JP3844291B2 - ロータ構造とそのロータ構造を組み込んだ扁平型コアレスモータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、扁平なコアレスモータに係り、特に薄型化に最適な扁平コアレスモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンパクトディスクやミニディスクなどの携帯用の記録再生装置または携帯電話機などは、持ち運び易いように、小形で薄型化が進んできている。またこれらの装置に使用されるモータは、安価で小形で薄型化され、更に長時間携帯し使用できるように、消費電流の小さい省エネルギー構造のものが要求されている。
なお、この要求を満たすことで、近年、ブラシ付きの小形で扁平なコアレスモータが用いられてきている。
【０００３】
このようなコアレスモータを構成するロータは、プリント基板の両端にそれぞれ配設したコイルと筒形のコミュテータとを電気的に接続するとともにプリント基板をシャフトに固着して形成されていた。
なお、平形のコミュテータを用いたものは、前記プリント基板の前記筒形のコミュテータの配置位置に導体パターンの一部として平形のコミュテータ部を形成しそれをコミュテータとして使用していた。
【０００４】
一方、このコアレスモータのハウジングは、カップ状の扁平なケースの平面部の内側中央に軸受を固着し、その開口部に円盤状のブラケットを嵌合し、このブラケットの周縁方向にリング状の扁平なマグネットと、その中央に軸受と当板を固着し、更に、そのほぼ中央にブラシを保持したブラシベースを固着して形成されたものがある。
【０００５】
前記のように形成されるロータのシャフトは、ステータの軸受と当板に支承され、そのコイルは狭い空隙でステータのマグネットに対峙し、またそのコミュテータはステータに設けられたブラシと摺接し、このブラシの端子は電気を供給する外部のリード線に半田付けされ、扁平型コアレスモータを構成している。
【０００６】
このように構成されたコアレスモータは、ロータに鉄心コアを有しないので、回転中にロータは軸方向の激しい縦振動が起きやすい。この縦振動が起きると、回転中、コミュテータとブラシの摺接位置が一定しないので、モータ自体の回転特性に変動をきたす。この縦振動を防止するには、常にロータの軸方向に、その縦振動を起こす力以上の力、即ちシャフトに予圧を加えて縦振動を抑制しておけばよい。
【０００７】
この方法として、コイルのケース側の端面に磁性金属板からなる平ワッシャー状の吸引板がシャフトを囲み貼り付けられ、ステータ側に設けたマグネットで磁気的吸引をさせ、シャフトに軸方向の予圧を加えるものがあった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、吸引板を取付すると、モータケース内の軸方向に吸引板のスペースが必要となり、モータは薄くできなくなる。また吸引板はコイルの面に両面テープや接着剤により接着するので、接着作業を必要とし、また吸引板のエッジのバリによりコイルの導線皮膜を傷つけ、コイルのレヤーショートの不良を引き起こす原因にもなる。
【０００９】
そこで、本発明は前記の欠点を解決して、ロータに軸方向の磁気的予圧を付与し、消費電流が小さいながらも高出力と高信頼性を有する更に薄型化に適した扁平型コアレスモータのロータ機構を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するには、請求項１に記載の発明のように、プリント基板の両面にそれぞれ配設したコイルとコミュテータとを電気的に接続した扁平型コアレスモータのロータ構造において、前記プリント基板には、前記コイルに対向して配置されるマグネットに対応する位置で、且つ、前記コイルの回転トルクの発生に寄与する領域外に、軸方向付勢させる磁性手段が形成されていることにより、常に前記ロータに軸方向の予圧が付与することで達成できる。
【００１１】
前記磁性手段は、請求項２に記載の発明のように、前記プリント基板に磁性塗料を塗布することにより得られる。
また、前記課題を解決するには、請求項３に記載の発明のように、プリント基板の両面にそれぞれ配設したコイルとコミュテータとを電気的に接続した扁平型コアレスモータのロータ構造において、前記コイルに対向して配置されるマグネットに対応するプリント基板の位置に、軸方向付勢させる磁性手段を持たせ、前記磁性手段は、前記プリント基板に塗布された磁性塗料であり、前記磁性塗料は、前記プリント基板の前記コイルまたは前記コミュテータの取り付け面の電気回路の導体パターンをエッチング後にシルク印刷法により形成されていることにより、達成できる。
【００１２】
