(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒モータのハウジングケース内壁に電気磁界を発生させるための界磁コイルを配置し、前記円筒状ハウジングケース両端に配置するステータ部側軸受で、マグネット及び回転軸からなるロータ部を内装して軸支するインナーロータ型の円筒モータにおいて、
前記回転軸に支持されるロータ部のマグネット形状が、径方向異方性マグネットの磁極方向に対し、直交する方向に位置する非有効磁束範囲部分を両端均等に切除した断面略長方形の板状マグネットであり、かつ回転中心軸に対してロータバランスが取れており、
逆に一方でロータ部のアンバランスウエイトとして、前記マグネットの均等に切除した空間の片方を埋める非磁性材料からなる重量慣性体を、別途偏心分銅としてロータ部に偏心させて備えたことを特徴とするインナーロータ型振動モータ。
【請求項２】
振動モータの駆動が、二相又は三相ＤＣブラシレス駆動方式によるものであることを特徴とする請求項１に記載のインナーロータ型振動モータ。
【請求項３】
前記ロータ部を構成するマグネットと重量慣性体の組合せが、それぞれＮｄ系マグネット或いはＳｍ系マグネットからなる希土類マグネットと、非磁性材の比重１２以上のタングステン合金からなる偏心分銅であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインナーロータ型振動モータ。
【請求項４】
前記ロータ部マグネットの重心位置に回転軸が配置され、重量慣性体である偏心分銅が、マグネットの外周面に対し直接接合或いは樹脂モールドにより全体が被覆されることにより、マグネット側に固着され取り付けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３に記載のインナーロータ型振動モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は小径円筒の振動モータに係り、特にロータマグネットに偏心分銅が取り付けられた振動発生用のインナーロータ型ＤＣブラシレスモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、我々の日常生活においては、様々な電子機器に駆動源として小型モータが搭載されており、それぞれの機器に対し、使用目的に応じたモータの機能、小型化、軽量化、及び高出力化などの技術開発がなされている。【０００３】
無線通信機器である携帯電話においても同様に、この小型モータが搭載されており、例えば、美術館、コンサートホール等の人が集まる静粛な公衆の場や、商談あるいは重要な会議の席において、携帯電話の突然の着信音が、周囲の人に多大な迷惑となる場合がある時などには、着信報知をバイブレーションにより体感振動で知らせる振動発生用の小型モータ（以下、必要に応じて振動モータと記す）が用いられている。【０００４】
前記振動モータの場合、一般的には、駆動する出力回転軸の一端に偏重心となる偏心分銅を取り付けて、ロータ部の回転動作と共に分銅等の重心位置が振れ回ることによる不均等な遠心力を利用して、携帯電話機全体を振動させるもので、それら携帯電話の普及が進むに連れ、その搭載率及び使用頻度も日々高まっている。【０００５】
振動モータは、前記偏心分銅を配置する箇所がモータのハウジングケース外の出力回転軸の一端部であるものが大半であるが、中にはハウジングケース内のロータの一部に配置するものもあり、例えば下記に示す特許文献１及び２に記載の小型モータでは、「永久磁石ロータ自身を慣性体とするアンバランスウエイト構造とし、回転するモータは永久磁石ロータの不釣り合いモーメントによって振動作用が付与される。」ことや、また、「永久磁石の径方向片側を部分的に除去し、除去した部分に非磁性軽量材を付けたロータ部とする慣性体により構成されたアンバランスウエイト構造である。」と明記されている先願公報がある。【０００６】
これにより、「ロータの回転軸端部となる軸延長上に余分な慣性体を取り付けることなく、永久磁石ロータの簡単な上記偏重心構造により振動モータを提供できる。」としている。【０００７】
【特許文献１】特開平５−３０４７４３号公報
