JP7399459B2

JP7399459B2 - イオン導入装置

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Publication number: JP7399459B2
Application number: JP2019211984A
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Inventors: 辰之小林
Original assignee: Techno Link Co Ltd
Current assignee: Techno Link Co Ltd
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Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2023-12-18
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Description

本発明は、イオン導入装置に関する。

特許文献１、２及び非特許文献１には、一対の電極を用いて生体に電流を流すことによってイオン化成分を生体に導入するイオン導入装置が記載されている。非特許文献２には、生体がコンデンサのような容量性を有することが記載されている。

特開２０１０－２３４０９２号公報特許第４１７１６４６号公報

「ＤｒｕｇＤｅｌｉｖｅｒｙＳｙｓｔｅｍＶＯＬ．１３ＮＯ．５ＳＥＰＴＥＭＢＥＲ１９９８」Ｐ．３５３－３５７「医用電子と生体工学第２１巻第７号」Ｐ．３７－４４

イオン導入装置は、生体にイオン化成分を導入するため、イオンの極性に対応する直流の電流を生体に流すことになる。生体に直流の電流を流すため、たとえ低電圧で微弱な電流であっても、生体が有する容量性によって生体に電荷が蓄積されてしまい、この結果、不快感や痛みや火傷を誘発することがある。このため、生体に蓄積される電荷を除去することが望ましい。

特許文献１、２では、イオン化成分を生体に導入するためのパルスを多数出力した後、逆極性のパルスを出力している。但し、特許文献１、２のように逆極性のパルスを印加すると、電極の電圧の正負が逆転することによる電圧差が大きいため、生体に強い刺激を与えるおそれがある。

非特許文献１では、生体（皮膚あるいは粘膜）を抵抗部分とコンデンサ部分の二つの並列な電気回路として表現し、生体に電流を通電しない非通電時に回路を短絡させることによって、コンデンサ部分に蓄積した電荷を放電させている。但し、非特許文献１では、回路を短絡させたときに１度に大きな放電電流が流れるおそれがあり、生体に強い刺激を与えるおそれがある。

本発明は、生体に蓄積した電荷を除去する際に生体への刺激を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するための主たる第１の発明は、一対の電極を有し、生体に電流を出力する出力部と、前記出力部への通電を制御する第１スイッチを有する通電回路と、前記生体に蓄積された電荷の放電を制御する第２スイッチを有する放電回路と、前記第１スイッチ及び第２スイッチを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記第１スイッチをオンにして前記出力部から生体に電流を出力する通電期間と、前記第１スイッチをオフにする非通電期間とを繰り返すとともに、前記非通電期間に、複数の放電用パルスを有する放電用パルス群によって前記第２スイッチにオン／オフを繰り返させることによって、前記生体に蓄積された電荷を徐々に放電させ、前記非通電期間に、前記放電用パルス群を前記第２スイッチに出力した後、前記放電用パルスのパルス幅よりも広い時間幅で前記第２スイッチをオンにして、前記生体に蓄積された電荷を放電させることを特徴とするイオン導入装置である。
また、上記目的を達成するための主たる第２の発明は、一対の電極を有し、生体に電流を出力する出力部と、前記出力部への通電を制御する第１スイッチを有する通電回路と、前記生体に蓄積された電荷の放電を制御する第２スイッチを有する放電回路と、前記第１スイッチ及び第２スイッチを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記第１スイッチをオンにして前記出力部から生体に電流を出力する通電期間と、前記第１スイッチをオフにする非通電期間とを繰り返すとともに、前記非通電期間に、複数の放電用パルスを有する放電用パルス群によって前記第２スイッチにオン／オフを繰り返させることによって、前記生体に蓄積された電荷を徐々に放電させ、前記放電回路は、マイナス電源と、前記マイナス電源の選択／非選択を切り替える切替スイッチとを有することを特徴とするイオン導入装置である。

本発明の他の特徴については、後述する明細書及び図面の記載により明らかにする。

本発明によれば、生体に蓄積した電荷を除去する際に生体への刺激を抑制することができる。

図１は、第１実施形態のイオン導入装置１の基本構成の説明図である。図２は、生体抵抗Ｚの等価回路の説明図である。図３Ａ及び図３Ｂは、第１実施形態のイオン導入装置１の基本動作の説明図である。図３Ａは、通電時の動作の説明図である。図３Ｂは、放電時の動作の説明図である。図４は、本実施形態の各種信号の説明図である。図５は、本実施形態の１サイクル分の各種信号の説明図である。図６Ａは、第１変形例の第２制御信号Ｓ２の説明図である。図６Ｂは、第２変形例の第２制御信号Ｓ２の説明図である。図６Ｃは、第３変形例の第２制御信号Ｓ２の説明図である。図７Ａは、第２実施形態のイオン導入装置１の説明図である。図７Ｂは、第２実施形態の変形例のイオン導入装置１の説明図である。図８は、第３実施形態のイオン導入装置１の説明図である。図９は、比較例の各種信号の説明図である。

後述する明細書及び図面の記載から、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

一対の電極を有する出力部と、前記出力部への通電を制御する第１スイッチを有する通電回路と、前記一対の電極の短絡を制御する第２スイッチを有する放電回路と、前記第１スイッチ及び第２スイッチを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記第１スイッチをオンにして前記出力部から生体に電流を出力する通電期間と、前記第１スイッチをオフにする非通電期間とを繰り返すとともに、前記非通電期間に、複数の放電用パルスを有する放電用パルス群によって前記第２スイッチにオン／オフを繰り返させることによって、前記生体に蓄積された電荷を徐々に放電させることを特徴とするイオン導入装置が明らかとなる。このようなイオン導入装置によれば、放電電流を複数回に分けて流すことによって、生体への刺激を抑制することができる。

