(57)【要約】【課題】消費電力を低減することのできるステッピングモーター、電子機器および時計を提供すること。【解決手段】ステッピングモーター１０は、ローター１１とローター１１を収納する中空部を備えたステーター１２とコイル１４を配するヨーク１３により構成されている。ヨーク１３はステーター１２の上に重ねられる。ステーター１２はコイル１４を収納可能なコイル収納部１２２とコイル収納部１２２を挟んだ位置でヨーク１３を支持するヨーク支持部１２３と表面全体に形成された被膜部１２４とを備えている。被膜部１２４は、ステーター１２を形成するパーマロイ材を酸化することによって得られる酸化被膜である。被膜部１２４は、ステーター１２とヨーク１３との間に介在する。被膜部１２４の厚みは、２ｎｍ以上６ｎｍ以下であることが好ましい。【選択図】図１
2010226828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と固定子とを備えたステッピングモーターであって、
前記固定子は、
前記回転子を回転可能に収納する中空の収納部が形成されたステーターと
コイルに接続されたヨークと、を有し、
前記ステーターと前記ヨークとは、酸化被膜を介して接合されている
ことを特徴とするステッピングモーター。
【請求項２】
請求項１に記載のステッピングモーターにおいて、
前記酸化被膜は、２ｎｍ以上６ｎｍ以下の厚みである
ことを特徴とするステッピングモーター。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のステッピングモーターにおいて、
前記酸化被膜は、前記ステーターと前記ヨークとの少なくともいずれか一方に形成され
る
ことを特徴とするステッピングモーター。
【請求項４】
回転子と、この回転子を回転可能に収納する中空の収納部が形成されたステーターおよ
びコイルに接続されたヨークを有する固定子とを有し、前記ステーターと前記ヨークとは
、酸化被膜を介して接合されているステッピングモーターと、
このステッピングモーターの駆動力により駆動される指針と、を備えた
ことを特徴とする電子機器。
【請求項５】
回転子と、この回転子を回転可能に収納する中空の収納部が形成されたステーターおよ
びコイルに接続されたヨークを有する固定子とを有し、前記ステーターと前記ヨークとは
、酸化被膜を介して接合されているステッピングモーターと、
このステッピングモーターの駆動力により駆動される指針と、を備えた
ことを特徴とする時計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力源として用いられるステッピングモーター、電子機器および時計に関す
る。
【背景技術】
【０００２】
従来、腕時計や自動車の走行距離計等の計時機器の動力源として、パルス信号で容易に
駆動制御できるステッピングモーターが使用されている。
ステッピングモーターは、図１に示すように、２極に着磁したローター１１（回転子）
とローター１１を収納する中空部を備えたステーター１２とコイル１４を配するヨーク１
３により構成されている。このような構成のステッピングモーターは、コイル１４にパル
ス信号が供給され、このパルス信号に同期して変化する磁力によりローター１１は一定角
度ずつ回転するため、計時機器の針の動力源に適している。
ここで、ステッピングモーター１０のヨーク１３とステーター１２とは重なることで接
触しているため、ヨーク１３とステーター１２の表面状態によって接触状態が変化し、モ
ーター性能が悪化するという問題があった。
そこで、ヨーク１３とステーター１２との間に非磁性体を介在させることで接触状態を
安定化させ、モーター性能を維持するという技術が提案されている（例えば、特許文献１
参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１６４８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、一定の位置で回転子をバラツキなく静止させることが
