JP2015202039A - ブラシレス直流振動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、同一な体積でも従来に比べてより高い振動力が得られるように構造的に改善されたＢＬＤＣ振動モータを提供するためのものである。
【解決手段】本発明は、ドーナツ型永久磁石に円筒形ベアリングを直接固定して磁石を最大限回転中心に近く配置し、それによってコイルやはり体積を少なくしながら最大限回転中心に近く配置することができる。コイルの位置移動だけコイルの外側空間がより広く設けられ、偏心錘がその空間を占めながら回転空間として活用できるように偏心錘の体積を伸ばすことができる。偏心錘がコイルの外側空間まで拡張配置されて、体積の小さいモータでも高い振動力を具現することができるので、振動モータのスリム化に寄与することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ブラシレス直流（Brushless direct current：ＢＬＤＣ）振動モータに関し、より詳しくは、携帯用電子装置に設置されて必要の時に振動を起こすためのコイン型ＢＬＤＣ振動モータに関する。

例えば、携帯電話、携帯用ゲーム機やページャーなどの移動通信端末機は、信号の着信、イベントの発生などをユーザに知らせるための手段として振動モータを使用する。

図１は従来に広く用いられているＢＬＤＣ振動モータ１０の構造を示す分解斜視図であり、図２はそのＢＬＤＣ振動モータ１０の断面図である。既存のＢＬＤＣ振動モータ１０は、駆動される間、高速で回転する回転子（Rotor）と、自らは回転しないままで回転子
の回転を支持してくれる固定子（Stator）、そして、これらを収納するケースを有する。

回転子は、バックヨーク１６、ベアリング１８、偏心錘２０、及び磁石２２が一体結合されて構成される。磁石２２の磁力を遮蔽するために磁性体で備えられたバックヨーク（Back Yoke）１６にベアリング１８が強制圧入されている。バックヨーク（Back Yoke）１６の内側には磁石２２が付着される。その磁石２２の外側または上側にはタングステンのような比重の高い材質で製作された偏心錘（weight）２０が付着されて、回転子の重心が偏心された状態となる。

固定子は、ＰＣＢ３２、駆動ＩＣ３０、コイル２８、及びシャフト２６を含む。回転子の回転トルク及び初期起動性能を向上させるために、回転子が一定区間で止めることができるようにする必要がある。このために、固定子のブラケット３６にコギングトルク（Cogging Torque）を発生するコギングプレート３４が設置される。コギングプレート３４が設置されたブラケット３６の中心部には貫通孔が設けられる。その貫通孔にシャフト２６が挿入、固定される。シャフト貫通孔が中間に設けられた印刷回路基板３２の上に電気力を発生させる１つ以上のコイル２８（好ましくは、２〜４個のコイル）と駆動ＩＣ３０が取り付けられる。その印刷回路基板３２をシャフト２６に嵌めてブラケット３６の内側上部に接着剤で付着すれば、固定子が完成される。

固定子に対する回転子の組立は、固定子のシャフト２６に回転子の中心ベアリング１８を外挿してなされる。組立の後、ワッシャー２４をシャフト２６の上部と下部に嵌めて、回転子が一定高さ範囲以内で回転するように制限する。内部部品を保護するための上部ケース１２がブラケット３６と組み立てられる。この際、回転時、摩擦音の発生の防止のために、上部ケース１２の内側にスライディングフィルムやワッシャー１４が嵌められる。

駆動ＩＣ３０は、ホールセンサを有しているが、そのホールセンサが生成する信号を用いて該当コイル２８に電流を供給する。ブラケット３６に接着された印刷回路基板３２は外部で電源の連結を容易にするために、モータの外部まで延びるように設置される。印刷回路基板３２に外部電源が供給されれば、ホールセンサ（Hall sensor）が内蔵された駆
動ＩＣ３０を通じて内部に設置されたコイル２８に電流が供給される。電流が流れる各コイル２８は磁界を形成して回転子磁石２２の磁界と引力と斥力を発生させる相互作用をし、これによって回転子が回転するようになる。この際、偏心錘２０により偏心された重心によって、回転子は震えながら回転するようになって振動を発生させる。

最近の携帯電話はタッチスクリーンを採用して厚さの薄いスマートフォンが主流をなし
ている。スマートフォンの薄くなる厚さに合せて、そこに入る部品もより小型化、スリム化されることが求められている。振動モータも例外でなくて、厚さはより薄くならなければならないが、振動力は相変らず大きいことが要求される。従来のＢＬＤＣ振動モータ１０の場合、小型化、スリム化のためには回転子の体積を減らすことが不回避である。偏心錘２０が磁石２２の外側または上側に配置される構造であるので、他の部品と同様に、偏心錘２０のサイズも減らさざるをえない。偏心錘２０の体積が減るだけ、回転時の偏心量が減って振動力もその分減少するようになる。このように、従来のＢＬＤＣ振動モータ１０は全体サイズ及び／又は厚さを減らせば、振動力も共に減少せざるをえない構造的な短所を有する。

また、従来のＢＬＤＣ振動モータ１０はベアリング１８がバックヨーク１６を支持するための構造を設けるために、ベアリング１８の円筒形胴体に厚さ差を与えて外側面に段差１９が設けられ、ヨーク１６の中心にはベアリング支持台１７が設けられる。そのベアリング支持台１７はベアリングの段差１９を形成する薄い厚さ部位の円筒形胴体に強制外挿されて、ヨーク１６をベアリング１８と結合させる。