前記制御部は、前記非通電期間に、前記放電用パルス群を前記第２スイッチに出力した後、前記放電用パルスのパルス幅よりも広い時間幅で前記第２スイッチをオンにして、前記生体に蓄積された電荷を放電させることが望ましい。これにより、生体に残存する電荷を速やかに放電できる。

前記放電回路は、放電時の電流を制限する放電抵抗を有することが望ましい。これにより、生体への刺激を抑制することができる。

前記放電用パルス群は、所定周期の一定のパルス幅の複数の前記放電用パルスから構成されていることが望ましい。これにより、制御部の構成を簡易にできる。

前記放電用パルス群は、徐々にデューティ比が高くなる複数の前記放電用パルスから構成されていることが望ましい。これにより、大きな放電電流が流れやすい放電の前半では、生体に刺激を与える頻度を減少させることができ、放電の後半では、生体に残存する電荷を速やかに放電することができる。

前記放電用パルス群は、パルス幅が徐々に広くなる複数の前記放電用パルスから構成されていることが望ましい。若しくは、前記放電用パルス群は、周期が徐々に短くなる複数の前記放電用パルスから構成されていることが望ましい。これにより、大きな放電電流が流れやすい放電の前半では、生体に刺激を与える期間を短くさせることができ、放電の後半では、生体に残存する電荷を速やかに放電することができる。

前記放電回路は、マイナス電源を有することが望ましい。これにより、生体に蓄積された電荷を速やかに放電させることができる。

前記放電回路は、前記マイナス電源の選択／非選択を切り替える切替スイッチを有することが望ましい。これにより、放電電流のピークを抑制することが可能になる。

前記制御部は、放電電流に応じて、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの少なくとも一方を制御することが望ましい。これにより、効率的なイオン導入を実現することができる。

＝＝＝第１実施形態＝＝＝
＜基本構成＞
図１は、第１実施形態のイオン導入装置１の基本構成の説明図である。図中の符号Ｚは、生体（例えば人体）の抵抗である。図２は、生体抵抗Ｚの等価回路の説明図である。

イオン導入装置１は、生体にイオン化成分を導入する装置である。イオン導入装置１は、生体に直流の電流を流して、例えば薬物、美容液、化粧液等に含まれるイオン化成分を生体内に導入する。なお、イオン化成分を含む媒体は、例えば薬物、美容液、化粧液等であり、液状でも良いし、ジェル状やペースト状でも良い。イオン化成分を含む薬剤、美容液、化粧液等の媒体は、皮膚に直接塗布されても良いし、パッド等のシート部材に浸透させておき、シート部材を皮膚に貼付することによって皮膚に塗布されても良い。なお、イオン化成分を電気エネルギーによって生体に導入することを「イオントフォレシス（イオントフォレーシス）」と呼ぶことがある。

図２に示すように、生体は、皮膚インピーダンスと広がり抵抗とを備えた電気特性を有している。なお、電極から流れ込んだ電流は、皮膚を通じて生体内に広がっていく。電極の面積は通常小さいため、電極付近では電流が集中するために比較的大きな抵抗を有しており、この電極付近の抵抗が図中の広がり抵抗Ｒｓｐに相当する。皮膚の乾燥状態に左右されるが、図中の抵抗Ｒｃは５０ＫΩ／ｃｍ²程度、静電容量Ｃｃは０．１５μＦ／ｃｍ²程度、広がり抵抗Ｒｓｐは、電極半径０．５ｃｍのときに１５０Ω程度である。このように、生体（特に皮膚）は、比較的大きな抵抗Ｒｃと、比較的大きな静電容量Ｃｃとを並列配置させた電気的特性を主に有している。

イオン導入装置１は、生体にイオン化成分を導入するため、イオンの極性に対応する直流の電流を生体に流すことになる。生体に直流の電流を流すと、たとえ低電圧で微弱な電流であっても、生体の容量成分（図中の静電容量Ｃｃ）に電荷が蓄積されることになる。生体の容量成分に電荷が蓄積されると、不快感や痛みを誘発することがある。そこで、本実施形態のイオン導入装置１は、生体に直流電流を流す機能だけでなく、生体に蓄積された電荷を放電する機能を備えている。

イオン導入装置１は、出力部１１と、電源部１３と、通電回路２０と、放電回路３０と、制御部４０とを備えている。

出力部１１は、生体に電気エネルギーを出力する電極である。本実施形態の出力部１１は、一対の電極（第１電極１１Ａ及び第２電極１１Ｂ）で構成されており、生体に微弱な電流（直流電流）を出力する。出力部１１は、生体に接触させる導子（例えば粘着パッド、吸引パッド、金属棒状若しくはグローブ状の形態をした導子）に内蔵されており、導子を介して生体に電気エネルギーを出力する。但し、出力部１１の一対の電極を生体に直接接触させても良い。

電源部１３は、電力を供給する部材である。本実施形態の電源部１３は、直流電源（ＤＣ電源）で構成されている。

通電回路２０は、出力部１１への通電を制御する回路である。通電回路２０は、第１スイッチ２１と、第１抵抗２２とを有する。

第１スイッチ２１は、出力部１１への通電を制御するスイッチである。言い換えると、第１スイッチ２１は、出力部１１への電力供給をオン／オフするスイッチである。第１スイッチ２１は、例えばトランジスタを用いたスイッチング回路によって構成されている。第１スイッチ２１がオンになると、出力部１１に電圧が印加され、出力部１１（一対の電極）を介して生体に電流が流れる。第１スイッチ２１がオフになると、出力部１１への通電が停止される。後述するように、出力部１１の一対の電極を短絡させるとき（生体に蓄積された電荷を放電するとき）、第１スイッチ２１はオフになる。ここでは、第１スイッチ２１は、電源部１３と第１電極１１Ａとの間に配置されている。但し、第１スイッチ２１の配置は、これに限られるものではなく、例えば第１スイッチ２１が電源部１３と第２電極１１Ｂとの間に配置されても良い。第１スイッチ２１は、制御部４０の第１制御信号Ｓ１によってオン／オフを制御されることになる。

