JP7229732B2 - トレーニング器具 - Google Patents

Description

本発明は、トレーニング器具に関する。

歩行時に腰部と脚部にそれぞれ装着部を有し、脚の動きに対して負荷を加えることで脚の筋肉を向上させるトレーニング器具が開発されている。

例えば、ハイブリッドモードにおけるアシスト期間およびトレーニング期間の混在により、エージェントにその上体および脚体の相対運動の方向に対して順方向の力（補助力）が作用する状況と、エージェントにその上体および脚体の相対運動の方向に対して逆方向の力（抵抗力）が作用する状況とを実現させ、これにより、エージェントがその上体および脚体の相対運動を伴う歩行運動等をしている際、さまざまな形態でエージェントに力を作用させることができるトレーニング器具が提案されている。

一方で、トレーニング器具による負荷を考慮する上で、どの筋肉を向上させるかによってそのトレーニング器具の負荷特性は異なるものとなる。一般的に脚に装着するトレーニング器具は、大腿四頭筋、大腿二頭筋又は大殿筋の筋力を向上するために用いられており、そのため上述したトレーニング器具では、脚の位置を検知して脚の可動範囲のほぼすべての領域で負荷がかけられるように設計されている。

一方で、深部腹筋群と呼ばれる腸腰筋は、腰椎と大腿骨を結ぶ筋肉であり、上半身と下半身を繋ぐ唯一の筋肉である。この腸腰筋はあらゆる運動の土台となり、脊椎の位置を正しい位置に保つための筋肉であることから、例えば、反り腰、猫背、腰痛改善のために腸腰筋を鍛えることが効果的であることがわかっている。しかしながら、腸腰筋は深部筋であり、見ることが困難であり、他の筋肉と比較して研究も進んでいないというのが実態である。

本発明者らは、歩行やランニング等によって腸腰筋を鍛えるのには、脚に対してある一定のタイミングで負荷を加えることが効果的であることを見出した。

特開２０１１－３６３７６号公報

本発明は、特に腸腰筋をトレーニングするために最適な負荷及び負荷タイミングを有するトレーニング器具を提供することを目的とする。

本発明は、上述の目的を達成するために、以下の手段を採った。

本発明にかかるトレーニング器具は、少なくとも大転子より上方に装着される第１装着部と、脚に固定される第２装着部と、前記第１装着部と前記第２装着部との間に配置される負荷発生手段と、
を備え、
前記負荷発生手段は、脚を前方に振り出す際に負荷が加わることを特徴とするトレーニング器具。

本発明によれば、腸腰筋を大きく使用する脚を前方に振り出す場合に負荷が加わるように作製されているので、腸腰筋を効果的に鍛えることができる。

また、本発明にかかるトレーニング器具において、前記負荷発生手段は、脚の動作に応じて負荷をかけるタイミングを調整可能であることを特徴とするものであってもよい。

かかる構成を採用することによって、脚の位置に応じて腸腰筋をトレーニングするのに最適な負荷を与えることができるようになる。

また、本発明にかかるトレーニング器具において、前記負荷発生手段は、股関節角度が－３０°～０°の間に負荷が最大となることを特徴とするものであってもよい。

本発明にかかるトレーニング器具によれば、股関節角度が－３０°～０°の間に最大となる負荷をかけることができる。この範囲が負荷を加えることで、腸腰筋の筋電の大きな増加を図ることができ、効率的に腸腰筋を鍛えることができる。

また、本発明にかかるトレーニング器具において、前記負荷発生手段は、股関節角度が０°以上の場合の負荷が最大負荷の２分の１以下であることを特徴とするものであってもよい。

かかる範囲では腸腰筋の筋力の働きが小さいため、腸腰筋を鍛えるためには負荷を加えてもトレーニング効果が低いため負荷を極力小さくすることによって、歩行時において負荷が妨げになることを極力防止することができる。

