(57)【要約】【課題】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脚部トレーニング装置を提供する。【解決手段】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する。【選択図】図１
2010221066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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む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する結合機構とを含むことを特徴とする脚部トレーニング装置。
【請求項２】
上記支持部は、使用者の足を載せる踏板を含むことを特徴とする請求項１に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項３】
上記踏板は、踵がつま先よりも高くなるように傾斜する上面を有することを特徴とする請求項２に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項４】
上記支持部は、使用者を着座状態に保持する保持手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項５】
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むことを特徴とする請求項１に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項６】
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ことを特徴とする請求項１に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項７】
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、前記座席部材は結合機構を介して上記基台に揺動可能に結合されることを特徴とする請求項４に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項８】
足位置および足先の向きと上記座席部材の揺動方向とを合わせるマークを含むことを特徴とする請求項７に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項９】
上記基台は、基台の上面と平行な面内で回転可能な方向支持板を有し、上記マークは前記方向支持板に表記されることを特徴とする請求項８に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項１０】
上記座席部材を揺動させる駆動手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項１１】
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ことを特徴とする請求項２に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項１２】
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ことを特徴とする請求項１１に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項１３】
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、脚部トレーニング装置はさら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連動手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項１４】
上記座席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むことを特徴とする請求項１３に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項１５】
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度以内に保たれ、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ことを特徴とする請求項１４に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項１６】
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トと、ポストの上端部に配置され使用者の臀部を載せるサドルと、前記ポスト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うにサドルをポストに結合する連結手段を含むことを特徴とする請求項７に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項１７】
上記連結手段は、ポストに対してサドルをシーソー運動可能に保持することを特徴とする請求項１６に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項１８】
上記連結手段は、ポスト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を特徴とする請求項１６に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項１９】
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むことを特徴とする請求項１８に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項２０】
上記ポストはその長手方向に伸縮自在であり、脚部トレーニング装置はポストの伸縮運動を提供するポスト駆動手段を含むことを特徴とする請求項１６に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項２１】
上記ポストはその長手方向に伸縮自在であり、脚部ト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、ポストの伸縮運動を提供する第３駆動手段、およびポスト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むことを特徴とする請求項１６に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項２２】
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御する制御手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項２３】
上記評価手段は、上記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う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、重み付けされた生理的計測値が前記代謝量として使用されることを特徴とする請求項２２に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項２４】
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むことを特徴とする請求項１に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項２５】
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上記座席部材の揺動に同期して上記踏板を動作させることを特徴とする請求項１３に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項２６】
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ことを特徴とする請求項１３に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項２７】
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第１運動モードと、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第２運動モードを選択的に提供し、上記脚部トレーニング装置は前記第１運動モードと前記第２運動モードの一方を選択するための選択手段を含むことを特徴とする請求項１３に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項２８】
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、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むことを特徴とする請求項１に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項２９】
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た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ことを特徴とする請求項１に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項３０】
上記保持手段は、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、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、脚部ト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むことを特徴とする請求項５に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項３１】
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むことを特徴とする請求項３０の脚部トレーニング装置。
【請求項３２】
上記胴体保持手段を揺動させる駆動手段を含むことを特徴とする請求項３０に記載の脚部トレーニング装置。
【請求項３３】
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むことを特徴とする請求項３０に記載の脚部トレーニング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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トレーニングを行える装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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（トレッドミル）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う。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（たとえば、特開平１１−１５５８３６号公報）などが提案されている。
【０００３】
上述したエアロバイクやトレッドミルのような運動補助装置では、膝関節の屈伸を伴ったり、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ため、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。
