WO2021140585A1 - 磁気刺激装置 - Google Patents

Abstract

大型は勿論、小型化にも適用でき、通電時の発熱による上昇温度が安全基準より低く、多数回の連続磁気刺激を可能にする磁気刺激装置の実用化を目的とする。　磁気刺激装置Ａは磁性体コア２、導体１ｂ・１ｃ（１ｂ'・１ｃ'）、及びケーシング４を含む。磁性体コア２は本体部分２ａと、本体部分２ａから同方向に突出した脚部２ｂ・２ｃとで構成されている。導体１ｂ・１ｃ（１ｂ'・１ｃ'）は脚部２ｂ・２ｃのそれぞれの周囲にコイル状に巻設されている。ケーシング４は磁性体コア２と導体１ｂ・１ｃとを収納する容器である。磁性体コア２の脚部２ｂ・２ｃは、前記脚部２ｂ・２ｃを同時に横断する面Ｋに平行なその横断面積Ｓｂ・Ｓｃが、本体部分２ａ側の基部２ｋ・２ｌから先端２ｓ・２ｔに向けて、次第に小さくなるように形成されている。

Description

磁気刺激装置

　本発明は、運動機能を強化するために、患部の末梢神経、或いは大脳皮質運動野を繰り返し磁気刺激する際に使用される磁気刺激装置に関する。

　現在、脳卒中や脊髄損傷により四肢に麻痺を有する患者は２００万人に達しており、日本の年齢構成の推移によって、その数は更に増加している。脳損傷によって麻痺が長期間継続すると、廃用症候群によって筋肉の機能が著しく低下し、回復が困難な状態になる。
　片麻痺や四肢麻痺による廃用症候群を防止し、筋肉の機能を積極的に回復させるために運動療法によるリハビリテーションは最も重要な治療法とされている。

　また、脳血管障害の後遺症や高齢化による嚥下障害も社会問題となっている。現在、国内死亡原因の７．２％を占める肺炎の大多数は、嚥下障害を原因とする誤嚥性肺炎である。この嚥下障害のリハビリテーション方法としても、嚥下に関連する筋を反復的に動かす運動療法によるリハビリテーションが主流である。

　末梢神経や大脳皮質運動野を刺激して筋肉の運動を誘発する方法の一つとして磁気刺激法がある。これは、体表の近くに置いたコイルにパルス電流を流し、コイルから発生した磁束により体内に誘導される誘導電流で、神経を刺激して筋肉を動かす方法である。
　特許文献１は、指或いは腕を磁気刺激によって連続的に曲げる技術を開示しており、１０ミリ秒間隔で磁気パルスを繰り返して腕の神経を磁気刺激すると、パルス数の増加とともに腕が曲がる距離も増すことが示されている。しかしながら、磁気刺激装置には大電流を使用する関係から装置温度が上昇しやすい。
　特許文献２は、磁気刺激装置において、空冷により通電時の発熱によるコイルや磁性体コアの温度上昇が少なく、多数回の連続磁気刺激を可能にする技術が開示されている。

特開２０１０－１６６９７１号公報 特開２０１６－２８６４０号公報

　磁気刺激による効果は、磁気刺激の繰り返し回数とともに増す。そして、効果的な磁気刺激を起こすには、コイルに数百アンペア以上の大電流を流す必要がある。このために連続パルスによる磁気刺激は上記のようにコイルの発熱・温度上昇が激しく、空冷だけでは予定の数値までパルス数を増やすことができなかったという問題がある。このコイルの発熱が連続磁気刺激を行うための大きな技術的制約となっている。

　また、この磁気刺激装置に対して使用環境からの制約もある。実際のリハビリテーションでは実施可能な時間が一単位で２０分と限られ、準備までを含めると実質的なリハビリテーション時間は１５分程度である。この時間内で必要な磁気刺激回数を実行することが要求される。現在、要求されている仕様は、１回の磁気刺激当たりの磁気パルスが６０発で、１５分間で１００回の磁気刺激を行うことが求められている。そうすれば、実質的なリハビリテーション時間内の必要磁気パルスは６０００発となる。しかも、医療機器の安全基準から、患者の皮膚に長時間接触する機器の表面温度は４３℃未満という基準があり、小型の磁気刺激装置（例えば、後述する顎用の装置）においても、当然、これを満たすことが要求される。

　この磁気刺激装置には、腕や足などの大きな部位の筋肉を磁気刺激する大型のものだけでなく、顎に適用する場合もある。また、顎に適用する場合でも女性や高齢者には一定比率で顎の小さい患者が含まれており、より小型の磁気刺激装置が必要となる。
　装置形状を小さくすると、必然的にコイルも小さくなり、その熱容量が小さくなってコイルの昇温を招く。また、コイルを小さくすることは、磁束の大きさを小さくすることを意味し、この小さいコイルで大型の磁気刺激装置と同等の刺激を得るためには、より高い磁束密度が要求される。即ち、より大きな電流をより小さいコイルに通電することになるため、コイルの上昇温度を更に高くすることになる。

　現在の磁気刺激装置は、上記の理由から、機器の表面温度を４３℃未満にすることが困難であり、磁束密度も小さくならざるを得なかった。特に、装置を小型化すると機器の表面温度の上昇が激しく、上記仕様を満足するような装置の小型化は実現できなかった。
　本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、大型装置は勿論、小型化にも適用でき、通電時の発熱による上昇温度が安全基準より低く、多数回の連続磁気刺激を可能にする磁気刺激装置の実用化を目的としている。

　請求項１は、磁気刺激装置Ａにおける磁性体コア２の改良に関する（図６）。
　本体部分２ａと、前記本体部分２ａから同方向に突出した脚部２ｂ・２ｃとで構成された磁性体コア２と、
　前記脚部２ｂ・２ｃのそれぞれの周囲に巻設されたコイル状の導体１ｂ・１ｃ（１ｂ’・１ｃ’）と、
　前記磁性体コア２と導体１ｂ・１ｃとを収納したケーシング４とを含む磁気刺激装置Ａにおいて、
　前記脚部２ｂ・２ｃは、前記脚部２ｂ・２ｃを同時に横断する面Ｋに平行なその横断面積Ｓｂ・Ｓｃが、本体部分２ａ側の基部２ｋ・２ｌから先端２ｓ・２ｔに向けて、次第に小さくなるように形成されていることを特徴とする。

