JP3988642B2 - バランス訓練装置 - Google Patents
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Description
本発明は、利用者が着座可能な座席を有し、利用者の身体バランス機能および運動機能の訓練用として、あるいは腰痛防止のためのリハビリテーション用として好適なバランス訓練装置に関するものである。
背景技術
乗馬は、足腰の筋力アップや腰痛予防に効果的な運動として知られている。しかし、都会に住む人の多くは、時間や費用の点で頻繁に乗馬場に行くことが困難であるし、乗馬技術に未熟な者には落馬事故の危険性もある。そこで、乗馬中に利用者が行う運動を再現して、擬似的な乗馬運動を提供するための装置が注目されている。
例えば、特公平6−65350号は、利用者が着座可能な馬形の座席と、6個の独立した駆動モーターと、これらの駆動モーターの出力を座席に伝達する動力伝達手段とを具備するバランス訓練装置について記載している。この装置では、座席の前後、左右および上下方向の各往復直進運動と、前後軸、左右軸および上下軸の各軸周りの回転往復運動との合計6動作を個別に制御することができる。これらの直進運動および回転往復運動を所定のスピードで座席上の利用者に提供する場合、運動中に利用者の身体の重心位置は変動するが、利用者は頭の位置を一定に保とうと踏ん張るので、特定部位の筋力を効率よく鍛えることができる。
ところで、本発明者らは、乗馬中の筋肉の運動とそれによる筋力改善効果との関係についての詳細な解析を行った結果、上記した6動作の中でも特定の3動作の組み合わせがバランス訓練および腰痛防止において特に有効であることを見出した。すなわち、腹筋と背筋には、座席の前後方向への直進往復運動と、前後方向に略垂直な水平方向に延出する軸周りの回転往復運動とが効果的であり、外腹斜筋には、前後方向に延出する軸周りの回転往復運動が効果的であることがわかった。さらに、上記以外の運動を利用者に提供しても顕著な筋力改善効果が期待できないこともわかった。したがって、利用者の特定部位の筋肉を効率よく鍛えるという観点から、従来のバランス訓練装置には依然として改良の余地が残されている。
また、装置内部に配備された多数個のモーターが装置全体を大型化するので、オフィスや一般家庭における使いやすさの点では必ずしも満足の行くものとは言えなかった。さらに、複数のモーターの使用と装置の大型化はコストパフォーマンスの低下を招き、結果的に一般家庭用としては極めて高価なものとなっていた。
発明の開示
そこで、本発明の主たる目的は、上記した3つの効果的な運動の組み合わせでなる乗馬運動を座席上の利用者に提供することができるバランス訓練装置を提供することにある。
すなわち、本発明のバランス訓練装置は、利用者が着座可能な座席と、この座席を駆動させる駆動装置とを具備するものであって、駆動装置が、駆動源としてのモーターと、前記モーターの出力を、座席の前後方向への直進往復運動と、前後方向に略垂直な水平方向に延出する第1軸周りの第1回転往復運動と、前後方向に延出する第2軸周りの第2回転往復運動とを組み合わせてなる乗馬運動に変換し、乗馬運動を座席に伝達する動力伝達手段とを具備し、動力伝達手段は、前記直進往復運動と第1回転往復運動を提供するための第1クランク機構と、第2回転往復運動を提供するための第2クランク機構を有し、第1クランク機構と第2クランク機構は、モーターの回転軸に連結されることを特徴とする。この構成でなるバランス訓練装置によれば、利用者の身体バランス機能および運動機能の訓練に、あるいは腰痛防止のためのリハビリテーションに特に効果的な運動を座席上の利用者に効率よく提供することができることに加え、顕著な運動効果が得られない他の運動を座席に伝達するための機構を必要としないので、装置全体を大幅に小型化することができ、さらに一般家庭用としても利用可能な程度までコストダウンを図ることができた。
上記バランス訓練装置においては、前後直進往復運動の移動量が前後方向に±50mm以内であり、第1回転往復運動の移動量が第1軸周りに±5°以内であり、第2回転往復運動の移動量が第2軸周りに±5°以内であることが好ましい。
また、上記バランス訓練装置は、前後直進往復運動、第1回転往復運動、および第2回転往復運動の各移動量を調整可能な移動量調整手段を具備することが好ましい。
