JP2006320612A - トレーニングマシーンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】、簡易的および自動的にトレーニング者の運動能力や要求に適合するように、トレーニングマシーンの運動機構部を操作させる。
【解決手段】電磁ブレーキユニットから成る荷重負荷装置２に運動機構部３が連結されたトレーニングマシーン本体１を構成し、前記の電磁ブレーキユニットの制動トルクに対抗するように前記の運動機構部３をトレーニング者７に操作させる。運動機構部３の操作状態やトレーニング者７のトレーニング状態を荷重負荷装置２やトレーニング者７等から検出することにより、トレーニング者７の運動能力等を判断し、そのトレーニング者７がより有効なトレーニングを実行および維持できる最適トレーニング条件を算出し、その最適トレーニング条件に基づいて電磁ブレーキ特性を適宜設定し制動トルクを発生させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気的にトレーニング負荷を制御できるトレーニングマシーンシステムに関するものであって、例えば簡易的および自動的にトレーニング者の運動能力や要求に適合するように、トレーニングマシーンの運動機構部等を操作させるものである。

本発明は、先行技術調査を行うことなく、公知のトレーニングマシーンを基礎に開発した発明であり、出願人の知っている先行技術は公知文献発明ではなく、先行技術文献情報は存在しない。以下、トレーニングマシーンシステムの概略を図面等に基づいて説明する。

トレーニングマシーンにおいては、例えば所定重量のウェイトブロック（例えば、金属板等）が複数個積層された荷重負荷装置を構成し、その荷重負荷装置に連結（例えば、荷重負荷（または、後述のトルク）を伝達するためのロープ，チェーン，ギア，シーブ，リンク，シャフト等の伝達手段を介して連結）された運動機構部をトレーニング者に操作（例えば、手足等を用いて操作）させることにより、該ウェイトブロックを昇降させて所定部位（トレーニング者の所定部位の筋肉等）のトレーニング（筋力トレーニング等）を行わせる方式、すなわちウェイトブロックの重力を利用して運動機構部に荷重負荷を伝達した状態で、その運動機構部をトレーニング者に所定の力（トレーニング者が発揮できる力（高負荷の力，瞬発力等）であって荷重負荷に対抗して操作する力；以下、操作力と称する）でトレーニングさせるウェイトブロック方式のものが従来から知られている。

前記のウェイトブロック方式においては、運動機構部を操作している間、その運動機構部に対して常に荷重負荷が伝達されているため、トレーニング者は常に一定の操作力を維持する必要がある。したがって、例えば前記の運動機構部の操作中に操作力（例えば、トレーニング時間の経過と共に低下する操作力）を維持できなくなった場合には、その運動機構部は意に反して移動してしまうため不慮の事故を起こす恐れがあった。

そこで、前記のウェイトブロックの替わりにパウダークラッチ・ブレーキ型，渦電流ブレーキ型等の電磁ブレーキユニット（電磁的に抵抗が変化する電磁ブレーキユニット）により荷重負荷装置を構成し、運動機構部の操作を電磁ブレーキユニットにより制動するように該運動機構部と荷重負荷装置とを連結し、トレーニング者による運動機構部の操作に応じて生じる制動トルク（励磁電流の大きさ等に比例する制動トルク）を荷重負荷として運動機構部に伝達しトレーニングさせる電磁ブレーキ方式のものが普及し始めている（例えば、非特許文献１）。

前記の電磁ブレーキ方式の場合、その電磁ブレーキユニットに対する励磁電流を一定とすると、運動機構部の操作に要する操作力は、トレーニング者による運動機構部の操作速度（および、渦電流ブレーキの場合はブレーキディスクの回転速度）に略比例して大きくなる特性（以下、電磁ブレーキ特性と称する）を有する。

すなわち、前記のように励磁電流が通電された電磁ブレーキユニットは、その電磁ブレーキユニットにおける被制動対象（例えば、渦電流ブレーキの場合はブレーキディスク）の動作（以下、被制動対象動作と称する；例えば、渦電流ブレーキの場合はブレーキディスクの回転動作）の速度に略比例して制動トルクが大きくなる特性（以下、電磁ブレーキ特性と称する）を有する。

このような電磁ブレーキ特性は、図１３に示すように略直線状の曲線（以下、電磁ブレーキ特性線と称する）で示すことができる。特に、渦電流ブレーキ型を適用した構成においては、前記電磁ブレーキ特性線の線形性は良好であり、所定部位のトレーニングを水中運動と同様に行うことが可能になっている。

したがって、電磁ブレーキ方式のトレーニングマシーンによれば、例えば初期設定等により設定された既定トレーニング条件（例えば、種々のトレーニング者の安全性を考慮して比較的低い励磁電流を通電して行われるトレーニング条件）にてトレーニングを行い、そのトレーニング中に操作力（運動機構部の操作中の操作力）を維持できなくなっても（すなわち、運動機構部の操作速度が「０」の場合）、その運動機構部が意に反して動作することはなく、安全性を維持することができる。このような特徴を有する電磁方式のトレーニングマシーンは、特にリハビリテーションを要する者や高齢者に適したものとみなされてきた。

