JP5042325B2 - 複合筋力測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、筋力測定装置の改良、更に詳しくは、複数部位の筋肉を作用させて行う運動における複合筋力を測定可能であるとともに、複数部位の筋肉を作用させて行う運動における複合筋力を的確に測定可能であるとともに、コンパクトな構造により省スペースで設置することができる複合筋力測定装置に関するものである。

近年、健康維持に対する意識の高まりから、自己鍛練のために肉体トレーニングを行う者が増加しており、トレーニングマシン等を使用することによって、筋肉に負荷をかけることにより、筋力を増強したり、筋持久力を向上させたりしている。

また、生活習慣病等を予防するために日常的な健康管理を行う必要性も高まっており、各人が自身の身体能力を把握しておくことが重要になってきている。

ところで、人が日常生活を営むにあたって、何らかの動作を行う場合には、通常は複数部位の筋肉を作用させている。

例えば、上半身を使う動作を行う際には、上腕二頭筋や前腕筋群と共に、三角筋や前鋸筋、大胸筋、腹直筋、後背筋などの複数の筋肉を同時に複合的に使用している。

また、下半身を使う動作を行う際には、大腿四頭筋や腓腹筋、前脛骨筋などの複数の筋肉を同時に複合的に使用している。

したがって、トレーニーの総合的な運動能力を的確に評価するためには、このような複数の筋肉を複合的に使用した運動による筋力の総量（複合筋力）を測定する必要があることが、最近の研究等で明らかになっている。

ここで、人(トレーニー)が動作するために筋肉を動かす場合、大きく分けて、コンセントリック(筋収縮）、エキセントリック(筋拡大）、アイソメトリック(筋静止)の３種類の力量の基準があり、従来、これらの各力量を測定するための装置（筋力測定装置）が開発され、開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、このような従来の筋力測定装置では、関節を回転軸とした円弧運動の負荷を測定することしかできなかったため、特定部位の単独筋肉による運動での筋力しか測定することができず、前記のような複合筋力を測定できないという問題があった。

また、従来のトレーニングマシンは、筋肉に負荷をかけるためにウェイトを積層配置したり、運動軌道に沿ったレールの配置などが必要であり、設置スペースが不可避的に必要であるという問題があった。

米国特許第５７２２９３７号公報

本発明は、従来の筋力測定装置に上記問題があったことに鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、日常生活を営む上で重要な複数部位の筋肉を作用させて行う運動における「複合筋力」の運動負荷量を的確に測定することができる複合筋力測定装置を提供することにある。

