Balance training equipment

技術分野 本発明は、利用者が着座可能な座席を有し、利用者の身体バランス機能および運動機能の訓練用として、あるいは腰痛防止のためのリハビリテーション用として好適なバランス訓練装置に関するものである。
背景技術 乗馬は、足腰の筋力アップや腰痛予防に効果的な運動として知られている。 しかし、都会に住む人の多くは、時間や費用の点で頻繁に乗馬場に行くことが困難であるし、乗馬技術に未熟な者には落馬事故の危険性もある。 そこで、乗馬中に利用者が行う運動を再現して、擬似的な乗馬運動を提供するための装置が注目されている。
例えば、特公平６−６５３５０号は、利用者が着座可能な馬形の座席と、６個の独立した駆動モーターと 、これらの駆動モーターの出力を座席に伝達する動力伝達手段とを具備するバランス訓練装置について記載している。 この装置では、座席の前後、左右および上下方向の各往復直進運動と、前後軸、左右軸および上下軸の各軸周りの回転往復運動との合計６動作を個別に制御することができる。 これらの直進運動および回転往復運動を所定のスピードで座席上の利用者に提供する場合、運動中に利用者の身体の重心位置は変動するが、利用者は頭の位置を一定に保とうと踏ん張るので、特定部位の筋力を効率よく鍛えることができる。
ところで、本発明者らは、乗馬中の筋肉の運動とそれによる筋力改善効果との関係についての詳細な解析を行った結果、上記した６動作の中でも特定の３動作の組み合わせがバランス訓練および腰痛防止において特に有効であることを見出した。 すなわち、腹筋と背筋には、座席の前後方向への直進往復運動と、前後方向に略垂直な水平方向に延出する軸周りの回転往復運動とが効果的であり、外腹斜筋には、前後方向に延出する軸周りの回転往復運動が効果的であることがわかった。 さらに、上記以外の運動を利用者に提供しても顕著な筋力改善効果が期待できないこともわかった。 したがって、利用者の特定部位の筋肉を効率よく鍛えるという観点から、従来のバランス訓練装置には依然として改良の余地が残されている。
また、装置内部に配備された多数個のモーターが装置全体を大型化するので、オフィスや一般家庭における使いやすさの点では必ずしも満足の行くものとは言えなかった。 さらに、複数のモーターの使用と装置の大型化はコストパフォーマンスの低下を招き、結果的に一般家庭用としては極めて高価なものとなっていた。
発明の開示 そこで、本発明の主たる目的は、上記した３つの効果的な運動の組み合わせでなる乗馬運動を座席上の利用者に提供することができるバランス訓練装置を提供することにある。
すなわち、本発明のバランス訓練装置は、利用者が着座可能な座席と、この座席を駆動させる駆動装置とを具備するものであって、駆動装置が、駆動源としてのモーターと、前記モーターの出力を、座席の前後方向への直進往復運動と、前後方向に略垂直な水平方向に延出する第１軸周りの第１回転往復運動と、前後方向に延出する第２軸周りの第２回転往復運動とを組み合わせてなる乗馬運動に変換し、乗馬運動を座席に伝達する動力伝達手段とを具備し、動力伝達手段は、前記直進往復運動と第１回転往復運動を提供するための第１クランク機構と、第２回転往復運動を提供するための第２クランク機構を有し、第１クランク機構と第２クランク機構は、モーターの回転軸に連結されることを特徴とする。 この構成でなるバランス訓練装置によれば、利用者の身体バランス機能および運動機能の訓練に、あるいは腰痛防止のためのリハビリテーションに特に効果的な運動を座席上の利用者に効率よく提供することができることに加え、顕著な運動効果が得られない他の運動を座席に伝達するための機構を必要としないので、装置全体を大幅に小型化することができ、さらに一般家庭用としても利用可能な程度までコストダウンを図ることができた。
上記バランス訓練装置においては、前後直進往復運動の移動量が前後方向に±５０ｍｍ以内であり、第１回転往復運動の移動量が第１軸周りに±５°以内であり、第２回転往復運動の移動量が第２軸周りに±５°以内であることが好ましい。
また、上記バランス訓練装置は、前後直進往復運動、第１回転往復運動、および第２回転往復運動の各移動量を調整可能な移動量調整手段を具備することが好ましい。
さらに、上記バランス訓練装置は、前後直進往復運動、第１回転往復運動、および第２回転往復運動の各速度を調整可能な速度調整手段を具備することが好ましい。
