(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体に刺激信号を出力する生体刺激装置であって、
出力トランスと、
前記出力トランスの一次側に所定方向の電流を流すための第１スイッチと、
前記出力トランスの一次側に前記所定方向とは逆方向の電流を流すための第２スイッチと、
前記出力トランスの二次側において前記刺激信号を出力する出力部と、
前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御する制御部と
を備え、
前記出力トランスは、前記第１スイッチ又は第２スイッチが群通電期間のパルス群によりオン・オフを繰り返すと当該群通電期間にエネルギーを蓄積し、前記群通電期間直後に逆極性の漸減波形を前記出力部から出力させる構成であり、
前記制御部は、群通電期間のパルス群により前記第１スイッチ及び第２スイッチの一方のスイッチを繰り返しオン・オフさせた後、前記漸減波形の生じる期間内に、前記パルス群のパルス幅よりも長いパルス幅のパルスにより他方のスイッチをオンにすることによって、前記群通電期間直後に前記出力部から出力される前記漸減波形を抑制させる
ことを特徴とする生体刺激装置。
【請求項２】
請求項１に記載の生体刺激装置であって、
前記一方のスイッチを繰り返しオン・オフさせる前記群通電期間の終了から、前記他方のスイッチをオンにさせるまでの時間は、前記他方のスイッチをオンにさせる前記パルスのパルス幅以下であることを特徴とする生体刺激装置。
【請求項３】
請求項２に記載の生体刺激装置であって、
前記一方のスイッチを繰り返しオン・オフさせる前記群通電期間の終了から、前記他方のスイッチをオンにさせるまでの時間は、前記パルス群のパルス幅以下であることを特徴とする生体刺激装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の生体刺激装置であって、
前記制御部は、前記群通電期間の後、前記パルス群のパルス幅よりも長いパルス幅の複数のパルスにより前記他方のスイッチを複数回オンにすることを特徴とする生体刺激装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の生体刺激装置であって、
前記制御部は、
群通電期間のパルス群により前記第１スイッチを繰り返しオン・オフさせた後、前記パルス群のパルス幅よりも長いパルス幅のパルスにより前記第２スイッチをオンにすることと、
群通電期間のパルス群により前記第２スイッチを繰り返しオン・オフさせた後、前記パルス群のパルス幅よりも長いパルス幅のパルスにより前記第１スイッチをオンにすることと
を交互に繰り返す
ことを特徴とする生体刺激装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の生体刺激装置であって、
前記制御部は、群通電期間のパルス群により繰り返しオン・オフさせることは前記他方のスイッチでは行わず、群通電期間のパルス群により前記一方のスイッチを繰り返しオン・オフさせることを繰り返すことを特徴とする生体刺激装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体刺激装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電極を内蔵する導子（出力部）から生体に電流（刺激信号）を流す生体刺激装置が知られている。このような生体刺激装置では、生体に刺激信号を流すことによって、神経を刺激したり、筋肉を収縮・弛緩させたりして、生体に刺激を付与する。例えば特許文献１、２には、出力トランスの二次側巻線に接続された導子から刺激信号を出力することによって、生体を刺激する生体刺激装置が記載されている。
【０００３】
特許文献１、２に記載の生体刺激装置では、出力トランスの一次側のスイッチ手段に高周波パルス群を出力して、出力トランスの二次側に高周波の刺激信号を誘起させている。
特許文献１に記載の生体刺激装置では、出力トランスの一次側巻線の両端にＦＥＴ（スイッチ手段）が接続されており、一次側巻線のセンタータップに所定電圧が印加された状態で、一方のＦＥＴを高周波パルス群により繰り返しオン・オフさせて二次側に正極性の高周波の刺激信号を出力させた後、他方のＦＥＴを高周波パルス群により繰り返しオン・オフさせて二次側に逆極性の高周波の刺激信号を出力させている。
特許文献２に記載の生体刺激装置では、２つのトランスを備えており、一方のトランスの一次側に高周波パルス駆動信号を供給して高周波パルスを誘起させるとともに、他方のトランスの一次側に低周波パルス駆動信号を供給して低周波パルスを誘起させ、別々のトランスの二次側で発生させた高周波パルスと低周波パルスとを重畳させた刺激信号を導子から生体に出力させている（なお、特許文献２に記載の生体刺激装置では、高周波パルス及び低周波パルスを重畳させることになるため、一方のトランスの一次側への高周波パルス駆動信号の群通電期間は、他方のトランスの一次側への低周波パルス駆動信号の通電期間と重複することになる）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５０３１３５号公報
