特開 2023-173187 ペダル軸

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023173187

(43)【公開日】2023-12-07

(54)【発明の名称】ペダル軸

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/16 20060101AFI20231130BHJP

   B62M 3/00 20060101ALI20231130BHJP

【ＦＩ】

G01B7/16 R

B62M3/00 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022085266

(22)【出願日】2022-05-25

(71)【出願人】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099793

【弁理士】

【氏名又は名称】川北 喜十郎

(74)【代理人】

【識別番号】100154586

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 正広

(74)【代理人】

【識別番号】100179280

【弁理士】

【氏名又は名称】河村 育郎

(72)【発明者】

【氏名】青井 英勝

(72)【発明者】

【氏名】李 奎

【テーマコード（参考）】

2F063

【Ｆターム（参考）】

2F063AA25

2F063BA30

2F063EC03

2F063EC22

2F063LA27

(57)【要約】

【課題】ペダル軸に生じるひずみを高い精度で検出することのできるペダル軸を提供する。
【解決手段】ペダル型パワーメータ用のペダル軸は、ペダルが回転可能に取り付けられる中空軸と、前記中空軸の外周面に取り付けられたひずみゲージと、前記中空軸の内部空間に配置され、且つ前記ひずみゲージからの出力を処理する処理回路とを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ペダル型パワーメータ用のペダル軸であって、
ペダルが回転可能に取り付けられる中空軸と、
前記中空軸の外周面に取り付けられたひずみゲージと、
前記中空軸の内部空間に配置され、且つ前記ひずみゲージからの出力を処理する処理回路とを備えるペダル軸。

【請求項2】

前記中空軸に、前記外周面と前記内部空間とを接続する接続孔が設けられており、
前記ひずみゲージと前記処理回路とを接続する配線が、前記接続孔及び前記内部空間に配置されている請求項１に記載のペダル軸。

【請求項3】

前記接続孔は、前記中空軸の周方向に沿って等間隔で複数設けられている請求項２に記載のペダル軸。

【請求項4】

前記接続孔は、前記中空軸の軸方向を長手方向とする長孔である請求項２又は３に記載のペダル軸。

【請求項5】

前記ひずみゲージは、前記中空軸の軸方向に並ぶ２つのひずみゲージを含み、
前記配線は前記２つのひずみゲージに接続されたフレキシブルプリント配線基板を含み、
前記フレキシブルプリント配線基板は、前記２つのひずみゲージの間に位置する領域に、前記軸方向に交差する方向に延びるスロットを有する請求項２～４のいずれか一項に記載のペダル軸。

【請求項6】

前記中空軸は円筒状であり、
前記内部空間は前記中空軸の軸方向に延びる凹孔又は貫通孔により画定されている請求項１～５のいずれか一項に記載のペダル軸。

【請求項7】

前記中空軸の前記外周面に、前記中空軸の径方向に直交する面内に各々が延びる複数の平坦面が設けられており、
前記複数の平坦面は、前記中空軸の周方向に沿って等間隔で設けられており、
前記複数の平坦面の各々に前記ひずみゲージが取り付けられている請求項１～６のいずれか一項に記載のペダル軸。

【請求項8】

前記複数の平坦面は４つの平坦面である請求項７に記載のペダル軸。

【請求項9】

前記ひずみゲージは、ひずみ受感部と、前記ひずみ受感部を前記処理回路に接続するための接続端子と、前記ひずみ受感部及び前記接続端子が形成された基材とを有し、
前記基材は、前記ひずみ受感部が形成された領域において前記中空軸に固定されており、前記接続端子が形成された領域において前記中空軸に固定されていない請求項１～８のいずれか一項に記載のペダル軸。

【請求項10】

前記中空軸の前記外周面に凹溝が設けられており、
前記ひずみゲージの前記接続端子が、前記中空軸の径方向に見て前記凹溝の内側に位置する請求項９に記載のペダル軸。

【請求項11】

前記中空軸の一端部に前記ペダル軸をクランクに取り付けるためのネジ部が設けられており、前記中空部の他端部に前記ペダル軸に前記ペダルを取り付けるためのネジ部が設けられている請求項１～１０のいずれか一項に記載のペダル軸。

【請求項12】

前記ひずみゲージは、各々がひずみ受感部を有する複数のゲージであり、
前記複数のひずみゲージの各々は、ひずみ受感部のひずみ受感方向が前記中空軸の軸方向に一致している請求項１～１１のいずれか一項に記載のペダル軸。

【請求項13】

前記ひずみゲージは、各々がひずみ受感部を有する複数のゲージであり、
前記複数のゲージは、各々のひずみ受感部のひずみ受感方向が前記中空軸の軸方向に一致した第１ゲージ群と、各々のひずみ受感部のひずみ受感方向が前記中空軸の周方向に一致した第２ゲージ群とを含む請求項１～１１のいずれか一項に記載のペダル軸。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はペダル軸に関する。

【背景技術】

【0002】

自転車等に取り付けられて、使用者がペダルを踏み込む力の大きさや向き、位置を測定するパワーメータが知られている。パワーメータは、ペダルに測定部を設けるペダル型パワーメータ、クランクに測定部を設けるクランク型パワーメータ、及びタイヤのハブに測定部を設けるハブ型パワーメータに大別される。

【0003】

特許文献１は、ペダル型パワーメータを開示している。特許文献１においては、ペダル軸に４つの伸び測定片が取り付けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平８－１４５８２４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載されたペダル軸は、ペダル軸に生じるひずみを十分な精度で検出できるとは言い難い。

【0006】

本発明は、ペダル型パワーメータ用のペダル軸であって、ペダル軸に生じるひずみを高い精度で検出することのできるペダル軸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】

【0007】

本発明の一態様に従えば、
ペダル型パワーメータ用のペダル軸であって、
ペダルが回転可能に取り付けられる中空軸と、
前記中空軸の外周面に取り付けられたひずみゲージと、
前記中空軸の内部空間に配置され、且つ前記ひずみゲージからの出力を処理する処理回路とを備えるペダル軸が提供される。