また、上記バランス訓練装置は、前後直進往復運動、第１回転往復運動、および第２回転往復運動に関して移動比率を調整可能な移動比率調整手段を具備することが好ましい。
上記バランス訓練装置は、予め作成されたプログラムに基づいて乗馬運動が提供されるように上記駆動装置を制御する制御手段を具備することが好ましい。
上記制御手段は、座席の移動速度が乗馬運動の開始から徐々に増加するように駆動装置を制御するスロースタート手段を具備することが好ましい。
また、上記制御手段は、乗馬運動の開始時に実施されるウォーミングアップ運動と、乗馬運動の終了時に実施されるクールダウン運動とを考慮に入れて作成されたプログラムに基づいて上記駆動装置を制御することが好まく、特に、ウォーミングアップ運動時に座席の移動速度が徐々に速くなるように制御するとともに、クールダウン運動時に座席の移動速度が徐々に遅くなるように駆動装置を制御することが好ましい。
また、上記制御手段は、座席上にて乗馬運動中の利用者の心拍数を測定する心拍センサーと、心拍センサーの出力に基づいて座席の駆動速度および駆動方向の少なくとも一方を変更するためのフィードバック手段とを具備することが好ましい。
さらに、上記制御手段は、運動中に利用者によって消費されるべき所望のカロリー消費量を入力するためのデータ入力部と、データ入力部に入力された消費カロリー量に基づいて乗馬運動プログラムを決定する運動プログラム決定部と、運動中の利用者の消費カロリーを表示するカロリー表示部とを具備することが好ましい。
また、上記制御手段は、座席の移動速度の最大値を所望の値に設定するための最大速度決定手段を具備することが好ましい。
本発明のさらなる特徴およびそれがもたらす効果は，添付図面を参照しながら以下に詳述する発明を実施するための最良の形態に基づいてより明確に理解されるだろう。
発明を実施するための最良の形態 以下に、本発明の実施例に基づくバランス訓練装置について詳細に説明する。
本実施例のバランス訓練装置は、図１Ａに示すように，座席１に跨るように着座して使用される。 この装置は、図１Ｂおよび図３〜図５に示すように、ベース４と、後述する第１シャフト６の軸周りに回動可能となるようにベース４に保持される可動架台８と、可動架台上に搭載される駆動装置２と、後述する一対の第１リンク９により可動架台８に対して可動に保持される台座３と、台座３の天板３ａに固定される座席１とで構成される。 図１Ｂ中、番号５０は、利用者の足を保持するためのあぶみを示し、番号２０は、駆動装置２を収納するカバーを示している。 また、番号５５は、グリップを示しており、座席上の利用者が運動中にバランスを取るために使用される。 番号５７は、バランス訓練装置のメインスイッチ等の操作部を示している。
座席１は、前後方向における略中央部が凹んだ鞍状に形成され、利用者はこの凹部に跨るように着座することができる。 駆動装置２は、単一のモーター１６と、このモーターの出力を座席１に伝達する動力伝達手段とで主に構成される。 動力伝達手段は、モーター１６の回転出力を、図２Ａに示すような座席の前後方向（Ｘ）への直進往復運動と、図２Ｂに示すような前後方向に略垂直な水平方向に延出する軸周り（Φｙ）の第１回転往復運動と、図２Ｃに示すような前後方向に延出する軸周り（Φｘ）の第２回転往復運動とを組み合わせてなる乗馬運動に変換し、座席に伝達する。 ここでは、本発明の理解を容易にするため、まず、モーター１６の出力を座席１の直進往復運動と第１回転往復運動に変換するための第１クランク機構について説明し、その後、モーター１６の出力を座席の第２回転往復運動に変換するための第２クランク機構について説明する。
（１）第１クランク機構 図３〜図５に示すように、駆動装置２が搭載される可動架台８上には、モーター取付け台１７により単一のモーター１６が固定される。 モーター１６の回転シャフト１９は、モーターケース１８を貫通してその両端において回転出力を提供できる構造になっている。 本実施例では、回転シャフト１９の後端が、直進往復運動と第１回転往復運動を提供するために使用され、回転シャフトの前端が第２回転往復運動を提供するために使用される。
