(57)【要約】【課題】  揺動型ステップモータで連続運針を実現する際、ローターのステップ動作が終了した時点で、ローターに駆動された星車の後続歯が、慣性の影響によってローターの駆動カムと接触する位置まで回転を続ける。この状態で、次のステップ動作が開始された直後に、駆動カムが接触している後続歯を押し戻してしまうことがあった。【解決手段】  ローターが往復動作範囲の両端に存在する状態で、駆動カムの円弧面が星車の歯先円と交差する配置および形状とする。更に、ローターから星車へのトルク伝達率向上と、ローターと星車との噛み付き状態回避を目的として、ローターと星車の配置に関して、ローター振り角、駆動カム見開き角、星車の歯底部長さおよび星車の歯厚と関連づけて規制をかける。【選択図】  図１
2014163665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いの歯先同士が噛み合わない位置に設けられた２つの星車と、
前記星車を駆動するために往復運動するローターを有する揺動型ステップモータにおいて、
前記ローターは、
前記星車を駆動するための所定の開き角度を有する２つのカム面と、
該カム面を結ぶ逆回転防止面である円弧面を設けたカムと、
往復動作範囲を規定する往復動作範囲規定部である突部を有し、
前記ローターが前記往復動作範囲規定部である突部により規定された両端位置にあるときに、
前記星車の歯先円のいずれか一方は、前記逆回転防止面である円弧面と交差することを特徴とする揺動型ステップモータ。
【請求項２】
前記ローターの回転軸を基準として前記２つの星車の回転軸を眺めた際の見開き角（以下、星車配置見開き角）を θs 、
前記ロータが往復動作をする際の片方向分でのステップ角範囲（以下、ロータステップ角）を θp、
前記ロータ回転軸を基準として２つのカム面を眺めた際の見開き角（以下、ローターカム見開き角）を θc 、
前記星車の回転軸を基準として前記星車の歯底を挟む２つの歯面を眺めた際の見開き角（以下、星車歯底見開き角）を θg、
前記星車の回転軸を基準として前記星車の任意の歯を挟む２つの歯面を眺めた際の見開き角（以下、星車歯厚開き角）を θt と定義した場合に、
θc＋θp＋θg ＜ θs ＜ θc＋θp＋θg＋２×θt        ・・・  ［式１］
となることを特徴とする請求項１に記載の揺動型ステップモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指針式電子時計等の電気−機械変換器として用いられる、ステップモータの構造に関する。更に詳しくは、ローターが所定の角度振幅で往復運動しながら出力歯車を一往復につき所定角度ずつ駆動するようにした揺動型ステップモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
指針式電子時計で一般的に用いられる２極のステップモータは、毎秒１回、ローターが駆動されて１８０度ずつ回転し、秒針、分針、時針につながる輪列を駆動するもので、低消費電力化や動作の信頼性などにおいてかなりの成功を収めている。
【０００３】
このような指針式電子時計では、秒針の運針は１秒に１回ずつ行われる。しかし、時計のユーザーの中には、機械式時計のような、秒針が流れ動くように見える連続運針（スイープ運針を称することもある。１秒間に数回〜１０数回の小刻みの間欠運針であってもよい。）を好む層があり、近年その需要も増している。
【０００４】
一般的なステップモータを用いてそのような要求を満たすことは、駆動の時間間隔を短くし、秒針までの減速比を大きくすれば一応は実現できる。しかし、ローターは無視できない慣性能率を持ち、毎回の駆動ごとに加速されて輪列を駆動するが、余剰の運動エネルギーをロータの自由減衰振動の過程で捨てているので、駆動の頻度が増すと共に無駄になる消費エネルギーの比率が大きくなり、電源電池の消耗を早めることになる。
【０００５】
このような連続運針を行なう指針式電子時計のなかで、特に腕時計は、十分な電池寿命を持たせるために大型の電池を搭載せねばならず、時計の小型化や薄型化を図るには大きな支障があった。
また、電池交換を不要にするために太陽電池等の発電機構を搭載することもあるが、上述の如く、一般的なステップモータを用いる連続運針の場合は消費電力が大きいため、腕時計に搭載できる発電機構では給電が十分ではなく、電池非交換式腕時計を実現することもできなかった。
【０００６】
