JPH0722280Y2 - 筋力測定および訓練装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本考案は、身体障害者や患者などのリハビリテーション
（機能訓練）を必要とする者やスポーツ選手に対して筋
力測定および筋力訓練を行う装置に関するものである。

「従来の技術」 筋力測定を行う場合、任意の関節を軸としたトルクで測
定するのが一般的である。これは関節（軸）から作用点
までの長さに影響なく、再現性の良い値が得られるから
である。したがって、近年では筋力測定装置本体から出
力されるデータがトルク値で出力されるのが主流であ
る。

第10図および第11図は、従来知られている筋力測定装置
の一例を示す。この装置は、装置本体51の一端から固定
軸52が突出され、この固定軸52の先端にアーム53が略直
交して取り付けられ、アーム53の先端に人の足等から力
が付与される入力部54が取り付けられるとともにアーム
53の外周面に歪みゲージ55が適宜間隔あけて貼り付けら
れたものである。そして、人の足等から入力部54に力が
加わると、アーム53がたわみ、該アーム53のたわみ量を
２つの歪みゲージ55の相対比較によって測定し、前記足
から付与されるトルク値を求めることができるものであ
る。

また、他の筋力測定装置の例として、装置本体に回転軸
が回転自在に支持され、該回転軸の一端に被験者から付
与されるトルクを受けるアームが取り付けられる一方、
回転軸の他端に所定力のブレーキ力を付与する負荷機構
が取り付けられ、回転軸の中央部外周に歪みゲージが貼
り付けられた構造のものがある。この装置では、アーム
を介して付与されるトルクによって回転軸がねじりを受
けながら回転するが、そのときのねじれ量を前記歪みゲ
ージで測定することによってトルクを測定するものであ
る。

「考案が解決しようとする課題」 前者の筋力測定装置では、アーム53に生じるたわみ量を
検出するとき、アーム53にはねじりも生じるため、高精
度のトルク検出が難しい欠点があった。

また、後者の筋力測定装置では、歪みゲージが張り付け
られる軸自体が回転するため、歪みゲージから伸びる配
線用コードがよじれたり絡まったりしないよう、回転軸
にスリップリングを設ける等の手段を施さなければなら
ず、仮にこのような手段を講じても配線用コードがよじ
れる等耐久性や精度に問題が生じたり、配線用コードが
訓練や測定に支障を来す問題があった。また、構造が複
雑になる関係上信頼性が劣る等の欠点もあった。

本考案は上記事情に鑑みてなされたもので、正確なトル
ク検出が可能となるとともに配線が容易で耐久性に優れ
る筋力測定および訓練装置を提供することを目的とす
る。

「課題を解決するための手段」 請求項１に記載の考案では、一端側に取り付けられたア
ームを介して人の腕あるいは足等から力が付与される回
転自在に配設された回転軸と、一端を固定された固定軸
と、該固定軸の他端および前記回転軸の他端の間に介装
され前記回転軸が回転される際該回転軸に所定の抵抗力
を付与するトルク抵抗器と、前記回転軸が回転される際
前記トルク抵抗器を介してねじられる前記固定軸のねじ
り軸を測定し、それに基づき前記アームから付与される
トルクを算出する測定手段と、を備えて成ることを特徴
とする。

また、請求項２に記載の考案では、一端側に取り付けら
れたアームを介して人の腕あるいは足等から力が付与さ
れる回転自在に配設された回転軸と、該回転軸の他端側
に間隔をあけてかつ回転軸と同一軸線上に回転自在に配
置された中間軸と、該中間軸と前記回転軸の他端の間に
介装され前記回転軸が回転される際該回転軸に所定の抵
抗力を付与するトルク抵抗器と、前記中間軸から半径方
向外方へ延びその先端が係止されて中間軸の回転を規制
する梁と、前記回転軸が回転される際前記トルク抵抗器
を介して伝達される中間軸の伝達トルクを前記梁を介し
て測定し、それに基づき前記アームから付与されるトル
クを算出する測定手段と、を備えて成ることを特徴とす
る。