回転シャフト１９の後端には、ウォーム２１が設けられており、ウォーム２１は、ウォームホイール２３に噛合する。 ウォームホイール２３は水平方向に延出する軸ピン２５に取付けられている。 また、軸ピン２５には、第１クランク２７が連結されている。 第１クランク２７は、第１ロッド３０を介して第１リンク９の一端に連結される。 第１リンク９の一端は、座席１が固定された台座３の側壁３ｂに軸ピン１１を使用して連結され、第１リンク９の他端は可動架台８の側壁８ｂに軸ピン１０を使用して連結される。 尚、第１リンク９は座席１の両側に配設されているが、クランク運動は第１ロッド３０により一方の第１リンク(図３右側)にのみ伝達され、反対側の第１リンク（図３左側）はそれに従動する。 また、図３に示すように、軸ピン１０の軸方向と軸ピン１１の軸方向は、略並行になるように配置されており、軸ピン１０、１１の軸方向は座席の前後方向に対して略直交方向である。
上記のような動力伝達機構において、モーター１６を駆動させると、ウォーム２１がウォームホイール２３を回転させ、軸ピン２５の周りに第１クランク２７が回転し、この第１クランク２７のクランク運動が第１ロッド３０を介して第１リンク９に伝達される。 その結果、第１リンク９は、第１リンクと可動架台８の連結部（軸ピン１０）を回転中心としてΦ１で示される角度範囲で往復スイング運動する。 この第１リンクの運動は、台座３と座席１に往復揺動運動を提供する。
ところで、座席１の運動は、台座３の前部とベース４の前方に設けた支持板１２との間を連結する第２リンク１４によってガイドされている。 すなわち、第２リンク１４の一端は、軸ピン１３の使用により支持板１２に連結され、その連結部を回転中心としてΦ２で示される角度範囲において往復スイング運動する。 第２リンク１４の他端には、自在継手であるボールジョイント１５が形成されており、このボールジョイント１５を介して第２リンク１４は台座３に連結される。 本実施例では、軸ピン１０と軸ピン１３との間の直線距離は、軸ピン１１とボールジョイント１５との間の直線距離よりも小さく設定されている。
上記した第２リンク１４の存在下において、台座３の上面がベースの上面に略並行である図４に示す位置から軸ピン１０の周りに第１リンク９を反時計回りに移動させれば、第１リンクは台座３の後部を押し上げ、第２リンク１４も同様に反時計回りに移動して台座３の前方部が下がることになる。 反対に、図４に示す位置から軸ピン１０の周りに第１リンク９を時計回りに移動させれば、座席１の後端部が前端部よりも低くなるように座席１が後方に移動することになる。
このように、第１リンク９と第２リンク１４の往復スイング運動は、座席の前後方向（Ｘ）への直進往復運動と、前後方向に略垂直な水平方向に延出する軸周り（Φｙ）の第１回転往復運動とが組み合わされてなる運動を座席１に提供する。
（２）第２クランク機構 モーター１６の回転シャフト１９の前端に設けたウォーム２２が第２回転往復運動を座席１に提供するために使用される。 ウォーム２２は、ウォームホイール２４に噛合する。 ウォームホイール２４は、図３に示すように、水平方向に延出する軸ピン２６に取付けられており、その一端には第２クランク２８が連結される。 第２クランク２８は、第２ロッド３１を介してベース４に連結される。 第２ロッド３１は自在継手であるボールジョイント３２を介してベース４上面に連結される。
可動架台８は、ベース４に対して前後方向に延出する第１シャフト６回りに回動可動となるように支持される。 すなわち、図４に示すように、略Ｃ字形状の固定部材５がベースに固定される。 固定部材５は、ベース４にボルトとナットのような取付け具の使用により固定される底壁５ａと、その前後端から上方に突出する一対の前壁と後壁５ｂとで構成され、前壁と後壁とで第１シャフト６を保持している。 第１シャフト６の両端部は、可動架台８の底板８ａの前後端から下方に突出する軸受け保持片８ｃに装着された一対の軸受け７によって保持される。 これにより、可動架台８が第１シャフト６の周りに回動可能となる。 尚、本実施例では、図４の正面図からわかるように、第１クランク機構が第１シャフト６の右側に、第２クランク機構は第１シャフトの左側に配置されている。
