JP2005066585A

JP2005066585A - 多機能振動装置

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Publication number: JP2005066585A
Application number: JP2003343806A
Authority: JP
Inventors: Mutsuo Hirano; 睦夫平野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2003-08-25
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】交番、音声を含む変動信号によりエアポンプ機能と振動機能が動作でき、高効率、長寿命の多機能振動装置と該振動エネルギーを効率的に人体等に伝搬、伝達できる装置。
【解決手段】励磁コイルを卷回したリング型コイルヨークに軸受け機構を設け、振動子シャフトを摺動支持させ、コイルヨークの外側に両端に突出させたシャフト部に圧縮コイルバネを配し、片側の先端にピストン機構を設け、対向する側にバランシングウエイト等を脱着する構造で、磁気回路を正確に構成できる材質選定と冷却手段とを設けたエアポンプ機能付き振動装置と，鉛等と軟質樹脂部材で一体的に形成された柔構造振動パネルによる振動エネルギー伝達方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、音声信号や交番電流により励起される励磁コイル磁束と永久磁石の磁極との２極反撥吸引動作による振動発生装置と該駆動機構と連結されたピストン機構により、エアポンプ機能を両方同時もしくは単独動作ができる装置で、印加変動電流に同期した振動と空気吐出および吸引動作ができる多用途多機能振動装置に関する。

従来、この種に近い製品はや振動ふるい機や振動ミルに応用されている産業用としてモーターバイブレータやリニアエアポンプが、家庭用では体感音響振動装置が知られている。音響体感振動装置では振動子を板バネ等で懸垂支持した構造でスピーカ振動方式もしくは電磁吸引反撥方式が一般的であり、バイブレータはモータの回転運動をシャフトに錘を取り付けて回転させて、振動に変えるもので、いずれも本体ケースもしくは装置全体の振動を床、椅子、構築物等に伝達している。リニアエアポンプはＡＣ１００Ｖ電源の交番周波数による固定波長での駆動もしくは半導体で半波整流した交番電流駆動であり、磁束コイルとヨークの組合わせで磁束エネルギーを磁気ギャップに集中させて揺動シャフト一体の電磁軟鉄等に反応させて、さらにシャフト片側にコイルスプリングをセットし、磁束の吸引とスプリングの反撥エネルギーとの組合わせにより、シャフト揺動を行い、シャフトと一体化したピストン揺動によりポンプ動作をさせるものである。該方式はＮＳ磁極２相のバランス反撥エネルギーを利用していないため単一信号波長でポンプ作動はできるが、音声信号等の変動増幅電流による複合周波数反応の振動やポンプ動作は正確にできない。

また家庭用途での振動装置で、構成要素として大切なものは、振動を人体等へ伝達するための伝搬方法であるが、マッサージ治療などで局部的な振動で良い場合は、肌や人体に接触するヘッドが様々の目的形状に対応でき、簡単に交換できたりする必要があり、体感音響振動や癒し効果のためには、多くはできるるだけ多くの面積にその振動を伝達、身体に伝搬する必要がある。そのためには多数の振動装置をベッドマットや床、椅子パッド内に埋め込むか、効率振動伝達の媒体として、発泡ポリエチレン板や軟質樹脂板等に振動装置のケースを固定して伝搬している。

一方、電磁吸引反撥方式による振動発生機構は卍型金属板バネで振動子を懸垂支持したものであり、励磁コイルが太く、大電流を流すことができ、その特性で高周波域をカットするメカニカルフィルター機構をもたすことができる。しかし、片側コイルヨーク式の吸引反撥式なので常に片側に吸引される構造でバネ疲労が早い。体感振動の心地よさなどは、いずれの振動装置もバネ定数によって決定されてしまう。装置を実用的なコンパクトサイズとするためには板バネ外径で制限され、振動子質量も概略決定され、その質量は変更できない構造なので、大きな加速度、振幅を得るには駆動電圧を上げ、吸引反撥力を強めることが必要であった。またマッサージ振動の場合には周波数を上げて共振周波数近くまでもっていくので励磁コイルの熱上昇と板バネの短期疲労が生じる。

産業用振動機械としては、ほとんどがモータ回転運動を振動に変える方式で、シャフトに取り付けたウエイトにより振動を発生させ、上下のウエイトの位相角を変えることにより振動調整をしているが、調整範囲は粗く、精密調整はできない。また空気圧を利用したふるい網緊張方式もあるが別個の装置である。

またエアポンプで吐出空気を断続圧力や脈動波とし排出する振動ポンプは一般市場ではあまり見あたらないが、電磁弁にてその制御を行う方法が一般的である。健康治療器として脚部や下半身空圧マッサージャなどが知られているが、圧縮ポンプとしては１００Ｖ電磁ポンプやリニアポンプが使用されているが、定圧定量吐出で使用されており、電磁弁もしくは空圧素子で制御している。

解決しようとする問題点は、家庭用振動装置としては、従来の振動装置は板バネ等でコイルヨークもしくはマグネットヨークいずれかを振動子として懸架支持し、相手構造体を容器ケースに固定した装置で、２極磁束対向反応機構を形成しており、コイルヨークと対向するマグネットヨークの２極磁束面が相互反応するためレスポンスは良い。しかし、板バネに懸垂支持されている振動子は、固定されたマグネットヨークもしくはコイルヨークに常に吸引されている。またスピーカ磁気ギャップ方式の振動装置ではバネ側に吸引磁力は働かないが、板バネに懸垂支持されているマグネットヨーク質量のバネ負担が過大であり、マッサージ信号などの正弦波や矩形波の単一周波数の反復信号を印加すると、短時間に繰り返し応力疲労で折損破壊したりコイルが熱破損する。また圧縮コイルバネをコイルヨークと振動子の間のシャフトに挿入すると、上記問題は解決するが、コイルが邪魔をして振動子がコイルヨーク密着寸前まで動作できなくなり、また構造上不具合を生じ、バネやシャフトの交換や調整も装置全体を分解して行う不都合を生じる。

