JP2012152356A

JP2012152356A - 荷重分布記録装置、他動運動機器

Info

Publication number: JP2012152356A
Application number: JP2011013460A
Authority: JP
Inventors: Takao Goto; 孝夫後藤; Yoichi Shinomiya; 葉一四宮
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2012-08-16

Abstract

【課題】足裏に作用する荷重を、センサを用いることなく積算量として計測し、足裏に作用する荷重の分布を容易に判断できるようにし、かつコスト増を抑制する。
【解決手段】他動運動機器の足置台と兼用される下敷き板５３の上に、感圧複写シート５５を介して加圧シート５４が重ねられる。加圧シート５４は、柔軟性材料により形成されたシートであって、荷重を受ける受圧面を上面に備え下面に多数個の押圧突起が配列された押圧面を備える。感圧複写シート５５は、カーボン紙５５１と記録用紙５５２とを重ねてあり、加圧シート５４の押圧突起から荷重を受ける部位ごとに荷重の積算量に反映する濃度で記録用紙５５２にマークを転写する。
【選択図】図１

Description

本発明は、人の特定部位に作用する荷重について積算量の分布を記録する荷重分布記録装置、および使用者の左右の足を載せる足置台を駆動源からの駆動力で変位させることにより、使用者に他動的に運動を行わせるとともに、荷重分布記録装置を用いて足置台に作用する荷重の分布を記録する他動運動機器に関するものである。

従来から、人の特定部位に作用する荷重の分布を計測する装置が提案されている。たとえば、歩行の美しさや健康度を判定するために、足裏の圧力分布（足圧分布）を計測する装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された装置は、自然な歩行で３〜５歩歩くことができるマット状の圧力センサを用いており、圧力センサにより計測した足圧をコンピュータに取り込んでいる。足圧は、圧力の強さを階調値とする足圧画像データとして毎秒３０枚出力される。

特許文献１に記載された装置は、足圧をリアルタイムで計測し、足圧画像データとしてコンピュータに取り込んでいるから、コンピュータに取り込まれた足圧画像データを解析することによって、歩行の美しさや健康度を判断することが可能である。

特開２００１−２１８７５４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された装置では足圧分布の変化をリアルタイムで計測しているから、専門家でなければ荷重の分布を瞬時に判断することは難しいという問題がある。

ところで、種々の身体的障害（骨折、神経障害、血行障害など）、手術、脳障害などにより左右の身体能力が不均衡になる場合があり、この種の障害に対する回復訓練（リハビリテーション）の際には、左右の身体能力の均衡を回復させる訓練が必要になる。この種の回復訓練は理学療法士の指導の下に行われ、理学療法士は訓練の対象者に適した運動メニュー（処方）を作成することが必要である。

特許文献１に記載された装置は、対象者の歩行の状態をリアルタイムで計測しているから、得られる情報量が非常に多くなり、得られた情報から運動メニューを作成することは容易ではない。また、３〜５歩程度の歩行が可能な程度の大きさの圧力センサが必要であって、コスト高になりやすく、しかも、広い場所が必要になる。

本発明は、足裏に作用する荷重をリアルタイムで計測するのではなく積算量として計測することによって足裏に作用する荷重の分布を容易に判断できるようにし、また、センサを用いないことによってコスト増を抑制することを可能にした荷重分布記録装置を提供することを目的とし、さらには、この荷重分布記録装置を備え、比較的狭い場所で足裏の荷重分布の計測を可能にする他動運動機器を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、下敷き板と、柔軟性材料により形成されたシートであって荷重を受ける受圧面を表裏の一面に備え表裏の他面に多数個の押圧突起が配列された押圧面を備える加圧シートと、加圧シートの押圧面と下敷き板との間に配置され押圧突起から荷重を受ける部位ごとに荷重の積算量に反映する濃度で発色する感圧複写シートとを備えることを特徴とする。

この荷重分布記録装置において、感圧複写シートは、加圧された部位が加圧力に応じて転写される着色剤層を一面に備えたカーボン紙と、カーボン紙の着色剤層に重ねられる記録用紙とからなることが好ましい。

この荷重分布記録装置において、記録用紙には、足裏の形状に合わせた第１の図形と、第１の図形に合わせて足を載せたときの望ましい重心位置の指標となる第２の図形とが印刷されていることが好ましい。

この荷重分布記録装置において、押圧突起は、横断面の断面積が先端部において基部よりも小さくなる形状に形成されていることが好ましい。

この荷重分布記録装置において、加圧シートと感圧複写シートとを抜き差し自在に収納する外袋を備えることが好ましい。

本発明の他動運動機器は、左右の足をそれぞれ載せる一対の足置台と、駆動源を備え各足置台を変位させる駆動手段と、請求項１〜５のいずれか１項に記載の荷重分布記録装置とを備え、下敷き板が足置台ごとにそれぞれ設けられていることを特徴とする。

本発明の構成によれば、足裏に作用する荷重をリアルタイムで計測するのではなく積算量として計測することによって足裏に作用する荷重の分布を容易に判断することができるという利点がある。また、センサを用いていないから、コスト増が抑制されるという利点がある。また、荷重分布記録装置を備えた他動運動機器を用いることによって、比較的狭い場所で足裏の荷重分布の計測が可能になるという利点がある。

