JP2007330732A - 自転車型トレーニング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】屋外走行と等価な筋力トレーニングおよび持久力トレーニングを可能にする自転車ガタ装置を提供する。
【解決手段】フレームが上板と、下板と、前記上板と下板の間に介在させた１個のベアリングロッドリングと、前記ベアリングロッドリングを前記フレーム面に対して垂直方向に挟むように配置した一対のコイルバネとから構成される支持台に取り付けられている。足踏みペダルの踏み圧に応じて、フレームおよびハンドルが揺動し、屋外走行と等価なトレーニングと感触を得ることができる。前側支柱を持ち上げる機構を付加することにより登り坂トレーニングをができる。また、負荷装置をおわん型の金属製フライングホイールと、その内壁に沿って同心円状に配列された永久磁石のアレイと、前記フライングホイールの外周に沿って円弧状に配列された永久磁石のアレイで構成することにより、負荷強度の可変範囲が広く、より強い筋力トレーニングが可能になる。
【選択図】図３

Description

本発明はペダル踏み動作によりトレーニングを行う自転車型トレーニング装置に関するものであって、特に屋外走行と等価な筋力トレーニングおよび持久力トレーニングを可能にするものである。

自転車の形状をなし、足踏みペダルを回転させることにより、脚力、背部および腹部の筋力を高める自転車型トレーニング装置がある。足踏みペダルを備えたクランクの回転力がチェーンまたはベルトを介して、足踏みペダルに負荷を与えるための回転負荷装置に伝達される。ハンドルには表示パネルが備えてあり、トレーニングの状態、つまり回転数、時速、経過時間、消費カロリー、負荷の強さ等が表示される。また、負荷の強さを調節するためのレバーまたはダイヤルが表示パネルの近傍に備えられている。

回転力をクランク軸から回転負荷装置に伝達する手段としては、プーリーとベルトからなるベルト伝動方式、または通常の自転車のようにチェーン伝達方式がある。ベルト伝達方式は騒音が少ないことが長所であるが、ベルトの滑りを防ぐことが課題である。他方、チェーン伝達方式の場合、滑りは無いが歯車とチェーンとの噛み合わせに伴って騒音が出るのが欠点である。

回転負荷装置には摩擦抵抗を利用した機械式のものと、シリコーンオイルの粘性抵抗による制動機能を利用したビスカス・カップリング式のものと、電磁石と回転する金属板からなり、磁界中で金属板が回転した時に生じる渦電流と磁界による電磁制動を利用した電磁式のものがある。機械式の回転負荷装置は騒音が大で制動部材が磨り減るために寿命が短い。ビスカス・カップリング式のものは負荷の強さ（制動トルク）を変えるためには何種類もの負荷装置を用意して取り替える必要がある。電磁式の回転負荷装置は電磁石と金属板とのギャップを調節することにより負荷の強さを調節でき、負荷発生部が非接触であるので、騒音が小さく長寿命であり、この種の装置の主流になっている。

スポーツ選手の筋力トレーニングの要求を満たすためには、より強い回転負荷と、ペダルの踏み圧に伴って屋外走行と同様のフレームおよびハンドルの揺動が必要になる。屋内でのトレーニングで屋外と同様の筋力トレーニングができ、屋外のような臨場感を得るために、足踏みペダルの踏み圧に従ってハンドル、フレームが前後に揺動するトレーニング自転車が特許文献１に記載されている。しかしながら、この場合、ハンドルが前後に揺動するのみで、ペダルの踏み圧に伴ってフレームが左右に揺動する機構はない。
特開平７−３０３７１４号公報

トレーニング装置は室内で使用されるため、一般に負荷が自在に変えられ、メンテナンスの頻度が少ないこと、騒音が少ないこと等が求められるが、屋外走行でのトレーニングと等価な筋力トレーニングが飽きずに快適にできることが更に必要である。

