(57)【要約】      （修正有）【課題】揺動型ステップモータにおいては、ロータが油などにより回転規制部材に張り付いてしまって動作しないことや、エネルギー不足の駆動パルスで送ることで、次のステップでロータが星車の歯先でぶつかって停止してしまうなどの様々な挙動があったため、これらに対応できる信頼性の高い回転検出方式の揺動型ステップモータを提供する。【解決手段】駆動パルス印加後の、第１検出区間ＴＡで電流が正の向きに流れていると検出され、かつ、第２検出区間ＴＢで電流が正の向きに流れていると検出された場合以外は、エネルギーの大きな補正パルスにより補正する。また、エネルギーの大きな補正パルスを印加した後に、ロータを初期位置に向かう復帰動作を補助する目的で、駆動パルスとは逆相の初期位置復帰パルスを印加する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの送り歯を有し、所定の揺動角度範囲内にて揺動運動を行なうロータと、
前記ロータを駆動するためのステータと、
前記ステータと接続され、電流を流すことで前記ロータ対して駆動トルクを発生させるコイルと、該コイルに駆動トルクを与えるための駆動パルスを出力する制御回路と、
前記ロータの揺動角度範囲を規制するための回転規制部材と、
前記ロータの左右に１つずつ配置された２つの駆動車と、を有し、
前記ロータは前記第１の駆動車と前記第２の駆動車の回転中心を結ぶ直線の中点方向を向く位置を初期位置とし、
前記ロータが一方向に揺動するとき、一方の前記送り歯が一方の前記駆動車を送り、
前記ロータが他方向に揺動するとき、他方の前記送り歯が他方の前記駆動車を送ることで前記駆動車を駆動する揺動型ステップモータにおいて、
前記駆動パルス出力後の第１検出区間に、前記ロータの回転によって前記コイルに発生する電流を検出する第１検出回路と、
前記第１検出区間に続く第２検出区間において、前記第１検出回路が検出する電流と反対方向に流れる電流を検出する第２の検出回路とを有し、
前記制御回路は、前記第１検出回路の検出結果と前記第２検出回路の検出結果とを元に、前記ロータの回転状態を判定する
ことを特徴とする揺動型ステップモータ。
【請求項２】
前記第１検出回路は、前記駆動パルスにより発生する電流と逆相の電流を検出し、
前記第２検出回路は、前記駆動パルスにより発生する電流と正相の電流を検出する
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。
【請求項３】
前記制御回路は、前記第１検出回路で検出有りと判断した場合に、前記ロータは非回転と判定する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の揺動型ステップモータ。
【請求項４】
前記制御回路は、前記第１検出回路で検出無しと判断した場合、
前記第２検出回路で検出有りと判断した場合に、前記ロータは回転と判定し、
前記第２検出回路で検出無しと判断した場合に、前記ロータは非回転と判定する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の揺動型ステップモータ。
【請求項５】
前記制御回路は、前記ロータが非回転と判定した場合、
駆動パルスと同相でエネルギーが大きい補正パルスを前記コイルに印加する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の揺動型ステップモータ。
【請求項６】
前記制御回路は、前記第１検出回路、前記第２検出回路ともに検出無しと判断した場合、
前記駆動パルスと逆相の補正パルスを印加後、前記同相の補正パルスを出力する
ことを特徴とする請求項５に記載の揺動型ステップモータ。
【請求項７】
前記制御回路は、前記第１検出回路、前記第２検出回路ともに検出無しと判断した場合、
前記同相の補正パルスを出力後、逆相でかつ前記駆動パルスよりも小さい復帰パルスを出力することを特徴とする請求項５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】
指針式電子時計の中に、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（スイープ運針ともいい、１秒間に数回から１０数回の小刻み間欠運針であっても良い。）の時計がある。
【０００３】
一般的なステップモータを用いて連続運針を達成するには、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、実現できる。しかしながら、駆動の頻度が増すと駆動に要するエネルギーが大きくなり、電源電池の消耗を早めることになる。
【０００４】
このような連続運針を行う指針式電子時計の中で、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。
【０００５】
連続運針用に減速比を大きく設定した場合には、秒針軸段階での出力エネルギー及び出力トルクが過剰であることに着目し、入力エネルギー、具体的には入力ストロークを減らすことで、高頻度の運動であってもエネルギー的な難点を克服できると考え、ロータを同じ方向に回転させずに所定の角度での往復運動、すなわち揺動運動をさせることとした。
【０００６】