また、前記課題を解決するには、請求項４に記載の発明のように、プリント基板の両面にそれぞれ配設したコイルとコミュテータとを電気的に接続した扁平型コアレスモータのロータ構造において、前記コイルに対向して配置されるマグネットに対応するプリント基板の位置に、軸方向付勢させる磁性手段を持たせ、前記磁性手段は、前記プリント基板の導体パターンに磁性金属メッキされていることにより、達成できる。また、この磁性金属メッキは、請求項５に記載の発明のように、前記プリント基板の前記コイルまたは前記コミュテータの取り付け面の電気回路の導体パターンまたはそれ以外の導体パターンをエッチング後に磁性金属メッキにより達成できる。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明のように、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のロータを備え、このロータに空隙を介して対向させたマグネットと、前記ロータを回転自在に支承するハウジングと、前記ロータの一部として配設されたコミュテータと摺接してこのロータに電力を供給するブラシからなる偏平型コアレスモータとすれば、前述の課題を解決した扁平型コアレスモータを提供できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態のロータ機構を備えたコアレスモータの構造を示す要部断面図である。図１において、樹脂１にモールドされた扁平な空芯のコイル２と、コミュテータ３とがシャフト４に圧入されてロータを形成している。またこのコイル２とコミュテータ３の電気的接続は、コイル２とコミュテータ３の間に設けられたプリント基板５を介して行われる。このプリント基板５は、両面に導体パターンと本発明に係る磁性を有している。なお、このプリント基板５の磁性の付与は、後述のマグネット９に対応する位置に磁性塗料を塗布したものである。
【００１５】
一方、カップ状の扁平なケース６の平面部の内側中央に軸受７ａが固着されており、またその開口部に円盤状のブラケット８が嵌合されハウジングが形成されている。このブラケット８の周縁方向にリング状の扁平なマグネット９とその中央に軸受７ｂと当板１０が固着され、更にそのほぼ中央にブラシ１１を保持したブラシベース１２が固着されステータが形成されている。
【００１６】
前記のように形成されたロータのシャフト４は、ステータの軸受７ａ，７ｂと当板１０に支承され、そのコイル２は狭い空隙でステータのマグネット９に対峙し、またそのコミュテータ３は、ブラシベース１２に設けられたブラシ１１と摺接し、このブラシ１１の端子は電気を供給する外部のリード線１３に半田で半田付けされ扁平型コアレスモータを構成している。
【００１７】
このように構成された扁平型コアレスモータにおいて、プリント基板５は本発明に係る磁性を有しているので常にマグネット９に吸引され、シャフト４は当板１０方向に向かう力（予圧）が加えられている。
【００１８】
図２は、図１のプリント基板５の構造を説明する平面図である。なお、図２はコイル２の装着側より見たものである。図２において、プリント基板５のコイルの装着面５ａには、コイル２を結線する導体パターン５ｂが形成されている。また導体パターン５ｂの間の、ステータのマグネット９に吸引される複数の磁性塗料の塗布部５ｃが後述に対応する位置に備えられている。
【００１９】
この磁性塗料は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂などの樹脂を主成分とする塗料に鉄、酸化鉄、ニッケル、ネオジなどの磁性材の粉を混ぜたものである。この磁性塗料の塗布部５ｃは、コイル２（破線で示す）のモータとしての回転トルクの発生に寄与する領域Ａ外の導体パターン５ｂと重ならない位置に塗布されている。
【００２０】
なお、面対向型のコアレスモータにおいて、ステータのマグネットの面には交互に磁極が着磁されている。一方、ロータのコイルは、ほぼ楕円形に銅線に巻かれており対面するマグネットに対しては径方向の巻線部と周方向の巻線部で構成される。このコイルが通電されステータの磁極上に位置しているとき、フレミングの左手の法則により回転トルクを発生するのは径方向の導体部である。
即ち、図２の回転トルクの発生に寄与する領域Ａに示す楕円形のコイル２の長軸方向の両Ｒ部である。
【００２１】
なおコミュテータ３の装着面側にも複数の導体パターン（特に図示しない）が形成され、その導体パターンは、コイル２の装着面５ａの導体パターン５ｂの一部とスルホール５ｄにより導通されている。またプリント基板５には、コイル２の装着作業時の位置決用の位置決め孔５ｅが設けられている。
【００２２】
図３は、図１のプリント基板の製造方法を示す説明図である。
最初に、両面に銅箔を圧着したプリント基板５の原板を作業し易いサイズに切断し、基板素材Ｂを準備する。なお基板素材Ｂにはこれ以降のプリント基板２の加工作業における加工位置合わせの基準孔Ｃ（ガイドの孔）が開けられている。（図３（ａ））
次に、基板素材Ｂの両面の銅箔部に導体パターンの感光用のレジストを塗布し、焼き付け、現像、エッチングを行い導体パターン５ｂを形成する。（図３（ｂ））
【００２３】
次に、基板素材Ｂの両面の導体パターン５ｂを導通させるスルホール５ｄ用の孔およびコイル装着位置決め孔５ｅを開け、その後スルホール５ｄの金属メッキ加工を行う。（図３（ｃ））
次に、本発明に係る磁性塗料の塗布部５ｃをシルク印刷法などで印刷し、焼き付け乾燥をする。磁性塗料の塗布部５ｃを印刷することにより薄くて平らな塗布ができる。なお、この時他に印刷抵抗など印刷する場合は、同じようにこの工程で行うことができる。（図３（ｄ））
次に、装着部品の半田付けに使用する部分以外の導体パターン５ｂと磁性塗料の塗布部５ｃにソルダレジストＤを行う。（図３（ｅ））
【００２４】
