JPH0817822B2

JPH0817822B2 - 小型低周波治療器

Info

Publication number: JPH0817822B2
Application number: JP61266690A
Authority: JP
Inventors: 三了竹内; 佐々木　　実
Original assignee: Hisamitsu Pharmaceutical Co Inc
Current assignee: Hisamitsu Pharmaceutical Co Inc
Priority date: 1986-11-11
Filing date: 1986-11-11
Publication date: 1996-02-28
Anticipated expiration: 2011-02-28
Also published as: JPS63122467A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、小電源にも拘わらず所要の生体刺激を提供
し得る小型低周波治療器に関し、特に人体に直接貼着使
用可能な超小型化し得る小型低周波治療器に関する。

従来、経皮的電気刺激装置即ち所謂低周波治療器等と
しては携帯使用可能な程度の寸法のものが提供使用され
ているが、リード線等を要せず、バンデージやパップ剤
等と同様に皮膚に貼着使用し得る程度にまで軽量小型化
され得るものは、未だ提案されていない。皮膚貼着使用
可能な程度までの軽量化、小型化の達成の為には、当然
のことながら、その電源としてはボタン電池、ペーパー
電池等々の微小電池（マイクロバッテリ）乃至小型電池
の使用を回避し得ないものである処、これらマイクロバ
ッテリの使用に当っては、下記諸問題が提起されざるを
得ない。即ち皮膚インピーダンスはその組織構造から高
い抵抗値を示し、体感できる刺激電流を通電するには高
電圧を通電する必要があり、低い電源電圧を用いて高電
圧を生成するには昇圧する手段が必要である。体感でき
る刺激電流は所定の電圧値と電流値を必要とするが、小
型電池等の小電源は、放電電流の増加に伴い内部インピ
ーダンスが増加することから、本条件を実現することは
困難である。

そこで、電池エネルギィを生体に刺激が与えられる程
度に蓄積した後、この蓄積エネルギィを放電するという
方法を採用することにより、上記問題点が克服できると
考えられるが、充放電の時期の設定あるいは機能動作を
行なわせる為には、いくつかの能動素子が必要とされ
る。しかし、このような能動素子に対し、一般に動作を
行なわせる為には、安定し且つ所要の電気エネルギィの
供給を必要とすることが少なくない。

従って、小型電池あるいは小型電池のエネルギィを昇
圧した昇圧エネルギィにより、これらの条件を満足させ
ることは電気エネルギィの持続時間及び電池容量から見
ても不可能に近く、まして不安定な電圧下では余分なエ
ネルギィが放電消費される等の欠点を誘発せしめること
から、小型電池を使用した低周波治療器は未だ実用性の
高いものとはいえない。

上記に鑑み本発明者らは、鋭意研究の結果、好ましく
は小型電源電圧を昇圧したパルスとする昇圧パルス発生
手段と、この昇圧パルスを蓄積する蓄積手段と、この蓄
積エネルギィを出力する低周波パルス出力手段との組み
合わせ構成によって、少数素子でありながら、体感でき
る刺激を生体に印加するのみならず、小型電源電圧のエ
ネルギィ量に係わることなく長時間安定した刺激を供給
できる小型低周波治療器を具現化せしめたものである。

次に、本発明小型低周波治療器の一実施例につき図面
を参照して詳細に説明する。

第１図に於いて、小型電源1P及び昇圧パルス発生回路
2Pは第２図に具体的構成を示すものとする。昇圧パルス
発生回路2Pの出力はダイオードＤのアノードに接続さ
れ、カソード１はコンデンサC1,抵抗R1及びトランジス
タTR1のエミッタ４と各々接続されている。コンデンサC
1は昇圧パルス発生回路2Pの出力を蓄積する手段であ
る。トランジスタTR1はスイッチング用として用いら
れ、ここではPNP型トランジスタを使用した。抵抗R1の
他端２はトランジスタTR1のベース及び抵抗R2を介して
定電圧ダイオードZDのカソード部に接続されている。定
電圧ダイオードZDのアノード３にはトリガーダイオード
DIC（以下DICと呼ぶ）とコンデンサC2が接続される。DI
C及びコンデンサC2は並列に接続されている。トランジ
スタTR1のコレクタ側５は出力端OUT1（それぞれの出力
端をa,bとした）に接続されている。DICは、ある端子間
電圧でブレークダウンが起こり、オンする。尚、上記DI
Cに示す動作はSRD,SSS等に於いても実現可能であり、こ
れに限るものではない。出力端a,bには脱分極手段とし
て抵抗DRが接続されている。脱分極手段とは、生体等の
等価キャパシタを有する抵抗体に電気を印加した際生ず
る残留電荷（分極電荷）を放電する手段である。この場
合は、抵抗体を出力端間に接続し、低周波パルス出力の
休止時に於いて、分極電荷を抵抗DRを介して放電するも
のである。又、これが低周波パルス出力の休止時にの
み、この出力端間を短絡する手段であってもよいし、更
には分極電荷を電源に回収する手段であってもよいし、
逆電圧を印加してもよいものである。

