(57)【要約】【課題】酸素富化装置付き運動器具において、運動器具を使用中の使用者の酸素消費状態によって、酸素富化空気の噴出しを変化させることで、運動効率を高めることである。【解決手段】、使用者に運動負荷を与える運動器具１５と、酸素富化空気を発生させる酸素富化手段１７と、酸素富化手段で発生した酸素富化空気を使用者に供給する酸素富化空気口元吐出部５と、運動負荷を得ている使用者の生体情報を収集する生体情報検出手段８と、生体情報検出手段で得た生体情報より前記使用者の酸素消費状態を検知する酸素飽和度演算手段１８を備え、酸素飽和度演算手段に基づき使用者の酸素消費状態に応じて酸素富化空気の噴出しを変化させ体組織の酸素不足を防止し運動効率を高めることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者に運動負荷を与える運動負荷手段と、酸素富化空気を発生させる酸素富化手段と、前記酸素富化手段で発生した酸素富化空気を前記使用者に供給する噴出し手段と、前記運動負荷を得ている前記使用者の生体情報を収集する生体情報収集手段と、前記生体情報収集手段で得た生体情報より前記使用者の酸素消費状態を検知する検出手段を備え、前記検出手段に基づき前記使用者の酸素消費状態に応じて酸素富化空気を噴出させる酸素富化装置付き運動器具。
【請求項２】
生体情報収集手段は、血液中の酸素飽和度を検出する酸素飽和度検出手段とする請求項１に記載の酸素富化装置付き運動器具。
【請求項３】
生体情報収集手段は、血液成分の酸素結合状態から酸素消費状態を検出する酸素消費検出手段を備えた請求項１または２に記載の酸素富化装置。
【請求項４】
使用者の酸素消費状態より、使用者の酸素が不足したと検知した時には、酸素富化空気の酸素濃度を変化させる請求項1〜３のいずれか１項に記載の酸素富化装置付き運動器具。
【請求項５】
使用者の酸素消費状態より、使用者の酸素が不足したと検知した時には、酸素富化空気の噴出し方法を変化させる請求項1〜３のいずれか１項に記載の酸素富化装置付き運動器具。
【請求項６】
使用者の酸素消費状態より、使用者の酸素が不足したと検知した時には、酸素富化空気を断続的に噴出させる請求項５に記載の酸素富化装置付き運動器具。
【請求項７】
生体情報収集手段は、心拍検出手段と前記心拍検出手段で検出した使用者の心拍数および心拍数のゆらぎから使用者の疲労を検知する疲労検出手段を有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の酸素富化装置付き運動器具。
【請求項８】
疲労検出手段の検知した使用者の疲労状態により、運動後の使用者への酸素富化空気の噴出し時間を変化させる請求項1〜６のいずれか１項に記載の酸素富化装置付き運動器具。
【請求項９】
疲労検出手段の検知した使用者の疲労状態により、運動後の使用者への酸素富化空気の酸素濃度を変化させる請求項1〜６のいずれか１項に記載の酸素富化装置付き運動器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸素富化手段を用いて得られる酸素富化空気を運動器具の使用者に供給する酸素富化装置付き運動器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の酸素富化装置付き運動器具は、身体の弱い人などが運動器具を使用して運動を得た場合、運動中に過大な運動負荷がかかり呼吸機能が不十分となって運動の継続が困難になることを防止するため、運動器具に酸素富化空気を発生させる酸素富化モジュールと脈拍計測装置と運動量計測手段を備え（例えば、特許文献１参照）、そして脈拍計測装置と運動量計測手段による計測信号により、使用者に運動負荷がかかり過ぎ呼吸機能が不十分とならないように使用者に送風する酸素量を調整するものであった。
【特許文献１】特公平７-８５７４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の酸素富化装置付き運動器具は、使用者の身体に負荷がかかり過ぎ呼吸が困難になった時にのみ酸素富化空気を送風するものであった。しかし、使用者の運動負荷が小さい状態の時にでも使用者は酸素を消費しており、そして酸素富化空気を吸引することで運動効果を高めることができるにもかかわらず、身体にかかる運動負荷が小さい状態の時には、酸素富化空気は送風されていなかった。
