(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ磁石及びロータ軸からなるロータと、該ロータを設置するためのロータ穴を有し高透磁率の材料よりなるステータと、高透磁率の材料よりなる磁芯に導線が巻回され、該磁芯の両端が前記ステータの両端と磁気的に接続された励磁用のコイルとを備え、
前記ステータは、それぞれ高透磁率の材料よりなる第１のステータ部品と第２のステータ部品とを、低透磁率もしくは非磁性の材料よりなる連結部を介して結合して構成されると共に、前記ロータ穴の内周にその周方向に異なる設置角度で複数の保持トルク設定手段を有し、
前記ロータ穴の内部に発生する磁界の方向となる磁界方向線と、前記複数の保持トルク設定手段の各設置角度に基づく前記ロータの静止位置での前記ロータ磁石の磁化方向の線とのなす角度である初期位相角（θ１）が５０度から７０度であることを特徴とする時計用の２極式ステップモータ。
【請求項２】
前記連結部が前記複数の保持トルク設定手段の少なくとも一つをなしていて、その連結部以外の他の前記保持トルク設定手段と周方向で異なる位置に配設されていることを特徴とする請求項１記載の時計用の２極式ステップモータ。
【請求項３】
前記他の保持トルク設定手段は、それぞれ前記ロータ穴の内周に形成された一対の凹部もしくは一対の凸部であることを特徴とする請求項２記載の時計用の２極式ステップモータ。
【請求項４】
前記複数の保持トルク設定手段は、前記ロータ穴の中心に関し形状が非対称のものを含むことを特徴とする請求項１記載の時計用の２極式ステップモータ。
【請求項５】
ロータ磁石及びロータ軸からなるロータと、該ロータを設置するためのロータ穴を有し高透磁率の材料よりなるステータと、高透磁率の材料よりなる磁芯に導線が巻回され、該磁芯の両端が前記ステータの両端と磁気的に接続された励磁用のコイルとを備え、
前記ステータが、前記ロータ穴の内周にその周方向に異なる設置角度で複数の保持トルク設定手段を有し、
該複数の保持トルク設定手段は、前記ロータ穴の中心に関し形状が非対称のものを含み、
該形状が非対称のものは、１対の凹部または凸部を前記ロータ穴の中心を挾んで両側のロータ穴内周に対向させて設けたものである
ことを特徴とする時計用の２極式ステップモータ。
【請求項６】
ロータ磁石及びロータ軸からなるロータと、該ロータを設置するためのロータ穴を有し高透磁率の材料よりなるステータと、高透磁率の材料よりなる磁芯に導線が巻回され、該磁芯の両端が前記ステータの両端と磁気的に接続された励磁用のコイルとを備え、
前記ステータが、前記ロータ穴の内周にその周方向に異なる設置角度で複数の保持トルク設定手段を有し、
該複数の保持トルク設定手段は、前記ロータ穴の周方向の設置角度が互いに異なるギャップ型方式の保持トルク設定手段とノッチ型方式の保持トルク設定手段の組み合わせを含み、
前記ロータ穴の内部に発生する磁界の方向となる磁界方向線と、前記複数の保持トルク設定手段の各設置角度に基づく前記ロータの静止位置での前記ロータ磁石の磁化方向の線とのなす角度である初期位相角（θ１）が５０度から７０度であることを特徴とする時計用の２極式ステップモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アナログ式電子時計に用いる時計用の２極式ステップモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
アナログ式電子時計は、動力源に電池を用いているので、ある期間使用を続けると電池切れになって機能を停止してしまう。そのため、定期的に電池を交換しなければならないので、それが使用者にとっては大変煩わしかった。
そして、その電池の交換作業は、専門の業者に頼まなければならないので、使用したいときに電池切れを起こしてしまったときには、すぐに電池を交換することができないため非常に不便であった。
【０００３】
このように、アナログ式電子時計の電池切れは使用者にとって大きな問題であるため、近年ではこのようなアナログ式電子時計における電池の長寿命化の検討や、携帯中に使用者の運動に伴って動作する発電機を時計内に内蔵したり、太陽電池などの発電機構を内蔵させて、電池交換を完全に不要にする時計の開発が行われている。
しかしながら、このような発電機構内蔵式のアナログ式電子時計は、内蔵しているコンデンサもしくは二次電池に蓄えられている電力で時計を駆動するようにしているが、使用者によって時計を使用する条件が異なるため、必要で十分な電力を常時発電するのが難しくなる場合があった。
【０００４】
そのため、時計を使用中に停止させずに安定して動作させるようにするためには、このような発電機構内蔵式の時計においても低消費電力化を図る必要があった。
一方、電池に関しては、サイズが大きくて容量の大きな電池を用いることができれば長寿命化が図れるが、時計のデザイン上の制約から電池のサイズをあまり大きくすることはできないということがあった。したがって、電池の長寿命化を図ろうとすれば、時計側で消費電力を低減する必要があった。
【０００５】
ここで、アナログ式電子時計の機構を概略説明すると、水晶振動子などで発生させた基準信号にしたがって時計用の２極式ステップモータを間欠駆動し、ステップモータの運動を歯車を介して指針に伝えることにより時刻表示を行う構造である。
そのため、このようなアナログ式電子時計では、大別して水晶振動子などを含んでいて基準信号を発生する回路部分と、指針を回転させるステップモータの部分で電力が消費される。
【０００６】
ところが、現在のアナログ式電子時計においては、回路部分は半導体集積回路化されて消費電力が小さくなっているので、結局電力の大部分は運針のためのステップモータの駆動に消費される。そのため、そのステップモータの消費電力の低減が、時計全体の低消費電力化に与える効果が大きい。
図２２は従来の時計用の２極式ステップモータの概略構造を示す平面図である。
この時計用の２極式ステップモータ（以下単に「ステップモータ」とも云う）は、高透磁率の材料で形成された磁芯７ａに導線７ｂを巻回したコイル７と、そのコイル７の磁芯７ａの両端にネジ８，８によりそれぞれ結合されて磁気的に接続されたステータ２０１とを有している。
【０００７】
そのステータ２０１には、ほぼ中央にロータ穴２０２が形成してあり、そのロータ穴２０２の中にロータ３が回転可能に配設されている。
そのロータ３は、ロータ磁石３ａとロータ軸３ｂとからなり、ロータ磁石３ａは強磁性材料で作られて丈の低い円柱状に形成されている。そして、そのロータ磁石３ａの中心に形成した軸穴に、回転軸となるロータ軸３ｂを、紙面に対して垂直な方向にはめ込んで一体にし、ロータ磁石３ａを直径方向に２極に着磁している。
【０００８】
そのロータ３は、ロータ軸３ｂの両端部が図示を省略している軸受によりそれぞれ回転自在に支持されていて、ロータ穴２０２の中心に位置している。そのロータ軸３ｂの端部には歯車が形成されていて、その歯車を介して回転運動が時計の指針に伝達される構成になっている。
さらに、ロータ穴２０２の内周には保持トルク設定手段を設けて、その保持トルク設定手段によりステップモータの非駆動時に、ロータ磁石３ａの磁極が初期位相角θ１ の一定の方向に位置するようにし、その位置でロータ３を所定の保持トルクで停止保持させている。
【０００９】
このステップモータは、駆動電圧を印加してコイル７に正、負の電流を交互に流すことによってロータ穴２０２の内側に正負に応じた向きの磁界を、流した電流の大きさに対応させて発生させ、その磁界を予め着磁されているロータ磁石３ａに作用させてロータ３を、図２２で反時計回り方向に１８０゜（１ステップ）ずつ回転させる。
【００１０】
次に、そのステップモータの１ステップの運動を説明する。
図２２に示したコイル７に電流を流した場合に発生する磁束により、ロータ穴２０２の内部に生じる磁界の方向を励磁方向線１２としたとき、コイル７に電流が流れていない状態では、ロータ磁石３ａの磁極とステータ２０１の磁気作用により生じる保持トルク設定手段の保持トルクにより、ロータ３はロータ磁石３ａの磁化の方向であり２つの磁極を結ぶ線４が、励磁方向線１２に対して図２２で反時計回り方向に初期位相角θ１ だけ回転した位置に保持されて停止している。
【００１１】
この状態で、コイル７にロータ３が正転する方向の電流を流すと、コイル７に磁束が発生し、ロータ穴２０２の内部に磁界が生じて、ロータ３はこの磁界とロータ磁石３ａの永久磁化量との相互作用により回転トルクを受け、上記保持トルクに抗して回転を始める。そして、コイル７には適当な時間だけ電流を流すと、ロータ３は次の停止位置まで１８０゜回転して停止する。
【００１２】
ところで、このような構成のステップモータでは、その単位時間当たりの消費電力は、励磁用のコイル７に流す電流と印加する電池電圧の積で表される。そして、その際に印加される電池電圧はほぼ一定であるから、ステップモータの低消費電力化は、ステップモータに要求される駆動特性を満足しながら、いかにコイル７に流す電流を低減できるかにある。
また、このステップモータは、コイル７に電流を流してロータ３に回転トルクを発生させ、保持トルクに抗してロータ３を回転させるものであるので、保持トルクが小さければ回転トルクもそれに比例して小さくて済む。
【００１３】
そのコイル７に流す電流は、回転トルクに比例するので保持トルクを減らすことができればコイル７に流す電流を小さくすることができ、その結果、時計用ステップモータの低消費電力化が図れる。
ところで、時計用ステップモータの保持トルクは、時計が落下等で衝撃を受けたときに針飛びを起こさないように指針を保持することによって正確な時間の表示ができるようにすると共に、時計内の軸受けや歯車に発生する摩擦トルクに抗して指針を正しい停止位置に落ち着かせる役割を果たすものである。
【００１４】
したがって、低消費電力化を図るために単純に保持トルクを低減させればよいというものではなく、その保持トルクは時計の機能を維持するのに必要な最小限の保持トルクを満たすように設定する必要がある。
この時計に必要な保持トルクに関しては、国際公開ＷＯ ９８／３０９３９ 号公報に開示されているように、衝撃により指針に生じる運動エネルギーが、ロータの持つ保持トルクによって生じる保持ポテンシャル、すなわち磁気ポテンシャルの差よりも小さければ針飛びは起こらない。
【００１５】
そして、衝撃で指針が受け取る運動エネルギーは、指針の持つモーメントの２乗に比例するから、モーメントを小さくした指針を用いれば、保持ポテンシャル、すなわち保持トルクを小さくすることができる。
それによって、必要最小限の保持トルクを、通常の時計用ステップモータの保持トルクの数分の１程度の極めて小さな値に設定することが可能になり、ステップモータの低消費電力化が図れる。
【００１６】
次に、従来の時計用ステップモータのステータに設けられている保持トルク設定手段について説明する。
従来の時計用ステップモータのステータに設けられている保持トルク設定手段としては、主に次に説明するような二つの構造のものがある。
その一つは、図２２に示した時計用ステップモータにおけるステータ形状を図２３に示すように、ステータ２０１は高透磁率の材料で形成されていて、その長手方向の両端にはそれぞれコイル７の磁芯７ａの両端に結合するための穴６，６が形成されている。
【００１７】
そのステータ２０１のほぼ中央に形成されているロータ穴２０２は、保持トルクと初期位相角θ１ （図２２）を設定するために、互いに中心をずらした２つの半円を組み合わせた形状にしてある。