【発明の効果】

【0008】

本発明のペダル軸は、ペダル軸に生じるひずみを高い精度で検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本発明の一実施形態のパワーメータの斜視図である。

【図2】図２は、本発明の一実施形態のペダル軸の斜視図である。

【図3】図３は、図２のペダル軸を中心軸Ｘを通り径方向に延びる平面により切断した断面図である。図３においては、ひずみゲージの図示は省略している。

【図4】図４（ａ）は、図３のＩＶａ－ＩＶａ線に沿った中空軸の断面図である。図４（ｂ）は、図３のＩＶｂ－ＩＶｂ線に沿った中空軸の断面図である。図４（ｃ）は、図３のＩＶｃ－ＩＶｃ線に沿った中空軸の断面図である。

【図5】図５（ａ）は第１起歪面を径方向の外側から見た平面図であり、第１起歪面に取り付けられた４つのひずみゲージの構成を示す。図５（ｂ）は第２起歪面を径方向の外側から見た平面図であり、第２起歪面に取り付けられた４つのひずみゲージの構成を示す。図５（ｃ）は第３起歪面を径方向の外側から見た平面図であり、第３起歪面に取り付けられた４つのひずみゲージの構成を示す。図５（ｄ）は第４起歪面を径方向の外側から見た平面図であり、第４起歪面に取り付けられた４つのひずみゲージの構成を示す。図５（ａ）～図５（ｄ）の各図においては左側が基端側であり、右側が先端側である。

【図6】図６は、図５のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面図である。

【図7】図７（ａ）～図７（ｄ）はそれぞれ、中空軸に取り付けられたひずみゲージにより構成されるホイートストンブリッジの回路図である。

【図8】図８は、変形例のペダル軸が備えるひずみゲージの平面図である。

【図9】図９（ａ）は第１起歪面を径方向の外側から見た平面図であり、第１起歪面に取り付けられた変形例のひずみゲージの構成を示す。図９（ｂ）は第２起歪面を径方向の外側から見た平面図であり、第２起歪面に取り付けられた変形例のひずみゲージの構成を示す。図９（ｃ）は第３起歪面を径方向の外側から見た平面図であり、第３起歪面に取り付けられた変形例のひずみゲージの構成を示す。図９（ｄ）は第４起歪面を径方向の外側から見た平面図であり、第４起歪面に取り付けられた変形例のひずみゲージの構成を示す。

【図10】図１０（ａ）～図１０（ｄ）はそれぞれ、中空軸に取り付けられた変形例のひずみゲージにより構成されるホイートストンブリッジの回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜実施形態＞
本発明の実施形態に係るペダル軸１００及びパワーメータＰＭについて、図１～図７を参照して説明する。

【0011】

[パワーメータＰＭ]
図１に示す通り、パワーメータＰＭは、ペダル軸１００とペダル軸１００に回転可能に取り付けられたペダルＰとを有するペダル型パワーメータである。

【0012】

[ペダル軸１００]
図２、図３に示す通り、ペダル軸１００は、中心軸Ｘを有する中空軸（中空スピンドル）１０と、中空軸１０の外周面１０_ＯＵＴに取り付けられた１６個のひずみゲージ（詳細後述）と、中空軸１０の内部空間に配置された回路基板２０とを主に有する。ペダル軸１００は更に、中空軸１０の内部空間に配置された電源部３０と、１６個のひずみゲージを回路基板２０に接続するフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）４０とを有する。

【0013】

以下の説明においては、中心軸Ｘの方向を中空軸１０及びペダル軸１００の軸方向と呼ぶ。また、中心軸Ｘを中心とする放射方向を中空軸１０及びペダル軸１００の径方向と呼び、中心軸Ｘを中心とする周方向を中空軸１０及びペダル軸１００の周方向と呼ぶ。

【0014】

軸方向においては、中空軸１０のクランク用ネジ部１１（後述）側を基端側と呼び、中空軸１０のペダル用ネジ部１６（後述）側を先端側と呼ぶ。周方向においては、軸方向の基端側から先端側を見た場合の時計回り方向を正方向と呼び、反時計周り方向を負方向と呼ぶ。

【0015】

[中空軸１０]
中空軸１０は、軸方向に延びる貫通孔ＴＨを有する略円筒形である。中空軸１０は一例としてステンレス等の金属により形成されている。

【0016】

中空軸１０は中心軸Ｘに沿って、基端側から順に、クランク用ネジ部１１、ボルトヘッド部１２、ゲージ取付部１３、中径部１４、小径部１５、及びペダル用ネジ部１６に区画されている。

【0017】

クランク用ネジ部１１は、中空軸１０の基端側の端部に位置する。クランク用ネジ部１１においては、中空軸１０の外周面１０_ＯＵＴに雄ネジＭＳ_１１が設けられている。雄ネジＭＳ_１１は、中空軸１０を自転車等のクランクに取り付ける際に用いられる。

【0018】

ボルトヘッド部１２は、クランク用ネジ部１１に隣接して、クランク用ネジ部１１の軸方向先端側に設けられている。ボルトヘッド部１２においては、中空軸１０の外周面１０_ＯＵＴに、六角ボルトヘッド１２１とフランジ１２２とが設けられている。フランジ１２２は、雄ネジＭＳ_１１と六角ボルトヘッド１２１との間に設けられている。なお、六角ボルトヘッドに代えて、二角や四角のボルトヘッドを設けてもよい。

【0019】

ゲージ取付部１３は、ボルトヘッド部１２に隣接して、ボルトヘッド部１２の軸方向先端側に設けられている。

【0020】

図２、図４（ａ）に示す通り、ゲージ取付部１３においては、中空軸１０の外周面１０_ＯＵＴに、中空軸１０の径方向に直交する面内に各々が延びる第１起歪面１３１、第２起歪面１３２、第３起歪面１３３、及び第４起歪面１３４が設けられている。図５（ａ）～図５（ｄ）に示す通り、第１起歪面１３１～第４起歪面１３４の各々は、軸方向を長辺方向とし周方向を短辺方向とする矩形の平坦面である。第１起歪面１３１～第４起歪面１３４の各々は、ひずみゲージが取り付けられるゲージ取付面である。