実施形態の概略構成を示す分解斜視図である。同上を用いる他動運動機器を示す透視した平面図である。同上を用いる他動運動機器を示す要部分解斜視図である。同上を用いる他動運動機器の外観斜視図である。同上に用いる加圧シートの押圧面側を示す斜視図である。同上に用いる記録用紙を示す平面図である。（ａ）（ｂ）は同上の使用例を示す斜視図である。同上において記録用紙に記録されたマークの例を示す図である。同上において記録用紙に記録されたマークの例を示す図である。同上において記録用紙に記録されたマークの例を示す図である。

以下に説明する実施形態は、使用者が左右の足をそれぞれ載せる一対の足置台と、各足置台を変位させる駆動手段とを備えた他動運動機器に、荷重分布記録装置を用いた例を示す。ただし、他動運動機器は、実施形態に示す構成に限定する趣旨ではなく、たとえば、１枚のジンバルの傾斜角度を変化させる構成でもよい。また、他動運動機器が、足置台に加えて使用者の臀部を支持する座席を備え、座席を変位させることによって、足置台と座席とで支持する荷重の配分を変化させる構成でもよい。後者の他動運動機器は、足置台と座席とにより使用者の荷重を支持し、座席で支持する荷重を変化させることによって、脚部の筋群の緊張と弛緩とを繰り返させる運動機器である。これらの他動運動機器は、一例であって、他の他動運動機器であっても、以下に説明する荷重分布記録装置は使用可能である。

また、以下に説明する荷重分布記録装置は、他動運動機器だけではなく、歩行運動や足踏み運動を自発的に行う場合に、足裏に作用する荷重の分布を記録するために用いることもできる。さらには、足裏に作用する荷重だけではなく、座位や臥位において背中に作用する荷重、座位において臀部に作用する荷重、腕立て伏せの姿勢で手の平に作用する荷重などについて荷重の分布を記録することができる。荷重分布記録装置は、人の荷重だけではなく、後述する加圧シートの受圧面において荷重を受けることができる対象であれば、どのような対象についても荷重の分布を記録することができる。

以下に説明する荷重分布記録装置は、荷重の分布に関して時間変化を記録するのではなく、荷重の分布を記録する各部位について荷重の積算値を記録する。したがって、荷重の瞬時値は計測することができないが、対象における荷重の偏りや荷重が作用している部位の形状などを求めることができる。

本実施形態に示す他動運動機器は、図２および図３に示す構成を備える。本実施形態では、図４に示すように、床上に載置して使用する構成を想定するが、床に埋め込んで使用する構成を採用してもよい。また、図４に示すように、ハウジング１０の周囲に手摺１０１を設けた構成を採用し、運動中に手摺１０１を持つことによってバランス感覚が衰えている場合でも転倒することなく運動を行うことを可能にしている。手摺１０１には、液晶表示器のようなフラットパネルディスプレイを用いて表示器１０２が設けられ、運動の指示や運動中の状態を表示器１０２に示すことができるようにしてある。ハウジング１０は、床上に載置されるベース板１１と、ベース板１１の上方に配置される上板１２とを結合して形成される。

図示するベース板１１および上板１２は外周形状が長方形状であるが、ベース板１１および上板１２の外周形状についてはとくに制限はない。以下では、説明を簡単にするために、ベース板１１を床上に載置した状態でハウジング１０の上面が床面と平行になるものとする。したがって、図３における上下が使用時の上下になる。図示例は、ハウジング１０を床に固定しておらず適宜の位置で使用できる場合を示しているが、ハウジング１０を床に固定して定位置で使用する構成を採用してもよい。

図示例では、ハウジング１０は直方体状に形成されているが、内部に収納用の空間を備えるものであればハウジング１０の外観形状として円筒状、多角筒状などを採用することもできる。なお、床に埋め込んで使用する構成では、ハウジング１０として上板１２を除く部材を軸組のみとした構造を採用することが可能である。

図示する他動運動機器は、使用者が立位で使用することを想定しており、使用者が左右の足をそれぞれ載せる一対の足置台２１１，２１２を備える。足置台２１１，２１２は、各足置台２１１，２１２を変位させる駆動手段３０とともに、ハウジング１０に配置される。以下では、図２および図３に示す矢印Ｘの向きを前方として説明する。

上板１２には、各足置台２１１，２１２をそれぞれ露出させる矩形状に開口した２個の開口窓１３１，１３２が貫設される。各開口窓１３１，１３２は、前後方向の寸法が左右方向の寸法よりも大きい矩形状に形成される。また、各開口窓１３１，１３２の長手方向に沿った中心線は、ハウジング１０の前後方向に対して交差する。

左の開口窓１３１の長手方向に沿った中心線は前端部が後端部よりも左側に位置し、右の開口窓１３２の長手方向に沿った中心線は前端部が後端部よりも右側に位置する。すなわち、両開口窓１３１，１３２の長手方向に沿った中心線間の距離は、ハウジング１０の前端側で後端側よりも大きくなる。

開口窓１３１，１３２の長手方向がベース板１１の前後方向に対してなす角度は、たとえば５〜１５度の範囲で適宜に設定される。角度は、左側の開口窓１３１については後端を中心にして左回りの角度を採用し、右側の開口窓１３２については後端を中心にして右回りの角度を採用する。

各足置台２１１，２１２は、それぞれ各開口窓１３１，１３２の長手方向に沿ってスライド可能である足置カバー２２と、使用者が足を載せるための足置板２３とにより構成される。図３には右側の足置カバー２２および足置板２３のみを記載している。各足置板２３には、足置板２３の下面周部を囲むカバー体２４１，２４２が取り付けられる。

