JP2014113440A - 歩行運動機 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな振動や騒音を発生することなく、短い運動時間で有効な運動量を確保する歩行運動機を提供する。
【解決手段】歩行運動機１００は、使用者が載って歩行する歩行ベルト１２０と、使用者が両手で把持する手摺部１０１と、使用者がスイッチ等を操作する操作パネル１４０と、歩行ベルト１２０を駆動させる駆動機構とを備える。歩行ベルト１２０は、駆動モータにより回転されたウォームギアがドラムに接続されたウォームホイルを回転させることにより歩行する。ウォームギアのブレーキ機能により歩行ベルト１２０にはブレーキが作用している。
【選択図】図６

Description

本発明は、運動者が無端ベルトの上で歩行運動又は走行運動を行うようにした歩行運動機に関する。

移動する無端ベルトの上で運動者が歩行運動又は走行運動（以下、「歩行運動」と総称するが本発明においては「歩行」と「走行」とを明確に区別しない。）を行うようにした所謂トレッドミルと呼ばれる運動器具が公知である。このような運動器具は、運動中に運動者の転倒等を防止し、安全を期するため、所定高さに配置された上部フレームから無端ベルトの左右両脇まで延びる手摺アームを設けている。このような構造を備えるため、不使用時において大きな体積となるため、例えば、特許文献１（特開２００７−１５９８７９号公報）は、不使用時に手摺アームをコンパクトに折り畳むことが可能な歩行運動器具を開示する。

特開２００７−１５９８７９号公報

ところで、特許文献１に開示された運動器具において運動量を増加させるためには、この運動器具における歩行速度を高めたり、この運動器具を使った運動時間を長くしたりすることが考えられる。しかしながら、このように歩行速度を高めることは振動や騒音を意大きくすることになりマンション等に居住するユーザにとっては好ましくない。また、運動時間を長くすることは、余暇時間に余裕のないユーザにとって好ましくない。このような課題およびその解決手段について、特許文献１は開示も示唆もしていない。

そこで、本発明は上記問題点を鑑み、大きな振動や騒音を発生することなく、短い運動時間でも有効な運動量を確保することのできる歩行運動機を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る歩行運動機は、長手方向の前後端部にドラムを回転自在に軸支して前記ドラム間に無端の歩行ベルトを掛け回した本体フレームと、前記歩行ベルトを本体フレーム上面で前方側から後方側へ駆動する駆動機構と、前記本体フレームの前部に立設された手摺部と、前記手摺部に設けられた操作パネルとを有する。この歩行運動機において、前記本体フレームの前部を後部に対して高い位置とし、本体フレームを急傾斜状に配備していることを特徴とする。

また、前記駆動機構は、駆動モータと、前記駆動モータの駆動力を歩行ベルトに伝達する伝達手段と、使用者が歩行ベルト上を歩行する際に、駆動モータによる駆動量以上に歩行ベルトが後方側へ移動することを規制する規制手段と、を有するように構成することができる。
さらに、前記伝達手段は、前記駆動モータの回転力が入力されるウォームギアと前記歩行ベルトへの回転駆動力が出力されるウォームホイルとからなるウォームギア部を有しており、前記ウォームギア部が、前記規制手段として動作するように構成することができる。

好ましくは、前記規制手段は、駆動モータの逆起電力を用いるものであるとよい。
好ましくは、前記規制手段は、前記駆動モータの電源入力端同士を短絡させることで、前記逆起電力を駆動モータに対するブレーキ力として作用させるように構成され、且つ前記駆動モータの電源入力端同士を短絡させる時間を制御する制御部を備えているとよい。
好ましくは、前記規制手段は、前記駆動モータの電源入力端間に接続された抵抗を有するとよい。

好ましくは、前記規制手段は、前記駆動モータの電源入力端同士を抵抗を介した上で短絡させることで、前記逆起電力を駆動モータに対するブレーキ力として作用させるように構成されているとよい。
好ましくは、前記規制手段は、前記駆動モータの電源入力端間に接続されたリレースイッチを有しており、商用電力の供給が停止した時には、前記リレースイッチを作動させ、前記駆動モータの電源入力端同士を短絡させることで、駆動モータに逆起電力を発生させてブレーキ力として作用させるように構成されているとよい。

さらに、前記本体フレームを急傾斜状に配備すべく、本体フレームの前部に立脚部材を設けることができる。
さらに、前記操作パネルには、歩行ベルト上の歩行量を換算することで得られる高さ方向の移動量が表示することができる。

本発明の歩行運動機によれば、本体フレームを急傾斜状に配備したり、規制手段を有したりしているので、大きな振動や騒音を発生することなく、短い運動時間でも有効な運動量を確保することができる。

本発明の第１実施形態に係る歩行運動機の全体斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る歩行運動機の正面図である。 本発明の第１実施形態に係る歩行運動機の側面図である。 本発明の第１実施形態に係る歩行運動機の駆動機構の拡大斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る歩行運動機の使用態様を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る歩行運動機の全体斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る歩行運動機の内部を拡大した斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る歩行運動機の規制手段のブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る歩行運動機の規制手段のブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る歩行運動機の規制手段のブロック図である（変形例）。

