(57)【要約】   【課題】  単一のトレーニングマシーンで、スクワット運動と同時に複合的なトレーングを可能とする。  【解決手段】  トレーニングマシーン１０のベースフレーム１１上に前後一対の支持フレーム１２が立設され、支持フレーム１２の上端部には円筒部材２７が回転自在に軸支されている。この円筒部材２７の外周面にトレーニング者の背中を支持する背当アーム１６が溶接され、背当アーム１６に電磁ブレーキユニット３２の荷重負荷が伝達されている。この電磁ブレーキユニット３２は、左右一対の電磁石３６と、この電磁石３６間のブレーキディスク３５と、ブレーキディスク３５の回転速度を検出する検出手段４２とを有している。この両電磁石を励磁する電流量はブレーキディスクの回転速度に応じて調整される。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースフレームに立設された支持フレームと、トレーニング者が着座する支持フレーム外面に延設された着座フレームと、着座したトレーニング者の背中を支える前記支持フレーム上端の背当アームと、この背当アームに負荷を与える荷重負荷装置とを備え、
前記背当アームが、前記着座フレームの反対方向に回動自在なことを特徴とするトレーニングマシーン。
【請求項２】
前記支持フレームの上端部に円筒部材を回転自在に軸支するとともに、
前記円筒部材の外周面に前記背当アームの外面が溶着されていることを特徴とする請求項１記載のトレーニングマシーン。
【請求項３】
前記荷重負荷装置は、前記円筒部材に伝える負荷を発生させる電磁ブレーキユニットにより構成され、
前記電磁ブレーキユニットは、一対の電磁石と、この両電磁石間のブレーキディスクとを有し、
前記両電磁石が励磁されたときに、前記ブレーキディスクの回転方向と逆方向に制動トルクが発生するとともに、
この制動トルクが前記円筒部材に伝達して、前記背当アームに負荷が加わることを特徴とする請求項２記載のトレーニングマシーン。
【請求項４】
前記電磁ブレーキユニットに、前記ブレーキディスクの回転速度を検出する検出手段を設け、
前記両電磁石の励磁電流を、前記検出手段の検出した回転速度に応じて自動調整することを特徴とする請求項３記載のトレーニングマシーン。
【請求項５】
前記検出手段の検出した回転速度が、予め設定された既定回転速度を超えた場合には、前記両電磁石の励磁電流が増加する一方、
前記既定回転速度に達しない場合には、前記両電磁石の励磁電流が低下することを特徴とする請求項４記載のトレーニングマシーン。
【請求項６】
前記検出手段の検出結果に基づきトレーニング者に適した荷重負荷を算出して表示することを特徴とする請求項４〜５のいずれか記載のトレーニングマシーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクワット、ヒップリフト、背伸ばし・腹筋のストレッチを複合的に行えるトレーニングマシーンに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、先行技術調査を行うことなく、公知のトレーニングマシーンを基礎に開発した発明であり、出願人の知っている先行技術は公知文献発明ではなく、先行技術文献情報は存在しない。以下、公知のトレーニングマシーンの概略を図９及び図１０に基づいて説明する。
【０００３】
このトレーニングマシーン１は、四辺形状のウェイトフレーム２内に所定枚数のウェイトブロックを積層した荷重負荷装置（ウェイトブロックタイプ）３と、前記ウェイトフレーム２の両側枠間を連結する補助バー４と、前記ウェイトフレーム２の下枠から延設されたベースフレーム５と、このベースフレーム５の中央部と前記補助バー４とを連結する連結フレーム６と、前記荷重負荷装置３の負荷が伝達される前記連結フレーム６上をスライド自在な背当パッド７と、前記ベースフレーム５の先端部に支持されたステップ９とを備え、前記背当パッド７には左右一対の肩当パッド８が取り付けられている。
【０００４】
