(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低周波パルス信号波を発生する低周波パルス発生回路と、高周波信号波を発生する高周波信号発生回路と、
前記低周波パルス発生回路で発生した低周波パルス信号波に前記高周波信号発生回路で発生した高周波信号波を重畳させた合成波を形成して該合成波により電気的刺激を生体に与える合成部と、
前記合成波を、前記低周波パルス信号波に前記高周波信号波が重畳されるオン期間と前記低周波パルス信号波に前記高周波信号波が重畳されないオフ期間とで１サイクルを構成するように前記合成部を制御する制御回路と、
前記合成波を入力する出力トランスとを備え、
前記出力トランスの出力側に接続された一対以上のパッドが生体に取り付けられたとき前記出力トランスの前記出力側における前記合成波の前記オン期間に前記合成波の電圧が徐々に増加及び減少するように前記出力トランスの前記出力側のインピーダンスが設定され、
前記制御回路は、少なくとも前記合成波の一部を、前記オン期間と前記オフ期間との少なくとも一方の期間を低周波サイクルで変動を与えた変動合成波群により構成するように前記合成部を制御する生体刺激装置。
【請求項２】
前記合成波を前記生体に与える生体刺激用波形は、前記変動合成波群と、前記オン期間および前記オフ期間とが固定された固定合成波群との組み合わせからなる繰り返し波形である請求項１に記載の生体刺激装置。
【請求項３】
前記制御回路は、少なくとも前記合成波の一部を、前記オン期間のレベルを低周波サイクルで変動を与えた変動合成波群により構成するように前記合成部を制御する請求項１又は請求項２に記載の生体刺激装置。
【請求項４】
前記固定合成波群の期間は、前記変動合成波群の期間の４０％から１００％の間に設定されている請求項２に記載の生体刺激装置。
【請求項５】
前記生体刺激用波形は、印加期間が２秒〜１０秒の前記変動合成波群と印加期間が１秒から４秒の前記固定合成波群との組み合わせからなる請求項２に記載の生体刺激装置。
【請求項６】
前記変動合成波群の期間と前記固定合成波群の期間との間に休止期間が設けられている請求項２に記載の生体刺激装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体に電気的刺激を与えることで主として筋肉トレーニング、筋力アップおよび筋肉リハビリ・施術、疲労回復治療などを効果的に行う生体刺激装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体表面に導子（パッド）を接触させ電気的パルス波や正弦波を与えることで筋肉に電気刺激を与え筋肉の活性化やリラックス効果が得られることは広く知られている。生体刺激装置は、電気治療装置や健康器具として実用化されている。これら装置や器具はその目的により筋肉刺激、筋肉リハビリテーション、筋肉トレーニング、体型シェイプアップ、リラクゼーション、更に、筋肉痛、コリ、しびれ、腰痛、疲労回復の治療など多岐に亘って利用されている。【０００３】
これら電気的刺激による生体刺激装置はその多くが低周波パルスを利用している。生体刺激装置は生体の２ヵ所以上に配置した導子間に低周波のパルス電流を流し、電極間での筋肉に刺激を与え、筋肉に収縮と弛緩を繰り返すことで筋肉の血流を促進する。これにより、物理的な肩たたき、マッサージ、筋肉トレーニングなどの運動効果を得ることができる。【０００４】
電気的治療装置などの低周波パルスとしては数ヘルツから数十ヘルツのパルス波が用いられる。パルスの電圧強度、パルス幅、発生パルスのオン・オフ間隔などを変化させ、これらを組み合わせることで肩たたき、筋肉強化、リラクゼーション、モード、などの各種目的に即したパルス波形を形成している。例えば、現在市販されている低周波治療装置などはパルス幅０．２ミリ秒から数ミリ秒、パルス電圧１０から２０Ｖで基準パルスを発生させている。前記装置は、肩たたきモードでは基準パルスの発生間隔を利用者の好みに応じて数ミリ秒から数秒間隔で発生させ所望の肩たたき効果を得ている。また、マッサージ効果、リラクゼーション効果モードでは１０個から数１０個の上記基準パルス群を１秒から数秒間連続的に発生させたり、休止させたりを交互に繰り返して手もみマッサージ効果を得ている。【０００５】
低周波、高周波の定義は明確でないものの当業界（電気的治療分野）においては、低周波は数Ｈｚから数百Ｈｚが多く用いられおり、それ以上を高周波(中周波と称される帯域を含み)として称している。本願においては、これらの周波数範囲を基準として説明する。上記低周波パルスが与えられると筋肉が刺激され収縮する。その後パルス波が休止すると筋肉は弛緩を始める。肩たたきモードなどでは数ヘルツから数十Ｈｚの低周波パルスが用いられる。その低周波パルスが与えられる毎に筋肉が弛緩し、「トン、トン、・・」という感覚の肩たたき効果となる。また、低周波パルスの周波数を上げて筋肉が弛緩を始める間もなく次のパルスが連続して与えられる状態にする。すると、筋肉の収縮状態が保持され、その後パルスが休止するインターバル状態にすることで筋肉は弛緩状態となり、ゆっくり揉まれている効果を作り出している。【０００６】
生体の筋肉は神経衝撃により収縮、弛緩が行われ、筋肉トレーニングによって筋肉収縮のエネルギー源が増加すると言われている。つまり、トレーニングにより筋線維が太くなり、血管も発達する。筋線維が太くなると筋肉の組成である筋蛋白、グリコーゲンなどの筋収縮のエネルギー源となる物質が増加する。これらの電気的刺激を筋肉に間欠的に与えることで筋肉が収縮、弛緩を繰り返すため、この作用を利用して筋肉トレーニング、筋力アップを行う生体刺激装置が種々提案されている。【０００７】
この種の生体刺激装置としては通常低周波による矩形波パルスを用いて筋肉トレーニングや筋力アップを行う方法が提案されている。特許文献１では、筋肉を電気刺激する生体刺激装置において、２０Ｈｚ以下のバースト波を用いて、いくつかのバースト波（２Ｈｚ、４Ｈｚ、８Ｈｚ、１６Ｈｚ、２０Ｈｚなど）を組合せながら一定期間だけ交互に繰返し筋肉に収縮を起こさせる方法が提案されている。【０００８】
上記のような低周波を利用する筋肉トレーニング装置においては、筋肉に作用する効果はあるが皮膚表面層で拡散してしまうため、主としてアウターマッスル（または表層筋とも称する）に対して用いられている。そのため、より内部の筋肉を刺激する方法として、特許文献２では上記のような低周波より周波数を高くした周波数１ＫＨｚ〜２０ＫＨｚ（特許文献２では中周波と称している）を用いる方法が提案されている。例えば、電気刺激を利用した筋肉トレーニング装置であって、中周波の正弦波信号を身体に出力する少なくとも２対の導子を備え、これら導子対からの電気信号が身体の所定部位にて交差するような状態で使用する第１のモードと、これら導子対の一方若しくは双方からの電気信号が身体の所定部位にて交差しないような状態で使用する第２のモードから成る部位モードとを設けている装置が開示されている。【０００９】
