JP4321052B2 - サイクル型エルゴメータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サイクル型エルゴメータに関し、詳しくは、筋力トレーニング及び筋力測定がおこなえ、加えて、測定した結果より適切な筋力トレーニングがおこなえるようにしようとする技術に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、脚の運動能力は人間の日常生活を支える重要な能力であると考えられる。しかしこの能力は加齢とともに衰えやすいため、日頃から自己の能力に注意を払う必要がある。このような脚の運動能力を測定する装置がある。（例えば、特許文献１参照）
このような特許文献１においては、図６に示すように、サイクル型エルゴメータＡａによって脚の運動能力を測定する測定装置であって、特許文献１はサイクル型エルゴメータのペダル２ａを漕ぐときの力と速度を測定して脚の瞬発性のパワーを測るものであり、脚の瞬発的パワーの測定となるため、測定結果に筋力の要素の他に速度の要素も入ることから、測定者は測定者が発揮できる脚の最大筋力を正確に知ることができない。そのため、筋力をトレーニングする場合、測定結果より適切なトレーニングをすることが難しくなるという問題があった。
【０００３】
又、サイクル型エルゴメータとして、出願人は、特願２００２−９９０７８において、サイクル型エルゴメータを漕ぐときの力と速度を測定して脚の最大筋力を推定するものを提案しているが、かかる発明においては、最大筋力の推定をおこなうのであるが、使用者の筋力が衰えているかどうかを示すのみで、筋力が衰えていた場合の改善策を提案することができないものであった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平３−１２３５６９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、筋力トレーニング、及び、筋力測定がおこなえ、加えて、測定した結果より適切な筋力トレーニングがおこなえるサイクル型エルゴメータを提供することを目的とするものである。
【０００６】
請求項１の発明においては、トルク計測手段１４Ａで計測されたペダル２０の踏み込み時に発生するトルクと、回転速度計測手段９Ａで計測されたペダル回転速度と、位置計測手段１０Ａで計測されたペダル２０の位置とに基づいて得られる筋力測定結果から使用者が発揮できる左右の各脚の最大筋力を評価する評価手段３４と、ペダル２０を踏み込む脚に対して抵抗となる負荷をかける負荷手段１７Ａと、筋力測定結果及び評価手段３４による評価結果に基づいて筋力トレーニングのための負荷量を左右の脚別に算出する記憶・演算部と、負荷手段１７Ａによる負荷を記憶・演算部で算出された負荷量に制御する制御手段４とを有しており、記憶・演算部は、評価手段３４により評価された左右の脚力のうち、最大筋力の値の小さい方の脚の負荷量を、値の大きい方の脚の負荷量よりも、最大筋力の値の差に比例する分だけ増加させるものであり、制御手段４は負荷手段１７Ａによる各負荷を記憶・演算部で算出した左右の脚別の負荷量とするものであることを特徴とするものである。
このような構成によれば、ペダル２０に発生するトルクを計測するトルク計測手段１４Ａと、ペダル回転速度を計測する回転速度計測手段９Ａと、ペダル２０の位置を計測する位置計測手段１０Ａとによって筋力測定（筋力測定機能）がおこなえ、筋力測定結果及び使用者が発揮できる左右の各脚の最大筋力を評価する評価手段３４に基づいて筋力トレーニングに適正な負荷量を算出（算出機能）でき、負荷量の算出結果に基づいて負荷手段１７Ａを制御して適正な筋力トレーニング（筋力トレーニング機能）がおこなえ、特に筋力測定の結果、左右の脚の最大筋力に大きな開き（差）があって左右の筋力のバランスが悪くなっている場合に、左右の脚の筋力のバランスを保つような筋力トレーニングをおこなうことができる。
