(57)【要約】【課題】小型でありながらも振動効率が良く耐久性の高い振動生成装置を提供する。【解決手段】複数相の電磁コイル群２０を備えた第１の構造部と、前記第１の構造部の内側に配置され、軸１２、および極性の異なる磁石としての永久磁石１７、１８が軸１２の回転方向の軸１２の外周に交互に配置された磁石群１６を含む第２の構造部と、前記第１の構造部、および前記第２の構造部を収納する筐体１１と、筐体１１部に固定され軸１２の勘合部２５が設けられている弾性部材としての軸支持部１３とを備え、軸１２は、軸支持部１３の勘合部２５に勘合され、回転不能に固定されていることを特徴とする振動生成装置。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電磁コイルを備えた第１の構造部と、
前記第１の構造部に囲まれて配置されており、軸、および極性の異なる磁石が前記軸の外周方向に、交互に前記軸の外周に配置された磁石群を備えた第２の構造部と、
前記第１の構造部が接続された筐体と、
前記筐体に配置され、前記軸の勘合部が設けられた弾性部材と、を備え、
前記軸は、前記弾性部材の前記勘合部に勘合されていることを特徴とする振動生成装置。
【請求項２】
請求項１記載の振動生成装置において、
前記軸は、前記弾性部材と勘合されている部分の断面の外周の一部に直線形状を有することを特徴とする振動生成装置。
【請求項３】
請求項２に記載の振動生成装置において、
前記弾性部材は、前記勘合部の断面の内周の一部に直線形状を有し、
前記勘合部の前記直線形状と、前記軸の前記直線形状とが、対向して設けられていることを特徴とする振動生成装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３いずれか一項に記載の振動生成装置において、
前記第１の構造部は、前記複数の電磁コイルが配列された複数相の電磁コイル群を備えていることを特徴とする振動生成装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４いずれか一項に記載の振動生成装置において、
前記電磁コイル群は、
電磁コイルから構成されたＡ相の電磁コイルの組、およびＢ相の電磁コイルの組を有し、
前記Ａ相の電磁コイルの組は、前記第２の構造部の外周側にあって、前記第２の構造部に離間して設けられており、
前記Ｂ相の電磁コイルの組は、前記Ａ相の電磁コイルの組の外周側に設けられていることを特徴とする振動生成装置。
【請求項６】
請求項５記載の振動生成装置において、
前記電磁コイル群は、
前記Ａ相の電磁コイルの組と、前記Ｂ相の電磁コイルの組とが、前記軸の軸心を中心とした同心円筒形状に設けられていることを特徴とする振動生成装置。
【請求項７】
請求項６記載の振動生成装置において、
前記Ａ相の電磁コイルの組、および前記Ｂ相の電磁コイルの組は、複数の空芯の電磁コイルから成り、
同一の前記電磁コイルの組に属する前記電磁コイルが、所定の方向に、所定のピッチで配列され、隣り合う前記電磁コイル同士が逆極性に励磁されるように互いに接続されていることを特徴とする振動生成装置。
【請求項８】
請求項７記載の振動生成装置において、
前記Ａ相の電磁コイルの組、および前記Ｂ相の電磁コイルの組は、互いに電気角でπ／２ずれた相対位置関係で配置されていることを特徴とする振動生成装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の振動生成装置において、
前記磁石群は、前記Ａ相の電磁コイルの組の内側に、前記Ａ相の電磁コイルの組と対向し、離間して配置されていることを特徴とする振動生成装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の振動生成装置において、
前記磁石群は、前記軸の軸心を中心とする同心円筒形状に設けられていることを特徴とする振動生成装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の振動生成装置において、
前記磁石により生じる磁性の強さを検知する磁気センサーを有し、
前記磁気センサーは、それぞれの前記電磁コイルの相に対応して設けられており、
それぞれの前記磁気センサーから得られる検出値が、対応する前記電磁コイルの組に帰還されていることを特徴とする振動生成装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の振動生成装置において、
前記Ａ相の電磁コイルの組、およびＢ相の電磁コイルの組に励磁電流を供給する制御回路を備え、