さらに、本発明にかかるトレーニング器具において、前記負荷発生手段は、股関節角度が２０°以上では、最大負荷の３分の１以下であることを特徴とするものであってもよい。

階段や坂の登り又は下りで使用される可動範囲であることから、この範囲の負荷を小さくすることで、階段や坂の登り又は下りにおける歩行の負担を軽減できる。

さらに、本発明にかかるトレーニング器具において、前記第２装着部及び前記負荷発生手段が左右の脚にそれぞれ設けられていることを特徴とするものであってもよい。

両脚に設けることで、左右の腸腰筋の両方をトレーニングすることができる。

このように本発明によるトレーニング器具によれば、腸腰筋の働きが小さい範囲では負荷を極力加えないことで歩行の妨げになることを防止し、腸腰筋を使用している範囲で効率的に負荷をかけることにより、歩きながら効果的にトレーニングを行うことができる。

また、本発明にかかる腸腰筋をトレーニングするトレーニング器具において、
少なくとも大転子より上方に装着される第１装着部と、大腿部に固定される第２装着部と、前記第１装着部と前記第２装着部との間に配置される負荷発生手段と、
を備え、
前記負荷発生手段は、下記表１で表した股関節角度と負荷率を表したグラフのそれぞれ上下の一点鎖線の範囲内の負荷を加えることが可能であることを特徴とするトレーニング器具。

本発明にかかるトレーニング器具によれば、腸腰筋に対して効果的に負荷を加えることができ、子供から高齢者に至るまで、さらにはアスリートに対しても効果的に腸腰筋を鍛えることができるトレーニング器具を提供することができる。

図１は、実施形態にかかるトレーニング器具１００を示す斜視図である。 図２は、実施形態にかかる第１負荷発生手段５０ａの分解斜視図である。 図３は、実施形態にかかる第１負荷発生手段５０ａの内部構造を示す正面図である。 図４Ａは、実施形態にかかる第２負荷発生手段５０ｂの斜視図であり、図４Ｂは、分解斜視図である。 図５は、実施形態にかかる第３負荷発生手段５０ｃの模式図である。 図６は、実施施形態にかかるトレーニング器具１００の使用状態を示す図である。 図７は、通常歩行時の腸腰筋の活動電位を示すグラフである。 図８は、実施形態にかかるトレーニング器具１００の好適な負荷比率を示す図である。 図９は、好適な負荷比率特性を有するトレーニング器具を使用した場合の通常歩行時の腸腰筋の活動電位を示す図である。

以下、本発明の実施形態にかかるトレーニング器具１００について、図面に沿って詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態及び図面は、本発明の実施形態の一部を例示するものであり、これらの構成に限定する目的に使用されるものではない。

本実施形態にかかるトレーニング器具１００が図１に示されている。図１は、実施形態にかかるトレーニング器具１００の斜視図である。本実施形態にかかるトレーニング器具１００は、図１に示すように、少なくとも上半身に取り付けられる第１装着部１０と、第１装着部１０に対して左右の両脚にそれぞれ取り付けられる第２装着部２０と、第１装着部１０に直接又は間接的に設けられる左脚用及び右脚用の負荷発生手段５０と、それぞれの負荷発生手段５０の負荷をそれぞれ第２装着部２０に伝達する左脚用及び右脚用の伝達手段６０と、を主として備えている。なお、右脚用と左脚用の負荷発生手段５０及び伝達手段６０は、左右対称に形成される以外は同様の構成であるので、使用者の右脚に装着して使用される右脚用のトレーニング器具１００を説明することにより、左脚用のトレーニング器具１００の説明に代える。なお、本明細書及び特許請求の範囲において、「上半身」とは大転子よりも上方の身体の位置をいう。

第１装着部１０は、負荷発生手段５０を身体に取り付けるための部材であり、本実施形態においては、腰に装着可能な腰装着ベルトである。しかしながら、第１装着部１０は、少なくとも上半身に装着でき、負荷発生手段５０を大転子近傍に配置可能な形態なものであれば、その形態は特に限定するものではない。

