体育学研究 , 野球投手におけるマウンドと平地からの投球のバイオメカニクス的比較 投球速度および投球動作中の下肢および体幹の動作に着目して 蔭山 雅洋 1) 鈴木 智晴 2) 藤井 雅文 1) 中本 浩揮 1) 和田 智仁 1) 前田 明 1) Masahiro

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1 体育学研究 , 野球投手におけるマウンドと平地からの投球のバイオメカニクス的比較 投球速度および投球動作中の下肢および体幹の動作に着目して 蔭山 雅洋 1) 鈴木 智晴 2) 藤井 雅文 1) 中本 浩揮 1) 和田 智仁 1) 前田 明 1) Masahiro Kageyama 1, Chiharu Suzuki 2, Masafumi Fujii 1, Hiroki Nakamoto 1,TomohitoWada 1 and Akira Maeda 1 : A biomechanical comparison of baseball pitching from the mound versus the at ground, focusing on ball velocity and motion of the lower limbs and trunk. Japan J. Phys. Educ. Hlth. Sport Sci. 61: , December, 2016 Abstract The purpose of this study was to clarify the proˆles of lower limb and trunk motion during baseball pitching in relation to dišerences between the mound and the at ground, and to determine the motion characteristics while pitching from the 2 locations. The subjects were 12 baseball pitchers (age 18.6±2.5 yr, height 173.4±6.5 cm, weight 74.7±11.0 kg) who belonged to high school or university baseball teams. Three-dimensional positions of 36 re ective markers attached to each subject were tracked by an optical motion capture system (Mac3D System) with 12 cameras. The ground-reaction forces (GRF) of the pivot and stride legs during pitching were determined using 2 multicomponent force plates. Pitching motion was divided into two phases: phase 1 was deˆned as the period from when the knee of the stride leg reached maximal height (MKH: 0 time) until the point when the stride foot made contact with the ground (SFC: 100 time),while phase 2 was deˆned as the period from the SFC until the point when the ball was released (REL: 200 time). Ball velocity was measured using a radar gun. The results were as follows: 1) The maximum and average ball velocities were signiˆcantly higher when pitching was performed from the mound than from the at ground (p<0.05).2) Hip/knee exion angles and hip abduction/extension angular velocities on the pivot leg were signiˆcantly greater for mound pitching than for at ground pitching, and the hip/knee extension angle and hip adduction/internal rotation/ exion angular velocities on the stride leg were signiˆcantly greater for the former (p< 0.05).3) The GRF of the stride leg was signiˆcantly greater for mound pitching than for at ground pitching (p<0.01).4) Upper torso and pelvis angle/angular velocities at SFC and the maximum pelvis, upper torso and trunk tilt angular velocities were signiˆcantly greater for mound pitching than for at ground pitching (p<0.05). The present results indicate that baseball pitchers show biomechanical dišerences in the kinematic and kinetic proˆles of the trunk and lower limbs when pitching from the mound in comparison with the at ground, and that high school or collegiate baseball pitchers can increase their pitched ball velocity by using the height of the mound. Key words kinematics, kinetics, ground-reaction force, kinetic chain, three-dimensional motion analysis technique キーワード キネマティクス, キネティクス, 地面反力, 運動連鎖の原則, 三次元動作分析法 1) 鹿屋体育大学 鹿児島県鹿屋市白水町 1 番地 2) 鹿屋体育大学大学院 鹿児島県鹿屋市白水町 1 番地連絡先蔭山雅洋 1. National Institute of Fitness and Sports in Kanoya, Kagoshima, Japan 1 Shiromizu, Kanoya, Kagoshima Graduate School of Physical Education, National Institute of Fitness and Sports in Kanoya, Kagoshima, Japan 1 Shiromizu, Kanoya, Kagoshima Corresponding author mkageyama@nifs-k.ac.jp

2 518 蔭山ほか. 緒言野球では, 投手が果たす役割は大きく, 投手の能力として, どれだけ速い球を投げることができるかは, 勝敗を左右するうえで重要な要素の 1 つとなる ( 稲尾 吉村,2001 功力,1991). また投手は他のポジションとは異なり, 平坦よりも高い位置にあるピッチャーマウンド ( 以下 マウンド と略す ) から投球を行う. 公認野球規則 2.01( 日本プロフェッショナル野球組織 全日本野球協会,2016, pp. 2) によると, マウンドは, 内野の中央付近に投手板をホームプレートより, 10 inch (25.4 cm) 高い場所に設け, 投手板の前方 6 inch (15.2 cm) の地点から, 本塁に向かって 6feet(182.9 cm) の地点まで,1feet(30.5 cm) につき1inch(2.5 cm) の傾斜をつけ, その傾斜は各球場とも同一でなければならない. とされている. このように, 投手は本塁よりも 25.4 cm 高い位置から約 4.8 の傾斜を利用することで投球を行っているため, 指導の現場では, マウンドからの投球はより速いボールを投げるために有利であると考えられている. しかしながら, マウンドの有無による投球速度の差異について検討した先行研究によると, 両者には差がないという報告 (Nissen et al., 2013) がある一方で, マウンドが平地よりも大きいこと ( 大貫ほか, 1998) が報告されている. このように, マウンドでの投球が投球速度に影響を及ぼすか一致した見解は得られていない. 投球速度に影響する動作の要因については, これまでのところ, 平地とマウンドでそれぞれの実験設定から投球動作解析を中心に検討されてきた. 投球動作は, 踏込脚が接地した後, 膝の速度が増加し, 次いで腰, 肩, 肘, 手首そしてボールの順に, 各部位の速度のピークが時間的にずれながら増加する ( 阿江 藤井,2002 桜井,1992 豊島ほか,1976). そして投球動作は, 下肢によって生み出された力, エネルギー, 速度などがタイミングよく順次に加算 伝達されて末端へ伝わり, 体幹を通して末端のエネルギーや速度を大 きくできるという運動連鎖の原則から成り立つ ( 阿江 藤井,2002 Kreighbaum and Barthels, 1985). また Toyoshima et al. (1974) は, 通常のステップを用いた投動作では投球速度の約 50 にステップと身体の回転が貢献していると指摘し, さらに宮西 (2004) は, 体幹は投球腕各部の力学的エネルギーの増大のために重要な エネルギー発生 伝達器 となっていることを述べている. したがって, 投球動作は, 最終的に手の速度をどれだけ大きくできるかが投球速度を決定する要因になるものの, 投球速度を増大させるには下肢や体幹が重要な役割を担っていると考えられる. さらに, 投球速度に影響する投球動作を検討した先行研究をまとめると, 両脚に作用する投球方向の大きな地面反力 (Kageyama et al., 2014, 蔭山ほか,2015a MacWilliams et al., 1998), リリース直前における踏込脚膝関節の伸展動作 (Kageyama et al., 2014 Matsuo et al., 2001 ), ボール加速局面での体幹の回旋動作 (Escamilla et al., 1998 Fleisig et al., 1999 蔭山ほか,2014 Matsuo et al., 2001 島田ほか, 2000 Stodden et al., 2001 高橋ほか,2005) や捻転動作 ( 蔭山ほか,2014 宮西 櫻井, 2009) の重要性が指摘されている. このようなことから, 投手が大きな投球速度を獲得するためには, 下肢に作用する地面反力や体幹の回旋動作および捻転動作が大きく影響すると考えられる. しかしながら, 先行研究においては, 平地からの投球 ( 宮西ほか,1996, 1997 島田ほか,2000 Toyoshima et al. 1974) とマウンドからの投球 (Escamilla et al., 1998 Fleisig et al., 1999 Kageyama et al., 2014, 2015 蔭山ほか,2014, 2015a, 2015b MacWilliams et al., 1998 Matsuo et al., 2001 Stodden et al., 2001 高橋ほか,2005) のそれぞれの実験設定から投球速度に影響する動作要因について検討されており, 同一被検者内におけるマウンドの有無が投球動作中の下肢および体幹の動きにどのような影響を及ぼすかは不明な点が多い. マウンドと平地における投球動作の差異を検討した研究は, 大学生 ( 大貫ほか,1998) と 9 歳

