JP2010104889A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】より小型のモータを提供する。
【解決手段】モータ（Ｍ１）は、回転子（１）と、回転子（１）を回転可能に支持する支持体（２）と、回転子（１）に対向するように、支持体（２）の周囲に設けられた固定子（３）とを備える。回転子（１）は、磁石（４）を有する。固定子（３）は、絶縁基板（５）と、該絶縁基板（５）の内部に形成された配線導体（６）からなるとともに、回転子（１）の回転方向に沿って配列された複数のコイル（７）とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば携帯電話等に使用されるモータに関する。

近年、携帯電話、携帯用音楽プレイヤー、デジタル家電機器などの小型化、薄型化、高機能化は、めざましい発展を遂げている。

これら、IT 、AV、OA関連機器では、CD/DVDドライブ用や、HDD用途などに、小型で薄型のモータが採用されている。

また、携帯電話や、ゲーム機、コントローラーなどの通信機器では、機器を振るわせることにより、着信を知らせたり、ボタン操作やタッチパネル等の動作応答時に、ユーザーとのインターフェイスをとったりする振動機能がある。これらの振動機能は、小型の振動モータを駆動させることにより、振動力を機器のケースに伝えて、機器を振動させるのが一般的である。

そして、これらの通信機器に小型化が要求されているに伴い、これらの機器に使用されるモータ部品にも、更なる小型化が求められている。

これらの要求に対して、特開２０００−２６２９６９号公報に示されるような、振動モータが公表されている。
特開２０００−２６２９６９号公報

しかしながら、特許文献１にあるような振動モータの場合、巻線コイルを、固定子上に搭載している為、小型化、薄型化が十分に実現できない問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、より小型のモータを提供することにある。

本発明のモータは、回転子と、前記の回転子を回転可能に支持する支持体と、前記の回転子に対向するように、前記の支持体の周囲に設けられた固定子とを備え、前記の回転子は、磁石を有し、前記の固定子は、絶縁基板と、該絶縁基板の内部に形成された配線導体からなるとともに、前記の回転子の回転方向に沿って配列された複数のコイルとを有することを特徴とする。

また、前記のモータにおいて、好ましくは、前記の固定子は、前記の絶縁基板の前記の回転子に対向する表面とは反対側の表面と前記のコイルとの間に磁性遮断層を有することを特徴とする。

また、前記のモータにおいて、好ましくは、前記の固定子は、前記の絶縁基板の内部において前記のコイルの中心に磁性体を有することを特徴とする。

また、前記のモータにおいて、好ましくは、前記の回転子は、錘を有することを特徴とする。

また、前記のモータにおいて、好ましくは、前記の絶縁基板は、表面に凹部を有し、前記のモータは、該凹部内に配置され、前記のコイルに流れる電流を制御する電子素子を有することを特徴とする。

また、前記のモータは、好ましくは、前記の絶縁基板における前記の凹部の周囲にシールド導体部を有する。

本発明の一態様によれば、小型のモータが実現できる。

以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

（第一の実施の形態）
図１は、本発明の第一の実施の形態によるモータの構成例を示す。図１（ａ）は、本実施の形態のモータＭ１の断面図である。

図1に示されるように、モータＭ１は、回転子１と、回転子１を回転可能に支持する支持体２と、回転子１に対向するように、支持体２の周囲に設けられた固定子３とを備える。回転子１は、磁石４を有する。固定子１は、絶縁基板５と、絶縁基板５の内部に形成された配線導体６からなる複数のコイル７と実装端子８とを有する。実装端子８は、絶縁基板５における回転子１と対向する主面と反対側の主面に形成される。配線導体６は、実装端子８に電気的に接続される。

図１（ｂ）は、支持体２および固定子３の上面図を示す。図１（ｂ）に示すように、複数のコイル７は、回転子１の回転方向に沿って配列されている。回転子１が回するとき、磁石４は、各コイル７の中心部の上部を通る。回転子１は、絶縁基板５とカバー１９とによって封止される。