また、電磁ブレーキユニットに通電する励磁電流の大きさを調整することにより、その電磁ブレーキ特性（電磁ブレーキ特性線の傾き）を適宜設定することができるため、トレーニング者の要求や運動能力（トレーニング者が発揮できる操作力等）に応じたトレーニング条件（例えば、制動トルクの大きさ等）を設定することができる。例えば、図１４の電磁ブレーキ特性線図において、電磁ブレーキ特性線Ｂで示される励磁電流が通常トレーニングを行う場合（例えば、一般的な成人男性が行うトレーニング）と仮定すると、電磁ブレーキ特性線Ａ，Ｃで示される励磁電流が通電されるようにトレーニング条件を設定した場合には、それぞれ高負荷の力を要するトレーニング（例えば、ウェートリフティング等に係るトレーニング），スピードを要するトレーニング（例えば、ランニングに係るトレーニング）を行うことが可能となる。
セノー株式会社ホームページ，"ウェルネス／ニュー・ステップ／特徴"，［Ｏｎｌｉｎｅ］，２００４年７月１５日公開，２００５年４月２６日検索，インターネット＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｅｎｏｈ．ｃｏ．ｊｐ／ｗｅｌｌｎｅｓｓ／ｎｕｓｔｅｐ−ｆｅａｔｕｒｅ．ｈｔｍｌ＞

しかしながら、前記のようなウェートブロック方式や電磁ブレーキ方式のトレーニングマシーンにおいて、例えばトレーニング者の要求や運動能力に適したトレーニング条件を設定し、有効なトレーニング（例えば、運動指標に基づいてトレーニング時間，操作力，操作力等を考慮したトレーニング）を行わせることは、たとえ熟練者であっても困難であった。

本発明は、前記の課題に基づいてなされたものであり、トレーニング者の運動能力や要求に適合したトレーニング条件を簡易的および自動的に設定してトレーニングを行うことが可能なトレーニングマシーンシステムを提供することにある。

本発明は、前記課題の解決を図るために、請求項１記載の発明は、電磁ブレーキユニットから成り励磁電流に比例した制動トルクが発生する荷重負荷装置と、前記の荷重負荷装置に対し伝達手段を介して連結し該荷重負荷装置の制動トルクに対抗して操作される運動機構部と、前記の制動トルクに対抗した運動機構部の操作によるトレーニング状態を検出する検出手段と、前記の検出手段で検出されたトレーニング状態データを記憶する記憶手段と、前記の記憶手段に記憶したトレーニング状態データから最適トレーニング条件を算出し該最適トレーニング条件にて前記電磁ブレーキユニットの電磁ブレーキ特性を設定するコントロール手段と、を構成したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、前記請求項１記載の発明において、前記コントロール手段は、検出手段で検出したトレーニング状態と予め設定された既定トレーニング条件とを比較して、前記電磁ブレーキユニットの電磁ブレーキ特性を設定することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、前記請求項２記載の発明において、前記コントロール手段は、前記の既定トレーニング条件において閾値を設定し、その設定された閾値と前記の検出したトレーニング状態とを比較することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、前記請求項１〜３記載の発明において、前記トレーニング状態は、荷重負荷装置の被制動対象動作の状態，運動機構部の操作状態，トレーニング者の状態のうち少なくとも何れか一つであることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、前記請求項１〜４記載の発明において、前記コントロール手段は、トレーニング者がトレーニング条件を設定入力できる入力機能を備えたことを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記の設定入力されたデータは、前記の記憶手段に記憶されることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、前記請求項１〜６記載の発明において、前記コントロール手段は、前記の検出されたトレーニング状態を表示する表示機能を備えたことを特徴とする。

請求項８記載の発明は、前記請求項１〜７記載の発明において、前記の記憶手段は、電磁ブレーキ特性線データ，運動指標データ，初期設定データのうち少なくとも何れか一つが記憶されていることを特徴とする。

請求項９記載の発明は、前記請求項１〜８記載の発明において、前記検出手段により、運動機構部の操作速度を検出することを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、請求項１〜９記載の発明において、前記電磁ブレーキユニットは、左右一対の電磁石と、この電磁石間のブレーキディスクとを有し、前記両電磁石が通電により励磁されたときに、前記ブレーキディスクの回転方向と逆方向に制動トルクが発生するとともに、この制動トルクが前記ブレーキディスクを介して運動機構部に伝達されることを特徴とする。

請求項１１記載の発明は、前記請求項１０記載の発明において、前記検出手段により、前記ブレーキディスクの回転速度または回転動作量のうち少なくとも何れか一方を検出することを特徴とする。

請求項１２記載の発明は、前記請求項１１記載の発明において、前記コントロール手段は、前記検出手段で検出した回転速度または回転動作量がそれぞれ予め設定された既定トレーニング条件での回転速度以上または回転動作量以上の場合には、前記両電磁磁石に対する励磁電流を増加させ一方、前記既定トレーニング条件での回転速度以下または回転動作量以下の場合には、前記両電磁石に対する励磁電流を低下することを特徴とする。

請求項１３記載の発明は、前記請求項１〜１２記載の発明の発明において、前記の運動機構部は、トレーニング者によって操作される複数の操作部から構成され、それら各操作部のうち少なくとも２つ以上が同期して動作することを特徴とする。

前記のように、荷重負荷装置，運動機構部，検出手段，記憶手段，コントロール手段を構成することにより、例えば、荷重負荷機構の被制動対象の動作状態，運動機構部の操作状態，トレーニング者の状態等のトレーニング状態を把握でき、そのトレーニング状態に適した最適トレーニング条件を算出することができる。