3 マウンドと平地からの投球のバイオメカニクス的比較 519 から14 歳 (Nissen et al., 2013) の野球投手を対象としたものが報告されている. 大学野球投手を対象とした研究 ( 大貫ほか,1998) によると, マウンドは平地と比較して, 投球が開始されてからボールをリリースするまでの身体 ( 下肢や体幹 ) の移動距離が大きいことが報告されている. 一方,9 歳から14 歳の野球投手 ( 年齢 12.7±1.3 歳 ) を対象とした研究 (Nissen et al., 2013) によると, マウンドと平地による投球では, 投球動作中の下肢のキネマティクスに違いがあることが報告されている. これらの先行知見より, 投手はマウンドの有無によって投球動作中の下肢や体幹の動きが異なることが報告されているものの, 投球動作中の下肢に作用する地面反力や体幹の回旋および捻転の動作については不明である. したがって, 同一被検者の野球投手におけるマウンドおよび平地での投球動作中の下肢に作用する地面反力や体幹の回旋および捻転の動作の差異を検討することは, マウンドの有無による投球動作の特徴を明確にすることができ, それぞれの条件下での技術指導に有益な知見になると考えた. そこで本研究は, 野球投手を対象に, マウンドと平地における投球速度および投球動作中の下肢および体幹の動作の差異を明かにし, マウンドの有無による投球動作の特徴を検討することを目的とした.. 方法. 被検者被検者は, 投手を専門とする高校生および大学生の12 名 ( 右投手 11 名および左投手 1 名, 年齢 18.6±2.5 yr, 身長 173.4±6.5 cm, 体重 74.7± 11.0 kg, 野球歴 11.0±2.2 yr, 投手歴 3.8±2.1 yr) を対象とした. 本研究は鹿屋体育大学倫理審査小委員会に倫理審査申請書を提出して承諾を受けた. 被検者には, 事前に本研究の目的や測定内容, 測定時の危険性について説明し, 書面にて実験参加の同意を得た. また18 歳未満の被検者については, 被検者本人に加え保護者に対しても実験の説明を行った上で, 実験参加の同意を得た.. 実験. 投球試技測定に先立ち, 被検者にはストレッチを含むウォーミングアップを十分に行わせた後, 後述する簡易マウンドおよび平地にて投球練習を行わせた. 投球練習終了後, 休息を挟み, 被検者の疲労感がないことを確認した後に, 被検者には m 先のストライクゾーンを想定させた的注 1) ( 大きさ 縦 66.6 cm 横 43.2 cm, 中心の高さ 72.2 cm) に対して, ストレートによる全力投球をマウンドおよび平地にてそれぞれ 5 球行わせた. 本研究では, 投球速度が最も大きかった試技をそれぞれ分析の対象とした. なお, 投球試技はそれぞれ同一日とし, ランダムに行った.. 投球動作の測定とデータ処理実験は, 室内にて 2 枚のフォースプラットフォーム (Z15907, Kistler 社製 ) が設置できるような簡易マウンド (Figure 1(a),Figure 2) および平地 (Figure 1(b)) を設置し,18.44 m 先の的に投球をそれぞれ行わせた. 公認野球規則 2.01( 日本プロフェッショナル野球組織 全日本野球協会,2016, pp. 2) によると, マウンドは, 内野の中央付近に投手板をホームプレートより, 10 inch (25.4 cm) 高い場所に設け, 投手板の前方 6inch(15.2 cm) の地点から, 本塁に向かって 6feet(182.9 cm ) の地点まで,1feet(30.5 cm) につき1 inch (2.5 cm) の傾斜をつけ, その傾斜は各球場とも同一でなければならない. とされている. つまり, マウンドは本塁の高さよりも 25.4 cm 高いところにあり, 投手板の前方 15.2 cm の地点から本塁に向かって cm の地点まで約 4.8 の傾斜となる. そのため, 本研究で使用した簡易マウンドは, 先行研究 (Fleisig et al., 1999 Matsuo et al., 2001) を踏まえ, 投手板と踏込脚のつま先との距離が 180 cm の選手に対して, 傾斜角 4.8 となるように作成した. なお, 本研究では被検者ごとに実験条件を統制するため, 使用した簡易マウンド ( フォースプラットフォーム上 ) には投手板およびそれに準じるものは設置しなかった注 2). また 2 台のフォースプラットフォームは, 水平面上に平行に設置した. 本

4 520 蔭山ほか Figure 1 Experimental setup for the pitching mound and at ground. Figure 2 Portable pitching mound. 研究では右投手の場合は, 右脚を軸脚, 左脚を踏込脚とした ( 左投手の場合は逆とした ). 測定は, 光学式 3 次元動作解析システム (Mac3D, Motion Analysis 社製 ) の12 台の専用カメラ (Raptor E) と 2 台のフォースプラットフォームを使用した. 投球速度は, スピードガン (2ZM 1035, Mizuno 社製 ) を用いて計測した. スピードガンは測定誤差が少ない投球方向に配置 ( 宮西ほか,2000) し, 照準を被検者のボールリリース位置に向けて測定を行った. なお, マウンド試技および平地試技で投球したボールの投射角 度が異なるため, スピードガンは光軸とボールの速度ベクトルが向き合うように調整した. 光学式 3 次元動作解析システムによる測定では, 身体部位 36 点に直径 13 mm の反射マーカーを貼付し, 撮影速度毎秒 500コマ, シャッタースピード毎秒 2000コマで 3 次元座標を計測した. Mac3D のキャリブレーションによるカメラ12 台の較正点の実測 3 次元座標値と算出された 3 次元座標値の平均誤差は,1.0 mm 以下であった. 身体部位 36 点は, 頭部 5 点 ( 頭頂, 頭部前部, 頭部後部, 左右の耳珠点 ), 上肢 10 点 ( 左右の肩峰, 肘外側, 手首内果, 手首外果, 第 3 中手指節関節 ), 体幹部 5 点 ( 胸骨上縁, 胸骨下縁, 左右の上前腸骨棘, 仙骨 ), 下肢 16 点 ( 左右の大転子, 大腿骨外側上果, 大腿骨内側上果, 外果, 内果, 踵後部, 第 3 中足骨頭, 第 5 中足骨頭 ) とした. 身体各部位の 3 次元座標は, 光学式動作解析システムの制御ソフトウェア (Cortex , Motion Analysis 社製 ) を用いて,