前記磁気センサーから得られた任意の位置信号レベルを、前記制御回路のＰＷＭ生成部および出力部を通じて前記電磁コイルに帰還し、前記磁石との間に吸引または反発する力を発生させることを特徴とする振動生成装置。
【請求項１３】
アームを有し、前記アームを回動自在に連結してなる少なくとも１つのアーム連結体と、
前記アームの先端側に設けられた請求項１ないし請求項１２のいずれか一項に記載の振動生成装置と、を備えていることを特徴とするロボット。
【請求項１４】
複数の電磁コイルを備えた第１の構造部と、前記第１の構造部に囲まれて配置されており、軸、および極性の異なる磁石が前記軸の外周方向に、交互に前記軸の外周に配置された磁石群を備えた第２の構造部と、前記第１の構造部が接続された筐体と、前記筐体に配置され、前記軸の勘合部が設けられた弾性部材と、を備え、前記軸は、前記弾性部材の前記勘合部に勘合されていることを特徴とする振動生成装置と、
アームを有し、前記アームを回動自在に連結してなる少なくとも１つのアーム連結体と、を備え、
前記振動生成装置が、前記前記アームの先端側に設けられていることを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、振動生成装置、および振動生成装置を用いたロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば各種材料、部品の充填装置や、粉粒体の閉塞防止装置、搬送フィーダ、サイズ選別スクリーンなどの産業用の振動応用機器、あるいは携帯電話機などの小型携帯端末のサイレント報知源などに振動モーターが用いられている。振動モーターとしては、回転軸に装着された偏心分銅により生じる回転遠心力で振動を発生させる振動モーターが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−０８６９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されているような従来の振動モーターでは、回転遠心力を発生させるための偏心分銅を必要とする。このため、従来の振動モーターでは、偏心分銅の回転空間を確保するために構造が大きくなってしまったり、偏心分銅を断続的に起動させるため、ベアリングに加わる断続的な負荷によるベアリング破損など耐久性の低下を起こしてしまったりするという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例に係る振動生成装置は、複数の電磁コイルを備えた第１の構造部と、前記第１の構造部に囲まれて配置されており、軸、および極性の異なる磁石が前記軸の外周方向に、交互に前記軸の外周に配置された磁石群を備えた第２の構造部と、前記第１の構造部が接続された筐体と、前記筐体に配置され、前記軸の勘合部が設けられた弾性部材と、を備え、前記軸は、前記弾性部材の前記勘合部に勘合されていることを特徴とする。
【０００７】
本適用例に記載の振動生成装置によれば、筐体に設けられた弾性部材による軸の勘合部に軸が勘合されて支持されているため、磁石と電磁コイルとの間に発生する吸引と反発の力により回転しようとする第２の構造部を、弾性部材が抑止するはたらきとなる。これによって、第２の構造部が回転方向と逆方向とに動こうとする力を交互に繰り返して生じることになり、第１の構造部と第２の構造部とを相対的に振動（揺動）させることができる。したがって、従来用いられていたベアリングなどが不要となるため、耐久性が向上するとともに、小型の振動生成装置を提供することが可能となる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例に記載の振動生成装置において、前記軸は、前記弾性部材と勘合されている部分の断面の外周の一部に直線形状を有することが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、この振動生成装置は軸とこれを支持する弾性部材との勘合力を高めるため、磁石と電磁コイルとの間に発生する吸引と反発の力により回転しようとする第２の構造部を抑止する力が強まり、第１の構造部と第２の構造部との間で発生する相対的な揺動を大きくすることが出来る。
【００１０】
［適用例３］上記適用例に記載の振動生成装置において、前記弾性部材は、前記勘合部の断面の内周の一部に直線形状を有し、前記勘合部の前記直線形状と、前記軸の前記直線形状とが、対向して設けられていることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、この振動生成装置は軸とこれを支持する弾性部材との勘合力を高めるため、磁石と電磁コイルとの間に発生する吸引と反発の力により回転しようとする第２の構造部を抑止する力が強まり、第１の構造部と第２構造部との間で発生する相対的な揺動を大きくすることが出来る。
