力の検知高さ位置を低く設定している。なお、第１検知部４６Ａ及び第１検知部４６Ｂと第１検知部４６Ｃとの力の検知高さ位置関係は反対であってもよい。また、力の検知高さ位置の違いによる高さ情報が必要とされない場合には、第１検知部４６はすべて同一の力の検知高さ位置に設定される。
【００４７】
また、台座３６Ｄはここではシートベース部３６と別部材として形成されているが、シートベース部３６に突出部位を形成してこの突出部位が台座とされてもよい。スペーサ３６Ｓについても同様である。さらに、第１検知部４６Ａ等の第１力伝達部４２への固着やシートベース部３６の固着に接着剤が使用されてもよい。
【００４８】
本実施の形態では、第１検知部４６Ａ、第１検知部４６Ｂ、第１検知部４６Ｃには、いずれも、Ｘ軸（矢印Ｘ方向）、Ｙ軸（矢印Ｙ方向）及びＺ軸（矢印Ｚ方向）の３軸方向の力が測定可能な３軸力センサが使用されている。なお、３軸力センサとして、圧電素子の電気変化を利用して荷重を検知するセンサ、静電容量の変化を利用して荷重を検知するセンサ、歪みゲージの電気抵抗の変化を利用して荷重を検知するセンサ等の各種センサが使用可能である。
【００４９】
図１、図２及び図５に示されるように、第２力伝達部４４はシートベース部３６に装着された第２検知部４８に固定されている。第１検知部４６と同様に、第２検知部４８は、少なくとも２個の第２検知部４８Ａ及び第２検知部４８Ｂを含んで構成され、ここでは更に第２検知部４８Ｃを加えた３個により構成されている。
【００５０】
第２検知部４８Ａは、シートベース部３６の前方部位３６Ａの前端部左側（第２シート部３４のシート前後方向の前部）に図３に示されるものと同様の台座３６Ｄを介して下端側を固定し、第２力伝達部４４の前方端部４４Ａに上端側を固定している。第２検知部４８Ｂは、シートベース部３６の後方部位３６Ｂの後端部左側（第２シート部３４のシート前後方向の後部）に図３に示されるものと同様の台座３６Ｄを介して下端側を固定し、第２力伝達部４４の後方端部４４Ｂに上端側を固定している。第２検知部４８Ａ、第２検知部４８Ｂのそれぞれの構成及び取付け方法は、第１検知部４６Ａ、第１検知部４６Ｂのそれぞれの構成及び取付け方法と同様である。
【００５１】
第２検知部４８Ｃは、シートベース部３６の後方部位３６Ｂの左端部３６Ｆ（第２シート部３４のシート幅方向他端側の横部）に下端側を固定し、第２力伝達部４４の左端部４４Ｃに図３に示されるものと同様のスペーサ３６Ｓを介して上端側を固定している。第２検知部４８Ｃの構成及び取付け方法は、第１検知部４６Ｃの構成及び取付け方法と同様である。
【００５２】
［生体力学解析システムの構成］
図１に戻って、本実施の形態では、前述の力測定装置５０を用いて、生体力学解析システム１０が構築されている。この生体力学解析システム１０は、前述の力測定装置５０及び演算処理部６２を含んで構成され、更に入力部６０と、出力部６４とを備えている。力測定装置５０、演算処理部６２、入力部６０、出力部６４のそれぞれは、ケーブル６６を介して相互に接続されている。ここで、ケーブル６６は有線であるが、相互の接続に無線が使用されてもよいし、有線及び無線の双方が使用されてもよい。
【００５３】
入力部６０は、生体力学解析システム１０の起動、操作、演算に必要な情報の入力、停止等を司る。例えば図示が省略されたモーションキャプチャシステム（Motion capture system）を併用する生体力学解析システム１０が構築される場合、入力部６０は、例えばキーボード、マウス、タッチパネル等の入力デバイスにより構成されている。一方、出力部６４は、生体力学解析システム１０の動作状態、操作状態、演算結果等を出力可能な表示パネルやプリンタ等の出力デバイスにより構成されている。
【００５４】
