JP2007260186A - バランス訓練装置 - Google Patents

Abstract

【課題】他動型でありながら下肢の筋肉群の強化に利用することができるようにした運動補助装置を提供する。
【解決手段】駆動装置２により揺動する乗り物１を備える。乗り物１の前端部には使用者が把持する把手１１が設けられ、乗り物１の後端部の下部には使用者が足を載せる左右一対の足置台１２が設けられる。把手１１と足置台１２との位置関係は、使用者が足置台１２に足を載せ、把手１１を把持した状態で、膝を曲げて腰を浮かせたジョッキー姿勢になるように設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、使用者に他動的な運動を行わせる運動補助装置に関するものである。

従来から、使用者が意識して身体を動かすことなく使用者の筋肉を伸縮させる他動型の運動補助装置が提供されている。この種の運動補助装置には、たとえば、腰背筋群の強化やバランス訓練に利用するために乗馬運動を模擬するものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された運動補助装置は、使用者が着座する座席を有しており、座席に着座した使用者の身体を揺動させることにより、使用者がバランスを保とうとして腰背筋群を伸縮させることを利用するものである。
特開２００４−２１６０７２号公報

ところで、身体のうちで体積の大きな筋肉は、腰背筋群だけではなく大腿部を含む下肢の筋肉であり、また近年では歩行のための筋肉は健康の維持に重要であると考えられている。したがって、下肢の筋肉群の強化においても他動的な運動を可能とする運動補助装置が望まれている。

特許文献１に記載された運動補助装置では、着座した姿勢で利用するものであるから、腰背筋群の強化に利用することはできるものの、上述のような下肢の筋肉群を強化する運動には利用することができない。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、他動型でありながら下肢の筋肉群の強化に利用することができるようにした運動補助装置を提供することにある。

請求項１の発明は、使用者の左右の下腿部の少なくとも一部を支持する足載部と、使用者の前腕部の少なくとも一部を支持する手載部と、足載部と手載部との少なくとも一方を使用者の重心位置が重力方向と交差する方向に移動するように揺動させる駆動装置とを備え、足載部と手載部との位置関係は、使用者が足載部と手載部とに手足を載せた状態において膝を曲げて腰を浮かせたジョッキー姿勢になるように設定されていることを特徴とする。

この構成によれば、使用者が膝を曲げて腰を浮かせたジョッキー姿勢になることにより、使用者が主として下肢で身体を支持することになり、使用者の自重による大きな負荷を、大腿部や下腿部の筋肉群に負荷をかけることができる。また、手足の位置の少なくとも一方を使用者の重心位置が重力方向と交差する方向に移動するように揺動させる駆動装置を備えていることにより、使用者が積極的に身体を動かなくとも使用者の重心位置が変化することによって、身体を支える筋肉に伸縮が生じることになり、いわば他動的な運動を行うことができる。つまり、呼吸器や循環器に大きな負荷をかけることなく、筋肉の伸縮を行って筋肉の強化だけではなく糖代謝を促進する効果が期待できる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記足載部と前記手置部とを有し使用者が搭乗する乗り物を備え、前記駆動装置は乗り物を揺動させることを特徴とする。

この構成によれば、揺動する乗り物に下腿部の少なくとも一部と前腕部の少なくとも一部とを載せた状態で、使用者の身体の全体を揺動させるから、下腿部と前腕部との一方のみを揺動させる場合と位置変化を同じにしているとすれば、この構成のほうが使用者の重心位置の変化が大きくなり、それだけ使用者の筋肉に与える負荷を大きくすることができる。

請求項３の発明では、請求項２の発明において、前記乗り物は、使用者が着座可能な座部を備えることを特徴とする。

この構成によれば、使用者が乗り物に着座した姿勢でも利用することができるから、ジョッキー姿勢での運動が困難な使用者でも使用することが可能になり、１台の装置で目的に応じて複数種類の運動に用いることができる。とくに、着座姿勢で使用するときには使用者の重心位置を変位させると使用者の上半身の位置が変動することになり、結果的に腰背筋群を伸縮させることができ、腰背筋群の強化が可能になる。

