JP2002159541A - 平衡機能訓練装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 立位バランスの訓練をより効果的におこな
い、評価も可能な平衡機能訓練装置の提供を目的とす
る。 【構成】 請求項１では、回転台、傾動台、傾動体、揺
動板、自在継ぎ手で構成する揺動式平衡機能訓練装置
に、角度調節機能を付けた。請求項２では、請求項１記
載の平衡機能訓練装置に荷重検出部を設け、重心動揺検
査機能を付けた。請求項３では、請求項２記載の平衡機
能訓練装置に重心移動訓練機能を付けた。 【効果】 請求項１記載の発明により、揺動式平衡機能
訓練装置において、揺動角度が調節できるようになった
ので、より効果的な平衡機能訓練が可能になった。請求
項２記載の発明により、揺動平衡機能訓練中の重心動揺
を測定できるようになった。請求項３記載の発明によ
り、スクリーンに表示した目標位置に重心を移動させる
訓練ができるので、より効果的な平衡機能訓練が可能に
なった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、動力装置によって駆動
される、平衡機能評価訓練装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】平衡機能訓練装置として、動力装置を具
備し、患者を乗せる盤状部材に周期的または非周期的な
不安定運動を起こさせて、盤状部材上に患者を乗せ、平
衡を維持させる自律訓練をおこなう装置は既に公知であ
り、それらのうち本発明と特に関係する周期的な揺動運
動を起こさせる装置として、特開平８−２９９４９６、
特開平８−８９５９７、特開平９−１４９９５１があ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特開平８−２９９４９
６はベースと直角に直立し、モーターによって回転駆動
され頂上に回転盤を有する回転軸を設け、その回転盤上
に、足載せ体を、先の回転軸と偏心し、かつ所定角度で
傾斜させて回転自在に取り付けた装置であり、足載せ体
は上面を傾斜させて円運動（歳差回転運動）するので、
足載せ体上の患者はそこから落ちないように努力するこ
とにより、足腰の筋肉を鍛え、平衡感覚を涵養すること
ができるとされる。

【０００４】特開平８−８９５９７、特開平９−１４９
９５１はモーターを内装した中空台座の上面に円形レー
ルと溝車もしくは扁平リングと複数の転子からなる回転
芯出し部材を介して、回転リングを平設し、さらにその
回転リングの傾斜上面に同じく回転芯出し部材を介して
揺動盤を斜設し、台座と揺動盤のそれぞれの中心を自在
継ぎ手によって結合し、回転リングを内装モーターによ
って回転駆動する装置である。患者の足首を多方向に万
遍なく傾動させて、足腰を鍛えるための装置であること
は従来技術１と同じである。

【０００５】患者に対する負荷の強度は回転周期および
揺動盤の傾斜角度によって規定されるものである。した
がってこれら回転周期および揺動盤の傾斜角度の値は患
者の傷病の程度に応じて最適値に設定されるべきであ
る。上記３例はともにモーターの回転数を変える操作に
より、回転周期を調節する事が可能である、しかし揺動
盤の傾斜角度についてはその装置について固定であり、
変更は部品とりかえによってのみ可能であり、訓練の状
況に応じて、迅速に最適値に調節することができない。
これが第１の問題である。

【０００６】また、上記３例とも利用者に対し身体的負
荷を与え、鍛錬するのみで、それら訓練した結果、患者
に対して効果が有ったのか無かったのか、具体的に計測
評価する手段を持たない。これが第二の問題である。ま
た、上記３例とも機械の上に乗って患者はひたすら時間
を過ごすのみであるため、退屈となり、訓練が長続きし
にくいという第３の問題がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】これらの課題を解決する
ために、請求項１では回転台（１）、傾動台（２）、傾
動体（３）、揺動盤（４）、ラジアル荷重、スラスト荷
重およびモーメント荷重を同時に支持可能なベアリング
（５）、自在継ぎ手（６）、傾動角度調節機構（７）か
ら成り、傾動台（２）は回転台（１）の上に固定され、
傾動体（３）は傾動台（２）のアームに傾転自在に軸止
され、傾動体本体と傾動体ヘッド部は、ラジアル荷重、
スラスト荷重およびモーメント荷重を同時に支持可能な
ベアリング（５）によって旋回自在に結合され、回転台
（１）のセンター軸と傾動体のヘッド部の中心とを自在
継ぎ手（６）にて結合し、傾動体（３）の旋回軸と傾動
軸との交点に自在継ぎ手の中心を一致させ、傾動角度調
節機構（７）はそのリンクの一端を傾動台（２）に止
め、別のリンクの一端を傾動体（３）に止め、平衡機能
訓練用揺動訓練装置の傾動角度を調節可能にした。