演算処理部６２では、力測定装置５０により取得された力（荷重）及び力の作用位置の情報に基づいて、サドル３０の第１座面３２Ａに作用する図２及び図３に示される力（ベクトル）ＦR1 及び力ＦR1 の作用位置と、第２座面３４Ａに作用する、図２に示される力（ベクトル）ＦR2 及び力ＦR2 の作用位置とを別々に少なくとも演算することができる。この説明は後述する。そして、本実施の形態の演算処理部６２では、更に操作者（生体）の左右の股関節トルクをそれぞれ個別に演算することができる。さらに、演算処理部６２では、演算された左右の股関節トルクに基づいて、例えば腰の関節トルクを演算することができる。
【００５５】
演算処理部６２には例えばパーソナルコンピュータが使用されている。演算処理部６２における股関節トルクの演算方法は、簡単に説明すると、以下の通りである。
関節トルクの演算には逆動力学計算法が使用される。操作者は、例えば身体セグメントパラメータ（BSP：Body Segment Parameter）モデルに基づいてモデル化される。例えば、操作者は、剛体と見なされる１以上の自然数Ｎ個のセグメント（segment）とセグメント間を連結するＮ−１個の関節（joint）とを持つ構造にモデル化される。
【００５６】
最初に、下肢の足部において、床との接触による反力、セグメントの加速度及び角加速度が測定される。反力は床反力計を用いて測定される。加速度及び角加速度は、ここでは図示が省略されたモーションキャプチャシステムを用いて測定される。これらの測定結果は演算処理部６２に入力され、演算処理部６２では、測定結果に基づいて、足首関節に生じる見かけの力及びモーメントが算出される。この算出には、並進運動及び回転運動の運動方程式を用いた算出法、具体的にはニュートンオイラー法（Newton Euler method）が使用される。並進運動の運動方程式から足首関節の見かけの力が算出される。また、回転運度の運動方程式から足首関節の関節トルクが算出される。
【００５７】
次に、演算処理部６２において、足首関節の関節トルクの情報を反力の情報として利用し、同様の運動方程式から下腿の膝関節の関節トルクが算出される。
【００５８】
次に、演算処理部６２において、膝関節の関節トルクの情報と、力測定装置５０により検知された大腿から臀部までの一部からサドル３０の座面に作用する力（ベクトル）及び力の作用位置を股関節に作用する反力の情報として利用し、同様の運動方程式から股関節の関節トルクが算出される。なお、サドル３０に対する股関節の相対位置はモーションキャプチャシステムにより取得される。
ここで、本実施の形態に係る力測定装置５０では、図１〜図６に示されるように、サドル３０が第１シート部３２及び第２シート部３４に分割され、第１シート部３２に第１検知部４６が設けられ、第２シート部３４に第２検知部４８が設けられている。このため、演算処理部６２では、力測定装置５０からの力及び力の作用位置の検知結果に基づいて、右側大腿から臀部の右側までの一部から第１座面３２Ａに作用する図２及び図３に示される例えば単一のベクトルとして力ＦR1 及び力ＦR1 の作用位置を算出し、右側股関節に作用する反力の情報が算出される。
同様に、演算処理部６２では、力測定装置５０からの力及び力の作用位置の検知結果に基づいて、左側大腿から臀部の左側までの一部から第２座面３４Ａに作用する図２に示される力ＦR2 及び力ＦR2 の作用位置を力ＦR1 に対して個別に算出し、左側股関節に作用する反力の情報が算出される。
【００５９】
なお、本実施の形態に係る生体力学解析システム１０は、力測定装置５０から取得される、サドル３０に作用する力及び力の作用位置を表示するサイクルコンピュータとして構築可能である。サイクルコンピュータに適用される場合でも、生体力学解析システム１０には入力部６０、演算処理部６２及び出力部６４が必要とされる。サイクルコンピュータがエルゴメータ１２のハンドル１８やその近傍に装着されると、操作者において、ペダリング中に、サドル３０に作用する力及び力の作用位置が確認可能となる。
【００６０】
［本実施の形態の作用及び効果］
