(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低透磁率材料または非磁性材料により第１のヨークと第２のヨークを結合する連結部を有するとともにローター穴を有する完成ヨークと、径方向に着磁された永久磁石よりなるローターと、前記連結部の両脇から前記ローター穴の内部に向かって突出する第１の凸部と第２の凸部とを備え、前記第１の凸部と前記第２の凸部とは、それぞれ同じ幅と高さを有し、前記ローターの中心と前記連結部の中心とを通る直線に対して、ほぼ線対称な位置に配置されていることを特徴とする時計用ステップモーター。
【請求項２】
前記第１の凸部と前記第２の凸部からなる凸部群を２組設け、ローター穴の中心を通り、前記連結部の中心線に垂直な線に対して互いにほぼ線対称な位置に、前記凸部群をそれぞれ配置したことを特徴とする請求項１に記載の時計用ステップモーター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は正逆回転が可能である時計用ステップモーターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
まず、逆転可能な時計用ステップモーターの従来技術としては、例えば特公昭６２−４３１４８号公報があり、従来技術のパルスモーターの構造は図１０に示すものであり、単相駆動コイル１０１、直径の各端にＮ、Ｓ極を有する永久磁石よりなるローター１０３、及びローター１０３に静的安定位置１０７と電磁的安定位置１０９と与えるために円周方向に不均等な空隙分布を有するステーター１０５を有するパルスモーターであり、駆動コイル１０１に接続された駆動回路と、ローター１０３のステップ運動ごとに極性の反転を有し、各ステップ内では単一極性のパルスを印加する正転波形整形回路と、ローター１０３の逆方向のステップ運動毎に正転用駆動電圧波形とは逆の極性を有するパルスとこのパルスと極性が反対のパルスとの複合パルスを印加する逆転波形整形回路とを有していることを特徴としている。
【０００３】
また、他の従来技術である特開昭５４−７１１０号公報の両回転パルスモーターは、コイルが巻かれたステータの中に径方向に複数極に着磁された永久磁石からなるローターが収納されており、ステータのローター収納部内面には凸部があり、ローターの非駆動時の回転角におけるポテンシャルと駆動時の回転角におけるポテンシャルとの位相差が９０度になる部分に設定されていることを特徴とする両回転パルスモーターである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の課題を、図１０の平面図を用いて説明する。
従来技術においては、静的安定位置１０７と電磁安定位置１０９が設定されるようステータ１０５が構成されており、ローター磁石のＮ極、Ｓ極の向きは図１０に示すように設定されているとし、従来技術では矢印で示す時計方向に回ることが正回転としている。
【０００５】
逆回転を行う場合、一旦正回転方向にステップしない程度回転させ、逆回転方向に戻る慣性モーメントを利用して逆回転ステップを行う。従って、静的安定位置から正回転方向に９０度より少ない角度を回転させるために、適当なパルスにより第１のヨーク１１１がＮ極、第２のヨーク１１３がＳ極となるように励磁され、第１のヨーク１１１のＮ極と永久磁石のＮ極とが反発する等の力によってローター１０３に回転モーメントが生じて９０度より少ない角度を回転させる。そして、ローター１０３の回転速度が０になった時、先とは逆の極性を持つパルスを入力することで逆回転させることができ、大きな逆回転トルクを得ることができるため、大きな回転エネルギーを有し、途中保持トルクによる逆回転を妨げる力が生じるがこれに打ち勝ち、次の静的安定位置まで逆回転を行うことができる。
【０００６】
しかしながら、従来技術においては、逆回転をさせる前にわずかに正回転をさせるための駆動パルスが必要であることと、正回転させるが一定角度以上回転させてしまうと１ステップ正回転をしてしまい逆回転ができないため一定角度以上ローターが正回転しない程度の大きさの駆動パルスである必要があることから、駆動パルスの制御が難しいことがある。
【０００７】
そして、時計の使用条件による経時変化や、環境変化、例えば温度変化によって、永久磁石の磁力変化、コイル電流の変化、軸受けに用いられるオイル粘性の変化による負荷変化が生じ、ローターを回転させるためのトルクに変動があった場合、駆動パルスの制御が更に難しく不安定なものとなり、逆回転時にわずかな正回転を行うために通常と同じパルスを入力しても、所望の位置まで動かなかったり、与えるパルスによっては１ステップ１８０度正回転してしまい、逆回転が達成できない場合があった。