【０００９】
因みに、筋力増大のためのトレーニング時の適切な負荷はトレーニング理論より最大筋力の８割に相当する負荷とされている。
【００１１】
請求項２の発明においては、記憶・演算部は、最大筋力の値の小さい方の脚の踏み込み時の負荷量を、トルク計測手段１４Ａで計測されるトルクが左右で等しくなるまで増加させるものであることを特徴とするものである。このような構成によれば、測定の結果、左右の脚の最大筋力に大きな開き（差）があって左右の筋力のバランスが悪くなっている場合は、左右の脚の最大筋力のうち値の小さい方の脚のペダル踏み込み時に発揮される筋力が値の大きい方の脚の踏み込み時の筋力と等しくなるような負荷量を算出し、負荷手段１７Ａを制御することで、左右の脚の筋力のバランスを保つような筋力トレーニングをおこなうことができる。
【００１２】
請求項３の発明においては、リカンベントサイクル型エルゴメータであって、使用者が筋力トレーニング時に使用する筋肉を変更するための変更手段３６を備えていることを特徴とするものである。このような構成によれば、リカンベントサイクル型エルゴメータにおいて、トレーニングする筋肉を例えば太ももとするとの変更を容易におこなうことができ、加齢により衰えやすい太もものトレーニングをおこなうことができる。
【００１３】
請求項４の発明においては、変更手段３６は、ペダル２０の回転中心Ｘの高さに対して椅子部分３３の座面３１の高さを低くするものであることを特徴とするものである。このような構成によれば、リカンベントサイクル型エルゴメータのペダル２０を漕ぐ場合に、ペダル２０の回転中心Ｘの高さに対して椅子部分３３の座面３１の高さを低くすることで、トレーニングする筋肉を太ももとする変更をおこなうことができ、加齢により衰えやすい太もものトレーニングをおこなうことができる。
【００１４】
請求項５の発明においては、変更手段３６は、椅子部分３３の背もたれ部３２と座面３１との間の角度θを１４０度付近とするものであることを特徴とするものである。このような構成によれば、座面３１に対して１４０度付近に傾斜した背もたれ部３２に背中を持たせることができ、トレーニングする筋肉を太ももとする変更をおこなうことができ、加齢により衰えやすい太もものトレーニングをおこなうことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述する。図１はサイクル型エルゴメータの概略側面図である。図２はインターフェイスパネルの正面図である。図３はブロック図である。図４は負荷（ブレーキ）とトルクの関係を示すグラフである。
【００１６】
サイクル型エルゴメータ１は、フレーム２にサドル３及びハンドル５が取り付けられ、サドル３及びハンドル５は使用者の体格に合わせて高さが調整できるようになっている。フレーム２には、サイクル型エルゴメータ１を使用する人に対するトレーニングの負荷を制御する制御手段４とサイクル型エルゴメータ１の使用モードを入力するインターフェイスパネル４１が設けられている。
【００１７】
フレーム２にペダル軸６が回転自在に軸受けされ、ペダル軸６にペダルプーリー７とペダルクランク８が固定されている。ペダルプーリー７には回転速度計測手段９Ａとしての回転速度センサ９が連結されて単位時間当たりの回転速度を検知して制御手段４に入力するようにしている。ペダルクランク８にはペダル位置計測手段１０Ａとしてのペダル角度センサ１０が連結されてペダルクランク８の基準位置からの回転角度を検知して制御手段４に入力するようにしている。これらセンサ９、１０はペダル軸６に内蔵しているが、他の箇所に設けてもよい。
【００１８】
フレーム２にプーリー軸１３が設けられて中継大プーリー１１と中継小プーリー１２とを回転自在に支持している。プーリー軸１３にトルク計測手段１４Ａとしてのトルクセンサ１４が内蔵されて回転トルクを検知して制御手段４に入力するようにしている。
