JP5149940B2 - 脚部トレーニング装置 - Google Patents
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Description
この場合、ポストに対するサドルのスライド移動を提供するサドル駆動手段を設けることが特に好ましい。
また、脚部トレーニング装置は、代謝量に関連する生理的計測値を計測する計測手段と、計測手段の出力から代謝量を求める評価手段と、使用者に負荷を提供する負荷提供手段と、評価手段から提供される代謝量に基づき負荷提供手段によって使用者に付与される負荷量を制御する制御手段を含むことが好ましい。この場合、評価手段は、負荷提供手段によって実施される運動にかかわる筋肉の体積および前記運動にかかわる筋肉のうち赤筋の体積のいずれか一方を重み係数として、生理的計測値に重み付けを行い、重み付け後の生理的計測値を代謝量として使用することが好ましい。
<第1実施形態>
本実施形態の脚部トレーニング装置は、図1に示すように、床面に設置される架台1と、使用者の臀部を支持する座席部材2と使用者の足を載せる踏板3とを含む。座席部材2と踏板3は、架台1に対してそれぞれ結合機構4,5を介して取り付けられる。結合機構4,5にはそれぞれ駆動源としてのモータ6,7が連結され、モータ6、7は制御部10で制御される。踏板3は左右一対設けられ、モータ7は各踏板3に設けられる。
(負荷の推定値)=a×(往復回数)+b×(傾斜角度)
往復回数および傾斜角度を変化させて自重率を実測した結果を図15に示す。図15に示す計測は、本発明の装置の使用経験がない8名の成人について、膝角度を40度に保ち、右脚の荷重を1分間連続して記録することによって行った。図15によれば、(往復回数、傾斜角度、自重率)の関係は、(1.4Hz、3度、38.6%)、(1.4Hz、5度、52.2%)、(2Hz、3度、41.1%)、(2Hz、5度、58.8%)であり、これらの数値を用いて上式を回帰式とする重回帰分析を行った結果、重みa,bとしてそれぞれ8.9、8.1が得られた。すなわち、自重率は往復回数と(最大)傾斜角度とから下式で求めることが可能である。
(自重率〔%〕)=8.9×(往復回数〔Hz〕)+8.1×(傾斜角度〔度〕)
自重率を上式で決定するものとして、図14の斜線部における座席部材2の傾斜角度を求めると2.7〜5.9度となり、3〜5度と設定するのが望ましい。つまり、膝角度を40度とし、座席部材2の往復回数を1.4〜2Hzとし、座席部材2の傾斜角度を3〜5度とすれば、所望の代謝が得られ、かつ膝痛も生じないように脚部トレーニングを行うことが可能になる。なお、膝角度は座席部材2に臀部を載せた状態での安定感を得るために40度としているが、代謝および膝痛に対して有意差はないので40度以下に設定してもよい。
<第2実施形態>
本実施形態にかかる脚部トレーニング装置は、図21に示すように駆動源を用いずに使用者に能動的に脚部トレーニングを行わせるための装置である。すなわち、実施形態1では駆動源としてのモータ6〜9を用いることによって、使用者が能動的に身体を動かすことなく受動的に脚部トレーニングを受けるように構成されているが、本実施形態においては架台1に対して座席部材2および踏板3をそれぞれ結合機構4,5を介して取り付けてあるが駆動源は設けていない。踏板3を架台1に結合する結合機構5は実施形態1と同様にパンタグラフ51を用いて上下方向に移動可能となるように形成してある。また、座席部材2を構成するポスト部21は伸縮自在であり、ポスト21に結合されるサドル22は左右方向の軸(1つの軸)回りで前後方向に傾斜することが可能になっている。ただし、ポスト21はサドル22の高さ調節のために伸縮可能となっており、またサドル22は、実施形態1において説明した重り25またはボールジョイント26を設けることによって傾くように支持されている。結合機構5にパンタグラフ51を設けているのは、実施形態1と同様に、座席部材2の傾斜角度の変化に連動して踏板3の高さ位置を変化させるためである。座席部材2と踏板3とは結合機構4,5を構成するリンクやカムの組合せによって機械的に連動するようになっている。つまり、結合機構4,5は、座席部材2の架台1に対する傾斜角度が変化すると踏板3の高さ位置が変化するように構成されている。
<第3実施形態>
本実施形態にかかる脚部トレーニング装置1では、踏板3を上下方向にのみ移動可能として座席部材2の下端部と踏板3との距離がほぼ一定に保たれる。すなわち、図24Aおよび図24Bに示すように、板状の踏板3の四隅に設けたガイド孔3aに対して架台1に立設された4本のガイドピン3bを挿通することにより、踏板3をガイドピン3bに沿って上下方向にのみ移動させる。この場合、座席部材2と踏板3とに対して連結体70を不動に固定すると、座席部材2を架台1に対して傾けることができなくなるから、連結体70の両端部で座席部材2と踏板3にそれぞれ結合する部位に球軸受のようなヒンジ71、72を設けている。この構成により、座席部材2と連結体70とがなす角度と、踏板3と連結体70とがなす角度とをそれぞれ任意に変化させることができ、座席部材2の揺動に伴って踏板3を上下方向に移動させることが可能になる。