【０００４】
また、使用者の運動負荷に応じて使用者が必要とする酸素量を送風するものであるが、使用者が１回の呼吸によって取り込める空気量には限りがあり、空気量を増やして送風した場合でも、使用者が体内に取り込むことができる酸素量は殆ど変わらないという課題があった。
【０００５】
また、使用者は運動後にも酸素富化空気を吸引することで、運動により身体に蓄積した疲労を軽減することができる。しかし、使用者の運動後において、酸素富化空気の吸引は行うことができないため、運動による身体の疲労が蓄積するという課題もあった。
【０００６】
上記従来の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、使用者の運動による酸素消費状態に応じて適切に酸素富化空気を使用者に供給することで、運動効率を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の酸素富化装置付き運動器具は、使用者に運動負荷を与える運動負荷手段と、酸素富化空気を発生させる酸素富化手段と、前記酸素富化手段で発生した酸素富化空気を前記使用者に供給する噴出し手段と、前記運動負荷を得ている前記使用者の生体情報を収集する生体情報収集手段と、前記生体情報収集手段で得た生体情報より前記使用者の酸素消費状態を検知する検出手段を備え、前記検出手段に基づき前記使用者の酸素消費状態に応じて酸素富化空気を噴出させるもので、運動する使用者に適切に酸素富化空気を与えられ、運動効率を高めることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の酸素富化装置付き運動器具は、運動する使用者の酸素消費状態に応じて適切に酸素富化空気を与えられるから、体内組織での酸素不足を解消することができ、運動効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、使用者に運動負荷を与える運動負荷手段と、酸素富化空気を発生させる酸素富化手段と、前記酸素富化手段で発生した酸素富化空気を前記使用者に供給する噴出し手段と、前記運動負荷を得ている前記使用者の生体情報を収集する生体情報収集手段と、前記生体情報収集手段で得た生体情報より前記使用者の酸素消費状態を検知する検出手段を備え、前記検出手段に基づき前記使用者の酸素消費状態に応じて酸素富化空気を噴出させるものである。
【００１０】
これにより、運動負荷手段を使用して運動をしている使用者から生体情報収集手段が生体情報を収集し、この生体情報に基づき検出手段が検出した使用者の酸素消費状態に応じて酸素富化手段による酸素富化空気を噴出し手段より噴き出すことができるから、運動効率を高めることができるとともに、使用者は身体の強弱にとらわれず安心して使用することが可能になる。
【００１１】
第２の発明は、特に、第１の発明の生体情報収集手段を、血液中の酸素飽和度を検出する酸素飽和度検出手段とすることにより、血液中の酸素飽和度の低下により体内の酸素消費状態を検知することができる。
【００１２】
第３の発明は、特に、第１の発明の生体情報収集手段を、血液成分の酸素結合状態から酸素消費状態を検知する酸素消費状態検出手段とすることにより、血液成分の酸素結合状態から体内の酸素消費状態を検知することができる。
【００１３】
第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明において、使用者の酸素消費状態より、使用者の酸素が不足したと検知した時には、酸素富化空気の酸素濃度を変化させることにより、使用者は酸素濃度の変化した酸素富化空気を得て体内への酸素の供給を増やすことができ、身体の組織の酸素不足を防止することができる。
【００１４】
第５の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明において、使用者の酸素消費状態より酸素が不足したと検知した時には、酸素富化空気の噴出し方法を変化させることにより、使用者は噴出し方法の変化した酸素富化空気を得て体内への酸素の供給を増やすことができ、身体の組織の酸素不足を防止することができる。
