JP4368877B2 - 軸方向空隙型ロータと該ロータを備えた軸方向空隙型コアレスモータ。 - Google Patents

Description

この発明は、移動体通信装置の無音報知手段等に用いて好適なもので軸方向空隙型ロータと該ロータを備えた軸方向空隙型モータの改良に係り、特に高速回転ながら長寿命が得られるものに関する。

移動体通信装置の無音報知手段として遠心力振動を利用した振動モータがある。このような振動モータは、通常回転型筒型モータの出力軸に断面が銀杏の葉のような形状の偏心ウエイトを取り付けたものがある。また、軸方向空隙型の扁平なモータでは、内蔵するロータ自体で遠心力振動を発生するものを本出願人らは提案している。ロータ内蔵型振動モータは、出力軸が不要なので、軸回転型から近年では軸受を１個削除できる軸固定型にしたものが賞用されている。このような軸固定型として通常は、マグネットの厚み分を利用してブラケットにバーリング孔を設けて軸の基端を圧入し、ケース側で該軸の他端を受けるようにしている。（特許文献１参照）
さらに、本出願人らは、ケースにバーリング孔を設けて軸の基端を圧入し、該軸の他端を支持しないでフリーにしたものを提案している。（特許文献２参照）
このような軸方向空隙型モータは、薄型化のために整流装置も軸方向摺接型が多用される。
この軸方向摺接型モータとしては、一般的にコミュテータを印刷配線板で複数個のセグメント片を印刷で形成し数ミクロンの貴金属メッキをし、４０ミクロン乃至６０ミクロンの軸方向摺接型ブラシと組みあわせて用いられる。携帯電話機の無音アラーム手段として振動モータに採用される場合、着信報知用のみに使用されるものは一日十数回のモード（合計で数分以下）で使用されるので比較的寿命は短時間でよいことになるが、ゲームなどの振動を利用する機能に採用される場合は、かなり長寿命が要求される。
そこで、セグメント片を厚く採ることができる円筒型コミュテータにすることがクローズアップされてきた。
軸方向空隙型モータに円筒型コミュテータを採用した先行技術があるが、このものはコミュテータを後付けするため薄型化にネックとなっている。（特許文献３参照）
特許第３２６１３２９号公報 特許第２８７２６２３号公報 特許第２１３４７１６号公報

一般的に軸方向空隙型モータ、すなわち扁平なロータでは円筒型コミュテータを後付けすることは、ロータの厚みが増加して好ましいものではなく、後付型ではモータ全体として３．５ｍｍ程度の厚みが最小限必要であった。そこでロータ自体で円筒型コミュテータを構成させれば厚み３ｍｍ以下のモータにすることができるようになる。
また、このような扁平ロータは、一般的には、印刷配線板の一側に複数の巻線型空心電機子コイルを載置してこの空心電機子コイルの反対側、すなわち、軸方向空隙型マグネットに対向するようにコミュテータを配する構成が採用されている。
しかしながら薄い印刷配線板であっても銅箔やレジストなどによって厚みが０．２ミリ程度となり、組み合わせる軸方向空隙型マグネットとの空隙をこの印刷配線板分だけ多く採らざるを得ず、前記巻き線型空心電機子コイルに掛かる有効空隙磁束密度が低下し効率が悪化する。
この発明の目的は、印刷配線板を空隙に掛かる有効磁束ロスが軽減するように配置し、ロータの樹脂を利用してコミュテータ基部を形成することによってコミュテータ片を直接組み付けて低姿勢を図ると共に、整流装置の摺接部分を厚くして長寿命を図ろうとするものである。