【０００４】
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く、大腿部の筋収縮のためにスクワット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、膝の痛みが強くなったり症状が悪化した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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような事情から、膝に負担をかけることなく脚部のトレーニングを効率よく行える装置の開発が待たれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、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。
【０００７】
すなわち、本発明の脚部トレーニング装置は、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む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する結合機構とを含むことを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、使用者の体重の一部を支持部で支えた状態において使用者の大腿部を含む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、使用者に付与された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。また、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／改善が期待される。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。
【０００９】
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い。また、踏板は、踵がつま先よりも高くなるように傾斜する上面を有することが好ましい。
【００１０】
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場合、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む脚部に負荷を与えて筋収縮を促す。また、足位置および足先の向きと上記座席部材の揺動方向とを合わせるマークを含むことが好ましく、例えば、基台が、基台の上面と平行な面内で回転可能な方向支持板を有し、前記マークはこの方向支持板に表記されることが特に好ましい。
【００１１】
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。筋力の低下によって歩行に支障があるような使用者や、リハビリ運動を必要とする使用者が脚部のトレーニングを行いやすくなっている。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、遊戯感覚で楽しくトレーニングが行える。
【００１２】
上記脚部ト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収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トレーニングを行える。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む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、使用者の好みに応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。
【００１３】
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、ポストの上端部に配置され使用者の臀部を載せるサドルと、ポスト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うにサドルをポストに結合する連結手段を含むことが好ましい。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。たとえば、使用者の脚部に作用する負荷が増加する方向にポストが傾くときに、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ば、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向にサドルを移動させることも可能である。
【００１４】
上記サドルの回転移動として、連結手段はポスト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、上記サドルの平行移動として、ポスト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設けることが特に好ましい。
【００１５】
また、上記座席部材を用いた脚部トレーニング装置において、ポストはその長手方向に伸縮自在であり、脚部トレーニング装置はポストの伸縮運動を提供するポスト駆動手段を含むことが好ましい。この構成によれば、ポスト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、使用者の脚長に応じて使用者の臀部の位置を調節することができる。
【００１６】
本発明の別の好ましい実施形態にかかる脚部トレーニング装置において、ポストはその長手方向に伸縮自在であり、脚部ト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、ポスト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むことが好ましい。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も一つとの組合せよって、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応じた種々の脚部トレーニングを提供することができる。
【００１７】
上記脚部ト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ことが好ましい。変形性膝関節症のよう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。また、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。
【００１８】
さらに、本発明の脚部トレーニング装置は、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運動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むことが好ましい。
また、脚部トレーニング装置は、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御する制御手段を含むことが好ましい。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う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。
【００１９】
また、本発明の脚部トレーニング装置は、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むことが好ましい。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。
【００２０】
また、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、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むことが好ましい。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応じて求めた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トレーニングを行うことができる。
【００２１】
また、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、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、運動歴などの属性に応じて目標範囲を設定し、使用者に応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、個々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。また、フィードバック制御によって脚部トレーニング時の安全性を高めることができる。
【００２２】
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むことが好ましい。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トレーニングを行う必要がある場合に有効である。
【００２３】
また、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く、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。
【００２４】
本発明のさらなる特徴およびそれがもたらす効果は，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。
【発明の効果】
【００２５】
上記のように、本発明の脚部ト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む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。
【００２６】
このように、本発明の脚部トレーニング装置は、生活習慣病の予防／改善やシェイプアップ／ダイエット運動に好適な運動補助器具として幅広い利用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１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２Ａ】脚部トレーニング装置の動作説明図である。
【図２Ｂ】脚部トレーニング装置の動作説明図である。
【図２Ｃ】脚部トレーニング装置の動作説明図である。
【図３Ａ】踏板可動時における脚部トレーニング装置の別の動作説明図である。
【図３Ｂ】踏板可動時における脚部トレーニング装置の別の動作説明図である。
【図４Ａ】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ある。
【図４Ｂ】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ある。
【図５Ａ】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５Ｂ】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】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７Ａ】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７Ｂ】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】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８Ｂ】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】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図である。
