陸上競技学会誌

第 18 巻第 1 号 2020

［原著論文］

棒高跳における身体重心の最大鉛直速度へ影響を及ぼす力学的要因
景行崇文 1），松林武生 2），浅井武 3），大山卞圭悟 3），木越清信 3）

Mechanical factors influencing maximal vertical velocity of bodyʼs center of gravity in pole vault

Takafumi KAGEYUKI1), Takeo MATSUBAYASHI2), Takeshi ASAI3), Keigo OHYAMA-Byun3), Kiyonobu KIGOSHI3)

Abstract

The purposes of this study were to analyze the relationshipbetween the duration time and the maximal vertical velocity ofthe vaulter’s center of gravity (CGv), and to clarify the mechanical factors that influence the CGv. Eight male vaulters (4m605m77: personal best record) participated in this study. Three-dimensional coordinates of reflective markers attached on theirbodies were collected by a motion capture system (250Hz). The
box reaction force that acted on the lower tip of the pole were
measured with a force plate (1000Hz). Based on the motion ofvaulters and the behavior of poles, three main phases and four
sub phases that included the instants of take-off and pole release
were defined during vaulting. The results were summarized asfollows:(1) The higher the maximal vertical velocity of the CGv was, thehigher the maximal height of the CGv (r=0.92).
(2) The larger the vertical velocity change of the CGv in recoiling phase was, the higher the maximal vertical velocity of the
CGv was (r=0.72).
(3) The larger the angular displacement of trunk segment in polebending phase was, the larger the vertical velocity change of
the CGv in pole recoiling phase was (r=0.78).
These results suggest that the increase in the amount of thevertical velocity change of the CGv in pole recoiling phase, andthe angular displacement of trunk segment in pole bending
phase is good indicators of improvement for vaulter’s performance.

et al., 2006; Schade and Brüggemann, 2006; Sheehan,
2002；高松，2012）．そのため，先行研究では競技者−ポール間で行われるエネルギーのやり取り（Arampatzis etal., 2004; Schade et al., 2006）や競技者の動作（AnguloKinzler et al., 1994; Schade et al., 2004；高松，1998），ポールの挙動（武田ほか，2005；2006；吉原ほか，2006）などが明らかにされ，ポールと競技者の相互関係の理解がなされてきた．
その一方で，
これらの知見を指導において活用する際，コーチは競技者に与えるオノマトペをはじめとした様々な口語指導を用いる場合があり，これは棒高跳の指導においても例外ではない．例えば，
踏切足離地後の動作（ペネトレーション）の指導である．ペネトレーションは，
踏切足離地直後に意図せぬタイミングで身体がグリップ周りに回転してしまう（振られる）ことを防ぐほか，続くスウィング動作のタイミングを調整し，ポールの起こ
しやポールの湾曲に役立つと考えられている（村木，1982；武田ほか，2007）．そこで指導者は，踏切姿勢の維持（山崎，1976）やぶら下がり（広田，1989），上体キーワード：時間分析，力積，身体の抱え込みの残し（関岡，1980；1996）
，踏切脚の

ため

や後方

への残し（村木，1982；安田および渋谷，1989）などの

1．緒 言

表現を適切な身体のコントロ―ルを導くために用いてきた．そして，
現場ではペネトレーションの指導に「待て」

棒高跳はポールを用いて，跳び越えたバーの高さを競という表現を用いることがあり，安田および渋谷（1989）

う種目である．これを力学的に言い換えると，助走で獲も指導書の中で当該局面において「待ち」という言葉を得した身体とポールの力学的エネルギーを，ポールを介使用している．
「待て」という言葉には，「ある局面の時して身体の位置エネルギーへと変換する種目であると言間を長くする」ような意味合いが含まれており，動作とえる（Arampatzis et al., 2004; Schade et al., 2004; Schade

合わせて時間を意識させることが競技者の理解を促すも

1） 筑波大学大学院人間総合科学研究科 Graduate School of Comprehensive Human Sciences, University of Tsukuba〒 305-8574 茨城県つくば市天王台 1-1-1
2） 国立スポーツ科学センタースポーツ科学部 Department of Sports Science, Japan Institute of Sports Sciences〒 115-0056 東京都北区西が丘 3-15-1
3） 筑波大学体育系 Faculty of Health and Sports Sciences, University of Tsukuba〒 305-8574 茨城県つくば市天王台 1-1-1