また、このような低周波より高い周波数を用いた筋肉トレーニング装置の改良として干渉波を利用した筋肉刺激装置も提案されている。例えば、特許文献３では、電気刺激信号の大きさと周波数とを指定して入力し、前記指定に基づいて電気刺激信号を生成し、複数の導子を経由して利用者の体に前記電気刺激信号を搬送して干渉波を発生させる電気刺激出力部と、電気刺激信号の大きさと周波数との関係を表す電流周波数相関データを格納する記憶部と、前記利用者からの指示を受け付ける操作部と、前記操作部から入力した前記利用者指示の電気刺激信号の大きさに基づき、前記電流周波数相関データに基づいて周波数を決定し、該電気刺激信号の大きさと周波数とを前記電気刺激出力部へ出力する制御手段とを具備することを特徴とする筋肉トレーニング装置が開示されている。【００１０】
このような低周波による生体刺激装置が生体表層部分の数ミリ程度が刺激されるのに対し、より周波数の高い高周波、中周波や干渉波を用いた生体刺激装置ではより深層部分まで刺激しうることが認められている。勿論、印加電圧を上昇させて生体内部を刺激する方法も可能ではあるが、使用感として痛みやピリピリ感が生じるため、上記のような低周波および中周波による生体刺激装置は、主としてアウターマッスルと称される生体表層部の筋肉トレーニングに用いられており、インナーマッスル（または深層筋とも称する）の筋肉活性化には用いられていない。【００１１】
生体（人体や動物）の構造は電気的にはコンデンサ（キャパシタンス）とインピーダンス（抵抗）成分から構成されているため、より周波数の高い方が生体内部へ電気信号が浸透し易いと考えられる。高周波だけでは筋肉を収縮させる刺激を感じることができず、筋肉トレーニングとしては実用化されていない。しかし、高周波を低周波パルスに重畳させた複合波を用いて、より深層へ刺激を与える方法が提案されている。特許文献４においては、生体に導子を当接し、該導子から生体に電流を流して刺激を与える生体刺激装置において、低周波パルスに高周波パルスを重畳させて生体に刺激を与えることを特徴とする生体刺激装置が開示されている。この様な複合波により、低周波を用いた生体刺激装置に比べてより深層部分を刺激できることが知られている。【００１２】
この複合波を用いる方法では、高周波成分により深層筋への到達効果はあるものの、生体への刺激が強すぎたりするため使用中の違和感などがあり、これらの違和感を軽減するために特許文献５では低周波パルスを矩形波に三角波を重畳して合成する高周波のレベルが徐々に上昇または下降するような波形を用いることでソフトな刺激を与える方法が開示されている。【００１３】
しかし、この方法では、低周波パルスに矩形波と三角波とを重畳して高周波信号を合成しているため、回路が複雑になるだけでなく、重畳した低周波パルスと高周波とを合成する際のノイズ（特に、オーバーシュートおよびアンダーシュートによるノイズ成分）などが生じる。このため、深層部への筋肉トレーニングに適用するとノイズによる痛みや違和感が生じる。また、このような生体刺激装置を筋肉トレーニングに適用した場合、如何にして効率的で、かつ効果的な筋肉トレーニングの成果を得ることができるかについては不明であった。そのため、このような複合波による生体刺激装置を違和感や刺激感なく継続してインナーマッスルと称される深層部の筋肉トレーニングに使用し成果を得る装置が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１６−２０２６９０号公報
【特許文献２】特開２００６−１７５１６６号公報
【特許文献３】特開２００５−３４８８５９号公報
【特許文献４】特開２０１０−５７８０５号公報
【特許文献５】特許５５３５４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の主な課題は、生体のインナーマッスル（深層筋）に電気刺激を与えることで、表層筋のみならず体幹筋と称する深層筋および表層筋の両方の筋肉に電気的刺激を与え、ノイズによる痛みや違和感が生じることなく、筋肉引き締め、筋力アップ、筋肉強化を行う生体刺激装置を提供する。【００１６】
また、本発明の課題は、体幹筋に適用し体幹筋を強化することで筋肉運動能力の向上および筋力アップを行う生体刺激装置を提供する。【００１７】
さらに、本発明の課題は、生体刺激装置を生体の各種インナーマッスルへ適用することで筋力低下に伴う改善・リハビリを行う治療リハビリ機器を提供する。【００１８】
また、本発明の課題は、体感刺激がソフトでなおかつより深層にあるインナーマッスル（深層筋）への刺激効果が得られる生体刺激用信号波形の発生装置および生体刺激装置を提供する。【００１９】
さらに、本発明の課題は、ソフトな刺激感によりインナーマッスル筋肉まで刺激できる生体刺激用複合信号波形を変動合成波群と固定合成波群の組合せおよび変形により発生させることで、深層筋や表層筋の筋肉トレーニング、リラクゼーションなど広範囲の使用目的に応じた各種波形を簡素な回路構成で構成することができ、結果的に筋肉引き締めによるシェイプアップ（腹囲減少、やせ）効果に優れた生体刺激装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、低周波パルス信号波を発生する低周波パルス発生回路と、高周波信号波を発生する高周波信号発生回路と、前記低周波パルス発生回路で発生した低周波パルス信号波に前記高周波信号発生回路で発生した高周波信号波を重畳させた合成波を形成して該合成波により電気的刺激を生体に与える合成部と、前記合成波を、前記低周波パルス信号波に前記高周波信号波が重畳されるオン期間と前記低周波パルス信号波に前記高周波信号波が重畳されないオフ期間とで１サイクルを構成するように前記合成部を制御する制御回路と、前記合成波を入力する出力トランスとを備え、前記出力トランスの出力側に接続された一対以上のパッドが生体に取り付けられたとき前記出力トランスの前記出力側における前記合成波の前記オン期間に合成波の電圧が徐々に増加及び減少するように前記出力トランスの前記出力側のインピーダンスが設定され、前記制御回路は、少なくとも前記合成波の一部を、前記オン期間と前記オフ期間との少なくとも一方の期間を低周波サイクルで変動を与えた変動合成波群により構成するように前記合成部を制御する。
【００２２】
さらに、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の装置において、前記合成波を前記生体に与える生体刺激用波形は、前記変動合成波群と、前記オン期間および前記オフ期間とが固定された固定合成波群との組み合わせからなる繰り返し波形である。
