(57)【要約】      （修正有）【課題】ロータの回転検出を正確に行え、低消電化が可能な電子時計用のステップモータの駆動制御機構を提供する。【解決手段】一つの減速車に、あるいは減速車とかみあって回転する増速車を新たに設け、その増速車に回転検出部を設ける。回転検出部は、帯電されたエレクトレット極５２が設けられた回転部５１と、対向した位置にきた際に誘起される複数の検出電極が設けられた固定部５３とからなる。どの検出電極が、どのタイミングで、何回誘起されたかという情報から、回転できたか、回転出来ず途中で戻ってしまったか、高負荷が作用している状態かどうか、あるいは外部からの衝撃により逆回転してしまったかどうかを判断でき、ずれ分を補正できる。【選択図】図３
2015152513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２極着磁された永久磁石からなるロータと、該ロータを磁気的に駆動する１対のステータ磁極を有するステータと、該ステータを励磁する駆動コイルと、を有するモータと、
該モータを制御する制御部と、
前記モータの動力を減速して伝達する減速車と、
前記モータの回転状態を検出する回転検出部と、
を有する電子時計において、
前記回転検出部は、
エレクトレット極を有する回転部と、
前記エレクトレット極と対向した際に誘起される電圧変化を検出する検出電極を有する固定部と、
前記検出電極での検出結果に基づいて回転検出を行い、前記制御部に検出結果を出力する判断回路を有し、さらに、
前記回転部が、前記減速車、又は前記減速車と噛み合い回転する車に設置される
ことを特徴とする電子時計。
【請求項２】
前記固定部は、前記検出電極を３個以上有し、
前記ロータが１ステップ回転するときには、前記エレクトレット極が２つ以上の前記検出電極を通過するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の電子時計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腕時計などのアナログ式電子時計に用いられるステップモータの駆動制御機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
腕時計などのアナログ式電子時計は、充電あるいは電池交換が頻繁に出来ないことから、秒針、分針、時針等の指針の運針に用いられるステップモータは、特に低消費電力が要求される。しかしながら、電子時計を腕につけた姿勢などの影響により、時針、分針や秒針などの指針の負荷が、ステップモータにおける輪列を介してロータに作用する場合や、温度変化などによりロータ軸の潤滑駆動を維持するための油の粘度が変化し、大きな摩擦負荷が作用する場合がある。この様に、重い重力負荷や摩擦負荷がロータに作用してしまうと、必要最小限のエネルギー量の駆動パルスを供給し続けていては、常に安定してロータをステップ回転駆動させることが出来ない。
【０００３】
そこで、ステップモータにおける、ロータ磁石周辺に配置した複数の磁気センサにより、ロータがステップ回転駆動されたか否かを判断する方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、ロータ磁石の周囲２か所に配置したエレクトレットにより、回転時に１箇所に設けた受信導体からの信号で回転、非回転を判断する方式が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
あるいは、上述した新たに磁気センサをロータ周りに配置せずとも、ロータのステップ回転駆動がされたか否かを、コイルに発生する誘起電圧を検出することで、確実に判断できる方式も複数提案されている。（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１７２１５３号公報（第２６頁、第２６図）
【特許文献２】特開昭６３−２１８８１７号公報（第４図）
【特許文献３】特公平８−３３４５７号公報（第５項、第４図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、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。複数に配置した磁気センサにより、ロータの回転・非回転は判断できるが、出力が小さいために信号の増幅が必要となり、センサ駆動用の電力が大きくなり、結果として低消電化が難しい。また、ロータ磁石周辺に磁気センサを設けることが、スペース的に難しいという問題もあった。
【０００７】
