JP5347803B2 - 電位治療器 - Google Patents

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本発明は、交流電源を入力源とし、人工的な電界を発生させる電位治療器に関する。
家庭用の交流電源を入力源とし、トランスを用いて高電圧を発生させ、その高電圧を治療対象に印加することによって治療効果を発揮する電位治療器が、特許文献1に開示されている。
2007−111196号公報
既存の電位治療器は、例えば電圧がAC100Vで、周波数が50Hz又は60Hzの家庭用の交流電源を入力源とし、高電圧発生用のトランスを用いて、直接的に希望の電圧(9000Vrms)へ昇圧している。そのため、トランスの入力側巻線と出力側巻線は絶縁を配慮した高巻数比のものとなり、また、低い周波数の電圧を扱う為に小型化できず、機器の小型化を妨げる大きな要素となっていた。また、単に家庭用の交流電源からの入力電圧を変圧用のトランスで昇圧するだけの構成であるため、周波数の変換や、出力波形のプラスとマイナスの電圧比率を変更することが難しく、単調な波形の出力電圧に対する治療対象の慣れ防止対策が課題となっていた。
本発明は、上記問題点を解決しようとするものであり、小型軽量で、出力電圧の周波数や波形等を容易に変化させることのできる電位治療器を提供することをその目的とする。
請求項1の発明は、直流の入力電圧よりも高電圧の電位を発生させる電位発生手段と、治療対象に接触させて前記電位を与える電極と、を有する電位治療器において、前記電位発生手段は第1のトランスと第1のスイッチング素子を有する第1のパルス発生手段と、第2のトランスと第2のスイッチング素子を有する第2のパルス発生手段と、からなり、前記第1のパルス発生手段は、前記第1のスイッチング素子のスイッチング動作に伴い、前記第1のトランスの入力側に前記入力電圧を断続的に印加し、それにより、前記第1のトランスの出力側に誘起した電圧からプラス側パルス電圧を発生させる構成を有し、前記第2のパルス発生手段は、前記第2のスイッチング素子のスイッチング動作に伴い、前記第2のトランスの入力側に前記入力電圧を断続的に印加し、それにより、前記第2のトランスの出力側に誘起した電圧からプラス側パルス電圧を発生させる構成を有する。
また、前記電極は第1のパルス発生手段に接続されるプラス側電極と、第2のパルス発生手段に接続されるマイナス側電極とに分離して設けられるものである。
請求項2の発明は、前記第1および第2のパルス発生手段の出力を、それぞれ独立して可変制御することにより、前記プラス側パルス電圧と前記マイナス側パルス電圧の振幅やデューティや周期を、個別で任意に変化させることができるものである。
請求項3の発明は、前記第1および第2のパルス発生手段の一方のみを動作させることにより、前記プラス側パルス電圧あるいは前記マイナス側パルス電圧のみを発生させることができるものである。
請求項1の発明によれば、昇圧用のトランスには、スイッチング素子のスイッチング動作に伴い、入力電圧が断続的に印加される。
そのため、スイッチング素子のスイッチング周波数を高周波(数十KHz以上)にすることにより、昇圧用のトランスに非常に小型なトランスを使用でき、電位治療器の大幅な小型軽量化が可能である。
また、治療対象に接触させる電極をプラス側パルス電圧が印加されるプラス側電極と、マイナス側パルス電圧が印加されるマイナス側電極とに分離して設けている。
そのため、一つの電極にプラスの電圧とマイナスの電圧を交互に印加する場合に必要な電圧切替回路が不要となり、プラスの電圧とマイナスの電圧の高速な切り替えが可能となる。
請求項2の発明によれば、プラス側パルス電圧とマイナス側パルス電圧の振幅やデューティや周期を、それぞれ独立して任意に変化させることができる。
そのため、治療目的に応じて、出力電圧を最適な周波数・波形に簡単に変化させることができ、また、プラス側とマイナス側を個別に制御するので、プラス側とマイナス側の電圧比も任意に変更できる。
