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筋力訓練装置及び筋力特性評価方法

国内特許コード P09A015136
整理番号 2006-040
掲載日 2010年2月26日
出願番号 特願2007-122482
公開番号 特開2008-272361
登録番号 特許第4956808号
出願日 平成19年5月7日(2007.5.7)
公開日 平成20年11月13日(2008.11.13)
登録日 平成24年3月30日(2012.3.30)
発明者
  • 伊坂 忠夫
  • 小澤 隆太
  • 川村 貞夫
  • 重歳 憲治
  • 森園 哲也
  • 加藤 高志
出願人
  • 学校法人立命館
発明の名称 筋力訓練装置及び筋力特性評価方法
発明の概要

【課題】 訓練者の動作途中においても負荷強度又は負荷様式の組合せを可変に呈示することにより、訓練者の目的や動作特性に応じたトレーニング等を行うことができる筋力訓練装置を提供する。
【解決手段】 操作部1の回転に連動して回転する可動体2と、回転駆動体3によって回転する可動体4と、電場の強さに応じて変化する粘性により第2の可動体から第1の可動体側にトルクを伝達する高応答性の電気粘性流体5と、操作部1に加わる負荷を検出するセンサ部7および操作部1の回転角度を検出するセンサ部8を備え、これらのセンサ部7、8の出力に応じて、電場および回転駆動体3が制御される筋力訓練装置100。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


従来から多く利用されている筋力訓練装置としては、ダンベル、バーベル、油圧、空圧、ゴムもしくはバネ等を用いる筋力訓練装置がある。これらの機械的要素を単独で用いている筋力訓練装置では、負荷様式(負荷の種類)が機械的要素に依存するものになるため、関節等に必要以上の負荷がかかる、又は必要な負荷を与えられる可動域が制限されてしまう問題がある。例えば、ゴムチューブやバネ等の弾性負荷を用いた訓練装置では、動作開始時は負荷が小さいが、動作が進むにつれて負荷が大きくなり、動作の最後では最も大きな負荷を生じるので、動作開始時は必要な負荷が得られず、動作の最後では必要以上の負荷がかかる場合がある。逆にダンベルやバーベル等の錘を用いた場合には、動作開始時に最も大きな負荷を生じ、その後は慣性の影響で負荷が小さくなるので、動作開始時に必要以上の負荷を生じ、関節等を痛める場合がある。



これらの問題を解決するために、これまで電磁ブレーキを利用して、等粘性負荷を発生させる筋力訓練装置(例えば、特許文献1参照)や駆動モータとパウダークラッチを利用し、電流を制御することにより、出力トルクを調整し、一定のトルクを発生させる筋力訓練装置がある(例えば、特許文献2参照)。また、負荷発生手段として、磁場の強さに対する粘性変化が大きい磁気粘性流体(MR流体)を用いることで高速応答高出力化が図られている筋力訓練装置もある(例えば、特許文献3参照)。この磁気粘性流体を用いた装置では、一定トルクおよび一定速度の負荷を発生させることが実現されている。



また、パウダークラッチとインダクションモータを用いて、複数の強度における粘性および弾性負荷を呈示できる装置がある(例えば、非特許文献1参照)。



筋力評価方法においては、動作中の発揮トルクもしくは発揮パワーのピーク値を用いた評価や動作速度と力(以下、この力はトルクの意も含むものとする)もしくはパワーの関係や関節角度と力もしくはパワーの関係を示した二次元上での評価が多く行われている。また、負荷を一定に保つ脚力測定装置を用いて、脚伸展時の到達速度を求めることを3段階以上の負荷に変化させて測定を行い、得られた負荷-到達速度に対して近似曲線を求めることにより、最大筋力値や最大動作速度を推定する方法等がある(例えば、特許文献4参照)。



また、等速性負荷装置を用いて、計測される関節角度、角速度、トルクデータを補間し、三次元形状を構成することにより、定性的な筋力特性評価指標として用いているものもある(例えば、非特許文献2参照)。

【特許文献1】特開2002-17887号公報

【特許文献2】特開2000-14825号公報

【特許文献3】特開2002-126122号公報

【特許文献4】特開2002-209874号公報

【非特許文献1】伊藤晋彦、赤滝久美、三田勝己、石田義人、伊東保志、篠田剛、加藤厚生、伊藤宏司「筋の機械的インピーダンス特性を模擬したトルク発生装置」、医用電子と生体工学、31-2、1993年、p.155-163

【非特許文献2】R. N. Marshall, S. M. Mazur and N. A. S. Taylor 「Three-Dimensional surfaces for human muscle kinetics」、European Journal of Applied Physiology, Vol.61, 1990, p.263-270.

