特開 2022-154373 振動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022154373

(43)【公開日】2022-10-13

(54)【発明の名称】振動装置

(51)【国際特許分類】

   B06B 1/04 20060101AFI20221005BHJP

   A61H 23/02 20060101ALI20221005BHJP

【ＦＩ】

B06B1/04 Z

A61H23/02 352

A61H23/02 330

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021057388

(22)【出願日】2021-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】000112565

【氏名又は名称】フォスター電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】特許業務法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】柴田 雅之

【テーマコード（参考）】

4C074

5D107

【Ｆターム（参考）】

4C074BB01

4C074CC01

4C074CC11

4C074DD04

5D107AA06

5D107AA07

5D107BB07

5D107BB08

5D107CC08

5D107CD03

5D107CD08

(57)【要約】

【課題】本発明は、刺激を継続させるように振動を人体に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と、制御信号に応じて、ボイスコイル型アクチュエータ２４を振動させるように、周波数帯域を有する波形を含む信号であって、周波数帯域のピーク周波数が時間的に変化す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

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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るように、周波数帯域を有する波形を含む信号であって、前記周波数帯域のピーク周波数が時間的に変化す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。

【請求項2】

前記制御信号は、前記ピーク周波数が、連続的に変化する請求項１記載の振動装置。

【請求項3】

前記制御信号は、前記ピーク周波数が、所定範囲内で繰り返し変化する請求項２記載の振動装置。

【請求項4】

前記振動体は、アクチュエータである請求項１～請求項３の何れか１項記載の振動装置。

【請求項5】

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４記載の振動装置。

【請求項6】

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５の何れか１項記載の振動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

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）。

【0003】

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。

【0004】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１１－３３２９３８号公報

【特許文献2】特開２０００－５２５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ここで、マッサージ用途の振動体として、安価な振動モータ（例えば、ＥＲＭ（Eccentric Rotating Mass））を用いるのが一般的である。このＥＲＭには周波数の時間変化がない、あるいはほとんどない。

【0007】

よって、ＥＲＭにより人体に振動を与える場合には、触覚受容器順応性により感覚が麻痺し、刺激が維持できない。また、より強い刺激を求めて過大な振動力のモータが実装されることが多い。

【0008】

本発明は上記事実を考慮して、刺激を継続させるように振動を人体に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。

【課題を解決するための手段】

【0009】

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るように、周波数帯域を有する波形を含む信号であって、前記周波数帯域のピーク周波数が時間的に変化す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。

【0010】

本発明によれば、制御部は、制御信号に応じて、前記振動体を振動させるように、周波数帯域を有する波形を含む信号であって、前記周波数帯域のピーク周波数が時間的に変化する前記制御信号を前記振動体に出力する。

【0011】

このように、周波数帯域のピーク周波数が時間的に変化する前記制御信号を前記振動体に出力することにより、刺激を継続させるように振動を人体に与えることができる。

【0012】

また、上記の発明に係る前記制御信号は、前記ピーク周波数が、連続的に変化する、とすることができる。

【0013】

また、上記の発明に係る前記制御信号は、前記ピーク周波数が、所定範囲内で繰り返し変化する、とすることができる。

【0014】

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。

【0015】

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。

【発明の効果】

【0016】

以上説明したように、本発明の振動装置によれば、周波数帯域のピーク周波数が時間的に変化する前記制御信号を前記振動体に出力することにより、刺激を継続させるように振動を人体に与えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】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。

【図2】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。

【図3A】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。

【図3B】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。

【図4】正弦波である制御信号の例を示す図である。

【図5】制御信号のピーク周波数を連続的に変化させる方法を説明するための図である。

【図6】実験結果を示す図である。

【図7】実験で用いた各制御信号における加速度測定結果を示す図である。

【図8】偏心モータとボイスコイル型アクチュエータとにおける、振動周波数と振動加速度との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

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。

【0019】

＜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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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５２ａ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５２ｂは一体化されている。第１マス５２ａ、第２マス５２ｂ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。

【0028】

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５２ａ及び第２マス５２ｂ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。

【0029】

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。

【0030】

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５２ａ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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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５２ｂ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。

【0036】

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はボイスコイル型アクチュエータ２４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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

例えば図３Ｂ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３Ｂ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３Ｂにおける左方）への推力が発生する。

【0040】

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。

【0041】

記憶素子３２は、複数の周波数について、正弦波である１周期の基準波形のデータを記憶している。

【0042】

マイクロコンピュータ３０は、記憶素子３２に記憶された複数の周波数の基準波形のデータを用いて、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るように、周波数帯域を有する波形を含む信号であって、周波数帯域のピーク周波数が、時間的に変化す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。

【0043】

具体的には、マイクロコンピュータ３０は、複数の周波数の各々について、基準波形である正弦波を制御信号として生成する（図４）。

【0044】

そして、マイクロコンピュータ３０は、制御信号のピーク周波数を、下限と上限の範囲内で連続的に繰り返し変化させる（図５）。図５では、制御信号のピーク周波数を、下限と上限の範囲内で連続的に繰り返し変化させて、ピーク周波数が低い制御信号と、ピーク周波数が高い制御信号と、を交互に繰り返す例を示している。