これに関する従来技術としては、下記特許文献１および特許文献２に記載されるようなものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５５−２０４６１号公報      （第３頁、第２図）
【特許文献２】ＷＯ２０１２／０３２９９３号公報  （第１７頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１および特許文献２ともに、揺動型ステップモータに関する従来技術だが、以下に示す問題点が存在する。
【０００９】
特許文献１記載の従来技術の揺動型ステップモータは回転検出を行っている記述がないため、あらゆる使用環境を想定し、余裕のあるエネルギーのパルスで駆動する必要があり、低消電化が困難であった。
【００１０】
また、特許文献２記載の従来技術の揺動型ステップモータは、回転検出手段として、ロータがニュートラル位置に復帰する過程で、ロータを構成する永久磁石の運動によってステータに巻きまわしたコイルに発生する誘起電圧を揺動型ステップモータの動作判定信号として利用する特徴を持っている。しかしながら、この方法では、ロータが油などにより回転規制部材に張り付いてしまって動作しない場合や、ロータが星車の歯先でぶつかって停止してしまう動作については回転動作していないと正しく判別できるものの、誘起電圧の大きさは、駆動電圧や検出抵抗値のばらつき、また温度変化などにより変化があり、特
に低消電化のためにぎりぎりのエネルギーのパルスで駆動しようとした場合に、ロータが星車を正確に送ることができたのか、エネルギー不足で十分に送りきれないまま、ロータが復帰したのか、判断ができない。
特にエネルギー不足で十分に送りきれないままロータが復帰してしまった場合、次のステップ駆動時、ロータは星車の歯先でぶつかり停止してしまい、その動作を非回転と判断し、エネルギーの大きな補正パルスで補正しようとしても、星車に対して有効な回転力を作用させることができないことがあった。
【００１１】
つまり、エネルギー不足による不十分な回転は本来非回転動作であるにも関わらず、回転と非回転とを誤検出してしまい、ミスステップしてしまうことがあった。そのため、駆動するエネルギーはある程度大きなものである必要があり、低消電化が困難であった。
更に、非回転と判断できたとしても、エネルギーの大きなパルスで駆動した場合に、ロータが次のステップで駆動し始める前にロータが初期位置に復帰しきっていない時があるため、次のステップ駆動でロータの１ステップの移動量が変化するので誘起電圧及び電流波形も大きく変化してしまい、信頼性の高い回転検出が困難であった。
【００１２】
本発明では、揺動型ステップモータにおいて、ぎりぎりのエネルギーのパルスで駆動した場合でも、ロータの挙動をより正確に判別することで、信頼性の高い回転検出方式を備え、低消電可能な揺動型ステップモータの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のステップモータは、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。
【００１４】
（１）所定の揺動角度範囲内にて揺動運動を行なうロータと、前記ロータを駆動するためのステータと、前記ステータと接続され、電流を流すことで前記ロータ対して駆動トルクを作用させるコイルと、前記ロータの揺動角度範囲を規制するための回転規制部材と、前記ロータの左右に１つずつ配置された２つの駆動車と、前記ロータの回転によって前記コイルに発生する電流を検出する第１の検出手段と、前記第１の検出手段と反対方向に流れる電流を検出する第２の検出手段とを有し、
前記ロータは前記第１の駆動車と前記第２の駆動車の回転中心を結ぶ直線の中点方向を向く位置を初期位置とし、
前記ロータは、２つの送り歯を有し、
前記ロータが一方向に揺動するとき、一方の前記送り歯が一方の前記駆動車を送り、
前記ロータが他方向に揺動するとき、他方の前記送り歯が他方の前記駆動車を送ることで前記駆動車を駆動する揺動型ステップモータにおいて、
駆動パルス印加後の前記第１検出区間で前記第１の検出手段で前記ロータの回転状態を検出し、
第２検出区間で前記第２の検出手段で前記ロータの回転状態を検出し、前記第１、第２の検出手段の検出結果を用いて前記ロータの回転状態を判断することを特徴とする。
【００１５】
（２）（１）において第１検出区間の検出結果が非回転となった場合、第２検出区間の検出結果にかかわらず、通常の駆動パルスと同相でエネルギーが大きい補正パルスを前記コイルに印加することを特徴とする。
【００１６】
（３）（１）において第１検出区間の検出結果が回転となり、第２検出区間の検出結果が非回転となった場合、通常の駆動パルスと同相でエネルギーが大きい補正パルスを前記コイルに印加することを特徴とする。
【００１７】
（４）（１）から（３）において検出結果が非回転となった場合、通常の駆動パルスと
逆相のパルスを印加後、通常の駆動パルスと同相のパルスを前記コイルに印加することを特徴とする。
【００１８】
（５）（１）から（４）において駆動パルス、又は補正パルスを前記コイルに印加後、通常の駆動パルスと逆相でエネルギーが小さい復帰パルスを前記コイルに印加することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
