JPH0984898A

JPH0984898A - 運動訓練装置

Info

Publication number: JPH0984898A
Application number: JP24147095A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Fujiwara; 秀紀藤原; Yoshihiro Sakakibara; 義宏榊原; Hironobu Toyoshima; 広宣豊島
Original assignee: Hitachi Techno Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 1995-09-20
Filing date: 1995-09-20
Publication date: 1997-03-31

Abstract

(57)【要約】【目的】利用者が通常運動時と同一の運動感覚を得る
ことができる運動訓練装置を提供する。【構成】ランニング装置１の無端ベルト５に連動回転
するプーリ３ａ，３ｂを設け、該プーリ３ａ，３ｂにボ
ールネジ２２を結合し、ボールネジ上に錘２３を保持し
てフライホイール２０を構成する。フライホイール２０
の慣性モーメントを、ボールネジ２２に設けた錘２３の
回転軸中央からの位置によって自動的かつ無段階に変
え、利用者の体重や訓練目的に応じた慣性モーメントを
設定する制御部を設ける。【効果】利用者の体重や訓練目的に合わせて無段階
に、かつ自動的にフライホイールの慣性モーメントを変
えることができるため、通常訓練時と同一の運動感覚を
体験することができ、利用者の希望する運動訓練効果を
得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は運動訓練装置に関し、特
に、無端ベルトにより形成された走行面上を利用者が走
行することにより無端ベルトが回転するランニング装置
や、利用者がペダルをこぐことによりペダルの回転軸及
び後輪に該当する回転体に掛けた無端ベルトが回転する
固定自転車型の、いわゆるエルゴメータに関する。

【０００２】

【従来の技術】運動訓練装置の一例として、駆動手段に
より回転している無端ベルト上を利用者が走行するラン
ニング装置や固定された自転車型のエルゴメータがあ
る。

【０００３】ランニング装置では予め無端ベルトの回転
速度を利用者の所望速度とする設定を行う。利用者の走
行速度は無端ベルトの回転速度によって決められるた
め、走行中の利用者が予め設定した速度よりも早くある
いは遅く走行したい場合は、例えば、操作パネルを操作
して利用者自身が無端ベルトの回転速度を変更する作業
を行わなければならない。

【０００４】しかし、利用者が走行中に操作パネル等を
操作する動作は、通常の地上走行時には行わない動作で
ある。このため、利用者に地上走行時とは異なる異和感
を与える。また、走行速度が変わる毎に走行を中断して
速度を再設定しなくてはならない。

【０００５】この問題を解消し、ランニング装置を使用
して走行中の利用者が速度を変更する際にも、地上走行
時とは異なる動作を行わなくて済むランニング装置とし
て、自走式と呼ばれるランニング装置が提案されてい
る。

【０００６】自走式ランニング装置は、無端ベルトに駆
動手段を設けず、利用者がてすり等に掴まって走行す
る。利用者が走行することにより無端ベルトが回転す
る。加速や減速を操作パネルなどを利用せず、利用者の
走行動作によって行うことができる。

【０００７】特開昭５５−８４１７９号公報では、無端
ベルトの回動保持手段であるプーリに変速機構を介して
フライホイールを設け、該変速機構を動作させることに
より走行中の瞬時瞬時を利用者の希望する任意の速度で
走行でき、さらに無端ベルト上で利用者の腰部を保持す
る機構を設けて、てすり等につかまった状態ではなく地
上での走行姿勢と同様な姿勢に保ちながら走行訓練を行
うことのできるランニング装置が提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】自走式ランニング装置
で走行する際に通常運動時と同一の運動感覚を利用者が
得るためには、以下の２点を同時に満たす必要がある。
まず、利用者の推進力と同じ大きさの反力を走行面であ
る無端ベルトから利用者が受けなければならない。従来
の自走式ランニング装置においては、無端ベルトを駆動
手段によって回転させないことによりこの条件を満たし
ていた。

【０００９】次に、利用者の慣性質量（即ち、利用者の
体重）に基づき無端ベルトを回転させる際の慣性モーメ
ントを設定する必要が生じるが、この点については概念
としては考えられていたが具体的には達成されていなか
った。

【００１０】また、固定自転車型のいわゆるエルゴメー
タにおいては、従来は例えば後輪に該当する回転軸に対
して利用者が負荷を設定する。運動訓練中に操作パネル
を操作して後輪に該当する回転軸のブレーキ値、つまり
負荷を変更するものがある。

【００１１】しかし、利用者が所望の運動量を得るため
に設定する負荷は個々の利用者によって異なり、利用者
がエルゴメータのペダルをこぎ始めてから何回か操作パ
ネルを操作して負荷を調整し直す必要が生じ、わずらわ
しい作業となる。また、ブレーキによる負荷が常にかか
っているため通常の運動時と同一の運動感覚を得ること
ができない。

