(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペダルに発生するトルクを計測するトルク計測手段と、ペダル回転速度を計測する回転速度計測手段を有するサイクル型エルゴメータにおいて、ペダル負荷を徐々に増加するように制御し、被験者がペダル負荷に抗しきれなくなるまでに、被験者の発揮トルクとペダル回転速度の関係を２点以上計測して、それらの計測データを曲線近似し、この計測データ曲線に基づいてペダル回転速度が零になる被験者の発揮トルクを被験者が発揮できる最大負荷トルクと推定する制御手段を有することを特徴とするサイクル型エルゴメータの筋力測定装置。
【請求項２】
ペダルに発生するトルクを計測するトルク計測手段と、ペダル回転速度を計測する回転速度計測手段を有するサイクル型エルゴメータにおいて、ペダル負荷を徐々に増加するように制御し、被験者がペダル負荷に抗しきれなくなるまでに、被験者の発揮トルクとペダル回転速度の関係を２点以上計測して、それらの計測データを曲線近似し、この計測データ曲線に基づいてペダル回転速度が零になる被験者の発揮トルクを被験者が発揮できる最大負荷トルクと推定することを特徴とするサイクル型エルゴメータの筋力測定方法。
【請求項３】
ペダル負荷を上げる前に、被験者に軽い負荷で思いっきり漕いでもらって、前記回転速度計測手段によって計測されたペダル回転速度がサチュレーションしたことを検知し、この検知結果に基づいて負荷を増加させはじめる制御手段を有することを特徴とする請求項１記載のサイクル型エルゴメータの筋力測定装置。
【請求項４】
ペダル負荷を上げる前に、被験者に軽い負荷で思いっきり漕いでもらって、前記回転速度計測手段によって計測されたペダル回転速度がサチュレーションしたことを検知し、この検知結果に基づいて負荷を増加させはじめることを特徴とする請求項２記載のサイクル型エルゴメータの筋力測定方法。
【請求項５】
ペダル負荷は、段階的に増加するように制御することを特徴とする請求項１又は３記載のサイクル型エルゴメータの筋力測定装置。
【請求項６】
段階的に負荷を増加させる幅は、前記回転速度計測手段によって計測されたペダル回転速度が、前回と前々回を比較して前回の方が落ち込み幅が大きければ負荷増加幅は小さく、落ち込み幅が小さければ負荷増加幅を大きくするように制御し、回転数落ち込み幅をある一定の範囲内に治めることを特徴とする請求項５記載のサイクル型エルゴメータの筋力測定装置。
【請求項７】
一回転中で基準位置からのペダルクランクの角度を計測するペダルクランク角度計測手段を有し、サンプリングする被験者のデータは、一回転中の同一のペダルクランク角度における発揮トルクとペダル回転速度であることを特徴とする請求項１又は３又は５又は６記載のサイクル型エルゴメータの筋力測定装置。
【請求項８】
サンプリングする被験者のデータは、一回転中のトルクピーク時の発揮トルクとその時のペダル回転速度であることを特徴とする請求項１又は３又は５又は６記載のサイクル型エルゴメータの筋力測定装置。
【請求項９】
計測データを近似する曲線は、以下のヒルの式
（Ｐ＋ａ）（Ｖ＋ｂ）＝（Ｐｏ＋ａ）ｂ
Ｐ：負荷トルク  Ｖ：回転速度  Ｐｏ：最大トルク  ａ，ｂ：定数
に基づくものであることを特徴とする請求項１記載のサイクル型エルゴメータの筋力測定装置。
【請求項１０】
計測データを近似する曲線は、以下のヒルの式
（Ｐ＋ａ）（Ｖ＋ｂ）＝（Ｐｏ＋ａ）ｂ
Ｐ：負荷トルク  Ｖ：回転速度  Ｐｏ：最大トルク  ａ，ｂ：定数
に基づくものであることを特徴とする請求項２記載のサイクル型エルゴメータの筋力測定方法。
【請求項１１】
近似曲線の負荷が零の時の速度値を最大回転速度の推定値とすることを特徴とする請求項１記載のサイクル型エルゴメータの筋力測定装置。
【請求項１２】
近似曲線の負荷が零の時の速度値を最大回転速度の推定値とすることを特徴とする請求項２記載のサイクル型エルゴメータの筋力測定方法。
【請求項１３】