上記課題を解決するには、請求項１に示すように、軸方向空隙型ロータを用いた軸方向空隙型コアレスモータにおいて、
前記軸方向空隙型ロータは、複数の巻線型空心電機子コイルと円筒型コミュテータが印刷配線板の一側に配されたものであり、
前記円筒型コミュテータは基部と、該基部に設けた位置決めガイドによって互いに隔離された弧状の摺接部と該摺接部から一体に軸方向に延設された接続端子部とを備えた複数のコミュテータ片とからなり、
前記印刷配線板には、さらに前記巻線型空心電機子コイルの端末結線ランドと、該端末結線ランドに接続された複数の透孔が備えられ、前記透孔に前記コミュテータ片の前記接続端子部の先端が填め込まれて結線され、
前記軸方向空隙型ロータはハウジングに軸を介して回転自在に支持され、
前記円筒型コミュテータに径方向から摺接するブラシと、該ブラシの外方に配され前記巻線型空心電機子コイルから見て前記印刷配線板とは反対側に配置されたマグネットを備えるもので達成できる。
さらに具体的には、請求項２に示すように前記コミュテータ片は前記摺接部と前記接続端子部の間に少なくとも一部が前記巻線型電機子コイルの厚み内となるように設定した平面部があり、前記位置決めガイドは少なくとも前記平面部を利用したものであるのがよい。
これらは、請求項３に示すように前記巻線型空心電機子コイルの少なくとも一部と重畳しないように載置されたタングステン合金製の偏心ウエイトと、前記巻線型空心電機子コイルとが前記基部と共に樹脂で一体化されたものにするのがよい。

請求項１の発明によれば、円筒型コミュテータとしてコミュテータ片同士が位置決めガイドによって簡単に隔離して精度よくロータに直接組み付けることができるので、モータとして低姿勢なものが得られ、コイルから見て印刷配線板は組み合わせる軸方向空隙型マグネットの反対側となるのでコイルに掛かる磁束密度の低下を招くことが無く高効率となる。
請求項３の発明によれば、円筒形コミュテータでもコミュテータ片の一部が樹脂に埋め込まれるようにできるので低姿勢なものとなり、各コイルと偏心ウエイトは樹脂で一体化することによって振動モータ用として耐衝撃性のよい偏心ロータが得られる。また、前記樹脂として熱変形温度が２５０℃以上のものを採用すればコミュテータはリフローで印刷配線板に結線加工できる。

印刷配線板の一側に配された複数の巻線型空心電機子コイルと、該印刷配線板の一側の回転中心に配された円筒型コミュテータとからなる軸方向空隙型ロータで、前記円筒型コミュテータは基部と、該基部に設けた位置決めガイドによって互いに隔離されたもので弧状の摺接部と該摺接部から一体に軸方向に延設された接続端子部とを備えた複数のコミュテータ片とからなり、前記印刷配線板には、さらに巻線型空心電機子コイルの端末結線ランドと、該端末結線ランドに接続された複数の透孔が備えられ、この透孔に前記接続端子部の先端が填め込まれて結線されたものである。

図１は、本発明の軸方向空隙型ロータを備えた軸方向空隙型コアレスモータの断面図である（実施例１）。図２は図１のロータを底部側から見た平面図であり、コミュテータの基部以外の樹脂２は部分的に省略してある。図３は図１の印刷配線板の上面図、図４はコミュテータ片の斜視図、図５はコミュテータに摺接するブラシを含めた要部断面図、図６はブラシの摺動片の製造方法の説明図、図７は図６の摺動片をブラシばねに配着する製造方法の説明図、図８は位置決めガイドの変形例を示すコミュテータに摺接するブラシを含めた要部断面図である（実施例２）。

この発明の軸方向空隙型ロータとしてここでは振動発生用として偏心ロータからなるもので説明する。
図１乃至図３において、印刷配線板１の一側で、中心に熱変形温度が２５０℃以上の樹脂２でコミュテータ基部２ａが一体成形で立ち上げられ、この基部２ａの半径方向周囲に約６０°の配置開角で３個の巻線型空心電機子コイル３Ａ、３Ｂおよび３Ｃが載置され、後述の偏心ウエイト共に前記樹脂２で一体成形される。

