JP2002143326A - 筋肉トレーニング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気刺激信号の大きさを、鍛錬の効率が最も
上がる最適値に自動設定可能な筋肉トレーニング装置を
提供する。 【解決手段】 筋肉トレーニング装置１に、筋肉８が発
生する電気信号を検出する筋電検出手段３と、この筋電
検出手段３が検出した電気信号の大きさに応じた電気刺
激信号を前記筋肉８に与える筋肉刺激手段２とを設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、筋肉や筋肉を支配
する運動神経を電気で刺激して筋肉を収縮させ、この収
縮運動により筋肉を鍛える筋肉トレーニング装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、筋肉や筋肉を支配する運動神経を
電気で刺激して筋肉を収縮させ、この収縮運動により筋
肉を鍛える筋肉トレーニング装置があった。この筋肉ト
レーニング装置は、人体の特定の部位に電極を当て、こ
の電極を介して筋肉や筋肉を支配する運動神経に低周波
電流を流し、この低周波電流で筋肉や筋肉を支配する運
動神経を刺激して筋肉を収縮させ、この収縮運動により
筋肉を鍛えるものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来技
術には、筋肉に与える電気刺激信号の大きさを、鍛錬の
効率が上がる値に設定するのが難しいという問題があ
る。すなわち、筋肉に与える電気刺激信号が小さすぎ
て、筋肉にかかる負荷が小さすぎると、筋肉は増強され
ない。また、筋肉に与える電気刺激信号が大きすぎて、
筋肉に過度の負荷をかけると、トレーニング者に与える
痛み等の不快感が増大する。

【０００４】本発明は、上記の問題を解決するためにな
されたもので、電気刺激信号の大きさを、鍛錬の効率が
最も上がる最適値に自動設定可能な筋肉トレーニング装
置を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、筋肉が発生する電気信号を検出する筋電検出手段
と、この筋電検出手段が検出した電気信号の大きさに応
じた電気刺激信号を前記筋肉に与える筋肉刺激手段とを
有することを特徴とする筋肉トレーニング装置である。
上記構成によれば、筋肉が発生する電気信号の大きさに
応じた電気刺激信号を前記筋肉に与えることができるの
で、電気刺激信号の大きさを、鍛錬の効率が最も上がる
最適値に自動設定することができる。

【０００６】請求項２に記載の発明は、前記筋電検出手
段は、前記筋肉刺激手段が、前記筋肉に電気刺激信号を
与えていない期間に、筋肉が発生する電気信号を検出す
ることを特徴とする請求項１に記載の筋肉トレーニング
装置である。上記構成によれば、筋電検出手段が、筋肉
が発生する電気信号のみを検出し、筋肉刺激手段が筋肉
に与えた電気刺激信号を拾ってしまうことがないので、
筋肉が発生する電気信号を正確に検出することができ
る。

【０００７】請求項３に記載の発明は、前記筋肉刺激手
段は、前記筋肉が発生する電気信号の周波数とは異なる
周波数の電気刺激信号を前記筋肉に与え、前記筋電検出
手段は、検出する電気信号を周波数に応じて弁別する周
波数弁別手段を有することを特徴とする請求項１に記載
の筋肉トレーニング装置である。上記構成によれば、周
波数弁別手段が、筋肉が発生する電気信号のみを弁別
し、筋肉刺激手段が筋肉に与えた電気刺激信号を排除す
るので、筋電検出手段が、筋肉が発生する電気信号のみ
を検出し、筋肉刺激手段が筋肉に与えた電気刺激信号を
拾ってしまうことがない。従って、筋電検出手段は、筋
肉が発生する電気信号を正確に検出することができる。

