JP2007185095A - 振動モータおよびそれを用いた携帯端末機器 - Google Patents

Abstract

【課題】制御が簡単で、大きな振動を発生し、且つ、駆動トルクを効率よく発生させることができるステッピングモータを用いた振動モータおよびそれを用いた携帯端末機器を提供すること。
【解決手段】振動モータは、単相で環状のステータコイル５と、前記環状のステータコイル５の周囲を覆うように配置されると共に極歯を備えたステータヨーク３と、前記ステータヨーク３を固定すると共に、前記環状のステータコイル５と接続する配線を備えたインターフェース基板１１と、回転軸２に設けられ、且つ、前記回転軸２を中心として前記ステータヨーク３の外側に位置するロータフレーム４と、前記極歯に対向して配置されると共に、前記ロータフレーム４に設けられた円弧状のロータマグネット８ａと、前記マグネット８ａと同じ回転面で前記ロータフレーム４に設けられた偏心ウエイト７と、からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば携帯電話機の振動発生のために用いられる振動機構を備えた振動モータおよびそれを用いた携帯端末機器に関する。

初期の携帯電話機の振動発生には、ブラシ付ＤＣ（直流）モータが用いられていた。これは、当時半導体集積技術が後れていたことから、狭い携帯電話器の中にモータの制御回路まで含むような回路を特別に製作することが困難であり、主に、価格が安く、故障が少ない点でブラシ付ＤＣモータが用いられていた。ブラシ付ＤＣモータも使用場所又は用途により、種々タイプが分かれる。時計等に組み込まれるシリンダタイプは、軸の回転面が時計の厚さ方向になるため薄型化が困難であり、振動量を得るために外付け偏心ウエイトを設けることが難しい。コインタイプは、薄型には成るが、寿命が短く、起動時間および停止時間が長くなり制御が困難になる。
また、当時のブラシレスモータの場合、ブラシが無いため、メンテナンスが容易になる利点はあるが、ドライバ回路、ロータ位置検出回路や極性切換回路等を必要とする。これらの回路が高価となり、且つ、構造が複雑になる問題があった。

その後、半導体集積技術の進歩があり、ブラシレスモータの制御回路程度を組み込む余裕ができたため、振動発生のためにブラシレスモータの制御回路を組み込めるようになる。

このブラシレスモータは、ブラシが無いので超寿命（高信頼性）であり、周波数による回転数制御で振動量を調整でき、構造が簡単になる。

特に、携帯電話の場合、多彩な機能を組み込む必要上、集積回路の搭載素子数およびメモリの容量が指数関数的に大きくなるにつれて、簡単な回路は容易に組み込むことができるようになる。

このような背景があることから、ステッピングモータを振動モータに用いる例は、特殊な用途に限定された、例えば特許文献１に示される例を含んで数例報告されているだけで、一般的な使い方としては殆どみあたらない。

特許文献１には、時計ケースに組み込むことを前提とした振動モータが示されている。

図６は特許文献１に示された従来の振動モータの構成図である。図６（ａ）は特許文献１に示された従来の振動モータの磁気回路、図６（ｂ）は同じ従来の振動モータの特徴説明図、図６（ｃ）は同じ従来の振動モータの外観図である。
図６（ａ）のステップモータの磁気回路は、２極の永久磁石１０８からなるロータ１０９と励磁コイルとロータの回転位置を検出する検出コイルからなるコイル１１２とギャップ１１０を介してロータ１０９に磁気結合し、前記ロータ１０９を収納配置するためのロータ穴部１４１を有する平坦部１４０と、該平坦部１４０に対して略直角に折り曲げて形成された２箇所の接続部１２２、１２３と、コイル１１２の巻心端部１２６に接続するために、折り曲げられた接続端部１２４、１２５を有する２極のステータ１１１から構成され、接続端部１２４、１２５の幅広面と巻心端部１２６の幅広面は同一面で接続され、ステータ１１１とコイル１１２間の磁気ショートを避けるために、接続部１２３の幅広面１１３は、コイル１１２の巻心の幅狭面に対向している。

次に、図６（ｂ）により、ステップモータの特徴を説明すると、ロータ１０９のロータ軸１０２は２個のロータ軸受１１５、１１６により受けられ、ロータ軸１０２とコイル１１２は、円筒軸方向に配置されている。ネジ１１９、１２０により、ステップモータのドライバＩＣ１１７と２個の電源端子１０３、１０４と制御端子１０５を有する、長手が円筒軸１２１方向になるように配置した回路基板１１８とステータ１１１とコイル１１２は、フレーム１０６に設けられたネジ穴１０７を通して、フレーム１０６に固定され（図６（ｃ））、また、コイル１１２のコイル端子は回路基板１１８の各コイル接続パターン（図示省略）に密着、導通される。
以上の説明により、２極の永久磁石１０８からなるロータ１０９と２極のステータ１１１とコイル１１２と回路基板１１８から構成されるステップモータの円筒形状構造が可能になる。即ち、上記構成によれば、コイル１１２の発生する磁界方向がロータ１０９の回転平面に対して交差するように配置できる。

図６（ｃ）は偏心重り付ステップモータの外観図であり、偏心重り付ステップモータはステップモータのロータ軸１０２の一端側に偏心重り１２８を、偏心重り１２８の振動面がロータ軸１０２に垂直になるように固定したもので、振動モータとして使うことができる
特開閉９−２５２５７３号公報

