(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上肢又は下肢の運動の作用点に作用具（４７）が設けられ、
前記作用具（４７）を走行面を転動しながら移動する旋回体（１５）にアームを介して位置可変に取着し、
前記作用点がサイクロイド状ないしは略サイクロイド状、またはトロコイド状ないしは略トロコイド状の軌跡を描くように前記作用具（４７）を動かし、閉鎖性運動連鎖による運動訓練を可能としたことを特徴とする運動訓練器。
【請求項２】
前記作用点に、制御可能な負荷抵抗部（９）又は駆動部（７）による外力を加えることにより、自動訓練と他動訓練が行えることを特徴とする請求項１記載の運動訓練器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筋力増強、関節の可動域の改善、その他の機能回復のための運動訓練を行なう運動訓練器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術には特公平２−２６９７７号公報があり、該公報には、チェーンと、ペダルと、スプロケットと、カムクラッチと、速度制限型負荷装置と、歯車機構とからなる下肢伸展運動器が開示される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術における下肢伸展運動器では、等速性訓練にもとづいて筋力増強の下肢訓練を行えるが、ペダルは、直線状の平行なガイドレール上を往復運動するのみで、弧状運動等の非直線的軌跡に移動するものではない。単なる直線運動は、日常生活動作時の運動と異なるものであり、人体下肢構造上最適な動きとは言えず、それ故に、主動筋と拮抗筋を同時に収縮させてする運動（＝閉鎖性運動連鎖＝ＣＫＣと略称する）を効果的に行なえないものである。
【０００４】
本発明の目的は、筋力増強、機能回復を効果的に行なえ省スペースな機器を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決しようとする手段】
即ち本発明は、上肢又は下肢の運動の作用点に作用具（４７）が設けられ、前記作用具（４７）を走行面を転動しながら移動する旋回体（１５）にアームを介して位置可変に取着し、前記作用点がサイクロイド状ないしは略サイクロイド状、またはトロコイド状ないしは略トロコイド状の軌跡を描くように前記作用具（４７）を動かし、閉鎖性運動連鎖による運動訓練を可能としたことを特徴とする運動訓練器である。又、前記作用点に、制御可能な負荷抵抗部（９）又は駆動部（７）による外力を加えることにより、自動訓練と他動訓練が行えることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の運動訓練器を用いて、被訓練者（＝患者）に対して主動筋と拮抗筋を同時収縮させる閉鎖性運動連鎖の運動訓練を行なう。弧状軌跡を有する運動の作用点に設けられる作用具４７は、被訓練者に対して弧状軌跡の運動訓練を行なわせ前記閉鎖性運動連鎖を実現する。
【０００７】
運動の作用点が設けられる旋回体１５は旋回しながら移動し、前記作用点は弧状軌跡に沿って動く。
【０００８】
運動の作用点が設けられるスライダー６は弧状ガイド２１に沿って移動し、前記作用点は弧状軌跡に沿って動く。
【０００９】
運動の作用点が設けられる台形リンク機構４９の上辺２７は台形の変形により移動し、前記作用点は弧状軌跡に沿って動く。
【００１０】
運動の作用点が設けられる縦摺動台３９は、直交する２方向に自在に移動でき、且つ、前記２方向へ移動距離と速度を制御する制御機構４３により移動し、前記作用点は弧状軌跡に沿って動く。
【００１１】
運動の作用点が設けられる摺動フレーム２９は、基台３上に軸止された傾動フレーム３１に摺動可能に連繋され、傾動フレーム軸３０から一定の距離をおいて前記基台３に設置された軸５５を利用して直線移動する移動体５６に軸止され、移動体５６が動くと、前記作用点が弧状軌跡に沿って動く。即ち、軸５５が回動すると、移動体５６が軸５５上を移動し、移動体５６が動くと摺動フレーム２９も動く。摺動フレーム２９は摺動可能に連繋された傾動フレーム３１に傾動させられ、摺動フレーム２９の所定位置にある作用点は弧状軌跡に沿って動く。
【００１２】