　請求項２は、請求項１の磁性体コア２を更に限定したものである。
　請求項１に記載の磁気刺激装置Ａにおいて、
　脚部２ｂ・２ｃの対向内側面２ｍ・２ｎ間の間隔Ｌが基部２ｋ・２ｌから先端２ｓ・２ｔに向けて次第に拡大するように形成されていることを特徴とする。

　請求項３は、磁性体コア２を構成する薄板３の積層方向に関する（図７）。
　請求項１又は２に記載の磁気刺激装置Ａにおいて、
　磁性体コア２は薄板３の積層体で構成されており、その積層面は、磁性体コア２の体部分２ａと両脚部２ｂ・２ｃとを同時に縦断する面Ｍに平行であることを特徴とする。

　請求項４は、磁気刺激装置Ａのケーシング４に関するもので、
　請求項１～３のいずれかに記載の磁気刺激装置Ａにおいて、
　脚部２ｂ・２ｃの内側面２ｍ・２ｎと、前記脚部２ｂ・２ｃに巻設され、前記内側面２ｍ・２ｎに対向する導体１ｂ・１ｃの対向面との間に、前記ケーシング４内に取り込まれた冷却気体６が通流する冷却スペース８１がそれぞれ設けられていることを特徴とする。

　請求項５は、磁気刺激装置Ａの導体１ｂ・１ｃ（第１実施例のストレート接続構造：図１１）に関するもので、
　請求項１～４のいずれかに記載の磁気刺激装置Ａにおいて、
　導体１ｂ・１ｃは、脚部２ｂ・２ｃの先端２ｓ・２ｔから基部２ｋ・２ｌに向かって複数層（段）に分割して巻着された線材１ｂ１～１ｂｎ／１ｃ１～１ｃｎで構成され、
　前記線材１ｂ１～１ｂｎ／１ｃ１～１ｃｎは、隣接する各層（段）毎に接続されるようになっていることを特徴とする。

　請求項６は、磁気刺激装置Ａの導体１ｂ・１ｃ（第１実施例のクロス接続構造：図１２）に関するもので、
　請求項１～４のいずれかに記載の磁気刺激装置Ａにおいて、
　導体１ｂ・１ｃは、脚部２ｂ・２ｃの先端２ｓ・２ｔから基部２ｋ・２ｌに向かって複数層（段）に分割して巻着された線材１ｂ１～１ｂｎ／１ｃ１～１ｃｎで構成され、
　一方の脚部２ｂの先端２ｓから基部２ｋに向かう各層（段）の線材１ｂ１～１ｂｎは、他方の脚部２ｃの各層（段）の線材１ｃ２～１ｃｎに基部２ｌ側から先端２ｔに向かって順に接続されていることを特徴とする。

　請求項７は、磁気刺激装置Ａの導体１ｂ’・１ｃ’（第２実施例のストレート接続構造：図１３）に関するもので、
　請求項１～４のいずれかに記載の磁気刺激装置Ａにおいて、
　導体１ｂ’・１ｃ’は、脚部２ｂ・２ｃそれぞれに入れ子にて多重に巻着されることにより、内外で複数層に巻設された線材１ｂ１’～１ｂｎ’／１ｃ１’～１ｃｎ’で構成され、
　前記線材１ｂ１’～１ｂｎ’／１ｃ１’～１ｃｎ’は、対応する内側同士、外側同士で同層毎に接続されていることを特徴とする。

　請求項８は、磁気刺激装置Ａの導体１ｂ’・１ｃ’（第２実施例のクロス接続構造：図１４）に関するもので、
　請求項１～４のいずれかに記載の磁気刺激装置Ａにおいて、
　導体１ｂ’・１ｃ’は、脚部２ｂ・２ｃそれぞれに入れ子にて多重に巻着されることにより、内外で複数層に巻設された線材１ｂ１’～１ｂｎ’／１ｃ１’～１ｃｎ’で構成され、
　前記線材１ｂ１’～１ｂｎ’／１ｃ１’～１ｃｎ’は、内側の線材に対して対応する外側の線材が各層毎に接続されていることを特徴とする。

　請求項９は、磁気刺激装置Ａ全体の構成で、
　磁性体コア２と、導体１ｂ・１ｃと、送風用のファン５と、これらを収納したケーシング４とで構成された磁気刺激装置Ａにおいて、
　磁性体コア２は、本体部分２ａと、前記本体部分２ａから同方向に突出し、その対向内側面２ｍ・２ｎ間の間隔Ｌがその基部２ｋ・２ｌから先端２ｓ・２ｔに向けて次第に拡大するように形成されている脚部２ｂ・２ｃとで構成され、且つ複数の薄板３の平面同士が重なり合った積層体で構成されており、
　導体１ｂ・１ｃは、前記脚部２ｂ・２ｃのそれぞれの周囲にコイル状に巻設されており、
　ファン５は、前記脚部２ｂ・２ｃの対向内側面２ｍ・２ｎ間に向けて配置されていることを特徴とする。

　本発明の磁性体コア２は、その脚部２ｂ・２ｃが本体部分２ａの基部２ｋ・２ｌから先端２ｓ・２ｔに向けてその横断面積Ｓｂ・Ｓｃが次第に小さくなるように形成されているので、先端部分からの磁極間磁束Ｇの漏れを抑制してその先端２ｓ・２ｔから出る、治療に有効な磁束密度を一定に保つことが出来ると同時に導体１ｂ・１ｃ（１ｂ’・１ｃ’）の昇温抑制にも寄与する（図６）。なお、煩雑さを避けるため、導体１ｂ・１ｃ（１ｂ’・１ｃ’）を単に導体１とすることもある。
　また、脚部２ｂ・２ｃの傾斜した側面と導体１との間にスペースが発生するので、冷却気体６を流すとこのスペースに入り込んで脚部２ｂ・２ｃを効果的に冷却する。

