JP3796238B2 - モールド型偏心ロータと同ロータを備えた軸方向空隙型コアレス振動モータ - Google Patents

Description

この発明は、移動体通信機器のサイレントコール手段などに用いられるモールド型偏心ロータの耐衝撃性の改良に係り、同ロータを備えた扁平で薄型な軸方向空隙型コアレス振動モータに関する。

偏心ロータ、特に移動体通信装置の無音報知手段等に用いられる薄型な軸方向空隙型モータに使用するコアレス型偏心ロータは、コアレス型で０．８ｍｍ以下の極めて薄いものとなり、落下などの衝撃に耐えられるように電機子コイル自体を樹脂で一体成形したもの、すなわち、空心電機子コイルを印刷配線板と共に樹脂で一体成形することによって強度を得るようにしたものが多用される。
しかも、このような偏心ロータとして小型なものほど、空隙ロスを避けねばならず、可及的に電機子コイルの一面は樹脂で覆うことなく露出されるようになっている。（特許文献１参照）
しかしながら、電機子コイルの一面を露出させるように射出金型で押さえる場合、巻始め端末がコイル辺に押し潰され、ショート、断線などの問題が発生する。

このようなコイル端末のショート、断線などの問題を防ぐ手段として、ロータでは、空心コイルを載置した金属製のフレームの該コイル辺の下方に設けた凹所に端末を通して該金属フレームに接続されたものがある。（特許文献２参照）
しかしながら、このものは、樹脂で成型するものでなく金属フレームがあるので薄型化は期待できない。
特許第３４０７８０３号公報 特開平９−３２２５０３号公報

また、このような振動モータは携帯電話機等の移動体通信装置に搭載される場合、サイズが極限まで薄く直径も１０ｍｍ程度の小型化が要求され、その結果コイル自体で偏心ロータを構成するものでは振動量が少なく、タングステン合金製の偏心ウエイトを使用せざるを得ない。また、軸も０．６ｍｍ以下のものが採用せざるを得ないようになっているので、耐衝撃性に十分配慮しなくてはならない。特にモータが搭載された機器が不用意に落下させてしまう場合、モータ等の電子部材については、搭載されるべき機器の重量が関与して打ち所によっては自らの重量の１００００倍程度の衝撃を受けるおそれがあり、小型でタングステン合金製の偏心ウエイトを樹脂に一体成形したものでは、この偏心ウエイトの重量による樹脂の破損の対策が重要となっている。

この 発明の目的は、厚みや特性を犠牲にすることなく落下などの耐衝撃性を確実に対策した偏心ロータが得られ、このような偏心ロータを組みあわせて軸方向空隙型モータの構成として極めて薄型なものを実現させるものである。

