積層コイルと積層コイルを用いた振動センサと積層コイルの製造方法
【課題】インダクタンスを増加させつつ、コイルの電気抵抗を減少させ、コイル特性を飛躍的に向上させることができる積層コイルを提供する。
【解決手段】同一平面上に形成されるらせん状コイル（３，４，５）を複数積層してなる積層コイル２９であって、前記らせん状コイルは隣接する他のらせん状コイルと逆回りに形成され、前記らせん状コイル同士は、前記らせん状コイルの中央端部７ａ同士の接続と、前記らせん状コイルの周辺端部７ｂ同士の接続を交互に行い直列に接続されることを特徴とする積層コイル。
【解決手段】同一平面上に形成されるらせん状コイル（３，４，５）を複数積層してなる積層コイル２９であって、前記らせん状コイルは隣接する他のらせん状コイルと逆回りに形成され、前記らせん状コイル同士は、前記らせん状コイルの中央端部７ａ同士の接続と、前記らせん状コイルの周辺端部７ｂ同士の接続を交互に行い直列に接続されることを特徴とする積層コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型コイルあるいはマイクロコイルを積層させた積層コイルと、その積層コイルを備える振動センサと積層コイルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型コイルあるいはさらに小型のマイクロコイルは、ミニモーターや電磁アクチュエーターやマイクロリレーなどのマイクロエレクトロニクス関連機器、計器あるいは振動センサなどのセンサ類など広く用途がある。
マイクロマシン技術の進展に伴って、コイルの小型化も進んできているものの、従来技術ではコイルはボビンに巻き線コイルを巻く方法がとられており、この方法でいくと、２ｍｍ径程度以下の小径巻きが難しく、巻き線径を０．１ｍｍ以下に細くして対応するしかなく、これが電気抵抗の増大をもたらし、ひいてはＱ値（Ｑ＝Ｌω／Ｒ ここで、Ｌは、コイルのインダクタンス、Ｒはコイルの電気抵抗、ωは周波数を意味している。）の低下の一因にもなっていた。また、生産面においては、品質のばらつきという問題があり、生産性にも限界があるのが現状であった。
【０００３】
また、用途のひとつである振動センサは、回転機器の常時監視に用いられ、回転軸の複数箇所の振動変位に連続使用される。このような使用環境では、環境温度の変化幅が大きく、センサとしての恒電気抵抗特性が要求されるため、コイル素材には恒電気抵抗のマンガニン、銀パラジウムなどが使用されている。このような材料は、特殊合金であるがゆえにコイルへの加工が困難で、上述のような巻き線コイルによる方法では、製作が困難である可能性があった。
【０００４】
そこで、このような課題を解決するために、既に小型コイルやマイクロコイルを平面コイルとして形成する方法が開発されている。例えば、特許文献１には、「マイクロコイルの製造方法」として、基板上に電解めっきにより配線を形成するマイクロコイルの製造方法が開示されている。
本製造方法は、基板上に電解めっき用の電極を形成するための触媒金属層を配線が形成される予定の部分にのみ形成させ、その金属層の上に光反応性硬化剤を含有するエポキシ樹脂を塗布した後に不要部分を除去し、配線の形成用の型枠として無電解めっきによって電解めっき用電極を形成させて、さらに電解めっきによって配線を形成するものである。
このようなマイクロコイルの製造方法によれば、型枠を高く形成させることによって、巻き線の高さと幅の比として表現されるアスペクト比を大きく設定することができ、小型でも大きな磁束密度を実現可能なマイクロコイルを提供可能である。
【０００５】
また、このようなマイクロコイルを振動センサとして用いる発明も例えば特許文献２に「振動センサ、及び振動センサの製造方法」として開示されている。
この特許文献２に開示される発明によれば、被測定体の振動を検出するために、被測定体の振動に伴って、少なくとも厚さ方向に自在に変位するように弾性支持された基板と、この基板の表面にらせん状にパタンニングされた検出用コイルと、検出用コイルに第１の磁場を印加する第１の磁場生成手段とを備えるものであり、検出用コイルに生ずる誘導起電力に基づいて被測定体の振動を検出するように構成されている。
【０００６】
さらに、特許文献３にも「振動センサ及び該振動センサを備える地盤振動解析システム」として振動センサに関する発明が開示されている。
特許文献２，３に開示される振動センサの原理以外にも、コイルを用いた振動センサの原理として、金属製の被測定対象に渦電流を発生させて、その渦電流によって発生する磁界によってコイルを流れる電流に影響を与え、その影響によるコイルのインピーダンス変化を測定することでコイルと被測定対象の距離を測定するものである。
【特許文献１】特開２００３−１９７４５２号公報
【特許文献２】特開２００３−６６０６３号公報
【特許文献３】特開２００１−６６１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示される発明では、確かにアスペクト比は高いものの、巻き数を増加させることができないため、インダクタンスを増加させることによる磁束密度の増加には限界があった。
また、特許文献２や３においても、振動センサにらせん状にパタンニングされたコイルとして十分なコイル長を確保したりして、精度を向上させることができるものの、より小型化しながらより高い精度を実現するには限界があった。
【０００８】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、本願発明者が鋭意研究を実施した結果、複数の同一平面上に形成されるらせん状のコイルを隣接する他のらせん状コイルと逆回りに配置して積層しながら直列に接続することで、巻き数とコイル長さを増やしてコイルのインダクタンスを増加させつつ、同一平面上に形成させてコイル断面積を大きくとることが可能ならせん状コイルであることからコイルの電気抵抗を減少させることで、コイル特性を飛躍的に向上させることができる積層コイルと、その積層コイルを用いた振動センサを提供することを一の目的とし、また、このような特性を備えた積層コイルを提供できると共に、生産時間が短縮でき、均質な製品の提供を可能とする積層コイルの製造方法を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明である積層コイルは、同一平面上に形成されるらせん状コイルを複数積層してなる積層コイルであって、前記らせん状コイルは隣接する他のらせん状コイルと逆回りに形成され、前記らせん状コイル同士は、前記らせん状コイルの中央端部同士の接続と、前記らせん状コイルの周辺端部同士の接続を交互に行い直列に接続されることを特徴とするものである。
このように構成された積層コイルでは、同一平面上に形成されるらせん状コイルを複数積層するため、無駄な空間を排除して密にコイルを形成するという作用を有する。
また、らせん状コイルは隣接する他のらせん状コイルと逆回りに形成してらせん状コイルの中央端部同士と周辺端部同士を接続するので、周辺端部から中央端部へ螺旋が形成され、隣接する他のらせん状コイルでは中央端部から周辺端部へ先のらせん状コイルと同じ回り方向へ螺旋が形成されるという作用を有する。従って、積層コイル全体で同一方向へ螺旋が形成されるという作用を有する。
さらに、積層される１つ１つを構成するコイルは、同一平面上に形成されるらせん状コイルであるため、コイルの断面形状の選択が容易で、螺旋を形成する平面方向あるいは、特に、その平面とは垂直方向への長さを長くとることが可能であることからコイル断面積を大きくとることができるという作用を有する。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明である積層コイルは、請求項１に記載の積層コイルが、第１層から第ｎ層まで積層される積層コイルであって、前記らせん状コイルは、コイル本体と、このコイル本体の周辺端部に形成される第１の電極と、第２の電極とを有し、前記らせん状コイルの周辺端部同士の接続は、前記第１の電極同士を接続するものであり、第１層から第ｎ層までの第２の電極をそれぞれ接続するとともに、前記第ｎ層のらせん状コイルの中央端部又は周辺端部に形成される第１の電極のうち、第（ｎ−１）層と接続されていない方と前記第ｎ層の第２の電極を接続するものである。
このように構成された積層コイルでは、請求項１に記載の発明の作用に加えて、第１層から第ｎ層まで積層されるコイルが、ｎ層のらせん状コイルと、それとは別個に第１層から第ｎ層まで接続される第２の電極を備えることで、第１層における第２の電極と、らせん状コイルの周辺端部に形成される第１の電極あるいはらせん状コイルの中央端部のいずれかを交流電源に接続するための端子として機能させるという作用を有する。
第１層から第ｎ層の第２の電極は接続されているものの、らせん状コイルのコイル本体とは接続されていないので、全体として回路を形成していない。そこで、第２の電極とらせん状コイルを接続するが、らせん状コイルは中央端部同士の接続と周辺端部の第１の電極同士の接続を交互に繰り返すため、第（ｎ−１）層と第ｎ層の接続においては、２通りの状態が考えられる。すなわち、第ｎ層の第２の電極と接続されるべきものは、第１の電極かあるいはらせん状コイルの中央端部のいずれかとなり、それは、第（ｎ−１）層と接続されていない一方であることが理解される。
逆に、第１層から交流電源に接続されるべき端子として取り出される電極としても、第２の電極と、第１の電極あるいはらせん状コイルの中央端部のいずれかとなるのである。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明である積層コイルは、請求項１に記載の積層コイルが、第１層から第ｎ層まで積層される積層コイルであって、前記らせん状コイルは、コイル本体と、このコイル本体の周辺端部に形成される第１の電極と、第２の電極とを有し、前記らせん状コイルの周辺端部同士の接続は、前記第１の電極同士を接続するものであり、第１層から第（ｎ−１）層までの第２の電極をそれぞれ接続するとともに、前記第（ｎ−１）層のらせん状コイルの中央端部と第ｎ層のらせん状コイルの中央端部を接続し、第ｎ層の第１の電極を前記第（ｎ−１）層の第２の電極へ接続するものである。
このように構成された積層コイルでは、請求項１に記載の発明の作用に加えて、第１層から第ｎ層まで積層されるコイルが、ｎ層のらせん状コイルと、それとは別個に第１層から第（ｎ−１）層まで接続される第２の電極を備えることで、第１層における第２の電極と、らせん状コイルの周辺端部に形成される第１の電極あるいはらせん状コイルの中央端部のいずれかを交流電源に接続するための端子として機能させるという作用を有する。
なお、本請求項３に記載の発明では、第ｎ層を第（ｎ−１）層の上に積層させた際に、そのまま第（ｎ−１）層の第２の電極と第ｎ層の第１の電極が接続されるものである。すなわち、このような積層とするためには、請求項２に記載の発明とは異なり、第（ｎ−１）層と第ｎ層の接続が中央端部同士の接続となる必要があるという制約はあるものの、第ｎ層の第２の電極を用いることなく、第ｎ層のコイル本体に連続する第１の電極がそのまま第（ｎ−１）層の第２の電極に接続されるように作用し、この第ｎ層の第１の電極がコイル本体と連続しながら、あたかも第ｎ層の第２の電極のように作用する。
【００１２】
そして、請求項４に記載の発明である積層コイルは、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記らせん状コイルと隣接するらせん状コイルの間に絶縁材を配設するものである。
その作用は基本的には請求項１乃至請求項３に記載の発明と同様であるが、加えて、らせん状コイルが導電体である場合やらせん状コイルの絶縁被覆が弱い場合には積層されるらせん状コイル間の絶縁を強固に確実にするという作用を有する。
【００１３】
請求項５に記載の発明である積層コイルは、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発明において、前記積層コイルは、絶縁性の樹脂で被覆されるものである。
このように構成された積層コイルでは、請求項１乃至請求項４に記載の発明における作用に加えて、積層コイル全体を絶縁性の樹脂で被覆することで、積層コイル全体の絶縁特性を向上させるという作用を有する。また、積層コイルの取り扱い時にコイル自体に傷がつき難く、耐久性を向上させるという作用をも有する。
【００１４】
請求項６に記載の発明である振動センサは、被振動測定体に近接される一の端部に請求項２に記載の積層コイルを格納したケースと、前記積層コイルの第１層のらせん状コイルの第１の電極又は前記らせん状コイルの中央端部のうち第２層のらせん状コイルに接続されていない方及び第２の電極からそれぞれ延設されるリード線と、このリード線に設けられる前記積層コイルのインピーダンスを測定可能な検出器を設けたものである。
このように構成される振動センサにおいては、らせん状コイルが密に積層されているので、積層コイルの電流によって発生する磁界の磁束密度を大きくする作用を有する。また、その磁界によって被振動測定対象物に発生するうず電流を大きなものとし、それによって発生する磁界の磁束密度も大きくする作用を有する。また、インピーダンスを測定可能な検出器は、この磁界によって発生するらせん状コイル中の電流の影響から変動する積層コイルのインピーダンスを測定するという作用を有する。
【００１５】
請求項７に記載の発明である振動センサは、請求項６に記載の発明において、前記リード線に接続される交番電流を供給可能な電源を備えるものである。
このように構成される振動センサにおいては、請求項６に記載の発明の作用に加えて、電源を備えることで別に電源を接続する必要がないという作用を有する。
【００１６】
請求項８に記載の発明である積層コイルの製造方法は、同一平面上に形成されるらせん状コイルを複数積層して積層コイルを製造する方法であって、一のらせん状コイルと、このらせん状コイルとは逆回りに形成される他のらせん状コイルを隣接させて配置し、前記隣接するらせん状コイル同士は、前記らせん状コイルの中央端部同士の接続と、前記らせん状コイルの周辺端部同士の接続を交互に行うことで、直列に接続されることを特徴とする積層コイルの製造方法である。
このように構成される積層コイルの製造方法においては、同一平面上に形成されるらせん状コイルを複数積層するため、無駄な空間を排除して密にコイルを形成するという作用を有する。
また、隣接する他のらせん状コイルでは中央端部から周辺端部へ先のらせん状コイルと同じ回り方向へ螺旋が形成されるという作用を有し、このように連続するらせん状コイルが形成されるという作用を有する。
【００１７】
請求項９に記載の発明である積層コイルの製造方法は、請求項８に記載の積層コイルの製造方法において、前記らせん状コイルは、コイル本体と、このコイル本体の周辺端部に形成される第１の電極と、第２の電極とを基板枠にランナーを介して形成されるものであり、前記らせん状コイルの周辺端部同士の接続は、前記第１の電極同士を接続するものであり、第１層から第ｎ層までの第２の電極をそれぞれ接続するとともに、前記第ｎ層のらせん状コイルの中央端部又は周辺端部のうち、第（ｎ−１）層と接続されていない方と前記第ｎ層の第２の電極を接続し、第１層から第ｎ層まで積層した後に、前記基板枠とランナーを切断除去することを特徴とするものである。