こうした課題を克服する為の発明として、特許文献１に記載されるようなものが知られている。特許文献１では、ローターの運動の無駄な行程を減らして、その運動ストロークの大部分が輪列駆動のために有効に使われるようにし、ローターを同じ方向に回転させずに所定の角度での往復運動、即ち揺動運動をさせることとしている。このような仕組みとすることで、高頻度の運動であってもエネルギー的な難点を克服している。
【０００７】
図１１には特許文献１に示した従来技術に記載された揺動型ステップモータの要部構成が示してある。
【０００８】
図１１において、コイル５０５と磁気的に接続している高透磁率の磁性材料より成るステータ５０１には、ローター磁石５０３と送り歯部５０４を含むローター５０２が回転自在な形で組み合わされてステップモータ５００を構成している。コイル５０５に電流を印加するとステータ５０１に磁束が発生し、ローター磁石５０３がこの磁束に応じた姿勢を保とうとすることによりローター５０２は回転する。ローター５０２が９０°以上回らないように、コイル５０５へ電流の向きを交互に切り替えながら印加すると、ステータ５０１には、電流を印加する毎に発生する磁束の向きが切り替わり、ローター５０２は往復動作をするようになる。ローター５０２の両脇には２つの星車Ａ ５０６、星車Ｂ５０７が存在し、星車Ａ５０６、星車Ｂ５０７には回転軸を共有する形で歯車Ａ５０８、歯車Ｂ５
０９がそれぞれ設けられており、歯車Ａ、歯車Ｂは互いに噛み合っていて、星車Ａと星車Ｂの動きを連動させている。ローター５０２に設けられている送り歯部５０４の歯は、ローター５０２が往復動作をする際に、星車Ａ５０６もしくは星車Ｂ５０７の歯を交互に押し回すことが可能なように構成されており、歯車Ａと歯車Ｂとの噛み合いにより、星車Ａ５０６、星車Ｂ ０７ともに常に同じ方向の回転をするようになる。星車Ａの動きを秒針以後の表示針へ動力を伝達するように別途輪列が設けられており、高頻度のロータ５０２の往復動作を比較的小さなエネルギーで実現し、秒針が流れ動くように見えるスイープ運針を達成している。
【０００９】
特許文献１の揺動型ステップモータでは、その動作を安定させる為に、図１２に示したような構造的な工夫も開示している。
【００１０】
図１２は、送り歯部５０４がRX方向に回転し、星車Ｂ ５０７がRY方向へ押された際の一例である。送り歯部５０４には、星車Ａ、星車Ｂを押し回す為のカム５１１と突部５１２が存在し、回転規制部材５１０は突部５１２と接触可能なように配置される。回転規制部材５１０は送り歯部５０４の往復動作範囲を規制することができ、図１１のコイル５０５に大きな電流が印加された場合でも、送り歯が９０°以上回転せず安定して往復動作ができるように設定されている。カム５１１の両脇には、星車Ａ ５０６を押し回す為のカム面５１１Ａと、星車Ｂ ５０７を押し回す為のカム面５１１Ｂとが設けられている。送り歯５０１のカム面５１１Ｂが星車Ｂ ５０７の歯の一つである歯５０７Ａを押し回し続けると、突部５１２が回転規制部材５１０と接触する。この際、送り歯５０１の回転は機械的に停止するものの、星車Ｂ ５０７のみが慣性の法則に乗っ取って回転運動を続ける状態が起こる。その結果、図１２に示したように、押し回されてきた歯５０７Ａがカム面５１１Ｂから離れ、歯５０７Ａに後続してくる歯５０７Ｂがカム５１１に接近してくる。ここで、特許文献１のように、２つのカム面５１１Ａ、５１１Ｂのうち少なくとも一方のカム面は、常に星車Ａ ５０６の歯先円（図１２にて一点鎖線で示す）あるいは星車Ｂ ５０７の歯先円（図１２にて一点鎖線で示す）の内側に入るような状態にしておくと、後続してくる歯５０７Ｂはカム面５１１Ａに接触し、星車Ｂ ５０７の回転を停止させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】WO2012/032993 A1号公報（図１、図２６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１に示した従来技術には、以下の問題点が存在する。
図１２に示したように星車Ｂ５０７の後続してくる歯５０７Ｂがカム面５１１Ａと接した状態でステップ動作を終えた場合、次のステップ動作に入る際には、図１３に示すように、コイルへの電流印加方向が切り替わるのに伴い送り歯部５０４はRV方向へ回転するようになる。この時、カム面５１１Ａと歯５０７Ｂとが接している為、送り歯部５０４はRW方向へ回るようになる。この動作は、本来、星車Ｂ ０７が回転して欲しい向きとは逆なので、それまでのステップで運針させてきた分を戻してしまうことになってしまう。
