Exercise machine

本発明はエクササイズマシンに関し、さらに詳しくは、動的および形体的バランスの面を考慮した、ユーザーの下半身および上半身の両方を含む、さまざまな筋肉群を同時に働かせることによって全身運動を実現するエクササイズマシンに関する。

本発明の一つの目的は、安全かつ継続的に下半身および上半身の両方の同時エクササイズ可能とするエクササイズマシンを提供することである。 エクササイズデザインコンセプトは歩行の調和に由来するものであり、歩行時には脚および臀部の動きは自然に同調しかつ釣り合い、連続バランスを伴う完全な流動的動作に帰着する。 本発明の装置はさらに、ユーザーの異なるフィットネス目的に実現するために、さまざまなエクササイズ形態のオプションを例示する。

定期的な身体エクササイズの重要性についての昨今の認識は、フィットネス産業の安定成長を促している。 昨今のライフスタイルのプレッシャーを考えれば、全ての年齢群の人々は合理的なレベルのフィットネスを実現するために必要な時間と関係があり、これは、最小時間内で実現される最大身体運動を可能とする運動プログラム、マシン、付属品を提供する必要性を際立たせている。 効率に関するこの焦点は、今やヘルスクラブ、体育館および家庭などで普通に見られる多機能エクササイズマシンの開発につながっている。

適切な人間工学および安定性の考察は、過去数年のわたって絶え間なく進化した。 依然として、目下、市場に見られるエクササイズマシンの多くは、運動ルーチンの間のユーザーの体に対する適切で絶え間ないサポートのような問題を解決できておらず、しかも、ある場合には、いくつかの関節への過大なストレスだけでなく、筋反射、ユーザーの動作の痙攣特性によって外傷を引き起こすことがある。 こうした状況の適切な考察は、とりわけ次のユーザー、すなわち、高齢者、妊婦、ある整形外科的疾患を患う人および本来の状態でない人々のために特に重要である。

いわゆる「デュアルアクション」あるいは「全身」エクササイズマシンに関して、動作の調和のコンセプトは、人間工学および快適性の観点から重要である。 異なる体部分の動作間の相互作用の信頼できる考察を伴わない場合、ユーザーは、その結果としてエクササイズを実施し難くかつ不快であると感じるであろう。 さらに悪いことに、マシン自体による不十分なあるいは不連続なサポートを補償するために、ユーザーは、通常、自身のバランスを保つために他の筋肉群を緊張させることを強いられるが、これは、意図しておらずしかもユーザーにとって潜在的に有害である不要な余分な筋肉運動を生じる。 この問題は特に経験の浅いユーザーにとっては深刻であり、彼らの、エクササイズ中の不快さを自身の乏しいフィットネス条件のせいにする傾向は深刻な外傷を生じるであろう。

従来型のデュアルアクションエクササイズマシンの多くは、快適性、効率性、およびある状況では安全性を損なう動作へとユーザーを導く。 こうした制約を解消するために、本発明は、動的および形体的バランスのコンセプトに基づいて設計され、上記問題を軽減するエクササイズマシンを提供する。

本発明に基づくエクササイズマシンは、ユーザーおよびさまざまなマシンコンポーネントを支持する剛体フレームを具備してなる。 ユーザーは、マシンの剛体サポートフレームに対して固定されたシートと、傾斜バックレストと、ヘッドレストとを有する椅子内に着座する。 ユーザーの胴体は、マシンのサポートフレームの一端の近傍の領域内に位置する。 ユーザーの足は、マシンサポートフレームの対向端に配置されたペダルに載る。 マシンの機械電子システムは、覆いのあるボックス内で、ユーザーの足に近接してフットペダルの前方に存在するが、これはマシンのサポートフレームに対して固定されている。

エクササイズルーチンの間、ユーザーの脚の下側部分は概ね水平な向きとなり、かつ、ユーザーの足は脚に対して概ね直交するように配置された一対のペダルに当接する。 これらのペダルは、機械電子システムを収容するボックスの両側に配置される。 ペダルの動きは、ボックス内に収容されたさまざまな要素の動きを引き起こす。 ユーザーのペダリング運動によってマシンに付与される機械的エネルギーの一部は椅子のバックレストのローリング動作を引き起こすのに向けられ、一方、残りの部分はマシン内のさまざまな電気システムに給電し、さらにバッテリーの充電状態を維持するために使用される。

本発明の他の態様、利点ならびに新規な特徴は、以下の詳細な説明ならびに図面から明らかとなる。 図面についての言及は本明細書の一部をなし、かつ、同じ参照数字は各図において対応する部分を示している。

本発明の利用は従来技術に対して、いくつかの利点を有する。 それは、ユーザーが、少ない時間で、全身の、低インパクトエクササイズルーチンを、運動の全ての段階の間に提供される確実かつ連続したサポートの観点から、高い安全性を伴って実施することを可能とする。 本マシンによってもたらされる連続バランスはストレスを低減し、かつ、バランスをとるのに時間を浪費する代わりに、ユーザーが運動に集中することを可能にする。 負荷の調整機能は、シェープビギナーから上級の高い能力のユーザーまでの全てのレベルを補償する。 本マシンは、ユーザーが、脚、背中、肩、斜筋および腹筋群、および任意選択で腕のエアロビクス運動を実施することを可能にする。