各足置カバー２２は角筒状に形成され、内部には軸受板２５が取り付けられる。軸受板２５は各開口窓１３１，１３２の幅方向に沿った軸体２６を支持し、軸体２６は足置板２３の下面に設けた軸受（図示せず）に通される。したがって、足置板２３は足置カバー２２に対して軸体２６の回りで揺動可能になっている。

足置板２３に取り付けられたカバー体２４１，２４２は、各足置カバー２２の内側に挿入される。したがって、足置板２３が軸体２６の回りで揺動して足置板２３の前端部および後端部が上下に移動するのに伴ってカバー体２４１，２４２が上下に移動し、足置カバー２２と足置板２３との間に隙間が生じるのをカバー体２４１，２４２が防止する。

足置カバー２２の上端縁の周部には全周に亘ってフランジ部２２１が形成されている。一方、上板１２の下面には、開口窓１３１，１３２の長手方向に沿った周部において、レール部材（図示せず）が取り付けられている。レール部材は、開口窓１３１，１３２の内向きに開口するレール溝（図示せず）を形成する。

足置カバー２２におけるフランジ部２２１の一部がレール溝に挿入されることにより、足置カバー２２のハウジング１０に対する移動範囲が制限される。フランジ部２２１とレール溝との間には余裕があり、フランジ部２２１がレール溝に挿入されている範囲内において足置カバー２２が前後左右に移動する。また、フランジ部２２１は、足置カバー２２の移動範囲において開口窓１３１，１３２の開口縁と足置板２３との間に隙間を形成しない寸法に形成されている。

足置カバー２２の下面には台車４１が取り付けられる。台車４１の外側面には各２個ずつの車輪４２が取り付けられる。ベース板１１の上面には各足置台２１１，２１２に対してそれぞれ２本ずつのレール４３が固定されており、レール４３の上面において車輪４２が転動するように、レール４３上に台車４１が載置される。また、レール４３の上面には車輪４２がレール４３から脱落するのを防止するために、車輪４２の側面に当接する脱輪防止板４４が固定される。

ところで、上述したように、左右の開口窓１３１，１３２は、長手方向に沿った中心線間の距離が前端側で後端側よりも大きくなるように形成してある。すなわち、開口窓１３１，１３２の中心線は、ハウジング１０の前後方向に対して所定の角度をなしている。レール４３も開口窓１３１，１３２の中心線と同様に、延長方向がハウジング１０の前後方向に対して所定の角度をなしている。ここに、レール４３は、延長方向がハウジング１０の前後方向に対してなす角度が、開口窓１３１，１３２の中心線がハウジング１０の前後方向に対してなす角度よりも大きくなるように配置されている。

たとえば、開口窓１３１，１３２の中心線がハウジング１０の前後方向に対してなす角度を１０度とすれば、レール４３の延長方向がハウジング１０の前後方向に対してなす角度は４５度などに設定される。

上述の構成によって、足置台２１１，２１２はレール４３の長手方向に沿って往復移動することが可能になる。このとき、足置台２１１，２１２の移動経路は、台車４１と車輪４２とレール４３と脱輪防止板４４とにより拘束される。ここに、レール４３の延長方向と開口窓１３１，１３２の長手方向とが異なっているから、足置カバー２２および足置板２３は開口窓１３１，１３２の長手方向に交差する方向に移動する。

すなわち、足置台２１１，２１２の長手方向に足の長手方向を一致させると、足置台２１１，２１２は、足の長手方向とは異なる方向に移動する。これは、足置台２１１，２１２をレール４３の延長方向に移動させたときに、使用者の膝に大きな剪断力が作用するのを防止するためである。

ところで、左右の各足置台２１１，２１２を変位させる駆動手段３０は、駆動力を発生させる駆動源３１を備える。駆動源３１からの駆動力は、各足置台２１１，２１２にそれぞれ伝達されるように系統分離部３２において２系統に分離される。さらに、系統分離部３２で分離された各系統の駆動力は、往復駆動部３３を介して左右の各台車４１に伝達され、台車４１をレール４３に沿って往復移動させる。

駆動手段３０について、さらに具体的に説明する。駆動源３１には回転モータ（以下、単にモータと略称し、符号３１を用いる）を採用しており、モータ３１の出力軸３１１には系統分離部３２が連結される。

系統分離部３２は、モータ３１の出力軸３１１に連結されたウォーム３２１と、ウォーム３２１に噛合する２個のウォームホイール３２２とを備える。ウォーム３２１および２個のウォームホイール３２２は、ベース板１１に固定されるギアボックス３４に収納される。ギアボックス３４は、上面に開口を有するギアケース３４１と、ギアケース３４１の開口面に覆着される蓋板３４２とにより形成される。ギアケース３４１と蓋板３４２との間にはウォーム３２１の長手方向の両端部を回転可能に支持する一対の軸受３２３が取り付けられる。

ウォームホイール３２２には、ギアケース３４１と蓋板３４２とに保持される回転軸３５が挿通され、ウォームホイール３２２の回転に伴って回転軸３５が回転するように、ウォームホイール３２２と回転軸３５とを結合してある。

モータ３１は、ギアケース３４１に設けた口受部３４３とベース板１１に固定した口受板１１１とに載置され、ギアケース３４１に覆着される蓋板３４２と口受け板１１１に結合される押さえ板１１２とによりベース板１１に固定される。

