(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右の足を載せるための左右一対のステップと、各ステップを夫々前後方向に直進往復移動させる駆動機構とを備えるとともに、左右の両ステップの直進往復の位相をずらして移動させる上記駆動機構は、両ステップが同一方向に移動している期間を具備する位相差で両ステップを移動させるものであることを特徴とする訓練装置。
【請求項２】
左右の足を載せるための左右一対のステップと、各ステップを夫々左右方向に直進往復移動させる駆動機構とを備えるとともに、左右の両ステップの直進往復の位相をずらして移動させる上記駆動機構は、両ステップが同一方向に移動している期間を具備する位相差で両ステップを移動させるものであることを特徴とする訓練装置。
【請求項３】
左右の足を載せるための左右一対のステップと、各ステップを夫々前後方向に直進往復移動させる第１の駆動機構と、各ステップを夫々左右方向に直進往復移動させる第２の駆動機構とを備えるとともに、左右の両ステップの直進往復の位相をずらして移動させる上記第１及び第２の駆動機構は、両ステップが同一方向に移動している期間を具備する位相差で両ステップを移動させるものであることを特徴とする訓練装置。
【請求項４】
左右のステップにおける前後方向の直進往復移動の位相差を６０°〜７０°としていることを特徴とする請求項１または３記載の訓練装置。
【請求項５】
左右のステップにおける左右方向の直進往復移動の位相差を１５°〜２０°としていることを特徴とする請求項２または３記載の訓練装置。
【請求項６】
駆動機構の動作制御を行うとともに位相差を変更する制御手段を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の訓練装置。
【請求項７】
制御手段は、位相差を１８０°から０°まで連続的に変化させるものであることを特徴とする請求項６記載の訓練装置。
【請求項８】
ステップは前後左右及び上下軸回りに回転自在に支持されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかの項に記載の訓練装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は下肢の訓練のための訓練装置、殊に変形性膝関節症の予防に効果的な訓練装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より歩行の訓練装置は多種のものが提供されているが、これらは足を載せるステップ部分が前後に動くだけのものが主で、一部にステップに前後の傾きを加えた動きを行わせるものがあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで膝痛の主要な原因である変形性膝関節症を予防するには、「膝の中心を重心が通るようにして歩く」という点と、「大腿部・臀部の筋肉を鍛える」という点の２点が重要であるが、上記の歩行用訓練装置では、「膝の中心を重心が通るようにして歩く」という点を満たす訓練を行うことができない。
【０００４】
また、特開昭６３−９４６４号公報に示されたスキーヤ及びスケータ用筋力トレーニング装置などは、「大腿部・臀部の筋肉を鍛える」という点で効果はあるものの、やはり「膝の中心を重心が通るようにして歩く」という点の訓練を行えるものではなく、変形性膝関節症の予防効果を充分得られるものとはなっていない。また、使用者が能動的に力を入れることでトレーニングを行うものであるために、肉体的にも精神的にも苦痛を伴うという問題点を有している。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは変形性膝関節症の予防のための訓練を的確に且つ楽に行うことができる訓練装置を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明は、左右の足を載せるための左右一対のステップと、各ステップを夫々前後方向に直進往復移動させる駆動機構とを備えるとともに、左右の両ステップの直進往復の位相をずらして移動させる上記駆動機構は、両ステップが同一方向に移動している期間を具備する位相差で両ステップを移動させるものであることに第１の特徴を有しており、左右の足を載せるための左右一対のステップと、各ステップを夫々左右方向に直進往復移動させる駆動機構とを備えるとともに、左右の両ステップの直進往復の位相をずらして移動させる上記駆動機構は、両ステップが同一方向に移動している期間を具備する位相差で両ステップを移動させるものであることに第２の特徴を有しており、更に左右の足を載せるための左右一対のステップと、各ステップを夫々前後方向に直進往復移動させる第１の駆動機構と、各ステップを夫々左右方向に直進往復移動させる第２の駆動機構とを備えるとともに、左右の両ステップの直進往復の位相をずらして移動させる上記第１及び第２の駆動機構は、両ステップが同一方向に移動している期間を具備する位相差で両ステップを移動させるものであることに第３の特徴を有している。
