JPH06229856A - 自転車のペダル踏力測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】 自転車乗車時の姿勢をとって、左右交互の自
転車足漕ぎ運動をする自転車用ペダル踏力測定器であっ
て、自転車フレ−ム１のリヤハブ取付け用爪に装着しペ
ダル踏力を伝達するペダル踏力測定用リヤハブ９と、リ
ヤハブ９を回転自在に支持すると共に自転車足漕ぎ運動
測定時にリヤハブ９が移動しないように支持するリヤハ
ブ支持台９_４と、リヤハブのスプロケット９_１とペダル
踏力検出部用チエ−ン１０_２を介しペダル踏力を検出す
る伸縮弾性体を内蔵したペダル踏力検出部１０と、ペダ
ル踏力検出部１０で検出されたペダル踏力値を表示する
フレ−ム剛性適合表１０_６とからなる。 【効果】 全サイズの自転車のペダル踏力が測定でき、
自転車の前輪を装着したままで測定できるので、測定準
備が短時間で済む。又、走行時と同じ乗車姿勢でペダル
踏力を測定するので、測定している自転車のフレ−ムの
微妙な“しなり”（剛性）を体感的に判定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自転車のフレ−ム、特
にスポ−ツ車用フレ−ムの走行時の“しなり”、つまり
動的“しなり”を、体感的にしかも定量的に検出し測定
する測定器に関する。

【０００２】

【従来の技術】人の筋肉の力と速度には法則性があっ
て、（筋肉運動の力対速度）の関係、並びに（筋肉運動
のパワ−対力）の関係は、図１のようになるといわれて
いる（Ｈｉｌｌの特性式）。この法則性を自転車のペダ
ル漕ぎ運動時の筋肉運動に適用するには、図２に示すよ
うに［力（ｋｇｆ）→トルク（トルクｋｇｆ・ｍ）］、
［速度（ｍ／ｓｅｃ）→回転速度（ｒａｄ．／ｓｅ
ｃ）］のように変換して考えればよい。従来、上記の関
係から、負荷トルク（ペダル踏力ｘクランク長さ）を一
定にして回転スピ−ドを数点測定し、＜負荷トルク対回
転スピ−ド＞の回帰直線を求め、負荷トルクと回転スピ
−ドよりパワ−を演算によって求めるという方法を応用
した装置がある。例えば、特公平１−４２６９４等が開
示されている。

【０００３】しかるに、上記したような従来の技術は、
足漕ぎ運動のパワ−を測定すると共に、足漕ぎ運動する
ことによって身体を鍛錬する機能を有する多機能運動器
具であり、以下に記すようにいくつかの問題点があっ
た。 (1)体力測定を兼ねた体力鍛錬器具であり、多機能であ
るので構造が複雑となって高価であること。 (2)体力測定に複雑な装置と正確な計測技術が要求され
ること。 (3)定置式の頑丈な構造であるので、普通の自転車のフ
レ−ムの足漕ぎ運動時の“しなり”を、体感的に感知で
きないこと。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の自転車のペダ
ル踏力測定器は、足漕ぎ運動の測定機能のなかで踏力を
測定する測定器であって、ペダル踏力を測定することに
よって乗車者のパワ−に左右される自転車フレ−ムの
“しなり”を、体感的にしかも簡便に測定する機器の発
明に関わるものである。

【０００５】

【問題を解決するための手段】従来技術の以上のような
問題点を解決するため、本発明は以下の構成を採用した
ものである。即ち、両足を跨いでサドルに腰をかけ、左
右のペダルに夫々の足を乗せ、自転車乗車時の姿勢をと
って、左右交互の自転車足漕ぎ運動をする自転車用ペダ
ル踏力測定器であって、自転車フレ−ムのリヤハブ取付
け用爪に装着しペダル踏力を伝達するペダル踏力測定用
リヤハブと、前記リヤハブを回転自在に支持すると共に
自転車足漕ぎ運動測定時に前記リヤハブが移動しないよ
うに支持するリヤハブ支持台と、前記リヤハブのスプロ
ケットとペダル踏力検出部用チエ−ンを介しペダル踏力
を検出する伸縮弾性体を内蔵したペダル踏力検出部と、
前記ペダル踏力検出部で検出されたペダル踏力値を表示
するフレ−ム剛性適合表とからなることを特徴とする自
転車のペダル踏力測定器であって、好ましくは、ペダル
踏力検出部を引っ張り弾性体の内蔵式とした自転車のペ
ダル踏力測定器である。