往復駆動部３３は、回転軸３５に一端部が一体に結合されるクランク板３６と、クランク板３６にクランク軸３７を介して結合されたクランクロッド３８とを備える。クランク板３６は回転軸３５とともに回転するように回転軸３５に結合される。すなわち、ウォームホイール３２２は回転軸３５に結合され、回転軸３５にはクランク板３６が結合されるから、ウォームホイール３２２とクランク板３６とは一体に回転する。

クランク軸３７の一端部はクランク板３６の他端部に固定され、クランク軸３７の他端部はクランクロッド３８の一端部に保持された軸受３８１に保持される。つまり、クランクロッド３８の一端部はクランク板３６に対して回動自在に結合される。クランクロッド３８の他端部は台車４１に対して軸体３８２を用いて結合される。つまり、クランクロッド３８の他端部は台車４１に対して回動自在に結合される。

上述の構成から明らかなように、クランクロッド３８は、ウォームホイール３２２の回転力を台車４１の直進往復移動に変換する変換機構として機能する。また、クランクロッド３８はウォームホイール３２２ごとに設けられ、台車４１は各足置台２１１，２１２において個別に設けられている。それゆえ、各クランクロッド３８は、各ウォームホイール３２２の回転力をそれぞれ足置台２１１，２１２の往復移動に変換する。

台車４１は上述のように移動経路が拘束されているから、ウォームホイール３２２の回転に伴って台車４１がレール４３の長手方向に沿って往復移動する。つまり、モータ３１の回転がウォーム３２１およびウォームホイール３２２を介してクランク板３６に伝達され、さらに、クランク板３６に結合されたクランクロッド３８により台車４１がレール４３に沿った直線上で往復移動を行うのである。その結果、台車４１に結合されている足置カバー２２がレール４３に沿って往復移動する。つまり、両足置台２１１，２１２がレール４３の長手方向において往復移動する。

ここに、ウォーム３２１と２個のウォームホイール３２２とにより駆動力を２系統に分離し、各系統ごとに足置台２１１，２１２の駆動力として用いるから、両足置台２１１，２１２は駆動手段３０により関連付けて駆動される。各ウォームホイール３２２はウォーム３２１に噛合する位置を１８０度異ならせてある。そのため、左側の足置台２１１が移動範囲の後端に位置するときには、右側の足置台２１２は移動範囲の前端に位置する。左側の足置台２１１の移動範囲における後端は左側の足置台２１１の移動範囲の右端であって、右側の足置台２１２の移動範囲における前端は右側の足置台２１２の移動範囲の右端であるから、左右方向においては、両足置台２１１，２１２は同じ向きに移動することになる。

ところで、各足置台２１１，２１２にそれぞれ設けた足置板２３は足置カバー２２に対して軸体２６の周りで回動可能であるから、足置板２３の前端部と後端部との高さ位置を変化させることが可能になっている。つまり、足置板２３の上に置いた足の爪先と踵との高さ位置を変化させることにより、足関節の底屈と背屈とが可能になっている。

ここで、軸体２６の周りでの足置板２３の回動をレール４３の延長方向に沿った往復移動に連動させるために、ベース板１１には、足置板２３の移動経路に沿って少なくとも一部に傾斜面を有したガイド面（図示せず）が形成され、足置板２３の下面にはガイド面に当接する倣い突部２３１が設けられる。倣い突部２３１の先端部は、ガイド面に対する摩擦係数が小さくなるように材料および形状を選択しておけばよいが、本実施形態では、ガイド面の上で転動するローラ２３２を倣い突部２３１の先端部に設けている。

上述のように、ガイド面に当接する倣い突部２３１を設けていることにより、モータ３１の回転に伴って各足置台２１１，２１２が往復移動を行うと、倣い突部２３１がガイド面に沿って移動し、足置板２３が軸体２６の周りで回動する。すなわち、足置板２３のベース板１１に対する角度が変化し、結果的に足関節の底屈および背屈が行われる。

ガイド面の形状についてはとくに制限はないが、本実施形態では、足置台２１１，２１２の１往復の間に足関節の底屈と背屈とを１回ずつ行うようにガイド面を形成する。したがって、ガイド面としては、全長に亘ってベース板１１の上面に対して一定角度で傾斜する形状か、中間部において傾斜の向きが変化する形状（Ｖ字状、Ｕ字状、逆Ｖ字状、逆Ｕ字状など）を採用することが望ましい。

上述した他動運動機器は、基本的には立位で使用する。この場合、足置台２１１，２１２が停止している初期位置において、左右の足をそれぞれ足置台２１１，２１２に載せて立ち、駆動手段３０の運転を開始させる。足置台２１１，２１２の長手方向は前後方向（矢印Ｘの向き）に対して、１０度程度の角度をなすように配置され、足置台２１１，２１２の上に立ったときに、使用者の脚部に捻れを生じることがなく、自然な立ち位置になるようにしてある。

初期位置では、両足置台２１１，２１２は前後方向における同じ位置に停止する。すなわち、初期位置では両足置台２１１，２１２が左右方向の一直線上に並ぶ。したがって、初期位置で使用者が両足をそれぞれ左右の足置台２１１，２１２の上に載ると、使用者の重心から鉛直方向に下ろした直線は両足置台２１１，２１２の間でほぼ中央を通ることになる。

モータ３１の回転を開始すると、両足置台２１１，２１２はそれぞれ前後方向の位置を変化させるとともに、前後方向の位置変化に伴って左右方向の位置も変化させる。このとき、両足置台２１１，２１２はレール４３に沿った一直線上を往復移動し、各足置台２１１，２１２は足の前後方向（長手方向）とは異なる方向に移動する。たとえば、ハウジング１０の前後方向に対して４５度をなす方向に移動する。