本実施の形態に係る力測定装置５０では、図３及び図４に示されるように、シートとしてのサドル３０が第１シート部３２と、第２シート部３２とに分離され、かつ、第１シート部３２に第２シート部３４が並設される。第１シート部３２は座面の片側を構成する第１座面３２Ａを有する。第１座面３２Ａには、操作者の下肢の右側大腿から臀部の右側までの少なくとも一部からの力（荷重）が作用する。第２シート部３４は、第１座面３２Ａに作用する力に対して独立に力が作用する第２座面３４Ａを有する。第２座面３４Ａには、操作者の下肢の左側大腿から臀部の左側までの少なくとも一部からの力（荷重）が作用する。
【００６１】
ここで、図１、図２、図３及び図５に示されるように、第１シート部３２には第１検知部４６が設けられ、第２シート部３４には第２検知部４８が設けられる。第１検知部４６では、第１座面３２Ａに作用する力であるベクトルＦR1 がその延長上の第１力伝達部４２にベクトルＦS1 として加わるので、このベクトルＦS1 及びこの作用位置が検知される。ここで、「ベクトル」は単に「力」という場合がある。
【００６２】
図７（Ａ）に力測定装置５０の測定原理を説明する説明図が示されている。図２、図３及び図５に示される第１力伝達部４２をセンサ面とすると、センサ面には、第１シート部３２の第１座面３２Ａに作用するベクトルＦR1 が、支持部材３８Ａ及び挟持部３８Ｂを介してベクトルＦS1 として上方から下方に向かって伝達される。ベクトルＦS1 のＹ軸−Ｚ軸面内におけるＺ軸方向分力Ｆは、センサ面の左側一端において分力Ｆとは逆向きの反力Ｆ1 として第１検知部４６Ａにより検知され、センサ面の右側他端において同様に反力Ｆ2 として第１検知部４６Ｂにより検知される。分力Ｆと反力Ｆ1 及び反力Ｆ2 と間には、下記（１）式が成立する。
Ｆ＝Ｆ1 ＋Ｆ2                             …（１）
【００６３】
上記（１）式から、反力Ｆ1 と反力Ｆ2 とが検知されると、分力Ｆを求めることができる。この分力Ｆと、第１検知部４６Ｃにより検知されるベクトルＦS1 のＺ軸方向分力との合力が、センサ面に作用するベクトルＦS1 のＺ軸方向力である。同様に、第１検知部４６Ａ、第１検知部４６Ｂ及び第１検知部４６Ｃにより検知されるＸ軸方向分力の合力、Ｙ軸方向分力の合力のそれぞれからＸ軸方向力、Ｙ軸方向力のそれぞれが求められる。そして、これらのＺ軸方向力、Ｘ軸方向力及びＹ軸方向力の合力から、ベクトルＦS1 （大きさ及び傾き）が求められる。
【００６４】
次に、ベクトルＦS1 のＸ軸−Ｙ軸面（水平面）上の作用位置は以下の通り求められる。図７（Ａ）において、第１検知部４６Ａと第１検知部４６Ｂとの離間距離Ｌ1 は既知であるが、分力Ｆのセンサ面上での作用位置（Ｙ軸方向上での作用位置）は未知である。第１検知部４６Ｂから分力Ｆまでの作用位置を距離Ｌ2 とすると、モーメントに関して、下記（２）式が成立する。
Ｆ1 ×(Ｌ1 −Ｌ2 )＝Ｆ2 ×Ｌ2               …（２）
上記（２）式を距離Ｌ2 について解くと、下記（３）式が得られる。
Ｌ2 ＝Ｆ1 ×Ｌ1 ／（Ｆ2 ＋Ｆ1 ）            …（３）
すなわち、センサ面上では、２個の第１検知部４６Ａ及び第１検知部４６ＢのＺ軸方向の反力Ｆ2 及び反力Ｆ1 が検知されると、分力Ｆ及びこの分力ＦのＹ軸方向における作用位置となる距離Ｌ2 を求めることができる。
【００６５】
図７（Ａ）において紙面の奥行き方向、すなわちＸ軸方向において、ベクトルＦS1 の作用位置を求める場合には、同様の測定原理により、第１検知部４６Ａ又は第１検知部４６Ｂと第１検知部４６Ｃとの少なくとも２個の第１検知部４６が使用される。
Ｙ軸方向、Ｘ軸方向のそれぞれにおいてベクトルＦS1 の作用位置が検知されると、センサ面上に作用する力の作用位置が算出される。この算出には図１に示される演算処理部６２が使用される。
【００６６】
同様の測定原理に基づいて、第２座面３４Ａに作用するベクトルＦR2 が第２力伝達部４４（センサ面）へベクトルＦS2 として伝達され、第２検知部４８ではベクトルＦS2 の各軸方向力が検知される。そして、演算処理部６２では、各軸方向力に基づいてベクトルＦS2 が算出され、更にベクトルＦS2 の作用位置が算出される。