［第１実施形態］
以下、本発明の実施の第１実施形態に係る歩行運動機１００を図に基づいて説明する。以降、便宜上、図１の紙面に矢印にて示した前後方向、上下方向を用いて装置の説明を行う。これは、歩行運動機１００に載った使用者Ｕからみた前後方向、左右方向、上下方向と一致するものとなっている。

図１に本実施の形態に係る歩行運動機１００の全体斜視図を、図２にその正面図を、図３にその側面図を、それぞれ示す。
これらの図に示すように、この歩行運動機１００は、長手方向の前後端部にドラム１２１（前側）およびドラム１３０（後側）を回転自在に軸支して、これらのドラム１２１およびドラム１３０間に無端の歩行ベルト１２０を掛け回した本体フレーム（詳しくは後述するが縦フレーム１０３等）と、歩行ベルト１２０を本体フレーム上面で前方側から後方側へ移送する駆動機構（詳しくは後述するが駆動モータ１２８等）と、本体フレームの前部に立設された手摺部１０１と、手摺部１０１（詳しくは後述するように手摺部１０１と一体的に構成された上部水平フレーム１０２の中央部近傍）に設けられた操作パネル１４０とを有する。

この歩行運動機１００において、運動者（使用者）Ｕは、両足を歩行ベルト１２０の上に載せて前側へ歩く運動を行う。この場合、駆動機構により歩行ベルト１２０が前方側から後方側（すなわち使用者Ｕが歩行する方向）へ駆動する。この歩行ベルト１２０の幅は、使用者の肩幅より広く、歩行に支障のない幅とする。
本体フレームは、使用者の腹部の周囲に設けられるＵ字形の上部水平フレーム１０２と、上部水平フレーム１０２を支持するために左右に１本ずつ立設された縦フレーム１０３と、縦フレーム１０３を支持するとともに、前後端部にドラム１２１（前側）およびドラム１３０（後側）を回転自在に保持する左右一対の下部水平フレーム１０６と、下部水平フレーム１０６に取り付けられた左右一対の前部脚部１０４および前部脚部１０４よりも高さの低い左右一対の後部脚部１０５と、左右一対の前部脚部１０４を連結する連結フレーム１０９と、駆動機構を懸架してするように支持する懸架フレーム１０７および懸架水平フレーム１０８とから構成される。

図３に示すように、この歩行運動機１００は、下部水平フレーム１０６に取り付けられた立脚部材である前部脚部１０４と後部脚部１０５とでは、後部脚部１０５のほうが前部脚部１０４よりも高さが低い。このように構成したので、本体フレームの前部を後部に対して高い位置とし、本体フレームを急傾斜状に配備している。図３に示す角度θは、十分に安全性を確保した上で、２０度〜２５度であることが好ましい。

この角度θについては、たとえば、下部水平フレーム１０６に対する前部脚部１０４の取り付け位置を上下方向に変更可能として、使用者Ｕの体力および／または年齢等に応じて変更できるようにすることも好ましい。
上部水平フレーム１０２の左右両端は、手摺部１０１を構成し、たとえば上部水平フレーム１０２に滑りにくい素材が巻着されている。また、手摺部１０１を構成する上部水平フレーム１０２の中央部近傍には、操作パネル１４０が設けられている。この操作パネル１４０は、この歩行運動機１００を使って運動するユーザＵが操作したり、ユーザＵに情報を表示したりする。この操作パネル１４０の取り付け位置は限定されるものではなく、この歩行運動機１００を使用しているユーザＵが容易に操作したり、情報を見たりすることができる位置であれば構わない。

この操作パネル１４０には、駆動機構による歩行ベルト１２０の駆動開始用のスイッチおよび駆動停止用のスイッチが少なくとも設けられる。さらに、歩行ベルト１２０のスピードを変更するためのスイッチが設けられることが好ましい。この操作パネル１４０に表示される情報としては、たとえば、運動開始からの経過時間や、運動開始時に設定したタイマの残時間が表示される。また、この操作パネル１４０には、歩行ベルト１２０上の歩行量（歩行距離）を表示したり、歩行量（歩行距離）を高さ方向の距離に換算することで得られる高さ方向の移動量を表示したりすることも好ましい。すなわち、この歩行運動機１００はユーザＵが登り坂を歩行することになるので、階段を登ったり、山道を登ったりする運動をしていることになる。このため、例えば、東京スカイツリーの高さ６００ｍまで到達、富士山の標高３７００ｍまで到達などと表示することが好ましい。