このように構成される積層コイルの製造方法においては、請求項８に記載の発明の作用に加えて、第１層から第ｎ層まで積層されるコイルが、ｎ層のらせん状コイルと、それとは別個に第１層から第ｎ層まで接続される第２の電極を備えることで、第１層における第２の電極と、らせん状コイルの周辺端部に形成される第１の電極あるいはらせん状コイルの中央端部のいずれかを交流電源接続のための端子として機能させる積層コイルを製造するという作用を有する。
【００１８】
請求項１０に記載の発明である積層コイルの製造方法は、請求項８に記載の積層コイルの製造方法において、前記らせん状コイルは、コイル本体と、このコイル本体の周辺端部に形成される第１の電極と、第２の電極とを基板枠にランナーを介して形成されるものであり、 前記らせん状コイルの周辺端部同士の接続は、前記第１の電極同士を接続するものであり、第１層から第（ｎ−１）層までの第２の電極をそれぞれ接続するとともに、前記第（ｎ−１）層のらせん状コイルの中央端部と第ｎ層のらせん状コイルの中央端部を接続し、さらに、第ｎ層の第１の電極を前記第（ｎ−１）層の第２の電極へ接続し、第１層から第ｎ層まで積層した後に、前記基板枠とランナーを切断除去することを特徴とするものである。
このように構成される積層コイルの製造方法においては、請求項９に記載の発明の作用と同様の作用を有しつつ、第ｎ層の第２の電極を用いることなく、コイル本体に連続する第１の電極を用いて、そのまま第（ｎ−１）層の第２の電極へ接続させるという作用を有する。
【００１９】
請求項１１に記載の発明である積層コイルの製造方法は、請求項８乃至請求項１０のいずれか１項に記載の積層コイルの製造方法において、前記らせん状コイルと隣接するらせん状コイルの間に絶縁材を配設して積層することを特徴とするものである。
このように構成される積層コイルの製造方法においては、らせん状コイルが導電体である場合やらせん状コイルの絶縁被覆が弱い場合には積層されるらせん状コイル間の絶縁を強固に確実にするという作用を有する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の請求項１乃至請求項３に記載の積層コイルでは、積層コイルの空間効率を高めつつ、しかも、積層されるらせん状コイルが隣接するらせん状コイルと逆回りに形成されながら接続されるため、直列に長いコイルが形成され、インダクタンスを大きくとることができる。また、コイル断面積を大きく取ることが可能であるため、コイルの電気抵抗値を低く抑えることが可能である。従って、いわゆるＱ値を大きくとることが可能であり、コイル特性を大きく向上させることができる。
【００２１】
請求項４に記載の積層コイルでは、請求項１乃至請求項３に記載の発明の効果に加えて、絶縁特性を向上させることができ、積層コイルの耐久性の向上を図ることができる。
【００２２】
請求項５に記載の積層コイルにおいても、請求項４に記載の発明と同様に、積層コイル全体を絶縁性の樹脂で被覆することで、積層コイル全体の絶縁特性を向上させることができ、積層コイル全体の耐久性を向上させることができる。
【００２３】
請求項６及び請求項７に記載の振動センサにおいては、積層コイルに発生する誘導電流を大きくすることが可能であるため、積層コイルのインピーダンスの測定精度を向上させることができ、よって、被振動測定対象物との距離を精度高く測定可能な振動センサを提供することができる。
【００２４】
請求項８乃至請求項１０に記載の積層コイルの製造方法においては、空間効率を高めつつ、しかも、積層されるらせん状コイルが隣接するらせん状コイルと逆回りに形成されながら接続される積層コイルを製造することが可能であり、よって、直列に長いコイルが形成され、インダクタンスを大きくとることができる積層コイルを製造することができる。また、コイル断面積を大きく取ることが可能であり、コイルの電気抵抗値を低く抑えることが可能な積層コイルを製造可能である。従って、いわゆるＱ値を大きくとることが可能で、コイル特性を大きく向上させた積層コイルを製造することができる。
【００２５】
請求項１１に記載の積層コイルの製造方法では、請求項８乃至請求項１０に記載の発明の効果に加えて、らせん状コイルが導電体である場合やらせん状コイルの絶縁被覆が弱い場合には積層されるらせん状コイル間の絶縁を強固に確実にすることができる積層コイルを製造可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明の第１の実施の形態に係る積層コイルについて図１乃至図１６を参照しながら説明する。
図１は、本実施の形態に係る積層コイルを構成するらせん状コイルを製造するための単コイル用基板を示す概念図である。らせん状コイルは、この単コイル用基板１の基板枠２からランナー部６を介して形成されており、コイル本体３と、その周辺端部７ｂに設けられた第１電極４と、コイル本体３あるいは第１電極４とは単コイル用基板１上では接触することなく別個独立に設けられた第２電極５を備えている。
コイル本体３は、その周辺端部７ｂに設けられた第１電極４から中央端部７ａ、まで単コイル用基板１という同一平面上で螺旋状に形成されている。なお、図中、中央端部７ａの引き出し線は、明確化のために白黒反転させて描画している。
コイル本体３の太さは、これよりも細くも太くも形成することができ、また、そのコイル本体３間の隙間についても広狭設定することが可能であり、図１に示されるものに限定するものではない。また、コイル本体３の材質としては、銅をベースにした、例えば、銅、マンガン合金であるマンガニン、および銀パラジウムなどの合金が用いられる。
【００２７】
図１に示されるらせん状コイル単体に関する基板を多数個取りするために構成される基板を図２に示す。図２において、多数個コイルパターン基板１０は、図１に示される単コイル用基板１を１７個同時に製造することができる基板である。
多数個コイルパターン基板１０中に白抜きで示される４つの位置決め用孔１１は、多数個コイルパターン基板１０のまま積層する際に、下層と上層で基板がずれないように位置あわせを行うためのものである。
多数個コイルパターン基板１０の上に、さらに別の多数個コイルパターン基板１０を重ねることで積層コイルを製作するものである。
【００２８】
次に、図３乃至図７を参照しながら、本実施の形態に係る積層コイルの積層方法について述べる。図３は、本実施の形態に係る積層コイルの積層状態を示す概念図である。
図３において、積層コイル２９は、図に示されるとおり、符号３ａと３ｂで示される２通りのコイル本体を交互に積層するものである。コイル本体３ａは、コイル本体３ｂと逆回りのらせん状コイルとなっているが、これは同一のコイルを裏向きにすることで容易に構成することができる。また、図２に示される多数個取りのためのコイルパターン基板である場合には、多数個コイルパターン基板１０全体で表、裏と交互に積層することで容易に構成することができる。
図３を平面視して右から説明すると、まず第１のコイル本体３ａ（右側）が、第２絶縁シート１７を介してコイル本体３ｂ（左側）と接続されている。第２絶縁シート１７については、後で詳細に説明を追加するが、コイル本体３ａ，３ｂ同士を絶縁するシートであるものの、コイル本体３ａの周辺端部７ｂに設けられた第１電極４とコイル本体３ｂの周辺端部７ｂに設けられた第１電極４同士を接続するために、第１電極用孔１８が穿設されており、この孔にクリーム半田２４を埋め込んで第１電極４同士の導通を図っている。
コイル本体３ａは図３を平面視して中央端部７ａから右回りに周辺端部７ｂへ向かうように構成されているが、コイル本体３ｂがコイル本体３ａとは逆回りに構成されているため、コイル本体３ｂはその周辺端部７ｂから右回りに中央端部７ａへ向かうように構成されるのである。このようにして隣接する２つのらせん状コイルは、直列接続されつつ同一方向（図１では右回り）螺旋状に形成されるものである。
【００２９】
さらに、第２絶縁シート１７にはもうひとつ第２電極用孔１６ｂが穿設されている線として表現されるコイル本体３ａ，３ｂの第２電極５同士をクリーム半田２４で接続している。
また、図３中の左側に示すように、コイル本体３ｂ（右側）からコイル本体３ａ（左側）への接続は、先に説明したコイル本体３ａ（右側）からコイル本体３ｂ（左側）への接続と少し異なる。コイル本体３ｂでは、その右側に配置されるコイル本体３ａとコイル本体３ｂの周辺端部７ｂで接続されているため、直列に同じ回りで構成するためには、左側のコイル本体３ａとは中央端部７ａで接続される必要がある。
そこで、コイル本体３ｂの中央端部７ａと左隣に配置されるコイル本体３ａの中央端部７ａを、第１絶縁シート１４を介して接続する。その際、第１絶縁シート１４には、コイルの中央端部７ａ同士を接続するためにコイル中央部用孔１５が穿設されており、この孔にクリーム半田２４を埋め込んで導通を図っている。さらに、第２絶縁シート１７と同様に、第２電極５同士を接続するための第２電極用孔１６ａが穿設されており、その孔にクリーム半田２４を埋め込むことで導通を図っている。
【００３０】
以上説明したように２つの隣接する互いに逆回りに形成されたコイル本体３ａ，３ｂ同士を交互に、第１絶縁シート１４と第２絶縁シート１７を交互に介して接続し、らせん状コイルを積層コイル２９として積層していくものである。
なお、図３の右端のらせん状コイルの第２電極５から右方向に交流電源接続のための第１端子８が設けられており、コイル本体３ａの中央端部７ａから同じく右の方向に交流電源接続のための第２端子９が設けられている。さらに、それぞれの端子８，９からは交流電源へ接続するためにリード線１２，１３が延設されている。また、積層されたらせん状コイル全体を絶縁性の樹脂２５で被覆することで、全体の絶縁性を高めると同時に、強度を高めて耐久性を担保できるようにしている。絶縁性の樹脂２５の例としては、エポキシ樹脂などがある。
【００３１】
図３に示されるような接続状態をより具体的に示したのが図４である。図４は、らせん状コイルを積層する状態を具体的に示す概念図である。上方からコイル本体３ａ、第１絶縁シート１４、コイル本体３ｂ、第２絶縁シート１７を順に積層する状態を示している。図４において、図３と同一要素には同一の符号を付し、その構成の説明は省略する。第１絶縁シート１４及び第２絶縁シート１７は、それぞれのらせん状コイルよりも広めに形成されており、第１電極４、コイル本体３ａ，３ｂ及び第２電極５同士を隣接するらせん状コイルから絶縁可能に構成されている。これらの絶縁シートは、コイル本体３ａ，３ｂ、電極４，５がそれぞれ絶縁材料で形成されている場合には不要であるものの、電極同士やコイル本体の中央端部同士での接続を考えると、少なくとも接続部分では絶縁被覆を行わないようにしなければならず、これでは製品の信頼性を担保することが困難であるとも考えられるため使用することが望ましい。
なお、この第１絶縁シート１４、第２絶縁シート１７としては、例えばドライフィルムレジストを用いる方法がある。
【００３２】
図５（ａ），（ｂ）には、前述の第１絶縁シート１４と第２絶縁シート１７を多数個取り可能な絶縁シートを製造するためのマスクパターンをそれぞれ示す。図２に示した多数個コイルパターン基板１０に対応して、１７個の第１絶縁シート１４と第２絶縁シート１７が製造可能に構成されている。
図５（ａ）において、第１絶縁シート用マスクパターン２０は、その四隅に多数個コイルパターン基板１０と同様に位置決め用孔２１を備えており、多数個コイルパターン基板１０と第１絶縁シート用マスクパターン２０によって製造される多数個絶縁シートを符合させて積層させることが可能である。図３には、第１絶縁シート１４は直線で示されているが、コイル本体３ａとコイル本体３ｂに介挿されてコイル中央部用孔１５及び第２電極用孔１６ａの両方にクリーム半田２４を埋めることで、らせん状コイルの中央端部７ａ同士及び第２電極５同士を接続するのである。
図５（ｂ）には第２絶縁シート用マスクパターン２２が示されている。第２絶縁シート１７も図３，４にも示されるとおり、第１電極用孔１８及び第２電極用孔１６ｂが穿設されており、これらにクリーム半田２４を埋め込むことで、コイル本体３ａとコイル本体３ｂの第２電極５同士及びコイル本体の周辺端部７ｂに設けられた第１電極４同士を接続するものである。第２絶縁シート用マスクパターン２２にも位置決め用孔２３が形成されている。
【００３３】
図６は、図４に符号で示されるＡ−Ａ線における矢視断面図である。但し、図４ではそれぞれの構成要素の対応を明示するためにコイル本体３ａ，３ｂ、第１絶縁シート１４、第２絶縁シート１７は離して描かれているが、図６ではそれらが積層されている状態で示されている。図６において、図４に示した要素と同一部分には同一符号を付してその構成の説明は省略する。
図６において、最下層には第２絶縁シート１７が設けられており、その上面側にらせん状コイルが積層され、第２絶縁シート１７の第１電極用孔１８に埋め込まれたクリーム半田２４によってコイル本体３ｂの周辺端部７ｂに設けられる第１電極４が接続されている。また、コイル本体３ｂの中央端部７ａは、その上層に積層される第１絶縁シート１４のコイル中央部用孔１５に埋め込まれたクリーム半田２４によって、さらにその上層に積層されるらせん状コイルの中央端部７ａに接続されている。
そして、第２電極５は、第２絶縁シート１７及び第１絶縁シート１４にそれぞれ穿設される第２電極用孔１６ｂ，１６ａに埋め込まれたクリーム半田２４によって常に接続されるのである。
図４から理解されるように、らせん状コイルの第２電極５は、コイル本体３ａ，３ｂと接続されておらず、独立に第１絶縁シート１４及び第２絶縁シート１７の第２電極用孔１６ａ，１６ｂを介して接続されるものである。
【００３４】
図６に示される断面図からさらにらせん状コイルを積層した状態を模式的に示すのが図７である。（特に、請求項２、請求項４、請求項９、請求項１１に対応）
図７において、図６に示される要素と同一の要素については同一符号を付してその構成の説明は省略する。
図７においては、積層コイルの状態のみならず、その積層の方法に係るアライメント台２８及びその最下層には端子用プリント基板２７を示している。
端子用プリント基板２７には、図３を参照しながら説明した第１端子８及び第２端子９が設けられている。図３乃至図６においては、特に積層するための治具については説明を省略したが、図２や図５に示される多数個取りのための基板や絶縁シートは、図７に示されるようなアライメント台２８上において積層されるものである。本実施の形態では、アライメント台２８のアライメント用シャフトは図示しないが、アライメント台２８には、このアライメント用シャフトが４本立設されており、そのアライメント用シャフトに図２に示される多数個コイルパターン基板１０の位置決め用孔１１や図５に示される第１絶縁シート用マスクパターン２０や第２絶縁シート用マスクパターン２２を用いて製造される多数個取りの絶縁シートに形成される位置決め用孔を通していくことで簡単に位置決めを行うことができるのである。このアライメント用シャフトの本数や位置に、多数個コイルパターン基板１０の位置決め用孔１１や第１絶縁シート用マスクパターン２０や第２絶縁シート用マスクパターン２２を用いて製造される多数個用絶縁シートに形成される位置決め用孔の数や位置が符合するものであるが、その数や位置、あるいは孔やシャフト断面形状については特に限定するものではない。
