特許 7624139 運動用機器及びトレーニングシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-22

(45)【発行日】2025-01-30

(54)【発明の名称】運動用機器及びトレーニングシステム

(51)【国際特許分類】

   A63B 21/005 20060101AFI20250123BHJP

   A63B 69/00 20060101ALI20250123BHJP

   A63B 23/035 20060101ALI20250123BHJP

   A63B 24/00 20060101ALI20250123BHJP

   G16Y 10/65 20200101ALI20250123BHJP

   G16Y 20/40 20200101ALI20250123BHJP

   G16Y 40/10 20200101ALI20250123BHJP

【ＦＩ】

A63B21/005

A63B69/00 C

A63B23/035 Z

A63B24/00

G16Y10/65

G16Y20/40

G16Y40/10

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020168068

(22)【出願日】2020-09-14

(65)【公開番号】P2022048052

(43)【公開日】2022-03-25

【審査請求日】2023-09-13

【権利譲渡・実施許諾】特許権者において、実施許諾の用意がある。

(73)【特許権者】

【識別番号】520385777

【氏名又は名称】川上 知英

(72)【発明者】

【氏名】川上 知英

【審査官】伊藤 昭治

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２９６６７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５２０１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－０２４０３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－２７９２６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６３Ｂ ２１／００ － ２１／２８

Ａ６３Ｂ ６９／００

Ａ６３Ｂ ２３／０３５

Ａ６３Ｂ ２４／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベース体と、
揺動可能又は往復移動可能に設けられた操作体と、
前記ベース体と前記操作体との間に設けられ、前記操作体への所定方向の操作に対して反対方向の負荷を発生させる負荷発生装置と、
前記負荷発生装置を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、操作者が前記操作体に与える操作力と前記負荷発生装置が発生する前記負荷が一時的に釣り合うように前記負荷発生装置を制御し、釣り合い状態にあるときに前記負荷発生装置が発生する前記負荷を前記操作力として算出し、算出された最大操作力に基づいた負荷を発生させるように前記負荷発生装置を制御し、前記操作体の移動速度が所定の範囲内に収まるように前記負荷発生装置に発生させる前記負荷を制御する、運動用機器。

【請求項3】

前記制御装置は、予め設定された複数の運動モードのいずれか一つが選択されたときに、前記操作体の前記移動速度が選択された運動モードに基づいた速度になるように前記負荷発生装置に発生させる前記負荷を制御する、請求項１に記載の運動用機器。

【請求項5】

ベース体と、
揺動可能又は往復移動可能に設けられた操作体と、
前記ベース体と前記操作体との間に設けられ、前記操作体への所定方向の操作に対して反対方向の負荷を発生させる負荷発生装置と、
前記負荷発生装置を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記操作体の移動速度が所定の範囲内に収まるように前記負荷発生装置に発生させる前記負荷を制御する、運動用機器

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、負荷を電気的に制御することができる運動用機器及びトレーニングシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

油圧式のトレーニングマシンが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】実用新案登録第３１２９０６６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のトレーニングマシンでは油圧シリンダを利用しており、油圧シリンダの取り付け位置を手動で変更することで、負荷を変更可能に構成されている。しかし、負荷を変更する際の作業に課題がある。そこで本発明は、負荷を半自動又は自動的に制御することができる運動用機器及びトレーニングシステムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

前記課題を解決するために、本発明は、ベース体と、揺動可能又は往復移動可能に設けられた操作体と、前記ベース体と前記操作体との間に設けられ、前記操作体への所定方向の操作に対して反対方向の負荷を発生させる負荷発生装置と、前記負荷発生装置を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記操作体に入力される操作力又は前記操作体が移動する速度に基づいた負荷を発生させるように前記負荷発生装置を制御する、運動用機器を提供する。この構成によれば、負荷を半自動又は自動的に制御することができる。

【0006】

前記制御装置は、予め設定された複数の運動モードのいずれか一つが選択されたときに、前記操作体に入力される操作力と選択された運動モードとに基づいた負荷を発生させるように前記負荷発生装置を制御してもよい。この構成によれば、操作者が選択した自分に適した運動モードでトレーニングをすることができる。

【0007】

上記の運動用機器は、前記操作体の位置又は速度を測定する第１センサと、をさらに備え、前記制御装置は、前記第１センサによって測定された第１測定値に基づき前記負荷発生装置に発生させる前記負荷を制御してもよい。この構成によれば、操作体が移動する速度に基づいた負荷を設定できるため、操作者に適したトレーニングをすることができる。

【0008】

上記の運動用機器は、前記操作体に付与されるトルク又は圧力を測定する第２センサと、を更に備え、前記制御装置は、前記第２センサによって測定された第２測定値に基づき前記負荷発生装置に発生させる前記負荷を制御してもよい、この構成によれば、操作者の操作力に基づいた負荷を設定できるため、操作者に適したトレーニングをすることができる。

【0009】

前記制御装置は、前記操作力が入力されたときの前記操作体の前記速度が所定の範囲内に収まるように前記負荷発生装置に発生させる前記負荷を制御してもよい。この構成によれば、操作者に適したトレーニングをすることができる。

【0010】

前記制御装置は、操作者が前記操作体に与える操作力と前記負荷発生装置が発生する前記負荷が一時的に釣り合うように前記負荷発生装置を制御し、釣り合い状態にあるときに前記負荷発生装置が発生する前記負荷を前記操作力として算出してもよい。この構成によれば、操作者による最大の操作力を算出することができる。

【0011】

前記制御装置は、個人識別データが入力された場合、前記運動用機器の使用データと当該個人識別データとを関連付けて個人履歴データを作成し、当該個人履歴データを記録してもよい。この構成によれば、各人のトレーニングデータを個別に蓄積することができる。

【0012】

前記制御装置は、入力装置又は操作者が携帯する端末装置若しくは識別手段によって個人識別データが入力された場合、前記運動用機器の使用データと当該個人識別データとを関連付けて個人履歴データを作成し、当該個人履歴データを当該端末装置に送信してもよい。この構成によれば、個人が有するスマートフォン等の携帯端末にトレーニングデータを蓄積することができる。