【００２３】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の装置において、前記制御回路は、少なくとも前記合成波の一部を、前記オン期間のレベルを低周波サイクルで変動を与えた変動合成波群により構成するように前記合成部を制御する。
【００２４】
さらに、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の装置において、前記固定合成波群の期間は、前記変動合成波群の期間の４０％から１００％の間に設定されている。
【００２５】
さらに、請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の装置において、前記生体刺激用波形は、印加期間が２秒〜１０秒の前記変動合成波群と印加期間が１秒から４秒の前記固定合成波群との組み合わせからなる。
【００２６】
さらに、請求項６に記載の発明は、請求項２に記載の装置において、前記変動合成波群の期間と前記固定合成波群の期間との間に休止期間が設けられている。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１に記載の発明によれば、低周波パルス信号波と高周波信号波とを重畳させた合成波を用いることにより、インナーマッスル（深層筋）へ到達する刺激効果を得ると共に、アウターマッスル（表層筋）へも刺激効果を生じるため体幹筋をトレーニングし、筋力強化の効果を効率的に得ることができる。さらに、合成波波形は、矩形波と三角波などとの合成により形成した波形に高周波信号を重畳しておらず、その合成波波形が徐々に増加または減少する波形を出力トランスの出力側インピーダンスにより設定することにより形成しているため、簡素な回路でオーバーシュートおよびダウンシュートを伴わないように構成することができ、ソフトな感覚で違和感のない波形を得ることができ、継続使用に耐える生体刺激装置を提供することができる。【００２８】
また、合成波信号のオン期間およびオフ期間が低周波サイクルで変動する状態を形成しており、変動合成波自体を低周波サイクルで変動させることにより、高周波信号波によるインナーマッスルへの刺激に加えて、低周波サイクルによる変動を与えることで、よりアウターマッスルへの刺激が増強される。
【００２９】
請求項２に記載の発明によれば、生体刺激用波形は、変動合成波によるインナーマッスルとアウターマッスルへの同時刺激と、固定合成波によるインナーマッスル中心の刺激とを繰り返すことにより、インナーマッスルを中心にアウターマッスルも引き締め効果を得る筋肉運動効果を得ることができ、腹筋運動に相当する筋力の総合的強化を得ることができる。
【００３０】
請求項３に記載の発明によれば、変動合成波のレベルが低周波サイクルで変動する状態を形成するため、インナーマッスルへの刺激効果と共にアウターマッスルに対する引き締め効果がより刺激的効果を得ることができる。
【００３１】
請求項４に記載の発明によれば、固定合成波群の期間を変動合成波群の期間の４０％から１００％の間に設定するため、インナーマッスルを中心にアウターマッスルも引き締め効果を得る筋肉運動効果を得ることができる。
【００３２】
請求項５に記載の発明によれば、変動合成波の印加期間と固定合成波の印加期間とを所定の時間に設定することで最適の筋肉引き締め効果を得ることができる。
【００３３】
請求項６に記載の発明によれば、変動合成波群の期間と固定合成波群の期間との間に休止期間を設けることで最適の筋肉引き締め効果を得ることができる。
【００３４】
また、本発明の装置を喉筋肉へ適用することで嚥下防止・嚥下リハビリへの適用効果が期待され、膀胱排尿筋および骨盤底筋に適用することで尿失禁リハビリへの効果が期待され、腸腰筋および大腿筋に適用することでロコモティブ症候群に対するバランス機能の改善をはかることが可能となる。広くインナーマッスルの筋力低下に起因する諸症状の改善およびリハビリ効果を期待できる。さらに、これらの機能を利用してインナーマッスルおよびアウターマッスルの効果的引き締めによりシェイプアップや予防医療などへ応用することで、体型維持、美容・成形、老化防止など種々の効果が期待できる。【００３５】
さらに、本発明によれば、合成波波形が生体に添付されて、生体刺激としては次第に刺激が高揚するか徐々に刺激が弱まるオーバーシュートやダウンシュートのない構成であるため、従来のパルスによる刺激感（チクチク感やビリビリ感）に比べ、バリエーションの異なる刺激効果がチクチク感の少ないソフトな刺激を得ることが可能となる。このため、使用しても違和感が少なく、筋肉トレーニング装置として長時間の使用や継続的使用が可能となるなどの効果を有する。【００３６】
なお、以上の構成要素の任意の組合せにより、本発明に基づく生体刺激装置を他の治療、リハビリ、マッサージ、美容への応用することで、発明の趣旨の範囲内で他の態様としても有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は本発明の実施例１の生体刺激装置の回路構成図である。
【図２Ａ】図２Ａは実施例１の生体刺激装置の低周波パルス信号波の波形図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは実施例１の生体刺激装置の低周波パルス信号波に高周波信号を合成した合成波の波形図である。
【図２Ｃ】図２Ｃはオン期間中に低周波パルス信号波に重畳された高周波信号のレベルが徐々に上昇または下降する合成波を示す図である。
【図３】図３は合成波のオーバーシュートとアンダーシュートを示す図である。
【図４】図４は本発明の実施例１の具体的な生体刺激装置の回路構成図である。
【図５Ａ】図５Ａは生体刺激装置の高周波信号発生回路の出力信号の一例を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、パッドを実際に生体に適用した際の出力トランスの出力側の合成波形を示す図である。
【図６】図６は実施例１の生体刺激装置による変動合成波を示す説明図である。
【図７】図７は、高周波信号波と低周波パルス信号波とを合成した合成波に時間的（周期的）またはレベル的に低周波サイクルで変動を与えた変動合成波の波形説明図である。
【図８Ａ】図８Ａは変動合成波群の変動期間Ｔａと固定合成波群の固定期間Ｔｂとの組み合わせた生体刺激用波形を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは変動合成波群の変動期間Ｔａと固定合成波群の固定期間Ｔｂとの間に僅かな休止期間Ｒを設けた生体刺激用波形を示す図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは図８Ｂにおける固定合成波群を連続する高周波信号成分のみで形成した生体刺激用波形を示す図である。