円筒型コミュテータＣは前記コミュテータ基部２ａと、該基部２ａの外周に円弧状の摺接部４ａと水平方向に外方に延設された平面部４ｃと、この平面部４ｃから軸方向に折れ曲がった接続端子部４ｂで構成された６個のコミュテータ片４とからなる。
前記基部２ａには、前記コミュテータ片４の平面部４ｃと同形の凹所が形成されていると共に、平面部４ｃに設けられた孔４ｄと嵌め合う凸部２ｃが形成され、コミュテータ片４を組み付けるときの位置決めガイドとなっている。平面部４ｃは一部が前記巻線型空心電機子コイル３Ａ、３Ｂおよび３Ｃより厚み方向に埋め込まれるようになっているので、実質的に弧状の摺接部４ａだけ突き出る形となって円筒コミュテータながら薄型に載置できる。
接続端子部４ｂは軸方向に前記空心電機子コイルの厚み以上に延設され、先端が前記印刷配線板に形成された透孔１ａにそれぞれはめ込まれて他側で半田結線される。
このコミュテータ片４は厚みが０．１５ｍｍ〜０．３ｍｍの厚みがあり、少なくとも摺動部４ａの表面が貴金属で形成されている。

コミュテータ基部２ａの外周には図２および図５に示すように組み付けするコミュテータ片４の数に合わせて等分（ここでは６個）に突起からなる別の位置決めガイド２ｄが一体に突き出される。このガイド２ｄの高さは、組み付けるコミュテータ片４の摺動部４ａの厚みの半分以下とされ、幅は隔離スリットを構成する幅（ここでは、０．１５ｍｍ程度）に設定される。

ここで、前記印刷配線板１は、さらに前記空心電機子コイル３Ａ、３Ｂおよび３Ｃの内径ガイド孔１ｃとこれに続いて長孔１ｂが各コイルの巻き厚みを横切るように各々形成されると共に、外径の一部が各コイルの配置外径より小になるように端末導出用切欠き１ｄとなっていて各コイルの巻き終わり端末がこの端末導出用切欠き１ｄを通って端末結線ランド１ｅに結線され、前記透孔１ａはこの端末結線ランド１ｅに接続されている（詳細は不図示）。
従って、これらの端末は、印刷配線板１とコイル３で挟まれることなく処理されるので断線が防げる。

前記３個の巻線型空心電機子コイル３Ａ、３Ｂ及び３Ｃの中心を介して反対側には、偏心ロータにするために比重１８程度のタングステン合金製の偏心ウエイトＷが前記樹脂２で一体化される。ここで前記偏心ウエイトＷは重量を確保するためにロータの厚み一杯にする必要があり、すなわち主要な両面が露出されるように形成され、この偏心ウエイトＷの内径側は部分的には段差を有するように切欠かれ、樹脂２に覆われて抜け強度を確保している。
このようにすることによって前記空心電機子コイル３Ａ、３Ｂ及び３Ｃと偏心ウエイトＷの比重差、体積比により大きな偏心量が得られる。

この偏心ロータＲは、さらに中心に含油軸受Ｊが一体に埋め込まれると共に、さらに軸方向に付勢させる吸引板５が一体化され、ブラケット６にレーザ溶接Ｌ１で基端を固定された軸７に前記含油軸受Ｊを介して回転自在に装着され、図５に示すように前記円筒型コミュテータＣに径方向から９０°の開角で摺接されたブラシＢとこのブラシＢの外方で前記ブラケット６に配されたマグネット８と空隙を介して対向させ、ハウジングとしてのケース９に格納される。
軸７の先端は、ケース９の中心に小径の透孔９ａを有する凹所９ｂに填め込まれ、外方から必要に応じてレーザ溶接Ｌ２され、ブラケット外周とケース９は開口部でやはりレーザ溶接Ｌ３されて組み立てられる。

ここでブラシＢは、図６、図７にも示すように厚みが０．０３ｍｍ〜０．１ｍｍ、好ましくは厚みが０．０５ｍｍ程度のばね性洋白の２本フォーク型に連結してプレス加工したブラシバネ部Ｂａと、厚み０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ、好ましくは０．１５ｍｍ程度のフープ材の摺動面に０．０８ｍｍ程度に貴金属クラッドしたものを同一ピッチでプレス加工してなる摺動片Ｂｂと同一ピッチで合わせてスポット溶接し、連結部分を切り離して供用される。

