JP2647425B2 - コイルを持つモーター用回路装置と、そのコイルの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はステーターと、磁化されたローターと、そし
てローターに磁気的に結合された少なくとも１つのコイ
ルを有する小型のステツピングモーターに関するもので
あり、また本発明は、ローターを動かすために必要な電
流パルスをコイルに供給する制御回路に関するもので、
このモーターは制御回路と結合してモーター用回路装置
を形成する。

本発明はそのような回路装置に、特に時計、さらに特
定化すれば腕時計に用いられる回路装置に関するもので
ある。

従来技術 今日、腕時計に最も多く用いられているモーターは、
ラベツト型ステツピングモーターである。この型式のモ
ーターにおいては、円筒形状の磁化されたローターは、
各パルスがローターを１ステツプだけ前進させるような
電流パルスを供給する、通常は集積回路である制御回路
にその端子が接続されているコイルがその上に巻かれて
いる磁気回路のエアギヤツプ中に放射状の磁界を生じさ
せる。

このコイルは、磁気回路の１部を含むくぼんだ絶縁チ
ユーブ上に巻かれた極めて微細な電線によつて形成され
る。

電線の価格および、チユーブ上にそれを巻き付ける、
また信頼のおける接続を生じさせることの困難さは、コ
イルがモーターの中の最も高価な部品となる原因となつ
ている。

別の型式のモーターも腕時計にしばしば使用されてい
る。この場合、ローターは薄い、磁化されたデイスクと
しての形状をなし、磁気回路のエアギヤツプ内に軸方向
の磁界を生じさせ、この磁界はローターに平行に配置さ
れた平らな、即ち実質的に平面的で薄い、コイル中に延
びている。

この型式のモーターは６ないし８個の薄い銅線のコイ
ルを用いており、それらは作る上でも、また互いに、そ
して制御回路に接続するのにも難しく、ラベツトモータ
ーよりもさらに製造費用が高くなる。

このモーターはそれ自身非常にコンパクトな構造とな
るのであつて、それがこのモーターが腕時計製造におい
てよく使用されている理由である。

米国特許第（US−Ａ−）4340833号明細書中に詳しく
説明されているように、コイルを印刷配線板上に同時に
作ることによつて、実質的な原価低減を果たすことが可
能である。

この技術は、工業用モーターにおいて、さらには小型
モーターにおいても興味あるものだが、しかしこの技術
が、効率の良いモーターを実現するための実質的に細い
巻線を持つコイルの製造には適していないため、腕時計
製造方面には適用されていない。

前述の例は、現在腕時計において用いられているステ
ッピングモーターが、コイルのコストにより、またそれ
らを制御回路に接続することの困難さにより、それぞれ
高価となり、また信頼性を高くできない、ということを
示している。

発明の目的 本発明の目的は、これら不都合を軽減させるモーター
を提供することである。

構成 本発明によるモーター用回路装置は、 少なくとも１つの実質的に平らなコイル（26a）を有
するステーター（２）と、 ステーター中に回転可能に取り付けられた実質的に平
らな磁化されたディスク状部分を有し、かつステーター
とローターで定められるエアギャップ中にローターの回
転軸と実質的に平行な磁界（Ｈ）を生じさせるための少
なくとも１対の磁極を含んでいるローター（１）と、 半導体チップ（25）の中に組み込まれている集積化さ
れた制御回路（15）とを有するモーター用回路装置であ
って、 前記制御回路は前記コイルに駆動パルスを供給するた
めに前記コイルに接続されており、 前記コイルは、磁界によって発生された磁束をさえぎ
るように、前記回転の軸に垂直にエアギャップ内に設け
られているモーター用回路装置において、 前記半導体チップ（25）は、ステーターに配置され、 前記コイル（26a〜26h）は、ローターに面する前記半
導体チップ（25）の一方の側に固定されており、かつ前
記コイルは、前記チップの中の制御回路に直接的に接続
されているものである。

発明の効果 本発明によつて提供される配置は、平らなコイルを用
いたモーターによつて、またそのモーターに結合した制
御回路によつて、形成される配置としての改善点を有し
ている。

