JP5106227B2 - 振動モータ用ウエイト - Google Patents
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Description
ウエイトをタングステンのみで形成すると、ウエイトをモータのシャフト(回転軸)に取り付けるために、ウエイトの貫通孔にシャフトを圧入するか(特許文献1参照)、又は、ウエイトの開孔をカシメてシャフトに固着する(特許文献2参照)必要がある。
圧入の場合、強力な圧入装置を用いた圧入工程が必要となるため、製造装置が大がかりなものとなり、製造工程も増えるという問題があった。
また、同時に、上述した従来の振動モータ用ウエイトは、均一な高比重物質で形成されているので、回転モーメントが大となって回転初期の立ち上がり特性が悪くなり、且つ、質量が大きいため、モータの起動電流が問題となる程度に増大すると共に、このウエイト全部がタングステン製で高価であることから、生産コストが増大すると云う問題があった。
図3(a)〜(e)は、特許文献3に示された、従来の高比重物質の錘をモータ軸に樹脂製のロータを介して固着する例の構成図である。
特許文献3の場合、本発明の振動発生用のウエイトに相当する図3のロータ113は、低比重物質で形成すると共に、その偏心位置に高比重物質の錘117を挿入又は埋設して構成している。
また、振動量を大きくする必要から、ロータ113に占める錘117の量を増やし、錘117を高比重材料のタングステン(W)にしている。このため、タングステンの使用量が多くなり、コストが高くなる。
図3(a)、(b)の変形例として、ロータ113のアール面近傍に、挿入孔116の代わりに複数の円形貫通孔を設け、この円形貫通孔に夫々同形の高比重物質で形成した錘を嵌挿する例も示されている。
しかし、この例も錘117はモータ軸112の長さ方向に設けた挿入孔116に挿入されているだけなので、振動モータを搭載した機器を落とす等のモータ軸112の長さ方向の衝撃により錘117が挿入孔116から抜け出る事態の発生が予想される。
図3(c)、(d)および(e)では、ロータ113のアール面近傍の樹脂中に高比重物質の錘124を埋設してロータ113を形成する。錘124は埋設されるので、錘124の周囲を樹脂等の低比重物質が覆うことになる。
なお、ロータの回転に伴う径方向(モータ軸の長さ方向と直角な面における軸中心から放射状に見た方向)の外向きの力は振動発生のための設計された範囲内の応力となるので樹脂等の低比重物質で抑制できる範囲内となっている。
また、このロータの構造によると、錘124は樹脂等の低比重物質中に埋設されているので、樹脂等の低比重物質を注入成形する際、錘124を型内に浮かした状態に保持しながら樹脂注入し、その後、型から取り出し、浮かすときにできた孔に樹脂を充填して埋める工程を必要とする。このため、製造工程が多くなり、手間暇がかかるという問題もあった。
シャフト中心(又はシャフト嵌入孔の軸中心)からウエイトの重心までの半径を、従来のウエイト全部が高比重物質、例えばタングステンの場合より長くして振動量の大きさを従来のものと遜色のないようにするために、高比重物質、例えばタングステンをウエイト全体のシャフト嵌入孔の軸中心から離れた外側部分に配置する。
また、樹脂等の低比重物質でタングステン等の高比重材料からなる金属部を保持するときの保持強度を向上するように、金属部における樹脂に包囲されない解放端に連なる部分に抜け止め兼耐衝撃部となるテーパ部を形成し、このテーパ部が樹脂内に配置されるようにする。テーパ部により印加された衝撃を分散して小さくし、効果的に阻止および抑制する。
(1)振動モータ用ウエイトを、樹脂本体部のシャフト嵌入孔の軸中心を中心として径方向の内側又は外側にシャフト嵌入孔の軸方向の両端の端部から中央に向けて径方向の幅が漸減するように所定長さのテーパ部を設け、前記両テーパ部の間を径方向の幅が一定になるようにした金属部と、前記金属部をその前記両端部が露出するように覆うと共に前記シャフト嵌入孔が形成されるように構成する。
(2)上記(1)の振動モータ用ウエイトを、金属部の径方向でみてテーパ部を設けない側がシャフト嵌入孔の軸中心から径方向にみて一定距離になるように構成する。
(4)上記(1)乃至(3)のいずれか一項記載の振動モータ用ウエイトは、金属部の径方向断面をシャフト嵌入孔の軸中心から放射状に広がるように扇形としたことを特徴とする。
(5)上記(4)記載の振動モータ用ウエイトを、樹脂本体部は内側筒部と一対の連結部と部分外側筒部からなり、その径方向断面が前記扇形の外周に沿うように前記部分外側筒部のシャフト回転方向の両端にそれぞれ前記連結部の一端を連結し、それぞれの前記連結部の他端を前記内側筒部にそれぞれ連結したことを特徴とする。