そして、トレーニング者は、ステップ９上に足裏を載せるとともに、肩当パッド８で両肩を固定した状態のまま、荷重負荷装置３の荷重に抗ってスクワットを行って、足腰をトレーニングしていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のトレーニングマシーン１は、スクワットと同時に他のトレーニングができないことから、複合的なトレーングを行うためには、事前に複数のマシーンを用意しなければならない。
【０００６】
これではトレーニングの効率に影響するばかりか、トレーニング施設によっては設置場所やコスト面などに問題が生じるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、発明されたものであって、請求項１記載の発明は、ベースフレームに立設された支持フレームと、トレーニング者が着座する支持フレーム外面に延設された着座フレームと、着座したトレーニング者の背中を支える前記支持フレーム上端の背当アームと、この背当アームに負荷を与える荷重負荷装置とを備え、前記背当アームが、前記着座フレームの反対方向に回動自在なことを特徴としている。
【０００８】
この背当アームは、例えば請求項２記載の発明のように、前記支持フレームの上端部に回転自在に軸支された円筒部材の外周面に溶着されている。したがって、両脚を伸ばすスクワット運動を行うと、背当アームが前記着座フレームの反対側に回動し、自然にトレーニング者の身体は背中を後方に仰け反るストレッチの姿勢をとる。
【０００９】
請求項３記載の発明は、前記荷重負荷装置は、前記円筒部材に伝える負荷を発生させる電磁ブレーキユニットにより構成され、前記電磁ブレーキユニットは、一対の電磁石と、この両電磁石間のブレーキディスクとを有し、前記両電磁石が励磁されたときに、前記ブレーキディスクの回転方向と逆方向に制動トルクが発生するとともに、この制動トルクが前記円筒部材に伝達して、前記背当アームに負荷が加わることを特徴としている。
【００１０】
この電磁ブレーキユニットは、いわゆる渦電流ブレーキを荷重負荷装置に適用したものであって、両電磁石が励磁されたときに、ブレーキディスクの回転方向と逆方向に制動トルクを発生させる。
【００１１】
請求項４記載の発明は、前記電磁ブレーキユニットに、前記ブレーキディスクの回転速度を検出する検出手段を設け、前記両電磁石の励磁電流を、前記検出手段の検出した回転速度に応じて自動調整することを特徴としている。
【００１２】
したがって、背当アームに対する荷重負荷が、ウェイトブロックの枚数調整することなく、トレーニング者の筋力に応じて自動調整され、背当アームに適度な負荷が加わる。
【００１３】
請求項５記載の発明は、前記検出手段の検出した回転速度が、予め設定された既定回転速度を超えた場合には、前記両電磁石の励磁電流が増加する一方、前記既定回転速度に達しない場合には、前記両電磁石の励磁電流が低下することを特徴としている。
【００１４】
したがって、既定回転速度を下回ると背当アームの荷重が低下する一方、既定回転速度を上回ると背当アームの荷重が増加し、背当アームに適度な負荷が加わる。
【００１５】
請求項６記載の発明は、前記検出手段の検出結果に基づきトレーニング者に適した荷重負荷を算出して表示することを特徴としている。
【００１６】
したがって、トレーニング者の筋力に適した荷重負荷量が算出され、これを指針に荷重負荷量を選択できる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１〜６記載の発明によれば、両脚を伸ばすスクワット運動を行うと自然にトレーニング者の身体は背中を後方に仰け反るストレッチの姿勢となることから、単一のマシーンで複合的なトレーニングが行え、トレーニング効率や設置場所・コスト面に支障が生じることがない。
【００１８】
特に、請求項３記載の発明によれば、ブレーキディスクの回転方向と逆方向に制動トルクを発生させるため、ウェイトフレーム内に複数枚のウェイトブロックを積層する必要がなく、コンパクトにマシーンを設計でき、かつ設計の自由度が増大する。この制動トルクは、渦電流ブレーキの制動に起因するため、着座姿勢に戻るときにブレーキがかかり、安全性が確保される。
