運動補助器具

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【発明の名称】	運動補助器具
【発明者】	【氏名】矢部哲矢【住所又は居所】東京都港区虎ノ門１丁目７番１２号沖電気工業株式会社内
【要約】	【課題】スポーツ施設などで利用される運動補助器具において、負荷器具を動作させるための電源を、外部電源不要かつ保守不要にする。【解決手段】運動補助器具において利用者の運動によってＤＣ発電機４が駆動され、このＤＣ発電機４によって生じる電力を、充放電回路７に内蔵された電気二重層コンデンサに一時的に蓄積させて、低圧ＤＣ出力端子１１に接続された負荷器具で消費させてることで、外部からの電力供給に依存せずに、負荷器具を使用できるようにする。

【特許請求の範囲】
【請求項１】利用者の身体運動によって駆動されるべき負荷発生手段と、該負荷発生手段によって駆動されて発電を行う発電手段と、該発電手段によって発電された電力を消費して動作する負荷手段とを備えた運動補助器具において、前記電力を一時的に蓄積する電気二重層コンデンサを具備したことを特徴とする、運動補助器具。
【請求項２】請求項１に記載の運動補助器具であって、前記電気二重層コンデンサが、電力の蓄積もしくは放出の一方のみを行うか、あるいは電力の蓄積ならびに放出の両方を同時に行うかを選択可能な、第１の選択手段を備えたことを特徴とする、運動補助器具。
【請求項３】請求項２に記載の運動補助器具であって、前記電気二重層コンデンサにおいて電力の蓄積あるいは放出のいずれを行うかを選択可能な、第２の選択手段を備えたことを特徴とする、運動補助器具。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、運動補助器具に関するものであり、とりわけ器具が発生する負荷に逆らって手や足などの運動器官を動かすことにより、当該器官の筋力増強を図るための器具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、運動補助器具としては、たとえば特開２０００－１４０１５３号公報に示されるようなものが、よく知られている。同公報の図７にみられるような、いわゆる自転車型の運動補助器具は、実際に各社において商品化され、各地のスポーツ施設などに設置されて頻繁に利用されている。これらの器具は、各社の開発競争の結果、運動器官へ適切な負荷を与えるという本来の機能に加えて、きわめて多様な負荷器具を備えるに至り、それぞれ利便性を競っている。
【０００３】負荷器具としては、たとえば心拍計や消費カロリー計算機を備えて利用者の身体状況をモニタリングできるようにしたり、あるいは小型のステレオ装置を備えて利用者が運動中に自己の嗜好に応じた音楽などを聴取できるようにしたりなど、さまざまな工夫がなされており、利用者が運動を楽しみながら行えるようにする上で、きわめて大きな役割を果たしている。
【０００４】ところで、上述のような負荷器具のほとんど全てにおいて、電気が利用されている。この電気は、通常は器具に内蔵された乾電池によって賄われることが多い。また他には、家庭用電灯線などの外部電源を用いて、これらの負荷器具に電力を供給している製品も、存在する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、乾電池には当然ながら消耗によって起電力を失う寿命が存在する。電池が寿命に達してしまえば、上記の負荷器具を利用することができなくなる。この場合には、乾電池を新しいものと交換しなければならず、そのためには事前に新しい乾電池を用意しておくことが必要である。
【０００６】また、上述した小型のステレオ装置などに関しては、充電可能な二次電池を用いるものが多数市販されているが、これとて事前の充電が充分でないと、必要なときに装置を使用できないことが、無いわけではない。その点では、乾電池と同様の問題が存在すると言える。
【０００７】さらに、二次電池には充電が可能とは言え、その原理が化学反応を利用するものだけに、その充放電回数には限界が存在する。充放電回数が限界に達した二次電池は、乾電池と同様に、交換ならびに廃棄されなければならないが、この際に、二次電池内部の有害物質の回収、資源の再利用など、周知の技術的問題を生じる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このような技術的な不満を解決し、負荷器具への電力供給において、利便性、効率ともに優れた器具を提供するために、この発明においては、従来の電池に代えて、発電機と電気二重層コンデンサとの組み合わせを、採用したものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、この発明を実施する形態の一例について、図面を適宜参照しながら、説明を試みる。