最後に、中央孔Ｅの打ち抜きと、外形Ｆの打ち抜きまたは半抜きを行いプリント基板５を完成する。なお半抜きとは、外形部を基板素材Ｂより抜き落とさないようにプレスする加工法で、これはプリント基板の部品実装作業をまとめて効率良く行う為に行うもので、基板素材Ｂにプリント基板５が数枚から数十枚つながった状態でコイルなどをプリント基板５に装着して半田付け後にプリント基板５を基板素材Ｂより個々に外すものである。（図３（ｆ））
【００２５】
なお、前述の工程は一例を説明したものであり、各工程の入れ替えや他の方法で代用する場合もある。またプリント基板２の導体パターンの形成はエッチング法で述べたが蒸着法などで加工する場合も、前述のように磁性塗料の塗装部５ｃが形成できる。また、前記のように磁性塗料の塗布作業は、プリント基板５の製造工程で一貫して行うことができるので作業効率において優れている。
【００２６】
図４、図５および図６は、図１のロータの組立手順を説明した分解斜視図である。まず図４において、プリント基板５のコイルの装着面５ａ側の導体パターン５ｂにコイル２の引出部を半田付けする。なお、コイル２の装着は治具位置決め孔５ｅに治具を取付けて行う。また、取り付けたコイル２が動かないように取付面に両面テープや接着剤を使用するとよい。
【００２７】
次に、図５に示すように、コイル２を装着したプリント基板５を、樹脂成型機にセットされた樹脂成形金型のキャビティＧに挿入する。次に、シャフト４の回り止め凹部４ａ側の端部４ｂを、樹脂成形金型のキャビティの中央に設けられた穴Ｈに挿入する。その後、金型のキャビティＧとその成型金型のコアを締め、コイル２の周囲を樹脂でモールドする。
【００２８】
更に、図６に示すように、樹脂１でモールドされたコイル２より突き出ているシャフト４の端部４ｂにコミュテータ３の中央孔を圧入し、プリント基板５のコミュテータ３の装着面側の導体パターン（ここでは特に図示しない）にこの端子部３ａを半田付けする。
なお、前述のコイルを樹脂でモールドする方法は、コイルの保持を補強するものであり、プリント基板自体に保持性があれば樹脂のモールドは廃止できる。
【００２９】
このように構成されたロータは、前述の通り、常にマグネット９に吸引されるので、軸方向の予圧が常に加わることになり、シャフト４の軸受７ｂに挿入される側の端部４ｂは常に当板１０から離れないようにされる。
したがって、ブラシ１１とコミュテータ３の摺接位置を常に一定に保つことができるのでトルク、回転数などのモータとしての性能の変動を抑えることができる。
【００３０】
なお、従来品と同じ巻線仕様のコイルであっても、従来の吸引板の取付スペースを廃止できるので、電気的には従来品と同じパワーを有するが、サイズ的には従来品より更に薄いコアレスモータを得ることができる。
また、前述の磁性塗料を図７の平面図のように、プリント基板１５のコミュテータ３の取付面１５ｆに前述の印刷法で塗布１５ｃをしてもよい。更に、この磁性塗料はプリント基板１５の両面に塗布したものを用いてもよい。
【００３１】
また、図８の平面図に示すように、プリント基板にコイルとコンデンサーや抵抗などの電子部品を合わせて装着するモータ仕様の時は、導体パターン２５ｂのように複雑で広い面積を占めることになるが、この時は回転トルクの発生に寄与する前述の領域Ａ外で導体パターン２５ｂと重ならないスペースに、そのスペースの形状に合わせて磁性塗料の塗布部２５ｃを塗布すれば良い。
【００３２】
図９は、本発明の第２の実施の形態に係るプリント基板を示すプリント基板の平面図である。
図９において、プリント基板３５のコイル２の装着面３５ａの電気回路の導体パターン３５ｂと、別系統の導体パターン３５ｇに磁性メッキがされている。この別系統の導体パターン３５ｇは電極部３５ｈにつながっており、導体パターン３５ｂおよび３５ｇを加工後、電極３５ｈをメッキ電極として別系統の導体パターン３５ｇに磁性金属メッキを施す。磁性金属メッキは、鉄メッキなどで図１におけるマグネット９に磁気吸引される特性を有しているので第１の実施の形態と同じようにプリント基板３５は本発明に係る磁性を有することになるので、前述の通り、常にマグネット９に吸引され、シャフト４は当板１０の方向に向かう力（予圧）が加えられる。
【００３３】
なお、図１０の平面図のように、プリント基板４５のコミュテータ３の取付面４５ｆに、電気回路を形成する導体パターン４５ｂと別系統の導体パターン４５ｇを複数箇所設け、この別系統の導体パターン４５ｇに、前述の通り、磁性金属メッキをしてもよい。なお、別系統の導体パターン４５ｇは、連結部４５ｉと４５ｊを基板素材上であるがプリント基板４５の外径部の外で有し、その連結部４５ｉと４５ｊはメッキの電極４５ｈにつながって、前述の通り、磁性金属メッキが施される。
また、前述のように、この磁性メッキはプリント基板４５の両面に前述の方法でメッキしたものを用いてもよい。
【００３４】
以上の説明は、筒形のコミュテータを用いてロータを形成する構造を説明したが、出力が比較的に小さい扁平型コアレスモータによっては平形コミュテータを用いてロータを形成する場合がある。これは前述した本発明に係るプリント基板の筒形のコミュテータの配置位置に導体パターンの一部として平形のコミュテータ部を形成し、それをロータのコミュテータとして使用するものである。なお、この平形のコミュテータ部は、プリント基板の導体パターンの一部であるので同じプリント基板の製造工程で、効率や精度よく形成できる利点がある。