でき、モーター性能を維持することができるものの、消費電力の低減を図ることはできな
かった。
特に、腕時計等の小型の電子機器においては、電池寿命が長く、より小型化されること
が望まれている。すなわち、省電力化において、なお改良の余地がある。
【０００５】
本発明の目的は、消費電力を低減することのできるステッピングモーター、電子機器お
よび時計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のステッピングモーターは、回転子と固定子とを備えたステッピングモーターで
あって、前記固定子は、前記回転子を回転可能に収納する中空の収納部が形成されたステ
ーターとコイルに接続されたヨークと、を有し、前記ステーターと前記ヨークとは、酸化
被膜を介して接合されていることを特徴とする。
【０００７】
この発明では、ステーターとヨークとの間に酸化被膜を介在させているため、パルス信
号が供給されたときの磁気抵抗が大きくなり、ローターの起電圧波形にひずみを生じさせ
ることができる。このひずみは、単位時間当たりの磁束変化が大きくなることを意味する
。すなわち、回転検出電圧が大きくなるため、より低電力での駆動が可能となり、電池寿
命の長い時計を提供することができる。
また、低電力で駆動できることから、コイルの巻数を少なくするなど、ステッピングモ
ーターの小型化も図ることができる。
【０００８】
本発明のステッピングモーターにおいて、前記酸化被膜は、２ｎｍ以上６ｎｍ以下の厚
みであることが好ましい。
酸化被膜が２ｎｍ未満であると、安定してローターの起電圧波形にひずみを生じさせる
ことができない。一方、酸化被膜が６ｎｍを超えると、磁気抵抗が大きくなりすぎるため
、ローターを安定して回転させることができない。
したがって、酸化被膜が２ｎｍ以上６ｎｍ以下の厚みに形成されることにより、安定し
て低電力の駆動が可能となり、安定してローターの回転を制御することができる。
【０００９】
本発明のステッピングモーターにおいて、前記酸化被膜は、前記ステーターと前記ヨー
クとの少なくともいずれか一方に形成されることが好ましい。
酸化被膜は、ステーターとヨークを構成する磁性材料を酸化させることにより形成され
る。ステーターとヨークのうち少なくともいずれか一方に酸化被膜が形成されることによ
り、ステーターとヨークとを接合した場合に、ステーターとヨークとの間に酸化被膜が介
在することとなる。
したがって、前述と同様に、より低電力での駆動が可能となり、電池寿命の長い時計を
提供することができる。
【００１０】
本発明の電子機器は、回転子と、この回転子を回転可能に収納する中空の収納部が形成
されたステーターおよびコイルに接続されたヨークを有する固定子とを有し、前記ステー
ターと前記ヨークとは、酸化被膜を介して接合されているステッピングモーターと、この
ステッピングモーターの駆動力により駆動される指針と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明の時計は、回転子と、この回転子を回転可能に収納する中空の収納部が形
成されたステーターおよびコイルに接続されたヨークを有する固定子とを有し、前記ステ
ーターと前記ヨークとは、酸化被膜を介して接合されているステッピングモーターと、こ
のステッピングモーターの駆動力により駆動される指針と、を備えたことを特徴とする。
これらの発明によれば、ステーターとヨークとの間に酸化被膜が介在しているため、低
電力での駆動が可能な時計および電子機器を提供することができる。また、低電力で駆動
できることから、コイルの巻数を少なくする等の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態にかかるステッピングモーターを搭載した時計の一部を示す概略図。
【図２】前記実施形態におけるステッピングモーターの断面図。
【図３】前記実施形態における起電圧の波形を示す波形図。
【図４】前記実施形態においてステーターに酸化被膜を形成する工程を示すフローチャート。