さらに、上記バランス訓練装置は、前後直進往復運動、第1回転往復運動、および第2回転往復運動の各速度を調整可能な速度調整手段を具備することが好ましい。
また、上記バランス訓練装置は、前後直進往復運動、第1回転往復運動、および第2回転往復運動に関して移動比率を調整可能な移動比率調整手段を具備することが好ましい。
上記バランス訓練装置は、予め作成されたプログラムに基づいて乗馬運動が提供されるように上記駆動装置を制御する制御手段を具備することが好ましい。
上記制御手段は、座席の移動速度が乗馬運動の開始から徐々に増加するように駆動装置を制御するスロースタート手段を具備することが好ましい。
また、上記制御手段は、乗馬運動の開始時に実施されるウォーミングアップ運動と、乗馬運動の終了時に実施されるクールダウン運動とを考慮に入れて作成されたプログラムに基づいて上記駆動装置を制御することが好まく、特に、ウォーミングアップ運動時に座席の移動速度が徐々に速くなるように制御するとともに、クールダウン運動時に座席の移動速度が徐々に遅くなるように駆動装置を制御することが好ましい。
また、上記制御手段は、座席上にて乗馬運動中の利用者の心拍数を測定する心拍センサーと、心拍センサーの出力に基づいて座席の駆動速度および駆動方向の少なくとも一方を変更するためのフィードバック手段とを具備することが好ましい。
さらに、上記制御手段は、運動中に利用者によって消費されるべき所望のカロリー消費量を入力するためのデータ入力部と、データ入力部に入力された消費カロリー量に基づいて乗馬運動プログラムを決定する運動プログラム決定部と、運動中の利用者の消費カロリーを表示するカロリー表示部とを具備することが好ましい。
また、上記制御手段は、座席の移動速度の最大値を所望の値に設定するための最大速度決定手段を具備することが好ましい。
本発明のさらなる特徴およびそれがもたらす効果は,添付図面を参照しながら以下に詳述する発明を実施するための最良の形態に基づいてより明確に理解されるだろう。
発明を実施するための最良の形態
以下に、本発明の実施例に基づくバランス訓練装置について詳細に説明する。
本実施例のバランス訓練装置は、図1Aに示すように,座席1に跨るように着座して使用される。この装置は、図1Bおよび図3〜図5に示すように、ベース4と、後述する第1シャフト6の軸周りに回動可能となるようにベース4に保持される可動架台8と、可動架台上に搭載される駆動装置2と、後述する一対の第1リンク9により可動架台8に対して可動に保持される台座3と、台座3の天板3aに固定される座席1とで構成される。図1B中、番号50は、利用者の足を保持するためのあぶみを示し、番号20は、駆動装置2を収納するカバーを示している。また、番号55は、グリップを示しており、座席上の利用者が運動中にバランスを取るために使用される。番号57は、バランス訓練装置のメインスイッチ等の操作部を示している。
座席1は、前後方向における略中央部が凹んだ鞍状に形成され、利用者はこの凹部に跨るように着座することができる。駆動装置2は、単一のモーター16と、このモーターの出力を座席1に伝達する動力伝達手段とで主に構成される。動力伝達手段は、モーター16の回転出力を、図2Aに示すような座席の前後方向(X)への直進往復運動と、図2Bに示すような前後方向に略垂直な水平方向に延出する軸周り(Φy)の第1回転往復運動と、図2Cに示すような前後方向に延出する軸周り(Φx)の第2回転往復運動とを組み合わせてなる乗馬運動に変換し、座席に伝達する。ここでは、本発明の理解を容易にするため、まず、モーター16の出力を座席1の直進往復運動と第1回転往復運動に変換するための第1クランク機構について説明し、その後、モーター16の出力を座席の第2回転往復運動に変換するための第2クランク機構について説明する。
(1)第1クランク機構
図3〜図5に示すように、駆動装置2が搭載される可動架台8上には、モーター取付け台17により単一のモーター16が固定される。モーター16の回転シャフト19は、モーターケース18を貫通してその両端において回転出力を提供できる構造になっている。本実施例では、回転シャフト19の後端が、直進往復運動と第1回転往復運動を提供するために使用され、回転シャフトの前端が第2回転往復運動を提供するために使用される。
