JP3913214B2 - 偏心ロータおよびその偏心ロータを用いた振動モータ - Google Patents

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本発明は、携帯電話等の携帯通信端末機器で着信を振動で知らせる為に用いられる小型の振動モータに関する。
携帯電話等の携帯通信端末機器には、機器を振動させて着信を使用者に報知するため振動モータが搭載されている。
振動モータには主に円筒状のハウジングでハウジング外部に突き出た出力軸に錘を固定した筒型振動モータと、コイン型のハウジングで軸がハウジングに固定され、ハウジング内のロータを偏心させた扁平型振動モータがある。
扁平型振動モータのロータはそれ自体を偏心させるため、錘をコイルや整流子を構成する基板と共に樹脂で一体成形する構成が用いられる。
例えば特開2002−177885号公報には、整流子基板を構成する印刷配線板上に3個の空心電機子コイルが円盤状ロータの片側半分に配置され、他の片側半分には錘を配置し、各部材(印刷配線板、コイル、錘等)を樹脂で一体成形される構成が開示されている。
また、特開2002−28570号公報および特開2001−104882号公報には2個の空心電機子コイルと錘を樹脂で印刷配線板と共に一体成形した構成が開示されている。
特開2002−177885号公報 特開2002−28570号公報 特開2001−104882号公報
これら公報に開示された構成は、いずれも整流子基板を構成する印刷配線基板上に錘およびコイルが載置され、それらが樹脂成形で一体化されることにより扁平な偏心ロータを形成するもので、射出成形による樹脂成形で製造されるのが一般的である。
近年振動モータが搭載される機器の小型化が進むのに伴い、振動モータも小型化が迫られる。モータが小型化されても振動量は確保する必要があるため、回転数や偏心量を大きくするのに、コイルの占める面積や錘の大きさの割合いがモータの大きさに対し高くなってくる。
ロータを形成するため、射出成形のような樹脂成形ではロータを構成する各部材(印刷配線板、コイル、錘等)が射出成形金型に対し所定位置に配置されることが必要となるが、モータの大きさに対するコイルや錘の割合が大きくなると、金型に対するそれぞれの位置、特に錘の位置を決定することが難しくなる。
本願発明の目的は、振動モータでコイルや錘の大きさの占める割合が高くなっても、偏心ロータを構成する部材の位置を確実に決定でき、射出成形で樹脂を注入しても問題なく偏心ロータを形成できる構成を有する偏心ロータを提供し、その偏心ロータを用いた振動モータを提供することである。
上記課題を解決するために、本願発明は請求項1に示す構成のように、一面に複数の整流子片が印刷形成され、他面に複数の巻線空心電機子コイルが載置されると共に回転中心となる軸が挿通される軸挿通孔を有する平板の整流子基板が錘とともに射出成形金型に装着されて樹脂成形により平盤状に一体化される偏心ロータであって、前記錘は少なくとも前記平盤状の一面に露出する最大厚み部分を有するとともに、前記樹脂成形により形成された樹脂部に埋め込まれロータ平面に露出しない埋め込み部を有し、ロータ外周側の埋め込み部に、前記金型と前記埋め込み部の間に空隙を形成する凸部が形成されるようにする。
このように構成された偏心ロータでは、最大厚み部分で偏心量を確保し、埋め込み部で偏心量を補うとともに錘を樹脂に対して確実に固定することができる。そして、この埋め込み部に設けた凸部が射出成形金型と錘の埋め込み部の間に空隙も形成することから樹脂の流れが妨げられることなく錘外周側へ充填され、錘をロータに対し安定して固定することが可能となる。
すなわち、射出成形時に錘が金型に対し動いても、凸部の先端のみが金型の内面に当たりそれ以外の部分は金型と錘の間に空隙ができ樹脂が流れ、錘の外周側に樹脂が充填されることになる
そして、請求項2のように、前記埋め込み部に凹状位置決め部を設けるようにする。この凹状位置決め部には、射出成形金型へこの扁平ロータの各部材を装着する際にガイドピンが入り込むようにする。ガイドピンにより射出成形用金型に対し位置を決めることで錘のロータ内での位置を決定する。そして、厚みの薄い埋め込み部にこのような凹部を形成することで、最大厚み部に凹部を形成する必要が無くなり偏心量への影響を最小限にすることができる。