上記ステッピングモータを用いた振動モータは、単相ステッピングモータを使用していると、簡単な構成で制御回路も簡単に構成できるため、有利である。
しかし、以下の点に問題を有していた。
（１）磁極数が２極になっているため、１回転２ステップの制御態様となる。このため、用途が特定され、任意の用途に使用することが困難となっていた。
（２）２極のステータは、２極の永久磁石からなるロータに対向配置されているため、回転のためのトルクをロータの周囲に均等に発生させることが困難となる。また、極数が少ないため、１極あたりの回転角度が大きくなり、起動特性や停止特性が調整困難になる。
（３）磁極数が２極になっているため、１極あたりの回転角度が大きくなり、微少な回転角の角度調整が困難になる。
（４）回転方向を決める手段が複雑であり、且つ、起動時間および電流値の制御が困難であった。
（５）偏心重りをロータ軸の一端側に設けたので、偏心重りの支持は片側だけの片持張りとなり、高速回転での振動発生は困難であった、
（６）前記従来の振動モータは、ステッピングモータ自体がロータ軸方向に長い構造を有している上に、更に偏心重りがロータ軸の一端側に設けられているため、全体としてロータ軸方向に長くなり、収納スペースの都合から取付可能な対象機器が制限される。例えば、携帯電話機への使用を考えた場合、ポケット等に入っていても振動を感得できるためには、かなり強力な振動エネルギーを必要とするが、それを満たすように構成するとかなりロータ軸方向に伸びた大型となり、実装が困難となる。

本発明の目的は、前記問題点に鑑み、制御が簡単で、大きな振動を発生し、且つ、駆動トルクを効率よく発生させることができるステッピングモータを用いた振動モータおよびそれを用いた携帯端末機器を提供することにある。

本発明の振動モータは、単相で環状のステータコイルを環状に構成し、ステータコイルを極歯を有するステータヨークで囲繞し、極歯に対向するようにステータヨークに沿って円弧状のマグネットを回転自在に配置し、ステータヨークの半径方向外側に円弧状の偏心ウエイトを回転自在に配置したことを特徴とする。

本発明の携帯端末機器は、それに用いる振動モータとして、基本的に前記構成を有する振動モータを用いる。

具体的には、以下の手段を採用する。
（１）振動モータは、単相で環状のステータコイルと、前記環状のステータコイルの周囲を覆うように配置されると共に極歯を備えたステータヨークと、前記ステータヨークを固定すると共に、前記環状のステータコイルと接続する配線を備えたインターフェース基板と、回転軸に設けられ、且つ、前記回転軸を中心として前記ステータヨークの外側に位置するロータフレームと、前記極歯に対向して配置されると共に、前記ロータフレームに設けられた円弧状のマグネットと、前記マグネットと同じ回転面で前記ロータフレームに設けられた偏心ウエイトと、からなることを特徴とする。
（２）上記（１）記載の振動モータにおいて、前記マグネットは、前記ステータヨークの極歯ピッチと同じ着磁ピッチの円弧状のロータマグネットと、前記ステータヨークの極歯ピッチに対し回転方向に着磁ピッチをずらした補極マグネットからなり、前記補極マグネットの磁束量を前記ロータマグネットの磁束量より大きくしたことを特徴とする。
（３）上記（２）記載の振動モータは、前記補極マグネットを、単極マグネットとしたことを特徴とする。
（４）上記（１）記載の振動モータにおいて、前記マグネットは、円弧状のロータマグネットからなり、前記ロータマグネットの着磁ピッチを前記ステータヨークの極歯ピッチと異ならせ、前記ステータヨークの極歯領域と前記ロータマグネットの着磁ピッチ領域の間のギャップを前記両領域の中央部分を除く残りの部分のうちの一部領域で変えたことを特徴とする。
（５）上記（１）乃至（４）のいずれか１項記載の振動モータにおいて、前記マグネットは、半径方向に着磁されていることを特徴とする。
（６）上記（１）乃至（５）のいずれか１項記載の振動モータにおいて、前記ステータコイルは、自己融着線を巻回し融着して構成したことを特徴とする。
（７）上記（１）乃至（６）のいずれか１項記載の振動モータにおいて、前記ステータヨークは、一方の極歯を備えた第１ステータヨークと、他方の極歯を備えた第２ステータヨークと、前記第１ステータヨークと前記第２ステータヨークをそれらの極歯が櫛歯状に歯合するように位置決め連結する第３ステータヨークとからなり、前記第３ステータヨークは回転軸の軸受を構成することを特徴とする。
（８）上記（７）記載の振動モータは、前記第１ステータヨークの極歯と前記第２ステータヨークの極歯の位相を回転方向が決まるようにずらしたことを特徴とする。
（９）上記（７）記載の振動モータは、前記第１ステータヨークの極歯形状と前記第２ステータヨークの極歯形状を回転方向が決まるように非対称としたことを特徴とする。（１０）上記（７）乃至（９）のいずれか１項記載の振動モータは、前記偏心ウエイト、前記ロータマグネットおよび前記補極マグネットを前記ロータフレームに設けたことを特徴とする。
（１１）振動モータを用いた携帯端末機器において、前記振動モータは上記（１）乃至（１０）のいずれか１項記載の前記振動モータとしたことを特徴とする。