【特許文献２】特許第５０５１６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
出力トランスの一次側に高周波のパルス群が入力している間、出力トランスには、直流磁化によるエネルギーが蓄積され続ける。このため、出力トランスの一次側への高周波のパルス群の入力がオフになると、出力トランスに蓄積されたエネルギーによって、指数関数的に漸減する漸減波形が二次側巻線に誘起され、刺激信号として出力されることがある（後述）。この漸減波形は、部品（例えば出力トランスやスイッチング素子）の特性に依存する波形であり、生体に不快な刺激を与えてしまうことがある。また、漸減波形による不快感を与えないように部品を選択しようとすると、生体刺激装置の高コスト化を招くことになる。
【０００６】
本発明は、高周波のスイッチング動作後の漸減波形による生体への刺激を短時間に抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための主たる発明は、生体に刺激信号を出力する生体刺激装置であって、出力トランスと、前記出力トランスの一次側に所定方向の電流を流すための第１スイッチと、前記出力トランスの一次側に前記所定方向とは逆方向の電流を流すための第２スイッチと、前記出力トランスの二次側において前記刺激信号を出力する出力部と、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御する制御部とを備え、前記出力トランスは、前記第１スイッチ又は第２スイッチが群通電期間のパルス群によりオン・オフを繰り返すと当該群通電期間にエネルギーを蓄積し、前記群通電期間直後に逆極性の漸減波形を前記出力部から出力させる構成であり、前記制御部は、群通電期間のパルス群により前記第１スイッチ及び第２スイッチの一方のスイッチを繰り返しオン・オフさせた後、前記漸減波形の生じる期間内に、前記パルス群のパルス幅よりも長いパルス幅のパルスにより他方のスイッチをオンにすることによって、前記群通電期間直後に前記出力部から出力される前記漸減波形を抑制させることを特徴とする生体刺激装置である。
【０００８】
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。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高周波のスイッチング動作後の漸減波形による生体への刺激を短時間に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本実施形態の生体刺激装置１の構成の説明図である。
【図２】図２は、第１実施形態の各種信号の説明図である。
【図３】図３は、第２実施形態の各種信号の説明図である。
【図４】図４は、第３実施形態の各種信号の説明図である。
【図５】図５は、第４実施形態の各種信号の説明図である。
【図６】図６は、比較例の各種信号の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
生体に刺激信号を出力する生体刺激装置であって、出力トランスと、前記出力トランスの一次側に所定方向の電流を流すための第１スイッチと、前記出力トランスの一次側に前記所定方向とは逆方向の電流を流すための第２スイッチと、前記出力トランスの二次側において前記刺激信号を出力する出力部と、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御する制御部とを備え、前記制御部は、群通電期間のパルス群により前記第１スイッチ及び第２スイッチの一方のスイッチを繰り返しオン・オフさせた後、前記パルス群のパルス幅よりも長いパルス幅のパルスにより他方のスイッチをオンにすることを特徴とする生体刺激装置が明らかとなる。このような生体刺激装置によれば、高周波のスイッチング動作後の漸減波形による生体への刺激を短時間に抑制できる。
【００１３】
前記一方のスイッチを繰り返しオン・オフさせる前記群通電期間の終了から、前記他方のスイッチをオンにさせるまでの時間は、前記他方のスイッチをオンにさせる前記パルスのパルス幅以下であることが望ましく、前記パルス群のパルス幅以下であることが更に望ましい。これにより、高周波のスイッチング動作後の漸減波形による生体への刺激を短時間に抑制できる。
【００１４】
前記制御部は、前記群通電期間の後、前記パルス群のパルス幅よりも長いパルス幅の複数のパルスにより前記他方のスイッチを複数回オンにすることが望ましい。これにより、群通電期間後の各パルスのパルス幅を短くでき、生体への刺激を和らげることができる。
【００１５】
前記制御部は、前記群通電期間の後、前記パルス群のパルス幅よりも長いパルス幅のパルスにより前記他方のスイッチをオンにすることと、群通電期間のパルス群により前記他方のスイッチを繰り返しオン・オフさせた後、前記パルス群のパルス幅よりも長いパルス幅のパルスにより前記一方のスイッチをオンにすることとを交互に繰り返すことが望ましい。これにより、生体への刺激信号が両極性になる。
【００１６】
