JP6308499B2 - 電気刺激装置 - Google Patents

Description

本発明は筋肉に電気刺激を与える電気刺激装置に関する。

筋肉に電気刺激を与える電気刺激装置が知られている。その一例である特許文献１の電気刺激装置は、電流を出力する電極、膝関節の動作に関する情報を検出するセンサー、および、電極およびセンサーが取り付けられ、下肢に装着されるサポーターを備える。この電気刺激装置によれば、電極から出力される電流の大きさがセンサーの検出結果に応じて調節される。

特開２０１２−１１１０２号公報

上記電気刺激装置では腹筋を適切にトレーニングできない。
本発明の目的は腹筋を適切にトレーニングできる電気刺激装置を提供することである。

本発明に従う電気刺激装置の一形態は、筋肉に電気刺激を与える電気刺激装置であって、前記電気刺激を与えるために電流を出力する電極パッドと、腰の動作に関する情報を検出するセンサーと、前記センサーの検出結果に基づいて前記電極パッドから出力される電流の大きさを調節する制御部と、前記電極パッド、前記センサー、および、前記制御部を支持するベルトとを備える。

上記電気刺激装置は腹筋を適切にトレーニングできる。

は実施の形態の電気刺激装置の斜視図である。 は図１のパッド保持部の展開図である。 は図１のパッドの正面図である。 は図１の電気刺激装置のブロック図である。 は図１の電気刺激装置の歩行動作時における各事項の変化の一例を示すタイムチャートである（（ａ）は歩行フェーズ、（ｂ）は筋肉の伸縮、（ｃ）は角速度の値、（ｄ）は電流の出力形態）。 は図１の電気刺激装置の捻転動作時における各事項の変化の一例を示すタイムチャートである（（ａ）は回旋フェーズ、（ｂ）は筋肉の伸縮、（ｃ）は角速度の値、（ｄ）は電流の出力形態）。 は図１の電気刺激装置の屈曲動作時における各事項の変化の一例を示すタイムチャートである（（ａ）は腹筋フェーズ、（ｂ）は筋肉の伸縮、（ｃ）は角速度の値、（ｄ）は電流の出力形態）。 は図１の電気刺激装置の屈曲動作時における異常状態の一例を示すタイムチャートである（（ａ）は角速度の値、（ｂ）は電流の出力形態）。 は図１の電気刺激装置の使用状態の一例を示す正面図である。

（電気刺激装置が取り得る形態の一例）
〔１〕本発明に従う電気刺激装置の一形態は、筋肉に電気刺激を与える電気刺激装置であって、前記電気刺激を与えるために電流を出力する電極パッドと、腰の動作に関する情報を検出するセンサーと、前記センサーの検出結果に基づいて前記電極パッドから出力される電流の大きさを調節する制御部と、前記電極パッド、前記センサー、および、前記制御部を支持するベルトとを備える。

本電気刺激装置によれば、ユーザーは電極パッドが腹部の周囲に配置されるようにベルトを腰に装着できる。ベルトを装着したユーザーが腰を動かす場合、センサーはその腰の動作に関する情報を検出する。制御部はセンサーの検出結果に基づいて電極パッドから電流を出力させる。このため、その電流が腹部を流れることにより腹部に電気刺激が与えられ、腹筋を適切にトレーニングできる。

〔２〕前記電気刺激装置の一例によれば、前記腰の動作に関する情報は腰の角速度である。
腰が動作することにより腹筋も動作する。このため、腰の角速度は腹筋の動作と相関を有する。上記〔２〕の電気刺激装置のセンサーはこの点を踏まえて腰の角速度を検出する。このため、腹筋の動作に応じて電気刺激が腹部に適切に与えられやすい。

〔３〕前記電気刺激装置の一例によれば、前記センサーは身体の動作にともなう前記腰の動作に関する情報を検出する。
動作している腹筋に電気刺激が与えられる場合、動作していない腹筋に電気刺激が与えられる場合よりも高いトレーニング効果が得られやすい。上記〔３〕の電気刺激装置のセンサーはこの点を踏まえて腰の動作に関する情報を検出する。このため、腹筋が効率的にトレーニングされる可能性が高められる。

〔４〕前記電気刺激装置の一例によれば、前記身体の動作は歩行動作、走行動作、捻転動作、および、屈曲動作のいずれかである。
腹筋の動作態様は身体の動作の種類に応じて異なる。上記〔４〕の電気刺激装置のセンサーはこの点を踏まえて身体の動作の種類毎に腰の動作に関する情報を検出する。このため、腹筋の動作態様に応じた電気刺激が腹部に与えられやすい。

〔５〕前記電気刺激装置の一例によれば、前記制御部は前記身体の動作の種類毎に設定される電流の出力形態、および、前記センサーの検出結果に基づいて、前記電極パッドから出力される電流の大きさを調節する。

本電気刺激装置によれば、腹筋の動作に応じた電気刺激が腹部に与えられる。このため、腹筋が効率的にトレーニングされる可能性が一層高められる。また、好ましくない電気刺激が腹部に与えられるおそれが低減される。

〔６〕前記電気刺激装置の一例によれば、前記制御部は、前記センサーの検出結果が反映された角速度の値が所定の範囲に含まれる場合、前記電極パッドに電流を出力させない、または、前記角速度の値が前記所定の範囲に含まれない場合よりも前記電極パッドから出力される電流を小さくする。

角速度の値は腰の動作の度合と相関を有する。このため、腰の動作と関連付けて所定の範囲が予め設定されることにより、角速度の値と所定の範囲との関係により腰の動作が示唆される。一例によれば、角速度の値が所定の範囲に含まれる場合、腰の動作が小さいこと、または、腰が動作していないことが示唆される。腹筋が動作していない、または、腹筋の動作が小さい場合、電極パッドから腹筋に電流が流されても腹筋が効率的にトレーニングされないおそれがある。上記〔６〕の電気刺激装置の制御部はこの点を踏まえて電流を調節する。このため、腹筋が効率的にトレーニングされる可能性が一層高められる。

