JPH10314206A - ペルチェ素子を利用した温冷刺激健康器具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ペルチェ素子を利用して、電気的にスイッチ
を入れるだけで簡潔に温冷刺激を与えることのできる健
康器具を開発する。 【解決手段】 本願温冷刺激健康器具は、身体の一部に
当接可能なペルチェ素子と、該ペルチェ素子に順方向と
逆方向の異なる電流を交番的に印加する電流方向転換手
段と、該ペルチェ素子に流す電流の強度を変化させて温
冷刺激の強さを変化させる電流強度調整手段と、順方向
と逆方向に流す通電時間を変化させて温冷の刺激に周期
をもたせる周期調整手段と、該電流方向転換手段，電流
強度調整手段及び温冷周期調整手段とから温冷刺激のパ
ターンを形成し、該パターンを記憶する記憶手段と、該
記憶に基づいて一定パターンの温冷刺激をペルチェ素子
に再現させる再生手段と、該ペルチェ素子への電源供給
手段と該ペルチェ素子に蓄積した熱の放熱手段とから成
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ペルチェ素子の熱
吸収及び熱放出作用を利用して、足の裏、目瞼等の身体
の一部に温と冷の刺激を与え、健康を増進することので
きる器具に関する。

【０００２】

【従来の技術】身体の一部に温又は冷の刺激を与える
と、疲労回復や精神が安定する等の効果があることが知
られている。例えば、例えば、二つのバケツに温かいお
湯と冷たい水とを満たし、このバケツに交互に足を浸け
て、温冷の刺激を与えると、疲れが取れたり、自律神経
のバランスが図られて精神的に安定することは、旧来か
ら馴染みのある健康法等として知られている。又、手や
足の一部にぬるま湯を浸けただけでも、身体が暖まり、
ユッタリした気分となり、又、逆に風呂上がり等に冷や
しても、爽やかな気分となる。これは温冷の刺激が与え
られると、温刺激で血管の膨張が起こり、逆に冷刺激で
収縮が起こり、これが繰り返り返されることで、一種の
ポンプとしての血流の送り出し作用が惹起され、血液の
流れが盛んになるためと考えられる。又、壷に作用して
経絡を刺激するためとも考えられる。

【０００３】しかし、上記直接温水又は冷水による方法
は、バケツに一杯のお湯を沸したり、又、冷水を用意し
なければならず、作業が面倒であると共に、水を零した
りするので風呂場や台所等の場所に限定されるという不
都合を有しており、毎日これを繰り返すことは大変面倒
なものとならざるを得ない。又、目瞼を冷やしたり又は
暖めたりすることが、目の疲れをとる上で有効であるこ
とは知られているが、これを交互に繰り返すことは知ら
れておらず、又、それを簡単に行う器具もない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の実情に
基づいてなされたもので、ペルチェ素子の加温と冷却特
性に着目し、該ペルチェ素子を利用することによって、
水を必要とせずに電気的にスイッチを入れるだけでどこ
でも簡潔に温冷刺激を与えることのできる健康器具を開
発しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明温冷刺激健康器具
は、身体の一部に当接可能なペルチェ素子と、該ペルチ
ェ素子に順方向と逆方向の異なる電流を交番的に流す電
流方向転換手段と、該ペルチェ素子への電流供給手段と
該ペルチェ素子に蓄積した熱の放熱手段とから構成され
る。

【０００６】上記手段に加え、該器具には、該ペルチェ
素子に流す電流の強度を変化させて温冷刺激の強さを調
整する電流強度調整手段と、順方向と逆方向に流す通電
時間を変化させて温冷の刺激に周期をもたせる周期調整
手段とを具備させるのが好ましい。

【０００７】更に該器具には、該電流方向転換手段，電
流強度調整手段及び温冷周期調整手段とから温冷刺激の
パターンを形成し、該パターンを記憶する記憶手段と、
該記憶に基づいて一定パターンの温冷刺激をペルチェ素
子に再現させる再生手段とを具備させるのが好ましい。