次に第１図乃至第２図の動作を示す。第１図に示す小
型電源1Pは第２図に示すボタン電池等のマイクロバッテ
リBATTで、マイクロバッテリBATTの出力は発振回路OSC
に入力される。発振回路OSCは、アステーブルマルチバ
イブレータを構成し、上記低周波パルスよりも高い周波
数の矩形波パルスを出力する。この発振回路OSCに於い
てNOT1の出力が高レベルから低レベルになり、NOT2の出
力が低レベルから高レベルに反転すると、コンデンサC1
は、NOT2→C1→r3→r2→r1→NOT1の経路で充電を始め
る。コンデンサC1が充電されるにつれてNOT1の入力電圧
が閾値以下になると、NOT1の出力が低レベルから高レベ
ルになり、NOT2の出力が高レベルから低レベルに反転す
る。この場合、コンデンサC1は、NOT1→各ダイオード→
r3→C1→NOT2の経路で逆方向に充電される。これにより
NOT1の入力電圧がNOT1の閾値に達すると、NOT1の出力が
高レベルから低レベルへ再度反転される。この繰り返し
により高周波の矩形波パルスが形成されるが、上記コン
デンサC1の充電時間が充電方向によって異なることから
矩形波パルスに於けるデューティ比が異なり、低レベル
の時間よりも高レベルの時間の方が長い矩形波パルスが
形成される。この矩形波パルスはトランジスタTR2に入
力され、インダクタＬに流れる電流をON OFFすることに
より、インダクタＬに生じる逆起電力、即ちマイクロバ
ッテリBATTのエネルギィを昇圧した昇圧パルスを出力端
OUT2へ出力する。上述のように発振回路OSCからの矩形
波パルスは、デューティ比が異なるように設定されてい
ることからトランジスタTR2のオン時間とオフ時間が異
なることになる。つまり、上記発振回路OSCからの矩形
波パルスの高レベルの時間が低レベルの時間よりも長く
設定されていることにより、トランジスタTR2のオン時
間が長くなり、インダクタＬに励磁電流を長く流すこと
ができる。これにより、トランジスタTR2がオフしたと
きに発生するインダクタＬの逆起電力の電圧を高くする
ことができ、例えば50V以上とすることができることか
ら、本低周波治療器に於いて、小型の低い電圧の電池を
用いても高い電圧値をもつ低周波パルスの発生を実現す
ることができる。第２図に於ける出力端0UT2は、第１図
に示す入力端INに接続されており、これにより昇圧パル
スがダイオードＤを介してコンデンサC1に入力される。
同時に抵抗R1,R2,定電圧ダイオードZDを介してコンデン
サC2は徐々に充電される。コンデンサC2の充電により、
端子３−６間の電圧は高くなっていき、DICのブレーク
ダウン電圧値に達した時、DICはオン状態となり、コン
デンサC2に充電された電荷が急速に放電される。同時に
TR1のベース電位が下降し、ベースエミッタ間に電位差
を生じる為、トランジスタTRはON状態となり、蓄積され
ていたコンデンサC1の蓄積エネルギィは出力端OUT1に出
力される。

又、DICは、C2が放電され、その両端の電位が低下し
てDICを流れる電流が小さくなることによってオフす
る。

更に、トランジスタTR1は、C1が放電され、エミッタ
電位が下がることによってオフの状態となる。その後、
コンデンサC1及びコンデンサC2に再びエネルギィが蓄積
される。トランジスタTR1がオフの時、生体に蓄積され
た電荷は、抵抗DRによって放電される。

以上の行程を繰り返すことにより低周波刺激パルスが
生成される。この低周波刺激パルスのパルス幅は、抵抗
R1,抵抗R2,コンデンサC2によって決定される。

第１図で出力される低周波刺激パルスの強さは、蓄積
手段であるコンデンサC1の容量と蓄積電位に依存してい
るが、コンデンサC1の容量が限定される場合、あるいは
昇圧パルス発生手段による昇圧パルスの電圧が充分でな
い場合の実施例を次に説明する。