本発明に係るエクササイズマシンの一実施形態の右前からの斜視図であり、機械電子システムボックスは覆われた状態である。

本発明に係るエクササイズマシンの一実施形態の左側面図であり、機械電子システムボックスは覆われていない状態である。

本発明に係るエクササイズマシンの一実施形態の右側面図であり、機械電子システムボックスは覆われていない状態である。

本発明に係るエクササイズマシンの右前からの斜視図であり、機械電子ボックスは覆われておらず、計器コンソールは取り外された状態である。

図４のバックピボットシャフトの詳細図である。

図４のアームペダルピボットホルダーの詳細図である。

本発明に係るエクササイズマシンの右後方からの斜視図であり、機械電子システムボックスは覆われておらず、計器コンソールは取り外された状態である。

図５のプッシャーバー接続部の詳細図である。

本発明に係るエクササイズマシンの底面図である。

本発明に係るエクササイズマシンの腹筋および斜筋測定テストを示しており、このテストではユーザーは運動中に腕を使用していない。

本発明に係るエクササイズマシンの腹筋および斜筋測定テストを示しており、このテストではユーザーは運動中に腕を使用していない。

本発明に係るエクササイズマシンの腹筋および斜筋測定テストを示しており、このテストではユーザーは運動中に腕を使用していない。

本発明に係るエクササイズマシンの腹筋および斜筋測定テストを示しており、このテストではユーザーは運動中に腕を使用している。

本発明に係るエクササイズマシンの腹筋および斜筋測定テストを示しており、このテストではユーザーは運動中に腕を使用している。

本発明に係るエクササイズマシンの腹筋および斜筋測定テストを示しており、このテストではユーザーは運動中に腕を使用している。

本発明に係るエクササイズマシンの他の実施形態を示している。

本発明に係るエクササイズマシンの他の実施形態を示している。

本発明に係るエクササイズマシンの他の実施形態を示している。

本発明の一実施形態に基づく計器コンソールを示している。

本発明の一実施形態に基づく右側制御パネルを示している。

本発明の一実施形態に基づく左側制御パネルを示している。

以下、本発明について図面を参照して説明する。 図面は限定ではなく例証を意図したものであり、本発明の説明を容易にするために本明細書に包含される。

空間的言及のために、その前後方向軸線に関してマシンの前部および後部を規定する。 マシンの前部は、本明細書においては、機械電子システムボックス(１)に最も近い部分として規定する。 マシンの後部は、本明細書においては、ユーザーの椅子に最も近い部分として規定する。

ユーザーおよびさまざまなマシンコンポーネントを支持する剛体フレーム(２)はさまざまな形状を呈することができる。 図１に示す例では、それは単一のアーチ型ビームの形状を有するが、このアーチ型ビームの両端は、荷重を床に配分しかつ水平安定性を保証する略矩形状フラットプレート(３,４)に対して堅固に固定されている。 上から見ると、サポートフレームの形状は、文字「Ｉ」のそれに一致する。 剛体サポートフレームの他の実施形態も考えられる。 だが、上記形状および配置に関する図示した実施形態は非限定的な例である。

剛体サポートフレーム(２)の後部はユーザー用の椅子を有するが、ユーザーは機械電子システムを含むボックス(１)と向き合って着座する。 図示するボックス(１)は剛体サポートフレーム(２)自体よりも幅広ではなく、かつ、それに対して堅固に取り付けられている。 ボックス(１)は、それがマシンの安定を助けるような様式で、サポートフレームに対して、その重量が配分される限り、さまざまな幅を有していてもよい。

ユーザーの椅子は、三つの別体要素、すなわち椅子シート(５)、椅子バックレスト(６)および椅子ヘッドレスト(７)を有する。 椅子シート(５)は剛体サポートフレーム(２)に対して取り付けられている。 椅子バックレスト(６)は、サポートフレーム(２)に対して堅固に取り付けられた傾斜ビーム(８)によって支持されている。 椅子ヘッドレスト(７)は、椅子バックレスト(６)のトップフレームに対して取り付けられている。

二つの側方フレームバー(９,１０)が椅子バックレスト(６)の右および左側縁部に配置されている。 二つのプッシャーバー(１１,１２)は、側方フレームバー(９,１０)の上側端部に回動可能に取り付けられた、その上側端部を有する。 プッシャーバー(１１,１２)の下側端部はプッシャーレバー(１３,１４)の上側端部に回動可能に取り付けらている。 プッシャーレバー(１３,１４)は、サポートフレーム(２)の後端部に近接した領域において、その右側および左側において、剛体サポートフレーム(２)に対して回動可能に取り付けられている。

二つのプーラーバー(１５,１６)が、その右および左側で、サポートフレーム(２)の長さに沿って配置されている。 プーラーバー(１５,１６)のそれぞれは、その後端部に後方プーラーブラケット(１７,１８)を、そしてその前側端部に前方プーラーブラケット(１９,２０)を有する。 後方プーラーブラケット(１７,１８)の上側端部は、プッシャーレバー(１３,１４)の中央領域に配置されたポイントに対して回動可能に取り付けられている。

