JPS63283459A - 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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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７拮合された少なくとも１つのコイ
ルを有する小型のステッ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
流パルス金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
ベット型ステッピングモーターで必る。この型式のモー
ターｒＣかいては、円筒形火の磁化されたローターは、
各パルス７）Ｅ　Ｏ−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Ｖこその端子が妥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ャップ中に放射状の磁界
金主じさせる。

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

電線の価格および、チューブ上にそれと巻き付ける、ま
た旧頼のおける接＆ｆ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って
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、磁化されたディスクとし
ての形状金なし、磁気回路のエアギャップ内に軸方向の
伍ｎで生じさせ、この磁界はローターに平行に配置さｎ
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個の薄い鋼線のコイル
金柑いており、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、ラベットモーター
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
のでろって、それか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必る。

米国特許第（ＵＳ−Ａ−）４３４０８３３号明細曹中に
詳しく説明されているように、コイル金印刷配臓板上に
同時ｅこ作ることによって、実質的な原価低減ｆｃ笑た
すことが可能である。

この技術は、工栗用モーターにおいて、さらには小型モ
ーターにか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’に実現するための実質的にｉ洲
い巻ｍ金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ＶＣ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
ｔ−制御回路に接続することの困難さにより、それぞれ
高価となシ、また信頼性を高くＣきない、ということ金
示している。

発明の目的 本発明の目的は、これら不都合を＠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、 ステーターと、 ステーター中に回転可能なように取り付けられ、ステー
ターおよびローターで規定さ九るエアギャップ中のロー
ターの回転軸に実質的に平行な磁界を発生するために、
少なくとも１組の憬頂を有す乙、平らな、磁化されたデ
ィスク状の部分を持つローターと、そして 前記回転軸に醤直に、エアギャップに設けられ、それに
より磁界によって生じた磁束きさえぎる、少なくとも１
つの、実質的に平らなコイルとを有するモーター配置で
らる。

前記コイルは、その中に１つの集積された制御回路が組
み込まれている半導体板の１つの表面の上に配置され、
前記回路は直接的に前記コイルに接続されてそれに駆動
パルスを供給するものである。

発明の効果 本発明によって提供される配置は、平らなコイルを用い
たモーターによって、またそのモーターに結合した制御
回路によって、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＃回路が小さな
寸法の、単独モジュ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、モジュール化が、配置の組立上簡単にし、
またその１百頼住金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、モジュール化がモーター配置
の寸法の１ｌｉｉ′ｉ減と可能としたことで必る。

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１ｉｃ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＆。

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か望ましく、またロ
ーター１は磁化された円形ディスク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に近い側のディ
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Ｖこ、ステーター２の上に、プレート５と同様の形状
？持つ第２円形プレート６と、絶縁シート１訃よび８り
の平らなコイルａａ　ｌ　　８　ｂｅ・・・＋　　８ｈ
とを有している。

プレート６はディスク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ャップを規定する。

コイルａａｊａｂｌ　　・・・ｒ　　ａｈはプレート６
上のエアギャップ内に置かれ、シート１はプレート６と
コイルとの間にサンドイン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、ディスク４、これはフェライトまたはサマ
リウムコバルトで作ることが望ましい、と磁毬のレイア
ウトを示している。図示されている実施例では、ディス
ク４はローターの外周の近くに配置された４対の伝ｉを
有している。それらの磁極？よコ・ｆルＢａｔ　・・・
ｐ　　ａｈが置かれている、ローター１とステーター２
との間のエアギャップ中に磁界Ｈｉ設定する。エアギャ
ップの中では、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
ギャップを越えて、磁界ンよ、プレート５および６、そ
れらはその目的に適うより高透磁性を有している、によ
って１つの厭気極から隣接の極に一！Ｔ：云えられる。

もしコイルＢａｒ　・・・、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０るとすれば、プ
レート６は当然、役に立たない。

コイルＢａｔ　・・・ｓ　　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
な厚さ金持つ平らな、円形ディスク形状である、それら
コイルは互いに類似で必って、エアギャップ中の磁界Ｈ
によっ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（′ｉ：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
出力端子とを待っており、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Ｂｂｔｃ
関しては９ｂおよび１０ｂＸ那として参照される。