従来の自転車型トレーニング装置は一般にフレーム、ハンドルは固定されていて、乗り心地やバランス感覚は屋外での乗用またはトレーニング用自転車と異なる。ハンドルに揺動機構を持たせた自転車型トレーニング装置もあるが、屋外走行と同様のペダルの踏み圧に伴うフレームやハンドルの左右への揺動、スピード感などの臨場感を味わえない。また、従来の自転車型トレーニング装置では、負荷の強さを広範囲に、且つリニアに変更することが困難である。さらに、ランニングトレーニングでも、平坦道と登り坂とでは使う筋肉部位の比率が異なる。同様に、バイクによるトレーニングでも平坦道と登り坂のトレーニングでは使う筋肉部位の比率が異なる。これは坂道を登る時、自転車が傾斜して前方部分が上がることにより平坦道ではあまり使わない筋肉部位が使われる。

よって、従来の自転車型トレーニング装置は健康の維持増進のためのトレーニング装置としては有用であるが、スポーツ選手のための筋力トレーニングおよび持久力トレーニング用としては、より強い回転負荷と、屋外走行でのトレーニングと等価なトレーニングができる装置が必要になる。

本願は上述の諸課題を解決するものであり、室内にいて屋外走行と同様の感覚で筋力トレーニング、および持久力をつけるトレーニングが可能な自転車型トレーニング装置を提供するものである。

本願における自転車型トレーニング装置は、床に設置された支持台と、前記支持台の上に取り付けられたフレームと、前記フレームの上方の前後にそれぞれ取り付けられたハンドルおよびサドルと、前記フレームの下部の側面を両側に貫通させたクランク軸と、前記クランク軸の両端に取り付けられた足踏みペダル付きのクランクと、回転負荷装置と、クランクの回転力を回転負荷装置に伝達ための伝達手段とから構成される自転車型トレーニング装置において、前記支持台が上板と、下板と、前記上板と下板の間に介在させた１個のベアリングロッドリングと、前記ベアリングロッドリングを前記フレーム面に対して垂直方向に挟むように配置した一対のコイルバネとを有する。これにより、足踏みペダルの踏み圧に応じて支持台を構成するコイルバネが伸縮し、ベアリングロッドリングの支点の周りに支持台が傾き、フレームおよびハンドルが揺動し、屋外走行と等価なトレーニングと感触を得ることができる。

また、前記フレームの前側下端を上板と、下板と、前記上板と下板との間に介在させた１個のベアリングロッドリングとを有する前部支持台に、前記フレームの後側下端を上板と、下板と、前記上板と下板の間に介在させた１個のベアリングロッドリングと、前記ベアリングロッドリングを前記フレーム面に対して垂直方向に挟むように配置した一対のコイルバネとを有する後部支持台に取り付けてもよい。これにより、前部支持台が簡略化できるとともに、足踏みペダルの踏み圧に応じて後部支持台を構成するコイルバネが伸縮し、ベアリングロッドリングの支点の周りに支持台が傾き、フレームおよびハンドルが揺動し、屋外走行と等価なトレーニングと感触を得ることができる。

また、本願における自転車型トレーニング装置は前側支柱に並立し、前側支柱と接続された可動支柱を設け、可動支柱の高さを使用者のトレーニング目標に応じて変えることにより前側支柱を任意に持ち上げる機構を有する。なお、前記可動支柱はねじ付きシャフトと、前記ねじ付きシャフトが貫通する蓋部を備えた外側パイプと、ねじ付き蓋を備えた内側パイプからなり、前記内側パイプは前記外側パイプに挿入され、前記ねじ付きシャフトは外側パイプの蓋上面にダイヤルを備え、蓋を貫通して前記内側パイプの前記ねじ付き蓋にねじ込まれ、前記外側パイプは並立する前側支柱に接続された構成であり、ダイヤルを回転させることにより、外側パイプおよび前側支柱を上下に移動させることが可能になる。これにより、屋内で足踏み力によるフレーム、ハンドルの揺動とともに、登り坂トレーニングと同様の筋力トレーニングが可能になる。

さらに、本発明の自転車型トレーニング装置はおわん型の金属製フライングホイールと、その内壁に沿って同心円状に配列された永久磁石のアレイと、前記フライングホイールの外周に沿って配列された永久磁石のアレイとからなる電磁式の回転負荷装置を備えている。負荷の強度（制動トルク）は前記フライングホイールの内壁に沿って設けられた永久磁石のアレイと前記フライングホイールの内壁との間隔、および前記回転子の外壁に沿って設けられた永久磁石のアレイと前記回転子の外壁との間隔を調節することにより加減することができる。外壁にも制動トルク発生のための永久磁石のアレイが設けられているので、負荷強度の可変範囲が広くなり、スポーツ選手など強い筋力トレーニングに好適である。

