JP2008049246A - 偏心ロータと同ロータを備えたブラシレス振動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】実験の結果、接着、レーザ溶接などの信頼性に欠ける接合手段を採用することなく、タングステン焼結合金が錫を主体とする鉛フリー半田で容易に半田付けできることを見いだしたもので、偏心ウエイトの重量を犠牲にすることなく、薄手の偏心ロータでも十分な耐衝撃性を得る。
【解決手段】中央に軸支承部が配された磁性金属製ロータケース６に固着されたマグネットＭと、このマグネットの外方でロータケースに固着されたタングステン製偏心ウエイトＷが備えられ、ロータケースと偏心ウエイトを錫を主成分とする鉛フリー半田ＨＤで接合したもので、偏心ウエイトは側周で軸方向に垂下された土手部Ｗｂがある弧状に形成され、接合部には鉛フリー半田が軸方向に突き出ないように凹所Ｗａが形成される。
【選択図】図２

Description

この発明は、移動体通信装置の無音報知手段等に用いて好適なもので偏心ロータと同ロータを備えたブラシレス振動モータに関する。

扁平な軸方向空隙型ブラシレス振動モータとしてコアレススロットレス型で１個の軸受からなるものが提案されている。（特許文献１、特許文献２参照）
駆動回路付きのブラシレス振動モータとしては、コアード型で、複数個の等分に配置した突極に電機子コイルを巻回してなるコアード型で駆動回路部材をステータの側方に配置した非円形なものが知られている。（特許文献３参照）
しかしながら、このようなものは、側方向のサイズが大となってしまい、セットの印刷配線板にＳＭＤ方式では実装効率が悪く、またコアード型のため、厚みが大とならざるを得ず実用性がない。
また、コアード、スロットレスコアレス型を含んだもので複数個の電機子コイルの一部を削除して空所を設け、この空所に駆動回路部材を配置したものが提案されている。（特許文献４参照）
実開平４−１３７４６３号公報 特開２００２−１４３７６７号公報 特開２０００−２４５１０３号公報 特開２００２−１４２４２７号公報（図８〜図１１）

ところで、小型なブラシレス振動モータでは、ロータ自体で重心を半径方向にずらして遠心力振動を発生させるためには、タングステン焼結合金製の偏心ウエイトを配着する必要がある。
しかしながら、鉄合金等の磁性板からなるロータヨークにこの偏心ウエイトを固着する手段として凹凸はめ合わせ係合、接着、レーザによるスポット溶接等が考えられるが、凹凸はめあわせ係合では偏心ウエイトの重量が犠牲になり、接着は耐衝撃性に信頼性が不足し、レーザスポット溶接ではタングステンが溶接されるべき金属に比べて融点が高く、タングステン自体と前記磁性板との溶接が困難である。

また、ブラシレスモータとして１個のホールセンサで駆動させる単相型では、ロータのマグネットの位置を次回確実に起動できる特定のところに停止させておくために磁性体からなるディテントトルク発生部材が必要である。
このディテントトルク発生部材は、所要のディテントトルク発生力を得るには、ある程度厚みが必要だから、ブラケット上に配置するものでは、配置空間がなかなか取れず、モータ自体の薄型化に対して逆行する問題となってしまう。
また、このディテントトルク発生部材は、たとえば印刷などで形成する場合、必要なディテントトルク発生力を得るようにするには、やはりある程度の厚みと幅が必要で、幅を大にするとディテントルク発生部の位置が不安定となり、幅を狭くすると今度は実質的には厚みが犠牲になるには変わりがない。
一方、ディテントトルク発生部材のディテントトルク部を空心電機子コイルの内径部に格納させて軸方向に突き出すことによってディテントトルク発生部材の厚みを実質的に無視できるようにしたものも提案されているが、今度はコイル内径のサイズが制約されコイルの巻き数が多く得られない問題がある。すなわち、ディテントトルク部の配置位置は、起動エラーをさけるためにロータ、すなわちマグネットが磁極の中心、あるいは磁極のニュートラルいずれの位置で停動するようになってもよいようにコイルの中心から故意にずらす必要があるが、コイルの内径が少ないとこのずらし角を大にできない。所定のずらし角が維持できないとトルクに寄与する有効導体部の本数と位置が犠牲となって起動トルクの減少や起動エラーを招く。

