(57)【要約】【課題】簡素な構成により、アイソキネティック運動を実現できるトレーニングマシンを実現する。【解決手段】アイソキネティック運動用のトレーニングマシン１０１は、作用部材１１と、作用部材１１に接続される等速変位部材（等速性減衰ダンパー２１）と、を備える。作用部材１１は、トレーニングマシン１０１を用いて使用者が筋収縮運動を行うことで、周期的に変位する。等速性減衰ダンパー２１は、トレーニングマシン１０１を用いて使用者が筋収縮運動を行ったときに作用部材１１を等速に変位させる。【選択図】図２
2018082734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アイソキネティック運動用トレーニングマシンであって、
使用者が筋収縮運動を行うことで、周期的に変位する作用部材と、
前記作用部材に直接または間接に接続され、前記筋収縮運動を行ったときに前記作用部材を等速に変位させる等速変位部材と、
を備えることを特徴とするアイソキネティック運動用トレーニングマシン。
【請求項２】
前記等速変位部材は、前記筋収縮運動により前記作用部材に加わる力に対応した減衰特性を有する等速性減衰ダンパーであり、
前記等速性減衰ダンパーは、
流体が封入されたシリンダと、
前記シリンダの延伸方向に沿って移動するピストンロッドと、
前記ピストンロッドに連結され、前記シリンダの内側を摺動可能に配置されるピストンと、
前記シリンダの内側に形成される溝部と、
を有し、
前記ピストンは、前記シリンダの内側を摺動させたときに、前記シリンダの内側を第１流体室と第２流体室とに隔て、
前記溝部は、前記第１流体室と前記第２流体室との間を流動する前記流体の流路断面積を調整することによって、前記ピストンロッドを等速に移動させる、請求項１に記載のアイソキネティック運動用トレーニングマシン。
【請求項３】
前記溝部は、前記シリンダの内側の所定位置から前記延伸方向に離間するにつれて深く形成されており、
前記シリンダの内側を移動する前記ピストンに対し、前記所定位置で高減衰力を発生させる、請求項２に記載のアイソキネティック運動用トレーニングマシン。
【請求項４】
前記溝部は、前記シリンダの内側の所定位置から前記延伸方向に離間するにつれて幅広く形成されており、
前記シリンダの内側を移動する前記ピストンに対し、前記所定位置で高減衰力を発生させる、請求項２または３に記載のアイソキネティック運動用トレーニングマシン。
【請求項５】
前記作用部材に直接または間接に設けられるジャイロセンサおよび応力センサを備え、
前記作用部材の少なくとも一部は、前記使用者が前記筋収縮運動したときに軸周りに回動する、請求項１から４のいずれかに記載のアイソキネティック運動用トレーニングマシン。
【請求項６】
前記使用者が前記筋収縮運動したときの前記ジャイロセンサおよび前記応力センサから得られたトレーニングデータを通信する近距離無線通信モジュールをさらに備える、請求項５に記載のアイソキネティック運動用トレーニングマシン。
【請求項７】
流体が封入されたシリンダと、
前記シリンダの延伸方向に沿って移動するピストンロッドと、
前記ピストンロッドに連結され、前記シリンダの内側を摺動可能に配置され、前記シリンダの内側を第１流体室と第２流体室に隔てるピストンと、
前記シリンダの内側に形成される溝部と、
を有し、
前記溝部は、前記ピストンを摺動させたときに、前記第１流体室と前記第２流体室との間を流動する前記流体の流路断面積を調整することによって、前記ピストンロッドを等速に移動させることを特徴とする、等速性減衰ダンパー。
【請求項８】
前記溝部は、前記シリンダの内側の所定位置から前記延伸方向に離間するにつれて深く形成されており、
前記シリンダの内側を移動する前記ピストンに対し、前記所定位置で高減衰力を発生させる、請求項７に記載の等速性減衰ダンパー。
【請求項９】
前記溝部は、前記シリンダの内側の所定位置から前記延伸方向に離間するにつれて幅広く形成されており、
前記シリンダの内側を移動する前記ピストンに対し、前記所定位置で高減衰力を発生させる、請求項７または８に記載の等速性減衰ダンパー。
【請求項１０】
使用者が筋収縮運動を行ったときに作用部材を変位させる運動手段、前記筋収縮運動を行ったときに前記作用部材を等速に変位させる等速変位手段、前記作用部材に掛る力および前記作用部材の変位速度に関するトレーニングデータを測定する測定手段、前記トレーニングデータを送信する第１データ送信手段、を有するトレーニングマシンと、
前記第１データ送信手段から送信される前記トレーニングデータを受信する第１データ受信手段、前記トレーニングデータに基づいて筋パワーを演算する演算手段、前記演算手段により演算された前記筋パワーのデータを表示する第１表示手段、を有する通信端末装置と、
を備えることを特徴とする、アイソキネティック運動用トレーニングシステム。
【請求項１１】
サーバ装置をさらに備え、
前記通信端末装置は、前記トレーニングデータまたは前記筋パワーのデータを送信する第２データ送信手段を有し、
前記サーバ装置は、ネットワークを介して、前記第２データ送信手段から送信される前記トレーニングデータまたは前記筋パワーのデータを受信する第２データ受信手段、前記第２データ受信手段で受信された前記トレーニングデータまたは前記筋パワーのデータを記憶する記憶手段、を有する、請求項１０に記載のアイソキネティック運動用トレーニングシステム。
【請求項１２】
情報処理端末をさらに備え、
前記情報処理端末は、前記サーバ装置の前記記憶手段に記憶された前記トレーニングデータまたは前記筋パワーのデータを送信要求する情報要求手段、前記ネットワークを介して前記サーバ装置から送信される前記トレーニングデータまたは前記筋パワーのデータを受信する第３データ受信手段、前記第３データ受信手段で受信された前記トレーニングデータまたは前記筋パワーのデータを表示する第２表示手段、を有し、