【００１３】
本願発明は、ローターを揺動運動させて星車を所定角度ずつ連続的に回転させる揺動型のステップモータに対して、星車の反転を防止するとともに、星車が安定的に動作する輪列構成を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の揺動型ステップモータは、上記目的を達成するため、以下の構成を採用するも
のである。
【００１５】
ロータの送り歯部のカム形状は、２つの星車を押し回す為の２つのカム面と、その２つのカム面の間に存在していてロータ回転軸を中心とした円弧面よりなる。ロータが往復運動範囲の両端位置に存在する場合に、２つの星車の歯先円のいずれか一方は、カム形状をなす円弧面に交わることを特徴とする。
【００１６】
このようなローターのカム形状とすることで、予め回転規制部材等で決定されるローターの往復運動範囲をローターが往復動作をする際に、星車が進んできた分を逆戻してしまうような逆転動作を解消させることができる。
【００１７】
ローター回転軸を基準として２つの星車の回転軸を眺めた際の見開き角（以下、星車配置見開き角と呼ぶ）を θs と、ローターが往復動作をする際の片方向分でのステップ角範囲（以下、ローターステップ角と呼ぶ）を θp、ローター回転軸を基準として２つのカム面を眺めた際の見開き角（以下、ローターカム見開き角と呼ぶ）を θc 、星車の回転軸を基準として星車の歯底を挟む２つの歯面を眺めた際の見開き角（以下、星車歯底見開き角と呼ぶ）を θg、星車の回転軸を基準として星車の任意の歯を挟む２つの歯面を眺めた際の見開き角（以下、星車歯厚開き角と呼ぶ）を θt と定義した際に、星車配置見開き角 θs が、
θc＋θp＋θg ＜ θs ＜ θc＋θp＋θg＋２×θt        ・・・  ［式１］
を満足するように、ローターと星車の配置、およびローターと星車の形状が決められていることを特徴とする。
【００１８】
このような、ローターと星車の配置条件、およびローターと星車の形状条件を満足させることで、前述の星車逆転防止対策を盛り込んだ際でも、ローターが星車を押し進める際の初動トルクを大きくすることができ、更に、ローターカムが２つの星車と噛み付いてローター動作範囲を狭めて星車を回転不可能にする状態を発生させないようにすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本願発明により、揺動型ステップモータでローターを往復動作をさせながら、星車が逆方向に回転してしまうことなく、常に同一方向へ連続的にステップ送りさせることが可能となる。星車の逆方向回転を対策した際には、ローターが星車を押し回す際の初動トルク不足が懸念されるが、このトルク不足の懸念も解消可能となる。更に、このトルク不足を対策した際にはローターと星車が噛み付いて星車が動けなくなる状態（以下、星車ロックと呼ぶ）に陥る危険も生じうるが、この星車ロックも発生しないような安定状態を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の揺動型ステップモータの実施形態の要部を説明する平面図である。
【図２】本発明の揺動型ステップモータの動作を説明する概略図である。
【図３】本発明の揺動型ステップモータの実施形態の構造を説明する概略斜視図である。
【図４】本発明の揺動型ステップモータの実施形態の構造を説明する概略斜視図である。
【図５】本発明の揺動型ステップモータの実施形態の部品形状および配置を説明する平面図である。
【図６】本発明の揺動型ステップモータの実施形態から星車配置見開き角を狭めた場合を説明する平面図である。
【図７】本発明の揺動型ステップモータの実施形態から星車配置見開き角を広げた場合を説明する平面図である。
【図８】本発明の揺動型ステップモータの星車配置見開き角とロータートルク伝達率の関係を説明する平面図である。
【図９】本発明の揺動型ステップモータの星車配置見開き角とロータートルク伝達率の関係を説明するグラフである。
【図１０】本発明の揺動型ステップモータの実施形態から星車配置見開き角を狭めた場合を説明する平面図である。
【図１１】特許文献１の従来技術の構造を説明する概略斜視図である。
【図１２】特許文献１の従来技術のローターおよび星車の動作を説明する平面図である。
