JP2022131662A

JP2022131662A - 振動装置

Info

Publication number: JP2022131662A
Application number: JP2021030718A
Authority: JP
Inventors: 雅之柴田; Masayuki Shibata
Original assignee: Foster Electric Co Ltd
Current assignee: Foster Electric Co Ltd
Priority date: 2021-02-26
Filing date: 2021-02-26
Publication date: 2022-09-07
Also published as: WO2022181805A1

Abstract

【課題】本発明は、挙動させる機構を設けることなく、振動させる箇所を変えながら、人体に振動を与えることを目的とする。【解決手段】振動装置１０は、人体へ振動を与えるためのボイスコイル型アクチュエータ２４であって、制御信号に応じて、人体との接触面と略平行な振動方向に振動するボイスコイル型アクチュエータ２４と、ボイスコイル型アクチュエータ２４を振動方向に振動させ、かつ、振動方向に対応する挙動方向に振動より大きく挙動させるように、複数の周波数を有する複合波である制御信号をボイスコイル型アクチュエータ２４に出力する制御部２２と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、振動装置に関する。

従来より、電磁ソレノイドのアクチュエータや圧電体を用いたマッサージ器が知られている（特許文献１、２）。

例えば、特許文献１では、施療する部位をたたくたたき部材と、このたたき部材が連結されるプランジャ及びソレノイドからなる電磁ソレノイドと、前記ソレノイドへの通電を制御する駆動制御手段とを備えるマッサージ機において、前記たたき部材によるたたき力を検出するたたき力検出手段と、このたたき力検出手段の出力に応じて、前記ソレノイドへの通電を制御する。

また、特許文献２では、分極処理した圧電体に低周波交流電圧を印加して前記圧電体を振動させて患部をマッサージする。

特開平１１－３３２９３８号公報特開２０００－５２５７号公報

人体に振動を与える場合に、人体の同じ個所に振動を与え続けると、その振動を感じにくくなる。

本発明は上記事実を考慮して、挙動させる機構を設けることなく、振動させる箇所を変えながら、人体に振動を与えることができる振動装置を提供することを目的とする。

本発明に係る振動装置は、人体へ振動を与えるための振動体と、制御信号に応じて、前記振動体を振動させ、かつ、挙動させるように、複数の周波数帯域を有する複合波である前記制御信号を前記振動体に出力する制御部と、を含んで構成されている。ここで、振動体の振動方向は、例えば、人体との接触面と略平行方向、人体の接触面と略垂直方向等がある。また、振動方向は、これらの方向に限定されるものではない。

本発明によれば、制御部は、前記振動体を前記振動方向に振動させ、かつ、前記振動方向に対応する挙動方向に挙動させるように、複数の周波数帯域を有する複合波である前記制御信号を前記振動体に出力する。振動方向に対応する挙動方向とは、例えば、人体の接触面と略平行方向をいう。

このように、振動体を振動方向に振動させ、かつ、振動方向に対応する挙動方向に挙動させることにより、挙動させる機構を設けることなく、振動させる箇所を変えながら、人体に振動を与えることができる。挙動とは大きく挙動する場合も含む。また、挙動とは、微弱な移動エネルギーが生じていればよく、あたかも振動体が前後するような感覚、または、振動させる箇所が変わっているような感覚が人体へ伝われば足りる。

本発明に係る前記制御信号は、正の波形と負の波形とからなる１周期の波形を含む信号であって、前記正の波形の面積及び前記負の波形の面積の何れか一方が他方より大きいものとすることができる。

本発明に係る前記制御信号の、前記正の波形及び前記負の波形を、矩形波とすることができる。

本発明に係る前記制御信号の、前記正の波形及び前記負の波形は、ローパスフィルタを用いて生成された信号とすることができる。

本発明に係る前記制御信号は、正の波形と負の波形とからなる１周期の波形を繰り返す信号であって、複数周期の波形からなる第１群を含み、前記第１群の１周期の波形の各々は、前記正の波形の面積及び前記負の波形の面積の何れか一方が他方より大きい。

