JPH0142694B2 - - Google Patents

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JPH0142694B2
JPH0142694B2 JP58123172A JP12317283A JPH0142694B2 JP H0142694 B2 JPH0142694 B2 JP H0142694B2 JP 58123172 A JP58123172 A JP 58123172A JP 12317283 A JP12317283 A JP 12317283A JP H0142694 B2 JPH0142694 B2 JP H0142694B2
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exercise
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Shinroku Nakao
Masao Ito
Akira Ito
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Combi Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は連続屈伸運動により回転体を回転さ
せ、使用者に負荷を与える装置、例えば自転車エ
ルゴメータ等を用いて使用者の連続運動の際の最
適負荷値及びその時の定常脈拍数を得るための方
法に関する。 現在市場に、コンピユータを備え、コンピユー
タの指令に基づき個人的な身体条件（年令・体
重・性別・脈拍数）を入力し、これらの値を演算
処理することにより最適負荷値を算出する方法が
提供されている。 しかしこの方法は最適負荷値を身体条件の静的
要素（年令・性別・体重・安静脈拍数）をデータ
として計算したものであり、使用者が運動する際
の目安となるものではあるが使用者の連続運動状
況下に於ける変化を考慮したものではなかつたの
で、全ての使用者に対する指標とはなり得ず、使
用者によつては算出された最適負荷値下の定常脈
拍数に達する前にその使用者の運動最大脈拍数に
達してしまい、そのまま連続運動を続けることが
不可能となるという欠点があつた。 また各個人の正確な最適負荷値下に於ける定常
脈拍数を求めるには、使用者に対して回転運動装
置の負荷を順次段階的に増加させると共にそれら
の負荷値下に於ける定常脈拍数を使用者が限界と
思うところ（運動最大脈拍数）まで測定し負荷―
定常脈拍数直線を得て、その最高脈拍数から一般
的に運動最適脈拍数と言われている70％の脈拍数
に対する負荷値を運動最適値として算出しなけれ
ばならない。 この方法は正確ではあるが、被測定者が運動最
大脈拍数まで運動しなければならないので危険で
ある。また測定に時間がかかつてしまうという欠
点がある。 本発明は上記欠点に鑑みなされたものであり、
統計により求めた年令別データを基に負荷−脈拍
数直線の一般式を求め、その直線を基に回転負荷
装置の段階的に増加する負荷値を決定すると共に
その時の定常脈拍数を測定し負荷−脈拍数近似直
線を得、よつて使用者が運動最大脈拍数に達する
迄運動することなく安全にかつ短時間に最適負荷
値及びその時の定常脈拍数を得るための方法を提
供することを目的とする。 上記目的は、使用者の安定状態の脈拍数を第１
データとして測定し、第１負荷下に於ける定常脈
拍数を第２データとして測定し、統計により求め
た性別最小２乗法平均により回帰した負荷−脈拍
数直線上の第１負荷下に於ける定常脈拍数である
第１基準値と比較し第２負荷値を決定し、第２負
荷下に於ける定常脈拍数を第３データとして測定
し統計により求めた性別最小２乗法平均により回
帰した負荷−脈拍数直線上の第２負荷下に於ける
定常脈拍数である第２の基準値と比較し第３負荷
値を決定し、第３負荷値下に於ける定常脈拍数を
第４データとして測定すると共にその測定値上限
