JP2006175166A

JP2006175166A - 電気刺激を利用した筋肉トレーニング装置

Info

Publication number: JP2006175166A
Application number: JP2004374203A
Authority: JP
Inventors: Atsumi Ota; 厚美太田; Hirotsugu Sato; 博次佐藤; Takashi Nemoto; 崇根本
Original assignee: Hirose Electric Co Ltd; Ito Co ltd
Current assignee: Hirose Electric Co Ltd; Ito Co ltd
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: JP4018100B2

Abstract

【課題】中周波の正弦波を用いたより効果的な筋肉トレーニング装置を提供する。
【解決手段】電気刺激を利用した筋肉トレーニング装置であって、中周波の正弦波信号を身体に出力する少なくとも２対の導子を備え、これら導子対からの電気信号が身体の所定部位にて交差するような状態で使用する第１のモードと、これら導子対の一方若しくは双方からの電気信号が身体の所定部位にて交差しないような状態で使用する第２のモードとから成る部位モードとを設けている。更に、各部位モードに対して、正弦波の出力方法が互いに異なる複数の出力モードを設けてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気刺激を利用して筋力増強や痩身等を行うための筋肉トレーニング装置（ＥＭＳ）に関する。

関連する従来例として、例えば、特許第３５４５９９２号公報や特開２００４−２６７３２５号公報がある。前者の公報には、電気刺激を利用した筋肉トレーニング装置、更に言えば、ユーザーの皮膚に粘着させたパッドを介して低周波（例えば、数１００Ｈｚ以下）のパルス列信号（矩形信号）を導子を通じてユーザーの体内に流し、電気刺激による筋肉トレーニング効果を発揮させる装置が開示されている。更に、この公報には、筋肉トレーニングの効果を高めるために電気信号を様々な出力モードで出力させることも開示されている。

後者の特開２００４−２６７３２５号公報は、筋肉トレーニング装置ではなく、干渉低周波治療器に関するものであり、ユーザーの皮膚に粘着させたパッドを介して周波数の異なる少なくとも２つの電気信号を二対の導子を通じてユーザーの体内に流し、それらの電気信号を患者の所定部位にて干渉波信号として治療を行うものである。ここでは、前者の公報とは異なり、低周波ではなく中周波（例えば、数ｋＨｚの搬送波と変調波）を使用することとされており、また、パルス列信号ではなく正弦波信号を用いることとされている。正弦波を用いることとしているのは、身体に電気信号によるピリピリ感や痛みを与えずにより多くの電気エネルギーを体内に送り込むためである。

特許第３５４５９９２号公報特開２００４−２６７３２５号公報

近年の研究により、治療装置で使用されてきた中周波の正弦波信号を、筋肉トレーニング装置に応用することによって、治療効果だけでなく、筋肉トレーニングといった点からも大きな効果が得られることが明らかとなってきた。本発明は、この点に着目して、より効果的な筋肉トレーニング装置を提供するものである。

上記の目的を達成するために、本発明は、電気刺激を利用した筋肉トレーニング装置において、中周波の正弦波信号を身体に出力する少なくとも２対の導子を備え、これら導子対からの電気信号が身体の所定部位にて交差するような状態で使用する第１のモードと、これら導子対の一方若しくは双方からの電気信号が身体の所定部位にて交差しないような状態で使用する第２のモードとから成る部位モードとを設けたことを特徴としている。

上記装置において、各部位モードに対して、更に、正弦波の出力方法が互いに異なる複数の出力モードを設けてもよい。
また、上記装置において、前記第１のモードは、一方の導子対からの電気信号の周波数と他方の導子対からの電気信号の周波数との間に差を設けてこれら導子対からの電気信号の交差部において前記周波数の差に等しい干渉周波数を発生させるものであってもよい。

