マッサージ機
【課題】 ブラシレスＤＣモータを用いたマッサージ機において、モータの騒音による不快感を低減すると共に、モータの回転速度を正確に制御する。
【解決手段】
ガイドレール２２に沿って上下動される駆動ユニット３０と、駆動ユニット３０を上下動させる第１モータ１１と、互いに逆方向に往復駆動される施療子ベース３Ａ、３Ｂと、施療子ベースを互いに逆方向に往復駆動させる第２モータ１２と、施療子ベース保持された施療子２と、施療子２を椅子の背もたれに対して略直交する面内で駆動させる第３モータ１３と、各モータを独立して駆動する制御回路２５を備え、各モータはブラシレスＤＣモータであり、制御回路２５は、モータの回転速度に応じて、モータへの通電方式を少なくとも２以上の通電方式の中からいずれか１つを選択して切り換える。
【解決手段】
ガイドレール２２に沿って上下動される駆動ユニット３０と、駆動ユニット３０を上下動させる第１モータ１１と、互いに逆方向に往復駆動される施療子ベース３Ａ、３Ｂと、施療子ベースを互いに逆方向に往復駆動させる第２モータ１２と、施療子ベース保持された施療子２と、施療子２を椅子の背もたれに対して略直交する面内で駆動させる第３モータ１３と、各モータを独立して駆動する制御回路２５を備え、各モータはブラシレスＤＣモータであり、制御回路２５は、モータの回転速度に応じて、モータへの通電方式を少なくとも２以上の通電方式の中からいずれか１つを選択して切り換える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、施療子を３次元的な軌跡を描くように駆動させてさまざまな施療を行うマッサージ機に関する。
【背景技術】
【０００２】
もみ球と呼ばれる略球状の施療子を３次元的な軌跡を描くように駆動させるマッサージ機では、例えば独立して駆動される３つのモータを用い、施療子の椅子の背もたれに沿った上下動、椅子の幅方向の往復動（幅調節）及び椅子の背もたれに略直交する面での旋回動（前後動）を組み合わせて、指圧、もみ及び背筋伸ばしなどの施療を行っている。さらに、近年では、施療子の３次元動作（手技と呼ばれる）が複雑になり、それに伴って、モータを短時間のうちに低速回転と高速回転の間で切り換えたり、頻繁に正転と反転を切り換えたりする必要が生じている。
【０００３】
このようなマッサージ機の負荷は人体ということになるが、ユーザの体格や座り方などにより負荷が大きく変動する。さらに、施療中にユーザが体を動かしたりすると、それに伴って体重移動が起こるので、施療中における負荷変動も大きい。そのため、従来から、短時間のうちに回転速度や正転／反転の切り替えが可能であり、かつ高トルクのモータとして、ＤＣモータ、特にブラシ付きＤＣモータが広く用いられていた。一般的に、高トルクのブラシ付きＤＣモータは、その外形が大きく、かつ重量も重くなるという性質を有している。そのため、マッサージ機自体の小型軽量化は困難であった。また、小型のブラシ付きＤＣモータを用いたマッサージ機も存在するが、モータのトルクが小さく、十分な施療効果が得られにくいという問題がある。
【０００４】
一方で、メンテナンス性、耐久性及び小型化の面から、ブラシレスＤＣモータの使用も検討されている。ブラシレスＤＣモータは、小型で高トルク（大出力）のモータを実現することができる反面、負荷変動の大きなマッサージ機に使用すると新たな問題が生じる。具体的には、３相４極の一般的なブラシレスモータの場合、コギングによるトルク変動が大きいので、１２０度通電矩形波駆動を行うと、モータの騒音が大きくなる。この騒音は施療子を介して人体に伝わるため、特に首筋や肩など頭部に近い部分に施療する場合に、ユーザに不快感を与えることになる。一方、低騒音、低振動を重視する場合、正弦波駆動を行うことも考えられるが、ブラシレスＤＣモータのロータの回転角度を高精度に検出しなければならず、エンコーダなどを必要とするため、コストダウン及び小型軽量化を妨げる要因となる。また、正弦波駆動でブラシレスＤＣモータの制御を行う場合、電気角で１８０度刻みに通電しなければならないが、上記のようにマッサージ機に使用した場合は負荷が一定でないため、正弦波駆動ではブラシレスＤＣモータを起動させることができないか又はスムーズに起動させることが困難である。特に、モータの正転と反転の切り替えがスムーズに行われない場合、施療子の動きが瞬間的に停止するが、ユーザは敏感に施療子が停止したことを認識する。さらに、施療子が所定の３次元的軌跡を描くように駆動する場合、３つのモータを同期させて駆動させなければならないが、負荷変動などによってモータの出力軸の回転速度（以下、単にモータの回転速度とする）が所定の速度から外れると、施療子が本来の軌跡と異なる軌跡を描くように駆動される。そのため、ユーザにとって気持ちのよいマッサージ効果が得られない可能性がある。
【０００５】
なお、特許文献１は、省エネルギー化を目的として、空気調和機の圧縮機を高効率で駆動するためのブラシレスＤＣモータの駆動方法について開示している。だたし、空気調和機は、マッサージ機に比べて負荷変動が非常に小さいため、上記のような問題は生じない。
【特許文献１】特開２０００−３３３４６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、特に重負荷がかかる駆動軸を駆動するために小型高トルクのブラシレスＤＣモータを用いたマッサージ機において、エンコーダなどを用いることなく低コストで、かつモータの回転速度に応じて最適な駆動方法を選択してブラシレスＤＣモータを駆動することにより、モータの騒音による不快感を低減して、気持ちのよいマッサージ効果が得られるマッサージ機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】
【０００７】
上記目的を達成するために請求項１の発明はマッサージ機に関し、椅子と、前記椅子の背もたれに設けられたガイドレールに沿ってそれ自体が上下動する駆動ユニットと、前記駆動ユニットを前記ガイドレールに沿って上下動させる第１モータと、前記駆動ユニットに設けられ、前記椅子の幅方向に沿って互いに逆方向に往復駆動される一対の施療子ベースと、前記一対の施療子ベースを互いに逆方向に往復駆動させる第２モータと、前記一対の施療子ベースにそれぞれ保持され、その動作の主成分が前記椅子の背もたれに対して略直交する面内で駆動される施療子と、前記施療子を、その動作の主成分が前記椅子の背もたれに対して略直交するように駆動させる第３モータと、前記第１モータ、第２モータ及び第３モータをそれぞれ独立して駆動する制御回路を備え、前記第１モータ、第２モータ及び第３モータの少なくとも１つはブラシレスＤＣモータであり、前記制御回路は、前記ブラシレスＤＣモータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記回転速度検出手段により検出された回転速度に応じて、前記ブラシレスＤＣモータへの通電方式を少なくとも２以上の通電方式の中からいずれか１つを選択して切り換える通電方式切り換え手段を備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１のマッサージ機において、前記通電方式切り換え手段は、前記ブラシレスＤＣモータの起動時からその回転速度が所定の速度に達するまでは、１２０度の矩形波電圧をモータの巻線に通電する１２０度通電矩形波駆動方式を選択し、前記ブラシレスＤＣモータの回転速度が所定の速度に達した後は、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に略正弦波形の電流が流れるように通電する正弦波駆動方式を選択することを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１のマッサージ機において、前記通電方式切り換え手段は、前記ブラシレスＤＣモータの起動時からその回転速度が所定の速度に達するまでは、１２０度の矩形波電圧をモータの巻線に通電する１２０度通電矩形波駆動方式を選択し、前記ブラシレスＤＣモータの回転速度が所定の速度に達した後は、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に１２０度以上の矩形波電圧をモータの巻線に通電する矩形波駆動方式を選択することを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項２又は３のマッサージ機において、前記１２０度通電矩形波駆動時において、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に印加されるパルス幅変