回転シャフト19の後端には、ウォーム21が設けられており、ウォーム21は、ウォームホイール23に噛合する。ウォームホイール23は水平方向に延出する軸ピン25に取付けられている。また、軸ピン25には、第1クランク27が連結されている。第1クランク27は、第1ロッド30を介して第1リンク9の一端に連結される。第1リンク9の一端は、座席1が固定された台座3の側壁3bに軸ピン11を使用して連結され、第1リンク9の他端は可動架台8の側壁8bに軸ピン10を使用して連結される。尚、第1リンク9は座席1の両側に配設されているが、クランク運動は第1ロッド30により一方の第1リンク(図3右側)にのみ伝達され、反対側の第1リンク(図3左側)はそれに従動する。また、図3に示すように、軸ピン10の軸方向と軸ピン11の軸方向は、略並行になるように配置されており、軸ピン10、11の軸方向は座席の前後方向に対して略直交方向である。
上記のような動力伝達機構において、モーター16を駆動させると、ウォーム21がウォームホイール23を回転させ、軸ピン25の周りに第1クランク27が回転し、この第1クランク27のクランク運動が第1ロッド30を介して第1リンク9に伝達される。その結果、第1リンク9は、第1リンクと可動架台8の連結部(軸ピン10)を回転中心としてΦ1で示される角度範囲で往復スイング運動する。この第1リンクの運動は、台座3と座席1に往復揺動運動を提供する。
ところで、座席1の運動は、台座3の前部とベース4の前方に設けた支持板12との間を連結する第2リンク14によってガイドされている。すなわち、第2リンク14の一端は、軸ピン13の使用により支持板12に連結され、その連結部を回転中心としてΦ2で示される角度範囲において往復スイング運動する。第2リンク14の他端には、自在継手であるボールジョイント15が形成されており、このボールジョイント15を介して第2リンク14は台座3に連結される。本実施例では、軸ピン10と軸ピン13との間の直線距離は、軸ピン11とボールジョイント15との間の直線距離よりも小さく設定されている。
上記した第2リンク14の存在下において、台座3の上面がベースの上面に略並行である図4に示す位置から軸ピン10の周りに第1リンク9を反時計回りに移動させれば、第1リンクは台座3の後部を押し上げ、第2リンク14も同様に反時計回りに移動して台座3の前方部が下がることになる。反対に、図4に示す位置から軸ピン10の周りに第1リンク9を時計回りに移動させれば、座席1の後端部が前端部よりも低くなるように座席1が後方に移動することになる。
このように、第1リンク9と第2リンク14の往復スイング運動は、座席の前後方向(X)への直進往復運動と、前後方向に略垂直な水平方向に延出する軸周り(Φy)の第1回転往復運動とが組み合わされてなる運動を座席1に提供する。
(2)第2クランク機構
モーター16の回転シャフト19の前端に設けたウォーム22が第2回転往復運動を座席1に提供するために使用される。ウォーム22は、ウォームホイール24に噛合する。ウォームホイール24は、図3に示すように、水平方向に延出する軸ピン26に取付けられており、その一端には第2クランク28が連結される。第2クランク28は、第2ロッド31を介してベース4に連結される。第2ロッド31は自在継手であるボールジョイント32を介してベース4上面に連結される。
可動架台8は、ベース4に対して前後方向に延出する第1シャフト6回りに回動可動となるように支持される。すなわち、図4に示すように、略C字形状の固定部材5がベースに固定される。固定部材5は、ベース4にボルトとナットのような取付け具の使用により固定される底壁5aと、その前後端から上方に突出する一対の前壁と後壁5bとで構成され、前壁と後壁とで第1シャフト6を保持している。第1シャフト6の両端部は、可動架台8の底板8aの前後端から下方に突出する軸受け保持片8cに装着された一対の軸受け7によって保持される。これにより、可動架台8が第1シャフト6の周りに回動可能となる。尚、本実施例では、図4の正面図からわかるように、第1クランク機構が第1シャフト6の右側に、第2クランク機構は第1シャフトの左側に配置されている。
