(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
数種類のタイプのステッピング動作を模擬する身体鍛錬装置であって、
ピボット軸を規定するフレームと、
第一端部と、第二端部と、該第一端部と第二端部との間における足支持部とを有する第一足リンクおよび第二足リンクと、
該第一端部が該ピボット軸に対して弓形経路を移動するように各足リンクの第一端部を回動自在に連結するためにそれぞれの足リンクの第一端部と連携する連結装置であって、該両足リンクの第一端部と該ピボット軸との連結において該両足リンクの横方向の角変位を許容するものでありながら、該第一足リンク、該第二足リンクの第一端部をピボット軸に対して回動自在に連結する枢着手段を備えた連結装置と、
それぞれの足リンクの第一端部が弓形の移動経路に沿って移動する際に、該足リンクの第二端部を予め選択された往復移動経路に沿って係合させ、かつ導くためのガイドであって、足リンクの第二端部が往復経路の後端の地点から経路に沿って前方に移動する時に、足リンクと連携した使用者の足のかかと部がつま先部より先に速い速度で持ち上がり、足リンクの第二端部が往復経路の前端から往復経路に沿って後方に移動する時に、使用者の足のかかと部がつま先部よりも先に速い速度で下降するように案内するガイドと、
第一足リンク、第二足リンクの足支持部による移動経路を変更して異なるタイプのステッピング動作を模擬するように、フレームに対する前記ガイドの高さ、角方向づけの少なくとも一つを選択的に自動で変更する制御システム、
と、を有する身体鍛錬装置。
【請求項２】
前記連結装置は、フレームピボット軸においてフレームに回動可能に装着された第一ホイールおよび第二ホイールと、第一足リンクと第二足リンクの第一端部を該第一ホイール、第二ホイールに回動自在に連結する枢着手段とを有することを特徴とする請求の範囲１に記載の身体鍛錬装置。
【請求項３】
前記第一ホイール、第二ホイールは、フライホイールであることを特徴とする請求の範囲２に記載の身体鍛錬装置。
【請求項４】
該連結装置は、該フレームビボット軸から選択される距離において足リンクの第一端部を連結しており、該フレームピボット軸に関連して移動する足リンクの第一端部の弓形の移動経路を変更するようにしたことを特徴とする請求の範囲１に記載の身体鍛錬装置。
【請求項５】
該連結装置は第一クランクアーム、第二クランクアームを有し、それぞれのクランクアームの一端は該ピボット軸に対して回動自在であり、それぞれのクランクアームの他端は対応する第一足リンク、第二足リンクの第一端部に回動自在にピン連結されていることを特徴とする請求の範囲１に記載の身体鍛錬装置。
【請求項６】
ピボット軸とは反対側のクランクアームの端部と第一足リンク、第二足リンクの第一端部との間には枢着手段が介在されており、該枢着手段は、第一軸においてクランクアームに回動自在に枢支されており、第二軸において第一足リンク、第二足リンクの第一端部に回動自在に枢支されており、該枢着手段の第一軸と第二軸は互いに実質的に直交していることを特徴とする請求の範囲５に記載の身体鍛錬装置。
【請求項７】
該枢着手段は二つの直交する回転軸であることを特徴とする請求の範囲１に記載の身体鍛錬装置。
【請求項８】
該ガイドは、足リンクの第一端部がピボット軸に対して移動する際に、足リンクの第二端部を往復移動経路に沿って導くように構成されており、身体鍛錬装置の使用中に、足リンクの第二端部が往復経路の後端の地点から経路に沿って前方に移動する時に、足リンクと連携した使用者の足のかかと部がつま先部より先に速い速度で持ち上がり、足リンクの第二端部が往復経路の前端から往復経路に沿って後方に移動する時に、使用者の足のかかと部がつま先部よりも先に速い速度で下降することを特徴とする請求の範囲１に記載の身体鍛錬装置。
【請求項９】
前記制御システムは、第一足リンク、第二足リンクの足支持部による移動経路を変更して、クロスカントリースキー、ウォーキング、ジョギング、ランニング、クライミングを含むステッピング動作を模擬する、請求の範囲１に記載の身体鍛錬装置。
【請求項１０】
ガイドは床面に対して傾斜状に配設されており、制御システムは床面に対するガイドの傾斜の変更を操作可能であることを特徴とする請求の範囲１に記載の身体鍛錬装置。
【請求項１１】
ガイドはフレームに対して長さ方向に延出していると共に、全体として第一足リンク、第二足リンクと並行しており、ガイドはピボット軸によってガイドをフレームに回動自在に枢着するための手段を有しており、制御システムは、ガイドピボット軸においてフレームに対するガイドの方向づけを変更する手段を有することを特徴とする請求の範囲１０に記載の身体鍛錬装置。
【請求項１２】
該制御システムはフレームに対してガイドを昇降させる手段を有することを特徴とする請求の範囲１に記載の身体鍛錬装置。
【請求項１３】
ガイドは第一トラック、第二トラックを有し、制御システムを操作可能にトラックに係合させることで、フレームに対するトラックの方向づけを変更するようにしたことを特徴とする請求の範囲１に記載の身体鍛錬装置。
【請求項１４】
該制御システムは操作可能にトラックに係合されており、フレームに対するトラックの角方向付けを変更するようにしたことを特徴とする請求の範囲１３に記載の身体鍛錬装置。
【請求項１５】
