(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に載置される使用者の足を下方から支持する足支持台と、使用者が足支持台の載置面に足裏を載せている状態で使用者の臀部を接触面で支持するシート部と、使用者の脚部に作用する自重が変化するように駆動源を用いてシート部を変位させるシート駆動部とを備え、
足支持台は、定位置に設置される基部と、使用者の踵から爪先に向かう方向に沿って下方に傾斜する前記載置面が形成された載置部と、基部に対して載置部を上下方向に往復移動自在且つ上向きに付勢した状態で支持する支持機構部とを有し、
支持機構部は、使用者の脚部に作用する自重が増加する際に載置部の後側の部位を前側の部位よりも相対的に大きく移動させることを特徴とする運動補助装置。
【請求項２】
使用者の脚部の筋活動を検出する検出部と、検出部による脚部の筋活動の検出結果に応じて支持機構部による載置部の移動量を制御する制御部とを備えた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】
検出部は、使用者の大腿二頭筋、半膜様筋、半腱様筋からなるハムストリングス若しくは腓腹筋、ヒラメ筋からなる下腿三頭筋の何れかの筋活動を検出することを特徴とする請求項２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、使用者の足裏を足支持台の載置面に載せるとともに使用者の臀部をシート部で支持した状態において駆動源を用いてシート部を変位させることにより使用者の脚部に作用する自重を変化させる他動式の運動補助装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、使用者の足裏を足支持台の載置面に載せるとともにシート部を設けて使用者の臀部を接触面で支持した状態においてシート部を変位させることによって、膝の屈伸をほとんど行うことなく大腿部の筋群を緊張・弛緩させる運動補助装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この運動補助装置は、シート部の位置を変位させ、使用者の体重のうちシート部で支持する割合を変化させることにより、脚部に作用する自重を変化させている。また、脚部に作用する自重が増加する際に足支持台の載置面が下降することで膝の曲げ角度がほぼ一定に保たれている。
【０００３】
このような動作によって、使用者の脚部に全体重を作用させる場合よりも負荷を軽減するとともに、膝の屈伸をほとんど伴わずに大腿部の筋収縮を行うことによって、たとえば糖尿病患者でかつ、膝痛を持つ使用者でも大腿部の筋群の強化が可能になり、しかも、大腿部の筋群は体積が大きいから、筋収縮に伴う糖代謝によって生活習慣病の改善にも寄与することが期待される。さらに、駆動源を用いてシート部を変位させることにより、使用者は自発的に筋力を発揮することなく他動的に運動することができるから、軽負荷であることとあいまって運動能力の低い使用者や運動意欲の小さい使用者でも使用することが可能になる。
【０００４】
ところで、上述した構成を有する運動補助装置によって、膝関節への負荷を低減しながら大腿四頭筋の運動効果を与えるためには、ハムストリングス（大腿二頭筋、半膜様筋、半腱様筋）や下腿筋群を同時収縮させて膝関節に作用する剪断力を低減することが肝要である。そのために特許文献１に記載されている従来装置では、足裏が載せられる足支持台の載置面（上面）を爪先下がり（踵から爪先に向かう方向に沿った下向き）に傾斜させることで足関節が底屈したまま、爪先側により多くの荷重をかける状態に誘導していた。このような構成により、下腿三頭筋（腓腹筋，ヒラメ筋）が収縮し、同時に協働筋であるハムストリングスも収縮し、膝周囲の筋肉を同時に収縮させることができる。
【特許文献１】特開２００７−１８１７３１号公報