さらに低周波域の特に２０Ｈｚ程度以下の正弦波や矩形波のマッサージ用交番電流は直流成分に近いので励磁コイルがヒータ化し、励磁コイル接着剤の溶融点を越える高い温度となり、コイル自身が熱焼損し装置が故障する欠点があった。さらに、卍型板バネ支持方式は駆動信号の波長や外部要因により左右にふらつく場合があり、このふらつきによりヨーク外周部鍔に僅かでも接触すると瞬時に振動子全体がコイルコアに密着し、揺動できなくなる不具合を生じていた。また人体に振動を伝達するためには振動装置を直接肌に当てる場合を除いて、椅子やソファー、ベッド等のクッション材を介在して伝搬しなければなならないので、硬質な部材で構成された振動伝達部材の介在を必要とした。しかし、エアマットや空気クッションへの振動伝達やお風呂などの水中振動伝搬には従来の振動駆動方法や伝達方式では実現が難しい。

家庭用ポンプ機能としては、通常のモータ使用による汎用ポンプの構造は音声信号同期の駆動はできず、リニア式エアポンプでも難しい。また、板バネ方式では振動子全質量を常にバネで懸架支持するので構造上大型、大容量の製作は難しい。そこで、小さな小指サイズから大型サイズを同一方法で経済的に製造でき、振動機能とエアポンプ駆動機能を同時搭載できるようにし、直接体感振動だけの機能ではなく振動に同期した空気吐出入ができるポンプ機能が必要となった。

産業用多機能振動装置として、調整が簡単であり、且つ精密な制御が可能で、小さな装置から超大型装置まで同じシステムで動作できる多機能振動装置が必要とされている。このためには、振動駆動部の磁気回路を高能率にし、板バネ方式に代わる耐久性能の高い単純機構で圧縮率の高いポンプと簡単な制御回路が必要である。つまり、簡単な信号増幅器と制御回路ないし低電圧交流電源で振動駆動もしくはエアポンプ動作が同時あるいは単独で動作でき、吐出入圧、流量、加振力等を自在制御もしくは音声信号と同期させることができる多機能振動装置に関する。

本発明の請求項１に係わる振動装置は、板バネ等の繰り返し疲労破壊をまねく部材を無くし、より高いメンテナンス性と運動エネルギー変換効率を達成することにある。そこで、対面する二つのコイルヨーク中心孔部をシャフト軸受とし、交番電流により対座するコイルヨーク間を揺動する振動子から一体的に延びたシャフトを支持摺動させる構造とし、該シャフトは非磁性体の金属もしくは滑り特性の良い樹脂材等で形成され、対面する励磁コイルヨークの外側に突出させている。コイルヨーク軸受部と外側に突出する振動子シャフトの鍔端部との間に圧縮コイルバネを挿入支持させた。鍔をネジ移動できる構造とすればスプリング調整やストローク調整が簡単にできる。振動子が揺動する空間はその動作を阻害する部材が無く、振動子がコイルヨークに密着寸前まで移動できる高効率動作ができる自由環境とした。

また該軸受中心孔外周部には、所定間隔のスリットと小穴を放射状に設け、空気の流出入を行い、特に該スリットから振動子揺動動作に連動した空気流出入をさせ、コアの放熱をしながら摺動摩擦を軽減している。このスリットはシャフト側に振動子の回転防止溝を兼ねて、形成しても良い。

請求項２の発明に係わる振動装置は、音楽信号など微妙な複雑振動を再生できるように振動子とマグネットコアの相対吸引反発力を高効率にするため、それらを形成する材質や形状を試行錯誤の結果、改良改善したものである。従来は振動子も、コイルヨークも共に電磁軟鉄で形成したが、振動子を電磁軟鉄で形成すると変動磁力線の影響により動作効率が落ちる。汎用材であるＳＳ材等の帯磁性に富んだ金属材料でマグネット磁束を保護し、相手側のコイルヨークの変動磁力に対応できるようにした。ドーナツ状マグネットをその両面に固着するマグネットヨークの外周縁をマグネットの厚みと同じ高さに鍔状に両面を立ち上げ、接着固定する側のマグネットの磁力を外周鍔部に誘導し、相手側コイルヨーク外縁鍔部変動磁力と対向するように両面に相似配置した。同様にコイルヨークの内径鍔寸法は対面するマグネット上面の特定円周上に存在する最大磁束中心圏と合致する寸法にした。該コイルヨーク中心部より両側へ突出するシャフトもアルミ合金やプラスチック樹脂等の非磁性材料で構成し、コイルヨーク磁気回路に影響を与えないようにし、非磁性体素材のネジ等該マグネットヨークと一体的に連結結合した。一方コイルヨークは交番印加電流により常時変動磁力線を誘導する必要から、残留磁気が残らない電磁軟鉄材（純鉄）で形成した。

請求項３の発明に係わる振動装置は、振動子の揺動駆動によるエアポンプ機構に関するもので、コイルヨークから外側に突出した振動子シャフトの一端にピストンを設け、その頂部に吸入弁を設け、ピストンが摺動するシリンダーを密閉構造とし、その密閉シリンダー頂部外側のエアタンク室側に吐出弁を設け吐出ポートから外部へと圧縮空気が排出される構造とした。吸入ポートはピストン側とは反対シリンダー側にあり、吸入された空気は励磁コイルやシリンダー摺動熱等を常時冷却しながら排出される構造となっている。一般的にはピストンやダイヤフラムが組み込まれたシリンダーヘッド等に吸入・吐出弁機構を設けてエアタンク室を吸入室と吐出室に分ける単純構造でエアポンプは構成できるが、発熱部の冷却システムや効率化、小型化を図るため本発明の構造を考案した。