【００１２】本発明の目的は、利用者が通常の運動時と
異なる姿勢や動作を取る必要が無く、更に、通常運動時
と同一の運動感覚を得ることができる運動訓練装置を提
供することにある。

【００１３】本発明の他の目的は、利用者の希望する運
動訓練効果を得ることができる運動訓練装置を提供する
ことにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の運動訓練装置
は、架台に回転可能な回転支持体を設け、ベルトの両端
を接続した無端ベルトの内周が該回転支持体の外周に当
接し、利用者が運動することにより該回転支持体あるい
は該無端ベルトが回転する運動訓練装置において、該回
転可能な回転支持体に連動して回転するフライホイール
を設け、該フライホイールの慣性モーメントを利用者の
体重と利用者が希望する運動負荷から算出する制御部
と、該制御部で算出した慣性モーメントに基づき該フラ
イホイールの慣性モーメントを変更する手段を設けた。

【００１５】フライホイールの慣性モーメントは利用者
の体重と利用者が希望する運動負荷から自動的に算出設
定される。利用者が通常運動時と異なる姿勢や動作を取
る必要が無く、更に、通常運動時と同一の運動感覚を得
ることができ、利用者の希望する運動訓練効果を簡単な
操作で得ることができる。

【００１６】

【実施例】図１から図８を用いて本発明の一実施例によ
るランニング装置を説明する。図１は本発明の一実施例
によるランニング装置の全体を示す。なお、説明の便宜
上、本実施例においては利用者の相対的進行方向を前
方，利用者の背中側を後方として説明する。

【００１７】図１に示すランニング装置１において、床
面上に設けた架台２は後プーリ３ａ、前プーリ３ｂ及び
複数のローラ４を回動自在に支持している。後プーリ３
ａと前プーリ３ｂの外周は、無端ベルト５を緊張状態に
保持している。無端ベルト５を前後方向に動かすと、無
端ベルト５の内周に設けたローラ４と共に後プーリ３ａ
及び前プーリ３ｂが回転する。

【００１８】架台２の前方及び後方には支柱６ｂ，６ａ
が設けてある。上下方向にある程度移動し所望の高さで
ある程度保持可能な引きひも７ｂ，７ａが前方及び後方
の支柱６ｂ，６ａ間に渡って設けてあり、引きひも７
ｂ，７ａの中央部には利用者８が装着する腰ベルト９が
保持されている。

【００１９】架台２の脇には、操作部１１，表示部１２
及び体重計１３を有する制御パネル部１０が設けてあ
る。操作部１１は利用者８がランニング装置１の操作を
行うためのものであり、無端ベルト５の上に利用者８が
乗ったままでも操作することができる。表示部１２は利
用者にランニング装置１の状態などを知らせるためのも
のである。体重計１３は利用者８の体重を測定するため
の装置である。

【００２０】なお、体重計１３の代わりに架台２と床面
の間に加重計測装置を設け、利用者８が無端ベルト５上
部に乗り込んだ際に体重を計測しても良い。また、予め
利用者自身が把握している体重計測値を操作部１１から
直接入力してもかまわない。

【００２１】図５に示すように、制御パネル部１０は制
御部１４に計測値や設定値を入力する。制御部１４は、
図１に示す前プーリ３ｂの回転軸と軸心を合致させ、ケ
ース１５及びケース１６で外周を覆ったフライホイール
２０（図２−４を参照して後述する）の駆動機構３０に
制御信号を供給するものであり、利用者８の体重データ
に基づきフライホイール２０の慣性モーメントを演算す
る機能を有している。

【００２２】次に、図２及び図３を用いて、上述したフ
ライホイール２０の細部を説明する。図２は、図１に示
すランニング装置１において、ケース１６を取り去った
前プーリ３ｂ付近を拡大して示す。

【００２３】架台２によりローラ４と共に前後プーリ３
ｂ、３ａが回動自在に保持されている。無端ベルト５は
ローラ４、プーリ３ｂ、３ａの回転を伴って回動する。
前プーリ３ｂの左右にフライホイール２０を設けている
が、ここでは説明の便宜上、前プーリ３ｂの右側に設け
たフライホイール２０を図示し、説明する。

【００２４】フライホイール２０は、ボールネジ２２、
ボールネジ２２に設けた例えば鉄製の錘２３、ボールネ
ジ２２及び錘２３を支持するガイド２４等により構成さ
れる。ボールネジは、送り運動用ネジの一例として用い
られており、前プーリ３ｂの回転軸と同軸の軸芯に設け
たギア部２１により回転制御される。ボールネジ２２を
回転させると錘２３の半径方向位置が変化する。２つの
錘２３は軸芯に対して対称的に同一量変位できる。

