自転車エルゴメーターの負荷精度345

研究ノート（資料）自転車エルゴメーターにおける負荷精度および最大無酸素パワー測定精度の検討
新谷昴*，野村由実**，杉田正明*

The accuracy of load and maximum anaerobic power
measurement in cycle ergometer
Subaru Shintani*，Yumi Nomura**，Masaaki Sugita*
要約本研究は，自転車エルゴメーターに表示された負荷および回転数から算出される基準値とトルクおよび回転数から算出された実測値を検証することで，負荷精度，最大無酸素パワー測定精度を明らかにすることを目的とした．2 機種の自転車エルゴメーターを対象とし，現場で取り組まれているトレーニングプロトコルを模した負荷精度測定試験を行い，機械的に駆動させ，車軸にトルクメーターを連結させた．その結果，1 kp，2 kp，4 kp において POWER-MAX V3 で精度誤差が有意に高値を示した（P＜0.001，P＜0.001，P＜0.01,）．また，POWER-MAX V3 は各負荷 1 セット目が最も負荷が大きくなりやすい傾向があることが示された．これらの結果より，自転車エルゴメーターの機種が異なると，同負荷であっても発揮パワー，最大無酸素パワーが異なる可能性が示された．
キーワード：自転車エルゴメーター，最大無酸素パワー，トルクメーター，負荷精度

Abstract
The purpose of this study was to verify the accuracy of load and maximal anaerobic power measurement by comparing the reference
values calculated from the load and rpm displayed on the cycle ergometer with the actual measured values calculated from the torque andrpm. The measurement test of load accuracy was performed using the Fujin-Raijin and POWER-MAX V3, with reference to the trainingprotocol being used in the field. The cycle ergometer was mechanically driven, and a torque meter was connected to the axle. The power
difference of POWER-MAX V3 was significantly higher at 1 kp, 2 kp, and 4 kp (P < 0.001, P < 0.001, P < 0.01,). It was also shown thatPOWER-MAX V3 tended to have the largest positive load accuracy in the first set, which was immediately after switching the load.
These results indicate that different models of cycle ergometers may produce different power and different maximal anaerobic power
even at the same load.
Key words : bicycle ergometer, maximum anaerobic power, torque meter, load accuracy* 日本体育大学〒 158-8508** 千葉工業大学
東京都世田谷区深沢 7-1-1

Nippon Sports Science University
7-1-1 Fukasawa, Setagaya-ku, Tokyo 158-8508, Japan〒 275-0016

千葉県習志野市津田沼 2-17-1

Chiba Institute of Technology
2-17-1 Tsudanuma, Narashino-shi, Chiba, 275-0016, Japan
受付日：2022 年 7 月 6 日
受諾日：2022 年 11 月 7 日

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トレーニング科学

Ⅰ．緒言Vol. 34 No. 4 2022

表1

トルクメーターの校正結果（Nm)

自転車エルゴメーターは，医療やスポーツの現場で活用されている固定式の自転車運動負荷機器である．安全性が高く，簡便に負荷を調整できることからリハビリテーションや運動療法，アスリートの有酸素性能力および無酸素性能力の向上などを目的とし幅広く活用されて

POWER-MAX V3（コナミライフ＆フィットネススポー

いる．しかし，運動強度を決定する要因の一つである負ツ社製，日本：以下 POWER-MAX）の 2 機種を使用した．

荷の精度については機種によって差があることが報告さ

どちらの自転車エルゴメーターも本測定を実施した年に3, 4, 5, 11）

れている．Abbiss らは，海外で取り扱われている納品されたもので，使用期間は 1 年未満であった．

自転車エルゴメーターである Velotron のパワー値の精トルクの測定は，野村らの方法を用いて，自転車エル度を検討したところ，定常負荷試験（250 W，414 W）

ゴメーターに連結したモーター装置（GM-DP 5.5 kW，では，誤差が 1% 未満だったのに対し，高強度インター三菱電機社製）でクランク軸を回転させ，その際のトル1）バル試験では，精度が低下することを報告している ．

クおよび回転数をトルクメーター（UTM Ⅱ -500 Nm，また，負荷精度が明らかにされていない機種も存在するユニパルス社製）で測定した7）．サンプリング周波数はことから，自転車エルゴメーターに表示された負荷およ1000 Hz とした．

び回転数から算出される基準値とトルクおよび回転数かトルクメーターの校正は，以下の手順に沿って精度誤ら算出された実測値を検証することは目的に応じたメ差が製品仕様の範囲内である±0.03% F.S.（フルスケーニューを正確に作成する上で重要である．