また、足置台２１１，２１２がレール４３に沿って往復移動すると同時に、足置板２３が軸体２６の周りに回動する。たとえば、足置板２３が前方に移動する際に、倣い突起２５が上方に移動するようにガイド面を形成しておけば、足置台２１１，２１２の前端位置において足関節を背屈させ、足置台２１１，２１２の後端位置において足関節を底屈させることができる。軸体２６の位置は足裏において踵付近に設定し、底屈と背屈との角度はベース板１１の上面に対してそれぞれ１０度程度に設定する。

なお、足置台２１１，２１２の前後の位置と底屈および背屈との関係は上述の例とは逆にすることが可能である。また、ベース板１１の上面に対する底屈および背屈の角度は異ならせてもよい。これらの動作はガイド面の形状を適宜に設定することにより、容易に実現することができる。

図２、図３に示す構成では、使用者の上体を支持する構成を設けていないが、使用者が把持する手摺を設けてもよい。手摺はハウジング１０に一体に設けるほか、装置を使用する場所において造営物側に設けるようにしてもよい。手摺を設けておけば手摺によって使用者は身体を支えることができるからバランス機能が衰えている使用者でも利用しやすくなる。また、立位で使用することが基本であるが、障害の回復訓練などに用いる目的であって、立位が困難な場合には座席を設けて着座姿勢で利用してもよい。

上述の構成例では、足置台２１１，２１２の移動軌跡は前方に開放されたＶ字状になるが、逆に、足置台２１１，２１２の左右方向の距離を前端側よりも後端側で広くなるようにして逆Ｖ字状の移動軌跡を採用してもよい。あるいは、足置台２１１，２１２の前端位置と後端位置とで距離が変化しない動作や、移動軌跡の左端と右端との位置が前後方向において変化しない動作を採用してもよい。

上述した他動運動機器を用いて運動を行えば、足関節の底屈と背屈とが行われるから、ふくらはぎの筋群（腓腹筋等）への筋刺激が増加し、ふくらはぎの筋群の伸縮に伴って脚部からの静脈環流が促進される。このことは、全身の血行の向上につながる。また、足関節が回動することにより使用者は前後方向のバランスを維持する筋群が刺激され、とくに前後方向において転倒しないように姿勢を維持する神経系の反射によって、脚部だけではなく、腰背部の筋群の筋活動も誘発されることになる。

モータ３１の回転速度などの制御は、図示しない制御手段からの指示により行われる。制御手段は、もっとも単純にはモータ３１への電源の入切を行う構成でよい。また、モータ３１が直流モータであれば、モータ３１に通電する電流をスイッチング素子によって断続させるとともに、スイッチングの際のオンデューティを変化させることにより、モータ３１に供給する平均電力を調節するように制御手段を構成してもよい。さらには、使用者の身体状態に併せて、使用時間を設定する機能、モータ３１の回転速度を経過時間に応じて変化させる機能などを制御手段に設けてもよい。

ところで、上述した構成の他動運動機器を障害の回復訓練などに用いる場合、まず使用者の障害の状態を知ることが重要である。上述した他動運動機器は、使用者が足置台２１１，２１２に乗った状態で駆動手段３０により足置台２１１，２１２が他動的に変位するから、足置台２１１，２１２により使用者に刺激を与えていることになる。したがって、この刺激に対する応答を計測すれば、使用者の障害の状態を知ることが可能になる。

この目的のために、本実施形態では、左右の足置台２１１，２１２にそれぞれ荷重分布記録装置が設けられる。各足置台２１１，２１２に設ける荷重分布記録装置は、左右が反対であるが、基本的な構造は同様であるから、以下では、左右の区別をせずに説明する。

荷重分布記録装置は、図１に示すように、硬質材料からなる下敷き板５３と、柔軟性材料により形成された加圧シート５４と、下敷き板５３と加圧シート５４との間に重ねて配置される感圧複写シート５５とを備える。下敷き板５３は、各足置台２１１，２１２に重ねられ、足置台２１１，２１２に対して位置ずれを生じないように固定される。下敷き板５３は足置台２１１，２１２で代用してもよい。すなわち、足置台２１１，２１２が下敷き板５３として兼用されていてもよい。加圧シート５４を形成する柔軟性材料には、ゴム、発泡ゴムなどが用いられる。

加圧シート５４は、図５に示すように、荷重を受ける受圧面５４１を表裏の一面に備えており、多数個の押圧突起５４３が一体に突設された押圧面５４２を表裏の他面に備えている。受圧面５４１は凹凸のない面として形成される。押圧突起５４３は、規則的に配置されることが好ましく、たとえば、二次元正方格子、二次元六方格子などの交点に配置される。また、押圧突起５４３は、横断面の断面積が先端部において基部よりも小さくなる形状に形成されることが好ましい。すなわち、押圧突起５４３は、円錐状、角錐状、半球状などの形状から選択される。ただし、押圧突起５４３は、円柱状や角柱状であってもよい。

感圧複写シート５５は、加圧シート５４の押圧面５４２と下敷き板５３との間に配置され、押圧突起５４３から加重を受ける部位ごとに加重の積算量に反映する濃度で発色する。感圧複写シート５５は、図示例では、加圧された部位が加圧力に応じて転写される着色剤層を一面に備えたカーボン紙５５１と、カーボン紙５５１の着色剤層に重ねられる記録用紙５５２とを用いて形成してある。着色剤層は、黒色、赤色、青色などの複数色から適宜に選択される。以下、着色剤層から記録用紙５５２に転写される着色剤をカーボンという。

