(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペダルと、前記ペダルの回転運動による駆動力を伝達するプーリ及びベルトからなる駆動伝達手段と、前記駆動伝達手段から回転運動による駆動力を受ける負荷モータと、前記負荷モータを制御する負荷制御装置とを備えた運動療法装置であって、
前記駆動伝達手段の形状における撓みを検出して撓み検出信号を出力する検出手段と、
前記検出手段から出力される前記撓み検出信号に基づいて、前記ペダルの回転運動が前記負荷モータによる補助力によって回転しているか運動者の力によって回転しているかを判定する判定手段と
を備え、
前記ベルトは、前記負荷モータと前記プーリとの間に延びた上側部分と、前記上側部分の下方に設けられ、前記プーリと前記負荷モータとの間に延びた下側部分とを有し、
前記判定手段は、前記ベルトの上側部分の撓みを検出した場合には、前記負荷モータの補助力で前記ペダルが回転運動をしていると判定し、一方、前記ベルトの下側部分の撓みを検出した場合には、前記運動者の力で前記ペダルが回転運動をしていると判定する
ことを特徴とする運動療法装置。
【請求項２】
前記負荷制御手段は、前記判定手段からの情報に基づいて、前記負荷モータによる補助力の駆動および停止を制御するものであって、
前記負荷制御手段は、前記判定手段による判定結果に基づいて、前記ペダルの回転運動開始時に前記ペダルが運動者の力によって回転していると判定されたときには、前記負荷モータを駆動させて補助力を生成させ、一方、前記補助力によって回転していると判定したときで、かつ、当該補助力が、前記運動者の力による回転速度よりも速い速度で前記ペダルを回転させていると判定したときには、前記負荷モータの駆動を停止させる
ことを特徴とする請求項１に記載の運動療法装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は運動療法装置に関し、特に、例えば心疾患患者並びに脳血管障害患者などがエルゴバイクで運動療法を行う際に、ペダルを踏む脚力の極端に弱い運動者が、運動療法の開始時に急激な負荷を受ける事無く、運動療法を実施できるようにする運動療法装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は、例えば、特許文献１に開示された従来の運動療法装置を示す構成図である。図３に示すように、従来の運動療法装置においては、運動者が踏むペダル２に結合されたプーリー１と、ペダル２に負荷を与えるためのモータ７とが設けられている。プーリー１とモータ７との間には、プーリー３が設けられている。プーリー１とプーリー３には、ベルト４がかけられている。また、プーリー３には、プーリー５が併設されている。プーリー３の回転軸と、プーリー５の回転軸は共通である。プーリー５とモータ７には、ベルト６がかけられている。また、プーリー１およびプーリー５には、それぞれ、１つのマグネット８および９が取り付けられている。また、ホール素子１０および１１がマグネット８および９を検知するために設けられている。すなわち、マグネット８および９がプーリー１およびプーリー５とともに回転して所定の位置（図３においては真下の位置）に到達したときに、それらに対向する位置にホール素子１０および１１が設けられているので、１回転するたびに、ホール素子１０および１１によってマグネット８および９が検知され、これにより、プーリー１およびプーリー５が回転した回数を検知することができる。ホール素子１０および１１にはコンピュータ１２が接続されており、コンピュータ１２はホール素子１０および１１からの信号を入力し、プーリー１とプーリー５との回転数を算出する。コンピュータ１２には、モータ７を制御するための負荷制御装置１３が接続されており、コンピュータ１２からの回転数に基づいてモータ７の負荷が制御される。
【０００３】
次に動作について説明する。
【０００４】
ペダル２の回転数は、プーリー１とプーリー３にかけられたベルト４によってプーリー５に伝えられて増速され、更に、ベルト６によりモータ７に伝えられる。プーリー１とプーリー５の１回転毎にホール素子１０および１１がパルス信号をコンピュータ１２に出力する。当該コンピュータ１２はこのパルス信号の数を算出して、負荷制御装置１３に出力する。負荷制御装置１３ではこのパルス信号の数に基づいて回転数を決定し、モータ７の負荷を制御する。また、回転数からペダル２の位相角を検知することができるので、ペダル２の回転角度位置に対応させて負荷を設定したい場合にも、当該回転数を用いれば、ペダル２の回転角度位置ごとの負荷の設定が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭６２−４６１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の運動療法装置は以上のように構成されているので、運動療法開始時に、ペダル２の負荷が運動療法装置の駆動系の摩擦負荷より大きな力を出さなければ、運動者がペダル２を漕ぎ始める事はできなかった。そのため、運動者のペダル２を踏む脚力の大きさが極端に弱い場合には、運動療法の開始時に急激な負荷を受けることになる。
【０００７】