そして、その２つの半円をずらして組み合わせることにより、ギャップ量Ｇの２つの段差部２０４ａ、２０４ｂをそれぞれ形成している。このステータ２０１では、そのギャップ量Ｇを調節することによって保持トルクを所望の値に設定することができる。
【００１８】
なお、このような段差部２０４ａ、２０４ｂをステータ２０１のロータ穴２０２に形成する構造は、例えば特開昭４９−１３２５０７号公報に記載されている。
また、以後このようにステータのロータ穴に段差部を形成したステータを、ギャップ型ステータと呼ぶことにする。
【００１９】
次に、図２４を参照してもう一つの保持トルク設定手段の構造について説明する。なお、必要に応じて一部共通して使用する部品については、図２２で説明した符号を使用して説明する。
このステータ２１１は、ロータ３の保持トルクと初期位相角を与えるための保持トルク設定手段として、ロータ穴２１２の内周に一対の凹部２０５ａ，２０５ｂをロータ穴２１２の中心軸に対して対称な位置に設けている。
そして、その凹部２０５ａ，２０５ｂのそれぞれ中心を通る直線２４が、ロータ穴２１２の励磁の方向２１に対して角度θ１１だけ傾くようにしている。
【００２０】
このステータ２１１では、凹部２０５ａ，２０５ｂの中心を通る直線２４と、ロータ穴２１２の中心軸を通りステータ２１１の励磁方向に直角な直線２７とのなす角度を、反時計回り方向を正の値とする凹部２０５ａ，２０５ｂの設置角度θ１２として、その設置角度θ１２を調節することによりロータ３の初期位相角θ１ （図２２）を設定するようにしている。
そして、このようなステータ２１１の構造を持つ時計用ステップモータでは、一対の凹部２０５ａ，２０５ｂによりロータ３の保持トルクが定まる。
なお、このような凹部２０５ａ，２０５ｂをステータ２１１のロータ穴２１２に形成する構造は、例えば特開昭５１−１９０８号公報に記載されている。
また、以後このようにステータのロータ穴に凹部を形成したステータを、ノッチ型ステータと呼ぶことにする。
【００２１】
以上説明したように、従来のギャップ型ステータを使用したステップモータの場合には、ロータ穴の段差部のギャップ量を変えることによって保持トルクの大きさと初期位相角を調節することができる。
そこで、通常の時計用ステップモータでは、ロータ穴の平均直径が１７００μｍ程度であるので、ステータの段差部のギャップ量を４０〜５０μｍ程度にすれば、最大保持トルクを３００ｎＮｍ前後に設定することができる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、低消費電力化のために保持トルクを更に大幅に減らそうとすると、ギャップ量を１０μｍ程度と極端に小さくしなければならないので、安定した保持トルクを生じさせるようにするのは、ステータの加工精度の点で難しくなる。
また、ギャップ量をこのように極端に小さくすると、それに連動して初期位相角（図２２のθ１ 参照）も小さくなってしまうため、ロータを駆動する際に大きな消費電力が必要となるため、結果として低消費電力化にならなくなってしまう。
【００２３】
さらに、ギャップ型ステータの構造の場合には、ロータ穴の直径を大きくすることによって、同じギャップ量でありながら初期位相角を変えずに保持トルクを小さく設定することが可能であるが、このようにロータ穴の径を大きくすると、ロータ穴内に発生する磁界とロータ磁石との相互作用が減ってしまう。
すなわち、このようにすると電気機械結合係数が減少するため、コイルに電流を流すことによってロータに発生する回転トルクが小さくなってしまう。
【００２４】
そのため、上記保持トルクにより形成される保持ポテンシャルを低減して初期位相角を適切に設定したとしても、電気機械結合係数の減少による回転トルクの低下分を補うために、コイルに流す電流を増やさなければならなくなるので、結果として保持トルクを小さく設定したことによる節電効果が相殺されてしまい、低消費電力化が図れなくなる。
一方、ノッチ型ステータの構造のステップモータの場合には、一対の凹部の設置角度により初期位相角を設定することができると共に、ロータ穴の内周に形成する凹部の面積和を増減させることにより保持トルクを調節するので、低消費電力化のために保持トルクを現状よりも大幅に減らそうとすれば、対の凹部の面積和、すなわち凹部の寸法を極端に小さくしなければならない。したがって、ステータの加工精度の点で、安定した保持トルクを得ることが難しくなる。
【００２５】
さらに、このノッチ型ステータにおいても、ロータ穴半径を大きくすることにより凹部の面積和を変えずに小さな保持トルクを設定することができるが、このようにすればギャップ型ステータの場合と同様に、電気機械結合係数を減少させてしまうので低消費電力化にならない。
以上述べたように、消費電力の一層の低減を図るために、保持トルクを大幅に小さく設定しようとすると、上述した従来のステータ構造のものでは、ステータに形成する段差部のギャップ量を極端に小さくしたり、ステータに形成する凹部の寸法を極端に小さくしたりしなければならなかったので、ステータの加工精度上困難であった。したがって、安定した保持トルクを設定するのが難しかった。
そのため、このような従来の構造のステータを用いた時計用ステップモータでは、低消費電力化を実現することが難しかった。
【００２６】
この発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたものであり、ステータの構造を工夫することによって上記の課題を解決し、低消費電力化に適し、且つ製作が容易な時計用の２極式ステップモータを提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の目的を達成するため、ロータ磁石及びロータ軸からなるロータと、そのロータを設置するためのロータ穴を有し高透磁率の材料よりなるステータと、高透磁率の材料よりなる磁芯に導線が巻回され、上記磁芯の両端がステータの両端と磁気的に接続された励磁用のコイルとを備えた時計用の２極式ステップモータにおいて、上記ステータは、それぞれ高透磁率の材料よりなる第１のステータ部品と第２のステータ部品とを、低透磁率もしくは非磁性の材料よりなる連結部を介して結合して構成されると共に、ロータ穴の内周にその周方向に異なる設置角度で複数の保持トルク設定手段を有するようにしたものである。
ここで、保持トルク設定手段の設置角度とは、ステータの励磁方向に直角な方向に対する配置角度を云い、その配置角度の差が１８０度異なる場合は同一の設置角度とみなす。
【００２８】
また、上記ロータ穴の内部に発生する磁界の方向となる磁界方向線と、上記複数の保持トルク設定手段の各設置角度に基づく上記ロータの静止位置でのロータ磁石の磁化方向の線とのなす角度である初期位相角（θ１）を５０度から７０度にするのが、低消費電力化を図る上で有効である。
この時計用の２極式ステップモータによれば、ステータのロータ穴の周囲に輪列の軸穴や固定ピン用の穴が形成されていることによって、目的とする初期位相角と保持トルクを得るために必要な設置角度に単一の保持トルク設定手段を設けることができない場合であっても、複数の保持トルク設定手段により形成される保持トルクをそれぞれベクトル分解し、その分解した各ベクトルに対応する２以上の保持トルク設定手段を異なる設置角度で上記軸穴や固定ピン用の穴を避けた位置に設置することによって、目的とする初期位相角と保持トルクを得ることができる。
【００２９】
また、上記連結部が複数の保持トルク設定手段の少なくとも一つをなしていて、その連結部以外の他の保持トルク設定手段と周方向で異なる位置に配設されているようにするとよい。
このようにすれば、ステータが２つの部分に磁気的に分離された構造となり、ロータを回転させるためのロータ穴の内部の磁界をコイルで励磁した磁束により効率的に発生させることができるので、コイルに流す電流を低減して低消費電力化を図ることができる。
【００３０】
また、ステータは、連結部を低透磁率の材料もしくは非磁性の材料で形成するので、連結部を極端に細くする必要がないため、必要な機械的強度を確保することができる。
【００３１】
さらに、上記他の保持トルク設定手段は、それぞれロータ穴の内周に形成された一対の凹部もしくは一対の凸部であるようにするとよい。また、複数の保持トルク設定手段は、上記ロータ穴の中心に関し形状が非対称のものを含むようにするとよい。
そうすれば、保持トルクは凹部もしくは凸部の大きさを変えることにより、また初期位相角はその凹部もしくは凸部の設置位置を変えることにより調節することができる。
【００３２】
そして、その保持トルク設定手段のうちロータ穴の中心に関し形状が非対称のものは、１対の凹部または凸部をロータ穴の中心を挾んで両側のロータ穴内周に対向させて設けたものであるようにするとよい。
さらに、上記複数の保持トルク設定手段は、方式が別であると共にロータ穴の周方向の設置角度が互いに異なるものの組み合わせを含むようにするとよい。
【００３３】
そして、その保持トルク設定手段のうち方式が別のものの組み合わせは、前述したギャップ型方式とノッチ型方式の組み合わせにするとよい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
この発明をより詳細に説明するために、添付図面にしたがって、この発明の実施形態の例を説明する。
〔第１の実施形態：図１乃至図４〕
図１はこの発明による時計用の２極式ステップモータの第１の実施形態の概略構造を示す平面図、図２は同じくその時計用の２極式ステップモータにおけるステータの構造を示す平面図、図３は図１の時計用の２極式ステップモータの保持トルクと消費電力の関係を示す線図、図４は同じくそのステップモータの初期位相角と消費電力の関係を示す線図である。
【００３６】
この時計用の２極式ステップモータ（以下単に「ステップモータ」とも云う）は、図１に示すようにロータ磁石３ａとロータ軸３ｂとからなるロータ３と、そのロータ３を設置するためのロータ穴２を有するステータ１と、高透磁率の材料よりなる磁芯７ａに導線７ｂが巻回され、磁芯７ａの両端がステータ１の両端と磁気的に接続された励磁用のコイル７を備えている。
そして、このステップモータは、図２２で説明した従来の時計用の２極式ステップモータと、ステータ１の構造以外は同じであるため、それらの同じ部分に関しては図２２と同一の符号を付してあり、それらの説明は省略する。
【００３７】
このステップモータのステータ１は、図２に示すようにそれぞれ高透磁率の材料よりなる第１のステータ部品１ａ（以下単に「ステータ部品１ａ」と云う）と第２のステータ部品１ｂ（以下単に「ステータ部品１ｂ」と云う）とが、低透磁率もしくは非磁性の材料よりなる連結部１ｃ，１ｄを介して結合して構成されている。
【００３８】
そして、そのステータ１のほぼ中央に形成されているロータ穴２の内周に、図１に示したようにロータ３を回転方向の所定の位置、すなわちロータ磁石３ａの直径方向に２極に着磁された磁極を結ぶ線４が、ステップモータの非駆動時に初期位相角θ１ になる位置で、ロータ磁石３ａの磁極とステータ１との磁気作用により所定の保持トルクで回転しないように保持する複数の保持トルク設定手段を設けている。
その複数の保持トルク設定手段は、この実施の形態では、図２に明示するように、ロータ穴２の内周に形成した一対の凹部５ａ，５ｂと一対の連結部１ｃ，１ｄであり、その凹部５ａ，５ｂと連結部１ｃ，１ｄはロータ穴２の中心に対して対称な位置に形成されている。
【００３９】