【００１９】
請求項４及び５記載の発明によれば、背当アームに無理な荷重負荷が加わることが防止されるため、最適な荷重負荷でトレーニングができる。
【００２０】
請求項６記載の発明によれば、トレーニング者は、運動能力を容易に把握することができ、この点でも最適な負荷でトレーニングをすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１〜図８は、本発明の実施形態に係るバックエクステンションタイプのトレーニングマシーン１０を示している。このトレーニングマシーンは、トレーニング負荷が制御されているとともに、スクワットの動作と同時にヒップリフトや背伸ばし・腹筋のストレッチを複合的に行うことができる。
【００２２】
前記トレーニングマシーン１０は、図１に示すように、床面に載置されるＬ字状のベースフレーム１１と、このベースフレーム１１の後端部に斜めに立設された前後一対の支持フレーム１２と、前方の支持フレーム１２の外面から延設されて着座したトレーニング者を支える昇降自在な着座フレーム１３と、前記支持フレーム１２間を連結する上下の連結プレート１５と、この上側の連結プレート１５に回動自在に支持された背当アーム１６と、この背当アーム１６に対して荷重負荷を与える荷重負荷装置１７と、この荷重負荷装置１７の負荷を設定制御するコントロール手段１８と、前記両支持フレーム１２および前記荷重負荷装置１７を被覆するカバー１９とを主体に構成され、前記ベースフレーム１１には左右方向に張り出した前後の補助バー２０が取り付けられている。
（背当アーム１６）
前記背当アーム１６は、図１及び図２に示すように、トレーニング者の背中を支持する所定の角度に折曲形成されたアーム本体２１と、このアーム本体２１の下端部に溶接されたコ字アーム２２とを備え、このコ字アーム２２は、中央部に腰当パッド２３が取り付けられている一方、両端部には、肘当パッド２４が取り付けられている。
【００２３】
また、前記背当アーム本体２１は、上端部に背当パッド２５が固定されている一方、折曲部２６の後面が、上側の連結プレート１５に回転自在に軸支された円筒部材２７の外周面に溶接されている。この連結プレート１５の外面には、図２に示すように、軸部材２９の一端部が固定されている。この軸部材２９の他端部には、円筒スペーサ３０を介して、前記円筒部材２７が軸方向に沿って回転自在に挿入されている。
【００２４】
この円筒スペーサ３０は、ベアリングを介して前記軸部材２９に回転自在に挿入されているとともに、前記円筒部材２７と固定され、前記連結プレート１５側の内端面に前記荷重負荷装置１７の負荷が伝達される駆動ギア３１を有し、これにより駆動ギア３１と円筒部材２７とが同期回転するようになっている。
（荷重負荷装置１７）
前記荷重負荷装置１７は、図３に示すように、前記コントロール手段１８の操作により制動力を発生させる電磁ブレーキユニット３２と、この電磁ブレーキユニット３２のブレーキ力を前記駆動ギア３１に伝達する負荷伝達機構３３とを備えている。
（１）前記電磁ブレーキユニット３２は、前記ベースフレーム１１上にねじ止めされた一対の矩形状の支持板３４と、この両支持板３４間に回転自在に軸支された銅板製のブレーキディスク３５と、このブレーキディスク３５を制動させる一対の電磁石３６と、前記ブレーキディスク３５の回転軸３７の回転速度を測定する検出手段４２と、前記電磁石３６の励磁電流を発生させるブレーキドライバー３９とを有している。
【００２５】
前記両支持板３４は、互いに連結されており、上端部の支持溝４０に前記ブレーキディスク３５の回転軸３７がベアリングを介して回転自在に装着されている一方、下端部に前記両電磁石３６がベースプレート４１を介してねじ止めされている。
【００２６】