さらに、請求項3のように、前記埋め込み部が前記整流子基板面に配され、その埋め込み部に位置決め部が配されるとともに前記錘と前記整流子基板の相対的位置を決定するガイド部が整流子基板に設けられたようにすると、さらに基板の位置も決定することができ、基板と錘の相対的位置を明確にすることができる。
さらに請求項4のように前記最大厚み部は前記平盤の一面とその対向する面で露出するするようにすると、基板の厚み分の錘による偏心量を確保しつつ錘の位置決めが可能となる。
また、請求項1乃至4記載の偏心ロータを振動モータとするためには、請求項5のようにするとよい。
扁平型の振動モータであれば、マグネット、ブラシ等の位置は実施例に限定されず広範囲の構成が利用できる。
本願発明の偏心ロータによれば、最大厚み部で偏心量を確保し、錘が樹脂に埋め込まれる部分で偏心量を補うと共にそこに位置決め部を形成するので、振動モータを小型にしつつ、錘をロータに強固に固定できると共に偏心量を損なうことなく位置決めできる。
図1は本願発明の偏心ロータを示す図で、(a)はその平面図、(b)はA−A断面を示す。
図2は図1に示す偏心ロータを構成する印刷配線板を示す平面図である。
図3は図に示す偏心ロータを構成するウエイトを示す図で、(a)はその平面図、(b)はB−B断面を示す。
図4は本願発明の偏心ロータを用いた振動モータの側面要部断面を示す図である。
振動モータMに用いられるロータRは、いわゆるガラスエポキシ基板やフレキシブル基板といった薄い印刷配線板1が整流子基板を構成し、その上に配置される有効導体開角が40〜90度の巻線型空心電機子コイル(以下コイル)20A、20B、ロータRの重心を偏心させる錘としてウエイト30および焼結含油軸受け(以下軸受)40が射出成形等の樹脂成形でD型平板状に形成されている。
印刷配線板1は、コイルが載置されるコイル載置面3A、3B、端末結線部4A、4B、軸受40が載置される中心部5およびウエイト30の保持部31を直接あるいは間接的に保持する保持面6で構成されている。
端末結線部4A、4Bはコイルの端末22A、23A、22B、23Bを対応するセグメント2に結線するための端末結線パターン7A、8A、7B、8Bが配置される領域である。
ウエイト30は、重量をできるだけ大きくするため、平板状のロータR両面に露出する厚みを有し、二つのコイル間に配置される。ウエイト30は樹脂に対し強度を保って固定されるよう樹脂に埋め込まれ、ロータから露出されない部分を有しており、例えば外形部37のC面32によりロータRの外周側に、C面33により内周側に、そしてロータRの厚みより薄い保持部31が樹脂部15にそれぞれ埋め込まれる。
ウエイト30の樹脂に埋め込まれる部分には、ロータを樹脂成形する際にその位置を決定する位置決め部としてガイド用凹部34、35、36が形成されるとともに、外形部37には凸部39が設けられている。
軸受40は焼結含油金属により円筒状に形成され、両端部には通常面取りが外周及び内周に形成されている。軸受40にはモータMのハウジングに固定された軸11が挿通され、ロータRがモータM内部に回転支持される。
軸受40が載置される印刷配線板1の中心部5には軸挿通孔5aが形成されているが、その軸挿通孔5aの孔径は回転軸より大きく、軸受40の外径より小さく、かつ樹脂が軸挿通孔5aより露出しないよう、軸受40の端部が中心部5に触れるよう載置されている。
ロータMは例えばポリエステル系の熱可塑性樹脂により成形されるが、樹脂成形の特性として肉厚の厚い部分に引けやゆがみが生ずる。そのため樹脂部15のDカット側には外周部に壁部1を設けつつ凹部1を形成する。
図1乃至図4により本願発明の実施例1を説明する。
ロータRは印刷配線板1、その印刷配線板1に載置される二つのコイル20A、20B、ウエイト30および軸受40が射出成形等の樹脂成形により平板状に形成され、樹脂部15による外形がD字状に形成されている。