上記発明の（１）、（２）、（３）の側面によれば、
ロータが動作できない状態、エネルギー不足で十分に動作できない状態を検出が可能となり、ロータが回転できない場合はエネルギーが大きい補正パルスをコイルに印加することでロータの回転不足を補正することが出来、揺動型ステップモータにおいても、信頼性の高い回転検出が可能となるだけでなく、ミスステップがなく、低消電化を達成できる。
上記発明の（４）の側面によれば、
星車の歯先の位置によっては、同相の補正パルスのみでは回転出来ない状態を解消することができない場合があり、もう一度、前回のステップ駆動をやり直すことで星車の歯先位置を修正することができ、更にミスステップなどを減らすことができる。
上記発明の（５）の側面によれば、
ステップ駆動によってロータの初期位置が所定の範囲からずれていても復帰パルスを印加することによって、ロータの位置を初期位置に復帰させることが出来るため、更に確実にミスステップなどを減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】揺動型ステップモータの構成図。
【図２】回転規制部材４００とロータ１００との関係を説明するための上面図。
【図３】第１実施形態の揺動型ステップモータが非回転時の駆動パルスと第１検出区間、第２検出区間、補正パルス及び電流波形の例を説明する図であって、図３ａは２つのコイル端子１０，１１における電圧波形を、図３ｂはコイル３００に流れる電流波形を示す。
【図４】駆動回路７とコイル３００の構成を示す回路構成図。
【図５ａ】エネルギー不足で回転動作が不十分であった場合のロータの動作を説明するための上面図と電圧電流波形図。図５ａ１は２つのコイル端子１０，１１における電圧波形、図５ａ２はコイル３００に流れる電流波形を示す。
【図５ｂ】正常に回転動作した場合のロータの動作を説明するための上面図と電圧電流波形図。図５ｂ１は２つのコイル端子１０，１１における電圧波形、図５ｂ２はコイル３００に流れる電流波形を示す。
【図５ｃ】ロータが回転規制部材に張り付いた場合のロータの動作を説明するための上面図とその時の電圧電流波形図。図５ｃ１は２つのコイル端子１０，１１における電圧波形、図５ｃ２はコイル３００に流れる電流波形を示す。
【図５ｄ】ロータが星車の歯先で停止してしまった場合のロータの動作を説明するための上面図と電圧電流波形図。図５ｄ１は２つのコイル端子１０，１１における電圧波形、図５ｄ２はコイル３００に流れる電流波形を示す。
【図５ｅ】ロータが星車の歯先で停止してしまい、同相の補正パルスでは送ることができない例を説明するためのロータと星車のみの部分拡大図。
【図６】第１実施形態の変形例１の揺動型ステップモータが非回転時の駆動パルスと第１検出区間、第２検出区間、補正パルス及び電流波形の例を説明する図であって、図６ａは２つのコイル端子１０，１１における電圧波形、図６ｂはコイル３００に流れる電流波形を示す。
【図７】第１実施形態の変形例２の揺動型ステップモータが非回転時の駆動パルスと第１検出区間、第２検出区間、補正パルス及び電流波形の例を説明する図であって、図７ａは２つのコイル端子１０，１１における電圧波形、図７ｂはコイル３００に流れる電流波形を示す。
【図８】第１実施形態の全体構成を示したブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、各実施形態を、図面を用いて説明する。
なお、本実施形態は時計に適用した場合を元にしているが、発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ど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。
【００２２】
本実施形態と特徴は、ロータの静的安定方向がステータの長手方向に対して直角に位置する揺動型ステップモータにおいて駆動パルス印加後に第１検出回路によって第１検出区間でコイルに発生する電流量を検出し、更に第２検出回路によって第２検出区間でコイルに発生する電流量を検出し、ロータの回転状態を判断している点である。
［第１実施形態の構成の説明］
第１実施形態の全体構成についてブロック図を用いて説明する。
例えば、図８に示すように本発明の揺動型ステップモータは水晶発振式の時計に組み込まれる。
【００２３】
２は揺動型ステップモータであり、７は揺動型ステップモータ２に駆動パルス６００を出力する駆動回路で７００は駆動回路７を制御する制御部である。
【００２４】
３は揺動型ステップモータ２の動力によって時刻表示動作を行なう時刻輪列であり、６は揺動型ステップモータ２から発生する電流により揺動型ステップモータ２の回転状態を回転検出する検出回路で、駆動信号６００と同相方向の逆起電流を検出する第１検出回路４と駆動信号６００と逆相方向の逆起電流を検出する第２検出回路５を有する。
【００２５】
検出回路６は回転判断結果を制御部７００へ送り、制御部７００は回転判断結果を受けて必要に応じて補正パルス６０１を駆動回路７に出力する。
【００２６】
次に、第１実施形態のステップモータの構成を、図１、図２、図３、図４を用いて説明する。
【００２７】
図１は、揺動型ステップモータ２を説明する全体図であり、図２は、図１の駆動車５００ａ、５００ｂから連動車５０２ａ、５０２ｂを無くし、ロータ１００と星車５０１ａ、５０１ｂと回転規制部材４００の関係を説明するための上面図である。
