JP3846499B2 - 揺動型運動装置 - Google Patents

Description

本発明は、座席に被験者を着座させた状態で該座席を揺動運動させることで、前記被験者に運動負荷を付与する揺動型運動装置に関するものである。

上記のように、座席に被験者を着座させた状態で該座席を揺動運動させることで、前記被験者に運動負荷を付与する揺動型運動装置は、子供から老人まで利用可能な手軽な運動器具として、当初のスポーツクラブから、一般家庭へと普及してきている。そのような揺動型運動装置の典型的な従来技術としては、例えば特許文献１，２が公知である。

このうち特許文献１の技術は、６軸パラレルメカニズムなどを用いて、一連の揺動パターンを実現するようにした腰痛予防訓練装置に関するものである。

また、特許文献２の技術は、座席の前後方向の往復直進移動、前後軸回りの回転往復移動、左右軸回りの回転往復移動の３動作をコンパクトな駆動装置で実現するようにしたバランス訓練装置に関するものである。
特公平６−６５３５０号公報 特開２００４−２１６０７２号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、６個の駆動源を備えるとともに、各駆動源を個別に制御するから、各駆動源の動作タイミング、速度、動作範囲などを個別に制御することになり、非常に複雑な制御が必要である。また、６個の駆動源が設けられているから、大型化しやすく、かつコスト高になるといった問題がある。

また、特許文献２の技術では、座席の前後方向の往復直進移動、前後軸回りの回転往復移動及び左右軸回りの回転往復移動の３動作であるので、動作が単調となり、より大きなフィットネス効果を得るための改善が望まれている。さらに、ユーザにより鍛える身体の部位は異なるが、特許文献２の技術では、身体の部位別に鍛えることができなかった。

本発明の目的は、小型かつ安価なものでありながら、動作を複雑化し、かつ身体の部位別に鍛えることができるようにして、より大きなフィットネス効果を得ることができる揺動型運動装置を提供することである。

本発明は、駆動源と、この駆動源の出力回転軸の回転力を、被験者が着座する座席の揺動運動に変換する揺動機構とを備えた揺動型運動装置において、前記駆動源として第１駆動源と第２駆動源とを有し、前記揺動機構は、ベース上に設けられた可動架台を、前後方向に傾斜させた前後傾斜軸回りに回転往復移動可能に支持する第１支持手段と、前記座席に固定された台座を、連結リンクを介して前記可動架台に設けられた左右軸回りに回転往復移動可能に支持する第２支持手段と、前記第１駆動源の出力回転軸の回転運動を、前記第２支持手段を介して前記台座の前後方向の往復直線移動及び前記左右軸回りの回転往復移動に変換する第１変換手段と、前記第２駆動源の出力回転軸の回転運動を、前記第１支持手段及び前記第２支持手段を介して前記台座の前記前後傾斜軸回りの回転往復移動に変換する第２変換手段とを備えたことを特徴とするものである。

被験者の操作可能な操作手段と、この操作に応じて前記第１駆動源と前記第２駆動源とが、予め設定された両駆動源の周波数及び位相差に基づく各動作を行うように制御する制御手段とを備えたこととしてもよい。

前記第１変換手段は、前記第１駆動源の出力回転軸の回転力により回転駆動される、前記可動架台上の第１左右軸と、基端側が前記第１左右軸の端部に偏心して連結されるとともに、先端側が前記連結リンクの中間部に回動可能に連結されているクランクアームとを有するものとしてもよい。

前記第２変換手段は、前記第２駆動源の出力回転軸の回転力により回転駆動される、前記可動架台上の第２左右軸と、基端側が前記ベース上に回動自在に支持されるとともに、先端側が前記第２左右軸の端部に偏心して連結されている偏心ロッドとを有するものとしてもよい。