【図１３】特許文献１の従来技術のローターおよび星車の動作を説明する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の揺動型ステップモータは、駆動車を星車と歯車とし、互いの歯先同士が噛み合わない位置に設けた２つの星車と、それに関連し合うように結合されると共に互いに逆回転するように設けた２つの歯車とを備えている。往復動作するローターには、所定の開き角度で２つのカム面を設けたカムと往復動作範囲を規定する為の突部が設けてある。２つのカム面は、それぞれの星車と当接してローターが動く向きにあわせてそれぞれの星車を押す。一方、突部は、ローターが往復の回転動作をした際にそれぞれの回転方向で動作範囲に制約がかかるように設けられた回転規制部材と接触する構造となっている。
【００２２】
ローターのカムは、それぞれの星車を押し回す為の２つのカム面を有しているが、それぞれのカム面の間は、ローター回転軸を中心とした円弧面で連結されている。この円弧面は、突部が回転規制部材と当接した状況の際に、２つの星車のうちのいずれか一方の星車の歯先円と交差する構成となっている。
【００２３】
このような構成によって、揺動型ステップモータで連続的にローターを往復動作させる際に、ローターが往復動作範囲の終端から始動した時のローター反転を抑えることが可能となる。
【００２４】
ところで、揺動型ステップモータでローターを安定動作させるには、ローターの反転防止ばかりではなく、ローターのカム面が星車へ接触した瞬間のトルク伝達率や、ローターのカムが２つの星車と同時に噛み付く現象についても合わせて配慮が必要となる。
【００２５】
ローターのカム面が星車へ接触した際にローターから星車へのトルク伝達率が低いと、ローターが星車を押し進める為の力が足りなくなり、カム面が星車と接触したところでローターの止まりが発生してしまうことがある。この状況になると、いくら強い補正パルスでローターを駆動しても駆動しきれずに、揺動型ステップモータの動作は極めて不安定なものになってしまう。この為、ローターのカム面が星車へ接触した際のトルク伝達率について、十分な安定動作が確保できるように、ローターと星車の配置、ローターカム形状、星車形状を選択する必要がある。
【００２６】
また、ローターや星車の配置が一定の際に、相対的にローターのカムの円弧面の円弧長が長めの際に顕著となる事例であるが、ローターのカムによって押し進められている第１の星車が、互いに噛み合っている歯車を介して第２の星車を押し進めていくと、第２の星車がローターのカムの円弧部と接触して、それ以上回転できなくなる状況が発生する。即ち、ローターが２つの星車と同時に噛み付いてしまう状況（以下、星車同時噛み付きと呼ぶ）である。この状況が発生すると、ローターは往復動作範囲の一方の範囲終端と噛み付き状況との間を往復できるだけで、それぞれの星車もそれに応じた決まった範囲を往復動作できるのみで回転はできなくなる。最悪ケースでは、各車のほぞと受のがた分が悪影響して噛み付いた状態が強固になってしまう場合もあり、以後の動作が不動となる致命的な状態である星車ロックが起こることもある。こうした事態を防ぐ為にも、ローターと星車の配置、ローターカム形状、星車形状を選択する必要がある。
【００２７】
このように、ローターの反転以外の、ローターから星車へのトルク伝達率と星車同時噛み付き回避の観点から、発明者の検討によって、星車配置見開き角 θs については、［式１］で定義する条件に規制されるのが良いことが判った。
【００２８】
実施形態については、ローターのカムが往復動作範囲の終端に位置する際に、ローターのカムの円弧面が２つの星車のうちのいずれか一方の星車の歯先円と交差する構成要件と、［式１］で定義される星車配置見開き角 θs の条件を満足する構成要件を満足したものである。以下、図面を用いて実施形態を説明する。
なお、説明に関係のない構成、例えば、地板や受類、指針や駆動回路基板なでの時計の構造部品については、説明や図示を省略している。
【実施例】
【００２９】
［実施形態の説明：図１〜図１０］
本発明の揺動型ステップモータの実施形態を図１〜図１０を用いて説明する。まず、揺動型ステップモータの全体構成概略を図３〜図４を用いて説明する。
【００３０】
図３には揺動型ステップモータの全体構成の概略が示してある。
図４は、構成説明の為に、図３から５番車２０５、連動歯車Ａ２０３、連動歯車Ｂ２０４を除外した駆動系の全体構成概略図である。
【００３１】