本発明に係る前記制御信号は、正の波形と負の波形とからなる１周期の波形を繰り返す信号であって、複数周期の波形からなる第１群と、複数周期の波形からなる第２群と、を含み、前記第１群の１周期の波形の各々は、前記正の波形の面積及び前記負の波形の面積の何れか一方が他方より大きく、前記第２群の１周期の波形の各々は、前記正の波形の面積及び前記負の波形の面積の何れか一方が他方より小さいものとすることができる。

また、上記の発明に係る前記制御部は、挙動速度に応じて、前記制御信号の電圧及び周波数の少なくとも一方を変化させることができる。また、前記制御部は、前記挙動速度を速くするときに、前記制御信号の周波数を、前記振動体の共振周波数に近い周波数とし、前記挙動速度を遅くするときに、前記制御信号の周波数を、前記振動体の共振周波数から離れた周波数とすることができる。あるいは、前記制御部は、前記挙動速度を速くするときに、前記制御信号の電圧を大きくし、前記挙動速度を遅くするときに、前記制御信号の電圧を小さくすることができる。

また、上記の発明に係る前記振動体は、アクチュエータである、とすることができる。また、前記振動体は、ボイスコイル型アクチュエータ、ソレノイド、又はリニアアクチュエータである、とすることができる。

また、上記の発明に係る前記振動体は、人体をマッサージするための振動を与えることができる。

以上説明したように、本発明の振動装置によれば、挙動させる機構を設けることなく、振動させる箇所を変えながら、人体に振動を与えることができる。

本発明の実施の形態に係る振動装置の全体構成を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る振動装置の制御部の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態に係る振動装置のボイスコイル型アクチュエータの構成を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る振動装置のボイスコイル型アクチュエータの構成を示す概略図である。矩形波を用いた基準波形の例を示す図である。ローパスフィルタを用いて生成した制御信号の例を示す図である。複数周期の波形である制御信号の例を示す図である。周波数を変更して挙動速度を変更する方法を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

＜本発明の実施の形態の振動装置の構成＞
図１は、本発明の実施の形態に係る振動装置１０の断面図を示している。図１に示すように、振動装置１０は、筐体１２内に、電源部２０と、制御部２２と、ボイスコイル型アクチュエータ２４とを備えている。

制御部２２は、図２に示すように、マイクロコンピュータ３０と、記憶素子３２と、増幅回路３４とを備えている。

ボイスコイル型アクチュエータ２４は、制御部２２から出力される制御信号に応じて、人体との接触面と略平行な振動方向に振動することにより、人体表面へ振動を与え、人体をマッサージする。

図３Ａに示すように、ボイスコイル型アクチュエータ２４は、主に、外殻をなすケース２と、当該ケース２内に設けられた電磁駆動部３と、当該電磁駆動部３により振動可能な可動子４と、当該可動子４の両端をそれぞれ弾性支持する第１支持ユニット５ａ及び第２支持ユニット５ｂと、当該第１支持ユニット５ａ及び第２支持ユニット５ｂの動きを規制する第１インナーガイド６ａ及び第２インナーガイド６ｂと、から構成されている。

ケース２は、円筒状のケース本体の両開口端が第１カバーケース１１ａ及び第２カバーケース１１ｂにより閉じられている。

電磁駆動部３は、ケース２の内部に配置された円筒状の軟磁性材料でなるヨーク４０と、ヨーク４０の内面にヨーク４０と電気的に絶縁された状態で取り付けられた第１コイル２１ａ及び第２コイル２１ｂと、を有する。

第１コイル２１ａ及び第２コイル２１ｂはヨーク４０の内面に沿って巻回されている。当該第１コイル２１ａ及び第２コイル２１ｂはそれぞれターミナルからの通電により磁場を発生可能である。

可動子４は、第１コイル２１ａ及び第２コイル２１ｂに包囲され、振動軸Ｏに沿って振動するよう配置されている。可動子４は、円板状のマグネット５０と、マグネット５０を挟むように配置された円板状の第１ポールピース５１ａ、第２ポールピース５１ｂと、マグネット５０、第１ポールピース５１ａ、第２ポールピース５１ｂを挟むように配置される第１マス（ウエイト、錘）５２ａ、第２マス（ウエイト、錘）５２ｂと、から構成されている。

