(57)【要約】  人の足を載せる足置台２を沈み込み可能にすると共に、人の踏み込み動作に応じて足置台２の沈み込み重さを可変にするための重さ調整手段３を具備した運動補助装置１である。使用者の体力や好みに応じて足置台の沈み込み重さを調整可能とした。
2009122543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人の足を乗せる足置台を沈み込み可能にすると共に、人の踏み込み動作に応じて足置台の沈み込み重さを可変にするための重さ調整手段を具備することを特徴とする運動補助装置。
【請求項２】
上記重さ調整手段は、足置台の重さ変化を足置台の沈み込み量に対して非線形に変化させるものであることを特徴とする請求項１記載の運動補助装置。
【請求項３】
上記重さ調整手段は、予め設定された動作モードに応じて足置台の沈み込み重さを変化させるものであることを特徴とする請求項１記載の運動補助装置。
【請求項４】
上記重さ調整手段は、踏込力に応じて足置台の沈み込み重さを変化させるものであることを特徴とする請求項１記載の運動補助装置。
【請求項５】
上記重さ調整手段は、人の重心変化に応じて足置台の沈み込み重さを変化させるものであることを特徴とする請求項１記載の運動補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、足置台を動かすことで使用者に対して他動的運動を行わせる運動補助装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、健康の維持を目的として、各種のトレーニングマシンが開発され、身体、特に脚力強化のための訓練装置として、踏み込み運動を主体に構成されたものが一般に知られている。【０００３】
また、特開２００５−５８７３３号公報において、使用者がその足を足置き部に置くとともに座部に腰を掛け、この状態で座部を揺動させることで、使用者に足置き部を踏み込ませるという動作を行わせることで下肢に運動を付与するものが知られている。この運動補助装置は、膝に疾患をかかえていて膝を曲げることができない使用者の下肢への運動付与という点で注目されている。しかし、従来の足踏みを行なう運動機器では、膝や腰に過激な負担を掛けることがあり、膝に疾患のかかえる人にとって無理なく使用することが望まれている。
【発明の開示】
【０００４】
本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、その課題とするところは、使用者の体力や好みに応じて足置台の沈み込み重さが調整可能な運動補助装置を提供することにある。
本発明に係る運動補助装置は、人の足を載せる足置台２を沈み込み可能にすると共に、人の踏み込み動作に応じて足置台２の沈み込み重さを可変にするための重さ調整手段３を具備することを特徴としている。
【０００５】
このような構成とすることで、足置台２を通じて使用者の脚力に負荷が作用し、これが沈み込み重さとして働く。重さ調整手段３によって、使用者の膝への負荷を考慮して足置台２の沈み込み重さをその人に合わせて変更することができるので、例えば、高齢者では弱い反力で、無理なく使用することができる配慮が可能となる。さらに膝に疾患がある場合や、健常者の場合など、個々に応じた最適な環境での脚力訓練を行い得るものである。
【０００６】
また、上記重さ調整手段３は、足置台２の重さ変化を足置台２の沈み込み量に対して非線形に変化させるものであるのが好ましく、この場合、足置台２を踏み込んでいくとその抵抗が急に高くなるようにすることができ、このために他動運動だけでなく、自発的な踏み込む動作となる積極的な運動（自動運動）も行うことができるものとなる。
【０００７】
また、上記重さ調整手段３は、予め設定された動作モードに応じて足置台２の沈み込み重さを変化させるものであるのが好ましく、この場合、例えば両足の負荷が増大するパワーモードを選択した場合は、左右の脚部をより鍛えることができるようになり、一方、片足の負荷が増大する重点モードを選択した場合は、左右いずれかの脚部に対する負荷調整が可能となる。
【０００８】
また、上記重さ調整手段３は、踏込力に応じて足置台２の沈み込み重さを変化させるものであるのが好ましく、この場合、強く踏み込めば踏み込む程、沈み込み重さを大きくすることで、つまり、足置台２の反発力を大きくすることで、踏込力に応じた脚部の訓練が可能となる。
【０００９】
