JP2005110755A - 筋肉疲労解消用加熱・冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 対象となる筋肉に対して精密にかつ効果的に温度刺激を与えることで筋肉疲労を解消することができる筋肉疲労解消用加熱・冷却装置を提供すること。
【解決手段】 柔軟性・伸縮性があり熱伝導のよい伝熱シート１１に複数の加熱冷却素子１０を碁盤目状に取り付け、この加熱冷却素子に放熱器１２を取り付け、送風ファン１３から上記放熱器１２に送風する。ケース１は、伸縮性・柔軟性がある仕切り用フィルム１４により、吸気側と排気側に仕切られており、上記吸気側から上記放熱器１２のフィンに当たり、排気側に排出される冷却風は、排気ダクト１５を介して排気口４に導かれ、排気口４から排出される。図示しない制御装置により、各加熱冷却素子１０の温度は、個別に制御され、各加熱冷却素子１０の温度は、予め設定された温度分布パターンになるように、また、予め定められた時間変化パターンで変化する様に制御される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、筋肉を局部的冷却あるいは加熱することによりスポーツ等による筋肉疲労を効果的に解消するための筋肉疲労解消用加熱・冷却装置に関する。

従来からスポーツなどによる筋肉疲労時、筋肉を部分的に氷などで冷却したり、湿布剤を塗布するなどして、筋肉の張りを解消している。
また、ペルチェ素子などの電子素子を用いた装置により、身体の一部を部分的に冷却したり、加熱するなどして、筋肉疲労などを解消するものも種々提案されている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
特許文献１に記載のものは、電源と、電子冷却素子と、電子冷却素子の一方の面に接触した当接体と、電子冷却素子の他方の面に接触した伝熱体とを備え、上記当接体を筋肉などに当接させて、肩こりその他の筋肉疲労を冷却、加熱などの熱ショックにより解消させるようにしたものである。
特許文献２に記載のものは、軟質塩化ビニールから構成される帯状体に、複数のサーモモジュールとサーモモジュールの加熱を防止するための送風ファンを取り付け、この帯状体を腹部や手、足などの患部に沿わせ、サーモモジュールを加熱、冷却させて、冷暖の温度変化の繰り返し刺激を与えて、皮下脂肪の除去、筋肉疲労の解消などを図るようにしたものである。
実開平４−１０８５１７号公報 実開昭６２−１８９７１８号公報

従来においては、筋肉疲労に対し、部分的に氷などで冷却したり冷湿布等により、筋肉の張りを解消していたが、これらの場合には、温度制御をすることができないので、目的外の部分も強制的に冷やされてしまい、不快感を与えることが多い。
筋肉疲労などに対しては、対象となる筋肉を個別に加熱、冷却することが望ましく、対象外の部分を冷やしたり、加熱すると不快感を与えるが、氷による冷却や冷湿布等では、効果的に対象となる筋肉を冷やすことは難しく、また、全体の熱効率も悪い。
また、前記特許文献１，２に記載されるように電子冷却素子などを用いて、筋肉などを加熱、冷却するものも提案されているが、これらの装置においても、部分的に温度を変えて加熱、冷却することはできなかった。
前記特許文献１に記載のものは、当接体が半球状であり、しかも電子冷却素子をひとつしか備えていないので、限られた範囲にしか適用することができず部分的に温度を変えて熱刺激を与えることはできない。
また、前記特許文献２に記載のものは、帯状体に複数のサーモモジュール取り付けたものであり、帯状体を腹部などに沿わせることにより面的に加熱、冷却をすることができるが、サーモモジュールの温度を個別に制御することはできず、氷で冷却したり冷湿布の場合と同様、対象となる部分を効果的に加熱、冷却することはできない。
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、複数のペルチェ素子を個別に制御することにより、不快感を与えることなく、対象となる筋肉に対して精密にかつ効果的に温度刺激を与えることで筋肉疲労を解消することができる筋肉疲労解消用加熱・冷却装置を提供することである。