本発明の振動モータは、制御が簡単で、大きな振動を発生し、且つ、駆動トルクを効率
よく発生させることができる。

単相ステッピングモータを使用しているため、簡単な構成で制御回路も簡単に構成できる。

また、単相ステッピングモータをパルス駆動しているので、回転数を一定に制御できる。このため、パルス周波数を変化させると振動を大幅に変動させることができる。

また、単相ステッピングモータをパルス駆動するので、振動モータの回転を停止させることができる。従って、振動を短い停止時間で停止させることができる。

単相で環状のステータコイルを囲繞するように極歯を有するステータヨークを設け、ステータヨークに沿ってロータ等を回転可能に設けたので、薄型で高速駆動ができるようになる。

偏心ウエイトを環状のステータヨークの半径方向外側に配置するので、中心からの半径を大きくとることができ、強い振動を発生することができる。

ロータマグネットおよび補極マグネットからなるマグネットは、半径方向に着磁されているため、磁極の幅、即ち実施例の場合の円弧長が短くなり（円周方向に着磁されているものと比べて）、複数個円周方向に密着配置でき、微少ピッチでの着磁が容易となり、このためステップ幅を狭くでき、従って振動モータの外径を小さくすることができる。

ロータマグネットおよび補極マグネットからなるマグネットは、半径方向に着磁されているため、停止位置の調整が容易になる。

また、マグネットをラジアル（半径）方向に着磁する場合、複数個円周方向に密着配置する。これにより、微小ピッチでの磁極配置が容易になる。更に奇数極配置が可能になり、空間を有効活用し効率良いモータ設計が可能となる。

ステータコイルは、自己融着線を巻回し融着して構成したので、巻回した巻線間の配置のアンバランスを抑制し、配置の均一化を図ることができる。また、振動等による巻線のずれが発生しないので、特性が安定する。

偏心ウエイト、ロータマグネットおよび補極マグネットをロータフレームに設けたので、回転空間を共用でき、振動モータの形状を小さくすることができる。

偏心ウエイトは、磁性材からなり、ステータヨークと対向する面にステータヨークの極歯と同ピッチの凹凸を設けたので、振動モータの駆動力を増大することができる。

本発明のステッピングモータを用いた振動モータは、軸中心のマグネットと偏心ウエイトを同じ回転面に設けたので、高速回転を達成し、強力な振動を発生しながら、扁平な円筒形に形成できる。

本発明の携帯端末機器は、前記振動モータを用いたので、振動モータを扁平な円筒形という効率的で小さな占有空間に納めながら、機器に必要とする強力な振動を発生することができるようになる。

本発明の実施の形態を以下図に基づいて詳細に説明する。

（構造）
本発明はステッピングモータを用いて振動用モータを構成する。

図１は本発明のアウターロータ型ステッピングモータを用いた振動モータの構成図である。図１（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

振動モータ１の回転軸２には、軸受を兼ねる第３ステータヨーク３ｃとロータフレーム４が設けられる。回転軸２の直径は、例えば、０．８ｍｍ、軸受を兼ねる第３ステータヨーク３ｃの外径は、例えば、１．８ｍｍに構成される。

軸受を兼ねる第３ステータヨーク３ｃは、磁性材料で且つオイルレスメタルからなり、略筒状に形成され、（１）回転軸２の側面の大部分を回転自在に案内し、（２）コイルの発生磁束を透過する磁路の一部を構成し、（３）ロータフレーム４の固定基部付近を回動自在に支持する。

前記（２）に関し、ステータヨーク３は、図１（ｂ）で上側の第１ステータヨーク３ａと、同じく下側の第２ステータヨーク３ｂと、軸受を兼ねる第３ステータヨーク３ｃからなる。軸受を兼ねる第３ステータヨーク３ｃは、図１（ａ）に示すように、第１ステータヨーク３ａ及び第２ステータヨーク３ｂの中心開孔３ｄを、上下端近傍の小径段部３ｅに嵌合固定する。

第１ステータヨーク３ａ、第２ステータヨーク３ｂは、磁性材料からなり、図１（ａ）に平面図が示されているように、全体は中央に開孔を有するカップ形状に形成され、その円周上に略Ｕ字状の切れ込み３ｆを開口するように５つ等間隔で形成し、残った略Ｕ字状の切れ込み３ｆの間を極歯３ｇとして構成する。このように形成した第１ステータヨーク３ａ、第２ステータヨーク３ｂを、互いの極歯３ｇが櫛歯状に噛み合うように上下に配置する。この第１ステータヨーク３ａと第２ステータヨーク３ｂ間にはステータコイル５を収納したコイルボビン６を設ける。第１ステータヨーク３ａ、第２ステータヨーク３ｂおよび第３ステータヨーク３ｃからなるステータヨーク３は、環状のステータコイル５の周囲を覆うように配置する。

コイルボビン６は、樹脂製で、断面コ字状で、平面図（図示省略）で環状に構成される。ステータコイル５は任意の線材を用いることができる。特には、自己融着線が好ましい。実施例１の場合、ステータコイル５は、自己融着線を環状のコイルボビン６に巻回し、熱を加えて絶縁被覆を融着して一体化した環状のコイルとして形成する。即ち、自己融着線を巻回し融着して構成する。この絶縁被覆の融着処理により、巻回した巻線間の配置のアンバランスを抑制し、配置の均一化を図ることができる。

前記（３）に関し、ロータフレーム４は、金属材料で形成する。好ましくは、例えばＳＵＳ(ステンレス)３０３で形成する。ロータフレーム４の断面は中央に開孔を有するコ字状を呈する。全体は、中央に開孔部４ａを有する略円板部４ｂとその周囲に直角に立設した円筒部４ｃからなるカップ状に構成される。