【００１２】
［適用例４］上記適用例に記載の振動生成装置において、前記第１の構造部は、前記複数の電磁コイルが配列された複数相の電磁コイル群を備えていることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、複数の電磁コイルが配列された複数相の電磁コイル群をそなえていることから、第２の構造部が回転方向と逆方向とに動こうとする力を交互に繰り返して生じさせることができる。
【００１４】
［適用例５］上記適用例に記載の振動生成装置において、電磁コイル群は、電磁コイルから構成されたＡ相の電磁コイルの組、およびＢ相の電磁コイルの組を有し、前記Ａ相の電磁コイルの組は、前記第２の構造部の外周側にあって、前記第２の構造部に離間して設けられており、前記Ｂ相の電磁コイルの組は、前記Ａ相の電磁コイルの組の外周側に設けられていることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、この振動生成装置は電磁コイルの組間においてコイル配置を互いにシフトした配置であるため、第１の構造部と第２の構造部との間に最も強い吸引と反発の力を生む複数の異極の磁石との相対位置関係が確保でき、これによって強い振動（搖動）を生成することが出来る。
【００１６】
［適用例６］上記適用例に記載の振動生成装置において、電磁コイル群は、前記Ａ相の電磁コイルの組と、前記Ｂ相の電磁コイルの組とが、前記軸の軸心を中心とした同心円筒形状に設けられていることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、この振動生成装置は、電磁コイル群が第２の構造部に属する軸を中心とした同心円筒形状であるため、磁石と電磁コイル群との距離と磁石と電磁コイル群との間に生じる磁束密度を均一化でき、一定の振動量を生成することができる。
【００１８】
［適用例７］上記適用例に記載の振動生成装置において、前記Ａ相の電磁コイルの組、および前記Ｂ相の電磁コイルの組は、複数の空芯の電磁コイルから成り、同一の前記電磁コイルの組に属する前記電磁コイルが、所定の方向に、所定のピッチで配列され、隣り合う前記電磁コイル同士が逆極性に励磁されるように互いに接続されていることが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、この振動生成装置は空芯の電磁コイルであるため、鉄損失による発熱を低減化でき、これによって耐久性を高くすることが出来る。さらに隣り合う電磁コイル同士が所定の方向に沿って、所定のピッチで常に逆極性に励磁される接続配列であるため、第１の構造部と第２の構造部間に最も強い吸引と反発の力を生む複数の異極の磁石との位置関係が確保でき、これによって強い振動を生成することが出来る。
【００２０】
［適用例８］上記適用例に記載の振動生成装置において、前記Ａ相の電磁コイルの組、および前記Ｂ相の電磁コイルの組は、互いに電気角でπ／２ずれた相対位置関係で配置されていることが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、この振動生成装置は複数のコイルの組が電気角でπ／２分ずれた相対位置関係で配置されているため、第１の構造部と第２の構造部間に最も強い吸引または反発の力を生む複数の異極の磁石との位置関係が確保でき、これによって強い振動を生成することが出来る。
【００２２】
［適用例９］上記適用例に記載の振動生成装置において、前記磁石群は、前記Ａ相の電磁コイルの組の内側に、前記Ａ相の電磁コイルの組と対向し、離間して配置されていることが好ましい。
【００２３】
この構成によれば、この振動生成装置は、磁石の複数の磁極要素が交互に異極になるようにＡ相の電磁コイルの組とＢ相の電磁コイルの組に対向して配置されているため、第１の構造部と第２の構造部との間に最も強い吸引と反発の力を生む複数の異極の磁石との位置関係が確保でき、これによって強い振動を生成ことが出来る。
【００２４】
［適用例１０］上記適用例に記載の振動生成装置において、前記磁石群は、前記軸の軸心を中心とする同心円筒形状に設けられていることが好ましい。
【００２５】
この構成によれば、この振動生成装置は同心円筒形状の磁石群であるため、磁石群と電磁コイルとの距離と磁石群と電磁コイルとの間に生じる磁束密度を均一化でき、一定の振動生成と低消費電力を実現することが出来る。