【図９】図９は実施例１の生体刺激装置による筋肉トレーニングの効果の一例を示すデータである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
各種スポーツおよびリハビリにおける筋機能のトレーニング、筋肉強化については、筋肉に負荷を与えることで筋繊維が太くなり、筋繊維が太くなると筋の組成である筋蛋白、およびグリコーゲンなど筋収縮のエネルギー源となる物質が増加する。最大筋力は筋繊維の太さに比例し、筋繊維が太いほど大きい力が出せる。また、筋力は、筋繊維の数により調節されるとされ、最大筋力は、全ての筋繊維が活動している場合である。半分の筋力を出している時は半分の筋繊維が参加し、他の半分は活動を休止している状態といわれている。これらの筋繊維は、神経と連動しており、神経の働きにより筋繊維を活動または休止させる。
【００３９】
従って、筋肉強化、筋肉引き締め、筋肉リハビリでは、筋肉に物理的負荷をかけて筋繊維を太くするが、トレーニングやリハビリに耐える体力が無い病人、高齢者の場合、またはトレーニングやリハビリの時間がとれない場合やより効果的に、短時間で成果を得たい場合など、生体刺激装置により電気的刺激を与えて筋肉の収縮、弛緩を繰り返すことで物理的負荷と同様の効果を生じることが知られている。
【００４０】
一般的に、筋肉強化、筋肉引き締めでは、（１）運動強度、（２）持続時間、（３）反復活動の３条件が必要であるとされている。運動強度は、筋肉にどの程度の運動負荷をかけるかであり、最大筋力を目安として設定される。持続時間は、トレーニング強度に対し何秒間続けるかである。また、反復運動は、筋肉トレーニングをどれくらいの時間（日数）間隔で反復するかである。本発明は、これらのトレーニング条件を生体刺激装置によリ実現し、その実証結果に基づくものである。
【００４１】
運動強度の条件に関しては、筋肉トレーニングでの運動負荷のかけ方として、最大筋力（RM=Repetition Maximum）を算定し、その最大筋力を基準としてどの程度の運動負荷をトレーニングで与えるかをプログラムする。最大筋力は、１回で発揮できる筋力の限界値のことであり、ある重さのウエイト（ベンチプレスなど）を何回まで継続して持ち上げられるかを計測する。例えば、１回で最大１００Kｇを持ち上げたとするとその人の最大筋力（１RMまたは１００％RM）は１００Kｇであり、これを基準として何％の運動強度を用いてトレーニングするかを設定する。トレーニングプログラムは個人の筋力や目的によりまちまちであるが、多くもちいられているプログラムは、筋肉アップでは１から４RM（１００％RMから９０％RM）、筋肥大目的では５RMから１４RM(９０％RMから７０％RM)、持久力アップ目的では１５RMから２５RM(７０％RMから６０％RM)が用いられている。つまり、筋肉トレーニングを目的では最大筋力の９０％以上で４回以内の連続反復、筋肥大目的では最大強度の９０から７０％で５回から１４回の連続反復、持久力アップ目的では最大筋力の７０％から６０％で１５回から２５回の連続反復運動を行うことが効果的であることを示している。
【００４２】
また、持続時間の条件に関しては、多くの研究があるが筋肉トレーニングでは「へティンガー理論」が多く利用されている。この理論は、最大筋力に対しどの程度筋収縮持続時間をかければ効率的かを示すもので、最大筋力（１００％ＲＭ）では、２から４秒程度で良いが２秒以下では効果が薄いとされている。また、最大筋力の９０％から８０％では４から６秒、最大筋力の７０％から６０％では６から１０秒、最大筋力の５０％から４０％では１５秒から２０秒を必要としている。
【００４３】
また、反復活動の条件に関しては、トレーニング間隔をどの程度の時間（日数）にするかであり、前のトレーニング効果が持続している間に次のトレーニングを行うことで効果が積み重なるとされている。一般には、筋肉トレーニングを１日空けた場合は若干の効果減だが、１週間空けると効果は半減し、２週間空けるとほぼ元に戻るとされている。
【００４４】
生体刺激装置においては、電気的刺激を筋肉に与え間欠的にオン・オフすることで筋肉の収縮や弛緩をおこなうもので、筋肉の場合の神経衝撃により筋肉の収縮や弛緩を作用させるのに相当する。ただし、実際の筋肉が筋繊維へ神経衝撃を与える数（運動量）を調整できるのに対し、電気的刺激では筋繊維１本毎を刺激することはできず、電気的刺激が及ぶ筋肉のいずれに対しても神経衝撃を与えたのと同様の作用を生じる。
【００４５】
従って、上記運動強度の条件を電気的刺激装置に適用するには、印加する信号レベルを調整することである程度は調整できる。その範囲は限られており、電気的刺激の信号が及ぶ範囲において人体に感じるレベル以上の信号レベルでは、基本的にすべての筋繊維に神経衝撃に相当する信号が与えられ、少なくとも、最大筋力（１００％ＲＭ）に近いものとなる。少なくとも、最大筋力の８０％ＲＭ以上の運動強度となることが想定されている。
【００４６】
また、上記持続時間の条件を電気的刺激装置における筋肉トレーニングやリハビリに適用するには、「へティンガー理論」に基づき電気的刺激の印加時間を決定する。つまり、人体に感じられるレベル以上のパルス信号を与えた場合、その信号の及ぶ筋肉はほぼ最大筋力に相当するかそれに近い収縮作用を有している。このため、前述の通り、運動強度は、体感的に人体に感じられる信号強度が与えられている場合、少なくとも最大筋力の８０％ＲＭ以上を保持していると考えられ、その持続時間である合成波の連続印加時間が２秒以上１０秒以下程度で設定することで効果があるが、２秒以下では効果がみられないこととなる。
【００４７】
また、反復活動の条件については、電気的刺激装置をどの程度の間隔（日数や時間）で利用するかであり、トレーニングの効果が継続するのは、電気的刺激によるトレーニングにおいてもほぼ同じであり、トレーニングを継続的に前の効果がなくなる前に行うことで効果が積み重ねられる。
【００４８】
（実施例１）
上述の条件および仮定を踏まえて、電気的に生体に刺激を与える本発明の生体刺激装置を具体化した実施形態を図に基づいて説明する。図は説明の都合上模式的に描いてある。図１は本発明の実施例１の生体刺激装置の回路構成図である。本発明においては、主として筋肉トレーニングを利用目的として実施例を説明する。
【００４９】