【0013】

前記制御装置は、入力装置又は操作者が携帯する端末装置若しくは識別手段によって個人識別データが入力された場合、前記運動用機器の使用データを当該端末装置又は前記運動用機器とネットワークによって接続された管理サーバに送信してもよい。この構成によれば、運動用機器の制御装置にて個人履歴データを作成する作業負荷を低減することができる。つまり、個人が有するスマートフォン等の携帯端末や管理サーバで個人履歴データを作成可能になる。

【0014】

前記制御装置は、入力装置又は操作者が携帯する端末装置若しくは識別手段によって個人識別データが入力された場合、当該制御装置又は当該端末装置によって記録された前記個人履歴データの最新データに基づいて、前記負荷発生装置が発生する前記負荷を制御してもよい。この構成によれば、直近のトレーニングを参考にしたトレーニングを行うことができるので、操作者に適したトレーニングをすることができる。

【0015】

また、本発明は、１つの側面から、ベース体と、揺動可能又は往復移動可能に設けられた操作体と、前記ベース体と前記操作体との間に設けられ、前記操作体への所定方向の操作に対して反対方向の負荷を発生させる負荷発生装置と、前記操作体に入力される操作力又は前記操作体が移動する速度に基づいた前記負荷を発生するように前記負荷発生装置を制御する制御装置と、を有する運動用機器と、前記運動用機器とネットワークにて接続された管理サーバと、を備え、前記制御装置は、入力装置又は操作者が携帯する端末装置若しくは識別手段によって個人識別データが入力された場合、当該個人識別データと前記運動用機器の使用データとを関連付けて個人履歴データを作成し、当該個人履歴データを記録する又は当該個人履歴データを前記管理サーバ若しくは操作者が携帯する端末装置に送信する、トレーニングシステムを提供する。この構成によれば、この構成によれば、各人のトレーニングデータを個別に蓄積することができる。

【0016】

また、本発明は、他の側面から、ベース体と、揺動可能又は往復移動可能に設けられた操作体と、前記ベース体と前記操作体との間に設けられ、前記操作体への所定方向の操作に対して反対方向の負荷を発生させる負荷発生装置と、前記操作体に入力される操作力又は前記操作体が移動する速度に基づいた前記負荷を発生するように前記負荷発生装置を制御する制御装置と、を有する運動用機器と、前記運動用機器とネットワークにて接続された管理サーバと、を備え、前記制御装置は、入力装置又は操作者が携帯する端末装置若しくは識別手段によって個人識別データが入力された場合、当該個人識別データ及び前記運動用機器の使用データを前記管理サーバに送信し、前記管理サーバは、前記個人識別データと前記使用データとを関連付けて個人履歴データを作成し、当該個人履歴データを記録する又は当該個人履歴データを操作者が携帯する端末装置に送信する、トレーニングシステムを提供する。この構成によれば、この構成によれば、各人のトレーニングデータを個別に蓄積することができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、負荷を半自動又は自動的に制御することができる運動用機器及びトレーニングシステムが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１実施形態に係る運動用機器を示す概略構成図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る運動用機器を制御する制御系の概略構成図である。

【図3】本発明に係る制御装置及び制御装置周辺機器の概略構成図である。

【図4】本発明に係る入力装置に表示される画面の一例である。

【図5】本発明に係る入力装置に表示される画面の一例である。

【図6】本発明に係る入力装置に表示される画面の一例である。

【図7】本発明に係るトレーニングシステムを示す概略図である。

【図8】本発明の第２実施形態に係る運動用機器を示す概略構成図である。

【図9】本発明の第２実施形態に係る負荷発生装置及び周辺装置を示す概略構成図である。

【図10】本発明の第２実施形態に係る運動用機器の変形例を示す概略構成図である。

【図11】本発明の第２実施形態に係る運動用機器の変形例を示す概略構成図である。

【図12】本発明の第２実施形態に係る負荷発生装置及び周辺装置の変形例を示す概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明に係る第１実施形態及び第２実施形態の運動用機器を前述する図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる方向の概念は、説明する上で便宜上使用するものであって、発明の構成の向き等を記載される方向に限定するものではない。また、以下に説明する運動用機器は、本発明の一つの実施形態に過ぎない。したがって、本発明は以下の実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。

【0020】

（第１実施形態）
（装置構成）
図１及び図２に示す通り、第１実施形態に係る運動用機器１は、ベース体２と、揺動可能又は往復移動可能に設けられた操作体３と、ベース体２と操作体３との間に設けられ、操作体３への所定方向の操作に対して反対方向の負荷を発生させる負荷発生装置４と、負荷発生装置４を制御する制御装置５と、を備える。ここで、負荷とは、運動用機器１を使用する操作者Ｈが操作体３に与える操作力に対
操作体３には操作力と負荷が対抗するように作用する。これにより、操作者Ｈは筋力トレーニングを行うことができる。なお、図１では操作者Ｈが手で操作体３を操作することによって上半身をトレーニングする形態を示しているが、脚で操作体３を操作することによって下半身をトレーニングする形態であってもよい。

【0021】

ベース体２は、フレーム６と、フレーム６の上部に設けられたシート７と、フレーム６の下部に設けられた複数本の脚８と、を有する。負荷発生装置４である電動モータ４がベース体２のフレーム６の下部に設けられる。なお、負荷発生装置４を電動モータ４と図示しない減速機を備えた構成としてもよい。電動モータ４には操作体３が機械的に接続される。操作体３はロッド部９と操作者Ｈが把持するハンドル部１０とを有し、ロッド部９の第１端は電動モータ４の出力軸と機械的に接続され、ロッド部９の第２端にはハンドル部１０が設けられる。操作体３のロッド部９は、フレーム６及びシート７を貫通しており、第１端はフレーム６の下部に位置し、第２端はフレーム６の上部に位置している。なお、操作体３のロッド部９は、フレーム６等を貫通することなく、フレーム６等の外側を通るように配置されてもよい。