【図１０】筋代謝の計測結果を示すグラフである。
【図１１】糖代謝の計測結果を示すグラフである。
【図１２】膝痛の官能評価の結果を示す図である。
【図１３】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。
【図１４】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１５】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１６Ａ】座席部材の結合機構の変更例を示す概略図である。
【図１６Ｂ】座席部材の結合機構の変更例を示す概略図である。
【図１７】脚部トレーニング装置の制御部を示すブロック図である。
【図１８】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１９】本発明の脚部トレーニング装置の変更例を示す概略図である。
【図２０】代謝量が大きい動作パターンを抽出するための動作決定装置のブロック図である。
【図２１】本発明の第２実施形態にかかる脚部トレーニング装置を示す概略平面図である。
【図２２】脚部トレーニング装置の結合機構を示す斜視図である。
【図２３Ａ】脚部トレーニング装置の動作説明図である。
【図２３Ｂ】脚部トレーニング装置の動作説明図である。
【図２４Ａ】本発明の第３実施形態にかかる脚部ト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る。
【図２４Ｂ】踏板の構造を示す斜視図である。
【図２５】脚部ト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】脚部ト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】脚部ト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】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】脚部ト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３０Ａ】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３０Ｂ】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３１】脚部トレーニング装置の変更例を示す概略図である。
【図３２】本発明の第５実施形態にかかる脚部トレーニング装置の概略斜視図である。
【図３３Ａ】脚部トレーニング装置の結合機構の動作説明図である。
【図３３Ｂ】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】本発明の第６実施形態にかかる脚部トレーニング装置の概略側面図である。
【図３４Ｂ】本発明の第６実施形態にかかる脚部トレーニング装置の概略上面図である。
【図３５Ａ】脚部トレーニング装置の駆動装置の概略側面図である。
【図３５Ｂ】脚部トレーニング装置の駆動装置の概略上面図である。
【図３５Ｃ】脚部トレーニング装置の駆動装置の概略正面図である。
【図３６Ａ】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３６Ｂ】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】脚部トレーニング装置の踏板の変更例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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。
＜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６，７が連結され、モータ６、７は制御部１０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。
【００２９】
座席部材２は、ポスト２１と、ポスト２１の上端に配置されて使用者の臀部を載せるサドル２２と、ポストに対するサドルの平行移動と回転移動を提供するようにサドルをポストに結合する連結部２３とを含む。サドルは平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く、たとえば椅子状や鞍状などに形成することも可能である。ポスト２１の下端部は結合機構４に連結される。
【００３０】
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、たとえば左右方向の回転軸の回りでポスト２１を前後に揺動可能とし、かつ左右方向の回転軸を含む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２１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を用いてポスト２１を任意の方向に揺動可能としている。
【００３１】
ポスト２１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２１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２１の伸縮長を可変とすることができる。さらに、ポスト２１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をポスト２１に対して前後方向に揺動させることが可能になる。
【００３２】
踏板３のための結合機構５は、架台１の上に取り付けたパンタグラフ５１を備え、パンタグラフ５１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５１を伸縮させて踏板３を上下に移動させることができる。
【００３３】
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７により上下方向に移動可能であり、ポスト２１はモータ８により伸縮可能であり、サドル２２はモータ９によりポスト２１に対する前後方向の角度調節が可能になっている。座席部材２と踏板３のためのモータ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。前記したように、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１０により制御される。制御部１０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ト設定されており、時系列データの適宜セットを選択することによって所望の動作を行わせることができる。
【００３４】
どのモータ６〜９を駆動するかは、使用者に提供する脚部トレーニングの種類に応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７〜９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。
【００３５】
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。脚部トレーニング装置の使用にあたっては、使用者がサドル２２に着座した状態で踏板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の高さ位置とポスト２１の伸縮長との少なくとも一方を調節することによって使用者の脚長に応じて調節できる。
【００３６】
使用者がサドル２２に着座した状態で座席部材２を揺動させると、使用者の足位置に対して使用者の重心位置が変位する。尚、座席部材２に使用者が着座した時の重心位置は臀部のやや前方に位置する。座席部材２を垂直位置から前方に傾斜させると、使用者の重心位置も前方に移動する。これによって使用者の自重のうち大腿部を含む脚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を傾斜させた側の片脚に作用する。このように、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。
【００３７】
尚、本実施形態の脚部トレーニング装置においては、上記のしたように、一対の踏板３に両足を載せ、サドル２２に着座した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トレーニングを行ってもよい。
【００３８】
ところで、使用者が膝関節に痛みを持つような場合、本実施形態の脚部ト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（図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、矢印方向が屈伸方向である）。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１０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。また、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、しかも膝関節の屈伸範囲（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、痛みの増加や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トレーニングを行うことができる。
【００３９】
上述のように、膝関節の屈伸方向を制限するために座席部材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っ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トークリップ部を設ければさらに効果的である。
【００４０】
また、片脚にのみ負荷を与えて脚部ト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指とをそれぞれ含む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。一方、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の場合よりも踏板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２Ａ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ワット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。また、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たりすることを防止できる。
【００４１】
また、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、脚をやや開いた状態（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前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、一方の脚をトレーニングしている間に他方の脚を休ませることができる。
【００４２】
尚、両脚を揃えて踏板３に載せ、踏板３の動作をロックして座席部材２を前後（屈伸）方向に揺動させることにより両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トレーニング方法を採用することが好ましい。また、両脚を揃えて負荷を与える場合、左右の筋力差や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も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ば片脚毎に適切な負荷を与えることが可能になる。