また、本発明は、コンパクトな構造により省スペースで設置することができる複合筋力測定装置を提供することにある。

本発明者が上記技術的課題を解決するために採用した手段を、添付図面を参照して説明すれば、次のとおりである。

即ち、本発明は、複数部位の筋肉運動に連動させて電磁トルクモータ(1)を回転させることによって、当該複数部位の筋肉による運動負荷量を電磁的に測定可能な装置であって、
前記電磁トルクモータ(1)の回転軸(11)には第１プーリ(2)が配設されている一方、
この第１プーリ(2)には、伝動機構(7)により連動回転する第２プーリ(32)を介し回転が付与される第一シャフト(3)が設けられ、かつ、この第一シャフト(3)と平行する回転自在な第二シャフト(4)がベースＢ上に支承されており、
これら第一シャフト(3)および第二シャフト(4)において、第一シャフト(3)のシャフト軸部(31)には、長短二股状のアームを有するベルクランク(５)の基端部(52Ａ)が回転自在に連結され、かつ、このベルクランク(５）の短い第1揺動アーム(５Ａ)の先端部(51Ａ)には中域が屈曲した棒状の駆動アーム(５Ｂ)の基端部(51Ｂ)が回転自在に連結されている一方、
第二シャフト(4)のシャフト軸部(41)は、前記第一シャフト(3)のシャフト軸部(31)の近傍に設けられており、第二シャフト(４)のシャフト軸部(41)には、前記ベルクランク(5)の第1揺動アーム(５Ａ)よりも長い直棒状の支持アーム(５Ｃ)の基端部(52Ｃ)が回転自在に連結されており、かつ、この支持アーム(５Ｃ)の先端部(51Ｃ)が前記駆動アーム(５Ｂ)の屈曲部近傍に回転自在に連結されることによって、四節リンク機構が構成されており、
前記駆動アーム(５Ｂ)の先端部(52Ｂ)には付加板部材(8)の上側が枢支され、かつ、この付加板部材(8)の下側には棒状の枢支部材(82)が枢支されると共に、この枢支部材(82)の他端部はベルクランク(５)の長い第2揺動アーム(53A)に枢支されて、当該付加板材(8)をして略鉛直方向の起立姿勢を維持しつゝ前後に移動可能ならしめ、
トレーニーが前記椅子Ｃに着座し、複数部位の筋肉運動に連動させて、この付加板部材(8)を押引操作したとき、前記第一シャフト(3)の第２プーリ(32)、および伝動機構(7)と第１プーリ(2)とを介して前記電磁トルクモータ(1)が連動回転し、この際、電磁トルクモータ(1)の電磁誘導による電流が発生して、この誘導電流量を測定手段(6)によって測定することによって運動負荷量を演算可能にするという技術的手段を採用したことによって、複合筋力測定装置を完成させた。

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また、本発明は、上記課題を解決するため、必要に応じて上記手段に加え、付加板部材８の可動領域を複数の領域に分割区分し、これら各領域の区分ごとの負荷量を測定手段６によってそれぞれ測定可能にするという技術的手段をも採用することができる。

本発明にあっては、電磁トルクモータの回転軸にプーリを配設する一方、このプーリに連結され伝動機構により連動回転する第一シャフトを設けて、かつ、回転自在な第二シャフトをベース上に支承し、これら第一シャフトおよび第二シャフトの各シャフト軸部にはそれぞれ棒状のアームを固定して、四節リンク機構を構成して、駆動アームの先端部に配設されたレバー部材の運動軌道を直線軌道にすることができる。

そして、複数部位の筋肉運動（複合筋力運動）に連動させてこのレバー部材を駆動することにより、前記第一シャフトおよびこれに連結されたプーリを介して前記電磁トルクモータを連動回転せしめて、この電磁トルクモータの電磁誘導による電流を発生せしめて、この誘導電流量を測定手段によって測定して運動負荷量を演算することができる。

また、前述の四節リンク機構には付加板部材をレッグプレスボードとしてアタッチメント式に取り付けることもできるので、一台の装置で上半身と下半身との両方の筋力を測定することができる。

更にまた、本発明の複合筋力測定装置によれば、複数部位の筋肉を作用させて行う運動における複合筋力を測定可能であることから、日常生活を営む上での動作に使用している複数部位の筋肉運動を緻密に測定することができ、身体能力管理および健康管理ができ、しかも、電磁的計測手段を採用しているため、運動履歴等のデータ管理もできることから、産業上の利用価値は頗る大きいと云える。

本発明の実施形態の複合筋力測定装置における直線運動機構を表わす説明側面図である。 本発明の実施形態の複合筋力測定装置における直線運動機構を表わす説明側面図である。 本発明の実施形態の複合筋力測定装置を椅子側から見た説明正面図である。 本発明の実施形態に付加板部材を付設した複合筋力測定装置の動きを表わす説明側面図である。 本発明の図４に示す実施形態の複合筋力測定装置の付加板部材を椅子側に引き寄せた状態を表わす説明側面図である。 本発明の実施形態である複合筋力測定装置の使用態様を椅子側から見た説明正面図である。

本発明を実施するための形態を具体的に図示した図面に基づいて更に詳細に説明すると次のとおりである。

本発明の実施形態を図１から図６に基づいて説明する。図中、符号１で指示するものは電磁トルクモータであり、この電磁トルクモータ１は、磁石とコイルとを備えた公知のモータであって、回転させることによって誘導電流を発生する。