【0022】

操作体３の可動範囲を制限するために、ストッパ部材１１が電動モータ４と操作体３の間に設けられる。ストッパ部材１１は第１ストッパ部１２と第２ストッパ部１３を有し、第１ストッパ部１２は図１の右方向（第１方向）への操作体３の移動を制限し、第２ストッパ部１３は図１の左方向（第２方向）への移動を制限する。これにより、操作体３がベース体２に対して搖動可能又は往復移動可能となり、操作者Ｈがシート７に座る又は寝転んだ姿勢で操作体３を前後方向に移動させる運動が可能となる。このとき電動モータ４が操作体３を移動させる際の負荷を発生し、制御装置５によって電動モータ４が発生する負荷が制御される。なお、運動用機器１の初期設定時又は使用前状態においては、操作体３は第１方向に傾倒しており、第１ストッパ部１２と接することによって初期位置に位置決めされている。

【0023】

電動モータ４には第１センサ１４であるエンコーダ１４が設けられ、電動モータ４の回転角度／回動位置、つまり、操作体３の回動角度／回動位置を検出できる。電動モータ４の出力軸と操作体３との間には第２センサ１５であるトルクセンサ１５が設けられ、操作体３に付与されるトルクを検出できる。エンコーダ１４及びトルクセンサ１５は制御装置５に電気的に接続されており、制御装置５は両者から伝達される信号に基づいて電動モータ４が発生する負荷を制御する。

【0024】

図２及び図３に示す通り、運動用機器１は、操作者Ｈに関する情報やどのような運動を行うかを表す運動モード等の情報を制御装置５へ入力するための入力装置１６を備えてもよい。入力装置１６を利用する以外に、操作者Ｈが携帯するスマートフォンやスマートウォッチ等の端末装置１７から制御装置５に近距離無線通信などの通信機能を利用して入力してもよい。また、個人識別データが記録された磁気カード、ＩＣチップカード又はＩＣチップを備えたリストバンド等の操作者Ｈが携帯する識別手段１８を使って制御装置５に個人識別データを入力し、その後に入力装置１６を用いてどのような運動を行うかを表す運動モード等の情報を制御装置５へ入力してもよい。

【0025】

（制御装置及び周辺装置）
図３に基づいて、制御装置５及びその周辺装置に関して説明する。制御装置５は、いわゆるコンピュータであって、制御処理や演算処理等を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＣＰＵによって実行される制御プログラムや演算プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、処理データ等を一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、入出力インターフェースとを中心に構成される。制御装置５は、速度算出部５ａと、操作力／負荷算出部５ｂと、負荷制御部５ｃと、個人履歴データ作成部５ｄと、を有する。

【0026】

速度算出部５ａは、エンコーダ１４によって検出された操作体３の回動角度／回動位置（第１測定値）に基づいて、操作者Ｈによって操作される操作体３の回動角速度／回動速度（速度）を算出する。操作体３が移動する速度が正の値であれば操作者Ｈによる操作力が電動モータ４が発生する負荷を上回っている状態を表し、負の値であれば、操作者Ｈによる操作力が電動モータ４が発生する負荷を下回っている状態を表す。

【0027】

操作力／負荷算出部５ｂは、トルクセンサ１５によって検出された操作体３に作用するトルク（第２測定値）に基づいて、操作者Ｈが操作体３に付与する操作力、又は、電動モータ４が発生する負荷を算出する。操作体３が移動する速度が概ねゼロである場合は、操作者Ｈによる操作力と電動モータ４が発生する負荷とがつり合い状態にあるため、検出されたトルクに基づいて操作力が算出される。操作体３が移動する速度が正又は負の値である場合は、操作力と負荷とがつり合い状態にないため、検出されたトルクに基づいて電動モータ４による負荷が算出される。操作力／負荷算出部５ｂは操作力又は負荷を算出する際には、速度算出部５ａによって算出される操作体３の速度を参照してもよい。

【0028】

負荷制御部５ｃは、速度算出部５ａによって算出される操作体３の速度、又は、操作力／負荷算出部５ｂによって算出される操作力若しくは負荷等に基づいて、負荷指令を生成する。負荷制御部５ｃは生成された負荷指令をドライバ２１へ伝達する。ドライバ２１は、負荷指令に基づき駆動電流を算出し、駆動電流を電動モータ４へ供給する。電動モータ４は供給された駆動電流に基づいた負荷を発生させる。また、エンコーダ１４やトルクセンサ１５からの信号が制御装置５に伝達されることで、負荷制御部５ｃは新たな負荷指令を生成し、操作者Ｈによる操作力に対抗する負荷を適切に制御するように機能する。

【0029】

個人履歴データ作成部５ｄは、入力装置１６によって操作者Ｈに関する個人識別データが入力された場合に、個人識別データと運動用機器１を使用した際の使用データ（算出された操作力、電動モータ４の負荷、操作体３の速度、選択された運動モード、の内の少なくとも一つ）を関連付けて個人履歴データを作成する。つまり、個人履歴データは操作者Ｈがどのような状態や条件で運動を行ったのかを表すデータである。個人履歴データが蓄積されることにより、操作者Ｈの筋力や持久力等の体力の現状値や経時変化、及び、操作者Ｈの運動習慣等を把握することができる。

【0030】

入力装置１６は、個人識別データ等を制御装置５に入力するための装置であって、例えば、タッチパネル式のディスプレイやモニタである。入力装置１６には、負荷の大きさを直接数値入力する場合と各種運動モードを選択する場合の選択肢が設定され、選択された選択肢に基づいて負荷制御部５ｃは電動モータ４が発生する負荷を制御する。例えば、図３及び図４に示すように、入力装置１６には、［負荷数値入力］、［運動モード選択］、及び、［個人識別データ入力］のためのボタンが設定されている。