バックヨーク１６にベアリング支持台１７が設けられた構造は、ベアリング支持台１７が半径方向に所定の厚さを食うため、ベアリング支持台１７が設けられない構造に比べて、磁石２２の内径を減らすことに限界がある。磁石２２の内径が大きくなれば、それの外径を減らすことにも限界がある。要求される磁束を発生させるための最小限のサイズよりは磁石２２のサイズが大きくなければならないためである。このような構造で固定子のコイル２８が磁石２２の直下方領域を逸脱して振動モータ１０の中心側に、即ち、シャフト２６側に偏って配置されれば、コイル２８と磁石２２との間の鎖交磁束数が減少して磁気力が減少する。即ち、磁石２２の垂直下方にコイル２８が配置されてそれら間に重畳される面積が最大になければ（磁石２２の表面面積当たりコイル２８の効率面積が最大になければ）最大の振動力が発揮できないが、従来の振動モータ１０はこのように設計するにはサイズを小型化し、厚さを薄型化し難い構造という問題を有する。言い換えると、コイル２８との磁気力を勘案する場合、磁石２２の寸法を小さくするか、または回転中心軸側に移動させることができない。磁石２２の位置に合うようにコイル２８を配置しなければならないので、コイル２８を減らして中心軸側に設置することに困難性がある。

また、既存のチップパッケージ方式では、駆動ＩＣのサイズを最小化し難い。駆動ＩＣチップをリードフレーム（lead frame）の底面に貼り付けるダイボンディング（die bonding）を行い、そのリードフレームの端子部分とＩＣチップのアルミニウムパッド部分と
の間にワイヤーボンディングを行った後、プラスチックモールディング、トリミングなど、一連の組立工程を経て完成品が完成される。このようなＩＣパッケージ方式は、全体パッケージサイズがＩＣチップ自体サイズより格段に大きくならざるをえない。従来のＢＬＤＣ振動モータはこのようなワイヤーボンディングパッケージ方式により製造された駆動ＩＣチップを使用するので、振動モータの全体サイズを減らすことに妨害要素となる。駆動ＩＣチップのパッケージ方式に改善が必要である。

本発明は上記のような従来のＢＬＤＣ振動モータの短所を改善するためのものであって、従来のＢＬＤＣ振動モータに比べてサイズを小型化し、厚さも薄型化した構造で、かつ偏心錘の体積とコイル量の減少を伴わず、強い振動力を発生させることができる構造のＢＬＤＣ振動モータを提供することをその目的とする。

本発明者は、従来の振動モータの問題点を解決するために、コイルを最大限固定子の中
心内側に移動させれば、コイルの電気力位置に合うように磁石の電磁力が最大効率を出すことができるように磁石も内径及び外径を減らさなければならないという技術アイディアに着目するようになった。固定子に配置されるコイルと駆動ＩＣを固定子の中心に密着配置できると共に、回転子の磁石が生成する磁束がコイルと最大限多く鎖交して最大の電磁気力を発生させることができるようにするために、バックヨークにベアリング支持部を別途に設けない構造変更を行う必要性があるという点にも着目した。また、永久磁石の磁力線が 回転中心軸（シャフト）に入ることを遮蔽 させるために、鉄が７０％以上含まれた鉄系のオイレスベアリングを磁石に直接固定する方式が磁石の内径を縮小させることができ、縮小された磁石内径だけ外径も減ることができるので、その分偏心錘の体積を伸ばすことができる長所があるということが分かった。このようにして、コイルの外側空間確保が可能であるので、コイルの外側空間まで偏心錘が占めるように偏心錘の体積を伸ばして回転子の偏心量を極大化することができる。

このような着目点に基づいて、上記の目的を達成するための本発明の一態様によれば、中心に円筒形突出支え部が設けられた円形底板を提供するブラケット、上記円筒形突出支え部に下部が圧入固定されるシャフト、上記ブラケットの円形底板に付着される両面テープ、上記両面テープの上に付着固定され、かつ上記シャフトの周辺に近接配置される複数個のコイル、ホールセンサ内蔵駆動ＩＣが取り付けられて上記複数個のコイルに磁性を帯びるように駆動電流を供給し、上記両面テープの上に付着固定される印刷回路基板を含み、全体が回転せず、固定されている固定子、中心に貫通孔が設けられた円形板を提供するバックヨーク、上記バックヨークの円形板に堅く接合され、上記複数個のコイルの直上方に位置して各コイルが形成する磁界と相互作用して回転力を誘発するドーナツ型永久磁石、上記永久磁石の外径が最小化するように上記永久磁石の内径に圧入されて直接結合をなしながら上部が上記バックヨークの貫通孔に挿入される円筒形ベアリング、上面が上記バックヨークの円形板の縁に堅く結合された状態で上記バックヨークの上記円形板の外側、上記永久磁石の外側、及び上記コイルの外側を近接して囲むように下方に延びて、高比重物質で構成された偏心錘を含み、上記ベアリングが上記シャフトに外挿されて上記シャフトを中心軸にして回転可能に上記固定子と結合され、上記バックヨーク、上記永久磁石、上記ベアリング、上記偏心錘の全体構成要素が上記永久磁石が誘発する回転力と上記偏心錘が提供する偏心により一体に振動しながら回転するようになった回転子、及び上記ブラケットを覆いながらそのブラケットと結合して設けられる内部空間に上記固定子と上記回転子との結合体を収容しながら上記シャフトの上端が自分の中心に設けられた溝に挿入されて上記シャフトをか堅く支えるケースを含むことを特徴とする、ＢＬＤＣ振動モータが提供される。