前記のトレーニング状態と予め設定された既定トレーニング条件とを比較した場合には、例えば、トレーニング時間に対するトレーニング状態の変化を把握することができる。

前記の既定トレーニング条件において設定された閾値と検出したトレーニング状態とを比較することにより、例えば、閾値に応じて既定トレーニング条件を最適トレーニング条件に更新することができる。

前記コントロール手段の入力機能により、例えばトレーニング者の運動機能，要求に応じたトレーニングを選択でき、必要に応じて記憶手段に記憶することができる。

前記コントロール手段の表示機能により、トレーニング者等は、トレーニング状態を視覚によって認識することができる。

前記の記憶手段に電磁ブレーキ特性線データ，運動指標データ，初期設定データのうち少なくとも何れか一つが記憶されている場合には、それら記憶されたデータと検出された各種データ等に基づいて最適トレーニング条件を算出できる。

運動機構部の操作速度を検出した場合には、その運動機構部の操作状態を認識することができる。

運動機構部の各操作部のうち少なくとも２つ以上が同期して動作することにより、トレーニング者において操作力「０」の部位があっても、その部位と同期して操作される操作部によってトレーニングされる。

以上示したように本発明によれば、簡易的および自動的にトレーニング者の運動能力や要求に適合するように、トレーニングマシーンの運動機構部を操作させることができ、有効なトレーニングを行わせたり、そのトレーニングを自動的に維持することも可能となる。さらに、前記のように検出および記憶された各種データに基づいて、そのトレーニングを続行することが困難あるいは危険な状態であるかどうかを判断でき、安全性の維持を図ることも可能となる

以下、本発明の実施の形態におけるトレーニングマシーンシステムを図面等に基づいて詳細に説明する。

本実施の形態は、渦電流ブレーキ等の電磁ブレーキユニットから成る荷重負荷装置により運動機構部の操作が制動されるトレーニングマシーン本体を構成し、前記の電磁ブレーキユニットの制動トルクに対抗するように前記の運動機構部をトレーニング者に操作させてトレーニングを行うためのトレーニングマシーンに係るものであり、トレーニング者が既定トレーニング条件にてトレーニング（前記の制動トルクに対抗してトレーニング）した際のトレーニング状態（被制動対象の動作状態，運動機構部の操作状態，トレーニング者の状態等）をトレーニングマシーン本体（荷重負荷装置，運動機構部等）やトレーニング者等から検出して、そのトレーニング者がより有効および安全なトレーニングを実行および維持できるトレーニング条件（以下、最適トレーニング条件と称する）を算出し、前記の既定トレーニング条件を最適トレーニング条件に更新してトレーニングを行わせるものである。

［トレーニングマシーンシステム］
図１は、本実施の形態におけるトレーニングマシーンシステムの一例を示す概略説明図である。図１において、符号１はトレーニングマシーン本体を示すものであり、例えば、電磁ブレーキユニットから成り励磁電流に応じた制動トルクが発生する荷重負荷装置２と、その荷重負荷装置２に対しロープ，チェーン，ギア，シーブ，リンク，シャフト等の伝達手段を介して連結し該荷重負荷装置２の制動トルクに対抗して操作される運動機構部３と、が構成されている。

符号４は検出手段を示すものであり、例えば、前記の荷重負荷装置２の制動トルクに対抗しながら前記の運動機構部３を操作してトレーニングした際に、トレーニングマシーン本体１の状態やトレーニング者７の状態等のトレーニング状態の検出が可能なものである。前記のトレーニングマシーン本体１の状態としては、例えば荷重負荷装置２の被制動対象動作の状態（動作速度，動作量等；例えば、後述の電磁ブレーキユニットにおけるブレーキディスクの回転軸の回転速度，回転動作量等）や運動機構部３の操作状態（例えば、後述のアーム本体等のようにトレーニング者によって操作される部分（以下、操作部と称する）の操作量）等が挙げられる。また、トレーニング者７の状態としては、例えば心拍数（イヤーセンサ等を介して検出した脈拍数等），体温，発汗状態，呼吸状態等が挙げられる。さらに、トレーニング状態の検出においては、その検出対象に応じた種々のセンサー（例えば、後述のディスクブレーキではロータリーエンコーダ）を適用することができる。

符号５は、例えば表示機能（例えば、液晶パネル等によりトレーニング状態等を表示する機能），入力機能（例えば、トレーニング者７が要求するトレーニング条件等を設定入力する機能），演算処理機能（例えば、演算処理に必要なコンピュータ等を備えた機能），制御機能（トレーニングシステムの各構成の制御処理に必要な機能）等を備えたコントロール手段を示すものである。このコントロール手段５は、例えば、前記の検出手段４で検出された各種データ等（トレーニング状態データ，トレーニング者７によって入力されたデータや、後述の電磁ブレーキ特性線データ，運動指標データ，初期設定データ等）を用いて演算処理し、その演算処理結果を表示したり、前記の荷重負荷装置２の電磁ブレーキユニットに通電する励磁電流量を制御することが可能なものである。