調されたパルス電圧のパルス幅を、所定時間を経過するごとに増大させていくことを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項２又は３のマッサージ機において、前記回転速度検出手段により検出された現在の回転速度と目標回転速度の差が一定以上である場合に、前記通電方式切り換え手段は、通電方式を１２０度通電矩形波駆動方式に切り換えて、前記ブラシレスＤＣモータを駆動することを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明は、施療子を３次元的な軌跡を描くように駆動させて施療を行うマッサージ機であって、前記施療子を駆動させるモータのうち、前記施療子が前記３次元的な軌跡を１回描く間に少なくとも１回正転と反転が切り換えられるモータとしてブラシレスＤＣモータを使用し、前記ブラシレスＤＣモータを駆動する制御回路は、前記ブラシレスＤＣモータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記回転速度検出手段により検出された回転速度に応じて、前記ブラシレスＤＣモータへの通電方式を少なくとも２以上の通電方式の中からいずれか１つを選択して切り換える通電方式切り換え手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、第１モータ、第２モータ及び第３モータをそれぞれ独立して駆動することにより、施療子が３次元的な任意の軌跡を描くように駆動することができる。そして、第１モータ、第２モータ及び第３モータの少なくとも１つ、好ましくは負荷変動の大きい駆動軸を駆動するモータとしてブラシレスＤＣモータを使用しているので、モータの小型軽量化と大出力化を同時に達成することができる。さらに、制御回路では、回転速度検出手段により検出された回転速度に応じて、通電方式切り換え手段によりブラシレスＤＣモータへの通電方式を少なくとも２以上の通電方式の中からいずれか１つを選択して切り換えられるので、ブラシレスＤＣモータにかかる負荷に応じて、最適な駆動方法でブラシレスＤＣモータが駆動されるため、モータの騒音による不快感を低減して、気持ちのよいマッサージ効果が得られる。特に、エンコーダなどを用いることなく、ブラシレスＤＣモータに標準的に備えられているホールＩＣを用いてモータの回転相度を検出することも可能であるため、低コストで低騒音のマッサージ機を実現することができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、ブラシレスＤＣモータの起動時からその回転速度が所定の速度に達するまでは、１２０度の矩形波電圧をモータの巻線に通電する１２０度通電矩形波駆動方式を選択し、所定の速度に達した後は、ブラシレスＤＣモータの巻線に略正弦波形の電流が流れるように通電する正弦波駆動方式を選択するので、比較的騒音の大きい１２０度通電矩形波駆動方式でブラシレスＤＣモータが駆動される時間を短くすることができる。また、ブラシレスＤＣモータの起動直後は正弦波駆動方式による駆動を行わないので、エンコーダが不要となり、低コストで低騒音のマッサージ機を実現することができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、ブラシレスＤＣモータの起動時からその回転速度が所定の速度に達するまでは、１２０度の矩形波電圧をモータの巻線に通電する１２０度通電矩形波駆動方式を選択し、所定の速度に達した後は、ブラシレスＤＣモータの巻線に１２０度以上（例えば、１３０度や１５０度など）の矩形波電圧をモータの巻線に通電するので、正弦波駆動方式には劣るものの、トルク変動の幅を低減することができる。一方、正弦波駆動を行う場合に比べて制御プログラムが簡単になるため、制御回路の構成部品として演算処理速度の遅い安価なマイクロコンピュータを使用することも可能であり、さらに低コスト化が可能である。
【００１６】
請求項４の発明によれば、１２０度通電矩形波駆動時において、ブラシレスＤＣモータの巻線に印加されるパルス幅変調（ＰＷＭ）されたパルス電圧のパルス幅を、所定時間を経過するごとに拡大させていくので、ブラシレスＤＣモータの起動直後に、モータの回転数が時間の経過と共に上昇するので、短時間で所定の回転速度に到達させることができる。その結果、比較的モータの騒音が大きい１２０度通電矩形波駆動方式による駆動時間を短縮することができ、さらに低騒音化をはかることができる。なお、パルス幅の拡大は、線形（１次関数）的であってもよいし、非線形（例えば２次関数）的であってもよい。
【００１７】
請求項５の発明によれば、回転速度検出手段により検出された現在の回転速度と目標回転速度の差が一定以上である場合、通電方式を１２０度通電矩形波駆動方式に切り換えてブラシレスＤＣモータを駆動するので、比較的短時間のうちに現在の回転速度を目標回転速度に一致させることができる。その結果、例えば正弦波駆動時における急激な速度変化による脱調（モータの回転子の状態と電機子に通電するタイミングがずれること）を防止することができる。
【００１８】
請求項６の発明によれば、施療子を３次元的な軌跡を描くように駆動させて施療を行うマッサージ機であって、施療子を駆動させるモータのうち、施療子が前記３次元的な軌跡を１回描く間に少なくとも１回正転と反転が切り換えられるモータとしてブラシレスＤＣモータを使用し、ブラシレスＤＣモータを駆動する制御回路は、ブラシレスＤＣモータの回転速度を検出し、検出された回転速度に応じて、ブラシレスＤＣモータへの通電方式を少なくとも２以上の通電方式の中からいずれか１つを選択して切り換えるので、マッサージ機の構成にかかわらず、上記請求項１の場合と同様の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の一実施の形態に係るマッサージ機について説明する。本実施の形態に係るマッサージ機の背もたれの後側から見た構成を図１に示す、また、マッサージ機の駆動ユニットの構成を図２に示す。
【００２０】
図１に示すように、本実施の形態に係るマッサージ機１は、椅子２０と、椅子２０の背もたれ２１に設けられたガイドレール２２に沿ってそれ自体が上下動する駆動ユニット３０と、肘掛け２３に設けられた操作スイッチ２４及び制御回路２５などを備えている。
【００２１】
駆動ユニット３０は、図示しない歯車機構を介して、第１駆動軸２６を回転駆動させる第１モータ１１を備えている。第１駆動軸２６には、ガイドレール２２のラック（図示せず）と噛み合うピニオン２７が固着されている。そのため、第１モータ１１の正転と逆転を切り換えることにより、駆動ユニット３０の全体がガイドレール２２に沿って上下動される。
【００２２】
駆動ユニット３０には、椅子２０の幅方向に沿って互いに逆方向に往復駆動される一対の施療子ベース３Ａ、３Ｂが、略水平に設けられた第２駆動軸３１に支持されている。例えば、第２駆動軸３１の外周面で、かつ各施療子ベース３Ａ、３Ｂが往復駆動される範囲には、それぞれ逆方向のおねじが形成されており、各施療子ベース３Ａ、３Ｂには、第２駆動軸３１のおねじ螺合される互いに逆向きのめねじが形成されている。第２駆動軸３１は、ベルト３２及びプーリ３３などを介して第２モータ１２により回転駆動される。第２モータ１２の正転と逆転を切り換えることにより、一対の施療子ベース３Ａ、３Ｂは、互いに逆方向に往復駆動される。
【００２３】
各施療子ベース３Ａ、３Ｂには、アーム５の先端に装着された施療子（もみ球）２が支持されている。各アーム５は、第２駆動軸３１を中心として旋回する１対の扇形歯車１４にリンクされており、各扇形歯車１４の旋回に連動して、椅子２０の背もたれ２１に対して略直交する面内で変位する。各扇形歯車１４は、略水平に設けられた第３駆動軸１５の両端近傍に固着された駆動力伝達用の歯車１６と螺合され、第３駆動軸１５の回転によって旋回される。第３モータ１３は、図示しない歯車機構を介して第３駆動軸１５に連結されており、第３モータの正転と逆転を切り換えることにより、扇形歯車１４が所定の範囲で往復旋回される。それに応じて、アーム５の先端に装着された施療子２が、その動作の主成分が椅子２０の背もたれ２１に対して略直交するように駆動される。なお、例えばアーム５が途中で曲がっている場合など、アーム５の形状又は構造によっては、施療子２は、必ずしも背もたれ２１に対して直交する面内のみで変位されるとは限らず、背もたれ２１に対して直交しない方向成分に変位することもあり得る。従って、上記のように、施療子２は、その動作の主成分が椅子２０の背もたれ２１に対して略直交する面内で駆動されていればよい。
【００２４】