前記サーバ装置は、前記送信要求により、前記記憶手段に記憶された前記トレーニングデータまたは前記筋パワーのデータを送信する第３データ送信手段、をさらに有する、請求項１１に記載のアイソキネティック運動用トレーニングシステム。
【請求項１３】
前記第１データ送信手段および前記第１データ受信手段は、近距離無線通信規格に準拠した無線通信である、請求項１０から１２のいずれかに記載されたアイソキネティック運動用トレーニングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トレーニングマシンに関し、特にアイソキネティック運動に用いられるトレーニングマシン、および上記トレーニングマシンに用いられ、等速減衰が可能なダンパーに関する。また、本発明は、トレーニングシステムに関し、特にアイソキネティック運動用のトレーニングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、筋力トレーニングの一種として、筋収縮を等速で行うアイソキネティック運動（等速性筋収縮運動）が知られている。アイソキネティック運動は、アイソメトリック運動（等尺性筋収縮運動）の効果とコンセントリック運動（等張性筋収縮運動）の効果を併せ持ち、関節や筋への負担が少なく、効率的に筋力増強を行うことのできる新しいトレーニング方法として注目されている。
【０００３】
例えば、非特許文献１には、電動モータ−を使用してアイソキネティック運動を実現するトレーニングマシンが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】“BODY GREEN  アイソキネティックトレーニングマシン”、［online］、（株）神戸メディケア  ヘルスケア事業部、［平成２８年１１月１０日検索］、インターネット〈URL：http://taisya.net/product/fitness/bodygreen/lgs03j.html〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、非特許文献１に示されるようなトレーニングマシンでは、トレーニングマシン自体の構造が複雑になってしまうため、製造コスト・製品コストが高くなってしまう。
【０００６】
本発明の目的は、簡素な構成により、アイソキネティック運動を実現できるトレーニングマシンを提供することにある。また、本発明の目的は、所定の位置において掛る圧力が異なる場合でも等速減衰を可能とするダンパーを提供することにある。また、本発明の目的は、アイソキネティック運動を実現するトレーニングマシンを用いたトレーニングシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のアイソキネティック運動用トレーニングマシンは、
アイソキネティック運動用トレーニングマシンであって、
使用者が筋収縮運動を行うことで、周期的に変位する作用部材と、
前記作用部材に直接または間接に接続され、前記筋収縮運動を行ったときに前記作用部材を等速に変位させる等速変位部材と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成により、これを用いて筋収縮運動を行う使用者が、アイソキネティック運動（等速性筋収縮運動）を容易に行うことができるトレーニングマシンを実現できる。
【０００９】
本発明の等速性減衰ダンパーは、
流体が封入されたシリンダと、
前記シリンダの延伸方向に沿って移動するピストンロッドと、
前記ピストンロッドに連結され、前記シリンダの内側を摺動可能に配置され、前記シリンダの内側を第１流体室と第２流体室に隔てるピストンと、
前記シリンダの内側に形成される溝部と、
を有し、
前記溝部は、前記ピストンを摺動させたときに、前記第１流体室と前記第２流体室との間を流動する前記流体の流路断面積を調整することによって、前記ピストンロッドを等速に移動させることを特徴とする。
【００１０】
この構成により、ピストン（ピストンロッド）の位置に応じて移動速度を減衰させる特性が生じ、ピストン（ピストンロッド）を等速に変位させるダンパーを実現できる。
【００１１】
本発明のアイソキネティック運動用トレーニングシステムは、
使用者が筋収縮運動を行ったときに作用部材を変位させる運動手段、前記筋収縮運動を行ったときに前記作用部材を等速に変位させる等速変位手段、前記作用部材に掛る力および前記作用部材の変位速度に関するトレーニングデータを測定する測定手段、前記トレーニングデータを送信する第１データ送信手段、を有するトレーニングマシンと、
前記第１データ送信手段から送信される前記トレーニングデータを受信する第１データ受信手段、前記トレーニングデータに基づいて筋パワーを演算する演算手段、前記演算手段により演算された前記筋パワーのデータを表示する第１表示手段、を有する通信端末装置と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
このシステムによれば、使用者は、自身のトレーニングデータ（力、角速度、筋パワー等）を随時確認しながらアイソキネティック運動（等速性筋収縮運動）を行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡素な構成により、アイソキネティック運動を実現できるトレーニングマシンを実現できる。また、本発明によれば、所定の位置において掛る圧力が異なる場合でも等速減衰を可能とするダンパーを実現できる。また、本発明によれば、アイソキネティック運動を実現するトレーニングマシンを用いたトレーニングシステムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、第１の実施形態に係るトレーニングマシン１０１の外観斜視図である。