【００１５】
第６の発明は、特に、第５の発明の酸素富化空気の噴出し方法を変化させるのを、断続的に噴出すようにすることにより、使用者は酸素富化空気を連続噴出する場合よりも、体内への酸素富化空気の取り込みを増やすことができ、身体の組織の酸素不足を防止することができる。
【００１６】
第７の発明は、特に、第１〜第６のいずれか１つの発明の生体情報収集手段として、心拍検出手段と疲労検出手段を有することにより、心拍数および心拍数の変動より使用者の疲労状態を検知することができる。
【００１７】
第８の発明は、特に、第１〜第６のいずれか１つの発明において、使用者の疲労状態により運動後の酸素富化空気の噴出し時間を変化させることにより、使用者は噴出し時間の変化する酸素富化空気を運動後に得られ、体内に溜まった疲労物質を運動後に取り除くことができ、快適な運動を提供することができる。
【００１８】
第９の発明は、特に、第１〜第６のいずれか１つの発明において、使用者の疲労状態により運動後の酸素富化空気の酸素濃度を変化させることにより、使用者は酸素濃度の変化する酸素富化空気を運動後に得られ、体内への酸素の供給を増やすことがで、体内に溜ま
った疲労物質を運動後に取り除くことができ、快適な運動を提供することができる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、本実施の形態の説明において、同一構成並びに作用効果を奏するところには同一符号を付して重複した説明を行わないものとする。
【００２０】
（実施の形態１）
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の酸素富化装置付き運動器具を示す構成図、図２は同じく動作ブロック図である。図１において、酸素富化装置本体１には、周囲の空気を取り入れる空気吸入部２と、酸素富化装置本体１の内部で吸入した空気の酸素濃度が高められた酸素富化空気が吐出される酸素富化空気吐出部３が設けられている。
【００２１】
酸素富化空気吐出部３には、使用者の顔付近である近傍まで酸素富化空気を導くチューブ４が接続され、さらにチューブ４に接続された噴出し手段としての酸素富化空気口元吐出部５が運動負荷手段としての運動器具１５の運転状態を知らせる表示部６に設けられ、運動負荷手段としての運動器具１５の座席シート１４に腰掛け、ハンドル部７を手で握り、足でペダル１５ａを踏んで回転させ運動負荷を得ている使用者（図示せず）の口元付近に酸素富化空気を吐出するように構成している。
【００２２】
運動器具１５の左右のハンドル部７には、このハンドル部７を握った使用者の両手（身体の末梢部としての一例）を通じて、運動中の使用者の生体情報を収集する生体情報収集手段としての生体情報検出手段８を設けている。生体情報検出手段８は、発光部９とこれに対応する受光部１０を有する酸素飽和度検出手段１１と、シート状の圧電センサ１２を有する心拍検出手段１３とで構成され、運動中の使用者の指先および手のひらから、血液中の酸素飽和度および心機図を検出する構成となっている。
【００２３】
心機図とは心臓の拍動に伴う体表面の振動で、薄膜加工されたポリフッ化ビニリデンなどの高感度の圧力センサを用いれば容易にセンシングすることができる。そして、得られた心機図から、ピーク間の間隔を求めることにより、ほぼ心拍に対応した系列データを得ることができる。
【００２４】
酸素富化装置本体１は、運動器具１５における座席シート１４の下方の運動器具本体内部に収められている。この酸素富化装置本体１内部には、チューブ４を介して酸素富化空気口元吐出部５へ酸素富化空気を送る空気搬送手段１６としての真空ポンプ、酸素富化手段１７として酸素と窒素を分離する酸素富化膜が内蔵されており、空気搬送手段１６が動作することで、酸素濃度が高められた空気（酸素富化空気）が酸素富化空気吐出部３から吐出され、チューブ4を通って酸素富化空気口元吐出部５から使用者の口元近傍へ排出される構成となっている。
【００２５】