前記ブレーキディスク３５の外周縁は、前記両電磁石３６間に位置しているため、前記両電磁石３６が励磁された場合には、前記ブレーキディスク３５が渦電流ブレーキとして作用する。したがって、前記両電磁石３６が励磁されたときに前記ブレーキディスク３５が回転すると、前記ブレーキディスク３５の回転方向と反対方向に制動トルクが生じ、これにより前記ブレーキディスク３５の回転が制動される。
【００２７】
前記検出手段４２は、図４に示すように、前記回転軸３７の回転パルス信号を検出するロータリーエンコーダからなり、検出した回転信号を前記コントロール手段１８に送信している。また、前記検出手段４２は、図３に示すように、横断面コ字状の取付金具３８を介して一方の前記支持板３４に固定され、この取付金具３８の中央部は一方の前記支持溝４０を跨ぎ、両端部が一方の前記支持板３４にねじ止めされている。
【００２８】
前記ブレーキドライバー３９は、一方の前記支持板３４にねじ止めされ、図４に示すように、前記コントロール手段１８から電圧信号が送信され、この電圧信号に応じた電流量を前記両電磁石３６に通電して励磁させている。
（２）前記負荷伝達機構３３は、図３に示すように、前記ブレーキディスク３５と同期回転するプーリ４３と、前記両支持板３４に回転自在に軸支されたプーリ４４と、この両プーリ４３．４４間を巻回するベルト４５と、前記プーリ４４と同期回転する駆動ギア４６とを有している。
【００２９】
この駆動ギア４６と前記支持フレーム１２の駆動ギア５７との間には、図１に示すように、チェーン４７が巻回されている。この駆動ギア５７と同期回転する駆動ギア５８と、前記駆動ギア３１とにも、チェーン５９が巻回されている。
【００３０】
したがって、前記ブレーキディスク３５の制動トルクは、前記円筒部材２７に現れ、荷重負荷としてアーム本体２１に伝達される。
（着座フレーム１３）
前記着座フレーム１３は、図１に示すように、支持部９２を介して、前方の前記支持フレーム１２に取り付けられ、トレーニング者が着座するシートパッド１４と、調整レバー９１とを有し、調整レバー９１によって設置位置の高さが自在に変更可能になっている。
（コントロール手段１８）
前記コントロール手段１８は、図１に示すように、前記ベースフレーム１１の上端部１１ａに取り付けられ、演算処理機能・入力機能・表示機能を実行し、前記両電磁石３６の励磁電流量を制御している。
（１）前記コントロール手段１８は、演算処理機能により、前記ブレーキドライバー３９に送信する電圧値が小さい低負荷モードと、前記ブレーキドライバー３９に送信する電圧値が大きい高負荷モードと、前記回転軸５３の回転速度に応じて自動的に電圧値を制御する自動負荷モードと、トレーニング者の筋力に適した負荷量を算出する測定モードとを実行している。
【００３１】
低負荷モードと高負荷モードの場合には、予め設定された運動回数（１回〜５０回）と負荷量（低負荷モードは０．５ｋｇ〜５．０ｋｇ、高負荷モードは１．０ｋｇ〜１２．０ｋｇ）に応じた電圧値を前記ブレーキドライバー３９に送信する。したがって、前記ブレーキドライバー３９は、電圧信号に応じた電流量を前記両電磁石３６に通電して励磁させ、これにより前記ブレーキディスク３５に回転数に比例した制動トルクが発生する。
【００３２】
自動負荷モードの場合には、前記検出手段４２から送信された回転信号（パルス信号）の回転速度に応じて、コントロール手段１８にてブレーキドライバー３９への電圧が変更される。すなわち、アーム本体２１の回動速度（前記検出手段４２の検出した前記回転軸３７の実行回転速度）が、予め定められた既定回転速度を下回った場合には、ブレーキドライバー３９への電圧値を下げて、前記アーム本体２１の荷重を減少させる。一方、トレーニング者の前記運動速度が既定回転速度を上回った場合には、ブレーキドライバー３９への電圧値を上げて、前記アーム本体２１の荷重を増加させる。
【００３３】
以下、図６に基づき自動負荷モードの電磁ブレーキ特性を説明する。この図６中、Ｘ軸は前記検出手段４２の測定した前記回転軸３７の回転速度を示し、Ｙ軸は前記ブレーキディスク３５の制動トルクを示している。また、負荷直線Ａ．Ｂ．Ｃは、電流Ａ．Ｂ．Ｃを通電したときの回転速度と負荷との関係を示している。
【００３４】