産業上の利用分野


本発明は、筋力強化やリハビリテーションのための筋力訓練装置および筋力評価方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
操作部の回転に連動して、回転する第1の可動体と、
回転駆動体によって回転する第2の可動体と、
電場又は磁場の強さに応じて変化する粘性により、第2の可動体から第1の可動体側にトルクを伝達する電気粘性流体又は磁気粘性流体と、
操作部に加わる負荷を検出する第1のセンサ部
および操作部の回転角度を検出する第2のセンサ部を備え、
第1又は/及び第2のセンサ部の出力に応じて、前記電場又は磁場の強さおよび回転駆動体が制御されることを特徴とする筋力訓練装置。

【請求項2】
第1又は/及び第2のセンサ部の出力に応じて、本筋力訓練装置における実効的な機械的インピーダンス(慣性、粘性、弾性の値)を定めることにより、電場又は磁場の強さおよび回転駆動体を制御することを特徴とする請求項1に記載の筋力訓練装置。

【請求項3】
第1又は/及び第2のセンサ部の出力に応じて、本筋力訓練装置における実効的な機械的インピーダンス(慣性、粘性、弾性の組合せ)を定めることにより、電場又は磁場の強さおよび回転駆動体を制御することを特徴とする請求項1に記載の筋力訓練装置。

【請求項4】
第1又は/及び第2のセンサ部の出力に応じて、本筋力訓練装置における実効的な機械的インピーダンス(慣性、粘性、弾性の値および組合せ)を定めることにより、電場又は磁場の強さおよび回転駆動体を制御することを特徴とする請求項1に記載の筋力訓練装置。

【請求項5】
第1の可動体の回転を補助する補助動力を備えていることを特徴とする請求項1~4のいずれかの項に記載の筋力訓練装置。

【請求項6】
請求項1又は請求項5に記載のいずれかの筋力訓練装置により、操作部に発生させる等速性負荷又は等粘性負荷の少なくとも3パターン以上の負荷強度を用いて測定を行い、第2のセンサ部で検出される操作部の回転角度データ、該回転角度データに微分操作を施すことにより得られる角速度データおよび第1のセンサ部から得られる操作部に加わる負荷を基に求められるトルクデータから構成される三次元形状における規定角度間隔毎の体積、規定角速度間隔毎の体積又は規定トルク間隔毎の体積の少なくとも一つを算出し、筋力特性の評価指標として呈示することを特徴とする筋力特性評価方法。

【請求項7】
請求項1又は請求項5に記載のいずれかの筋力訓練装置により、操作部に発生させる等速性負荷又は等粘性負荷の少なくとも3パターン以上の負荷強度を用いて測定を行い、第2のセンサ部で検出される操作部の回転角度データ、該回転角度データに微分操作を施すことにより得られる角速度データおよび第1のセンサ部から得られる操作部に加わる負荷を基に求められるトルクデータから構成される三次元形状のうち、回転角度データ、角速度データ、トルクデータのいずれか一つが所定範囲にある形状の他の二つのいずれかの規定間隔毎の体積を算出し、筋力特性の評価指標として呈示することを特徴とする筋力特性評価方法。

【請求項8】
トルクデータをパワーデータに変換して三次元形状を構成することを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の筋力特性評価方法。

【請求項9】
トルクデータをピークトルクで正規化したデータに変換して三次元形状を構成することを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の筋力特性評価方法。

【請求項10】
パワーデータをピークパワーで正規化したデータに変換して三次元形状を構成することを特徴とする請求項8に記載の筋力特性評価方法。

【請求項11】
トルクデータを被験者の体重で正規化したデータに変換して三次元形状を構成することを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の筋力特性評価方法。

【請求項12】
パワーデータを被験者の体重で正規化したデータに変換して三次元形状を構成することを特徴とする請求項8に記載の筋力特性評価方法。
産業区分
  • 運動娯楽用
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2007122482thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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