JPH0465026A - 金属導線及び該金属導線を用いた電気モータ - 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】 投佐分災 本発明は、金属導線及び該金属導線を用いた電気モータ
に係り、より詳細には、絶縁被覆物に硬質炭素膜を用い
た金属導線及び該金属導線を用いた電子配線材料、電子
部品、コイルモータ、ブラシレスモータ、更には、アク
チュエータ、ＶＴＲ、レコーダ用各種モータ等の電気部
品に関する。

災來１権 従来の金属導線（Ｃｕ、ＡＭ、Ｚｎ及びこれらの合金等
）の絶縁層としては、エナメルやポリエステルイミド、
ポリエステルアミドイミド、ポリアミドイミド、ポリイ
ミドなどが使用されていた。

これらの材料は、絶縁性の他に自己潤滑性や機械強度な
どが必要とされている。しかし、これらの材料は、デイ
プ法塗布により被覆されている為、３〜４μｍから１０
０７Ａ　ｍの厚さになってしまう。そのため、従来の金
属導線の絶縁層には、エナメルや樹脂が使用されていた
が被覆部が厚くなる欠点がある。この金属導線を用いて
電子部品としてのコイルを作製する場合、被覆部が厚い
為、占積率が小さくなり部品の小型化が難しい。現在、
シートコイル、シートコイルモータ等が開発使用されて
いるが、これらは占積率が高くなるものの、数枚のシー
トを使用する為、工程数及び工程が複雑になる欠点があ
る。

■−−煎 本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、
不活性で耐薬品性にも優れ１機械的にも強い絶縁層を薄
く作製できる金属導線を提供すること、該金属導線を電
子回路の配線に使用した場合に長期安定性にすぐれた電
子部品を提供することができること、占積率を高くし、
コイル１個あたりの部品体積を小さくすること、占積率
の高いコイルを使用し、小さくかつ高出力の信頼性の高
いモータを作製すること等を目的としてなされたもので
ある。

碧−一一戒。

本発明は、上記目的を達成するために、（１）金属線に
絶縁物を被覆してなる金属導線において、前記金属線に
硬質炭素膜の絶縁物を被覆してなること、或いは、（２
）前記金属導線をモータ駒動用電機子コイルに用いたこ
とを特徴としたものである。以下、本発明の実施例に基
づいて説明する。

本発明における硬質炭素膜は、気相法で作製する為、絶
縁性が高く薄く作製する事ができる。硬質炭素膜につい
て詳しくは後に記述する。本発明における硬質炭素膜の
膜厚は、５０人〜２０μｍ、望ましくは、１００人〜１
０μｍ、さらには、２００人〜５μｍが望ましい。

次に、この金属導線を使用してコイルを作製した場合間
しインピーダンスを得るコイルを作製する場合、占積率
が高い方が小型化できるため、第２図（ａ）に示すよう
に断面形状を丸にするより第２図（ｂ）に示した様に断
面形状が四角の方が良い。すなわち、第２図において、
１１を導体。

１２を絶縁層、１３（−点鎖線で囲んだ領域）をコイル
を収納する空間とし、導体の断面積及び絶縁層の厚さを
等しいとすると、コイル断面における占積率は、（ａ）
図の丸形においては０．５、（ｂ）の四角形においては
０．６となり、四角形の方が占積率が良い。しかし、断
面を四角にしても、従来の絶縁材料では、その層の厚さ
を薄くするのが難しく、薄くできたとしても経時変化に
不安が生しる。本発明では、数μｍ以下（数１０００人
）でも＃＠縁性及び長期信頼性に富んだコイルが作製で
き、コイル部品の小型軽量化が可能となる。電子機器が
小型軽量になると、回路の実装密度が上がるため、部品
の小型化は、電子機器の小型化に有用である。