図４を参照して、この歩行運動機１００の駆動機構について説明する。
この駆動機構は、家庭用商用電源から電力の供給を受けて回転する駆動モータ１２８と、駆動モータ１２８のモータ回転軸１２７に軸心が一致するように連結されたウォームギア１２６と、ウォームギア１２６と噛合するウォームホイル１２５と、回転軸１２４により軸心が一致するようにウォームホイル１２５に連結されたギア１２３と、ギア１２３に噛合するように設けられた減速ギア１２２とを備える。減速ギア１２２は、回転軸を一致させて前側のドラム１２１に連結されている。この前側のドラム１２１（駆動側）と後側のドラム１３０（従動側）との間に無端の歩行ベルト１２０が掛け回されている。すなわち、この歩行運動機１００においては、伝達手段として、駆動モータ１２８の回転力が入力されるウォームギア１２６と歩行ベルト１２０への回転駆動力が出力されるウォームホイル１２５とからなるウォームギア部を有している。

さらに、この歩行運動機１００においては、使用者Ｕが歩行ベルト１２０上を歩行する際に、駆動モータ１２８による駆動量以上に歩行ベルト１２０が後方側へ移動することを規制する規制手段１５０が設けられている。上述したウォームギア部が、この規制手段１５０として動作するように構成されている。これについて、詳しく説明する。
ウォームギア１２６とウォームホイル１２５とから構成されるウォームギア部は、出力軸（ウォームホイル１２５の回転軸）から入力軸（ウォームギア１２６の回転軸）を回転することが困難であるといった特性（回転抵抗３００が大であるといった特性）を有している。この特性をウォームギア部のブレーキ機能と解することができる。

このブレーキ機能を発現するためには（理論的には）ウォームギア１２６の進み角（ねじり角）より摩擦角が大きくなったときである。摩擦角は潤滑状況や表面粗さ等により変動し正確に求めることができないものの、多くの場合、この進み角が１０度よりも大きくなると滑り出すことがわかっている。すなわち、ブレーキ機能を発現させる場合には、ウォームギア１２６の進み角を１０度以下にする必要があり、本実施の形態に係る歩行運動機１００においてもウォームギア１２６の進み角を１０度以下としている。

このように、ウォームギア１２６の進み角を設定しているので、使用者Ｕが歩行ベルト１２０上を歩行する際に、駆動モータ１２８による駆動量以上に歩行ベルト１２０が後方側へ移動することが規制される。
なお、前述した駆動モータ１２８に関しても、この駆動モータ１２８から回転力が前側のドラム１２１へ供給されている場合において使用者Ｕが歩行ベルト１２０上を歩行すると、歩行ベルト１２０を後側へ送り出すことになる。このとき、駆動モータ１２８の回転力以上の力が歩行ベルト１２０を介して駆動モータ１２８へ与えられることもある。このように与えられた使用者Ｕの力は、駆動モータ１２８の回生作用として電力を発生させることになる。このような駆動モータ１２８の回生作用は、使用者Ｕにとって負荷となり、ブレーキとして作用する。

図５に、この歩行運動機１００の歩行ベルト１２０に使用者Ｕが載って歩行している状態を示す。
このように、使用者Ｕは歩行ベルト１２０上に両足を載せて、操作パネル１４０に設けられた歩行ベルト１２０の駆動開始用のスイッチを操作して歩行ベルト１２０を前側から後側へ移送させる。

歩行ベルト１２０の動きに合わせて使用者Ｕは歩行する。このとき、歩行ベルト１２０の傾斜により登り坂を歩く（登る）ことになる、このため、（１）歩行ベルト１２０が平坦な場合に比べて運動量を多くすることができる。さらに、使用者Ｕが歩行ベルト１２０上を歩行する際に、（２）駆動モータ１２８による駆動量以上に歩行ベルト１２０が後方側へ移動することを規制するブレーキ（ウォームギアのブレーキ機能）が作用したり、（３）駆動モータ１２８による駆動量以上に歩行ベルト１２０が後方側へ移動しようとすると駆動モータ１２８の回生動作が作用したりする。いずれの（１）〜（３）の場合にも、使用者Ｕの運動量を増やすことになっている。

このように、歩行ベルト１２０の歩行スピードを速くすることなく運動量を多くすることができるので、振動や騒音を発生させない点で好ましい。また、短い時間でも運動量を多くすることができる点で好ましい。また、歩行運動機１００は、坂道を登るような運動を付与する装置である故、歩行面となる歩行ベルト１２０の前後長さが短くでき、ひいては本体フレームの前後長さを従来のトレッドミル装置に比して可及的に短くできる利点を有する。
［第２実施形態］
次に、本発明の実施の第２実施形態に係る歩行運動機１００を図に基づいて説明する。

図６、図７には、第２実施形態に係る歩行運動機１００が示されている。この歩行運動機１００は、図１で示される第１実施形態の歩行運動機と略同じ構成を有している。しかしながら、駆動モータ１２８による駆動量以上に歩行ベルト１２０が後方側へ移動することを規制する規制手段１５０の構成が大きく異なっている。
第２実施形態の歩行運動機１００においても、駆動モータ１２８から回転力が前側のドラム１２１へ供給されている場合において使用者Ｕが歩行ベルト１２０上を歩行すると、歩行ベルト１２０を後側へ送り出すことになる。

