WO2004110568A1

WO2004110568A1 - 脚部トレーニング装置

Info

Publication number: WO2004110568A1
Application number: PCT/JP2004/007344
Authority: WO
Inventors: Takahisa Ozawa; Youichi Shinomiya; Kazuhiro Ochi; Yuritsugu Toyomi; Kouichi Ishino; Minoru Kawamoto
Original assignee: Matsushita Electric Works, Ltd.
Priority date: 2003-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2004-12-23
Also published as: CN1809403A; JPWO2004110568A1; KR20060015611A; US8323156B2; JP4148262B2; HK1089984A1; TWI254627B; JP5149940B2; JP2010221066A; US20060229170A1; KR100661072B1; EP1629868A4; EP1629868A1; JP2007181731A; TW200425875A; CN100540096C

Abstract

脚部トレーニング装置は、定位置に固定される基台と、使用者の身体の一部を支持する支持部と、基台と支持部の間に設けられる結合機構を備え、結合機構は使用者の足位置と重心位置との相対位置の変位により使用者の自重で脚部に作用する負荷が変化するように支持部を基台に対して可動に結合し、かつ、少なくとも脚部への負荷が増加するときに足位置と重心位置との相対位置の変位方向が膝関節の略屈伸方向に制限されるように支持部の可動方向を制限する。これにより、膝関節への負担が少ない運動を使用者に効率よく提供することができる。

Description

明細書

脚部トレーニング装置技術分野

本発明は、運動不足解消やシェイプアップを目的とする使用だけでなく、膝痛を有する使用者であっても効率よく脚部の卜レーニングを行える装置に関するものである。背景技術

従来、脚部の運動を可能とす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（卜レツドミル）などが知られており、使用者は自発的に努力をして脚部の運動を行 o。一方、使用者の自発的な努力を必要とせずに能動的な運動を誘発する運動補助装置としては、乗馬運動を模擬する装置（だとえば、特開平 1 1—1 55836号公報）などが提案されている。

上述しだエアロバイクゆ卜レツドミルのような運動補助装置では、膝関節の屈伸を伴つたり、膝関節に使用者の自重よりも大きな負荷が作用したりするだめ、使用者が膝痛を持つ場合には採用することができない。一方、乗馬を模擬する運動補助装置では、使用者が座席に着座するから膝への負担はないが、腰背部など主として体幹部の筋収縮を促す装置であるため、脚部の筋収縮が効果的であるとは言えない。

近年、急増傾向にある生活習慣病の改善には有酸素運動によって体脂肪を減少させることが有効であり、他方、積極的に筋収縮を生じさせて糖代謝を高めることでインスリン感受性を改善させ、ひいては生活習慣病の改善に寄与すると考えられる。筋収縮による糖代謝を効率的に行うには、体積の大きい筋肉である大腿部に筋収縮を生じさせることが有効と考えられる。一方、糖尿病患者などでは膝痛を伴っていることが多ぐ大腿部の筋収縮のめにスクヮッ卜運動などを行うのはもちろんのこと、散歩のようなきわめて一般的な運動でさえも、膝の痛みが強くなつたり症状が悪化しりするという問題が生じるなど、運動したくてもできない人にとって運動に対する強い要望がある。このような事情から、膝に負担をかけることなく脚部の卜レーニングを効率よく行える装置の開発が待れている。発明の開示本発明は上記問題点に鑑みて為されだものであり、その目的は、膝痛を持つ使用者でも大腿部の筋肉の筋収縮を伴う運動を可能とし、結果的に生活習慣病の改善を効果的に行える脚部トレーニング装置を提供することにある。

すなわち、本発明の脚部卜レーニング装置は、定位置に設置される基台と、使用者の自重の少なくとも一部が大腿部を含 ¾脚部に作用する形で使用者の身体の一部を支持する支持部と、使用者の足位置と重心位置との相対位置の変位により使用者の自重で脚部に作用する負荷が変化するように支持部を基台に対して可動に結合し、かつ、少なくとち脚部への負荷が増加するときに足位置と重心位置との相対位置の変位方向が膝関節の略屈伸方向に制限されるよラに支持部の可動方向を制限する結合機構とを含ことを特徴とする。

この構成によれば、使用者の体重の一部を支持部で支え状態において使用者の大腿部を含脚部の筋肉に比較的軽い負荷を与えることができる。すなわち、使用者に付与されだ比較的軽い負荷が糖代謝に有効である大腿部の筋収縮を促すので、筋力の低下ゆ関節痛などによって運動機能が低下している使用者に対して適切な脚部トレーニングを提供することができる。ま、このトレーニング装置を継続的に利用すれば生活習慣病の予防ノ改善が期待される。さらに、本発明においては、使甩者の足位置と重心位置との相対位置の変位方向が膝関節の屈伸方向に制限でき、これは負荷をかける方向を膝の中心と足の第 2指とを結 /S方向に制限できることを意味する。このような方向に作甩する負荷であれば変形性膝関節症のように膝関節に痛みがある使用者であっても、痛みや症状の悪化を招くことなく、脚部の筋収縮を伴うトレーニングを安心して行うことができる。尚、基台に対して可動に結合される支持部は、使用者の足を載せる踏板、使用者を着座状態に保持する保持手段、および使用者を吊り下げ状態に保持する保持手段のいずれかとすることができる。また、結合機構は、支持部の可動方向を使用者の足位置と臀部位置との間の距離が略一定になるように制限することが好ましい。

上記脚部卜レーニング装置において、基台に対して可動に結合される支持部が踏板である場合、踏板を基台に対して水平方向と垂直方向の少なくとも一方向に移動可能に結合機構を介して結合することが好まし。

上記脚部トレーニング装置において、基台に対して可動に結合される支持部が使用者を着座状態に保持する保持手段である揚合、この保持手段は、使用者の臀部を支持する座席部材を含み、座席部材は結合機構を介して基台に揺動可能に結合されることが好ましい。この場合は、使用者の体重の一部が座席部材に臀部を載せることによって支えられ、この状態で座席部材を揺動させることによって使用者の大腿部を含脚部に負荷を ^えて筋収縮を促す。また、座席部材を揺動させる駆動手段を設けることが好ましい。この場合は、使用者が能動的に身体を動作させることなく使用者の脚部に与える負荷の大きさを制御して受動的な運動によって筋収縮を促すことができる。筋力の低下によつて歩行に支障があるような使用者ゆ、リ八ピリ運動を必要とする使用者が脚部の卜レーニングを行いゆすくなつている。また、繰り返して同じ運動を行う場合でも駆動手段がリードしてくれるので、遊戯感覚で楽し <卜レーニングが行える。

上記脚部卜レーニング装置において、支持部は、使用者の臀部を保持するとともに結合機構を介して基台に揺動可能に結合される座席部材と、使用者の足を乗せる踏板を含み、踏板を連動手段により座席部材の揺動に同期して連動させる構成とすることが好ましい。この場合は、膝の屈曲角度が変化しないように座席部材の揺動に伴って踏板の位置を変化させることができる。つまり、等尺性収縮に近い運動が可能になるから、膝関節の屈伸による膝への負担が少なくなる。このように、膝関節の屈伸を伴わずに筋股縮が可能になるから、変形性膝関節症などで膝に痛みがある場合でも安心して脚部の卜レ —ニングを行える。尚、座席部材を揺動させる第 1駆動手段と、踏板を駆動させる第 2 駆動手段と、第 1駆動手段と前記第 2駆動手段とを同期させて制御する制御手段を含ことが特に好ましい。この構成によれば、第 1駆動手段と第 2駆動手段との関係を適宜に調節することによって、使用者の脚部に作用する負荷の大きさを変化させながらも膝関節の屈曲角度がほとんど変化しないように脚部トレーニングを提供することができる。これにより、使用者の好みに ¾じて脚部への負荷の大きさを変化させ、より効果的に大腿部の筋収縮を促すことができる。

また、座席部材は、結合機構を介して基台に結合されるポストと、ポス卜の上端部に配置され使用者の臀部を載せるサドルと、ポス卜に刘するサドルの ¥行移動と回転移動の少なくとも一方を提供するようにサドルをポス卜に結合する連結手段を含 ¾ことが好ましい。これにより、座席部材の揺動に加えてサドルが移動することによって使用者の重心位置の変化を大きくすることができる。だとえば、使用者の脚部に作用する負荷が増加する方向にポス卜が傾くときに、サドルの移動によって使用者の重心位置をずらすようにすれぱ、脚部に作用する負荷をさらに増加させることができる。また、反対に脚部に作用する負荷をさらに減少する方 |¾にサドルを移動させることも可能である。上記サドルの回転移動として、連結手段はポス卜に対してサドルをシーソー運動可能に保持することが好ましい。また、上記サドルの行移動として、ポス卜の軸方向に交差する面内でサドルをスライド可能に保持することが好ましい。

この場合、ポス卜に対するサドルのスライド移動を提供するサドル駆動手段を設けることが特に好ましい。

ま、上記座席部材を用いた脚部卜レーニング装置において、ポス卜はその長手方向に伸縮自在であり、脚部卜レーニング装置はポス卜の伸縮運動を提供するポス卜駆動手段を含ことが好ましい。この構成によれば、ポス卜の伸縮長さの変化によって膝関節の屈曲角度が変化するので、使用者の脚部に作用させる負荷の大きさを調節することができる。また、使用者の脚長に) じて使用者の臀部の位置を調節することができる。本発明の別の好ましい実施形態にかかる脚部卜レーニング装置において、ポス卜はその長手方向に伸縮自在であり、脚部卜レーニング装置はさらに使用者の足を載せる踏板と、座席部材を揺動させる第 1駆動手段を、踏板を駆動させる第 2駆動手段と、ポストの伸縮運動を提供する第 3駆動手段と、ポス卜の軸方向に交差する面内でサドルをスラィド運動させる第 4駆動手段の少なくとも一つと同期させて制御する制御手段とを含ことか'好ましい。この構成によれば、第 1駆動手段と第 2~4駆動手段の少なくとち —つとの組み合わせよって、運動プログラムの設計自由度が高くなり使用者の要請に IS じ種の脚部トレーニングを提供することができる。

上記脚部卜レーニング装置において、連動手段は、踏み台に足を載せるとともに座席部材に着座する使用者の童心位置の移動時、使用者の膝関節の曲げ角度が 45度以内となるように座席部材の揺動に同期して踏板を動作させることが好ましい。変形性膝関節症のよ Οに関節に痛みがある場合でも痛みや症状の悪化のような悪影響を与えることなく使用することが可能になる。ま、連動手段は、前記使用者の重心位置の移動時、使用者の膝の曲げ角度が略一定に維持されるように座席部材の揺動に同期して踏板を動作させることが好ましい。

さらに、本発明の脚部卜レーニング装置は、踏台に足を載せるとともに座席部材に着座する使用者の重心位置の移動時、使用者の膝関節の曲げ角度が 45度以内となるように座席部材の揺動に同期して踏板を動作させる第" 1運動モードと、使用者の重心位置の移動時、使用者の膝の曲げ角度が略一定に維持されるように座席部材の揺動に同期して踏板を動作させる第 2運 ¾モードを選択的に提供し、第 1運動モードと第 2運動モードの一方を選択するための選択手段を含 ¾ことが好ましい。

ま、脚部卜レーニング装置は、代謝量に関連する生理的計測値を計測する計測手段と、計測手段の出力から代謝量を求める評価手段と、使用者に負荷を提供する負荷提供手段と、評価手段から提供される代謝量に基づき負荷提供手段によつて使用者に付与される負荷量を制御する制御手段を含ことが好ましい。この場合、評価手段は、負荷提供手段によって実施される運動にかかわる筋肉の体積および前記運動にかかわる筋肉のろち赤筋の体積のいずれか一方を重み係数として、生理的計測値に重み付けを行い、重み付け後の生理的計測値を代謝量として使用することが好ましい。

また、本発明の脚部卜レーニング装置は、使用者の自重のラち脚部に作用する負荷を反映する荷重を検出するめ支持部に設けられる荷重センサと、荷重センサにより検出される負荷の時間変化を使用者に実時間で通知する荷重変化通知手段とを含ことが好ましい。この構成によれば、使用者が脚部に作用する負荷の時間変化を実時間で知ることができ、適正な負荷が得られているか否かを容易に判断することができる。尚、負荷に過不足があるときには、装置を調節したり、使用者が体の位置をずらしたりすることによって使用者が適正な負荷の運動を得ることができる。

また、脚部卜レーニング装置は、使用者のデータを入力する入力手段と、入力手段により入力されたデータに基づいて使用者が支持部に与えるべき圧力の適正範囲を算出する演算手段と、使用者が実際に支持部に与える圧力を検知するための圧力センサと、演算手段によって提供される適正範囲と圧力センサによって検知された実際の圧力値を使用者に表示する表示手段を含ことが好ましい。この構成によれば、使用者の体重、年齢、性別、疾患の有無や疾患名、運動歴などの使用者に固有のデータに麻じて求めだ適正な負荷の範囲が表示されるから、個々の使用者が自分の最適負荷の範囲を意識しながら脚部の卜レーニングを行うこができる。