【００３５】
また、前述したハウジングの構造は、ケースとブラケットにそれぞれ軸受を固着しロータのシャフトを支承する構造のものであるが、ハウジングを構成するケースとブラケットまたはいずれかにシャフトを固着し、このシャフトで前記ロータを支承する構造のものでもよい。この構造における本発明に係る作用と効果は前述のものと全く同じである。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載した発明によれば、プリント基板の両面にそれぞれ配設したコイルとコミュテータとを電気的に接続した扁平型コアレスモータのロータ構造において、前記プリント基板には、前記コイルに対向して配置されるマグネットに対応する位置で、且つ、前記コイルの回転トルクの発生に寄与する領域外に、軸方向付勢させる磁性手段が形成されているため、常に前記ロータに軸方向の予圧が付与されるので、特性の安定した更に薄型化に適したコアレスモータのロータ構造を提供することができる。
【００３７】
前記磁性手段は、請求項２に記載した発明によると、前記プリント基板に磁性塗料を塗布すると平坦で磁力の強い磁気手段を得られる。
また、請求項３に記載した発明によると、プリント基板の両面にそれぞれ配設したコイルとコミュテータとを電気的に接続した扁平型コアレスモータのロータ構造において、前記コイルに対向して配置されるマグネットに対応するプリント基板の位置に、軸方向付勢させる磁性手段を持たせ、前記磁性手段は、前記プリント基板に塗布された磁性塗料であり、前記磁性塗料を、前記プリント基板の前記コイルまたは前記コミュテータの取り付け面の電気回路の導体パターンをエッチング後にシルク印刷法で形成することにより前記磁気手段を効率よく安価に得られる。
【００３８】
また、請求項４に記載した発明によると、プリント基板の両面にそれぞれ配設したコイルとコミュテータとを電気的に接続した扁平型コアレスモータのロータ構造において、前記コイルに対向して配置されるマグネットに対応するプリント基板の位置に、軸方向付勢させる磁性手段を持たせ、前記磁性手段は、前記プリント基板の導体パターンに磁性金属メッキされていることにより平坦で磁力の強い磁気手段を得られる。また、この磁性金属メッキは、請求項５に記載した発明によれば、前記プリント基板の前記コイルまたは前記コミュテータの取り付け面の電気回路の導体パターンまたはそれ以外の導体パターンをエッチング後に磁性金属メッキにより形成することにより前記磁気手段を効率よく安価に得られる。
【００３９】
また、請求項６に記載した発明によると、扁平型コアレスモータに請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のロータを備え、このロータに空隙を介して対向させたマグネットと、前記ロータを回転自在に支承するハウジングと、前記ロータの一部として配設されたコミュテータと摺接してこのロータに電力を供給すれば、消費電流が小さいながらも高出力と高信頼性を有する更に薄型化に適した扁平型コアレスモータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態を備えたコアレスモータの要部断面図である。
【図２】 図１におけるプリント基板を示す平面図である。
【図３】 図１におけるプリント基板の製造方法を説明する説明図である。
【図４】 図１におけるロータの組立手順を説明する分解斜視図である。
【図５】 図１におけるロータの組立手順を説明する分解斜視図である。
【図６】 図１におけるロータの組立手順を説明する分解斜視図である。
【図７】 図１におけるプリント基板の変形を説明するプリント基板の平面図である。
【図８】 図１におけるプリント基板の変形を説明するプリント基板の平面図である
【図９】 本発明の第２の実施の形態に係るプリント基板の平面図である。
【図１０】 図９に示すプリント基板の変形を説明するプリント基板の平面図である。
【符号の説明】
１ 樹脂
２ コイル
３ コミュテータ
４ シャフト
５ プリント基板
６ ケース
７ａ，７ｂ 軸受
８ ブラケット
９ マグネット
１０ 当板
１１ ブラシ
１２ ブラシベース
１３ リード線
１４ 半田
【発明の属する技術分野】
本発明は、扁平なコアレスモータに係り、特に薄型化に最適な扁平コアレスモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンパクトディスクやミニディスクなどの携帯用の記録再生装置または携帯電話機などは、持ち運び易いように、小形で薄型化が進んできている。またこれらの装置に使用されるモータは、安価で小形で薄型化され、更に長時間携帯し使用できるように、消費電流の小さい省エネルギー構造のものが要求されている。
なお、この要求を満たすことで、近年、ブラシ付きの小形で扁平なコアレスモータが用いられてきている。
【０００３】
このようなコアレスモータを構成するロータは、プリント基板の両端にそれぞれ配設したコイルと筒形のコミュテータとを電気的に接続するとともにプリント基板をシャフトに固着して形成されていた。
なお、平形のコミュテータを用いたものは、前記プリント基板の前記筒形のコミュテータの配置位置に導体パターンの一部として平形のコミュテータ部を形成しそれをコミュテータとして使用していた。