【特許文献２】特開平５−３０４７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１及び２に記載の振動モータは、マグネット（前記特許文献内では永久磁石と表示）ロータ自身を慣性体とするアンバランスウエイト構造により構成され、回転するロータマグネットの不釣り合いモーメントによって振動作用がある程度は得られるが、実際にモータ本体の径が小さくなればなるほど、おのずとマグネットの径も小さくなり、またマグネット自身の磁気的アンバランスを考慮すると、ロータマグネット構造としての磁気起動力が得られず、またマグネット材料の比重から見ても、ロータ自身の重量慣性体としての効果も少なくなる。【０００９】
つまり円筒型ハウジングケース内部に配置するロータマグネット自身が、そもそも高比重ではなく、かつ磁気的にもアンバランスな構造であり、モータの外径がΦ４ミリ程度に小径化された現行の小型モータにおいては、ロータマグネット自身がモータ駆動としての起動力を十分に得ることができずに、ほとんど起動しない恐れがでてくる。【００１０】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、ロータマグネットの磁気的なバランスを常に保ち、界磁コイルとの間の磁束を有効に使いながら回転するロータ構造を有し、また振動力を得るために効果的なロータの偏心位置に、高比重の重量慣性体となる偏心分銅を配置した振動モータとすることを目的とする。さらに小型モータとしての回転効率を低下させずに、更なる小径化と小型化を図ることができる振動モータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、
円筒モータのハウジングケース内壁に電気磁界を発生させるための界磁コイルを配置し、前記円筒状ハウジングケース両端に配置するステータ部側軸受で、マグネット及び回転軸からなるロータ部を内装して軸支するインナーロータ型の円筒モータにおいて、
前記回転軸に支持されるロータ部のマグネット形状が、径方向異方性マグネットの磁極方向に対し、直交する方向に位置する非有効磁束範囲部分を両端均等に切除した断面略長方形の板状マグネットであり、かつ回転中心軸に対してロータバランスが取れており、
逆に一方でロータ部のアンバランスウエイトとして、前記マグネットの均等に切除した空間の片方を埋める非磁性材料からなる重量慣性体を、別途偏心分銅としてロータ部に偏心させて備えたことを特徴とするインナーロータ型振動モータとしている。【００１２】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、
振動モータの駆動が、二相又は三相ＤＣブラシレス駆動方式によるものであることを特徴とするインナーロータ型振動モータとしている。【００１３】
また、請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、
前記ロータ部を構成するマグネットと重量慣性体の組合せが、それぞれＮｄ系マグネット或いはＳｍ系マグネットからなる希土類マグネットと、非磁性材の比重１２以上のタングステン合金からなる偏心分銅であることを特徴とするインナーロータ型振動モータとしている。【００１４】
また、請求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３に記載の小型モータにおいて、
前記ロータ部マグネットの重心位置に回転軸が配置され、重量慣性体である偏心分銅が、マグネットの外周面に対し直接接合或いは樹脂モールドにより全体が被覆されることにより、マグネット側に固着され取り付けられていることを特徴とするインナーロータ型振動モータとしている。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、請求項１に記載された発明によれば、
例えば、振動モータの小径化要求などにより、インナーロータ部に対してスペース的な制約が加えられた場合であっても、回転動作するロータマグネットの動的なロータバランスを保ったまま、起動時に必要なトルクを得るための有効磁束を損なうことなく、小型モータとしての駆動出力の基本的な動作諸特性を十分に得ることができる。【００１６】
またアンバランスウエイトとして、別途前記マグネット形状の切除し、軽量化した部分に、マグネット材質より高比重の非磁性材料からなる重量慣性体を偏重心させる錘として配置することができるので、ロータ部全体の回転軸中心からの重心半径が大きくなり、動作時において、より効率のよい振動力が得られる。つまり小型モータにおける本来のマグネットの磁気特性はそのままで、偏重心に有効となるマグネット片側の一部に、高比重な材質の偏心分銅を取付ることができるので、インナーロータ型の小型振動モータとして、スペース効率の優れた偏重心のロータ部が構成できる。【００１７】