特許文献２に示した従来技術についても、以下の問題点が存在する。まずロータ磁石周辺においては、受信導体を設けるスペースを確保することは、事実上困難である。また、１個の受信導体では、エレクトレット極が近づいたり、離れたりする際に、電圧が発生するが出力値から、ロータの回転方向や回転量を把握することはできず、仮に逆回転していたとしても、回転したと判断してしまう。
【０００８】
また、特許文献３に示した従来技術にも、以下の問題点が存在する。誘起電圧による信号を確実に得るためのロータの振動動作をさせるためには、ある値以上の磁気ポテンシャ
ルが必要である。また、この磁気ポテンシャルは、外部から予期せぬ衝撃が作用した場合に不用意にロータが回転させられないように、衝撃によりロータが正回転あるいは逆回転のどちら側に、どれだけの回転量を回転させられてしまったかということについて、誘起電圧による信号からだけでは、判断し補正することが難しいため、一定の磁気ポテンシャルを必要とする。このため、ロータを駆動して回転させようとする場合には、このポテンシャルが逆に負荷となってしまう。磁気ポテンシャルの山を乗り越えるだけの入力エネルギーはどうしても最小限必要となる。よって、更なる低消電化が難しい。
【０００９】
本発明はこれら上記課題を解決し、ロータのステップ回転駆動の検出を正確に行い、更なる低消電化が可能となるステップモータの駆動制御機構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】
【００１０】
本発明のステップモータの駆動制御機構は、基本的に下記記載の構成を採用するものである。
すなわち、２極着磁された永久磁石からなるロータと、該ロータを磁気的に駆動する１対のステータ磁極を有するステータと、該ステータを励磁する駆動コイルと、を有するモータと、該モータを制御する制御部と、前記モータの動力を減速して伝達する減速車と、前記モータの回転状態を検出する回転検出部と、を有する電子時計において、
前記回転検出部は、エレクトレット極を有する回転部と、
前記エレクトレット極と対向した際に誘起される電圧変化を検出する検出電極を有する固定部と、
前記検出電極での検出結果に基づいて回転検出を行い、前記制御部に検出結果を出力する判断回路を有し、さらに、
前記回転部が、前記減速車、又は前記減速車と噛み合い回転する車に設置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上記本発明によれば、駆動信号によるロータの回転、非回転を判断するだけでなく、外部からの衝撃や磁界によりロータが、不用意にどちらの方向にどれだけ回転させられたかも検出できるため、ずれた分を補正することもできる。また、エレクトレット極による電圧出力が比較的大きいため、信号増幅のための電力を必要とせず、また、回転後のロータの振動動作を必要としないために、磁気ポテンシャルを更に下げた設定とすることで低消電化が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の駆動制御機構全体の構成と作用を説明するブロック図
【図２ａ】第１実施形態の全体の構成を説明する全体図
【図２ｂ】回転部を説明するために、図２ａより回転検出部の固定部を取り除き、回転部を露出させた全体図
【図３】第１実施形態の回転検出部を説明するための上面図
【図４】図３を展開し、回転方向を水平方向として展開した展開図
【図５】表１に記載したパターンＮｏ．１、３、５、７、９、１１のそれぞれの動作状態における各検出電極から検出される電圧変化を説明するための図
【図６ａ】第２実施形態の全体の構成を説明する全体図
【図６ｂ】回転部を説明するために、図６ａより回転検出部の固定部を取り除き、回転部を露出させた全体図
【図７ａ】第２実施形態の回転検出部の回転部のエレクトレット極を説明するための上面図
【図７ｂ】第２実施形態の回転検出部の固定部で検出電極とベース電極と判断回路とを説明するための上面図
【図７ｃ】第２実施形態の回転検出部の固定部で仮想検出電極について説明するための上面図
【図７ｄ】第２実施形態の回転検出部の回転部と固定部より説明のために図７ａ、図７ｂ、図７ｃより抽出した扇型部分の上面図
【図８】第２実施形態の駆動制御機構全体の構成と作用を説明するブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、各実施形態を、図面を用いて説明する。
第１実施形態の駆動制御機構の構成について説明する。第１実施形態の特徴は、減速車とかみあって回転する増速車を新たに設け、その増速車に回転検出部を設けている点である。
【００１４】
［第１実施形態の構成の説明］
本発明の駆動制御機構全体の構成と作用について、図１のブロック図を用いて説明する。