【０００４】
一方、このコアレスモータのハウジングは、カップ状の扁平なケースの平面部の内側中央に軸受を固着し、その開口部に円盤状のブラケットを嵌合し、このブラケットの周縁方向にリング状の扁平なマグネットと、その中央に軸受と当板を固着し、更に、そのほぼ中央にブラシを保持したブラシベースを固着して形成されたものがある。
【０００５】
前記のように形成されるロータのシャフトは、ステータの軸受と当板に支承され、そのコイルは狭い空隙でステータのマグネットに対峙し、またそのコミュテータはステータに設けられたブラシと摺接し、このブラシの端子は電気を供給する外部のリード線に半田付けされ、扁平型コアレスモータを構成している。
【０００６】
このように構成されたコアレスモータは、ロータに鉄心コアを有しないので、回転中にロータは軸方向の激しい縦振動が起きやすい。この縦振動が起きると、回転中、コミュテータとブラシの摺接位置が一定しないので、モータ自体の回転特性に変動をきたす。この縦振動を防止するには、常にロータの軸方向に、その縦振動を起こす力以上の力、即ちシャフトに予圧を加えて縦振動を抑制しておけばよい。
【０００７】
この方法として、コイルのケース側の端面に磁性金属板からなる平ワッシャー状の吸引板がシャフトを囲み貼り付けられ、ステータ側に設けたマグネットで磁気的吸引をさせ、シャフトに軸方向の予圧を加えるものがあった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、吸引板を取付すると、モータケース内の軸方向に吸引板のスペースが必要となり、モータは薄くできなくなる。また吸引板はコイルの面に両面テープや接着剤により接着するので、接着作業を必要とし、また吸引板のエッジのバリによりコイルの導線皮膜を傷つけ、コイルのレヤーショートの不良を引き起こす原因にもなる。
【０００９】
そこで、本発明は前記の欠点を解決して、ロータに軸方向の磁気的予圧を付与し、消費電流が小さいながらも高出力と高信頼性を有する更に薄型化に適した扁平型コアレスモータのロータ機構を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するには、請求項１に記載の発明のように、プリント基板の両面にそれぞれ配設したコイルとコミュテータとを電気的に接続した扁平型コアレスモータのロータ構造において、前記プリント基板には、前記コイルに対向して配置されるマグネットに対応する位置で、且つ、前記コイルの回転トルクの発生に寄与する領域外に、軸方向付勢させる磁性手段が形成されていることにより、常に前記ロータに軸方向の予圧が付与することで達成できる。
【００１１】
前記磁性手段は、請求項２に記載の発明のように、前記プリント基板に磁性塗料を塗布することにより得られる。
また、前記課題を解決するには、請求項３に記載の発明のように、プリント基板の両面にそれぞれ配設したコイルとコミュテータとを電気的に接続した扁平型コアレスモータのロータ構造において、前記コイルに対向して配置されるマグネットに対応するプリント基板の位置に、軸方向付勢させる磁性手段を持たせ、前記磁性手段は、前記プリント基板に塗布された磁性塗料であり、前記磁性塗料は、前記プリント基板の前記コイルまたは前記コミュテータの取り付け面の電気回路の導体パターンをエッチング後にシルク印刷法により形成されていることにより、達成できる。
【００１２】
また、前記課題を解決するには、請求項４に記載の発明のように、プリント基板の両面にそれぞれ配設したコイルとコミュテータとを電気的に接続した扁平型コアレスモータのロータ構造において、前記コイルに対向して配置されるマグネットに対応するプリント基板の位置に、軸方向付勢させる磁性手段を持たせ、前記磁性手段は、前記プリント基板の導体パターンに磁性金属メッキされていることにより、達成できる。また、この磁性金属メッキは、請求項５に記載の発明のように、前記プリント基板の前記コイルまたは前記コミュテータの取り付け面の電気回路の導体パターンまたはそれ以外の導体パターンをエッチング後に磁性金属メッキにより達成できる。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明のように、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のロータを備え、このロータに空隙を介して対向させたマグネットと、前記ロータを回転自在に支承するハウジングと、前記ロータの一部として配設されたコミュテータと摺接してこのロータに電力を供給するブラシからなる偏平型コアレスモータとすれば、前述の課題を解決した扁平型コアレスモータを提供できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態のロータ機構を備えたコアレスモータの構造を示す要部断面図である。図１において、樹脂１にモールドされた扁平な空芯のコイル２と、コミュテータ３とがシャフト４に圧入されてロータを形成している。またこのコイル２とコミュテータ３の電気的接続は、コイル２とコミュテータ３の間に設けられたプリント基板５を介して行われる。このプリント基板５は、両面に導体パターンと本発明に係る磁性を有している。なお、このプリント基板５の磁性の付与は、後述のマグネット９に対応する位置に磁性塗料を塗布したものである。