【０００８】請求項４に記載の発明は、前記筋肉刺激手
段は、前記電気刺激信号を前記筋肉が発生する電気信号
の周波数とは異なる周波数の搬送波に乗せて変調する変
調手段を有することを特徴とする請求項３に記載の筋肉
トレーニング装置である。上記構成によれば、変調手段
が、電気刺激信号を、筋肉が発生する電気信号の周波数
とは異なる周波数の搬送波に乗せて変調するので、筋肉
刺激手段が筋肉に与えた電気刺激信号と、筋肉が発生す
る電気信号との周波数が同じあるいは近い場合であって
も、周波数弁別手段が、筋肉が発生する電気信号のみを
弁別し、筋肉刺激手段が筋肉に与えた電気刺激信号を排
除することができる。従って、筋電検出手段が、筋肉が
発生する電気信号のみを検出し、筋肉刺激手段が筋肉に
与えた電気刺激信号を拾ってしまうことがないので、筋
肉が発生する電気信号を正確に検出することができる。

【０００９】請求項５に記載の発明は、あらかじめ、前
記筋電検出手段が検出した電気信号の最大値を求め、求
められた最大値に所定の係数を掛け、目標値を算出する
演算・制御手段と、この演算・制御手段が算出した目標
値を記憶する記憶手段とを有し、前記演算・制御手段
は、前記記憶手段に記憶された目標値と、前記筋電検出
手段が検出した電気信号の大きさとに基づいて、前記筋
肉刺激手段が筋肉に与える電気刺激信号の大きさを決定
することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記
載の筋肉トレーニング装置である。上記構成によれば、
筋肉刺激手段が筋肉に与える電気刺激信号の大きさが、
あらかじめ筋電検出手段が検出した電気信号の最大値に
所定の係数を掛けた目標値とされるので、この電気刺激
信号の大きさを、鍛錬の効率が最も上がる最適値にする
ことができる。

【００１０】請求項６に記載の発明は、前記演算・制御
手段は、筋肉トレーニングの経過時間を計測する計時手
段と、この計時手段が計測する経過時間が所定の目標時
間に達した場合に、前記筋肉刺激手段の動作を停止させ
る停止手段とを有することを特徴とする請求項５に記載
の筋肉トレーニング装置である。上記構成によれば、計
時手段が、筋肉トレーニングの経過時間を計測し、停止
手段が、経過時間が所定の目標時間に達した場合に、筋
肉刺激手段の動作を停止させるので、筋肉トレーニング
の継続時間を適切なものとすることができる。

【００１１】請求項７に記載の発明は、前記筋電検出手
段が検出した電気信号の大きさと、前記記憶手段に記憶
された目標値とを表示する表示手段を有することを特徴
とする請求項６に記載の筋肉トレーニング装置である。
上記構成によれば、表示手段が、筋電検出手段が検出し
た電気信号の大きさと、この電気信号の目標値とを表示
するので、トレーニング者は、この表示を見ながら、随
意収縮による筋肉トレーニングを行うことができる。す
なわち、この筋肉トレーニング装置を、電気刺激による
筋肉トレーニング装置として用いることに加えて、随意
収縮による筋肉トレーニング装置として用いることがで
きる。なお、上記表示手段は、視覚的な表示を行う手段
のみならず、トレーニング者に音声で情報を伝達する手
段をも含むものとする。上記表示手段が音声で情報を伝
達する手段であれば、トレーニング者は、指示音や音声
を聞きながら、随意収縮による筋肉トレーニングを行う
ことができる。

【００１２】請求項８に記載の発明は、前記演算・制御
手段は、前記筋肉刺激手段の動作を強制停止させる強制
停止手段を有することを特徴とする請求項７に記載の筋
肉トレーニング装置である。上記構成によれば、強制停
止手段が、筋肉刺激手段の動作を強制停止させることが
できるので、この筋肉トレーニング装置を随意収縮によ
る筋肉トレーニング装置として用いる場合には必要のな
い筋肉刺激手段の動作を停止させることができる。