〔７〕前記電気刺激装置の一例によれば、前記制御部は、前記角速度の値が前記所定の範囲に含まれない状態が継続した時間である継続時間が所定時間以上の場合、前記電極パッドに電流を出力させない、または、前記継続時間が前記所定時間未満の場合よりも前記電極パッドから出力される電流を小さくする。

トレーニングのために身体が動作する場合、角速度の値が所定の範囲に含まれる状態、および、角速度の値が所定の範囲に含まれない状態がおおよそ周期的に繰り返される。一方、センサーの出力に異常が生じている場合、角速度の値が所定の範囲に含まれない状態が継続することがある。このため、継続時間が所定時間以上である場合、センサーの出力の異常が実際に生じている可能性が高い。上記〔７〕の電気刺激装置の制御部はこの点を踏まえて電流を調節する。このため、実際の腰の動作を反映していない可能性がある角速度の値に基づいて電流が調節されるおそれが低減される。

（実施の形態）
図１は対象部位に装着可能なベルト型の電気刺激装置１の一例を示す。電気刺激装置１は、対象部位の一例である腹部まわりに装着可能な装着部１０、電気刺激装置１を構成するいくつかの要素を備える本体２０、および、対象部位に電気刺激を与えるために電流を出力する複数の電極パッド６０を備える。一例によれば、電極パッド６０の枚数は４枚である。

電気刺激装置１はさらに、各電極パッド６０を制御する制御部３０、腰の動作に関する情報を検出するセンサーの一例である角速度センサー５１、および、角速度センサー５１を収容するセンサーケース５０を備える。制御部３０は本体２０の内部に収容される。電気刺激装置１はさらに、制御部３０と角速度センサー５１とをセンサーケース５０を介して接続する主コード７１、および、複数の電極パッド６０とセンサーケース５０とを接続する電極コード７２を備える。主コード７１および電極コード７２はセンサーケース５０内において電気的に接続される。このため、制御部３０および複数の電極パッド６０は各コード７１，７２を介して電気的に接続される。

装着部１０は対象部位に巻き付けられるベルト１１、本体２０を保持する本体保持部１２、センサーケース５０を保持するセンサー保持部１３、および、電極パッド６０を保持するパッド保持部１４を備える。ベルト１１は例えば伸縮可能な材料により形成される。ベルト１１の長手方向の両端部に面ファスナーのフックおよびループ（図示略）が取り付けられる。ベルト１１が対象部位に巻き付けられ、面ファスナーのフックおよびループが貼り合わせられることによりベルト１１が対象部位に装着される。ベルト１１は電極コード７２が挿入される穴１１Ａを備える。

本体保持部１２の一例は本体２０を保持可能な輪であり、ベルト１１の長手方向における一方の端部に形成される。本体２０が本体保持部１２に挿入されることにより、本体２０および制御部３０がベルト１１により支持される。

センサー保持部１３の一例はセンサーケース５０を保持可能な輪であり、ベルト１１の長手方向において本体保持部１２とパッド保持部１４との間に形成される。センサーケース５０がセンサー保持部１３に挿入されることにより、センサーケース５０および角速度センサー５１がベルト１１により支持される。

パッド保持部１４の一例はベルト１１の長手方向における中間部分の内側に形成され、電極パッド６０を着脱するための構造を備える厚手のシートである。各電極パッド６０がパッド保持部１４に取り付けられることにより、各電極パッド６０がベルト１１により支持される。パッド保持部１４は電極コード７２の端子７３が挿入される８つの穴１４Ａを備える。

電極パッド６０の一例は導電性を有する薄型フィルムパッドである。電極パッド６０の形状はくびれが形成された左右対称の瓢箪形状である。２枚の電極パッド６０はパッド保持部１４のうちの右側の部分に取り付けられる。２枚の電極パッド６０はパッド保持部１４のうちの左側の部分に取り付けられる。

主コード７１および電極コード７２はベルト１１の外周に沿って配線される。電極コード７２は例えば８本のコードが束ねられた１本のコードである。８本のコードのそれぞれの先端に端子７３が取り付けられる。図２に示されるように、電極コード７２がベルト１１の穴１１Ａに挿入され、各端子７３がパッド保持部１４の穴１４Ａに挿入される。このため、各端子７３はパッド保持部１４の外部に露出する。

図２はパッド保持部１４が展開した状態のベルト１１の平面を示す。パッド保持部１４はベルト１１の縁と接続される。パッド保持部１４がベルト１１に向けて折り返され、パッド保持部１４の内面およびベルト１１の内面に形成される面ファスナー１５がそれぞれ貼り合わせられることにより、パッド保持部１４がベルト１１により保持される。この状態によれば、ベルト１１の内面とパッド保持部１４の内面との間に形成される空間に電極コード７２が収容される。

パッド保持部１４の面ファスナー１５側に形成される４つの穴１４Ａはおおよそ一列に並べられる。パッド保持部１４におけるベルト１１との接続部分側に形成される４つの穴１４Ａも同様におおよそ一列に並べられる。面ファスナー１５側の列においてパッド保持部１４の長手方向の中心側に形成される２つの穴１４Ａの間隔ＷＡは、パッド保持部１４の接続部分側の列においてパッド保持部１４の長手方向の中心側に形成される２つの穴１４Ａの間隔ＷＢよりも広い。間隔ＷＡおよび間隔ＷＢのそれぞれの大きさ、ならびに、間隔ＷＡと間隔ＷＢとの関係は例えば標準的な腹筋の形状に基づいて決められる。

図３はパッド保持部１４から分離された電極パッド６０を示す。電極パッド６０は、対象部位に装着される面である装着面６０Ａ（図１参照）、パッド保持部１４（図２参照）と面する面である非装着面６０Ｂ、および、電極コード７２（図２参照）の端子７３（図２参照）が接続される２つのホック６１を備える。装着面６０Ａは導電性および粘着性を有するゲル状の材料に覆われる。各ホック６１は非装着面６０Ｂに取り付けられる。電極パッド６０における各ホック６１の位置は、電極パッド６０の長手方向における２つのホック６１間の中心が電極パッド６０の長手方向の中心に対して長手方向にオフセットするように決められている。

