(57)【要約】    【課題】  高いトルクを発生するコイル基板の提供    【解決手段】  実施形態のコイル基板２０は、コイルの渦巻き状の配線２４Ｆ、２４Ｆの線間距離（ピッチ）Ｇ１が狭ピッチに形成されている。コイルを構成する渦巻き状の配線の線間距離が狭ピッチであるため、コイル基板２０は、中心側のコイル内側ＣＥの面積が小さくならず、小型で高いトルクを得ることができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と前記第１面との反対側の第２面とを有する円筒状のフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板の前記第１面と前記第２面に設けられた渦巻き状の配線から成るコイルと、前記フレキシブル基板を貫通し前記第１面の配線と前記第２面の配線を接続する銅めっきからなるビア導体とを有するコイル基板であって、
前記コイルを構成する渦巻き状の配線の線間距離が０．００２mm以上、０．５mm以下である。
【請求項２】
第１面と前記第１面との反対側の第２面とを有する円筒状のフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板の前記第１面と前記第２面に設けられた配線から成るコイルと、前記フレキシブル基板を貫通し前記第１面の配線と前記第２面の配線を接続する銅めっきからなるビア導体とを有するコイル基板であって、
前記コイルの１ターン中の半ターンが前記第１面側に形成され、残り半ターンが前記第２面側に形成され、
隣接する各ターンがずらされながら配置されている。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のコイル基板であって、
前記フレキシブル基板が内側の前記第１面と外側の前記第２面とが対向するように周方向へ１回転を超えるように巻かれている。
【請求項４】
請求項１のコイル基板であって、
前記第１面に形成されたコイルと、
前記第２面に形成されたコイルとを有し、
前記第１面に形成されたコイルの一部と、前記第２面に形成されたコイルの一部とが重なるように配置されている。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１のコイル基板であって、前記フレキシブル基板が２回転以上巻かれている。
【請求項６】
請求項１又は請求項２のコイル基板であって、
前記コイルは六角形である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流モータの電機子を構成するコイル基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、円筒状のフレキシブル基板に積層コイルを積層して形成したコイル体を開示している。特許文献２は、１枚のコイル基板を絶縁シートを介して複数回、周方向に巻き付けて円筒状にしたコアレス電機子を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２７６６９９号公報
【特許文献２】特開２０１１−８７４３７号公報
【発明の概要】
【０００４】
[特許文献の課題]
特許文献１では、周方向に１回転で、複数回巻き付けてはいないため、小型の直流モータで高いトルクを得ることは難しいと考えられる。特許文献２では、上層と下層とを半田を介して接続しているため、モータの発熱により半田の軟化が予想され、遠心力の加わるモータで信頼性を高めることが難しいと考えられる。また、半田は抵抗値が高く、効率を高めることが困難であると推測される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るコイル基板は、第１面と前記第１面との反対側の第２面とを有する円筒状のフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板の前記第１面と前記第２面に設けられた渦巻き状の配線から成るコイルと、前記フレキシブル基板を貫通し前記第１面の配線と前記第２面の配線を接続する銅めっきからなるビア導体とを有する。そして、前記コイルを構成する渦巻き状の配線の線間距離が０．００２mm以上、０．５mm以下である。