前方プーラーブラケット(１９,２０)の上側端部は、最終的に内部アーム(２１,２２)を動かす連接ピストンロッドおよびクランクシャフトからなる構造体に対して回動可能に取り付けられている。 独立した右および左側底部軸(２３,２４)の対が、内部アーム(２１,２２)の下側端部を外部アーム(２５,２６)の下側端部に対して連結している。 この構成に基づいて、内部アーム(２１,２２)は、一体的／協同的動作で外部アーム(２５,２６)と一緒に回動する。 フットペダルの動きが、本明細書で説明するようなバックレストの動きと同期できる限り、その他の構成も考えられる。

二つの外部アーム(２５,２６)のそれぞれは、ペダルシャフト(２７,２８)に対して、その上側端部において回動可能に連結されている。 各ペダルシャフト(２７,２８)はペダル(２９,３０)のベースステムを含むが、これは、ユーザーの体にそれらを近付けたり遠ざけたりすることによってペダル(２９,３０)の調整を可能とするテレスコピック装置を形成している。 さらに、ペダル面は、いくつかの調整ポジションへと垂直にスライドさせることができ、これによって、それらは床面の近くにあるいは床面からさらに遠くに位置させられる。

二つのガイドアーム(３１,３２)は機械電子システムボックスの両側に見出される。 ガイドアーム(３１,３２)は上側および下側端部の両方において屈曲部分を有するが、両屈曲部分はエクササイズマシンの前側端部に向かって配置されている。 各ガイドアーム(３１,３２)の上側端部はペダルシャフト(２７,２８)の後端部に回動可能に取り付けられており、かつ、各ガイドアーム(３１,３２)の下側端部は、エクササイズマシンの下側前方端部に対して取り付けられたサポートバー(３３)に回動可能に取り付けられている。

計器コンソール(３４)が、ユーザーの体に面する機械電子システムボックス(１)の面上に配置されている。 本発明のさまざまな機械的コンポーネントを図示するために、図４および図５では計器コンソール(３４)を示していない。 椅子シート(５)の右および左に配置されかつマシンの剛体サポートフレーム(２)に対して取り付けられた、二つの対称サイドハンドル(３５,３６)が存在する。 サイドハンドル(３５,３６)の上側部分は、エクササイズマシンのさまざまな機能のための多様な制御部を有する。 サイドハンドル(３５,３６)の下側部分はユーザーに、堅固で使いやすいサポートを提供するよう配置されており、かつ、エクササイズルーチンの間、ユーザーの手で保持することができる。 ユーザーは、椅子ヘッドレスト(７)の右および左に配置されたヘッドレストハンドル(３７,３８)の保持に関する選択肢を有する。 ヘッドレストハンドル(３７,３８)はヘッドレスト(７)の側面に回動可能に取り付けられており、しかも、マシンに乗り込むかそれを離れるとき、ユーザーの動きを妨害するのを避けるために後方に回動させることができる。 図面は、後方位置にあるヘッドレストハンドル(３７,３８)を示している。 ユーザーがマシン内に着座し姿勢をとると、ユーザーの頭(図示せず)の両側の好都合なポジションへとヘッドレストハンドル(３７,３８)を回動させることができ、それゆえ、ユーザーは、運動中のサポートのために自身の手でハンドル(３７,３８)を保持することに関する選択肢を有する。

さまざまな体形のユーザーを快適かつ安全に収容するために、本発明に基づくマシンは、三つの異なる形状調整を可能とする。 椅子ヘッドレスト(７)と椅子バックレスト(６)の上縁部との間の距離は、椅子ヘッドレスト(７)を所望のポジションまでスライドさせることによって調整できる。 ペダル(２９,３０)はさまざまな調整ポジションへと垂直方向にスライドでき、これによって、それらは床面の近くにあるいは床面からさらに遠くに位置させられる。 最後に、ペダル(２９,３０)は、ユーザーの体の近くにあるいはそこからさらに離れるように位置させることができる。

ヘッドレスト(７)の最適調整は重要である。 なぜなら、首の筋肉の不要な緊張を避けるために、運動中にはヘッドレスト(７)に自身の頭部を載せるように勧告されるからである。

ユーザーが、足をペダル(２９,３０)の上に載せた状態でマシンの椅子内に位置し、マシンの前端部に向かってペダルの一方を押しやるとき、他方のペダルはユーザーの体に向かって戻るように動く。 この動きはマシンの機構によってなされ、ペダル(２９,３０)は水平な往復動作で動く。 ペダルの動きは、ペダルが往復様式で動くという事実を除いて、標準的なレッグプレスマシンのそれと同じである。

ペダル(２９,３０)の動きが、一連の他の要素を動作状態とする。 分かりやすくするために、マシンの右側の要素の動きについて説明するが、そのサイクル動作に関して１８０°の位相差のみを伴って、マシンの左側における等価要素によって正確に同じ動きが生じることに留意されたい。 右ペダル(２９)がマシンの前端に向かって前方に動くとき、それはペダルシャフト(２７)を前方に押しやる。 ペダルシャフト(２７)が今度は外部アーム(２５)の上側端部を前方に押しやり、それを底部右側軸(２３)を中心として旋回させ、前側プーラーブラケット(１９)を前方に移動させる。 これは、プーラーバー(１５)を前方に移動させ、後部プーラーブラケット(１７)の前方変位によってプッシャーレバー(１３)を前向きに動作させる。 プッシャーレバー(１３)の旋回動作はプッシャーバー(１１)を上向きに変位させるが、これは、今度は、側方フレームバー(９)の上側端部を持ち上げる。

