KR100665529B1 - 진동모터의 편심로터 및 그 조립방법 - Google Patents

진동모터의 편심로터 및 그 조립방법 Download PDF

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박재운
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Abstract

본 발명은 패턴코일을 이용한 코인(coin)형 진동모터의 편심로터 및 그 조립방법에 관한 것으로, 코인형 진동모터의 편심로터를 조립하는 공정에 사출성형 방법을 사용하지 않고 하우징을 이용한 단순 조립이 행해지도록 함으로써, 베어링의 성능저하 및 수명단축, 진동모터의 성능저하 및 소음발생이 방지되는 효과와 베어링 오일의 누출이 방지되는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 조립공정에 소요되는 인력 및 시간이 절약되어 생산비가 절감되는 효과를 얻을 수 있으며, 조립공정을 용이하게 자동화 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
진동모터, 편심로터, 베어링

Description

진동모터의 편심로터 및 그 조립방법{ECCENTRIC ROTOR FOR VIBRATING MOTOR AND METHOD FOR ASSEMBLING THE SAME}
도 1은 종래의 코인형 진동모터의 단면을 도시한 종단면도.
도 2a는 도 1에 도시된 코인형 진동모터의 편심로터를 도시한 사시도.
도 2b는 도 2a에 도시된 코인형 편심로터의 배면을 도시한 사시도.
도 3a는 본 발명의 실시예에 의한 편심로터의 분해 사시도.
도 3b는 도 3a에 도시된 편심로터의 단면을 도시한 종단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 편심로터가 장착된 코인형 진동모터의 단면을 도시한 종단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 편심로터의 조립방법에 대한 순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 도면부호의 설명 >
100 : 편심로터 110 : 축
120 : 베어링 130 : 하우징
140 : 패턴코일 141 : 기판
142 : 정류자 145 : 도금층
150 : 중량체
본 발명은 편심로터에 관한 것으로서, 더 상세하게는 패턴코일을 이용한 코인(coin)형 진동모터의 편심로터 및 그 조립방법에 관한 것이다.
근래에 휴대용 통신기기가 널리 보급됨에 따라 착신수단으로 사용되는 진동모터 또한 대량으로 사용되고 있고, 휴대용 통신기기가 소형화가 진행되면서 진동모터의 소형화에 대해서도 많은 연구가 행해지고 있다.
휴대용 통신기기의 특성상 진동모터는 단순한 구조, 장수명, 저소음, 높은 신뢰도가 요구되는데, 종래의 코인형 진동모터는 조립공정 중에 사출성형에 의해 편심로터에 가해지는 고열에 때문에 오일리스 베어링(oilless bearing)의 윤활능력이 저하되어 소음이 발생되고, 진동유발성능이 저하되는 등의 문제가 있었다. 또한, 편심로터에 합성수지를 사출하여 베어링, 코일 및 중량체를 고정시키는 작업에 많은 인력과 시간이 소요되는 문제도 있었다.
도 1은 종래의 코인형 진동모터의 단면을 도시한 종단면도이다. 종래의 코인형 진동모터는 저부에 브라켓(1)이 구비되고, 브라켓(1)의 중앙에는 축(9)의 일단부가 삽입되어 고정되며, 축(9)의 타단부는 케이스(8)에 의해 고정된다. 케이스(8)는 진동모터의 부품들을 외부의 간섭으로부터 보호하는 역할을 한다. 브라켓(1)의 상면에는 미세한 두께를 가지는 플렉시블기판(12)이 배치된다.
브라켓(1)에 축(9)이 고정된 부분의 둘레에는 N극과 S극이 한 번 이상 교대로 착자된 도넛 형상의 마그네트(2)가 부착되며, 마그네트(2)의 중심부의 공간에는 플렉시블기판(12)에 일단부가 전기적으로 연결된 한 쌍의 브러쉬(brush, 3)가 소정의 각도로 구비된다. 축(9)의 소정 위치에는 베어링(11)이 부착되고, 베어링(11)의 외주면에는 편심로터(10)가 부착된다. 편심로터(10)의 하면에는 커뮤테이터(commutator, 7)가 배열되어 있는데, 브러쉬(3)의 탄성력에 의해 브러쉬(3)의 타단부가 커뮤테이터(7)와 접촉된다.