5 マウンドと平地からの投球のバイオメカニクス的比較 521 DLT 法 (Direct Linear Transformation Method) により算出した. また身体各部位の 3 次元座標は, 数値解析ソフトウェア (MATLAB R2010b, The Math Works) を用い, 遮断周波数 13.4 Hz による位相ずれなしの4 次のButterworth 型デジタルフィルターによって平滑化した (Fleisig et al., 1999). 投球動作中の両脚に作用する地面反力は, フォースプラットフォームにより計測し, 専用アンプを介して, サンプリング周波数 2000 Hz でパーソナルコンピュータに取り込んだ. なお,3 次元座標と地面反力のデータは, 光学式 3 次元動作解析システムに付属するA/D ボードを介して同期した. 静止座標系は, ピッチャープレートからホームプレートに向かう前後方向のベクトルを Y 軸, 鉛直方向の上下方向のベクトルを Z 軸,Y および Z 軸に垂直で 3 塁方向へ向かう左右方向のベクトルを X 軸とした.. 動作の局面分け本研究では, 蔭山ほか (2015b) にならい, 投球動作を 2 つの局面に分けた (Figure 3). 第 1 局面は, 踏込脚の膝関節が最も高く上がった時点 ( 以下 MKH 時 と略す ) から踏込脚が接地する時点 ( 以下 SFC 時 と略す ) までとし, 第 2 局面は SFC 時からボールリリース ( 以下 REL 時 と略す ) までとした. 各局面については, 要した時間をそれぞれ100 とし,3 次のスプライン関数を用いて, 全てのデータを規格化した. 規 格化したデータは,1 毎に平均値を求めた.. データの算出項目と方法本研究では, 投球動作中の下肢および体幹の動作について着目した. 以下に, 下肢の各関節および体幹の角度, ストライド長, 地面反力に関する定義について記述する... 下肢における各関節の角度定義について下肢の各関節の角度は, 先行研究 (Kouchi et al., 2000 Nakamura et al., 2005 Yamane et al., 2005 Yamane and Nakamura, 2003) によって作成された筋骨格モデル動作解析ソフト (nmotion musculous 1.51, nac 社製 ) を用い算出した. 下肢の各関節の角度は, 光学式 3 次元動作解析システムから得られた3 次元座標を用い, 人体モデルの逆運動学 (Yamane and Nakamura, 2003) によって計算した. そのため, 筋骨格モデル動作解析ソフトをもとに, 身体部分を53 の剛体リンクモデル (link-segment model) と仮定した. すべての身体のセグメントは, 両側の上腕部, 前腕部 ( 橈骨側, 尺骨側 ), 手部, 大腿部, 下腿部 ( 腓骨側, 脛骨側 ), 膝蓋骨, つま先, 後足部, そして, 頭部, 胸骨, 鎖骨, 肩甲骨, 頸部 ( 第 1 頸椎から第 7 頸椎 ), 胸部 ( 第 1 胸椎から第 12 胸椎 ), 腰部 ( 第 1 腰椎から第 5 腰椎 ) とした. 関節座標系の設定 (Figure 4(a)) は, 各セグメントの関節中心を原点とし, Figure 3 Phases of pitching motion.

6 522 蔭山ほか Figure 4 Deˆnition of the coordinate system ˆxed at the hip, knee and ankle joints (a), upper torso (b), the pelvis (c), trunk twist (d), trunk tilt (e) and stride length (f). 静止立位時の姿勢に基づき, 矢状面に垂直な軸を x 軸, 水平面に対し垂直な軸を y 軸, 前額面に垂直な軸を z 軸とした. 本研究は, 解剖学的な可動域制限に基づき, 股関節では屈曲伸展, 内外転および内外旋角度を, 膝関節では屈曲伸展, 内外転および内外旋角度を, 足関節では底背屈, 内外転および内外反と定義した. 各関節の角度定義は, 日本整形外科学会ならびに日本リハビリテーション医学会が1995 年に制定した 関節可動域表示ならびに測定法 ( 日本リハビリテーション医学会,1995 日本整形外科学会,1995) に則った. 下肢の各関節の角度における符号の正負については, 股関節では屈曲, 内転および内旋を正, 伸展, 外転および外旋を負, 膝関節では屈曲を正, 伸展を負, 足関節では底屈を正, 背屈を負とした. なお, 膝関節の内外転, 内外旋, 足関節の内外転, 内外反といった下肢の動作は, 投球動作中の動きがほとんど生じていないため, 本研究では割愛した... 体幹の動作について Figure 4(b) (e) に, 上胴, 下胴, 捻転 ( 蔭山ほか,2014 Stodden et al., 2001 高橋ほか, 2005) および体幹前傾の定義 (Kageyama et al., 2014 Matsuo et al., 2001) を示した. 上胴の角度 (Figure 4(b)) は,XY 平面上における左肩峰から右肩峰に向かうベクトルを作成し, 静止座標系の Y 軸に対してなす角とした. 下胴の角度 (Figure 4(c)) は,XY 平面上における左上前腸骨棘から右上前腸骨棘に向かうベクトルを作成し, 静止座標系の Y 軸に対してなす角とした. 本研究では, 投球方向に回転した際を正の角度, その逆を負の角度と定義した. 体幹の捻転角度 (Figure 4(d)) は, 下胴角に対する上胴角の差分 ( 体幹捻転角度 = 上胴角度 - 下胴角度 ) から算出した. したがって, 捻転角度が負の値であれば, 下胴に対して上胴が右回旋している状態を示し, 正の値であれば左回旋している状態を示す. 体幹前傾の角度 (Figure 4(e)) は, 下胴の中点 ( 左右の上前腸骨棘を結んだ中心 ) から上胴の中点 ( 左右の肩峰を結んだ中心 ) に向かうベクトルを作成し, 静止座標系の Z 軸に対してなす角とした. つまり, 本研究では投球 ( 本塁 ) 方向へ傾いた際を正の角度,2 塁方向へ傾いた際を負の角度と定義した... 身体重心の位置座標の算出について身体重心の位置座標は, AIST 人体寸法デー

7 マウンドと平地からの投球のバイオメカニクス的比較 523 タベース (Kouchi et al., 2000) を基に作成された筋骨格モデル動作解析ソフトを用い, モーションキャプチャーデータから得られた 3 次元座標から算出した. 人体寸法データベースは, 産業技術総合研究所デジタルヒューマン研究センターによって計測された日本人成年男子 110 名分の特徴的な49か所の寸法と体重の計 50 個のパラメータを使用した... ストライド長について Figure 4(f) に, ストライド長の定義を示した. ストライド長 (Figure 4(f)) は,MKH 時における軸脚の足関節中心から SFC 時における踏込脚の足関節中心との距離とした. なお, 足関節の中心は, 足関節における内果および外果の中心とした... 地面反力について地面反力は, 先に定義した静止座標系と同様に, ピッチャーズプレートからホームプレートに向かうベクトルを Y 成分, 鉛直方向のベクトルを Z 成分,Y および Z 成分に垂直で 3 塁方向へ向かうベクトルを X 成分とした. また本研究では,3 成分を合成した地面反力を100 とし, 各成分における地面反力の割合を算出した. Table 1 Ball velocity, phase time and stride length during pitching between the pitcher's mound and at ground. Unit Mound Flat Ball velocity Max km/h 120.5± ±4.6 Average km/h 118.7± ±4.7 Time of each phase Phase 1 (MKH SFC) s 0.86± ±0.22 Phase 2 (SFC REL) s 0.17± ±0.02 Stride length Stride length m 1.41± ±0.09 Stride length_x m 0.11± ±0.10 Stride length_y m 1.40± ±0.09 Stride length ( height) height 81.4± ±6.4 Stride length_x ( height) height 7.9± ±3.2 Stride length_y ( height) height 81.0± ±6.3 MKH: Maximal stride knee height SFC: Stride foot contacts ground REL: Ball release Mean±SD p<0.05, p<0.01: Signiˆcant dišerence between the pitcher's mound and at ground.. 統計処理基本統計量は平均値 ± 標準偏差 (SD) により示した. マウンドおよび平地による差異を検討するため, 投球速度, ストライド長, 動作時間, 下肢の各関節および体幹の最大値データは, 対応のある Student's t-test を用いて比較を行った. また規格化されたデータについても 1 毎に, 同様の処理を行った. 本研究では, すべての検定において有意水準を 5 未満とした. なお, すべての検定は統計処理ソフト IBM SPSS Statistics 22 (IBM 社製 ) を用いた.. 結果. 投球速度, 動作時間およびストライド長 Table 1 は, マウンド試技および平地試技にお ける投球速度, 投球動作中の動作時間およびストライド長を示したものである.5 球中の最大速度および平均速度は, マウンド試技が平地試技に比べて有意に高い値 (p<0.05) を示した. また投球動作中の第 2 局面の動作時間は, マウンド試技が平地試技に比べて有意に短い値 (p<0.01) を示した. マウンド試技におけるストライド長および身長比のストライド長は, 絶対値および Y 方向が平地試技よりも有意に大きい値 (p<0.01) を示した.. 下肢, 体幹, 地面反力, 身体重心の最大値 最小値 Table 2 は, 投球動作中における下肢および体幹の角度, 角速度, 身体重心の位置, 速度ならびに地面反力の最大値および最小値を示したものである. マウンド試技における股関節および膝関節

