JP2006014441A - 偏心ロータ、同偏心ロータを備えた扁平コアレス振動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】有効導体数を確保し起動を容易にさせ、巻線コイル端末の結線処理を容易にならしめ、小型、薄くしながらも振動を確保でき、ハウジングにも工夫を加えてモータの厚みを薄くさせる。
【解決手段】第１、第２の面を有する印刷配線整流子基材９の中心に軸挿通孔が設けられると共に、第１面で前記軸挿通孔の半径方向外方に９個の整流子セグメントパターンＳ１が印刷形成され、これらの整流子セグメントパターンを３個目毎にショートする導体が印刷形成され、第２の面に第１，第２および第３の巻線コイルＲａ、Ｒｂ、Ｒｃが約８０度の開角で載置され、第２の巻線コイルは他の巻線コイルに対して薄く、その巻始め端末はコイル片を横断して導出され、第２の巻線コイルの径方向反対側に第１、第３の巻線コイルの厚み内に配した偏心ウエイトＷと共に樹脂Ｊで一体化された。
【選択図】 図１

Description

この発明は、移動体通信機器のサイレントコール手段などに用いられる薄型の偏平コアレス振動モータの改良に係り、偏心ロータの改良およびそのロータを搭載する厚さが２ミリ程度の薄型の扁平コアレス振動モータに関する。

移動体通信機器の小型薄型化志向に伴い、移動体通信機器に搭載される部材も小型薄型化の要求がつよい。
たとえば、最近では、扁平化の要求は極めて強いものとなり、偏心ロータも厚みが極限まで追い込まれ、モータのサイズも直径１０ｍｍ、厚みも２ｍｍ程度まで要求される。
このような扁平型振動モータの先行技術としては、３個の空心電機子コイルを片側に偏在させるようにしたもの（特許文献１参照）か、３個の等分配置した空心電機子コイルのうち１個を小さくしてアンバランスを発生するものがある。（特許文献２参照）
しかしながら、前述のように偏心ロータの厚みが極限まで追い込まれるようになると、ロータ自体、特に空心電機子コイルだけでアンバランスにしたものでは振動量が少なく、実用的にはタングステン等の高比重ウエイトを補助的に空心電機子コイル間に付加させる構成にする必要がある。（特許文献３参照）
さらに、空心電機子コイルを配置しない部分に高比重ウエイトを付加させる構成の例として本願出願人による出願がある。（特許文献５および６参照）
また、移動体通信機器のサイレントコール手段の一つに扁平型振動モータでは、機器側の印刷配線板に両面粘着剤などを介して直接載置するため、取り付け面は平坦が要求され、ブラシに電力を供給する給電端子はモータの側周部に導出されるようになっている。

このような扁平型コアレス振動モータは、軸方向界磁型リング状マグネットで駆動されるので、このマグネットの内径部分に配されたブラシに電力を供給する給電構造に工夫が必要である。このため、ブラシに電力を供給する給電構造としてマグネットと、このマグネットを載置したハウジングの一部であるブラケットとの間から導出させる必要がある。
また、このような扁平型振動モータは、薄型化のためにブラケットにブラシベースの形状に合わせてプレス加工によって凹所を形成し、この凹所にブラシベースを埋め込むことにより、ブラスベースの厚みを無視できるようにしたものがある。（特許文献４参照）
米国特許５０３６２３９公報 特開平２−１７８５３号公報 特開２０００−２２４８０５号公報 特開平１０−２６２３５２号公報 特開２００２−１１９９１５ 特開２００２−１１９９１４

しかしながら、特許文献３のものは、単相のためロータの電機子コイルの位置決めが必要で、ロータ自体を薄型にできない。
また、薄型を目的とした特許文献５、６のような構成は、空心電機子コイルの配置位置が配置開角１２０度で３相ながら、一つの巻線型空心電機子コイルを欠相させて２個以下で構成してあるので、トルクリップルが激しくなる傾向にある。すなわち、ロータの停止位置によっては起動トルクが小となる位置が発生するため最小の起動トルクを高く設定することが必要となる。そのため径方向が大型なものには好適であるが、特に径方向が小形なものではコイルも小さいものとなり起動に要する電圧が大となってしまう。
また、特許文献４のようにハウジングをプレス加工で押し潰して凹所を形成するのは、ブラケットの厚みが必要であり、このため、従来の技術では厚さが２．５ｍｍ程度が限界であった。
そこで、この発明は、偏心ロータを構成する空心電機子コイルの構成、配置構成に工夫を加え、有効導体数を確保することによって起動を容易にさせ、巻線コイル端末の結線処理を容易にならしめ、小型かつ薄くしながらも振動を確保でき、ハウジングにも工夫を加え、小径でありながらモータの厚みを２ｍｍ程度にできるようにしたものである。