図７に示すように、歩行運動機１００の駆動機構として、商用電源から電力の供給を受けて回転する駆動モータ１２８が、下部水平フレーム１０６の左側内側に取り付けられている。この駆動モータ１２８のモータ回転軸１２７は前後方向を向いており、モータ回転軸１２７の先端に同軸状にウォームギア１２６が設けられている。一方、無端の歩行ベルト１２０が巻き掛けられた前側のドラム１２１の左端側にはウォームホイル１２５が同軸状に取り付けられており、このウォームホイル１２５にウォームギア１２６が螺合するようになっている。

したがって、駆動モータ１２８を回転駆動させると、その回転駆動力は、ウォームギア１２６、ウォームホイル１２５を介して前側のドラム１２１へ伝えられ、前側のドラム１２１が回転し、歩行ベルト１２０が前方から後方へと移動するようになる。
このとき、使用者Ｕの歩行により、駆動モータ１２８の回転駆動力以上の力が歩行ベルト１２０を介して駆動モータ１２８へ与えられることもある。このように与えられた使用者Ｕの力は、駆動モータ１２８の回生作用として電力を発生させることになる（逆起電力の発生）。このような駆動モータ１２８の回生作用は、使用者Ｕにとって負荷となり、ブレーキとして作用する。第２実施形態では、この作用を規制手段１５０として利用している。すなわち、規制手段１５０は、駆動モータ１２８の逆起電力を用いるものとされている。

ここで、ウォームギア１２６、ウォームホイル１２５で構成されるウォームギア部は、使用者Ｕが歩行ベルト１２０上を歩行する際に、駆動モータ１２８による駆動量以上に歩行ベルト１２０が後方側へ移動することを規制する規制手段１５０としての機能は備えないものとなっている。
また、上述した駆動モータ１２８のモータ回転軸１２７は、後方へも突出しており、この後方突出部分には、モータ回転軸１２７の回転数、言い換えれば、歩行ベルト１２０の移動速度を検出する速度計（スピード検出センサ）２１０が取り付けられている。この速度計２１０としては、フォトセンサを用いた回転計などが採用可能である。

ところで、第２実施形態の歩行運動機における規制手段１５０は、第１実施形態とは異なり、制御部２００により電気的に駆動モータ１２８の回転駆動力を制御している。言い換えれば、規制手段１５０は、駆動モータ１２８の電源入力端同士を短絡させることで、駆動モータ１２８に発生する逆起電力を駆動モータ１２８に対するブレーキ力として作用させるように構成され、さらには、駆動モータ１２８の電源入力端同士を短絡させる時間を制御する制御部２００を備えている。

斯かる規制手段１５０は、下部水平フレーム１０６左側の内部であって、駆動モータ１２８の後側に配備されている。
図８は、規制手段１５０のブロック図である。
図８に示すように、制御部２００は、外部から供給される商用電力（交流）を直流に変換し、駆動モータ１２８へ供給する整流部２０１と、駆動モータ１２８の回転駆動力をＰＷＭパルス信号（Pulse Width Modulation）によって制御するＰＷＭ制御部２０２とで構成されている。

整流部２０１は、ダイオード２０４をブリッジ接続して構成されている。
ＰＷＭ制御部２０２は、ＭＯＳ−ＦＥＴなどの半導体スイッチング素子２０３と、パルス信号のパルス幅を所望の幅に変更するＣＰＵ２０５と、このパルス信号を反転させる反転器２０６と、を有している。加えて、ハーフブリッジゲートドライバ２０７と、過電流防止回路２０８とが備えられている。

ＰＷＭ制御部２０２は、半導体スイッチング素子２０３を直列に２個配置して、一方の半導体スイッチング素子２０３ａのドレイン側を駆動モータ１２８のプラス側配線（整流部２０１のプラス出力）へ接続し、半導体スイッチング素子２０３ａのソース側を駆動モータ１２８の０Ｖ側配線へ接続する。さらに、他方の半導体スイッチング素子２０３ｂのドレイン側を半導体スイッチング素子２０３ａのソース側へ接続し、半導体スイッチング素子２０３ｂのソース側を整流部２０１の０Ｖ出力側へと接続する。

ＣＰＵ２０５は、駆動モータ１２８の回転力をＰＷＭ制御するためのＰＷＭパルス信号を発生すると共に、このＰＷＭパルス信号の幅を可変としている。ＣＰＵ２０５へは、駆動モータ１２８に備えられた速度計２１０からの信号（すなわち、歩行ベルト１２０の速度情報）が入力され、歩行ベルト１２０の速度が設定値より低い場合は、パルス幅が広がったＰＷＭパルス信号がＣＰＵ２０５から出力され、歩行ベルト１２０の速度が設定値より高い場合は、パルス幅が狭まったＰＷＭパルス信号がＣＰＵ２０５から出力される。