【００２８】
図３は、第１実施形態の揺動型ステップモータ２が非回転となった時の駆動パルスと第１検出区間、第２検出区間、補正パルス６０１及び電流波形の例を説明する図で図３ａの縦軸はコイル３００に発生する電圧、横軸は経過時間、図３ｂの縦軸はコイル３００に発生する電流、横軸は経過時間であり、図４は、駆動回路７とコイル３００の構成を説明するための回路構成図である。
【００２９】
まず、図１、２を用いて第１実施形態の揺動型ステップモータ２の構成と動作について説明を行う。
【００３０】
第１実施形態の揺動型ステップモータ２は、下記記載の構成を採用するものである。すなわち、所定の揺動角度範囲内にて揺動運動を行なうロータ１００と、ロータ１００を駆動するためのステータ２００と、ステータ２００と接続され、電流を流すことでロータ１００に対して駆動トルクを作用させるコイル３００と、ロータ１００の揺動角度範囲を規
制するための回転規制部材４００と、ロータ１００の左右に１つずつ配置され、ロータ１００の揺動運動により駆動される駆動車５００ａ、５００ｂを有する。さらに、コイル３００は駆動パルス６００が入力されるコイル端子１０、コイル端子１１を有する。
【００３１】
駆動車５００ａ、５００ｂそれぞれは、ロータ１００により駆動され、径が両駆動車中心の半分の値より小さく、互いに噛合わない星車５０１ａ、５０１ｂと、星車５０１ａ、５０１ｂと同軸で星車５０１ａ、５０１ｂとロータ１００の上方に配置され、星車５０１ａ、５０１ｂより大径で互いに噛合う連動車５０２ａ、５０２ｂと、で構成されている。
【００３２】
また、ロータ１００は２つの駆動車５００ａ、５００ｂの回転中心を結ぶ直線の中点方向を向く位置を初期位置として、カム１０１側で星車５０１ａ、星車５０１ｂを駆動し、後部突起部１０２側が回転規制部材４００と衝突することで回転規制範囲内を左右に揺動する。
ロータ１００の初期位置の設定はステータにより設定される保持トルクの静的安定位置をステータ２００で設定し、コイル３００に電流を非導通の際には、ロータ１００は初期位置に戻るような復帰力（保持トルク）が作用し、初期位置で静止安定する。
【００３３】
コイル３００に導通する電流の向きを切り替えることで、ロータ１００は時計方向に回転、あるいは反時計方向に回転する。回転規制部材４００により回転規制されることで、ロータ１００は揺動動作を行う。
輪列８００はロータ１００の揺動運動によって駆動車５００ｂが一方向の回転動作するため、回転動作し、秒針などの時刻輪列３へ動力が伝達される。
【００３４】
次に図３を用いて揺動型ステップモータ２の回転検出について説明を行う。
まずロータ１００の基本的な動作について説明する。
ロータ１００は、駆動パルス６００の印加により駆動トルクが作用し、初期位置から回転規制部材４００に当るまで回転し、その後駆動パルス６００印加後、回転規制部材４００から初期位置まで復帰力（保持トルク）で再度戻るという動作を１ステップで行う。駆動パルス６００のエネルギーが十分であれば、駆動パルス６００の印加途中において、ロータ１００は回転規制部材４００にあたって停止しており、駆動パルス６００印加後に初期位置まで戻るという動作を行う。また駆動パルス６００のエネルギーが不十分であれば、駆動パルス６００印加中には、ロータ１００は回転規制部材４００に当たらず、駆動パルス６００印加直後は惰性で回転規制部材４００まで回転を続ける。その後ロータの運動エネルギーが無くなった時点でロータ１００は戻るという動作をする。
そのため、揺動型ステップモータ２の回転検出方式としては、駆動パルス６００直後の第１検出区間ＴＡで第１検出回路４を用いて、ロータ１００の回転検出を行い、ロータ１００が回転規制部材４００に向かって動いている最中か、回転規制部材４００に当たって停止しているかを判断することで駆動パルス６００のエネルギーが十分か不足かを推測している。そして、第１検出区間ＴＡに続く、第２検出区間ＴＢで第２検出回路５を用いて、ロータ１００が復帰力により初期位置まで戻る動作をきちんと行っていくかどうかを判断することで、次のステップ動作でロータが初期位置からスタートできるかどうかを推測している。この際、ロータが確実に初期位置に復帰しなくとも、多少ずれていたとしても回転検出の動作には全く問題がない。
【００３５】
判断にあたっては、駆動パルス６００によりロータ１００を目的とする方向に駆動する際に流れる電流に対し、駆動パルス印加後の第１検出区間ＴＡ、及び第２検出区間ＴＢの各検出区間において、コイル３００の流れる電流の向きが同相か逆相かによって判断し、駆動パルス６００と同相のエネルギーの大きな補正パルス６０１を駆動回路７より揺動型ステップモータ２へ出力し、補正する。もし、第１検出区間ＴＡにおいて、電流が逆相であるとすると、駆動パルス６００印加後に惰性でロータ１００が回転規制部材に当たるま
で動こうとしており、負の逆起電流が発生していると判断される。もしロータ１００が回転規制部材にあたっていれば、逆起電流は発生しないため、電流は同相（インダクタンスによる過渡応答分）もしくは、ゼロとなる。第２検出区間ＴＢにおいて、電流が同相であるとすると、回転規制部材４００にあたった後、ロータ１００が初期位置まで戻ろうとしている際に発生する誘起電流が発生していると判断される。