多数の被験者の年齢と最大負荷トルクの関係から統計的に一般的な年齢と最大負荷トルクとの関係を作成し、新たな被験者の最大負荷トルクを上記関係表に照らして筋トルク年齢を求めることを特徴とする請求項１記載のサイクル型エルゴメータの筋力測定装置。
【請求項１４】
多数の被験者の年齢と最大負荷トルクの関係から統計的に一般的な年齢と最大負荷トルクとの関係を作成し、新たな被験者の最大負荷トルクを上記関係表に照らして筋トルク年齢を求めることを特徴とする請求項２記載のサイクル型エルゴメータの筋力測定方法。
【請求項１５】
多数の被験者の年齢と最大回転速度の推定値の関係から統計的に一般的な年齢と最大回転速度の推定値の関係表を作成し、新たな被験者の最大回転速度の推定値を上記関係表に照らして回転速度年齢を求めることを特徴とする請求項１記載のサイクル型エルゴメータの筋力測定装置。
【請求項１６】
多数の被験者の年齢と最大回転速度の推定値の関係から統計的に一般的な年齢と最大回転速度の推定値の関係表を作成し、新たな被験者の最大回転速度の推定値を上記関係表に照らして回転速度年齢を求めることを特徴とする請求項２記載のサイクル型エルゴメータの筋力測定方法。
【請求項１７】
サンプリングした発揮トルクのデータは、基準体格との相違を補正して正規化することを特徴とする請求項１記載のサイクル型エルゴメータの筋力測定装置。
【請求項１８】
サンプリングした発揮トルクのデータは、基準体格との相違を補正して正規化することを特徴とする請求項２記載のサイクル型エルゴメータの筋力測定方法。
【請求項１９】
サンプリングした発揮トルクのデータは、脚長を基準に正規化することを特徴とする請求項１７記載のサイクル型エルゴメータの筋力測定装置。
【請求項２０】
サンプリングした発揮トルクのデータは、身長を基準に正規化することを特徴とする請求項１９記載のサイクル型エルゴメータの筋力測定装置。
【請求項２１】
サイクル型エルゴメータは、リカンべントタイプであることを特徴とする請求項１記載のサイクル型エルゴメータの筋力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サイクル型エルゴメータの筋力測定方法及びその装置に関し、詳しくは、最大筋力を発揮しなくても下肢筋力の評価ができるようにしようとする技術に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のサイクル型エルゴメータ（負荷訓練装置）は、ペダル、ペダル負荷装置、ハンドル、制御部、表示部及び心拍センサ等を備えている。
【０００３】
ペダル負荷装置は、制御部で設定された負荷に対応した一定値に負荷を制御したり、或るパターンをもった負荷に制御したり、心拍センサの値が制御部で設定した心拍数になるように、フィードバック制御したりするものであった。また、心拍数の変動具合から、被験者の持久力を評価するものであった。
【発明が解決しようとする課題】
しかして、従来のサイクル型エルゴメータでは、最大筋力を発揮して評価していたことから、被験者の心拍数や血圧の上昇を招き、高齢者が安全に筋力評価ができないものとなっていた。
【０００４】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、最大筋力の例えば５０％以下の試行で最大筋力の評価がおこなえ、被験者の心拍数や血圧の上昇を低く抑え、骨への負担も少なくし、高齢者でも安全に筋力評価ができるサイクル型エルゴメータの筋力測定方法及びその装置を提供することを課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明においては、ペダル２０に発生するトルクを計測するトルク計測手段と、ペダル回転速度を計測する回転速度計測手段を有するサイクル型エルゴメータにおいて、ペダル負荷を徐々に増加するように制御し、被験者がペダル負荷に抗しきれなくなるまでに、被験者の発揮トルクとペダル回転速度の関係を２点以上計測して、それらの計測データを曲線近似し、この計測データ曲線に基づいてペダル回転速度が零になる被験者の発揮トルクを被験者が発揮できる最大負荷トルクと推定する制御手段を有することを特徴とするものである。