また、上記重さ調整手段３は、人の重心変化に応じて足置台２の沈み込み重さを変化させるものであるのが好ましく、この場合、理想的な重心移動が行なわれているときは、足置台２の沈み込み重さ（負荷）を大きくし、理想的な重心移動が行なわれていないときは、沈み込み重さ（負荷）を小さくすることで、使用者の重心位置に応じた脚部の運動を適切に行なえるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態の重さ調整手段に関連する概略構成図である。
【図２】同上の重さ調整手段を備えた立位式の運動補助装置の斜視図である。
【図３】同上の重さ調整手段の一例であるエアバッグを足置台の下に配した場合の説明図である。
【図４】同上の重さ調整手段の他例であるバネを足置台の下に配した場合の説明図である。
【図５】（ａ）は同上のバネを足置台の下に配した場合の一例であり、（ｂ）は（ａ）の足置台の降下量と荷重量との関係を示すグラフである。
【図６】（ａ）は３種のバネを足置台の下に配した場合の説明図であり、（ｂ）は（ａ）の足置台の降下量と荷重量との関係を示すグラフである。
【図７】（ａ）はバネの自然長を長く調整した場合の説明図であり、（ｂ）は（ａ）よりもバネの自然長を短く調整した場合の説明図である。
【図８】同上の重さ調整手段の更に他例であるエアシリンダを用いて場合の説明図である。
【図９】同上の足置台の負荷（沈み込み重さ）を膝への負担が小さい場合と大きい場合とで異ならせる場合の一例を説明するグラフである。
【図１０】同上の足置台の負荷（沈み込み重さ）と踏込量との関係を示すグラフである。
【図１１】同上の足置台の負荷（沈み込み重さ）と踏込力との関係を示すグラフである。
【図１２】（ａ）は理想的な重心位置から現在の重心位置までの距離を説明する図であり、（ｂ）は理想的な重心位置からの距離に対する負荷を、直線、曲線、段階的（非線形）に増大させる場合を説明するグラフである。
【図１３】同上の通常モードとパワーモードとを比較するグラフである。
【図１４】同上の左右の負荷を個別に増大させる重点モードを説明するグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。【００１２】
図２は、人が座るシート４と、人の足を載せる足置台２とを備えた座位式の運動補助装置１の一実施形態を示す。【００１３】
まず機構的な点から説明すると、図２に示す運動補助装置１は、使用者が座るシート４と、背もたれ２０を備えた座部である該シート４を基台部５の後部から立ち上がる立ち上がり部２１の上端に配している本体１Ａと、本体１Ａの基台部５の前端部から立ち上がる支持体２２と、該支持体２２の上端に配した操作パネル２３と、支持体２２の上部の左右に配したハンドル２４,２４と、上記基台部５の上面に配されて上記シート４に座る使用者の左右の足を個別に置くことができる左右一対の足置台２と、上記立ち上がり部２１に配した鐙２５とからなるもので、本体１Ａにおける上記立ち上がり部２１内には上記シート４を揺動駆動するための駆動部（図示せず）が納められている。なお、本体１Ａの立ち上がり部２１に配した鐙２５は、ここではバー状のものを用いて、その左右両端に左右の足を乗せることができるようにしている。ただし、図２に示す鐙２５は、シート４に座った使用者が足を前記足置台２に置く際に邪魔にならない位置に退避させた状態にあり、該鐙２５を使用する時は、鐙２５を上方に移動させた状態とする。また、支持体２２は、所定の角度範囲内で前後に回動自在に取り付けているが、もちろん、支持体２２を所定の角度位置にセットできるようにしてもよい。さらに、左右の足置台２は基台部５の上面における立ち上がり部２１よりも前方で且つ支持体２２よりも手前の部分に位置するように配置されている。また本体１Ａ内に設けた駆動源としてのモータ（図示せず）によって左右の足置台２を上下に移動させることが可能になっている。また、左右の足の交互足踏み動作を的確に行わせるようにするために、左右の足置台２を踏み込み動作による一方の足置台２の下降で他方の足置台２を上昇させる連動手段（図示せず）を備えたものとしてもよい。【００１４】
上記基台部５の下面に接地部を備える本体１Ａは、その内部に足置台２の沈み込み重さを可変にするための重さ調整手段３が設けられている。この重さ調整手段３は、図１に示すように、操作パネル２３に設けられる入力部６からの操作信号と、足置台２に設けられるセンサ部７からの検知信号とに基づいて、調整量決定部８により調整量を決定し、該決定された調整量に応じて足置台２の沈み込み重さを後述する弾性体９（例えば、粘弾性体）により可変にするものである。【００１５】