本発明による自転車型トレーニングはフレームがロッドリングとコイルバネを有する支持台に取り付けられているので、ペダルの踏み圧力に呼応して左右に揺れ、屋外走行の場合と等価なトレーニングが可能になる。また、前側支柱を持ち上げる機構により、室内で登り坂トレーニングが可能になる。さらに、回転負荷装置の負荷強度の変化幅を拡大することにより強い筋力トレーニングも可能になる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における自転車型トレーニング装置１の側面図である。支持台２１、２２上に一対の支柱２、３を含むフレーム４が配設されている。支柱２、３およびフレーム４は金属パイプ製であり、相互に溶接により接合されている。前側支柱２は前方から見たとき逆Ｕ字形であって、その上方にはハンドル５がハンドル支持体６を介して回転可能に取り付けられている。後側支柱３に接続されたフレーム４の上方には、サドル７が伸縮可能に取り付けられている。前側支柱２と後側支柱３を斜めに接続しているフレーム４の下方に取り付けた固定金具（図示せず）を左右に貫通してクランク軸８が取り付けられ、クランク軸８には駆動側ギヤ９がクランク軸８と共に回転するように取り付けられ、さらにクランク軸８の両側の突出部にはクランク１０および足踏みペダル１１が取り付けられている。

足踏み動作によって発生した回転力は駆動側ギヤ９からチェーン１２を介して同軸形状に連結した複数個の歯車からなる従動側ギヤ１３に伝達される。そこで、従動側ギヤ１３の近傍に取り付けられた従動側ディレーラ１４に変速レバー１５から変速ワイヤ１６を介してチェーン１２に横方向の力を作用させ、チェーン１２を架ける従動側ギヤ１３の歯車を変更することにより変速比を変えることができる。そして、従動側ギヤ１３の回転軸には足踏み動作に対して負荷機能を与えるための回転負荷装置１７のフライングホイールの回転軸３１（図５）連結されている。回転負荷装置１７の負荷の強さを調整するためのコントロールレバー１８がハンドル５の上部に取り付けられている。コントロールレバー１８を引き込むと、その力が制動ワイヤ１９を通じて回転負荷装置１７に伝達されて負荷の強さを加減できる。

図２、図３はそれぞれ本実施の形態における自転車型トレーニング装置１のフレーム４を支持するための支持台２１，２２の平面図および断面図である。図２（Ａ）は後側支柱３に取り付けられる後部支持台２１の平面図であり、図２（Ｂ）は前側支柱２に取り付けられる前部支持台２２の平面図である。図３（Ａ）は図２（Ａ）に示す後部支持台２１をＸ−Ｙ線で切断した場合の断面図（Ａ）であり、図３（Ｂ）は図２（Ｂ）に示す前部支持台２２をＶ−Ｗ線で切断した場合の断面図（Ｂ）である。

後部支持台２１は後側支柱２の下端２７が溶接により接続された上板２３ａと、上板２３ａの下方に設けた下板２４ａと、上板２３ａと下板２４ａの間に挿入された一対のコイルバネ２５とベアリングロッドリング２６と、下板２４ａの下面に取り付けたゴム製台座２０からなる。一対の前記コイルバネは前記ベアリングロッドリングを前記フレーム面に対して垂直方向に挟むように配置されている。前部支持台２２は前側支柱３の下端２８が溶接により接続された上板２３ｂと、下板２４ｂと、上板２３ｂと下板２４ｂの間に挿入されたベアリングロッドリング２６と、ゴム製台座２０からなる。前側支柱２は逆Ｕ字型であるので、下端２８は２点で上板２３ｂに接続されている。

上板２３ａと下板２４ａの間に介在するコイルバネ２５は足踏みペダル１１の踏み圧力の強弱により伸縮し、且つベアリングロッドリング２６は揺動の中心点Ｐの周りに自由に回転できるので、フレーム４が屋外乗用またはトレーニング用自転車と同様の感覚で左右に揺れて屋外走行のような臨場感を味わいながら筋力トレーニングができる。

