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  • 特開-バランス運動装置 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022014202
(43)【公開日】2022-01-19
(54)【発明の名称】バランス運動装置
(51)【国際特許分類】
   A63B 22/16 20060101AFI20220112BHJP
   A61H 1/00 20060101ALI20220112BHJP
   A61H 1/02 20060101ALI20220112BHJP
【FI】
A63B22/16
A61H1/00 311D
A61H1/02 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2020116416
(22)【出願日】2020-07-06
(71)【出願人】
【識別番号】506391657
【氏名又は名称】菊川 清
(72)【発明者】
【氏名】菊川 清
(72)【発明者】
【氏名】菊川 康介
【テーマコード(参考)】
4C046
【Fターム(参考)】
4C046AA02
4C046AA06
4C046AA29
4C046AA48
4C046BB01
4C046CC01
4C046DD02
4C046DD12
4C046DD16
4C046DD31
4C046EE02
4C046FF22
4C046FF23
(57)【要約】
【課題】上面で使用者の体重を支える甲体を水平に対し、前後、左右の両方面に反復傾斜運動させるバランス運動装置において、作動的確、堅牢、構造簡潔または、さらに低コストを達成する。(第1課題)。
反復傾斜運動パターンとして、前後と左右の反復傾斜運動の周期を独立して容易に変化させることで、使用者の慣れによる訓練効果の低下を回避する(第2課題)。
【解決手段】基台、甲体および連係体を基本的要素とし、基台と連係体の組、甲体と連係体の組の二組を構成し、それぞれの組内の基本要素同士を枢軸対を介して結合するとともに、該枢軸体から離間した位置にアクチュエータを装置する(但し組同士間で枢軸対の軸心方向が平面図上で直角等、異なる方向とする)。
さらに両組内のアクチュエータは同一の回転駆動軸を経た動力で駆動する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基台と該基台の上方に配置され、少なくとも使用者の体重を支える甲体および前記基台と前記甲体のそれぞれと連係作動する連係体を有し、前期甲体の上面を水平に対し前後および左右の両方向に反復傾斜運動させるバランス運動装置において、前記基台と前記連係体との連係作動Aは、この両者が枢軸対Aを介して係合されるとともに、該枢軸対Aの軸心と離間した位置に前記両者の間に設けられたアクチュエータAの伸縮による蝶番関係運動であり、前記連係体と前記甲体との連係作動Bは、該両者が前記枢軸対Aと平面図上で異なる軸心方向を持つ枢軸対Bを介して係合されるとともに、該枢軸対Bの軸心と離間した位置に該両者の間に設けられたアクチュエータBの伸縮による蝶番関係運動であり、かつ、前記アクチュエータAと該アクチュエータBとは同一の回転駆動軸を経た動力で駆動されることを特徴とするバランス運動装置。
【請求項2】
前後と左右の反復傾斜運動の一方は、枢軸対の軸体と回転駆動軸を共通とすることを特徴とする請求項1のバランス運動装置。
【請求項3】
前後と左右の反復傾斜運動の一方は、その枢軸対と、入力軸との軸心を一致させた交叉軸動力伝達装置または食違い軸動力伝達装置を経てアクチュエータが駆動されるものであることを特徴とする請求項1、または2のバランス運動装置。
【請求項4】
前後と左右の反復傾斜運動の少なくとも一方の駆動係には、入出力軸間に速比の変更または選択が可能な動力伝達装置を介在させることを特徴とする請求項1、2または3のバランス運動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水平に対し前後左右の両方向に反復傾斜運動する甲体上に、使用者が起立姿勢等で載り、前記反復傾斜運動に反応しつつ自身の姿勢を維持する運動(以下バランス運動と記す)の訓練等に供されるバランス運動装置に関する。
【背景技術】
【0002】
バランス運動装置による訓練は歩行中の転倒防止に有効であり、リハビリやフレイル(虚弱)予防、ダイエットにも広く採用されている。
バランス運動装置による訓練に於いて装置の反復傾斜運動のパターンが単純であれば、使用者はそれに慣れて訓練中に次の動きを予測でき、訓練効果が低下する。従って、バランス運動装置としては多様な運動パターンが望まれる。
【0003】
バランス運動装置として特許文献1および2の提案がある。