上記課題を解決するには、請求項１に示すように第１、第２の面を有する印刷配線整流子基材の中心に軸挿通孔が設けられると共に、第１面で前記軸挿通孔の半径方向外方に９個の整流子セグメントパターンが印刷形成され、これらの整流子セグメントパターンを３個目毎にショートする導体が印刷形成され、第２の面に第１，第２および第３の巻線空心電機子コイルが７５〜８５度の配置開角で載置され、前記第２の巻線空心コイルは第１、第３の巻線空心コイルに対して薄くなるように多層に巻線されてその巻始め端末が該第２の巻線型空心電機子コイル片を横切って外方に導出され、前記第１、第３の空心電機子コイルの巻き始め端末はその内径で結線され、該第２の巻線型空心電機子コイルの中心を介して径方向反対側に第１、第３の巻線コイルの厚みと印刷配線整流子基材の厚み内に収まるように配された偏心ウエイトと共に樹脂で一体化されたもので達成できる。
具体的には、請求項２に示すように前記印刷配線整流子基材は樹脂で一体化する際の位置決めガイドが外径より突き出ているものがよい。
これらの偏心ロータを備えて扁平型コアレス振動モータにするには、請求項４に示すように前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の円盤形偏心ロータと、この円盤形偏心ロータが軸を介して格納されるケースとブラケットからなるハウジングと、この偏心ロータに軸方向空隙を介して磁力を与えるためにＮＳ交互に６極に磁化され、ハウジングの一部に配された扁平なマグネットと、この扁平なマグネットの内径部で基端がブラシベースに配され、先端が前記整流子セグメントを介して前記空心電機子コイル群に摺接開角１８０度で摺接することによって電力を供給するブラシとを備えたものにすると達成できる。
そして、具体的には、請求項５に示すように前記軸は少なくとも一端が前記ハウジングに固定されると共に、このハウジングを構成するケースの開口部にブラケットが組み付けられ、このハウジングは０．２ｍｍ以下の厚みがあるもので構成されると共に、前記ブラシベースはフレキシブルで接着層を含めた０．１８ｍｍ以下の厚みがあるもので構成され、前記ハウジングはマグネットが配される部分の一部に透孔が設けられ、この透孔を通って前記フレキシブルベースの一部がハウジング側方に導出されているものがよい。

請求項１の発明によればロータ自体が薄型にでき、巻数が多く取れる３個の巻線型空心電機子コイルによって小型ながらもパワーアップができるので起動が容易となり、第２の巻線型空心電機子コイルは他に比べて薄くなるように多層に巻線されているので、巻始め端末が射出金型で潰されるおそれがないため、断線、ショートが回避でき、薄型軽量化手段によって反対側への重心が犠牲にならなくなり、偏心ウエイトによって振動量を確保できる。
請求項２の発明にすれば、印刷配線整流子基材は外形が巻線コイル配置部分より小径ながらも内側にガイドを設ける必要がなく、金型セット時の位置決めが容易となり、第２の巻線コイルの位置の部分をスルーホール連結に利用できる。
請求項３、４の発明にすれば、薄型ながらも振動量が確保でき、軸径がたとえば、０．６ミリ程度にものでも、確実に保持でき、落下など衝撃がロータに加わっても軸の変形が防止でき、たとえばブラケットの厚みを０．１５〜０．２ミリしたものでも潰すような無理な手段が不要となるので、薄型化に対してフレキシブルブラシベースの厚みを考慮しなくて済み、２ｍｍ厚のモータにすることができる。