【００２５】架台３１は、支持面上に支持される固定部
３１ａと、その上の移動部３１ｂを含む。移動部３１
ｂ，固定部３１ａには、それぞれ慣性モーメント調節モ
ータ３２及び移動部３１ｂをフライホイール２０の軸芯
方向に移動させるギア結合モータ３３が設けてある。ボ
ールネジ２２に設けたギア部２１に対向する位置に慣性
モーメント調節モータ３２のギア部３５が位置してい
る。

【００２６】慣性モーメント調節モータ３２は、移動部
３１ｂに保持されている。固定部３１ａに設けたギア結
合モータ３３により、移動部３１ｂが架台２側に移動す
ると、慣性モーメント調節モータ３２に設けたギア部３
５がボールネジ２２の軸芯に設けたギア部２１に嵌合す
る。

【００２７】なお、ギア結合モータ３３を駆動する際に
は、ブレーキ駆動モータ３４を操作し、前プーリ３ｂに
設けたブレーキ３６を作動させ、前プーリ３ｂの回転を
抑止する。

【００２８】図３は図２に示すフライホイール２０のＡ
−Ａ断面図である。ボールネジ２２に結合されたギア部
２１は通常弾性部材４３を介してガイド２４に保持され
ているストッパ４２により係止されている。

【００２９】慣性モーメント調節モータ３２の移動によ
り、ギア部３５がボールネジ２２に設けたギア部２１に
接触すると、ギア部３５の先端に設けたストッパ解除突
起４１がストッパ４２を押圧する。ストッパ４２が慣性
モーメント調節モータ３２の移動に伴って弾性部材４３
を変形させてガイド２４側に動き、ギア部２１との結合
から外れる。この状態でボールネジ２２が回転可能とな
る。慣性モーメント調節モータ３２を回転させると、ギ
ア部３５が２つのボールネジ用ギア部２１を逆方向に回
転させる。ギア部２１の回転と共にボールネジ２２が回
転し、ガイド２４に設けたスライドレール２５に沿って
２つの錘２３はフライホイール２０の半径方向に互に逆
方向に移動する。

【００３０】図３においては、フライホイール２０の最
も内側に位置した錘２３を実線で示す。例えば、慣性モ
ーメント調節モータ３２の回転軸から距離ｒ１の位置に
錘２３の重心が位置している場合、錘２３とボールネジ
２２及びガイド２４との位置関係は点線で示すようにな
る。

【００３１】なお、フライホイール２０の回転中は、図
３に示すようにストッパ４２がギア部２１に嵌合してい
るため、ボールネジ２２は回転せず、錘２３が遠心力に
よって外周方向へ移動することはない。

【００３２】図４は、図３におけるＢ−Ｂ断面図であ
る。なお、図４では錘２３の形状を断面の中心角が６０
°あるいは６０°を少し超す角度の扇形の内側をくり抜
いた形状とし、錘２３の検出位置として図１に示すケー
ス１６内の３ヶ所に検出センサ２６を設けた場合を示し
ている。フライホイール２０がどのような回転角度で止
まっていても錘２３が最短半径位置の初期位置に移動し
た場合は、錘の内縁を検出できる。錘２３の初期位置
は、図４に示す点線Ｃ１と点線Ｃ２とで囲まれる移動可
能範囲内に任意に設定できる。この場合、検出センサ２
６が錘２３を検出するとともに、錘２３のどの位置を検
出しているかを認識する機能を有していれば、検出セン
サ２６を錘２３の初期位置にあわせて設ける必要は無
い。なお、本実施例では説明の便宜上、錘２３の初期位
置を距離ｒ０としフライホイール２０の最も内側として
いる。

【００３３】本実施例においては、錘２３の内縁を検出
センサ２６が検出し、錘２３の初期位置は図４に示す最
短半径位置としたため、検出センサ２６の機能としては
錘２３の有無のみを検出するだけで十分である。しか
し、錘２３の初期位置を図４に示す最短半径位置または
最長半径位置以外とする場合には、検出センサ２６が錘
２３の有無を検出しても、錘２３が幅や形状を有するの
で、制御部１４はボールネジ２２上における錘２３の位
置を特定することができなくなる。言い替えると、検出
センサ２６が検出したのは、錘２３の内縁か外縁かある
いはその中間なのかを特定することができない。

【００３４】そこで、検出センサ２６に錘２３の有無を
検出させるだけでなく、錘２３の位置も検出させるよう
にしてもよい。例えば、錘２３の任意の位置（例えば内
縁）に予め検出センサ２６により認識する検出片を設
け、検出センサ２６が検出片を検出した時点を制御部１
４が基準として用いる。このようにすれば、制御部１４
がボールネジ２２上の錘２３の位置を特定できる。

【００３５】以上述べたように、検出センサ２６に持た
せる機能によっては、錘２３の初期位置をどこに設定し
たとしても検出センサ２６の設定位置を錘２３の初期位
置に合わせる必要はなくなる。