【００１５】
一方、カップ状の扁平なケース６の平面部の内側中央に軸受７ａが固着されており、またその開口部に円盤状のブラケット８が嵌合されハウジングが形成されている。このブラケット８の周縁方向にリング状の扁平なマグネット９とその中央に軸受７ｂと当板１０が固着され、更にそのほぼ中央にブラシ１１を保持したブラシベース１２が固着されステータが形成されている。
【００１６】
前記のように形成されたロータのシャフト４は、ステータの軸受７ａ，７ｂと当板１０に支承され、そのコイル２は狭い空隙でステータのマグネット９に対峙し、またそのコミュテータ３は、ブラシベース１２に設けられたブラシ１１と摺接し、このブラシ１１の端子は電気を供給する外部のリード線１３に半田で半田付けされ扁平型コアレスモータを構成している。
【００１７】
このように構成された扁平型コアレスモータにおいて、プリント基板５は本発明に係る磁性を有しているので常にマグネット９に吸引され、シャフト４は当板１０方向に向かう力（予圧）が加えられている。
【００１８】
図２は、図１のプリント基板５の構造を説明する平面図である。なお、図２はコイル２の装着側より見たものである。図２において、プリント基板５のコイルの装着面５ａには、コイル２を結線する導体パターン５ｂが形成されている。また導体パターン５ｂの間の、ステータのマグネット９に吸引される複数の磁性塗料の塗布部５ｃが後述に対応する位置に備えられている。
【００１９】
この磁性塗料は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂などの樹脂を主成分とする塗料に鉄、酸化鉄、ニッケル、ネオジなどの磁性材の粉を混ぜたものである。この磁性塗料の塗布部５ｃは、コイル２（破線で示す）のモータとしての回転トルクの発生に寄与する領域Ａ外の導体パターン５ｂと重ならない位置に塗布されている。
【００２０】
なお、面対向型のコアレスモータにおいて、ステータのマグネットの面には交互に磁極が着磁されている。一方、ロータのコイルは、ほぼ楕円形に銅線に巻かれており対面するマグネットに対しては径方向の巻線部と周方向の巻線部で構成される。このコイルが通電されステータの磁極上に位置しているとき、フレミングの左手の法則により回転トルクを発生するのは径方向の導体部である。
即ち、図２の回転トルクの発生に寄与する領域Ａに示す楕円形のコイル２の長軸方向の両Ｒ部である。
【００２１】
なおコミュテータ３の装着面側にも複数の導体パターン（特に図示しない）が形成され、その導体パターンは、コイル２の装着面５ａの導体パターン５ｂの一部とスルホール５ｄにより導通されている。またプリント基板５には、コイル２の装着作業時の位置決用の位置決め孔５ｅが設けられている。
【００２２】
図３は、図１のプリント基板の製造方法を示す説明図である。
最初に、両面に銅箔を圧着したプリント基板５の原板を作業し易いサイズに切断し、基板素材Ｂを準備する。なお基板素材Ｂにはこれ以降のプリント基板２の加工作業における加工位置合わせの基準孔Ｃ（ガイドの孔）が開けられている。（図３（ａ））
次に、基板素材Ｂの両面の銅箔部に導体パターンの感光用のレジストを塗布し、焼き付け、現像、エッチングを行い導体パターン５ｂを形成する。（図３（ｂ））
【００２３】
次に、基板素材Ｂの両面の導体パターン５ｂを導通させるスルホール５ｄ用の孔およびコイル装着位置決め孔５ｅを開け、その後スルホール５ｄの金属メッキ加工を行う。（図３（ｃ））
次に、本発明に係る磁性塗料の塗布部５ｃをシルク印刷法などで印刷し、焼き付け乾燥をする。磁性塗料の塗布部５ｃを印刷することにより薄くて平らな塗布ができる。なお、この時他に印刷抵抗など印刷する場合は、同じようにこの工程で行うことができる。（図３（ｄ））
次に、装着部品の半田付けに使用する部分以外の導体パターン５ｂと磁性塗料の塗布部５ｃにソルダレジストＤを行う。（図３（ｅ））
【００２４】
最後に、中央孔Ｅの打ち抜きと、外形Ｆの打ち抜きまたは半抜きを行いプリント基板５を完成する。なお半抜きとは、外形部を基板素材Ｂより抜き落とさないようにプレスする加工法で、これはプリント基板の部品実装作業をまとめて効率良く行う為に行うもので、基板素材Ｂにプリント基板５が数枚から数十枚つながった状態でコイルなどをプリント基板５に装着して半田付け後にプリント基板５を基板素材Ｂより個々に外すものである。（図３（ｆ））
【００２５】
なお、前述の工程は一例を説明したものであり、各工程の入れ替えや他の方法で代用する場合もある。またプリント基板２の導体パターンの形成はエッチング法で述べたが蒸着法などで加工する場合も、前述のように磁性塗料の塗装部５ｃが形成できる。また、前記のように磁性塗料の塗布作業は、プリント基板５の製造工程で一貫して行うことができるので作業効率において優れている。
【００２６】
図４、図５および図６は、図１のロータの組立手順を説明した分解斜視図である。まず図４において、プリント基板５のコイルの装着面５ａ側の導体パターン５ｂにコイル２の引出部を半田付けする。なお、コイル２の装着は治具位置決め孔５ｅに治具を取付けて行う。また、取り付けたコイル２が動かないように取付面に両面テープや接着剤を使用するとよい。
【００２７】