【００２６】
［適用例１１］上記適用例に記載の振動生成装置において、前記磁石により生じる磁性の強さを検知する磁気センサーを有し、前記磁気センサーは、それぞれの前記電磁コイルの相に対応して設けられており、それぞれの前記磁気センサーから得られる検出値が、対応する前記電磁コイルの組に帰還されていることが好ましい。
【００２７】
この構成によれば、磁石との間に生じる磁性の強さを検出できるため、これを基にした信号波形を生成することができ、これによりＰＷＭを生成することができる。
【００２８】
［適用例１２］上記適用例に記載の振動生成装置において、前記Ａ相の電磁コイルの組、およびＢ相の電磁コイルの組に励磁電流を供給する制御回路を備え、前記磁気センサーから得られた任意の位置信号レベルを、前記制御回路のＰＷＭ生成部および出力部を通じて前記電磁コイルに帰還し、前記磁石との間に吸引または反発する力を発生させることが好ましい。
【００２９】
この構成によれば、磁石との間に生じた磁性の強さから生成された信号波形を元にしてＰＷＭを生成することができるため、電磁コイル群と磁石との間に電磁力を発生させるための励磁信号を供給することができる。
【００３０】
［適用例１３］本適用例に記載のロボットは、アームを有し、前記アームを回動自在に連結してなる少なくとも１つのアーム連結体と、前記アームの先端側に設けられた上記適用例のいずれか一例に記載の振動生成装置を備えていることを特徴とする。
【００３１】
本適用例に記載のロボットによれば、小型で耐久性に優れた振動生成装置をそなえているため、小型の耐久性に優れた振動機能を有するロボットを提供することができる。
【００３２】
［適用例１４］本適用例に記載のロボットは、複数の電磁コイルを備えた第１の構造部と、前記第１の構造部に囲まれて配置されており、軸、および極性の異なる磁石が前記軸の外周方向に、交互に前記軸の外周に配置された磁石群を備えた第２の構造部と、前記第１の構造部が接続された筐体と、前記筐体に配置され、前記軸の勘合部が設けられた弾性部材と、を備え、前記軸は、前記弾性部材の前記勘合部に勘合されていることを特徴とする振動生成装置と、アームを有し、前記アームを回動自在に連結してなる少なくとも１つのアーム連結体と、を備え、前記振動生成装置が、前記前記アームの先端側に設けられていることを特徴とする。
【００３３】
本適用例に記載のロボットによれば、小型で耐久性に優れた振動生成装置をそなえているため、小型の耐久性に優れた振動機能を有するロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態１に係る振動生成装置のシステム概念を示す構成図。
【図２】実施形態１に係る振動生成装置の外観の概略を示す斜視図。
【図３】実施形態１に係る振動生成装置の要部断面図であり、（Ａ）は振動生成体を、軸心の延伸する方向と垂直な方向から見た正面断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の側面断面図。
【図４】実施形態１に係る振動生成装置のコイル配列を示す概略図であり、（ａ）はＡ相の電磁コイルの組のコイル配列、（ｂ）はＢ相の電磁コイルのコイル配列を示す図。
【図５】実施形態１に係る振動生成装置における構造上の電磁力の相互関係を示す図であり、（Ａ）は電磁力の原理を示し、（Ｂ）は電磁力の相互関係と振動生成原理を示す図。
【図６】実施形態１に係る振動生成装置の制御の概念を示す図。
【図７】実施形態２に係る振動生成装置の要部断面図であり、（Ａ）は振動生成体を、軸心の延伸する方向と垂直な方向から見た正面断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の側面図。
【図８】実施形態３に係るロボットを示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。
【００３６】
（実施形態１）
図１は実施形態１に係る振動生成装置のシステム概念を示す図である。図１に示すように、振動生成システム１００は、振動を生成する構造体である振動生成装置１０と、ＰＷＭ生成部７０、および励磁信号を供給する出力部６０を備える制御部５０と、を含んでいる。ＰＷＭ生成部７０は、振動生成装置１０の図示しない電磁コイルの相ごとに備えられた磁気センサー８０からの検出信号を受けて、交流信号を生成する。出力部６０は、ＰＷＭ生成部７０で生成される交流信号を受けて、振動生成装置１０を構成する電磁コイル（図示せず）へ励磁信号を供給する。そして、この励磁信号を受けた電磁コイルが励磁され、振動生成装置１０が、振動生成を行う。