支持体２は、軸部９と、軸部９が挿入される凹部を備えた軸受部１０と、軸受部１０の凹部に充填された含油メタル１１と、軸受部１０における凹部の底面に配置され、軸部９の一端が接続されるスラスト受１２とを有する。軸部９の他端は、回転子１の中央に固着される。軸部９は、軸受部１０により、回転可能に支持されている。

回転子１は、鉄若しくは銅などの金属で構成される。磁石４は、永久磁石が用いられ、合金磁石、フェライト磁石、若しくは希土類磁石等がある。合金磁石は、鉄を主成分とする合金で、代表的なものに、鉄−アルミニウム−ニッケルーコバルトからなるアルニコ磁石や、鉄−クロム−コバルト磁石などがある。鉄の酸化物であるフェライトを原料として作られた永久磁フェライト磁石や、希土類元素とコバルトあるいは鉄からなる金属間化合物を主成分とした希土類磁石があり、代表的なものに、サマリウム−コバルト磁石、ネオジム−鉄−ホウ素磁石等がある。

回転子１と磁石４、及び回転子１と支持体２とは、錫−銀系若しくは錫−銀−銅系等の半田、金−錫ろう等の低融点ろう材、銀−ゲルマニウム系等の高融点ろう材、エポキシ系若しくはレジン系などの樹脂接着材または低融点ガラス、あるいはシーム溶接・電子ビーム溶接、若しくはレーザ溶接等の溶接法により接合してもよい。また、磁石４の表面の一部に金属層を形成し、回転子１と金属間結合することにより、支持固定してもよい。

軸部９は、金属材料に加え、セラミック等の無機材料等を用いることにより、剛性と靭性とを両立させて、耐落下衝撃性を向上させることができる。

絶縁基板５は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体、若しくはガラスセラミックス焼結体等のセラミックス材料、ポリイミド、ガラスエポキシ、若しくはフッ素系樹脂等の有機樹脂材料、またはセラミックス、ガラス、若しくはその両方の無機粉末をエポキシ樹脂等の有機樹脂で結合して成る複合材等により形成される。

また、絶縁基板５は、実装端子８を通じて、他の回路基板と電気的に接合されることから、接合信頼性を高くするために、他の回路基板との熱膨張係数の差が小さい材料で形成することが好ましい。このような材料としては、例えば、セラミックス、ガラス、またはその両方の種類若しくは添加量を調整することにより熱膨張係数を他の回路基板に近似させるようにしたセラミック焼結体等がある。

また、絶縁基板５は、配線導体６により伝送される電気信号の遅延を抑制する場合、酸化アルミニウム−ホウ珪酸ガラス系若しくは酸化リチウム系等のガラスセラミック焼結体、ポリイミド、ガラスエポキシ若しくはフッ素系樹脂等の有機樹脂材料、またはセラミックス、ガラス、若しくはその両方の無機粉末をエポキシ樹脂等の有機樹脂で結合して成る複合材等の比誘電率の小さい材料で形成することが好ましい。

また、絶縁基板５は、モータＭ１の内部の発熱量が大きく、この熱の外部への放散性を良好とする場合、窒化アルミニウム質焼結体等の熱伝導率の大きな材料で形成することが好ましい。

配線導体６、コイル７、及び実装端子８は、例えば、銅、銀、金、白金、パラジウム、タングステン、モリブデン、マンガン、若しくはニッケル等の金属材料により形成される。この形成の手段としては、メタライズ層、めっき層、若しくは蒸着等の金属を薄膜層として被着させる手段を用いることができる。例えば、タングステンのメタライズ層から成る場合であれば、タングステンのペーストを絶縁基板５となるグリーンシートに印刷してこれをグリーンシートとともに焼成することにより形成される。

モータＭ１は、他の電子部品とは異なり、機構部品という要素が強く、磁石４や軸受部１０、含油メタル１１など、リフロー半田時の熱による影響を受けやすい部品が多いが、これらの部品の耐熱性を改善することで、リフロー可能なモータを実現することができる。