図７に示されるとおり、らせん状コイルは第１絶縁シート１４や第２絶縁シート１７を介して交互に逆回りに積層されるが、その上端部では導線２６によって接続されるものであり、下端部では端子用プリント基板２７に設けられた第１端子８と第２端子９に接続されるものである。なお、この図７に示される積層は、図３に示されるものとその端部において接続を同一状態とする様な状態となっている。
【００３５】
具体的には、前述のとおり、端子用プリント基板２７には第１端子８と第２端子９が設けられているが、そのすぐ上側には第１絶縁シート１４が載置されているので、第１端子８は、第１絶縁シート１４の第２電極用孔１６ａに埋め込まれたクリーム半田２４を介して第２電極５に接続されており、第２端子９は、同様に第１絶縁シート１４のコイル中央部用孔１５に埋め込まれたクリーム半田２４を介してコイル本体３ａの中央端部７ａに接続されている。ここで、第１端子８は常に第２電極５に接続されるものの、第２端子９は常にコイル本体３ａの中央端部７ａに接続されるものではない。図７における最下層、図３における最右層のコイル本体３ａが、コイル本体３ｂとなった場合には、第２端子９はコイル本体３ｂの中央端部７ａから取り出すのではなく、周辺端部７ｂから取り出されなければ、そのコイル本体３ｂの存在意義がなくなってしまうのである。なぜなら、そのコイル本体３ｂに隣接するコイル本体３ａとは、コイル本体３ａの中央端部７ａで接続されており、そのままコイル本体３ｂの中央端部７ａから取り出すと、コイル本体３ｂが全く機能しないからである。
従って、図７における最下層あるいは図３における最右層のらせん状コイルから取り出される端子はその隣接するらせん状コイルとの接続の状況によって決定されるものである。
【００３６】
これと同じことが図７における最上層あるいは図３における最左層のらせん状コイルにおいても生じる。最上層あるいは最左層のらせん状コイルでは、積層コイル全体として閉回路とすべく、第２電極５とコイル本体を接続する必要があるが、その接続は第２電極５と、コイル本体の中央端部７ａあるいは周辺端部７ｂに設けられる第１電極４のいずれかを接続する。図７及び図３においては、最上層、最左層に設けられるコイル本体３ａは、その直前に隣接するらせん状コイルのコイル本体３ｂと中央端部７ａで接続されているので、最上層、最左層に存在するらせん状コイルを機能させるためには、その周辺端部７ｂから、すなわち、第１電極４から取り出す必要がある。そこで、第２電極５と第１電極４を導線２６によって接続しているのである。この導線２６は絶縁被覆をしていることが望ましいものの、積層コイル全体を前述のように絶縁性の樹脂で被覆するような場合には、導線２６自体に絶縁被覆を施さなくともよい。図７では、説明の簡略化のために積層コイル２９ａ全体を被覆するような状態では示していない。
すべて積層された場合には、アライメント台２８ごと焼成炉に導入して焼成して、その後、アライメント台２８から取り外して積層コイル２９ａを完成させる。
図７においては、らせん状コイルを５層積層しているが、この数に限定するものではなく、積層コイル２９ａに求められる精度や性能に基づいて、その積層の数は設定することが可能である。なお、図７や図６あるいは次に説明する図８においては、模式しているので、コイル本体３ａとコイル本体３ｂの巻き数や巻き方が示される断面において同一となっているものの、物理的には必ずしも一致するものではないことは言うまでもない。
【００３７】
次に、図８にも図６に示される断面図からさらにらせん状コイルを積層した状態を模式的に示すものであって、図７に示されるものとは異なる実施例を示す。（特に、請求項３、請求項４、請求項１０、請求項１１に対応）
図８は、図７における積層数よりも１層少ないものを示しており、端子用プリント基板２７における第１端子８の位置は図７における第１端子８と同位置であるが、第２端子９はコイル本体３ｂの周辺端部７ｂに設けられた第１電極４に接続されている。このような接続となる場合もある理由については、既に図７を参照して説明した際に述べたとおりである。なお、後述する図１３に示される端子用プリント基板２７の写真は、図８に示された端子用プリント基板２７と同様である。図１３（ｂ）を参照すると明らかであるが、第１電極４に第２端子９が設けられ、第２電極５に第１端子８が配置されている。
なお、本図に示された端子用プリント基板２７もその上層には、第２絶縁シート１７が載置されており、第１端子８とコイル本体３ｂの第２電極５は、第２絶縁シート１７の第２電極用孔１６ｂに埋め込まれたクリーム半田２４を介して接続されるものであり、第２端子９とコイル本体３ｂの周辺端部７ｂに設けられた第１電極４は、第２絶縁シート１７の第１電極用孔１８に埋め込まれたクリーム半田２４を介して接続されるものである。
さらに、図７を用いて説明した端子用プリント基板２７上の第１絶縁シート１４や、図８を用いて説明した端子用プリント基板２７上の第２絶縁シート１７については設けることが望ましいものの、絶縁が十分に取れ、さらに第１端子８と第２電極５、第２端子９と第１電極４の電気的接続が取れる場合には、省略してもよい。
【００３８】
図８を参照しながら、さらに説明を加える。
図７では、積層されたらせん状コイルの上端部は導線２６によって接続されると説明したが、図８に示す実施の形態においては、導線２６を備えていない。導線２６に代えて、コイル本体３ａの周辺端部７ｂに設けられた第１電極４を介してその下層の第２電極５に接続するものである。
図中最上の最終層（第ｎ層）とその下層［第（ｎ−１）層］との接続を詳細に説明すると、まず、これらの２層は図７に示される最終層とその下層と同様にコイル中央部用孔１５に埋め込まれるクリーム半田２４を介して中央端部７ａ同士が接続される。
【００３９】
次に、最下層（第１層）から第１絶縁シート１４及び第２絶縁シート１７を介して接続される第２電極５は、第ｎ層では接続に用いられることはない。第ｎ層のコイル本体３ａの回り方向は、図７と同様に第（ｎ−１）層のコイル本体３ｂと逆回りとなっているものの、その位置を１８０度回転させることで第１電極４と第２電極５の位置を第（ｎ−１）層とは逆の位置に配置して、本来の第２電極５の位置に存在する第１電極４を第２電極用孔１６ａに埋め込まれたクリーム半田２４を介して第（ｎ−１）層の第２電極５に接続するものである。このように接続することで、図７に示すような導線２６を設けることなく、最終層の構造をそのまま用いて閉回路を形成することができるので、構造を単純化することができ、製造が容易となると同時に、積層コイルの信頼性の向上にも寄与するものである。第ｎ層（最終層）の第２電極５はダミーとして残すか、あるいは取り除いてもよい。
なお、図１７（ｂ）に示される積層コイル２９は、この図８に示すように、最終層の第１電極４とその下層の第２電極５を接続しており、導線２６は設けられていない。
【００４０】
次に図９乃至図１７を参照しながら、本発明の第２の実施の形態に係る積層コイルの製造方法について説明を加える。図９は、本実施の形態に係る積層コイルの製造方法の工程を示すフローチャートである。
図９において、ステップＳ１は、多数個コイルパターン基板の製作の工程を示している。この製法としては、従来から存在する方法として、例えば図１０に示す多数個コイルパターン基板用マスクパターン３０を作成し、これを基に、エッチング法などを用いて図１１に示されるような多数個コイルパターン基板１０を製作するのが一般的である。
【００４１】
図１０に示されるような多数個コイルパターン基板用マスクパターン３０は、ＣＡＤソフトなどを用いて容易に設計することができる。また、このマスクはガラスの上のクロム薄膜をパターン化して作成して作るものであり、クロムの金属薄膜により光を透過させないようにして作成されるマスクである。
本実施の形態において図１０に示すコイルパターンは、０．４ｍｍ線幅コイル用マスクであり、これより細く、例えば、０．３ｍｍから０．０７ｍｍ程度までの線幅のコイル用マスクを作成してらせん状コイル基板を製造することが可能であることを発明者は確認している。
【００４２】
次に、ステップＳ２では、多数個用絶縁シートの製作工程である。前述のとおり、絶縁シートには第１絶縁シート１４のタイプと第２絶縁シート１７のタイプの２通りがあるので２通り製作する必要がある。これらの２通りの絶縁シートも先の多数個コイルパターン基板と同様に、マスクパターンを用いて製作される。まず、マスクパターンを、ＣＡＤソフトを用いて設計した後、前述とおりガラスの上のクロム薄膜をパターン化して作成して作るものである。そして、このマスクパターンを用いてドライフィルムレジストに対してエッチング処理を施すことで、図１２（ａ），（ｂ）にそれぞれ示されるような第１絶縁シート１４及び第２絶縁シート１７を製作することができる。
【００４３】
次に、ステップＳ３として端子用プリント基板の製作工程がある。この端子用プリント基板２７は、図１３（ａ），（ｂ）に示されるものである。図１３（ａ）は、端子用プリント基板２７の表面、すなわち、外部から見える部分を示すものであり、（ｂ）は同じく裏面、すなわち、らせん状コイルの第１層側の部分を示すものである。
この端子用プリント基板２７は、ガラスエポキシ基板等に銅メッキしたプリント基板の銅薄膜を図のパターンのようにエッチングにより製作したものであり、これまで示した多数個コイルパターン基板１０などと同様に、１７個の端子用プリント基板２７に分割可能に形成されている。また、符号は付さないが、４箇所に位置決め用の孔も形成されており、多数個コイルパターン基板１０や多数個用絶縁シート１４，１７と符合するように構成されている。
【００４４】
また、図１３（ａ）の端子用プリント基板２７の表面には、それぞれ２箇所の孔とその周囲に広がる金属板が確認できるが、これが第１端子８及び第２端子９である。孔は、ここからリード線１２，１３を延設するために穿設されるものである。また、二重の格子で区分けされているが、これは積層が完了し、焼成した後に、各積層コイルへ個片分割するが、その際に、このように二重の格子で８角形を形成しておいて、この８角形の辺に沿って、ダイサーなどを用いて分割するための切断ラインである。元々はコイル形状である円形に切り出して分割することが望ましいが、円形に切断分割することが加工上難しいため、直線で分割しながら、円形に近く加工が容易という理由で８角形に構成するものである。
図１３（ｂ）に示される端子用プリント基板２７の裏面では、第１端子８と第２端子９が裏の状態で見えるが、それぞれ第２電極５及び第１電極４に接続されている。従って、この図１３（ａ），（ｂ）に示される端子用プリント基板２７は、図７に示される端子用プリント基板２７とは第２端子９の位置と接続先で異なっている。この理由は図７を用いて説明したとおりである。
ステップＳ１乃至ステップＳ３において製作された多数個コイルパターン基板、多数個用絶縁シート、端子用プリント基板は、それぞれその順序で製作する必要はなく、同時あるいは順序を変えて製作してもよく限定するものではない。
【００４５】
ステップＳ４では、アライメント台の上にまず端子用プリント基板２７を置き、その上に多数個用絶縁シートを載置する。その際には、アライメント台２８上に本願では図示されないアライメント用シャフトに位置決め用孔を通すことでアライメントを出す。
ステップＳ５では、多数個用絶縁シートに穿設される孔にクリーム半田２４を注入する。
次に、ステップＳ６では、多数個用絶縁シート上に、多数個コイルパターン基板１０の第１層を載置する。その際にも、アライメント台２８上に本願では図示されないアライメント用シャフトに位置決め用孔を通すことでアライメントを出す。ステップＳ５で注入されたクリーム半田２４は、端子用プリント基板２７に設けられる第１端子８と第２端子９を、それぞれ多数個コイルパターン基板１０の第１層に設けられる第２電極５と第１電極４、あるいは第２電極５と中央端部７ａに接続するものである。なお、クリーム半田２４はこれらの導通を図るだけでなく、多数個用絶縁シートも同様であるが積層での接着効果も兼ねている。後述のステップＳ１２における積層コイルの個片分割によって個々の積層コイルに切り離した際に、積層コイルが層間でばらばらにならないようにするための接着効果も発揮しているのである。
【００４６】
ステップＳ７では、第１層目の多数個コイルパターン基板１０上に、多数個用絶縁シートを載置する。このように絶縁シートを載置した状態を示すのが、図１４である。本図で示されている多数個用絶縁シートは、第２絶縁シート１７である。この第２絶縁シート１７は、図４に示されるとおり、第１電極４同士を接続するための第１電極用孔１８と第２電極５同士を接続するための第２電極用孔１６ｂが穿設されている。なお、図１４においてアライメント台は図示されていない。
【００４７】
ステップＳ８では、図１４に示されるように載置された多数個用絶縁シートに穿設される孔にクリーム半田２４を注入する。注入された状態を示したものを図１５に示す。白く写っているものがクリーム半田２４である。このクリーム半田２４は、注入時には液状であり、多数個用絶縁シートと多数個コイルパターン基板を積層した後、焼成した際には、固化して導電性合金となる。
クリーム半田２４を注入することで、その下層に存在する第１層の多数個コイルパターン基板１０と、この多数個用絶縁シート上に載置される第２層の多数個コイルパターン基板１０に設けられる第１電極４と第２電極５同士をそれぞれ接続することができる。
【００４８】
ステップＳ９では、上述のとおり多数個用絶縁シート上に第２層の多数個コイルパターン基板１０を載置する。その後、必要とされる層数まで、ステップＳ７からステップＳ９までを繰り返して、多数個コイルパターン基板１０と多数個用絶縁シートを積層する。図９のステップＳ７では、「第１層上に」とあり、ステップＳ９には、「第２層を」とあるのは、それぞれ第ｎ層までの繰り返しにおいては、それぞれ層の序数はインクリメント（増加）させることは言うまでもない。
【００４９】
最後の第ｎ層まで積層した後には、ステップＳ１０として、らせん状コイルの第２電極５と、第１電極４又はコイル本体の中央端部７ａを接続して、第ｎ層までの積層コイル全体で閉回路を形成するようにする。
【００５０】
以上のステップＳ１０までは、先に図７を参照しながら説明した実施例における製造方法である。図８に示す異なる実施例の場合には、第ｎ層にかかるステップＳ９では、多数個用絶縁シート上に多数個コイルパターン基板の第ｎ層を載置するが、その際には、第（ｎ−１）層の多数個コイルパターン基板の回りとは逆に載置するものの、第（ｎ−１）層の第２電極５上に第ｎ層の第１電極４を接続するように載置する。このステップ（工程）で、絶縁シートのクリーム半田２４を介して第（ｎ−１）層と第ｎ層が接続されつつ、閉回路を形成することも可能であるので、ステップＳ１０を省略することができる。このことは、図７に示される導線２６が、図８に示される実施例では、周辺端部に第１電極４を備えるコイル本体３ａを利用することでコイル本来の持つ機能と閉回路形成のための導線２６の持つ機能を兼ねることができるからである。
ステップＳ１０を省略した後のステップＳ１１及びステップＳ１２の工程は同様であるので、以下にまとめて説明する。
【００５１】
以上のような工程によって積層コイルが形成された後には、ステップＳ１１で積層コイルを焼成する。焼成することによって、クリーム半田２４が固化して多数個コイルパターン基板同士の接続が完了する。
【００５２】
焼成を終えた積層コイルは、ステップＳ１２で個片分割される。個片分割は、今回の多数個コイルパターン基板１０で示されるとおり、１７個の積層コイルを同時に製作したので、これをそれぞれの積層コイルとして分割するものである。