また、符号２で指示するものは前記電磁トルクモータ１の回転軸１１に配設したプーリである。このプーリ２は、ワイヤーやベルトなど伝動機構７を掛架可能な車状部材である。

また、符号３で指示するものは第一シャフトであり、符号４で指示するものはベースＢ上に水平に支承された第二シャフトである。これら第一シャフト３および第二シャフト４は、棒状の回転軸部材である。符号Ｃの指示するものは、前記ベースＢ上に設置されたトレーニーが筋肉運動をするために腰掛ける椅子であって、角度調節機構Ｔ _１ ・Ｔ _２ を具備し背凭れＣａと座シートＣｂとを備える（図４、図５の右側参照）。

更にまた、符号５はベルクランクであって、長短二股状のアームを有する短い第１揺動アーム５Ａと長い第２揺動アームを有し、屈曲部位の基端部52Ａにおいて第1シャフト３のシャフト軸部31に回転自在に連結してある。符号５Ｂ・５Ｃで指示するものはアームであり、これらのアームは、鉄製の棒部材である。本実施形態では、複数のアーム（駆動アーム５Ｂ・支持アーム５Ｃ）を使用する。また、アーム（本実施形態では中域が「へ」字形に屈曲した駆動アーム５Ｂ）の先端にはレバー部材53を配設することができ、このレバー部材53はマシン使用者が握持できるグリップハンドルなどの棒状部材であっても良いし、または、マシン使用者（トレーニー）が手や足などで押し付けて付勢可能な揺動バー(図１、図２中に破線で示す符号(53)）であっても良く、この場合、バーにクッション等の緩衝材を巻回することが望ましい。

また、符号６で指示するものは測定手段であり、この測定手段は、電流量を計ることができるとともに、この電流量から負荷量を算出することができる。

しかして、本実施形態における装置は、日常生活を営む上での動作に使用している複数部位の筋肉運動に連動させて電磁トルクモータ１を回転させることによって、当該複数部位の筋肉による運動負荷量（複合筋力）を測定可能な装置である。

まず、前記電磁トルクモータ１の回転軸11にプーリ２を配設する。本実施形態では、略円板状のプーリ２を採用し、このプーリ２の外周縁にワイヤーやベルト７を掛架する。

次いで、このプーリ２に連結され伝動機構７により連動回転する第一シャフト３を設け、かつ、回転自在な第二シャフト４をベースＢ上に設けた突起(軸受)４Ａの先端部に支承する。第一シャフト３も、ベースＢ上の軸受３Ａに支承される(図３、図６参照)。この第一シャフト３の回転は、前記ワイヤーやベルト７を介し、この第一シャフト３の回転が前記プーリ２に伝達される。

そして、第一シャフト３にはベルクランク５の基端部52Ａを固定し、第二シャフト４には、棒状の前記支持アーム５Ｃの先端部52Ｃを連結する。本実施形態では、第一シャフト３および第二シャフト４の配置を水平方向に並列させることによって、アームのレバー部材53の運動を水平方向の直線軌道にすることができる。

本実施形態の装置を用いて複合筋力を測定する場合の構成について、図１から図６に基づいて説明する。本実施形態の測定方法においては、ベルクランク５および複数のアーム(駆動アーム５Ｂ・支持アーム５Ｃ）を使用する。具体的には、第一シャフト３のシャフト軸部31（の胴部）には、ベルクランク５の基端部52Ａを連結して、かつ、このベルクランクの第1揺動アーム５Ａの先端部51Ａには棒状（屈曲部位を含む）の駆動アーム５Ｂの基端部51Ｂを連結する。

一方、第二シャフト４を、前記第一シャフト３の近傍（ここでは略水平側方）に設け、この第二シャフト４のシャフト軸部41には、前記第１揺動アーム５Ａよりも長い直棒状の支持アーム５Ｃの基端部52Ｃを連結して、かつ、当該支持アーム５Ｃの先端部51Ｃを前記駆動アーム５Ｂの中央部(屈曲部位)近くに連結する。このようにして、四節リンク機構が構成される(図１ないし図３参照）。