各ホック６１がパッド保持部１４の穴１４Ａ（図２参照）から露出した各端子７３に取り付けられることにより電極パッド６０がパッド保持部１４に保持される。この状態によれば、電極コード７２、端子７３、ホック６１、および、装着面６０Ａが電気的に接続される。

図４は本体２０のブロック図を示す。本体２０は制御部３０の他に、一次電池または二次電池の電力を制御部３０および電極パッド６０等に供給する電源部２１、ならびに、電気刺激装置１の動作を選択するために操作される操作部４０を備える。操作部４０は電気刺激装置１の電源のオンおよびオフを切り替える電源スイッチ４１、および、電極パッド６０による電流の出力形態を選択するモード選択部４２を備える。

モード選択部４２は例えば次の４種類のボタンを備える。第１のボタンは、歩行動作に適したモードである歩行動作モードを選択するためのボタンである。第２のボタンは、走行動作に適したモードである走行動作モードを選択するためのボタンである。第３のボタンは、捻転動作に適したモードである捻転動作モードを選択するためのボタンである。第４のボタンは、屈曲動作に適したモードである屈曲動作モードを選択するためのボタンである。

制御部３０は電極パッド６０を制御するために参照する各種の情報を予め記憶している。その一例は、モード選択部４２により選択される動作モードに対応する複数の電流の出力形態、および、角速度センサー５１の検出結果から得られた角速度の値と対比するための所定の範囲を規定する複数の閾値である。

角速度センサー５１は身体の動作にともなう腰の角速度を検出する。身体の動作は例えば歩行動作、走行動作、捻転動作、および、屈曲動作のいずれかである。一例では、人体の高さ方向に沿う軸である第１軸、および、人体の左右方向に沿う軸である第２軸まわりにおける角速度が角速度センサー５１により検出される。

モード選択部４２により歩行動作モード、走行動作モード、および、捻転動作モードのいずれかの動作モードが選択された場合、第１軸まわりの角速度が角速度センサー５１により検出される。モード選択部４２により屈曲動作モードが選択された場合、第２軸まわりの角速度が角速度センサー５１により検出される。角速度センサー５１は例えば数マイクロ秒毎に第１軸または第２軸まわりの角速度を検出し、その検出結果を制御部３０に出力する。

制御部３０により次の演算処理が実行されることにより角速度センサー５１の検出結果から角速度の値が算出される。最初に、移動平均処理が実行される。この処理によれば、デジタル化された角速度センサー５１の検出結果がローパスフィルタに通されることにより一定の高周波信号が角速度センサー５１の検出結果から除去され、正弦波信号が生成される。次に、正弦波信号に基づいて角速度の値が求められる。

図５を参照して、歩行動作モードにおける電流の出力形態の一例について説明する。
図５（ａ）は歩行動作における脚の歩行フェーズを示す。歩行動作の１周期は２つの歩行フェーズである立脚期および遊脚期に区分される。立脚期は足の少なくとも一部が地面または床等に接触している期間である。遊脚期は足が地面または床等から離れている期間である。

図５（ｂ）は腹筋の動作状態を示す。左脚の歩行フェーズが立脚期であり、右脚の歩行フェーズが遊脚期である場合、体幹が第１軸まわりで右回転することにより、左半身に含まれる腹筋である左側の腹筋が伸展し、かつ、右半身に含まれる腹筋である右側の腹筋が収縮する。右脚の歩行フェーズが遊脚期から立脚期に移行してから左脚の歩行フェーズが立脚期から遊脚期に移行するまでの間、左側の腹筋が歩行動作において最も伸展し、右側の腹筋が歩行動作において最も収縮する。この場合、右側の腹筋が主動筋として働き、左側の腹筋が拮抗筋として働く。

左脚の歩行フェーズが遊脚期であり、右脚の歩行フェーズが立脚期である場合、体幹が第１軸まわりで左回転することにより、左側の腹筋が収縮し、かつ、右側の腹筋が伸展する。左脚の歩行フェーズが遊脚期から立脚期に移行してから右脚の歩行フェーズが立脚期から遊脚期に移行するまでの間、左側の腹筋が歩行動作において最も収縮し、右側の腹筋が歩行動作において最も伸展する。この場合、左側の腹筋が主動筋として働き、右側の腹筋が拮抗筋として働く。

図５（ｃ）は角速度センサー５１の検出結果から求められた角速度の値を示す。
ユーザー１００が歩行動作を形成する場合、角速度センサー５１により第１軸まわりの角速度が検出される。一例では、骨盤が第１軸まわりで左回転する場合に角速度が正の値を示し、骨盤が第１軸まわりで右回転する場合に角速度は負の値を示す。

歩行動作によれば、体幹および骨盤が第１軸まわりで互いに反対方向に回転する。この点を考慮することにより、角速度センサー５１の検出結果から腹筋の伸縮状態を適切に求めることができる。右側および左側の一方の腹筋が最も伸展した場合、または、歩行動作が停止している場合、角速度が実質的に０を示す。角速度が実質的に０であることは、例えば角速度が所定の角速度未満の大きさを示すことにより判定される。

歩行動作モードにおいて参照される閾値は例えば次の４種類である。１つ目は左側の腹筋に電流を流すために参照される閾値である第１の閾値ＷＰ１である。２つ目はその電流の流れを停止するために参照される閾値である第２の閾値ＷＰ２である。３つ目は右側の腹筋に電流を流すために参照される閾値である第３の閾値ＷＭ１である。４つ目はその電流の流れを停止するために参照される閾値である第４の閾値ＷＭ２である。上記各閾値は、制御部３０から電極パッド６０に指令信号が出力されてからその指令が電極パッド６０の実際の動作に反映されるまでの応答遅れを考慮して設定される。このため、電流を流すために参照される閾値ＷＰ１，ＷＭ１と、電流の流れを停止するために参照される閾値ＷＰ２，ＷＭ２とが異なる値を有する。

制御部３０は、角速度センサー５１の検出結果が反映された角速度の値と各閾値とを対比することにより、角速度の値が所定の範囲に含まれるか否かを判定する。一例によれば、歩行動作モードに対して２種類の所定の範囲が設定される。１つ目は角速度の値が負のピークから正のピークに向かって変化している場合に角速度の値と対比される第１の所定の範囲である。２つ目は角速度の値が正のピークから負のピークに向かって変化している場合に角速度の値と対比される第２の所定の範囲である。第１の所定の範囲および第２の所定の範囲は、例えば以下のように正の領域および負の領域にまたがって設定される。