【００３６】
次に図３、図４を用いて駆動回路７の動作について説明を行う。
【００３７】
制御部７００より駆動信号が送信される前の駆動回路７の回路状態はスイッチ手段ＳＷＡ、ＳＷＣが導通、スイッチ手段ＳＷＢ、ＳＷＤ、ＳＷＥ、ＳＷＦが非道通状態であり、コイル端子１０、コイル端子１１にはＶＤＤの電位が供給されている。
【００３８】
制御部７００より駆動信号が送信されると駆動回路７の回路状態はスイッチ手段ＳＷＡ、ＳＷＤが導通、スイッチ手段ＳＷＢ、ＳＷＣ、ＳＷＥ、ＳＷＦが非道通状態となり、コイル端子１０にはＶＤＤ、コイル端子１１にはＶＳＳの電位が供給され、一定期間コイル３００に電流を流した後、駆動回路７の回路状態はスイッチ手段ＳＷＡ、ＳＷＣが導通、スイッチ手段ＳＷＢ、ＳＷＤ、ＳＷＥ、ＳＷＦが非道通状態であり、コイル端子１０、コイル端子１１にはＶＤＤの電位が供給され、駆動パルス６００のような出力となる。
第１検出区間ＴＡ、第２検出区間ＴＢのタイミングの回転検出動作については後述を行うのでここでは省略する。
【００３９】
第１検出区間ＴＡ、第２検出区間ＴＢでの回転検出の結果、非回転と判断の場合、駆動回路７の回路状態はスイッチ手段ＳＷＡ、ＳＷＤが導通、スイッチ手段ＳＷＢ、ＳＷＣ、ＳＷＥ、ＳＷＦが非道通状態となり、コイル端子１０にはＶＤＤ、コイル端子１１にはＶＳＳの電位が供給され、一定期間コイル３００に電流を流した後、駆動回路７の回路状態はスイッチ手段ＳＷＡ、ＳＷＣが導通、スイッチ手段ＳＷＢ、ＳＷＤ、ＳＷＥ、ＳＷＦが非道通状態であり、コイル端子ＯＡ１０、コイル端子ＯＢ１１にはＶＤＤの電位が供給され、補正パルス６０１のような出力となる。
【００４０】
以上は図３ａに示す駆動パルスの回路動作の説明を行なったが、次のステップ駆動はコイル端子１０、コイル端子１１が入れ替わっただけであるので説明は省略する。
【００４１】
［第１実施形態の作用の説明］
第１実施形態の作用は、図２、図３を所々参照しながら、主に図５ａ、図５ｂ、図５ｃ、図５ｄを用いて説明する。
【００４２】
図５ａ、図５ｂ、図５ｃ、図５ｄは、ロータ１００の動作を説明するための上面図と、対応する電圧電流波形を示す図であって、左側に上面図、右側に電圧電流波形を示す。
【００４３】
図５ａは、エネルギー不足で回転動作が不十分であった場合におけるロータ１００の動作を説明するための図である。
【００４４】
図５ｂは、正常に回転動作した場合におけるロータ１００の動作を説明するための上面図である。
【００４５】
図５ｃはロータ１００が回転規制部材に張り付いた場合におけるロータ１００の動作を説明するための上面図である。
【００４６】
図５ｄはロータ１００が星車の歯先で停止してしまった場合におけるロータ１００の動作を説明するための上面図である。
【００４７】
図５ａ１、図５ｂ１、図５ｃ１、図５ｄ１は駆動波形で、縦軸は電圧、横軸は経過時間を示す。
【００４８】
図５ａ２、図５ｂ２、図５ｃ２、図５ｄ２は駆動時の電流波形で、縦軸は電流、横軸は経過時間を示す。
【００４９】
検出回路６の作用について説明する。
【００５０】
図３において、駆動パルス６００を印加し、コイル３００に、コイル端子１０からコイル端子１１に駆動電流を流すことで、図２でロータ１００を初期位置から時計方向に回転させる。また、コイル３００に、コイル端子１１からコイル端子１０に駆動電流を流すことで、図２でロータ１００を初期位置から反時計方向に回転させる。
【００５１】
ロータ１００が時計方向、反時計方向への回転動作は左右対称であるため、コイル端子１０からコイル端子１１へ電流を流し、ロータ１００を時計方向へ回転させる場合についてのみ説明する。
【００５２】
また、コイル端子１０からコイル端子１１に流す方向を電流の同相とする。（なお、ロータ１００を反時計方向へ回転させる場合はコイル端子１１からコイル端子１０に流す方向を電流の同相として考える。）
ロータ１００を駆動するために、駆動パルス６００を印加し、コイル端子１０からコイル端子１１に電流を流すためには、スイッチ手段ＳＷＡ、ＳＷＤを導通状態とし、他ＳＷをすべて非導通としておく。（なお、コイル端子１１からコイル端子１０に電流を流すためには、ＳＷＣ、ＳＷＢを導通状態とし、他ＳＷをすべて非導通とする。）
駆動パルス印加後、スイッチ手段ＳＷＡ、ＳＷＣを導通状態とし、コイル３００に流れる電流を流す。
【００５３】
次に第１検出区間ＴＡにおいて、検出回路６より駆動回路７へ信号を送り、スイッチ手段ＳＷＣを非導通とし、スイッチ手段ＳＷＦを通常は導通状態とし、数十［μｓ］程度非導通とすることを、適宜の周期で繰返す制御を行う。
スイッチ手段ＳＷＦが導通の間、スイッチ手段ＳＷＦから高抵抗７０２とコイル３００、スイッチ手段ＳＷＡまでが導通状態となる。
【００５４】
駆動パルス６００による駆動後、もし駆動パルス６００のエネルギーが不十分で、駆動パルス６００印加中にロータ１００が回転規制部材４００にあたっていない場合には、ロータ１００は運動エネルギーが無くなるまで、惰性により回転規制部材４００にあたるまで回転を続ける。この際にコイル３００には逆起電流が発生し、見かけ上発電手段として動作する。この場合、誘起電流はコイル端子１０からコイル端子１１に流れる電流が逆相方向に流れ、コイル３００が発電手段として動作するため、コイル端子１０電位＞コイル端子１１電位となり、コイル端子１１検出電圧６１０が発生する。
