JP2012175715A

JP2012175715A - 振動モータ

Info

Publication number: JP2012175715A
Application number: JP2011031877A
Authority: JP
Inventors: Tomohisa Suzuki; 友久鈴木
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2012-09-10

Abstract

【課題】本発明によれば、２つの軸受けの同軸度の精度を容易に維持でき、また軸受けの寿命を延ばすことが可能な振動モータを提供する。
【解決手段】回転軸１０１の一方の端部側に偏心錘であるウエイト１０２を取付け、他方の端部側にアマチュア１２０を取付け、その間において軸受１０３，１０４によって回転軸１０１を回転自在な状態で保持する。軸受１０３，１０４をフレーム１０５の突設部１０５ｂの内側に圧入して固定することで、軸受１０３，１０４の同軸度が確保される。また、軸受１０３，１０４から見て、一方の端部側に重量物であるウエイト１０２が配置され、他方の端部側に重量物であるアマチュア１２０が配置されることで、軸受１０３，１０４に加わる負荷が均等化され、その強さが低減される。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸受の構造に特徴のある振動モータに関する。

従来の振動モータの構造は回転子（アマチュア、コイル、整流子）の両側に軸受けを配置して軸の先端に振動用重りを取り付ける構造であった（例えば、特許文献１を参照）。この構造では、出力側（ウエイト側）には、フレームに軸受けが圧入されて固定されている。また、その逆側（整流子側）では、ブラケットに軸受けが配置され、このブラケットは、フレームに圧入されて固定されている。

特開２００３−２３０２５０号公報

振動モータにおいて、前と後の軸受けの軸心がずれること（同軸度の悪化）は、シャフトが円滑に回転できず、いわゆる軸ロスが生じる原因となる。特にこの軸ロスは、極小サイズのモータにおいて、起動トルクや効率を著しく下げる原因となる。また、この軸ロスは、負荷がなくてもロスが発生するので、無負荷電流の増大を招く。一般に極小モータにおいて、無負荷電流は、起動電流に占める割合が大きい。このため、無負荷電流が大きいと、起動電流に比例する起動トルクは、激減する。これは、極小モータになればなるほど顕著になる。

ところで、上述したように、一般的な振動モータでは、ウエイト側の軸受がフレームで支えられ、整流子側の軸受がブラケットで支えられている。この構造では、ウエイト側と整流子側の軸受けの二つの軸心を正確に合わさることは非常に難しく、上述した軸ロスが発生し易い。これは、低コスト化を追求した場合に特に顕著になる。また、振動モータでは、振動時に軸が強く揺さぶられるので、前後の軸受の同軸度にずれがあると、軸受に強い負荷が加わり、更に同軸度の悪化が進行する。特に従来の構造では、回転軸を保持する軸受の位置が、相対的な重量物であるウエイトとアマチュアの間、および重量バランス的には端部となるブラケット部分となるので、重量が偏った部分で２つの軸受による回転軸の軸受が行われている。このため、振動時に２つの軸受に加わる負荷が大きく、軸受の傷みが生じ易く、軸受の寿命が短くなり易い。

このような背景において、本発明は、２つの軸受けの同軸度の精度を容易に維持でき、また軸受けの寿命を延ばすことが可能な振動モータを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、回転軸と、前記回転軸を回転自在な状態で保持する第１の軸受および第２の軸受と、前記第１および第２の軸受から見て、前記回転軸の一方の端部の側に取り付けられた偏心錘と、前記第１および第２の軸受から見て、前記回転軸の他方の端部の側に取り付けられた整流子およびアマチュアと、前記第１および第２の軸受けを保持するフレームとを備えることを特徴とする振動モータである。

請求項１に記載の発明によれば、第１および第２の軸受の間に整流子とアマチュアが配置されず、２つの軸受から見て、回転軸の他方の端部の側に偏心錘が取り付けられ、回転軸の他方の端部の側に整流子とアマチュアが取り付けられる。この構造では、２つの軸受を同じ条件でフレームに固定することができるので、２つの軸受の同軸度を確保しやすい。また、相対的な重量物である偏心錘とアマチュアの間に２つの軸受が配置されるので、２つの軸受に対する軸方向における重量バランスが均一化され、動作時に２つの軸受に加わる負荷が低減される。これにより、２つの軸受の同軸度の悪化が抑えられる。また、２つの軸受に加わる負荷が低減されるので、軸受の磨耗や損傷や抑えられ、２つの軸受の高寿命化を図ることができる。

