JP2014150861A

JP2014150861A - ランニング鍛錬装置

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Publication number: JP2014150861A
Application number: JP2013021105A
Authority: JP
Inventors: Susumu Takano; 進高野
Original assignee: JAPAN RUNNING PROMOTION ORGANIZATION
Current assignee: JAPAN RUNNING PROMOTION ORGANIZATION
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2014-08-25
Anticipated expiration: 2033-02-06
Also published as: JP6251479B2

Abstract

【課題】使用者の自然な走行運動に必要な筋力を簡易に鍛錬することができる装置を提供する。
【解決手段】ランニング鍛錬装置１００は、使用者Ｕが搭乗する搭乗台１０と、この搭乗台１０を上下揺動可能に支持するとともに搭乗台１０を弾力的に上方に付勢する弾性支持部材２０と、搭乗台１０の揺動周期にあわせて搭乗台１０に周期的に加速度を付与する加速部５０と、を備えている。加速部５０は、上下揺動する搭乗台１０が揺動中心よりも下方にあるときに、搭乗台１０に上向きの加速度を付与する。
【選択図】図１

Description

本発明は、走行（ランニング）するために必要な筋力を鍛錬するためのランニング鍛錬装置に関する。

筋力の維持・強化・増進、運動不足の解消、または運動機能のリハビリテーションなど様々な用途で、使用者を上下方向に揺動する装置が提案されている。使用者は、上下揺動する搭乗台の上で自らエクササイズするか、または立位もしくは座位等で静止しているだけで、搭乗台から上向きの加速度を受けるため、主として下肢を鍛錬することができる。

この種の技術に関し、特許文献１には、使用者が搭乗する搭乗台を上下方向および左右方向に揺動させて種々の揺動運動効果を付与する装置が記載されている。特許文献１の装置は、上下方向と左右方向とを複合した方向に使用者を緩やかにバランスよく揺動させて筋肉のコリをほぐすことができるとされている。

特許文献２には、使用者が搭乗する搭乗台を、下降より上昇が速くなるように上下動させる装置が記載されている。この装置は、昇降部材に設けられた摺動体を、水平回転する昇降駆動部材の周囲に設けられた溝カムによって駆動することで、昇降部材に載置された搭乗台を上下動させるものである。特許文献２の装置は、溝カムの上り傾斜部分と下り傾斜部分との角度を相違させることで、摺動体の上昇速度が下降速度よりも速くなるように構成されている。特許文献２によれば、搭乗した使用者に対して、間欠的にしゃくり上げるような運動を与えることで、トランポリンのような跳躍動作を付与することができるとされている。

特開２００９−２９１３２０号公報特開２００９−４５２７７号公報

走るという動作は、足裏で地面を蹴って身体を宙に浮かせなければならないため、歩くことに比べて下肢の筋力的負担が大きい。このため、高齢者や、運動機能のリハビリテーショントレーニングをする者など、身体の質量に比して下肢の筋力が不足している者にとっては、走るための筋力を簡易に鍛錬することができれば、走る楽しさをいつまでも失わずにいることができる。

また、近年は子供たちの体力低下が指摘され、骨格や筋力の衰えから長時間立つことが困難な子供たちが増えてきている。若年の成人に関しても、慢性的な運動不足による下肢の筋力の衰えや、栄養の過剰摂取による体重の増加により、路面を満足に走ることが難しい者は多い。したがって、若年の健常者であっても、走るための筋力を簡易に鍛錬することができれば、心身共により健康に日々を過ごすことができると考えられる。

これに対し、特許文献１の装置は、使用者に緩やかな上下および左右の揺動刺激を与えるものであって、走行動作の鍛錬にはならない。特許文献２の装置は、突き上げるような加速度を使用者に与えるものであるが、これはいわば膝を伸ばしたまま跳び上がるような強制的な上下動である。このため、特許文献２の装置は、自然な走行運動に使用する筋力を鍛錬するものでは必ずしもなかった。

本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、使用者の自然な走行運動に必要な筋力を簡易に鍛錬することができる装置を提供するものである。

本発明によれば、使用者が搭乗する搭乗台と、前記搭乗台を上下揺動可能に支持するとともに前記搭乗台を弾力的に上方に付勢する弾性支持部材と、前記弾性支持部材の揺動周期にあわせて前記搭乗台に周期的に加速度を付与する加速部と、を備え、前記加速部が、上下揺動する前記搭乗台が揺動中心よりも下方にあるときに前記搭乗台に上向きの加速度を付与することを特徴とするランニング鍛錬装置が提供される。

上記発明によれば、搭乗台を支持する弾性支持部材が搭乗台を弾力的に上方に付勢するため、搭乗台に搭乗した使用者には、膝や足首を柔軟に使って路面を蹴り上げてランニングする状態を模した自然な反発力が付与される。さらに、上下揺動する搭乗台の揺動周期にあわせて、搭乗台が揺動中心よりも下方にあるときに加速部がこれに上向きに加速度を付与するため、弾性支持部材の揺動が減衰することなく使用者に上記の反発力を周期的に付与し続けることができる。

本発明のランニング鍛錬装置によれば、人が自然に走行した場合の路面からの反発力を模した加速度が使用者に負荷される。このため、使用者の自然な走行運動に必要な筋力を簡易に鍛錬することが可能である。