【００５５】
また、もし駆動パルス６００のエネルギーが十分あり、駆動パルス６００印加途中にロータ１００が回転規制部材にあたってしまっているような場合には、ロータは停止しており、駆動パルス印加直後にはコイル３００のインダクタンスによる過渡応答で電流が同相に流れる。この場合は、コイル端子１０電位＜コイル端子１１電位となり、プラス電位より上の電位になるため、検出可能な検出電圧６１０は発生しない。
ただ、ロータ１００が何らかの理由でそもそも駆動パルスにより回転しないで停止状態であったにも、コイル３００に誘起電流が発生せず、インダクタンスによる過渡応答しか発生しないため、この場合にも電流は同相が流れて、検出可能な検出電圧６１０は発生しな
い。そのため、後述するように、第１検出区間ＴＡに続く、第２件検出区間ＴＢでの判断が更に必要となる。
【００５６】
なお、この電流の同相、逆相により検出電圧が発生する原理については、時計用モータの回転検出において周知の技術であるので、これ以上の詳細説明は省略する。
【００５７】
導通期間の間欠動作の回数はステップモータ毎に個別に設定すれば良い。図３では１回としている。
【００５８】
検出電圧６１０があらかじめ設定した閾値電圧より大きな値である場合に、コイル端子１０の電位とコイル端子１１の電位をモニタリングしている検出回路６において、コイル端子１０からコイル端子１１に流れる電流は逆相と判断し、後述する回転検出の判断に用いる。
【００５９】
次に、第２検出区間ＴＢにおいて、検出回路６より駆動回路７へ信号を送り、スイッチ手段ＳＷＡを非導通としてスイッチ手段ＳＷＥを、数十［μｓ］程度の間欠的に導通、非道通を繰り返すことで、スイッチ手段ＳＷEが導通の間、スイッチ手段ＳＷＥから高抵抗７０１とコイル３００、スイッチ手段ＳＷＣまでが導通状態となる。
【００６０】
第２検出区間ＴＢでは、駆動パルス印加後にロータ１００が回転規制部材から初期位置まで戻る動作時に発生する誘起電流を検出している。第２検出区間ＴＢにおいて、電流が同相であるとすると、回転規制部材４００にあたった後、ロータ１００が初期位置まで戻ろうとしている際に発生する誘起電流が発生していると判断される。なお、本揺動型ステップモータでは、回転規制部材４００にあたる前とあたった後とで回転方向が切り替わるため、逆起電圧の極性は入れ替わっており、ロータが初期位置に戻る場合には同相の電流が流れる。コイル端子１０からコイル端子１１に流れる電流が正の場合には、コイル３００が発電機の状態と言えるため、コイル端子１０電位＜コイル端子１１電位となり、その間コイル端子１０には、検出電圧６２０が発生する。もし仮に、ロータ１００が回転規制部材４００にあたった後、回転規制部材４００に油の表面張力などで張り付いてしまった場合であったり、あるいは駆動パルス６００で動作できていない場合には、初期位置に戻る動作をしないために、誘起電流は発生せずゼロである。この場合、検出電圧６２０は発生しない。
【００６１】
導通期間の間欠動作の回数はステップモータ毎に個別に設定すれば良い。図３では２回としている。
【００６２】
検出電圧６２０があらかじめ設定した閾値電圧より大きな値である場合に、コイル端子１０電位とコイル端子１１電位をモニタリングしている検出回路６において、コイル端子１０からコイル端子１１に流れる電流は正だと判断し、後述する回転検出の判断に用いる。
【００６３】
以上のように、コイル端子１０とコイル端子１１の電圧を検出回路６において、第１検出区間ＴＡと第２検出区間ＴＢでモニタリングしておくことで、駆動パルス印加後のコイル３００に流れる電流が同相か逆相かを判断できる。第１検出区間では電流が逆相である場合にのみ検出でき、また第２検出区間では電流が同相である場合にのみ検出できる。電流がゼロの場合には検出されない。
【００６４】
次に検出回路６で行う回転検出の判断についての説明を行う。
エネルギー不足で回転動作が不十分であった場合について図５ａを用いて説明する。
図５ａは駆動パルス印加後、ロータ１００を動作させるエネルギーが不十分であった場合
、ロータ１００の後部突起部１０２側が回転規制部材４００と衝突する前に駆動パルス印加が終了し、回転規制部材４００とは接触しない（つまりロータ１００により星車５０１ｂを十分駆動しきれていない）場合の動作を説明するための上面図である。
駆動パルス印加後、図５＿ａ２に示すように慣性でロータ１００が時計方向に回転する際に発生する誘起電流によって、第１検出区間ＴＡにおいて、コイル３００には逆相方向の電流が流れる。
この電流の変化が現れたことを第１検出回路４で検出して、エネルギー不足と判断する。エネルギー不足と判断された場合には、第２検出区間ＴＢの結果如何にかかわらず、エネルギーの大きな補正パルス６０１を駆動回路７より揺動型ステップモータ２へ出力し、補正する。
【００６５】
続いて、正常に回転動作した場合について図５ｂを用いて説明する。
【００６６】
図５ｂは駆動パルス印加後、ロータ１００を動作させるエネルギーが十分な場合、ロータ１００の後部突起部１０２側が回転規制部材４００と衝突するまで送られ、星車５０１ｂを十分に送ることができる。その場合、規制部材に衝突して停止しているため、誘起電流は発生せず、コイル３００に流れる電流はコイル３００のインダクタンスと抵抗成分により流れる過渡応答であり、同相方向に電流が流れ、第１検出区間ＴＡにおける第１検出回路４では電流の検出がされないと判断される。
