(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持台に一端部を回動自由に枢着した左右一組の上下回転移動式足踏み台を設け、該回転移動式足踏み台を運動者が左右交互に足踏み運動することによって筋力鍛練をおこない得るようにしたステッピングマシーンにおいて、
前記支持台を１つの回転軸Ｘ−Ｘ′の周りに回動自在に支持する静止基台と、
前記支持台と一体化されて前記静止基台によって前記回転軸Ｘ−Ｘ′の周りに回動自在に支持された固定枠と、
前記固定枠に一つの支持枠を介して支承され、前記回転軸Ｘ−Ｘ′と直角な一つの旋回軸（Ｙ−Ｙ′軸）の周りに、電気モータを回転駆動源として回転自在に設けられたジャイロ回転輪と、
該ジャイロ回転輪を支承した前記支持枠を前記固定枠に対して前記回転軸Ｘ−Ｘ′および前記旋回軸Ｙ−Ｙ′の夫々に直角に配設された回動軸線Ｚ−Ｚ′の周りに回転自由に保持する回転保持手段と、
前記支持枠と一体に形成され、前記回動軸線Ｚ−Ｚ′周りに回動可能に設けられたハンドル手段と、
前記ジャイロ回転輪の回転数を前記電気モータを介して制御する電気的制御手段と、
を具備し、
運動者の足踏み運動による体重移動によって、前記支持台および前記支持枠の搖動運動を生起し、また前記ハンドル手段に手動により、相反する二方向の繰り返し回転運動を付与し、該揺動運動、該繰り返し回転運動、該両運動の複合運動を介して、前記ジャイロ回転輪に入力トルクを印加して該ジャイロ回転輪の回転数に応じた大きさのジャイロ才差運動による出力トルクを発生させ、該出力トルクによって、前記運動者に前記搖動運動、前記繰り返し回転運動、前記両運動の複合運動に基づく、筋力増強用の諸運動をステッピング運動に加えて作用させて脚の筋力のみならず身体の広範囲の筋力を鍛練、強化可能にしたことを特徴とするジャイロステッピングマシーン。
【請求項２】
前記支持枠によって前記旋回軸Ｙ−Ｙ′の延長線上に保持され、前記ジャイロ回転輪の回転数に応じて出力電圧を発生する発電機を更に具備し、かつ
前記ハンドル手段は、ほぼ前記回動軸線Ｚ−Ｚ′に沿って延設した棒状ハンドルと、該棒状ハンドルの上端から左右に延設した一対のハンドル桿とを具備し、該ハンドル桿の少なくとも一方の端部に前記発電機と接続されて前記ジャイロ回転輪の速度を適宜設定可能な速度調整器を前記運動者により手動操作自在に具備した請求項１に記載のジャイロステッピングマシーン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステッピングマシーンの足踏み運動に加えて、高速回転輪のジャイロ効果を利用し、ステッピング運動者の足踏み運動時に、同マシーンのハンドルに時計方向および反時計方向の繰り返し回転運動又は同マシーンの足踏み台に搖動運動を発生させ、もしくは両運動の複合運動を発生せしめて身体に作用させることにより、身体の広い範囲の筋力の鍛練又は増強を効果的に達成させるジャイロステッピングマシーンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、身体（特に脚部）の筋力鍛練や増強に用いる足踏み台、いわゆる周知のステッピングマシーンは、固定台上に１対の足踏み台をもうけて、足の上下運動のみを行うことによって脚の筋力を増強せしめる目的のものが用いられている。また、固定台に固定されたハンドルを具備しているステッピングマシーンも存在するが、この場合のハンドルは、手の支えか、せいぜい横腹の筋肉（外腹斜筋）の伸縮のみに使用されるものである。
【０００３】