　そして上記において、脚部２ｂ・２ｃの対向内側面２ｍ・２ｎの間隔Ｌが前記基部２ｋ・２ｌから先端２ｓ・２ｔに向けて次第に拡大するように形成しておけば、先端２ｓ・２ｔの対向内側面２ｍ・２ｎ側の部分から発生する磁束Ｇ１の磁束密度は間隔Ｌを拡大しない場合に比べて弱まり、反対側である先端２ｓ・２ｔの外側部分から発生する磁束Ｇ３は間隔Ｌを拡大しない場合に比べてより深部に届く。その結果、患部の深部（治療対象の筋肉のモーターポイントＰ）に対して強い磁気刺激が与えられ、皮膚のような患部の浅い部分に対しては弱い磁気刺激となり、患者の不快感を軽減することができる（図３）。

　磁性体コア２の薄板３の平面（積層面）を本体部分２ａと両脚部２ｂ・２ｃとを同時に横断する面Ｍに平行にして積層すれば、脚部２ｂ・２ｃの層間絶縁により脚部２ｂ・２ｃに発生すべき渦電流Ｕが抑制され、脚部２ｂ・２ｃの昇温が抑制される（図９）。

　ケーシング４において、脚部２ｂ・２ｃの内側面２ｍ・２ｎと前記脚部２ｂ・２ｃに巻設された導体１との間に冷却スペース８１をそれぞれ設けておけば、ファン５からの冷却気体６によって脚部２ｂ・２ｃの冷却がより効果的に行える（図８）。

　導体１の構造において、導体１を脚部２ｂ・２ｃの長手方向で複数層（段）に分割しておけば、或いは重ね合わせ方向で多重層に形成しておけば、各層の電流密度が平均化され、部分的な昇温が抑制される。
　この場合、各層の接続が「クロス接続」の場合、「ストレート接続」と違い、先端側（内側）のコイルに発生する起電力と基部側（外側）のコイルに発生する逆方向の起電力とが相殺し、導体１の昇温がより効果的に抑制されることになる。

　そして、これら（磁性体コア２の形状、積層方向、冷却方法、導体１の構造）を組み合わせることで、小型化したとしても導体１と磁性体コア２の昇温を規制値未満に抑制でき、且つ治療に必要なレベルの磁束密度、刺激回数を確保出来た。

本発明の磁気刺激装置を蓋部側から見た斜視図である。 蓋部側から見た図１の内部構造を示す平断面図である。 図２のＸ－Ｘ断面図である。 （ａ）本発明の磁気刺激装置の中央縦断面図、（ｂ）その磁性体コアの斜視図、（ｃ）他の磁性体コアの斜視図である。 本発明の磁性体コアを構成する薄板の斜視図である。 本発明の磁性体コアの脚部の水平断面を示す斜視図である。 本発明の磁性体コアの薄板の積層方向を示す斜視図である。 （ａ）本発明の磁性体コアと導体との配置関係を示す図、（ｂ）本発明の磁性体コアと他の導体との配置関係を示す図である。 図８における渦電流と磁極間磁束の関係を示す図である。 本発明の導体の結線構造の模式図（シングルコイル）である。 （ａ）導体の結線構造の模式図（第１実施例のストレート接続構造）、（ｂ）その概略正面図である。 （ａ）導体の結線構造の模式図（第１実施例のクロス接続構造）、（ｂ）その概略正面図である。 （ａ）導体の結線構造の模式図（第２実施例のストレート接続構造）、（ｂ）その概略正面図である。 （ａ）導体の結線構造の模式図（第２実施例のクロス接続構造）、（ｂ）その概略正面図である。 本発明の磁性体コアの対向内側面の開き角度と患部の２つの部位における電気刺激の関係図である。

　次に、本発明の詳細を実施形態に基づいて説明する。なお、この実施形態は当業者の理解を容易にするためのものである。すなわち、本発明の明細書の全体に記載されている技術思想によってのみ限定されるものであり、本実施例のみに限定されるものでないことは理解されるべきである。

　本発明の連続磁気刺激装置Ａは、導体１、磁性体コア２、ケーシング４及び冷却機構７にて構成されている。導体１は磁性体コア２の左右の脚部２ｂ・２ｃにそれぞれコイル状に巻設されている。

　磁性体コア２はＵ形のもので、直方体又は立方体状の本体部分２ａと、前記本体部分２ａの同一面で反対側の端部から線対称にて同方向に突出した脚部２ｂ・２ｃとで構成されている。該磁性体コア２は、後述する薄板３の積層体である。
　両脚部２ｂ・２ｃの形状は、本体部分２ａに平行で両脚部２ｂ・２ｃを横断する面Ｋ（例えば、水平面）で切ったその横断面積Ｓｂ・Ｓｃが先端２ｓ・２ｔに向かうと共に次第に小さくなるように形成されている。
　図４（ｂ）に示す実施例は脚部形状の一例で、脚部２ｂ・２ｃの対向内側面２ｍ・２ｎが平面で構成され、その間隔Ｌが基部２ｋ・２ｌから先端２ｓ・２ｔに向けて次第に拡大するように形成されている。この対向内側面２ｍ・２ｎ間の開き角度を「θ」で表す（図５）。
　脚部形状を具体的に言えば、先すぼまりの角柱（角錐台）或いは外側面が垂直、対向内側面（平面）が上に行くほど広がるように傾斜した正面視台形状の立体である。
　図４（ｃ）に示す実施例は脚部形状の他の例で、対向内側面２ｍ・２ｎが内側に膨出している。図の例では、先端２ｓ・２ｔに平行な稜線で３分割されている。それぞれの分割内側面を２ｍ１・２ｍ２・２ｍ３／２ｎ１・２ｎ２・２ｎ３で表す。勿論、３分割は一例で、内側に膨出するような縦断面円弧状の曲面（即ち、円柱の一部を切り取った曲面：図示せず）でもよい。このような形状にすることで、対向内側面２ｍ・２ｎが平面の場合より、強い刺激を内部に与えることができる。即ち、磁性体コア２の対向内側面２ｍ・２ｎが内側に膨出していると、磁性体コア２の太い基部２ｋ・２ｌの磁束密度が飽和しにくくなり、磁性体コア２の先端２ｓ・２ｔまで内部の磁束密度が高い状態が維持される。その結果、コア先端２ｓ・２ｔの磁束密度がより強くなる。