負荷発生手段５０は、伝達手段６０を介して脚に装着される第２装着部２０に負荷を加える手段であり、第２装着部２０が装着された脚の股関節角度が少なくとも－４０°～１３０°の範囲で可動可能であり、脚を前方に振り出す際に負荷を加えることができる構成を有するものであれば、特にその構成は限定するものではない。より好ましくは、脚を前方に振り出す際に負荷を変更可能な構成を有することが好ましい。－４０°～１３０°としたのは、平地又は坂道等の歩行時、ランニング時における脚の可動範囲はこの範囲にあるからである。最適な負荷特性については後述する。なお、ここで股関節角度とは、図６に示すように、垂直方向Ａに対して大腿部Ｂの角度αをいい、大腿部の角度が進行方向（前方向）に存在する場合がプラスで、進行方向と反対方向（後方向）に存在する場合がマイナスである。負荷発生手段５０の詳細な構成については後述する。

伝達手段６０は、前述したように負荷発生手段５０の負荷を第２装着部２０に伝達するための部材であり、図１に示すように、細長い棒状の部材で作製されている。好ましくは、脚に直接触れることのないように、湾曲させて形成することが好ましい。また、第２装着部２０との連結部は大腿部の前方側に配置されるようにすることによって、大腿部の横に配置した場合と比較して力が逃げることなく効果的に大腿部に負荷を与えることができる。また、脚の動きに応じた第２装着部２０の傾きに対応可能なように、図１に示すように回動部６１を設けても良い。

第２装着部２０は、脚に装着される部材であり、本実施形態においては、脚に巻きつけて装着するベルトで形成されている。好ましくは、効率よく腸腰筋に負荷を与えるために、大腿部に装着できるようにするとよい。

次に、負荷発生手段５０の３つの実施例のバリエーションについて説明する。

（第１負荷発生手段）
第１負荷発生手段５０ａは、図２に示すように、主として、ハウジング５９、ハウジング５９内に配置されるカム５３と、カム５３に取り付けられ伝達手段６０と連結する連結部材５４と、カム５３を押圧する付勢手段５５と、付勢手段５５に取り付けられるリンク手段５６と、を有している。

ハウジング５９は、カム５３、付勢手段５５と、リンク手段５６等を収容する部材である。

カム５３は、図３に示すように、カム回転軸５３ｂからの距離が周面の位置によって異なる周面を有する円弧からなる外周面５３ｃを有する板カムからなる。カム５３の外周面５３ｃは、カム回転軸５３ｂからの距離は、例えば、線分Ｅが一番長く、次に線分Ｄが長く、線分Ｆが最も短くなるように形成されている。このようなカム５３とすることで、カム５３を回転移動させる場合に、一定角度に対して中心から外周面との距離が長くなる変化率（ｍｍ／角度）が大きくなるところでは負荷が大きくなり、一定角度変化に対して中心から外周面との距離が長くなる変化率が小さくなると負荷が小さくなる。そのため、この線分を調整することで、負荷の大きさを角度によって調整することができる。なお、一定角度に対する中心からの外周面５３ｃとの距離が短くなる変化率の外周面５３ｃとすることで、アシスト方向に力を加えることができる。

連結部材５４は、図２に示すように、カム５３に対して直接固定されており、カム５３の動きをハウジング５９の外部に出力する機能を有する。連結部材５４の端部は伝達手段６０を取り付けることができる。

付勢手段５５は、カム５３の外周面５３ｃを押圧するように力を加えることによって、カム５３が回転する際に負荷を付与するための部材である。付勢手段５５は、カム５３を押圧するベアリング５５ａと、このベアリング５５ａをカム５３の外周面５３ｃに付勢するスプリング５５ｂと、リンク手段５６とを備えている。リンク手段５６は、一方側端部がハウジング５９に回転可能に支持されている軸支部５６ａを備え、他端部５６ｂが付勢手段５５と連結され、中央にベアリング５５ａが設けられている。したがって、軸支部５６ａが支点、他端部５６ｂが力点、ベアリング５５ａが作用点となっている。