【００３６】図５は、本実施例におけるランニング装置
の制御を行う制御部１４と制御パネル部１０及び駆動機
構３０との接続状況を簡単に示したものであり、図１及
び図２に示す前プーリ３ｂの左右両側にフライホイール
２０を設けた場合を示している。なお、フライホイール
２０は、後プーリ３ａの左右に設けても、両プーリに設
けてもよい。さらに、プーリの片側にフライホイールを
設けることも可能である。

【００３７】該制御部１４は利用者８の体重データを基
に上述したフライホイール２０の慣性モーメントを演算
する機能を有している。制御部１４は、操作部１１、表
示部１２及び体重計１３からなる制御パネル部１０及び
左右のフライホイール２０を駆動する２つの慣性モーメ
ント調節モータ３２，２つのギア結合モータ３３及びブ
レーキ駆動モータ３４などの駆動機構３０と接続してお
り、操作部１１及び体重計１３からの入力に基づき、表
示部１２及び駆動機構３０に出力を行う。

【００３８】以上のように構成された本実施例における
ランニング装置を利用した場合の、利用者の利用手順及
び装置の条件設定状況を、図６乃至図９に流れ図として
示し、図１乃至図５を参照しながら説明する。

【００３９】図６に示すように、まず利用者８が利用開
始時に操作部１１から開始信号を入力する。ステップＳ
０１において、操作部１１からの開始信号を受けた制御
部１４は、ブレーキ駆動モータ３４を動作させる指令を
出す。ブレーキ駆動モータ３４が作動することによって
前プーリ３ｂに設けたブレーキ３６が動作し、前プーリ
３ｂの回転を抑止する。

【００４０】次に、ステップＳ０２において、制御部１
４からギア結合モータ３３を動作させる指令が出され、
架台３１の移動部３１ｂが動き、慣性モーメント調節モ
ータ３２に設けたギア部３５とフライホイール２０に設
けたギア部２１が結合する。この時、ストッパ４２の係
止は解除される。

【００４１】更に、ステップＳ０３において、慣性モー
メント調節モータ３２を回転させ、錘２３を初期位置へ
移動させる。制御部１４が検出センサ２６からの信号を
受け、錘２３の初期位置への移動を認識した時点でフラ
イホイール２０の慣性モーメントの初期化が終了したと
判断する。

【００４２】次いで、ステップＳ０４において、制御部
１４によりギア結合モータ３３を作動させ、慣性モーメ
ント調節モータ３２を後退することでギア部３５をギア
部２１から解離する。

【００４３】なお、ギア部を結合させたままでもその後
の手順は進められる。ただし、ギア部を結合させたまま
で放置すると、ブレーキ３６を駆動することにより止め
ている前プーリ３ｂが何らかの原因で外力等が掛かり回
転してしまった場合、ボールネジ２２も回転するため、
錘２３が初期位置からずれてしまう。

【００４４】いずれにしても、利用者が実際に走行する
際にはギア部の結合は解除されている必要がある。ステ
ップＳ０５において、以上の手順が終了した時点で制御
部１４は表示部１２に初期化の完了を表示する。制御部
１４は初期化の完了を表示部１２に表示したことで、利
用者８の体重計測値及び運動負荷値の取り込み待ちの状
態となる。

【００４５】ステップＳ０６においては、利用者８は体
重計１３に乗り、操作部１１を操作して体重測定を開始
することを示す信号を制御部１４に送る。図７のステッ
プＳ０７に示すように制御部１４は操作部１１からの開
始信号を受け取る。ステップＳ０８に示すように、利用
者は運動負荷値を操作部１１を操作して設定する。利用
時の安全性を考慮して運動負荷値には上限及び下限が設
けてある。ステップＳ０８ａにおいては、ステップＳ０
８にて入力した運動負荷値が適正範囲内かどうか判定す
る。適正範囲内でなければステップＳ０８に戻り運動負
荷値の再入力を利用者８が行う。

【００４６】なお、本実施例においては、利用者が運動
負荷値を入力しなかった場合には運動負荷値を１として
制御部１４が自動設定を行うものとした。ステップＳ０
９において、体重の測定が終了したことを示す信号を制
御部１４が受取ると、体重計１３の測定した利用者８の
体重計測値を読み込んで、体重計測値に運動負荷値を掛
けた値を制御部１４が体重データとして算出する。

【００４７】ちなみに、体重データとは制御部１４によ
って利用者の実際の体重を示す体重計測値に補正を掛け
た結果得られた値を示すものであり、体重計測値と一致
する場合もあれば一致しない場合も生じる。従って、利
用者の実際の体重を示す体重計測値と区別するために用
語を変えて表現した。

【００４８】ステップＳ１０において、制御部１４は予
め蓄積している許容範囲体重データと体重データとを比
較演算し、体重データが訓練許容範囲内か否かを判断す
る。運動負荷値を１とした場合は体重データと体重計測
値は一致し、更に、利用者の希望する走行感覚が地上走
行時と同一の走行感覚となる。