第１の所定の範囲は第１の閾値ＷＰ１と第４の閾値ＷＭ２とにより規定される。第１の閾値ＷＰ１と０とにより規定される範囲は第１の所定の範囲のうちの正の領域に存在する部分である。第４の閾値ＷＭ２と０とにより規定される範囲は第１の所定の範囲のうちの負の領域に存在する部分である。

第２の所定の範囲は第２の閾値ＷＰ２と第３の閾値ＷＭ１とにより規定される。第２の閾値ＷＰ２と０とにより規定される範囲は第２の所定の範囲のうちの正の領域に存在する部分である。第３の閾値ＷＭ１と０とにより規定される範囲は第２の所定の範囲のうちの負の領域に存在する部分である。

制御部３０は、角速度の値と各閾値との関係、および、モード選択部４２により選択される動作モードに基づいて、電極パッド６０から出力される電流を調節する。一例では、制御部３０は角速度の値と各閾値との関係に基づいて電流の出力および停止のタイミングを決める。

制御部３０は角速度の値と閾値との関係に関する同一の判定結果が連続して得られた回数が所定の回数以上の場合、その判定結果が有効であると判定し、その判定結果を電極パッド６０の制御に用いる。一方、制御部３０は角速度の値と閾値との関係に関する同一の判定結果が連続して得られた回数が所定の回数未満の場合、その判定結果が無効であると判定し、その時点ではその判定結果を電極パッド６０の制御に用いない。なお、所定の回数は動作モード毎に設定される。

図５（ｄ）は電流の出力形態を示す。
時刻ｔ１１において、角速度の値が第１の閾値ＷＰ１未満の大きさから第１の閾値ＷＰ１以上の大きさに変化した場合、制御部３０は角速度の値と第１の閾値ＷＰ１との比較の結果に基づいて、左側の電極パッド６０に電流を出力させる。この場合、角速度の値が第１の閾値ＷＰ１以上であるため、左側の腹筋が拮抗筋として伸展していることが示唆される。このため、制御部３０はその左側の腹筋に電気刺激が与えられるように左側の電極パッド６０から電流を出力させる。

時刻ｔ１２において、角速度の値が第２の閾値ＷＰ２以上の大きさから第２の閾値ＷＰ２未満の大きさに変化した場合、制御部３０は角速度の値と第２の閾値ＷＰ２との比較の結果に基づいて、左側の電極パッド６０による電流の出力を停止する。この場合、角速度の値が第２の閾値ＷＰ２未満であるため、腹筋が動作する速度が低い、または、腹筋が動作していないことが示唆される。このため、制御部３０は腹筋に電気刺激が与えられないように左側の電極パッド６０による電流の出力を停止する。

時刻ｔ１３において、角速度の値が第３の閾値ＷＭ１以上の大きさから第３の閾値ＷＭ１未満の大きさに変化した場合、制御部３０は角速度の値と第３の閾値ＷＭ１との比較の結果に基づいて、右側の電極パッド６０に電流を出力させる。この場合、角速度の値が第３の閾値ＷＭ１未満であるため、右側の腹筋が拮抗筋として伸展していることが示唆される。このため、制御部３０はその右側の腹筋に電気刺激が与えられるように右側の電極パッド６０から電流を出力させる。

時刻ｔ１４において、角速度の値が第４の閾値ＷＭ２未満の大きさから第４の閾値ＷＭ２以上の大きさに変化した場合、制御部３０は角速度の値と第４の閾値ＷＭ２との比較の結果に基づいて、右側の電極パッド６０による電流の出力を停止する。この場合、角速度の値が第４の閾値ＷＭ２以上であるため、腹筋が動作する速度が低い、または、腹筋が動作していないことが示唆される。このため、制御部３０は腹筋に電気刺激が与えられないように右側の電極パッド６０による電流の出力を停止する。

このように、制御部３０は角速度の値が所定の範囲に含まれる場合に電極パッド６０による電流の出力を停止し、角速度の値が所定の範囲に含まれない場合に対応する電極パッド６０に電流を出力させる。なお、時刻ｔ１４以降も歩行動作が継続される場合、制御部３０は時刻ｔ１１〜ｔ１４に実行する処理と同様の処理を繰り返し実行する。また、歩行動作に代えて走行動作が形成される場合、制御部３０は歩行動作が形成される場合に実行する処理と同様の処理を実行する。

図６を参照して、捻転動作モードにおける電流の出力形態の一例について説明する。
図６（ａ）は捻転動作における回旋フェーズを示す。捻転動作の１周期は２つの回旋フェーズである左回旋期および右回旋期に区分される。左回旋期は体幹が第１軸まわりで左回転する動作である。右回旋期は体幹が第１軸まわりで右回転する動作である。体幹が第１軸まわりで回転することにより骨盤が体幹の動作にともない第１軸まわりで回転する。

図６（ｂ）は腹筋の動作状態を示す。回旋フェーズが左回旋期である場合、左側の腹筋が収縮し、かつ、右側の腹筋が伸展する。回旋フェーズが左回旋期から右回旋期に変化するとき、左側の腹筋が捻転動作において最も収縮し、右側の腹筋が捻転動作において最も伸展する。この場合、左側の腹筋が主動筋として働き、右側の腹筋が拮抗筋として働く。

回旋フェーズが右回旋期である場合、左側の腹筋が伸展し、かつ、右側の腹筋が収縮する。回旋フェーズが右回旋期から左回旋期に変化するとき、左側の腹筋が捻転動作において最も伸展し、右側の腹筋が捻転動作において最も収縮する。この場合、右側の腹筋が主動筋として働き、左側の腹筋が拮抗筋として働く。