本発明の第一実施形態のランニング鍛錬装置の正面模式図であり、搭乗台が揺動中心よりも上方にある上昇状態を示す図である。本発明の第一実施形態のランニング鍛錬装置の正面模式図であり、搭乗台が揺動中心よりも下方にある下降状態を示す図である。図３（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図である。図３（ｂ）は図２のＢ−Ｂ線断面図である。本発明の第一実施形態の搭乗台の高さ位置および上向きの加速度を示すグラフである。本発明の第二実施形態のランニング鍛錬装置の上昇状態の正面模式図である。本発明の第二実施形態のランニング鍛錬装置の下降状態の正面模式図である。剛性調整部の説明図である。第二実施形態の搭乗台の高さ位置および上向きの加速度を示すグラフである。本発明の第三実施形態のランニング鍛錬装置の正面模式図である。第三実施形態のランニング鍛錬装置の機能ブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。

本発明のランニング鍛錬装置の各種の構成要素は、個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等を許容する。

本実施の形態では前後左右上下の方向を規定して説明する場合があるが、これは構成要素の相対関係を説明するために便宜的に規定するものであり、本発明に係る製品の製造時や使用時の方向を限定するものではない。具体的には、搭乗台が上下方向に揺動するとは、搭乗台が鉛直上下方向に揺動する場合に限らず、本発明のランニング鍛錬装置が設置される設置面の法線に対して斜め方向に揺動する場合を許容する。

＜第一実施形態＞
図１および図２は、本発明の第一実施形態のランニング鍛錬装置１００を示す正面模式図である。図１はランニング鍛錬装置１００の上昇状態を示す。上下揺動する搭乗台１０が揺動中心よりも上方に位置している間をランニング鍛錬装置１００の上昇状態と呼称する。図２はランニング鍛錬装置１００の下降状態を示す。上下揺動する搭乗台１０が揺動中心よりも下方に位置している間をランニング鍛錬装置１００の下降状態と呼称する。

図３（ａ）は、図１のＡ−Ａ線断面図である。図３（ｂ）は、図２のＢ−Ｂ線断面図である。図３（ａ）および図３（ｂ）において基台６０（図１、図２を参照）は図示省略してある。

はじめに、本実施形態のランニング鍛錬装置１００の概要について説明する。ランニング鍛錬装置１００は、使用者Ｕが搭乗する搭乗台１０と、この搭乗台１０を上下揺動可能に支持するとともに搭乗台１０を弾力的に上方に付勢する弾性支持部材２０と、搭乗台１０の揺動周期にあわせて搭乗台１０に周期的に加速度を付与する加速部５０と、を備えている。加速部５０は、上下揺動する搭乗台１０が揺動中心よりも下方にあるときに、搭乗台１０に上向きの加速度を付与することを特徴とする。

次に、ランニング鍛錬装置１００について詳細に説明する。ランニング鍛錬装置１００は、搭乗した使用者Ｕに対して、自らランニングしたときに下肢が路面から受ける反力を模した加速度を付与する装置である。ランニング鍛錬装置１００は、平坦な床に基台６０を載置して用いられる。

ランニング鍛錬装置１００は、基台６０の上方に対向して配置された搭乗台１０を備える。搭乗台１０は複数本の支持軸１６に軸支されて基台６０に対して相対的に上下揺動する。支持軸１６は基台６０に対する搭乗台１０の揺動を案内するガイド部材である。搭乗台１０には、支持軸１６の上端を挿通する貫通孔１７が設けられている。

支持軸１６の下端は基台６０に固定されている。搭乗台１０と基台６０とは弾性支持部材２０により弾性的に接続されている。本実施形態の弾性支持部材２０はバネであり、支持軸１６の周囲に装着されている。弾性支持部材２０は、搭乗台１０が基台６０に対して所定間隔よりも近接したときに搭乗台１０を上方に押し上げる方向に付勢力（反発力）を付与する。搭乗台１０が基台６０に対して上記の所定間隔を超えて上方に離間したとき、弾性支持部材２０は搭乗台１０に対して下方に引き下げる方向に付勢力（吸引力）を付与してもよく、または弾性支持部材２０は搭乗台１０と離間して実質的に上方にも下方にも付勢力を付与しないこととしてもよい。具体的には、弾性支持部材２０の上端および下端を、それぞれ搭乗台１０および基台６０に対して連結してもよく、または弾性支持部材２０の上端または下端の一方または両方を、搭乗台１０または基台６０に対して非連結としてもよい。支持軸１６は基台６０および搭乗台１０の面央を取り囲む三箇所以上に均等に配置されている。使用者Ｕは搭乗台１０の略中央に搭乗する。図１および図２では、２つの支持軸１６のみを図示してある。

搭乗台１０には、使用者Ｕが姿勢を保持するために手で把持する把持部（図示省略）が設けられている。把持部および搭乗台１０など、弾性支持部材２０の上方にある構造物の合計質量を、搭乗台１０の質量と呼称する。

使用者Ｕが搭乗台１０に搭乗する前のランニング鍛錬装置１００の状態を初期状態と呼称する。初期状態で、弾性支持部材２０は搭乗台１０の自重に基づく荷重負荷を受けて僅かに収縮した状態にある。以下、自重とは、質量と重力加速度との積に相当する荷重を意味する。弾性支持部材２０の長さを弾性支持部材２０の初期長さという。使用者Ｕが搭乗台１０に搭乗すると、弾性支持部材２０は、初期長さから収縮する。使用者Ｕが搭乗台１０に搭乗すると、搭乗台１０はしばらく上下方向に減衰振動したうえで、弾性支持部材２０が所定の釣り合い長さまで圧縮された状態で搭乗台１０は静止する。この状態を、ランニング鍛錬装置１００の釣合状態と呼称する。言い換えると、使用者Ｕが搭乗台１０に搭乗すると、釣合状態における搭乗台１０の高さ位置を揺動中心として、搭乗台１０は減衰振動する。減衰振動の減衰率は、弾性支持部材２０の内部損失や、支持軸１６と貫通孔１７との摩擦力など（以下、ランニング鍛錬装置１００の内部損失という）により定まる。

