JPH0646548A - 電磁モーターの製造方法 - Google Patents
電磁モーターの製造方法Info
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- JPH0646548A JPH0646548A JP19732392A JP19732392A JPH0646548A JP H0646548 A JPH0646548 A JP H0646548A JP 19732392 A JP19732392 A JP 19732392A JP 19732392 A JP19732392 A JP 19732392A JP H0646548 A JPH0646548 A JP H0646548A
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- Pending
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- Windings For Motors And Generators (AREA)
- Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】マイクロマシンに用いる寸法の小さい電磁モー
ターの実施容易な製造方法を確立する。 【構成】回転する基体上にスパッタ法、あるいはめっき
法で導体層、絶縁層、軟磁性材料層を適宜形成し、導体
層をレーザ光で加工してコイルパターンを形成すること
により、内部あるいは外側に鉄芯を有する巻線、重ね巻
きの巻線などを形成し、微小電磁モーターのステータあ
るいはロータとする。
ターの実施容易な製造方法を確立する。 【構成】回転する基体上にスパッタ法、あるいはめっき
法で導体層、絶縁層、軟磁性材料層を適宜形成し、導体
層をレーザ光で加工してコイルパターンを形成すること
により、内部あるいは外側に鉄芯を有する巻線、重ね巻
きの巻線などを形成し、微小電磁モーターのステータあ
るいはロータとする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロマシン等に用
いられる電磁モーターの製造方法に関する。
いられる電磁モーターの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、医療、バイオテクノロジー、産業
機械、半導体分野を対象にした機械要素の微小化の研究
が盛んになっている。これらはマイクロマシンとよば
れ、アクチュエータと呼ばれる駆動素子、ギヤ等の機械
要素、センシング素子等からなり、主にシリコン系の材
料を用いて機械素子の開発が行われている。これらの製
造には半導体製造技術が活用されて多量の生産が可能で
あり、しかもセルフアッセンブリー化により少ない工程
でより知的な部品、装置を作れる可能性を秘めている。
機械、半導体分野を対象にした機械要素の微小化の研究
が盛んになっている。これらはマイクロマシンとよば
れ、アクチュエータと呼ばれる駆動素子、ギヤ等の機械
要素、センシング素子等からなり、主にシリコン系の材
料を用いて機械素子の開発が行われている。これらの製
造には半導体製造技術が活用されて多量の生産が可能で
あり、しかもセルフアッセンブリー化により少ない工程
でより知的な部品、装置を作れる可能性を秘めている。
【０００３】たとえばマイクロマシン駆動素子として電
磁モーターを考えると、寸法制約、半導体製造技術での
扱い易さ等から、薄膜永久磁石と薄膜積層コイルとから
なる平面型アキシャルギャップ構造のモーターが望まし
いと考えられる。電磁モーターの発生する力はトルクで
表され、トルクは電機子コイルで発生する起磁力と永久
磁石によって発生する磁束密度の積に比例する。起磁力
は電機子コイルに通電する電流とコイルターン数の積で
あり、モーターの一辺の寸法をＬとするとＬ-3に比例す
る。１mm3 以下の大きさのマイクロマシンは、通常の電
流密度では実用的なトルクを得ることは難しい。このた
め大電流による高温動作が可能な構造をとる。それに
は、限られたスペースを有効活用し、導体の占積率を高
めることが重要である。
磁モーターを考えると、寸法制約、半導体製造技術での
扱い易さ等から、薄膜永久磁石と薄膜積層コイルとから
なる平面型アキシャルギャップ構造のモーターが望まし
いと考えられる。電磁モーターの発生する力はトルクで
表され、トルクは電機子コイルで発生する起磁力と永久
磁石によって発生する磁束密度の積に比例する。起磁力
は電機子コイルに通電する電流とコイルターン数の積で