【００４９】本実施例に示すランニング装置１において
は、フライホイール２０に設けたボールネジ２２の長さ
により錘２３の移動範囲が限られるため、慣性モーメン
トの調節設定可能な範囲が限定される。従って、算出し
た体重データによっては利用者８に適したフライホイー
ル２０の慣性モーメントを設定することができない場合
もある。そのため、ステップＳ１１において、体重デー
タが許容範囲外の時はその旨を表示部１２に表示する。

【００５０】更にステップＳ１１ａにおいて、体重デー
タが運動負荷値の再設定によって許容範囲内となるかど
うかを体重計測値をもとに制御部１４が判定する。判定
結果が許容範囲内となるのであれば、制御部１４は体重
データが許容範囲内となる運動負荷値の範囲を表示部１
２に表示し、利用者８は表示された範囲内の運動負荷値
を再度入力する。

【００５１】例えば、運動負荷値の設定可能な範囲を
０．７以上１．３以下とし、体重データの許容範囲を３
０ｋｇ以上１２０ｋｇ以下とする。この場合、体重計測
値が１００ｋｇの利用者が運動負荷値を１．３と設定し
た場合には、体重データが１３０ｋｇになるため許容範
囲内に入らない。運動負荷値を０．７以上１．２以下の
範囲内で再設定した場合には、体重データが許容範囲内
に入るため利用することができる。

【００５２】一方、判定結果が許容範囲外となる場合は
利用者８は本装置を利用することができないため、制御
部１４はランニング装置１の使用不可能を表示部１４に
表示し終了する。例えば、体重計測値が１８０ｋｇの利
用者は、運動負荷値を設定可能な範囲の下限である０．
７で設定しても体重データは１２６ｋｇとなるため許容
範囲内に入らず、装置自体の利用が不可能となる。な
お、以上の説明における数値は、あくまでも説明のため
の例示である。

【００５３】なお、許容範囲か否かの判断は、体重の重
すぎるあるいは軽すぎる利用者に対して、安全面で問題
のない範囲か否かを考慮して判断しても良い。体重デー
タが許容範囲内であれば、制御部１４は体重データをも
とに、以下に説明する図８のステップＳ１２〜Ｓ１７に
示すようにフライホイール２０の慣性モーメントの調節
を行う。以下、運動負荷値を１と設定したものとする。

【００５４】なお、制御部１４が有する慣性モーメント
の算出機能を以下で述べるが、ランニング装置１がフラ
イホイール２０を前プーリ３ｂの左右に１つづつ有して
おり、一つのフライホイール２０には錘２３を２つずつ
有しているものとする。

【００５５】利用者の体重をＭ、利用者の推進力をＦ、
錘２３を有するフライホイール２０による慣性モーメン
トをＩ１、後プーリ３ａ及び前プーリ３ｂの半径をＲ、
錘２３をすべて取り除いた前後プーリ３ａ，３ｂの慣性
モーメントの和をＩ２、前後プーリ３ａ，３ｂの角速度
をωとする。

【００５６】利用者は無端ベルト５およびローラ４も回
転させるが、これらの慣性モーメントは前後プーリ３
ａ，３ｂおよびフライホイール２０の慣性モーメントに
比べれば十分小さいため、無端ベルト５およびローラ４
の慣性モーメントはここでは考慮せず、次の運動方程式
を得る。

【００５７】

【数１】

【００５８】一方、地上を走る場合と同じ加速度を利用
者が体感するためには、次式が成り立たなければならな
い。

【００５９】

【数２】

【００６０】数１と数２により次式が求められる。

【００６１】

【数３】

【００６２】ここで錘２３一つの質量を質量ｍとし、フ
ライホイール２０の慣性モーメントＩ１を簡単な計算で
求めると

【００６３】

【数４】

【００６４】となり、数３及び数４から次式が得られ
る。

【００６５】

【数５】

【００６６】後プーリ３ａ及び前プーリ３ｂの半径を示
す半径Ｒ、錘２３をすべて取り除いた前後プーリ３ａ，
３ｂの慣性モーメントの和を慣性モーメントＩ２、錘２
３一つの質量を質量ｍとしたが、各々の値はあらかじめ
測定により得ることができる。従って、利用者の体重を
示す重量Ｍの値が分かれば利用者の体重（重量Ｍ）に応
じた慣性モーメントを有するフライホイールの半径ｒ１
の値を設定することができる。

【００６７】実験によって数４に相当するｒ１とＩ１の
正確な関係式をあらかじめ調べておき、数５に相当する
正確なｒ１を算出してもよいが、利用者に通常運動時と
同一の運動感覚を与えるためには、数５が成り立てばよ
い。

【００６８】ステップＳ１２において、以上述べたよう
に、体重データに基づいてフライホイール２０の中心位
置から錘２３の重心までの距離ｒ１（＝半径ｒ１）を算
出する。