【0021】

図４（ａ）に示す通り、第１起歪面１３１と第３起歪面１３３とは互いに平行であり、第２起歪面１３２と第４起歪面１３４とは互いに平行である。第１起歪面１３１及び第３起歪面１３３は、第２起歪面１３２及び第４起歪面１３４に直交している。

【0022】

第１起歪面１３１の周方向正側の長辺と第２起歪面１３２の周方向負側の長辺とは断面円弧状の曲面ＣＳ１により接続されている。第２起歪面１３２の周方向正側の長辺と第３起歪面１３３の周方向負側の長辺とは断面円弧状の曲面ＣＳ２により接続されている。第３起歪面１３３の周方向正側の長辺と第４起歪面１３４の周方向負側の長辺とは断面円弧状の曲面ＣＳ３により接続されている。第４起歪面１３４の周方向正側の長辺と第１起歪面１３１の周方向負側の長辺とは断面円弧状の曲面ＣＳ４により接続されている。

【0023】

換言すれば、ゲージ取付部１３における中空軸１０の外周面は、円柱面（円筒面）に、周方向に等間隔に４つのＤカット面を設けた形状を有する。

【0024】

図３、図４（ｂ）に示す通り、ゲージ取付部１３の軸方向の略中央部には、中空軸１０の周方向全域にわたって延びる凹溝Ｇが設けられている。図６に示すように、凹溝Ｇの上縁Ｇｅ１（即ち側面Ｇｓと第１起歪面１３１～第４起歪面１３４の各々との接続部）及び下縁Ｇｅ２（即ち側面Ｇｓと底面Ｇｂとの接続部）にはそれぞれ、Ｒ面取り加工が施されている。したがって、凹溝Ｇの上縁Ｇｅ１及び下縁Ｇｅ２は、周方向に直交する面による断面形状が曲面状となっている。

【0025】

図２及び図４（ｃ）に示す通り、曲面ＣＳ１～曲面ＣＳ４の各々の、凹溝Ｇよりも先端側の領域には、中空軸１０の径方向に延びて外周面１０_ＯＵＴと内周面１０_ＩＮ及び内部空間ＩＳとを繋ぐ接続孔ＣＨが設けられている。本実施形態では、４つの接続孔ＣＨの各々は軸方向を長手方向とする長孔（スロット）である。４つの接続孔ＣＨの内の１つにはＦＰＣ４０が配置され、４つの接続孔ＣＨの内の他の３つにはＦＰＣ４０は配置されない（詳細後述）。

【0026】

中径部１４は、ゲージ取付部１３に隣接して、ゲージ取付部１３の軸方向先端側に設けられている。中径部１４における中空軸１０の外径は、ゲージ取付部１３における中空軸１０の外径（曲面ＣＳ１～曲面ＣＳ４の内の対向する２つを通る外径）よりも小さい。

【0027】

小径部１５は、中径部１４に隣接して、中径部１４の軸方向先端側に設けられている。小径部１５における中空軸１０の外径は、中径部１４における中空軸１０の外径よりも小さい。

【0028】

ペダル用ネジ部１６は、小径部１５に隣接して、小径部１５の軸方向先端側に設けられている。ペダル用ネジ部１６は、中空軸１０の先端側の端部に位置する。ペダル用ネジ部１６においては、中空軸１０の外周面に雄ネジＭＳ_１６が設けられている。雄ネジＭＳ_１６は、中空軸１０にペダルＰを取り付ける際に用いられる。

【0029】

図３に示す通り、中空軸１０の内部には、貫通孔ＴＨにより内部空間ＩＳが画定されている。

【0030】

貫通孔ＴＨは、基端側から中心軸Ｘに沿って、第１部分ＴＨ１、第２部分ＴＨ２、第３部分ＴＨ３、及び第４部分ＴＨ４に区画されている。第２部分ＴＨ２における貫通孔ＴＨの径（中空軸１０の内径）は第１部分ＴＨ１における貫通孔ＴＨの径よりも小さい。第３部分ＴＨ３における貫通孔ＴＨの径は第２部分ＴＨ２における貫通孔ＴＨの径よりも小さい。第４部分ＴＨ４における貫通孔ＴＨの径は第３部分ＴＨ３における貫通孔ＴＨの径よりも小さい。

【0031】

第１部分ＴＨ１は中空軸１０の基端とクランク用ネジ部１１の軸方向中央部近傍との間に位置する。第２部分ＴＨ２は、クランク用ネジ部１１の軸方向中央部近傍とボルトヘッド部１２の軸方向中央部近傍との間に位置する。第３部分ＴＨ３は、ボルトヘッド部１２の軸方向中央部近傍と小径部１５の基端側端部との間に位置する。第４部分ＴＨ４は、小径部１５の基端側端部と中空軸１０の先端との間に位置する。

【0032】

[ひずみゲージ]
ゲージ取付部１３の第１起歪面１３１～第４起歪面１３４には、ひずみゲージＳＧ_１１～ＳＧ_１４、ひずみゲージＳＧ_２１～ＳＧ_２４、ひずみゲージＳＧ_３１～ＳＧ_３４、及びひずみゲージＳＧ_４１～ＳＧ_４４が取り付けられている（図５（ａ）～図５（ｄ））。以下、ひずみゲージＳＧ_１１～ＳＧ_１４、ひずみゲージＳＧ_２１～ＳＧ_２４、ひずみゲージＳＧ_３１～ＳＧ_３４、及びひずみゲージＳＧ_４１～ＳＧ_４４を総称してひずみゲージＳＧ_Ｘと記載する場合がある。

【0033】

ひずみゲージＳＧ_Ｘの各々は、樹脂フィルムで形成された基材ＢＭと、基材ＢＭ上に設けられた金属製の抵抗体ＲＳとを有する。

【0034】

抵抗体ＲＳは、ひずみ受感部ＳＳと、ひずみ受感部ＳＳを回路基板２０に接続するための一対の接続タブ（接続端子）Ｔ１、Ｔ２とを有する。

【0035】

ひずみ受感部ＳＳにおいては、線状の抵抗体ＲＳがジグザグに折り返されている。以下の説明では、折返し点と折返し点との間に画定される線状部分の延在方向をグリッド方向（ひずみ受感方向）と呼び、当該線状部分が並ぶ方向をグリッド幅方向と呼ぶ。グリッド方向とグリッド幅方向とは互いに直交する。各ひずみゲージはグリッド方向に生じるひずみを検知するように構成されている。