従って、力測定装置５０では、下肢の右側大腿から臀部の右側までの一部から作用するベクトルＦS1 の作用位置、左側大腿から臀部の左側までの一部から作用するベクトルＦS2 の作用位置のそれぞれを別々に検知することができる。
【００６７】
また、本実施の形態に係る力測定装置５０では、図３及び図５に示されるように、第１検知部４６は第１シート部３２の第１座面３２Ａとは反対側に第１力伝達部４２を介して設けられ、第１力伝達部４２は第１シート部３２よりも剛性が高い板状とされる。第１座面３２Ａに作用する力は剛性の高い第１力伝達部４２を介して第１検知部４６により検知されるので、正確に力を検知することができる。一方、第１シート部３２はシート（サドル３０）に適した剛性（柔らかさ）に形成することができる。
同様に、図１、図２及び図５に示されるように、第２検知部４８は正確に力を測定することができ、第２シート部３４はシートに適した剛性に形成することができる。
【００６８】
さらに、本実施の形態に係る力測定装置５０では、図２〜図６に示されるように、第１シート部３２及び第２シート部３４よりも剛性が高い板状に形成されたシートベース部３６に第１検知部４６及び第２検知部４８が配設される。このため、シートベース部３６が剛性の高い、第１検知部４６及び第２検知部４８の共通の土台となって、第１検知部４６、第２検知部４８のそれぞれにより力が検知されるので、正確に力を検知することができる。
【００６９】
また、本実施の形態に係る力測定装置５０では、図３に示されるように、第１シート部３２の複数箇所に配設された第１検知部４６のうち第１検知部４６Ｃの力の検知高さ位置が、他の第１検知部４６Ａ及び第１検知部４６Ｂの力の検知高さ位置に対して変えられている。このため、第１座面３２Ａに作用する力ＦR1 のＺ軸方向（高さ方向）の作用位置を直接検知することができる。
【００７０】
図７（Ｂ）に力測定装置５０の高さ方向の（Ｙ軸−Ｚ軸面における）作用位置の測定原理を示す説明図が示されている。第１シート部３２の第１座面３２Ａに作用するベクトルＦR1 のＹ軸方向分力ＦH は、支持部材３８Ａ及び挟持部３８Ｂ（図３参照）を介して前方から後方に向かって第１力伝達部４２に伝達される。分力ＦH は、図７（Ｂ）の右側に示されるように、分力ＦH とは逆向きの反力Ｆ3 として第１検知部４６Ｂ（又は図３に示される第１検知部４６Ａ）により検知され、かつ、反力Ｆ4 として第１検知部４６Ｃにより検知される。上記（１）式と同様に、分力ＦH と反力Ｆ3 及び反力Ｆ4 と間には、下記（４）式が成立する。
ＦH ＝Ｆ3 ＋Ｆ4                           …（４）
【００７１】
図７（Ｂ）において、第１検知部４６Ｂと第１検知部４６Ｃとの離間距離Ｌ3 は既知であるが、第１座面３２Ａでの分力ＦH の高さ方向の作用位置は未知である。第１検知部４６Ｃから分力ＦH の高さ方向の作用位置までを距離Ｌ4 とすると、上記（２）式と同様に、モーメントに関して、下記（５）式が成立する。なお、距離Ｌ3 、距離Ｌ4 のそれぞれは、本測定原理の理解を助けるために、図７（Ｂ）において実寸法よりも拡大して示されている。
Ｆ3 ×(Ｌ4 −Ｌ3 )＝Ｆ4 ×Ｌ4               …（５）
上記（５）式を距離Ｌ4 について解くと、下記（６）式が得られる。
Ｌ4 ＝−Ｆ3 ×Ｌ3 ／（Ｆ4 −Ｆ3 ）          …（６）
すなわち、図７（Ａ）に示される測定原理と同様に、第１検知部４６Ｂと高さ位置が異なる第１検知部４６ＣとのＹ軸方向の反力Ｆ3 及び反力Ｆ4 が検知されると、分力ＦH の高さ方向の作用位置となる距離Ｌ4 を求めることができる。つまり、第１座面３２Ａに作用するベクトルＦR1 の高さ方向の作用位置が直接検知される。
【００７２】