【０００６】

【作用】本発明の特徴は、上記したように、自転車用フ
レ−ムのリヤハブ取付け用の左・右爪各１個に装着し、
ペダル踏力を測定するペダル踏力測定用リヤハブと、前
記リヤハブを回転自在に支持すると共に、人が乗った自
転車足漕ぎ運動測定時に前記リヤハブが容易に移動しな
いよう、自転車後輪部全体を安定して固定・支持するリ
ヤハブ支持台と、ペダル踏力検出部と、フレ−ム剛性適
合表とで構成されるもので、自転車フレ−ムの足漕ぎ運
動により、走行時の剛性に逆比例するフレ−ムの“しな
り”を、感覚的にしかも定量的に測定できるようにした
自転車のペダル踏力測定器を提供するものである。

【０００７】従って、本発明によれば、前輪は取付けた
ままでしかも固定しないので、自転車に乗車して足漕ぎ
運動する場合、足漕ぎ運動時のペダル踏力を、任意のサ
イズの自転車フレ−ムで測定することが可能であり、停
止状態での測定によって実走行に近い状態のペダル踏力
の測定値が得られることとなる。又、ペダル踏力（＝負
荷トルク／クランク長さ）を数種のバネ定数の弾性体を
交換することによって幅広く設定できる構成にしたの
で、広い範囲のペダル踏力にも対応できる測定器とな
る。

【０００８】以上によって、被測定者、即ち、被験者、
乗車者の好みの、又、その人にフィットした“しなり”
（剛性）をもつフレ−ムを容易に判定・選択することが
できることとなった。

【０００９】以下に、本発明の自転車のペダル踏力測定
器の構成と作用等の詳細について更に詳しく説明する。
まず、本発明の基となる基本原理について説明する。人
の筋力と速度には法則性があって、前記したように、
〈筋肉運動の力対速度〉の関係、並びに〈筋肉運動のパ
ワ−対力〉の関係は、図１のようになるといわれている
（Ｈｉｌｌの特性式）。この法則性を自転車のペダル漕
ぎ運動時の筋肉運動に適用するには、図２に示すように
［力（ｋｇｆ）→トルク（ｋｇｆ・ｍ）］、［速度（ｍ
／ｓｅｃ）→回転速度（ｒａｄ／ｓｅｃ）］と、変換し
て考えればよい。

【００１０】さて、自転車足漕ぎ運動におけるペダル踏
力と負荷トルクとパワ−の関係について言えば、トルク
Ｔはペダル踏力Ｐの円周方向成分Ｐ₀ とクランク長さＬ
の積である。これを式で表せば、Ｔ（ｋｇｆ・ｍ）＝Ｐ
₀ （ｋｇｆ）×Ｌ（ｍ）となる。回転速度は、一般的に
１分間の回転数（ｒｐｍ）で表されることが多い。これ
を１秒間の角速度（ｒａｄ／ｓｅｃ）に換算すると、１
（ｒｐｍ）＝０．１０４７（ｒａｄ／ｓｅｃ）となる。
しかるに、単位時間あたりの仕事量を表すパワ−Ｗは力
（ｋｇｆ）×速度（ｍ／ｓｅｃ）であり、トルクＴと角
速度Ｖ₀ （ｒａｄ／ｓｅｃ）で表される。これを式で示
せば、Ｗ（ｋｇｆ・ｍ／ｓｅｃ）＝Ｔ（ｋｇｆ・ｍ）×
Ｖ₀ （ｒａｄ／ｓｅｃ）となる。