第１、第２の面を有する印刷配線整流子基材の中心に軸挿通孔が設けられると共に、第１面で前記軸挿通孔の半径方向外方に９個の整流子セグメントパターンが印刷形成され、これらの整流子セグメントパターンを３個目毎にショートする導体が印刷形成され、第２の面に第１，第２および第３の巻線空心電機子コイルが７５〜８５度の配置開角（ここでは８０°）で載置され、前記第２の巻線空心コイルは第１、第３の巻線空心コイルに対して薄くなるように多層に巻線されてその巻始め端末が該第２の巻線型空心電機子コイルを横切って外径側に導出され、前記第１、第３の空心電機子コイルの巻き始め端末はその内径で結線され、該第２の巻線型空心電機子コイルの中心を介して径方向反対側にこれらの巻線空心電機子コイルの厚み内に収まるように配された偏心ウエイトと共に樹脂で一体化されたもので、
図１は、この発明の偏心ロータを備えた扁平コアレス振動モータの断面図である。
図２は、図１の偏心ロータを印刷配線整流子基材の第１面側（セグメント側）から見た平面図である。
図３は、同第２面側から見た平面図である。
図４は、この発明の偏心ロータを製造するジグの概略図である。
そして、図５は、図１のモータの回転原理説明図である。

図１は、厚み２ｍｍ程度に構成した薄型の扁平コアレス振動モータを示し、０．１５ｍｍの薄い磁性ステンレス板を絞り加工により形成したケース１と、このケースの開口部にカシメあるいはレーザ溶接Ｙで取り付けた０．２ｍｍ程度のブラケット２でハウジングＨが構成され、内部には、前記ブラケット２の中心に直径０．６ｍｍ程度の軸３が圧入固定され、この軸３の半径方向外方に６極の薄いリング状マグネット４が載置されている。
ここで軸３の基端３ａはブラケット２に対し圧入の代わりに、または本例のように圧入後、レーザ溶接Ｌしてもよい。
軸３には、焼結含油軸受Ｂによって厚み０．７ｍｍ程度の偏心ロータＲが回転自在に装着され、軸方向空隙を介して前記リング状マグネット４に臨ませている。
ここでは、偏心ロータＲは、後述の図２のＡ−Ａ線切断断面で表されているが、外周からマグネット４の外径とケース１の内側方の空所にリング状に垂下部Ｒｉが設けられ、偏心ウエイトＷの軸方向の補強を得るようにしてある。

ブラケット２には、図２に示すように、ちょうどマグネット４の載置部の一部に透孔２ａが設けられている。ブラシ６、７を接触角１８０度となるよう植設したフレキシブルベース８は、前記ブラシを植設したパターンを半径方向へ延在させてこの透孔２ａを通して前記ケース１の側周に給電端子として導出される。したがって、フレキシブルブラシベース８をマグネット４とブラケットの間から外方に導出するに当たって、この０．１５ｍｍ程度の厚みを有するフレキシブルベース８の導出空間を容易に確保できることになる。ここで前記フレキシブルベース８は所定の面に接着剤が付着されていてブラケット、マグネットに接着で固定するのがよい。
前記フレキシブルベース８の給電電極部８ａはブラケット２より突き出された舌片２ｂの端部で折り返され、３方向に半田電極がむき出されて容易に機器側の印刷配線板に半田結線できるようになっている。
一方ハウジングの他部を構成するケース１には、中央に軸３の他端３ｂが装着される浅いバーリング状透孔１ａが配され、この透孔１ａの周囲の突部にポリイミドフイルムＰを配着し、このポリイミドフイルムＰを介して前記偏心ロータＲ軸受Ｂの上面を前記一対のブラシ６、７の押接力によって摺接させている。
一対のブラシ６、７は接触開角１８０度でロータを傾かないよう押圧し、ロータ３は常時ケース１側に付勢され、ポリイミドフイルムＰで回転自在に押さえられるので、ケース１側に移動して当たるおそれがなく、空隙を常に一定にして回転位置がばらつくこともなく安定して回転支承させることができる。ここで、前記軸３の他端は前記ケースに前記バーリング状透孔１ａの部分でレーザ溶接Ｌ２されている。
また、ケース１とブラケット２はレーザ溶接Ｙで接合されているので、薄手の部材でも変形が起きにくく、前記軸３は前記偏心ロータの落下などの衝撃が加わっても透孔１ａから外れてしまうおそれはない。