そして、図示のようにその一対の凹部５ａ，５ｂと一対の連結部１ｃ，１ｄの設置角度は異なる。その設置角度はステータ１の励磁方向の磁界方向線１２に直角方向に対する配置角度をいうが、その詳細は第２の実施形態以降（図６以降）で説明する。
また、ステータ１の長手方向の両端部には、それぞれコイル７の磁芯７ａの両端と磁気的に接続するための固定用の穴６，６を形成している。
【００４０】
このステータ１を製造するには、高透磁率の材料であるパーマロイよりなる厚さ５００μｍの帯材から、プレス加工により、後のプレス加工のための位置決め用の穴となるパイロット穴とロータ穴２の下穴と固定用の穴６，６とを形成すると共に、一部上記帯材と連結するつなぎ部分（図示せず）を残した外形形状を打ち抜く。
次に、連結部１ｃ，１ｄとなる部分に幅２００μｍのスリットを打ち抜きで形成し、そのスリットに低透磁率の材料もしくは非磁性の材料よりなる所定の長さの線材を挿入し、レーザー溶接で突き合わせ溶接を行ってスリットにより分離していたステータ部品１ａとステータ部品１ｂとを結合する。
【００４１】
その後、ロータ穴２と凹部５ａ，５ｂの部分をプレス加工で打ち抜き、最後に帯材と連結する上記つなぎ部分を打ち抜いて外形加工を終了する。そして、その外形加工が終了したものを磁気焼鈍を行って、ステップモータのステータ１とする。
【００４２】
次に、このような構造のステータ１を組み込んでステップモータを構成したときに、低消費電力化を達成するために必要な適正条件を求めるために行った実験結果について説明する。
実験では、ステップモータの保持トルクと消費電力との関係、及び初期位相角と消費電力との関係、さらには消費電力とステータの連結部の構造との関係についてそれぞれ調べた。
【００４３】
なお、実験は既存の時計用の２極式ステップモータに、この実施の形態によるステータ１を組み込んだもので測定を行った。また、駆動波形としてはチョッパ駆動波形を用い、駆動波形の各パルスのＯＮ／ＯＦＦ比を調節して正常な駆動ができる最小消費電力を求めた。
特に、測定に用いたステータ１に関しては、凹部５ａ，５ｂの部分をプレス加工で形成せずに、各測定の条件に合わせて、磁気焼鈍前に放電加工により形成するようにした。
【００４４】
まず最初に、保持トルクと消費電力の関係について説明する。
時計用ステップモータにおける消費電力は、保持トルクを減少させることにより励磁に必要なコイル７に流す電流を減少させることができるので、その結果として低消費電力化が図れるものと考えられる。
そこで、実際に保持トルクを変化させた場合の消費電力の変化について、実験を行って調べた。
【００４５】
その測定に使用したステータ１は、保持トルクを調整するためにロータ穴２の内周に設ける半円形の凹部５ａ，５ｂの切り込み深さを変えたものを数種類用意した。また、自作のロータ回転角測定器によりロータ３の変位角度に対する角速度を測定し、その測定結果とロータ３のイナーシャより運動方程式を解いて各ステータ１について保持トルクを算出した。
また、消費電力は、１ステップ駆動するときのコイル７に流れる電流と印加した駆動電圧の積を積分して求めた。さらに、保持トルクの大きさは変位角度依存性があるので、各測定値の比較においては最大保持トルクを用いた。そして、測定に用いたステータ１の最大保持トルクは、概略５０ｎＮｍ刻みで５０ｎＮｍから２５０ｎＮｍまでのものを作った。
【００４６】
その実験による測定結果を図３に示す。その測定結果によれば、最大保持トルクが２５０ｎＮｍのときに消費電力が約８００ｎＪであったものが、最大保持トルクを１００ｎＮｍにまで低下させたときには、消費電力は約３５０ｎＪとなり、設定した最大保持トルクと１ステップ駆動するのに要する消費電力の関係は、概略比例関係にあることがわかった。
このように、保持トルクを半減させると消費電力も半減することから、保持トルクの低減は消費電力の低減に大きな効果があることがわかった。
【００４７】
ところで、前述したように、時計用ステップモータでは、時計を落下させた際に衝撃により針飛びを起こさないようにしたり、正確な時間の表示ができるようにしたり、軸受けや歯車で発生する摩擦トルクに抗して指針を静止位置に安定して停止させることができるようにするために、必要最小限の保持トルクが必要である。
そして、ロータの持つ保持トルクにより形成される保持ポテンシャルに対して、衝撃により受け取る時計の指針の運動エネルギーが小さければ、針飛びは起こさない。つまり、指針のモーメントを小さく調整することで、保持ポテンシャルを小さく、すなわち保持トルクを小さくすることができる。
【００４８】
このように、指針のモーメントを小さく調整することにより、必要最小限の保持トルクを、通常の時計用ステップモータの保持トルクに対して数分の１程度の極端に小さな保持トルクにすることが可能となる。
このように、図３に示した測定結果から、保持トルクの低減が消費電力の低減に関して効果的であり、その保持トルクは通常の時計用ステップモータの保持トルクの数分の１にまで極端に小さくすることが可能であることがわかった。
【００４９】
次に、初期位相角と消費電力との関係について説明する。
図１に示した初期位相角θ１ は、回転トルクと保持トルクの位相差を示すものであり、ロータ穴２の内部に発生する磁界の方向となる磁界方向線１２と、ロータ３の静止位置でのロータ磁石３ａの磁化の方向の線４とのなす角度であり、ステップモータの駆動における重要なパラメータである。
【００５０】
実験では、初期位相角と消費電力との関係を調べるために、ロータ穴２の内周に設けた２つの凹部５ａ，５ｂの設置位置を変えることにより、最大保持トルクを１５０ｎＮｍに一定に設定して、初期位相角だけを変えるようにした数種類のステータ１を使用した。
また、初期位相角は、自作のロータ回転角測定器によりロータ３の変位角度に対する角速度を測定すると同時に、ロータ３が回転運動をすることによりコイル７に発生する逆起電流を測定して算出した。
【００５１】
消費電力は、１ステップ駆動するときのコイル７に流れる電流と印加した駆動電圧の積を積分して求めた。なお、測定に用いたステータ１の初期位相角は、概略１０度刻みで２０度から８０度までのものを作成した。
その実験による測定結果を図４に示す。その測定結果によれば、初期位相角が２０度から４０度までの範囲では消費電力が急激に低下し、５０〜６０度で最小となり、それ以降は初期位相角を大きくしていくと消費電力は緩やかに増加した。
【００５２】
一般的には、初期位相角の最適値としては４５度が用いられるが、この実験のように最大保持トルクを１５０ｎＮｍのように小さくしたときには、消費電力が最も小さくなる初期位相角の最適値は４５度よりも大きい角度側に移動することがわかった。  以上の結果より、時計用ステップモータの低消費電力化には、最適な初期位相角の設定が必要であることがわかった。そして、最大保持トルクを１５０ｎＮｍのように小さくした場合には、最適な初期位相角度は４５度よりも大きな角度となり、その角度は今回の測定結果では５０〜６０度になることがわかった。
【００５３】
次に、消費電力とステータの連結部の構造との関係について説明する。
図２に示したステータ１のように、ステータ部品１ａとステータ部品１ｂとを、低透磁率もしくは非磁性の材料からなる連結部１ｃ及び１ｄで結合した構造の場合には、ステータ１をステータ部品１ａとステータ部品１ｂとの２つの部分に磁気的に分離することができるため、ロータ３を回転させるための磁界をロータ穴２の内部に効率的に発生させることができる。
【００５４】
そこで、今回この連結部と消費電力との関係を調べるために実験を行なった。  その実験では、図２で説明したステータ１と、図２５に示す従来の時計用ステップモータに使用されている１対の凹部５ａ，５ｂを有するステータ２２１を使用した場合とで比較した。
その従来のステータ２２１は、高透磁率の材料よりなる連絡部２２３ａ，２２３ｂの各最小幅Ｂを１００μｍと２００μｍにしたものを２種類用意した。
一方、図２で説明した構成のステータ１は、連結部１ｃ，１ｄのステータ端縁までの幅Ｗａをそれぞれ３００μｍとし、ステータ部品１ａとステータ部品１ｂの間隔Ｗｂをそれぞれ２００μｍとした。
【００５５】
また、比較するステータ１とステータ２２１は、共に同じ保持トルクと初期位相角になるようにした。
実験の結果は、従来のステータ２２１を用いたものでは、連絡部２２３ａ，２２３ｂの最小幅Ｂを２００μｍとしたものでは、用いた駆動波形ではロータ穴２２２の内部に十分な磁界の発生ができないためにロータを回転させることができなかった。
【００５６】
一方、連絡部２２３ａ，２２３ｂの最小幅Ｂを１００μｍにすることにより磁気的飽和を起こし易くしたステータ２２１を用いたものでは、ロータを回転させることができた。
その時の消費電力を、ステータ１を使用した場合の消費電力と比較した結果、ステータ１を用いたものでは、ステータ２２１を用いたものに比べて約２０％の消費電力を低減することができた。
また、ステータ１は、連結部１ｃ，１ｄが低透磁率の材料もしくは非磁性の材料で形成されているので、連結部を極端に細くする必要がないため十分な機械的強度を確保することができた。
この結果から、ステータ１は、連結部１ｃ，１ｄを低透磁率の材料、もしくは非磁性の材料にすることが低消費電力化の点で好ましいことがわかった。
【００５７】
以上、時計用ステップモータの保持トルクと消費電力との関係、及び初期位相角と消費電力との関係、さらには消費電力と連結部の構造との関係についてそれぞれ調べた結果から、時計用ステップモータの低消費電力を実現するために必要なステータの条件としては、次の３つがあることがわかった。
すなわち、１つ目は必要最小限の小さな保持トルクにすること。２つ目は最適な初期位相角の設定を保持トルクとは別に独立して行えるようにすること。３つ目は磁気的にステータを左右２つの部分に分離できる構造にすること。
【００５８】
したがって、この３つ全ての条件を同時に満足するステータを使用すれば、目的とする時計用ステップモータの低消費電力化が図れる。
すなわち、具体的には図２に示したように、保持トルクと初期位相角θ１ とを独立して設定できるようにするために、ロータ穴２の内周に複数の凹部５ａ，５ｂを設け、２つに分けたステータ部品１ａとステータ部品１ｂとを低透磁率の材料もしくは非磁性の材料からなる連結部１ｃ，１ｄで結合する構造のステータ１にすることが最も好ましい。
そのような構造にステータ１をすれば、保持トルクは凹部５ａ，５ｂの大きさにより、また初期位相角は凹部５ａ，５ｂの設置位置を変えることにより調節できるため、低消費電力化に適した保持トルクと初期位相角を独立して設定することができる。
【００５９】
次に、以上の内容を実施したステップモータを実際に作成し、そのステップモータの消費電力を測定して、低消費電力化に関する効果を調べた結果について説明する。
実験では、既存の時計用の２極式ステップモータに、既存のステータに代えてこの実施の形態によるステータ１を組み込んで、消費電力の測定を行った。
その際に使用したステータ１は、材料に厚さ５００μｍのパーマロイを使用し、連結部１ｃ，１ｄにはニクロムを使用した。また、連結部１ｃ，１ｄの寸法は、図２に示した幅Ｗａを３００μｍ、ステータ部品１ａとステータ部品１ｂとの間隔Ｗｂを２００μｍとした。
【００６０】
さらに、そのステータ１に設けるロータ穴２の直径は１３００μｍとし、そのロータ穴２の内周に設置する凹部５ａ，５ｂの大きさと設置位置を調節して初期位相角を６０度とし、保持ポテンシャルを１００ｎＮｍに設定した。また、ロータ磁石３ａとしては、外径８００μｍ厚み４００μｍのサマリウムコバルト磁石を用いた。
