JP3980979B2 - 身体鍛錬装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、腕や足を運動させて、身体機能を正常な状態に回復させたり、或いは正常の状態以上に高めたりする身体鍛錬装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
腕や足を運動させる身体鍛錬装置の一例として、手術後の患者や脳血管障害の患者等が運動療法として用いたり、健常者やスポーツ選手等が用いたりするエルゴバイクがある。図３に示す特開昭６２−４６１９３号公報に開示された身体鍛錬装置がこのエルゴバイクである。
同図において、１は第１のプーリ、２は利用者が足を掛けて踏むペダルであり、第１のプーリの回動軸に連結されている。３は第２のプーリで、第１のプーリ１と負荷モータ７との間に設けられている。４は第１のプーリ１と第２のプーリ３とに掛け回されたベルトである。
又、５は第２のプーリ３と同軸に併設された第３のプーリであり、６は第３のプーリ５と負荷モータ７とのに掛け回されたベルトである。
【０００３】
８、９はマグネットで、利用者がペダル２を踏んで回す第１のプーリ１及び第３のプーリ５に取り付けられている。１００、１１０はホール素子で、プーリが回転してマグネット８、９が接近する毎にこれを検知する。
１２０は中央制御装置（ＣＰＵ）であり、ホール素子１００、１１０からの検出信号に基づいて、第１のプーリ１と第３のプーリ５との回転数を各々算出する。
１３０は負荷モータ７の負荷制御装置で、中央制御装置（ＣＰＵ）１２０からの回転数に基づいてモータ７の負荷を制御する。
【０００４】
次に、この従来の身体鍛錬装置の動作を説明する。
ペダル２の回転数は、第１のプーリ１と第２のプーリ３とに掛けられたベルト４によって第３のプーリ５に伝えられて増速され、更にベルト６により負荷モータ７に伝えられる。
第１のプーリ１及び第３のプーリ５が１回転する毎に、ホール素子１００、１１０からの検出信号（パルス）が中央制御装置（ＣＰＵ）１２０に入力される。中央制御装置（ＣＰＵ）１２０は、このパルスの数を算出して所要の信号を負荷制御装置１３０に出力する。
負荷制御装置１３０は、中央制御装置（ＣＰＵ）１２０の出力信号に基づいて回転数を決定して負荷モータ７を制御する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の身体鍛錬装置では、上記のように、利用者が踏むペダル２即ち利用者が回動可能なプーリの回動軸が、第１のプーリ１の回動軸、只１つのみの構成であるため、ペダル２を踏む利用者の脚力が大きく異なる場合、例えば、患者や子供或いは高齢者等と健常者やスポーツ選手等が共用する場合等では、ペダル２の負荷を利用者の脚力に合わせて、その都度、調整することは多大な手間を要し、実際上では限界があった。
【０００６】
例えば、筋力（大腿四頭筋や股関節伸筋群）の低下が著しい利用者や、運動麻痺を有している脳障害による身体障害者や高齢者等が運動療法を行う際には、ペダル回転運動を特に小さい負荷で実施する必要がある。
他方、健常者やスポーツ選手がトレーニングを行う場合には上記の負荷設定とは極端に異なり、非常に大きな負荷設定を必要とする。
このよう場合、従来の装置では、身体障害者や高齢者等の筋力の低下した者と筋力の大きい者との何れもの利用者（運動者）が共用できるように、それぞれの筋力レベルや身体能力に合わせて、その都度、運動機能の回復、及び体力の維持を目的とする運動負荷の強度設定をする甚だ繁雑であり、困難であった。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解消して、運動負荷強度を小から大の広い範囲にわたって設定できる身体鍛錬装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、少なくとも径の異なる２つ以上のプーリが同軸的に設けられたプーリ群と、前記プーリ群のうち１つのプーリに対して無端動力伝達手段を介して配設された負荷モータと、前記プーリ群のうち残されたプーリに対して各々無端動力伝達手段を介して対設された対設プーリとを備え、