さらに、ベアリングロッドリング２６は揺動に伴ってコイルバネ２５が位置ずれするのを抑えるとともに、静止時のコイルバネの長さをベアリングロッドリング２６の端子間長によって規定することによって、コイルバネ２５の伸縮力を調節できる。つまり、一般にバネの伸縮力はバネの自然長から圧縮により縮めた長さに比例するので、ベアリングロッドリング２６の端子間長を短くするに伴ってペダル踏み圧力に対する揺動感度が低くなる。従って、揺動感度を高めたい場合には、コイルバネ２５の自然長に近い長さの端子間長を持つロッドリング２６を用いる。

図４は図３に対して、ロッドリングを上下逆方向に取り付けた場合の後部支持台２１および前部支持台２２の断面図である。つまり、ロッドリング２６の受け側がそれぞれ上板２３ａ、２３ｂに、ロッドリング２６の挿入側がそれぞれ下板２４ａ、２４ｂに取り付けられている。この構造でも揺動の中心点Ｐが上板２３ａ、２３ｂ側に移動するのみで、図３の構造の支持台２１，２２と同様の揺動効果を得ることができる。

図５はもう一つの支持台の平面図であり、前部支持台およびおよび後部支持台が同一の構造であり、図２、図３に示した構造の支持台と同様の効果を得ることができる。同図に示すＸ−Ｙ線で切断した場合の断面図は図３（Ａ）と同一である。図２、図３で用いた部材と同一または同様の部材には同一番号を付けて、その説明を省略する。この場合、支持台２１、２２を構成する部材を共通化できる。
コイルバネ２５の代わりにエアスプリングを用いても同様の効果を得ることができる。適度で且つ屋外走行と同様の臨場感を得るためには、使用者の体重によってコイルバネ２５の強さ、またはベアリングロッドリング２６の長さを加減する。

以上の説明のように、本実施の形態における自転車型トレーニング装置は柔軟に揺動する支持台２１、２２トに取り付けられているので、足踏み動作による体重の移動に反応して、支持台２１，２２が変形してフレーム４、ハンドル５が左右に揺動するので、実際に屋外で立ちこぎで急加速するトレーニング、感触を実現できる。

（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２における自転車型トレーニング装置１００の側面図であって、フレーム４を前後により大きく傾ける機構を備えている点が実施の形態１と異なる。図７は実施の形態２における自転車型トレーニング装置１００の前方側面図である。図１で用いた部材と同一または同様の部材には同一番号を付けて、その説明を省略する。図６、図７を参照しながら本実施の形態について説明する。前側支柱２は逆Ｕ字型であるので、左右各２本の連結部材４５によって前側支柱２と並列に直立した可動支柱４０とが接続されている。ハンドル、ハンドル支持体および前側支柱の後方の構造は図１に示したものと同一である。なお、前側支持体２２は前側支持体の下方ではなく、可動支柱の下方に取り付けている。

可動支柱４０はねじ付きシャフト４１と、ねじ付きシャフト４１が貫通する蓋部を備えた外側パイプ４２と、ねじ付き蓋４３を備えた内側パイプ４４からなり、外側パイプ４２は前側支柱２に連結部材４５により接続されている。前記ねじ付きシャフト４１は外側パイプ４２の蓋上面にダイヤル４６を備え、蓋を貫通し、蓋の下方にねじ付きシャフト４１に固定した固定ナット４７を備え、その下方で内側パイプ４４上面のねじ付き蓋４３にねじ込まれている。ダイヤル４６の回転を容易にするために、外側パイプ４２の蓋と固定ナット４７の間にベアリング４８が挿入されている。ダイヤル４６を回転させることにより、外側パイプ４２および前側支柱２が上下に動き、トレーニングの目的に応じて所望の傾斜をつけることができる。例えば、水平距離１００ｍで１０ｍの登り、つまり１０％の登り勾配の坂道に相当する訓練のためには、前後の支持台２１，２２間の距離を１５０ｃｍとすると、可動支柱４０のダイヤル４６を回転させることにより１５ｃｍ持ち上げればよい。

