(57)【要約】【課題】コンパクトな筋力トレーニング用震動装置を提供する。【解決手段】モーター１０、トルク出力機構２１、制御ユニット３０を具え、該モーターの回転角度及び速度はセンサー１１により、該制御ユニットに伝達される。該トルク出力機構は、該モーターに対する減速機構であって、張力巻き取り機２２を介して、張力巻き取り機に巻回されたロープ２２１末端に結合したプルハンドル２２２を操作する使用者に対して負荷を与える。  モーターにより負荷するトルクを制御ユニットにより設定し、使用者の操作力により回転するモーターの回転状態を上記センサーで検知して、設定されたトルク値に応じた負荷をモーターを介して与える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モーター、トルク出力機構、制御ユニットからなり、
該モーターは、該モーターの回転角度及び速度を感知するセンサーを設けて該センサーを電気的に該制御ユニットと相互に接続し、
該トルク出力機構は、該モーターの出力端に設置されて、該トルク出力機構を通して使用者が加える力量を該モーターに伝達し、また該モーターが出力するトルクを使用者に伝達し、
該制御ユニットは、該センサーにより感知した該モーターの状態に対応して該モーターに回転力を制御して使用者が加えた力量に対抗するトルクを発生すると共に、そのトルクの大きさと周期を変動させることにより、
筋力及び瞬発力訓練の機能を達成することを特徴とする筋力トレーニング用震動装置。
【請求項２】
前記モーターが出力するトルクは、周期と振幅を個別に調整可能であることを特徴とする請求項１記載の筋力トレーニング用震動装置。
【請求項３】
前記トルク出力機構は、減速機及び張力巻き取り機を具え、該張力巻き取り機には末端にプルハンドルを結合した伝動ロープを巻回し、プルハンドルを引っ張る力により、該モーターに対して回転力を与えることを特徴とする請求項１記載の筋力トレーニング用震動装置。
【請求項４】
前記トルク出力機構は、減速機及び使用者が足或いは手により操作する回転棒を具え、使用者の該回転棒の連続回転操作により該減速機を連動して該モーターに対して回転力を与えることを特徴とする請求項１記載の筋力トレーニング用震動装置。
【請求項５】
前記トルク出力機構は減速機及び回転軸に掛け渡した無端ベルトからなるトラックを具え、使用者のランニング動作により該トラックから回転軸を通して該モーターに対して回転力を与えることを特徴とする請求項１記載の筋力トレーニング用震動装置。
【請求項６】
前記制御ユニットは、操作パネルを具えて、使用者は該操作パネルから動作を設定する命令を入力可能であることを特徴とする請求項１記載の筋力トレーニング用震動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筋力トレーニング用震動装置に関する。特に、モーターを抗力として利用し、これに制御ユニットを対応させ、筋力と運動神経敏捷性の訓練を効果的に実施する筋力トレーニング用震動装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
運動選手の競技におけるパフォーマンスの成果は、自身の技巧と身体能力にかかっており、身体能力の内で瞬発力（Ｐｏｗｅｒ）は非常に大きな影響力を持つ。瞬発力は運動選手のパフォーマンスの良否に関わるだけでなく、一般人にとっては、突発的な状況に直面した時、自身の瞬発力が強ければ、最適な反応能力を示すことができる。しかもフィットネスが流行する現代社会では、自身を鍛錬し身体能力を増強することは注目を集める話題である。
運動選手の競技場でのパフォーマンスでは、極めて短い時間に最大の力量を発揮することが大切で、つまり瞬発力の大きさがしばしば勝敗を決定するカギとなる。また、一般人が突発的な状況に直面した時にも、瞬発力が突発的な状況への処理結果を左右する。よって瞬発力の大きさはすべての人に関連があるものである。