本発明によれば、第１支持手段により、ベース上に設けられた可動架台が、前後方向に傾斜させた前後傾斜軸回りに回転往復移動可能に支持され、第２支持手段により、座席に固定された台座が、連結リンクを介して前記可動架台に設けられた左右軸回りに回転往復移動可能に支持され、第１変換手段により、第１駆動源の出力回転軸の回転運動が、前記第２支持手段を介して前記台座の前後方向の往復直線移動及び前記左右軸回りの回転往復移動に変換され、第２変換手段により、第２駆動源の出力回転軸の回転運動が、前記第１支持手段及び前記第２支持手段を介して前記台座の前記前後傾斜軸回りの回転往復移動、すなわち仮想の前後軸回りの回転往復移動及び仮想の上下軸回りの回転往復移動に変換されるので、特許文献２に記載された従来の３動作に１動作を加えた４動作が可能となり、運動が複雑化するとともに、ユーザの身体ごとに鍛える部位の選択が可能となるので、従来よりも大きなフィットネス効果を得ることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る揺動型運動装置１の全体構成を示す側面図である。この揺動型運動装置１は、馬の背や鞍を模した形状で被験者が着座する座席２と、この座席２内に設けられ、座席２を揺動させる揺動機構である駆動装置３と、座席２の後部を昇降させる昇降機構５０と、座席２および駆動装置３を支える脚部６０と、覆い８０と、コントローラ１００と、選択スイッチ１０１とを備えてなっている。

図２は揺動型運動装置１の駆動装置３を拡大して示す側面図であり、図３はその平面図であり、図４はその正面図である。図２〜図４において、座席２が取付けられる台座４は、連結リンク５ａ，５ｂを介して可動架台６に前後に揺動可能に支持され（第２支持手段）、可動架台６は後下がりとなるように傾斜しているベース８に左右に揺動可能に支持されている（第１支持手段）とともに、台座４と可動架台６との間には駆動部１３が収納されている。連結リンク５ａ，５ｂのうち、５ａは台座４の左右両側に設けられた前リンクであり、５ｂは台座４の幅中央に設けられた後リンクである。前リンク５ａの上端部は、台座４の前端部に設けた上軸ピン４ａに軸着され、前リンク５ａの下端部は可動架台６の側板１６の前端部に設けた下軸ピン７ａに軸着されている。また、後リンク５ｂの上端部は台座４の後端部に設けた上軸ピン４ｂに軸着され、後リンク５ｂの下端部は可動架台６の側板１６の後端部に設けた下軸ピン７ｂに軸着されている。前後の各下軸ピン７ａ，７ｂは、連結リンク５ａ，５ｂを左右方向Ｙの軸線回りに回動可能に支持する左右軸を構成しており、これによって、台座４は左右軸７ａ，７ｂ回りに図２の矢印Ｍで示す前後方向に往復回転移動可能となっている。

ベース８の両端部には、図２および図４に示すように、軸支板２４が立設され、可動架台６の両端部には軸支板２４と対向する連結板２５がそれぞれ垂設され、軸支板２４に対して連結板２５がベース８と平行となるように傾斜した前後傾斜軸９によって回動可能に
連結されている。前後傾斜軸９はベース８の中央部の前後２箇所に配置されて可動架台６を前後傾斜軸９回りに回動可能に支持するものであり、これによって台座４は前後傾斜軸９回りに図４の矢印Ｎで示す左右方向に回転往復移動可能で、かつ、図３の矢印Ｐで示す左右方向にも回転往復移動可能となっている。

一方、駆動部１３は、２台のモータ（第１，第２駆動源）１０ａ，１０ｂと、モータ１０ａの出力回転軸１２ａの回転力を台座４の前後方向Ｘの往復直進移動、左右軸７ａ，７ｂ回りの回転往復移動、仮想の前後軸回りの回転往復移動及び仮想の上下軸回りの回転往復移動にそれぞれ変換して、これら４動作を組合せて座席２を駆動可能とする２つの駆動部１３ａ，１３ｂを備えている。本例のモータ１０ａ，１０ｂはベース８上の可動架台６内に縦据え置きされ、それらの出力回転軸１２ａ，１２ｂの突出方向はいずれも上向きとされる。

第１駆動部１３ａは、前後方向Ｘの往復直進移動および左右軸７ａ，７ｂ回りの回転往復移動用であり（第１変換手段）、第２駆動部１３ｂは、前後軸回りの回転往復移動用および上下軸回りの回転往復移動用である（第２変換手段）。第１駆動部は、図２および図３で示すように、出力回転軸１２ａにモータギア１１ａおよび第１ギア１４を介して連結される第１シャフト（第１左右軸）１７と、第１シャフト１７の端部に偏心して連結される偏心クランク１９と、一端部が偏心クランク１９に連結され、他端部が前リンク５ａに設けた軸ピン５ｃに軸着されるアームリンク２０とから成る。第１シャフト１７の両端部は可動架台６にそれぞれ回動可能に支持されており、偏心クランク１９が第１シャフト１７に対して偏心円運動を行うことによって、アームリンク２０を介して前リンク５ａが前後方向Ｘに往復移動し、これにより連結リンク５に連結されている台座４、すなわち座席２が図１および図２の矢印Ｍで示す方向に揺動可能となっている。偏心クランク１９とアームリンク２０とでクランクアームが構成される。

