JP5991674B2 - 流体封入式アクチュエータおよび流体封入式アクチュエータを用いたマッサージ機 - Google Patents
流体封入式アクチュエータおよび流体封入式アクチュエータを用いたマッサージ機 Download PDFInfo
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Description
(5)第5の手段は、「前記流体封入式アクチュエータは、共振コンデンサを有し、前記共振コンデンサは、前記誘導コイルの始点と終点との間に接続される流体封入式アクチュエータ」を含む。
(7)第7の手段は、「前記流体封入式アクチュエータは、複数の前記可動子および前記複数の可動子のうちの隣り合う前記可動子との間に可動子間保温材を有する流体封入式アクチュエータ」を含む。
(9)第9の手段は、「前記高周波信号は、前記低周波信号が励磁する前記圧縮セルに対する前記圧縮セルを励磁する期間が前記圧縮セルを励磁しない期間よりも長い流体封入式アクチュエータ」を含む。
(11)第11の手段は、「前記流体封入式アクチュエータは、検知部を有し、前記検知部は、前記可動子の発熱量を検知し、前記制御部は、前記検知部の検知信号に基づいて前記高周波信号のパルス幅および単位時間あたりのパルス数の少なくとも一方を変更する流体封入式アクチュエー」を含む。
図1を参照して、マッサージ機1の構成について説明する。
マッサージ機1は、流体封入式アクチュエータとしてのアクチュエータ10、制御装置50、およびケーブル12を有する。ケーブル12は、アクチュエータ10と制御装置50とを電気的に接続する。アクチュエータ10は、支持基板11上に配置された変位ユニット20を有する。制御装置50は、制御部60および電源部51を有する。電源部51は、制御部60およびアクチュエータ10に動作電圧を与える。
以下、第1圧縮セル30A、第2圧縮セル30B、第3圧縮セル30C、および第4圧縮セル30Dを総称するとき、圧縮セル30と記す。また、第1圧縮セル30A、第2圧縮セル30B、第3圧縮セル30C、および第4圧縮セル30Dに対応して4つの要素を有し、符号にA、B、C、およびDが付される構成要素を総称するとき、A、B、C、およびDを省略した符号で記す。
圧縮セル30の磁力発生部40は、磁力発生コア41および励磁コイル42を有する。励磁コイル42は、中央に空洞部43を有する環状に形成される。励磁コイル42は、磁力発生コア41の中央部に配置される。
可動子31は、例えば、鉄等の磁性を有する金属板状部材にて構成される。
磁力発生部40は、励磁コイル42に電流が供給されることにより磁界を生じる。電流を流したときの磁力線の方向が可動子31側に向かうよう励磁コイル42の巻線方向を設定することにより、磁力発生部40が磁界を生じるとき、可動子31は、流体封入袋21側へ引き寄せられるように移動する。
第2磁力発生部40B〜第4磁力発生部40Dと対をなす第2可動子31B〜第4可動子31Dは、第2磁力発生部40B〜第4磁力発生部40Dに吸引されて流体封入袋21の一部を押圧する。このため、流体封入袋21は、励磁されない第1磁力発生部40Aの位置に第1出力膨張部22Aが形成される。出力膨張部22は、流体封入袋21の一部が膨張して最も突出した位置を含む部分と規定される。
第1可動子31A、第3可動子31C、および第4可動子31Dは、第1磁力発生部40A、第3磁力発生部40C、および第4磁力発生部40Dに吸引されて流体封入袋21の一部を押圧する。このため、流体封入袋21は、励磁されない第2磁力発生部40Bの位置に第2出力膨張部22Bが形成される。
出力膨張部22は、膨張するときの膨張力により膨出力を形成する。マッサージ機1は、アクチュエータ10の出力膨張部22の膨出力を押圧力として利用する。マッサージ機1は、出力膨張部22の膨張と収縮の繰り返し、および出力膨張部22の形成位置の変更により、使用者の施療部位に対して押圧による刺激を付与する。
磁力発生部40が有する励磁コイル42に矢印で示される方向の電流を流すことにより、励磁コイル42は、可動子31方向に向かう磁束44を発生する。磁束44は、可動子31と交差する。励磁コイル42に流す電流をパスル状とするとき、励磁コイル42は、電流パルスに応じて磁束44の発生および消滅を繰り返す。磁束44が発生および消滅を繰り返すとき、可動子31は、交差する磁束が変化して渦電流32が生じる。可動子31に生じる渦電流32は、可動子31の温度を上昇させる。