この発明の偏心ロータＲは、図２、図３に示すように厚み０．１ｍｍ程の第１、第２の両面を有する印刷配線板からなる整流子基材９で構成される。この印刷配線整流子基材９は、中心に軸挿通孔９ａを有し、第１面側１ｍにおいて、この軸挿通孔９ａの周囲に等間隔で９個の整流子セグメントパターンＳ１〜Ｓ９が印刷形成されて平板コミュテータ５を構成している。それぞれの整流子セグメントパターンＳ１〜Ｓ９は、スルーホールＨ１〜Ｈ７等を介したパターンにより３個毎にショートさせている。
第２面側１ｎには、開角がマグネット４の磁極開角とほぼ等しい約６０度で構成された３個の巻線型空心電機子コイルＲａ、ＲｂおよびＲｃ（以下巻線コイルＲａ、ＲｂおよびＲｃという）が配置角約８０度で片寄って隣りあって外径を基準にして接着載置される。
この印刷配線整流子基材９は、外径の一部９ｃ、９ｄが巻線コイルＲａ、Ｒｃの内径の半分以上で、ほぼ前記巻線型空心電機子コイル内径の半径方向外側の円弧のあたりを接線とする直線に形成され、この内径部分に第１の端末結線部ランド９ｒが形成される。
ここで、巻線コイルＲａ、Ｒｃの巻始め端末を結線するには図４に示すようなジグＪを利用する。このジグＪは、前記印刷配線整流子基材９が載置される平坦部分Ｊａと、この印刷配線整流子基材９の直線で形成された外径の一部９ｃ、９ｄのところが、巻線コイルＲａ、Ｒｃの外側の無効導体部分の形状に合わせて彫り込まれた凹所Ｊｂが形成されたもので、このジグＪを使用するには、この凹所Ｊｂに前記巻線コイルＲａ、Ｒｃを立てて収め、巻始め端末ａ、ｃを前記第１の端末結線用ランド９ｒに半田付し、その後、前記外径の一部９ｃ、９ｄを支点として該巻線コイルＲａ、Ｒｃを９０度回転して想像線で示すように寝かせて接着するようにすればよい。もし該巻線コイルの外径がかなりばらつくなら、接着剤が硬化する前に、さらに、必要に応じて抜け止めピンＪｄで支持された可動部材Ｊｃをスライドさせて該コイルの外形を合わせるようにして載置する位置を一定にすることもできる。
このようにすれば、内径の小さい巻線コイルでも無理に半田こてを入れなくて済むので、巻始め端末の結線処理が容易にでき、各巻線コイルはサイズがばらついても外径の位置が一定になるので、樹脂成形時に該コイルの外径に回り込む樹脂の量が一定にでき、強度的に安定する。
その後、各巻線コイルの巻き終わり端末ｄは前記第２の端末結線ランド９ｔに一括して半田接続されるが、結線位置は各巻線コイルとオーバーラップしないように離れているので、半田こてによる半田付は容易にできる。巻線コイルＲｂの巻始め端末ｂは、コイル片を横切って第３の端末結線ランド１ｙに結線される。
巻線コイルＲｂの径方向反対側には、印刷配線整流子基材９の外径の一部がが切り欠かれていてここに銅タングステン焼結合金で比重１８程度の平面視で拡開した扇形の偏心ウエイトＷがガイドＷａを利用して位置決めして配され、射出成形などで樹脂１０で一体成形される。ここで偏心ウエイトＷは図１から判断できるように第１、第３の巻線コイルの厚みと印刷配線整流子基材の厚み内に収まるようになっている。図中、９ｇは印刷配線整流子基材９の外径はら突き出された射出金型にセットするためのガイドである。これによって内部にガイドを設けなくても済むので、スルーホールの位置が容易に設定できる。

ここで、前記巻線コイルＲｂは、他の巻線コイルＲａ、Ｒｃに比し、色違いにして多層巻線ながらも層数が少なく、すなわち、薄く巻数が少し少なく軽量化されているのが特徴である。この軽量化によって反対側の重心位置が多少ながらも移動できる。
しかも、この薄型によって巻線コイルＲｂは巻き始め端末の導出にあたっては巻線コイル部分を平面視でクロスさせても射出成形時に金型で押されて断線、ショートなどの問題が出なくなる。例えば、巻線コイルＲｃの巻き終わり端末もこの巻線コイルＲｂに平面視でクロスさせることもできる。このクロスする手段は該巻線コイルＲｂの上面でも本例の下面の印刷配線整流子基材との間から導出するものであってもよい。いずれの場合でも射出成形時においてはこのクロス部分は押し潰されてしまうおそれはない。
なお、この巻線コイルＲｂも外径をジグ（ここでは図示せず）などで位置調整するのがよい。

