JP2006109531A - 振動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性を向上させた振動モータを提供する。
【解決手段】振動モータ１は、フレーム３２にコイル３４が埋設されたロータ３０がケースＣ内に収容されており、ロータ３０の整流子３１に摺動接触するブラシ１５ａ，１５ｂを介して、整流子３１と接続されたコイル３４に電流を流すことでロータ３０を回転させる。整流子は、整流子基板３５と、整流子基板３５上に配置されると共にブラシ１５ａ，１５ｂと摺動接触する電極セグメント３６ａ〜３６ｄとを有する。そして、複数の電極セグメントのうち隣接する電極セグメント間の絶縁部Ｂ１〜Ｂ４において、隣接する絶縁部Ｂ１〜Ｂ４のうちの一方の絶縁部Ｂ２，Ｂ４が有するロータ３０の周方向の幅Ｗ２は、絶縁部Ｂ１，Ｂ３が有するロータ３０の周方向の幅Ｗ１よりも狭くなっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、各種携帯通信機器（例えば、携帯電話機）等に内蔵し、振動発生源として利用するための振動モータに関するものである。

近年の情報機器（携帯電話、パソコン、カメラなど）の小型化に応じて、それらに用いられているモータも小型化が図られ、扁平型のものが使われるようになってきている。このような扁平型のモータは、略円筒状のケースを有しており、そのケース内には、コイルを有する扁平なロータと、環状であってＮ極とＳ極とが交互に配置されたマグネットとが収容されている。このマグネットは、ケース内面に固定され、ロータの底面は、マグネットと対面して配置されている。更に、ロータを一方向に回すために、ロータには、コイルと電気的に接続された整流子が設けられており、この整流子によって、コイルに流れる電流の向きをマグネットの磁性の変化に応じて反転させることができる。

図６に示すように、従来のロータが有する整流子１００は、４つの電極セグメント１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄを有する。電極セグメント１０１ａ〜１０１ｄは、ロータが有するフレーム（不図示）上に一体に設けられる円形の整流子基板１０２上で環状に配置されており、電極セグメント１０１ａ，１０１ｃが電気的に接続され、電極セグメント１０１ｂ，１０１ｄが電気的に接続されている。そして、電極セグメント１０１ａ〜１０１ｄのうち隣接する２つの電極セグメントにブラシ１１０ａ，１１０ｂがそれぞれ摺動接触し、ロータが回転することでブラシ１１０ａ，１１０ｂが電極セグメント間を順に移動することによって、コイルに流れる電流の向きが反転する。従来、ブラシ１１０ａ，１１０ｂが電極セグメント１０１ａ〜１０１ｄ上を移動するときに、ブラシ１１０ａ，１１０ｂによって隣接する電極セグメント同士が短絡することを防止するために、電極セグメント１０１ａ〜１０１ｄ間の絶縁部Ａ１〜Ａ４にはそれぞれブラシ１１０ａ，１１０ｂと摺動接触する中間パッド１０３が設けられていた。
特開平１０―３３６９８３号公報

ところで、図６に示すように、ブラシ１１０ａ，１１０ｂが絶縁部Ａ１〜Ａ４上、すなわち中間パッド１０３上に位置するとき、コイルには電流が流れないため、コイルにトルクが発生しない。よって、この絶縁部Ａ１〜Ａ４がいわゆるデッドポイント領域となる。そして、このデッドポイント領域の幅を短くするために、通常、振動モータの設計時には、絶縁部Ａ１〜Ａ４の幅Ｗが同一になるように設計している。

しかしながら、部品製造時や組立時の製造誤差によって、ブラシ１１０ａ，１１０ｂに対する絶縁部Ａ１〜Ａ４の相対的な位置ズレが生じる結果、デッドポイント領域の幅が設定値より広がることになり、信頼性の低下を招来していた。

そこで、本発明は、信頼性を向上させた振動モータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る振動モータは、フレームにコイルが埋設された扁平形状のロータがケース内に収容されており、ロータに設けられる整流子に摺動接触する一組のブラシを介して、整流子と電気的に接続されたコイルに電流を流すことによってロータを回転させる振動モータにおいて、整流子は、絶縁性を有する整流子基板と、整流子基板上に配置されると共に一組のブラシと摺動接触する複数の電極セグメントとを有し、複数の電極セグメントのうち隣接する電極セグメント間の絶縁部において、隣接する絶縁部のうちの一方の絶縁部が有するロータの周方向の幅は、他方の絶縁部が有する上記周方向の幅よりも狭いことを特徴とする。