前記制御部は、群通電期間のパルス群により繰り返しオン・オフさせることは前記他方のスイッチでは行わず、群通電期間のパルス群により前記一方のスイッチを繰り返しオン・オフさせることを繰り返すことが望ましい。このような場合であっても、生体に直流の電流が流れ続けることを抑制できるので、特に有効である。
【００１７】
＝＝＝第１実施形態＝＝＝
＜構成＞
図１は、本実施形態の生体刺激装置１の構成の説明図である。図中の符号Ｒは、人体の抵抗、若しくは人体抵抗を模した疑似抵抗である。例えばＪＩＳ  Ｃ  ６３１０では、生体刺激装置１の出力端子間に５００Ωの無誘導抵抗器を接続することが規定されている。
【００１８】
生体刺激装置１は、出力部３１から出力される刺激信号によって生体に刺激を付与する装置である。刺激信号による電流が生体に流れることによって、神経が刺激され、筋肉が収縮・弛緩され、これにより生体に刺激が付与されることになる。一般的に、刺激信号の周波数が高いほど、人体のインピーダンスが小さくなり、筋刺激の感覚が小さくなる。例えば、百ｋＨｚ以上の高周波数においては、刺激信号による筋刺激はほとんど無くなる。一方、刺激信号の周波数が低いほど、人体のインピーダンスが大きくなり、刺激感が強くなる。
【００１９】
なお、本実施形態の生体刺激装置１において、高周波数とは、概ね数十ｋＨｚ以上の周波数帯域をいう。また、低周波数とは、概ね数ｋＨｚ以下（数Ｈｚの領域も含む）の周波数帯域をいう。後述する群通電期間のパルス群ＧＰ（図２参照）の周波数は高周波数であり、群通電期間の繰り返し周波数は低周波数である。
【００２０】
生体刺激装置１は、出力トランス１０と、第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２と、出力部３１と、制御部４０とを有する。
【００２１】
出力トランス１０は、一次側巻線と二次側巻線との間で信号を変換する変換器（変圧器）である。出力トランス１０は、一次側に供給された電気エネルギーを磁気エネルギーに変換し、磁気エネルギーを二次側で電気エネルギーに再変換して刺激信号として出力する。
【００２２】
高周波信号を一次側から二次側に伝えるために、出力トランス１０の巻線の巻数を減らして、巻線のインダクタンスを小さくすることが一般的に行われている。但し、出力トランス１０の巻数を減らすと、低周波信号が二次側に伝わり難くなるという問題が生じることになる。一方、低周波信号を一次側から二次側に伝えるために巻数を増やすと、高周波数でのインピーダンスが大きくなって電流が流れにくくなり、高周波特性が劣化するという問題が生じることになる。このように相反する問題を解消するために、出力トランス１０のコア材に高性能なパーマロイやアモルファスを用いると、高コスト化を招くことになる。また、一次側巻線と二次側巻線を分割してサンドイッチ状に配置したり、単線ではなく複数の巻線を並列接続したりするなどの別の方法を採用した場合にも、高コスト化を招くことになる。
これに対し、本実施形態では、珪素鋼板をコアとして用いた小型で安価な出力トランス１０を用いるとともに、高周波信号を二次側に伝えるために巻数を減らしている。但し、この結果、本実施形態では、低周波特性やヒステリシス特性が犠牲となり、一次側への高周波パルス群の入力後に蓄積エネルギーにおける逆起電圧が高くなるという問題（後述）が生じることになる。なお、出力トランス１０のコア材は、珪素鋼板の代わりにフェライトでも良い。
【００２３】
出力トランス１０は、第１入力端子１１、第２入力端子１２、センタータップ１３、第１出力端子１４及び第２出力端子１５を有する。出力トランス１０の一次側には、第１入力端子１１、第２入力端子１２及びセンタータップ１３が設けられている。第１入力端子１１は、一次側巻線の一端側の端子である。第２入力端子１２は、一次側巻線の他端側（一次入力端子とは逆側）の端子である。センタータップ１３は、一次側巻線の中間点を引き出した端子である。出力トランス１０の二次側には、第１出力端子１４及び第２出力端子１５が設けられている。
【００２４】
第１スイッチ２１は、出力トランス１０の一次側巻線にプラス方向（所定方向）の電流を流すためのスイッチである。第１スイッチ２１は、出力トランス１０の一次側巻線の一端側の第１入力端子１１に接続されている。第１スイッチ２１は、例えばＦＥＴであり、ソース接地されたＦＥＴのドレインが第１入力端子１１に接続され、ゲートに入力される信号に応じてオン・オフ（通電・休止）の制御が行われることになる。第１スイッチ２１がオンになると一次側巻線にプラス方向の電流が流れる。第１スイッチ２１がオフになると、このプラス方向の電流が遮断される。
【００２５】
第２スイッチ２２は、出力トランス１０の一次側巻線にマイナス方向（前記所定方向とは逆方向）の電流を流すためのスイッチである。第２スイッチ２２は、出力トランス１０の一次側巻線の他端側（第１スイッチ２１が接続された側とは逆側）の第２入力端子１２に接続されたスイッチである。第２スイッチ２２も、第１スイッチ２１と同様に、例えばＦＥＴであり、ソース接地されたＦＥＴのドレインが第２入力端子１２に接続され、ゲートに入力される信号に応じてオン・オフが行われることになる。第２スイッチ２２がオンになると一次側巻線にマイナス方向の電流が流れる。第２スイッチ２２がオフになると、このマイナス方向の電流が遮断される。