負荷抵抗部９は運動の作用点に負荷抵抗を加え、作用点にある作用具４７には患部が装着されており、被訓練者は自ら患部に対して自動訓練を行う。又、駆動部７は運動の作用点に駆動力を加え、作用具４７はこれに装着される患部に対して他動訓練を行う。
【００１３】
運動訓練器に付加設置される測定機能５０は、運動の作用点に掛かる荷重、作用点の移動速度、作用具４７に装着される下肢等の人体関節の角度等を測定する。
【００１４】
【実施例】
図１乃至３に本発明の第１実施例を示す。椅子１に乗った被訓練者は、仰臥姿勢又は腰掛け姿勢で足を作用具４７（＝具体例ではペダル２）に載せ、該ペダル２に足を固定ベルト４８で固定する。該足を伸展させながらペダル２を蹴る。又、該足を屈曲する際は駆動部７により押し戻される。この時ペダル２は弧状軌跡（サイクロイド状ないしは略サイクロイド状、またはトロコイド状ないしは略トロコイド状）の運動をなす。この運動を行なえば主動筋と拮抗筋が同時収縮する。基台3に、ガイド４とラック５を平行に設ける。ガイド４にスライダー６が移動可能に覆設される。
【００１５】
スライダー６上に、駆動部７（＝具体例ではモーター８）と、負荷抵抗部９（＝具体例ではトルク可変ブレーキ１０）が設けられる。モーター８にはクラッチ１３が付属している。クラッチ１３のクラッチ軸１４の一端とトルク可変ブレーキ１０のトルク可変ブレーキ軸１２の一端とは連結ギヤ４６で伝導連結される。
【００１６】
トルク可変ブレーキ軸１２の他端には旋回体１５（＝具体例では円板１６）が設けられ、円板１６外周のギア１７は前記ラック５に噛合している。前記トルク可変ブレーキ１０は円板１６の回転トルクを制御するものである。
【００１７】
円板１６とペダル２の間にアーム１８が設けられ、ペダル２がアーム１８に位置可変に取り付けられ、ペダル２の移動軌跡を変更可能にする。アーム１８には移動可能な筒体１９が外嵌され、筒体１９はアーム１８の適宜位置に止め具２０にて固定できる。筒体１９の側部にペダル２が取着される。該ペダル２は、円板１６の回動によって得られる弧状軌跡（＝この具体例ではサイクロイド軌跡となる）に沿って動き、弧状軌跡を呈する。
【００１８】
旋回体１５に関連して取付けられたペダル２が、旋回体１５の運動に従って得られる軌跡に沿って運動するものであるから、ペダル２を円滑に動かすことができ、コンパクトな構造に形成することができ、更に、なだらかな弧状軌跡を容易に得ることができる。
【００１９】
ペダル２が旋回体１５とペダル２の間に設けられたアーム１８に位置可変に取り付けられ、ペダル２の軌跡を変更可能にしたので、軌跡を容易に変更設定でき、個体差に対応でき機能回復訓練がし易い。
【００２０】
アーム１８の他の例として、旋回体１５とペダル２の間に長さ可変な可変アーム（図示省略）を設け、ペダル２を該可変アームに取り付けるものとしてもよい。或いは、図示を省略するが、旋回体１５中に、中心近辺から外周近辺に向かって長孔を開け、該長孔にペダル２を位置変更可能に固定するものとしてもよい。
【００２１】
駆動部７及び負荷抵抗部９をコントロールするコントローラー４２中には、前記駆動部７を制御する制御機構４３と、トルク可変ブレーキ１０を制御する制動制御部１１と、測定機能５０が設けられる。
【００２２】
制御機構４３内のスロースタート・スローストップ制御部４４はペダル２の運動が、運動の始端・終端において、スロースタート・スローストップするよう、及び、定常運動時にあっては等速度で動くよう駆動部７を制御するものである。移動距離制御部５１は作用具４７の移動距離を制御するものである。
【００２３】
測定機能５０中には、作用具４７に掛かる荷重を測定する荷重測定機能５２と、作用具４７の移動速度を測定する移動速度測定機能５３と、下肢等の関節角度を測定する角度測定機能５４とが設けられる。
【００２４】
円板１６はトルク可変ブレーキ１０とモーター８に伝導連結しているので、クラッチ13の操作で円板１６とモーター8との連結を遮断しておいて、円板１６にトルク可変ブレーキ１０のみを連結し円板１６の回動にブレーキを加えれば自動訓練が行なえる。又、トルク可変ブレーキ１０を非作動状態にしておいて、クラッチ１３の操作により円板１６にモーター１０を連結し、該モーター１０で円板１６を回動させれば他動訓練が行える。
【００２５】
