电刺激装置的制作方法

1.本发明涉及从脚掌施加电刺激的技术。


背景技术：

2.以获得按摩效果和训练效果为目的，具有从脚掌施加电刺激(ems)的技术。例如在专利文献1中公开了如下的技术：将脚掌划分为多个区域，适当选择设置于与各区域对应的位置的电极(通电点)来施加脉冲电压。
3.专利文献1：日本特开2011-45562号公报
4.即使是脚掌，肌肉的种类也根据其部位而各种各样。通常，根据肌肉的性质，适当的电刺激的施加方式也不同。高效地活动的频率也根据肌肉的种类而不同，即使能够通过频带使肌肉活动，用户也有可能感到麻痹等不适感。
5.关于这一点，例如在文献1的技术中，施加于各区域的脉冲波形是固定的，无法对各区域的肌肉施加适当的电刺激。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于，提供与脚的各部位的肌肉的性质对应的电刺激。
7.在一个方式中，本发明提供电刺激装置，该电刺激装置具有：壳体，其具有脚踏部；多个电极，它们在所述脚踏部中设置于与脚掌的各部位对应的位置；选择单元，其从所述多个电极中选择至少两个电极；以及施加单元，其对所选择的至少两个电极施加根据该所选择的至少两个电极而确定的频率的电压。
8.根据本发明，能够提供与脚的各部位的肌肉的性质对应的电刺激。
附图说明
9.图1是脚掌刺激装置10的外观图。
10.图2是脚掌刺激装置10的功能图。
11.图3是说明向左右脚施加电压的时机的图。
12.图4示出在一个循环期间对各脚施加的交流频率的变化。
13.图5示出向脚掌的各部位施加的电压波形分布图。
14.图6是针对左右脚分别示出在一个循环的电刺激中所选择的电极和施加电压的分布的表。
15.图7是用于针对左右脚分别说明从脚后跟部施加电刺激时的电压波形的差异的图。
16.图8是说明向左右脚施加电压的时机的另一例的图。
17.图9示出在一个循环期间对各脚施加的交流频率的变化的另一例。
18.标号说明
19.10：脚掌刺激装置；100：脚踏部；110：显示部；120：开关；130：电极；160：模式设定
部；190：电源；170：波形生成部；140：切换部；150：控制部；151：波形确定部；152：时机确定部。
具体实施方式
20.＜实施例＞
21.图1示出脚掌刺激装置10的外观图。脚掌刺激装置10具有包含大致平面的脚踏部100的壳体，由用户设置于地面等。另外，脚踏部100例如也可以与脚心等脚掌的凹凸形状配合而成形为曲面形状。优选的是，用户在坐在椅子等上的状态下将脚放置在脚踏部100上来使用。脚掌刺激装置10的使用方法不限于此，例如用户也可以在直立的状态下放置脚来使用。另外，还可以具有如下的机构(未图示)：在与地面等接地的部分(壳体的底面部)设置可动部，根据体重的施加方式而允许脚踏部100的姿势变化(倾斜的方向和角度)。在脚踏部100上，在上述脚踏部中与脚掌的各部位对应的位置设置有多个突起状的电极130。另外，各电极的形状和尺寸(突起的高度和粗细等)可以相同，也可以不同。
22.更具体而言，电极130设置于分别放置左右脚的仿照脚型的区域的内侧。该区域将左右脚分别划分为7个区域。将设置于划分出的各区域的电极组从脚尖朝向脚后跟侧，并且从内侧朝向外侧依次称为ar、br、cr1、cr2、dr1、dr2、gr(以上是右脚用的区域)、al、bl、cl2、cl1、dl1、dl2、gl(以上是左脚用的区域)。
23.换言之，当将左右脚分别从脚尖侧朝向脚后跟侧规定为脚趾部、脚掌前部、脚掌中部、脚掌后部、脚后跟部时，电极130针对各只脚具有：第1电极(ar、al)，它们设置于与脚趾部对应的位置；第2电极(br、bl)，它们设置于与脚掌前部对应的位置；第3电极(cr1、cr2、cl1、cl2)，它们设置于与脚掌中部对应的位置；第4电极(dr1、dr2、dl1、dl2)，它们设置于与脚掌后部对应的位置；以及第5电极(gr、gl)，它们设置于与脚后跟部对应的位置。