右側ペダル(２９)がユーザーの体に向かって後方に動くとき、説明した全てのその他の右側要素に対して加えられる動きは、その方向が逆になるだけで、正確に同じである。 したがって、ペダル(２９,３０)の往復運動は、結局のところ、側方フレームバー(９,１０)の上側端部の交互の上下動作を引き起こすが、これが、今度は、椅子バックレスト(６)のローリングを引き起こす。 この動きの範囲および速度は、以下でさらに詳しく説明する様式で、ペダル(２９,３０)の動きによって決定される。

椅子バックレスト(６)の支持構造について説明する。 椅子バックレスト(６)のパッド付きクッションの表面(これはユーザーの背中と接触する部分である)は、運動中にユーザーの胴体の安定に寄与するよう設計された僅かに凹んだ形状を備える。 椅子バックレスト(６)は、側方フレームバー(９,１０)、上側バックレストフレーム(３９)および下側バックレストフレーム(４０)によって形成された、その縁部を有する。 下側バックレストフレーム(４０)は、僅かに凹んだ形状を有すると共に、傾斜ビーム(８)の下部に対して堅固に取り付けられている。 側方フレームバー(９,１０)の下側端部はそれぞれ、下側バックレストフレーム(４０)の右側および左側端部に対して、回動可能に取り付けられている。 上側バックレストフレーム(３９)もまた、僅かに凹んだ形状を有すると共に、側方フレームバー(９,１０)の上側端部に対して、回動可能に取り付けられている。 だが、上側バックレストフレーム(３９)は、マシンのサポート構造体に対して堅固に固定されていない。 その後方の、凸形面は、傾斜ビーム(８)の上側部分、ならびに傾斜ビーム(８)の上側端部付近で右側および左側に配置された一対のサポートタブ(４１,４２)によって形成された平坦な上面に載っている。

この構成によって、ペダル(２９,３０)の動きと同期して、椅子バックレスト(６)の上端右側および左側コーナーが昇降させられる。 右側ペダル(２９)が前方に動き、かつ、左側ペダル(３)が後方に動くとき、椅子バックレスト(６)の上端右側コーナーは持ち上がり、そして椅子バックレスト(６)の上端左側コーナーは降下する。 ペダルの動きが逆転するとき、椅子バックレストの動きも逆転する。 椅子バックレスト(６)の底側コーナーは決して移動せず、終始、側方フレームバー(９,１０)の動作のためのピボットポイントとして機能する。 これによって椅子バックレスト(６)の上端縁部のローリング動作が生じ、一方、底側縁部は静止したままである。 椅子バックレスト(６)の上端縁部は、その上側バックレストフレーム(３９)が、傾斜ビーム(８)の上側部分ならびに右側および左側サポートタブ(４１,４２)によって提供される平坦面に対してロールしながら、絶えず支持される。 椅子ヘッドレスト(７)は、椅子バックレスト(６)の上端フレームに対して取り付けられており、かつ、それと一緒にロールする。 同じことが、椅子ヘッドレスト(７)の右側および左側に配置されたヘッドレストハンドル(３７,３８)に生じる。

椅子バックレスト(６)のローリングの起動に加えて、ペダル(２９,３０)の動きはまた、機械電子システムボックス(１)内に収容された一連の要素の動作を引き起こす。 上述したように、ペダル(２９,３０)の動作はペダルシャフト(２７,２８)の動作を引き起こすが、これは今度は外部アーム(２５,２６)の動作を引き起こす。 右側外部アーム(２５)は右側底部軸(２３)に対して堅固に連結されているが、これは、今度は、右側内部回転アーム(２１)に対して堅固に取り付けられている。 対称構造を得るために、左側外部アーム(２６)は左側底部軸(２４)に対して堅固に連結されているが、これは、今度は、左側内部回転アーム(２２)に対して堅固に取り付けられている。 その回転動作は互いに独立しているが、右側内部回転アーム(２１)および左側内部回転アーム(２２)の両方は一次ハブ(４３)に接続されている。 一次ハブ(４３)は二つの外部スプロケットリング(４４,４５)を有するが、これらの回転は右側および左側内部回転アーム(２１,２２)の上側端部に対して接続されたチェーンによって引き起こされる。 外部スプロケットリング(４４,４５)の回転は、一方向(たとえば時計回り)に一次ハブ(４３)に対して伝達されるだけであり、そして二つのスプロケットリング(４４,４５)のいずれか一方が反対方向(この例では反時計回り)に回転するときにはいつでも、それは一次ハブ(４３)との結合が解除された状態となり、それが本来の方向(この例では時計回り)の回転を再び開始するまで空回りする。 スプロケットリング(４４,４５)と一次ハブ(４３)との間のこの結合は、ラチェットレンチのそれと類似しており、この場合、トルクは一方向にのみ加えられ、回転方向が逆転したときにはいつでも結合解除が生じる。