【図５】純鉄の焼鈍温度と磁気特性の関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、本発明はこの実施形態
によって何等限定されるものではない。
本実施形態では、腕時計装置に搭載されたステッピングモーターを例示して説明する。
【００１３】
（時計の構成）
図１に示すように、時計１００は、動力源となるステッピングモーター１０とステッピ
ングモーター１０を制御する制御装置２０とステッピングモーター１０の動力により駆動
する輪列３０とを備えている。
ステッピングモーター１０は、回転可能なローター１１とローター１１を収納する中空
部を備えたステーター１２とコイル１４を配するヨーク１３により構成されている。ヨー
ク１３はステーター１２の上に重ねられ、これらはまとめてネジで地板等に固定される。
【００１４】
ローター１１は、径方向に２極に着磁された磁石部１１１と回転支軸１１２とを有して
いる。磁石部１１１は、サマリウム、コバルトを主原料とした希土類焼結磁石で形成され
、最大エネルギー積が３２ＭＧＯｅ（≒２５４．６４８ｋＪ／ｍ３）となっている。磁石
部１１１の形状は径１．１ｍｍ、厚み０．４ｍｍの円盤形状である。回転支軸１１２は、
一方の端部が磁石部１１１の中心部となり、他方の端部には輪列３０の歯車が構成されて
おり、ローター１１の回転による動力を輪列３０に伝達する。
【００１５】
ステーター１２は平面略Ｕ字形状に形成され、ローター１１を収納可能な中空部１２１
とコイル１４を収納可能なコイル収納部１２２と、コイル収納部１２２を挟んだ位置でヨ
ーク１３を支持するヨーク支持部１２３と、ステーター１２の表面全体に形成された被膜
部１２４とを備えている。
ステーター１２を形成する材料には磁性部材が用いられ、中でもパーマロイ材が有効で
ある。パーマロイ材で形成されるステーター１２は、最大透磁率が３５００００、飽和磁
束密度が７５００Ｇ（ガウス）（ＳＩ単位系では０．７５Ｔ（テスラ））である。
【００１６】
中空部１２１は、径１．８ｍｍの円形状に形成され、ローター１１を回転可能に収納す
る。また、中空部１２１の内周面には対向する位置に１組のノッチ１２１Ａが形成されて
いる。ノッチ１２１Ａは、無励磁状態でのローター１１の静止位置を規制するものであり
、ノッチ１２１Ａの角度を調整することでローター１１の静的安定位置を制御することが
できる。
コイル収納部１２２は、ステーター１２のＵ字形状の凹部に相当する部分であり、ヨー
ク１３に支持されたコイル１４を収納する。
ヨーク支持部１２３は、コイル収納部１２２を挟んで設けられ、コイル１４の両端部に
設けられたヨーク１３を支持する。ヨーク支持部１２３の中心付近には、ねじ孔部１２３
Ａ（図２参照）が形成されている。
【００１７】
被膜部１２４は、ステーター１２の表面全体に形成されている。被膜部１２４は、ステ
ーター１２を形成するパーマロイ材を酸化することによって得られる酸化被膜である。図
２に示すように、被膜部１２４は、ステーター１２とヨーク１３との間に介在する。被膜
部１２４の厚みは、２ｎｍ以上６ｎｍ以下であることが好ましい。被膜部１２４の厚みが
２ｎｍ未満であると、磁気抵抗が小さくなり、起電圧を大きくすることができない。一方
、被膜部１２４の厚みが６ｎｍを越えると、磁気抵抗が大きくなりすぎてステッピングモ
ーター１０の制御を正確に行えない場合がある。
【００１８】
ヨーク１３はコイル１４を支持する部材であり、コイル１４の両端部に設けられ、ステ
ーター１２のヨーク支持部１２３に載置可能に平板状に形成される。ヨーク１３には、ス
テーター１２のねじ孔部１２３Ａと同一中心を持つ孔部１３１が形成されており、この孔
部１３１とねじ孔部１２３Ａとが上部よりねじ締めされることにより磁気導通がとられ、
磁気回路が形成される。
ヨーク１３を形成する材料には磁性部材が用いられ、中でもパーマロイ材が有効である
。パーマロイ材で形成されるヨーク１３は、最大透磁率５００００、飽和磁束密度が１５
０００Ｇ（ガウス）（ＳＩ単位系では１．５Ｔ（テスラ））である。
コイル１４は、高透磁材を用いた磁心に極細線ワイヤを８０００ターン巻いたもので構