しかしながら、従来から使用されているステッピングマシーンでは、足踏み運動によって、身体に回転運動および左右の搖動運動を印加せしめて、身体の広い範囲の筋力の増強をはかることは不可能であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来技術に鑑みて、本発明の目的は、足踏み運動によって、運動者が脚の筋力のみならず、体の広い範囲の筋力の増強をも同時に効果的に図ることができるように、ジャイロ効果を応用して種々の運動を発生させることにより、それらの運動を運動者の身体の種々の部位に作用させ、筋力の増強又は鍛練を達成できるようにしたステッピングマシーンを提供せんとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、足踏み台の前方に、ハンドルと一体化された支持枠を設け、この支持枠にハンドル軸と直角な回転軸を有するジャイロ回転輪を設け、該ジャイロ回転輪を電気モータによって駆動する。そして電気モータと同軸上に設けた発電機の出力電圧によって電気モータの回転数を適宜に電気的に制御することにより、運動者の好みのジャイロ才差出力トルクを発生させる回転数に設定できるようにしたことを基本的な構成としたものである。
【０００６】
更に、足踏み台を支持する支持台を、基台に対して一つの軸周りに回転自在に取付けることによって、運動者が足踏み運動をすることによる体重移動により、ジャイロ回転輪に入力トルクを印加させることができるように配設されている。
該入力トルクによって、ジャイロ回転輪は、ハンドル軸まわりに才差出力トルクを発生し、該才差出力トルクによってハンドルが、足踏み運動に連動して、時計方向および反時計方向の繰り返し回転運動を遂行し、この回転運動に従ってハンドルを握っている手を介して身体に回転力を印加させることができる。
【０００７】
また、ハンドルを手動によって意図的に回転させると、該回転力によって、ジャイロ回転輪に入力トルクが印加され、ジャイロ回転輪は、足踏み台を支持する支持台が基台に対して一つの軸周りに回転自在に構成されていることから、同支持台の基台に対する上記軸周りに、搖動出力トルクを発生せしめ、故にハンドルの回転方向に連動して、支持台上の運動者の身体に左右への傾斜回転力を与えることが可能な構成を備えるのである。さらに、上述の各運動を同時に複合的に発生させて、運動者に作用させることが可能なことは言うまでもない。
【０００８】
すなわち、本発明によれば、支持台に一端部を回動自由に枢着した左右一組の上下回転移動式足踏み台を設け、該回転移動式足踏み台を運動者が左右交互に足踏み運動することによって筋力鍛練をおこない得るようにしたステッピングマシーンにおいて、
前記支持台を１つの回転軸Ｘ−Ｘ′の周りに回動自在に支持する静止基台と、
前記支持台と一体化されて前記静止基台によって前記回転軸Ｘ−Ｘ′の周りに回動自在に支持された固定枠と、
前記固定枠に一つの支持枠を介して支承され、前記回転軸Ｘ−Ｘ′と直角な一つの旋回軸（Ｙ−Ｙ′軸）の周りに、電気モータを回転駆動源として回転自在に設けられたジャイロ回転輪と、
該ジャイロ回転輪を支承した前記支持枠を前記固定枠に対して前記回転軸Ｘ−Ｘ′および前記旋回軸Ｙ−Ｙ′の夫々に直角に配設された回動軸線Ｚ−Ｚ′の周りに回転自由に保持する回転保持手段と、
前記支持枠と一体に形成され、前記回動軸線Ｚ−Ｚ′周りに回動可能に設けられたハンドル手段と、
前記ジャイロ回転輪の回転数を前記電気モータを介して制御する電気的制御手段と、
を具備し、
