以下、本発明の実施の形態におけるブラシレス振動モータ(以下、単にモータということがある。)について説明する。
ブラシレス振動モータは、薄型(扁平型)で、インナーロータ型のものである。ロータは、磁石と、ウエイトとを有している。モータは、例えば、2つのステータヨークの間にコイルが配置された構造を有するクローポール型のものであり、小型で簡素な構成を有している。
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるブラシレス振動モータ1の分解斜視図である。
図1に示されるように、ブラシレス振動モータ1は、大まかに、ケース2と、トッププレート8と、ロータ10と、シャフト25と、上ステータヨーク30と、下ステータヨーク40と、コイル50と、配線用基板70とを備えている。ロータ10には、ロータ10の重心がその回転軸から偏心するように、ウエイト15が設けられている。モータ1は、ロータ10の回転に伴い振動する振動モータである。
モータ1において、上ステータヨーク30と下ステータヨーク40とは一対のステータヨークを構成する。上ステータヨーク30と下ステータヨーク40との間には、コイル50が配置されている。なお、以下の説明において、上ステータヨーク30と下ステータヨーク40とのそれぞれを、ヨーク30、ヨーク40ということがある。
ヨーク30には、3つの極歯30a,30b,30cが設けられている。ヨーク40には、3つの極歯40a,40b,40cが設けられている。ヨーク30,40のそれぞれの極歯30a〜30c,40a〜40cは、互いに対面交差するように、ロータ10の回転中心に相当する位置を中心に、周状に並ぶように突設されている。すなわち、モータ1は、クローポール形のものである。
ケース2、上ステータヨーク30及び下ステータヨーク40は、例えば軟磁性材料を用いて形成されている。
図2は、モータ1の斜視図である。
図2において、トッププレート8の図示は省略されている。トッププレート8はモータ1の上面(図2において手前側の面)を覆うように設けられており、ケース2の内部の各部材は露出していない。トッププレート8がケース2にはめ込まれている状態で、トッププレート8の上部に形成された孔部8a(図1に示す。)には、シャフト25の上端部が貫通している。
図2に示されるように、モータ1において、ロータ10、上ステータヨーク30、下ステータヨーク40、及びコイル50などは、ケース2の内部に配置される。配線用基板70は、ケース2の底面に沿うように配置されている。すなわち、配線用基板70はモータ1の底部に配置されている。モータ1は、全体として、比較的薄く、平面視で(モータ1の上面から見て)円形の、コイン型に形成されている。シャフト25は、モータ1の上方に突出しないように配置されている。
図3は、モータ1の斜視断面図である。
図3において示されている断面は、ロータ10の回転軸すなわちシャフト25の中心軸を通る平面である。
図1、図2、及び図3を参照して、モータ1の各構成部材について説明する。
ケース2は、下面が覆われた椀形状を有している。ケース2には、シャフト25とワッシャ27とが配置されている。シャフト25は、ケース2の底面の略中央部に立設するように、ケース2に固定されている。ワッシャ27は、シャフト25が貫通した状態で、ケース2の内面に配置されている。シャフト25は、その上端部がトッププレート8により保持され、その下端部がケース2により保持されている。すなわち、モータ1において、シャフト25は固定軸であり、ロータ10はシャフト25を回転軸として回転する。シャフト25は、モータ1の底面に対して垂直に配置されている。
図1に示されるように、ケース2の底面の一部には、穴部5が形成されている。穴部5は、配線用基板70上の駆動用ICや電子部品などに対応する位置に配置されている。すなわち、ケース2の底面に配線用基板70を重ねたとき、配線用基板70上の駆動用ICや電子部品などがケース2の底面に干渉せず、穴部5を介してケース2の内部側から見えるように構成されている。
ロータ10は、環状磁石11と、ロータスペーサ12と、ウエイト15と、軸受(メタル)21とを有している。
環状磁石11は、例えば、環状に連続して一体に形成された永久磁石であり、ロータスペーサ12の側周部に保持されている。環状磁石11は、例えば、複数の極歯(極歯30a〜30c,40a〜40c)に対応する複数の磁極(例えば6つの磁極)を有している。図2に示されるように、環状磁石11は、周状に配置されている極歯30a〜30c,40a〜40cに近接して対向するように、ロータ10の外周部分に配置されている。