可動子31の上昇温度は、単位時間あたりの渦電流の発生回数に依存する。このため、可動子31の上昇温度は、励磁コイル42に流すパスル電流の周波数に依存する。マッサージ機1が温熱刺激を与えるとき、制御装置50は、磁力発生部40に対して高周波信号を出力する。制御装置50が磁力発生部40に対して出力する高周波信号は、100Hz〜10KHzの周波数とされる。
制御部60は、磁力発生部40に供給する制御信号の信号レベルおよび変化タイミングを変更して、マッサージ機1のマッサージモードを変更する。
制御装置50の制御部60は、制御回路61、高周波信号発生部62、励磁信号生成部63、および駆動部70を有する。
励磁信号生成部63は、制御回路61が出力するモード制御信号MODEに基づいて、第1励磁信号EXA、第2励磁信号EXB、第3励磁信号EXC、および第4励磁信号EXDを生成して駆動部70に出力する。励磁信号生成部63は、制御回路61が出力する低周波信号LFSおよび高周波信号発生部62が出力する高周波信号HFSを用いて、第1励磁信号EXA〜第4励磁信号EXDを生成する。
第1駆動回路71Aを例として回路構成について説明する。第1駆動回路71Aは、駆動トランジスタ72および駆動部ダイオード73を有する。駆動トランジスタ72は、第1励磁信号EXAに基づいて第1励磁コイル42Aを駆動する。駆動トランジスタ72が第1励磁コイル42Aを駆動するとき、駆動トランジスタ72は、電源部51が出力する安定化電圧VRからの電流を第1励磁コイル42Aに供給する。駆動部ダイオード73は、第1励磁コイル42Aが発生する逆起電力により駆動トランジスタ72が劣化するのを抑制する。
図6は、マッサージ機1を押圧刺激モードとして動作させるときの励磁信号生成部63の第1処理形態が示されている。
図7は、マッサージ機1の動作タイミング図が示されている。
励磁信号生成部63は、制御回路61が出力するモード制御信号MODEに基づいて、高周波信号発生部62が出力する高周波信号HFSを、第1励磁信号EXA〜第4励磁信号EXDとして出力する。
図9は、マッサージ機1の動作タイミング図示されている。マッサージ機1は、流体封入袋21の出力膨張部22を形成せずに、高周波信号HFSにより発生する渦電流32により可動子31を加熱する。
磁力発生部40が磁束44を発生するとき、可動子31は、流体封入袋21側に吸引される。しかしながら、磁力発生部40が磁束44を発生する期間が短いため、可動子31は、移動する距離が極めて小さい。また、高周波信号HFSの繰り返し周期が出力膨張部の応答時間より短いため、流体封入袋21の変形量は、極めて小さい。また、流体封入袋21の変形量は、すべての可動子31が同じタイミングで流体封入袋21側に吸引されるため極めて小さく、使用者が感じるものではない。
励磁信号生成部63は、制御回路61のモード制御信号MODEに基づいて、制御回路61が発生する低周波信号LFSと高周波信号発生部62が出力する高周波信号HFSとの排他論理和演算(EXOR)処理64を行う。励磁信号生成部63は、排他論理和演算(EXOR)結果を第1励磁信号EXA〜第4励磁信号EXDとして出力する。
図11は、図7に示される動作と同様に、t11〜t21の期間で、流体封入袋21の第1圧縮セル30Aの位置に第1出力膨張部22Aを形成する動作が示されている。
第2励磁信号EXB〜第4励磁信号EXDは、第2膨張制御信号EPB〜第4膨張制御信号EPDのハイレベル期間において、高周波信号HFSの反転信号と等価な信号が出力される。また、第2励磁信号EXB〜第4励磁信号EXDは、第2膨張制御信号EPB〜第4膨張制御信号EPDのローレベル期間において、高周波信号HFSと等価な信号が出力される。したがって、第2励磁信号EXB〜第4励磁信号EXDは、期間t0〜t11およびt21以降において、高周波信号HFSと等価な信号が出力される。第2励磁信号EXB〜第4励磁信号EXDは、期間t12〜t13において、高周波信号HFSの反転信号と等価な信号が出力される。また、第2励磁信号EXB〜第4励磁信号EXDは、t11〜t12およびt13〜t21の期間において、第2膨張制御信号EPB〜第4膨張制御信号EPDの信号レベルに応じて高周波信号HFSまたは高周波信号HFSの反転信号と等価な信号が出力される。
図12(a)は、図11に示されるt0〜t11の期間内である11Xの拡大波形が示されている。