運動者の足踏み運動による体重移動によって、前記支持台および前記支持枠の搖動運動を生起し、また前記ハンドル手段に手動により、相反する二方向の繰り返し回転運動を付与し、該揺動運動、該繰り返し回転運動、該両運動の複合運動を介して、前記ジャイロ回転輪に入力トルクを印加して該ジャイロ回転輪の回転数に応じた大きさのジャイロ才差運動による出力トルクを発生させ、該出力トルクによって、前記運動者に前記搖動運動、前記繰り返し回転運動、前記両運動の複合運動に基づく、筋力増強用の諸運動をステッピング運動に加えて作用させて脚の筋力のみならず身体の広範囲の筋力を鍛練、強化可能にしたことを特徴とするジャイロステッピングマシーンが提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るジャイロステッピングマシーンを添付図面に示す実施形態に基づいて、更に詳細に説明する。
図１から図５は、本発明の実施例の形態を示す図であり、図１、図２および図３は、同マシーンの正面図、側面図および背面図を示し、図４は、本発明の実施形態に係るジャイロステッピングマシーンのジャイロ回転輪の駆動および作動制御系の電気的構成を示すブロック図、そして図５の（ａ），（ｂ）はジャイロ回転輪の力学的ベクトルを示す解説図を夫々示している。
【００１０】
図１から図３において、本発明に係るジャイロステッピングマシーンはハンドル１を有してなり、同ハンドル１は、ハンドル軸Ｚ−Ｚ′を有し、かつ互いに左右方向に延設されたハンドル桿２および２′を備えている。ハンドル１の下方部と一体化された支持枠３には、ハンドル軸Ｚ−Ｚ′と直交した回転軸Ｙ−Ｙ′を有するジャイロ回転輪４が保護カバー５と共に取付けられている。
【００１１】
また、支持枠３には、ジャイロ回転輪４をＹ−Ｙ′軸上に回転駆動せしめる直流電気モータ６および発電機７が夫々取付けられている。
支持枠３の下端部は、支持台８と後述の回転軸１３を介して一体化されている固定枠９に対して回転自在な如く、回転軸１０および軸受１１によって、また上端部は回転軸１０′および軸受１１′によって、夫々支持されている。支持台８は、床面等に静置される基台１２に枢動可能に取付けられ、この場合、同支持台８は、既述したハンドル軸Ｚ−Ｚ′、回転軸Ｙ−Ｙ′の夫々に直角なＸ−Ｘ′軸に関して回転自在に取付けられ、つまり支持台８に設けた前後の回転軸１３、１３′と軸受１４、１４′によって回転自在に支持されている。
【００１２】
図３に明示のうに、支持台８が基台１２に対して揺動する場合の搖動角αは、角度調整用ボルト１５および１５′を、基台１２に取付けられている１対の締結板１６、１６′に対して、角度調整用ボルト１５、１５′と夫々一体化されているハンドル１７、１７′を回転せしめることによって、角度調整用ボルト１５、１５′の尖端部どうしの間の距離“ｌ”を適宜に変化、調節し、回転軸１３′に固定された拘束棒１８の動きを拘束することによって設定することができる。
【００１３】
拘束棒１８の両側面には、上記角度調整用ボルト１５、１５′と夫々連結したコイルばね１９、１９′が取り付けてあり、拘束棒１８が角度調整用ボルト１５、１５′へ接触する際の衝撃が緩和されるようになっている。支持台８の底部上面には周知のばね棒ダンパ２０、２０′を有した左足用足踏み台２１と右足用足踏み台２１′が取り付けられており、これらの両足踏み台２１、２１′は運動者の足踏み運動によって、支持台８の回転軸Ｘ−Ｘ’と直角をなす直線上に隔設された２つの枢着点を通る回転軸ｙ−ｙ′軸のまわりに上下に枢動、回転できるようになっている。
【００１４】
さて、本実施形態によるジャイロステッピングマシーンの電気的構成について以下に図４を参照して記載する。なお、図４において、点線は機械的結合部分を示している。
図４に示す如く、ジャイロ回転輪４の駆動用直流電気モータ６は、交流１００Ｖから交流／直流変換器２２を介して供給される電源を、ハンドル桿２に取付けた電源ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２３をオンにすることによって回転駆動される。
【００１５】