上記課題を本発明においては、次のように解決する。
（１）一方の面が人体の表面に装着され、他方の面に複数の加熱冷却素子が碁盤目状に取り付けられた柔軟性・伸縮性があり熱伝導のよい伝熱シートと、上記各加熱冷却素子に取り付けられた放熱器と、上記放熱器に送風する送風ファンと、該送風ファンから送風され上記放熱器を介して流出する空気流を排出する排気口と、上記各加熱冷却素子の温度を個別に制御する制御装置とから筋肉疲労解消用加熱・冷却装置を構成する。
（２）上記制御装置により、上記各加熱冷却素子の温度を予め設定された温度分布パターンになるように制御するとともに、上記各加熱冷却素子の温度を予め定められた時間変化パターンで変化させる。
（３）上記（１）（２）において、放熱器として、冷却風が送風ファン側から流入し、側方から流出するようの構成された複数のフィンを有する放熱器を用い、上記放熱器の送風ファン側と加熱冷却素子側の間に、伸縮性・柔軟性がある仕切り用フィルムを設け、この仕切り用フィルムにより、上記送風ファンから上記放熱器のフィンに当たり、放熱器の側方から排出する冷却風が送風ファン側に戻らないように仕切る。
（４）上記（１）（２）（３）において、ケース内に、少なくとも、複数の加熱冷却素子が碁盤目状に取り付けられた上記熱伝導材と、放熱器と、送風ファンを収納し、上記ケースの周辺部に、上記送風ファンから送風され上記放熱器を介して排出された空気を上記排出口に導く排気ダクトを設ける。

本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）柔軟性・伸縮性があり熱伝導のよい伝熱シートに、複数の加熱冷却素子を碁盤目状に取り付けているので、伝熱シートを任意の形状に変形させることができ、人体のどの部位に適用しても、上記伝熱シートを人体の表面に密着させることができる。
また、各加熱冷却素子の温度を個別に制御しているので、例えば筋肉疲労の対象となっている筋肉に対して強い温度刺激を与え、その周辺部に対して比較的弱い刺激を与えるなど、対象となる人体部位、症状などに応じて効果的な温度刺激を与えることができ、また、対象外の部位に対して強い刺激を与えることによる不快感が生ずるのを防ぐことができる。
さらに、上記各加熱冷却素子の温度を予め設定された温度分布パターンになるように制御するとともに、上記各加熱冷却素子の温度を予め定められた時間変化パターンで変化させることで、症状に応じた温度分布パターン、時間変化パターンで対象となる人体部位に熱刺激を与えることができる。
また、
（２）放熱器の送風ファン側と加熱冷却素子側の間に、伸縮性・柔軟性がある仕切り用フィルムを設け、この仕切り用フィルムにより、上記送風ファンから上記放熱器のフィンに当たり、放熱器の側方から排出する冷却風が送風ファン側に戻らないように仕切ることで、対流により、放熱器を出た温まった空気が再び放熱器に戻り、熱効率を低下するのを防ぐことができるとともに、送風ファンから送風された冷却風が放熱器に触れないでそのまま排出されることを防ぐことができる。
（３）ケース内に、少なくとも、複数の加熱冷却素子が碁盤目状に取り付けられた上記熱伝導材と、放熱器と、送風ファンを収納し、上記ケースの周辺部に、上記送風ファンから送風され上記放熱器を介して排出された空気を上記排出口に導く排気ダクトがもうけることで、上記放熱器をにより暖められた空気を、装着する人に不快感を与えることなく、外部に排出することができる。

図１（ａ）は、本発明の実施例の筋肉疲労解消用加熱・冷却装置の外観構成を示す図、図１（ｂ）はその内部の概略構造を示す図である。
図１（ａ）〜（ｂ）において、１はケースであり、ケースには、人体装着用のバンド２が取り付けられ、その側面には、操作パネル３が設けられている。
ケース１の内部には、図１（ｂ）に示すように、ペルチェ素子などの加熱冷却素子１０が複数設けられ、加熱冷却素子１０の一方の面には、伝熱ゲルのように柔軟性・伸縮性があり熱伝導性のよい伝熱シート１１が密着して取り付けられ、加熱冷却素子１０の他方の面には、放熱器１２が密着して取り付けられている。
また、上記放熱器１２の上部には冷却風を供給する送風ファン１３が設けられ、冷却風は、ケース１の上側に設けられた穴１ａからケース１内に導入される。
放熱器１２には効率よく熱を放熱させるための複数の放熱フィンが設けられ、放熱フィンは、上側に突出し、上方から冷却風が流入すると、冷却風は上記放熱フィンに触れて、放熱器１２の側方から流出する。

ケース内部は可撓性があり伸縮する仕切り用フィルム１４により、吸気室と排気室に仕切られている。仕切り用フィルム１４は、ファンにより導入される冷却風が、放熱器１２の上から放熱器内に流入し側面から流出するように、各放熱器１２の上側部分と下側部分を仕切っている。また、ケース１の周辺部には、排気ダクト１５が設けられ、上記ファン１３によりケース１内に導入され、放熱器１２を通過した冷却風は、図（ｂ）の矢印に示すように排気ダクト１５に導かれ、排気ダクトを介して、図１（ａ）（ｂ）に示した排気口４から外部に排気される。
なお、上記排気口４の位置は、図１（ａ）に示した位置である必要はなく、要するに排気が上記装置を装着した人に影響を与えないような位置に設ければよい。また、ケース１に対して排気口の位置を適宜変更できるように構成してもよい。このように構成し、本実施例の筋肉疲労解消用加熱・冷却装置の装着部位に応じて排気口の位置を変えるようにすれば、排気が体に当たって不快感を与えるとことがない。