【０００８】また、請求項２では、請求項１記載の平衡
機能訓練装置に荷重測定部材（８）を取り付け、被訓練
者の重心位置の変化を測定し、スクリーンに表示し、重
心動揺の評価ができるようにした。

【０００９】さらに、請求項３では、請求項３における
表示用スクリーン上に、重心移動指示のための模範とな
るパターン図を描画し、被訓練者の重心を能動的に移動
する訓練をおこなうことができるようにした。

【００１０】これまで、この種の訓練は患者にとって単
純運動の繰り返しのため、「無味乾燥で、あきやすく、
長続きしない」ものであった。本発明は訓練中の患者の
重心位置の状態を時々刻々表示することにより、患者自
身の目で現状を確かめ、示された目標に意欲を持って取
り組めるようにする意図のもとになされたものである。

【００１１】

【作用】回転台（１）は底盤（１１）、プーリー（１
３）、回転盤（１４）、センター固定軸（１５）から成
る。センター固定軸（１５）は底盤に固定され、プーリ
（１３）とセンター固定軸（１５）はベアリング（５
１）によって旋回自在に結合される。プーリー（１３）
は外周にベルト溝を有し、ベルト駆動のときに採用す
る。歯車駆動のときは外周に所定の歯形を刻んだ円筒体
とする。傾動台（２）は傾動台基板（２１）、傾動体を
回転可能に支持するためのアーム（２２）から成り、回
転台上に取り付け固定される。アーム（２２）にて傾動
体（３）を傾動可能に支承する。

【００１２】傾動体（３）は傾動体本体（３１）、傾動
軸（３３）、ヘッド部（３４）、軸（３５）、上盤（３
６）から成り、傾動体本体とヘッド部はベアリング（５
２）によって旋回自在に結合され、軸（３５）はベアリ
ング（５２）の旋回中心の位置に合わせて置かれ、その
旋回軸と傾動軸（３３）が直交関係になるようにする。
揺動盤（４）は患者を乗せて揺動する円盤である。滑り
止めとして、表面に凹凸をつけたゴム板等の板材を張り
付ける。

【００１３】ベアリング（５１）はラジアル荷重とスラ
スト荷重およびモーメント荷重を負荷できる性能が必要
である。これに用いるベアリングとしては２個のアンギ
ュラー型軸受け、もしくは、一個で三種の荷重を同時に
負荷できるクロスローラー型軸受け等が使用しうる。ベ
アリング（５２）は（５１）と異なり、スペースを取れ
ない制約があるため、一個でラジアル荷重とスラスト荷
重およびモーメント荷重を負荷できる性能が必要であ
り、クロスローラー型軸受け等が使用しうる。ここで三
種の荷重をを同時に負荷する性能が必要な理由は、揺動
盤の直径に対してベアリングの直径がかなり小さく、ベ
アリングの外径より外側に荷重が加わることも起こりう
るので、３力に対処する必要があるためである。

【００１４】自在継ぎ手（６）は、回転台のセンター軸
（１２）と傾動体ヘッド部（３４）の軸（３５）とを結
合する。この継ぎ手が無い場合、傾動体ヘッド部（３
４）は回転台の回転とともに旋回（歳差回転運動）する
が、この継ぎ手があるとヘッド部の旋回を阻止するの
で、傾動体ヘッド部（３４）は歳差揺動運動をすること
になる。自在継ぎ手（６）の中心が傾動体（３）の旋回
軸と傾動軸との交点と一致していない場合は傾動体ヘッ
ド部の運動が円滑に行かなくなる。したがってこの問題
を避けるため、自在継ぎ手（６）の中心と傾動体（３）
の旋回軸と傾動軸との交点を一致させる。