D字状になっているのは、振動モータとして偏心量を大きくするため、ウエイト30の回転軸をはさんで反対側を軽くするためである。
ウエイト30はタングステン合金等の高比重材料でできており、その重量効果が十分であれば基板は円形の基板であっても良い。
コイル20A、20Bは有効導体開角が40°から90°を有する巻線空心コイルで、それぞれのコイルに2本の端末22A,23Aと22B、23Bを有している。コイル20A、20Bは配置各約140°でロータRに配置される。このコイル配置に関しては、例えばコイル20Aおよびコイル20Bをそれぞれ複数段重ねたものとすることもでき、2カ所に配置されるコイルとすることが可能で、有効導体開角や配置角は適宜決定できる。コイル数も3個(3カ所配置)にすることも可能である。
樹脂部15の最大厚みはウエイト30の最大厚みおよび印刷配線板1とそれに載置したコイル20A、20Bと同じに形成する。そうするとウエイト30の最大厚み部38がロータRの両面に露出し、印刷配線板1の下面1Aとコイル20A、20Bの上面がロータRから露出される。このようにすると各部材を有効に利用しつつロータRの厚みを最小にでき、特にウエイト30は印刷配線基板の厚み分まで偏心量を増やすことができる。
段差16は軸受40の上端部40Bを樹脂部15の上面から突出させるための段差である。
印刷配線板1には、上面1B側にコイル20A、20Bが載置されるコイル載置部3A、3Bと、コイル20A、20Bの端末22A,23Aと22B、23Bを結線する端末結線パターン7A、8A、7B、8Bが上面1B側に形成された端末結線部4A、4Bが形成されている。また、印刷配線板1の下面1A側には複数の整流子片2(本実施例の場合6個)が印刷形成されている。
これらパターンや整流子片を接続する回路構成は本願発明に直接関係がないのでその説明は省略する。
印刷配線板1の中心部5には軸11が通る軸挿通孔5aが形成され、上面1B側に円筒状の軸受40が配置されている。軸挿通孔5aの開口径は軸11より少し大きく、軸受40の外径より小さくして軸受40の一端部40Aと印刷配線板1の上面1Bが直接接するようになっている。
軸受40は例えば焼結含油金属製で、その両端部40A、40Bには面取りとしてC面41が形成されている場合が多い。軸受40と印刷配線板1はそのC面41以外の端部で円筒の端部全周が接するようにする。
このように軸受を印刷配線基板に載置してロータRを樹脂成形で形成すれば、軸11方向の衝撃がモータMに加わっても軸受が印刷配線板で支持されるため、軸受と樹脂部15が分離されてしまうことが無く、極めて衝撃に強いロータRを構成することができる。
コイル20Aと20BはロータRに約140°の配置角で配置されているが、その140°側のコイル間にはロータRを偏心させるためのウエイト30が配置される。ウエイト30は例えばタングステン合金を焼結して形成される高比重の錘で、外形部37がロータRの外周に沿って円弧状に形成されたT字状に形成されている。最大厚み部38をロータRの厚みと同じとし、ロータRの両面に露出するようにすれば偏心量を大きく取ることができる。印刷配線板1にはウエイトの最大厚み部38を露出させるよう凹状切り欠き部9を形成しておく。
最大厚み部38の周囲には、ウエイト30を樹脂に埋め込むためのC面32がロータRの外周に沿って円弧状に、C面33がコイル20A、20Bの外形に沿ってやはり円弧状に形成されている。そのC面を利用して成形時にウエイト30周りに樹脂が良く回り込むようにしウエイト30を樹脂部15に埋め込み、ウエイト30がロータRに対し強固に固定される。ウエイト30にはまたC面33と連続して軸11方向に向かって保持部31が形成されている。
この保持部31は樹脂部15に埋め込まれると共に、印刷配線板1に形成された保持面6で軸11方向に支持される。保持部31の厚みを薄くすれば印刷配線板1の上面1Bと保持部31の間には樹脂が回り込み、安定してロータRにウエイト30を固定でき、かつ印刷配線板1により間接的に厚み方向に支持されることになる。