あり、モーターの一辺の寸法をＬとするとＬ-3に比例す
る。１mm3 以下の大きさのマイクロマシンは、通常の電
流密度では実用的なトルクを得ることは難しい。このた
め大電流による高温動作が可能な構造をとる。それに
は、限られたスペースを有効活用し、導体の占積率を高
めることが重要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】たとえば永久磁石のロ
ータを用いたラジアルギャップ形モーターの場合、ステ
ータは、従来突極形状に成形した珪素鋼板を積層した鉄
芯に絶縁電線を巻線することにより作られていた。しか
し、モーターをマイクロ化しようとするにともなって巻
線径が細くなり、巻線の保持が難しくなる、位置決め精
度が厳しくなる、あるいは巻線が強度的にもたなくなる
等の制限で微小空間への巻線は困難になるという問題が
ある。また、円形断面の導線をきれいに整列して巻くの
が難しく、占積率も大きくとれない等の問題もある。
ータを用いたラジアルギャップ形モーターの場合、ステ
ータは、従来突極形状に成形した珪素鋼板を積層した鉄
芯に絶縁電線を巻線することにより作られていた。しか
し、モーターをマイクロ化しようとするにともなって巻
線径が細くなり、巻線の保持が難しくなる、位置決め精
度が厳しくなる、あるいは巻線が強度的にもたなくなる
等の制限で微小空間への巻線は困難になるという問題が
ある。また、円形断面の導線をきれいに整列して巻くの
が難しく、占積率も大きくとれない等の問題もある。
【０００５】本発明の目的は、このような問題を解決
し、小さい寸法で大きいトルクを有する電磁モーターの
製造方法を提供することにある。
し、小さい寸法で大きいトルクを有する電磁モーターの
製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の電磁モーターの製造方法は、巻線作製の
際に、円柱状基体を回転させてその円柱面上に導体層を
形成する工程と、その導体を加工してコイルパターンに
する工程と、前記基体を回転させてコイルパターンの導
体層を絶縁層で被覆する工程とを含むものとする。そし
て円柱状基体の円柱面上に分離層を設けておき、巻線作
製後分離層を抜き取ることが有効である。また、コイル
パターンの一方の端部を被覆絶縁層を貫通する導線に接
続し、その導線をコイルパターンの他方の端部と同一方
向に引き出すことが有効である。あるいは、円柱状基体
の円柱面上に予め絶縁層を形成しておき、その上に形成
する導体層から軸方向に延在する複数の弓形の下部コイ
ルパターンを形成したのち、その上に被覆した絶縁層の
上に導体層を前記基体を回転させて形成し、その導体層
を加工して軸方向に延在する複数の弓形の上部コイルパ
ターンを形成し、下部コイルパターンと上部コイルパタ
ーンを順次ずらして接続することにより重ね巻巻線を形
成することも有効である。さらに、導体層を円柱状基体
の円柱面上にその基体を回転させて順次形成した軟磁性
材料層および絶縁層の上に形成すること、あるいは導体
層の上に被覆した絶縁層の上に基体を回転させて軟磁性
材料層を形成することが有効である。
めに、本発明の電磁モーターの製造方法は、巻線作製の
際に、円柱状基体を回転させてその円柱面上に導体層を
形成する工程と、その導体を加工してコイルパターンに
する工程と、前記基体を回転させてコイルパターンの導
体層を絶縁層で被覆する工程とを含むものとする。そし
て円柱状基体の円柱面上に分離層を設けておき、巻線作
製後分離層を抜き取ることが有効である。また、コイル
パターンの一方の端部を被覆絶縁層を貫通する導線に接
続し、その導線をコイルパターンの他方の端部と同一方
向に引き出すことが有効である。あるいは、円柱状基体
の円柱面上に予め絶縁層を形成しておき、その上に形成
する導体層から軸方向に延在する複数の弓形の下部コイ
ルパターンを形成したのち、その上に被覆した絶縁層の
上に導体層を前記基体を回転させて形成し、その導体層
を加工して軸方向に延在する複数の弓形の上部コイルパ
ターンを形成し、下部コイルパターンと上部コイルパタ
ーンを順次ずらして接続することにより重ね巻巻線を形
成することも有効である。さらに、導体層を円柱状基体
の円柱面上にその基体を回転させて順次形成した軟磁性
材料層および絶縁層の上に形成すること、あるいは導体
層の上に被覆した絶縁層の上に基体を回転させて軟磁性
材料層を形成することが有効である。
【０００７】
【作用】円柱状基体を回転させて、その上に導体層を形
成し、その導体層を加工してコイルパターンを形成する