24.属于一个分区的多个电极130全部作为等电位的电极而发挥功能。因此，以下，在“选择一个电极”的情况下，意味着从被划分为ar、br、cr1、cr2、dr1、dr2、gr、al、bl、cl1、cl2、dl1、dl2、gl共计14个的电极组中选择一个电极组。
25.显示部110是液晶画面等，显示当前的动作模式和其他信息。开关120是由用户操作的开关，输入电源的接通/断开、动作内容的指定以及其他指示。
26.图2是脚掌刺激装置10的功能图。脚掌刺激装置10具有显示部110、控制部150、模式设定部160和191、切换部140、波形生成部170以及电源190。
27.模式设定部160通过处理器和存储器等来实现，根据由开关120受理的来自用户的指示，确定控制部150中的控制的内容。
28.电源190是从收纳在脚掌刺激装置10的壳体内的电池或外部电源接收电力提供的端子，提供用于使各部分进行动作的电力，并且为了生成用于向电极130施加的电压波形而向波形生成部170提供电源。
29.波形生成部170通过整流电路或生成任意的电压波形的电路等来实现，根据从波形确定部151提供的控制信号生成规定的电压波形，并提供至切换部140。
30.切换部140通过开关元件和选择电路来实现，在基于从时机确定部152提供的控制信号的时机，选择电极130中的至少两个电极，并向所选择的至少两个电极施加从波形生成部170提供的波形的电压。
31.控制部150通过处理器和存储有动作模式的内容的存储器来实现，对所选择的至少两个电极施加根据该所选择的至少两个电极而确定的频率的电压。控制部150包含波形确定部151和时机确定部152。
32.时机确定部152确定选择各电极的时机，并将表示选择各电极的时机的控制信号提供至切换部140。
33.波形确定部151生成表示对所选择的电极施加的电压波形(轮廓)的控制信号，并提供至波形生成部170。
34.在一个方式中，控制部150按照以下的方式生成控制信号：与所选择的至少两个电极对应地施加从3khz～5khz的第1频带、脚掌刺激装置10khz～20khz的第2频带以及20khz～50khz的第3频带中选择的一个频带的交流电压。
35.在优选的方式中，控制部150按照以下的方式生成控制信号：将第1期间、第2期间、第3期间、第4期间以及第5期间作为一个循环，交替地执行使用了分别与左右脚对应的电极的施加，其中，在第1期间中使用与左脚对应的第5电极和与右脚对应的第5电极来施加第1频带的交流电压，在第1期间之后，在第2期间中使用与任意一只脚对应的两个第4电极来施加第2频带的交流电压，在第2期间之后，在第3期间中使用与该任意一只脚对应的两个第3电极来施加第3频带的交流电压，在第3期间之后，在第4期间中使用与该任意一只脚对应的第2电极和第5电极来施加第2频带的交流电压，在第4期间之后，在第5期间中使用与该任意一只脚对应的第1电极和第2电极来施加第3频带的交流电压。
36.在优选的方式中，控制部150生成以下意思的控制信号：生成在使用与左脚对应的电极进行施加时的第1期间中施加的交流电压的相位和在使用与右脚对应的电极进行施加时的第1期间中施加的交流电压的相位错开180
°
的电压波形。
37.以下，使用图3至图6，对控制部150从模式设定部160被指示赋予模拟步行时施加于脚(的肌肉)的刺激的电刺激的情况下的动作例进行详细说明。另外，曲线图的各轴的比例尺进行了适当调整。
38.另外，以下，对脚(的肌肉)施加的刺激不仅包括直接作用于位于与电极130接触的脚掌的肌肉的刺激，还包括从脚掌施加的刺激到达小腿部等步行时相关的肌肉和其他组织的刺激。即，想要模拟的刺激至少理想的是被认为施加于包含位于脚部的肌肉的、与步行相关的所有肌肉的刺激。