【0031】

なお、入力装置１６の機能を操作者Ｈが携帯する端末装置１７にインストールされたアプリケーションソフトに持たせてもよい。この場合、操作者Ｈが携帯する端末装置１７と運動用機器１とが近距離無線通信などの通信機能によって接続される必要がある。また、個人識別データが記録された磁気カード、ＩＣチップカード又はＩＣチップを備えたリストバンド等の操作者が携帯する識別手段１８を使って制御装置５に個人識別データを入力したうえで、入力装置１６を用いて今回のトレーニング情報（前述した［負荷数値入力］、［運動モード選択］など）を制御装置５へ入力してもよい。表示装置２２は、算出された操作力や負荷、操作体３の速度、運動モード等のデータを表示する。これらのデータは制御装置５から出力され、表示装置２２に入力される。操作者Ｈは表示されるデータを確認することで、現時点の運動状況を把握することができる。なお、入力装置１６と表示装置２２は同一の装置であってもよく、例えば、タッチパネル式のディスプレイやモニタ等であってもよい。

【0032】

（運動用機器の使用・運用）
［負荷数値入力］ボタンが選択された場合の、制御装置５によって実行される制御について以下に説明する。［負荷数値入力］ボタンが選択された場合、入力装置１６の画面が切り換わる。図５に示すように、例えば、ウェイトトレーニングを行う際に使用するおもりの重量に相当する数値を入力する画面が表示される。この入力値に基づいた負荷を発生するように電動モータ４が制御される。制御装置５では、始めに、入力値に基づき負荷制御部５ｃが電動モータ４に発生させるべき負荷を算出し、負荷指令を生成する。次に、負荷制御部５ｃは生成された負荷指令をドライバ２１へ出力する。次に、ドライバ２１は、負荷指令に基づき駆動電流を算出し、駆動電流を電動モータ４へ供給する。最後に、電動モータ４が駆動電流に基づいた負荷を発生する。制御装置５は、トルクセンサ１５からの信号に基づいたトルクフィードバック制御、及び、エンコーダ１４からの信号に基づいた制御を併せて実行する。

【0033】

なお、初期設定時又は使用前状態においては、操作体３は第１ストッパ部１２と接することによって初期位置に位置決めされている。初期位置への位置決めは、エンコーダ１４からの信号に基づいた位置フィードバック制御によって実行される。例えば、制御装置５が位置フィードバック制御によって操作体３を第１ストッパ部１２側（第１方向）へ移動させつつ、トルクセンサ１５からの信号を検出する。トルクセンサ１５によって検出されたトルクが所定値より大きいと、初期位置への位置決めが完了する。このとき、操作体３は第１ストッパ部１２に対してトルク（予め設定された所定の負荷、又は、負荷制御部５ｃによって算出された負荷）を付与する状態となる。なお、操作体３の初期位置への位置決めについては、後述する［運動モード選択］ボタンが選択された場合も同様である。

【0034】

操作者Ｈが入力値に基づいた負荷以上の操作力を操作体３に与えることで、操作体３は第１ストッパ部１２から、つまり初期位置から離間する方向（第２方
向）に移動する。このように、操作体３を任意に設定する負荷で押す動作により、操作者Ｈは筋力トレーニングを行うことができる。

【0035】

操作者Ｈの操作力が負荷を上回り操作体３が移動するときは、制御装置５にトルクセンサ１５からの信号がフィードバックされ、負荷制御部５ｃはその信号に基づき負荷指令を新たに生成する。これにより、操作者Ｈによる操作力に対抗する負荷を一定に保ったまま、操作者Ｈが操作体３を移動させることができる。操作体３が初期位置から移動しているときは、トルクセンサ１５は操作者Ｈによって入力された入力値に基づいた負荷を検出することになる。操作体３が初期位置から移動し、且つ、操作体３の移動する速度が概ねゼロであるときは、操作者Ｈによる操作力と電動モータ４が発生する負荷とが釣り合い状態にあるため、トルクセンサ１５が検出するトルクは操作者Ｈによる操作力に概ね等しくなる。

【0036】

操作体３が第２ストッパ部１３まで、つまり終了位置まで移動した際は、操作体３を押して移動させるという運動に関する一連の制御が終了し、初期位置へ操作体３を移動させるように制御される。また、第２ストッパ部１３の位置を起点とした、操作体３を引っ張って移動させるという運動が可能なように制御を行ってもよい。なお、第２ストッパ部１３まで移動した際の制御については、後述する［運動モード選択］ボタンが選択された場合も同様である。

【0037】

操作者Ｈによって入力された入力値が大きい場合には、操作者Ｈの操作力よりも負荷の方が大きいため、操作体３はその場から移動しない。このとき、操作体３は初期位置から移動していないため、トルクセンサ１５は入力値に基づいた負荷を検出することになる。

【0038】

［運動モード選択］ボタンが選択された場合の、制御装置５によって実行される制御について以下に説明する。［運動モード選択］ボタンが選択された場合、入力装置１６の画面が切り換わる。図６に示すように、例えば、［しっかり運動モード］、［適度に運動モード］、及び、［軽めに運動モード］の各ボタンが画面に表示される。

【0039】

［しっかり運動モード］を選択すると、例えば、操作者Ｈが発揮できる最大の操作力の７０～１００％の範囲の負荷を電動モータ４が発生するように制御される。［適度に運動モード］を選択すると、例えば、操作者Ｈが発揮できる最大の操作力の４０～７０％の範囲の負荷を電動モータ４が発生するように制御される。［軽めに運動モード］を選択すると、例えば、操作者Ｈが発揮できる最大の操作力の１～４０％の範囲の負荷を電動モータ４が発生するように制御される。このように操作者Ｈの最大操作力と選択された運動モードに基づいて、電動モータ４が発生する負荷が制御される。なお、各運動モードにおける最大操作力に対する負荷の割合は、上述した割合に限るものではなく、運動モード毎に任意に設定できる。［負荷数値入力］ボタンが選択された場合と異なり、［運動モード選択］ボタンが選択された場合は、操作者Ｈが操作体３に付与する操作力に基づいて電動モータ４が発生する負荷が制御されることになる。なお、［運動モード選択］ボタンが選択された後に、自己の最大操作力の何％の負荷で運動するかを直接入力する選択肢を備えてもよい。

【0040】

各運動モードが選択されたときの制御フローをステップ毎に説明する。ステップＳ０では、前述の通り、操作体３が初期位置に移動するよう制御される。ステップＳ１では、電動モータ４が予め設定された初期負荷を発生するように制御される。例えば、初期負荷は小さな値が設定されている。