時刻t12〜時刻t13の期間内において、高周波信号HFSの第2ハイレベルパルス幅tPH2は、第2ローレベルパルス幅tPL2よりも広い値に設定される。高周波信号HFSの第2ハイレベルパルス幅tPH2の期間は、第2励磁信号EXB〜第4励磁信号EXDが圧縮セル30を励磁する期間である。高周波信号HFSの第2ローレベルパルス幅tPL2の期間は、第2励磁信号EXB〜第4励磁信号EXDが圧縮セル30を励磁しない期間である。
図11に示される第1励磁信号EXA〜第4励磁信号EXDを用いて、磁力発生部40を駆動することにより、出力膨張部22の膨出力は、第1膨張制御信号EPA〜第4膨張制御信号EPDにより形成される値と等価になる。ただし、出力膨張部22の膨出力は、高周波信号HFSの影響による振動を含む。
図13(a)は、第1駆動回路71Aおよび第1励磁コイル42Aの回路構成が示されている。
図13(b)は、第1駆動回路71Aの駆動トランジスタ72が導通状態とされるときの等価回路が示されている。スイッチ74は、駆動トランジスタ72が等価的に表わされている。第1励磁コイル42Aのコイル45は、第1駆動回路71Aの駆動トランジスタ72が導通状態とされるとき、安定化電圧VRからスイッチ74を介して接地電位へと励磁電流48が流れる。
時刻t1において駆動トランジスタ72が導通状態から遮断状態に切り変ると、回生電流49は、短期間のインパルス電流として発生する。
回生電流49の電流量は、駆動トランジスタ72の単位時間あたりのスイッチング回数に比例する。このため、図11で示されるように、第2励磁信号EXB〜第4励磁信号EXDの高周波信号のハイレベルパルス幅およびローレベルパルス幅を変更させる場合においても、回生電流49は、繰り返し周期が同一であれば発生量は等しい。
図15は、図11に示される動作と同様に、高周波信号HFSを用いて可動子31を発熱させるともに、t11〜t21の期間で、流体封入袋21の第1圧縮セル30Aの位置に第1出力膨張部22Aを形成する動作が示されている。
アクチュエータ10の変位ユニット20は、可動子31の膨出側面に検知部38を有する。検知部38は、例えば、温度センサを備える。検知部38は、温度センサを備えることにより、可動子31の温度を検知して検知信号を出力する。
励磁信号生成部63は、制御回路61のモード制御信号MODEに基づいて、高周波信号発生部62が出力する高周波信号HFSの論理否定演算(INV)を行う。励磁信号生成部63は、制御回路61のモード制御信号MODEに基づいて、制御回路61が発生する低周波信号LFSと論理否定演算(INV)結果との論理積演算(AND)を行う。励磁信号生成部63は、論理否定演算(INV)および論理積演算(AND)処理65の結果を第1励磁信号EXA〜第4励磁信号EXDとして出力する。
図18は、図11に示される動作と同様に、t11〜t21の期間で、流体封入袋21の第1圧縮セル30Aの位置に第1出力膨張部22Aを形成する動作が示されている。
励磁信号生成部63は、制御回路61のモード制御信号MODEに基づいて、制御回路61が発生する低周波信号LFSと高周波信号発生部62が出力する高周波信号HFSとの論理和演算(OR)を行う。励磁信号生成部63は、論理和演算(OR)処理66の結果を第1励磁信号EXA〜第4励磁信号EXDとして出力する。
図20は、図18に示される動作と同様に、t11〜t21の期間で、流体封入袋21の第1圧縮セル30Aの位置に第1出力膨張部22Aを形成する動作が示されている。
(1)マッサージ機1は、アクチュエータ10および制御装置50を有する。アクチュエータ10は、複数の圧縮セル30および流体が封入された流体封入袋21を有する。圧縮セル30は、磁力発生部40および可動子31を有する。制御装置50の制御部60は、制御回路61、高周波信号発生部62、および励磁信号生成部63を有する。制御回路61は、流体封入袋21に出力膨張部22を形成する低周波信号LFSを出力する。高周波信号発生部62は、可動子31を加熱する高周波信号HFSを出力する。励磁信号生成部63は、制御回路61からのモード制御信号MODEに基づいて低周波信号LFSおよび高周波信号HFSを用いて磁力発生部40を駆動する信号を出力する。この構成によれば、磁力発生部40は、制御回路61が出力する低周波信号LFSに基づいて励磁されるとき可動子31を吸引して出力膨張部22を形成する。また、磁力発生部40は、高周波信号HFSに基づいた磁束を発生して可動子31を発熱させる。このため、アクチュエータ10は、出力膨張部22の膨出力および可動子31の熱エネルギーを出力することができる。このため、マッサージ機1は、アクチュエータ10の膨出力および熱エネルギーを用いて、温熱刺激付与を含む多様なマッサージ形態使用者に提供することができる。