軸部９は、スラスト受１２の摩耗を防止するべく、先端部分を円弧状等に形成してもよい。

スラスト受１２には、軸部９と接する面に摩耗量の少ない摺動特性の優れたＳＵＳ鋼、鉄等の金属や樹脂等が使用されている。例えば、ナイロン系、ＰＥＴ系、ＰＢＴ系、ＰＡＲ系、ＰＣ系、ＰＯＭ系、ＰＰＳ系、ＰＴＦＥ系、超高分子量ＰＥ系樹脂、ＡＢＳ系、ＰＩ系等の熱可塑性樹脂、ＰＩ系、エポキシ系、ＤＡＰ系およびそれらの複合樹脂、さらには各樹脂に対して木紛、アスベスト、グラファイト、ガラス繊維、カーボン繊維、ガラス質セラミック繊維系、アラミド繊維、硫化モリブデン、硫化鉄等の金属硫化物の固体潤滑材、油潤滑材等を充填した材料が用いられる。また、摺動時の摩擦熱により耐久性を向上させる為には、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂を混合した硬度が低く、摩擦係数の小さい材質を用いることが望ましい。

また、スラスト受１２の強度を高めるため、必要に応じて繊維補強材（ガラス繊維、炭素繊維、チタン酸カリウム繊維、セラミック質繊維、アラミド繊維、ボロン繊維等）、粒状強化材（炭酸カルシウム、クレー、タルク、シリカ、マイカ、炭素粒子等）、導電性向上材（カーボン、酸化亜鉛、酸化チタン等）、熱伝導性向上剤（粉末状金属酸化物等）、酸化防止剤、熱安定剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、滑材、離型剤、染料、顔料、他の熱可塑性樹脂（ポリアミド系、ポリカーボネート系、ポリアセタール系、ＰＥＴ系、ＰＢＴ系、ポリアリレート系、ポリフェニレンサルファイド系、ポリエーテルサルフォン系、ポリサルフォン系、ポリアリレート系、ポリエーテルイミド系、ポリイミド系、フッ素系、ポリエーテルニトリル系、液晶ポリマー系等）、熱硬化性樹脂（フェノール系、エポキシ系、ポリイミド系、シリコン系、ポリアミドイミド系等）を併用しても良い。

カバー１９は、鉄、銅、鉛、若しくはタングステンなどの金属や、鉄、ニッケル、若しくはコバルト系合金等からなる金属キャップ、またはセラミックス若しくは有機材料からなる絶縁性キャップを用いることができる。また、このカバー１９を用いて、所望の回転速度に合わせて、封止雰囲気を真空にすることにより、回転子１を封止してもよい。また、金属キャップまたは絶縁性キャップを用いて封止する際の封止材の材料は、錫−銀系、若しくは錫−銀−銅系等の半田、金−錫ろう等の低融点ろう材、銀−ゲルマニウム系等の高融点ろう材、導電性有機樹脂、あるいはシーム溶接・電子ビーム溶接等の溶接法による接合を可能とするような金属材料等がある。このようにカバー１９にてキャップ封止することにより、信頼性の高いモータ性能を得ることができる。

このように、本実施の形態によるモータＭ１によれば、コイル７を絶縁基板５に内蔵していることから、モータの小型化、薄型化が実現できる。また、絶縁基板５の内部に配線導体６が形成されているため、マザーボードへの直接実装、及び、表面実装リフロー対応が可能となり、別途、ワイヤやリード線を接続し、他の回路基板に電気的に接続、実装する必要もなく、部材コストの低減を図ることができる。さらに、モータ性能を実現するための巻線コイルを個別に作製し、固定子３に半田付け等の導電性接合材で、個別に実装、電気接続する必要がないため、量産性が高く、また、導電性接合材のボリュームや実装温度の変化による、抵抗値のばらつきが小さくなり、モータの配線ロスの低減、モータ特性の向上、低消費電力化、応答速度の向上を図ることができる。