図3に示されるように、軸受21は、ロータスペーサ12により保持されてロータスペーサ12に固定されている。軸受21は、例えばすべり軸受であり、シャフト25が貫通するようにして配置されている。これにより、ロータ10が固定軸であるシャフト25を中心に回転に軸支される。
ロータスペーサ12は、大まかに、下方に開口する椀形状を有している。すなわち、図3に示されるように、ロータスペーサ12は、円筒状の側周部12aと、側周部12aの上部からロータ10の中央部にかけて略水平に形成された板状部12bとを有している。板状部12bの中央部には、軸受21が保持される保持部12cが設けられている。また、板状部12bの一部には、開口部12hが形成されている。すなわち、板状部12bは、保持部12c及び開口部12hを除き、側周部12aを塞ぐように形成されている。
ロータスペーサ12は、例えば軟磁性材料を用いて形成されている。本実施の形態において、ロータスペーサ12は、例えば、プレス加工や板金加工などにより製造可能であるが、これに限られるものではない。また、硬磁性材料を用いて形成されていたり、これらと樹脂等を併せて用いて形成されていてもよい。
側周部12aは、ロータスペーサ12の外周をなし、環状磁石11の内面に面するように形成されている。環状磁石11は、ロータスペーサ12の側周部12aすなわちロータスペーサ12の外周に嵌め込まれ、その状態でロータスペーサ12に接着されて固定されている。
保持部12cは、ロータ10の中央部に配置されている。保持部12cは、軸受21が圧入されて嵌め込まれることで軸受21を保持可能である。軸受21は、円柱形状を有しており、保持部12cは、板状部12bから下方に窪む、円筒内周面を有する有底穴状に形成されている。板状部12bは、ロータスペーサ12のうち、側周部12aの上縁部と保持部12cの上縁部との間に位置する部位であり、平面視でドーナツ形となっている。
板状部12bの一部には、開口部12hが形成されている。図2に示されるように、開口部12hは、開口角が160度程度の、中心部分が無い、扇形の形状を有している。すなわち、開口部12hは、平面視で円形状の外周縁を有する板状部12bのうち、その外周の略半周に沿うように、所定の幅で形成されている。なお、この開口角は160度に限定されるものではない。
ウエイト15は、例えば半円盤形状を有する重りである。ウエイト15は、例えばタングステン合金など、比重が大きい金属を用いて形成されている。なお、ウエイト15の材質はこれに限られるものではない。
図1に示されるように、ウエイト15は、ロータスペーサ12の底面側に開口する、側周部12a、板状部12b、及び保持部12cで囲まれたドーナツ形の空間のうち、底面視でその略半周部分を占めるような形状に形成されている。ウエイト15は、ロータスペーサ12のドーナツ形の空間の一部に配置されている。すなわち、ウエイト15は、側周部12aの一部及び板状部12bの一部に面するように配置されている。
ウエイト15の上面には、開口部12hに貫入する形状の突起部15aが形成されている。突起部15aの径方向の寸法は、平面視で開口部12hのそれと略同一となるように形成されている。すなわち、突起部15aの円弧部分の形状は、開口部12hの円弧部分の形状と略同一である。また、突起部15aは、開口部12hの開口角よりも若干小さくなるように形成されていて、ウエイト15は、突起部15aが開口部12hに貫入するようにしてロータスペーサ12内に配置されている。すなわち、突起部15aは、開口部12hの開口角より若干小さいことにより、ウエイト15は、突起部15aが開口部12hのコーナー部に干渉せず、開口部12hに対して位置決めされた状態となる。
ウエイト15は、例えば、接着又は溶接などにより、ロータスペーサ12に固定されている。突起部15aが開口部12hに貫入した状態でウエイト15が固定されているので、ウエイト15がロータスペーサ12に対してずれることがなく、確実に固定されたままの状態が維持される。また、比較的比重が大きいウエイト15の体積が大きくなるので、ロータ10の重心を、その回転軸からより大きくずらし、偏心量を大きくすることができる。
