JP2007061581A5 - - Google Patents

Description

ランニングマット

本発明は室内で使用可能な運動用のランニングマットに関する。

支持プレートと、その裏面の周辺部に空気圧弾性体を具備した簡易的な運動用足踏装置が特許文献１で考案されている。
骨粗鬆症の予防・治療を目的とした、床反力計測装置が特許文献２で提案されている。
実公平６−１３２ 特開平１０−１５１２２２

健康を維持・増進する目的、あるいはリハビリテーションの目的で、各個人の体力に適した歩行や走行運動が手軽に、かつ安全に実施できる環境を整えることは必要なことである。しかしながら、多くの室内用歩行・走行運動装置は機械的な作動を伴ったものであり、運動負荷や安全性の面で、必ずしも幅広い年齢層や体力水準に適応できるものではなかった。

本発明は、ゴム又はこれに類する弾力性のあるマット状の本体の内部に、クッション性と反発性を調整するための空気室を設け、マット上で歩行運動又は走行運動をした時に発生する空気圧の変動を圧力センサーで測定し、この圧力変動のデータから運動の回数や強さを計算し表示することにより、各個人に適した歩行運動又は走行運動が継続的・計画的に実施できるようにしたものである。

ゴム又はこれに類する弾力性のある材料で構成され、機械的に作動する部分がないので極めて安全であり、運動の強さ・速さは各個人の意志で完全にコントロール可能であり、各関節部などに作用する衝撃的負荷も和らげることができるので、適用範囲の広い運動補助装置を安価に供給できる。

また本発明によれば、弾力性のある材料で構成されていることにより素足での歩行・走行運動に適しており、足を靴で拘束しないで運動をすることにより、足裏の柔軟性や血行を改善する効果もある。

従来の機械式歩行・走行運動装置に比べ、小形、軽量、低騒音、低振動、省エネルギーである。

従来の機械式歩行・走行運動装置では不可能だった、たとえば１００ｍを全力で走った時の所要時間を仮想して計算する等ができるので、日々のトレーニングによる個人記録の向上や、他人の記録との比較などができ、運動を楽しみながら実施することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図１０を用いて説明する。
図１は本発明によるランニングマットのうち、空気を封入した密閉可能な空間（以下空気室と称す）及び圧力センサー共に各１個を備えたマットの平面図（図２におけるＢ−Ｂ断面図）、図２はＡ−Ａ断面図である。

本体２はゴム又はこれに類する弾力性のある材料で形成され、本体内部に円柱状の空気を密閉するための空間３ａが複数個設けられ、これら複数個の円柱状の空間が通路５ａで連結され、全体で１つの空気室を形成している。この空気室の圧力を電気的に測定するため、圧力センサー４が取り付けられている。
さらに空気室３ａに空気を充填するための逆支弁を備えた空気の入り口６と、圧力を下げる必要があるときに空気を外部に漏らすための逃し弁７を備えている。
使用者は、初期空気圧として予め許容された範囲内で、最も運動しやすく、足腰に負担が少ない空気圧を試行錯誤的に選ぶことができる。

図２に示したように、個々の空気室を円柱状、つまり断面を円形にすることにより、内部の圧力上昇に対しては体積増加が少なく、人の体重や運動による外力が加わったとき、つぶれる方向には容易に変形するので内圧の増加量が大きくなり、圧力センサーによる検出精度を高くすることができる。

図３は、２つの空気室と２つの圧力センサーを備えたランニングマットの平面図（断面図）である。２つの空気室３ｂ、３ｃをそれぞれ、左足用、右足用とすることにより、ごく軽負荷の運動、たとえばゆっくりとした片足から他方の片足への体重移動だけを繰り返す運動などを検出可能にし、また、たとえば両足跳びと片足交互の走行運動の相違を検出し、それぞれの消費エネルギーをより正確に計算することができる。

前記２つの空気室と２つの圧力センサーを備えたランニングマットでは、２つの空気室
の初期圧力を同一にするのが望ましい。図３によれば、２つの空気室をつなぐ通路５ｂとこの通路の開閉を外部から可能にする弁８が設けられているので、一旦、弁８を開いた後に閉じることで、２つの空気室３ｂ、３ｃの初期圧力を同一にすることができる。