上記構成では、隣接する絶縁部のうち一方の絶縁部の幅を他方の絶縁部の幅よりも狭くした結果、一組のブラシのうちの一方のブラシが幅の広い方の絶縁部を通過したときには、他方のブラシは、確実に電極セグメント上に位置することになり、デッドポイント領域は、隣接する絶縁部のうち広い方の幅の絶縁部に依存することになる。

ところで、従来のように隣接する絶縁部の幅が同一になるように設計して製造する場合、部品製造時の製造誤差などによって隣接する絶縁部の相対的な位置や幅が設計値からずれる結果、デッドポイント領域の幅が隣接する２つの絶縁部のそれぞれの影響を受けていた。これに対して、本発明の構成では、隣接する絶縁部のうちの一方の絶縁部の幅を狭くすることで、幅の広い絶縁部でデッドポイント領域の幅を規定することができる。このような構成を採用することで、デッドポイント領域の幅に対する誤差要因を減少させることができるため、振動モータの信頼性が向上する。

また、本発明に係る振動モータにおいては、隣接する絶縁部のうち幅の広い方の絶縁部には、一組のブラシの一つと摺動接触する中間パッドが設けられていることが好適である。

この場合、幅の広い方の絶縁部に中間パッドが設けられているので、絶縁部にブラシが落ち込まない結果、中間パッドの両側に位置する電極セグメントにブラシが同時に接触する事態が回避され、電極セグメント間の短絡が適切に回避される。

また、本発明に係る振動モータのフレームには、コイルの外側で分銅が設けられていることが好ましい。この場合、分銅を配置することでロータの偏心量が増大する結果として、高振動を得ることができる。特に、コイルの外側でフレームに分銅を設けているので、より大きな分銅を配置できる結果、より高振動を得ることができる。

本発明に係る振動モータによれば、振動モータの信頼性を向上させることができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る振動モータの好適な実施形態について説明する。

図１及び図２に示すように振動モータ１は、円板状をなす金属製ベース板１０と金属製の円筒状カバー２０とからなる略円筒形のケースＣを有し、このケースＣ内には、扁平のロータ３０が収容されている。また、振動モータ１は、単相モータであって、直径約１５ｍｍ、高さ約３ｍｍと小型化が図られており、携帯電話などに内蔵され振動発生源として利用される。

ベース板１０上には、環状のマグネット１１が接着固定されている。このマグネット１１は、４つの領域に等分されており、ベース板１０の上面に対して略垂直な方向に着磁され、Ｎ極１１ａ，１１ｃとＳ極１１ｂ，１１ｄとが交互に配置されている。

また、ベース板１０の中央には、ロータ３０を回転可能に支持する支軸１２が配置されており、支軸１２は、ベース板１０の中央に形成されたボス部１３に、例えば圧入されて固定されている。そして、ボス部１３を包囲するように、ベース板１０上にはフレキシブル基板１４が配置されている。このフレキシブル基板１４は、絶縁基板１４ａ内に一対の端子１４ｂ，１４ｃが埋め込まれたものであり、図示しない外部電源と接続するために、フレキシブル基板１４の一部は、ベース板１０の周壁１０ａに形成された切欠部から外側に突出している。

そして、この突出部分には、一組の端子１４ｂ，１４ｃの一端が基板１４ａから露出しており、外部電源と電気的に接続される。また、一組の端子１４ｂ，１４ｃの他端は、ボス部１３の周囲に配置された一組のブラシ１５ａ，１５ｂの基端と半田によってそれぞれ接合されている。これにより、一組のブラシ１５ａ，１５ｂに外部電源から電力を供給することができる。また、一組のブラシ１５ａ，１５ｂの自由端は、ロータ３０の整流子３１（図２及び図３参照）に対し確実に摺動接触させるために、フレキシブル基板１４側からロータ３０に向かって突出する。そして、ブラシ１５ａの自由端は、Ｎ極１１ａとＳ極１１ｂとの境界近傍に位置し、ブラシ１５ｂの自由端は、Ｓ極１１ｂとＮ極１１ｃとの境界近傍に位置する。