なお、第１および第２の軸受から見て、回転軸の一方の端部の側および他方の端部の側というのは、第１および第２の軸受から見た方向をいうのであり、実際の端部であってもよいし、端部の手前であってもよい。また請求項１に記載の発明において、整流子とアマチュアの位置関係は、第１および第２の軸受に近い側から整流子、アマチュアと配置される場合と、第１および第２の軸受に近い側からアマチュア、整流子と配置される場合の両方が含まれる。

請求項２に記載の発明は、回転軸と、前記回転軸の一端側に取り付けられた偏心錘と、前記回転軸の他端側に取り付けられた整流子およびアマチュアと、前記回転軸の前記偏心錘と前記整流子およびアマチュアとの間において前記回転軸を回転自在な状態で保持する第１および第２の軸受と、前記第１および第２の軸受を保持するフレームとを備えることを特徴とする振動モータである。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記フレームは、前記整流子およびアマチュアを内側に収容する本体部と、前記本体部よりも内径および外径が縮径された突設部とを有し、前記突設部の内側で前記第１および第２の軸受が保持されており、前記偏心錘が前記突設部の外側に延在した構造を有することを特徴とする。請求項３に記載の発明によれば、外径寸法を増大させずに偏心錘の重量を確保することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発明において、前記突設部は軸方向において一定の内径を有する筒形状を有することを特徴とする。請求項４に記載の発明によれば、２つの軸受を取り付けるフレーム部分の内径が同じであるので、２つの軸受の同軸度の確保がより容易となる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発明において、軸方向における重心の位置が、前記第１および第２の軸受の間にあることを特徴とする。請求項５に記載の発明によれば、２つの軸受に対する全体の重量バランスが、請求項５に記載の構造としない場合に比較して均一化されるので、振動時に２つの軸受に加わる負荷が低減される。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記重心の位置が、前記第１および第２の軸受の中間の位置より前記整流子の側に寄った側にあることを特徴とする。請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発明において、前記整流子は、前記アマチュアよりも前記第１および第２の軸受に近い側に配置されていることをと特徴とする。

請求項６および７に記載の発明によれば、整流子が重心に近い位置に配置されるので、整流子が振られることにより、整流子とステータ側のブラシ電極との接触が不安定となる現象が抑えられ、安定した回転を得ることができる。

本発明によれば、２つの軸受けの同軸度の精度を容易に維持でき、また軸受けの寿命を延ばすことが可能な振動モータを提供できる。

実施形態の振動モータの正面図（Ａ）、側面図（Ｂ）、断面図（Ｃ）である。従来構造の振動モータの断面図である。他の実施形態の振動モータの断面図である。他の実施形態の振動モータの断面図である。

（１）第１の実施形態
（構成）
図１は、実施形態の振動モータの正面図（Ａ）、側面図（Ｂ）、断面図（Ｃ）である。図１の断面図（Ｃ）には、図１（Ａ）におけるＡ−Ａの線で切った断面が示されている。図１には、振動モータ１００が示されている。振動モータ１００は、回転軸１０１を備えている。回転軸１０１の一端側には、ウエイト１０２が固定されている。ウエイト１０２は、偏心錘であり、軸回りの重量バランスが偏った構造とされている。回転軸１０１が回転すると、偏心した重量バランスを有するウエイト１０２が回転し、振動が発生する。回転軸１０１は、軸受１０３，１０４によって回転自在な状態で保持されている。軸受１０３、１０４は、振動モータ１００のケーシングを構成するフレーム１０５の突設部１０５ｂに圧入されることで固定されている。なお、軸受１０３，１０４の突設部１０５ｂへの固定は、接着、カシメ等の他の方法であってもよい。

フレーム１０５は板金加工により構成された金属（この例の場合鉄材）により構成され、内径および外径が相対的に拡径した円筒形状を有する本体部１０５ａと、本体部１０５ａに対して内径および外径が縮径され、軸方向に突出した円筒形状を有する突設部１０５ｂを備えている。ここで、本体部１０５ａは、軸方向の一方の側にあり、突設部１０５ｂは、軸方向の他方の側にある。突設部１０５ｂは、内径が軸方向において一定の値を有する円筒形状を有している。