これを具体的に説明すると、金属部がシャフトの長さ方向の衝撃を受けた場合、図3(a)、(b)に示す従来例では、樹脂のロータ113と錘117はシャフト(モータ軸)方向の面で接触しているだけなので、抜け止め作用は両者の摩擦抵抗だけとなるので、錘117は比較的弱い衝撃で抜け出てしまう。また、図3(c)、(d)に示す従来例では、錘124を樹脂のロータ113に埋設しているので、図3(e)に図3(d)のD部として示すように、金属部のシャフトの長さ方向の端部にかかる衝撃力F0を樹脂のロータ113のL0の厚みで抑えることになる。
他の例として、テーパ部2dは、シャフト方向(シャフトの長さ方向)断面が図1(e)に示すようにシャフト嵌入孔4の軸中心から見て内側2fであって、幅2cが相対的に広い両端部2aから幅2bが相対的に狭い中央部2gに向かってテーパ部2d、2dを設けた構成としてもよい。
図1は本発明のウエイトの構成図である。図1(a)は実施例1の図1(c)のA−A断面図、図1(b)は実施例1のシャフト方向から見た側面図、図1(c)は実施例1の斜視図、図1(d)は金属部の説明図、図1(e)は他の実施例である実施例2の図1(a)に相当する断面図である。
このように構成された本発明のウエイト1は、このウエイト1が装着された振動モータを誤って落下させる等の衝撃を加えた場合、以下に説明するように、合理的に、理論的に抑制することができるで、予想される衝撃のほとんどに対しウエイトを破壊されることなく抑制することが可能となる。これを図2に基づいて説明する。
図2は本発明のウエイトの衝撃抑制・緩和作用を説明する説明図である。
図2(a)は本発明のウエイトにシャフトの長さ方向の衝撃を加えた場合の説明図、図2(b)は図2(a)の場合の樹脂本体部のみに働く衝撃力の説明図、図2(c)は本発明のウエイトに径方向の衝撃を加えた場合の説明図、図2(d)は図2(c)の場合の樹脂本体部のみに働く衝撃力の説明図、図2(e)は図2(a)のCの○内の構成に作用する力を説明する図である。
また、力F2は、図2(d)に示すように、内側筒部3aに連結部3b、3cを連結する連結点3fに作用する力F9及び力F10、及び部分外側筒部3dと連結部3b、3cを連結する連結点3eに作用する力F8に変換される。
この結果、分力F3は強力に受け止め抑制されることになる。分力F3の元になっている衝撃力F1が、従来では受け止めて抑制することができないであろうほどの強力なものであっても、テーパ面で分力F3に変換して小さな力として受け止め抑制することができるようになる。
すなわち、力F7は、図2(d)に示すように、内側筒部3aに連結部3b、3cを連結する連結点3fに作用する力F9及び力F10、及び部分外側筒部3dと連結部3b、3cを連結する連結点3eに作用する力F8に分散され受け止められて抑制される。
樹脂本体部3は、内側筒部3aと連結部3b、3cがそのシャフト方向全域で連結され、また、部分外側筒部3dと連結部3b、3cがそのシャフト方向全域で連結されているので、力F2は、図2(d)に示すように、内側筒部3aに連結部3b、3cを連結する連結点3fに作用する力F9及び力F10、及び部分外側筒部3dと連結部3b、3cを連結する連結点3eに作用する力F8に変換される。
本発明は、高比重物質、例えばタングステン(W)からなる金属部を、樹脂によりシャフト(回転軸)へ固着するウエイトであって、回転時の遠心力及び例えば落下時等の衝撃により金属部が樹脂から外れたり、ガタついたり、破損することがないように固着する。
ウエイト1は、偏心錘で、金属部2と樹脂本体部3からなり、金属部2を樹脂本体部3で一部を露出した状態に包む構成をとり、振動モータのシャフト(図示省略)に樹脂本体部3を固着するように用いる。
金属部2は、高比重物質、例えば、タングステン(W)、鉛等の金属で作られる。
金属部2は、径方向断面が図1(b)に示すように扇型で、シャフト方向断面が図1(a)に示すように径方向の長さが相対的に短い幅2bの長方形の両端に、径方向の長さが相対的に長い幅2cの端部2aを有するテーパ部2dを一体に連設した構成を有する。
図1(b)の金属部2の扇形の外側円弧の半径L2は例えば1.65mmで、その扇形の内側円弧の半径L3は例えば0.75mmとする。図1(a)の幅2cは例えば0.90mmとする。実施の態様としては、これらの寸法の±0.3mm幅内を許容値とする。