【０００７】
左右の足を載せたステップを前後あるいは左右に直進往復移動させるにあたり、同一方向に移動している期間を設けた位相差で移動させることで、強制的に重心を崩して、バランス保持という人体の反射機能が積極的に作用するようにしたものである。
【０００８】
この場合、左右のステップにおける前後方向の直進往復移動の位相差を６０°〜７０°とし、右のステップにおける左右方向の直進往復移動の位相差を１５°〜２０°としておくのが好ましい。スケートを行う際の左右の足の動きを真似ることになるために、無理のない自然な動作を与えることができる。
【０００９】
また、駆動機構の動作制御を行うとともに位相差を変更する制御手段を備えたものとしてもよく、更には制御手段が、位相差を１８０°から０°まで連続的に変化させるものであってもよい。
【００１０】
また、ステップが前後左右及び上下軸回りに回転自在に支持されていることも好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図１〜図３において、ベース１内にはサーボモータ２０とこのサーボモータ２０によって軸回りに回転駆動されるボールねじ２１とＬＭガイドで形成されたスライドガイド２２からなる左右駆動用の駆動機構２が一対配されており、また、ベース１上にはサーボモータ３０とこのサーボモータ３０によって軸回りに回転駆動されるボールねじ３１とＬＭガイドで形成されたスライドガイド３２からなる前後駆動用の駆動機構３が一対配されている。
【００１２】
そして一方の左右駆動用の駆動機構２に一方の前後駆動用の駆動機構３が連結されて一方の駆動機構３が左右に移動自在となっており、他方の左右駆動用の駆動機構２に他方の前後駆動用の駆動機構３が連結されて他方の駆動機構３が左右に移動自在となっている。また、前後駆動用の各駆動機構３，３には夫々スライダー４，４が連結されており、各スライダー４，４上に夫々ステップ５，５が配されている。このために、ステップ５を備えた各スライダー４，４は、前後駆動用の各駆動機構３，３によって個別に前後方向に直進往復移動自在となっているとともに、左右駆動用の各駆動機構２，２によって個別に左右方向に直進往復移動自在となっている。
【００１３】
また、訓練者が左右の足を載せるためのステップ５は、図４に示すように、夫々前端側がジンバル軸４０を介してスライダー４に連結されることで、前後にほぼ１０°の範囲αで回動自在になっているとともに、左右にほぼ±３０°の範囲βで回動自在となっており、更に上記ジンバル軸４０がスライダー４の前端側から立設した軸４１の回りに回転自在となっていることから、各ステップ５は軸４１の回りにほぼ±３０°の範囲γで回転自在となっている。
【００１４】
このように構成された訓練装置における上記の前後駆動用の一対の駆動機構３，３と、左右駆動用の一対の駆動機構２，２は、制御回路（図示せず）の制御下で動作するのであるが、ここにおける制御回路は、次のような動作がスライダー４，４（ステップ５，５）に生じるように駆動機構２，２，３，３を制御する。
【００１５】
まず、スライダー４，４に前後方向の直進往復移動を行わせる場合、連続的な直進往復移動を行わせるとともに、この時、図５に示すように、左右のスライダー４，４の前後動にほぼ６０°〜７０°の位相差δ１が両者間に生じるように駆動機構３，３を動作させることで、両スライダー４，４間に同一方向に動作する期間Ｔ１を生じさせる。
【００１６】
訓練者が両ステップ５，５に左右の足を載せている場合、同一方向に動作する期間では水平方向の重心のずれが生じるために、人体は倒れまいとしてバランスを取ることになり、このために下肢を中心とした筋肉、特に大腿直筋やハムストリングスを中心とした筋肉が鍛えられることになる。ここで、上記位相差δ１が１８０°であれば、訓練者は重心移動を必要とすることなく立っていることができ、能動的にバランスを取る必要はなく、また上記位相差δ１が０°であれば、訓練者は常に能動的にバランスを取る必要があるが、上記のような期間Ｔ１だけ同一方向に両ステップ５，５が動く場合、訓練者は重心をかける足を左右交互に入れ換えるようにすることで、能動的にバランスを取ることが容易に行えるものであり、また、この時、膝の中心を重心が通るようにすることで、バランスを確実に保つことができる。
【００１７】