本実施の形態では、フレーム前方を持ち上げるために、ねじ付きシャフト４２による可動支柱を用いたが、空気圧によるジャッキを用いても同様の作用を得ることができる。また、上記の方法ではフレーム前方を持ち上げるために前側支柱２に加えて可動支柱を備えているが、前側支柱２を内側パイプと外側パイプの２重構造にして、前記可動支柱と同様の機構でフレーム前方を所望の高さだけ持ち上げることも可能である。

ランニングのトレーニングでも平坦道と登り坂とでは使う筋肉部位の比率が異なるのと同様に、バイクトレーニングでも平坦道と登り坂とのトレーニングでは使う筋肉部位の比率が異なる。これは坂道を登るとき、自転車が傾斜して前方部分が上がることにより、平坦道の走行時にはあまり使わない筋肉部位が使われる。よって、本実施の形態は自転車の前方ハンドル部分を上げ、傾斜を付けることにより室内で坂道走行と同様の筋力アップのトレーニングを可能にするものである。

（実施の形態３）
図８は本発明の実施の形態３における自転車型トレーニング装置で用いる回転負荷装置の断面図である。スチール製でお椀型のフライングホイール５０と、その内壁側に同心円状に配置された円弧状のスチール製のベルト５２と、スチール製ベルト５２の外面にアレイ状に装着された永久磁石５３と、前記ベルト５２端に接続されたインナワイヤ５４と、永久磁石５３とフライングホイール５０の内壁との間隔を制御するための引きつけ金具５５と、ガイド５６に沿って引きつけ金具５５を押引するための牽引ワイヤ５７と、フライングホイール５０の外面に沿って円弧状に取り付けられたスチール製の外側ベルト５８と、ベルト５８の内壁に取り付けられた永久磁石５３とからなる。円弧状の外側ベルト５８の一端はトレーニング装置を構成するフレーム４の所定の位置に回転可能に取り付けられ、他端は第２のコントロールレバーに繋がる牽引ワイヤ５６に接続されている。

ハンドル５またはフレーム４の前部に取り付けられた第１のコントロールレバー１８を押引することによって、引きつけ金具５５を介してインナワイヤ５４が押引され、永久磁石５３とフライングホイール５０間の間隔が変動して負荷強度が変化する。ハンドル５またはフレーム４の前部に取り付けられた第２のコントロールレバー１８を押引することによって、フライングホイール５０の外側に取り付けられた永久磁石５３とフライングホイール５０の外壁との間隔が変動して負荷強度が変化する。

フライングホイール５０の内側の構造は公知であるが、本実施の形態の回転負荷装置はフライングホイール５０の外側にも金属製の外側ベルト５８に取り付けられた永久磁石５３のアレイを備えている。これにより負荷強度の変化幅を拡大でき、屋外での登り坂トレーニングのような強いトレーニングが可能になる。また、内側磁石５３による負荷と外側磁石５３による負荷の組み合わせにより滑らかな負荷強度の変更も可能になる。

産業上の利用の可能性

本発明に係る自転車型トレーニング装置によれば、単調になりがちな屋内トレーニングにおいて、ペダルの踏み圧力の呼応してフレームが左右に揺れ、屋外走行の場合と同様の感触を得ながらトレーニングできる。かつ前側支柱を持ち上げることにより登り坂トレーニングと同様の筋力トレーニングが可能になる。さらに、回転負荷装置の負荷強度の変化幅を拡大しているので、より強い筋力トレーニングが可能になる。よって、持久力と強い筋力トレーニングが必要なスポーツ選手のトレーニングにも好適である。

本発明の実施の形態１における自転車型トレーニング装置の側面図 本発明の実施の形態１における自転車型トレーニング装置の支持台の平面図 本発明の実施の形態１における自転車型トレーニング装置の支持台の断面図 本発明の実施の形態１における自転車型トレーニング装置の他の支持台の断面図 本発明の実施の形態１における自転車型トレーニング装置の他の支持台の平面図 本発明の実施の形態２における自転車型トレーニング装置の側面図 本発明の実施の形態２における自転車型トレーニング装置の前方側面図 本発明の実施の形態３における自転車型トレーニング装置に用いる回転負荷装置の断面図