ロータ３０は、樹脂からなる半円板形状のフレーム３２を有し、フレーム３２には、ロータ３０の回転中心となるべき略円筒状の軸受３３が埋設されている。そして、ロータ３０は、軸受３３を介して支軸１２に回転可能に支持されている。軸受３３は、ロータ３０とマグネット１１との間に空隙ができるように、フレーム３２の底面３２ａよりも下側（ベース板１０側）に向けて延びているので（図２参照）、ロータ３０は、マグネット１１に当たることなくスムーズに回転する。更に、ロータ３０を回転し易くするために、軸受３３とボス部１３との間にはスペーサ４１が設けられている。また、ロータ３０がケースＣ内に収容される際、支軸１２の軸線方向にロータ３０がガタつかないように、軸受３３の上部には鍔部４２が固定される。

また、図３に示すように、フレーム３２には、電流が流れることによってロータ３０を回転させるために、マグネット１１に対面するように配置された空心状のコイル３４が埋設されている。コイル３４は、開き角α１が約９０度である略扇状であって、ロータ３０の径方向に沿ったコイル３４の中心線Ｌ１に対してほぼ線対称となっている。このように、振動モータ１は、１コイルモータであることからコイル３４をフレーム３２に複数設ける場合に比べて製造コストの低減が図られている。

更に、フレーム３２には、コイル３４に電流を流すための整流子３１が設けられている。整流子３１は、フレーム３２に一体的に設けられると共に、絶縁材料からなる整流子基板３５を有する。整流子基板３５には、軸受３３が挿入される軸孔３５ａが形成されており、軸孔３５ａ（図４参照）の周囲に、環状に配置された電極セグメント３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄが形成されている。整流子３１の一部をなす各電極セグメント３６ａ〜３６ｄは、開き角α２が約９０度の略扇状であり、電極セグメント３６ａの中心線はコイル３４の中心線Ｌ１とほぼ一致する。

電極セグメント３６ａ〜３６ｄのうち互いに対向する電極セグメント３６ａ，３６ｃ同士は電気的に接続され、互いに対向する電極セグメント３６ｂ，３６ｄ同士も電気的に接続されている。更に、電極セグメント３６ａ〜３６ｄのうち隣接する電極セグメントの一方はコイル３４の一端に電気的に接続され、他方はコイル３４の他端に接続されている。

図４及び図５に示すように、各電極セグメント３６ａ〜３６ｄ間には、それらが互いに電気的に接触しないように絶縁部Ｂ１〜Ｂ４が設けられている。整流子３１が有する４つの絶縁部Ｂ１〜Ｂ４のうち一つおきの絶縁部Ｂ２，Ｂ４が有するロータ３０の周方向の幅Ｗ２は、絶縁部Ｂ１，Ｂ３が有する幅Ｗ１よりも狭くなっており、絶縁部Ｂ１，Ｂ３には、銅箔に金メッキが施された中間パッド３７ａ，３７ｂが設けられている。中間パッド３７ａ，３７ｂは、エッチング処理によって電極セグメント３６ａ〜３６ｄと同時に形成され、ブラシ１５ａ，１５ｂの一方と摺動接触することで、ブラシ１５ａ，１５ｂが絶縁部Ｂ１，Ｂ３内に落ち込むことを回避している。そして、一組のブラシ１５ａ，１５ｂのうちの一方のブラシが中間パッド３７ａ，３７ｂ上に位置すればコイル３４に電流が流れないため、隣接する電極セグメント３６ａ〜３６ｄの短絡が適切に回避され、コイル３４にトルクの発生しないデッドポイント領域が生じる。

そこで、図３に示すように、フレーム３２には、ロータ３０の停止時にデッドポイント領域でロータ３０が静止しないようにロータ３０の静止位置を規制するための磁性体ピン３８が埋設されている。この磁性体ピン３８は、鉄やニッケルからなると共に、フレーム３２に設けられた凹部３２ｂ上に配置されることで、その露出度を高めている。磁性体ピン３８は、コイル３４の中心線Ｌ１に対する配置角βが約１１２．５度（９０度＋２２．５度）となる位置で、磁性体ピン３８の長手方向が、周方向に対する接線方向とほぼ一致するようにフレーム３２の底面３２ａに配置されている。ここで、配置角βとは、磁性体ピン３８の両端部３８ａ，３８ｂ間の中心と軸受３３の中心とを通る中心線Ｌ２と、コイル３４の中心線Ｌ１との間の角度である。