「作用」 請求項１記載の考案では、被験者から回転軸にアームを
介してトルクが付与されると、回転軸が回転しようとす
るが、上記付与されるトルクがトルク抵抗器で設定され
た抵抗値より低い場合には、回転軸の回転は阻止され、
上記アームを介して付与されたトルクは固定軸をねじら
せるように作用する。したがって、このときの固定軸の
ねじれ量を固定軸に設けた測定手段により測定すること
で、上記付与されたトルクが検出できる（アイソメトリ
ック形態）。

一方、上記付与されるトルクがトルク抵抗器で設定され
た抵抗値を越えようとする場合には、トルク抵抗器内で
すべりが生じ、回転軸はトルク抵抗器から所定の力（ブ
レーキ力）を受けながら回転する。このとき、回転軸の
回転を阻止しようとする力は固定軸をねじる力として作
用する。したがって、このときの固定軸のねじれ量を測
定手段によって測定することで、付与されたトルクが検
出できる（アイソトニック形態）。

また、請求項２に記載の考案によれば、前記請求項１に
記載の考案と同様、アイソメトリック形態とアイソトニ
ック形態の測定や訓練が行える。ただ、請求項１に記載
の考案と異なるところは、請求項１に記載の考案では、
固定軸のねじりを基にトルク検出を行っていたのに対
し、ここでは、中間軸から延ばした梁の変形や、梁の先
端を係止する係止部分が梁から受ける押圧力を測定して
トルク検出を行っている。ねじり量測定用の固定軸より
中間軸は短くでき、その分装置全体を短くできる利点が
ある。

「実施例」 以下、本考案の実施例を図面を参照して説明する。

第１実施例 図において符号１は装置の主構成部品を収納するケーシ
ングであり、支持部２を介して壁等の固定体３に固定さ
れるものである。ケーシング１の内部にはトルク抵抗器
５が収納されている。トルク抵抗器５は入力部5aと出力
部5bとの間に所定の負荷トルクを加えるもので、ここで
は２種類のプレート6a,6bが交互に配置され、その内の
一方6aが入力部5aと一体に回転するとともに他方のプレ
ート6bが出力部5bと一体に回転する構造とされ、両プレ
ート6a,6bが図示せぬ油圧機構によって共に接合する力
を受ける構造とされている。なお、この種トルク抵抗器
に代えて市販のパウダブレーキ等を用いることもでき
る。

ケーシング１にボルト７を介して固定される蓋８には回
転軸９がベアリング10を介して回転自在に取り付けられ
ている。回転軸９のケーシング１の内端は前記トルク抵
抗器５の入力部5aに連結されている。回転軸９の外端は
アーム11がスプライン嵌合されて回転軸９と一体的に回
転するように直交して取り付けられている。アーム11の
先端には前記第10図で示したように被験者が力を付与す
る箇所である入力部が取り付けられる（図示略）。

前記ケーシング１の内部には固定軸15が前記回転軸９と
同軸上に、かつ両者間に前記トルク抵抗器５を介在させ
て配置されている。固定軸15の一端（図中右端）はケー
シング１の側板部1aに設けられた支持孔1bに嵌入され、
かつ支持孔内壁との間にキー16を差し入れられて回り止
めされている。固定軸15の他端はケーシング１との間に
介在されたベアリング17により支持されて、前記トルク
抵抗器５の出力部5bに連結されている。

上記固定軸15の略中央部外周には歪みゲージ18が貼付け
られ、該固定軸15のねじりが検出できるようになってい
る。

また、19はケーシング１の上部にブラケット20を介して
取り付けられたロータリエンコーダであり、出力軸に取
り付けられたプーリ21、該プーリ21に係合するタイミン
グベルト22、該タイミングベルトに係合するプーリ23を
介して、前記回転軸９の回転速度を検出するものであ
る。

次に、上記筋力測定および訓練装置の作用について説明
する。

A:〈アイソメトリック〉 上記トルク抵抗器５の設定値を被験者が出し得る値以上
に設定する。

被験者がアーム11を介して回転軸９を回転させようとす
る力を付与すると、その力は回転軸９およびトルク抵抗
器５を介して固定軸15の他端（左端）に伝わり、固定軸
15にねじりが生じる。このとき、固定軸15の他端部およ
び回転軸９はベアリング10,17を介して支持されている
ため、アーム11から付与される力はほとんどロスなく固
定軸15をねじる力として作用する。

