(57)【要約】【課題】温度変化により指針ずれが起き易く、指針を高速回転させると消費電力が増大してしまう。また、連続運針に加えてステップ運針も行うことができず、負荷がかかった場合に負荷補償することも難しかった。【解決手段】保持トルクを作用させる構造を有し、駆動パルスを印加することで第１のロータを所定の回転方向に所定の角度だけ回転するよう制御される、第１のモータと、保持トルクが作用しない構造を有し、制御パルスを印加することで第２のロータの回転の可否を制御される、第２のモータと、を有し、互いのロータ同士が磁気的に結合して回転方向に吸引力又は反発力を生じるように、これら２つのモータをその軸方向に重ねている。このようにすることで、温度変化に強く、低消費電力で、かつステップ駆動可能であると共に、負荷がかかっても確実に指針を運針できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のモータと第２のモータとを有する時計用ステップモータにおいて、
前記第１のモータは、第１のロータと、この第１のロータを挿入させるロータ孔を有する第１のヨークと、該第１のヨークに巻かれた第１のコイルとを備え、
前記第２のモータは、第２のロータと、この第２のロータを挿入させるロータ孔を有する第２のヨークと、該第２のヨークに巻かれた第２のコイルとを備え、
前記第１及び前記第２のモータは、互いのロータ同士が磁気的に結合してその軸方向に重ねて配置され、
前記第１のコイルに駆動パルスを印加して前記第１のロータが回転し、前記第２のロータが前記第１のロータに対して吸引力又は反発力を生じて回転するとき、前記第２のコイルに制御パルスを印加することで、前記第２のロータを所定の方向に連続回転させることを特徴とする時計用ステップモータ。
【請求項２】
前記第１のモータの前記第１のロータにかかる保持トルクは、前記第２のモータの前記第２のロータにかかる保持トルクよりも大きい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。
【請求項３】
前記第１のヨークのロータ孔の周囲には、前記第１のコイルによる磁界によって前記第１のロータに駆動トルクを作用させるために設ける一対のスリット又は磁束飽和部と、保持トルクを前記第１のロータに作用させるために設ける一対の内ノッチとを設け、
前記第２のヨークには、スリット、磁束飽和部、内ノッチを設けないことを特徴とする請求項２に記載の時計用ステップモータ。
【請求項４】
前記第１のヨークと第２のヨークとは、空隙もしくは非磁性体のスペーサを介して絶磁されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の時計用ステップモータ。
【請求項５】
前記第１のモータを制御する前記駆動パルスを発生する第１の制御回路と、前記第２のモータを制御する前記制御パルスを発生する第２の制御回路と、を有し、
前記第１の制御回路は、１秒よりもパルス幅が短い前記駆動パルスを前記第１のコイルに印加するように制御し、
前記第２の制御回路は、前記駆動パルスの印加前及び、前記駆動パルスの印加により前記第１のロータが回転するときに、前記第２のロータの回転の可否を制御する制御パルスを前記第２の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つに記載の時計用ステップモータ。
【請求項６】
前記第２の制御回路は、前記制御パルスの出力を停止する機能を有することを特徴とする請求項５に記載の時計用ステップモータ。
【請求項７】
前記第２の制御回路は、前記第２のロータに回転トルクを与えるパルスを出力する機能を有することを特徴とする請求項５に記載の時計用ステップモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子などの基準信号により駆動されるステップモータに関するものであり、特に指針を連続的に回転駆動させるための時計用ステップモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常知られている電子アナログ時計は、指針の駆動源のモータとして２極ロータ磁石を用いた時計用ステップモータを使用している場合が多く、このようなモータを使用することで、指針が間欠運針する。
これに対し、従来より、指針を滑らかに回転させたスイープ運針時計に対する要望があった。特に小型、薄型、低消費電力な時計を実現するためには、ステップモータを使用する必要があるため、スイープ運針を行うためにはステップモータの間欠運動を連続運動に変換する機構が必要とされている。これまでは、ステップモータを用いて連続駆動を行うため、調速機構として粘性流体を用いる技術が提案されている。
【０００３】
調速機構として粘性流体用いる技術の一例としては、粘性体を介した永久磁石の係合によって回転軸を分離した磁気継ぎ手を構成し、間欠送りの秒指示針の動きを滑らかな連続回転に変換する技術がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
特許文献１に示した従来技術の詳細を図１４の断面図を用いて説明する。
【０００５】
図１４においては省略してあるロータから４番歯車１０２に回転運動が伝達される。この場合４番車軸１０５においては１分間１回転で１ステップ１秒の間欠送りである。通常は４番車軸１０５に直結した秒針軸１１１に秒針がとりつけられ秒指示をするが、特許文献１に示した従来技術においては、特に４番車軸１０５を分離して粘性体１１３を介した磁気継ぎ手で間接的に連結する構造となっている。
【０００６】