次に、図５に示すように、コイル２を装着したプリント基板５を、樹脂成型機にセットされた樹脂成形金型のキャビティＧに挿入する。次に、シャフト４の回り止め凹部４ａ側の端部４ｂを、樹脂成形金型のキャビティの中央に設けられた穴Ｈに挿入する。その後、金型のキャビティＧとその成型金型のコアを締め、コイル２の周囲を樹脂でモールドする。
【００２８】
更に、図６に示すように、樹脂１でモールドされたコイル２より突き出ているシャフト４の端部４ｂにコミュテータ３の中央孔を圧入し、プリント基板５のコミュテータ３の装着面側の導体パターン（ここでは特に図示しない）にこの端子部３ａを半田付けする。
なお、前述のコイルを樹脂でモールドする方法は、コイルの保持を補強するものであり、プリント基板自体に保持性があれば樹脂のモールドは廃止できる。
【００２９】
このように構成されたロータは、前述の通り、常にマグネット９に吸引されるので、軸方向の予圧が常に加わることになり、シャフト４の軸受７ｂに挿入される側の端部４ｂは常に当板１０から離れないようにされる。
したがって、ブラシ１１とコミュテータ３の摺接位置を常に一定に保つことができるのでトルク、回転数などのモータとしての性能の変動を抑えることができる。
【００３０】
なお、従来品と同じ巻線仕様のコイルであっても、従来の吸引板の取付スペースを廃止できるので、電気的には従来品と同じパワーを有するが、サイズ的には従来品より更に薄いコアレスモータを得ることができる。
また、前述の磁性塗料を図７の平面図のように、プリント基板１５のコミュテータ３の取付面１５ｆに前述の印刷法で塗布１５ｃをしてもよい。更に、この磁性塗料はプリント基板１５の両面に塗布したものを用いてもよい。
【００３１】
また、図８の平面図に示すように、プリント基板にコイルとコンデンサーや抵抗などの電子部品を合わせて装着するモータ仕様の時は、導体パターン２５ｂのように複雑で広い面積を占めることになるが、この時は回転トルクの発生に寄与する前述の領域Ａ外で導体パターン２５ｂと重ならないスペースに、そのスペースの形状に合わせて磁性塗料の塗布部２５ｃを塗布すれば良い。
【００３２】
図９は、本発明の第２の実施の形態に係るプリント基板を示すプリント基板の平面図である。
図９において、プリント基板３５のコイル２の装着面３５ａの電気回路の導体パターン３５ｂと、別系統の導体パターン３５ｇに磁性メッキがされている。この別系統の導体パターン３５ｇは電極部３５ｈにつながっており、導体パターン３５ｂおよび３５ｇを加工後、電極３５ｈをメッキ電極として別系統の導体パターン３５ｇに磁性金属メッキを施す。磁性金属メッキは、鉄メッキなどで図１におけるマグネット９に磁気吸引される特性を有しているので第１の実施の形態と同じようにプリント基板３５は本発明に係る磁性を有することになるので、前述の通り、常にマグネット９に吸引され、シャフト４は当板１０の方向に向かう力（予圧）が加えられる。
【００３３】
なお、図１０の平面図のように、プリント基板４５のコミュテータ３の取付面４５ｆに、電気回路を形成する導体パターン４５ｂと別系統の導体パターン４５ｇを複数箇所設け、この別系統の導体パターン４５ｇに、前述の通り、磁性金属メッキをしてもよい。なお、別系統の導体パターン４５ｇは、連結部４５ｉと４５ｊを基板素材上であるがプリント基板４５の外径部の外で有し、その連結部４５ｉと４５ｊはメッキの電極４５ｈにつながって、前述の通り、磁性金属メッキが施される。
また、前述のように、この磁性メッキはプリント基板４５の両面に前述の方法でメッキしたものを用いてもよい。
【００３４】
以上の説明は、筒形のコミュテータを用いてロータを形成する構造を説明したが、出力が比較的に小さい扁平型コアレスモータによっては平形コミュテータを用いてロータを形成する場合がある。これは前述した本発明に係るプリント基板の筒形のコミュテータの配置位置に導体パターンの一部として平形のコミュテータ部を形成し、それをロータのコミュテータとして使用するものである。なお、この平形のコミュテータ部は、プリント基板の導体パターンの一部であるので同じプリント基板の製造工程で、効率や精度よく形成できる利点がある。
【００３５】
また、前述したハウジングの構造は、ケースとブラケットにそれぞれ軸受を固着しロータのシャフトを支承する構造のものであるが、ハウジングを構成するケースとブラケットまたはいずれかにシャフトを固着し、このシャフトで前記ロータを支承する構造のものでもよい。この構造における本発明に係る作用と効果は前述のものと全く同じである。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載した発明によれば、プリント基板の両面にそれぞれ配設したコイルとコミュテータとを電気的に接続した扁平型コアレスモータのロータ構造において、前記プリント基板には、前記コイルに対向して配置されるマグネットに対応する位置で、且つ、前記コイルの回転トルクの発生に寄与する領域外に、軸方向付勢させる磁性手段が形成されているため、常に前記ロータに軸方向の予圧が付与されるので、特性の安定した更に薄型化に適したコアレスモータのロータ構造を提供することができる。
【００３７】
前記磁性手段は、請求項２に記載した発明によると、前記プリント基板に磁性塗料を塗布すると平坦で磁力の強い磁気手段を得られる。