上記ＢＬＤＣ振動モータにおいて、上記ベアリングは、上記永久磁石の磁力線が上記シャフトに入ることを遮蔽して磁気力の干渉を遮断できるように、鉄が７０％以上含まれた鉄系オイレスベアリングのものが好ましい。

上記ＢＬＤＣ振動モータにおいて、上記ベアリングが上記回転子の上側に離脱することを防止するために、上記バックヨークの中心の貫通孔と上記ベアリングの上面に各々段差を与えて、上記バックヨークの貫通孔の段差境界部が上記ベアリングの上端縁部を押し当てる形態に互いに噛み合うように結合することが好ましい。

上記ＢＬＤＣ振動モータにおいて、上記偏心錘は上面には少なくとも１つの係止溝が形成され、上記バックヨークは上記円形板の縁から半径方向に延びた少なくとも１つの係止突起が設けられ、上記バックヨークの少なくとも１つの係止突起は上記偏心錘の少なくとも１つの係止溝に挿入されて、上記回転子の高速回転時にも結合状態が維持できるように互いに堅く接合され、上記偏心錘の上面の一部が上記バックヨークの円形板と少なくとも同一な高さを有することが好ましい。

上記ＢＬＤＣ振動モータにおいて、上記バックヨークは、上記円形板の縁の所定区間に沿って所定高さに設けられて、上記永久磁石の外側面を覆いかぶせて上記回転子の高速回転時、上記永久磁石が半径方向に離脱できないように支持してくれる円弧型係止段を含むことが好ましい。

上記ＢＬＤＣ振動モータにおいて、上記偏心錘は底面に段差が設けられた円弧型棒形状であり、上記段差の高さだけ上記コイルの外側面を覆いかぶせるようになって、上記段差を構成する部分だけ偏心錘の体積をより伸ばして偏心振動量を増大することができる構造のものが好ましい。

上記ＢＬＤＣ振動モータは、上記シャフトの下部に外挿され、上記ブラケットの円筒形突出支え部に支持されて、上記ベアリングが一定高さ以下に下がらないように支えるワッシャーをさらに含むことが好ましい。

上記ＢＬＤＣ振動モータにおいて、上記ベアリングは上面高さが上記バックヨークの表面高さと等しいか低く維持されるように上記バックヨークに結合されることが好ましい。

また、上記ＢＬＤＣ振動モータにおいて、上記ベアリングは上記永久磁石と結合する部分の直径に比べて上記複数個のコイルと対面する部分の直径がより小さくて、上記複数個のコイルが上記シャフトに一層近く配置できるようにしてくれることが好ましい。

上記駆動ＩＣは、ＩＣ露出チップ（bare chip）にバンプ端子を形成させるウエハレベ
ルチップスケールパッケージ（wafer level chip scale package：ＷＬＣＳＰ）技術でパッケージされてＩＣチップ自体面積が全体パッケージ面積と同一であることが好ましい。

本発明により改善された振動モータは、既存の振動モータに比べて同一なサイズ基準に最小２０％以上大きい振動量を発生させることができる。また、偏心錘のサイズを減らしたり増やしたりすることに大きく制限されない。偏心錘のサイズを可変させれば、偏心錘の荷重を変更させることができるので、振動量を減らしたり増やしたりすることが容易である。

従来のＢＬＤＣ振動モータの分解斜視図である。 従来のＢＬＤＣ振動モータの断面図である。 本発明の好ましい実施形態に従うＢＬＤＣ振動モータの分解斜視図である。 本発明の好ましい実施形態に従うＢＬＤＣ振動モータの断面図である。 本発明の好ましい実施形態に従うＢＬＤＣ振動モータの回転子の平面図と断面図である。 本発明の好ましい実施形態に従うＢＬＤＣ振動モータの回転子の平面図と断面図である。 本発明の好ましい実施形態に従うＢＬＤＣ振動モータの組立順序を示す図であって、ケース組立体の組立順序を示す図である。 本発明の好ましい実施形態に従うＢＬＤＣ振動モータの組立順序を示す図であって、回転子組立体の組立順序を示す図である。 本発明の好ましい実施形態に従うＢＬＤＣ振動モータの組立順序を示す図であって、固定子組立体の組立順序を示す図である。 本発明の好ましい実施形態に従うＢＬＤＣ振動モータの組立順序を示す図であって、ＢＬＤＣ振動モータ完成品の最終の組立順序を示す図である。

以下、添付した図面を参照しつつ本発明の実施に必要とする具体的な説明をする。

図３及び図４は、本発明の好ましい実施形態に従うＢＬＤＣ振動モータ１００の分解斜視図及び組立状態断面図を各々示す。ＢＬＤＣ振動モータ１００は大別してケース、固定子、そして回転子で構成される。回転子と固定子を各々別途に組立てた後、これら同士結合した後、ケースの中に収納することによって、ＢＬＤＣ振動モータ１００の組立が完成される。図５から図８は、振動モータ１００の組立順序及び方法を図示する。