第３図に於いて、小型電源及び昇圧パルス発生回路は
第２図と同様の構成を具備する。

昇圧パルス発生回路の出力はダイオードＤのアノード
側に接続される。ダイオードＤのカソード側１はコンデ
ンサC1,抵抗R1,及びトランジスタTR1のコレクタ２に接
続されている。抵抗R1の他端部９は抵抗R2,抵抗R5及び
トランジスタTR2のベース側に接続され、トランジスタT
R2のコレクタ側は出力端OUTに接続されている。抵抗R5
の他端７は定電圧ダイオードZDのカソードに接続され、
定電圧ダイオードZDのアノード６はトリガーダイオード
DIC及びコンデンサC3に接続され、DIC及びコンデンサC3
の他端部４は抵抗R3,トランジスタTR1のベース側が接続
され、抵抗R3の他端部３には、トランジスタTR1のエミ
ッタ部及び抵抗R4,コンデンサC2が接続されている。抵
抗R4の他端部５は出力端OUTに接続する。コンデンサC2
の他端部８には抵抗R2及びトランジスタTR2のエミッタ
に接続構成されている。更に、脱分極抵抗DRが出力端OU
Tに接続されている。

以上の回路構成から成る実施例の動作を説明する。

昇圧パルス発生手段２の昇圧出力パルスはダイオード
Ｄを介してコンデンサC1に入力される。この時、トラン
ジスタTR1,TR2は共にオフの状態となっている。同時に
抵抗R1及びR2を介してコンデンサC2,他方抵抗R5,定電圧
ダイオードZDを介してコンデンサC3に各々入力され、蓄
積される。

これによりDICの端子間電圧６−４が次第に高くな
り、ブレークダウン電圧に達した時、電流が抵抗R3の方
向に流れ、トランジスタTR2及びTR1がオン状態となる。
この状態に於いて、コンデンサC1とC2はTR1を介して直
列に接続され、２倍の電圧となってトランジスタTR2を
介して出力端OUTに出力される。ここでトランジスタTR2
はPNP型を使用したが、これに限るものではなく、NPN型
で構成しても良い。

又、コンデンサC1,C2及び他電気素子の定格も上記に
限らず適宜選択されるものとする。又、トランジスタは
スイッチング特性を有する能動素子であれば、何なるも
のであってもかまわないのは当然である。

以上詳述の如く本発明は、絶対的容量が低い電池から
生体に刺激を与える程度の電気エネルギィを生成するこ
とを可能とし、且つ安定した低周波刺激パルスを具現し
得る等、その効果は絶大である。

次に、本発明小型低周波治療器を使用する際、具体的
利用時に於ける好適な実施態様、即ち装着時に於いて動
作する回路構成を次に説明する。

第４図に於いて、昇圧パルス生成部3Pは上記第２図で
示すインダクタ及びスイッチング素子からなり、出力手
段4Pは第１図乃至第３図に示す回路構成をとり得るもの
である。出力手段4Pの出力はダイオードＤを介して出力
端OUT及び電池電源BATTに抵抗Ｒを介して接続されてい
る。

抵抗Ｒは、生体インピーダンスに比べ充分に大きい値
の抵抗値とし、端子部２には更に抵抗R1が接続され、抵
抗R1の他端子３はNORゲートの１入力部に接続される。N
ORゲートとNOTゲートはコンデンサＣ及び抵抗r₁,r₂と共
にアステーブルマルチバイブレータOSCを構成するもの
とし、OSCの出力は昇圧パルス生成部3Pに接続されてい
る。

次に、上記構成より成る本発明小型低周波治療器の作
用を説明する。

最初に出力端OUTに何も装着されていない状態とす
る。この時、NORゲートの入力部３は、小型電源BATTの
出力が抵抗Ｒ及び抵抗R1を介して入力されており、“H"
の状態となっている。この時入力部４は“H",“L"どち
らの状態でも出力は“L"なので発振回路OSCは発振動作
を行わない。それに対し、出力端OUTに生体インピーダ
ンスR2が装着されると、端子2,3の電位はBATTの電位が
抵抗ＲとR2の分圧された値となる。すなわちNORゲート
の入力部３は“L"の状態となり、発振回路OSCは動作を
開始する。