【0036】

ひずみゲージＳＧ_Ｘの各々は、ひずみ受感部ＳＳのグリッド方向が軸方向に一致するように設けられている。

【0037】

ひずみゲージＳＧ_１１は第３起歪面１３３の基端側且つ周方向負側に設けられており、ひずみゲージＳＧ_１２は第３起歪面１３３の基端側且つ周方向正側に設けられている。ひずみゲージＳＧ_１３は第１起歪面１３１の基端側且つ周方向負側に設けられており、ひずみゲージＳＧ_１４は第１起歪面１３１の基端側且つ周方向正側に設けられている。ひずみゲージＳＧ_１１～ＳＧ_１４はそれぞれ、接続タブＴ１、Ｔ２が受感部ＳＳよりも先端側に位置するように設けられている。

【0038】

ひずみゲージＳＧ_２１は第２起歪面１３２の基端側且つ周方向負側に設けられており、ひずみゲージＳＧ_２２は第２起歪面１３２の基端側且つ周方向正側に設けられている。ひずみゲージＳＧ_２３は第４起歪面１３４の基端側且つ周方向負側に設けられており、ひずみゲージＳＧ_２４は第４起歪面１３４の基端側且つ周方向正側に設けられている。ひずみゲージＳＧ_２１～ＳＧ_２４はそれぞれ、接続タブＴ１、Ｔ２が受感部ＳＳよりも先端側に位置するように設けられている。

【0039】

ひずみゲージＳＧ_３１は第３起歪面１３３の先端側且つ周方向負側に設けられており、ひずみゲージＳＧ_３２は第３起歪面１３３の先端側且つ周方向正側に設けられている。ひずみゲージＳＧ_３３は第１起歪面１３１の先端側且つ周方向負側に設けられており、ひずみゲージＳＧ_３４は第１起歪面１３１の先端側且つ周方向正側に設けられている。ひずみゲージＳＧ_３１～ＳＧ_３４はそれぞれ、接続タブＴ１、Ｔ２が受感部ＳＳよりも基端側に位置するように設けられている。

【0040】

ひずみゲージＳＧ_４１は第２起歪面１３２の先端側且つ周方向負側に設けられており、ひずみゲージＳＧ_４２は第２起歪面１３２の先端側且つ周方向正側に設けられている。ひずみゲージＳＧ_４３は第４起歪面１３４の先端側且つ周方向負側に設けられており、ひずみゲージＳＧ_４４は第４起歪面１３４の先端側且つ周方向正側に設けられている。ひずみゲージＳＧ_４１～ＳＧ_４４はそれぞれ、接続タブＴ１、Ｔ２が受感部ＳＳよりも基端側に位置するように設けられている。

【0041】

第１起歪面１３１においては、ひずみゲージＳＧ_１３、ＳＧ_１４の接続タブＴ１、Ｔ２、及びひずみゲージＳＧ_３３、ＳＧ_３４の接続タブＴ１、Ｔ２は、いずれも径方向にみて凹溝Ｇの内部に配置されている。ひずみゲージＳＧ_１３、ＳＧ_１４、ＳＧ_３３、ＳＧ_３４の基材ＢＭは、接続タブＴ１、Ｔ２が形成された領域においては第１起歪面１３１に接着されておらず、径方向に見た凹溝Ｇの内部に、凹溝Ｇの底面Ｇｂから離間した状態で配置されている（図６）。また、基材ＢＭは、径方向にたわむことにより、接続タブＴ１、Ｔ２を、周方向に見た凹溝Ｇの内部に位置させている。中空軸１０のひずみをこのたわみにより吸収することで、接続タブＴ１、Ｔ２におけるひずみの発生が抑制される（詳細後述）。

【0042】

一方で、ひずみゲージＳＧ_１３、ＳＧ_１４、ＳＧ_３３、ＳＧ_３４の基材ＢＭは、受感部ＳＳが形成された領域においては第１起歪面１３１に接着されて第１起歪面１３１に固定されている。したがって、第１起歪面１３１にひずみが生じた場合には、受感部ＳＳにも該ひずみに応じたひずみが生じる。

【0043】

第２起歪面１３２～第４起歪面１３４においても同様である。各起歪面に取り付けられたひずみゲージの基材ＢＭは、接続タブＴ１、Ｔ２が形成された領域においては第２起歪面１３２～第４起歪面１３４に接着されておらず、径方向に見た凹溝Ｇの内部に、凹溝Ｇの底面から離間した状態で配置されている。また、基材ＢＭは、径方向にたわむことにより、接続タブＴ１、Ｔ２を、周方向に見た凹溝Ｇの内部に位置させている。一方で、各ひずみゲージの基材ＢＭは、受感部ＳＳが形成された領域においては各起歪面に接着されて各起歪面に固定されている。

【0044】

[回路基板２０、電源部３０、ＦＰＣ４０]
回路基板２０は、各ひずみゲージの出力を処理する処理回路２１、外部との通信を行う通信回路２２等が設けられたプリント回路基板アセンブリ（ＰＣＢＡ）である。本実施形態では、回路基板２０は、内部空間ＩＳの、第２部分ＴＨ２により画定される領域に配置されている。

【0045】

処理回路２１は、ひずみゲージＳＧ_１１～ＳＧ_１４、ひずみゲージＳＧ_２１～Ｓ_２４、ひずみゲージＳＧ_３１～ＳＧ_３４、及びひずみゲージＳＧ_４１～ＳＧ_４４の出力を増幅する増幅回路、及び／又はひずみゲージＳＧ_１１～ＳＧ_１４、ひずみゲージＳＧ_２１～Ｓ_２４、ひずみゲージＳＧ_３１～ＳＧ_３４、及びひずみゲージＳＧ_４１～ＳＧ_４４の出力を用いて各種の算出を行う算出回路等を含む。