【００１３】請求項９に記載の発明は、前記表示手段
は、前記計時手段が計測する経過時間を表示することを
特徴とする請求項７または８に記載の筋肉トレーニング
装置である。上記構成によれば、表示手段が、筋肉トレ
ーニングの継続時間を表示するので、この筋肉トレーニ
ング装置を随意収縮による筋肉トレーニング装置として
用いる場合に、筋肉トレーニングの継続時間を適切なも
のとすることができる。なお、上記表示手段が音声で情
報を伝達するものであれば、上記継続時間が指示音や音
声によってトレーニング者に伝達される。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１に示すブロック図を参照し、
本発明の一実施形態における筋肉トレーニング装置１の
構成を説明する。この筋肉トレーニング装置１は、電気
刺激出力部２、筋電検出部３、演算・制御部４、操作部
５、記憶部６、表示部７を有する。

【００１５】電気刺激出力部２は、生体（筋肉）８に与
える電気刺激信号を出力する。生体（筋肉）８は、電気
刺激出力部２から電気刺激信号を与えられると収縮し、
この収縮運動の際に電気信号を発生する。筋電検出部３
は、生体（筋肉）８が発生する電気信号を検出し、検出
した電気信号を演算・制御部４へ送る。演算・制御部４
は、筋電検出部３から送られた電気信号の大きさに基づ
いて、前記電気刺激出力部２を制御し、生体（筋肉）８
に与える電気刺激信号の大きさを調整する。

【００１６】演算・制御部４は、タイマーを内蔵してお
り、このタイマーにより筋肉トレーニングの継続時間を
計測可能となっている。さらに、演算・制御部４には、
操作部５、記憶部６、表示部７が接続されている。操作
部５は、この筋肉トレーニング装置１に各種の入力を行
うためのものであり、この操作部５への入力は、演算・
制御部４へ送られる。記憶部６は、演算・制御部４から
送られる、電気信号の最大値を記憶する。表示部７は、
演算・制御部４から送られる各種の情報を表示する。各
種の情報とは、例えば、電気刺激出力部２が出力する電
気刺激信号の大きさ、筋電検出部３が検出した電気信号
の大きさ、記憶部６に記憶された、電気信号の最大値、
タイマーが計測する筋肉トレーニングの継続時間等であ
る。なお、この表示部７は、視覚的な表示を行うもので
あっても、音声で情報を伝達するものであってもよい。

【００１７】次に、図２および図３に示すフローチャー
トを参照し、本実施形態の動作を説明する。なお、以下
の説明におけるＳ１等の符号は、フローチャート中のス
テップを表す。

【００１８】まず、図２を参照し、筋肉トレーニング装
置１を校正する手順を説明する。この校正は、あらかじ
め、筋肉トレーニングに先だって行う。まず、トレーニ
ング者（筋肉トレーニングを行おうとする者）は、トレ
ーニング部位に、筋電検出部３に接続された電極を貼
り、操作部５を操作し、筋肉トレーニング装置１を校正
モードにする。すると、表示部７に、トレーニング部位
に最大限の力を入れるよう、トレーニング者への指示が
表示される。トレーニング者は、この表示に従い、トレ
ーニング部位に最大限の力を入れる（Ｓ１）。なお、表
示部７が音声で情報を伝達するものであれば、指示音や
音声によってトレーニング者へ指示が伝達される。

【００１９】すると、筋電検出部３は、生体８のトレー
ニング部位に貼られた電極を介して、トレーニング部位
の筋肉が発生する電気信号を検出し、検出結果を演算・
制御部４へ送る。演算・制御部４は、検出結果のうちの
最大値を記憶部６に記憶させる（Ｓ２）。

【００２０】さらに、演算・制御部４は、記憶部６に記
憶された最大値の１／２を演算し、演算結果をＱ値とし
て、記憶部６に記憶させる（Ｓ３）。このＱ値が、筋肉
トレーニングにおける目標値とされる。

【００２１】次に、図３を参照し、筋肉トレーニング装
置１を用いた電気刺激による筋肉トレーニングの手順を
説明する。まず、トレーニング者は、電気刺激出力部２
に接続された電極、および筋電検出部３に接続された電
極をトレーニング部位に貼る。そして、操作部５を操作
し、筋肉トレーニング装置１を電気刺激トレーニング実
行モードにし、電気刺激による筋肉トレーニングを開始
する。すると、演算・制御部４に内蔵されたタイマーが
スタートされ、筋肉トレーニングの継続時間の計時が開
始されると共に、電気刺激出力部２から出力される電気
刺激信号の大きさが、徐々に増加される（Ｓ４）。

