(57)【要約】【課題】多相交流として四相交流を用いた電気治療器、及び、この電気治療器を構成する変換回路、四相波発生器及びレベル制御器を提供する。【解決手段】電気治療器１を、四相パルス信号φ１〜φ４を出力する四相波発生器１０と、所定の周期を有する周波数信号を出力する低周波発振器２０と、この低周波発振器２０から出力される周波数信号が入力されるレベル制御器３０と、レベル制御器３０から出力されるレベル用電圧Ｖ４及び四相波発生器１０から出力される第１〜第４相パルス信号φ１〜φ４が入力され、第１〜第４相パルス信号φ１〜φ４の各々を、レベル用電圧Ｖ４に応じた交流波に変換する振幅変調出力回路４０と、この振幅変調出力回路４０から出力される交流波を出力する４個の電極５０（５０ａ〜５０ｄ）とから構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周期を有するパルス信号である中周波信号が入力されてオン・オフする第１のスイッチ素子と、
前記第１のスイッチ素子のオン・オフに応じてレベル用電圧をオン・オフする第２のスイッチ素子と、
１次側に、前記第２のスイッチ素子を介して前記レベル用電圧が印加され、２次側から交流波を出力するアイソレータとから構成される変換回路。
【請求項２】
前記第１のスイッチ素子がＮＰＮ型トランジスタで構成され、前記第２のスイッチ素子がＰＮＰ型トランジスタで構成された請求項１に記載の変換回路。
【請求項３】
出力されるパルス信号の周波数を所定の範囲で設定可能な可変クロック発振器と、
入力端子、当該入力端子に入力されたパルス信号を２桁の二進数としてカウントし、２の０乗の位の値を出力する第１出力端子及び２の１乗の位の値を出力する第２出力端子、並びに、信号が入力されたときにカウントをリセットするリセット端子を有する２進カウンタと、
クロック入力端子、Ｑ出力端子、及び、Ｑの反転出力端子を有し、前記クロック入力端子に入力されるクロック信号に応じて前記Ｑ出力端子及び前記Ｑの反転出力端子の状態を交互に入れ替える第１及び第２のフリップフロップ回路と、を備え、
前記可変クロック発振器から出力される前記パルス信号を前記２進カウンタの前記入力端子に入力し、前記２進カウンタの前記第１出力端子から出力される信号を前記第１のフリップフロップ回路の前記クロック入力端子に入力し、前記２進カウンタの前記第２出力端子から出力される信号を前記リセット端子及び前記第２のフリップフロップ回路の前記クロック入力端子に入力するように構成し、
前記第１のフリップフロップ回路の前記Ｑ出力端子から第１相パルス信号を出力し、
前記第２のフリップフロップ回路の前記Ｑ出力端子から、前記第１相パルス信号より９０°位相の遅れた第２相パルス信号を出力し、
前記第１のフリップフロップ回路の前記Ｑの反転出力端子から、前記第１相パルス信号より１８０°位相の遅れた第３相パルス信号を出力し、
前記第２のフリップフロップ回路の前記Ｑの反転出力端子から、前記第１相パルス信号より２７０°位相の遅れた第４相パルス信号を出力する四相波発生器。
【請求項４】
所定の周期を有する周波数信号の最低電圧値を０にする差動アンプと、
前記差動アンプから出力される信号を反転するとともに、反転された前記信号の最大電圧値を所定の値にする反転差動アンプと、
前記反転差動アンプから出力される信号の電圧値を変化させる最大レベル設定器と、
固定電圧が入力され、前記最大レベル設定器から出力される信号に比例した電圧を有する信号をレベル用電圧として出力する電圧制御器と、から構成されるレベル制御器。
【請求項５】
請求項３に記載の四相波発生器と、
所定の周期を有する周波数信号を出力する低周波発振器と、
前記低周波発振器から出力される前記周波数信号が入力される請求項４に記載のレベル制御器と、
請求項１又は２に記載の変換器を４個有し、前記レベル制御器から出力される前記レベル用電圧及び前記四相波発生器から出力される前記第１〜第４相パルス信号が入力され、各々の前記変換器で前記第１〜第４相パルス信号の各々を、前記レベル用電圧に応じた交流波に変換する振幅変調出力回路と、