図3に示されるように、ロータ10は、ロータスペーサ12の保持部12cとケース2の底面との間にワッシャ27を挟み、ロータスペーサ12から上方に露出した軸受21とトッププレート(図3において図示せず)との間にワッシャ29を挟むようにして配置されている。ワッシャ29は、シャフト25を貫通するようにして配置されている。
ロータ10がシャフト25を回転軸として回転するとき、シャフト25に対して軸受21が摺動する。また、このとき、ロータ10は、ワッシャ27とワッシャ29とによりシャフト25の軸方向に支えられて、回転する。
コイル50は、銅線を巻回して円環形に構成された空芯コイルである。コイル50は、ヨーク30,40間に挟まれるようにして、複数の極歯30a〜30c,40a〜40cの外周に、環状に配置されている。
ヨーク30とヨーク40とは、それぞれ、平面視でケース2の内側壁面よりもわずかに小さい円板状に形成されている。すなわち、ヨーク30とヨーク40とは、ケース2の内部に軽圧入で取り付けられることにより、ヨーク30とヨーク40とケース2とで、磁気回路が構成される。
ヨーク30,40は、コイル50を挟むようにして、極歯30a,30b,30cと極歯40a,40b,40cとが相対向するような向きで、重ねられている。図2に示されるように、ヨーク30,40が重ねられた状態で、極歯30a〜30c,40a〜40cは、上面視で、反時計回りに、極歯30a、極歯40a、極歯30b、極歯40b、極歯30c、極歯40cと周状に並ぶように配置されている。各極歯30a〜30c,40a〜40cは、例えば、ヨーク30,40の平板状の面(ヨークつば部)から折り曲げられることで形成されている。ヨーク30,40のうち極歯30a〜30c,40a〜40cが設けられた部位よりも内側の部位は空いており、ロータ10が配置されるスペースとなっている。これにより、上記の通り、ロータ10の環状磁石11は、極歯30a〜30c,40a〜40cに対向するように配置されている。
図3に示されるように、コイル50は、周状に並ぶ複数の極歯30a〜30c,40a〜40cの外周に配置されている。モータ1は、コイル50により極歯30a〜30cと極歯40a〜40cとが励磁されることで駆動される。すなわち、ロータ10は、コイル50及び極歯30a〜30c,40a〜40cに対して回転可能である。ここで、図2に示されるように、極歯30a〜30c,40a〜40cのそれぞれは、ロータ10との距離すなわち環状磁石11の側周面との距離が、反時計回り方向に徐々に小さくなるように形成されている。これにより、コイル50を用いてモータ1を容易に駆動可能に構成されている。
配線用基板70は、例えばプリント配線基板である。図1に示されるように、配線用基板70は、ケース2の底面すなわちモータ1の外周形状と略同じ円形の外周形状を有している。
配線用基板70の上面には、ケース2の穴部5に対応した位置に駆動用ICや、電子部品や、接続パターンなどが設けられている。駆動用IC、電子部品や接続パターンは、例えばコイル50に通電してロータ10をコイル50などに対して回転させる駆動回路を構成する。接続パターンの一部は、ケース2に対向する配線用基板70の上面に露出している。接続パターンには、コイル50の2つの巻回端部(巻き始め線及び巻き終わり線)のそれぞれが、はんだ付けなどにより接続される。
図1などに示されるように、モータ1は、例えば次のような手順で一体に組み立てられている。すなわち、ケース2の内部に、ケース2の底部内面側からヨーク40、コイル50、ヨーク30を順に配置して、その中央部にロータ10を配置する。ケース2の底面には、配線用基板70を配置する。そして、上面から、ケース2の内部をトッププレート8で覆う。なお、組立て手順は、これに限られるものではない。
以上説明したように、本実施の形態において、モータ1のロータ10は、環状磁石11とウエイト15とをロータスペーサ12で保持した構造を有している。したがって、従来の構造とは異なり、ロータ10の全周にわたってロータ10を回転させるトルクが得られるので、モータ1の回転効率を高くすることができ、また、モータ1を小型化できる。ウエイト15が、ロータスペーサ12により回転軸と環状磁石11との間に設けられたスペースに保持されるので、小型に形成したモータ1により十分な振動を発生させることができる。