８００はモータであり、６００はモータ８００を制御する制御部６００である。４００はモータ８００の動力を減速して伝達する減速車であり、９００は減速車４００と噛み合う時刻表示輪列である。７００は減速車４００と噛み合う増速車であり、この増速車７００に回転検出部５０が設置されている。
【００１５】
本実施形態では、説明を簡単にするため、増速車７００は回転検出専用の車であるが、時刻表示輪列９００を構成する車でも良い。また、時刻表示輪列９００以外の用途の表示用の輪列の一部であっても良い。
【００１６】
回転検出部５０は、回転部５１と固定部５３と判断回路６０５からなり、減速車４００は、時刻表示輪列９００へモータ８００からの動力を伝達すると共に、増速車７００へも動力伝達を行う。増速車７００はモータ８００の動力を回転検出部５０の回転部５１へ送り、回転部５１の動作によって固定部５３から発生した信号により判断回路６０５がモータ８００の回転方向、回転量を判断し、制御部６００へ検出結果を送る。
【００１７】
制御部６００は、回転検出部５０の検出結果を受けて、モータ８００へ適切な駆動信号を送り、消費電力の低消電化を図る。
【００１８】
第１実施形態のモータ８００、減速車４００、回転検出部５０の構成について図２ａ、図２ｂを用いて説明する。図２ａは、本実施形態の全体の構成を説明する全体図であり、図２ｂは、回転部５１を説明するために、図２ａより回転検出部５０の固定部５３を取り除き、回転部５１を露出させた全体図である。
【００１９】
第１実施形態のモータ８００は、径方向に２極に着磁された永久磁石１０１とロータカナ１０２とからなるロータ１００と、非駆動時にはロータ１００の回転方向を規定する静的安定方向で静止する様にしたステータ２００と、ステータ２００を励磁することでロータ１００を回転駆動させるコイル３００とからなり、減速車４００はロータ１００の回転動作を減速・増力するために、ロータカナ１０１とかみ合う歯車４０１と、それと同軸に固定されたカナ４０２とからなるステップモータにおいて、減速車４００とかみあって回転する増速車７００を設け、その増速車７００に回転検出部５０を配置、構成している。
【００２０】
続いて、回転検出部５０の構成について、図３、図４を用いて説明する。図３は、第１実施形態の回転検出部５０を説明するための上面図である。一点鎖線の位置が回転部５１のエレクトレット極５２のある位置で、固定部５３のベース電極５５の位置と位相が一致した状態がステップ動作を開始する初期状態である。また図４は、図３を展開し、回転方
向を水平方向として展開した展開図である。
【００２１】
第１実施形態の回転検出部５０は増速車７００と一緒に回転動作する回転部５１と回転動作しない固定部５３とからなり、回転部５１には帯電されたエレクトレット極５２が円周上に１箇所設けられ、固定部５３にはエレクトレット極５２と径方向にギャップを介して、対向した際に誘起される電圧変化を検出する複数の検出電極５４が複数設けられ、図３に示すように９０度毎に検出電極５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、と各検出電極５４間にはベース電極５５が配置されており、各検出電極５４とベース電極５５の間隔は４５度に配置されている。
【００２２】
また、エレクトレット極５２、ベース電極５５、検出電極５４は２つの電極と重ならないように２２．５度より小さい幅で形成している。
【００２３】
また、ロータカナ１０２と増速車７００の歯形の数は同一であり、ロータ１００が反時計方向に１ステップ１８０［ｄｅｇ］回転する際に増速車７００も正転方向に１ステップ１８０［ｄｅｇ］回転する。
【００２４】
ベース電極５５は回転部５１側に配置することで固定部５３側のベース電極５５を廃止することも可能となるが、可動部品である回転部５１側の電位を安定化させることは難しいため、本実施形態のように、固定部５０３側に設けるのが望ましい。回転部５１と固定部５３を同軸で対向させて配置したときに、エレクトレット極５２はステップ動作の初期状態で、ベース電極５５と対向するように配置される。各検出電極５４とベース電極５５が接触して干渉しなければ、各検出電極５４の幅はいくつでもよいが、出力を大きくするには、出来る限り大きくしておくのが望ましい。
【００２５】
次に、第１実施形態の回転検出部５０の回路構成について、図４を用いて説明する。回転検出時の基準電位となるベース電位６０３は電源電圧６０１と接地電圧６０２間を抵抗分圧などにより作成される。（例えば１／２Ｖレベル）検出電極５４はベース電位６０３から抵抗６０４を介して電位が供給されている。