<第4実施形態>
本実施形態にかかる脚部トレーニング装置は、図30Aおよび図30Bに示すように、使用者を保持する支持部として架台1からアーム27を介して吊下した座席28を用いることを特徴としている。座席28はサドルに相当し、架台1とアーム27とを結合する結合機構(図示せず)を適宜に構成することによって、座席28を上述した各実施形態におけるサドル22と同様に移動させることができる。図示例ではアーム27の上端を架台1に対して揺動可能に枢着してあり、座席28は振り子のように移動する。ただし、座席28の移動方向は使用者の膝関節の屈伸方向によって制限されており、架台1の一部に結合された踏板3によって使用者Mの足位置および足先の向きを決めた状態では、使用者Mの重心位置と足位置との相対位置の変位が膝関節の屈伸方向に制限される。
<第5実施形態>
本実施形態の脚部トレーニング装置は、図32に示すように、ベース100と、ベースに固定される支柱部110と、使用者の臀部を保持するシート120と、支柱部とシートの間に配置される結合機構130と、支柱部の前方に固定配置される一対の踏板140とで構成される。
<第6実施形態>
本実施形態の脚部トレーニング装置は、図34Aおよび図34Bに示すように、ベース200と、ベースに可動に保持され、内部に駆動装置が収納される支柱部210と、使用者の臀部を保持するシート220と、支柱部とシートの間を連結する結合機構230と、支柱部の前方に固定配置される一対の踏板240と、シートと踏板の間を連結するリンク250とで主として構成される。
2 座席部材
3 踏板
4 結合機構
5 結合機構
10 制御部
Claims (31)
- 定位置に設置される基台と、使用者の自重の少なくとも一部が大腿部を含む脚部に作用する形で使用者の身体の一部を支持する支持部と、使用者の足位置と重心位置との相対位置の変位により使用者の自重で脚部に作用する負荷が変化するように支持部を基台に対して可動に結合する結合機構とを含み、上記支持部は、使用者の足を載せる踏板を含み、上記踏板は、踵がつま先よりも高くなるように傾斜する上面を有することを特徴とする脚部トレーニング装置。
- 上記支持部は、使用者を着座状態に保持する保持手段を含むことを特徴とする請求項1に記載の脚部トレーニング装置。
- 上記支持部は、使用者を吊り下げ状態に保持する保持手段を含むことを特徴とする請求項1に記載の脚部トレーニング装置。
- 上記結合機構は、上記支持部の可動方向を使用者の足位置と臀部位置との間の距離が略一定になるように制限することを特徴とする請求項1に記載の脚部トレーニング装置。
- 上記保持手段は、使用者の臀部を支持する座席部材を含み、上記座席部材は結合機構を介して上記基台に揺動可能に結合されることを特徴とする請求項2に記載の脚部トレーニング装置。
- 足位置および足先の向きと上記座席部材の揺動方向とを合わせるマークを含むことを特徴とする請求項5に記載の脚部トレーニング装置。
- 上記基台は、基台の上面と平行な面内で回転可能な方向支持板を有し、上記マークは上記方向支持板に表記されることを特徴とする請求項6に記載の脚部トレーニング装置。
- 上記座席部材を揺動させる駆動手段を含むことを特徴とする請求項5に記載の脚部トレーニング装置。
- 上記踏板は、上記結合機構を介して基台に対して水平方向と垂直方向の少なくとも一方向に移動可能に結合されることを特徴とする請求項1に記載の脚部トレーニング装置。
- 上記結合機構は、踏板の下方に配置される弾性部材を含むことを特徴とする請求項9に記載の脚部トレーニング装置。
- 上記支持部は、使用者の臀部を保持する座席部材を含み、上記座席部材は結合機構を介して上記基台に揺動可能に結合され、脚部トレーニング装置はさらに上記座席部材の揺動に同期して上記踏板を動作させる連動手段を含むことを特徴とする請求項1に記載の脚部トレーニング装置。
- 上記座席部材を揺動させる第1駆動手段と、上記踏板を駆動させる第2駆動手段と、上記第1駆動手段と上記第2駆動手段とを同期させて制御する制御手段を含むことを特徴とする請求項11に記載の脚部トレーニング装置。
- 上記制御手段は、座席部材が基台に対して垂直姿勢となる位置と垂直姿勢に対して5度以下の角度で傾斜姿勢となる位置との間で座席部材が往復揺動運動するとともに、その際の使用者の膝角度が40度以内に保たれ、さらに座席部材が1秒間に往復揺動運動する往復回数が2回以下となるように座席部材と踏板の動作を制御することを特徴とする請求項12に記載の脚部トレーニング装置。
- 上記座席部材は、上記結合機構を介して基台に結合されるポストと、ポストの上端部に配置され使用者の臀部を載せるサドルと、上記ポストに対するサドルの平行移動と回転移動の少なくとも一方を提供するようにサドルをポストに結合する連結手段を含むことを特徴とする請求項5に記載の脚部トレーニング装置。