マグネット５０は着磁方向が振動軸Ｏ方向である。第１ポールピース５１ａ、第２ポールピース５１ｂは、軟磁性材料でなり、マグネット５０の磁気吸着力及び接着剤等により、マグネット５０に取り付けられている。第１マス７２ａと第２マス７２ｂは非磁性体からなり、それぞれ接着剤等により、第１ポールピース５１ａ、第２ポールピース５１ｂに取り付けられている。このため、可動子４を構成するマグネット５０、第１ポールピース５１ａ、第２ポールピース５１ｂ、第１マス７２ａ、第２マス７２ｂは一体化されている。第１マス７２ａ、第２マス７２ｂは、第１ポールピース５１ａ、第２ポールピース５１ｂとの当接面が平坦に形成されているが、この当接面と逆側の面は、振動軸Ｏを中心軸とし、その中心軸上の先端部５３ａ、５３ｂが最も外方に突出した螺旋形状に形成されている。

このように構成された可動子４は、振動軸Ｏ方向における両端部、即ち第１マス７２ａ及び第２マス７２ｂのそれぞれの先端部５３ａ、５３ｂが第１支持ユニット５ａ及び第２支持ユニット５ｂにより支持されている。

第１支持ユニット５ａは、第１ダンパ６０ａ（第１板バネ）と、当該第１ダンパ６０ａの一面に設けられた第１弾性部材６１ａと、から構成されている。

第１ダンパ６０ａは、孔７０ａを有する支持部７１ａが中央部に形成されている。第１ダンパ６０ａは孔７０ａを通して可動子４と連結されている。詳しくは、孔７０ａに第１マス７２ａの先端部５３ａを挿通し、当該先端部５３ａが押し潰されることでかしめられている。

また第１ダンパ６０ａは、支持部７１ａから外周へ渦巻き状に延びる３つの腕部７２ａを有している。各腕部７２ａは振動軸Ｏの回りに１２０°ピッチで等間隔に形成されている。そして、各腕部７２ａの外周端はケース本体の内面に沿った環状の枠部７３ａに連結されている。当該枠部７３ａは、振動軸Ｏの回りに１２０°ピッチの位置にて、ケース本体の内面の３か所にて径方向内側に突出しているフランジ部１３ａにて連結されている。

第１ダンパ６０ａは、金属の一枚ないし複数枚の板バネで構成されており、例えば本実施形態ではステンレス（バネ材）の薄板を加工したものを使用している。第１ダンパ６０ａの材料は、金属に限らず樹脂や繊維を含む複合素材であってもよい。疲労に強く、可撓性に優れた材料が望ましい。

このように構成された第１ダンパ６０ａは、振動軸Ｏ方向及び当該振動軸Ｏに垂直な径方向を含む交差方向において所定の範囲で弾性変形可能である。なお、この所定の範囲は、ボイスコイル型アクチュエータ２４として通常に使用した場合の可動子４の振幅範囲に相当する。従って、当該所定の範囲は、少なくとも第１ダンパ６０ａがケース２に接触しない範囲であり、第１ダンパ６０ａの弾性変形の限界を超えない範囲である。

第１弾性部材６１ａは、第１ダンパ６０ａの支持部７１ａから各腕部７２ａの一定の範囲までの形状に沿った外形の板状をなし、第１ダンパ６０ａの一面に固定されている。第１弾性部材６１ａの弾性変形により、第１ダンパ６０ａの制振を行う。