軸受１０３，１０４は、突設部１０５ｂの内側に圧入されることで、フレーム１０５に固定されている。そしてこの構造により、回転軸１０１が、フレーム１０５に回転自在な状態で保持される構造が実現されている。また、ウエイト１０２は、軸方向において、突設部１０５ｂの外側にまで延在した構造とされている。これにより、外径を大きくしないでウエイト１０２の重量を確保している。

回転軸１０１は、本体部１０５ａの中にまで延在している。本体部１０５ａの内側において、回転軸１０１には、整流子１１０およびアマチュア（電機子）１２０が取り付けられている。整流子１１０は、電極１１１を備えている。この電極１１１は、フレーム１０５の内側に固定された図示省略したブラシ電極に接触する。アマチュア１２０は、軟磁性材料により構成されるコア部材（鉄芯）を備え、このコア部材は、軸方向から見て放射状に延在する複数（例えば３つ）の突極を備えている。このアマチュア１２０の突極には、ロータコイルが巻かれ、このロータコイルの端部は、整流子１１０の電極１１１に接続されている。整流子１１０、アマチュア１２０および図示しないロータコイルにより回転子が構成されている。整流子１１０とアマチュア１２０の構成は、通常のＤＣブラシモータと同じである。フレーム１０５の本体部１０５ａの内側には、ステータ側の磁石であるマグネット１０６が配置されている。この部分も通常のＤＣブラシモータと同じである。また、本体部１０５ａの開口部には、蓋部材１０７が取り付けられている。

図１（Ｃ）に示すように、振動モータ１００では、図の左側から順に、ウエイト１０２、軸受１０３，１０４、整流子１１０、アマチュア１２０が配置されている。この構造では、２つの軸受１０３と１０４の間に整流子およびアマチュアが配置されていない。また、フレーム１０５を構成する突設部１０５ｂに直接軸受１０３，１０４が圧入され（嵌め込まれ）固定されている。また、軸受１０３，１０４による回転軸のフレーム１０５への保持部分を中央として、その左右に重量物であるウエイト１０２とアマチュア１２０を配置した構造とされている。

また、図１（Ｃ）に示すように、振動モータ１００は、ウエイト１０２を含めた全体の軸方向における重心の位置Ｒが、軸受１０３と１０４の間にくるように設定されている。ここで、重心Ｒの位置は、軸受１０３と１０４の中央の位置またはこの中央の位置より整流子１１０の側に寄った位置（つまりＬ_１≧Ｌ_２）となる条件が好ましい。

（組立手順）
図１に示す振動モータ１００を組み立てる手順の一例を説明する。まず、フレーム１０５の本体部１０５ａの内側に、図示省略したブラシ電極およびマグネット１０７を配置する。次に、突設部１０５ｂに軸受１０３を圧入により装着し、更にこの突設部１０５ｂに圧入した軸受１０３に誘いピンを挿入し、この誘いピンをガイドとして残りの軸受１０４を突設部１０５ｂに圧入により装着する。そして、整流子１１０およびアマチュア１２０を取り付けた回転軸１０１を用意し、それを軸受１０３，１０４に取り付ける。最後に、回転軸１０１にウエイト１０２を取付け、更に蓋部材１０６を取付けることで、図１に示す構造を得る。なお、軸受１０４を最初に突設部１０５ｂに取付け、その後に軸受１０３を突設部１０５ｂに取り付ける順序であってもよい。

（比較例）
図２には、従来構造の振動モータ３００の断面構造が示されている。従来構造の振動モータ３００は、回転軸３０１、回転軸３０１に装着されたウエイト３０２、回転軸３０１を回転自在な状態でフレーム３０５に保持する軸受３０３，３０４、整流子３１０、アマチュア３２０、マグネット３０７を備えている。ここで、図１の振動モータ１００と異なるのは、軸受の位置とそのフレームへの取り付け構造であるである。すなわち、従来構造の振動モータ３００では、一方の軸受３０３がフレーム３０５に圧入により取り付けられ、他方の軸受３０４は、フレーム３０５に装着されたブラケット３０６に圧入により取り付けられている。つまり、片方の軸受３０４は、フレーム３０５に直接取り付けられておらず、ブラケット３０６を介して間接的にフレーム３０５に取り付けられている。また、軸受３０３と３０４の間に整流子３１０とアマチュア３２０が配置されている。

（優位性）
２個の軸受１０３，１０４が直接フレーム１０５に装着されるので、軸受１０３，１０４の同軸ずれの問題の発生を抑えることができる。このため、軸受１０３，１０４の同軸ずれの問題に起因する無負荷時の損失を抑えることができ、無負荷電流を下げることができる。また、軸受１０３，１０４の同軸度を確保し易いので、組み立て工数や組み立てコストを削減することができる。