【００１０】図１は、この発明を用いた電源装置の構成の一例を示すブロック図である。図１において、１は電源装置全体を示す。電源装置１には、ＡＣ入力端子２、ＤＣ入力端子２、高圧ＤＣ出力端子１０、ならびに低圧ＤＣ出力端子１１が、それぞれ設けられている。なお、ここでいうＡＣならびにＤＣの表記は、それぞれ交流ならびに直流を意味する。また、ＤＣ入力端子２には、ＤＣ発電機４が接続されている。
【００１１】電源装置１の内部において、ＡＣ入力端子２はＡＣ／ＤＣ変換回路５を介して、またＤＣ入力端子２は直接に、それぞれ電圧安定化回路６に接続されている。ここで、ＡＣ／ＤＣ変換回路５は、ＡＣ入力端子２に供給される交流電流を直流電流に変換できればよく、その具体的な構成としては、たとえばよく知られたダイオード・ブリッジ回路などが、考えられる。また、電圧安定化回路６としては、市販されているＤＣ－ＤＣコンバータなどが、利用可能である。
【００１２】電圧安定化回路６の先には、充放電回路７が接続されている。この充放電回路７は、ＤＣ発電機４によって発電された電気を一時的に蓄積するとともに、蓄積された電気を放出することが可能な構成になっている。この充放電回路７の内部の構成については、後述する。
【００１３】充放電回路７の先には、昇圧回路８と降圧回路９とが、並列に接続されている。これらは、充放電回路７から供給される直流の電圧を所望の値にするために、昇圧もしくは降圧を行うものである。これらの回路としては、電圧安定化回路６と同様に、市販されているＤＣ－ＤＣコンバータなどが、利用可能である。また、昇圧回路８と降圧回路９とは、それぞれ高圧ＤＣ出力端子１０、ならびに低圧ＤＣ出力端子１１に接続されている。低圧ＤＣ出力端子１１には、電源装置１とは別体の負荷器具１２が接続されている。
【００１４】一方、充放電回路７には、前述の回路の他に、ＬＥＤ駆動回路１３を介して、ＬＥＤ１４が接続されている。なお、ここでＬＥＤは、発光ダイオードを意味する。
【００１５】上記の構成により、ＤＣ発電機４において発生した電力は、ＤＣ入力端子２を経て電圧安定化回路６に供給される。電圧安定化回路６では、ＤＣ発電機４の動作に依存して変動していた電圧を、ほぼ所望の程度に近づける。その後、電圧が安定した状態の電力が、充放電回路７に供給される。
【００１６】充放電回路７では、電圧安定化回路６から供給された電力を一時的に蓄積したり、あるいは蓄積した電力を放出したりする。また、電圧安定化回路６から供給された電力をそのまま通過させたりもする。これらは、すべて利用者の操作によって任意に切り替え可能である。この切り替えに関しては、充放電回路７の回路構成と併せて、後述する。
【００１７】充放電回路７から供給された電力は、昇圧回路８を介して高圧ＤＣ端子１０へ、あるいは降圧回路９を介して低圧ＤＣ端子１１へ供給される。
【００１８】図１においては、電源装置１に電力を供給するための手段として、ＤＣ発電機４をＤＣ入力端子２に接続しているが、これはＤＣ発電機４に限定されるものではない。たとえば、ＡＣ発電機、いわゆるオルタネータを用いることも可能であり、その際にはＡＣ発電機をＤＣ入力端子２でなくＡＣ入力端子３に接続すればよい。また、ＡＣ入力端子３には、家庭用電灯線からＡＣ１００Ｖの電気を供給することも、考えられる。ただしその際には、電圧調整用のトランスなど適切な部品を介して、ＡＣ／ＤＣ変換回路５や電圧安定化回路６に過大な電気的負荷がかからないように配慮することが、必要と思われる。
【００１９】また、図１においては負荷器具１２が低圧ＤＣ出力端子１１に接続されているが、負荷器具１２が求める電圧に応じて、高圧ＤＣ出力端子１０に接続するようにしてもよい。
【００２０】次に、充放電回路７の内部の構成について、図２を用いて説明する。図２において、２４、ならびに２５は、それぞれスイッチである。２５は電気二重層コンデンサである。その他の構成要件に関しては、図１において示したものと同じであるので、図２においても同じ参照符号を付与して、その説明を省略する。ここで、スイッチ２４ならびに２５は、それぞれ図１に示した電源装置１の外部から、利用者が任意に開閉操作を行える構造となっている。
【００２１】ここで、電気二重層コンデンサについて簡単に説明する。電気二重層コンデンサは電解コンデンサの一種とも言えるが、通常の電解コンデンサとは異なり、誘電体として電解液を用い、極板には一般に活性炭を用いる。この電解液と活性炭とを接触させると、接触面の近傍において電解液が電離し、プラス（＋）とマイナス（－）の電荷分布を生じる。これが電気二重層と呼ばれるものであり。ここで極板の活性炭に電圧を加えると、電荷分布のプラスとマイナスの割合に、電圧に応じた変化を生じる。この性質を利用してコンデンサとしたものが、電気二重層コンデンサである。この電気二重層コンデンサは、固体誘電体のコンデンサと比べれば小型で大容量、二次電池と比べれば充放電制御不要、急速充電や大電流放電が可能、長寿命などの特性を備えている。