【００１１】即ち、走行中の自転車のフレ−ムの“しな
り”（動的なもの）と、被験者の『パワ−』と『ペダル
踏力』とを関係づけると次のようになる。走行中のフレ
−ムの“しなり”は動的なものであって、乗車者（被験
者）の『パワ−』の大きさと結びつけて考えることがで
きる。即ち、パワ−が大きい乗車者は乗車時のフレ−ム
の“しなり”も大きい。又、足漕ぎ時の『パワ−』と
『ペダル踏力』を多くの被験者について測定（実験）し
てみると、相関関係があることが判明し、特に、〈ピ−
クパワ−／体重〉と〈最大ペダル踏力−体重〉の相関は
一次式（比例式）で表される。従って、〈最大ペダル踏
力〉の値を測定すれば、［ペダル踏力⇔パワ−⇔しな
り］の三者の相互関係から、フレ−ムの動的な“しな
り”の大きさが予測でき、その乗車者に適した剛性（即
ち“しなり”の逆数）のフレ−ムを選定する指標とする
ことができることとなったのである。

【００１２】

【実施例】以下本発明を図面をもって更に詳細に説明す
る。図３は、本発明の自転車のペダル踏力測定器の全体
斜視図、図４は、本発明の自転車のペダル踏力測定器の
主構成要素であるペダル踏力検出部とフレ−ム剛性適合
表の正面図、図５は、本発明の自転車のペダル踏力測定
器の主構成要素であるペダル踏力測定用リヤハブの斜視
図である。図中、１は自転車フレ−ムであって、これは
上パイプ１₁ 、立パイプ１₂ 、下パイプ１₃ 、ヘッドパ
イプ１₄ よりなっている。そして、ヘッドパイプ１₄ に
は、ハンドル２、前ホ−ク３が備えられ、前輪４が、フ
ロントハブ４₁ 、スポ−ク４₂ を介して前ホ−ク３に装
着されている。又、ハンガ−ラック５には、右クランク
５₁ 、左クランク５₂ 、そしてこれらに右ペダル５₃ 、
左ペダル５₄ が取り付けられ、更に、前ギヤ５₅ が固定
されている。この前ギヤ５₄ には後述するスプロケット
９₁ との間に駆動チェ−ン５₆が掛け渡されている。
尚、６はサドル、７はバックホ−クであり、これらは通
常の自転車と同様に各部品が組立てられるものである。

【００１３】さて、後輪部８として、バックホ−ク７に
はペダル踏力測定用のリヤハブ９が装着され、これには
右側スプロケット９₁ と左側スプロケット９₂ が備えら
れており、左右に伸びるリヤハブ軸９₃ がリヤハブ支持
台９₄ によって支持されている。リヤハブ支持台９₄
は、前記リヤハブ９をリヤハブ軸９₃ の周りに回転自在
に支持固定すると共に、被験者が乗車し自転車足漕ぎ運
動する測定時にあって、前記リヤハブ９が移動し又は倒
れることのないように自転車後輪部を安定的に支持する
ものである。図中、９₅ は支持台９₄ の高さ調整部であ
る。前記したように、右側スプロケット９₁ は駆動チェ
−ン５₆ が掛け渡され、左右のペダルを踏むことによっ
て駆動力が伝達されることとなっている。

【００１４】さて、踏力検出機構１０は次のようになっ
ている。即ち、リヤハブ９に備えられた左側スプロケッ
ト９₂ は一端がチェ−ン係止バネ１０₁ に連結された踏
力検出用チェ−ン１０₂ が掛け渡され、他端は踏力検出
部１０₃ に固定されている。そして、この踏力検出部１
０₃ は、リヤハブ支持台９₄ に固定金具９₆ との間でピ
ン９₇ によって回動可能に取り付けられることとなる。
この踏力検出部１０₃ は、中空の筒体をなしており、そ
の内部に圧縮弾性体としてコイルバネ１０₄ が内在さ
れ、コイルバネ１０₄ の先端に備えられた圧縮板１０₅
に、前記の踏力検出用チェ−ン１０₂ が固定されるもの
である。又、ペダル踏力検出用チエ−ン１０₂ は、上記
リヤハブ９の左側スプロケット９₂ からコイルバネ１０
₄ にペダル踏力を伝達する役割をはたす。