ところで、最近の携帯機器の薄型化志向に沿って搭載される無音報知手段としての振動モータも長寿命で極端に薄いブラシレスモータが要求されているが、厚みが２ｍｍ未満となると、偏心ロータも薄手が要求されるので、偏心ウエイトの固着手段に格段の配慮が必要である。接着の場合では互いに凹凸組み合わせで接着力をカバーする必要があるが、今度は偏心ウエイトの重量が犠牲になって振動量の低下を招く。

この発明は、接着、レーザ溶接などの信頼性に欠ける接合手段を採用することなく、半田付け可能な金属を含むタングステン焼結合金が錫を主体とする鉛フリー半田で容易に半田付けできることを実験して見いだしたもので、偏心ウエイトの重量を犠牲にすることなく、薄手の偏心ロータでも十分な耐衝撃性を得るようにし、併せて、ディテントトルク発生部材のディテントトルク部の配置厚みを全く無視できるようにしてコイルの内径大小に関わらず所定の最適なディテントトルク発生部材の位置（ずらし角）が得られるようにして極めて薄型なブラシレス振動モータを提供しようとするものである。

上記課題を解決するには、請求項１に示すように中央に軸支承部が配された金属製ロータケースと、
前記軸支承部の外方で前記金属製ロータケースに固着されたマグネットと、
このマグネットの外方で前記ロータケースに固着されたもので半田付け可能な金属を含有するタングステン合金製偏心ウエイトとが備えられた偏心ロータであって、
前記ロータケースと前記偏心ウエイトを固着する手段として錫を主成分とする鉛フリー半田で接合してなるもので達成できる。
具体的には、請求項２に示すように前記偏心ウエイトとしてタングステン合金成分がニッケルと銅又は鉄であるのがよい。
さらに、請求項３に示すように前記偏心ウエイトは弧状に形成されると共に外周軸方向に垂下する土手部が設けられ、前記ロータケース側周に向かって開かれた接合用凹所が形成され、半田面が軸方向面上に突き出ていないものにするのがよい。
好ましい具体的手段としては請求項４に示すように前記偏心ウエイトは半田付け可能な耐食性金属が表面にメッキされているものがよい。
このような偏心ロータを使用してブラシレス振動モータにするには、請求項５に示すように請求項１〜４のいずれか１項に記載の偏心ロータと、この偏心ロータに軸方向空隙を介して組み合わせたステータが備えられたもので、
このステータは、中央に軸支部が配されたブラケットと、
前記軸支部の外方で前記ブラケット上に添設されたフレキシブル印刷配線板からなるステータベースと、
このステータベース上面に突き出ないように配されたディテントトルク発生部材のディテントトルク部と、
このステータベース上面に配された単相空心電機子コイルと、
前記単相空心電機子コイルと重畳しないように前記ステータベース上に配された駆動回路部材とが備えられたもので達成できる。
このようなブラシレス振動モータの別の形態としては、請求項６に示すように前記偏心ロータを覆う外部ケースが前記ブラケットの外周に組み付けられ、この外部ケースは少なくとも側周に磁性体があり、その磁性体の下部は周方向にフランジとして延設され、前記ブラケットと組み合わされたものにするのがよい。

請求項１に示す発明では、レーザによる溶接が困難な難溶性のタングステン合金でも半田付け可能な合金を含ませることによって錫を主体とする鉛フリー半田で表面が容易に接合でき、接着など信頼性に欠ける手段でないので耐衝撃性等が確保された信頼性の高い偏心ロータが得られる。
請求項２に示す発明では、合金として含まれるニッケル、銅及び鉄などあるので、半田付けが容易に出来ることになる。
請求項３に示す発明では、土手部によって重心の半径方向への移動量が多くなって回転時の遠心力が確保され、凹所によって半田部分が軸方向に突き出なくなって切削などの後作業が不要に出来る。
請求項４の発明では、耐食性メッキによって表面の経時変化が少なくなって半田付けが容易になる。
請求項５の発明では、耐衝撃性と重心移動量が確保された偏心ロータと、ステータとして駆動回路部材の厚みを少なくともステータベース分押さえ込み、ディテントトルク発生部材の厚みも無視でき、振動量を確保しながらも極めて薄い振動モータが得られる。
請求項６に示す発明では、振動モータとして機能するほか、電磁音響変換器の中央磁極に利用できる。この場合は、ディテントトルク発生部材のディテントトルク部は外部ケースの磁性体部分から十分隔離されているので、電磁音響変換器の励磁マグネットの磁界の影響を受けないことになる。