また請求項２に記載の発明によれば、
振動モータの駆動方式が、二相又は三相ＤＣブラシレス駆動方式によるものであり、ブラシレス化により、ブラシ及び整流子からなる物理的な電気整流機構を有せず、長寿命なモータ構造が可能となる。ブラシレス化は、摺動接点部分の機械的な摩耗による接点不良による寿命の心配がなく、実質的に回転摺動箇所の摩耗、つまりロータ部を両端で支持する軸受部分の部品寿命が、モータの信頼性を向上させ、前記電気整流機構はドライバーと呼ばれる駆動回路により電気的に処理される。【００１８】
また二相又は三相による駆動方式の任意選択については、例えば二相の場合、駆動回路の設計は容易であるが、ロータ停止時の位置をどのように一定に配置できるかの機械的な手段が必要になる。一般的に二相に比べ三相の方がロータ部を起動するための駆動回路の設計規模が大きくなり、また三相の場合、ホール素子等を用いたセンサ駆動か、センサレス駆動か、が部品点数や回路設計面での開発コストに影響する。ブラシレス駆動においては、基本ベースとなる機器側の駆動回路基板側にその専用駆動回路を一部組み込むか、または外付けの駆動回路にして振動モータに載せるかは開発設計によるところが大きい。【００１９】
また請求項３に記載の発明によれば、
ロータ部を構成するマグネットと重量慣性体の組合せが、それぞれＮｄ系マグネット或いはＳｍ系マグネットからなる希土類マグネットと、非磁性材の比重１２以上のタングステン合金からなる偏心分銅であることから、一方のマグネットにおいては、円筒モータハウジングケース内における小型小径化されたロータマグネットが必要とする回転磁束を、マグネットを小径サイズにしながらも有効に利用することができる。【００２０】
また偏心分銅に比重１２以上の高比重タングステン合金を用いることにより、前記小型小径化された円筒モータハウジングケース内に十分に収まるロータ部のアンバランスウエイトとして、省スペースで、最も効率の良い重量慣性体として機能する。よって回転軸中心とするロータ全体の回転軸中心からの重心半径を大きくでき、十分な振動力を得ることができる。当然ながら比重１８に近い高比重タングステン合金が最も偏心分銅の錘とては良く、振動力を得るには効果的ではある。また焼結合金で製造できる範囲の比重１３〜１６程度のものでも十分に使用することができる。但し、他の樹脂成分を含んだ混合成形できる範囲の比重１２以上１３未満のものでも、ある程度、重量慣性体として使用することができるが、比重１２未満の材質のものは、製品の小型化を考慮すると振動力を十分に得ることはできない。【００２１】
また請求項４に記載の発明によれば、
ロータ部マグネット自身の重心位置に回転軸が配置され、かつ重量慣性体である偏心分銅が、マグネットの外周面に対し直接接合或いは樹脂モールドにより全体が被覆され一体化されることにより、極細径の回転軸に対し機械的なストレスを加えることなく、ロータ部全体を組み立てることが可能となる。またロータ部として、回転軸であるシャフトに対し、マグネットと偏心分銅との取付及び一体化は、射出成形技術を用いた樹脂モールド方法により、生産性とコストの削減を図ることもできる。希土類マグネットとしては、焼結マグネットの他に、樹脂マグネットによる一体成形も可能であり、前記偏心分銅の形状と合わせて、組み合わせ形状の設計上の自由度が広がる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
＜実施形態１＞
以下、本発明に係る実施形態の構成を、図１〜図３を参照しながら説明する。この実施形態では、インナーロータ型モータの一形態として、ロータマグネットに偏心分銅を取り付けたブラシレス駆動の円筒型振動モータを例にとって説明する。【００２３】
図１に、本発明の最良の実施形態の一例を概略断面図で示す。図１(b)に示すように、インナーロータ部のマグネット2の形状は、径方向にＮ・Ｓ磁場配向された異方性マグネット材料の磁極方向に対し、直交する方向に位置する非有効磁束範囲部分を両端均等に切除した断面略長方形の板状マグネットである。材質的な組成はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系、又はＳｍ−Ｃｏ系の希土類マグネットが好ましく、希土類マグネットは磁気特性に優れ、小径化によるサイズダウンにも対応できる。また図１(b)からも明らかなように、マグネット2自体単体は、回転中心軸6に対して対称な断面形状を有し、動的にもロータバランスが保たれている。【００２４】