前記振幅変調出力回路から出力される前記交流波を出力する４個の電極と、から構成される電気治療器。
【請求項６】
スタート信号が入力されてから所定の時間だけ前記低周波発振器の作動を遅らせる遅延タイマを有する請求項５に記載の電気治療器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体内に交流電流を流し、筋肉の賦活等を行わせる電気治療器と、この電気治療器を構成する変換回路、四相波発生器及びレベル制御器に関する。
【背景技術】
【０００２】
１〜１００ＫＨｚ程度の中周波の多相交流を用いた電気治療器として、三相交流を使用したものは良く知られている。従来の三相交流の発生は、正弦波発振器からの信号を用いて、１２０°移相器により、０°、１２０°、２４０°と互いに１２０°異なる信号をアナログ方式で形成している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平４−３８９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような三相交流を用いた電気治療器においては、周波数が変わると移相器の特性も変える必要があり、簡単に周波数変更を行うことができないという課題がある。また、出力レベル変化も、設定値を中心に正負両方向に大きく変化し、適正なレベルに設定するのは困難である。さらに、三相交流では電極が３個なので、身体に装着する部位は１箇所に偏り、両足とも治療する場合は、片足ずつ行う必要があって治療時間が長くなるという課題もある。
【０００４】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、多相交流として四相交流を用いた電気治療器、及び、この電気治療器を構成する変換回路、四相波発生器及びレベル制御器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために、本発明に係る変換回路は、所定の周期を有するパルス信号である中周波信号が入力されてオン・オフする第１のスイッチ素子（例えば、実施形態における第２のトランジスタ４３）と、この第１のスイッチ素子のオン・オフに応じてレベル用電圧をオン・オフする第２のスイッチ素子（例えば、実施形態における第１のトランジスタ４２）と、１次側に、第２のスイッチ素子を介してレベル用電圧が印加され、２次側から交流波を出力するアイソレータとから構成される。このとき、第１のスイッチ素子がＮＰＮ型トランジスタで構成され、第２のスイッチ素子がＰＮＰ型トランジスタで構成されることが好ましい。
【０００６】
また、本発明に係る四相波発生器は、出力されるパルス信号の周波数を所定の範囲で設定可能な可変クロック発振器と、入力端子、当該入力端子に入力されたパルス信号を２桁の二進数としてカウントし、２の０乗の位の値を出力する第１出力端子及び２の１乗の位の値を出力する第２出力端子、並びに、信号が入力されたときにカウントをリセットするリセット端子を有する２進カウンタと、クロック入力端子、Ｑ出力端子、及び、Ｑの反転出力端子を有し、クロック入力端子に入力されるクロック信号に応じてＱ出力端子及びＱの反転出力端子の状態を交互に入れ替える第１及び第２のフリップフロップ回路と、を備えている。また、可変クロック発振器から出力されるパルス信号を２進カウンタの入力端子に入力し、この２進カウンタの第１出力端子から出力される信号を第１のフリップフロップ回路のクロック入力端子に入力し、２進カウンタの第２出力端子から出力される信号をリセット端子及び第２のフリップフロップ回路のクロック入力端子に入力する。そして、第１のフリップフロップ回路のＱ出力端子から第１相パルス信号を出力し、第２のフリップフロップ回路のＱ出力端子から、第１相パルス信号より９０°位相の遅れた第２相パルス信号を出力し、第１のフリップフロップ回路のＱの反転出力端子から、第１相パルス信号より１８０°位相の遅れた第３相パルス信号を出力し、第２のフリップフロップ回路のＱの反転出力端子から、第１相パルス信号より２７０°位相の遅れた第４相パルス信号を出力するように構成する。