　上記磁性体コア２は、図５に示す薄い絶縁被膜付き圧延ケイ素鋼板の薄板３を多数枚積層した積層体で構成されている。本実施例で使用した圧延ケイ素鋼板は、厚さが０．３５ｍｍのものである。図５に示す薄板３はその一例である。
　薄板３は、図７に示すように、磁性体コア２の本体部分２ａと両脚部２ｂ・２ｃとを同時に横断する面Ｍ（例えば、垂直面）に平行に（換言すれば、薄板３の平面を重ね合わせて）積層されている。従って、薄板３の形状は、図５に示すように、薄板本体３ａの一つの辺から二つの脚部構成突片３ｂ・３ｃが同じ方向に延出した略Ｕ字形のもので、その内側対向辺は基部から先端に向かって次第に間隔が広がるように形成されている。その開き角度をθで示す。

　磁性体コア２は、上記開き角度θによって、脚部２ｂ・２ｃの先端２ｓ・２ｔから発生する磁束Ｇの分布が変化する。即ち、図３のように脚部２ｂ・２ｃの対向内側面２ｍ・２ｎが開いている場合、対向内側面２ｍ・２ｎ側の先端部分から発生する磁束Ｇ１は、開き角度をθ＝０の場合に比べて弱くなり、反対側である先端２ｓ・２ｔの外側部分から発生する磁束Ｇ３は開き角度をθ＝０の場合に比べてより深部に向かうこととなる。その結果、図３に示すように、身体の浅い部分への刺激は弱まり、身体深部のモーターポイントＰはより強く刺激されることになる。

　今、身体深部のモーターポイントＰを皮膚表面から２０ｍｍの深さ、皮膚に存在する表皮侵害受容器の位置が１ｍｍの深さとすると、図１５から、開き角度θは９．１°～１７．７°、好ましくは１３．５°±２°の範囲とする。ここで、前記皮膚表面からの深さをＺとする。
　上記θ＝９．１°は２０ｍｍの深さＺにおける磁気刺激の強度（２０ｍｍの深さにおける誘導電流密度Ａ／ｍ^２、即ち、これが当該部分の渦電流の強度）が平坦になり始める位置であり、θ＝１７．７°は両者が急落する位置である。θ＝１３．５°でピークを迎える。２０ｍｍの深さＺにおける磁気刺激の強度は、θ＝９．１°～１７．７°の範囲で平坦な値を示す。１７．７°を越えると磁気刺激は急落する。
　なお、θ＝１３．５°±２°では２０ｍｍの深さＺにおける最大磁気刺激の強度（Ａ／ｍ^２）を含み且つほぼ一定を保つので、この範囲が最も適切な開き角度θである。
１ｍｍの深さにおける磁気刺激は、開き角度θが大きくなるに連れて一貫して漸減する。上記範囲では、開き角度θ＝０の場合に比べて皮膚に対する刺激を幾分緩和することになる。
　なお、図１５は、左縦軸に皮膚から２０ｍｍの深さにおける誘導電流密度Ａ／ｍ^２、右縦軸に１ｍｍの深さにおける誘導電流密度Ａ／ｍ^２、横軸に磁性体コア２の対向内側面２ｍ・２ｎの開き角度θ（度）を示す。

　導体１の素材となる線材は、長尺で断面長方形又は正方形の平角銅板（帯）で、導体１はこの線材を磁性体コア２の脚部２ｂ・２ｃの周囲にコイル状に巻き付けたものである。この導体１をコイルと称することもある。導体１の表面には絶縁被膜が形成されている。
　導体１それぞれは、内周側と外周側や、上段側と下段側のコイルが互いに接触するように密巻状に巻設されている。（勿論、内外が接触しないようにコイル冷却用スペース（図示せず）を設けて巻設することも可能である。）
　導体１の絶縁被膜はウレタン樹脂を用い、導体１表面の放熱を妨げないように薄くした。本実施形態では絶縁被膜の厚みは２０μｍとした。

　導体１に用いられる線材の形状は２種類あり、１つは図８（ａ）のように脚部２ｂ・２ｃのほぼ全体を覆う１本の広幅の平角線材（帯）を用いる場合と、図８（ｂ）のように上下の幅が狭い平角線材である。この場合、複数本の平角線材を脚部２ｂ・２ｃに多層・多重に巻設して用いることになる。導体１を構成する線材の脚部２ｂ・２ｃへの巻き状態は３通りある。脚部２ｂ・２ｃにそれぞれ巻かれた複数本の平角線材からなる導体１ｂ・１ｃ（１ｂ’・１ｃ’）の接続方法には後述するように２通りがある。（なお、上下の幅の狭が狭い平角線材に代えて断面円形の線材の使用も可能である。）

（導体１を構成する線材の脚部２ｂ・２ｃへの巻き状態）
　第１は、図８（ａ）、図１０のように脚部２ｂ・２ｃの周囲に上下幅の大きい１本の線材が内側から外側に向けて何重にも巻き付けられ、最外周のコイル同士が接続され、最内周のコイルがそれぞれ励磁電流供給線１０ｂ・１０ｃに接続されている場合である。これを「シングルコイル」という。
　第２、第３は、図８（ｂ）のように上下の幅が狭い複数本の平角線材を脚部２ｂ・２ｃの周囲に上下方向で多層（多段又は入れ子状に多重）に巻設して用いる場合である。これを「並行コイル」「多重コイル」とする。
　即ち、導体１を構成する線材の脚部２ｂ・２ｃへの巻き状態は、「シングルコイル」「並行コイル」「多重コイル」の３パターンがある。