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Ｓは１万方向に巻かれ、また隣接コイルの巻稼は
別の方向に巻かれており、第？：総でのコイルの入力端
子（ま導体１１によって互いに接続され、また総てのコ
イルの出力端子・は導体１２によって接続されている。

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することになる。

第１Ｃ図は、さらに制御回路１５を示している。２般的
には、シリコンウニ・・またはチップに組み込まれた、
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訃よび１γ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によって導体１１
．ひよび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）が椀時計金対象としている
ならば、論理回路１８は基本的に、水晶発振器によって
周波数が女定化されたタイムベース回路と、周波数デバ
イダ−と、そしてインバーター１６および１ＴｖＣ印力
口される洒号を整形するための回路とを有してお夕、そ
の結果インバーター１６およびＩＴ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
れた制御部によって供給される゛旧号で腕時計を時刻セ
ットするための、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
池によってエネルギー供給を受ける。

これらの回路部品や累子については、それ自体公知であ
るため第１０図に分いて示されていない九けでなく、そ
れらは説明もされない。

前述のモーター配置は、公知ではめるが少し変った方法
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、またモーター効率全改善させ
るため、コイルＢａ＋　・・・、Ｂｈは、引用明細書の
第５図に図示されて贋るものと類似の、三角形状ｔと几
るなら最善である。

しかも、そのコイルは並列に接続さする代ジに、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、コイルく応じ
て、インバーター１６および１７ｒ（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）全単純化し、また単一モジ
ュール中ｔζ回路、コイルおよび回路とコイル間の接続
を来約することによってそれ忙さらに尚楢順度とするこ
とを提案するものである。

２４として多照さｎる、そのようなモジュールが第２図
において平面ぼりに示されている。それは、半導体基板
またはウェファとも呼ばれろシリコンチップ２５、示さ
６てはいないが０ＭＯ３技術に工って製造さｎて基板中
に和み込まれる集積された制御回路、そしてローターの
軸がそこを通って延びる穴２１がその中央に形成された
チップ２５の、１方の側に配置された８つのコイル２６
ａ、２６ｂ、・・・、２６ｇ、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＋　・・・、６ｈと同
様の機能金持つものである。

腕時計のためのモーター配置である場合、チップ２５は
正方形で、そして標準的には４２４ｍの辺と０．２１の
厚さ金持ってお９、そこにおいてはコイル２６ａ、・・
・、２６ｈは約１ｎの外径と無視できる程度の厚さとを
有している。この条件番゛こおいては、ローター１の直
径は約５＃１１である。しかも、ディスク４およびプレ
ート５および６はそれぞれ、約０．４Ｂおよび０．３１
の厚さと持っている。

ディスク４とコイル２６ａ、・・・、２６ｈとの間ｔｌ
ｃＯＡｍｘの空間があると仮定すれば、モーターの全体
的な厚さは１．５ｅｗ、となる。

第６図は、コイル２６ｇ１果槓された１ト１」一回路１
５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カドの間の接続を部分的に
示している。

コイル２６ｇは約１５０回の巻数金持っている。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
って形成されており、隣接桿体間の距離は約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オームでらる。

図示されている実施例においては、コイル２８ｇ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
ンブレメンタリＣＭＯ８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、’７”−）およびド
レインと有していて、第１トランゾスタに関してはＳｌ
、Ｇ１およびＤｌ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によって端子３１に接続される。インバーター１７
Ｕ、インバーター１６と同等の構成金有し、その出力は
電気的導体３４によって端子３２に接続される。

他のコイルは、コイル２６ｇに並列に接続される。

しかし、接続導体の長さ全減少させるためには、各コイ
ルを、インバーター１６および１１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。