【００２２】このような構成により、スイッチ２４が開状態にあるときには、電気二重層コンデンサ２６は、充電あるいは放電のいずれか一方しか行わない。ここで電気二重層コンデンサ２６が充電あるいは放電のいずれを行うかを、利用者がスイッチ２５を操作することによって選択できる。スイッチ２５を発電機側、すなわち図２に示す電圧安定化回路６側に向いて閉じた状態にすれば、電気二重層コンデンサ２６に充電のみを行うことになる。これは、たとえば運動補助器具の使用開始直後など、電気二重層コンデンサ２６に充電がほとんどなされていない状態で、電気二重層コンデンサ２６の放電電圧が、図１に示した負荷器具を動作させるために充分な程度までには高まっていない場合などに、有効である。
【００２３】一方、スイッチ２５を負荷器具側、すなわち図２に示す昇圧回路８側に向いて閉じた状態にすれば、電気二重層コンデンサ２６に放電のみを行わせることになる。これは、たとえば利用者が休憩中など、電気二重層コンデンサ２６への充電を行わない状態で負荷器具を利用したい場合などに、有効である。
【００２４】次に、図１ならびに図２を用いて説明した電源装置を実装した運動補助器具の一例について、図３を用いて説明する。図３において、１５は自転車型の運動補助器具である。１６は運動補助器具１５のフレーム、１７はサドル、１８はハンドル、１９はペダル、２０はクランク、２１はペダル歯車である。これら１５ないし２０の構造ならびに動作に関しては、スポーツ施設などにおいて一般的にみられる自転車型の運動補助器具のそれと同様であり、さらに一般的な自転車のそれとも極めて類似しており、それらは当業者にとって最早周知であると思われるので、これらに関しては説明を省略する。
【００２５】また、２２ならびに２３は、それぞれ歯車である。上記以外の符号に関しては、図１もしくは図２に示した符号と同じ構成要件を示すものとして、それらに関する説明を省略する。
【００２６】ここで、ペダル歯車２１、歯車２２は、それぞれフレーム１６に回転可能に支持されつつ相互に噛み合っており、さらに歯車２２は歯車２３とも噛み合っている。歯車２３はＤＣ発電機４の入力軸に固定されて、入力軸と一体に回転可能となっている。ここでＤＣ発電機４の入力軸が歯車２３と一体に回転すると、ＤＣ発電機４が起電力を発生するようになっている。
【００２７】この構成により、ペダル１９に踏力が加えられると、この踏力によってクランク２０が回動し、ペダル歯車２１がクランク２０と一体に回転する。このペダル歯車２１の回転運動は、歯車２２ならびに歯車２３を経てＤＣ発電機４に伝えられて、ＤＣ発電機４に起電力を発生させる。
【００２８】ＤＣ発電機４で発電された電力は、電源装置１のＤＣ入力端子２に供給される。そののち、上述の構成を用いて、所望の電力が低圧ＤＣ出力端子１１に供給され、かかる電力を用いて、負荷器具１２が動作する。
【００２９】図３においては、負荷器具１３として利用者に向けて情報を表示する表示装置のごとき形状のものを示しているが、負荷器具１３の選択は、もちろんこれに限定されるものではなく、利用者の要請に応じて、種々のものを選択可能である。その際、負荷器具１３の要求に応じて、高圧ＤＣ出力端子１０を用いるか、あるいは低圧ＤＣ出力端子１１を用いるかを、利用者が適宜選択すればよい。
【００３０】また、ＬＥＤ１４は、図２に示した電気二重層コンデンサ２６の極板間電圧に応じて点灯個数が変化し、極板間電圧が高いほど点灯個数が増えるような表示形態を想定している。このような表示形態は、ＬＥＤ１４の個々の発光素子に、ツェナーダイオードならびに個々に抵抗値が異なる抵抗を直列に接続し、それらの両端に、図２に示した電気二重層コンデンサ２６の極板間電圧を加える構成とすれば、実現可能である。この場合、個々の発光素子が点灯もしくは消灯する電圧は、抵抗値に依存することになる。
【００３１】
【発明の効果】以上に説明した通り、この発明を利用することにより、利用者の運動により発生する運動エネルギーを電力に変換して利用することで、いわゆる省エネルギーの効果を得られる。さらに、発生した電力を、利用者が電力量を感知できる形で利用するようにすれば、利用者が自己の運動量を容易に体感することができ、運動補助の励みになるという心理的な効果も期待できて、運動補助器具の利用価値を増すことができる。さらに、電気二重層コンデンサは、その構造上、廃棄の際に蓄電池のような有害物質を出すことがなく、リサイクル自体も技術的に容易である。そのため、電源に電気二重層コンデンサを用いることで、運動補助器具のリサイクル性を向上できる。

【出願人】	【識別番号】００００００２９５【氏名又は名称】沖電気工業株式会社【住所又は居所】東京都港区虎ノ門１丁目７番１２号
【出願日】	平成１４年２月５日（２００２．２．５）
【代理人】	【識別番号】１０００８９０９３【弁理士】【氏名又は名称】大西健治
【公開番号】	特開２００３－２２５３２４（Ｐ２００３－２２５３２４Ａ）
【公開日】	平成１５年８月１２日（２００３．８．１２）
【出願番号】	特願２００２－２８２８２（Ｐ２００２－２８２８２）