JP2020168110A - 電気筋肉刺激装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極の電気特性の劣化を抑制できる電気筋肉刺激装置およびその制御方法を提供する。【解決手段】人体に当接する電極１１ａ、１１ｂを介して、電気刺激を前記人体の筋肉に与える電気筋肉刺激装置であって、電気刺激を人体の筋肉に与えるための複数のパルス信号からなる基本波形の電気信号を、人体に当接する電極１１ａ、１１ｂへ印加するパルス発生回路１５と、基本波形の電気信号を所定の周期でパルス発生回路１５に電極１１ａ、１１ｂへ印加させる制御回路１６とを備え、制御回路１６は、基本波形の電気信号が前記電極へ印加されるごとに、基本波形の電気信号の最後のパルス信号と極性の異なるパルス信号を、パルス発生回路１５に電極１１ａ、１１ｂへ印加させる、電気筋肉刺激装置である。【選択図】図１

Description

本発明は、人体に当接する電極を介して、電気刺激を人体の筋肉に与える電気筋肉刺激装置およびその制御方法に関する。

人体に当接する電極（パッド電極）に電気パルス信号を印加し、電気刺激を筋肉に与えて、筋肉を伸縮させることで、運動効果を得る電気筋肉刺激装置（ＥＭＳ（Electrical Muscle Stimulation）装置）がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１５２３２８号公報

上述した電気筋肉刺激装置のパッド電極には、コストおよび材質の安定性の観点から、銀（Ａｇ）をベースにした材質が広く使われている。ここで、電気筋肉刺激装置の使用に伴い、パッド電極が黒く変色し、電極の電気特性が劣化することがある。このような電極の電気特性の劣化は、運動効果の低減、消費電力の増大などを招いてしまう。

上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、電極の電気特性の劣化を抑制することができる電気筋肉刺激装置およびその制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る電気筋肉刺激装置は、人体に当接する電極を介して、電気刺激を前記人体の筋肉に与える電気筋肉刺激装置であって、前記電気刺激を前記人体の筋肉に与えるための複数のパルス信号からなる基本波形の電気信号を、前記電極へ印加するパルス発生回路と、前記基本波形の電気信号を所定の周期で前記パルス発生回路に前記電極へ印加させる制御回路とを備え、前記制御回路は、前記基本波形の電気信号が前記電極へ印加されるごとに、前記基本波形の電気信号の最後のパルス信号と極性の異なるパルス信号を、前記パルス発生回路に前記電極へ印加させる。

また、本発明に係る電気筋肉刺激装置において、前記制御回路は、前記基本波形の電気信号の最後のパルス信号の極性と、前記最後のパルス信号の１つ前のパルス信号の極性とが異なる場合、前記最後のパルス信号のパルス幅の１０−５０％のパルス幅を有し、前記最後のパルス信号と極性の異なるパルス信号を、前記パルス発生回路に前記電極へ印加させることが好ましい。

また、本発明に係る電気筋肉刺激装置において、前記制御回路は、前記基本波形の電気信号が、同じ極性のパルス信号が複数連続して終了する場合、該連続する複数のパルス信号のパルス幅の合計の１０−５０％のパルス幅を有し、前記最後のパルス信号と極性の異なるパルス信号を、前記パルス発生回路に前記電極へ印加させることが好ましい。

また、上記課題を解決するため、本発明に係る電気筋肉刺激装置の制御方法は、人体に当接する電極を介して、電気刺激を前記人体の筋肉に与える電気筋肉刺激装置の制御方法であって、前記電気刺激を前記人体の筋肉に与えるための複数のパルス信号からなる基本波形の電気信号を、所定の周期で前記電極へ印加するステップと、前記基本波形の電気信号が前記電極へ印加されるごとに、前記基本波形の電気信号の最後のパルス信号と極性の異なるパルス信号を、前記電極へ印加するステップと、を含む。