前記ブラシ摺動片を形成するには、図６に示すように貴金属クラッド部分のロスを避けるためにＡ列、Ｂ列を一緒にして同一ピッチで多数連結した状態にプレス加工し、図７に示すようにここではＢ列側摺動片Ｂｂに両端を連結した２本フォークのブラシバネ部Ｂａを同一ピッチで形成したものに重ねてスポット溶接し、Ｘラインでブラシバネ部Ｂａと摺動片Ｂｂを一体に切り離し、Ｙラインでブラシバネ部Ｂａを切り離して供用される。

図８は、前記別の位置決めガイドの変形例を示すもので、コミュテータ基部の外周に前述の突起の実施例と逆に同位置に凹所からなる位置決めガイド２ｅを形成したものである。
このような凹所からなる位置決めガイド２ｅに合わせた突状のジグを当てて前記のコミュテータ片４を一定に隔離しながら組み付けできる。

上記の実施例は、軸方向空隙型ロータとして振動モータにしたもので説明したが、軸固定型は出力軸がモータより突き出ていないので、たとえば、特許第３３９８５４６号に示すような通常回転型ギヤードモータに応用できる。
また、ロータには焼結含油軸受を内蔵したものを説明したが、樹脂自体に摺動性を持たせた樹脂軸受にしてもよい。

本発明の軸方向空隙型ロータを備えた軸方向空隙型コアレスモータの断面図である。 図１のロータを底部側から見た平面図である。 図１の印刷配線板の上面図である。 コミュテータ片の斜視図である。 コミュテータ部分にブラシを摺接させた状態の要部平面図である。 ブラシの摺動片の製造方法の説明図である。 図６の摺動片をブラシばねに配着する製造方法の説明図である。 位置決めガイドの変形例を示す平面図である。

符号の説明

１ 印刷配線板
１ａ 透孔
１ｂ 長孔
１ｃ 内径ガイド孔
１ｄ 端末導出用切欠き
１ｅ 端末結線ランド
２ 樹脂
２ａ コミュテータの基部
２ｃ、２ｄ、２ｅ 位置決めガイド
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ 巻線型空心電機子コイル
４ コミュテータ片
４ａ 摺接部
４ｂ 接続端子部
４ｃ 平面部
４ｄ 孔
５ 吸引板
６ ブラケット
７ 軸
８ マグネット
９ ケース
Ｂ ブラシ
Ｃ コミュテータ
Ｒ 偏心ロータ
Ｗ 偏心ウエイト

Claims (3)

1. 軸方向空隙型ロータを用いた軸方向空隙型コアレスモータにおいて、
   前記軸方向空隙型ロータは、複数の巻線型空心電機子コイルと円筒型コミュテータが印刷配線板の一側に配されたものであり、
   前記円筒型コミュテータは基部と、該基部に設けた位置決めガイドによって互いに隔離された弧状の摺接部と該摺接部から一体に軸方向に延設された接続端子部とを備えた複数のコミュテータ片とからなり、
   前記印刷配線板には、さらに前記巻線型空心電機子コイルの端末結線ランドと、該端末結線ランドに接続された複数の透孔が備えられ、前記透孔に前記コミュテータ片の前記接続端子部の先端が填め込まれて結線され、
   前記軸方向空隙型ロータはハウジングに軸を介して回転自在に支持され、
   前記円筒型コミュテータに径方向から摺接するブラシと、該ブラシの外方に配され前記巻線型空心電機子コイルから見て前記印刷配線板とは反対側に配置されたマグネットを備える軸方向空隙型コアレスモータ。
2. 前記コミュテータ片は、前記摺接部と前記接続端子部の間に少なくとも一部が前記巻線型電機子コイルの厚み内となるように設定した平面部があり、
   前記位置決めガイドは少なくとも前記平面部を利用したものである請求項１に記載の軸方向空隙型コアレスモータ。
3. 前記巻線型空心電機子コイルの少なくとも一部と重畳しないように載置されたタングステン合金製の偏心ウエイトと、前記巻線型空心電機子コイルとが前記基部と共に樹脂で一体化された請求項１又は２に記載の軸方向空隙型コアレスモータ。

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