次に、酸素富化膜により酸素富化空気が得られる原理について説明する。酸素富化膜は有機高分子の平膜により構成され、膜を通過する分子の速度の差を利用するもので、空気中の窒素に比べ酸素を、よく通す膜を使用することで、膜通過前よりも酸素濃度が高い酸素富化空気を得ることができる。
【００２６】
通常の空気において酸素濃度は約２１％（窒素約７９％）であり、生成される酸素富化空気の酸素濃度や風量は、酸素富化膜の形態、大きさなどによって変わるが、本実施の形態では、酸素富化膜を通過後の酸素富化空気の酸素濃度が約３０％（窒素約７０％）となるものを用いている。
【００２７】
以上のように構成された酸素富化装置付き運動器具の動作について説明する。使用者（運転者ともいう）は座席シート１４に着座し、ハンドル部７の酸素飽和度検出手段１１の設けてある部分と心拍検出手段１３の設けてある部分を手で握り、足でペダル１５ａを回転させて運動を開始する。
【００２８】
そして、前記運動によって体組織での酸素消費量が増加し体組織で消費した酸素を補うために、酸素の供給源である血液の循環量が増え、心拍数が上昇する。身体の組織での酸素の消費量が多くなり供給が間に合わなくなると体組織が必要とする酸素が不足する。そして、体組織での酸素不足は、血液中の酸素飽和度や血液中の酸素結合状態の変化から検知することができる。
【００２９】
従って、酸素飽和度は、運動器具１５のハンドル部７に設けた酸素飽和度検出手段１１により、血液での光の吸収を、発光部９からの光とその受光部１０で検出した生体情報である光量に基づき、使用者の酸素消費状態を生体情報より検知する検出手段としての酸素飽和度演算手段１８で検出する。そして、血液は酸素が不足してくると赤色の吸収が増えることを利用して、使用者の酸素消費状態を検出する検出手段としての酸素飽和度演算手段１８は血液中の酸素飽和度を検出する。
【００３０】
このように、血液中の酸素が不足していることを、酸素飽和度演算手段１８により酸素飽和度の低下として検知したことを判定手段１９が判定すると、この判定信号受けた空気搬送手段１６が動作して酸素濃度が高められた空気（酸素富化空気）が酸素富化空気吐出部３から吐出され、チューブ４を介して酸素富化空気口元吐出部５から運動中の使用者の口元近傍へ噴出される。そして、使用者は酸素富化空気を吸引することにより、体組織への酸素供給量を増加させることができ、体組織の酸素不足を防止することができる。
【００３１】
さらに運動中の使用者において、空気搬送手段１６が動作し、酸素富化空気を吸引しているにもかかわらず、血液中の酸素が不足していることを、酸素飽和度演算手段１８により酸素飽和度の低下として検知された場合、判定手段１９は、酸素富化空気の噴出し方法を変化させて、酸素の体内への取り込み量を増加させ、酸素不足を防止することができる。具体的には、空気搬送手段１６をオンオフ（運転と停止を繰り返す）することで、酸素富化空気を断続的に噴出する。
【００３２】
一般に同一濃度の酸素富化空気を連続で噴出するよりも、断続的に噴出する方が、体内への酸素取り込み量が増加するといわれており、酸素富化空気の噴出し方法を変化させることで、酸素不足を防止することができる。
【００３３】
なお、上記したように酸素濃度を高めた酸素富化空気を吸引しても、運動中の使用者において酸素飽和度が低下する場合としては、例えば、運動の負荷が大きい場合や、長時間運動を続けた場合などが考えられる。また、上記した酸素富化空気の噴出し方法としては、使用者の呼吸を検知し呼吸に合わせて酸素富化空気を噴出す方法や、一定の周波数で断続的に噴出する方法がある。
【００３４】
さらに、使用者はハンドル部７の圧電センサ１２の部分を手で握って運動しているので、圧電センサ１２により運転者（運動中の使用者）の心機図を検出する。そして、疲労検出手段２０では心機図に基いて得られた波形より、ピークを検出し、心拍のピーク間隔から、心拍のゆらぎを検出し疲労度を算出する。すなわち、疲労やストレスがかかると、ピーク間隔のゆらぎは減少し、リラックスしているときにはピーク間隔はゆらぎを有するため、心拍ゆらぎ状態の変化により、使用者の疲労状態を判定することができる。疲労検出手段２０で検知した疲労度により、運動後の酸素富化空気の吸引時間を制御手段２１によ
って、空気搬送手段１６の運転時間として制御する。
【００３５】