上記のように、座席1、台座3および駆動装置2を搭載した可動架台8が、ベース4に対して第1シャフト6の周りに回動可能となっているので、モーター16を回転させると、モーターシャフト19の前端に設けたウォーム22がウォームホイール24を回転させ、軸ピン26の周りに第2クランク28が回転する。この第2クランク28のクランク運動は第2ロッド31を介して伝達されるが、第2ロッド31の他端がベース4に固定されているため、可動架台8の方が第1シャフト6の周りに往復スイング運動することになる。このように、第2クランク28のクランク運動によって、可動架台8が台座3及び座席1とともに第1シャフト6の軸周りに往復スイング運動する。尚、第2クランク28の一端がボールジョイント32を介してベース4に連結されているので、第1シャフト6の軸周りにおける可動架台8の揺動運動が許容される。
結果として、第1クランク機構と第2クランク機構とが協同して、単一のモーター16の回転出力を、座席の前後方向の直進往復運動、第1回転往復運動、および第2回転往復運動とを組み合わせてなる乗馬運動に変換して座席1に提供する。これにより、座席1は、3自由度で揺動することになって、腹筋と背筋には、前記した直進往復運動と第1回転往復運動によって、外腹斜筋には第2回転往復運動によって、それぞれの筋肉の伸縮時に発生する筋電位が交互に得られ、バランス訓練効果を顕著に高めることができる。
したがって、本発明の好ましいバランス訓練装置は、利用者が着座可能な座席と、この座席を駆動させる駆動装置とを具備し、駆動装置は、単一のモーターと、モーターの出力を、座席の前後方向への直進往復運動と、前後方向に略垂直な水平方向に延出する軸周りの第1回転往復運動と、前後方向に延出する軸周りの第2回転往復運動とを組み合わせた乗馬運動に変換して座席に伝達する動力伝達手段とを具備する。そして、本発明の動力伝達手段は、単一モーターの回転軸の一端から提供される回転出力を第1クランク運動に変換して座席の前後方向への直進往復運動および前後方向に略垂直な水平方向に延出する軸周りの第1回転往復運動を提供する第1クランク機構と、単一モーターの回転軸の他端から提供される回転出力を第2クランク運動に変換して座席の前後方向に延出する軸周りの第2回転往復運動を提供する第2クランク機構とで構成されることが特に好ましい。
本発明のバランス訓練装置には、乗馬運動の移動量を調整するための移動量調整手段を設けることが好ましい。例えば、図6に示すように、前後方向の直進往復運動と第2回転往復運動における座席の移動範囲(x)もしくは移動角度範囲(θy)を調整するため、第1ロッド30の長さを第1ロッドを構成するボルト30aに対してナット30bの締め付けにより調整したり、可動架台8の側壁8bに前後方向に延出する長穴60を設け、この長穴60内において第1リンクの連結位置(軸ピン10の位置)を調整可能としたり、あるいは、第1リンク9を分割可能な一対のリンク部材9a、9bで構成するとともに、その長さ方向に連結用ボルト穴72を複数個設け、第1リンクの全長が所定の長さになるようにボルト70を使用してリンク部材9a、9b同士を連結しても良い。また。第2回転往復運動における座席の角度範囲(θx)を変更する場合は、第2クランクの回転半径を調整できるようにすることが好ましい。これらは、それぞれ本発明の移動量調整手段として機能する。尚、これらの移動量調整手段を複数個設けた場合には、上記3つの運動間の移動比率を任意に調節することができるので、本発明のバランス訓練装置は移動比率調整手段を具備することになる。
座席の往復揺動運動の移動範囲や角度範囲は、上記した移動量調整手段により適宜変更可能であり、特に限定されないが、直進往復運動の移動量が前後方向に±50mm以内、第1回転往復運動の移動量が第1軸周りに±5°以内、第2回転往復運動の移動量が第2軸周りに±5°以内とすることが好ましい。この場合は、身体のバランス訓練および筋肉の鍛錬をより効果的に且つ効率よく行うことができる。
また、モーター16の回転速度を制御することによって、各往復運動を様々な揺動速度にて提供することができる。特に、座席の駆動速度の最大値を所望の値に設定するための最大速度決定手段を設けることが好ましい。