【００６９】制御部１４の演算中または演算終了後、初
期設定時（ステップＳ０１からステップＳ０５）と同様
に、ギア結合モータ３３を動作させて慣性モーメント調
節モータ３２を移動させ、ギア部３５をギア部２１に結
合する。

【００７０】例えば、駆動手段３０にパルスモータを用
いる場合には、制御部１４は、初期設定時から必要な移
動距離である距離ｒ１に該当するパルス数を算出する。
ステップＳ１３において、ギア結合モータ３３を駆動し
てギアを結合する。ステップＳ１４において、慣性モー
メント調節モータ３２へ該パルス数のパルスを供給し、
慣性モーメント調節モータ３２を駆動する。錘２３が初
期設定時から距離ｒ１だけ移動する。

【００７１】体重データに応じたフライホイール２０の
慣性モーメントの調節が終わると、ステップＳ１５にお
いて、制御部１４はステップＳ０４と同様にギア結合モ
ータ３３を移動させてギア部２１及びギア部３５の結合
を解除する。同時にストッパ４２がギア部２１に係合す
る。ステップＳ１６において、表示部１２にフライホイ
ール２０の慣性モーメントの調節の完了を表示する。制
御部１４は表示部１２にフライホイール２０の慣性モー
メントの調節の完了を表示すると、操作部１１からの走
行信号の入力待機状態となる。ステップＳ１７におい
て、利用者８はブレーキ３６が作動し前プーリ３ｂの回
転が抑止されているため無端ベルト５が回転しない状態
で無端ベルト上に乗り、腰ベルト９を装着する。

【００７２】図９のステップＳ１８に示すように利用者
は腰ベルト９を装着した後、操作部１１を操作し制御部
１４へ走行信号を送る。ステップＳ１９において、制御
部１４は操作部１１から走行信号を受け取ると，ブレー
キ駆動モータ３４を停止してブレーキ３６による前プー
リ３ｂの制動を解除する。続いて、ステップＳ２０にお
いて、表示部１２に走行可能の表示を行う。

【００７３】ステップＳ２１において、利用者が表示部
１２の表示を確認し走行を開始すると、腰ベルト９を装
着しているため利用者の推進力がすべて無端ベルト５に
伝達され無端ベルト５が後退回転するが、体重データに
合わせてフライホイール２０の慣性モーメントを調整し
ているため、利用者は地上を走行する際と走行姿勢が変
わらず、更に通常運動時と同一の運動感覚を得ることが
できる。

【００７４】走行を中止すると無端ベルト５の後退回転
が止まり、利用者は操作部１１から走行終了信号の入力
を行う。ステップＳ２２において走行終了信号が検出さ
れると、ステップＳ２３に進み、走行訓練終了時には制
御部１４がブレーキ３６を作動させて無端ベルト５の回
転を固定する。従って、利用者は安全に無端ベルト５か
ら降りることができる。

【００７５】なお、ブレーキ３６およびギア部３５は、
モータの代わりにシリンダ等を用いて駆動してもよく、
１つのフライホイール２０に設ける錘２３の個数は２個
でなく適宜選定してもよい。また、前プーリ３ｂの回転
を抑止するだけでなくブレーキ３６の負荷の度合いを適
宜制御することにより、フライホイール２０による負荷
と共にブレーキ３６による負荷を掛け利用者８の希望す
る運動訓練効果を更に高めることもできる。

【００７６】以上、利用者が地上走行時と同一の走行感
覚を得ることを目的として運動負荷値を１と設定した場
合を例にとり、図６乃至図９を用いて説明してきたが、
運動負荷値を１以外に設定した場合について再び図６乃
至図９を用いて説明する。

【００７７】図６に示すステップＳ０１からステップＳ
０６及び図７に示すステップＳ０７までは上述したもの
と変わらないためここでは説明を省略する。ステップＳ
０８において利用者が訓練目的に応じた運動負荷値を操
作部１１から入力する。制御部１４は利用者８が入力し
た運動負荷値が適正かどうか判断し（ステップＳ０８
ａ）、適正ならば運動負荷値を体重計測値に対する倍率
として利用することにより、補正した体重データを得る
（ステップＳ０９）。

【００７８】すなわち、リハビリテーションを目的とす
る利用者が運動負荷値を例えば０．９に設定すると、制
御部１４が算出する利用者８の体重データは体重計測値
の９０％となり利用者８の体重は実際よりも軽いとみな
され、フライホイール２０の慣性モーメントは小さくな
るため、利用者８の負担が通常の走行時よりも軽くな
る。また、鍛錬を目的とする利用者８が運動負荷値を例
えば１．２に設定すると、利用者８自身が錘などを身に
付けずに体重が２０％増加したと制御部１４がみなすた
め、フライホイール２０の慣性モーメントが大きくな
り、利用者自身が地上走行時に必要な力の２０％増しの
力で走行しなければならなくなり、鍛練用負荷を身体に
装備すること無く簡単な操作で鍛錬効果を得ることがで
きる。