上記課題を解決する基本的な手段としては、請求項１に示す発明のように印刷配線板（１、１１）は第１面側（１ａ）に半径方向外方に所定の開角で形成した少なくとも二つの空心電機子コイル載置エリア（１ｈ、１ｎ）があり、さらに、この空心電機子コイル載置エリアの間に形成された端末結線ランド（１ｔ）が設けられ、第２面側（１ｂ）で回転中心から半径方向外方に複数個の整流子セグメントからなる整流子（１Ｓ）が形成され、前記空心電機子コイル載置エリアに少なくとも二つの巻線型空心電機子コイル（２Ａ、２Ｂ）が偏心して配され、その巻始め端末が端末結線ランド（１ｒ）に接続されると共に巻き終わり端末が端末結線ランド（１ｔ）に接続され、タングステン合金製の偏心ウエイト（４）が回転中心を介して前記巻線型空心電機子コイルの反対側に該空心電機子コイルと共に１．８以下の比重がある樹脂（５）で前記印刷配線板に前記回転中心の位置に配された含油軸受（３）を含んで一体化されたもので、平面視で前記偏心ウエイトの外周部分を回り込んで前記巻線型空心電機子コイルに掛かるように垂下部（５ａ）が同樹脂で形成され、非磁性金属からなる補強部材（Ｃ）が前記偏心ウエイトの外周部分に固着されると共に前記巻線型空心電機子コイルに掛かるように前記垂下部に骨幹として埋設されたもので達成できる。
より具体的な構成は請求項２に示す発明のように前記印刷配線板は前記偏心ウエイトの主要配置部分が削除されて非円形となっており、前記巻線空心電機子コイルは配置開角が１５０〜１７０度の２個からなり、前記補強部材は少なくとも一部が前記偏心ウエイトもしくは前記印刷配線板（１１）に樹脂成形前に固着されたものにするのがよい。
さらに、請求項３に示す発明のように前記空心電機子コイル載置エリアとして複数個の巻線型空心電機子コイルの各有効導体部の半分以上を載置する領域があり、外径の一部がこの領域の外側で巻線型空心電機子コイルの内径の半径方向外側近傍で直線状に形成され、該巻線型空心電機子コイルの内径部分の位置に端末結線ランド（１ｒ）が形成されているものにするのがよい。
そして、このような偏心ロータを振動モータにするには、請求項４に示すように請求項１〜３のいずれか１項に記載のモールド型偏心ロータ（Ｒ）と、このモールド型偏心ロータを支承する軸（８）と、この軸を支承する０．２ｍｍ以下の厚みがあるハウジング（Ｈ）と、このハウジングの一部を構成するブラケット（６）と、このブラケットに添設されたもので接着層を含めた全体の厚みが０．１８ｍｍ以下のブラシベース（Ｆ）と、前記偏心ロータに空隙を介して臨ませるようにブラケットの一部に配された軸方向空隙型マグネット（９）と、該マグネットの内側で前記ブラシベースに配されたもので前記偏心ロータの整流子に摺接させると共に前記モールド型偏心ロータを前記ハウジングの一部を構成するケース側に付勢させるブラシ（１０）とを備え、前記ブラシベースの一部が前記マグネットが載置された部分を横断するように前記ブラケットに設けた透孔（６ｂ）を通ってハウジング側方に給電電極（Ｆａ）として導出されたもので達成できる。

請求項１の発明によれば、垂下部は組み合わせるマグネットの厚み内に食い込むように構成できるので、ロータ自体の実質的な厚みは増加することなく、すなわち磁気回路上の損失がなく補強部材を埋め込むことができ、この補強部材が骨幹となっているので偏心ウエイトの重量による樹脂の破損が防止できる。
請求項２の発明によれば、印刷配線板の厚み分だけ偏心ウエイトの重量が多く得られるので振動量が大にできる。
請求項３の発明によれば、耐衝撃性が改善され他偏心ロータが得られる。
請求項４の発明によれば、耐衝撃性の改善され、ブラシベースの厚みが無視できる薄型な軸固定型の軸方向空隙型コアレス振動モータが得られる。

印刷配線板に空心電機子コイルと偏心ウエイトを一体に樹脂成形する偏心ロータであって、垂下部が平面視で前記印刷配線板の外周で前記偏心ウエイトの外周部分を回り込んで前記巻線型空心電機子コイルにかかるように同樹脂で形成され、該垂下部に非磁性金属からなる補強部材が骨幹となるように前記偏心ウエイトの外周部分の固着され一部が前記巻線型空心電機子コイルに掛かるように埋設された。

次に、この発明の実施の形態の図面を説明する。
図１は本発明の偏心ロータの平面図である。（実施例１）
図２は同偏心ロータの底面図である。
図３は図１の偏心ロータを備えた軸方向空隙型コアレス振動モータの縦断面図である。（実施例２）
図４は図１の偏心ロータの一部材の組立説明図である。
図５は図１の偏心ロータの変形例の平面図である。（実施例３）