ランニング鍛錬装置１００は、搭乗台１０に上向きの加速度を付与する加速部５０を備えている。加速部５０は、搭乗台１０の減衰振動の揺動周期にあわせて、搭乗台１０が揺動中心よりも下方にあるときに搭乗台１０に上向きの加速度を付与する。これにより、使用者Ｕの下肢には、ランニング動作中に路面を蹴り上げたときの反力を模した加速度が、搭乗台１０の揺動の減衰をキャンセルして持続的に付与される。

本実施形態の加速部５０は、モータ５２と、クラッチ部５４と、カム５６とを含んで構成されている。モータ５２は、基台６０に固定されている。モータ５２はギア（図示せず）を有しており、使用者Ｕによる操作部の操作によってモータ５２の出力回転数を昇降調整することが可能である。

クラッチ部５４は、モータ５２のトルク出力を、所望に選択されたタイミングでカム５６に伝達する機構である。クラッチ部５４の具体的な構造は特に限定されないが、本実施形態では複数の傘歯車５５（５５ａ〜５５ｄ）の組み合わせによるクラッチ部５４を例示する。具体的には、歯面を内向きにして対向配置された一対の傘歯車５５ａおよび５５ｂと、これらの傘歯車５５ａ、５５ｂの間に咬合する傘歯車５５ｃとでクラッチ部５４は構成されている。傘歯車５５ａはモータ軸５３の先端に設けられている。傘歯車５５ｃは搭乗台１０とともに昇降動作する。モータ軸５３と、傘歯車５５ｂの回転軸５８は基台６０に対して平行である。回転軸５８は軸受５９により基台６０の上面に平行に軸支されている。傘歯車５５ｃの回転軸５５ｄは基台６０に対して直交している。傘歯車５５ｃは歯面を下方に向けた状態で回転軸５５ｄの下端に設けられている。回転軸５５ｄは搭乗台１０に対して厚み方向に摺動可能である。搭乗台１０と傘歯車５５ｃとの間には、傘歯車５５ｃを搭乗台１０に向けて上向きに押圧することにより圧縮可能な弾性部材５５ｅが装着されている。カム５６は回転軸５８と同軸で回転駆動される偏心部材である。

図３（ｂ）は、搭乗台１０が下降状態にあってカム５６が搭乗台１０と離間している状態を示している。

搭乗台１０が揺動中心よりも上方にある上昇状態（図１を参照）で、傘歯車５５ｃは傘歯車５５ａおよび５５ｃから離間する。弾性部材５５ｅは、回転軸５５ｄに沿って伸長する。傘歯車５５ｃが傘歯車５５ａおよび５５ｃから離間することで、モータ軸５３のトルクは回転軸５８に伝達されなくなる。図３（ａ）は、搭乗台１０が上昇状態にあってカム５６が搭乗台１０と離間している状態を示している。モータ５２（図１を参照）に回転駆動されるカム５６の回転方向を矢印で示す。カム５６は、回転軸５８からの径方向の距離が最長となる頂部５７を備えている。搭乗台１０が上昇状態にあるとき、カム５６は図３（ａ）の位置で停止している。具体的には、カム５６の頂部５７が最上位値よりも回転方向の僅かに手前側に位置した状態でカム５６は停止している。これをスタンバイ状態と呼称する。軸受５９（図１参照）と回転軸５８とは互いに係合する係合部（図示せず）を有している。傘歯車５５ｃが傘歯車５５ａおよび５５ｃから離間すると、この係合部が互いに係合することで、カム５６はスタンバイ状態で停止する。

搭乗台１０が揺動中心よりも下方にある下降状態（図２を参照）で、傘歯車５５ｃは傘歯車５５ａおよび５５ｃに咬合する。このとき、伸長していた弾性部材５５ｅが徐々に収縮することで、傘歯車５５ｃが傘歯車５５ａおよび５５ｃに対して衝突する撃力を緩和する。傘歯車５５ｃが傘歯車５５ａおよび５５ｃに咬合することで、モータ軸５３のトルクが回転軸５８に伝達されるようになる。スタンバイ状態（図３（ａ）を参照）にあったカム５６は矢印の向きに回転駆動される。図３（ｂ）に示す下降状態では、搭乗台１０と回転軸５８との上下距離は、カム５６の頂部５７と回転軸５８との径方向の距離よりも短い。このため、カム５６の頂部５７は搭乗台１０を押し上げる。これにより、加速部５０は、上下揺動する搭乗台１０が揺動中心よりも下方にあるときに、搭乗台１０に上向きの加速度を付与する。

本実施形態のランニング鍛錬装置１００において加速部５０が搭乗台１０に付与する加速度について更に説明する。

図４は本実施形態の搭乗台１０の高さ位置および上向きの加速度を示すグラフである。具体的には、二点鎖線で示すグラフ１Ａは、モータ５２を停止して加速部５０が搭乗台１０に加速度を付与しなかった場合に減衰振動する搭乗台１０の高さ位置を表す。縦軸の数値は搭乗台１０の正規化された高さ位置を示している。初期状態の搭乗台１０の高さ位置を１とし、釣合状態の搭乗台１０の高さ位置を０としている。横軸は時間を示す。実線の矩形波を示すグラフ１Ｂは、本実施形態の加速部５０が搭乗台１０に付与する上向きの加速度を表す。実線で示すグラフ１Ｃは、弾性支持部材２０および加速部５０が搭乗台１０に付与する上向きの合成加速度を表す。グラフ１Ｂおよび１Ｃにおいて、釣合状態で搭乗台１０に付与される上向きの加速度を０としている。破線で示すグラフ１Ｄは、加速部５０が搭乗台１０に上向きの加速度を付与する場合の本実施形態の搭乗台１０の高さ位置を表す。グラフ１Ｂから１Ｄの縦軸の各数値は正規化してある。