本発明のバランス訓練装置を使用してより効果的にバランス訓練運動を利用者に提供するため、予め作成されたプログラムメニューに基づいて駆動スピードや運動継続時間等の駆動条件を制御する制御手段を具備することが好ましい。この場合は、筋力アップや腰痛防止のリハビリテーション療法等、個々の目的に応じて作成されたプログラムメニューに基づいて乗馬運動を提供することができる。
例えば、座席の駆動開始から駆動速度が徐々に増加するするように駆動装置を制御するスロースタート手段を設けたり、乗馬運動の開始時における利用者のウォーミングアップと、乗馬運動の終了時における利用者のクールダウンとを考慮に入れて作成したプログラムに基づいて駆動装置を制御する制御手段を設けることが好ましい。具体的には、ウォーミングアップ時に座席の駆動速度が徐々に速く(スロースタート)なるように制御するとともに、クールダウン時に座席の駆動速度が徐々に遅く(スローエンド)なるように作成したプログラムに基づいて駆動装置を制御する制御手段を設けることが好ましい。この場合は、利用者の筋肉を運動に適した状態に効率よく移行させることができるとともに、運動終了前に筋肉を軽く動かして徐々に血液の流れを落ち着かせることができる。
ところで、運動プログラムの内容は、多くの予備試験等によって入念に決定されたものであるが、個人差によって必ずしも選定された運動メニューが好ましいとは言えない場合がある。また、プログラム通りに運動していても体調不良な場合は過酷な運動負荷となる場合もある。そこで、座席1上にて運動中の利用者の心拍数を測定する心拍センサーと、心拍センサーの出力に基づいて座席の駆動速度および駆動方向の少なくとも一方を調整するためのフィードバック手段とを具備する構成とすることが好ましい。この場合は、利用者の運動時の体調に応じて適度な運動量が設定されるので、安全面における装置の信頼度をさらに高めることができる。
また、利用者が所定のカロリーを消費するためにバランス訓練装置を使用する場合は、利用者の年齢、性別等の個人データととともに、利用者が運動によって消費したい消費カロリー量を入力するためのデータ入力部と、入力されたデータに基づいて最適な運動プログラムを決定する運動プログラム決定部と、運動中の利用者の消費カロリーを表示するカロリー表示部とを具備する構成とすることが好ましい。これにより、個々の利用者は、消費したカロリー量をチェックしながら運動を継続できるので、運動のペース配分を把握することが容易になる。また、運動中、自己の設定した消費カロリーに到達するのに後どれくらいの運動量が必要であるかをチェックすることができるので、運動時の目標達成意欲を高める上でも有効である。消費カロリー表示部は、例えば、座席1の操作部57に設けることが好ましい。
産業上の利用の可能性
上記したように、本発明によれば、座席に着座した利用者に乗馬をシミュレートした3次元運動を提供することにより、特定の筋肉を優先的に鍛えることができる。すなわち、腹筋と背筋を鍛えるのに効果的な前後方向における直進往復運動及び第1回転往復運動と、外腹斜筋を鍛えるのに効果的な第2回転往復運動とを組み合わせてなる乗馬運動を利用者に効率よく提供することができる。
また、バランス訓練装置が単一のモーターの使用により乗馬運動を提供する場合は、装置全体の小型化を図れるとともに、コストパフォーマンスを大幅に改善することができる。その結果、筋力のアップや腰痛防止に有効な運動を提供する装置を業務用としてだけでなく、一般家庭用としても提供することが可能となった。尚、本発明のバランス訓練装置は、上記目的以外にも、運動不足解消、気分のリフレッシュ、シェイプアップ運動用としても有効である。
また、利用者の性別、年齢、体格や体調に合わせてトレーニングプログラムを適宜設定可能な構成としたり、利用者の心拍数や消費カロリーをリアルタイムで測定/表示する構成を採用した場合は、利用者が過度の運動を強いられることを防ぐとともに、利用者がより安心してバランス訓練装置を利用することが可能になる点で好ましい。
【図面の簡単な説明】
図1Aは、本発明の実施例に基づくバランス訓練装置の使用状態を示す概略図であり、図1Bは、バランス訓練装置の斜視図である。
図2Aは、座席の前後方向(X)への直進往復運動を示す図であり、図2Bは前後方向に略垂直な水平方向に延出する軸周り(θy)の第1回転往復運動を示す図であり、図2Cは前後方向に延出する軸周り(θx)の第2回転往復運動を示す図である。