【０００７】
また、本発明に係るレベル制御器は、所定の周期を有する周波数信号の最低電圧値を０にする差動アンプと、この差動アンプから出力される信号を反転するとともに、反転された信号の最大電圧値を所定の値にする反転差動アンプと、この反転差動アンプから出力される信号の電圧値を変化させる最大レベル設定器と、固定電圧が入力され、最大レベル設定器から出力される信号に比例した電圧を有する信号をレベル用電圧として出力する電圧制御器と、から構成される。
【０００８】
さらに、本発明に係る電気治療器は、上述の四相波発生器と、所定の周期を有する周波数信号を出力する低周波発振器と、この低周波発振器から出力される周波数信号が入力される上述のレベル制御器と、上述の変換器を４個有し、レベル制御器から出力されるレベル用電圧及び四相波発生器から出力される第１〜第４相パルス信号が入力され、各々の変換器で第１〜第４相パルス信号の各々を、レベル用電圧に応じた交流波に変換する振幅変調出力回路と、この振幅変調出力回路から出力される交流波を出力する４個の電極と、から構成される。
【０００９】
なお、このような本発明に係る電気治療器は、スタート信号が入力されてから所定の時間だけ低周波発振器の作動を遅らせる遅延タイマを有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る変換回路、四相波発生器、レベル制御器、及び、これらを有する電気治療器を以上のように構成すると、中周波として四相交流波を容易に発生させることができ、その周波数と出力レベルが任意に変えられるので、筋肉組織に与える電気刺激を自由に変えることができ、筋肉の活性化が高められる。また四相を二相ずつ二つに分けて使用し、両足を同時に治療することも可能となる
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好ましい形態について図面を参照して説明する。本発明に係る電気治療器１は、図１に示すように、四相波発生器１０と、低周波発振器２０と、レベル制御器３０と、振幅変調出力回路４０と、４個の電極５０（５０ａ〜５０ｄ）とから構成される。
【００１２】
四相波発生器１０は、互いに９０°ずつ位相の異なる４つのパルス信号、すなわち、０°、９０°、１８０°、２７０°位相の異なる四相パルス信号φ１〜φ４を発生するものであり、図２に示すように、可変クロック発振器１１と、２進カウンタ１２と、第１のフリップフロップ回路（ＦＦ１）１３と第２のフィリップフロップ回路（ＦＦ２）１４とから構成される。可変クロック発振器１１は、この四相波発生器１０から出力されるパルス信号の出力周波数を４倍した周波数のクロック信号Ｓ１を発生するものであり、このクロック信号Ｓ１が２進カウンタ１２の入力端子に入力される。２進カウンタ１２は、上述の入力端子に加えて、第１出力端子、第２出力端子及びリセット端子を有しており、入力端子に入力されるクロック信号Ｓ１を２桁の二進数としてカウントし、カウントされた値の２の０乗の位を第１の出力端子から出力Ｓ２として出力し、２の１乗の位を第２の出力端子から出力Ｓ３として出力するように構成されている。また、リセット端子に信号が入力されると、カウントがリセットされ、第１及び第２出力端子の出力Ｓ２，Ｓ３を０にするように構成されている。
【００１３】
ここで、２進カウンタ１２の動作について図３を用いて説明すると、可変クロック発振器１１からのクロック信号Ｓ１がクロック入力端子に入力されると、このクロック信号Ｓ１の最初のパルスに対して、第１出力端子から出力される信号Ｓ２が１に、第２出力端子から出力される信号Ｓ３が０になり、次のパルスに対して、信号Ｓ２が０に，信号Ｓ３が１になる。このとき、図２に示すように、第２出力端子からの出力は、すなわち信号Ｓ３はリセット端子に入力されているため、第２出力端子から出力される信号Ｓ３が１になると、直ちに第１及び第２出力端子の出力がリセットされて信号Ｓ２，Ｓ３が０に戻るように構成されている。そのため、第２出力端子から出力される信号Ｓ３は細いパルスになり、信号Ｓ２，Ｓ３の周期は、クロック信号Ｓ１の２倍になる。