この構成の感圧複写シート５５を用いる場合は、加圧シート５４の押圧面５４２をカーボン紙５５１に接触させ、カーボン紙５５１と下敷き板５３との間に記録用紙５５２を配置する。記録用紙５５２は、トレーシングペーパあるいはグラシン紙のような半透明の紙材を用いることが好ましい。記録用紙５５２が半透明であれば、複数の記録用紙５５２を重ねて比較することができるから、障害の回復訓練に用いた場合に、訓練前と訓練後との比較が容易になり、回復訓練の効果を判断しやすくなる。

記録用紙５５２は、図６に示すように、足裏の形状に合わせた第１の図形５５４と、第１の図形５５４に合わせて足を載せたときの望ましい重心位置の指標となる第２の図形５５５とがあらかじめ印刷されていることが好ましい。印刷の濃度は、カーボン紙５５１により記録されるパターンの視認を妨げない程度に低濃度であることが好ましい。

また、足のサイズは使用者によって異なるから、１枚の記録用紙５５２に足のサイズが異なる複数種類の第１の図形５５４を印刷しておくことが好ましい。この場合、足の長手方向のサイズについて２ｃｍ刻み程度で第１の図形５５４を印刷しておけばよい。１枚の記録用紙５５２に印刷する第１の図形５５４が多数になると、記録用紙５５２の記録内容の視認を妨げるから、１枚の記録用紙５５２には３種類程度の第１の図形５５４を印刷しておくことが好ましい。したがって、子供から大人までに対応する場合でも記録用紙５５２の種類は、高々５種類程度を用意しておけばよい。

第２の図形５５５は、円形あるいは多角形状に表記される。第２の図形５５５の位置は、健常者が足裏を第１の図形５５４に合わせて記録用紙５５２の上に立ち、片足に作用する荷重から求められる重心の位置が、第２の図形５５５の中心位置付近に位置するように設定してある。したがって、後述するように、記録用紙５５２に記録された荷重分布について重心位置を求めたときに、第２の図形５５５との位置関係によって、荷重の偏りの有無および偏りの方向を評価することができる。

ところで、記録用紙５５２は、下敷き板５３と加圧シート５４との間に配置されているから、使用者が足置台２１１，２１２に搭乗する際には、第１の図形５５４を確認することができない。加圧シート５４と記録用紙５５２との位置合わせを行う構成を採用する場合は、加圧シート５４の受圧面５４１に第１の図形５５４と同様の図形を表記しておくことによって、第１の図形５５４に足裏の位置を合わせることが可能になる。ただし、この構成を採用すると、記録用紙５５２と同様に、足のサイズ別に複数種類の加圧シート５４が必要になり、コスト高になるという問題が生じる。

そこで、本実施形態では、図７に示すように、加圧シート５４と感圧複写シート５５とを外袋５６に収納する構成を採用し、第１の図形５５５と同様に足裏の形状に合わせた第３の図形５６１を外袋５６の外面に印刷した構成を採用している。外袋５６の内寸は、記録用紙５５２（感圧複写シート５５）および加圧シート５４の外寸に一致させてある。したがって、外袋５６に加圧シート５４と感圧複写シート５５とを収納すると、感圧複写シート５５は外袋５６に対して定位置に収納される。

ここに、外袋５６は、平面視において矩形状であって、４辺のうちの１辺のみが開放されたものを用いる。この構成の場合、加圧シート５４および感圧複写シート５５は、外袋５６における開放された１辺から外袋５６に出し入れされる。外袋５６の形状としては、４辺のうちの隣り合う２辺が開放された形状や３辺が開放された形状のものを用いることも可能である。外袋５６としてどの形状を用いる場合でも、外袋５６における開放された辺には、開閉を可能にするための、ファスナを設けておくことが好ましい。この種のファスナとしては、線ファスナ（スライド付き、スライドなし）、面ファスナなどを用いることができる。

上述したように、外袋５６を用いると、第３の図形５６１によって足裏の位置を感圧複写シート５５の位置に合わせることができる上に、複数の使用者が交代で加圧シート５４に乗る場合であっても、外袋５６を交換すれば、衛生的に使用することができる。すなわち、比較的安価に提供することができる外袋５６を交換するだけで、使用者ごとに清潔な状態で使用することが可能になる。

上述の例では、１枚の記録用紙５５２に複数種類の足のサイズに対応する第１の図形５５４を印刷する例を示したが、１枚の記録用紙５５２には１種類の足のサイズに対応する第１の図形５５４を印刷しておいてもよい。また、感圧複写シート５５は、ノーカーボン紙や圧力測定シートのように記録用紙に発色用のインクを一体に備える構成としてもよい。圧力測定シートは、加圧した部位が発色し、圧力に応じて発色の濃度が変化するシート状の部材である。この構成では、感圧複写シート５５が１枚になるから、取り扱いが容易である。

以下では、他動運動機器を利用して回復訓練などを行う場合に、訓練前後の効果を比較することを目的として上述した荷重分布記録装置を用いる例について説明する。荷重分布記録装置を使用するにあたっては、図７（ａ）のように、加圧シート５４および感圧複写シート５５を外袋５６に収納し、左右の足置台２１１，２１２の上面に取り付ける。外袋５６を足置台２１１，２１２に取り付ける構成としては、たとえば、足置台２１１，２１２の上面に磁石を設けておき、外袋５６の外周部を磁石と薄板状の鋼板との間で挟む構成などを採用することができる。また、足置台２１１，２１２にクリップを設けておき、外袋５６をクリップで挟んでもよい。