４番車軸１０５に直結した磁石受け１１４には径方向に２つの駆動用永久磁石１１５が支持され、従動磁石１１６と磁気的吸引により係合している。従動磁石１１６は、２番車軸１０８を受ける軸受けである中心軸受け１１７の一部に、粘性体１１３が浸漬され、回転可能となるように収納されている。
【０００７】
秒針軸１１１の一端には永久磁石よりなる追従磁石１１８が取り付けられ、軸の先端は従動磁石の収納器フタと兼用となった軸受けルビー１２０で支えられている構造となっている。
【０００８】
従動磁石１１６の径方向に４番車軸１０５と一体となって回転するように配置された駆動用永久磁石１１５は輪列の間欠回転を磁石間の吸引係合により、そのまま従動磁石１１６を同じように回転させようとするが、従動磁石１１６は粘性体１１３の抵抗のためすぐには追従できない。
【０００９】
例えば、駆動用永久磁石１１５が１秒１回の瞬間的な間欠送りであった場合、従動磁石１１６の動きは互いの磁石の吸引力と粘性とのつりあいがくずれるとき、すなわち、吸引力より粘性抵抗が弱くなった時点で少しずつ回転を開始してなめらかに動きながらすでに先行している駆動用永久磁石１１５の停止位置に吸引されながら安定しようとする。
【００１０】
しかし、そのときにはすでに駆動側は次のステップを開始しており駆動用永久磁石１１５に対して従動磁石１１６は、ほぼ一定な追従遅れを示しながら、なめらかな運動を繰り
返す。以後、駆動側が一定時間一定角度ずつ間欠回転を繰り返すならば、従動磁石１１６と秒針軸１１１の一端に取り付けられた追従磁石１１８とは、一体となってなめらかなほぼ等速回転をする。従って、秒針軸１１１に取り付けられた秒針はスイープ運針となる。
【００１１】
以上、特許文献１に示した従来技術を用いて説明したように、間欠回転する駆動磁石を用いる時計用指針機構において、液体の粘性と磁気的継ぎ手機構とにより、なめらかな運針にするための簡単な構造で確実な運動変換を達成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特公昭５６−４７５１２号公報（第２頁−３頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１に示した従来技術においては、滑らかな連続回転を行うために、粘性体１１３を介した永久磁石の係合によって回転軸を分離した磁気継ぎ手を構成することによって秒指針の動きを滑らかに連続回転に変換することを行っている。
【００１４】
しかし、粘性体を用いた調速手段は、温度変化により粘性体の粘性抵抗が変化しやすいという問題がある。特許文献１に示した従来技術も同様であって、粘性体１１３の粘性抵抗が変化しやすい。このため、指針ずれが起こりやすいという大きな課題がある。
【００１５】
また、粘性体の粘性抵抗は、速度に比例して大きくなるという特性を有している。このため、連続運針において秒針軸を高速回転することが難しいという問題がある。つまり、時刻修正等を行うために指針を回転させるとき、大きな時間が掛かってしまうのである。このような、速度に比例して大きくなる粘性抵抗の特性は、ある程度の高速駆動を行っただけでもすぐさま駆動のための消費電力増大につながるという課題もある。
【００１６】
さらに、粘性体を用いた調速手段における指針表示は、連続運針のみであり、ステップ動作ができない。つまり、なめらかな運針にするスイープ運針と、例えば１秒ごとに運針するようなステップ運針とを、粘性体と磁気的継ぎ手機構ひとつで実現することはできない。
【００１７】
また、特許文献１に示した従来技術は、秒針軸１１１の一端に永久磁石よりなる追従磁石１１８が取り付けられ、追従磁石１１８は従動磁石１１６との間に生じる磁気吸引力によって一体となって回転行う。しかし、追従磁石１１８と従動磁石１１６との間に働く磁気吸引力は一定であるため、秒針軸１１１に、追従磁石１１８と従動磁石１１６との間に働く磁気吸引力以上の負荷が加わった場合は、追従磁石１１８と従動磁石１１６間ではスリップが生じて一体となって回転することができない。また、駆動側の励磁を強くしたところでスリップが生じることは変わりないため、負荷補償ができないという課題もある。
【００１８】
本発明の目的は、上記課題を解決するものである。温度変化が生じた場合においても指針ずれがおきにくく、指針の高速回転が低消費電力で達成可能であることから時刻修正を高速低消電で行うことができ、さらに連続運針に加えてステップ運針も行うことができることから、低消費電力モードとできることや電池残量が少なくなった場合を知らせる表示機能とすることができる。そして、負荷がかかった場合に指針を駆動するために励磁を行い負荷補償することができるという連続運針時計用ステップモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するため、本発明の時計用ステップモータは下記記載の構成を採用する。
【００２０】
第１のモータと第２のモータとを有する時計用ステップモータにおいて、第１のモータは、第１のロータと、この第１のロータを挿入させるロータ孔を有する第１のヨークと、この第１のヨークに巻かれた第１のコイルとを備え、第２のモータは、第２のロータと、この第２のロータを挿入させるロータ孔を有する第２のヨークと、この第２のヨークに巻かれた第２のコイルとを備え、第１及び第２のモータは、互いのロータ同士が磁気的に結合してその軸方向に重ねて配置され、第１のコイルに駆動パルスを印加して第１のロータが回転し、第２のロータが第１のロータに対して吸引力又は反発力を生じて回転するとき、第２のコイルに制御パルスを印加することで、第２のロータを所定の方向に連続回転させることを特徴とする。