まず、図５を参考して回転子の構成と組立過程を説明する。偏心錘１８０は円弧型棒形状であり、回転子に大きい偏心量を提供するために高比重の物質で作られる。偏心錘１８０の上面には互いに離隔した２つの係止溝１８２ａ、１８２ｂが形成されており、底面は段差１８４が設けられた構造となっている。係止溝は１つまたは３個以上形成されることもできる。

バックヨーク（back yoke）２１０は中央に貫通孔２１４が設けられた円形板２１６と
、その縁の略半分の区間で略直角に折り曲げられて所定高さの段を形成するように設けられた円弧型係止段２１８と、円形板２１６の縁の残りの半分で互いに所定間隔離隔して半径方向（水平方向）に延長突出された少なくとも１つの係止突起（図面では２つの係止突起２１２ａ、２１２ｂが設けられたものを例示する）を含む構造となっている。このバックヨーク２１０は磁石１９０が作る磁束が漏洩しないように遮断し、回転子を構成する部品を固定してくれる役割をする。

偏心錘１８０の係止溝１８２ａ、１８２ｂにバックヨーク２１０の係止突起２１０ａ、２１０ｂが挿入されて互いに噛み合った状態で互いに接合される。これによって、偏心錘１８０とバックヨーク２１０とが互いに結合される（図５の（ａ）及び（ｂ）参照）。接着剤や熔接などにより結合することもできる。この結合体は高速で回転するので非常に堅く結合される必要があるので、レーザー熔接がより好ましい。

偏心錘１８０とバックヨーク２１０との結合体の構造によれば、そのバックヨーク２１０の縁部の略半分区間は円弧型係止段２１８が囲み、残りの区間は偏心錘１８０が囲む。円弧型係止段２１８と偏心錘１８０で囲まれた円形空間に、中心に貫通孔１９２が設けられたドーナツ型磁石１９０が安置されて結合される（図５の（ｂ）及び（ｃ）参照）。この磁石１９０は永久磁石であって、Ｎ極とＳ極が円周方向に沿って交互に配置されている。磁石１９０とヨーク２１０とは強力接着剤で接合される。磁石１９０の貫通孔１９２とヨーク２１０の貫通孔２１４は互いの中心が一致する。

このような状態で、ベアリング２００を磁石１９０の貫通孔１９２に強制圧入して固定する（図５の（ｃ）及び（ｄ）参照）。これによって、回転子の組立が完成される。ベアリング２００は中心を貫通する孔が設けられた管形乃至円筒形であり、胴体２０２の上部より下部の外径をより大きくしてベアリング２００の外側面には環形段差が設けられる。ベアリング２００の胴体下部２０４によってコイル１５０をより回転中心に近く配置することに有利である。ベアリング２００の胴体上部はバックヨーク２１０との堅い結合をなすようにすることによって、外部衝撃によるベアリング２００の垂直方向離脱を防止することに寄与する（詳細は後述する）。この回転子は、ベアリング２００を中心に磁石１９０とヨーク２１０とが結合され、そのヨーク２１０の縁部の一部円弧区間に偏心錘１８０が結合されて、全体が１つの胴体をなして回転できるように堅く結合された組立体である。

ベアリング２００はオイルを含浸しており、回転子の回転を円滑にする。金属ベアリングを使用することが好ましい。金属ベアリングは鉄系ベアリングと銅系ベアリング（銅系と鉄系の区分は鉄と銅の比率で、どれがより多く含まれたかによって区別される）が代表的である。従来の振動モータ１０にあったベアリング支持部１７がない構造であるので、銅系ベアリングを使用すれば、磁石の磁力が固定子のシャフト１６０にくっつこうとする干渉現象が発生する。このような干渉を最大限防止するためには、磁石１９０から出てシャフト１６０と鎖交する磁力線数を最小化する必要がある。ベアリング２００に含まれた鉄の量を最大化すれば、このようなことが可能である。

次に、図６を参考して固定子の構成と組立過程を説明する。

ブラケット１１０は、固定子部品を固定させ、回転子を開始位置に停止させるようにするストッパーの役割をする。このような役割のために、ブラケット１１０は円形の底面１１２と、その縁の一部区間で水平方向に延びた入口面１１３と、円形底面１１２の縁で垂直上方に折り曲げられて低い高さに設けられた側壁１１４と、この側壁１１４の複数区間で半径方向に若干突出した結合突起１１６と、底面１１２の中心から垂直方向に突出した円筒形支え部１１５を含む構造となっている。ブラケット１１０は非磁性体材質、例えばサス（ＳＵＳ）で作ることが好ましい。

そして、ブラケット１１０の底面１１２には、支え部１１５を中心に互いに反対になる２地点に、コギングプレート１１８が固着される。コギングプレート１１８は磁性体（ＳＰＣ系列）で作られて、回転子が常に一定の位相角で停止するように支える役割をする。

ブラケット１１０の底面１１２及び入口面１１３と同一な形状で、かつ支え部１１５が露出するように設けられた両面テープ１２０を用意する。その両面テープ１２０をその底面１１２及び入口面１１３に付着する（図６の（ａ）及び（ｂ）参照）。