【００２２】上記の動作と同時に、筋電検出部３は、筋
肉が収縮運動の過程で発生する電気信号を検出し、検出
した電気信号を演算・制御部４へ送る。演算・制御部４
は、筋電検出部３から送られた電気信号の大きさと、記
憶部６に、校正の際に記憶されたＱ値とを比較し、両者
が同じ値になるように、電気刺激出力部２が出力する電
気刺激信号の大きさを制御する（Ｓ５）。

【００２３】演算・制御部４は、この演算・制御部４に
内蔵されたタイマーの値が、所定の値に達すると、電気
刺激出力部２からの電気刺激信号の出力を停止させ、筋
肉トレーニングを終了させる（Ｓ６）。

【００２４】図４は、筋肉トレーニング中の各部の波形
を示すタイムチャートである。図４（ａ）は、電気刺激
出力部２が筋肉に与える電気刺激信号の波形、図４
（ｂ）は、筋肉が発生する電気信号の波形である。ま
た、図４（ｃ）は、筋電検出部３が電気信号の検出（サ
ンプリング）を行うサンプリング期間を示している。

【００２５】図４（ａ）に示すように、本実施形態にお
ける電気刺激信号の周波数は２５Ｈｚ、パルス幅は２０
０μｓである。このとき、生体（筋肉）８から得られる
電気信号の周波数は、図４（ｂ）に示すように、２０〜
５００Ｈｚ程度である。そして、この電気信号をサンプ
リングするサンプリング期間は、図４（ｃ）に示すよう
に、電気刺激信号のパルスが出力されていない期間とさ
れる。これにより、電気刺激出力部２が出力する電気刺
激信号が、筋電検出部３が検出する信号に混入しないよ
うにする。

【００２６】図５は、別の方法を用いて混入を防止する
際の電気刺激信号の波形を示す波形図である。この方法
においては、電気刺激出力部２内に、電気刺激信号を変
調する変調回路が設けられ、この変調回路が、２０Ｈｚ
の電気刺激信号を５ｋＨｚの搬送波に乗せる。その結
果、電気刺激出力部２から出力される信号は、５ｋＨｚ
の搬送波のエンベロープ（包絡線）が２０Ｈｚの電気刺
激信号となった波形となる。また、この方法において
は、筋電検出部３内に、３０〜５００Ｈｚのバンドパス
フィルタが設けられ、このバンドパスフィルタが、周波
数が５ｋＨｚの電気刺激信号を除去し、筋肉が発生する
電気信号のみを弁別する。

【００２７】以上、電気刺激を用いた筋肉トレーニング
装置について説明したが、この筋肉トレーニング装置
を、電気刺激を用いない、随意収縮トレーニング（トレ
ーニング者の意志による筋肉の随意収縮）に用いること
も可能である。本実施形態における筋肉トレーニング装
置を随意収縮トレーニングに用いる場合には、操作部５
を操作し、筋肉トレーニング装置１を随意収縮トレーニ
ング実行モードにする。すると、演算・制御部４は、随
意収縮トレーニングには必要ない電気刺激出力部２の動
作を強制停止させる。また、演算・制御部４は、表示部
７に、トレーニングの指標として、記憶部６に校正の際
に記憶されたＱ値（筋肉が発生する電気信号の最大値の
１／２）と、現在、筋肉が発生している電気信号の大き
さ（筋電検出部３が検出した電気信号の大きさ）と、タ
イマーが計時するトレーニングの経過時間とを表示させ
る。トレーニング者は、表示部７に表示されるＱ値と現
在の電気信号の大きさとを見ながら、筋肉の負荷が最大
値の１／２になるように随意収縮トレーニングを行う。
また、表示部７に表示される経過時間を見ながらトレー
ニングを行うことで、トレーニングの継続時間を適切な
ものとすることができる。なお、表示部７が音声で情報
を伝達するものであれば、上記Ｑ値等が指示音や音声に
よってトレーニング者に伝達される。なお、電気刺激に
よる筋肉トレーニングと、随意収縮による筋肉トレーニ
ングとを併用すると有効だとする研究結果が出されてい
る。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、筋肉が発生する電気信
号の大きさに応じた電気刺激信号を前記筋肉に与えるこ
とができるので、電気刺激信号の大きさを、鍛錬の効率
が最も上がる最適値に自動設定することができる。