도 2a는 도 1에 도시된 코인형 진동모터의 편심로터를 도시한 사시도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 편심로터의 배면을 도시한 사시도이다.
편심로터(10)는 원형의 평판을 소정의 각도로 절단한 기판(4)을 구비하고, 기판(4)의 상면에는 소정의 각도를 가지고 배열된 하나 이상의 권선코일(5)이 배열되어 있다. 그리고, 편심로터(10)의 편심을 크게 하는 중량체(13)가 기판(4)의 상면에서 권선코일(5) 사이에 위치하고 있다. 베어링(11), 권선코일(5) 및 중량체(13)는 합성수지 등에 의한 성형물(6)에 의해 고정된다. 기판(4)의 하면에는 평판형의 커뮤테이터(7)가 편심로터(10)의 축(9)이 삽입되는 부분을 중심으로 방사상으로 배열된다.
상술한 구조를 갖는 코인형 진동모터는 외부로부터 입력되는 전류를 플렉시블기판(12) 및 브러쉬(3)를 통하여 권선코일(5)에 통전되게 함으로써 권선코일(5)과 마그네트(2)간의 전자기적 상호 작용에 의해 편심로터(10)가 회전하도록 한다. 그리고, 편심로터(10)는 브라켓(1) 및 케이스(8)에 의해 양단이 고정된 축(9)에 의해 편심지지되므로 편심 구동되며, 이러한 편심 구동력이 축(9)을 통해 브라켓(1)에 전달됨으로써 진동이 유발된다.
이와 같이, 종래의 코인형 진동모터는 편심로터(10)를 조립하는 공정에서 기판(4)에 합성수지를 사출성형하여 형성한 성형물(6)로 베어링(11), 권선코일(5) 및 중량체(13)를 고정하였다. 이 과정에서 베어링(11)에 고열이 전달되어 베어링(11) 내부의 오일이 증발되거나 흘러나오게 된다. 따라서, 진동모터를 사용하는 과정에서 윤활성능이 저하되고 마찰에 의한 손실이 증대되어, 진동모터의 진동유발성능이 저하되고 소음이 발생되는 등의 문제가 발생되었다. 또한, 권선코일(5), 베어링(11) 및 중량체(13)와 기판(4)이 결합된 상태에서 성형물(6)을 사출해야 하므로, 조립공정이 복잡하고 많은 인력과 시간이 소요되는 문제가 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술들의 단점을 극복하기 위한 것으로, 사출작업이 불필요하고, 조립공정이 단순하며, 조립공정 중에 베어링에 열이 가해지지 않고, 베어링 내부의 오일이 흘러나오거나 증발되지 않는 진동모터의 편심로터 및 그 조립방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 상기와 같은 목적이 달성되기 위하여, 삽입공이 형성된 기판과, 기판의 일면에 복수의 층으로 적층되고, 각 층에는 복수의 패턴코일이 형성되는 패턴코일층과, 삽입공에 결합되는 하우징과, 하우징에 결합되는 베어링을 포함하는 진동모터의 편심로터가 제공된다.
기판 및 패턴코일층과 하우징의 접촉면에는 도금층이 개재되고, 기판 또는 패턴코일층 중 어느 하나 이상에 결합되는 중량체가 더 포함될 수 있으며, 도금층은 백금, 금, 은, 구리 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 삽입공과 하우징의 결합은 억지끼워맞춤이고, 베어링은 오일리스 베어링(oilless bearing)인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 상기와 같은 목적이 달성되기 위하여, (a) 기판 및 기판에 적층된 패턴코일층에 형성된 삽입공의 내주면에 도금층을 형성하는 단계와, (b) 하우징과 베어링을 결합하는 단계와, (c) 베어링과 결합된 하우징을 삽입공에 결합하는 단계를 포함하는 진동모터의 편심로터 조립방법이 제공된다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 진동모터의 편심로터 및 그 조립방법에 대해 상세하게 설명한다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 의한 편심로터의 구조를 설명하기 위한 분해 사시도이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 편심로터의 X-X'단면을 도시한 종단면도이다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 축(110), 베어링(120), 하우징(130), 패턴코일층(140), 기판(141), 커뮤테이터(142), 도금층(145) 및 중량체(150)가 도시되어 있다.