グラフ１Ａが示すように、加速部５０が搭乗台１０を加速しない場合、搭乗台１０は初期状態の高さ位置（＝１）を最高点として徐々に減衰していく。これに対し、グラフ１Ｄが示すように、本実施形態の搭乗台１０は減衰することなく所定の振幅で揺動を持続する。本実施形態の場合、１〜３周期目に振幅を漸増させ、４周期目以降は定常的な振幅となっている。

本実施形態の加速部５０は、搭乗台１０が下降状態にあるときに、搭乗台１０に上向きの加速度を付与する。言い換えると、グラフ１Ｄが示す搭乗台１０の高さ位置が釣合状態（高さ位置＝０）よりも低位にあるときに、グラフ１Ｂが示すように加速部５０は間欠的に搭乗台１０を上向きに加速する。これにより、グラフ１Ｃが示すように、搭乗台１０に付与される加速度は、釣合状態を中心に上下非対称となる。

すなわち、本実施形態のランニング鍛錬装置１００では、搭乗台１０の揺動周期のうち、搭乗台１０が最下点を通過してから揺動中心（釣合状態）に至るまでの間に、加速部５０が搭乗台１０に付与する上向きの加速度が最大となる。これにより、ランニングする人間が路面を蹴り上げる瞬間のピーク的な加速度が摸擬される。

グラフ１Ｄは周期的に極小値をとる。これが、ランニング動作中に膝を沈み込ませて路面に足裏で接地している状態に相当する。このとき、弾性支持部材２０は初期長さよりも圧縮された状態にある。加速部５０は、弾性支持部材２０が最大圧縮状態を通過する前後に亘って搭乗台１０に上向きの加速度を付与する。これは、ランニング動作中に路面からの反力を膝で吸収して減速し、もっとも深く膝を沈み込ませてから蹴り足で路面を蹴り上げるまでの動作を摸擬したものである。

使用者Ｕは、両足で搭乗台１０の上で起立して静止していてもよく、または搭乗台１０の揺動周期にあわせて足踏みしてもよい。本実施形態のランニング鍛錬装置１００によれば、自力でランニングすることが困難な高齢者やリハビリ患者であっても、ランニング動作を摸擬した加速度を下肢に負荷することができる。このため、通常の歩行（ウォーキング）や筋力トレーニングでは負荷を与えることが困難な、ランニングのための筋力を鍛錬することができる。

なお本実施形態については種々の変形を許容する。例えば、上記実施形態では図４に示すように、高さ位置＝１から１．５まで搭乗台１０の揺動振幅を増幅する状態を例示したが、本発明はこれに限られない。初期状態の高さ位置（＝１）よりも小さな振幅（１未満）で搭乗台１０の揺動を持続させてもよい。具体的には、本実施形態のランニング鍛錬装置１００は、加速部５０が搭乗台１０に付与する加速度（図４のグラフ１Ｂを参照）を増減調整する調整部を含んでもよい。調整部としては、たとえば、使用者Ｕによる操作部（図示せず）の操作と連動してモータ５２のトルク出力を増減させるギア機構を例示することができる。

＜第二実施形態＞
図５および図６は本発明の第二実施形態のランニング鍛錬装置１００を示す正面模式図である。図５はランニング鍛錬装置１００の上昇状態を示し、図６はランニング鍛錬装置１００の下降状態を示す。

本実施形態のランニング鍛錬装置１００は、搭乗台１０の揺動周期を長短調整する周期調整部を含む。これにより、ランニング鍛錬装置１００で摸擬されるランニングのピッチを高速または低速に調整することができる。ここで、搭乗台１０の揺動周期は、使用者Ｕおよび搭乗台１０の質量と、弾性支持部材２０の弾性係数（バネ定数）によって変化させることができる。周期調整部は、搭乗台１０の質量または弾性支持部材２０の弾性係数を増減調整する手段である。

本実施形態の周期調整部として、弾性支持部材２０の弾性係数を増減調整する剛性調整部４０を例示する。図７は剛性調整部４０の説明図である。

本実施形態の弾性支持部材２０は、第一弾性部材２２と第二弾性部材３０とを含んでいる。第一弾性部材２２は、第一実施形態と同様に、搭乗台１０を下方支持して上昇状態と下降状態とに揺動遷移させる部材である。そして第二弾性部材３０は、第一弾性部材２２に支持されて上下揺動する搭乗台１０が所定高さよりも低い沈降状態にあるときに、搭乗台１０を弾力的に上方に付勢する部材である。沈降状態は、搭乗台１０が釣合状態よりも下方にある下降状態において、さらに最下点の近傍に位置する一部状態である。下降状態は、ランニング動作において膝を曲げて路面の反発力を吸収するクッション動作を摸擬したものである。沈降状態は、足首の曲げ伸ばしによって、更に柔軟に路面の反発力を吸収するとともに、その反作用で路面を蹴り上げる動作を摸擬したものである。本実施形態のランニング鍛錬装置１００は、沈降状態における弾性支持部材２０の弾性係数を、その前後に比べて大きくすることにより、リズミカルな跳躍動作に加えて、ランニング動作中に蹴り足によって路面を蹴り上げる際に下肢に負荷される荷重を使用者Ｕに付与することができる。