【０００６】
このような構成によれば、被験者がペダル負荷に抗しきれなくなるまでに、複数回にわたって発揮トルクとペダル回転速度の計測データを計測して曲線近似し、かかる計測データ曲線に基づいて被験者が発揮できる最大負荷トルクを推定するのであり、したがって、最大筋力を発揮しなくても、例えば、最大筋力の５０％以下の試行であっても、被験者が発揮できる最大負荷トルクを知ることができるのであり、被験者の心拍数や血圧の上昇を低く抑え、骨への負担も少なくできることから、高齢者でも安全に筋力評価ができる。
【０００７】
請求項３の発明においては、ペダル負荷を上げる前に、被験者に軽い負荷で思いっきり漕いでもらって、前記回転速度計測手段によって計測されたペダル回転速度がサチュレーション（飽和）したことを検知し、この検知結果に基づいて負荷を増加させはじめる制御手段を有していることを特徴とするものである。
【０００８】
このような構成によれば、回転速度がサチュレーションした後に負荷を増加させることから、信頼性及び精度の高いデータを繰り返しサンプリングでき、かつ、被験者がその負荷における最大速度に到達したことを確認することができるのであり、被験者にとって日々のトレーニング効果による筋力変化が少なくてもその差をはっきり認識でき、日々トレーニングを続ける励みになる。
【０００９】
請求項５の発明においては、ペダル負荷は、段階的に増加させるように制御することを特徴とするものである。このような構成によれば、ペダル負荷は、連続的に変化させると回転速度がサチュレーションしているかどうか確認し難く、計測データに誤差を生じやすいが、段階的に負荷を増加させることにより、回転速度がサチュレーションしていることが観察でき、計測データの精度向上がはかれる。
【００１０】
請求項６の発明においては、段階的に負荷を増加させる幅は、前記回転速度計測手段によって計測されたペダル回転速度が、前回と前々回を比較して前回の方が落ち込み幅が大きければ負荷増加幅は小さく、落ち込み幅が小さければ負荷増加幅を大きくするように制御し、回転数落ち込み幅をある一定の範囲内に治めることを特徴とするものである。このような構成によれば、段階的に負荷を増加させる幅は、被験者の筋力の状態によりさまざまに調整する必要があるが、漕ぎ始めには被験者の筋力を推し量る術が無く、段階的な負荷のかけ方とそれによる速度の変化を観察すれば、負荷変動が大きすぎる人には負荷変動幅を少なく調整でき、負荷変動が小さすぎる人には負荷変動幅を大きくすることができる。これにより、力の無い人の計測データ数が少なくて、筋力推定精度が落ちたり、力がある人の計測に時間がかかり、疲労して筋力推定精度が落ちることがない。
【００１１】
請求項７の発明においては、一回転中で基準位置からのペダルクランク８の角度を計測するペダルクランク角度計測手段を有し、サンプリングする被験者のデータは、一回転中の同一のペダルクランク角度における発揮トルクとペダル回転速度であり、請求項８の発明においては、サンプリングする被験者のデータは、一回転中のトルクピーク時の発揮トルクとペダル回転速度であることを特徴とするものである。このような構成によれば、回転速度がサチュレーションした後、データをサンプリングするタイミングはいつでもよいと言うわけではなく、一回転中にトルクは変動している。その為、常に同一のペダルクランク角度でデータをサンプリングしたり、一回転中のトルクの最大時にデータをサンプリングすれば、条件が揃い精度よいデータがサンプリングできる。
【００１２】
請求項９の発明においては、計測データを近似する曲線は、ヒルの式に基づくものであることを特徴とするものである。このような構成によれば、推定最大トルクを求める場合は、近似曲線はある程度根拠のあるものがよく、ヒルの式は、人間の筋肉の筋力−速度特性を現したものであり、ペダルクランク角度が一定とした時にはトルクは筋力と比例関係にあるので、この場合に適用しても精度の向上に効果があると考えられる。また、出願人の実験では、かなり直線に近いので、簡易的には直線近似した方が、測定データ数も少なくて済み、装置として計算時間が速くなって、被験者への負担が少ない。