【００２６】
出力部３１は、生体に刺激信号を出力する電極である。出力部３１は、出力トランス１０の二次側巻線の第１出力端子１４及び第２出力端子１５にそれぞれ接続されている。出力部３１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刺激信号を出力する。
【００２７】
制御部４０は、第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２の駆動を制御する部分（コントローラー）である。つまり、制御部４０は、第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２を介して出力トランス１０への入力を制御している。また、制御部４０は、出力トランス１０の一次側巻線のセンタータップ１３の電圧を制御することも行っている。制御部４０は、不図示の記憶部に記憶されているプログラムを実行することにより、後述する各種処理を実行する。ここでは、制御部４０は、処理装置４１と、電圧設定部４２と、駆動信号生成部４３とを有する。
【００２８】
処理装置４１は、例えばＣＰＵやＭＰＵなどの処理装置４１である。処理装置４１は、設定電圧を指示するための設定信号を電圧設定部４２に出力する。また、処理装置４１は、第１駆動信号や第２駆動信号の生成を指示するための指示信号を駆動信号生成部４３に出力する。
【００２９】
電圧設定部４２は、出力トランス１０のセンタータップ１３の電圧（設定電圧）を設定する部位（回路）である。ここでは、電圧設定部４２は、Ｄ／Ａコンバーター４２Ａとアンプ４２Ｂとを有する。Ｄ／Ａコンバーター４２Ａは、処理装置４１から入力された信号に応じた電圧を出力し、アンプ４２Ｂは、Ｄ／Ａコンバーター４２Ａからの出力電圧を増幅してセンタータップ１３の電圧を設定する。処理装置４１からの設定信号が変更されると、出力トランス１０のセンタータップ１３の設定電圧が変更され、刺激信号の電圧が調整されることになる。なお、電圧設定部４２は、センタータップ１３に出力する設定電圧を可変に構成するのではなく、一定の電圧を出力するように構成しても良い。
【００３０】
駆動信号生成部４３は、第１駆動信号及び第２駆動信号を生成する信号生成部（回路）である。駆動信号生成部４３は、第１駆動信号を第１スイッチ２１（詳しくはＦＥＴである第１スイッチ２１のゲート）に出力し、第２駆動信号を第２スイッチ２２（詳しくはＦＥＴである第２スイッチ２２のゲート）に出力する。なお、駆動信号生成部４３を設けずに、処理装置４１が第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２に第１駆動信号及び第２駆動信号を出力するように制御部４０を構成しても良い。
第１駆動信号は、第１スイッチ２１を駆動するための信号（駆動信号、スイッチ制御信号）である。第１駆動信号がＨレベルのとき、第１スイッチ２１がオンになり、出力トランス１０の第１入力端子１１とセンタータップ１３の間の一次側巻線に設定電圧がかかり、一次側巻線にプラス方向（所定方向）の電流が流れる（通電）。第１駆動信号がＬレベルのとき、第１スイッチ２１がオフになり、プラス方向の電流が遮断される（休止）。  
第２駆動信号は、第２スイッチ２２を駆動するための信号である。第２駆動信号がＨレベルのとき、第２スイッチ２２がオンになり、出力トランス１０の第２入力端子１２とセンタータップ１３の間の一次側巻線に設定電圧がかかり、一次側巻線にマイナス方向（前記所定方向とは逆方向）の電流が流れる。第２駆動信号がＬレベルのとき、第２スイッチ２２がオフになり、マイナス方向の電流が遮断される。
【００３１】
＜各種信号について＞
まず、本実施形態の各種信号について説明する前に、比較例の各種信号について説明する。
【００３２】
■■■比較例の各種信号について■■■
図６は、比較例の各種信号の説明図である。図中の横軸は時間を示しており、縦軸は電圧を示している。図中の各種信号は、上から順に、設定信号、第１駆動信号、第２駆動信号、説明用の仮想刺激信号、及び刺激信号である。
【００３３】
設定電圧は、出力トランス１０のセンタータップ１３の電圧（電位）である。ここでは設定電圧はＶ１であるが、制御部４０は設定電圧Ｖ１を変更可能であり、これにより、刺激信号の強度を調整可能である。
【００３４】
比較例の第１駆動信号は、高周波のパルス群ＧＰにより第１スイッチ２１を高周波でスイッチングさせる群通電期間と、高周波のパルス群ＧＰを休止して第１スイッチ２１をオフにする群休止期間とを交互に繰り返す。高周波のパルス群ＧＰは、所定のパルス幅ｔ１のパルスＰを高周波で繰り返す信号である。群通電期間には、高周波のパルス群ＧＰが第１スイッチ２１に入力され、第１スイッチ２１は高周波でのオン・オフを繰り返す。同様に、比較例の第２駆動信号も、群通電期間と群休止期間とを交互に繰り返す。第１駆動信号の群通電期間と第２駆動信号の群通電期間とが交互に発生するため、第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２は、高周波のスイッチング動作を交互に行うことになる。なお、第１駆動信号の群通電期間と第２駆動信号の群通電期間は重複せず、一方の駆動信号が群通電期間のとき、他方の駆動信号は群休止期間となる。