上記入力部６は、動作モードを予め選択するものであり、例えば図１３に示すように、通常モードと、両足の負荷［K／ｍ（Ｎ・ｍ／ｓ）］が増大するパワーモードとを選択できるようになっている。さらに、図１４に示すように、左右の負荷を個別に増大させる重点モードを選択して入力できるようになっている。【００１６】
上記図１に示されるセンサ部７は、例えば、踏込力を計測する圧力センサ７ａやロードセルで構成されている。なお踏込力以外に、例えば踏込量を計測する距離センサ７ｂ、或いは、後述のように重心位置を検知する重心検知センサ等で構成されてもよい。【００１７】
上記調整量決定部８は、使用者の膝への負荷を考慮して沈み込み重さを決定するものであり、例えば図９に示すように、膝に痛みがある高齢者（女性）の場合は、膝への負荷が小さくなるように設定することで安全に使用できるようにし、一方、膝に痛みのない若年（男性）の場合は、膝への負荷が大きくなるように設定する。具体的には、図１０に示すように、踏込量［ｍｍ］に応じて、足置台２の沈み込み重さを調整する。この場合、踏込量［ｍｍ］に対する負荷を、直線、曲線、或いは段階的（非線形）に増大させるようにしてもよい。また図１１に示すように、踏込力［Ｎ］に応じて沈み込み重さを調整するものであってもよく、この場合、踏込力［Ｎ］に対する負荷を、直線、曲線、段階的（非線形）に増大させるようにしてもよい。【００１８】
次に、重さ調整手段3を構成する弾性体９の例を図３に示す。図３は、足置台２と基台部５との間に、足置台２を常に上方へと付勢するエアバッグ９ａを配置し、足置台２を使用者が足１１で踏み込む時、エアバッグ９ａによる反発力（負荷）が沈み込み重さとして足１１に加えられるようにしたものである。足置台２に上記調整量決定部８で決定された負荷が得られるように、エアバッグ９ａの圧力をコンプレッサー１０により変化させるようにしている。【００１９】
しかして、上記構成の運動補助装置１のシート４に使用者が腰を掛け、支持体２２に設けたハンドル２４を握って重さ調整手段３を備えている左右の足置台２に左右の足１１を夫々置き、積極的な踏み込み運動を行なう。このとき、センサ部７に踏込量［ｍｍ］（或いは踏込力［Ｎ］）を計測する圧力センサ７ａを設けた場合、この圧力センサ７ａにて検出される踏込量（或いは踏込力）に応じて、エアバッグ９ａの硬さを変化させる。使用者が足置台２を強く踏み込めば踏み込む程、沈み込み重さを大きくすることで、つまり、足置台２の反発力が大きくなるようにエアバッグ９ａの硬さを調整することで、踏込力に応じた脚部の訓練が可能となる。従って、膝に疾患があって膝の屈伸に痛みが伴う使用者の場合や、或いは、強い運動をしたい使用者の場合のいずれの場合も、個人に応じた脚部の訓練が可能となる。また、片足の負荷が増大する重点モードを選択した場合は、左右いずれかの脚部に対する負荷調整が可能となる。このように、使用者の体力や好みに応じた最適な環境での訓練を行なうことができるという利点がある。【００２０】
また、センサ部７に、人の重心変化を計測する重心検知センサ（圧力センサ）を設けた場合においては、この重心検知センサにて体重心移動を検知し、その体重心移動に応じて、足置台２の反発力を変化させることが可能となる。つまり重心変化を計算により、理想的な重心位置から現在の重心位置までの距離［ｍｍ］を求め、図１２に示すように、理想的な重心位置から現在の重心位置までの距離［ｍｍ］に応じて沈み込み重さを調整するものであってもよく、この場合、理想的な重心位置からの距離［ｍｍ］に対する負荷を、直線、曲線、段階的（非線形）に増大させる。これにより、きちんとした理想的な重心移動が行なわれているときは、足置台２の沈み込み重さ（負荷）を大きくし、重心移動がきちんとしていないときは、足置台２の沈み込み重さ（負荷）を小さくすることで、使用者の重心位置に応じた脚部の運動を適切に行なえるようになる。【００２１】
さらに図１のように、足置台２の天面部２ａを前方にいくほど下になる前下がり姿勢で傾斜させた場合は、踏み込み時に足１１のつま先が踵よりも低くなることで、足関節の背屈運動を効果的に行なえるようになる。これとは逆に、足置台２を前方にいくほど上になる前上がりとしてもよいものであり、この場合、踏み込み時に足１１のつま先が踵よりも高くなることで、足関節の底屈運動を効果的に行なえるようになる。【００２２】