ガイドはフレームによって回動自在に支持されており、制御システムはフレームに対してガイドを昇降するようにガイドに操作可能に連結されていることを特徴とする請求の範囲１に記載の身体鍛錬装置。
【請求項１６】
ガイドは、フレームによって回動自在に支持されると共に第一足リンク、第二足リンクの第二端部に回動自在に連結された少なくとも一つの揺動アームを有することを特徴とする請求の範囲１５に記載の身体鍛錬装置。
【請求項１７】
該制御システムは、フレームに対して揺動アームを昇降させるように揺動アームに操作自在に係合していることを特徴とする請求の範囲１６に記載の身体鍛錬装置。
【請求項１８】
該制御システムは揺動アームの長さを変更する手段を有しており、これによってガイドの高さを変更するようにしたことを特徴とする請求の範囲１６に記載の身体鍛錬装置。
【発明の詳細な説明】
発明が属する技術分野
本発明は一般に身体鍛錬装置に係り、詳しくは、スキー、ウォーキング、ジョギング、ランニング、クライミングを含むステップ動作の範囲を模擬するための静止した身体鍛錬装置に関するものである。
発明の背景
規則正しいエアロビックエクササイズの効果は十分に確立されかつ受け入れられている。悪天候や、時間的制約あるいは他の理由によって、必ずしも、屋外でウォーキング、ジョギングあるいはランニングをしたり、またはプールで泳ぐことができるとは限らない。このようなことから、数多くの身体鍛錬装置がエアロビックエクササイズのために開発されている。例えば、クロスカントリースキー身体鍛錬装置は、クロスカントリースキーの滑る動きを模擬している。このようなマシーンは足の筋肉の動きの良好な範囲を提供することができる。また、回転する無端ベルトを踏むようにした装置（Treadmills）もウォーキング、ジョギング、あるいはランニングのため、多くの人に利用されている。多くのトレッドミルにとっての一つの欠点は、ジョギングやランニング中において、尻、膝、足首や身体の他の関節を痛める畏れがあるということである。他の身体鍛錬装置としては、階段登りを模擬したものがある。このような装置は、先端においてフレームに回動可能に装着された足レバーと、足レバーの後端に設けた足受けパッドとを有している。使用者は足レバーに対して足を押し下げるようにして階段登りを模擬するようになっている。足レバーの下方の動作に対する抵抗は、スプリング、流体ショックアブソーバー、あるいは他の要素によって行われる。
上述したこれらの装置は使用者の脚あるいは身体の他の部分の異なる筋肉を鍛錬するものである。したがって、これらの筋肉の全てを鍛錬するには、三つの異なる鍛錬装置が必要となる。これはコスト的に問題であるのみならず、多くの人は、これら全ての装置のための十分な運動空間を持ち合わせない。さらに、もしこれらのうち一つの装置を使用者が購入したような場合には、使用者は一つの装置を利用することにあきてしまい、他のタイプの装置を使いたいと考えるかも知れない。
本発明によれば、一つの装置でありながら、クロスカントリースキー、ウォーキング、ジョギング、ランニング、クライミングを含む異なる装置を模擬することに用いることができる。さらに、ジョギング、ランニングについて言えば、トレッドミルのような手法において使用者の身体の関節に与えるような衝撃を生じさせることなく、ジョギング、ランニングを模擬することができる。
本発明のこれらの効果あるいは他の効果は以下に述べる説明および図面から容易に理解される。
発明の開示
本発明に係る身体鍛錬装置は、床の上に支持されるように構成されたフレームを用いている。該フレームは後方側のピボット軸を決定しており、該ピボット軸には第一足リンク、第二足リンクが該ピボット軸に対して弓形状の経路に沿って移動するように連結されている。使用者の足を支持するように設けられたこれらの足リンクは、該フレームに装着されたガイドと係合された前端部を有し、足リンクの前端部は決定された経路に沿って前後に移動できるようになっている。フレームに対するガイドの角高度あるいは高度は、第一、第二リンクの足支持部が移動する経路を変更するように選択的に変更可能にしてもよく、こうすることで、様々なタイプのステッピング動作を模擬することができる。
本発明のさらに特別な態様では、ガイドは足リンクの前端部を受け入れ、かつ案内するレールを有している。該レールはフレームに対して昇降させることができる。例えば、ガイドはフレームに対して回動自在に装着されており、ガイドの傾斜角を選択的に変更可能にしてもよい。
あるいは、本発明のさらに特別な態様では、ガイドは、足リンクの前端部と係合するトラックである。トラックのフレームに対する高さや角方向づけは選択的に変更でき、使用者によって経験することができるステッピング動作のタイプを変更することができる。
本発明の他の態様では、足リンクの前端部のガイドは、フレームによって回動自在に支持された一つあるいは一つ以上の回動アームあるいは揺動アームを有しており、該揺動アームの下方端部に対して足リンクの前端部が回動自在に枢着される。揺動アームの長さは長くしたり、短くしたりすることが可能であり、これによって揺動アームと足リンクの前端部の連結点を高くしたり、低くしたりすることができ、使用者によって経験することができるステッピング動作のタイプを変更することができる。