このようなステータ１を組み込んだ時計用ステップモータについて消費電力を測定したところ、１ステップ当たり約３００ｎＪの消費電力を達成することができた。
この結果、図２５で説明した従来のステータ２２１を使用した場合に比べて消費電力を約２０％低減することができた。
【００６１】
〔第２の実施形態：図５乃至図１０〕
次に、この発明による時計用の２極式ステップモータの第２の実施形態を図５乃至図１０を参照して説明する。
図５はこの発明による時計用の２極式ステップモータの第２の実施形態を示す図１と同様な平面図、図６は同じくその時計用の２極式ステップモータにおけるステータの構造を示す平面図、図７は同じくそのステータに設けられている保持トルク設定手段である凹部を拡大して示す平面図である。
【００６２】
この第２の実施形態の時計用の２極式ステップモータは、図１乃至図４で説明した第１の実施形態の時計用の２極式ステップモータとステータの構造以外は同じであるため、それら同一の部分については説明を省略する。
この図５に示す第２の実施形態の時計用の２極式ステップモータは、ステータ１１の形状が図６に示すような形状をしており、ロータ穴２の内周にその周方向に異なる設置角度で複数の保持トルク設定手段である２対の凹部１５ｃ，１５ｄと、１５ｅ，１５ｆをそれぞれ形成している。
【００６３】
そして、その対の凹部１５ｃ，１５ｄと対の凹部１５ｅ，１５ｆは、それぞれロータ穴２の中心に対して対称な位置にそれぞれ形成されている。
そのステータ１１は、高透磁率の材料で形成されていて、対の凹部１５ｃ，１５ｄと対の凹部１５ｅ，１５ｆは、共に保持トルクと初期位相角θ１ を設定するためのものであり、その対の凹部１５ｃ，１５ｄの中心を通る直線２５と、ロータ穴２の中心を通りステータ１の励磁方向の磁界方向線１２と直角な直線２７とがなす角度を、凹部１５ｃ，１５ｄの設置角度θ２ としている。
【００６４】
また、一対の凹部１５ｅ、１５ｆの中心を通る直線（図６では磁界方向線１２に一致する）と直線２７とがなす角度を、凹部１５ｅ、１５ｆの設置角度θ３ としている。なお、その設置角度θ２ とθ３ は、図６で反時計回り方向を正の値とする。
また、２つの保持トルク設定手段の配置角度が、ロータ穴２の周方向に１８０度異なる場合には、それらを同一の設置角度とみなす。その理由は、２極式ステップモータの設置角度の位相差が１８０度の場合は電気的位相差はその２倍の３６０度になり、その２つの保持トルク設定手段には同じ向きのトルクが働くためである。
【００６５】
各凹部１５ｃ〜１５ｆは、全て同じ大きさで同じ形状をしており、その凹部１５ｆを図７に拡大して示すように、ロータ穴２の内径と、ロータ穴２と同心円の円弧１６とで挾まれた部分を切り欠いたほぼ矩形の形状をしていて、その切り欠き部分の幅をそれぞれ幅Ｗｃとしている。そして、その各凹部１５ｃ〜１５ｆの深さＤは、ロータ穴２の半径Ｒ１ と円弧１６の半径Ｒ２ との差である。
【００６６】
そのステータ１１を製造する際には、高透磁率の材料であるパーマロイよりなる厚さ５００μｍの帯材から、プレス加工により、プレス加工における位置決め穴となるパイロット下穴とロータ穴２の下穴と固定用の穴６，６とを形成すると共に、一部上記帯材と連結するつなぎ部分（図示せず）を残した外形形状を打ち抜く。
次に、ロータ穴２と凹部１５ｃ，１５ｄ及び凹部１５ｅ，１５ｆの部分をプレス加工で打ち抜き、最後に帯材と連結する上記つなぎ部分を打ち抜いて外形加工を終了する。そして、その外形加工が終了したものを磁気焼鈍を行って、ステップモータのステータ１１とする。
【００６７】
次に、このような構造のステータ１１を使用するステップモータにおいて、２対の凹部１５ｃ，１５ｄと凹部１５ｅ，１５ｆの設置角度θ２ とθ３ をそれぞれ変化させたときの初期位相角θ１ と保持トルクとの関係を調べるために行った実験結果について説明する。
その実験は、国際公開ＷＯ ９８／３０８６９ 号公報に開示されている回転情報測定装置を用いて行い、保持トルクの測定は直接測定したロータの変位角に対するロータの角速度変化から、運動方程式を解くことによって保持トルクを求めた。
【００６８】
また、初期位相角θ１ は、直接測定したロータの変位角と、そのロータの変位角に対するロータの角速度変化と同時に測定した逆起電力より求めた。
そして、測定に使用したステップモータは、既存の時計用ステップモータのステータを、図６で説明したステータ１１に組み代えたものを使用し、それで初期位相角θ１ と保持トルクの測定をそれぞれ行った。
【００６９】
また、測定に使用したステップモータのステータ１１は、凹部１５ｃ，１５ｄ及び凹部１５ｅ，１５ｆの形成にプレス工程を行わず、磁気焼鈍前に各設置角度θ２ ，θ３ となる位置に、１対の凹部１５ｃ，１５ｄ及び１対の凹部１５ｅ，１５ｆをそれぞれ放電加工により形成した。
そして、その１対の凹部１５ｃ，１５ｄの設置角度θ２ を１５度とし、もう１対の凹部１５ｅ、１５ｆの設置角度θ３ を４５度から９０度まで１５度刻みに変化させたステータ１１を複数作成し、それらの各ステータ１１を組み込んだステップモータについて初期位相角θ１ と保持トルクの測定をそれぞれ行った。
なお、その各ステータ１１の各凹部１５ｃ〜１５ｆは、全て凹部の幅Ｗｃを４００μｍ、深さＤを１５０μｍに作成した。
【００７０】
測定は、従来の構造の時計用ステップモータと比較するため、図２４に示したように１対の凹部２０５ａ，２０５ｂの各幅Ｗｃを４００μｍ、深さＤを１５０μｍとし、設置角度θ１２を３０度から７５度まで１５度刻みに変えたステータ２１１を複数作成し、それらの各ステータ２１１を組み込んだステップモータについて初期位相角θ１（図２２参照）と保持トルクの測定を行った。
その測定結果によれば、従来の構造のステータ２１１を組み込んだステップモータでは、初期位相角θ１ は設置角度θ１２と測定誤差範囲内で一致した。また、最大保持トルクは約２５０ｎＮｍで設置角度θ１２に依存せず一定となった。
【００７１】
この測定結果より、従来のステータ２１１を使用した構造のステップモータでは、初期位相角θ１ は設置角度θ１２により決定され、最大保持トルクは設置角度θ１２には依存しないということがわかった。
次に、一対の凹部の寸法と最大保持トルクの関係を調べるために行った実験結果について説明する。
【００７２】
実験には、図２４に示したように、１対の凹部２０５ａ，２０５ｂを形成したステータ２１１を使用し、その各凹部２０５ａ，２０５ｂの幅Ｗｃをそれぞれ４００μｍで一定とし、その凹部２０５ａ，２０５ｂの深さＤを５０、１００、１５０、２００μｍとそれぞれ異ならせて複数のステータ２１１を用意した。
また、逆に各凹部２０５ａ，２０５ｂの深さＤを１５０μｍで一定とし、今度は凹部の幅Ｗｃを１００、２００、３００、４００μｍとそれぞれ異ならせた複数のステータ２１１も作成した。
【００７３】
そして、これらのステータ２１１を組み込んだステップモータについ、順次保持トルクの測定を行った。
その測定結果を図９及び図１０に示す。
最大保持トルクは、図９に示すように凹部の深さＤを増すにしたがって急激に増加し、１００μｍ以降では緩やかな増加になることがわかった。また、その最大保持トルクは、図１０に示すように凹部の幅Ｗｃを増すにしたがって直線的に増加し、凹部の幅Ｗｃにほぼ比例することがわかった。
【００７４】
この実験結果により、最大保持トルクは文献等に記載されているように凹部の面積和に比例しないことがわかる。つまり、今回の試験に使用したステータ２１１は、一対の凹部２０５ａ，２０５ｂを設けていて、その凹部２０５ａと２０５ｂの面積和は、その一方の凹部の幅Ｗｃと深さＤの積のほぼ２倍になる。
そのため、図９に示した測定に使用したステータ２１１は、凹部の幅Ｗｃを４００μｍに一定にしているため、最大保持トルクが凹部の面積和に比例するものとすれば、その最大保持トルクは凹部の深さＤに比例していなければならない。
【００７５】
ところが、図９に示した測定結果は、最大保持トルクと凹部の深さＤの関係は比例関係を示す直線にはなっていない。この測定結果より、最大保持トルクは凹部の面積和に比例せず、凹部の深さＤが１００μｍ以下の領域においてその深さＤを変えることにより設定することができ、深さＤが１００μｍ以上を超えるとほぼ一定となることを示している。
また、最大保持トルクを小さくする方向に調節する際に、その調節を凹部の深さＤを変えることによって行おうとすると、図９から明らかなように凹部の深さＤが１００μｍ以下の領域では、特に５０μｍ以下の部分で凹部の深さＤの変化に対する最大保持トルクの変化が大きいので、加工精度を考えるとその５０μｍ以下の領域での調整は、安定した最大保持トルクを設定する点で難しいので避けた方がよい。
【００７６】
これに対し、図１０に凹部の深さＤを１５０μｍにした場合の測定結果を示したように、最大保持トルクは凹部の深さＤを１５０μｍ程度以上にすれば、その凹部の幅Ｗｃにほぼ比例するので、最大保持トルクの調節には凹部の幅Ｗｃを変えるのが適していることがわかる。
このように、最大保持トルクは、図２４で説明した設置角度θ１２には依存しないが、一対の凹部２０５ａ，２０５ｂの各幅Ｗｃと深さＤにより決定されることがわかる。
【００７７】
一方、図６で説明したステータ１１を組み込んだステップモータの測定結果は、図８に示すように、従来のステータ２１１を組み込んだステップモータと異なる結果になった。
すなわち、初期位相角θ１ は、対の凹部１５ｃ，１５ｄの設置角度θ２ と、対の凹部１５ｅ，１５ｆの設置角度θ３ のいずれにも一致しなかった。
また、最大保持トルクは、それぞれ対の凹部１５ｃ，１５ｄと凹部１５ｅ，１５ｆから得られる最大保持トルク２５０ｎＮｍの２倍の合計値５００ｎＮｍで一定とはならず、対の凹部１５ｅ，１５ｆの設置角度θ３ の増加に伴って、今回測定した範囲で４３０ｎＮｍから１３０ｎＮｍへと減少した。
【００７８】
以上、従来のステータ２１１と図６で説明したステータ１１を組付けたステップモータの測定結果を比較すると、設定される初期位相角と保持トルクは、複数の保持トルク設定手段である各凹部１５ｃ〜１５ｅを形成したステータ１１を使用したものでは、従来のステータ２１１を使用したものに比べて全く違う現象が起きることがわかった。
これらの測定結果を更に比較検討した結果、複数の保持トルク設定手段である２対の凹部１５ｃ，１５ｄと凹部１５ｅ，１５ｆを設けたステータ１１を使用したステップモータでは、初期位相角θ１ と最大保持トルクは、個々の保持トルク設定手段、すなわち対の凹部１５ｃ，１５ｄと対の凹部１５ｅ，１５ｆが、各々単独でロータ穴２の内周に設けられた時に得られる各最大保持トルク及び初期位相角θ１ の各々のベクトルの合成になることがわかった。
【００７９】
また、この第２の実施の形態における時計用ステップモータは、１ステップあたりの変位角度が３６０度ではなく１８０度の２極式ステップモータであるため、そのステップモータの電気角は実際の角度の２倍となる。
そのため、個々の保持トルク設定手段に対応する各々のベクトルとしては、各々の保持トルク設定手段が単独にロータ穴２の内周に設けられた時に形成する最大保持トルクと初期位相角θ１ の２倍で与えられる。
【００８０】
さらに、従来のステータ２１１を使用したステップモータの測定結果より、各々の初期位相角θ１ の代わりに、各々の保持トルク設定手段である２対の凹部１５ｃ，１５ｄと凹部１５ｅ，１５ｆの設置角度θ２ ，θ３ を用いて構わない。
このように、複数の保持トルク設定手段を有するステータ１１を使用したステップモータにおいては、上記のようにして得られる各々のベクトルをベクトル合成することにより、初期位相角θ１ と最大保持トルクをそれぞれ設定することができる。そして、そのベクトル合成により設定される初期位相角θ１ と最大保持トルクは、今回行った実験の測定結果とよく一致した。