【００１９】
フレーム２にブレーキプーリー軸１５が設けられてブレーキプーリー１６と負荷手段１７Ａとしての電磁ブレーキ１７が取り付けられて電磁ブレーキ１７の制御によって高低種々のブレーキ（負荷）を掛けることができるようにしている。負荷の設定（制御）は制御手段４においておこなえるようになっている。
【００２０】
大径のペダルプーリー７と中継小プーリー１２にはベルト１８が、中継大プーリー１１とブレーキプーリー１６にはベルト１９が掛けられて、回転力を伝達するようになっている。
【００２１】
しかして、電磁ブレーキ１７による負荷が、ブレーキプーリー１６、ベルト１９、中継大プーリー１１、中継小プーリー１２、ベルト１８、ペダルプーリー７を介してペダルクランク８の先のペダル２０に伝達され、使用者は負荷に抗してペダル２０を踏む筋力トレーニングをおこなうことになる。この場合、回転速度センサ９、ペダル角度センサ１０及びトルクセンサ１４よりの測定値は制御手段４に入力され記憶されるようになっている。制御手段４は、インターフェイスパネル４１、表示部２１、各個人のデータや設定を入力する操作部２２、内蔵された記憶・演算部（図示せず）及び評価手段３４等を備え、又、制御信号が入出力されるようになっている。
【００２２】
計測終了後、上記各センサ９、１０、１４によりの計測データに基づいて測定実施者の推定最大筋力の評価を評価手段３４にておこなう。個人間で推定最大筋力を比較するときは、一般に正規化して比較する必要があるので、推定最大筋力を体重で割った値を筋力の指標として比較する。
【００２３】
上記方法を用いて、老若男女数百名のデータをとって性別毎に、横軸に実年齢、縦軸に筋力の指標値をグラフにプロットし、筋力の指標と年齢を統計的に平均的な近似曲線に置き換えて評価基準値として評価手段３４として制御手段４に記憶させておく。そうすれば、新たに計測したデータを筋力の指標の平均的な近似曲線（評価基準値）に当てはめて評価することで筋力の年齢を求めることができる。求まった実年齢が評価基準値の筋力の年齢より小さければ、筋力の指標における筋力の年齢は若いといい、大きければ、老いているといい、使用者に運動することを勧めることができる。
【００２４】
評価手段３４にて筋力の評価をおこなった後、トレーニング負荷を設定（制御）して筋力トレーニングをおこなうのであり、以下の実施例がある。
（基本構成）
筋力トレーニングの負荷量を制御するのに当たって、評価手段３４により評価された最大筋力より算出して制御する。
【００２５】
筋力増大のためのトレーニング時の適切な負荷は、従来のトレーニング理論より最大筋力の８割に相当する負荷とされている。このことにより筋力測定で評価手段３４により評価された最大筋力の８割の値を負荷量の目標値とする。つまり、筋力トレーニングのための負荷量を算出する算出機能によって、最大筋力の８割の値に相当するトルクの値を算出し、筋力トレーニング時にペダルの踏み込みにより発揮されるトルクのピーク値との差Ｄ１を算出する。そして、電磁ブレーキ９によるブレーキ力がトルクの差Ｄ１に比例するように電磁ブレーキ９の制御をおこなう（図４参照）。
【００２６】
このようにすることで、使用者は自己の最大筋力の８割に相当する力で適切な筋力トレーニングをおこなうことができる。
（実施例１）
筋力トレーニング時の負荷量を制御するのに当たって、評価手段３４より評価された左右の脚の最大筋力の差より算出して制御する。
【００２７】