中央に軸支承部が配された磁性金属製ロータケースと、前記軸支承部の外方で前記磁性金属製ロータケースに固着されたマグネットと、このマグネットの外方で前記ロータケースに固着されたタングステン製ウエイトとが備えられた偏心ロータであって、前記ロータケースと偏心ウエイトを固着する手段として錫を主成分とする鉛フリー半田で接合してなり、前記偏心ウエイトは側周で軸方向に垂下された土手部がある弧状に形成され、接合部には前記鉛フリー半田が軸方向に突き出ないように凹所が形成されている。

図１は、この発明の偏心ロータの平面図、図２は同ロータの断面図、図３はステータの組立図、図４はステータベースの平面図、図５はこのような偏心ロータとステータを備えた軸方向空隙型ブラシレス振動モータの縦断面図、図６は軸方向空隙型ブラシレス振動モータの使用例の縦断面図である。

図１、２において、この発明の偏心ロータＲは、軸方向空隙型マグネットＭと、このマグネットＭの外周の一部に配された弧状の偏心ウエイトＷと、これらを固着する厚みが０．１５ｍｍ程度の磁性金属製ロータケース６と、該ロータケース６の回転中心に溶接などで固着されたフランジ型軸受７とが備えられたもので、このロータケース６は、前記マグネットＭの上面が接着される平坦部６ｄとこれに続いて外径側垂下部６ｅと前記軸受７を支える内径側垂下部６ｆが形成される。
ここで、前記偏心ウエイトＷはタングステン以外の合金成分として少量のニッケルが含まれ、銅あるいは鉄をバインドしたものが採用される。このため、難溶性のタングステンであっても半田付けが容易となる。

前記偏心ウエイトＷは、外周軸方向に垂下された土手部Ｗｂを有しており、マグネットＭの外方に固着されている。偏心ウエイトＷの固着手段としては外径側垂下部６ｅの肩に内径部を大きく面取りして形成した凹所Ｗａに、鉛フリー半田ＨＤでロータケース６の肩で接合することによって達成できる。より強度を確保するには、上記ロータケース外径側垂下部の下方にも同様に半田付けすればよい。ここでは、鉛フリー半田ＨＤとしては、錫に３％銀、０．５％銅の組成（例えば、千住金属のエコソルダー、Ｍ７０５材）のもので棒半田あるいはソルダーペーストを前記凹所にはめて、半田コテ、熱風、リフロー、レーザなどの熱源で半田すればよい。
偏心ウエイトＷは、そのままでも半田付け出来るが、長期間保管される場合は、ニッケル、錫などの耐食性金属でメッキしておくのが望ましい。
なお、半田材として鉛フリーならよいのであって、錫が主成分であれば、上記組成に限定されない
このようにすると、接着によるものでは期待できない剥がれ強度が得られ、レーザによるスポット溶接ではタングステン自体の難溶性のため困難であるが、半田付けによる表面の接合が容易で信頼性を損なうことない。
しかも、ロータケースと偏心ウエイトのかなり大きな凹凸組み合わせの接着による接合でないので、偏心ウエイトの重量が犠牲になるおそれはない。

一方、このように構成した偏心ロータＲに組み合わせるステータＳＴは、図３の示すようなものとなる。
すなわち、ブラケット１は非磁性あるいは弱磁性ステンレス板で厚みが０．１５ｍｍ程度の薄型で形成され、中央には浅いバーリング１ａがプレス加工で抜き突き立てられている。この浅いバーリング１ａに軸２がはめこまれ、外方からレーザ照射Ｌ１して固定されることによって軸支承部として形成される。
このブラケット１は、さらに半径方向に凹所として角孔１ｂが空けられ、その延長した側方に給電端子載置部１ｃが延設され、上面には厚みが０．１ｍｍ程度の磁性ステンレス板からなるディテントトルク発生部材３が前記バーリング１ａに、位置決め孔３ａをブラケット上の突起１ｄに合わせながら中央の透孔３ｂをはめることによって配置される。
このディテントトルク発生部材３は、さらに、前記中央の透孔３ｂから径方向に後述のステータベースに形成した溝孔と同一ピッチで形成したディテントトルク部３ｃが設けられている。