ル）であることを確認し，測定を実施した．

先行研究では，自転車エルゴメーターの負荷精度およ自転車エルゴメーターにクランクシャフトを取り付けび負荷様式によって差異が認められることが報告されてた際のトルクメーターの値を T1（N・m），さらに錘をクいるが，実施しているウィンゲートテストで使用されたランクシャフトに取り付けた際のトルクメーターの値を負荷は 1 種類であったため，様々な体重の測定者を想定T2（N・m）とした．錘の実測トルク「ΔT＝T2−T1」と8）したものではなかった ．無酸素パワー向上を目的とし基準値 T0 の誤差を算出した．基準値 T0 は以下の式の通た自転車エルゴメーターを用いたトレーニングは，競技り算出した．

2, 9）

スポーツの現場で実施されている．また，アスリートの無酸素パワーを評価する目的で最大無酸素パワーの測定が行われている6, 10）．現場での測定精度を議論する

T0＝LMgcosθ
L：クランク長（m），M：錘の重さ（kg），g：重力加速度（m/s2），θ：クランク角度（°）

ためには，実際に取り組まれているトレーニングプロト

本研究で使用した製品は適正範囲が±500 Nm であり，コルを模した負荷精度測定試験を実施する必要がある．

−500 Nm から＋500 Nm までが測定範囲となることか

本研究は，国内で流通している 2 機種の自転車エルゴら，全測定範囲は 1000 Nm となる．本研究で設定してメーター（風神雷神，POWER-MAX V3）に表示されいる精度誤差は，製品仕様の範囲内である 1000 Nm×た値と実測値を比較し，自転車エルゴメーターの負荷精0.03%＝±0.3 Nm としている．校正結果は，表 1 に示す .

度および最大無酸素パワー測定精度を検証することを目

また，各種自転車エルゴメーターの負荷装置表面温度的とした．

は，赤外線温度計（TN103，オーム電機社製）を用いて，各試験開始前に自転車エルゴメーターの保護カバーを外Ⅱ．方法して計測を行った．測定した各試験における自転車エルゴメーターの負荷装置の表面温度を表 2 に示した．

A．使用機器
渦電流制御式の負荷システムを搭載する自転車エルゴメーターである風神雷神（大橋知創研究所社製，日本），B．負荷精度測定試験
負荷精度測定試験は，現場でトレーニングとして実施

自転車エルゴメーターの負荷精度

表2347

自転車エルゴメーターの負荷装置の表面温度変化（℃）

表3

されているトレーニングプロトコルを模したものを使用

試験項目

した．試験 No．1-9 の順に駆動時間を 20 秒，インターバル時間を 150 秒とし，同一設定負荷で連続して 10 回のトルク測定を行い，次の設定負荷へ移行した．試験項目を表 3 に示した．測定データは，トルクおよび回転数が安定する 8-10 秒間のものを使用した．各試験は，温度条件を統一するために 10 回のトルク測定が終了する毎に自転車エルゴメーターの負荷装置表面温度を測定し，表面温度が 30±1℃であることを確認した後に次の試験を開始した．測定環境は，室温 18-21℃，湿度 3848％であった．全ての測定試験において一定の回転数を保つために，被験者は乗車せず，機械的に同じ回転数を維持して検討を行った．

C．データ処理3 種の負荷から得られた実際のパワー値と各負荷の 3 点

以下の式の通り，得られたトルクデータにペダル回転を通る二次式を求め，その最大値を最大無酸素パワー値数を乗じてパワー値（W：ワット）に換算した．10 セッとした．最大無酸素パワー値の算出に使用した値は，負トのパワー値の平均を平均パワー値とした．

荷精度測定試験によって得られたトルクデータにペダル（トルク（N・m）×ペダル回転数（rpm））
出力（W）＝9.55

回転数を乗じたパワー値（W）を使用し，体重および第また，自転車エルゴメーターの設定負荷にペダル回転に該当する値を各セット毎に抽出した．

1，第 2 試行の回転速度によって決定された 3 点の負荷数を乗じて基準値を算出し，パワー値と基準値の差をパーセンテージで示したものを精度誤差とした．

D．統計処理最大無酸素パワー値は，3 種の負荷から算出した．体

測定値は全て平均±標準偏差で示した．二元配置分散重および第 1，第 2 試行の回転速度によって負荷の決定分析を用い，下位検定として Sidak の多重比較検定をを行い，負荷と回転速度の関係から得られた値を基準値行った．検定における統計学的有意水準は 5% 未満とし7）とした ．算出に使用した 3 点の負荷を表 4 に示した．

た．

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トレーニング科学

表4

表5

Ⅲ．結Vol. 34 No. 4 2022

最大無酸素パワー値の算出負荷各負荷における平均パワー値（W)果

A．各負荷における平均パワー値
各負荷における平均パワー値を表 5 に示す．二元配置
分散分析を行なった結果，負荷の主効果（F（8，162）＝
11156，p＜0.001）および機種間の主効果が有意であった（F（1，162）＝235.2，p＜0.001）． ま た， 交 互 作 用 が有意であった，F（8，162）＝77.25，P＜0.001（図 1）．多図1