瞬発力は、実際には筋力（Ｆｏｒｃｅ）と筋肉收縮速度（Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）の積であるため、最もカギとなる因子は筋力と筋肉收縮速度である。筋力を増加させる方法は主に筋肉繊維数を増やしそれを肥大させるもので、筋肉收縮速度の増強方法は、主に神経敏捷性を訓練し神経が支配する筋肉收縮活動の効率と速度を増強するものである。
【０００３】
伝統的な筋力訓練マシーンの大部分はアイアンブロック（鉄塊）等のウエイトを重力負荷として採用する。図１に示すように、訓練時には反覆引っ張り運動により、該重力を負荷・解放して筋肉を鍛錬する。しかし、この種の訓練マシーンは複雑かつ場所をとるプーリーシステムを対応させる必要があり、さらには筋肉繊維数を増強及び増加させられるだけで、筋肉收縮速度に対しては、この種の訓練マシーンでは効果は得られない。
図２に示すように、別の公知の方式は伝統的なアイアンブロックを重力負荷として利用する他に、アイアンブロックと運動選手の間に震動器を加える。この震動器の作用は元の固定式の重力負荷を周期性波及び負荷変化を与える震動刺激に改変し、神経の敏捷性を刺激するものである。これにより神経衝動を促進し神経抑制を低減させ、より多くの運動変化に関連するため、筋肉は単位時間内において最大力量を発揮する。
しかし、上記設備はアイアンブロックを重力負荷とする方式を依然として使用するため、重力負荷を必ず上下移動させる方式を用いなければならない。これでは訓練マシーンは非常に大きくなってしまい、さらにはワイヤー及び方向転換用のプーリーを用いるため、非常に大きな体積が占める。この複雑な構造と場所を取る点は克服が待たれる欠点として存在する。
【特許文献１】特公昭６２−３８９９１号公報
【特許文献２】特開２００３−２３５９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、従来の訓練装置が筋肉收縮速度の訓練を行うことができず、構造が複雑で、場所をとる等の欠点を改善した筋力トレーニング用震動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明は下記の筋力トレーニング用震動装置を提供する。
モーター、トルク出力機構、制御ユニットからなり、
該モーターは該モーター回転角度及び速度を感知するセンサーを設け、該センサーは電気的に該制御ユニットと相互に接続し、
該トルク出力機構は該モーターの出力端に設置し、該トルク出力機構を通して使用者が加える力量を該モーターに伝達し、また該モーターが出力するトルクを使用者に伝達し、
該制御ユニットは該センサーと接続し、入力した命令に基づき、該センサーにより該モーターの状態を感知し、これにより該モーターを制御し、使用者が加えた力量に対抗するに足るトルクを発生し、
本発明は筋力訓練及び神経敏捷性増強の効果を兼ね備えた運動選手瞬発力訓練装置で、本発明はアイアンブロックを重力負荷とする方法と異なり、モーター及び制御ユニットを採用することによってイアンブロック及び機械式偏心振動機に取って代わり、モーター電流及び位置を精密に制御する方式により、伝統的なアイアンブロックの負荷及び震動負荷に相似したパフォーマンスを生じ、運動選手の筋力及び神経敏捷性訓練に供することができる。
【発明の効果】
【０００６】
上記のように、本発明は筋力訓練及び神経敏捷性増進の効果を兼ね備え、運動選手瞬発力訓練機能を一体とし、コンパクトで空間節減のトレンドに符合するため、非常に高い実用性及び進歩性を備えた発明である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明筋力トレーニング用震動装置は図３、４に示すように、その本体１はモーター１０、トルク出力機構２０及び制御ユニット３０を具える。