【００３５】
第１スイッチ２１（又は第２スイッチ２２）が高周波のパルス群ＧＰにより高周波でオン・オフを繰り返すと、出力トランス１０の二次側に高周波の刺激信号が誘起される。第１スイッチ２１がオンになったときと第２スイッチ２２がオンになったときとでは、一次側の電流の方向が逆になるため、プラス側の極性の高周波の刺激信号と、マイナス側の極性の高周波の刺激信号とが交互に発生することになる。
【００３６】
ところで、第１スイッチ２１（又は第２スイッチ２２）にパルスＰが入力されて第１スイッチ２１がオンになると、一次側巻線の直流の電流によってコアの磁化が発生し、この直流磁化によるエネルギーが出力トランス１０に蓄積される。第１スイッチ２１（又は第２スイッチ２２）へのパルスＰの入力後に第１スイッチ２１がオフになると、直流磁化の解放による逆起電力により、二次側に逆極性の信号が発生する。
第１スイッチ２１（又は第２スイッチ２２）が高周波のパルス群ＧＰによりオン・オフを繰り返すと、直流磁化によるエネルギーが蓄積され続けることになる。このため、群通電期間のパルス群ＧＰの各パルスＰがＬレベルのとき（スイッチがオフのとき）、二次側の刺激信号の電圧は、仮想刺激信号のように基準電圧（０Ｖ）にはならずに、逆極性側に徐々に漸増することになる。すなわち、刺激信号は、群波形ＧＰ’が仮想刺激信号のように方形波にならず、逆極性側の包絡線が漸増した群波形になる。高周波のパルス群ＧＰの各パルスＰのパルス幅ｔ１（通電期間）は短くても、高周波のパルス群ＧＰが一次側に入力されて直流磁化によるエネルギーが蓄積され続けると、群通電期間終了時には、逆極性側の漸増波形の電圧（図中の電圧Ｖ３）は大きくなる。
【００３７】
そして、第１スイッチ２１（又は第２スイッチ２２）を高周波でスイッチングさせる群通電期間が終了し、第１スイッチ２１（及び第２スイッチ２２）がオフになると、出力トランス１０に蓄積された直流磁化によるエネルギーが解放され、このときの逆起電力により、逆極性側に漸減波形が発生する。図中の比較例の刺激信号には、群通電期間直後に逆極性の電圧Ｖ３から指数関数的に基準電圧（０Ｖ）に漸減する漸減波形が発生していることが示されている。
【００３８】
群通電期間後に発生する漸減波形は、高周波のパルスＰのパルス幅ｔ１と比べると時間幅が長いため、生体に刺激を与えてしまいやすい。また、この漸減波形は、部品（例えば出力トランス１０やスイッチング素子）の特性に依存する波形であり、生体に不快な刺激になりやすい。特に、本実施形態のように、安価な珪素鋼板をコアとし巻数を減らした出力トランス１０が用いられた場合、漸減波形が顕著に現れ、生体に刺激を与えてしまいやすい。なお、既に説明した通り、不快感を与えないように漸減波形が速やかに基準電圧になるような部品を選択しようとすると、高コスト化を招くことになる。
【００３９】
加えて、群休止期間が短い場合には、漸減波形が基準電圧になる前に、次の群通電期間になることがある。次の群通電期間の極性を逆転させる場合、漸減波形が基準電圧になる前に次の群通電期間になってしまうと、刺激信号の立ち上がり電圧（図中の電圧Ｖ２）が小さくなってしまうという問題も生じる（この結果、所望の刺激感が得られないおそれがある）。
【００４０】
■■■第１実施形態の各種信号について■■■
図２は、第１実施形態の各種信号の説明図である。図中の各種信号は、上から順に、設定信号、第１駆動信号、第２駆動信号、及び刺激信号である。
【００４１】
本実施形態の第１駆動信号は、高周波のパルス群ＧＰにより第１スイッチ２１を高周波でスイッチングさせる群通電期間と、高周波のパルス群ＧＰを休止する群休止期間とを交互に繰り返すとともに、群休止期間には、第２駆動信号の群通電期間の直後に第１スイッチ２１をオンにさせるパルス期間が含まれている。同様に、第２駆動信号も、群通電期間と群休止期間とを交互に繰り返すとともに、群休止期間には、第１駆動信号の群通電期間の直後に第２スイッチ２２をオンにさせるパルス期間が含まれている。
【００４２】
前述の比較例と同様に、本実施形態では、第１駆動信号の群通電期間と第２駆動信号の群通電期間とが交互に発生するため、第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２は、高周波のスイッチング動作を交互に行うことになる。なお、第１駆動信号の群通電期間と第２駆動信号の群通電期間は重複せず、一方の駆動信号が群通電期間のとき、他方の駆動信号は群休止期間となる。
【００４３】
一方、前述の比較例とは異なり、本実施形態では、第１駆動信号の群通電期間の直後、第１駆動信号が群休止期間になり第１スイッチ２１がオフになるとともに、第２駆動信号がパルス期間になり、第２スイッチ２２が所定パルス幅ｔ２のパルスＰ２によってオンになる。同様に、本実施形態では、第２駆動信号の群通電期間の直後、第２駆動信号が群休止期間になり第２スイッチ２２がオフになるとともに、第１駆動信号がパルス期間になり、第１スイッチ２１が所定パルス幅ｔ２のパルスＰ２によってオンになる。なお、第１駆動信号においても、第２駆動信号においても、パルス期間の後、次の群通電期間まで、群休止期間となる。