図１において、生体刺激装置１は、操作パネル２、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ又はＭＰＵ）３、低周波パルス発生回路４、高周波信号発生回路５、波形制御信号回路６、合成部７、出力トランス（ＴＲ）８を備えている。操作パネル２は、利用目的に合わせ筋肉トレーニング、シェイプアップ、リラクゼーションなどの各種モードの選択・入力を行う。さらに操作パネル２は、操作時間（タイマー設定）、強度選択などを入力する。マイクロコンピュータ（ＣＰＵ又はＭＰＵ）３は、操作パネル２で入力された指示信号によりそれぞれの利用目的に適合した生体刺激用波形を形成するように低周波パルス発生回路４、高周波信号発生回路５および波形制御信号回路６を制御する。
【００５０】
マイクロコンピュータ３においては、各種利用目的のモードに適した生体刺激用波形を形成するようプログラムされている。各モードの決定は、合成する高周波成分、低周波パルス成分、高周波成分と低周波成分とを合成し出力するオン期間および合成波の出力を停止するオフ期間、信号強度、反復回数、および高周波信号と低周波パルスが合成された合成波を低周波で変化させる制御条件などのパラメータ変化の組み合わせにより形成されている。
【００５１】
操作パネル２において所望のモード、操作時間、強度などが選定されると、マイクロコンピュータ３は、合成波形を形成する低周波パルス発生回路４、高周波信号発生回路５および波形制御信号回路６にそれぞれ指示を与え、高周波成分、低周波パルス成分、オン・オフ期間などを選択されたモードに従って制御する。
【００５２】
低周波パルス発生回路４は、例示として数Ｈｚから数１０Ｈｚの矩形波パルス信号（低周波パルス信号波）を発生する。この低周波パルスの周波数は数Ｈｚから数百Ｈｚ程度であれば良く、目的に応じて切り替えたり、変動させても良い。高周波信号発生回路５は、１０ＫＨｚ以上の信号（高周波信号波）を発生する。実施例では例示的に５００ＫＨｚの正弦波の発振器による出力信号を用いている。合成部７は、高周波信号発生回路５で生成した高周波信号波を低周波パルス発生回路４で生成した低周波パルス信号波に重畳させて合成波を形成する。波形制御信号回路６は、本発明の制御回路に対応し、マイクロコンピュータ３からの指示に基づき、合成波を、低周波パルス信号波に高周波信号波が重畳されるオン期間と低周波パルス信号波に高周波信号波が重畳されないオフ期間とで１サイクルを構成し、少なくとも合成波の一部を、オン期間とオフ期間との少なくとも一方の期間を低周波サイクルで変動を与えた変動合成波群により構成するように合成部７を制御する。具体的には、波形制御信号回路６は、高周波信号波を低周波パルス信号波のオン期間に重畳させ且つ低周波パルス波信号のオフ期間に低周波パルス信号波への高周波信号波の重畳を停止するように制御すると共に、変動合成波群を形成するために合成波を時間的に変動又はレベル的に変動又は時間的及びレベル的に変動させるための波形制御信号を生成し波形制御信号により合成部７を制御する。
【００５３】
マイクロコンピュータ３は、操作パネル２において指示された筋肉トレーニング、シェイプアップ、リラクゼーションなどの利用モード、強度、タイマーなどの基本設定に基づいて、図２Ａに示すような低周波パルス信号波のオン期間ｔ１、オフ期間ｔ２、レベルＶ０などを設定する。マイクロコンピュータ３は、水晶発振器、タイマー、記憶手段、演算処理手段などの周知の機能を有し、記憶手段にプログラムされた各種モードの所定パターンを制御シーケンスにより達成する。各モードは、低周波パルス信号波のオン期間（合成波重畳期間）ｔ１、オフ期間（合成波休止期間）ｔ２、出力レベルＶ０、およびそれらの周期の繰返し時間を変化させることで生体に与える体感を変化させている。ここで、低周波パルス信号波の周期は、オン期間ｔ１とオフ期間ｔ２とを併せたＳ期間（１サイクル）を示している。
【００５４】
図２Ａにおける低周波パルス信号波１０１，１０２，１０３…は、その周期Ｓ毎にＳ１、Ｓ２、Ｓ３、・・・とオン期間とオフ期間とを繰り返しているが、オン状態でのパルス極性は、上側（プラス方向）と下側（マイナス方向）とを交互に変化している。図示のように各周期毎にパルス極性をプラス方向とマイナス方向とに交互に変化させる場合、すべて同一方向のパルス極性にする場合、もしくはパルス極性を一定期間プラス方向で、一定期間マイナス方向となるようにする場合などいくつかの変化パターンで構成することもできる。これらの低周波パルスの極性をランダムに組合せたりすることで、オン期間に高周波を重畳された合成波の方向が変化することとなり、体感を変化させている。
【００５５】
高周波信号発生回路５の出力信号は５００ＫＨｚの正弦波信号を用いているが、その波形は高周波パルス信号、高周波矩形波信号でも良い。また、この高周波信号の周波数が高くなるほどより生体の深部に到達するため、周波数を変動にしてインナーマッスルへの効果を調整することもできる。
【００５６】
波形制御信号回路６の波形制御信号は、低周波パルス信号波のオン期間に合成波信号を構成するよう高周波信号を低周波パルスに重畳し、オフ期間に合成波信号を休止させるよう制御すると共に、合成波を上側（プラス方向）または下側（マイナス方向）へ制御する。この波形制御信号により高周波信号は低周波パルス信号波と合成部７において合成され、図２Ｂに示す合成波を出力する。図２Ｂに示す合成波は、低周波パルス信号波１０１，１０２，１０３…に高周波信号波１１１，１１２，１１３…が重畳されるオン期間ｔ１と、高周波信号波１１１，１１２，１１３…が低周波パルス信号波１０１，１０２，１０３…に重畳されないオフ期間ｔ２とで１サイクルＳ１，Ｓ２…を構成している。
【００５７】
合成部７は、合成波を出力トランス８の一次側コイルＬｉに供給する。出力トランス８は、二次側コイルＬｏと絶縁されており、一次側で生じるノイズパルスや衝撃波などを緩和させている。また、図４に示すように、一次側コイルＬｉに中間タップＴＰを設けてスイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２とを交互に切り替えることで合成波信号の上側（プラス方向）と下側（マイナス方向）とを切り換える様にしても良い。
【００５８】
出力トランス８の二次側コイルＬｏの出力は、直流遮断コンデンサＣおよびライン抵抗Ｒを介して一対のパッド（又は導子）９に接続されている。この一対のパッド９は、強化したい筋肉など対象となる筋肉の皮膚表面に接触させて使用する。パッド９は、導電性材を用いて皮膚表面に吸着するように用いるが、導電性を確実にするようにジェルなどを用いても良い。また、パッド９は、一対（２個）でも良いが、一対以上で複数のパッドを設けて複数箇所を刺激したり、刺激箇所を特定するように構成しても良い。
【００５９】