この時、抵抗Ｒと生体インピーダンスR2はＲ≫R2を条
件として設定されるものとする。尚、上記発振回路はゲ
ートを利用して構成されているが、装着による負荷のイ
ンピーダンス変化により発振の動作が停止する発振回路
であるものでも、その適用は可能であるから、上記構成
に限定されるものではない。

次に、本発明小型低周波治療器が動作を開始した後、
自動的にその動作を停止する自動停止手段を第６図を参
照して詳細に説明する。

第６図に於いて72は第２図で示した発振回路であり、
71は第１図あるいは第３図に示した出力手段である。

発振回路72からの出力信号は、NORゲートの１端に入
力される。NORゲートの出力はトランジスタTRのベース
に入力される。出力手段71の出力は低周波パルスとして
出力端OUTより出力されると共に抵抗R2を介してカウン
タＫの計数の入力端CP及びリセット端RTに入力され、同
時に抵抗R3,R4を介してカウンタＫのリセット端RTに接
続される。ここでリセット端RTは出力端OUTに生体イン
ピーダンスRZが装着されていない時“H"の状態であり、
カウンタＫがリセット状態となる。又、生体インピーダ
ンスRZが装着されることにより、低周波パルスはR2を介
してCPに入力されるがリセット端RTは低周波パルスがR
3,Cにより積分されると共に“L"となって、カウンタＫ
が計数状態となる。カウンタＫはパルスを計数し、所定
の計数となったら出力が“L"から“H"に変化する。

NORゲートは１端が“H"になると、その論理から、他
端の状態にかかわらず出力は“L"となり、出力動作は停
止する。ここでカウンタＫの計数は、出力低周波パルス
で行ったが、これは72の発振回路で発生するパルスを用
いても良い。

このように本発明小型低周波治療器は、バンデージ程
度に小型化するに適した形態を具備するものであるばか
りでなく、長時間且つ安定した動作を実現可能にし得る
ものである。

次に、本発明を第５図に示す全体回路図を用いて詳細
に説明する。

51は公称直流電圧約3Vのボタン電池（2LR53:松下電池
製）である。ボタ池51の出力は抵抗53を介して出力端OU
Tに接続され、又、抵抗54を介してNORゲートによって構
成されているアステーブルマルチバイブレータOSC中のN
ORゲート56の１入力部に入力される。NORゲートによっ
て構成されたアステーブルマルチバイブレータOSCの出
力は、スイッチングトランジスタ58のベース側に入力さ
れる。アステーブルマルチバイブレータOSCは、周波数
１〜2kHz程度のパルスを発振する。スイッチングトラン
ジスタ58のコレクタ側には、他端をボタン電池と接続し
たインダクタ55が接続されている。更にスイッチングト
ランジスタ58のコレクタ側にはダイオード57のアノード
が接続され、ダイオード57のカソードはコンデンサ（約
0.1μＦ）59,及び抵抗60及びPNP型トランジスタ61のエ
ミッタに接続されている。抵抗60の他端はPNP型トラン
ジスタ61のベース部及びツェナーダイオード62のカソー
ドに接続され、ツェナーダイオード62のアノードにはコ
ンデンサ64を並列に接続したトリガーダイオード63が接
続されている。トランジスタ61のコレクタは直接出力端
OUTに接続され、出力端に於いては導子等を介して負荷
抵抗RZが貼着接続されるものとする。尚、負荷抵抗RZと
抵抗53は（抵抗53＞負荷抵抗RZ）の関係である。

次に、回路構成より成る本発明の動作を説明する。

負荷抵抗RZが装着される前、電池51の出力は抵抗53,5
4を介し“H"の状態でアステーブルマルチバイブレータO
SCのNORゲート56に入力される為、NORゲート56の他の入
力が“H",“L"にかかわらずNORゲート56の出力は“L"の
状態で、発振動作は行なわれない。

負荷抵抗RZが装着されると、NORゲート56の１入力の
電位は抵抗53を介し人体抵抗RZに入力される。電池51の
電位が抵抗53と負荷抵抗RZで分圧された値となる。すな
わち“L"となり、動作を開始する。アステーブルマルチ
バイブレータOSCの出力信号によってインダクタ54への
電池エネルギィが断続され、逆起電力がインダクタ54に
生ずる。例えばこの逆起電力のピーク値は約50Vであ
り、ダイオード57へ入力されるパルスは周波数１〜2kH
z,ピーク振幅値50Vの昇圧パルスとなる。この昇圧パル
スはコンデンサ59に入力される。初め、トランジスタ61
は“オフ”の状態である為、コンデンサ59に昇圧パルス
が蓄積される。と同時に昇圧パルスは、定電圧ダイオー
ド62を介してコンデンサ64を充電し、コンデンサ64の端
子間電圧は徐々に上昇していく。コンデンサ64の端子間
電圧が所定の値に達した時、トリガーダイオード64は
“オン”の状態となり、コンデンサ64は放電を開始し、
トランジスタ61も“オン”する。コンデンサ59に蓄積さ
れていた電気エネルギィは、トランジスタ61を介して負
荷抵抗RZに印加される。