第２駆動軸３１には、扇形歯車１４を介して、アーム５の変位、すなわち椅子２０の背もたれ２１に対して略直交する面における施療子２の位置を検出するための第１位置検出センサ１７が設けられている。また、施療子ベース３Ａ、３Ｂの背面近傍には、各施療子ベース３Ａ、３Ｂの位置を検出するための第２センサ１８が設けられている。さらに、駆動ユニット３０の側部近傍には、椅子２０の背もたれ２１に設けられたガイドレール２２に沿った駆動ユニット３０の上下位置を検出するための第３センサ１９が設けられている。
【００２５】
制御回路２５は、第１モータ１１、第２モータ１２及び第３モータ１３をそれぞれ独立して駆動する。それによって、各施療子２は、それぞれ所定の３次元的な軌跡を描くように駆動される。第１センサ１７、第２センサ１８及び第３センサ１９の各出力は制御回路２５に入力されるので、制御回路は、各センサ１７〜１９からの出力をモニタしながら、予め定められた手技に対応する施療子２の３次元的な軌跡と、各センサ１７〜１９からの出力から演算された施療子２の現在の位置情報を比較する。そして、各施療子２ができるだけ、予め定められた手技に対応する軌跡に近い軌跡を描くように、各モータの回転速度や回転方向などを制御する。
【００２６】
ここで、本実施の形態では、第１モータ１１、第２モータ１２及び第３モータ１３として、小型で高トルクのブラシレスＤＣモータを使用している。制御回路２５は、ブラシレスＤＣモータをなるべく正弦波駆動方式で駆動するように制御する。
【００２７】
制御回路２５の基本的なブロック構成を図３に示す。交流入力電源２５１より供給される電圧は、整流ダイオード、アルミ電解コンデンサなどで構成された整流・平滑回路部２５２で電圧変動の少ない直流電圧に変換され、パワー回路部２５３に供給される。パワー回路部２５３は、ＩＧＢＴ、ＦＥＴなどのフリーホィーリング用としての高周波ダイオードが逆並列に接続され、ブリッジ回路を構成している。制御回路部２５５は、マイクロコンピュータなどで構成されており、回転数検出回路部２５４で得られた情報を演算処理し、駆動信号を生成し、パワー回路部２５３にその駆動信号を伝達する。モータ１１、１２及び１３は、この伝達信号に基づき駆動される。制御回路部２５５は、全体を統括するマイクロコンピュータから目標回転速度データテーブルが指定され、所定の回転数毎にテーブル内の記載の回転速度を目標回転速度にすることで、各モータ１１、１２及び１３の速度変化をさせている。制御回路部２５５は、ブラシレスＤＣモータ（モータ１１、１２及び１３）の回転速度を検出する回転速度検出手段と、検出された回転速度に応じて、ブラシレスＤＣモータへの通電方式を少なくとも２以上の通電方式の中からいずれか１つを選択して切り換える通電方式切り換え手段として機能する。
【００２８】
各モータ１１、１２及び１３として３相４極のブラシレスＤＣモータを使用した場合のパワー回路部２５３の構成を図４に示す。上記回転速度検出回路部２５４として、各モータ１１、１２及び１３の内部に配置された３個のホールＩＣを使用し、ホールＩＣからの信号を制御回路部２５５内に取り込むことにより、電気角１２０度刻みにロータの位置を特定することができる。制御回路部２５５は、ホールＩＣからの信号をもとに、パワー回路部２５３の各スイッチング素子Ｕ−Ｈ、Ｕ−Ｌ、Ｖ−Ｈ、Ｖ−Ｌ、Ｗ−Ｈ及びＷ−Ｌを制御する信号を出力し、通電するタイミングを制御している。
【００２９】
また、制御回路部２５５は、各モータ１１、１２及び１３の３つのホールＩＣからの各信号間の時間をカウントすることにより回転速度を演算により求めるプログラムと、目標回転速度と計測された回転速度を比較し、目標回転速度にする速度制御プログラムと、複数の通電方式を制御するプログラムと、演算により得られたモータの回転速度に応じて複数の通電方式の中から最適な通電方式を選択して通電方式を切り換えるプログラムを備えている。そのため、使用されるブラシレスＤＣモータの特性に最も適した駆動方式を随時選択して切り換えることにより、効率良くブラシレスＤＣモータを駆動させることができる。なお、本実施の形態では、マッサージ機のコスト低減を目的としているため、各ブラシレスＤＣモータの回転子のいちを高精度に検出するためのエンコーダは使用していない。しかしながら、高機能で高価なマッサージ機においては、エンコーダを使用してもよい。
【００３０】
本実施の形態では、複数の通電方式として、例えば各モータ１１、１２及び１３の巻線に流れる電流を略正弦波状にするために、各モータの各巻線に印加される電圧を制御する正弦波駆動と、各モータ１１、１２及び１３の巻線に矩形波状に電流を流す矩形波通電方式を備えている。それぞれの通電方式による各モータ１１、１２及び１３の巻線に印加される電圧波形を図５に示す。
【００３１】
正弦波駆動方式で通電する場合、騒音の原因となるモータのトルクリップルが低減されるので、モータの騒音が大幅に低減される。しかしながら、実際に正弦波駆動を行うためには、図５に示すように、電気角で１８０度刻みで通電しなければならないが、通電のタイミングをホールＩＣでは直接測定できない。そのため、制御回路部２５５では、演算により求めた回転速度から推測して通電開始タイミングを決定する。また、通電波形として、モータの巻線の各相に対して、モータの回転速度変化に応じた正弦波形の電圧を印加しなければならないが、モータの起動開始時にはモータの回転速度が０であり、かつモータの回転速度の変化が予測できないため、最適な正弦波形の電圧を印加することができない。そのため、正弦波駆動方式では、ブラシレスＤＣモータを起動できないか、あるいは、起動できたとしてもモータの回転が滑らかではない。負荷が一定の場合、予め実験によりモータの速度変化を測定しておき、それに応じて正弦波形の電圧を発生させれば、モータを滑らかに回転させることができる。しかしながら、マッサージ機の負荷は人体であるため、負荷の状態を予測することは不可能に近い。
【００３２】
そのため、本実施の形態では、モータの起動時からその回転速度が所定の速度に達するまでは、１２０度の矩形波電圧をモータの巻線に通電する１２０度通電矩形波駆動方式を選択し、ホールＩＣからの信号の立ち上がり又は立ち下がりで通電のタイミングを取り、電気角で１２０度の期間だけモータの巻線にパルス電圧を印加する。これによって、ブラシレスＤＣモータを確実に起動させることができる。そして、モータの回転速度が所定の速度に達した後は、正弦波駆動方式を選択し、モータの巻線に略正弦波形の電流が流れるように通電する。これによって、ブラシレスＤＣモータを低騒音で、かつ低振動に駆動することができる。通電方式を切り換えるタイミングとしてのモータの回転速度が到達すべき所定の速度は、任意に設定することができ、例えば、マイクロコンピュータの回転速度を検出するために用いられるカウンタがオーバーフローする値とすることができる。但し、ユーザに騒音による不快感を与えないためには、できるだけブラシレスＤＣモータを正弦波駆動方式で駆動することが好ましい。そのためには、１２０度通電矩形波駆動方式でブラシレスＤＣモータを駆動する時間を短くすることが好ましい。
【００３３】
次に、本実施の形態の変形例について説明する。矩形波駆動方式において、モータの各相の巻線に通電する期間を、電気角での１２０度よりも長く（例えば１３０度や１５０度など）して、各層への通電時間に若干の重なりを与えることによっても、正弦波駆動方式ほどではないが、トルク変動幅を小さくすることができ、さらにモータの騒音を低減することができる。図６は、１２０度通電矩形波駆動方式の場合、１５０度通電矩形波駆動方式の場合及び正弦波駆動方式の場合の電圧波形を示す。なお、１５０度通電の場合、通電の開始と終了のタイミングは、ホールＩＣからの信号の立ち上がり又は立ち下がりとずれている。そのため、制御回路部２５５において、演算されたモータの回転速度から推測して、通電の開始と終了のタイミングを決定する。また、１２０度通電矩形波駆動の場合のトルク変動を図７（ａ）に示し、１５０度通電矩形波駆動の場合のトルク変動を図７（ｂ）に示す。図７（ａ）と図７（ｂ）を比較すると、例えばＵ相とＶ相の通電時間をオーバーラップさせることにより、モータ全体のトルク変動が小さくなることがわかる。
【００３４】
このように、１２０度通電矩形波駆動と１５０度通電矩形波駆動とを切り換える場合、矩形波駆動のためのプロクラムにおいて、通電の期間を１２０度から１５０度などに切り換えるだけであるので、１２０度通電矩形波駆動と正弦波駆動とを切り換える場合に比べて制御プログラムが簡単になる、そのため、制御回路の構成部品として演算処理速度の遅い安価なマイクロコンピュータを使用することも可能であり、さらに低コスト化が可能である。