また、前記複数の出力モードは、各導子対から正弦波を出力するＯＮ時間と正弦波の出力を停止するＯＦＦ時間の長さが互いに異なるものであってもよい。

また、前記第１のモード若しくは前記第２のモードにおいて、前記導子対からの周波数に振幅変調をかけて変調周波数を発生させるものであってもよい。
更に、前記複数の出力モードは、前記干渉周波数若しくは前記変調周波数の大きさが互いに異なるものであってもよい。
また、前記複数の出力モードの各々において、同じ出力モード内で出力方法を変化させるものであってもよい。

上記装置において、前記装置の基板に搭載する部品としてリード部品を用い、若しくは、該リード部品の脚周りにスリットを設け、若しくは、搭載部品の１つであるトランスにおいて巻き数比は変えず巻き数を増やして、振動を抑えることもできる。

更に、上記装置において、電気信号を出力するＯＮ時間から電気信号の出力を停止するＯＦＦ時間に切り替わる際に、若しくは、逆に前記ＯＦＦ時間からＯＮ時間に切り替わる際に、徐々に出力強度を変更する機能を設けてもよい。

本発明によれば、筋肉トレーニングをより効果的に行うことができる。

図１の（ａ）に、本発明の好ましい１つの実施形態による中周波筋肉トレーニング装置の正面図を示す。この装置１は、主に、コントローラ本体１１と、このコントローラ本体で発生された電気信号を伝達するための互いに電気的に絶縁された少なくとも２対の導子（電極）ＣＨ１、ＣＨ２（図示せず）から成る。コントローラ本体１１の上部には、電源ボタン等の様々な操作ボタン１２の他、操作性を高める液晶表示１３が設けてある。この装置はそれ程大きなものではなく、いわゆるハンディータイプの小型機器であって、例えば、単三乾電池４本程度の電源によって動作するものであってもよい。

各導子ＣＨ１、ＣＨ２は、それらの一端においてコントローラの一部１５に接続される。それらの他端先端部にはパッド（図示せず）を有する。実際の使用にあたっては、各導子ＣＨ１、ＣＨ２をそれぞれ対にした状態で、各導子ＣＨ１、ＣＨ２の各パッドを、ＣＨ１からの電気信号とＣＨ２からの電気信号とが身体の所定部位にて交差するような状態（４極干渉モード）で、若しくは、ＣＨ１からの電気信号或いはＣＨ２からの電気信号が、身体の所定部位にてそれぞれ独立した状態で、つまり、交差しないような状態（２極干渉モード）で、患者の皮膚に粘着させて使用する。図１の（ｂ）の液晶画面の一部拡大図に示すように、４極干渉モードとして使用するときは、ＣＨ１のパッドは、例えば、ＣＨ１−ＡとＣＨ１−Ｂの位置、つまり、胴体付近に、ＣＨ２のパッドは、ＣＨ１−ＡとＣＨ１−Ｂと交差するＣＨ２−ＡとＣＨ２−Ｂの位置に、それぞれ固定し、また、２極干渉モードとして使用するときは、ＣＨ１のパッドは、例えば、ＣＨ１−Ａ’とＣＨ１−Ｂ’の位置、つまり、片方の腕に、ＣＨ２のパッドは、ＣＨ２−Ａ’とＣＨ２−Ｂ’の位置、つまり、片脚に、それぞれ固定して使用する。このような状態の下でコントローラ本体１１から所定の正弦波信号を出力することにより、各導子のパッドをつなぐ部分、つまり、点線部分２０乃至２３の部分にそれぞれ電気信号を流して、身体の所定部位に筋肉トレーニング効果を与えることができる。特に、４極干渉モードとして使用するときは、２０と２１との交差部２４に干渉周波数が発生することになる。尚、２極干渉モードとして使用するときは、必ずしもＣＨ１とＣＨ２の双方を使用する必要はなく、一方のみを使用してもよい。