기판(141)에는 하우징(130)이 삽입될 수 있는 직경을 갖는 삽입공(143)이 형성된다. 기판(141)의 일면에는 복수의 패턴코일층(140)이 적층되는데, 패턴코일층(140)에도 기판(141)에 형성된 삽입공(143)이 연장되어 형성된다. 기판(141)에는 패턴코일층(140) 및 중량체(150)가 부착되므로, 패턴코일층(140) 및 중량체(150)의 하중을 견딜 수 있는 두께와 강도를 갖는 재질을 사용한다. 기판(141)의 형상은 편심로터(100)의 전체적인 형상의 기초가 되는데, 원형이나 반원형 등 다양한 형상으로 형성할 수 있다. 편심로터(100)의 회전시에 발생되는 진동을 크게하기 위하여 삽입공(143)이 기판(141)의 무게중심으로부터 최대한 멀리 형성되는 것이 바람직하나, 편심이 지나치게 큰 경우에는 편심로터(100)를 회전시키는데 많은 힘이 소요되거나 편심로터(100)의 회전속도가 저하되므로, 진동의 크기와 회전속도 등을 모두 고려하여 삽입공(143)을 형성하는 것이 바람직하다.
패턴코일층(140)은 광리소그래피(photolithography) 또는 후막공정에 의해서 형성된 패턴 형태의 코일이다. 패턴코일층(140)은, 에폭시수지 등의 기재(base) 양면에 적층된 동박을 에칭(etching)하여 패턴코일을 형성한 다음, 패턴코일을 절연물질로 코팅한 것을 복수로 적층하여 형성한다. 하나의 패턴코일층의 두께는 0.02~0.05mm로 매우 얇기 때문에 다수 층을 적층하여도 부피를 많이 차지하지 않는다는 장점이 있는데, 충분한 권선량을 확보하기 위하여 다층, 예를 들면 6층 또는 8층으로 적층하여 패턴코일층(140)을 형성하는 것이 바람직하다. 물론, 패턴코일층(140)은 상술한 방법으로만 형성되는 것은 아니고, 기재의 일면에 패턴코일층 및 절연층을 순차적으로 적층하여 형성하는 것도 가능하다.
기판(141)의 배면에는 삽입공(143) 둘레에 원주방향으로 일정한 간격을 갖고 배열된 평판 형상의 커뮤테이터(142)가 형성된다. 커뮤테이터(142) 각각은 패턴코일층(140)의 각각의 패턴코일과 전기적으로 연결되는데, 커뮤테이터(142)의 수는 패턴코일의 수의 정수배로 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 패턴코일의 수가 6개인 경우에는 커뮤테이터(142)를 6개 또는 12개로 형성할 수 있다.
하우징(130)은 부쉬(bush)와 같은 형상을 갖되, 중심부에는 축(110)이 삽입되는 통공(137)과, 베어링(120)이 수용되는 공간(139)이 형성된다. 가장자리에는 플랜지부(131)가 외향으로 돌출 형성된다. 하우징(130)은 금속재를 프레스 가공하여 형성하거나, 합성수지를 사출성형하여 가공하는 방법 등 다양한 방법이 모두 사용될 수 있는데, 대량으로 생산할 수 있고 내구성이 우수하며 생산가격이 저렴한 방법을 사용하는 것이 바람직하다.
하우징(130)의 베어링(120)이 수용되는 공간(139)에는 베어링(120)이 삽입되는데, 베어링(120) 수용공간의 저면에는 베어링(120)의 하단부가 지지된다. 편심로터(100)에는 급유가 불가능하므로 베어링(120)으로 오일리스 베어링이 사용되는 것이 바람직하며, 베어링(120)의 중심부에는 축(110)이 삽입되는 통공이 형성된다. 따라서, 베어링(120)은 하우징(130)에 의해 외면이 감싸져서 베어링(120) 내부의 오일이 흘러나오거나 증발되는 것이 방지되는 효과를 얻을 수 있다.