【図２】図２は、トレーニングマシン１０１の左側面図である。
【図３】図３（Ａ）は等速性減衰ダンパー２１の外観斜視図であり、図３（Ｂ）は等速性減衰ダンパー２１の破断図である。
【図４】図４は等速性減衰ダンパー２１の断面図である。
【図５】図５は内部シリンダ４１の斜視図である。
【図６】図６（Ａ）は内部シリンダの正面図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図７】図７（Ａ）はピストン５１を摺動させる前の等速性減衰ダンパー２１を示す断面図であり、図７（Ｂ）はピストン５１を摺動させている途中の等速性減衰ダンパー２１を示す断面図であり、図７（Ｃ）はピストン５１を摺動させた後の等速性減衰ダンパー２１を示す断面図である。
【図８】図８は、膝の角度によって使用者の脚に加わる力と、トレーニングマシン１０１（作用部材１１）の負荷との関係を示した図である。
【図９】図９は、第１の実施形態に係るトレーニングシステム５０１を示す図である。
【図１０】図１０は、トレーニングマシンが備える多機能モジュール３１の機能を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、通信端末装置２０１が有する機能を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、サーバ装置３０１が有する機能を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、情報処理端末４０１が有する機能を示すブロック図である。
【図１４】図１４は、第２の実施形態に係るトレーニングマシン１０２の外観斜視図である。
【図１５】図１５は、トレーニングマシン１０２の左側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態を分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能である。第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
【００１６】
《第１の実施形態》
（トレーニングマシン）
図１は、第１の実施形態に係るトレーニングマシン１０１の外観斜視図である。図２は、トレーニングマシン１０１の左側面図である。
【００１７】
トレーニングマシン１０１は、着座部１、背当て部２、シートフレーム３、支持部材４Ａ，４Ｂ、ベースフレーム５、連結部材６、作用部材１１、等速性減衰ダンパー２１、当接部８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂ、多機能モジュール３１等を備える。
【００１８】
着座部１は、トレーニングマシン１０１を用いて筋収縮運動を行う者（以下、「使用者」。）が着座する部分である。当接部８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂは、筋収縮運動を行うときに使用者の足首を固定する部分である。
【００１９】
本実施形態に係るトレーニングマシン１０１は、筋力トレーニングや運動療法等に用いられるアイソキネティック運動（等速性筋収縮運動）用のトレーニングマシンである。具体的に、トレーニングマシン１０１は、使用者が座位状態で膝関節を伸展および屈曲を繰り返すことにより、ハムストリング筋を鍛えるためのシーテッドレッグカールマシンである。
【００２０】
着座部１および背当て部２は、Ｕ字状に屈曲したシートフレーム３に固定されている。シートフレーム３は、支持部材４Ａ，４Ｂを介してベースフレーム５に連結されている。シートフレーム３の第１端（図２における左端部）は、連結部材６が取り付けられている。連結部材６は、軸ＡＸを中心に回動する回動部材７を有する。
【００２１】
作用部材１１は、使用者が筋収縮運動を行うことで周期的に変位する長尺状のアーム部材である。作用部材１１の第１端（図２における作用部材１１の上端部）は、連結部材６の回動部材７に接続されている。すなわち、作用部材１１は連結部材６に軸支され、使用者が筋収縮運動することにより（使用者が膝関節を伸展および屈曲を繰り返すことにより）、作用部材１１は軸ＡＸ周りに回動する（図２における矢印を参照）。作用部材１１の第２端（図２における作用部材１１の下端部）には、当接部８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂ等が取り付けられている。
【００２２】
多機能モジュール３１は、使用者が筋収縮運動したときのトレーニングデータを測定する小型モジュールであり、作用部材１１の表面に直接設けられている。本実施形態に係る多機能モジュール３１は、応力センサ、ジャイロセンサおよび近距離無線通信モジュール等を備える。近距離無線通信モジュールは、使用者が筋収縮運動したときの応力センサおよびジャイロセンサから得られたトレーニングデータを外部に通信するためのモジュールである。多機能モジュール３１は、例えばTexas Instruments社製のSimpleLink SensorTag CC2650STKである。
【００２３】
等速性減衰ダンパー２１は、作用部材１１および支持部材４Ａにそれぞれ接続されている。後に詳述するように、等速性減衰ダンパー２１は、筋収縮運動によって作用部材１１に加わる力に対応した減衰特性を有し、使用者が筋収縮運動を行ったときに作用部材１１を近似的に等速に変位させるダンパーである。等速性減衰ダンパー２１は例えば油圧ダンパーである。
【００２４】