請求項４の発明に係わる多機能振動装置は、エアポンプ機能部品として樹脂製ピストン構造に関するもので、摩擦係数の低い樹脂素材等で形成したピストン頂部平坦部外縁近傍にＶ溝を形成し、摺動外周部側に半球状のＯリング状シールを形成した。このシール部は圧縮行程時に外半球状Ｏリングが僅かにシリンダー側に押しつけられシールし、吸入行程時は復元し、ス厶ースに動作する。低圧のエアポンプの場合には吸入リード弁は不要にできる。

請求項５の発明に係わる多機能振動装置は、振動子揺動駆動によるエアポンプ装置の消音機構に関するもので、容器内部吸入側ポートおよび吐出ポートに発泡樹脂やセラミック等で形成された１０ミクロンから４０ミクロン程度の微細多孔質素材で形成されたフィルター部材を配し、異物除去ズフィルター機能と同時に消音フィルターとして装置内部に形成したものである。同様の材質で球状フィルターをポンプ吸入孔もしくは吐出孔外部ノズルに取り付けて、ノイズフィルターとする考案は公知の事実であるが、ポンプ内吸入孔等へ取り付けでフィルター素材を通過させて外部へ放出する構造はスペース効果やノイズ吸収効果がが高くなる。

請求項６の発明に係わる多機能振動装置は、振動子に連動動作するピストンとシリンダーヘッド部の吸入および吐出バルブ弁において、ステンレス薄板材等で形成される卍型板バネをバルブリード弁として設け、リード弁折損対策用の保護金具を無くした構造とした。卍型板バネリード弁は中央円盤部分から外側に向かって放射状に延び、さらに円周方向に延びる、少なくとも２本以上の複数の連結片アームを有し、アーム先端部は円盤形状を有する。中央円盤部もしくはアーム先端円盤部のどちらかを固定し、フリーの片側をリード弁として機能させるものである。卍型リード弁にすることにより、単純直方体のリード弁のようにオーバーロード防止のための保護金具板等必要とせず、また複数のアーム先端の円盤部をリード弁とした場合、１枚のバネ板でアーム数に対応したバルブ孔のリード弁機能を果たすことができ、卍型形状はアームに十分なたわみ量と復元力を確保することができ、過剰動作に対しては、アーム部がねじれ、その復元力で対応できる板バネ構造となり、保護金具等が不要となる。またこの部分のスペースが圧縮率を妨げるデッドスペースとなっているので、当該卍型薄板リード弁を設けることにより圧縮行程時にはピストンをシリンダー天井直近まで動作できるので圧縮率が上がる。

請求項７の発明に係わる多機能振動装置は、従来の振動装置は、ほとんどケース内部に振動を発生させて、ケースを経由して人体や対象物にその振動を伝搬していた。よって用途が非常に限定された範囲にとどまっていた。本発明では、その概念はなく、ケースもしくは振動子シャフトを固定もしくは操作し、直に振動を伝達させることもできる構造とした。すなわち、ピストン側と対向する振動子シャフト端にシャフトとネジ等で結合したガイドケースを取り付け、該ガイドケースは装置外ケースを半分程度被うようにカバーする。ガイドケースは手で握ったり、各種アダプターをセット出来るように形成されている。シャフト支持による振動伝達方法では、コイルスプリングで保持されたケース自身が仮想振動子となって動作するので、外ケースにさらに錘を追加取り付けることにより、必要とする振動動作が行える。

請求項８の発明に係わる振動装置は、振動装置で発生させた上下または水平方向の振動を、人体などに伝搬する上で極めて重要な働きをする部材である。一般的に人体に振動を間接伝達する手段としては、ソファー、椅子、ベッドや床があるが、平坦な部材は床以外ほとんどない。そこでそれらの媒体に柔軟に適応し、振動を伝搬させる部材として各種実験値から、鉛の薄板が適切であることが判明した。しかし、そのままでは復元しにくく、また振動装置も取り付けにくいので、その曲げを柔軟屈曲、復元させ且つ振動伝達効率の良い素材として塩化ビニール材質などの軟質樹脂板をリベット、ハトメ、接着剤等で貼合、さらに布地等の装飾生地で鉛と軟質樹脂部材とを覆い、一体的にミシン縫製した柔構造の振動板に振動装置を装着固定できる締結具を取り付け、当該振動装置もしくは、該振動子シャフトの一端側を該振動板にネジ固定した。鉛材の代わりに、金属粉や顆粒を軟質樹脂と混ぜ合わせ成形したものでも、その効果は期待できる。

請求項９の発明に係わる多機能振動装置はソファや椅子、ベッド、車のシート等に音楽同期振動やマサージ振動を伝搬するには、固い振動板をその上に被せて伝達したり、振動装置を振動板に取り付けた構造物をシートやベッドに内装していたが、これではクッションの特性を犠牲としたり、メンテナンスやコスト、簡易性で問題があった。そこで当該対象物の特性を損なわず、振動伝搬ができ、且つ空気圧変動による振動も伝達できて、どんな形状にも対応できる振動伝達構造を考案した。数ミリ厚の鉛板に、その動作復元を柔軟サポートする軟質樹脂板を貼り付け柔構造振動板として、該多機能振動装置を取り付けたユニットを、エアマットの空気袋または表皮素材の一部分と接着剤、ネジ等で一体的に結合する。そして該エアポンプ機構部の吐出および吸入ノズルとエアマット空気袋の空気注入孔と排出孔に配管し、このエアマットに座したり仰臥した人間に、音楽信号やマッサージなどの交番信号に同期した振動と空気吸排動作による揺動振動を行う装置である。