17

のと考えられる．しかしながら，「待て」という表現が高跳を専門とする日本人男性競技者 8 名（身長 =1.78

用いられる局面に要した時間の長短については明らかに± 0.04 m，体重 =69.6 ± 4.53kg，シーズンベスト =5.32

されていない．

± 0.36m）であった．そのうち 1 名のみ，
左手が上グリッ

また，跳躍中の時間に関する研究はこれまでにいくつ

プであり，その他の対象者は右手が上グリップであった．

か報告されているものの，その多くは突っ込み（以下，なお，本測定は国立スポーツ科学センタースポーツ医・PP と表記）と踏切足離地（以下，TO と表記）の時間

科学研究事業（競技研究・陸上競技）のプロジェクトの差 に 着 目 し た も の で あ る（Anglo-Knzler et al., 1994；

一部，および日本陸上競技連盟の強化施策の一部としてMcGinnis, 2000；Morlier and Mesnard, 2007；Schade and

実施し，国立スポーツ科学センタースポーツ倫理委員会

Arampatzis, 2012）．その一方，PP と TO との時間差はの承認を受けた．

長くとも 0.1s 程度（Schade and Arampatzis，2012）であり，跳躍全体に要する時間に対しては 5％程度でしかな

2.2 測定およびデータ処理

い（有川ほか，2016）．それにも関わらず，主要な局面

測定は国立スポーツ科学センターの室内実験場で行っとなる TO 後の局面に要した時間に着目した研究はほとた．実験試技は，試合と同程度の助走歩数とポールを用んど見当たらない．棒高跳は TO 後でも，ポールを介しいて行った．バーの高さは各対象者の申告をもとに設定て地面に力を加えることができる．そのため，ある特定

し，可能な限り高く跳ぶように指示をした．安全のための局面に要した時間の長短が，地面からポールを介してに，バーはゴムバーを使用した．各対象者について，最競技者へ伝わる力や力積に影響を及ぼす結果，最大鉛直も高い最大重心高を記録した試技を分析するとともに，速度が向上し，競技力のさらなる向上に役立つ可能性が分析範囲は PP から最大重心高出現時（HP）までとしある．

た（Figure 1）．

以上のことより，本研究では，棒高跳の跳躍に要する

実 験 に は 光 学 式 三 次 元 自 動 動 作 分 析 装 置（Vicon

時間と身体重心の最大鉛直速度との関係を検討し，身体Motion System 社製：MX-Giganet 3 台，T40 カメラ 4 台，

重心の最大鉛直速度に影響を及ぼす力学的要因を明らか

T20 カメラ 16 台，T10 カメラ 4 台，250Hz）を用いて，にすることを目的とした．

身体分析点（37 点）の 3 次元座標値を測定した．また，ボックスの下にはフォースプラットフォーム（Kistler

2．方 法社製：9287C，1000Hz）（以下，FP と略す）が埋設され2.1 研究対象者ており，
ポール下端に作用するボックス反力を測定した．

研究対象者は，世界大会で入賞を果たす世界一流レベ

なお，FP の信号は 8ch チャージアンプ（Kistler 社製：

ルからインターカレッジに出場する学生レベルまでの棒

9865E1Y28）を経由して，光学式三次元自動動作分析装

Figure 1 Each event and main phase in pole vault
PP：pole plant TO：take-oﬀ SW：swing MPB：maximal pole bending
IP：inverted position PS：pole straight PR：pole release HP：highest point18

陸上競技学会誌置に接続し，同期した．

第 18 巻第 1 号 2020

展を定量化するために股関節の屈曲−伸展角度を算出

絶対座標系は，助走と反対方向を Y 軸の正方向，鉛し，両股関節がともに屈曲から伸展へと切り替わった瞬

直上向きを Z 軸の正方向，Y 軸と Z 軸の外積を X 軸の間を身体の伸展開始時（以下，IP と表記）と定義した

正方向とした．計測した身体分析点の 3 次元座標値に対（Figure 1）．加えて，TO から SW をドライブ局面，SWし，残差分析法（Wells and Winter, 1980）を用いて最適から MPB をスウィング局面，
MPB から IP をロックバッ