【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、上記従来例のように単に足支持台の載置面を爪先下がりに傾斜させただけでは、使用者のシート部への乗り方や体格の個人差によって、シート部を変位させて脚部に作用する自重を増加させる際、稀に踵側に荷重がかかることがあった。そして、爪先側よりも踵側に多くの荷重がかかった場合、膝関節に過度の負荷がかかってしまう虞がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、膝関節に過度の負荷がかかることを防ぎつつ膝周囲の筋肉を鍛えることが可能な運動補助装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、上面に載置される使用者の足を下方から支持する足支持台と、使用者が足支持台の載置面に足裏を載せている状態で使用者の臀部を接触面で支持するシート部と、使用者の脚部に作用する自重が変化するように駆動源を用いてシート部を変位させるシート駆動部とを備え、足支持台は、定位置に設置される基部と、使用者の踵から爪先に向かう方向に沿って下方に傾斜する前記載置面が形成された載置部と、基部に対して載置部を上下方向に往復移動自在且つ上向きに付勢した状態で支持する支持機構部とを有し、支持機構部は、使用者の脚部に作用する自重が増加する際に載置部の後側の部位を前側の部位よりも相対的に大きく移動させることを特徴とする。
【０００８】
請求項１の発明によれば、使用者の脚部に作用する自重が増加する際、支持機構部が載置部の後側の部位を前側の部位よりも相対的に大きく移動させるので、使用者のシート部への乗り方や体格の個人差にかかわらず、踵側に対して爪先側により多くの荷重をかけることができる。その結果、膝関節に過度の負荷がかかることを防ぎつつ膝周囲の筋肉を鍛えることが可能になる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、使用者の脚部の筋活動を検出する検出部と、検出部による脚部の筋活動の検出結果に応じて支持機構部による載置部の移動量を制御する制御部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明によれば、脚部の筋活動の程度に応じて載置部の移動量を制御することにより、膝周囲の筋肉に適切な負荷をかけることができる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、検出部は、使用者の大腿二頭筋、半膜様筋、半腱様筋からなるハムストリングス若しくは腓腹筋、ヒラメ筋からなる下腿三頭筋の何れかの筋活動を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、膝関節に過度の負荷がかかることを防ぎつつ膝周囲の筋肉を鍛えることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施形態１）
本実施形態は、図２、図３に示すように、床などの定位置に置かれる基台１０を有し、基台１０の上には、使用者Ｍの臀部を支持するシート部２１を上端部に備えたシート支持台２０と、使用者Ｍが必要に応じて手で把持するハンドル３１を上端部に備えたハンドルポスト３０とが設けられる。基台１０においてシート支持台２０とハンドルポスト３０との間の部位には、上面を足裏の載置面４０ａとする足支持台４０が設けられている。足支持台４０の載置面４０ａに使用者Ｍが足裏を載せることによって足位置が規制される。
【００１４】
シート支持台２０には、シート部２１を揺動させるシート駆動部５０と、シート部２１とシート駆動部５０とを基台１０に対して昇降させる昇降機構部６０とが設けられる。つまり、昇降機構部６０によりシート部２１とシート駆動部５０を基台１０に対して昇降させることによって、シート部２１の接触面２１ａに臀部を載せるとともに足支持台４０の載置面４０ａに足裏を載せた状態の使用者Ｍの膝の曲げ角度θを調整することができる。
【００１５】
シート駆動部５０は、シート部２１の接触面２１ａに臀部を載せるとともに足支持台４０の載置面４０ａに足裏を載せた状態の使用者Ｍに対して、シート駆動部５０によりシート部２１を揺動させ臀部の位置を変化させることにより、使用者Ｍの脚に作用する自重を変化させる。つまり、使用者Ｍの体重を臀部と脚部とに分散して支持している状態において、臀部の位置を変化させることにより臀部で支持する自重を増減させ、結果的に脚部に作用する自重を変化させる。
【００１６】