このＣＰＵ２０５から出力されたＰＷＭパルス信号は、ハーフブリッジゲートドライバ２０７を介して、半導体スイッチング素子２０３ｂのゲートへ入力され、半導体スイッチング素子２０３ｂをスイッチングすることで、駆動モータ１２８へ印加される電圧（駆動モータ１２８の電源入力端間の電圧）が変化し、電圧駆動モータ１２８の回転数、回転駆動力が制御される。つまり、ＰＷＭパルス信号は、駆動モータ１２８の回転力を制御する信号として作用する。

一方、このＣＰＵ２０５から出力されたＰＷＭパルス信号は、反転器２０６へも入力され、反転器２０６からの出力であるＰＷＭ反転パルス信号は、ハーフブリッジゲートドライバ２０７を介して、半導体スイッチング素子２０３ａのゲートへ入力される。半導体スイッチング素子２０３ａのゲートがＨｉｇｈ（＝１）となった場合には、駆動モータ１２８の電源入力端が短絡状態となる。短絡状態にある駆動モータ１２８を回転させようとした場合、当該駆動モータ１２８には、逆起電力が発生し、駆動モータ１２８のモータ回転軸１２７が回転し難い状況となり、歩行ベルト１２０に対してブレーキ作用を奏するようになる。つまり、ＰＷＭ反転パルス信号は、ＰＷＭパルス信号を反転させた信号であり、駆動モータ１２８をブレーキ制御する信号として作用する。

また、ＣＰＵ２０５からのＰＷＭパルス信号が全てＬｏｗ（例えば、商用電源は供給されているが、スタートボタンが押されておらず、ベルト駆動の指令が出されていない状態）のときには、ＰＷＭパルス信号は、反転器２０６で反転され、ＰＷＭ反転パルス信号として出力される。このＰＷＭ反転パルス信号は、全てＨｉｇｈとなっているため、駆動モータ１２８は、出力されたＰＷＭ反転パルス信号によって空転しないようになっている。

つまり、ベルト停止時、ベルト駆動時を問わず、駆動モータ１２８が駆動していないときは、歩行ベルト１２０に対してブレーキ機能が作用するようになっている状況となっている。
さらに、第２実施形態の歩行運動機における規制手段１５０には、駆動モータ１２８に過電流が流れることを防止する過電流防止回路２０８が備えられている。

具体的には、半導体スイッチング素子２０３ｂのソース側から分岐した配線が過電流防止回路２０８へ接続され、この過電流防止回路２０８では、駆動モータ１２８の駆動時における電流値を監視するようになっている。駆動モータ１２８の駆動時における電流値が所定の値を超えた場合には、過電流防止回路２０８はＬｏｗ（＝０）を出力するようになっている（過電流未検出の時はＨｉｇｈ（＝１）を出力)。過電流防止回路２０８の出力とＣＰＵ２０５から出力されたＰＷＭパルス信号とは、反転器２０６の入力側に設けられた加算器２０９でＡＮＤ処理され、その結果が、反転器２０６及びハーフブリッジゲートドライバ２０７へと入力されるようになっている。

以上述べた規制手段１５０を用いて、駆動モータ１２８の回転駆動力を制御する方法、言い換えれば、規制手段１５０のブレーキ機能について述べる。
まず、第１実施形態と同様に、操作パネル１４０に設けられた歩行ベルト１２０の駆動開始用のスイッチを操作して歩行ベルト１２０を前側から後側へ移送させる。その上で、歩行ベルト１２０の動きに合わせて使用者Ｕは歩行する（図５参照）。

このとき、歩行ベルト１２０の傾斜により登り坂を歩く（登る）ことになる。歩行者Ｕの歩行時に、歩行ベルト１２０の移動速度が設定値から一定以上外れた場合、規制手段１５０が作動し駆動モータ１２８の回転駆動力（言い換えれば、回転数）を可変とする。
具体的には、ＰＷＭ制御部２０２のＣＰＵ２０５において、歩行ベルト１２０の移動速度を設定値（例えば、３．０ｋｍ／ｈ）に制御するためのＰＷＭパルス信号が出力され、このＰＷＭパルス信号は、ハーフブリッジゲートドライバ２０７を介して、半導体スイッチング素子２０３ｂのゲートへ入力され、半導体スイッチング素子２０３ｂをスイッチングするようになる。このＰＷＭ制御により、歩行ベルト１２０の移動速度は設定値を維持するようになる。

しかしながら、歩行者Ｕの歩行により、歩行ベルト１２０の移動速度が遅くなる状況（例えば、２．８ｋｍ／ｈ）となった場合、歩行ベルト１２０の移動速度（遅くなった移動速度）は速度計２１０を介して計測され、実測された速度がＣＰＵ２０５へと入力される。ＣＰＵ２０５においては、歩行ベルト１２０の移動速度を増速させ設定速度へと戻すために必要な分だけパルス幅が広くなったＰＷＭパルス信号が出力され、このＰＷＭパルス信号は、ハーフブリッジゲートドライバ２０７を介して、半導体スイッチング素子２０３ｂのゲートへ入力され、半導体スイッチング素子２０３ｂをスイッチングする。この時、図８の一点鎖線で示すように制御電流（加速電流）が流れることとなる。このＰＷＭ制御により、整流部２０１からの出力が所定の電圧に制御されて駆動モータ１２８へ供給され、歩行ベルト１２０の移動速度は設定値を維持するようになる。