遮断周波数（15-20Hz）を決定し，位相ずれのない 4 次

ク局面，IP から PS を倒立局面と定義し，ポール湾曲局の Butterworth digital filter を用いて平滑化処理を行っ

面とポール伸展局面をそれぞれ 2 つの小局面に分割した．また，測定したボックス反力についても同様に，4た．

次の Butterworth digital filter を用いて平滑化処理（20Hz）を行った．得られた身体分析点を用いて，Winter（1990）

2.4 変数の定義が提案した体幹を胸郭と骨盤に分けた 15 セグメントか

身体重心（CGv）は，測定したキネマティクスデータ

らなるセグメントリンクモデルによって身体をモデル化と Winter（1990）が提案した身体部分慣性係数を用いした．

て算出した．算出した身体重心の位置座標を時間で微分することによって身体重心速度を算出した．

2.3 イベントおよび局面の定義

ボックス反力の力積は，Simpson 則によって測定した

ポール下端がボックス奥面に接触した瞬間を PP と定

ボックス反力を時間で数値積分することから算出した．

義し，踏切足が離地した瞬間を TO と定義した．さらに，なお，本研究では身体重心高や身体重心の鉛直速度（以ポールが最大に湾曲した瞬間をポール最大湾曲時（以下，下，鉛直速度と表記）に直接的な影響を及ぼすボックス

MPB と表記）と定義し，ポールが PP 時まで回復した

反力の Z 成分の力積（以下，ボックス反力の力積と表記）

瞬間をポールストレート時（以下，PS と表記）と定義のみ検討した．

した．加えて，上側の握り手がポールから離れた瞬間を

体幹セグメント角度は，両肩関節中心を結ぶ線分の中

ポールリリース時（以下，PR と表記）と定義し，最大点と両股関節中心を結ぶ線分の中点同士を結んだ線分が重心高が出現した瞬間を HP と定義した．なお，先行研Z 軸となす角度として定義した（Figure 2a）．

究（Frère et al., 2010；Frère et al., 2012a）を参考にして，骨盤セグメントの移動座標系について，左上前腸骨棘TO から MPB までをポール湾曲局面，MPB から PS まから右上前腸骨棘に向かう単位ベクトルを ypel とし，右でをポール伸展局面，PS から PR をプッシュオフ局面

上後腸骨棘から右上前腸骨棘へ向かう単位ベクトルをと定義し，跳躍を 3 つの主要局面に大別した．

spel と定義した．続いて，ypel と spel を外積することで zpel

続 い て， 指 導 書（ 広 田，1989； 村 木，1982； 関 岡，を決定し，zpel と ypel を外積することで xpel を算出した．

1980；1996；田中，2014；山崎，1976；安田および渋谷，

股関節角度は，股関節中心から膝関節中心へ向かう大腿1989）では，スウィングや下半身の振り込み，抱え込みベクトル spel を xpel zpel で規定される平面に投影したベクやロックバック（タック），倒立や身体の伸展が指導に

トルと− zpel とがなす角度として定義した．なお，直立おける共通の着眼点として紹介されている．そこで，下姿勢から屈曲を正，伸展を負とした（Figure 2b）．

半身の振り込みを定量化するため，X 軸周りにおける股関節を回転中心とした下肢の角運動量を算出し，角運動

2.5 統計処理量が負の Peak 値を迎えた瞬間をスウィング時（以下，

各変数の平均値および標準偏差（SD）を算出した．

SW と表記）と定義した（Figure 1）．さらに，身体の伸変数間の関係は Pearson の積率相関係数を用いて検討

Figure 2 Deﬁnition of trunk segment angle and hip joint angle
19し，全ての相関係数 r について 90％信頼区間（90％ CI）

者において TO から HP にかけて増加し続ける様子が確を算出した．ただし，本研究における研究対象者は 8 名認された．最大鉛直速度は，PS 付近で出現する様子がと少数であったため，相関関係の大きさは Hopkins et