【００１５】角度調節機構（７）はリンク（７１）、
（７２）とネジ（７３）およびネジを回すためのノブ
（７５）から成る。リンクの一端は傾動台基板（２１）
に取り付けられ、他のリンクの一端は傾動体本体（３
１）に取り付けられる。傾動体本体の取り付け位置は、
傾動体の旋回軸および傾動軸の二軸に直交する軸と傾動
体本体（３１）の外周との交点とするのがもっとも効率
がよい。傾動体（３）は傾動軸（３２）によって傾動可
能に支承され、また一端を角度調節機構のリンク機構に
よって傾動台から支持されているため、リンク機構をネ
ジで調節することにより、傾動体の傾斜角度を自由に変
更設定することができる。

【００１６】荷重測定部（８）は揺動盤（４）の上に乗
って訓練を受ける患者の重心点の動揺状況を経時的に測
定するためのものである。したがって荷重に応じて変形
する部材とその変形に伴って生じた変位を正確に測定す
る手段である、いわゆるロードセルはどのタイプのもの
でも利用できる。そのなかでは、起歪板に歪みゲージを
張り付けたタイプのものは薄くできるため、高さの制約
される本発明の装置にもっとも適したものである。

【００１７】荷重測定部材の曲げ剛性を利用する方式で
は、荷重測定部材（８１）をおおよそ矩形とし、そのほ
ぼ中央部の両側をえぐって最小断面部を作る。こうする
と、この最小断面の部分がもっとも剛性が弱くなって、
もっとも大きな歪みが生ずるので、ここの表裏に歪みゲ
ージ（８２）を貼れば計測上好都合である。荷重は荷重
伝達軸（８５）に載荷し、モーメント荷重を避けるた
め、球面ベアリング（８３）を介して荷重測定部材（８
１）に伝達する方式が推奨される。荷重は歪み測定器に
よって電気的に連続的に計測し、データーをインターフ
ェースを介して計算機演算部に送って計算により求め
る。

【００１８】測定された３点の荷重から、以下のように
重心位置を求めることができる。図２（Ｃ）のように上
板（３６）の中心を原点として、１番の荷重測定部の載
荷点を通る直線をＸ軸とし、原点を通り、これと直交す
る直線をＹ軸とする。原点から３個の荷重測定部の載荷
点までの距離は等しくＲとする。また２番、３番の載荷
点とＸ軸のなす角度は等しくＡ（度）とする。１、２、
３の載荷点に加わる荷重をそれぞれ、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３
（ｋｇ）とすると、重心位置（Ｘｇ、Ｙｇ）の計算式は
下式（１、２）のようになる。

【数１】 Xg = （F3-F2）*R*COS（A）/（F1+F2+F3） （1） Yg = {F1*R −（F2+F3）*R*SIN（A）}/（F1+F2+F3） （2）

【００１９】本装置は足元の不如意な患者が乗って訓練
するものであるので、これに乗り降りするのにはなるべ
く低いほうがよく、その全体高さを極力低くする配慮が
望まれる。また訓練途中において患者が不意に動揺して
転倒しないよう、適当な手すりを設けることが望まし
い。

【００２０】操作および表示は以下のようにしておこな
う。 （１）歳差揺動周期 歳差揺動周期の設定はモーターの回転数を所定値に設定
しておこなう。 （２）歳差揺動角度 歳差揺動角度の設定は傾動角度調節機構のノブを回すこ
とにより、揺動盤（４）の傾動角度を設定して行う。 （３）訓練中における患者の重心位置の経時軌跡表示 荷重測定部の計測データに基づき、時々刻々患者の重心
位置を計算によって求め、この結果をスクリーン上に軌
跡として表示する。この目的のためには計測信号処理モ
ジュールおよびデーター処理コンピュータなどの電子機
器を使用する。