本発明のさらに他の態様では、フライホイールがフレームの後側部位に設けてあり、フレームピボット軸に対して回転するようになっている。足リンクの後端部は、該フレームピボット軸から選択された位置においてフライホイールに回動自在にピン連結されている。フライホイールは足リンクの後端部とフレームピボット軸との連結手段として機能するのみならず、数々のステッピング動作をする間における身体の運動量を模擬する運動量蓄積装置としても働く。
本発明の他の態様によれば、フライホイールの回転に対して抵抗が付与され、得られるステッピング動作を強くしたり、弱くしたりすることができる。抵抗は、使用者によって望まれるワークアウトのレベル、例えば最適カロリー消費に対する望ましい心拍数範囲に対応するようになっている。心拍数モニターあるいは他のセンサが望ましいフィジカルパラメータを感知し、エクササイズの間に最適化するようにしている。
本発明のさらに他の態様によると、足リンクの後端部は連結装置によってピボット軸に連結されており、該連結装置は、ピボット軸と、足リンクの長さに対して直交する（長手方向に対して横切る）二つの軸との間の相対的な回動動作を可能としている。このようにして、足リンクの前端部が、横方向において、すなわち足リンクの長さに直交する方向において、足リンクの後端部に関連して自由に移動あるいは変位することができる。
【図面の簡単な説明】
本発明のこれらの態様およびそれに基づく有利な点は、添付図面と共に、次に述べる詳細な記載を参照することでより一層理解が深まると考えられ、添付図面は以下のとおりである。
図１は本発明に係る身体鍛錬装置を後方から前方に向かって見た斜視図である。
図２は図１の装置の上面図である。
図３は図１の装置の底面図である。
図４は図１の装置の正面図である。
図５は図１の装置の背面図である。
図６は図１の装置の側方立面図である。
図７は図１の装置の斜視図であって、装置の後側部位にはフードが設けてあり、また図は後方から前方に向かって見た図である。
図８は図７と類似の図であり、正面から後方に向かって見た図である。
図９は図８と類似の図であるが、前側および後側のフードが取り外された状態を示している。
図１０は図９における装置の前側部位の部分拡大斜視図である。
図１１は図９における装置の、一つのフライホイールが取り外された状態での、後側の部分拡大斜視図である。
図１２は図１１と類似の図であるが、装置の反対側から見たものであり、近い側のフライホイールが取り外されたものが示してある。
図１３は本発明に係る装置の側方立面図であり、足リンクのガイドの異なる傾斜角における使用者の足の経路を図式的に描いてある。
図１４は本発明に係る装置を使用する際に、ワークアウトレベルを変更するために本発明に採用されたシステムの模式図である。
図１５は本発明に係る他の好適な実施の形態の側方立面図である。
図１６は本発明に係る他の好適な実施の形態の部分拡大斜視図である。
好ましい実施の形態の詳細な説明
図１乃至図９において、本発明に係る装置１８は床連結フレーム２０を有しており、床連結フレーム２０は、最初は上方に向かって延出し、次いで斜め前方に延出する前側支柱２２を備えている。一対のフライホイール２４ａ、２４ｂが水平状で、横方向の軸２６に対して回転するようにフレーム２０の後側に設けてある。フライホイール２４ａ、２４ｂは後側フード２８によって被覆されている。足リンク２８ａ、２８ｂの後端部は対応するフライホイール２４ａ、２４ｂに対して回動自在に枢着されており、フライホイールが回転する際に、軸２６の回りを環状経路に沿って移動するようになっている。ローラ３２ａ、３２ｂが足リンク３０ａ、３０ｂの前端部に対して回転自在に装着されており、ガイド３６の対応する管状トラック３４ａ、３４ｂに沿って乗って進むようになっている。足リンクの後端部が軸２６に対して回転することで、足リンクによって運ばれる足ペダルあるいは足パッド２７が、数種類の楕円経路に沿って移動する際に、足リンク３０ａ、３０ｂの前端部はトラック３４ａ、３４ｂに沿って前後に往復運動するようになっており、これについては以下に詳しく述べる。
ポスト２２に設けられたリフト機構３８は、ガイド３６の傾斜を選択的に変更操作できるようになっており、これによって本発明に係る装置の使用者のステッピング動作を変更できるようになっている。低い傾斜角において、装置はクロスカントリースキーの動作を提供し、傾斜角が漸次上昇するにしたがって、動作はウォーキングからランニングへ、ランニングからクライミングへと変化する。前側フード３９は実質的にリフト機構を包含している。
さらに、図１１、図１２に最も明瞭に示されているように、本発明はフライホイール２４ａ、２４ｂの回転に望ましいレベルの抵抗、すなわち装置１８の使用者によって必要とされる努力のレベルを与える制動装置４０が採用されている。次の記述は本発明の前述あるいは他の態様についてさらに詳細に述べるものである。
図示のフレーム２０は、長さ方向の中央部材４２を有しており、中央部材４２の前後の端部には比較的により短い中央部材に直交する部材４４、４６が設けてある。理想的には、そうでなくてもよいが、フレーム２０は、重量が比較的軽いが十分な強度を有する方形状の中空部材から構成されている。端部キャップ４８が直交部材４４、４６の開口端部に連結されており、これらの部材の端部を閉塞するようにしている。
支柱構造２２は、下側の実質的な直立部５２と、下側部から傾斜状に上方かつ前方に向かって延出する上側部５４とを有する。理想的には、必ずしも必要ではないが、支柱下側部５２および上側部５４は方形状の中空部材から構成される。また、端部キャップ４８が支柱上側部５４の上端に連結されており、上端の開口を閉塞している。