【００２１】
これにより、粘性体を使用せずに連続運針が可能となり、温度変化による影響をうけない連続運針時計用ステップモータとすることができる。
【００２２】
第１のモータの第１のロータにかかる保持トルクは、第２のモータの第２のロータにかかる保持トルクよりも大きいようにしてもよい。
【００２３】
第２のロータが、第１のモータからの電磁気力により回転しようとしたとき、第２のロータにかかる保持トルクが第１のロータにかかる保持トルクより小さければ、第２のロータの回転制御を行なう際に、その保持トルクの差分だけの制御エネルギーで制御できるため、制御にかかる消費電力を低減できる。
【００２４】
第１のヨークのロータ孔の周囲には、第１のコイルによる磁界によって第１のロータに駆動トルクを作用させるために設ける一対のスリット又は磁束飽和部と、保持トルクを第１のロータに作用させるために設ける一対の内ノッチとを設け、第２のヨークには、スリット、磁束飽和部、内ノッチを設けないようにしてもよい。
【００２５】
これにより、低消費電力駆動可能な連続運針時計用ステップモータとすることができる。
【００２６】
第１のヨークと第２のヨークとは、空隙もしくは非磁性体のスペーサを介して絶磁されているようにしてもよい。
【００２７】
これにより、磁気力が効率良く働き、低消費電力な連続運針時計用ステップモータとすることができる。
【００２８】
第１のモータを制御する駆動パルスを発生する第１の制御回路と、第２のモータを制御する制御パルスを発生する第２の制御回路と、を有し、第１の制御回路は、１秒よりもパルス幅が短い駆動パルスを第１のコイルに印加するように制御し、第２の制御回路は、駆動パルスの印加前及び、駆動パルスの印加により第１のロータが回転するときに、第２のロータの回転の可否を制御する制御パルスを第２のコイルに印加するようにしてもよい。
【００２９】
これにより、連続運針を行うかステップ運針を行うかを制御できるために低消費電力モードに切り替えて使用することで低消費電力化が達成できる。
【００３０】
第２の制御回路は、制御パルスの出力を停止する機能を有するようにしてもよい。
【００３１】
これにより、低消費電力を達成することができるとともに、電池残量が少なくなったと
きの注意表示とすることができる。
【００３２】
第２の制御回路は、第２のロータに回転トルクを与えるパルスを出力する機能を有するようにしてもよい。
【００３３】
これにより、指針に負荷がかかって磁石間の磁気力だけでは指針駆動ができない場合に、回転トルクを発生させることで大きな負荷の場合にも確実に運針を行うことができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、粘性体を使う必要がないため、温度変化が生じた場合においても指針ずれがおきにくく、低消費電力が達成できるとともに、指針の高速回転が低消費電力で達成可能であることから時刻修正を高速低消電で行うことができる。
【００３５】
さらに、連続運針に加えてステップ運針も行うことができることから、低消費電力モードにすることができることや電池残量が少なくなった場合を知らせる表示機能とすることもできるから、低消費電力を達成できる。
そして、負荷がかかった場合に指針を駆動するために励磁を行い負荷補償することができるから、重たい負荷に対しても安定した駆動をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による時計用ステップモータの第１の実施形態の斜視図である。
【図２】本発明による時計用ステップモータ制御装置のブロック図である。
【図３】本発明による時計用ステップモータの第１の駆動回路図である。
【図４】本発明による時計用ステップモータの第２の駆動回路図である。
【図５】本発明による時計用ステップモータの駆動パルス群、制御パルス群である。
【図６】本発明による時計用ステップモータの第１の状態を説明する図である。
【図７】本発明による時計用ステップモータの第２の状態を説明する図である。
【図８】本発明による時計用ステップモータの第３の状態を説明する図である。
【図９】本発明による時計用ステップモータの第４の状態を説明する図である。
【図１０】本発明による時計用ステップモータの第５の状態を説明する図である。
【図１１】本発明による時計用ステップモータの別の駆動パルス群、制御パルス群である。
【図１２】本発明による時計用ステップモータの第２の実施形態を説明する駆動パルス群、制御パルス群。
【図１３】本発明による時計用ステップモータの第３の実施形態を説明する駆動パルス群、制御パルス群。
【図１４】特許文献１に示した従来技術を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明の時計用ステップモータは、第１のモータと第２のモータとを軸方向に２つ重ねた構造を有している。
２つのモータは、保持トルクに差がある。第１のモータは、保持トルクを作用させる構造を有し、駆動パルスを印加することで第１のロータを所定の回転方向に所定の角度だけ回転するよう制御されるステップモータである。
第２のモータは、保持トルクが作用しない構造を有し、制御パルスを印加することで第２のロータの回転の可否を制御される。
これら２つのモータは、互いのロータ同士が磁気的に結合して回転方向に吸引力又は反発力を生じるようにその軸方向に重ねている。
【００３８】
第１のロータが所定の角度だけ回転すると、磁気的に結合している第２のロータは、回