【0046】

通信回路２２は、処理回路２１の処理結果を外部に送信する送信回路等を含む。

【0047】

電源部３０は、ひずみゲージＳＧ_Ｘ及び回路基板２０に電力を供給する部分であり、例えばバッテリである。電源部３０は任意の二次電池とし得る。本実施形態では、電源部３０は、内部空間ＩＳの、第２部分ＴＨ２により画定される領域に配置されている。

【0048】

ＦＰＣ４０は、ひずみゲージＳＧ_Ｘを接続して４つのホイートストンブリッジ回路を構成する。ＦＰＣ４０はまた、４つのホイートストンブリッジ回路を回路基板２０及び電源部３０に接続する。

【0049】

ＦＰＣ４０は、第１配線基板４１、第２配線基板４２、第３配線基板４３、及び第４配線基板４４が一体に接続された構成を有する。

【0050】

第１配線基板４１（図２、図６）は、中空軸１０の周方向に延びてひずみゲージＳＧ_１１～ＳＧ_１４、ひずみゲージＳＧ_２１～ＳＧ_２４、ひずみゲージＳＧ_３１～ＳＧ_３４、及びひずみゲージＳＧ_４１～ＳＧ_４４の接続タブＴ１、Ｔ２に接続されている。第１配線基板４１は、凹溝Ｇの径方向外側に設けられている。

【0051】

第１配線基板４１は、中空軸１０の周方向を長手方向とする帯状である。第１配線基板４１は幅方向（中空軸１０の軸方向）の中央部に、第１配線基板４１を厚さ方向に貫通して長手方向に延びる４つのスロットＳＬが設けられている。４つのスロットＳＬの各々は、第１起歪面１３１～第４起歪面１３４のいずれかにおいて、軸方向に並ぶ２つのひずみゲージの接続タブの間に配置されている。

【0052】

第２配線基板４２（図２）は、第１配線基板４１の周方向の一部から軸方向に延びる。第２配線基板４２は、曲面ＣＳ１に設けられている。

【0053】

第３配線基板４３（図２）は、第２配線基板４２の周方向の端部から径方向に延びる。第３配線基板４３は、曲面ＣＳ１から、曲面ＣＳ１に設けられた接続孔ＣＨを通って内部空間ＩＳへと延びる。

【0054】

第４配線基板４４（図３）は、第３配線基板４３の径方向内側の端部から軸方向に延びる。第４配線基板４４は、第３配線基板４３から中空軸１０の内周面１０_ＩＮに沿って延びて、回路基板２０、及び電源部３０に接続されている。

【0055】

ひずみゲージＳＧ_１１～ＳＧ_１４をＦＰＣ４０で接続することにより、第１ホイートストンブリッジＷＳＢ１（図７（ａ））が形成される。同様に、ひずみゲージＳＧ_２１～ＳＧ_２４をＦＰＣ４０で接続することにより第２ホイートストンブリッジＷＳＢ２（図７（ｂ））が、ひずみゲージＳＧ_３１～ＳＧ_３４をＦＰＣ４０で接続することにより第３ホイートストンブリッジＷＳＢ３（図７（ｃ））が、ひずみゲージＳＧ_４１～ＳＧ_４４をＦＰＣ４０で接続することにより第４ホイートストンブリッジＷＳＢ４（図７（ｄ））が、それぞれ形成される。

【0056】

ホイートストンブリッジＷＳＢ１～ＷＳＢ４の各々には、電源部３０により入力電圧Ｅｉが加えられる。ホイートストンブリッジＷＳＢ１～ＷＳＢ４の各々の出力電圧Ｅｏは回路基板２０に出力される。

【0057】

ペダルＰは、ペダル軸１００が挿入される貫通孔（不図示）を内部に有する厚手の板状である。ペダル軸１００へのペダルＰの取り付けは、中径部１４の基端側端部の近傍、及び小径部１５にボールベアリング（不図示）を配置したペダル軸１００をペダルＰの貫通孔に挿入し、ペダル用ネジ部１６にナット（不図示）を取り付けてペダルＰの軸方向の移動を規制することによりなされる。その他、ペダル軸１００へのペダルＰの取り付けは公知の任意の方法によりなし得る。

【0058】

次に、パワーメータＰＭの使用方法を説明する。

【0059】

パワーメータＰＭの使用時には、まずパワーメータＰＭを自転車等のクランクＣＲ（図１）に取り付ける。パワーメータＰＭのクランクＣＲへの取り付けは、ペダル軸１００のボルトヘッド部１２にスパナ等の工具を係合し、クランク用ネジ１１をクランクＣＲの雌ネジ（不図示）に螺合することによりなされる。

【0060】

パワーメータＰＭをクランクＣＲに取り付けた状態で自転車等の使用者がペダルＰを漕ぐと、使用者の脚からペダル軸１００に、ペダルＰの位置に応じた荷重が加えられる。ホイートストンブリッジＷＳＢ１～ＷＳＢ４は、当該荷重によりペダル軸１００に生じるひずみを検出して、回路基板２０に出力する。

【0061】

回路基板２０の処理回路２１は、ホイートストンブリッジＷＳＢ１～ＷＳＢ４を介して検出したひずみに基づいて、自転車等の使用者がペダルＰを踏み込む力（踏込み力）の大きさ、方向や位置等を算出する。算出された各値は、通信回路２２を介して外部装置、例えば自転車のハンドルに取り付けられた表示装置（不図示）に送信される。表示装置は、ペダルメータＰＭにより算出された各値を自転車等の使用者に表示する。

【0062】

本実施形態のペダル軸１００、及びパワーメータＰＭの有利な効果を以下にまとめる。

【0063】

本実施形態のペダル軸１００においては、ひずみゲージＳＧ_Ｘが中空軸１０の外周面１０_ＯＵＴに、回路基板２０が中空軸１０の内部空間ＩＳにそれぞれ配置されており、ひずみゲージＳＧ_Ｘと回路基板２０とを接続するＦＰＣ４０は、接続孔ＣＨを通って内部空間ＩＳの内部を延びる。