図４は請求項４によるランニングマットの平面図（断面図）である。
これは、通常使用するマットの中央部分の空気室３ｄを、マットの端の部分の空気室３ｅ、３ｆと分離することにより、マットの中央部分に加えられる外力により発生する圧力変化をより大きくするための構造である。
すなわち、ある初期空気圧Ｐ１の状態で、運動の反力により一定の量ΔＶだけ空気室の容積が小さくなったとすると、そのときの圧力上昇量ΔＰは全体の初期容積Ｖ０にほぼ反比例する。式で表すと、ΔＰ≒（ΔＶ／Ｖ０）×Ｐ１となる。
ここでΔＰを大きくするにはＶ０を小さくすることが効果的であることがわかる。

図４で、３ｅと３ｆは圧力センサーを備えない空気室であり、３ｄは圧力センサー４を備えた空気室である。通路５ｃは圧力センサーを備えない空気室３ｅ、３ｆと圧力センサーを備える空気室３ｄをつなぐ通路であり、途中に開閉可能な弁８を備えている。空気を充填する時は弁８を開き、運動を開始する前に弁８を閉じることで、マットの中央近くで行う運動を精度良く分析することができる。この場合、マットの両端部上での運動は検出できないが、両端部は安全のための余分な領域であり、通常は使用しないものとみなすことができる。

図５は、着脱可能な平面状の弾性体９を取り付けた状態の平面図であり、図６はＣ−Ｃ断面図である。半径１０ｃｍ乃至３０ｃｍの球面の一部を２ｃｍ程度の高さになるよう左右それぞれの足の位置に配置し、この球状の盛り上がり１０を繰り返し素足で踏むことにより、足裏の土踏まず部を刺激し、土踏まず部周辺の靱帯の柔軟性向上や、足全体の血行を促進することができる。

尚、球面状の盛り上がり１０だけでなく、足裏のツボを刺激するための小さな突起を多数配置しても良い。いずれにしても、球面の半径や位置、材料の弾力性などは、個人差や健康状態によって最適値が異なると考えられるので、着脱可能にして個人に適したものを選べるようにするのが望ましい。

図７は、運動中にマットを見なくてもマットの中央部分を足裏で感じることができるように、多数の小さな突起１１をマットの中央部分に配置した例である。これは前記球状の盛り上がりや、足裏のツボを刺激するための突起と併用しても良い。
尚、本マットは素足で使用可能なので足裏に接する部分に抗菌処理あるいは防カビ処理を施すのが望ましい。

図８は、本発明による運動補助具に使用する演算部兼表示部の外観の一例である。圧力センサーを１３に接続し内部で圧力値をデジタル化する。電源は１４に接続する。
１５は例えば液晶画面であり、使用者は初期条件や運動の種類などを対話形式で設定する。表示は、静的な圧力上昇量から求めた体重、運動の歩数、仮想の歩行（走行）速度、累積歩行（走行）距離、消費カロリー、運動時間（仮想の競技のタイム）等である。
ボタン１６は体重表示の微修正や、メニューの選択に使用し、ボタン１７は決定と取り消しに使用する。スピーカー１８は、仮想競技のスタートとゴールの合図などに使用する。

次に図９を用いて図１又は図４に示したマットの空気圧力センサーからのデータをもとに、歩数や歩幅を演算する方法について説明する。
初期空気圧力Ｐ１に対して、使用者が体重を加えることにより圧力上昇ΔＰ２が観測される。このとき体重はΔＰ２にほぼ比例するので、計算上の体重を画面１５に表示する。このとき使用者は、自分の体重と異なれば修正することができる。

歩行（又は走行）運動を開始すると、蹴りによる圧力上昇ΔＰ３が体重による圧力上昇ΔＰ２より大きく観測される。そこで蹴り始めを検出するための閾値Ｓを、体重をかけた時の圧力Ｐ１＋ΔＰ２より少し高い圧力に達した時点とするのが適している。

蹴り終わりを判断する閾値Ｅは、初期空気圧Ｐ１と体重による圧力上昇分を加えたＰ１＋ΔＰ２の間であれば任意に設定できるが、電気的ノイズによる誤認識を避けるには蹴り始めを検出するための閾値Ｓと差があった方が適切なため、Ｐ１＋（ΔＰ２×０．５）程度にするのが適している。

１回の蹴りによりマットに加えられる力積は圧力上昇部分の積分値Ｐｔにほぼ比例する。運動エネルギーは力積と体重から計算できるのでこれにより仮想歩幅が計算でき、これと歩数から歩行（走行）速度、歩行（走行）距離、消費エネルギーをそれぞれ近似的に計算することができる。尚、これらの計算に当たっては、様々な体力の人の様々な歩行（走行）パターンについてデータを測定し、適宜補正係数を使用することにより精度を向上させることができる。