ことは、半導体製造技術の適用で容易に微細寸法で精度
よくでき、絶縁層あるいは鉄芯層も基体を回転させて形
成することにより、微小部品の組立工程が不必要にな
る。またコイルの断面が矩形になって占積率が大きくな
る。そして絶縁材料の選択幅も広がるため、巻線に大電
流を流しても放熱をよくして高温動作の可能な微小電磁
モーターを製造することができる。
成し、その導体層を加工してコイルパターンを形成する
ことは、半導体製造技術の適用で容易に微細寸法で精度
よくでき、絶縁層あるいは鉄芯層も基体を回転させて形
成することにより、微小部品の組立工程が不必要にな
る。またコイルの断面が矩形になって占積率が大きくな
る。そして絶縁材料の選択幅も広がるため、巻線に大電
流を流しても放熱をよくして高温動作の可能な微小電磁
モーターを製造することができる。
【０００８】
【実施例】以下共通の部分に同一の符号を付し、わかり
やすくするために各部端面にハッチングを施した斜視図
を引用して本発明の二つの実施例を説明する。 実施例１：図１(a) 〜(d) 、図２(a) 〜(c) にステータ
の製造工程を示すこの実施例では、先ず例えばステンレ
ス鋼からなる円柱状軸１の表面に軸とコイルを分離する
ための分離層２としてシリコン酸化膜を、軸１を回転さ
せながらのスパッタ法で１μｍの厚さに形成する〔図１
(a) 〕。同様に軸１を回転させながらスパッタ法で銅膜
30を10μｍの厚さに積層する〔図１(b) 〕。次いで、軸
１を回転させながらレーザ光を照射して銅膜30をパター
ニングして円柱面上に分散した複数の矩形断面をもつう
ず巻状コイル３に加工する〔図１(c) 〕。このコイル３
の上の絶縁層４として、軸１を回転させながらのスパッ
タ法で高熱伝導性の窒化アルミニウムを0.２μｍの厚さ
で被覆し、レーザで接触孔５を明ける〔図(d) 〕。次い
で、図１(b) と同様に10μｍの厚さの銅膜を成膜し、フ
ォトプロセスを用いて接続線６のパターンを形成する
〔図２(a) 〕。さらに、絶縁層７として窒化アルミニウ
ムを20μｍの厚さに軸１を回転させながらのスパッタ法
で形成し〔図２(b) 〕、次いで同様に軸１を回転させな
がらのスパッタ法で珪素を３％含んだ鉄からなる鉄芯層
８を形成したのち、鉄芯層８および絶縁層７の端部をイ
オンエッチングにより除去してコイル３および接続線６
の端子部を露出させ、最後に分離層２をふっ酸で溶解し
て軸１を取りはずすことによりステータが完成する〔図
２(c) 〕。各コイル３の接続は、露出端子部を用いて並
列あるいは直列に任意に行うことが可能である。このス
テータの軸１を取りはずして生じた空洞部に永久磁石の
ロータを入れ、電流を巻線に通じることによりロータが
回転する。
やすくするために各部端面にハッチングを施した斜視図
を引用して本発明の二つの実施例を説明する。 実施例１：図１(a) 〜(d) 、図２(a) 〜(c) にステータ
の製造工程を示すこの実施例では、先ず例えばステンレ
ス鋼からなる円柱状軸１の表面に軸とコイルを分離する
ための分離層２としてシリコン酸化膜を、軸１を回転さ
せながらのスパッタ法で１μｍの厚さに形成する〔図１
(a) 〕。同様に軸１を回転させながらスパッタ法で銅膜
30を10μｍの厚さに積層する〔図１(b) 〕。次いで、軸
１を回転させながらレーザ光を照射して銅膜30をパター
ニングして円柱面上に分散した複数の矩形断面をもつう
ず巻状コイル３に加工する〔図１(c) 〕。このコイル３
の上の絶縁層４として、軸１を回転させながらのスパッ
タ法で高熱伝導性の窒化アルミニウムを0.２μｍの厚さ
で被覆し、レーザで接触孔５を明ける〔図(d) 〕。次い
で、図１(b) と同様に10μｍの厚さの銅膜を成膜し、フ
ォトプロセスを用いて接続線６のパターンを形成する
〔図２(a) 〕。さらに、絶縁層７として窒化アルミニウ
ムを20μｍの厚さに軸１を回転させながらのスパッタ法
で形成し〔図２(b) 〕、次いで同様に軸１を回転させな
がらのスパッタ法で珪素を３％含んだ鉄からなる鉄芯層
８を形成したのち、鉄芯層８および絶縁層７の端部をイ
オンエッチングにより除去してコイル３および接続線６
の端子部を露出させ、最後に分離層２をふっ酸で溶解し
て軸１を取りはずすことによりステータが完成する〔図
２(c) 〕。各コイル３の接続は、露出端子部を用いて並
列あるいは直列に任意に行うことが可能である。このス
テータの軸１を取りはずして生じた空洞部に永久磁石の
ロータを入れ、電流を巻線に通じることによりロータが
回転する。
【０００９】なお、鉄芯層８を形成しないでコイルだけ