【0041】

ステップＳ２では、速度算出部５ａによって、操作体３が移動する速度が算出される。操作体３に対して操作者Ｈが操作力を付与したとき、操作力が電動モータ４が発生する負荷を上回った場合は正の速度で移動するものと定義し、操作力が電動モータ４が発生する負荷を下回った場合は負の速度で移動するものと定義する。つまり、操作者Ｈが負荷に打ち勝った場合では操作体３は正の速度で移動することになり、操作者Ｈが負荷に打ち負けた場合では操作体３は負の速度で移動することになる。

【0042】

ステップＳ３では、速度算出部５ａの算出結果に基づいて電動モータ４が発生すべき負荷を負荷制御部５ｃが制御する。具体的には、操作体３が移動する速度が正の速度の場合は、電動モータ４が発生する負荷が現状値よりも大きくなるように予め定めた規則に基づいて負荷制御部５ｃが負荷指令を生成し、操作体３が移動する速度が負の速度の場合は、電動モータ４が発生する負荷が現状値よりも小さくなるように予め定めた規則に基づいて負荷制御部５ｃが負荷指令を生成する。つまり、操作体３が正の速度で移動している場合は負荷が大きくなるように制御されるため操作体３の速度がゼロに近付く又は負の速度になり、操作体３が負の速度で移動している場合は負荷が小さくなるように制御されるため操作体３の速度がゼロに近付く又は正の速度になる。

【0043】

ステップＳ４では、ステップＳ２～ステップＳ３における制御が所定の時間又は所定の回数繰り返され、操作者Ｈが発揮できる最大の操作力を検出する。具体的には、操作体３が移動する速度がゼロに近付くまで、換言すれば操作者Ｈによる操作力と電動モータ４の発生する負荷が釣り合うまで、電動モータ４の負荷が調整され、一時的に釣り合った状態で電動モータ４が発生している負荷を操作者Ｈが発揮できる最大の操作力（最大操作力）として検出される。なお、最大操作力は電動モータ４と操作体３との間に設けられたトルクセンサ１５で検出してもよく、電動モータ４の電流値と電動モータ４の性能曲線とに基づいて算出してもよい。

【0044】

ステップＳ５では、ステップＳ４にて検出された最大操作力と選択された運動モードとに基づいて、電動モータ４が発生する負荷が制御される。つまり、操作者Ｈは現時点（運動用機器を使用する時点）での自己の最大操作力を基準とした負荷で運動することが可能なため、常に適切な負荷で運動することが可能となる。なお、操作体３が第２ストッパ部１３の位置まで移動すると、一連の制御が終了するが、その後の制御は前述の通りである。

【0045】

また、［運動モード選択］ボタンが選択された場合に、操作力が入力されたときに操作体３が移動する速度に基づいて電動モータ４が発生する負荷が制御されてもよく、操作者Ｈの操作力と操作体３が移動する速度に基づいて電動モータ４が発生する負荷が制御されてもよい。この場合、［しっかり運動モード］を選択すると、操作体３が第１速度で移動するように電動モータ４が発生する負荷が制御される。［適度に運動モード］を選択すると、操作体３が第１速度よりも速い第２速度で移動するように電動モータ４が発生する負荷が制御される。［軽めに運動モード］を選択すると、操作体３が第２速度よりも速い第３速度で移動するように電動モータ４が発生する負荷が制御される。つまり、操作体３が移動する速度が所定の範囲内の速度になるように電動モータ４が発生する負荷を制御することにより、［しっかり運動モード］では大きな負荷で、［適度に運動モード］では適度な負荷で、［軽めに運動モード］では小さな負荷で、運動することができる。

【0046】

この場合の制御フローは、前述のフローの通り最大操作力に基づいた制御としてもよく、最大操作力を検出することなく操作体３が移動する速度のみに基づいて制御されてもよい。いずれにしても、操作体３が移動する速度が所定の範囲内に収まるように電動モータ４の負荷が制御されればよい。

【0047】

［個人識別データ入力］ボタンが選択された場合の、制御装置５によって実行される制御について以下に説明する。［個人識別データ入力］ボタンが選択されると、ＩＤデータとパスワードを入力する画面が表示される。初めてＩＤデータを入力する際には、所定のアンケートへの回答及びパスワードの設定等を行うことになる。ＩＤデータ及びパスワード（個人識別データ）の入力を行った後に運動用機器１を使用すると、個人識別データと運動用機器１を使用したときの使用データ（制御装置５によって算出された最大操作力、電動モータ４が発生する負荷、操作体３が移動する速度、選択した運動モード、の内の少なくとも一つ）とが関連付けられた個人履歴データが制御装置５によって作成される。

【0048】

制御装置５の個人履歴データ作成部５ｄによって作成された個人履歴データは、図３に示すように、記憶装置２３に記録される。記憶装置２３は、例えば、ハードディスクやフラッシュメモリ等の不揮発性メモリである。なお、制御装置５が記憶装置２３を備える構成であってもよい。また、制御装置５の個人履歴データ作成部５ｄによって作成された個人履歴データは、図７に示すように、操作者３が携帯するスマートフォンやスマートウォッチ等の端末装置１７又は運動用機器１とネットワーク２４によって接続された管理サーバ２５に送信された後に、端末装置１７又は管理サーバ２５に記録されてもよい。なお、管理サーバ２５はクラウドサーバであってもよい。つまり、操作者Ｈが運動用機器１を使ってどんなトレーニングをしたのかを示すデータが個人履歴データとして蓄積されていくことになる。これにより、操作者Ｈの持久力や筋力等を表す運動データの履歴が把握できるため、計画的に運動を行うことができる、又は、運動能力の向上を確認することができる。

