DE2358398A1 - METHOD FOR MANUFACTURING FLAT REEL - Google Patents
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Description
23583S823583S8
Diplom-PhysikerPhysicist
. o _,, , . 1, Diplom-Ingenieur. o _ ,,,. 1 , graduate engineer
Anwalt5akte: 42 824/Ti-th „^ „J* Gesthuysen Attorney file: 42 824 / Ti-th "^ " J * Gesthuysen
Patentanmeldung '
Dainippon Printing Co., Ltd.
12, Kaga-eho, Ichigaya,
Shinjuku-ku, Tokyo, Japan Patent application '
Dainippon Printing Co., Ltd.
12, Kaga-eho, Ichigaya,
Shinjuku-ku, Tokyo, Japan
4300 Essen, den 22.11.1973 Theaterplatz 3 4300 Essen, November 22nd, 1973 Theaterplatz 3
Verfahren zur Herstellung von Flachspulen.Process for the production of flat coils.
Zur Herstellung von Flachspulen sind bereits verschiedene Verfahren bekannt. So wird beispielsweise bei einem Verfahren ein vorgegebenes Spulenmuster in der gleichen Weise wie bei gedruckten Schaltungen aus einer Kupferbeschichteten Kunststoffplatte herausgeätzt. Bei einem anderen Verfahren wird aus einer elektrisch leitenden Platte oder Folie das Spulenmuster herausgestanzt und dann auf einer Kunstharzschicht befestigt. Bei einem weiteren Verfahren wird ein elektrisch leitender Draht mittels geeigneter Werkzeuge zu einer flachen Spirale geformt und dann mittels eines geeigneten Klebemittels in dieser Spiralenform fixiert.Various methods are already available for the production of flat coils known. For example, in one method, a predetermined coil pattern is printed in the same way as in printed Circuits etched out of a copper-coated plastic plate. Another method turns one into electrical conductive plate or foil punched out the coil pattern and then attached to a synthetic resin layer. at Another method is to shape an electrically conductive wire into a flat spiral using suitable tools and then in this spiral shape by means of a suitable adhesive fixed.
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Diese bekannten Verfahren eignen sich jedoch nicht dazu, dünne Flachspulen mit möglichst kleinen Abmessungen bei vorgegebener Kapazität durch eng aneinanderliegende Windungen herzustellen. So ist es bei dem erstgenannten Verfahren, bei welchem das Spulenmuster chemisch geätzt wird, schwierig, den Abstand zwischen den nebeneinanderliegenden Windungen kleiner als das 2-2,5-fache der Breite der Leiterbahn infolge der Hinterätzung durch das Ätzmittel zu machen, sodaß die Windungsdichte zwangsläufig begrenzt wird.However, these known methods are not suitable for producing thin flat coils with the smallest possible dimensions for a given Establish capacity by tightly spaced turns. So it is with the first-mentioned procedure, in which the Coil pattern is chemically etched, difficult to make the distance between adjacent turns smaller than that To make 2-2.5 times the width of the conductor track as a result of the etching back by the etchant, so that the winding density inevitably is limited.
Beim zweitgenannten Verfahren, bei welchem das Spulenmuster ausgestanzt wird, ergeben sich Schwierigkeiten bei der Befestigung der ausgestanzten Leiterbahn auf einer Kunstharzschicht ohne Verformung, der Leiterbahn, insbesondere wenn die ausgestanzte Leiterbahn sehr dünn ist und die Windungen eng beieinander liegen. Auch dieses bekannte Verfahren ist daher auf die Herstellung von Flachspulen aus relativ dicken und in relativ weiten Abständen voneinander verlaufenden Leiterbahnen beschränkt.In the second-mentioned method in which the coil pattern is punched out, difficulties arise in the attachment of the punched conductor track on a synthetic resin layer without deformation, the conductor track, especially when the punched out Conductor track is very thin and the turns are close together. This known method is also based on the production of flat coils from relatively thick and relatively wide spaced conductors limited.