ここで、膝を所定角度だけ曲げていると、シート部２１で体重を支持する割合が減少したときに、スクワット運動を行って膝を曲げているときと同様に、使用者Ｍの大腿部に作用する負荷が増加し、大腿部の筋群を筋収縮させることが可能になる。つまり、シート部２１をシート駆動部５０により揺動させると、使用者Ｍの自発的な運動ではない他動的な運動によって大腿部の筋群が緊張と弛緩とを繰り返すことになる。すなわち、シート駆動部５０がシート部２１を揺動させることにより、主として大腿部の筋群の運動が可能になる。
【００１７】
シート部２１の揺動方向は、膝関節に剪断力が作用しないように設定しておくことが望ましい。使用者Ｍの臀部をシート部２１の接触面２１ａで支持している状態において、使用者Ｍの足は、図３のように、爪先側の距離が踵側の距離よりも大きくなるのが自然な姿勢であり、両足間の開き角度θ２は足支持台４０に足を載せる位置で決めることができる。そこで、足支持台４０に足を載せたときの各足の踵と爪先とを結ぶ中心線に沿う方向にシート部２１を揺動させることによって、膝関節に剪断力を作用させずに運動させることが可能になる。つまり、シート部２１が揺動範囲において後端位置から前方に移動する際に、斜め右前方に移動する期間と斜め左前方に移動する期間とを設けることにより、膝関節に剪断力を作用させることなく左右の脚の大腿部にそれぞれ自重を作用させることが可能になる。
【００１８】
なお、図２に示す例では、シート部２１の上面である接触面２１ａは略水平面であるが、使用者Ｍの脚部に作用する自重を変化させることによって大腿部の筋群の筋収縮を誘発する運動を行うから、使用者Ｍの臀部に接触する接触面２１ａはシート部２１が揺動する方向での前方に向かって下り傾斜していることが望ましい。つまり、シート部２１の前端部であって使用者Ｍの右臀部を支持する部位は斜め右前方に下り傾斜し、使用者Ｍの左臀部を支持する部位は斜め左前方に下り傾斜していることが望ましい。このような形状であると、シート部２１が揺動範囲の後端位置から前方に移動したときに、脚部に作用する自重を増加させやすくなり、運動効果を高めることができる。
【００１９】
次に、本発明の要旨である足支持台４０の構成について説明する。足支持台４０は、図１に示すように基台１０に固定されることで定位置に設置される基部４１と、使用者Ｍの踵から爪先に向かう方向（図１における左向き）に沿って下方に傾斜する載置面４０ａが形成された載置部４２と、基部４１に対して載置部４２を上下方向に往復移動自在且つ上向きに付勢した状態で支持する支持機構部４３とを有している。載置部４２は、前後方向におけるほぼ中央で２つの部位、すなわち、爪先側の前方部位４２ｂと踵側の後方部位４２ｃとに分割されるとともに、図示しない連結機構によって上下方向に変位自在に連結されている。
【００２０】
支持機構部４３は、第１可動板４３０，第２可動板４３１，第１ばね４３２，第２ばね４３３で構成される。第１可動板４３０並びに第２可動板４３１は幅細で長尺な板材によって同形状、同寸法に形成されており、第１可動板４３０の前端部が載置部４２の前方部位４２ｂの先端部分から下方に突設されている突部に軸支され、その後端部が基部４１の後端部に軸支されている。一方、第２可動板４３１は、基部４１の先端部分から上方に突設されている突部に前端部が軸支され、その後端部が載置部４２の後方部位４２ｃの後端部に軸支され、第１可動板４３０と第２可動板４３１とが長手方向の中心から前方寄りの位置でピン４３４によって回動可能に連結されている。第１ばね４３２は、基部４１に対して載置部４２の前方部位４２ｂを上向きに弾性付勢し、第２ばね４３３は、後方部位４２ｃを上向きに弾性付勢している。但し、後方部位４２ｃを弾性付勢する第２ばね４３３のばね定数は、載置部４２の前方部位４２ｂを弾性付勢する第１ばね４３２のばね定数よりも小さく設定されている。
【００２１】
したがって、載置部４２の載置面４２ａに足裏を載置した状態で脚部にかかる自重が増加する際、爪先側の足裏に接触する前方部位４２ｂが第１ばね４３２のばね力に抗して下方へ移動（下降）すると、第１可動板４３０が基部４１に軸支された後端部を支点にして反時計回りに回動し、その回動によって、ピン４３４で第１可動板４３０と連結されている第２可動板４３１が基部４１に軸支された前端部を支点にして時計回りに回動する。このとき、第１可動板４３０と第２可動板４３１の連結箇所（ピン４３４の位置）が各可動板４３０，４３１の長手方向の中心から前方寄りにあるため、載置部４２の前方部位４２ｂの下向きの移動量（下降量）よりも後方部位４２ｃの下向きの移動量（下降量）の方が大きくなる。
