JP4736670B2 - 運動補助装置 - Google Patents

Description

本発明は、使用者がシート部に腰を着けた状態で、該シート部を揺動することで、使用者の脚部に体重を付加させ、運動を付与する運動補助装置に関する。

上記のように使用者がシート部に腰を着けた状態で、該シート部を揺動することで、使用者の脚部に体重が変化して加わるようにし、胴体および下肢に運動を付与するようにした運動補助装置が、本件出願人によって、特許文献１で提案されている。この運動補助装置を用いることで、たとえば糖尿病患者等の膝痛を持った使用者でも、大腿部の筋収縮を伴う運動を可能とし、前記筋収縮による糖代謝によって、生活習慣病などの改善に役立てられるようになっている。また、足腰の衰えた使用者では、筋力アップに役立てられるようになっている。
特開２００５−５８７３３号公報

ところが、運動を効率的に行うには、膝の角度が重要で、理想的な角度である１４０°から外れる程、効果が薄くなったり、過度の負荷が掛かったりする。たとえば前記１４０°よりも大きく、脚を突っ張った状態になる程、使用者が腰を着けたシート部が前に傾き、脚に体重が掛かるようになっても、前記大腿部の筋肉に負荷が掛からず、運動効果が小さくなる。

そこで、前記の理想的な膝角度となるように、前記シート部の高さ調整が行われているが、従来では、使用者が自己に適していると思われる官能値で調整したり、使用者や指導者が角度定規を用いて調整を行ったりしている。

したがって、調整が適正に行われていなかったり、調整が煩わしいという問題がある。

本発明の目的は、膝角度の調整を、適正かつ容易に行うことができる運動補助装置を提供することである。

本発明の運動補助装置は、使用者がシート部に腰部を着けた状態で、該シート部を揺動することで、使用者の脚部に体重が変化して加わるようにして、使用者に運動を付与する運動補助装置において、前記シート部を昇降して高さ調整を行うことができる変位手段と、前記シート部に加わる荷重を検出する検出手段と、使用者が下降したシート部に立位で跨った状態で、前記変位手段に前記シート部を上昇させつつ、前記検出手段の検出結果をモニタし、検出された荷重が予め定める値となった時点で前記上昇を停止させる制御手段と、停止したシート部に使用者が腰部を着けた状態で、使用者の膝角度が運動効果の高い予め定める角度となるように前記脚部を支持する脚台とを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、使用者がシート部に腰部を着けた状態で、該シート部を揺動することで、使用者の脚部に体重が変化して加わるようにして、使用者に運動を付与する運動補助装置において、使用者の膝角度が運動効果の高い予め定める角度である１４０°となるようにシート部の高さが合っていなければ期待通りの運動効果が得られなくなるので、変位手段によって前記シート部を昇降して高さ調整を行うことができるようにする。そして、その高さ調整を、制御手段が、使用者が下降したシート部に立位で跨った状態で、前記変位手段に前記シート部を上昇させつつ、検出手段でシート部に加わる荷重をモニタしながら行う。検出された荷重が予め定める値となると、その時点のシート部の高さは使用者の股下長さに略対応しており、その高さで使用者がシート部に腰部を着けると、脚部を５〜１０ｃｍ程度の予め定める一定の高さの脚台で保持することで、使用者の膝角度を運動効果の高い前記１４０°に支持することができる。

したがって、効果的な運動を行うことができる膝角度に、適正かつ容易に調整を行うことができる。

また、本発明の運動補助装置は、前記使用者の脚部の接地面となる脚台を有する基台と、前記基台に立設され、前記シート部と前記脚台とを予め定める間隔で保持するとともに、伸縮変位して前記変位手段となる支柱と、前記支柱の上部に取付けられ、上部に前記シート部が取付けられ、前記シート部を揺動する揺動手段とを備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、前述の使用者がシート部に腰部を着けた状態で、該シート部を揺動することで、使用者の脚部に体重が変化して加わるようにして、使用者に運動を付与する運動補助装置を実現するにあたって、前記シート部をポール先端に取付け、そのポールの基端側を揺動するような構成に比べて、各機構部品に加わるストレスは小さく、小型の部品を採用することができるとともに、前記シート部の高さ調整が容易で、本発明に好適な機構である。