【００２１】患者が装置に乗る前の無負荷状態の重心指
示点を原点とし、この点を中心として、患者が目標とす
べき重心動揺許容範囲をスクリーン上に円にて描画して
おく。訓練する患者はこの目標円に動揺が収まるように
努力をする。こうすることで患者は自分の現状を的確に
把握でき、かつ努力目標に近づけるための訓練意欲を増
進することができる。また一訓練ごとに重心動揺の軌跡
をもとに、計算によってトータルの評価を数値として出
す。重心動揺の軌跡のデーターから、ピークの最大包絡
円、ピークによって形成される多角形の面積、または軌
跡の全長等の指標を用いて訓練結果を数値評価すること
ができる。揺動板（４）を水平にして重心揺動軌跡を記
録すると、重心動揺の軌跡長、面積、中心位置、ロンベ
ルグ率等の重心動揺検査も可能である。

【００２２】こうすることにより、訓練の回数と訓練の
成果との相関関係を数値的に的確に知ることができ、訓
練者にとっては今後の訓練の方針を立てる上で良い指針
となり、被訓練者にとっては訓練の効果の有無を的確に
知ることができて、リハビリの意欲向上に著しい効果が
期待できる。

【００２３】訓練法と模範パターン図は以下のとおりで
ある。 （１）重心位置維持訓練 前項に述べた訓練法である。患者を動揺板上に立たせ、
動揺盤を動揺させて、患者になるべく重心位置を保たせ
る様に促すものである。このために、スクリーン上に動
揺範囲の限界レベルを示す同心円を描いておき、患者の
努力目標とする。

【００２４】（２）重心移動訓練 スクリーン上にあらかじめ模範となる重心移動のパター
ン図を描いておく。患者は動揺する盤上で両足の踏み位
置を維持したままで、自分の重心移動の軌跡がこのパタ
ーン図に沿うように、積極的に姿勢を変化させる訓練法
である。患者は、自分の目で軌跡を追いつつ、かつ模範
のパターンに合わせて、身体（主に下半身）を運動させ
なければならないため、感覚と運動の神経を常に活動さ
せる必要があり、高度なバランスの感覚神経、運動神経
および足腰各部の筋肉の増強等、重心位置維持訓練より
も、更に大きな回復訓練効果を得ることが出来る。スク
リーンに示した領域に重心が入るようにする方法でもよ
い。模範パターン図としては単純な幾何学的図形あるい
はその組み合わせ、または専門のセラピストによって特
別に調製された図形等が使用される。

【００２５】

【実施例】実施例につき図面によって説明する。図１は
本発明装置の実施の態様を示す全体図であり、（Ａ）は
側面図、（Ｂ）は上平面図、（Ｃ）はスクリーン部を省
略した正面図である。第２図は本発明の周期的歳差揺動
運動機構の構造を示す詳細図で、（Ａ）は機構部の正面
図、（Ｂ）は傾動角度調節機構を示す側面図、（Ｃ）は
上面図である。

【００２６】第３図は荷重測定部の詳細図、第４図は測
定された重心動揺の軌跡の例である。周期的歳差揺動運
動機構は、第２図に示すように、円形の底板（１１）の
中心にセンター軸（１５）がネジ止めされ、その中心軸
の上部には自在継ぎ手（６）が取り付けられ、さらに自
在継ぎ手の上は傾動体のヘッド部（３４）に軸（３５）
でつながれている。したがってこの状態では傾動体のヘ
ッド部（３４）は自在継ぎ手（６）の中心をナックルと
して３６０度方向に屈曲運動は可能であるが、旋回運動
はできない。

【００２７】センター軸（１５）にはその下部におい
て、ベアリング（５１）を介してプーリー（１３）が取
り付けられ、プーリーはセンター固定軸（１５）を軸と
して自由に旋回することができる。プーリー（１３）の
上に傾動台（２）がボルトによって取り付けられ、傾動
台のアーム（２２）には傾動体（３）が傾動軸（３３）
によって傾動自在に取り付けられている。

【００２８】傾動体（３）は傾動体本体（３１）とヘッ
ド部（３４）とから成り、両者はベアリング（５２）に
より旋回自在に組み立てられている。なお本例では回転
盤（１４）と傾動台基板（２１）は共通とした。ここに
おいて、傾動体の旋回軸と傾動軸の交点に先の自在継ぎ
手（６）の中心が一致するような位置関係になるよう作
られている。