先の段落で説明した構成は、一次ハブ(４３)へのトラクションの一方向的付与を確定しているが、これは、本発明においては、その往復運動の間、二つのペダル(２９,３０)のそれぞれの動作によって交互に駆動される。 トラクションの一方向の付与は、一次ハブ(４３)は、当該ペダルが前方にユーザーの体から離れるように動いているときの右側あるいは左側ペダルのいずれかの動作によって回転させられるだけであることを意味する。 いずれかのペダルがユーザーの体に向かって動いているとき、その対応するスプロケットリングは空回りする。 ユーザーは、別の足が別のペダルを押している間、自身の体に向かってペダルを積極的に引き寄せる必要はない。

一次ハブ(４３)は、最終的に、バッテリー(４７)に接続された電力ジェネレーター(４６)を駆動するプーリーの列およびベルトに接続されている。 ジェネレーター(４６)は、一次ハブ(４３)の回転運動の機械エネルギーの一部を電力に変換し、これはバッテリー(４７)に蓄えられる。

ユーザーの脚の動きの一部分のみが、椅子バックレスト(６)に対して、それをロールさせるために機械的に伝達される。 ユーザーの筋肉作用力のバランスは電気エネルギーに変換されるが、これは公知の手段でバッテリー(４７)に蓄えられる。

椅子バックレスト(６)のローリングはペダル(２９,３０)の動きによって機械的に駆動されるが、ユーザーによってペダルに加えられる機械的エネルギーの僅かな部分のみが実際にバックレスト(６)をローリングするために使用される。 残りは、ジェネレーター(４６)によって電気エネルギーへと変換される。 マシンの電気システムが機能していなくても、バックレストのローリングは、機械的な連結を考えれば、上述したのと同じ様式で依然として継続するであろう。 ユーザーの背下部の負傷を予防するためのバックレストのローリングの重要性を考えると、その電気システムからの、その独立性は有益である。

本発明の一実施形態では、ユーザーは、脚動作の範囲と椅子バックレスト(６)のローリングとの間の比率を調整できる。 ペダルの一インチごとの変位に関するバックレストの実際のローリングの量は、ユーザー設定に基づいて調整される。 本発明のある実施形態では、三つの設定が存在する。 筋肉収縮の程度に関する試験は、以下でさらに詳しく説明する、この実施形態の各設定に関して実施された。 他の実施形態では、五つの設定が存在するが、これは、バックレストローリングの最大範囲のローリング範囲の２０％、４０％、６０％、８０％および１００％であるローリング範囲を実現する。 最大範囲は安全許容値内で設定される。

ユーザーによって選択される比率設定に関係なく、右側ペダル(２９)の往復動作は右側方フレームバー(９)によって追従され、かつ、左側ペダル(３０)の動作は左側方フレームバー(１０)によって追従される。 連続的な追従の帰結は本発明の他の特徴である。 すなわち、ユーザーがペダリング動作を短縮し、ペダルストロークを浅くすることを決めた場合、この結果としてバックレストのローリングもまた範囲が狭くなる。 さらに、ユーザーがより速くペダルを踏む場合、バックレストはより速くロールする。 どの程度深いペダル動作を行うべきかを決めるのはユーザーの判断である。 ペダル動作が深くなればなるほど、同一の所与のユーザー設定に関して、バックレストローリングの範囲はますます広くなる。 ペダル動作の範囲および速度が椅子バックレストの対応するローリング動作と調和するという事実は、運動期間の全てを通じて、ユーザーに自然なバランス感覚を与える。

本発明の他の態様は、異なるユーザーのペダリングパターンおよびジェネレーターの入力特性を調和させる必要性である。 異なるユーザーは異なる速度および力をペダリングの際に発揮するが、これは、ジェネレーターに対して付加される異なる回転力すなわちトルク形態へと変換される。 この機械的入力範囲をジェネレーターの入力条件に適合させるために、ペダルの動く速度およびトルクは相応に増大あるいは減少させる必要がある。 機械的入力のこの規格化は公知の減速ドライブトレーンを用いてなされる。 ユーザーがエクササイズルーチンのために所望のＲＰＭを調整するとき、マシンの電子システムは必要なジェネレーター抵抗を計算し、そしてユーザーの入力力の起こり得る変動に関係なく、ＲＰＭでのペダル速度を可能な限り一定に維持するために、それを絶えず調整する。 ユーザーがペダリング運動の速度あるいは力を低下させた場合、ジェネレーターはペダリング運動に対するマシンの抵抗を低下させる。 ユーザーがペダリング運動の速度あるいは力を増大させた場合、ジェネレーターはペダリング運動に対するマシンの抵抗を増大させる。

ペダリング運動に対するマシンの抵抗(以下、「付加」と呼ぶ)の調整は、事実上、電気機械的なものである。 所望の速度に関するユーザーの設定に基づいて、マシンの電子システムは、電力ジェネレーター(４６)の回路内に物理的に配備された全電気抵抗を調整する。 抵抗のバンクは、ジェネレーターの回路内に生じ得る電流の大きさを制御するために使用される。 レンツの原理に基づいて、ユーザーは、これを、ペダリングの際に打ち勝つべき物理的慣性の大きさとして認識する。