第２支持ユニット５ｂも、第１支持ユニット５ａと同様の構成をなしており、第２ダンパ６０ｂ（第２板バネ）及び第２弾性部材６１ｂを有している。なお、本実施形態において第２ダンパ６０ｂと第１ダンパ６０ａとが同一形状、同材料からなり、第２弾性部材６１ｂと第１弾性部材６１ａとが同一形状、同材料である。第２ダンパ６０ｂの３つの腕部７２ｂは孔７０ｂが形成された支持部７１ｂから環状の枠部７３ｂまで延びている。そして、第２ダンパ６０ｂは、孔７０ｂに第２マス７２ｂの先端部５３ｂが挿入され押し潰してかしめられることで可動子４と連結されている。また、第２ダンパ６０ｂは、環状の枠部７３ｂがケース本体内面から突出している３つのフランジ部１３ｂと、枠部７３ｂに形成された貫通孔をフランジ部１３ｂのボス部１４ｂが挿通し押し潰されてかしめられることで連結されている。なお、第２ダンパ６０ｂの各腕部７２ｂの渦巻き方向は、第１ダンパ６０ａの各腕部７２ａの渦巻き方向と逆をなしている。これにより、振動時に可動子４は第１ダンパ６０ａ及び第２ダンパ６０ｂから各々逆方向のトルクを受けるため、振動軸Ｏ方向に変位しても振動軸Ｏ回りに回転しない。

第１インナーガイド６ａはボイスコイル型アクチュエータ２４の振動軸Ｏ方向の一側であり、第１支持ユニット５ａよりも振動軸Ｏ方向の他側（ケース２中央側）に設けられている。第２インナーガイド６ｂは振動アクチュエータ１の振動軸Ｏ方向の他側であり、第２支持ユニット５ｂよりも振動軸Ｏ方向の一側（ケース２中央側）に設けられている。つまり、第１インナーガイド６ａ及び第２インナーガイド６ｂは、ケース２内において第１支持ユニット５ａ及び第２支持ユニット５ｂよりも振動軸Ｏ方向中央側に設けられている。

図３Ｂに示すように、ボイスコイル型アクチュエータ２４は、第１コイル２１ａ及び第２コイル２１ｂに通電していない状態では、第１ダンパ６０ａ及び第２ダンパ６０ｂで支持される可動子４は、第１コイル２１ａ及び第２コイル２１ｂの中央に位置している。

可動子４を振動させる際には、第１コイル２１ａ及び第２コイル２１ｂに、交互に逆極性の磁界を発生する向きに交流を通電させる。即ち、第１コイル２１ａ及び第２コイル２１ｂの隣り合う部分に同極が発生するようになっている。

例えば図３に示す極性の場合、可動子４には実線矢印Ａで示す振動軸Ｏ方向の他側（図３における右方）への推力が発生し、第１コイル２１ａ及び第２コイル２１ｂへ流す電流を反転させれば、可動子４には点線矢印Ｂで示す振動軸Ｏ方向の一側（図３における左方）への推力が発生する。

このように、第１コイル２１ａ及び第２コイル２１ｂに交流を通電させれば、可動子４は第１ダンパ６０ａ及び第２ダンパ６０ｂによる付勢力を両側から受けながら、振動軸Ｏに沿って振動する。

記憶素子３２は、ローパスフィルタと、正の波形と負の波形とからなる１周期の基準波形のデータとを記憶している。

基準波形は、例えば、図４に示すように、正の矩形波及び負の矩形波からなり、正の矩形波の面積及び負の矩形波の面積の差分が、ボイスコイル型アクチュエータ２４を挙動させるエネルギーとなる。また、基準波形の周波数を、ボイスコイル型アクチュエータ２４の共振周波数Ｆ_０の１／２とする。また、面積の差分が異なる複数の基準波形があるものとする。

マイクロコンピュータ３０は、記憶素子３２に記憶されたローパスフィルタと、基準波形のデータとを用いて、ボイスコイル型アクチュエータ２４を、人体との接触面と略平行な振動方向に振動させ、かつ、振動方向に対応する挙動方向に振動より大きく挙動させるように、複数の周波数を有する複合波である制御信号をボイスコイル型アクチュエータ２４に出力する。

具体的には、マイクロコンピュータ３０は、図５に示すように、ローパスフィルタを用いて、矩形波を用いた基準波形から、複数の周波数帯域のサイン波を合成した複合波である制御信号を生成する。図５では、デューティ比が７５％の矩形波を用いた基準波形から、１００Ｈｚ以上の周波数を徐々に低減させるローパスフィルタ処理を行った例を示している。