また、モータに、ワイヤやリード線を接続し、他の回路基板に電気的に接続、実装する場合は、モータの外部へ放熱する経路が、ワイヤやリード線のみになるため、放熱性が悪く、モータの性能、耐久性、および耐熱性が劣化してしまう。しかし、本実施の形態のモータＭ１によれば、マザーボードへ直接実装、及び表面実装リフローすることができるため、モータＭ１の内部から発生した熱を、絶縁基板５、配線導体６、および実装端子８などを介して、マザーボード又は筐体に、直接放熱することができる。すなわち、モータＭ１の内部から発生した、回転子１の回転により生じる熱、制御電子素子および電子部品から発生する熱、並びにコイルから発生するジュール熱等を、モータＭ１の外部へ放熱する経路が確保されている。よって、モータＭ１の性能、耐久性、および耐熱性の向上を図ることができる。

（第二の実施の形態）
図２は、本発明の第二の実施の形態によるモータの構成例を示す。図２（ａ）は、本実施の形態のモータＭ２の断面図であり、図２（ｂ）は、支持体２および固定子３の上面図を示す。

図２に示されるように、モータＭ２の固定子３は、絶縁基板５の回転子１に対向する表面とは反対側の表面とコイル７との間に磁性遮断層１３を有している。

磁性遮断層１３は、銅、銀、金、白金、パラジウム、タングステン、モリブデン、マンガン、若しくはニッケル等の金属材料や、鉄、ニッケル、若しくはコバルト系合金等により形成されることが望ましい。この形成の手段としては、メタライズ層、めっき層、若しくは蒸着等の金属を薄膜層として被着させる手段を用いることができる。例えば、タングステンのメタライズ層から成る場合であれば、タングステンのペーストを絶縁基板５となるグリーンシートに印刷してこれをグリーンシートとともに焼成することにより形成される。また、鉄、ニッケル、若しくはコバルト系合金等により形成する場合は、錫−銀系若しくは錫−銀−銅系等の半田、金−錫ろう等の低融点ろう材、銀−ゲルマニウム系等の高融点ろう材、導電性有機樹脂、またはシーム溶接若しくは電子ビーム溶接等の溶接法により、絶縁基板５と磁性遮断層１３とを接合してもよい。

これにより、コイル７で発生した磁界を効率よく回転子１側へ供給することができ、モータ特性が向上し、さらに、モータ底部の絶縁基板５を通して、磁界が漏洩することを防止し、モータＭ２周辺の部品や他の回路基板に与える悪影響を極力小さくすることができるため、モータＭ２の実装性、他の回路基板との親和性の向上を図ることができる。

（第三の実施の形態）
図３は、本発明の第三の実施の形態によるモータの構成例を示す。図３（ａ）は、本実施の形態のモータＭ３の断面図であり、図３（ｂ）は、支持体２および固定子３の上面図を示す。

図３に示されるように、モータＭ３の固定子３は、絶縁基板５の内部においてコイル７の中心に磁性体１４を有している。

磁性体１４は、例えば、マンガンー亜鉛系フェライト，ニッケルー亜鉛系フェライト，若しくはマグネシウムーマンガン系フェライト等を用いることが望ましい。フェライトは、亜鉛、マンガン、ニッケル、カドミウム、モリブデン、若しくはマグネシウムなどが用いられ、それらの組合せを選ぶことにより、種々多様の材料を作製することができる。例えば、マンガンー亜鉛フェライトは、比抵抗が１０〜数百Ω・ｃｍ程度の導電率を持っており、渦電流損があるので、低損失材料としては、数百ｋHzレベルの使用になるが、比透磁率は、６００〜５，０００程度となり、高い透磁率を得ることができる。ニッケルー亜鉛フェライトは、比透磁率は、１０〜１，０００程度であるが、比抵抗が１０万Ω・ｃｍ以上と高く、渦電流損を無視できるので、低損失という利点がある。