成され、抵抗は２５００Ωである。
【００１９】
制御装置２０は、コイル１４に駆動パルスを供給する。これによりコイル１４に磁力が
発生し、ローター１１が反発することで回転する。すなわち、駆動パルスが供給されるご
とにコイル１４に流す電流を切り替えることでローター１１を一定角度ずつ回転させるこ
とができる。
輪列３０は、複数の歯車が咬み合って構成され、一方の端部の歯車はローター１１の回
転支軸１１２に接続し、各歯車は時計１００の秒針４１、分針４２、時針４３を支持して
いる。すなわち、ローター１１の回転が動力となり、回転支軸１１２および輪列３０の各
歯車を介して秒針４１、分針４２、時針４３を動かすことができる。
【００２０】
（時計の動作）
次に、時計１００におけるステッピングモーター１０の動作を説明する。
まず、制御装置２０が駆動パルスを供給しない無励磁状態では、ローター１１はステー
ター１２の中空部１２１に設けられた内ノッチ１２１Ａに規制されて、内ノッチ１２１Ａ
の位置に対して直角の方向にローター１１の磁極が向いた状態で静止している。
次に、制御装置２０からコイル１４に駆動パルスが供給されると励磁状態となる。この
励磁状態では、コイル１４に流す電流を切り替えることによってローター１１を特定のタ
イミングで１８０度回転駆動させることができ、その回転力を回転支軸１１２および輪列
３０に伝達して針４１、４２、４３を動かしている。
【００２１】
このときのローター１１の起電圧波形を図３に示す。図３において、破線が示す波形は
従来の起電圧波形であり、実線が示す波形は本実施形態のステッピングモーター１０にお
ける起電圧波形である。図３に示すように、本実施形態では起電圧波形にＡに示すような
ひずみが生じる。これは、ステーター１２とヨーク１３との間に酸化被膜である被膜部１
２４を介在させることで磁気抵抗が大きくなるためである。このように、起電圧波形にひ
ずみが生じると単位時間当たりの磁束変化が大きくなる。すなわち、回転検出電圧が大き
くなり、駆動パルスのデューティが小さい部分での駆動が可能となるため、消費電力を抑
えることができる。
制御装置２０が駆動パルスの供給を止めると、再びローター１１は内ノッチ１２１Ａの
位置に対して直角の方向にローター１１の磁極が向いた状態で静止する。
【００２２】
（ステッピングモーター１０の製造方法）
次に、ステッピングモーター１０を構成するステーター１２を製造する方法について説
明する。本実施形態では、ステーター１２を焼鈍する過程で酸化被膜を形成するため、焼
鈍処理について詳しく説明する。
焼鈍処理を行うには炉が用いられる。炉は、内部に磁性部材を収納可能とされ、炉内に
水素を供給する供給路と、炉内を加熱する加熱装置と、炉内の温度を検出する温度検出手
段と、を有している。このような炉を用いて焼鈍処理を行う工程を、図４のフローチャー
トに基づいて説明する。
【００２３】
まず、磁性部材としてパーマロイ材を用い、ステーター１２をＵ字形状に成形した後、
炉内へ収納する（ステップＳ１０１）。
次に、水蒸気含有水素を供給路から１７．５Ｌ／ｍｉｎの流量（大気圧下）で炉内へ注
入する（ステップＳ１０２）。なお、流量はこれに限られず、炉の大きさに応じて適宜調
整することができる。ここで、水蒸気含有水素とは、常温で水分を含んでいればよく、例
えば、３０℃で相対湿度が１００％になる水蒸気を含む水素ガスである。水蒸気の相対湿
度が１００％になる温度が３０℃未満であると、被膜部１２４（酸化被膜）の厚みを２ｎ
ｍ以上に形成できないおそれがある。また、酸化被膜の厚みは水素ガス中の水蒸気量に依
存すると考えられるため、酸化被膜の厚みの好ましい範囲である２ｎｍ以上６ｎｍ以下に
形成するには、例えば、水蒸気の相対湿度が１００％になる温度を３０℃以上４０℃以下
とすることが好ましい。
【００２４】
次に、炉を密閉して炉内を非酸化性雰囲気（または真空状態）とした後、加熱装置によ
り炉内の温度を９３０℃以上１２００℃以下、好ましくは１１００℃以上１１５０℃以下
の範囲内（焼鈍温度）になるまで加熱して焼鈍処理を行う（ステップＳ１０３、加熱焼鈍