本発明に係る電気筋肉刺激装置およびその制御方法によれば、電極の電気特性の劣化を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る電気筋肉刺激装置の構成例を示す図である。 図１に示すパルス発生回路が出力する電気信号の一例を示す図である。 図１に示すパルス発生回路が出力する電気信号の他の一例を示す図である。 図１に示す電気筋肉刺激装置の動作の一例を説明するための図である。 図１に示す電気筋肉刺激装置の動作の他の一例を説明するための図である。 図１に示す電気筋肉刺激装置の動作のさらに別の一例を説明するための図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電気筋肉刺激装置１０の構成例を示す図である。本実施形態に係る電気筋肉刺激装置１０は、電気刺激を筋肉に与えて筋肉を伸縮させることで、運動効果を得るものである。

図１に示す電気筋肉刺激装置１０は、電極１１（電極１１ａ，１１ｂ）と、操作部１２と、通知部１３と、電源回路１４と、パルス発生回路１５と、制御回路１６とを備える。

電極１１は、使用時には、人体（使用者）に当接し、後述するパルス発生回路１５から出力される電気信号の印加により、人体の筋肉に刺激を与えて、筋肉を伸縮させるためのものである。電極１１は、銀導電性インクなどの銀（Ａｇ）をベースにした材質で構成されるパッド電極である。電気筋肉刺激装置１０は、使用時には、使用者の腹、腰、腕など体の所定の部位に電極１１が当接するようにして保持される。

操作部１２は、使用者による操作入力を受け付け、入力された操作に応じた信号を制御回路１６に出力する。操作部１２は、例えば、押しボタンスイッチである。

通知部１３は、制御回路１６の制御に従い、音、光の点灯、点滅、文字・映像の表示などにより、電気筋肉刺激装置１０の動作状態などを使用者に通知する。通知部１３は、例えば、ブザー、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などである。

電源回路１４は、パルス発生回路１５および制御回路１６に電力を供給する。

パルス発生回路１５は、制御回路１６の制御に従い、電気信号を電極１１に出力（印加）する。

制御回路１６は、操作部１２への操作入力に応じて、電気筋肉刺激装置１０全体の動作を制御する。例えば、制御回路１６は、電気筋肉刺激装置１０の動作を開始させる、あるいは、停止させる操作入力に応じて、パルス発生回路１５による電極１１への電気信号の出力を制御する。また、制御回路１６は、通知部１３を制御して、電気筋肉刺激装置１０の動作状態などを使用者に通知する。

次に、本実施形態に係る電気筋肉刺激装置１０の動作について説明する。

図２Ａは、パルス発生回路１５が出力する電気信号の波形の一例を示す図である。

図２Ａに示すように、パルス発生回路１５は、所定の周期Ｔで、電気刺激を与えるための所定の波形の電気信号を出力する。以下では、電気刺激を与えるために電極１１に繰り返し印加される電気信号を、基本波形の電気信号と称する。

基本波形の電気信号は、図２Ａに示すように、正極性のパルス信号と、負極性のパルス信号とからなる。図２Ａにおいては、基本波形の電気信号は、１つの正極性のパルス信号と、１つの負極性のパルス信号とからなる例を示しているが、これに限られるものではない。基本波形の電気信号は、複数の正極性のパルス信号と、複数の負極性のパルス信号とから構成されてもよい。また、図２Ａにおいては、基本波形の電気信号は、正極性のパルス信号と、負極性のパルス信号とからなる例を用いて説明したが、これに限られるものではない。基本波形の電気信号は、同じ極性の複数のパルス信号から構成されてもよい。また、図２Ａにおいては、正極性のパルス信号と、負極性のパルス信号とが、所定の周期Ｔに対して短い間隔で出力される例を示しているが、これに限られるものではない。例えば、図２Ｂに示すように、正極性のパルス信号と、負極性のパルス信号とが、所定の周期Ｔ内において等間隔（周期２／Ｔ）で出力されてもよい。正極性のパルス信号と負極性のパルス信号との切り替えは、電極１１ａおよび電極１１ｂのいずれを正側／負側とするかの切り替えにより制御することができる。

基本波形の電気信号が印加される周期Ｔは、例えば、２Ｈｚ〜１００Ｈｚ程度である。また、パルス信号の電圧ｖは、〜１５０Ｖ程度である。また、パルス信号のパルス幅は、５０μｓ〜５００μｓ程度である。