【0049】

また、２回目以降に（初回時を除いて）個人識別データが入力された場合には、操作者Ｈがどのような負荷や運動モード等でトレーニングを行うべきかを制御装置５がレコメンドしてもよい。つまり、制御装置５は、入力装置１６又は操作者Ｈが携帯する端末装置１７によって個人識別データが入力された場合であって、その入力が２回目以降の場合、制御装置５、端末装置１７、又は管理サーバ２５によって記録された個人履歴データの最新データに基づいて、電動モータ４が発生する負荷を制御してもよい。個人履歴データの最新データとは前回の運動用機器１を使用したときの使用データに基づくデータである。したがって、最新データに基づく今回のトレーニングに関するレコメンドは、操作者Ｈにとって合理的なトレーニングを提案するものである。

【0050】

（トレーニングシステム）
図７に示すように、運動用機器１が操作者Ｈが携帯する端末装置１７と近距離無線通信などの通信機能によって接続されている場合、又は、運動用機器１がネットワーク２４によって管理サーバ２５と接続されている場合は、管理サーバ２５や端末装置１７において個人履歴データが作成されてもよい。その場合は、制御装置５は、入力装置１６、端末装置１７、又は、識別手段１８によって個人識別データが入力されると、運動用機器１を使用したときの使用データ（制御装置５によって算出された最大操作力、電動モータ４が発生する負荷、操作体３が移動する速度、選択した運動モード等）を端末装置１７又は管理サーバ２５に送信する。その際、制御装置５は個人識別データを端末装置１７又は管理サーバ２５に必要に応じて送信する。その後、端末装置１７又は管理サーバ２５が、個人識別データと運動用機器１の使用データとが関連付けられた個人履歴データを作成し、作成された個人履歴データを記録する。また、管理サーバ２５が作成した個人履歴データを端末装置１７に送信してもよい。

【0051】

このように、運動用機器１と管理サーバ２５とを備えたトレーニングシステム２６を構築することにより、フィットネスクラブ等で複数の運動用機器１を使用する場合に、クラブ会員の各個人履歴データを管理サーバ２５で一括管理できる、又は、各クラブ会員の所有する端末装置１７で個別管理できる。

【0052】

（第２実施形態）
第２実施形態では、図８及び図９に示す通り、負荷発生装置２７は電磁リリーフ弁２８と液圧シリンダ２９とを有している。それ以外の装置構成及び制御装置等は第１実施形態から特に変更はないので、変更点を中心に説明する。

【0053】

（装置構成）
図８及び図９に示す通り、第２実施形態に係る運動用機器３０は、ベース体３１と、揺動可能又は往復移動可能に設けられた操作体３２と、ベース体３１と操作体３２との間に設けられ、操作体３２への所定方向の操作に対して反対方向の負荷を発生させる負荷発生装置２７と、負荷発生装置２７を制御する制御装置３３と、を備える。

【0054】

操作体３２は、ハンドル部３４、ロッド部３５及びシャフト部３６を有し、ロッド部３５の第１端にはシャフト部３６が設けられ、第２端にはハンドル部３４が設けられる。ベース体３１の一部であるフレーム３７の操作体支持部（軸受部）が操作体３２のシャフト部３６を回転可能に支持することで、操作体３２はベース体３１に対して搖動又は往復移動可能に設けられる。操作体３２とフレーム３７との接続箇所である操作体支持部（軸受部）は、フレーム３７の側面に設けられてもよく、フレーム３７の中央に設けられてもよい。操作体３２とフレーム３７の間には液圧シリンダ２９が設けられる。液圧シリンダ２９のロッド部３９は操作体３２のロッド部３５とピンを介して接続され、液圧シリンダ２９のシリンダ部４０はフレーム３７とピンを介して接続される。操作体３２がベース体３１に対して搖動又は往復移動するときに、液圧シリンダ２９は伸長又は収縮することで操作体３２の前後方向の動きに追従する。

【0055】

つまり、操作者がシート３８に座る又は寝転んだ姿勢で操作体３２を前後方向に移動させる運動を行うときは、液圧シリンダ２９が伸縮し、液圧シリンダ２９から作動液が排出される、又は、液圧シリンダ２９に作動液が供給される。作動液の排出圧は後述する電磁リリーフ弁２８によって圧力制御される。制御装置３３が電磁リリーフ弁２８のリリーフ圧、つまり、作動液の排出圧を制御することにより、液圧シリンダ２９と電磁リリーフ弁２８を有する負荷発生装置２７が操作体３２を移動させる際の負荷を発生することできる。

【0056】

第２実施形態では、特にストッパ部材を別途設ける必要はない。液圧シリンダ２９がストロークする範囲内でのみ、操作体３２が移動できるためである。液圧シリンダ２９のロッド部３９が最も伸長している位置が初期位置として設定され、液圧シリンダ２９のロッド部３９が最も収縮している位置が終了位置として設定される。操作者は初期位置に位置決めされた操作体３２に操作力を付与することで運動を開始し、操作体３２が終了位置に到達することで一連の運動が終了する。また、終了位置を起点とした、操作体３２を引っ張って移動させるという運動が可能なように構成されてもよい。

【0057】

（負荷発生装置及び周辺装置）
図９に基づいて、電磁リリーフ弁２８と液圧シリンダ２９とを有する負荷発生装置２７について説明する。図８では、液圧シリンダ２９のロッド部３９は操作体３２のロッド部３５とピンによって連結され、液圧シリンダ２９のシリンダ部４０はフレーム３７とピンによって連結されているが、図９では、説明を簡略化するため、液圧シリンダ２９のシリンダ部４０は固定され、液圧シリンダ２９のロッド部３９がハンドル部４１によって移動するものとする。つまり、操作体３２の移動により、液圧シリンダ２９が伸縮することを便宜的に表現している。

【0058】

液圧シリンダ２９はシリンダ部４０とロッド部３９とピストン部４２とを有する。更に、液圧シリンダ２９は、シリンダ部４０の内周面とピストン部４２の第１面によって区画されたヘッド室４３と、シリンダ部４０の内周面とピストン部４２の第２面によって区画されたロッド室４４とを、その内部に有する。ピストン部４２の第２面にはロッド部３９が接続されている。
ヘッド室４３の容積が最大でロッド室４４の容積が最小のときを第１位置とし、ヘッド室４３の容積が最小でロッド室４４の容積が最大のときを第２位置とする。

