JP2023157081A - 下肢運動機器及びペダルユニット - Google Patents

Abstract

【課題】下肢運動時の足関節の回外及び回内を実現する。【解決手段】下肢運動機器としての足漕ぎ運動機器１は、一対のペダルユニット６を用いて下肢運動を行う下肢運動機器である。各ペダルユニット６は、対応する足部Ｆが乗せられるステップ部２０と、ベース部２１と、ステップ部２０とベース部２１の間に設けられ、ステップ部２０がベース部２１に対してピッチ旋回、ロール旋回、及び、ヨー旋回可能となるようにステップ部２０と前記ベース部２１を連結するジョイント部２２と、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、下肢運動機器及びペダルユニットに関する。

特許文献１は、足関節の底屈・背屈と、足関節の内がえし・外がえしと、を可能とした足踏み運動機器を開示している。

特許文献２は、足関節の底屈・背屈と、足関節の内旋・外旋と、を可能とした足首運動装置を開示している。

特表２００６－５２６４５６号公報 特開２００４－２６１２５６号公報

ところで、歩行する際、足関節（距腿関節及び距骨下関節）は、回外及び回内を交互に繰り返している。

ここで、足関節の回外（supination）とは、矢状面（sagittal plane）での底屈（plantarflexion）、横断面（transverse plane）での内旋（internal rotation）、前頭面（frontal plane）での内がえし（inversion）から成る複合的な運動である。一方、足関節の回内（pronation）とは、矢状面での背屈（dorsiflexion）、横断面での外旋（external rotation）、前頭面での外がえし（eversion）から成る複合的な運動である。

上記特許文献１及び２の構成では、下肢運動時の上述した回外及び回内を実現することができない。

そこで、本開示の目的は、下肢運動時の足関節の回外及び回内を実現する技術を提供することにある。

本開示の第１の観点によれば、一対のペダルユニットを用いて下肢運動を行う下肢運動機器であって、各ペダルユニットは、対応する足部が乗せられるステップ部と、ベース部と、前記ステップ部と前記ベース部の間に設けられ、前記ステップ部が前記ベース部に対してピッチ旋回、ロール旋回、及び、ヨー旋回可能となるように前記ステップ部と前記ベース部を連結するジョイント部と、を含む、下肢運動機器が提供される。以上の構成によれば、下肢運動時の足関節の回外及び回内を実現できる。
各ペダルユニットの前記ジョイント部は、ロール旋回のためのロールジョイント部、ピッチ旋回のためのピッチジョイント部、ヨー旋回のためのヨージョイント部を含んでもよい。
各ペダルユニットの前記ジョイント部は、前記ステップ部から前記ベース部に向かって、前記ロールジョイント部、前記ピッチジョイント部、前記ヨージョイント部をこの記載順に含んでもよい。
本開示の第２の観点によれば、バインディングペダルに着脱可能なペダルユニットであって、対応する足部が乗せられるステップ部と、前記バインディングペダルとスナップ嵌合するクリートを有するベース部と、前記ステップ部と前記ベース部の間に設けられ、前記ステップ部が前記ベース部に対してロール旋回、及び、ヨー旋回可能となるように前記ステップ部と前記ベース部を連結するジョイント部と、を含む、ペダルユニットが提供される。

本開示によれば、下肢運動時の足関節の回外及び回内が実現される。

足漕ぎ運動機器の斜視図である。（第１実施形態） 足漕ぎ運動機器の側面図である。（第１実施形態） 足漕ぎ運動機器の平面図である。（第１実施形態） 足漕ぎ運動機器の側面拡大図である。（変形例） バインディングペダルにスナップ嵌合したペダルユニットの側面図である。（第２実施形態）

デスクワークに伴う日頃の運動不足を解消するには、典型的には、デスクの下に足漕ぎ運動機器を設置することが好ましい。即ち、デスクワーク中に座位のまま足漕ぎ運動機器を用いて足漕ぎ運動を行えば、運動のための時間をわざわざ確保することなく、日頃の運動不足を解消することができるだろう。しかし、既存の足漕ぎ運動機器では、下肢運動時の足関節における回外及び回内を実現することができないので、足関節の柔軟性を向上する効果を期待できない。