【０００６】
本発明に係る別態様のコイル基板は、第１面と前記第１面との反対側の第２面とを有する円筒状のフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板の前記第１面と前記第２面に設けられた配線から成るコイルと、前記フレキシブル基板を貫通し前記第１面の配線と前記第２面の配線を接続する銅めっきからなるビア導体とを有する。そして、前記コイルの１ターン中の半ターンが前記第１面側に形成され、残り半ターンが前記第２面側に形成され、隣接する各ターンがずらされながら配置されている。
【０００７】
[実施形態の効果]
本発明の実施形態によれば、コイルを構成する渦巻き状の配線の線間距離が狭ピッチであるため、中心側のコイル内側面積が小さくならず、小型で高いトルクを得ることができる。フレキシブル基板の第１面と第２面に設けられた渦巻き状の配線から成るコイルが、フレキシブル基板を貫通する銅めっきからなるビア導体により接続される。このため、半田接続と異なり高い信頼性を有すると共に、低抵抗のビア導体に電流が流れるため高効率を実現できる。
【０００８】
本発明の別態様によれば、コイルの１ターン中の半ターンが第１面側に形成され、残り半ターンが第２面側に形成され、隣接する各ターンがずらされながら配置されている。全てのコイルを同じ大きさに形成できるので、小型で高いトルクを得ることができる。フレキシブル基板の第１面と第２面に設けられた配線から成るコイルが、フレキシブル基板を貫通する銅めっきからなるビア導体により接続される。このため、半田接続と異なり高い信頼性を有すると共に、低抵抗のビア導体に電流が流れるため高効率を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（Ａ）は第１実施形態のコイル基板を用いる直流モータの断面図であり、図１（Ｂ）はコイル基板の展開平面図であり、図１（Ｃ）はコイル基板の斜視図である。
【図２】第１実施形態に係るコイル基板のコイル結線を示す図
【図３】第２実施形態のコイル基板のコイルの一部を示す説明図
【図４】図４（Ａ）はコイル基板のコイルの構成を示す模式図であり、図４（Ｂ）はコイル基板のコイルの断面形状を示す模式図であり、図４（Ｃ）はコイル基板の平面図である。
【図５】図５（Ａ）は第１実施形態のコイル基板のコイル内側の面積の説明図であり、図５（Ｂ）は第１実施形態の改変例のコイルの内径の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[第１実施形態]
図１（Ａ）は、第１実施形態のコイル基板を用いる直流モータ１０の断面図である。
直流モータ１０は、第１実施形態のコイル基板２０から成る電機子（ロータ）３０と、磁石４８と、出力軸５０と、整流子５２と、ブラシ５４と、角度検出用磁石５６と、ホール素子５８と、ケーブル６０とを有する。ホール素子５８は、角度検出用磁石５６に対向する位置に配置される。角度検出用磁石５６は、角度、回転方向、速度の検出に用いられる。
【００１１】
図１（Ｂ）はコイル基板の展開平面図であり、図１（Ｃ）は電機子３０を構成するコイル基板２０の斜視図である。