【００４３】
上述したように、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３Ａ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、図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。
【００４４】
このように、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θ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トレーニングを行える。
【００４５】
また、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に向かって座席部材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をやや上方に移動させてもよい。これにより座席部材２が傾いた方向の脚により大きな負荷を与えることが可能になる。また、座席部材２の傾斜が小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。
【００４６】
また、変更例として、踏板３の位置を固定として座席部材２の傾斜角度とポスト２１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２１の長さＬ１を示し、図４Ｂは座席部材２が傾斜姿勢にある時のポスト２１の長さＬ２を示しており、座席部材２の傾斜姿勢時にポスト２１の長さが大きいことがわかる（Ｌ１＜Ｌ２）。この場合も、膝関節の屈曲角度θ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。
【００４７】
このように踏板を移動させない場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ようにポスト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（くるぶし）との間の距離を半径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゛α゛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α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。
【００４８】
本実施形態では、ポスト２１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の傾斜角度とポスト２１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、図５Ａ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平面とサドル２２の座面が略平行であるのに対し、図５Ｂ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がシーソー運動し、これによりサドル２２の座面がポスト２１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ど大きくなる。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。
【００４９】
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たり、時間経過に伴う負荷の大きさの変化パ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、使用者の運動機能や体調に合わせて適正な動作を行うように制御部１０によって制御される。
【００５０】
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うに制御にしても、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。また、踏板３を架台１に対して垂直方向と水平方向の両方向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。
【００５１】
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量となるようにばね定数が設定された単一のばね材を踏板の下部に配置する構成、荷重の大きさに応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）、使用者の体重や荷重目標に応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択する構成のいずれかを採用しても良い。また、使用者の体重やある瞬間における荷重量に応じて、踏板の下部に配置されたエアピスト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応じて踏板の下部に配置されたエアバッグやエアチューブを膨張収縮させて踏板の位置制御を行ってもよい。
【００５２】
また、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、図６に示すようにポスト２１の軸方向に交差する面内においてサドル２２が一方向（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をポスト２１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が垂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。
【００５３】
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、ポスト２１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２１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２２を駆動するモータ９を省略することができる。
【００５４】
例えば、図７Ａおよび図７Ｂに示す構成においては、ポスト２１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。また、サドル２２はポスト２１に対して前後方向に傾斜可能に保持されている。また、サドル２２の座面がポスト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った状態を示している。この時、サドル２２の前端部がワイヤ２４に拘束されているため、図７Ｂに示すように、サドル２２の前端部はばね力に逆らって前方に傾斜する。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の座面がポスト２１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２１の先端部でサドル２２をばね付勢しなくてもよい。
【００５５】
また、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８Ａ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２２を前方に移動させることができる。
【００５６】
また、図９に示すように、ポスト２１とサドル２２とをボールジョイント２６で結合してもよい。この場合は、ポスト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ト２１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がポスト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。
【００５７】
ところで、脚部トレーニング装置の主た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む作用には、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、筋収縮によって筋肉へのブドウ糖の取り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っているから、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ブドウ糖を消費させ、結果的に糖尿病の改善に貢献すると考えられる。
【００５８】
また、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、大腿部や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おい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、運動中に足を鐙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た状態であり、鞍状の座席に載った使用者が座席を大腿部で挟み込むように筋肉を緊張させてトレーニングを行う。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。
【００５９】
上記したように、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トレーニング装置を駆動する必要がある。本実施形態の脚部トレーニング装置は、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、単位時間当た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やすくなると考えられるから、膝関節の角度も考慮する必要がある。以下では、膝関節の角度を伸展位置からの角度で表し゛膝角度゛と呼ぶ。膝角度は上述した膝関節の屈曲角度θを１８０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１８０度になる。
【００６０】
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ト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：Ｈｚ）。したがって、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)に対する踏板３に作用した荷重の割合を％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、この代表値も座席部材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。
【００６１】
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。また、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トレーニング装置（以下、従来装置）を使用した場合と比較した。
【００６２】
【表１】
2010221066.tif 000003
【００６３】
【表２】
2010221066.tif 000004
【００６４】
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倍であった。
【００６５】