【００１３】
請求項１１の発明においては、近似曲線の負荷が零の時の速度値を最大回転速度の推定値とすることを特徴とするものである。このような構成によれば、筋力と同じように回転速度についても、推定最大回転速度が求まるので、被験者にとっては力だけでなく、動作の俊敏性を評価できる。力よりもスピード重視のスポーツをする人には、こちらの方が重要な評価指標となる。
【００１４】
請求項１３の発明においては、多数の被験者の年齢と最大負荷トルクの関係から統計的に一般的な年齢と最大負荷トルクとの関係を作成し、新たな被験者の最大負荷トルクを上記関係表に照らして筋トルク年齢を求め、また、請求項１５のように、回転速度年齢を求めることを特徴とするものである。このような構成によれば、他人との比較ができて、スポーツをしない人にとっても自分の筋力や俊敏性が年齢の割によいのか悪いのかが判断でき、ＱＯＬ（Quality of Life）を上げる手助けになる。
【００１５】
更に、他人との比較をする時、特に下肢筋力を比較する時は、体格や体重との相関が少なからずあるので、その要因を取り除く為にも体重や体格（請求項１７）を基準にして正規化すればよく、更に言うなら、身長（請求項２０）や脚長（請求項１９）を基準として正規化することで、評価の信憑性を高めることができる。
【００１６】
ところで、被験者の体重以上に負荷をかける必要が出てくる場合（特に若い人やスポーツマン）は、体が浮き上がってしまい負荷がかけられない事態が生ずる。このため、リカンベントタイプ：椅子式（請求項２１）にすると、背もたれ２３で負荷の反作用を受けることができるので、体重以上の負荷をかけても、問題なく筋力を評価できる。
【００１７】
請求項２の発明は請求項１の発明と同様の作用、請求項４の発明は請求項３の発明と同様の作用、請求項１０の発明は請求項９の発明と同様の作用、請求項１２の発明は請求項１１の発明と同様の作用、請求項１４の発明は請求項１３の発明と同様の作用、請求項１６の発明は請求項１５の発明と同様の作用及び請求項１８の発明は請求項１７の発明と同様の作用を奏するのは言うまでもない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述する。図１はサイクル型エルゴメータの筋力測定装置の概略側面図である。図２は制御装置のブロック図である。図３はブレーキ力、回転速度及びトルクの関係を示すグラフである。図４は計測されたデータによる推定最大負荷と推定最大回転速度を求める近似曲線を示す説明図である。
【００１９】
サイクル型エルゴメータ１は、フレーム２にサドル３が取り付けられ、又、制御手段を構成する制御装置４を保持しているハンドル５が取り付けられ、サドル３及びハンドル５は使用者の体格に合わせて高さが調整できるようになっている。
【００２０】
フレーム２にペダル軸６が回転自在に軸受けされ、ペダル軸６にペダルプーリー７とペダルクランク８が固定されている。ペダルプーリー７には回転速度センサ９が連結されて単位時間当たりの回転速度を検知して制御装置４に入力するようにしている。ペダルクランク８にはペダルクランク角度センサ１０が連結されてペダルクランク８の基準位置からの回転角度を検知して制御装置４に入力するようにしている。これらセンサ９、１０はペダル軸６に内蔵しているが、他の箇所に設けてもよい。
【００２１】
フレーム２にプーリー軸１３が設けられて中継大プーリー１１と中継小プーリー１２とを回転自在に支持している。プーリー軸１３にトルクセンサ１４が内蔵されて回転トルクを検知して制御装置４に入力するようにしている。
【００２２】
フレーム２にブレーキプーリー軸１５が設けられてブレーキプーリー１６と電磁ブレーキ１７が取り付けられて電磁ブレーキ１７の制御によって高低種々のブレーキ（負荷）を掛けることができるようにしている。負荷の設定は制御装置４においておこなえるようになっている。