転しようとするが、制御パルスによりその回転を制限する状態から回転を許可する状態に制御できる。概念で言えば、回転しようとする力にブレーキを掛け、それを徐々に解除するような制御ができる。このため、第１のモータのステップ運動は、第２のモータでは連続した回転運動になる。
【００３９】
このように、第１のモータをステップ駆動し、磁気的に結合して回転する第２のモータを制御することで、なめらかな連続運針を実現するのである。第１のモータと磁気的に結合して動く第２のモータは、第１のモータのロータから受ける磁気力によって回転トルクを得、第２のモータのロータの回転運動を、第２のモータのコイル１９を励磁する制御パルスによって速度をゆっくりさせることができる。このため、第２のモータに接続した輪列機構の回転動作もゆっくりと動作させることができ、連続的に指針を動かすことが可能である。
【００４０】
従来から知られている粘性体を用いて間欠運動を連続運動に変換する機構とは異なり、制御パルスを用いて第２のモータを直接制御することができるから、温度による影響も無く、指針ずれが起きにくいという特徴がある。また、２つのモータは、保持トルクに差があり、第２のモータは保持トルクが作用しない構造とすることができるため、かかる制御パルスは、第１のモータからの磁気力に応じた制御とすることができるから、低消費電力となる制御パルスを設定可能である。
【００４１】
以下、本発明の実施形態を、図を参照しながら説明する。説明にあっては、図面番号を指示して行うが、すでに説明した図面なども適宜参照していただきたい。なお、図面は、同一の構成には同一の番号を付与しており、重複する説明は省略する。
【実施例１】
【００４２】
図１を用いて時計用ステップモータの第１の実施形態を詳述する。図１は第１の実施形態である時計用ステップモータの斜視図であり、第１のモータと第２のモータとを軸方向に分解した斜視図である。
【００４３】
［第１の実施形態の構成説明：図１］
図１において、１は第１のモータ、３は第２のモータ、５は第１のロータ、７はロータ孔、９は第１のヨーク、１１は第１のコイル、１３は第２のロータ、１５はロータ孔、１７は第２のヨーク、１９は第２のコイルである。２１は磁束飽和部、２３は内ノッチである。また、２５は５番車、２７は４番車、６１は秒指針である。
【００４４】
第１のモータ１は、第１のヨーク９と、励磁するための第１のコイル１１が備えられており、第１のヨーク９と第１のコイル１１とが磁気的に結合されることによって磁気回路を構成している。そして、第１のヨーク９にはロータ孔７があり、ロータ孔７には第１のロータ５が回転自在に配置されている。
【００４５】
第１のヨーク９のロータ孔７周囲には、第１のコイル１１による磁界によって第１のロータ５に駆動トルクを作用させるために設ける一対の磁束飽和部２１と、保持トルクを第１のロータ５に作用させるために設ける一対の内ノッチ２３とが設けられている。
【００４６】
なお、一対の磁束飽和部２１は、第１のヨーク９のロータ孔７の所定部分に狭部を設ける構成であるが、この部分にスリットを設けても同様の作用が得られる。スリットは、空隙または非磁性材料によって構成することができる。
【００４７】
第２のモータ３は、第２のヨーク１７と、励磁するための第２のコイル１９が備えられており、第２のヨーク１７と第２のコイル１９とは磁気的に結合されることによって磁気
回路を構成している。そして、第２のヨーク１７にはロータ孔１５があり、ロータ孔１５には第２のロータ１３が回転自在に配置されている。
【００４８】
第２のモータ３の第２のヨーク１７には、磁束飽和部、内ノッチは設けられていない。このため、第２のヨーク１７による保持トルクはほぼ０とすることができる。
このようにすることによって、第２のコイル１９に印加する制御パルスは第１のロータ５からの磁気力に応じた制御パルスで良いため、低消費電力となる制御パルスを設定可能である。
なお、第１及び第２のロータ孔７、１５周辺の構造については、後述する。
【００４９】
すでに説明したように、図１では、第１のモータ１と第２のモータ３とを図面上の上下に分解して表しているが、第１のロータ５と第２のロータ１３とは同軸上に配置されている。そして、それぞれ回転自在となっている。
【００５０】
第１のモータ１と第２のモータ３との間には、図示はしないが、空隙もしくは非磁性スペーサにより、双方の位置関係を正しくしていると共に、双方を絶磁している。これにより、磁気力が効率良く働き、低消費電力な連続運針時計用ステップモータとすることができる。
なお、空隙や非磁性スペーサによる２つ重ねたモータの固定や位置決めは、すでに知られているものであるから、説明は省略する。
【００５１】
第２のロータ１３は、その回転軸にカナを設けている。このカナには出力歯車である５番歯車２３、４番歯車２５等の輪列機構が接続されており、４番歯車２５には秒指針６１が取り付けられている。なお、これら輪列機構や秒指針６１を保持する機構などは省略している。そして、もちろん、図示した輪列機構は一例である。
【００５２】
［第１の実施形態の制御装置説明：図２］
次に、時計用ステップモータを制御する制御手段の概要を説明する。図２は本発明の時計用ステップモータの制御装置の構成を示すブロック図である。
【００５３】
制御手段は、図２に示すように、水晶振動子２９などの基準発振源を用いて基準となるパルスを発生するパルス合成回路３１と、パルス合成回路３１から出力された種々のパルス信号に基づいてステップモータを制御する駆動制御回路３３とを備えている。この駆動制御回路３３は、マイクロコンピュータ等によって構成することができる。
【００５４】