【００３７】
図２、および図３を用いて、実施形態１に係る振動生成装置の構成について説明する。図２は実施形態１に係る振動生成装置の外観の概略を示す斜視図である。図３は、実施形態１に係る振動生成装置の要部断面図であり、（Ａ）は振動生成体を、軸心の延伸する方向と垂直な方向から見た正面断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の側面断面図である。
【００３８】
図２、および図３に示すように、実施形態１に係る振動生成装置１０は、非磁性体金属で形成されている筐体（ハウジング）１１と、筐体１１の内側に配置された複数相の電磁コイル群２０を備えた第１の構造部と、電磁コイル群２０の内側に設けられた第２の構造部と、を備えている。
【００３９】
第１の構造部は、筐体１１側に配置されたＢ相の電磁コイルの組２２と、Ｂ相の電磁コイルの組２２の内側に配置されたＡ相の電磁コイルの組２１とを含み構成されている。換言すれば、第１の構造部は、筐体１１の内周に沿って略円筒形状に配列されたＢ層、Ａ相の２列の電磁コイルの組２２，２１を有している。Ｂ相の電磁コイルの組２２およびＡ相の電磁コイルの組２１の具体的構成については、後述にて説明する。
【００４０】
また、電磁コイル群２０には、後述する極性の異なる磁石の一例としての永久磁石１７，１８の位置を検出する磁気センサー８０（不図示）が、Ａ相の電磁コイルの組２１を構成する電磁コイル２１ａ，２１ｂ（図４参照）の各相に一つずつ配置されている。磁気センサー８０は、図示しない回路基板に固定されており、回路基板は筐体１１に固定されている。
【００４１】
第２の構造部は、略円筒形状に配列されたＡ相の電磁コイルの組２１の円筒の中心を軸心とした軸１２と、極性の異なる磁石としての永久磁石１７，１８が、軸１２の回転方向に交互に軸１２の外周に配置された磁石群１６とを含み構成されている。磁石群１６は、Ａ相の電磁コイルの組２１の内側に配置されている。
【００４２】
このように、振動生成装置１０は、軸１２と、軸１２の外周に設けられた磁石群１６と、磁石群１６と間隙を有してその外周側に設けられたＡ相の電磁コイルの組２１と、Ａ相の電磁コイルの組２１の外周側に設けられたＢ相の電磁コイルの組２２とが、軸１２の軸心を中心とした同心円筒形状に設けられている。そして、第２構造部、および第１構造部は、筐体１１に収納されている。
【００４３】
筐体１１の対向する２つの側面１４には、軸１２との勘合部２５が設けられた弾性部材としての軸支持部１３が設けられている。筐体１１と軸支持部１３とは、相対移動しないように強固に固着されている。軸１２は、その両端が軸支持部１３の勘合部２５に回動不能に勘合されている。即ち、軸１２は、筐体１１の対向する２つの側面１４に亘って両端支持されている。なお、本実施形態では、勘合部２５が筐体１１の対向する２つの側面１４に設けられている例で説明したが、勘合部２５は、筐体１１に接続された他の対向する構造物に設けられる構成でもよい。
【００４４】
本実施形態では、軸１２の端部の外周の一部が直線形状１５に形成されており、軸支持部１３の勘合部２５の内周にも軸１２の端部と同様に一部が直線形状２９に形成されている構成となっている。そして、軸１２の端部の外周の一部に設けられた直線形状１５と、軸支持部１３の勘合部２５の内周の一部に設けられた直線形状２９とを対向させて、軸１２と軸支持部１３の勘合部２５とを勘合させることによって、勘合部２５に対して軸１２が回動しなくなる。
【００４５】
なお、勘合部２５に対して軸１２が回動しないようにするためには、上述の構成に限らない。他の方法としては、例えば、軸１２から勘合部２５に挿入されたロッド（ピン）を用いる方法、軸１２および勘合部２５にキー溝を設け、そのキー溝にキーを挿入する方法、軸１２および勘合部２５の一方に突起を設け他方に凹部を設けてかみ合わせる方法、などを用いることができる。
【００４６】
磁石群１６は、軸１２の外周に、本実施形態では６つの磁石としての永久磁石（例えば、永久磁石１７，１８）を有している。なお、永久磁石の数量は、６つに限られるものではない。６つの永久磁石（例えば、永久磁石１７，１８）は、軸１２の回転しようとする方向（回転方向とも言う）に、Ｓ極の永久磁石１７、次にＮ極の永久磁石１８、次にＳ極の永久磁石１７のように、極性の異なる永久磁石１７，１８を交互に配置し、円筒状の磁石群１６が形成される。永久磁石１７，１８は、例えば希土類ネオジウムで形成されている。磁石群１６を構成する永久磁石１７，１８は、軸１２の中心（軸心）から外周に向かう径方向（放射方向）に沿って磁化されている。