ロータフレーム４は、回転軸２の径小段部２ａに開孔部４ａが嵌合固定される。その際、ロータフレーム４は、第１ステータヨーク３ａから離間して設けられる。また、ロータフレーム４の回転軸２への取付基部近傍が軸受を兼ねる第３ステータヨーク３ｃの軸方向先端面で軸支される。

ロータフレーム４の円筒部４ｃの内側面には、円弧状の偏心ウエイト７と少なくとも２個の円弧状のマグネット８ａ、８ｂが設けられる。偏心ウエイト７は、断面が図１（ａ）に示すマグネット８ａ、８ｂの断面と同じ長方形で、平面図で示すと図１（ａ）に示すように半円弧状に形成される。この半円弧状の中心角は、設計上で求められるが、実施例１の場合、１８０度に設定してある。

偏心ウエイト７は、例えばタングステン合金等の有害でなく耐雰囲気性があり質量の大きい金属から形成される。また、偏心ウエイト７を磁性材料で形成し、その半径方向内側にステータヨークの極歯ピッチの凹凸を設けて、回転トルクを向上させることもできる。

偏心ウエイト７付きのロータフレーム４を回転軸２に設けた振動機構に関して、偏心ウエイト７の質量をｍ（ｋｇ）、重心からの長さｒ（ｍ）、回転数をωとするとき、振動量はｍｒω２で求まる。振動量が１Ｇ程度の時好ましい振動と云われていることから、１万回転程度が体感振動が良好となる。このため、重心からの長さが長いアウターロータ型がインナーロータ型より有利である。

マグネット８は、任意の磁性材料で形成する。好ましくは、ネオジウム（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）合金磁石、焼結ボンド磁石（磁石粉末をバインダーで固化形成した複合磁石）等から形成する。マグネット８は最低限１個で構成できる。１個の場合、多極に着磁し、その着磁した多極の内の１極だけ補極の効果を得るように構成する、即ち、１極だけ極ピッチを他の極と比べてずらしたり、または１極だけ極歯とのギャップを異ならせ且つずらして構成する等の手段を採用して構成する。

マグネット８は、Ｎ極とＳ極の一対の磁極対を単位として、任意数の磁極対から構成される。但し、着磁を説明するときの「１極着磁」は「１磁極対の着磁」を意味し、「多極着磁」は「多数の磁極対の着磁」を意味する。
但し、１極着磁のマグネットを３個連結して一体化する形態も「１個の円弧状マグネットを多極着磁する」概念に含める。

勿論、マグネット８を複数個で構成することができる。実施例１の場合は、そのマグネット８が複数個の例である。

実施例１では、マグネット８は、２個に分割され、一方はロータマグネット８ａとして構成され、他方は補極マグネット８ｂとして形成される。マグネット８は必要とされるトルクに応じて大きさのサイズが決まる。

マグネット８はその着磁方向を任意の方向に設定できる。好ましくは、軸を中心として、半径方向（ラジアル方向）にＮＳ又はＳＮと着磁する。

ロータマグネット８ａおよび補極マグネット８ｂからなるマグネット８は、半径方向に着磁されているため、磁極の幅、即ち実施例１の場合の円弧長が短くなり（円周方向に着磁されているものと比べて）、複数個円周方向に密着配置でき、微少ピッチでの着磁が容易となり、このためステップ幅を狭くでき、従って振動モータの外径を小さくすることができる。ロータマグネット８ａおよび補極マグネット８ｂからなるマグネット８は、半径方向に着磁されているため、停止位置の調整が容易になる。

ロータマグネット８ａは、図１（ｂ）に示す長方形の断面で、平面図で示すと図１（ａ）に示す円弧状に形成される。ロータマグネット８ａは、ステータヨーク３の極歯（例えば３ｇ−１、３ｇ−２、・・）ピッチに相当する円弧長を有する。

補極マグネット８ｂは、ロータマグネット８ａより磁束量が多く形成され、ロータマグネット８ａと同じ断面で、平面図で示すと図１（ａ）に示す円弧状に形成される。補極マグネット８ｂは、ステータヨーク３の極歯ピッチよりも狭い円弧長を有し、ステータコイル５の励磁電流を切った後のロータ９の停止位置をずらすように機能する。ロータ９は、回転軸２、ロータフレーム４、偏心ウエイト７およびマグネット８からなる。

偏心ウエイト７とマグネット８の体積比は、例えば、約２：１にする。

ケース１０は、非磁性材の金属、例えばＳＵＳ(ステンレス)３０３等からなり、コ字状断面を有し、全体が、円板部１０ａとその周囲に直角に立設した円筒部１０ｂからなるカップ状に構成される。円筒部１０ｂの端面にはハンダ又は溶接でインターフェース基板１１に固着するための突起部１０ｃが数カ所に突設されている。ケース１０は、例えば、直径が１０ｍｍ、高さが３ｍｍ弱に形成する。

インターフェース基板１１は、金属板に絶縁膜を設け、その上に必要な配線（コイルへの給電線等）と、前記突起部１０ｃを嵌合するための開孔１１ａが形成されて構成される。インターフェース基板１１には、絶縁膜を介して第２ステータヨーク３ｂを固定し、開孔１１ａにケース１０の円筒部１０ｂ端面の突起部１０ｃを嵌合し、裏面からハンダづけする。配線には外部の制御回路や電源等が接続される。
（駆動回路）
本発明の振動モータは、加速、定速、減速という速度特性で制御される。加速時は、スロースタートで、例えば０．３〜０．５秒で定速まで立ち上げる。定速時、体感良好な例えば１万回転程度で回転させる。人間における加速度検出器はＰａｃｉｎｉ小体といわれている。一般に、この気管で感じ易い振動周波数は、約１００〜３００Ｈｚの範囲といわれている。さらには、確実に振動を感じると共に、不快感の少ない振動の範囲、および加速度の範囲は周波数が１００〜３００Ｈｚの範囲、加速度が０．２〜２Ｇ（重力加速度）の範囲といわれている。