第１実施例を使用して自動運動する場合は、仰臥姿勢又は腰掛け姿勢の被訓練者が、足をペダル２へ載せ、下肢を伸展させて、ペダル２を被訓練者から離間する方向へ動かす。この時円板１６はラック５上を回転（＝正転）しながら前方へ移動し、ペダル２位置を徐々に下降させ、弧状軌跡を現出させる。尚、背凭れ部５７を後倒させれば仰臥姿勢が得られ、背凭れ部５７を起立させれば腰掛け姿勢が得られる。
【００２６】
続いて、下肢を屈曲させて、ペダル２を被訓練者に接近する方向へ動かす。この時、円板１６はラック上５を逆転しながら被訓練者に接近移動し、ペダル２位置を徐々に上昇させ、暫時後に徐々に下降する。このペダル２の移動の際の下肢屈伸運動時には主動筋と拮抗筋が共に収縮しており、閉鎖性運動連鎖の形態で筋力の運動訓練が行なえる。
【００２７】
第１実施例には、駆動部７を制御する制御機構４３が付加設置され、該制御機構４３はペダル２の運動がスロースタート・スローストップするよう駆動部７を制御するので、下肢の屈伸の各移動端で急激な変化を被訓練者に与えず、安全であり、不安感を低減できる。又、定常運動時には、等速度で動くため関節可動域全域に亘る最大筋収縮が得られ、より高い筋力増強効果が期待できる。
【００２８】
尚、下肢の運動の代わりに、上肢の運動を行なう場合は、ペダル２を適宜な握り手（図示省略）に代える。
【００２９】
図４に示す第１参考例は、第１実施例に係るガイド４を、上面を弧状とした弧状ガイド２１に代えたものである。第１参考例では、被訓練者が下肢を伸展・屈曲させ、足が装着されたペダル２を前後に動かすと、ペダル２はスライダー６と共に弧状ガイド２１に沿って弧状軌跡に動き、下肢は閉鎖性運動連鎖の形態で筋力の運動訓練ができる。
【００３０】
ペダル２を前後に動かすと、スライダー６に連結される伸縮具２２を介して雌ネジ体２３が、前後に動き、雌ネジ体２３に螺合するボールネジ２４を回転させる。ボールネジ２４の基端は支持枠４５で支持され、先端はトルク可変ブレーキ１０で支持される。
【００３１】
自動運動の際は、被訓練者の運動によるボールネジ２４の回動を、トルク可変ブレーキ１０で適宜に制動する。他動運動の際は、モーター８を駆動しボールネジ２４を正・逆に回転させペダル２を前後に動かし、ペダル２に固定ベルト４８で装着された被訓練者の足を移動させ下肢を電動力で屈伸させる。
【００３２】
図５に示す第２参考例は台形リンク機構４９方式であり、基台３の基方部に主回動腕２５を軸着し、基台３の先方部に従回動腕２６を軸着し、両腕２５・２６の上方部各間に上辺２７を架け渡す。更に、該上辺２７上にアーム１８を立設し、アーム１８にペダル２を設けてなる。主回動腕２５にはクラッチ１３、モーター８及びトルク可変ブレーキ１０が連結される。台形リンク機構４９方式は、構成が簡素である。ストッパー４９は従回動腕２６の左回転を所定の限度に制限するものである。
【００３３】
図６に示す第３参考例は、基台３に軸５５（＝具体例ではボールネジ２４）を横架し、ボールネジ２４に移動体５６（＝具体例では雌ネジ体２３）を螺着し、雌ネジ体２３に摺動フレーム２９を摺動フレーム支軸２８で軸止し、摺動フレーム２９にペダル２が取着されてなる振子方式である。
【００３４】
前記摺動フレーム２９に、基台３に傾動フレーム支軸３０で軸着された傾動フレーム３１を摺動自在に嵌入し、摺動フレーム２９を傾動フレーム３１に摺動可能に連繋する。該傾動フレーム３１で前記摺動フレーム２９を起立状に支持し、該摺動フレーム２９の傾斜角度を決める。ボールネジ２４にはトルク可変ブレーキ１０、クラッチ１３及びモーター８が連結される。
【００３５】
被訓練者がペダル２を前方へ押し遣ると、ペダル２と共に雌ネジ体２３がボールネジ２４を回転させながら移動する。ボールネジ２４の回動に対してトルク可変ブレーキ１０で制動し、或いは、ボールネジ２４をモーター８で回動駆動する。
【００３６】
図７に示す第４参考例は、基台３にボールネジ２４を横架し、ボールネジ２４に雌ネジ体２３を螺着し、雌ネジ体２３にギア取付け体３２を止着し、ギア取付け体３２に大ギア３３を取り付け、大ギア３３の側面にペダル２を設けるギア方式である。前記ギア取付け体３２に、大ギア３３に噛合する小ギア３４・３４を２個縦列に軸着し、該小ギア３４のうち端側の１個を基台３に併設したラック５に噛み合わせる。