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１Ｈｚ、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）の場合に従来装置の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１Ｈｚ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たが、１Ｈｚを越えると筋代謝に有意差が見られた。
【００６６】
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。図１１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、図１１（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なように、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倍増加したことになる。以上より、筋代謝および糖代謝に関しては、往復回数を２Ｈｚ、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た。
【００６７】
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イスペインスケールを用いて行った。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（２０点より少ない点数）を選択する。
【００６８】
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、また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った。本発明の装置を使用した場合（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ールで評価した結果を図１２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１２に示す棒グラフにおいて各バーの上に突出しているバーは標準偏差を示している。
【００６９】
計測６においては、本実施形態の脚部トレーニング装置の１回の使用時間を１５分間と考え、１５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た。計測２では脛骨が直立する位置を開始位置とした。計測６の条件では脚部トレーニング装置の使用中と後日のいずれにおいても痛みは生じなかった。
【００７０】
計測７においては、表３に示す各種条件で、大腿直筋Ａ、外側広筋Ｂ、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１０秒間の平均値を求め、この平均値をプロットした結果を図１３に示す。表３において「踵」の欄における「上」とは、踵がつま先よりも高くなるように足裏を傾斜させた状態を意味する。この傾斜状態においては踏板３を１０度傾斜させた。
【００７１】
【表３】
2010221066.tif 000005
【００７２】
図１３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、１０、１２）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。
【００７３】
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た。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用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。
【００７４】
計測９においては、計測６と同様に１５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た。計測９の条件では脚部トレーニング装置の使用中と後日とのいずれにおいても痛みは生じなかった。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２Ｈｚ、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た。
【００７５】
表１および表２に示す計測で得られた結果に基づいて、膝角度を４０度とした場合について、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１４に示す。図１４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（□）、（△）、（○）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。
【００７６】
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２Ｈｚ、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１５分間継続して運動しても後日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。図１４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１５点以上であるとともに１５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１．４〜２Ｈｚ、自重率を４０〜６０％に選択することが推奨される。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。
【００７７】
ところで、上述した運動条件のうち、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き、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うち座席部材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十ｋｇ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を設定した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対応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）＝ａ×（往復回数）＋ｂ×（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１５に示す。図１５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１５によれば、（往復回数、傾斜角度、自重率）の関係は、（１．４Ｈｚ、３度、３８．６％）、（１．４Ｈｚ、５度、５２．２％）、（２Ｈｚ、３度、４１．１％）、（２Ｈｚ、５度、５８．８％）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った結果、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〔％〕）＝８．９×（往復回数〔Ｈｚ〕）＋８．１×（傾斜角度〔度〕）
自重率を上式で決定するものとして、図１４の斜線部における座席部材２の傾斜角度を求めると２．７〜５．９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１．４〜２Ｈｚ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、かつ膝痛も生じないように脚部ト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ために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。
【００７８】
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ト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１．４〜２Ｈｚ、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ものである。また、このトレーニングは、制御部１０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もに、その際膝角度（膝関節の伸展位置からの角度）が４０度以内に保たれ、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。
【００７９】
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１０に与えるためのキーボードやタッ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、上述した理由から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１．４〜２Ｈｚ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、上式の推定値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。
【００８０】
また、座席部材２の往復回数の望ましい範囲は１．４〜２Ｈｚ、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、これらの範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う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。
【００８１】
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１０が決定する構成を採用してもよい。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や、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１０で行うから、制御部１０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、リミットスイッチを設けて座席部材２の可動範囲を制限したり、機械的なストッパによって座席部材２の可動範囲を制限したりすることで対処してもよい。
【００８２】
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１６Ａおよび１６Ｂに示すように、架台１に対して座席部材２が略垂直に立った状態で平行移動するように結合機構４を構成する。すなわち、この結合機構４は、架台１の上面に設けたガイドレール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とを結ぶ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が能動的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。また、図１６Ａ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も等価であって、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。
【００８３】
また、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応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、ポスト２１においてサドル２２の直下と左右の踏板３とのうちの少なくとも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も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。