本発明の１つの長所は、コイルおよび制御回路が小さ
な寸法の、単独モジユールを形成するという事実からも
たらされるものであり、そのことは安価に大量に製造す
ることを可能とする。

別の長所は、モジユール化が、配置の組立を簡単に
し、またその信頼性を向上させるという事実によるもの
である。さらに別の利点は、モジユール化がモーター配
置の寸法の節減を可能としたことである。

本発明によるモーター配置の他の特長や長所は、以下
の説明から明らかとなるであろう。

実施例 第1a図に示した従来技術によるモーターは、ローター
１、ステーター２およびモーター１に固定されそしてス
テーター２に回転可能となるよう取付けられている軸３
を有している。

腕時計モーターの場合、ステーター２はムーブメント
の底の１部として作り上げられることが望ましく、また
ローター１は磁化された円形デイスク４を有し、また軸
３の１方の端に近い部分には軟磁性材料の第１円形プレ
ート５を有し、プレート５はステーター２に近い側のデ
イスク４の１方の側に固定されている。このモーターは
さらに、ステーター２の上に、プレート５と同様の形状
を持つ第２円形プレート６と、絶縁シート７および８つ
の平らなコイル8a,8b,…,8hとを有している。

プレート６はデイスク４の何も取付けられていない側
に面するステーター２の部分に固定され、プレート６と
ローター１との間のスペースはエアギヤツプを規定す
る。

コイル8a,8b,…,8hはプレート６上のエアギヤツプ内
に置かれ、シート７はプレート６とコイルとの間にサン
ドイツチ状にはさみ込まれ、プレートをコイルから絶縁
する。

第1b図は、デイスク４、これはフエライトまたはサマ
リウムコバルトで作ることが望ましい、と磁極のレイア
ウトを示している。図示されている実施例では、デイス
ク４はローターの外周の近くに配置された４対の磁極を
有している。それらの磁極はコイル8a,…,8hが置かれて
いる、ローター１とステーター２との間のエアギヤツプ
巾に磁界Ｈを設定する。エアギヤツプの中では、磁界Ｈ
は総て、実質的にローターの回転軸に平行に、しかも交
互的な方向に存在している。エアギヤツプを越えて、磁
界は、プレート５および６、それらはその目的に適うよ
う高透磁性を有している、によつて１つの磁気極から隣
接の極にまで伝えられる。

もしコイル8a,…,8hに接近しているステーター２の部
分が軟磁性材料で作られているとすれば、プレート６は
当然、役に立たない。

コイル8a,…,8hの形状とレイアウトは第1c図に示され
ている。それらの外径に比べれば小さな厚さを持つ平ら
な、円形デイスク形状である、それらコイルは互いに類
似であつて、エアギヤツプ中の磁界Ｈによつて生ずる磁
束のうちの可能な限り多くの部分をさえ切るように配置
される。

極めて薄い銅線で作られている各コイルは、入力端子
と出力端子とを持つており、それらの端子はそれぞれ、
コイル8aに関しては9aおよび10a、コイル8bに関しては9
bおよび10b、等として参照される。

しかも、図示されている実施例においては、第１にコ
イルの巻線は１方方向に巻かれ、また隣接コイルの巻線
は別の方向に巻かれており、第２に総てのコイルの入力
端子は導体11によつて互いに接続され、また総てのコイ
ルの出力端子は導体12によつて接続されている。

こうして、同じ方向を持つ電流が、導体11および12に
印加された電圧に応じて、２つの隣接したコイルの巻線
の隣接した部分を流れることになる。

第1c図は、さらに制御回路15を示している。一般的に
は、シリコンウエハまたはチツプに組み込まれた、集積
回路の形状をなすように製造される回路15は、ローター
１を駆動するためにコイルに電流駆動パルスを供給する
ことが主目的である。

回路15は１対のインバーター16および17と論理回路18
とを有している。インバーター16および17の出力は、そ
れぞれ電線19および20によつて導体11および12に接続さ
れており、それらインバーターの入力は直接に回路18に
接続されている。