図２に、コントローラ本体１１から出力される正弦波信号の一例を示す。「ＯＮ時間」中は正弦波信号を出力し、「ＯＦＦ時間」中は正弦波信号の出力を停止するものとする。ここでは、特に、中周波、即ち、１００Ｈｚ程度よりも大きな、例えば、数ｋＨｚや１２００Ｈｚの正弦波信号を使用する。例えば、ＣＨ１からは、１２０５Ｈｚの中周波の正弦波信号を出力し、ＣＨ２からは、４極干渉モードの場合は、１２０７〜１３０５Ｈｚ、２極干渉モードの場合は、１２０５Ｈｚの中周波の正弦波信号をそれぞれ出力するものとする。

筋肉トレーニングの効果を高めるため、また、多様性を持たせるため、その症状、トレーニングを行う部位、個々人の感じ方の好み等に応じて、より適切に施術が行えるように、例えば、４極干渉モードと２極干渉モードといった２種類の部位モードを設ける。

４極干渉モードは、図１を参照して説明したように、ＣＨ１とＣＨ２からの電気信号を交差させた状態で使用するものであって、例えば、ＣＨ１からの電気信号（搬送波）の周波数を１２００Ｈｚとし、これに対して、ＣＨ２からの電気信号の周波数を１２２０Ｈｚに設定して、ＣＨ間に若干の周波数差を持たせるものである。これにより、ＣＨ間の差の周波数、例えば、１２２０Ｈｚ−１２００Ｈｚ＝２０Ｈｚを、所定の身体部位、つまり、それら電気信号の交差部（図１の電気信号２０と電気信号２１の交差部２４）に「干渉周波数（うなり周波数）」として発生させて、身体のより深部に作用させることができる。尚、この干渉周波数の大きさは、ＣＨ１やＣＨ２からの周波数を調整することによって、例えば、２〜１００Ｈｚとしてもよい。

一方、２極干渉モードは、図１を参照して説明したように、ＣＨ１とＣＨ２を交差させない状態で使用するものであって、ＣＨ１、ＣＨ２からの電気信号（搬送波）の周波数を同一（例えば１２００Ｈｚ）に設定し、代わりに、ＣＨ１、ＣＨ２の出力波形に、例えば２０Ｈｚの低周波の振幅変調をかけて変調周波数を発生させるものである。このような振幅変調をかけることにより、リズミカルな低周波刺激を身体の深部に効率的に伝えることができる。振幅変調の深度としては、５０％、１００％等、モニターテストによって効果的と判断された変調率を用いるのが好ましい。尚、ここでいう「深度」とは、振幅変調をかける以前の振幅に対する変調の度合いのことである。このような振幅変調の技術は、２極干渉モードのみならず、４極干渉モードにも応用することができる。図３のａ）に、２極干渉モードにおいて２〜１００Ｈｚの周波数を用い、１００％の振幅変調をかけた場合の例を、図３のｂ）に、４極干渉モードにおいて５Ｈｚの周波数を用い、５０％の振幅変調をかけた場合の例を、それぞれ示している。尚、４極干渉モードにおける振幅変調は、以下に説明するリフレッシュモードでのみ行われるものである。

作用する筋肉等により適した刺激パターンとするために、上述した２種類の部位モードに加えて、これらの部位モードのそれぞれに対して、スローモード、ミックスモード、ファストモード、ドレナージュモード、リフレッシュモードの５種類の出力モード（従って、装置全体としては計１０種類の動作モード）を設ける。これらの出力モードは、互いにその出力方法を異にする。これらの動作モードの中から最も適切なものを適宜選択することによって、症状やトレーニングを行う部位、作用する筋肉等に最も効果的な施術を行って、トレーニング効果を高めることができる。各部位モードに対する各出力モードの詳細を以下に示す。

（１）４極干渉モード
１）スローモード（赤筋・持続力向上／ダイエット目的）

（タイマーは、Phase２、３について、１回のみ（初期値）、２回繰り返し、３回繰り返しの切替が可能。Phase２、３及び４のスタート時にランプアップ、ランプダウンを行う。）

２）ミックスモード

３）ファストモード（白筋・瞬発力強化／リハビリ・ビルドアップ目的）

４）ドレナージュモード

（周波数は、下記のように２Ｈｚづつ変化し、各周波数が５秒間持続する。１クールは、９０秒とする。2→4→6→8→10→12→14→16→18→20→18→16→14→12→10→8→6→4→・・・。タイマー切替なし。）