8 524 蔭山ほか Table 2 Maxima of kinematic/kinetic parameters of lower limbs, trunk, center of gravity and GRF between the pitcher's mound and at ground. Unit Mound Flat Mound Flat Hip Pivot leg (Phase 1) Stride leg (Phase 2) Maximum Flexion Angle deg 62.1± ± ± ±10.8 Maximum Adduction Angular Velocity deg/s 104.9± ± ± ±223.1 Maximum Abduction Angular Velocity deg/s ± ± ± ±184.8 Maximum Internal rotation Angular Velocity deg/s 97.3± ± ± ±151.2 Maximum External rotation Angular Velocity deg/s -77.7± ± ± ±72.1 Maximum Flexion Angular Velocity deg/s 150.7± ± ± ±152.8 Maximum Extension Angular Velocity deg/s ± ± ± ±119.6 Knee Maximum Flexion Angle deg 63.2± ± ± ±7.1 Maximum Extension Angular Velocity deg/s ± ± ± ±136.5 GRF Maximum Fx N/kg 0.9± ± ± ±0.6 Maximum Fy N/kg 5.3± ±0.8 Maximum Fz N/kg 12.0± ± ± ±1.3 Maximum Resultant forces N/kg 12.8± ± ± ±1.6 Minimum Fx N/kg -0.8± ± ± ±0.2 Minimum Fy N/kg -10.3± ±1.0 Trunk Maximum Upper Torso Angular Velocity deg/s ± ±110.1 Maximum Pelvis Angular Velocity deg/s 680.9± ±108.7 Maximum Trunk Positive Twist Angular Velocity deg/s 796.2± ±129.0 Maximum Trunk Negative Twist deg/s ±78.1 Angular Velocity ±77.0 Maximum Forward Trunk Tilt Angular Velocity deg/s 326.3± ±55.2 Center of gravity Height of CG z at MKH m 1.20± ±0.07 Height of CG z at SFC m 0.83± ±0.05 Minimum height of CG z m 0.76± ±0.04 Distance of CG z at MKH Minimum height m 0.43± ±0.06 Distance of CG z at MKH SFC m 0.37± ±0.06 Distance of CG z at SFC Minimum height m 0.07± ±0.02 Maximum velocity of center of gravity m/s 2.7± ±0.2 CG z : Position of the Z axis of the center of gravity MKH: Maximal stride knee height SFC: Stride foot contacts ground Mean±SD p<0.05, p<0.01: Signiˆcant dišerence between the pitcher's mound and at ground.

9 マウンドと平地からの投球のバイオメカニクス的比較 525 の最大屈曲角度は平地試技と比べ, 軸脚では有意に大きい値 (p<0.05) を, 踏込脚では有意に小さい値 (p<0.05) を示した. 軸脚股関節の外転および伸展の最大角速度は, マウンド試技が平地試技よりも有意に高い値 (p<0.05) を示した. また踏込脚股関節の内転, 内旋および屈曲の最大角速度は, マウンド試技が平地試技よりも有意に高い値 (p<0.01) を示した. 軸脚に作用する地面反力における X( 左右方向 ) 成分の最大値および最小値は, マウンド試技が平地試技よりも有意に小さい値 (p<0.05) を示した. また踏込脚に作用する地面反力 (X( 左右方向 ) 成分,Z( 上下方向 ) 成分, 合成成分 ) の最大値は, マウンド試技が平地試技よりも有意に大きい値 (p<0.05) を示し, 地面反力 (X ( 左右方向 ) 成分,Y( 前後方向 ) 成分 ) の最小値は, マウンド試技が平地試技よりも有意に小さい値 (p<0.01) を示した. MKH 時,SFC 時ならびに最小の身体重心の位置は, マウンド試技が平地試技に比べ, 有意に 高い値 (p<0.01) を示した. また MKH 時から身体重心高が最小になるまでの身体重心における Z( 上下 ) 方向の移動距離は, マウンド試技が平地試技に比べて有意に大きい値 (p<0.01) を示した. さらに, 詳細に検討すると,MKH 時から SFC 時,SFC 時から身体重心高が最小になるまでの身体重心の移動距離は, マウンド試技が平地試技よりも有意に大きい値 (p<0.01) を示した. 身体重心の最大速度ならびに上胴, 捻転および前傾の最大角速度は, マウンド試技が平地試技よりも有意に高い値 (p<0.01) を示した. なお, 身体重心の最大速度が出現した規格化時間は, マウンド試技 (112.4±4.5 time) が平地試技 (117.0±7.9 time) よりも有意に早かった (p<0.05). また下肢, 体幹, 地面反力の最大値および最小値が出現した規格化時間は, 有意な差が認められなかった.. 下肢のキネマティクス Figure 5 は, 投球動作中の軸脚および踏込脚 Figure 5 The comparison of joint angle of lower limbs.

10 526 蔭山ほか の関節角度を示したものである. 軸脚では, 股関節の内転 (+) 外転 (-) 角度は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に大きい値 (p<0.05) を示した. 股関節の内旋 (+) 外旋 (-) 角度は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に小さい値 (p<0.05) を示した. 股関節の屈曲 (+) 伸展 (-) の角度は,77 87 time および time ではマウンド試技が平地試技よりも有意に大きい値 (p<0.05) を示し, time ではマウンド試技が平地試技よりも有意に小さい値 (p<0.05) を示した. 膝関節の屈曲 (+) 伸展 (-) 角度は,74 81 time および time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に大きい値 (p<0.05) を示した. 足関節の底屈 (+) 背屈 (-) 角度は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に大きい値 (p<0.05) を示した. 一方, 踏込脚では, 股関節の内旋 (+) 外旋 (-) 角度は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に大きい値 (p< 0.05) を示した. 股関節の屈曲 (+) 伸展 (-) 角度は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に小さい値 (p<0.05) を示した. 膝関節の屈曲 (+) 伸展 (-) 角度は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に小さい値 (p<0.05) を示した. Figure 6 は, 投球動作中における軸脚および踏込脚の関節角速度を示したものである. 軸脚では, 股関節の内転 (+) 外転 (-) 角速度は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に高い値 (p<0.05) を示し, time においてはマウンド試技が平地試技よりも有意に低い値 (p<0.05) を示した. 股関節の内旋 (+) 外旋 (-) 角速度は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に低い値 (p<0.05) を示した. 股関節の屈曲 (+) 伸展 (-) 角速度は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に高い値 (p<0.05) を示した. 足関節の底屈 (+) 背屈 (-) 角速度は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に高 Figure 6 The comparison of joint angular velocities of lower limbs.