　上記第２の「並行コイル」には、図３、図４に示す上下２段の層で構成されたものや、図１１、図１２に示す多層（多段）に構成されたものがある。

　上記第３の「多重コイル」は、図１３、図１４に示すように上下の幅が狭い複数本の平角線材を脚部２ｂ・２ｃの周囲に径方向で多層（多重）に巻設して用いる場合である。換言すれば、内外のコイルが入れ子状態で脚部２ｂ・２ｃの周囲に巻設されている状態である。

　脚部２ｂ・２ｃに対する線材の巻き付け方向であるが、これは「シングルコイル」「並行コイル」「多重コイル」のいずれの場合も、一方の脚部２ｂの磁場の方向Ｎ（Ｓ）に対して、他方の脚部２ｃの磁場の方向Ｓ（Ｎ）が逆向きとなるように巻きつけられる。即ち、一方の脚部２ｂの導体１ｂを時計方向に巻き付けると、他方の導体層１ｃは反時計方向に巻き付けることになる（図１０～図１４）。

　次に、「並行コイル」「多重コイル」の線材の各段又は各層の接続構造について説明する。図１１、図１３は「並行コイル」「多重コイル」の線材の接続構造で、これを「ストレート接続構造」とする。これに対して図１２、図１４は「並行コイル」「多重コイル」の線材の他の接続構造で、これを「クロス接続構造」とする。それぞれについて説明する。

　「並行コイル」の「ストレート接続構造（図１１）」は、上下の同じ層（即ち、隣接する層）１ｂ１／１ｃ１～１ｂｎ／１ｃｎの最外周のコイル同士が接続されて１本の線材となり、同じ層の最内周のコイルの端末はそれぞれ集合されて励磁電流供給線１０ｂ・１０ｃにそれぞれ接続される。

「並行コイル」の「クロス接続構造（図１２）」は、先端２ｓ・２ｔ側の第１層（段）の最外周のコイル１ｂ１／１ｃ１と、基部２ｋ・２ｌ側の第ｎ層のコイル１ｂｎ／１ｃｎとがそれぞれクロス接続されて１本の線材となり、第２層の最外周のコイル１ｂ２／１ｃ２と第ｎ－１層のコイル１ｂ（ｎ－１）／１ｃ（ｎ－１）と接続されて１本の線材となる。以下、同じ。この場合は異なる層のコイルが接続されることになる。そして最内周のコイルの端末はそれぞれ集合されて励磁電流供給線１０ｂ・１０ｃに接続される。

　「多重コイル」の「ストレート接続構造（図１３）」では、第１の線材が一方の脚部２ｂの外周面に沿うようにして先端２ｓから基部２ｋに向けて数ターン巻き付ける。この最内層のコイルを１ｂ１’で表す。
　続いて、第２の線材が、前記最内層である第１のコイル１ｂ１’の上に重ねるように巻き付けられる。ｎ層の場合は、その上に順次入れ子状に巻設されることになる。最外層のコイルを１ｂｎ’で表す。
　同様に他方の脚部２ｃの外周面に第１の線材から第ｎ迄の線残りの部分が順次入れ子状に巻設される。これらコイルを１ｃ１’～ １ｃｎ’で表す。
　最内周では最内周のコイル１ｂ１’／１ｃ１’同士が接続され、順次、同じ重畳層のコイル同士が接続され、最外周では最外周のコイル１ｂｎ’／１ｃｎ’同士が接続される。そして各脚部２ｂ・２ｃのコイルの端末はそれぞれ集合されて励磁電流供給線１０ｂ・１０ｃに接続される。

　「多重コイル」の「クロス接続構造（図１４）」は、上記と同じ入れ子状であるが、結線構造が異なる。
　そして、一方の脚部２ｂの基部２ｋ側の最内層のコイル１ｂ１’は、他方の脚部２ｃの最外層の先端２ｔ側のコイル１ｃｎ’に接続されて１本の線材となる。同様に一方の脚部２ｂの基部２ｋ側の２番目の内層のコイル１ｂ２’は、他方の脚部２ｃの最外層の先端２ｔ側のコイル１ｃ（ｎ－１）’に接続される。一方の脚部２ｂの基部２ｋ側の最外層であるｎ番目の内層のコイル１ｂｎ’は、他方の脚部２ｃの最内層の先端２ｔ側のコイル１ｃ１’に接続される。そして各脚部２ｂ・２ｃに巻設されたコイルの端末はそれぞれ集合されて励磁電流供給線１０ｂ・１０ｃに接続される。

　脚部２ｂ・２ｃと導体１ｂ・１ｃとの関係であるが、図８の実施例では、脚部２ｂ・２ｃの外側に傾斜している対向内側面２ｍ・２ｎと導体１ｂ・１ｃの内周面との間に先端２ｓ・２ｔ方向に漸増する直角三角形状のスペースがそれぞれ発生している。このスペースを冷却スペース８１とする。
　なお、脚部２ｂ・２ｃの形状は、上記のような対向内側面２ｍ・２ｎが外側に傾斜している場合だけでなく、図示していないが脚部２ｂ・２ｃの外側面が先端２ｓ・２ｔ側に近付くに連れて内側に傾斜している場合もある。この場合、上記直角三角形状のスペースは脚部２ｂ・２ｃの外側面側に発生する。また、脚部２ｂ・２ｃの対向内側面２ｍ・２ｎ及び外側面側の両方に傾斜面が設けられる場合もあり、上記三角形状のスペースは脚部２ｂ・２ｃの内外両側面に沿って発生する。

　なお、既述のように導体１の表面には絶縁被膜が形成されていること、後述するように全体としての導体１自体の発熱が小さいところから、従来必要とされていた導体１間に冷却用隙間を設ける必要は特になく、互いに密着させて巻き付けることが可能である。導体１間の冷却用隙間は、特に必要な場合のみ設けられる。図４の図面では、上下のコイル、内外層のコイルの間には間隙が生じるように誇張して描かれているが、実際では殆ど隙間はない。