５）リフレッシュモード（ＴＢ２リラックス「標準」プログラムと同様）

（タイマー切替なし）

尚、１）〜３）については、Phase３から４に切り替わる際、出力（設定値及び出力電圧）を７０％に５）については、Phase１から２に切り替わる際、出力（設定値及び出力電圧）を８０％に低減（小数点以下切捨て）する。

（２）２極干渉モード
１）スローモード（赤筋・持続力向上／ダイエット目的）

２）ミックスモード

４）ドレナージュモード

（タイマー切替なし。）

尚、２極干渉については、ＣＨ１、２ともに出力周波数は、１．２０５Ｈｚ固定とし、変調波が出力される。
又、１）〜３）については、Phase３から４に切り替わる際、出力（設定値及び出力電圧）を７０％に５）については、Phase１から２に切り替わる際、出力（設定値及び出力電圧）を８０％に低減（小数点以下切捨て）する。

上記（１）（２）の各部位モードにおいて、「スローモード」は、特に、持続力が発揮されることで知られる赤筋に作用し、鍛えることで、ダイエットを主な目的とするもの、「ファストモード」は、特に、瞬発力が得られることで知られる白筋に作用し、鍛えることで、リハビリや筋肉のビルトアップを目的とするもの、「ミックスモード」は、特に、赤筋、白筋の間で、スポーツ選手に不可欠とされているピンク筋に作用し、鍛えることを目的とするもの、「ドレナージュモード」は、特に、干渉周波数を低い周波数から高い周波数（例えば、２〜２０Ｈｚ）に徐々に上げた後、今度は、逆に低い周波数に徐々に下げ、これを繰り返すことによって、リンパ液の流れを円滑にすることを目的とするもの、更に、「リフレッシュモード」は、特に、比較的高い干渉周波数（例えば、１００Ｈｚ前後）及び、変調をかけることにより、身体を活性化させることを目的とするものである。

また、（１）の４極干渉モードにおける「干渉周波数」は、上述したＣＨ間の周波数差に相当するものであり、（２）の２極干渉モードにおける「変調周波数」は、上述した振幅変調の周波数に相当するものである。更に、（１）、（２）の双方における「ＯＮ時間」、「ＯＦＦ時間」は、図２の「ＯＮ時間」、「ＯＦＦ時間」にそれぞれ相当するものであり、「タイマー」は、これら「ＯＮ時間」と「ＯＦＦ時間」の周期を繰り返す時間を示す。尚、「タイマー」の時間は自由に設定することができ、個人によるトレーニング強度、筋力の差等を考慮し、トレーニング時間を適宜増減させることもできる。例えば、ユーザーの使いやすさや効果等を考慮して、トレーニング時間を２倍、３倍に変えることもできる。

特に、「スローモード」、「ミックスモード」、「ファストモード」においては、（１）、（２）の双方における各動作モード中の「モード」や「備考」に示したように、「ウォームアップフェイズ」、「トレーニングフェイズ」、「クールダウンフェイズ」といったフェイズ（Phase）を設けることにより、同じ出力モード内で電気信号の出力方法を変化させ、各出力モードにめりはりを付けて、筋肉トレーニングの効果を高めたり、身体へのストレスを最小限に抑えたり、或いはまた、施術により筋肉疲労を静めるようにして、効果的な施術（筋肉刺激）を行うこともできる。例えば、「トレーニングフェイズ」では、「ＯＮ時間」と「ＯＦＦ時間」を設けて、バースト通電を行い、筋肉の弛緩を促している。逆に、「クールダウンフェイズ」では、それまでの出力に対して、例えば、７０％の出力とするような機能であり、施術によるユーザーの筋肉疲労を静めるように考えられている。尚、「トレーニングフェイズ」においては、「ＯＮ時間」から「ＯＦＦ時間」へ、或いは、「ＯＦＦ時間」から「ＯＮ時間」に切り替わる際に、身体へのストレスを軽減するため、以下に述べるような、徐々に出力強度を自動変更する機能、即ち、ランプアップ／ダウン機能が設けてある。