図６（ｃ）は角速度センサー５１の検出結果から求められた角速度の値を示す。
ユーザー１００が捻転動作を形成する場合、角速度センサー５１により第１軸まわりの角速度が検出される。捻転動作によれば、体幹および骨盤が第１軸まわりで同じ方向に回転する。この点を考慮することにより、角速度センサー５１の検出結果から腹筋の伸縮状態を適切に求めることができる。右側および左側の一方の腹筋が最も伸展した場合、または、捻転動作が停止している場合、角速度が実質的に０を示す。

捻転動作モードにおいて参照される閾値は例えば次の４種類である。１つ目は右側の腹筋に電流を流すために参照される閾値である第１の閾値ＴＰ１である。２つ目はその電流の流れを停止するために参照される閾値である第２の閾値ＴＰ２である。３つ目は左側の腹筋に電流を流すために参照される閾値である第３の閾値ＴＭ１である。４つ目はその電流の流れを停止するために参照される閾値である第４の閾値ＴＭ２である。上記各閾値は、制御部３０から電極パッド６０に指令信号が出力されてからその指令が電極パッド６０の実際の動作に反映されるまでの応答遅れを考慮して設定される。このため、電流を流すために参照される閾値ＴＰ１，ＴＭ１と、電流の流れを停止するために参照される閾値ＴＰ２，ＴＭ２とが異なる値を有する。

制御部３０は、角速度センサー５１の検出結果が反映された角速度の値と各閾値とを対比することにより、角速度の値が所定の範囲に含まれるか否かを判定する。一例によれば、捻転動作モードに対して２種類の所定の範囲が設定される。１つ目は角速度の値が負のピークから正のピークに向かって変化している場合に角速度の値と対比される第１の所定の範囲である。２つ目は角速度の値が正のピークから負のピークに向かって変化している場合に角速度の値と対比される第２の所定の範囲である。第１の所定の範囲および第２の所定の範囲は、例えば以下のように正の領域および負の領域にまたがって設定される。

第１の所定の範囲は第１の閾値ＴＰ１と第４の閾値ＴＭ２とにより規定される。第１の閾値ＴＰ１と０とにより規定される範囲は第１の所定の範囲のうちの正の領域に存在する部分である。第４の閾値ＴＭ２と０とにより規定される範囲は第１の所定の範囲のうちの負の領域に存在する部分である。

第２の所定の範囲は第２の閾値ＴＰ２と第３の閾値ＴＭ１とにより規定される。第２の閾値ＴＰ２と０とにより規定される範囲は第２の所定の範囲のうちの正の領域に存在する部分である。第３の閾値ＴＭ１と０とにより規定される範囲は第２の所定の範囲のうちの負の領域に存在する部分である。

図６（ｄ）は電流の出力形態を示す。
時刻ｔ２１において、角速度の値が第１の閾値ＴＰ１未満の大きさから第１の閾値ＴＰ１以上の大きさに変化した場合、制御部３０は角速度の値と第１の閾値ＴＰ１との比較の結果に基づいて、右側の電極パッド６０に電流を出力させる。この場合、角速度の値が第１の閾値ＴＰ１以上であるため、右側の腹筋が拮抗筋として伸展していることが示唆される。このため、制御部３０はその右側の腹筋に電気刺激が与えられるように右側の電極パッド６０から電流を出力させる。

時刻ｔ２２において、角速度の値が第２の閾値ＴＰ２以上の大きさから第２の閾値ＴＰ２未満の大きさに変化した場合、制御部３０は角速度の値と第２の閾値ＴＰ２との比較の結果に基づいて、右側の電極パッド６０による電流の出力を停止する。この場合、角速度の値が第２の閾値ＴＰ２未満であるため、腹筋が動作する速度が低い、または、腹筋が動作していないことが示唆される。このため、制御部３０は腹筋に電気刺激が与えられないように右側の電極パッド６０による電流の出力を停止する。

時刻ｔ２３において、角速度の値が第３の閾値ＴＭ１以上の大きさから第３の閾値ＴＭ１未満の大きさに変化した場合、制御部３０は角速度の値と第３の閾値ＴＭ１との比較の結果に基づいて、左側の電極パッド６０に電流を出力させる。この場合、角速度の値が第３の閾値ＴＭ１以上であるため、左側の腹筋が拮抗筋として伸展していることが示唆される。このため、制御部３０はその左側の腹筋に電気刺激が与えられるように左側の電極パッド６０から電流を出力させる。

時刻ｔ２４において、角速度の値が第４の閾値ＴＭ２未満の大きさから第４の閾値ＴＭ２以上の大きさに変化した場合、制御部３０は角速度の値と第４の閾値ＴＭ２との比較の結果に基づいて、左側の電極パッド６０による電流の出力を停止する。この場合、角速度の値が第４の閾値ＴＭ２以上であるため、腹筋が動作する速度が低い、または、腹筋が動作していないことが示唆される。このため、制御部３０は腹筋に電気刺激が与えられないように左側の電極パッド６０による電流の出力を停止する。

このように、制御部３０は角速度の値が所定の範囲に含まれる場合に電極パッド６０により電流の出力を停止し、角速度の値が所定の範囲に含まれない場合に対応する電極パッド６０に電流を出力させる。なお、時刻ｔ２４以降も捻転動作が継続される場合、制御部３０は時刻ｔ２１〜ｔ２４に実行する処理と同様の処理を繰り返し実行する。

図７を参照して、屈曲動作モードにおける電流の出力形態の一例について説明する。
図７（ａ）は屈曲動作における腹筋の動作に関するフェーズである腹筋フェーズを示す。屈曲動作の一例はシットアップであり、その１周期は２つの腹筋フェーズである屈曲期および伸展期に区分される。屈曲期は上半身が起きる動作である。伸展期は上半身が倒れる動作である。

上半身が屈曲または伸展する場合、体幹が第２軸まわりで回転する。ここでは、ユーザー１００を左側から見た場合を基準に第２軸まわりにおける体幹の回転方向を規定する。このため、上半身が屈曲する場合、第２軸まわりで左回転し、上半身が伸展する場合、第２軸まわりで右回転する。上半身が第２軸まわりで回転することにより骨盤が上半身の動作にともない第２軸まわりで回転する。