11 マウンドと平地からの投球のバイオメカニクス的比較 527 い値 (p<0.05) を示した. 一方, 踏込脚では, 股関節の内転 (+) 外転 (-) 角速度は, time および time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に高い値 (p<0.05) を示した. 股関節の内旋 (+) 外旋 (-) 角速度は, time ではマウンド試技が平地試技よりも有意に高い値 (p<0.05) を示し, time ではマウンド試技が平地試技よりも有意に低い値 (p <0.05) を示した. 股関節の屈曲 (+) 伸展 (-) 角速度は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に大きい値 (p<0.05) を示した.. 体幹のキネマティクス Figure 7 は, 投球動作中における体幹の角度を示したものである. 上胴の角度は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に大きい値 (p<0.05) を示した. 下胴の角度は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に大きい値 (p<0.05) を示 した. 捻転の角度は, time ではマウンド試技が平地試技よりも有意に大きい値 (p< 0.05) を示し, time ではマウンド試技が平地試技よりも有意に小さい値 (p<0.05) を示した. 前傾角度は, time において, マウンド試技が平地試技よりも大きい値 (p< 0.05) を示した. Figure 8 は, 投球動作中における体幹の角速度を示したものである. 上胴の角速度は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に高い値 (p<0.05) を示した. 下胴の角速度は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に高い値 (p<0.05) を示した. 捻転の角速度は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に高い値 (p<0.05) を示した. 前傾角度は, time および time において, マウンド試技が平地試技よりも高い値 (p<0.05) を示した. Figure 7 The comparison of rotation angle of the pelvis, upper torso, trunk twist and trunk tilt. Figure 8 The comparison of rotation angular velocities of the pelvis, upper torso, trunk twist and trunk tilt.

12 528 蔭山ほか. 身体重心 Figure 9 は,MKH 時の重心位置を基準とした身体重心の位置を示したものである. 身体重心 Y( 前後 ) 方向の位置は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に高い値 (p<0.05) を示した. また身体重心 Z( 上下 ) 方向の位置は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に低い値 (p<0.05) を示した. Figure 10は, 投球動作中における身体重心の速度を示したものである. 身体重心の合成速度は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に高い値 (p<0.05) を示した. 身体重心 Y( 前後 ) 方向の速度は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に高い値 (p<0.05) を示した. また身体重心 Z ( 上下 ) 方向の速度は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に低い値 (p <0.05) を示した.. 地面反力 Figure 11は, 投球動作中における軸脚および踏込脚に作用する地面反力を示したものである. 軸脚に作用する地面反力では,X( 左右方向 ) 成 分は,0 160 time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に小さい値 (p<0.05) を示した. 合成の地面反力は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に小さい値 (p<0.05) を示した. 一方, 踏込脚に作用する地面反力では,X( 左右方向 ) 成分は, time および time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に大きい値 (p<0.05) を示した.Y ( 前後方向 ) 成分の地面反力は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に小さい値 (p<0.05) を示した.Z( 上下方向 ) 成分の地面反力は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に大きい値 (p<0.05) を示した. 合成の地面反力は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に大きい値 (p<0.05) を示した. Figure 12は, 投球動作中における軸脚および踏込脚に作用する地面反力を100 とした際の各成分の地面反力の割合を示したものである. 軸脚では,X( 左右方向 ) 成分は,0 159 time に Figure 9 The comparison of position of the center of gravity. Figure 10 The comparison of velocity of the center of gravity.

13 マウンドと平地からの投球のバイオメカニクス的比較 529 Figure 11 The comparison of the ground-reaction force on lower limbs. Figure 12 The comparison of the ratio of ground-reaction force on lower limbs. おいて, マウンド試技が平地試技よりも有意に小さい値 (p<0.05) を示した.Y( 前後方向 ) 成分は,75 92 time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に大きい値 (p<0.05) を示 した.Z( 上下方向 ) 成分は,77 90 time では, マウンド試技が平地試技よりも有意に小さい値 (p<0.05) を示し,98 133time では, マウンド試技が平地試技よりも有意に大きい値 (p<0.05)

14 530 蔭山ほか を示した. 一方, 踏込脚では,X( 左右方向 ) 成分は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に大きい値 (p<0.05) を示した. Y( 前後方向 ) 成分は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に小さい値 (p<0.05) を示した.Z( 上下方向 ) 成分は, time において, マウンド試技が平地試技よりも有意に小さい値 (p<0.05) を示した.. 考察. マウンドおよび平地における投球速度についてマウンド試技による投球速度は, 平地試技よりも有意に高い値を示した (Table 1). マウンドの有無による投球速度の変化に着目した先行研究によると,9 歳から14 歳の野球投手 (12.7±1.3 歳 ) は, マウンドでは84.6±10.1 km/h, 平地では 83.9 ±10.1 km /h と投球速度に差がないこと (Nissen et al., 2013) が報告されている. 一方で, 大学野球投手は, マウンドによる投球速度 (130.5±6.1 km/h) が平地 (126.6±5.8 km/h) よりも大きいこと ( 大貫ほか,1998) が報告されている. このように, 先行研究ではマウンドの有無による投球速度の差は一致した見解が得られていない. 高校生や大学生の野球投手は 9 歳から14 歳の野球投手と比べると, 年齢経過に伴う身長や体重の増加だけでなく, それらの増加に伴う身体の長さや身体の慣性モーメントあるいは筋量や力 パワー発揮といった体格や体力に違いがある. したがって, 先行研究と本研究の結果を踏まえると, 高校および大学の野球投手は年齢に伴う体格や体力といった要因などの違いにより,9 歳から14 歳の野球投手よりもマウンドを利用することで投球速度を増大させていると考えられる. このようなマウンドの有無による投球速度の差は, マウンドの有無における投球動作の差異が影響している可能性が考えられる. また本研究の被検者におけるマウンドでの投球速度 ( 大学生 122.5±3.8 km/h, 高校生 119.5± 4.7 km /h) は, 投手を対象とした先行研究 (Fleisig et al., 1999 Kageyama et al., 2014 Matsuo et al., 2001 大貫ほか,1998 高橋ほか, 2005) と比較すると, 高校生投手の平均的な範囲から大学生では低速群と位置づけられる範囲であった. 上述した大貫ほか (1998) によると, 投球速度の大きさに関わらず, マウンドによる投球速度は平地よりも大きいことが報告されている. このようなことから, マウンドでの投球速度の大きさは, 本研究の目的であるマウンドの有無による投球動作の特徴を検討する上で影響が小さいと考えられる. 以下では, マウンドの有無による投球動作中の下肢および体幹のキネマティクスならびに両脚に作用する地面反力について議論する.. 投球動作中の下肢のキネマティクスについてマウンド試技による軸脚は, 平地試技と比較して, 第 1 局面において股関節と膝関節が屈曲し, 股関節の外転と伸展による最大角速度を大きくしていた (Figure 5, 6, Table 2). 一方, 踏込脚は第 2 局面において股関節と膝関節が伸展し, 股関節の内転, 内旋, 屈曲による最大角速度を大きくしていた (Figure 5, 6, Table 2). さらに, マウンド試技による身体重心は, 平地と比較して, 第 1 局面の中盤からボールリリースまでにおいて前方向と下方向に位置し, そして高い速度であった (Figure 9, 10). このような動作上の差異は, 先行知見 ( 高橋,2006) を踏まえると, マウンドにおける投球動作は, 平地と比較して, 軸脚では股関節と膝関節を大きく屈曲した状態から大きな角速度で股関節を外転および伸展させることで捕手方向に身体重心の移動と速度を大きくし, 踏込脚では股関節と膝関節を伸展させることで身体重心の移動を支えていると考えられる. またマウンド試技におけるストライド長および身長比のストライド長は, 絶対値および Y 方向が平地試技よりも有意に大きい値を示した (Table 1). 上述した先行研究によると, 大学生投手 ( 大貫ほか,1998) はマウンドでは平地よ