このときの固定軸15のねじりを歪みゲージ18によって検
出することにより、被験者から付与されたトルクを検出
することができる。

B:〈アイソトニック〉 トルク抵抗器５の設定値を、被験者が出すトルク値以下
に設定する。

被験者によって回転軸９にトルクが加えられ、その値が
トルク抵抗器５の設定値を越えようとすると、トルク抵
抗器５内の両プレート6a,6b間ですべりが生じ、回転軸
９は抵抗力を付与されながら回転する。トルク抵抗器５
内で生じる抵抗力はその反力で固定軸15をねじるように
作用する。固定軸15のねじりは歪みゲージ18によって検
出できる。すなわち、被験者は歪みゲージ18を介して測
定される一定トルクで、アーム11および回転軸９を回転
することとなる。

第２実施例 第３図ないし第５図は本願考案の第２実施例を示す。こ
の実施例はトルク抵抗器として、トルクアクチュエータ
30を用いた例である。なお、第１実施例で示したものと
同一構成要素には同一符号を付して説明を省略する。

トルクアクチュエータ30は、第５図に示すようにケーシ
ング31内に二つの圧力室32,33が画成され、それら圧力
室32,33の容量は、両室32,33を仕切る仕切り壁34が回動
される際一方側が増すと同時に他方側が減る構造になっ
ている。ケーシング31は前記固定軸15に連結され、仕切
り壁34は回転軸９に連結されている。

前記圧力室32,33に設けられたポート32a、33aは油路35
によってともに接続されており、該油路35には２つのチ
エックバルブ36a,36bがそれぞれ逆方向を向いて直列に
介装され、それらチエックバルブ36a,36bには、絞り弁3
7a,37bが介装されたバイパス通路38a,38bが並設された
構成になっている。

この実施例においても、前記実施例と同様な効果が得ら
れる。すなわち、アーム11に力を加えて回転軸９を回転
軸させようとすると、該回転軸９と一体的に仕切り壁34
が、例えば図中Ｘ方向に回転することとなり、一方の圧
力室33の容量が減るとともに他方の圧力室32の容量が増
える。従って、一方の圧力室33内のオイルは油路35中の
絞り弁37aを通って他方の圧力室32へ流れようとする。
そのときの絞り弁37aを通過する際の流動抵抗がトルク
抵抗力となり、そのときのトルク反力は固定軸15のねじ
りとして検出される。

なお、双方の絞り弁37a,37bを全閉とすると、圧力室32,
33間のオイルの行き来がなくなり、回転軸９は固定のま
まとなる。すなわち、アイソメトリックの形態が採れ
る。

第３実施例 第６図および第７図は本考案の第３実施例を示す。前記
第１実施例および第２実施例では固定軸15のねじり量を
測定することでトルク測定を行う構成になっていたが、
この実施例は固定軸15の替わりに回転軸40が用いられ、
この回転軸40がそれから半径方向外方へ延びる梁41の先
端をケーシング１の係止部1dによって係止されること
で、若干の回転を許容された状態で支持されている。な
お、第１実施例で示したものと同一構成要素には同一符
号を付して説明を省略する。

すなわち、具体的に説明すると、回転軸40の一端（第６
図中右端）には有底円筒状のカバー42がキー43を介して
回転軸40と一体的に回転するようにボルト44によって取
り付けられている。カバー42の外周には前記梁41の基端
部が溶接され、これにより梁41は回転軸40に対して直交
するように取り付けられている。梁41の先端はケーシン
グ１にボルト止めされた係止具45の溝45aに嵌入され、
これにより梁41は回転軸40を中心とした回転が阻止され
ている。梁41と係止具の溝45aの内面との間には圧力測
定子46,46が介装されている。