また逆にロータ部のアンバランス手段として、別途前記マグネット2の略長方形形状となった基の円形部分を切除し、軽量化した一方の部分（つまり円弧を切除した片方の領域）に、マグネット材質より高比重の非磁性材料からなる重量慣性体として、棒状の偏心分銅3を、ロータ部を偏重心させる錘として、マグネット2と一体に取付られている。つまり小型モータにおけるマグネット2の磁気特性はそのままで、偏重心に有効なマグネット2の片側の一部に、高比重の材質の偏心分銅3を取付ることができ、よってロータの回転軸中心からの重心半径を大きくでき、インナーロータ型の振動モータとして、スペース的に優れた偏心ロータ部が構成できる。高比重のタングステン合金は比重１８に近いものほどその効果が得られる。【００２５】
前記ロータ部外周には、ハウジングケース5の内壁に固定配置された界磁コイル4が、磁気ギャップを介して精度良く配置される。この時、図１(a)に示すように、ロータ部は、回転軸6がハウジングケース5の絞り込まれた小径部側にある軸受8と、ハウジングケース5の他端部エンドフランジ7にある軸受8と、の両軸で軸支される。また同時にロータ部のスラスト方向の支持は、エンドフランジ7側のスラスト受9と、他方側のライナー10とで規制し保持する形となる。【００２６】
一方、界磁コイル4の給電部は、界磁コイル4のタップ線を接続して中継するターミナル11が円筒状界磁コイル4の一端部に取付られ、フレキシブル基板による給電端子12により、エンドフランジ7の外方に引き出されている。この給電端子12は、機器本体側の駆動回路（図示せず）に接続される。本実施例における駆動方式では、三相センサレス駆動方式のブラシレスモータとしている。ブラシレス化によりブラシ及び整流子からなる物理的な整流機構を有せず、長寿命なモータ構造が可能となる。ブラシレス化は、モータの特性上、電気的な摺動接点部分の機械的な摩耗による寿命低下の心配がなく、実質的に軸受摺動箇所の摩耗、つまりロータ部を両端で支持する軸受部分の部品寿命が、前記電気的な摺動接点部であるブラシ・整流子に比べ長寿命であり、結果的にモータの信頼性を向上させる。前記物理的な整流機構は、代わってドライバーと呼ばれる駆動回路により電気的に処理される。、【００２７】
この図１に示す振動モータ1では、外観的にハウジングケース5の外部には出力軸はなく、従来の一般的な図５に示す振動モータ100のように、出力回転軸106の一端に、タングステン等の高比重焼結合金から形成された半円柱状の偏心分銅103が取り付けられるタイプの振動モータ構造とは、外観的にも異なる。【００２８】
次に、本実施の形態におけるマグネット2の磁気作用効果について、図３の径方向断面概略形状を用いて説明する。
例えば、図３(a)に示すように、円筒状のマグネット22の径方向にＮ・Ｓ磁極を有する異方性マグネットの場合、対向する界磁コイル24に対する有効磁束範囲（Ｒ）は、一般的に片側約１００〜１３０度前後であり、また残りの片側約５０〜８０度は非有効磁束範囲部分（Ｗ）であり、このマグネット22の非有効磁束範囲部分（Ｗ）は、磁気作用効果にあまり関係のない部分である。【００２９】
そのため、Ｎ・Ｓ磁極方向に対し、直交する方向に位置する前記非有効磁束範囲部分（Ｗ）を両端均等に切除しても、実質的に極端なマグネットの特性低下に影響が少ない。よって本実施例では、図３(b)のように、マグネット2の形状を断面略長方形の板状マグネットに加工し、かつ回転中心軸である回転軸6に対して、回転動作時のロータバランスを保つように取り付けた。【００３０】
これにより、マグネット2の全体の体積が小さい割には、モータ起動時に必要な回転トルクを得るための有効磁束を損なうことなく、小型モータとしての駆動出力の基本的な動作諸特性を十分に得ることができる。実際に駆動させたインナーロータ型振動モータは、起動時の諸特性、回転時における振動量ともに、従来サイズの振動モータと同等以上の性能を示した。【００３１】
＜実施形態２＞
