JP4478208B1 - 運動補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】脚後方に配置した膝受け体に対して前後移動する本体の座部によって膝関節を支点に股関節を伸展させて膝上に股関節が乗るように使用者を支えることで、歩行等の動作に限りなく近い股関節の伸展動作を可能とし、体幹中心の動きをさせて、使用者をとわずに有酸素運動のトレーニング効果の向上を図る。
【解決手段】使用者Ｓの脚Ｌの後方に配置する膝受け体２と、この膝受け体２に対して前後移動する本体３とを有し、この本体３に使用者Ｓが着座する座部４と把持する把持部５とを設ける。膝受け体２は、使用者Ｓの股関節Ｋが伸展する時に脚Ｌの後方側に当接して、使用者Ｓの膝関節Ｈの後方移動を規制し、本体３は、膝受け体２の規制を受けた膝関節Ｈを支点として股関節Ｋが前方に移動する時に前方移動して、使用者Ｓの体幹Ｔの軸線Ｊ上に股関節Ｋと膝関節Ｈとが位置するように使用者Ｓを座部４と把持部５とで支えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、重心移動を伴う股関節伸展のトレーニングに適した運動補助装置に関する。

一般に、健康維持（生活習慣病の改善）や競技力向上には有酸素運動によって体脂肪を減少させて、糖代謝を促進することが有効である。すなわち、筋肉のエネルギ源であるブドウ糖を筋肉に取り込んで燃焼させれば、余剰のブドウ糖が消費され、高血糖、高インスリン血症の改善の結果、生活習慣病（糖尿病、肥満、高脂血症など）の改善に寄与することになる。

筋肉への余剰ブドウ糖の取り込みは筋収縮によって生じ、筋肉へのブドウ糖の取り込み量を増加させれば、糖代謝を促進することが可能になる。
筋収縮による糖代謝を効率的に行うには、体積の大きい筋肉に筋収縮を生じさせることが望ましく、股関節を屈伸して大腿部や体幹などの大筋群を筋収縮させることが有効と考えられる。

筋肉を収縮させる運動補助装置としては、自転車漕ぎ運動を模擬する装置（エアロバイク）、ランニングを模擬する装置（トレッドミル）などが知られている。
エアロバイクは、固定式自転車のペダリングによる運動補助装置である。脚筋力の強化や全身持久力のトレーニングを目的としている。
また、トレッドミルは、歩行又は走行面である移動ベルトの回転速度や傾斜角度が調節可能な運動補助装置である。全身持久力のトレーニングを目的として、トレッドミル上での走行や歩行運動が行われることも多い。

一方、体幹や大腿部を動かすために腸腰筋等の筋群によって股関節を屈伸する動作は、歩く、走るという動作だけでなく、打つ、投げる、蹴る等の動作においても重要である。これは、股関節の伸展によって骨盤で膝関節を押さえた（膝上に股関節が乗った）ときに、地面を押す大きな力が楽に得られ、この力をゴルフクラブ、ボール、バットなどに伝えることで競技力が向上するからである。

なお、体幹、大腿部等の筋群を含めた筋肉の使い方として、動作の初端は負荷が大きいものの、動作の進行につれて負荷を小さく（漸減）していくものがある。このような使い方をすることで、拮抗筋が同時に収縮することを防ぎ、各筋群が連動性よく動作し、柔軟で弾力性に富む筋肉となるトレーニングができる。
上述したように、ポイントである股関節屈伸をさせるための運動補助装置として、特許文献１に記載された電動椅子が知られている。

この電動椅子は、座部と背もたれ部とアームレスト部とを有する椅子であって、座部を揺動させるための手段と、膝を上下させる屈伸運動手段とを備えている（特許文献１参照）。

特開２００５−２４５６３８号公報

しかしながら、上述した従来の運動補助装置には、次のような問題があった。
エアロバイクは、使用者の体幹部を動かさずとも、脚などの末端部のみでペダリングできるものである。また、歩く、走るという実際の動作と比較すると、ペダルの回転半径が定められているため、使用者の使う筋群範囲が限定的である。
また、トレッドミルは、一見、使用者が走っているように見えるが、実は斜め前上方に飛び上がっているだけであり、例え速度を上げても斜め前上方に高く飛んでしまえばこなせてしますものである。その結果として、使用者のふくらはぎなど末端部のみ運動になりやすい。さらに、トレッドミルは、屋外におけるウォーキングやランニングを代替する運動が室内でできるように作られた運動補助装置であるものの、実際の歩く動作や走る動作とは異なることが大きな問題である。

一方、電動椅子は、持上棒を上方向に移動して膝を持ち上げると共に太股部を胸側に圧迫させるようになっているため、股関節の動きが小さい。また、使用者が着座する座部より膝の裏側にある持上棒が高位置にあり、実際に歩く、走る、打つ時などの股関節の伸展動作を使用者にさせることができない。
これら従来の運動補助装置に共通する問題点としては、上述したウォーキング、ランニング等の実動作とは異なること、使用者は末端部を大きく動かすなどのため、体幹部（大筋群）の動きが小さくなり有酸素運動の効果が低いことが挙げられる。

またこれらに加え、足首関節（距腿関節）、膝関節、股関節の使用割合が使用者によって異なるという問題もある。
すなわち、使用者が上級者である場合は、足関節、膝関節の動きが小さく股関節を中心とした動きになるが、高齢者や股関節の硬い（可動域が狭い）者の場合、動かしやすい足関節や膝関節などの末端部を中心とした動きになりやすい。したがって、使用者によっては、大筋群を使って糖代謝を促進することができず、有酸素運動のトレーニング効果が十分ではない。