【００８１】
つまり、２つの保持トルク設定手段、すなわち対の凹部１５ｃ，１５ｄと凹部１５ｅ，１５ｆをそれぞれ単独で設けた場合には、それら保持トルク設定手段はおのおの２５０ｎＮｍの最大保持トルクを形成するときであっても、対の凹部１５ｃ，１５ｄの設置角度θ２ が１５度であって、対の凹部１５ｅ，１５ｆの設置角度θ３ が９０度で、その設置角度θ２ とθ３ とが７５度ずれている場合には、図８に示した測定結果から最大保持トルクは約１３０ｎＮｍ、初期位相角θ１ は約５３度になる。
【００８２】
このように、この第２の実施の形態における２対の凹部１５ｃ，１５ｄ及び凹部１５ｅ，１５ｆを設けたステータ１１を使用するステップモータによれば、保持トルク設定手段が各凹部１５ｃ〜１５ｆの幅Ｗｃと深さＤにより独立して設定することができる最大保持トルクと、その凹部１５ｃ〜１５ｆを設ける位置となる設置角度θ２ ，θ３ を調節することにより、広い範囲の保持トルクと初期位相角θ１ の設定を行うことができる。
【００８３】
それにより、２対の凹部１５ｃ，１５ｄと凹部１５ｅ，１５ｆのそれぞれ設置角度θ２ ，θ３ を調節し、それらの設置角度の差を大きく、言い換えると各保持トルクの位相角の差を大きく取ることにより、それぞれ対をなす凹部１５ｃ，１５ｄと凹部１５ｅ，１５ｆを単独で設けた場合に形成される各々の保持トルクは大きいままでも、ステップモータ全体での保持トルクは各々の保持トルクをベクトル合成したものになるため、結果として得られる保持トルクを極端に小さな値にすることができる。
【００８４】
次に、２対の凹部を設けたステータと、１対の凹部を設けたステータをそれぞれ組み込んだ時計用ステップモータについて消費電力を確認する実験を行って比較した結果について説明する。
２対の凹部を設けたステータと、１対の凹部を設けたステータは、共に初期位相角を約５５度に、保持トルクの最大値が約７５ｎＮｍになるように形成した。また、ステータの材料には、厚さ５００μｍのパーマロイを用い、そのステータに設けるロータ穴の直径は１７００μｍとし、ロータ磁石としては外径１０００μｍで厚み４００μｍのサマリウムコバルト磁石を用いた。
【００８５】
まず、図６に示した２対の凹部１５ｃ，１５ｄと１５ｅ，１５ｆを設けるステータ１１として、各凹部１５ｃ〜１５ｆの幅Ｗｃ（図７）を４００μｍ、深さＤを１５０μｍとし、一対の凹部１５ｃ，１５ｄの設置角度θ２ を１５度とし、もう１対の凹部１５ｅ，１５ｆの設置角度θ３ を９６度に設置することにより、初期位相角θ１ が５５度で、最大保持トルクが７５ｎＮｍのステップモータが実現できた。
これに対して、図２４に示した従来の１対の凹部２０５ａ，２０５ｂを設けたステータ２１１の構造のものは、各凹部２０５ａ，２０５ｂの幅Ｗｃを１２０μｍ、深さＤを１５０μｍとして設置角度θ１２を５５度に設置する必要があることがわかった。
【００８６】
そして、その２種類のステータ１１と２１１を各々組み込んだステップモータについて、実駆動での消費電力を測定したところ、最大保持トルクとして約２５０ｎＮｍを持つ通常の時計用ステップモータでは１ステップ当たり８００〜９００ｎＪの消費電力を示すのに対し、上記２種類のステータ１１と２１１を各々組み込んだステップモータでは、共に１ステップ当たり約４００ｎＪの消費電力を示し低消費電力化が計れた。
そして、それら２種類のステータ１１と２１１を各々組み込んだステップモータでは、特性上の差がみられなかった。
【００８７】
以上の実験結果より、２対の凹部を設けたステータと、１対の凹部を設けたステータを各々組み込んだステップモータで、同じ特性を得るのに２対の凹部１５ｃ，１５ｄと凹部１５ｅ，１５ｆを設けたステータ１１を組み込んだステップモータでは、各凹部１５ｃ〜１５ｆの幅Ｗｃを４００μｍとし、深さＤを１５０μｍにすることで得られた。
これに対し、従来からある１対の凹部２０５ａ，２０５ｂを設けたステータ２１１を組み込んだステップモータでは、各凹部２０５ａ，２０５ｂの幅Ｗｃを１２０μｍにし、深さＤを１５０μｍにすることで、２対の凹部を設けたステータを組み込んだステップモータと同じ特性が得られた。
【００８８】
したがって、各凹部２０５ａ，２０５ｂの幅Ｗｃを、２対の凹部を設けるステータ１１に比べてかなり小さくしなければならない。
そのため、このように１対の凹部２０５ａ，２０５ｂを設けるステータ２１１では、加工上及び生産性の面で問題が生じる。
すなわち、今回の実験に使用した２種類のステータ１１，２１１は、共に高い精度の試験結果が得られるようにするため、各凹部を高い精度で加工することができる放電加工により形成したので、凹部の幅１２０μｍの加工に関して加工上の問題は生じなかった。
【００８９】
しかしながら、ステータは、実際に工場で生産する場合には生産性の点を考慮してプレス加工で製造する必要がある。ところが、プレス加工では厚み５００μｍのパーマロイの帯材に幅１２０μｍで深さ１５０μｍの凹部を精度良く加工することは非常に難しく、それを可能にしたとしても用いる金型の寿命は非常に短いものになってしまうため、生産性が非常に悪くなってしまう。
そうかといって、加工精度の高い放電加工でステータを製造すれば、加工に時間がかかるため、非常に高価なものになってしまう。
【００９０】
これに対し、図６で説明した２対の凹部１５ｃ，１５ｄと１５ｅ，１５ｆを設けるステータ１１によれば、その各凹部１５ｃ〜１５ｆの幅Ｗｃを４００μｍに、深さＤを１５０μｍのままで、対の凹部１５ｃ，１５ｄの設置角度θ２ を１３度に、対の凹部１５ｅ，１５ｆの設置角度θ３ を９７度にそれぞれ調整することにより、初期位相角θ１ を５５度にして、最大保持トルクを５０ｎＮｍのステップモータにすることができる。
なお、この第２の実施の形態におけるステータ１１は、保持トルク設定手段としてロータ穴２の内周に２対の凹部１５ｃ，１５ｄ及び凹部１５ｅ，１５ｆを設けた場合の例を示したが、その保持トルク設定手段として設ける凹部は、ロータ穴２の内周に３対以上設けるようにしてもよい。
【００９１】
特に、ステータのロータ穴の周囲に輪列の軸穴や固定ピン用の穴が設けられている場合には、その輪列の軸穴や固定ピン用の穴と保持トルク設定手段として機能する凹部が干渉しやすいため、設定しようとする初期位相角と保持トルクを得るために、凹部を設置すべき設置角度に設置できない場合が生じることがある。
そのような場合には、上記輪列の軸穴や固定ピン用の穴と干渉する位置に対の凹部を設けた場合に形成される保持トルクを前述したようにベクトル分解し、その分解したベクトルになるように３対以上の凹部を、上記輪列の軸穴や固定ピン用の穴を避けて干渉しない位置にそれぞれ分けて配置すれは、目的とする初期位相角と保持トルクを得ることができる。
【００９２】
また、主に図５及び図６を使用して説明した第２の実施の形態では、２つの保持トルク設定手段としてロータ穴２の内周に２対の同寸法のほぼ矩形の形状をした凹部１５ｃ，１５ｄ及び１５ｅ，１５ｆを設けた場合の例を示したが、その２対以上設ける各凹部は、ロータ穴２に対して開口部を持つ形状であればどのような形状のものであってもよいし、その対をなす凹部同士の形状及び寸法が同じであれば、対ごとに形状及び寸法を変えてもよい。
【００９３】
〔第３の実施形態：図１１及び図１２〕
次に、この発明による時計用の２極式ステップモータの第３の実施形態を図１１及び図１２を参照して説明する。
図１１はこの発明による時計用の２極式ステップモータの第３の実施形態を示す図１と同様な平面図、図１２は同じくその時計用の２極式ステップモータにおけるステータの構造を示す平面図である。
この第３の実施形態の時計用の２極式ステップモータは、図１乃至図４を参照して説明した第１の実施形態の時計用の２極式ステップモータとステータの構造以外は同じであるため、それら同一の部分については説明を省略する。
【００９４】
図１１に示す第３の実施形態の時計用の２極式ステップモータは、ステータ３１の連結部３１ｃ，３１ｄが、複数の保持トルク設定手段の少なくとも１つをなしている点に関しては、図１で説明したステータ１に連結部１ｃ，１ｄを有しているステップモータと同じであり、そのステップモータとはステータ３１のロータ穴２の内周の連結部３１ｃ，３１ｄと異なる位置に、保持トルク設定手段として機能するほぼ矩形形状の切欠きからなる１対の凹部３５ａ，３５ｂを形成した点が異なる。
そして、その凹部３５ａと３５ｂは、ロータ穴２の中心に対して対称の位置に形成されている。
【００９５】
なお、図１１では連結部３１ｃ，３１ｄの設置角度を０度とした場合の例を示したが、その設置角度は０度でなくてもよい。
このステータ３１の製造方法は、図２で説明したステータ１と同様であり、高透磁率の材料であるパーマロイよりなる厚さ５００μｍの帯材をプレス加工し、パイロット穴とロータ穴２の下穴と固定用の穴６，６と共に、一部上記帯材と連結するつなぎ部分（図示せず）を残した外形形状の打ち抜きを行う。
【００９６】
その後、連結部３１ｃ、３１ｄとなる部分にスリットを形成し、そのスリットに低透磁率の材料もしくは非磁性の材料の線材を挿入し、レーザー溶接により第１のステータ部品３１ａと第２のステータ部品３１ｂとを上記線材を介して結合する。
次に、ロータ穴２と凹部３５ａと３５ｂの部分をプレス加工で打ち抜き、最後に帯材と連結する上記つなぎ部分を打ち抜いて外形加工を終了する。そして、その外形加工が終了したものを磁気焼鈍を行って、ステップモータのステータ３１とする。
【００９７】
このような構造のステータ３１は、連結部３１ｃ，３１ｄの部分が高透磁率の材料をプレス加工で切り欠いた部分に低透磁率の材料もしくは非磁性の材料を溶接で結合したものであるので、その部分が１対の凹部３５ａと３５ｂと同様に保持トルク設定手段として機能してロータ３を所定の位置に保持する働きをする。  そして、そのステータ３１を組み込んだステップモータを確認した結果、連結部３１ｃ，３１ｄにより形成された保持トルクの初期位相角は、１対の凹部３５ａと３５ｂと同様に連結部３１ｃ，３１ｄの設置角度にほぼ一致し、形成された保持トルクの大きさは、同一寸法の凹部が形成する保持トルクとほぼ一致する大きさになることがわかった。
【００９８】
以上の点から、このステータ３１の構造にしても、図１乃至図４で説明したステップモータと同様に、連結部３１ｃ，３１ｄを単独でロータ穴２の内周に設けた場合に形成される保持トルクと、そのロータ穴２の内周に１対の凹部３５ａ，３５ｂを単独で設けた場合に形成される各保持トルクのベクトルを合成した保持トルクが、最終的にステップモータの設定保持トルクになるはずである。
【００９９】
そこで、それを確認するために行った実験について、以下説明する。
この実験に使用するステータ３１としては、図１２に示すようにロータ穴２の内周に１対の連結部３１ｃ，３１ｄと、１対の凹部３５ａ，３５ｂをそれぞれ形成したものを使用する。
そして、その一対の凹部３５ａ，３５ｂの図１２に示す設置角度θ４ と、凹部３５ａ，３５ｂのそれぞれの幅Ｗｃを、初期位相角θ１ （図１１）が約５５度になり、最大保持トルクが約７５ｎＮｍになる位置に調整した。
【０１００】
また、ステータ３１の材料としては、厚さ５００μｍのパーマロイを使用し、ロータ穴２の直径は１７００μｍとした。さらに、ロータ磁石３としては、外径１０００μｍで厚み４００μｍのサマリウムコバルト磁石を使用した。