継続的で閉鎖状の形態のハンドルバー５６が支柱上側部５４の上方部位に装着されており、本装置１８を利用する際に、個人によって握持できるようになっている。ハンドルバーは上方の横方向部５８を有しており、横方向部５８は、一対の固締部材６２によってハンドルバーの上方部の回りに連結され、支柱上側部に固着可能なクランプ６０によって、支柱上側部５４の上端部に堅固に装着されている。ハンドルバーはまた側方部６２ａ、６２ｂを有しており、側方部はそれぞれ、上方傾斜部、中間部、実質的な直立部、中間側部から下方かつ外方に拡開状に延出する下方傾斜部６８ａ、６８ｂからなる。ハンドルバー５６はまた、横方向の下方部７０を有しており、下方部７０は、一対の固締部材６２によって適切な場所に装着されるクランプ６０によって支柱上側部５４に締着される中央部を有している。図示されてはいないが、ハンドルバー５６は一部あるいは全体において、テープ、発泡合成ゴム等のグリップ材料あるいはグリップ表面によって覆われている。
支柱上側部５４には、ハンドルバー５６の上下の横方向部５８、７０の間に位置して、表示パネル７４が設けてある。表示パネルは、以下に詳しく述べるように、中央表示スクリーン７６と、幾つかのより小さいスクリーン７８および複数の押しボタン８０からなるキーパッドを含む。
フライホイール２４ａ、２４ｂは、機体の外側寄りで、フレーム中央部材４２の後側部位より上方に延出する後側支柱８６の上端を横切るようにして回転自在に延出する駆動軸８４の両端部に設けてある。ベアリング装置８８が、駆動軸８４を後側支柱８６に摩擦が生じないように設けるべく採用されている。本発明の好ましい実施の形態では、フライホイール２４ａ、２４ｂは駆動軸８４にキーを用いて装着されるか、さもなければフライホイールが駆動軸と一致して回転するように装着されている。駆動軸８４の中心が横方向軸２６の位置に対応していることは評価される。駆動軸８４には、フライホイール２４ａと後側支柱８６の隣接する側部との間に位置して、ベルト駆動シーブ９０が設けてある。
後側支柱８６は、溶接やボルトによる連結のような任意の適宜手段によって、フレーム長手部材４２に固着されている。本発明の好適な実施の形態によれば、後側支柱８６の前方側下方部と長手部材４２の上面との交差部にはコーナー型ブレース９２が設けてあり、これらの間に補強を与えるようにしてある。もちろん、他の型のブレースや補強を用いることもできる。
図示されたフライホイール２４ａ、２４ｂは中央ハブ９５から外方に向かって放射し、周縁リム９６と交差するスポーク９４を備えている。フライホイール２４ａ、２４ｂは、本発明の精神や範囲を逸脱しないのであれば、他の構成であってもよく、例えば、実質的にソリッドディスクであってもよい。
後側フード２８は、フライホイール２４ａ、２４ｂ、制動装置４０、足リンク３０ａ、３０ｂの後側部位を包含する。フード２８は、フレーム後側直交部材４６の上と、直交部材４６から前方に向かって、補助中間横部材９８の外方端部と交差するように延出する一対の補助長手部材９７の上に載置されている。フード支持部材９７、９８の上面はフレーム部材４２、４６の上面と一致している。また、補助支持部材９７、９８の上面およびフレーム部材４２、４６の上面には複数の装着ブラケット９９が装着されている。ブラケット９９には螺子を刻設した開口部が設けてあり、フード２８を装着するのに用いられる固締部材を受け入れるようになっている。図１１、図１２に最も明瞭に記載されているように、理想的には、断面において、フード支持部材９７、９８の高さは、フレーム部材４２、４６の断面高さより低くなっており、下にある床に当接しないようになっている。
図示の足リンク３０ａ、３０ｂは長尺状の管状部材から構成されているが、例えば、ソリッドロッドのような他のタイプの部材であってもよい。足リンク３０ａ、３０ｂの後端部は、足リンクの後端部に形成されたカラー１０２を貫通し、フライホイールの周縁部に形成された開口部１０４内に連結する固締部材１００によって、フライホイール２４ａ、２４ｂの外方の周縁部に回動可能にピン結合されている。図１２に最も明瞭に示されているように、開口部１０４は、フライホイールスポーク９４と外側リム９６との間の連結部に設けてある。フライホイールのこの部位は拡大することでボス１０６が形成されている。足リンク３０ａ、３０ｂは、フード２８の正面側から外方に延出しており、フードの正面壁に設けた縦開口部１０８を通っている。
また、図１２に示されているように、ボス１０６が配設されているスポークとは正反対に位置するスポークには第二ボス１１０が設けてあり、また第二ボス１１０はボス１０６よりも軸２６に近い位置に設けてある。足リンクの後端部のカラー１０２はボス１０６ではなくボス１１０においてフライホイールに装着してもよく、これによって、フライホイールの回転の際に足リンクの後端部によって移動される周縁経路の径を小さくすることができ、したがって、同時に、足ペダル２７によって描かれる楕円経路の長さを短くすることができる。カラー１０２をボス１１０に装着することによって、足リンクのストロークを短くすることができ、したがって、カラーがボス１０６を介してフライホイールに装着された場合に必要とされるストライドに比べて、使用者にとってより短いストライドで済むことになる点は評価されるべきである。