を年令・性別で計算される運動安全脈拍数で限定
し、第４のデータが得られた場合には第２〜第４
のデータを基に、第４のデータが得られる前に運
動安全脈拍数に達した場合には第１〜第３のデー
タを基に負荷−脈拍数近似直線を得ると共にその
直線上限を年令・性別で計算される最高脈拍数で
限定し、その最高脈拍数の70％の点の負荷値を求
めることにより達成することができる。 本発明の説明に於て次の用語は、以下の様に使
用されているものとする。 ・定常脈拍数：一定負荷下に於ける安定した脈拍
数であり、一定負荷印加後通常２分経過後１分
間の平均脈拍数で表わす。 ・最高脈拍数：各個人に於ける最高脈拍数であ
り、正確には最大酸素摂取量に対する脈拍数で
あるが、簡易的には男性；220−0.7×年令女
性；220−0.7×年令で求めることができる。 ・運動最適脈拍数：一般的に最高脈拍数の70％の
値を言い、負荷−脈拍数直線の運動最高脈拍数
に於ける負荷値を最適負荷値と言う。 ・運動安全脈拍数：通常最高脈拍数から一定値45
を減算した値を言い、一般に連続運動を行なつ
ても安全な値と言われる。 ・運動最大脈拍数：各個人に於ける連続運動を行
なう場合の最大脈拍数であり、この脈拍数に於
て一時的な運動は可能であるが、一定時間以上
連続運動を持続することは不可能である。一般
的には最高脈拍数から一定値２５を減算した値
を言う。 以下添付図面を用いて本発明を詳細に説明す
る。 本発明者らは、人間の負荷−脈拍数直線の一般
性を求めるために、従業員を対象に体力テストを
行なつた。測定方法は、連続屈伸運動により回転
体を回転させ、使用者に負荷を与える手段として
知られているモナーク社のエルゴメータを用い
て、その負荷値を段階的に上昇させ、その上限脈
拍数として運動最大脈拍数と運動安全脈拍数間の
１点以上を含む点を測定した。これら各測定者の
負荷−脈拍数直線を作成すると共に、測定者を性
別・年令（10才ステツプ）で区分して、性別・年
代別の 最小２乗法平均負荷−脈拍数直線を作成
（回帰）した。これを第１図（男性）及び第３図
（女性）に示した。これらの図から理解できるよ
うに、各年代の最小２乗法平均により回帰した負
荷−脈拍数直線に大きな差はなく互いに近似した
特性である（但し女性の50代は他の年代の特性と
比較すると負荷の増加に対して脈拍数の増加がや
や大きい）。従つて体力を測定する場合年令はあ
まり考慮する必要がないことが理解できる。 次に各年代に於ける体力差を考慮するために第
１図及び第３図を基に運動安全脈拍数以下の脈拍
数及びその時の負荷値（男性；109拍―50W、女
性107拍―25W）を基準にそれぞれ負荷の時脈拍
数が基準値未満の者を高体力者Ｈ、基準値以上の
者を低体力者Ｌとして分類し、それぞれの体力者
別の性別年代別最小２乗法平均により回帰した負
荷−脈拍数直線を作成した。これを第２図（男
性）及び第４図（女性）として示した。これらの
図から理解できる様に、各年代の高体力者と低体
力者の特性は互いに平行すると共に、各体力者の
年代別の特性はほぼ等しい。（男性の50代及び60
才のＬクラス及び女性の50代のＨ及びＬクラスは
やや異なり、直線の傾度が大きい。） 従つて第１〜第４図を総合的に考察すれば人間
の体力を測定する場合、個人の体力差は年令より
も優先すべきパラメータであることが理解でき
る。体力差を測定する場合、まず適切な初期負荷
値を設定し、その初期負荷値に於ける定常脈拍数
を測定する。そしてその値を第１〜第４図にて求
めた負荷−脈拍数直線上の初期負荷値に於ける脈
拍数と比較することにより、被測定者の体力が高
体力者か低体力者か又は平均体力者かを判断する
ことができる。また平均体力者は高体力者又は低
体力者間に位置するのでいずれかの特性で近似す
ることができる。一般的に負荷−脈拍数直線は少
なくとも２点、好ましくは３点以上の負荷値を得
ることにより回帰することができ、かつその上限
（最高脈拍数）は年令・性別を基に簡単に求める
ことができる。この場合安静脈拍数を除いて３点