これらフェライトを含んで成る磁性体１４を形成するには、フェライト粉末に適当な有機溶剤、および溶媒を添加混合して得たフェライトペーストを、スクリーン印刷法等を用いて印刷充填した後、これを焼成すればよい。または、磁性体１４を、プレス成形法や切削法にて、円柱、三角柱、若しくは多角柱など所望の形状に加工した後、絶縁基板５にキャビティ加工やレーザー加工を用いることにより、凹部を設けておき、その凹部に、予め用意しておいた磁性体１４を実装してもよい。

これにより、コイル７の磁束密度が高くなり、磁界を強くすることができるので、コイル７の巻線数を増加させることなく、モータＭ３の駆動性能を高めることができる。また、コイル７の巻線数を必要最小限に設定することにより、配線導体６の抵抗を極小化できるため、モータＭ３の小型、薄型、低消費電力化と、反応性、耐久性、寿命の向上を図ることができる。

なお、本実施の形態によるモータＭ３に、磁性遮断層１３を設けてもよい。

（第四の実施の形態）
図４は、本発明の第四の実施の形態によるモータの構成例を示す。図４（ａ）は、本実施の形態のモータ１の断面図であり、図４（ｂ）は、支持体２および固定子３の上面図を示す。

図４に示されるように、モータＭ４の回転子１は、錘１５を有している。この錘１５により、モータＭ４は、振動モータとして動作する。

錘１５は、鉄、銅、鉛、若しくはタングステンなどの金属およびそれを含む合金を使用することが望ましい。例えば、錘にタングステン及び銅を含む材料を用いた場合、比重が大きいため、大振動を得るのに適している。また、回転子１との溶接性が向上し、結合強度が向上するため、モータ及びそれを用いた機器の落下等による耐衝撃性、信頼性を向上することができる。

これにより、小型、薄型で、大振動の振動モータを構成することができる。

なお、本実施の形態によるモータＭ４に、磁性遮断層１３および磁性体１４の少なくとも一方を設けてもよい。

（第五の実施の形態）
図５は、本発明の第五の実施の形態によるモータの構成例を示す。図５（ａ）は、本実施の形態のモータＭ５の断面図であり、図５（ｂ）は、支持体２および固定子３の上面図を示す。

図５に示されるように、モータＭ５の絶縁基板５は、表面に凹部１６を有し、凹部１６内に配置され、コイル７に流れる電流を制御する電子素子１７を有する。

凹部１６は、例えば、絶縁基板５にセラミックを用いる場合、セラミックグリーンシートを打ち抜き金型やＮＣパンチャー、レーザーなどを用いて穴加工し、絶縁基板５を構成する他のセラミックグリーンシートに積層され、それらのグリーンシートと同時焼成される。

電子素子１７は、ホールICや、FETなどのトランジスタ素子を用いることが望ましい。特に、携帯機器用の振動モータでは、従来はブラシ付きが主流であったが、寿命に関する信頼性を確保するために、ブラシレスのコインタイプのモータが増加しつつある。ブラシレスモータであるため、モータ回転を制御するための電子素子１７を搭載する必要がある。電子素子１７は、金線、アルミニウム線、若しくは銅線などによるワイヤボンディングや、半田、金、又は金錫などを介して、フリップチップボンディングにより、絶縁基板５の配線導体６と、電気的に接続される。

これにより、コイル、制御用電子素子、および電子部品を、固定子３表面の凹部に搭載することができるため、モータの小型、薄型化が実現できる。また、凹部１６がない場合に比べ、軸部９を極力短くすることができるため、部材コストの削減、部品の軽量化が図れると共に、軸部９へ与える負荷を最小限に抑えることができ、モータの反応性、耐久性、寿命の向上を実現することができる。

なお、本実施の形態によるモータＭ５によれば、モータＭ４の絶縁基板５に凹部１６および電子素子１７を設けた構成を示したが、モータＭ１〜Ｍ３の絶縁基板５に凹部１６および電子素子１７を設けてもよい。