39.图3是示出用于向左右脚分别施加电刺激的电压的施加时机的图。在该图中，“接通”是指对所选择的电极施加电压的时间，“断开”是指不对该所选择的电极施加电压的时间。在该例中，在时刻tls开始向左脚施加电压，电压施加在tlr结束。施加期间tl(＝tlr-tls)例如为0.4秒～1.5秒，与在步行时左脚从着地起至离开地面为止的期间对应。另一方面，向右脚的电压施加在向左脚的电压施加结束之前的时刻trs开始，在时刻trr结束。施加期间tr(＝trr-trs)与tl相同，例如为0.4秒～1.5秒。而且，在该施加期间tr结束之前，开始下一个对左脚的刺激。以下，同样地在规定的时机交替地重复进行对左脚的刺激和对右脚的刺激。上述电刺激的时机模仿了在单脚离开地面之前另一只脚着地这样的典型的步行时的左右脚的着地时机。
40.接下来，使用图4对在图3中的各施加期间tl和tr中施加的交流电压的频率特性进行说明。在图4中，横轴表示时间，纵轴表示所施加的交流电压的频率。如该图所示，各施加
期间(tl、tr)在t0开始且在t5结束。而且，在各施加期间(tl、tr)中，划分为第1期间(t0～t1)、第2期间(t1～t2)、第3期间(t2～t3)、第4期间(t3～t4)以及第5期间(t4～t5)这5个期间。另外，划分为第1频带fa1(3khz～10khz)、第2频带fa2(10khz～20khz)以及fa3第3频带(20khz～50khz)。换言之，将第1期间～第5期间作为一个循环，进行单脚的电刺激赋予。
41.如该图所示，按照划分出的每个期间施加的交流频率不同。具体而言，在第1期间中使用第1频带fa1的频率，在第2期间中设定第2频带fa2的频率，在第3期间中使用第3频带fa3的频率，在第4期间中使用第2频带fa2的频率，在第5期间中使用第3频带fa3的频率。
42.图5是在图4所示的第1期间～第5期间的各个期间中概念性地示出了电压波形分布的详细情况的图。另外，在图5中，以第1期间(t0～t1)为例进行了说明，但在第2期间～第5期间也具有同样的特征(但是频率不同)。即，在各期间中交替地设置有施加交流电压(在本例中为第1频率fa1)的期间ton和不施加电压的期间toff。在该图中，重复频率是fb1。
43.另外，如果为了更多地刺激肌肉，则也可以认为最好持续施加交流电压，但周期性地设置不施加电压的期间。这是因为，考虑到如果持续施加交流电压则有可能给用户带来“麻痹”这样的不良的体感。
44.图6是示出在图3至图5所示的对左右脚分别赋予一个循环(施加期间tl、tr)的电刺激时，在一个循环内的划分出的各期间中选择的电极和施加电压的分布(交流频率和重复频率)的表。
45.如该图所示，这样的目的在于，在第1期间(t0～t1)中，通过使用gl和gr从两脚的脚后跟部施加刺激，主要刺激从单脚侧的脚后跟至小腿和腿肚子的肌肉。该肌肉比较粗，考虑到该性质而使用3khz～5khz的所谓低频电压。重复频率使用体感较好的5khz～100hz。另外，仅在第1期间使用与左脚对应的电极和与右脚对应的电极，但关于将刺激对象选择为左右哪只脚的情况，在后面进行叙述。
46.在第2期间(t1～t2)中，脚掌后部的肌肉是刺激赋予的对象。使用与该部位对应的dl1和dl2(在刺激左脚的情况下)或者dr1和dr2(在刺激右脚的情况下)来施加适于该肌肉的频率即fa2。另外，将dl1和dl2中的哪一个作为阳极(换言之，相位)是任意的。重复频率与第1期间相同，使用体感较好的5hz～100hz。
47.在第3期间(t2～t3)中，脚底前部的肌肉主要是刺激赋予的对象。因此，使用第3频带fa3作为适于该肌肉的频率。5hz～100hz重视体感，能够带来舒适的感觉。
48.在第4期间(t3～t4)中，脚底肌膜群主要是刺激赋予的对象。因此，使用适于该肌肉的性质的频率即第2频带fa2。另外，重复频率被设定为包含对肌膜的炎症有效的143hz的重复频带。
49.在第5期间(t4～t5)中，将脚趾的肌腱作为刺激赋予的对象。这里，指尖对电刺激敏感，如果施加低频，则有可能给体感带来的不良影响较大，因此不使用20khz以下的所谓低频，而通过20khz以上的第3频带fa3的频率使肌腱活动。另外，通过使重复频率为50hz以下，能够期待降低对体感的不良影响。
50.这样，在一个循环的期间，赋予刺激的顺序为脚后跟
→
脚掌后部
→
脚掌中部