ユーザーのペダリングによって生じた電力の大きさは、通常、マシンの電力消費要素に給電するのに十分なものであるが、これには、電力制御回路、抵抗バンク、バッテリーおよび情報ディスプレイのためのその他の電子機器が含まれる。 これは、本発明に基づくマシンを自給自足させ、外部電源を不要とする。 ある実施形態では、電気システムは、マシンを長期間使用していないためにバッテリーがほとんどあるいは全く充電されていない場合に、電子機器を作動させるために、電源に対して接続することができる。 電力ジェネレーター(４６)の出力はマシン自体のシステムに給電するために使用され、そして余剰電力はバッテリー(４７)を充電するために使用できる。 発生電力が非常に大きい場合、電子機器はさらに、それがダメージを受けるのを防止するために、バッテリーに流れる電力を調整する。

一連の研究試験が、エアロビクス腹筋運動を実現し、そして腹筋収縮の程度を評価するための本発明の能力を調査するために本マシン上で実施された。 この試験は、腹筋の収縮のレベルによって推断される、マシン設定とエアロビクス筋肉労働との間の関係の目標となる測定を提供した。

試験は、筋電計(ＥＭＧ)の使用を伴う外部アーム、これは、休止時および収縮中の筋肉の生理学的特性を評価しかつ記録するための技術である。 ＥＭＧは、筋電図と呼ばれる記録を作成するために、筋電計と呼ばれる器機を使用して行われる。 筋電計は筋肉細胞によって、これらの細胞が収縮したとき、そしてまた細胞が休止状態にあるときに形成される電位を検出する。

電源は約−７０ｍＶの筋肉膜電位である。 測定されるＥＭＧ電位は、観察下の筋肉に依存して、５０μＶ未満から２０ないし３０ｍＶの範囲にわたる。 筋肉ユニットファイアリングの典型的な反復速度は、筋肉(眼筋対臀筋)のサイズ、以前の軸索損傷およびその他の因子に依存して約７〜２０Ｈｚである。

試験は、筋電計によって腹筋の収縮をモニターしながら、本発明のマシン内で運動した成人男性被検者を用いて行った。 筋肉収縮は、被検者の手を二つの対称サイドハンドル(３５,３６)の上に載せた状態で、そして被検者の手をヘッドレストハンドル(３７,３８)の上に押しやるように載せた状態で、０、５、１０、１５および２０の抵抗設定で１〜２分間にわたって測定された。 本発明の一実施形態に関する三つのマシン設定の一つに基づいて、結果を、図７ａ〜７ｃおよび図８ａ〜８ｃにそれぞれ示す。

図からわかるように、ユーザーの上側腹筋および斜筋は、運動中、収縮する。 収縮の程度は、ユーザーがヘッドレストハンドル(３７,３８)上で手を使用し、かつ対向する膝に向かってそれぞれの手を突き出した場合には著しく高いものである。 下側および中間の腹筋の相対的に小さな収縮の程度は、ユーザーの骨盤傾斜が正しいポジションにあることを示しており、これによって背下部および臀部の負傷の可能性が最小限に抑えられる。

他の系列の試験では、同じユーザーが、ヘッドレストハンドル(３７,３８)上で手を用いて、抵抗レベル１５、マシン設定値３で、１５分間にわたって、マシン上で運動を行った。 この長い時間にわたってこの種の腹筋運動をユーザーが持続できる唯一の方法は、腹筋が酸素を使用した場合である。 すなわち、ユーザーは、筋肉群の中でも、脚、背中、肩、斜筋および腹筋群のためのエアロビクス運動に耐えた。

本発明の他の実施形態(１００)を図９ａないし図９ｃに示す。 この実施形態は、フレキシブルで、弾力性に富み、そして長尺なハンドル部材(１３７,１３８)を備えているが、これは圧力下で撓み、ユーザーが自身の動作範囲を拡張することを可能とする。 さらなる動作範囲は、運動中に、ユーザーの上側腹筋および斜筋がさらに収縮することを可能とする。 フレキシブルで、弾力性に富み、そして長尺なハンドル部材(１３７,１３８)は、好ましくはナイロンから構成されるが、類似の特性を備えたその他の素材を使用することもできる。 図９ａないし図９ｃはまた、傾斜ビーム(８)およびサポートタブ(４１,４２)を欠いた代替的椅子構造、ならびに代替的計器コンソール(３４)およびサイドハンドル構造を示している。

上述したように、椅子バックレスト(６)のローリングは腰の負傷リスクを低減する。 本発明のある実施形態では、ユーザーが選択できる最小設定値は最大ローリング範囲の２０％である。 バックレスト(６)は、障害物のない経路および適切なサポートを保証するために、ユーザーがマシンに搭乗するかマシンを降りるときにはいつでも、センタリングされ、かつ、ロックされる必要がある。 ある実施形態では、マシンは、そのStart／Stopスイッチ内の組み込み遅延を特徴とする。 ユーザーがマシンに搭乗し、姿勢をとり、そしてStartスイッチを作動させるとき、バックレストのローリングは、ゼロから、ユーザーが選択した設定値まで徐々に増大する。 Stopスイッチが作動させられると、バックレストのローリングは、それが完全に停止するまで徐々に減少する。 他の実施形態では、バックレストのローリングの範囲は、バックレストのローリングを伴う期間の間にバックレストのローリングがない期間を介在させて、エクササイズルーチンに電子的にプログラムできる。