図７に示すように、本実施形態の剛性調整部４０は、ダイヤル部４２によってステージ４４を搭乗台１０に対して昇降移動させる。これにより、ステージ４４と基台６０（図６参照）との上下間隔が変化する。ステージ４４は搭乗台１０よりも下方において昇降移動する。第二弾性部材３０はステージ４４と基台６０との間に設けられている。第一弾性部材２２は、搭乗台１０と基台６０との間に設けられている。ダイヤル部４２を操作してステージ４４と基台６０との距離を縮めると、搭乗台１０が上昇状態から下降状態に転じてまもなく第二弾性部材３０はステージ４４によって圧縮されることになる。このため、搭乗台１０の最下点の近傍では、第二弾性部材３０は大きく圧縮されることとなり、第一弾性部材２２と第二弾性部材３０とをあわせた弾性支持部材２０の弾性係数は増大する。このため、搭乗台１０の揺動周期は短くなる。

逆に、ダイヤル部４２を操作してステージ４４と基台６０との距離を広げると、搭乗台１０が最下点の近傍まで下降してようやく第二弾性部材３０はステージ４４によって圧縮されることになり、搭乗台１０の揺動周期において第二弾性部材３０の圧縮長さは小さくなる。このため、第一弾性部材２２と第二弾性部材３０とを複合した弾性支持部材２０全体でみた弾性係数は減少する。このため、搭乗台１０の揺動周期は長くなる。

なお、本実施形態のランニング鍛錬装置１００において、搭乗台１０が揺動中心よりも下方にある下降状態にあるときに加速部５０が搭乗台１０に上向きの加速度を付与することは第一実施形態と共通である。また、搭乗台１０の揺動周期のうち、搭乗台１０が最下点を通過してから釣合状態に至るまでの間に加速部５０が搭乗台１０に付与する上向きの加速度を最大とすることも第一実施形態と共通である。

図８は、本実施形態の搭乗台１０の高さ位置および上向きの加速度を示すグラフである。本実施形態の第一弾性部材２２と第一実施形態の弾性支持部材２０とのバネ定数を共通とし、本実施形態は更に第二弾性部材３０を備えるものである。使用者Ｕおよび搭乗台１０の質量は第一実施形態と共通としてある。破線で示すグラフ１Ｄは、図４のグラフ１Ｄに対応し、第一実施形態のランニング鍛錬装置１００における搭乗台１０の高さ位置を表す。実線の矩形波を示すグラフ２Ｂは、本実施形態の加速部５０が搭乗台１０に付与する上向きの加速度を表す。実線で示すグラフ２Ｄは、本実施形態の搭乗台１０の高さ位置を表す。グラフ２Ｂおよび２Ｄの縦軸の各数値は正規化してある。

本実施形態においては、第一実施形態と同様に、１〜３周期目に振幅を漸増させ、４周期目以降は定常的な振幅となっている（グラフ２Ｄを参照）。定常的な振幅が、初期状態の高さ位置（＝１）に対して１．５倍となるように、搭乗台１０の揺動を加速部５０で励起している。

図８のグラフ１Ｄとグラフ２Ｄとを比較すると、本実施形態の搭乗台１０の振動周期は第一実施形態よりも短い。これは、弾性支持部材２０が第一弾性部材２２に加えて第二弾性部材３０を含むことで、弾性支持部材２０の弾性係数が第一実施形態よりも第二実施形態の方が大きいことに起因する。

本実施形態のランニング鍛錬装置１００は剛性調整部４０を備え、ダイヤル部４２を操作することで弾性支持部材２０の弾性係数（バネ定数）を調整することができる。これにより、搭乗台１０が使用者Ｕに付与する荷重および揺動周期を所望に調整することができる。よって、ランニング動作における蹴り足の強さおよび走行ピッチを可変に摸擬することができる。

なお、本実施形態では周期調整部として、弾性支持部材２０の弾性係数を増減調整する剛性調整部４０を例示したが、本発明はこれに限られない。例えば、周期調整部は、搭乗台１０の裏面などに着脱可能に装着される錘（ウェイト）でもよい。搭乗台１０の自重を増減調整することで、弾性支持部材２０の弾性係数が不変であっても、搭乗台１０の揺動周期を長短に調整することができる。

また、本実施形態では第一弾性部材２２と第二弾性部材３０とが支持軸１６の周囲に同軸で装着されていることを例示したが、本発明はこれに限られない。第一弾性部材２２と第二弾性部材３０とを、異なる軸またはケーシングによって支持してもよい。

図４のグラフ１Ｂおよび図８のグラフ２Ｂに示すように、４周期目以降の定常的な揺動状態では、ランニング鍛錬装置１００の内部損失を補うだけの僅かな加速度を加速部５０から搭乗台１０に付与すればよい。したがって、振動初期から定常的な揺動状態に至るまでの間に、加速部５０（モータ５２）のトルク出力を初期トルクから漸減させてもよい。具体的には、搭乗台１０の貫通孔１７に対する支持軸１６の挿入深さを検知するためのリニアポテンショメータなどの位置センサを設け、その測定値に基づいてモータ５２のギア機構を動作させてモータ５２のトルク出力を増減調整してもよい。または、モータ５２として、位置センサの測定値に基づいてトルク出力が調整可能なトルクモータを用いてもよい。これにより、搭乗台１０の振幅が可変調整できるため、使用者Ｕが設定した所望の負荷が使用者Ｕの下肢に付与される。

