JPH0786B2 - ロ−イングエルゴメ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、全身持久力の指標を表わす最大酸素摂取量を
舟漕ぎ運動により測定するローイングエルゴメータに関
するものである。

［背景技術］ 一般に、心肺機能としての最大酸素摂取量を測定するこ
とにより全身持久力の指標が得られることが知られてい
る。最大酸素摂取量は、負荷を漸増しながら運動を継続
し、心肺機能が限界点に到達した時点での酸素摂取量を
測定することにより得られるのである。

このような測定を行なう装置として従来よりローイング
エルゴメータが提供されている。この装置は測定者が着
座する座席部と、測定者が手で握るオールとを備えてお
り、測定者が舟漕ぎ運動を行なえるようになっている。
ところで、一般の測定者はボート競技の選手のように筋
力が強くはないので、舟漕ぎ運動を行なうと心肺機能が
限界点に到達する以前に筋力が限界点に到達してしま
い、それ以上舟漕ぎ運動を継続できなくなって最大酸素
摂取量の測定が行なえないという問題がある。この問題
を解決するために、本発明者は運動量（仕事率）と酸素
摂取量とが相関を有する点、および年令と最大心拍数と
が相関を有する点に着目して最大酸素摂取量を測定する
装置を先に出願した。先の出願において開示された装置
は、上述のように運動量の測定が必須となるものであ
り、運動量を正確に測定することにより、最大酸素摂取
量の正確な値が測定されるものである。しかしながら、
一般に運動量の正確な測定を行なうには複雑で高価な装
置を必要とするという問題がある。それゆえ、本発明は
先の出願で開示された装置をさらに改良し、運動量の測
定を正確かつ簡単に行なえるようにしたものである。

［発明の目的］ 本発明は上述の点に鑑みて為されたものであって、その
目的とするところは、舟漕ぎ運動により測定者の最大酸
素摂取量を測定するにあたり、運動量の測定が正確かつ
簡単に行なえるようにし、かつ安価なローイングエルゴ
メータを提供することにある。

［発明の開示］ （構成） 本発明に係るローイングエルゴメータは、水平面に対す
る傾斜角度が設定自在となったベースと、ベース上に傾
斜方向に移動自在となるように配設された座席部と、座
席部に着座した測定者の両足を載せるようにベースに取
着された足載台と、ベースの傾斜方向の一端に連結され
たハウジングから進退自在に突出し測定者が両手で握る
グリップを備えたオールと、音や光によるピッチ信号を
間欠的に出力するピッチ信号発生手段と、測定者の体
重、年令、性別を入力する個人データ入力部と、報知信
号に呼応して測定者が舟漕ぎ運動をする際にその反復回
数から運動量を算出する運動量測定手段と、測定者の脈
拍を検出する脈拍検出手段と、測定者の体重、年令、性
別と運動量と脈拍数とから最大酸素摂取量を算出する酸
素摂取量演算手段と、座席部の移動範囲を規制する座席
移動範囲規制手段と、オールのハウジングからの進退の
範囲を規制するオール進退範囲規制手段とを具備し、ベ
ースはハウジングに対してオールの進退方向において位
置調節可能となるように連結され、足載台はベースに対
して座席部の移動方向において位置調節可能となるよう
に取着されて成るものであり、筋力を鍛えていない一般
人でも最大酸素摂取量が測定できるようにし、しかもそ
の測定において必要な運動量の測定を正確かつ容易にし
たものである。

（実施例） 第１図に示すように、支持台１上に前後に長い長板状の
ベース２が配設され、ベース２には座席部３が前後方向
に移動自在となるように装着されている。ベース２は水
平面に対する傾斜角度が調節自在となるように前端部で
支持台１に軸着されており、また後端部は昇降装置４に
より支持されている。したがって、昇降装置４の上下移
動に伴なってベース２の水平面に対する前後方向の傾斜
角度が調節されるのである。ベース２の前端部で支持台
１は負荷装置５に連結されており、負荷装置５の後面に
はオール６が進退自在に突出する。負荷装置５は負荷装
置５からオール６を引き出す際にオール６に制動力を付
与する装置であって、その制動力が調節自在となってい
る。以下に各部の詳細を説明する。