前記1の提案の装置は基台上に中央支持部を立設して、足載せ部(本発明の甲体に相当)の裏面側の中央部の1点(ここで連結点Yとする)を該中央支持部で十字軸部を介することで前後左右の傾斜揺動可能に支持するとともに、足載せ部の裏側の2点(ここで支持駆動点Z&#8321;、Z&#8322;とする)をそれぞれ基台との間に設けた2基のアクチュエータで主に上下方向に支持駆動するバランス運動装置を提案している。
次に前記2の提案は図3として中間ジョイント22がベース10とボート20との間に介在され、中間ジョイント22はベース10上に第1軸Xでヒンジ止めされ、ボート20は中間ジョイント22上に第2軸Yでヒンジ止めされて成る回動プラットフォームを提案している。そしてX軸とY軸は実質的に垂直であると述べられ、アクチュエータ手段は二基で、それぞれはモーターに依っている。また、この提案はさらに多数のアクチュエータを装備した回動プラットフォームを、図4,5,6,7,8等で示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2019-130047号公報
【特許文献2】特表2019-502528号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
前記1の提案のバランス運動装置において、足載せ部はその支持駆動点Z&#8321;、Z&#8322;に連結される2基のアクチュエータ(基台上に固定して設けられた歯車装置で回転駆動されるクランクとコネクティングロッド等でなる)で支持駆動される。
ここで、支持駆動点Z&#8321;、Z&#8322;は連結点Yを中心とする球面(高さ方向を水平方向とした缺球面)上を広い面積にわたって運動する。つまり支持駆動点Z&#8321;、Z&#8322;はそれぞれのクランクピンの回転面の延長面外(表、裏側)へ逸脱する。
従って、例えばクランクピンとコネクティングロッドの嵌合部では、コネクティングロッドがクランクピンの軸心を含む面内で揺らぶられることにより、拗(こじ) れや軋(きし)みを生じ、作動の不的確性や寿命の低下等が危惧される。また、この提案の装置は足載せ部に固着された4本の安全バ-を(図2の17)を準備しているが、このバ-は足載せ部が傾斜することから的確な作動には疑問がある。また、両クランクの回転速度はそれぞれ一定であり、反復傾斜運動のパターンが単調である。更に、駆動用原動機を2基用いており、コスト面及び、全体に構造が複雑であるという問題点を有する。
また、足載せ部には使用者の体重や反応運動に基づく動力学的に複雑で不安定な力やモーメントが加わる。この提案の連結点Yおよび支持駆動点Z&#8321;、Z&#8322;の3点が形成する三角形(本発明に於いて荷重負担三角形、または一般化して荷重負担多角形と記す)は連結点Yが足載せ部の中央であることから、さほど大きくはなく、上記力の作用線はほとんどこの三角形外を通過すると思われる。そして、この作用線がこの三角形から遠いところを通過する程、連結点Yや支持駆動点Z&#8321;、Z&#8322;に作用する力は倍加率を増加し、さらに、正負に方向を変化しつつ加わりその上にモーメント(旋回を含む)による支点反力も重畳される。この提案のクランクとコネクティングロッドでなるアクチュエータは、その上端部での特にクランクピンの軸心方向の力に対する負担能力は非常に小さいから、十字軸部への負荷力およびモーメントはともに非常に大きくなる。この負荷力の抑制のためには連結点や支持駆動点等が形成する荷重負担多角形を大きくすることが有効であることが判る。
次に前記2の提案は、前後左右の反復傾斜運動を行うもの(図3)に対してはアクチュエータを二基以上使用におり、このためコスト、構造の複雑化の面で不利である。
また、前後および左右の両方向に反復傾斜運動させるものでは、各アクチュエータの上下両方の接合部での接合形式については何ら示されていない。
本発明は作動的確、堅牢構造簡潔、反復傾斜運動のパターンの変更が容易、またはさらに低コスト等を達成するバランス運動装置を提供すること課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は前後及び左右両方向に組み合わされた反復傾斜運動を、連係体を加入することにより、基台と連係体との間では前後方向と左右方向のうち一方方向の反復傾斜運動に単純化して分担させ、連係体と甲体との間では、前記一方に対する他の方向の反復傾斜運動を単純化して分担させるものであり、さらに両方向の反復傾斜運動を同一の駆動軸を経た動力、つまり1基の原動機での駆動を可能とするものである。
本発明は、また、入力軸方向と出力軸方向とが、例えば直角である動力伝達装置は傘歯車装置等選択範囲は広く、これらは作動の的確性、堅牢性などに優れたものが多いことを見出したことに基づくものである。
すなわち、純機械式のアクチュエータは作動の適格性、堅牢性等優れた特性を有するが、コネクティングロッドの例では、その両端において互いに平行な軸心の穴またはピン等を有するように、入出力端同士は互いに強い方向的関係性を有している。