【００３５】
次に、本実施の形態の別の変形例について説明する。この変形例では、１２０度通電矩形波駆動時において、モータの巻線に印加されるパルス幅変調（ＰＷＭ）されたパルス電圧のパルス幅を、所定時間を経過するごとに増大させている。図８（ａ）は、８ビット（２５６階調）の分解能を持つＰＷＭ方式において、モータの起動直後はモータの回転速度を測定又は演算することができないので、所定時間（例えば５ｍＳ）ごとに１階調ずつパルス幅を拡げて行き、徐々にモータの回転速度を増大させている。そして、所定の回転速度Ｖｃに到達した時点で、１２０度通電矩形波駆動から正弦波駆動に切り換えている。これにより、ユーザはモータ起動時の衝撃を感じることなく、滑らかなマッサージを受けることができる。図８（ｂ）は、パルス幅を非線形、例えば２次関数的に拡大させた例を示している。後者の場合、特にモータの回転速度の増加が破砕ので、短時間に所定の回転速度Ｖｃに到達させることができる。その結果、１２０度通電矩形波駆動による時間を短縮することができ、より低騒音化することが可能になると共に、手技の１周期を短くすることができる。
【００３６】
次に、本実施の形態のさらに別の変形例について説明する。図９（ａ）は、輪状揉捏動作と呼ばれる手技を行う際の施療子２の動きを表したものである。また、図９（ｂ）は、そのときの第１モータ（上下駆動軸モータ）１１と第２モータ（幅駆動軸モータ）１２の時間による回転数の変化を表す。施療子２は直径２ｃｍ程度の円形の軌跡を描くように駆動され、その１周期は２秒程度である。駆動ユニット３０を上下方向に移動させる第１モータ１１は、片道１秒ほどの間に停止、起動、最高速（例えば１５００ｒｐｍ）への加速、停止の動作を行う必要がある。このような場合に、正弦波駆動を行うと、急激な速度変化による脱調（モータの回転子の状態と電機子に通電するタイミングがずれること）を起こす可能性が高い。そのため、この変形例では、検出された現在の回転速度と目標回転速度の差が一定以上である場合に、通電方式を正弦波駆動方式から１２０度通電矩形波駆動方式に切り換える。それにより、モータを目標回転数で回転させることが可能になると共に、脱調によるモータの巻線への過電流を防止することができる。なお、モータを１５０度通電矩形波駆動方式で駆動する場合にも、モータの回転速度が急激に変化するときには、同様の現象が生じする。従って、その場合にも通電方式を１５０度通電矩形波駆動方式から１２０度通電矩形波駆動方式に切り換えることが好ましい。
【００３７】
なお、上記実施の形態では、３つのモータの全てにブラシレスＤＣモータを使用した例を示したが、本発明は、これに限定されるものではなく、手技に寄与しない駆動軸を駆動するためのモータとして、ブラシ付きＤＣモータなどを使用してもよい。
【００３８】
さらに、本発明は、上記実施の形態のような独立して駆動される３つのモータを使用したマッサージ機に限定されるものではなく、施療子を３次元的な軌跡を描くように駆動させて施療を行うマッサージ機全般に適用することが可能である。そして、施療子を駆動させるモータのうち、施療子が３次元的な軌跡を１回描く間に少なくとも１回正転と反転が切り換えられるモータとしてブラシレスＤＣモータを使用し、ブラシレスＤＣモータを駆動する制御回路は、ブラシレスＤＣモータの回転速度を検出するし検出された回転速度に応じて、ブラシレスＤＣモータへの通電方式を少なくとも２以上の通電方式の中からいずれか１つを選択して切り換える機能を有していれば、マッサージ機の構成にかかわらず、上記と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施の形態に係るマッサージ機の背もたれの後側から見た構成を示す斜視図。
【図２】上記マッサージ機における駆動ユニットの構成を示す斜視図。
【図３】上記マッサージ機における制御回路の基本的な構成を示すブロック図。
【図４】３相４極のブラシレスＤＣモータを使用した場合のパワー回路部の構成を示す回路図。
【図５】１２０度矩形波駆動の場合及び正弦波駆動の場合のモータの巻線に印加される電圧の波形を示す波形図。
【図６】２０度矩形波駆動の場合、１５０度通電矩形波駆動の場合及び正弦波駆動の場合のモータの巻線に印加される電圧の波形を示す波形図。
【図７】（ａ）は１２０度通電矩形波駆動の場合のトルク変動を示す波形図、（ｂ）は１５０度通電矩形波駆動の場合のトルク変動を示す波形図。
【図８】（ａ）はＰＷＭされたパルス幅を所定時間ごとに１階調ずつパルス幅を拡げて行った場合のモータの巻線に流れる電流を示す波形図、（ｂ）はパルス幅を非線形に拡大させた場合の電流波形図。
【図９】（ａ）は輪状揉捏動作と呼ばれる手技を行う際の施療子の動きを表した図、（ｂ）はそのときの上下駆動軸モータと幅駆動軸モータの時間による回転数の変化を表す波形図。
【符号の説明】
【００４０】
１ マッサージ機
２ 施療子（もみ球）
３Ａ、３Ｂ 施療子ベース
５ アーム
１１ 第１モータ
１２ 第２モータ
１３ 第３モータ
２０ 椅子
２１ 背もたれ
２２ ガイドレール
２５ 制御回路
２５１ 交流入力電源
２５２ 整流・平滑回路部
２５３ パワー回路部
２５４ 回転速度検出回路部
２５５ 制御回路部（回転速度演算手段、速度制御手段、電圧制御手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、施療子を３次元的な軌跡を描くように駆動させてさまざまな施療を行うマッサージ機に関する。
【背景技術】
【０００２】
もみ球と呼ばれる略球状の施療子を３次元的な軌跡を描くように駆動させるマッサージ機では、例えば独立して駆動される３つのモータを用い、施療子の椅子の背もたれに沿った上下動、椅子の幅方向の往復動（幅調節）及び椅子の背もたれに略直交する面での旋回動（前後動）を組み合わせて、指圧、もみ及び背筋伸ばしなどの施療を行っている。さらに、近年では、施療子の３次元動作（手技と呼ばれる）が複雑になり、それに伴って、モータを短時間のうちに低速回転と高速回転の間で切り換えたり、頻繁に正転と反転を切り換えたりする必要が生じている。
【０００３】
このようなマッサージ機の負荷は人体ということになるが、ユーザの体格や座り方などにより負荷が大きく変動する。さらに、施療中にユーザが体を動かしたりすると、それに伴って体重移動が起こるので、施療中における負荷変動も大きい。そのため、従来から、短時間のうちに回転速度や正転／反転の切り替えが可能であり、かつ高トルクのモータとして、ＤＣモータ、特にブラシ付きＤＣモータが広く用いられていた。一般的に、高トルクのブラシ付きＤＣモータは、その外形が大きく、かつ重量も重くなるという性質を有している。そのため、マッサージ機自体の小型軽量化は困難であった。また、小型のブラシ付きＤＣモータを用いたマッサージ機も存在するが、モータのトルクが小さく、十分な施療効果が得られにくいという問題がある。
【０００４】
一方で、メンテナンス性、耐久性及び小型化の面から、ブラシレスＤＣモータの使用も検討されている。ブラシレスＤＣモータは、小型で高トルク（大出力）のモータを実現することができる反面、負荷変動の大きなマッサージ機に使用すると新たな問題が生じる。具体的には、３相４極の一般的なブラシレスモータの場合、コギングによるトルク変動が大きいので、１２０度通電矩形波駆動を行うと、モータの騒音が大きくなる。この騒音は施療子を介して人体に伝わるため、特に首筋や肩など頭部に近い部分に施療する場合に、ユーザに不快感を与えることになる。一方、低騒音、低振動を重視する場合、正弦波駆動を行うことも考えられるが、ブラシレスＤＣモータのロータの回転角度を高精度に検出しなければならず、エンコーダなどを必要とするため、コストダウン及び小型軽量化を妨げる要因となる。また、正弦波駆動でブラシレスＤＣモータの制御を行う場合、電気角で１８０度刻みに通電しなければならないが、上記のようにマッサージ機に使用した場合は負荷が一定でないため、正弦波駆動ではブラシレスＤＣモータを起動させることができないか又はスムーズに起動させることが困難である。特に、モータの正転と反転の切り替えがスムーズに行われない場合、施療子の動きが瞬間的に停止するが、ユーザは敏感に施療子が停止したことを認識する。さらに、施療子が所定の３次元的軌跡を描くように駆動する場合、３つのモータを同期させて駆動させなければならないが、負荷変動などによってモータの出力軸の回転速度（以下、単にモータの回転速度とする）が所定の速度から外れると、施療子が本来の軌跡と異なる軌跡を描くように駆動される。そのため、ユーザにとって気持ちのよいマッサージ効果が得られない可能性がある。
【０００５】