また、第２駆動部１３ｂは、図３および図４で示すように、出力回転軸１２ｂにモータギア１１ｂおよび第２ギア１５を介して連結された第２シャフト（第２左右軸）１８と、一端部が第２シャフト１８の端部に偏心して連結され、他端部がベース８に回動可能に連結される偏心ロッド２１とを備えて構成される。第２シャフト１８の両端部は可動架台６に回動可能に支持されている。偏心ロッド２１は、可動架台６の左側或いは右側のいずれか一方に配置され（図３および図４では右側）、偏心ロッド２１の上端部２１ａが図４に示す軸ピン２９により第２シャフト１８の端部に対して偏心して連結され、偏心ロッド２１の下端部２１ｂはベース８に固定したＬ形連結金具２７に対して軸ピン２８により回動可能に連結されている。したがって、第２シャフト１８の回転により、偏心ロッド２１の上端部が偏心円運動を行うことによって、台座４、すなわち座席２が図４の矢印Ｎで示すように、前後軸回りの回転往復移動可能で、かつ、図３の矢印Ｐで示すように上下軸回りにも回転往復移動可能となっている。

そして、モータ１０ａ，１０ｂの動作タイミングを制御することにより、前記駆動系を介して乗馬の常歩、速歩等を模した複数の運動モード（後述）が実現できる。図５は揺動型運動装置１の前記駆動系に制御系を含めて模式的に示したものである。その制御系は、各種制御を行うコントローラ（制御手段）１００に、選択スイッチ（操作手段）１０１、メモリ１０２、ドライバ１０３ａ，１０３ｂ、センサ１０４ａ，１０４ｂ、昇降機構５０がそれぞれ電気的に接続されて成っている。選択スイッチ１０１は、運動モードを選択するためのものであって、その選択を行う被験者が着座した状態で扱いやすいように、図１に示すように、座席２の前側に設けている。メモリ１０２は、各運動モードに応じたモータ１０ａ，１０ｂの動作タイミングを予め記憶している。ドライバ１０３ａ，１０３ｂは、コントローラ１００からの指令信号を受けて、モータ１０ａ，１０ｂの始動停止及び回転中の速度調整を行うものである。センサ１０４ａ，１０４ｂは、第１シャフト１７と第
２シャフト１８の回転速度を検出するものであって、図２および図３に示すように、例えばエンコーダを用いて両シャフト１７，１８に対して非接触で検出できるようになっている。昇降機構５０は、必要に応じて各運動モードとの組み合わせた昇降動作を行う。

以下、揺動型運動装置１の動作を説明する。

選択スイッチ１０１が押圧されると、コントローラ１００は、メモリ１０２に予め記憶された各モードの中から被験者が選択したある１つのモードを読み出して、そのモードに応じた指令信号をドライバ１０３ａ，１０３ｂに発する。そして、ドライバ１０３ａからの信号を受けて、モータ１０ａの一方向に突出する出力回転軸１２ａが回転すると、モータギア１１ａと第１ギア１４との噛み合いによって第１シャフト１７が回転する。第１シャフト１７の回転速度はセンサ１０４ａで検出されて、コントローラ１００にフィードバックされる。

また、ドライバ１０３ｂからの信号を受けて、モータ１０ｂの一方向に突出する出力回転軸１２ｂが回転すると、モータギア１１ｂと第２ギア１５との噛み合いによって第２シャフト１８が回転する。第２シャフト１８の回転速度はセンサ１０４ｂで検出されて、コントローラ１００にフィードバックされる。これらにより、各運動モードに応じたモータ１０ａ，１０ｂの各動作について安定した制御がなされる。

そして、第１シャフト１７が回転すると該第１シャフト１７の端部に連結された偏心クランク１９が偏心円運動を行ない、アームリンク２０を介して前リンク５ａが前側の左右軸７ａを中心に前後方向Ｘに回動する。このとき後リンク５ｂが協働して後側の左右軸７ｂ回りに回動することから、台座４、すなわち座席２は前後方向Ｘに往復移動および揺動する。一方、第２シャフト１８の回転によって、偏心ロッド２１の上端部が偏心円運動を行ない、台座４、すなわち座席２は前後傾斜軸９回りに回転往復移動する。