図４において、高透磁性の材料よりなるステータ２０２はコイル２０１と磁気的に接続し磁気回路を構成している。コイル２０１には図示しない外部の駆動回路より、モータのステップ毎に向きが反転する電流が印加される。駆動回路からコイル２０１へ電流が印加されるとステータ２０２内へ磁束が流れ込み、電流の向きが変わる毎にその磁束の向きも切り替わる。ローター１０１は、コイル２０１で発生した磁束がステータ２０２に流れ込むことで、その磁束の向きへローター１０１に設けられているローター磁石の磁極の方向が順応する形で回転動作を開始する。ローター１０１は回転規制部材１０４によって動作範囲に制限がかけられ、コイル２０１への電流印加方向をステップ動作毎に切り替えることで、ローター１０１は所定の角度範囲内を往復動作する。ローター１０１が往復動作すると、ローター１０１の両脇に存在する、星車Ａ１０２、星車Ｂ１０３を交互に押し回す。なお、星車Ａ１０２と星車Ｂ１０３とは同じ歯形が使われており、ローター１０１のステップ動作毎に星車Ａ１０２と星車Ｂ１０３を交互に押し回せるように適正に位相管理がなされている。
【００３２】
図３に示すように、星車Ａ１０２の回転軸には連動歯車Ａ２０３が回転軸を共有しながら階層状に固着されている。また、星車Ｂ１０３の回転軸には連動歯車Ｂ２０４が回転軸を共有しながら階層状に固着されている。更に、連動歯車Ａ２０３と連動歯車Ｂ２０４とは減速比１：１でお互いに噛み合っている。星車Ａ１０２の回転軸には、小歯車２０６が切られており、この小歯車２０６が５番車２０５と噛み合っている。この５番車２０５以後にも図示しない輪列が設けられており、５番車２０５の回転は、所定の減速比で、同じく図示しない秒針、分針、時針等の時刻表示手段へ伝わっていく。
【００３３】
図３を用いて、揺動型ステップモータの動作について説明する。まず、ローター１０１が星車Ａ １０２を押し回した場合について説明する。ローター１０１が星車Ａ１０２を押し回した場合は、星車Ａ１０２、連動歯車Ａ２０３ともにＲＢ方向へ回転する。連動歯車Ａ２０３と連動歯車Ｂ２０４とは減速比１：１で噛み合っているので、連動歯車Ｂ２０４はＲＣ方向へ回転することになる。従って、連動歯車Ｂ２０４と回転軸を共有する星車Ｂ １０３はＲＣ方向へ回転することになる。続いて、ローター１０１が星車Ｂ１０３を押し回した場合について説明する。ローター１０１が星車Ｂ１０３を押し回した場合は、
星車Ｂ１０３、連動歯車Ｂ２０４ともにＲＣ方向へ回転する。連動歯車Ｂ２０４と連動歯車Ａ ２０３とは減速比１：１で噛み合っているので、連動歯車Ａ２０３はＲＢ方向へ回転することになる。従って、連動歯車Ａ２０３と回転軸を共有する星車Ａ１０２はＲＢ方向へ回転することになる。
【００３４】
以上のように、ローター１０１がステップ毎に往復動作を繰り返していく際、ローター１０１が星車Ａ １０２を押し回す場合も、ローター１０１が星車Ｂ １０３を押す場合も、どちらでも星車Ａ １０２と連動歯車Ａ２０３および星車Ｂ１０３と連動歯車Ｂ２０４の回転方向は常に一定していて、星車Ａ１０２と連動歯車Ａ ０３はＲＢ方向へ、星車Ｂ１０３と連動歯車Ｂ２０４はＲＣ方向へ回転する。星車Ａ１０２と連動歯車Ａ２０３と回転軸を共有する小歯車２０６も全ステップ動作で常にＲＣ方向へ回転することになるので、小歯車２０６と噛み合う５番車２０５をはじめ、図示しない秒針、分針、時針等の時刻表示手段に至るまで全ステップ動作で常に一定方向へ回転する。
【００３５】
このように、特許文献１で示している揺動型ステップモータと同様な構成で、図３および図４に示した揺動型ステップモータも、ローター１０１の往復動作で連続的な回転動作に変換することが可能になる。
【００３６】
続いて、図１〜図２を用いて、本発明の揺動型ステップモータが逆回転防止に効果がある理由を説明する。図２は、図３に示した揺動型ステップモータのローター１０１、星車Ａ１０２、星車Ｂ１０３および回転規制部材１０４を抽出して表示した概略図である。図２では、ローター１０１がＲＡ方向に回転して突部１０１ｂが回転規制部材１０４に当接した際の一例を示している。ローター１０１がＲＡ方向に回転すると、駆動カム１０１Ａは星車Ａ１０２の駆動歯１０２ａを押しながら、星車Ａ１０２をＲＢ方向へ回転させる。この時、星車Ｂ １０３は図示しない一対の連動歯車によってＲＣ方向へ回転する。ローター１０１の突部１０１ｂが回転規制部材１０４に接触してローター１０１の回転が停止しても、動きうるスペースがある限り星車Ａ１０２と星車Ｂ１０３は慣性の法則に乗っ取って回転運動を続け、動きうるスペースが尽きたところで、星車Ａ １０２と星車Ｂ１０３は回転を停止する。本発明の揺動型ステップモータでは、星車Ａ １０２の駆動歯１０２Ａよりも一歯分後続となる後続歯１０２ｂが、ローター１０１の駆動カム１０１Ａに接触した状態が、星車Ａ１０２の停止状態となる。図２に示した状態は、この停止状態を示したものである。図２に示した状態から次のステップ動作へ進む際には、ローター１０１の駆動１０１ａが星車Ｂ１０３の次駆動歯１０３ａを押し回すような動きとなる。