このウエイト30の外形部でC面32とC面33が交差する部分には樹脂成形時にウエイト30の位置を決めるガイド用凹部34、35が形成されている。樹脂成形時ウエイト30を成形金型へ装着する際、金型に取り付けられたガイドピンへこのガイド用凹部34、35を合わせて装着する。
このガイド用凹部34,35は最大厚み部38には形成せず、C面32、33の部分に設けることでウエイト30の偏心量が減ることをできるだけ避けることができる。このC面32、33はウエイト30の外形部を樹脂へ埋め込むようにするためのものなので、その形状はC面に限らず外形部が連続して凹状に形成されていればよい。また、ガイド用凹部34,35はC面32、33の交差部ではなく樹脂の流れを妨げない程度にC面32あるいはC面33にそれぞれ複数個設けても良い。
樹脂部15に形成された穴17はそのガイドピンにより形成されたものである。
このガイド用凹部は保持部31に設けても良い。例えば図3に示すように凹部36を保持部31に設けることで最大厚み部38の偏心量が減ることがない。この凹部36は厚み方向に貫通した開口でも良いし、必要に応じて印刷配線板1の対応する位置に開口を設ければ基板との相対的位置も同時に合わせることが可能となる。
ウエイト30の外形部37にはロータRの外方に向かって球状の二つの凸部39が形成されている。ウエイト30を成形金型に装着する際、装着しやすくするためガイドピンとガイド用凹部34、35の間には遊びを設ける。その遊びによりウエイト30ががたついた際、外形部37が金型の内壁面に接するとウエイト30の外周側への樹脂の流れが悪くなる。
ウエイト30ががたついた際、金型の内壁面に凸部39が当たることで外形部37が金型の内壁面に接することを防止し、樹脂がウエイト30へ良く流れることで樹脂部15が形成できる。この凸部39の形状は球状に限られず、先端側が小面積で金型に接するような、例えば円錐状のような形状で樹脂の流れを妨げないものであればよい。
上記構成ではウエイト30の最大厚み部分がロータRの両面側に露出する構成としたが、ウエイト30全体が印刷配線板1の上面1Bに載置され、最大厚み部がロータの片側に露出する場合でも、樹脂に埋め込まれる部分にガイド用凹部あるいはガイド用開口を設け、印刷配線板の対応する位置にガイドピン用穴を形成すれば、ウエイトの最大厚み部分の偏心量を犠牲にすることなくウエイトの位置決めが可能となる。
また、ウエイト30の位置決めを金型のガイドピンで行うことで、ウエイト30を基板上に接着する必要がないため工程が低減される。
上述のようにロータRは印刷配線板1とコイル20A、20B、ウエイト30および軸受40が樹脂成形で一体化され、樹脂部15によりD字型の平板状に形成される。このときコイル20A、20Bやウエイト30は全て軸11を基準に180°の範囲内に収まれば良いが、各部材の大きさにより困難な場合が多い。
本実施例でもコイル20A、20Bの一部や結線パターン7A、8A、7B、8B等を軸受11を挟んでウエイト30の反対側、すなわち重心と反対側に配置せざるを得ない。このような場合重心と反対側の部分はできるだけ重量を減らす必要がある。
また、樹脂成形の場合樹脂の肉厚が厚いとひけやゆがみを生じるため肉厚は薄い方が望ましい。
結線パターン7A、8A、7B、8Bの部分に形成される樹脂部15は端末22、23を半田付けし、また結線部を樹脂で覆って断線防止とするためある程度肉厚が必要である。そのため凹部18が、最外周に壁部19を有した状態で重心と反対側の樹脂部15の肉厚部に、結線パターン7A、8A、7B、8Bおよび端末22A、23A、22B、23Bを避けて設けられている。
凹部18により重心と反対側の重量を減らすと共に肉厚によるゆがみを防止し、壁部19により外周部の強度を確保してロータRの平面度を保っている。
この凹部形状は結線パターン7A、8A、7B、8Bや端末22A、23A、22B、23Bの配置により適宜定めることができる。
図4で上述のロータを用いた振動モータの一例を示す。
モータMはステンレス薄板製円筒キャップ状のケース51にステンレス薄板製円盤状のブラケット52が固定されてハウジングHを形成し、ブラケット52のバーリング部55に軸11が固定され、ロータRが軸11に回転支持されている。