また、スライダー４，４（ステップ５，５）に左右方向の直進往復移動を行わせる場合、連続的な直進往復移動を行わせるとともに、この時、図６に示すように、左右のスライダー４，４の左右動にほぼ１５°〜２０°の位相差δ２が両者間に生じるように駆動機構３，３を動作させることで、両スライダー４，４間に同一方向に動作する期間Ｔ２を生じさせる。
【００１８】
この場合においても、訓練者が両ステップ５，５に左右の足を載せている場合、同一方向に動作する期間では水平方向の重心のずれが生じるために、人体は倒れまいとしてバランスを取ることになり、このために下肢を中心とした筋肉、特に内転筋や外転筋を中心とした筋肉が鍛えられることになる。また、上記のような期間Ｔ２だけ同一方向に両ステップ５，５が動く場合、訓練者は重心をかける足を左右交互に入れ換えるようにすることで、能動的にバランスを取ることが容易に行えるものであり、また、この時、膝の中心を重心が通るようにすることで、バランスを確実に保つことができる。
【００１９】
そして、左右駆動用の駆動機構２，２と前後駆動用の駆動機構３，３とを同時に動作させる場合、制御回路は駆動機構２，２については上記図６に示す動きがスライダー４，４（ステップ５，５）に生じるように動作させるとともに、駆動機構３，３については上記図５に示す動きがスライダー４，４（ステップ５，５）に生じるように動作させるのである。この場合、能動的なバランスを前後左右方向において取る必要があるために、大腿直筋やハムストリングスを中心とした筋肉及び内転筋や外転筋を中心とした筋肉が鍛えられるものであり、また、能動的バランスを容易に取るために訓練者が重心をかける足を左右交互に入れ換える際、膝の中心を重心が通るようにすることをより的確に行う必要が生じるものであり、この結果、膝の中心を重心が通るようにすることを訓練者は身に付けることができる。
【００２０】
ちなみに、前後動についてのほぼ６０°〜７０°の位相差δ１と、左右動についてのほぼ１５°〜２０°の位相差δ２とは、人間がスケートを行う時の左右の足の動きを観察することで導き出した数値であり、図７にその観察データを示す。図７(a)が前後方向を、図７(b)が左右方向を示しており、図中イが左足、ロが右足である。なお、前後方向については進行方向を負にしているとともに進行方向の平行移動成分を引き算していることから、値が小さくなるほど足を前に出していることになる。
【００２１】
従って、前後左右の直進往復運動を組み合わせた動きを上記観察データに基づいて設定した上記位相差δ１，δ２で左右のステップ５，５に行わせることは、擬似的なスケート動作を訓練者に行わせていることになり、このような動きは訓練者にとって無理のない自然な足の動きになることから、訓練を楽に行うことができる。
【００２２】
また、ステップ５をスライダー４に対して前記のような範囲α，β，γで回動自在となるようにしているために、訓練者の足首に無理な負荷が加わることがない上に、足首が固定されずに不安定な状態となっていることから、下腿の筋肉（ヒフク筋、前頚骨筋、ひらめ筋など）を使用することになり、よりバランス良く下肢の筋肉訓練を行えるものとなっている。なお、図８は訓練者に上記疑似スケート動作を行わせた時のステップ５の動きを観察した例を示している。バランスを取るための動作がなされていることが判る。
【００２３】
ところで、前後動についての左右のステップ５，５の位相差δ１及び左右動についての左右のステップ５，５の位相差δ２は、前記数値に限るものではなく、０°〜３６０°の範囲内において自由に設定できるように制御回路を形成しておいてもよいものである。
【００２４】
また、制御回路が位相差δ１（δ２）を図９に示すように１８０°とした状態で駆動機構２，３を始動させ、その後、左右の足が同一の前後方向（または及び左右方向）に動く期間Ｔ１，Ｔ２が増えるように位相をずらしていく制御を行ってもよい。高齢者などにとっては、当所、重心が崩されない状態で動作し、その後、能動的にバランスを取らなくてはならない状態に徐々に移行することになり、動作への恐怖感を訓練者に与えなくすることができる。
【００２５】
なお、図中の７はベース１上に立設された手摺りであり、訓練者がバランスを取れずに転倒してしまうことを防ぐために前方と左右に配置している。また、図１０は前後左右にステップ５，５を移動させるものにおいて、駆動機構３，３を隠蔽するカバー８を配したものを示している。
【００２６】