以上測定することが好ましい。従つて本発明者ら
はこれらの図で得られた特性直線を基に、印加負
荷値の最大を運動最適脈拍数で限定しかつその範
囲内で第５図及び第６図に示す体力測定プログラ
ムを作成した。第５図ａについて説明すれば、第
１負荷を25Wに選択しており、その時の判断基準
脈拍数９０は第１図の25W負荷時の定常脈拍数範
囲HR25＝90〜95から選択した。第１負荷に於け
る判断は第２図に於て被測定者をＨクラス又はＬ
クラスに分類したことになる。次に第２負荷とし
て50W及び65Wを選択した。これらの点の第２図
に於ける定常脈拍数はそれぞれ118〜127（Ｌクラ
ス）及び108〜112（Ｈクラス）である。これらの
値からそれぞれ120，110を第２基準値とした。こ
れは各年代の最高脈拍数20代（29才）190、30才
（39才）182、40代（49才）175、運動最適脈拍数
（70％）及び運動安全脈拍数（−45）を考慮して
も負荷値３点及び基準脈拍数はいずれもこの範囲
内に収まつている。第５図ｂについて説明すれ
ば、第２図に於て50代及び60代の低体力者の特性
直線の傾斜が急であることを考慮し、第１負荷値
及び基準値は同じであるが第２負荷値を減少させ
35W及び50Wを選択した。50Wに於ける基準測定
常脈拍数は第５図ａと同様に110とし、体力低位
者側の段階印加負荷値を10Wステツプとし、その
基準測定常脈拍数を運動最適脈拍数としている。 第６図ａについて説明すれば、女性の特性直線
傾斜が男性のそれらよりも急であり、安静脈拍数
が高いので、初期負荷値を25Wとし、その時の基
準測定常脈拍数を95に設測定し、かつ第２負荷値
をそれぞれ35W、45Wとした。高体力者の第２負
荷値に於ける基準値を55W及び65Wとした。低体
力者側の負荷値は第１負荷値から各10Wステツプ
の35W、45Wを第２及び第３負荷値として設定し
た。そして低体力者はその脈拍数の上限を運動最
適脈拍数で制限した。第６図ｂに於ては第４図よ
り理解できる様に特性直線の傾斜が急であるの
で、直線を基に第６図ａの低体力者と同じ10Wの
段階負荷としその脈拍数の上限を運動最適脈拍数
で制限した。 次に第５図及び第６図で求めた体力測定プログ
ラムを基に最初に述べた各個人の負荷−脈拍数直
線をシユミレートした。その結果を表1a男性、
表1b女性として示した。
【表】
【表】
【表】 第１表ａから理解できる様に、男性に於てプロ
グラムに従つて各個人の負荷−脈拍数直線を回帰
できなかつたのは１名のみであり、従つて男性一
般に対してこのプログラムでほぼ全員の体力測定
が可能であり、運動最適負荷値及びその時の定常
脈拍数を求めることができる。 表1bに於ては、プログラムに従つて各個人の
負荷−脈拍数を回帰できなかつたのは20〜49才に
於ては12人（８％）、50才以上に於ては５人（28
％）であつた。これらの人を各個人の負荷−脈拍
数直線で見ると、20〜49才の12人中７人は25W負
荷で、残りの５人も35W負荷で運動最適脈拍数に
達しており、一般式でも、又負荷値の変更でも近
似できない。50才以上の人で回帰不可能な人の５
人中３人が25W負荷で、残りの２人も35W負荷で
運動最適脈拍数に達しているので上記と同様のこ
とが言える。 前述した第１図から第６図までを考案すれば、
第５図及び第６図に示した体力測定プログラムに
より、殆ど全ての人に対して、その人に対する負
荷値を運動最大脈拍数（20〜49才迄に限測定すれ
ば運動最適脈拍数）まで増加させることなく、運
動最適負荷値及びその時の定常脈拍数を得ること
ができる。また一旦個人の負荷−脈拍数近似直線
が求まれば一般的な体力評価値として使用される
脈拍数150又は130に於ける負荷値；PWC130、
PWC150を直線から容易に求めることができる。 以下、本発明を実施するための装置を用いて本
発明のプログラムを順を追つて説明する。 第７図は本発明の体力測定を実施するための、
連続屈伸運動により回転体を回転させ使用者に負