請求項１の発明によれば、板バネ等の短時間疲労破壊につながる懸垂支持部材を無くし、振動子質量をコイルヨーク軸受に分散負荷し、軸方向揺動の反撥エネルギーのみに対応するコイルバネ機構とした。この結果板バネ特有の低周波域内で発生する共振周波数が取り除け、耐久信頼性が向上し、メンテナンス性も改善した。また両端シャフトは軸受で支持されているので揺動動作時のスラスト荷重以外圧縮バネには負荷がかからないので、振動子の質量に制限がなくなり超大型からマイクロサイズの振動装置まで製作できる。またさらに、振動子が揺動する二つのコイルコア空間は振動子がコイルコア密着寸前まで揺動でき、ポンプ圧縮率や振動力を限界まで上げることができる。励磁コイルに交番電流を印加すると振動子シャフトは二つのコイルヨーク軸受を摺動し、放射状に形成されたスリットおよび周辺小穴部より空気を送風通過させるので、軸摩擦を軽減しながらコイルヨークを冷却し、装置の温度上昇を防止するので、耐久性が向上し、ケース外部放熱フィンを最小限のサイズにでき、装置をより小型化できる。

請求項２の発明によれば、該装置の各機構部材の材質選択を試行錯誤研究実験の結果、構成磁気回路内を乱す機構や材質を排除したため、振動子と励磁コイルの磁束反応圏同士が正確に対向反撥を行い、吸引反撥効率が上がり振動レベルや耐久性能も向上し、対周波数反応レベルも５Ｈｚ程度まで動作でき、通電電圧も低く押さえられ、励磁コイルの温度上昇も防止でき、極めて効率の良い振動動作を行える。

請求項３の発明によれば、振動子シャフト先端のピストン機構は音声信号または交番電流周波数に同期して動作するので、吐出もしくは吸引する空気圧も同期動作するが、その空気の流れは、ケースの外部吸入ノズルから常に内部摺動機構、励磁コイル機構等に冷却風として通過させる構造とし、シャフト揺動がスムースに行え、装置内部温度上昇を防止し、外部ケース放熱部形状が小型化された。

請求項４の発明によれば、通常アルミ製ピストンの場合、シール機構としてＯリングを１から２本円周状の溝に装着する機構が一般的であるが、摩擦抵抗が大きく、高圧になればなるほどその係数は大きくなり、エネルギー損失は高くなる。フッ素樹脂等の低摩擦樹脂素材で形成されたピストンの頂部に形成したＶ字型の背圧動作機構の半球状シール構造により、Ｏリングやピストンリングの装着が不要になり、さらにピストンスカート部の摺動寸法のクリアランスが緩く形成できるので、摩擦抵抗が減り、動作効率の高い吸入圧縮動作ができる。

請求項５の発明によれば、シリンダーケース吸入ポートに取り付けられた多孔質フィルターは、内部摺動音やスプリングたわみ音やバルブ弁等の空気圧縮排出音を吸収し、外部に伝搬するのを防止する。多孔質フィルターのメッシュサイズはエアポンプの圧力や吐出流量によって１０ミクロンから５０ミクロン程度が効果的である。吸入ノズル側のフィルターは当然異物除去フィルターとしても機能するが、消音器やエアダンパー装置を外部機構として付加する必要がなくなり、小型化効率化の高い装置ができる。吐出ポートにも多孔質フィルターを使用すれば騒音防止効果は高くなる。

請求項６の発明によれば、薄板卍型バルブリード弁をピストンおよびシリンダヘッドに装着することにより、弁開口部をアーム数と多孔にすることができ、さらに卍形状はバネアームが２系統分離形成されているので、バネ特性が高く、疲労破壊し難い特性を備え、吐出空気量過剰動作によるリード弁バネ板折損を防止する保護ガイド機構が不要となり、ピストンの圧縮行程をシリンダヘッド頂部極限まで高めることができ、高吐出圧が得られる。

請求項７の発明によれば、振動子のシャフト先端に、錘だけでなく各種アダプターを自由にセットすることができるので、従来の振動装置ではできなかった振動の質−加速度や振動再現帯域を変えることができる上、支持操作部をケース本体か振動子シャフト構成部分かの選択で微妙な動作コントロールが可能となり、美顔器マッサージヘッド、攪拌機、振動スクリーンなどエアポンプ機能と複合化した製品が構成できる。

請求項８の発明によれば、柔構造振動伝達板に該装置を取り付けて振動を発生させることにより、従来はベッドやソファ、椅子等に沢山の振動装置を埋め込んでいた構造が、振動装置を１つもしくは数個で対応できる。また振動装置をむき出し状態で外部に置くこともでき、簡単に移動や持ち運びできる。また振動板が柔構造なのでソファや椅子の形状に沿って曲げることもできる。人が座る場所に僅かに接触するだけで振動が伝搬できる。二人掛けのソファにも該振動装置を手のひらサイズ幅で帯状の該振動板の中点位置に取り付けて、人が振動板に座して接触できる長さがあれば、振動は効率良く伝搬できる。また振動板の厚みは薄く、上面は軟質樹脂板なので違和感はなく、ソファの機能を損なうことなく復元もできる。また肘掛けやベッドボールにも振動板をマジックファスナー等で固定できる。また人体の足や脚部、腰部腕等にも、柔構造振動板は自由に曲がり、肌表面に密着し、粘着テープやマジックファスナーで固定でき、振動を伝搬できる。