しかしながら、特に、筋力（例えば、大腿四頭筋および股関節伸筋群）の低下が著しい運動者や、心疾患患者、脳血管障害患者、または、高齢者が運動療法を行う際には、ペダル回転運動を特に軽負荷で実施する必要がある。
【０００８】
このように、従来の運動療法装置においては、運動療法開始時には、駆動系の摩擦負荷以上のペダルを踏む力を運動者が出さなければペダルが回転し始めないので、身体障害者または高齢者などの筋力の低下した運動者が運動療法装置で運動する場合は、運転開始時のペダル負荷が運動者にとってはかなりの負担となってしまうという問題点があった。
【０００９】
この発明はかかる問題点を解決する為になされたもので、ペダル回転運動を開始する時に、そのペダル負荷を極力軽くすることが可能な運動療法装置を得る事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、ペダルと、前記ペダルの回転運動による駆動力を伝達するプーリ及びベルトからなる駆動伝達手段と、前記駆動伝達手段から回転運動による駆動力を受ける負荷モータと、前記負荷モータを制御する負荷制御装置とを備えた運動療法装置であって、前記駆動伝達手段の形状における撓みを検出して撓み検出信号を出力する検出手段と、前記検出手段から出力される前記撓み検出信号に基づいて、前記ペダルの回転運動が前記負荷モータによる補助力によって回転しているか運動者の力によって回転しているかを判定する判定手段とを備え、前記ベルトは、前記負荷モータと前記プーリとの間に延びた上側部分と、前記上側部分の下方に設けられ、前記プーリと前記負荷モータとの間に延びた下側部分とを有し、前記判定手段は、前記ベルトの上側部分の撓みを検出した場合には、前記負荷モータの補助力で前記ペダルが回転運動をしていると判定し、一方、前記ベルトの下側部分の撓みを検出した場合には、前記運動者の力で前記ペダルが回転運動をしていると判定することを特徴とする運動療法装置である。
【発明の効果】
【００１１】
これにより、この発明の運動療法装置によれば、負荷制御手段がペダル回転軸の回転運動を起動させるようにしたので、ペダル回転運動を開始する時に、そのペダル負荷を極力軽くすることが可能となるので、低体力の運動者でも楽にペダル回転運動を開始することができ、運動機能の回復および体力の維持を図る事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る運動療法装置のブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る運動療法装置におけるたわみ検出例を示した説明図である。
【図３】従来の運動療法装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る運動療法装置の全体構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態に係る運動療法装置には、ペダル２１のペダル回転軸２７に結合されたペダル軸プーリー２２が設けられている。また、ペダル２１のペダル回転軸２７の回転運動を駆動させるための負荷モータ２５が設けられている。さらに、負荷モータ２５には、負荷側プーリー２４が結合されている。ペダル軸プーリー２２と負荷側プーリー２４にはベルト２３がかけまわされている。ベルト２３は、ペダル回転軸２７の回転運動を負荷モータ２５に伝達する駆動伝達手段を構成している。また、負荷モータ２５には、負荷モータ２５を駆動制御するための負荷制御装置２６が接続されている。この構成により、ペダル軸プーリー２２は、ベルト２３を介して負荷側プーリー２４に結合された負荷モータ２５に回転運動を伝え、負荷モータ２５は、負荷制御装置２６により駆動制御される。
【００１４】
また、ベルト２３の上側の撓み（たわみ）を検出するための検出器３１と、ベルト２３の下側の撓みを検出するための検出器３２とを有し、それぞれの検出器３１，３２による撓み検出信号は負荷制御装置２６に入力される。
【００１５】
検出器３１，３２は、例えば、光センサ、近接センサ、距離センサ等から構成される。さらに、ベルト２３の張り撓みに応じて上下に移動可能なアイドラを組み合わせることで、上記のセンサ以外にも、リミットスイッチ、位置センサなどを用いて構成することもできる。
【００１６】
ベルト２３は後述するように起動時等に撓むが、その撓みによるベルト２３の垂直方向の位置のずれは、ベルト２３の材質および長さ等から設計時あるいは製造時に予測可能である。そのため、検出器３１および３２は、ベルト２３が撓んだときのみ検出できる位置に設けられている。すなわち、ベルト２３が撓んだときに、ベルト２３が検出器３１および３２の検出可能エリアに入ってくる構成になっており、通常時にはベルト２３は検出器３１および３２により検出されない。
【００１７】
運動者がペダルを正転方向に回転させ、負荷モータ２５が負荷となる場合は、ベルト２３は上側が張り、下側が撓む。一方、負荷モータ２５の補助力でペダルが正転方向に回転する場合は、ベルト２３は上側が撓み、下側が張る。
【００１８】
この性質を利用すれば、検出器３１，３２により、ペダル回転軸２７が負荷モータ２５による補助力によって回転しているか否かを判定することができる（判定手段）。
【００１９】
すなわち、検出器３１がベルト２３を検出したなら、ペダルはモータの補助力で回転しており（破線ａ）、ベルト２３を検出していないなら、ペダルは運動者により回転させられていると判定される（実線）。