足関節の柔軟性は、足部のアーチを形成するのに不可欠とされている。そして、足部のアーチは、主として歩行時に地面から受ける衝撃を吸収して膝の負担を軽減するものとされている。また、足関節の柔軟性は、不整地での安定した歩行にとっても有利とされている。これらのことから、足漕ぎ運動機器を用いて足漕ぎ運動を行う際にも、足関節における回外及び回内を実現することが望ましい。更に言えば、足関節における回外及び回内を実現できれば、下肢と骨盤との間における上方性の運動連鎖が発生し、腹直筋や腹横筋、脊柱起立筋に代表される体幹筋の運動も同時に実現することができるだろう。

以下、本開示の第１実施形態及び第２実施形態において、下肢運動時の足関節における回外及び回内を実現する技術を説明する。

（第１実施形態）
以下、図１から図３を参照して、本開示の第１実施形態を説明する。

図１から図３には、下肢の運動に用いる下肢運動機器の一具体例として、足漕ぎ運動機器１を示している。足漕ぎ運動機器１は、座位で足漕ぎ運動を行うための機器であって、例えば、自転車、エアロバイク（登録商標）、リカンベントバイクなど椅子を備えた形態であってもよい。下肢の運動に用いる下肢運動機器としては、足漕ぎ運動機器１の他に、足踏み運動機器が考えられる。

図１から図３に示すように、足漕ぎ運動機器１は、機器本体２と、シャフト３と、一対のクランク４と、一対のスライドガイドユニット５と、一対のペダルユニット６と、を含む。

図３に示すように、シャフト３は、ユーザの矢状面（sagittal plane）に対して直交する方向に延びており、機器本体２に回転自在に支持されている。機器本体２は、図示しない電磁ブレーキ付きサーボモータを備えており、電磁ブレーキ付きサーボモータは、シャフト３を所定の速度で回転させたり、シャフト３の回転に対して負荷をかけたりする。一対のクランク４は、シャフト３の両端からシャフト３の長手方向に対して直交する方向であって互いに反対向きに延びている。

図２に示すように、各スライドガイドユニット５は、ガイドベース１０とガイド本体１１を含む。

ガイドベース１０の前端１０ａには、対応するクランク４の先端４ａがピッチ旋回自在に連結されている。ガイドベース１０の後端１０ｂには、ピッチ旋回自在な車輪１２が設けられている。車輪１２は、典型的には、足漕ぎ運動機器１の設置床上を転がる。

ガイド本体１１は、ガイドベース１０の長手方向に沿って延びている。ガイド本体１１は、ガイドベース１０上に設けられるレール支持板１３と、レール支持板１３上に形成されるレール１４と、を含む。

以上の構成で、スライドガイドユニット５は、シャフト３の回転に伴って前後に往復移動する。スライドガイドユニット５が前方に移動する際、ガイドベース１０の前端１０ａはシャフト３よりも上方を通過する。一方、スライドガイドユニット５が後方に移動する際、ガイドベース１０の前端１０ａはシャフト３よりも下方を通過する。

引き続き図２を参照して、ペダルユニット６は、ステップ部２０とベース部２１、ジョイント部２２から構成されている。

ステップ部２０は、ユーザＵの足部Ｆを乗せる部分である。

ベース部２１は、機器本体２に支持される。ベース部２１は、レール１４に対してスライド可能にレール１４に連結されている。従って、ベース部２１は、スライドガイドユニット５とクランク４、シャフト３を介して機器本体２に支持されている。ただし、スライドガイドユニット５を省略し、ベース部２１がクランク４に直接支持される形態があってもよい。