モーター用回路装置（配置）が腕時計を対象としてい
るならば、論理回路18は基本的に、水晶発振器によつて
周波数が安定化されたタイムベース回路と、周波数デバ
イダーと、そしてインバーター16および17に印加される
信号を整形するための回路とを有しており、その結果イ
ンバーター16および17はモーターのコイルに、極性を有
する駆動パルスを供給できる。論理回路18はまた、少な
くとも１つの、外側に設けられた制御部によつて供給さ
れる信号で腕時計を時刻セツトするための、少なくとも
１つの入力端子をも有している。

制御回路15はさらに、腕時計ケース内に収容された電
池によつてエネルギー供給を受ける。これらの回路部品
や素子については、それ自体公知であるため第1c図にお
いて示されていないだけでなく、それらは説明もされな
い。

前述のモーター配置は、公知ではあるが少し変つた方
法で設計することもできる。特に、コイル巻線の作用部
分の長さを増加させるため、またモーター効率を改善さ
せるため、コイル8a,…,8hは、引用明細書の第５図に図
示されているものと類似の、三角形状をとれるなら最善
である。

しかも、そのコイルは並列に接続される代りに、直列
に接続されることもできる。

しかも、各コイルは１対のインバーターに直接的に接
続されることもでき、その結果回路15は、コイルに応じ
て、インバーター16および17に類似の、多数のインバー
ターの対を有することも可能である。

本発明は、制御回路15が集積回路である時に、前述の
モーター用回路装置（配置）を単純化し、また単一モジ
ユール中に回路、コイルおよび回路とコイル間の接続を
集約することによつてそれをさらに高信頼度とすること
を提案するものである。

24として参照される、そのようなモジユールが第２図
において平面的に示されている。それは、半導体基板ま
たはウエフアとも呼ばれるシリコンチツプ25、示されて
はいないがCMOS技術によつて製造されて基板中に組み込
まれる集積された制御回路、そしてローターの軸がそこ
を通つて延びる穴27がその中央に形成されたチツプ25
の、１方の側に配置された８つのコイル26a,26b,…,26
g,26hを有している。コイル26a,…,26hは直接的に制御
回路に接続されており、それらはコイル8a,…,8hと同様
の機能を持つものである。

腕時計のためのモーター配置である場合、チツプ25は
正方形で、そして標準的には4mmの辺と0.2mmの厚さを持
つており、そこにおいてはコイル26a,…,26hは約1mmの
外径と無視できる程度の厚さとを有している。この条件
においては、ローター１の直径は約5mmである。しか
も、デイスク４およびプレート５および６はそれぞれ、
約0.4mmおよび0.3mmの厚さを持つている。

デイスク４とコイル26a,…,26hとの間に0.1mmの空間
があると仮定すれば、モーターの全体的な厚さは1.3mm
となる。

第３図は、コイル26g、集積された制御回路15の２つ
のインバーター16および17、そしてコイルの終端部とイ
ンバーターの出力との間の接続を部分的に示している。

コイル26gは約150回の巻数を持つている。それは単一
の層に渦巻状に巻かれたアルミニウム導体30によつて形
成されており、隣接導体間の距離は約１マイクロメータ
ーである。内側端子31と外側端子32とを持つ導体30は、
２×２マイクロメーターの正方形断面を有しており、コ
イル抵抗に相当する端子間抵抗は約2000オームである。

図示されている実施例においては、コイル26gは円形
であるが、モーター配置の効率を改善させるために三角
形にすることもできるのは当然である。

第３図に示されているインバーター16は、１対のコン
プレメンタリCMOSトランジスタで作られており、それぞ
れのトランジスタはソース、ゲートおよびドレインを有
していて、第１トランジスタに関しては、S₁,G₁およびD
₁として、また第２に関してはS₂,G₂およびD₂としてそれ
ぞれ参照されている。

ドレインD₁およびD₂は互いに接続されていて、インバ
ーター16の出力を形成する。この出力は電気的導体33に
よつて端子31に接続される。インバーター17は、インバ
ーター16と同等の構成を有し、その出力は電気的導体34
によつて端子32に接続される。