なお、特許文献１は、省エネルギー化を目的として、空気調和機の圧縮機を高効率で駆動するためのブラシレスＤＣモータの駆動方法について開示している。だたし、空気調和機は、マッサージ機に比べて負荷変動が非常に小さいため、上記のような問題は生じない。
【特許文献１】特開２０００−３３３４６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、特に重負荷がかかる駆動軸を駆動するために小型高トルクのブラシレスＤＣモータを用いたマッサージ機において、エンコーダなどを用いることなく低コストで、かつモータの回転速度に応じて最適な駆動方法を選択してブラシレスＤＣモータを駆動することにより、モータの騒音による不快感を低減して、気持ちのよいマッサージ効果が得られるマッサージ機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】
【０００７】
上記目的を達成するために請求項１の発明はマッサージ機に関し、椅子と、前記椅子の背もたれに設けられたガイドレールに沿ってそれ自体が上下動する駆動ユニットと、前記駆動ユニットを前記ガイドレールに沿って上下動させる第１モータと、前記駆動ユニットに設けられ、前記椅子の幅方向に沿って互いに逆方向に往復駆動される一対の施療子ベースと、前記一対の施療子ベースを互いに逆方向に往復駆動させる第２モータと、前記一対の施療子ベースにそれぞれ保持され、その動作の主成分が前記椅子の背もたれに対して略直交する面内で駆動される施療子と、前記施療子を、その動作の主成分が前記椅子の背もたれに対して略直交するように駆動させる第３モータと、前記第１モータ、第２モータ及び第３モータをそれぞれ独立して駆動する制御回路を備え、前記第１モータ、第２モータ及び第３モータの少なくとも１つはブラシレスＤＣモータであり、前記制御回路は、前記ブラシレスＤＣモータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記回転速度検出手段により検出された回転速度に応じて、前記ブラシレスＤＣモータへの通電方式を少なくとも２以上の通電方式の中からいずれか１つを選択して切り換える通電方式切り換え手段を備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１のマッサージ機において、前記通電方式切り換え手段は、前記ブラシレスＤＣモータの起動時からその回転速度が所定の速度に達するまでは、１２０度の矩形波電圧をモータの巻線に通電する１２０度通電矩形波駆動方式を選択し、前記ブラシレスＤＣモータの回転速度が所定の速度に達した後は、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に略正弦波形の電流が流れるように通電する正弦波駆動方式を選択することを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１のマッサージ機において、前記通電方式切り換え手段は、前記ブラシレスＤＣモータの起動時からその回転速度が所定の速度に達するまでは、１２０度の矩形波電圧をモータの巻線に通電する１２０度通電矩形波駆動方式を選択し、前記ブラシレスＤＣモータの回転速度が所定の速度に達した後は、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に１２０度以上の矩形波電圧をモータの巻線に通電する矩形波駆動方式を選択することを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項２又は３のマッサージ機において、前記１２０度通電矩形波駆動時において、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に印加されるパルス幅変調されたパルス電圧のパルス幅を、所定時間を経過するごとに増大させていくことを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項２又は３のマッサージ機において、前記回転速度検出手段により検出された現在の回転速度と目標回転速度の差が一定以上である場合に、前記通電方式切り換え手段は、通電方式を１２０度通電矩形波駆動方式に切り換えて、前記ブラシレスＤＣモータを駆動することを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明は、施療子を３次元的な軌跡を描くように駆動させて施療を行うマッサージ機であって、前記施療子を駆動させるモータのうち、前記施療子が前記３次元的な軌跡を１回描く間に少なくとも１回正転と反転が切り換えられるモータとしてブラシレスＤＣモータを使用し、前記ブラシレスＤＣモータを駆動する制御回路は、前記ブラシレスＤＣモータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記回転速度検出手段により検出された回転速度に応じて、前記ブラシレスＤＣモータへの通電方式を少なくとも２以上の通電方式の中からいずれか１つを選択して切り換える通電方式切り換え手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、第１モータ、第２モータ及び第３モータをそれぞれ独立して駆動することにより、施療子が３次元的な任意の軌跡を描くように駆動することができる。そして、第１モータ、第２モータ及び第３モータの少なくとも１つ、好ましくは負荷変動の大きい駆動軸を駆動するモータとしてブラシレスＤＣモータを使用しているので、モータの小型軽量化と大出力化を同時に達成することができる。さらに、制御回路では、回転速度検出手段により検出された回転速度に応じて、通電方式切り換え手段によりブラシレスＤＣモータへの通電方式を少なくとも２以上の通電方式の中からいずれか１つを選択して切り換えられるので、ブラシレスＤＣモータにかかる負荷に応じて、最適な駆動方法でブラシレスＤＣモータが駆動されるため、モータの騒音による不快感を低減して、気持ちのよいマッサージ効果が得られる。特に、エンコーダなどを用いることなく、ブラシレスＤＣモータに標準的に備えられているホールＩＣを用いてモータの回転相度を検出することも可能であるため、低コストで低騒音のマッサージ機を実現することができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、ブラシレスＤＣモータの起動時からその回転速度が所定の速度に達するまでは、１２０度の矩形波電圧をモータの巻線に通電する１２０度通電矩形波駆動方式を選択し、所定の速度に達した後は、ブラシレスＤＣモータの巻線に略正弦波形の電流が流れるように通電する正弦波駆動方式を選択するので、比較的騒音の大きい１２０度通電矩形波駆動方式でブラシレスＤＣモータが駆動される時間を短くすることができる。また、ブラシレスＤＣモータの起動直後は正弦波駆動方式による駆動を行わないので、エンコーダが不要となり、低コストで低騒音のマッサージ機を実現することができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、ブラシレスＤＣモータの起動時からその回転速度が所定の速度に達するまでは、１２０度の矩形波電圧をモータの巻線に通電する１２０度通電矩形波駆動方式を選択し、所定の速度に達した後は、ブラシレスＤＣモータの巻線に１２０度以上（例えば、１３０度や１５０度など）の矩形波電圧をモータの巻線に通電するので、正弦波駆動方式には劣るものの、トルク変動の幅を低減することができる。一方、正弦波駆動を行う場合に比べて制御プログラムが簡単になるため、制御回路の構成部品として演算処理速度の遅い安価なマイクロコンピュータを使用することも可能であり、さらに低コスト化が可能である。
【００１６】
請求項４の発明によれば、１２０度通電矩形波駆動時において、ブラシレスＤＣモータの巻線に印加されるパルス幅変調（ＰＷＭ）されたパルス電圧のパルス幅を、所定時間を経過するごとに拡大させていくので、ブラシレスＤＣモータの起動直後に、モータの回転数が時間の経過と共に上昇するので、短時間で所定の回転速度に到達させることができる。その結果、比較的モータの騒音が大きい１２０度通電矩形波駆動方式による駆動時間を短縮することができ、さらに低騒音化をはかることができる。なお、パルス幅の拡大は、線形（１次関数）的であってもよいし、非線形（例えば２次関数）的であってもよい。
【００１７】