確認された．

al.（2009）を参考にし，以下のように定義した： < 0.1，

最大重心高と最大鉛直速度との関係を Figure 4 に示し

trivial；0.1 - 0.3，small；0.3 - 0.5，moderate；0.5 - 0.7，

た．最大重心高と最大鉛直速度との間には有意な正の相large；0.7 - 0.9，very large；0.9 ，extremely large．本

関関係（r = 0.92）が認められた．

研究では，最大鉛直速度と各局面における変数との間の相関係数 r が 0.7 以上を示した変数を最大鉛直速度に大3.2 最大鉛直速度と各主要局面の各変数との関係

きく影響する力学的要因として検討した．

最大鉛直速度と各主要局面における鉛直速度変化量との関係を Table 2 に示した．なお，最大鉛直速度とポー

3．結 果

ル伸展局面における鉛直速度変化量との間でのみ有意な正の相関関係（r = 0.72）が認められた．

3.1 最大重心高と最大鉛直速度との関係
全対象者の最大重心高は 5.03 ± 0.29 m であり，各対最大鉛直速度と各主要局面に要した時間との関係を

象者が記録した最大重心高および用いたポールの特性をTable 2 に示した．ただし，最大鉛直速度と全主要局面

Table 1 に示した．

に要した時間との間に有意な相関関係は認められなかっTO から HP における身体重心高および鉛直速度の経た．

時変化を Figure 3 に示した．身体重心高は，全ての対象

TO から PR におけるボックス反力 Z 成分の経時変化

Table 1 Maximal height of CGv and characteristics of the pole on each participantParticipant
A
B
C
D
E
F
G
H

Maximal height of
CGv (m)
5.39
5.26
5.17
5.14
5.11
4.94
4.81
4.46

Mass (kg - lbs)

Length (ft) - Pound (lbs) - Flex

70 - 154
80 - 176
72 - 159
65 - 143
70 - 154
64 - 141
70 - 154
68 - 150

16.9 - 190 - 16.1
16.5 - 190 - 15.4
16.0 - 180 - 19.0
15.7 - 175 - 20.7
16.0 - 175 - 19.4
15.7 - 165 - 23.0
15.7 - 175 - 20.7
15.0 - 165 - 18.6

Figure 3 Time course of CGv height and CGv vertical velocity
20

陸上競技学会誌

第 18 巻第 1 号 2020

Figure 4 Relationship between maximal height of CGv and maximal vertical velocity of CGv

を Figure 5 に示した．ボックス反力の Z 成分は，TO か

最大鉛直速度と各主要局面におけるボックス反力の力

ら MPB まで緩やかに増加した後，減少に転じ，PS 付積との関係を Table 2 に示した．最大鉛直速度とプッシュ

近で急激に減少する様子が確認された．

オフ局面におけるボックス反力の力積との間でのみ有意TO から PR におけるボックス反力の力積を Figure 5

な負の相関関係が認められた（r = -0.78）．

に示した．TO から PS にかけて全ての対象者でボックス反力の力積は増加し続ける様子が確認された．

Table 2 Relationships between maximal vertical velocity of CGv and CGv vertical velocity change,
duration time and impulse of box reaction force on each main phase

Figure 5 Time course of box reaction force and impulse of box reaction force
213.3 最大鉛直速度と各小局面の各変数との関係

おける体幹セグメント角変位および両股関節角変位との最大鉛直速度と各小局面における鉛直速度変化量，各関係を Table 4 に示した．ポール伸展局面における鉛直

小局面に要した時間および各小局面におけるボックス反速度変化量とスウィング局面における踏切足側の股関節力の力積との関係を Table 3 に示した．なお，最大鉛直角変位との間でのみ有意な負の相関関係が認められた

速度と全ての変数との間に有意な相関関係は認められな．
（r = -0.72）

かった．

4．考 察

3.4 ポール伸展局面における鉛直速度変化量と体幹セ
グメントおよび股関節角変位との関係
TO から PR における体幹セグメント角度および両股関節角度の経時変化を Figure 6 に示した．
ポール伸展局面における鉛直速度変化量とポール湾曲
局面およびポール伸展局面における体幹セグメント角変位と両股関節角変位との関係を Figure 7 に示した．ポー

本研究において，最大鉛直速度は PS 付近で出現し（Figure 3），最大鉛直速度と最大重心高との間に有意な正の相関関係が認められた（Figure 4）．これらの結果は，Anglo-Kinzler et al.（1994）や高松（1998）の報告と同様の結果であった．
そこでまず，最大重心高と大きく関係する最大鉛直速度に影響を及ぼす要因について検討する．