請求項４の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明において、前記足載部は使用者の足を支持する左右一対の足置台であり、前記手置部は使用者が把持する把手であることを特徴とする。

この構成によれば、左右一対の足置台と使用者が把持する把手とを設けていることにより、足載部に脛を載せる姿勢に比べて下腿部の筋肉に与える負荷が大きくなり、また手載部に前腕部を載せる姿勢に比べて前腕部の筋肉与える負荷が大きくなり、しかも、使用者を支持する部位の面積が小さくなり使用者はバランスをとりにくくなるから、それだけ訓練効果を高めることができる。

請求項５の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明において、前記足載部と前記手載部との少なくとも一方は他方に対する位置調節が可能であることを特徴とする。

この構成によれば、足載部と手載部との相対位置が調節可能であるので、使用者の身体サイズや希望する負荷の大きさに応じた位置調節が可能になる。

本発明の構成によれば、使用者が膝を曲げて腰を浮かせたジョッキー姿勢になることにより、使用者が主として下肢で身体を支持することになり、使用者の自重による大きな負荷を下半身に作用させることができ、しかも、手足の位置の少なくとも一方を使用者の重心位置が重力方向と交差する方向に移動するように揺動させる駆動装置を備えていることにより、使用者が積極的に身体を動かなくとも使用者の重心位置が変化することによって、身体を支える筋肉に伸縮が生じることになり、いわば他動的な運動を行うことができるという利点を有する。また、使用者の自重を利用するから、座席に着座して運動する場合に比較すると、下半身に大きな負荷を与えることができ、のトレーニングのために比較的大きい負荷を必要としている使用者には目的にかなった負荷を与えることが可能になる。

本実施形態は、図１に示すように、使用者が搭乗する乗り物１と、床などに載置される架台３と、架台３の上に取り付けられ乗り物１を揺動させる駆動装置２とにより構成される。

本実施形態で用いる駆動装置２を図２、図３、図４に示す。駆動装置４は、前後方向および上下方向を含む第１平面と、左右方向および上下方向を含む第２平面とにおいて往復動作を行う機構であり、乗り物１に対して、前後方向、左右方向、上下方向、前後方向の周りの回転（ローリング）、左右方向の周りの回転（ピッチング）、上下方向の周りの回転（ヨーイング）の６自由度の動作のうち、ヨーイングを除く動きを与えるように構成されている。図には前をｘ方向、左をｙ方向、上をｚ方向として右手系で座標軸を示している。ローリングはｘ軸周りの回転、ピッチングはｙ軸周りの回転、ヨーイングはｚ軸周りの回転になる。

本実施形態で用いる駆動装置２について説明する。駆動装置２は、架台３に固定される金属板からなるベース２１を有し、図２に示すように、ベース２１には可動架台２２がベース２１に対してローリングを可能とするように軸着される。つまり、可動架台２２は左右方向および上下方向を含む第２平面内で移動する。

さらに、可動架台２２には前後一対の連結リンク２３ａ，２３ｂを介して台座２４が軸着される。台座２４には乗り物１が固定される。可動架台２２に軸着された前後の連結リンク２３ａ，２３ｂの下端部間の距離と、台座２４に軸着された前後の連結リンク２３ａ，２３ｂの上端部間の距離とは異なっており、可動架台２２と前後の連結リンク２３ａ，２３ｂと台座２４とは、図２に示すように、側方から見ると台形の各辺をなす。図示例では連結リンク２２ａ，２２ｂの下端部間の距離が上端部間の距離よりも短くなっているが、この関係は逆でもよい。

可動架台２２に対して一対の連結リンク２３ａ，２３ｂを介して台座２４を連結し、かつ連結リンク２３ａ，２３ｂの下端部間の距離と上端部間の距離とが異なることによって、連結リンク２３ａ，２３ｂを前後に揺動させるだけで、台座２４の上面は前後方向および上下方向を含む第１平面内で上面の傾斜角度を変化させるように移動する。つまり、可動架台２２に対して前後一対の連結リンク２３ａ，２３ｂを介して台座２４を指示した構成を採用していることにより、台座２４は前後方向の移動とピッチングとが可能になる。