請求項９の発明によれば、鉛薄板と軟質薄板樹脂材との柔構造振動板に多機能振動装置を取り付けたユニット板をエアクッションと一体化した構造とすることにより、振動装置を内装せずに外置きタイプとすることができ、また振動もポンプ機構による脈動波との２系統伝搬動作なので、ベッドや椅子、ソファー等対象物やサイズも限定せずに装備できるものである。例えば、車のシートに該柔構造エアクッションを設置すれば、シートの特性を損なうことなく、音楽信号に同期した振動と空圧揺動を楽しむことができ、長時間のドライブにも疲れることな運転できる効果等を発揮する。また介護用ベッド等にも応用すれば、単なる褥蒼対策ベッドではなく、音楽癒し振動や治療用マッサージベッドになる。もちろんエアマットの形状はベルト状にして腕や腰に巻いても対応できるものである。

本発明装置は音楽信号や低周波域のマッサージ交番波長信号を、ハイカットフィルターなどの回路を必要とせずに、単純増幅して低周波域の振動およびピストン機構により信号同期の空圧変動と直接振動を再現もしくは動作させるものである。出力制御もスピーカ音量制御と同じシステムで制御でき、動作周波数は数Ｈｚから３５０Ｈｚ程度の範囲で、コイルの巻き線数、コイル線径、コイルヨーク質量、バネ定数で再現周波数は変えられる。しかし、いずれにしても３５０Ｈｚ以上の入力エネルギーは、ほとんど熱エネルギーに変わってしまうので、エネルギー節約のために周波数帯域ハイカットフィルター回路で２００〜３５０Ｈｚ以上はカットすると少ない消費電力で動作できる。

またスペース効率を上げるためには希土類マグネット等の高磁力材が適当である。固着されるマグネットは前記希土類磁石とし、マグネットヨーク面への接着磁極面はＮＳ極どちらでも良いが、必ず対面している二つの揺動コイルコア極性は該マグネット磁極面と相反動作する結線配線にする。一般的な家庭用装置として使用する電源は、ＤＣ１２Ｖ２Ａ程度で動作できる。また交流電源でもトランスで１２Ｖ程度に落として動作できるが、振動波長は５０Ｈｚないし６０Ｈｚに固定される。音声信号源としてゲーム機、ＣＤやＭＤ再生装置からの信号入力のほかパーソナルコンピュターのスピーカ・ヘッドホンからの信号入力やラジオやテレビジョン音声信号からも動作できる。振動装置のみの機能動作をさせる場合は振動子シャフトを固定し、ケースを揺動体として動作させると、取り付けが簡単になり、錘も外部ケースにセットできるので操作性が向上する。さらに、本発明構造は振動子荷重が両端軸受で分散支持できるので、超大型の振動装置ないしエアポンプが製作できるが数百ワット以上の音声増幅アンプはないのでそのような場合には電力調整器ソリッドステートリレイを使用する。数ワットの音声信号電流をソリッドステートリレイで交番電流として１００Ｖもしくは２００Ｖのオンオフ信号が得られる。本振動装置はその信号増幅電流に十分対応反応することができる単純構造となっている。この応用範囲は広く、産業用振動機械として、各種振動装置として有用性の高いものである。

本装置は振動発生器とエアポンプ装置が共存しているが再現周波数によってその特性が大きく変動する。ポンプとして動作させる場合は３０Ｈｚ程度のゆっくりした動作が静かで、ストロークも正確に動作し、吐出流量等も多く得られる。しかし圧力は脈動する。９０Ｈｚを越えると振幅も小さくなり、振動子、ピストンがその波長に追従できず、流量、圧力等も減じる方向になる。いずれにしても振動子シャフトは高速動作するので、低摩擦係数の材質で且つ、耐摩耗性、耐熱性の良いグリース等の潤滑油も塗布する。マッサージ信号など低周波正弦波や矩形波信号を発生させる自己発信回路を増幅器に内蔵させればエアポンプ駆動装置として簡単に動作および制御ができ、工業用から家庭用機器として、すなわち土木振動機械や振動ミル、ふるい器からお風呂気泡マッサージ機や美顔器吸引マッサージ器まで多方面多用途に利用できる。

図１は本発明の多機能振動装置の本体外観図でケース端には吸入ノズル２１と吐出ノズル２０が設けられ、放熱シリンダーケース１２に挟まれたセンターケース１５からは駆動信号電源ハーネス１８が配線されて信号増幅器へ接続される。

図２は該装置の正面断面図で、振動子１は希土類金属のネオジウ厶マグネット２を両面に固着し、固着面は一方をＮ極とし、反対側をＳ極としている。相対するコイルコア１０には励磁コイル１１が固着されている。振動子中心から左右に伸びるシャフト４はコイルコア軸受１７を貫通し、外部へ所定距離伸びている。このシャフト終端部には圧縮コイルバネ座としての鍔４が立ち上がっている。この部位のシャフトには圧縮スプリング５が挿入され振動子が平常時は常にコイルコア間の中間にくるように位置調整されている。コイルコアの中心軸受部１０は空気流入がスムースに行われるように、またコアの放熱目的でスリット溝２５が加工されている。コイルコア１１はコア固定ケース１６に所定距離を置いて抱かれ固定されている。振動子シャフト５はその両端の一方にピストン機構を装備し、反対側はバランシングウエイトまたは脱着錘２４を装着できる構造となっている。ピストン６の外周はシール用Ｏリング溝７が２本設けられ頂部には４ケ所の吸気孔が等間隔で開口し、外側に卍形リード弁８が取り付けられている。ピストンは密閉シリンダーケース１３に収容されて往復運動を行い、シリンダーケース頂部の吐出孔外側には同様卍形リード弁が取り付けられている。該シリンダーケース１３はシリンダーヘッド１４で密閉され、エアタンク室を構成し、頂部に吐出ノズル２０が形成されている。一方反対側のシャフト先端にはピストン動作にバランスするべく錘２４が取り付られているが、この重量は色々な重さの錘と交換できる。またこのシリンダー空間は開放されており、ヘッドケース１４によりポンプ機能付加の場合は密閉空間となる。吸入ノズルの内部ポートには発泡ポリエチレン製の３０ミクロン多孔質ボール２２が取り付けられて、消音とゴミフィルターの目的効果を果たしている。また本体ケースを床等に固定する場合は専用の取付金具２５が設けられる。