図４乃至図６を参照して、出力強度の自動変更機能を説明する。縦軸は出力強度を、横軸は時間を、それぞれ示す。図４から明らかなように、ランプアップ、ランプダウンの時間は、出力レベルの大小にかかわらずＯＮ時間の所定範囲に固定した状態としている。例えば図示の例では、最大の出力レベルを１００とした場合、出力レベル８０（最大出力の８０％）であるか、出力レベル６０（最大出力の６０％）であるかにかかわらず、ランプアップ、ランプダウンの時間は、ＯＮ時間の２０％に固定した時間に設定している。ランプアップ、ランプダウン中は、レベル１まで段階的に出力レベルが可変される。但し、出力レベルが１（最大出力の１％）のときは、ランプアップ、ダウンは行わない。尚、ＣＨ１とＣＨ２は、常に同期がとれているものとする。

図５のａ）は、ランプアップ途中で出力レベルを上下させた場合の例である。この場合は、図示のように、直ちに出力レベルは上下し、その後は、変更前と同様な傾きでランプアップを行う。一方、図５のｂ）は、逆に、ランプダウン途中で出力レベルを上下させた場合の例である。この場合は、設定値（液晶表示１３）のみ変化し、ランプダウンが終了するまで、出力レベルを変化させず、ランプダウン終了後に、直ちに出力レベルの上下を行う。直ちに出力レベルの上下を開始することで、変化を直ちに体感できるメリットがある。なお、ランプアップ時、ランプダウン時は、ＣＰＵのスループットの影響があるので、液晶表示のみ直ちに変化させ、ランプアップ、ランプダウンが終了後直ちに出力を変化させるのが望ましい。特に、スループットの影響が大きいランプダウン時だけ同様の制御をすれば，他の時は変化が直ちに体感できるというメリットを生かせる。

図６のａ）は、ＯＮ時間中に出力レベルを上下させた場合の例である。この場合は、直ちに出力レベルを上下させる。一方、図６のｂ）は、ＯＦＦ時間中に出力レベルを上下させた場合の例である。この場合は、ＯＦＦ時間中であっても、出力レベルの変更に応答して、直ちにランプアップを開始し、また、出力レベルを上下させる。

尚、この種の電気刺激を利用した治療器は、パッドが身体に貼られていない状態で電気信号が出力されていると、患者がパッドに触れた瞬間にいきなり大きな電圧が印加される危険性があり、また、パッド同士が直接接触していると、負荷短絡による機器の異常発熱や故障のおそれがあることから、パッドオープン、パッド（負荷）ショートの両方について、安全装置を設けることが望ましい。そこで、各チャンネルＣＨ１、ＣＨ２とも、出力レベル４０以上の場合には、導子（導子）間の負荷抵抗値が高くなり、また、流れる電流が約０．２ｍＡ以下になると、オープンエラー（導子はずれ、導子断線、パッド剥がれ等）と判定し、出力を停止させる。一方、負荷抵抗を流れる電流が約１．２ｍＡ以上ではオープンエラーにはならず、これらの間ではオープンエラーは不定となる。オープンエラーを検出した場合、ＬＣＤの強度表示を両チャンネルＣＨ１、ＣＨ２ともに０に戻すとともに、コントローラ本体１１の液晶表示１３の所定部分を点滅させて、エラーを表示する。但し、タイマー表示は、消去せず、残量時間を表示したままとする。一方、オープン状態を解除し、出力を再開すると、点滅は消灯し、タイマー表示及び出力状態は、オープンエラー検出直後から継続する。