左右の脚の筋力は通常ほぼ等しくなるはずである。しかし、人によっては長年の特殊な運動や、怪我などによる使用頻度の違いにより左右の脚の筋力の偏りが生じることがある。このような場合、左右の脚の筋力が等しくなるようトレーニングすることが望ましいものである。そこで、評価手段３４により評価された左右の脚のうち最大筋力の小さいほうの脚のブレーキ力を、最大筋力の大きいほうの脚のブレーキ力に対して、最大筋力の差に比例した値だけ増加させる。そして、左右の脚により発揮されるトルクのピーク値の差Ｄ２を算出し、差が生じている場合は、最大筋力の小さいほうの脚の踏み込み時に差に比例したブレーキ力を更に加算し、左右の脚により発揮されるトルクが等しくなるよう電磁ブレーキ９の制御をおこなう（図５参照）。
【００２８】
このようにすることで、使用者は左右の脚が等しく力を発揮するような適切な筋力トレーニングをおこなうことができる。
（実施例２）
リカンベントサイクル型エルゴメータにおいて、筋力トレーニング時に使用する筋肉を変更する。
図１に示すように、椅子支柱２５を例えば、二重筒構造のような適宜な伸縮が可能な構成にしてサドル３の座面３１の高さを低くできるようにすることにより、又、フレーム２の形状を変更してペダル２０の回転中心Ｘの位置を座面３１より高くし、座面３１を回転中心Ｘより低くなるように固定したり、又、背もたれ部３２を座面３１と反対方向へ倒してゆき、背もたれ部３２と座面３１との間のなす角度θが１４０度付近となる位置で背もたれ部３２を固定したりする。このように、筋力トレーニング時に使用する筋肉を変更する構成を変更手段３６と称する。
これによりペダル２０を漕ぐときに使用する主な筋肉が加齢変化の大きい太もも前部の筋肉とするのであり、太もも前部の筋肉を効率的にトレーニングすることができる。
ところで、図２に示すように、インターフェイスパネル４１には筋力測定モード用の切替えボタン３７とトレーニングモード用の切替えボタン３８を設けてあって、各ボタン３７、３８からの操作信号が制御手段４に入力されて各モードが作動及び停止するようにしてある。
つまり、筋力測定モード用の切替えボタン３７の操作によって筋力測定機能が作動し、ペダル２０に発生するトルクを計測し、ペダル回転速度を計測し、ペダル２０の位置を計測して筋力測定をおこなうようにしている。トレーニングモード用の切替えボタン３８の操作によって、上記筋力測定の測定結果に基づいて筋力トレーニングのための負荷量を算出する算出機能が作動し、筋力測定結果及び使用者が発揮できる左右の各脚の最大筋力を評価する評価手段３４に基づいて適正な負荷量を算出し、負荷量の算出結果に基づいて負荷手段１７Ａを制御して適正な負荷に基づいて筋力トレーニングができるようにしている。
【００２９】
以上のように本発明においては、筋力測定機能と、筋力測定の測定結果に基づいて筋力トレーニングのための負荷量を算出する算出機能と、負荷量の算出結果に基づいて負荷手段を制御して筋力トレーニングをおこなう筋力トレーニング機能とを備えていて、ペダル２０に発生するトルクを計測するトルク計測手段１４Ａと、ペダル回転速度を計測する回転速度計測手段９Ａと、ペダルの位置を計測する位置計測手段１０Ａとによって筋力測定がおこなえ、筋力測定結果及び使用者が発揮できる左右の各脚の最大筋力を評価する評価手段３４に基づいて適正な負荷量を算出でき、負荷量の算出結果に基づいて負荷手段１７Ａを制御して適正な筋力トレーニングがおこなえるのである。
【００３１】
更に、筋力トレーニングのための負荷量は、評価手段３４により評価された左右の脚力の最大筋力の値の差に比例して最大筋力の小さい方の脚の負荷量を増加させることで、最大筋力の値の差に応じた負荷量を算出し負荷手段１７Ａを制御して設定（制御）するのであり、測定の結果、左右の脚の最大筋力に大きな開き（差）があって左右の筋力のバランスが悪くなっている場合に、左右の脚の筋力のバランスを保つような適切な筋力トレーニングをおこなうことができる。
【００３２】
又、最大筋力の値の小さい方の脚の踏み込み時の負荷量を値の大きい方の脚の踏み込み時の筋力と等しくなるよう負荷量を算出し制御するのであり、測定の結果、左右の脚の最大筋力に大きな開き（差）があって左右の筋力のバランスが悪くなっている場合は、左右の脚の最大筋力のうち値の小さい方の脚のペダル踏み込み時に発揮される筋力と等しくなるような負荷量を算出し、制御することで、左右の脚の筋力のバランスを保つような適切な筋力トレーニングをおこなうことができる。