ジョイント部２２は、ステップ部２０がベース部２１に対してピッチ旋回、ロール旋回、及び、ヨー旋回可能となるようにステップ部２０とベース部２１を連結する。具体的には、ジョイント部２２は、ベース部２１に対してヨー旋回可能にベース部２１に連結されたヨー旋回部３０と、ヨー旋回部３０に対してピッチ旋回可能にヨー旋回部３０に連結されたピッチ旋回部３１と、を含む。そして、ステップ部２０は、ピッチ旋回部３１に対してロール旋回可能にピッチ旋回部３１に連結されている。

ヨー旋回部３０のヨー旋回時におけるヨー軸３０Ｘは、図２に示すように足漕ぎ運動機器１の側面視において、レール支持板１３の板厚方向に対して平行である。ピッチ旋回部３１のピッチ旋回時におけるピッチ軸３１Ｘは、ヨー軸３０Ｘに対して直交している。ステップ部２０のロール旋回時におけるロール軸２０Ｘは、ピッチ軸３１Ｘに対して直交している。従って、ステップ部２０は、ベース部２１に対して３軸自由度を有すると言える。ヨー軸３０Ｘとロール軸２０Ｘは同一平面内に位置している。ロール軸２０Ｘは、足長方向に対して平行に延びている。

本実施形態において、ステップ部２０とピッチ旋回部３１は、ステップ部２０がベース部２１に対してロール旋回するためのロールジョイント部４０を構成している。ピッチ旋回部３１とヨー旋回部３０は、ステップ部２０がベース部２１に対してピッチ旋回するためのピッチジョイント部４１を構成している。そして、ヨー旋回部３０とベース部２１は、ステップ部２０がベース部２１に対してヨー旋回するためのヨージョイント部４２を構成している。そして、ペダルユニット６は、ステップ部２０からベース部２１に向かって、ロールジョイント部４０とピッチジョイント部４１、ヨージョイント部４２をこの記載順に含んでいる。

ステップ部２０は、ピッチ軸３１Ｘよりも後方に配置されている。そして、ステップ部２０は、ユーザＵが履いている靴５０のアウトソール５１にネジ止めにより固定されている。具体的には、ステップ部２０は、アウトソール５１のうちユーザＵの足部Ｆの後足部に対向する部分にネジ止めされている。これにより、ユーザＵの足部Ｆの中足部がピッチ軸３１Ｘに対して対向するようになっている。

以上の構成で、ユーザＵが右脚を前方に蹴り出すと、右脚に対応するガイドベース１０の前端１０ａがシャフト３よりも上方を通過するようにシャフト３が回転する。このとき、右脚の足関節においては回外が発生する。即ち、右脚の足関節において底屈・内旋・内がえしが発生する。一方、左脚は後方に引き戻される。このとき、左脚の足関節においては回内が発生する。即ち、左脚の足関節において背屈・外旋・外がえしが発生する。

次に、ユーザＵが左脚を前方に蹴り出すと、左脚に対応するガイドベース１０の前端１０ａがシャフト３よりも上方を通過するようにシャフト３が回転する。このとき、左脚の足関節においては回外が発生する。即ち、左脚の足関節において底屈・内旋・内がえしが発生する。一方、右脚は後方に引き戻される。このとき、右脚の足関節においては回内が発生する。即ち、右脚の足関節において背屈・外旋・外がえしが発生する。

このように、ユーザＵが足漕ぎ運動機器１を用いて右脚と左脚を交互に前方に蹴り出すと、右脚の足関節において回外及び回内が交互に発生すると共に、左脚の足関節において回内と回外が交互に発生することになる。このときの足関節の動きは歩行時の足関節の動きを忠実に再現しており、結果として、足関節の柔軟性を高めるトレーニング効果が期待できる。

以上に、第１実施形態を説明したが、上記実施形態は、以下の特徴を有する。

下肢運動機器としての足漕ぎ運動機器１は、一対のペダルユニット６を用いて下肢運動を行う下肢運動機器である。各ペダルユニット６は、対応する足部Ｆが乗せられるステップ部２０と、ベース部２１と、ステップ部２０とベース部２１の間に設けられ、ステップ部２０がベース部２１に対してピッチ旋回、ロール旋回、及び、ヨー旋回可能となるようにステップ部２０と前記ベース部２１を連結するジョイント部２２と、を含む。以上の構成によれば、下肢運動時の足関節の回外及び回内を実現できる。