また、外袋５６を足置台２１１，２１２に固定するには、面ファスナあるいは両面粘着テープを用いて外袋５６と足置台２１１，２１２とを貼り合わせる構成、足置台２１１，２１２に額縁状の枠部材を設けて外袋５６の周部を保持する構成を採用してもよい。あるいはまた、上述したいずれかの構成によって下敷き板５３と外袋５６とを固定し、下敷き板５３と足置台２１１，２１２との一方に突設した複数本の突起を他方に設けた穴に圧入する構成を用いて外袋５６を足置台２１１，２１２に固定してもよい。この場合、突起の先端部に基部よりも膨らんだ球状の圧入部を形成しておき、穴の内面には圧入部が押し込まれる空洞部を形成しておいてもよい。

足置台２１１，２１２に加重分布記録装置が取り付けられた後、使用者が左右の足を足置台２１１，２１２（加重分布記録装置）に載せた状態で、他動運動機器が駆動される。他動運動機器が動作している間に、記録用紙５５２には、使用者が足置台２１１，２１２を踏み込む力の積算量を反映する濃度でカーボン紙５１からカーボンが転写される。

加圧シート５４には多数個の押圧突起５４３が設けられているから、記録用紙５５２において押圧突起５４３に対応する部位には、足裏に作用した荷重に応じた濃度でカーボンが転写される。したがって、記録用紙５５２に転写されたカーボンの濃度分布が荷重の分布に対応することになる。すなわち、足裏において土踏まずなど平面に接触しない部位を除いて、荷重が作用した押圧突起５４３に対応する点群が記録用紙５５２に足の形で記録される。また、押圧突起５４３は先端に向かって横断面の断面積を小さくする形状に形成されているから、大きい荷重の作用した部位では、カーボンが転写される面積が大きくなる。

いま、加圧シート５４の押圧突起５４３の横断面の形状が円形であって、加圧シート５４を踏み込んだときに転写されるカーボンの最大径（最大幅）が３ｍｍ程度であるものとする。この場合、図８のように、記録用紙５５２にカーボンが転写されることにより形成されるマーク５５６は、０（マーク５５６なし）〜３ｍｍ（最大径）の範囲で大きさが変化する。そこで、マーク５５６の大きさについて、複数段階（図示例では５段階）で評価点を設定する。ここでは、マーク５５６の直径が３ｍｍ程度である場合を５点（図８（ａ））、マーク５５６はあるが１ｍｍ以下である場合を２点（図８（ｂ））、マーク５５６が形成されていない場合を１点とする（図８（ｃ））。図８（ｃ）における破線は、押圧突起５４３に対応する部位にマーク５５６が存在しないことを示す。３点と４点とは、直径が１〜３ｍｍの間であるマーク５５６について、直径および濃度を総合して評価点を与える。すなわち、直径が大きいほど、また濃度が高いほど高い評価点を与える（図８（ｄ）（ｅ））。濃度を定量化する場合は、直径×濃度が閾値以上の場合に評価点を４点にすればよい。また、濃度を定量化しない場合には、経験者が目視によって評価点を決定すればよい。

なお、目視ではなく、デジタルカメラやスキャナを用いて記録用紙５５２に記録されているマーク５５６を画像データに変換し、画像データに対する画像処理によって、各マーク５５６の直径や濃度を定量的に計測してもよい。画像データに変換した場合には、記録用紙５５２に記録されたマーク５５６を遠方で評価することが可能になる。

上述のように、各押圧突起５４３に対応する部位に形成されたマーク５５６ごとに評価点を与えることによって、足裏に作用する荷重の分布だけではなく、作用した荷重の大きさの評価も可能になる。とくに、右足と左足とのそれぞれについてマーク５５６の評価点を合計すれば、左右の足の踏み込み力のバランスを評価することが可能になる。あるいはまた、親指の付け根、小指の付け根、外側、内側、踵側、爪先側などの領域を設定し、各領域ごとに荷重を評価することも可能になる。さらに、評価点が等しいマーク５５６を結ぶ等荷重線（等圧線や等高線のような線）を設定すれば、足裏における荷重の掛かり方を評価することができる。上述のよう評価を行えば、脚部の筋の使い方や歩様を推定できるから、他動運動機器を用いて機能の回復訓練などを行う際に、運動メニューの指針を与えることが可能になる。

さらに、押圧突起５４３は横断面の面積が先端ほど小さくなる形状であるから、１つのマーク５５６において、押圧突起５４３の先端部に対応する部位の濃度が他の部位よりも高くなる。他動運動機器を使用せずに、加圧シート５４の上に静止して立った状態では、図９（ａ）に示すように、マーク５５６の中心付近の濃度がもっとも高くなる（以下、高濃度部位５５７という）。一方、他動運動機器を使用すると、足置台２１１，２１２の傾斜角度が変化し、使用者は親指側に力を入れるから、図９（ｂ）のように、高濃度部位５５７はマーク５５６の中心よりも後方に位置する傾向がある。

このことから、図１０（ａ）のように、各マーク５５６における高濃度部位５５７がマーク５５６の中心に対して同じ向きに偏移している場合には、体重移動ないし踏み込みが正常に行われていると言える。また、図１０（ｂ）のように高濃度部位５５７がマーク５５６の中心に対して不規則に偏移している場合や、図１０（ｃ）のように高濃度部位５５７がマーク５５６の中心に対して偏移していない場合には、体重移動ないし踏み込みが正常に行われていないと言える。