ま^、脚部卜レーニング装置は、使用者のデータを入力する入力手段と、入力手段により入力されたデータに基づいて使用者が支持部に与えるべき圧力の適正範囲を算出する演算手段と、使用者が実際に支持部に与える圧力を検知するための圧力センサと、圧力センサによって検出された圧力値が適正範囲内に保れるように結合機構をフィ一ドバック制御する制御手段を含 ¾ことが好ましい。この構成によれば、使用者の体重、年齢、性別、疾患の有無ゆ疾患名、運動歴などの属性に廂じて目標範囲を設定し、使用者に | じた適正な負荷を与えることができる。とくに、使用者の体重を入力するとともに、荷重センサにより求めた荷重から求められる脚部（主として大腿部）への負荷の体重に対する比を求め、この比について目標範囲を設定すれば、個の使用者の体重差にかかわりなく適正な目標範囲を設定することができる。まだ、フィードバック制御によつて脚部卜レーニング時の安全性を高めることができる。

上記脚部トレーニング装置において、使用者を吊り下げ状態に保持する保持手段は、使用者の胴体を吊り下げ保持する胴体保持部材と、使用者の足を載せる踏板を含み、胴体保持部材は結合機構を介して基台に揺動可能に結合され、連動手段により胴体保持部材の揺動に同期して踏板を動作させる構成とすることが好ましい。特に、胴体保持部材は、使用者の腰部を保持する腰部保持具と、軸方向に伸縮可能な使用者の吊り下げ部材を含 ¾ことが好ましい。この場合は、使用者の臀部を座席部材に直接接触させないで脚部の卜レーニングを行う必要がある場合に有効である。

ま、胴体保持手段を揺動させる駆動手段を設けることが好まし <、胴体保持部材を揺動させる第 1駆動手段と、踏板を駆動させる第 2駆動手段と、第 1駆動手段と第 2駆動手段とを同期させて制御する制御手段を設けることが特に好ましい。

本発明のさらなる特徴およびそれがも 6す効果は，以下に述べる発明を実施するための最良の形態からより明確に理解することができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1実施形態にかかる脚部卜レーニング装置の概略図である。

囡2 〜図2〇は、脚部卜レーニング装置の動作説明図である。

図 3 Aおよび図 3 Bは、踏板可動時における脚部卜レーニング装置の別の動作説明図であ

図 4Aおよび図 4Bは、踏板固定時における脚部トレーニング装置の別の動作説明図で図 5Αおよび H5Bは、座席部材の揺動運動時におけるサドルの動作説明図である。図 6は、座席部材の揺動運動時におけるサドルの別の動作説明図である。

図 7 Αおよび HI7Bは、本実施形態のサドルの連結手段の変更例を示す概略図である。図 8Aおよび図 8Bは、本実施形態のサドルの連結手段の別の変更例を示す概略図である。

図 9は、本実施形態のサドルの連結機構のさらに別の変更例を示す概略 ϋである。図 1 0は、筋代謝の計測結果を示すグラフである。

図 1 1は、糖代謝の計測結果を示すグラフである。

囡 1 2は、膝痛の官能評価の結果を示す図である。

図 1 3は、運動条件と積分筋電位との間の関係を示すグラフである。

囡 1 4は、踏板にかかる自重率と座席部材の揺動運動の繰り返し数との間の関係を示すグラフである。

図 1 5は、運動条件と踏板にかかる自重率との間の関係を示すグラフである。

図 1 6 Aおよび図 1 6Bは、座席部材の結合機構の変更例を示す概略!！である。

囡 1 7は、脚部トレーニング装置の制御部を示すプロック図である。

図 1 8は、相対荷重と筋代謝量との間の関係を示すグラフである。

図 1 9は、本発明の脚部卜レーニング装置の変更例を示す概略図である。

図 20は、代謝量が大きい動作 \°ターンを抽出するための動作決定装置のプロック図である。，

図 2 1は、本発明の第 2実施形態にかかる脚部卜レーニング装置を示す概略平面図である。

図 22は、脚部卜レーニング装置の結合機構を示す斜視図である。

H 23Aおよび H 23Bは、脚部卜レーニング装置の動作説明図である。

図 24Aは本発明の第 3実施形態にかかる脚部卜レーニング装置の踏板と座席部材の連動手段を示す概略図であり、図 24Bは、踏板の構造を示す斜視図である。

図 25は、脚部卜レーニング装置の踏板の第 1変更例を示す概略図である。

図 26は、脚部卜レーニング装置の踏板の第 2変更例を示す概略図である。

図 27は、脚部卜レーニング装置の踏板の第 3変更例を示す概略図である。

図 28は、脚部トレーニング装置の踏板の第 4変更例を示す概略図である。

図 29は、脚部卜レーニング装置の踏板の第 5変更例を示す概略図である。

図 3 OAおよび 3 OBは、本発明の第 4実施形態にかかる脚部トレーニング装置の概略図である。 ' ― '

図 3 1は、脚部卜レーニング装置の変更例を示す概略図である。

囡 32は、本発明の第 5実施形態にかかる脚部卜レーニング装置の概略斜視図である。図 33 Aは脚部卜レーニング装置の結合機構の動作説明図であり、図 3 3Bは踏板の位置と結合機構の運動軌跡との関係を示す図である。図 34Aおよび図 34Bは、本発明の第 6実施形態にかかる脚部卜レーニング装置の概略側面図および上面図である。

図 3 5 A〜図 35Cは、脚部トレーニング装置の駆動装置の概略側面図、上面図および正面図である。

図 36 Aおよび図 36Bは、身長の異なる使用者に対する座席部材の位置調節を示す概略図である。

図 37は、脚部卜レーニング装置の踏板の変更例を示す概略図である。発明を実施するめの最良の形態

以下、本発明の脚部トレーニング装置を好ましい実施形態に基づいて詳細に説明する。く第 1実施形態 >

本実施形態の脚部トレーニング装置は、図 1に示すように、床面に設置される架台 1 と、使用者の臀部を支持する座席部材 2と使用者の足を載せる踏板 3とを含む。座席部材 2と踏板 3は、架台 1に対してそれぞれ結合機構 4， 5を介して取り付けられる。結合機構 4, 5にはそれぞれ駆動源としてのモータ 6，了が連結され、モータ 6、了は制御部 1 0で制御される。踏板 3は左右一対設けられ、モータ 7は各踏板 3に設けられる。座席部材 2は、ポス卜 2 1と、ポス卜 2 1の上端に配置されて使用者の臀部を載せるサドル 22と、ポス卜に対するサドルの乎行移動と回転移動を提供するようにサドルをボス卜に結合する連結部 23とを含¾。サドルは乎面視において前端部（使用者がサドル 22上に着座したときの前側）が後端部よりも狭幅になる三角形状に形成されているが、サドル 22の形状は他の形状でもよぐだとえば椅子状ゆ鞍状などに形成することも可能である。ポスト 2 1の下端部は結合機構 4に連結される。

本実施形態では、結合機構 4として、前後方向および左右方向の回転軸を有し、だとえば左右方向の回転軸の回りでポス卜 2 1を前後に揺動可能とし、かつ左右方向の回転軸を含 ¾ジョイント部分を前後方向の軸回りで左右方向に揺動可能とする構成を採用している。したがって、この結合機構によれば、ポスト 2 1は下端部を支点として前後左右に揺動可能になる。本実施形態においては、結合機構 4は 2個のモータ 6を用いてポス卜 2 1を任意の方向に揺動可能としている。

ポス卜 2 1は、下端部と上端部とを入れ子状に形成することによって伸縮可能に形成されている。ポスト 2 1の長手方向の中間部には駆動源としてのモータ 8が設けられている。このモータ 8の回転によってポスト 2 1の伸縮長を可変とすることができる。さらに、ポスト 2 1とサドル 22とを結合している連結部 23にも駆動源としてのモータ 9が設けられ、このモータ 9はサドル 22をポス卜 2 1に対して前後方向に揺動させることが可能になる。

踏板 3のめの結合機構 5は、架台 1の上に取り付けだパンタグラフ 51を備え、パンタグラフ 5 1の上に踏板 3が取り付けられる。結合機構 5にも駆動源としてのモータ 7が設けられ、モータ 7を回転させることによりパンタグラフ 5 1を伸縮させて踏板 3 を上下に移動させることができる。

要するに、座席部材 2はモータ 6により前後左右に揺動可能であり、踏板 3はモータ了により上下方向に移動可能であり、ポスト 2 1はモータ 8により伸縮可能であり、サドル 22はモータ 9によりポス卜 2 1に対する前後方向の角度調節が II能になっている。座席部材 2と踏板 3のめのモータ 6, 7は各 2個ずつ設けられるので、合計 6個のモータ 6〜 9を制御することによって、上述の動作の組合せが可能になる。前記しように、各モータ 6〜9はマイクロコンピュータを主構成とする制御部 1 0により制御される。制御部 1 0には、適正な運動負荷を得るための各モータ 6〜9の回転角度に関する時系列データが複数セッ卜設定されており、時系列データの適宜セッ卜を選択することによつて所望の動作を行わせることができる。

どのモータ 6〜9を駆動するかは、使用者に提供する脚部卜レーニングの種類に ¾じて選択可能であるが、基本的にモータ 6はつねに駆動され座席部材 2が揺動する。また、座席部材 2を単独で揺動させ、他のモータ了〜 9を停止させてもよいが、後述するように踏板 3を駆動するモータ 7とサドル 22を駆動するモータ 9との少なくとも一方は、座席部材 2を駆動するモータ 6と同期させて駆動することが望ましい。

次に、上述した脚部トレーニング装置の使用形態について説明する。脚部卜レーニング装置の使用にあだっては、使用者がサドル 22に着座し状態で踏板 3に足裏を接触させる。踏板 3とサドル 22との位置関係は、踏板 3の高さ位置とポス卜 2 "!の伸縮長との少な <とも一方を調節することによつて使用者の脚長に ¾じて調節できる。

使用者がサドル 22に着座しだ状態で座席部材 2を揺動させると、使用者の足置に対して使用者の重心位置が変位する。尚、座席部材 2に使用者が着座しだ時の重心位置は臀部のゆゆ前方に位置する。座席部材 2を垂直位置から前方に傾斜させると、使用者の重心位置ち前方に移動する。これによつて使用者の自重のラち大腿部を含却部に作用する割合が増加する。また、使用者の左右方向に座席部材 2を傾斜させると、使用者の自重による負荷は主として座席部材 2を傾斜させだ側の片脚に作用する。このよ oに、使用者の自重の一部をサドル 22で受けながら、座席部材 2の揺動運動によって脚部 (とくに、比較的体積の大きい筋肉を有する大腿部）に作用する負荷を変化させることで筋代謝を効率的に実現できる。

尚、本実施形態の脚部トレーニング装置においては、上記のしだように、一対の踏板 3に両足を載せ、サドル 22に着座し状態で脚部トレーニングを行うが、サドル 22 に着座せずに踏板 3に片脚ずつ載せた状態で脚部卜レーニングを行ってもよい。

ところで、使用者が膝関節に痛みを持つような場合、本実施形態の脚部卜レーニング装置においては、座席部材 2の揺動方向（つまり、踏板 3に載せた足の位置と使用者の重心置との相対位置の変位方向）が、膝関節の屈伸方向に制限されるようにモータ 6 を駆動させる。すなわち、使用者の重心の移動方向が、使用者の膝関節の屈伸方向と平行になるようにする（囡2は着座姿勢にある使用者を上方から見た図であり、図中、矢印方向力屈伸方向である)。例えば、座席部材 2が膝関節の屈伸方向に揺動するようにモータ 6に関する時系列データを制御部 1 0に設定すれば、結合機構 4の動作が座席部材 2の揺動方向を制限することになる。まだ、モータ 6の駆動に際しては、膝関節の屈伸範囲が伸展位置から 45度までの範囲になるように座席部材 2の可動範囲を制限することが好ましい。このように、膝関節の捻れを伴わずに膝関節を屈伸させる方向を制限し、しかち膝関節の屈伸範囲（角度範囲）を制限しているから、変形性膝関節症のように関節に痛みがある使用者であっても、痛みの増加ゆ症状の悪化のような悪影響を与えることなく安心して脚部卜レーニングを行うことができる。

上述のように、膝関節の屈伸方向を制限するめに座席部材 2の揺動方向を膝関節の屈伸方向に一致させるには、座席部材 2の揺動方向を制御するだけでなく、踏板 3の上での足位置および足先の向きを決めるか、足位置および足先の向きを適宜のセンサによつて検出することが好ましい。本実施形態では、踏板 3の上に足位置および向きを決めるためのマークを表記（図示せず）してある。これにより、踏板 3に足を載せるだけで足位置と足先の向きとを決めることができる。尚、踏板 3にスリッパあるいはサンダルの先端部のように足先を差し入れる卜一クリップ部を設ければさらに効果的である。ま、片脚にのみ負荷を与えて脚部卜レーニングを行う場合は、片脚だけを一方の踏板 3に載せる。この状態において結合機構 4は、座席部材 2において使用者 Mの臀部を支持している部位と使用者 Mの各足の第 2指とをそれぞれ含 ¾ 2面内で座席部材 2を揺動運動させる。例えば、図 2Aに示すように、架台 1に対して座席部材 2が略垂直姿勢にある状態では踏板 3よりも座席部材 2が使用者 Mの体重を支える割合が大きい。 - 方、図 2Bに示すように架台 1に対して座席部材 2が傾斜した状態では図 2Aの場合よりち踏板 3が使用者 Mの体重を支える割合が大きくなる。つまり、図 2Bの状態は図 2 Aの状態よりも使用者 Mの自重による大腿部への負荷が大きくなる。ここで、図 2Bの状態においても、使用者 Mの自重の一部は依然として座席部材 2によって支持されるから、使用者 Mの全自重を負荷として脚部に作用させるスクヮッ卜運動に比較すると軽負荷となる。このように、脚部に作用する負荷を調節することで膝関節に障害を持つ使用者にも使用可能となる。まだ、捻れを伴わずに膝関節を屈伸させることができるから、膝関節の痛みを増加させたり症状を悪化させりすることを防止できる。