荷を与える装置、言わゆる自転車エルゴメータ１
０であり１は車台フレーム、２はフレームに回転
可能に軸支された負荷手段２であり、例えばうず
電流ブレーキを用いている。３は負荷手段２を回
転させるためのペダルであり、実際はチエーン又
はベルトと変速ギヤ手段を介して負荷手段のロー
ターに駆動力を伝達するように構成されているが
図の簡略化のためにこれらは省略してある。４は
フレームから伸長する支持部材上に、上下移動可
能に取付けられているサドルであり、サドル前方
には同様にフレーム１から伸長した支持部材に設
けられたハンドル５が設けられている。ハンドル
５の中央部には後述する身体条件を入力すると共
に所望のデータ等を出力・表示するための入出力
ボツクス６が設けられており、ボツクス側面には
使用者の脈拍を検出するための脈拍センサー７を
備えている。またフレーム１内部には負荷手段を
駆動するための電源８及び入出力ボツクス及び負
荷装置を制御するための制御装置９を備えてい
る。更に、負荷手段２はローターの回転数を検出
するための回転センサーを備えている。 第８図は本発明に係る演算制御装置及び関連す
る周辺装置を示したものであり、２１は入出力装
置（Ｉ／Ｏ）、２２は中央処理装置（以下CPUと
する）、２３はランダム・アクセス・メモリー
（RAM）、２４はリード・オンリー・メモリー
（ROM）であり、マイクロ・コンピユータ２０
を構成している。マイクロ・コンピユータ２０は
ROM２４に記憶された処理手段に従つて、入出
力ボツクス６から供給される身体条件（年令・性
別）、脈拍センサー７及び回転センサー２５から
の信号をＩ／Ｏ２１を介して入力すると共に演算
処理しRAMに記憶すると共に、ROM２４にあ
らかじめ記憶されている体力測定プログラムを呼
び出しRAMに転送し、このプログラムに従つて
Ｉ／Ｏ２１及び電流制御回路２６を介して負荷手
段２の負荷量を制御している。そして最終的に得
られたRAM内のデータを基にCPU２２は負荷−
脈拍数近似直線を演算回帰すると共にＩ／０２１
を介して入出力ボツクス６の表示素子を用いて最
適負荷値等を表示する。 第９図は入出力ボツクス６のフロントパネルで
あり、３つの部分より構成されている。パネル中
段右側は身体条件（年令・性別）入力用のキーが
配置されており左側には体力測定かトレーニング
かの選択キーである。使用者は体力テスト・キー
を押圧した後下段の操作手順に従つて年令・性別
を入力し、スタート・キーを押して体力測定を開
始する。 以下、第１０ａ図及び第１０ｂ図に基づいて体
力測定のプログラムについて説明する。 使用者が第７図に示した自転車エルゴメータ１
０のサドル４に乗り、第９図に示した入出力ボツ
クスのフロントパネル下段の操作手順に従い、脈
拍センサー７を耳に取り付け（リセツトキーを押
圧し）体力テキストキーを押し年令及び性別を入
力する。そしてスタートキーを押圧する。体力テ
スト・キーが押圧され年令・性別が入力される
と、ROMからRAMに第５図又は第６図に示し
たプログラムの中から所望のプログラムが転送さ
れると共にROMからCPUに年令・性別から最高
脈拍数、運動最適脈拍数を得るための一般式が呼
び出され、CPUに於て演算されRAMに記憶され
る。スタート・キーが押圧されると、タイマー回
路２７が作動開始しCPUで脈拍センサー７から
のパルスを計数すると共に、その値を安静脈拍数
としてRAMに記憶する（脈拍数は適切な値が得
られるようにｍ秒間ｎ回サンプリングし、例えば
20秒間３回サンプリングしその値を毎分当り換算
し平均化する）タイマー回路２７から１分経過の
信号がCPUに入力されるとCPUはRAM内に転送
記憶された処理手順に従つて第１負荷値に相当す
るデジタル信号をＩ／Ｏを介して電流制御回路２
６に出力する。電流制御回路２６はＤ―Ａコンバ
ータを備えており、Ｉ／Ｏからの信号に応答して
電源８から負荷手段２に供給する電流値を制御し
ている。負荷手段２は回転センサー２５を備えて