Ｖ＿ａ、Ｖ＿ｂ、Ｖ＿ｃ、Ｖ＿ｄは各検出電極５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄの電位出力であり、Ｖ＿ａ、Ｖ＿ｂ、Ｖ＿ｃ、Ｖ＿ｄの出力は判断回路６０５へ出力され、判断回路６０５はＶ＿ａ、Ｖ＿ｂ、Ｖ＿ｃ、Ｖ＿ｄの出力結果よりモータ８００の回転状態の判断を行ない、判断結果を制御部６００へ送る。
【００２６】
［第１実施形態の作用の説明］
第１実施形態の作用は、図４、図５を用いて説明する。図５は、各検出電極から検出される電圧変化を説明するための図であり、後述する表１に記載したパターンＮｏ．１、３、５、７、９、１０のそれぞれの動作状態に対応する。
【００２７】
第１実施形態の回転検出部５０は、図４のように回転部５１のエレクトレット電極５２が、ベース電極５５と対向した位置を初期状態としている。ロータ１００の正転方向の回転に伴い、図４では正転方向に回転部５１が移動し、各検出電極５４は、負電荷に帯電したエレクトレット極５２が対向した位置にくる際に正電荷が誘起され、エレクトレット極５２が対向した位置からずれることで、検出抵抗６０４を介してベース電位６０３側に放電される。このように正電荷の帯電、放電をすることで電流方向が切り替わり、検出電極５４と検出抵抗６０４の接続部はベース電位６０３に対して、＋方向、−方向に電圧変化をする。この電圧変化は、エレクトレット電極が正転側から、あるいは逆転側から近づいたとしても、変わらない。このことが、特許文献２に記載した従来技術の構成では、回転方向を判別できない理由の一つである。
【００２８】
続いて、図５と下記表１を用いて、ステップモータの挙動と、検出電極による検出状態との関係を説明する。表１は、ステップモータが通常運針で正転（Ｎｏ．１）、逆転（Ｎｏ．３）した場合、カレンダのようなバネ性負荷が作用している場合の運針で正転（Ｎｏ．５）、逆転（Ｎｏ．７）した場合、外部要因として衝撃や磁界などでロータ１００が正転（Ｎｏ．９）、逆転（Ｎｏ．１０）に動かされてしまう場合のそれぞれについて、検出電極５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄのどれから電圧変化が検出できるかを示したものである。Ｎｏ．２はＮｏ．１に対して回転出来なかった場合、Ｎｏ．４はＮｏ．３に対して回転出来なかかった場合、Ｎｏ．６はＮｏ．５に対して回転出来なかった場合、Ｎｏ．８はＮｏ．７に対して回転出来なかった場合を示す。なお、図５は横軸が時間を、縦軸が各検出電極での電圧変化を示した図である。
【００２９】
括弧内については、ロータ１００が図４の状態から１８０ｄｅｇ回転した状態、つまり検出電極５４ｃと検出電極５４ｂの間にある状態を初期状態とした場合に電圧変化が検出される検出電極を示す。以下の説明では、検出電極５４ａと電出電極５４ｄの間にある状態を初期位置とした場合を例として説明する。
【００３０】
【表１】
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通常運針あるいはバネ性負荷運針の場合には、コイル３００に通電されることで、正転あるいは逆転駆動させる。そのため、コイル３００への通電があるかないかで、外部要因により不用意に動かされてしまったのかどうか、パターンＮ０．１〜Ｎｏ．８、とＮｏ．９、Ｎｏ．１０とをまず判断できる。
【００３１】
まず、通常運針の正転を行い、回転出来た場合について、パターンＮｏ．１を用いて説明する。
通常運針で正転時にロータ１００が９０［ｄｅｇ］回転したとき、回転部５１のエレクトレット電極５２が固定部５３の検出電極５４ａを通過する。
【００３２】
エレクトレット電極５２が検出電極５４ａに近づいてくるときに正電荷が帯電されるために、検出抵抗６０４には検出電極５０４側への電流が流れることとなり、検出抵抗６０４との接続部にはベース電位６０３より−電位の電圧が発生し、検出電極５４ａと離れていくときに正電荷が放電されるために、検出抵抗６０４には検出電極５４側ａからの電流が流れることとなり、検出抵抗６０４との接続部にはベース電位６０３より＋電位の電圧が発生する。このようにエレクトレット電極５２が検出電極５４ａの位置に近づき、更に離れていくように移動する過程で、正電荷の移動方向が切り変わり、検出抵抗６０４を流れる電流の向きが変化することで、検出電極５４ａに電圧変化が検出される。
【００３３】
ロータ１００が９０［ｄｅｇ］を超えた場合には、回転できたと判断でき、そのとき回転部５１のエレクトレット電極５２は検出電極５４ｂを通過し、検出電極５４ｂに電圧変化が検出される。この電圧変化の様子を図５のパターンＮｏ．１に示す。
【００３４】