ロータスペーサ12は磁性材料を用いて形成されているので、環状磁石11とロータスペーサ12とで磁路が形成され、環状磁石11の漏れ磁束が少なくなる。したがって、環状磁石11の磁力を有効に回転力に利用でき、モータ1の回転効率をより高くすることができる。環状磁石11の磁力が有効に利用されるので、環状磁石11として薄型のものを用いることができ、モータ1をより小型化することができる。
ロータスペーサ12は、簡素な形状を有するものでありながら、構成された環状磁石11の保持、ウエイト15の位置決め、軸受21の保持など、種々の役割を果たす。ロータスペーサ12に環状磁石11、ウエイト15、軸受21を取り付けることは、容易に行うことができる。したがって、モータ1の部品点数を少なくし、かつ、モータ1を容易に製造可能にすることができ、モータ1の製造コストを低減できる。
環状磁石11は、ロータスペーサ12の外周部分に保持されることにより、いわば補強された状態で用いられる。したがって、薄い環状磁石11を用いても、モータ1の耐久性を十分に確保することができ、モータ1を小型化することができる。
ロータスペーサ12は、側周部12aを有し、さらに、中央部に軸受21を保持するための保持部12cを有しており、それ自体高い断面性能を有したものである。また、ロータスペーサ12は、保持部12cに軸受21を圧入した状態で用いられる。ロータスペーサ12は比較的高い剛性を有しているので、モータ1の耐久性は高く、また、モータ1は安定して動作可能である。
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態におけるブラシレス振動モータの基本的な構成は、第1の実施の形態におけるそれと同じであるためここでの説明を繰り返さない。第2の実施の形態においては、ロータ側にシャフトが保持されており、ケースに固定された軸受に対してシャフトが回転する構造を有している点が第1の実施の形態と異なる。
図4は、第2の実施の形態におけるブラシレス振動モータ101の分解斜視図である。
図4に示されるように、モータ101において、ヨーク30,40、コイル50、及び配線用基板70は、モータ1と同じものである。第2の実施の形態におけるモータ101を構成する部材のうち、ケース102、トッププレート108、及びロータ110などの構成は、第1の実施の形態のモータ1とは異なっている。
ロータ110は、環状の環状磁石11と、ロータスペーサ112と、半円盤状のウエイト15と、シャフト125とを有している。環状磁石11とウエイト15とは、第1の実施の形態と同様に構成されている。
図5は、モータ101の斜視断面図である。
図5は、第1の実施の形態における図3に対応する図である。
図5に示されるように、第2の実施の形態において、ロータスペーサ112は、その中央部に、シャフト125を保持している。ロータ110は、シャフト125を回転軸として回転可能に、ケース102に配置される。
ロータスペーサ112は、第1の実施の形態のロータスペーサ12と同様に、側周部12aと板状部12bとを有する椀形状を有している。ロータスペーサ112の中央部には、保持部12cに代えて、保持孔部112cが形成されている。保持孔部112cには、シャフト125の上端部が貫入している。シャフト125は、保持孔部112cに貫入した状態で、ロータスペーサ112の上面すなわち板状部12bから下方に突出するように、ロータスペーサ112に固定されている。
図5に示されるように、ケース102の中央部には、円筒状に形成された保持部102cが設けられている。保持部102cには、円柱形状の軸受121が圧入され固定されている。また、軸受121の底面には、スラスト板127が配置されている。スラスト板127は、ケース102の軸受121部分と、配線用基板70の上面との間に配置されている。
シャフト125は、その下端部がスラスト板127に支持されるようにして、軸受121に対して回転方向に摺動可能に、軸受121に貫装されている。これにより、ロータ110は、シャフト125と共に回転可能に保持されている。
シャフト125は、トッププレート108を貫通していない。すなわち、図4に示されるように、トッププレート8の中央部には、孔部は設けられていない。
第2の実施の形態においても、環状磁石11及びウエイト15は、第1の実施の形態と同様にして、ロータスペーサ112に保持されている。すなわち、環状磁石11は、ロータスペーサ112の外周部である側周部12aの外側に、側周部12aにその内周面が面するようにして固定されている。また、ウエイト15は、その突起部15aがロータスペーサ112の板状部12bに形成された開口部12hに貫入するようにして位置決めされた状態で、ロータスペーサ112に固定されている。すなわち、ウエイト15は、側周部12aの一部及び板状部12bの一部に面するようにして配置されている。