おり、使用者が負荷手段を好ましい回転数の範囲
内で回転させているか否かを表示するためにＩ／
Ｏを介してCPUに供給されている。第１負荷値
に於てタイマー回路が３分経過の信号をCPUに
送ると４分迄の範囲でCPUは脈拍センサー７か
らの信号をｍ秒間ｎ回計数すると共に分当りの脈
拍に換算し平均化して第２データとしてRAMに
記憶する。またCPUに於てRAMから呼び出した
第１基準値とこの平均化した第２データとを比較
し第２負荷値を決定し、その負荷値に対応するデ
ジタル信号をＩ／Ｏを介して回路２６に供給す
る。 以下第１負荷値の時と同様に負荷手段を制御す
ると共に、タイマー回路からCPUに６分経過の
信号が供給されると７分迄の範囲で脈拍センサー
７からの信号をｍ秒間ｎ回計数しすると共に分当
りの脈拍数に換算し、平均化し第３のデータとし
てRAMに記憶する。またCPUに於て、RAMか
ら呼び出した第２基準値とこの平均化した第３デ
ータとを比較し、第３負荷値を選択する。第３負
荷値下に於てCPUは脈拍センサーからの入力信
号を計数して逐次毎分当りの脈拍数として算出す
ると同時にRAM内に記憶されている年令・性別
から算出された運動最適脈拍数と比較しており、
９分経過までの脈拍数が運動最適脈拍数の場合の
み９分経過から10分迄の脈拍センサーからの信号
をｍ秒間ｎ回計数すると共に毎分当りの脈拍数に
換算し平均化第４データとしてRAMに記憶す
る。そしてタイマー回路が10分経過の信号を出力
するとRAMから第２〜第４のデータがCPUに呼
び出されると共にROMから負荷−脈拍数近似式
〔Ｈ＝bx＋ａ〕が呼び出され、CPU内にて演算処
理され、その結果得られた式にRAM内の年令・
性別により求められた最高脈拍数に対応する負荷
値が求められ、そしてそれらの値に定数として
0.7を乗じた値が運動最適脈拍数及びその時の負
荷値としてRAMに記憶されると共にＩ／Ｏを介
して入出力ボツクスの表示装置により一般トレー
ニング値Ｗとして表示される。 タイマー回路が９分経過の信号をCPUに出力
する前に使用者の脈拍数がRAMに記憶されてい
る運動最適脈拍数に達した場合には、CPUは
Ｉ／Ｏを介して入出力ボツクス内に設けられた発
信回路を駆動して上記状態をブザー等で報知する
と共に体力測定プログラムを中止すると共に、
RAM内に記憶されている第１〜第３のデータを
CPU内に呼び出すと共にROM内に記憶されてい
る負荷−脈拍数近似式を呼び出し、前記と同様に
負荷−脈拍数直線を近似し、運動最適負荷及びそ
の時の脈拍数を算出しＩ／Ｏを介して入出力ボツ
クスの表示装置により表示する。 以上述べた第１データから第４データ迄の脈拍
数の計測は定常脈拍数に達したと思われる時間経
過後ｍ秒間ｎ回カウント、例えば20秒間３回カウ
ントしてその値を毎分当りに換算し平均化する方
法を説明して来たが、この方法で計数値を分当り
に換算する場合３倍（又は60／ｍ倍）するので、
誤差が大きくなる場合がある。従つて更に正確に
一定負荷値に於ける定常脈拍数を測定するために
移動平均法を用いて脈拍数を平均化すると良い。
すなわち一定負荷値に於て脈拍数が定常に達した
と思われる時間経過後、脈拍センサーからの脈拍
パルスの各周期を逐時計測すると同時にｎ（整数）
個前のデータまでの総加平均を算出し現時点での
脈拍周期とする。そしてこれらの逐時得られる移
動平均脈拍周期からの総加平均を算出し毎分当り
に換算するとよい。また移動平均脈拍周期から最
大値及び最小値を除き、残りの周期から総加平均
を算出し毎分当りに換算すると更に好適である。 以上説明した様に、本発明の方法を用いて体力
を測定した場合には、各個人の負荷−脈拍数直線
がRAM内に記憶されているので、例えば脈拍数
150又は130の時の負荷値（評価値）すなわち
PWC150又はPWC130を容易に算出することがで
きる。 以上述べた本発明に於て、測定された最適負荷
値、及びその時の定常脈拍数、PWC150又は130