次に本願のモールド型偏心ロータの第１の実施例をを図１、図２によって説明する。
図１は印刷配線板の第１面側から見た平面図であり、図２は図１の裏側に相当する第２面側から見た平面図である。
印刷配線板１は第１面側１ａに平面視で複数個の巻線型空心電機子コイルの各有効導体部の半分以上を１６０度程度の開角で載置できるように形成した領域１ｈ、１ｎがあり、上方が直線状に切り欠かれ、外径の一部１ｃ、１ｄがこの領域の外側で巻線型空心電機子コイルの内径の半分以上で、ほぼ前記巻線型空心電機子コイル内径の半径方向外側の円弧のあたりを接線とする直線に形成され、この内径部分に第１の端末結線部ランド１ｒが形成されると共に、第２の端末結線ランド１ｔが前記各領域間の直線部分１ｅに形成される。
この印刷配線板１の第２面側１ｂでは、回転中心と同心に複数個の整流子セグメントからなる整流子１Ｓが印刷形成されて表面が金メッキされている。前記第１面の各領域に巻線型空心電機子コイル２Ａ、２Ｂが載置されて巻始め端末２ａ、２ｂが前記第１の端末結線用ランド１ｒに接続されると共に、巻き終わり端末が前記第２の端末結線ランド１ｔに接続され、該巻線型空心電機子コイル２Ａ、２Ｂの外径を覆うように前記印刷配線板１に樹脂５で一体化されるようになっている。
ここで、前記巻線型空心電機子コイル２Ａ、２Ｂの巻始め端末２ａ、２ｂを前記第１の端末結線ランドに接続手段としては、図３に示すようなジグを利用する。すなわち、ジグＪは、前記印刷配線板１が載置される平坦部分Ｊａと、この印刷配線板１の直線で形成された外径の一部１ｃ、１ｄのところが各空心電機子コイル２Ａ、２Ｂの外側の無効導体部分の形状に合わせて彫り込まれた凹所Ｊｂが形成されたもので、このジグＪを使用するには、この凹所Ｊｂに前記各空心電機子コイル２Ａ、２Ｂを立てて収め、巻始め端末２ａ、２ｂを前記第１の端末結線用ランド１ｒに半田付し、その後、前記外径の一部１ｃ、１ｄを支点として該各空心電機子コイル２Ａ、２Ｂを９０度回転して想像線で示すように前記領域１ｈ、１ｎに寝かせて接着するようにすればよい。もし該コイルの外径がかなりばらつくなら、接着剤が硬化する前に、さらに、必要に応じて抜け止めピンＪｄで支持された可動部材Ｊｃをスライドさせて該コイルの外形を合わせるようにして載置する位置を一定にすることもできる。
このようにすれば、内径の小さい空心電機子コイルでも無理に半田こてを入れなくて済むので、巻始め端末の結線処理が容易にでき、空心電機子コイルはサイズがばらついても外径の位置が一定になるので、樹脂成形時に該コイルの外径に回り込む樹脂の量が一定にでき、強度的に安定する。
その後、巻き終わり端末が前記第２の端末結線ランド１ｔに半田接続されるが、この部分は、巻線型空心電機子コイル２Ａ、２Ｂはオーバーラップしないように離れているので、半田こてによる半田付は容易にできる。

前記印刷配線板１は、ロータ自体で振動を発生させるために、回転中心を介して前記空心電機子コイル反対側の広い方が欠除されていて非円形となっており、この欠除された部分に比重１５以上で軸方向抜け止め手段として第１、第２の段部４ａ、４ｂが設けられたタングステン合金製の偏心ウエイト４が配され、前記印刷配線板１、空心電機子コイル２Ａ、２Ｂと共に比重１．８以下の樹脂５で一体化され、偏心ロータＲに構成されている。
この偏心ロータＲには、さらに回転中心に１個の焼結含油軸受３が備えられる。この焼結含油軸受３は樹脂Ｊで一体成形しても、あるいは樹脂成形後、圧入などで嵌着する手段を採用しても良い。
前記樹脂５の外周部分には、樹脂の部分の断面積を少しでも大にして強度を出すために垂下部５ａが形成される。この垂下部５ａは、前記偏心ウエイト４の弧状部から前記空心電機子コイル２Ａ、２Ｂまで平面視で重畳するように掛かって形成される。
この偏心ウエイト４には、平面視で馬蹄型の補強部材Ｃが外周にスポット溶接などの手段で固着される。この補強部材は堅さを得るためにばね性で非磁性のステンレス材からなる。この補強部材の両端は、平面視で前記空心電機子コイル２Ａ、２Ｂに一部が重畳するように掛かっている。したがって、この空心電機子コイル２Ａ、２Ｂと偏心ウエイト４とは樹脂で一体成形する際に、垂下部５ａに該補強部材Ｃが骨幹となって埋め込まれることになり、偏心ウエイトと空心電機子コイルを一体化する樹脂５が破損しにくくなる。
なお、この垂下部５ａは、後記の図３に示すように組み合わせるマグネットの外周に来るようになっているので、磁気回路が犠牲となるおそれはない。
このようにすると、空心電機子コイル２Ａ、２Ｂの巻き始め端末２ａは、該コイルの内径内に収容されるので、射出金型から保護されるため、断線、ショートの問題が回避できる。
ここで、前記樹脂５は、重心位置をできるだけ相殺してしまわないように密度（比重）が少なく、成形性と再生性のよいポリブチレンテレフタレート樹脂など密度が１．８以下のもので、伸びと曲げ強度のバランス上から１５％程度のガラス繊維の入ったものが選定される。
また、この偏心ウエイト４には、モータサイズ、たとえば直径１４ｍｍ〜１０ｍｍなどに応動して消費電流と遠心力を勘案して密度（比重）が１７〜１８．４のものが選定される。
前記焼結含油軸受３は、図３に示すように円筒形状で印刷配線板１の中心位置に設けられ、後述の軸８により偏心ロータＲがブラケット７へ回転自在に支持される。また、この焼結含油軸受３の軸方向中央部には、外周に凸部３ａが設けられている。この凸部３ａにより焼結含油軸受３はモールド成形後、偏心ロータＲに対する軸方向への抜け強度を増強することができる。
また、凸部３ａは筒状の焼結含油軸受３の外周全周に亘らず断続して形成しても同様の効果が得られ、このようにすれば、回転方向に対する取り付け強度も強くすることができる。