【0064】

中空軸１０において最も大きなひずみが生じる位置である外周面１０_ＯＵＴにひずみゲージＳＧ_Ｘを設けることで、ひずみゲージＳＧ_Ｘの検出精度を高めることが出来る。また、ひずみゲージＳＧ_Ｘの各々が出力する信号は微弱であり外部からのノイズの影響を受けやすいが、回路基板２０及びＦＰＣ４０を中空軸１０の内部空間ＩＳに配置することにより、外部からのノイズを中空軸１０により遮断して、ＦＰＣ４０による信号伝達及び回路基板２０による各種処理を良好に行うことができる。これらの点より、本実施形態のペダル軸１００は、回路基板２０によるひずみの検出等を高い精度で行うことができる。

【0065】

本実施形態のペダル軸１００は、回路基板２０及びＦＰＣ４０が金属製の中空軸１０の内部空間ＩＳに配置されているため、回路基板２０及びＦＰＣ４０を外部の水や塵等から良好に保護することが出来る。

【0066】

本実施形態のペダル軸１００は、内部空間ＩＳを有する金属製の中空軸１０を用いて構成されているため、十分な強度を有しつつ軽量である。

【0067】

本実施形態のペダル軸１００においては、中空軸１０の外周面１０_ＯＵＴに、径方向に直交する平坦面である第１起歪面１３１～第４起歪面１３４が、周方向に等間隔に設けられている。ひずみゲージＳＧ_Ｘは第１起歪面１３１～第４起歪面１３４に取り付けられている。このように、ひずみゲージＳＧ_Ｘを軸方向に平行な平坦面に設けることにより、ひずみゲージＳＧ_Ｘの各々は中空軸１０の軸方向に生じるひずみを高い精度で検出することができ、且つ回路基板２０における算出処理の負担も小さくなる。また、互いに同一形状である複数の起歪面を周方向において等間隔で（即ち回転対称で）設けることで、中空軸１０に生じるひずみが周方向において均等化され、回路基板２０における踏込み力の大きさ等の算出をより高い精度で行うことができる。

【0068】

本実施形態のペダル軸１００においては、中空軸１０のゲージ取付部１３に凹溝Ｇが設けられている。そして、ひずみゲージＳＧ_Ｘの各々の接続タブＴ１、Ｔ２は、径方向に見た凹部Ｇの内部に凹部Ｇの底面から離間して配置されており、中空軸１０に接着されていない。また、基材ＢＭは、径方向にたわむことにより、接続タブＴ１、Ｔ２を周方向に見た凹溝Ｇの内部に位置させている。したがって、中空軸１０にひずみが生じた場合でも接続タブＴ１、Ｔ２は径方向に移動するのみであり、接続タブＴ１、Ｔ２にひずみが生じることはない。したがって、接続タブＴ１、Ｔ２におけるひずみの発生、ひいては接続タブＴ１、Ｔ２のひずみにより生じ得る接続タブＴ１、Ｔ２とＦＰＣ４０との接続状態の悪化を防止できる。

【0069】

本実施形態のペダル軸１００においては、ＦＰＣ４０の第１配線基板４１にスロットＳＬが設けられている。したがって、スロットＳＬの軸方向一方側に配置されたひずみゲージの接続タブＴ１、Ｔ２に発生したひずみの影響がスロットＳＬの軸方向他方側に配置されたひずみゲージの接続タブＴ１、Ｔ２に及ぶことを抑制することができる。即ち、スロットＳＬの軸方向一方側と他方側とで中空軸１０やひずみゲージのひずみ量（変位量）に差があっても、その影響はスロットＳＬにより吸収されるため、スロットＳＬの軸方向一方側において生じたひずみに起因するスロットＳＬの軸方向他方側のひずみゲージの接続タブＴ１、Ｔ２等におけるひずみの発生が抑制される。

【0070】

本実施形態のペダル軸１００においては、中空軸１０のゲージ取付部１３に、互いに同一形状の４つの接続孔ＣＨが周方向に等間隔に設けられている。このように、ＦＰＣ４０を通すための接続孔ＣＨは１つで足りるにもかかわらず、互いに同一形状の複数の接続孔ＣＨを周方向において回転対称に設けることで、中空軸１０に生じるひずみが周方向において均等化され、回路基板２０における踏込み力の大きさ等の算出をより高い精度で行うことができる。

【0071】

本実施形態のペダル軸１００においては、中空軸１０のゲージ取付部１３に取り付けられたひずみゲージＳＧ_Ｘの各々のグリッド方向が、中空軸１０の軸方向に一致している。したがってホイートストンブリッジＷＳＢ１～ＷＳＢ４の各々をフルブリッジ回路とすることができ、高精度な検知を行うことが出来る。

【0072】

本実施形態のペダル軸１００は、処理回路２０及び電源部３０が中空軸１０の内部空間ＩＳに配置されている。したがってペダル軸１００を有するパワーメータＰＭは機能的に完結しており、パワーメータＰＭを自転車等のクランクＣＲに取り付けた際に、パワーメータＰＭとクランクＣＲとを跨ぐ配線等を設ける必要がない。したがって、本実施形態のペダル軸１００を含むパワーメータＰＭは取り扱いが容易であり、クランクＣＲへの着脱を少ない手間で行うことが出来る。

【0073】

＜変形例＞
上記実施形態のペダル軸１００において、次の変形態様を用いることもできる。

【0074】

上記実施形態のペダル軸１００においては、中空軸１０に取り付けた１６個のひずみゲージＳＧ_Ｘの全てについて、受感部ＳＳのグリッド方向を中空軸１０の軸方向に一致させている。しかしながらこれには限られず、一部の受感部のグリッド方向を中空軸１０の軸方向に一致させ、他の一部の受感部のグリッド方向を中空軸１０の周方向に一致させてもよい。

【0075】

具体的には例えば、図８に示すひずみゲージＳＳＧを用いる。ひずみゲージＳＳＧは、樹脂フィルムで形成された基材ＢＢＭと、基材ＢＢＭ上に設けられた金属製の抵抗体ＲＲＳとを有する。抵抗体ＲＲＳは、ひずみ受感部ＳＳ_Ａ、ＳＳ_Ｂ１、ＳＳ_Ｂ２と、ひずみ受感部ＳＳ_Ａ、ＳＳ_Ｂ１、ＳＳ_Ｂ２を回路基板２０に接続するための接続タブＴＴ１、ＴＴ２、ＴＴ３とを有する。