- 上記連結手段は、ポストに対してサドルをシーソー運動可能に保持することを特徴とする請求項14に記載の脚部トレーニング装置。
- 上記連結手段は、ポストの軸方向に交差する面内でサドルをスライド可能に保持することを特徴とする請求項14に記載の脚部トレーニング装置。
- ポストに対するサドルのスライド移動を提供するサドル駆動手段を含むことを特徴とする請求項16に記載の脚部トレーニング装置。
- 上記ポストはその長手方向に伸縮自在であり、脚部トレーニング装置はポストの伸縮運動を提供するポスト駆動手段を含むことを特徴とする請求項14に記載の脚部トレーニング装置。
- 上記ポストはその長手方向に伸縮自在であり、脚部トレーニング装置はさらに、上記座席部材を揺動させる第1駆動手段を、上記踏板を駆動させる第2駆動手段、ポストの伸縮運動を提供する第3駆動手段、およびポストの軸方向に交差する面内でサドルをスライド運動させる第4駆動手段の少なくとも一つと同期させて制御する制御手段を含むことを特徴とする請求項14に記載の脚部トレーニング装置。
- 代謝量に関連する生理的計測値を計測する計測手段と、計測手段の出力から代謝量を求める評価手段と、使用者に負荷を提供する負荷提供手段と、評価手段から提供される代謝量に基づき負荷提供手段によって使用者に付与される負荷量を制御する制御手段を含むことを特徴とする請求項1に記載の脚部トレーニング装置。
- 上記評価手段は、上記負荷提供手段によって実施される運動にかかわる筋肉の体積および上記運動にかかわる筋肉のうち赤筋の体積のいずれか一方を重み係数として、上記生理的計測値に重み付けを行い、重み付けされた生理的計測値が上記代謝量として使用されることを特徴とする請求項20に記載の脚部トレーニング装置。
- 使用者の自重のうち脚部に作用する負荷を反映する荷重を検出するために上記支持部に設けられる荷重センサと、荷重センサにより検出される負荷の時間変化を使用者に実時間で通知する荷重変化通知手段とを含むことを特徴とする請求項1に記載の脚部トレーニング装置。
- 上記連動手段は、上記踏み台に足を載せるとともに座席部材に着座する使用者の重心位置の移動時、上記使用者の膝関節の曲げ角度が45度以内となるように上記座席部材の揺動に同期して上記踏板を動作させることを特徴とする請求項11に記載の脚部トレーニング装置。
- 上記連動手段は、上記使用者の重心位置の移動時、使用者の膝の曲げ角度が略一定に維持されるように上記座席部材の揺動に同期して上記踏板を動作させることを特徴とする請求項11に記載の脚部トレーニング装置。
- 上記連動手段は、上記踏台に足を載せるとともに座席部材に着座する使用者の重心位置の移動時、上記使用者の膝関節の曲げ角度が45度以内となるように上記座席部材の揺動に同期して上記踏板を動作させる第1運動モードと、上記使用者の重心位置の移動時、使用者の膝の曲げ角度が略一定に維持されるように上記座席部材の揺動に同期して上記踏板を動作させる第2運動モードを選択的に提供し、上記脚部トレーニング装置は上記第1運動モードと上記第2運動モードの一方を選択するための選択手段を含むことを特徴とする請求項11に記載の脚部トレーニング装置。
- 使用者のデータを入力する入力手段と、上記入力手段により入力されたデータに基づいて使用者が支持部に与えるべき圧力の適正範囲を算出する演算手段と、上記使用者が実際に支持部に与える圧力を検知するための圧力センサと、上記演算手段によって提供される適正範囲と上記圧力センサによって検知された実際の圧力値を使用者に表示する表示手段を含むことを特徴とする請求項1に記載の脚部トレーニング装置。
- 使用者のデータを入力する入力手段と、上記入力手段により入力されたデータに基づいて使用者が支持部に与えるべき圧力の適正範囲を算出する演算手段と、上記使用者が実際に支持部に与える圧力を検知するための圧力センサと、上記圧力センサによって検出された圧力値が上記適正範囲内に保たれるように結合機構をフィードバック制御する制御手段を含むことを特徴とする請求項1に記載の脚部トレーニング装置。
- 上記保持手段は、使用者の胴体を吊り下げ保持する胴体保持部材を含み、上記胴体保持部材は結合機構を介して上記基台に揺動可能に結合され、脚部トレーニング装置はさらに上記胴体保持部材の揺動に同期して上記踏板を動作させる連動手段を含むことを特徴とする請求項3に記載の脚部トレーニング装置。
- 上記胴体保持部材は、使用者の腰部を保持する腰部保持具と、軸方向に伸縮可能な使用者の吊り下げ部材を含むことを特徴とする請求項28の脚部トレーニング装置。
- 上記胴体保持手段を揺動させる駆動手段を含むことを特徴とする請求項28に記載の脚部トレーニング装置。
- 上記胴体保持部材を揺動させる第1駆動手段と、上記踏板を駆動させる第2駆動手段と、上記第1駆動手段と上記第2駆動手段とを同期させて制御する制御手段を含むことを特徴とする請求項28に記載の脚部トレーニング装置。
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