前記ディテントトルク発生部材３が組み合わされるステータベース４は印刷配線ランドを含めた厚さが０．１５ｍｍ程度のフレキシブル基板からなり、中央に前記ディテントトルク発生部材３の中央外形に装着される透孔４ａとその外方に６０°ピッチで形成した４個の空心電機子コイル装着用ガイド孔４ｂが空けられ、前記透孔４ａに連結して径方向に４本の溝孔４ｃが配置開角６０°で空けられ、空心電機子コイル結線パターン４ｐ、駆動回路部材Ｄの接続パターン４ｑが形成される。
前記溝孔４ｃは配置されるべき空心電機子コイル５の中心、すなわち、前記各電機子コイル装着用ガイド孔４ｂの中心から配置開角約１５°の位置に設けられ、薄いステータベース４の強度確保のため、前記各電機子コイル装着用ガイド孔４ｂと連結しないように隔離して設けられる。
さらに、後述の空心電機子コイルの巻き始め端末導出用逃げ溝４ｅが前記各電機子コイル装着用ガイド孔４ｂと連結して設けられる。このステータベース４には、さらに側外方に前記給電端子載置部の位置で給電端子部４ｆが延設される。
当然ながら、各ランドパターンは、ハッチングで表示した各半田結線部を除いてレジスト処理される。
前記ディテントトルク部３ｃの配置開角はコイルの中心からの位置は１５°は組み合わせるべきロータの軸方向空隙型マグネットの磁極の開角が６０°の場合、磁極のピーク、ニュートラルのいずれのところに該マグネットが停止してもよい位置として定められる。

前記ステータベース４には、空心電機子コイル装着ガイド孔４ｂとほぼ同サイズの巻軸で卷線された４個の空心電機子コイル５が前記空心電機子コイル装着ガイド孔４ｂの位置にジグなどを利用してＵＶ硬化型嫌気性接着剤で固着され、単相となるようにその端末が前記所定の配線パターン４ｐに半田結線されている。
上記は薄型狙いのため４個の空心電機子コイルからなるものを示したが、この単相に結線されているからには、厚みが許容されれば１個〜２個の空心電機子コイルで構成しても
よい。
なお、図３では、ステータベース４が複雑になるので、空心電機子コイル端末、各結線ランドパターンなどは省略してある。

ここで、前記各電機子コイル装着用ガイド孔４ｂは、各空心電機子コイル５を装着するに当たってジグにコイルの方をはめて接着剤を塗布した後、ステータベース４を被せて接着する工程を採れば、必ずしも設ける必要はない。
前記空心電機子コイル５を駆動するホールセンサ内蔵型駆動回路部材Ｄが前記空心電機子コイル５と平面視重畳しないように、かつ適切な電気的中性点が得られる位置に半田結線される。すなわち、ここでは、内蔵したホールセンサの位置は、組み合わせるマグネットの磁極に応じて定められ、６極の磁極からなるマグネットでは前記空心電機子コイルの中心から配置開角で９０°、１５０°及び２１０°のいずれかの位置に来るように配置される。

前記ステータベース４には、駆動回路部材Ｄの両側の位置で前記ブラケット１の角孔１ｂの位置で切り込み４ｇが設けられる。このため、前記ステータベース４はこの駆動回路部材Ｄの位置で前記角孔１ｂに容易に折り曲げ埋め込むことが出来る。

このようにしたステータベース４は、紫外線硬化型嫌気性接着剤を介して前記ブラケット１に添設される。この時、前記溝孔４ｃには前記ディテントトルク部３ｃが装着され、透孔４ａはディテントルク発生部材３の中央部外形の外方に収まるので、ディテントトルク発生部材３は少なくともディテントトルク部３ｃがステータベース４に厚み方向で完全に収まり、結果的にはその厚みは全く考慮しなくてすむことになる。
このようにして前記空心電機子コイル５の内径に無理に収めることなく、すなわち、コイル内径に無関係になるので、コイルは巻き数を十分な起動トルクが得られるように設定できることになる。
ここで、前記角孔１ｂから紫外線硬化型嫌気性接着剤が流出しないようにブラケット１に底部をシールして紫外線が透過する透明ジグなどで駆動回路部材Ｄの高さを整えて紫外線を照射して固着される。
なお、紫外線硬化型嫌気性接着剤の代わりに合成樹脂で前記空心電機子コイル５を含めて一体成形して駆動回路部材Ｄを固定してもよい。

図５は前述の偏心ロータＲとステータＳＴを備えた軸固定型の軸方向空隙型コアレススロットレス方式ブラシレス振動モータを示す。
前記偏心ロータＲは、前記ステータＳＴに軸支部として固定された軸２に、互いに径を変えた３枚のスラストワッシャＳＷを介して回転自在に装着される。このスラストワッシャは、径を変えることによってバリ同士のかみ合わせがなくなり、摺動損失が軽減される。
このようにした偏心ロータＲを覆うように外部ケース８が組み付けられる。
ここでは、強度確保のために軸２の先端は、外部ケース８の浅いバーリング状中央孔８ａにレーザ溶接Ｌ２される。
この偏心ロータＲを覆った外部ケース８の開口部は前記ステータ側のブラケット１の外周でレーザスポット溶接Ｙで組み付けられて完成する。
このようにすると、組付け部分は溶接されるので、全体としてモノコック構造となり、十分な強度が確保される。