【００１５】そして、その外表面にフレ−ム剛性適合表
１０₆ が備えられ、前記圧縮板１０₅ に連動された指針
１０₇ が踏力の程度によって支点１０₈ を中心に回動し
て上下し、フレ−ム剛性適合表１０₆ に示された目盛板
上を指示することとなるのである。フレ−ム剛性適合表
１０₆ は、例えば、図４のような表示板であって、円周
方向に踏力値、直径方向に体重値の目盛を有している。
図中、１０₉ は指針１０₇ を押し上げるために圧縮板１
０₅ に立設されたピンであって、１０₁₀はこのピン１０
₉ が上下するためのガイド溝である。言い換えるなら
ば、踏力検出機構１０にあって、ペダル踏力伝達用リヤ
ハブ９は、本発明のペダル踏力測定器の主要部品であっ
て、被験者の自転車足漕ぎ運動を、ペダル５₃ 、５₄ 、
クランク５₁ 、５₂ 、前ギヤ５₅ 、チエ−ン５₆ の順に
伝達し、当リヤハブ部９を介しコイルバネ１０₄ に伝達
することで、ペダル踏力を検出し表示する。そして、右
側スプロケット９₁ に駆動チエ−ン５₆ を介し、ペダル
踏力が入力され左側スプロケット９₂ からペダル踏力検
出用チエ−ン１０₂ を介し、コイルバネ１０₄ に出力さ
れてペダル踏力として検出、表示されることになる。

【００１６】即ち、当測定用リヤハブ９を介して人の自
転車足漕ぎ運動がパワ−計測手段やトルク計測手段に伝
達されるので、使用中の自転車の後輪を外し当リヤハブ
９に自転車フレ−ムのリヤハブ取付け用爪を装着するだ
けで、自転車を利用した体力測定機能を有するトレ−ニ
ング装置として応用展開可能となるものである。

【００１７】尚、駆動・伝達装置等にあって、例えば、
ペダル、クランク、クランク軸、前ギヤ、駆動チエ−
ン、フレ−ム、前フォ−ク、ハンドル、サドル等は、普
通のスポ−ツ用自転車のそれに同じである。

【００１８】尚、付言すると、実施例１のリヤハブ９の
左側スプロケット９₂ は、ペダル踏力検出部１０₃ 、ペ
ダル踏力検出部チエ−ン１０₂ と共に、スプロケット９
₁ 側（右側）にあっても差し支えないことは言うまでも
ない。更に、ペダル踏力検出部１０₃ にあって、圧縮に
供されるコイルバネ１０₄ をもって説明したが、逆のバ
ネ力、即ち引っ張りに供されるコイルバネをもってペダ
ル踏力検出部とすることができることは勿論である。

【００１９】次に本発明の測定器の実施例の使用方法に
ついて、ペダル踏力検出部１０₃ 及びフレ−ム剛性適合
表１０₆ を主体として説明する。自転車のフレ−ム剛性
は個人の好みにもよるが、一般にパワ−つまり体力のあ
る人はそのパワ−を逃がさないように剛性の高い（剛
い）フレ−ムが適し、又パワ−のない人は負担のかから
ないように剛性の低い（柔らかい）フレ−ムが適すると
いわれている。そして、人のパワ−は、ペダル踏力と比
例的な関係にあり、人のパワ−はペダル踏力より求める
ことができる。以上の観点より、どのくらいのフレ−ム
にその人が適しているかを一目で判断できるようにした
ものが、本実施例のペダル踏力検出部とフレ−ム剛性適
合表である。