生体１０は、容量性リアクタンスを有し、等価回路は生体１０に示すようにキャパシタンスＣｏとそれに並列の若干または無視しうる程度の抵抗成分ｒｏおよび生体の抵抗成分ｒからなる。パッド９が生体１０の皮膚表面に添付された場合、一対のパッド間の容量性リアクタンスは、パッド間の距離、生体１０の誘電率などで変化する。また、パッド９と生体間の接触状態によっても大きく変化する。このため正確に把握することは難しいが、ＥＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｓｔａｔｉｃ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）静電気放電規格での人体モデルでは６７０ｐＦを規格基準としている。
【００６０】
図５Ａは、高周波信号発生回路５の出力信号の一例であり、２μｓｅｃ、５００ＫＨｚの高周波信号を示している。図５Ｂは、パッド９を実際に生体１０に適用した際の出力トランス８の出力側の合成波形を示している。出力トランス８の出力側は、一次側（入力側）の合成部７とは遮断されており、出力トランス８のリアクタンス特性、生体１０のキャパシタンス特性の変化などにより、印加電圧の充放電特性が変化する。従って、実際の波形特性は図２Ｂに示す理論的合成波形図と異なり、むしろ図６に示す波形に近い形状を構成する。
【００６１】
これらの出力トランス８の二次側コイルＬｏに接続されたパッド９を生体に取り付けた場合、合成波オン期間中の出力側の信号波形は、生体の有する容量性リアクタンス（コンデンサ）成分Ｃｏ、Ｃ（パッド９と生体間のリアクタンスを含む）および抵抗成分ｒｏ、ｒ、Ｒによる時定数に従って充放電する。ここで、５００ＫＨｚ高周波信号に対し出力トランス８の出力側の時定数を容量性リアクタンス成分により直ちに放電しきれないように設定すると、合成波信号はオン期間中上昇しつづける。このため、出力トランス８の出力側の合成波形は、図２Ｃの合成波波形（二次側）に示すように、最初のサイクルＳ１オン期間中に重畳された高周波の電圧レベルは徐々に上昇し、ｔ1期間に示すように立ち上がりのＶ１レベルから上昇しＶ２レベルに達したところで、休止状態となり高周波の重畳分はなくなる。つまり、合成波の波形は、矩形波でなく徐々に増加する刀形の形状を形成する。次のサイクルＳ２では、上下方向が逆転しているため、Ｓ１を上下逆転させた形状となっている。
【００６２】
また、この出力トランス二次側の時定数設定においてライン抵抗Ｒは、オン期間における立ち上がりまたは立ち下がりに生じる可能性があるオーバーシュートまたはアンダーシュートが生じないように調整する。つまり、出力トランス８の出力側は、生体にパッド９を添付した状態で、合成波波形に対し微分回路でなく積分回路を形成するように設定される。即ち、出力トランス８の出力側に接続された一対以上のパッド９が生体１０に取り付けられたとき出力トランス８の出力側における合成波のオン期間に合成波の電圧が徐々に増加及び減少するように出力トランス８の出力側のインピーダンスを設定する。これらの設定を容易に行うためにライン抵抗Ｒを半固定または可変抵抗としても良い。これにより、オーバーシュートまたはアンダーシュートが生じないようにすることできるため、ノイズによる痛みや違和感が生じることがなくなる。また、特許文献５のように複雑な回路を設ける必要がなくなる。
【００６３】
このように構成することで、出力トランス８の一次側で低周波パルスに矩形波と三角波を合成した合成波形を作ること無く、出力トランス８の二次側の生体を含むリアクタンス成分及び抵抗成分とによる時定数を調整する。これにより、矩形波形状でなくレベルが徐々に増加又は減少する波形を形成し、生体１０へ印加することができる。このため、出力トランス８の一次側での合成波を変形することがないため、先行技術（特許文献５）に示されたような低周波矩形波パルスに重畳する三角波の発生回路などが必要でなく、簡易な回路で構成できる。また、図３に示すような矩形波パルスと三角波とを合成する際に生じるノイズやオーバーシュートＯＳやアンダーシュートＵＳが減少し、ソフトな感触を与えられる波形が形成しうる。
【００６４】
図６に示す合成波は、実際に生体に印加される波形であり、最初のサイクルＳ１のオン期間ｔ１中に重畳された高周波信号波２１１のレベルは徐々に上昇し、ｔ１期間に示すように立ち上がりのＶ１レベルから上昇しＶ２レベルに達したところで、休止状態となり高周波信号波２１１の重畳分はなくなる。つまり、合成波の波形は、矩形波でなく徐々に増加する形状を形成する。オン期間ｔ１が終了すると高周波信号波２１１の重畳はなくなり、オフ期間（ｔ２）の休止期間へ移行する。次のサイクルＳ２では、上下方向が逆転しているため、サイクルＳ１を上下逆転させた形状となっている。
【００６５】
この様に構成した図６に示す高周波信号波２１１，２１２，２１３…と低周波パルス信号波２０１，２０２，２０３…との合成波を基本波形として使用する。形成された基本波形は、上述の通り、合成波信号の上側（プラス方向）または下側（マイナス方向）のみの連続波として使用したり、合成波信号の上側（プラス方向）と下側（マイナス方向）とを１サイクル毎または数サイクル毎に切り換えたり、途中に休止期間を挿入したりして、利用目的に応じて各種モードの波形を形成する。図６の合成波基本波形を連続的に所定期間（Ｔ期間）だけ生体に印加し、その後休止期間を挟んで再度印加することを繰り返すことで、高周波成分によるインナーマッスル（深層筋）への刺激効果および低周波成分によるアウターマッスル（表層筋）への刺激効果が期待できる。
【００６６】
しかし、この合成波形ではインナーマッスルへの生体刺激を主として行うには効果的であるが、アウターマッスルへの刺激に対してはその効果があまり期待できない。体幹強化や筋肉引き締め効果を目的とする場合には、インナーマッスルのみでなくアウターマッスルも同時により強く刺激する必要がある。このため、本発明においては上記合成波基本波形に対し低周波サイクルによる周期的変化を施している。
【００６７】
図７は、高周波信号波と低周波パルス信号波とを合成した合成波に時間的（周期的）またはレベル的に低周波サイクルで変動を与えた変動合成波の波形説明図である。図７において、時間的に変動を与える場合、波形制御信号回路６は、合成波波形のオン期間（高周波信号と低周波パルス信号とが合成された期間）にｔ１Δ期間だけ時間的に低周波サイクルによる変動を与える。波形制御信号回路６は、図７に示すように、オン期間ｔＰ１、ｔＰ２、ｔＰ３、ｔＰ４、ｔＰ５、ｔＰ６、ｔＰ７を１周期とし、オン期間を時間的に低周波サイクルで変動させて変動合成波を形成する。また、波形制御信号回路６は、オフ期間（低周波パルス信号波に高周波信号波が合成されない期間もｔ２Δ期間だけ時間的に低周波サイクルによる変動を与えて変動合成波を形成する。低周波サイクルによる時間的変動は、オン期間ｔ１をｔ１Δだけ、オフ期間ｔ２をｔ２Δだけランダムに変動させても良いし、合成波の連続する所定期間（Ｔ期間）全体を低周波サイクルにより変動を与えることでそれぞれの合成波サイクル期間（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、・・・・・）が同じ周期で同時に変動させても良い。