他のコイルは、オイル26gに並列に接続される。

しかし、接続導体の長さを減少させるためには、各コ
イルを、インバーター16および17に同等の、対のインバ
ーターに直接的に接続することが最善である。

制御回路および接続部の残りの部分は示されていな
い。それらの素子は比較的小さなスペースを占めるだけ
であり、それらは例えばチツプ25の１つの角に組み込ま
れることも可能である。

コイル26a,…,26hはチツプ上に集積された制御回路を
製造するのに用いられるのと同じ処理工程によつて、し
かも同時に、いかなる付加的製造段階も加えることな
く、シリコンチツプ25上に作られることが望ましい。

どのようにコイルが作られるかを理解するために、最
初に、集積化されたMOS回路の製造で必要とされる段階
を考えてみると、１つの主要な製造方法は、 −回路の種々のアクテイブな、またパツシブな素子を作
るために、明確に規定された位置に、連続したマスクを
通してシリコン基板中に不純物を拡散すること、 −シリコン酸化物の絶縁層で回路の表面を覆うこと、 −回路が接続端子を要求している場所において、酸化層
に開口を形成すること、 −金属化マスクを通して、真空中における金属化処理に
よつて、接続端子を互いに選択的に接続するアルミニウ
ムの導電トラツクを付着させること、を含んでいる。

もし、金属化マスクがコイル巻線と、回路に関するそ
れらの接続部をも含んでいるならば、コイルおよびコイ
ルと回路間の接続部は、他の金属化と同時に、そして同
じ処理によつて製造されるのは当然である。

金属化処理を用いて導体に関して達成される解像度の
精密さは、モーターに関して良好な効率を得るためにコ
イルおよび巻線を形成する導体に必要とされるそれより
も、さらに小さな寸法精度をもつている。

MOS集積化回路技術はこうして、付加的な製造段階を
要することなくモジユール24を製作することを可能にし
たのであつて、即ち制御回路、コイルおよび回路に対す
るコイルの電気的接続が１つの、同じシリコン基板上に
集約されたモジユールを提供することができる。

これら接続は、例えば導体34のように他の金属化部分
と交差しない時には金属化によつてでも、またはコイル
26gの下を通過せざるを得ない導体33の場合のように交
差がある時には、基体がｎ型である時にはＰ型の、拡散
導体チャンネルの方法によつてでも、実現することがで
きる。

このモジュールは、素子の数を減少させることによつ
て、モーター配置の構造を単純化させる。望ましい構造
は第４図に示されており、そこには第1a図におけると同
様の素子が参照番号1,2,4,5および６として示されてい
るが、それらはそれぞれ、ローター、ステーター、磁化
ディスクおよび軟磁性材の２つのプレートである。

モジュール24は、第1a図におけるコイル8a,…,8hの代
わりに直接プレート６に固定され、プレートのコイル26
a,…,26hが取付けられている側はローターに対面するよ
うにされる。その中央部において、モジユール24は円い
スタツド40を載せており、それがローター１の中央部に
固定的に取り付けられたベアリング41に結合することに
よつて、ローター１がその周りを回転する軸のように働
いている。

この構造によつて、モジユール24にはその中央に穴を
形成する必要がなくなるが、第1a図に示される構造にお
いて軸３を通過させる穴を開けるのは精密な動作を必要
とするものである。

第２図から第４図を参照して説明されたモーター用回
路装置（配置）は、特許請求の範囲内において、種々の
方法によつて変更できるものであることは、当業技術者
には明らかであろう。

発明の効果 本発明によれば安価な、そして信頼性の高い、腕時計
用モーター用回路装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