工程）。具体的には、１１００℃以上１１５０℃以下の温度範囲内で３時間加熱する。こ
れにより、内部の歪みを除去し、パーマロイ材の組織を肥大化させることができる。
そして、１２０℃／時間の割合で、ゆっくり炉内を冷却する（ステップＳ１０４、冷却
工程）。この冷却の過程において、４００℃以上５００℃以下の温度範囲内（磁性部材の
組織を規則格子構造に形成可能な温度の範囲内）では、パーマロイ材の組織（面心立方格
子構造）がＮｉ３Ｆｅ型の規則格子構造となる。これにより、優れた磁気特性を得ること
ができる。
【００２５】
温度を下げる際には、温度検出手段により炉内の温度変化を監視し、酸化被膜形成温度
を検出する（ステップＳ１０５）。酸化被膜形成温度とは、磁性部材の表面に酸化被膜が
形成される温度であるとともに、前述の焼鈍処理および規則格子構造形成を十分に行うた
めに、焼鈍温度および規則格子構造形成温度よりも低い温度でなければならない。磁性部
材がパーマロイ材である場合には、酸化被膜が形成される温度は３００℃以上であり、規
則格子構造形成温度が４００℃以上５００℃以下であることから、酸化被膜形成温度は３
００℃以上４００℃未満の温度範囲である。
【００２６】
酸化被膜形成温度、すなわち４００℃未満になったことが検出されると、炉を開いて炉
内に空気を流通させ、磁性部材の表面全体に酸化被膜を形成させる（ステップＳ１０６）
。パーマロイ材は３００℃以上４００℃未満の温度範囲内で空気（酸素）に接触すること
で、２ｎｍ以上６ｎｍ以下の厚みの酸化被膜が形成される。
そして、３００℃未満まで温度が下がり、十分に冷却された後、炉から磁性部材を取り
出して（ステップＳ１０７）、焼鈍処理を終了する。
【００２７】
（実施例）
次に、本発明を実施例を用いてさらに詳しく説明する。本発明は、以下の実施例に限定
されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれ
るものである。
磁性部材としてのパーマロイ材に対して、以下の表１に示す水蒸気を含む水素を用いて
上記実施形態と同様の工程で焼鈍処理および酸化被膜形成処理を実施した。処理終了後の
磁性部材の磁気特性をそれぞれ測定し、その結果を表１に示す。また、磁性部材に形成さ
れた酸化被膜の膜厚と、この酸化被膜が形成されたステーターを用いたステッピングモー
ターの性能（作動領域および回転検出）を測定した結果を表２に示す。ここで、作動領域
とは、ローターが安定して回転できる電圧の範囲である。また、回転検出とは、ローター
が１８０°回転した後にすぐに回転が止まらずに減衰する際のローターの挙動（波形）を
増幅して得られる値である。
【００２８】
【表１】
2010226828.tif 000003
【００２９】
【表２】
2010226828.tif 000004
【００３０】
表１に示すように、３０℃で相対湿度が１００％となる水蒸気を含む水素ガスを用いた
実施例１は、最大磁束密度、残留磁束密度および保磁力は比較例１〜３と同等であり、従
来の磁気特性を維持している。また、パーマロイ材の透磁率の下限値の規格は、初透磁率
は１０００００、最大透磁率は１５００００とされているため、製品として問題ないレベ
ルであった。
表２に示すように、実施例１は、比較例１〜３に比べて酸化被膜を厚く形成することが
できた。実施例１では、作動領域の最大値が比較例１〜３に比べて小さく、回転検出の幅
が比較例１〜３に比べて広い。すなわち、低電力でローターを回転させることができる。
【００３１】
（本実施形態の作用効果）
以上、説明した本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
上記実施形態では、ステーター１２に酸化被膜である被膜部１２４を形成し、この被膜
部１２４をステーター１２とヨーク１３との間に介在させる構成とした。被膜部１２４の
厚みは２ｎｍ以上６ｎｍ以下である。
これによれば、ステッピングモーター１０内の磁気回路における磁気抵抗を大きくする
ことができ、安定して起電圧波形にひずみを生じさせることができる。このひずみにより