ロータ３０の停止時（すなわち無通電時）において、磁性体ピン３８には、マグネット１１によって磁性が誘起されて、磁性体ピン３８とマグネット１１との間に磁気吸引力が生じる。その結果、ロータ３０は、Ｓ極とＮ極との境界上に磁性体ピン３８が位置するように停止する。このとき、配置角βが１１２．５度であることから、コイル３４の中心線Ｌ１はマグネット１１のＮ極とＳ極の境界上からずれる結果、ロータ３０の静止位置は、起動可能位置となっている。また、この位置は、振動モータ１を起動するときにブラシ１５ａ，１５ｂとコイル３４とが確実に通電する位置でもある。

更に、フレーム３２には、周方向における磁性体ピン３８とコイル３４との間に円板状の非磁性な分銅３９が埋設されている。これによってロータ３０の偏心量が増大する結果、ロータ３０が回転した時、高振動が得られる。特に、コイル３４の外側に分銅３９が配置されているので、ロータ３０の偏心量を増大させるのに効果的な分銅３９の大きさ・形状を選択し易く、振動モータ１の小型化を図りつつ、携帯電話機などの着信通知に対して要求される十分な振動量の増大が図れる。

上記振動モータ１の動作について説明する。先ず、端子１４ｂ，１４ｃ、一組のブラシ１５ａ，１５ｂ及び整流子３１を通してコイル３４に通電すると、マグネット１１と対面するコイル３４にトルクが生じる結果、ロータ３０が回転する。そして、ロータ３０が回転した際に、マグネット１１の磁極の変化に応じて整流子３１によってコイル３４に流れる電流の向きが反転する結果、ロータ３０は一方向に回転する。そして、コイル３４への通電を止めたときには、磁性体ピン３８の働きによってロータ３０が起動可能位置で停止する。

ところで、図６に示すように、従来の振動モータが有する整流子１００では、電極セグメント１０１ａ〜１０１ｄ間の絶縁部Ａ１〜Ａ４の幅Ｗを全て同じになるように設計され、各絶縁部Ａ１〜Ａ４に中間パッド１０３が設けられていた。このように中間パッド１０３が配置されているので、何れかの中間パッド１０３上にブラシ１１０ａ，１１０ｂの一つがあればデッドポイント領域が発生していた。そして、設計上は絶縁部Ａ１〜Ａ４の幅Ｗは同じであっても、部品製造時や組立時の製造誤差や組立誤差によって、隣接する絶縁部Ａ１〜Ａ４の相対的な位置ズレや寸法誤差が生じるため、例えば、ブラシ１１０ａが絶縁部Ａ３を通過した時には、まだ、ブラシ１１０ｂが絶縁部Ａ４上に位置する場合があり、結果として、デッドポイント領域の幅が、隣接する２つの絶縁部Ａ１〜Ａ４のそれぞれの影響によって設計値より広がる場合があった。そのため、設計通りに磁性体ピン３８を配置しても、ロータ３０が起動可能位置に静止しない虞があり、起動エラーが生じたりして、振動モータの信頼性が低下していた。また、振動モータの小型化が図られているため、製造誤差及び組立誤差を低減してデッドポイント領域の幅を設計値に近づけようとすると製造コストが増加する虞があった。

これに対して、図４及び図５に示すように、振動モータ１では、隣接する絶縁部Ｂ１〜Ｂ４のうちの一方の絶縁部Ｂ２，Ｂ４の幅Ｗ２が、他方の絶縁部Ｂ１，Ｂ３の幅Ｗ１よりも狭く、絶縁部Ｂ１，Ｂ３にしか中間パッド３７ａ，３７ｂを設けていない。この場合、一組のブラシ１５ａ，１５ｂのうちの一方のブラシのみが中間パッド３７ａ，３７ｂ上に位置することで、無通電状態になる。そして、例えば、ブラシ１５ａが絶縁部Ｂ３上に位置し、無通電状態になっている場合、ブラシ１５ｂは絶縁部Ｂ４又は電極セグメント３６ａ，３６ｄ上に位置する。つまり、幅Ｗ２は、幅Ｗ１よりも狭いので、ブラシ１５ａが絶縁部Ｂ３を通って電極セグメント３６ｄ上に移動したときには、ブラシ１５ｂは確実に電極セグメント３６ａ上に位置することになり、コイル３４は通電状態となる。よって、コイル３４が無通電状態となるデッドポイント領域の幅は、絶縁部Ｂ２，Ｂ４の幅Ｗ２には依存せずに、絶縁部Ｂ１，Ｂ３の幅Ｗ１に依存することになる。