その両面テープ１２０の上に３個のコイル１５０を付着し、かつ円筒形支え部１１５に最大限近接して付着する（図６の（ｂ）及び（ｃ）参照）。

そして、３個のコイル１５０が付着された領域を除外した残りの領域の両面テープ１２０の上に印刷回路基板１３０、１３２が付着される。両面テープ１２０は、コイル１５０と印刷回路基板１３０、１３２をブラケット１１０に固定させる。印刷回路基板１３０には駆動ＩＣ１４０が取り付けられる。駆動ＩＣ１４０には、マグネットホール素子が内蔵されている（図６の（ｃ）及び（ｄ）参照）。また、２つの小さな印刷回路基板１３２のうちの１つは第１及び第２コイル１５０の間に設置されて、そのコイルの縦線をハンダ付けで連結してくれる。また、残りの１つの印刷回路基板１３２は第２及び第３コイル１５０の間に設置されて、そのコイルの視線をハンダ付けで連結してくれる。第１コイルと第３コイルの縦線は印刷回路基板１３０の２端子にハンダ付け連結して駆動ＩＣ１４０と連結される。

駆動ＩＣのサイズを減らすために、本発明は従来とは異なり、ウエハレベルチップスケールパッケージ（wafer level chip scale package：ＷＬＣＳＰ）技術を使用する。この技術はＩＣ露出チップ（bare chip）にバンプ端子を形成させるパッケージング技術であ
って、ＩＣチップ自体面積が全体パッケージ面積と同一であることが特徴である。この技術に従うＩＣチップは、従来のワイヤーボンディング方式パッケージＩＣに比べて装着面積を５０％以上減少させることができるので、振動モータ１００の小型化及び軽量化設計に非常に有利である。

印刷回路基板１３０を付着してから、コイル１５０をその印刷回路基板１３０にハンダ
付けで連結する。そして、回転子の回転中心軸の役割をするシャフト１６０を円筒形支え部１１５に圧入する（図６の（ｄ）及び（ｅ）参照）。

シャフト１６０にワッシャー１７０を嵌めて固定する（図６の（ｅ）及び（ｆ）参照）。このワッシャー１７０は回転子が一定高さ以下に低くなることを防止するストッパー役割をする。
このような手続を通じて固定子の組立が完成される。

図７は、ケース組立体を図示する。ケース本体２３０は、容器をうつ伏せた形状であって、円形天井とその円形縁で垂直折曲された側壁で構成され、その側壁の上端には複数の係止溝２３２が設けられる。ケース本体２３０は、ブラケット１１０を覆いながらそのブラケット１１０と結合して設けられる内部空間に固定子と回転子との結合体を収容する。ケース本体２３０は、磁束が外部に漏洩しないように遮断すると共に、内部部品を保護する役割もする。ケース本体２３０の天井内面の中央に溝２３４が設けられる。その溝２３４と周辺に騒音防止のためのスライディングフィルム２２０を付着することが好ましい。スライディングフィルム２２０は、ベアリング２００の接触回転時、摺動性を強化し、回転時の騷音を低減させる。シャフト１６０の上端が溝２３４に挿入される。これによって、シャフト１６０はブラケット１１０とケース本体２３０により堅く掴まれて支持されて、回転子の回転中心軸として機能できるようになる。

回転子、固定子、及びケース組立体が用意されれば、回転子と固定子を上記収納空間の中に収納して振動モータ１００の組立体を完成する。図８を参考して、これを具体的に説明する。磁石１９０が下方に向かうようにした状態でベアリング２００にシャフト１６０を挿入して回転子を固定子と結合する。そのように結合した回転子と固定子組立体をケース本体２３０で覆う。この際、ケース本体２３０の係止溝２３２にブラケット１１０の係止突起１１６が噛み合うように覆う。そして、そのケース本体２３０とブラケット１１０とが当接する部分をレーザー熔接してこれらを堅く結合する。これによって、ＢＬＤＣ振動モータ１００の組立体が完成される。

一方、ＢＬＤＣ振動モータ１００の作動原理を説明する。印刷回路基板１３０は、外部の電源に連結されて電源の提供を受けて駆動ＩＣ１４０に伝達する。駆動ＩＣ１４０は、それに内蔵されたホールセンスが磁石の極性判別機能を発揮して各コイル１５０に駆動電流が交互に供給させる。これによって、コイル１５０に駆動電流が流れる間に各コイル１５０では磁界が生成される。これと共に、永久磁石で構成された磁石１９０では常に磁界を形成し、その磁界の磁束はコイル１５０と鎖交する。各コイル１５０が形成した磁界が磁石１９０が生成した磁界と相互作用してコイル１５０と磁石１９０との間に引力と斥力を作用し、それによって磁石１９０に回転力を誘発する。即ち、コイル１５０の各々で発生する磁界と磁石１９０の磁界分布が相互作用を引き起こして磁石１９０の回転が誘発され、延いては、磁石１９０と一体となっている回転子の全体がシャフト１６０を中心に高速で回転するようにする。この際、偏心錘１８０が回転子の全体に偏心を提供するため、回転子は振動を引き起こしながら高速回転するようになる。