【００３３】
ところで、リカンベントサイクル型エルゴメータにおいては、筋力トレーニング時に使用する筋肉を変更するための変更手段３６を備えていて、リカンベントサイクル型エルゴメータにおいて、トレーニングする筋肉を例えば太ももとするとの変更を容易におこなうことができ、加齢により衰えやすい太もものトレーニングをおこなうことができる。
【００３４】
この場合、変更手段３６は、例えば、ペダル２０の回転中心Ｘの高さに対して椅子部分３３の座面３１の高さを低くするものであり、リカンベントサイクル型エルゴメータのペダル２０を漕ぐ場合に、ペダル２０の回転中心Ｘの高さに対して椅子部分３３の座面３１の高さを低くすることで、トレーニングする筋肉を太ももとする変更をおこなうことができ、加齢により衰えやすい太もものトレーニングをおこなうことができる。
【００３５】
更に、変更手段３６は、例えば、椅子部分３３の背もたれ部３２と座面３１との間の角度θを１４０度付近とすることから、座面３１に対して１４０度付近に傾斜した背もたれ部３２に背中を持たせることができ、トレーニングする筋肉を太ももとする変更をおこなうことができ、加齢により衰えやすい太ももの適切なトレーニングをおこなうことができる。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１の発明においては、トルク計測手段で計測されたペダルの踏み込み時に発生するトルクと、回転速度計測手段で計測されたペダルの回転速度と、位置計測手段で計測されたペダルの位置とに基づいて得られる筋力測定結果から使用者が発揮できる左右の各脚の最大筋力を評価する評価手段と、ペダルを踏み込む脚に対して抵抗となる負荷をかける負荷手段と、筋力測定結果及び評価手段による評価結果に基づいて筋力トレーニングのための負荷量を左右の脚別に算出する記憶・演算部と、負荷手段による負荷を記憶・演算部で算出された負荷量に制御する制御手段とを有しているから、ペダルに発生するトルクを計測するトルク計測手段と、ペダル回転速度を計測する回転速度計測手段と、ペダルの位置を計測する位置計測手段とによって筋力測定がおこなえ、筋力測定結果及び使用者が発揮できる左右の各脚の最大筋力を評価する評価手段に基づいて筋力トレーニングに適正な負荷量を算出でき、負荷量の算出結果に基づいて負荷手段を制御して適正な負荷に基づいて筋力トレーニングがおこなえるという利点がある。
【００３９】
更に、記憶・演算部は、評価手段により評価された左右の脚力のうち、最大筋力の値の小さい方の脚の負荷量を、値の大きい方の脚の負荷量よりも、最大筋力の値の差に比例する分だけ増加させるものであり、制御手段は負荷手段による各負荷を記憶・演算部で算出した左右の脚別の負荷量とするものであるから、測定の結果、左右の脚の最大筋力に大きな開き（差）があって左右の筋力のバランスが悪くなっている場合に、左右の脚の筋力のバランスを保つような筋力トレーニングをおこなうことができるという利点がある。
【００４０】
請求項２の発明においては、請求項１の効果に加えて、記憶・演算部は、最大筋力の値の小さい方の脚の踏み込み時の負荷量を、トルク計測手段で計測されるトルクが左右で等しくなるまで増加させるものであるから、測定の結果、左右の脚の最大筋力に大きな開き（差）があって左右の筋力のバランスが悪くなっている場合は、左右の脚の最大筋力のうち値の小さい方の脚のペダル踏み込み時に発揮されるトルクが値の大きい方の脚の踏み込み時のトルクと等しくなるような負荷量を算出し、負荷手段を制御することで、左右の脚の筋力のバランスを保つような筋力トレーニングをおこなうことができるという利点がある。
【００４１】