しかし、本発明のようにモータ全体の寸法を超小型化し、単相のステッピングモータを振動モータに適用したことにより、上記のように、１万回転、１Ｇが好ましいという結論を得た。

回転軸に１Ｇ程度の加速度が掛かるとき、最大速度に到達する。立ち下がりの減速時間はできるだけ短いことが好ましい。

加速は、最大速度（定速）までの途中なので、ステップ駆動による振動はあまり問題にならないが、減速は停止のための行程なので振動が問題となる。また、励磁時間は最大駆動電流に依存する。そのため、振動をあまり問題とならない加速時および定速時は、高速駆動のため、最大駆動電流を大電流とし、振動が問題となる減速時は、最大駆動電流を小電流として振動の少ない停止を行う。

単相で環状のステータコイル５は、例えば図４に示す駆動回路によって、交互に向きの換わる電流が給電される。図４は本発明のコイルの駆動電流を制御する回路図である。

図４の単相ステッピングモータ用コイルの駆動タイミング信号は、タイミング発生回路により生成され、Ｐ形ＭＯＳＦＥＴ２０２、２０３およびＮ形ＭＯＳＦＥＴ２０４、２０５に供給される。具体的には、ａパルス区間において、Ｐ形ＭＯＳＦＥＴ２０２の制御信号２１１とＮ形ＭＯＳＦＥＴ２０５の制御信号２１４がそれぞれオン電位となり、コイル５に一方行の電流が供給される。その後、次のｂパルス区間において、Ｐ形ＭＯＳＦＥＴ
２０３の制御信号２１２とＮ形ＭＯＳＦＥＴ２０４の制御信号２１３がオン電位となり、ステータコイル５に逆方向の電流が供給される。以下、同じ制御を繰り返す。

前記ＭＯＳＦＥＴの代わりに他のトランジスタ等のスイッチング素子を使用することもできる。
制御用のパルス信号は、前記速度制御するために、パルス幅変調（ＰＷＭ）、パルス周波数変調（ＰＦＭ）やパルス振幅変調（ＰＡＭ）で制御される。
（停止位置制御）
本発明の振動モータは単相のステータコイル５を用いるので、ステータコイル５への駆動電流を切った（ＯＦＦ）後に、次の始動開始時に回転方向が同じ方向になるようにロータを移動させなければならない。

その為に、マグネット８は、回転軸を中心とした円周上に、円弧状に形成して、例えば、２箇所以上に配置する。その際、回転方向を決めることができるように以下の（１）〜（４）の手段の組合せを採用する。
（１）マグネットは、ヨーク極歯と同じ着磁ピッチの円弧状ロータマグネットとし、回転方向にピッチをずらした補極マグネットを設ける。
（２）２個（ロータマグネットと補極マグネット）のマグネットの磁束量を不均一にする。具体的には、ロータマグネットの磁束量＜補極マグネットの磁束量に設定する。
（３）補極マグネットを単極にする。
（４）ロータマグネットを極歯ピッチと異なる着磁ピッチとする。

また、ステータヨークは、
（５）２つのステータヨークの極歯位相をずらすか、又は、ステータヨークの極歯形状を非対称とする。
（６）ステータヨークの極歯とロータマグネットとのギャップを不均一にする。

以下、実施例１に従って説明する。

回転方向を同じ方向にするために、補極マグネット８ｂによりロータを停止位置から開始位置へ移動させる動作を説明する。

図１（ａ）の状態は、ステータコイル５に流れる電流により、例えば、第１ステータヨーク３ａの極歯３ｇ−１および極歯３ｇ−３がＳ極に励磁され、第２ステータヨーク３ｂの極歯３ｇ−２および極歯３ｇ−４がＮ極に励磁される。一方、ロータマグネット８ａは、回転方向に、第１ステータヨーク３ａおよび第２ステータヨーク３ｂの極歯のピッチと同じピッチで磁極が形成されている。ロータマグネット８ａの着磁は、領域８ａ―１では半径方向内側にＮ極、外側にＳ極が形成され、領域８ａ―２では半径方向内側にＳ極、外側にＮ極が形成されている。この状態では、領域８ａ―１のＮ極 →領域８ａ―１のＳ極
→領域８ａ―２のＮ極 →領域８ａ―２のＳ極 → 極歯３ｇ−２のＮ極 → 極歯３ｇ−１のＳ極→領域８ａ―１のＮ極の経路で磁路が形成されている。

一方、補極マグネット８ｂは、ロータマグネット８ａの磁極ピッチを基準にすると、そのピッチと整合しないピッチ、実施例１の場合、第１ステータヨーク３ａの極歯３ｇ−３の半分より微少距離だけ回転方向（時計方向）にずれた位置と、第２ステータヨーク３ｂの極歯３ｇ−４の半分より微少距離だけ回転方向（時計方向）にずれた位置に対応するピッチにずれて配置されている。補極マグネット８ｂもロータマグネット８ａと同様に着磁される、即ち、半径方向内側に例えばＳ極、半径方向外側に対向してＮ極が形成される。