足リンク３０ａ、３０ｂの前端部には、横軸１１４を介して突状ローラ３２ａ、３２ｂが回転自在に装着されている。ローラの突状湾曲はガイド３６のトラック３４ａ、３４ｂの径と一致している。このようにして、本発明に係る装置を使用する際に、ローラ３２ａ、３２ｂによって、足リンクの前端部とガイド３６との確実な係合が維持される。足リンク３０の上側表面には、使用者の足を受け入れ保持するように、足受け入れペダル２７が設けてある。図示のペダル２７には複数の横方向の突条が形成されており、足パッドの構造的一体性を高めると共に、使用者の靴底と足ペダルとの間の滑り防止の機能を有している。図示されてはいないが、足ペダルは足リンクの長さに沿って位置決め可能に設計されており、使用者の異なる背の高さ、特に異なる脚の長さや、股下の長さに対応できるようになっている。
ガイド３６は一般的に後方に向かったＵ形状で、自由端がフレーム中央部材４２の長さに沿った中間位置に回動自在にピン結合されたものとして図示されている。ガイド３６の自由端は、横管材１１８の外方端部を介して軸支されることを含む適宜の手段によって、中央フレーム部材４２に回転自在に枢着されている。ガイドは、足リンク３０ａ、３０ｂに並んで設けられた平行状の管状トラック３４ａ、３４ｂから構成されている。トラック３４ａ、３４ｂの前端部は支柱２２の前側を横切る弓形部１１９によって一体化されている。
ガイド３６の先方側はリフト機構３８によって支持されており、リフト機構は図９、１０に最も明瞭に示されている。リフト機構３８は、一般的にＵ形状で縦方向に移動可能なキャリッジ１２２の下方端によって支持されたクロスバー１２０を有している。ローラチューブ部１２４がクロスバー１２０の外方端部に連結されており、トラック３４ａ、３４ｂの底部の下に直接横たわり、支えるようになっている。キャリッジ１２２は、固締部材１２８のような適宜の手段によって支柱下側部５４の前面に固着された中央ガイドバー１２６の高さに沿った縦方向の移動が制限されている。断面において、ガイドバー１２６は、支柱下側部５２に押しつけられるウェブ部と支柱下側部の前面と間隔を存して横方向に延出するフランジ部とを有する一般的なＴ形状である。一対の略Ｚ形状の保持ブラケット１３０がガイドバー１２６とキャリッジ１２２との係合を保持している。保持ブラケットはそれぞれ、キャリッジの後側フランジ表面に装着される第一横方向フランジ部と、ガイドバーフランジの外方端縁に沿って延出する中間ウェブ部と、支柱下側部５２の正面側表面とガイドバーフランジの反対側表面とのギャップ内に設けられた第二横方向フランジとを有する。このような構成によって、キャリッジ１２２は、ガイドバーとの連結を保持されつつ、ガイドバー１２６に対して縦方向に移動することができることは理解される。
キャリッジ１２２は電気的に駆動されるリフトアクチュエータ１３６によって昇降される。リフトアクチュエータ１３６は、スクリュー部の上端に操作可能に連結された電気モータ１４０によって回転可能に駆動される上方スクリュー部１３８を有している。スクリュー部の頂部は、支柱下側部５２と上側部５４との交差部近傍の支柱の正面に取り付けられたＵ型ブラケット１４４にピン結合された保持ソケット装置１４２に対して回転自在に連結されている。横ピン１４６が、ブラケット１４４のフランジに並設して形成された開口部およびソケット１４２に直径方向に対向して同心状に形成された開口部を延出している。ソケット１４２によって、スクリュー１３８はカラーに対して縦方向の連結を維持されながら、ソケットに対して回転することができる。
スクリュー部１３８の下方部位は、下端部を介してクロスバー１２０に固着された下側管状ケーシング１４７に対して螺着されている。モータ１４０は、望むのであれば、一の方向にスクリュー部１３８を回転させることでキャリッジ１２２を下降させ、あるいは他の方向に回転させることでキャリッジを上昇させるように操作自在であることは理解される。キャリッジが下降あるいは上昇すると、ガイド３６の傾斜角が変更され、これによって装置１８の使用者によって経験されるステッピング動作が変化することになる。ケーシング１２０へのスクリュー部１３８の連結、すなわちガイド３６の傾斜角は、例えば図１４に示すような回転ポテンションメータ１４７のような標準的な手法によって直ちに認識することができる。
前側フード３９は実質的にリフト機構３８を包含している。フード３９は、支柱下側部５２および支柱上側部５４の側壁から前方に向かって延出しており、キャリッジ１２２、ガイドバー１２６、リフトアクチュエータ１３６、そしてリフト機構の他の構成要素を包含している。クロスバー１２０の自由端およびこれに関連するローラチューブ部１２４のみがフード３９の側壁に形成された縦状の溝部１４８から突出している。フード３９は複数の固締部材１４９によって支柱２２の側壁に着脱自在に装着されている。