作製し、コアレスモーターの回転コイル部のみとするこ
ともできる。また磁性材料層を内側に形成し、ロータを
外側に配置する構造とすることもできる。 実施例２：図３(a) 〜(d) にロータの製造工程を示すこ
の実施例では、ロータの重ね巻巻線の１周分を２分割
し、弓形状のものを上部、下部の２層に分けて電気的に
接続する。磁場は、ロータの外側に配置した永久磁石で
つくる。先ず、非磁性のステンレス鋼でつくった円柱状
軸１を回転させ、その表面にスパッタ法によりパーマロ
イで50μｍの厚さの軟磁性鉄芯層８を形成する〔図３
(a) 〕。その上に絶縁層41としてシリコン酸化物を50μ
ｍの厚さにスパッタ法で成膜する〔図３(b) 〕。次い
で、銅層を20μｍの厚さに無電解めっきにより形成し、
レーザ光で下部弓形コイル31に加工する〔図３(c) 〕。
次いで絶縁層４としてコイル端部を露出させてシリコン
酸化物を0.２μｍの厚さにスパッタ法で形成し、さらに
スパッタ法で形成した銅膜をレーザを使ったフォトプロ
セスでパターニングして作った電極を用いて電解めっき
法で20μｍの厚さの銅膜をその電極の上に形成し、上部
弓形コイル32とする。上部コイル32の両端は下部コイル
31の両端にそれぞれ接触しているが、同一下部コイル31
の両端ではなく、一つずつずれて接触することにより重
ね巻きのパターンができ上がる〔図３(d) 〕。以上でロ
ータが完成する。コイル31、32への電流の供給はブラシ
を用いて行う。同様な方法で鉄芯層８を設けないで軸を
除去することによってコアレスモーターのコイルを作製
することもでき、鉄芯層を外部に設けることもできる。
作製し、コアレスモーターの回転コイル部のみとするこ
ともできる。また磁性材料層を内側に形成し、ロータを
外側に配置する構造とすることもできる。 実施例２：図３(a) 〜(d) にロータの製造工程を示すこ
の実施例では、ロータの重ね巻巻線の１周分を２分割
し、弓形状のものを上部、下部の２層に分けて電気的に
接続する。磁場は、ロータの外側に配置した永久磁石で
つくる。先ず、非磁性のステンレス鋼でつくった円柱状
軸１を回転させ、その表面にスパッタ法によりパーマロ
イで50μｍの厚さの軟磁性鉄芯層８を形成する〔図３
(a) 〕。その上に絶縁層41としてシリコン酸化物を50μ
ｍの厚さにスパッタ法で成膜する〔図３(b) 〕。次い
で、銅層を20μｍの厚さに無電解めっきにより形成し、
レーザ光で下部弓形コイル31に加工する〔図３(c) 〕。
次いで絶縁層４としてコイル端部を露出させてシリコン
酸化物を0.２μｍの厚さにスパッタ法で形成し、さらに
スパッタ法で形成した銅膜をレーザを使ったフォトプロ
セスでパターニングして作った電極を用いて電解めっき
法で20μｍの厚さの銅膜をその電極の上に形成し、上部
弓形コイル32とする。上部コイル32の両端は下部コイル
31の両端にそれぞれ接触しているが、同一下部コイル31
の両端ではなく、一つずつずれて接触することにより重
ね巻きのパターンができ上がる〔図３(d) 〕。以上でロ
ータが完成する。コイル31、32への電流の供給はブラシ
を用いて行う。同様な方法で鉄芯層８を設けないで軸を
除去することによってコアレスモーターのコイルを作製
することもでき、鉄芯層を外部に設けることもできる。
【００１０】本発明の実施は以上の例に限定されず、種
々の半導体製造技術を適用してマイクロマシン用の電磁
モーターを造ることが可能である。
々の半導体製造技術を適用してマイクロマシン用の電磁
モーターを造ることが可能である。
【００１１】
【発明の効果】本発明によれば、回転基体上に半導体製
造技術の成膜法、レーザ光加工によるパターニング法な
どを適用することにより、コイルパターンの形成、絶縁
層あるいは鉄芯層を形成することにより微細構造の電磁
モーターを製造することが可能になった。そして、絶縁
材料に高熱伝導材料を用いることができるので大きいト
ルクが得られ、マイクロマシン用を有効に使用できるモ
ーターが得られた。
造技術の成膜法、レーザ光加工によるパターニング法な
どを適用することにより、コイルパターンの形成、絶縁
層あるいは鉄芯層を形成することにより微細構造の電磁
モーターを製造することが可能になった。そして、絶縁
材料に高熱伝導材料を用いることができるので大きいト
ルクが得られ、マイクロマシン用を有効に使用できるモ
ーターが得られた。
【図１】本発明の一実施例におけるステータ製造工程の
前半を(a) ないし(d) の順に示す斜視図
前半を(a) ないし(d) の順に示す斜視図
【図２】図１につづくステータ製造工程の後半を(a) な