直流電気モータ６によって、駆動されるジャイロ回転輪４の回転によって、発電機７からは回転数に比例した電圧が発生し、該発電々圧は、ハンドル桿２′に取付けられたポテンショメータまたは摺動抵抗器型の速度調整器２４を介して直流モータ６の速度制御器２５にフィードバックされ、同時に、固定枠９に取付られた、ジャイロ回転輪４の回転数表示用の回転計２６および使用時間計２７に供給される。上記速度調整器２４は例えばハンドル桿２′の軸Ｐ−Ｐ′（図３）周りの回転と連動して回転し、上記の発電電圧を内蔵の可変抵抗器によって変化せしめて、速度制御器２５に供給する。
【００１６】
さて、足踏み運動者が、ハンドル桿２の電源ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２３をオンにすると、直流電源が電気モータ６に供給され、ジャイロ回転輪４が回転し、回転計２６が回転数を、使用時間計２７が使用時間を、夫々表示する。
ハンドル桿２′の速度調整器２４をハンドル桿２′の軸Ｐ−Ｐ′周りの回転調節によって調節することにより、ジャイロ回転輪４の回転数を適宜に制御することができる。
【００１７】
また、交流１００Ｖの代りに蓄電池を用いた構成とすることも可能であることは勿論である。この場合には、交流直流変換器２２は不必要になる。
さて、ジャイロ回転輪４に付いて図５の（ａ）、（ｂ）を参照しながら考察すると、今、ジャイロ回転輪４の回転方向が、Ｙ−Ｙ′軸の一端Ｙ側からみて図５（ａ）に矢印で示すように反時計まわりに（回転方向を変える時は、図４の周知の直流モータ正逆転法による回転方向設定スイッチ２８の位置を逆にする）回転させて、その時の回転速度をω rad／sec とし、回転軸Ｙ−Ｙ′に関する慣性モーメントをＩgr・cm・ｓec2 とすると、ジャイロ回転輪４の角運動量Ｈgr・cm・ｓecは（１）式で表わされる。
【００１８】
Ｈ＝Ｉω              …（１）
Ｈの大きさと方向は図５（ａ）の太線による矢印のベクトルで表わされる。
足踏み運動者が、左側の足踏み台２１を踏み、体重を左側の足にかけると、支持台８は、回転軸Ｘ−Ｘ′軸に関して、Ｘ側からみて時計方向に回転し、固定枠９を介してジャイロ回転輪４に入力トルクＴi1 gr・cmが印加される。従って、ジャイロ力学の原理によってジャイロ回転軸４の角運動量はベクトルＨとベクトルＴi1との合成ベクトルＨ′の方向へ移動し、結果として、ハンドル１をハンドル軸Ｚ−Ｚ′の一端Ｚ側からみて反時計方向に回転させることになる。
【００１９】
次に、右側の足踏み台２１′を踏んで体重を右の足にかけると、Ｔi1の向きは逆となり、ハンドル１は時計方向に回転する。
上述の如く、足踏み台２１，２１′を交互に踏み続けると、それに応じてハンドル１は時計、反時計方向に交互に回転し、ハンドル桿２，２′を握っている手を介して身体に回転運動として作用する。
【００２０】
ハンドル１の軸Ｚ−Ｚ′のまわりの出力トルクＴo1 gr・cmの大きさは、足踏みによる支持台８の搖動回転速度をΩ rad／sec とすると、次式（２）で表わされる。
Ｔo1＝Ｈ×Ω        …（２）
故に、（１）式におけるジャイロ回転輪４の回転速度ωを変化せしめることにより、Ｔo1の大きさを適宜に変えることができる。またΩの大きさ、すなわち足踏み運動速度の大きさによっても変えることができる。
【００２１】
更に、足踏みをせずに、ハンドル１のみを、Ｚ−Ｚ′軸の例えば一端Ｚ側からみてハンドル桿２，２’の操作により時計方向に回転させると、図５（ｂ）に示すように、ジャイロ回転輪４に入力トルクＴi2が作用し、角運動量ベクトルＨはＨ′へ移動し、結果として支持台８を、回転軸Ｘ−Ｘ′のＸ側からみて時計方向に回転させ、出力トルクＴo2を発生させる。同様に、ハンドル１を反時計方向にＺ−Ｚ′軸周りに回わすと、支持台８を一端Ｘ側からみて反時計方向に回転させる。