（第六の実施の形態）
図６は、本発明の第六の実施の形態によるモータの構成例を示す。図６は、本実施の形態のモータＭ６の断面図である。

図６に示されるように、モータＭ６は、絶縁基板５における凹部１６の周囲にシールド導体部１８を有している。

シールド導体部１８は、絶縁基板５の内部、若しくは他方主面に形成されている接地導体層と電気的に接続されていることが望ましい。かかる構成により、安定したグランドネットワークを形成することができるため、良好な電磁シールド性を得ることができ、磁石や錘などを搭載した回転子２が回転することにより発生する電磁ノイズ、および制御電子素子および電子部品から発生される電磁ノイズが、絶縁基板５から、モータＭ６の外部へ漏洩されることないことから、モータ周辺の回路基板や、システムに与える悪影響を極力小さくすることができる。また、モータ外部から、絶縁基板を通じて、モータ内部に侵入する電磁ノイズを効果的に遮断することができるので、モータ特性の向上と、モータ周辺部品、回路基板との親和性を高め、より実装性に優れたモータを提供することができる。

また、さらには、接地用貫通導体２０を、絶縁基板５中に複数個、絶縁基板５の外周部を取り囲むように配置することにより、モータＭ６と外界とのシールド性を高めることができる。また、複数の接地用貫通導体２０を絶縁基板５中に埋設するとともに、これら接地用貫通導体２０間の距離を伝播する信号波長の１／２以下に設定しておくと、モータＭ６と外界とのシールド性をより高めることができる。

これにより、高周波グランドの不安定性から誘発される伝播モードのミスマッチが軽減され、安定したグランドネットワークが形成できるので、安定した接地状態とすることができ、良好なシールド性を得ることができる。

本発明の第一の実施の形態によるモータの構成例を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は、支持体および固定子の上面図である。 本発明の第二の実施の形態によるモータの構成例を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は、支持体および固定子の上面図である。 本発明の第三の実施の形態によるモータの構成例を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は、支持体および固定子の上面図である。 本発明の第四の実施の形態によるモータの構成例を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は、支持体および固定子の上面図である。 本発明の第五の実施の形態によるモータの構成例を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は、支持体および固定子の上面図である。 本発明の第六の実施の形態によるモータの構成例を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は、支持体および固定子の上面図である。

符号の説明

Ｍ１〜Ｍ６ モータ
１ 回転子
２ 支持体
３ 固定子
４ 磁石
５ 絶縁基板
６ 配線導体
７ コイル
８ 実装端子
９ 軸部
１０ 軸受部
１１ 含油メタル
１２ スラスト受
１３ 磁性遮断層
１４ 磁性体
１５ 錘
１６ 凹部
１７ 電子素子
１８ シールド導体層
１９ カバー
２０ 接地用貫通導体

Claims (6)

1. 回転子と、前記回転子を回転可能に支持する支持体と、前記回転子に対向するように、前記支持体の周囲に設けられた固定子とを備え、前記回転子は、磁石を有し、前記固定子は、絶縁基板と、該絶縁基板の内部に形成された配線導体からなるとともに、前記回転子の回転方向に沿って配列された複数のコイルとを有するモータ。
2. 前記固定子は、前記絶縁基板の前記回転子に対向する表面とは反対側の表面と前記コイルとの間に磁性遮断層を有する請求項１に記載のモータ。
3. 前記固定子は、前記絶縁基板の内部において前記コイルの中心に磁性体を有する請求項１又は請求項２に記載のモータ。
4. 前記回転子は、錘を有する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のモータ。
5. 前記絶縁基板は、表面に凹部を有し、
   該凹部内に配置され、前記コイルに流れる電流を制御する電子素子を有する請求項１から請求項４のいずれかに記載のモータ。
6. 前記絶縁基板における前記凹部の周囲にシールド導体部を有する請求項５に記載のモータ。

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