請求項3の発明によれば、2つのパルス発生手段の一方のみを動作させることにより、前記プラス側パルス電圧あるいは前記マイナス側パルス電圧のみを治療対象に与えることができる。
そのため、治療目的に応じて、プラスのみあるいはマイナスのみのパルス電圧を簡単に治療対象に与えることができる。
本発明の一実施例を示す電位治療器の概略図である。 本発明の一実施例を示す電位治療器のスイッチング素子のスイッチングパルスの波形と、出力のパルス電圧と擬似的に等価な波形の波形図である。
以下、本発明における電位治療器の実施例について、添付図を参照して詳細に説明する
電位治療器の全体構成を図1に基づき説明すると、1は治療器内の電源装置(図示せず)で得られる安定した直流入力電圧VCCが入力端子1Iに入力され、これを安定化した状態の直流電圧V1に変換して出力端子1Oから出力する、電源手段としての可変電源装置である。2aは、直流電圧V1から第1のパルス電圧P1を発生させる、パルス発生手段としての第1のスイッチング電源であり、2bは、直流電圧V1から第2のパルス電圧P2を発生させる、パルス発生手段としての第2のスイッチング電源である。スイッチング電源2aは後述するスイッチング素子Q1のスイッチング動作によってプラス側パルス電圧P1を、スイッチング電源2bは後述するスイッチング素子Q2のスイッチング動作によってマイナス側パルス電圧P2を発生させるものである。3は、可変電源装置1の出力である直流電圧V1と、スイッチング電源2aおよび2bの出力波形と、を制御するための制御手段としてのCPUである。CPU3は操作手段(図示せず)を通じて、その動作が操作される。また、4aは前記プラス側パルス電圧P1を印加されるプラス側電極であり、また、4bは前記マイナス側パルス電圧P2を印加されるマイナス側電極である。
本実施例では、前記電源装置の入力源として、電圧がAC100Vで、周波数が50Hz又は60Hzの家庭用交流源を電源装置で入力電圧VCCに変換し、可変電源装置1で使用している。可変電源装置1は、CPU3の電圧コントロール端子3Cからの電圧コントロール信号CSが制御入力端子1Cに入力されることにより制御され、入力電圧VCCを任意の電圧の直流電圧V1に変換する。なお、可変電源装置1は、電位治療器を携行することが可能にできるように、バッテリー等の直流電圧源を入力電圧に使用してもよい。
スイッチング電源2aは、電圧を上昇させ一次側と二次側を絶縁するための昇圧トランスT1と、スイッチング素子Q1と,整流素子D1と、平滑素子C1と、電源切断時に平滑素子C1の蓄積電荷を放電させるためのブリーダー抵抗R1と、を備え、スイッチング電源2bは昇圧トランスT2と、スイッチング素子Q2と、整流素子D2と、平滑巻線素子C2と、ブリーダー抵抗R3と、を備える。昇圧トランスT1は一次側巻線と二次側が逆極性、昇圧トランスT2は一次側巻線と二次側が正極性のものを使用する。
なお、本実施例においては、簡単な構成で効率よく超高圧を発生させることができるフライバック方式で、スイッチング電源2a,2bを構成しているが、本願発明の回路構成を限定するものではない。例えば、スイッチング周波数を大きくすると、インダクタLとキャパシタCを小さくでき、回路が小型軽量になるとともに、安く作れるようになる昇圧チョッパ回路を使用しても良い。
昇圧トランスT1の入力側巻線の一側端子には前記直流電圧が供給され、入力側巻線の他側端子はスイッチング素子Q1のドレイン端子に接続され、出力側巻線の一側端子は整流素子D1のアノードに、出力側巻線の他側端子はアースに接続される。スイッチング素子Q1のソース端子は、アースに接続され、昇圧トランスT1の入力側巻線との直列回路を構成する。整流素子D1のカソードは、平滑素子C1とブリーダー抵抗R1からなる並列回路の一側と接続され、さらに、保護抵抗R2を通して電極4aに接続される。平滑素子C1とブリーダー抵抗R1からなる並列回路の他側はアースに接続される。また、スイッチング素子Q1のゲートにはCPU3のプラス側スイッチングパルス端子3+から、プラス側スイッチングパルスが供給される。