ル伸展局面における鉛直速度変化量とポール湾曲局面における体幹セグメント角変位との間でのみ有意な正の相関関係が認められた（r = 0.78）．
ポール伸展局面における鉛直速度変化量と各小局面に

4.1 最大鉛直速度に影響を及ぼす力学的要因
本研究において，ボックス反力の Z 成分は PS 付近で急激に減少し（Figure 5），最大鉛直速度とプッシュオフ

Table 3 Relationships between maximal velocity of CGv and vertical velocity change of CGv,
duration time and impulse of box reaction force on each sub phase

Figure 6 Time course of trunk segment angle and hip joint angles
22陸上競技学会誌

第 18 巻第 1 号 2020

Figure 7 Relationships between vertical velocity change of CGv in pole recoiling phase andangular displacement of trunk segment and hip joints on each main phase
Table 4 Relationships between vertical velocity change of CGv in pole recoiling phase andangular displacement of trunk segment and hip joints on each sub phase

局面におけるボックス反力の力積との間に有意な負の相

そこで，PS 以前において最大鉛直速度に影響を及ぼ

関関係が認められた（Table 2）．これらの結果より，PS

す力学的要因を検討する．棒高跳では，踏切足が離地し以前に地面へと大きな力積を加えることが高い最大鉛直た後でもポールを介して競技者は地面に力を加えること

速 度 の 獲 得 に 貢 献 す る も の と 考 え ら れ る． 加 え て，が可能である．そのため，ボックス反力の力積は最大鉛

Frère et al.（2012a）は，PS 後に身体を高く引き上げよ

直速度に影響すると考えられる．しかしながら，最大鉛うとするプッシュオフ動作は PR 後の鉛直速度に影響し直速度とポール湾曲局面およびポール伸展局面におけるないことを示唆していることを踏まえると，PS 以前の

ボックス反力の力積との間に有意な相関関係は認められ力学的要因が最大鉛直速度に関係するものと考えられなかった（Table 2 および 3）．その一方，最大鉛直速度

る．

とポール伸展局面における鉛直速度変化量との間で有意23

な相関関係が認められた（Table 2 および 3）．ポール伸のコントロールとされており（村木，1982），ポール伸

展局面において，ポール - 競技者系全体のエネルギー量

展局面における体幹部の回転や股関節の屈曲のような身増加や肩甲帯筋群の筋活動が高まることが報告されてお体のコントロールが，ポール伸展局面における鉛直速度り（Arampatzis et al., 2004；Frère et al., 2012b），これら増加に関係すると考えられる．しかしながら，ポール伸の現象は身体をより垂直に近い倒立姿勢に移行するため

展局面における鉛直速度変化量とポール伸展局面におけの身体のコントロールに由来すると考えられる．したる体幹セグメント角変位および股関節角変位との間に有がって，適切な身体のコントロールによりポールを介し

意 な 相 関 関 係 は 認 め ら れ な か っ た（Figure 7 お よ びて作用するボックス反力の力積を身体重心の鉛直方向のTable 4）．MPB を迎えるとポールは伸展し始め，ポール

並進運動に繋げることが最大鉛直速度の向上に有効だと伸展局面におけるボックス反力の Z 成分はグリップを考えられる．

介して身体へ作用し，身体重心の鉛直速度を増加させる．

その一方，棒高跳の技術指導において「待ち」と呼ば他方，身体重心とグリップの Y 座標に差があると偏心れる言葉が用いられるドライブ局面およびロックバック

力が生じ，ボックス反力の Z 成分は Y-Z 平面内でグリッ局面に要した時間と最大鉛直速度との間には有意な相関

プを中心として X 軸周りに身体重心を正の方向へ回転関係は認められなかった（Table 3）． Schade et al.（2006）

させる．そうなると，偏心力によって生じるグリップ周は成功試技において，踏切足接地直前から MPB およびりの身体重心の回転運動は，鉛直上向きへの身体重心のHP までに要した時間が高い級内相関係数を示したこと