＜第三実施形態＞
図９は本発明の第三実施形態のランニング鍛錬装置１００を示す正面模式図である。図１０は本実施形態のランニング鍛錬装置１００の機能ブロック図である。

本実施形態のランニング鍛錬装置１００は、弾性支持部材２０が自然状態または伸長状態となる高さ位置で搭乗台１０をロックする掛止機構９０を備える点で第一および第二実施形態と相違する。ここで、弾性支持部材２０の自然状態とは、使用者Ｕが搭乗台１０に搭乗する前の初期状態における弾性支持部材２０の状態をいう。言い換えると、搭乗台１０の自重負荷によって弾性支持部材２０が圧縮されて静止した釣り合いの状態を自然状態と呼称している。弾性支持部材２０の伸長状態とは、弾性支持部材２０が搭乗台１０に対して下方に付勢している状態をいい、本実施形態の場合、弾性支持部材２０が自然状態よりも伸長した状態をいう。掛止機構９０は、搭乗台１０と基台６０との対向間隔を、解除可能に固定する手段である。掛止機構９０を備えることで、搭乗台１０の下降を防止し、使用者Ｕがより安全に搭乗台１０に搭乗することができる。使用者Ｕが搭乗台１０に搭乗した状態で掛止機構９０のロックを解除することで、ランニング鍛錬装置１００の釣合状態に向かって搭乗台１０は下降を開始する。これにより、使用者Ｕおよび搭乗台１０の位置エネルギーを十分に利用して搭乗台１０を揺動させることができるため、加速部５０により付与する上向きの加速度を小さく抑えることができる。

本実施形態の掛止機構９０は、一対の電磁石９２および９４とからなる。電磁石９４は搭乗台１０に対して固定的に取り付けられている。電磁石９２は支持軸１６の上端に固定的に取り付けられている。弾性支持部材２０が自然状態または伸長状態となる高さ位置で、電磁石９４の下面と電磁石９２の上面とが接触するか、または近接する。この状態で、電源部（図示せず）より電磁石９２および９４に通電して、互いに吸引する向きの電磁力を発生させることで、電磁石９４（搭乗台１０）に対する電磁石９２（支持軸１６）の摺動を防止する。すなわち、電磁石９２および９４の間の吸引力は、使用者Ｕとして想定される自重よりも大きい。

本実施形態の加速部５０は、制御部１１０と、この制御部１１０により駆動制御されるエアシリンダ７０を備えている。制御部１１０は、エアシリンダ７０の伸長周期、伸長ストロークおよび付勢荷重を制御する。すなわち、本実施形態のランニング鍛錬装置１００は、加速部５０が搭乗台１０に付与する加速度を増減調整する制御部１１０（調整部）を含んでいる。ランニング鍛錬装置１００は、使用者Ｕの操作入力を受け付けてエアシリンダ７０の伸長周期および伸長ストロークを設定する設定入力部１３０を備えている。設定入力部１３０は制御部１１０およびエアシリンダ７０と接続されている。

本実施形態のランニング鍛錬装置１００は、制御部１１０と、搭乗台１０の上面に負荷される下向きの荷重を検知する荷重検知部１１２とを備えている。制御部１１０は、搭乗台１０の上面に負荷される下向きの荷重が所定の閾値以下になったことを荷重検知部１１２が検知したことに基づいて、加速部５０が付与する上向きの加速度を低減させる。これにより、使用者Ｕが搭乗台１０の上で跳び上がるか、またはこれに近い状態となったときに搭乗台１０の揺動を抑制して使用者Ｕの安全を迅速に確保することができる。本実施形態において、加速部５０が搭乗台１０に付与する上向きの加速度を低減するとは、当該加速度を非ゼロに軽減することと、当該加速度をゼロにすることと、加速部５０が搭乗台１０に対して下向きの加速度を付与することとを含む。

具体的な荷重検知部１１２は特に限定されないが、制御部１１０に接続された歪みゲージを例示することができる。荷重検知部１１２（歪みゲージ）を搭乗台１０の表面または裏面に貼り付けておくことで、使用者Ｕが搭乗台１０に付与する自重により搭乗台１０に発生する撓みに起因する搭乗台１０の面内の歪みを定量的に検出することができる。

また、本実施形態のランニング鍛錬装置１００は、制御部１１０に加えて、柔軟な連結紐１２０と、この連結紐１２０を引抜可能に装着するコネクタ部１２２と、コネクタ部１２２から連結紐１２０が外れたことを電気的に検知する検知部１２４と、を含む。制御部１１０は、連結紐１２０がコネクタ部１２２から外れたことを検知部１２４が検知したことに基づいて、加速部５０が付与する上向きの加速度を低減させる。これにより、使用者Ｕが搭乗台１０から落下するか、または搭乗台１０の上で所定以上にバランスを崩した場合に、搭乗台１０の揺動を抑制して使用者Ｕの安全を迅速に確保することができる。

図９に示すように、使用者Ｕは衣服や靴などに保持具１２１を取り付け、保持具１２１とコネクタ部１２２とを、僅かに弛ませた連結紐１２０で連結する。検知部１２４はコネクタ部１２２に通電しており、連結紐１２０がコネクタ部１２２から外れることで、検知部１２４またはコネクタ部１２２の回路が導通または遮断するように構成されている。

図１０に示すブロック図を用いてランニング鍛錬装置１００の動作を説明する。使用者Ｕは、設定入力部１３０を操作して設定情報を制御部１１０に入力する。設定情報は、搭乗台１０の揺動周期または揺動振幅の少なくとも一方を含む情報である。