【００２３】
大径のペダルプーリー７と中継小プーリー１２にはベルト１８が、中継大プーリー１１とブレーキプーリー１６にはベルト１９が掛けられて、回転力を伝達するようになっている。
【００２４】
しかして、電磁ブレーキ１７による負荷が、ブレーキプーリー１６、ベルト１９、中継大プーリー１１、中継小プーリー１２、ベルト１８、ペダルプーリー７を介してペダルクランク８の先のペダル２０に伝達され、使用者は負荷に抗してペダル２０を踏むトレーニングをおこなうことになる。
【００２５】
制御装置４は、表示部２１と各個人のデータや設定を入力する操作部２２と内蔵された記憶・演算部（図示せず）を備えている。
【００２６】
次に、サイクル型エルゴメータ１の使用方法を説明する。使用者はサドル３に座り、制御装置４に身長、体重、脚長、性別、年齢の個人データを入力し、筋力測定を開始する。先ず、測定開始ボタンが押されると制御装置４は、電磁ブレーキ１７のブレーキ力を最も小さくする。使用者は、その状態でおもいっきりペダル２０を漕ぎ始め、制御装置４は回転速度センサ９から送られてくる信号に基づく速度が増加している間は何もしない。回転速度センサ９から送られてくる速度がサチュレーション（飽和）すると制御装置４は、その時の負荷トルクと回転速度の値を対にして記憶し、次に電磁ブレーキ１７により一段階重いブレーキを掛け、回転速度が落ち着いた時の負荷トルクと目転速度の値を対にして速度の落ち込み幅を制御装置４に記憶させる。次にもう一段階重いブレーキを掛け、回転速度が落ち着いた時の負荷トルクと回転速度の値を対にして回転速度の落ち込み幅を制御装置４に記憶させる。前回の回転速度の落ち込み幅と今回の回転速度落ち込み幅を比較して、今回の回転速度落ち込み幅が大きければ、次回のブレーキ力増加幅を小さくし、小さければブレーキ力増加幅を大きくする。こうして、数段階ブレーキ力を変化させ、最初の速度の５０％以下まで速度が減少した時点で、電磁ブレーキ１７のブレーキ力を最小にして計測を終了する。速度が落ち着いた後にデータを記憶させるタイミングは、ペダルクランク角度が一定の値を示した時であるか、一回転中の負荷トルクピーク時であってもよい。
【００２７】
測定データにより、使用者の筋力を評価するためには、先ず、計測データを横軸トルク、縦軸回転速度のグラフにプロットし、それらの点を通る曲線で近似する（図４参照）。曲線は、ヒルの式
（Ｐ＋ａ）（Ｖ＋ｂ）＝（Ｐｏ＋ａ）ｂ
Ｐ：負荷トルク  Ｖ：回転速度  Ｐｏ：最大トルク  ａ，ｂ：定数
で代表される双曲線や直線でもよい。近似曲線と横軸（負荷トルク軸）の交点が、使用者の推定最大トルクとなり、筋力評価の一指標となる。推定最大トルクは、ペダルクランク８の長さで割ると、推定最大筋力となる。個人間でこれらの指標を比較するときは、一般に正規化して比較する必要があるので、指標を例えば体重で割って比較する。また、ペダルクランク８の長さが一定では使用者の脚長によりペダル２０を踏む角度に差が出るため、脚長や簡易的に身長で推定値を割って正規化することもある。近似曲線と縦軸（回転速度軸）の交点は、推定最大回転速度となり、これも筋肉評価の一指標となる。
【００２８】
本発明のサイクル型エルゴメータ１の筋力測定装置では、上記方法を用いて、老若男女数百名のデータをとって各指標を性別毎に、横軸実年齢、縦軸各指標値のグラフにプロットし、各指標と年齢を統計的に平均的な近似曲線に置き換えて制御装置４に記憶させておく。そうすれば、新たに計測したデータを各指標の平均的な近似曲線に当てはめて年齢を求めることができるので、実年齢が求まった年齢より小であれば、その指標における年齢は若いといい、大であれば、老いているといい、使用者に運動することを勧めることができる。
【００２９】