【００２９】また、本発明によれば、筋電検出手段が、
筋肉が発生する電気信号のみを検出し、筋肉刺激手段が
筋肉に与えた電気刺激信号を拾ってしまうことがないの
で、筋肉が発生する電気信号を正確に検出することがで
きる。

【００３０】また、本発明によれば、周波数弁別手段
が、筋肉が発生する電気信号のみを弁別し、筋肉刺激手
段が筋肉に与えた電気刺激信号を排除するので、筋電検
出手段が、筋肉が発生する電気信号のみを検出し、筋肉
刺激手段が筋肉に与えた電気刺激信号を拾ってしまうこ
とがない。従って、筋電検出手段は、筋肉が発生する電
気信号を正確に検出することができる。

【００３１】また、本発明によれば、変調手段が、電気
刺激信号を、筋肉が発生する電気信号の周波数とは異な
る周波数の搬送波に乗せて変調するので、筋肉刺激手段
が筋肉に与えた電気刺激信号と、筋肉が発生する電気信
号との周波数が同じあるいは近い場合であっても、周波
数弁別手段が、筋肉が発生する電気信号のみを弁別し、
筋肉刺激手段が筋肉に与えた電気刺激信号を排除するこ
とができる。従って、筋電検出手段が、筋肉が発生する
電気信号のみを検出し、筋肉刺激手段が筋肉に与えた電
気刺激信号を拾ってしまうことがないので、筋肉が発生
する電気信号を正確に検出することができる。

【００３２】また、本発明によれば、筋肉刺激手段が筋
肉に与える電気刺激信号の大きさが、あらかじめ筋電検
出手段が検出した電気信号の最大値に所定の係数を掛け
た目標値とされるので、この電気刺激信号の大きさを、
鍛錬の効率が最も上がる最適値にすることができる。

【００３３】また、本発明によれば、計時手段が、筋肉
トレーニングの経過時間を計測し、停止手段が、経過時
間が所定の目標時間に達した場合に、筋肉刺激手段の動
作を停止させるので、筋肉トレーニングの継続時間を適
切なものとすることができる。

【００３４】また、本発明によれば、表示手段が、筋電
検出手段が検出した電気信号の大きさと、この電気信号
の目標値とを表示するので、トレーニング者は、この表
示を見ながら、随意収縮による筋肉トレーニングを行う
ことができる。すなわち、この筋肉トレーニング装置
を、電気刺激による筋肉トレーニング装置として用いる
ことに加えて、随意収縮による筋肉トレーニング装置と
して用いることができる。なお、上記表示手段は、視覚
的な表示を行う手段のみならず、トレーニング者に音声
で情報を伝達する手段をも含む。上記表示手段が音声で
情報を伝達する手段であれば、トレーニング者は、指示
音や音声を聞きながら、随意収縮による筋肉トレーニン
グを行うことができる。

【００３５】また、本発明によれば、強制停止手段が、
筋肉刺激手段の動作を強制停止させることができるの
で、この筋肉トレーニング装置を随意収縮による筋肉ト
レーニング装置として用いる場合には必要のない筋肉刺
激手段の動作を停止させることができる。

【００３６】また、本発明によれば、表示手段が、筋肉
トレーニングの継続時間を表示するので、この筋肉トレ
ーニング装置を随意収縮による筋肉トレーニング装置と
して用いる場合に、筋肉トレーニングの継続時間を適切
なものとすることができる。なお、上記表示手段が音声
で情報を伝達する手段であれば、上記継続時間が指示音
や音声によってトレーニング者に伝達される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態における筋肉トレーニン
グ装置１の構成を説明するためのブロック図。