Am bestehen geeignet erscheint noch das an dritter Stelle genannte Verfahren, bei welchem ein elektrisch leitender Draht in einer Ebene zu einer Spirale geformt wird. Wenn hierbei jedoch ein Draht mit rundem Querschnitt verwendet wird, ergibt sich der Nachteil einer verringerten elektrischen Stromkapazität, da bei dünnen Drähten die Querschnittsfläche klein ist. Wenn zwecks Verbesserung dieses Wertes ein Draht mit rechteckigem Querschnitt verwendet wird, ergeben sich Schwierigkeiten beim Formen eines derartigen Drahtes zu einer Spirale, ohne daß der Draht sich verdreht.The method mentioned in the third place, in which an electrically conductive wire, appears to be most suitable is formed into a spiral in one plane. However, if a wire with a round cross-section is used here, the result is the disadvantage of a reduced electrical current capacity, since the cross-sectional area is small in the case of thin wires. If a wire with a rectangular cross-section is used to improve this value, difficulties arise in forming such a wire into a spiral without twisting the wire.
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Andrejewski, Honke & Gesfnuysen, Patentanwälte, 4300 Essen 1, Theaterplatz Andrejewski, Honke & Gesfnuysen, patent attorneys, 4300 Essen 1, Theaterplatz
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung von Flachspulen in der Weise zu verwirklichen, daß die .aufgezeigten Nachteile der bisher bekannten Herstellungsverfahren ausgeschaltet werden, sodaß auf einfache, unbedingt sichere Weise Flachspulen in kleineren Abmessungen mit enger aneinanderliegenden Windungen hergestellt werden können, als dies für die gleichen Spulenwerte bisher möglich war.The invention has therefore set itself the task of realizing a method for the production of flat coils in such a way that that the disadvantages of the previously known manufacturing processes are eliminated, so that simple, absolutely safe way to produce flat coils in smaller dimensions with closer turns than was previously possible for the same coil values.
Gekennzeichnet ist ein derartiges erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Flachspulen im wesentlichen dadurch, daß eine elektrisch leitende Folie einseitig mit einer Isolierschicht und einer Klebemittelschicht oder einer elektrisch isolierenden Klebemittelschicht beschichtet wird, das entstandene Laminat auf einem Dorn fest zu einer Rolle aufgewickelt wird, die Klebemittelschicht zum Abbinden gebracht wird, die Rolle in scheibenförmige Flachspulen vorbestiminter Stärke zertrennt wird und der beim Zertrennen entstandene Grat oder Metallstaub von den Trennflächen entfernt wird.Such a method according to the invention for the production of flat coils is characterized essentially by the fact that an electrically conductive film on one side with an insulating layer and an adhesive layer or an electrically insulating adhesive layer is coated, the resulting laminate is wound tightly into a roll on a mandrel is made, the adhesive layer is made to set, the roll is predetermined in disc-shaped flat spools Starch is severed and the burr or metal dust created during severing is removed from the parting surfaces.
Dabei kann die Rolle senkrecht oder schräg zur Achse des Dornes oder auch längs gekrümmter Flächen zertrennt werden. Zum Zertrennen der Rolle in einzelne scheibenförmige Flachspulen kann eine Guillotineschere, eine Diamantbeschichtete Trennscheibe öder auch ein Metalldraht verwendet werden. Zur Entfernung des Grates oder Metallstaubes von den Trennflachen können diese mechanisch poliert werden, sie können aber auch chemisch oder elektrochemisch behandelt, ζOB. chemisch geätzt werden.The roll can be cut perpendicular or at an angle to the axis of the mandrel or along curved surfaces. Guillotine scissors, a diamond-coated cutting disc or a metal wire can be used to cut the roll into individual disc-shaped flat coils. To remove the burr or metal dust from the parting surfaces, these can be polished mechanically, but they can also be chemically or electrochemically treated, ζ O B. chemically etched.