請求項５の発明によれば、回転速度検出手段により検出された現在の回転速度と目標回転速度の差が一定以上である場合、通電方式を１２０度通電矩形波駆動方式に切り換えてブラシレスＤＣモータを駆動するので、比較的短時間のうちに現在の回転速度を目標回転速度に一致させることができる。その結果、例えば正弦波駆動時における急激な速度変化による脱調（モータの回転子の状態と電機子に通電するタイミングがずれること）を防止することができる。
【００１８】
請求項６の発明によれば、施療子を３次元的な軌跡を描くように駆動させて施療を行うマッサージ機であって、施療子を駆動させるモータのうち、施療子が前記３次元的な軌跡を１回描く間に少なくとも１回正転と反転が切り換えられるモータとしてブラシレスＤＣモータを使用し、ブラシレスＤＣモータを駆動する制御回路は、ブラシレスＤＣモータの回転速度を検出し、検出された回転速度に応じて、ブラシレスＤＣモータへの通電方式を少なくとも２以上の通電方式の中からいずれか１つを選択して切り換えるので、マッサージ機の構成にかかわらず、上記請求項１の場合と同様の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の一実施の形態に係るマッサージ機について説明する。本実施の形態に係るマッサージ機の背もたれの後側から見た構成を図１に示す、また、マッサージ機の駆動ユニットの構成を図２に示す。
【００２０】
図１に示すように、本実施の形態に係るマッサージ機１は、椅子２０と、椅子２０の背もたれ２１に設けられたガイドレール２２に沿ってそれ自体が上下動する駆動ユニット３０と、肘掛け２３に設けられた操作スイッチ２４及び制御回路２５などを備えている。
【００２１】
駆動ユニット３０は、図示しない歯車機構を介して、第１駆動軸２６を回転駆動させる第１モータ１１を備えている。第１駆動軸２６には、ガイドレール２２のラック（図示せず）と噛み合うピニオン２７が固着されている。そのため、第１モータ１１の正転と逆転を切り換えることにより、駆動ユニット３０の全体がガイドレール２２に沿って上下動される。
【００２２】
駆動ユニット３０には、椅子２０の幅方向に沿って互いに逆方向に往復駆動される一対の施療子ベース３Ａ、３Ｂが、略水平に設けられた第２駆動軸３１に支持されている。例えば、第２駆動軸３１の外周面で、かつ各施療子ベース３Ａ、３Ｂが往復駆動される範囲には、それぞれ逆方向のおねじが形成されており、各施療子ベース３Ａ、３Ｂには、第２駆動軸３１のおねじ螺合される互いに逆向きのめねじが形成されている。第２駆動軸３１は、ベルト３２及びプーリ３３などを介して第２モータ１２により回転駆動される。第２モータ１２の正転と逆転を切り換えることにより、一対の施療子ベース３Ａ、３Ｂは、互いに逆方向に往復駆動される。
【００２３】
各施療子ベース３Ａ、３Ｂには、アーム５の先端に装着された施療子（もみ球）２が支持されている。各アーム５は、第２駆動軸３１を中心として旋回する１対の扇形歯車１４にリンクされており、各扇形歯車１４の旋回に連動して、椅子２０の背もたれ２１に対して略直交する面内で変位する。各扇形歯車１４は、略水平に設けられた第３駆動軸１５の両端近傍に固着された駆動力伝達用の歯車１６と螺合され、第３駆動軸１５の回転によって旋回される。第３モータ１３は、図示しない歯車機構を介して第３駆動軸１５に連結されており、第３モータの正転と逆転を切り換えることにより、扇形歯車１４が所定の範囲で往復旋回される。それに応じて、アーム５の先端に装着された施療子２が、その動作の主成分が椅子２０の背もたれ２１に対して略直交するように駆動される。なお、例えばアーム５が途中で曲がっている場合など、アーム５の形状又は構造によっては、施療子２は、必ずしも背もたれ２１に対して直交する面内のみで変位されるとは限らず、背もたれ２１に対して直交しない方向成分に変位することもあり得る。従って、上記のように、施療子２は、その動作の主成分が椅子２０の背もたれ２１に対して略直交する面内で駆動されていればよい。
【００２４】
第２駆動軸３１には、扇形歯車１４を介して、アーム５の変位、すなわち椅子２０の背もたれ２１に対して略直交する面における施療子２の位置を検出するための第１位置検出センサ１７が設けられている。また、施療子ベース３Ａ、３Ｂの背面近傍には、各施療子ベース３Ａ、３Ｂの位置を検出するための第２センサ１８が設けられている。さらに、駆動ユニット３０の側部近傍には、椅子２０の背もたれ２１に設けられたガイドレール２２に沿った駆動ユニット３０の上下位置を検出するための第３センサ１９が設けられている。
【００２５】
制御回路２５は、第１モータ１１、第２モータ１２及び第３モータ１３をそれぞれ独立して駆動する。それによって、各施療子２は、それぞれ所定の３次元的な軌跡を描くように駆動される。第１センサ１７、第２センサ１８及び第３センサ１９の各出力は制御回路２５に入力されるので、制御回路は、各センサ１７〜１９からの出力をモニタしながら、予め定められた手技に対応する施療子２の３次元的な軌跡と、各センサ１７〜１９からの出力から演算された施療子２の現在の位置情報を比較する。そして、各施療子２ができるだけ、予め定められた手技に対応する軌跡に近い軌跡を描くように、各モータの回転速度や回転方向などを制御する。
【００２６】
ここで、本実施の形態では、第１モータ１１、第２モータ１２及び第３モータ１３として、小型で高トルクのブラシレスＤＣモータを使用している。制御回路２５は、ブラシレスＤＣモータをなるべく正弦波駆動方式で駆動するように制御する。
【００２７】
制御回路２５の基本的なブロック構成を図３に示す。交流入力電源２５１より供給される電圧は、整流ダイオード、アルミ電解コンデンサなどで構成された整流・平滑回路部２５２で電圧変動の少ない直流電圧に変換され、パワー回路部２５３に供給される。パワー回路部２５３は、ＩＧＢＴ、ＦＥＴなどのフリーホィーリング用としての高周波ダイオードが逆並列に接続され、ブリッジ回路を構成している。制御回路部２５５は、マイクロコンピュータなどで構成されており、回転数検出回路部２５４で得られた情報を演算処理し、駆動信号を生成し、パワー回路部２５３にその駆動信号を伝達する。モータ１１、１２及び１３は、この伝達信号に基づき駆動される。制御回路部２５５は、全体を統括するマイクロコンピュータから目標回転速度データテーブルが指定され、所定の回転数毎にテーブル内の記載の回転速度を目標回転速度にすることで、各モータ１１、１２及び１３の速度変化をさせている。制御回路部２５５は、ブラシレスＤＣモータ（モータ１１、１２及び１３）の回転速度を検出する回転速度検出手段と、検出された回転速度に応じて、ブラシレスＤＣモータへの通電方式を少なくとも２以上の通電方式の中からいずれか１つを選択して切り換える通電方式切り換え手段として機能する。
【００２８】
各モータ１１、１２及び１３として３相４極のブラシレスＤＣモータを使用した場合のパワー回路部２５３の構成を図４に示す。上記回転速度検出回路部２５４として、各モータ１１、１２及び１３の内部に配置された３個のホールＩＣを使用し、ホールＩＣからの信号を制御回路部２５５内に取り込むことにより、電気角１２０度刻みにロータの位置を特定することができる。制御回路部２５５は、ホールＩＣからの信号をもとに、パワー回路部２５３の各スイッチング素子Ｕ−Ｈ、Ｕ−Ｌ、Ｖ−Ｈ、Ｖ−Ｌ、Ｗ−Ｈ及びＷ−Ｌを制御する信号を出力し、通電するタイミングを制御している。
【００２９】
また、制御回路部２５５は、各モータ１１、１２及び１３の３つのホールＩＣからの各信号間の時間をカウントすることにより回転速度を演算により求めるプログラムと、目標回転速度と計測された回転速度を比較し、目標回転速度にする速度制御プログラムと、複数の通電方式を制御するプログラムと、演算により得られたモータの回転速度に応じて複数の通電方式の中から最適な通電方式を選択して通電方式を切り換えるプログラムを備えている。そのため、使用されるブラシレスＤＣモータの特性に最も適した駆動方式を随時選択して切り換えることにより、効率良くブラシレスＤＣモータを駆動させることができる。なお、本実施の形態では、マッサージ機のコスト低減を目的としているため、各ブラシレスＤＣモータの回転子のいちを高精度に検出するためのエンコーダは使用していない。しかしながら、高機能で高価なマッサージ機においては、エンコーダを使用してもよい。
【００３０】
本実施の形態では、複数の通電方式として、例えば各モータ１１、１２及び１３の巻線に流れる電流を略正弦波状にするために、各モータの各巻線に印加される電圧を制御する正弦波駆動と、各モータ１１、１２及び１３の巻線に矩形波状に電流を流す矩形波通電方式を備えている。それぞれの通電方式による各モータ１１、１２及び１３の巻線に印加される電圧波形を図５に示す。
【００３１】