15 マウンドと平地からの投球のバイオメカニクス的比較 531 りもストライド長が大きくなり,9 歳から14 歳の投手 (Nissen et al., 2013) はマウンドの有無によってストライド長に変化がないことが報告されている. このようなことを踏まえると, 高校生と大学生の野球投手は, マウンドでの投球は平地よりもストライド長を大きくすることによって投球速度を増大させていると示唆される. したがって, マウンドでの投球は平地と比較して, 捕手方向への身体重心の移動距離が長く, 移動速度が高いことに加え, 軸脚股関節の外転 伸展および踏込脚股関節 膝関節の伸展による動作速度が大きくなることで, マウンドの有無による投球速度の差を生み出していると考えられる.. 軸脚および踏込脚の地面反力についてマウンド試技は平地試技と比較して, 踏込脚に作用する地面反力は後方向および上方向の地面反力が有意に大きい値を示した (Figure 11, Table 2). このような結果は, マウンドでは踏込脚に作用する後方向および上方向の地面反力を大きく獲得することによって投球を行っていることを示している. 投球動作は, 下肢によって生み出された力, エネルギー, 速度などがタイミングよく順次に加算 伝達されて末端へ伝わり, 体幹を通して末端のエネルギーや速度を大きくできるという運動連鎖の原則から成り立つ ( 阿江 藤井, 2002 Kreighbaum and Barthels, 1985). 例えば, 投球動作中の下肢に作用する地面反力を計測した研究 (Kageyama et al., 2014, 2015 MacWilliams et al., 1998) では, 投球速度の大きさには両脚に作用する投球方向への前後方向の地面反力の大きさが影響することが報告されている. そして, 投球速度はボールへ伝えられる手関節の関節パワーによって生み出されているものの, それらの多くは体幹や肩関節の運動によって生み出されるエネルギーに起因している ( 宮西ほか,1997) ことが述べられている. これらの先行知見より, 投球動作中の下肢のエネルギーは体幹を通して上肢へのエネルギーを大きくする役割を持つため, 下肢に作用する地面反力の大きさは投球速度を決定する重要な要因であると考えられ る. このようなことから, 踏込脚に作用する逆向きの地面反力の大きさは投球速度を増大させる重要な要因であるため, マウンドからの投球は平地よりも踏込脚に作用する投球方向とは逆向きの地面反力を大きくすることで投球速度を増大させていると考えられる. また下肢に作用する各成分の地面反力の割合を検討すると, マウンド試技による投球は, 平地試技と比べ, 軸脚では進行方向の地面反力が大きくなる付近 (80 90 time) において前方向の成分が大きく, 踏込脚では踏込脚接地直後 ( time) において後方向の成分が大きい値を示した (Figure 12). このようなことを踏まえると, マウンドによる投球は平地と比較して, 軸脚では地面反力の大きさというよりも投球方向への地面反力を割合的に大きくし, 踏込脚では踏込脚が接地した直後に進行方向とは逆向きの地面反力を大きくすることで, 投球速度を増大させていると考えられる. さらに, マウンドと平地における身体重心の上下方向の移動距離を比較すると,MKH 時から身体重心高が最小になるまでの移動距離は, マウンド試技が平地試技よりも有意に大きい値を示した (Figure 9, Table 2). このことは, マウンドによる投球では平地よりも身体重心の上下動が大きいことを示している. 地球上で運動を行う場合, ヒトは必ず重力を受けている. この重力によるエネルギーを重力の位置エネルギーといい, 高いところにある物体は低いところにある物体よりも大きなエネルギーを持つことになる. したがって, マウンドによって踏込脚に作用する後方向および上方向の地面反力が大きくなることは, マウンドの高さによる位置エネルギーが大きな影響を与えていると考えられる. すなわち, マウンドによる投球は, 平地よりもマウンドの高さで生じる位置エネルギーを利用することで踏込脚に作用する大きな地面反力を獲得していたと考えられる. 実際のマウンド ( 土が崩れないと仮定する ) で投球した場合, ストライド長が大きくなると踏込脚の接地位置が下に位置する. このように, ストライド長が大きくなる場合では身体重心における

16 532 蔭山ほか 上下方向の移動距離がより大きくなるため, 位置エネルギーを利用しやすいことになる. 発達レベルの異なる投手の投球動作を比較した研究 (Fleisig et al., 1999) によると, 年齢の経過に伴いストライド長が増加する. このようなことを踏まえると, ストライド長が高校生や大学生の投手よりも小さい 9 歳から14 歳の野球投手ではマウンドによる位置エネルギーが小さいため, 投球速度に差が生じなかった可能性が考えられる. このような投球速度の差は, 上述したように体格や体力などの要因の違いが起因して, マウンドの有無による投球動作の違いをもたらしたと推察される. 一方で, 平地試技はマウンド試技よりも軸脚に作用する右方向 (3 塁方向 ) および合成の地面反力ならびに踏込脚に作用する左方向 (1 塁方向 ) の地面反力が有意に大きい値を示した (Figure 11, Table 2). そして, 平地試技による投球は, マウンド試技と比較して, 軸脚では MKH 時から第 2 局面の中盤にかけて右方向 (3 塁方向 ) の成分が大きい値を示し, 踏込脚では踏込脚接地直後から第 2 局面の中盤にかけて左方向 (1 塁方向 ) の成分が大きい値を示した (Figure 12). これらの結果より, 平地による投球は, マウンドでの投球のように位置エネルギーが得られないため, マウンドよりも両脚に作用する左右方向への地面反力の大きさと割合を大きくすることで投球を行っていると考えられる. このように, マウンドの有無による投球では, 下肢に作用する各方向への地面反力の大きさと割合が異なり, マウンドでの投球は平地と比較して, 軸脚では地面反力の大きさというよりも投球方向への地面反力を割合的に大きくし, 踏込脚では踏込脚が接地した直後に進行方向とは逆向きの地面反力を大きくすることで, マウンドの有無による投球速度の差を生み出していると考えられる.. 投球動作中の体幹のキネマティクスについてマウンド試技による投球は, 上胴, 下胴, 前傾の最大角速度が平地試技よりも有意に高い値を示した (Figure 8, Table 2). 体幹は, 身体セグメ ントの中で質量や慣性モーメントが大きく ( 阿江, 1996), 身体のなかで筋量の占める比率が高い (Abe et al., 2003). そして, 投球速度はボールへ伝えられる上肢によるエネルギーによって生み出されているものの, それらの多くは体幹の動作によって生み出されたエネルギーが影響している ( 宮西ほか,1997). そのため, 体幹は身体運動発現のためのエネルギーの発生源であるとともに, 下肢のエネルギーを上肢に伝達する重要な役割をもつ (Kageyama et al., 2014 宮西ほか, 1997 島田ほか,2004). このようなことから, 投球速度を増大させるための動作として, ボール加速局面での体幹の回旋動作 (Escamilla et al., 1998 Fleisig et al., 1999 Kageyama et al., 2014 蔭山ほか,2014 Matsuo et al., 2001 島田ほか,2000 Stodden et al., 2001 高橋ほか, 2005), 捻転動作 ( 蔭山ほか,2014 宮西 櫻井, 2009 ), 前傾動作 (Kageyama et al., 2014 Matsuo et al., 2001) が指摘されている. これらの先行知見より, ボール加速局面における体幹の回旋, 捻転, 前傾の動作は, 下肢のエネルギーを上肢に伝達する役割を持つとともに, 投球速度を大きくするためのエネルギーの発生源として重要なはたらきをなすため, マウンドにおいて加速局面での体幹の回旋 捻転 前傾の動作速度が平地よりも高いことは大きな投球速度をもたらすと考えられる. さらに, 先に引用した Kageyama et al. (2014) によると, 投球速度が高い投手は両脚に作用する投球方向の前後方向の地面反力が大きいことに加えて, 体幹の回旋および前傾の動作速度が高いことから, 下肢に作用する地面反力は体幹のそれらの動作速度を増大させるための重要な役割を果たしていると述べられている. したがって, マウンドからの投球において体幹の動作速度が平地よりも増大した要因には, 上述したような軸脚に作用する投球方向への地面反力が割合的に大きいことや踏込脚に作用する後方向および上方向の地面反力が大きいことが影響したと考えられる. またマウンド試技における上胴 下胴の角度および角速度は, 平地試技と比較して, 踏込脚接地