該モーター１０の適当な位置には該モーター１０の回転角度及び速度を感知するセンサー１１を設置し、該センサー１１は電気的に該制御ユニット３０と相互に接続する。
該トルク出力機構２０は、該モーター１０の出力端に設置され、該トルク出力機構２０は減速機２１と張力巻き取り機２２を具える。該減速機２１は、該モーター１０端に設置されたモーター端減速ホイール２１１と出力端減速ホイール２１２を具え、該モーター端減速ホイール２１１と該出力端減速ホイール２１２の間は伝動ベルト２１３により連結し、これにより該モーター１０の出力する高回転速度低トルクは低回転速度高トルクに転換される。該減速機２１は、該出力端減速ホイール２１２により、該張力巻き取り機２２と接続し、該張力巻き取り機２２は張力巻き取りローラー２２０に回転力を伝達する。
該張力巻き取りローラー２２０上には末端にプルハンドル２２２を結合した伝動ロープ２２１を巻回し、該減速機２１は該張力巻き取り機２２を介して使用者に手部或いは足部により引伸ばす等の引っ張り動作の負荷を与える。こうして使用者の動作は該モーター１０端に伝達され、該モーター１０によりこれに対抗するトルクを提供する。
該制御ユニット３０は、コントローラー３１及び操作パネル３２を具え、該コントローラー３１は該モーター１０のセンサー１１と電気的に接続され、該操作パネル３２を通して使用者は装置に必要な作動を入力することができる。入力された命令に基づき、該センサー１１が感知した該モーター１０の状態に応じて、該モーター１０を制御し使用者がトルク出力機構２０に加えた負荷に対抗するに足る力を生じる。
【０００８】
本発明が採用するモーターは、永久磁石式ブラシレスモーターで、該モーターのトルク発生のメカニズムは以下の通りである。
永久磁石式ブラシレスモーターの設計はおおむね以下の要求に基づく必要がある。
モーター最大出力（Ｍａｘ．Ｐｏｗｅｒワット）／馬力（ｈｐ）；
モーター最大トルク（Ｍａｘ．Ｔｏｔｑｕｅ）；
モーターローター最大慣性量（Ｍａｘ．Ｉｎｅｒｔｉａｌ）；
モーター最高回転速度（Ｍａｘ．Ｓｐｅｅｄ）；
出力及び慣性量に影響を及ぼすモーター設計パラメーターは、モーター外径で、モーター最高速度に影響を及ぼすモーター設計パラメーターは磁極数で、モーター最大トルクに影響を及ぼすモーター設計パラメーターは珪素鋼板の厚みである。
すべての設計パラメーターは、設計ニーズに基づき設定が完了すると固定され、製造されるモーター最高回転速度（Ｎｍａｘ）は固定値で、モータートルク常数ｋｔも固定値である。
ｋｔ＝Ｃ×ＶＤ／Ｎｍａｘ；
ＶＤ：モーター端電圧（Ｖ）；
Ｎｍａｘ：モーター最高回転速度（ｒｐｍ）；
Ｃ：常数＝９．５５；
Ｋｔ＝モータートルク常数  単位：（Ｎ−Ｍ）／Ａ；
Ｔｍ＝Ａ×ｋｔ；
Ｔｍ：モーター出力トルク（Ｔｏｒｑｕｅ）（Ｎ−Ｍ）；
Ａ：モーター入力電流（Ｃｕｒｒｅｎｔ）（アンペア）。
同様のモーター端子電圧であれば高速モーターのｋｔ値は小さく、低速モーターのｋｔ値は大きい、よって同様の出力トルクを得たい時には、高速モーターは低速モーターより多くの入力電流が必要である。
上記公式により該モーター１０出力トルクと該モーター１０入力電流の正比例関係は明らかである。よって該制御ユニット３０の操作パネル３２を通して該モーター１０に入力する電流を制御すれば、該コントローラー３１を通して該モーター１０の出力トルクを制御することができる。
【０００９】
さらに本発明の作動原理を詳細に説明するため、図６、５を参照されたい。
図５は、モーター１０の減速及び加える外力の関係図で、トルクは縦軸、時間は横軸に表示し、張力巻き取りローラーの半径はｒ３である。
モーター出力端減速機構の減速比はｒ２／ｒ１；
ｒ１：モーター端減速ホイール半径；
ｒ２：出力端減速ホイール半径；
Ｆ：使用者が加える引力；
Ｔｒ：使用者が加える引力を張力巻き取りローラー上に加えて生じるトルク；
Ｔｒ＝Ｆ×ｒ３；
Ｔｒこのトルク負荷が減速機出力ホイール端に加える力量はＦｒ；