【００６８】
ここで、時間的変動のサイクルは低周波サイクルでアウターマッスルに刺激効果を発生させる範囲であれば問題なく、特に低周波サイクルを特定するものでない。実施例では、オン期間の出力時間を１００〜５００μ秒でランダムに変化させ、かつ繰り返し幅（Ｓ期間）を１００〜５００μ秒でランダムに変化させている。つまり、変動する合成波の連続する所定期間（Ｔ期間）全体をランダムに低周波サイクルで変動させている。合成波が低周波によりパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を与えた状態に類似する波形を形成するもので、低周波サイクルの変動（またはうねり）を合成波形が生じさせる。この低周波サイクルの変動によりよりアウターマッスルへの刺激効果を得ている。  
【００６９】
このようにしてオン期間ｔ１、オフ期間ｔ２、またはその繰り返し周期Ｓが低周波サイクルで変動する状態を形成し、合成波が連続する所定期間Ｔが可変状態となる変動合成波群を構成する。この場合、波形制御信号回路６は、少なくとも合成波の一部が、オン期間とオフ期間との少なくとも一方の期間を低周波サイクルで変動する状態を形成する変動合成波群により構成されるように制御する。これにより、低周波サイクル変動によるアウターマッスルと高周波信号波によるインナーマッスルとの両方を刺激する効果が継続して得られる。
【００７０】
これらの時間的変動を低周波サイクルで行なわず繰り返し周期Ｓおよび合成波の所定期間Ｔを固定させた固定合成波群の場合、インナーマッスルへの生体刺激は強化されるものの、アウターマッスルへの刺激効果は僅かなものとなる。筋肉トレーニング、筋肉引き締め効果を得るためには、これら変動合成波群と固定合成波群とを組み合わせて用いることで腹筋運動やウエイト負荷運動などの体幹トレーニングや筋肉引き締め運動に相当するインナーマッスルおよびアウターマッスルへの効果的生体刺激を与えることができる。
【００７１】
また、レベル的（振幅）変動を与える場合、波形制御信号回路６は、図７に示すように、合成波波形のオン期間（高周波信号と低周波パルス信号とが合成された期間）の出力レベルをＶ１Δだけ低周波サイクルで増減させて変動を与えた変動合成波群により構成するように合成部７を制御する。このレベル的変動は、合成波を形成する個々のオン期間毎にランダムに増減させても良いし、合成波の連続する周期Ｓおよび所定期間Ｔ全体のオン期間を低周波サイクルでレベル変動を同時に変動させても良い。変動させるレベルは合成信号の印加レベル強度によるが、全体の５％〜４０％程度で効果を得ている。ランダムに変化量を変化させたり、固定させたり、マニュアルで変化量を調整し利用目的や体感で利用者が快適と感じる変化量とすることで、上述のような時間的変変動と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
実施例においては、オン期間の出力レベルを１秒間に５回全体振幅の２０％程度アップダウンさせ、１秒間に５回の筋収縮を促進している。これにより合成波が低周波により振幅変調を受けているのに相当する波形を生じさせ、アウターマッスルに対する刺激効果をアップさせることができる。ここで、レベル的変動と前述の時間的変動とは両方を変動させても良いし、どちらか一方でもかまわない。
【００７３】
このようにして合成波が連続する所定の期間（T期間）中、前記オン期間と前記オフ期間との少なくても一方の期間が、低周波サイクルで変動状態を形成する変動合成波群を構成することにより、低周波サイクル変動によるアウターマッスルと高周波信号波によるインナーマッスルとの両方を刺激する効果が得られる。また、これらの時間的およびレベル的変動を低周波サイクルで行なわず固定させた固定合成波群の場合、インナーマッスルへの生体刺激は強化されるものの、アウターマッスルへの刺激効果は僅かなものとなる。筋肉トレーニング、筋肉引き締め効果を得るためには、これら変動合成波群と固定合成波群とを組み合わせて用いることで腹筋運動やウエイト負荷運動などの体幹トレーニングや筋肉引き締め運動に相当するインナーマッスルおよびアウターマッスルへの効果的生体刺激を与えることができる。
【００７４】
図８は、図６に示すような固定合成波群の波形と図７に示すような変動合成波との組み合わせ例を示す説明図である。図８Ａに示す生体刺激用波形は、変動合成波群の変動期間Ｔａと固定合成波群の固定期間Ｔｂとの組み合わせであり、変動期間Ｔａと固定期間Ｔｂとを途中休止期間を設けずに数回繰り返す。変動期間Ｔａは、異なる周期Ｓｖ１，Ｓｖ２，Ｓｖ３を持つ複数の変動合成波からなる。固定期間Ｔｂは、一定周期Ｓｆを持つ複数の変動合成波からなる。図８Ｂに示す生体刺激用波形は、変動合成波群の変動期間Ｔａと固定合成波群の固定期間Ｔｂとの間に僅かな休止期間Ｒ（数秒間隔）を設けて構成される。また、他の組み合わせとして、図８Ｃに示す生体刺激用波形は、図８Ｂにおける固定合成波群を連続する高周波信号成分のみで形成することもできる。いずれの場合も変動合成波群の変動期間、固定合成波群の固定期間、休止期間、低周波変動サイクルを利用目的に応じ最も効果的になるよう組み合わせて用いる。
【００７５】
次に、本発明による実施例１の生体刺激装置を用いた筋肉トレーニング、筋肉引き締めモードにおける設定およびその効果について説明する。図５Ｂは、筋肉トレーニング・筋肉引き締めモード例における出力トランス８の二次側出力波形で、高周波信号波形と低周波パルス信号との合成波形（基本波形）である。測定にはダミー抵抗５００Ω（Ｒ１，Ｒ２）による出力波形のシュミレーションである。この基本波形（固定合成波）に対する変動合成波としては高周波信号波として５００ＫＨｚ、低周波パルス信号波としての矩形波パルスを用いており、オン期間ｔ１は数秒から１０秒でランダムに低周波サイクルにより変化させ、オフ期間ｔ２は２秒から５秒で可変とし、出力レベルＶ１は数ｍボルトで調整可能としている。
【００７６】