図２は、本実施例の筋肉疲労解消用加熱・冷却装置の装着イメージを示す図である。上記筋肉疲労解消用加熱・冷却装置は、図２（ａ）に示すように、ケース１の下面に設けられた伝熱シート１１が人体の表面に接触するように、バンド２で例えば腕などに取り付けて使用される。その際、上記加熱冷却素子１０を取り付けた伝熱シート１１は、図２（ｂ）に示すように人体に沿って変形し、伝熱シート１１の全面が人体の表面に密接する。
図３は、上記加熱冷却素子１０、伝熱シート１１、放熱器１２の部分の詳細構成を示す図である。
前記したように各加熱冷却素子１０の人体装着面側には、伝熱性のよい伝熱シート１１が密着して取り付けられ、他方の面には放熱器１２が密着して取り付けられており、各加熱冷却素子１０の間には、同図（ａ）に示すように断熱材１５が設けられている。この断熱材１５は、柔軟性のある樹脂などで形成され、加熱冷却素子１０も含めて全体が柔軟に変形できるように構成されている。

上記構造とすることで、加熱冷却素子１０の人体装着面側と放熱器取り付け面側の間で熱が伝わり効率が低下するのを防止することができ、また、各加熱冷却素子１０の温度を異なった温度に制御しても、加熱冷却素子間で熱が伝わることがなく、効率の低下を防ぐことができる。
また、上記放熱器１２の側面には、前記した仕切り用のフィルム１４が設けられ、放熱器１２を吸気側と排気側に仕切っており、冷却風は、同図の矢印のように、放熱器１２の上側から放熱器に流入して側面から流出する。このため、各加熱冷却素子１０には均等に冷却風が供給される。また、放熱器１２を通過した冷却風が再び放熱器１２に戻って放熱効果を低下させたり、放熱器１２を通らないで外部に排気されことはない。
上記加熱冷却素子１０は、例えば図４に示すように、複数並べて配置され、後述するように、各加熱冷却素子１０の温度は、本実施例の装置の適用される人体部位に応じた所定の温度分布パターンになるように制御される。

図５は、上記加熱冷却素子１０を制御する制御装置の構成例を示す図である。
同図において、２０は制御部であり、制御部２０には、複数の電力調整回路２１が接続され、各電力調整回路２１から、前記複数の加熱冷却素子１０に給電される。また、各加熱冷却素子１０には、温度センサ２２が取り付けられ、各温度センサ２２で検出された各加熱冷却素子１０の温度は、上記制御部２０にフィードバックされ、制御部２０は、各加熱冷却素子１０の温度が設定された温度になるように制御する。
上記制御部２０、電力調整回路２１は充電電池２３から給電される。なお、充電電池やその充電回路をケース１内に内蔵させると、装置が重くなり人体に装着する際、負担が大きくなるので、上記充電電池、その充電回路は別体とし、電源ケーブルを介して上記ケースに給電するようにするのが望ましい。また、上記各加熱冷却素子１０は比較的消費電力が大きいので、長時間使用する場合には、上記充電電池を充電しながら使用するのが望ましい。
上記制御部２０には、プログラミングパネル２４が設けられ、該プログラミングパネル２４により、上記各加熱冷却素子１０の温度分布パターンを設定するとともに、各加熱冷却素子１０の時間的な温度変化パターンを設定する。

図６（ａ）は、上記加熱冷却素子１０の温度分布パターンの一例を示す図、図６（ｂ）は、上記加熱冷却素子１０の時間的温度変化パターンの一例を示す図である。
図６（ａ）に示すように、各加熱冷却素子１０の温度は、本実施例の装置が適用され人体部位の筋肉の中心部に対して、強く作用し、また、その周辺に対しては、弱く作用するように制御される。例えば冷却する場合には、中心部の温度を低く、また周辺部の温度がそれに対して高くなるように制御される。このようにすることで、目的外の人体部位に強い刺激を与えることによる不快感が生ずるのを防ぐことができる。
また、各加熱冷却素子１０の温度を、図６（ｂ）に示すように予め定められた時間的温度変化パターンで制御するようにしてもよい。例えば、同図に示すように、５°Ｃ（１０分間）、４２°Ｃ（１０分間）、１０°Ｃ（８分間）、…、のように制御する。なお、同図は、図６（ａ）の中心部分の加熱冷却素子の温度変化パターンを示し、周辺部分の加熱冷却素子は、より温度刺激が小さくなるように、例えば、体温に対する温度変化が小さくなるように、１０°Ｃ（１０分間）、３８°Ｃ（１０分間）、１５°Ｃ（８分間）、…、のように制御される。
上記温度分布パターン、時間的温度変化パターンは、例えばスポーツマンの筋肉疲労解消等に使用する場合、トレーナなどの経験則等により適宜設定すればよい。