昇圧トランスT2の入力側巻線の一側端子には前記直流電圧が供給され、入力側巻線の他側端子はスイッチング素子Q2のドレイン端子に接続され、出力側巻線の一側端子は整流素子D2のカソードに、出力側巻線の他側端子はアースに接続される。スイッチング素子Q2のソース端子は、アースに接続され、昇圧トランスT2の入力側巻線との直列回路を構成する。整流素子D2のアノードは、平滑素子C2とブリーダー抵抗R3からなる並列回路の一側と接続され、さらに、保護抵抗R4を通して電極4bに接続される。平滑素子C2とブリーダー抵抗R3からなる並列回路の他側はアースに接続される。また、スイッチング素子Q2のゲートにはCPU3のマイナス側スイッチングパルス端子3−から、マイナス側スイッチングパルスが供給される。
CPU3の電圧コントロール端子3Cから電圧コントロール信号CSが可変電源装置1の制御入力端子1Cに供給され、プラス側スイッチングパルス端子3+からプラス側スイッチングパルスP+がスイッチング素子Q1のゲート端子に、マイナス側スイッチングパルス端子3−からマイナス側スイッチングパルスP−がスイッチング素子Q2のゲート端子にそれぞれ独立して供給される。
電極4a,4bは、前記治療対象に接触させる部位で、電極4aにはプラス側パルス電圧P1が、電極4bにはマイナス側パルス電圧P2が印加される。
電極4a,4bは、前記治療対象が乗って使用するマット状タイプ、前記治療対象の治療部位に接触させて使用する棒状タイプ等、様々な形状とすることができる。
電極4a,4bは、前記両パルス電圧の利用法に応じて、絶縁処理が施されるか施されないかが決定される。そのため、必要に応じて絶縁体(図示せず)で電極4a,4bを覆うのが好ましい。
次に、上記構成の電位治療器の動作を説明する。
スイッチング電源2aでは、スイッチング素子Q1のスイッチング動作に伴い、昇圧トランスT1の入力側巻線に直流電圧V1を断続的に印加し、それにより、昇圧トランスT1の出力側巻線に誘起した電圧を発生させ、これを整流素子D1で整流して平滑素子C1に充電し、平滑素子C1の両端電圧をプラス側パルス電圧P1としてプラス側電極4aに出力する。
スイッチング電源2bでも同様に、スイッチング素子Q2のスイッチング動作に伴い、昇圧トランスT2の入力側巻線に直流電圧V1を断続的に印加し、それにより、昇圧トランスT2の出力側巻線に誘起した電圧を発生させ、これを整流素子D2で整流して平滑素子C2に充電し、平滑素子C2の両端電圧をマイナス側パルス電圧P2としてマイナス側電極4bに出力する。
CPU3は電圧コントロール信号CSにより、可変電源装置1の直流電圧V1のレベルを制御することで、前記パルス電圧P1,P2の振幅(電圧)を制御することができる。
電圧コントロール信号CSは前述した操作手段により適宜変更可能である。
また、CPU3はプラス側スイッチングパルスP+により、スイッチング素子Q1のスイッチング動作を制御することで、プラス側パルス電圧P1のデューティや周期を制御することができる。
さらに、CPU3は前記マイナス側スイッチングパルスP−により、スイッチング素子Q2のスイッチング動作を制御することで、マイナス側パルス電圧P2のデューティや周期を制御することができる。
これらのスイッチングパルスP+,P−についても、前記操作手段により適宜変更可能である。
一例として、図2には、パルス電圧P1,P2の近似波形P1´,P2´が正弦波形とステップ波形と三角波形である場合の、スイッチングパルスP+,P−の波形と近似波形P1´,P2´とが示されている。
なお、実際は近似波形P2´はマイナス側に波形が現れるが、図の簡略化のため、近似波形P1´と逆向き同波形の近似波形P2´は省略する。
図2の(A)は、正弦波形の近似波形P1´,P2´と、それを発生させるための、スイッチングパルスP+,P−の波形である。