本装置では、特に、ハンディータイプの小型機器に高出力機能を持たせていることから、出力を大きくした場合に発生する発振音が、ユーザの静寂な室内での使い勝手を悪くするといった問題が生じやすい。この発振音は、特にＣＨ１の周波数、即ち搬送周波数を可聴周波数領域（例えば、数ｋＨｚ）に選ぶと顕著に現れる現象であり、対策としては、出力駆動用のトランスの振動を抑えるために形状、材質を種々検討し、最適なものを選ぶことは勿論のこと、本発明では特に、トランス（図示せず）において巻き数比は変えずに巻き数を増やすこととしている。また、トランス或はコイルのコアにチューブ等の弾力性を有する部材（絶縁材等）を巻き、その上から導線を巻くか、導線自体に弾力性を有する樹脂製の被覆を施し、それをトランス等に巻きつける。これによって、発振音をかなり抑えることができた。

また、振動を起こす部品として、トランス、コイル、コンデンサ等があるが、これらの主要部品について発生した振動は、部品を搭載している基板に伝わることによって共振して更に大きな振動を発生させることから、図７に示すように、基板において、これら主要部品の脚周りにスリット１４を設け、極力振動が基板に伝わらないようにし、また、サーフェス部品を使わずにあえてリード部品を使うこととしている。これらの工夫によって、本発明の装置では、雑音レベルの低減を図り、ハンディー小型器として現実的にユーザーが使用可能な製品となっている。

本発明は、電気刺激による筋肉トレーニング装置に幅広く用いることができる。

本発明の好ましい１つの実施形態による中周波筋肉トレーニング装置の正面図である。本発明の筋肉トレーニング装置によって与えられる正弦波信号の一例を示す。振幅変調をかけた正弦波信号の一例を示す。自動変更機能を示す。自動変更機能においてランプアップ若しくはランプダウン途中で出力レベルを上下させた場合の例を示す。自動変更機能においてＯＮ時間若しくはＯＦＦ時間中に出力レベルを上下させた場合の例を示す。基板に設けたスリットを示す。

符号の説明

１筋肉トレーニング装置
１２操作ボタン
１３液晶表示

Claims

電気刺激を利用した筋肉トレーニング装置において、中周波の正弦波信号を身体に出力する少なくとも２対の導子を備え、これら導子対からの電気信号が身体の所定部位にて交差するような状態で使用する第１のモードと、これら導子対の一方若しくは双方からの電気信号が身体の所定部位にて交差しないような状態で使用する第２のモードとから成る部位モードとを設けたことを特徴とする筋肉トレーニング装置。
前記各部位モードに対して、更に、正弦波の出力方法が互いに異なる複数の出力モードを設けた筋肉トレーニング装置。
前記第１のモードは、一方の導子対からの電気信号の周波数と他方の導子対からの電気信号の周波数との間に差を設けてこれら導子対からの電気信号の交差部において前記周波数の差に等しい干渉周波数を発生させる請求項１又は２記載の装置。
前記複数の出力モードは、各導子対から正弦波を出力するＯＮ時間と正弦波の出力を停止するＯＦＦ時間の長さが互いに異なる請求項３記載の装置。
前記第１のモード若しくは前記第２のモードにおいて、前記導子対からの周波数に振幅変調をかけて変調周波数を発生させる請求項３乃至４のいずれかに記載の装置。
前記複数の出力モードは、前記干渉周波数若しくは前記変調周波数の大きさが互いに異なる請求項３乃至５のいずれかに記載の装置。
前記複数の出力モードの各々において、同じ出力モード内で出力方法を変化させる請求項２乃至６のいずれかに記載の装置。
前記装置の基板に搭載する部品としてリード部品を用い、若しくは、該リード部品の脚周りにスリットを設け、若しくは、搭載部品の１つであるトランスにおいて巻き数比は変えず巻き数を増やして、振動を抑えた請求項１乃至７のいずれかに記載の装置。
電気信号を出力するＯＮ時間から電気信号の出力を停止するＯＦＦ時間に切り替わる際に、若しくは、逆に前記ＯＦＦ時間からＯＮ時間に切り替わる際に、徐々に出力強度を変更する機能を設けた請求項１乃至８のいずれかに記載の装置。