【０００８】
また、時計用ステップモーターの小型化を行った場合、ローター磁石も径小化され、ローター磁石の慣性モーメントが小さくなることで回転しやすくなり一定角度正回転させるための最小パルス条件と、１ステップ１８０度正回転しないための最大パルス条件の幅が非常に狭いものとなり、駆動パルスの制御が困難となり、加えて温度変化によるオイル粘性変化や経時変化による負荷トルク変化があった場合には制御不能であり、従来技術の構造においては、逆回転させることが困難であり、従って、逆転機能を備えたステップモーターの小型化が困難であった。
【０００９】
また、従来技術の課題を解決するアイデアとしては、他の従来技術に示すものがある。しかし、他の従来技術においては、図１１の駆動トルク波形に示すように駆動トルクが０になる電磁安定点が約６０度（約１５０度〜約２１０度）もの範囲において生じるため、駆動させることができず、結果として正回転、逆回転ともに達成できない。
そこで本発明の時計用ステップモーターは、小型化が可能な逆転機能を備えた時計用ステップモーターを提供することを目的としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明の時計用ステップモーターは、低透磁率材料または非磁性材料により第１のヨークと第２のヨークを結合する連結部を有するとともにローター穴を有する完成ヨークと、径方向に着磁された永久磁石よりなるローターと、前記連結部の両脇から前記ローター穴の内部に向かって突出する第１の凸部と第２の凸部とを備え、前記第１の凸部と前記第２の凸部とは、それぞれ同じ幅と高さを有し、前記ローターの中心と前記連結部の中心とを通る直線に対して、ほぼ線対称な位置に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
また、第１の凸部と第２の凸部からなる凸部群を２組設け、ローター穴の中心を通り、連結部の中心線に垂直な線に対して互いにほぼ線対称な位置に、凸部群をそれぞれ配置したことを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の時計用ステップモーターの実施の形態について説明する。図１は本発明の正逆転ステップモーターの概略構造を示す平面図である。  正逆転ステップモーター１は、図面上垂直方向に回転軸を持つ磁石３及び軸５からなるローター７と、ローター７を設置するためのローター穴９を有し、完成ヨーク１１と、高透磁率材料よりなるコイル巻芯１３に励磁用のコイル１５が巻回された構造を有する。完成ヨーク１１の両端とコイル巻芯１３の両端はねじ穴１７を有し、ねじ穴が一致するように重ね合わされ、ねじ（図示せず）により締め付け固定され磁気的に接続され磁気回路を構成している。完成ヨーク１１は、高透磁率材料よりなる第１のヨーク１９と、高透磁率材料よりなる第２のヨーク２１と、低透磁率材料もしくは非磁性の材料よりなり、連結面２９を全面あるいは部分的に接続固定する連結部２３とを有し、第１のヨーク１９と第２のヨーク２１とが連結部２３を介して結合されるように構成される。磁石３は強磁性材料からなり径方向に２極に着磁され、形状は中心に軸５をはめ込むための軸穴を有した円板形状となっている。
【００１３】
そして、第１のヨーク１９に備えられたローター穴９の内側で、第１のヨーク１９と連結部２３との連結面２９から離れた位置に、ローター穴９の内部に向かって第１の凸部２５を設けると共に、第２のヨーク２１に備えられたローター穴９の内側で、第２のヨーク２１と連結部２３との連結面２９から離れた位置に、ローター穴９の内部に向かって第２の凸部２７を設ける。完成ヨーク１１において、第１の凸部２５及び第２の凸部２７は初期位相角を設定するための静止安定位置設定手段である。本実施の形態においては、第１のヨーク１９と第２のヨーク２１とを連結している連結部２３の両脇にほぼ同じ高さ、同じ幅で構成されている。そして、ローター７中心と連結部２３の中心とを通る直線を引いたとき、第１の凸部２５と第２の凸部２７とは略対称の形状を有している。また、連結部２３は電磁的安定位置を設定するための手段でもある。
【００１４】
ここで、第１のヨーク１９と第２のヨーク２１、コイル巻芯１３の高透磁率材料としては、例えばｐｃパーマロイや４２Ｎｉパーマロイがあり、連結部２３の低透磁率材料としては、例えばＮｉＣｒがあり、これらを用いた完成ヨーク１１及びコイル巻芯１３は磁気焼鈍をされてステップモーターの構成部品となっている。また、磁石３の材質としては例えばＳｍＣｏなどがある。
さらに、前記ローター７はローター穴９の中心に位置するように軸５の両端を軸受け（図示せず）により支持され、同軸に歯車（図示せず）を有し、その歯車を介してローター７の回転運動を指針に伝達するように構成されている。