以上詳述したように、本発明においては、被験者がペダル負荷に抗しきれなくなるまでに、複数回にわたって発揮トルクとペダル回転速度の計測データを計測して曲線近似し、かかる計測データ曲線に基づいて被験者が発揮できる最大負荷トルクを推定するのであり、したがって、最大筋力を発揮しなくても、例えば、最大筋力の５０％以下の試行であっても、被験者が発揮できる最大負荷トルクを知ることができるのであり、被験者の心拍数や血圧の上昇を低く抑え、骨への負担も少なくできることから、高齢者でも安全に筋力評価ができるのである。
【００３０】
この場合、ペダル負荷を上げる前に、被験者に軽い負荷で思いっきり漕いでもらって、回転速度がサチュレーションした後に負荷を増加させるのであり、信頼性及び精度の高いデータを繰り返しサンプリングできるのであり、かつ、被験者がその負荷における最大速度に到達したことを確認することができるのであり、被験者にとって日々のトレーニング効果による筋力変化が少なくてもその差をはっきり認識でき、日々トレーニングを続ける励みになる。
【００３１】
ところで、ペダル負荷は、連続的に変化させると回転速度がサチュレーションしているかどうか確認し難く、計測データに誤差を生じやすいが、段階的に負荷を増加させることにより、回転速度がサチュレーションしていることが観察でき、計測データの精度向上がはかれる。
【００３２】
更に、段階的に負荷を増加させる幅は、前記回転速度計測手段によって計測されたペダル回転速度が、前回と前々回を比較して前回の方が落ち込み幅が大きければ負荷増加幅は小さく、落ち込み幅が小さければ負荷増加幅を大きくするように制御するのであり、回転数落ち込み幅をある一定の範囲内に治めるのである。このことは、段階的に負荷を増加させる幅は、被験者の筋力の状態によりさまざまに調整する必要があるが、漕ぎ始めには被験者の筋力を推し量る術が無く、段階的な負荷のかけ方とそれによる速度の変化を観察すれば、負荷変動が大きすぎる人には負荷変動幅を少なく調整でき、負荷変動が小さすぎる人には負荷変動幅を大きくすることができるのである。これにより、力の無い人の計測データ数が少なくて、筋力推定精度が落ちたり、力がある人の計測に時間がかかり、疲労して筋力推定精度が落ちることがない。
【００３３】
ところで、サンプリングする被験者のデータは、一回転中の同一のペダルクランク角度における発揮トルクとペダル回転速度であり、一回転中のトルクピーク時の発揮トルクとペダル回転速度である。回転速度がサチュレーションした後、データをサンプリングするタイミングはいつでもよいと言うわけではなく、一回転中にトルクは変動している。その為、常に同一のペダルクランク角度でデータをサンプリングしたり、一回転中のトルクの最大時にデータをサンプリングすれば、条件が揃い精度よいデータがサンプリングできる。
【００３４】
計測データを近似する曲線は、上述のようなヒルの式に基づくものであり、かかる近似曲線の負荷が零の時の速度値を最大回転速度の推定値とするのであり、筋力と同じように回転速度についても、推定最大回転速度が求まるので、被験者にとっては力だけでなく、動作の俊敏性を評価できる。力よりもスピード重視のスポーツをする人には、こちらの方が重要な評価指標となる。
【００３５】
この場合、多数の被験者の年齢と最大負荷トルクの関係から統計的に一般的な年齢と最大負荷トルクとの関係を作成し、新たな被験者の最大負荷トルクを上記関係表に照らして筋トルク年齢を求め、また、回転速度年齢を求めるのであり、他人との比較ができて、スポーツをしない人にとっても自分の筋力や俊敏性が年齢の割によいのか悪いのかが判断でき、ＱＯＬ（Quality of Life）を上げる手助けになる。
【００３６】
更に、他人との比較をする時、特に下肢筋力を比較する時は、体格や体重との相関が少なからずあるので、その要因を取り除く為にも体重や体格を基準にして正規化すればよく、更に言うなら、身長や脚長を基準として正規化することで、評価の信憑性を高めることができる。
【００３７】
図５は他の実施の形態を示し、但し、本実施の形態の基本構成は上記実施の形態と共通であり、共通する部分には同一の符号を付して説明は省略する。
【００３８】