本発明は、このような問題点に鑑みて、脚後方に配置した膝受け体に対して前後移動する座部によって股関節を伸展させて体幹の軸線上に股関節と膝関節とが位置する動きを使用者にさせることで、歩く、走る、打つなどの実動作に限りなく近い動作が可能となり、重心移動を伴った体幹（大筋群）中心の動きをさせて、使用者を問わずに酸素運動のトレーニング効果を向上させることができる運動補助装置を提供することを目的とする。

前記課題を達成するために、本発明は、以下の技術的手段を採用した。
第１に、使用者Ｓの脚Ｌの後方に配置する膝受け体２と、この膝受け体２に対して前後移動する本体３とを有し、この本体３に前記使用者Ｓが着座する座部４と着座した使用者Ｓが把持する把持部５とを設けた運動補助装置であって、
前記膝受け体２は、前記使用者Ｓの股関節Ｋが伸展する時に前記脚Ｌの後方側に当接して、前記使用者Ｓの膝関節Ｈの後方移動を規制し、
前記本体３は、前記膝受け体２の規制を受けた膝関節Ｈを支点として前記股関節Ｋが前方に移動する時に前方移動して、前記使用者Ｓの体幹Ｔの軸線Ｊ上に股関節Ｋと膝関節Ｈとが位置するように使用者Ｓを座部４と把持部５とで支えていることを特徴とする。

第２に、前記膝受け体２を支持する基台６を有していて、
前記本体３を、前記使用者Ｓの股関節Ｋの前方移動につれられて前記基台６上を移動するように構成していることを特徴とする。
第３に、前記膝受け体２は、前記基台６に対して移動可能に支持され、
前記基台６に、前記膝受け体２の移動距離Ｄ１を規制し且つこの移動距離Ｄ１と前記本体３の移動距離Ｄ２との比を調整する移動調整手段７を設けていることを特徴とする。

第４に、前記本体３は車輪８を介して前記基台６上を移動し、前記基台６に前記本体３が前方に移動するにつれて上るように上り坂状の傾斜部９を設けていることを特徴とする。
第５に、前記基台６に前記傾斜部９の傾斜角度αを調整する傾斜調整手段１０を設けていることを特徴とする。

第６に、前記傾斜部９を、上面の傾きが傾斜部９の起点から漸減するように形成していることを特徴とする。
これらの特徴により、使用者Ｓの脚Ｌ後方側に当接して膝関節Ｈの後方移動を規制する膝受け体２に対して前後移動する本体３の座部４及び把持部５によって、体幹Ｔの軸線Ｊ上に股関節Ｋと膝関節Ｈとが位置するように使用者Ｓを支えることで、実際の歩く、走る、打つ等の動作に限りなく近い「骨盤を前に送りながらの重心移動を伴った股関節Ｋの伸展動作」を、どの使用者Ｓに対しても実践させることが可能となり、必然的に体幹Ｔや、臀部及び大腿部の大きな筋肉を動かすこととなるため、糖代謝を促し、有酸素運動のトレーニング効果を向上させることができる。

また、膝受け体２を支持する基台６上で股関節Ｋの移動につれて移動可能に本体３を構成することで、股関節Ｋの伸展開始時には、本体３に慣性がはたらくため、股関節Ｋ伸展に対して最も負荷がかかるものの、本体３が等加速度運動になるにつれて負荷を漸減させていくことが可能となる。
さらに、基台６に移動可能に取り付けられた膝受け体２の移動距離Ｄ１と本体３の移動距離Ｄ２との比を調整する移動調整手段７を設けることで、使用者Ｓの大腿部の長さや股関節Ｋの可動範囲に合わせて、どの使用者Ｓでも膝関節Ｈを支点に大腿部を立ち上げて
体幹Ｔの軸線Ｊ上に股関節Ｋと膝関節Ｈとを位置させることが可能となる。

そして、基台６に上り坂状の傾斜部９を設けることで、股関節Ｋの伸展時に本体３が傾斜部９にのぼって使用者Ｓにかかる負荷が増大するため、より高い有酸素運動効果を得ることができる。
また、基台６に傾斜部９の傾斜角度αを調整する傾斜調整手段１０を設けることで、使用者Ｓの体力や目的に応じて、股関節Ｋ伸展にかかる負荷を調節することが可能となる。

さらに、傾斜部９の上面の傾きが起点から漸減するように形成することで、股関節Ｋの伸展時にかかる負荷を、動作の初端から終端にかけて漸減（瞬時、連続性をもって減少）させることができる。

本発明に係る運動補助装置によると、脚後方に配置した膝受け体に対して前後移動する座部によって膝関節を支点に股関節を伸展させて体幹の軸線上に股関節と膝関節とが位置するように使用者を支えることで、歩く、走る、打つなどの実動作に限りなく近い股関節の伸展動作が可能となり、重心移動を伴った体幹中心の動きをさせて、使用者を問わず、有酸素運動のトレーニング効果の向上が図れる。

第１実施形態に係る運動補助装置が初端位置にある時の側面図である。 運動補助装置が終端位置にある時の側面図である。 運動補助装置の斜視図である。 図１における運動補助装置のＡ−Ａ線断面図である。 運動補助装置の平面図である。 第２実施形態に係る運動補助装置の側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１〜４には、本発明の第１実施形態に係る運動補助装置１が示されている。
図１に示すように、この運動補助装置１は、床のような設置面の定位置に設置される基台６と、この基台６上で車輪（前後輪）８ａ、８ｂを介して前後方向に移動可能な本体３とを有している。この本体３は、使用者Ｓが着座する座部４と、着座した使用者Ｓが把持する把持部（ハンドル）５とを備え、左右側部に前記車輪８ａ、８ｂが枢支されている。