【００１５】
次に本発明の正回転の場合について図２、図３、図４、図５を用いて説明すると、モーター駆動パルスがＯＦＦのときの完成ヨーク１１に対するローター７の静止安定位置は、図２（ａ）に示すように、第１の凸部２５、第２の凸部２７と磁石３のＮ極、Ｓ極が対向する位置であり、ローター７中心を原点として縦軸、横軸を設け、横軸右方向を０度、そこを基準として時計回りに縦軸下方向を９０度、横軸左方向を１８０度、縦軸上方向を２７０度と決め、従って、磁石３の静止安定位置は磁極が９０度、２７０度方向を向いた状態で静止する位置である。また、電磁的安定位置はコイルに電流流した時の安定点であり、磁石の磁極が０度、１８０度方向を向いた状態である。
【００１６】
このとき磁石３に作用する保持トルクについてを図２（ｂ）で示すと、停止位置は磁石３のＳ極の位置で表すこととし、図２（ａ）の場合９０度方向を向いているため、図２（ｂ）黒丸で示したＡ点であり、このとき磁石３の受けるトルク値は０である。
【００１７】
そして、励磁用のコイルに正転用駆動パルスを加えてローターを正回転させる場合、図３（ａ）に示すように、完成ヨーク１１の第１のヨーク１９がＮ極、第２のヨーク２１がＳ極となるようにコイルにパルスを加えればよく、磁石３のＳ極と第１のヨーク１９のＮ極との吸引力等働き、磁石３は時計回りすなわち正回転を始める。この時の駆動トルクカーブを図３（ｂ）実線に示すと、コイルにパルスが加えられた瞬間、ローター７はＢ点おいて得られる正のトルクが作用する静止安定位置９０度から電磁的安定位置１８０度方向に回転する。
【００１８】
そして、磁石３のＳ極方向が図４（ａ）で電磁的安定位置の１８０度を過ぎるときには、駆動パルスがＯＦＦになるようなパルス幅に設定しておけば、駆動パルスがＯＦＦになったときに、ローターはその慣性モーメントによって回転し、図４（ｂ）に示す保持トルクカーブによる大きさの回転トルクを得ることができ、点ＣからＤまで常に０以上のトルクを作用させることができ、ローターの正回転をスムーズに行うことができる。
【００１９】
磁石３のＳ極は図５（ａ）の２７０度の方向で再び静止安定位置となるため、トルクカーブ図５（ｂ）のＤ点において停止することができる。
【００２０】
このように、正回転を行う場合には、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄのように常に０以上のトルクを受けることができる。そして、Ｄ点から正回転を行うときはコイルに与える駆動パルスの極性を変えることで同様に常に０以上のトルクを作用させることができる。
【００２１】
次に、本発明の実施の形態における、逆回転を図５、図６、図７、図２を用いて説明する。モーター駆動パルスがＯＦＦのときの完成ヨーク１１に対するローター７の静止位置は、図５（ａ）に示すように、第１の凸部２５と第２の凸部２７と磁石３のＮ極、Ｓ極が対向する位置であり、ローター中心を原点として縦軸、横軸を設け、横軸右方向を０度、そこを基準として時計回りに縦軸下方向を９０度、横軸左方向を１８０度、縦軸上方向を２７０度と決め、従って、磁石３の静止安定位置で磁極が９０度、２７０度方向を向いた状態で静止する。また、電磁的安定位置はコイルに電流を流したときの安定点であり、磁石３の磁極が０度、１８０度を向いた状態で静止する。
【００２２】
このとき磁石３に作用する保持トルクについては図５（ｂ）で示すと、停止位置は磁石３のＳ極の位置で表すこととし、図５（ａ）の場合２７０度方向を向いているため、図５（ｂ）黒丸で示したＤ点であり、このときトルク値は０である。
【００２３】
そして、励磁用のコイルに逆回転駆動パルスを加えてローター７を逆回転させる場合、図６（ａ）に示すように、完成ヨーク１１の第１のヨーク１９がＮ極、第２のヨーク２１がＳ極となるようにコイルにパルスを加えて完成ヨーク１１を励磁すれば良く、磁石３のＳ極と第１のヨーク１９のＮ極との吸引力等働き、磁石３は反時計回りすなわち逆回転を始める。この時の駆動トルクカーブを図６（ｂ）に示すと、コイルにパルスが加えられた瞬間ローター７はＥ点において得られる負のトルクが作用する静止安定位置から電磁的安定位置方向に回転する。
【００２４】
そして、磁石３のＳ極方向が図７（ａ）で電磁的安定位置の１８０度を過ぎるときには、駆動パルスがＯＦＦになるようなパルス幅に設定しておけば、駆動パルスがＯＦＦになったときに保持トルクカーブによって、点Ｃから更に逆回転するトルクを得ることができ、点ＣからＡまで常に０以下のトルクを作用させることができ、ローター７の逆回転をスムーズに行うことができる。
【００２５】