心拍ゆらぎ状態の変化による疲労状態の判定には、ピーク間隔の系列データのばらつきをみる方法以外にも、周波数解析を行い、周波数成分比により疲労状態を判定する方法や、系列データをカオス解析する方法などを用いることができる。
【００３６】
以上のように、本実施の形態によれば、ハンドル部７に設けた酸素飽和度検出手段１１により、使用者の抹消部の酸素消費状態を検知し、酸素消費状態の多い、少ないにより、酸素富化空気の噴出しを変化させることで、運動効率を高めることができる。
【００３７】
また、運動後の酸素富化空気の吸引には、筋肉疲労により生成した乳酸の分解を促進する効果があり、疲労状態に応じて、使用者が吸引する酸素富化空気の噴出す時間を変化させるため、確実に体内に溜まった疲労物質を運動後に取り除くことができ快適な運動を提供することができる。
【００３８】
なお、本実施の形態では圧電センサ１２の設置を、ハンドル部７に限定するものではなく、使用者が触れる場所に任意に設置することができる。特に、ハンドル部７に設けた場合には、着衣の影響を受けず、手を通じて直接心拍を検出することが可能となり、検出精度を高めることができる。心拍の検出手段としては、電極を装着し心電図を検出する方法や脈波を検出する方法を用いることも可能である。
【００３９】
なお、本実施の形態では酸素消費状態を検知するために、吸光度から血液の赤色を検知し、酸素飽和度として検知したが、酸素化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光特性の違いを利用して、複数波長の光源を用い血液中の酸素結合状態をより正確に検知し、酸素消費状態を検知した場合でも、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
なお、酸素富化空気を得る方法は、本実施の形態によって限定されるものではなく、ゼオライト等の吸着剤を用いる方法や酸素ボンベを利用するものも含まれている。
【００４１】
（実施の形態２）
図３は本発明の第２の実施の形態における酸素富化装置付き運動器具を示す構成図、図４は同じく動作ブロック図である。本実施の形態は、心拍検出手段２６を運動機器の座席シート１４の下に設け、また使用者の頭部にセットして使用者の口元付近へ酸素富化空気を噴き出すヘッドセット２１を有し、さらに酸素結合状態検出手段２５をハンドル部７に設けた点で実施の形態１と異なり、それ以外の基本的な構成並びに作用効果は同じなので、同一部分には同一符号を付して異なる所を中心に説明する。
【００４２】
図３において、酸素富化空気吐出部３に接続したチューブ４には、使用者が運動器具１５を使用して酸素富化空気を吸引するときに頭部近傍に装着する噴出し手段としてのヘッドセット２１が接続され、このヘッドセット２１の一部には酸素富化空気を使用者の口元付近に排出する吐出口２２が設けられている。
【００４３】
運動器具１５の一方のハンドル部７には、生体情報収集手段としての生体情報検出手段８を構成する、異なる波長の光源を用いた発光部２３ａおよび２３ｂと受光部２４を備えた酸素結合状態検出手段２５が設けられ、また座席シート１４の下にはシート状の圧電センサ２６を備えた心拍検出手段１３が設けられている。そして、酸素結合状態検出手段２５は使用者の指先を通じて血液中の酸素結合状態を、圧電センサ２６は臀部から心機図を検出する構成となっている。
【００４４】
心機図とは心臓の拍動に伴う体表面の振動で、薄膜加工されたポリフッ化ビニリデンな
どの高感度の圧力センサを用いれば、着衣の上からでもセンシングすることができる。そして、得られた心機図から、ピーク間間隔を求めることにより、ほぼ心拍に対応した系列データを得ることができる。
【００４５】
以上のように構成された酸素富化装置付き運動器具の動作について説明する。運転者は座席シート１４に着座しペダル１５ａを踏んで回転させ運動を開始する。そして、運動によって使用者は体組織での酸素消費量が増加し、体組織で消費した酸素を補うために、酸素の供給源である血液の循環量が増え、心拍数が上昇する。このように体組織での酸素の消費量が多くなり、供給が間に合わなくなると体組織が必要とする酸素が不足する。そして、体組織での酸素不足は、血液中の酸素飽和度や血液中の酸素結合状態の変化から検知することができる。