図３に示されるものと同様に、第２シート部３４の複数箇所に配設された第２検知部４８のうち図２及び図５に示される第２検知部４８Ｃの力の検知高さ位置が、他の第２検知部４８Ｂ（又は第２検知部４８Ａ）の力の検知高さ位置に対して変えられている。このため、第２座面３４Ａに作用する力ＦR2 の高さ方向の作用位置を直接検知することができる。力ＦR1 、力ＦR2 のそれぞれの高さ方向の作用位置の算出には、図１に示される演算処理部６２が使用される。
なお、第１検知部４６では、第１検知部４６Ａ又は第１検知部４６Ｂの力の検知高さ位置を他に比べて変えてもよい。第２検知部４８についても同様である。
【００７３】
さらに、本実施の形態では、図２及び図３に示される、第１シート部３２の第１座面３２Ａに作用する単一のベクトルとしての力ＦR1 及び第１座面３２Ａ上への力ＦR1 の作用位置が別の方法を用いて算出されてもよい。この算出には演算処理部６２が使用される。演算処理部６２は、力ＦS1 及び力ＦS1 の作用位置と、第１座面３２Ａの高さとセンサ面（第１力伝達部４２の下面）の高さとの差と、力ＦS１ の作用方向（傾き）とに基づいて、第１座面３２Ａに作用する力ＦR1 及び力ＦR1 の作用位置を算出する。
詳しく説明すると、図３に示されるように、第１力伝達部４２に作用する力ＦS1 は第１座面３２Ａに作用する力ＦR1 と同じ大きさと傾きである。そして、演算処理部６２では、第１力伝達部４２に作用する力ＦS1 の作用位置から、この力ＦS1 の作用方向の延長上であって第１座面３２Ａの表面と交差する位置が、第１座面３２Ａに作用する力ＦR1 の作用位置として算出される。
同様に、図２に示される、第２シート部３４の第２座面３４Ａに作用する単一のベクトルとしての力ＦR2 は第２力伝達部４４に作用する力ＦS2 と同じ大きさと傾きである。第２座面３４Ａ上への力ＦR2 の作用位置は、力ＦS2 の延長上に、力ＦR1 及び力ＦR1 の作用位置に対して独立に算出することができる。
【００７４】
また、本実施の形態に係る力測定装置５０では、第１シート部３２及び第２シート部３４がエルゴメータ１２のサドル３０とされる。このため、ペダリング時における股関節の力学的負担や運動性能の評価に必要とされる力及び力の作用位置を第１検知部４６及び第２検知部４８により個別に測定することができる。
ここで、力測定装置５０は、自転車のサドル、特に競技レベルに適した自転車に、エルゴメータ１２と同様に適用可能である。この場合、本実施の形態に係る力測定装置５０では、エルゴメータ１２に適用された場合に得られる作用及び効果と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００７５】
さらに、本実施の形態に係る生体力学解析システム１０は、図１に示されるように、力測定装置５０と、演算処理部６２とを備える。力測定装置５０では、右側大腿から臀部の右側までの一部から作用する力及びこの力の作用位置、左側大腿から臀部の左側までの一部から作用する力及びこの力の作用位置のそれぞれが別々に検知される。演算処理部６２では、力測定装置５０の力及び力の作用位置の検知結果に基づいて、図２及び図３に示される第１座面３２Ａに作用する力ＦR1 及び力ＦR1 の作用位置、図２に示される第２座面３４Ａに作用する力ＦR2 及び力ＦR2 の作用位置が算出される。演算処理部６２では、更に力ＦR1 及び力ＦR2 をサドル３０から生体に作用する反力として利用し、逆動力学計算を実行して生体力学解析が行われ、股関節トルクが演算される。股関節トルクは左右別々に演算し取得される。このため、股関節トルクの演算結果に基づいて、左右の股関節の力学的負担や運動性能を評価することができる。
加えて、演算処理部６２では、股関節トルクを反力として利用して、例えば腰の各関節トルクを更に算出することができる。
【００７６】
また、演算処理部６２では、力ＦR1 及び力ＦR1 の作用位置、第２座面３４Ａに作用する力ＦR2 及び力ＦR2 の作用位置が算出されるので、左右大腿と第１座面３２Ａ、第２座面３４Ａのそれぞれとの接触による左右の股関節に作用する剪断力を演算し取得することができる。このため、生体の左右の股関節に作用する三次元的な力を測定することができるので、逆動力学計算を実行して生体力学解析を行い、左右の股関節の力学的負担や運動性能を評価することができる。