【００３７】
図１では、図２の状態におけるローター１０１の近傍を拡大して示している。星車Ａ １０２の後続歯１０２ｂはローター１０１の駆動カム１０１ａに当接しており、ローター１０１の突部１０１ｂは回転規制部材１０４に当接している。ローター１０１は次のステップ動作へ入る為にＲＤ方向への回転すると、ローター１０１の駆動カム１０１ａは、星車Ｂ １０３の次駆動歯１０３ａを押し回そうとする。なお、駆動カム１０１ａの、星車A
１０２および星車Ｂ １０３を押し回す為の２つのカム面の間に連結している円弧面１０１ｄは、ローター１０１の回転軸１０１ｃを中心とした円弧に一致している。また、ローター１０１の突部１０１ｂが回転規制部材１０４と当接している状態で、円弧面１０１ｄは、星車Ａ １０２の歯先円１０２ｄあるいは星車Ｂ １０３の歯先円１０３ｄの何れかと交差する関係となっている。
【００３８】
図１の状態で、ローター１０１がＲＤ方向へ回転を開始すると、円弧面１０１ｄと後続歯１０２ｂとの接点では、ローター１０１の回転方法と接線方向になるＦＡ方向へ、ローター１０１から星車１０２への駆動力が作用する。この駆動力は、円弧面１０１ｄと後続歯１０２ｂの滑りが良好な状況の際には、双方の接平面の垂直方向の分力を仲介して歯車Ａ １０２の駆動力へと変換される。ところが、ＦＡ方向の駆動力は、円弧面１０１ｄの
接線方向と一致している為、円弧面１０１ｄの垂直方向への分力は発生しなくなり、その結果、星車１０２が回転するのに必要な駆動力は伝達されないことになる。
【００３９】
従って、本発明のように、ローター１０１の駆動カム１０１ａにローター１０１の回転軸１０１ｃを中心とした円弧と一致する円弧面１０１ｄを設けておき、ローター１０１が往復運動範囲の両端に位置している状態で、円弧面１０１ｄが星車Ａ １０２の歯先円１０２ｄもしくは星車Ｂ １０３の歯先円１０３ｄのいずれかと交差するような形状にしておけば、ローター１０１の円弧面１０１ｄに星車１０２の後続歯１０２ｂが当接した状態から、次のステップに向けてローター１０１が回転を開始した際でも、星車１０２の歯の位置を変えることなく、ローター１０１のみが回転を続けることが可能となる。即ち、ローター１０１が次のステップに向けて再回転を開始した時でも星車Ａ １０２および星車Ｂ １０３の反転を防止することが可能となる。
【００４０】
次に、図５から図１０を用いて、［式１］の関係式で示された星車配置見開き角θsの設定条件が良好に機能する理由について説明する。
【００４１】
図５は、図２と同じ状態を示したものであるが、星車配置見開き角θs、ローターステップ角θp、ローターカム見開き角θc、星車歯底見開き角θg、星車歯厚開き角θtの定義を説明する為に、表記を変えた図である。１０１ｃはローター１０１の回転中心、１０１ｅはローター回転中心１０１ｃを通過しローター１０１の往復動作範囲の中央を表す中心線、１０１ｆはローター１０１ｃを通過しローター１０１が往復動作範囲の終端にある際のローター１０１の中心線、１０２ｃは星車Ａ １０２の回転中心、１０３ｃは星車Ｂ １０３の回転中心である。また、１０２ｇは星車Ａ １０２の歯底部であり、１０２ｔは星車Ａ １０２の歯である。
【００４２】
星車配置見開き角θsは、ローター１０１の回転中心１０１ｃより、星車Ａ１０２、星車Ｂ１０３の中心軸１０２Ｃ、１０３Ｃを眺めた際の見開き角である。即ち、星車配置見開き角θsはローター１０１の位置を基準にした、星車Ａ１０２と星車Ｂ１０３の位置関係を表す指標となっている。ローターステップ角θpは、ローター１０１の回転中心１０１ｃを中心として、往復動作範囲の中心線１０１ｅと往復動作範囲の終端の中心線１０１ｆとのなす角である。即ち、ローターステップ角θpはローター１０１の往復動作範囲の角度の半分相当を表す指標となっている。ローターカム見開き角θcは、ローター１０１の回転中心１０１ｃより、駆動カム１０１ａ両脇面の最大膨らみ部を眺めた際の見開き角である。即ち、ローターカム見開き角θcは駆動カム１０１ａの両側カム面の広がり方を表す指標となっている。星車歯底見開き角θgは、星車Ａ １０２の回転中心１０２ｃより、星車Ａ １０２の歯底部１０２ｇを挟む形で、歯底部１０２ｇの両側の歯面の最大膨らみ部を眺めた際の見開き角である。即ち、星車歯底見開き角θgは歯底の広さを表す指標となっている。星車歯厚開き角θtは、星車Ａ １０２の回転中心１０２ｃより、星車Ａ １０２の歯１０２ｔの両側の歯面の最大膨らみ部を眺めた際の見開き角である。即ち、星車歯厚開き角θtは歯の厚さを表す指標となっている。星車Ａ１０２と星車Ｂ１０３とは同じ歯形を使っているので、星車歯底見開き角θgと星車歯厚開き角θtは、星車Ａ１０２と星車Ｂ１０３のどちらでも同じ値となる。