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Eine genauere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen; es zeigen:A more detailed explanation of the invention emerges from the following description of some exemplary embodiments of the accompanying drawings; show it:
Figur 1 das Aufwickeln des Laminates auf einem Dorn in schematischer Darstellung;FIG. 1 shows the winding of the laminate on a mandrel in a schematic representation;
Figur 2 eine perspektivische Darstellung einer von der gemäß Fig.l hergestellten Rolle abgetrennten scheibenförmigen Flachspule vorgegebener Dicke;FIG. 2 shows a perspective illustration of a roll separated from the roll produced according to FIG disc-shaped flat coil of predetermined thickness;
Figur 3 einen Schnitt durch Fig.2 längs der Linie A-A;FIG. 3 shows a section through FIG. 2 along the line A-A;
Figur 4a einen Schnitt durch eine scheibenförmige Flachspule nach dem Entfernen des Grates oder Metallstaubes durch mechanisches Polieren;FIG. 4a shows a section through a disk-shaped flat coil after removing the burr or metal dust by mechanical polishing;
Figur 4b einen Schnitt durch eine scheibenförmige Flachspule nach Entfernung des Grates oder Metallstaubes durch chemisches Ätzen;FIG. 4b shows a section through a disk-shaped flat coil after the burr or metal dust has been removed chemical etching;
Figur 5a und 5b die Spulen aus Fig.4a und 4b nach Beschichten ihrer Stirnflächen mit einer Isolierschicht; undFIGS. 5a and 5b show the coils from FIGS. 4a and 4b after coating their end faces with an insulating layer; and
Figur 6 und 7 perspektivische Darstellungen erfindungsgernäßer Flachspulen in abgewandelter Form.FIGS. 6 and 7 are perspective representations of flat coils according to the invention in a modified form.
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ORiGiNAL INSPECTEDORiGiNAL INSPECTED
Wie Figur 1 zeigt, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine elektrisch leitende Folie 1, welche an ihrer einen, d.h. ihrer Unterseite, mit einer Isolierschicht 2 und einer Klebemittelschicht 3 beschichtet ist, auf einem Dorn 4 aus Kunstharz, Keramik oder Metall aufgewickelt. Um den erforderlichen Druck beim Aufwickeln dieses Laminates auf dem Dorn 4 zu erreiche, ist eine Druckrolle 5 vorgesehen, welche sich in Gegenrichtung zum Dorn 4 dreht und das Laminat in Richtung auf di-e Achse des Dornes 4 beaufschlagt. Der Druck dieser Druckrolle 5 wird 'jeweils entsprechend der Abmessung der herzustellenden Spule eingestellt.As Figure 1 shows, in the method according to the invention an electrically conductive film 1, which on one of its, i.e. its underside, is provided with an insulating layer 2 and an adhesive layer 3 is coated, wound on a mandrel 4 made of synthetic resin, ceramic or metal. To get the required To achieve pressure when winding this laminate on the mandrel 4, a pressure roller 5 is provided, which moves in the opposite direction rotates to the mandrel 4 and the laminate in the direction of di-e Axis of the mandrel 4 is applied. The pressure of this pressure roller 5 is' in each case according to the dimensions of the to be produced Coil set.
Die auf die elektrisch leitende Folie 1 aufgetragene Isolierschicht 2 dient zur gegenseitigen Isolierung der Windungen der aufgewickelten Spirale. Für diese Isolierschicht 2 kann eine Kunstharzfolie auf die elektrisch leitende Folie 1 aufgeklebt werden oder man kann ein Kunstharz wie beispielsweise PoIyvinylformal, Polyester, Epoxyharz, Polyurethan aufstreichen oder sonstwie auftragen. Diese Isolierschicht 2 kann allerdings entfallen, wenn die Klebemittelschicht 3 ihrerseits elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist. Da im allgemeinen Klebharze gleichzeitig elektrisch isolierend sindj, können sie sowohl als Isolier- wie auch als Klelaemittelschicht- verwendet werden. Dabei eignen sich insbesondere Epoxyharze, Polyesterharze, Polyurethanharze, Gummi und Akrylharze.The insulating layer 2 applied to the electrically conductive film 1 serves to isolate the turns of the windings from one another wound spiral. For this insulating layer 2, a synthetic resin film can be glued onto the electrically conductive film 1 or you can use a synthetic resin such as polyvinyl formal, Brush or otherwise apply polyester, epoxy resin, polyurethane. This insulating layer 2 can, however omitted if the adhesive layer 3 itself has electrically insulating properties. As generally adhesive resins are electrically insulating at the same time, they can both as Insulating as well as Klelamittelschicht- can be used. Epoxy resins, polyester resins, polyurethane resins, rubber and acrylic resins are particularly suitable.