第2実施形態のマッサージ機1は、第1実施形態のマッサージ機1と比較して以下の部分において異なる構成を有し、その他の部分において同一の構成を有する。第1実施形態のマッサージ機1と共通する構成については同一の符号を付して、その説明の一部または全部を省略する。
図21を参照して、変位ユニット20の構成について説明する。
第1誘導コイル34Aは、磁力発生部40の励磁コイル42が出力する磁束44の変化周波数と、第1誘導コイル34Aのインダクタンスと第1共振コンデンサ35Aのキャパシタンスに基づいて決定される共振周波数とが一致するとき、効率よく誘導電流を発生する。
第3実施形態のマッサージ機1は、第1実施形態のマッサージ機1と比較して以下の部分において異なる構成を有し、その他の部分において同一の構成を有する。第1実施形態のマッサージ機1と共通する構成については同一の符号を付して、その説明の一部または全部を省略する。
図22(a)は、アクチュエータ10の変位ユニット80が可動子31の膨出側面に熱伝導性シート23を、可動子31の流体封入袋21側面に断熱部材としての断熱性シート25を有する構成が示されている。
図23(a)に示されるように、アクチュエータ10の変位ユニット80は、可動子31の膨出側面に熱伝導性シート23を、流体封入袋21と磁力発生部40との間に断熱部材としての断熱性板24を有する。
断熱性板24を構成する材料は、発泡スチロールに限られない。高い断熱性を有する材料としては、例えば、ガラス板およびプラスチック板が用いられる。または、その他の材料とされる。
(10)アクチュエータ10の変位ユニット80は、熱伝導性シート23および断熱性シート25を有する。熱伝導性シート23は、可動子31の膨出側面に配置される。断熱性シート25は、可動子31の流体封入袋21側面に配置される。この構成によれば、アクチュエータ10は、可動子31を加熱した熱エネルギーをアクチュエータ10の表面に均一に分散させることができる。このため、アクチュエータ10は、表面の全体の温度を均一とすることができる。また、アクチュエータ10は、可動子31を加熱した熱エネルギーが流体封入袋21側に伝わるのを抑制することができる。このため、アクチュエータ10は、可動子31を加熱した熱エネルギーの保温効果を高めることができる。
第4実施形態のマッサージ機1は、第1実施形態のマッサージ機1と比較して以下の部分において異なる構成を有し、その他の部分において同一の構成を有する。第1実施形態のマッサージ機1と共通する構成については同一の符号を付して、その説明の一部または全部を省略する。
図24(a)に示されるように、アクチュエータ10の変位ユニット20は、磁力発生部40および可動子31を有する複数の圧縮セル30を有する。可動子31は可動子保温材36で覆われた構成を有する。
可動子保温材36を構成する材料としては、シリコンゲルに限られない。高い保温力を有する軟性材料としては、例えば、フッ素ゲルおよびポリウレタンが用いられる。または、その他の材料とされる。
(12)アクチュエータ10の変位ユニット20は、対となる磁力発生部40および可動子31を備えた複数の圧縮セル30を有する。変位ユニット20は、可動子保温材36を有する。可動子31は、可動子保温材36に覆われる。この構成によれば、アクチュエータ10は、可動子31を加熱した熱エネルギーが周囲に伝わるのを抑制することができる。このため、アクチュエータ10は、可動子31を加熱した熱エネルギーの保温効果を高めることができる。
第5実施形態のマッサージ機1は、第4実施形態のマッサージ機1と比較して以下の部分において異なる構成を有し、その他の部分において同一の構成を有する。第4実施形態のマッサージ機1と共通する構成については同一の符号を付して、その説明の一部または全部を省略する。
図25(a)に示されるように、アクチュエータ10の変位ユニット90は、磁力発生部40および可動子31を有する複数の圧縮セル30を有する。複数の可動子31は隣り合う可動子31との間に可動子間保温材37を有する。
可動子間保温材37を構成する材料としては、シリコンゲルに限られない。高い保温力を有する軟性材料としては、例えば、フッ素ゲルおよびポリウレタンが用いられる。または、その他の材料とされる。