なお、本体３の前後移動とは、前上り斜め前後移動を含む。
基台６は、略長方形の平板状であって、上部に設けられた上り坂状の傾斜部（傾斜台）９と、この傾斜台９の傾斜角度αを調整する傾斜調整手段１０と、後部左右縁から延設した前記支持部材１１と、この支持部材１１の先端に設けられた前記膝受け体２とを有している。

ここで、傾斜台９の傾斜角度αとは、図１、２中の角度αであって、傾斜台９の後述するリンク軸９ａと基台６の横軸１２とを結ぶ線分が水平方向に対してなす角度である。
前記傾斜台９は、略矩形の平板状であって、傾斜台９の後端部（基端部）９ａが左右方向（長辺）に沿って延びる横軸１２によって基台６に上下揺動自在に枢支されている。傾斜台９の前後長さは前記本体３の前後方向の移動距離Ｄ２よりも長くなっており、傾斜台９の前後長さは、基台６の前後長さと略同一である。

傾斜台９は、側面視で先端いくにつれて下向きに湾曲している。よって、傾斜台９は、横軸１２に枢支された基端側（傾斜部９の起点）から先端側にかけて、傾斜台９の上面が水平方向となす傾きが徐々に緩やかになっている。つまり、傾斜台９は、上面の傾きが漸減するように形成されている。
傾斜台９の下面と基台６前部の上面との間には、傾斜台９の傾斜角度αを調整するための前記傾斜調整手段１０が設けられている。

この傾斜調整手段１０は、傾斜台９の前半部下方の基台６に形成された凹部６ａ内に設けられている。また、傾斜調整手段１０は、一端が傾斜台９下面にリンク軸９ａによってそれぞれ枢支された左右一対の傾斜リンク１３ａ、１３ｂと、これら左右傾斜リンク１３ａ、１３ｂの他端がそれぞれ枢支され且つ前記凹部６ａ内で前後スライドするスライド体１４と、このスライド体１４を基台６の長手方向（前後方向）に沿って前後に案内する略棒状で左右一対の案内部材１５ａ、１５ｂと、これら左右案内部材１５ａ、１５ｂとの間で基台６の前後方向に延び且つ前記スライド体１４に貫通して螺合するボールネジ（雄ネジ）１６と、このボールネジ１６を軸心回りに回転させる傾斜モータ１７とを有している。

左右の傾斜リンク１３ａ、１３ｂは、長尺状であって、それぞれの一端（上端）が傾斜台９下面（裏面）の前後方向中途部で且つ左右端部に枢支され、それぞれの他端（下端）が前記スライド体１４の前後方向中途部で且つ左右端部に枢支されている。
すなわち、図２中の２点鎖線にて示した如く、左右傾斜リンク１３ａ、１３ｂを介して、スライド体１４が案内部材１５ａ、１５ｂに沿って後方スライドすることで傾斜台９の傾斜をきつく（傾斜角度αを大きく）し、前方スライドすることで傾斜を緩く（傾斜角度αを小さく）できる。

スライド体１４は、略直方体状の部材であって、左右幅が基台６の凹部６ａ内に収まるように形成され、前後幅が前記凹部６ａの前後長さよりも短く設定されている。スライド体１４の左右端部は、前記左右案内部材１５ａ、１５ｂが前後方向に沿って摺動自在に貫通する左右一対の貫通孔１８ａ、１８ｂが形成されている。
この貫通孔１８ａ、１８ｂの内部には、リニアモーションベアリングなどの軸受けがそれぞれ取り付けられており、スライド体１４は、案内部材１５ａ、１５ｂに沿ってスムースに前後移動することができる。

前記左右貫通孔１８ａ、１８ｂの略中間であってスライド体１４の中央部は、前記ボールネジ１６が前後方向に沿って螺合する螺合孔１９が形成されている。この螺合孔１９内部には雌ネジが切ってあり、ボールネジ１６を傾斜モータ１７によって軸心回りに回転させることによって、スライド体１４が任意位置に前後移動可能となっている。また、任意の位置に移動後は、傾斜モータ１７への通電を遮断することによって、傾斜モータ１７がブレーキの役割を果たす。

なお、傾斜調整手段１０は、基台６前部と傾斜台９下面との間に設けられた蛇腹状のカバー２０によって覆われおり、基台６と傾斜台９との間に指や手を入れることができないように構成されている。
前記基台６の上面には、傾斜台９の上面にわたって長手方向に沿って延びる左右一対のレール溝２１が設けられている。

これら左右レール溝２１は、一定間隔をあけて所定の深さ（約１ｃｍ）であって、前記本体３の車輪８ａ、８ｂが嵌りこんで転動可能な溝幅に形成されている。各レール溝２１は、傾斜台９側の前縁手前から基台６側の後縁手前まで設けられており、長さが本体３の移動距離Ｄ２よりも長くなっている。
つまり、各レール溝２１は、前後端を塞いで、本体３及び車輪８の基台６前後方への脱落を防止する前後の車止め２２ａ、２２ｂが設けられている。なお、前車止め２２ａには後端側に、後車止め２２ｂには前端側に各車輪８ａ、８ｂと当接した際の衝撃を吸収するクッション材によって形成されている。

前記支持部材１１は、基台６後部の左右端部から前上方に延設した左右一対のアーム状であって、基台６（基端）側の外筒１１ａと、この外筒１１ａに伸縮自在に内嵌した先端側の内筒１１ｂとを有している。各筒１１ａ、１１ｂは、複数の連通孔２３がそれぞれに設けられており、任意の連通孔２３にピン等の固定具２４を挿通させることで、支持部材１１は、使用者Ｓの体型に合わせてアーム長さ調整自在となっている。