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また、本実施形態では、アームのレバー部材53の可動領域を複数の領域に分割区分し、これら各領域の区分ごとの負荷量を測定手段６によってそれぞれ測定することができる。例えば、可動範囲を１００ｃｍとした場合に、１０ｃｍごとの領域に区切り、各領域におけるトルク、位置、関節速度、速度などを算出することができ、更に、それらの各データから加速時、等速時、減速時などの分析を行うこともできる。

このようにして、複数部位の筋肉運動に連動させてこのレバー部材53を直線軌道上に沿って押引することによって、前記シャフト３およびこれに連結されたプーリ２を介して前記電磁トルクモータ１を回転させ、この電磁トルクモータ１が電磁誘導により発生した誘導電流量を測定手段６により測定してトレーニーの運動負荷量（複合筋力）を演算することができる。

本実施形態では、測定手段６として、電流計を具備するとともに演算用のコンピュータを具備しており、更に、ここで演算した結果をモニターディスプレイ等の表示手段に表示することができる。また、図示しないメモリ装置に運動履歴等を記憶させることもできる。

この際、アームは、剛性を有する棒材であればトレーニーのポジションのレイアウトに応じて設計変更することができる。

以上のように、アームのレバー部材53の運動を水平方向の直線軌道になるように構成したことにより、例えば、ローリアデルトやチェストプレスのように、腕、肩、胸の筋肉(三角筋、上腕三頭筋、大胸筋、広背筋など）などを用いて前後に移動させる運動を行うことができ、主に上半身全体の筋肉を複合的に用いた場合の複合筋力も測定できる。

次に、本実施形態の複合筋力測定装置は、図４および図５に示す如き下半身の複合筋力を測定するのに適した板体を脚で押す「レッグプレス」として構成することもできる。

そして、その場合には、脚で押し付けるための略矩形に形成した付加板部材８として形成し、この付加板部材８の上側にフック状の枢支材81を設ける。この上側の枢支材81はフック状に形成して、左右一対設ける。

さらに、この付加板部材８の板本体の下側には先端部をフック状に形成した棒状の枢支部材82を枢支する。なお、この枢支部材82も付加板部材８の下部に左右一対設ける。

そして、付加板部材８の上側の枢支材81を駆動アーム５Ｂの先端部52Ｂの近傍に設けた突起に掛合して回転自在に連結する。

更に、付加板部材８の下部に枢支された枢支部部材82の先端部は、ベルクランク５の第２揺動アーム53Ａに回転自在に連結する。

こうすることによって、当該箇所にリンク機構を構成し、前記付加板部材８を略鉛直方向の起立姿勢に維持しつゝ前後に進退させることができる。

本発明は、概ね上記のように構成されるが、図示の実施形態に限定されるものでは決してなく、「特許請求の範囲」の記載内において種々の変更が可能であって、例えば、第一シャフト３および第二シャフト４の配置を鉛直方向に並列させることによって、駆動アーム５Ｂのレバー部材53を鉛直方向の直線運動軌道に構成することも可能であり、例えば、スクワットのような屈伸運動ができるようにすることができ、太股、ふくらはぎの筋肉などを用いて主に下半身全体の筋肉を複合的に用いた場合の筋力を測定することができる。

更にまた、この鉛直方向の直線軌道は、オーバーヘッドプレスやプルダウンのように、腕、肩、胸の筋肉（三角筋、上腕三頭筋、大胸筋など）などを用いて上下に移動させる運動を行うこともでき、主に上半身全体の筋肉を複合的に用いた場合の筋力を測定することが可能になる。

このように、駆動アーム５Ｂのレバー部材53の直線の運動軌道は、水平方向に限らず、斜め方向のものであっても、複合筋力を測定できるものであれば良く、これら何れのものも本発明の技術的範囲に属する。