テーパ部2dは、図1(a)に示すように金属部2の外側に、又は、図1(e)に示すように金属部2の内側に形成する。テーパ部2dの図2(e)に示す衝撃分散作用は、テーパ部2dを金属部2の外側に設けても金属部2の内側に設けても同様である。
図1(d)に示すテーパ部2dの立ち上がり角θは、金属部2の抜け止め作用及び衝撃抑制作用の観点から26度±数度、好ましくは26度±4度の範囲内とする。また、図1(d)に示すテーパ長さL4は、上記テーパ角の場合と同様の観点から、0.5mm±0.2mmの範囲内が好ましい。
樹脂本体部3において金属部2が配置される位置は、金属部2の扇形断面における重心位置がシャフト嵌入孔4の軸中心から必要な回転モーメントが得られる長さだけ離した位置にする。
樹脂本体部3は、金属部2をその両端部2aが露出するように覆うと共にシャフト嵌入孔4が形成されるように樹脂成形される。
(1)本発明の振動モータ用ウエイトを装着した振動モータを携帯電話に搭載し、1mの高さより自然落下させたときの衝撃を対象とする。
(2)携帯電話に設置する振動モータをラバーモデルとし、ウエイトに加える衝撃を5000Gに設定する。
上記条件の衝撃印加時、実際にウエイトに加わる衝撃は後記するようになる。
(3)金属部のテーパ角度は26度で、テーパ部の長さは0.5mmとする。
(テーパ角度は、図1(d)に示すように、金属部2の外側面のシャフトの長さ方向を基準としたときのテーパ部の立ち上がり角度)。
(4)ウエイトの各部寸法:図1(c)のL1が2.3mm、L2が1.65mm、L3が0.75mmとする。
(5)樹脂本体部の材料はジェネスタG2330(株式会社クラレ製)とし、金属部の材料はタングステンとする。
上記条件での測定結果は下記表1のようになる。
但し、ウエイトへの衝撃力(N:ニュートン)=ウエイトの質量(kg)×衝撃(G)×9.8(m/s2)と定義する。
(1)解析ソフトはANSYS Workbench Products 8.1(サイバネットシステム株式会社製)を用いる。
(2)ウエイトに用いる樹脂は、ジェネスタG2330(株式会社クラレ製)を使用する。
(3)上記(2)の樹脂の特性は、ヤング率:10280MPa、ポアソン比:0.37、密度:1680kg/m3を用いる。
(4)荷重方向は、
(4a)・金属部が抜ける方向(シャフトの長さ方向;軸方向)、
(4b)・径方向(シャフトの長さ方向と直交する方向;径方向)、
とする。
この樹脂、ジェネスタG2330(株式会社クラレ製)の強度は222MPaなので、サンプル1の樹脂は軸方向及び径方向への衝撃力に耐えられる結果となる。
以上の代表的な例の測定結果及び解析結果からみて、本発明のウエイトは所期の目的・効果を十分に達成することがわかる。
このことから、所期の作用・機能を変更しない限りにおいて本発明のウエイトの構成を変更することができる。
2 金属部
2a 端部
2b 狭幅
2c 広幅
2d テーパ部
3 樹脂本体部
3a 内側筒部
3b、3c 連結部
3d 部分外側筒部
3e、3f 連結点
4 シャフト嵌入孔
F1、F7 衝撃力
F2〜F6、F8〜F10 力
Claims (5)
- 樹脂本体部のシャフト嵌入孔の軸中心を中心として径方向の内側又は外側にシャフト嵌入孔の軸方向の両端の端部から中央に向けて径方向の幅が漸減するように所定長さのテーパ部を設け、前記両テーパ部の間を径方向の幅が一定になるようにした金属部と、前記金属部をその前記両端部が露出するように覆うと共に前記シャフト嵌入孔が形成されるように構成した前記樹脂本体部とからなることを特徴とする振動モータ用ウエイト。
- 前記金属部の径方向でみて前記テーパ部を設けない側が前記シャフト嵌入孔の軸中心から径方向にみて一定距離になるようにしたことを特徴とする請求項1記載の振動モータ用ウエイト。
- 前記テーパ部のテーパ角を26度±4度の範囲内の任意の値にしたことを特徴とする請求項1又は2記載の振動モータ用ウエイト。
- 前記金属部の径方向断面を前記シャフト嵌入孔の軸中心から放射状に広がるように扇形としたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項記載の振動モータ用ウエイト。
- 前記樹脂本体部は内側筒部と一対の連結部と部分外側筒部からなり、その径方向断面が前記扇形の金属部の外周に沿うように前記部分外側筒部のシャフト回転方向の両端にそれぞれ前記連結部の一端を連結し、それぞれの前記連結部の他端を前記内側筒部にそれぞれ連結したことを特徴とする請求項4記載の振動モータ用ウエイト。
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