上述のように、可動架台２２は台座２１に対してローリングが可能であり、台座２４は可動架台２２に対して前後方向の移動とピッチングとが可能可動であって、台座２４はローリングやピッチングの回転中心から上方に離れて配置されているから、台座２４は上下方向にも変位し、さらにローリングに伴って左右方向にも変位する。

さらに詳しく説明する。ベース２１の上面には前後に離間した一対（図２の左右方向）の軸支板３１ａ，３１ｂが立設されている。前側の軸支板３１ａは、ベース２１の中央部を切り起こして形成してあり、軸支板３１ａに対応する部位には貫通孔３２が形成される。また、後側の軸支孔３１ｂはベース２１の後端縁の中間部に形成される。ベース２１には架台３に取り付けるための固定孔３３が形成される。

一方、可動架台２２には、前後両端部において、各軸支板３１ａ，３１ｂにそれぞれ重複する連結板３４ａ，３４ｂが垂設され、各軸支板３１ａ，３１ｂに対して各連結板３４ａ，３４ｂが前後軸３５ａ，３５ｂにより回動可能に軸支される。すなわち、ベース２１に設けた各軸支板３１ａ，３１ｂにそれぞれ挿通される前後軸３５ａ，３５ｂを用いて可動架台２２の連結板３４ａ，３４ｂが軸着される。

可動架台２２の下部には、左右一対の側板３６ａ，３６ｂが設けられている。可動架台２２の各側板３６ａ，３６ｂの前端部と後端部とには、それぞれ連結リンク３１ａ，３１ｂの下端部が下軸３７ａ，３７ｂを用いて軸着される。各連結リンク３１ａ，３１ｂの上端部は台座２４の前後の両端部に対して上軸３８ａ，３８ｂにより軸着される。したがって、連結リンク３１ａ，３１ｂが下軸３７ａ，３７ｂを中心として回動すると、台座２４の前後の端部が下軸３７ａ，３７ｂを中心とする円弧上を移動し、台座２４の上面は前後の傾斜角度を変化させるように揺動する。

可動架台２２と連結リンク２３ａ，２３ｂと台座２４とに囲まれた空間には、駆動源としての１個のモータ４１を備えた駆動部４０が配置され、駆動部４０により台座２４が揺動するように駆動される。つまり、ベース２１，可動架台２２、連結リンク２３ａ，２３ｂ、台座２４とともに駆動装置２を構成する駆動部４０が設けられる。

駆動部４０に用いるモータ４１は、一方向にのみ出力回転軸４２が突出したものを用いる。駆動部４０は、モータ４１の出力回転軸４２の回転力を下軸３７ａ，３７ｂを中心とする連結リンク３１ａ，３１ｂの前後動に変換することにより台座２４を第１平面内で往復移動させる第１駆動部と、第１駆動部から回転力が伝達され前後軸３５ａ，３５ｂを中心とする可動架台２２の左右動に変換することにより台座２４を第２平面内で往復移動させる第２駆動部とにより構成される。

モータ４１は可動架台２２に固定されたモータ取付板２５に取り付けられ、可動架台２２とともに移動する。モータ４１は出力回転軸４２が上向きに突出するように可動架台２２に対して縦置きされる。

第１駆動部は、出力回転軸４２に取り付けたモータギア４３に噛合する第１ギア５１と、第１ギア５１の回転軸となる第１シャフト５２と、第１シャフト５２の一端部に偏心して連結される偏心クランク５３と、一端部が偏心クランク５３に連結され他端部が連結リンク２３ａに設けた軸ピン２６に軸着されるアームリンク５４とにより構成される。