ここで前記両電磁石３６は、運動開始時は負荷直線Ｂに基づき通電されるが、トレーニング中に前記検出手段４２が検出する実行回転速度（Ｓｘ）に応じて電圧が変更される。
【００３５】
具体的には、運動開始時に検出された実行回転速度（Ｓｘ）が既定回転速度Ｓ１（２１４ｒｐｍ）に達しない場合（Ｓｘ＜Ｓ１）には、コントロール手段１８が矢印Ｑに示すように電圧値を下げるため、前記両電磁石３６の励磁電流量が負荷直線Ｃに切り替わり、これによりブレーキディスク３５のトルク係数が減少し、アーム本体２１の荷重負荷が小さくなる。
【００３６】
一方、実行回転速度（Ｓｘ）が既定回転速度Ｓ２（２３０ｒｐｍ）を超えた場合（Ｓｘ＞Ｓ２）には、コントロール手段１８が矢印Ｐに示すように電圧値を上げるため、前記両電磁石３６の励磁電流量が負荷直線Ａに切り替わり、これによりブレーキディスク３５のトルク係数が大きくなり、アーム本体２１の荷重負荷が増加する。
【００３７】
この既定回転速度Ｓ１．Ｓ２は、前記コントロール手段１８のＲＯＭに記憶され、トレーニング開始時に読み出されている。この規定回転速度の前記設定値（Ｓ１＝２１４ｒｐｍ、Ｓ２＝２３０ｒｐｍ）は、仕様により適宜変更することができる。
【００３８】
なお、測定モードの場合には、負荷直線Ａ〜Ｃに応じた荷重負荷を適宜実行するとともに、この負荷量に対する前記回転軸３７の回転速度を既定回数分（例えば１０回）計測し、既定回転速度に達した負荷量を表示する。
（２）また、前記コントロール手段１８は、図５に示すように、ボックス４８上に入力機能・表示機能を実行する入力表示部４９を有している。この入力表示部４９は、前記各モードを選択するモードボタン５３〜５６と液晶パネル５２とに大別されている。
【００３９】
このモードボタン５３〜５６は、自動モードを選択するモードボタン５３と、低負荷モードを選択するモードボタン５４と、高負荷モードを選択するモードボタン５５と、力の変化を測定する測定モードを選択するモードボタン５６とからなり、高負荷モードと低負荷モードを選択した場合には運動回数（１回〜５０回）および前記背当アーム１６の負荷量を液晶パネル５２で設定する。
【００４０】
前記液晶パネル５２は、トレーニングモード（低負荷モード・高負荷モード・自動負荷モード）には、トレーニング画面が表示される一方、測定モードの場合に、測定画面と測定結果画面とが表示される。この測定画面では、運動回数ないしは残量回数・終了画面などが表示される。なお、測定モードの場合には、コントロール手段１８が算出した最適負荷量に基づき筋力に適したお勧めのモードが表示される。
（動作ステップ）
（１）そこで、本実施形態のトレーニングマシーン１０を用いて、スクワット運動を行う場合のステップを説明すれば、トレーニング者は、まず、図７に示すように、シートパッド１４の高さを身長・座高に合わせて調整し、背当パッド２５に凭れかかりながら、両肘を肘当パッド２４に当てた姿勢をとる。
【００４１】
つぎに、自己の筋力に応じて、モードパネル５３〜５６をタッチして、高負荷モード・低負荷モード・自動モード・測定モードのいずれかを選択すると、コントロール手段１８が、各モードの電圧信号をブレーキドライバー３９に送信する。この電圧信号によりブレーキドライバー３９が、両電磁石３６を通電するため、両電磁石３６が励磁される。
【００４２】
このときトレーニング者が、アーム本体２１を回動させると、ブレーキディスク３５が回転するため、この回転方向と反対方向に制動トルクが生じてアーム本体２１に荷重負荷が加わる。
【００４３】
このアーム本体２１の荷重負荷に抗しながら、トレーニング者が、図８に示すように、両脚を伸ばすスクワット運動を行うと、アーム本体２１が矢印Ｉ方向に回動することから、自然にトレーニング者の身体は背中を後方に仰け反るストレッチの姿勢となり、その後にシートパッド１４に着座する。
【００４４】
この荷重負荷は、渦電流ブレーキの制動に起因するため、ブレーキディスク３５の正逆方向の回転に対して発生し、着座するときにも自重で急激に戻らないようにブレーキがかかり、安全性が確保されている。