従って、前後と左右方向の反復傾斜運動の駆動を一基の原動機を用い、かつ、両方向の反復傾斜運動に同形式の純機械式アクチュエータを採用したい場合、入出力軸方向が例えば直角関係の動力伝達装置を採用すれば、一基の原動機化が容易に達成可能となる。
【0007】
本発明は、基台と該基台の上方に配置され、少なくとも使用者の体重を支える甲体および前記基台と前記甲体のそれぞれと連係作動する連形体を有し、前記甲体上面を水平に対し前後および左右の両方向に反復傾斜運動させるバランス運動装置において、前記基台と
前記連形体との連係作動Aは、この両者が枢軸体Aを介して係合されるとともに、該枢軸体Aの軸心と離間した位置に前記両者の間に設けられたアクチュエータAの伸縮による蝶番関係運動であり、前記連形体と前記甲体との連携運動Bは該両者が前記枢軸対Aと平面図上で異なる軸心方向を持つ枢軸対Bを介して係合されるとともに、該枢軸対Bの軸心と離間した位置に該両者の間に設けられたアクチュエータBの伸縮による蝶番関係運動であり、かつ、前記アクチュエータAと前記アクチュエータBとは同一の回転駆動軸を経た動力で駆動されることを特徴とするバランス運動装置である。
【発明の効果】
【0008】
本発明は基台と連係体の組および連係体と甲体の組、の2組に組分けし、それぞれの組は枢軸対、つまり、穴と軸の対でなる支承関係を持ち、この支承関係とアクチュエータとは平行な軸心関係を与えられ得るから、拗れや軋みの発生は防止できる。
さらに、この枢軸対を、要すれば相互間隔が十分に離間した同軸のものの二対とすれば、使用者が位置的に片寄って乗った時の偏心荷重や反応時の旋回的なモーメント負荷に対しても、アクチュエータの頭部への水平方向の荷重負担を極少とすることが可能となる。
また、前述のように連結点や支持駆動点等が形成する荷重負担多角形の大型化に繋がり、これ等の支点の荷重負担の平準化にも寄与する。
本発明は、さらに上述のように、前後および左右方向の二通りの反復傾斜運動を同一の回転駆動軸を経て駆動を行うものであり、複数基の原動機を必要せずコスト的に有利となる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】本発明の実施形態の1例の斜視図
図2】本発明の実施形態の1例の正面図
図3】本発明の実施形態の1例の側面図
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。但し、以下に示す実施形態は本発明の技術思想を具体化するバランス運動装置の1例を例示するものであって、本発明をこれらに特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適応し得るものである。
【0011】
図1は本発明の1実施例の全体斜視図で、図2は該実施例の正面図である。
以下図2を主として説明する。
基台1は平坦な床面上に安置され、軸受け用ブラケット等の取付用雄ねじに対する雌ねじ形成に必要な厚みを有し、平面形状は本実施例では円形とした。
アクチュエータ駆動用ギアモーター(23RPM、60W、100V単相)は、その出力軸が水平(図面上では垂直)となるごとく、L字型ブラケット2を介して基台1の上面に固定されている。
十分な相互間隔を保有して基台1上に設けられた1対のL字型ブラケット4、4’(図上4’は4に重なる)は、それぞれに取り付けられた転り軸受により、モーター軸の延長線上にオルダム継手を介して接続された回転駆動軸3を支承している。
【0012】
雌ねじ形成と全体の剛性に対し十分な厚みを有し平面形状を略長方形とする連係体5には、その下面に十分な相互間隔を保有する1対の転り軸受付L字型ブラケット6、6’(図6’は6に重なる)が固定されており、この1対の転り軸受には前記回転駆動軸3が嵌入保持されている。この結果、連係体5と基台1は、回転駆動軸3を軸とする枢軸対Aを形成している。この枢軸対Aはその軸心方向の遊隙が微小に保持されており、後述の傘歯車対30の正確な歯合いを保証し、また十分な相互間隔を保有することで前述の荷重負担三角形を大型化(三角形の大きな底辺)している。
【0013】
基台1の上面には、溶接固着ピース10が準備され、その孔に遊嵌されたボルト9、該ボルト9に螺合され図上左右方向に平行に可動(矢印11)のスライド12、該スライド12上に2個1組の転がり軸受け付きブラケット13、13’がボルトで固定され、その転がり軸受けには中間軸14が支承されている。
回転駆動軸3とこの中間軸14は平行とされ、両軸の対向部間には、動力伝達手段である2対のプーリー15、16と17、18と、その対同士間にタイミングベルト19が張架されている。スライド12のクランプボルトを弛め、スライド12を図上右方向に平行にスライドさせると、タイミングベルト19が弛み、これを他の一対間に掛け替えることができ、掛け替え後はスライド12の位置をボルト9により復旧し、クランクボルトによりクランプする。
これにより回転駆動軸3に対する中間軸14の速比を容易に変更することができる。
【0014】