このように形成したステータ３１を、時計用ステップモータに組み込んで初期位相角θ１ と保持トルクの測定を行った結果、１対の凹部３５ａ，３５ｂの凹部の幅Ｗｃを２７０μｍにすると共に深さＤ（図７を参照）を１５０μｍにし、１対の凹部３５ａ，３５ｂの設置角度θ４ を７８度に設置することにより、初期位相角θ１ が約５５度で、最大保持トルクが約７５ｎＮｍのステップモータを実現することができた。
【０１０１】
この実験結果は、ステップモータの保持トルクの設定は、連結部３１ｃ，３１ｄにより形成された保持トルクと、ロータ穴２の内周に設けた１対の凹部３５ａ，３５ｂにより形成された保持トルクのベクトルをそれぞれ合成したもので設定されることを示している。
このように、この実施の形態のステータ３１を使用すれば、初期位相角θ１ が約５５度で、最大保持トルクが約７５ｎＮｍのステップモータを実現するのに、１対の凹部３５ａ，３５ｂの各幅Ｗｃは２７０μｍにすればよいので、図２４を使用して説明した従来のステータ２１１における凹部の幅Ｗｃを１２０μｍとするものに比べて遥かに大きな凹部の幅にすることができる。したがって、ステータ３１の加工が容易になる。
【０１０２】
さらに、このステータ３１を使用すれば、連結部３１ｃ，３１ｄの幅Ｗｂを広くすることにより、一対の凹部３５ａ，３５ｂの凹部の幅Ｗｃを広くすることができる利点がある。
例えば、上述したステータ３１では、連結部３１ｃ，３１ｄの幅Ｗｂは２００μｍのものを使用したが、その幅Ｗｂを４００μｍと広くすれば、初期位相角θ１ を約５５度、最大保持トルク約７５ｎＮｍに設定するために必要な一対の凹部３５ａ，３５ｂの大きさは、凹部の幅Ｗｃが４５０μｍで、深さＤを１５０μｍにして、設置角度θ４ を８３度にすればよい。
【０１０３】
つまり、同じ初期位相角θ１ と保持トルクを設定する場合に、連結部の幅Ｗｂを２００μｍから４００μｍに広くすれば、凹部３５ａ，３５ｂの幅Ｗｃを２７０μｍから４５０μｍに広げることができる。
そして、そのステータ３１の連結部３１ｃ，３１ｄの幅Ｗｂを４００μｍとし、一対の凹部３５ａ，３５ｂの設置角度θ４ を８５度にすると共に、凹部の幅Ｗｃを４３０μｍにすれば、前述した第２の実施の形態と同様に、初期位相角θ１ を５５度に、最大保持トルクを５０ｎＮｍに設定することができる。
【０１０４】
次に、このステータ３１を組み込んだ時計用ステップモータを実駆動させたときの１ステップ当たりの消費電力を測定した結果について説明する。
そのステータ３１を組み込んだステップモータの１ステップ当たりの消費電力の測定結果は、約３５０ｎＪであった。この値は、最大保持トルクが約２５０ｎＮｍの通常の時計用ステップモータにおける１ステップ当たりの消費電力８００〜９００ｎＪに比べて、かなり小さな消費電力である。
【０１０５】
そして、この実施の形態におけるステップモータの１ステップ当たりの消費電力約３５０ｎＪは、同一の保持トルクを持つように設定した場合の前述した第２の実施の形態におけるステータ１１を使用した時計用ステップモータの消費電力約４００ｎＪに比べて、５０ｎＪの低消費電力化が図れている。
その理由としては、ステータ３１の構造において、非磁性の連結部３１ｃ，３１ｄの働きによるものであると考えられる。
【０１０６】
以上述べたように、この第３の実施の形態におけるステータ３１を使用すれば、第２の実施の形態で説明したステータ１１と同様に、生産性を損なうことなく低消費電力化に適した極端に小さな保持トルクを設定することができる。
また、図１１及び図１２では、保持トルク設定手段として連結部３１ｃ，３１ｄ以外にロータ穴２の内周に１対の凹部３５ａ，３５ｂを設けた場合の例について説明したが、そのロータ穴２の内周に設ける凹部は２対以上設けるようにしてもよい。
【０１０７】
また、この第３の実施の形態において、ロータ穴２の内周に設ける凹部３５ａ，３５ｂの形状は、図１２に示したような１対の同寸法のほぼ矩形のものに限るものではなく、ロータ穴２に対し開口部を持つ形状のものであれば、どのような形状のものであっても互いに対をなす凹部同士の形状で寸法が同じものであれば構わない。
【０１０８】
〔第４の実施形態：図１３〕
次に、この発明による時計用の２極式ステップモータの第４の実施形態を図１３を参照して説明する。
図１３はこの発明による時計用の２極式ステップモータの第４の実施形態におけるステータの構造を示す図６と同様な平面図である。
この第４の実施形態の時計用の２極式ステップモータは、図５乃至図６を参照して説明した第２の実施形態の時計用の２極式ステップモータとステータの構造以外は同じであるため、それら同一の部分については説明を省略する。
【０１０９】
この図１３に示すステータ４１は、ロータ３を回転方向の所定の位置に保持する複数の保持トルク設定手段を有しているが、その複数の保持トルク設定手段はロータ穴２の中心に関し形状が非対称のものを含んでいる。  すなわち、ステータ４１に、ロータ３の保持トルクと初期位相角を決める保持トルク設定手段として、ロータ穴２の内周に１対の凹部４５ａ，４５ｂと、更にもう１対の凹部４５ｃ，４５ｄを設けている。
【０１１０】
そして、その凹部４５ａと４５ｂを、ロータ穴２の中心に関し対称な位置に配置している。同様に、凹部４５ｃと４５ｄも、ロータ穴２の中心に関し対称な位置に配置している。
その凹部４５ａと４５ｂは、図１３から明らかなように同一の形状をしているが、凹部４５ｃと４５ｄは同一形状ではなく、凹部４５ｃの方が凹部４５ｄよりも凹部の幅Ｗｃが大きい。
【０１１１】
ロータ穴２の中心を通りステータ４１の励磁の方向の線（図５の磁界方向線１２）に直角な直線２７と、一対の凹部４５ａ，４５ｂの中心を通る直線６４とがなす角度を、凹部４５ａ，４５ｂの設置角度θ５ とする。同様に、一対の凹部４５ｃ，４５ｄの中心を通る直線６２が直線２７となす角度を凹部４５ｃ，４５ｄの設置角度θ６ とする。なお、設置角度θ５ ，θ６ は、共に反時計回り方向を正の値とする。
【０１１２】
ところで、図６で説明したステータ１１では、保持トルク設定手段は２対の凹部１５ｃ，１５ｄと１５ｅ，１５ｆであり、そのそれぞれ対をなす凹部が形成する各保持トルクと初期位相角はそれら対の凹部毎にベクトルで表され、結果として設定される最大保持トルクはそれらのベクトルの和となった。
そして、各凹部１５ｃ〜１５ｆは、いずれも同じ形状で同じ大きさであったので、それぞれ対の凹部ごとの二つのベクトルは大きさは同じであり、位相角はそれぞれ対の凹部ごとの設置角度θ２ ，θ３ に応じて決まるものであった。
【０１１３】
これに対し、この実施形態におけるステータ４１も、対の凹部４５ａ，４５ｂと対の凹部４５ｃ，４５ｄごとに一つの保持作用を果たすベクトルが対応し、それら２対の凹部４５ａ，４５ｂと４５ｃ，４５ｄによる保持作用の合成は、やはり２つの上記ベクトルの合成となる。
【０１１４】
ここで、我々は１対の凹部だけを設けたステータについて、寸法が同じでない凹部を対にした場合も含めてステータを作成し、それらの各ステータについて保持トルクを調べる実験を行った。
その実験に使用したステータは、図８に示した実験データを得る際に行った実験に準じて、２つの凹部が同寸法のものについては凹部の幅Ｗｃを共に４００μｍにした。さらに、凹部の寸法が異なるものについては２つの凹部の幅Ｗｃの和が８００μｍになるように、幅Ｗｃの組み合せを４５０μｍと３５０μｍにしたものと、５００μｍと３００μｍにしたものを製作した。
【０１１５】
また、凹部の深さＤはいずれも１５０μｍにした。そして、これらのステータをステップモータに組み込んで実験したところ、ロータの保持トルクおよび初期位相角は、いずれも測定誤差範囲内で一致する値を示した。
このように、凹部（凸部の場合も同様）の形状を非対称にしても、２つの凹部の幅Ｗｃの和を一定にすれば、ロータの保持トルクおよび初期位相角を一定に保つことができるということを、実験で確認することができた。
【０１１６】
したがって、図１３に示したステータ４１の場合には、対の凹部４５ｃ，４５ｄの各面積に大小の差があるが、凹部の深さＤを一定にして幅Ｗｃを変化させる条件で凹部の面積を変えた場合には、１対の凹部の面積和が一定であればベクトルも基本的に一定であり、凹部が非対称であること自体はベクトルに影響しない。
したがって、対をなす複数の凹部の面積和を調整することによってベクトルを調整することができ、逆にベクトルすなわち凹部の面積和を一定にして、対をなす複数の凹部の面積の割り振りを調整することもできる。
【０１１７】
そして、図１３に示したステータ４１の場合には、対の凹部４５ｃと４５ｄについて大きさを異ならせて面積差をつけたが、その凹部４５ｃと４５ｄだけでなく、対の凹部４５ａと４５ｂについても大きさを異ならせて面積差をつけてもよい。
このように、対をなす凹部４５ｃと４５ｄの面積配分と、対の凹部４５ａ，４５ｂの設置角度θ５ 及び対の凹部４５ｃ，４５ｄの設置角度θ６ を選択することによって、従来のように対をなす凹部の形状が同じである構造に比べて凹部を配置する自由度が増える。したがって、ロータの保持トルクや初期位相角の設定を一層便利に行うことができる。
【０１１８】
〔第５の実施形態：図１４〕
次に、この発明による時計用の２極式ステップモータの第５の実施形態を図１４を参照して説明する。
図１４はこの発明による時計用の２極式ステップモータの第５の実施形態におけるステータの構造を示す図１２と同様な平面図であり、図１２と対応する部分には同一の符号を付してある。
この第５の実施形態の時計用の２極式ステップモータに使用するステータ５１は、図１２で説明したステータ３１に対して、ロータ穴２の内周に、そのロータ穴２の中心に関して対称の位置に設けた１対の凹部５５ａと５５ｂの形状を、凹部５５ａ側を凹部５５ｂ側に比べて大きくしている。
【０１１９】
そして、それぞれ高透磁率の材料で形成された第１と第２のステータ部品５１ａと５１ｂを、低透磁率の材料あるいは非磁性の材料からなる対の連結部３１ｃ，３１ｄを介して溶接により一体に連結し、その対の連結部３１ｃ，３１ｄが１対の凹部５５ａ，５５ｂと同様の作用をして、保持トルク設定手段として機能するようにしている。
したがって、このステータ５１は、実質的に２対の凹部を持っているのと同様であり、ロータ３に生じる最大保持トルクと初期位相角は、対の凹部５５ａ，５５ｂが形成する保持トルクに対応するベクトルと、対の連結部３１ｃ，３１ｄが形成する保持トルクに対応するベクトルとの和になる。
【０１２０】
このステータ５１によれば、凹部５５ａと５５ｂの大きさを同じにするという制限が省かれるので、それらの配置がしやすくなる。また、凹部５５ａ，５５ｂを通る中心線６３が、連結部３１ｃ，３１ｄのそれぞれ中心を通る直線２７となす設置角度θ７ を選択するだけで、ロータ３の保持トルクと初期位相角の設定を極めて自由に行うことができる。
【０１２１】
なお、図１４に示したステータ５１は、連結部３１ｃ，３１ｄの中心を通る直線（この例では直線２７に一致）が、ロータ穴２の中心を通りステータ５１の励磁方向の直線と直角な直線２７となす角度を対の連結部３１ｃ，３１ｄの設置角度としたときに、その設置角度が０度になる場合のものを示したが、その設置角度を０度以外の角度にして、対の連結部３１ｃ，３１ｄを傾斜させた位置に設けるようにしてもよい。
また、連結部３１ｃの幅Ｗｂと，連結部３１ｄの幅Ｗｂを異ならせるようにしてもよい。そうすれば、ステップモータの特性の設定がさらに自由になる。
【０１２２】
さらに我々は、上述した対の凹部（後述する凸部の場合も同様）の形状を違えた保持トルク設定手段の極限の場合として、対の凹部の一方だけを設けたもの、すなわちロータ穴の内周に凹部を１カ所だけ設けた場合の保持トルクについて調べる実験を行った。