また、マイクロコンピュータ３０は、正の矩形波の面積及び負の矩形波の面積の差が徐々に異なる基準波形を繰り返す信号から、ローパスフィルタを用いて制御信号を生成する。

具体的には、図６に示すように、制御信号は、複数周期の波形からなる第１群と、複数周期の波形からなる第２群と、を含み、第１群の１周期の波形の各々は、正の波形の面積が負の波形の面積より大きく、第２群の１周期の波形の各々は、正の波形の面積が負の波形の面積より小さい。なお、図６では、２秒毎に挙動方向にボイスコイル型アクチュエータ２４を１往復させる制御信号の例を示している。

また、マイクロコンピュータ３０は、挙動速度に応じて、制御信号の周波数を変化させる。具体的には、図７に示すように、挙動速度を速くするときに、制御信号の周波数を、ボイスコイル型アクチュエータ２４の共振周波数Ｆ_０に近い周波数とし、挙動速度を遅くするときに、制御信号の周波数を、ボイスコイル型アクチュエータ２４の共振周波数から離れた周波数（Ｆ_０±５Ｈｚ）とする。

なお、挙動速度に応じて、制御信号の電圧を変化させるようにしてもよい。この場合には、挙動速度を速くするときに、制御信号の電圧を大きくし、挙動速度を遅くするときに、制御信号の電圧を小さくする。また、電圧の変化と周波数の変化とを組み合わせて挙動速度を制御するようにしてもよい。

＜本発明の実施の形態の振動装置の動作＞
マッサージ器（図示省略）の空洞部分に振動装置１０を内蔵し、ユーザが、当該マッサージ器を、拘束部材（図示省略）を用いて、マッサージする部位の人体表面に装着し、リモコン等の遠隔操作で、振動装置１０のスイッチをオンにすると、制御部２２は、ボイスコイル型アクチュエータ２４を、人体との接触面と略平行な振動方向に振動させ、かつ、振動方向に対応する挙動方向に振動より大きく挙動させるように、複数の周波数を有する複合波である制御信号をボイスコイル型アクチュエータ２４に出力する。

このとき、ボイスコイル型アクチュエータ２４は、振動方向に微小に振動しながら、挙動方向に挙動する。これにより、振動させる箇所を変えながら、人体に振動を与えることができる。

また、ユーザが、リモコン等の遠隔操作で、振動装置１０の挙動速度を速くすると、制御部２２は、制御信号の周波数を、ボイスコイル型アクチュエータ２４の共振周波数Ｆ_０に近い周波数とし、ボイスコイル型アクチュエータ２４の挙動方向の挙動を速くする。

また、ユーザが、リモコン等の遠隔操作で、振動装置１０の挙動速度を遅くすると、制御部２２は、制御信号の周波数を、ボイスコイル型アクチュエータ２４の共振周波数から離れた周波数（Ｆ_０±５Ｈｚ）とし、ボイスコイル型アクチュエータ２４の挙動方向の挙動を遅くする。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る振動装置によれば、ボイスコイル型アクチュエータを振動方向に振動させ、かつ、振動方向に対応する挙動方向に挙動させることにより、挙動させる機構を設けることなく、振動させる箇所を変えながら、人体に振動を与えることができる。人体の同じ個所に振動を与え続けると、その振動を感じにくくなる。ボイスコイル型アクチュエータの前後挙動により、振動する箇所を変える事で、振動を感じにくくなる、という問題を解決することができる。また、ボイスコイル型アクチュエータは、ボイスコイル型アクチュエータ自体の振動で前後挙動するため、別途前後挙動させる機構は不要である。

また、本発明の実施の形態では、ボイスコイル型アクチュエータを用いるため、広い周波数帯域での制御が可能である。また、同時に複数の周波数帯域で制御が可能である。これにより、人体の異なる小体に同時に刺激を与えることができる。具体的には、パチニ小体は１００Ｈｚ以上、マイスナー小体は１００Ｈｚ以下の周波数で刺激を受けやすいため、これらの周波数帯域を複合した制御信号で振動を与えることにより、人体の異なる小体に同時に刺激を与えることができる。