また、各ペダルユニット６のジョイント部２２は、ロール旋回のためのロールジョイント部４０、ピッチ旋回のためのピッチジョイント部４１、ヨー旋回のためのヨージョイント部４２を含む。そして、各ペダルユニット６のジョイント部２２は、ステップ部２０からベース部２１に向かって、ロールジョイント部４０、ピッチジョイント部４１、ヨージョイント部４２をこの記載順に含む。以上の構成によれば、簡素な構成で、ジョイント部２２を実現することができる。

ただし、上記ジョイント部２２は、例えばボールジョイントであってもよい。即ち、ステップ部２０とベース部２１は、ジョイント部としてのボールジョイントを介して互いに連結されていてもよい。

上記第１実施形態は、例えば以下のように変更することができる。

即ち、図４に示すように、ステップ部２０にバインディング６０を設け、靴５０のアウトソール５１にバインディング６０とスナップ嵌合可能なクリート６１を設けることで、靴５０をステップ部２０に対して手軽に着脱自在に構成してもよい。

一例として、バインディング６０及びクリート６１としては、SPD（SHIMANO PEDALING DYNAMICS、登録商標）を採用することができる。即ち、バインディング６０は、つま先側フック６２と、踵側フック６３と、踵側フック６３をつま先側フック６２に向かって押圧するコイルスプリング６４と、を含む。踵側フック６３の先端には、嵌合ガイド面６３ａが形成されている。クリート６１は、アウトソール５１から下方に延びる支持部６５と、支持部６５から前方に延びる前クリート６６と、支持部６５から後方に延びる後クリート６７と、を含む。以上の構成で、前クリート６６をつま先側フック６２に引っ掛けた状態で踵を踏み込むと、後クリート６７が踵側フック６３の嵌合ガイド面６３ａをスライドしながら踵側フック６３を後退させ、後クリート６７が嵌合ガイド面６３ａを乗り越えると、コイルスプリング６４のバネ復元力により踵側フック６３が前進し、この結果、後クリート６７が踵側フック６３に捕捉される。これにより、クリート６１がバインディング６０とスナップ嵌合する。

（第２実施形態）
次に、図５を参照して、本開示の第２実施形態を説明する。図５には、バインディングペダル１００にスナップ嵌合したペダルユニット１０１の側面図を示している。

バインディングペダル１００は、典型的にはSPD（SHIMANO PEDALING DYNAMICS、登録商標）に適合するバインディング１０２を有するペダルである。バインディング１０２の構造は、図４に示すバインディング６０の構造と同じであるからその説明を省略する。

ペダルユニット１０１は、ステップ部１０３とベース部１０４とジョイント部１０５を含む。ステップ部１０３は、対応する足部Ｆを乗せる部分である。ベース部１０４は、バインディング１０２とスナップ嵌合するクリート１０６を有する。クリート１０６の構造は、図４に示すクリート６１の構造と同じであるからその説明を省略する。

ジョイント部１０５は、ステップ部１０３とベース部１０４の間に設けられ、ステップ部１０３がベース部１０４に対してロール旋回及びヨー旋回可能となるようにステップ部１０３とベース部１０４を連結する。

具体的には、ジョイント部１０５は、ベース部１０４に対してヨー旋回可能に構成されている。そして、ステップ部１０３は、ジョイント部１０５に対してロール旋回可能にジョイント部１０５に連結されている。

ジョイント部１０５のヨー旋回軸１０５Ｘは、バインディングペダル１００のピッチ旋回軸１００Ｘに対して直交している。ステップ部１０３のロール旋回軸１０３Ｘは、ヨー旋回軸１０５Ｘに対して直交している。従って、ステップ部１０３は、ピッチ旋回軸１００Ｘ及びヨー旋回軸１０５Ｘ、ロール旋回軸１０３Ｘを伴って３軸自由度を有すると言える。