ま、本実施形態では、両足を載せるために一対の踏板 3を設けているので、片脚毎に足位置と重心位置との相対位置の変位方向が膝関節の屈伸方向になるように座席部材 2の揺動方向を制限することができる。つまり、使用者は脚を揃えて踏板に載せる代わりに、脚をゆや開い状態（例えば、図 2C)で踏板 3に載せる。次に、座席部材 2 は前後方向に揺動するのではなく、架台 1に対して垂直姿勢に立つ位置と ϋ右方向または前左方向において傾斜姿勢となる位置の間で揺動する。この動作によって片脚ずつ負荷をかけることができ、一方の脚を卜レーニングしている間に他方の脚を休ませることがでさる。

尚、両脚を揃えて踏板 3に載せ、踏板 3の動作を口ックして座席部材 2を前後（屈伸）方向に揺動させることにより雨脚に負荷を均等に作用させる場合は、重心の移動方向が前後方向のみとなるから装置構成を簡素化できるという利点があるが、両足同時に荷重をかけると体重の 50%までしか片足に負荷がかけられない。したがって、使用者の脚部に付与される負荷を一層高める必要がある場合は、上記した本実施形態の脚部卜レ一ニング方法を採用することが好ましい。ま、両脚を揃えて負荷を与える場合、左右の筋力差ゆ左右の膝関節の痛みの程度の違いなどによって一方の脚に他方の脚よりち大きい負荷が作用する恐れがあるが、上記した本実施形態によれぱ片脚毎に適切な負荷を与えることが可能になる。

上述しように、踏板 3は架台 1に対して上下方向に移動可能であって、踏板 3の動作は座席部材 2の揺動に同期（連動）して制御可能である。すなわち、図 3Αは座席部材 2が略垂直姿勢にある時の踏板 3の位置を示し、 1 3Bは座席部材 2が傾斜姿勢にある時の踏板 3の位置を示している。これらの図から座席部材 2の傾斜姿勢時において踏板 3の位置がより下方に位置しているのがわかる。このような制御は、座席部材 2を傾斜させるモータ 6と踏板 3を昇降させるモータ 7との制御を同期させることによって実現される。

このよ oに、架台 1に対する座席部材 2の傾斜角度が大きくなるほど踏板 3を下方に移動させるようにすれば、膝関節の屈曲角度 0をほとんど変化させることなく使用者の自重によって脚に作用する負荷を変化させることができる。すなわち、脚の筋肉を等尺性伸縮に近い状態で収縮させることが可能になり、膝への負担を小さくしながら筋収縮を行わせることができる。しかも、座席部材 2と踏板 3はモータ 6、 7により駆動されるので、使用者は能動的に身体を動かすことなく座席部材 2と踏板 3の動作に追従することで効率的な脚部卜レーニングを行える。

まだ、座席部材 2が略垂直姿勢にある状態から左右の一方の踏板 3に向かつて座席部材 2を傾斜させる際には、座席部材 2を揺動（傾斜）させた側にある踏板 3のみを下方に移動させることが好ましい。このような動作によって一方の脚にのみ効率よく負荷を与えることができる。また、それとは反対側の踏板 3をゆや上方に移動させてちょい。これにより座席部材 2が傾い方向の脚により大きな負荷を与えることが可能になる。ま、座席部材 2の傾斜が/」 \さくても脚に比較的大きい負荷を作用させることができるので、脚部に効率よく負荷を与えることができる。尚、座席部材 2の揺動は左右の一方の側のみで繰り返しても良いし、左右交互に傾斜するように揺動させてもよい。

ま、変更例として、踏板 3の位置を固定として座席部材 2の傾斜角度とポス卜 2 1 との伸縮とが連動するようにモータ 6、 8を同期させて制御してもよい。すなわち、図 4Aは、座席部材 2が略垂直姿勢にある時のポスト 2 1の長さ L 1を示し、 H4Bは座席部材 2が傾斜姿勢にある時のポス卜 21の長さ L 2を示しており、座席部材 2の傾斜姿勢時にポスト 2 1の長さが大きいことがわかる（L 1く L 2)。この場合も、膝関節の屈曲角度 0を実質的に変化させることなく使用者の自重によって脚部に作用する負荷を変化させることができる。

このように踏板を移動させない揚合における座席部材の好ましい軌跡についてさらに詳細に説明する。図 4Aおよび図 4Bでは、膝の角度変化が起こらないラにポス卜の長さを延伸させているがその際の延伸量および座席部材の傾斜角度に関しては、足と臀部との間の距離、厳密には股関節と足関節（くる ¹し）との間の距離き半径 Rとし、回転中心が足関節となる円弧状の軌跡（図ではその角度範囲を αΤで表示）を臀部が通過するように制御すればよい。尚、角度範囲が小さい場合は、円弧軌跡を直線軌跡で近似してもその間の誤差は無視することができる。

本実施形態では、ポスト 2 1に対するサドル 22の前後方向の傾斜角度もモータ 9によって変更できるので、架台 1に対する座席部材 2の傾斜角度とポス卜 2 1に対するサドル 22の傾斜角度とを連動させて制御することも可能である。つまり、 H5Aに示すように座席部材 2が架台 1に対して略垂直姿勢にある時、ポスト 21の軸方向に直交する ^面とサドル 22の座面が略 φ行であるのに対し、図 5Βに示すように座席部材 2が傾斜すると、サドル 22の前端部が下がるように連結部 23でサドル 22がシ一ゾー運動し、これによりサドル 22の座面がポス卜 2 1の軸方向に直交する平面に交差する。サドル 22の傾斜の大きさは、座席部材 2の傾斜角度が大きくなるほ大きくなる。要するに、座席部材 2の傾斜角度に加えて、サドル 22を上述のように傾斜させることで脚部に作用する負荷をより大きくすることができる。尚、座席部材 2の傾斜角度の増加に伴ってサドル 22を上述した動作とは逆向きに傾斜させるようにすれば、座席部材 2 の傾斜の増加に対して脚部への負荷の大きさを低減することも可能である。

上述したように、モータ 6〜9のうちの少なくとも 2個を同期して制御すれば、膝関節の屈曲角度を変化させないように動作させたり、使用者の自重によって脚に提供される負荷の変化率を調節しり、時間経過に伴う負荷の大きさの変化/ \°ターンを調節したりすることが可能になる。これらの組合せは自由であって、使用者の運動機能ゆ体調に合わせて適正な動作を行うよラに制御部 1 0によつて制御される。

上記説明では、踏板 3を架台 1に対して上下方向（垂直方向）に移動させているが、踏板 3を架台 1に対して平行（水平方向）に移動させてもよい。たとえば、座席部材 2 の傾斜角度が大きくなるほど踏板 3と座席部材 2の下端との水平距離が小さくなるよに制御にしてち、膝関節の屈曲角度を変化させずに脚への負荷の大きさを変化させることが可能になる。ま、踏板 3を架台 1に対して垂直方向と水平方向の雨方! ¾に移動可能として座席部材 2の傾斜角度と踏板 3の移動を連動させてもよい。

踏板の構成に特に限定はないが、例えば、荷重の大きさに対して望ましい降下衋となるようにばね定数が設定され単一のぱね材を踏板の下部に配置する構成、荷重の大きさに廂じて異なるばね定数を有する複数のばね材が寄与して降下量を調節する構成（例えば、非線形ばね定数を有する 2段ばねの使用)、使用者の体重ゆ荷重目標にじて適切な降下量となるように同じばね定数を有する複数のばねの使用数を選 ί尺する構成のいずれかを採用しても良い。また、使用者の体重ゆある瞬間における荷重量にじて、踏板の下部に配置されたエアビス卜ンのエア量を調節して踏板の降下量を調節する構成を採用しても良い。さらに、踏板にかかる荷重に麻じて踏板の下部に配置されたエア / ッグゅエアチュ一ブを膨張収縮させて踏板の位置制御を行ってちょい。

ま^、サドル 22については、ポスト 21の上端に対する前後方向の傾斜角度を変化させる代わりに、囡6に示すようにポス卜 21の軸方向に交差する面内においてサドル 22がー方向 (前後方向）にスライドする構成を採用してもよい。この構成においては、モータ 9がサドル 22をボス卜 2 1に対してスライド移動させる。本実施形態においては、座席部材 2の傾斜角度が大きくなるほど、サドル 22が前方にスライド移動されるので（点線は座席部材 2が室直姿勢にある時のサドル 22の位置を示す)、使用者の臀部が前方に移動することによって、使用者は立った状態に近くなり脚部に作用する負荷が増加する。

上述した構成では、 4個のモータ 6~9によって、架台 1に対する座席部材 2の傾斜角度と、架台 1に対する踏板 3の位置と、座席部材 2の伸縮長と、ボス卜 2 1に対するサドル 22の位置の 4種類の状態を制御しているが、座席部材 2の傾斜角度の変化とポスト 2 1に対するサドル 22の位置変化とを連動させる構成を採用する場合、サドル 2 2を駆動するモータ 9を省略することができる。

例えば、図 7 Αおよび図 7Bに示す構成においては、ポスト 2 1に対するサドル 22 の傾斜角度を変化させるためにサドル 22の前端部と架台 1における座席部材 2との間に伸長しない材料でなるワイヤ 24を張設する。ま、サドル 22はポスト 2 1に対して前後方向に傾斜可能に保持されている。ま、サドル 22の座面がボス卜 21の軸方向に略平行となる位置に復帰するようにサドル 22がばね付勢されている。図 7Aは、座席部材 2が架台 1に対して略垂直姿勢にある状態を示し、図 7Bは座席部材 2が架台 1に対して傾斜姿勢をとつだ状態を示している。この時、サドル 22の前端部がワイヤ 24に拘束されているだめ、図 7Bに示すように、サドル 22の前端部はばね力に逆らつて前方に傾斜する。また、座席部材 2が図 7Aの垂直姿勢をとれば、サドル 22はばね力によって元の位置、すなわち、サドル 22の座面がポス卜 2 1の軸方向に略平行となる位置に復帰する。尚、ワイヤ 24に代えて長さが一定のロッドを用いれば、ポスト 2 1の先端部でサドル 22をばね付勢しなくてちょい。

ま、サドル 22がポスト 21に対してスライド可能に保持されている場合、サドル 22の前端部の質量を後端部より重くすることが好ましい。例えば、座席部材 2が図 8 Aに示す垂直姿勢から図 8Bに示す傾斜姿勢に移動すると、重り 25によってサドル 2 2を前方に移動させる匚とができる。

ま、図 9に示すように、ポス卜 2 1とサドル 22とをボールジョイン卜 26で結合してもよい。この場合は、ポス卜 21に対してサドル 22は任意方向に傾くことが可能になる。このような構成にすれば、座席部材 2が略垂直姿勢にある時にサドル 22に作用する荷重の大部分をポス卜 2 1で受けることができる。一方、座席部材 2が傾斜すると、使用者は脚部の筋肉を収縮させて自重を脚部で支えるようになる。つまり、サドル 22がポス卜 21に固定されている場合に比較して、座席部材 2の傾斜時における使用者の脚部への負荷を一層高めることできる。

ところで、脚部卜レーニング装置の主る目的の一つは使用者の糖代謝を促進することで生活習慣病の改善することにある。すなわち、筋肉のエネルギー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）の改善が促される。筋肉にブドウ糖を取り込作用には、インスリンの作用と筋収縮による作用とがあり、両者は加算的であるから、筋収縮によつて筋肉へのブドゥ糖の取 Ό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。とくに、糖尿病患者においては、筋肉での糖代謝が健常者よりも低下しており、筋肉へのブドウ糖の取り込みが少なくなつているから、積極的に筋収縮を生じさせて糖代謝を高めることで余剰のプドウ糖を消費させ、結果的に糖尿病の改善に貢献すると考えられる。

ま、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（とくに有酸素運動に寄与する赤筋（遅筋)）に筋収縮を生じさせることが望ましく、大腿部ゆ背部の筋肉を筋収縮させることが有効と考えられる。従来の乗馬運動を模擬する装置では大腿部の内転筋を中心とした部位で糖代謝の増加が見られるものの、大腿部の内転筋は大腿部の伸筋群に比較すると体積が半分程度であり、糖代謝の促進効果にぉレ、ては大腿部の伸筋群を筋収縮させる場合に比較すると効果が小さい。また、乗馬運動を模擬する装置を用いる場合は、運動中に足を鎧にかける場合もあるが、基本的に足は接地せずに宙に浮い状態であり、鞍状の座席に載っ使用者が座席を大腿部で挾み込よ Oに筋肉を緊張させて卜レーニングを行ラ。このため、大腿部にかかる負荷の大きさの点で負担の大きい運動になる。