ユーザーの手で把持されるゴムバンド、チェーンあるいはバーなどのさらなる付属品が、運動を強化するために本発明に係るマシンと共に使用可能である。 手用付属品の目的は、運動の程度をさらに向上させるために、骨盤傾斜姿勢を維持しながら、ユーザーの上半身の動きを増大させることである。

電子システムは、たとえばＤＶＤあるいは他のビデオデバイス、ＬＣＤあるいは他のディスプレイスクリーン、オーディオデバイスなどの一つ以上のエンターテイメントおよび情報ディスプレイデバイスおよび制御装置に給電できる。 これらのデバイスは計器コンソール(３４)上に配置できるが、それは、運動中に、ユーザーの視野の中に置かれる。 ビデオスクリーンに加えて、計器コンソール(３４)のパネルは、たとえば循環能力、エクササイズ時間などのエクササイズモニター情報を伝える。 任意選択で、ユーザーの運動体験を高めるために、椅子のヘッドレストの両側に一つ以上のコンパクトなスピーカーを組み込むことができる。

図１０を参照すると、本発明の一実施形態に基づく計器コンソール(３４)が示されている。 計器コンソール(３４)は、マシンの現在のモードを表示するためのインジケータの上側列(３０５)と、センターボタン(３１０)と、を備えるが、これはマシンをオン・オフするために使用される。 任意選択で、センターボタン(３１０)は、インジケータとして機能するライトリングを、その周囲に有する。 計器コンソール(３４)はまた、カロリーとカロリー毎分との間で切り替わるデータを表示する左上ＬＥＤディスプレイ(３１５)と、所定の時間、たとえば１５秒間、ユーザーがサイドハンドル(３５,３６)を把持したときユーザーの心拍数を表示する左中ＬＥＤディスプレイ(３２０)と、運動プログラムの間、ＭＥＴＳ(タスクの代謝当量)値を表示する左下ＬＥＤディスプレイ(３２５)と、運動中に全運動時間と部分時間との間で切り替わるデータを表示する右上ＬＥＤディスプレイ(３３０)と、バックポジション(１ないし５)と抵抗レベル(１ないし２０)を表示する右中ＬＥＤディスプレイ(３３５,３４０)と、運動中にユーザーが発生させた発生出力(瞬間ワット)を表示する右下ＬＥＤディスプレイ(３４５)とを備える。 計器コンソール(３４)はさらに、現在のバッテリーの強さを示すバッテリーメーター(３５０)を含むが、これは、壁面充電器を用いるか、あるいは上述したようにフットペダルを動かすことによって、いつバッテリーを再充電しなければならないかについての視覚的目安をユーザーに提供する。

図１１ａを参照すると、本発明の実施形態に基づく右側制御パッド(１３５)が示されている。 右側制御パッド(１３５)は、ユーザーが運動のさまざまな状況を制御することを可能とする、さまざまなスイッチおよびボタンを備える。 Setupボタン(１８０)は、ユーザーが、セットアップスクリーン、進行状況スクリーンおよびマシン上で実行されているかもしれないエンターテイメントモードを切り換えることを可能とする。 Boostボタン(１８１)は、押された際に、現在の抵抗レベルに応じて、２ないし３のファクターだけ、抵抗レベルを増大させる。 Boostボタン(１８１)を再度押すことによって、抵抗レベルは、以前の抵抗レベルに戻るように低下する。 任意選択で、Boostボタン(１８１)が押されたときに、インジケータＬＥＤが計器コンソール(３４)上で点灯する。 Resultsボタン(１８２)は、押された際に、運動結果の概観を提供するスクリーンを立ち上げる。 Cool Downボタン(１８３)は、押された際に、マシンを、そのシャットダウンに先立って、たとえば２分間程度の時間にわたって抵抗レベルを徐々に低下させる「クールダウンモード」に置く。 Intensityボタン(１８４,１８５)は、抵抗レベルを調整するために使用される。 Back Motionボタン(１８６,１８７)は、後方動作レベルを調整するために使用される。 ナビゲーションボタン(１８８)はＬＣＤあるいはその他のディスプレイスクリーン上を進みかつその上で項目を選択するために使用される。 Pauseボタン(１８９)は、運動を中断するために、そして任意選択で、所定の時間にわたって押された場合に運動を取り消すために使用される。

図１１ｂを参照すると、本発明の実施形態に基づく左側制御パッド(１３６)が示されている。 左側制御パッド(１３６)は、ユーザーがマシンのエンターテイメントシステムを制御することを可能とする、さまざまなスイッチおよびボタンを備える。 ＤＶＤボタン(１９０)は、押された際に、マシンのＤＶＤプレイヤーを使用可能とする。 ＴＶボタン(１９１)は、押された際に、ＬＣＤディスプレイあるいは他のディスプレイをＴＶモードに切り換える。 だが、ＲＦアンテナ、ケーブルあるいはその他のフィードが、通常は、この機能には必要である。 Radioボタン(１９２)、押された際に、エンターテイメントシステムをＦＭラジオに切り換える。 Music／ＭＰボタン(１９３)は、押された際に、コンソール上のＡＵＸ音楽ポートを経てマシンに対して接続された外部音源をかけるために、エンターテイメントシステムを切り換える。 Media Offボタン(１９４)は、押された際に、マシンのエンターテイメントシステムを停止させる。 P in Pボタン(１９５)は、押された際に、ＬＣＤディスプレイあるいは他のディスプレイ上のエンターテイメントモードウインドウ内に運動進行ウインドウを表示する。 プレイ／ポーズおよびストップボタン(１９６,１９７)は、エンターテイメントシステムにおけるその個々の機能のために使用される。 サーキュラーボタン(１９８)は、前のあるいは次の歌あるいはチャネルをかけるために、あるいは音量を調整するために使用される。 Screen ON／OFFボタン(１９９)はＬＣＤあるいは他のディスプレイ上のエンターテイメントスクリーンを停止させるために使用される。