さらにまた、本発明の運動補助装置では、前記揺動手段は、前記支柱の上部とシート部との間に設けられる駆動装置として実現され、前記支柱の上部に設けられる台座に対して前後方向の軸線回りに揺動自在であり、前後方向の揺動を発生する揺動機構と、前記揺動機構上で前後方向に揺動可能に支持される前リンクおよび後リンクと、前記前リンクおよび後リンク間に設けられ、前記座席を支持する台座とを備えて構成されることを特徴とする。

上記の構成によれば、上記の構成から成る駆動装置によって、前後方向および左右方向の揺動を発生する前記揺動手段を実現することができる。

また、本発明の運動補助装置では、前記揺動機構は、前記台座上に立設される前後一対の軸支板と、前記軸支板に前記前後方向に延びるピンによって左右方向に揺動可能に支持される前板および後板ならびにそれらの前板および後板に左右両側から固定される側板を備えて成る筐体と、前記筐体内に縦据え置きされるモータと、前記両側板に枢支され、前記モータで駆動される第１および第２のシャフトと、前記第１のシャフトの両端部に相互に同位相となる角度でそれぞれ取付けられる偏心クランクと、前記偏心クランクに一端が取付けられるアームリンクと、前記第２のシャフトの少なくとも一端に偏心して立設されるピンと前記台座との間に設けられる偏心ロッドとを備えて構成され、前記前リンクは、前記前板の下部側で前後に揺動自在に支持されるとともに前記アームリンクの他端が取付けられることで前記前後方向に揺動可能となり、かつ前記偏心ロッドの駆動によって前記揺動機構が前記左右方向に揺動することを特徴とする。

上記の構成によれば、モータが駆動すると、第１のシャフト、偏心クランク、アームリンクおよび前リンクによってシート部を支持する台座は前後方向に揺動し、第２のシャフトおよび偏心ロッドによって前記シート部を支持する台座は左右方向に揺動する。こうして、揺動機構で、前記座席を支持する台座を揺動させることができる。

本発明の運動補助装置は、以上のように、使用者がシート部に腰部を着けた状態で、該シート部を揺動することで、使用者の脚部に体重が変化して加わるようにして、使用者に運動を付与する運動補助装置において、使用者の膝角度が運動効果の高い予め定める角度である１４０°となるようにシート部の高さが合っていなければ期待通りの運動効果が得られなくなるので、変位手段によって前記シート部を昇降して高さ調整を行うことができるようにし、その高さ調整を、制御手段が、使用者が下降したシート部に立位で跨った状態で、前記変位手段に前記シート部を上昇させつつ、検出手段でシート部に加わる荷重をモニタしながら行い、検出された荷重が予め定める値となると、その時点のシート部の高さは使用者の股下長さに略対応しており、その高さで使用者がシート部に腰部を着けると、脚部を５〜１０ｃｍ程度の予め定める一定の高さの脚台で保持することで、使用者の膝角度を運動効果の高い前記１４０°に支持することができる。

それゆえ、効果的な運動を行うことができる膝角度に、適正かつ容易に調整を行うことができる。

図１は本発明の実施の一形態に係る運動補助装置１の分解斜視図であり、図２（ａ）はその運動補助装置１の使用状態を説明するための模式的な横断面図であり、図３は図２（ａ）の上面図である。この運動補助装置１は、大略的に、使用者２が腰部３を着けるシート部４に、前記シート部４を揺動させる駆動装置５と、前記駆動装置５およびそれに搭載されるシート部４を支持して前記シート部４の高さを可変させられる脚部６と、使用者２の脚部７の接地面となり、その重量を支える左右の脚台８と、上半身９を支えるハンドル１０と、操作パネル１１と、前記ハンドル１０および操作パネル１１を支持する支柱１２と、前記脚部６、脚台８および支柱１２が取付けられる基台１３とを備えて構成される。そして、駆動装置５がシート部４を揺動することで、使用者２の脚部７に体重が変化して加わり、使用者２に運動を付与するようになっている。