上述したように、電気筋肉刺激装置１０の使用に伴い、電極１１が黒色に変色することがある。本願発明者らが電極１１の黒色に変色した部分の成分を分析した結果、塩化銀（ＡｇＣｌ）が検出された。一般に、電気筋肉刺激装置１０の使用時には、水分を含んだ粘着性のシートである導電性ゲルパッドにより、電極１１を人体に当接して使用される。電極１１で検出された塩化銀は、電極１１に含まれる銀と、人体から生じた汗あるいは導電性ゲルパッドに含まれる塩素（Ｃｌ）とが結びついたことにより生成されたものと考えられる。

また、本願発明者らが鋭意検討した結果、電気筋肉刺激装置１０の使用に伴う電極１１の黒色の変色は、基本波形の電気信号の最後のパルス信号の印加の際に正側となる電極１１で生じることが分かった。最後のパルス信号の印加の際に正側となる電極１１で黒色の変色が生じる原因としては、正電圧の印加による電気分解により電極１１に含まれる銀がイオン化（Ａｇ＋）し、汗の成分である塩素と結びついて塩化銀が生成される、あるいは、正電圧が印加される電極１１に、汗に含まれる塩素イオン（Ｃｌ−）が引き付けられ、電極１１に含まれる銀と結びついて塩化銀が生成されるといった原因が考えられる。

そこで、本実施形態においては、制御回路１６は、基本波形の電気信号が印加されるごとに、図３に示すように、基本波形の電気信号の最後のパルス信号と極性の異なる（極性が反転した）パルス信号である劣化抑制用パルス信号を電極１１に印加する。こうすることで、基本波形の電気信号の最後のパルス信号の印加の際に正側であった電極１１における塩化銀の生成による黒色の変色の進捗度合いを抑制し、電極１１の電気特性の劣化を抑制することができる。なお、図２Ｂに示すように、複数のパルス信号が比較的長い時間間隔で出力される場合、制御回路１６は、各パルス信号の後に、そのパルス信号と極性の異なる劣化抑制用パルス信号を電極１１に印加してもよい。

図３に示すように、基本波形の電気信号の最後のパルス信号の極性と、最後のパルス信号の１つ前のパルス信号の極性とが異なる場合、制御回路１６は、最後のパルス信号のパルス幅の１０−５０％のパルス幅の劣化抑制用パルス信号を、パルス発生回路１５に電極１１ａ，１１ｂへ印加させる。

なお、図３においては、基本波形の電気信号は、１つの正極性のパルス信号と、１つの負極性のパルス信号とからなる例を用いて説明したが、これに限られるものではない。基本波形の電気信号は、複数の正極性のパルス信号と、複数の負極性のパルス信号とから構成されてもよい。例えば、図４に示すように、正極性のパルス信号と負極性のパルス信号とが交互に複数回繰り返されてもよい。図４に示す基本波形の電気信号においても、基本波形の電気信号の最後のパルス信号の極性と、最後のパルス信号の１つ前のパルス信号の極性とが異なるため、制御回路１６は、最後のパルス信号のパルス幅の１０−５０％のパルス幅の劣化抑制用パルス信号を、パルス発生回路１５に電極１１ａ，１１ｂへ印加させる。

また、基本波形の電気信号は、図５に示すように、同じ極性のパルス信号が複数連続してもよい。図５においては、４つの連続する正極性のパルス信号と、４つの連続する負極性のパルス信号とが繰り返される例を示している。図５に示すように、基本波形の電気信号の最後に同じ極性のパルス信号が複数連続する場合、制御回路１６は、基本波形の電気信号の最後に連続する複数のパルス信号のパルス幅の合計の１０−５０％のパルス幅を有し、基本波形の電気信号の最後のパルス信号と極性の異なる劣化抑制用パルス信号を、パルス発生回路１５に電極１１へ印加させる。

次に、本実施形態に係る電気筋肉刺激装置１０の制御方法について、制御回路１６の動作を中心に説明する。

制御回路１６は、電気刺激を人体の筋肉に与えるために、正極性のパルス信号と、負極性のパルス信号とからなる基本波形の電気信号を、パルス発生回路１５に電極１１へ印加させる。