前記の入力機能を介して設定入力されるトレーニング条件としては、例えば、トレーニング者が要求するトレーニングレベル（例えば、通常トレーニング，スピードトレーニング，パワートレーニング，ストレッチトレーニング，リハビリテーションに適したトレーニング等），トレーニングシステムの動作モード（例えば、電磁ブレーキ特性等のトレーニング条件を固定して動作するモード，自動的に最適トレーニング条件を算出して動作させるモード，トレーニング者の運動機能を測定するモード），トレーニング時間等が挙げられる。

符号６は、前記の検出手段４で検出されたトレーニング状態データ等を例えば前記コントロール手段５を介して記憶するための記憶手段を示すものであり、その検出したトレーニング状態データの他に例えば荷重負荷装置２の電磁ブレーキ特性線データ（種々の励磁電流量における電磁ブレーキ特性線データ），運動指標データ（例えば、トレーニング者７の年齢等に応じたトレーニングマシーン本体１の運動指標データ），初期設定データ，トレーニング者７による入力データ，コントロール手段５で必要なデータ等の各種データを記憶することが可能なものである。

前記のコントロール手段５で必要なデータ等においては、例えば、コントロール手段５により表示機能，入力機能，演算処理機能，制御機能等を実行するために必要なプログラム等が挙げられる。また、記憶手段６には、例えば、コントロール手段５にて各種データの送受信（記憶，読み取り等）が可能なものを適用でき、磁気記録，光磁気記録，光記録方法等によるディスク，テープ，メモリ，メモリカード，ハードディスク，ＩＣデバイス等の種々の記憶手段が適用できる。また、前記の記憶手段６が持ち運び可能な形態の場合には、例えば、トレーニング者７に係る各種データ（例えば、個人データや、過去に行ったトレーニングのトレーニング状態（例えば、トレーニング者によって選択されたトレーニングレベル，動作モード等））を記憶し、トレーニング時のみコントロール手段５との間で送受信させて該記憶された各種データに基づいてトレーニングを行うことが可能となる。

前記の初期設定データとしては、例えば、トレーニング者がコントロール手段５を介してトレーニングレベル，トレーニングシステムの動作モード，トレーニング時間等のトレーニング条件が選択できる場合には、その選択できる内容に対応した電磁ブレーキ特性データ等が挙げられる。

［トレーニングマシーンシステムの動作例］
図１に示したトレーニングマシーンシステムにおいては、コントロール手段５を介して、例えばトレーニングレベル，動作モード，トレーニング時間等のトレーニング条件がトレーニング者により選択・固定された場合、トレーニングマシーンシステムは前記の選択された内容に対応したトレーニング条件（例えば、初期設定データとして記憶された電磁ブレーキ特性等）となるように制御され、その既定トレーニング条件にてトレーニングを行うことが可能となる。

また、例えば自動的に最適トレーニング条件を算出して動作させるモードがトレーニング者７によって選択された場合には、前記のように既定トレーニング条件にてトレーニングされた際（例えば、運動機構部３の一定操作毎）に、そのトレーニング状態が検出手段４によって検出され、その検出されたトレーニング状態データや記憶手段６に記憶された各種データに基づいた最適トレーニング条件がコントロール手段５にて算出（最適トレーニング条件となる制動トルクが発生し得る電磁ブレーキ特性線の傾き等が算出）される。

そして、前記の既定トレーニング条件と前記の算出された最適トレーニング条件とを比較し、必要に応じて既定トレーニング条件を最適トレーニング条件に更新（例えば、算出した結果が任意の閾値を超えた場合に更新；詳細を後述する）し、その更新された既定トレーニング条件（すなわち、最適トレーニング条件）にてトレーニングを行うことが可能となる。

なお、前記の最適トレーニング条件の算出においては、例えばトレーニング者の運動機能を測定するモードにより、まず既定トレーニング条件にて予備的なトレーニングを所定時間行い、そのトレーニングの際に検出および記憶された各種データに基づいて行うこともできる。すなわち、トレーニング者７は、前記の予備的トレーニングを行って自己の運動能力を認識し、その認識結果に基づいてトレーニングレベル，動作モード等を選択してトレーニングを行うことも可能となる。

［閾値の設定］
前記の更新においては、例えば、運動機構部３の一定操作毎にトレーニング状態を検出し、そのトレーニング状態がトレーニング時間の経過と共に変化（例えば、トレーニング者７の操作力が低下，心拍数が上昇）し任意の閾値（任意の数値で示される閾値）を超えた場合に行われる。このトレーニング状態の閾値は、検出されるトレーニング状態の種類に応じて適宜設定されるものであり、例えばトレーニング状態として運動機構部３の操作速度（あるいは、被制動対象動作の速度や動作量）を検出する場合には、図２の電磁ブレーキ特性線図に示すように、Ｓ０を最適トレーニング条件により既定された既定操作速度とし、Ｓ１，Ｓ２（Ｓ１＜Ｓ２）が閾値として設定される。

このように閾値が設定された状態で通常トレーニング（例えば、電磁ブレーキ特性線Ｂで示される電磁ブレーキ特性でのトレーニング）を行い、所定時間経過後に検出された操作速度が閾値Ｓ１未満（図２中の符号ＢＬ）であった場合には、電磁ブレーキ特性線の傾きが小さい電磁ブレーキ特性（例えば、電磁ブレーキ特性線Ｃで示される電磁ブレーキ特性）に更新、あるいはＳ１，Ｓ２の値を小さくする。また、前記の所定時間経過後に検出された操作速度が閾値Ｓ２超（図２中の符号ＢＨ）であった場合には、電磁ブレーキ特性線の傾きが大きい電磁ブレーキ特性（例えば、電磁ブレーキ特性線Ａで示される電磁ブレーキ特性）に更新、あるいはＳ１，Ｓ２の値を大きくする。