図５は、このような扁平コアレス振動モータの一回転状態を示す回転原理図で、いずれの２個の巻線コイルに常時矢印に方向に通電され、フレミング左手の法則によって回転トルクが得られることが判る。このとき、通電する巻線コイルの有効導体部の数が２コイルなどに比べて多くなるので、十分なる起動、回転トルクが得られる。

以上のようにこの発明は、移動体通信装置の無音報知手段として小型薄型なものが得られるが、第２の巻線コイルの軽量化をさらに狙う場合は、薄型を維持して巻き軸を大、すなわち内径を大にしてもよい。
この発明は、その技術的思想、特徴から逸脱することなく、他のいろいろな実施の形態をとることができる。そのため、前述の実施の形態は単なる例示に過ぎず限定的に解釈してはならない。この発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示すものであって明細書本文には拘束されない。

この発明の偏心ロータを備えた扁平コアレス振動モータの断面図である。（実施例） 図１の偏心ロータを整流子基材の第１面側から見た平面図である。 同第２面側から見た平面図である。 この発明の偏心ロータを製造するジグの概略図である。 図１のモータの回転原理説明図である。

符号の説明

１ ケース
２ ブラケット
３ 軸
４ マグネット
５ 平板コミュテータ
６ 、７ ブラシ
８ ブラシベース
９ 印刷配線整流子基材
１０ 樹脂
Ｒ 偏心ロータ
Ｒａ 第１の巻線型空心電機子コイル
Ｒｂ 第２の巻線型空心電機子コイル
Ｒｃ 第３の巻線型空心電機子コイル
Ｈ ハウジング
Ｗ 偏心ウエイト

Claims (4)

1. 第１、第２の面を有する印刷配線整流子基材の中心に軸挿通孔が設けられると共に、第１面で前記軸挿通孔の半径方向外方に９個の整流子セグメントパターンが印刷形成され、これらの整流子セグメントパターンを３個目毎にショートする導体が印刷形成され、第２の面に第１，第２および第３の巻線空心電機子コイルが約７５〜８５度の配置開角で載置され、前記第２の巻線空心コイルは第１、第３の巻線空心コイルに対して薄くなるように多層に巻線されてその巻始め端末が該第２の巻線型空心電機子コイル片を横切って外方に導出され、前記第１、第３の空心電機子コイルの巻き始め端末はその内径で結線され、該第２の巻線型空心電機子コイルの中心を介して径方向反対側にこれらの巻線空心電機子コイルの厚み内に収まるように配された偏心ウエイトと共に樹脂で一体化された偏心ロータ。
2. 前記印刷配線整流子基材は樹脂で一体化する際の位置決めガイドが外径より突き出ている請求項１に記載の偏心ロータ。
3. 前記請求項１又は２に記載の円盤形偏心ロータと、この円盤形偏心ロータが軸を介して格納されるケースとブラケットからなるハウジングと、この偏心ロータに軸方向空隙を介して磁力を与えるためにＮＳ交互に６極に磁化され、ハウジングの一部に配された扁平なマグネットと、この扁平なマグネットの内径部で基端がブラシベースに配され、先端が前記整流子セグメントを介して前記空心電機子コイル群に摺接開角１８０度で摺接することによって電力を供給するブラシとを備えた扁平コアレス振動モータ。
4. 前記軸は少なくとも一端が前記ハウジングに固定されると共に、このハウジングを構成するケースの開口部にブラケットが組み付けられ、このハウジングは０．２ｍｍ以下の厚みがあるもので構成されると共に、前記ブラシベースはフレキシブルで接着層を含めた０．１８ｍｍ以下の厚みがあるもので構成され、前記ハウジングはマグネットが配される部分の一部に透孔が設けられ、この透孔を通って前記フレキシブルベースの一部がハウジング側方に導出されている請求項３に記載の扁平コアレス振動モータ。

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