一方で、歩行者Ｕの歩行により、歩行ベルト１２０の移動速度が速くなる状況（例えば、３．２ｋｍ／ｈ）となった場合、歩行ベルト１２０の移動速度（速くなった移動速度）は速度計２１０を介して計測され、実測された速度がＣＰＵ２０５へと入力される。ＣＰＵ２０５においては、歩行ベルト１２０の移動速度を減速させ設定速度（設定値）へと戻すために必要な分だけパルス幅が狭くなったＰＷＭパルス信号が出力され、このＰＷＭパルス信号は、ハーフブリッジゲートドライバ２０７を介して、半導体スイッチング素子２０３ｂのゲートへ入力され、半導体スイッチング素子２０３ｂをスイッチングする。

同時に、ＰＷＭパルス信号を反転器２０６で反転させたＰＷＭ反転パルス信号も出力され、このＰＷＭ反転パルス信号は、ハーフブリッジゲートドライバ２０７を介して、半導体スイッチング素子２０３ａのゲートへ入力され、半導体スイッチング素子２０３ａをスイッチングするようになる。半導体スイッチング素子２０３ａがスイッチングされることで、駆動モータ１２８は短絡状態となり、この状態で駆動モータ１２８を回転させようとすると、当該駆動モータ１２８に回生作用が働く（逆起電力が発生する）。このとき、図８の破線で示すように制御電流（ブレーキ電流）が流れることとなる。この回生作用が使用者Ｕにとって負荷となり、歩行ベルト１２０を速く動かそうとする動作に対してブレーキとして機能する。つまり、歩行ベルト１２０の移動速度が設定値へと戻るようになる。

このように、ＰＷＭパルス信号のパルス幅を狭めると共にＰＷＭ反転パルス信号のパルス幅を広げることで、使用者Ｕが歩行ベルト１２０上を歩行する際に、駆動モータ１２８による駆動量以上に歩行ベルト１２０が後方側へ移動することが規制される。
なお、歩行ベルト１２０の移動速度が遅くなり、パルス幅が広くなったＰＷＭパルス信号が出力される場合にも、当該ＰＷＭパルス信号を反転器２０６で反転させたＰＷＭ反転パルス信号が出力され、このＰＷＭ反転パルス信号は、ハーフブリッジゲートドライバ２０７を介して、半導体スイッチング素子２０３ａのゲートへ入力される。しかしながら、ＰＷＭ反転パルス信号のパルス幅は狭いものとなっているため、ブレーキ作用は殆ど作用しない。

ところで、駆動モータ１２８を回転させ歩行ベルト１２０を駆動している際に、駆動モータ１２８に過電流が流れた場合には、半導体スイッチング素子２０３ｂのソース側から過電流防止回路２０８へ流れ込む。過電流防止回路２０８でこの過電流を検知した場合には、過電流防止回路２０８はＬｏｗ（＝０）を出力し、この出力０とＣＰＵ２０５から出力されたＰＷＭパルス信号とが加算器２０９でＡＮＤ処理される。加算器２０９の出力は、ＰＷＭパルス信号が如何なるものであってとしても出力０となるため、半導体スイッチング素子２０３ｂはＯＦＦ、半導体スイッチング素子２０３ｂはＯＮ状態となって、歩行ベルト１２０へのブレーキ作用が常に働くようになる。

以上述べた規制手段１５０の作用により、歩行ベルト１２０は略一定のスピードで動くものとなって、大きな振動や騒音を発生することなく、短い運動時間でも有効な運動量を確保することができる。
なお、第２実施形態の他の構成、奏する作用効果は、第１実施形態と略同様であるため、詳細な説明は省略する。
［第３実施形態］
次に、本発明の実施の第３実施形態に係る歩行運動機１００について説明する。

第３実施形態の歩行運動機１００は、第２実施形態と略同じ歩行運動機１００の外観、メカ構成を有している。しかしながら、第３実施形態の歩行運動機１００に備えられた制御部２００（規制手段１５０）の構成が第２実施形態とは異なるものとなっている。
図９は、第３実施形態のブロック図を示したものである。
図９に示す如く、制御部２００は、外部から供給される商用電力（交流）を直流に変換し、駆動モータ１２８へ供給する整流部２０１と、駆動モータ１２８の回転駆動力をＰＷＭパルス信号によって制御するＰＷＭ制御部２０２とで構成されている。

整流部２０１は、ダイオード２０４をブリッジ接続して構成されている。
ＰＷＭ制御部２０２は、ＭＯＳ−ＦＥＴなどの半導体スイッチング素子２０３と、パルス信号のパルス幅を所望の幅に変更するＣＰＵ２０５と、このパルス信号を反転させる反転器２０６と、を有している。加えて、ハーフブリッジゲートドライバ２０７と、過電流防止回路２０８とが備えられている。