なお、後述のポストアーム２６及び支持アーム２９も、内筒と外筒とによる伸縮自在な構造を有し、複数の連通孔２３、固定具２４によってアーム長さ調整自在となっている。
前記内筒１１ｂの先端には、移動調整手段７を介して前記膝受け体２が設けられている。
移動調整手段７は、油圧又は空気シリンダや、コイルバネ等であって、膝受け体２を前上方に付勢し且つ支持部材１１の延設方向に沿って出退させるものである。この移動調整手段７の先端（シリンダ内のピストン先端、コイルバネの先端など）に膝受け体２が取り付けられている。

また、移動調整手段７は、例えば、ピストンの出退距離を段階的に規制したり、コイルバネの縮み幅を段階的に切り替えるなどによって、移動調整手段７の出退幅（つまり、膝受け体２の移動距離Ｄ１）を変更、又は移動距離Ｄ１が０（ゼロ）となるように移動調整手段７の出退をロックすることで、膝受け体２の移動を規制するように構成されている。
したがって、移動調整手段７は、膝受け体２の移動距離Ｄ１を規制することによって、この移動距離Ｄ１と、本体３の前方への移動距離Ｄ２との比を、例えば、０：１０や、１：９などのように調整することが可能となる。

前記膝受け体２は、クッション性のある材質によりその周面が覆われた左右一対の略円柱状のクッション部材であって、その長さ（軸心方向の長さ）は使用者Ｓの大腿部の幅よりも長く形成されている。膝受け体２は、その軸心方向が、前記内筒１１ｂ先端に左右内側に延設し且つ支持部材１１のアーム長さ方向に略直交するように取り付けられている。
このように支持部材１１に取り付けることで、膝受け体２は、座部４に着座した使用者Ｓの脚Ｌ後方側（膝裏）に配置される。

また、後述のように、使用者Ｓが股関節Ｋを伸展させた際に、膝受け体２は、使用者Ｓの脚Ｌの後方（膝裏、大腿部の裏やふくらはぎ上部の裏）側に当接することとなる。
図１に示すように、前記本体３は、略直方体状であって、前下部に左右の前輪８ａが、後下部に左右の後輪８ｂが回動自在にそれぞれ枢支されている。これによって、本体３は、基台６上をレール溝２１に沿って前後に移動することができる。

なお、左右の前輪８ａの直径は、後輪８ｂの直径より小さく設定され、傾斜台９の後方で基台６の後端部に後輪８ｂを置く載置部６ｂが設けられており、本体３の後輪８ｂが後車止め２２ｂに当接する位置において、前輪８ａが傾斜部９上にあっても本体３上面が略水平となっている。
後輪８ｂが後車止め２２ｂに当接する時に、本体３は、座部４に着座した使用者Ｓが股関節Ｋを屈曲させた状態で膝受け体２に膝をかけられるような位置にある（以下この位置を本体３の「初端位置Ｐ１」とする）。

また、本体３下面と基台６上面とは、所定長さのチェーン、ロープ等で構成された本体ストッパ２５によって連結されており、本体３の基台６に対して移動可能な最大距離を規制し、本体３がレール溝２１の車止め２２ａ、２２ｂを乗り越えて基台６前後からはみ出すことはない。なお、運動補助装置１の整備時や移動時には、本体ストッパ２５を、基台６や本体３から取り外すことができる。

本体３は、中央上部に設けられ且つ使用者Ｓが着座する座部４と、この座部４の前方で立設したポストアーム２６と、このポストアーム２６の先端に設けられたボックス体２７と、このボックス体２７に設けられ且つ使用者Ｓが把持する左右一対の把持部（ハンドル）５ａ、５ｂと、前記ボックス体２７に設けられた表示部２８とを有している。
前記座部４は、自転車のサドル状に形成され、本体３の略中央部から後上方へ延設した支持アーム２９を介して取り付けられている。この支持アーム２９は、使用者Ｓの体型に合わせて長さ調整自在となっている。

座部４は、上面が前下りとなるように支持アーム２９先端に取り付けられており、座部４上面の傾斜角度を調整自在としてもよい。
前記ポストアーム２６は、本体３前部の上面から前上方に立設した略柱状であって、支持アーム２９と同様に、使用者Ｓの体型に合わせて長さ調整自在となっている。このポストアーム２６の先端にはボックス体２７が取り付けられている。

前記ボックス体２７は、略直方体状であって、その使用者Ｓ側の面には表示部２８が設けられている。この表示部２８は、タッチパネル（タッチボタン）で構成されており、使用者Ｓの体重、性別、年齢等の属性を入力することが可能となっている。また、これらの属性に基づき、使用者Ｓに適した傾斜角度αを計算する演算部３０がボックス体２７に内蔵されている。

また、表示部２８のタッチボタンを操作することによって、基台６側の移動調整手段７における膝受け体２の移動距離Ｄ１や、傾斜調整手段１０の傾斜角度αを変更することができる。なお、本体３から基台６へのタッチボタン操作による信号伝達は、無線、又は前記本体ストッパ２５に沿って有線としてもよい。
前記左右のハンドル５ａ、５ｂは、座部４前方に位置したボックス体２７の左右端面にそれぞれ設けられており、自転車のドロップハンドル状であって、側面視で略Ｊ字状であって正面視で略Ｌ字状に形成されている。