【0045】

また、ピーク周波数の下限は、例えば、１５Ｈｚであり、ピーク周波数の上限は、例えば、８００Ｈｚである。これにより、触覚受容器のマイスナー小体が刺激を受けやすい15～100Hzと、パチニ小体が刺激を受けやすい100～800Hzとを含む周波数範囲を交互に連続的に刺激することにより、刺激を継続させるように振動を人体に与えることができる。

【0046】

＜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るように、周波数帯域を有する波形を含む信号であって、周波数帯域のピーク周波数が、時間的に変化す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。

【0047】

このとき、ボイスコイル型アクチュエータ２４は、ピーク周波数を連続的に変化させた振動を人体に与えることができる。

【0048】

このように、ピーク周波数を変化させて振動を人体に与えることで、振動位置を同じ場所に維持しても人体が振動刺激を感じ続けることができる。

【0049】

＜実験結果＞
上記の実施の形態で説明した振動装置で被験者に振動を与えた際の効果を評価するために実験を行った結果を説明する。

【0050】

偏心モータを搭載した既存のマッサージ器で被験者に振動を与えた後、上記の実施の形態で説明した振動装置を用いて、以下の表に示す１３種類の制御信号で被験者に振動を与え、被験者の主観により、振動刺激の強さを評価してもらった。

【0051】

【表1】

【0052】

上記の表に示すように、１３種類の制御信号は、６０Ｈｚの正弦波である制御信号（Ｎｏ．１）、１００Ｈｚの正弦波である制御信号（Ｎｏ．２）、１６０Ｈｚの正弦波である制御信号（Ｎｏ．３）、６０Ｈｚの正弦波を断続的に繰り返す制御信号（Ｎｏ．４）、１００Ｈｚの正弦波を断続的に繰り返す制御信号（Ｎｏ．５）、正弦波の周波数を６０Ｈｚから１００Ｈｚへ連続的に変化させることを繰り返す制御信号（Ｎｏ．６）、正弦波の周波数を１００Ｈｚから６０Ｈｚへ連続的に変化させることを繰り返す制御信号（Ｎｏ．７）、６０Ｈｚと１００Ｈｚとの間の範囲で往復するように正弦波の周波数を連続的に変化させることを繰り返す制御信号（Ｎｏ．８）、６０Ｈｚと６４Ｈｚの正弦波を合成した複合波である制御信号（Ｎｏ．９）、６０Ｈｚと８５Ｈｚの正弦波を合成した複合波である制御信号（Ｎｏ．１０）、１１５Ｈｚと１４０Ｈｚの正弦波を合成した複合波である制御信号（Ｎｏ．１１）、６０Ｈｚと６０．５Ｈｚの正弦波を合成した複合波である制御信号、Ｂｌｏｗｉｎノイズである制御信号、及び４０Ｈｚの正弦波を断続的に繰り返す制御信号を交互に繰り返す制御信号（Ｎｏ．１２）、６０Ｈｚから１００Ｈｚまでの範囲で正弦波の周波数をランダムに変化させることを繰り返す制御信号（Ｎｏ．１３）である。Ｎｏ．１～Ｎｏ．３の制御信号が、一定の振動である単純振動を与える制御信号である。Ｎｏ．４～Ｎｏ．１３の制御信号が、振動が変化するパターン振動を与える制御信号である。

【0053】

被験者は２６歳～５８歳の１５名の男性とした。また、騒音情報を遮断するため、イヤーマフを装着状態にて体感と評価を行った。また、被験者は、既存のマッサージ器及び振動装置の各々を握った状態で、人差し指のみ先端部を触っている状態で、体感と評価を行った。

【0054】

結果として、図６に示すように、周波数を連続的に変化させる制御信号（Ｎｏ．６～Ｎｏ．８）で、刺激が強い傾向が観察された。このように、ボイスコイル型アクチュエータがパターン振動を与えるときの低域再生能力と応答性の速さが、マッサージの刺激向上に寄与することが確認できた。また、周波数をランダムに変化させる制御信号（Ｎｏ．１３）と比較して、周波数を連続的に変化させる制御信号（Ｎｏ．６～Ｎｏ．８）の方が、振動刺激を感じ続けることができるが分かる。

【0055】

また、図７に、Ｎｏ．１～Ｎｏ．１３の各制御信号における加速度測定結果を示す。また、図８に、偏心モータとボイスコイル型アクチュエータとにおける、振動周波数と振動加速度との関係を示す。このように、ボイスコイル型アクチュエータでは、低域再生能力が高いことが分かる。

【0056】

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、周波数帯域のピーク周波数が時間的に変化する制御信号をボイスコイル型アクチュエータに出力することにより、刺激を継続させるように振動を人体に与えることができる。また、制御信号の周波数帯域のピーク周波数を連続的に変化させることにより、より強い刺激を継続させるように振動を人体に与えることができる。

【0057】

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。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含む周波数範囲で、制御信号のピーク周波数を繰り返し変化させて振動を与えることにより、人体の異なる小体に刺激を与え、刺激を継続させることができる。

【0058】

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、低周波の振動を生みやすい、つまり低周波の振動の制御がしやすい。

【0059】

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低周波の振動において好適な形状となる。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【符号の説明】

【0064】

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

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】