【００５３】
図１６に多数個から個片にダイサーを用いて分割した状態を示す写真を示す。前述のとおり、端子用プリント基板２７の表側に形成された切断ラインに沿って切断されている。ダイサーを用いて切断ラインに沿って切断することで、多数個コイルパターン基板１０の基板枠２と、この基板枠２から延設されてらせん状コイルを保持していたランナー部６を切断除去するものである。
【００５４】
このようにして個片に分割された積層コイルは、図１７に示されるように８角形を形成している。図１７（ａ）は個片分割された積層コイル２９の表面を示すものであり、（ｂ）は同じく裏面を示すものである。図中上部に示されるのはスケールであり、１目盛りは、１ｍｍであり、積層コイル２９の径が約７．５ｍｍであることが理解できる。
図１７（ａ）に示されるように、表面（上面）では、２つの第１端子８と第２端子９が確認でき、（ｂ）に示されるように、裏面（下面）では、第ｎ層のらせん状コイルが確認できる。
【００５５】
以上のとおり、本実施の形態に係る積層コイルの製造方法においては、多数個を搭載した基板と絶縁シートをアライメント台上でアライメントを出しながら積層して多数の積層コイルを同時に精度よくしかも容易に製作できるので、製造効率と歩留まりの高い積層コイルの製造方法を提供することができる。しかも、このようにして製造される積層コイルは、第１の実施の形態において説明したとおりのものであり、同一平面上に形成されたらせん状コイルであり、これを積層することで、密にコイルを形成させることが可能であり、しかも、その積層方向、すなわち積層コイルの軸方向へのコイル厚みを自由に選択可能であるので、必要な仕様に応じて簡単にらせん状コイルを決定することができる。よって、コイル線の断面積を大きく取ることも可能であり、結果として、高密度のコイルによるインダクタンスの増加と、断面積増加による電気抵抗の低下が相俟って、小型でありながらＱ値の高いコイルを提供することができる。
Ｑ値の高いコイルを用いることで、これから第３の実施の形態として説明する振動センサなどでは、コイルに発生する磁場によって誘導されるうず電流も大きくすることが可能であり、それによる磁界も大きく形成されるため、より精度の高い被振動測定物に対する測定が可能となるのである。
【００５６】
なお、本実施の形態においては、多数個取りの基板や絶縁シートを用いたが、図１に示されるような単コイル用基板１や図１２（ａ），（ｂ）に示される第１絶縁シート１４や第２絶縁シート１７を個片化したものを用いて１個毎に積層コイルを製造してもよい。その際には、図９に記載される工程において、多数個の部分を単数のものを用い、端子用基板も単数のものとし、ステップＳ１１で積層コイルを焼成した後に、ステップＳ１２では、個片分割はしないものの、基板枠２とランナー部６を切断することで、積層コイルを得るものである。
このような製造方法によれば、当然に多数個を同時に製造する際の効率性は失われるものの、蜜にコイルを形成させることは可能であり、小型でＱ値の高いコイルを提供することができる。
【００５７】
以下、このように特性の優れる積層コイルを採用した振動センサを本発明に係る第３の実施の形態として説明する。本実施の形態に係る振動センサは図１８及び図１９を参照しながら説明する。図１８は本実施の形態に係る振動センサを示す概念図である。
図１８において、振動センサ３１は、ケース３３の端部に設けられるセンサヘッド３２に、第１の実施の形態で説明した積層コイルを格納するものである。ケース３３内では、第１の実施の形態に係る積層コイルの表面側に設けられた第１端子８と第２端子９からリード線を延設しており、センサ本体３１ａのコネクタ３４及びリード線３１ｂ、さらには電源コネクタ３７を介して交流電源装置３６に接続されている。
センサ本体３１ａは、ケース３３の端部に設けられるセンサヘッド３２と、センサヘッド３２とは逆の端部に設けられるコネクタ３４から構成されている。また、コネクタ３４を介して延設されるリード線３１ｂには、インピーダンス測定器３５が接続されており、リード線３１ｂに流れる電流値と交流電源装置３６において印加される電圧値からセンサヘッド３２内の積層コイルのインピーダンスを測定することが可能である。
【００５８】
図１９を参照しながら、本実施の形態に係る振動センサの動作原理について説明を加える。本実施の形態に係る振動センサは、コイルに高周波電流を流して、高周波磁界を発生させることで、電磁誘導作用によって、金属製の被測定物の表面に磁束の通過と垂直方向にうず電流が流れ、その作用によって、コイルのインピーダンスが変化し、その変化によって、コイルと金属製の被測定物の距離を測定するものである。
図１９に示されるとおり、金属製の被測定物３９の表面に接触させることなく、コイル本体３を配置し、これに交流電源装置３６を用いて交番電流を流すと、コイル本体３に流れる電流によって磁界４０ａが発生する。この磁界４０ａによって被測定物３９の表面ではうず電流３８が発生し、このうず電流３８によって磁界４０ａとは逆向きの磁界４０ｂが発生する。この磁界４０ｂによって誘導される電流がコイル本体３に流れるが、その電流の位相と振幅の大きさの変化を測定することでインピーダンスの変化を測定することができ、図中に示される距離Ｈを測定するものである。
図１８では、センサヘッド３２と被測定物３９の距離は、インピーダンス測定器３５によって測定される電流の位相と振幅の大きさ変化から、インピーダンス変化を測定して、演算されるものである。この演算は、インピーダンス測定器３５内部において実行されるものである。
第１の実施の形態において説明した積層コイルを用いるので、Ｑ値の高いコイルを用いることが可能であり、よって、小型で精度の高い振動センサ３１を提供することができる。
【００５９】
最後に、図２０を参照しながら、実際に試作された積層コイルにおいて、そのインダクタンスを測定したのでその結果について説明する。本実施の形態に係る積層コイルとして、単一のらせん状コイルとしてマンガニンコイルで４．５巻きしたものを、４層積層して試作した。
図２０に示されるとおり、このように試作された積層コイルのインダクタンス（Ｌ）を積層したコイルの枚数をパラメータに測定したところ、計算値とよく一致した結果が得られており、小型で高い性能を発揮する積層コイルを製作することができたことが示されている。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上説明したように、本発明の請求項１乃至請求項１１に記載された発明は、小型で高性能を発揮するため、コイル単体ではもちろんのこと、ミニモーターや電磁アクチュエーターやマイクロリレーなどのマイクロエレクトロニクス関連機器、計器あるいは振動センサなどのセンサ類など広く利用可能性がある。さらに、特に小型という特性を活かして医療の分野におけるマイクロマシンのアクチュエーターやマイクロリレーに用いるには好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本実施の形態に係る積層コイルを構成するらせん状コイルを製造するための単コイル用基板を示す概念図である。
【図２】図１に示されるらせん状コイル単体に関する基板を多数個取りするために構成される基板の概念図である。
【図３】本実施の形態に係る積層コイルの積層状態を示す概念図である。
【図４】本実施の形態に係る積層コイルにおいてらせん状コイルを積層する状態を具体的に示す概念図である。
【図５】（ａ）は本実施の形態に係る積層コイルの第１絶縁シートを多数個取り可能な絶縁シートを製造するためのマスクパターンを示す概念図であり、（ｂ）は同じく第２絶縁シートに関するマスクパターンの概念図である。
【図６】図４に符号で示されるＡ−Ａ線における矢視断面図である。
【図７】本実施の形態に係る積層コイルの積層状態を示す断面図である。
【図８】本実施の形態に係る他の積層コイルの積層状態を示す断面図である。
【図９】本実施の形態に係る積層コイルの製造方法の工程を示すフローチャートである。
【図１０】本実施の形態に係る積層コイルの製造方法に用いられる多数個コイルパターン基板用マスクパターンを示す写真である。
【図１１】本実施の形態に係る積層コイルの製造方法に用いられる多数個コイルパターンを示す写真である。
【図１２】（ａ）は本実施の形態に係る積層コイルの製造方法に用いられる多数個用絶縁シートのうち第１絶縁シートを示す写真であり、（ｂ）は同じく第２絶縁シートを示す写真である。
【図１３】（ａ）は本実施の形態に係る積層コイルの製造方法に用いられる端子用プリント基板の表面を示す写真であり、（ｂ）は同じく裏面を示す写真である。
【図１４】本実施の形態に係る積層コイルの製造方法において、第１層目の多数個コイルパターン基板上に、多数個用絶縁シートを載置した状態を示す写真である。
【図１５】図１４に示される多数個用絶縁シートにクリーム半田を注入した状態を示す写真である。
【図１６】本実施の形態に係る積層コイルの製造方法において、積層コイルを多数個から個片にダイサーを用いて分割した状態を示す写真である。
【図１７】本実施の形態に係る積層コイルの製造方法において、（ａ）は個片分割された積層コイルの表面を示すものであり、（ｂ）は同じく裏面を示す写真である。
【図１８】本実施の形態に係る振動センサを示す概念図である。
【図１９】本実施の形態に係る振動センサの動作原理について説明するための概念図である。
【図２０】本実施の形態に係る積層コイルの試作品を用いてインダクタンスを測定した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６２】
１…単コイル用基板 ２…基板枠 ３，３ａ，３ｂ…コイル本体 ４…第１電極 ５…第２電極 ６…ランナー部 ７ａ…中央端部 ７ｂ…周辺端部 ８…第１端子 ９…第２端子 １０…多数個コイルパターン基板 １１…位置決め用孔 １２…リード線 １３…リード線 １４…第１絶縁シート １５…コイル中央部用孔 １６ａ，１６ｂ…第２電極用孔 １７…第２絶縁シート １８…第１電極用孔 ２０…第１絶縁シート用マスクパターン ２１…位置決め用孔 ２２…第２絶縁シート用マスクパターン ２３…位置決め用孔 ２４…クリーム半田 ２５…樹脂 ２６…導線 ２７…端子用プリント基板 ２８…アライメント台 ２９…積層コイル ３０…多数個コイルパターン基板用マスクパターン ３１…センサ ３１ａ…センサ本体 ３１ｂ…リード線 ３２…センサヘッド ３３…ケース ３４…コネクタ ３５…インピーダンス測定器 ３６…交流電源装置 ３７…電源コネクタ ３８…うず電流 ３９…被測定物 ４０ａ，４０ｂ…磁界 Ｈ…距離
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型コイルあるいはマイクロコイルを積層させた積層コイルと、その積層コイルを備える振動センサと積層コイルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型コイルあるいはさらに小型のマイクロコイルは、ミニモーターや電磁アクチュエーターやマイクロリレーなどのマイクロエレクトロニクス関連機器、計器あるいは振動センサなどのセンサ類など広く用途がある。
マイクロマシン技術の進展に伴って、コイルの小型化も進んできているものの、従来技術ではコイルはボビンに巻き線コイルを巻く方法がとられており、この方法でいくと、２ｍｍ径程度以下の小径巻きが難しく、巻き線径を０．１ｍｍ以下に細くして対応するしかなく、これが電気抵抗の増大をもたらし、ひいてはＱ値（Ｑ＝Ｌω／Ｒ ここで、Ｌは、コイルのインダクタンス、Ｒはコイルの電気抵抗、ωは周波数を意味している。）の低下の一因にもなっていた。また、生産面においては、品質のばらつきという問題があり、生産性にも限界があるのが現状であった。
【０００３】
また、用途のひとつである振動センサは、回転機器の常時監視に用いられ、回転軸の複数箇所の振動変位に連続使用される。このような使用環境では、環境温度の変化幅が大きく、センサとしての恒電気抵抗特性が要求されるため、コイル素材には恒電気抵抗のマンガニン、銀パラジウムなどが使用されている。このような材料は、特殊合金であるがゆえにコイルへの加工が困難で、上述のような巻き線コイルによる方法では、製作が困難である可能性があった。
【０００４】
そこで、このような課題を解決するために、既に小型コイルやマイクロコイルを平面コイルとして形成する方法が開発されている。例えば、特許文献１には、「マイクロコイルの製造方法」として、基板上に電解めっきにより配線を形成するマイクロコイルの製造方法が開示されている。
本製造方法は、基板上に電解めっき用の電極を形成するための触媒金属層を配線が形成される予定の部分にのみ形成させ、その金属層の上に光反応性硬化剤を含有するエポキシ樹脂を塗布した後に不要部分を除去し、配線の形成用の型枠として無電解めっきによって電解めっき用電極を形成させて、さらに電解めっきによって配線を形成するものである。
このようなマイクロコイルの製造方法によれば、型枠を高く形成させることによって、巻き線の高さと幅の比として表現されるアスペクト比を大きく設定することができ、小型でも大きな磁束密度を実現可能なマイクロコイルを提供可能である。
【０００５】
また、このようなマイクロコイルを振動センサとして用いる発明も例えば特許文献２に「振動センサ、及び振動センサの製造方法」として開示されている。
この特許文献２に開示される発明によれば、被測定体の振動を検出するために、被測定体の振動に伴って、少なくとも厚さ方向に自在に変位するように弾性支持された基板と、この基板の表面にらせん状にパタンニングされた検出用コイルと、検出用コイルに第１の磁場を印加する第１の磁場生成手段とを備えるものであり、検出用コイルに生ずる誘導起電力に基づいて被測定体の振動を検出するように構成されている。
【０００６】
さらに、特許文献３にも「振動センサ及び該振動センサを備える地盤振動解析システム」として振動センサに関する発明が開示されている。
特許文献２，３に開示される振動センサの原理以外にも、コイルを用いた振動センサの原理として、金属製の被測定対象に渦電流を発生させて、その渦電流によって発生する磁界によってコイルを流れる電流に影響を与え、その影響によるコイルのインピーダンス変化を測定することでコイルと被測定対象の距離を測定するものである。
【特許文献１】特開２００３−１９７４５２号公報
【特許文献２】特開２００３−６６０６３号公報
【特許文献３】特開２００１−６６１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示される発明では、確かにアスペクト比は高いものの、巻き数を増加させることができないため、インダクタンスを増加させることによる磁束密度の増加には限界があった。
また、特許文献２や３においても、振動センサにらせん状にパタンニングされたコイルとして十分なコイル長を確保したりして、精度を向上させることができるものの、より小型化しながらより高い精度を実現するには限界があった。