【０００８】本発明器具を作用させると、身体の一部に
温冷の刺激が与えられ、血行が良くなり又経絡が刺激さ
れ、健康が増進されるが、このとき、水を必要とせずに
電気的にスイッチを入れるだけで瞬時に温冷刺激を与え
ることができ、操作が容易であり、ペルチェ素子による
ので機構も軽量で簡潔である。

【０００９】その際、温冷刺激の強さを調整する電流強
度調整手段と、温冷の刺激に周期をもたせる周期調整手
段とを具備すると、その温冷の刺激の強弱と周期を変化
させて幾数のパターンを形成することができ、好みの刺
激とすることができる。

【００１０】更に、温冷刺激のパターンを形成し、該パ
ターンを記憶する記憶手段と、該記憶に基づいて一定パ
ターンの温冷刺激をペルチェ素子に再現させる再生手段
とを具備させると、上記幾多のパターンをボタンの選択
一つで再現でき、又は異なるパターンに変更させること
ができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】ペルチェ素子１とは、ビスマス、
テルル等の半導体で形成され、不純物ドーピングによる
過剰電子Ｎ型と不足電子Ｐ型の２種類のエレメントで構
成され、該エレメントのＮ型とＰ型とをＮーＰーＮーＰ
ーと交互に直列的に連結し、これに一定方向の電流を流
すと、表裏の一方に熱吸収作用が惹起され他方に熱放出
作用が起こる素子を指称する。例えば、図２に示す如
く、Ｎ型とＰ型のエレメントを交互に並べ、例えばＮ型
の上側とＰ型の上側を連結し、該Ｐ型の下側とＮ型の上
側とを連結し、これを繰り返すようにし、順方向に電流
を流すと、上側に熱吸収即ち冷却現象が起こり、下側に
熱放出即ち発熱現象が惹起される。又、逆方向に電流を
流すと、上側と下側にまったく逆の現象が惹起される。
その形状は、接触すべき身体の箇所や目的に沿って決定
し、一般的には平坦面であるが湾曲状、凹凸状等を問わ
ず、又、大小や角形、円形等を問わない。又、該ペルチ
ェ素子１に、身体の一部を直接接触させるか、或いは、
布等を介在させて間接的に接触させるかは目的によって
選択するが、足の裏で実験した結果によれば、肌に直接
接触させた方が温冷の刺激を敏感に受け取るに有利とな
る。該ペルチェ素子１には、熱効率を図る為、放熱器２
及びファン３を付設する。但し、この放熱器及びファン
の付設は、冷却水を循環させる等してこれに代えること
ができる。

【００１２】次に、該ペルチェ素子１に順方向と逆方向
の反対方向の電流を交番的に流す電流方向転換手段を設
ける。前述の如く、ペルチェ素子１には、その電流の方
向によって発熱現象と冷却現象とが惹起されるので、該
電流の順逆の方向を交番的に転換させるとペルチェ素子
１に発熱と冷却現象が現れ、これを身体の一部に当接さ
せることで、そのまま温冷の刺激とすることができる。
そして、電流方向転換手段は、この順逆の方向切換えを
正確に行い、温冷の刺激を交番的に繰り返すための手段
である。具体的には、電流方向転換手段として、図３の
如く、４個のトランジスタ又はＦＥＴをブリッジ回路
ａ，ｂ，ｃ，ｄで接続し、上下のトランジスタのベース
間にノット回路を接続し、該ブリッジで接続点ｂ，ｄか
らペルチェ素子１を駆動する電流を取り出すドライブ回
路とし、ここに入力端子に１，０の信号を付与すること
で、出力側には例えば順方向の電流を取り出し、逆に入
力端子に０，１の信号を付与することで出力側に逆方向
の電流を取り出すことができる。