搭乗台１０に設けられた荷重検知部１１２は、使用者Ｕの自重を示す体重情報を制御部１１０に送信する。掛止機構９０は、制御部１１０から揺動開始信号を受信して、電磁石９２および９４の少なくとも一方の通電を遮断して搭乗台１０の揺動を開始させる。本実施形態の制御部１１０は、出力調整部１４０と周期調整部１５０の機能を有する。出力調整部１４０は、設定入力部１３０から入力された搭乗台１０の揺動振幅と、荷重検知部１１２が検知した荷重に基づいて決定された使用者Ｕの自重と、からエアシリンダ７０の伸長ストロークを決定する。

本実施形態の周期調整部１５０は、揺動前の弾性支持部材２０の長さを伸縮自在に調整することにより搭乗台１０の揺動周期を長短調整する。周期調整部１５０は、設定入力部１３０から入力された揺動周期と、荷重検知部１１２が検知した荷重に基づいて決定された使用者Ｕの自重と、から剛性調整部４０の駆動量を決定する。本実施形態の剛性調整部４０は、基台６０に対して上下方向に移動するステージ４４を備えている。ステージ４４は弾性支持部材２０の下端を支持している。ステージ４４を基台６０から上昇させることで弾性支持部材２０の長さが短縮される。これにより、弾性支持部材２０の弾性係数（バネ定数）が不変であっても、搭乗台１０および弾性支持部材２０の揺動周期を短縮することができる。周期調整部１５０は、ステージ４４の昇降量を決定し、ステージ４４を昇降駆動する。

掛止機構９０を解除して搭乗台１０の揺動が開始してから半周期が経過する前後のタイミングで、エアシリンダ７０は、上記の伸長ストロークで搭乗台１０を押し上げることにより搭乗台１０に上向きの加速度を付与する。以降、一周期ごとにエアシリンダ７０は所定の伸長ストロークで搭乗台１０を押し上げる。エアシリンダ７０の伸長ストロークは、図４のグラフ１Ｂおよび図８のグラフ２Ｂに示すように、搭乗台１０の揺動振幅が定常化するまで漸減させるとよい。

使用者Ｕと連結紐１２０（図９を参照）で連結されたコネクタ部１２２は検知部１２４と接続されている。検知部１２４は、連結紐１２０がコネクタ部１２２から外れたことを検知すると、かかる検出信号を出力調整部１４０に送信する。出力調整部１４０は、エアシリンダ７０の伸長ストロークをゼロまたは小さな値に低減して、エアシリンダ７０の出力を抑制する。

以上により、本実施形態のランニング鍛錬装置１００によれば、ランニング動作における走行ピッチと走行速度を可変に調整した場合の路面の反力をそれぞれ摸擬した加速度を、搭乗台１０から使用者Ｕに付与することができる。また、使用者Ｕの体重が重いか軽いかによらず、使用者Ｕが希望する揺動周期および揺動振幅で搭乗台１０を揺動させることができる。

本実施形態では、弾性支持部材２０とエアシリンダ７０とを別体として例示したが、本発明はこれに限られない。弾性支持部材２０をエアシリンダ７０の内部に設けてもよい。すなわち、エアシリンダ７０によって搭乗台１０を支持して、その内部の弾性支持部材２０によって搭乗台１０を弾性的に上下揺動させてもよい。さらに、搭乗台１０が下降状態にあるタイミングでエアシリンダ７０の高圧室によって弾性支持部材２０を押し上げ、これにより搭乗台１０に上向きの加速度を付与してもよい。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成される限りにおける種々の変形、改良等の態様も含む。例えば、上記実施形態では搭乗台１０が単段に構成されて基台６０に対向して設置されることを例示したが、本発明はこれに限られない。基台６０と搭乗台１０との間に揺動台を設置し、搭乗台１０と揺動台とを弾性支持部材２０で弾性的に連結し、さらに基台６０と揺動台とを下部弾性支持部材で弾性的に連結してもよい。そして、搭乗台１０と揺動台とを連成振動させ、揺動台に対して加速部５０で上向きに加速度を付与してもよい。これにより、ランニング動作中に路面に対して下肢を沈み込ませ、そして足裏で路面を蹴り上げて体躯を伸長させる動作を好適に摸擬した加速度を使用者Ｕに付与することができる。

上記実施形態では使用者Ｕが立位で搭乗台１０に搭乗することを例示したが、本発明はこれに限られない。搭乗台１０の上に椅子等の腰掛け台を設置し、座位で搭乗台１０に搭乗してもよい。さらに、使用者Ｕが全体重を搭乗台１０に負荷させて使用する態様のみならず、使用者Ｕの一部質量のみを搭乗台１０に載せて上下揺動させる態様で使用してもよい。たとえば床面に仰臥した使用者Ｕが、その脚部のみを搭乗台１０に載せて使用してもよい。