上述のように記録用紙５５２に残されたマーク５５６を用いることにより、使用者の身体の状態を推定することができるから、身体の状態に応じて他動運動機器を用いて回復訓練を行う際の運動メニューを作成することができる。他動運動機器を用いて回復訓練を行う際には、図７（ｂ）のように、外袋５６の中に、加圧シート５４および感圧複写シート５５に代えて、弾力性ないし粘弾性を有する材料で形成された中敷き５７を収納する。

中敷き５７は、エアキャップ、高分子ゲル、低反発素材、硬質スポンジなどの材料から選択される。使用者の足裏と下敷き板５３（足置台２１１，２１２）との間に、この種の材料で形成された中敷き５７を配置することによって、使用者は、他動運動機器の使用時において、指の付け根を意識して力を込めるようになり、踏み込みを意識付けることによって、踏み込む力の強化を効率よく行うことが可能になる。また、足裏に作用する荷重が大きい部位ほど中敷き５７の沈み込む量が大きくなるから、使用者は踏み込んでいる部位を知覚することができ、運動を正しく行っているか否かを感覚的に知ることができる。その結果、運動の効果を高めることができる。

他動運動機器を使用して回復訓練を行った後には、外袋５６に加圧シート５４および感圧複写シート５５を収納すれば、訓練後における足裏の荷重の分布を確認することができる。すなわち、訓練前と同様にして訓練後にも記録用紙５５２に荷重分布を記録し、訓練前の結果と訓練後の結果とを比較することができる。訓練前後において荷重分布記録装置を用いる場合には、訓練の前後においてカーボン紙５５１におけるカーボンの色を異ならせておけば、訓練前と訓練後との記録用紙５５２を取り違える可能性を低減できる。なお、記録用紙５５２として訓練前用と訓練後用とを設け、訓練前用と訓練後用とを示す適宜の表記を設けてもよい。

一例として、手術後の機能の回復訓練において、理学療法士の指導のもとに他動運動機器を用いる場合を例示する。まず、使用者の現状の状態を知るために、他動運動機器に使用者が乗った状態で他動運動機器を３０秒間動作させる。この間において、使用者には足裏を意識させず、荷重分布記録装置によって足裏に作用する荷重の分布を記録する。

その後、理学療法士は、記録用紙５５２に記録されたマーク５５６を評価し、足裏のどの部位を踏み込むようにすればよいかを使用者に指示し、外袋５６に中敷き５７を収納した状態で他動運動機器による運動を使用者に行わせる。この運動の間に、使用者は理学療法士に指示された部位を意識的に踏み込むことによって、機能の回復に必要な筋力やバランス感覚を修得することができる。

使用者が他動運動機器を用いた運動を１〜数週間程度行った後、荷重分布記録装置を用いて足裏に作用する荷重の分布を再び記録する。このようにして訓練後の結果を記録した記録用紙５５２と、訓練前の結果を記録した記録用紙５５２とを比較すれば、訓練の効果を確認することができる。記録用紙５５２は半透明であるから、２枚の記録用紙５５２を重ねた状態でライトパネルなどの上に置けば、訓練の前後における荷重分布を容易に比較することができる。また、訓練の前後でカーボンの色を異ならせている場合には、２枚の記憶用紙５５２を重ねた状態でも、訓練の前後の記録を識別することができるから、訓練前後の結果の比較がさらに容易になる。しかも、訓練の前後における荷重分布を記録用紙５５２に記録しているから、理学療法士は、使用者に記録用紙５５２を見せて効果を説明することによって、機能訓練に対する使用者の意欲を引き出すことが可能になる。

３０駆動手段
３１モータ（駆動源）
５３下敷き板
５４加圧シート
５５感圧複写シート
５６外袋
２１１，２２１足置台
５４１受圧面
５４２押圧面
５４３押圧突起
５５１カーボン紙
５５２記録用紙
５５４第１の図形
５５５第２の図形

Claims

下敷き板と、柔軟性材料により形成されたシートであって荷重を受ける受圧面を表裏の一面に備え表裏の他面に多数個の押圧突起が配列された押圧面を備える加圧シートと、前記加圧シートの前記押圧面と前記下敷き板との間に配置され前記押圧突起から荷重を受ける部位ごとに荷重の積算量に反映する濃度で発色する感圧複写シートとを備えることを特徴とする荷重分布記録装置。
前記感圧複写シートは、加圧された部位が加圧力に応じて転写される着色剤層を一面に備えたカーボン紙と、前記カーボン紙の着色剤層に重ねられる記録用紙とからなることを特徴とする請求項１記載の荷重分布記録装置。
前記記録用紙には、足裏の形状に合わせた第１の図形と、前記第１の図形に合わせて足を載せたときの望ましい重心位置の指標となる第２の図形とが印刷されていることを特徴とする請求項２記載の荷重分布記録装置。
前記押圧突起は、横断面の断面積が先端部において基部よりも小さくなる形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の荷重分布記録装置。
前記加圧シートと前記感圧複写シートとを抜き差し自在に収納する外袋を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の荷重分布記録装置。
左右の足をそれぞれ載せる一対の足置台と、駆動源を備え前記各足置台を変位させる駆動手段と、請求項１〜５のいずれか１項に記載の荷重分布記録装置とを備え、前記下敷き板が前記足置台ごとにそれぞれ設けられていることを特徴とする他動運動機器。