上記のように、座席１、台座３および駆動装置２を搭載した可動架台８が、ベース４に対して第１シャフト６の周りに回動可能となっているので、モーター１６を回転させると、モーターシャフト１９の前端に設けたウォーム２２がウォームホイール２４を回転させ、軸ピン２６の周りに第２クランク２８が回転する。 この第２クランク２８のクランク運動は第２ロッド３１を介して伝達されるが、第２ロッド３１の他端がベース４に固定されているため、可動架台８の方が第１シャフト６の周りに往復スイング運動することになる。 このように、第２クランク２８のクランク運動によって、可動架台８が台座３及び座席１とともに第１シャフト６の軸周りに往復スイング運動する。 尚、第２クランク２８の一端がボールジョイント３２を介してベース４に連結されているので、第１シャフト６の軸周りにおける可動架台８の揺動運動が許容される。
結果として、第１クランク機構と第２クランク機構とが協同して、単一のモーター１６の回転出力を、座席の前後方向の直進往復運動、第１回転往復運動、および第２回転往復運動とを組み合わせてなる乗馬運動に変換して座席１に提供する。 これにより、座席１は、３自由度で揺動することになって、腹筋と背筋には、前記した直進往復運動と第１回転往復運動によって、外腹斜筋には第２回転往復運動によって、それぞれの筋肉の伸縮時に発生する筋電位が交互に得られ、バランス訓練効果を顕著に高めることができる。
したがって、本発明の好ましいバランス訓練装置は、利用者が着座可能な座席と、この座席を駆動させる駆動装置とを具備し、駆動装置は、単一のモーターと、モーターの出力を、座席の前後方向への直進往復運動と、前後方向に略垂直な水平方向に延出する軸周りの第１回転往復運動と、前後方向に延出する軸周りの第２回転往復運動とを組み合わせた乗馬運動に変換して座席に伝達する動力伝達手段とを具備する。 そして、本発明の動力伝達手段は、単一モーターの回転軸の一端から提供される回転出力を第１クランク運動に変換して座席の前後方向への直進往復運動および前後方向に略垂直な水平方向に延出する軸周りの第１回転往復運動を提供する第１クランク機構と、単一モーターの回転軸の他端から提供される回転出力を第２クランク運動に変換して座席の前後方向に延出する軸周りの第２回転往復運動を提供する第２クランク機構とで構成されることが特に好ましい。
本発明のバランス訓練装置には、乗馬運動の移動量を調整するための移動量調整手段を設けることが好ましい。 例えば、図６に示すように、前後方向の直進往復運動と第２回転往復運動における座席の移動範囲（ｘ）もしくは移動角度範囲（θｙ）を調整するため、第１ロッド３０の長さを第１ロッドを構成するボルト３０ａに対してナット３０ｂの締め付けにより調整したり、可動架台８の側壁８ｂに前後方向に延出する長穴６０を設け、この長穴６０内において第１リンクの連結位置（軸ピン１０の位置）を調整可能としたり、あるいは、第１リンク９を分割可能な一対のリンク部材９ａ、９ｂで構成するとともに、その長さ方向に連結用ボルト穴７２を複数個設け、第１リンクの全長が所定の長さになるようにボルト７０を使用してリンク部材９ａ、９ｂ同士を連結しても良い。 また。 第２回転往復運動における座席の角度範囲（θｘ）を変更する場合は、第２クランクの回転半径を調整できるようにすることが好ましい。 これらは、それぞれ本発明の移動量調整手段として機能する。 尚、これらの移動量調整手段を複数個設けた場合には、上記３つの運動間の移動比率を任意に調節することができるので、本発明のバランス訓練装置は移動比率調整手段を具備することになる。
座席の往復揺動運動の移動範囲や角度範囲は、上記した移動量調整手段により適宜変更可能であり、特に限定されないが、直進往復運動の移動量が前後方向に±５０ｍｍ以内、第１回転往復運動の移動量が第１軸周りに±５°以内、第２回転往復運動の移動量が第２軸周りに±５°以内とすることが好ましい。 この場合は、身体のバランス訓練および筋肉の鍛錬をより効果的に且つ効率よく行うことができる。
また、モーター１６の回転速度を制御することによって、各往復運動を様々な揺動速度にて提供することができる。 特に、座席の駆動速度の最大値を所望の値に設定するための最大速度決定手段を設けることが好ましい。
本発明のバランス訓練装置を使用してより効果的にバランス訓練運動を利用者に提供するため、予め作成されたプログラムメニューに基づいて駆動スピードや運動継続時間等の駆動条件を制御する制御手段を具備することが好ましい。 この場合は、筋力アップや腰痛防止のリハビリテーション療法等、個々の目的に応じて作成されたプログラムメニューに基づいて乗馬運動を提供することができる。