【００１３】又、該ペルチェ素子１に交番的に電流方向
を転換させる手段としては、手動として２極双投のスイ
ッチを接続しても良い。

【００１４】次に、一定方向に電流の強度を調整する手
段を配する。該電流の強度を調整するとは、前記ドライ
ブ回路に導かれたペルチェ素子１に順又は逆の方向に電
流を流す際に、その電流の強さを調整して、終局的に温
冷の刺激の強さを調整しようとするものである。なぜな
ら、温刺激といっても、非常に熱く感じる高温の刺激
と、中程に温かく感じる刺激と、ぬるま湯的な低い温度
の刺激があり、一方冷刺激にも、氷のように非常に冷た
く感じる刺激と、冷えた水程度の中程度の刺激と、少し
だけ冷える程度の刺激があり、これを要求及び好みに応
じて調整する為である。具体的には、図４の如く、電流
の大きさを定め、基準時間（即ち繰り返し周期）内で通
電時間の比率（デューティ比）を変える所謂ＰＷＭ制御
によって平均電流強度を変化させる方法が有効である。
このためには、ＰＷＭ制御信号は主としてコンピュータ
によって発生するが、或いは、図５の如く、非安定マル
チバイブレータにダイオードの順逆方向の抵抗の違いを
利用して時定数を変える変形を加えてデューティ比を変
化させて発振する回路とすることもできる。更に、斯か
るデューティ比によらず、電流の大きさそのものをアナ
ログ的に変化させる方法も可能であるが、これは回路が
複雑になる。

【００１５】次に、温と冷を繰り返す周期を調整する手
段を配する。周期の調整手段とは、ペルチェ素子１に流
す電流を順方向とする時間と、逆方向にする時間とを変
化させ、温の刺激と冷の刺激の長短を変化させることを
いう。なぜなら、温冷への変化の要求は、刺激の強さだ
けでなく温と冷の時間的長さに対しても、例えば低温の
弱い刺激を長く要求する場合と高温の強い刺激を短く要
求する場合等の異なるパターン形成が要求されるとき
に、これに応えるためである。具体的には、上記基準時
間が設定された場合、その繰り返される周期の数を変化
させることで、順方向にする時間と、逆方向にする時間
を変化させることができる。

【００１６】上記電流強度の調整手段と、電流の順逆方
向の転換手段と、温冷周期の調整手段とを組み合わせる
ことによって温冷刺激のパターンの形成が可能となる。
即ち、温又は冷の区別、電流の強度、温冷の周期の３つ
の因子を数値化し、その数値データを組み合わせて幾多
のパターンを形成することができる。そのパターンに
は、例えば、下記の如きパターンを挙げることができ
る。

【００１７】（ａ）冷と温の繰り返しパターン 図４に示す如く、最初電流を順側に流し、温とし、それ
をデューティ比を例えば７０％として昇温させ、途中、
過剰な昇温を避けるためデューティ比を５０％に落と
し、適温を保ちながら１０秒程度足の裏を暖める。次い
で、電流を逆方向として、冷側とし、やはりデューティ
比を例えば７０％とし、途中過剰な冷却を避けるためデ
ューティ比を５０％の変更し、５秒程度、足の裏を今度
は冷却する。これを何回か繰り返すと、足の裏に温と冷
の刺激が交互に繰り返して与えられる。

【００１８】（ｂ） ピリッと熱い湯パターン 電流を順方向とし、温とし、デューティ比を高めの９０
％とした後、その直後に電流を逆方向にして、一回程度
流す。すると、温の高いデューティ比により加熱され
て、「ピリッ」とした丁度熱めの湯に入ったと同様の刺
激が与えられる。しかし、その「ピリッ」とした刺激
は、ほんの一瞬なら適度な刺激となるが、少しでも長引
くと、強過ぎて不快な刺激となってしまう。そこで、逆
方向に電流を流すと、その「ピリッ」とした感覚が一瞬
にして取り去られ、短時間の丁度良い刺激に抑えること
ができる。