以下、図６〜図１３を参照して、被験者が選択可能な各運動モードの例（第１〜第８モード）について説明する。なお、各図中の（ａ）は前後方向の往復直進移動、（ｂ）は前後Ｘ軸回りの（左右）回転往復移動、（ｃ）は（ａ）（ｂ）の組合せ運動を示している。

まず第１モードとして、図６（ａ）（ｂ）に示すように、前後直進を左右回転の２倍の周波数とし、位相差を０にしたときには、（ｃ）に示すように、∞字状の運動が得られる。このときには、コントローラ１００は、モータ１０ａの回転数を、モータ１０ｂの回転数の２倍として、両モータ１０ａ，１０ｂ間で時間差を与えることなく動作させる。

第２モードとして、図７（ａ）（ｂ）に示すように、前後直進を左右回転の２倍の周波数とし、位相差を−（１／２）Ｔにしたときには、（ｃ）に示すように、Ｖ字状の運動が得られる。このときには、コントローラ１００は、モータ１０ａの回転数を、モータ１０ｂの回転数の２倍として、両モータ１０ａ，１０ｂ間で時間差−（１／２）Ｔを与えて動作させる。

第３モードとして、図８（ａ）（ｂ）に示すように、前後直進を左右回転の４倍の周波数とし、位相差を０にしたときには、（ｃ）に示すように、∞∞字状の運動が得られる。このときには、コントローラ１００は、モータ１０ａの回転数を、モータ１０ｂの回転数の４倍として、両モータ１０ａ，１０ｂ間で時間差を与えることなく動作させる。

第４モードとして、図９（ａ）（ｂ）に示すように、前後直進を左右回転の１／２倍の周波数とし、位相差を０にしたときには、（ｃ）に示すように、８字状の運動が得られる。このときには、コントローラ１００は、モータ１０ａの回転数を、モータ１０ｂの回転
数の１／２倍として、両モータ１０ａ，１０ｂ間で時間差を与えることなく動作させる。

第５モードとして、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、左右回転を止めたときには、（ｃ）に示すように、１字状の運動が得られる。このときには、コントローラ１００は、モータ１０ａのみを動作させる。

第６モードとして、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、前後直進を止めたときには、（ｃ）に示すように、一字状の運動が得られる。このときには、コントローラ１００は、モータ１０ｂのみを動作させる。

第７モードとして、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、前後直進と左右回転の周波数を同じとし、位相差（π／２）Ｔにしたときには、（ｃ）に示すように、Ｏ字状の運動が得られる。このときには、コントローラ１００は、モータ１０ａの回転数を、モータ１０ｂの回転数と同一とし、両モータ１０ａ，１０ｂ間で時間差（π／２）Ｔを与えて動作させる。

第８モードとして、図１３（ａ）（ｂ）に示すように、前後直進及び左右回転を止めたときには、当然のことながら、（ｃ）に示すように、運動しなくなる。このときには、コントローラ１００は、モータ１０ａ，１０ｂをともに動作させない。

以上説明したように、本実施形態１によれば、ベース８上に設けられた可動架台６が、前後方向に傾斜させた前後傾斜軸９回りに回転往復移動可能に支持され（第１支持手段）、座席２に固定された台座４が、連結リンク５ａ，５ｂを介して前記可動架台６に設けられた左右軸７ａ，７ｂ回りに回転往復移動可能に支持され（第２支持手段）、第１駆動部１３ａにより、モータ１０ａの出力回転軸１２ａの回転運動が、前記第２支持手段を介して台座４の前後方向の往復直線移動及び左右軸回りの回転往復移動に変換されるとともに、第２駆動部１３ｂにより、モータ１０ｂの出力回転軸１２ｂの回転運動が、前記第１支持手段及び前記第２支持手段を介して台座４の前後軸回りの回転往復移動及び上下軸回りの回転往復移動に変換されるので、特許文献２に記載された従来の３動作に１動作を加えた４動作が可能となり、運動が複雑化するとともに、任意の運動モードの選択によりユーザの身体ごとに鍛える部位の選択が容易となるので、従来よりも大きなフィットネス効果を得ることができる。また、駆動源としてのモータ１０ａ，１０ｂは２つであるが、その制御の容易化及び低コスト化を図ることができる。さらに、駆動装置３の設置スペースを狭めてコンパクト化を図ることもできる。