この中間軸14の両端には等しい偏心位置にクランクピンを植設した1対のクランク20、20’が固着されている。但し、これらのクランク20、20’は中間軸14と一体のエキセントリック軸としてもよい。
連係体5の図上左辺側下面には、ピンを植設された1対のブロック支点22、22’が設けられ、このピンと前述のクランク20、20’ピン同士間にはコネクティングロッド21、21’が嵌入され、これらは連係体5用のアクチュエータAを形成している。以上により、回転駆動軸3の回転は、タイミングペルト19系、アクチュエータAの作動により、連係体5を回転駆動軸3の軸心を要としつつ図上左辺側を上下方向に反復傾斜運動させることになる。
すなわち、基台1と連係体5は、それぞれL字型ブラッケット4、4‘と6、6’および回転駆動軸3とでなる枢軸対Aを介して係合されるとともに、この枢軸対Aの軸心から離間した位置に基台1と連係体5との間に設けられた中間軸14、クランク20、コネクティングロッド21等でなるアクチュエータAによる蝶番関係運動(連係作動A)が可能である。
【0015】
次に使用者が乗る略円形の甲体25と連係体5との対向面の間には軸26が、その両端部、したがって十分な相互間隔を保有する左方の支点対27、27’と、右方の支点対27、27’を介して支承される4ことにより、枢軸対Bが形成されている。
連係体5の中央部の下面には転がり軸受け付きブラケット28を介して中間軸29が架設され、該中間軸29と前述の回転駆動軸3との間には傘歯車対30が装置されている。
前述のように連係体5は回転駆動軸3を軸とする枢軸対Aが形成され、かつ傘歯車対30の入力軸心は回転駆動軸3の軸心と同一であり、この枢軸対Bの軸方向遊隙は微小に保持されているから、連係体5の蝶番運動による反復傾斜運動中を通してこの傘歯車対30は正常な噛合を保証される。
【0016】
中間軸29の両軸端と、甲体25の手前側円弧近傍の下面のL字形ブラケット31、31との間にはクランク33、33(クランク33、33はほぼ水平状態のため図面の奥側に延びている。)とコネクティングロッド32,32でなるアクチュエータB32、B32が形成されている。
但し、連係体5の外周にはコネクティングロッド32,32との干渉を防止するため、凸部が設けられている(図1参照)。
以上の構成により回転駆動軸3の回転は、傘歯車対30、中間軸29、アクチュエータB32、32、L字形ブラケット31、31を通して、甲体25に伝達され、甲体25をその手前側を上下方向に支持、駆動することにより、反復傾斜運動を行わしめる。
【0017】
以上述べたように、アクチュエータ駆動用モーターの回転は、回転駆動軸3に伝達さ
れ。
(イ)この回転はタイミングベルト系を通じて中間軸14へ伝達され、クランク20、20’とコネクティングロッド21、21’でなるアクチュエータAを作動させ、回転駆動軸3を枢軸対Aの軸とする連係体5を、その左辺側を上下方向に支持駆動することで連係作動Aを実行する。
(ロ)また、回転駆動軸3の回転は、傘歯車軸対30で直角方向に転換されて中間軸29に伝達される。この傘歯車対30の入力軸心は枢軸対B(軸29の軸心を軸とする)とコネクティングロッド32、32等でなるアクチュエータBの作動により甲体25の手前側部を上下方向に支持駆動することで連係作動Bを実行する。
以上の結果、甲体25は前後及び左右の間で、位相差を累積しつつの反復傾斜運動が順調に実行される。また、タイミングベルト(19)系による速比変更により反復傾斜運動のパターンを容易に変更可能である。
本実施例ではコスト、堅牢性の点からアクチュエータA、Bともクランクとコネクティングロッドによる(近似サインカーブ状運動)ものとしたが、これに代えてカム等より、より複雑な運動のものとしてもよい。
【0018】
本実施例はプロトタイプとして基台1、連係体5および甲体25を板状一体物としたが、これらは鋳造、溶接構造等とすることができる。また、動力伝達手段として、(イ):タイミングベルト方式を小型、作動確実、堅牢性等の点から採用したが、操作性の点等から他のタイプの有段または無段の変速手段の採用も可能であり、(ロ):軸方向変更方式として、傘歯車による直角交叉軸方式としたが、ねじ歯車、ハイポイド歯車、食違い歯車、ウォームとウォーム歯車などによる食違い軸歯車としてもよい。
また、クランクは軸を一体のエキセントリックシャフト形式とする・甲体25の裏面には凹凸のあるゴム板等滑り止め等を適用しても良い。
【符号の説明】
【0019】
1基台、2駆動用モーター取付L字型ブラケット、3回転駆動軸、
4回転駆動軸3支持用L字形ブラケット、5連係体、
6連係体5支持用L字形ブロック、12スライド、14中間軸、19タイミングベルト、
20、20’クランク、 21、21’コネクティングロッド、 25甲体、26軸、 29中間軸、30傘歯車対、33、33’クランク、 32コネクティングロッド
(アクチュエータAはクランク20,21等からなる。)、
(アクチュエータBはクランク33、32コネクティングロッド等からなる。)
図1
図2
図3