支持台１は第２図に示すように、床上に載置され前端部
で負荷装置５のハウジング50に連結され、また後端部に
昇降装置４を有している。支持台１の前端部の一部は上
方に突出しており、その上端部に形成された係合部11に
ベース２の前端部に設けた切欠部21が係合した形で、ベ
ース２が支持台１に対して傾斜できるように軸着され
る。ベース２の上下両面にはそれぞれ前後方向に走る各
一対のレール溝22が形成されており、ベース２上には座
席部３が前後方向に走行自在となるように配設される。
座席部３は第３図に示すように、測定者が着座するシー
ト31と、シート31の下面に設けたランナー32とにより構
成されており、ランナー32はベース２の各レール溝22に
係合して走行する合計８個のローラ33を備えている。す
なわち、これらのローラ33がレール溝22に係合して走行
することにより、座席部３が前後方向の一直線上で移動
するのである。ベース２の側面の定位置には前後方向に
離間してランナー32の走行を規制する前後一対のシート
ストッパ23,24が突設されており、両シートストッパ23,
24間の範囲でのみ座席部３が移動可能となるようにして
いる。また、後シートストッパ23の近傍でベース２の下
面にはローラ33の下端に当接可能な位置にアクチュエー
タを有するリミットスイッチ25が定位置に配設されてお
り、ランナー32が後シートストッパ23に当接して座席部
３の移動が停止した位置でリミットスイッチ25から接点
出力が得られるようになっている。シート31には測定者
の着座位置がずれないようにするシートベルト34が設け
られている。ベース２の前端部両側面には足載台７が配
設される。足載台７は、第４図に示すように、両端部に
ねじ部72を有した取付ねじ71と一対の袋ナット73とによ
りベース２に固定されるのであって、ベース２には足載
台７の取付位置を前後方向において調節できるように、
左右に貫通した複数個の取付孔26が形成されている。す
なわち、足載台７には左右に貫通した透孔74が穿設され
ており、ベース２の左右両側面に足載台７を配置した状
態で透孔74とベース２の取付孔26とに取付ねじ71を挿通
し、取付ねじ71の両端部に設けたねじ部72に袋ナット73
を螺合させれば、ベース２の前後方向の任意の位置に足
載台７を固定することができるのである。足載台７には
測定者の足先が足載台７から位置ずれしないようにする
バンド75が設けられている。

ベース２の後端部は上述したように昇降装置４上に支持
されている。昇降装置４は、第５図に示すように、床上
の定位置に配置される基台41と、基台41に下端が軸着さ
れた一対のアーム42と、両アーム42の上端間を連結しベ
ース２の下部に取り付けられる昇降台43と、両アーム42
の上下の中間部に両端部が螺合する調節ねじ44とを備え
ている。各アーム42はそれぞれ上下一対のアーム素片42
a,42bを中間連結部材45を介して連結したものであっ
て、各アーム素片42a,42bと中間連結部材45とは軸着さ
れ、また、各上アーム素片42aの上端部は昇降台43に軸
着されている。調節ねじ44は両端部のねじ部44a,44bが
互いに逆ねじとなっており、各アーム42の中間連結部材
45にそれぞれ螺合して中間連結部材45を貫通している。
以上の構成により、調節ねじ44の回動に伴なって中間連
結部材45の間隔が伸縮するのであり、４節機構の対角線
の長さを調節することになるから、基台41からの昇降台
43の高さ位置が調節されるのである。調節ねじ45の一端
部にはウォームホイール46が共回転するように設けられ
ており、このウォームホイール46に噛合するウォーム47
を出力軸とするモータ48の回転に伴なって昇降台43が上
下に移動するように構成されている。モータ48およびウ
ォーム47は取付板49に取着されている。昇降台43の上面
には、第５図（ｂ）に示すように、二股状の係合部43a
が形成されており、ベース２の後端部下面に設けられた
係合突片35が係合するとともに、係合部43aと係合突片3
5とを挿通する係合ピン36により軸着され、ベース２の
昇降台43に対する前後方向の傾斜角度が調節されるよう
になっている。昇降装置４はハウジング40を有してお
り、大部分がハウジング40内に配設されているが、昇降
台43はハウジング40から露出し、上述したようにベース
２の後端部に連結される。ハウジング40の上面には座席
部３に着座した状態でベース２の傾斜角度を調節した
り、測定された最大酸素摂取量を表示したりする操作表
示部80が設けられている。また、操作表示部80の近傍に
は測定者の脈拍を検出する脈拍センサ81が設けられてい
る。ハウジング40内には操作表示部80や脈拍センサ81か
らのデータを演算して最大酸素摂取量を得るために後述
する演算制御回路部が収められる。