【００４５】
また、ウェイトブロックタイプの荷重負荷装置のように、ウェイトフレーム内に複数枚のウェイトブロックを積層する必要がなく、これによりコンパクトに設計でき、かつ設計の自由度が増す利点がある。
【００４６】
このような動作を繰り返すことにより、スクワット運動と同時に、ヒップリフトや背伸ばし・腹筋のストレッチ運動ができ、この結果、単一のマシーンで複合的なトレーニングが行え、従来のように、事前に複数のマシーンを用意する必要がなく、トレーニング効率や設置場所・コスト面に支障が生じることがない。
【００４７】
この場合、ストレッチ運動は、全身の血流やリンパの流れを良くすることから、疲労回復・治癒能力を向上させるとともに、脳への血流も促進されるため、精神的にリラックス効果が得られ、複合的なトレーニングに最適である。
（２）そして、自動負荷モードでは、アーム本体２１の回動速度が速い場合には、ブレーキディスク３５の制動トルクが増加する一方、アーム本体２１の回動速度が遅い場合には、ブレーキディスク３５の荷重負荷が低下することから、トレーニング者の運動速度に応じて最適な負荷が自動的に設定される。
【００４８】
したがって、アーム本体２１に過度な荷重が加わることがなく、高齢者や身障者なども安心してトレーニングを行うことができ、トレーニングの効率が向上する。
【００４９】
また、測定モードでは、コントロール手段１８が算出した最適の負荷量に基づき、筋力に適したお勧めモードと最適負荷量が表示されることから、自己に適した負荷を容易に把握でき、かかる表示を指針にトレーニング者は次回のトレーニングモード（高負荷モードあるいは低負荷モード）を選択することができ、この点でもトレーニング効率が向上する。
（その他）
（１）本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、前記検出手段４２で検出されたトレーニングデータ（例えば運動回数やお勧めモードなど）を、図４の記憶手段９４（例えばメモリーカードなど）に記憶させて次回のトレーニングのときにコントロール手段１８により読み出し、これに基づき次回のトレーニングをすることもできる。
（２）また、検出手段４２をロータリーエンコーダではなく、脈拍センサーを用いて、図４に示すように、脈拍センサーの測定した脈拍値に応じて、前記両電磁石３６の励磁電流量を調整することもできる。この場合には前記液晶パネル５２に脈拍値を表示することが好ましい。
（３）さらに、前記荷重負荷装置１７にパウダーブレーキを用いることができ、また、前記電磁ブレーキユニット３２と前記コントロール手段１８とを廃止して、ウェイトブロックタイプのものを用いることができる。この両荷重負荷装置を用いた場合にも、スクワット運動と同時にヒップリフトや背伸ばし・腹筋のストレッチ運動ができ、単一のマシーンで複合的な運動が行える。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態に係るトレーニングマシーンの側面図。
【図２】ａは背当アームの拡大背面図、ｂは背当アームの接続状態を示す分解斜視図。
【図３】同  荷重負荷装置の分解斜視図。
【図４】同  荷重負荷の設定伝達を示す概略図。
【図５】同  操作表示部の正面図。
【図６】同  動作速度と荷重負荷との関係を示すグラフ。
【図７】同  トレーニング者が着座した状態を示す側面図。
【図８】同  トレーニング者が動作した状態を示す側面図。
【図９】従来例の側面図。
【図１０】従来例の正面図。
【符号の説明】
【００５１】
１０…トレーニングマシーン
１１…ベースフレーム
１２…支持フレーム
１３…着座フレーム
１７…荷重負荷装置
１６…背当アーム
２７…円筒部材
３２…電磁ブレーキユニット
３５…ブレーキディスク
３６…電磁石
４２…検出手段
【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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