　ケーシング４は、磁性体コア２とコイル状の導体１及び冷却機構７の一部を構成する冷却ファン５などを収納する樹脂製（ここではＡＢＳ製）のものである。このケーシング４は、上面が開口したケーシング本体４６と、その開口を覆う蓋部４１、及びハンドル４９とで形成されており、図示しないボルトで固定され、前記上面開口が閉塞されている。
　ハンドル４９はケーシング４の後方に伸びるようにケーシング本体４６の底部４８に設けられている。ケーシング本体４６の前面には、内部スペースに通じる吸気口４７が設けられている。

　患者の患部に接触する蓋部４１の磁束発生面４２には、外方に膨出した四角形（長方形）の凸部４３が２箇所に平行し、且つケーシング４の前後方向に伸びるように形成されている。そして、凸部４３の内側の面は凸部４３に対応して浅く凹んでいる。この四角形の凸部４３の内面側の凹部には磁性体コア２の脚部２ｂ・２ｃの先端２ｓ・２ｔが嵌め込まれている（図３）。
　また、蓋部４１の前面には横長のスリットの吹き出し口４４が上下方向にわたって複数段で穿設されている。そしてこの吹き出し口４４は、磁性体コア２の脚部２ｂ・２ｃの間の空間に一致して設けられている。そして、蓋部４１の背面には、コード取付部４５が後方に突出するように設けられている。このコード取付部４５には給電コード５０が接続されている。

　ケーシング４内に収納された磁性体コア２は、ケーシング本体４６の底部４８に立設された柱部分を介してサポート５１により蓋部４１に押圧されている。そして、このサポート５１と底部４８の間には吸気口４７に繋がる吸気スペース８３が設けられている。
　そして、磁性体コア２の背面側のファン収納スペース８４でこの吸気スペース８３と、上記排気側の冷却スペース８１とが繋がっている。
　この磁性体コア２の背面側のファン収納スペース８４にはファン５が設置されている。これら吸気口４７、冷却スペース８１、ファン収納スペース８４、吸気スペース８３、吹き出し口４４及びファン５とで冷却機構７が構成される。（ファン５に代えて給気ホース（図示せず）を吸気口４７に接続してもよい。）

　次に、本装置Ａの作用について説明する。使用する本装置Ａは図８（ａ）、図１０に示す「シングルコイル」とし、他については「シングルコイル」との相違を中心に説明する。
　図１０において、一方の励磁電流供給線１０ｂから励磁電流（パルス電流或いは交流電流）を供給すると、励磁電流は一方の脚部２ｂに巻かれた導体２ｂに反時計方向に流れ、続いて他方の脚部２ｃに巻かれた導体１ｃに時計方向に流れ、他方の励磁電流供給線１０ｃに流れる。
　これにより一方の脚部２ｂの先端２ｓの磁極はＳとなり、他方の脚部２ｃの先端２ｓの磁極はＮとなる。そして、一方向の励磁電流が流れ終わると、該励磁電流は反転して他方の励磁電流供給線１０ｃから反対方向の励磁電流が流れ、これが他方の脚部２ｃに巻かれた導体１ｃに時計方向に流れ、続いて一方の脚部２ｂに巻かれた導体１ｂに反時計方向に流れ、一方の励磁電流供給線１０ｂに流れる。これにより他方の脚部２ｃの先端２ｓの磁極はＳとなり、一方の脚部２ｂの先端２ｔの磁極はＮとなり、磁極が反転する。これを所定周期で繰り返す。磁性体コア２の両先端２ｓ・２ｔ間に磁束Ｇが発生する。
　発生した磁束Ｇは、患部（図では、顎の下）の深部では開き角度θ＝０に比べてより深くまで到達する磁束Ｇ３、皮膚では開き角度θ＝０に比べて弱められた磁束Ｇ１が作用する。そしてその作用として深部では強められた渦電流Ｕ３、皮膚では弱められた渦電流Ｕ１が発生し、当該部分を磁気刺激する。

　ここで従来の磁性体コアと比較すると、従来の磁性体コアの脚部は、その横断面積が一定の角柱であったので、先端に向かうに連れて脚部間での磁極間磁束の漏れが発生していた。このため、この漏れ磁束によって導体１の先端２ｓ・２ｔ側の部分に局所的な渦電流が発生し、この部分の温度が規制値以上に高くなっていた。
　本装置Ａの磁性体コア２の脚部２ｂ・２ｃは、本体部分２ａ側の基部２ｋ・２ｌから先端に向けてその横断面積Ｓｂ・Ｓｃが次第に小さくなるように形成されているので、先端部分の内側面からの磁極間磁束の漏れが抑制される。その結果、導体１に渦電流Ｕが発生せず、導体１の先端側の部分の昇温が抑制されるようになった。これと同時に上記のような磁束漏れを抑制できるようになったので、先端２ｓ・２ｔから出る磁束密度を一定に保つことが出来た。これはエネルギーロスを減らすもので、装置の小型化に寄与する。

　特に、図３のように脚部２ｂ・２ｃの対向内側面２ｍ・２ｎが開いている場合、上記のように開き角度θ＝０に比べて、対向内側面２ｍ・２ｎ側の先端部分から発生する磁束Ｇ１の密度が弱く、反対側である外側の先端部分から発生する磁束Ｇ３が届く深さが深くなるので、開き角度θ＝０に比べて、深部（治療対象の筋肉のモーターポイントＰ）に対してより強い磁気刺激が与えることが出来、皮膚のような患部の浅い部分に対しては弱い磁気刺激となるので、患者に与える不快感を軽減できる。
　これによりトレーニングでは、痛みを生じさせることなく顎の筋肉（或いは、腕の筋肉）が大きく収縮し、嚥下用や腕の筋肉の効果的なトレーニングが可能になる。

　また、磁性体コア２で、これを薄板３の平面同士が重なるように積層すれば、即ち、磁性体コア２の積層面（平面）を本体部分２ａと両脚部２ｂ・２ｃとを同時に横断する面（垂直面）Ｍに平行にして積層すれば、導体１ｂ・１ｃの通電時に一方の脚部２ｂ（２ｃ）と他方の脚部２ｃ（２ｂ）との間で発生する磁極間磁束の方向が薄板３の積層方向に対して垂直となっているために脚部２ｂ・２ｃの層間絶縁（薄板３の絶縁膜）により分断され、渦電流Ｕの発生が、抑制される（図９）。その結果、脚部２ｂ・２ｃの昇温が抑制される。