【００８４】
また、図１７に示すように、荷重センサ１１により検出される荷重は表示情報処理部１２を介して表示部１３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１２と表示部１３とは荷重変化通知手段として機能し、荷重センサ１１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１３に表示される。表示部１３に表示する形式としては、負荷に相当する数値を表示するほか、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、負荷に応じてバーの長さが変化するバー表示としたり、半円形の表示領域を有し負荷に応じて指針の角度位置が変化するメータ表示としたりすることができる。ただし、負荷は時間とともに刻々と変化するから、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１３を設けているが、負荷に応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１３の表示や音によっ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。
【００８５】
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、疾病の有無や疾病の種類、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も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たところ、以下の結果が得られた。
【００８６】
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１８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１１で検出した荷重）の比を、２０％とした場合と４０％とした場合について筋代謝量を評価した。図１８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１８において筋代謝量を示す広幅のバーの先端に付設した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。また、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く、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応付けることができる。
【００８７】
そこで、表示情報処理部１２では入力部１４から入力された体重値に対して荷重センサ１１で求めた荷重の百分率を求め、この百分率を表示部１３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１４からは使用者の体重以外の属性も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１３に表示するようにすれば、使用者は負荷（脚部に作用する荷重を体重で除算した値）が適正な範囲に保たれるように運動を継続す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応付けたデータベースをあらかじめ作成しておき、入力部１４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１４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１３に表示され、荷重センサ１１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。
【００８８】
上述した荷重センサ１１により検出した脚部に作用する負荷および入力部１４から入力された使用者の属性をフィードバック処理部１５に入力する構成を採用しても良い。フィードバック処理部１５では、制御部１０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１１で検出した荷重から求めた脚部への負荷を、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うにフィードバック制御する。尚、目標範囲は、入力部１４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１２と同様に、フィードバック処理部１５においても使用者の属性に負荷の目標範囲を対応付けたデータベースを設けておき、入力部１４から使用者の属性が入力されるとデータベ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、疾患の有無や疾患名、運動歴のような属性に応じて目標範囲を自動的に決定することによって、使用者に応じた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荷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。
【００８９】
フィードバック処理部１５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、自重率の既定の目標範囲（つまり、４０〜６０％）を逸脱しないようにフィードバック処理部１５で負荷センサの出力を監視してもよい。負荷センサにより検出した自重率が目標範囲を逸脱したときには、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、本実施形態の脚部トレーニング装置のサドル２２に背もたれを設けてもよい。背もた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。
【００９０】
本実施形態の脚部トレーニング装置のさらなる変更例として、図１９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１０°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って傾斜角度や傾斜方向を調節できるようにしても良い。傾斜部材３１の下先端部にはトークリップ部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た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３１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３３も位置ずれ防止部材として機能する。具体的には、傾斜部材３１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を設けたり、ゴムのように材料自身の摩擦係数が大きい材料で滑り止め部３３を形成することができる。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やすく、これによって膝痛の発生を抑制することができる。なお、足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うにしてもよい。
【００９１】
ところで、いわゆるＯ脚や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、膝関節を屈曲させたときに痛みが生じる場合がある。そこで、Ｏ脚やＸ脚の使用者に適した装置とするため、左右一対設けた踏板３上において傾斜部材３１の上面を左右方向において互いに近付く向きまた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、Ｏ脚や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。また、傾斜部材３１を踏板に対して回転可能に取り付けてもよい。
【００９２】
また、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た生理的計測値から代謝量を求める評価手段と、所定時間ずつ動作パターンを変化させて脚部トレーニ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応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、脚部トレーニング装置での運動にかかわる筋肉の体積と、脚部ト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。
【００９３】
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々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パターンを抽出し、この動作パターンに基づいて脚部トレー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。代謝量が大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た各モータ（６、７、８、９）をそれぞれ制御するための動作制御手段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々の動作パターンを生成する。また、動作制御手段は生成した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た複数種類の動作パターンから選択することも可能であるが、脚部トレーニ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。
【００９４】
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６１を設けてあり、近赤外光の送受光プローブ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。
【００９５】
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た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う。筋代謝量は筋肉の大きさに相関を持っており、筋全体の筋代謝量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。
【００９６】
ここに、重み係数としての筋肉の体積は、脚部ト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ＭＲＩ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５００ｍｌ、大内転筋群は２５０ｍｌとしてよい。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パターンを選択することが望ましい。２種類の動作パ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。
【００９７】
【表４】
2010221066.tif 000006
【００９８】
【表５】
2010221066.tif 000007
【００９９】
表４と表５との比較から分かるように、代謝量は表５に対応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に対応する動作パターンを選択することが好ましいと言える。
【０１００】