図７（ｂ）は腹筋の動作状態を示す。腹筋フェーズが屈曲期である場合、腹筋が収縮し、かつ、背筋が伸展する。腹筋フェーズが屈曲期から伸展期に変化するとき、腹筋が屈曲動作において最も収縮し、背筋が屈曲動作において最も伸展する。この場合、実質的に腹筋の全部が主動筋として働き、実質的に背筋の全部が拮抗筋として働く。

腹筋フェーズが伸展期である場合、腹筋が伸展し、かつ、背筋が収縮する。腹筋フェーズが伸展期から屈曲期に変化するとき、腹筋が屈曲動作において最も伸展し、背筋が屈曲動作において最も収縮する。この場合、実質的に背筋の全部が主動筋として働き、実質的に腹筋の全部が拮抗筋として働く。

図７（ｃ）は角速度センサー５１の検出結果から求められた角速度の値を示す。
ユーザー１００が屈曲動作を形成する場合、角速度センサー５１により第２軸まわりの角速度が検出される。一例では、骨盤が第２軸まわりで左回転する場合に角速度が正の値を示し、骨盤が第２軸まわりで右回転する場合に角速度は負の値を示す。

屈曲動作によれば、体幹および骨盤が第２軸まわりで同じ方向に回転する。この点を考慮することにより、角速度センサー５１の検出結果から腹筋の伸縮状態を適切に求めることができる。腹筋および背筋の一方が最も伸展した場合、または、屈曲動作が停止している場合、角速度が実質的に０を示す。

屈曲動作モードにおいて参照される閾値は例えば次の２種類である。１つ目は腹筋に電流を流すために参照される閾値である第１の閾値Ａ１である。２つ目はその電流の流れを停止するために参照される閾値である第２の閾値Ａ２である。上記各閾値は、制御部３０から電極パッド６０に指令信号が出力されてからその指令が電極パッド６０の実際の動作に反映されるまでの応答遅れを考慮して設定される。このため、電流を流すために参照される第１の閾値Ａ１と、電流の流れを停止するために参照される第２の閾値Ａ２とが異なる値を有する。

制御部３０は、角速度センサー５１の検出結果が反映された角速度の値と各閾値とを対比することにより、角速度の値が所定の範囲に含まれるか否かを判定する。一例によれば、屈曲動作モードに対して２種類の所定の範囲が設定される。１つ目は角速度の値が負のピークから正のピークに向かって変化している場合に角速度の値と対比される第１の所定の範囲である。２つ目は角速度の値が正のピークから負のピークに向かって変化している場合に角速度の値と対比される第２の所定の範囲である。第１の所定の範囲および第２の所定の範囲は、例えば以下のように正の領域および負の領域にまたがって設定される。

第１の所定の範囲は例えば第２の閾値Ａ２により規定される。０以上の範囲は第１の所定の範囲のうちの正の領域に存在する部分である。第２の閾値Ａ２と０とにより規定される範囲は第１の所定の範囲のうちの負の領域に存在する部分である。

第２の所定の範囲は例えば第１の閾値Ａ１により規定される。０以上の範囲は第２の所定の範囲のうちの正の領域に存在する部分である。第１の閾値Ａ１と０とにより規定される範囲は第２の所定の範囲のうちの負の領域に存在する部分である。

図７（ｄ）は電流の出力形態を示す。
時刻ｔ３１において、角速度の値が第１の閾値Ａ１以上の大きさから第１の閾値Ａ１未満の大きさに変化した場合、制御部３０は角速度の値と第１の閾値Ａ１との比較の結果に基づいて、全部の電極パッド６０に電流を出力させる。この場合、角速度の値が第１の閾値Ａ１以上であるため、腹筋の全部が拮抗筋として伸展していることが示唆される。このため、制御部３０は腹筋の全部に電気刺激が与えられるように全部の電極パッド６０から電流を出力させる。

時刻ｔ３２において、角速度の値が第２の閾値Ａ２未満の大きさから第２の閾値Ａ２以上の大きさに変化した場合、制御部３０は角速度の値と第２の閾値Ａ２との比較の結果に基づいて全部の電極パッド６０による電流の出力を停止する。この場合、角速度の値が第２の閾値Ａ２以上であるため、腹筋が動作する速度が低い、または、腹筋が動作していないことが示唆される。このため、制御部３０は腹筋に電気刺激が与えられないように全部の電極パッド６０による電流の出力を停止する。

このように、制御部３０は角速度の値が所定の範囲に含まれる場合に電極パッド６０により電流の出力を停止し、角速度の値が所定の範囲に含まれない場合に対応する電極パッド６０に電流を出力させる。なお、時刻ｔ３２以降も屈曲動作が継続される場合、制御部３０は時刻ｔ３１〜ｔ３２に実行する処理と同様の処理を繰り返し実行する。

図８は屈曲動作時における異常状態を示す。制御部３０は角速度センサー５１の出力の異常に対応するため、角速度の値が所定の範囲に含まれない状態が継続された時間である継続時間と所定時間ＴＸとの関係を判定する。継続時間が所定時間ＴＸ以上の場合、角速度センサー５１の出力に異常が生じていることが示唆される。このため、制御部３０は例えば電極パッド６０による電流の出力を停止する。なお、所定時間ＴＸは例えば動作モード毎に設定される。

時刻ｔ４１において、制御部３０は時刻ｔ３１（図７（ｄ）参照）に実行される処理と実質的に同じ処理を実行し、全部の電極パッド６０から電流を出力させる。時刻ｔ４２において継続時間が所定時間ＴＸに到達した場合、制御部３０は各電極パッド６０による電流の出力を停止する。なお、制御部３０は歩行動作、走行動作、および、捻転動作が形成される場合においても上記と同様に継続時間と所定時間ＴＸとの関係に基づいて電極パッド６０を制御する。

図９を参照して、電気刺激装置１の作用について説明する。
電気刺激装置１はユーザー１００により例えば次のように使用される。最初に、各電極パッド６０が腹部の周囲に配置されるように装着部１０が腰に装着される。次に、電源スイッチ４１（図４参照）が操作され、電源がオフからオンに切り替えられる。次に、モード選択部４２（図４参照）が操作され、その後に形成される身体の動作の種類に応じた動作モードが選択される。次に、本体２０（図１参照）が本体保持部１２（図１参照）に収納される。その後、ユーザー１００はモード選択部４２により選択した動作モードに対応する動作を形成する。