サイクル型エルゴメータ１は、場合によって使用者の体重以上に負荷をかける必要が出てくる場合（特に若い人やスポーツマン）は、体が浮き上がってしまい負荷がかけられない事態が生ずる。このため、図５に示すように、リカンベントタイプ：椅子式にすると、背もたれ２３で負荷の反作用を受けることができるので、体重以上の負荷をかけても、問題なく筋力を評価できる。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１の発明においては、ペダルに発生するトルクを計測するトルク計測手段と、ペダル回転速度を計測する回転速度計測手段を有するサイクル型エルゴメータにおいて、ペダル負荷を徐々に増加するように制御し、被験者がペダル負荷に抗しきれなくなるまでに、被験者の発揮トルクとペダル回転速度の関係を２点以上計測して、それらの計測データを曲線近似し、この計測データ曲線に基づいてペダル回転速度が零になる被験者の発揮トルクを被験者が発揮できる最大負荷トルクと推定する制御手段を有するから、被験者がペダル負荷に抗しきれなくなるまでに、複数回にわたって発揮トルクとペダル回転速度の計測データを計測して曲線近似し、かかる計測データ曲線に基づいて被験者が発揮できる最大負荷トルクを推定するのであり、したがって、最大筋力を発揮しなくても、例えば、最大筋力の５０％以下の試行であっても、被験者が発揮できる最大負荷トルクを知ることができるのであり、被験者の心拍数や血圧の上昇を低く抑え、骨への負担も少なくできることから、高齢者でも安全に筋力評価ができるという利点がある。
【００４０】
請求項３の発明においては、請求項１の効果に加えて、ペダル負荷を上げる前に、被験者に軽い負荷で思いっきり漕いでもらって、前記回転速度計測手段によって計測されたペダル回転速度がサチュレーションしたことを検知し、この検知結果に基づいて負荷を増加させはじめる制御手段を有しているから、つまり、回転速度がサチュレーションした後に負荷を増加させることから、信頼性及び精度の高いデータを繰り返しサンプリングでき、かつ、被験者がその負荷における最大速度に到達したことを確認することができるのであり、被験者にとって日々のトレーニング効果による筋力変化が少なくてもその差をはっきり認識でき、日々トレーニングを続ける励みになるという利点がある。
【００４１】
請求項５の発明においては、請求項１又は３の効果に加えて、ペダル負荷は、段階的に増加させるように制御することから、ペダル負荷は、連続的に変化させると回転速度がサチュレーションしているかどうか確認し難く、計測データに誤差を生じやすいが、段階的に負荷を増加させることにより、回転速度がサチュレーションしていることが観察でき、計測データの精度向上がはかれるという利点がある。
【００４２】
請求項６の発明においては、請求項５の効果に加えて、段階的に負荷を増加させる幅は、前記回転速度計測手段によって計測されたペダル回転速度が、前回と前々回を比較して前回の方が落ち込み幅が大きければ負荷増加幅は小さく、落ち込み幅が小さければ負荷増加幅を大きくするように制御し、回転数落ち込み幅をある一定の範囲内に治めることから、つまり、段階的に負荷を増加させる幅は、被験者の筋力の状態によりさまざまに調整する必要があるが、漕ぎ始めには被験者の筋力を推し量る術が無く、段階的な負荷のかけ方とそれによる速度の変化を観察すれば、負荷変動が大きすぎる人には負荷変動幅を少なく調整でき、負荷変動が小さすぎる人には負荷変動幅を大きくすることができる。これにより、力の無い人の計測データ数が少なくて、筋力推定精度が落ちたり、力がある人の計測に時間がかかり、疲労して筋力推定精度が落ちることがないという利点がある。
【００４３】
請求項７の発明においては、請求項１又は３又は５又は６の効果に加えて、一回転中で基準位置からのペダルクランクの角度を計測するペダルクランク角度計測手段を有し、サンプリングする被験者のデータは、一回転中の同一のペダルクランク角度における発揮トルクとペダル回転速度であり、請求項８の発明においては、一回転中のトルクピーク時の発揮トルクとペダル回転速度であることから、つまり、回転速度がサチュレーションした後、データをサンプリングするタイミングはいつでもよいと言うわけではなく、一回転中にトルクは変動している。その為、常に同一のペダルクランク角度でデータをサンプリングしたり、一回転中のトルクの最大時にデータをサンプリングすれば、条件が揃い精度よいデータがサンプリングできるという利点がある。