前記プーリ群及び対設プーリの各回動軸は、何れも、軸回動手段を介して、腕力或いは脚力にて回動可能に構成され、前記軸回動手段は、何れの回動軸に対しても着脱自在に構成されたことを内容とする。
【０００９】
また、少なくとも径の異なる２つ以上のプーリが同軸的に設けられたプーリ群と、前記プーリ群のうち１つのプーリに対して無端動力伝達手段を介して配設された負荷モータと、前記プーリ群のうち残されたプーリに対して各々無端動力伝達手段を介して対設された対設プーリとを備え、
前記プーリ群及び対設プーリの各回動軸は、何れも、軸回動手段を介して、腕力或いは脚力にて回動可能に構成され、前記軸回動手段は、各回動軸毎に配設されたことを内容とする。
【００１０】
また、プーリ群を構成する各プーリ毎に対設される複数の対設プーリは、互いに径を異にすると共に、何れも、各々対応するプーリ群を構成するプーリの径より大きいことを内容とする。
【００１２】
また、軸回動手段は、ハンドル或いはペダルであることを内容とする。
【００１３】
また、無端動力伝達手段は、ベルトであることを内容とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
実施の形態１の身体鍛錬装置は、エルゴバイク形式の装置であり、脚力の大きい利用者（運動者）が踏むペダルと、脚力が非常に小さい利用者（運動者）が踏むペダルとの何れかが利用できるよう択一的に併設して、脚力の大小に拘わらず、利用者の何れもが利用でき、しかも、運動負荷設定を非常に小さなレベルから非常に大きなレベルまでの広範囲にわたって、比較的自由に設定できる構成としたものである。
以下、図１及び図２に基づいて説明する。図１は運動負荷設定が小さい状態の全体構造を示すブロック図、図２は運動負荷設定が大きい状態の全体構造を示すブロック図である。
【００１５】
図１において、１０はプーリ群であり、少なくとも径の異なる２つ以上、即ち複数のプーリが同軸的に設けられた構成のものである。図示の例では、径の大きい大径プーリ１１と径の小さい小径プーリ１２との２つが軸１０Ｓに同軸で併設されている。以下、このプーリ群１０の軸１０Ｓを第１の回動軸ともいう。
【００１６】
２０は負荷モータであり、そのモータプーリ２１が前記プーリ群１０の軸（第１の回動軸）１０Ｓと平行になるように配設されている。このモータプーリ２１と前記プーリ群１０の２つのプーリ１１、１２うちの最も径の大きいプーリ１１とには無端動力伝達手段としてのベルト４１が掛け回されて、連動されている。以下、径の大きいプーリ１１を大径プーリ１１、径の小さいプーリ１２を小径プーリ１２ともいう。
負荷モータ２０は、負荷制御装置２２に接続されており、予め、利用者が設定した負荷設定値に見合った負荷トルクＴが負荷モータ２０に発生するように、図示されていない中央制御装置を介して、負荷制御装置２６により制御される構成となっている。
【００１７】
３０は対設プーリであり、前記プーリ群１０の２つのプーリ１１、１２のうちの、残された１つのプーリ（小径プーリ）１２に対して、無端動力伝達手段を介して対設されている。この無端動力伝達手段も前記と同様のベルト４２である。以下、この対設プーリ３０を第１の対設プーリ３０ともいう。
【００１８】
５０は、プーリ群１０の軸（第１の回動軸）１０Ｓを回動させる軸回動手段としてのペダルである。このペダル５０を踏むと、プーリ群１０が回転し、大径プーリ１１、ベルト４１を介して、負荷モータ２０のモータプーリ２１に回転運動が伝えられる。
同時に、プーリ群１０の回転によって、小径プーリ１２、ベルト４２を介して、大きな負荷を設定可能な高トルク軸としての軸３０Ｓを有する対設プーリ３０が連動して回転する。以下、この対設プーリ３０の軸３０Ｓを第２の回動軸３０Ｓともいう。
【００１９】
図１において動作を説明する。
利用者（運動者）が出し得る最大筋力でペダル５０を踏んでプーリ群１０を回転させようとすると、第１の回動軸１０Ｓには、予め、利用者が設定した負荷設定値に見合った負荷トルクＴ１が負荷モータ２０に発生する。
ここで、プーリ群１０の小径プーリ１２と対設プーリ３０とのベルト結合による速度伝達比率を
ｎ：１（ｎ＝１以上）とすると、
対設プーリ３０の負荷トルクＴ２は次のようになる。
Ｔ２＝Ｔ１×ｎ
従って、例えばｎ＝２の場合は、利用者が予め設定した負荷設定値の２倍の負荷を対設プーリ３０で実現させることができる。