Nachdem das Laminat 1, 2, .3 auf den Dorn 4· aufgewickelt ist, sodaß eine Rolle 6 entstanden ist, wird die Klebemittelschicht 3 auf ihrer Zusammensetzung entsprechende Weise zum AbbindenAfter the laminate 1, 2, .3 has been wound onto the mandrel 4, so that a roll 6 is formed, the adhesive layer 3 is set in a manner corresponding to its composition
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ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
oder Erhärten gebracht. Alsdann wird die Rolle 6 rechtwinklig zur Achse des Domes 4 in dünne Scheiben zertrennt, sodaß dünne Flachspulen 7 entstehen. Die elektrische Kapazität dieser dünnen Flachspulen hängt naturgemäß von der Dicke d der Spule 7 ab (Fig.2), sodaß durch entsprechende Wahl dieses Viertes d dünne Flachspulen mit dem Jeweils gewünschten elektrischen Kapazitätswert hergestellt werden können. or hardening. Then the roller 6 is right-angled cut into thin slices to the axis of the dome 4, so that thin flat coils 7 are formed. The electrical capacity of this thin Flat coils naturally depend on the thickness d of the coil 7 (FIG. 2), so that by choosing this fourth d thin Flat coils can be produced with the respective desired electrical capacitance value.
Zum Zertrennen der Rolle 6 in die dünnen scheibenförmigen Flachspulen 7 können Diamantbeschichtete Trennscheiben, Metalldrähte oder auch Scheren, wie beispielsweise Guillotinescheren verwendet werden. Im allgemeinen entsteht an den Trennflächen beim Zertrennen der Rolle 6 ein Grat oder Metallstaube, welcher zwangsläufig die Gefahr eines Kurzschlußes zwischen den eng beieinanderliegenden Windungen der elektrisch leitenden Folie mit sich bringt. Dies ist in Figur 5 angedeutet, wobei der entstandene Grat oder Metallstaub 8 eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Windungen 1 der Spule ergeben kann. Zur Entfernung dieses Grates oder Metallstaubes werden die Trennflächen der Flachspule 7 mechanisch poliert oder chemisch oder elektrochemisch behandelt. Das Aussehen einer derartigen mechanisch polierten Flachspule zeigt im Querschnitt Figur 4a. Figur 4b zeigt den Querschnitt einer durch chemische Ätzung behandelten Flachspule, wobei der Isolationsabstand zwischen den Windungen 1 durch das Ausätzen vergrößert ist, sodaß der Dielektrizitätswert dieser Spule ebenfalls erhöht wird.For cutting the roll 6 into the thin, disk-shaped flat coils 7 diamond-coated cutting disks, metal wires or also scissors, such as guillotine shears, can be used will. In general, a burr or metal dust arises on the parting surfaces when the roll 6 is severed inevitably the risk of a short circuit between the closely spaced turns of the electrically conductive foil brings with it. This is indicated in FIG. 5, the resulting burr or metal dust 8 being an electrically conductive one Connection between the turns 1 of the coil can result. To remove this burr or metal dust, the Separating surfaces of the flat coil 7 mechanically polished or chemically or electrochemically treated. The appearance of such a mechanically polished flat coil is shown in cross section in FIG. 4a. FIG. 4b shows the cross section of a flat coil treated by chemical etching, with the insulation distance between the turns 1 is enlarged by the etching, so that the dielectric value this coil is also increased.
Nach dieser Behandlung der Trennflächen werden diese mit einer Isolierschicht 10 überzogen, wie dies in den Figuren 5a und 5bAfter this treatment of the separating surfaces, they are covered with an insulating layer 10, as shown in FIGS. 5a and 5b
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INSPECTEDINSPECTED
dargestellt ist, wodurch eine erneute Kurzschlußbildung verhindert und die Festigkeit der Spule erhöht wird.is shown, which prevents a renewed short-circuit formation and the strength of the coil is increased.