【００４４】
請求項９の発明においては、請求項１の効果に加えて、計測データを近似する曲線は、ヒルの式に基づくものであることから、推定最大トルクを求める場合は、近似曲線はある程度根拠のあるものがよく、ヒルの式は、人間の筋肉の筋力−速度特性を現したものであり、ペダルクランク角度が一定とした時にはトルクは筋力と比例関係にあるので、この場合に適用しても精度の向上に効果があると考えられる。また、出願人の実験では、かなり直線に近いので、簡易的には直線近似した方が、測定データ数も少なくて済み、装置として計算時間が速くなって、被験者への負担が少ないという利点がある。
【００４５】
請求項１１の発明においては、請求項１の効果に加えて、近似曲線の負荷が零の時の速度値を最大回転速度の推定値とすることから、筋力と同じように回転速度についても、推定最大回転速度が求まるので、被験者にとっては力だけでなく、動作の俊敏性を評価できる。力よりもスピード重視のスポーツをする人には、こちらの方が重要な評価指標となるという利点がある。
【００４６】
請求項１３の発明においては、多数の被験者の年齢と最大負荷トルクの関係から統計的に一般的な年齢と最大負荷トルクとの関係を作成し、新たな被験者の最大負荷トルクを上記関係表に照らして筋トルク年齢を求め、また、請求項１５のように、回転速度年齢を求めることから、他人との比較ができて、スポーツをしない人にとっても自分の筋力や俊敏性が年齢の割によいのか悪いのかが判断でき、ＱＯＬ（Quality of Life）を上げる手助けになるという利点がある。
【００４７】
更に、他人との比較をする時、特に下肢筋力を比較する時は、体格や体重との相関が少なからずあるので、その要因を取り除く為にも体重や体格（請求項１７）を基準にして正規化すればよく、更に言うなら、身長（請求項２０）や脚長（請求項１９）を基準として正規化することで、評価の信憑性を高めることができるという利点がある。
【００４８】
本発明では、場合によって被験者の体重以上に負荷をかける必要が出てくる場合（特に若い人やスポーツマン）は、体が浮き上がってしまい負荷がかけられない事態が生ずる。このため、リカンベントタイプ：椅子式（請求項２１）にすると、背もたれで負荷の反作用を受けることができるので、体重以上の負荷をかけても、問題なく筋力を評価できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のサイクル型エルゴメータの筋力測定装置の実施の一形態の概略側面図である。
【図２】同上の制御装置のブロック図である。
【図３】同上のブレーキ力、回転速度及びトルクの関係を示すグラフである。
【図４】同上の計測されたデータによる推定最大負荷と推定最大回転速度を求めるヒルの式に基づく近似曲線を示す説明図である。
【図５】同上の他の実施の形態を示し、リカンベントタイプの概略側面図である。
【符号の説明】
１    サイクル型エルゴメータ
２    フレーム
３    サドル
４    制御手段
５    ハンドル
６    ペダル軸
７    ペダルプーリー
８    ペダルクランク
１１  中継大プーリー
１２  中継小プーリー
１３  プーリー軸
１５  ブレーキプーリー軸
１６  ブレーキプーリー
１７  電磁ブレーキ
１８  ベルト
１９  ベルト
２０  ペダル
【図１】
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【図２】
0003855823.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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