［総括］
本発明の使用によって達成される多くの利点は、バックレスト(６)のローリングに関する。 脚の動きと同期したバックレストのこのローリングは、体を、より快適で、かつ、起こり得る障害に関してより安全であるポジションへと押しやる。 ユーザーの脊柱は運動中、絶えず支持された状態にある。

本マシンは、脚、背中、肩、斜筋および腹筋を含む、さまざまな筋肉群の、ユーザーのためのエアロビクス運動を実現する。

椅子バックレスト(６)の僅かに窪んだ形状は、ユーザーの体を骨盤傾斜姿勢で安定させるのに貢献し、運動の間、ユーザーの胴体に対するさらなるサポートを提供する。

(絶えず脚の動きと同期した)バックレスト(６)のローリングは足の動きを、非常に快適かつ調和のとれたものとし、これによって過度のストレスが回避され、そしてより長い運動セッションがユーザーにとってより楽しいものとなる。

本発明のペダル(２９,３０)の(楕円とは対照的な)直線動作によって、ユーザーは、どの程度深くペダリング動作を行うべきかを、いかなる瞬間においても、自由に決定することができる。 ペダル軌道が水平であるので、どの程度深くペダルを踏み込むかを決めるのはユーザーの選択事項である。 ユーザーは、マシンの電力ジェネレーター(４６)の連続駆動に干渉することなく、深いストロークと浅いストロークとを交互に選択できる。

本発明のその他の固有の利点は、変位するコンポーネントがコンパクトかつ非常に軽量であるという事実に起因して、マシンの慣性抵抗が非常に小さいことである。 したがって、ペダル踏みを開始する(あるいは短い中断の後に再開する)ときにユーザーが打ち勝たなければならない慣性は、無視し得る質量慣性およびジェネレーター自体の機械的抵抗である。 これは有利である。 というのは、マシンの低慣性抵抗はペダリング動作を開始するために必要な筋肉の緊張を軽減するからである。 筋肉の作用力の分布はより規則正しいものとなり、そしてこうした状況では障害のリスクが最小限に抑えられる。

本発明のさまざまな特徴および利点について、本発明に係る構造および機能の詳細と共に説明してきたが、この開示は単なる例証である。 本発明は、特許請求の範囲に記載された範囲から逸脱することなく、これに限定されるわけではないが部品の形状、サイズおよび配置などの態様を含む変更が可能であるという事実は、当業者にとって自明である。

１ 機械電子システムボックス ２ 剛体サポートフレーム ３,４ 略矩形状フラットプレート ５ 椅子シート ６ 椅子バックレスト ７ 椅子ヘッドレスト ８ 傾斜ビーム ９,１０ 側方フレームバー １１,１２ プッシャーバー １３,１４ プッシャーレバー １５,１６ プーラーバー １７,１８ 後方プーラーブラケット １９,２０ 前方プーラーブラケット ２１,２２ 内部アーム ２３,２４ 底部軸 ２５,２６ 外部アーム ２７,２８ ペダルシャフト ２９,３０ ペダル ３１,３２ ガイドアーム ３３ サポートバー ３４ 計器コンソール ３５,３６ サイドハンドル ３７,３８ ヘッドレストハンドル ３９ 上側バックレストフレーム ４０ 下側バックレストフレーム ４１,４２ サポートタブ ４３ 一次ハブ ４４,４５ 外部スプロケットリング ４６ ジェネレーター ４７ バッテリー １３５ 右側制御パッド １３６ 左側制御パッド １８０ Setupボタン １８１ Boostボタン １８２ Resultsボタン １８３ Cool Downボタン １８４,１８５ Intensityボタン １８６,１８７ Back Motionボタン １８８ ナビゲーションボタン １８９ Pauseボタン １９０ ＤＶＤボタン １９１ ＴＶボタン １９２ Radioボタン １９３ Music／ＭＰボタン １９４ Media Offボタン １９５ P in Pボタン １９６,１９７ プレイ／ポーズおよびストップボタン １９８ サーキュラーボタン １９９ Screen ON／OFFボタン ３０５ インジケータの上側列 ３１０ センターボタン ３１５ 左上ＬＥＤディスプレイ ３２０ 左中ＬＥＤディスプレイ ３２５ 左下ＬＥＤディスプレイ ３３０ 右上ＬＥＤディスプレイ ３３５,３４０ 右中ＬＥＤディスプレイ ３４５ 右下ＬＥＤディスプレイ ３５０ バッテリーメーター