コイル基板２０は、ポリイミド製のフレキシブル基板２２にめっきパターンにより形成されたコイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３と、コイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３に接続された整流子（モータ内部端子）５２と、コイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３に対応する位置に配置された角度検出用磁石５６とを有する。整流子（モータ内部端子）５２は、ブラシに対する耐摩耗性を有する金属板から成り、コイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３に接続されたコイルと同時に形成された図示しない接続配線上に配置される。コイル基板２０には、７個のコイルＣ１〜Ｃ７が配置されるが、図１（Ｂ）中には３個のコイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３のみ示される。角度検出用磁石５６上に設けられたモータの角度検出精度を高くするための溝によって、角度検出用磁石の表面は３又は４個に分割されている。図１（Ｃ）に示されるようにコイル基板２０は、空洞ＡＨを囲むように周方向（モータの軸方向）に２．５回転巻かれている。
【００１２】
第１実施形態のコイル基板２０は、１のフレキシブル基板上にコイルと共に、整流子（モータ内部端子）５２及び角度検出用磁石５６を設けるため、構造が簡易であり、製造し易いという効果を有する。
【００１３】
図１（Ｃ）に示されるように、２．５回転巻かれたコイル基板２０は、電機子３０を構成する。第１実施形態のコイル基板２０は、フレキシブル基板２２が内側の第１面Ｆと外側の第２面Ｓとが対向するように周方向へ２．５回転巻かれているため、１回転の同径の電機子との比較で２倍以上の高いトルクが期待できることが、シミュレーション結果で判明された。
【００１４】
図２は、第１実施形態に係るコイル基板のコイル配置を示している。
コイル基板は、７個のコイルＣ１〜Ｃ７、及び、各コイルＣ１〜Ｃ７に接続された端子（整流子）Ｔ１〜Ｔ７を有する。コイルＣ１は、フレキシブル基板の第１面上に形成された実線で示される第１配線２４Ｆから成る第１コイルＣＦで構成される。コイルＣ２は、フレキシブル基板の第２面上に形成された破線で示される第２配線２４Ｓから成る第２コイルＣＳで構成される。コイルＣ３は、フレキシブル基板の第１面上に形成された第１配線２４Ｆから成る第１コイルＣＦで構成される。コイルＣ４は、フレキシブル基板の第２面上に形成された第２配線２４Ｓから成る第２コイルＣＳで構成される。コイルＣ５は、フレキシブル基板の第１面上に形成された第１配線２４Ｆから成る第１コイルＣＦで構成される。コイルＣ６は、フレキシブル基板の第２面上に形成された第２配線２４Ｓから成る第２コイルＣＳで構成される。コイルＣ７は、フレキシブル基板の第１面上に形成された第１配線２４Ｆから成る第１コイルＣＦで構成される。
【００１５】
端子Ｔ１は、コイルＣ１と共にコイルＣ５に接続される。端子Ｔ２は、コイルＣ２と共にコイルＣ６に接続される。端子Ｔ３は、コイルＣ３と共にコイルＣ７に接続される。端子Ｔ４は、コイルＣ４と共にコイルＣ１に接続される。端子Ｔ５は、コイルＣ５と共にコイルＣ２に接続される。端子Ｔ６は、コイルＣ６と共にコイルＣ３に接続される。端子Ｔ７は、コイルＣ７と共にコイルＣ４に接続される。端子Ｔ１に接続されたコイルＣ１は、渦巻き状に配置された第１配線２４Ｆの終端で立ち下がりビア導体２４ＡＤを介して接続された第２配線２４Ｓを介して端子Ｔ４に接続される。端子Ｔ２に接続されたコイルＣ２は、渦巻き状に配置された第２配線２４Ｓの終端で立ち上がりビア導体２４ＡＵを介して接続された第１配線２４Ｆを介して端子Ｔ５に接続される。端子Ｔ３に接続されたコイルＣ３は、渦巻き状に配置された第１配線２４Ｆの終端で立ち下がりビア導体２４ＡＤを介して接続された第２配線２４Ｓを介して端子Ｔ６に接続される。端子Ｔ４に接続されたコイルＣ４は、渦巻き状に配置された第２配線２４Ｓの終端で立ち上がりビア導体２４ＡＵを介して接続された第１配線２４Ｆを介して端子Ｔ７に接続される。