【００４３】
図５では、
θc＋θp＋θg ＜ θs ＜ θc＋θp＋θg＋２×θt        ・・・  ［式１］
を満足するように、星車配置見開き角θs、ローターステップ角θp、ローターカム見開き角θc、星車歯底見開き角θg、星車歯厚開き角θtの関係が管理されており、ローター１０１の往復動作範囲、ローター１０１の駆動カム１０１ａの形状、星車Ａ１０２、星車Ｂ１０３の歯形形状の組み合わせに応じて、ローター１０１、星車Ａ１０２、星車Ｂ１０３の配置が決定されている。具体的には、星車配置見開き角θsは１１２°、ローターステ
ップ角θpは３６°、ローターカム見開き角θcは５６°、星車歯底見開き角θgは１８°、星車歯厚開き角θtは４．５°となっている。
【００４４】
図６は、図５の状態から、星車配置見開き角θsを１６°分狭めた状態の、ローター１０１と星車Ａ１０２、星車Ｂ１０３の近傍の輪列配置を示している。ローター１０１の突部１０１ｂが回転規制部材１０４に当接するまでＲＡ方向へ回転した後、星車Ａ １０２が慣性の法則に従ってＲＢ方向へ回転を続け、星車Ａ １０２の後続歯１０２ｂがローター１０１の駆動カム１０１ａに当接する状態まで移動している。駆動カム１０１ａの円弧面１０１ｄは、星車Ａ１０２の歯先円１０２ｄの内側に存在しており、円弧面１０１ｄと歯先円１０２ｄとは交差していない。この状態で、ローター１０１が次のステップ動作へ入るためにＲＡとは逆の方向に回転すると、後続歯１０２ｂは駆動カム１０１ａに押されてＲＢ方向とは逆方向へ回転してしまう。
【００４５】
図７は、図５の状態から、星車配置見開き角θsを１６°分広げた状態の、ローター１０１と星車Ａ １０２と星車Ｂ １０３の近傍の輪列配置を示している。ローター１０１の突部１０１ｂが回転規制部材１０４に当接するまでＲＡ方向へ回転した後、星車Ａ １０２が慣性の法則に従ってＲＢ方向へ回転を続け、星車Ａ１０２の後続歯１０２ｂがローター１０１の駆動カム１０１ａに接触するまで移動している。図７の状態では、駆動カム１０１ａの円弧面１０１ｄは、星車Ａ１０２の歯先円１０２ｄと交差している。この状態で、ローター１０１が次のステップ動作へ入るためにＲＡとは逆の方向に回転しても、後続歯１０２ｂは駆動カム１０１ａに押されることは無く逆方向への回転は防止できる。
【００４６】
このように、図５、図６、図７の比較で自明なように、星車配置見開き角θsを狭めていくとローター１０１が往復動作範囲の終端から始動した時のローター１０１が反転をしてしまう条件が発生してしまうが、逆に広めていくとローター１０１の反転を防止しやすくなる。従って、ローター１０１の反転が起きないようにする為には星車配置見開き角θsを広めに設定した方が有利であると言える。
【００４７】
図８は、星車配置見開き角 θsが、θs ＝ θc＋θp＋θg＋2×θtを満足した場合のローター１０１と星車Ａ１０２、星車Ｂ１０３の配置の一例である。図５の状態では、星車配置見開き角θsは、θs ＝θc＋θp＋θg＋０．２３×θt となっているので、図８の状態は図５の状態に比べて、星車配置見開き角 θsが僅かに広がった状態となっている。前述のとおり、星車配置見開き角 θsが広がり方向へ変化しているので、ローター１０１の反転を防止するには有利な条件となっている。
【００４８】
さらに、図８では、ローター１０１はＲＤ方向へ回転していて、ローター１０１の駆動カム１０１ａが星車Ｂ １０３の駆動歯１０３ｂを押し回して、星車Ｂ１０３をＲＣ方向へ回転させる。星車Ａ１０２は、図示しない連動歯車によって星車Ｂ１０３と連携しており、ＲＢ方向は回転する。図８に示した状態は、ローター１０１がＲＤ方向へ回転中に、ローター１０１の駆動カム１０１ａが星車Ｂ １０３の駆動歯１０３ｂと接触した瞬間である。駆動カム１０１ａと駆動歯１０３ｂとが互いの先端同士で接触しており、輪列の動力伝達状態としては良好とは言えない状態になっている。
【００４９】