【００４７】
軸１２は、例えば表面処理の行われていない磁性体金属で形成されている。そして、軸１２は、前述したように筐体１１の側面１４に備えられた軸支持部１３により支持されている。軸支持部１３は、例えば合成ゴム等の高分子弾性材料で形成されている。
【００４８】
なお、第１の構造部の筐体１１と電磁コイル群２０との間に、軟磁性材によるバックヨーク（磁気ヨーク部材）を設けてもよい。このように、バックヨークを設けることにより、磁性体である軸１２との間の磁束を有効利用することで磁束密度が高くなり、第１の構造部と第２の構造部との間の吸引および反発の力が高くなる。これにより、相対的な揺動を大きくすることが可能となる。
【００４９】
次に、図４を用いて、実施形態１に係る振動生成装置のコイル配列について説明する。図４は実施形態１に係る振動生成装置のコイル配列を示す概略図であり、（Ａ）は、Ａ相の電磁コイルの組のコイル配列を示し、（Ｂ）はＢ相の電磁コイルのコイル配列を示している。
【００５０】
図４に示すように、Ａ相の電磁コイルの組２１の電磁コイル２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆは、それぞれ時計回りの方向に巻かれた電磁コイル（例えば、電磁コイル２０ｂ）と反時計回りの方向に巻かれた電磁コイル（例えば、電磁コイル２０ａ）とが交互に配列され、接続された状態で構成されている。同様に、Ｂ相の電磁コイルの組２２の電磁コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆは、それぞれ時計回りの方向に巻かれた電磁コイル（例えば、電磁コイル２１ｂ）と反時計回りの方向に巻かれた電磁コイル（例えば、電磁コイル２１ｃ）とが交互に配列され、接続された状態で構成されている。電磁コイル２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆは、例えば融着性ポリウレタン銅線で構成されている。また、Ａ相の電磁コイルの組２１と、Ｂ相の電磁コイルの組２２とは、電気角で、π／２ずれるように配置されている。
【００５１】
次に、図５を用い、実施形態１に係る振動生成装置における構造上の電磁力の相互関係と振動生成原理について説明する。図５は実施形態１に係る振動生成装置の制御概念を示す図であり、（Ａ）は電磁力の原理を示す図、（Ｂ）は電磁力の相互関係と振動生成原理を示す側断面図である。
【００５２】
図５（Ａ）に示すように、電磁コイルの電流方向６３に対して、互いに直交する２つの方向の一つである水平９０°方向６２に磁界が発生し、同じく垂直９０°方向６１に導体にかかる力が発生する。本発明の振動生成装置はこの電磁力の原理を用いている。
【００５３】
図５（Ｂ）に示すように、Ｂ相の電磁コイルの組２２は、Ａ相の電磁コイルの組２１に対し、電気角でπ／２ずれた位置に配置されている。このＢ相、Ａ相の各電磁コイルの組２２，２１にＰＷＭ生成部７０、出力部６０（図１参照）で生成された励磁信号を供給することで、Ｂ相の電磁コイルの組２２を構成する電磁コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ、およびＡ相の電磁コイルの組２１を構成する電磁コイル２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆと磁石群１６を構成する永久磁石１７，１８との間に磁界が発生する。
【００５４】
詳述すると、例えば、Ａ相の電磁コイル２０ｆに一時的に流れる電流方向は、電磁コイル２０ｆの一方側では、図示の奥行き方向２５ａであり、このときに永久磁石Ｎ極から電磁コイル２０ｆ方向に磁界２５ｂが発生する。同じタイミングで、電磁コイル２０ｆの他方側に流れる電流方向は、前述の奥行き方向２５ａと逆方向となる図示手前方向２６ａであり、このときに電磁コイル側から永久磁石Ｓ極方向に向けて磁界２６ｂが発生する。この磁界２５ｂ，２６ｂによって、電磁コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆにローレンツ力２７が発生する。
【００５５】
ローレンツ力２７は、電磁コイル２０ｆの一方側、電磁コイル２０ｆの他方側ともに、いずれのタイミングにおいても一定方向に発生する。このローレンツ力２７によって、電磁コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆに対し、磁石群１６が反発する力が生じ、反発する力によって矢印２８の方向（正方向）に回転しようとする力が働く。