各負荷における平均パワー値

重比較検定を行った結果，1 kp，2 kp，3 kp，4 kp，6 kp
において POWER-MAX で有意に高かった（P＜0.001，

表 3 に示す．二元配置分散分析を行なった結果，負荷のP＜0.001，P＜0.05，P＜0.001，P＜0.001，図 1）．9 kp に主効果（F（8，162）＝299.2，P＜0.001）および機種間のおいて風神雷神で有意に高かった（P＜0.01，図 1）．

主効果が有意であった（F（1，162）＝502.1，P＜0.001）．
また，交互作用が有意であった，F（8，162）＝260.6，P＜B．各負荷および各セットにおける精度誤差0.001（図 2）．多重比較検定を行った結果，1 kp，2 kp，

本研究で行った全ての測定項目における精度誤差（%）

4 kp において POWER-MAX で有意に大きい値を示したは，風神雷神において 1.3±1.2%，POWER-MAX にお（P＜0.001，P＜0.001，P＜0.01，図 2）．また，各セットにいて 7.8±13.9% であった．各負荷における精度誤差をおける精度誤差を図 3 に示した．

自転車エルゴメーターの負荷精度

C．最大無酸素パワー値

349あった．80 kg 以上の男性であると仮定して算出したも最大無酸素パワー値（W）は，49 kg 以下の女性であのは，風神雷神で 965.2±3.4 W，POWER-MAX で 971.6ると仮定して算出したものは，風神雷神で 964.5±4.6 W，±12.9 W であった．各セットにおける最大無酸素パワー

POWER-MAX で 960.7±12.4 W で あ っ た．50-69 kg の値を図 4 に示した .

女性および 59 kg 以下の男性であると仮定して算出したも の は， 風 神 雷 神 で 957.1±3.8 W，POWER-MAX でD．最大無酸素パワー値の精度誤差

967.5±13.0 W で あ っ た．70 kg 以 上 の 女 性 お よ び 60-

最大無酸素パワー値の精度誤差（%）は，49 kg 以下

79 kg の男性であると仮定して算出したものは，風神雷の女性であると仮定して算出したものは，風神雷神で神 で 968.3±2.1 W，POWER-MAX で 965.6±13.6 W で0.42±0.47%，POWER-MAX で 0.02±1.28% で あ っ た．
50-69 kg の女性および 59 kg 以下の男性であると仮定して算出したものは，風神雷神で−0.35±0.40%，POWERMAX で 0.72±1.31% であった．70 kg 以上の女性および60-79 kg の男性であると仮定して算出したものは，風神雷神で 0.82±0.21%，POWER-MAX で 0.52±1.38% であった．80 kg 以上の男性であると仮定して算出したものは，風神雷神で 0.50±0.35%，POWER-MAX で 1.14±1.30%であった．各セットにおける最大無酸素パワー値の精度

図2

誤差を図 5 に示した．

各負荷における精度誤差

図3

各セットにおける精度誤差

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トレーニング科学

図4

図5Vol. 34 No. 4 2022

各セットにおける最大無酸素パワー値．各セットにおける最大無酸素パワー値の精度誤差している 2 機種の自転車エルゴメーターに表示された値Ⅳ．考察と実測値を比較することで，負荷精度および最大無酸素パワー測定精度の検討を目的とした．

本研究は，実際に現場で取り組まれているテストプロ

各負荷における平均パワー値（W）は，1 kp，2 kp のトコルを模した負荷精度測定試験を実施し，国内で流通負荷で POWER-MAX において有意に高い平均パワー値

自転車エルゴメーターの負荷精度351を示すことが明らかとなった（図 1）．本研究で行った全ちらの機種にも搭載されている最大無酸素パワーテストての測定項目における精度誤差（%）は，風神雷神におの算出方法に則り，回転数と負荷から算出された値を基

い て 1.3±1.2%，POWER-MAX に お い て 7.8±13.9% で準値とし，実際のトルクから算出された実測値との精度あった．風神雷神は，仕様書に負荷精度±5% と記載さ誤差を各セット毎に検討した．本研究の負荷精度測定試れており，本研究の精度誤差の範囲内であることが明ら

験は，再現性を評価するために各負荷 10 セットずつ測かとなった．POWER-MAX では，仕様書に負荷精度に定を行っている．実際の無酸素パワーテストは，性別，関する記載は存在していないことから，本研究結果が重体重，回転数から 3 種の負荷を決定し，低い負荷から 1要な知見となりうる可能性が示された．1 kp，2 kp の各セットずつ測定を行うため本来の測定手順とは異なる