また、制御信号には、サイン波の複合波が、複数の周波数帯域で含まれる。矩形波を使用すると、ボイスコイル型アクチュエータの駆動時に物理的な音が発生してしまうため、音を抑制するために、ローパスフィルタを用いて、矩形波をサイン波の複合波にした。

また、挙動速度の変更を、周波数の変更で行うことにより、前後挙動を止めつつ、アクチュエータの振動を継続させることができる。

また、ボイスコイル型アクチュエータにおいて、ダンパ（板バネ）が対に設けられている。これにより、振動の差を生みやすい、つまり前進・後進挙動の制御がしやすい。

また、ボイスコイル型アクチュエータがシリンダ型（柱型）で構成されている。これにより、ボイスコイル型アクチュエータが大きい挙動において好適な形状となる。

また、ボイスコイル型アクチュエータの可動子には、マグネット、ヨーク、錘が設けられている。これにより、好適な磁束、重さが得られて、最適な振動が得られる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

例えば、上記の実施の形態では、振動体として、ボイスコイル型アクチュエータを用いた場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、ボイスコイル型アクチュエータ以外のアクチュエータを用いてもよい。例えば、ソレノイドや、リニアアクチュエータ等が含まれる。

本発明は、振動を利用する電動理美容器具にも用いることもできる。例えば、洗顔ブラシ、美顔マッサージ器等が含まれる。

１０振動装置
１２筐体
２０電源部
２２制御部
２４ボイスコイル型アクチュエータ
３０マイクロコンピュータ
３２記憶素子
３４増幅回路

Claims

人体へ振動を与えるための振動体と、
制御信号に応じて、前記振動体を振動させ、かつ、挙動させるように、複数の周波数帯域を有する複合波である前記制御信号を前記振動体に出力する制御部と、
を含む振動装置。
前記制御信号は、正の波形と負の波形とからなる１周期の波形を含む信号であって、
前記正の波形の面積及び前記負の波形の面積の何れか一方が他方より大きい
請求項１記載の振動装置。
前記制御信号の、前記正の波形及び前記負の波形は、矩形波である
請求項２記載の振動装置。
前記制御信号の、前記正の波形及び前記負の波形は、
ローパスフィルタを用いて生成された信号である請求項２又は請求項３記載の振動装置。
前記制御信号は、正の波形と負の波形とからなる１周期の波形を繰り返す信号であって、複数周期の波形からなる第１群を含み、
前記第１群の１周期の波形の各々は、前記正の波形の面積及び前記負の波形の面積の何れか一方が他方より大きい
請求項１～請求項４の何れか１項記載の振動装置。
前記制御信号は、正の波形と負の波形とからなる１周期の波形を繰り返す信号であって、複数周期の波形からなる第１群と、複数周期の波形からなる第２群と、を含み、
前記第１群の１周期の波形の各々は、前記正の波形の面積及び前記負の波形の面積の何れか一方が他方より大きく、
前記第２群の１周期の波形の各々は、前記正の波形の面積及び前記負の波形の面積の何れか一方が他方より小さい
請求項５振動装置。
前記制御部は、挙動速度に応じて、前記制御信号の電圧及び周波数の少なくとも一方を変化させる請求項１～請求項６の何れか１項記載の振動装置。
前記制御部は、前記挙動速度を速くするときに、前記制御信号の周波数を、前記振動体の共振周波数に近い周波数とし、
前記挙動速度を遅くするときに、前記制御信号の周波数を、前記振動体の共振周波数から離れた周波数とする請求項７項記載の振動装置。
前記制御部は、前記挙動速度を速くするときに、前記制御信号の電圧を大きくし、
前記挙動速度を遅くするときに、前記制御信号の電圧を小さくする請求項７項記載の振動装置。
前記振動体は、アクチュエータである請求項１～請求項９の何れか１項記載の振動装置。
前記振動体は、ボイスコイル型アクチュエータ、ソレノイド、又はリニアアクチュエータである請求項１０記載の振動装置。
前記振動体は、人体をマッサージするための振動を与える請求項１～請求項１１の何れか１項記載の振動装置。