Wenn auch in der vorstehenden Beschreibung lediglich von der Herstellung einer Flachspule mit kreisförmiger Außenform die Rede war, so ist es auf die gleiche Weise auch möglich, rechteckige, polygonale, sternförmige oder andersförmige Spulen herzustellen. -Even if in the above description only from the Manufacture of a flat coil with a circular outer shape was mentioned, so it is also possible in the same way to produce rectangular, to produce polygonal, star-shaped or other-shaped coils. -
Außerdem kann die Rolle 6, statt rechtwinklig zur Achse des Dornes in scheibenförmige Flachspulen 7 zertrennt zu werden auch schräg zur Dornachse zertrennt werden, sodaß ellipsenförmige dünne Flachspulen entstehen, wie dies Figur 6 zeigt. Man kann die Rolle 6 auch längs gekrümmter Flächen zertrennen, sodaß auf einfachste Weise gekrümmte Flachspulen entstehen, wie dies in Figur 7 dargestellt ist.In addition, instead of being cut at right angles to the axis of the mandrel, the roll 6 can be cut into disc-shaped flat coils 7 can also be cut obliquely to the mandrel axis, so that elliptical thin flat coils are formed, as shown in FIG. 6. The roll 6 can also be cut along curved surfaces, so that curved flat coils are created in the simplest possible way, as shown in FIG.
Nachstehende Zahlenbeispiele sollen die Überlegenheit des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber den bisher bekannten Herstellungsverfahren für Flachspulen belegen.The following numerical examples are intended to demonstrate the superiority of the method according to the invention over the previously known Prove manufacturing process for flat coils.
In Cresol-Lösung gelöstes Polyvinylformalharz wurde auf eine elektrisch leitende Folie 1 in einer Stärke von 50/U aufgerollt, 30 min lang bei einer Temperatur von 2000C getrocknet und zum Erhärten gebracht, sodaß eine Isolierschicht 2 in einer Stärke von 15/U entstand. Anschließend wurde auf diese IsolierschichtPolyvinyl formal resin dissolved in cresol solution was rolled onto an electrically conductive film 1 with a thickness of 50 / rev, dried for 30 minutes at a temperature of 200 ° C. and hardened so that an insulating layer 2 with a thickness of 15 / rev was created . It was then applied to this insulating layer
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eine Klebemittelschicht 3 aufgetragen, welche im wesentlichen aus Polyvinylbutyralharz bestand und eine Stärke von 25 /u aufwies. Dieses Laminat, bestehend aus der elektrisch leitenden Folie 1, der Isolierschicht 2 und der Klebemittelschicht 3* wurde dann auf einen zylindrischen Keramikdorn 4 mit einem Außendurchmesser von 20 mm mit innenliegender Klebemittelschicht 3 aufgewickelt, wobei eine Druckwalze 5 für die feste Anlage der einzelnen Windungen aneinander sorgte. Es entstand schließlich eine Rolle 6 mit einem Durchmesser von 400 mm und 300 Windungen. Zum Abbinden der Klebernittelschicht 3 wurde die Rolle 6 dann in einen Ofen gelegt, 30 min lang bei 70 C vorgewärmt und schließlich 30 min lang bei 120°C zum endgültigen Abbinden gebracht.an adhesive layer 3 applied, which essentially was made of polyvinyl butyral resin and had a thickness of 25 / u. This laminate, consisting of the electrically conductive film 1, the insulating layer 2 and the adhesive layer 3 * was then on a cylindrical ceramic mandrel 4 with an outer diameter of 20 mm with an internal adhesive layer 3 wound up, with a pressure roller 5 for the fixed Creation of the individual turns on each other. Finally, a roller 6 with a diameter of 400 mm and 300 turns. To set the middle adhesive layer 3, the Roll 6 then placed in an oven, preheated at 70 ° C for 30 minutes and finally set at 120 ° C for 30 minutes.
Nach, erfolgter Abkühlung wurde die Rolle mittels einer Diamantbeschichteten Trennscheibe senkrecht zur Achse des Domes 4 in 1 mm starke Scheiben zertrennt, sodaß dünne, ebene Flachspulen 7 in einer Stärke von 1 mm entstanden.After cooling down, the roll was cut perpendicular to the axis of the dome 4 in 1 mm thick disks were cut, so that thin, flat flat coils 7 with a thickness of 1 mm were produced.