次に図１０を用いて、図３に示したマットの空気圧力センサーからのデータをもとに、歩数や歩幅を計算する方法について説明する。
圧力センサーを備えた空気室が２つ以上あるマットに対して、それぞれの空気室に使用者が全体重を加えることにより、圧力上昇ΔＰ２が観測される。このとき体重はΔＰ２にほぼ比例するので、計算上の体重を画面１５に表示する。このとき使用者は、自分の体重と異なれば、それぞれについて修正することができる。

歩行（又は走行）運動を開始すると、片足ずつ交互に体重をかけることになるので、体重がかからないマットの圧力はほぼ初期空気圧力Ｐ１に等しくなり、その後の体重移動に
より圧力が上昇し、少なくとも体重分の圧力上昇が測定される。よってこの場合、蹴り始めを検出するための閾値Ｓを、初期空気圧力に体重による圧力上昇を加えた値Ｐ１＋ΔＰ２より少し低い圧力に達した時点とした。

蹴り終わりを判断する閾値Ｅは、初期空気圧Ｐ１と体重による圧力上昇分を加えたＰ１＋ΔＰ２の間であれば任意に設定できるが、電気的ノイズによる誤認識を避けるには蹴り始めを検出するための閾値Ｓと差があった方が適切なため、Ｐ０＋（ΔＰ１×０．２）程度にするのが適している。

蹴り始めの閾値Ｓと、蹴り終わりの閾値Ｅを上記のように設定することにより、ごく軽い運動、例えば左右の足に交互にゆっくりと体重移動するだけの繰り返し運動なども検出することができ、非常に幅広い運動負荷に対して適応可能になる。

１回の蹴りによりマットに加えられる力積は圧力上昇部分の積分値Ｓにほぼ比例することは図１又は図４に示したマットと同様であるが、蹴り初めの閾値Ｓと蹴り終わりの閾値Ｅが同じ値でないので適宜補正値を最適化する必要がある。

本発明においては一般に、空気室の全容量Ｖ０に比べて、運動による空気室の容積減少量ΔＶは微少なので、運動中に空気室内の温度が変化すると温度変化による圧力変化が発生し、誤差が大きくなる。
請求項１０の発明によれば、空気室内の温度を測定し、温度変化による圧力変化分を補正することができるので精度の良い計測と演算が可能になる。

本発明の空気室、圧力センサー共に１個を備えたマットの平面図（図２のＢ−Ｂ断面図）である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の空気室、圧力センサー共に２個を備えたマットの平面図である。 本発明の請求項４によるマットの平面図である。 本発明の請求項５によるマットの平面図である。 図５のＣ−Ｃ断面図である。 本発明の請求項６によるマットの平面図である。 本発明の運動補助具を構成する演算部兼表示部の外観である。 本発明の圧力センサーを１個使用したマットで測定した空気圧力データの説明図である。 本発明の圧力センサーを２個使用したマットで測定した空気圧力データの説明図である。

符号の説明

１ ・・・マット
２ ・・・マット本体
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ ・・・空気室（圧力センサー付き）
３ｅ、３ｆ ・・・空気室（圧力センサー無し）
４ ・・・空気圧力センサー
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ ・・・空気の通路
６ ・・・逆止弁付き空気入口
７ ・・・空気逃がし弁
８ ・・・開閉弁
９ ・・・着脱可能な平面状の弾性体
１０ ・・・球状の盛り上がり
１１ ・・・マットの中央領域に設けられた多数の突起
１２ ・・・圧力データの演算部兼演算結果表示部
１３ ・・・圧力センサーの信号線
１４ ・・・電源供給線
１５ ・・・表示画面
１６ ・・・増減ボタン
１７ ・・・Ｙｅｓ、Ｎｏボタン
１８ ・・・スピーカー
Ｐ０ ・・・大気圧力
Ｐ１ ・・・初期空気圧力
ΔＰ２・・・体重による圧力上昇分
ΔＰ３・・・運動による圧力上昇分（体重による圧力上昇分を含む）
Ｓ ・・・蹴り始めを検出する閾値
Ｅ ・・・蹴り終わりを検出する閾値
Ｔ ・・・１歩の周期
Ｐｔ ・・・ΔＰ３を蹴り始めから蹴り終わりまで積分した値

Claims (11)