【００７９】図８に示すように、ステップＳ１２におい
て制御部１４は体重データを基にフライホイール２０の
慣性モーメントを算出する。この時に用いる体重データ
は利用者の希望する運動負荷値によって補正済みであ
り、体重データを利用してフライホイール２０の慣性モ
ーメントを算出し、慣性モーメント調節モータに送るパ
ルス数を算出する。

【００８０】ステップＳ１３から終了までは既に説明し
た内容と同一のため、以下説明を省略する。以上述べた
ように、利用者８の訓練目的を運動負荷値として表し、
制御部１４が体重計測値を運動負荷値によって補正した
結果得られた体重データを用いてフライホイール２０の
慣性モーメントを変化させることにより、利用者８は地
上走行時と同一の走行感覚を得ると共に、訓練目的に応
じた運動効果を得ることもできる。

【００８１】なお、図６乃至図９においては、順次前ス
テップを完了しなければ次ステップに進めないものとし
て説明してきたが、制御部１４により並列処理が可能な
部分は並列処理を行なっても良い。例えば、図６に示す
フライホイールの慣性モーメントを初期化するステップ
Ｓ０２からステップＳ０５と、体重データの許容範囲の
認識作業を行なうステップＳ０６から図７に示すステッ
プＳ１０あるいはステップＳ１１ａまでを、ステップＳ
０１終了後、同時に行なうこともできる。

【００８２】また、図６乃至図９に示す流れ図の図示は
省略するが、操作部１１から中止信号を入力すると、い
つでも制御部１４の処理をステップＳ０１に戻すことが
できる。

【００８３】以上ランニング装置を例に取り本発明の一
実施例を説明したが、図３に示すフライホイール２０を
固定された自転車型のいわゆるエルゴメータに用いた場
合を図１０を用いて簡単に説明する。

【００８４】なお、図１０においては図１乃至図９と同
一部分は同一符号を用いて説明する。図１０に示すエル
ゴメータ１４０はハンドル１４１とサドル１４２，ペダ
ル１４３等を有する固定された自転車型をしており、自
転車型のフレーム１４４のペダル軸支部には回転支持体
１４５が設けてある。ベルトの両端を接続した無端ベル
ト１４６の内周がペダル軸支部に設けた回転支持体１４
５とケース１６内に位置する後輪に該当する回転軸部に
設けた回転支持体（図示せず）の外周に当接し、無端ベ
ルトは緊張状態に保持されている。利用者８がペダル１
４３をこぐことによりペダル軸支部に設けた回転支持体
１４５が回転し、回転支持体１４５によって無端ベルト
１４６が回転し、後輪の回転軸部に該当する回転支持体
が駆動される。回転支持体の回転軸には、図３に示すフ
ライホイール２０が結合されている。フライホイール２
０は回転支持体と共に、ケース１６内に収容されてい
る。

【００８５】制御部１４は、図示を省略した体重計から
入力される利用者８の体重と利用者８が希望する運動負
荷からフライホイール２０の慣性モーメントを算出し、
算出した慣性モーメントに基づき該フライホイール２０
の慣性モーメントを変更する。慣性モーメントの算出は
前述した実施例における算出と同様である。なお、先に
述べたランニング装置１においては重量Ｍを利用者の体
重としたが、本実施例においては利用者８の体重と一般
的な自転車の重量の和を重量Ｍとし、ペダル１４３の回
転半径を半径Ｒとする。

【００８６】本実施例によれば、利用者８が例えばハン
ドル１４１に設けた操作パネル（図示せず）を操作して
負荷を調整する動作は、従来とは異なり利用者８がペダ
ルをこぎ始める前に行われる。従って、エルゴメータ１
４０での走行開始が即座に運動訓練開始となり、利用者
８は通常の運動訓練時と同一の運動感覚を得ることがで
きる。

【００８７】また、エルゴメータ１４０に設けたケース
１６内の回転支持体にブレーキを設け、上述のフライホ
イール２０による負荷と共に該ブレーキによる負荷値を
制御することによって、予め利用者８が希望する運動負
荷値を設定することにより利用者８の希望する運動訓練
効果を更に高めることもできる。

【００８８】なお、図１０に示す本実施例においては、
フライホイール２０を後輪に位置する回転軸部に設けた
回転支持体に設けたものとして説明してきたが、前輪に
位置する回転軸部をフレーム１４４に設け、後輪に位置
する回転軸部に設けた回転支持体の代わりに、該前輪に
位置する回転軸部に設けた回転支持体にフライホイール
２０や上述のブレーキを設けても良い。