この等速性減衰ダンパー２１が、本発明における「等速変位部材」の一例である。
【００２５】
次に、等速性減衰ダンパー２１の具体的な構成について、図を参照して説明する。図３（Ａ）は等速性減衰ダンパー２１の外観斜視図であり、図３（Ｂ）は等速性減衰ダンパー２１の破断図である。図４は等速性減衰ダンパー２１の断面図である。図５は内部シリンダ４１の斜視図である。図６（Ａ）は内部シリンダの正面図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。図３（Ａ）、図３（Ｂ）および図４において、各部の構成は簡略化して図示している。
【００２６】
等速性減衰ダンパー２１は、シリンダ４０、ロッドカバー４３、シリンダキャップ４４、ピストン５１、ピストンロッド５２、可変絞り４５，４６、溝部６１，６２等を有する。
【００２７】
シリンダ４０は、外部シリンダ４２の内側に、外部シリンダ４２よりも内外径の小さな内部シリンダ４１が配置された二重筒構造である。内部シリンダ４１および外部シリンダ４２は、いずれも延伸方向（軸方向）がＡ軸に一致する円筒状の部材である。内部シリンダ４１と外部シリンダ４２との間には、連通路７３が形成される。
【００２８】
ピストン５１は、内部シリンダ４１（シリンダ４０）の内側に嵌挿され、内部シリンダ４１の内側を摺動可能に配置された円柱状の部材である。ピストン５１は、内部シリンダ４１の内側を摺動することで、内部シリンダ４１の内側を第１流体室７１と第２流体室７２とに隔てる。ピストンロッド５２は、シリンダ４０の延伸方向（Ａ軸方向）に沿って移動する棒状の部材である。ピストンロッド５２の第１端（図４におけるピストンロッド５２の右端部）にはピストン５１が連結されている。したがって、ピストンロッド５２を延伸方向（Ａ軸方向）に移動させることで、ピストン５１が内部シリンダ４１の内側を摺動する。
【００２９】
シリンダ４０の延伸方向の両端は、ロッドカバー４３およびシリンダキャップ４４がそれぞれ嵌合されている。これにより、シリンダ４０の内部に、図示しない流体（例えば、作動油）が封入される。ピストンロッド５２は、ロッドカバー４３に形成された孔に挿通され、一部がシリンダ４０の外部に延出する。
【００３０】
ロッドカバー４３には、第１貯流室７４Ａおよびオリフィス７５Ａ，７６Ａが形成されている。シリンダキャップ４４には第２貯流室７４Ｂおよびオリフィス７５Ｂ，７６Ｂが形成されている。ピストン５１によって互いに隔てられた第１流体室７１および第２流体室７２は、第１貯流室７４Ａ、第２貯流室７４Ｂ、オリフィス７５Ａ，７５Ｂ，７６Ａ，７６Ｂおよび連通路７３を介して連通している。内部シリンダ４１内をピストン５１が摺動したときに、シリンダ４０内に封入された流体が、第１流体室７１と第２流体室７２との間を移動する。なお、可変絞り４５，４６は、オリフィス７５Ａ，７５Ｂの流路断面積を制御するための部材であり、例えば速度調整弁である。
【００３１】
図６（Ｂ）等に示すように、内部シリンダ４１の内側には２つの溝部６１，６２が形成されている。溝部６１，６２は、ピストン５１が内部シリンダ４１の内側を摺動するときに、第１流体室７１と第２流体室７２との間を流動する流体の流路断面積を調整して、ピストンロッド５２（ピストン５１）を近似的に等速に移動させるために設けられた溝である。
【００３２】
本実施形態に係る溝部６１，６２は、所定位置（図６（Ｂ）における内部シリンダ４１の延伸方向の中央付近）から延伸方向（Ａ軸方向）に離間するにつれて深く形成されている。内部シリンダ４１の内側をピストン５１が移動したときに、流体はこれら溝部を通って第１流体室７１と第２流体室７２との間を流動する。すなわち、内部シリンダ４１の内側に形成された溝部６１，６２も、流体の流路となる。
【００３３】
次に、ピストン５１が内部シリンダ４１の内側を摺動するときに、溝部が第１流体室７１と第２流体室７２との間を流動する流体の流路断面積を調整する機構について、図を参照して説明する。図７（Ａ）はピストン５１を摺動させる前の等速性減衰ダンパー２１を示す断面図であり、図７（Ｂ）はピストン５１を摺動させている途中の等速性減衰ダンパー２１を示す断面図であり、図７（Ｃ）はピストン５１を摺動させた後の等速性減衰ダンパー２１を示す断面図である。
【００３４】
図７（Ａ）に示すように、ピストン５１が所定位置から延伸方向（Ａ軸方向）に離間している場合に、ピストン５１を第１方向（＋Ａ方向。図７（Ａ）の矢印を参照。）に摺動させたときには、内部シリンダ４１の内側に形成された溝部６１が深いため、第１流体室７１から第２流体室７２に流動する流体の流路断面積は大きい。そのため、ピストン５１が所定位置から延伸方向（Ａ軸方向）に離間した位置を移動しているときには、内部シリンダ４１の内側を移動するピストン５１に対し、流体の流動抵抗は低い。
【００３５】
一方、溝部６１は所定位置に近接するにつれて浅くなるため、ピストン５１が所定位置に向かってさらに移動するのに伴って、流体の流路断面積は小さくなる。そのため、ピストン５１が所定位置に向かって移動するのに伴って、内部シリンダ４１の内側を移動するピストン５１に対し、流体の流動抵抗は高くなっていく。
【００３６】
次に、図７（Ｂ）に示すように、ピストン５１が所定位置にある場合には、内部シリンダ４１の内側に形成された溝部が浅い（または、溝部が形成されていない）。そのため、ピストン５１を第１方向（＋Ａ方向。図７（Ｂ）の矢印を参照。）摺動させたときに、第１流体室７１から第２流体室７２に流動する流体の流路断面積は小さくなる。したがって、ピストン５１が所定位置近傍を移動しているときには、内部シリンダ４１を移動するピストン５１に対し、流体の流動抵抗が高い。
【００３７】