本実施形態によれば、既存の下肢運動機器が備えるペダルをバインディングペダル１００に交換し、バインディングペダル１００のバインディング１０２にペダルユニット１０１をスナップ嵌合するだけで、足関節の回内及び回外を実現できるようになる。従って、足関節の回内及び回外を実現する際の導入コストを抑制することができる。

以上に、第２実施形態を説明したが、上記第２実施形態は以下の特徴を有する。

即ち、バインディングペダル１００に着脱可能なペダルユニット１０１は、対応する足部Ｆが乗せられるステップ部１０３と、バインディングペダル１００とスナップ嵌合するクリート１０６を有するベース部１０４と、ステップ部１０３とベース部１０４の間に設けられ、ステップ部１０３がベース部１０４に対してロール旋回、及び、ヨー旋回可能となるようにステップ部１０３とベース部１０４を連結するジョイント部１０５と、を含む。以上の構成によれば、バインディングペダル１００自体はもともとピッチ旋回可能であるので、下肢運動時の足関節の回外及び回内を実現することができる。

１ 足漕ぎ運動機器
２ 機器本体
３ シャフト
４ クランク
４ａ 先端
５ スライドガイドユニット
６ ペダルユニット
１０ ガイドベース
１０ａ 前端
１０ｂ 後端
１１ ガイド本体
１２ 車輪
１３ レール支持板
１４ レール
２０ ステップ部
２０Ｘ ロール軸
２１ ベース部
２２ ジョイント部
３０ ヨー旋回部
３０Ｘ ヨー軸
３１ ピッチ旋回部
３１Ｘ ピッチ軸
４０ ロールジョイント部
４１ ピッチジョイント部
４２ ヨージョイント部
５０ 靴
５１ アウトソール
６０ バインディング
６１ クリート
６２ つま先側フック
６３ 踵側フック
６３ａ 嵌合ガイド面
６４ コイルスプリング
６５ 支持部
６６ 前クリート
６７ 後クリート
１００ バインディングペダル
１００Ｘ ピッチ旋回軸
１０１ ペダルユニット
１０２ バインディング
１０３ ステップ部
１０３Ｘ ロール旋回軸
１０４ ベース部
１０５ ジョイント部
１０５Ｘ ヨー旋回軸
１０６ クリート

Claims (4)

1. 一対のペダルユニットを用いて下肢運動を行う下肢運動機器であって、
   各ペダルユニットは、
   対応する足部が乗せられるステップ部と、
   ベース部と、
   前記ステップ部と前記ベース部の間に設けられ、前記ステップ部が前記ベース部に対してピッチ旋回、ロール旋回、及び、ヨー旋回可能となるように前記ステップ部と前記ベース部を連結するジョイント部と、
   を含む、
   下肢運動機器。
2. 請求項１に記載の運動機器であって、
   各ペダルユニットの前記ジョイント部は、ロール旋回のためのロールジョイント部、ピッチ旋回のためのピッチジョイント部、ヨー旋回のためのヨージョイント部を含む、
   下肢運動機器。
3. 請求項２に記載の運動機器であって、
   各ペダルユニットの前記ジョイント部は、前記ステップ部から前記ベース部に向かって、前記ロールジョイント部、前記ピッチジョイント部、前記ヨージョイント部をこの記載順に含む、
   下肢運動機器。
4. バインディングペダルに着脱可能なペダルユニットであって、
   対応する足部が乗せられるステップ部と、
   前記バインディングペダルとスナップ嵌合するクリートを有するベース部と、
   前記ステップ部と前記ベース部の間に設けられ、前記ステップ部が前記ベース部に対してロール旋回、及び、ヨー旋回可能となるように前記ステップ部と前記ベース部を連結するジョイント部と、
   を含む、
   ペダルユニット。

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