スイッチングパルスP+,P−が、一定周波数、一定振幅(電圧)で、デューティ(図中Ton/T)を正弦波形の半周期に相当する期間の開始から中間までの間は、0°<θ<90°のサインカーブに近似した比率で増加させ、前記半周期の中間から終了までの間は、90°<θ<180°のサインカーブに近似した比率で減少させたオンパルスからなり、このスイッチングパルスP+,P−でスイッチング電源2a、2bを駆動すると、近似波形P1´は、正弦波形のプラスの半波長分となり、出力の近似波形P2´は、正弦波形のマイナスの半波長分となる。
上述のスイッチングパルスP+を、休止期間を設けずに連続して繰り返し、スイッチング電源2aのみを駆動すると正弦波を全波整流した波形の近似波形P1´と近似的に等価な波形のプラス側パルス電圧P1を治療対象に与えることができる。
また、上述のスイッチングパルスP−を、休止期間を設けずに連続して繰り返し、スイッチング電源2bのみを駆動すると正弦波を全波整流した波形と近似的に等価な波形のマイナス側パルス電圧P2を治療対象に与えることができる。
また、上述のスイッチングパルスP+と、正弦波形の半周期に相当する休止期間と、を連続して繰り返しスイッチング電源2aのみを駆動すると、図2の(A)のような、正弦波を半波整流した波形の近似波形P1´と近似的に等価な波形のプラス側パルス電圧P1を治療対象に与えることができる。
また、上述のスイッチングパルスP−と、正弦波形の半周期に相当する休止期間と、を連続して繰り返しスイッチング電源2bのみを駆動すると、正弦波を半波整流した波形の近似波形P2´と近似的に等価な波形のマイナス側パルス電圧P2を治療対象に与えることができる。
さらに、上述のスイッチングパルスP+と、正弦波形の半周期に相当する休止期間と、を連続して繰り返しスイッチング電源2aを駆動し、スイッチングパルスP+でスイッチング電源2aを駆動する期間はスイッチング電源2bの駆動を休止し、スイッチング電源2aの休止期間にスイッチングパルスP−でスイッチング電源2bを駆動するようにすると、近似波形P1´と近似波形P2´を合成した正弦波と近似的に等価な波形の、プラス側パルス電圧P1とマイナス側パルス電圧P2を合成したパルス電圧を治療対象に与えることができる。
図2の(B)は、ステップ波形の近似波形P1´,P2´と、それを発生させるための、スイッチングパルスP+,P−の波形である。
スイッチングパルスP+が、一定周波数、一定振幅(電圧)で、デューティ一定のオンパルスからなり、このスイッチングパルスP+で一定期間に渡ってスイッチング電源2aを駆動すると、近似波形P1´はスイッチングパルスP+が一定周波数で出力される期間において、単発のプラスのステップ波形となる。
スイッチングパルスP−が、一定周波数、一定振幅(電圧)で、デューティ一定のオンパルスからなり、このスイッチングパルスP−で一定期間に渡ってスイッチング電源2bを駆動すると、近似波形P2´はスイッチングパルスP−が一定周波数で出力される期間において、単発のマイナスのステップ波形となる。
近似波形P1´,P2´の振幅(電圧)はスイッチングパルスのデューティを制御することにより決定する。ここでは、スイッチングパルスP+,P−のデューティが増加するほど、近似波形P1´,P2´の振幅(電圧)を増加させることができる。
また、上述の正弦波形の説明と同様に、プラス側パルス電圧P1またはマイナス側パルス電圧P2のみを繰り返し治療対象に与えたり、プラス側パルス電圧P1とマイナス側パルス電圧P2を交互に繰り返し治療対象に与えたりすることもできる。
また、ステップ波形と近似的に等価な波形のプラス側パルス電圧P1またはマイナス側パルス電圧P2を、近似波形P1´またはP2´の振幅(電圧)が徐々に増加したり、徐々に減少したり、強弱を繰り返したりするように治療対象に与えたりすることもできる。
図2の(C)は、三角波形の近似波形P1´,P2´と、それを発生させるための、スイッチングパルスP+,P−の波形である。
スイッチングパルスP+が、一定周波数、一定振幅(電圧)で、デューティを0から線形的に増加させ、所定のパルス以降デューティを0まで線形的に減少させるオンパルスからなり、このスイッチングパルスP+でスイッチング電源2aを駆動すると、近似波形P1´は単発のプラスの三角波形となる。