トレーニング者７がリハビリテーションを要する者や高齢者の場合には、該トレーニング者７の運動能力（例えば、該トレーニング者７の各部位の可動範囲，操作力等），健康状態（例えば、心拍数等）等を考慮し、安全および負担の大きくないトレーニングを行わせるように、各閾値が設定されることが好ましい。例えば、前記のようにトレーニング者７による運動機構部３の操作速度の閾値Ｓ１，Ｓ２を設定する場合には、その閾値Ｓ１，Ｓ２は低くすることが好ましい。

そして、前記の各閾値を超えたトレーニング者７の状態を検出し、トレーニングを続行することが困難あるいは危険な状態であるとコントロール手段５にて判断された場合には、例えばトレーニング者７に負担がかからないようにトレーニングマシーンシステムを停止（励磁電流の遮断）したり、トレーニング者７にトレーニングの中止を促したり、そのコントロール手段５等を介してトレーニングマシーンシステムの周囲に音や光を発する手段（例えば、点灯ランプ，ブザー等）を介して警告等を行っても良い。

以上示したように構成されたトレーニングマシーンシステムによれば、トレーニング者７が例えばコントロール手段５を介して該トレーニング者７の要求や運動能力に適したトレーニング条件（トレーニング者７の要求や運動能力に応じて発生し得る制動トルクの大きさ等）の詳細を設定入力しなくとも、例えば動作モード等の最低限の項目を設定入力するだけで前記のようにトレーニング状態の検出等により最適トレーニング条件が算出され、必要に応じて既定トレーニング条件が最適トレーニング条件に更新されるため、熟練者でなくとも有効および安全なトレーニング（最適トレーニング条件となるようにトレーニングマシーン本体１が制御された状態でのトレーニング）を自動的に行うことが可能となる。

［荷重負荷装置の実施例］
図３は、前記荷重負荷装置２の一例を示す概略説明図である。図３に示すように、荷重負荷装置２は、前記コントロール手段５の操作によって電磁ブレーキ特性が設定され運動機構部３の操作に応じて制動トルクが発生する電磁ブレーキユニット３２と、この電磁ブレーキユニット３２の制動トルクを駆動ギア（制動トルクを運動機構部１に伝達するための駆動ギア）に伝達する負荷伝達機構３３とを備える。前記電磁ブレーキユニット３２は励磁電流量に比例して制動トルクを発生させる。

前記電磁ブレーキユニット３２は、トレーニングマシーン本体１のベースフレーム（図示省略）上にねじ止めされた左右一対の矩形状の支持板３４と、この両支持板３４間に回転自在に軸支された銅板製のブレーキディスク（すなわち、被制動対象に相当）３５と、このブレーキディスク３５を制動させる左右一対の電磁石３６と、前記ブレーキディスク３５の回転軸３７の回転速度を測定するロータリーエンコーダ４２（検出手段４に相当）と、前記電磁石３６に通電する励磁電流量を発生させるブレーキドライバー３９と、を有している。

前記両支持板３４は、互いに連結されており、上端部の支持溝４０に前記ブレーキディスク３５の回転軸３７がベアリングを介して回転自在に装着されている一方、下端部に前記両電磁石３６がベースプレート４１を介してねじ止めされている。

前記ブレーキディスク３５の外周縁は、前記両電磁石３６間に位置しているため、前記両電磁石３６が通電により励磁された場合には、前記ブレーキディスク３５が渦電流ブレーキとして作用する。したがって、前記両電磁石３６が励磁されたときに前記ブレーキディスク３５が回転すると、前記ブレーキディスク３５の回転方向と反対方向にトルクが生じ、前記ブレーキディスク３５の回転が制動される。

前記ロータリーエンコーダ４２は、図１に示したように、前記回転軸３７の回転パルス信号（回転速度や回転動作量）を検出するとともに、この検出した回転信号を前記コントロール手段５に送信している。また、前記ロータリーエンコーダ４２は、図３に示すように、横断面コ字状の取付金具３８を介して一方の前記支持板３４に固定され、この取付金具３８の中央部は一方の前記支持溝４０を跨ぎ、両端部が一方の前記支持板３４にねじ止めされている。

前記ブレーキドライバー３９は、一方の前記支持板３４にねじ止めされ、図１に示したように、前記コントロール手段５から制御指令信号（電圧信号）が送信され、この制御指令信号に応じた励磁電流量を前記両電磁石３６に通電して励磁させている。

前記負荷伝達機構３３は、図３に示すように、前記ブレーキディスク３５と同期回転するプーリ４３と、前記両支持板３４に回転自在に軸支されたプーリ４４と、この両プーリ４３．４４間を巻回するベルト４５と、前記プーリ４４と同期回転する駆動ギア４６とを有している。