図３はコイルヨーク軸受部正面図であり、圧縮バネ座を兼ねた振動子シャフトを保持する軸受部の構造を図示している。すなわち空気流入スリットが９０度間隔で開口しており、その間に同様目的の小穴が形成されている。図４はその断面図である。

図５はピストン機構部の薄板卍形状吸入リード弁２７の正面図であり、図６はシリンダーヘッド部の薄板卍形状吐出リード弁２６の正面図である。吸入リード弁２７は円周方向のアーム８０と軸方向のアーム８１で構成され外周アーム末端円盤部８２が弁動作する。アーム収束部内輪円盤部は固定用スナップナットやネジ等２３でピストンヘッドのセンターボスに固定される。図６の吐出リード弁２６は基本形状は図６の吸入弁２７と同形状であるが、円周方向のアーム８０と軸方向のアーム８１で構成され外周アーム末端円盤部８２が構成され、固定用ネジ孔８３が開口して、シリンダーヘッド１３にネジ固定され、中心のアーム収束円盤部８４が弁動作をする。

図７は本振動装置を駆動する信号電流制御増幅装置の回路ブロック図とその信号増幅電流で駆動される多機能振動装置である。パソコンスピカー出力端子やゲーム機音声出力端子、ＣＤ／ＭＤ再生装置のラインアウト端子およびマッサージ信号出力端子等から当該増幅装置の入力端子３１，３２，３３に接続入力された信号は外部スピーカ駆動増幅器４１と振動駆動増幅器にスイッチ３４で分岐選択され、振動駆動回路に入ったステレオ信号は変換器３５でモノラル信号に変換された後、入力ソース源による入力電圧を一定にするため入力レベル調整スイッチ３６を経由し、増幅器効率と熱発生防止のため高域周波数ハイカットフィルター回路３７で低周波域信号のみ増幅器に導入、増幅されて振動出力端子ジャック４３へと回路構成されている。出力端子には音響連動パネル照明７０も結線されて、振動と同期してイルミネーション効果を発揮する。

図８は該多機能振動装置を複数使用した重低音映像スクリーン装置の斜視図で、複数の振動装置６５のシャフトで、半透明もしくは反射スクリーン仕様の薄板剛性パネル６６の４隅を支持させ、風呂場や部屋の壁面に角度調整機能をもった防振ダンパー兼用固定具６８を使い固定するものである。スクリーン６６は視聴者の目に垂直設置され、１０ｍｍ程度前後に振動するように取り付けられる。当然上下方向には一切振れないので、スクリーンの前面もしくは後方からプロジェクター６７等で投射される映像は１０ｍｍ程度の前後移動の画面はクリアな画像を失わず見られ、スクリーン画面からは重低音だけではなく、そのスクリーンパネルの剛性により高域の音声まで出力が再現出来る。

図９は、本体ケースを支持操作する美顔器と振動子シャフトにガイドケースを取り付けて該ガイドケースを保持操作する美顔器２形態の断面斜視図である。請求項８の具体例である。本体ケース操作の図では吸引ノズル側にマッサージ吸引パッド７２を設け、反対側吐出ノズルには消音多孔質ボール７４を取り付け、顔や身体に当て、音楽信号やマッサージ信号に同期した振動、吸引マッサージや化粧落としを行う器具である。顔に当たる吸引パッド７２はゴム等の柔らかい材質で構成され、内部にゴミ取りパッド７３を設けているが、ケースシリンダー内部の消音ボール７４も化粧ゴミ取りフィルターとして効果を発揮する。下方の振動子シャフトにマッサージヘッドを取り付け、さらに握りグリップガイドケースを取り付けた美顔器では、本体ケースの美顔器と比較して肌への刺激が大きく異なる施術となる。すなわち、振動子ストロークが直接刺激となるマッサージか、ケース全体の穏やかな振動マッサージ動作などが行える。

図１０は、室内インテリア装置としての音楽同期気泡発生装置の斜視図である。薄型水槽６９等に気泡ノズル７１を底に設置し、当該多機能振動装置の吐出空気を排出させて、水槽側面にバックライト照明７０を取り付け、気泡と照明と同期させ点滅動作させる、癒し効果のあるインテリア装置である。もちろん水槽には魚を飼っても良い。

図１１は樹脂ピストン断面図で、図１２はその正面図である。振動子シャフト先端部に直結したフッ素樹脂製ピストン５３は密閉シリンダー１３に組み込まれ、振動子揺動と連動する。そのピストンヘッド部５３にはＶ字形状５５の溝が円上に形成され、鍔先端部には半球状リング５４が形成され、ヘッド中央部には卍形リ吸入リード弁２７がセンターボス８５にスナップナット８６で固定されている。ピストン圧縮行程時にはリード弁２７が閉じて、摺動にはＶ溝スカート部が僅かに外部へ広がり、摺動密閉シールしながら動作し、吸引時にはリード弁２７が開いて圧力が負圧となり抵抗なくスムーズ動作する

図１３は樹脂ピストン応用製品攪拌機断面図である。上下振動と、圧縮空気を多孔質ボール７１もしくはチューブノズルから噴出させるダブル機能で効率良く攪拌機バケット９０にセットされたビーカ等８７の試料８８を攪拌する装置である。

図１４は振動をソファ５０やベッド等のたわみ性のある人体載置物に振動を伝達するための振動伝達補助具すなわち柔構造振動ユニットパネルの断面斜視図である。鉛薄板４４に軟質高重合ポリマー等の樹脂板４５を接着材とリベットで貼り合わせ、隔所にハトメ４６接合をしたパネルに装飾用布地等４７を被せ、全円周を保護布４７で縫製ミシン加工したものに該多機能振動装置をハトメ孔４６を利用して、ネジ等で固定したものである。この構成体を柔構造振動ユニットパネル５７とした。