【００２２】
この構成により、載置部４２の載置面４２ａに足裏を載置した状態で使用者Ｍの脚部にかかる自重が増加する際、踵側の足裏が載置部４２の後方部位４２ｃから離れ、載置部４２の前方部位４２ｂと接触している爪先側の足裏のみで荷重を受けることになる。
【００２３】
而して、本実施形態によれば、使用者Ｍの脚部に作用する自重が増加する際、支持機構部４３によって載置部４２の後方部位４２ｃが前方部位４２ｂよりも相対的に大きく下向きに移動するので、使用者Ｍのシート部２１への乗り方や体格の個人差にかかわらず、踵側に対して爪先側により多くの荷重をかけることができる。その結果、膝関節に過度の負荷がかかることを防ぎつつ膝周囲の筋肉を鍛えることが可能になる。
【００２４】
（実施形態２）
本実施形態は、使用者Ｍの脚部の筋活動を検出する検出部４４と、検出部４４による脚部の筋活動の検出結果に応じて支持機構部４３による載置部４２（後方部位４２ｃ）の移動量を制御する制御部４６とを備えている点に特徴がある。但し、これ以外の構成は実施形態１と共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して図示並びに説明は省略する。
【００２５】
図５に示すように、本実施形態における支持機構部４３は、載置部４２の前方部位４２ｂを上下方向に移動自在且つ上向きに弾性付勢して支持する第１ばね４３２と、載置部４２の後方部位４２ｃを上下方向で移動自在に支持するアクチュエータ４３５とで構成されている。
【００２６】
検出部４４は、筋肉の能動的な収縮活動を電気的に検出する筋電計や、筋肉の能動的な収縮活動を力学的に検出する筋硬度計、あるいは、近赤外分光法を利用して筋肉の収縮による酸素消費量を検知する計測器などの周知の手段からなり、筋活動の検出値を電気信号（検出信号）に変換して制御部４６に出力する。尚、検出部４４で筋活動を検出する箇所は、ハムストリングス（大腿二頭筋、半膜様筋、半腱様筋）若しくは下腿三頭筋（腓腹筋、ヒラメ筋）の少なくとも何れか一方とすることが望ましい。
【００２７】
制御部４６は、マイクロコンピュータを主構成とする電気回路であり、検出部４４から受け取る検出信号（筋活動の検出値）に応じてアクチュエータ４３５を制御して載置部４２の後方部位４２ｃの移動量を調整する。
【００２８】
従来技術で説明したように、膝関節への負荷を低減しながら大腿四頭筋の運動効果を与えるためには、ハムストリングス（大腿二頭筋、半膜様筋、半腱様筋）や下腿筋群を同時収縮させて膝関節に作用する剪断力を低減することが肝要であり、足関節を底屈したままで踵側よりも爪先側により多くの荷重をかけることで、下腿三頭筋（腓腹筋，ヒラメ筋）が収縮し、同時に協働筋であるハムストリングスも収縮して膝周囲の筋肉を同時に収縮させることができる。故に、検出部４４によってハムストリングス若しくは下腿三頭筋の筋活動を検出し、その検出値が所定の適正範囲内でより大きくなるように制御部４６がアクチュエータ４３５を制御して載置部４２の後方部位４２ｃを下向きに移動させれば、安全且つ効果的に膝周囲の筋肉を鍛えることが可能になる。尚、検出部４４によって大腿四頭筋の筋活動とハムストリングス若しくは下腿三頭筋の筋活動の双方を検出し、後者の筋活動が前者の筋活動よりも少ない場合に載置部４２の後方部位４２ｃの下向きの移動量を増加して、ハムストリングス若しくは下腿三頭筋の筋群の筋活動を大腿四頭筋の筋活動と拮抗するように誘導しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（ａ），（ｂ）は本発明の実施形態１における足支持台を示す概略側面図である。
【図２】同上の概略側面図である。
【図３】同上の概略平面図である。
【図４】本発明の実施形態２における制御系のブロック図である。
【図５】同上における足支持台を示す概略側面図である。
【符号の説明】
【００３０】
４０  足支持台
４１  基部
４２  載置部
４２ａ  前方部位
４２ｂ  後方部位
４３  支持機構部
４３０  第１可動板
４３１  第２可動板
４３２  第１ばね
４３３  第２ばね
４３４  ピン
【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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