上記しように、使用者の生理的な許容範囲において代謝量は大きいほど望ましいが、膝関節を屈曲させると膝痛が誘発される使用者に提供できる負荷には限界があるため膝痛を誘発しないように脚部卜レーニング装置を駆動する必要がある。本実施形態の脚部卜レーニング装置は、使用者が臀部を載せる座席部材 2を揺動（傾斜）させることによって使用者の自重の少なくとも一部を負荷として脚部に作用させるものであるから、負荷の瞬時値は座席部材 2の傾斜角度に依存する。また、筋代謝ないし糖代謝は負荷の積算量（以下、負荷量という）に相関があるので、単位時間当だりの負荷量は座席部材 2を揺動（傾斜）させる速度に依存する。さらに、使用者の自重が脚部に作用する際に膝関節が伸展位置から屈曲する角度が大きいほど膝痛が生じゆすくなると考えられるから、膝関節の角度ち考慮する必要がある。以下では、障関節の角度を伸展位置からの角度で表 L 膝角度と呼 '。膝角度は上述した膝関節の屈曲角度 0を 1 80度から減算した値である。つまり、屈曲角度と膝角度とを加算すれば 1 80度になる。

本実施形態では、筋代謝（ないし糖代謝）について以下の 4種類の計測を実施するとともに、膝痛について以下の 5種類の計測を実施し、各計測についての評価結果に基づいて脚部卜レーニング装置の駆動条件を決定した。座席部材 2の駆動形態としては、座席部材 2が架台 1に対して略垂直姿勢となる位置と傾斜姿勢となる位置との間で往復移動させる形態を採用した。以下に示す往復回数は、座席部材 2が垂直姿勢から傾斜姿勢をとり、再び垂直姿勢に復帰するまでを 1回とし、 1秒あたりの復帰回数として定義される（単位.： H z)。しがって、往復回数が大きいほど座席部材 2の動きが速い。また、自重率は、使用者の自重 (体重 Hこ対する踏板 3に作用し荷重の割合を％で表した値である。ただし、踏板 3に作用する荷重は時間経過に伴って変化するから、座席部材 2が 1往復する期間におけるピーク値を荷重の代表値として用い、さらに、この代表値ち座席部材 2の往復毎に変動するから、代表値の 1分間の平均値を採用した。

筋代謝ないし糖代謝を評価する計測条件を表 1、膝痛を評価する計測条件を表 2にそれぞれ示す。尚、表 1の計測 1 ~3が筋代謝の評価を行う条件であり、計測 4が糖代謝の評価を行う条件である。筋代謝は近赤外分光法により計測し、糖代謝はグルコースクランプ法により計測した。ま、筋代謝ないし糖代謝の評価には、乗馬運動を模擬するように鞍状の座席が揺動する脚部卜レーニング装置（以下、従来装置）を使用した場合と比較し。

表 1

表 2

表 1に示す筋代謝を評価する計測に関して、計測 1では片脚のみに負荷を与えたところ、往復回数および膝角度について有意差は見られず、自重率に関してのみ有意差が見られた。計測 1における最大筋代謝は従来装置の 1. 5倍に達した。計測 2の条件では従来装置の 1. 2倍であつだ。

計測 3での筋代謝の計測結果を図 10に示す。図 10において、（a)は、往復回数が 1 Hz、膝角度が 40度、自重率が 40%、（b)は "1. 43Hz、 40度、 40%>、 (c) は 1. 43Hz、 40度、 60%、 (d)は 2Hz、 40度、 60%である。図 10から明らかなように、（d)の揚合に従来装置の 3. 1倍の負荷が得られた。すなわち、計測 1において往復回数が 1 Hz以下では筋代謝に関して往復回数による有意差が生じなかっが、 1 Hzを越えると筋代謝に有意差が見られ。

計測 4の条件では脛骨が架台 1に対して直立する位置から座席部材 2の揺動動作を開始したところ、従来装置の 1. 35倍の糖代謝が得られた。 EM 1の（a)は従来装置における安静時と運動時との糖代謝を示し、 111 1 ( b)は本発明の装置における安静時と運動時との糖代謝を示している。これらの結果から明らかように、従来装置では安静時に対して運動時の糖代謝が 1 . 6倍であり、本発明の装置では安静時に対して運動時の糖代謝が 2. 1倍であった。つまり、糖代謝効果が 1 . 35倍増加しことになる。以上より、筋代謝および糖代謝に関しては、往復回数を 2 H z、膝角度を 40度、自重率を 6〇％とするのが望ましいとの結論が得られた。

次に、表 2に示す膝痛を評価する計測を被験者の痛みの程度を表すフェィスペインスケールを用いて行っ。フェイスペインスケールは、笑顔から泣き顔まで 20段階に表情が変化するように描かれ、各顔に点数が付加されている。痛みがなければ笑顔の点数 (20点）を選択し、痛みが強いほど泣き顔に近いほうの点数（2〇点より少ない点数）を選択する。

計測 5の各条件での評価ではいずれも膝痛はほとんどなく、まだ膝角度の違いによる有意差はみられなかった。さらに、座席部材 2の揺動を開始するときの脛骨の位置については、架台 1に対して垂直方向に立っている場合と、前方に下り傾斜している場合との間で有意差はみられなかった。ただし、往復回数と自重率の違いによって膝痛の程度がわずかに異なつだ。本^明の装置を使用し場合（a)、平坦面を歩行した場合（b )、および階段を降りる場合（c )のそれぞれについて、痛みの程度をフェイスペインスケ —ルで評価し; £結果を囡1 2に示す。膝痛は、（c ) の場合に比べて（a) の場合が大幅に少なく、また（b)の場合と比較しても膝痛が少ないことがわかる。尚、図 1 2に示す棒グラフにおいて各/ ΐ一の上に突出している/ \ '—は標準偏差を示している。

計測 6においては、本実施形態の脚部卜レーニング装置の 1回の使用時間を 1 5分間と考え、 1 5分間継続して使用した場合に後日に膝痛が生じないか検証しだ。計測 2では脛骨が直立する位置を開始位置とし。計測 6の条件では脚部トレーニング装置の使用中と後曰のいずれにおいても痛みは生じなかっ。

計測 7においては、表 3に示す各種条件で、大腿直筋 Α、外側広筋 Β、内側広筋 C、内転筋 D、腓腹筋 E、前脛骨筋 F、大腿二頭筋 Gの筋電をそれぞれ計測した。計測結果から各筋の EMG (積分筋電位）の 1 0秒間の平均値を求め、この平均値をプロッ卜し結果を図 1 3に示す。表 3において「踵」の欄における「上」とは、踵がつま先よりち高くなるように足裏を傾斜させ状態を意味する。この傾斜状態においては踏板 3を 1 0度傾斜させた。表 3

図 1 3において、踵をつま先よりも高くした場合（運動条件 2、 4、 6、 8、 1 0、 1 2) と、つま先と踵を略水平にした場合とを比較すると、他の条件が等しい場合、踵を高くすると腓腹筋 Eおよび大腿二頭筋 Gの筋収縮が大きくなるのがわかる。

一方、計測 8は、計測 7の条件における官能評価を行ったものであり、踵を高くするか否かの相違のみで他の条件を等しくした場合には、踵を高くした場合に膝痛が少ないという結果が得られ。踵を高くすることによる膝痛の緩和効果は、脚部の前面側である大腿四頭筋と脚部の後面側である大腿二頭筋との両方で筋収縮が生じることによる拮抗作甩で膝関節の動きが固定されるため、膝関節において剪断力が緩和されるからと推測される。

計測 9においては、計測 6と同様に 1 5分間継続して使用しだ場合に後日に膝痛が生じないか検証した。計測 9の条件では脚部トレ一ニング装置の使用中と後日とのいずれにおいて痛みは生じなかっ。これらの計測結果から、膝痛の生じない条件として、往復回数を 2 H z、膝角度を 40度、自重率を 60%とするのが望ましいとの結論が得られ 7£。

表 1および表 2に示す計測で得られだ結果に基づいて、膝角度を 40度としだ場合について、往復回数および自重率の条件と、筋代謝、糖代謝、膝痛の官能評価との関係を図 1 4に示す。図 1 4では往復回数を横軸とし自重率を縦軸としている。筋代謝と糖代謝と膝痛の官能評価は、それぞれ記号（口）、（△)、 CO)で表している。筋代謝および糖代謝は従来装置に対する本発明の装置の倍率で示しており、右上方が代謝の亢進される方向であって、膝痛については左下方が点数の高い（膝痛が少ない）方向になる。すなわち、表 1に示す計測では、所望の筋代謝および糖代謝を得るには、往復回数を 2 H z、膝角度を 40度、自重率を 60%とするのが望ましいという結論が得られ、表 2に示す計測によって、上記条件で 1 5分間継続して運動しても後曰に膝痛が発生しないことがわかった。したがって、上記条件を運動条件とするのが望ましいと言える。ただし、この条件は上限値であって、筋代謝および糖代謝を少なくしてもよ.ければ、運動条件をこれらの値よりも小さくすることが可能である。 111 4において斜線で示す範囲は、所望の代謝が得られる範囲であって、しかも膝痛の官能評価において 20点満点中 1 5点以上であるとともに 1 5分間の使用において後日に膝痛が生じない範囲であるので、この範囲内の条件、すなわち、往復回数を 1 . 4~2 H z、自重率を 40〜60% に選択す？)ことが推奨される。さらに、運動の開始位置としては脛骨が架台 1に対して直立している位置とすればよい。

ところで、上述し運動条件のうち、往復回数は座席部材 2の動作を制御することにより制御でさ、また膝角度は座席部材 2と踏板 3との位置関係を制御することにより一定に保つことができるが、自重率は踏板 3に作用する使用者の荷重であって、座席部材 2の移動速度が速いほど移動方向の変化時に大きな加速度が作用するから踏板 3には大きな荷重が作用すると考えられ、また座席部材 2の傾斜角度が大きいほど使用者の自重のろち座席部材 2が分担して受ける割合が少なくなるから踏板 3に作用する荷重は大きくなると考えられる。つまり、自重率は往復回数と傾斜角度との両方をパラメータに持つと考えられる。ここで、使用者の体重の範囲は数 + k g程度であるから、このような狭い範囲では自重率と往復回数および傾斜角度との間に線形関係があると仮定し、以下の等式で示すように、往復回数と傾斜角度とにそれぞれ規定の重み a、 bを設定しだ重み付き線形和を負荷の推定値とし、この推定値が自重率に对 ¾するように重みを決定する。なお、下式の傾斜角度は最大傾斜角度を意味する。

(負荷の推定値）二 a X (往復回数） + b X (傾斜角度）

往復回数および傾斜角度を変化させて自重率を実測した結果を図 1 5に示す。図 1 5 に示す計測は、本発明の装置の使用経験がない 8名の成人について、膝角度を 40度に保ち、右脚の荷重を 1分間連続して記録することによって行った。図 1 5によれば、（往復回数、傾斜角度、自重率）の関係は、（1 . 4 H z、 3度、 3 8. 6%)、 ( 1 . 4 H z、 5度、 5 2. 2%X (2 H z、 3度、 4 1 . "I %)、（2 H z、 5度、 5 8. 8%) であり、これらの数値を用いて上式を回帰式とする重回帰分析を行つだ結果、重み a， bとしてそれぞれ 8. 9、 8. 1が得られた。すなわち、自重率は往復回数と（最大）傾斜角度とから下式で求めることが可能である。

(自重率〔％〕）二 8. 9 X (往復回数〔H z〕） + 8. 1 X (傾斜角度〔度〕）自重率を上式で決定するものとして、図 1 4の斜線部における座席部材 2の傾斜角度を求めると 2. 了〜 5. 9度となり、 3〜5度と設定するのが望ましい。つまり、膝角度を 40度とし、座席部材 2の往復回数を 1 . 4~2 H zとし、座席部材 2の傾斜角度を 3〜5度とすれば、所望の代謝が得られ、かつ膝痛ち生じないよラに脚部卜レーニングを行うことが可能になる。なお、膝角度は座席部材 2に臀部を載せた状態での安定感を得るだめに 40度としているが、代謝および膝痛に対して有意差はないので 40度以下に設定してもよい。

以上の結果から、本発明は、使用者を着座姿勢に保持する座席部材と、使用者の足を載せる踏板を有し、座席部材を揺動（傾斜）運動させる際に足位置と重心位置との相対位置の変位方向を膝関節の略屈伸方向に制限する脚部トレーニング装置を用いた脚部卜レーニング方法を提供することができ、この脚部トレーニングは、膝角度が 40度以下になるように保ちながら、座席部材 2の揺動運動の往復回数が 1 . 4~2 H z、座席部材 2の傾斜角度が 3〜5度の範囲内となるような条件下で行うことを特徴とするちのである。また、このトレーニングは、制御部 1 0によって、座席部材 2が架台" 1に対して垂直姿勢となる位置と垂直姿勢に対して 5度以下の角度で傾斜姿勢となる位置との間で座席部材 2が往復揺動運動するととちに、その際膝角度（膝関節の伸展位置からの角度）が 40度以内に保れ、さらに座席部材 2が 1秒間に往復移動する往復回数が 2回以下となるように座席部材 2と踏板 3の動作を制御することによって実現される。尚、本発明における好適な脚部トレーニング条件を上記のように決定できるが、使用者には個人差があるから、負荷の目標値と往復回数とを制御部 1 0に与えるためのキ一ボードゅタツチパネルのような操作機能を備えた入力部（図示せず）を設けることが望ましい。負荷の目標値は自重率として与え、上述しだ理由から 40〜 60%の範囲で変更可能としておくのが望ましい。同様に、往復回数は 1 . 4〜2 H zの範囲で変更可能としておくのが望ましい。入力部により負荷の目標値および往復回数が与えられると、上式の推定儘である自重率に目標値を当て嵌めるとともに往復回数を上式に代入すれば傾斜角度を求めることができる。この傾斜角度を座席部材 2の最大傾斜角度として座席部材 2を制御することにより、使用者の脚部に作用する荷重が目標値になるように座席部材 2を制御することができる。