第１抵抗２２は、生体に流れる電流を制限するための抵抗（電流制限抵抗）である。言い換えると、第１抵抗２２は、定電流回路を構成する抵抗である。第１抵抗２２は、電源部１３と出力部１１との間に配置されている。ここでは、第１抵抗２２は、電源部１３と第１電極１１Ａとの間に配置されている。但し、第１抵抗２２の配置は、これに限られるものではなく、例えば第１抵抗２２が電源部１３と第２電極１１Ｂとの間に配置されても良い。

放電回路３０は、出力部１１の一対の電極の短絡を制御する回路であり、生体に蓄積された電荷の放電を制御する回路である。放電回路３０は、第２スイッチ３１と、第２抵抗３２とを有する。具体的には、放電回路３０は、第２スイッチ３１と第２抵抗３２とを直列配置させて構成されている。放電回路３０は、第１電極１１Ａと第２電極１１Ｂとの間に配置されており、生体と並列になるように配置されている。

第２スイッチ３１は、放電を制御するスイッチである。言い換えると、第２スイッチ３１は、出力部１１の一対の電極の短絡を制御するスイッチである。第２スイッチ３１は、例えばトランジスタを用いたスイッチング回路によって構成されている。第２スイッチ３１がオンになると、出力部１１の一対の電極が短絡し、生体に蓄積された電荷が放電される。第２スイッチ３１がオフになると、出力部１１の一対の電極の短絡回路（放電回路３０）が切断される。第２スイッチ３１は、第２抵抗３２に対して直列に配置されている。第１スイッチ２１がオンのとき、第２スイッチ３１はオフになる。言い換えると、出力部１１への通電時には、第２スイッチ３１はオフになる。第２スイッチ３１がオンになるときには、第１スイッチ２１はオフになっている。第２スイッチ３１は、制御部４０の第２制御信号Ｓ２によってオン／オフを制御されることになる。

第２抵抗３２は、放電時の電流を制限するための抵抗（放電抵抗）である。後述するように、第２抵抗３２は、出力部１１の一対の電極を短絡させたときに流れる電流（放電電流）を制限するための抵抗である。言い換えると、第２抵抗３２は、生体に蓄積された電荷を放電するときに流れる電流を制限するための抵抗である。なお、第２抵抗３２が無い場合、又は第２抵抗３２の抵抗値が小さすぎる場合、放電時のピーク電流が大きくなり、生体に強い刺激を与えるおそれがある。一方、第２抵抗３２の抵抗値が大きすぎる場合には、生体に蓄積した電荷が放電され難くなるおそれがある。第２抵抗３２は、生体への刺激を抑制できる程度の抵抗値であるとともに、生体に蓄積した電荷を速やかに放電できる程度の抵抗値に設定される。

制御部４０は、第１スイッチ２１及び第２スイッチ３１を制御する部材である。言い換えると、制御部４０は、通電回路２０と放電回路３０を制御する部材である。制御部４０は、第１制御信号Ｓ１及び第２制御信号Ｓ２を出力する。第１制御信号Ｓ１は、通電回路２０を制御する制御信号であり、具体的には第１スイッチ２１を制御する制御信号である。第２制御信号Ｓ２は、放電回路３０を制御する制御信号であり、具体的には第２スイッチ３１を制御する制御信号である。制御部４０は、第１制御信号Ｓ１により第１スイッチ２１のオン／オフを制御することによって、出力部１１への通電を制御する。また、制御部４０は、第２制御信号Ｓ２により第２スイッチ３１のオン／オフを制御することによって、出力部１１の一対の電極の短絡を制御し、生体に蓄積された電荷の放電を制御する。

なお、制御部４０は、不図示の処理装置と記憶装置とを有する。処理装置は、例えばＣＰＵやＭＰＵである。記憶装置は、例えばＲＯＭやＲＡＭなどのメモリ（記憶媒体）であり、記憶装置には非一時的にプログラムが記憶されている。処理装置は、記憶装置に記憶されているプログラムを実行することによって、後述するような第１制御信号Ｓ１及び第２制御信号Ｓ２を生成する。

＜基本動作（通電動作・放電動作）＞
図３Ａ及び図３Ｂは、第１実施形態のイオン導入装置１の基本動作の説明図である。図３Ａは、通電時の動作の説明図である。図３Ｂは、放電時の動作の説明図である。図中には、生体に流れる電流をＩ２として示している。以下の説明では、図３Ａに示す電流Ｉ２をプラスとし、図３Ｂに示す電流Ｉ２をマイナスとして、電流Ｉ２の値を示すことがある。

図３Ａに示すように、制御部４０は、生体にイオン化成分を導入するとき（イオン導入時）、第１スイッチ２１をオンにし、第２スイッチ３１をオフにする。これにより、出力部１１へ電力が供給され、生体に直流の電流Ｉ２が流れる。生体に直流の電流Ｉ２が流れることによって、イオン化成分が生体に導入され易くなる。一方、生体に直流の電流Ｉ２が流れることによって、生体の容量成分に電荷が蓄積されることになる（図２の静電容量Ｃｃが充電されることになる）。