【００２９】傾動角度調節機構は第５図に示すようにリ
ンク（７１）、（７２）とネジ（７３）を組み合わせた
機構であり、ネジ（７３）を回して、リンクの開度を変
えることができる。リンクの一端は傾動台に取り付けら
れ、他のリンクの一端は傾動体に取り付けられている。
その取り付け位置は傾動体の旋回軸および傾動軸に直交
する軸と傾動体の外周の交点とである。これにより、ノ
ブ（７５）を回すとネジ（７３）が回ってリンク（７
１、７２）の開度が変化し、傾動体（３）の傾斜角度を
変更設定することができる。この実施例では手動で角度
調節をおこなうようにしているが、電動モータ等を用い
て自動化してもよい。

【００３０】このような状態でプーリー（１３）を回転
運動をさせると、その上の傾動台（２）および傾動体本
体（３１）も回転運動をする。しかし傾動体ヘッド部
（３４）は固定された底盤（１１）に繋がれているため
回転運動はせず、傾動体の傾斜角度をもって歳差揺動運
動を行う。プーリーはＶベルトで駆動する例を示してい
るが、歯車又はチェンソースプロケット駆動でもよい。
傾動体のヘッド部（３４）には円形の上盤（３６）がネ
ジ止めされ、その周縁の３カ所には、ａ、ｂ、ｃの位置
には荷重測定部（８）が取り付けられ、揺動盤（４）は
荷重測定部（８）の載荷点に３点支持される。

【００３１】荷重測定部は板材の曲げ剛性を利用するも
のであり、その詳細を第６図に示す。荷重測定部材８１
はおおよそ矩形とし、ほぼ中央部の両側をえぐって最小
断面部を作くり、ここの表裏に歪みゲージ（８２）を貼
った。荷重は荷重伝達軸（８５）に載荷し、球面ベアリ
ング（８３）を介して荷重測定部材（８１）に伝達させ
た。３点の荷重は電気式歪み測定器によって連続的に計
測し、データーをインターフェースを介して計算機演算
部に送って前記（１）、（２）式により重心位置を計算
により求めた。

【００３２】つぎに訓練の手順を追って説明する。図１
において、Ｇ１は周期的歳差揺動運動機構、Ｇ２はベー
ス、Ｇ３は手すり、Ｇ４はモーター、Ｇ５はＶベルト、
Ｇ６はスクリーンＧ７と操作ボタンＧ８をもった操作パ
ネルである。定位置として図１（Ａ）のように揺動板が
手すりの開口側に向くような位置に停止させるようにす
る。こうするのは、足元の不如意な患者の乗り降りが楽
に出来るようにするためである。訓練を受ける患者は揺
動板の上に乗った後、操作パネルのスタートボタンが押
されると、揺動が始まり、訓練が開始される。

【００３３】操作パネル上のスクリーンには前記
（１）、（２）式によって３組の荷重計測値から求めら
れた重心位置が操作盤Ｇ６のスクリーンＧ７上に図４の
ように、時々刻々グラフィック表示される。図４の原点
Ｃ０は無負荷時の重心位置である。円Ｃ１、Ｃ２は目標
として示された重心動揺の許容範囲である。訓練は重心
位置Ｃ６からスタートし、Ｃ７を経て、現在Ｃ８に至っ
ている。

【００３４】患者はこのスクリーンを直接目で見ること
により、自分の状態を確認し、目標範囲に入るよう意欲
的に努力することができる。第５図は患者の重心移動訓
練に使用する模範パターンの例である。このようなパタ
ーンをスクリーンに表示しておき、患者は動揺盤の動揺
に抗して、自分の重心の軌跡を自ら積極的、能動的に身
体を動かして、このパターン図にできるだけ沿うように
勉めるのである。