磁石３のＳ極は図２（ａ）の９０度の方向で再び静止安定位置となるため、トルクカーブ図２（ｂ）の安定点であるＡ点において停止することができる。
【００２６】
このように、逆回転を行う場合には、Ｄ→Ｅ→Ｃ→Ａのように常に負のトルクを受けることができる。そして、Ａ点から逆回転を行うときはコイルに加える駆動パルスの極性を変えることで同様に常に０以下のトルクを作用させることができる。
【００２７】
なお、本発明においては、図８に示す実施形態のようにローター７の回転方向、静止安定位置を通過するタイミング等を検知するために、検出用コイル３１を用いてもよく、検出用コイル３１を横切る磁場の変化により、検出用コイルに誘起する電圧の極性と、励磁用のコイルに加えるパルスの極性とを用いることで、ローター７の回転方向、静止安定位置における磁石３の磁極の向きを検出し入力する駆動パルスの極性を決め、正確な正逆回転を行うことができる。
そして、検出用コイル３１はローター穴９に位置し、静止安定位置近傍に設けられている。
【００２８】
また、一方の連結部２３に低透磁率材料等を用いずに、空隙の状態にすることで、静止安定位置近傍に設けた検出用コイル３１の配線を空隙部を通して行い検出用回路３３と接続することで、厚さ方向への配線を行わずに済み、薄型とすることができる。
【００２９】
図９には、他の実施形態を示し、第１のヨーク１９に備えられたローター穴９の内側で、第１のヨーク１９と一方の連結部２３との連結面２９から離れた位置に、ローター穴９の内部に向かって第１の凸部２５を設けると共に、第２のヨーク２１に備えられたローター穴９の内側で、第２のヨーク２１と第１の凸部２５が設けられた側の連結部２３との連結面２９から離れた位置に、ローター穴９の内部に向かって第２の凸部２７を設ける。完成ヨーク１１において、第１の凸部２５及び第２の凸部２７は初期位相角を設定するための静止安定位置設定手段である。本実施の形態においては、第１のヨーク１９と第２のヨーク２１とを連結している連結部２３の両脇にほぼ同じ高さ、同じ幅で構成されている。そして、ローター７中心と連結部２３の中心とを通る直線を引いたとき、略対称の形状を有している。また、連結部２３は電磁的安定位置を設定するための手段でもある。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、時計の使用条件による経時変化や、環境変化例えば温度変化によって、永久磁石の磁力変化、コイル電流の変化、軸受けに用いられるオイル粘性の変化による負荷変化が生じ、ローターを回転させるためのトルクに変動があった場合でも、逆転動作が安定した時計用ステップモーターを提供するため、時計用ステップモーターの小型化が達成できる。また、逆回転時のローター磁石の動きは一方向であるため、逆転動作時間が短くでき、高速逆回転が可能である。更に、逆回転時のローターの動きが一方向であるため、単純パルスで駆動することができ、低消費電力化の達成も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における時計用ステップモーターの構造を示す平面図である。
【図２】本発明における時計用ステップモーターの回転動作説明図である。
【図３】本発明における時計用ステップモーターの回転動作説明図である。
【図４】本発明における時計用ステップモーターの回転動作説明図である。
【図５】本発明における時計用ステップモーターの回転動作説明図である。
【図６】本発明における時計用ステップモーターの回転動作説明図である。
【図７】本発明における時計用ステップモーターの回転動作説明図である。
【図８】本発明の他の実施の形態を示す平面図である。
【図９】本発明の他の実施の形態を示す平面図である。
【図１０】従来技術における時計用ステップモーターの構造を示す平面図である。
【図１１】他の従来技術における時計用ステップモーターの駆動トルク波形を示す図である。
【符号の説明】
１  正逆転ステップモーター
３  磁石
５  軸
７  ローター
９  ローター穴
１１  完成ヨーク
１３  コイル巻芯
１５  コイル
１７  ねじ穴
１９  第１のヨーク
２１  第２のヨーク
２３  連結部
２５  第１の凸部
２７  第２の凸部
２９  連結面
３１  検出用コイル
３３  検出用回路
【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】
0004723137.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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