前記シート部４は、使用者２の尻部を受ける受け部４ａと、大腿部が抜けるように形成された左右前方の切欠き部４ｂと、腰部を背面から受ける突起部４ｃとを備えて構成される。前記切欠き部４ｂは、使用者２の膝角度θが運動効果の高い予め定める角度である１４０°となるように、鉛直線から前記１４０°（水平面に対して５０°前傾）だけ傾斜して形成されている。前記受け部４ａには、使用者２が着座したことを検知するための荷重センサ１９３が設けられている。

前記駆動装置５は、昇降ベース１２４上に搭載され、その昇降ベース１２４は前記脚部６の支柱１２５内を摺動可能に構成されており、その摺動によって、前記シート部４の床面および前記脚台８からの高さが変化可能であるとともに、前記支柱１２５が後方へ傾いているので、前記脚台８からの水平距離も合わせて変化するようになっている。このため、前記基台１３には、昇降機構１２７の下端１２７ａが取付けられ、上端１２７ｂが昇降ベース１２４の台座１２４ａの裏面から取付けられるとともに、前記昇降ベース１２４の外周面に設けられた案内ローラ１２４ｂが前記支柱１２５内に形成された案内軌条１２５ａ上を走行し、該昇降機構１２７が、伸長することで前記シート部４の床面および脚台８からの高さが高く、かつ脚台８からの水平距離が大きくなり、縮小することで前記高さが低く、かつ前記水平距離が小さくなる。

前記昇降機構１２７は、一対の柱片１２７ｃと、それらの間に収納される作動片１２７ｄと、柱片１２７ｃの上部に取付けられるギアボックス１２７ｅと、前記ギアボックス１２７ｅを駆動するモータ１２７ｆと、高さ検知ユニット１２７ｇとを備えて構成される。前記柱片１２７ｃの下端１２７ａが前記基台１３に取付けられ、上端には前記ギアボックス１２７ｅが取付けられる。前記作動片１２７ｄは、ボールねじなどから成り、その上端１２７ｂが昇降ベース１２４の台座１２４ａの取付け片１２４ｘ（後述の図５参照）に取付けられ、それよりも下方の部分が前記ギアボックス１２７ｅ内を通過可能になっており、前記ボールねじにはギアボックス１２７ｅ内の図示しない歯車の内周面に形成された内ねじが噛合し、その歯車がモータ１２７ｆの出力軸に固着されたウォームギアで駆動されることで、前記作動片１２７ｄが柱片１２７ｃ間から伸長／縮小し、シート部４の昇降が可能となる。

前記高さ検知ユニット１２７ｇは、連結片１２７ｈによって作動片１２７ｄに連結されたスリット板１２７ｉの変位を、センサ１２７ｊで読取ることで、前記シート部４の高さを検知する。

前記昇降ベース１２４の台座１２４ａには、昇降カバー１２８が取付けられて、前記昇降機構１２７が伸長しても、昇降ベース１２４が支柱１２５から露出しないようになっており、また前記台座１２４ａには、機構部カバー１２９が取付けられることで前記駆動装置５が露出しないように保護されている。さらにまた、前記昇降ベース１２４の台座１２４ａ上には、本体側回路基板１１０が搭載されており、支柱１２５内で基台１３上には、重量物の電源トランス１３２などが収納されている。

図４は前記駆動装置５の詳細な構成を示す分解斜視図であり、図５はその駆動装置５を組立てた状態での側面図である。なお、図５では、理解し易くするために、一部の部品を省略したりしている。この駆動装置５では、前記昇降ベース１２４の台座１２４ａは、後傾斜しているものの、前記昇降機構１２７による変位以外では動かず、揺動の基台となる。

前記図１も参照して、この台座１２４ａ上に前後一対の軸支板１３１，１３２が立設されており、その軸支板１３１，１３２の軸受け１３１ａ，１３２ａに挿通されるピン１３３，１３４によって揺動機構１３５が前記参照符号Ｎで示す左右方向に揺動可能になり、さらにその揺動機構１３５によって支持される前リンク１３６および後リンク１３７を介して、前記シート部４を搭載する台座１４０が参照符号Ｘで示す前後方向に揺動可能となる。そして、それらの台座１２４ａ、前リンク１３６、台座１４０および後リンク１３７で囲まれた空間内に、駆動部１３８が収納されている。