【０００８】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、本願発明者が鋭意研究を実施した結果、複数の同一平面上に形成されるらせん状のコイルを隣接する他のらせん状コイルと逆回りに配置して積層しながら直列に接続することで、巻き数とコイル長さを増やしてコイルのインダクタンスを増加させつつ、同一平面上に形成させてコイル断面積を大きくとることが可能ならせん状コイルであることからコイルの電気抵抗を減少させることで、コイル特性を飛躍的に向上させることができる積層コイルと、その積層コイルを用いた振動センサを提供することを一の目的とし、また、このような特性を備えた積層コイルを提供できると共に、生産時間が短縮でき、均質な製品の提供を可能とする積層コイルの製造方法を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明である積層コイルは、同一平面上に形成されるらせん状コイルを複数積層してなる積層コイルであって、前記らせん状コイルは隣接する他のらせん状コイルと逆回りに形成され、前記らせん状コイル同士は、前記らせん状コイルの中央端部同士の接続と、前記らせん状コイルの周辺端部同士の接続を交互に行い直列に接続されることを特徴とするものである。
このように構成された積層コイルでは、同一平面上に形成されるらせん状コイルを複数積層するため、無駄な空間を排除して密にコイルを形成するという作用を有する。
また、らせん状コイルは隣接する他のらせん状コイルと逆回りに形成してらせん状コイルの中央端部同士と周辺端部同士を接続するので、周辺端部から中央端部へ螺旋が形成され、隣接する他のらせん状コイルでは中央端部から周辺端部へ先のらせん状コイルと同じ回り方向へ螺旋が形成されるという作用を有する。従って、積層コイル全体で同一方向へ螺旋が形成されるという作用を有する。
さらに、積層される１つ１つを構成するコイルは、同一平面上に形成されるらせん状コイルであるため、コイルの断面形状の選択が容易で、螺旋を形成する平面方向あるいは、特に、その平面とは垂直方向への長さを長くとることが可能であることからコイル断面積を大きくとることができるという作用を有する。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明である積層コイルは、請求項１に記載の積層コイルが、第１層から第ｎ層まで積層される積層コイルであって、前記らせん状コイルは、コイル本体と、このコイル本体の周辺端部に形成される第１の電極と、第２の電極とを有し、前記らせん状コイルの周辺端部同士の接続は、前記第１の電極同士を接続するものであり、第１層から第ｎ層までの第２の電極をそれぞれ接続するとともに、前記第ｎ層のらせん状コイルの中央端部又は周辺端部に形成される第１の電極のうち、第（ｎ−１）層と接続されていない方と前記第ｎ層の第２の電極を接続するものである。
このように構成された積層コイルでは、請求項１に記載の発明の作用に加えて、第１層から第ｎ層まで積層されるコイルが、ｎ層のらせん状コイルと、それとは別個に第１層から第ｎ層まで接続される第２の電極を備えることで、第１層における第２の電極と、らせん状コイルの周辺端部に形成される第１の電極あるいはらせん状コイルの中央端部のいずれかを交流電源に接続するための端子として機能させるという作用を有する。
第１層から第ｎ層の第２の電極は接続されているものの、らせん状コイルのコイル本体とは接続されていないので、全体として回路を形成していない。そこで、第２の電極とらせん状コイルを接続するが、らせん状コイルは中央端部同士の接続と周辺端部の第１の電極同士の接続を交互に繰り返すため、第（ｎ−１）層と第ｎ層の接続においては、２通りの状態が考えられる。すなわち、第ｎ層の第２の電極と接続されるべきものは、第１の電極かあるいはらせん状コイルの中央端部のいずれかとなり、それは、第（ｎ−１）層と接続されていない一方であることが理解される。
逆に、第１層から交流電源に接続されるべき端子として取り出される電極としても、第２の電極と、第１の電極あるいはらせん状コイルの中央端部のいずれかとなるのである。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明である積層コイルは、請求項１に記載の積層コイルが、第１層から第ｎ層まで積層される積層コイルであって、前記らせん状コイルは、コイル本体と、このコイル本体の周辺端部に形成される第１の電極と、第２の電極とを有し、前記らせん状コイルの周辺端部同士の接続は、前記第１の電極同士を接続するものであり、第１層から第（ｎ−１）層までの第２の電極をそれぞれ接続するとともに、前記第（ｎ−１）層のらせん状コイルの中央端部と第ｎ層のらせん状コイルの中央端部を接続し、第ｎ層の第１の電極を前記第（ｎ−１）層の第２の電極へ接続するものである。
このように構成された積層コイルでは、請求項１に記載の発明の作用に加えて、第１層から第ｎ層まで積層されるコイルが、ｎ層のらせん状コイルと、それとは別個に第１層から第（ｎ−１）層まで接続される第２の電極を備えることで、第１層における第２の電極と、らせん状コイルの周辺端部に形成される第１の電極あるいはらせん状コイルの中央端部のいずれかを交流電源に接続するための端子として機能させるという作用を有する。
なお、本請求項３に記載の発明では、第ｎ層を第（ｎ−１）層の上に積層させた際に、そのまま第（ｎ−１）層の第２の電極と第ｎ層の第１の電極が接続されるものである。すなわち、このような積層とするためには、請求項２に記載の発明とは異なり、第（ｎ−１）層と第ｎ層の接続が中央端部同士の接続となる必要があるという制約はあるものの、第ｎ層の第２の電極を用いることなく、第ｎ層のコイル本体に連続する第１の電極がそのまま第（ｎ−１）層の第２の電極に接続されるように作用し、この第ｎ層の第１の電極がコイル本体と連続しながら、あたかも第ｎ層の第２の電極のように作用する。
【００１２】
そして、請求項４に記載の発明である積層コイルは、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記らせん状コイルと隣接するらせん状コイルの間に絶縁材を配設するものである。
その作用は基本的には請求項１乃至請求項３に記載の発明と同様であるが、加えて、らせん状コイルが導電体である場合やらせん状コイルの絶縁被覆が弱い場合には積層されるらせん状コイル間の絶縁を強固に確実にするという作用を有する。
【００１３】
請求項５に記載の発明である積層コイルは、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発明において、前記積層コイルは、絶縁性の樹脂で被覆されるものである。
このように構成された積層コイルでは、請求項１乃至請求項４に記載の発明における作用に加えて、積層コイル全体を絶縁性の樹脂で被覆することで、積層コイル全体の絶縁特性を向上させるという作用を有する。また、積層コイルの取り扱い時にコイル自体に傷がつき難く、耐久性を向上させるという作用をも有する。
【００１４】
請求項６に記載の発明である振動センサは、被振動測定体に近接される一の端部に請求項２に記載の積層コイルを格納したケースと、前記積層コイルの第１層のらせん状コイルの第１の電極又は前記らせん状コイルの中央端部のうち第２層のらせん状コイルに接続されていない方及び第２の電極からそれぞれ延設されるリード線と、このリード線に設けられる前記積層コイルのインピーダンスを測定可能な検出器を設けたものである。
このように構成される振動センサにおいては、らせん状コイルが密に積層されているので、積層コイルの電流によって発生する磁界の磁束密度を大きくする作用を有する。また、その磁界によって被振動測定対象物に発生するうず電流を大きなものとし、それによって発生する磁界の磁束密度も大きくする作用を有する。また、インピーダンスを測定可能な検出器は、この磁界によって発生するらせん状コイル中の電流の影響から変動する積層コイルのインピーダンスを測定するという作用を有する。
【００１５】
請求項７に記載の発明である振動センサは、請求項６に記載の発明において、前記リード線に接続される交番電流を供給可能な電源を備えるものである。
このように構成される振動センサにおいては、請求項６に記載の発明の作用に加えて、電源を備えることで別に電源を接続する必要がないという作用を有する。
【００１６】
請求項８に記載の発明である積層コイルの製造方法は、同一平面上に形成されるらせん状コイルを複数積層して積層コイルを製造する方法であって、一のらせん状コイルと、このらせん状コイルとは逆回りに形成される他のらせん状コイルを隣接させて配置し、前記隣接するらせん状コイル同士は、前記らせん状コイルの中央端部同士の接続と、前記らせん状コイルの周辺端部同士の接続を交互に行うことで、直列に接続されることを特徴とする積層コイルの製造方法である。
このように構成される積層コイルの製造方法においては、同一平面上に形成されるらせん状コイルを複数積層するため、無駄な空間を排除して密にコイルを形成するという作用を有する。
また、隣接する他のらせん状コイルでは中央端部から周辺端部へ先のらせん状コイルと同じ回り方向へ螺旋が形成されるという作用を有し、このように連続するらせん状コイルが形成されるという作用を有する。
【００１７】
請求項９に記載の発明である積層コイルの製造方法は、請求項８に記載の積層コイルの製造方法において、前記らせん状コイルは、コイル本体と、このコイル本体の周辺端部に形成される第１の電極と、第２の電極とを基板枠にランナーを介して形成されるものであり、前記らせん状コイルの周辺端部同士の接続は、前記第１の電極同士を接続するものであり、第１層から第ｎ層までの第２の電極をそれぞれ接続するとともに、前記第ｎ層のらせん状コイルの中央端部又は周辺端部のうち、第（ｎ−１）層と接続されていない方と前記第ｎ層の第２の電極を接続し、第１層から第ｎ層まで積層した後に、前記基板枠とランナーを切断除去することを特徴とするものである。
このように構成される積層コイルの製造方法においては、請求項８に記載の発明の作用に加えて、第１層から第ｎ層まで積層されるコイルが、ｎ層のらせん状コイルと、それとは別個に第１層から第ｎ層まで接続される第２の電極を備えることで、第１層における第２の電極と、らせん状コイルの周辺端部に形成される第１の電極あるいはらせん状コイルの中央端部のいずれかを交流電源接続のための端子として機能させる積層コイルを製造するという作用を有する。
【００１８】
請求項１０に記載の発明である積層コイルの製造方法は、請求項８に記載の積層コイルの製造方法において、前記らせん状コイルは、コイル本体と、このコイル本体の周辺端部に形成される第１の電極と、第２の電極とを基板枠にランナーを介して形成されるものであり、 前記らせん状コイルの周辺端部同士の接続は、前記第１の電極同士を接続するものであり、第１層から第（ｎ−１）層までの第２の電極をそれぞれ接続するとともに、前記第（ｎ−１）層のらせん状コイルの中央端部と第ｎ層のらせん状コイルの中央端部を接続し、さらに、第ｎ層の第１の電極を前記第（ｎ−１）層の第２の電極へ接続し、第１層から第ｎ層まで積層した後に、前記基板枠とランナーを切断除去することを特徴とするものである。
このように構成される積層コイルの製造方法においては、請求項９に記載の発明の作用と同様の作用を有しつつ、第ｎ層の第２の電極を用いることなく、コイル本体に連続する第１の電極を用いて、そのまま第（ｎ−１）層の第２の電極へ接続させるという作用を有する。
【００１９】
請求項１１に記載の発明である積層コイルの製造方法は、請求項８乃至請求項１０のいずれか１項に記載の積層コイルの製造方法において、前記らせん状コイルと隣接するらせん状コイルの間に絶縁材を配設して積層することを特徴とするものである。
このように構成される積層コイルの製造方法においては、らせん状コイルが導電体である場合やらせん状コイルの絶縁被覆が弱い場合には積層されるらせん状コイル間の絶縁を強固に確実にするという作用を有する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の請求項１乃至請求項３に記載の積層コイルでは、積層コイルの空間効率を高めつつ、しかも、積層されるらせん状コイルが隣接するらせん状コイルと逆回りに形成されながら接続されるため、直列に長いコイルが形成され、インダクタンスを大きくとることができる。また、コイル断面積を大きく取ることが可能であるため、コイルの電気抵抗値を低く抑えることが可能である。従って、いわゆるＱ値を大きくとることが可能であり、コイル特性を大きく向上させることができる。
【００２１】
請求項４に記載の積層コイルでは、請求項１乃至請求項３に記載の発明の効果に加えて、絶縁特性を向上させることができ、積層コイルの耐久性の向上を図ることができる。
【００２２】
請求項５に記載の積層コイルにおいても、請求項４に記載の発明と同様に、積層コイル全体を絶縁性の樹脂で被覆することで、積層コイル全体の絶縁特性を向上させることができ、積層コイル全体の耐久性を向上させることができる。
【００２３】
請求項６及び請求項７に記載の振動センサにおいては、積層コイルに発生する誘導電流を大きくすることが可能であるため、積層コイルのインピーダンスの測定精度を向上させることができ、よって、被振動測定対象物との距離を精度高く測定可能な振動センサを提供することができる。
【００２４】
請求項８乃至請求項１０に記載の積層コイルの製造方法においては、空間効率を高めつつ、しかも、積層されるらせん状コイルが隣接するらせん状コイルと逆回りに形成されながら接続される積層コイルを製造することが可能であり、よって、直列に長いコイルが形成され、インダクタンスを大きくとることができる積層コイルを製造することができる。また、コイル断面積を大きく取ることが可能であり、コイルの電気抵抗値を低く抑えることが可能な積層コイルを製造可能である。従って、いわゆるＱ値を大きくとることが可能で、コイル特性を大きく向上させた積層コイルを製造することができる。
【００２５】
請求項１１に記載の積層コイルの製造方法では、請求項８乃至請求項１０に記載の発明の効果に加えて、らせん状コイルが導電体である場合やらせん状コイルの絶縁被覆が弱い場合には積層されるらせん状コイル間の絶縁を強固に確実にすることができる積層コイルを製造可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明の第１の実施の形態に係る積層コイルについて図１乃至図１６を参照しながら説明する。
図１は、本実施の形態に係る積層コイルを構成するらせん状コイルを製造するための単コイル用基板を示す概念図である。らせん状コイルは、この単コイル用基板１の基板枠２からランナー部６を介して形成されており、コイル本体３と、その周辺端部７ｂに設けられた第１電極４と、コイル本体３あるいは第１電極４とは単コイル用基板１上では接触することなく別個独立に設けられた第２電極５を備えている。
コイル本体３は、その周辺端部７ｂに設けられた第１電極４から中央端部７ａ、まで単コイル用基板１という同一平面上で螺旋状に形成されている。なお、図中、中央端部７ａの引き出し線は、明確化のために白黒反転させて描画している。
コイル本体３の太さは、これよりも細くも太くも形成することができ、また、そのコイル本体３間の隙間についても広狭設定することが可能であり、図１に示されるものに限定するものではない。また、コイル本体３の材質としては、銅をベースにした、例えば、銅、マンガン合金であるマンガニン、および銀パラジウムなどの合金が用いられる。
【００２７】
図１に示されるらせん状コイル単体に関する基板を多数個取りするために構成される基板を図２に示す。図２において、多数個コイルパターン基板１０は、図１に示される単コイル用基板１を１７個同時に製造することができる基板である。