一方、溝部６２は所定位置から離間するにつれて深くなるため、ピストン５１が所定位置から離間するように移動するのに伴って、流体の流路断面積は大きくなる。そのため、ピストン５１が所定位置から離間するように移動するのに伴って、内部シリンダ４１の内側を移動するピストン５１に対し、流体の流動抵抗は低くなっていく。
【００３８】
図７（Ｃ）に示すように、ピストン５１が所定位置から延伸方向（Ａ軸方向）に離間している場合には、内部シリンダ４１の内側に形成された溝部６２が深いため、内部シリンダ４１の内側を移動するピストン５１に対し、流体の流動抵抗は低い。
【００３９】
なお、第１方向（＋Ａ方向）とは逆の第２方向（−Ａ方向）に向かって、内部シリンダ４１の内側をピストン５１が摺動する場合にも同様である。
【００４０】
このように、溝部が内部シリンダ４１の内側の所定位置から延伸方向に離間するにつれて深く形成することで、内部シリンダ４１の内側を移動するピストン５１に対し、所定位置で高減衰力を発生させることができる。また、内部シリンダ４１の内側を移動するピストン５１に対し、所定位置から離間するにしたがって減衰力を小さくできる。
【００４１】
この構成により、ピストン５１（ピストンロッド５２）の位置に応じて移動速度を減衰させる特性が生じ、ピストン５１（ピストンロッド５２）を等速に変位させるダンパーを実現できる。
【００４２】
等速性減衰ダンパー２１のピストンロッド５２の他端（図４におけるピストンロッド５２の左端部）は、作用部材（１１）に接続され、等速性減衰ダンパー２１のシリンダキャップ４４の端部４７は支持部材（４Ａ）に接続されている。この構成により、使用者が筋収縮運動することで作用部材（１１）が軸（ＡＸ）周りに回動し、それに伴って等速性減衰ダンパー２１のピストンロッド５２はシリンダ４０に押し込まれたり、引き出されたりする。具体的には、使用者が膝関節を屈曲させた状態（図２に示した状態）で、等速性減衰ダンパー２１のピストンロッド５２は、シリンダ４０に押し込まれる。そして、使用者が膝関節を伸展させるにしたがって（図２に示す矢印の方向に、作用部材１１が回動するにしたがって）、等速性減衰ダンパー２１のピストンロッド５２は、シリンダ４０から引き出される。
【００４３】
次に、等速性減衰ダンパー２１が筋収縮運動によって作用部材１１に加わる力に対応した減衰特性を有することについて、図８を参照して説明する。図８は、膝の角度によって使用者の脚に加わる力と、トレーニングマシン１０１（作用部材１１）の負荷との関係を示した図である。図８において、横軸は使用者の膝の角度を示し、縦軸は力の大きさを示す。なお、図８の縦軸の単位は任意の値である。
【００４４】
図８に示すように、一般に、人間の脚は、膝関節の角度が約６０°で最も筋力を発揮し、その角度から離れるにつれて発揮できる筋力が低下していく。すなわち、０°および１２０°付近で発揮される筋力は低い。本実施形態に係るトレーニングマシン１０１（作用部材１１）は、この膝関節の角度が約６０°の位置において、負荷が最も高くなり、０°および１２０°で最も低くなる。すなわち、トレーニングマシンを用いて筋収縮運動を行うときに、力を発揮しやすい位置では高い負荷が掛り、力を発揮し難い位置では低い負荷が掛る。
【００４５】
したがって、トレーニングマシン１０１を用いて筋収縮運動を行う使用者は、近似的なアイソキネティック運動（等速性筋収縮運動）を容易に行うことができる。
【００４６】
（トレーニングシステム）
次に、本実施形態に係るトレーニングシステムについて、図を参照して説明する。図９は、第１の実施形態に係るトレーニングシステム５０１を示す図である。
【００４７】
本実施形態に係るトレーニングシステム５０１は、トレーニングマシン１０１が備える多機能モジュール３１、通信端末装置２０１、サーバ装置３０１および情報処理端末４０１により構成される。通信端末装置２０１は例えばスマートフォンであり、情報処理端末４０１は例えばパーソナルコンピュータである。
【００４８】
図１０は、トレーニングマシンが備える多機能モジュール３１の機能を示すブロック図である。多機能モジュール３１は、応力センサ１１０、ジャイロセンサ１２０、データ通信部１３０を有する。
【００４９】
応力センサ１１０およびジャイロセンサ１２０は、トレーニングマシンを用いて使用者が筋収縮運動を行ったときに、等速に変位する作用部材に掛る力および変位速度（角速度）に関するトレーニングデータを測定するセンサである。測定されたトレーニングデータは、データ通信部１３０によって近距離無線通信により通信される。近距離無線通信は、例えばBluetooth（登録商標）規格に準拠した無線通信である。
【００５０】
本実施形態では、これら応力センサ１１０およびジャイロセンサ１２０が、本発明における「測定手段」に相当する。また、本実施形態では、このデータ通信部１３０が本発明における「第１データ送信手段」に相当する。
【００５１】
図１１は、通信端末装置２０１が有する機能を示すブロック図である。通信端末装置２０１は、データ通信部２１０、通信部２２０、制御部２３０、ディスプレイ２４０、タッチパネル２５０、メモリ２６０等を有する。
【００５２】
データ通信部２１０は、図１０に示す多機能モジュール３１が有するデータ通信部１３０と無線通信を行う。また、データ通信部２１０は、データ通信部１３０から送信されるトレーニングデータを受信する。制御部２３０は、データ通信部２１０が受信したトレーニングデータを読み取り、上記トレーニングデータに基づいて筋パワー（後に詳述する）を演算する。具体的には、例えば制御部２３０は、メモリ２６０に書き込まれているプログラムを実行し、トレーニングデータに基づいて筋パワーを演算する。制御部２３０は、演算した筋パワーのデータをディスプレイ２４０に出力し、ディスプレイ２４０は上記筋パワーのデータを表示する。制御部２３０は、例えば通信端末装置２０１が備えるマイクロプロセッサである。メモリ２６０は、例えば各種アプリ、プログラム等が書き込まれたメモリである。