17 マウンドと平地からの投球のバイオメカニクス的比較 533 直前から有意に高い値を示した (Figure 8, 9, Table 2). 体幹の動作に関する先行研究 ( 蔭山ほか,2014 高橋ほか,2005) では, 投球動作中の上胴および下胴の角速度は踏込脚が接地する前に増大するが, 上胴の最大角速度は下胴の角速度が最大に達した後に出現し, その値は大きくなることが報告されている. また投球動作中の上胴および下胴の回転に着目した研究 (Stodden et al., 2001) によると, 投手は骨盤 ( 本研究の下胴 ) や上胴をより的確なタイミングで回転させたときにより大きな運動量を獲得することができ, より大きなボール速度を獲得するためには体幹の貢献を最大限にできる姿勢に焦点をあてる必要があると述べられている. このようなことから, より大きな投球速度を獲得するには体幹を的確なタイミングで回旋する必要があり, マウンドからの投球は, 踏込脚接地直前に軸脚に作用する投球方向への地面反力を割合的に大きくすることで体幹の回旋角度および回旋速度を大きくし, その後の加速局面での体幹の最大回旋速度を増大させていると考えられる. さらに, 平地による実験設定から投球動作中の体幹および下肢の役割を検討した研究 ( 島田ほか,2000) によると, 軸脚は, ストライド局面では各関節の伸展トルクを発揮して身体を支持し, 踏込脚接地直前の捻り局面での股関節の伸展トルクと投球局面 ( 本研究の第 2 局面 ) での内転トルクにより下胴を回旋させ, 体幹の捻りを生み出す働きをしていると述べられている. このような先行知見を踏まえると, 平地による投球ではマウンドよりも踏込脚接地時の下胴の回旋角度が小さいため, 軸脚および踏込脚に作用する左右方向への地面反力の大きさと割合を大きくすることで下胴を回旋させ, 体幹の捻りを行っていると考えられる. したがって, マウンドの有無による投球では, 体幹の回旋, 捻転, 前傾のキネマティクスが異なり, マウンドでの投球は平地よりも踏込脚接地直前に軸脚に作用する投球方向への地面反力を割合的に大きくし体幹の回旋角度および回旋速度を大きくすることで, マウンドでの投球速度を増大させていると考えられる. そして, マウンドの有無 によって生じる体幹の回旋, 捻転, 前傾のキネマティクスの差異には, マウンドの高さによって生じる下肢に作用する各方向への地面反力の大きさと割合が影響することが示唆される.. まとめ本研究は, 高校生と大学生の野球投手を対象に, マウンドと平地における投球速度および投球動作中の下肢および体幹の動作の差異を明らかにし, マウンドの有無による投球動作の特徴を検討することを目的とした. 本研究で得られた知見をまとめると, 以下の通りである. 1) 高校生および大学生の野球投手は年齢に伴う体格や体力などの違いにより,9 歳から 14 歳の野球投手よりもマウンドを利用することで投球速度を増大させている. 2) マウンドにおける投球動作は, 平地と比較して, 踏込脚接地直前から, 軸脚に作用する進行方向への地面反力を割合的に大きくすることで体幹の回旋角度および回旋速度を大きくし, 踏込脚接地後の加速局面では位置エネルギーにより得られた踏込脚に作用する大きな地面反力によって体幹の回旋 捻転 前傾の大きな動作速度をもたらすことで投球を行っている. 3) 平地における投球動作は, マウンドと比較して, 踏込脚接地直前から体幹の回旋角度および回旋速度が小さく, 踏込脚接地直後の加速局面では位置エネルギーが得られないため, 軸脚および踏込脚に作用する左右方向への地面反力の大きさと割合を大きくすることで体幹を回旋させ, 投球を行っている. よって, 野球投手は, マウンドの有無によって, 投球動作中の下肢および体幹のキネマティクスおよびキネティクスが異なり, 高校生と大学生の投手はマウンドの高さを利用することで, 平地よりも投球速度を増大させていると示唆された. 注記注 1) 公認野球規則の定義 74( 日本プロフェッショナ