この駆動ギア４６と運動機構部３との間においては、ロープ，チェーン，ギア，シーブ，リンク，シャフト等の伝達手段を介して連結されている。したがって、前記ブレーキディスク３５の動作に応じて発生する制動トルク（回転方向Ｃ，Ｄの制動トルク）は、荷重負荷として前記運動機構部３に伝達される。

［トレーニングマシーンシステムの実施例］
図４〜図６は、本実施の形態に係るものであって、着座姿勢にて膝関節等に係るストレッチを行うためのトレーニングマシーンシステム（いわゆる、レッグカール・エクステンション型）の一例を示す概略説明図である。図４〜図６に示すように、トレーニングマシーン本体１は、床面に載置されるベースフレーム１１と、このベースフレーム１１の後端部に立設され荷重負荷装置２を収納するコ字状の支持フレーム１２と、この支持フレーム１２の上端部に対し着座したトレーニング者７を支え前後方向にスライド自在なＬ字状の着座フレーム１３と、前記のベースフレーム１１の前端部に立設し伝達手段（チェーン１４ａ，ギア１４ｂ，シャフト１４ｃ，反転機構１４ｄ等）を介して前記荷重負荷装置２に連結された運動機構部３とを主体に構成し、この運動機構部３の上端側には支持フレーム５ａを介してコントロール手段５が配置される。

前記の運動機構部３は、前記のベースフレーム１１の前端部に立設された前後一対の支持フレーム３ａと、この一対の支持フレーム３ａ間で上方側に固定された回転軸に対し前後方向へ回転自在に支持されトレーニング者の両足によって前後方向に操作される左右一対のアーム本体３ｂと、この一対のアーム本体３ｂの中央部に溶接されたふくらはぎの下部パット３ｃと、前記の一対のアーム本体の先端部に溶接されたステップ３ｄと、を主体に構成する。

前記の一対のアーム本体３ｂは、トレーニング者７により、互いに同期回転、かつ反転機構１４ｄによって前後方向に交錯（互いに反対方向へ動作）するように操作（脚下部を振り子運動するように操作）される。この操作により、荷重負荷装置２のブレーキディスク３５が回転し、そのブレーキディスク３５の回転方向と反対方向に制動トルクが生じ、チェーン，ギア，シャフト等の伝達手段を介し荷重負荷として前記運動機構部３に伝達される。このため、トレーニング者７は、前記運動機構部３の操作度合いに応じて、膝関節等に係るストレッチトレーニングを行うことが可能となる。

図４〜図６に示したように構成されたトレーニングマシーンシステムによれば、トレーニング者７が例えばリハビリテーションを要する者や高齢者で、運転機構部３の各操作部のうち一部に対応するトレーニング者７の部位の操作力が「０」であっても、前記のように各操作部（図４〜図６中では一対のアーム本体３ｂ）が同期回転して操作される構成により、各操作部に対応する各部位の全てをストレッチングトレーニングすることが可能となる。

すなわち、図４〜図６に示したトレーニングマシーンシステムにおいて、例えばトレーニング者７の一方の脚下が操作力「０」であっても、その脚下は他方の脚下（操作力のある脚下）による操作部の操作に同期して動作して、ストレッチトレーニングされる。

また、検出手段４を介して、前記の各操作部の操作毎にトレーニング状態を検出することにより、トレーニング者７の各部位の運動機能をそれぞれ把握することができ、それら各部位の操作力を考慮した有効および安全なストレッチトレーニングを自動的に行うことが可能となる。

［トレーニングマシーンシステムの他の実施例］
図７，図８は、本実施の形態に係るものであって、着座姿勢にて立位型のトレーニングマシーンを模擬したステップ・トレーニングマシーンシステム（いわゆる、レッグレイズ・ダウン型）の一例を示す概略説明図であり、トレーニングマシーン本体１は、図４〜図６と同様のベースフレーム１１，支持フレーム１２，着座フレーム１３，運動機構部３とを主体に構成し、この運動機構部３の上端側にはコントロール手段５が配置される。

前記の運動機構部３においては、前記のベースフレーム１１の前端部に立設された前後一対の支持フレーム３ａと、この一対の支持フレーム３ａ間で上方側に固定された回転軸に対し前後方向へ回転自在に支持されトレーニング者７の両足によって上下方向に操作される左右一対のアーム本体４０と、この一対のアーム本体４０の先端部に回転自在に取り付けられたステップ４１と、を主体に構成する。

前記の一対のアーム本体４０は、図４〜図６と同様に、トレーニング者７の脚下部により互いに同期回転、かつ反転機構１４ｄによって上下方向に交錯（互いに反対方向へ動作）するように操作（脚下部を振り子運動するように操作）される。この操作により、荷重負荷装置２のブレーキディスク３５が回転し、そのブレーキディスク３５の回転方向と反対方向に制動トルクが生じ、チェーン，ギア，シャフト等の伝達手段を介し荷重負荷として前記運動機構部３に伝達される。このため、トレーニング者７は、自体重による負荷がかかることなく、着座姿勢にて立位型のトレーニングマシーンを模擬したステップ・トレーニングを、前記運動機構部３の操作度合いに応じて、行うことが可能となる。

図７，図８に示したトレーニングマシーンシステムは、図４〜図６に示した構成と同様に、例えばトレーニング者７の一方の脚が操作力「０」であっても、その脚は他方の脚（操作力のある脚）による操作部の操作に同期して動作して、ステップ・トレーニングされる。