符号の説明

１、１００ 自転車型トレーニング装置
２ 前側支柱
３ 後側支柱
４ フレーム
５ ハンドル
６ ハンドル支持体
７ サドル
８ クランク軸
９ 駆動側ギヤ
１０ クランク
１１ 足踏みペダル
１２ チェーン
１３ 従動側ギヤ
１４ 従動側ディレーラ
１５ 変速レバー
１６ 変速ワイヤ
１７ 回転負荷装置
１８ 負荷制御レバー
１９ 制御ワイヤ
２１ 後部支持台
２２ 前部支持台
２３ａ、２３ｂ 上板
２４ａ、２４ｂ 下板
２５ コイルバネ
２６ ベアリングロッドリング
４０ 可動支柱
４１ ねじ付きシャフト
４２ 外側パイプ
４３ ねじ付き蓋
４４ 内側パイプ
４５ 連結部材
４６ ダイヤル
４７ 固定ナット
４８ ベアリング
５０ フライングホイール
５１ フライングホイールの回転軸
５２ 内側ベルト
５３ 永久磁石
５４ インナーワイヤ
５５ 引き込み金具
５６ ガイド
５７ 牽引ワイヤ
５８ 外側ベルト

Claims (6)

1. 床に設置された支持台と、前記支持台の上に取り付けられたフレームと、前記フレームの上方の前後にそれぞれ取り付けられたハンドルおよびサドルと、前記フレームの下部の側面を両側に貫通させたクランク軸と、前記クランク軸の両端に取り付けられた足踏みペダル付きのクランクと、回転負荷装置と、クランクの回転力を回転負荷装置に伝達ための伝達手段とから構成される自転車型トレーニング装置において、前記支持台が上板と、下板と、前記上板と下板の間に介在させた１個のベアリングロッドリングと、前記ベアリングロッドリングを前記フレーム面に対して垂直方向に挟むように配置した一対のコイルバネとを有することを特徴とする自転車型トレーニング装置。
2. 前記フレームの前側下端が上板と、下板と、前記上板と下板との間に介在させた１個のベアリングロッドリングとを有する前部支持台に、前記フレームの後側下端が上板と、下板と、前記上板と下板の間に介在させた１個のベアリングロッドリングと、前記ベアリングロッドリングを前記フレーム面に対して垂直方向に挟むように１個のベアリングロッドリングと、前記ベアリングロッドリングを前記フレーム面に対して垂直方向に挟むように配置した一対のコイルバネとを有する後部支持台に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の自転車型トレーニング装置。
3. 静止時のコイルバネの長さをベアリングロッドリングの端子間長によって規定することによって、コイルバネの伸縮力を調節することを特徴とする請求項１および請求項２に記載の自転車型トレーニング装置。
4. 前側支柱に並立し、前側支柱と接続され前部支持台上に配置された可動支柱を備え、可動支柱の高さを使用者のトレーニング目標に応じて変えることにより前側支柱を任意に持ち上げる機構を有する請求項１および請求項２に記載の自転車型トレーニング装置。
5. 前記可動支柱はねじ付きシャフトと、前記ねじ付きシャフトが貫通する蓋部を備えた外側パイプと、ねじ付き蓋を備えた内側パイプからなり、前記内側パイプは前記外側パイプに挿入され、前記ねじ付きシャフトは外側パイプの蓋上面にダイヤルを備え、蓋を貫通して前記内側パイプの前記ねじ付き蓋にねじ込まれ、前記外側パイプは並立する前側支柱に接続された構成であり、ダイヤルを回転させることにより、外側パイプおよび前側支柱が上下に動く機構を有することを特徴とする請求項４に記載の自転車型トレーニング装置。
6. 床に設置された支持台と、前記支持台の上に取り付けられたフレームと、前記フレームの上方の前後にそれぞれ取り付けられたハンドルおよびサドルと、前記フレームの下部の側面を両側に貫通させたクランク軸と、前記クランク軸の両端に取り付けられた足踏みペダル付きのクランクと、回転負荷装置と、クランクの回転力を回転負荷装置に伝達ための伝達手段とから構成される自転車型トレーニング装置において、前記回転負荷装置がお椀型の金属製フライングホイールと、その内壁に沿って同心円状に配列された永久磁石のアレイと、前記フライングホイールの外周に沿って円弧状に配列された永久磁石のアレイと、両方の永久磁石とフライングホイールとの間隔をそれぞれ調整するための２本の牽引ワイヤとからなることを特徴とする自転車型トレーニング装置。

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