図８に示した状態では、ローター１０１から星車Ｂ１０３へのトルク伝達率は４５．５％となっている。ちなみに、図２で示した状態で、ローター１０１の駆動カム１０１ａが星車Ｂ １０３の次駆動歯１０３ａと接触する際の、ローター１０１から星車Ｂ１０３へのトルク伝達率は８４．６％である。トルク伝達率に着目した場合は、星車配置見開き角θsが小さい方が好条件ということになる。
【００５０】
図９に、図８の星車配置見開き角θs とローター１０１から星車Ｂ１０３へのトルク伝
達率の関係を示す。前述の説明のとおり、星車配置見開き角θs が小さくなるほど、ローター１０１から星車Ｂ１０３へのトルク伝達率は高まっていく。発明者らの分析の結果、ローターから星車へのトルク伝達率として、ある程度の大きさが必要であることが解ってきた。ローターから星車へのトルク伝達率が４０％を下回ってくると、ローターと星車が接触した瞬間の動力伝達力が星車の摩擦力より低下してしまい、星車の回転が不可能になるケースが顕著になってくる。図９の中に表示して一点左遷は、トルク伝達率が４０％のレベルであり、このレベルが、星車配置見開き角θs を絞り込んでいく際の一つの指標となる。
【００５１】
図９では、星車配置見開き角θsとトルク伝達率の関係を表すプロットがトルク伝達率＝４０％となるのは、θs≒１２１°の条件である。実用面では、部品の加工バラツキや軸受部分のガタ分を配慮して星車配置見開き角θsの上限を決定する必要がある。発明者らが、駆動カム形状、星車形状、ローター動作範囲の影響を調査したところ、θs ＝ θc＋θp＋θg＋2×θt で決定される星車配置見開き角θsが図９の点線で示すような関係に該当し、トルク伝達率の観点で規制をかけなければいけない星車配置見開き角θsの上限値に相応しいことを発見した。このように、ローターを往復動作させて星車が良好に回転できるようにローターから星車へのトルク伝達率を設定するには、星車配置見開き角θsを、θs ＜θc＋θp＋θg＋2×θt とするのが良い。
【００５２】
図１０は、θs ＝ θc＋θp＋θg を満足した場合のローター１０１と星車Ａ１０２、星車Ｂ１０３の配置の一例である。ローター１０１はＲＤ方向に回転しており、ローター１０１の駆動カム１０１ａが星車Ｂ１０３の駆動歯１０３ｂを押し回して、星車Ｂ１０３をＲＣ方向へ回転させている。星車Ａ１０２は、図示しない連動歯車によって星車Ｂ１０３と連携しており、ＲＢ方向へ回転している。前述のとおり、反転動作を回避できる範囲内で星車配置見開き角θsを狭くした方が、ローター１０１から星車Ｂ１０３へのトルク伝達率を高く設定できるので、ローター１０１を往復動作させて星車Ａ１０２、星車Ｂ１０３が良好に回転できるようになる。即ち、図１０のように、双方の星車の配置を決定する星車配置見開き角θsを狭くして双方の星車が近接した方が、トルク伝達率を高くする観点では良いということになる。
【００５３】
ところが星車配置見開き角θsをあまり狭くしすぎると、ローター１０１のステップ動作開始直後の反転以外に注意しなければいけない状態が発生する。星車配置見開き角θsを狭めていくと、図１０のように、ローター１０１の駆動途中に、星車Ａ１０２の次駆動歯１０２ｅと、ローター１０１の駆動カム１０１ａとが殆ど隙間無い状態で通過する状況が起こりうる。この状態で、部品加工精度の劣るものが混入してくると、ローター１０１がＲＤ方向へ回転しながら、星車Ｂ１０３をＲＣ方向へ押し回すとともに、図示しない連動歯車で連携している星車Ａ１０２がＲＢ方向に回転することで、星車Ａ１０２の次駆動歯１０２ｅがローター１０１の駆動カム１０１ａと接触して、ローター１０１をＲＤ方向と反対方向へ回転させようとする。つまり、ローター１０１は動ける余地が無くなって星車ロックが発生してしまう。
【００５４】
発明者らの分析によれば、図１０に示した星車配置見開き角θsが、θs ＝ θc＋θp＋θg を満足する場合、部品加工精度まで見込んだ際にぎりぎり星車ロックを起こさない条件であった。従って、星車配置見開き角θs には適正な下限も存在し、その下限の設定としては、θs ＞ θc＋θp＋θg が妥当ということになる。
【符号の説明】
【００５５】
１０１  ローター
１０２  星車Ａ
１０３  星車Ｂ
１０４  回転規制部材
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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