請求項３の発明においては、請求項１又は２の効果に加えて、リカンベントサイクル型エルゴメータであって、使用者が筋力トレーニング時に使用する筋肉を変更するための変更手段を備えているから、リカンベントサイクル型エルゴメータにおいて、トレーニングする筋肉を例えば太ももとするとの変更を容易におこなうことができ、加齢により衰えやすい太もものトレーニングをおこなうことができるという利点がある。
【００４２】
請求項４の発明においては、請求項３の効果に加えて、変更手段は、ペダルの回転中心の高さに対して椅子部分の座面の高さを低くするものであるから、リカンベントサイクル型エルゴメータのペダルを漕ぐ場合に、ペダルの回転中心の高さに対して椅子部分の座面の高さを低くすることで、トレーニングする筋肉を太ももとする変更をおこなうことができ、加齢により衰えやすい太もものトレーニングをおこなうことができるという利点がある。
【００４３】
請求項５の発明においては、請求項３又は４の効果に加えて、変更手段は、椅子部分の背もたれ部と座面との間の角度を１４０度付近とするものであるから、座面に対して１４０度付近に傾斜した背もたれ部に背中を持たせることができ、トレーニングする筋肉を太ももとする変更をおこなうことができ、加齢により衰えやすい太もものトレーニングをおこなうことができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のサイクル型エルゴメータの実施の一形態の概略側面図である。
【図２】同上のインターフェイスパネルの正面図である。
【図３】同上の制御手段のブロック図である。
【図４】同上の基本構成のトレーニング時のトルクとブレーキ力の関係を示すグラフである。
【図５】同上の実施例１のトレーニング時のトルクとブレーキ力の関係を示すグラフである。
【図６】従来例の説明図である。
【符号の説明】
４ 制御手段
９Ａ 回転速度計測手段
１０Ａ ペダル位置計測手段
１４Ａ トルク計測手段
１７Ａ 負荷手段
２０ ペダル
３４ 評価手段
３６ 変更手段

Claims (5)

1. トルク計測手段で計測されたペダルの踏み込み時に発生するトルクと、回転速度計測手段で計測されたペダルの回転速度と、位置計測手段で計測されたペダルの位置とに基づいて得られる筋力測定結果から使用者が発揮できる左右の各脚の最大筋力を評価する評価手段と、ペダルを踏み込む脚に対して抵抗となる負荷をかける負荷手段と、筋力測定結果及び評価手段による評価結果に基づいて筋力トレーニングのための負荷量を左右の脚別に算出する記憶・演算部と、負荷手段による負荷を記憶・演算部で算出された負荷量に制御する制御手段とを有しており、記憶・演算部は、評価手段により評価された左右の脚力のうち、最大筋力の値の小さい方の脚の負荷量を、値の大きい方の脚の負荷量よりも、最大筋力の値の差に比例する分だけ増加させるものであり、制御手段は負荷手段による各負荷を記憶・演算部で算出した左右の脚別の負荷量とするものであることを特徴とするサイクル型エルゴメータ。
2. 記憶・演算部は、最大筋力の値の小さい方の脚の踏み込み時の負荷量を、トルク計測手段で計測されるトルクが左右で等しくなるまで増加させるものであることを特徴とする請求項１記載のサイクル型エルゴメータ。
3. リカンベントサイクル型エルゴメータであって、使用者が筋力トレーニング時に使用する筋肉を変更するための変更手段を備えて成ることを特徴とする請求項１又は２記載のサイクル型エルゴメータ。
4. 変更手段は、ペダルの回転中心の高さに対して椅子部分の座面の高さを低くするものであることを特徴とした請求項３記載のサイクル型エルゴメータ。
5. 変更手段は、椅子部分の背もたれ部と座面との間の角度を１４０度付近とするものであることを特徴とする請求項３又は４記載のサイクル型エルゴメータ。

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