以下の説明では、第１スイッチ２１がオンの期間のことを「通電期間Ｔａ」と呼ぶことがある。また、制御部４０が第１スイッチ２１をオンにさせる動作のことを「通電動作」と呼ぶことがある。なお、制御部４０は、生体への通電を行わないとき、第１スイッチ２１をオフにする。以下の説明では、第１スイッチ２１がオフの期間のことを「非通電期間Ｔｂ」と呼ぶことがある。また、制御部４０が第１スイッチ２１をオフにさせる動作のことを「非通電動作」と呼ぶことがある。

図３Ｂに示すように、制御部４０は、生体に蓄積された電荷を除去するとき、第１スイッチ２１をオフにし、第２スイッチ３１をオンにする。これにより、出力部１１の一対の電極が短絡し、生体に蓄積された電荷が放電される。なお、制御部４０は、放電するときに、第１スイッチ２１をオフにする。つまり、放電は、非通電期間Ｔｂに行われる。後述するように、本実施形態では、非通電期間Ｔｂに第２スイッチ３１のオン／オフが繰り返されるため、非通電期間Ｔｂの全てにおいて放電が行われるわけではない（第２スイッチ３１がオンになった時だけ放電が行われる）。以下の説明では、制御部４０が第２スイッチ３１をオンにさせる動作のことを「放電動作」と呼ぶことがある。

後述するように、本実施形態では、制御部４０の出力する第１制御信号Ｓ１がＨレベルのとき、第１スイッチ２１がオンになり、第１制御信号Ｓ１がＬレベルのとき、第１スイッチ２１がオフになる。つまり、第１制御信号Ｓ１がＨレベルのときが「通電期間Ｔａ」であり、第１制御信号Ｓ１がＬレベルのときが「非通電期間Ｔｂ」である。但し、第１制御信号Ｓ１がＬレベルのとき、第１スイッチ２１がオンになり、第１制御信号Ｓ１がＨレベルのとき、第１スイッチ２１がオフになっても良い。また、本実施形態では、制御部４０の出力する第２制御信号Ｓ２がＨレベルのとき、第２スイッチ３１がオンになり、第２制御信号Ｓ２がＬレベルのとき、第２スイッチ３１がオフになる。但し、第２制御信号Ｓ２がＬレベルのとき、第２スイッチ３１がオンになり、第２制御信号Ｓ２がＨレベルのとき、第２スイッチ３１がオフになっても良い。

＜比較例について＞
まず、本実施形態について説明する前に、比較例について説明する。

図９は、比較例の各種信号の説明図である。図９の上側には、電圧Ｖ２（実線）及び電流Ｉ２（点線）の時間変化を示すグラフが示されている。図中の横軸は、時間を示している。図中の縦軸は、電圧又は電流を示している。電圧Ｖ２は、生体に印加される電圧（出力部１１の電極間電圧）であり、実線で示されている。電流Ｉ２は、生体に流れる電流であり、点線で示されている。また、図中の電圧Ｖ２（実線）及び電流Ｉ２（点線）のグラフの下には、第１制御信号Ｓ１及び第２制御信号Ｓ２の時間変化を示すグラフが示されている。

比較例では、第１制御信号Ｓ１がＬレベルのとき、第２制御信号Ｓ２がＨレベルになっている。つまり、比較例では、非通電期間Ｔｂ（第１スイッチ２１がオフの期間）と、第２スイッチ３１がオンになる期間（放電が行われる期間）がほぼ一致している。比較例では、非通電期間Ｔｂに第２スイッチ３１がオンになる状態が継続することになる。また、比較例では、第２抵抗３２（放電抵抗）が０．０１Ω（ほぼゼロ）に設定されている。

図９に示すように、通電期間Ｔａにおいて、生体に直流の電流Ｉ２が流れ、生体に電荷が蓄積されていく（点線で示された電圧Ｖ２が上昇する）。通電期間Ｔａ後、第１制御信号Ｓ１がＨレベルからＬレベルになり、非通電期間Ｔｂになる。非通電期間Ｔｂになると、第２制御信号Ｓ２がＬレベルからＨレベルになり、第２スイッチ３１がオンになり、生体に蓄積された電荷が放電される（点線で示された電圧Ｖ２が降下する）。

比較例では、非通電期間Ｔｂに第２スイッチ３１がオンの状態が継続するため、放電動作の際に、１度に大きな放電電流が流れる（比較例では、電流Ｉ２のピーク（絶対値の最大）は、約１６．５ｍＡとなる）。また、比較例では、第２抵抗３２（放電抵抗）が０．０１Ω（ほぼゼロ）に設定されているため、大きな放電電流が流れるとともに（電流Ｉ２のピークが大きくなるとともに）、急激な電圧変化が起こる。このため、比較例では、生体に強い刺激を与えるおそれがある。

＜本実施形態の放電動作について＞
図４は、本実施形態の各種信号の説明図である。図５は、本実施形態の１サイクル分の各種信号の説明図である。なお、シミュレーションの都合上、１サイクル目の時間帯の波形が乱れているため、図５には、２サイクル目以後における１サイクル分の各種信号が示されている。

図４及び図５の各図の上側には、電圧Ｖ２（実線）及び電流Ｉ２（点線）の時間変化を示すグラフが示されている。また、図中の電圧Ｖ２（実線）及び電流Ｉ２（点線）のグラフの下には、第１制御信号Ｓ１及び第２制御信号Ｓ２の時間変化を示すグラフが示されている。