【００４４】
本実施形態では、群通電期間の直後のパルス期間に、群通電期間の極性とは逆極性側に出力トランス１０が駆動されることになる。これにより、群通電期間に出力トランス１０に蓄積されたエネルギーがパルス期間に打ち消されるため、本実施形態の刺激信号では、比較例の刺激信号（図６参照）の漸減波形の発生を短時間にすることができる。また、比較例の刺激信号（図６参照）の漸減波形は部品に依存する波形であるのに対し、本実施形態の刺激信号のパルス期間の波形Ｐ２’は、制御された波形によるものであるため、生体に与える刺激感を制御可能であり、生体に不快な刺激を与えることを抑制可能である。なお、所望の刺激感を得るためにパルス期間を調整する際には、生体刺激装置１の設計段階において、例えば群通電期間のパルス数を調整させたり、群通電期間のパルスのデューティを調整したり、設定電圧を調整したりすると良い。
【００４５】
パルス期間のパルスＰ２は、その直前の出力トランス１０に蓄積されたエネルギーを打ち消す程度のパルス幅ｔ２に設定される。仮に群通電期間に高周波のパルスＰで１回だけ第１スイッチ２１（又は第２スイッチ２２）をオンにしたとすると、そのときのエネルギーを打ち消すためには、同じパルス幅ｔ１で第２スイッチ２２（又は第１スイッチ２１）をオンにすることになる。本実施形態では、群通電期間には高周波のパルス群ＧＰにより第１スイッチ２１（又は第２スイッチ２２）のオン・オフが繰り返されて出力トランス１０にエネルギーが蓄積され続けるので、その蓄積されたエネルギーを打ち消すためには、パルス期間のパルスＰ２は、群通電期間の高周波のパルス群ＧＰの各パルスＰのパルス幅ｔ１（通電期間）よりも長いパルス幅ｔ２が必要になる（ｔ２＞ｔ１））。言い換えると、パルス期間のパルスＰ２は、群通電期間のパルス群ＧＰの周波数と比べて低い周波数のパルスとなる。
【００４６】
ところで、前述の比較例では、群休止期間が短い場合には、漸減波形が基準電圧（０Ｖ）になる前に次の群通電期間になるおそれがある（この結果、刺激信号の立ち上がり電圧（図６の電圧Ｖ２）が小さくなるおそれがある）。これに対し、本実施形態では、漸減波形の発生を短時間に抑制できるため、群休止期間が短くても、次の群通電期間になる前に刺激信号の波形を基準電圧（０Ｖ）に戻すことができる。
【００４７】
本実施形態では、第１駆動信号の群通電期間の終了（第１駆動信号の群休止期間の開始）と第２駆動信号のパルス期間の開始が同時であったが、必ずしも同時でなくても良い。但し、群通電期間直後の漸減波形による刺激を短時間に抑制するためには、第１駆動信号の群通電期間の終了（第１駆動信号の群休止期間の開始）から、第２駆動信号のパルス期間を開始させるまで（第２スイッチをオンにさせるまで）の時間は、パルス幅ｔ２以下であることが望ましく、パルス幅ｔ１以下であることが更に望ましい。
【００４８】
ところで、高周波の刺激信号は、血行促進効果や新陳代謝促進効果などを期待できるが、周波数が高いほど人体のインピーダンスが小さくなるため、刺激感が微弱（若しくは無感）になる。刺激信号の刺激感が微弱（若しくは無感）な場合、生体刺激装置１の使用者が、刺激感を強めようとして、刺激信号の振幅を過大に設定しやすくなる。但し、このような設定（設定電圧Ｖ１を過大にする設定）が行われると、人体に過電流が流れてしまい、使用者の火傷などの原因になるおそれがある。
これに対し、本実施形態では、群通電期間における高周波の刺激信号ＧＰ’の後に、パルス期間における比較的低い周波数の刺激信号（中周波パルスＰ２’）が発生する。言い換えると、本実施形態では、群通電期間における高周波の刺激信号ＧＰ’の後に、群通電期間におけるパルスＰ’のパルス幅ｔ１よりも長いパルス幅ｔ２のパルスＰ２’が発生する。人体のインピーダンスは周波数が低いほど大きくなるため、仮に群通電期間の刺激感が微弱であっても、パルス期間に刺激感が得られやすい。なお、比較例の刺激信号（図６参照）の漸減波形は部品に依存する波形であるのに対し、本実施形態の刺激信号のパルス期間の波形Ｐ２’は、制御された波形であるため、使用者が設定電圧Ｖ１を大きく設定変更したときには、使用者の刺激感（パルス期間の波形による刺激感）が確実に大きくなる。したがって、本実施形態では、使用者の誤操作（設定電圧Ｖ１を過大に設定しまうような操作）を抑制できるという効果も得られる。
【００４９】
なお、制御部４０は、第１駆動信号や第２駆動信号の波形を制御することによって、群通電期間のパルスＰ（高周波のパルス群ＧＰのパルス）の周波数を増減させても良い。例えば、群通電期間内においてパルスＰの周波数を増減させても良いし、群通電期間ごとにパルスＰの周波数を増減させても良い。また、パルスＰの周波数の増減が規則的に行われても良いし、ランダムに行われても良い。このように群通電期間のパルスＰの周波数を増減させることによって、複雑な刺激感覚をつくることができ、慣れ防止や施術効果の向上を図ることができる。同様に、制御部４０は、群通電期間のパルス群ＧＰのパルスＰのデューティを増減させたり、群通電期間や群休止期間の時間幅や繰り返し周期を増減させたり、設定電圧を増減させたりしても良い。制御部４０は、生体刺激装置１の入力部（図１では不図示）から入力された施術モードや強度などの入力情報に基づいて、これらの各種パラメータの設定を変更できるように構成されている。