負荷における精度誤差（%）は，風神雷神で 2.0±0.4%，3.2が，負荷精度が及ぼす影響を検討するために最大無酸素±1.0%，POWER-MAX で 44.8±6.6%，13.6±1.0% であっパワー値の算出を行った．どの区分においても，最大無た（図 2）．これらのことから POWER-MAX において，酸素パワー値およびその精度誤差ともに，風神雷神は1 kp や 2 kp といった比較的軽い負荷では設定よりも重1-10 セットにおいて安定した横ばいのグラフを示した

い負荷がかかっている可能性が示唆された．本研究と同が，POWER-MAX ではセット間の値に変動がみられた機種の自転車エルゴメーターを使用して行われた先行研（図 4，5）．最大無酸素パワーテストは，異なる 3 種の究では，回転数 90 rpm，初期負荷 1 kp からスタートし，負荷で計測された回転数を基に算出される．POWER-

5 分毎に 0.5 kp ずつ最大負荷 6 kp まで増加させていく漸

MAX は各負荷 1 セット目が最も負荷が大きくなりやす

増負荷テストにおいて，POWER-MAX は全体的に過小い傾向があることから，同じ負荷で複数のセットを実施な負荷となることが報告されている8）．本研究とは測定する場合よりも基準値と実測値が大きく乖離する可能性

条件が異なり，先行研究では連続使用での影響を検証しが推測される．ていることから単純に比較することはできないが，対象

本研究の結果より，今回使用した風神雷神お よび

機種は同機種間において個体差がある可能性が考えられ

POWER-MAX においては，同じ負荷であっても異なるる．本研究では，各種自転車エルゴメーターの個体差の発揮パワーを示すことが明らかとなった．

検証は行えていないため，今後は同機種間での個体差や使用による経年変化の影響を検証する必要がある．

しかしながら，本研究では風神雷神および POWERMAX のいずれにおいても 1 台の結果であったため個体

次に各セットにおける精度誤差を検討したところ，風の特性である可能性が考えられる．今後は，同一機種間

神雷神は 1-10 セットまで安定した横ばいのグラフを示の個体差について検討を行う必要性がある．今回の測定

すが，POWER-MAX ではセット間の値に変動がみられ方法では，自転車エルゴメーターに連結したモーター装た．各負荷 1 セット目が最も負荷が大きくなり，5 セッ置でクランク軸を回転させることで規定した回転数を維ト目までセット毎に精度誤差が漸減する傾向が示され持することが可能となっているが，実際にヒトが乗車した．本研究で最も重い負荷であった 9 kp においては，5測定を行う際は，回転数が定常状態となることはない．

セット目以降もセットを重ねる毎に漸減していた（図また，本研究で使用したデータは回転数が規定の回数に3）． こ の こ と か ら， ト レ ー ニ ン グ 現 場 に お い て到達し，安定した 8-10 秒間のトルクからパワー値を算

POWER-MAX で複数のセットを実施する場合は，各負出しているが，測定直後から回転数が規定の回数に到達

荷 1 セット目が最も負荷が大きく，回転数が上がりにくするまでの立ち上がり時のデータは含まれていない．今い可能性があることを考慮する必要がある．また，5 セッ後はこれらの点を考慮し，ヒトが乗車した際の負荷精度

ト目までは負荷精度が漸減し，6 セット以降に安定するを検証することが課題である．

ことから，トレーニングを継続したことによるパワー値の変化を記録する際は，各セットのパワー値全ての平均Ⅴ．結論値を使用する，もしくは，同条件，同セットのパワー値を用いて比較を行うことが望ましいと考える．
また，本研究の負荷精度測定試験の測定結果から，ど本研究では，現在国内で流通している 2 機種の自転車エルゴメーター（風神雷神，POWER-MAX）を対象とし，

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トレーニング科学

実際に現場で取り組まれているトレーニングプロトコルを模した負荷精度測定試験を実施することで，負荷精度および最大無酸素パワー測定精度について検討した結果，以下のことが明らかとなった．
①

本研究で行った全ての測定項目における精度誤差（%）は，風神雷神において 1.3±1.2%，POWERMAX において 7.8±13.9% であった．

②

風 神雷神と比較すると，1 kp，2 kp，4 kp において POWER-MAX で精度誤差が有意に大きな値を示した．

③

POWER-MAX は各負荷 1 セット目が最も負荷が大きくなりやすく，5 セット目まで漸減する傾向を示した．

④

最 大無酸素パワー値は，風神雷神と比較するとPOWER-MAX においてセット毎の変動が大きい傾向がみられた．

実際にトレーニング現場で使用されているトレーニン
グプロトコルを模した試験で検証を行った結果，風神雷神は精度誤差が比較的小さいことが明らかとなった．
POWER-MAX を小さい負荷で使用する際は，負荷精度に関して若干の注意が必要である．
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