スイッチングパルスP−が、一定周波数、一定振幅(電圧)で、デューティを0から線形的に増加させ、所定のパルス以降デューティを0まで線形的に減少させるオンパルスからなり、このスイッチングパルスP+でスイッチング電源2bを駆動すると、近似波形P2´は単発のマイナスの三角波形となる。
スイッチングパルスP+,P−が、一定周波数、一定振幅(電圧)で、デューティを所定の値から始めて、0まで線形的に減少させるオンパルスからなり、このスイッチングパルスP+,P−でスイッチング電源2a,2bを駆動すると、近似波形P1´,P2´の波形は、単発の立ち上がりの急な三角波形となる。
スイッチングパルスP+,P−が、一定周波数、一定振幅(電圧)で、デューティを0から線形的に所定の値まで増加させるオンパルスからなり、このスイッチングパルスP+,P−でスイッチング電源2a,2bを駆動すると、近似波形P1´,P2´の波形は、単発の立ち下がりの急な三角波形となる。
ステップ波形の場合と同様に、三角波形の近似波形P1´,P2´の頂点の振幅(電圧)はスイッチングパルスのデューティを制御することにより決定する。ここでは、スイッチングパルスP+,P−のデューティが増加するほど、近似波形P1´,P2´の頂点の振幅(電圧)を増加させることができる。
また、上述の正弦波形の説明と同様に、プラス側パルス電圧P1またはマイナス側パルス電圧P2のみを繰り返し治療対象に与えたり、プラス側パルス電圧P1とマイナス側パルス電圧P2を交互に繰り返し治療対象に与えたりすることもできる。
また、上述のステップ波形の説明と同様に、三角波形と近似的に等価な波形のプラス側パルス電圧P1またはマイナス側パルス電圧P2を、近似波形P1´またはP2´の頂点の振幅(電圧)が徐々に増加したり、徐々に減少したり、強弱を繰り返したりするように治療対象に与えたりすることもできる。
さらに、上述の正弦波形やステップ波形や三角波形やその他の波形を、様々に組み合わせたプラス側パルス電圧P1とマイナス側パルス電圧P2を治療対象に与えたりすることもできる。
また、治療対象の慣れによる効果の減少を防ぐために、スイッチングパルスにランダムな信号成分を加えて、パルス発生手段がパルス電圧にランダムな揺らぎを与えるように構成してもよい。
本実施例では、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2のスイッチング動作をそれぞれ独立して制御するために、CPU3からスイッチングパルスP+をスイッチング素子Q1に、スイッチングパルスP−をスイッチング素子Q2にそれぞれ独立して供給することにより、スイッチング電源2a,2bをそれぞれ独立して制御することができる。
また、第1のパルス発生手段としてのスイッチング電源2aは高周波のスイッチングパルスP+で、第2のパルス発生手段としてのスイッチング電源2bは高周波のスイッチングパルスP−で駆動されることにより、スイッチング電源2aを構成する昇圧トランスT1と、スイッチング電源2bを構成する昇圧トランスT2は、いずれも高周波用の小型のトランスを使用することができ、電位治療器を大幅に小型化することができる。
CPU3からスイッチング電源2aへのスイッチングパルスP+と、スイッチング電源2bへのスイッチングパルスP−とを、それぞれ独立して可変制御することによって、プラス側パルス電圧P1とマイナス側パルス電圧P2の振幅やデューティや周期を、個別で任意に変化させることができ、治療目的に応じて、治療対象に与える電圧波形をフレキシブルに変化させることができる。さらに、プラス側とマイナス側の電圧比も任意に変更できる。
また、スイッチング電源2a,2bのいずれか一方のみを駆動させることで、治療目的に応じて、プラスの範囲でのみ変化する電圧波形、またはマイナスの範囲でのみ変化する電圧波形を治療対象に与えることができる。
また、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数を数十KHz程度にした場合、治療対象に与えるパルス電圧P1,P2の周波数は、0.1Hz〜80Hzの範囲で設定することも可能で、交流電源の周波数に依存して、40Hz〜70Hz程度の周波数の波形しか出力できない従来の電位治療器に比べ、治療効果の幅を拡げることができる。