まだ、座席部材 2の往復回数の望ましい範囲は "1 . 4〜2 H z、負荷の目標値の望ましい範囲は自重率で 40~60%であるから、入力部において自重率および往復回数を入力する際に、これらの等囲内の入力のみを許容するように入力部を構成するか、これらの範囲を逸脱する入力があると、警告するか入力を拒否するよに入力部を構成しておくのが望ましい。さらに、入力部において入力値の範囲が逸脱しているときに適正範囲になるように自動的に修正する機能を設けてもよい。

本実施形態の変更例として、踏板 3によって足位置および足先の向きを決める代わりに、足位置および足先の向きを適宜のセンサによって検出し、座席部材 2の揺動方向を制御部 1 0が決定する構成を操用してもよい。この種のセンサとしては、足裏の複数位置を検出する重量センサゆ、足部分の画像を撮像する TVカメラと画像処理装置とを組み合わせたセンサなどを用いることができる。また、座席部材 2の可動範囲の制限を制御部 1 0で行うから、制御部 1 0には使用者の脚長などを入力するデータ入力手段が必要になるが、リミツ卜スィッチを設けて座席部材 2の可動範囲を制限したり、機械的なストツバによって座席部材 2の可動範囲を制限したりすることで対処してもよい。上記のように、座席部材 2の下端を中心として座席部材 2を架台 1に対して揺動自在に保持する代わりに、座席部材 2を揺動させずに使用者の自重によって脚部に作用する負荷を変化させることができる。例えば、図 1 6Aおよび 1 6Bに示すように、架台 1 に対して座席部材 2が略垂直に立つだ状態で平行移動するよろに結合機搆 4を構成する。すなわち、この結合機構 4は、架台 1の上面に設けガイドレール 46を備え、座席部材 2の下端がガイドレール 46に沿って走行する。尚、実施形態 1と同様に、踏板 3によって使用者の足位置および足先の向きを決める。ガイドレール 46は架台 1の所定位置と踏板 3とを結 '直線上に設けてあり、座席部材 2がガイドレール 46に沿って走行することによって、使用者 Mの臀部と足先との距離が変化し、結果的に膝関節が屈伸されることになる。つまり、座席部材 2と踏板 3との距離の変化によって使用者 M の自重により脚部に作用する負荷を変化させる。この構成においてもガイドレール 46 によって座席部材 2の移動方向が膝関節の屈伸方向に制限される。尚、本変更例では、座席部材 2の移動を使用者 Mが能動に行うことを想定しているが、駆動手段により座席部材 2を移動させてもよい。ま、 H 1 6 Aでは一方の脚部にのみ負荷を与えているが、両脚部に負荷を与えるように 2方向のガイドレールを設けてもよい。他の構成および機能は上記実施形態と同様である。なお、足位置と重心位置との相対位置が変化すればよいのであるから、座席部材 2と踏板 3とはどちらを移動させてち等価であって、踏板 3が座席部材 2に対してスライド自在に移動させてもよい。

ま 1ό、本実施形態の脚部トレーニング装置に使用者の脚部（主として大腿部）に作用する負荷に対) ®する荷重を検出する荷重センサを設けても良い。荷重センサは、ポス卜 2 1においてサドル 22の直下と左右の踏板 3とのちの少なくとち 1箇所に設けられる。すなわち、支持部である座席部材 2と踏板 3との少なくとも一方に荷重センサを設ければよい。特に、各踏板 3にそれぞれ荷重センサを設けることが好ましい。この配置によって荷重センサにより検出する荷重の増加分を、脚部に作用する負荷とみなすことが可能になる。もちろん、サドル 22のみに荷重センサを設けてち荷重の減少分を脚部に作用する負荷の目安に用いることもできる。

ま fe、図 1了に示すように、荷重センサ 1 1により検出される荷重は表示情報処理部 1 2を介して表示部 1 3に実時間で表示することが好ましい。この場合、表示情報処理部 1 2と表示部 1 3とは荷重変化通知手段として機能し、荷重センサ 1 1により検出される負荷（使用者の脚部に作用する負荷）が実時間で表示部 1 3に表示される。表示部 1 3に表示する形式としては、負荷に相当する数值を表示するほか、負荷の時間経過を折れ線グラフで示すグラフ表示としたり、負荷に麻じてバーの長さが変化するバ一表示としり、半円形の表示領域を有し負荷に廂じて指針の角度位置が変化するメータ表示としだりすることができる。だだし、負荷は時間とともに刻と変化するから、バー表示やメータ表示が望ましく、バー表示やメータ表示であれば、後述する目標範囲を示すマークを並設するのが容易である。ここに、荷重変化通知手段として荷重の変化を視覚的に示すために表示部 1 3を設けているが、負荷に) gじた周波数の可聴音を使用者に提示するなどして荷重の時間変化を聴覚的に通知しても良い。表示部 1 3の表示ゆ音によつて使用者に負荷の時間変化を通知する場合は、使用者は運動の負荷が適正か否かを容易に判断することができ、負荷に過不足があるときには装置を調節したり、使用者が体の位置をずらしたりすることによって負荷の大きさを適正に調節することが可能になる。

ところで、筋代謝量と脚部に作用する負荷との間には相関関係があるが、実際には使用者 Mの自重、年齢、性別、疾病の有無ゆ疾病の種類、運動歴などの使用者の属性（いわゆる、プロフィール）によって、負荷の大きさが同じであってち筋代謝量には差異を生じる。とくに使用者の自重は個人差が大きいから筋代謝量に大きく影響する。そこで、本発明者らが、使用者の片脚に作用する負荷と、大腿四頭筋および内転筋を合わせた筋代謝量との関係を測定しところ、以下の結果が得られ^。

'筋代謝量の評価には、代謝が多いほど酸素化ヘモグロビンの減少率が大きいという性質を利用し、近赤外線分光法によるヘモグロビン測定を行った。図 1 8に示すように、使用者の自重（つまり、体重）に対して片脚に付与される負荷（つまり、荷重センサ 1 1で検出した荷重）の比を、 20%としだ場合と 40%とし 7£場合について筋代謝量を評価した。図 1 8における筋代謝量は安静時の筋代謝量を 1とするときの比であって、脚部に作用する負荷が体重の 20%である場合と 40%である場合とで筋代謝量に有意差が生じていることがわかる。図 1 8において筋代謝量を示す広幅のバーの先端に付設し細いバーばらつきの程度を示しており、ばらつきを考慮しても、負荷の大きさに有意差が生じていることがわかる。ま^、上述の測定結果から、個人差の大きい体重値を用いるのではなぐ脚部に作用する荷重の体重に対する割合を用いると使用者の体重差によらずに筋代謝量に対刺寸けることができる。

そこで、表示情報処理部 1 2では入力部 1 4から入力された体重値に対して荷重センサ 1 1で求め 7£荷重の百分率を求め、この百分率を表示部 1 3に与えて筋代謝量の目安として表示することが好ましい。また、入力部 1 4からは使用者の体重以外の属性ち入力可能であるから、体重だけではなく年齢や性別なども考慮して、運動に適した負荷の適正な範囲を決定し、この範囲も表示部 1 3に表示するようにすれば、使用者は負荷 (脚部に作甩する荷重を体重で除算しだ値）が適正な範囲に保だれるよに運動を継続ずることが可能になる。つまり、使用者が適正な負荷の範囲を知ることによって負荷が過不足になるのを回避することができる。使用者の属性に対する負荷の適正な範囲は、使用者の属性と負荷の適正範囲とを対廂付けたデータべ一スをあらかじめ作成しておき、入力部 1 4から使用者の属性が入力されると、データベースから負荷の適正範囲が自動的に読み出されるようにしておくのが望ましい。このような構成を採用すれば、入力部 1 4から使用者の属性を入力するだけで適正な負荷の範囲が表示部 1 3に表示され、荷重センサ 1 1により検出した負荷と比較可能な形で表示することができる。

上述した荷重センサ 1 1により検出した脚部に作用する負荷および入力部 1 4から入力されだ使用者の属性をフィードバック処理部 1 5に入力する構成を採用してち良し、。フィードバック処理部 1 5では、制御部 1 0に対してモータ 6〜 9の動作に関する指示を与える機能を有し、荷重センサ 1 "Iで検出した荷重から求めだ脚部への負荷を、規定した目標範囲内に保たれるようにモータ 6~9の動作を指示する。つまり、使用者が意識することなく、使用者の脚部に作用する負荷が目標範囲に維持されるよ 5にフィードバック制御する。尚、目標範囲は、入力部 1 4から入力される使用者の属性に基づいて決定する。表示情報処理部 1 2と同様に、フィードバック処理部 1 5においても使用者の属性に負荷の目標範囲を対] 付けたデータべ一スを設けておき、入力部 1 4から使用者の属性が入力されるとデータペースに照合して目標範囲を抽出する。このように、使用者の自重、年齢、性別、疾患の有無ゆ疾患名、運動歴のような属性に liSじて目標範囲を自動的に決定することによって、使用者に廂じ適正な負荷を与えることが可能になる。なお、目標範囲についても、使用者の体重に対する負^の百分率を用いるのが望ましく、各使用者の体重差にかかわりなく目標範囲を適正に設定することができる。フィードバック処理部 1 5を設ける場合、踏板 3に作用する荷重を検出する負荷センサ（図示せず）を設け、負荷センサの出力を用いて自重率を計測し、自重率め既定の目標範囲（つまり、 40~60%)を逸脱しないようにフィードバック処理部 1 5で負荷センサの出力を監視してちょい。負荷センサにより検出し自重率が目標範囲を逸脱しときには、座席部材 2の最大傾斜角度を変更することにより負荷が目標の範囲内に収まるようにフィードバック制御される。また、最大傾斜角度を調節範囲（望ましくは 3 〜5度）で調節しても負荷センサにより検出される自重率が目標範囲に入らない場合には往復周期を制御する。尚、本実施形態の脚部卜レーニング装置のサドル 22に背ちたれを設けてもよい。背もだれを設けることによって、使用者が後傾して重心の移動量が小さくなるのを防止することができる。

本実施形態の脚部卜レーニング装置のさらなる変更例として、 H 1 9に示すように、踏板 3の上面を前方に向かって下り傾斜（例えば、架台に対して略 1 0° で傾斜）させた構成を採用してもよい。この場合は、膝関節のせん断力を低減する効果があるので、つま先より踵を高くした状態で脚部トレーニングを行うことが可能になる。踏板 3の上面を傾斜させる代わりに、踏板 3の上に傾斜部材 31を着脱可能に取着することによつて傾斜角度ゆ傾斜方向を調節できるようにしても良い。傾斜部材 3 1の下先端部には卜ークリップ部 32を位置ずれ防止部材として設けてあり、座席部材 2の傾斜によって足先に荷重が作用しだときに足の位置がずれるのを防止している。また、足先のみで足の位置ずれを防止すると足先に大きな荷重が作用するから、傾斜部材 3 1の上面は足裏の滑りを防止する滑り止め部 33を設けてあり、滑り止め部 3 3も位置ずれ防止部材とじて機能する。具体的には、傾斜部材 3 1の上面に起毛部を設けたり、滑り止めの溝あるいは突条を設けたりすることにより摩擦係数を大きくした滑り止め部 33を設けだ Ό、ゴムのょラに材料自身の摩擦係数が大きい材料で滑り止め部 3 3を形成する匸とができる。滑り止め部を設けて足の位置を固定する場合は、座席部材 2の揺動方向を膝関節の屈伸方向に一致させゆすく、匚れによって膝痛の発生を抑制することができる。なお、定裏全体を傾斜させなくてもよい。例えば、つま先部分は傾斜させずに水平面で支持するよラにしてちよい。

ところで、いわゆる o脚ゆ X脚のように膝関節が人体左右の外側あるいは内側に変形している使用者の場合には、膝関節を屈曲させだときに痛みが生じる場合がある。そこで、〇脚や X脚の使用者に適し装置とするため、左右一対設けだ踏板 3上において傾斜部材 3 1の上面を左右方向において互いに近付く向きまだは互いに離れる向きに下り傾斜させることが好ましい。これにより、〇脚ゆ X脚の使用者であっても膝関節を屈曲させる際の痛みの発生を抑制することができる。まだ、傾斜部材 3 1を踏板に対して回転可能に取り付けてもよい。