本発明は、うず電流制動装置４０を通してフライホイールの回転にブレーキ力あるいは制動力を選択的に付与する装置を有している。制動装置４０は、上述したように、より小さな被駆動シーブ１５０をＶベルト１５２を介して駆動させるより大きい駆動シーブ９０を有している。被駆動シーブ１５０は、Ｕ形状ブラケット１５８とブラケットに同心状に形成された開口部および回動アーム１５６の側壁に同心状に形成された開口部を挿通する回動ピン１６０によって後側支柱８６の後側に回転自在に装着された回動アーム１５６より外方に延出する回動自在のスタブシャフト１５４の自由端に装着されている。引張スプリング１６１がアーム１５６の自由端の下端部とフレーム部材４２の間に延出しており、ベルト１５２に十分な緊張を与えることで、ベルトとシーブ９０、１５０との間の滑りを防止している。シーブ９０、１５０の相対的な寸法は、６から１０倍、理想的には８倍の速度の段階を得るようになっている。換言すれば、被駆動シャフト１５４は駆動シャフト８４に比べて６倍から１０倍の速さで回転する。
金属製のソリッドディスク１６２が被駆動シーブ１５０の内側のスタブシャフト１５４に設けてあり、また被駆動シーブと共に回転するようになっている。理想的には、銅のような導電性の高い材料からなる円形表面プレート１６４が被駆動プーリ１５０に近接してソリッドディスク１６２に設けてある。一対の磁石組立体１６８が円形プレート１６４とは反対側にソリッドディスク１６２の表面に近接して設けてある。装置１６８はそれぞれコイル装置１７２によって囲まれた棒磁石１７０として形成された中心コアを有している。装置１６８は、保持バーと磁石コアに並んで形成された穿孔を貫挿する固締部材１７６によって保持バー１７４上に装着されている。図１１、図１２に示すように、磁石組立体１６８は円形プレート１６４と整合してディスク１６２の外方端縁部に沿って位置されている。磁石組立体の位置は隣接するディスク１６２の面に対して調節可能であり、実際にディスクの回転に触れずに、あるいはディスクの回転を妨げることなく、磁石組立体を可能な限りディスクに近付けることができる。このような磁石装置１６８の位置決めは、回動アーム１５６の後端側の自由端に設けられた支持プレート１７８に対する保持バー１７４の位置を調節することによって行われる。図示しない一対の水平状溝が支持プレート１７８に形成されており、水平状溝を通して、螺子を有する固締部材１７９が、保持バー１７４の前端縁に形成したタップ孔に連結するようになっている。
上述から了解されるように、駆動シーブ９０と被駆動シーブ１５０の径の寸法における大きな差は、フライホイール２４ａ、２４ｂの回転速度に対するディスク１６２の回転速度の実質的なステップアップをもたらす。これによって、ディスク６２の回転速度はうず電流制動装置４０による比較的高いレベルの制動トルクを生み出すのに十分なものとなる。
さらに以下に詳述するように、フライホイール２４ａ、２４ｂの速度を監視することで、本発明の装置の使用者による移動距離を計測したり、また、使用者によって体験されるワークアウトのレベルを制御することが望ましい。フライホイールの速度を計測するいずれの標準的な手法を用いてもよい。例えば、光式あるいは磁気的なストロボホイールがディスク１６２、駆動シーブ９０、あるいは本装置の他の回転する部材に設けられる。ストロボホイールの回転速度は光式あるいは磁気式のセンサ１８０（図１４）によって監視され、このような回転速度に関連する電気信号を発生させる。
本発明を用いるには、使用者は安定のためハンドルバー５６を握りながら足パッド２７の上に立つ。使用者が一つの足パッドに対して下向きのステッピング動作を与えると、フライホイール２４ａ、２４ｂが軸２６の回りを回転する。結果として、足リンクの後端部が軸２６に対して回動し、同時に足リンクの前端部がトラック３４ａ、３４ｂに上下しながら乗ることになる。足リンクの前端部は、足リンクがフライホイールに装着された部位が支柱２２に実質的に最も近接した位置（足リンクの最大延出位置）から支柱から最も離れた位置、すなわち足リンクの最大引き込み位置へと移動するに際して、トラックに沿って下方に向かって移動する。この足リンクの最大引き込み位置から、さらにフライホイールが回転することで、足リンクはトラック３４ａ、３４ｂに沿って上方かつ前方に移動し、足リンクの最大延出位置へと戻る。これらの二つの位置は図１３に示されている。また、図１３は、対応する足パッド２７の中心の移動経路、すなわち、使用者の足の移動経路を示している。図１３に示すように、この移動経路は基本的には、前方かつ上方に傾斜した楕円形の形状を有している。
図１３は、リフト機構３８の異なる高さに対応したガイド３６の三つの異なる角方向づけにおける、足パッド２７の移動経路が示されている。図１３に示された最小の角位置（水平に対して約１０°）における、対応する足パッド移動経路１８１が図示されている。これは一般的には、滑る動作あるいはクロスカントリースキーの動作に対応するものである。ガイド３６は、水平からのより急な角（約２０°）である第二の位置として、楕円状の経路１８２として描かれる対応する足ペダル１１６の移動経路と共に示されている。この移動経路は一般的にウォーキング動作に対応している。また、図１３は、ガイド３６のより急な角方向づけ、水平から約３０°を示している。これに対応する足パッド２７の楕円状の移動経路は図１３において１８３で示されている。この移動経路はクライミング動作に対応する。ガイド３６の角度を調整することによって、本発明において異なるタイプの動作が得られることが理解される。したがって、本発明は、スキーからウォーキング、ランニング、クライミングまでの異なるタイプの動作をまねることに用いられる。これまでは、これらの異なる動作を得るには、異なる身体鍛錬装置が必要であった。