図3は、本発明の実施例に基づくバランス訓練装置の正面断面図である。
図4は、同バランス訓練装置の側断面図である。
図5は、同バランス訓練装置の別の側断面図である。
図6は、本発明の別の実施例に基づくバランス訓練装置の断面図である。
Claims (15)
- 利用者が着座可能な座席と、この座席を駆動させる駆動装置とを具備するバランス訓練装置であって、前記駆動装置は、駆動源としてのモーターと、前記モーターの出力を、座席の前後方向への直進往復運動と、前後方向に略垂直な水平方向に延出する第1軸周りの第1回転往復運動と、前後方向に延出する第2軸周りの第2回転往復運動とを組み合わせてなる乗馬運動に変換し、前記乗馬運動を座席に伝達する動力伝達手段とを具備し、前記動力伝達手段は、前記直進往復運動と第1回転往復運動を提供するための第1クランク機構と、第2回転往復運動を提供するための第2クランク機構とを有し、第1クランク機構と第2クランク機構は、前記モーターの回転軸に連結されることを特徴とするバランス訓練装置。
- 上記直進往復運動の移動量が前後方向に±50mm以内であり、上記第1回転往復運動の移動量が第1軸周りに±5°以内であり、上記第2回転往復運動の移動量が第2軸周りに±5°以内であることを特徴とする請求項1のバランス訓練装置。
- 上記直進往復運動、第1回転往復運動、および第2回転往復運動の各移動量を調整可能な移動量調整手段を具備することを特徴とする請求項1のバランス訓練装置。
- 上記直進往復運動、第1回転往復運動、および第2回転往復運動の各速度を調整可能な速度調整手段を具備することを特徴とする請求項1のバランス訓練装置。
- 上記直進往復運動、第1回転往復運動、および第2回転往復運動に関して移動比率を調整可能な移動比率調整手段を具備することを特徴とする請求項1のバランス訓練装置。
- 予め作成されたプログラムに基づいて上記乗馬運動が提供されるように上記駆動装置を制御する制御手段を具備することを特徴とする請求項1のバランス訓練装置。
- 上記制御手段は、上記座席の移動速度が乗馬運動開始から徐々に増加するように上記駆動装置を制御するスロースタート手段を具備することを特徴とする請求項6のバランス訓練装置。
- 上記制御手段は、乗馬運動の開始時に実施されるウォーミングアップ運動と、乗馬運動の終了時に実施されるクールダウン運動とを考慮に入れて作成されたプログラムに基づいて上記駆動装置を制御することを特徴とする請求項6のバランス訓練装置。
- 上記制御手段は、ウォーミングアップ運動時に上記座席の移動速度が徐々に速くなるように制御するとともに、クールダウン運動時に上記座席の移動速度が徐々に遅くなるように上記駆動装置を制御することを特徴とする請求項8のバランス訓練装置。
- 上記制御手段は、座席上にて乗馬運動中の利用者の心拍数を測定する心拍センサーと、前記心拍センサーの出力に基づいて座席の駆動速度および駆動方向の少なくとも一方を変更するためのフィードバック手段とを具備することを特徴とする請求項6のバランス訓練装置。
- 上記制御手段は、運動中に利用者によって消費されるべき所望のカロリー消費量を入力するためのデータ入力部と、前記データ入力部に入力された消費カロリー量に基づいて乗馬運動プログラムを決定する運動プログラム決定部と、運動中の利用者の消費カロリーを表示するカロリー表示部とを具備することを特徴とする請求項6のバランス訓練装置。
- 上記制御手段は、上記座席の移動速度の最大値を所望の値に設定するための最大速度決定手段を具備することを特徴とする請求項6のバランス訓練装置。
- 第1クランク機構は上記モーターの回転軸の一端に連結され、第2クランク機構は上記モーターの回転軸の他端に連結されることを特徴とする請求項1のバランス訓練装置。
- 上記座席の第2回転往復運動が可能になるようにベースによって可動に保持されるとともに前記座席に連結される可動架台を含み、上記モーターは前記可動架台内に搭載されることを特徴とする請求項1のバランス訓練装置。
- 上記可動架台は、一対のリンクを介して上記座席に連結され、前記一対のリンクのうちの一方が上記第1クランク機構に接続されることを特徴とする請求項14のバランス訓練装置。
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