【００５０】
＝＝＝第２実施形態＝＝＝
第１実施形態では、パルス期間のパルスＰ２（中周波パルスＰ２）は、１回のみであった。但し、パルス期間のパルスＰ２は、出力トランス１０に蓄積されたエネルギーを打ち消す程度のパルス幅ｔ２に設定されるため、パルス期間のパルスＰ２が１回だけの場合、そのパルス幅ｔ２が比較的長く設定されることになる。この結果、パルス期間の刺激信号の波形Ｐ２’が低周波になりやすくなり、生体への刺激が強くなってしまうおそれがある。そこで、第２実施形態では、パルス期間のパルスＰ２を複数回（２回以上）にしている。
【００５１】
図３は、第２実施形態の各種信号の説明図である。図中の各種信号は、上から順に、設定信号、第１駆動信号、第２駆動信号、及び刺激信号である。なお、第２実施形態の生体刺激装置１の構成は、第１実施形態と同様である（図１参照：他の実施例も同様である）。
【００５２】
第２実施形態では、第１駆動信号の群通電期間の直後、第１駆動信号が群休止期間になり第１スイッチ２１がオフになるとともに、第２駆動信号がパルス期間になり、第２スイッチ２２が所定パルス幅ｔ３のパルスＰ２（中周波パルスＰ２）によって複数回（ここでは２回）オンになる。同様に、第２駆動信号の群通電期間の直後、第２駆動信号が群休止期間になり第２スイッチ２２がオフになるとともに、第１駆動信号がパルス期間になり、第１スイッチ２１が所定パルス幅ｔ３のパルスＰ２（中周波パルスＰ２）によって複数回（ここでは２回）オンになる。
【００５３】
第２実施形態においても、群通電期間の直後のパルス期間に、群通電期間の極性とは逆極性側に出力トランス１０が駆動されることになる。これにより、群通電期間に出力トランス１０に蓄積されたエネルギーがパルス期間に打ち消されるため、第２実施形態の刺激信号においても、比較例の刺激信号（図６参照）の漸減波形の発生を短時間にすることができる。
【００５４】
第２実施形態では、出力トランス１０に蓄積されたエネルギーを複数回（ここでは２回）に分割して打ち消すことになる。このため、第１実施形態と比べて、パルス期間の各パルスＰ２のパルス幅ｔ３を短く設定することができる（ｔ３＜ｔ２）。これにより、パルス期間の刺激信号の波形Ｐ２’が、第１実施形態と比べて周波数が高くなり、生体への刺激を和らげることができる。
【００５５】
なお、第２実施形態では、パルス期間のパルスＰ２間にＬレベルの休止期間が存在し、この休止期間において出力トランス１０の直流磁化が解放されることになる。この結果、第２実施形態のパルス期間の各パルスＰ２のパルス幅ｔ３（通電期間）の合計は、第１実施形態のパルス期間のパルス幅ｔ２よりも短くできる（ここでは、ｔ３＋ｔ３＜ｔ２）。つまり、第２実施形態では、パルス期間の通電期間を短くできるとともに、更にその通電期間を複数回に分割してパルス幅ｔ３を設定できるため、パルス期間の各パルスＰ２のパルス幅ｔ３を相乗的に短く設定することが可能になる。
【００５６】
＝＝＝第３実施形態＝＝＝
図４は、第３実施形態の各種信号の説明図である。
第３実施形態では、第１駆動信号の群通電期間の直後のパルス期間において、所定パルス幅ｔ４のパルスＰ２（中周波パルスＰ２）が、第２駆動信号だけでなく、第１駆動信号にも発生している。また、第２駆動信号の群通電期間の直後のパルス期間においても、所定パルス幅ｔ４のパルスＰ２（中周波パルスＰ２）が、第１駆動信号だけでなく、第２駆動信号にも発生している。つまり、本実施形態のパルス期間には、直前の群通電期間の極性とは逆極性側のパルスＰ２だけでなく、直前の群通電期間の極性と同極性側のパルスＰ２も含まれている。
【００５７】
第３実施形態では、パルス期間におけるパルスＰ２は奇数（ここでは３つ）になり、直前の群通電期間の極性とは逆極性側のパルスＰ２の方が、同極性のパルスＰ２よりも１つ多くなる。これは、群通電期間に蓄積されたエネルギーと、直前の群通電期間の極性と同極性側の中周波パルスＰ２によって蓄積されるエネルギーの両方を、逆極性側の複数の中周波パルスＰ２によって打ち消すためである。
【００５８】
ところで、第３実施形態では、パルス期間が比較的長く設定されるため、そのパルス期間の終了までに出力トランス１０のエネルギー（群通電期間に蓄積されたエネルギー）が解放されることを見込むことができる。このため、群通電期間に出力トランス１０に蓄積されたエネルギーを打ち消すのに必要なエネルギーを小さくできるため、第３実施形態のパルス期間の各パルスＰ２のパルス幅ｔ４は、第１実施形態のパルス期間のパルス幅ｔ２よりも短くできる（ｔ４＜ｔ２）。
【００５９】
また、第３実施形態では、パルス期間における刺激信号が両極性になるため、第１実施形態や第２実施形態とは異なる刺激感を得ることができる。
【００６０】
＝＝＝第４実施形態＝＝＝
前述の実施形態では、第１駆動信号の群通電期間と第２駆動信号の群通電期間とが交互に発生しており、第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２が交互に高周波のスイッチング動作を行っていた。但し、このような形態に限られるものではない。