第３図は、本発明の金属導線を電機子コイルに使用した
モータの例を示す図で、図中、１５はロータヨーク、１
５ａは回転軸、１５ｂはロータマグネット、１６は印刷
配線基板、１６ａはＦＧコイルパターン、１６ｂはホー
ル素子、１７は固定子ヨーク、１７ａは軸受、１７ｂは
電機子コイル、１８はベースプレートで、このモータの
電機子コイル１７ｂに１本発明による金属導線を用いる
と、前述した様に占積率が上がるためコイルが小さくな
り、さらには、ロータマグネット等の部品も小さくする
ことが可能となり、全体に軽量小型化が可能となる。

第４図は、占積率が高く、軽量小型にできるとされてい
るシートコイルモータの一例を示す図で、図中、２０は
モータフレーム、２０ａは軸受、２１は固定子ヨーク、
２２は電機子コイル、２２ａはＦＧコイル、２２ｂはホ
ール素子、２３は軸、２４はロータマグネット、２５は
ロータヨークで、この場合、基板に２層しかできず、さ
らに第５図に示した様に、積層にしなければならずシー
ト間の絶縁フィルムが薄くできず、さらには工程が増え
る欠点がある。すなわち、第５図において、２２□、２
２．．２２．はシートコイルで、各シートコイルは両面
にコイルパターンが形成されており、必要により枚数を
増やすことができる。

また、２２□、２２４はシートコイル間を絶縁するフィ
ルムで、これらフィルムの両面に接着剤を塗布する。ま
た、２２．．２２７はシート間の渡り接続線である。而
して、本発明によるモータは、硬質炭素膜を施こした金
属導線を用いるため、小型軽量で高出力が可能なため携
帯用ＶＴＲやテープレコーダーに有用である。

本発明におけるモータは、図示したブラシレスモータに
限られるものではなく、リニアモータややブラシモータ
にも有用であり、しいては、アクチュエータの小型化に
も有用な手段となる。

次に１本発明の金属導線に用いる硬質炭素膜について詳
しく説明する。

硬質炭素膜を形成するためには有機化合物ガス、特に、
炭化水素ガスが用いられる。これら原料における相状態
は常温常圧において必ずしも気相である必要ではなく、
加熱或いは減圧等により溶融、蒸発、昇華等を経て気化
し得るものであれば、液相でも固相でも使用可能である
。

原料ガスとしての炭化水素ガスについては、例えば、Ｃ
Ｈ４，Ｃ２Ｈ６，Ｃ，Ｈ８，Ｃ，Ｈ，、等のパラフィン
系炭化水素、Ｃ２Ｈ４等のアセチレン系炭化水素、オレ
フィン系炭化水素、アセチレン系炭化水素、ジオレフィ
ン系炭化水素、さらには芳香族炭化水素などすべての炭
化水素を少なくとも含むガスが使用可能である。

さらに、炭化水素以外でも、例えば、アルコール類、ケ
トン類、エーテル類、エステル類、Ｃ○。

ＣＯ２等、少なくとも炭化元素を含む化合物であれば使
用可能である。

原料ガスからの硬質炭素膜の形成方法としては、成膜活
性種が、直流、低周波、高周波、或いはマイクロ波等を
用いたプラズマ法により生成されるプラズマ状態を経て
形成される方法が好ましいが、より大面積化、均一性向
上、低温製膜の目的で、低圧下で堆積を行なうため、磁
界効果を利用する方法がさらに好ましい。また高温にお
ける熱分解によっても活性種を形成できる。その他にも
、イオン化蒸着法、或いはイオンビーム蒸着法等ニより
生成されるイオン状態を経て形成されてもよいし、真空
蒸着法、或いはスパッタリング法等により生成される中
性粒子から形成されてもよいし、さらには、これらの組
み合わせにより形成されてもよい。