上記制御部２０は、ＣＰＵで構成することができる。制御部２０をＣＰＵで構成した場合には、上記プログラミングパネル２４で設定した温度分布パターン、時間的温度変化パターンをメモリに格納しておき、上記メモリに格納された温度分布パターン、時間的温度変化パターンを読み出し、各加熱冷却素子１０の温度が、上記メモリに格納された温度分布パターンになるように、また、上記メモリに格納された時間的温度変化パターンで変化するようにソフトウェアにより電力調整回路を制御する。
なお、予め、複数の温度分布パターン、時間的温度変化パターンを格納したメモリカードなどを用意しておき、使用者が、適用する部位、症状に応じてメモリカードに記憶された温度分布パターン、時間的温度変化パターンを選択するように構成してもよい。

なお、図２では、上腕部に本実施例の装置を適用する場合について示したが、本実施例の加熱冷却素子１０は、伝熱ゲルのように伸縮性・柔軟性があり熱伝導性のよい伝熱シート１１に碁盤目状に配列して取り付けられており、伝熱シート１１は容易に変形するので、上腕部のように円柱形状の部位にも、また、肩のように半球状の部位にも、さらに太もものように太い円柱状もしくはほぼ平面状の部位にも容易にフィットさせることができる。また、前記したように、仕切り用フィルム１４を設けて、冷却風の流入側と排出側を仕切っているので、加熱冷却素子が変形しても、加熱冷却素子を効果的に冷却することができ、熱効率が低下することはない。

本発明の実施例の筋肉疲労解消用加熱・冷却装置の外観構成および内部の概略構造を示す図である。 本発明の実施例の筋肉疲労解消用加熱・冷却装置の装着イメージを示す図である。 加熱冷却素子、伝熱シート、放熱器の部分の詳細構成を示す図である。 加熱冷却素子の配置例を示す図である。 加熱冷却素子を制御する制御装置の構成例を示す図である。 加熱冷却素子の温度分布パターン、時間的温度変化パターンの一例を示す図である。

符号の説明

１ ケース
２ バンド
３ 操作パネル
１０ 加熱冷却素子
１１ 伝熱シート
１２ 放熱器
１３ 送風ファン
１４ 仕切り用フィルム
１５ 断熱材
２０ 制御部
２１ 電力調整回路
２２ 温度センサ
２３ 充電電池
２４ プログラミングパネル

Claims (4)

1. 人体に装着され、人体の表面を加熱もしくは冷却することにより、筋肉疲労を解消させる筋肉疲労解消用加熱・冷却装置であって、
   上記筋肉疲労解消用加熱・冷却装置は、
   一方の面が人体の表面に装着され、他方の面に複数の加熱冷却素子が碁盤目状に取り付けられた柔軟性・伸縮性があり熱伝導のよい伝熱シートと、
   上記各加熱冷却素子に取り付けられた放熱器と、
   上記放熱器に送風する送風ファンと、該送風ファンから送風され上記放熱器を介して流出する空気流を排出する排気口と、
   上記各加熱冷却素子の温度を個別に制御する制御装置から構成される
   ことを特徴とする筋肉疲労解消用加熱・冷却装置。
2. 上記制御装置は、上記各加熱冷却素子の温度を予め設定された温度分布パターンになるように制御するとともに、上記各加熱冷却素子の温度を予め定められた時間変化パターンで変化させる
   ことを特徴とする請求項１の筋肉疲労解消用加熱・冷却装置。
3. 上記放熱器は上記送風ファン側から冷却風が流入し、側方から流出するように構成された複数のフィンを有しており、
   上記放熱器の送風ファン側と加熱冷却素子側の間には、伸縮性・柔軟性がある仕切り用フィルムが設けられ、
   上記仕切り用フィルムにより、上記送風ファンから上記放熱器のフィンに当たり、放熱器の側方から排出する冷却風が送風ファン側に戻らないように仕切られている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２の筋肉疲労解消用加熱・冷却装置。
4. ケース内に、少なくとも、一方の面が人体の表面に装着され、他方の面に複数の加熱冷却素子が碁盤目状に取り付けられた上記熱伝導材と放熱器と送風ファンが収納され、
   上記ケースの周辺部には、上記送風ファンから送風され上記放熱器を介して排出された空気を上記排出口に導く排気ダクトを設けた
   ことを特徴とする請求項１，２または請求項３の筋肉疲労解消用加熱・冷却装置。

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