【００７７】
（第２実施の形態）
図８を用いて、本発明の第２実施の形態に係る力測定装置及び生体力学解析システムを説明する。なお、本実施の形態並びに後述する実施の形態において、第１実施の形態に係る力測定装置５０及び生体力学解析システム１０の構成要素と同一構成要素又は実質的に同一構成要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７８】
図８（Ａ）、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）に示されるように、本実施の形態に係る力測定装置５０では、サドル３０及び力伝達部４０がそれぞれ３分割されている。
【００７９】
詳しく説明すると、サドル３０は、第１シート部３２及び第２シート部３４に加えて、第３シート部３００を備えている。第３シート部３００は、第１シート部３２及び第２シート部３４と分離され、第１シート部３２及び第２シート部３４の後側部に並設されている。表現を代えると、第３シート部３００は、第１シート部３２の後方部位及び第２シート部３４の後方部位を一体に形成したものである。第３シート部３００が形成されているので、第１シート部３２及び第２シート部３４の前後方向の長さは、第１実施の形態の第１シート部３２及び第２シート部３４の前後方向の長さよりも短く形成されている。
【００８０】
第１シート部３２の第１座面３２Ａには操作者の右側大腿からの力が主に作用する。第２シート部３４の第２座面３４Ａには、左側大腿からの力が第１座面３２Ａに作用する力に対して独立に作用する。そして、第３シート部３００は表面上に第３座面３００Ａを有する。第３座面３００Ａには、臀部からの力が第１座面３２Ａ、第２座面３４Ａのそれぞれに作用する力に対して独立に作用する。
【００８１】
力伝達部４０は、サドル３０の分割に対応させて、第１力伝達部４２及び第２力伝達部４４に加え、第３力伝達部４００を備えている。サドル３０の分割と同様に、第３力伝達部４００は、第１力伝達部４２及び第２力伝達部４４の後端部に並設され、第３シート部３００を支持する。第３力伝達部４００では、第１力伝達部４２、第２力伝達部４４のそれぞれにより伝達される力に対して、第３座面３００Ａに作用する力が独立に伝達される。
【００８２】
そして、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）に示されるように、シートベース部３６には、第３力伝達部４００に対応する位置に、第３座面３００Ａに作用する力及び力の作用位置を検知する第３検知部４０２が配設されている。第３検知部４０２は、第３力伝達部４００の右端部に配設された第３検知部４０２Ａと、第３力伝達部４００の左端部に配設された第３検知部４０２Ｂとを備え、更に第３力伝達部４００の後端部に配設された第３検知部４０２Ｃを備えている。第３検知部４０２Ｃは、第３検知部４０２Ａ及び第３検知部４０２Ｂの力の検知高さと異なる力の検知高さに設定されている。第３検知部４０２は、第１検知部４６、第２検知部４８のそれぞれと同様に、例えば３軸力センサにより構成されている。
【００８３】
本実施の形態に係る生体力学解析システム１０は、力測定装置５０からの検知結果の情報量が増えるだけで、第１実施の形態に係る生体力学解析システム１０と同様の構成である。このため、ここでの生体力学解析システム１０の説明は省略する。
【００８４】
［本実施の形態の作用及び効果］
本実施の形態に係る力測定装置５０は、図８（Ａ）、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）に示されるように、サドル３０が３分割されて第３シート部３００及び第３検知部４０２を更に備える。第３シート部３００は、第１シート部３２及び第２シート部３４と分離され、かつ、第１シート部３２及び第２シート部３４の後側部に並設され、第３座面３００Ａを有する。第３座面３００Ａには臀部からの力が作用する。このため、操作者の右側大腿から作用する力及び力の作用位置、左側大腿から作用する力及び力の作用位置、臀部から作用する力及び力の作用位置のそれぞれを別々に検知することができる。特に、大腿から作用する力及び力の作用位置、臀部から作用する力及び力の作用位置のそれぞれを別々に検知することができる。