Diese dünnen Scheiben wurden dann 10 min lang in eine Ferrichloridlösung bei einer Temperatur von 45°C eingetaucht, wodurch der beim Trennen entstandene Metallstaube und Grat durch Ätzung entfernt wurde. Die beiden Seitenflächen der geätzten Flachspulen wurden abschließend mit einer Epoxyharzschicht 10 versehen.These thin disks were then immersed in a ferric chloride solution for 10 minutes immersed at a temperature of 45 ° C, which removes the metal dust and burrs produced during cutting Etching has been removed. The two side surfaces of the etched flat coils were finally covered with an epoxy resin layer 10 Mistake.
Für die einzelnen Plachspulen 7 in einer Stärke von 1 mm ergab sich bei einem Durchmesser von 74 mm ein elektrischer Widerstandswert von 16 0hm bei einer elektrischen Kapazität von 12 pF.For the individual flat coils 7 with a thickness of 1 mm, an electrical resistance value was obtained with a diameter of 74 mm of 16 ohms with an electrical capacitance of 12 pF.
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Zum.Vergleich wurde ein Draht mit rundem Querschnitt und einem Durchmesser von 0,25 mm entsprechend der gleichen Querschnittsfläche der im Beispiel 1 hergestellten erfindungsgemäßen Flachspule 7 mit Isolier- und Klebemittelschichten 2 und 3 von 20/U Dicke beschichtet und anschließend auf einen Keramikdorn 4 von 20 mm Durchmesser in einer einzigen Schicht mit 300 Windungen aufgewickelt. Der Durchmesser dieser nach dem bisher üblichen Verfahren hergestellten Spule betrug 194 mm und der Gleichstromwiderstand 36,4 0hm.For comparison, a wire with a round cross-section and a Diameter of 0.25 mm corresponding to the same cross-sectional area of the flat coil according to the invention produced in Example 1 7 with insulating and adhesive layers 2 and 3 of 20 / U Coated thickness and then on a ceramic mandrel 4 of 20 mm diameter in a single layer with 300 turns wound up. The diameter of this coil, manufactured according to the previously customary process, was 194 mm and the direct current resistance 36.4 ohms.
Gegenüber den beim erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Flachspulen erzielten Werten von 74 mm Durchmesser und 16 Ohm ergeben sich infolgedessen bei nach dem herkömmlichen Verfahren hergestellten Flachspulen mehr als doppelt so hohe Werte.Compared to those produced in the process according to the invention Flat coils achieved values of 74 mm in diameter and 16 ohms As a result, flat coils produced using the conventional method result in values that are more than twice as high.
Der gemäß Vergleichs-Beispiel 1 mit einer Isolier- und einer Klebemittelschicht von 20/u Dicke beschichtete runde Draht von 0,25 pn Stärke wurde auf den Keramikdorn in vier Lagen von jeweils 75 Windungen aufgewickelt, sodaß sich eine Gesamtwindungszahl von 300 ergab. Es entstand eine Spule mit einem Durchmesser von 64 mm, in einer Stärke von 1,2 mm bei einem Gleichstromwiderstand von 14,2 0hm. Der elektrische Kapazitätsw.ert dieser nach dem herkömmlichen Verfahren hergestelltenThe round wire coated according to Comparative Example 1 with an insulating and an adhesive layer of 20 μm thick 0.25 pn strength was applied to the ceramic mandrel in four layers of 75 turns each wound, so that there is a total number of turns of 300 resulted. The result was a coil with a diameter of 64 mm and a thickness of 1.2 mm for a DC resistance of 14.2 ohms. The electrical capacitance value these produced by the conventional method
4Q9Ö23/Q82Q4Q9Ö23 / Q82Q
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Spule stieg jedoch auf 30 pP an, auf einen Wert also, welcher gegenüber dem bei der erfindungsgemäßen Spule erzielten Wert von 12 pP keineswegs als günstig anzusehen ist.However, the coil rose to 30 pP, a value that is what compared to the value of 12 pP achieved with the coil according to the invention is in no way to be regarded as favorable.
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