ユーザー１００の動作にともないユーザー１００の腰の動作に関する情報が角速度センサー５１（図１参照）により検出される。角速度センサー５１の検出結果および選択された動作モードに応じて各電極パッド６０が制御部３０（図１参照）により制御されることにより、電極パッド６０から電流が出力される。このため、その電流が腹部に流れることにより腹部に電気刺激が与えられ、腹筋が適切にトレーニングされる。

実施の形態の電気刺激装置１によればさらに以下の効果が得られる。
（１）腰が動作することにより腹筋も動作する。このため、腰の角速度は腹筋の動作と相関を有する。電気刺激装置１はこの点を踏まえ、角速度センサー５１により腰の角速度を検出する。このため、腹筋の動作に応じた電気刺激が腹部に与えられやすい。

（２）動作している腹筋に電気刺激が与えられる場合、動作していない腹筋に電気刺激が与えられる場合よりも高いトレーニング効果が得られやすい。電気刺激装置１はこの点を踏まえ、角速度センサー５１により身体の動作にともなう腰の角速度を検出する。このため、腹筋の動作に応じて電気刺激が腹部に適切に与えられやすい。

（３）腹筋の動作態様は身体の動作の種類に応じて異なる。電気刺激装置１はこの点を踏まえ、角速度センサー５１により身体の動作の種類毎に腰の角速度を検出する。このため、腹筋の動作態様に応じた電気刺激が腹部に与えられやすい。このため、腹筋が効率的にトレーニングされる可能性が一層高められる。

（４）角速度の値は腰の動作の度合と相関を有する。このため、腰の動作と関連付けて所定の範囲が予め設定されることにより、角速度の値と所定の範囲との関係により腰の動作が示唆される。一例によれば、角速度の値が所定の範囲に含まれる場合、腰の動作が小さいこと、または、腰が動作していないことが示唆される。腹筋が動作していない、または、腹筋の動作が小さい場合、電極パッドから腹筋に電流が流されても腹筋が効率的にトレーニングされないおそれがある。電気刺激装置１の制御部３０はこの点を踏まえ、角速度の値が所定の範囲に含まれる場合に電極パッド６０から電流の出力を停止させる。このため、腹筋が効率的にトレーニングされる可能性が一層高められる。

（５）トレーニングのために身体が動作する場合、角速度の値が所定の範囲に含まれる状態、および、角速度の値が所定の範囲に含まれない状態がおおよそ周期的に繰り返される。一方、角速度センサー５１の出力に異常が生じている場合、角速度の値が所定の範囲に含まれない状態が継続することがある。このため、継続時間が所定時間ＴＸ以上である場合、角速度センサー５１の出力の異常が実際に生じている可能性が高い。電気刺激装置１の制御部３０はこの点を踏まえ、継続時間が所定時間ＴＸ以上である場合に電極パッド６０から電流の出力を停止させる。このため、実際の腰の動作を反映していない可能性がある角速度の値に基づいて電流が調節されるおそれが低減される。

（６）電流を出力させるために参照される閾値、および、電流の出力を停止させるために参照される閾値は、制御部３０から電極パッド６０に指令信号が出力されてからその指令が電極パッド６０の実際の動作に反映されるまでの応答遅れを考慮して設定される。このため、電極パッド６０から実際に電流が出力されるタイミングが好ましいタイミングよりも遅れることに起因して、腹筋のトレーニング効果が低下するおそれが低減される。また、電極パッド６０から電流の出力が実際に停止されるタイミングが好ましいタイミングよりも遅れることに起因して、腹筋に好ましくない電気刺激が与えられるおそれが低減される。

（７）電極パッド６０における各ホック６１の位置は、電極パッド６０の長手方向における２つのホック６１間の中心が電極パッド６０の長手方向の中心に対して長手方向にオフセットするように決められている。このため、電極パッド６０が端子７３に取り付けられる場合、２つのホック６１間の中心が電極パッド６０の長手方向の中心に対してオフセットする方向に応じて、パッド保持部１４の長手方向における２つの電極パッド６０の距離が変化する。このため、電極パッド６０と腹筋との位置関係も変化する。この構成によれば、パッド保持部１４に対する電極パッド６０の方向を入れ替えるだけで、電極パッド６０と腹筋との位置関係を２段階で調節できる。このため、簡易な構成により電気刺激装置１の利便性が高められる。

（変形例）
実施の形態に関する説明は本発明に従う電気刺激装置が取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に従う電気刺激装置は実施の形態以外に例えば以下に示される実施の形態の変形例、および、相互に矛盾しない少なくとも２つの変形例が組み合わせられた形態を取り得る。

・制御部３０による継続時間に基づく電極パッド６０の制御形態は任意の選択事項である。一例によれば、継続時間が所定時間ＴＸ以上の場合、制御部３０は継続時間が所定時間ＴＸ未満の場合よりも電極パッド６０から出力される電流を小さくする。

・制御部３０による角速度の値に基づく電極パッド６０の制御形態は任意の選択事項である。一例によれば、角速度の値が所定の範囲に含まれる場合、制御部３０は角速度の値が所定の範囲に含まれない場合よりも電極パッド６０から出力される電流を小さくする。

・モード選択部４２により選択可能なモードの内容は任意の選択事項である。一例によれば、モード選択部４２から歩行動作モード、走行動作モード、捻転動作モード、および、屈曲動作モードのうちの１つまたは２つが省略される。また、別の一例によれば、上記各モードに加えて別のモードがモード選択部４２に追加される。別のモードの一例はユーザーが静止状態を形成する場合に適したモードであるリラックスモードである。リラックスモードが選択された場合、制御部３０は弱い電流を一定のリズムで電極パッド６０から出力させる。このため、ソフトな電気刺激が腹部に与えられる。

・変形例の電気刺激装置１によれば、操作部４０からモード選択部４２が省略される。この変形例によれば、制御部３０は例えば角速度センサー５１の検出結果に基づいて身体の動作の種類を判定し、その結果に基づいて電極パッド６０から出力される電流を調節する。