まだ、本実施形態の別の変更例として、代謝量に関連する生理的計測値を計測する計測手段と、計測手段によって計測されだ生理的計測値から代謝量を求め評価手段と、所定時間ずつ動作/ \°ターンを変化させて脚部卜レ一二ング装置を動作させるとともに各動作パターンと評価手段で求めた代謝量とを対) 付けて記憶する動作制御手段を設けることが好ましい。尚、評価手段は、脚部卜レーニング装置での運動にかかわる筋肉の体積と、脚部卜レーニング装置での運動にかかわる筋肉のうち赤筋の体積とのいずれか一方を重み係数として、生理的計測値に重み付けを行い、重み付け後の生理的計測値を代謝量として用いることが好ましい。

本変更例では、脚部トレーニング装置の動作パターンを種変化させながら代謝量に関連する生理的計測値を実際に計測し、計測結果の中から代謝量が大きくなる動作バタ —ンを抽出し、この動作パターンに基づいて脚部トレ一ニング装置を動作させる。以下、代謝量が大きくなる動作パターンの抽出技術について説明する。代謝量が太きくなる動作パターンを抽出する際には、図 20に示す動作決定装置を用いる。この装置は、脚部トレーニング装置に設け 7£各モータ (6、 7、 8、 9)をそれぞれ制御するめの動作制御手段 60を含み、動作制御手段 60は制御部と同様にマイクロコンピュータを主たる構成要素とする。動作制御手段 60には記憶手段等から動作パターンが与えられるのではなく、動作制御手段において種の動作パターンを生成する。まだ、動作制御手段は生成し動作パターンを時刻とともに記憶する機能を有している。動作パターンをあらかじめ設定しだ複数種類の動作パターンから選択することち可能であるが、脚部トレ一二ング装置による運動としての許容範囲内において動作パターンを不規則に発生させるようにしてもよい。

一方、代謝量に関連する生理的計測値としては、近赤外分光法による筋代謝量と、筋電による筋収縮度のいずれかを用いる。ここでは、近赤外分光法を用いる例について説明する。すなわち、図 20に示すように、計測手段としての近赤外分光器 6 1を設けてあり、近赤外光の送受光プロ一プは大腿部に固定可能に形成される。近赤外分光法による筋代謝量の計測は、周知のように、酸素化型ヘモグロビンと脱酸素化型ヘモグロビンとでは近赤外光の吸光度が異なることを利用し、血液中の酸素量（筋代謝量）の変化を求めるものであって、糖の燃焼には酸素が必要であるから、筋代謝量は糖代謝量の代替指標になる。

生理的計測値としての筋代謝量は評価手段 62に入力され、評価手段において安静時における筋代謝量の値との比が求められる。近赤外分光器では筋肉の部分的な酸素消費量を求めているから、筋全体での筋代謝量を求めるめに評価手段では筋肉の体積を重み係数として近赤外分光器により求めた部分的な筋代謝量に重み付けを行 o。筋代謝量

.は筋肉の大きさに相関を持っており、筋全体の筋代謝璗を求めるには筋肉の体積による重み付けが必要になるのである。

ここに、重み係数としての筋肉の体積は、脚部卜レーニング装置での運動にかかわる筋肉の体積を意味する。ただし、筋肉の体積を実測するには MR Iなどの大規模装置が必要であり、膨大な費用と手間がかかるため一般に文献で知られているデータを流用してもよい。たとえば、大腿部伸展筋群は 5 O Om 1、大内転筋群は 250m 1としてよし、。単位体積当たりの筋代謝量が同じであれば、大内転筋群を収縮させるよりも大腿部伸展筋群を収縮させるほうが筋肉全体としての筋代謝量を 2倍大きくすることができる。つまり、筋代謝量を増加させるには、大腿部伸展筋群を収縮させるような動作バタ

—ンを選択することが望ましい。 2種類の動作/ \°ターンにおける評価手段での評価結果をそれぞれ表 4、表 5に示す。

表 4

表 4と表 5との比較から分かるように、代謝量ば表 5に対 ffiする動作パターンのほうが大きいから、糖代謝量の大きい運動を行うという点で表 5に対する動作パターンを選択することが好ましいと言える。

脚部卜レーニング装置の記憶手段 (図示せず)に実装する最適な動作パターンの決定手順の一例を以下に紹介する。動作制御手段により動作する脚部卜レーニング装置を用いて試験者に運動させると同特に、近赤外分光器による血液中の酸素量の計測を行う。このとき、脚部卜レーニング装置が複数種類の動作パターンで所定時間（一定時間）ずつ駆動されるように制御し、所定時間で得られた酸素量を動作パターンの開始時刻および終了時刻とともに記録する。このようにして計測され酸素量は評価手段におし、て重み付けがなされ、運動に関わる筋全体の筋代謝量が求められる。得られた筋代謝量は時刻によって動作パターンと対麻付けられ、筋代謝が最大になる動作パターンが選択される。このようにして得られ^動作パターンが記憶手段に格納され、脚部トレーニング装置の制御部 1 0による実際の運動制御に用いられる。

.このように、動作パターンと代謝量とを対 ¾付け、代謝量が適正値になるように脚部卜レーニング装置の動作パターンを決定する。代謝量の適正値は、動作パターンが人体に与えるエネルギー量を一定にし場合に得られる最大の代謝量の値である。人体に与えるエネルギー量は、たとえば、脚部卜レーニング装置の消費電力を代替値として用いることができる。上述のようにして動作決定装置を用いて決定した動作パターンに従つて脚部卜レーニング装置を動作させることで数多くの動作の中から代謝を促進するのにより効果的な動作を抽出して使用者に与えることができる。

尚、 ,筋電から生理的計測値を求めるときは、近赤外分光器に代えて筋電計を動作制御手段に接続し、生理的計測値としては、所定時間における放電の積分値あるいは筋の最大収縮時での所定時間における筋電の積分値との比を用いる。また、糖代謝に関わる筋肉は主として赤筋であるから、重み付けに関して赤筋の体積による重み付けを行うようにすれば、脚部トレーニング装置による運動での糖代謝量の評価をより正確に行うことがで含る。

動作制御手段では、運動負荷の瞬時値の上限値を設定することができ、運動負荷の瞬時値が上限値以下になるという条件を満たす範囲で動作パターンを自動的に生成する。このとき、各モータの動作に適宜のゆらぎを与え、多変量解析の技術またはニューロコンピュータの技術を用いて最適解（動作パターンの許容範囲内で筋代謝量が最大になる）に近付くように実時間で動作パターンを変化させる。このような制御を行うことによって、運動負荷の瞬時値の上限値以下の範囲内で筋代謝量がほぼ最大になる動作/ \°タ —ンを決定することができる。上述の例では代謝量が大きくなる方向に動作パターンを変化させているが、代謝量の適正値を最大値以外の値としてあらかじめ設定しておき、代謝量が適正値に近付くように動作パターンを収束させるようにしてもよい。

く第 2実施形態 >

本実施形態にかかる脚部卜レーニング装置は、図 2 1に示すように駆動源を用いずに使用者に能動的に脚部卜レーニングを行わせるための装置である。すなわち、実施形態 1では駆動源としてのモータ 6〜9を用いることによって、使用者が能動的に身体を動かすことなく受動的に脚部卜レーニングを受けるように構成されているが、本実施形態においては架台 1に対して座席部材 2および踏板 3をそれぞれ結合機構 4， 5を介して取り付けてあるが駆動源は設けていない。踏板 3を架台 1に結合する結合機構 5は実施形態 1と同様にパンタグラフ 5 1を用いて上下方向に移動可能となるように形成してある。また、座席部材 2を構成するポスト部 21は伸縮自在であり、ポスト 2 1に結合されるサドル 22は左右方向の軸（1つの軸）回りで前後方向に傾斜することが可能になっている。ただし、ポス卜 2 1はサドル 22の高さ調節の/ £めに伸縮可能となっており、まサドル 22は、実施形態 1において説明した重り 25またはボールジョイン卜 26を設けることによって傾くように支持されている。結合機構 5にパンタグラフ 5 1 を設けているのは、実施形態 1と同様に、座席部材 2の傾斜角度の変化に連動して踏板 3の高さ位置を変化させるめである。座席部材 2と踏板 3とは結合機構 4， 5を構成するリンクゃカムの組み合わせによって機械的に連動するようになっている。つまり、 —結合機構 4， 5は、座席部材 2の架台 1に対する傾斜角度が変化すると踏板 3の高さ位置が変化するように構成されている。

本実施形態の脚部卜レーニング装置を使用するにあだっては、使用者が身体を積極的 (能動的)に動かす必要があり、各踏板 3に足を載せサドル 22に着座した使用者が、臀部を前方に移動させるよ 5に脚部に力を入れると、座席部材 2が架台 1に対して傾き、このとき踏板 3が下方に移動することによって膝関節の屈曲角度をほとんど変えることなく、使用者の自重によって脚部に作用する負荷を大きくすることができる。結合機構 4， 5には、元の位置に復帰させるためのばねを内蔵してもよいが、使 ¾者自身の脚の力で復帰させるように構成してちょい。座席部材 2の傾く方向は、結合機構 4によつてサドル 22と各踏板 3とをそれぞれ含 ¾2面内に制限されており、これによつて座席部材 2が傾く方向（使用者の足位置と重心位置との相対位置の変位方向）が膝関節の屈伸方向に制限される。

本実施形態で用いる結合機構 4の一例を囡 22に示す。この結合機構 4は、半球状のガイド体 41を備え、ガイド体 41に設けたレール溝 42に座席部材 2の下端を摺動自在に結合している。ま、座席部^ 2の下端をガイド体 41の上端位置に復帰させるよ . うにばね付勢する復帰ばね 43を設けている。この構成によれば、座席部材 2の下端がレール溝 42に沿って移動すると、座席部材 2の傾斜角度が大きくなり、座席部材 2の上端はガイド体 4 1の球面の中心とした円弧状の軌道を移動することになる。また、座席部材 2が傾斜するに従って復帰ばね 43により作用する復帰力が増加するから、使用者はわずかな力で座席部材 2を元の位置に復帰させることができる。座席部材 2の移動方向は、レール溝 42によって制限されるから、膝関節の屈伸方向を含面内にレール溝 42を位置させることによって、膝関節に捻れを加えることなく脚部に負荷を与えることが可能になる。尚、図 22ではレール溝 42を 1つの面内に形成しているので、ガィド体 41を架台 1に平行な面内で回転可能とし、座席部材 2が倒れる方向が各踏板 3 の向きになるようにガイド体 41の回転位置を合わせた上で使用することにより、使用者は片脚ずつに負荷をかけるように運動することができる。また、ガイド体 41を架台 1に対して定位置に固定しておき、各踏板 3に対) Sするように 2つの面内にレール溝 4 2を形成してちょい。

本実施形態の変更例として、脚部卜レーニング装置から踏板 3を省略してちょい。すなわち、図 23Aおよび 23Bに示すように、架台 1に対して座席部材 2が傾斜可能となるようにし結合機構 4を設けているが、踏板 3は省略されている。しがって使用者 Mは架台 1を設置しだ床面あるいは架台 1の上に足を載せて座席部材 2に設けサドル 22に着座する。結合機構 4としては図 22に示す構成を採用すれば、座席部材 2 の揺動方向を制限することができる。だし、踏板 3を設けていないから、足位置および足先の向きと座席部材 2の揺動方向とを合わせる目安がない。そこで、本実施形態では、結合機構 4において、架台 1に対して架台 1の上面と平行な面内で回転可能な方向支持板 44を設け、方向支持板 44に矢印状のマーク 45を表記してある。マーク 45 は、図 22において説明した結合機構 4のレール溝 42を含面内に含まれており、しがって、マーク 45の延長線上に足を置くことによって、座席部材 2が起伏する方向を膝関節の屈伸方向に一致させることができる。

例えば、図 23Aに示すよろに座席部材 2が架台 1に対して略垂直姿勢にある状態から、図 23Bに示すように座席部材 2を傾斜させると、座席部材 2の傾斜方向がレール溝 42により制限されることによって、座席部材 2が揺動する面内に膝関節の屈伸方向が含まれることになる。尚、図では座席部材 2が 1つの方向にのみ揺動する構成を示しているが、両脚に交互に負荷を与えることができるように、座席部材 2が 2つの方向に揺動するように構成してもよい。また、図 22に示しだ結合機構 4を用いれば、ガイド体 41を架台 1として用いることも可能である。その場合、ガイド体 41の周面に方向支持板 44を設けることが好ましい。

く第 3実施形態〉

本実施形態にかかる脚部トレーニング装置 1では、踏板 3を上下方向にのみ移動可能として座席部材 2の下端部と踏板 3との距離がほぽ一定に保たれる。すなわち、図 24 Aおよび図 24Bに示すように、板状の踏板 3の四隅に設けたガイド孔 3 aに対して架台 1に立設され; £4本のガイドビン 3 bを揷通することにより、踏板 3をガイドビン 3 bに沿って上下方向にのみ移動させる。この場合、座席部材 2と踏板 3とに対して連結体 7〇を不動に固定すると、座席部材 2を架台 1に対して傾けることができなくなるから、連結体 70の両端部で座席部材 2と踏板 3にそれぞれ結合する部位に球軸受のよろなヒンジ 7 1、 72を設けている。この構成により、座席部材 2と連結体了 0とがなす角度と、踏板 3と連結体 70とがなす角度とをそれぞれ任意に変化させることができ、座席部材 2の揺動に伴つて踏板 3を上下方向に移動させることが可能になる。