コンデンサ64の放電によって徐々にトリガーダイオー
ド63の端子間電圧は低下し、急激に“オフ”する。これ
によりトランジスタ61もオフとなり、コンデンサ64の放
電も急激に停止する。

更に使用時に於いて、生体に貼着した後、動作が開始
し、所定の時間に於いて動作が停止し、より刺激を増加
した低周波パルスを出力する回路図を第７図に示した。

第７図に示した回路は第３図に示したエネルギィ加算
手段、第６図に示した昇圧パルス生成手段、更に第４図
に示した装着時に動作を開始するスイッチング手段、第
６図に示した所定の時間で動作を停止する自動停止手段
及び826に示す脱分極手段の組み合わせ構成ではある
が、電源81はマイクロバッテリ（公称電圧3Vのボタン電
池）を使用しながらも生体が感ずる程の低周波パルスを
生成し得ることができ、且つ使用時に於いて余分な操作
を行わず、しかも消費エネルギィをできる限り抑えられ
ていることから、連続使用でも100時間を超え、且つ本
装置を集積にすれば、その実施態様は極めてシンプルで
且つ小型化できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図、第４図は本発明の実施例を示す回路図
及びブロック図である。第２図は昇圧パルス発生回路図
である。第５図及び第７図は本発明の実施例を示す回路
図である。第６図は本発明の一構成である自動停止手段
の回路図である。 1P……小型電源、 2P……昇圧パルス発生回路、 3P……昇圧パルス生成部、 4P……出力手段、 R,RZ……負荷抵抗、 DIC……トリガーダイオード、 OSC……発振回路（アステーブルマルチバイブレー
タ）、 ZD……定電圧ダイオード、 TR2,61……NPN型トランジスタ、 OUT……出力端、 DR……脱分極用抵抗。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ボタン電池，ペーパー電池等の小型電池か
らの電気エネルギをインダクタに断続的に供給し、前記
電気エネルギを前記インダクタに供給する一回の断続過
程の際、前記インダクタに電気エネルギを供給する時間
を前記インダクタに電気エネルギを供給しない時間より
も長くすることで昇圧パルスを生成する昇圧パルス発生
手段と、前記インダクタに電気的に接続され、前記昇圧パルスを
連続的に蓄積する蓄積手段と、前記蓄積手段に蓄積された電気エネルギが生体に按摩作
用を及ぼすのに十分な電圧レベルの電気エネルギに達し
た時に前記蓄積手段に蓄積された電気エネルギを前記生
体への低周波パルスとして出力する低周波パルス出力手
段と、を具備する小型低周波治療器。
【請求項２】前記蓄積手段が、前記昇圧パルスを蓄える
ために互いに電気的に並列に接続された蓄電素子を備
え、且つ、前記低周波パルス出力手段が、前記低周波パ
ルスを出力する際に前記並列に接続された蓄電素子に蓄
積された各エネルギを加算するためのエネルギ加算手段
を備え、前記各蓄電素子に蓄積された電気エネルギを重
畳して低周波パルスを出力する請求項１に記載の小型低
周波治療器。
【請求項３】前記低周波パルス出力手段が、該低周波パ
ルス出力手段と前記生体との間の電気的な接触状態を判
別し、前記低周波パルス出力手段と前記生体とが電気的
に接触状態にあるときに前記低周波パルスの出力を可能
にするスイッチ手段を備えている請求項１又は２に記載
の小型低周波治療器。
【請求項４】前記低周波パルス出力手段が、前記昇圧パ
ルス又は低周波パルスの出力数を計数し、前記出力数の
計数値の合計が所定の計数値に達したときに前記低周波
パルスの出力を停止させる自動停止手段を備えている請
求項１乃至３のいずれか１項に記載の小型低周波治療
器。
【請求項５】前記低周波パルス出力手段が、前記低周波
パルスにより生体に引き起こされる分極状態を前記低周
波パルスの出力の合間に取り除く脱分極手段を備えてい
る請求項１乃至４のいずれか１項に記載の小型低周波治
療器。