→
脚掌前部
→
脚趾部。这与步行时首先脚后跟着地，并以脚掌后部
→
脚掌中部
→
脚掌前部的顺序与地面接触，最后通过脚趾离开地面这样的动作对应。
51.而且，根据脚掌的各部分，使用适合该部位的肌肉的交流频率和重复频率。
52.如图6所示，在对左脚施加刺激的情况和对右脚施加刺激的情况下，施加的顺序、交流频率以及重复频率相同，但唯一不同的是在第1期间施加的交流电压的相位。使用图7对此进行详细说明。
53.图7是针对左右脚分别对比了第1期间的开始时刻的电刺激的波形的图。如该图所示，在左脚的第1期间和右脚的第1期间，电压波形的相位相差180
°
。本发明的发明人发现，如果将gl设为正侧(阳极)，将gr设为负侧(阴极)，则如该图(a)所示，正相位的波形主要带来对左脚的肌肉施加刺激那样的体感，如该图(b)所示，反相位的波形主要带来对右脚的肌肉施加刺激那样的体感。图7所示的相位控制基于该见解。
54.根据上述实施例，根据脚掌的各部位，施加考虑了该部位的肌肉的性质的电刺激。此外，通过以在与步行时施加给脚掌的各部位的时机相同的时机施加刺激的方式控制施加时机，例如即使在坐着的状态下，只要将脚放置于脚踏部100，也能够感受到步行的感觉。与此同时，能够期待对步行中重要的脚掌、小腿以及腿肚子等下肢的肌肉进行训练的效果。
55.＜变形例＞
56.向左右脚施加电压的时机不限于图3所示的例子。图8是说明向左右脚施加电压的时机的另一例的图。如该图所示，也可以不存在对左脚施加刺激的施加期间tl与对右脚施加刺激的施加期间tr重叠的期间。即，也可以存在不对任何一只脚施加电压的瞬间。这里，由于在奔跑时存在任何一只脚都不着地(即没有受到来自地面的刺激)的期间，因此可以说图8所示的控制例不是模拟步行而是模拟奔跑的场景。
57.在该情况下，例如如果想要模拟不使脚后跟着地那样的奔跑动作，则只要分别不使用dl1、dl2、drl、dr2、cl1、cl2、cr1、cr2，而仅在图6所示的第4期间和第5期间这两个期间构成一个循环的施加期间tl和tr即可。
58.另外，即使是步行，脚的活动方式也是千差万别的。例如，也有平时运用从脚尖着地、脚后跟最后离开地面这样的脚的使用方式的人。在这样的用户的情况下，为了模拟平时的脚的使用方式，例如，如图9所示，也可以进行刺激的顺序与图6相反的控制。
59.即，控制部150将由第i期间、第ii期间、第iii期间、第iv期间以及第v期间构成的期间作为一个循环，交替地执行使用了分别与左右脚对应的电极的施加，其中，在第i期间中使用与任意一只脚对应的第1电极(ar、al)和第2电极(br、bl)来施加第3频带fa3的交流电压，在第i期间之后，在第ii期间中使用与该任意一只脚对应的第2电极和第5电极(gr、gl)来施加第2频带fa2的交流电压，在第ii期间之后，在第iii期间中使用与该任意一只脚对应的两个第3电极(cl1和cl2或者cr1和cr2)来施加第3频带的交流电压，在第iii期间之后，在第iv期间中使用与任意一只脚对应的两个第4电极(dl1和dl2或者dr1和dr2)来施加第2频带的交流电压，在第iv期间之后，在第v期间中使用与左脚对应的第5电极(gl)和与右脚对应的第5电极(gr)来施加第1频带fa1的交流电压。
60.这样，应模拟的运动的内容(脚和下肢的使用方式)不限于行走、跑步，也可以是跳跃等任何运动的内容。
61.具体而言，只要预先将运动的内容和再现进行该运动时的肌肉的使用方式(对哪个部位的肌肉施加什么样的刺激)的波形对应地存储于控制部150的存储器，并使用模式设定部160指定用户想要进行模拟体验的运动内容即可。模式设定部160读出与所指定的运动内容对应的波形并提供至控制部150。
62.总之，本发明的电刺激装置只要具有以下的部件即可：壳体，其具有脚踏部；多个电极，它们在上述脚踏部中设置于与脚掌的各部位对应的位置；选择单元，其从上述多个电极中选择至少两个电极；以及施加单元，其对所选择的至少两个电极施加根据该所选择的至少两个电极而确定的频率的电压。