【００５３】
本実施形態では、上述したデータ通信部２１０が、本発明における「第１データ受信手段」に相当する。本実施形態では、この制御部２３０が、メモリ２６０に書き込まれているプログラムを実行して、トレーニングデータに基づいて筋パワーを演算する、上記プロセスが、本発明における「演算手段」に相当する。また、本実施形態では、このディスプレイ２４０が本発明における「第１表示手段」に相当する。
【００５４】
また、上記トレーニングデータまたは上記筋パワーのデータは、通信部２２０を介して送信される。
【００５５】
本実施形態では、この通信部２２０が本発明における「第２データ送信手段」に相当する。
【００５６】
なお、「筋パワー」とは、筋肉の力学的パワー（仕事率）を言う。すなわち、筋パワーとは、単位時間当たりの筋肉の仕事量であり、例えば力［Ｎ］×距離［ｍ］／時間［ｓ］＝力［Ｎ］×速度［ｍ／ｓ］で求められる。一般に、筋機能の測定では、関節が動かない状態で発揮される等尺性の筋力よりも、力と速度の積で表される上記筋パワーのほうがより臨床的な指標であると考えられる。なお、本発明のトレーニングマシンでは、近似的に等速で筋収縮運動が行われるため、速度［ｍ／ｓ］は近似的に一定である。
【００５７】
図１２は、サーバ装置３０１が有する機能を示すブロック図である。サーバ装置３０１は、通信部３１０、制御部３２０、データ記憶部３３０を有する。
【００５８】
通信部３１０は、ネットワーク９０を介して、図１１に示す通信部２２０等と通信を行う。通信部３１０は、通信端末装置２０１（通信部２２０）から送信されるトレーニングデータまたは筋パワーのデータを受信する。制御部３２０は、通信部３１０で受信したトレーニングデータまたは筋パワーのデータを、データ記憶部３３０に書き込む。制御部３２０は、例えばサーバ装置３０１が備えるマイクロプロセッサである。
【００５９】
また、制御部３２０は、送信要求（後に詳述する）を受けると、データ記憶部３３０に記憶されたトレーニングデータまたは筋パワーのデータを、通信部３１０から送信する。
【００６０】
本実施形態では、この通信部３１０が本発明における「第２データ受信手段」および「第３データ送信手段」に相当する。また、本実施形態では、このデータ記憶部３３０が本発明における「記憶手段」に相当する。
【００６１】
図１３は、情報処理端末４０１が有する機能を示すブロック図である。情報処理端末４０１は、通信部４１０、制御部４２０、データ記憶部４３０、ディスプレイ４４０、操作部４５０等を有する。データ記憶部４３０は例えばハードディスクドライブであり、操作部４５０は例えばキーボードやマウスである。
【００６２】
通信部４１０は、ネットワーク９０を介して、図１２に示す通信部３１０等と通信を行う。制御部４２０は、例えば情報処理端末４０１が備えるマイクロプロセッサである。
【００６３】
操作部４５０で、サーバ装置３０１に記憶されているトレーニングデータまたは筋パワーのデータの送信要求の操作（指示）が行われると、制御部４２０は、送信要求を通信部４１０から送信する。その後、サーバ装置３０１から送信されたトレーニングデータまたは筋パワーのデータは、通信部４１０によって受信される。制御部４２０は、通信部４１０で受信したトレーニングデータまたは筋パワーのデータを、ディスプレイ４４０に出力する。ディスプレイ４４０は、上記トレーニングデータまたは上記筋パワーのデータを表示する。なお、制御部４２０は、通信部４１０で受信したトレーニングデータまたは筋パワーのデータを、データ記憶部４３０に書き込んでもよい。
【００６４】
本実施形態では、この通信部４１０が本発明における「第３データ受信手段」に相当する。本実施形態では、操作部４５０でサーバ装置３０１に記憶されているトレーニングデータまたは筋パワーのデータの送信要求の操作が行われ、制御部４２０が送信要求を通信部４１０から送信する上記プロセスが、本発明における「情報要求手段」に相当する。また、本実施形態では、このディスプレイ４４０が本発明における「第２表示手段」に相当する。
【００６５】
なお、本実施形態では、情報処理端末４０１が有する制御部４２０が、サーバ装置３０１に送信要求を行う例について示したが、通信端末装置２０１が有する制御部２３０が、サーバ装置３０１に送信要求を行ってもよい。すなわち、図１１に示すタッチパネル２５０で、サーバ装置３０１に記憶されているトレーニングデータまたは筋パワーのデータの送信要求の操作（指示）が行われると、制御部２３０は、送信要求を通信部２２０から送信する。その後、サーバ装置３０１から送信されたトレーニングデータまたは筋パワーのデータは、通信部２２０によって受信される。制御部２３０は、通信部２２０で受信したトレーニングデータまたは筋パワーのデータを、ディスプレイ２４０に出力する。ディスプレイ２４０は、上記トレーニングデータまたは筋パワーのデータを、表示する。なお、制御部２３０は、通信部２２０で受信したトレーニングデータまたは筋パワーのデータを、図示しない記憶部に書き込んでもよい。
【００６６】
本実施形態に係るトレーニングシステム５０１によれば、例えば以下のような利用が可能である。
【００６７】
（ａ）使用者は、通信端末装置２０１のディスプレイ２４０等の表示によって、自身のトレーニングデータ（力、角速度、筋パワー等）を随時確認しながらアイソキネティック運動（等速性筋収縮運動）を行うことができる。
【００６８】
（ｂ）トレーニングマシン１０１を用いて筋収縮運動を行うときに、使用者は、筋力増強に最も効率的な速度を自身で算出することなく、アイソキネティック運動を行うことができる。使用者にとって筋力増強に最も効率的な速度は、例えば以下の方法により算出される。