駆動制御回路３３は、第１の制御回路３５を介して第１のコイル１１に対して駆動パルスを供給する機能を備えている。また、回転体が非回転のときに駆動パルスよりも実効電力の大きな補償パルスを出力する機能なども備えている。
【００５５】
更に、駆動パルス出力後に制御パルスの出力を停止し、このことによって連続運針からステップ運針にすることができ、低消費電力モードにすることができる。
【００５６】
また、ステップ運針において駆動パルスの周波数をあげることができるため、スイープ運針可能なモータにおいても高速動作させることができる。
【００５７】
駆動制御回路３３に接続する第２の駆動回路３７によって、第２のコイル１９が制御される。
【００５８】
そして、駆動制御回路３３に接続する回転検出回路３９には、第１のコイル１１、第２のコイル１９に誘起される逆起電圧である検出波形が供給されるようになっており、この
逆起電圧を利用して、ピーク値のレベル判定、一定値以上の判定あるいは電圧値が反転する現象を捉えるなどの方法によって、第１のロータ５、第２のロータ１３の回転、非回転を判断することができるようになっている。
【００５９】
このときの回転検出において、針に重い負荷がかかることによって、逆起電圧である検出波形に変化が生じた場合、第２のロータ１３に回転トルクを与えるためのパルス出力を行い負荷補償することができる。
【００６０】
［第１の実施形態の駆動回路説明：図３、図４］
ここで、上述した第１の制御回路３５及び第２の制御回路３７について説明する。
図３は、上述した制御手段に含まれる第１の制御回路３５の構成を示す図面であり、図４は、制御手段に含まれる第２の制御回路３７の構成を示す図面である。
【００６１】
図３に示すように、第１の制御回路３５は、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ４３ａとｐチャンネルＭＯＳＦＥＴ４１ａとを直列に接続し、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ４３ｂとｐチャンネルＭＯＳＦＥＴ４１ｂとを直列に接続し、これら直列回路を並列に接続して構成されたブリッジ回路を備えている。それぞれの直列回路のｎチャンネルＭＯＳＦＥＴとｐチャンネルＭＯＳＦＥＴとの接続中点同士を繋ぐように第１のコイル１１を接続している。
【００６２】
これらにｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ４３ａの制御信号Ｐｎ１、ｐチャンネルＭＯＳＦＥＴ４１ａの制御信号Ｐｐ１、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ４３ｂの制御信号Ｐｎ２、ｐチャンネルＭＯＳＦＥＴ４１ｂの制御信号Ｐｐ２を制御することによって、電源からステップモータの第１のコイル１１に供給される電力を制御し、電流を流す方向を変えることができるようになっている。
【００６３】
図４に示す第２の制御回路３７も図３に示す第１の制御回路３５と同様の構成である。すなわち、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ４７ａとｐチャンネルＭＯＳＦＥＴ４５ａとを直列に接続し、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ４７ｂとｐチャンネルＭＯＳＦＥＴ４５ｂとを直列に接続し、これら直列回路を並列に接続して構成されたブリッジ回路を備えている。それぞれの直列回路のｎチャンネルＭＯＳＦＥＴとｐチャンネルＭＯＳＦＥＴとの接続中点同士を繋ぐように第２のコイル１９を接続している。
【００６４】
これらにｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ４７ａの制御信号Ｐｎ１、ｐチャンネルＭＯＳＦＥＴ４５ａの制御信号Ｐｐ３、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ４７ｂの制御信号Ｐｎ２、ｐチャンネルＭＯＳＦＥＴ４５ｂの制御信号Ｐｐ４を制御することによって、電源からステップモータの第２のコイル１９に供給される電力を制御し、電流を流す方向を変えることができるようになっている。
【００６５】
［第１の実施形態における駆動パルスおよび制御パルス群の説明図：図５］
次に、時計用ステップモータの制御パルス群および駆動パルスについて説明する。
駆動パルス５５は第１のロータ５に回転トルクを与えるときに出力するパルスであり、約５００μ秒間隔で任意のＤｕｔｙを持つパルスを連続して出力し全部で数ｍ秒のパルス幅を有している。
【００６６】
例えば、２．５ｍ秒フルパルスであれば約０．５ｍ秒のパルスが５回連続して出力される。そして、Ｄｕｔｙが半分のパルスであれば、約０．５ｍ秒のパルスの半分である約０．２５ｍ秒のパルスが出力され、その後約０．２５m秒の非出力期間があり、次の約０．２５m秒のパルスが出力され、その後約０．２５m秒の非出力期間というのが２．５ｍｓになるまでの間繰り返される。
【００６７】
また、制御パルス群５７、５９は、第２のロータ１３の回転を制御するときに出力するパルスであり、第１の制御パルス５７、第２の制御パルス５９により構成されている。第１の制御パルス５７は、約５００μ秒のパルスを複数個連続出力して数ｍ秒幅のパルスとなり、この第１の制御パルス５７を構成する複数個のパルスはそれぞれＤｕｔｙの設定が任意に可能である。
【００６８】
また、第２の制御パルス５９は、約５００μ秒のパルスを複数個連続して出力するパルス群が複数あることで構成され、各パルス群の間隔ａは一定であり、各パルス群は、例えばＤｕｔｙが徐々に小さくなるように設定することも可能である。