【００５６】
次に、図６を用いて、振動生成装置の制御の概念を説明する。図６は、実施形態１に係る振動生成装置の制御の概念を示す図であり、(Ａ)は励磁信号波形を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）の電気角に対応する相電流量を示す図であり、（Ｃ）は（Ａ）の電気角に対応する軸の回転角を示す図である。
【００５７】
図６（Ａ）、（Ｂ）においては、Ａ相の電磁コイルの組２１に供給される励磁信号、Ｂ相の電磁コイルの組２２に供給される励磁信号とのタイミングおよび電流量の相互関係を示している。Ａ相の電磁コイルの組２１にＣｏｓの励磁信号３０が供給される。この場合、信号供給開始時の電流量を１とすると、電気角で４５°シフトした時は、１／√２の電流量であり、以降４５°ずつのシフトで電流量はそれぞれ０、−１／√２、−１、−１／√２、０、１／√２、１となる。Ａ相の電磁コイルの組２１に供給される励磁信号３０に対し、Ｂ相の電磁コイルの組２２に供給されるＳｉｎの励磁信号３１のタイミングは電気角で９０°ずれており、同じタイミング（電気角）におけるＡ相の電磁コイルの組２１の電流量３２とＢ相の電磁コイルの組２２の電流量３３の相互関係は図６（Ｂ）に示すとおりである。さらに同じタイミングにおける軸の回転角度である機械角３４との相互関係は図６（ｃ）に示すとおりであり、電気角で３６０°シフトしたときの機械角３４は、１２０°となる。即ち、機械角３４が３６０°となる、軸１２が１回転するためには励磁信号３０は電気角を３回転させることが必要となる。
【００５８】
図５、および図６に示す構成と制御によると、電磁コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆに生じたローレンツ力２７に対して、磁石群１６が反発する力、および吸引する力が生じ、この力によって軸１２が正方向に回転しようとする力が働く。この回転しようとする力を、軸１２を支持する弾性部材である軸支持部１３が機械的に抑止することによって反発力が生じ逆方向に回転しようとする力が働く。このように、磁石群１６および軸１２を含む第２の構造部が、正方向（正回転方向）と逆方向（逆回転方向）とに動こうとする力を交互に繰り返して生じることになり、第１の構造部と第２の構造部とを相対的に振動（揺動）させることができる。
【００５９】
以上述べた実施形態１に係る振動生成装置１０によれば、以下の効果を得ることが出来る。
（１）Ａ相の電磁コイルの組２１およびＢ相の電磁コイルの組２２を含む第１構造部における電磁力と、磁石群１６を含む第２の構造部が、回転方向と逆方向とに動こうとする力を交互に繰り返して生じることになり、第１の構造部と第２の構造部とを相対的に振動（揺動）させることができる。これにより従来、回転型振動モーターの回転遠心力を必要とせずに振動生成を行うことができる。
（２）また、従来の回転式振動モーターで必要としていた偏心分銅と軸受けを除外することができるため、偏心分銅の回転空間が必要なくなり、小型化を実現することできる。
（３）また、従来の回転式振動モーターで必要としていた軸受け(ベアリング）を除外することができるため、軸受け劣化を考慮することが不要となり、耐久性を向上させることが可能となる。
（４）従来、回転式振動モーターで必要としていたタングステン合金、軸受け等、高価な各部材を必要としないため、部品コストを低減化することができる。
（５）従来、回転式振動モーターの回転接触騒音を無くすことができ、静音化が実現できる。特に断続的始動時の軸受けに対する高負荷が無くなり、高い耐久性が実現できる。
【００６０】
（実施形態２）
図７（Ａ）、（Ｂ）を用いて、実施形態２に係る振動生成装置の構成について説明する。図７（Ａ）は実施形態２に係る振動生成装置の要部断面図であり、（Ａ）は振動生成体を、軸心の延伸する方向と垂直な方向から見た正面断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の側面断面図である。なお、前述の実施形態１に係る振動生成装置と同様な構成、制御については、同符号を付すなどしてその説明を省略する。
【００６１】
図７（Ａ）、（Ｂ)に示す実施形態２に係る振動生成装置９０は、前述の実施形態１に係る振動生成装置１０の軸１２と軸支持部１３との接続方法が異なる。実施形態２に係る振動生成装置９０は、軸４１を筐体４６に設けられている軸支持部４４にネジ４５を用いて固定している。このネジ４５による固定により、軸４１は軸支持部４４に相対的な回転不能に、且つ強固に固定される。軸支持部４４は、合成ゴム等の高分子弾性材料で形成されており、筐体４６に、回転、且つ移動ができないように固着されている。