【００３５】

【発明の効果】患者の傷病程度に応じて足腰にかかる負
担を、揺動の周期だけでなく、傾斜角度をも最適値に設
定できるので、より患者にマッチした処方が可能になっ
た。いままでは単純で退屈しやすいものに成り勝ちなリ
ハビリ訓練であるが、訓練中の患者の重心動揺の状況を
患者自身の目で確認できるようにしたことにより、意欲
を持って訓練に励むことが出来るため、訓練の効率が高
まり、快復を早める効果が得られる。また訓練の成果を
定量的に評価することが可能となったので、患者自身の
訓練に取り組む意欲の向上のみでなく、訓練者の訓練計
画策定の重要な指針を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】装置の全体図で、（Ａ）は装置全体の側面図、
（Ｂ）はその上面平面図、（Ｃ）は患者を乗せた状態の
正面図（スクリーンを省略）である。

【図２】歳差傾斜運動機構の図で、（Ａ）は歳差傾斜運
動機構上面図、（Ｂ）は歳差傾斜運動機構詳細側面図、
（Ｃ）は歳差傾斜運動機構の傾動した状態の図である。

【図３】荷重測定部の詳細図（側面）である。

【図４】重心移動軌跡記録図の例である。

【図５】重心移動訓練用模範パターン図の例である。

【符号の説明】

Ｇ１ 歳差傾斜運動機構 Ｇ２ 基盤
Ｇ３ 手すり Ｇ４ モーター Ｇ５ ベルト
Ｇ６ 制御盤 Ｇ７ 表示スクリーン Ｇ８ 操作ボタン ａ、ｂ、ｃ 荷重測定部の取り付け位置 １ 回転台 １１ 底盤 １２ センター固定軸 １３ プーリー
１４ 回転盤 ２ 傾動台 ２１ 傾動台基板 ２２ 傾動アーム ３ 傾動体 ３１ 傾動体本体 ３２ ベアリング押さえ ３３ 傾動軸 ３４ ヘッド部 ３５ 軸
３６ 上盤 ４ 揺動盤 ５ ベアリング ５１ ベアリング ５２ ベアリング ６ 自在継ぎ手 ７ 傾動角度調節機構 ７１ リンク
７２ リンク ７３ ネジ ７５ ノブ ８ 荷重測定部 ８１ 荷重測定部材 ８２ 歪みゲージ ８３ 球面ベアリング ８４ ベアリング押さえ ８５ 荷重伝達軸 Ｃ０ 原点 Ｃ１ 目標円 Ｃ２ 目標円
Ｃ４ Ｘ軸 Ｃ５ Ｙ軸 Ｃ６ 開始点 Ｃ７ 軌跡
Ｃ８ 終点

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転台（１）、傾動台（２）、傾動体
   （３）、揺動盤（４）、ラジアル荷重、スラスト荷重お
   よびモーメント荷重を同時に支持可能なベアリング
   （５）、自在継ぎ手（６）、傾動角度調節機構（７）か
   ら成り、傾動台（２）は回転台（１）の上に固定され、
   傾動体（３）は傾動台（２）のアームに傾転自在に軸止
   され、傾動体本体と傾動体ヘッド部は、ラジアル荷重、
   スラスト荷重およびモーメント荷重を同時に支持可能な
   ベアリング（５）によって旋回自在に結合され、回転台
   （１）のセンター軸と傾動体のヘッド部の中心とを自在
   継ぎ手（６）にて結合し、傾動体（３）の旋回軸と傾動
   軸との交点に自在継ぎ手の中心を一致させ、傾動角度調
   節機構（７）はそのリンクの一端を傾動台（２）に止
   め、別のリンクの一端を傾動体（３）に止めた、傾動角
   度調節機能付き平衡機能訓練装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の傾動角度調節機能付き平衡
   機能訓練装置に荷重測定部材（８）を取り付け、前記荷
   重測定部材（８）の信号から重心位置を求めて表示用ス
   クリーン上に表示し、重心動揺を評価するようにしたこ
   とを特徴とする、請求項１記載の平衡機能訓練装置。
3. 【請求項３】請求項２における表示用スクリーン上に、
   重心移動指示のための模範となるパターン図を描画し、
   重心移動訓練をおこなえるようにしたことを特徴とす
   る、請求項２記載の平衡機能訓練装置。