【００２２】
結果として、ハンドル１のＺ−Ｚ′軸周りの時計、反時計方向への交互の回転によって足踏み台２１，２１′を取付けた支持台８は基台１２に装着した軸受１４、１４’を貫通するＸ−Ｘ′軸の周りに搖動することとなる。
上述のように、足踏み運動に加えて、ハンドルの回転力、足踏み台を取付けた支持台８の搖動力およびこれらの複合化された運動力を発生させることができ、従来のステッピングマシーンにおける足踏み台よりも運動者の身体における広範囲の筋力部位の増強、鍛練に有効に用いることが可能となる。
【００２３】
また、直流モータ６の回転数を零にし、角度調整用ボルト１５および１５′の尖端部間の距離“ｌ”を零にすることによって、従来のステッピングマシーンとして使用できることは論理的に言うまでもなく、更には、ハンドル１の、ジャイロ回転輪４に対するＺ−Ｚ′軸上の位置を９０°ずらして固定できることも可能な構造にすることによって、運動者がジャイロ回転輪４の側面、すなわちＹ−Ｙ′軸のＹもしくはＹ′の位置に足を踏ん張って立ち、ハンドル１をＸ−Ｘ′軸の周りに搖動させることにより、ジャイロ回転輪４に入力トルクを与えることができ、ジャイロ力学の原理によって、Ｚ−Ｚ′軸まわりの出力トルクを、ハンドル桿２，２′を握っている手を介して身体に回転運動を印加せしめることもできる。
【００２４】
上述において、本発明に係るジャイロステッピングマシーンの実施形態について説明したが、ステッピングマシーンの足踏み台の代りに、周知のサイクルマシーン（エアロバイク）用ペダルおよびサドルを設け、体重を左右に移動させながら、ペダルをこぐことによって、ジャイロステッピングマシーンと同様の作用効果を得るジャイロサイクルマシーンにも本発明を適用可能であることは勿論である。
【００２５】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、従来のステッピングマシーンを基礎にしつつ、運動者の身体の広範囲に渡る筋肉部位に対する鍛練と筋力増強効果を付与することが可能であり、しかも種々の運動力を複合的に運動者の意思に従って作用させ得ることから、遊戯性をも帯びることができ、繰り返しの鍛練運動を誘起する効果もあので、益々鍛練効果の向上に寄与することが可能となるのである。
【００２６】
しかも、追加される機械的構造部、電気的構成をさして複雑ではないことからコスト増加も極力、抑制することができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るジャイロステッピングマシーンの正面図である。
【図２】図１に示した矢視線II−IIから見た側面図である。
【図３】同ジャイロステッピングマシーンの背面図である。
【図４】図１〜図３に示した実施形態に係るジャイロステッピングマシーンのジャイロ回転輪の駆動および作動制御系の電気的構成を示すブロック図である。
【図５】（ａ），（ｂ）はジャイロ回転輪の力学的ベクトルを示す解説図である。
【符号の説明】
１…ハンドル
２…ハンドル桿
２’…ハンドル桿
３…支持枠
４…回転輪
６…電気モータ
７…発電機
８…支持台
９…固定台
１０…回転軸
１１…軸受
１２…基台
１３…回転軸
１３’…回転軸
１４…軸受
１４’…軸受
２２…交流／直流変換器
２３…ＯＮ／ＯＦＦスイッチ
２４…速度調整器
２５…速度制御器
２６…回転計
２７…使用時間計
【図１】
0004115001.tif 000002
【図２】
0004115001.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004115001.tif 000005
【図５】
0004115001.tif 000006