また、請求項３に記載した発明によると、プリント基板の両面にそれぞれ配設したコイルとコミュテータとを電気的に接続した扁平型コアレスモータのロータ構造において、前記コイルに対向して配置されるマグネットに対応するプリント基板の位置に、軸方向付勢させる磁性手段を持たせ、前記磁性手段は、前記プリント基板に塗布された磁性塗料であり、前記磁性塗料を、前記プリント基板の前記コイルまたは前記コミュテータの取り付け面の電気回路の導体パターンをエッチング後にシルク印刷法で形成することにより前記磁気手段を効率よく安価に得られる。
【００３８】
また、請求項４に記載した発明によると、プリント基板の両面にそれぞれ配設したコイルとコミュテータとを電気的に接続した扁平型コアレスモータのロータ構造において、前記コイルに対向して配置されるマグネットに対応するプリント基板の位置に、軸方向付勢させる磁性手段を持たせ、前記磁性手段は、前記プリント基板の導体パターンに磁性金属メッキされていることにより平坦で磁力の強い磁気手段を得られる。また、この磁性金属メッキは、請求項５に記載した発明によれば、前記プリント基板の前記コイルまたは前記コミュテータの取り付け面の電気回路の導体パターンまたはそれ以外の導体パターンをエッチング後に磁性金属メッキにより形成することにより前記磁気手段を効率よく安価に得られる。
【００３９】
また、請求項６に記載した発明によると、扁平型コアレスモータに請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のロータを備え、このロータに空隙を介して対向させたマグネットと、前記ロータを回転自在に支承するハウジングと、前記ロータの一部として配設されたコミュテータと摺接してこのロータに電力を供給すれば、消費電流が小さいながらも高出力と高信頼性を有する更に薄型化に適した扁平型コアレスモータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態を備えたコアレスモータの要部断面図である。
【図２】 図１におけるプリント基板を示す平面図である。
【図３】 図１におけるプリント基板の製造方法を説明する説明図である。
【図４】 図１におけるロータの組立手順を説明する分解斜視図である。
【図５】 図１におけるロータの組立手順を説明する分解斜視図である。
【図６】 図１におけるロータの組立手順を説明する分解斜視図である。
【図７】 図１におけるプリント基板の変形を説明するプリント基板の平面図である。
【図８】 図１におけるプリント基板の変形を説明するプリント基板の平面図である
【図９】 本発明の第２の実施の形態に係るプリント基板の平面図である。
【図１０】 図９に示すプリント基板の変形を説明するプリント基板の平面図である。
【符号の説明】
１ 樹脂
２ コイル
３ コミュテータ
４ シャフト
５ プリント基板
６ ケース
７ａ，７ｂ 軸受
８ ブラケット
９ マグネット
１０ 当板
１１ ブラシ
１２ ブラシベース
１３ リード線
１４ 半田
Claims (6)
- プリント基板の両面にそれぞれ配設したコイルとコミュテータとを電気的に接続した扁平型コアレスモータのロータ構造において、
前記プリント基板には、前記コイルに対向して配置されるマグネットに対応する位置で、且つ、前記コイルの回転トルクの発生に寄与する領域外に、軸方向付勢させる磁性手段が形成されていることを特徴とする扁平型コアレスモータのロータ構造。 - 前記磁性手段は、前記プリント基板に磁性塗料が塗布されている請求項１に記載の扁平型コアレスモータのロータ構造。
- プリント基板の両面にそれぞれ配設したコイルとコミュテータとを電気的に接続した扁平型コアレスモータのロータ構造において、
前記コイルに対向して配置されるマグネットに対応するプリント基板の位置に、軸方向付勢させる磁性手段を持たせ、
前記磁性手段は、前記プリント基板に塗布された磁性塗料であり、
前記磁性塗料は、前記プリント基板の前記コイルまたは前記コミュテータの取り付け面の導体パターンをエッチング加工後にシルク印刷法により形成した扁平型コアレスモータのロータ構造。 - プリント基板の両面にそれぞれ配設したコイルとコミュテータとを電気的に接続した扁平型コアレスモータのロータ構造において、
前記コイルに対向して配置されるマグネットに対応するプリント基板の位置に、軸方向付勢させる磁性手段を持たせ、
前記磁性手段は、前記プリント基板の導体パターンに磁性金属メッキがされている扁平型コアレスモータのロータ構造。 - 請求項４に記載の磁性金属メッキは、前記プリント基板の前記コイルまたは前記コミュテータの取り付け面の電気回路の導体パターンまたはそれ以外の導体パターンをエッチング後に磁性金属メッキにより形成した扁平型コアレスモータのロータ構造。
- 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のロータを備え、このロータに空隙を介して対向させた、マグネットと、前記ロータを回転自在に支承するハウジングと、前記ロータの一部として配設されたコミュテータと摺接してこのロータに電力を供給するブラシからなることを特徴とする扁平型コアレスモータ。
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