詳しくは、ハンドル５ａ、５ｂは、ボックス体２７の左右端面からそれぞれ左右外方へ突出した左右の横アーム３１ａ、３１ｂと、これら左右横アーム３１ａ、３１ｂの先端から湾曲しながら前上方に延設した左右の縦アーム３２ａ、３２ｂとを有している。
ハンドル５ａ、５ｂは、左右の横アーム３１ａ、３１ｂがボックス体２７に回動位置決め自在に取り付けられているため、縦アーム３２ａ、３２ｂのボックス体２７に対する角度が調節自在となっている。

また、ハンドル５ａ、５ｂには、横アーム３１ａ、３１ｂと縦アーム３２ａ、３２ｂとそれぞれに前述のグリップセンサが設けられている。なお、グリップセンサとは、血液の光電脈波を利用して血流の拍動を測定し、測定した拍動を計数回路にて心拍数に変換する装置である。
第１実施形態に係る運動補助装置１の使用態様について説明する。

まず、使用者Ｓは、自分の体型に合わせて、座部４の支持アーム２９の長さ、膝受け体２の支持部材１１のアーム長さ、及びポストアーム２６の長さを調整する。
このとき、支持部材１１は前方に、支持アーム２９は後方に傾斜しているため、少ない長さ調整幅で膝受け体２と座部４との間の距離及び座部４の高さを同時に調整でき、使用者Ｓの身長及び大腿部の長さに容易に対応できる。

さらに、ポストアーム２６は前方に傾斜しており、こちらも少ない長さ調整幅で座部４とハンドル５ａ、５ｂとの間の距離及びハンドル５ａ、５ｂの高さが同時に調整でき、使用者Ｓの体型や腕の長さに容易に対応できる。
次に、使用者Ｓは、初端位置Ｐ１にある本体３上の座部４に着座し、使用者Ｓの体重や希望する負荷等に合わせて適切な負荷となるように、表示部２８におけるタッチパネルで、使用者Ｓの体重、性別、年齢等の属性を入力する。

これらの属性と使用者Ｓが希望する運動負荷の程度（高負荷から低負荷まで段階的に選択可能）に基づいて、演算部３０で算出した適切な傾斜角度αを表示部２８にて通知する使用者Ｓはタッチボタンを操作して、傾斜台９を通知された傾斜角度αに変更する。
また、使用者Ｓが、股関節Ｋが硬い（可動範囲が狭い）場合や、高齢者である場合などには、膝受け体２が多少動いた方が股関節Ｋの伸展がしやすくなる。そこで、使用者Ｓに応じて、表示部２８のタッチボタンを操作することによって、膝受け体２の移動距離Ｄ１を移動調整手段７によって変更し、膝受け体２の移動距離Ｄ１と本体３の移動距離Ｄ２との比を、１：９や２：８などにする。

なお、競技力向上を目指すアスリートならば、移動距離Ｄ１と移動距離Ｄ２との比を０：１０などとし、傾斜角度αもきつめに設定する。
その後、着座した使用者Ｓは、両膝をそれぞれ左右の膝受け体２にかけ、左右のハンドル５ａ、５ｂの横アーム３１ａ、３１ｂを把持する。このように着座し且つ把持した姿勢から使用者Ｓが左右いずれかの股関節Ｋを伸展させ始める（体幹Ｔに対して大腿部を後方に回動させる）。

このとき、脚Ｌの後方側は膝受け体２に当接する。この当接によって、使用者Ｓの膝関節Ｈは、後方（又は後下方）への移動が規制することができる。なお、膝受け体２に当接した状態であっても、膝関節Ｈの上下移動や、膝関節Ｈの屈伸は許容されている。
また、使用者Ｓの大腿部の軸線（股関節Ｋと膝関節Ｈとを結ぶ線分）と、使用者Ｓの体幹Ｔの軸線（背骨の長手方向）Ｊとの間の角度β（股関節Ｋの伸展角度）は１８０°より小さく、略９０°である（図１実線参照）。

使用者Ｓが、さらに股関節Ｋを伸展させようとすると、膝受け体２の規制を受けた膝関節Ｈを支点として、使用者Ｓの股関節Ｋ及び骨盤が前方に移動することとなる。このとき、骨盤（つまり、使用者Ｓの重心）が前方移動することとなるので、使用者Ｓは膝関節Ｈを中心に前に体重がかかるため、体幹Ｔが前傾する。また、本体３は、股関節Ｋ及び骨盤の前方移動につれて、使用者Ｓが着座している座部４と把持しているハンドル５とを介して前向きの力を受ける。

すなわち、所定の質量を有した本体３は、使用者Ｓによる股関節Ｋの伸展につれもたれて基台６上を移動することとなるが、本体３が初端位置Ｐ１から動き始める際に本体３に慣性が働いており、使用者Ｓには着座した座部４と把持したハンドル５から後向きの負荷をかけられていることとなる。また、慣性の働きによって、静止している本体３を動かし始める際に最も大きな力が必要となるため、本体３は、股関節Ｋを伸展し始めるときに、使用者Ｓに最も大きい負荷をかけることができる。

なお、いったん本体３がスピードにのってきた際にも、慣性によって、本体３は基台６上で徐々に等加速度運動に近づくこととなり、座部４及びハンドル５から使用者Ｓにかかる負荷が漸減することとなる。
本体３の慣性の働きによる負荷の漸減と同時に、傾斜台９が起点から前方にいくにつれて上面の傾きが徐々に緩やかになっているため、運動補助装置１は、傾斜台９を登る本体３から使用者Ｓにかかる負荷を漸減させることが可能になっている。