【００１４】
第１及び第２のフリップフロップ回路１３，１４は、それぞれ、クロック入力端子、Ｑ出力及びＱの反転出力を有して構成されており、クロック入力端子に入力されるパルス信号に応じてＱ出力とＱの反転出力を１，０で交互に反転させるトグルフリッププロップである。このような第１及び第２のフリップフロップ回路１３，１４に対して、２進カウンタ１２の第１出力端子から出力された信号Ｓ２は、第１フリップフロップ回路１３のクロック入力端子に入力され、第２出力端子から出力された信号Ｓ３は、第２フリップフロップ回路１４のクロック入力端子に入力されるように構成されている。
【００１５】
以上のような構成の四相波発生器１０によると、２進カウンタ１２の第１及び第２出力端子からの出力信号Ｓ２，Ｓ３を、第１及び第２のフリップフロップ回路１３，１４でデューティ比５０％の波形に整形することにより、クロック信号Ｓ１のパルス４個で１周期となる中周波を発生させることができる。まず第１相φ１の波形は、信号Ｓ２を第１のフリップフロップ回路１３に入力し、Ｑ出力からの信号Ｓ４として得られる。同様に、第２相φ２の波形は、信号Ｓ３を第２のフリップフロップ回路１４に入力し、Ｑ出力からの信号Ｓ５として得られる。また、第３相φ３の波形は、第１相φ１の波形から１８０°位相が異なるので、第１相φ１の反転波形として容易に得ることができ、これは第１のフリップフロップ回路１３のＱの反転出力からの信号Ｓ６として得られる。同様に、第４相φ４の波形は、第２相φ２の反転波形であるため、第２のフリップフロップ回路１４のＱの反転出力からの信号Ｓ７として得られる。これらＳ４〜Ｓ７の波形は、図２から判るように、互いに９０°異なる四相波となっている。
【００１６】
このように、四相波発生器１０は可変クロック発振器１１から出力されるクロック信号Ｓ１の周波数の１／４の周波数のパルス信号φ１〜φ４を出力するように構成されており、互いに９０°異なる四相波を簡単な回路構成で容易に生成することができる。また、可変クロック発振器１１のクロック周波数を変えることにより、出力周波数を可変とすることができるため、アナログ方式のように移相器の特性を変化させる必要はない。原理的にはこの四相波発生器１０により、低周波から高周波まで広範囲な周波数変化が可能である。
【００１７】
次に、上記四相波発生器１０で発生した各相パルス信号（方形波）φ１〜φ４から、身体に供給可能な四相交流波を発生させる振幅変調出力回路４０の構成について図４及び図５を用いて説明する。図４は各相のパルス信号φ１〜φ４毎にこの方形波を交流波に変換する変換回路４１の構成を示しており、ＰＮＰ型トランジスタ４２（以下、「第１のトランジスタ４２」と呼ぶ）と、ＮＰＮ型トランジスタ４３（以下、「第２のトランジスタ４３」と呼ぶ）と、例えばトランスで構成されるアイソレータ４４と、電流供給抵抗４５とから構成される。
【００１８】
第１のトランジスタ４２のエミッタには方形波から変換されて出力される交流波の出力レベルを規定するための電圧Ｖ４（以下、「レベル用電圧Ｖ４」と呼ぶ）が、後述するレベル制御器３０から出力されて印加される。第１のトランジスタ４２の出力側であるコレクタにはアイソレータ４４の１次側が接続され、このアイソレータ４４の２次側は出力端となっている。また、第２のトランジスタ４３のベースには四相波発生器１０から出力される各相パルス信号φ１〜φ４の中周波が入力され、エミッタはアースされ、コレクタはベース電流供給抵抗４５を通して第１のトランジスタ４２のベースに接続されている。
【００１９】