1. 内部に少なくとも１つの弾力性のある密閉された空間があり、前記空間に空気を封入し、前記封入された空気の圧力を電気的に測定するための圧力センサーを備えているマットと、前記圧力センサーにつないで圧力を検出する回路と、検出した圧力から前記マット上で行われる足踏み運動又は走行運動の歩数と、歩行又は走行速度と、歩行又は走行距離と、消費エネルギーをそれぞれ仮想的に演算する手段と、演算した結果を表示する手段とで構成されていることを特徴とする運動補助具。
2. 前記空気を封入するための密閉された空間が略円柱形の集合であり、前記略円柱形の空間が略平面上に配置され、かつ隣接する略円柱形の空間が互いに連結されていることにより１つの密閉可能な空間を形成していることを特徴とする請求項１記載の運動補助具。
3. 内部に少なくとも２つの弾力性のある密閉された空間があり、前記少なくとも２つの空間に空気を封入し、前記少なくとも２つの空気を封入した密閉可能な空間内の空気の圧力をそれぞれ電気的に測定するためのセンサーを備えているマットにおいて、前記空間に空気を充填するための逆止弁を備えた入り口と、圧力を下げるための逃がし弁と、２つ以上の密閉可能な空間の初期状態での空気の圧力を同一にするために、前記空間をつなぐ通路があり、前記通路の途中に、前記通路を開閉可能な弁を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した運動補助具。
4. 内部に少なくとも２つの弾力性のある密閉可能な空間があり、前記少なくとも２つの空間に空気を封入し、前記空気を封入した密閉可能な空間の少なくとも１つには空気の圧力を電気的に測定するためのセンサーを備えており、前記空気を封入した密閉可能な空間の少なくとも１つには空気の圧力を測定するためのセンサーを備えておらず、前記センサーを備えていない空間と前記センサーを備えている空間の間をつなぐ通路があり、前記通路の途中に、前記通路を開閉可能な弁を設けたとことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３に記載した運動補助具。
5. マット上面に平面状の弾性体を着脱可能に取り付け、前記平面状の弾性体の表面の左右の足裏に当たる部分がそれぞれ半径１０ｃｍ乃至３０ｃｍの球面の一部分の形状を呈して盛り上がっていることを特徴とする請求項１〜４に記載した運動補助具。
6. マット上面、あるいはマット上面に着脱可能に取り付けた平面状の弾性体の、足裏に接する面の中央に近い領域あるいは外周に近い領域に小さな突起を多数設けることにより、使用者がこの突起を足裏で感じて、マットの中央部分に近いか、外周部分に近いかを判断することができるようにしたことを特徴とする請求項１〜５に記載した運動補助具。
7. 請求項１に記載した運動補助具において、空気圧力のデータをもとに、圧力変動の回数から歩数を、圧力の上昇初めと圧力の降下終わりの間の圧力の時間積分値と体重から仮想歩幅を、歩数と仮想歩幅から歩行又は走行速度、歩行又は走行距離、消費エネルギーをそれぞれ近似的に求める演算手段。
8. 圧力センサーを１つ備えている請求項１に含まれる運動補助具において、歩数を数える演算手段の高圧側の閾値が、静的に全体重をかけたときの圧力値より少し高く、歩数を数えるための低圧側の閾値が、体重をかけない時の静的な初期空気圧値と、静的に全体重をかけた時の圧力値の中間に設定してあることを特徴とする歩数演算方法。
9. 内部に少なくとも２つの弾力性のある密閉された空間があり、前記少なくとも２つの空間に空気を封入し、前記少なくとも２つの空気を封入された空間のうち２つの空間内の空気の圧力をそれぞれ電気的に測定するためのセンサーを備えている請求項１に含まれる運動補助具において、歩数を数える演算手段の高圧側の閾値が、静的に全体重をかけたときの圧力値より少し低く、歩数を数えるための低圧側の閾値が、体重をかけない時の静的な初期空気圧値と、静的に全体重をかけた時の圧力値の中間に設定してあることを特徴とする歩数演算方法。
10. 密閉された空間内の空気の温度を測定するための温度センサーを備え、運動中に空気温度が変化した場合に、温度変化による空気圧力の変化を補正する機能を有していることを特徴とする請求項１〜９に記載した運動補助具。
11. 予め距離を指定する手段と、スタート時点とゴール時点を使用者に知らせる手段と、前記指定した距離から、スタート後に請求項１の方法で計算した走行距離を差し引いて残り距離が０に達した時点をゴール時点として使用者に知らせ、且つスタートからゴール迄に要した時間を表示することを特徴とする請求項１に記載した運動補助具。