ここでは図示しないが、通常運針で正転した場合に検出電極５４ｂに続いて、検出電極５４ｃに電圧変化が検出されることもあるが、これはロータ１００が１ステップ回転終了時、１８０［ｄｅｇ］を少し行き過ぎて、再び１８０［ｄｅｇ］位置に戻る際に検出されるためである。いずれにしても、検出電極５４ｂの電圧変化に続いて、検出電極５４ｃ、更に検出電極５４ｄから電圧変化が検出されない限り、検出電極５４ｂから電圧変化が検出されたら、ロータ１００が１ステップを正常に動作完了したと判断して構わない。仮に検出電極５４ｃ、更に続けて検出電極５４ｄからも信号が検出された場合には、パルスが強すぎて、あるいは外部磁界などの作用により、ロータが２ステップ分進んでしまったと、判断できる。
【００３５】
次に、通常運針の正転を行い、回転出来なかった場合について、図示はしないが、パターンＮｏ．２を説明する。
ロータ１００の駆動力が不足しており、９０［ｄｅｇ］位置を超えられない場合には、非回転となるため、検出電極５４ａに続いて、検出電極５４ｂからは電圧変化が検出されない。つまり、各検出電極５４の電圧変化をモニタリングしておくことで、正転できたかどうか判断できる。
【００３６】
続いて、通常運針の逆転を行い、回転出来た場合について、パターンＮｏ．３を用いて説明する。
逆転時ロータ１００は一度正転方向に０〜９０［ｄｅｇ］の範囲でゆすられた後、戻ってくる反動を利用して、−９０［ｄｅｇ］、更に−１８０［ｄｅｇ］まで逆転させる動作が、時計用のステップモータでは一般的である。ロータ１００が０〜９０［ｄｅｇ］回転した状態にあるとき、検出電極５４ａに電圧変化が検出される。そして、ロータ１００が０〜−９０［ｄｅｇ］回転した状態にあるとき、検出電極５４ｄに電圧変化が検出され、ロータ１００が−９０〜−１８０［ｄｅｇ］回転した状態にあるとき、回転したと判断され、検出電極５４ｃに電圧変化が検出される。この電圧変化の様子を図５のパターンＮｏ．３に示す。
【００３７】
続いて、通常運針の逆転を行い、回転出来なかった場合について、図示はしないが、パターンＮｏ．４を説明する。
もし、ロータ１００の駆動力が不足しており、−９０〜−１８０［ｄｅｇ］位置まで回転できない場合には、非回転となり、検出電極５４ｃからは電圧変化が検出されない。
【００３８】
以上のように正転、逆転が非回転の場合には、すぐに制御部６００でコイル３００に通電する電流を大きくすることで、よりロータ１００の駆動力を増やすことができ、ロータ１００を確実に回転、補正することができる。
【００３９】
つまり、各検出電極５４の電圧変化をモニタリングしておくことで、回転できず途中で戻ってしまったかどうかを判断し、その情報をもとにコイル３００に通電する方向や時間（すなわち入力エネルギーの大きさ）などを制御し、ロータの動作を補正することが可能となる。先述のように、正転と逆転とで、どの検出電極５４から電圧変化が検出されるかが変わるため、回転方向も判断できる。
【００４０】
次にバネ性負荷が作用しているときに正転を行い、回転出来た場合及び回転出来なかった場合をパターンＮｏ．５、Ｎｏ．６、更に逆転を行い、回転出来た場合及び回転出来なかった場合をパターンＮｏ．７、Ｎｏ．８、について説明する。この場合、ロータ１００に作用する保持トルクや摩擦トルクと釣り合う位置まで、ロータ１００は逆転方向に戻された位置にある。そのため、回転部のエレクトレット電極も逆転方向に戻された位置にあり、まず検出電極５４ｄに電圧変化が検出される。その後、回転、非回転に伴う検出電極
５４からの電圧検出の挙動は通常運針時と全く同じである。なお、非回転の場合である、Ｎｏ．６、Ｎｏ．８については、特に図示はしない。
【００４１】
正転した場合を図５のパターンＮｏ．５に、逆転した場合を図５のパターンＮｏ．７に示す。また、正転で回転出来ない場合、パターンＮｏ．６では、検出電極５４ｂから、電圧変化が検出されないことで非回転と判断できる。
逆転の場合で回転出来ない場合、パターンＮｏ．８では、検出電極５４ｃから電圧変化が検出されないことで非回転と判断できる。
【００４２】
以上のように、バネ性負荷が作用している場合、非回転のときには、すぐに制御部６００でコイル３００に通電する電流を大きくすることで、よりロータ１００の駆動力を増やすことができ、ロータ１００を確実に回転させ、補正することができる。また、コイル３００への通電をしている状態で、検出電極５４ｄから電圧変化が検出された場合には、バネ性の高負荷が作用していると推測されるため、制御部６００において、すぐに、コイル３００に通電する期間を長くするなど、エネルギーの大きなパルスで駆動するように制御したとしても構わない。
【００４３】