並進運動を相殺してしまう．そのため，ポール湾曲局面を報告している．加えて Schade et al.（2006）は，MPBにおいて質量の大きな体幹部を肩関節周りに回転させ，および HP において競技者が持つ力学的エネルギー，

MPB の時点で既にグリップと身体重心の Y 座標の差をMPB においてポールに蓄えられる弾性エネルギーも高小さくしておくことが，MPB 以降に身体重心へ作用すい級内相関係数を示したことを報告している．これらのる偏心力を小さくし，伸展局面における鉛直速度変化量

ことより，クリアランスまで遂行することができた試技の増加に繋がると考えられる．
そのため本研究では，
ポーにおける競技者の動きやポールの挙動は再現性が高く，

ル湾曲局面における体幹部の回転とポール伸展局面にお局面に要した時間の長短は競技者の特性であると考えらける鉛直速度変化量との関係を検討したところ，ポールれる．さらに，本研究において各小局面に要した時間は伸展局面における鉛直速度変化量とポール湾曲局面にお0.1s から 0.4s と短かった（Table 3）．したがって，特定ける体幹セグメント角変位との間に有意な相関関係が認の局面のみに焦点を当て，当該局面に要する時間を変化められた（Figure 7）．したがって，ポール湾曲局面におさせることは，その前後の局面における競技者の動きおいて体幹部を大きく回転させることが，ポール伸展局面

よびポールの挙動に影響を及ぼし，それらの再現性を低における偏心力を小さくすることに繋がり，鉛直速度変下させ，失敗試技を誘発する可能性があるため，指導の化量を増加させることができたと考えられる．

際には注意が必要であると考えられる．

以上のことから，ポールが伸展を始める以前に体幹部以上のことから，跳躍に要する時間およびボックス反を回転させ，身体を抱え込むことがポール伸展局面にお力の力積は最大鉛直速度に大きく影響する要因ではなける鉛直速度変化量の増加には有効であると考えられ

く，適切な身体のコントロールが最大鉛直速度の向上にる．

有効であることが示唆された．

4.2 ポール伸展局面における鉛直速度変化量に影響を及ぼす身体のコントロール
続いて，ポール伸展局面における鉛直速度変化量に影響を及ぼす力学的要因について検討する．

5．結 論
本研究では，棒高跳の跳躍に要する時間と身体重心の最大鉛直速度との関係を検討し，身体重心の最大鉛直速度に影響を及ぼす力学的要因を明らかにすることを目的とした．対象者は棒高跳を専門とする競技者 8 名であり，前述の通り，適切に身体をコントロールし，ボックス

試合と同程度の助走歩数およびポールを用いて行った試

反力の力積を身体重心の鉛直方向の並進運動に繋げるこ技を分析した．その結果，ポール伸展局面における身体とが最大鉛直速度の向上に有効だと考えられる．そこで重心の鉛直速度変化量が大きければ大きいほど，身体重本研究では，身体のコントロールを明らかにするために心の最大鉛直速度は高くなった（r = 0.72）．加えて，ポー

体幹セグメント角度を算出した結果，Figure 1 でみられ

ル湾曲局面における体幹セグメント角変位が大きければるように，跳躍中に身体が倒立姿勢になる様子が確認さ大きいほど，ポール伸展局面における身体重心の鉛直速れた（Figure 6）．加えて，股関節角度を算出した結果，度変化量が大きくなった（r = 0.78）．これらの結果より，

TO から IP にかけて踏切足側の股関節が大きく屈曲しポール伸展局面において身体重心の鉛直速度を高めるこていた（Figure 6）．ロックバック局面における主要課題とが，最大鉛直速度の向上に繋がると考えられる．加えは身体の伸展力をため込むこと，および身体の伸展速度て，ポール湾曲局面における身体をポールに引きつける24

陸上競技学会誌

第 18 巻第 1 号 2020

体幹部の回転が，ポールの反発力によって生じる偏心力

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Schade, F., Arampatzis, A., and Brüggemann, G.-P. (2006)

謝辞
本研究の測定および分析において，多大なご理解とご協力を頂いた日本体育大学小林史明准教授および日本体
育大学山本智貴研究員に感謝申し上げます．

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Schade, F., Arampatzis, A., Brüggemann, G.-P., and Komi, P.
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