この状態で第２のトランジスタ４３のベースに中周波信号により飽和レベルまで電流が流れると、この第２のトランジスタ４３は導通状態となり、抵抗４５には第１のトランジスタ４２のベース電流が流れる。このベース電流が第１のトランジスタ４２を充分に飽和させるレベルなら、第１のトランジスタ４２はエミッタ−コレクタ間電圧が最小（飽和電圧）となり、アイソレータ４４の一次側にほぼレベル用電圧Ｖ４に近い電圧が印加される。一方、第２のトランジスタ４３のベースに電圧がない場合は、第２のトランジスタ４３は導通せず、したがって第１のトランジスタ４２のベース電流は流れないのでこの第１のトランジスタ４２はオープン状態となる。このためアイソレータ４４の１次電流は遮断され、反起電力によりレベル用電圧Ｖ４の２倍以上の電圧が１次側に発生する。このように、中周波信号（パルス信号）φ１〜φ４によって第２のトランジスタ４３をオン・オフすることにより、アイソレータ４４の２次側には変換比に従った交流電圧が得られる。従来の電気治療器１では四相波発生器１０から出力される各相中周波を増幅するためのアンプが必要であったが、本実施例に係る振幅変調出力回路４０はアンプ等を不要とし、簡単な回路構成で実現することができる。また、アイソレータ４４は直流成分を含まず発熱が抑えられる。
【００２０】
四相波を形成するには、図５に示すように、このような変換回路４１を４個用い（それぞれを、符号４１ａ〜４１ｄで示す）、アイソレータ４４の２次側の共通端を結合して、出力端のそれぞれに電極５０（５０ａ〜５０ｄ）を接続し、この電極５０を介して各相電流を身体に供給する。なお、図４においては、第１のトランジスタ４２をＰＮＰ型トランジスタで構成した場合について示したが、ＮＰＮ型のトランジスタを用いることも可能である。しかしトランジスタの挿入損失を少なくし、発熱を抑えるにはＰＮＰ型方式の方が優れている。
【００２１】
このように、多相交流として四相交流波を用いることにより、使い勝手の良い電気治療器１を提供することができる。例えば、両足を同時に治療する方法として、このように偶数相とすれば、２相ずつ各々の足に電極５０を接続することにより、１度に治療することができる。このとき、位相が１８０°ずれている方が効果的であるので、四相波を用いる場合は、第１相φ１と第３相φ３に対応する交流波を一方の足に供給し、他方の足には第２相φ２と第４相φ４に対応する交流波を供給する。なお、四相の代わりに六相を用いることも可能であるが、回路が複雑となってコスト高となり、しかも、電極の数が多くなるので使い勝手が悪くなる。また、１箇所（例えば片方の足）にすべての電極５０を取り付けて治療する場合にも、三相交流よりも四相交流の方が複雑な電流が流れ、治療効果も大きくなる。
【００２２】
最後に、図６〜図８を用いてレベル制御器３０の構成について説明する。図６に示すように、このレベル制御器３０は、上述の振幅変調出力回路４０から出力される四相交流波の出力レベルをゆっくり周期的に変化させ、筋肉をマッサージするために、レベル用電圧Ｖ４を変化させて出力するものであり、このレベル用電圧Ｖ４を変動させるために、レベル変動用の発振器である低周波発振器２０からの出力が用いられる。なお、この低周波発振器２０は、１周期が数秒から十数秒の周波数信号を発生する（すなわち、この低周波発振器２０の周波数でレベル用電圧Ｖ４の大きさが変化する）。ここで、図７において、このレベル制御器３０における波形を判りやすくするために三角形で表現しているが、正弦波でも台形波でもよい。
【００２３】
レベル制御器３０は、差動アンプ３１、反転差動アンプ３２、最大レベル設定器３３、及び、電圧制御器３４から構成される。差動アンプ３１には低周波発振器２０の出力と第１のバイアス電圧Ｅ１が入力され、この差動アンプ３１の出力が反転差動アンプ３２の反転入力に接続される。そして、反転差動アンプ３２に第２のバイアス電圧Ｅ２が入力され、その出力は最大レベル設定器３３を介して電圧制御器３４に入力され、電圧制御器３４は、最大レベル設定器３３からの出力に応じて固定電圧を調整してレベル用電圧Ｖ４を出力するように構成されている。
【００２４】