次にコイルへの通電が無いにも関わらず、外部要因により正転、あるいは逆転させられてしまった場合について、パターンＮｏ．９、Ｎｏ．１０を用いて説明する。
【００４４】
ロータ１００が正転側に動作させられた場合（Ｎ０．９）には、検出電極５４ａ、５４ｂ、更に２ステップ以上動かされてしまった場合には検出電極５４ｃ、５４ｄ、５４ａ、５４ｂ、・・・と続けて電圧変化が検出できる。ロータ１００が逆転側に動作させられた場合（Ｎｏ．１０）には、検出電極５４ｄ、５４ｃ、更に２ステップ以上動かされてしまった場合には検出電極５４ｂ、５４ａ、５４ｄ、５４ｃ、・・・から続けて電圧変化が検出できる。そのため、ロータ１００の正規の位置に対して、どれだけずれた状態になったか回転量がわかるため、補正することが容易である。ロータ１００が進んでいる場合には、進んでいる分だけ運針を停止しても良いし、また、ロータ１００が遅れている場合には、遅れている分だけ早送り運針させても良い。つまり、コイル３００への通電がない場合においても、各検出電極５４の電圧変化をモニタリングしておくことで、外部要因によりどちらの方向に、何ステップ分動かされたか、回転方向と回転量を把握することができ、その情報をもとにコイル３００に通電する方向や回数、時間などを制御し、補正する。
【００４５】
なお、各検出電極５４から検出される電圧変化については、あらかじめ設定したスレッシュホールド値を超えたかどうかで判断する。あるいは、接続部の電圧の微分値が、ある値を超えたかどうかで判断する構成であっても構わない。
【００４６】
［第１実施形態の効果の説明］
ここで、第１実施形態の効果について説明する。
【００４７】
１つ目として、増速車７００に回転部５１を設けているため、回転部５１の回転角度を大きな角度で確保できるため、検出電極５４からの出力電圧を大きく取れる。そのため、信号増幅のための電力をほとんど必要とせず、回転を検出するための手段を設けたとしても、消費電力の上昇を抑えることができる。また、回転角度は大きいものの、回転検出部５０の回転部５１の外径寸法は小さく構成できるため、慣性量増加による消費電力への影響も小さく抑えることができる。特に、特許文献２に記載の従来技術のようにロータに回転検出部を設ける場合よりも、増速車７００に設けることで回転検出部５０を構成するためのスペースを大きく確保できる。
【００４８】
二つ目として、従来の回転補正方式と同様に、ロータ１００が駆動信号により正転方向
にステップ回転駆動出来たか、出来なかったかを正確に判断できるだけでなく、従来の回転補正方式と異なり、逆転についても回転駆動出来たか、出来なかったかも正確に判断できる。また、外部からの衝撃や磁界によりロータが、不用意にどちらの方向にどれだけ回転させられたかも検出できるため、ずれた分を補正することもできる。
【００４９】
三つ目として、外部からの衝撃や磁界に対して、変換器で耐性を持たせる必要がなく、ずれたらすぐ補正するということが可能となり、また従来と異なり、回転を検出するための回転後のロータの振動動作を必要としないために、変換器の磁気ポテンシャルを更に下げた設計が可能となるため、より電力の小さい駆動信号での駆動が可能となることから更なる低消電化が達成できる。
【００５０】
更に、四つ目として、径方向にギャップを設けた構成であるため、設計上微小なギャップ値に管理し易いため、検出電極からの出力が大きくできるだけでなく、回転検出部の回転部と固定部のギャップ変化が少なく、出力の大きさの変動も少ない。
【００５１】
続いて、第２実施形態のステップモータの駆動制御機構の構成について説明する。第２実施形態の特徴は、減速車に直接回転検出部を設けている点である。
【００５２】
［第２実施形態の構成の説明］
本発明の駆動制御機構全体の構成と作用について、図８のブロック図を用いて説明する。モータ８００とモータ８００を制御する制御部６００とモータ８００の動力を減速して伝達する減速車４００と時刻表示するための時刻表示輪列９００と回転検出部５００を有する駆動制御機構１００１において、回転検出部５００は回転部５０１と固定部５０３と判断回路６０５からなり、減速車４００は時刻表示輪列９００へモータ８００からの動力を伝達すると共に回転検出部５００の回転部５０１へ送り、回転部５０１の動作によって固定部５０３から発生した信号より判断回路６０５がモータ８００の回転方向、回転量を判断し、制御部６００へ検出結果を送る。
制御部６００は回転検出部５０の検出結果を受けてモータ８００へ適切な駆動信号を送り、消費電力の低消電化を図る。
【００５３】
次に第２実施形態のステップモータの構成は、図６ａ、図６ｂを用いて説明する。図６ａは、本実施形態の全体の構成を説明する全体図であり、図６ｂは、回転部を説明するために、図６ａより回転検出部の固定部を取り除き、回転部を露出させた全体図である。