図１、２に示すように、使用者Ｓは後方移動規制された膝関節Ｈを支点に股関節Ｋを伸展させることとなるため、股関節Ｋが伸展しきった時には、前傾した使用者Ｓの体幹Ｔの軸線Ｊ上に股関節Ｋと膝関節Ｈとが位置する（大腿部が立ち上がる）こととなる。
なお、「体幹Ｔの軸線Ｊ上」とは、側面視における使用者Ｓの体幹Ｔの軸線Ｊの延長線上をも含み、「使用者Ｓの体幹Ｔの軸線Ｊ上に股関節Ｋと膝関節Ｈとが位置する」とは、側面視において、股関節Ｋが体幹Ｔの軸線Ｊの下端に位置し、且つ膝関節Ｈが体幹Ｔの軸線Ｊの延長線上に略位置している状態を表す。

また、本体３が股関節Ｋの前方回動につれて前方移動するため、座部４及びハンドル５は、股関節Ｋが膝関節Ｈの上方位置に乗った（骨盤で膝関節Ｈを押さえた）状態の使用者Ｓを支えることができる。
このとき、使用者Ｓの股関節Ｋの伸展角度βは、図１の２点鎖線にて示すように、略１８０°まで開いている。

なお、使用者Ｓが股関節Ｋを伸展しきって且つ骨盤の前方移動を伴って膝上に股関節Ｋを乗せた時における本体３の位置を、以下「終端位置Ｐ２」とする。
また、本体３の終端位置Ｐ２において、使用者Ｓの重心は、脚Ｌの後方側と膝受け体２との当接位置から、ハンドル５の把持位置までの間にくることとなり、使用者Ｓは、その重心の位置へ骨盤を前に突き出す動きを自然に行いながら、自重を座部４上でバランスをとって支えることとなる。したがって、使用者Ｓは、股関節Ｋを膝関節Ｈ上に乗せながら、しっかりと股関節Ｋを伸展させることができる。

本体３が初端位置Ｐ１から終端位置Ｐ２へ移動する際に、使用者Ｓの体幹Ｔは、通常前傾した状態となっており、使用者Ｓの体重は、着座する座部４と、座部４の前方に位置したハンドル５とで支えられる。このとき、使用者Ｓは、ハンドル５を把持しながら肘をほぼ伸ばした（伸展させた）状態で、肩（肩甲骨）に体重がかかることとなる。
なお、傾斜台９の傾斜角度αや本体３の移動距離Ｄ２によっては、見かけ上、体幹Ｔが前傾していないこともあるが、この場合でも、使用者Ｓの重心は前方に移動しており、使用者Ｓは着座した座部４と把持するハンドル５とで体重を支えることとなる。

股関節Ｋを一旦伸展させた後、使用者Ｓは、股関節Ｋを屈曲させることとなるが、この屈曲に伴って本体３は傾斜台９を下ることとなるため、使用者Ｓは特に力を入れなくとも、本体３は、終端位置Ｐ２から初端位置Ｐ１に戻ることとなる。
また、本体３が下る時に使用者Ｓにかかる負荷に対向するように使用者Ｓが力を入れることによって、股関節Ｋを伸展させる筋肉群を伸ばしながら力を発揮させることとなり、筋肉を伸張性収縮させるトレーニング効果も上げられる。

本体３が、初端位置Ｐ１に戻ることによって、股関節Ｋの屈伸の１サイクルが終了する。トレーニング時の使用者Ｓは、この股関節Ｋの屈伸を適切なサイクル繰り返すこととなる。また、トレーニング中は、ハンドル５ａ、５ｂに設けられた後述のグリップセンサによる心拍数等の各種情報をリアルタイムで監視・表示すると共に、これらの情報はコンピュータの記憶部に格納される。

トレーニング終了後には、表示部２８には、消費カロリー等のトレーニング結果が表示される。
上述したように、第１実施形態に係る運動補助装置１は、股関節Ｋの伸展において、実際の歩く、走る、打つ等の動作に限りなく近い「重心移動しながらの股関節Ｋの伸展」を、どの使用者Ｓに対しても、理想的なフォームでさせることができる。

また、使用者Ｓは、必然的に体幹Ｔ、臀部及び大腿部の大きな筋肉を動かすこととなるため、筋肉の糖代謝を促し、有酸素運動のトレーニング効果を向上させることができる。
さらに、この運動補助装置１を使って使用者Ｓが股関節Ｋを伸展させている際には、瞬時、連続性をもって負荷が漸減することにより、股関節Ｋを伸筋（大臀筋及び大腿二頭筋等）が収縮しようとしている時に、拮抗する屈筋（腸腰筋、大腿直筋及び大腿筋膜腸筋等）も同時に収縮して、股関節Ｋを加速度的に動かすことができない状態を防ぐことができる。

このように同時に収縮した状態を起こすことなく股関節Ｋの伸展を行うことで、感覚受容器である筋紡錘・腱器官に適切な負荷を与え、神経筋制御を促進・発達させることが可能となる。
また、この運動補助装置１を用いることによって、理想的な一連動作の促進が図られ、さらに拮抗筋の同時収縮が防止されることにより、神経と筋肉の機能や協調性を高め、筋肉痛や疲労など身体への負担が少なく、筋肉の硬化を伴うことなく、柔軟で弾力性の富んだ筋肉が得られることからことができる。

そして、強制的な心拍数や血圧の上昇が少なく有酸素的に代謝を促進させることにより、糖尿病、高血圧など生活習慣病の予防や靭帯損傷、骨折等の治癒促進に有効であるとともに、神経、筋肉及び関節のストレスの解除、老廃物の除去等、身体に有益な状態を作り出すことができる。
なお、上述では、左右いずれかの股関節Ｋを屈伸させることとしたが、左右両方の股関節Ｋを同時に屈伸させることもできる。