正弦波駆動方式で通電する場合、騒音の原因となるモータのトルクリップルが低減されるので、モータの騒音が大幅に低減される。しかしながら、実際に正弦波駆動を行うためには、図５に示すように、電気角で１８０度刻みで通電しなければならないが、通電のタイミングをホールＩＣでは直接測定できない。そのため、制御回路部２５５では、演算により求めた回転速度から推測して通電開始タイミングを決定する。また、通電波形として、モータの巻線の各相に対して、モータの回転速度変化に応じた正弦波形の電圧を印加しなければならないが、モータの起動開始時にはモータの回転速度が０であり、かつモータの回転速度の変化が予測できないため、最適な正弦波形の電圧を印加することができない。そのため、正弦波駆動方式では、ブラシレスＤＣモータを起動できないか、あるいは、起動できたとしてもモータの回転が滑らかではない。負荷が一定の場合、予め実験によりモータの速度変化を測定しておき、それに応じて正弦波形の電圧を発生させれば、モータを滑らかに回転させることができる。しかしながら、マッサージ機の負荷は人体であるため、負荷の状態を予測することは不可能に近い。
【００３２】
そのため、本実施の形態では、モータの起動時からその回転速度が所定の速度に達するまでは、１２０度の矩形波電圧をモータの巻線に通電する１２０度通電矩形波駆動方式を選択し、ホールＩＣからの信号の立ち上がり又は立ち下がりで通電のタイミングを取り、電気角で１２０度の期間だけモータの巻線にパルス電圧を印加する。これによって、ブラシレスＤＣモータを確実に起動させることができる。そして、モータの回転速度が所定の速度に達した後は、正弦波駆動方式を選択し、モータの巻線に略正弦波形の電流が流れるように通電する。これによって、ブラシレスＤＣモータを低騒音で、かつ低振動に駆動することができる。通電方式を切り換えるタイミングとしてのモータの回転速度が到達すべき所定の速度は、任意に設定することができ、例えば、マイクロコンピュータの回転速度を検出するために用いられるカウンタがオーバーフローする値とすることができる。但し、ユーザに騒音による不快感を与えないためには、できるだけブラシレスＤＣモータを正弦波駆動方式で駆動することが好ましい。そのためには、１２０度通電矩形波駆動方式でブラシレスＤＣモータを駆動する時間を短くすることが好ましい。
【００３３】
次に、本実施の形態の変形例について説明する。矩形波駆動方式において、モータの各相の巻線に通電する期間を、電気角での１２０度よりも長く（例えば１３０度や１５０度など）して、各層への通電時間に若干の重なりを与えることによっても、正弦波駆動方式ほどではないが、トルク変動幅を小さくすることができ、さらにモータの騒音を低減することができる。図６は、１２０度通電矩形波駆動方式の場合、１５０度通電矩形波駆動方式の場合及び正弦波駆動方式の場合の電圧波形を示す。なお、１５０度通電の場合、通電の開始と終了のタイミングは、ホールＩＣからの信号の立ち上がり又は立ち下がりとずれている。そのため、制御回路部２５５において、演算されたモータの回転速度から推測して、通電の開始と終了のタイミングを決定する。また、１２０度通電矩形波駆動の場合のトルク変動を図７（ａ）に示し、１５０度通電矩形波駆動の場合のトルク変動を図７（ｂ）に示す。図７（ａ）と図７（ｂ）を比較すると、例えばＵ相とＶ相の通電時間をオーバーラップさせることにより、モータ全体のトルク変動が小さくなることがわかる。
【００３４】
このように、１２０度通電矩形波駆動と１５０度通電矩形波駆動とを切り換える場合、矩形波駆動のためのプロクラムにおいて、通電の期間を１２０度から１５０度などに切り換えるだけであるので、１２０度通電矩形波駆動と正弦波駆動とを切り換える場合に比べて制御プログラムが簡単になる、そのため、制御回路の構成部品として演算処理速度の遅い安価なマイクロコンピュータを使用することも可能であり、さらに低コスト化が可能である。
【００３５】
次に、本実施の形態の別の変形例について説明する。この変形例では、１２０度通電矩形波駆動時において、モータの巻線に印加されるパルス幅変調（ＰＷＭ）されたパルス電圧のパルス幅を、所定時間を経過するごとに増大させている。図８（ａ）は、８ビット（２５６階調）の分解能を持つＰＷＭ方式において、モータの起動直後はモータの回転速度を測定又は演算することができないので、所定時間（例えば５ｍＳ）ごとに１階調ずつパルス幅を拡げて行き、徐々にモータの回転速度を増大させている。そして、所定の回転速度Ｖｃに到達した時点で、１２０度通電矩形波駆動から正弦波駆動に切り換えている。これにより、ユーザはモータ起動時の衝撃を感じることなく、滑らかなマッサージを受けることができる。図８（ｂ）は、パルス幅を非線形、例えば２次関数的に拡大させた例を示している。後者の場合、特にモータの回転速度の増加が破砕ので、短時間に所定の回転速度Ｖｃに到達させることができる。その結果、１２０度通電矩形波駆動による時間を短縮することができ、より低騒音化することが可能になると共に、手技の１周期を短くすることができる。
【００３６】
次に、本実施の形態のさらに別の変形例について説明する。図９（ａ）は、輪状揉捏動作と呼ばれる手技を行う際の施療子２の動きを表したものである。また、図９（ｂ）は、そのときの第１モータ（上下駆動軸モータ）１１と第２モータ（幅駆動軸モータ）１２の時間による回転数の変化を表す。施療子２は直径２ｃｍ程度の円形の軌跡を描くように駆動され、その１周期は２秒程度である。駆動ユニット３０を上下方向に移動させる第１モータ１１は、片道１秒ほどの間に停止、起動、最高速（例えば１５００ｒｐｍ）への加速、停止の動作を行う必要がある。このような場合に、正弦波駆動を行うと、急激な速度変化による脱調（モータの回転子の状態と電機子に通電するタイミングがずれること）を起こす可能性が高い。そのため、この変形例では、検出された現在の回転速度と目標回転速度の差が一定以上である場合に、通電方式を正弦波駆動方式から１２０度通電矩形波駆動方式に切り換える。それにより、モータを目標回転数で回転させることが可能になると共に、脱調によるモータの巻線への過電流を防止することができる。なお、モータを１５０度通電矩形波駆動方式で駆動する場合にも、モータの回転速度が急激に変化するときには、同様の現象が生じする。従って、その場合にも通電方式を１５０度通電矩形波駆動方式から１２０度通電矩形波駆動方式に切り換えることが好ましい。
【００３７】
なお、上記実施の形態では、３つのモータの全てにブラシレスＤＣモータを使用した例を示したが、本発明は、これに限定されるものではなく、手技に寄与しない駆動軸を駆動するためのモータとして、ブラシ付きＤＣモータなどを使用してもよい。
【００３８】
さらに、本発明は、上記実施の形態のような独立して駆動される３つのモータを使用したマッサージ機に限定されるものではなく、施療子を３次元的な軌跡を描くように駆動させて施療を行うマッサージ機全般に適用することが可能である。そして、施療子を駆動させるモータのうち、施療子が３次元的な軌跡を１回描く間に少なくとも１回正転と反転が切り換えられるモータとしてブラシレスＤＣモータを使用し、ブラシレスＤＣモータを駆動する制御回路は、ブラシレスＤＣモータの回転速度を検出するし検出された回転速度に応じて、ブラシレスＤＣモータへの通電方式を少なくとも２以上の通電方式の中からいずれか１つを選択して切り換える機能を有していれば、マッサージ機の構成にかかわらず、上記と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施の形態に係るマッサージ機の背もたれの後側から見た構成を示す斜視図。
【図２】上記マッサージ機における駆動ユニットの構成を示す斜視図。
【図３】上記マッサージ機における制御回路の基本的な構成を示すブロック図。
【図４】３相４極のブラシレスＤＣモータを使用した場合のパワー回路部の構成を示す回路図。
【図５】１２０度矩形波駆動の場合及び正弦波駆動の場合のモータの巻線に印加される電圧の波形を示す波形図。
【図６】２０度矩形波駆動の場合、１５０度通電矩形波駆動の場合及び正弦波駆動の場合のモータの巻線に印加される電圧の波形を示す波形図。
【図７】（ａ）は１２０度通電矩形波駆動の場合のトルク変動を示す波形図、（ｂ）は１５０度通電矩形波駆動の場合のトルク変動を示す波形図。
【図８】（ａ）はＰＷＭされたパルス幅を所定時間ごとに１階調ずつパルス幅を拡げて行った場合のモータの巻線に流れる電流を示す波形図、（ｂ）はパルス幅を非線形に拡大させた場合の電流波形図。
【図９】（ａ）は輪状揉捏動作と呼ばれる手技を行う際の施療子の動きを表した図、（ｂ）はそのときの上下駆動軸モータと幅駆動軸モータの時間による回転数の変化を表す波形図。
【符号の説明】
【００４０】