そして、制御回路１６は、基本波形の電気信号が電極へ印加されるごとに、基本波形の電気信号の最後のパルス信号と極性の異なるパルス信号を、パルス発生回路１５に電極１１へ印加させる。

すなわち、本実施形態に係る電気筋肉刺激装置１０の制御方法は、電気刺激を人体の筋肉に与えるための複数のパルス信号からなる基本波形の電気信号を、電極１１へ印加するステップと、基本波形の電気信号が電極１１へ印加されるごとに、基本波形の電気信号の最後のパルス信号と極性の異なるパルス信号を、電極１１へ印加するステップとを含む。

このように本実施形態においては、電気筋肉刺激装置１０は、電気刺激を人体の筋肉に与えるための複数のパルス信号からなる基本波形の電気信号を、電極１１へ印加するパルス発生回路１５と、基本波形の電気信号を所定の周期でパルス発生回路１５に電極１１へ印加させる制御回路１６とを備える。制御回路１６は、基本波形の電気信号が電極１１へ印加されるごとに、基本波形の電気信号の最後のパルス信号と極性の異なるパルス信号を、パルス発生回路１５に電極１１へ印加させる

基本波形の電気信号が印加されるごとに、基本波形の電気信号の最後のパルス信号と極性の異なるパル信号を電極１１へ印加することで、最後のパルス信号の印加の際に正側であった電極１１における塩化銀の生成を抑制することができる。その結果、電極１１の電気特性の劣化を抑制することができる。

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨および範囲内で、多くの変更および置換が可能であることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形および変更が可能である。例えば、実施形態の構成図に記載の複数の構成ブロックを１つに組み合わせたり、あるいは１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。

１０ 電気筋肉刺激装置
１１ａ，１１ｂ 電極
１２ 操作部
１３ 通知部
１４ 電源回路
１５ パルス発生回路
１６ 制御回路

Claims (4)

1. 人体に当接する電極を介して、電気刺激を前記人体の筋肉に与える電気筋肉刺激装置であって、
   前記電気刺激を前記人体の筋肉に与えるための複数のパルス信号からなる基本波形の電気信号を、前記電極へ印加するパルス発生回路と、
   前記基本波形の電気信号を所定の周期で前記パルス発生回路に前記電極へ印加させる制御回路とを備え、
   前記制御回路は、前記基本波形の電気信号が前記電極へ印加されるごとに、前記基本波形の電気信号の最後のパルス信号と極性の異なるパルス信号を、前記パルス発生回路に前記電極へ印加させる、電気筋肉刺激装置。
2. 請求項１に記載の電気筋肉刺激装置において、
   前記制御回路は、前記基本波形の電気信号の最後のパルス信号の極性と、前記最後のパルス信号の１つ前のパルス信号の極性とが異なる場合、前記最後のパルス信号のパルス幅の１０−５０％のパルス幅を有し、前記最後のパルス信号と極性の異なるパルス信号を、前記パルス発生回路に前記電極へ印加させる、電気筋肉刺激装置。
3. 請求項１に記載の電気筋肉刺激装置において、
   前記制御回路は、前記基本波形の電気信号が、同じ極性のパルス信号が複数連続して終了する場合、該連続する複数のパルス信号のパルス幅の合計の１０−５０％のパルス幅を有し、前記最後のパルス信号と極性の異なるパルス信号を、前記パルス発生回路に前記電極へ印加させる、電気筋肉刺激装置。
4. 人体に当接する電極を介して、電気刺激を前記人体の筋肉に与える電気筋肉刺激装置の制御方法であって、
   前記電気刺激を前記人体の筋肉に与えるための複数のパルス信号からなる基本波形の電気信号を、所定の周期で前記電極へ印加するステップと、
   前記基本波形の電気信号が前記電極へ印加されるごとに、前記基本波形の電気信号の最後のパルス信号と極性の異なるパルス信号を、前記電極へ印加するステップと、を含む制御方法。

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