脚部ト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トレーニング装置を用いて試験者に運動させると同時に、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、脚部ト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た酸素量は評価手段におい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応付けられ、筋代謝量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た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１０による実際の運動制御に用いられる。
【０１０１】
このように、動作パターンと代謝量とを対応付け、代謝量が適正値になるように脚部ト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た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、脚部ト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って脚部ト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。
【０１０２】
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きる。
【０１０３】
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パター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。
＜第２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２１に示すように駆動源を用いずに使用者に能動的に脚部ト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ト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５１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２１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、ポスト２１はサドル２２の高さ調節のために伸縮可能となっており、またサドル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ト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５１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ためである。座席部材２と踏板３とは結合機構４，５を構成するリンクやカムの組合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。
【０１０４】
本実施形態の脚部トレーニング装置を使用するにあたっては、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う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、使用者自身の脚の力で復帰させるように構成してもよい。座席部材２の傾く方向は、結合機構４によってサドル２２と各踏板３とをそれぞれ含む２面内に制限されており、これによって座席部材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。
【０１０５】
本実施形態で用いる結合機構４の一例を図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。また、座席部材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４１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む面内にレール溝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、ガイド体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に対応するように２つの面内にレール溝４２を形成してもよい。
【０１０６】
本実施形態の変更例として、脚部トレーニング装置から踏板３を省略してもよい。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た結合機構４を設けているが、踏板３は省略されている。したがって使用者Ｍは架台１を設置した床面あるいは架台１の上に足を載せて座席部材２に設けたサドル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。ただし、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を含む面内に含まれており、したがって、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。
【０１０７】
例えば、図２３Ａ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に示した結合機構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。
＜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との距離がほぼ一定に保たれる。すなわち、図２４Ａ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３ａに対して架台１に立設された４本のガイドピン３ｂを挿通することにより、踏板３をガイドピン３ｂ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７０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うなヒンジ７１、７２を設けている。この構成により、座席部材２と連結体７０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の揺動に伴って踏板３を上下方向に移動させることが可能になる。
【０１０８】
また、図２４Ａ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３ｃ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により枢着されたリンク３ｄの前端部上面に装着する構成を採用しても良い。この場合、連結体７０の下端部がリンク３ｄの前端部にヒンジ７２を介して連結される。リンク３ｄ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３ｄの長さ寸法を十分に大きく設定すれば、図２４Ａ、図２５に示した構成例と同様に、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。
【０１０９】
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７１、７２の位置を股関節Ｊ２の側方と足関節Ｊ３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の上端部に設けたサドルよりも上方にヒンジ７１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Ｊ２および足関節Ｊ３の位置とヒンジ７１、７２の位置とがずれるのを防止するために、サドルおよび踏板３にベルトのような拘束具を設けてもよい。なお、股関節Ｊ２および足関節Ｊ３の位置とヒンジ７１、７２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１と同様である。
【０１１０】
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７６〜７８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７６に掛け回した後、滑車７６により下方に方向転換して滑車７７に掛け回し、さらに滑車７７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７６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７６，７７は１個で兼用してもよい。
【０１１１】
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の張力によって踏板３は下向きに移動する。ただし、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たときに踏板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。
【０１１２】
本実施形態の別の変更例としては、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たときに、復帰ばね７９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７９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もよい。
＜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３０Ａおよび図３０Ｂに示すように、使用者を保持する支持部として架台１からアーム２７を介して吊下した座席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２７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を上述した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。図示例ではアーム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れており、架台１の一部に結合された踏板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対位置の変位が膝関節の屈伸方向に制限される。
【０１１３】
本実施形態の変更例として、図３１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を含む。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を介してスライド可能に保持される。
【０１１４】
この脚部トレーニング装置においては、胴体保持部材８０に保持された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。したがって、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。この際、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。上記したガイドレール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。
【０１１５】
尚、図３１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平方向の少なくとも一方向に可動としてもよい。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。この脚部ト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トレーニ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、より効果的な脚部ト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＞