ブラケット52にはフレキシブル基板あるいはガラスエポキシ基板等薄板の印刷配線板で形成され、ブラシ54により電力をロータへ供給するブラシベース53が取り付けられている。
ブラシベース53の軸11周囲には一対のブラシ54(図4では片側を示す)が取り付けられ、一端側は給電端子55としてハウジングHの外側へ開口51bから導出される。ブラケット52には給電端子55を載置する端子載置部52aが設けられている。ブラシ54の自由端側はロータRの整流子片2と摺接する。
ブラケット52の内側面にはリング状のマグネットGが取り付けられている。マグネットGは円周方向に4極の磁極が着磁された軸方向空隙型マグネットで、ロータRに対向している。
軸11は1端がブラケット52の中央に設けられたバーリング部55に圧入固定され、さらに他端が摺動シート56を間にしてハウジング51の中央に設けられた凹部51aに取り付けられている。ロータRは軸受40により軸11に回転支持される。
ロータRはブラシ54でケース51側に常に押されているため、ロータRの上面側は、軸受40の上端部が直接摺動シート56に接し、下面側は印刷配線板1の下面1A側中心部5が摺動性のあるワッシャでできたスラスト受57と対向している。
この振動モータにMに軸11方向の衝撃が加わると、ロータRは軸方向へ移動する。上方向へ移動すると軸受40の端部40Bがハウジングに当たり、下方向へ移動すると下面1Aがスラスト受57へ当たることになる。
いずれの場合でも軸受40と印刷配線基板1が接して一体化されているため軸受40のロータに対する取り付け強度大きく、軸受け部分が破損することがない。
この振動モータMを構成するハウジングH、ブラシベース53等ロータR以外の構成は種々考えられ、上記実施例に限定される必要はない。これまで出願されてきた軸固定型で機械的整流子を用いる振動モータの構成を用いることが可能である。
図1は本願発明の偏心ロータを示す図で、(a)はその平面図、(b)はA−A断面を示す。 図2は図1に示す偏心ロータを構成する印刷配線板を示す平面図である。 図3は図に示す偏心ロータを構成するウエイトを示す図で、(a)はその平面図、(b)はB−B断面を示す。 図4は本願発明の偏心ロータを用いた振動モータの側面側要部断面を示す図である。
符号の説明
R ロータ
1 印刷配線板
2 20A、20B コイル
30 ウエイト
32、33 C面
34、35 ガイド用凹部
37 外形部
39 球状凸部

Claims (5)

  1. 一面に複数の整流子片が印刷形成され、他面に複数の巻線空心電機子コイルが載置されると共に回転中心となる軸が挿通される軸挿通孔を有する平板の整流子基板が錘とともに射出成形金型に装着されて樹脂成形により平盤状に一体化される偏心ロータであって、前記錘は前記平盤状の少なくとも一面に露出する最大厚み部分を有するとともに、前記樹脂成形により形成された樹脂部に埋め込まれロータ平面に露出しない埋め込み部を有し、ロータ外周側の埋め込み部に、前記金型と埋め込み部の間に樹脂が回り込む空隙を形成する凸部が形成されたことを特徴とする偏心ロータ。
  2. 前記埋め込み部に凹状位置決め部を設けたことを特徴とする請求項1記載の偏心ロータ。
  3. 前記埋め込み部が前記整流子基板面に配され、その埋め込み部に位置決め部が配されるとともに前記錘と前記整流子基板の相対的位置を決定するガイド部が整流子基板に設けられたことを特徴とする請求項1記載の偏心ロータ。
  4. 前記最大厚み部は前記平盤状の一面とその対向する面で露出することを特徴とする請求項1乃至3記載の偏心ロータ。
  5. ケースとブラケットからなるハウジングとこのハウジングに固定された軸、ハウジングに取り付けられたマグネット、ハウジング外部から電力が供給される端子およびこの端子に電気的に接続されるブラシ、このブラシから電力が供給される請求項1乃至4記載の偏心ロータからなる振動モータ。
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