Ｆｒ＝Ｔｒ／ｒ２＝（Ｆ×ｒ３）／ｒ２；
Ｆｒ減速機を経由しモーター端に伝達され、モーターが発しなければならない対抗するトルクはＴｍ；
Ｔｍ＝Ｆｒ×ｒ１＝（Ｆ×ｒ３×ｒ１）／ｒ２；
Ｔｍは外部使用者が設定したモーター抵抗トルクの上限値；
【００１０】
使用当初の無負荷状態では、該コントローラー３１は該センサー１１により該モーター１０の回転を感知しない。よって、該コントローラー３１は電流を該モーター１０に加えず、静止状態にある。
外力が加わり始め、かつＴｍより小さい時には、該コントローラー３１は該センサー１１により該モーター１０回転状況を感知して、該コントローラー３１は外力方向に反対の電流を該モーター１０に加える。この時、該モーター１０は反対方向のトルクを生じて加えられた外力に抵抗し、該コントローラー３１は該モーター１０が外力を加えられる前の位置を維持するまで、該モーター１０に加える電流の大きさを制御する。しかもこのトルクはちょうど外力に等しい。
【００１１】
外力が生じるトルクがＴｍに等しい時には、使用者は引っ張り力を加えても、該モーター１０をその方向に回転させることができず、靜止状態を呈する。いわば、綱引き状態と同様である。
使用者の施力がＴｍより大きい時には、該モーター１０は該コントローラー３１の制御を受け、Ｔｍの反対方向のトルクだけを生じる。よってこの時、該モーター１０は外力により徐々に回転され、逆方向に回転する。この時、該伝動ロープ２２１と該プルハンドル２２２は該張力巻き取り機から離れる方向に引出され、該モーター１０端のセンサー１１を経由し、該コントローラー３１は該モーター１０が外力により回転された角度を記憶する。
【００１２】
使用者の施力がＴｍより小さい時には、該モーター１０が該コントローラー３１の制御を受け、Ｔｍの方向のトルクを生じる。該モーター１０が生じるトルクは外部施力より大きいため、この時、該モーター１０が該モータートルクと同じ方向状態の回転を生じ、外力により引出された伝動ロープ２２１とプルハンドル２２２は元の位置に引き戻される。
上記モーター１０が生じるトルクは、該コントローラー３１の制御を受けて固定値Ｔｍにある。この固定値は、該操作パネル３２を通して使用者の設定したものである。これが本発明の第一種操作方式である。この一定トルク（引力）筋力トレーニング方式によれば、アイアンブロックを採用する筋力訓練マシーンのような効果を発揮することができる。
【００１３】
本発明の第二種操作方式は、波動トルク（引力）筋肉瞬発力訓練方式で、該コントローラー３１が該モーター１０を制御し生じるトルクはＴｍを基準とするが、周期性の変化の弦波状トルク作用を加える。
ｔ：は一周期の時間（単位：秒）
ｆ＝１／ｔ    はトルク波及周波数（単位：Ｈｚ）
ΔＴ：はトルク波及変化値
ｔ＝０である時、モーターが生じるトルクＴｍは使用者が加える力量に等しい。よって双方は靜止状態を呈する。
ｔが０とｔ／２に介在する時には、モーターが生じる力量は外力より大きく、しかもｔ＝ｔ／４  である時には最大がＴｍ＋ΔＴである。この時、モーターは伝動ワイヤーを引き戻す。
ｔ＝ｔ／２である時、モーターが生じるトルクＴｍは使用者が加える力量に等しく、よって双方はまた靜止状態を呈する。
ｔがｔ／２とｔに介在する時、モーターが生じる力量は外力より小さく、しかもｔ＝３ｔ／４である時、最小はＴｍ−ΔＴである。この時、外力はモーターを引動し、伝動ワイヤーは引出される。
適当な周波数ｆ及びΔＴに調整する、このような周期性トルク波及の変化は使用者にとっては一種の震動刺激で、筋力を鍛えることができる他に、使用者の神経を刺激し、それをより敏捷性を鍛錬することができる。しかも該トルク波及変化周波数及び変化値は共に使用者が個別に設定することができる。
【００１４】