図４〜図７は、重さ調整手段３の他の実施形態である。【００２３】
図４は足置台２と基台部５との間に複数本のコイル状のバネ９ｂを配置し、各バネ９ｂの一端を足置台２の下面に支承すると共に、他端をバネ支持台１２に対向配置し、バネ支持台１２を手でスライドさせて、足置台２に作用する有効なバネ９ｂの本数を任意に調整できるようにしたものであり、これにより、足置台２の負荷を段階的（非線形）に増大或いは減少させることができるようになる。なお図中の５０はステップ動作を行なうためのリンク機構部の概略である。【００２４】
図５は、足置台２の下面と基台部５の上面とに互いに対向する斜面１３ａ,１３ｂを設け、足置台２側の斜面１３ａの下面から下方に複数本（本例では３本）のバネ９ｂを同じ長さで突出させ、基台部５を水平スライドさせることで、基台部５の斜面１３ｂに当接するバネ９ｂの有効本数を段階的（非線形）に増減させるようにしたものであり、基台部５のスライド操作だけで、足置台２のバネ反力を調整できるようになる。なお図５（ｂ）のラインａは有効バネ数が１本、ラインｂは２本、ラインｃは３本の場合である。【００２５】
図６は、基台部５の上面に３種の長さの異なるバネ９ｂ１,９ｂ２,９ｂ３を上方に向けて立設し、足置台２を踏んで下降させることで、当初は１本の９ｂ１のみが反発力（「弱レベル」）を足置台２に加えるが、踏み込むにつれて、他のバネ９ｂ２,９ｂ３も順次反発力（「中レベル」→「強レベル」）を発揮するために、これら３本のバネ９ｂ１,９ｂ２,９ｂ３によって足置台２に与える反発力は図６（ｂ）のａ’,ｂ’,ｃ’のように段階的（非線形）に変化するものとなっている。【００２６】
図４〜図６の実施形態では、足置台２を踏み込んでいくとその抵抗が急に高くなるようにすることができ、このために他動運動だけでなく、自発的な踏み込む動作となる積極的な運動（自動運動）も行うことができるものとなる。さらに図６においては、足置台２の沈み込み重さのうち、最初に当たる１種のバネｂ１のみが反発力を発揮する範囲を他動運動用とし、他の２種のバネ９ｂ２,９ｂ３の反発力も足置台２に加わることになる範囲を自動運動用として使用することができるように、各バネｂ１,９ｂ２,９ｂ３のバネ定数や足置台２にバネ負荷を加えることになる範囲を設定しておけば、他動運動だけでなく、積極的に足置台２を踏み込むことで強い運動負荷を脚部に与えることができる。なお、図６の例では３種のバネ９ｂ１,９ｂ２,９ｂ３を用いたものを示したが、２種以上であればよい。【００２７】
図７は、足置台２の下面にバネ９ｂの一端を取り付け、バネ９ｂの他端をボルト１４の頭部に取り付け、ボルト１４のネジ部を基台部５にネジ込み、基台部５に対するボルト１４のネジ込み量を調整することで、バネ９ｂの初期長さを調整できるようにしたものであり、これにより足置台２にかかる使用者の体重ｆに合わせて、踏み込みの閾値を変えるようにしてある。なお図中の１５は、最も踏み込まれた下位点でスイッチＳＷが操作パネル２３に設けたランプを灯して使用者に的確に指示するためのスイッチ回路１５である。【００２８】
また、前記各実施形態では、重さ調整手段３としてバネを用いたが、バネ以外に、粘性を利用する構成でも実現することができる。例えば、図８に示すように、足置台２と基台部５との間にエアシリンダー（或いはガスシリンダ）２６を配置し、シリンダー２６内部に上下に摺動するピストン２７を設けると共に、シリンダー２６内部に流体（圧縮空気や液体）を満たしてある。さらに、シリンダー２６内部に通じるエア排気管１６を足置台２の荷重がかかるように設置する。図中の２８は足置台２を上昇方向に付勢する作動バネである。使用者の荷重でエア排気管１６のエア管径が変化することで、足置台２の反発力がエア排気量イで決定される。つまり、強く踏み込めば踏み込む程、エア排気量イが少なくなり、結果的に足置台２の反発力が大きくなり、踏込力に応じた脚部の訓練が可能となる。また、エア排気量イを能動的に制御すれば、負荷を積極的に軽減することが可能となる。【００２９】
本発明は、人が腰掛けるシート４を備えた座位式の運動補助装置１に適用可能である。また、シート４は必ずしも必要ではなく、シート４を備えない立位式のタイプの運動補助装置にも適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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