また、トレーニング者７の各部位の運動機能をそれぞれ把握することができ、それら各部位の操作力を考慮した有効および安全なストレッチトレーニングを自動的に行うことが可能となる。

［トレーニングマシーンシステムの別の実施例］
図９，図１０は、本実施の形態に係るものであって、いわゆるチェスト・トレーニングマシーンやローイング・トレーニングマシーンと同様のトレーニングを行うと共に、足首のストレッチを行うためのトレーニングマシーンシステム（いわゆる、チェスト・アンド・ローイング型）の一例を示す概略説明図であり、トレーニングマシーン本体１は、図４〜図６と同様のベースフレーム１１，支持フレーム１２，着座フレーム１３，運動機構部３，コントロール手段５を主体に構成される。

前記の運動機構部３においては、前記のベースフレーム１１の前端部に立設された前後一対の支持フレーム３ａと、この一対の支持フレーム３ａ間で下方側に固定された回転軸に対し前後方向へ回転自在に支持されトレーニング者の両足および両腕によって前後方向に操作される左右一対のアーム本体９０と、この一対のアーム本体９０の先端部に溶接されたハンドル９１と、一対のアーム本体９０の溶接側に固定されたステップ９２と、を主体に構成する。

前記の一対のアーム本体９０は、図４〜図６と同様に、トレーニング者７の脚部および腕部により互いに同期回転、かつ反転機構１４ｄによって前後方向に交錯（互いに反対方向へ動作）するように操作される。この操作により、荷重負荷装置２のブレーキディスク３５が回転し、そのブレーキディスク３５の回転方向と反対方向に制動トルクが生じ、チェーン，ギア，シャフト等の伝達手段を介し荷重負荷として前記運動機構部３に伝達される。このため、トレーニング者７は、自体重による負荷がかかることなく、チェスト・トレーニングマシーンやローイング・トレーニングマシーンと同様のトレーニング、および足首のストレッチ・トレーニングを、前記運動機構部３の操作度合いに応じて行うことが可能となる。

図９，図１０に示したトレーニングマシーンシステムは、図４〜図６に示した構成と同様に、例えばトレーニング者７の一方の腕が操作力「０」であっても、その腕は他方の腕（操作力のある腕）の操作に同期して動作し、チェスト・トレーニングマシーンやローイング・トレーニングマシーンと同様のトレーニングだけでなく、足首のストレッチ・トレーニングが行われる。すなわち、前記の操作力「０」の部位に対応する操作部があっても、その部位と同期して操作される操作部が構成（複数の操作部のうち少なくとも２つ以上が同期して動作する構成）されていれば、該操作力「０」の部位のトレーニングを行うことが可能となる。

また、トレーニング者７の各部位の運動機能をそれぞれ把握することができ、それら各部位の操作力を考慮した有効および安全なストレッチトレーニング等を自動的に行うことが可能となる。

［トレーニングマシーンシステムのさらに別の実施例］
図１１，図１２は、本実施の形態に係るものであって、肩の障害（４０肩，５０肩等）を回復するためのストレッチトレーニングを行うためのトレーニングマシーンシステム（いわゆる、ショルダー・プレス型）の一例を示す概略説明図であり、トレーニングマシーン本体１は、図４〜図６と同様のベースフレーム１１，支持フレーム１２，着座フレーム１３，運動機構部３，コントロール手段５を主体に構成される。

前記の運動機構部３においては、前記のベースフレーム１１の後端部に立設された前後一対の支持フレーム３ａと、この一対の支持フレーム３ａ間で下方側に固定された回転軸に対し前後方向へ回転自在に支持されトレーニング者７の両腕によって上下方向に操作される左右一対のアーム本体１００と、を主体に構成する。

前記の一対のアーム本体１００は、図４〜図６と同様に、トレーニング者７の両腕により互いに同期回転、かつ反転機構１４ｄによって上下方向に交錯（互いに反対方向へ動作）するように操作（両腕を交互に挙手するように操作）される。この操作により、荷重負荷装置２のブレーキディスク３５が回転し、そのブレーキディスク３５の回転方向と反対方向に制動トルクが生じ、チェーン，ギア，シャフト等の伝達手段を介し荷重負荷として前記運動機構部３に伝達される。

図１１，図１２に示した構成のトレーニングマシーンシステムは、図４〜図６に示した構成と同様に、例えばトレーニング者７の一方の腕が操作力「０」であっても、その腕は他方の腕（操作力のある腕）による操作部の操作に同期して動作して、両肩のストレッチ・トレーニングが行われる。

また、トレーニング者７の各部位の運動機能をそれぞれ把握することができ、それら各部位の操作力を考慮した有効および安全なストレッチトレーニング等を自動的に行うことが可能となる。

前記の各実施例において、トレーニング状態の閾値の設定や、荷重負荷装置２と運動機構部３との間における伝達手段のギヤ比の設定等を適宜行うことにより、様々な仕様のトレーニングマシーンシステムを構成することができる。例えば、図４〜図６に示すようなトレーニングマシーンシステムにおいて、荷重負荷装置２が一般的な性能を有するもの（例えば、いわゆるレッグカール・エクステンション型に適用されているもの）であって、初期設定データとして回転軸３７の回転速度の閾値Ｓ１，Ｓ２を４６０ｒｐｍ程度に設定（例えば、閾値Ｓ１，Ｓ２をそれぞれ４５８ｒｐｍ，４６９ｒｐｍに設定）し、その荷重負荷装置２と運動機構部３との間における伝達手段のギヤ比等を適宜設定した場合には、通常トレーニングに適したトレーニングマシーンシステムを構成することができる。