本実施形態の脚部トレーニング装置は、図３２に示すように、ベース１００と、ベースに固定される支柱部１１０と、使用者の臀部を保持するシート１２０と、支柱部とシートの間に配置される結合機構１３０と、支柱部の前方に固定配置される一対の踏板１４０とで構成される。
【０１１６】
シート１２０を揺動運動させるための結合機構１３０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１１０に固定される固定板１３１と、固定板１３１の上方に配置されシート１２０を載せる可動板１３２と、固定板１３１と可動板１３２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１３３、１３４とでなる。リンク１３３、１３４は固定板１３１および可動板１３２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。
【０１１７】
固定板１３１へのリンク１３３の結合位置と固定板１３１へのリンク１３４の結合位置との間の水平距離は、可動板１３２へのリンク１３３の結合位置と可動板１３２へのリンク１３４の結合位置との間の水平距離よりも短く設定される。したがって、図３３Ａの右側（座席後方）への移動時において可動板１３２の前端部が後端部よりやや高くなる傾斜姿勢をとり、図３３Ａの中央位置において可動板１３２が略水平姿勢をとり、さらに図３３Ａの左側（座席前方）への移動時において可動板１３２の前端部が後端部よりやや低くなる傾斜姿勢をとることができる。シート１２０の上面は必ずしも可動板１３２と平行でなくてもよく、可動板１３２が図３３Ａの右側（座席後方）への移動時においてシート１２０の上面が略水平になるようにしてもよい。また、図示していないが、駆動源の出力はカムやクランクのような伝達機構を介して可動板１３２に伝達される。
【０１１８】
一方、踏板１４０の各々は、前方（つま先方向）に向かって略１０度で傾斜する上面を有する。また、内蔵されたバネ(図示せず)の働きで踏板１４０に上方より荷重がかかると略２０〜３０ｍｍ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の字形状となっている。また、図３３Ｂの左側が脚部ト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平行であり、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。
【０１１９】
ところで、人間の歩行や走行時において脚部へは１Ｇ以上の加速度がかかるにも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応力を低減するためである。このメカニズムを利用し、本脚部ト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っ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ため、膝関節の伸展方向に必ずしも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１３０として前後方向のみに移動方向を規制したものを用いてもよい。
＜第６実施形態＞
本実施形態の脚部トレーニング装置は、図３４Ａおよび図３４Ｂに示すように、ベース２００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２１０と、使用者の臀部を保持するシート２２０と、支柱部とシートの間を連結する結合機構２３０と、支柱部の前方に固定配置される一対の踏板２４０と、シート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。
【０１２０】
支柱部２１０に収納される駆動装置は、図３５Ａ〜図３５Ｃに示すように、ベース２００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２０１内に収納される。すなわち、ギヤボックス２０１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た歯車Ａがシャフト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、変芯カム２０４および連結板２０５を介してフレーム２０６、フレーム２０７、フレーム２０８に伝達され、結果的にシート２２０の前後上下方向の動作がつくられる。一方、シャフト２０３に取り付けられた歯車Ｃがシャフト２１１に取り付けられた歯車Ｄと係合することでシャフト２０３の回転が１／２に減速されてシャフト２１１に伝達される。シャフト２１１の回転は、変芯カム２１２を介してアーム２１３に伝達される。このアーム２１３はベース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)がつくられる。尚、各連結部位はベア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トロークに対して左右のストロークを略半分とし、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、２１２の位相差を適宜変更して、上方から見た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。
【０１２１】
一方、踏板２４０の各々はフレーム２０７に固定された取付部材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む軌跡を形成する。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。また、踏板の各々は、使用者の体重の略半分の荷重でシート２２０の沈み込量と同じ沈み量となるようなバネ特性を有するばね材を介して可動に保持されることが好ましい。
【０１２２】
シート２２０は、図３４Ｂに示すように、使用者の臀部・腰部を受ける突起２２１と、着座姿勢において大腿部がフィットするように左右前方に設けられる切欠２２２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２２１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・座高に応じて調節可能であり、踏板上の足位置とシート上の臀部との間の水平距離がシート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トレーニングを提供することができる。
【０１２３】
上記した脚部トレーニング装置によって提供される運動は、単に使用者を揺さぶるものではなく、揺動に対して頭でバランスを保とうとしたり、揺動から身を守ろうとしたりして筋肉の緊張を伴う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や代謝（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。
【０１２４】
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２６１と第２可動板２６２がベース２６０とステップ台２６３のそれぞれに回動可能に保持される。また、第１可動板２６１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(２６１、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。
【０１２５】
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た場合、前記重心位置が臀部のやや前方に位置することを考慮すれば、前記した重心位置を゛座席部材の中央やや前方位置゛に置き換えてもよい。すなわち、図３６Ａおよび３６Ｂのような着座式の脚部トレーニング装置の結合機構においては、使用者の足位置と゛座席部材の中央やや前方位置゛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きに足位置と゛座席部材の中央やや前方位置゛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と等価である。
【符号の説明】
【０１２６】
１  基台
２  座席部材
３  踏板
４  結合機構
５  結合機構
１０  制御部
【図１】
2010221066.tif 000008
【図２Ａ】
2010221066.tif 000009
【図２Ｂ】
2010221066.tif 000010
【図２Ｃ】
2010221066.tif 000011
【図３Ａ】
2010221066.tif 000012
【図３Ｂ】
2010221066.tif 000013
【図４Ａ】
2010221066.tif 000014
【図４Ｂ】
2010221066.tif 000015
【図５Ａ】
2010221066.tif 000016
【図５Ｂ】
2010221066.tif 000017
【図６】
2010221066.tif 000018
【図７Ａ】
2010221066.tif 000019
【図７Ｂ】
2010221066.tif 000020
【図８Ａ】
2010221066.tif 000021
【図８Ｂ】
2010221066.tif 000022
【図９】
2010221066.tif 000023
【図１０】
2010221066.tif 000024
【図１１】
2010221066.tif 000025
【図１２】
2010221066.tif 000026
【図１３】
2010221066.tif 000027
【図１４】
2010221066.tif 000028
【図１５】
2010221066.tif 000029
【図１６Ａ】
2010221066.tif 000030
【図１６Ｂ】
2010221066.tif 000031
【図１７】
2010221066.tif 000032
【図１８】
2010221066.tif 000033
【図１９】
2010221066.tif 000034
【図２０】
2010221066.tif 000035
【図２１】
2010221066.tif 000036
【図２２】
2010221066.tif 000037
【図２３Ａ】
2010221066.tif 000038
【図２３Ｂ】
2010221066.tif 000039
【図２４Ａ】
2010221066.tif 000040
【図２４Ｂ】
2010221066.tif 000041
【図２５】
2010221066.tif 000042
【図２６】
2010221066.tif 000043
【図２７】
2010221066.tif 000044
【図２８】
2010221066.tif 000045
【図２９】
2010221066.tif 000046
【図３０Ａ】
2010221066.tif 000047
【図３０Ｂ】
2010221066.tif 000048
【図３１】
2010221066.tif 000049
【図３２】
2010221066.tif 000050
【図３３Ａ】
2010221066.tif 000051
【図３３Ｂ】
2010221066.tif 000052
【図３４Ａ】
2010221066.tif 000053
【図３４Ｂ】
2010221066.tif 000054
【図３５Ａ】
2010221066.tif 000055
【図３５Ｂ】
2010221066.tif 000056
【図３５Ｃ】
2010221066.tif 000057
【図３６Ａ】
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【図３６Ｂ】
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【図３７】
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