【００１９】（ｃ） ぬるま湯パターン 電流方向を順方向とし、デューティ比を５０％程度に抑
えて急激な昇温を避け、ゆっくり昇温させ、且つ、その
後もデューティ比に少しの変化は与えるも、高めの設定
は避け、ぬるま湯にゆっくり浸かっているかのような感
覚を与える。 （ｄ） 目瞼の場合 上記（ａ）〜（ｃ）は、主に足の裏を刺激する場合を説
明したが、目瞼の場合もほぼ同様なことが言え、但し、
目瞼は冷温刺激に対して敏感なので、極端な低温や高温
は避けて、穏やかな冷温刺激を繰り返すのが好ましい。

【００２０】次に、そのパターン形成の結果を記憶させ
る記憶手段と、その再生手段とを配設する。記憶手段と
は、上記パターンを形成する数値データをメモリーにパ
ターン毎に項目を付して項目別に記憶させる回路をい
う。その記憶手段は、例えば各回路と全体の機能との関
係を表した図６に示す如く、電流強度をＳＷ１から入力
し、温又は冷の区別をＳＷ２から入力し、周期の回数を
ＳＷ３から入力する。

【００２１】更に、図６の如く、上記パターンの再生手
段として、上記記憶された内容をデコーダ等で項目別に
読み出す読出回路と、そのデータに基づいて、温又は冷
の区別、電流の強度、温冷の周期を指令する信号に変換
する判断回路と、変換された信号に基づいてドライブ回
路を駆動させる電流を作り出す信号発生回路とを設け
る。なぜなら、上記パターンを形成しても、その設定を
その度に繰り返すのでは、操作が面倒であり、微妙な調
整も困難となるから、これを自動化するためである。

【００２２】

【実施例１】 〔足の裏の刺激の場合〕電流の大きさを２Ａと定め、基
準時間を１秒とし、デューティ比を９０％としで電流順
方向に３回繰り返し、次いで、逆方向にデューティ比７
０％で１回流し、デューティ比５０％で順方向に２回流
し、逆方向にデューティ比７０％で１回流し、順方向に
５０％で４回流し、温サイクルとする。次いで、逆方向
にデューティ比９０％で４回流し、順方向にデューティ
比７０％で１回流し、逆方向にデューティ比５０％で５
回流し、冷サイクルとする。これを好みの回数繰り返
す。

【００２３】それを、プログラム化するにあたり、フロ
ーチャートを示すと図７の如くで、前記ＳＷ１〜ＳＷ３
から制御回路を通じて各データを入力し、それを記憶回
路に記憶させる。運転操作にあたっては、スイッチをＯ
Ｎにすると、制御回路の初期化がなされ、前記データを
入力した記憶回路から読み出し、データのチェックの
後、スタートチェックし、再生動作に入る。再生動作
は、記憶回路からの読み出しと、その内容を判断し、ド
ライバをコントロールする信号を作り出す。その発生信
号に基づいてドライバが動作して、ペルチェ素子１に各
条件に合致した電流を流す。

【００２４】この結果、ペルチェ素子自体の温度変化を
プロットしたのが図８の通りで、温サイクルでは徐々に
昇温すると共に、３回「ピリッ」とした刺激が一瞬だけ
与えられ、温かさの中に僅かの刺激を含ませ、次いで、
冷サイクルに入り、温度が低下し、温とは逆の冷たさを
与える。これを繰り返すと、温と冷の刺激が交互に与え
られ、血液の循環を良好にすると共に、快適感が得られ
た。

【００００】

【実施例２】 〔目瞼の刺激の場合〕実施例１と基本的は同様で、電流
の大きさを２Ａと定め、基準時間を１秒とした。但し、
目瞼は比較的刺激に敏感なので強い刺激を避ける為に、
デューティ比を７０％として電流順方向に５回繰り返
し、次いで、デューティ比５０％で順方向に５回流して
温サイクルとし、次に、逆方向にデューティ比７０％で
５回流し、逆方向にデューティ比５０％で５回流して冷
サイクルとする。これを好みの回数繰り返す。