【００６７】
次に第２検出区間において、ロータ１００は回転規制部材４００から初期位置まで復帰動作を行う際に発生する誘起電流によりコイル３００には同相方向の電流が流れる。この電流の変化が現れたことを第２検出回路５で検出して、正常に回転動作と判断できる。
【００６８】
また、ロータ１００が回転規制部材に張り付いた場合について図５ｃを用いて説明する。
【００６９】
図５ｃは油などがロータ１００の後部突起部１０２が回転検出手段４００に張り付いたままの状態があった場合、駆動パルスによってはロータ１００が動けないため、コイル３００に流れる電流はコイルのインダクタンスと抵抗成分により流れる過渡応答のような波形で第１検出区間ＴＡでは電流は同相方向に流れ、第１検出回路４では電流の検出がされないと判断される。
【００７０】
次に第２検出区間でも、ロータ１００は動作していないため、電流が同相にも逆相にも流れないため、何の検出もされない。
【００７１】
このため、エネルギーの大きな補正パルス６０１を駆動回路７より揺動型ステップモータ２へ出力し、張り付きの状態から解消し、補正する。
【００７２】
更に、ロータ１００が星車５０１ｂの歯先で停止してしまった場合について図５ｄを用いて説明する。
【００７３】
図５ｄのように、様々な使用環境下において、前回のステップ駆動でエネルギー不足であることを検出できず、星車５０１ｂの送り動作が不十分であった場合、駆動トルクが十分でないと、ロータ１００は星車５０１ｂの歯先にあたった時点で停止してしまうことがある。
【００７４】
このため、駆動パルスによってはロータ１００が動けないため、コイル３００に流れる電流はコイルのインダクタンスと抵抗成分により流れる過渡応答のような波形で第１検出区間ＴＡでは電流は同相方向に流れていると判断される。
【００７５】
よって、第２検出区間でもロータ１００は動作していないため、電流が同相にも逆相にも流れないため、何の検出もされない。
【００７６】
エネルギーの大きな補正パルス６０１を駆動回路７より揺動型ステップモータ２へ出力し、星車５０１ｂを正しく送り、補正する。
【００７７】
ここで、表１を用いて各ロータ１００の挙動と第１検出区間ＴＡ、第２検出区間ＴＢでの検出状態との関係を整理する。
【００７８】
【表１】
2015169638.tif 000003
【００７９】
［第１実施形態の効果の説明］
第１実施形態はロータ１００が星車５０１ａ、ｂの歯先による停止状態、回転規制部材４００に張り付いたまま動作できない状態を検出できるだけではなく、ロータ１００がエネルギー不足で十分に星車５０１ａ、ｂを送れない場合も判断ができるため、ぎりぎりのエネルギーのパルスでも駆動できる。
また、補正パルス６０１が発生した場合には駆動パルスのエネルギーを大きなものに変更するなどすることで、揺動型ステップモータ２においても、信頼性の高い回転検出が可能となるだけでなく、ミスステップがなく、低消電化を達成できる。
【００８０】
［第１実施形態の変形例１の構成と作用の説明］
次に第１実施形態の変形例１について、図５ｅ、図６を用いて説明する。
【００８１】
図５ｅは、ロータ１００が星車５０１ａ、ｂの歯先で停止してしまい、同相の補正パルス６０１では送ることができない例を説明するためのロータ１００と星車５０１ａ、ｂのみの拡大図であり、図６ａは、第１実施形態の変形例１の揺動型ステップモータが非回転時の駆動パルスと第１検出区間ＴＡ、第２検出区間ＴＢ、補正パルス６０１、６０２を説明する図で縦軸は電圧、横軸は経過時間を示す。
【００８２】
図６ｂは、第１実施形態の変形例１の揺動型ステップモータが非回転時の電流波形の例を説明する図で縦軸は電流、横軸は経過時間を示す。
【００８３】
変形例１の特徴は補正パルス６０１が、駆動パルスと同相だけのパルスであるのではなく、駆動パルスと逆相の補正パルス６０２と、同相の補正パルス６０１とを組み合わせている点である。
【００８４】
第１実施形態の変形例１の揺動型ステップモータについては、第１実施形態と異なる補正パルスについての構成と作用の説明のみ行う。
他構成や作用については、全く同じであるため省く。
駆動パルス６００を印加後、第１検出区間ＴＡで駆動パルス６００のエネルギーが十分で、駆動パルス印加中にロータ１００が回転規制部材４００にあたっているか、あるいはエネルギー不足で駆動パルス６００印加直後にもロータが惰性で回転し続けているかどうかを判断し、その第１検出区間ＴＡに続く第２検出区間ＴＢでロータ１００が回転規制部材
４００の位置から初期位置へ戻る動作をしたかどうかを判断している。
【００８５】
表１の特にパターン４の場合に有効となる方法であり、例えばバックラッシが大きすぎるなどの場合に、星車５０１ｂを十分送ることができなかった場合に対して、本変形例１の補正パルス６０１、６０２を用いる。星車５０１ｂの歯先の位置によっては、同相の補正パルス６０１のみでは解消することができない場合がある。この場合について、図５＿ｅを用いて説明する。
【００８６】