ま/ £、図 24 Aに示す構成と同様の動作は、踏板 3を上下方向にのみ伸縮自在であるパンタグラフ 3 cを介して架台 1に取り付ける図 25に示す構成によっても実現できる。さらに、図 26に示すように、踏板 3を使用者の後方位置でヒンジ 3eにより枢着されリンク 3 dの前端部上面に装着する構成を採用してち良し、。この場合、連結体 7 0の下端部がリンク 3 dの前端部にヒンジ了 2を介して連結される。リンク 3 dは剛体であって、踏板 3が実質的に上下方向のみの移動となるようにリンク 3 dの長さ寸法を十分に大きく設定すれば、図 24A、図 25に示しだ構成例と同様に、使用者の足の移動方向を上下方向に規制することができる。

本実施形態の上記構成においては、図 27に示すように、連結体 70の両端部に設けたヒンジ 7 1、 72の位置を股関節 J 2の側方と足関節 J 3の側方とに位置決めすることが好ましい。すなわち、座席部材 2の上端部に設けだサドルよりち上方にヒンジ 7 1 を設け、踏板 3の上面よりも上方にヒンジ 72を設ける。また、股関節 J 2および足関節 J 3の位置とヒンジ 7 1、 72の位置とがずれるのを防止するめに、サドルおよび踏板 3にベル卜のような拘束具を設けてもよい。なお、股関節 J 2および足関節 J 3の位置とヒンジ 7 1、 7 2の位置の間にずれが生じないように、踏板 3の移動方向を上下方向に規制しておくのが望ましい。他の構成および動作は実施形態"！と同様である。本実施形態のさらなる変更例としては、図 28に示すように、連結体 70の代わりにワイヤ 75を用い、踏板 3の移動方向を上下方向に規制する移動規制部を設けてもよい。ワイヤ 75は、座席部材 2の上端部の定位置と踏板 3の定位置とを連結するものであり、座席部材 2の後方を通り踏板 3の下方から踏板 3に結合されるように、架台 1に対して定位置に固定した滑車了 6~78に掛け回される。図では、ワイヤ 75を座席部材 2の上端部から後方に引き出して滑車了 6に掛け回し 7≥後、滑車 76により下方に方向転換して滑車了了に掛け回し、さらに滑車了了により前方に方向転換して滑車 78に掛け回し、最後に滑車 78により上方に方向転換して踏板 3に結合する。ここに、座席部材 2 が架台 1に対して直立姿勢になる位置から右前方と左前方とに傾くと、座席部材 2から滑車 76へのワイヤ 75の向きは左右に振れることになる。したがって、滑車了 6については左右の振れを許容する形で架台 1に取り付けるのが望ましい。尚、滑車 76， 7 7は 1個で兼用してちょい。

上述した構成では座席部材 2の上端部が図の左方に倒れると、ワイヤ 75の張力によつて踏板 3は下向きに移動する。だだし、図示した構成では座席部材 2の傾斜姿勢から直立姿勢に復帰しときに踏板 3を上昇させることができないから、その際に踏板 3を上昇させる構成が必要である。この構成としては、例えば、踏板 3と架台 1との間に弾性部材を設け、弾性部材により踏板 3の下向き荷重に抗するばね力を生じさせればよい。他の構成および動作は実施形態 1と同様である。

本実施形態の別の変更劍とては、図 29に示すように、架台 1と踏板 3との間に弾性部材としての復帰ばね 75を配置し、踏板 3に下向き荷重が作用しときに、復帰ばね了 9が圧縮されることにより踏板 3の下向き荷重に抗するばね力が踏板 3に作用する構成を採用してもよい。この構成によって、座席部材 2の傾斜姿勢から直立姿勢に復帰する際に、連結体 70を介して復帰ばね了 9のばね力を座席部材 2に作用させることができる。尚、復帰ばね 79に代えてウレタンフォームのような他の弾性部材を用いてちょし、。

く第 4実施形態 >

本実施形態にかかる脚部トレーニング装置は、図 3 OAおよび図 3 OBに示すように、使甩者を保持する支持部として架台 1からアーム 27を介して吊下しだ座席 28を用いることを特徴としている。座席 28はサドルに相当し、架台 1とアーム 2了とを結合する結合機構（図示せず）を適宜に構成することによって、座席 28を上述し 7≥各実施形態におけるサドル 22と同様に移動させることができる。囡示例ではアーム 27の上端を架台 1に対して揺動可能に枢着してあり、座席 28は振り子のように移動する。ただし、座席 28の移動方向は使用者の膝関節の屈伸方向によって制限さ^ており、架台 1の一部に結合されだ踏板 3によって使用者 Mの足位置および足先の向きを決めた状態では、使用者 Mの重心位置と足位置との相对位置の変位が膝関節の屈伸方向に制限される。

本実施形態の変更例として、図 3 1に示すように、使用者の胴体を吊り下げ保持する胴体保持部材 80と、使用者の足を載せる踏板 3を含み、胴体保持部材は結合機構 82 を介して前傾した基台 (天板） 1に対して可動に結合されている。胴体保持部材 82は、使用者の腰部を保持するための伸縮可能な腰部保持具 83と、一端に腰部保持具が取り付けられ、他端が天板に固定される所定長さのワイヤ 84を含。腰部保持具 83の他端は、天板 1に設けられた Y字状のガイドレール 85にスライダー 86を介してスラィド可能に保持される。

この脚部卜レーニング装置においては、胴体保持部材 80に保持され /£使用者が前傾した天板 1の前方向にスライド移動すると、天板から垂下するワイヤ 84の長さが減少して使用者が上方に移動する。この場合、使用者の前方へのスライド移動距離が大きくなるほど、使用者の持ち上げ量が大きくなる。一方、一端がスライダー 86に固定され、他端が天板 1に固定されるスプリング 87が設けられており、使用者が前方に移動することによってこのスプリングが伸びる。しがって、使用者が前方に移動するほど、スプリングの復元力によって初期位置（後方）に引き戻す方向に力が働く。の際、天板から垂下するワイヤ 84の長さが増加して使用者は下方に移動する。上記しガイドレ —ル 85の軌道を適切に設計するとともに、踏板 3上における使用者の足位置を適切に決めることにより、使用者の重心位置と足位置との相対位置の変位を膝関節の屈伸方向に制限することができる。

尚、図 3 1の構成においては、踏板 3を固定としたが、踏板 3を上下方向および水 Ψ 方向の少なくとち一方向に可動としてちよい。また、胴体保持部材 80の動作に同期して踏板 3を動作させる連動手段を設けても良い。この脚部卜レーニング装置は使用者が踏板に足を載せた状態において能動的に運動を行うことで脚部のトレーニングを行うものであるが、胴体保持部材 80を揺動させる駆動手段を設けて受動的に脚部卜レ一二ングを行う装置構成としてもよい。さらに、踏板 3を可動にする場合は、胴体保持部材を揺動させる駆動源に加えて、踏板を駆動させる補助駆動源を設け、制御手段によりこれらの駆動源を同期させて制御すれば、より効果的な脚部卜レーニングを使用者に提供することが可能になる。

<第 5実施形態 >

本実施形態の脚部卜レーニング装置は、図 32に示すように、ベース 1 00と、ベ一スに固定される支柱部 1 1 0と、使用者の臀部を保持するシ一卜 1 20と、支柱部とシ一卜の間に配置される結合機構 1 30と、支柱部の前方に固定配置される一対の踏板 1 40とで構成される。シー卜 1 20を揺動運動させるための結合機構 1 30は、前後方向の往復直線移動と左右軸の回りの往復回転移動（ピッチング）と、前後軸の回りに往復回転移動（ローリング）とを提供可能な機構を備え、図 33Aに示すように、支柱部 1 1 0に固定される固定板 1 3 1と、固定板 1 3 1の上方に配置されシー卜 1 2〇を載せる可動板 1 3 2と、固定板 1 3 1と可動板 1 32の前後両端部にそれぞれ可動に結合される各一対のリンク 1 33、 1 34とでなる。リンク 1 33、 1 34は固定板 1 3 1および可動板 1 3 2 に対してそれぞれ左右方向の軸回りに回動可能に結合される。

固定板 1 3 1へのリンク 1 33の結合位置と固定板 1 3 1へのリンク 1 34の結合位置との間の水平距離は、可動板 1 32へのリンク 1 3 3の結合位置と可動板 1 32へのリンク 1 3 4の結合位置との間の水平距離よりち短く設定される。したがって、図 3 3 Aの右側（座席後方）への移動時において可動板 "1 32の前端部が後端部よりゆゆ高くなる傾斜姿勢をとり、図 33 Aの中央位置において可動板 1 32が略水 φ姿勢をとり、さらに図 33Αの左側（座席前方）への移動時において可動板 1 32の前^部が後端部よりやゆ低くなる傾斜姿勢をとることができる。シー卜 1 20の上面は必ずしも可動板 1 3 2と¥行でなくてもよく、可動板 1 32が図 33 Αの右側（座席後方）への移動時においてシ一卜 1 20の上面が略水平になるようにしてもよい。また、囡示していないが、駆動源の出力はカムゆクランクのよラな伝達機構を介して可動板 1 32に伝達される。

—方、踏板 1 40の各は、 ίΰ方（つま先方向）に向かって略 1 0度で傾斜する上面を有する。また、内蔵されたパネ (図示せず)の働きで踏板 1 40に上方より荷重がかかると略 2〇〜3 Ommの高さで降下可能になっている。また、左右の踏板は平行に配置されておらず、図 33Bに示すように軸線同士が所定の角度で交差するように配置される。この踏板の交差角度は、駆動手段の駆動軌跡における軌道の交差角に略一致するように決定される。すなわち、結合機構の運動軌跡は上面からみると略 8の字形状となつている。ま、図 33Bの左側が脚部卜レーニング装置の前方向にあたり、この前方向に向かって右側の踏板の軸方向は結合機構の右前方へ運動する期間の運動方向に略 Ψ 行であり、同様に左側の踏板の軸方向は結合機構の左前方へ運動する期間の運動方向に略平行である。

ところで、人間の歩行や走行時において脚部へは 1 G以上の加速度がかかるにちかかわらず膝関節に損傷が生じない理由は、荷重が増加するにつれて膝関節の周囲の筋が収縮して膝関節を固定し、膝関節に生じるせん断)^力を低減するめである。このメカ二ズムを利用し、本脚部卜レーニング装置では脚部への荷重負荷が増加する期間は膝関節の伸展方向に使用者の重心を移行させる。すなわち、少なくとも前方へ駆動する期間（脚部への荷重が増加する期間）において膝関節の伸展方向に結合機構の運動軌跡を一致させることで膝関節へのせん断負荷を低減することができる。尚、脚部に最大負荷がかかつた後は十分に膝間接周囲の筋が収縮して膝関節が固定される 7£め、膝関の伸展方向に必ずしち結合機構の運動軌跡を一致させる必要はない。また、結合機構 1 30として前後方向のみに移動方向を規制しものを用いてもよい。

く第 6実施形態〉

本実施形態の脚部卜レーニング装置は、 H34Aおよび図34Bに示すように、ベース 2〇0と、ベースに可動に保持され、内部に駆動装置が収納される支柱部 2 1 0と、使用者の臀部を保持するシー卜 220と、支柱部とシ一卜の間を連結する結合機構 23 Oと、支柱部の前方に固定配置される一対の踏板 240と、シ一卜と踏板の間を連結するリンク 250とで主として構成される。

支柱部 2 1 0に収納される駆動装置は、図 35A〜図 35Cに示すように、ベース 2 00に左右方向に回転自在となるように取り付けられるギヤボックス 20 1内に収納される。すなわち、ギヤボックス 20 1にはシャフト 203が回転可能に保持されており、モータ 202の回転軸に取り付けられ歯車 Aがシャフ卜 203に取り付けられた減速歯車 Bに係合する。減速歯車 Bを介して提供されるシャフト 203の回転は、変; Kカム 204および連結板 205を介してフレーム 206、フレーム 20了、フレー厶 208に伝達され、結果的にシー卜 220の前後上下方向の動作がつくられる。一方、シャフ卜 203に取り付けられ歯車 Cがシャフ卜 2 1 1に取り付けられ歯車 Dと係合することでシャフト 203の回転が 1 Z2に減速されてシャフ卜 2 1 1に伝達される。シャフト 2 1 1の回転は、変芯カム 2 1 2を介してアーム 2 1 3に伝達される。このアーム 2 1 3はべ一ス 200に自在結合されており、結果的にシート 220の左右方向の動作 (図 35C中の矢印方向の動作)がっくられる。尚、各連結部位はべァリングにより回動自在でガタツキのない構造にされている。駆動装置の動作軌跡は前後のス卜ロークに対して左右のス卜口一クを略半分とし、且つ左右の減速比を 1 2として揺動運動を発生させている。また変芯カム 204、 2 1 2の位相差を適宜変更して、上方から見シートの運動軌跡を V字型や W字型、横八の字型の軌跡とすることができる。 —方、踏板 240の各はフレーム 20了に固定されだ取付部材 241の前方に継手 242を介してリンク 250を左右 2箇所設置し、継手 243、支点 244をもって踏板 240が上下動するように連結される。この踏板の運動はシート 220が右前下方に揺動すると、右の踏板 240も同じように下方に沈み、次にシート 220が左前下方に揺動すると、左の踏板 240も同じように下方に沈 ¾軌跡を形成する。これにより、使用者の重心位置と足位置との相対位置の変位を膝関節の屈伸方向に制限することができる。尚、.左右同時に踏板を沈ませるには左右の継手 242の位置を左右の中心線方向に移動すればよい。ま、踏板の各は、使用者の体重の略半分の荷重でシー卜 22 0の沈み込量と同じ沈み量となるようなパネ特性を有するぱね材を介して可動に保持されることが好ましい。