【０１２３】
その実験結果によれば、凹部を１カ所だけ設けた場合も、１対の凹部により保持トルクが設定されるのと同様に保持トルクが設定された。そして、その１つの凹部に対して最大保持トルクと初期位相角を表す１個のベクトルが対応し、複数の凹部を設けた場合には、全体としてはそれら個々のベクトルの合成になることがわかった。
この実験結果からわかることは、保持トルク設定手段の基本は、それを必ずしも対の凹部にする必要はなく、対にしない単独の凹部をロータ穴の内周の所望の位置にそれぞれ配置するようにしても、所望の特性が得られることがわかった。
【０１２４】
ところで、ステータに設けた２つの保持トルク設定手段がロータ穴の中心に対して対称形である場合、理論的にはロータはステータから保持トルクだけを受けて軸受け部に側圧を生じないことになる。
しかしながら、対向する２つの保持トルク設定手段が、ロータ穴の中心に対して非対称になる位置にずれるにしたがってロータに側圧が生じるようになる。その側圧は、保持トルク設定手段として単独の凹部を設けた場合に最も強まり、その側圧により軸受の部分の摩擦が増大する。したがって、それに対抗するためにロータ駆動電流が若干増える傾向を示すようになるが、実際にはいくつかの保持トルク設定手段を組み合わせて配置する場合が多いので、その場合には上記側圧は相殺されるため、最終的にロータ駆動電流はあまり大きな値になることはない。
【０１２５】
以上、実験結果から、１カ所の凹部に対しても保持トルクと初期位相角を表す１個のベクトルが存在し、対にしない単独の凹部を複数設けた場合のベクトルは、それらのベクトルの合成になることを知った。
したがって、ステータのロータ穴の内周に保持トルク設定手段として形成する凹部は、必ずしも対にして設ける必要はない。すなわち、対にしない単独の凹部を保持トルク設定手段の基本単位にし、それをロータ穴の内周に必要な数だけ配置するようにしてもよい。
【０１２６】
〔第６の実施形態：図１５〕
次に、この発明による時計用の２極式ステップモータの第６の実施形態を図１５を参照して説明する。
図１５はこの発明による時計用の２極式ステップモータの第６の実施形態におけるステータの構造を示す図１３と同様な平面図であり、図１３と対応する部分には同一の符号を付してある。
【０１２７】
この第６の実施形態の時計用の２極式ステップモータに使用するステータ６１は、ロータ穴２の内周に、１対の凹部４５ａ，４５ｂを、それらの中心を通る直線６４が直線２７に対し設置角度θ５ をなす位置に設け、さらに対をなさない単独の凹部４５ｃを、その中心を通る直線６５が直線２７に対し設置角度θ６ をなす位置に設けている。
【０１２８】
このようなステータ６１によって設定される保持トルクは、１対の凹部４５ａ、４５ｂが形成する保持トルクに対応するベクトルと、単独の凹部４５ｃが形成する保持トルクに対応するベクトルとの合成となる。
このように、保持トルク設定手段は、対をなす凹部の組み合わせに限るものではなく、単独の凹部を様々な位置に配置することによっても所望の特性を得ることができる。
【０１２９】
〔第７の実施形態：図１６〕
次に、この発明による時計用の２極式ステップモータの第７の実施形態を図１６を参照して説明する。
図１６はこの発明による時計用の２極式ステップモータの第７の実施形態におけるステータの構造を示す図１５と同様な平面図であり、図１５と対応する部分には同一の符号を付してある。
【０１３０】
この第７の実施形態の時計用の２極式ステップモータに使用するステータ７１は、ロータ穴２の内周の２カ所に凹部４５ｃと４５ｅを設けたものであるが、その２つの凹部４５ｃ，４５ｅはロータ穴２の中心に対して対称な１対の凹部でなく、それぞれ対をなさない単独のものである。そして、凹部４５ｃの中心を通る直線６５が直線２７に対し設置角度θ６ をなし、凹部４５ｅの中心を通る直線６４が直線２７に対し設置角度θ５ をなしている。
このステータ７１では、ロータ３の保持状態は、各凹部４５ｃ，４５ｅがロータ３に対して持つ保持作用のベクトルの合成で定まる。
【０１３１】
〔第８の実施形態：図１７〕
次に、この発明による時計用の２極式ステップモータの第８の実施形態を図１７を参照して説明する。
図１７はこの発明による時計用の２極式ステップモータの第８の実施形態におけるステータの構造を示す図１４と同様な平面図であり、図１４と対応する部分には同一の符号を付してある。
【０１３２】
この第８の実施形態の時計用の２極式ステップモータに使用するステータ８１は、それぞれ高透磁率の材料で形成された第１と第２のステータ部品８１ａと８１ｂを、幅Ｗｂの低透磁率の材料あるいは非磁性の材料からなる対の連結部３１ｃ，３１ｄを介して溶接により一体に連結している。
そして、ロータ穴２の内周に単独の凹部５５ａを設け、その中心を通る直線６３が直線２７に対し設置角度θ７ をなすようにしている。
【０１３３】
このステータ８１においても、図１４で説明したステータ５１と同様に、対の連結部３１ｃ，３１ｄは対の凹部と同じ作用をして保持作用のベクトルを持つ。そして、単独の凹部５５ａもベクトルを持つから、ロータ３の保持トルクと初期位相角はこれらのベクトルの合成で定まる。
この図１７に示したステータ８１も、図１４のステータ５１と同様に、対の連結部３１ｃ，３１ｄのそれぞれ中心を通る直線が直線２７に重なって、連結部３１ｃ，３１ｄの設置角度は０度になっているが、ステータ５１で説明した場合と同様に、その設置角度を０度でない角度にして対の連結部３１ｃ，３１ｄを傾斜させるようにしてもよい。
また、連結部３１ｃ，３１ｄの幅Ｗｂを互いに異ならせるようにしてもよい。さらに、２つの連結部３１ｃ，３１ｄの中心が、同一直線上に位置しないようにすることもできる。
【０１３４】
〔第９の実施形態：図１８〕
次に、この発明による時計用の２極式ステップモータの第９の実施形態を図１８を参照して説明する。
図１８はこの発明による時計用の２極式ステップモータの第９の実施形態におけるステータの構造を示す図１５と同様な平面図であり、図１５と対応する部分には同一の符号を付してある。
この第９の実施形態の時計用の２極式ステップモータに使用するステータ９１は、方式の異なるギャップ型とノッチ型の保持トルク設定手段を有している。
【０１３５】
すなわち、このステータ９１には、ロータ穴９２にギャップ型の保持トルク設定手段として機能するギャップ量Ｇの段差部９４ｃ、９４ｄと、ノッチ型の保持トルク設定手段として機能する１対の凹部４５ａ，４５ｂを設けている。
このステータ９１を用いたステップモータは、ロータの保持トルクと初期位相角が、１対の段差部９４ｃ、９４ｄにより形成される保持トルクに対応するベクトルと、１対の凹部４５ａ，４５ｂにより形成される保持トルクに対応するベクトルとの合成で決まる。
【０１３６】
ところで、図２３に示した従来のステータ２０１に見られるような単純なギャップ型ステータの場合には、ロータ穴の平均直径が約１７００μｍでギャップ量Ｇが４０μｍであると、ロータの最大保持トルクは約３００ｎＮｍとなり、初期位相角はほぼ４５度となる。
しかしながら、我々の実験結果によれば、ステップモータの効率を上げて消費電力を減らすためには、ロータの最適な初期位相角（図２２のθ１ 参照）は、図４を使用して説明したように、上記４５度よりも大きい５０度〜６０度程度であるが、７０度位までは実用上問題はない。
【０１３７】
そこで、図２３における段差部２０４ａ、２０４ｂを、ステータ２０１の長手方向に直交する直線２７上の図示している位置から反時計回り方向に例えば２０度回転させた位置にすれば、初期位相角を上記の理想とする５０度〜６０度に近づけることができる。
しかしながら、この状態で更に消費電力の低減を図るために最大保持トルクも小さくしようとすると、ギャップ量Ｇを極度に小さくしなければならなくなる。したがって、そのための加工が困難になる。
【０１３８】
ところが、図１８で説明したステータ９１を使用すれば、段差部９４ｃ，９４ｄからなるギャップ型の保持トルク設定手段と、１対の凹部４５ａ，４５ｂからなるノッチ型の保持トルク設定手段と備えているので、その凹部４５ａ，４５ｂの設置角度θ５ を適切に選択することにより、ギャップ量Ｇや凹部４５ａ，４５ｂの寸法を極端に小さくすることなしに、最大保持トルクを低減して、適切な初期位相角を得ることができる。
【０１３９】
ところで、図１８のステータ９１は、段差部９４ｃ、９４ｄを通る直線７０が、ステータ９１の励磁方向に直角な直線２７に重なるので、段差部９４ｃ、９４ｄの設置角度は０度であり、１対の凹部４５ａ，４５ｂは、その各中心を通る直線６４が直線２７に対してなす角度である設置角度がθ５ になるようにしているが、その段差部９４ｃ、９４ｄを通る直線７０を直線２７に対して傾斜させた位置にして段差部９４ｃ、９４ｄを０度以外の設置角度で設けるようにしてもよい。
【０１４０】
なお、我々が行った実験結果によれば、段差部のギャップ量Ｇ＝４０μｍ、凹部の幅Ｗｃ＝４００μｍ、深さＤ＝１５０μｍのステータ９１において、段差部９４ｃ、９４ｄを通る直線７０の直線２７に対する設置角度＝７５度、凹部４５ａ，４５ｂの設置角度θ５ ＝−１０度とすると、最大保持トルク＝７５ｎＮｍ、初期位相角＝５５度になることを確認している。
あるいは、段差部９４ｃ、９４ｄの設置角度を６３度とし、凹部４５ａ，４５ｂの設置角度を−２５度としたときには、最大保持トルク＝５０ｎＮｍ、初期位相角＝５５度になることも確認している。
【０１４１】
〔第１０の実施形態：図１９〕
次に、この発明による時計用の２極式ステップモータの第１０の実施形態を図１９を参照して説明する。
図１９はこの発明による時計用の２極式ステップモータの第１０の実施形態におけるステータの構造を示す図１７と同様な平面図であり、図１７と対応する部分には同一の符号を付してある。
【０１４２】
この第１０の実施形態の時計用の２極式ステップモータに使用するステータ１０１は、高透磁率の材料からなる第１，第２のステータ部品１０１ａ、１０１ｂを、幅Ｗｂの低透磁率の材料または非磁性の材料からなる連結部３１ｃ，３１ｂを介して一体に溶接した構造をしている。
そして、そのステータ１０１には、段差部９４ｅ，９４ｆを有するギャップ型のロータ穴１０２を形成している。
【０１４３】
連結部３１ｃ，３１ｄのそれぞれ中心を通る直線は、ステータ１０１の励磁方向に直角な直線２７と重なっているが、段差部９４ｅ，９４ｆを通る直線１０７は直線２７に対し設置角度θ７ の位置に傾けて設定している。
ところで、図１９の段差部９４ｅ，９４ｆを通る直線１０７を、直線２７に重なるようにすることによって設置角度θ７ を０度にする位置に段差部９４ｅ，９４ｆを配設し、段差部９４ｅ，９４ｆが低透磁率の材料または非磁性の材料で形成した連結部３１ｃ，３１ｂに一致する位置になるようにしたステータは、すでに公知である。
【０１４４】
このような公知のステータの場合には、段差部だけの作用によるロータの初期位相角は前述したようにほぼ４５度であり、連結部が１対の凹部と同様に作用することがこれに加わると、ベクトルの合成によって決まるロータの初期位相角（図２２のθ１ を参照）は３０度〜４０度に減ってしまう。
低消費電力化を図る場合には、前述したように初期位相角は５０度〜６０度が望ましいのであり、上述したように対の段差部を対の連結部の位置に一致させて設ける従来の構成のものでは、それを達成することができなかった。
【０１４５】