前述の足パッド、すなわち使用者の足の異なるそれぞれの移動経路において、共通する関係があることは出願人は了解している。足リンクの後端部が最も後方にある位置から前方に移動する時、例えば図１３に示す場合に、使用者の足のかかと部が爪先部より最初に速い速度で持ち上がる。同等に、足リンクの後端部が最も前方にある位置から後方に向かって移動する際には、使用者の足のかかと部が爪先部より速い速度で最初に下方に移動する。この同じ関係は、足リンクの前端部がガイド３６の下端の位置からガイド３６の上端の位置へ移動する際にも当てはまる。換言すれば、足リンクの前端部が下方の後端に近い点からガイド３６に沿って前方かつ上方に向かって移動する時には、使用者の足のかかと部は爪先部より先により速い速度で上昇する。同等に、足リンクの前端部が上方の、最も前方にある位置からガイド３６に沿って下方かつ後方へ向かって移動する時には、使用者の足のかかと部は爪先部より先により速く下降する。これは一般に、クロスカントリースキー、ウォーキング、ランニング、クライミングその他のステッピング動作における使用者のかかと部と爪先の相対的な動きに対応するものである。
ガイド３６の傾斜角と望ましいワークアウトレベルを達成するためにフライホイール２４ａ、２４ｂの回転に付与される抵抗とを制御かつ整合させるための出願人のシステム１８４が図１４に示してある。図１４に示すように、使用者の心拍数のようなフィジカルワークアウトパラメータがセンサ１８６によって監視される。使用者の心拍数に関連する電気信号、典型的には元来アナログである、が発生する。チェストウォーンモニター（chest worn monitor）、イヤロブモニター、フィンガーモニターを含む数種類のタイプの心拍数モニターを用いることができる。モニター１８６からの出力はアナログディジタルインターフェース１８８、コントローラ１９０を通って、理想的には表示パネル７４内に配設された中央処理装置（ＣＰＵ）１９２に送られる。使用者の心拍数に加えて、あるいはこれに代えて、呼吸の速さ、年齢、体重、性別等の運動者の他のフィジカルパラメータを利用することもできる。
さらに図１４に関連して、本発明に係る運動制御システム１８４は、標準アンペア数ＡＣ１１０ボルトの電力供給に連結自在の交流電力入口１９４を有している。電力入口１９４は変換器１９６を通って、制動装置４０および表示パネル７４につながっている。リフト機構３８はＡＣ電力を用いており、したがって、変換器１９６には連結されていない。
既述のように、リフト機構３８は、リフト機構の伸長、引き込み、すなわちガイド３６の傾斜角、を感知する感知システム１４７を備えている。この情報はアナログディジタルインターフェイス１８８、コントローラ１９０を通ってＣＰＵ１９２に送られる。また、フライホイール２４ａ、２４ｂの回転速度はセンサ１８０によって監視され、上述したように、この情報と共に、アナログディジタルインターフェイス１８８、コントローラ１９０を通ってＣＰＵに送られる。よって、本発明に係る装置１８を使用している間、ＣＰＵには心拍数やセンサ１８６によって感知された運動者の他のフィジカルパラメータ、ガイド３６の傾斜角度、フライホイール２４ａ、２４ｂの速度が報知される。この情報、あるいは関連する情報はディスプレイ７６を通して運動者に対して表示される。
さらに、本発明を通して、制御システム１８４を通して望ましいワークアウトレベルを維持することができる。例えば、年令、身長、性別のようなある種のパラメータが、運動中に望ましい心拍数の範囲を得るために、運動者によってキーパッド８０を通して入力される。あるいは、望ましい心拍数の範囲を運動者が直接入力するようにしてもよい。他のパラメータ、例えば足リンクの分毎のサイクルあるいはガイド３６の傾斜に対応する望ましいフライホイールの速度は運動者によって入力されてもよく、あるいはされなくてもよい。この情報によって、本発明の制御システムは制動装置４０あるいはリフト機構３８を調節して所望のワークアウトレベルを達成するようにしている。
種々のコースやワークアウトの様式はＣＰＵ９２にプログラムされているか、あるいは、望ましい心血管の範囲、ステッピング動作のタイプ等を含む種々のパラメータを反映するようにして使用者によって設計されるようにしてもよい。それゆえ制御システム１８４は、望ましいワークアウトの様式に対応するようにリフト機構３８のみならず制動装置４０をも制御する。
図１５には本発明の他の好ましい実施の形態が示されている。図１５に示す装置１８′は既に述べた図に示された装置１８と同様にして構成される。したがって、装置１８′において、装置１８における構成要素と同様あるいは類似の構成要素には同じ番号が付されており、但し、プライム符号「′」が付加されている。
装置１８′はフレーム２０′の後方に装着された一つのフライホイール２４′を有している。一対のクランクアーム２００ａ、２００ｂが駆動シャフト８４′の両端から正反対の直径方向に横切るように延出しており、足リンク３０ａ′、３０ｂ′の後端部に回動可能に連結されている。クランクアーム２００ａ、２００ｂは駆動シャフト８４′に固着されている。クランクアーム２００ａ、２００ｂは、前後動作において、足リンク３０ａ′、３０ｂ′の後端部を支持するようになっていることは理解される。これに関連して、異なる脚あるいは股下の長さを許容するように足リンクのストロークを変更するべく、クランクアームの長さを変更可能に構成してもよい。