上記実施形態は、以下の技術思想を包含するものである。
（１）使用者が搭乗する搭乗台と、前記搭乗台を上下揺動可能に支持するとともに前記搭乗台を弾力的に上方に付勢する弾性支持部材と、前記搭乗台の揺動周期にあわせて前記搭乗台に周期的に加速度を付与する加速部と、を備え、前記加速部が、上下揺動する前記搭乗台が揺動中心よりも下方にあるときに前記搭乗台に上向きの加速度を付与することを特徴とするランニング鍛錬装置。
（２）前記揺動周期のうち、前記搭乗台が最下点を通過してから前記揺動中心に至るまでの間に、前記加速部が前記搭乗台に付与する上向きの加速度が最大となることを特徴とする上記（１）に記載のランニング鍛錬装置。
（３）前記加速部が、前記弾性支持部材が最大圧縮状態を通過する前後に亘って前記搭乗台に上向きの加速度を付与する上記（１）または（２）に記載のランニング鍛錬装置。
（４）前記加速部が前記搭乗台に付与する前記加速度を増減調整する調整部を含む上記（１）から（３）のいずれか一項に記載のランニング鍛錬装置。
（５）前記揺動周期を長短調整する周期調整部を含む上記（１）から（４）のいずれか一項に記載のランニング鍛錬装置。
（６）前記弾性支持部材が第一弾性部材と第二弾性部材とを含み、前記第一弾性部材に支持されて上下揺動する前記搭乗台が所定高さよりも低い沈降状態にあるときに前記第二弾性部材が前記搭乗台を弾力的に上方に付勢することにより、前記沈降状態における前記弾性支持部材の弾性係数が増大することを特徴とする上記（１）から（５）のいずれか一項に記載のランニング鍛錬装置。
（７）前記弾性支持部材の弾性係数を増減調整する剛性調整部を含む上記（１）から（６）のいずれか一項に記載のランニング鍛錬装置。
（８）前記弾性支持部材が自然状態または伸長状態となる高さ位置で前記搭乗台をロックする掛止機構を備える上記（１）から（７）のいずれか一項に記載のランニング鍛錬装置。
（９）前記搭乗台の上面に負荷される下向きの荷重を検知する荷重検知部と、前記下向きの荷重が所定の閾値以下になったことを前記荷重検知部が検知したことに基づいて前記加速部が付与する上向きの加速度を低減させる制御部と、を備える上記（１）から（８）のいずれか一項に記載のランニング鍛錬装置。
（１０）柔軟な連結紐と、前記連結紐を引抜可能に装着するコネクタ部と、前記コネクタ部から前記連結紐が外れたことを電気的に検知する検知部と、前記連結紐が前記コネクタ部から外れたことを前記検知部が検知したことに基づいて前記加速部が付与する上向きの加速度を低減させる制御部と、を備える上記（１）から（９）のいずれか一項に記載のランニング鍛錬装置。

１０：搭乗台、１６：支持軸、１７：貫通孔、２０：弾性支持部材、２２：第一弾性部材、３０：第二弾性部材、４０：剛性調整部、４２：ダイヤル部、４４：ステージ、５０：加速部、５２：モータ、５３：モータ軸、５４：クラッチ部、５５，５５ａ〜５５ｃ：傘歯車、５５ｄ，５８：回転軸、５５ｅ：弾性部材、５６：カム、５７：頂部、５９：軸受、６０：基台、７０：エアシリンダ、９０：掛止機構、９２，９４：電磁石、１００：ランニング鍛錬装置、１１０：制御部、１１２：荷重検知部、１２０：連結紐、１２１：保持具、１２２：コネクタ部、１２４：検知部、１３０：設定入力部、１４０：出力調整部、１５０：周期調整部、Ｕ：使用者

Claims

使用者が搭乗する搭乗台と、前記搭乗台を上下揺動可能に支持するとともに前記搭乗台を弾力的に上方に付勢する弾性支持部材と、前記搭乗台の揺動周期にあわせて前記搭乗台に周期的に加速度を付与する加速部と、を備え、
前記加速部が、上下揺動する前記搭乗台が揺動中心よりも下方にあるときに前記搭乗台に上向きの加速度を付与することを特徴とするランニング鍛錬装置。
前記揺動周期のうち、前記搭乗台が最下点を通過してから前記揺動中心に至るまでの間に、前記加速部が前記搭乗台に付与する上向きの加速度が最大となることを特徴とする請求項１に記載のランニング鍛錬装置。
前記加速部が、前記弾性支持部材が最大圧縮状態を通過する前後に亘って前記搭乗台に上向きの加速度を付与する請求項１または２に記載のランニング鍛錬装置。
前記加速部が前記搭乗台に付与する前記加速度を増減調整する調整部を含む請求項１から３のいずれか一項に記載のランニング鍛錬装置。
前記揺動周期を長短調整する周期調整部を含む請求項１から４のいずれか一項に記載のランニング鍛錬装置。
前記弾性支持部材が第一弾性部材と第二弾性部材とを含み、前記第一弾性部材に支持されて上下揺動する前記搭乗台が所定高さよりも低い沈降状態にあるときに前記第二弾性部材が前記搭乗台を弾力的に上方に付勢することにより、前記沈降状態における前記弾性支持部材の弾性係数が増大することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のランニング鍛錬装置。
前記弾性支持部材の弾性係数を増減調整する剛性調整部を含む請求項１から６のいずれか一項に記載のランニング鍛錬装置。
前記弾性支持部材が自然状態または伸長状態となる高さ位置で前記搭乗台をロックする掛止機構を備える請求項１から７のいずれか一項に記載のランニング鍛錬装置。
前記搭乗台の上面に負荷される下向きの荷重を検知する荷重検知部と、前記下向きの荷重が所定の閾値以下になったことを前記荷重検知部が検知したことに基づいて前記加速部が付与する上向きの加速度を低減させる制御部と、を備える請求項１から８のいずれか一項に記載のランニング鍛錬装置。
柔軟な連結紐と、前記連結紐を引抜可能に装着するコネクタ部と、前記コネクタ部から前記連結紐が外れたことを電気的に検知する検知部と、前記連結紐が前記コネクタ部から外れたことを前記検知部が検知したことに基づいて前記加速部が付与する上向きの加速度を低減させる制御部と、を備える請求項１から９のいずれか一項に記載のランニング鍛錬装置。