【００６９】
まず、トレーニングマシン１０１を用いて筋収縮運動を行う前（トレーニング開始前）に、使用者は、トレーニングマシン１０１の作用部材を可能な限り早い速度（ＭＡＸスピード）で数回変位させる。通信端末装置２０１は、ＭＡＸスピードとトレーニングマシン１０１（作用部材）の負荷とに基づいて筋パワーを演算し、演算した筋パワーを記憶する。そして、通信端末装置２０１は、このときの筋パワーから使用者にとって筋力増強に最も効率的な速度を算出する。なお、筋力と運動速度には相関があり、この筋パワーから使用者の最大筋力が外挿できる。一般に、最大筋力に対して約３０％から約３５％で筋収縮運動を行うとき、筋肉を最も効率よく使用している（最も筋肉の仕事率が高い）と考えられている。そのため、トレーニングマシン１０１を用いて筋収縮運動を行う使用者にとって筋力増強に最も効率的な速度が、このときの筋パワーから算出できる。
【００７０】
（ｃ）トレーニングマシン１０１を用いて使用者が筋収縮運動を行うときに、通信端末装置２０１から音による指示や、通信端末装置２０１のディスプレイ２４０の表示による指示を行うことができる。使用者は上記指示の通りに運動するだけで、アイソキネティック運動を容易に行うことができる。
【００７１】
なお、通信端末装置２０１からゲームプログラム等のように上記指示を行うことにより、筋収縮運動を行う使用者のモチベーション等を高めることもできる。
【００７２】
（ｄ）使用者のトレーニングデータを履歴として通信端末装置２０１に記憶し、通信端末装置２０１が有するプログラムによって、前回のトレーニングデータとの比較や、筋機能（筋力）の変化等を、ディスプレイ２４０に表示できる。
【００７３】
（ｅ）使用者のトレーニングデータを、通信端末装置２０１からネットワーク９０を介してサーバ装置３０１に記憶させることにより、様々な分野で上記トレーニングデータを利用することが可能となる。
【００７４】
（ｆ）また、複数の使用者のトレーニングデータを、サーバ装置３０１に記憶させることによって、通信端末装置２０１のディスプレイ２４０（または、情報処理端末４０１のディスプレイ４４０）に、複数の使用者のトレーニングデータの統計等を表示することもできる。
【００７５】
本実施形態では、トレーニングマシン１０１が備える多機能モジュール３１、通信端末装置２０１、サーバ装置３０１および情報処理端末４０１で構成されたトレーニングシステム５０１を示したが、この構成に限定されるものではない。本発明のトレーニングシステムは、トレーニングマシン１０１が備える多機能モジュール３１と通信端末装置２０１とで構成されていてもよい。すなわち、サーバ装置および情報処理端末は、トレーニングシステムにおいて必須ではない。
【００７６】
《第２の実施形態》
第２の実施形態では、第１の実施形態とは異なるトレーニングマシンの例を示す。
【００７７】
図１４は、第２の実施形態に係るトレーニングマシン１０２の外観斜視図である。図１５は、トレーニングマシン１０２の左側面図である。
【００７８】
トレーニングマシン１０２は、使用者が座位状態で肘関節を伸展および屈曲を繰り返すことにより、上腕筋や上腕二頭筋を鍛えるためのシーテッドアームカールマシンである。
【００７９】
トレーニングマシン１０２は、着座部１、シートフレーム３、支持部材４、ベースフレーム５、連結部材６、作用部材１１、等速性減衰ダンパー２１、当接部８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂ、多機能モジュール３１等を備える。各部の機能・構成は、第１の実施形態で説明したものと基本的には同じである。なお、当接部８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂは、筋収縮運動を行うときに使用者の前腕を固定する部分である。
【００８０】
作用部材１１は、使用者が筋収縮運動を行うことで周期的に変位する長尺状のアーム部材である。作用部材１１の第１端（図１５における作用部材１１の上端部）は、連結部材６の回動部材７に接続されている。すなわち、作用部材１１は連結部材６に軸支され、使用者が筋収縮運動することにより（使用者が肘関節を伸展および屈曲を繰り返すことにより）、作用部材１１は軸ＡＸ周りに回動する（図１５における矢印を参照）。
【００８１】
等速性減衰ダンパー２１は、作用部材１１および支持部材４にそれぞれ接続されている。具体的には、等速性減衰ダンパー２１のピストンロッドの他端（図４におけるピストンロッド５２の左端部）が作用部材１１に接続され、等速性減衰ダンパー２１のシリンダキャップの端部（図４における端部４７）が支持部材４に接続される。この構成により、使用者が筋収縮運動を行うことで作用部材１１が軸ＡＸ周りに回動し、それに伴って等速性減衰ダンパー２１のピストンロッドはシリンダに押し込まれたり、引き出されたりする。
【００８２】
このような構成でも、第１の実施形態と同様に、トレーニングマシン１０２を用いて筋収縮運動を行う使用者は、容易にアイソキネティック運動（等速性筋収縮運動）を行うことができる。
【００８３】
《その他の実施形態》
以上に示した各実施形態では、トレーニングマシンがレッグカールマシンまたはアームカールマシンである例を示したが、これらに限定されるものではない。本発明のトレーニングマシンには、上述したトレーニングマシン以外も含まれる。本発明のトレーニングマシンは、例えばバタフライマシン、チェストバックマシン、スクワットマシン、ショルダープレスマシン、ラテラルリフトマシン、チェストプレスマシン、レッグプレスマシン等であってもよい。
【００８４】