【００８５】
また、本実施の形態に係る力測定装置５０及び生体力学解析システム１０では、第１実施の形態に係る力測定装置５０及び生体力学解析システム１０により得られる作用及び効果と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００８６】
（第３実施の形態）
図９を用いて、本発明の第３実施の形態に係る力測定装置及び生体力学解析システムを説明する。
【００８７】
図９（Ａ）、図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）に示されるように、本実施の形態に係る力測定装置５０では、サドル３０及び力伝達部４０がそれぞれ４分割されている。
【００８８】
詳しく説明すると、サドル３０は、第１シート部３２及び第２シート部３４に加えて、第４シート部３０２及び第５シート部３０４を備えている。第４シート部３０２は、第１シート部３２及び第２シート部３４と分離され、第１シート部３２の後側部に並設されている。第５シート部３０４は、第１シート部３２及び第２シート部３４と分離され、第２シート部３４の後側部に並設されている。また、第５シート部３０４は、第４シート部３０２と分離され、第４シート部３０２の左側部に並設されている。表現を代えると、第４シート部３０２及び第５シート部３０４は、第２実施の形態の第３シート部３００を左右幅方向に２分割して形成したものである。
【００８９】
第４シート部３０２は第４座面３０２Ａを有し、第４座面３０２Ａには操作者の臀部の右側からの力が作用する。第４座面３０２Ａには、第１座面３２Ａ、第２座面３４Ａのそれぞれに作用する力に対して、力が独立に作用する。第５シート部３０４は第５座面３０４Ａを有し、第５座面３０４Ａには臀部の左側からの力が作用する。第５座面３０４Ａには、第１座面３２Ａ、第２座面３４Ａ、第４座面３０２Ａのそれぞれに作用する力に対して、力が独立に作用する。
【００９０】
力伝達部４０は、サドル３０の分割に対応させて、第１力伝達部４２及び第２力伝達部４４に加え、第４力伝達部４０４及び第５力伝達部４０６を備えている。サドル３０の分割と同様に、第４力伝達部４０４は第１力伝達部４２の後端部に並設され、第５力伝達部４０６は第２力伝達部４４の後端部に並設されている。
【００９１】
そして、図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）に示されるように、シートベース部３６には、第４力伝達部４０４に対応する位置に、第４座面３０２Ａに作用する力及び力の作用位置を検知する第４検知部４０８が配設されている。さらに、シートベース部３６には、第５力伝達部４０６に対応する位置に、第５座面３０４Ａに作用する力及び力の作用位置を検知する第５検知部４１０が配設されている。
【００９２】
第４検知部４０８は、左右幅方向の中間側において、第４力伝達部４０４の前端部に配設された第４検知部４０８Ａと、第４力伝達部４０４の後端部に配設された第４検知部４０８Ｂとを備えている。第４検知部４０８は、更に第４力伝達部４０４の右端部に配設された第４検知部４０８Ｃを備えている。第４検知部４０８Ｃは、第４検知部４０８Ａ及び第４検知部４０８Ｂの力の検知高さと異なる力の検知高さに設定されている。
第５検知部４１０は、左右幅方向の中間側において、第５力伝達部４０６の前端部に配設された第５検知部４１０Ａと、第５力伝達部４０６の後端部に配設された第５検知部４１０Ｂとを備えている。第５検知部４１０は、更に第５力伝達部４０６の左端部に配設された第５検知部４１０Ｃを備えている。第５検知部４１０Ｃは、第５検知部４１０Ａ及び第５検知部４１０Ｂの力の検知高さと異なる力の検知高さに設定されている。