　そして通電中、冷却機構７は作動を続け（即ち、ファン５や給気ホースによる給・排気が行われる。）、吸気口４７から冷却気体（空気）６が吸気スペース８３に流れ込み、ファン５によって冷却スペース８１に送り込まれる。この冷却スペース８１を流れる冷却用の空気６は導体１や磁性体コア２の脚部２ｂ・２ｃに直接接触して導体１や磁性体コア２の脚部２ｂ・２ｃの熱を奪い、吹き出し口４４から外部に吹き出される。
　なお、冷却スペース８１の前後は導体１で阻まれているため、冷却用の空気６が該導体１にぶつかって冷却スペース８１内で十分な乱流を生じ、その結果、高い冷却効果を発揮する。

　以上のように、磁性体コア２の積層方向と形状、及び冷却構造を改善することで、室温２５℃において、磁気パルスを１５分間連続して発生させた場合（総パルス数６０００発）でも機器温度は基準の４３℃未満でとなり、患者に熱的な危険を生じさせないように出来た。

　次に、上記の改善に加えて結線構造の改善と昇温抑制の関係に付いて説明する。
　図８（ａ）のような「シングルコイル」の場合、励磁電流を流すと、既述のように磁性体コア２の両脚部２ｂ・２ｃの先端側のインダクタンスが基部側のインダクタンスより部分的に低くなる。そのために、脚部１ｂ・１ｃの先端部分に面する上下幅広の導体１ｂ・１ｃの先端側の部分に集中して励磁電流が流れる。その結果、「シングルコイル」では、上記空冷を中心に磁性体コア２の積層方向と形状の改善により装置の昇温抑制を行っている。

　そこで取られた昇温抑制のための導体１ｂ・１ｃの改善に付いて説明する。この場合において、導体１ｂ・１ｃを脚部２ｂ・２ｃの長手方向で複数層（段）に分割しておけば、或いは径方向で多重層に形成しておけば、「シングルコイル」と異なり、先端２ｓ・２ｔ側に位置する部分への電流密度の集中が緩和され、各層の電流密度が平均化されて各層の昇温が更に抑制される。以下、その作用を簡単に説明する。

　導体１ｂ・１ｃに励磁電流を通電すると、一方の脚部２ｂの先端２ｓにＮ極（Ｓ極）が現れ、他方の脚部２ｃの先端２ｔにその反対のＳ極（Ｎ極）が現れ、交互に極性が切り替わり両極間に磁束Ｇが発生する。この点は、本発明において共通する。

（並行コイルのストレート構造：図１１）
　第１の結線構造（並行コイルのストレート構造）では、通電時、脚部２ｂ・２ｃの先端部分のインダクタンスが基部２ｋ・２ｌの部分より小さくなる。それ故、脚部２ｂ・２ｃに巻き付けられたコイル１ｂ１／１ｃ１～１ｂｎ／１ｃｎにおいて、励磁電流は先端２ｓ・２ｔ側から基部２ｋ・２ｌ側に向かうにつれて減少する。即ち、脚部２ｂ・２ｃの先端部分に巻き付けられた第１層１ｂ１／１ｃ１には、それ以下の基部２ｋ・２ｌ側の層１ｂ２～１ｂｎ／１ｃ２～１ｃｎより多くの励磁電流が流れる。しかしながら、縦長幅広帯状の一体物である「シングルコイル」に比べてこの場合は、導体１ｂ・１ｃが複数の線材に分割されているため、電流密度の偏りが軽減される。
　なお、本発明の磁性体コア２は、既述のように脚部２ｂ・２ｃ間からの磁極間漏れ磁束が大幅に抑制されているため、各導体層１ｂ１～１ｂｎ／１ｃ１～１ｃｎにおける渦電流の発生は小さい。
　その結果、「並行コイルのストレート構造」は「シングルコイル」に比べて軽減された電流密度の偏りより、導体１ｂ・１ｃの発熱が「シングルコイル」に比べて大幅に抑制される。

（並行コイルのクロス構造：図１２）
　次に、第１実施例の第２の結線構造（並行コイルのクロス構造）について説明する（図１２）。導体１ｂ・１ｃに励磁電流を流すと、インダクタンスの関係から、上記のように第１層１ｂ１／１ｃ１にやや偏って励磁電流が流れようとするが、この第１層１ｂ１／１ｃ１に接続されている基部２ｋ・２ｌ側の第ｎ層１ｂｎ／１ｃｎは第１層１ｂ１／１ｃ１に比べて励磁電流が流れにくいので、第ｎ層１ｂｎ／１ｃｎが律速となって第１層１ｂ１／１ｃ１に流れる励磁電流が抑制される。換言すれば、第１層１ｂ１／１ｃ１に流れる励磁電流は第ｎ層１ｂｎ／１ｃｎと同じになる。これにより全体としてほぼ均一で抑制された励磁電流が各層の導体１中を流れる。その結果、上記第１結線構造に比べてより発熱を抑制することができる。
　なお、（並行コイル）としては図３、図４の上下２層構造が含まれ、「ストレート結線」と「クロス結線構造」が適用される。

（多重コイルのストレート構造：図１３）
　次に第２実施例の第１の結線構造（多重コイルのストレート構造）について説明する。導体１ｂ’・１ｃ’は、これを構成する線材が既述のように、大径から細径まで直径の異なるコイルスプリング状のもので、脚部２ｂ・２ｃに密着多重に巻かれて構成されている。即ち、導体１ｂ’・１ｃ’の細径のものは太径のものの内側に入れ子状態で配置されている。そして、第１実施例の「ストレート構造」と同様、一方の脚部２ｂ’の各導体層１ｂ１’～１ｂｎ’を構成する線材が、他方の脚部２ｃ’の各導体層１ｃ１’～１ｃｎ’の線材にそれぞれ並列接続されている。