【００３７】
被訓練者がペダル２を前方へ押し遣ると、先ず大ギア３３が回動し、次にこれに噛合した小ギア３４が回動する。端側の小ギア３４はラック５に噛み合っているのでギア取付け体３２及び雌ネジ体２３を横移動させる。
【００３８】
横移動する雌ネジ体２３はボールネジ２４を回動させる。ペダル２は大ギア３３の回動と共に水平方向へ移動し弧状軌跡に沿って動く。自動運動では、ボールネジ２４の回動に対してトルク可変ブレーキ１０で制動し、他動運動では、ボールネジ２４をモーター８で回動駆動する。
【００３９】
図８に示す第５参考例はアクチュエーター方式であり、椅子1の前に載置された基台３上のガイド４に、横摺動台３５をスライド自在に設け、横摺動台３５に、基台３に設けられた横アクチュエーター３６のロッド３７先端を連結する。
【００４０】
更に、前記横摺動台３５に縦フレーム３８を立設し、縦フレーム３８に縦摺動台３９をスライド自在に設け、縦摺動台３９に、横摺動台３５に設けられた縦アクチュエーター４０のロッド４１先端を連結する。更に又、縦摺動台３９にアーム１８を介してペダル２を設けてなる。
【００４１】
横アクチュエーター３６及び縦アクチュエーター４０の動きはコントローラー４２（＝制御機構４３等）で制御される。横アクチュエーター３６及び縦アクチュエーター４０は、ペダル２に弧状軌跡を描かせながら移動させる。アクチュエーター方式はペダル２の軌跡をコントローラー４２で自由に指示し設定できる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は、上肢又は下肢の運動の作用点に作用具（４７）が設けられ、前記作用具（４７）を走行面を転動しながら移動する旋回体（１５）にアームを介して位置可変に取着し、前記作用点がサイクロイド状ないしは略サイクロイド状、またはトロコイド状ないしは略トロコイド状の軌跡を描くように前記作用具（４７）を動かし、閉鎖性運動連鎖による運動訓練を可能とした運動訓練器である。
したがって、前記弧状軌跡は下肢の構造上適切な動きであり、日常生活動作に近い運動をなし、且つ、主動・拮抗筋の同時収縮により膝関節に作用する力がバランスされるため、関節に無用の負担を掛けず安全に能率よく機能回復訓練が行なえ、好都合である。
また、作用具４７が走行面を転動しながら移動する旋回体１５に設けられ、旋回体１５の運動に従って得られる軌跡に沿って運動するものであるから、作用具４７を円滑に動かすことができ、コンパクトな構造に形成することができ、更に、なだらかな軌跡を容易に得ることができ、好都合である。
また、前記作用具４７を前記旋回体１５にアームを介して位置可変に取着したものであるから、個体差に対応でき機能回復訓練がし易いものとなる。
【００４３】
本発明は、上肢又は下肢の運動の作用点に、制御可能な負荷抵抗部（９）又は駆動部（７）による外力を加えることにより、自動訓練と他動訓練が行えるものである。よって、負荷抵抗部９で抵抗を付加することによって求心性筋力増強訓練（＝自動運動）が、駆動部７で駆動力を付加することによって遠心性筋力増強訓練、又は、関節可動域訓練（＝他動運動）が、同位置で、１台で行なえる。故に、簡易な構成で成る１台の機器で前記二種類の運動・訓練を行なえるから経費的にも割安であり、占有場所を削減でき、時間的にも能率よく訓練でき、好都合である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の斜視図である。
【図２】本発明の第１実施例に係るペダル等の部分側面図である。
【図３】本発明の第１実施例に係るペダル等の軌跡を示す部分側面図である。
【図４】本発明の第１参考例の斜視図である。
【図５】本発明の第２参考例の右側面図である。
【図６】本発明の第３参考例の右側面図である。
【図７】本発明の第４参考例の右側面図である。
【図８】本発明の第５参考例の右側面図である。
【符号の説明】
２    ペダル
３    基台
７    駆動部
９    負荷抵抗部
１５  旋回体
１８  アーム
４７  作用具
【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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