【００５４】
第２実施形態のステップモータについては、第１実施形態と異なる部分について特に説明する。ロータ１００の回転動作を減速・増力するために、ロータカナ１０２とかみ合う歯車４０１と、歯車４０１と同軸に固定されたカナ４０２からなる減速車４００を有するステップモータにおいて、減速車４００に回転検出部５００の回転部５０１、固定部５０３を設け、回転部５０１の動作によって固定部５０３から発生した信号より判断回路６０５がモータ８００の回転方向、回転量を判断し、制御部６００へ検出結果を送る。
回転検出部５００の判断回路６０５の検出結果に基づき、コイル３００への通電を制御する制御部６００とを設けている。
回転検出部５００は、帯電された複数のエレクトレット極５０２が設けられ、減速車４００と一緒に回転動作する回転部５０１と、エレクトレット極５０２と対向した際に誘起される検出電極５０４が設けられた回転動作しない固定部５０３とからなる。そして、固定部５０３は回転部５０１に対して、減速車４００の軸方向にギャップを介して配置されている。
【００５５】
続いて、回転検出部５００の回転部５０１と固定部５０３の構成について、図７ａ、図７ｂ、図７ｃ、図７ｄを用いて説明する。図７ａは、第２実施形態の回転検出部の回転部
のエレクトレット極を説明するための上面図であり、図７ｂは、第２実施形態の回転検出部の固定部で検出電極とベース電極と判断回路とを説明するための上面図であり、図７ｃは、第２実施形態の回転検出部の固定部で仮想検出電極について説明するための上面図であり、図７ｄは、第２実施形態の回転検出部の回転部と固定部より説明のために図７ａ、図７ｂ、図７ｃより抽出した扇型部分の上面図である。なお、図７ｂにおいて、検出電極とベース電極は実際には固定部の下面に配置されているが、図７ａの回転部との重なり具合がわかりやすくなるように、固定部の上面側から検出電極とベース電極とを透視した図になっている。つまり、図７ａをそのまま、図７ｂに重ねた状態が、回転検出部の構成となっており、一点鎖線の位置同士を重ね、回転部のエレクトレット極がベース電極５０５と重なった状態が初期位置の状態である。
【００５６】
回転検出部５００の回転部５０１に設けられる負電荷が帯電したエレクトレット極５０２は、ロータ１００が１ステップ毎に反時計方向に１８０［ｄｅｇ］回転する際に回転検出部５００の回転部５０１は正転方向にθ＝３０［ｄｅｇ］回転する。エレクトレット極５０２は図７ａのように２×θ＝６０［ｄｅｇ］間隔毎に６箇所に１／４×θ＝７．５［ｄｅｇ］より小さい幅で、５０２Ａ、５０２Ｂ、５０２Ｃ、５０２Ｄ、５０２Ｅ、５０２Ｆの順序で逆転方向に並ぶように設けている。また、固定部５０３は図７ｂのように、検出電極５０４ａ、５０４ｂ、５０４ｃ、５０４ｄを設け、同一の検出電極は固定部５３の外周側で接続し、外部に電圧信号を取り出し易いようにしている。そして、各検出電極５０４からは、検出抵抗６０４を介してベース電位６０３に、ベース電極５０５からは直接ベース電位６０３に接続している。判断回路６０５については、第１実施形態と全く同じ構成であるため、特に記載しない。
【００５７】
ここで、図７ｂの固定部５０３の検出電極５０４とベース電極５０５の設置角度について説明する。図７ｂには記載していないが、図７ｃの太線の扇型部分内において、破線で示した位置に仮想の検出電極５０４ａ、５０４ｃがあると考える。この仮想の検出電極も含めて設置角度を考えると、固定部５０３には、１／２×θ＝１５［ｄｅｇ］間隔毎に１／４×θ＝７．５［ｄｅｇ］より小さい幅で、検出電極５０４ａ、５０４ｂ、５０４ｃ、５０４ｄを正転方向にこの並べたものを一組として、６組設けていることと同じ効果が得られる。そして、各検出電極５０４の間には１／４×θ＝７．５［ｄｅｇ］より小さい幅で、ベース電極５０５を設けている。図７ｃでは、図面が見難くなるため、一部にしか検出電極５０４に符号を記載していないが、全周にわたって時計方向に５０４ａ、５０５、５０４ｂ、５０５、５０４ｃ、５０５、５０４ｄ、５０５・・・の順序で並んでいることと同じ効果が得られる。
【００５８】
回転部５０１と固定部５０３を対向させて配置したときに、エレクトレット極５０２はステップ動作の初期状態として、ベース電極５０５と対向するように配置される。各検出電極５０４とベース電極５０５が接触して干渉しなければ、各検出電極５０４の幅はいくつでもよいが、出力を大きくするには、出来る限り大きくしておくのが望ましい。このように図７ａにある６個あるエレクトレット極５０２Ａ、５０２Ｂ、５０２Ｃ、５０２Ｄ、５０２Ｅ、５０２Ｆそれぞれの組ごとに、仮想のものも含めて検出電極５０４ａ、５０４ｂ、５０４ｃ、５０４ｄが一つずつと、各検出電極５０４間の４個のベース電極５０５のペアが構成されている。扇型部分がちょうどエレクトレット極５０２Ａに対しての一つの組と考えられる。