こうして作製される硬質炭素膜の堆積条件の一例はプラ
ズマＣＶＤ法の場合、次の通りである。

ＲＦ出カニ　０．１〜５０Ｗ／ａＩＦ 圧　　　カニ　１０−２〜１ＯＴｏｒｒ堆積温度：室温
〜９５０℃ このプラズマ状態により原料ガスがラジカルとイオンと
に分解され反応することによって、基板上に炭素原子Ｃ
と水素原子Ｈとからなるアモルファス（非晶質）及び微
結晶質（結晶の大きさは数１０〜数μｍ）の少なくとも
一方を含む硬質炭素膜が堆積する。また、硬質炭素膜の
諸特性を第１表に示す。

第１表 注）測定法 比抵抗（ρ）：コプレナー型セルによるＩ−Ｖ特性より
求める。

光学的バンドギャップ（Ｅｇｏｐｔ）　：分光特性から
吸収係数（α）を求め、 関係より決定。

膜中水素量（Ｃイ）：赤外吸収スペクトルがら２９００
Ｑｍ″″１付近のピークを積分し、吸収断面積Ａをかけ
て求める。す なわち、 ＣＨ＝Ａ−ｆ　ａ　（ｖ）／ｖ−ｄｖ Ｓ　Ｐ’／Ｓ　Ｐ２比：赤外吸収スペクトルを、ＳＰ’
、ＳＦ３にそれぞれ帰属させ るガウス関数に分解し、その面積 比より求める。

ビッカース硬度（Ｈ）−マイクロビッカース計による。

屈折率（ｎ）：エリプソメーターによる。

欠陥密度　　：　ＥＳＲによる。

こうして形成される硬質炭素膜はラマン分光法及びＩＲ
吸収法による分析の結果、夫々、第６図及び第７図に示
すように炭素原子がＳＰ’の混成軌道とＳＰ２混成軌道
とを形成した原子間結合が混在していることが明らかに
なっている。ＳＰ３結合とＳＰ２結合の比率は、ＩＲス
ペクトルをピーク分離することで概ね推定できる。ＩＲ
スペクトルには、２８００〜３１５０ａｎ−２に多くの
モードのスペクトルが重なって測定されるが、夫々の波
数に対応するピークの帰属は明らかになっており、第８
図の如くガウス分布によってピーク分離を行ない、夫々
のピーク面積を算出し、その比率を求めればＳＰ’／Ｓ
Ｐ２を知ることができる。

また、Ｘ線及び電子回折分析によればアモルファス状態
（ａ−Ｃ：Ｈ）、及び／又は約５０人〜数μｍ程度の微
結晶粒を含むアモルファス状態にあることが判っている
。

一般に、量産に適しているプラズマＣＶＤ法の場合には
、ＲＦ出力が小さいほど膜の比抵抗値および硬度が増加
し、低圧力なほど活性種の寿命が増加するために基板温
度の低温化、大面積での均一化が図れ、かつ比抵抗、硬
度が増加する傾向にある。更に、低圧力ではプラズマ密
度が現象するため、磁場閉じ込め効果を利用する方法は
、比抵抗の増加には特に効果的である。さらに、この方
法は常温〜１５０℃程度の比較的低い温度条件でも同様
に良質の硬質炭素膜を形成できるという特徴を有してい
るため、製造プロセスの低温化には最適である。・損傷
が少なくこの点からも歩留まりが向上する。

さらにこの硬質炭素原子及び水素原子の他に、周期律表
第■族元素、同第■族元素、同第■族元素、アルカリ金
属元素、アルカリ土類金属元素、窒素原子、酸素元素、
カルコゲン系元素又はハロゲン原子を構成元素として含
んでもよい。

第１図は、本発明の製造装置の一例を示す図で、図中、
ｌは金属導線、２はサプライロール、３はテークアツプ
ロール、４はＲＦ電極、５はアース側電極、６，７は遮
蔽板、８はガス導入口、９は排気口で、図示のように、
サプライロール２と、テークアツプロール３をチャンバ
ー内にしたため、安定した膜を金属導＄１に被覆するこ
とが可能である。さらに金属導線１がプラズマ中に位置
しているため、断面方向の膜厚分布には特に不均一は認
められない。仮に不均一が著しい時は、ロールを金属導
線の表面が回転するように公転させればよい。