先ず、前側の軸支板１３１の軸受け１３１ａには、ピン１３３によって前板１４１が左右方向に揺動可能に支持され、同様に後側の軸支板１３２の軸受け１３２ａには、ピン１３４によって後板１４２が左右方向に揺動可能に支持される。それらの板１４１，１４２には、左右両側から側板１４３，１４４が、ビス１４５，１４６によってねじ止め固定される。こうして、可動架台となる前記揺動機構１３５の筐体が構成されている。

前記両側板１４３，１４４には、ビス１４７によって、モータ１４８がねじ止め固定される。前記モータ１４８は揺動機構１３５内に縦据え置きされ、出力回転軸の突出方向は上向きとされる。そのモータ１４８の出力回転軸に固着された歯車１４９は、第１シャフト１５０に設けられた第１ギア１５１に噛合し、その第１シャフト１５０に設けられた第２ギア１５２は、第２シャフト１５３に設けられたギア１５４に噛合している。前記シャフト１５０，１５３は、前記両側板１４３，１４４の軸受け１４３ａ，１４４ａ；１４３ｂ，１４４ｂに枢支されている。

前記第１シャフト１５０の両端部は、角柱状に形成されており、相互に同位相となる角度で、偏心クランク１５５，１５６がそれぞれ取付けられている。前記偏心クランク１５５，１５６には、それぞれアームリンク１５７，１５８の一端が取付けられている。前記アームリンク１５７，１５８の他端は、前記前リンク１３６の上部側で、左右に設けられる軸ピン１５９，１６０にそれぞれ連結されている。一方、前記前リンク１３６の下部側で、左右に設けられる軸ピン１６１，１６２は、前記両側板１４３，１４４の前方下部側に設けられる軸受け１４３ｃ，１４４ｃにそれぞれ軸着されている。また、前記前リンク１３６の上部側で左右に設けられる軸受け１６３，１６４は、前記台座１４０の前端側で左右に設けられる軸受け１６５，１６６と、シャフト１６７によって軸着される。したがって、前記モータ１４８が回転すると、第１シャフト１５０の回転力が偏心クランク１５５，１５６およびアームリンク１５７，１５８によって直線往復運動に変換され、台座１４０が前記参照符号Ｘで示す前後方向に揺動可能となる。

これに対して、前記第２シャフト１５３の一方の端部には、偏心してピン１５３ａが立設されており、このピン１５３ａには偏心ロッド１６８の一端が連結されている。この偏心ロッド１６８の他端は、前記台座１２４ａに取付けられた連結金具１６９に揺動自在に連結されている。前記ピン１５３ａおよび偏心ロッド１６８は、図４および図５では、揺動機構１３５の左側に設けられているけれども、右側に設けられてもよく、あるいはピン１５３ａが第２シャフト１５３の両端で相互に位相が１８０°異なる位置に設けられ、揺動機構１３５の両側に設けられてもよい。したがって、前記モータ１４８が回転すると、第２シャフト１５３の回転力がピン１５３ａおよび偏心ロッド１６８によって直線往復運動に変換され、台座１４０を搭載した揺動機構１３５が、参照符号Ｎで示す左右方向に揺動する。

また、後リンク１３７は、前記台座１４０の後部と前記両側板１４３，１４４の下部後端側とを、該台座１４０が前記参照符号Ｘで示す前後方向に揺動可能となるように支持する。このため、前記台座１４０の後部裏面には、Ｕ字状の連結片１７０が固着されており、その連結片１７０の両側の垂下部１７１，１７２に設けられた軸受け１７１ａ，１７２ａと、後リンク１３７のシャフト１７３の上端に取付けられたＵ字状の連結片１７４の両側の立上げ部１７５，１７６に設けられた軸受け１７５ａ，１７６ａとが、ピン１７７によって軸着される。また、前記両側板１４３，１４４の下部後端側には、それぞれ軸受け１４３ｄ，１４４ｄが設けられており、前記シャフト１７３の下端に取付けられた逆Ｕ字状の連結片１８０の左右一対の取付け片１８１，１８２の下端に設けられた軸受け１８１ａ，１８２ａと、ピン１８３によって軸着される。