このようにした偏心ロータＲは、図３に示すような軸方向空隙型コアレスモータとして活用される。すなわち、偏心ロータＲは、前記焼結含油軸受３を介してブラケット６の中心に設けたバーリング部６ａに基端が圧入固着された軸８に回転自在に装着され、前記ブラケット６とケース７からなるハウジングＨに格納される。
このハウジングＨは薄型でしかも強度があるように構成するために厚みが０．２ｍｍ以下、好ましくは０．１５ｍｍ〜０．１ｍｍに磁性ステンレスで構成される。前記偏心ロータＲは、該ブラケット６に配されたリング状の軸方向空隙型マグネット９の磁界を軸方向空隙を介して受ける。このマグネットの内径部でフレキシブルブラシベースＦに配された一対のブラシ１０、１０によって前記整流子Ｓを介して電力を受けるようになっている。ここで、該フレキシブルベースＦはポリエステルあるいはポリイミドフイルムからなり、厚みがのりを含めて０．１８ｍｍ程度のものが選定される。
前記ブラケット６には、前記マグネット９が載置された部分を横断するように透孔６ｂが設けられ、前記ブラシベースＦの一部が半径方向に延ばされ、この透孔６ａを通って側方に給電電極Ｆａとして導出されるようになっている。
この透孔によってブラシベースの厚みが無視できるので、モータとして薄いものが実現できる。

図５は、偏心ロータの変形例で、補強部材ＣＣをリング状に形成し、偏心ウエイト４と印刷配線板１１の全周をカバーするようにし、偏心ロータＲ１として円盤形に樹脂成形によって構成したもので、前図と同一な部材は同符号を付してその説明を省略する。
すなわち、ここで印刷配線板１１は図１の印刷配線板１との相違点として平面視で上方が円弧部１１ｅになっているもので、偏心ウエイト４が格納される部分は削除されて非円形になっているには変わりがない。円弧部１１ｅによって前記のような垂下部５５ａは、マグネットに当たらないように全周に形成することができる。
前記補強部材ＣＣは、ここでは非磁性の厚みが０．３ｍｍ程度のばね性洋白材からなるもので平面視でリング状に形成され、前記偏心ウエイト４の外周にスポット溶接などの手段で固着されると共に前記円弧部１１ｅに形成したランド１１ｇに半田付で固着される。
その後、この補強部材ＣＣは、印刷配線板１１、空心電機子コイル２Ａ、２Ｂ及び偏心ウエイト４を樹脂５５で一体に成形する際に垂下部５５ａに埋め込まれる。
このようにすれば、偏心ウエイト４に固着された補強部材ＣＣは、平面視で前記空心電機子コイル２Ａ、２Ｂに一部が重畳するように掛かり、前記印刷配線板のランド１１ｇにも固着されているので該補強部材ＣＣが強い骨幹となり、偏心ウエイトの重量が大きくなっても樹脂５５が破損しにくくなる。

この発明によるモールド型偏心ロータは、上述のように空心電機子コイル、偏心ウエイトを印刷配線板に一体にモールドする構成にして強度を十分維持できるので薄型にでき、特に軸方向空隙型コアレス振動モータに採用して極めて薄く構成できるようになり、移動体通信装置のような携帯機器に無音報知手段として産業上有意義な技術手段として奏するものである。
また、整流子として印刷配線板で形成したものを示したが、整流子セグメントは銅箔のままで別の整流子をこのセグメントに配したものでもよい。
なお、磁極の数は６極、４極でも組みあわせる軸方向空心電機子コイルに合わせて対応でき、コイルの数についても２個に限定する必要はなく、組みあわせるマグネットの磁極に合わせて、たとえば３個にも設定できる。