続いて図７に示すように、本発明第二実施例では本発明の第三の操作方式を実施することができる。それは足で踏む或いは手で揺らす波動トルク訓練方式である。前記二種方式は伝動ロープ２２１とプルハンドル２２２を採用し、使用者は引っ張り力により筋力を鍛えるが、本実施例では該張力巻き取り機２２を足で踏む或いは手で揺らす回転棒２２３によって行う。該回転棒２２３は、使用者の両足或いは両手によって連続して踏み回転させる方式により該減速機２１を連動し、モータートルク出力は定トルク或いは波動トルク方式により、使用者の操作力と釣り合いを取る。使用者の施力がモータートルクより大きい時には、該モーター１０は外力により反対方向に連動される状態となって外力により連動されて回転する。使用者の施力がモータートルクより小さい時、或いは全く操作力を加えていない時には、該モーター１０が生じるトルクも消失し、使用者が足で踏む或いは手で揺らす回転棒２２３は該位置に停止する。
【００１５】
次に図８に示すように、本発明第三実施例では本発明の第四種操作方式を実施することができる。ランニングマシーン形態の訓練方式で、本実施例は回転軸２３１により該張力巻き取り機２２に取って代わり、該減速機２１の出力端減速ホイール２１２と接続する。該回転軸２３１及び回転軸２３３には無端ベルトからなるトラック２３２を掛け渡し、該トラック２３２下方には体重支持用の走行板２３４を設置する。使用者は、該トラック上で走行動作することによって腿の筋肉によって施力し該トラック２３２を押し動かす必要があり、これにより該トラック２３２は該回転軸２３１、回転軸２３３間で連動され回転する。該トラック２３２は使用者が腿の筋肉により施力する方式において該モーター１０に対して施力し、フィットネス訓練の機能と効果を達成する。
図９に示すように、ランニングマシーン形態の訓練方式は、筋力トレーニング機能をより増加することができる。
上記は本発明の実施例に過ぎず本発明を限定するものではない。よって本発明と相同の発明精神において行われるあらゆる修飾或いは変更はすべて本発明の保護範囲に含まれるものとする。
本発明の筋力トレーニングに用いる震動装置は構造設計、使用実用性及びコストパフォーマンスにおいて、確実に産業上の発展の必要に符合しており、しかも掲示する構造発明はまた前代未聞の最新構造であるため、それが備える「新規性」には疑いもない。また本発明は公知構造に比べ機能と効果が増進しているため、「進歩性」も備える。よって特許法が定める発明の申請要件規定に符合している。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】公知構造の指示図である。
【図２】公知構造の指示図である。
【図３】本発明の簡単な指示図である。
【図４】本発明構造の指示図である。
【図５】本発明トルク出力と時間座標図である。
【図６】本発明減速器両端のモータートルクと外部引力指示図である。
【図７】本発明第二実施例構造の指示図である。
【図８】本発明第三実施例構造の指示図である。
【図９】本発明第三実施例使用の指示図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  本体
１０  モーター
１１  センサー
２０  トルク出力機構
２１  減速機
２１１  モーター端減速ホイール
２１２  出力端減速ホイール
２１３  伝動ベルト
２２  張力巻き取り機
２２０  張力巻き取りローラー
２２１  伝動ロープ
２２２  プルハンドル
２２３  回転棒
２３１  回転軸
２３２  トラック
２３３  回転軸
２３４  走行板
３０  制御ユニット
３１  コントローラー
３２  操作パネル
【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】
2009131347.tif 000009
【図８】
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【図９】
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