・変形例の操作部４０は、電気刺激の出力のレベルを調節するために操作される出力調節部をさらに備える。この変形例によれば、制御部３０はユーザー１００により設定された出力調節部の操作位置に応じて電極パッド６０から出力される電流を調節する。

・変形例の電気刺激装置１は、角速度センサー５１に代えて、腰の動作に関する情報を検出するゴニオメーターを備える。
・変形例の電気刺激装置１は、角速度センサー５１に加えて、腰の動作に関する情報を検出する１または複数の別のセンサーを備える。別のセンサーの一例は加速度センサーである。

・角速度の値の符号と身体の回転方向との関係は任意の選択事項である。一例によれば、骨盤が第１軸または第２軸まわりで右回転する場合に角速度が正の値を示し、骨盤が第１軸または第２軸まわりで左回転する場合に角速度が負の値を示す。

・制御部３０による角速度の値と閾値との関係に基づく電極パッド６０の制御形態は任意の選択事項である。一例によれば、制御部３０は電流を流すために参照される閾値と、電流の流れを停止するために参照される閾値とを１つの閾値として記憶する。そして、制御部３０は角速度の値と１つの閾値との関係に基づいて、電流を出力させるタイミングと電流の出力を停止させるタイミングとを判定する。この場合、各動作モードに対して１つまたは２つの閾値により規定される１種類の所定の範囲が設定される。

・電極パッド６０における各ホック６１の取付位置は任意の選択事項である。一例によれば、２つのホック６１間の中心と電極パッド６０の長手方向の中心とが一致するように電極パッド６０における各ホック６１の取付位置が決められる。

・変形例の電気刺激装置１は１枚〜３枚のいずれかの枚数の電極パッド６０、または、５枚以上のいずれかの枚数の電極パッド６０を備える。
・変形例の電気刺激装置１によれば、装着部１０からパッド保持部１４が省略される。この場合、ユーザー１００は電極パッド６０を腹部に直接貼り付け、その電極パッド６０の上に装着部１０を巻き付ける。

・変形例のセンサー保持部１３は、ベルト１１の長手方向にスライド可能な構造を備える。この場合、体型の異なる複数のユーザー１００により電気刺激装置１が使用される場合であっても、センサー保持部１３がスライドすることにより角速度センサー５１を好ましい位置に配置される。

・変形例の電気刺激装置１によれば、装着部１０から本体保持部１２が省略される。この場合、ユーザー１００は例えば本体２０を把持しながら電気刺激装置１を使用する。
・変形例の電気刺激装置１によれば、本体２０とセンサーケース５０とが一体的に構成される。この変形例によれば、装着部１０から本体保持部１２を省略できる。

・制御部３０による電流の出力形態は任意の選択事項である。一例によれば、制御部３０は拮抗筋に代えて主動筋に電気刺激を与える電流の出力形態を備える。
・変形例の制御部３０は、捻転動作の一例であるツイストランジおよびスタンディングトランクツイスト等に対応する電流の出力形態をさらに備える。

・変形例の制御部３０は、屈曲動作の一例であるシットアップに対応する電流の出力形態に代えてまたは加えて、屈曲動作の別の一例であるクランチに対応する電流の出力形態を備える。

（課題を解決するための手段に関する付記）
〔付記１〕前記電極パッドを保持するパッド保持部と、前記センサーを保持するセンサー保持部とをさらに備え、前記パッド保持部および前記センサー保持部は前記ベルトに支持される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の電気刺激装置。

〔付記２〕前記所定の範囲は前記身体の動作の種類毎に設定される、請求項６に記載の電気刺激装置。
〔付記３〕前記所定の範囲は、前記角速度の値が負のピークから正のピークに向かって変化している場合に前記角速度の値と対比される第１の所定の範囲、および、前記角速度の値が正のピークから負のピークに向かって変化している場合に前記角速度の値と対比される第２の所定の範囲を含む、請求項６または付記２に記載の電気刺激装置。

〔付記４〕前記継続時間が前記身体の動作の種類毎に設定される、請求項７に記載の電気刺激装置。

本電気刺激装置は腹筋をはじめとして身体の各部分のトレーニングに利用できる。

１ ：電気刺激装置
１１ ：ベルト
３０ ：制御部
５１ ：角速度センサー（センサー）
６０ ：電極パッド
ＴＸ ：所定時間

Claims (6)

1. 腹筋に電気刺激を与える電気刺激装置であって、
   前記電気刺激を与えるために電流を出力する電極パッドと、
   少なくとも人体の高さ方向に沿う軸まわりにおける腰の角速度を検出するセンサーと、
   前記センサーの検出結果に基づいて前記電極パッドから出力される電流の大きさを調節する制御部と、
   前記電極パッド、前記センサー、および、前記制御部を支持するベルトとを備え、
   前記センサーは、前記電極パッドが前記腹筋に配置されるように前記ベルトが腰まわりに装着された状態において、身体の側部に配置されるように前記ベルトに支持される
   電気刺激装置。
2. 前記センサーは身体の動作にともなう前記腰の角速度を検出する
   請求項１に記載の電気刺激装置。
3. 前記身体の動作は歩行動作、走行動作、捻転動作、および、屈曲動作のいずれかである
   請求項２に記載の電気刺激装置。
4. 前記制御部は前記身体の動作の種類毎に設定される電流の出力形態、および、前記センサーの検出結果に基づいて、前記電極パッドから出力される電流の大きさを調節する
   請求項２または３に記載の電気刺激装置。
5. 前記制御部は、前記センサーの検出結果が反映された角速度の値が所定の範囲に含まれる場合、前記電極パッドに電流を出力させない、または、前記角速度の値が前記所定の範囲に含まれない場合よりも前記電極パッドから出力される電流を小さくする
   請求項４に記載の電気刺激装置。
6. 前記制御部は、前記角速度の値が前記所定の範囲に含まれない状態が継続した時間である継続時間が所定時間以上の場合、前記電極パッドに電流を出力させない、または、前記継続時間が前記所定時間未満の場合よりも前記電極パッドから出力される電流を小さくする
   請求項５に記載の電気刺激装置。