第１シャフト５２の両端部は可動架台２２において台座２４寄りの部位に回動可能に支持されており、偏心クランク５３が第１シャフト５２に対して偏心円運動を行なうことによって、アームリンク５４を介して連結リンク２３ａが前後方向に往復移動する。つまり、連結リンク２３ａが前後に往復移動し、連結リンク２３ｂが追従して前後に往復移動することにより、連結リンク２３ａに連結されている台座２４が前後方向を含む第１平面において揺動する。つまり、台座２４の揺動により乗り物１が第１平面内で揺動する。

一方、第２駆動部は、第１シャフト５２に設けた連動ギア５５に噛合する第２ギア６１と、第２ギア６１の回転軸である第２シャフト６２と、一端部が第２シャフト６２の一端部に偏心して連結され他端部がベース２１に回動可能に連結される偏心ロッド６３（図４参照）とで構成されている。第２シャフト６２の両端部は可動架台２２において台座２４寄りの部位に回動可能に支持されている。偏心ロッド６３は台座２４の左側あるいは右側のいずれか一方（図示例では右側）に配置される。偏心ロッド６３の上端部は、軸ピン６４により第２シャフト６２の一端部に対して偏心して連結され、偏心ロッド６３の下端部はベース２１に固定した連結金具２７に対して軸ピン６５により回動可能に連結される。したがって、第２シャフト６２が回転すると、偏心ロッド６３の上端部が偏心円運動を行なうことによって、台座２４が左右方向を含む第２平面において揺動する。つまり、台座２４の揺動により乗り物１が第２平面内で揺動する。

上述したように、モータ４１の出力回転軸４２が回転すると、モータギア４３と第１ギア５１との噛み合いによってモータ４１の回転力が第１シャフト５２に伝達され、第１シャフト５２の回転に伴って前側の連結リンク２３ａが前後に揺動し、乗り物１が第１平面において揺動する。また、第１シャフト５２の回転に伴って連動ギア５５が回転すると、連動ギア５５と第２ギア１５との噛み合いによって第１駆動部（第１シャフト５２）の回転力が第２シャフト６２に伝達され、第２シャフト６２の回転に伴って台座２４が左右に揺動し、乗り物１が第２平面において揺動する。つまり、乗り物１は第１平面内の往復移動と第２平面内の往復移動とを複合した揺動を行う。ここで、第１平面での揺動と第２平面での揺動との比率は適宜に選択することができ、この比率を調節することにより、馬の種々の歩様を模擬することが可能になる。

ところで、本実施形態に用いる乗り物１は、図１および図５に示すように、使用者Ｍ（図５参照）が跨る形に形成されており、前端部には使用者Ｍが手で把持する把手１１を突設してあり、後端部の下部には使用者Ｍが足を載せる左右一対の足置台１２を設けてある。図示例では足置台１２を乗り物１に固定してある。把手１１と足置台１２との位置関係は、使用者Ｍが乗り物１に乗ったときに、膝を曲げて腰を浮かせたジョッキー姿勢（馬の襲歩の際の騎乗者の姿勢）となるように設定されている。

このような姿勢で乗り物１に搭乗すれば、使用者Ｍの身体を支持する部位が少なくなり、乗り物１を小さく揺動させるだけでも、使用者Ｍの重心位置を重力方向とは交差する方向に大きくずらすことが可能になる。また、膝を曲げた姿勢になるから、大腿部や下腿部の筋肉群に比較的大きな付加を与えることができ、下肢のトレーニングが可能になる。しかも、使用者が積極的に身体を動かなくとも使用者の重心位置が変化することによって、身体を支える筋肉に伸縮が生じ、他動的な運動を行うことができる。

また、１個のモータ４１のみを用いているから制御が容易であり、しかもモータ４１を含む駆動部が可動架台２２と連結リンク２３ａ，２３ｂと台座２４とに囲まれた領域内に配置されているから、コンパクトに形成することができる。また、乗り物１に把手１１と足置台１２とを設けていることにより、乗り物１に着座する構成に比較すると、架台３を載置する床面からの高さ寸法を小さくすることができ、このことによってもコンパクト化を図ることができる。このようにコンパクト化することにより、家庭内でも手軽に使用することが可能になる。なお、乗り物１の上面前端部に適宜の表示部と操作部とを設け、表示部には運動時間や揺動速度や消費カロリーなどを表示するようにし、操作部によって揺動の速度や時間などをを選択するようにしてもよい。乗り物１の上面の前端部に、表示部や操作部を設けることにより、運動中にも表示が見やすく、また運動中に操作部の操作が可能になる。