ところで、支持台１の前端部は負荷装置５のハウジング
50の後端下部に連結される。負荷装置５のハウジング50
の後端下部には第６図に示すように、前後方向に並ぶ複
数個の固定孔51が形成されており、固定孔51に対応して
支持台１には透孔12が形成されている。固定孔51はねじ
孔であって、所望の固定孔51に透孔12を合致させた状態
で透孔12を通して固定孔51に固定ねじ13を螺合させるこ
とにより、ハウジング50に対して支持台１を前後方向の
任意の位置で固定できるようになっているのである。負
荷装置５はオール６を引張る際にオール６に制動力を作
用させるのであり、第７図に示すように、ハウジング50
内においてオール６の上面にはラック61が形成されてい
る。オール６の前端部にはコイルばねのような引張ばね
62の一端が連結され、引張ばね62の他端はハウジング50
の定位置に連結されている。一方、オール６の後端部に
はオール６の長手方向に直交する形でグリップ63が形成
されている。ラック61はピニオン52に噛合しており、オ
ール６の下面にはピニオン52に対向して押付ローラ55が
配設される。押付ローラ55はハウジング50内の定位置に
固定された支柱50aに一端部が軸着された支持アーム56
の他端部に回動自在に設けられ、支持アーム56は押圧ば
ね57により付勢され押付ローラ55をオール６の下面に弾
接させる。このようにして、オール６をピニオン52と押
付ローラ55との間に挾持し、ピニオン52がラック61から
外れないようにしている。ピニオン52は、第８図に示す
ように、ラチェット53aとなった内歯を有しており、ラ
チェット53aと爪53bとにより構成されたラチェット機構
53を介してピニオン52にはずみ車54が連結される。ラチ
ェット機構53を構成する爪53bははずみ車54の回転軸54a
の周面に設けられており、オール６を引くときにはオー
ル６の移動に伴なってはずみ車54が回転し、オール６を
押すときには爪53bとラチェット53aとの噛合状態が解除
されてはずみ車54が回転せずにピニオン52が空回りする
ようになっている。また、このとき引張ばね62のばね力
によりオール６が元の位置に復帰するようになってい
る。すなわち、オール６を引くときにのみはずみ車54の
回転に伴なう負荷が作用するのである。ハウジング50の
上部にははずみ車54の回転に制動力を作用させる制動装
置58が設けられている。制動装置58はハウジング50に挿
通される形で螺合するねじ部を周面に備えた操作軸58a
と、操作軸58aの下端に設けられたハウジング50内では
ずみ車54の周面に接触可能なブレーキシュー58bと、操
作軸58aの上端に設けられハウジング50の上面から外部
に突出したつまみ58cとにより構成される。したがっ
て、つまみ58cを回動させてブレーキシュー58bのはずみ
車54に対する接触圧を調節することにより、はずみ車54
による負荷の調節ができるのである。オール６の前端部
側面には、第７図に示すように、オールストッパ64が突
設されており、オールストッパ64は、第１図に示すよう
に、ハウジング50の側面に形成された前後に長いガイド
溝59内で移動自在となっている。すなわち、オール６は
ガイド溝59の長さの範囲内で前後方向の移動規制がなさ
れている。