こうして構成された第１負荷発生手段５０ａは、以下のように作用する。カム５３は、前述したようにカム回転軸５３ｂからの距離が線分Ｄから線分Ｆに向かって長さが変化することから、カム５３に外部からの力を加えた際に、線分の長さが長いほど、大きな負荷が加わるようになる。したがって、カム５３の外周の形態を変更することによって、連結部材５４の位置に応じて負荷の強さを変更することができる。

（第２負荷発生手段）
第２負荷発生手段５０ｂは、主として、図４Ｂに示すように、第１装着部材取付部材７１、ワンウェイクラッチ７２と、軸部材７３と、摩擦板７４と、これらを固定する固定具７５を主として備えており、第１装着部１０側からワンウェイクラッチ７２、このワンウェイクラッチ７２が固定されている第１装着部材取付部材７１、ワンウェイクラッチ７２の軸固定側に固定して取り付けられる軸部材７３、軸部材７３に固定して取り付けられる摩擦板７４、伝達手段６０，摩擦板７４の順に取り付けられている。これらを固定具７５のボルトで固定されている。

こうして作製された第２負荷発生手段５０ｂは、例えば、伝達手段６０を反時計回り（図４Ａの矢印の方向）に回す場合にワンウェイクラッチ７２が自由回転する場合は、摩擦板７４と伝達手段６０が軸部材７３とともに回転するため、負荷が加わることなく回転させることができる。一方で、伝達手段６０を時計回り（矢印と反対方向）に回転させる場合は、ワンウェイクラッチ７２によって軸部材７３が回転しないので、伝達手段６０は、摩擦板７４による摩擦力に対抗して回転させなければならず、その抵抗力が負荷として加わることになる。したがって、負荷として加わる方向が脚を前方に振り出す側となるようにワンウェイクラッチ７２を使用することで、脚を前方に振り出す際に負荷を加えることができる負荷発生手段５０とすることができる。

（第３負荷発生手段）
第３負荷発生手段５０ｃは、図５に示すように、第１装着部１０と第２装着部２０との間に脚の裏側に配置された伸縮性を有する弾性体が連結されている。かかる弾性体は伸ばす場合に負荷が加わるようにされたものである。

第３負荷発生手段５０ｃでは、脚を前方に振り出す時に弾性体を伸ばす力に対する弾性力が加わり負脚に対して負荷を加えることができる。

以上のように構成される負荷発生手段５０は、図６（図６は第１負荷発生手段５０ａを使用した例を示している）に示すように、第１装着部１０を腰に取り付け、第２装着部２０を脚に取り付けることで、脚を前方に振り出す際に負荷を加えることができるトレーニング器具１００として使用することができる。脚を前方に振り出す時のみに負荷が加わるように設定することで腸腰筋を効果的に鍛えることができる。ここで通常歩行時の腸腰筋の筋電図を図７のグラフに示す。なお、図７において、横軸は歩行周期であり、縦軸は通常歩行時の腸腰筋の活動電位の強さ（ＭＶＣ％）を表す。歩行周期は、測定側の脚が後方から前方に振り出す瞬間を５０％とし、前方の振り出しが終了した時点を１００％で、後方へ蹴り出す瞬間が０％としてある。図７に示すように、腸腰筋は脚を前方に振り出す場合に活動電位が高く発生し、主として使われていることがわかる。特に、歩行周期が５０％から７５％の範囲で腸腰筋が多く使用される。この位置は、概ね平地歩行時においては、股関節角度が－３０°～０°のあたりとなる。そこで、負荷発生手段５０の負荷強度を腸腰筋が最大筋力を発生するタイミングである股関節角度が－３０°～０°の範囲のいずれかの位置で最大負荷を発生させるように調整するとよい。より好ましくは、負荷発生手段５０の負荷は、股関節角度が－２０°～－１０°の間に負荷を最大とするとよい。また、股関節角度が－３０°～０°の間は、常に負荷を加え続けるようにするとよい。さらに、股関節角度が０°以上の場合の負荷は、最大負荷の２分の１以下になるように設定するとよい。股関節角度が０°以上の場合の負荷を小さくすることで、腸腰筋を鍛える周期以外は負荷を軽減できるので、歩行の妨げになることを防止することができる。股関節角度に対する負荷の好ましい比率を図８に示す。図８は、最大負荷に対する負荷比率を表している。図８における上下の一点鎖線の範囲内に収まるような比率で負荷を与えることによって、効率的に腸腰筋を鍛えることができる。図９に図８の実線で表した負荷特性を有する第１負荷発生手段５０ａを使用した場合の平地歩行時の腸腰筋の活動電位の測定結果を示す。図９の結果を参照すると、歩行周期が５０％から７５％の範囲、すなわち、股関節角度が－３０°～０°のあたりで負荷を加えることにより、腸腰筋の活動電位が大きく増加していることが確認できる。