プラス側パルス電圧P1が印加される電極4aとマイナス側パルス電圧P2が印加される電極4bを分離して設けることにより、一つの電極にプラスの電圧とマイナスの電圧を交互に印加する場合に必要な電圧切替回路が不要となり、プラスの電圧とマイナスの電圧の高速な切り替えが可能となる。
電極4a,4bに印加された前記パルス電圧P1,P2の電位を治療対象に印加し、前記治療対象にごく微量の電流を流すか、あるいは、前記治療対象に前記パルス電圧による帯電によって生じる電界を作用させることによって、治療効果を得ることができる。
電極4a,4bには、前記治療対象に前記パルス電圧による帯電によって生じる電界を作用させる場合には絶縁処理が施され、前記治療対象にごく微量の電流を流す場合には絶縁処理は施されない。
本実施例では、マット状タイプで絶縁処理を施された電極4a,4bに、前記治療対象が乗り、前記プラス側パルス電圧と前記マイナス側パルス電圧を、交互に複数回ずつ周期的に発生させることにより、前記治療対象に方向が繰り返し反転する電界を作用させる場合を取り扱っている。
変形例として、電極4aおよび4bで前記治療対象を挟み込むように、電極4a,4bを配置し、前記プラス側パルス電圧と前記マイナス側パルス電圧を同時に発生させることにより、前記治療対象に方向が一定の、より強い電界を発生させることもできる。ただし、その場合、電界の方向を繰り返し反転させることはできない。
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更実施が可能である。
1 電源装置(電源手段)
2a スイッチング電源(第1のパルス発生手段)
2b スイッチング電源(第2のパルス発生手段)
4a 電極(プラス側電極)
4b 電極(マイナス側電極)
T1 昇圧トランス(第1のトランス)
T2 昇圧トランス(第2のトランス)
Q1 スイッチング素子(第1のスイッチング素子)
Q2 スイッチング素子(第2のスイッチング素子)

Claims (3)

  1. 直流の入力電圧よりも高電圧の電位を発生させる電位発生手段と、治療対象に接触させて前記電位を与える電極と、を有する電位治療器において、
    前記電位発生手段は第1のトランスと第1のスイッチング素子を有する第1のパルス発生手段と、第2のトランスと第2のスイッチング素子を有する第2のパルス発生手段と、からなり、
    前記第1のパルス発生手段は、前記第1のスイッチング素子のスイッチング動作に伴い、前記第1のトランスの入力側に前記入力電圧を断続的に印加し、それにより、前記第1のトランスの出力側に誘起した電圧からプラス側パルス電圧を発生させる構成を有し、
    前記第2のパルス発生手段は、前記第2のスイッチング素子のスイッチング動作に伴い、前記第2のトランスの入力側に前記入力電圧を断続的に印加し、それにより、前記第2のトランスの出力側に誘起した電圧からマイナス側パルス電圧を発生させる構成を有し、
    前記電極がマット状で絶縁処理を施され
    前記電極は第1のパルス発生手段に接続されるプラス側電極と、第2のパルス発生手段に接続されるマイナス側電極とに分離して設けられることを特徴とする電位治療器。
  2. 前記第1および第2のパルス発生手段の出力を、それぞれ独立して可変制御することにより、前記プラス側パルス電圧と前記マイナス側パルス電圧の振幅やデューティや周期を、個別で任意に変化させることができるものであることを特徴とする請求項1に記載の電位治療器。
  3. 前記第1および第2のパルス発生手段の一方のみを動作させることにより、前記プラス側パルス電圧あるいは前記マイナス側パルス電圧のみを発生させることができるものであることを特徴とする請求項2に記載の電位治療器。
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