端子Ｔ５に接続されたコイルＣ５は、渦巻き状に配置された第１配線２４Ｆの終端で立ち下がりビア導体２４ＡＤを介して接続された第２配線２４Ｓを介して端子Ｔ１に接続される。端子Ｔ６に接続されたコイルＣ６は、渦巻き状に配置された第２配線２４Ｓの終端で立ち上がりビア導体２４ＡＵを介して接続された第１配線２４Ｆを介して端子Ｔ２に接続される。端子Ｔ７に接続されたコイルＣ７は、渦巻き状に配置された第１配線２４Ｆの終端で立ち下がりビア導体２４ＡＤを介して接続された第２配線２４Ｓを介して端子Ｔ３に接続される。
【００１６】
フレキシブル基板第２面Ｓ側のコイルＣ２は、フレキシブル基板第１面Ｆ側のコイルＣ１とコイルＣ３と一部が重なるように配置されている。フレキシブル基板第２面Ｓ側のコイルＣ４は、フレキシブル基板第１面Ｆ側のコイルＣ３とコイルＣ５と一部が重なるように配置されている。フレキシブル基板第２面Ｓ側のコイルＣ６は、フレキシブル基板第１面Ｆ側のコイルＣ５とコイルＣ７と一部が重なるように配置されている。なお、図中でＣ１〜Ｃ７は３ターン分描かれているが、実施品では３５ターンに形成される。ビア導体２４ＡＤ、２４ＡＵはフレキシブル基板２２を貫通する銅めっきからなる。
【００１７】
第１実施形態のコイル基板のコイルの渦巻き状の配線２４Ｆ、２４Ｆの線間距離（ピッチ）Ｇ１が０．００２mm以上、０．５mm以下と狭ピッチに形成されている。０．００２mm未満では絶縁性が確保できない。０．５超では狭ピッチ化が実現できない。図５（Ａ）はコイルＣ１を構成する最も外側の１ターンコイルＣ１１、中央の１ターンコイルＣ１２、最も内側の１ターンコイルＣ１３の面積を示す説明図である。コイルＣ１の最も外側の１ターンコイルＣ１１の面積はＣＥ１、中央の１ターンコイルＣ１２の面積はＣＥ２、最も内側の１ターンコイルＣ１３の面積はＣＥ３である。第１実施形態のコイル基板によれば、コイルを構成する渦巻き状の配線の線間距離が狭ピッチであるため、中心側のコイル（１ターンコイルＣ１２）の面積ＣＥ２、（１ターンコイルＣ１３）の面積ＣＥ３が小さくならず、小型で高いトルクを得ることができる。フレキシブル基板２２の第１面Ｆに設けられた渦巻き状の第１配線２４Ｆから成るコイルＣ１、Ｃ３、Ｃ５、Ｃ７と、第２面Ｓに設けられた第２配線２４Ｓから成るコイルＣ２、Ｃ４、Ｃ６とが、フレキシブル基板２２を貫通する銅めっきからなるビア導体２４ＡＤ、２４ＡＵにより接続される。このため、半田接続と異なり高い信頼性を有すると共に、低抵抗のビア導体２４ＡＤ、２４ＡＵに電流が流れるため高効率を実現できる。
【００１８】
[第１実施形態の改変例]
図５（Ｂ）はコイルＣ１を構成する最も外側の１ターンコイルＣ１１、中央の１ターンコイルＣ１２、最も内側の１ターンコイルＣ１３の内径を示す説明図である。第１実施形態の改変例では、外側の１ターンコイルＣ１１と中央の１ターンコイルＣ１２とのギャップＧＰ１、中央の１ターンコイルＣ１２と最も内側の１ターンコイルＣ１３のギャップＧＰ２が狭く設定されている。中央の１ターンコイルＣ１２の内径はＷ２、最も内側の１ターンコイルＣ１３の内径はＷ３である。第１実施形態の改変例のコイル基板によれば、コイルを構成する渦巻き状の配線が狭ギャップであるため、中心側のコイル（１ターンコイルＣ１２）の内径Ｗ２、（１ターンコイルＣ１３）の内径Ｗ３が小さくならず、小型で高いトルクを得ることができる。
【００１９】
[第２実施形態]
図３は、第２実施形態のコイル基板２０のコイルの一部を示す説明図である。六角形のコイルＣ１は、３５個の１ターンコイルから成り、図３中には、３個の１ターンコイルＣ１１、Ｃ１２、Ｃ１３が示されている。１ターンコイルＣ１１の半ターンを構成する第１配線２４Ｆは、フレキシブル基板２２の第１面Ｆに形成され、残り半ターンを構成する第２配線２４Ｓはフレキシブル基板２２の第２面Ｓに形成されている。同様に、１ターンコイルＣ１２、Ｃ１３は形成されている。１ターンコイルＣ１１とに接する１ターンコイルＣ１２は、後述される矩形のコイル基板２０の長手方向に１ターンコイルＣ１１からずらされて配置される。同様に、１ターンコイルＣ１３は、１ターンコイルＣ１２からずらされて配置される。