【００６９】
図５に示す第１〜第５の状態は、モータのロータの回転の状態を示すものである。各状態について、順に説明する。
【００７０】
［第１の実施形態における第１の状態説明：図１、図５、図６］
次に、時計用ステップモータの動作について、図１、図５及び図６を用いて説明する。まず、図５に示す第１の状態について説明する。
図６はモータの状態を説明する平面図であって、図６（ａ）は第１のモータ１の第１の状態を示すロータ穴７部分の拡大図であり、図６（ｂ）は第２のモータ３の第１の状態を示すロータ穴１５部分の拡大図である。
【００７１】
図６に示すように、第１のヨーク９と第２のヨ−ク１７とは所定の角度を有して配設している。第２のヨーク１７の、第１のヨーク９に対する角度は、第１のヨーク９により第１のロータ５に作用する電磁的安定方向と、第１のロータ５の静止安定方向とがなす角度（この例ではθ）である。
第２のロータ１３の静止安定方向は、第１のロータ５の静止安定方向（後述する第１の静止安定方向５１）と略一致している。第１のロータ５の静止安定方向は、第１のヨーク９に設けられた内ノッチ２３で決められ、第１のヨーク９による電磁的安定方向（後述する電磁的安定方向４９）からθ傾いている。
【００７２】
このように、第１のヨーク９と第２のヨーク１７とは所定の角度（この例ではθ）を有するよう設置されているが、この角度は、ヨークやロータの大きさや形状により異なるため、一概に角度を規定できるものではないが、例えば、５８度である。
【００７３】
図６（ａ）に示すように、第１のモータ１を構成する第１のヨーク９のロータ孔７の周囲には、第１のコイル１１によって第１のロータ５に駆動トルクを作用させるために設ける一対の磁束飽和部２１があり、第１のコイル１１を励磁することによって第１のロータ５に作用させることができる電磁力による安定方向を電磁的安定方向４９とし、また、保持トルクを第１のロータ５に作用させるために設ける一対の内ノッチ２３とを設けてある。
【００７４】
第１の状態においては、図５に示すように、駆動パルス５５と第１の制御パルス５７及び第２の制御パルス５９とは、共に出力されていない。
【００７５】
第１のモータ１は、図６（ａ）に示すように、第１のコイル１１を励磁していないことから、第１のロータ５には第１のヨーク９からの保持トルクだけが作用し、その保持トルクによってＮ極、Ｓ極方向が電磁的安定方向４９からθ傾いた第１の静止安定方向５１で静止している。
【００７６】
第２のモータ３を構成する第２のヨーク１７のロータ孔１５の周囲には、すでに説明しているように、磁束飽和部、内ノッチを設けていない。
従って、第２のモータ３は、図６（ｂ）に示すように、第２のロータ１３は第１のロータ５からの電磁力によって保持されるため、Ｎ極、Ｓ極は第１のロータ５のＮ極、Ｓ極と逆方向を向いた状態となり、第１の静止安定方向５１と略一致した第２の静止安定方向５３を向いて静止している。
【００７７】
［第１の実施形態における第２の状態説明：図１、図５、図７］
次に、図１、図５及び図７を用いて図５に示す第２の状態を説明する。
図７はモータの状態を説明する平面図であって、図６と同じ方向からみた平面図である。図７（ａ）は第１のモータ１の第２の状態を示すロータ穴７部分の拡大図であり、図７（ｂ）は第２のモータ３の第２の状態図を示すロータ穴１５部分の拡大図である。
【００７８】
第２の状態においては、図５に示すように、駆動パルス５５が出力されず、第１の制御パルス５７が出力されている。
【００７９】
第１のモータ１は、図７（ａ）に示すように、第１のコイル１１を励磁していないことから、第１のロータ５には第１のヨーク９からの保持トルクだけが作用し、その保持トルクによってＮ極、Ｓ極方向が電磁的安定方向４９からθ傾いた第１の静止安定方向５１で第１のロータ５は静止安定状態となっている（この状態は、図６（ａ）に示す状態と同様である。）。
【００８０】
第２のモータ３は、第１の制御パルス５７が出力されているから、第２のコイル１９が励磁された状態となり、図７（ｂ）に示すように、第２のロータ１３のＮ極と対向するヨーク部分はＳ極に、第２のロータ１３のＳ極と対向する部分はＮ極に励磁される。第２のヨーク１７は、第２の静止安定方向５３と略一致した第２の励磁安定方向５５にＮ極、Ｓ極と励磁される。図７（ｂ）では、図面を見やすくするため、第２の静止安定方向５３と第２の励磁安定方向５５とは平行して図示している。
【００８１】
このとき、第２のロータ１３のＮ極、Ｓ極が第２の静止安定方向５３を向いているが、第２の状態においては、励磁されても第２のロータ１３には回転トルクが作用しない。
なお、回転が始まってからは、第２のロータ１３のＮ極、Ｓ極が第２の静止安定方向５３に達する前であれば第２の静止安定方向５３に第２のロータの磁極を吸引して遅れを修正することができ、第２のロータ１３のＮ極、Ｓ極が第２の静止安定方向５３を少し過ぎた状態であればブレーキ作用となるトルクを作用させて第２のロータの磁極を第２の静止安定方向５３からの進みを修正することができるため、一定周期で第２の状態のパルスを出力するようにすれば、第１のロータの位置は、次の第３の状態においてほぼ同じ位置にすることができ、そのため第１のロータから作用するトルクをほぼ同等にすることができる。
【００８２】
［第１の実施形態における第３の状態説明：図１、図５、図８］
次に、図１、図５及び図８を用いて図５に示す第３の状態を説明する。
図８はモータの状態を説明する平面図であって、図６及び図７と同じ方向からみた平面図である。図８（ａ）は第１のモータ１の第３の状態を示すロータ穴７部分の拡大図であり、図８（ｂ）は第２のモータ３の第３の状態図を示すロータ穴１５部分の拡大図である。