【００２０】さて、ペダル踏力検出部１０₃ は、ペダル
５₃ 、５₄ より入力され、リヤハブ９の右側スプロケッ
ト９₁ に伝達されたトルクを踏力検出部用チエ−ン１０
₂ に引っ張り力として伝え、このチエ−ン１０₂ で圧縮
板１０₅ を引上げ、筒体内の圧縮弾性体（コイルバネ）
１０₄ を圧縮しパワ−を蓄積させる。その時、圧縮板１
０₅ に取付けてある指針押上ピン１０₉ が、目盛板に取
付けてある指針１０₇の片側を押し上げることによっ
て、この指針１０₇ が踏力に応じて比例的にピン溝１０
₁₀に沿って動き、指針１０₇ は指針押上ピン１０₉ つま
り圧縮板１０₅ の動きを増幅させる働きもして、圧縮弾
性体の小さい圧縮長さも大きく検出されるようになって
いる。又、踏力の最大値が出ると、ペダル５₃ 、５₄ へ
の踏力を解除しても、指針１０₇ は最大値を指したまま
停止するので、踏力値を読み取るのが容易であり、これ
によって一人で踏力の測定が可能となったものである。

【００２１】一方、フレ−ム剛性適合表１０₆ は、図４
及び図６に示すように、円周方向に踏力値、直径方向に
体重値の目盛りを付けてある。そして、踏力の目盛は、
上記の構造上、圧縮板１０₅ の動きが一定間隔（ｌ₁ ＝
ｌ₂ ＝ｌ₃ ＝ｌ₄ ）、でも、指針１０₇ は一定間隔では
動かないので、例え踏力値の間隔は一定であっても目盛
の間隔の大きさは一定ではなく、中央部の踏力値の目盛
が細かい（Ｌ₁ ＜Ｌ₂、Ｌ₃ ＞Ｌ₄ ）のが特徴であっ
て、目盛値はペダルの踏力を表す大きさになっている。
又、フレ−ム剛性適合表１０₆ に体重の目盛があるの
は、ペダルにかかるパワ−において体重４０ｋｇの人と
１００ｋｇの人が同じ踏力であっても同じ踏力値と評価
することはできない。つまり、立ち漕ぎで踏力を測定す
るようにして、その表示された踏力値から体重を差し引
いた数値をフレ−ムの剛性を判断する踏力値とするもの
である。

【００２２】付言すれば、フレ−ム剛性適合表１０₆ の
見方は次のようになる。 (1) 被験者がペダルを立ち漕ぎの状態で踏み、その踏力
の最大値を指針の先の停止位置で読み取る。 (2) 指針の先の停止位置より指針の支点へ向かう直線と
被験者の体重を示す位置から指針の支点を中心に描いた
円弧が交わった点が、例えばフレ−ム剛性値を次のよう
に３段階［Ｓ（ソフト＝低剛性）Ｍ（ミデイアム＝中剛
性）Ｈ（ハ−ド＝高剛性）］に設定した場合、どの範囲
（Ｓ，Ｍ，Ｈ）に含まれているかによって被験者に適し
たフレ−ム剛性が判るようになっている。

【００２３】尚又、本発明によるペダル踏力測定の全体
的手順は次のようになる。 (1) 乗車できる状態の自転車のフレ−ムのリヤハブ取付
け爪から、自転車後輪部（リム、スポ−ク、タイヤ、ハ
ブ等で構成）を取外す。同時に、チエ−ンをリヤハブの
スプロケットより取外す。 (2) 後輪セットを取外した前記測定用自転車フレ−ムの
リヤハブ取付け爪に該当ペダル踏力測定用リヤハブの軸
部を挿入すると共に、チエ−ンを前記ペダル踏力測定用
リヤハブ部のスプロケットに架け渡し、その後当該リヤ
ハブをリヤハブ支持台のリヤハブ取付け部に回動自在に
取付ける。 (3) 自転車に乗車し、走行時の乗車姿勢（立ち漕ぎ姿勢
も含む）をとる。 (4) 走行時の乗車姿勢で足漕ぎ運動をする。 (5) 上記足漕ぎ運動時の最大踏力値（ペダルトルク）を
読み取る。 (6) フレ−ム剛性適合表の目盛板より、剛性レベルＨ．
Ｍ．Ｓを判定する。尚、ペダル踏力値が異常に低いか高
い被験者の場合は、被験者の測定範囲と想定されるバネ
定数の弾性体を交換（選定）することによって、あらゆ
るパワ−の被験者の測定が可能である。