【００２０】
図４（Ａ）はコイル基板２０のコイルの構成を示す模式図であり、図４（Ｂ）はコイル基板２０のコイルの断面形状を示す模式図であり、図４（Ｃ）はコイル基板の平面図である。
フレキシブル基板２２は、第１面Ｆと第１面と反対側の第２面Ｓとを有する。
六角形のコイルＣ１の半ターンを構成する第１配線２４Ｆは、フレキシブル基板２２の第１面Ｆに形成され、残り半ターンを構成する第２配線２４Ｓはフレキシブル基板２２の第２面Ｓに形成され、半ターンの第１配線２４Ｆと残り半ターンの第２配線２４Ｓは、フレキシブル基板２２の貫通孔２２ａに形成されたビア導体２４Ａを介して接続される。第１配線２４Ｆ、第２配線２４Ｓ、ビア導体２４Ａは銅めっきにより形成されている。ここで、各コイルＣ１〜Ｃ７は、３５ターン渦巻き状に巻くように形成されている。第１実施形態では、３５ターン巻くように形成されたが、ターン数は例示であって、任意の巻き数で形成することができる。
【００２１】
図４（Ｂ）に示されるように、コイルＣ１の第１面Ｆ側の第１配線２４Ｆと、コイルＣ２の第２面Ｓ側の第２配線２４Ｓとは一部が重なっている。同様に、コイルＣ２〜Ｃ６の第１面Ｆ側の第１配線２４Ｆと、コイルＣ３〜Ｃ７の第２面Ｓ側の第２配線２４Ｓとは一部が重なっている。
【００２２】
一部の配線が重なったコイルＣ１〜Ｃ７を有するコイル基板２０が、第１実施形態と同様に、フレキシブル基板２２の内側の第１面Ｆと外側の第２面Ｓとが対向するように周方向（モータの軸方向）に２．５回転巻かれている。
【００２３】
図４（Ｃ）に示されるようにコイルＣ１〜Ｃ７の幅Ｗ１は１８mmであり、コイルＣ１〜Ｃ７の幅Ｗ１の周方向の長さＬ１は５２．５mmである。コイルＣ１〜Ｃ７は等間隔に配置される。第１実施形態では、コイルは等間隔に配置されたが、コイルを非等間隔に配置することも可能である。
【００２４】
第２実施形態のコイル基板によれば、コイルの１ターンコイル中の半ターンを構成する第１配線２４Ｆが第１面Ｆ側に形成され、残り半ターンを構成する第２配線２４Ｓが第２面Ｓ側に形成され、隣接する各ターンがずらされながら配置されている。全ての１ターンコイルを同じ大きさに形成できるので、小型で高いトルクを得ることができる。即ち、図３中に示されているように、１ターンコイルＣ１１の内径Ｗ２１、１ターンコイルＣ１２の内径Ｗ２２、１ターンコイルＣ１３の内径Ｗ２３を大きくできるので、高いトルクを得ることができる。フレキシブル基板２２の第１面Ｆと第２面Ｓに設けられた第１配線２４Ｆ、第２配線２４Ｓが、フレキシブル基板２２を貫通する銅めっきからなるビア導体２４Ａにより接続される。このため、半田接続と異なり高い信頼性を有すると共に、低抵抗のビア導体２４Ａに電流が流れるため高効率を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
上述した実施形態では、７個のコイルを有するコイル基板を例示したが、コイルは３個以上有れば、実施形態のコイル基板を構成可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  モータ
２０  コイル基板
２２  フレキシブル基板
２４Ａ  ビア導体
２４Ｆ  第１配線
２４Ｓ  第２配線
Ｃ１〜Ｃ７  コイル
Ｔ１〜Ｔ７  端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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