この実施例の筋力測定および訓練装置では、第１実施例
のものと同様に筋力訓練および筋力測定が行える。

すなわち、被験者がアーム11を介して回転軸９を回転さ
せようとする力を付与すると、その力はトルク抵抗器５
を介して中間軸40に伝わり、そこからさらに梁41に伝わ
り、該梁41の先端を係止具45の溝45aの内面に押し付け
る力として作用する。その力は圧力測定子46によって測
定され、梁41の長さｌを考慮されて、被験者から付与さ
れたトルクが検出できる。

また、本実施例では、中間軸40のねじり量ではなくそこ
から半径方向外方へ延びる梁41を介してトルクを検出す
るものであり、中間軸40は第１実施例で用いた固定軸15
に比べて短くできることから、装置全体のコンパクト化
が図れる利点がある。

第４実施例 第８図および第９図は本考案の第４実施例を示す。この
実施例が第３実施例と異なるところは、係止具45の溝45
aと梁41との間に圧力測定子を介装する替わりに、梁41
の側面に直接歪みゲージ47を張り付けている。

このような構成によっても前記第１実施例あるいは第３
実施例と同様、筋力訓練および筋力測定が行える。

「考案の効果」 請求項１に記載の考案によれば、以下の効果を奏する。

回転軸からではなく固定軸から配線コードが延びてい
るため、スリップリング等が不要となり、コンパクトで
安価な筋力測定訓練器が得られる。

正確なトルク検出ができる 構成が簡単であるため、省スペース、ローコストが実
現でき、運動形態や製品のグレードにより市販のほどん
どのブレーキやトルクアクチュエータをトルク抵抗器と
して利用できる。

請求項２に記載の考案によれば、上記考案で得られる効
果に加えて、固定軸よりも短い中間軸を利用できるた
め、装置全体のコンパクト化が図れる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本考案の第１実施例を示し、第１
図は装置要部の縦断面図、第２図は同図のII矢視図であ
る。 第３図ないし第５図は本考案の第２実施例を示し、第３
図は装置要部の縦断面図、第４図は同図のIV矢視図、第
５図は第３図のＶ矢視断面図である。 第６図および第７図は本考案の第３実施例を示し、第６
図は装置要部の縦断面図、第７図は同図のVII矢視図で
ある。 第８図および第９図は本考案の第４実施例を示し、第８
図は装置要部の縦断面図、第９図は同図のIX矢視断面図
である。 第10図は従来の筋力測定および筋力訓練装置の概略斜視
図、第11図は同装置の一部の正面図である。 １……ケーシング ３……固定体 ５……トルク抵抗器 ９……回転軸 11……アーム 15……固定軸 18……歪みゲージ 20……ロータリエンコーダ 30……トルクアクチュエータ（トルク抵抗器） 40……中間軸 41……梁 46……圧力測定子 47……歪みゲージ

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】一端側に取り付けられたアームを介して人
   の腕あるいは足等から力が付与される回転自在に配設さ
   れた回転軸と、一端を固定された固定軸と、該固定軸の
   他端および前記回転軸の他端の間に介装され前記回転軸
   が回転される際該回転軸に所定の抵抗力を付与するトル
   ク抵抗器と、前記回転軸が回転される際前記トルク抵抗
   器を介してねじられる前記固定軸のねじり量を測定し、
   それに基づき前記アームから付与されるトルクを算出す
   る測定手段と、を備えて成ることを特徴とする筋力測定
   および訓練装置。
2. 【請求項２】一端側に取り付けられたアームを介して人
   の腕あるいは足等から力が付与される回転自在に配設さ
   れた回転軸と、該回転軸の他端側に間隔をあけてかつ回
   転軸と同一軸線上に回転自在に配置された中間軸と、該
   中間軸と前記回転軸の他端の間に介装され前記回転軸が
   回転される際該回転軸に所定の抵抗力を付与するトルク
   抵抗器と、前記中間軸から半径方向外方へ延びその先端
   が係止されて中間軸の回転を規制する梁と、前記回転軸
   が回転される際前記トルク抵抗器を介して伝達される中
   間軸の伝達トルクを前記梁を介して測定し、それに基づ
   き前記アームから付与されるトルクを算出する測定手段
   と、を備えてなることを特徴とする筋力測定および訓練
   装置。