【００６１】
図５は、第４実施形態の各種信号の説明図である。
第４実施形態の第１駆動信号は、高周波のパルス群ＧＰにより第１スイッチ２１を高周波でスイッチングさせる群通電期間と、高周波のパルス群ＧＰを休止する群休止期間とを交互に繰り返す。但し、第４実施形態では、群通電期間は、第１駆動信号のみにあり、第２駆動信号には、高周波のパルス群ＧＰによる群通電期間が設けられていない。
【００６２】
第４実施形態においても、第１駆動信号の群通電期間の直後、第１駆動信号が群休止期間になり第１スイッチ２１がオフになるとともに、第２駆動信号がパルス期間になり、第２スイッチ２２が所定パルス幅ｔ２のパルスＰ２（中周波パルスＰ２）によってオンになる。このため、第４実施形態においても、群通電期間の直後のパルス期間に、群通電期間の極性とは逆極性側に出力トランス１０が駆動されることになる。これにより、群通電期間に出力トランス１０に蓄積されたエネルギーがパルス期間に打ち消されるため、第４実施形態の刺激信号においても、比較例の刺激信号（図６参照）の漸減波形の発生を短時間にすることができる。
【００６３】
なお、第４実施形態では、前述の実施形態とは異なり、高周波のスイッチング動作は第１スイッチ２１のみが行っているため、高周波の刺激信号ＧＰ’の極性は、片側のみになる。第４実施形態のように高周波の刺激信号ＧＰ’の極性を片側にした状況下で、仮にパルス期間を設けずに比較例の刺激信号（図６参照）の漸減波形が発生すると、漸減波形が片側の極性だけに発生するため、刺激信号にＤＣバイアスのかかったような状態になる。この結果、生体に直流の電流が流れ続けてしまい、生体の細胞を損傷（例えば火傷）させてしまうおそれがある。
これに対し、第４実施形態では、群通電期間に出力トランス１０に蓄積されたエネルギーがパルス期間に打ち消されるため、刺激信号は、速やかに基準電圧（０Ｖ）に戻ることになる。このため、第４実施形態では、高周波の刺激信号の極性を片側のみにした状況下であっても、生体に直流の電流が流れる続けることを抑制できる。このように、高周波のスイッチング動作が一方のスイッチ（例えば第１スイッチ２１）のみによって行われて、高周波の刺激信号ＧＰ’の極性が片側のみになる場合に、群通電期間に出力トランス１０に蓄積されたエネルギーをパルス期間のパルスＰ２（中周波パルスＰ２）で打ち消すことが特に有利になる。
【００６４】
第４実施形態では、群通電期間の後のパルス期間のパルスＰ２は１回のみであるが、第２実施形態のようにパルス期間のパルスＰ２を複数回にしても良い。また、第４実施形態では、パルス期間のパルスＰ２は、直前の群通電期間とは逆極性のパルスＰ２のみであるが、第３実施形態のように、直前の群通電期間と同極性のパルスＰ２が含まれても良い。
【００６５】
＝＝＝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。
【００６６】
＜出力トランス１０について＞
上記の実施形態では、第１スイッチ２１が出力トランスの一次側巻線の一端側に接続されており、第２スイッチ２２が出力トランス１０の一次側巻線の他端側に接続されており、出力トランス１０のセンタータップ１３に所定の電圧Ｖ１が印加されているため、一次側巻線の分割が不要であり、安価な出力トランス１０を利用可能である。但し、出力トランス１０の一次側巻線が２つに分割されていても良い。
【符号の説明】
【００６７】
１  生体刺激装置、１０  出力トランス、
１１  第１入力端子、１２  第２入力端子、１３  センタータップ、
１４  第１出力端子、１５  第２出力端子、
２１  第１スイッチ、２２  第２スイッチ、
３１  出力部（導子）、４０  制御部、
４１  処理装置、４２  電圧設定部、
４２Ａ  Ｄ／Ａコンバーター、４２Ｂ  アンプ、
４３  駆動信号生成部、
ＧＰ  高周波パルス群、Ｐ  高周波パルス群のパルス、
Ｐ２  中周波パルス、Ｒ  人体抵抗
【要約】      （修正有）【課題】高周波のスイッチング動作後の漸減波形による生体への刺激を短時間に抑制する生体刺激装置を提供する。【解決手段】本発明は、生体に刺激信号を出力する生体刺激装置であって、出力トランスと、前記出力トランスの一次側に所定方向の電流を流すための第１スイッチと、前記出力トランスの一次側に前記所定方向とは逆方向の電流を流すための第２スイッチと、前記出力トランスの二次側において前記刺激信号を出力する出力部と、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御する制御部とを備え、前記制御部は、群通電期間のパルス群ＧＰにより前記第１スイッチ及び第２スイッチの一方のスイッチを繰り返しオン・オフさせた後、前記パルス群ＧＰのパルス幅ｔ１よりも長いパルス幅ｔ２のパルスＰ２により他方のスイッチをオンにすることを特徴とする生体刺激装置である。【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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