本流体封入式アクチュエータおよび本流体封入式アクチュエータを用いたマッサージ機は、第1〜第5実施形態以外の実施形態を含む。以下、本流体封入式アクチュエータおよび本流体封入式アクチュエータを用いたマッサージ機のその他の実施形態としての第1〜第5実施形態の変形例を示す。なお、以下の各変形例は、互いに組み合わせることもできる。
Claims (15)
- 流体封入式アクチュエータであって、
前記流体封入式アクチュエータは、変位ユニットおよび制御部を有し、
前記変位ユニットは、流体封入袋、流体、および圧縮セルを有し、
前記流体は、前記流体封入袋の内部に封入され、
前記圧縮セルは、前記流体封入袋に取り付けられた可動子、および励磁されることにより前記可動子を吸引する磁力発生部を有し、
前記制御部は、低周波信号および高周波信号の少なくとも一方を出力して前記磁力発生部を励磁し、
前記可動子は、前記磁力発生部が前記低周波信号により励磁されるとき前記流体封入袋に出力膨張部を形成し、前記磁力発生部が前記高周波信号により励磁されるとき、前記磁力発生部が前記低周波信号により励磁されるときよりも高い熱エネルギーを出力する
流体封入式アクチュエータ。 - 前記可動子は、膨出側面および流体封入袋側面を有し、
前記流体封入式アクチュエータは、前記可動子の前記膨出側面に熱伝導性シートを有し、前記可動子の流体封入袋側面および前記磁力発生部と前記流体封入袋との間の少なくとも一方に断熱部材を有する
請求項1に記載の流体封入式アクチュエータ。 - 前記可動子は、膨出側面および流体封入袋側面を有し、
前記圧縮セルは、前記可動子の前記膨出側面および前記流体封入袋側面の少なくとも一方に誘導コイルを有し、
前記誘導コイルは、前記磁力発生部が前記高周波信号により励磁されるとき、前記磁力発生部が前記低周波信号により励磁されるときよりも高い熱エネルギーを出力する
請求項1に記載の流体封入式アクチュエータ。 - 前記誘導コイルは、始点と終点が短絡される
請求項3に記載の流体封入式アクチュエータ。 - 前記流体封入式アクチュエータは、共振コンデンサを有し、
前記共振コンデンサは、前記誘導コイルの始点と終点との間に接続される
請求項3に記載の流体封入式アクチュエータ。 - 前記流体封入式アクチュエータは、可動子保温材を有し、
前記可動子は、前記可動子保温材に覆われる
請求項1〜5のいずれか一項に記載の流体封入式アクチュエータ。 - 前記流体封入式アクチュエータは、複数の前記可動子および前記複数の可動子のうちの隣り合う前記可動子との間に可動子間保温材を有する
請求項1〜6のいずれか一項に記載の流体封入式アクチュエータ。 - 前記流体封入式アクチュエータは、前記流体として水および磁性流体の少なくも一方を有する
請求項1〜7のいずれか一項に記載の流体封入式アクチュエータ。 - 前記高周波信号は、前記低周波信号が励磁する前記圧縮セルに対する前記圧縮セルを励磁する期間が前記圧縮セルを励磁しない期間よりも長い
請求項1〜8のいずれか一項に記載の流体封入式アクチュエータ。 - 前記制御部は、前記高周波信号のパルス幅および単位時間あたりのパルス数の少なくとも一方を変更する
請求項1〜9のいずれか一項に記載の流体封入式アクチュエータ。 - 前記流体封入式アクチュエータは、検知部を有し、
前記検知部は、前記可動子の発熱量を検知し、
前記制御部は、前記検知部の検知信号に基づいて前記高周波信号のパルス幅および単位時間あたりのパルス数の少なくとも一方を変更する
請求項1〜10のいずれか一項に記載の流体封入式アクチュエータ。 - 前記制御部は、前記低周波信号により前記磁力発生部を励磁している期間に前記高周波信号により前記磁力発生部を励磁する
請求項1〜11のいずれか一項に記載の流体封入式アクチュエータ。 - 前記制御部は、前記低周波信号による前記磁力発生部の励磁を行わない期間に前記高周波信号により前記磁力発生部を励磁する
請求項1〜12のいずれか一項に記載の流体封入式アクチュエータ。 - 前記流体封入式アクチュエータは、第1動作モードおよび第2動作モードを有し、
前記第1動作モードは、前記制御部が前記低周波信号および前記高周波信号を含む信号を出力し、
前記第2動作モードは、前記制御部が前記低周波信号を含まずに前記高周波信号を含む信号を出力する
請求項1〜13のいずれか一項に記載の流体封入式アクチュエータ。 - 請求項1〜14のいずれか一項に記載の流体封入式アクチュエータを有するマッサージ機。
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