베어링(120)과 결합된 하우징(130)은 기판(141)과 패턴코일층(140)에 연장되어 형성되어 있는 삽입공(143)에 압입된다. 편심로터(100)가 축(110)에 견고하게 지지되게 하기 위하여, 삽입공(143)과 하우징(130)은 억지끼워맞춤으로 결합되는 것이 바람직하다. 이때, 삽입공(143)의 내주면에 금속재가 도금된 도금층(145)을 형성하여, 도금층(145)에 의해 하우징(130)의 외주면과 삽입공(143)의 내주면이 더욱 견고히 결합되도록 한다. 도금층(145)의 두께는 필요에 따라 가감될 수 있으나, 하우징(130)의 억지끼워맞춤 결합에 의한 응력을 견딜 수 있는 두께로 형성하는 것 이 바람직하다. 또한, 도금층(145)의 재질로는 백금, 금, 은, 구리 등 다양한 금속재를 사용할 수 있는데, 장기간 사용하여도 부식되지 않고, 하우징(130)과의 결합과정에서 파손되지 않도록 연성(ductility)을 갖는 재질을 사용하는 것이 바람직하고, 또한 가격이나 도금층(145) 형성의 용이성 등을 고려하여 재질을 선정하는 것이 바람직하다.
편심로터(100)의 편심량을 증가시키기 위하여 패턴코일(140) 및 기판(141)에 중량체(150)가 부착될 수 있다. 중량체(150)의 형상은 편심로터(100)의 회전을 방해하지 않는 범위내에서 다양한 형상을 가질 수 있고, 편심량의 증가를 위해 텅스텐과 같이 비중이 큰 재질을 사용하는 것이 가능하다. 패턴코일(140) 및 기판(141)과 중량체(150)의 결합은 접착제를 이용한 접합이나 결합부재를 이용한 결합 등 조립공정상의 편의에 따라 적절한 방법을 선택하여 사용할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 편심로터(100)는 조립과정에서 열이 가해지지 않기 때문에 베어링(120)에 함유된 오일이 흘러나오거나 증발되는 것이 방지되므로 베어링(120)의 성능이 저하되지 않는다. 그리고, 상술한 바와 같이 베어링(120)은 하우징(130)에 의하여 외면이 감싸여져 있으므로, 편심로터(100)의 고속회전에 의해 베어링(120)의 온도가 상승되더라도 베어링(120) 내부의 오일이 흘러나오거나 증발되지 않게 된다. 또한, 기판(141)에 패턴코일층(140)을 형성하는 공정이나 중량체(150)를 부착하는 공정 또한 용이하게 자동화할 수 있으므로, 편심로터(100)의 조립공정에 소요되는 인력 및 비용을 절약할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 편심로터가 장착된 코인형 진동모터의 단 면을 도시한 종단면도이다.
편심로터(100)의 베어링(120)에 축(110)이 삽입된다. 편심로터(100)의 저부에 브라켓(201)이 구비되고 상부에는 케이스(208)가 구비되는데, 축(110)의 일단부는 브라켓(201)의 중앙부에 삽입되어 고정되고, 축(110)의 타단부는 케이스(208)에 의해 고정된다. 브라켓(208)의 상면에는 플렉시블기판(212)이 배치된다.
플렉시블기판(212)의 일측에는 진동모터(200)에 전원을 공급하는 전선(230)의 도체(231)가 납접(232)되어 있고, 납접(232)이 플렉시블기판(212)으로부터 탈락되지 않도록 합성수지 등으로 몰딩된 몰딩부(235)가 형성되어 있다.
브라켓(201)의 축(110)이 고정된 부분의 둘레에는 도넛 형상의 마그네트(202)가 부착되고, 마그네트(202)의 중심부에는 브러쉬(203)의 일단부가 플렉시블기판(212)과 전기적으로 연결되며, 브러쉬(203)의 타단부는 편심로터(100)의 커뮤테이터(142)와 접촉된다. 브러쉬(203)와 커뮤테이터(142)의 원활한 접촉을 위해 브러쉬(203)는 탄성이 우수한 재질로 제작되는 것이 바람직하다.
전선(230)을 통하여 공급되는 전류는 플렉시블기판(212), 브러쉬(203) 및 정류자(142)를 통하여 패턴코일층(140)으로 흐르게 되고, 따라서 패턴코일층(140)과 마그네트(202)간에 전자기적 상호작용이 발생되어 편심로터(100)가 축(110)을 중심으로 회전하게 된다.