また、歩く動作、走る動作以外にも、動作中に股関節Ｋの伸展を１回行うような、ゴルフクラブやバットなどでボールを打ったり、投げる、蹴るなどの動作においてもトレーニング効果を発揮する。
さらに、使用者Ｓは、上述のように、ハンドル５ａ、５ｂの横アーム３１ａ、３１ｂを把持した場合は、両腕を内旋させた状態で股関節Ｋの屈伸させることとなる。一方、縦アーム３２ａ、３２ｂを把持することで両腕をやや外旋させた状態で股関節Ｋ屈伸を行うこととなり、両腕の内旋、外旋状態を選択することができる。

図６には、第２実施形態に係る運動補助装置１が示されている。
第２実施形態においては、枠組みに固定された電動モータ、エンジン等の駆動源Ｍを有し、この駆動源Ｍからの駆動力によって座部４を膝受け体２に対して前方移動させることによって、使用者Ｓの股関節Ｋの伸展を補助する点が異なっている。
第２実施形態に係る運動補助装置１は、略直方体状の枠体４１と、この枠体４１内で前前上り斜め前後方向に架設された左右一対で棒状の案内部材４２と、この案内部材４２に前上り斜め前後方向に移動自在に設けられた可動体（本体）３と、この可動体３を移動させるために前後端面に取り付けられたチェーンやロープ等の引張部材４３と、この引張部材４３を巻回し且つ前記枠体４１の前後に枢支されたスプロケットやプーリ等の前後一対の回転部材４４ａ、４４ｂと、前回転部材４４ａを回転駆動させる駆動源Ｍと、後回転部材４４ｂに設けられ引張部材４３に負荷を与える電磁ブレーキ等の制動手段４５とを有している。

前記枠体４１は、後下部から前上方に延設する支持部材１１を有している。
これらのポストアーム２６及び支持部材１１と、後述の支持アーム２９の構成は、第１実施形態と同様である。
前記可動体３は、略中央上面から後方に延設する前記支持アーム２９と、この支持アーム２９の前方であって使用者Ｓの正面から前上方に延設する前記ポストアーム２６とを有しており、座部４及びハンドル５は、可動体３とともに移動することとなる。

なお、第２実施形態においては、膝受け体２の前上方に膝押え体４６を連結アーム４７を介して備えている。この膝押え体４６は、引張部材４３を介して駆動源Ｍにより前上方に移動する可動体３及び座部４によって使用者Ｓの膝が膝受け体２から浮くことを防いでいる。
また、制動手段４５は、可動体３（股関節Ｋ）の前上方移動に伴って、股関節Ｋの伸展に対する負荷を漸減させることができる。

運動補助装置１は、上述したように、駆動源Ｍによって略棒状のガイド部材に沿って座部４を前上り斜め前後に移動可能したことによって、高齢者や子供、股関節Ｋの硬い使用者Ｓであっても、駆動源Ｍからの動力で、本体３の前上移動につれて股関節Ｋの伸展が補助される。したがって、どのような使用者Ｓも、容易に膝の上に股関節Ｋを乗せることが可能となり、使用者Ｓの体幹Ｔの軸線Ｊ上に股関節Ｋと膝関節Ｈとを位置させることができる。

なお、駆動源Ｍとしては、油圧、空気圧のシリンダ等を用いるものでもよい。
その他の運動補助装置１の構成、作用効果及び使用態様は、第１実施形態と同様である。
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。運動補助装置１等の各構成又は全体の構造、形状、寸法などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

運動補助装置１は、基台６上で本体３を移動させるものとしたが、膝受け体２を支持する基台６がなくともよく、膝受け体２を建築物の天井から垂下し、膝受け体２に対して相対移動可能に座部４を天井から吊り下げてもよい。
運動補助装置１は、本体３下面から圧縮空気を下方に強く吹き付けてエアクッションをつくったり、リニアモーターカーのように超伝導磁石を用いることで、本体３を基台６から浮上させ、ガイドレール等の案内部材に沿って基台６上を移動することとしてもよい。

膝受け体２は、略円柱状のパットでなくとも、股関節Ｋの伸展時において膝の上下移動及び屈伸を許容するのであれば、膝裏に当接可能な略棒状や略板体であってもよい。
膝受け体２は、支持部材１１に対して相対移動可能に取り付けられていなくともよく、膝受け体２の移動距離Ｄ１を調整する移動調整手段７も設けられていなくともよい。
また、膝受け体２は、支持部材１１に対して支軸又はボールジョイントを介して首振り（揺動）可能に設けられていてもよい。この場合、揺動した膝受け体２の円弧軌跡の長さが、膝受け体２の移動距離Ｄ１となる。

座部４は、自転車のサドル状でなくとも、使用者Ｓが着座した股関節Ｋを屈伸できるのであれば、椅子状や鞍状であってもよい。
座部４の上面（着座した使用者Ｓとの当接部）、及び膝受け体２における脚Ｌ後方側との当接部に、ロードセルを備えた荷重センサを設けていてもよい。この場合、股関節Ｋの伸展前後において、把持部５にかかる使用者Ｓの荷重と、座部４に残る使用者Ｓの荷重と、膝受け体２にかかる使用者Ｓからの荷重の割合をリアルタイムで表示部２８に表示し、使用者Ｓが膝上に股関節Ｋ（重心）をどの程度乗せられているかを、通知することとしてもよい。