このように構成された揺動機構１３５で、ギア１５２，１５４のギア比および偏心クランク１５５，１５６とピン１５３ａとの位相差を設定することで、シート部４に、Ｖ字型、Ｗ字型、横八の字型等の軌跡で揺動させることが可能になる。この揺動機構１３５が左右前下方に揺動すると、シート部４は、前記突起部４ｃおよび切欠き部４ｂにより滑ることなく、受け部４ａで使用者２の尻・腰部を前方に押し出すとともに、大腿部が受け部４ａに荷重をかけにくくなるので、使用者２は、脚台８で突っ張ることとなる。こうして、使用者に運動を行わせることができる。

図６は、この運動補助装置１の電気的構成を示すブロック図である。前記操作パネル１１に設けられる操作回路基板１２１からの操作に応答して、前記本体側回路基板１１０は、直流ブラシレスモータなどから成る揺動用のモータ１４８および直流モータなどから成る昇降用のモータ１２７ｆを駆動する。前記昇降用のモータ１２７ｆによるシート部４の高さはセンサ１２７ｊによって検知されており、その検知結果は前記本体側回路基板１１０に入力される。また、前記荷重センサ１９３による検知結果も、前記本体側回路基板１１０に入力される。

図７は上述のように構成される運動補助装置１における膝角度θの調整動作を説明するための図であり、図８はその調整動作に拘わる部分の構成図である。前述と同様の構成には、同一の参照符号を付して示す。このような運動補助装置１では、使用者２の膝角度θが１４０°となっていなければ、前述のように大腿部の筋肉に負荷が掛からず、運動効果が小さくなる。そこで、本実施の形態では、シート部４の高さを調整することで、使用者２の体格に拘わらず、θ＝１４０°を維持できるようにする。

前記調整は、前記操作回路基板１２１から、使用者２が調整動作の起動を指示することで開始され、前記本体側回路基板１１０において、マイクロコンピュータやその周辺回路などを備えて構成される制御回路１１１が、前記センサ１２７ｊおよび荷重センサ１９３の検知結果をモニタしながら、変位手段である脚部６の前記昇降用のモータ１２７ｆを駆動することで行われる。

具体的には、制御回路１１１は、図７（ａ）で示すように、使用者２が下降したシート部４に立位で跨った状態で調整動作を開始し、前記モータ１２７ｆを駆動してシート部４を上昇させつつ、荷重センサ１９３でシート部４に加わる荷重をモニタする。検出された荷重が予め定める値となると、その時点のシート部の高さは、図７（ｂ）で示すように使用者２の股下長さに略対応しており、その高さで上昇を停止し、高さ調整を終了する。

一方、この状態で、図７（ｃ）で示すように使用者２がシート部４に腰部を着け、脛７ａが略鉛直になるように脚部７を脚台８上の適当な位置に設置し、前記脚台８の高さＨ１が５〜１０ｃｍ程度の適当な高さに設定されていると、使用者２の膝角度θを運動効果の高い前記１４０°に支持することができる。

ここで、前記図２（ａ）を身長が低い使用者２の場合の例とし、身長が高い使用者２’についての同様の図を、図２（ｂ）で示す。前記シート部４の高さ調整を行うことで、いずれの使用者２，２’においても、脚部７，７’の膝角度θは、効果的な運動を行うことができる前記１４０°とすることができる。

このようにして、本体側回路基板１１０に設けられる制御回路１１１がモータ１２７ｆを駆動してシート部４の高さを掃引し、使用者２の股下長さを測定するとともに、前記脚台８の高さＨ１を、特に設定しておくことで、効果的な運動を行うことができる膝角度に、適正かつ容易に調整を行うことができる。

また、本発明の運動補助装置１は、基台１３に立設された伸縮自在の脚部６に揺動を発生する駆動装置５を搭載し、その駆動装置５上にシート部４を取付けている。これに対して、図９で示すように、前記特許文献１の運動補助装置５１では、ポール５２の先端にシート部５３を取付け、そのポール５２の基端側を駆動装置５４によって揺動させるので、基端側に大きなストレスが加わる。

したがって、本発明の運動補助装置１の方が、小型の部品を使用して、かつ省電力で駆動することができるとともに、シート部４の高さ調整も容易である。

本発明の実施の一形態に係る運動補助装置の分解斜視図である。 前記運動補助装置の使用状態を説明するための模式的な横断面図である。 図２の上面図である。 前記運動補助装置において、揺動を発生する駆動装置の詳細な構成を示す分解斜視図である。 前記駆動装置を組立てた状態での側面図である。 前記運動補助装置の電気的構成を示すブロック図である。 上述のように構成される運動補助装置における膝角度の調整動作を説明するための図である。 図７の調整動作に拘わる部分の構成図である。 従来技術の運動補助装置の構成を示す正面図である。