また、２つの軸受１０３，１０４から見た回転軸１０１の一方の端部側（図の左側）に重量物であるウエイト１０２が取り付けられ、また２つの軸受１０３，１０４から見た回転軸１０１の他方の端部側（図の右側）に重量物であるアマチュア１２０が取り付けられることで、そうでない構造を採用した場合に比較して、軸受１０３，１０４から見た重量バランスが均一化される。このため、振動発生時に軸受１０３，１０４に加わる力が抑えられ、軸受１０３，１０４の軸受抵抗の増加が抑えられる。また、加わる力が抑えられることで、軸受１０３，１０４の高寿命化を図ることができる。

突設部１０５ｂを本体部１０５ａに対して縮径した構造し、その外側にウエイト１０２が軸方向で延在して存在する構造とすることで、全体の外径を大きくすることなく、ウエイトの重量１０２を確保することができる。また、突設部１０５ｂを内径一定な円筒構造とすることで、軸受１０３，１０４の同軸度がより正確に確保される。

また、軸方向で見た重心の位置を軸受１０３と１０４の間とすることで、軸受１０３，１０４から見た軸方向における振動状態のアンバランスが是正されるので、スラスト方向における振れが抑えられる。この点でも軸受１０３，１０４の同軸度の悪化の抑制、および軸受１０３，１０４の高寿命化を図ることができる。

例えば、図２に示す従来構造の振動モータ３００では、重心の位置が軸受３０３の近くに寄り、軸受３０４から離れた位置にあるので、ウエイト３０２の回転に起因して発生する回転軸３０１を振り回そうとする力が軸受３０３と３０４によってバランスよく支えられず、スラスト方向の振れが大きくなる傾向が生じる。これに対して、図１に示す振動モータ１００では、重心Ｒが軸受１０３と１０４の間にあるので、回転軸３０１を振り回そうとする力が、軸受１０３と１０４によってバランス良く受け止められ、スラスト方向の振れが振動モータ３００の場合に比較して抑えられる。また、従来構造の振動モータ３００では、軸受３０３と３０４に加わる力がアンバランスなので、各軸受に無理な力が加わり易く、軸受抵抗が増加する。これに対して、実施形態の振動モータ１００では、２つの軸受に加わる力が均等に分散されるので、振動モータ３００の場合に比較して２つの軸受１０３，１０４の軸受抵抗が小さくなる。このことは、軸受１０３，１０４の寿命が長くなる点でも有意となる。

また、図２の従来構造の振動モータ３００では、軸受３０３，３０４による回転軸３０１を支える位置が軸方向の重量バランスに比較して偏っているので、振動のモードが複雑となる。このため、上述のスラスト方向の振れの問題もあり、整流子３１０の部分が複雑に振動し、整流子３１０の図示しないブラシ電極との接触が不安定になり易い。これは、振動モータの回転が不安定になり、更には振動が安定して発生しない要因となり好ましくない。これに対して、図１（Ｃ）の断面構造を有する振動モータ１００は、軸受１０３，１０４の間の位置を重心として、その両側のウエイト１０２とアマチュア１２０の部分がバランスよく振れる（振動する）ので、図２の振動モータ３００に比較して振動のモードがシンプルとなる。このため、整流子１１０と図示しないブラシ電極との接触が不安定になる現象が抑えられる。これは、整流子１１０および図示しないブラシ電極の長寿命化にも寄与する。

また、整流子１１０がアマチュア１２０よりも重心Ｒの位置に近い位置に配置されているので、そうでない構造とした場合に比較して、整流子１１０の部分での振動が抑えられ、整流子１１０と図示しないブラシ電極との接触をより安定した構造とできる。

（補足）
重心Ｒは、やや軸受１０４側（整流子１１０側）とすることが好ましい。つまり、重心Ｒの位置が軸受１０３と１０４の間にある条件において、Ｌ_１＞Ｌ_２とすることが好ましい。こうすると、整流子１１０の位置が重心Ｒの位置に近づくので、Ｌ_１＝Ｌ_２とした場合に比較して、整流子１１０の振動が抑えられ、整流子１１０と図示しないブラシ電極との接触状態が更に安定する。なお、重心Ｒの位置を整流子１１０の側にあまり寄せると、軸受１０３，１０４に加わる負荷のバランスの崩れが大きくなるので、軸受１０３，１０４の同軸度の悪化や寿命の点で好ましくない。したがって、Ｌ_２＜Ｌ_１＜２Ｌ_２の範囲において重心Ｒの位置を選択するのが好ましい。