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

例えば、前記のトレーニングマシーンシステムの各構成においては、Ｉ／Ｏバス，ＬＡＮ回線等を介して制御指令，制御応答等が送受信できるように適宜接続しても良い。また、周知のＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏインターフェースを有するコンピュータ本体，キーボード，ディスプレイ，外部メモリ，プリンタ等により構成することも可能であり、前記の各種データ等に基づいて、所望のトレーニングを行うことが可能であることは明らかである。

本実施の形態におけるトレーニングマシーンシステムの概略説明図。 本実施の形態におけるトレーニング状態の閾値の設定を説明するための特性図。 本実施の形態における荷重負荷装置の一例を示す概略説明図。 トレーニングマシーンシステムの実施例を示す概略説明図 同 トレーニング者が操作した状態を示す斜視図。 同 運動機構部の正面図。 トレーニングマシーンシステムの他の実施例を示す概略説明図。 同 トレーニング者が操作した状態を示す側面図。 トレーニングマシーンシステムの別の実施例を示す概略説明図。 同 トレーニング者が操作した状態を示す側面図。 トレーニングマシーンシステムのさらに別の実施例を示す概略説明図。 同 トレーニング者が操作した状態を示す側面図。 種々の電磁ブレーキユニットにおける電磁ブレーキ特性線図。 電磁ブレーキ特性線の傾きを変化させた場合の概略説明図。

符号の説明

１…トレーニングマシーン本体
２…運動機構部
３…荷重負荷装置
４…検出手段
５…コントロール手段
６…記憶手段
７…トレーニング者

Claims (13)

1. 電磁ブレーキユニットから成り励磁電流に比例した制動トルクが発生する荷重負荷装置と、
   前記の荷重負荷装置に対し伝達手段を介して連結し該荷重負荷装置の制動トルクに対抗して操作される運動機構部と、
   前記の制動トルクに対抗した運動機構部の操作によるトレーニング状態を検出する検出手段と、
   前記の検出手段で検出されたトレーニング状態データを記憶する記憶手段と、
   前記の記憶手段に記憶したトレーニング状態データから最適トレーニング条件を算出し該最適トレーニング条件にて前記電磁ブレーキユニットの電磁ブレーキ特性を設定するコントロール手段と、を構成したことを特徴とするトレーニングマシーンシステム。
2. 前記コントロール手段は、検出手段で検出したトレーニング状態と予め設定された既定トレーニング条件とを比較して、前記電磁ブレーキユニットの電磁ブレーキ特性を設定することを特徴とする請求項１記載のトレーニングマシーンシステム。
3. 前記コントロール手段は、前記の既定トレーニング条件において閾値を設定し、その設定された閾値と前記の検出したトレーニング状態とを比較することを特徴とする請求項２記載のトレーニングマシーンシステム。
4. 前記トレーニング状態は、荷重負荷装置の被制動対象動作の状態，運動機構部の操作状態，トレーニング者の状態のうち少なくとも何れか一つであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のトレーニングマシーンシステム。
5. 前記コントロール手段は、トレーニング者がトレーニング条件を設定入力できる入力機能を備えたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のトレーニングマシーンシステム。
6. 前記の設定入力されたデータは、前記の記憶手段に記憶されることを特徴とする請求項５記載のトレーニングマシーンシステム。
7. 前記コントロール手段は、前記の検出されたトレーニング状態を表示する表示機能を備えたことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のトレーニングマシーンシステム。
8. 前記の記憶手段は、電磁ブレーキ特性線データ，運動指標データ，初期設定データのうち少なくとも何れか一つが記憶されていることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のトレーニングマシーンシステム。
9. 前記検出手段により、運動機構部の操作速度を検出することを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のトレーニングマシーンシステム。
10. 前記電磁ブレーキユニットは、左右一対の電磁石と、この電磁石間のブレーキディスクとを有し、
    前記両電磁石が通電により励磁されたときに、前記ブレーキディスクの回転方向と逆方向に制動トルクが発生するとともに、
    この制動トルクが前記ブレーキディスクを介して運動機構部に伝達されることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載のトレーニングマシーンシステム。
11. 前記検出手段により、前記ブレーキディスクの回転速度または回転動作量のうち少なくとも何れか一方を検出することを特徴とする請求項１０記載のトレーニングマシーンシステム。
12. 前記コントロール手段は、前記検出手段で検出した回転速度または回転動作量がそれぞれ予め設定された既定トレーニング条件での回転速度以上または回転動作量以上の場合には、前記両電磁磁石に対する励磁電流を増加させ一方、
    前記既定トレーニング条件での回転速度以下または回転動作量以下の場合には、前記両電磁石に対する励磁電流を低下することを特徴とする請求項１１記載のトレーニングマシーンシステム。
13. 前記の運動機構部は、トレーニング者によって操作される複数の操作部から構成され、それら各操作部のうち少なくとも２つ以上が同期して動作することを特徴とする請求項１〜１２の何れかに記載のトレーニングマシーンシステム。

Images