【0059】

操作体３２の動きに伴い、第１位置から第２位置に向かって液圧シリンダ２９のピストン部４２が移動するときは、ヘッド室４３の容積は減少し、ロッド室４４の容積は増加する。ヘッド室４３の容積が減少することにより、ヘッド室４３から作動液が排出される。排出された作動液は第１排出路４５を経由してタンク４６に導かれる。第１排出路４５上には、ヘッド室４３への作動液の逆流を防止する第１チェック弁４７及び作動液の排出圧を制御する電磁リリーフ弁２８が設けられる。なお、第１チェック弁４７の下流に電磁リリーフ弁２８が設けられる。ロッド室４４の容積が増加することにより、タンク４６から作動液が第１供給路４８を経由して供給される。第１供給路４８にはタンク４６への作動液の逆流を防止する第２チェック弁４９が設けられる。

【0060】

また、操作体３２の動きに伴い、第２位置から第１位置に向かって液圧シリンダ２９のピストン部４２が移動するときは、ヘッド室４３の容積は増加し、ロッド室４４の容積は減少する。ロッド室４４の容積が減少することにより、ロッド室４４から作動液が排出される。排出された作動液は第２排出路５０を経由してタンク４６に導かれる。第２排出路５０は第１排出路４５と合流する。合流箇所は、電磁リリーフ弁２８の上流であって、第１チェック弁４７の下流に設けられる。第２排出路５０上には、ロッド室４４への作動液の逆流を防止する第３チェック弁５１が設けられる。ヘッド室４３の容積が増加することにより、タンク４６から作動液が第２供給路５２を経由して供給される。第２供給路５２にはタンク４６への作動液の逆流を防止する第４チェック弁５３が設けられる。

【0061】

このように構成されることにより、操作体３２を第１位置から第２位置に向かって移動させるとき、ヘッド室４３から作動液がタンク４６に排出されるとともに、タンク４６からロッド室４４に作動液が供給されることになる。また、操作体３２を第２位置から第１位置に向かって移動させるとき、ロッド室４４から作動液がタンク４６に排出されるとともに、タンク４６からヘッド室４３に作動液が供給されることになる。

【0062】

液圧シリンダ２９には第１センサ５４であるストロークセンサ５４が設けられ、ピストン部４２やロッド部３９の位置、つまり、操作体３２の位置を検出できる。第１排出路４５上には第２センサ５５である圧力センサ５５が設けられる。圧力センサ５５は電磁リリーフ弁２８の上流であって、第１チェック弁４７及び第３チェック弁５１の下流に設けられる。圧力センサ５５はヘッド室４３又はロッド室４４から排出される作動液の液圧を検出できる。ストロークセンサ５４及び圧力センサ５５は制御装置３３に電気的に接続されており、制御装置３３は両センサから伝達される信号に基づいて電磁リリーフ弁２８の設定リリーフ圧、つまり、作動液の排出圧を制御する。

【0063】

（制御装置）
制御装置３３の速度算出部は、ストロークセンサ５４によって検出された操作体３２の位置（第１測定値）に基づいて、操作者によって操作される操作体３２が移動する速度を算出する。操作体３２が移動する速度が正の値であれば、操作者による操作力が負荷発生装置２７が発生する負荷を上回る、つまり、操作者が操作体３２を介して液圧シリンダ２９に発生させる液圧が電磁リリーフ弁２８の設定リリーフ圧を上回っている状態を表す。操作体３２が移動する速度がゼロであれば、操作者による操作力が負荷発生装置２７が発生する負荷を下回る、つまり、操作者が操作体３２を介して液圧シリンダ２９に発生させる液圧が電磁リリーフ弁２８の設定リリーフ圧を下回っている状態を表す。

【0064】

制御装置３３の操作力／負荷算出部は、圧力センサ５５によって検出されたヘッド室４３又はロッド室４４の液圧（第２測定値）に基づいて、操作者が操作体３２に付与する操作力、又は、電磁リリーフ弁２８の現在リリーフ圧を算出する。操作体３２が移動する速度が概ねゼロである場合は、操作者による操作力と負荷発生装置２７が発生する負荷とがつり合い状態にあるため、検出されたヘッド室４３又はロッド室４４の液圧に基づいて操作力が算出される。操作体３２が移動する速度が正である場合は、操作力と負荷発生装置２７が発生する負荷とがつり合い状態にないため、検出されたヘッド室４３又はロッド室４４の液圧に基づいて電磁リリーフ弁２８の現在リリーフ圧が算出される。

【0065】

制御装置３３の負荷制御部は、速度算出部によって算出される操作体３２の速度、又は、操作力／負荷算出部によって算出される操作力若しくは現在リリーフ圧等に基づいて、負荷指令を生成する。負荷制御部は生成された負荷指令を電磁リリーフ弁２８に伝達する。電磁リリーフ弁２８は伝達された負荷指令に基づいて設定リリーフ圧が設定される。また、ストロークセンサ５４や圧力センサ５５からの信号が制御装置３３に伝達されることで、負荷制御部は新たな負荷指令を生成し、操作者による操作力に対抗する負荷を適切に制御するように機能する。

【0066】

（運動用機器の使用・運用）
［負荷数値入力］、［運動モード選択］、及び、［個人識別データ入力］ボタンが選択された場合の、制御装置３３によって実行される制御については、第１実施形態にて説明した内容に準ずるため、説明を省略する。

【0067】

なお、第２実施形態の負荷発生装置２７は電磁リリーフ弁２８と液圧シリンダ２９とを有する構成であるため、第１実施形態の負荷発生装置４である電動モータ４とは異なり、負荷発生装置２７によって操作体３２を移動させることはできない。したがって、この点に関する制御が第１実施形態とは異なる。

【0068】

例としては、操作体３２の初期位置への位置決めは操作者が自ら行う必要がある。また、最大操作力を算出する際に、操作体３２の移動する速度を調整するために負荷発生装置２７の発生する負荷を制御するが、操作体３２の速度が負の速度になるようには調整できない。したがって、この場合は操作体３２の速度がゼロに近付くように、負荷発生装置２７の負荷を制御することになる。