上記実施例では、前後駆動用の駆動機構３，３と左右駆動用の駆動機構２，２を共に備えたものを示したが、駆動機構２，２のみ、もしくは駆動機構３，３のみを設けたものであってもよいのはもちろんである。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、左右の足を載せるための左右一対のステップと、各ステップを夫々前後方向に直進往復移動させる駆動機構とを備えるとともに、左右の両ステップの直進往復の位相をずらして移動させる上記駆動機構は、両ステップが同一方向に移動している期間を具備する位相差で両ステップを移動させるものであるために、両ステップに左右の足を載せている訓練者は、同一方向にステップが移動する期間、倒れまいとしてバランスを取ることになり、このために下肢を中心とした筋肉、特に大腿直筋やハムストリングスを中心とした筋肉が鍛えられるものであり、しかもバランスを取るにあたり、重心をかける足を左右交互に入れ換えるようにすることで、能動的にバランスを取ることが容易に行えるとともに、この時、膝の中心を重心が通るようにすることで、バランスを確実に保つことができるものであり、従って、膝の中心を重心が通るようにするという変形性膝関節症の予防に適切な訓練を行うことができる。
【００２８】
また、左右の足を載せるための左右一対のステップと、各ステップを夫々左右方向に直進往復移動させる駆動機構とを備えるとともに、左右の両ステップの直進往復の位相をずらして移動させる上記駆動機構は、両ステップが同一方向に移動している期間を具備する位相差で両ステップを移動させるものである場合、両ステップに左右の足を載せている訓練者は両ステップが同一方向に動く時、倒れまいとしてバランスを取ることになり、このために内転筋や外転筋を中心とした筋肉が鍛えられることになり、しかも訓練者が重心をかける足を左右交互に入れ換えて能動的にバランスを取る時、膝の中心を重心が通るようにすることになるために、変形性膝関節症の予防に適切な訓練を行うことができる。
【００２９】
そして、左右の足を載せるための左右一対のステップと、各ステップを夫々前後方向に直進往復移動させる第１の駆動機構と、各ステップを夫々左右方向に直進往復移動させる第２の駆動機構とを備えるとともに、左右の両ステップの直進往復の位相をずらして移動させる上記第１及び第２の駆動機構は、両ステップが同一方向に移動している期間を具備する位相差で両ステップを移動させるものである場合は、訓練者は前後左右について能動的にバランスを取る必要が生じるものであり、このために大腿直筋やハムストリングスを中心とした筋肉及び内転筋や外転筋を中心とした筋肉が鍛えられ、また訓練者が重心をかける足を左右交互に入れ換えて能動的にバランスを取る時、膝の中心を重心が通るようにすることになるために、変形性膝関節症の予防に適切な訓練を行うことができる。
【００３０】
この場合、左右のステップにおける前後方向の直進往復移動の位相差を６０°〜７０°とし、右のステップにおける左右方向の直進往復移動の位相差を１５°〜２０°としておくと、スケートを行う際の左右の足の動きを真似ることになるために、無理のない自然な動作となり、訓練者に不安感や恐怖感を抱かせることなく訓練を行うことができる。
【００３１】
また、駆動機構の動作制御を行うとともに位相差を変更する制御手段を備えたものとすれば、能動的にバランスを取る訓練を様々な位相差の状態で行うことができ、更には制御手段が、位相差を１８０°から０°まで連続的に変化させるものであれば、能動的にバランスを取る必要がない状態で始動し、徐々にバランスを取らなくてはならない状態に移行させることができるために、高齢者などにとっても訓練に容易に親しむことができるものとなる。
【００３２】
また、ステップが前後左右及び上下軸回りに回転自在に支持されていると、足首に無理な負担がかからない上に、足首が不安定であることによるバランス確保動作によっても筋肉を鍛えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の破断平面図である。
【図２】同上の背面図である。
【図３】同上の破断側面図である。
【図４】同上のスライダーとステップとの連結部分を示すもので、(a)は平面図、(b)は破断側面図、(c)は部分正面図である。
【図５】同上の動作の一例の説明図である。
【図６】同上の動作の他例の説明図である。
【図７】  (a)(b)はスケート動作の観察データのタイムチャートである。
【図８】  (a)(b) (c)は同上のステップの動きの観察データのタイムチャートである。
【図９】同上の動作の更に他例の説明図である。
【図１０】同上の使用状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  ベース
２  左右駆動用駆動機構
３  前後駆動用駆動機構
４  スライダー
５  ステップ
【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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