低周波発振器２０の出力Ｖ１が、図７に示すように、その最低レベルＥ１がゼロになっていない場合は、差動アンプ３１で第１のバイアス電圧Ｅ１を加えて、出力Ｖ２に示すような波形、すなわち、最低レベルが０となる波形に加工する。この出力Ｖ２の電圧と第２のバイアス電圧Ｅ２とを反転差動アンプ３２に入力し出力Ｖ３の波形を生成する。この出力Ｖ３の波形レベルは出力Ｖ２のレベルがゼロのときは第２のバイアス電圧Ｅ２と同じ大きさであり、出力Ｖ２のレベルが上昇するとこの電圧Ｅ２から下降する形になる。電圧制御器３４は固定電圧を最大レベル設定器３３からの信号に比例した電圧に変換するためのものであり、この出力Ｖ４が振幅変調出力回路４０に入力される。なお、この出力Ｖ４は、電圧制御器３４により、その最大レベルが電圧Ｅ３となりこれを超えた出力をすることはないように構成されている。
【００２５】
このように、レベル用電圧Ｖ４を低周波発振器２０の周波数で変動させることにより、振幅変調出力回路４０は、その出力がレベル制御器３０からの出力レベルを最大値としてこれ以下にレベルが変化して周期的に最大値が出力されるように構成されている。そのため、低周波発振器２０の周波数で変動させることができる。さらに、このレベル制御器３０においては、すべて正の値を有する電圧を用いるように構成されており、負の値を有する電圧を発生させる必要がないため、回路構成を簡単にすることができる。ところで、このような電気治療器１においては、筋肉への刺激は出力電圧の最大値に依存するが、このレベル制御器３０により適正値を容易に設定可能であり、さらに、このときのレベル用電圧Ｖ４の最大値は、このレベル制御器３０で電圧Ｅ３を超えないように規制されるので安全である。
【００２６】
なお、遅延タイマ２１はマッサージのスタート信号が入力されてから一定時間は低周波発振器２０を動作させないようにするものである。したがってこの間は出力Ｖ４の出力レベルが変動しないので、最大レベル設定器３３を操作させてレベル調整を容易に行うことができる。例えば、この間の出力Ｖ２のレベル変化を図８に示す。出力Ｖ２のレベルはスタートから一定時間Ｔ（例えば１０秒）後に立ち上がるように構成される。
【００２７】
以上説明したように、本発明により中周波として四相交流波を容易に発生させることができ、その周波数と出力レベルが任意に変えられるので、筋肉組織に与える電気刺激を自由に変えることができ、筋肉の活性化が高められる。また四相を二相ずつ二つに分けて使用し、両足を同時に治療することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る電気治療器の構成を示すブロック図である。
【図２】四相波発生回路の構成を示すブロック図である。
【図３】上記四相波発生回路の各部における信号の状態を示す説明図である。
【図４】振幅変調出力回路を構成する変換回路の電気回路図である。
【図５】振幅変調出力回路の構成を示すブロック図である。
【図６】レベル制御器の構成を示す電気回路図である。
【図７】レベル制御器の各部における電圧の状態を示す説明図である。
【図８】最大レベルの調整時間を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    電気治療器
１０    四相波発生器
１１    可変クロック発振器
１２    ２進カウンタ
１３    第１のフリップフロップ回路
１４    第２のフリップフロップ回路
２０    低周波発振器
２１    遅延タイマ
３０    レベル制御器
３１    差動アンプ
３２    反転差動アンプ
３３    最大レベル設定器
３４    電圧制御器
４０    振幅変調出力回路
４１    変換回路
４２    第１のトランジスタ（第２のスイッチ素子）
４３    第２のトランジスタ（第１のスイッチ素子）
４４    アイソレータ
５０（５０ａ〜５０ｄ）    電極
【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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【図７】
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【図８】
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