【００８３】
第３の状態においては、図５に示すように、第１のモータ１の第１のコイル１１には駆動パルス５５が印加され、第２のモータ３の第２のコイル１９には第１の制御パルス５７が印加されている。
【００８４】
図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、第２のヨーク１７は、第２のロータ１３のＮ
極と対向する位置がＳ極となり、第２のロータ１３のＳ極と対向する位置がＮ極となるように第１の制御パルス５７によって励磁されている。そして、第１のヨーク９はロータ孔７の周辺図面右側をＮ極に、左側をＳ極に励磁するように駆動パルス５５を流すことで、第１のヨーク９のＮ極と第１のロータ５のＮ極とが反発し、第１のヨーク９のＳ極と第１のロータ５のＳ極とが反発して第１のロータ５は図面反時計方向（図面矢印に示す）に回転するトルクを受け回転を始め、図８（ｂ）に示す状態となる。
【００８５】
［第１の実施形態における第４の状態説明：図１、図５、図９］
次に、図１、図５及び図９を用いて図５に示す第４の状態を説明する。
図９はモータの状態を説明する平面図であって、図６〜図８と同じ方向からみた平面図である。図９（ａ）は第１のモータ１の第４の状態を示すロータ穴７部分の拡大図であり、図９（ｂ）は第２のモータ３の第４の状態図を示すロータ穴１５部分の拡大図である。
【００８６】
第４の状態においては、図５に示すように、第１のモータ１の第１のコイル１１には駆動パルス５５が印加されず、第２のモータ３の第２のコイル１９には第２の制御パルス５９が印加されている。
【００８７】
第１のモータ１は、図９（ａ）に示すように、第１のコイル１１を励磁しておらず、第１のロータ５は図８（ａ）に示す状態と同様である。
【００８８】
第２のモータ３では、図９（ｂ）に示すように、第１のモータ１の第１のロータ５の回転に伴い、第２のモータ３のロータ１３が回転をしようとする。このとき、第２の制御パルス５９が印加されているから、第２のヨーク１７を励磁してロータ孔１５周辺のＮ極、Ｓ極に励磁することができ、第２の制御パルス５９はパルス幅の狭いパルスを一定間隔ａで出力することから、第２の制御パルス５９による励磁で第２のロータ１３にトルクを作用させる時間と第２のロータ１３にトルクを作用させない時間とを交互につくることができる。
このため、第２のロータ１３は、第２の制御パルス５９による励磁で、トルクが作用している時間は回転トルクが弱く、トルクが作用している時間は第１のロータ５から作用するトルクが強くなり、第２のロータ１３は図面反時計方向（図面矢印に示す）に回転しようとする力を受ける。
【００８９】
［第１の実施形態における第５の状態説明：図１、図５、図１０］
次に、図１、図５及び図１０を用いて図５に示す第５の状態を説明する。
図１０はモータの状態を説明する平面図であって、図６〜図９と同じ方向からみた平面図である。図１０（ａ）は第１のモータ１の第５の状態を示すロータ穴７部分の拡大図であり、図１０（ｂ）は第２のモータ３の第５の状態図を示すロータ穴１５部分の拡大図である。
【００９０】
第５の状態においては、図５に示すように、第１の状態と同様、駆動パルス５５と第１の制御パルス５７及び第２の制御パルス５９とは、共に出力されていない。
【００９１】
第１のモータ１は、図１０（ａ）に示すように、第１のロータ５は励磁によってＮ極が図面左方向を向いた状態において、第１のヨーク９から作用する保持トルクを受けて図面反時計回転方向（図面矢印に示す）に回転を行い、第１の静止安定方向５１に磁極が向くように回転する。
【００９２】
第２のモータ３は、図１０（ｂ）に示すように、第４の状態で説明した通り、励磁を徐々に弱くする第２の制御パルス５９を印加したことによって、第２のロータ１３を保持するトルクが減少し、そのため第１のモータ１の第１のロータ５から受ける回転トルクの影響が大きくなることで少しずつ図面反時計方向（図面矢印に示す）に回転を始める。そし
て、第２のロータ１３の磁極が静止安定方向に向く。
【００９３】
以上説明したように、第２のモータ３の第２のロータ１３は、第１のモータ１の第１のロータ５から受ける磁気力によって回転トルクを得、第２のロータ１３の回転運動を、第２のモータ３の第２のコイル１９を励磁する制御によって速度をゆっくりさせることができるため、第２のロータ１３に接続した輪列機構（５番歯車、４番歯車）の回転動作もゆっくりと動作させることができ、連続的に秒指針６１を動かすことが可能である。
また、第５の状態の後は、第１の状態に戻るとともに、パルスの極性が変わることで、連続的な回転を継続することができる。
【００９４】
［第１の実施形態における別の制御パルス群の説明図：図１１］
次に時計用ステップモータの別の制御パルス群について主に図１１を用いて説明する。駆動パルスは、すでに説明した例と同様である。
【００９５】
制御パルス群は、第１の制御パルス５７、第３の制御パルス６３により構成されている。
第１の制御パルス５７は、すでに説明した通り、約５００μ秒のパルスを複数個連続出力して数ｍ秒幅のパルスとなり、この複数個のパルスはそれぞれＤｕｔｙの設定が任意に可能である。
【００９６】
第３の制御パルス６３は、約５００μ秒のパルスを複数個連続して出力する複数のパルス群から構成され、各パルス群の間隔は任意に設定されており、１番目のパルス群と２番目のパルス群との間隔をａ１、２番目のパルス群と３番目のパルス群との間隔をａ２としたとき、
ａ１＜ａ２
となる関係を有する。このようにｎ番目のパルス間隔とｎ＋１番目のパルス間隔との関係は、