の値、及び負荷−脈拍数特性直線は表示装置によ
つて表示されるが、装置の電源を切ると消失して
しまうので、これらのデータをプリントアウトす
るプリンターを備えるとよい。又これらのデータ
を内部又は外部に設けた別途の記憶手段に記憶可
能とし、所望に応じて呼び出し可能とすれば、使
用者が新たに体力測定を行なつた場合の以前の比
較データとして使用可能となり、又毎日トレーニ
ングを行なう場合にはその都度データを入力しな
くて良いので好適である。この構成を装置内部の
手段で行なう場合には、乾電池等でバツクアツプ
した別途のメモリーを設け、使用者に付与される
IDコードと共に記憶する。そして後に使用者が
IDコードを入力するのみで上記した全てのデー
タがメモリーから呼び出されRAMに転送される
様に構成すれば良い。また装置外部の手段に記憶
させる場合には、例えばキヤシユカード等で使用
されている磁気カードに記憶可能とする。この場
合には各データは磁気カード内に記憶されるので
前記の様にIDコードを入力する必要がないので
更に好適である。
【図面の簡単な説明】
第１図から第４図までは性別・年代別の最小２
乗法平均負荷−脈拍数特性直線であり、第５図及
び第６図は体力テストプログラムを示す図であ
り、第７図は本発明を実施するための回転負荷装
置を示す図であり、第８図は第７図に示した装置
の演算処理及び周辺装置のブロツク図であり、第
９図は第７図及び第８図で示した入出ボツクスの
フロントパネルであり、第１０ａ図〜第１０ｂ図
は体力測定のプログラムのフローチヤートであ
る。 図中符号、１…フレーム、２…負荷手段、３…
ペダル、４…サドル、５…ハンドル、６…入出力
ボツクス、７…脈拍センサー、８…電源、９…制
御装置、１０…自転車エルゴメータ、２０…マイ
クロコンピユータ、２１…入出力装置、２２…
CPU、２３…RAM、２４…ROM、２５…回転
センサー、２６…電流制御回路、２７…タイマー
回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 連続屈伸運動により回転体を回転させ使用者
    に負荷を与えるものを用い、使用者の継続運動中
    の運動負荷値を段階的に上昇させると共に各段階
    の負荷値及びその時の定常脈拍数を測定し、よつ
    て負荷―脈拍数の相関を直線とすることにより使
    用者の最適負荷値を得る方法であつて、使用者の
    安静状態の脈拍数を第１データとして測定し、第
    １負荷下に於ける定常脈拍数を第２データとして
    測定し、統計により求めた最小２乗法平均により
    回帰した負荷―脈拍直線上の第１負荷下に於ける
    定常脈拍数である第１基準値と比較し第２負荷値
    を決定し、第２負荷下に於ける定常脈拍数を第３
    データとして測定し統計により求めた性別最小２
    乗法平均により回帰した負荷―脈拍数直線上の第
    ２負荷下に於ける定常脈拍数である第２の基準値
    と比較し第３負荷値を決定し、第３負荷値下に於
    ける定常脈拍数を第４データとして測定すると共
    にその測定値上限を年令・性別で計算される運動
    安全脈拍数で限定し、第４のデータが得られた時
    は第２のデータから第４のデータを基に、第４の
    データが得られる前に運動安全脈拍数に達した場
    合には第１のデータから第３のデータを基に負荷
    ―脈拍数近似直線を得ると共にその上限を年令・
    性別で計算される最高脈拍数で決定することによ
    り、使用者の最適負荷値を得ることを特徴とする
    使用者の最適運動条件を決定する方法。 ２ 前記各負荷値及び脈拍基準値はあらかじめ記
    憶手段に記憶されてをり、プログラムに従つて順
    次呼び出し可能なことを特徴とする特許請求の範
    囲第１項記載の方法。
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