例えば、座席の駆動開始から駆動速度が徐々に増加するするように駆動装置を制御するスロースタート手段を設けたり、乗馬運動の開始時における利用者のウォーミングアップと、乗馬運動の終了時における利用者のクールダウンとを考慮に入れて作成したプログラムに基づいて駆動装置を制御する制御手段を設けることが好ましい。 具体的には、ウォーミングアップ時に座席の駆動速度が徐々に速く（スロースタート）なるように制御するとともに、クールダウン時に座席の駆動速度が徐々に遅く（スローエンド）なるように作成したプログラムに基づいて駆動装置を制御する制御手段を設けることが好ましい。 この場合は、利用者の筋肉を運動に適した状態に効率よく移行させることができるとともに、運動終了前に筋肉を軽く動かして徐々に血液の流れを落ち着かせることができる。
ところで、運動プログラムの内容は、多くの予備試験等によって入念に決定されたものであるが、個人差によって必ずしも選定された運動メニューが好ましいとは言えない場合がある。 また、プログラム通りに運動していても体調不良な場合は過酷な運動負荷となる場合もある。 そこで、座席１上にて運動中の利用者の心拍数を測定する心拍センサーと、心拍センサーの出力に基づいて座席の駆動速度および駆動方向の少なくとも一方を調整するためのフィードバック手段とを具備する構成とすることが好ましい。 この場合は、利用者の運動時の体調に応じて適度な運動量が設定されるので、安全面における装置の信頼度をさらに高めることができる。
また、利用者が所定のカロリーを消費するためにバランス訓練装置を使用する場合は、利用者の年齢、性別等の個人データととともに、利用者が運動によって消費したい消費カロリー量を入力するためのデータ入力部と、入力されたデータに基づいて最適な運動プログラムを決定する運動プログラム決定部と、運動中の利用者の消費カロリーを表示するカロリー表示部とを具備する構成とすることが好ましい。 これにより、個々の利用者は、消費したカロリー量をチェックしながら運動を継続できるので、運動のペース配分を把握することが容易になる。 また、運動中、自己の設定した消費カロリーに到達するのに後どれくらいの運動量が必要であるかをチェックすることができるので、運動時の目標達成意欲を高める上でも有効である。 消費カロリー表示部は、例えば、座席１の操作部５７に設けることが好ましい。
産業上の利用の可能性 上記したように、本発明によれば、座席に着座した利用者に乗馬をシミュレートした３次元運動を提供することにより、特定の筋肉を優先的に鍛えることができる。 すなわち、腹筋と背筋を鍛えるのに効果的な前後方向における直進往復運動及び第１回転往復運動と、外腹斜筋を鍛えるのに効果的な第２回転往復運動とを組み合わせてなる乗馬運動を利用者に効率よく提供することができる。
また、バランス訓練装置が単一のモーターの使用により乗馬運動を提供する場合は、装置全体の小型化を図れるとともに、コストパフォーマンスを大幅に改善することができる。 その結果、筋力のアップや腰痛防止に有効な運動を提供する装置を業務用としてだけでなく、一般家庭用としても提供することが可能となった。 尚、本発明のバランス訓練装置は、上記目的以外にも、運動不足解消、気分のリフレッシュ、シェイプアップ運動用としても有効である。
また、利用者の性別、年齢、体格や体調に合わせてトレーニングプログラムを適宜設定可能な構成としたり、利用者の心拍数や消費カロリーをリアルタイムで測定／表示する構成を採用した場合は、利用者が過度の運動を強いられることを防ぐとともに、利用者がより安心してバランス訓練装置を利用することが可能になる点で好ましい。
【図面の簡単な説明】
図１Ａは、本発明の実施例に基づくバランス訓練装置の使用状態を示す概略図であり、図１Ｂは、バランス訓練装置の斜視図である。
図２Ａは、座席の前後方向（Ｘ）への直進往復運動を示す図であり、図２Ｂは前後方向に略垂直な水平方向に延出する軸周り（θｙ）の第１回転往復運動を示す図であり、図２Ｃは前後方向に延出する軸周り（θｘ）の第２回転往復運動を示す図である。
図３は、本発明の実施例に基づくバランス訓練装置の正面断面図である。
図４は、同バランス訓練装置の側断面図である。
図５は、同バランス訓練装置の別の側断面図である。
図６は、本発明の別の実施例に基づくバランス訓練装置の断面図である。