さらに、負荷発生手段５０は、股関節角度が２０°以上では、最大負荷の３分の１以下に設定するよい。より好ましくは、股関節角度が２０°以上では、最大負荷の５分の１以下に設定するよい。かかる範囲の負荷を小さくすることで、階段や坂道の登り及び下り時には、負荷が殆どかからず、足の運びに対して妨げになることを効果的に防止することができる。すなわち、階段や坂の登り時には、通常、股関節角度は、－５°～５０°の範囲で可動し、下り時には、１０°～３５°の範囲で可動する。この範囲で特に力を必要とするのは、後方への蹴り出し時であり、股関節角度が２０°以上の範囲にある場合である。この範囲では負荷を極力小さくすることによって、階段や坂の登り及び下りの足運びの範囲で筋肉に余計な負荷をかけることを低減することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施しうる。

本発明は、歩行時におけるトレーニング器具として産業上利用可能である。

１０…第１装着部、２０…第２装着部、５０…負荷発生手段、５０ａ…第１負荷発生手段、５０ｂ…第２負荷発生手段、５０ｃ…第３負荷発生手段、５３…カム、５３ｂ…カム回転軸、５３ｃ…外周面、５４…連結部材、５５…付勢手段、５５ａ…ベアリング、５５ｂ…スプリング、５６…リンク手段、５６ａ…軸支部、５６ｂ…他端部、５９…ハウジング、６０…伝達手段、６１…回動部、７１…第１装着部材取付部材、７２…ワンウェイクラッチ、７３…軸部材、７４…摩擦板、７５…固定具、１００…トレーニング器具

Claims (6)

1. 主として、腸腰筋をトレーニングするトレーニング器具において、
   少なくとも大転子より上方に装着される第１装着部と、膝よりも上に固定される第２装着部と、前記第１装着部と前記第２装着部との間に配置される負荷発生手段と、
   を備え、
   前記負荷発生手段は、伝達手段を介して脚に装着される前記第２装着部に負荷を加える手段であり、前記第２装着部が装着された脚の股関節角度が少なくとも－４０°～１３０°の範囲で可動可能であり、脚を前方に振り出す際に負荷を加えることができる構成を有するものであり、かつ股関節角度が－３０°～０°の間に負荷が最大となるように、脚を前方に振り出す場合に負荷が加わることを特徴とするトレーニング器具。
2. 前記負荷発生手段は、ハウジングと、前記ハウジング内に配置され、カム回転軸からの距離が異なる外周面を有するカムと、前記カムに取り付けられ前記伝達手段と連結する連結部材と、前記カムを押圧する付勢手段と、前記付勢手段に取り付けられるリンク手段とを有していることを特徴とする請求項１に記載のトレーニング器具。
3. 前記負荷発生手段は、脚の動作に応じて負荷をかけるタイミングを調整可能であること
   を特徴とする請求項２に記載のトレーニング器具。
4. 前記負荷発生手段は、股関節角度が０°以上の場合の負荷が最大負荷の２分の１以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のトレーニング器具。
5. 前記負荷発生手段は、股関節角度が２０°以上では、最大負荷の３分の１以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のトレーニング器具。
6. 前記第２装着部及び前記負荷発生手段が左右の脚にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のトレーニング器具。

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