【００６２】
上述した実施形態２に係る振動生成装置９０によれば、上述の実施形態１に係る振動生成装置１０の効果に加え、軸４１と筐体４６に設けられている軸支持部４４との固定、接続にネジ４５を用いているため、容易に振動生成装置９０を組み立てることができる。
【００６３】
（実施形態３）
本実施形態に係る単腕ロボットについて、図８を参照して説明する。図８は、前述の振動生成装置１０（振動生成システム１００）、あるいは振動生成装置９０を用いている実施形態３に係るロボットを示す斜視図である。
【００６４】
実施形態３に係る、前述の振動生成装置１０，９０を用いた単腕ロボット５００の概要構成について説明する。なお、本実施形態では、振動生成装置１０を用いた例で説明する。
【００６５】
図８に示すように、ロボットとしての単腕ロボット５００は、基台５１０と、アーム連結体５２０と、アーム連結体５２０の先端側に設けられたエンドエフェクタ５３０と、アーム連結体５２０とエンドエフェクタ５３０との間で、エンドエフェクタ５３０に連結して設けられた振動生成装置１０とを有する。
【００６６】
基台５１０は、アーム連結体５２０を回動させるための動力を発生させるアクチュエーター（図示せず）、およびアクチュエーターを制御する制御部（図示せず）等を収納する機能を有する。また、基台５１０は、例えば、床、壁、天井、移動可能な台車上などに固定される。
アーム連結体５２０は、第１のアーム５２１、第２のアーム５２２、第３のアーム５２３、第４のアーム５２４、および第５のアーム５２５を有しており、隣り合うアーム同士を回動自在に連結することにより構成されている。アーム連結体５２０は、制御部の制御によって、各アームの連結部を中心に複合的に回転または屈曲することにより駆動する。
エンドエフェクタ５３０は、対象物を把持する機能を有する。エンドエフェクタ５３０は、第１の指５３１および第２の指５３２を有している。アーム連結体５２０の駆動によりエンドエフェクタ５３０が所定の動作位置まで到達した後、第１の指５３１および第２の指５３２の離間距離を調整することにより、対象物を把持することができる。
【００６７】
振動生成装置１０は、小型であるためエンドエフェクタ５３０に連結することができる。また、振動生成装置１０が、エンドエフェクタ５３０直近に配設されているため、効率よく振動をエンドエフェクタ５３０に伝えることができる。即ち、エンドエフェクタ５３０から振動を被加工物に効率よく加えることができる単腕ロボット５００を提供することができる。
【００６８】
なお、図示の構成では、アーム連結体５２０は、合計５本のアームによって構成されているが、本発明はこれに限られない。アーム連結体５２０が、１本のアームに構成されている場合、２〜４本のアームによって構成されている場合、６本以上のアームによって構成されている場合も本発明の範囲内である。
【００６９】
なお、上述した振動生成装置１０，９０は、実施形態３に示す単腕ロボット５００に限らず、振動機能を用いる他の装置にも適用することが可能である。例えば、各種材料、部品の充填装置、粉粒体の閉塞防止装置、各種材料、部品の搬送フィーダ、サイズ選別スクリーンなどの産業用の振動応用機器、あるいは携帯電話機などの小型携帯端末のサイレント報知源などの装置に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１０，９０…振動生成装置、１１…筐体（ハウジング）、１２…軸、１３…軸支持部、１４…筐体の側面、１５…直線形状、１６…磁石群、１７，１８…磁石としての永久磁石、２０…電磁コイル群、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ…Ａ相の電磁コイルの組の電磁コイル、２１…Ａ相の電磁コイルの組、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ…Ｂ相の電磁コイルの組の電磁コイル、２２…Ｂ相の電磁コイルの組、２５…勘合部、２６…直線形状、５０…制御部、６０…出力部、７０…ＰＷＭ生成部、８０…磁性検出器（磁気センサー、１００…振動生成システム、５００…単腕ロボット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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