　この導体１ｂ’／１ｃ’に通電すると、内外の各導体層１ｂ１’～１ｂｎ’／１ｃ１’～１ｃｎ’には脚部２ｂ・２ｃの上から下（又は下から上）に向かって励磁電流が流れる。この時、上記のようにインダクタンスの関係から上記のように各導体層１ｂ１’～１ｂｎ’／１ｃ１’～１ｃｎ’において脚部２ｂ・２ｃの基部側部分が律速となり、電流密度の偏りが相当程度解消されることになる。

（多重コイルのクロス構造：図１４）
　第２実施例の第２結線構造（多重コイルのクロス構造）は、一方の脚部２ｂに多重に巻設された最内側の第１層１ｂ１’は、前記他方の脚部２ｃの最外層の第ｎ層１ｃｎ’に接続され、一方の脚部２ｂの最外層の第ｎ層１ｂｎ’は、他方の脚部２ｃの最内側の第１層１ｃ１’に接続され、逆順に接続されている。

　上記に示すように、通電時、脚部２ｂ・２ｃの先端部分のインダクタンスが基部側より小さくなるが、この影響は径方向においても先端部分に近い内側の層程、顕著に現れる。
　換言すれば、第１層１ｂ１’／１ｃ１’の先端部分と、最外層１ｂｎ’／１ｃｎ’の先端部分とを比較すると、第１層１ｂ１’／１ｃ１’の方が大きな影響を受ける。その結果、第１層１ｂ１’／１ｃ１’を流れる励磁電流は、最外層１ｂｎ’／１ｃｎ’のそれよりも若干強くなる。それ故、このように逆順に接続されているこの場合は、インダクタンスの影響が最も小さい第ｎ層１ｂｎ’（１ｃｎ’）の基部側が律速となり、電流密度の偏りが少なく昇温もよりよく抑制できる。

　以上から各層の接続が「クロス接続」の場合、「ストレート接続」と比べて先端側（内側）の線材に発生する起電力と基部側（外側）の線材に発生する逆方向の起電力とが相殺し、導体１ｂ・１ｃの昇温がより抑制されることになる。
　以上から、既述のように磁性体コア２の積層方向と形状、及び冷却構造の改善に加えて結線構造を改善することで、例えば、顎の小さい患者用の小型の磁気刺激装置Ａで、仕様の１５分を大幅に下回る６分４０秒で１００回（６０００発）の磁気刺激が可能となった。これにより、患者及び施術者の負担を大幅に軽減できるようになった。

　Ａ：連続磁気刺激装置、Ｇ・Ｇ１・Ｇ３：磁束、Ｌ：内側面間の間隔、Ｋ・Ｍ：面、Ｐ：モーターポイント、θ：開き角度、１・１ｂ・１ｃ（１ｂ’・１ｃ’）：導体、１ｂ１～１ｂｎ／１ｃ１～１ｃｎ（１ｂ１’～１ｂｎ ’／１ｃ１’～１ｃｎ ’）：コイル（層、段）、２：磁性体コア、２ａ：本体部分、２ｂ・２ｃ：脚部、２ｋ・２ｌ：基部、２ｍ・２ｎ：（対向）内側面、２ｓ・２ｔ：先端、３：薄板、３ａ：薄板、３ｂ・３ｃ：脚部構成突片、４：ケーシング、６：冷却気体（空気）、７：冷却機構、７ｂ：ファン、１０ｂ・１０ｃ：励磁電流供給線、４１：蓋部、４２：磁束発生面、４３：凸部、４４：吹き出し口、４５：コード取付部、４６：ケーシング本体：４７：吸気口、４８：底部、４９：ハンドル、５０：給電コード、５１：サポート、８１：冷却スペース、８３：吸気スペース、８４：ファン収納スペース

Claims (9)

1. 　本体部分と、前記本体部分から同方向に突出した脚部とで構成された磁性体コアと、
   　前記脚部のそれぞれの周囲に巻設されたコイル状の導体と、
   　前記磁性体コアと導体とを収納したケーシングとを含む磁気刺激装置において、
   　前記脚部は、前記脚部を同時に横断する面に平行なその横断面積が、本体部分側の基部から先端に向けて、次第に小さくなるように形成されていることを特徴とする磁気刺激装置。
2. 　脚部の対向内側面間の間隔が基部から先端に向けて次第に拡大するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気刺激装置。
3. 　磁性体コアは薄板の積層体で構成されており、その積層面は、磁性体コアの体部分と両脚部とを同時に縦断する面に平行であることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気刺激装置。
4. 　脚部の内側面と、前記脚部に巻設され、前記内側面に対向する導体の対向面との間に、前記ケーシング内に取り込まれた冷却気体が通流する冷却スペースがそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の磁気刺激装置。
5. 　導体は、脚部の先端から基部に向かって複数層に分割して巻着された線材で構成され、
   　前記線材は、隣接する各層毎に接続されるようになっていることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の磁気刺激装置。
6. 　導体は、脚部の先端から基部に向かって複数層に分割して巻着された線材で構成され、
   　一方の脚部の先端から基部に向かう各層の線材は、他方の脚部の各層の線材に基部側から先端に向かって順に接続されていることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の磁気刺激装置。
7. 　導体は、脚部それぞれに入れ子にて多重に巻着されることにより、内外で複数層に巻設された線材で構成され、
   　前記線材は、対応する内側同士、外側同士で同層毎に接続されていることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の磁気刺激装置。
8. 　導体は、脚部それぞれに入れ子にて多重に巻着されることにより、内外で複数層に巻設された線材で構成され、
   　前記線材は、内側の線材に対して対応する外側の線材が各層毎に接続されていることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の磁気刺激装置。
9. 　磁性体コアと、導体と、送風用のファンと、これらを収納したケーシングとで構成された磁気刺激装置において、
   　磁性体コアは、本体部分と、前記本体部分から同方向に突出し、その対向内側面間の間隔がその基部から先端に向けて次第に拡大するように形成されている脚部とで構成され、且つ複数の薄板の平面同士が重なり合った積層体で構成されており、
   　導体は、前記脚部のそれぞれの周囲にコイル状に巻設されており、
   　ファンは、前記脚部の対向内側面間に向けて配置されていることを特徴とする磁気刺激装置。

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