更に、本発明による金属導線を動摩擦係数測定装置にて
１０ｇ加重時で動摩擦係数μを測定したところ、μ二〇
、２であり、これは従来の樹脂被覆層の一般的な値μ＝
０．４〜０．７と比べて非常に小さく、潤滑性にすぐれ
ていることも確められた。

ス】１１Ｌ ９１５０２ｍのタフピッチ銅に８０００人の硬質炭素膜
をＰ−ＣＶＤ法により被覆した。この線材を、湿度８０
％、温度９０℃に１０００時間保存したところ、表面に
腐食等の変化がなく、さらに、電気抵抗の上昇は見られ
なかった。この時、硬質炭素の成膜条件は、 圧　　　力　　：　０．０３　　ＴｏｒｒＣＨ４流量　
：　１０５ＣＣＨ ＲＦパワー：　０．２Ｗ／（！ｌ？ 温　　度：室　温 であった。

ス」１」１ φ８０μｍの無酸素銅に３０００人の硬質炭素膜をＰ−
ＣＶＤ法により被覆した。この線を用いて電機子コイル
を作製し、ブラシレスモータを作製した。

従の来樹脂被覆の銅線を使用したモータに比べ、全体で
２０％の体積減少が可能となった。さらに長期安定性に
おいてもなんら変化がなかった。この時、硬質炭素の成
膜条件は、 圧　　　力　　：　０．０１　　ＴｏｒｒＣＨ４流量　
：　８５ＣＣＨ ＲＦパワー：０．１５Ｗ／ａＪ 温　　度：室　温 てあった。

去１■１走 φ１００μｍの無酸素銅に硬質炭素膜を５０００人Ｐ−
ＣＶＤ法で被覆した。この線材を使用し、コイルを作製
した。樹脂を被覆した従来品と同様の性能をもつコイル
に比べ体積で１０％減少することが可能となった。この
時、硬質炭素の成膜条件は、圧　　　力　　：　０．０
５　　ＴｏｒｒＣＨ４流量　：　２０５ＣＣＨ ＲＦパワー：　０．８Ｗ／ｃｉ 温　　　　度：５０°Ｃ であった。

勲−一、艮 以上の説明から明らかなように、本発明によると、金属
導線に機械的強度に強く、化学的に安定な硬質炭素膜を
薄く被覆できる為長期安定性にすぐれた金属導線が得ら
れる。占積率の高いコイルの作製が可能となり小型軽量
の電子部品の作製が可能となる。占積率の高いコイルを
使用できるため、小型軽量でかつ高出力のモータの作製
が可能となる。等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明による金属導線の製作装置の一例を示
す図、第２図は、コイル断面における占積率を示す図、
第３図は、ブラシレスモータの一例を示す要部分解斜視
図、第４図は、シートコイルモータの一例を示す図、第
５図は、コイルシートの積層例を示す分解斜視図、第６
図は、ラマンスペクトルを示す図、第７図は、ＩＲスペ
クトルを示す図、第８図は、ガウス分布波形を示す図で
ある。 １・・・金属導線、２・・・サプライロール、３・・・
テークアツプロール、４・・・ＲＦ電極、５・・・アー
ス側電極、６．７・・・遮蔽板、８・・・ガス導入口、
９・・・排気口。 第 図 第 図 第３図 ラマンスペクトル（シ皮数） 第７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．金属線に絶縁物を被覆してなる金属導線において、
   前記金属線に硬質炭素膜の絶縁物を被覆してなることを
   特徴とする金属導線。
2. ２．前記金属導線をモータ駆動用電機子コイルに用いた
   ことを特徴とする電気モータ。