制御部４０は、所定の周期ＴでＨレベル及びＬレベルが変化する第１制御信号Ｓ１を出力する。本実施形態では、１サイクル分の期間（周期Ｔ）を６ｍｓ（約１６７Ｈｚの周波数に相当）とし、１サイクルにおけるＨレベルの期間を４ｍｓとし、１サイクルにおけるＬレベルの期間を２ｍｓとしている。つまり、本実施形態では、１サイクルの中に４ｍｓの通電期間Ｔａ（第１スイッチ２１がオンの期間）と、２ｍｓの非通電期間Ｔｂ（第１スイッチ２１がオフの期間）がある。但し、１サイクルの期間、通電期間Ｔａ及び非通電期間Ｔｂは、６ｍｓ、４ｍｓ及び２ｍｓに限られるものではない。

図４に示すように、通電期間Ｔａにおいて、第１スイッチ２１がオンになり、生体に直流の電流Ｉ２が流れる。通電期間Ｔａでは、第１スイッチ２１がオンの状態が継続するため、通電期間Ｔａに生体に直流電流Ｉ２が流れ続ける。この結果、通電期間Ｔａでは、生体に電荷が蓄積されていく（点線で示された電圧Ｖ２が上昇する）。

通電期間Ｔａ後、第１制御信号Ｓ１がＨレベルからＬレベルになり、非通電期間Ｔｂになる。非通電期間Ｔｂでは、第１スイッチ２１がオフになり、電源部１３と出力部１１との間が遮断され、生体への通電が停止される。

本実施形態の制御部４０は、非通電期間Ｔｂに放電用パルス群Ｓ２１及び放電用信号Ｓ２２を第２スイッチ３１に出力する。つまり、本実施形態の第２制御信号Ｓ２は、非通電期間Ｔｂに放電用パルス群Ｓ２１及び放電用信号Ｓ２２を有する。なお、以下の説明では、非通電期間Ｔｂのうち、第２制御信号Ｓ２に放電用パルス群Ｓ２１が現れる期間のことを「第１期間Ｔｂ１」と呼ぶことがある。また、非通電期間Ｔｂのうち、第１期間Ｔｂ１以外の期間（第１期間Ｔｂ１後の期間）のことを「第２期間Ｔｂ２」と呼ぶことがある。放電用信号Ｓ２２は、第２期間Ｔｂ２に現れることになる。

放電用パルス群Ｓ２１は、複数の放電用パルスＰから構成された信号である。放電用パルスＰは、第２スイッチ３１を短時間（パルス幅の時間）だけオンにする信号である。言い換えると、放電用パルスＰは、出力部１１の一対の電極を短時間だけ短絡させる信号であり、生体に蓄積された電荷を短時間だけ放電させる信号である。本実施形態では、放電用パルスＰのパルス幅（Ｈレベルのパルス幅）は、５０μｓとしている。但し、放電用パルスＰのパルス幅は、これに限られるものではない。また、本実施形態では、放電用パルス群Ｓ２１における放電用パルスＰの繰返し周期は１００μｓとしている（デューティ比５０％）。但し、放電用パルスＰの繰返し周期はこれに限られるものではなく、また、放電用パルス群Ｓ２１における放電用パルスＰのデューティ比もこれに限られるものではない。

本実施形態では、複数の放電用パルスＰを有する放電用パルス群Ｓ２１が第２スイッチ３１に出力されることによって、第２スイッチ３１は、非通電期間Ｔｂに、短時間のオン／オフを複数回繰り返すことになる。本実施形態では、短時間の短絡（短時間の放電）が繰り返されるため、生体に蓄積された電荷を徐々に放電することができる（点線で示された電圧Ｖ２が徐々に降下する）。また、本実施形態では、放電用パルスＰが第２スイッチ３１に出力される毎に、放電用パルスＰが第２スイッチ３１に出力されたときの電流Ｉ２のピークが徐々に小さくなる。このような本実施形態によれば、放電電流を複数回に分けて流すことによって、比較例のように１度に放電電流が流れる場合と比べて、刺激を抑制できる。

また、本実施形態では、放電用パルス群Ｓ２１は、所定周期（ここでは１００μｓ）の一定のパルス幅の複数の放電用パルスＰから構成されている。このため、制御部４０の構成を簡易にできる（言い換えると、簡易なプログラムで放電用パルス群Ｓ２１を生成可能である）。

なお、本実施形態では、第２抵抗３２（放電抵抗）は２ｋΩに設定されており、比較例と比べて第２抵抗３２の抵抗値が大きい。これは、比較例のように第２抵抗３２の抵抗値が小さすぎると、最初の放電用パルスＰによって第２スイッチ３１がオンになったときに流れる放電電流Ｉ２が大きくなり、生体に強い刺激を与えるおそれがあるためである。なお、電流Ｉ２のピークは、比較例では約１６．５ｍＡであるのに対し、本実施形態では約６．５ｍＡであり、本実施形態では電流Ｉ２のピークが抑制されている。このため、第２抵抗３２は、複数回の放電用パルスＰによって電流Ｉ２のピークが徐々に小さくできる程度に、設定されることが望ましい。言い換えると、生体に蓄積された電荷が１回の放電用パルスＰによって全て放電されない程度に、放電用パルスＰのパルス幅や第２抵抗３２が設定されることが望ましい。これにより、本実施形態では、比較例と比べると、大きな放電電流が流れることを抑制できるとともに、急激な電圧変化が起こることを抑制できる。

放電用信号Ｓ２２は、放電用パルス群Ｓ２１の後に放電用パルスＰのパルス幅よりも広い時間幅で第２スイッチ３１をオンにする信号である。本実施形態では、放電用信号Ｓ２２の期間は、第２期間Ｔｂ２と一致している。言い換えると、本実施形態では、放電用信号Ｓ２２によって、第２期間Ｔｂ２にわたって第２スイッチ３１がオンになる状態が継続する。但し、放電用信号Ｓ２２は、第２期間Ｔｂ２のうちの一部の期間だけ第２スイッチ３１をオンする信号であっても良い。