【００２０】
図２において、上記の条件で、ペダル５０を対設プーリ３０の軸（第２の回動軸）３０Ｓに取り付けた場合には、プーリ群１０の軸（第１の回動軸）１０Ｓに取り付けた場合のｎ倍の負荷を設定したことになる。
【００２１】
この実施の形態１の装置によれば、脚力の大きい利用者が踏むペダル即ち対設プーリ３０を回転させる第２の回動軸３０Ｓと、脚力が非常に小さい利用者が踏むペダル即ちプーリ群１０を回転させる第１の回動軸１０Ｓとの、２つの回動軸を設けているので、利用者が自身の身体能力に応じて、何れかを速やかに利用することができる。
例えば、運動療法時において、運動者の筋力の大きさに合わせて、筋力の大きなスポーツ選手が利用する場合には負荷設定の大きな第２の回動軸３０Ｓを用い、逆に、筋力の小さな整形外科術後患者や脳薫血管障害者や高齢者等が運動療法を行う場合には、負荷設定の小さな第１の回動軸１０Ｓを用いることができる。
【００２２】
しかも、第１の回動軸１０Ｓの運動負荷設定を負荷制御装置２２によって任意の値に予め設定しておくことにより、設定された第１の回動軸１０Ｓに対して、第２の回動軸３０Ｓに、第１の回動軸１０Ｓの負荷に倍する、従来では設定できなかったような大きな運動負荷を自動的に設定させることができる。
従って、一台の装置において、広範囲な負荷設定を行うことができるので、筋力等の身体能力の如何に拘わらず、多くの利用者に広く利用の便を供することができる。
【００２３】
尚、上記のプーリ群１０を回転させる第１の回動軸１０Ｓ及び対設プーリ（第１の対設プーリ）３０を回転させる第２の回動軸３０Ｓの、それぞれの回動軸に対しては、この例では、何れも、軸回動手段としてのペダル５０を別体に構成し、このペダル５０を各々の回動軸１０Ｓ、３０Ｓに対して着脱自在に取付可能に構成してある。この着脱可能な取付構造については図４において後述する。
【００２４】
しかし、これに限らず、軸回動手段としてのペダル５０を各回動軸１０Ｓ、３０Ｓ毎に配設してもよい。
又、軸回動手段としては、足（下肢）に応じたペダル５０に限らず、腕力に応じて手回し可能なハンドル、例えばクランク状に形成したハンドルとしてもよい（図示せず）。このようなハンドルとすれば、腕（上肢）及び上半身を鍛錬することができる。
【００２５】
更に、この実施の形態では、プーリ群１０を大小２つのプーリ１１、１２で構成し、そのうち１つの小径プーリ１２に対応して１つのプーリ３０を対設プーリ（第１の対設プーリ）として設けている。
しかし、これに限らず、第２、第３・・・の対設プーリとして、複数の対設プーリを設けることもできる（図示せず）。
即ち、第２以下の対設プーリの設置数に応じて、小径プーリ１２と同様のプーリ（図示せず）をプーリ群１０の軸（第１の回動軸）１０Ｓに同軸的に設け、各々を互いに、前記と同様の無端動力伝達手段としてのベルト（図示せず）を介して連動させる。
【００２６】
この場合、第２以下の対設プーリについては、互いに径を異にすると共に、何れも、各々が対応するプーリ群１０を構成するプーリの径より大きくすることによって、第２以下の各々の対設プーリの回動軸（（図示せず））毎の負荷を異にすることができ、運動負荷の異なる多様な回転軸を設けることができる。
これ等、第２以下の各対設プーリの回動軸には、前記と同様に、当該プーリを回転させるための軸回動手段としてのペダル或いはハンドが着脱自在に或いは各回動軸毎に配設される（図示せず）。
【００２７】
最後に、図４乃至図５において、ペダル５０を各々の回動軸１０Ｓ、３０Ｓに対して着脱自在に取付可能な構成を、回動軸１０Ｓを例にして説明する。
図４及び図５において、ペダル５０のクランク基部５１には、回動軸１０Ｓの端部１３に被さるように嵌合する嵌合穴５２と、当該嵌合穴５２に対して出没自在の係止ピン５３とが設けられている。ピン５３は図示されていない付勢手段によって常時には突出し、必要の際には嵌合穴５２から没するように指で引き戻し可能に構成されている。
【００２８】
前記回動軸１０Ｓの端部１３には、当該端部１３にクランク基部５１が嵌合された状体において、嵌合穴５２へ突出する前記ピン５３が進入する係合穴１４が設けられており、ピン５３が係合穴１４に侵入することによって、ペダル５０が回動軸１０Ｓに取り付けられる。