例えば、衝撃などの外的要因によって、前回のステップ動作で星車５０１ｂを十分に送りきれなかいことがあった場合、図５ｅのように、ロータ１００のカム１０１が星車５０１ｂの歯の頂点で当たってしまうような場合が有りうる。この場合、カム１０１からの駆動力は星車５０１ｂの回転軸方向に向かってしまうため、星車５０１ｂに回転トルクが発生しないため、いくらエネルギーを大きくしても同相の補正パルス６０１では、その状態から抜け出すことができない。
【００８７】
この状態を解消するにはもう一度、前回のステップ駆動をやり直し、星車５０１ｂの歯先位置をロータ１００のカム１０１が送れる位置まで送る必要がある。
このため、図６に示すように、駆動パルス６００と逆相のエネルギーの大きな補正パルス６０２で駆動し、前回のステップ駆動の動作を再度行うことによってカム１０１より星車５０１ａに動力を伝達し、星車５０１ａの動力によって星車５０１ｂに再度、駆動させた後、同相のエネルギーの大きな補正パルス６０１でさらに星車５０１ｂを駆動する。
【００８８】
本動作は、パターン３のロータ１００が回転規制部材に張り付いた場合（図５ｃ）にも必然的にこの補正パルスの構成が適用されてしまうが、本変形例１の動作を行なっても補正パルス６０２によって星車５０１ａ、星車５０１ｂが動くことがないため、時刻輪列３の状態は変化しないので問題はない。
【００８９】
［第１実施形態の変形例１の効果の説明］
第１実施形態の変形例１のような構成とすることで、更に確実にミスステップなどを減らすことができる。
【００９０】
［第１実施形態の変形例２の構成と作用の説明］
次に第１実施形態の変形例２について図７を用いて説明する。
【００９１】
図７ａは第１実施形態の変形例２の揺動型ステップモータが非回転時の駆動パルスと第１検出区間ＴＡ、第２検出区間ＴＢ、補正パルス６０１、初期位置安定化パルス６０３を説明する図で縦軸は電圧、横軸は経過時間を示す。
【００９２】
図７ｂは第１実施形態の変形例２の揺動型ステップモータが非回転時の電流波形の例を説明する図で縦軸は電流、横軸は経過時間を示す。
【００９３】
変形例２の特徴は補正パルス６０１に続けて、ロータ１００を初期位置に戻すためだけの初期位置安定化パルス６０３を印加している点である。
【００９４】
第１実施形態の変形例２の揺動型ステップモータについては、第１実施形態と異なる補正パルスについての構成と作用の説明のみ行う。他構成や作用については、全く同じであるため省く。
【００９５】
駆動パルス６００を印加後、第１検出区間ＴＡで駆動パルス６００のエネルギーが十分で、駆動パルス印加中にロータ１００が回転規制部材４００にあたっているか、あるいは
エネルギー不足で駆動パルス６００印加直後にもロータが惰性で回転し続けているかどうかを判断し、その第１検出区間ＴＡに続く第２検出区間ＴＢでロータ１００が回転規制部材４００の位置から初期位置へ戻る動作をしたかどうかを判断している。
【００９６】
変形例２においては、第１実施形態だけでなく、変形例１の場合にも適用できるが、エネルギーの大きな補正パルスを印加した後には、ロータ１００が初期位置に復帰しにくくなるため、ロータ１００を初期位置に向かう復帰動作を補助する目的のために、エネルギーの大きな補正パルスの後に続けて、星車５０１ａ、５０１ｂを送れず、ロータ１００を初期位置に動かせる程度のエネルギーを駆動パルスとは逆相の初期位置復帰パルス６０３を更に印加し、ロータ１００が初期位置に復帰させる。
【００９７】
［第１実施形態の変形例２の効果の説明］
第１実施形態の変形例２のような構成とすることで、ロータ１００の初期位置が安定化するため、電流波形が安定化し、更に信頼性の高い回転検出が可能となる。
【００９８】
以上のように本発明によってロータの挙動をより正確に判別することで、信頼性の高い回転検出行い、補正駆動することによってロータをぎりぎりのエネルギーで駆動することが可能となるため、消費電流の少ない揺動型ステップモータを提供できる。
【符号の説明】
【００９９】
２      揺動型ステップモータ
３      時刻輪列
４      第１検出回路
５      第２検出回路
６      検出回路
７      駆動回路
１００  ロータ
１０１  カム
１０２  後部突起部
２００  ステータ
３００  コイル
４００  回転規制部材
５００ａ、５００ｂ  駆動車
５０１ａ、５０１ｂ  星車
５０２ａ、５０２ｂ  連動車
６００  駆動パルス
６０１  （駆動パルスと同相の）補正パルス
６０２  （駆動パルスと逆相の）補正パルス
６０３  初期位置安定化パルス
６１０、６２０  検出電圧
７００  制御部
７０１、７０２  高抵抗
８００  輪列
ＳＷＡ、ＳＷＢ、ＳＷＣ、ＳＷＤ、ＳＷＥ、ＳＷＦ  スイッチ手段
ＴＡ、ＴＢ  検出区間
【図１】
2015169638.tif 000004
【図２】
2015169638.tif 000005
【図３】
2015169638.tif 000006
【図４】
2015169638.tif 000007
【図５ａ】
2015169638.tif 000008
【図５ｂ】
2015169638.tif 000009
【図５ｃ】
2015169638.tif 000010
【図５ｄ】
2015169638.tif 000011
【図５ｅ】
2015169638.tif 000012
【図６】
2015169638.tif 000013
【図７】
2015169638.tif 000014
【図８】
2015169638.tif 000015