制御回路訃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と占めるだけであ
り、それらは例えばチップ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はチップ上に集積された
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
よって、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、シリコンチップ２５丘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ＭＯ３回路の製造で必要とされる段階
金力えてみると、１つの主要な製造方法は、 一回路の種々のアクティグな、またパッシブな素子全作
るために、明確ＶＣ規定された位置に、連続したマスク
？！してシリコン基板中に不純物金拡散すること、 一シリコン酸化物の絶縁層で回路の表面金覆うこと、 一回路が接続端子を要求している場所（（お・ハて、酸
化層に開口上形成すること、 ・−金属化マスクを通して、真空中における金属化処理
によって、接続端子を互いに選択的に接続するアルミニ
ウムの導電トラッ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、コイル訃よびコイル
と回路間の１妾続部は、他の金属化と同時に、そして同
じ処理によって製造されるのは当然である。

釡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と得るためにコイ
ルおよび巻Ｓを形成する導体に必要とされるそれよりも
、さら【小さな寸法精度をもっている。

ＭＯ８Ｏ８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ュール２４を装作することを可能に
したのであって、即ち制御回路、コイルおよび回路ｆ／
（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ュールを提供することができる。

これら接続部は、例えば導体３４のようＶｃ他の金属化
部分と交差しない時には金属化によってでも、またはコ
イル２６ｇの下を通過せざるを。

得ない導体３３の場会のように交差がある時には、基板
がｎ型である時にはＰ型の、拡散導体チャンネルの方法
によってでも、実現することができる。

このモジュールは、素子の数ｔ−減少させることによっ
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９、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
ろる。

モジュール２４は、第１ａ図Ｖｃｐけるコイル８ａ＋　
・・・ｓ　　８ｈの代わりに直接プレート６に固定され
、プレートのコ・ｆル２６ａ、・・・、２６ｈが取付ら
れてＩＡる側はローターて対面するようにされる。その
中央部において、モジュール２４は円いスタッド４０を
載せており、それがローター１の中央に固定的に取り付
けられたベアリング４１に結合することによって、ロー
ター１がその周＃）を回転する鵬のように働いている。

この構造によって、モジュール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
法によって変更できるものであることは、当業技術者に
は明らかでろろう。

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シ、第１ａ図ケよ、薄い、デ
ィスク形状の磁化さル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１
ａ図のモーターの、ローターの磁菖しイアウト仝示す平
面図であり、４１Ｃ図は、＠１ａ図のモーターの、コイ
ル、およびコイルの制御回路への妾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ップ全方す
る、本発明によるモジュールの平面図で６ｆｆ、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図に示したチップの７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ｐ　−２・・・ステーター　３・・・軸４
・・・ディスク　５，６・・・プレート　？・・・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　２
４・・・モソ：３−　　Ａｙ　　２５・・・チツ７’　
　２６・・・コイル　３０・・・導体　３１，３２・・
・端子　３３，３４・・・導本ｚ４ Ｆω・２ Ｆｉｇ・４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ステーターと、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持
   つローター、であつて、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、とそして、 磁界によつて発生する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た、少なくとも
   １つの、実質的に平らなコイルとを有し、 前記コイルは、集積化された制御回路がその中に組み込
   まれる半導体チップの１方の側に配置され、 前記回路は、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、前記コイルは、単一の巻線の層によつて形成される
   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、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、およ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、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働くよ
   うな、特許請求の範囲第１項記載のモーター回路装置。 ５、ステーターと、ステーター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持つ
   ローターであつて、ステーターとローターで定められる
   エアギャップ内にローターの回転軸に実質的に平行な磁
   界を生じさせるための少なくとも１対の磁極を有してい
   るローター、と 磁界によつて生ずる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中に設けられた少なくとも１つ
   の実質的に平らなコイルと、そして 前記コイルに駆動パルスを供給するための集積化された
   制御回路が組み込まれている半導体チップとを持つモー
   ター回路装置のためのコイルを構造する方法において、
   前記方法が、コイルおよび前記コイルと前記回路間の接
   続を形成するため、前記半導体チップの１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、前記導体のデポジションおよび前記回路素子の間の
   接続の形成が、同時にそして同じ金属化処理によつて行
   なわれるような、特許請求の範囲第５項記載の方法。