図２に、本発明の別の実施形態の一例を示す。概略断面図で示す図２(a)でのインナーロータ部のマグネット2の形状は、図１に示すものと同じく、径方向にＮ・Ｓ磁場配向された異方性マグネット材料の磁極方向に対し、直交する方向に位置する非有効磁束範囲部分（Ｗ）を両端均等に切除した断面略長方形の板状マグネットである。また材質的な組成も同じくＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系、又はＳｍ−Ｃｏ系の希土類マグネットであり、小径化のサイズダウンに対応している。また図２(b)からも明らかなように、前記と同様にマグネット2自体単体は回転中心軸6に対して対称な断面形状を有し、動的にもロータバランスが保たれている。【００３２】
同様にロータ部のアンバランス手段も、前記図１に示すものと同様である。ここで唯一図１と異なるところは、マグネット2と偏心分銅3とを、回転軸6に対し、樹脂モールド20で一体化接合していることである。これは組み立て製造工程上の工程削減と量産性向上を図った構造である。樹脂モールド20の採用により、成形金型内に各部品をセットするだけで、寸法の位置出しから接合モールド固定まで、一連の作業が簡素化し、ロータ部組み立て工程でのコスト削減が図れると同時に、ロータ部全体の耐衝撃性アップにも繋がる。【００３３】
また、ロータ部マグネット2自身の重心位置に回転軸が配置され、かつ重量慣性体である偏心分銅3が、マグネット2の外周面に対し、樹脂モールドにより全体が被覆され一体化されることにより、極細径の回転軸6に対し機械的なストレスを加えることなく、ロータ部全体を組み立てることが可能となる。またロータ部として、回転軸6であるシャフトに対し、マグネット2と偏心分銅3との一体化による取付は、射出成形技術を用いた樹脂モールド方法により、生産性とコストの削減が図られ、部品精度も向上する。希土類マグネット材料としては、焼結マグネットの他に、樹脂マグネットによる一体成形も可能であり、例えば図４(a)及び(b)に示すように、偏心分銅33,35の形状と合わせて、それぞれ樹脂マグネット32,34を組み合わせ形状として、設計上の自由度が広がる。【００３４】
このように、以上の本実施の形態によれば、ロータマグネットの磁気的なバランスを常に保ち、界磁コイルとの間の磁束を有効に使いながら回転するロータ構造を実現でき、また振動力を得るために効果的なロータの偏心位置に、高比重の重量慣性体である偏心分銅を配置した振動モータとすることができる。さらにモータとして、回転効率を低下させずに、更なる小径化と小型化を図ることができるインナーロータ型の振動モータを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
主に、振動機能が必要とされる携帯電話を始めとする多機能型携帯電話、腕時計型ＰＨＳ、構内型小型無線通信機などのモバイル通信機器、及び携帯型のＰＤＡ等の各種情報通信端末機器、及び体感振動を伴うゲーム機コントローラや、ポケットゲーム機などの電子玩具を含む電子機器全般に搭載される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係るインナーロータ型振動モータの内部構造を示したA-A断面概略図(a)と、B-B断面概略図(b)である。
【図２】本発明に係るインナーロータ型振動モータの内部構造を示したA-A断面概略図(a)と、B-B断面概略図(b)である。
【図３】本発明に係るインナーロータ部のマグネット有効磁束範囲（Ｒ）と非有効磁束範囲（Ｗ）を示す説明概略図。
【図４】本発明に係るインナーロータ部のマグネットと偏心分銅形状の変形組み合わせ例を示す断面参考図。
【図５】偏心分銅を出力軸先端に取り付けた従来の振動モータの構造例を示す断面参考図。
【符号の説明】
【００３７】
1, 100    振動モータ
2, 22, 32, 34, 102    マグネット
3, 33, 35, 103    偏心分銅
4, 24, 104    界磁コイル
5, 25, 105    ハウジングケース
6, 106    回転軸
7, 107    エンドフランジ
8, 108    ベアリング
9    スラスト受
10, 110   ライナー
11, 111   ターミナル
12, 112   給電端子
20   樹脂モールド
Ｒ  マグネット有効磁束範囲
Ｗ  マグネット非有効磁束範囲部分
【図１】
0004822214.tif 000002
【図２】
0004822214.tif 000003
【図３】
0004822214.tif 000004
【図４】
0004822214.tif 000005
【図５】
0004822214.tif 000006