【図２】 筋肉トレーニング装置１を校正する手順を説
明するためのフローチャート。

【図３】 筋肉トレーニング装置１を用いた電気刺激に
よる筋肉トレーニングの手順を説明するためのフローチ
ャート。

【図４】 筋肉トレーニング中の各部の波形を示すタイ
ムチャート。

【図５】 別の方法を用いて、電気刺激信号が、筋電検
出部３が検出する信号に混入することを防止する際の電
気刺激信号の波形を示す波形図。

【符号の説明】

１ 筋肉トレーニング装置 ２ 電気刺激出力
部（筋肉刺激手段） ３ 筋電検出部（筋電検出手段） ４ 演算・制御部 ５ 操作部 ６ 記憶部 ７ 表示部 ８ 生体（筋肉）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 清一 東京都練馬区豊玉南３丁目３番３号 伊藤 超短波株式会社内 Ｆターム(参考） 4C053 JJ01 JJ04 JJ06 JJ18 JJ24

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筋肉が発生する電気信号を検出する筋電
   検出手段と、 この筋電検出手段が検出した電気信号の大きさに応じた
   電気刺激信号を前記筋肉に与える筋肉刺激手段とを有す
   ることを特徴とする筋肉トレーニング装置。
2. 【請求項２】 前記筋電検出手段は、前記筋肉刺激手段
   が、前記筋肉に電気刺激信号を与えていない期間に、筋
   肉が発生する電気信号を検出することを特徴とする請求
   項１に記載の筋肉トレーニング装置。
3. 【請求項３】 前記筋肉刺激手段は、前記筋肉が発生す
   る電気信号の周波数とは異なる周波数の電気刺激信号を
   前記筋肉に与え、 前記筋電検出手段は、検出する電気信号を周波数に応じ
   て弁別する周波数弁別手段を有することを特徴とする請
   求項１に記載の筋肉トレーニング装置。
4. 【請求項４】 前記筋肉刺激手段は、前記電気刺激信号
   を前記筋肉が発生する電気信号の周波数とは異なる周波
   数の搬送波に乗せて変調する変調手段を有することを特
   徴とする請求項３に記載の筋肉トレーニング装置。
5. 【請求項５】 あらかじめ、前記筋電検出手段が検出し
   た電気信号の最大値を求め、求められた最大値に所定の
   係数を掛け、目標値を算出する演算・制御手段と、 この演算・制御手段が算出した目標値を記憶する記憶手
   段とを有し、 前記演算・制御手段は、前記記憶手段に記憶された目標
   値と、前記筋電検出手段が検出した電気信号の大きさと
   に基づいて、前記筋肉刺激手段が筋肉に与える電気刺激
   信号の大きさを決定することを特徴とする請求項１ない
   し４のいずれかに記載の筋肉トレーニング装置。
6. 【請求項６】 前記演算・制御手段は、 筋肉トレーニングの経過時間を計測する計時手段と、 この計時手段が計測する経過時間が所定の目標時間に達
   した場合に、前記筋肉刺激手段の動作を停止させる停止
   手段とを有することを特徴とする請求項５に記載の筋肉
   トレーニング装置。
7. 【請求項７】 前記筋電検出手段が検出した電気信号の
   大きさと、前記記憶手段に記憶された目標値とを表示す
   る表示手段を有することを特徴とする請求項６に記載の
   筋肉トレーニング装置。
8. 【請求項８】 前記演算・制御手段は、前記筋肉刺激手
   段の動作を強制停止させる強制停止手段を有することを
   特徴とする請求項７に記載の筋肉トレーニング装置。
9. 【請求項９】 前記表示手段は、前記計時手段が計測す
   る経過時間を表示することを特徴とする請求項７または
   ８に記載の筋肉トレーニング装置。