図１５は当該柔構造振動ユニットパネルを椅子の肩付近に設置した斜視図である。椅子の形状に沿ってユニットパネルは自在に折り曲げて固定でき。

図１６は該柔構造振動ユニットパネルを長手状に形成し、その中央に振動装置を取り付けた振動ユニットパネルでソファー５０等に置き、振動装置５１を挟んで二人が同時着座して体感振動を楽しむことができる装置である。

図１７は柔構造振動ユニットパネルをエアクッション５６に一体的に結合した空圧振動クッションの斜視図である。柔構造パネルにポンプ機能をもった多機能振動装置を取付空気袋の吸入ノズル６１と吐出ノズル６２へポンプ同ノズルとをチューブ配管し、閉鎖空圧回路を構成することにより、振動ユニットパネルからの直接振動と空気袋からの空圧脈動振動が得られる。

図１８は車のシートに装着した斜視図である。図１９は当該柔構造振動ユニットパネルをエアマット寝具６４に応用した製品の斜視図である。

本発明装置は、一般産業用の単純なエアポンプ用途から、その長寿命とシンプル構造から汚水浄化槽用エアポンプ、また静粛性、コンパクト性と高い制御性能などから医療用まで幅広く利用できる。振動装置としては音響体感振動として各種シュミレイター、娯楽設備、医療器具等に使用でき、また空圧振動機能をもった多機能エアポンプ装置としてはエアマット、エアクッション等への応用で健康器具や治療用として汎用性が高い。大型なものは土木工事機械など様々な分野の機械装置や組み込み部品として応用できる。多機能振動装置は回転モータが不要で、制御が簡単なためおもちゃや各種携帯機器への組み込み、精密装置部品として汎用性が高い。さらに振動装置に駆動源としてソリッドパワーリレーを使用し、ＡＣ１００Ｖや２００Ｖ電源でオンオフ制御による交番電源にも動作できるので、地震発生置やゴミ粉砕器などの超大型振動装置や、道路整備用振動装置、湖水浄化用エアポンプなどに応用ができる。さらに従来の振動機械に空圧機構を付属させた新しい装置として振動ふるい機、振動ミルや振動研磨機等が考えられる。

本体装置の外観図本体装置の断面図コイルヨーク軸受部正面図コイルヨーク断面図吸入リード弁の正面形状図吐出リード弁の正面形状図信号電流制御増幅装置回路ブロック図重低音映像スクリーン装置美顔器の斜視図音楽同期気泡発生装置の斜視図樹脂ピストン機構部断面図樹脂ピストン正面図攪拌機の断面図柔構造振動ユニットパネル断面斜視図ユニットパネル車シート装着斜視図ユニットパネルソファ使用斜視図エアクッションユニットパネル斜視図エアクッションユニットパネルカーシート使用例斜視図エアクッションユニットエアマット応用製品斜視図

符号の説明

１…振動子／マグネットコア
２…マグネット
３…励磁コイルリード線
４…振動子シャフト
５…圧縮コイルバネ
６…ピストン
７…Ｏリング
８…吐出リード弁
９…吸入リード弁
１０…コイルヨーク
１１…励磁コイル
１２…開放シリンダー・ヒートシンク
１３…密閉ピストンシリンダー・ヒートシンク
１４…ヘッドケース
１５…ハーネブッシュ
１６…コイルヨーク固定カバー
１７…コイルヨーク軸受
１８…電源ハーネス
１９…シャフト固定ネジ
２０…吐出ノズル
２１…吸入ノズル
２２…消音ボール
２３…リード弁固定ネジ
２４…錘
２５…本体ケース固定金具
２６…卍形吐出リード弁
２７…卍形吸入リード弁
２８…吐出孔
２９…吸入孔
３０…入力ソース装置（ＣＤ・ＭＤ装置、パソコン・テレビ・低周波発振器等）
３１…ヘッドホン入力
３２…ラインアウト入力ＲＣＡタイプ
３３…ラインアウト入力ステレオミニジャックタイプ
３４…ソース選択スイッチ（スピカー駆動・アンプのみ）
３５…モノ変換回路ステレオ〜モノラル変感
３６…入力レベル調整機
３７…ハイカットフィルター
３８…信号増幅器
３９…ボリューム調整器
４０…連動照明パネル
４１…スピーカアンプ
４２…スピーカ出力ジャック
４３…振動出力ジャック（多機能振動器へ）
４４…鉛シート
４５…軟質樹脂板（高重合ポリマー）
４６…ハトメ（振動装置固定具兼用）
４７…外装保護布
４８…振動器（縦型シャフト固定）
４９…外付錘
５０…ソファー
５１…ソファ肩部取付例
５２…シャフト
５３…Ｖ溝樹脂ピストン
５４…半球シール部
５５…Ｖ溝部
５６…エアクッション
５７…柔構造振動パネルユニット
５８…エアポンプ機能付振動装置
５９…吐出チューブ
６０…吸入チューブ
６１…吸入ノズル
６２…吐出ノズル
６３…ミシン縫製結合部
６４…エアマット
６５…シャフト固定振動装置（ケース本体壁固定）
６６…スクリーンパネル
６７…プロジェクター
６８…壁取付固定具
６９…薄型水槽
７０…照明
７１…気泡ノズル
７２…顔用吸引パッド
７３…油汚れフィルター
７４…消音ボール
７５…スピーカ装置
７６…水
７７…配管チューブ
７８…シャフト固定具
７９…信号制御増幅器
８０…円周方向のアーム２
８１…軸方向のアーム１
８２…アーム末端円盤部
８３…固定用ネジ孔
８４…中心円盤部
８５…センターボス
８６…スナップナット