本発明の偏心ロータの平面図である。（実施例１） 図１の偏心ロータの底面図である。 同偏心ロータを備えた軸方向空隙型コアレス振動モータを示し、偏心ロータの部分が図２のＡ−Ａ線切断の断面図である。 図１の偏心ロータの一部材の組立説明図である。 図１の偏心ロータの変形例の平面図である。（実施例３）

符号の説明

１、１１ 印刷配線板
２Ａ、２Ｂ 空心電機子コイル
３ 焼結含油軸受
４ 偏心ウエイト
５、５５ 樹脂
６ ブラケット
７ ケース
Ｈ ハウジング
８ 軸
９ マグネット
１０ ブラシ
Ｆ フレキシブルベース
Ｒ、Ｒ１ 偏心ロータ

Claims (4)

1. 印刷配線板（１、１１）は第１面側（１ａ）に半径方向外方に所定の開角で形成した少なくとも二つの空心電機子コイル載置エリア（１ｈ、１ｎ）があり、さらに、この空心電機子コイル載置エリアの間に形成された端末結線ランド（１ｔ）が設けられ、第２面側（１ｂ）で回転中心から半径方向外方に複数個の整流子セグメントからなる整流子（１Ｓ）が形成され、前記空心電機子コイル載置エリアに少なくとも二つの巻線型空心電機子コイル（２Ａ、２Ｂ）が偏心して配され、その巻始め端末が端末結線ランド（１ｒ）に接続されると共に巻き終わり端末が端末結線ランド（１ｔ）に接続され、タングステン合金製の偏心ウエイト（４）が回転中心を介して前記巻線型空心電機子コイルの反対側に該空心電機子コイルと共に１．８以下の比重がある樹脂（５）で前記印刷配線板に前記回転中心の位置に配された含油軸受（３）を含んで一体化されたもので、平面視で前記偏心ウエイトの外周部分を回り込んで前記巻線型空心電機子コイルに掛かるように垂下部（５ａ）が同樹脂で形成され、非磁性金属からなる補強部材（Ｃ）が前記偏心ウエイトの外周部分に固着されると共に前記巻線型空心電機子コイルに掛かるように前記垂下部に骨幹として埋設されたモールド型偏心ロータ。
2. 前記印刷配線板は前記偏心ウエイトの主要配置部分が削除されて非円形となっており、前記巻線空心電機子コイルは配置開角が１５０〜１７０度の２個からなり、前記補強部材は少なくとも一部が前記偏心ウエイトもしくは前記印刷配線板に樹脂成形前に固着された請求項１記載のモールド型偏心ロータ。
3. 前記空心電機子コイル載置エリアとして複数個の巻線型空心電機コイルの各有効導体部の半分以上を載置する領域があり、外径の一部がこの領域の外側で巻線型空心電機子コイルの内径の半径方向外側近傍で直線状に形成され、該巻線型空心電機子コイルの内径部分の位置に端末結線ランド（１ｒ）が形成されている請求項１または２に記載のモールド型偏心ロータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のモールド型偏心ロータ（Ｒ）と、このモールド型偏心ロータを支承する軸（８）と、この軸を支承する０．２ｍｍ以下の厚みがあるハウジング（Ｈ）と、このハウジングの一部を構成するブラケット（６）と、このブラケットに添設されたもので接着層を含めた全体の厚みが０．１８ｍｍ以下のブラシベース（Ｆ）と、前記偏心ロータに空隙を介して臨ませるようにブラケットの一部に配された軸方向空隙型マグネット（９）と、該マグネットの内側で前記ブラシベースに配されたもので前記偏心ロータの整流子に摺接させると共に前記モールド型偏心ロータを前記ハウジングの一部を構成するケース側に付勢させるブラシ（１０）とを備え、前記ブラシベースの一部が前記マグネットが載置された部分を横断するように前記ブラケットに設けた透孔（６ｂ）を通ってハウジング側方に給電電極（Ｆａ）として導出された軸方向空隙型コアレス振動モータ。

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