多数個コイルパターン基板１０中に白抜きで示される４つの位置決め用孔１１は、多数個コイルパターン基板１０のまま積層する際に、下層と上層で基板がずれないように位置あわせを行うためのものである。
多数個コイルパターン基板１０の上に、さらに別の多数個コイルパターン基板１０を重ねることで積層コイルを製作するものである。
【００２８】
次に、図３乃至図７を参照しながら、本実施の形態に係る積層コイルの積層方法について述べる。図３は、本実施の形態に係る積層コイルの積層状態を示す概念図である。
図３において、積層コイル２９は、図に示されるとおり、符号３ａと３ｂで示される２通りのコイル本体を交互に積層するものである。コイル本体３ａは、コイル本体３ｂと逆回りのらせん状コイルとなっているが、これは同一のコイルを裏向きにすることで容易に構成することができる。また、図２に示される多数個取りのためのコイルパターン基板である場合には、多数個コイルパターン基板１０全体で表、裏と交互に積層することで容易に構成することができる。
図３を平面視して右から説明すると、まず第１のコイル本体３ａ（右側）が、第２絶縁シート１７を介してコイル本体３ｂ（左側）と接続されている。第２絶縁シート１７については、後で詳細に説明を追加するが、コイル本体３ａ，３ｂ同士を絶縁するシートであるものの、コイル本体３ａの周辺端部７ｂに設けられた第１電極４とコイル本体３ｂの周辺端部７ｂに設けられた第１電極４同士を接続するために、第１電極用孔１８が穿設されており、この孔にクリーム半田２４を埋め込んで第１電極４同士の導通を図っている。
コイル本体３ａは図３を平面視して中央端部７ａから右回りに周辺端部７ｂへ向かうように構成されているが、コイル本体３ｂがコイル本体３ａとは逆回りに構成されているため、コイル本体３ｂはその周辺端部７ｂから右回りに中央端部７ａへ向かうように構成されるのである。このようにして隣接する２つのらせん状コイルは、直列接続されつつ同一方向（図１では右回り）螺旋状に形成されるものである。
【００２９】
さらに、第２絶縁シート１７にはもうひとつ第２電極用孔１６ｂが穿設されている線として表現されるコイル本体３ａ，３ｂの第２電極５同士をクリーム半田２４で接続している。
また、図３中の左側に示すように、コイル本体３ｂ（右側）からコイル本体３ａ（左側）への接続は、先に説明したコイル本体３ａ（右側）からコイル本体３ｂ（左側）への接続と少し異なる。コイル本体３ｂでは、その右側に配置されるコイル本体３ａとコイル本体３ｂの周辺端部７ｂで接続されているため、直列に同じ回りで構成するためには、左側のコイル本体３ａとは中央端部７ａで接続される必要がある。
そこで、コイル本体３ｂの中央端部７ａと左隣に配置されるコイル本体３ａの中央端部７ａを、第１絶縁シート１４を介して接続する。その際、第１絶縁シート１４には、コイルの中央端部７ａ同士を接続するためにコイル中央部用孔１５が穿設されており、この孔にクリーム半田２４を埋め込んで導通を図っている。さらに、第２絶縁シート１７と同様に、第２電極５同士を接続するための第２電極用孔１６ａが穿設されており、その孔にクリーム半田２４を埋め込むことで導通を図っている。
【００３０】
以上説明したように２つの隣接する互いに逆回りに形成されたコイル本体３ａ，３ｂ同士を交互に、第１絶縁シート１４と第２絶縁シート１７を交互に介して接続し、らせん状コイルを積層コイル２９として積層していくものである。
なお、図３の右端のらせん状コイルの第２電極５から右方向に交流電源接続のための第１端子８が設けられており、コイル本体３ａの中央端部７ａから同じく右の方向に交流電源接続のための第２端子９が設けられている。さらに、それぞれの端子８，９からは交流電源へ接続するためにリード線１２，１３が延設されている。また、積層されたらせん状コイル全体を絶縁性の樹脂２５で被覆することで、全体の絶縁性を高めると同時に、強度を高めて耐久性を担保できるようにしている。絶縁性の樹脂２５の例としては、エポキシ樹脂などがある。
【００３１】
図３に示されるような接続状態をより具体的に示したのが図４である。図４は、らせん状コイルを積層する状態を具体的に示す概念図である。上方からコイル本体３ａ、第１絶縁シート１４、コイル本体３ｂ、第２絶縁シート１７を順に積層する状態を示している。図４において、図３と同一要素には同一の符号を付し、その構成の説明は省略する。第１絶縁シート１４及び第２絶縁シート１７は、それぞれのらせん状コイルよりも広めに形成されており、第１電極４、コイル本体３ａ，３ｂ及び第２電極５同士を隣接するらせん状コイルから絶縁可能に構成されている。これらの絶縁シートは、コイル本体３ａ，３ｂ、電極４，５がそれぞれ絶縁材料で形成されている場合には不要であるものの、電極同士やコイル本体の中央端部同士での接続を考えると、少なくとも接続部分では絶縁被覆を行わないようにしなければならず、これでは製品の信頼性を担保することが困難であるとも考えられるため使用することが望ましい。
なお、この第１絶縁シート１４、第２絶縁シート１７としては、例えばドライフィルムレジストを用いる方法がある。
【００３２】
図５（ａ），（ｂ）には、前述の第１絶縁シート１４と第２絶縁シート１７を多数個取り可能な絶縁シートを製造するためのマスクパターンをそれぞれ示す。図２に示した多数個コイルパターン基板１０に対応して、１７個の第１絶縁シート１４と第２絶縁シート１７が製造可能に構成されている。
図５（ａ）において、第１絶縁シート用マスクパターン２０は、その四隅に多数個コイルパターン基板１０と同様に位置決め用孔２１を備えており、多数個コイルパターン基板１０と第１絶縁シート用マスクパターン２０によって製造される多数個絶縁シートを符合させて積層させることが可能である。図３には、第１絶縁シート１４は直線で示されているが、コイル本体３ａとコイル本体３ｂに介挿されてコイル中央部用孔１５及び第２電極用孔１６ａの両方にクリーム半田２４を埋めることで、らせん状コイルの中央端部７ａ同士及び第２電極５同士を接続するのである。
図５（ｂ）には第２絶縁シート用マスクパターン２２が示されている。第２絶縁シート１７も図３，４にも示されるとおり、第１電極用孔１８及び第２電極用孔１６ｂが穿設されており、これらにクリーム半田２４を埋め込むことで、コイル本体３ａとコイル本体３ｂの第２電極５同士及びコイル本体の周辺端部７ｂに設けられた第１電極４同士を接続するものである。第２絶縁シート用マスクパターン２２にも位置決め用孔２３が形成されている。
【００３３】
図６は、図４に符号で示されるＡ−Ａ線における矢視断面図である。但し、図４ではそれぞれの構成要素の対応を明示するためにコイル本体３ａ，３ｂ、第１絶縁シート１４、第２絶縁シート１７は離して描かれているが、図６ではそれらが積層されている状態で示されている。図６において、図４に示した要素と同一部分には同一符号を付してその構成の説明は省略する。
図６において、最下層には第２絶縁シート１７が設けられており、その上面側にらせん状コイルが積層され、第２絶縁シート１７の第１電極用孔１８に埋め込まれたクリーム半田２４によってコイル本体３ｂの周辺端部７ｂに設けられる第１電極４が接続されている。また、コイル本体３ｂの中央端部７ａは、その上層に積層される第１絶縁シート１４のコイル中央部用孔１５に埋め込まれたクリーム半田２４によって、さらにその上層に積層されるらせん状コイルの中央端部７ａに接続されている。
そして、第２電極５は、第２絶縁シート１７及び第１絶縁シート１４にそれぞれ穿設される第２電極用孔１６ｂ，１６ａに埋め込まれたクリーム半田２４によって常に接続されるのである。
図４から理解されるように、らせん状コイルの第２電極５は、コイル本体３ａ，３ｂと接続されておらず、独立に第１絶縁シート１４及び第２絶縁シート１７の第２電極用孔１６ａ，１６ｂを介して接続されるものである。
【００３４】
図６に示される断面図からさらにらせん状コイルを積層した状態を模式的に示すのが図７である。（特に、請求項２、請求項４、請求項９、請求項１１に対応）
図７において、図６に示される要素と同一の要素については同一符号を付してその構成の説明は省略する。
図７においては、積層コイルの状態のみならず、その積層の方法に係るアライメント台２８及びその最下層には端子用プリント基板２７を示している。
端子用プリント基板２７には、図３を参照しながら説明した第１端子８及び第２端子９が設けられている。図３乃至図６においては、特に積層するための治具については説明を省略したが、図２や図５に示される多数個取りのための基板や絶縁シートは、図７に示されるようなアライメント台２８上において積層されるものである。本実施の形態では、アライメント台２８のアライメント用シャフトは図示しないが、アライメント台２８には、このアライメント用シャフトが４本立設されており、そのアライメント用シャフトに図２に示される多数個コイルパターン基板１０の位置決め用孔１１や図５に示される第１絶縁シート用マスクパターン２０や第２絶縁シート用マスクパターン２２を用いて製造される多数個取りの絶縁シートに形成される位置決め用孔を通していくことで簡単に位置決めを行うことができるのである。このアライメント用シャフトの本数や位置に、多数個コイルパターン基板１０の位置決め用孔１１や第１絶縁シート用マスクパターン２０や第２絶縁シート用マスクパターン２２を用いて製造される多数個用絶縁シートに形成される位置決め用孔の数や位置が符合するものであるが、その数や位置、あるいは孔やシャフト断面形状については特に限定するものではない。
図７に示されるとおり、らせん状コイルは第１絶縁シート１４や第２絶縁シート１７を介して交互に逆回りに積層されるが、その上端部では導線２６によって接続されるものであり、下端部では端子用プリント基板２７に設けられた第１端子８と第２端子９に接続されるものである。なお、この図７に示される積層は、図３に示されるものとその端部において接続を同一状態とする様な状態となっている。
【００３５】
具体的には、前述のとおり、端子用プリント基板２７には第１端子８と第２端子９が設けられているが、そのすぐ上側には第１絶縁シート１４が載置されているので、第１端子８は、第１絶縁シート１４の第２電極用孔１６ａに埋め込まれたクリーム半田２４を介して第２電極５に接続されており、第２端子９は、同様に第１絶縁シート１４のコイル中央部用孔１５に埋め込まれたクリーム半田２４を介してコイル本体３ａの中央端部７ａに接続されている。ここで、第１端子８は常に第２電極５に接続されるものの、第２端子９は常にコイル本体３ａの中央端部７ａに接続されるものではない。図７における最下層、図３における最右層のコイル本体３ａが、コイル本体３ｂとなった場合には、第２端子９はコイル本体３ｂの中央端部７ａから取り出すのではなく、周辺端部７ｂから取り出されなければ、そのコイル本体３ｂの存在意義がなくなってしまうのである。なぜなら、そのコイル本体３ｂに隣接するコイル本体３ａとは、コイル本体３ａの中央端部７ａで接続されており、そのままコイル本体３ｂの中央端部７ａから取り出すと、コイル本体３ｂが全く機能しないからである。
従って、図７における最下層あるいは図３における最右層のらせん状コイルから取り出される端子はその隣接するらせん状コイルとの接続の状況によって決定されるものである。
【００３６】
これと同じことが図７における最上層あるいは図３における最左層のらせん状コイルにおいても生じる。最上層あるいは最左層のらせん状コイルでは、積層コイル全体として閉回路とすべく、第２電極５とコイル本体を接続する必要があるが、その接続は第２電極５と、コイル本体の中央端部７ａあるいは周辺端部７ｂに設けられる第１電極４のいずれかを接続する。図７及び図３においては、最上層、最左層に設けられるコイル本体３ａは、その直前に隣接するらせん状コイルのコイル本体３ｂと中央端部７ａで接続されているので、最上層、最左層に存在するらせん状コイルを機能させるためには、その周辺端部７ｂから、すなわち、第１電極４から取り出す必要がある。そこで、第２電極５と第１電極４を導線２６によって接続しているのである。この導線２６は絶縁被覆をしていることが望ましいものの、積層コイル全体を前述のように絶縁性の樹脂で被覆するような場合には、導線２６自体に絶縁被覆を施さなくともよい。図７では、説明の簡略化のために積層コイル２９ａ全体を被覆するような状態では示していない。
すべて積層された場合には、アライメント台２８ごと焼成炉に導入して焼成して、その後、アライメント台２８から取り外して積層コイル２９ａを完成させる。
図７においては、らせん状コイルを５層積層しているが、この数に限定するものではなく、積層コイル２９ａに求められる精度や性能に基づいて、その積層の数は設定することが可能である。なお、図７や図６あるいは次に説明する図８においては、模式しているので、コイル本体３ａとコイル本体３ｂの巻き数や巻き方が示される断面において同一となっているものの、物理的には必ずしも一致するものではないことは言うまでもない。
【００３７】
次に、図８にも図６に示される断面図からさらにらせん状コイルを積層した状態を模式的に示すものであって、図７に示されるものとは異なる実施例を示す。（特に、請求項３、請求項４、請求項１０、請求項１１に対応）
図８は、図７における積層数よりも１層少ないものを示しており、端子用プリント基板２７における第１端子８の位置は図７における第１端子８と同位置であるが、第２端子９はコイル本体３ｂの周辺端部７ｂに設けられた第１電極４に接続されている。このような接続となる場合もある理由については、既に図７を参照して説明した際に述べたとおりである。なお、後述する図１３に示される端子用プリント基板２７の写真は、図８に示された端子用プリント基板２７と同様である。図１３（ｂ）を参照すると明らかであるが、第１電極４に第２端子９が設けられ、第２電極５に第１端子８が配置されている。
なお、本図に示された端子用プリント基板２７もその上層には、第２絶縁シート１７が載置されており、第１端子８とコイル本体３ｂの第２電極５は、第２絶縁シート１７の第２電極用孔１６ｂに埋め込まれたクリーム半田２４を介して接続されるものであり、第２端子９とコイル本体３ｂの周辺端部７ｂに設けられた第１電極４は、第２絶縁シート１７の第１電極用孔１８に埋め込まれたクリーム半田２４を介して接続されるものである。
さらに、図７を用いて説明した端子用プリント基板２７上の第１絶縁シート１４や、図８を用いて説明した端子用プリント基板２７上の第２絶縁シート１７については設けることが望ましいものの、絶縁が十分に取れ、さらに第１端子８と第２電極５、第２端子９と第１電極４の電気的接続が取れる場合には、省略してもよい。
【００３８】
図８を参照しながら、さらに説明を加える。
図７では、積層されたらせん状コイルの上端部は導線２６によって接続されると説明したが、図８に示す実施の形態においては、導線２６を備えていない。導線２６に代えて、コイル本体３ａの周辺端部７ｂに設けられた第１電極４を介してその下層の第２電極５に接続するものである。
図中最上の最終層（第ｎ層）とその下層［第（ｎ−１）層］との接続を詳細に説明すると、まず、これらの２層は図７に示される最終層とその下層と同様にコイル中央部用孔１５に埋め込まれるクリーム半田２４を介して中央端部７ａ同士が接続される。
【００３９】