本発明は、振動モータ１００は小型化し、かつ充分の振動力を得ることができる改善された構造となっている。本発明は、振動モータ１００の半径方向サイズを減らすために、バックヨーク２１０には従来の振動モータ１０のバックヨーク１６が備えていたベアリング支持台１７を設けない。ベアリング支持台１７がないので、それが占めていた半径方向サイズだけサイズが減ることができ、それによってシャフト１６０の中心からベアリング２００の側面までのサイズを最小化することができる。このように半径方向サイズが減るだけ、固定子を構成するコイル１５０と駆動ＩＣ１４０を固定子の中心軸であるシャフト１６０側に最大限密着させて配置することができる。コイル１５０の位置がこのように固
定子の中心部側に移動すれば、コイル１５０との磁束鎖交量を最大化するために磁石１９０も内径と外径を減らさなければならない。磁石１９０のサイズが半径方向に減るほど、ケース本体２３０と磁石１９０との間に余裕空間がより拡大される。これは、偏心錘１８０のサイズを従来と同一にする場合、ケース本体２３０の半径方向サイズを減らすことができることを意味する。即ち、振動モータ１００の半径方向サイズを小型化することができる。また、半径方向サイズの小型化程度を減らせば、偏心錘１８０の半径方向サイズを拡大させることもできる。

但し、従来の振動モータ１０において、シャフト２６は材質が鉄成分であるので、磁石２２の磁力によりシャフト２６を引く力による干渉が発生することがある。このような干渉が発生すれば、振動モータ１０の回転数が下がりながら消費電流は上昇して、エネルギー効率が低くなる。従来の振動モータ１０は、このような問題を防止するために、バックヨーク１６にベアリングガイド１７を設けた。そのベアリングガイド１７が磁石２２とベアリング１８及びシャフト２６との間に存在するので、磁石２２で生成されてベアリング１８及びシャフト２６に向かう磁界を遮蔽して磁石２２とシャフト２６との間の干渉現象が起こることを防止する。

これに比べて、本発明の場合、振動モータ１００を小型化、薄型化するために、バックヨーク２１０にはそのようなベアリングガイド１７のような要素を設けない。代りに、鉄成分を大量に含む鉄系ベアリングをベアリング２００に使用して、シャフト１６０との干渉を引き起こす磁力線を遮蔽するように設計されている。

具体的に説明すると、ベアリングの種類には主成分によって銅系ベアリングと鉄系ベアリングとに区分される。前者は銅が主成分であり、後者は鉄が主成分である。本発明の振動モータ１００に銅系ベアリングを使用すれば、前述したように、磁石１９０の磁力が固定子の中心軸であるシャフト１６０に干渉を発生させる。このような干渉は磁石１９０の磁束のうち、回転子の回転力を作ることに寄与する磁束量の減少を誘発する。そのような干渉を最大限防止するために、ベアリング２００は鉄含有量ができる限り多い鉄系ベアリングを使用することが好ましい。鉄系ベアリングは磁石１９０の磁力線が固定子の中心軸であるシャフト１６０に入ることを遮蔽させて回転力生成に寄与する磁束量を最大にしてくれる。

このような点を勘案して、本発明は固定子を構成するに当たって、鉄が７０％以上含まれた鉄系のオイレスベアリング２００を磁石１９０に‘直接固定’して磁石１９０の内径を縮小させた構造を採用する。参考に、従来の振動モータ１０の場合、磁石２２はベアリング１８を覆いかぶせているベアリング支持台１７と半径方向に離隔して配置される。その分、磁石２２の内径と外径が大きくならざるをえない。本発明の構造によれば、縮小された磁石内径だけ外径も減ることができるので、その分、偏心錘の体積を伸ばすことができる長所がある。また、コイルの外側空間確保が可能であるので、コイルの外側空間まで偏心錘が占めるように偏心錘の体積を伸ばして回転子の偏心量を極大化した構造である。

従来の振動モータ１０の偏心錘２０は、バックヨーク１６の底面の上に付着する形態にバックヨーク１６と結合する。これに比べて、本発明の振動モータ１００の場合、偏心錘１８０とバックヨーク２１０に係止溝１８２ａ、１８２ｂと係止突起２１２ａ、２１２ｂを各々設けて、これらが互いに噛み合う形態に偏心錘１８０とバックヨーク２１０とが結合する。偏心錘１８０の高さをバックヨーク２１０の厚さだけより高めることができる。言い換えると、偏心錘１８０の高さをバックヨーク２１０の厚さだけより減らすことができる余裕が生じる。

また、回転子を構成する偏心錘１８０は、図９及び図１０の断面図に図示されたように
、底面に段差１８４が逆に設けられた構造を有する。偏心錘１８０の段差１８４の底面が磁石１９０とほぼ同じレベルであるので、磁石１９０が偏心錘１８０に囲まれた形態であることは従来の振動モータ１０と同一である。従来の振動モータ１０の場合、段差１８４（図面上“Ｌ”部分）のような部分をさらに設けることができる空間が確保できなくて、偏心錘２０を大きくすることができない構造である。通常、偏心錘２０の厚さは回転子に設置された磁石２２の厚さを超過しないように設けられる。これに比べて、本発明の振動モータ１００の場合、偏心錘１８０の上面が磁石１９０の上面を過ぎてバックヨーク２１０の上面まで乗る。このような点で、本発明の偏心錘１８０の体積が従来の振動モータ１０のそれに比べてより大きい。