以上の構成により、測定者は足載台７に足を載せた状態
でシート31に着座し、オール６のグリップ63を握れば、
舟漕ぎ運動を行なうことができるのである。すなわち、
測定者は脚を伸ばした状態からオール６を引くとその反
力でシート31が前方に移動してひざが曲がるのであり、
次に脚を伸ばしながらシート31を後方に移動させ同時に
オール６を前方に戻すのである。ここで、オール６が負
荷装置５により負荷調節可能となっているから腕にかか
る負荷が調節でき、また昇降装置４によりベース２の傾
斜角度が調節可能となっているから脚にかかる負荷が調
節できるものである。また、上述したように、足載台７
のベース２上での位置、および負荷装置５のハウジング
50に対する支持台１の位置は調節可能となっており、こ
れらの調節は以下のように行なわれる。すなわち、足載
台７は、測定者が脚を伸ばした状態でシート31が後シー
トストッパ23に係止される位置にシート31を移動させ
て、この位置でベース２に固定される。したがって、シ
ート31が移動する際にシート31は移動範囲の前後両端で
両シートストッパ23,24に当接するのであり、シート31
のストロークが個人差なく一定値となるのである。ま
た、支持台１は、舟漕ぎ運動においてオール６を最大限
引き寄せた状態でオールストッパ64がガイド溝59の後端
縁で係止される位置でハウジング50に固定される。した
がって、オール６は移動範囲の前後両端でガイド溝59の
前後両端縁にオールストッパ64が当接するのであり、オ
ール６のストロークが個人差なく一定値となるのであ
る。以上のようにして、シート31とオール６とは測定開
始時に足載台７および支持台１の位置調節を行なうこと
により、ストロークが一定となるから、運動量（仕事
量）＝負荷力×移動距離として計測する際に移動距離に
ついては測定の必要がなくなり、運動量の推定が容易と
なった。すなわち、舟漕ぎ運動はピッチ音等に合わせて
所定のピッチで行なわれるのであり、ピッチ音の回数は
運動回数に相当するから、上記ストロークと運動回数と
の積により移動距離が得られるのである。脚の運動量
は、体重をWg、シート31の移動距離をL₁、ベース２の傾
斜角度をθ、ピッチ音の発生回数（運動回数）をＮとす
るとき、Wg×L₁×sinθ×Ｎで表わされ、また、腕の運
動量はオール６のストロークに対するピニオン52の回転
数をｎとし、はずみ車54の円周長をＳ、制動装置58とは
ずみ車54との間で摩擦力をＦとするとき、Ｆ×Ｓ×ｎ×
Ｎで表わされるのである。また、シート31の移動範囲の
後端位置にリミットスイッチ25を設けたから、シート31
が確実に移動しているかどうかは、リミットスイッチ25
の接点出力の有無を検出すれば容易に知ることができる
のである。すなわち、負荷装置５のハウジング50の後面
に設けた報知ランプ８をリミットスイッチ25の開閉に応
じて点滅させるようになっており、測定者がピッチ音と
報知ランプ８の点滅とが一致するように運動すれば、ピ
ッチ音に合わせて確実に舟漕ぎ運動が行なわれることに
なるのである。

リミットスイッチ25はシート31の移動検出用として用い
られているが、オール６の移動を検出するように設けて
もよい。なお、自転車をこぐ形式のエルゴメータでは、
ペダルの回転数をエンコーダ等で検出し、回転数が一定
値となっているかどうかを報知ランプ等で測定者に知ら
せるようにすれば、本実施例と同様に測定を正確に行な
うことができるのである。