【００２４】

【発明の効果】本発明は上記の通りであって、次のよう
な効果がある。 (1) あらゆるサイズのスポ−ツタイプ自転車のペダル踏
力を測定できる。 (2) 前輪を装着したままで測定できるので、測定準備が
短時間で済む。 (3) 自転車走行と同じ乗車姿勢でペダル踏力を測定する
ので、測定している自転車のフレ−ムの微妙な“しな
り”（剛性）を体感的に判定できる。 (4) 自転車走行と同じ乗車姿勢で測定することによっ
て、被験者が科学的（客観的）であると共に、その人の
好み（主観的）にもマッチしたフレ−ムを比較的簡単に
判定することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、〔パワ−−速度曲線〕の原理説明図で
ある。

【図２】図２は、〔パワ−−回転速度曲線〕の原理説明
図である。

【図３】図３は、本発明の自転車のペダル踏力測定器の
全体斜視図である。

【図４】図４は、本発明の自転車のペダル踏力測定器の
主構成要素であるペダル踏力検出部とフレ−ム剛性適合
表の正面図である。

【図５】図５は、本発明の自転車のペダル踏力測定器の
主構成要素であるペダル踏力測定用リヤハブの斜視図で
ある。

【図６】図６は、フレ−ム剛性適合表の原理説明図であ
る。

【符号の説明】

１‥‥自転車フレ−ム、 ５‥‥ハンガ−ラック、 ５₁ ‥‥右クランク、 ５₂ ‥‥左クランク、 ５₃ ‥‥右ペダル、 ５₄ ‥‥左ペダル、 ５₅ ‥‥前ギヤ、 ５₆ ‥‥駆動チェ−ン、 ７‥‥バックホ−ク、 ８‥‥後輪部、 ９‥‥リヤハブ、 ９₁ ‥‥スプロケット、 ９₁ ‥‥右側スプロケット、 ９₂ ‥‥左側スプロケット、 ９₃ ‥‥リヤハブ軸、 ９₄ ‥‥リヤハブ支持台、 ９₅ ‥‥支持台９₄ の高さ調整部、 ９₆ ‥‥固定金具、 ９₇ ‥‥ピン、 １０‥‥踏力検出機構、 １０₁ ‥‥チェ−ン係止バネ、 １０₂ ‥‥踏力検出用チェ−ン、 １０₃ ‥‥踏力検出部、 １０₄ ‥‥圧縮弾性体としてコイルバネ、 １０₅ ‥‥圧縮板、 １０₆ ‥‥フレ−ム剛性適合表、 １０₇ ‥‥指針、 １０₈ ‥‥支点、 １０₉ ‥‥ピン、 １０₁₀‥‥ガイド溝。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両足を跨いでサドルに腰をかけ、左右の
   ペダルに夫々の足を乗せ、自転車乗車時の姿勢をとっ
   て、左右交互の自転車足漕ぎ運動をする自転車用ペダル
   踏力測定器であって、自転車フレ−ムのリヤハブ取付け
   用爪に装着しペダル踏力を伝達するペダル踏力測定用リ
   ヤハブと、前記リヤハブを回転自在に支持すると共に自
   転車足漕ぎ運動測定時に前記リヤハブが移動しないよう
   に支持するリヤハブ支持台と、前記リヤハブのスプロケ
   ットとペダル踏力検出部用チエ−ンを介しペダル踏力を
   検出する伸縮弾性体を内蔵したペダル踏力検出部と、前
   記ペダル踏力検出部で検出されたペダル踏力値を表示す
   るフレ−ム剛性適合表とからなることを特徴とする自転
   車のペダル踏力測定器。
2. 【請求項２】 ペダル踏力検出部を引っ張り弾性体の内
   蔵式とした請求項第１項記載の自転車のペダル踏力測定
   器。