【0069】

（第２実施形態の変形例）
（装置構成）
図１０及び図１１は、第２実施形態の運動用機器の変形例を示す。同一の構成要素には同一の符号を付し、主に図８との変更点を説明する。

【0070】

図１０の形態では、ベース体３１は、フレーム３７、シート３８、支柱５６、及び、脚を有し、フレーム３７に支柱５６が設けられる。支柱５６はフレーム３７の側面又は上面から上方に延びるように設けられる。支柱５６の操作体支持部（軸受部）が操作体３２のシャフト部３６を回転可能に支持することで、操作体３２は支柱５６、つまりベース体３１に対して搖動又は往復移動可能に設けられる。操作体３２と支柱５６の間には液圧シリンダ２９が設けられる。液圧シリンダ２９の第１端は操作体３２のロッド部３９とピンを介して接続され、液圧シリンダ２９の第２端は支柱５６とピンを介して接続される。操作体３２がベース体３１に対して搖動又は往復移動するときに、液圧シリンダ２９は伸長又は収縮することで操作体３２の前後方向の動きに追従することができる。

【0071】

図１１の形態では、図１０の形態とは異なる支柱５７が使用される。詳細には、支柱５７は柱部５８と梁部５９とを有し、柱部５８がフレーム３７の側面又は上面から上方に延びるように設けられ、柱部５８の上部には水平方向に延びる梁部５９が設けられる。液圧シリンダ２９の第１端は梁部５９に結合される。液圧シリンダ２９は梁部５９に対して任意の姿勢に保持可能に設けられる。つまり、操作者が操作体３２を操作しやすいように、液圧シリンダ２９の姿勢を調整可能であり、図示しない調整板とネジ等によって調整する。また、梁部５９と液圧シリンダ２９とは単純にピンによって結合されていてもよい。液圧シリンダ２９の第２端には操作体３２が設けられ、液圧シリンダ２９のロッド部３９と操作体３２のロッド部３５は共通化されている。操作体３２が液圧シリンダ２９を介して支柱５７に支持されるため、操作体３２がベース体３１に対して往復移動するときに、液圧シリンダ２９は伸長又は収縮することで操作体３２の前後／上下方向の動きに追従することができる。

【0072】

（負荷発生装置及び周辺装置）
図１２に基づいて、第２実施形態の負荷発生装置の変形例について説明する。同一の構成要素には同一の符号を付し、主に図９との変更点を説明する。

【0073】

図１２の液圧シリンダ２９においては、ヘッド室４３は液圧回路の一部の構成要素であって、ピストン部４２が移動することによって、第１排出路４５及び第１チェック弁４７を通じてヘッド室４３から作動液が排出される、又は、第１供給路６０及び第２チェック弁６１を通じてヘッド室４３に作動液が供給される。一方で、ロッド室４４は液圧回路から切り離されており、外部（大気）と連通している。そのため、ロッド室４４の容積が増減してもロッド室４４が抵抗力を生じることはなく、ロッド室４４はピストン部４２が移動することを妨げない。

【0074】

ヘッド室４３にはコイルばね等の弾性部材６２が設けられる。弾性部材６２の両端部がそれぞれピストン部４２及びシリンダ部４０に固定されていてもよいが、両端部の一方のみがピストン部４２又はシリンダ部４０に固定されていてもよい。このように構成されることにより、操作者が操作体３２を第１位置から第２位置に向けて移動させる途中で、又は、操作者が操作体３２を第２位置まで移動させた際に、操作者が操作体３２から手を放すと、弾性部材６２によって操作体３２が自動的に第１位置に戻される。なお、コイルばね等の弾性部材６２を設ける代わりに、操作体３２のハンドル部３４やロッド部３５を重くしてもよい。このように構成されることにより、操作者が操作体３２を第１位置から第２位置に向けて移動させる途中で、又は、操作者が操作体３２を第２位置まで移動させた際に、操作者が操作体３２から手を放すと、操作体３２の自重によって操作体３２が自動的に第１位置に戻される。その際、タンク４６からヘッド室４３に第１供給路６０を通じて作動液が供給される。ここで、ヘッド室４３の容積が最大でロッド室４４の容積が最小のときを第１位置とし、ヘッド室４３の容積が最小でロッド室４４の容積が最大のときを第２位置とする。

【0075】

（第１、第２実施形態の共通の変形例）
第１及び第２実施形態においては、運動用機器１、３０、３０１、３０２が一つの操作体３、３２と一つの負荷発生装置４、２７、２７１を有する実施例について説明したが、運動用機器１、３０、３０１、３０２は操作体３、３２と負荷発生装置４、２７、２７１をそれぞれ二つ有してもよい。このように構成されることで、片手毎に独立の運動を行うことができる。例えば、ボートを漕ぐときの動作を模擬した運動を行うことができるように運動用機器１、３０、３０１、３０２を構成してもよい。従来のウェイト式等の運動用機器では一方向の負荷を調整することしかできなかったため、このような動作に関するトレーニングを実現できなかった。しかし、本発明の運動用機器１、３０、３０１、３０２では、二方向の負荷を調整することができるため、様々な動作に関するトレーニングが可能になる。

【符号の説明】

【0076】

１ 運動用機器
２ ベース体
３ 操作体
４ 電動モータ（負荷発生装置）
５ 制御装置
５ａ 速度算出部
５ｂ 操作力／負荷算出部
５ｃ 負荷制御部
５ｄ 個人履歴データ作成部
１１ ストッパ部材
１４ エンコーダ（第１センサ）
１５ トルクセンサ（第２センサ）
１６ 入力装置
１７ 端末装置
１８ 識別装置
２２ 表示装置
２３ 記憶装置
２４ ネットワーク
２５ 管理サーバ
２６ トレーニングシステム
２７ 負荷発生装置
２８ 電磁リリーフ弁
２９ 液圧シリンダ
３０ 運動用機器
３１ ベース体
３２ 操作体
３３ 制御装置
５４ ストロークセンサ（第１センサ）
５５ 圧力センサ（第２センサ）
２７１ 負荷発生装置
３０１、３０２ 運動用機器
Ｈ 操作者

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】