図４及び図５に示すように、第２期間Ｔｂ２に第２制御信号Ｓ２の放電用信号Ｓ２２が第２スイッチ３１に出力されることによって、第２期間Ｔｂ２に第２スイッチ３１がオンの状態が継続するため、第２期間Ｔｂ２に電流Ｉ２（放電電流）が流れ続ける。これにより、生体に蓄積された電荷が第２期間Ｔｂ２に速やかに放電され、次の通電期間Ｔａを迎える前に放電が完了する（点線で示された電圧Ｖ２がほぼ０Ｖまで降下する）。

ところで、既に説明したように、生体に蓄積された電荷が１回の放電用パルスＰによって全て放電されない程度に、放電用パルスＰのパルス幅や第２抵抗３２が設定されている。このため、放電用パルスＰを第２スイッチ３１に出力して放電しただけでは、生体に電荷が残存してしまう。この結果、放電用パルス群Ｓ２１の複数の放電用パルスＰが出力された直後の段階では、生体に電荷が残存してしまう（点線で示された電圧Ｖ２が０Ｖよりも高い）。仮に、生体に電荷が残存した状態で次の通電期間Ｔａを迎えてしまうと、生体に電荷が蓄積され続けてしまい、生体に不快感や痛みを与えるおそれがある。そこで、本実施形態では、放電用パルス群Ｓ２１が出力された後、放電用信号Ｓ２２によって第２期間Ｔｂ２に第２スイッチ３１をオンにして、生体に残存した電荷を放電している。放電用信号Ｓ２２は、放電用パルスＰのパルス幅よりも広い時間幅のＨレベルの信号であるため、放電用パルスＰによる放電では残存する電荷を放電することが可能である。

なお、放電用信号Ｓ２２は、放電用パルスＰのパルス幅よりも広い時間幅のＨレベルの信号であるため、仮に生体に残存した電荷を複数の放電用パルスＰによって放電する場合と比べると、速やかに放電を完了させることができる。言い換えると、本実施形態では、放電用パルスＰのパルス幅よりも広い時間幅の放電用信号Ｓ２２によって、第２期間Ｔｂ２を短縮させることが可能となり、非通電期間Ｔｂ（第１期間Ｔｂ１と第２期間Ｔｂ２を加算した期間）を短縮させることが可能となる。

また、生体に蓄積した電荷の一部は第１期間Ｔｂ１に放電されるため、第１期間Ｔｂ１の直後の段階（第２期間Ｔｂ２の直前の段階）では、第１期間Ｔｂ１の直前の段階（通電期間Ｔａの直後の段階）と比べて、生体に蓄積されている電荷は減少している。このため、第２期間Ｔｂ２に比較的広い時間幅で第２スイッチ３１をオンにしても、比較例のような大きな放電電流は流れずに済み、比較例と比べて生体への刺激を抑制できる。このため、第２期間Ｔｂ２に比較的広い時間幅でＨレベルとなる放電用信号Ｓ２２を第２スイッチ３１に出力することは許容されている。

本実施形態では、図４及び図５の点線に示すように、電圧Ｖ２は、常に０Ｖ以上である。つまり、本実施形態では、逆極性の電圧は生体に印加されていない。本実施形態では、放電時に逆極性の電圧を生体に印加しないため、放電電流のピークを抑制することができる。なお、仮に、生体に逆極性の電圧が印加されると、生体に導入されたイオンが引き戻されるおそれがある。これに対し、本実施形態では、逆極性の電圧が生体に印加されないため、効率良く生体にイオンを導入することが可能になる。

＜変形例＞
上記の実施形態では、第２制御信号Ｓ２は、放電用パルス群Ｓ２１と、放電用信号Ｓ２２とを有していた。これにより、上記の実施形態では、制御部４０は、非通電期間Ｔｂに、放電用パルス群Ｓ２１を第２スイッチ３１に出力した後、放電用信号Ｓ２２を第２スイッチ３１に出力することによって、放電用パルスＰのパルス幅よりも広い時間幅で第２スイッチ３１をオンにして、生体に蓄積された電荷を放電させていた。但し、第２制御信号Ｓ２が放電用信号Ｓ２２を有していなくても良い。

図６Ａは、第１変形例の第２制御信号Ｓ２の説明図である。第１変形例の第２制御信号Ｓ２は、非通電期間Ｔｂに、放電用信号Ｓ２２が無く、放電用パルス群Ｓ２１のみを有している。第１変形例においても、制御部４０は、放電用パルス群Ｓ２１によって第２スイッチ３１のオン／オフを繰り返させることによって、通電期間Ｔａに生体に蓄積された電荷を徐々に放電させることができる。但し、第１変形例では、放電を完了させるために多数の放電用パルスＰを必要とするため、放電が完了するまでに必要な時間が長くなる（この結果、非通電期間Ｔｂが長くなり、通電動作の繰り返し周期Ｔが長くなる）。

図５及び図６Ａに示す放電用パルス群Ｓ２１は、所定周期（ここでは１００μｓ）の一定のパルス幅の複数の放電用パルスＰから構成されている。但し、放電用パルス群Ｓ２１を構成する複数の放電用パルスＰは、図５に示す形態に限られるものではない。