【００２０】
同様に、検出器３２がベルト２３を検出したなら、ペダルは運動者により回転させられており（実線）、ベルト２３を検出していないなら、ペダルは負荷モータ２５の補助力で回転していると判定される（破線）。
【００２１】
なお、本実施の形態に係る運動療法装置の全体の構成としては、例えば、特許文献１（図１）に示されるように、運動者が運動時に握るためのハンドル、運動者が座るためのサドル、ペダル軸プーリー２２や負荷モータ２５等を収納しているフレーム、および、それらを支持するスタンドから構成されている。
【００２２】
次に、図１に示した運動療法装置の動作について図２に基づいて説明する。
【００２３】
図２に示すように、運動者がペダル２１を漕いでペダル回転軸２７をＢ方向へ回転させて運動する場合、運動者がペダル２１をＢ方向へ漕ぎ始めると、発生する張力によりベルト２３は下側部分が破線ｂの状態に撓む。検出器３２が当該撓みを検出して、撓み検出信号を出力する。負荷制御装置２６は、当該撓み検出信号に基づいて、負荷モータ２５をＢ方向に回転させるように駆動する。その結果として、運動者がペダル２１を回転させるための力を負荷モータ２５が補助するように、負荷モータ２５を駆動することになる。負荷モータ２５の補助動作により、運動者は、楽な力でペダル回転運動を開始することができる。
【００２４】
ペダル回転運動をさらに続けていき、負荷制御装置２６がペダル２１の回転速度よりも早く負荷モータ２５を駆動した場合は、発生する張力によりベルト２３は、上側部分が、破線ａの状態に撓むので、検出器３１が当該撓みを検出して、撓み検出信号を出力する。負荷制御装置２６は、当該撓み検出信号に基づいて、負荷モータ２５を停止させるように動作する。これにより、負荷モータ２５の補助動作は停止する。
【００２５】
なお、ペダル回転方向が逆にＡ方向の場合は上記動作と全く逆の動作となる。
【００２６】
すなわち、図２に示すように、運動者がペダル２１漕いでペダル回転軸２７をＡ方向へ回転させて運動する場合、運動者がペダル２１をＡ方向へ漕ぎ始めると、発生する張力によりベルト２３は上側部分が破線ａの状態に撓む。検出器３１が当該撓みを検出して、撓み検出信号を出力する。負荷制御装置２６は、当該撓み検出信号に基づいて、負荷モータ２５をＡ方向に回転させるように駆動する。その結果として、運動者がペダル２１を回転させるための力を負荷モータ２５が補助するように、負荷モータ２５を駆動することになる。負荷モータ２５の補助動作により、運動者は、楽な力でペダル回転運動を開始することができる。
【００２７】
ペダル回転運動をさらに続けていき、負荷制御装置２６が、ペダル２１の回転速度よりも早く負荷モータ２５を駆動した場合は、発生する張力によりベルト２３は、下側部分が、破線ｂの状態に撓むので、検出器３２が当該撓みを検出して、撓み検出信号を出力する。負荷制御装置２６は、当該撓み検出信号に基づいて、負荷モータ２５を停止させるように動作する。これにより、負荷モータ２５の補助動作は停止する。
【００２８】
以上のように、本実施の形態においては、上記動作を繰り返すことにより，ペダル２１を漕ぎ始める時にペダル２１が回り始めない限界の状態にペダル２１を停止させた状態を保持できるようになり、運動者がペダル２１を漕ぎ始めた時には、ほぼ負荷ゼロの状態から運動を開始することが可能となる。
【００２９】
さらに上記構成により、ペダル２１を漕がない時にペダル２１が回り出さない限界の状態を保持できるようになり、運動者がペダル２１を漕ぎ始めた時に、確実にほぼ負荷ゼロの状態から運動を開始することが可能となる。
【００３０】
このように、本実施の形態においては、運動者のペダル回転運動開始時に、負荷モータ２５により補助動作を行うようにしたので、運動者の筋力が極端に弱い場合でも、運動療法を楽に始めることができる。
【００３１】
また、この発明によれば、従来の筋力測定器と従来の自転車型運動療法装置を一体化することも可能となり、様々な運動者が無理なく運動できる効果が得られる。
【００３２】
この発明によれば、運動負荷試験においても、負荷がほぼゼロの状態から運動負荷を徐々に増加できるので正確な運動負荷試験が実現できる。
【００３３】
この発明によれば、低体力者や脚力の弱い運動者でも無理なく運動できる効果が得られる。
【００３４】
この発明では、エルゴバイクでの下肢の運動での実施の形態を示したが、下肢および上肢のその他の運動療法においても、同様な機構構成をする事により運動者が非常に軽い負荷から運動を実施できる効果が得られる事は言うまでもない。
【００３５】
この発明では、検出器を２台使用した実施の形態を示したが、検出器３２のみの１台にして簡易的に制御できる事は言うまでもない。
【００３６】
この発明では、ベルトの撓みを駆動系の伝達機構の撓みとして検出した例を示したが、ベルト以外に、チェーン、Ｖベルト、タイミングベルト、など駆動伝達系のたわみを発生する機構であれば実現できる事は言うまでもない。
【００３７】
この発明では、負荷モータを使用した例を示したが、負荷モータ以外に、専用のアシストモータ、その他補助駆動機構でも同様の効果が得られる事は言うまでもない。
【図１】
0004350748.tif 000002
【図２】
0004350748.tif 000003
【図３】
0004350748.tif 000004