上記の設定を基本とした本発明による生体刺激装置を用いて筋肉強化および筋肉引き締め効果を測定した結果を図９に示す。図９は、生体刺激装置を腰回りの腸腰筋刺激に適用した。腸腰筋は、大腰筋、腸骨筋からなる体幹深部の深部腹筋群であり、インナーマッスルとして股関節の動きを司っている。そのため、歩行、各種運動、姿勢維持には必要な筋肉であり、怪我や老化などによりこれら腸腰筋が衰えたり、損傷したりすると歩行障害、運動能力の低下などに関連してくる。図９の測定では、低周波サイクルによる変動を与えていない従来の合成波による波形と低周波サイクルによる変動を与えた図８Ａに示すような変動期間Ｔａ、固定期間Ｔｂからなる波形を用いている。変動期間の波形パラメータは、高周波信号ｆｈが５００ＫＨｚ、低周波パルスのオン期間ｔ１は１５０〜４００μ秒のランダム変化、繰り返しサイクルＳは１６０〜５５０μ秒で時間的変動を与えている。ここでオン期間におけるレベルの変動は与えていない。
【００７７】
図９は、設定を筋肉トレーニング、シェイプアップ（筋肉引き締め）として、変動合成波群および固定合成波群の組み合わせおよびそれらの適用時間を変えた３モードを設定し、それぞれのパラメータ変化に対する腹囲の変化を本発明による生体刺激装置の適用前および適用後で測定した比較図である。腹囲はシェイプアップにおける効果が最も顕著に、短期間で生じる。このため、本発明による生体刺激の変化傾向を簡便に測定することができる。いずれも適用する高周波信号波は５００ＫＨｚであり、低周波パルス信号波は５〜４０Ｈｚで、２０分間連続して適用し、適用前後の腹囲データを取得した。
【００７８】
モードＡは、図６に示すような、低周波パルスに高周波信号を重畳しただけの従来使用されていた基本合成波群であって、低周波サイクルによる変動を与えない固定合成波群のみを２０分間連続して２名の被験者（（１）および（２）に適用し、その適用前および適用後の腹囲変化を示している。この測定によれば被験者（１）よび（２）の両名共腹囲が短縮されており、このモードＡによる腹囲は、適用前と適用後の差（右目盛り）が平均２ｃｍ短縮したという効果が得られた。
【００７９】
モードＢは、図８Ａに示す波形構成で、変動合成波群を適用期間（Ｔａ＝４秒）、固定合成波群を適用期間（Ｔｂ＝４秒）に設定し、２０分間連続して２名の被験者（（３）および（４））に適用し、その適用前および適用後の腹囲変化を示している。この測定によれば、被験者（３）および（４）の両名共腹囲がより短縮されており、モードＢによる腹囲は、適用前と適用後の差（右目盛り）が、平均４ｃｍ短縮したという効果が得られた。
【００８０】
モードＣは、図８Ｂに示す波形構成で、変動合成波群を適用期間（Ｔａ＝４秒）、固定合成波群を適用期間（Ｔｂ＝２秒）に設定し、２０分間連続して２名の被験者（（５）および（６））に適用し、その適用前および適用後の腹囲変化を示している。この測定によれば被験者（５）および（６）の両名共に腹囲が大幅に短縮されており、このモード（Ｂ）による腹囲は、適用前と適用後の差（右目盛り）が平均８．３ｃｍ短縮したという効果が得られた。
【００８１】
これらの３モードの比較においては、固定合成波群のみの適用（モードＡ）より変動合成波群と固定波合成波との組み合わせ（モードＢおよびモードＣ）の方がより筋力アップまたはシェイプアップ（筋肉引き締め）に効果が見られた。変動合成波群と固定合成波群との組み合わせにおいては、変動合成波群と固定合成波との適用時間が同じ４秒のモードＢより、変動合成波群の適用期間を４秒、固定合成波群の適用期間を２秒に設定したモードＣの方がより腹囲短縮効果が見られた。
【００８２】
腹囲短縮は筋肉トレーニングにおいて比較的短時間でその効果が現れるため体幹強化測定の一指標として利用されるものであり、インナー・アウターマッスルの強化の表すものとみなされている。高周波信号波と低周波パルスとを重畳した合成波群を生体に適用することにより、インナーマッスルに届く生体刺激が得られ、さらに合成波を低周波サイクルにより変動合成波群を構成し、固定合成波群と組み合わせることでよりインナーマッスルに加えてよりアウターマッスルへも刺激効果が得られることが判明した。つまり、筋肉トレーニングおよび筋肉引き締めには、インナーマッスルだけでなくアウターマッスルへの刺激も行うことで体幹強化およびシェイプアップなどにより効率的効果を得ることができる。
【００８３】
本発明によれば、変動合成波群が印加されている状態は、アウターマッスルとインナーマッスルとを刺激するため運動負荷はほぼ基本的にすべての筋繊維に神経衝撃に相当する信号が与えられ、少なくとも、最大筋力の５０％ＲＭ以上の運動強度となることが想定される。また、固定合成波群が印加されている状態は、アウターマッスルへの刺激効果は少なく、インナーマッスルへの刺激効果のみが顕著な状態を継続している。さらに、高周波信号成分に起因するインナーマッスルへの刺激は、低周波信号成分によるアウターマッスルへの刺激効果より弱くなるため、インナーマッスルへの刺激をできるだけ継続させるほうが望ましい。
【００８４】
従って、これらの生体刺激波形は変動合成波群と固定合成波群とを組み合わせた場合、ヘティンガー理論による仮定条件を考慮すれば、変動合成波群と固定合成波群との適用期間は、合計で２〜１５秒程度に設定し、適用を繰り返すことが効果的であり、変動合成波群の適用期間を固定合成波群の適用時間より長く設定することでより効果的な結果が得られることが想定される。これらの想定を考慮した実証実験の効果として、特に変動合成波群の適用時間を２〜１０秒、固定合成波群の適用期間を１〜４秒に設定した場合、最大の効果が得られることが判明した。このことは、生体刺激装置における合成波の刺激が筋肉収縮し始めるのに若干の立ち上がりが１〜２秒ほど必要なことと、印加適用期間は、ヘティンガー理論における運動負荷と同様、筋肉収縮を持続すると筋肉が慣れて徐々に硬直してくるため、１０〜１５秒程度で変化を与えることでより効果が得られると思われる。
【００８５】
本発明を具現化した生体刺激装置は、上述の筋肉トレーニング、筋肉引き締め（シェイプアップ）モードなどに適用することで、より簡易な構成により高周波信号波と低周波とによる合成波でインナーマッスルに届く筋肉刺激が可能となる。その合成波に低周波サイクルによる変動を与えることで構成した変動合成波群の適用がより体幹筋の強化に効果的であり、変動合成波群と固定合成波群との最適組み合わせ時間を適用する。これにより筋肉トレーニング、筋肉引き締めに対する極めて高い効果を効率的に得ることができ、産業上の利用可能性は高いものである。
【符号の説明】
【００８６】
１  生体刺激装置
２  操作パネル
３  マイクロプロセッサーユニット（ＭＰＵ）
４  低周波パルス発生回路
５  高周波信号発生回路
６  波形制御信号回路
７  合成部
８  出力トランス
９  パッド（導子）
１０  生体（等価回路）
Ｒ  ライン抵抗
ｒ，ｒｏ  抵抗
Ｃｏ，Ｃ  コンデンサ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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