図６Ｂは、第２変形例の第２制御信号Ｓ２の説明図である。第２変形例の第２制御信号Ｓ２の放電用パルス群Ｓ２１は、パルス幅が徐々に広くなる複数の放電用パルスＰから構成されている。図６Ｂに示すように、放電用パルス群Ｓ２１の最初の放電用パルスＰのパルス幅は、比較的狭く設定されている。これは、放電用パルス群Ｓ２１の最初の放電用パルスＰが第２スイッチ３１に出力される段階では、生体に蓄積された電荷が比較的多いため、大きな放電電流が流れやすいためである。つまり、放電用パルス群Ｓ２１の最初の放電用パルスＰのパルス幅を比較的狭くすることによって、放電電流が流れる期間を短くさせ、生体に刺激を与える期間を短くさせ、生体に与える負荷を軽減させている。一方、放電用パルス群Ｓ２１の後半の放電用パルスＰのパルス幅は、比較的広く設定されている。後半の放電用パルスＰが第２スイッチ３１に出力される段階では、生体に蓄積されている電荷が比較的少ないため、放電電流が流れる期間が長くても生体に与える負荷が小さいため、後半の放電用パルスＰのパルス幅を比較的広くすることが許容されている。また、後半の放電用パルスＰのパルス幅を比較的広く設定することによって、生体に残存する電荷の放電を速やかに行うことができる。このため、図６Ｂに示すように、放電用パルス群Ｓ２１は、パルス幅が徐々に広くなる複数の放電用パルスＰから構成されていることが望ましい。

上記の第２変形例の放電用パルス群Ｓ２１は、パルス幅変調によって、徐々にデューティ比が高くなる複数の放電用パルスＰから構成されている。徐々にデューティ比が高くなる複数の放電用パルスＰによって放電用パルス群Ｓ２１が構成される。これにより、放電の前半では、生体に刺激を与える頻度が減少する。なお、放電の前半では、大きな放電電流が流れやすいため、生体に刺激を与える頻度を減少させることによって、生体に与える負荷を軽減できる。一方、放電の後半では、放電の頻度を高めることによって、生体に残存する電荷を速やかに放電することができる。なお、放電の後半では、放電電流が大きくないため、放電の頻度を高めても生体に与える負荷が小さいので、放電の頻度を高めることが許容される。但し、徐々にデューティ比を高くさせる複数の放電用パルスＰは、パルス幅変調によるものに限られない。

図６Ｃは、第３変形例の第２制御信号Ｓ２の説明図である。第２変形例の第２制御信号Ｓ２の放電用パルス群Ｓ２１は、周期が徐々に短くなる複数の前記放電用パルスＰから構成されている。言い換えると、第３変形例では、一定のパルス幅の複数の放電用パルスＰの密度が徐々に密になるように、放電用パルス群Ｓ２１が構成されている。つまり、第３変形例では、放電用パルス群Ｓ２１は、パルス密度変調によって、徐々にデューティ比が高くなる複数の放電用パルスＰから構成されている。第３変形例においても、徐々にデューティ比が高くなる複数の放電用パルスＰによって放電用パルス群Ｓ２１が構成される。これにより、大きな放電電流が流れやすい放電の前半では、生体に刺激を与える頻度を減少させることができ、放電の後半では、生体に残存する電荷を速やかに放電することができる。

＝＝＝第２実施形態＝＝＝
図７Ａは、第２実施形態のイオン導入装置１の説明図である。

第２実施形態においても、イオン導入装置１は、出力部１１と、電源部１３と、通電回路２０と、放電回路３０と、制御部４０とを備えている。第２実施形態の放電回路３０は、第２スイッチ３１と、第２抵抗３２と、マイナス電源３３とを備えている。マイナス電源３３は、放電を促進させるための電源である。マイナス電源３３のプラス側端子は、第２電極１１Ｂの側に接続されている（これに対し、電源部１３のプラス側端子は第１電極１１Ａの側である）。マイナス電源３３は、電源部１３と同電圧でなくても良い。

第２実施形態においても、制御部４０は、図４に示すような第１制御信号Ｓ１及び第２制御信号Ｓ２を出力する。つまり、第２実施形態においても、制御部４０は、非通電期間Ｔｂに、複数の放電用パルスＰを有する放電用パルス群Ｓ２１によって第２スイッチ３１にオン／オフを繰り返させることによって、生体に蓄積された電荷を徐々に放電させる。これにより、第２実施形態においても、放電電流を複数回に分けて流すことによって、比較例のように１度に放電電流が流れる場合と比べて、刺激を抑制できる（但し、第１実施形態と比べると、放電電流のピークは大きくなる）。また、第２実施形態では、マイナス電源３３によって放電が促進されるため、生体に蓄積された電荷を速やかに放電させることができる。

図７Ｂは、第２実施形態の変形例のイオン導入装置１の説明図である。

変形例のイオン導入装置１の放電回路３０は、第２スイッチ３１と、第２抵抗３２と、マイナス電源３３と、切替スイッチ３４とを有する。切替スイッチ３４は、マイナス電源３３の選択／非選択を切り替えるスイッチである。切替スイッチ３４は、制御部４０から出力される第３制御信号によって制御されることになる。

変形例においても、制御部４０は、図４に示すような第１制御信号Ｓ１及び第２制御信号Ｓ２を出力する。また、変形例では、制御部４０は、非通電期間Ｔｂの第１期間Ｔｂ１ではマイナス電源３３を非選択とし、第２期間Ｔｂ２（又は第２制御信号Ｓ２に放電用信号Ｓ２２が現れる期間）ではマイナス電源３３を選択するように、第３制御信号によって切替スイッチ３４を制御する。つまり、変形例では、放電電流のピークが比較的大きくなり易い第１期間Ｔｂ１では、マイナス電源３３を用いずに放電させることによって、放電電流のピークを抑制することができる。一方、放電電流のピークが比較的小さくなる第２期間Ｔｂ２では、マイナス電源３３を用いて放電させることによって、生体に残存している電荷を速やかに放電させることができる。