【0076】

ひずみ受感部ＳＳ_Ａ、ＳＳ_Ｂ１、ＳＳ_Ｂ２においては、線状の抵抗体ＲＲＳがジグザグに折り返されている。ひずみ受感部ＳＳ_Ａのグリッド方向と、ひずみ受感部ＳＳ_Ｂ１、ＳＳ_Ｂ２のグリッド方向とは互いに直交している。ひずみ受感部ＳＳ_Ｂ１、ＳＳ_Ｂ２は、ひずみ受感部ＳＳ_Ａのグリッド方向と直交する方向（グリッド幅方向）において、ひずみ受感部ＳＳ_Ａを挟んで配置されている。

【0077】

図９（ａ）～図９（ｄ）に示す通り、８個のひずみゲージＳＳＧを、第１起歪面１３１～第４起歪面１３４の各々に２つずつ取り付ける。８個のひずみゲージＳＳＧの各々は、ひずみ受感部ＳＳ_Ａのグリッド方向が中空軸１０の軸方向に一致し、ひずみ受感部ＳＳ_Ｂ１、ＳＳ_Ｂ２のグリッド方向が中空軸１０の周方向に一致するように取り付ける。

【0078】

第１起歪面１３１～第４起歪面１３４の基端側に取り付けられたひずみゲージＳＳＧは、接続タブＴＴ１～ＴＴ３がひずみ受感部ＳＳ_Ａ、ＳＳ_Ｂ１、ＳＳ_Ｂ２よりも先端側に位置するように取り付けられている。第１起歪面１３１～第４起歪面１３４の先端側に取り付けられたひずみゲージＳＳＧは、接続タブＴＴ１～ＴＴ３がひずみ受感部ＳＳ_Ａ、ＳＳ_Ｂ１、ＳＳ_Ｂ２よりも基端側に位置するように取り付けられている。８個のひずみゲージＳＳＧの各々の接続タブＴＴ１～ＴＴ３は、径方向にみて凹溝Ｇの内部に配置されている。

【0079】

第３起歪面１３３の基端側に取り付けられたひずみゲージＳＳＧのひずみ受感部ＳＳ_Ａ、ＳＳ_Ｂ１、ＳＳ_Ｂ２をそれぞれひずみ受感部ＳＳ_１１、ＳＳ_１３１、ＳＳ_１３２とし、第１起歪面１３１の基端側に取り付けられたひずみゲージＳＳＧのひずみ受感部ＳＳ_Ａ、ＳＳ_Ｂ１、ＳＳ_Ｂ２をそれぞれひずみ受感部ＳＳ_１４、ＳＳ_１２１、ＳＳ_１２２とする。この時、これらのひずみ受感部をＦＰＣ４０により接続して図１０（ａ）に示すホイートストンブリッジＷＳＢ５を構成し得る。

【0080】

第２起歪面１３２の基端側に取り付けられたひずみゲージＳＳＧのひずみ受感部ＳＳ_Ａ、ＳＳ_Ｂ１、ＳＳ_Ｂ２をそれぞれひずみ受感部ＳＳ_２１、ＳＳ_２３１、ＳＳ_２３２とし、第４起歪面１３４の基端側に取り付けられたひずみゲージＳＳＧのひずみ受感部ＳＳ_Ａ、ＳＳ_Ｂ１、ＳＳ_Ｂ２をそれぞれひずみ受感部ＳＳ_２４、ＳＳ_２２１、ＳＳ_２２２とする。この時、これらのひずみ受感部をＦＰＣ４０により接続して図１０（ｂ）に示すホイートストンブリッジＷＳＢ６を構成し得る。

【0081】

第３起歪面１３３の先端側に取り付けられたひずみゲージＳＳＧのひずみ受感部ＳＳ_Ａ、ＳＳ_Ｂ１、ＳＳ_Ｂ２をそれぞれひずみ受感部ＳＳ_３１、ＳＳ_３３１、ＳＳ_３３２とし、第１起歪面１３１の先端側に取り付けられたひずみゲージＳＳＧのひずみ受感部ＳＳ_Ａ、ＳＳ_Ｂ１、ＳＳ_Ｂ２をそれぞれひずみ受感部ＳＳ_３４、ＳＳ_３２１、ＳＳ_３２２とする。この時、これらのひずみ受感部をＦＰＣ４０により接続して図１０（ｃ）に示すホイートストンブリッジＷＳＢ７を構成し得る。

【0082】

第２起歪面１３２の先端側に取り付けられたひずみゲージＳＳＧのひずみ受感部ＳＳ_Ａ、ＳＳ_Ｂ１、ＳＳ_Ｂ２をそれぞれひずみ受感部ＳＳ_４１、ＳＳ_４３１、ＳＳ_４３２とし、第４起歪面１３４の先端側に取り付けられたひずみゲージＳＳＧのひずみ受感部ＳＳ_Ａ、ＳＳ_Ｂ１、ＳＳ_Ｂ２をそれぞれひずみ受感部ＳＳ_４４、ＳＳ_４２１、ＳＳ_４２２とする。この時、これらのひずみ受感部をＦＰＣ４０により接続して図１０（ｄ）に示すホイートストンブリッジＷＳＢ８を構成し得る。

【0083】

このように、ハーフブリッジが形成されたひずみゲージＳＳＧを用いることで、内部配線長による温度特性の低下を減らすことができる。より詳細には、ホイートストンブリッジＷＳＢ５～ＷＳＢ８を構成する配線の全部又は大部分をＦＰＣ４０ではなくひずみゲージＳＳＧに形成できるため、ひずみゲージの配線パターン（例えば銅パターン）とＦＰＣ４０の配線パターンとの間の抵抗差による温度特性変化が抑制される。したがって、温度変化に起因する検知誤差を抑制することが出来る。