第４検知部４０８及び第５検知部４１０は、第１検知部４６、第２検知部４８のそれぞれと同様に、例えば３軸力センサにより構成されている。
【００９３】
本実施の形態に係る生体力学解析システム１０は、力測定装置５０からの検知結果の情報量が増えるだけで、第１実施の形態に係る生体力学解析システム１０と同様の構成である。このため、ここでも生体力学解析システム１０の説明は省略する。
【００９４】
［本実施の形態の作用及び効果］
本実施の形態に係る力測定装置５０は、図９（Ａ）、図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）に示されるように、サドル３０が４分割されて、第４シート部３０２及び第４検知部４０８と、第５シート部３０４及び第５検知部４１０とを更に備える。第４シート部３０２は、第１シート部３２と分離され、かつ、第１シート部３２の後側部に並設され、第４座面３０２Ａを有する。第４座面３０２Ａには臀部の右側からの力が作用する。第５シート部３０４は、第２シート部３４と分離され、かつ、第２シート部３４の後側部に並設され、第５座面３０４Ａを有する。第５座面３０４Ａには臀部の左側からの力が作用する。
このため、操作者の右側大腿から作用する力及び力の作用位置、左側大腿から作用する力及び力の作用位置、臀部の右側から作用する力及び力の作用位置、臀部の左側から作用する力及び力の作用位置のそれぞれを別々に検知することができる。特に、臀部の左右から作用する力及び力の作用位置のそれぞれを別々に検知することができる。
【００９５】
また、本実施の形態に係る力測定装置５０及び生体力学解析システム１０では、第１実施の形態に係る力測定装置５０及び生体力学解析システム１０により得られる作用及び効果と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００９６】
（その他の実施の形態）
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変形可能である。例えば、本発明は、力測定装置において、サドルに撓みを生じない適度な剛性があれば、力伝達部を省略してもよい。具体的には、サドルの座面部分を硬質樹脂材料により形成し、サドルの検知部側を軽金属材料や金属材料により一体的に成形してもよい。このようなサドルは例えばインサート成形により製造可能である。
【００９７】
また、本発明は、エルゴメータや自転車に限定されるものではなく、股関節の力学的負担や運動性能を評価する要望がある、例えば乗馬用の鞍（サドル）、或いはローイングマシン若しくはローイングボートの着座用シートに力測定装置を装着してもよい。勿論、力測定装置に少なくとも演算処理部を備えて、生体力学解析システムを構築することができる。
【００９８】
その他、本発明は、一輪車、スクータ、自動二輪車、自動車、介護用車両等において、股関節の力学的負担や運動性能を評価する場合に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００９９】
１０…生体力学解析システム、１２…エルゴメータ、３０…サドル、３２…第１シート部、３２Ａ…第１座面、３４…第２シート部、３４Ａ…第２座面、３６…シートベース部、３００…第３シート部、３００Ａ…第３座面、３０２…第４シート部、３０２Ａ…第４座面、３０４…第５シート部、３０４Ａ…第５座面、４０…力伝達部、４２…第１力伝達部、４４…第２力伝達部、４６…第１検知部、４８…第２検知部、４００…第３力伝達部、４０２…第３検知部、４０４…第４力伝達部、４０６…第５力伝達部、４０８…第４検知部、４１０…第５検知部、５０…力測定装置、６０…入力部、６２…演算処理部、６４…出力部。
【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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