ペダル５０を取り外す際には、ピン５３を引き戻した状態にして、クランク基部５１を軸端から引き抜けばよい。
【００２９】
尚、この実施の形態では、エルゴバイク形式の身体鍛錬装置を中心にして説明したが、ハンドルの例にも示されるよう、エルゴバイク形式に限らず、本発明を構成することができる。
又、ペダル５０を各々の回動軸１０Ｓ、３０Ｓに対して着脱自在に取付可能な構成もまた、上記例に限らず、適当な手段を用いてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１乃至５の発明によれば、何れも、従来の身体鍛錬装置に較べて、一台の装置において、運動負荷強度を非常に小さいレベルから非常に大きなレベルまで、広い範囲にわたって設定することができる。
又、下肢、上肢のその他の運動療法或いは心身鍛錬において、多様な負荷設定が可能となるので、身体能力の如何に拘わらず、広い層の利用者（運動者）が共用することができる。
又、同様に一台の装置において、身体障害者或いは高齢者の筋力に合わせた負荷設定が容易に設定できると共に、健常者やスポーツ選手が使用する筋力測定と運動負荷装置とを一台の装置に装備させることができる。
又、運動療法時において、運動者の負荷設定値を運動者の発揮できる最大筋力に合わせて広範囲に設定できるので、運動者が無理なく運動することができる。又、一人の運動者の様々な筋の運動の負荷設定をする場合にも、広範囲の負荷設定ができるので、様々な筋の運動を無理なく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１の身体鍛錬装置の全体構造を示すブロック図である。
【図２】 実施の形態１においてペダルの取り付け位置の変更を示したブロック図である。
【図３】 従来の身体鍛錬装置の全体構成を示すブロック図である。
【図４】 ペダルと回動軸との取付構成を示す平面図である。
【図５】 図４の正面図である。
【符号の説明】
１０ プーリ群、１０Ｓ 回動軸（第１の回動軸）、１１ 大径プーリ（プーリ群）、１２ 小径プーリ（プーリ群）、２０ 負荷モータ、２１ モータプーリ、２２ 負荷制御装置、３０ プーリ（第１の対設プーリ）、３０Ｓ 回動軸（第２の回動軸）、４１、４２ ベルト（無端動力伝達手段）、５０ ペダル（軸回動手段）。

Claims (5)

1. 少なくとも径の異なる２つ以上のプーリが同軸的に設けられたプーリ群と、前記プーリ群のうち１つのプーリに対して無端動力伝達手段を介して配設された負荷モータと、前記プーリ群のうち残されたプーリに対して各々無端動力伝達手段を介して対設された対設プーリとを備え、
   前記プーリ群及び対設プーリの各回動軸は、何れも、軸回動手段を介して、腕力或いは脚力にて回動可能に構成され、
   前記軸回動手段は、何れの回動軸に対しても着脱自在に構成されたことを特徴とする身体鍛錬装置。
2. 少なくとも径の異なる２つ以上のプーリが同軸的に設けられたプーリ群と、前記プーリ群のうち１つのプーリに対して無端動力伝達手段を介して配設された負荷モータと、前記プーリ群のうち残されたプーリに対して各々無端動力伝達手段を介して対設された対設プーリとを備え、
   前記プーリ群及び対設プーリの各回動軸は、何れも、軸回動手段を介して、腕力或いは脚力にて回動可能に構成され、
   前記軸回動手段は、各回動軸毎に配設されたことを特徴とする身体鍛錬装置。
3. プーリ群を構成する各プーリ毎に対設される複数の対設プーリは、互いに径を異にすると共に、何れも、各々対応するプーリ群を構成するプーリの径より大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の身体鍛錬装置。
4. 軸回動手段は、ハンドル或いはペダルであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の身体鍛錬装置。
5. 無端動力伝達手段は、ベルトであることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の身体鍛錬装置。

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