次に、最下層（第１層）から第１絶縁シート１４及び第２絶縁シート１７を介して接続される第２電極５は、第ｎ層では接続に用いられることはない。第ｎ層のコイル本体３ａの回り方向は、図７と同様に第（ｎ−１）層のコイル本体３ｂと逆回りとなっているものの、その位置を１８０度回転させることで第１電極４と第２電極５の位置を第（ｎ−１）層とは逆の位置に配置して、本来の第２電極５の位置に存在する第１電極４を第２電極用孔１６ａに埋め込まれたクリーム半田２４を介して第（ｎ−１）層の第２電極５に接続するものである。このように接続することで、図７に示すような導線２６を設けることなく、最終層の構造をそのまま用いて閉回路を形成することができるので、構造を単純化することができ、製造が容易となると同時に、積層コイルの信頼性の向上にも寄与するものである。第ｎ層（最終層）の第２電極５はダミーとして残すか、あるいは取り除いてもよい。
なお、図１７（ｂ）に示される積層コイル２９は、この図８に示すように、最終層の第１電極４とその下層の第２電極５を接続しており、導線２６は設けられていない。
【００４０】
次に図９乃至図１７を参照しながら、本発明の第２の実施の形態に係る積層コイルの製造方法について説明を加える。図９は、本実施の形態に係る積層コイルの製造方法の工程を示すフローチャートである。
図９において、ステップＳ１は、多数個コイルパターン基板の製作の工程を示している。この製法としては、従来から存在する方法として、例えば図１０に示す多数個コイルパターン基板用マスクパターン３０を作成し、これを基に、エッチング法などを用いて図１１に示されるような多数個コイルパターン基板１０を製作するのが一般的である。
【００４１】
図１０に示されるような多数個コイルパターン基板用マスクパターン３０は、ＣＡＤソフトなどを用いて容易に設計することができる。また、このマスクはガラスの上のクロム薄膜をパターン化して作成して作るものであり、クロムの金属薄膜により光を透過させないようにして作成されるマスクである。
本実施の形態において図１０に示すコイルパターンは、０．４ｍｍ線幅コイル用マスクであり、これより細く、例えば、０．３ｍｍから０．０７ｍｍ程度までの線幅のコイル用マスクを作成してらせん状コイル基板を製造することが可能であることを発明者は確認している。
【００４２】
次に、ステップＳ２では、多数個用絶縁シートの製作工程である。前述のとおり、絶縁シートには第１絶縁シート１４のタイプと第２絶縁シート１７のタイプの２通りがあるので２通り製作する必要がある。これらの２通りの絶縁シートも先の多数個コイルパターン基板と同様に、マスクパターンを用いて製作される。まず、マスクパターンを、ＣＡＤソフトを用いて設計した後、前述とおりガラスの上のクロム薄膜をパターン化して作成して作るものである。そして、このマスクパターンを用いてドライフィルムレジストに対してエッチング処理を施すことで、図１２（ａ），（ｂ）にそれぞれ示されるような第１絶縁シート１４及び第２絶縁シート１７を製作することができる。
【００４３】
次に、ステップＳ３として端子用プリント基板の製作工程がある。この端子用プリント基板２７は、図１３（ａ），（ｂ）に示されるものである。図１３（ａ）は、端子用プリント基板２７の表面、すなわち、外部から見える部分を示すものであり、（ｂ）は同じく裏面、すなわち、らせん状コイルの第１層側の部分を示すものである。
この端子用プリント基板２７は、ガラスエポキシ基板等に銅メッキしたプリント基板の銅薄膜を図のパターンのようにエッチングにより製作したものであり、これまで示した多数個コイルパターン基板１０などと同様に、１７個の端子用プリント基板２７に分割可能に形成されている。また、符号は付さないが、４箇所に位置決め用の孔も形成されており、多数個コイルパターン基板１０や多数個用絶縁シート１４，１７と符合するように構成されている。
【００４４】
また、図１３（ａ）の端子用プリント基板２７の表面には、それぞれ２箇所の孔とその周囲に広がる金属板が確認できるが、これが第１端子８及び第２端子９である。孔は、ここからリード線１２，１３を延設するために穿設されるものである。また、二重の格子で区分けされているが、これは積層が完了し、焼成した後に、各積層コイルへ個片分割するが、その際に、このように二重の格子で８角形を形成しておいて、この８角形の辺に沿って、ダイサーなどを用いて分割するための切断ラインである。元々はコイル形状である円形に切り出して分割することが望ましいが、円形に切断分割することが加工上難しいため、直線で分割しながら、円形に近く加工が容易という理由で８角形に構成するものである。
図１３（ｂ）に示される端子用プリント基板２７の裏面では、第１端子８と第２端子９が裏の状態で見えるが、それぞれ第２電極５及び第１電極４に接続されている。従って、この図１３（ａ），（ｂ）に示される端子用プリント基板２７は、図７に示される端子用プリント基板２７とは第２端子９の位置と接続先で異なっている。この理由は図７を用いて説明したとおりである。
ステップＳ１乃至ステップＳ３において製作された多数個コイルパターン基板、多数個用絶縁シート、端子用プリント基板は、それぞれその順序で製作する必要はなく、同時あるいは順序を変えて製作してもよく限定するものではない。
【００４５】
ステップＳ４では、アライメント台の上にまず端子用プリント基板２７を置き、その上に多数個用絶縁シートを載置する。その際には、アライメント台２８上に本願では図示されないアライメント用シャフトに位置決め用孔を通すことでアライメントを出す。
ステップＳ５では、多数個用絶縁シートに穿設される孔にクリーム半田２４を注入する。
次に、ステップＳ６では、多数個用絶縁シート上に、多数個コイルパターン基板１０の第１層を載置する。その際にも、アライメント台２８上に本願では図示されないアライメント用シャフトに位置決め用孔を通すことでアライメントを出す。ステップＳ５で注入されたクリーム半田２４は、端子用プリント基板２７に設けられる第１端子８と第２端子９を、それぞれ多数個コイルパターン基板１０の第１層に設けられる第２電極５と第１電極４、あるいは第２電極５と中央端部７ａに接続するものである。なお、クリーム半田２４はこれらの導通を図るだけでなく、多数個用絶縁シートも同様であるが積層での接着効果も兼ねている。後述のステップＳ１２における積層コイルの個片分割によって個々の積層コイルに切り離した際に、積層コイルが層間でばらばらにならないようにするための接着効果も発揮しているのである。
【００４６】
ステップＳ７では、第１層目の多数個コイルパターン基板１０上に、多数個用絶縁シートを載置する。このように絶縁シートを載置した状態を示すのが、図１４である。本図で示されている多数個用絶縁シートは、第２絶縁シート１７である。この第２絶縁シート１７は、図４に示されるとおり、第１電極４同士を接続するための第１電極用孔１８と第２電極５同士を接続するための第２電極用孔１６ｂが穿設されている。なお、図１４においてアライメント台は図示されていない。
【００４７】
ステップＳ８では、図１４に示されるように載置された多数個用絶縁シートに穿設される孔にクリーム半田２４を注入する。注入された状態を示したものを図１５に示す。白く写っているものがクリーム半田２４である。このクリーム半田２４は、注入時には液状であり、多数個用絶縁シートと多数個コイルパターン基板を積層した後、焼成した際には、固化して導電性合金となる。
クリーム半田２４を注入することで、その下層に存在する第１層の多数個コイルパターン基板１０と、この多数個用絶縁シート上に載置される第２層の多数個コイルパターン基板１０に設けられる第１電極４と第２電極５同士をそれぞれ接続することができる。
【００４８】
ステップＳ９では、上述のとおり多数個用絶縁シート上に第２層の多数個コイルパターン基板１０を載置する。その後、必要とされる層数まで、ステップＳ７からステップＳ９までを繰り返して、多数個コイルパターン基板１０と多数個用絶縁シートを積層する。図９のステップＳ７では、「第１層上に」とあり、ステップＳ９には、「第２層を」とあるのは、それぞれ第ｎ層までの繰り返しにおいては、それぞれ層の序数はインクリメント（増加）させることは言うまでもない。
【００４９】
最後の第ｎ層まで積層した後には、ステップＳ１０として、らせん状コイルの第２電極５と、第１電極４又はコイル本体の中央端部７ａを接続して、第ｎ層までの積層コイル全体で閉回路を形成するようにする。
【００５０】
以上のステップＳ１０までは、先に図７を参照しながら説明した実施例における製造方法である。図８に示す異なる実施例の場合には、第ｎ層にかかるステップＳ９では、多数個用絶縁シート上に多数個コイルパターン基板の第ｎ層を載置するが、その際には、第（ｎ−１）層の多数個コイルパターン基板の回りとは逆に載置するものの、第（ｎ−１）層の第２電極５上に第ｎ層の第１電極４を接続するように載置する。このステップ（工程）で、絶縁シートのクリーム半田２４を介して第（ｎ−１）層と第ｎ層が接続されつつ、閉回路を形成することも可能であるので、ステップＳ１０を省略することができる。このことは、図７に示される導線２６が、図８に示される実施例では、周辺端部に第１電極４を備えるコイル本体３ａを利用することでコイル本来の持つ機能と閉回路形成のための導線２６の持つ機能を兼ねることができるからである。
ステップＳ１０を省略した後のステップＳ１１及びステップＳ１２の工程は同様であるので、以下にまとめて説明する。
【００５１】
以上のような工程によって積層コイルが形成された後には、ステップＳ１１で積層コイルを焼成する。焼成することによって、クリーム半田２４が固化して多数個コイルパターン基板同士の接続が完了する。
【００５２】
焼成を終えた積層コイルは、ステップＳ１２で個片分割される。個片分割は、今回の多数個コイルパターン基板１０で示されるとおり、１７個の積層コイルを同時に製作したので、これをそれぞれの積層コイルとして分割するものである。
【００５３】
図１６に多数個から個片にダイサーを用いて分割した状態を示す写真を示す。前述のとおり、端子用プリント基板２７の表側に形成された切断ラインに沿って切断されている。ダイサーを用いて切断ラインに沿って切断することで、多数個コイルパターン基板１０の基板枠２と、この基板枠２から延設されてらせん状コイルを保持していたランナー部６を切断除去するものである。
【００５４】
このようにして個片に分割された積層コイルは、図１７に示されるように８角形を形成している。図１７（ａ）は個片分割された積層コイル２９の表面を示すものであり、（ｂ）は同じく裏面を示すものである。図中上部に示されるのはスケールであり、１目盛りは、１ｍｍであり、積層コイル２９の径が約７．５ｍｍであることが理解できる。
図１７（ａ）に示されるように、表面（上面）では、２つの第１端子８と第２端子９が確認でき、（ｂ）に示されるように、裏面（下面）では、第ｎ層のらせん状コイルが確認できる。
【００５５】
以上のとおり、本実施の形態に係る積層コイルの製造方法においては、多数個を搭載した基板と絶縁シートをアライメント台上でアライメントを出しながら積層して多数の積層コイルを同時に精度よくしかも容易に製作できるので、製造効率と歩留まりの高い積層コイルの製造方法を提供することができる。しかも、このようにして製造される積層コイルは、第１の実施の形態において説明したとおりのものであり、同一平面上に形成されたらせん状コイルであり、これを積層することで、密にコイルを形成させることが可能であり、しかも、その積層方向、すなわち積層コイルの軸方向へのコイル厚みを自由に選択可能であるので、必要な仕様に応じて簡単にらせん状コイルを決定することができる。よって、コイル線の断面積を大きく取ることも可能であり、結果として、高密度のコイルによるインダクタンスの増加と、断面積増加による電気抵抗の低下が相俟って、小型でありながらＱ値の高いコイルを提供することができる。
Ｑ値の高いコイルを用いることで、これから第３の実施の形態として説明する振動センサなどでは、コイルに発生する磁場によって誘導されるうず電流も大きくすることが可能であり、それによる磁界も大きく形成されるため、より精度の高い被振動測定物に対する測定が可能となるのである。
【００５６】
なお、本実施の形態においては、多数個取りの基板や絶縁シートを用いたが、図１に示されるような単コイル用基板１や図１２（ａ），（ｂ）に示される第１絶縁シート１４や第２絶縁シート１７を個片化したものを用いて１個毎に積層コイルを製造してもよい。その際には、図９に記載される工程において、多数個の部分を単数のものを用い、端子用基板も単数のものとし、ステップＳ１１で積層コイルを焼成した後に、ステップＳ１２では、個片分割はしないものの、基板枠２とランナー部６を切断することで、積層コイルを得るものである。
このような製造方法によれば、当然に多数個を同時に製造する際の効率性は失われるものの、蜜にコイルを形成させることは可能であり、小型でＱ値の高いコイルを提供することができる。
【００５７】
以下、このように特性の優れる積層コイルを採用した振動センサを本発明に係る第３の実施の形態として説明する。本実施の形態に係る振動センサは図１８及び図１９を参照しながら説明する。図１８は本実施の形態に係る振動センサを示す概念図である。
図１８において、振動センサ３１は、ケース３３の端部に設けられるセンサヘッド３２に、第１の実施の形態で説明した積層コイルを格納するものである。ケース３３内では、第１の実施の形態に係る積層コイルの表面側に設けられた第１端子８と第２端子９からリード線を延設しており、センサ本体３１ａのコネクタ３４及びリード線３１ｂ、さらには電源コネクタ３７を介して交流電源装置３６に接続されている。
センサ本体３１ａは、ケース３３の端部に設けられるセンサヘッド３２と、センサヘッド３２とは逆の端部に設けられるコネクタ３４から構成されている。また、コネクタ３４を介して延設されるリード線３１ｂには、インピーダンス測定器３５が接続されており、リード線３１ｂに流れる電流値と交流電源装置３６において印加される電圧値からセンサヘッド３２内の積層コイルのインピーダンスを測定することが可能である。
【００５８】
図１９を参照しながら、本実施の形態に係る振動センサの動作原理について説明を加える。本実施の形態に係る振動センサは、コイルに高周波電流を流して、高周波磁界を発生させることで、電磁誘導作用によって、金属製の被測定物の表面に磁束の通過と垂直方向にうず電流が流れ、その作用によって、コイルのインピーダンスが変化し、その変化によって、コイルと金属製の被測定物の距離を測定するものである。
図１９に示されるとおり、金属製の被測定物３９の表面に接触させることなく、コイル本体３を配置し、これに交流電源装置３６を用いて交番電流を流すと、コイル本体３に流れる電流によって磁界４０ａが発生する。この磁界４０ａによって被測定物３９の表面ではうず電流３８が発生し、このうず電流３８によって磁界４０ａとは逆向きの磁界４０ｂが発生する。この磁界４０ｂによって誘導される電流がコイル本体３に流れるが、その電流の位相と振幅の大きさの変化を測定することでインピーダンスの変化を測定することができ、図中に示される距離Ｈを測定するものである。
図１８では、センサヘッド３２と被測定物３９の距離は、インピーダンス測定器３５によって測定される電流の位相と振幅の大きさ変化から、インピーダンス変化を測定して、演算されるものである。この演算は、インピーダンス測定器３５内部において実行されるものである。
第１の実施の形態において説明した積層コイルを用いるので、Ｑ値の高いコイルを用いることが可能であり、よって、小型で精度の高い振動センサ３１を提供することができる。
【００５９】