添付図面においては、相応する部品を指示する際には同
じ参照番号が用いられており、 第1a図は、薄い、デイスク形状の磁化されたローターと
平らなコイルを含む従来技術のモーターの断面図であ
り、第1b図は、第1a図のモーターの、ローターの磁極レ
イアウトを示す平面図であり、第1c図は、第1a図のモー
ターの、コイル、およびコイルの制御回路への接続を示
す平面図であり、第２図は、コイルがその１方の側に形
成され、集積化された制御回路、その出力はコイルの端
子に接続されている、がその中に組み込まれたシリコン
チツプを有する、本発明によるモジユールの平面図であ
り、第３図は、１つのコイルと、制御回路へのそのコイ
ルの接続を示す、第２図に示したチツプの一部分の拡大
平面図であり、第４図は、本発明によるモーターと制御
回路とを含むモーター用回路装置の望ましい実施例の断
面図である。 １……ローター、２……ステーター、３……軸、４……
デイスク、5,6……プレート、７……シート、８……コ
イル、9,10……端子、11,12……導体、15……制御回
路、16,17……インバーター、18……回路、19,20……電
線、24……モジユール、25……チツプ、26……コイル、
30……導体、31,32……端子、33,34……導体

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも１つの実質的に平らなコイル
   （26a）を有するステーター（２）と、 ステーター中に回転可能に取り付けられた実質的に平ら
   な磁化されたディスク状部分を有し、かつステーターと
   ローターで定められるエアギャップ中にローターの回転
   軸と実質的に平行な磁界（Ｈ）を生じさせるための少な
   くとも１対の磁極を含んでいるローター（１）と、 半導体チップ（25）の中に組み込まれている集積化され
   た制御回路（15）とを有するモーター用回路装置であ
   り、 前記制御回路は前記コイルに駆動パルスを供給するため
   に前記コイルに接続されており、 前記コイルは、磁界によって発生された磁束をさえぎる
   ように、前記回転の軸に垂直にエアギャップ内に設けら
   れているモーター用回路装置において、 前記半導体チップ（25）は、ステーターに配置され、 前記コイル（26a〜26h）は、ローターに面する前記半導
   体チップ（25）の一方の側に固定されており、かつ前記
   コイルは、前記チップの中の制御回路に直接的に接続さ
   れていることを特徴とするモーター用回路装置。
2. 【請求項２】前記コイルは、単一の巻線の層によって形
   成されるような、特許請求の範囲第１項記載のモーター
   用回路装置。
3. 【請求項３】前記チップが中央開口を有しており、この
   開口を通して、前記ローター、及び前記ステーター上の
   ベアリングを支持する軸が延びるような、特許請求の範
   囲第１項記載のモーター用回路装置。
4. 【請求項４】前記チップがスタッドを載せており、この
   スタッドは前記ローターがその周りを回転する軸のよう
   に動くような、特許請求の範囲第１項記載のモーター用
   回路装置。
5. 【請求項５】少なくとも１つの実質的に平らなコイル
   （26a）を有するステーター（２）と、 ステーター中に回転可能に取り付けられた実質的に平ら
   な磁化されたディスク状部分を有し、かつステーターと
   ローターで定められるエアギャップ中にローターの回転
   軸と実質的に平行な磁界（Ｈ）を生じさせるための少な
   くとも１対の磁極を含んでいるローター（１）と、 半導体チップ（25）の中に組み込まれている集積化され
   た制御回路（15）とを有するモーター用回路装置であ
   り、 前記制御回路は前記コイルに駆動パルスを供給するため
   に前記コイルに接続されており、 前記コイルは、磁界によって発生された磁束をさえぎる
   ように、前記回転の軸に垂直にエアギャップ内に設けら
   れているモーター用回路装置において、 前記半導体チップ（25）は、ステーターに配置され、 前記コイル（26a〜26h）は、ローターに面する前記半導
   体チップ（25）の一方の側に固定されており、かつ前記
   コイルは、前記チップの中の制御回路に直接的に接続さ
   れているモーター用回路装置のためのコイルを製造する
   方法において、 前記方法がコイル及び前記コイルと前記回路との間の接
   続を形成するため、前記半導体チップの一方の側に金属
   化処理による導体のデポジション工程を含むことを特徴
   とするコイルの製造方法。
6. 【請求項６】前記同導体のデポジションおよび前記回路
   素子間の接続の形成が、同時にそして同じ金属化処理に
   よって行われるような、特許請求の範囲第５項記載の方
   法。