편심로터(100)가 회전함에 따라 축(110)에 편심 구동력이 전달되고, 축(110)에 전달된 편심 구동력은 케이스(208) 및 브라켓(201)로 전달되어 진동모터(200)가 진동하게 된다. 한편, 도시되지는 않았으나, 축(110)의 중단부에 와셔를 삽입하여 하우징(130)을 지지하게 함으로써, 진동모터(200)를 장시간 사용하여도 베어링(120)이 축(110)을 따라 하방향으로 이동되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 편심로터의 조립방법에 대한 순서도이다. 도 3a 및 도 4를 함께 참조하여 설명하기로 한다.
상술한 바와 같이, 복수의 패턴코일이 형성된 단층의 패턴코일층을 기판(141)에 복수로 적층하여 패턴코일층(140)을 형성한다(S10). 이때, 기판(141) 및 패턴코일층(140)에는 미리 삽입공(143)이 형성되어 있도록 할 수도 있고, 패턴코일층(140)을 형성한 후에 삽입공(143)을 형성하는 것도 가능하다.
삽입공(143)의 내주면에 금속재를 이용하여 도금층(145)을 형성한다(S20). 삽입공(143)의 내주면은 기판(141) 및 패턴코일층(140)의 절연체에 의해 형성되므로, 우선 촉매처리를 한 후에 무전해도금(electroless plating)을 통하여 시드층(seed layer)를 형성하고, 그 후에 전해도금(electrolytic plating)을 통하여 도금층(145)의 형성을 완성하는 방법을 사용할 수 있다.
한편, 베어링(120)을 하우징(130)에 삽입하여(S30), 베어링(120)과 하우징(130)의 조립체를 형성한 후, 이 베어링(120)과 하우징(130)의 조립체를 도금층(145)이 형성된 삽입공(143)에 압입하여 결합한다(S40). 상술한 바와 같이, 하우징(130)과 삽입공(143)은 억지끼워맞춤으로 결합되는 것이 바람직하다. 이와 같은 조립공정을 통하여 편심로터(100)를 완성할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였지만, 해당기술 분 야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 본 발명에 의하면, 코인형 진동모터의 편심로터를 조립하는 공정에 사출성형 방법을 사용하지 않고 하우징을 이용한 단순 조립이 행해지도록 함으로써, 베어링의 성능저하 및 수명단축, 진동모터의 성능저하 및 소음발생이 방지되는 효과와 베어링 오일의 누출이 방지되는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 조립공정에 소요되는 인력 및 시간이 절약되어 생산비가 절감되는 효과를 얻을 수 있으며, 조립공정을 용이하게 자동화 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (8)

  1. 삽입공이 형성된 기판과;
    상기 기판의 일면에 복수의 층으로 적층되고, 각 층에는 복수의 패턴코일이 형성되는 패턴코일층과;
    상기 삽입공에 결합되는 하우징과;
    상기 하우징에 결합되는 베어링을 포함하는 진동모터의 편심로터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판 및 상기 패턴코일층과 상기 하우징의 접촉면에는 도금층이 개재되는 진동모터의 편심로터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판 또는 상기 패턴코일층 중 어느 하나에 결합되는 중량체를 더 포함하는 진동모터의 편심로터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 도금층은 백금, 금, 은, 구리 중 어느 하나를 포함하는 진동모터의 편심로터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 삽입공과 상기 하우징의 결합은 억지끼워맞춤인 진동모터의 편심로터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 베어링은 오일리스 베어링(oilless bearing)인 진동모터의 편심로터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 및 상기 패턴코일층 모두에 결합되는 중량체를 더 포함하는 진동모터의 편심로터.
  8. 진동모터의 편심로터를 조립하는 공정에 있어서,
    (a) 기판 및 상기 기판에 적층된 패턴코일층에 형성된 삽입공의 내주면에 도금층을 형성하는 단계와;
    (b) 하우징과 베어링을 결합하는 단계와;
    (c) 상기 베어링과 결합된 상기 하우징을 상기 삽입공에 결합하는 단계를 포함하는 진동모터의 편심로터 조립방법.
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