この図６は、このような軸方向空隙型ブラシレス振動モータを電磁音響変換器の中央磁極に採用して好適なもので、外部ケース８８の下部が周方向にフランジ８８ａとして延設され、ステータのブラケット１１と凹凸結合Ｋで組み合わされ、前記外部ケース８８の周囲に磁性体８８ｍが配されているもので、図中Ｍｇはスピーカ側の励磁マグネット、Ｃは励磁コイル、ＳＳは振動薄板、そして、Ｈはスピーカハウジングである。
ここで、前記外部ケース８８は、スピーカ側の励磁マグネットＭｇの漏洩磁束がロータのマグネットＭに影響がでないように少なくとも天井部が非磁性で構成され、前記励磁マグネットＭｇの磁束は前記磁性体８８ｍで受け止められる。なお、この磁性体８８ｍを別に配着させるにあたって電気音響変換器として径方向サイズが問題となるなら、外部ケースは、非磁性円盤板状の天井部と磁性側周部を組み合わせたものにしてもよい。
ここで、前記ステータ側のディテントトルク部は外部ケース８８の磁性体部分から十分隔離しているので、スピーカ側の励磁マグネットＭｇの影響がでなくなる。
このようにすると、極めて薄い電磁音響変換器が得られる。

この発明の偏心ロータは、軸をロータ側に固定してステータ側に軸受を配した軸回転型にすることもできる。
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ないため、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の平面図である。（実施例１） 図１中のＡ−Ａ断面図である。 図１のロータに組み合わせるステータの組立図である。 ステータベースの平面図である。 このような偏心ロータとステータを備えた軸方向空隙型ブラシレス振動モータの縦断面である。（実施例２） 軸方向空隙型ブラシレス振動モータの使用例の縦断面図である。

符号の説明

１、１１ ブラケット
２ 軸
３ ディテントトルク発生部材
３ａ 位置決め孔
３ｂ 透孔
３ｃ ディテントトルク部
４ ステータベース
４ａ 透孔
４ｂ 空心電機子コイル装着用ガイド孔
４ｃ 溝孔
５ 空心電機子コイル
６ ロータケース
７ フランジ付き焼結含油軸受
８、８８ 外部ケース
Ｒ 偏心ロータ
Ｄ 駆動回路部材
Ｍ 軸方向空隙型マグネット
Ｗ 偏心ウエイト

Claims (6)

1. 中央に軸支承部が配された金属製ロータケースと、
   前記軸支承部の外方で前記金属製ロータケースに固着されたマグネットと、
   このマグネットの外方で前記ロータケースに固着されたもので半田付け可能な金属を含有するタングステン合金製偏心ウエイトとが備えられた偏心ロータであって、
   前記ロータケースと前記偏心ウエイトを固着する手段として錫を主成分とする鉛フリー半田で接合してなる偏心ロータ。
2. 前記偏心ウエイトとしてタングステン合金成分がニッケルと銅又は鉄である請求項１に記載の偏心ロータ。
3. 前記偏心ウエイトは弧状に形成されると共に外周軸方向に垂下する土手部が設けられ、前記ロータケース側周に向かって開かれた接合用凹所が形成され、半田面が軸方向面上に突き出ていないことを特徴とする請求項１に記載の偏心ロータ。
4. 前記偏心ウエイトは半田付け可能な耐食性金属が表面にメッキされている請求項２に記載の偏心ロータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の偏心ロータと、この偏心ロータに軸方向空隙を介して組み合わせたステータが備えられたもので、
   このステータは、中央に軸支部が配されたブラケットと、
   前記軸支部の外方で前記ブラケット上に添設されたフレキシブル印刷配線板からなるステータベースと、
   このステータベース上面に突き出ないように配されたディテントトルク発生部材のディテントトルク部と、
   このステータベース上面に配された単相空心電機子コイルと、
   前記単相空心電機子コイルと重畳しないように前記ステータベース上に配された駆動回路部材とが備えられたブラシレス振動モータ。
6. 前記偏心ロータを覆う外部ケースが前記ブラケットの外周に組み付けられ、この外部ケースは少なくとも側周に磁性体があり、その磁性体の下部は周方向にフランジとして延設され、前記ステータのブラケットと組み合わされた請求項５に記載のブラシレス振動モータ。

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