さらに、本発明の偏心錘１８０は底面に設けられた段差１８４の高さＬだけ固定子を構成するコイル１５０の外側面を覆いかぶせながら回転するようになっている。そのために、段差１８４を構成する部分だけ偏心錘１８０の体積をさらに伸ばすことができる。偏心錘１８０の高さをこのように伸ばすことが振動モータ１００の厚さをさらに増えるようにするものではない。本発明の偏心錘１８０は、振動モータ１００の厚さ増大を誘発しないながらも高さを従来に比べてより高く、即ち段差１８４の高さ“Ｌ”だけより大きくすることができる。そのために、全体体積をより伸ばすことができ、全体体積を従来のようにする場合には、振動モータ１００の厚さを減らすことができる構造である。

このような構造的な長所が得られることは、ベアリング２００とバックヨーク２１０との結合構造を改善して半径方向へのサイズを減らすことによって、コイル１５０が回転中心であるシャフト１６０側に近接配置できるためである。仮に、偏心錘１８０の体積を従来のようにするには、偏心錘１８０の半径方向サイズを減らせばよい。これは、その分振動モータ１００の半径方向サイズを減らすことができることを意味する。

このような構造によれば、偏心錘１８０は体積を伸ばしてコイル１５０の外側面を回転することができる。このように、回転子の最外郭に偏心錘１８０を配置することによって、回転中心から重さ偏心距離が遠ざかって従来の振動モータ１０に比べてより強い振動量が発生できる長所がある。

また、本発明の回転子は耐衝撃構造で設計されている。図１０の“Ａ”部分詳細図は、バックヨーク２１０とベアリング２００が外部衝撃によるベアリング２００の離脱を防止できるように耐衝撃構造で結合されたものを図示する。外部から振動モータ１００に衝撃力が加えられれば、回転子はシャフト１６０を基準に上下に移動しながらベアリング２００に衝撃力が伝達される。その衝撃力を乗り切ることができなければ、ベアリング２００は磁石１９０から離脱する現象が発生する。

このような問題を予防するために、図１０の（ｂ）に示すように、バックヨーク２１０の中心に設けられた貫通孔とベアリング２００の斜面に各々段差を与えて、その段差部分が互いに噛み合うように結合する。即ち、バックヨーク２１０の中心貫通孔の段差境界部がベアリング２００の上端縁部を押し当てる形態に結合することによって、ベアリング２００が回転子の上側に離脱することを防止する。これによって、外部衝撃時、ベアリング２００の下側が衝撃を受けて回転子上側に離脱する不良を防止することができる。

逆に、外部衝撃時、回転子のベアリング２００の上面がケース本体２３０の中心に付着されたスライディングフィルム２２０との接触摩擦を引き起こすことがある。仮に、ベアリング２００がバックヨーク２１０より上に突出する場合、ベアリング２００に集中的に衝撃が加えられながらベアリング２００が下側に押される現象が発生する。このような不良現象を補完するために、ベアリング２００の上面高さがバックヨーク２１０の表面（高さ）と等しいか低く維持されるようにベアリング２００をバックヨーク２１０に結合、維
持する。このようにすれば、スライディングフィルム２２０とはバックヨーク２１０とベアリング２００が同時に摩擦されるか、またはバックヨーク２１０のみ摩擦される。これによって、ベアリング２００が下側に押される現象（離脱する現象）を防止することができる。

本発明の振動モータは、体積に比べてより大きい振動力が得られる構造となっているので、振動モータの小型化が要求される所に多様に利用できる。特に、設置空間を一層減らさなければならない小型電子製品（例えば、携帯電話などの携帯用電子機器）にユーザお知らせ手段としての採用に適している。

１００ ＢＬＤＣ振動モータ
１１０ ブラケット
１２０ 両面テープ
１３０ 印刷回路基板
１４０ 駆動ＩＣ
１５０ コイル
１６０ シャフト
１７０ ワッシャー
１８０ 偏心錘
１９０ 磁石
２００ ベアリング
２１０ バックヨーク
２２０ スライディングフィルム
２３０ ケース本体

Claims (9)