１ 電磁トルクモータ
11 回転軸
２ 第１プーリ
３ 第一シャフト
３Ａ （第一シャフトの）軸受
31 シャフト軸部
32 第２プーリ
４ 第二シャフト
４Ａ 突起(軸受）
41 シャフト軸部
５ ベルクランク
５Ａ 第1揺動アーム（揺動アーム）
51Ａ 基端部
52Ａ 先端部
53Ａ 第2揺動アーム
５Ｂ 駆動アーム
51Ｂ 基端部
52Ｂ 先端部
５Ｃ 支持アーム
51Ｃ 基端部
52Ｃ 先端部
53 レバー部材
６ 測定手段
７ 伝動機構（ワイヤーやベルト）
８ 付加板部材
81 (付加板部材上側の）枢支材
82 (付加板部材下側の）枢支部材
Ｂ ベース
Ｃ 椅子
Ca (椅子の)背凭れ
Cb (椅子の)座シート
Ｔ _１ (背凭れの）角度調節機構
Ｔ _２ (座シートの）角度調節機構

Claims (2)

1. 複数部位の筋肉運動に連動させて電磁トルクモータ(1)を回転させることによって、当該複数部位の筋肉による運動負荷量を電磁的に測定可能な装置であって、
   前記電磁トルクモータ(1)の回転軸(11)には第１プーリ(2)が配設されている一方、
   この第１プーリ(2)には、伝動機構(7)により連動回転する第２プーリ(32)を介し回転が付与される第一シャフト(3)が設けられ、かつ、この第一シャフト(3)と平行する回転自在な第二シャフト(4)がベースＢ上に支承されており、
   これら第一シャフト(3)および第二シャフト(4)において、第一シャフト(3)のシャフト軸部(31)には、長短二股状のアームを有するベルクランク(５)の基端部(52Ａ)が回転自在に連結され、かつ、このベルクランク(５）の短い第1揺動アーム(５Ａ)の先端部(51Ａ)には中域が屈曲した棒状の駆動アーム(５Ｂ)の基端部(51Ｂ)が回転自在に連結されている一方、
   第二シャフト(4)のシャフト軸部(41)は、前記第一シャフト(3)のシャフト軸部(31)の近傍に設けられており、第二シャフト(４)のシャフト軸部(41)には、前記ベルクランク(5)の第1揺動アーム(５Ａ)よりも長い直棒状の支持アーム(５Ｃ)の基端部(52Ｃ)が回転自在に連結されており、かつ、この支持アーム(５Ｃ)の先端部(51Ｃ)が前記駆動アーム(５Ｂ)の屈曲部近傍に回転自在に連結されることによって、四節リンク機構が構成されており、
   前記駆動アーム(５Ｂ)の先端部(52Ｂ)には付加板部材(8)の上側が枢支され、かつ、この付加板部材(8)の下側には棒状の枢支部材(82)が枢支されると共に、この枢支部材(82)の他端部はベルクランク(５)の長い第2揺動アーム(53A)に枢支されて、当該付加板材(8)をして略鉛直方向の起立姿勢を維持しつゝ前後に移動可能ならしめ、
   トレーニーが前記椅子Ｃに着座し、複数部位の筋肉運動に連動させて、この付加板部材(8)を押引操作したとき、前記第一シャフト(3)の第２プーリ(32)、および伝動機構(7)と第１プーリ(2)とを介して前記電磁トルクモータ(1)が連動回転し、この際、電磁トルクモータ(1)の電磁誘導による電流が発生して、この誘導電流量を測定手段(6)によって測定することによって運動負荷量を演算可能であることを特徴とする複合筋力測定装置。
2. 駆動アーム(５Ｂ)の先端部(52Ｂ)に配設された負荷板部材(8)の可動領域が複数の領域に分割区分されており、これら各領域の区分ごとの負荷量を測定手段(6)によってそれぞれ測定可能であることを特徴とする請求項１記載の複合筋力測定装置。

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