ａｎ＜ａｎ＋１
となるように、徐々に間隔が広くなるように設定する。
なお、図１１に示す例では、第３の制御パルス６３は、６個のパルス群を例示している。
【００９７】
このことによって、パルス群を構成するパルスのＤｕｔｙが下げられない場合においても、パルス群間隔を広げることで第２のロータ１３に作用させるトルクを最適に制御でき、ゆっくり回転させる制御が可能となる。
【実施例２】
【００９８】
［ステップ運針行うときの駆動パルス、制御パルスの説明図：図１２］
次に、時計用ステップモータの第２の実施形態として、ステップ運針させるときについて、図１２を用いて説明する。
すでに説明した従来知られている粘性体を用いる構成では、ステップ運針をさせることはできなかったが、本実施例では、第２のモータ３を制御する制御パルスをＯＦＦにすることで容易に実現できる。
【００９９】
図１２に示すように、ステップ運針を行うためには、制御パルスをＯＦＦにすることにより、第２のロータ１３は第１のロータ５からの磁気力のみで回転トルクを得ることから、ステップ動作する第１のロータ５と同様に第２のロータ１３もステップ動作させることができる。
【０１００】
第２のロータ１３には、輪列機構がつながっていることから、秒指針６１をステップ運
針させることができる。このとき、制御パルスがＯＦＦになっていることから、低消費電力モードとして使用することができる。例えば、電池残量が少なくなってきたときに自動的にステップ運針に切り替えて、使用者に電池残量少を知らせるモードとして機能させることもできる。
【０１０１】
また、ステップ運針しているときの時間間隔ｆを１秒で行えば通常のステップ運針表示であるが、これを短い時間間隔で行うことによって高速運針を行うこともできる。
このようにすれば、時刻合わせのときにもすばやく所定の時刻に指針を合わせることができて便利である。
【０１０２】
以上の制御は、図２に示す駆動制御回路３３により行うことができる。すでに説明したように、制御回路３３は、マイクロコンピュータ等によって構成することができるから、制御プログラムにより簡単に実施できる。
【実施例３】
【０１０３】
［負荷補償行うときの駆動パルス、制御パルスの説明図：図１３］
次に、時計用ステップモータの第３の実施形態として、指針に重たい負荷がかかって磁石間の磁気力だけでは指針駆動ができないとき、確実に運針を行うための余力が必要となる場合について、図１３を用いて説明する。
【０１０４】
指針に負荷がかかると、第２のロータ１３に回転トルクを発生させるように制御パルスを印加するのである。
図１３において駆動パルス５５はこれまで同様である。指針に負荷がかかり第２のロータ１３の回転が難しい場合、それまでの制御パルスとは極性が逆となる制御パルス群６５を出力する。このことによって、第２のロータ１３は大きな回転トルクを得ることができ、重たい負荷が指針に加わったとしても、これを動かすことが可能となる。
【０１０５】
このような指針に加わる大きな負荷は、例えば一日に一回カレンダー機構を駆動するときに発生する。このとき負荷がかかったかどうかは、第１のコイル１１に誘起される逆起電流波形において、通常と同様な表波形、裏波形の有無を検出することで負荷の有り無しを判断可能である。そのようなときであっても、正確に指針を駆動できるのである。なお、図２に示す駆動制御回路３３により行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明の時計用ステップモータは、温度変化が生じても指針ずれが起き難いため、使用環境の温度変化が大きい場所に設置するする時計に好適である。
【符号の説明】
【０１０７】
１  第１のモータ
３  第２のモータ
５  第１のロータ
７、１５  ロータ孔
９  第１のヨーク
１１  第１のコイル
１３  第２のロータ
１７  第２のヨーク
１９  第２のコイル
２１  磁気飽和部
２３  ノッチ
２５  ５番歯車
２７  ４番歯車
２９  水晶振動子
３１  パルス合成回路
３３  駆動制御回路
３５  第１の駆動回路
３７  第２の駆動回路
３９  回転検出回路
４１ａ、４１ｂ  ｐチャンネルＭＯＳＦＥＴ
４３ａ、４３ｂ  ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ
４５ａ、４５ｂ  ｐチャンネルＭＯＳＦＥＴ
４７ａ、４７ｂ  ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ
４９  電磁的安定方向
５１  第１の静止安定方向
５３  第２の静止安定方向
５５  駆動パルス
５７  制御パルス
５９  第２の制御パルス
６１  秒指針
６３  第３の制御パルス
【図１】
2012098054.tif 000003
【図２】
2012098054.tif 000004
【図３】
2012098054.tif 000005
【図４】
2012098054.tif 000006
【図５】
2012098054.tif 000007
【図６】
2012098054.tif 000008
【図７】
2012098054.tif 000009
【図８】
2012098054.tif 000010
【図９】
2012098054.tif 000011
【図１０】
2012098054.tif 000012
【図１１】
2012098054.tif 000013
【図１２】
2012098054.tif 000014
【図１３】
2012098054.tif 000015
【図１４】
2012098054.tif 000016