把持部５は、自転車のドロップハンドル状でなくとも、使用者Ｓの体重を支えられるように把持可能であれば、縦アーム３２ａ、３２ｂを有さない棒状や、取っ手状であってもよい。
把持部５ａ、５ｂにおける左右の横アーム３１ａ、３１ｂは、ボックス体２７内で連結部によって繋がっていてもよい。この場合、連結部の左右中央部を前下り斜め方向に延びるハンドル軸によって枢支し、左右ハンドル５ａ、５ｂが前上り斜め前後に揺動することとしてもよい。また、連結部の左右中央部をボールジョイントで枢支することで、ハンドル５ａ、５ｂを前後及び上下方向に揺動可能としてもよい。

また、把持部５ａ、５ｂのグリップセンサは、トレーニング中に握っているだけで使用者Ｓの体脂肪率を測定できるものとしてもよい。
基台６は、傾斜部９を有さなくてもよく、基台６自体を傾けてもよい。またこの場合、基台６の上面を略平滑に構成していてもよい。また、基台６上面を略水平にしてもよい。
なお、この場合、使用者Ｓが股関節Ｋを伸展させた際に、膝が膝受け体２に対して下方へずれることによって、使用者Ｓは膝上に股関節Ｋが乗った姿勢をとることができる。

また、本体３の前上り斜め前後方向の移動とは、略水平に前後方向に移動することも含む。
車輪８は、前輪８ａが後輪８ｂより直径が小さくなくともよく、前後輪を略同一径として、製造の容易化を図ってもよい。また、車輪８は、本体３に駆動可能に枢支されていてもよい。

傾斜部９は、基台６前半部の上面に設けられていてもよく、この場合、本体３の前輪８ａのみが傾斜部９に乗り上がることとなる。この場合、レール溝２１は、傾斜部９の上面と基台６後半部の上面とに亘って設けられており、本体３の前輪８ａが傾斜部９側のレール溝２１に嵌って前後移動し、後輪８ｂが基台６後部側のレール溝２１に嵌って前後移動することとなる。

傾斜調整手段１０は、ラックとピニオンを利用してスライド体１４を前後方向に水平に移動させてもよく、あるいは、スライド体１４を水平に前後方向に移動させるようなリンク機構を用いてもよい。
また、傾斜調整手段１０は、左右の傾斜リンク１３ａ、１３ｂ自体がモータ、油圧シリンダ等によって伸縮することで、傾斜部９の傾斜角度αを変更するものとしてもよい。また、外筒に内筒を伸縮自在に嵌合させて傾斜リンク１３ａ、１３ｂを構成し、各筒に連通しうる複数の位置決め孔を設けて、望みの傾斜角度αとなる位置決め孔に係止ピンを差し込むこととしてもよい。なお、各筒の断面形状は、略正方形や丸形である。

本体ストッパ２５は、基台６前後で立設し且つ本体３側の面にクッション材を備えた板体であってもよい。

１ 運動補助装置
２ 膝受け体
３ 本体
４ 本体の座部
５ 本体の把持部
６ 基台
７ 移動調節手段
８ 本体の車輪
９ 傾斜部
１０ 傾斜調整手段
Ｓ 使用者
Ｌ 使用者の脚
Ｋ 使用者の股関節
Ｈ 使用者の膝関節
Ｔ 使用者の体幹
Ｊ 体幹の軸線
Ｄ１ 膝受け体の移動距離
Ｄ２ 本体の移動距離
α 傾斜部の傾斜角度

Claims (6)

1. 使用者（Ｓ）の脚（Ｌ）の後方に配置する膝受け体（２）と、この膝受け体（２）に対して前後移動する本体（３）とを有し、この本体（３）に前記使用者（Ｓ）が着座する座部（４）と着座した使用者（Ｓ）が把持する把持部（５）とを設けた運動補助装置であって、
   前記膝受け体（２）は、前記使用者（Ｓ）の股関節（Ｋ）が伸展する時に前記脚（Ｌ）の後方側に当接して、前記使用者（Ｓ）の膝関節（Ｈ）の後方移動を規制し、
   前記本体（３）は、前記膝受け体（２）の規制を受けた膝関節（Ｈ）を支点として前記股関節（Ｋ）が前方に移動する時に前方移動して、前記使用者（Ｓ）の体幹（Ｔ）の軸線（Ｊ）上に股関節（Ｋ）と膝関節（Ｈ）とが位置するように使用者（Ｓ）を座部（４）と把持部（５）とで支えていることを特徴とする運動補助装置。
2. 前記膝受け体（２）を支持する基台（６）を有していて、
   前記本体（３）を、前記使用者（Ｓ）の股関節（Ｋ）の前方移動につれられて前記基台（６）上を移動するように構成していることを特徴とする請求項１に記載の運動補助装置。
3. 前記膝受け体（２）は、前記基台（６）に対して移動可能に支持され、
   前記基台（６）に、前記膝受け体（２）の移動距離（Ｄ１）を規制し且つこの移動距離（Ｄ１）と前記本体（３）の移動距離（Ｄ２）との比を調整する移動調整手段（７）を設けていることを特徴とする請求項２に記載の運動補助装置。
4. 前記本体（３）は車輪（８）を介して前記基台（６）上を移動し、前記基台（６）に前記本体（３）が前方に移動するにつれて上るように上り坂状の傾斜部（９）を設けていることを特徴とする請求項２又は３に記載の運動補助装置。
5. 前記基台（６）に前記傾斜部（９）の傾斜角度（α）を調整する傾斜調整手段（１０）を設けていることを特徴とする請求項４に記載の運動補助装置。
6. 前記傾斜部（９）を、上面の傾きが傾斜部（９）の起点から漸減するように形成していることを特徴とする請求項５に記載の運動補助装置。

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