最後に、図２０を参照しながら、実際に試作された積層コイルにおいて、そのインダクタンスを測定したのでその結果について説明する。本実施の形態に係る積層コイルとして、単一のらせん状コイルとしてマンガニンコイルで４．５巻きしたものを、４層積層して試作した。
図２０に示されるとおり、このように試作された積層コイルのインダクタンス（Ｌ）を積層したコイルの枚数をパラメータに測定したところ、計算値とよく一致した結果が得られており、小型で高い性能を発揮する積層コイルを製作することができたことが示されている。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上説明したように、本発明の請求項１乃至請求項１１に記載された発明は、小型で高性能を発揮するため、コイル単体ではもちろんのこと、ミニモーターや電磁アクチュエーターやマイクロリレーなどのマイクロエレクトロニクス関連機器、計器あるいは振動センサなどのセンサ類など広く利用可能性がある。さらに、特に小型という特性を活かして医療の分野におけるマイクロマシンのアクチュエーターやマイクロリレーに用いるには好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本実施の形態に係る積層コイルを構成するらせん状コイルを製造するための単コイル用基板を示す概念図である。
【図２】図１に示されるらせん状コイル単体に関する基板を多数個取りするために構成される基板の概念図である。
【図３】本実施の形態に係る積層コイルの積層状態を示す概念図である。
【図４】本実施の形態に係る積層コイルにおいてらせん状コイルを積層する状態を具体的に示す概念図である。
【図５】（ａ）は本実施の形態に係る積層コイルの第１絶縁シートを多数個取り可能な絶縁シートを製造するためのマスクパターンを示す概念図であり、（ｂ）は同じく第２絶縁シートに関するマスクパターンの概念図である。
【図６】図４に符号で示されるＡ−Ａ線における矢視断面図である。
【図７】本実施の形態に係る積層コイルの積層状態を示す断面図である。
【図８】本実施の形態に係る他の積層コイルの積層状態を示す断面図である。
【図９】本実施の形態に係る積層コイルの製造方法の工程を示すフローチャートである。
【図１０】本実施の形態に係る積層コイルの製造方法に用いられる多数個コイルパターン基板用マスクパターンを示す写真である。
【図１１】本実施の形態に係る積層コイルの製造方法に用いられる多数個コイルパターンを示す写真である。
【図１２】（ａ）は本実施の形態に係る積層コイルの製造方法に用いられる多数個用絶縁シートのうち第１絶縁シートを示す写真であり、（ｂ）は同じく第２絶縁シートを示す写真である。
【図１３】（ａ）は本実施の形態に係る積層コイルの製造方法に用いられる端子用プリント基板の表面を示す写真であり、（ｂ）は同じく裏面を示す写真である。
【図１４】本実施の形態に係る積層コイルの製造方法において、第１層目の多数個コイルパターン基板上に、多数個用絶縁シートを載置した状態を示す写真である。
【図１５】図１４に示される多数個用絶縁シートにクリーム半田を注入した状態を示す写真である。
【図１６】本実施の形態に係る積層コイルの製造方法において、積層コイルを多数個から個片にダイサーを用いて分割した状態を示す写真である。
【図１７】本実施の形態に係る積層コイルの製造方法において、（ａ）は個片分割された積層コイルの表面を示すものであり、（ｂ）は同じく裏面を示す写真である。
【図１８】本実施の形態に係る振動センサを示す概念図である。
【図１９】本実施の形態に係る振動センサの動作原理について説明するための概念図である。
【図２０】本実施の形態に係る積層コイルの試作品を用いてインダクタンスを測定した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６２】
１…単コイル用基板 ２…基板枠 ３，３ａ，３ｂ…コイル本体 ４…第１電極 ５…第２電極 ６…ランナー部 ７ａ…中央端部 ７ｂ…周辺端部 ８…第１端子 ９…第２端子 １０…多数個コイルパターン基板 １１…位置決め用孔 １２…リード線 １３…リード線 １４…第１絶縁シート １５…コイル中央部用孔 １６ａ，１６ｂ…第２電極用孔 １７…第２絶縁シート １８…第１電極用孔 ２０…第１絶縁シート用マスクパターン ２１…位置決め用孔 ２２…第２絶縁シート用マスクパターン ２３…位置決め用孔 ２４…クリーム半田 ２５…樹脂 ２６…導線 ２７…端子用プリント基板 ２８…アライメント台 ２９…積層コイル ３０…多数個コイルパターン基板用マスクパターン ３１…センサ ３１ａ…センサ本体 ３１ｂ…リード線 ３２…センサヘッド ３３…ケース ３４…コネクタ ３５…インピーダンス測定器 ３６…交流電源装置 ３７…電源コネクタ ３８…うず電流 ３９…被測定物 ４０ａ，４０ｂ…磁界 Ｈ…距離
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一平面上に形成されるらせん状コイルを複数積層してなる積層コイルであって、
前記らせん状コイルは隣接する他のらせん状コイルと逆回りに形成され、
前記らせん状コイル同士は、前記らせん状コイルの中央端部同士の接続と、前記らせん状コイルの周辺端部同士の接続を交互に行い直列に接続されることを特徴とする積層コイル。
【請求項２】
請求項１に記載の積層コイルが、第１層から第ｎ層まで積層される積層コイルであって、
前記らせん状コイルは、コイル本体と、このコイル本体の周辺端部に形成される第１の電極と、第２の電極とを有し、
前記らせん状コイルの周辺端部同士の接続は、前記第１の電極同士を接続するものであり、
第１層から第ｎ層までの第２の電極をそれぞれ接続するとともに、前記第ｎ層のらせん状コイルの中央端部又は周辺端部に形成される第１の電極のうち、第（ｎ−１）層と接続されていない方と前記第ｎ層の第２の電極を接続することを特徴とする積層コイル。
【請求項３】
請求項１に記載の積層コイルが、第１層から第ｎ層まで積層される積層コイルであって、
前記らせん状コイルは、コイル本体と、このコイル本体の周辺端部に形成される第１の電極と、第２の電極とを有し、
前記らせん状コイルの周辺端部同士の接続は、前記第１の電極同士を接続するものであり、
第１層から第（ｎ−１）層までの第２の電極をそれぞれ接続するとともに、前記第（ｎ−１）層のらせん状コイルの中央端部と第ｎ層のらせん状コイルの中央端部を接続し、第ｎ層の第１の電極を前記第（ｎ−１）層の第２の電極へ接続することを特徴とする積層コイル。
【請求項４】
前記らせん状コイルと隣接するらせん状コイルの間に絶縁材を配設することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の積層コイル。
【請求項５】
前記積層コイルは、絶縁性の樹脂で被覆されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の積層コイル。
【請求項６】
被振動測定体に近接される一の端部に請求項２又は請求項３に記載の積層コイルを格納したケースと、前記積層コイルの第１層のらせん状コイルの第１の電極又は前記らせん状コイルの中央端部のうち第２層のらせん状コイルに接続されていない方及び第２の電極からそれぞれ延設されるリード線と、このリード線に設けられる前記積層コイルのインピーダンスを測定可能な検出器を設けたことを特徴とする振動センサ。
【請求項７】
前記リード線に接続される交番電流を供給可能な電源を備えることを特徴とする請求項６に記載の振動センサ。
【請求項８】
同一平面上に形成されるらせん状コイルを複数積層して積層コイルを製造する方法であって、
一のらせん状コイルと、このらせん状コイルとは逆回りに形成される他のらせん状コイルを隣接させて配置し、
前記隣接するらせん状コイル同士は、前記らせん状コイルの中央端部同士の接続と、前記らせん状コイルの周辺端部同士の接続を交互に行うことで、直列に接続されることを特徴とする積層コイルの製造方法。
【請求項９】
前記らせん状コイルは、コイル本体と、このコイル本体の周辺端部に形成される第１の電極と、第２の電極とを基板枠にランナーを介して形成されるものであり、
前記らせん状コイルの周辺端部同士の接続は、前記第１の電極同士を接続するものであり、
第１層から第ｎ層までの第２の電極をそれぞれ接続するとともに、前記第ｎ層のらせん状コイルの中央端部又は周辺端部のうち、第（ｎ−１）層と接続されていない方と前記第ｎ層の第２の電極を接続し、
第１層から第ｎ層まで積層した後に、前記基板枠とランナーを切断除去することを特徴とする請求項８記載の積層コイルの製造方法。
【請求項１０】
前記らせん状コイルは、コイル本体と、このコイル本体の周辺端部に形成される第１の電極と、第２の電極とを基板枠にランナーを介して形成されるものであり、
前記らせん状コイルの周辺端部同士の接続は、前記第１の電極同士を接続するものであり、
第１層から第（ｎ−１）層までの第２の電極をそれぞれ接続するとともに、前記第（ｎ−１）層のらせん状コイルの中央端部と第ｎ層のらせん状コイルの中央端部を接続し、さらに、第ｎ層の第１の電極を前記第（ｎ−１）層の第２の電極へ接続し、
第１層から第ｎ層まで積層した後に、前記基板枠とランナーを切断除去することを特徴とする請求項８記載の積層コイルの製造方法。
【請求項１１】
前記らせん状コイルと隣接するらせん状コイルの間に絶縁材を配設して積層することを特徴とする請求項８乃至請求項１０のいずれか１項に記載の積層コイルの製造方法。
【請求項１】
同一平面上に形成されるらせん状コイルを複数積層してなる積層コイルであって、
前記らせん状コイルは隣接する他のらせん状コイルと逆回りに形成され、
前記らせん状コイル同士は、前記らせん状コイルの中央端部同士の接続と、前記らせん状コイルの周辺端部同士の接続を交互に行い直列に接続されることを特徴とする積層コイル。
【請求項２】
請求項１に記載の積層コイルが、第１層から第ｎ層まで積層される積層コイルであって、
前記らせん状コイルは、コイル本体と、このコイル本体の周辺端部に形成される第１の電極と、第２の電極とを有し、
前記らせん状コイルの周辺端部同士の接続は、前記第１の電極同士を接続するものであり、
第１層から第ｎ層までの第２の電極をそれぞれ接続するとともに、前記第ｎ層のらせん状コイルの中央端部又は周辺端部に形成される第１の電極のうち、第（ｎ−１）層と接続されていない方と前記第ｎ層の第２の電極を接続することを特徴とする積層コイル。
【請求項３】
請求項１に記載の積層コイルが、第１層から第ｎ層まで積層される積層コイルであって、
前記らせん状コイルは、コイル本体と、このコイル本体の周辺端部に形成される第１の電極と、第２の電極とを有し、
前記らせん状コイルの周辺端部同士の接続は、前記第１の電極同士を接続するものであり、
第１層から第（ｎ−１）層までの第２の電極をそれぞれ接続するとともに、前記第（ｎ−１）層のらせん状コイルの中央端部と第ｎ層のらせん状コイルの中央端部を接続し、第ｎ層の第１の電極を前記第（ｎ−１）層の第２の電極へ接続することを特徴とする積層コイル。
【請求項４】
前記らせん状コイルと隣接するらせん状コイルの間に絶縁材を配設することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の積層コイル。
【請求項５】
前記積層コイルは、絶縁性の樹脂で被覆されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の積層コイル。
【請求項６】
被振動測定体に近接される一の端部に請求項２又は請求項３に記載の積層コイルを格納したケースと、前記積層コイルの第１層のらせん状コイルの第１の電極又は前記らせん状コイルの中央端部のうち第２層のらせん状コイルに接続されていない方及び第２の電極からそれぞれ延設されるリード線と、このリード線に設けられる前記積層コイルのインピーダンスを測定可能な検出器を設けたことを特徴とする振動センサ。
【請求項７】
前記リード線に接続される交番電流を供給可能な電源を備えることを特徴とする請求項６に記載の振動センサ。
【請求項８】
同一平面上に形成されるらせん状コイルを複数積層して積層コイルを製造する方法であって、
一のらせん状コイルと、このらせん状コイルとは逆回りに形成される他のらせん状コイルを隣接させて配置し、
前記隣接するらせん状コイル同士は、前記らせん状コイルの中央端部同士の接続と、前記らせん状コイルの周辺端部同士の接続を交互に行うことで、直列に接続されることを特徴とする積層コイルの製造方法。
【請求項９】
前記らせん状コイルは、コイル本体と、このコイル本体の周辺端部に形成される第１の電極と、第２の電極とを基板枠にランナーを介して形成されるものであり、
前記らせん状コイルの周辺端部同士の接続は、前記第１の電極同士を接続するものであり、
第１層から第ｎ層までの第２の電極をそれぞれ接続するとともに、前記第ｎ層のらせん状コイルの中央端部又は周辺端部のうち、第（ｎ−１）層と接続されていない方と前記第ｎ層の第２の電極を接続し、
第１層から第ｎ層まで積層した後に、前記基板枠とランナーを切断除去することを特徴とする請求項８記載の積層コイルの製造方法。
【請求項１０】
前記らせん状コイルは、コイル本体と、このコイル本体の周辺端部に形成される第１の電極と、第２の電極とを基板枠にランナーを介して形成されるものであり、
前記らせん状コイルの周辺端部同士の接続は、前記第１の電極同士を接続するものであり、
第１層から第（ｎ−１）層までの第２の電極をそれぞれ接続するとともに、前記第（ｎ−１）層のらせん状コイルの中央端部と第ｎ層のらせん状コイルの中央端部を接続し、さらに、第ｎ層の第１の電極を前記第（ｎ−１）層の第２の電極へ接続し、
第１層から第ｎ層まで積層した後に、前記基板枠とランナーを切断除去することを特徴とする請求項８記載の積層コイルの製造方法。
【請求項１１】
前記らせん状コイルと隣接するらせん状コイルの間に絶縁材を配設して積層することを特徴とする請求項８乃至請求項１０のいずれか１項に記載の積層コイルの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００９−２７１０２（Ｐ２００９−２７１０２Ａ）
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９１５５３（Ｐ２００７−１９１５５３）
【出願日】平成１９年７月２４日（２００７．７．２４）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１８年度、経済産業省、中小企業地域新生コンソーシアム研究開発事業、産業再生法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（８０３０００１１５）学校法人東京理科大学 (545)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月２４日（２００７．７．２４）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１８年度、経済産業省、中小企業地域新生コンソーシアム研究開発事業、産業再生法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（８０３０００１１５）学校法人東京理科大学 (545)
【Ｆターム（参考）】
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