１ マッサージ機
２ 施療子（もみ球）
３Ａ、３Ｂ 施療子ベース
５ アーム
１１ 第１モータ
１２ 第２モータ
１３ 第３モータ
２０ 椅子
２１ 背もたれ
２２ ガイドレール
２５ 制御回路
２５１ 交流入力電源
２５２ 整流・平滑回路部
２５３ パワー回路部
２５４ 回転速度検出回路部
２５５ 制御回路部（回転速度演算手段、速度制御手段、電圧制御手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
椅子と、
前記椅子の背もたれに設けられたガイドレールに沿ってそれ自体が上下動する駆動ユニットと、
前記駆動ユニットを前記ガイドレールに沿って上下動させる第１モータと、
前記駆動ユニットに設けられ、前記椅子の幅方向に沿って互いに逆方向に往復駆動される一対の施療子ベースと、
前記一対の施療子ベースを互いに逆方向に往復駆動させる第２モータと、
前記一対の施療子ベースにそれぞれ保持され、その動作の主成分が前記椅子の背もたれに対して略直交する面内で駆動される施療子と、
前記施療子を、その動作の主成分が前記椅子の背もたれに対して略直交するように駆動させる第３モータと、
前記第１モータ、第２モータ及び第３モータをそれぞれ独立して駆動する制御回路を備え、
前記第１モータ、第２モータ及び第３モータの少なくとも１つはブラシレスＤＣモータであり、
前記制御回路は、前記ブラシレスＤＣモータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記回転速度検出手段により検出された回転速度に応じて、前記ブラシレスＤＣモータへの通電方式を少なくとも２以上の通電方式の中からいずれか１つを選択して切り換える通電方式切り換え手段を備えたことを特徴とするマッサージ機。
【請求項２】
前記通電方式切り換え手段は、前記ブラシレスＤＣモータの起動時からその回転速度が所定の速度に達するまでは、１２０度の矩形波電圧をモータの巻線に通電する１２０度通電矩形波駆動方式を選択し、前記ブラシレスＤＣモータの回転速度が所定の速度に達した後は、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に略正弦波形の電流が流れるように通電する正弦波駆動方式を選択することを特徴とする請求項１に記載のマッサージ機。
【請求項３】
前記通電方式切り換え手段は、前記ブラシレスＤＣモータの起動時からその回転速度が所定の速度に達するまでは、１２０度の矩形波電圧をモータの巻線に通電する１２０度通電矩形波駆動方式を選択し、前記ブラシレスＤＣモータの回転速度が所定の速度に達した後は、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に１２０度以上の矩形波電圧をモータの巻線に通電する矩形波駆動方式を選択することを特徴とする請求項１に記載のマッサージ機。
【請求項４】
前記１２０度通電矩形波駆動時において、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に印加されるパルス幅変調されたパルス電圧のパルス幅を、所定時間を経過するごとに増大させていくことを特徴とする請求項２又は３に記載のマッサージ機。
【請求項５】
前記回転速度検出手段により検出された現在の回転速度と目標回転速度の差が一定以上である場合に、前記通電方式切り換え手段は、通電方式を１２０度通電矩形波駆動方式に切り換えて、前記ブラシレスＤＣモータを駆動することを特徴とする請求項２又は３に記載のマッサージ機。
【請求項６】
施療子を３次元的な軌跡を描くように駆動させて施療を行うマッサージ機であって、
前記施療子を駆動させるモータのうち、前記施療子が前記３次元的な軌跡を１回描く間に少なくとも１回正転と反転が切り換えられるモータとしてブラシレスＤＣモータを使用し、
前記ブラシレスＤＣモータを駆動する制御回路は、前記ブラシレスＤＣモータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記回転速度検出手段により検出された回転速度に応じて、前記ブラシレスＤＣモータへの通電方式を少なくとも２以上の通電方式の中からいずれか１つを選択して切り換える通電方式切り換え手段を備えたことを特徴とするマッサージ機。
【請求項１】
椅子と、
前記椅子の背もたれに設けられたガイドレールに沿ってそれ自体が上下動する駆動ユニットと、
前記駆動ユニットを前記ガイドレールに沿って上下動させる第１モータと、
前記駆動ユニットに設けられ、前記椅子の幅方向に沿って互いに逆方向に往復駆動される一対の施療子ベースと、
前記一対の施療子ベースを互いに逆方向に往復駆動させる第２モータと、
前記一対の施療子ベースにそれぞれ保持され、その動作の主成分が前記椅子の背もたれに対して略直交する面内で駆動される施療子と、
前記施療子を、その動作の主成分が前記椅子の背もたれに対して略直交するように駆動させる第３モータと、
前記第１モータ、第２モータ及び第３モータをそれぞれ独立して駆動する制御回路を備え、
前記第１モータ、第２モータ及び第３モータの少なくとも１つはブラシレスＤＣモータであり、
前記制御回路は、前記ブラシレスＤＣモータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記回転速度検出手段により検出された回転速度に応じて、前記ブラシレスＤＣモータへの通電方式を少なくとも２以上の通電方式の中からいずれか１つを選択して切り換える通電方式切り換え手段を備えたことを特徴とするマッサージ機。
【請求項２】
前記通電方式切り換え手段は、前記ブラシレスＤＣモータの起動時からその回転速度が所定の速度に達するまでは、１２０度の矩形波電圧をモータの巻線に通電する１２０度通電矩形波駆動方式を選択し、前記ブラシレスＤＣモータの回転速度が所定の速度に達した後は、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に略正弦波形の電流が流れるように通電する正弦波駆動方式を選択することを特徴とする請求項１に記載のマッサージ機。
【請求項３】
前記通電方式切り換え手段は、前記ブラシレスＤＣモータの起動時からその回転速度が所定の速度に達するまでは、１２０度の矩形波電圧をモータの巻線に通電する１２０度通電矩形波駆動方式を選択し、前記ブラシレスＤＣモータの回転速度が所定の速度に達した後は、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に１２０度以上の矩形波電圧をモータの巻線に通電する矩形波駆動方式を選択することを特徴とする請求項１に記載のマッサージ機。
【請求項４】
前記１２０度通電矩形波駆動時において、前記ブラシレスＤＣモータの巻線に印加されるパルス幅変調されたパルス電圧のパルス幅を、所定時間を経過するごとに増大させていくことを特徴とする請求項２又は３に記載のマッサージ機。
【請求項５】
前記回転速度検出手段により検出された現在の回転速度と目標回転速度の差が一定以上である場合に、前記通電方式切り換え手段は、通電方式を１２０度通電矩形波駆動方式に切り換えて、前記ブラシレスＤＣモータを駆動することを特徴とする請求項２又は３に記載のマッサージ機。
【請求項６】
施療子を３次元的な軌跡を描くように駆動させて施療を行うマッサージ機であって、
前記施療子を駆動させるモータのうち、前記施療子が前記３次元的な軌跡を１回描く間に少なくとも１回正転と反転が切り換えられるモータとしてブラシレスＤＣモータを使用し、
前記ブラシレスＤＣモータを駆動する制御回路は、前記ブラシレスＤＣモータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記回転速度検出手段により検出された回転速度に応じて、前記ブラシレスＤＣモータへの通電方式を少なくとも２以上の通電方式の中からいずれか１つを選択して切り換える通電方式切り換え手段を備えたことを特徴とするマッサージ機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−１１００３６（Ｐ２００６−１１００３６Ａ）
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２９９８０５（Ｐ２００４−２９９８０５）
【出願日】平成１６年１０月１４日（２００４．１０．１４）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１４日（２００４．１０．１４）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]