ところで、測定者の最大酸素摂取量は以下のようにして
測定される。すなわち、操作表示部80から引き出された
脈拍センサ81を耳たぶ等に装着して脈拍数を検出すると
ともに、測定者に関して個人データ入力部82から少なく
とも体重、年令、性別の各データを入力する。操作表示
部80には入力部としては個人データ入力部82のほか、ベ
ース２の傾斜角度を調節したり、運動ピッチの調節をす
る各種操作機能が設けられている。また、表示機能とし
ては脈拍、負荷強度、最大酸素摂取量の各値をそれぞれ
表示する脈拍表示部83、負荷強度表示部84、および最大
酸素摂取量表示部85が設けられ、またピッチ音を発生す
るピッチ音発生部86も操作表示部80に設けられる。脈拍
は脈拍センサ81により検出されて脈拍計測部87で計測さ
れた値が脈拍表示部83で表示されるのであり、同時にこ
の値は記憶部88に記憶され、また負荷強度−脈拍予測部
89に入力される。一方、ベース傾斜計測部90により計測
されるベース２の傾斜角度に基づいて負荷強度演算部91
において負荷強度が演算され、負荷強度は記憶部88に記
憶されると同時に負荷強度表示部84に表示される。負荷
強度は負荷強度−脈拍予測部89にも入力され、脈拍と負
荷強度との回帰分析が行なわれ各個人の脈拍に対しての
仕事率を得る回帰式が求められる。負荷強度−脈拍予測
部89の出力はベース傾斜演算部92に入力されて適性な負
荷強度が得られるようにベース２の傾斜角度が決定さ
れ、この出力とベース傾斜計測部90の出力とにより、モ
ータ回転数演算部93ではベース２の傾斜角度を所望値と
するに必要なモータ48の回転数が設定される。この回転
数によりモータ駆動回路94を介してモータ48が制御され
る。ところで、記憶部88には上述したように、個人デー
タ入力部82から入力された体重、年令、性別の各データ
と脈拍と負荷強度とが記憶されており、これらに基づい
て最大酸素摂取量演算部95において最大酸素摂取量が演
算され、最大酸素摂取量表示部にその値が表示されるの
である。

最大酸素摂取量演算部95では、以下のような演算が行な
われる。すなわち、運動強度（仕事率）と酸素摂取量と
は、第10図に示すように、比例関係にあることが実験的
に知られており、心肺機能の限界点における酸素摂取量
を最大酸素摂取量o₂maxと呼んでいる。ここに、酸素
摂取量は単位時間、単位体重当たりで摂取された酸素の
量であり、仕事率は単位時間当たりの仕事量である。ま
た、第10図において×は従来装置における、腕の筋力の
限界点を示している。すなわち、一般に脚力に対して腕
力は弱いから、従来装置では心肺機能の限界点に到達す
る前に腕の筋力が限界点に達することを示している。こ
の点については背景技術の項において説明した通りであ
る。一方、本発明では、第10図に○で示すように、負荷
を漸増しながら各負荷強度での酸素摂取量を計測するこ
とにより、最大酸素摂取量を線形予測することで従来の
欠点を回避しているのである。すなわち、第11図（ａ）
のように、仕事率と酸素摂取量とは相関関係があること
が知られており、仕事率と酸素摂取量o₂との関係は
回帰式として次式のように与えられている。

o₂＝ａ×＋ｂ … となる。ここに、a,bは回帰分析により決定されている
定数であり、個人差がないことが知られている。一方、
第11図（ｂ）に示すように、仕事率は脈拍数HRと比例
関係があることが知られており、脈拍数HRに対して仕事
率は、次式で表わされる。