18 534 蔭山ほか ル野球組織 全日本野球協会,2016, pp. 200) によると, ストライクゾーンは, 打者の肩の上部とユニフォームのズボンの上部との中間点に引いた水平のラインを上限とし, ひざ頭の下部のラインを下限とする本塁上の空間 と定められてり, バッターが打つための姿勢で決定されるべきである とされている. そして, ストライクは, 打者が打たなかった投球のうち, ボールの一部分がストライクゾーンのどの部分でもインフライト ( 打球, 送球, 投球が, 地面かあるいは野手以外のものにまだ触れていない状態を指す ) の状態で通過したものを言う. つまり, ストライクはボールが本塁上を通過した際の位置および打者の姿勢に影響されると言える. 蔭山ほか (2015a) によると, 打者の踏込脚が接地した時の姿勢は地面から上限までの距離が 105.5±5.1 cm, 地面から下限までの距離が 38.9±2.0 cm であったことから, 大学野球選手のストライクゾーンを縦 66.6 cm 横 43.2 cm と規定している. そのため, 本研究では, 蔭山ほか (2015a) にならい, 的の大きさを縦 66.6 cm 横 43.2 cm, 的の中心を地面 (ground level) から 72.2 cm 高い位置とした. 注 2) 投手は実際のマウンドを使用する場合, 設置されている投手板を使用し, 投球をすることがある. このような場合, 投手によって投球板に対する足の置き方が異なる ( 投手板の上に足を置く場合, 捕手側の投手板に足をかける場合, 捕手側の投手板に足を添える場合など ) ため, 下肢への影響が異なる可能性が考えられる. このようなことから, 被検者ごとで実験条件を統制するため, 本研究で使用した簡易マウンド ( フォースプラットフォーム上 ) には投手板およびそれに準じるものは設置しなかった. この点は, 本研究の限界 ( リミテーション ) であるため, 今後は実際のマウンドを使用することで検討する必要があると考えられる. 文献 Abe, T., Kearns, C.T., and Fukunaga, T. (2003) Sex dišerences in whole body skeletal muscle mass measured by magnetic resonance imaging and its distribution in young Japanese adults. Br J. Sports Med., 7(5): 阿江通良 (1996) 日本人幼少年およびアスリートの身体部分慣性係数.J. J. Sports. Science, 15: 阿江通良 藤井範久 (2002) スポーツバイオメカニクス20 講. 朝倉書店,pp Escamilla, R.F., Fleisig, G.S., Barrentine, S.W., Zheng, N., and Andrews, J.R. (1998) Kinematic comparisons of throwing dišerent types of baseball pitches. J. Appl. Biomech., 14: Fleisig, G.S., Barrentine, S.W., Zheng, N., Escamilla, R.F., and Andrews, J.R. (1999) Kinematic and kinetic comparison of baseball pitching among various levels of development. J. Biomech., 32(12): 稲尾和久 吉村正 (2001) 勝つための投球術生まれ変わるピッチング. 新生出版社. 蔭山雅洋 岩本峰明 杉山敬 水谷未来 金久博昭 前田明 (2014) 大学野球投手における体幹の伸張 短縮サイクル運動および動作が投球速度に与える影響. 体育学研究,59(1): Kageyama,M.,Sugiyama,T.,Takai,Y.,Kanehisa,H., and Maeda, A. (2014) Kinematic and kinetic proˆles of the lower limbs during baseball pitching in collegiate baseball pitchers. J. Sports Sci. Med., 13: Kageyama, M., Sugiyama, T., Kanehisa, H., and Maeda, A. (2015) DiŠerence between adolescent and collegiate baseball pitchers in the kinematics and kinetics of the lower limbs and trunk during pitching motion.j.sportssci.med.,14: 蔭山雅洋 鈴木智晴 岩本峰明 杉山敬 前田明 (2015a) 大学野球投手における投球動作中の地面反力の経時的変化および力積が投球速度に及ぼす影響. 九州体育 スポーツ学研究,29(2): 蔭山雅洋 鈴木智晴 杉山敬 和田智仁 前田明 (2015b) 大学野球投手における下肢関節の力学的仕事量と投球速度との関係. 体育学研究,60(1): Kouchi, M., Mochimaru, M., Iwasawa, H., and Mitani, S. (2000) Anthropometric database for Japanese population Japanese Industrial Standards Center (AIST, MITI). Kreighbaum, E. and Barthels, K.M. (1985) Biomechanics: A qualitative approach for studying human movement (2nd ed). Burgess, pp 功力功雄 (1991) アマチュア野球教本. ベースボールマガジン社,pp. 27. MacWilliams, B.A., Choi, T., Perezous, M.K., Chao, E.Y., and McFarland, E.G. (1998) Characteristic ground-reaction force in baseball pitching. Am. J. Sports Med., 26: Matsuo, T., Escamilla R.F., Fleisig, G.S., Barrentine

19 マウンドと平地からの投球のバイオメカニクス的比較 535 S.W., and Andrews, J.R. (2001) Comparison of kinematic and temporal parameters between dišerent pitch velocity groups. J. Appl. Biomech., 17: 宮西智久 (2004) 投動作. 金子公宥 福永哲夫編, バイオメカニクス身体運動の科学的基礎. 杏林書院, pp 宮西智久 藤井範久 阿江通良 功力靖雄 岡田守彦 (1996) 野球の投球動作におけるボール速度に対する投球腕の貢献度に関する 3 次元的研究. 体育学研究, 41: 宮西智久 藤井範久 阿江通良 功力靖雄 岡田守彦 (1997) 野球の投球動作における体幹および投球腕の力学的エネルギー フローに関する 3 次元解析. 体力科学,46(1): 宮西智久 向井正剛 川口鉄二 関岡康雄 (2000) スピードガンと画像計測によるボールスピードの比較. 仙台大学紀要,31: 宮西智久 櫻井直樹 (2009) 野球の投 打動作の体幹捻転研究 SSC 理論に着目して. バイオメカニクス研究,13: Nakamura, Y., Yamane, K., Fujita, Y., and Suzuki, I. (2005) Somatosensory computation for man-machine interface from motion-capture data and musculoskeletal human model. IEEE Trans. Robot. 21(1): 日本プロフェッショナル野球組織 全日本野球協会 (2016) 公認野球規則 2016 O cial Baseball Rules, ベースボールマガジン社,p. 2, p 日本リハビリテーション医学会 (1995) 関節可動域表示ならびに測定法. リハビリテーション医学,32: 日本整形外科学会 (1995) 関節可動域表示ならびに測定法. 日本整形外科学会誌,69: Nissen, C.W., Solomito, M., Garibay, E., Ounpuu, S., and Westwell, M. (2013) A biomechanical comparison of pitching from a mound versus at ground in adolescent baseball pitchers. Sports Health., 5(6): 大貫克英 上平雅史 斉藤慎太郎 石井喜八 (1998) マウンドの違いによるピッチング動作の比較. 日本体育大学紀要,27(2): 桜井伸二 (1992) 投げる科学. 大修館書店,pp. 2 20, pp 島田一志 阿江通良 藤井範久 川村卓 高橋佳三 (2004) 野球のピッチング動作における力学的エネルギーの流れ, バイオメカニクス研究,8(1): 島田一志 阿江通良 藤井範久 結城匡啓 川村卓 (2000) 野球のピッチング動作における体幹および下肢の役割に関するバイオメカニクス的研究. バイオメカニクス研究,4: Stodden, D., Fleisig, G., McLean, S., Lyman, S., and Andrews, J. (2001) Relationship of pelvis and upper torso kinematics to pitched baseball velocity. J. Appl. Biomech., 17: 高橋佳三 阿江通良 藤井範久 川村卓 小池関也 島田一志 (2005) 球速の異なる野球投手の動作のキネマティクス的比較. バイオメカニクス研究, 9: 高橋佳三 (2006) 投動作を助ける脚のはたらき. 体育の科学,56(3): 豊島進太郎 三浦望慶 池上康男 (1976) 種々の投てき物を投げたときの投動作の分析. 昭和 51 年度日本体育協会スポーツ科学研究報告,No. 1 投能力の向上に関する研究,pp Toyoshima, S., Hoshikawa, T., Miyashita, M., and Oguri, T. (1974) Contribution of the body parts to throwing performance. Biomechanics. University Park press, pp Yamane, K., Fujita, Y., and Nakamura, Y. (2005) Estimation of physically and physiologically valid somatosensory information. IEEE Trans. Rob. Autom., pp Yamane,K.andNakamura,Y.(2003) Natural motion animation through constraining and cdeconstraining at will. IEEE Trans. Vis. Comput. Graph., 9(3): ( 2015 年 10 月 26 日受付 2016 年 6 月 29 日受理 ) Advance Publication by J-STAGE Published online 2016/8/19