なお、上記実施形態では、選択可能な運動モードとして、８つのモードを例示したが、その他のモードを追加することもできるし、逆にモード数を減らすこともできる。

また、上記実施形態では、被験者が選択スイッチ１０１を押圧すると、コントローラ１００が、この選択に応じてモータ１０ａ，１０ｂの各動作を制御することとしているが、両モータを手動で単純にオンオフさせるようにしてもよい。その場合でも、ユーザの身体ごとに鍛える部位の選択は可能となる。モータ１０ａ，１０ｂは、正回転、逆回転のいずれも可能である。

また、上記実施形態では、前後傾斜軸９の傾斜方向が後下がりであるとしているが、前下がりとしてもよい。また、上記実施形態１の４動作に、前記昇降機構５０による前後傾斜角度可変機能を組合せて、各動作に同期させて前後左右の傾斜角度を制御するようにすれば、さらに複雑な運動が可能となり、より大きなフィットネス効果を得ることができる。さらに、脚部６０の伸縮運動と組合せてもよいのはもちろんである。

本発明の実施形態１に係る揺動型運動装置の全体構成を示す側面図である。 図１の駆動部を拡大した側面図である。 図２の平面図である。 図２の正面図である。 制御系を示す模式図である。 選択可能な第１モードを示す図である。 選択可能な第２モードを示す図である。 選択可能な第３モードを示す図である。 選択可能な第４モードを示す図である。 選択可能な第５モードを示す図である。 選択可能な第６モードを示す図である。 選択可能な第７モードを示す図である。 選択可能な第８モードを示す図である。

符号の説明

１ 揺動型運動装置
２ 座席
３ 駆動装置（揺動機構）
４ 台座
５ａ，５ｂ 連結リンク
６ 可動架台
７ａ，７ｂ 左右軸（第２支持手段）
８ ベース
９ 前後傾斜軸（第１支持手段）
１０ａ モータ（第１駆動源）
１０ｂ モータ（第２駆動源）
１２ａ，１２ｂ 出力回転軸
１３ａ 第１駆動部（第１変換手段）
１３ｂ 第２駆動部（第２変換手段）
１７ 第１シャフト（第１左右軸）
１８ 第２シャフト（第２左右軸）
２０ アームリンク（クランクアーム）
２１ 偏心ロッド
５０ 昇降機構
６０ 脚部
８０ 覆い
１００ コントローラ（制御手段）
１０１ 選択スイッチ（操作手段）
１０２ メモリ
１０３ａ，１０３ｂ ドライバ
１０４ａ，１０４ｂ センサ

Claims (4)

1. 駆動源と、この駆動源の出力回転軸の回転力を、被験者が着座する座席の揺動運動に変換する揺動機構とを備えた揺動型運動装置において、
   前記駆動源として第１駆動源と第２駆動源とを有し、
   前記揺動機構は、
   ベース上に設けられた可動架台を、前後方向に傾斜させた前後傾斜軸回りに回転往復移動可能に支持する第１支持手段と、
   前記座席に固定された台座を、連結リンクを介して前記可動架台に設けられた左右軸回りに回転往復移動可能に支持する第２支持手段と、
   前記第１駆動源の出力回転軸の回転運動を、前記第２支持手段を介して前記台座の前後方向の往復直線移動及び前記左右軸回りの回転往復移動に変換する第１変換手段と、
   前記第２駆動源の出力回転軸の回転運動を、前記第１支持手段及び前記第２支持手段を介して前記台座の前記前後傾斜軸回りの回転往復移動に変換する第２変換手段とを備えたことを特徴とする揺動型運動装置。
2. 被験者の操作可能な操作手段と、この操作に応じて前記第１駆動源と前記第２駆動源とが、予め設定された両駆動源の周波数及び位相差に基づく各動作を行うように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の揺動型運動装置。
3. 前記第１変換手段は、前記第１駆動源の出力回転軸の回転力により回転駆動される、前記可動架台上の第１左右軸と、基端側が前記第１左右軸の端部に偏心して連結されるとともに、先端側が前記連結リンクの中間部に回動可能に連結されているクランクアームとを有していることを特徴とする請求項１又は２記載の揺動型運動装置。
4. 前記第２変換手段は、前記第２駆動源の出力回転軸の回転力により回転駆動される、前記可動架台上の第２左右軸と、基端側が前記ベース上に回動自在に支持されるとともに、先端側が前記第２左右軸の端部に偏心して連結されている偏心ロッドとを有するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の揺動型運動装置。

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