また、以上に示した各実施形態では、使用者が筋収縮運動を行うことで、作用部材１１が軸ＡＸ周りに回動する構成のトレーニングマシンを示したが、これに限定されるものではない。作用部材１１は、使用者が筋収縮運動を行うことで周期的に変位するものであればよく、使用者が筋収縮運動を行うことで直線的に変位するものでもよい。すなわち、本発明のトレーニングマシンは、例えばレッグプレスマシン等のように、使用者が筋収縮運動を行うことで直線的に変位する作用部材１１を備える構成でもよい。
【００８５】
また、以上に示した第１の実施形態では、通信端末装置がスマートフォンである例を示したが、これに限定されるものではない。通信端末装置は、スマートフォン以外の携帯電話端末、タブレット端末、ノートＰＣやＰＤＡ、ウェアラブル端末（いわゆるスマートウォッチやスマートグラス等）、カメラ、ゲーム機、玩具等であってもよい。
【００８６】
以上に示した各実施形態では、ジャイロセンサおよび、応力センサおよび近距離無線通信モジュールを有した多機能モジュール３１を備えるトレーニングマシン１０１を示したが、この構成に限定されるものではない。ジャイロセンサ、応力センサおよび近距離無線通信モジュールが、別体としてそれぞれ作用部材１１に直接または間接に設けられる構成であってもよい。なお、作用部材１１が直線運動を行う場合には、速度センサを作用部材１１に直接または間接に設ける。
【００８７】
以上に示した各実施形態では、等速性変位部材（等速性減衰ダンパー２１）が作用部材１１に直接接続された構成のトレーニングマシンについて示したが、この構成に限定されるものではない。等速性変位部材は間接的に作用部材１１に接続されていてもよい。
【００８８】
以上に示した各実施形態では、等速性減衰ダンパー２１のシリンダ４０が、外部シリンダ４２の内側に内部シリンダ４１が配置された二重筒構造である例を示したが、この構成に限定されるものではない。等速性減衰ダンパーのシリンダ４０は、二重筒構造である必要はなく、単筒構造であってもよい。
【００８９】
以上に示した各実施形態では、所定位置から延伸方向に離間するにつれて深く形成された２つの溝部６１，６２を有した等速性減衰ダンパー２１の例を示したが、この構成に限定されるものではない。等速性減衰ダンパーが有する溝部は、例えばシリンダの内側の所定位置から延伸方向に離間するにつれて幅広く形成されていても、同様の作用・効果を奏する。また、等速性減衰ダンパーが有する溝部の個数・形状等は、本発明の作用・効果を奏する範囲において適宜変更可能である。また、以上に示した各実施形態では、所定位置がシリンダ４０（内部シリンダ４１）の延伸方向の中央付近である例を示したが、所定位置の位置（すなわち、ピストン５１に対し、高減衰力を発生させる位置）は、内部シリンダ４１の延伸方向の中央以外の位置であってもよい。
【００９０】
なお、以上に示した各実施形態では、等速性減衰ダンパー２１が、アイソキネティック運動用トレーニングマシンに備えられる構成についてのみ示したが、等速性減衰ダンパー２１は上記用途に限定されるものではない。
【００９１】
また、以上示した各実施形態では、等速性変位部材として等速性減衰ダンパー２１（油圧ダンパー）を用いた例を示したが、等速性変位部材はこれに限定されるものではない。等速性変位部材は、使用者が筋収縮運動を行ったときに作用部材１１を等速に変位させるものであればよく、例えば電動モーターであってもよい。
【００９２】
最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。
【符号の説明】
【００９３】
ＡＸ…軸
１…着座部
２…背当て部
３…シートフレーム
４，４Ａ，４Ｂ…支持部材
５…ベースフレーム
６…連結部材
７…回動部材
８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂ…当接部
１１…作用部材
２１…等速性減衰ダンパー（等速変位部材）
３１…多機能モジュール
４０…シリンダ
４１…内部シリンダ（シリンダ）
４２…外部シリンダ（シリンダ）
４３…ロッドカバー
４４…シリンダキャップ
４５，４６…可変絞り
４７…シリンダキャップの端部
５１…ピストン
５２…ピストンロッド
６１，６２…溝部
７１…第１流体室
７２…第２流体室
７３…連通路
７４Ａ…第１貯流室
７４Ｂ…第２貯流室
７５Ａ，７５Ｂ，７６Ａ，７６Ｂ…オリフィス
９０…ネットワーク
１０１，１０２…トレーニングマシン
１１０…応力センサ
１２０…ジャイロセンサ
１３０…データ通信部
２０１…通信端末装置
２１０…データ通信部
２２０…通信部
２３０…制御部
２４０…ディスプレイ
２５０…タッチパネル
２６０…メモリ
３０１…サーバ装置
３１０…通信部
３２０…制御部
３３０…データ記憶部
４０１…情報処理端末
４１０…通信部
４２０…制御部
４３０…データ記憶部
４４０…ディスプレイ
４５０…操作部
５０１…トレーニングシステム
【図１】
2018082734.tif 000003
【図２】
2018082734.tif 000004
【図３】
2018082734.tif 000005
【図４】
2018082734.tif 000006
【図５】
2018082734.tif 000007
【図６】
2018082734.tif 000008
【図７】
2018082734.tif 000009
【図８】
2018082734.tif 000010
【図９】
2018082734.tif 000011
【図１０】
2018082734.tif 000012
【図１１】
2018082734.tif 000013
【図１２】
2018082734.tif 000014
【図１３】
2018082734.tif 000015
【図１４】
2018082734.tif 000016
【図１５】
2018082734.tif 000017