【００４６】
すなわち、運動中の使用者において酸素結合状態は、運動器具１５のハンドル部７の酸素結合状態検出手段２５のある部分を握っている手を通じて酸素結合状態検出手段２５が検出する。特に、血液での光の吸収を、発光部２３ａおよび２３ｂの光と受光部２４で検出した光量により、酸素消費検出手段としての酸素結合状態演算手段２７で検知し、血液中の酸素の結合状態、すなわち酸素化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸収波長の異なりを利用して血液中の酸素結合状態を検出する。
【００４７】
そして、血液中の酸素が不足していることを、酸素結合状態演算手段２７により検知し、これを判定手段１９が判定すると、この判定信号を受けた空気搬送手段１６が動作して酸素濃度が高められた空気（酸素富化空気）が酸素富化空気吐出部３から吐出され、チューブ４を介してヘッドセット２１の吐出口２２から酸素富化空気が運動中の使用者の口元近傍へ噴出される。そして、使用者は酸素富化空気を吸引することにより、体組織への酸素供給量を増加させることができ、体組織の酸素不足を防止することができる。
【００４８】
一方、座席シート１４に設けた圧電センサ２６により、運転者の心機図を検出する。疲労検出手段２０では得られた心機図の波形より、ピークを検出し、心拍のピーク間隔から、心拍のゆらぎを検出し疲労度を算出する。すなわち、疲労やストレスがかかると、ピーク間隔のゆらぎは減少し、リラックスしているときにはピーク間隔はゆらぎを有するため、心拍ゆらぎ状態の変化により、使用者の疲労状態を判定することができる。そして、疲労検出手段２０で検知した疲労度により、運動後の酸素富化空気の吸引時間を制御手段２１によって、空気搬送手段１６の運転時間として制御する。
【００４９】
以上のように、本実施の形態によれば、ハンドル部７に設けた酸素結合状態検出手段２５により、使用者の抹消部の酸素結合状態を検知し、酸素結合状態により酸素富化空気の噴出しを変化させることで、運動効率を高めることができる。
【００５０】
また、運動後の酸素富化空気の吸引には、筋肉疲労により生成した乳酸の分解を促進する効果があり、疲労状態に応じて、使用者が吸引する酸素富化空気の噴出し時間を変化させるため、確実に体内に溜まった疲労物質を運動後に取り除くことができ快適な運動を提供することができる。
【００５１】
なお、上記実施の形態１及び２では、運動後の疲労状態に応じて使用者が吸引する酸素富化空気の噴出し時間を変化させたが、使用者へ噴出す酸素富化空気の濃度を変化させても、本実施の形態と同等の作用効果を期待できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように本発明にかかる酸素富化装置付き運動器具は、使用者の酸素消費状態を検知し、酸素消費状態に応じて酸素富化空気の噴出しを変化させることで、運動効率を高め
ることができるので、種々の運動器具に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態１における酸素富化装置付き運動器具の外観図
【図２】同実施の形態１における酸素富化装置付き運動器具の動作ブロック図
【図３】本発明の実施の形態２における酸素富化装置付き運動器具の外観図
【図４】同実施の形態２における酸素富化装置付き運動器具の動作ブロック図
【符号の説明】
【００５４】
５  酸素富化空気口元吐出部（噴出し手段）
１１  酸素飽和度検出手段（生体情報収集手段）
１３  心拍検出手段（生体情報収集手段）
１５  運動器具（運動負荷手段）
１６  空気搬送手段
１７  酸素富化手段
１８  酸素飽和度演算手段（検出手段）
２０  疲労検出手段
２１  ヘッドセット（噴出し手段）
２５  酸素結合状態検出手段（生体情報収集手段）
２７  酸素結合状態演算手段（検出手段）
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図１】
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