【0084】

また、本変形例では、単一の基材ＢＢＭの上に複数のひずみ受感部が形成されたひずみゲージＳＳＧを用いている。したがって、ひずみゲージをより小さい領域に配置して、第１起歪面１３１～第４起歪面１３４、ひいてはペダル軸１００を小型化することが出来る。また、ひずみゲージＳＳＧ上でひずみ受感部同士の接続を行うため、１つのホイートストンブリッジの形成に必要な接続タブの数を６つに減らすことが出来る。ホイートストンブリッジの形成に必要な接続タブの数が減るため、接続タブのサイズを大きくして、ＦＰＣ４０との電気的接続に関する作業性を向上させることが出来る。

【0085】

ひずみゲージＳＳＧを、２つの分離したひずみゲージ、即ち、ひずみ受感部ＳＳ_Ａを有するひずみゲージ、及びひずみ受感部ＳＳ_Ｂ１、ＳＳ_Ｂ２を有するひずみゲージを一体に組み合わせた構造と捉えることもできる。また、ひずみゲージＳＳＧに変えて、２つの分離したひずみゲージ、即ち、ひずみ受感部Ｓ_ＳＡを有するひずみゲージ、及びひずみ受感部ＳＳ_Ｂ１、ＳＳ_Ｂ２を有するひずみゲージを用いてもよい。

【0086】

上記実施形態のペダル軸１００においては、中空軸１０のゲージ取付部１３に第１起歪面１３１～第４起歪面１３４が設けられているが、これには限られない。ゲージ取付部１３に設けられる径方向に直交する平坦な起歪面の数は任意である。複数の起歪面を有する場合は、互いに同一形状として周方向に等間隔で配置することで、中空軸１０に生じるひずみを周方向で均一化し得る。径方向に直交する平坦な起歪面を設けず、中空軸１０の外周面１０_ＯＵＴ(例えば円柱面である)にひずみゲージを取り付けてもよい。この場合、外周面１０_ＯＵＴが実質的な起歪面となる。

【0087】

上記実施形態のペダル軸１００においては、中空軸１０は貫通孔ＴＨを有し、中空軸１０の内部に貫通孔ＴＨにより内部空間ＩＳが画定されているが、これには限られない。中空軸１０は、貫通孔ＴＨに代えて、基端側の端部及び／又は先端側の端部において貫通孔ＴＨが閉塞された構成の中心孔（軸方向に延びる凹孔）を有してもよい。この場合、内部空間ＩＳは、当該中心孔により画定される。

【0088】

本発明においては、「中空軸」とは、軸状であり、且つ内部に空間を有する任意の部材を意味する。また本発明において「中空軸の内部空間」とは、中空軸の内部に画定された任意の空間を意味する。当該空間は、中空軸の外側と連通していてもよく、中空軸の内部に画定された密封空間であってもよい。

【0089】

上記実施形態のペダル軸１００においては、中空軸１０は略円筒形状であるがこれには限られない。中空軸１０の軸方向に直交する面による断面の形状は任意である。

【0090】

上記実施形態のペダル軸１００においては、中空軸１０に１６個のひずみゲージＳＧ_Ｘを取り付けているがこれには限られない。中空軸１０に取り付けるひずみゲージに数は任意である。

【0091】

上記実施形態のペダル軸１００においては、中空軸１０に、各々が軸方向を長手方向とする長孔である４つの接続孔ＣＨを、周方向に等間隔に配置しているが、これには限られない。接続孔ＣＨの形状、数、配置は任意である。

【0092】

具体的には例えば、ＦＰＣ４０を外周面１０_ＯＵＴから内部空間ＩＳに延ばすために必要な単一の接続孔ＣＨのみを設けてもよい。また、接続孔ＣＨの各々の径方向に直交する面による断面の形状は、円形、四角形等であってもよい。

【0093】

接続孔ＣＨを周方向に等間隔に複数設ける場合、複数の接続孔ＣＨの径方向に直交する面による断面の形状は必ずしも同一でなくてもよい。この場合も、接続孔ＣＨを周方向に等間隔に設けることで、中空軸１０に生じるひずみを周方向で均一化し得る。

【0094】

上記実施形態のペダル軸１００においては、１６個のひずみゲージＳＧ_Ｘ等と回路基板２０との接続をＦＰＣ４０により行っているが、これには限られない。１６個のひずみゲージＳＧ_Ｘ等と回路基板２０との接続は、リード線等の任意の配線構造により行い得る。また、ＦＰＣ４０の第１配線基板４１のスロットＳＬは、中空軸１０の軸方向に直交する任意の方向に延びてもよい。

【0095】

上記実施形態のペダル軸１００において、中空軸１０のゲージ取付部１３の凹溝Ｇ内に（即ち基材ＢＭと底面Ｇｂの間に）、接着力の小さい接着剤を配置してもよい。接着力の小さい接着剤とは、受感部ＳＳを有する領域において用いる接着剤よりも接着力が弱く、中空軸１０にひずみが生じた場合に該ひずみに応じたひずみが接続タブＴ１、Ｔ２に生じない程度の接着力を有する接着剤を意味する。接着力の小さい接着剤により基材ＢＭが中空軸１０に接着された態様も、ひずみゲージが中空軸１０に固定されていない態様に含まれる。また、凹溝Ｇを設けることなく、基材ＢＭの接続タブＴ１、Ｔ２を中空軸１０に接着しない態様、或いは接着力の小さい接着剤で接着する態様としてもよい。

【0096】

このような構造によっても、中空軸１０のひずみに応じた接続タブＴ１、Ｔ２のひずみ発生を抑制することができ、ひいては接続タブＴ１、Ｔ２とＦＰＣ４０との接続の損傷を抑制することが出来る。

【0097】

本発明の特徴を維持する限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

【符号の説明】

【0098】

１０ 中空軸； １１ クランク用ネジ部； １２ ボルトヘッド部； １３ ゲージ取付部； １４ 中径部； １５ 小径部； １６ ペダル用ネジ部； ２０ 回路基板； ３０ 電源部； ４０ ＦＰＣ； １００ ペダル軸； ＰＭ ペダルメータ； ＳＧ_Ｘ、ＳＳＧ ひずみゲージ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】