【００８９】

【発明の効果】本発明によれば、慣性モーメントを調節
する機能を有するフライホイールを有し、利用者の体重
や訓練目的に合わせて簡単な操作で通常の運動訓練時と
同一の運動感覚を得ることができる運動訓練装置を得る
ことができ、利用者の希望する運動訓練効果を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるランニング装置の全体
図である。

【図２】図１に示す実施例によるランニング装置のケー
スを取り去った右側前プーリ付近の拡大図である。

【図３】図２に示すフライホイールのＡ−Ａ断面図であ
る。

【図４】図３に示すフライホイールのＢ−Ｂ断面図であ
る。

【図５】図１に示す実施例における制御部の制御パネル
及び駆動機構との接続関係を示した図である。

【図６】図１に示すランニング装置における利用者の利
用手順及び装置の動作状況を示す流れ図である。

【図７】図１に示すランニング装置における利用者の利
用手順及び装置の動作状況を示す流れ図である。

【図８】図１に示すランニング装置における利用者の利
用手順及び装置の動作状況を示す流れ図である。

【図９】図１に示すランニング装置における利用者の利
用手順及び装置の動作状況を示す流れ図である。

【図１０】本発明の他の実施例によるエルゴメータの概
略を示す図である。

【符号の説明】

１：自走式ランニング装置２：架台３ａ：後プーリ３ｂ：前プーリ４：ローラ５：無端ベルト６ａ：後支柱６ｂ：前支柱７ａ，７ｂ：引きひも８：利用者９：腰ベルト１０：制御パネル部１１：操作部１２：表示部１
３：体重計１４：制御部１５，１６：ケース２０：フライホイール２１：ギア部２
２：ボールネジ２３：錘２４：ガイド２
５：スライドレール２６：検出センサ３０：駆動機構３１
ａ：固定部３１ｂ：移動部３２：慣性モーメント調節モータ３
３：ギア結合モータ３４：ブレーキ駆動モータ３５：ギア部３
６：ブレーキ３７：ストッパ３８：弾性部材３
９：ストッパ解除突起４１：ストッパ解除突起４２：ストッパ４
３：弾性部材１４０：エルゴメータ１４１：ハンドル１４
２：サドル１４３：ペダル１４４：フレーム１４
５：回転支持体１４６：無端ベルト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者豊島広宣茨城県竜ヶ崎市向陽台５丁目２番日立テクノエンジニアリング株式会社開発研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】架台に回転可能な回転支持体を設け、ベル
トの両端を接続した無端ベルトの内周が該回転支持体の
外周に当接し、利用者が運動することにより該回転支持
体あるいは該無端ベルトが回転する運動訓練装置におい
て、該回転可能な回転支持体に連動して回転するフライホイ
ールを設け、該フライホイールの慣性モーメントを利用者の体重と利
用者が希望する運動負荷から算出する制御部と、該制御部で算出した慣性モーメントに基づき該フライホ
イールの慣性モーメントを変更する手段を設けたことを
特徴とする運動訓練装置。
【請求項２】架台の前方及び後方に円筒形状の回転支持
体を設け、ベルトの両端を接続した無端ベルトの内周が
該回転支持体の外周に当接し、該回転支持体により該無
端ベルトを緊張状態かつ回動自在に保持し、該無端ベル
トの水平部上に利用者が乗り込み、走行することにより
該無端ベルトが回転する運動訓練装置において、該回転支持体に連動し回転するフライホイールを設け、該フライホイールの慣性モーメントを利用者の体重と利
用者が希望する運動負荷から算出する制御部と、該制御部で算出した慣性モーメントに基づき該フライホ
イールの慣性モーメントを変更する手段を設けたことを
特徴とする運動訓練装置。
【請求項３】架台の前方及び後方に回転支持体を設け、
ベルトの両端を接続した無端ベルトの内周が該回転支持
体の外周に当接し、該回転支持体により該無端ベルトを
緊張状態かつ回動自在に保持しており、該回転支持体の
一方の回転軸に連動するペダルを架台の左右に設け、利
用者が該ペダルをこぐことにより該回転支持体が回転し
て該無端ベルトが回転する運動訓練装置において、他方の回転支持体に連動し回転するフライホイールを設
け、該フライホイールの慣性モーメントを利用者の体重と利
用者が希望する運動負荷から算出する制御部と、該制御部で算出した慣性モーメントに基づき該フライホ
イールの慣性モーメントを変更する手段を設けたことを
特徴とする運動訓練装置。
【請求項４】請求項１または請求項２あるいは請求項３
に記載の運動訓練装置のフライホイールの慣性モーメン
トを変更する手段として、送り運動用ネジと該送り運動用ネジ上を移動する錘と該
送り運動用ネジと該錘との相対関係を保持するガイドと
から該フライホイールを構成し、該送り運動用ネジを回転する駆動手段を設け、該送り運動用ネジの回転によって錘が移動し、該送り運
動用ネジにおける錘の位置が変化することを特徴とする
運動訓練装置。