＝＝＝第３実施形態＝＝＝
図８は、第３実施形態のイオン導入装置１の説明図である。

第３実施形態においても、イオン導入装置１は、出力部１１と、電源部１３と、通電回路２０と、放電回路３０と、制御部４０とを備えている。第３実施形態の放電回路３０は、第２スイッチ３１と、第２抵抗３２と、電流検出部３５とを有する。電流検出部３５は、放電回路３０に流れる放電電流を検出する検出部である。例えば、電流検出部３５は、第２抵抗３２（放電抵抗）の両端の電圧を検出することによって、放電電流を検出する。また、電流検出部３５は、検出した放電電流を、制御部４０の読み取り可能な電圧信号に変換する変換器で構成することができる。

第３実施形態においても、制御部４０は、図４に示すような第１制御信号Ｓ１及び第２制御信号Ｓ２を出力する。つまり、第３実施形態においても、制御部４０は、非通電期間Ｔｂに、複数の放電用パルスＰを有する放電用パルス群Ｓ２１によって第２スイッチ３１にオン／オフを繰り返させることによって、生体に蓄積された電荷を徐々に放電させる。これにより、第３実施形態においても、放電電流を複数回に分けて流すことによって、比較例のように１度に放電電流が流れる場合と比べて、刺激を抑制できる。

また、第３実施形態では、制御部４０は、電流検出部３５の検出した放電電流に基づいて、第１スイッチ２１及び第２スイッチ３１を制御する。例えば、制御部４０は、非通電期間Ｔｂに放電電流がほぼゼロになったとき、第２スイッチ３１をオフ、第１スイッチ２１をオンにして通電動作を開始させる。これにより、非通電期間Ｔｂを短縮させることができ、効率的なイオン導入を実現することができる。

なお、第３実施形態においても、第２実施形態のように、放電回路３０がマイナス電源３３を有していても良い。この場合、制御部４０は、非通電期間Ｔｂに放電電流がほぼゼロになったときに第２スイッチ３１をオフにすることによって、生体に逆極性の電圧が印加されることを防止しても良い。これにより、生体に導入されたイオンが引き戻されてしまうことを抑制できる。

＝＝＝その他＝＝＝
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。

１イオン導入装置、１１出力部、
１１Ａ第１電極、１１Ｂ第２電極、１３電源部、
２０通電回路、２１第１スイッチ、２２第１抵抗、
３０放電回路、３１第２スイッチ、
３２第２抵抗、３３マイナス電源、
３４切替スイッチ、３５電流検出部、
４０制御部、
Ｓ１第１制御信号、Ｓ２第２制御信号、
Ｓ２１放電用パルス群、Ｐ放電用パルスＰ、Ｓ２２放電用信号、
Ｔａ通電期間、Ｔｂ非通電期間、
Ｔｂ１第１期間、Ｔｂ２第２期間

Claims

一対の電極を有し、生体に電流を出力する出力部と、
前記出力部への通電を制御する第１スイッチを有する通電回路と、
前記生体に蓄積された電荷の放電を制御する第２スイッチを有する放電回路と、
前記第１スイッチ及び第２スイッチを制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記第１スイッチをオンにして前記出力部から生体に電流を出力する通電期間と、前記第１スイッチをオフにする非通電期間とを繰り返すとともに、
前記非通電期間に、複数の放電用パルスを有する放電用パルス群によって前記第２スイッチにオン／オフを繰り返させることによって、前記生体に蓄積された電荷を徐々に放電させ、
前記非通電期間に、前記放電用パルス群を前記第２スイッチに出力した後、前記放電用パルスのパルス幅よりも広い時間幅で前記第２スイッチをオンにして、前記生体に蓄積された電荷を放電させる
ことを特徴とするイオン導入装置。
一対の電極を有し、生体に電流を出力する出力部と、
前記出力部への通電を制御する第１スイッチを有する通電回路と、
前記生体に蓄積された電荷の放電を制御する第２スイッチを有する放電回路と、
前記第１スイッチ及び第２スイッチを制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記第１スイッチをオンにして前記出力部から生体に電流を出力する通電期間と、前記第１スイッチをオフにする非通電期間とを繰り返すとともに、
前記非通電期間に、複数の放電用パルスを有する放電用パルス群によって前記第２スイッチにオン／オフを繰り返させることによって、前記生体に蓄積された電荷を徐々に放電させ、
前記放電回路は、マイナス電源と、前記マイナス電源の選択／非選択を切り替える切替スイッチとを有する
ことを特徴とするイオン導入装置。
請求項１又は２に記載のイオン導入装置であって、
前記放電回路は、放電時の電流を制限する放電抵抗を有することを特徴とするイオン導入装置。
請求項１～３のいずれかに記載のイオン導入装置であって、
前記放電用パルス群は、所定周期の複数の放電用パルスから構成されていることを特徴とするイオン導入装置。
請求項１～３のいずれかに記載のイオン導入装置であって、
前記放電用パルス群は、徐々にデューティ比が高くなる複数の前記放電用パルスから構成されていることを特徴とするイオン導入装置。
請求項５に記載のイオン導入装置であって、
前記放電用パルス群は、パルス幅が徐々に広くなる複数の前記放電用パルスから構成されていることを特徴とするイオン導入装置。
請求項５に記載のイオン導入装置であって、
前記放電用パルス群は、周期が徐々に短くなる複数の前記放電用パルスから構成されていることを特徴とするイオン導入装置。
請求項１に記載のイオン導入装置であって、
前記放電回路は、マイナス電源を有することを特徴とするイオン導入装置。
請求項８に記載のイオン導入装置であって、
前記放電回路は、前記マイナス電源の選択／非選択を切り替える切替スイッチを有することを特徴とするイオン導入装置。
請求項１～９のいずれかに記載のイオン導入装置であって、
前記制御部は、放電電流に応じて、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの少なくとも一方を制御することを特徴とするイオン導入装置。