ウエイト15は、第1の実施の形態と同様に、シャフト125でなくロータスペーサ112の外周部側に固定されており、ロータ110の中心部の部分がくり抜かれた形状を有している。したがって、ウエイト15の重量に比して、効果的にロータ110の重心を偏心させることができ、モータ101が、比較的軽量でありながら大きな振動を発生可能になる。
第2の実施の形態においても、モータ101のロータ110は、環状磁石11とウエイト15とを、磁性材料を用いて形成されたロータスペーサ112で保持した構造を有している。ロータスペーサ112は、簡素な形状を有するものでありながら、構成された環状磁石11の保持、ウエイト15の位置決めなど、種々の役割を果たす。したがって、第1の実施の形態と同様に、モータ101の回転効率を高くすることができ、また、モータ101を小型化できる。環状磁石11として薄型のものを用いることができ、モータ101をより小型化することができる。モータ101を容易に製造可能にすることができ、モータ101の製造コストを低減できる。
第2の実施の形態では、第1の実施の形態と比較して、ロータスペーサ112の形状が、より簡素なものとなっている。すなわち、第1の実施の形態においてロータスペーサ12は軸受21を保持するための保持部12cが設けられているのに対し、ロータスペーサ112には、平板状の板状部12bに保持孔部112cが設けられているだけである。ロータスペーサ112を製造するときには、保持部12cを設けるための絞り加工は不要となる。したがって、ロータスペーサ112を容易に製造することができ、ロータスペーサ112の製造コストを低減させることができる。
[第3の実施の形態]
第3の実施の形態におけるブラシレス振動モータの基本的な構成は、ロータスペーサの構成を除き、第1の実施の形態におけるそれと同じである。第3の実施の形態においては、ロータスペーサの開口部が2つ設けられている点が、第1の実施の形態とは異なる。
図6は、第3の実施の形態に係るブラシレス振動モータ301の平面図である。
図6に示されるように、モータ301のロータ10において、ロータスペーサ312には、2つの開口部12h,312hが設けられている。開口部12h,312hは、いずれも、ロータスペーサ312の板状部12bに形成されている。開口部12hは、第1の実施の形態と同様に、中心部の無い扇形に形成されている。また、開口部312hは、上面視でロータ10の回転軸(シャフト25の中心)に関して、開口部12hに点対称となる位置及び形状に形成されている。
図7は、モータ301の斜視断面図である。
図7に示されるように、ウエイト15は、開口部12hに突起部15aが貫入するようにして、開口部12h側に取り付けられている。開口部312h側には、なにも取り付けられていない。
第3の実施の形態において、ロータスペーサ312には、開口部12hに加えて、もう一つの開口部312hが形成されているので、振動を発生させる効果を損なうことなく、ロータ10及びモータ301を全体として軽量化することができる。ロータ10が軽量化されるので、ロータ10のイナーシャが小さくなる。したがって、モータ301を動作させてから十分な振動が発生するまでの時間や、動作中のモータ301を停止させて振動を停止させるまでの時間を短くすることができる。
その他、モータ301は第1の実施の形態のモータ1と同様に構成されているので、第3の実施の形態においても、第1の実施の形態と同様の効果が得られる。
なお、開口部の数は、2つに限られるものではない。さらに多くの開口部が設けられていてもよい。また、ウエイトは、複数の開口部にそれぞれウエイトの一部が貫入するようにして、ロータスペーサに固定されていてもよい。例えば、円柱形状の突起部などがウエイトに複数設けられており、各突起部が、それと同様に比較的単純な円形に形成された複数の開口部に貫入するような構成としてもよい。この場合、突起部や開口部の形状を単純なものとしたままでも、ウエイトをロータスペーサに確実に位置決めすることができる。
[第4の実施の形態]
第4の実施の形態におけるブラシレス振動モータの基本的な構成は、ロータスペーサの構成を除き、第1の実施の形態におけるそれと同じである。第4の実施の形態においては、ロータスペーサの開口部がロータスペーサの側面すなわち側周部にまで広がっている点が、第1の実施の形態とは異なる。