（２）第２の実施形態
図３には、他の実施形態の振動モータの断面図が示されている。図３には、振動モータ４００が示されている。振動モータ４００が図１の振動モータ１００と異なるのは、整流子１１０とアマチュア１２０の位置関係が逆な点である。振動モータ４００の他の部分は、振動モータ１００と同じである。すなわち、振動モータ４００では、アマチュア１２０が重心Ｒに近い位置に配置され、整流子１１０が、アマチュア１２０よりも重心Ｒから遠い位置に配置されている。

（３）第３の実施形態
図４には、他の実施形態の振動モータの断面図が示されている。図４には、振動モータ５００が示されている。振動モータ５００が図１の振動モータ１００と異なるのは、蓋部材１０７の内側に凹部を設け、そこにスラストプレート５０１を配置し、このスラストプレート５０１に回転軸１０１の端部が接触させた構造とした点である。振動モータ５００の他の部分は、振動モータ１００と同じである。

この構造は、整流子１１０側における回転軸１０１の端部がスラストプレート５０１によって支えられるので、重心の位置を整流子１１０の側に僅かにずらした構成において有効となる。すなわち、Ｌ_１＞Ｌ_２とし、重心の位置Ｒの位置を軸受１０３と１０４の中央からやや右寄りの位置とした場合、Ｌ_１＝Ｌ_２の場合に比較して、回転時に回転軸１０１が軸方向に動こうとする力がより強く作用する。スラストプレート５０１があることで、この力が受け止められ、回転軸１０１のスラスト方向への振れが抑えられる。これにより、整流子１１０の図示しないブラシ電極への接触が不安定になる現象が抑えられる。

（その他）
フレーム１０５の断面形状は円形に限定されず、多角形状であってもよい。本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

本発明は、振動モータに利用することができる。本発明を利用した振動モータは、携帯電話やＰＨＳなどの携帯通信機器の振動発生源、ゲーム機器の体感用振動を発生させる振動発生源に利用することができる。

１００…振動モータ、１０１…回転軸、１０２…ウエイト、１０３…軸受、１０４…軸受、１０５…フレーム、１０５ａ…本体部、１０５ｂ…突設部、１０６…マグネット、１０７…蓋部材、１１０…整流子、１１１…電極、１２０…アマチュア、３００…振動モータ、３０１…回転軸、３０２…ウエイト、３０３…軸受、３０４…軸受、３０５…フレーム、３０６…ブラケット、３０７…マグネット、３１０…整流子、３２０…アマチュア、４００…振動モータ、５００…振動モータ、５０１…スラストプレート。

Claims

回転軸と、
前記回転軸を回転自在な状態で保持する第１の軸受および第２の軸受と、
前記第１および第２の軸受から見て、前記回転軸の一方の端部の側に取り付けられた偏心錘と、
前記第１および第２の軸受から見て、前記回転軸の他方の端部の側に取り付けられた整流子およびアマチュアと、
前記第１および第２の軸受けを保持するフレームと
を備えることを特徴とする振動モータ。
回転軸と、
前記回転軸の一端側に取り付けられた偏心錘と、
前記回転軸の他端側に取り付けられた整流子およびアマチュアと、
前記回転軸の前記偏心錘と前記整流子およびアマチュアとの間において前記回転軸を回転自在な状態で保持する第１および第２の軸受と、
前記第１および第２の軸受を保持するフレームと
を備えることを特徴とする振動モータ。
前記フレームは、前記整流子およびアマチュアを内側に収容する本体部と、
前記本体部よりも内径および外径が縮径された突設部と
を有し、
前記突設部の内側で前記第１および第２の軸受が保持されており、
前記偏心錘が前記突設部の外側に延在した構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載の振動モータ。
前記突設部は軸方向において一定の内径を有する筒形状を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の振動モータ。
軸方向における重心の位置が、前記第１および第２の軸受の間にあることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の振動モータ。
前記重心の位置が、前記第１および第２の軸受の中間の位置より前記整流子の側に寄った側にあることを特徴とする請求項５に記載の振動モータ。
前記整流子は、前記アマチュアよりも前記第１および第２の軸受に近い側に配置されていることをと特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の振動モータ。