しかしながら、図１９に示したステータ１０１によれば、段差部９４ｅ，９４ｆを通る直線１０７を、対の連結部３１ｃ，３１ｄの中心を通る直線２７に対して設置角度θ７ だけ反時計回り方向（正方向）に回転させた位置にしているので、ステップモータの低消費電力化を図る上で有効となる初期位相角５０度〜７０度を得ることができる。
そして、このステータ１０１も、対の連結部３１ｃ，３１ｄと対の段差部９４ｅ，９４ｆによりロータに作用するベクトルの合成によって、好ましいロータの最大保持トルクと初期位相角を得ることができる。
【０１４６】
〔第１１の実施形態：図２０〕
次に、この発明による時計用の２極式ステップモータの第１１の実施形態を図２０を参照して説明する。
図２０はこの発明による時計用の２極式ステップモータの第１１の実施形態におけるステータの構造を示す図１８と同様な平面図であり、図１８と対応する部分には同一の符号を付してある。
【０１４７】
この第１１の実施形態の時計用の２極式ステップモータに使用するステータ１１１は、方式が別であるオーバル型とノッチ型の２種類の保持トルク設定手段を有している。
すなわち、ステータ１１１に、ロータ穴１１２を真円でなく、卵形や楕円形あるいは長円形等のオーバル形状に形成し、そのロータ穴１１２自体が保持トルク設定手段の一つとして機能するようにしている。
【０１４８】
また、そのロータ穴１１２の内周に、ノッチ型の保持トルク設定手段として機能する１対の凹部４５ａ，４５ｂを設けている。
ロータ穴１１２は、上述したように真円ではない。したがって、ロータ穴が真円であるときには、そのロータ穴内に配設されるロータはステップモータの非駆動時には停止位置が定まらないが、このロータ穴１１２のようにオーバル形状である場合にはロータを停止させようとする保持トルクが形成される。したがって、オーバル形状のロータ穴１１２は、保持トルク設定手段の一つとして機能する。
【０１４９】
このステータ１１１では、励磁方向に直角な直線２７に対し、凹部４５ａ，４５ｂのそれぞれ中心を通る直線６４は設置角度θ５ をなし、オーバル形状の長軸１１３は設置角度θ８ をなす。
このステータ１１１を用いたステップモータにおいては、保持トルクと初期位相角の設定は１対の凹部４５ａ，４５ｂにより形成される保持トルクに対応するベクトルと、ロータ穴１１２のオーバル形状により形成される保持トルクに対応するベクトルとの合成で与えられる。
なお、図２０では、説明の都合上オーバル形状を誇張して図示してあり、実際の寸法はロータ穴１１２の平均直径１７００μｍに対して長軸−短軸＝４０μｍ程度である。
【０１５０】
〔第１２の実施形態：図２１〕
次に、この発明による時計用の２極式ステップモータの第１２の実施形態を図２１を参照して説明する。
図２１はこの発明による時計用の２極式ステップモータの第１２の実施形態におけるステータの構造を示す図２０と同様な平面図であり、図１９及び図２０と対応する部分には同一の符号を付してある。
【０１５１】
この第１２の実施形態の時計用の２極式ステップモータに使用するステータ１２１は、低透磁率の材料または非磁性の材料からなる連結部３１ｃ，３１ｄと、オーバル型のロータ穴１１２とを組み合わせた構造をしている。
すなわち、高透磁率の材料からなる第１，第２のステータ部品１２１ａと１２１ｂを、幅Ｗｂの連結部３１ｃ，３１ｄを介して溶接により一体にしてステータ１２１としている。そして、そのステータ１２１に、オーバル形状のロータ穴１１２を形成している。
【０１５２】
このステータ１２１は、連結部３１ｃ，３１ｄのそれぞれ中心を通る直線は励磁方向に直角な直線２７と重なっているが、オーバル形状の長軸１１３は直線２７に対して設置角度θ８ の位置にある。
このステータ１２１においても、連結部３１ｃ，３１ｄは他の実施の形態で説明した１対の凹部と同様な効果が得られるものであるので、このステータ１２１も広義にはオーバル型とノッチ型の組み合わせの一種といえる。
したがって、ロータの保持トルクと初期位相角の設定は、１対の連結部３１ｃ，３１ｄとオーバル形状のロータ穴１１２とによってそれぞれ形成される各保持トルクに対応したベクトルの合成により与えられる。
【０１５３】
〔その他の変形例〕
以上、この発明による時計用の２極式ステップモータの各種の実施の形態について説明したが、その実施の形態の中には保持トルク設定手段として凹部をロータ穴に形成したものがあったが、その凹部に代えて凸部をロータ穴に形成し、それを保持トルク設定手段として機能させるようにしてもよい。
そのようにすれば、凹部の場合にはほぼ凹部の幅（図７のＷｃ）により保持トルクが決定されたのに対し、凸部を用いた場合には凸部の幅と凸部の高さにより保持トルクが決定される。
【０１５４】
但し、凸部を設ける場合には、特に凸部の高さが加工精度の影響を強く受けて保持トルクにバラツキを生じやすいということがある。したがって、プレス加工法を用いてステータを製造する場合には、金型の寸法精度の点で凸部を用いるよりも凹部を用いる方が精度良く保持トルクを設定できるので好ましい。
なお、保持トルク設定手段を凹部にしたときは、その保持トルク設定手段の設置角度とロータ磁石の静止時の磁極の方向とは異なったが、保持トルク設定手段を凸部にしたときは上記設置角度とロータ磁石の静止時の磁極の方向は一致する。
【０１５５】
また、その保持トルク設定手段としてロータ穴に凸部を複数設けた場合には、その各凸部の高さが一定ならば、その凸部のそれぞれの幅の合計に比例して電気機械結合係数が増加する。
そして、この電気機械結合係数が増加すれば、次に示す電気機械結合係数（ｎΦ）と駆動トルクとの関係式から明らかなように、より少ない電流で同じ駆動トルクを得ることができる。その結果、時計用の２極式ステップモータの消費電力を低減することができる。
【０１５６】
その電気機械結合係数（ｎΦ）と駆動トルクとの関係を示す式は、駆動トルクをＴｄ、コイルターン数をｎ、コイルに鎖交する最大磁束をΦ、コイルに流す電流をｉ、ロータの静止位置からの変位角度をθ、初期位相角をθｉとしたとき
Ｔｄ＝ｎ・Φ・ｉ・ｓｉｎ（θ＋θｉ）
で表される。
【０１５７】
次に、複数の凸部の幅の合計と電気機械結合係数との関係を、具体的な数値にして示す。
表１は、複数の凸部の幅の合計と電気機械結合係数との関係を、保持トルク設定手段として凹部を設けた場合の電気機械結合係数（ｎΦ）を１とし、それを基準にして凸部の幅の合計を増加させていくと、どれだけの割合で電気機械結合係数が増加していくのかを示したものである。
【０１５８】
【表１】
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【０１５９】
このように、保持トルク設定手段として凸部をロータ穴に形成するようにすれば、凸部の幅を大きくすることによって電気機械結合係数を増加させることができるので、それによって少ない電流で目的とする駆動トルクを得ることができるようになる。したがって、時計用の２極式ステップモータの消費電力を低減することができる。
【０１６０】
【発明の効果】
以上のように、この発明による時計用の２極式ステップモータは、磁芯に巻回されているコイルに流す電流を低減して低消費電力化が図れ、しかも容易に製作することができるので、腕時計や置き時計等のアナログ式電子時計の指針を運針させるためのモータとして広範な利用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による時計用の２極式ステップモータの第１の実施形態の概略構造を示す平面図である。
【図２】同じくその時計用の２極式ステップモータにおけるステータの構造を示す平面図である。
【図３】図１の時計用の２極式ステップモータの保持トルクと消費電力の関係を示す線図である。
【図４】同じくその時計用の２極式ステップモータの初期位相角と消費電力の関係を示す線図である。
【図５】この発明による時計用の２極式ステップモータの第２の実施形態を示す図１と同様な平面図である。
【図６】同じくその時計用の２極式ステップモータにおけるステータの構造を示す平面図である。
【図７】同じくそのステータに設けられている保持トルク設定手段として機能する凹部を拡大して示す平面図である。
【図８】図５の時計用の２極式ステップモータにおける１対の凹部１５ｅ，１５ｆの設置角度と最大保持トルク及び初期位相角との関係を示す線図である。
【図９】図５の時計用の２極式ステップモータにおける凹部の深さと最大保持トルクとの関係を示す線図である。
【図１０】図５の時計用ステップモータにおける凹部の幅と最大保持トルクとの関係を示す線図である。
【図１１】この発明による時計用ステップモータの第３の実施形態を示す図１と同様な平面図である。
【図１２】同じくその時計用ステップモータにおけるステータの構造を示す平面図である。
【図１３】この発明による時計用ステップモータの第４の実施形態におけるステータの構造を示す図６と同様な平面図である。
【図１４】この発明による時計用ステップモータの第５の実施形態におけるステータの構造を示す図１２と同様な平面図である。
【図１５】この発明による時計用ステップモータの第６の実施形態におけるステータの構造を示す図１３と同様な平面図である。
【図１６】この発明による時計用ステップモータの第７の実施形態におけるステータの構造を示す図１５と同様な平面図である。
【図１７】この発明による時計用ステップモータの第８の実施形態におけるステータの構造を示す図１４と同様な平面図である。
【図１８】この発明による時計用ステップモータの第９の実施形態におけるステータの構造を示す図１５と同様な平面図である。
【図１９】この発明による時計用ステップモータの第１０の実施形態におけるステータの構造を示す図１７と同様な平面図である。
【図２０】この発明による時計用ステップモータの第１１の実施形態におけるステータの構造を示す図１８と同様な平面図である。
【図２１】この発明による時計用ステップモータの第１２の実施形態におけるステータの構造を示す図２０と同様な平面図である。
【図２２】従来の２極式の時計用ステップモータの概略構造を示す平面図である。
【図２３】同じくその時計用ステップモータのステータの構造を示す図２と同様な平面図である。
【図２４】従来の保持トルク設定手段として対の凹部を設けたステータの構造を示す図２３と同様な平面図である。
【図２５】従来の時計用ステップモータにおけるステータの他の例を示す図２４と同様な平面図である。
【符号の説明】
１，１１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１，１０１，１１１，１２１，２０１，２１１，２２１：ステータ
１ａ，５１ａ，８１ａ，１０１ａ，１２１ａ：第１のステータ部品
１ｂ，５１ｂ，８１ｂ，１０１ｂ，１２１ｂ：第２のステータ部品
１ｃ，１ｄ，３１ｃ，３１ｄ，２２３ａ，２２３ｂ：連結部
２，９２，１０２，１１２，２０２，２２２：ロータ穴
３：ロータ
３ａ：ロータ磁石 ３ｂ：ロータ軸
４：磁極を結ぶ線 ５ａ，５ｂ：凹部
６：固定用の穴 ７：コイル
７ａ：磁芯 ７ｂ：導線
８：ネジ
１２：励磁方向線
５ａ，５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ，３５ａ，３５ｂ，５５ａ，５５ｂ，４５ａ，４５ｂ，４５ｃ、４５ｄ，４５ｅ，２０５ａ，２０５ｂ：凹部
９４ｃ，９４ｄ，９４ｅ，９４ｆ，２０４ａ，２０４ｂ：段差部
θ１：初期位相角
θ２，θ３，θ４，θ５，θ６，θ７，θ８：設置角度
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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