図8は、第4の実施の形態に係るブラシレス振動モータ401の平面図である。
図8に示されるように、モータ401のロータ10において、ロータスペーサ412には、板状部12b部分に開口するだけでなく、側周部12aにも開口した開口部412hが設けられている。開口部412hは、上述の第1の実施の形態における開口部12h(図8においてその一部を二点鎖線で示す。)に加え、それに連通するように、側周部12aのうち中心角で略90度程度に相当する範囲の部分を除去した除去部412iを設けることで形成されている。開口部412hにおいて、除去部412iは、平面視で側周部12aを除去した部分の中央の位置が、開口部12hの扇形の中央の位置に揃うようにして配置されている。開口部412hにおいて、除去部412iに連通する部分を除き、開口部12hと同様の扇形の円弧形状部分は、開口部412hの端縁部となっている。
図9は、モータ401の斜視断面図である。
図9に示されるように、ロータ10には、ロータスペーサ412の開口部412hに対応する形状のウエイト415が配置されている。ウエイト415は、第1の実施の形態のウエイト15と同様に、突起部15aを有している。
ここで、ウエイト415は、開口部412hとして除去部412iが設けられていることにより生じた空間を埋めるように、ロータスペーサ412の外周に向けて部分的に張り出した突出部415bを有している。突出部415bは、ロータスペーサ412の内部(側周部12a及び板状部12bで囲まれた部分)から、開口部412hを介して環状磁石11の内面に向けて張り出した部分である。
図10は、モータ401の側断面図である。
ロータスペーサ412には、側周部12aにも開口した開口部412hが形成されているので、ウエイト415を、ロータ10の側周部により近い部分に配置することができる。すなわち、図10に示されるように、開口部412hが設けられていない場合において、ウエイトは、ロータ10の回転中心からの距離が図10においてR1となる位置、すなわち側周部12aの内面付近までしか設けることができない。しかしながら、開口部412hが形成されていることにより、除去部412iが設けられている部分において、ウエイト415の突出部415bを設けることができる。突出部415bは、ロータ10の回転中心からの距離が図10においてR2となる位置、すなわち環状磁石11の内面付近まで張り出すように、設けることができる。
このように、第4の実施の形態においては、ロータ10の重心の偏心量をより大きくすることができ、モータ401を小型化しつつ、より大きな振動が発生するように構成することができる。ウエイト415の突出部415bは、ロータ10の中心から離れた位置に設けられることになるので、ウエイトを他の部分において大型化する場合と比較して、ウエイト415の重量増加分に比して、比較的大きな振動量の増加効果を得ることができる。ロータスペーサ412の外周形状は略そのまま維持することができるので、環状磁石11を確実に保持することができる。
その他、モータ401は第1の実施の形態のモータ1と同様に構成されているので、第4の実施の形態においても、第1の実施の形態と同様の効果が得られる。
[その他]
上記の各実施の形態のそれぞれの特徴部分を適宜組み合わせてブラシレス振動モータを構成してもよい。
ロータスペーサは、例えば他の加工法により形成されたものであってもよい。また、ロータスペーサは、樹脂の一体成形により形成されたものであってもよい。上述の各実施の形態において、ロータスペーサは、底面側に板状部が形成されているものであってもよい。また、ロータスペーサの側周部は、略全周に設けられていなくてもよい。
ウエイトは、タングステン合金に限られず、他の、比較的比重が高い物質を用いて構成されていてもよい。
配線用基板は、駆動用ICなどの集積回路を有していないものであってもよい。また、配線用基板は、例えばケースの内部において、ステータヨークに沿うように配置されていてもよい。
上記のようなすべり軸受やワッシャに代えて、他の形式の軸受等を用いてもよい。
モータは、クローポール形のものに限られない。磁極の数や極歯の数は上述に限られず、さらに多くてもよいし、これより少なくてもよい。
上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。