把手１１と足置台１２との相対位置は調節可能とするのが望ましく、たとえば把手１１を乗り物１に取り付けている部位の角度を複数段階に調節可能とすることにより、足置台１２との相対位置を容易に調節することが可能である。このように、把手１１と足置台１２との相対位置を調節可能とすれば、使用者Ｍの身体サイズや希望する負荷の大きさに応じた調節ができる。

ところで、上述の構成例では、把手１１と足置台１２とを乗り物１に設けているから、使用者Ｍの身体が全体的に揺動するものであり、使用者Ｍに作用する負荷が比較的大きくなる。これに対して、把手１１と足置台１２との一方を乗り物１から分離して架台３に固定する構成を採用したり、把手１１を設けずに家屋内の手摺などに捕まって使用すれば、使用者Ｍの重心移動が少なくなって負荷を軽減することができ、軽負荷での運動が可能になる。

あるいはまた、把手１１と足置台１２との少なくとも一方の形状を変更し、手載部として把手１１に代えて前腕部の全体を載せるような構造を採用したり、足載部として足置台１２に代えて下腿部（膝から下）の全体を載せるような構造を採用すれば、使用者Ｍが身体を支持しやすくなり、実質的に軽負荷にすることができる。

なお、乗り物１の上面に使用者が着座可能な座部を形成しておけば、従来構成と同様に着座した姿勢で乗り物１を使用することも可能であり（この場合は、床面からの高さ寸法が大きくなる）、腰背筋群の訓練に用いることも可能になる。つまり、１台で下肢の筋肉群と腰背筋群との両方の運動が可能になる。

なお、本実施形態に説明した駆動装置２の構成は一例であり、台座２４の前後両端部がベース２１側の前後の２点を中心とする円弧上を移動するように構成してあれば、連結リンク２３ａ，２３ｂを用いなくとも偏心軸などによって、台座２４の上面の前後の傾斜角度を変化させるように台座２４を揺動させることが可能である。また、第２平面内での移動についても前後軸を用いる代わりに左右にスライドさせる構成を採用してもよい。要するに、駆動装置２には運動効果が得られる限りどのような構成のものを用いてもよい。

本発明の実施形態を示す概略側面図である。 同上に用いる駆動装置を示す側面図である。 同上に用いる駆動装置を示す平面図である。 同上に用いる駆動装置を示す背面図である。 同上の使用例を示す側面図である。

符号の説明

１ 乗り物
２ 駆動装置
３ 架台
１１ 把手（手載部）
１２ 足置部（足載部）
Ｍ 使用者

Claims (5)

1. 使用者の左右の下腿部の少なくとも一部を支持する足載部と、使用者の前腕部の少なくとも一部を支持する手載部と、足載部と手載部との少なくとも一方を使用者の重心位置が重力方向と交差する方向に移動するように揺動させる駆動装置とを備え、足載部と手載部との位置関係は、使用者が足載部と手載部とに手足を載せた状態において膝を曲げて腰を浮かせたジョッキー姿勢になるように設定されていることを特徴とする運動補助装置。
2. 前記足載部と前記手置部とを有し使用者が搭乗する乗り物を備え、前記駆動装置は乗り物を揺動させることを特徴とする請求項１記載の運動補助装置。
3. 前記乗り物は、使用者が着座可能な座部を備えることを特徴とする請求項２記載の運動補助装置。
4. 前記足載部は使用者の足を支持する左右一対の足置台であり、前記手置部は使用者が把持する把手であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の運動補助装置。
5. 前記足載部と前記手載部との少なくとも一方は他方に対する位置調節が可能であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の運動補助装置。

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