符号の説明

１ 運動補助装置
２，２’ 使用者
３ 腰部
４ シート部
４ａ 受け部
４ｂ 切欠き部
４ｃ 突起部
５ 駆動装置
６ 脚部
７ 脚部
７ａ 脛
８ 脚台
９ 上半身
１０ ハンドル
１１ 操作パネル
１２ 支柱
１３ 基台
１５ 脚部
１６ 脚台レール
１１０ 本体側回路基板
１１１ 制御回路
１２１ 操作回路基板
１２７ｆ 昇降用のモータ
１２７ｊ センサ
１２４ 昇降ベース
１２４ａ 台座
１２５ 支柱
１２６ 脚台
１２７ 昇降機構
１２７ｆ モータ
１３１，１３２ 軸支板
１３５ 揺動機構
１３６ 前リンク
１３７ 後リンク
１３８ 駆動部
１４０ 台座
１４１ 前板
１４２ 後板
１４３，１４４ 側板
１４８ モータ
１５０ 第１シャフト
１５３ 第２シャフト
１５５，１５６ 偏心クランク
１５７，１５８ アームリンク
１６８ 偏心ロッド
１９３ 荷重センサ

Claims (4)

1. 使用者がシート部に腰部を着けた状態で、該シート部を揺動することで、使用者の脚部に体重が変化して加わるようにして、使用者に運動を付与する運動補助装置において、
   前記シート部を昇降して高さ調整を行うことができる変位手段と、
   前記シート部に加わる荷重を検出する検出手段と、
   使用者が下降したシート部に立位で跨った状態で、前記変位手段に前記シート部を上昇させつつ、前記検出手段の検出結果をモニタし、検出された荷重が予め定める値となった時点で前記上昇を停止させる制御手段と、
   停止したシート部に使用者が腰部を着けた状態で、使用者の膝角度が運動効果の高い予め定める角度となるように前記脚部を支持する脚台とを含むことを特徴とする運動補助装置。
2. 前記使用者の脚部の接地面となる脚台を有する基台と、
   前記基台に立設され、前記シート部と前記脚台とを予め定める間隔で保持するとともに、伸縮変位して前記変位手段となる支柱と、
   前記支柱の上部に取付けられ、上部に前記シート部が取付けられ、前記シート部を揺動する揺動手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の運動補助装置。
3. 前記揺動手段は、前記支柱の上部とシート部との間に設けられる駆動装置として実現され、
   前記支柱の上部に設けられる台座に対して前後方向の軸線回りに揺動自在であり、前後方向の揺動を発生する揺動機構と、
   前記揺動機構上で前後方向に揺動可能に支持される前リンクおよび後リンクと、
   前記前リンクおよび後リンク間に設けられ、前記座席を支持する台座とを備えて構成されることを特徴とする請求項２記載の運動補助装置。
4. 前記揺動機構は、
   前記台座上に立設される前後一対の軸支板と、
   前記軸支板に前記前後方向に延びるピンによって左右方向に揺動可能に支持される前板および後板ならびにそれらの前板および後板に左右両側から固定される側板を備えて成る筐体と、
   前記筐体内に縦据え置きされるモータと、
   前記両側板に枢支され、前記モータで駆動される第１および第２のシャフトと、
   前記第１のシャフトの両端部に相互に同位相となる角度でそれぞれ取付けられる偏心クランクと、
   前記偏心クランクに一端が取付けられるアームリンクと、
   前記第２のシャフトの少なくとも一端に偏心して立設されるピンと前記台座との間に設けられる偏心ロッドとを備えて構成され、
   前記前リンクは、前記前板の下部側で前後に揺動自在に支持されるとともに前記アームリンクの他端が取付けられることで前記前後方向に揺動可能となり、かつ前記偏心ロッドの駆動によって前記揺動機構が前記左右方向に揺動することを特徴とする請求項３記載の運動補助装置。

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