さらに、第３実施形態の制御部２００は、駆動モータ１２８のプラス側配線と、駆動モータ１２８の０Ｖ側配線とを繋ぐ配線を有し、この配線上には抵抗３００が配備されるものとなっている。この抵抗３００が奏する作用効果は以下の通りである。
歩行者Ｕの歩行時に、歩行ベルト１２０の移動速度が設定値から一定以上外れた場合、制御部２００が作動し駆動モータ１２８の回転駆動力（言い換えれば、回転数）を可変とする。

この状況は、第２実施形態で説明したと同じであり、歩行者Ｕの歩行により、例えば、歩行ベルト１２０の移動速度が速くなる状況（例えば、３．２ｋｍ／ｈ）となった場合、歩行ベルト１２０の移動速度（速くなった移動速度）は速度計２１０を介して計測され、実測された速度がＣＰＵ２０５へと入力される。ＣＰＵ２０５においては、歩行ベルト１２０の移動速度を減速させ設定速度（設定値）へと戻すために必要な分だけパルス幅が狭くなったＰＷＭパルス信号が出力され、このＰＷＭパルス信号は、ハーフブリッジゲートドライバ２０７を介して、半導体スイッチング素子２０３ｂのゲートへ入力され、半導体スイッチング素子２０３ｂをスイッチングする。

同時に、ＰＷＭパルス信号を反転器２０６で反転させたＰＷＭ反転パルス信号も出力され、このＰＷＭ反転パルス信号は、ハーフブリッジゲートドライバ２０７を介して、半導体スイッチング素子２０３ａのゲートへ入力され、半導体スイッチング素子２０３ａをスイッチングするようになる。半導体スイッチング素子２０３ａがスイッチングされることで、駆動モータ１２８は短絡状態となり、この状態で駆動モータ１２８を回転させようとすると、当該駆動モータ１２８に回生作用が働く（逆起電力が発生する）。このとき、図９の破線で示すように制御電流（ブレーキ電流）が流れることとなる。この回生作用が使用者Ｕにとって負荷となり、歩行ベルト１２０を速く動かそうとする動作に対してブレーキとして機能する。このような状況下で発生した逆起電力は、制御部２００内の電子部品、例えば、半導体スイッチング素子２０３や図示していないコンデンサなどに加わることとなり、最悪、係る電子部品を破壊してしまう虞すらある。

そこで、第３実施形態では、駆動モータ１２８に取り付けられた抵抗３００により、発生した逆起電力を消費することとし、制御部２００内の電子部品への悪影響を防ぐようにしている。
逆起電力を消費することにより抵抗３００で発生した熱を効果的に放散するためには、当該抵抗３００を歩行運動機１００の下部水平フレーム１０６等に取り付け、駆動モータ１２８に取り付けたファンなどによる風で冷却するとよい。

なお、この抵抗３００を設置することにより、駆動モータ１２８の入力端は、クローズ状態に近い状態（所定の抵抗値Ｒを有する閉回路）となる。すなわち、完全なショート状態ではないものの、抵抗３００の抵抗値Ｒをもって短絡した状況下となる。そのため、この抵抗３００を配備することで、常にある程度の逆起電力の発生、それに伴う歩行ベルト１２０へのブレーキ作用を発現させることができる。そのため、抵抗３００の抵抗値Ｒを適切に設定することで、図１０に示すように、半導体スイッチング素子２０３ａを不要とすることもでき、コストダウンを図ることが可能となる。

さらに、第３実施形態の制御部２００は、駆動モータ１２８のプラス側配線と、駆動モータ１２８の０Ｖ側配線とを結ぶ配線を有し、この配線は、リレースイッチ３０１によりＯＮ，ＯＦＦ可能とされている。このリレースイッチ３０１の働き、奏する作用効果は以下の通りである。
歩行ベルト１２０上を歩行者Ｕが歩行している状況を考える。このとき、例えば、電源供給用のコンセントが急に抜けたり、商用電源の供給が停止（停電）したりしたとする。また、駆動モータ１２８に対する負荷が増大し、ヒューズが切断したり安全回路が作動したとする。これらの状況下では、図９のブロック図から明らかなように、駆動モータ１２８の入力端は、オープン状態となって、それまで作用していた逆起電力が全く作用しなくなる。その場合、歩行ベルト１２０が空転状況となり、歩行者Ｕの正常且つ安全な歩行が阻害されることとなる。

そこで、商用電力が途絶えたり、ヒューズが切断したり、安全回路が作動した際には、リレースイッチ３０１を作動させリレースイッチ３０１の接点をＡ側へ接続し、駆動モータ１２８の入力端をクローズ状態とするようにする。
具体的には、リレースイッチ３０１として「電源連動型のリレースイッチ」を採用し、商用電源が供給されているときには、リレースイッチ３０１の接点をＢ側へ接続し、駆動モータ１２８の入力端をオープンとしておく。商用電源の非供給時には、リレースイッチ３０１を作動させリレースイッチ３０１の接点をＡ側へ接続し、駆動モータ１２８の入力端をクローズ状態とするようにする。すると、駆動モータ１２８に対し、最大の逆起電力が発生する状況下となり、歩行ベルト１２０はブレーキ力が付与された状況となって、空転が回避されとなり、歩行者Ｕは、安全にその歩行を止めることができるようになる。