Claims

環状に卷回した励磁コイルを凹型形状の電磁軟鉄材等で加工したハウジングコアに密着収納し、磁束をその開放面方向に誘導するリング状コイルヨーク２個を所定間隔で両面対座固定させ、その中間に厚み方向に着磁したリング状マグネットを、該コイルヨークの磁束圏と合致する様に誘導する電磁軟鉄材等で加工した両面凹型ハウジングに対称固着したマグネットコアすなわち振動子を配し、該励磁コイルに交流交番電流もしくは音声等の信号増幅電流を印加することにより揺動もしくは振動を発生する機構において、振動子軸心より両側に突出させたシャフトを、コイルヨークの軸受部の外側に貫通させ、該振動子シャフト終端鍔部とコイルヨーク軸受間に圧縮バネを挿入し、シャフト両サイドで反撥支持させる機構とし、少なくとも１つ以上のコイルヨーク外周もしくは軸受周縁に空気流入のキー溝状のスリットもしくは小穴を設け、ないしはシャフト外周軸方向上にキー溝状のスリットを配列加工し、振動子回転止め機能も含めたことを特徴とする多機能振動装置。
前記記載の多機能振動装置において、リング状マグネットをその両面に接着固着するマグネットヨークを帯強磁性体である鉄系素材で形成し、中心部より両側へ突出するシャフトをアルミ合金やチタン合金もしくはプラスチック樹脂等の非磁性材料で形成し、ネジ等で該マグネットヨークと一体的に連結結合したものを振動子とし、対向対座する二つのコイルヨーク素材として飽和磁束密度が高く、透磁率が良好な電磁軟鉄等で形成し、さらにコイルヨークを固定保持するシリンダーおよび該振動子が揺動移動する部分の中間連結シリンダーを放熱良好なアルミ合金等で構成し、その外側を強磁性体の鉄系素材の円筒ケースで被い、その空間隙間を両コイルヨークの電源配線および結線処理空間とする構造体をもった請求項１記載の多機能振動装置。
前記第１項および２項記載の振動装置の振動子シャフト片側端に吸入弁機構を備えたピストンを設け、該ピストンが摺動するケースを吐出弁機構を備えた密閉シリンダー構造とし、対向側のシャフト端にバランシングウエイトもしくは脱着錘を取付けられる構造とし、装置全体を密閉容器とし、ピストン装着側ケースヘッドに吐出ノズルを設け、反対側ケースヘッドに吸入ノズルを設けた構造体をもったことを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれか１項記載の多機能振動装置。
前記３項記載の振動装置のシャフト端に脱着出来るピストンを摩擦係数の低いフッ素系樹脂材質等で形成し、そのピストンヘッド平坦部にＶ字型溝を環状に形成し、その外側のシリンダー壁に接する端部を半球形状とし、運動用シール機構とした請求項３記載の多機能振動装置。
装置ケース内部吸入ノズルに、１０ミクロンから３０ミクロン程度のポリエチレンなどの発泡樹脂もしくはセラミックや焼結金属材質等で形成した球状もしくは円筒状もしくはケースに対応した形状の多孔質素材のフィルター部材を取付け、異物除去フィルターと同時に消音ノイズフィルター機能を持たせた構造とした請求項３乃至請求項４のいずれか１項記載の多機能振動装置。
前記振動装置のエアポンプ機構のピストンヘッドとシリンダーヘッドに装備する吐出リード弁および吸入リード弁において、金属、ゴム、樹脂等の薄板バネ材質で形成されるリード弁の形状を、第一のアームは内輪中心円盤部分から外側に向かって放射状に延ばし、第２のアームはさらに円周方向に延ばした複数の連結片とし、該アーム先端には小円盤部を形成した卍形とし、該卍形バネ板の内輪円盤部もしくはアーム先端小円盤部のいずれか側をネジ等のファスナーでピストンおよびシリンダーヘッドに固定し、フリーの円盤部をリード弁として吸入用もしくは吐出用ポートに配したエアポンプ構造とした請求項３乃至請求項５のいずれか１項記載の多機能振動装置。
前記記載の多機能振動装置において、動作固定手段として振動子シャフトもしくは装置ケース本体を固定し動作させる場合のいずれかの方法を選択できる構造とし、振動子シャフトを固定動作する場合は装置ケースの任意場所に、また装置ケースを固定動作する場合は振動子シャフト先端部に、脱着錘やマッサージ用ローラーやその各種美顔器ヘッド、もしくは使用目的に適うヘッド部品を装着もしくは脱着できる構造体とした請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の多機能振動装置。
該振動装置で発生させた振動を、床、ソファ、椅子、ベッドやエアマット等の振動伝達媒体から人体接触部に伝搬させる中間部材として、比重の重い鉛等の部材でできた薄板とその曲げを柔軟屈曲ないし復元させる軟質樹脂板の接合体、もしくは鉛や金属粉粒が練り込まれ成形された軟質樹脂板にボルト等の締結具で、振動子シャフトの一端もしくは該振動装置の本体ケース取付具に固定した柔構造ユニットパネルとしたことを特徴とした請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の多機能振動装置。
前記第８項記載の柔構造振動ユニットパネルを、エアマット等の空気袋の少なくとも一辺端部に接着剤、ネジ等の締結手段で結合し、該エアポンプの吐出ノズルと吸気ノズルにエアマットの空気注入孔と排出孔をチューブ配管し、該振動パネルユニッの直接振動伝達と共に、ポンプ機能による吐出動作と吸入動作による脈動振動を、該マットに仰臥、座したり、身体に巻いたり、接触した人体各部に伝搬伝達できる構造とした請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の多機能振動装置。