補極マグネット８ｂの磁束量はロータマグネット８ａの磁束量より大きく設定されてい
る。

この状態で、ステータコイル５の駆動電流を切る（ＯＦＦする）と、両マグネットの磁力は磁束量に応じて発生するので、補極マグネット８ｂが磁気的に安定な状態、即ち、磁気抵抗が少ない状態に移動する。

補極マグネット８ｂのＳ極は、磁気的に安定な極歯３ｇ−４に対向する位置まで移動する。

これにつれて、補極マグネット８ｂと同じくロータフレーム４に連結されているロータマグネット８ａが同じように回転方向に移動する。
この状態で停止状態を保持する。
次に、再度ステータコイル５を駆動するときは、前記最後の駆動電流の向きをデータとして記憶しておき、そのデータに基づいて回転方向が同じ向きになるように駆動電流の向きを決める。

停止位置制御の為に採用する手段は、上記実施例１の手段の他に、
（１）ロータマグネットを極歯ピッチと異なる着磁ピッチとする手段、
（２）ロータマグネットの着磁ピッチをステータヨークの極歯ピッチと異ならせ、ステータヨークの極歯領域とロータマグネットの着磁ピッチ領域の間のギャップを前記両領域の中央部以外の一部領域で変える手段、
等が取り得る。

図２は本発明の他の停止位置制御手段の説明図である。図２（ａ）はロータマグネットを極歯ピッチと異なる着磁ピッチとする上記（１）の手段の説明図、図２（ｂ）は着磁ピッチとギャップを異ならせる上記（２）の手段の説明図である。

ロータマグネット８は、１個の円弧状マグネットを多極着磁して形成する。但し、１極着磁のマグネットを３個連結して一体化する形態も「１個の円弧状マグネットを多極着磁する」概念に含める。

図２（ａ）は、連続するロータマグネット８ａ１、８ａ２、８ａ３の３極の長さでステータヨークの２突極の磁極ピッチに対向するように構成されている。図２（ａ）は、ステータコイルを電流を流して駆動した状態を示す。極歯のＮ極とロータマグネットのＳ極が対向している。この状態で、ステータコイルの駆動電流を切る（ＯＦＦ）と、隣接する磁極の間でロータマグネットの隣接する磁極が磁気的に安定した状態になるように、磁気抵抗が最小になるように、矢印の回転方向に所定距離（Ｌ１）移動する。この状態から、次に、ステータコイルを駆動すると、初期の回転方向に始動する。

図２（ｂ）は、連続するロータマグネット８ａ１、８ａ２、８ａ３の３極の磁極ピッチをステータヨークの３突極未満の磁極ピッチに対向させ、磁極８ａ１の内側面領域の中央部を除く残りの一部領域に両者（極歯３ｇ−１とロータマグネット８ａ１）のギャップを異ならせるための突部Ｔを設ける。図２（ｂ）の駆動状態で、ステータコイルへの駆動電流を切る（ＯＦＦ）と、ロータマグネット８ａ１が磁気的に安定した状態、即ち、ロータマグネット８ａ１の突起Ｔが磁極３ｇ−１の中央に来るように所定距離（Ｌ２）移動する。この停止状態から、次に、始動すると、初期の回転方向に始動する。

また、ステータヨークにおいて、回転方向を決める停止位置制御手段である、
（１）ステータヨークの極歯形状を非対称とする手段、
（２）２つのステータヨークの極歯位相をずらす手段、
について説明する。

図３は本発明のステータヨークにおける停止位置制御手段の説明図である。図３（ａ）は上記（１）のステータヨークの極歯形状を非対称とする手段の説明図、図３(ｂ)は上記（２）の２つのステータヨークの極歯位相をずらす手段の説明図である。

図３（ａ）で、ロータマグネットは３極（Ｙ４の段）で、極歯（Ｙ２＋Ｙ３の段）は非対称に形成され、Ｘ１〜Ｘ６は回転方向の円周上の位置を表し、極歯は横の段のＹ２の段とＹ３の段に示されている。ステータコイルの駆動電流により極歯（Ｙ２＋Ｙ３の段）がＹ２の段の極性のように励磁されているとき、ロータマグネットは磁極がＹ４の段の位置で磁気保持されている。この状態で駆動電流を切る（ＯＦＦ）と、ロータマグネットに対向する磁極の部位がＹ３の段の部位Ｐとなるので、この部位Ｐと磁気的に安定した状態になるようにロータマグネットはＹ５の段の位置まで距離Ｆ２だけ移動する。この状態は、Ｙ２の段の磁極とＹ５の段の磁極がＦ２だけずれているため、始動のためにステータコイルに駆動電流を流すと、ロータマグネットに図３（ａ）において右方向へ向かう始動トルクが働き、所定方向へ回転させることができる。

図３（ｂ）で、ロータマグネットは３極（Ｙ３の段）で等ピッチに形成され、極歯（Ｙ２の段）は位相をずらし、Ｘ１〜Ｘ４は回転方向の円周上の位置を表し、極歯はＹ２の段に示されている。ステータコイルの駆動電流により極歯（Ｙ２の段）がＹ２の段の極性のように励磁されているとき、ロータマグネットは磁極がＹ３の段の位置で磁気保持されている。この状態で駆動電流を切る（ＯＦＦ）と、ロータマグネットのＹ３の段の各磁極がＹ２の段の極歯と磁気的に安定な状態になるように矢印Ｆ１だけ移動する。その結果、Ｘ１位置の極歯とＸ４位置の極歯の磁極に対して、ロータマグネットの対向する磁極はＹ４の段のように磁極位置がＦ１だけ図３（ｂ）において右方向にずれている。始動のためにステータコイルに駆動電流を流すと、トータルの作用として、ロータマグネットに図３（ｂ）において右方向へ向かう始動トルクが働き、所定方向へ回転させることができる。