足リンク３０ａ′、３０ｂ′の前端部は、ピボットジョイント２０２において、ロッカーアームあるいは揺動アーム２０１ａ、２０１ｂの下方端部に回動自在にピン連結されている。揺動アームは好ましくは管状部材から構成されると共に、ドッグレッグの形状を有しており、その上端は、支柱の下側部５２′と上側部５４′の交差部に近接して、軸２０４において支柱２２′にピン連結されている。それぞれの揺動アームは管状の上方部２０６と管状の下方部２０８とを有している。下方部２０８の上端部は対応する上方部２０６の下方部に摺動自在に連結されており、これによって揺動アームの長さを選択的に変更できるようになっている。揺動アームの上方部と下方部とは互いに任意の手段によって連結が維持されており、例えば、揺動アーム上方部に直径方向に同心状に設けた穿孔部と下方部に直径方向に同心状に設けた穿孔部のいずれかに貫挿して延出するクロスピン２１０によって連結が維持される。
図示されてはいないが、引張スプリングあるいは他の装置が揺動アーム上方部と下方部の内部に配設してあり、上方部と下方部とが互いに連結するように付勢してもよい。あるいは、揺動アーム上方部と下方部との連結を、揺動アームの構成の中に組み込んだリニアアクチュエータや他の電動駆動される装置によって、自動的に制御してもよい。
揺動アーム２０１ａ、２０１ｂは足リンク３０ａ′、３０ｂ′の前端部を支持し、支柱２２′に対する揺動アームの上端部の回動軸２０４と、この軸２０４と足リンクの前端部と対応する揺動アームの下方端部との連結点を決定する回動点２０２間の半径方向の長さとによって決定される弓形状経路２１２に沿って移動させる。経路２１２は、揺動アーム上方部２０６と下方部２０８との相対的な連結が変わることによって変更される点は理解される。これによって、使用者によって経験できるステッピング動作を変更することができ、ステッピング動作を上述したようなガイド３６の傾斜角を変更させて得られるのと同様にして変更することができる。このようにして、装置１８′は、承知のとおりの装置１８によって得られる利点と同様のものを提供することができる。
バンドブレーキ装置２２０がフライホイール２４′に対して回転抵抗を選択的に付与できるようになっている。バンドブレーキ装置は、フライホイール２４′の外方縁部の回りに延出するブレーキバンド２２２と、リニアアクチュエータ２２６の外方／自由端に回動自在に装着される小径弛み取りローラ２２４とを有している。リニアアクチュエータの反対側の端部はフレーム４２′に装着された装着ブラケット２２６に回動自在にピン連結されている。リニアアクチュエータは、機械的、電気的、あるいは他の手段によってフライホイール２４′に所望の摩擦抵抗を付加するように、使用者によって選択的に制御され得ることは理解される。また、他の公知の手段もフライホイール２４′に望ましい摩擦抵抗を与えるのに用いられる。例えば、キャリパーブレーキ（図示せず）を採用することで、フライホイール自身の外方縁部やフライホイールと共に回転するディスク（図示せず）に連結するようにしてもよい。
図１６にはさらに、本発明の他の好ましい実施の形態が示されている。足リンク３０ａ′、３０ｂ′とフライホイール２４ａ、２４ｂの間の複数ピボット連結が設けられている。それぞれのフライホイール２４ａ、２４ｂには、開口部１０４において、レールピボットブロック２３０が、螺子を刻設した固締部材２３２とつがいのナット２３４とによって回動自在にピン連結されている。レールピボットブロック２３０は対応するフライホイールの面に実質的に平行する面内を移動するようになっている。足リンク３０ａ′、３０ｂ′はその後側部においては中空となっており、レールピボットブロック２３０を受け入れるようになっている。ブロック装着ピン２３１は、足リンク３０ａ′、３０ｂ′の後方側の対向する上下の穿孔を貫設し、ピボットブロックの穿孔に嵌合し、足リンクの後端部に対してピボットブロック２３０を装着するようになっている。足リンク３０ａ′、３０ｂ′の後方端より長さ方向に切込み２３６が延出しており、固締部材２３２、２３４へのアクセスを可能としている。
理想的には、レールピボットブロック２３０は略方形状の形状を有し、中空足リンクの上下のフランジ壁の間にフィットするような寸法を有している。しかしながら、足リンクのフランジ部の内側の幅は、レールピボットブロック２３０の厚さより大きい寸法を有しており、枢支点として機能する装着ピン２３１の回りにおける、ピボットブロックに関連する足リンクの角変位が可能なようにしている。この構成によって得られるフライホイール２４ａ、２４ｂとガイド３６との間の足リンク連結においては、特に、足リンク３０ａ、３０ｂの長さを横切る方向におけるガイド３６およびフライホイール２４ａ、２４ｂの位置整合の不一致を補償できるようになっている。レールピボットブロック２３０の厚さやブロック装着ピン２３１の位置を変更することで、設計者が、本発明の他の構成要素の位置整合において起こり得る予期される許容差に依存する構成を微調整できることは、当業者には理解される。
本発明の好ましい実施の形態について図示し述べてきたが、本発明の精神およびスコープを離れない範囲において種々の変更がされ得ることは理解される。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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