また、ＣＰＵ２０５からの信号により、リレースイッチ３０１を動作させるように構成することは非常に好ましい。この構成下において、歩行ベルト１２０の停止時には、リレースイッチ３０１を作動させリレースイッチ３０１の接点をＡ側へ接続し、駆動モータ１２８の入力端をクローズ状態とし、駆動モータ１２８のブレーキ作用を働かせるようにしておく。その後、歩行ベルト１２０が少しでも動き出したら、リレースイッチ３０１の接点をＢ側へ接続し、駆動モータ１２８の入力端をオープンとし、ブレーキ作用を解除する。こうすることで、歩行者のより安全な歩行動作を確保することができるようになる。

なお、第３実施形態の他の構成、奏する作用効果は、第２実施形態と略同様であるため、詳細な説明は省略する。
以上開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１００ 歩行運動機
１０１ 手摺部
１０２ 上部水平フレーム
１０３ 縦フレーム
１０４ 前部脚部
１０５ 後部脚部
１０６ 下部水平フレーム
１０７ 懸架フレーム
１０８ 懸架水平フレーム
１０９ 連結フレーム
１２０ 歩行ベルト
１２１ ドラム（前側、駆動側）
１２２ 減速ギア
１２３ ギア
１２４ 回転軸
１２５ ウォームホイル
１２６ ウォームギア
１２７ モータ回転軸
１２８ 駆動モータ
１３０ ドラム（後側、従動側）
１４０ 操作パネル
１５０ 規制手段
２００ 制御部
２０１ 整流部
２０２ ＰＷＭ制御部
２０３ 半導体スイッチング素子
２０３ａ 半導体スイッチング素子
２０３ｂ 半導体スイッチング素子
２０４ ダイオード
２０５ ＣＰＵ
２０６ 反転器
２０７ ハーフブリッジゲートドライバ
２０８ 過電流防止回路
２０９ 加算器
２１０ 速度計（スピード検出センサ）
３００ 抵抗
３０１ リレースイッチ

Claims (10)

1. 長手方向の前後端部にドラムを回転自在に軸支して前記ドラム間に無端の歩行ベルトを掛け回した本体フレームと、前記歩行ベルトを本体フレーム上面で前方側から後方側へ駆動する駆動機構と、前記本体フレームの前部に立設された手摺部と、前記手摺部に設けられた操作パネルとを有する歩行運動機において、
   前記本体フレームの前部を後部に対して高い位置とし、本体フレームを急傾斜状に配備していることを特徴とする歩行運動機。
2. 前記駆動機構は、駆動モータと、前記駆動モータの駆動力を歩行ベルトに伝達する伝達手段と、使用者が歩行ベルト上を歩行する際に、駆動モータによる駆動量以上に歩行ベルトが後方側へ移動することを規制する規制手段と、を有していることを特徴とする請求項１に記載の歩行運動機。
3. 前記伝達手段は、前記駆動モータの回転力が入力されるウォームギアと前記歩行ベルトへの回転駆動力が出力されるウォームホイルとからなるウォームギア部を有しており、
   前記ウォームギア部が、前記規制手段として動作するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の歩行運動機。
4. 前記規制手段は、駆動モータの逆起電力を用いるものとされていることを特徴とする請求項２に記載の歩行運動機。
5. 前記規制手段は、前記駆動モータの電源入力端同士を短絡させることで、前記逆起電力を駆動モータに対するブレーキ力として作用させるように構成され、且つ前記駆動モータの電源入力端同士を短絡させる時間を制御する制御部を備えていることを特徴とする請求項４に記載の歩行運動機。
6. 前記規制手段は、前記駆動モータの電源入力端間に接続された抵抗を有することを特徴とする請求項４又は５に記載の歩行運動機。
7. 前記規制手段は、前記駆動モータの電源入力端同士を抵抗を介した上で短絡させることで、前記逆起電力を駆動モータに対するブレーキ力として作用させるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の歩行運動機。
8. 前記規制手段は、前記駆動モータの電源入力端間に接続されたリレースイッチを有しており、商用電力の供給が停止した時には、前記リレースイッチを作動させ、前記駆動モータの電源入力端同士を短絡させることで、駆動モータに逆起電力を発生させてブレーキ力として作用させるように構成されていることを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の歩行運動機。
9. 前記本体フレームを急傾斜状に配備すべく、本体フレームの前部に立脚部材を設けていることをしていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の歩行運動機。
10. 前記操作パネルには、歩行ベルト上の歩行量を換算することで得られる高さ方向の移動量が表示されることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の歩行運動機。