以上の説明以外に、次の始動の際に回転方向を初期の方向にした回転が可能なように、ロータの位置を移動させるための手段、即ち、磁気的に安定な状態に移動させる手段を採用することができる。
（実施例１の効果）
アウターロータ型は、マグネットと同じ最外側の回転領域に偏心ウエイトを内蔵するので、マグネットと偏心ウエイトの収納空間を共用することができ、偏心ウエイトを最外側に配置したので、半径が長くなり、強い振動を発生でき、外部に露出する部品をなくすことができる。また、ステッピングモータは、ブラシが無いため、他のブラシレスモータと同様にメンテナンスの必要がほとんど無くなり、長寿命になる。

また、入力パルスに同期した回転数に制御することにより、リニアに振動量を調整することができると共に、停止時間を短縮することができる。

単相なので、ステータヨークに巻回した１相のステータコイルに、交互に向きの反転する駆動パルス電流を入力する。このコイルは１相なので、占有空間が小さくなり、薄型になる。また、制御回路は、電流の反転回路が基本となるので、回路が簡単に構成することができる。

第１ステータヨークと第２ステータヨークを連結する第３ステータヨークが軸受を兼ねるように磁性材料で構成されているため、漏洩磁束の発生を抑制して、軸受を透過する磁路を構成することができ、発生磁束を有効に利用することができる。

マグネットは、回転軸を中心とした円周上に、円弧状に形成して、２箇所以上に配置する。その際、回転方向を決めることができるように以下の（１）〜（４）の手段の組合せを採用する。
（１）マグネットは、ヨーク極歯と同じ着磁ピッチの円弧状ロータマグネットとし、回転方向にピッチをずらした補極マグネットを設ける。
（２）２個（ロータマグネットと補極マグネット）のマグネットの磁束量を不均一にする。具体的には、ロータマグネットの磁束量を補極マグネットの磁束量より小さく設定する。
（３）補極マグネットを単極にする。
（４）ロータマグネットを極歯ピッチと異なる着磁ピッチとする。

また、マグネットをラジアル（半径）方向に着磁する。その場合、複数個円周方向に密着配置する。これにより、微小ピッチでの磁極配置が容易になる。更に奇数極配置が可能になり、空間を有効活用し効率良いモータ設計が可能となる。

偏芯ウエイトを、磁性材で形成し、ヨークと対向する面にヨーク極歯と同ピッチの凹凸を設ける。これにより、効率をアップすることができる。

ステータヨークは、２つのステータヨークの極歯位相をずらすか、又は、ステータヨークの極歯形状を非対称とすることにより、回転方向を決めることができる。

ステータヨークの極歯とロータマグネットとのギャップを不均一にすることにより、回転方向を決めることができる。

ステータコイルは自己融着線を用いる。これにより、薄型化、品質改善（膨れ改善）、高密度巻線（整列巻）を達成する。

図５は、本発明のインナーロータ型振動モータの構成図である。図５（ａ）は図５（ｂ）のＣ−Ｃ断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。

実施例１に示したインターフェース基板２１に軸受け１２を垂直に設け、軸受け１２に円筒状の回転軸１９を回動自在に設け、回転軸１９に支持体２２を固定し、支持体２２の先端にマグネット８を設ける。マグネット８は、ロータマグネット８ａと補極マグネット８ｂから構成する。マグネット８は、実施例２の場合、２個であるが、基本的に１以上の個数で構成することができる。ロータマグネット８ａと補極マグネット８ｂの着磁および磁極ピッチ等は実施例１の場合と同様に構成する。

ステータは、断面コ字状で平面図で示すと環状のコイルボビン１６に単相で環状のステータコイル１５を設け、このコイルボビン１６を囲繞するようにステータヨーク１３を設け、ステータヨーク１３の極歯１３ｇを櫛歯状に組み合わせて配置する。ステータヨーク１３は実施例１の場合と同じインターフェース基板２１に取り付ける。

ステータヨーク１３は、図５（ｂ）に示す上側の第１ステータヨーク１３ａと、同じく下側の第２ステータヨーク１３ｂと、両者を連結する第３ステータヨーク１３ｃからなる。

第１ステータヨーク１３ａと第２ステータヨーク１３ｂは半径方向内側にそれぞれ極歯を有する。極歯の形状は任意に設定できる。

回転軸１９には支持体２２の他にロータフレーム１４を固着する。ロータフレーム１４は、実施例１と同様に、金属材料で形成する。好ましくは、例えばＳＵＳ（ステンレス）３０３で形成する。ロータフレーム４の断面は中央に開孔１４ｃを有するコ字状を呈する。全体は、中央に開孔１４ｃを有する略円板部１４ａとその周囲に直角に立設した円筒部１４ｂからなるカップ状に構成される。

円筒部１４ｂの内側に偏心ウエイト１７を固着する。偏心ウエイト１７は中心角１８０度の円弧状に形成されている。偏心ウエイト１７の中心角は任意に設計可能である。偏心ウエイト１７はステータヨーク１３より半径方向外側にステータヨーク１３との間にギャップを設けて配置する。