回転検出電圧が大きくなるため、より低電力での駆動が可能となり、電池寿命の長いステ
ッピングモーター１０および時計１００を提供することができる。
また、低電力で駆動できることから、コイルの巻数を少なくするなど、ステッピングモ
ーター１０の小型化を図ることもできる。
【００３２】
上記実施形態では、炉内に３０℃で相対湿度が１００％となる水蒸気を含む水素ガス（
水蒸気含有水素）を注入した状態で焼鈍処理を行い、焼鈍処理後の冷却の過程で酸化被膜
を形成した。上記実施例に示すように、水蒸気の相対湿度が１００％となる温度が低い比
較例１〜３では、酸化被膜が薄くしか形成されないが、３０℃で相対湿度が１００％とな
る水蒸気を含む水素ガスを用いた実施例１では、十分な厚みの酸化被膜を形成することが
できた。このような実施例１は、表２に示すように、ステッピングモーター１０が作動す
る起電圧の領域（作動領域）の最大値が比較例１〜３に比べて小さく、低電力で駆動する
ことができる。また、実施例１は、回転検出の最小値が比較例１〜３に比べて小さいため
、低電力で回転させることができる。
【００３３】
また、上記実施形態では、焼鈍されたパーマロイ材の組織が規則格子構造となる温度（
規則格子形成温度）は４００℃以上５００℃以下の範囲内であるため、この温度範囲内で
は炉を閉めた状態、すなわち非酸化性雰囲気（または真空中）とする。これにより、優れ
た磁気特性（高透磁率）を得ることができる。また、パーマロイ材は温度が３００℃以上
で酸化しやすいため、この温度範囲内であればパーマロイ材の表面に酸化被膜を効率よく
形成することができる。本実施形態では、３００℃以上４００℃未満の温度範囲内で炉を
開けるので、十分に規則格子構造が形成された後に酸化被膜を形成することになる。すな
わち、従来と変わらない磁気特性が得られるとともに、冷却工程において所定の温度範囲
内で炉を開くだけで酸化被膜を形成することができるので、簡単に製造することができる
。また、設備投資などの経済的負担もない。
【００３４】
（本実施形態の変形例）
なお、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されている
が、本発明は、これに限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、ステーター１２の表面に酸化被膜を形成させたが、ステー
ター１２とヨーク１３とを重ね合わせたときにステーター１２とヨーク１３との間に酸化
被膜が介在する構成であればこれに限られない。例えば、ヨーク１３の表面に酸化被膜を
形成させてもよいし、ステーター１２とヨーク１３の両面に酸化被膜を形成させてもよい
。
【００３５】
また、上記実施形態では、磁性部材としてパーマロイ材を用いたがこれに限られず、純
鉄を用いることもできる。図５には、厚さ（ｔ）０．５ｍｍの純鉄板に対して３時間焼鈍
処理を行った場合の純鉄の焼鈍温度と保磁力の関係が示されている。図５に示されている
ように、純鉄に焼鈍処理を施す場合は、８５０℃以上９００度以下の温度範囲内で３時間
加熱することで内部の歪みを除去することができる。その後、ゆっくり冷却することで内
部の組織を規則格子構造に形成でき、優れた磁気特性が得られる。
そして、温度が４００℃未満となったことを検出すると、前述と同様に炉を開いて酸化
被膜を形成させる。なお、純鉄の場合は、冷却の過程で７００℃以上の温度で規則格子構
造が形成されるので、７００℃未満となった時点で炉を開いてもよいが、高温で炉を開く
ことは危険を伴うため、上記のように４００℃未満の温度で炉を開くことが好ましい。
【符号の説明】
【００３６】
１００…時計、１０…ステッピングモーター、１１…ローター、１２…ステーター、１
３…ヨーク、１４…コイル、２０…制御装置、３０…輪列。
【図１】
2010226828.tif 000005
【図２】
2010226828.tif 000006
【図３】
2010226828.tif 000007
【図４】
2010226828.tif 000008
【図５】
2010226828.tif 000009