いし(c) の順に示す斜視図
いし(c) の順に示す斜視図
【図３】本発明の別の実施例におけるロータ製造工程を
(a) ないし(d) の順に示す斜視図
(a) ないし(d) の順に示す斜視図
１ 軸 ２ 分離層 ３ コイル ３０ 銅膜 ３１ 下部コイル ３２ 上部コイル ４ 絶縁層 ４１ 絶縁層 ５ 接触孔 ６ 接続線 ７ 絶縁層 ８ 鉄芯層
Claims (6)
- 【請求項１】巻線作製の際に、円柱状基体を回転させて
その円柱面上に導体層を形成する工程と、その導体を加
工してコイルパターンにする工程と、前記基体を回転さ
せてコイルパターンの導体層を絶縁層で被覆する工程と
を含むことを特徴とする電磁モーターの製造方法。 - 【請求項２】円柱状基体の円柱面上に分離層を設けてお
き、巻線作製後分離層を抜き取る請求項１記載の電磁モ
ーターの製造方法。 - 【請求項３】コイルパターンの一方の端部を被覆絶縁層
を貫通する導線に接続し、その導線をコイルパターンの
他方の端部と同一方向に引き出す請求項１あるいは２記
載の電磁モーターの製造方法。 - 【請求項４】円柱状基体の円柱面上に予め絶縁層を形成
しておき、その上に形成する導体層から軸方向に延在す
る複数の弓形の下部コイルパターンを形成したのち、そ
の上に被覆した絶縁層の上に導体層を前記基体を回転さ
せて形成し、その導体層を加工して軸方向に延在する複
数の弓形の上部コイルパターンを形成し、下部コイルパ
ターンと上部コイルパターンを順次ずらして接続するこ
とにより重ね巻巻線を形成する請求項１あるいは２記載
の電磁モーターの製造方法。 - 【請求項５】導体層を円柱状基体の円柱面上にその基体
を回転させて順次形成した軟磁性材料層および絶縁層の
上に形成する１ないし４のいずれかに記載の電磁モータ
ーの製造方法。 - 【請求項６】導体層の上に被覆した絶縁層の上に基体を
回転させて軟磁性材料層を形成する請求項１ないし５の
いずれかに記載の電磁モーターの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19732392A JPH0646548A (ja) | 1992-07-24 | 1992-07-24 | 電磁モーターの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19732392A JPH0646548A (ja) | 1992-07-24 | 1992-07-24 | 電磁モーターの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0646548A true JPH0646548A (ja) | 1994-02-18 |
Family
ID=16372551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19732392A Pending JPH0646548A (ja) | 1992-07-24 | 1992-07-24 | 電磁モーターの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0646548A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004102774A1 (ja) * | 2003-05-19 | 2004-11-25 | Kabushiki Kaisha Asaba | Ｄｃモータ |
| JP2009247191A (ja) * | 2008-04-01 | 2009-10-22 | Namiki Precision Jewel Co Ltd | 円筒状コイル、円筒型マイクロモータ及び円筒状コイルの製造方法 |
-
1992
- 1992-07-24 JP JP19732392A patent/JPH0646548A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004102774A1 (ja) * | 2003-05-19 | 2004-11-25 | Kabushiki Kaisha Asaba | Ｄｃモータ |
| JP2009247191A (ja) * | 2008-04-01 | 2009-10-22 | Namiki Precision Jewel Co Ltd | 円筒状コイル、円筒型マイクロモータ及び円筒状コイルの製造方法 |
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