また、偏心ウエイト１７を磁性材料で形成し、その半径方向内側にステータヨーク１３の極歯ピッチの凹凸を設け、一方、ステータヨーク１３の半径方向外側にも内側の極歯と対向した極歯を形成させて、回転トルクを向上させることもできる。

必要に応じ、実施例１に示したのと同じケース２０を、ロータフレーム１４を覆うように、ロータフレーム１４の外側にギャップを介して配置する。
（実施例２の効果）
ロータフレームには、偏心ウエイトのみを設け、さらに、偏心ウエイトは回転軸１９から最外側に設けたので、大きな振動を得ることができる。

しかも、マグネットと偏心ウエイトの回転領域を異ならせたので、偏心ウエイトを考慮せずに、マグネットと極歯を自由に設計することができるようになる。

ステータヨークの極歯は、支持体にマグネットを設けた分、回転軸からの半径が長くなったので、極歯の数を増加することができ、その結果、ステップ数を増加して細かい制御ができるようになる。

マグネット、ステータヨーク、偏心ウエイトを一列に並べて扁平で薄型に構成することができる。

携帯端末機器、例えば、携帯電話機、ペルージャ等の携帯端末機器は、着信表示のために振動発生装置を備えたものが多くなっている。携帯電話機の場合、一般に、メイン基板には振動モータの給電端子が設けられるが、振動モータ自体はフレームに直接固定される。固定場所は、インターフェースコネクタ側とは反対側の端部でアンテナの近傍になる。収納空間はメイン基板とフレームとの狭い空間になるため、振動モータの占有空間は狭い空間に収まる効率の良い形状にする必要がある。

本発明のステッピングモータを用いた振動モータは、軸中心のマグネットと偏心ウエイトを同じ回転面に設けたので、高速回転を達成し、強力な振動を発生しながら、扁平な円筒形に形成できる。

本発明の携帯端末機器は、前記振動モータを用いたので、振動モータを扁平な円筒形という効率的で小さな占有空間に納めながら、機器に必要とする強力な振動を発生することができるようになる。

本発明のアウターロータ型ステッピングモータを用いた振動モータの構成図である。 本発明の他の停止位置制御手段の説明図である。 本発明のステータヨークにおける停止位置制御手段の説明図である。 本発明のコイルの駆動電流を制御する回路図である。 本発明のインナーロータ型振動モータの構成図である 特許文献１に示された従来の振動モータの構成図である。

符号の説明

１ 振動モータ
２、１９ 回転軸
３、１３ ステータヨーク
４、１４ ロータフレーム
５、１５ ステータコイル
６、１６ コイルボビン
７、１７ 偏心ウエイト
８、１８ マグネット
１０、２０ ケース
１１、２１ インターフェース基板
１２ 軸受
２２ 支持体

Claims (11)

1. 単相で環状のステータコイルと、前記環状のステータコイルの周囲を覆うように配置されると共に極歯を備えたステータヨークと、前記ステータヨークを固定すると共に、前記環状のステータコイルと接続する配線を備えたインターフェース基板と、回転軸に設けられ、且つ、前記回転軸を中心として前記ステータヨークの外側に位置するロータフレームと、前記極歯に対向して配置されると共に、前記ロータフレームに設けられた円弧状のマグネットと、前記マグネットと同じ回転面で前記ロータフレームに設けられた偏心ウエイトと、からなることを特徴とする振動モータ。
2. 前記マグネットは、前記ステータヨークの極歯ピッチと同じ着磁ピッチの円弧状のロータマグネットと、前記ステータヨークの極歯ピッチに対し回転方向に前記着磁ピッチをずらした補極マグネットからなり、前記補極マグネットの磁束量を前記ロータマグネットの磁束量より大きくしたことを特徴とする請求項１記載の振動モータ。
3. 前記補極マグネットを、単極マグネットとしたことを特徴とする請求項２記載の振動モータ。
4. 前記マグネットは、円弧状のロータマグネットからなり、前記ロータマグネットの着磁ピッチを前記ステータヨークの極歯ピッチと異ならせ、前記ステータヨークの極歯領域と前記ロータマグネットの着磁ピッチ領域の間のギャップを前記両領域の中央部分を除く残りの部分のうちの一部領域で変えたことを特徴とする請求項１記載の振動モータ。
5. 前記マグネットは、半径方向に着磁されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の振動モータ。
6. 前記ステータコイルは、自己融着線を巻回し融着して構成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の振動モータ。
7. 前記ステータヨークは、一方の極歯を備えた第１ステータヨークと、他方の極歯を備えた第２ステータヨークと、前記第１ステータヨークと前記第２ステータヨークをそれらの極歯が櫛歯状に歯合するように位置決め連結する第３ステータヨークとからなり、前記第３ステータヨークは前記回転軸の軸受を構成することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の振動モータ。
8. 前記第１ステータヨークの極歯と前記第２ステータヨークの極歯の位相を回転方向が決まるようにずらしたことを特徴とする請求項７記載の振動モータ。
9. 前記第１ステータヨークの極歯形状と前記第２ステータヨークの極歯形状を回転方向が決まるように非対称としたことを特徴とする請求項７記載の振動モータ。
10. 前記補極マグネットを前記ロータフレームに設けたことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項記載の振動モータ。
11. 振動モータを用いた携帯端末機器において、前記振動モータは請求項１乃至１０のいずれか１項記載の前記振動モータとしたことを特徴とする携帯端末機器。

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