シ一卜 220は、図 34Bに示すように、使用者の臀部'腰部を受ける突起 22 "1.と、着座姿勢において大腿部がフィッ卜するように左右前方に設けられる切欠 2 22とで構成される。これにより、駆動装置が左右前下方に揺動しても、突起 22 1により滑ることなく尻 ·腰部を前方に押し出すことができ、踏板上で足を踏ん張ることにより大腿部に負荷を提供することができる。尚、図 36Aおよび図 36Bに示すように、シートの高さは使用者の身長 ·座高に) ®じて調節可能であり、踏板上の足位置とシ一卜上の臀部との間の水平距離がシ一卜の高さの増加とともにも広がる (D1—D2)ようになっているので、異なる身長の使用者にも適切な着座姿勢で脚部卜レーニングを提供することができる。

上記し脚部卜レーニング装置によって提供される運動は、単に使用者'を揺さ^るものではなく、揺動に対して頭でパランスを保とうとしり、揺動から身を守ろうとした Όして筋肉の緊張を伴 5運動を使用者に行わせるので、使用者の腰部と大腿部の両方の筋肉に負荷をかけることができ、胴体と下肢の両方の筋力ゆ代謝（血流やリンパ流）を促すことができる。また、使用者の重心位置と足位置との相対位置の変位が膝関節の屈伸方向に制限されるので、膝痛を有する使用者も安心して脚部トレーニングを行える。本実施形態の変更例として、図 37に示すような踏板 240' を用いてもよい。この踏板においては、第 1可動板 26 1と第 2可動板 262がベース 260とステップ台 2 6 3のそれぞれに回動可能に保持される。また、第 1可動板 26 1と第 2可動板 262 はピン 264により可動に連結される。一方、ベース 260とステップ台 263との間は、ピン 265によって連結され、それらの間にばね 266が配設されている。このように一対の可動板 (26 1、 262)を X型に連結してなる踏板を採用することにより、使用者が踏板 240'のどの部位を踏んでも可動量を略垂直方向に均等に変位させることができる。

尚、本発明の結合機構は、使用者の足位置と重心位置との相対位置の変位により使用者の自重で脚部に作用する負荷が化するように支持部を基台に対して可動に結合し、かつ少なくとち脚部への負荷が増加するときに足位置と重心位置との相対位置の変位方向が膝関節の略屈伸方向に制限されるように支持部の可動方 (¾を制限するものであるが、座席部材 2に使用者が着座する構成を採用し場合、前記重心位置が臀部のゆゆ前方に位置することを考慮すれば、前記しだ重心位置を IS席部材の中央やゆ前方位置- に置き換えてちょい。すなわち、図 36 Aおよび 36 Bのような着座式の脚部卜レ一二ング装置の結合機構においては、使用者の足位置と"座席部材の中央ゆゆ前方位置との相対位置の変位により使用者の自重で脚部に作用する負荷が変化するように支持部を基台に対して可動に結合し、かつ少なくとも脚部への負荷が増加すると孝に足位置と座席部材の中央ゆや前方位置"との相対位置の変位方向が膝関節の略屈侔方向に制限されるように支持部の可動方向を制限すると等価である。

産業上の利用可能性

上記のように、本発明の脚部卜レーニング装置によれば、使用者の体重の一部を支持部で支えた状態で大腿部を含脚部の筋肉に比較的軽い負荷を与えることができ、それにより糖代謝を促進するのに有効である大腿部の筋収縮を促すことができる。これにより、筋力の低下や関節痛などによって運動機能が低下している使用者にも適切な脚部トレーニングを提供することができる。

また、本発明の脚部卜レーニング装置においては、足位置と重心位置との相対位置の変位方向が膝関節の屈伸方向に制限される。これは、負荷のかかる方向を膝の中心と足の第 2指とを結 '方向に制限できることを意味する。この方向に作用する負荷であれば変形性膝関節症のように膝関節に痛みがある使用者であっても、痛みや症状の悪化のような悪影響を与える心配がなく安心して脚部卜レーニングを行うことが可能になる。このように、本発明の脚部卜レーニング装置は、生活習慣病の予防ノ35善ゅシエイプアップ/ダイエツ卜運動に好適な運動補助器具として好適であるだけでなく、膝に疾患を有する使用者ゆ脚のリハビリ運動を必要とする使用者にち適切な脚力卜レーニングを提供するものとして幅広い利用が期待される。

Claims

請求の範囲

1 . 以下の構成を含脚部卜レーニング装置：

定位置に設置される基台；

使用者の自重の少なくとち一部が大腿部を含脚部に作用する形で使用者の身体の一部を支持する支持部；

使用者の足位置と重心位置との相対位置の変位により使甩者の自重で脚部に作用する負荷が変化するように支持部を基台に対して可動に結合し、かつ少なくとも脚部への負荷が増加するときに足位置と重心位置との相対位置の変位方向が膝関節の略屈伸方向に制限されるように支持部の可動方向を制限する結合機構。

2. 請求項 1の脚部トレーニング装置において、

上記支持部は、使用者の足を載せる踏板を含。

3. 請求項 1の脚部トレーニング装置において、

上記支部は、使用者を着座状態に保持する保持手段を含¾。

4. 請求項 1の脚部トレーニング装置において、

上記支持部は、使用者を吊り下げ状態に保持する保持手段を含¾。

5. 請求項 1の脚部トレーニング装置において、

上記結合機構は、上記支持部の可動方向を使用者の足位置と臀部位置との間の距離が略一定になるように制限する。

6. 請求項 3の脚部トレ一ニング装置において、上記保持手段は、使用者の臀部を支持する座席部材を含み、前記座席部は結合機構を介して上記基台に揺動可能に結合される。

7. 請求項 6の脚部卜レーニング装置は、上記座席部材を揺動させる駆動手段を含。

8. 請求項 2の脚部トレーニング装置において、

上記踏板は、上記結合機構を介して基台に対して水平方向と垂直方向の少なくとも一方向に移動可能に結合される。

9. 請求項 8の脚部卜レーニング装置において、

上記結合機構は、踏板の下方に配置される弾性部材を含む,

1 0. 請求項 1の脚部卜レーニング装置において、

上記支持部は、使用者の臀部を保持する座席部材と、使用者の足を乗せる踏板を含み、前記座席部材は結合機構を介して上記基台に揺動可能に結合され、脚部卜レーニング装置はさらに上記座席部材の摇動に同期して上記踏板を動作させる連動手段を含。

1 1 . 請.求項 1 0の脚部卜レーニング装置は、上記座席部材を揺動させる第"!駆動手段と、上記踏板を駆動させる第 2駆動手段と、前記第 1駆動手段と前記第 2駆動手段とを同期させて制御する制御手段を含 ¾。

1 2. 請求項 1 1の脚部トレーニング装置において、

上記制御手段は、座席部材が基台に対して垂直姿勢となる位置と垂直姿勢に対して 5 度以下の角度で傾斜姿勢となる位置との間で座席部材が往復揺動運動するとともに、その際の使用者の膝角度が 40度以内に保だれ、さらに座席部材が 1秒間に往復揺動運動する往復回数が 2回以下となるように座席部材と踏板の動作を制御する。

1 3. 請求項 6の脚部トレーニング装置において、

上記座席部材は、上記結合機構部を介して基台に結合されるポス卜と、ポス卜の上端部に配置され使用者の臀部を載せるサドルと、前記ポス卜に対するサドルの平行移動と回転移動の少なくとも一方を提供するよラにサドルをポス卜に結合する連結手段を含も、。

1 4. 請求項 1 3の脚部トレーニング装置におし、て、

上記連結手段は、ポス卜に対してサドルをシーツ一運動可能に保持する。

1 5. 請求項 1 3の脚部トレーニング装置において、

上記連結手段は、ポス卜の軸方向に交差する面内でサドルをスライド可能に保持する。

1 6. 請求項 1 5の脚部トレーニング装置は、ポストに対するサドルのスライド移動を提供するサドル駆動手段を含。

1 7. 請求項" I 3の脚部卜レーニング装置において、

上記ポス卜はその長手方向に伸縮自在であり、脚部卜レーニング装置はポス卜の伸縮運動を提供するポス卜駆動手段を含 ¾。

1 8. 請求項 "1 3の脚部卜レーニング装置において、

上記ポス卜はその長手方向に伸縮自在であり、脚部卜レーニング装置はさらに使用者の足を載せる踏板と、上記座席部材を揺動させる第 1駆動手段を、前記踏板を駆動させる第 2駆動手段、ポス卜の伸縮運動を提供する第 3駆動手段、およびポス卜の軸方向に交差する面内でサドルをスライド運動させる第 4駆動手段の少なくとも一つと同期させて制御する制御手段とを含。

1 9. 請求項 1の脚部卜レーニング装置は、代謝量に関連する生理的計測値を計測する計測手段と、計測手段の出力から代謝量を求める評価手段と、使用者に負荷を提供する負荷提供手段と、評価手段から提供される代謝量に基づき負荷提供手段によって使用者に付与される負荷量を制 ί卸する制御手段を含む。

20. 請求項 1 9の脚部卜レーニング装置において、

上記評価手段は、上記負荷提供手段によつて実施される運動にかかわる筋肉の体積および前記運動にかかわる筋肉のラち赤筋の体積のいずれか一方を重み係数として、前記生理的計測値に重み付けを行い、重み付けされだ生理的計測値が前記代謝量として使用される。

2 1 . 請求項 1の脚部卜レーニング装置は、使用者の自重のうち脚部に作用する負荷を反映する荷重を検出するために上記支持部に設けられる荷重センサと、荷重センサにより検出される負荷の時間変化を使用者に実時間で通知する荷重変化通知手段とを含。

22. 請求項 1 0の脚部トレーニング装置において、

上記連動手段は、上記踏み台に足を載せるとともに座席部材に着座する使用者の重心位置の移動時、前記使用者の膝関節の曲げ角度が 45度以内となるように ih記座席部材の揺動に同期して上記踏板を動作させる。

23. 請求項 1 0の脚部卜レーニング装置において、

上記連動手段は、前記使用者の重心位置の移動時、使用者の膝の曲げ角度が略一定に維持されるように上記座席部材の揺動に同期して上記踏板を動作させる。

24. 請求項 1 0の脚部卜レーニング装置において、

上記連動手段は、上記踏台に足を載せるとともに座席部材に着座する使用者の重心位置の移動時、前記使用者の膝関節の曲げ角度が 45度以内となるよに上記座席部材の揺動に同期して上記踏板を動作させる第' 1運動モードと、前記使甩者の重心位置の移動時、使用者の膝の曲げ角度が略一定に維持されるよに上記座席部材の揺動に同期して上記踏板を動作させる第 2運動モードを選択的に提供し、上記脚部卜レーニング装置は前記第 1運動モ一ドと前記第 2運動モードの一方を選択する 7£めの選択手段を含む。

25. 請求項 1の脚部卜レーニング装置は、

使用者のデータを入力する入力手段と、前記入力手段により入力されたデータに基づいて使用者が支部に与えるべき圧力の適正範囲を算出する演算手段と、前記使用者が実際に支持部に与える圧力を検知するための圧力センサと、前記演算手段によって提供される適正範囲と前記圧力センサによって検知された実際の圧力値を使用者に表示する表示手段を含 ¾。

26. 請求項 1の脚部トレーニング装置は、

使用者のデータを入力する入力手段と、前記入力手段により入力されたデータに基づいて使用者が支持部に与えるべき圧力の適正範囲を算出する演算手段と、前記使用者が実際に支持部に与える圧力を検知するための圧力センサと、上記圧力センサによって検出されだ圧力値が前記適正範囲内に保たれるように結合機構をフィードバック制御する制御手段を含む。

27. 請求項 4の脚部卜レーニング装置において、

上記保持手段は、使甩者の胴体を吊り下げ保持する胴体保持部材と、使用者の足を載せる踏板を含み、前記胴体保持部材は結合機構を介して上記基台に揺動可能に結合され、脚部卜レーニング装置はさらに上記胴体保持部材の揺動に同期して上記踏板を動作させる連動手段を含 ¾。

28. 請求項 2了の脚部卜レーニング装置において、

上記胴体保持部材は、使用者の腰部を保持する腰部保持具と、軸方向に伸縮可能な使用者の吊り下げ部材を含。

29. 請求項 27の脚部卜レーニング装置は、上記胴体保持手段を揺動させる駆動手段を含。

30. 請求項 27の脚部トレーニング装置は、上記胴体保持部材を揺動させる第 1駆動手段と、上記踏板を駆動させる第 2駆動手段と、前記第 1駆動手段と前記第 2駆動手段とを同期させて制御する制御手段を含 ¾。