このように、デッドポイント領域の幅が隣接する２つの絶縁部Ａ１〜Ａ４にそれぞれ依存していた従来の場合に比べて、振動モータ１では、デッドポイント領域の幅に対する誤差要因が減少する結果、デッドポイント領域の幅を設計値に近づけることができる。よって、磁性体ピン３８によってロータ３０を起動可能位置に確実に静止させることができる結果、起動性の向上が図られ、振動モータ１の信頼性が向上する。

また、絶縁部Ｂ２，Ｂ４の幅Ｗ２を絶縁部Ｂ１，Ｂ３の幅Ｗ１よりも狭くし、且つ、絶縁部Ｂ２，Ｂ４には中間パッドを設けないため、小型化に有効であり、デッドポイント領域の幅に関して、部品製造時の製造誤差や組立誤差の影響を低減でき、低コスト化が実現される。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことはいうまでもない。絶縁部として絶縁部Ｂ１〜Ｂ４を例示したが、例えば、隣接する電極セグメント３６ａ〜３６ｄ間に絶縁材料で充填して絶縁部を形成してもよい。この場合には、幅のより狭い方の絶縁部にもブラシ１５ａ，１５ｂは摺動接触するため、ブラシ１５ａ，１５ｂが整流子３１上をよりスムーズに移動する。その結果、整流子３１の劣化が低減される。

また、中間パッド３７ａ，３７ｂを絶縁材料から形成してもよい。更に、中間パッド３７ａ，３７ｂは、例えば、印刷配線技術によっても形成してもよく、必ずしも、電極セグメント３６ａ〜３６ｄと同時でなくても良い。

更に、図４に示した整流子３１では、絶縁部Ｂ１〜Ｂ４の幅Ｗ１，Ｗ２は、径方向に一定としているが、ブラシ１５ａ，１５ｂの軌道上において、幅Ｗ２が幅Ｗ１よりも狭ければ特に限定されない。

また、ロータ３０は、半円板形状に限らず、円板形状や扇状にすることも可能である。更に、マグネット１１は、一体成形によって環状に作り出されているが、Ｎ極、Ｓ極に着磁した扇形のマグネット１１を複数個環状に配置したものでもよい。

本発明に係る振動モータの一実施形態を示す分解斜視図である。 図１に示された振動モータの縦断面図である。 図１に示された振動モータの一部をなすロータの底面図である。 ロータの一部をなす整流子の平面図である。 （ａ）は、図４のＶａ−Ｖａ線に沿った断面図である。（ｂ）は、図４のＶｂ−Ｖｂ線に沿った断面図である。 従来の整流子の平面図である。

符号の説明

１…振動モータ、１１…マグネット、１１ａ，１１ｃ…Ｎ極、１１ｂ，１１ｄ…Ｓ極、１５ａ，１５ｂ…ブラシ、３０…ロータ、３１…整流子、３２…フレーム、３３…軸受、３４…コイル、３５…整流子基板、３６ａ〜３６ｄ…電極セグメント、３７ａ，３７ｂ…中間パッド、３９…分銅、Ｃ…ケース、Ｂ１，Ｂ３…中間パッドを有する絶縁部、Ｂ２，Ｂ４…中間パッドを有しない絶縁部、Ｗ１…中間パッドを有する絶縁部の幅、Ｗ２…中間パッドを有しない絶縁部の幅。

Claims (3)

1. フレームにコイルが埋設された扁平形状のロータがケース内に収容されており、前記ロータに設けられる整流子に摺動接触する一組のブラシを介して、前記整流子と電気的に接続された前記コイルに電流を流すことによって前記ロータを回転させる振動モータにおいて、
   前記整流子は、
   絶縁性を有する整流子基板と、
   前記整流子基板上に配置されると共に前記一組のブラシと摺動接触する複数の電極セグメントとを有し、
   複数の前記電極セグメントのうち隣接する前記電極セグメント間の絶縁部において、隣接する前記絶縁部のうちの一方の前記絶縁部が有する前記ロータの周方向の幅は、他方の前記絶縁部が有する前記周方向の幅よりも狭いことを特徴とする振動モータ。
2. 隣接する前記絶縁部のうち幅の広い方の前記絶縁部には、前記一組のブラシの一つと摺動接触する中間パッドが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の振動モータ。
3. 前記フレームには、前記コイルの外側で分銅が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動モータ。

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