【００５９】
ここで、破線で示した位置に設けた仮想の検出電極について説明するために、例として、図７ｃの太線の扇型部分内に設けた仮想の複数の検出電極５０４ａ、５０４ｃに絞って、説明する。まず、図７−ｂのように破線で示した仮想の検出電極５０４ａ、５０４ｃがないとする。固定部５０３には、ハッチングした位置に５０４ａ、５０４ｂ、５０４ｃ、５０４ｄが設けられている。そして、軸方向にギャップを介して対向させる回転部５０１
に設けられたエレクトレット極５０２Ｅが、正転方向に７．５［ｄｅｇ］回転したときに対向する位置にくる固定部の検出電極が５０４ａである。また、エレクトレット極５０２Ｃが正転方向に３７．５［ｄｅｇ］回転したときに対向する位置にくる固定部の検出電極が５０４ｃである。
【００６０】
一方で、図７ｃの扇型部分に注目すると、エレクトレット極５０２Ａが正転方向に７．５［ｄｅｇ］回転したときに対向する位置にくる固定部の仮想の検出電極として、５０４ａがある。また、正転方向に３７．５［ｄｅｇ］回転したときに対向する位置にくる固定部の仮想の検出電極として、５０４ｃがある。ここで、エレクトレット極５０２Ｅも、５０２Ｃも５０２Ａと同じ方向に、同じ量だけ動作するため、図７ｃのように検出電極を設けなくとも同様の効果を得ることが出来る。このように、エレクトレット極６個に対して各組あり、これら６組すべてが同じ方向に、同じように動作する。そのため、どれか一つのエレクトレット極が、いずれか一つの検出電極に対向した位置に来たときに、電圧が検出できれば良い。破線に示した仮想の検出電極を考えれば、扇型部分の構成は、第１実施形態と全く同じ構成であり、作用も全く同じである。図７ｃのように仮想の検出電極位置に検出電極を設けても構わないが、図７ｂのように破線部の検出電極を省いたとしても構わない。
【００６１】
［第２実施形態の作用の説明］
第２実施形態の作用については、先述したように、図７ｄの扇型部分の構成の展開図は、図４に示した第１実施形態の構成、作用と全く同じであるため、説明を省く。得られる電圧変化についても図５と全く同じである。
【００６２】
［第２実施形態の効果の説明］
ここで、第２実施形態の効果について説明する。
ロータ１００のすぐ隣の減速車４００に回転検出部５００を設けているために、回転角度をある程度大きく確保できるため、エレクトレット極５０２や検出電極５０４の幅が小さくなり過ぎず、出力電圧を大きく取れる。そのため、信号増幅のための電力をほとんど必要とせず、回転を検出する手段を設けたとしても、消費電力の上昇を抑えることができる。また、回転検出部５００の回転部５０１が減速車４００に設けてあることで、第１実施形態よりも更に回転検出部５００の回転部５０１の慣性の消費電力への影響が低減される。
【００６３】
また、第１実施形態と同様にロータ１００信号によりステップ回転駆動出来たか、出来なかったかを正確に検出できるだけでなく、外部からの衝撃や磁界によりロータが、不用意にどちらの方向にどれだけ回転させられたかも検出できるため、ずれた分を補正することもできる。そして、回転後のロータ１００動作を必要としないために、磁気ポテンシャルを更に下げた変換器の設計も可能となるため、より電力の小さい駆動信号での駆動が可能となることから更なる低消電化が達成できる。
【００６４】
なお、第２実施形態では、減速車４００に回転部５０１が設置される実施形態を示したが、表示輪列９００を構成するいずれかの車に設置しても良い。
【符号の説明】
【００６５】
１００  ロータ
１０１  永久磁石
１０２  ロータカナ
２００  ステータ
３００  コイル
４００  減速車
４０１  歯車
４０２  カナ
５０、５００、５０００  回転検出部
５１、５０１、５００１  回転部
５２、５０２、５００２  エレクトレット極
５３、５０３、５００３  固定部
５４、５０４、５００４  検出電極
５５、５０５、５００５  ベース電極
６００  制御部
６０１  電源電圧
６０２  設置電圧
６０３  ベース電位
６０４  検出抵抗
６０５  判断回路
７００  増速車
８００  モータ
９００  時刻表示輪列
１０００  駆動制御機構
１００１  駆動制御機構
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図８】
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