1. 中心に円筒形突出支え部が設けられた円形底板を提供するブラケット、前記円筒形突出支え部に下部が圧入固定されるシャフト、前記ブラケットの円形底板に付着される両面テープ、前記両面テープの上に付着固定され、かつ前記シャフトの周辺に近接配置される複数個のコイル、ホールセンサ内蔵駆動ＩＣが取り付けられて前記複数個のコイルに磁性を帯びるように駆動電流を供給し、前記両面テープの上に付着固定される印刷回路基板を含み、全体が回転せず、固定されている固定子と、
   中心に貫通孔が設けられた円形板を提供するバックヨーク、前記バックヨークの円形板に堅く接合され、前記複数個のコイルの直上方に位置して各コイルが形成する磁界と相互作用して回転力を誘発するドーナツ型永久磁石、前記永久磁石の外径が最小化するように前記永久磁石の内径に圧入されて直接結合をなしながら上部が前記バックヨークの貫通孔に挿入される円筒形ベアリング、上面が前記バックヨークの円形板の縁に堅く結合された状態で前記バックヨークの前記円形板の外側、前記永久磁石の外側、及び前記コイルの外側を近接して囲むように下方に延びて、底面に段差が設けられた円弧型棒形状であり、前記段差の高さだけ前記コイルの外側面を覆いかぶせるようになって前記段差を構成する部分だけ体積をより伸ばして偏心振動量を増大することができる構造を有し、高比重物質で構成された偏心錘を含み、前記ベアリングが前記シャフトに外挿されて前記シャフトを中心軸にして回転可能に前記固定子と結合され、前記バックヨーク、前記永久磁石、前記ベアリング、前記偏心錘の全体構成要素が前記永久磁石が誘発する回転力と前記偏心錘が提供する偏心により一体に振動しながら回転するようになった回転子と、
   前記ブラケットを覆いながらそのブラケットと結合して設けられる内部空間に前記固定子と前記回転子との結合体を収容しながら前記シャフトの上端が自分の中心に設けられた溝に挿入されて前記シャフトを堅く支えるケースと、
   を含むことを特徴とする、ＢＬＤＣ振動モータ。
2. 中心に円筒形突出支え部が設けられた円形底板を提供するブラケット、前記円筒形突出支え部に下部が圧入固定されるシャフト、前記ブラケットの円形底板に付着される両面テープ、前記両面テープの上に付着固定され、かつ前記シャフトの周辺に近接配置される複数個のコイル、ホールセンサ内蔵駆動ＩＣが取り付けられて前記複数個のコイルに磁性を帯びるように駆動電流を供給し、前記両面テープの上に付着固定される印刷回路基板を含み、全体が回転せず、固定されている固定子と、
   中心に貫通孔が設けられた円形板を提供するバックヨーク、前記バックヨークの円形板に堅く接合され、前記複数個のコイルの直上方に位置して各コイルが形成する磁界と相互作用して回転力を誘発するドーナツ型永久磁石、前記永久磁石の外径が最小化するように前記永久磁石の内径に圧入されて直接結合をなしながら上部が前記バックヨークの貫通孔に挿入される円筒形ベアリング、上面が前記バックヨークの円形板の縁に堅く結合された状態で前記バックヨークの前記円形板の外側、前記永久磁石の外側、及び前記コイルの外側を近接して囲むように下方に延びて、高比重物質で構成された偏心錘を含み、前記ベアリングは前記永久磁石の磁力線が前記シャフトに入ることを遮蔽して磁気力干渉を遮断できるように鉄が７０％以上含まれた鉄系オイレスベアリングであり、前記ベアリングが前記シャフトに外挿されて前記シャフトを中心軸にして回転可能に前記固定子と結合され、前記バックヨーク、前記永久磁石、前記ベアリング、前記偏心錘の全体構成要素が前記永久磁石が誘発する回転力と前記偏心錘が提供する偏心により一体に振動しながら回転するようになった回転子と、
   前記ブラケットを覆いながらそのブラケットと結合して設けられる内部空間に前記固定子と前記回転子との結合体を収容しながら前記シャフトの上端が自分の中心に設けられた溝に挿入されて前記シャフトを堅く支えるケースと、
   を含むことを特徴とする、ＢＬＤＣ振動モータ。
3. 前記ベアリングが前記回転子の上側に離脱することを防止するために、前記バックヨークの中心の貫通孔と前記ベアリングの上面に各々段差を与えて、前記バックヨークの貫通孔の段差境界部が前記ベアリングの上端縁部を押し当てる形態に互いに噛み合うように結合することを特徴とする、請求項１または２に記載のＢＬＤＣ振動モータ。
4. 前記偏心錘は上面には少なくとも１つの係止溝が形成され、前記バックヨークは前記円形板の縁から半径方向に延びた少なくとも１つの係止突起が設けられ、前記バックヨークの少なくとも１つの係止突起は前記偏心錘の少なくとも１つの係止溝に挿入されて、前記回転子の高速回転時にも結合状態が維持できるように互いに堅く接合され、前記偏心錘の上面の一部が前記バックヨークの円形板と少なくとも同一な高さを有することを特徴とする、請求項１または２に記載のＢＬＤＣ振動モータ。
5. 前記バックヨークは、前記円形板の縁の所定区間に沿って所定高さに設けられて前記永久磁石の外側面を覆いかぶせて前記回転子の高速回転時、前記永久磁石が半径方向に離脱できないように支持する円弧型係止段を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のＢＬＤＣ振動モータ。
6. 前記シャフトの下部に外挿され、前記ブラケットの円筒形突出支え部に支持されて、前記ベアリングが一定高さ以下に下がらないように支えるワッシャーをさらに含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のＢＬＤＣ振動モータ。
7. 前記ベアリングは上面の高さが前記バックヨークの表面の高さと等しいか低く維持されるように前記バックヨークに結合されることを特徴とする、請求項１または２に記載のＢＬＤＣ振動モータ。
8. 前記ベアリングは前記永久磁石と結合する部分の直径に比べて前記複数個のコイルと対面する部分の直径がより小さくて前記複数個のコイルが前記シャフトに一層近く配置できるようにすることを特徴とする、請求項１または２に記載のＢＬＤＣ振動モータ。
9. 前記駆動ＩＣは、ＩＣ露出チップ（bare chip）にバンプ端子を形成させるウエハレベ
   ルチップスケールパッケージ（wafer level chip scale package：ＷＬＣＳＰ）技術でパッケージされてＩＣチップ自体面積が全体パッケージ面積と同一であることを特徴とする、請求項１または２に記載のＢＬＤＣ振動モータ。

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