【００００】プログラム化等は実施例１と同様の考えで
行い、その結果、比較的緩やかな刺激で温と冷の刺激が
繰り返され、血液の循環を良好にすると共に快適感によ
って目の疲れを癒すことができ、パソコン、ワープロ等
で目の疲れ易い、ビジネンマン、オフィスレデイ等に好
適なものとなった。

【００２５】

【発明の効果】以上の構成及び作用に基づく本発明は、
電流の順逆方向によって加温と冷却が惹起されるペルチ
ェ素子の特性を利用することによって、冷水や温水を必
要とせずに電気的にスイッチを入れるだけでどこでも簡
潔に温冷刺激を与え、健康を増進し、その際、温冷の強
弱や周期を組み合わせた幾多のパターン形成でき、且
つ、それを自動的に再現又は変更することのできる優れ
た効果を奏する。且つ、本発明の効果を主に足の裏及び
目瞼への刺激を例に説明したが、その他、頭への刺激
や、運動後の腕や肩の筋肉の疲労回復を図ること等、足
や目瞼に限定されず身体各部への応用が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】足の裏刺激用に本発明装置を用いた場合の全体
の概念を示す模式的側面図。

【図２】目瞼の刺激用に本発明装置を用いた場合の全体
の概念を示す模式的側面図。

【図３】ペルチェ素子の構造を示す縦断面図。

【図４】電流方向転換手段を示すドライブ回路図。

【図５】ＰＷＭ制御信号により電流強度を調整する手段
を示すタイムチャート。

【図６】ＰＷＭ制御信号発生のための非安定マルチバイ
ブレータ回路図。

【図７】一実施態様における各回路と全体の機能との関
係を示すブロック図。

【図８】実施例のフローチャート。

【図９】実施例のＰＷＭ制御信号と温度変化を示すタイ
ムチャート。

【符号の説明】

１ ペルチェ素子 ２ 放熱器 ３ ファン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 身体の一部に当接可能なペルチェ素子
   と、該ペルチェ素子に順方向と逆方向の異なる電流を交
   番的に流す電流方向転換手段と、該ペルチェ素子への電
   流供給手段と該ペルチェ素子に蓄積した熱の放熱手段と
   を有する温冷刺激健康器具。
2. 【請求項２】 身体の一部に当接可能なペルチェ素子
   と、該ペルチェ素子に順方向と逆方向の異なる電流を交
   番的に流す電流方向転換手段と、 該ペルチェ素子に流す電流の強度を変化させて温冷刺激
   の強さを調整する電流強度調整手段と、 順方向と逆方向に流す通電時間を変化させて温冷の刺激
   に周期をもたせる周期調整手段と、 該ペルチェ素子への電流供給手段と該ペルチェ素子に蓄
   積した熱の放熱手段と有する温冷刺激健康器具。
3. 【請求項３】 身体の一部に当接可能なペルチェ素子
   と、該ペルチェ素子に順方向と逆方向の異なる電流を交
   番的に印加する電流方向転換手段と、 該ペルチェ素子に流す電流の強度を変化させて温冷刺激
   の強さを変化させる電流強度調整手段と、 順方向と逆方向に流す通電時間を変化させて温冷の刺激
   に周期をもたせる周期調整手段と、 該電流方向転換手段，電流強度調整手段及び温冷周期調
   整手段とから温冷刺激のパターンを形成し、該パターン
   を記憶する記憶手段と、該記憶に基づいて一定パターン
   の温冷刺激をペルチェ素子に再現させる再生手段と、 該ペルチェ素子への電源供給手段と該ペルチェ素子に蓄
   積した熱の放熱手段とを有する温冷刺激健康器具。