＝ｃ×HR＋ｄ … ここに、c,dは定数である。しかるに、本発明装置にお
いて、負荷を漸増しながら負荷強度と脈拍とを複数点で
計測し、その関係を上記負荷強度−脈拍予測部89におい
て計算すれば、定数c,dを決定することができるのであ
る。ここで、測定点が多いほど式の信頼性が高まるの
は言うまでもない。このように仕事率が脈拍数の関数と
して表わされるから、結局、第11図（ｃ）のように、酸
素摂取量は脈拍数の関数となるのである。つまり、酸素
摂取量o₂と脈拍数HRとは、 o₂＝ａ′×HR＋ｂ′ … となるのである。ここに、ａ′,b′はa,bが予め与えら
れ、またc,dが計測により決定されるから、 ａ′＝ａ×ｃ ｂ′＝ad×ｂ として一意に決定されるものである。一方、脈拍数の最
大値HRmaxは年令および性別により相関があり、個人デ
ータ入力部82より入力された年令と性別とにより、脈拍
数の最大値を決定することができる。ゆえに、年令と性
別とから脈拍数の最大値HRmaxを求め、これを式に代
入すれば、最大酸素摂取量が求められるのである。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、水平面に対する傾斜角度が設定
自在となったベースと、ベース上に傾斜方向に移動自在
となるように配設された座席部と、座席部に着座した測
定者の両足を載せるようにベースに取着された足載台
と、ベースの傾斜方向の一端に連結されたハウジングか
ら進退自在に突出し測定者が両手で握るグリップを備え
たオールと、音や光によるピッチ信号を間欠的に出力す
るピッチ信号発生手段と、測定者の体重、年令、性別を
入力する個人データ入力部と、報知信号に呼応して測定
者が舟漕ぎ運動をする際にその反復回数から運動量を算
出する運動量測定手段と、測定者の脈拍を検出する脈拍
検出手段と、測定者の体重、年令、性別と運動量と脈拍
数とから最大酸素摂取量を算出する酸素摂取量演算手段
と、座席部の移動範囲を規制する座席移動範囲規制手段
と、オールのハウジングからの進退の範囲を規制するオ
ール進退範囲規制手段とを具備し、ベースはハウジング
に対してオールの進退方向において位置調節可能となる
ように連結され、足載台はベースに対して座席部の移動
方向において位置調節可能となるように取着されて成る
ものであり、測定に必要な運動量の測定において、足載
台の位置調節をすることで、座席部の移動範囲を予め規
制された範囲に調節することができることで座席部の移
動距離の測定が不要となり、しかもオール進退範囲規制
手段によってオールの進退の範囲も規制され、その結
果、運動量の測定を容易かつ正確に行なうことができる
という利点を有する。また、運動量の測定において移動
距離の測定が不要となるから、測定装置がそれだけ簡略
化されコストダウンにつながるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す外観斜視図、第２図は
同上の一部切欠斜視図、第３図（ａ）（ｂ）はそれぞれ
同上の座席部周辺を示す要部背面図、および要部側面
図、第４図は同上の足載台周辺を示す要部分解斜視図、
第５図（ａ）（ｂ）それぞれは同上の昇降装置の周辺を
示す要部斜視図、および要部断面図、第６図（ａ）
（ｂ）はそれぞれ同上における支持台と負荷装置との連
結部を示す要部斜視図、第７図（ａ）（ｂ）はそれぞれ
同上の負荷装置を示す要部斜視図、および制動装置を示
す断面図、第８図（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ同上の
ラチェット機構を示す側面図、細部断面図、および要部
断面図、第９図は同上に使用する回路部のブロック図、
第10図および第11図は同上の測定原理を説明する動作説
明図である。 ２はベース、３は座席部、６はオール、７は足載台、８
は報知ランプ、23,24はシートストッパ、25はリミット
スイッチ、59はガイド溝、63はグリップ、64はオールス
トッパ、81は脈拍センサ、82は個人データ入力部、86は
ピッチ音発生部、95最大酸素摂取量演算部である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水平面に対する傾斜角度が設定自在となっ
   たベースと、ベース上にその傾斜方向に移動自在となる
   ように配設された座席部と、座席部に着座した測定者の
   両足を載せるようにベースに取着された足載台と、ベー
   スの傾斜方向の一端に連結されたハウジングから進退自
   在に突出し測定者が両手で握るグリップを備えたオール
   と、音や光によるピッチ信号を間欠的に出力するピッチ
   信号発生手段と、測定者の体重、年令、性別を入力する
   個人データ入力部と、報知信号に呼応して測定者が舟漕
   ぎ運動をする際にその反復回数から運動量を算出する運
   動量測定手段と、測定者の脈拍を検出する脈拍検出手段
   と、測定者の体重、年令、性別と運動量と脈拍数とから
   最大酸素摂取量を算出する酸素摂取量演算手段と、座席
   部の移動範囲を規制する座席移動範囲規制手段と、オー
   ルのハウジングからの進退の範囲を規制するオール進退
   範囲規制手段とを具備し、ベースはハウジングに対して
   オールの進退方向において位置調節可能となるように連
   結され、足載台はベースに対して座席部の移動方向にお
   いて位置調節可能となるように取着されて成ることを特
   徴とするローイングエルゴメータ。
2. 【請求項２】座席部が所定位置に到達したときに報知信
   号を発信する報知手段が、座席部の移動範囲内の所定位
   置に設けられて成ることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載のローイングエルゴメータ。