(57)【要約】【課題】  従来小型電池しかもたない腕時計において、低消費電力と秒運針の滑らかさ、特にスイープ運針の両立が困難であった。また、秒運針の滑らかさを実現するには、高い減速比に設定して１ビートあたりの秒芯の移動量を小さくし、擬似的なスイープ運針としてを実現するのが一般的で、この場合ロータの回転量が多いために消費電力が大きくなってしまうと課題があった。【解決手段】  ロータに保持トルクを作用させない構造とし、スイープ運針の運針モードにおいて、ロータを低速で回転させ、減速比を１／６０と設定することで、ステップ運針、ロービート、スイープ運針までの多彩な運針形態を実現した。また、運針形態の切替を制御する手段を設けた。【選択図】図１−１
2013122390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ（１０）の駆動間隔と１ステップあたりの回転角度とを変更することで、複数種類の運針形態に対応可能に構成されたステップモータ（１）と、
該ステップモータ（１）を駆動する駆動回路（４１）と、
該駆動回路（４１）に対し、前記複数種類の運針形態に対応する駆動波形を出力可能に構成された運針制御部（４２）と、
該運針制御部（４２）に対し、前記複数種類の運針形態のうちの１つを選択指示する運針切替信号発生部（５）を有する
ことを特徴とする電子時計。
【請求項２】
前記複数種類の運針形態は、前記ステップモータ（１）で消費される電力が異なる
ことを特徴とする請求項１に記載の電子時計。
【請求項３】
電源となる蓄電部（５３）と、該蓄電部（５３）の蓄電量を検出する蓄電検出部（５５）と、を有し、
前記運針切替信号発生部（５）は、前記蓄電検出部（５５）の検出結果に基づき、前記複数種類の運針形態のうちの１つを選択指示する
ことを特徴とする請求項１ないし２のいずれか１つに記載の電子時計。
【請求項４】
前記蓄電部（５３）に充電するための発電部（５２）と、
該発電部（５２）の発電の有無を検出する発電検出部（５４）と、を有し、
前記運針切替信号発生部（５）は、前記発電検出部（５４）の検出結果に基づき、前記複数種類の運針形態のうちの１つを選択指示する
ことを特徴とする請求項３に記載の電子時計。
【請求項５】
前記蓄電検出部（５５）による蓄電量検出の結果、蓄電量が少ないほど低消費電力の運針形態が選択される
ことを特徴とする請求項３ないし４のいずれか１つに記載の電子時計。
【請求項６】
前記発電検出部（５４）により非発電を検出したときは、発電を検出したときより低消費電力の運針形態が選択される
ことを特徴とする請求項４ないし５のいずれか１つに記載の電子時計。
【請求項７】
前記運針切替信号発生部（５）は、
複数の機能を実現するための複数のモードのうち、いずれのモードにあるかを管理するモード管理部（５７）を有し、
該モード管理部（５７）からの選択機能情報により、運針制御部（４２）に対し、前記複数種類の運針形態のうちの１つを選択指示する
ことを特徴とする請求項１ないし２のいずれか１つに記載の電子時計。
【請求項８】
前記複数種類の運針形態として、間欠運針と連続運針を有し、
重負荷となる付加機能手段（８）と、該付加機能手段（８）を駆動するモードを有し、
前記運針切替信号発生部（５）は、該付加機能手段（８）を駆動するモードにおいて、
間欠運針を選択指示する
ことを特徴とする請求項７に記載の電子時計。
【請求項９】
前記ステップモータ（１）は、
前記ロータ（１０）が、２極に着磁された永久磁石からなる１個のロータであり、
前記ロータ（１０）を回転自在に挿入されるロータ孔（１１０１、１２０１）を有する軟
磁性体のヨーク（１１０、１２０）と、
該ヨーク（１１０、１２０）に一体となるコイル芯に導線を巻きつけたコイル（１１１、１２１）とからなるステータ（１１，１２）を２個有し、
該２個のステータは、ロータ孔（１１０１、１２０１）の位置を互いに一致させてロータの軸方向に互いに空間的な位相をずらせて重ねると共に互いを絶磁して配置された第１のステータ（１１）と第２のステータ（１２）とであり、
該第１のステータ（１１）のコイル（１１１）と該第２のステータ（１２）のコイル（１２１）それぞれに、
電気的な位相をずらした所定の駆動パルスを印加することで前記ロータ（１０）を回転させ、
さらに、
前記第１のステータ（１１）のロータ孔（１１０１）と前記第２のステータ（１２）のロータ孔（１２０１）の周囲には、一対の磁極（１１０２，１２０２）を形成するためのスリット（１１０３，１２０３）と、
該スリット（１１０３，１２０３）に直交する位置に配置されるノッチ（１１０４，１２０４）を有し、
前記第１のステータ（１１）と前記第２のステータ（１２）が、各ステータの前記スリット（１１０３，１２０３）が直交するように配置され、
前記各ステータ（１１，１２）と前記ロータ（１０）と間では、前記各コイル（１１１，１２１）の非通電時に前記ロータ（１０）の位置を安定させるための保持トルクが作用しない
ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の電子時計。
【請求項１０】
前記駆動回路（４１）は、前記各コイル（１１１，１２１）に対して、
前記間欠運針と前記連続運針を実現可能な駆動パルスを出力するように構成され、
前記間欠運針用駆動パルスは、駆動開始から駆動開始位置まで回転する以前の所定位置まで出力され、該所定位置から前記駆動開始位置までは出力されず、
一方、前記連続運針用駆動パルスは、連続して出力される
ことを特徴とする請求項９に記載の電子時計。
【請求項１１】
前記駆動回路（４１）は、
前記間欠運針用駆動パルスの非出力区間において、
前記ロータ（１０）の磁極方向が前記各ステータ（１１，１２）の磁極位置（１１０２，１２０２）で保持されるように、前記各コイル（１１１，１２１）に微小電流を通電させる保持パルスを出力する
ことを特徴とする請求項１０に記載の電子時計。
【請求項１２】
表示手段（３）と、
該表示手段（３）を駆動するために前記ロータ（１０）の回転速度を、所定速度にまで減速する減速輪列（２）と、を有し、
該減速輪列（２）の減速比が１／（４５×Ｂ÷６）  （Ｂは６、８、１０のいずれかの値）であり、
前記複数の運針形態には、少なくとも間欠動作するステップ運針、ロービート、及び、連続動作するスイープ運針の３つの運針形態が設定されている
ことを特徴とする請求項９から１１のいずれか１つに記載の電子時計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、２つのステータと１つのロータを有し、特に、アナログ電子時計の指針を駆動するための駆動源として使用されるスイープ運針をするための電子時計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より輪列の変更を伴わずに、秒運針を切り替える構成の提案はある。例えば、特許文献１では、ロータから秒針までの輪列減速比を１／（６０ｎ／ｋ  ）（ｎ：ビート、ｋ：ステップモータ極数）と設定し外部スイッチ操作で駆動パルスを選択する構成が提案されている。特許文献２においても、同様に外部操作により運針を切り替えている。
【０００３】
また、現在では秒運針の速度変動の少ない、滑らかなスイープ運針を腕時計で実現する手段として、大型の大容量リチウム電池を搭載し、ビート数を高く設定し秒針の１ビートあたりの動きを小さくして、擬似的なスイープ運針としたものが製品化されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−６７４８９号公報（第４項、第１図）
【特許文献２】特開２００１−４２０６２号公報（第７項、第２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来より一般的に知られている単相ステップモータは、どのように駆動パルスを設定したとしても、ロータは１ステップあたり１８０［ｄｅｇ］一定であり、それ以下の設定は不可能である。（ステップとビートは物理的に同じもので、１秒間を等間隔に何分割したかを表わしており、本明細書では秒針の動きを表現する場合ビートと表現し、ロータの動きを表現する場合ステップとしている。）
輪列を切り替えることなく、ステップ運針と、ロービート（３〜５ビート程度）、ハイビート（８〜１０ビート程度以上）の３つ以上の運針モードに、秒運針を切り替えるには、特許文献１に示した従来技術によると、ハイビートの動作をさせるために、少なくともｎ＝８ビート（ｋ＝２）で駆動できるように１／２４０に輪列の減速比を設定する必要がある。しかし、ロータは１ステップあたり１８０［ｄｅｇ］でしか動作できないため、モータの消費電力は1ステップあたりの動作に必要なエネルギーをＥ［ｎＪ］とすると、８×Ｅ［ｎＷ］が必要となってしまう。そのため、ユーザーが好みで、ずっとハイビートを選択した場合には、通常のステップ運針を行うアナログクオーツ時計の１／８の寿命しか持たない、という課題がある。そのため、小容量の酸化銀電池を搭載した腕時計で、ハイビートもしくはスイープ運針を可能とし、なおかつ、多彩な運針に切り替えられる製品は現時点でほとんどない。
【０００６】
また、アナログクオーツ時計でスイープ運針を実現するために、ロータから秒針までの減速比を高くし、ハイビートとして擬似的なスイープ運針にした場合、単相ステップモータを用いているので、秒針の動きを細かく見ると、急激な加速、減衰振動、停止を繰り返しており、秒針の速度変動はとても大きい。その速度変動を抑えるために、ロータをゆっくり（例えば５００［ｍｓ］の時間をかけて１ステップ１８０［ｄｅｇ］動作させる程度に）動かすという対策案も当然考えられる。
【０００７】
しかし、時計用モータのロータは低消電力化の要求を満たすため、慣性量は小さく非常に応答性が高い。また、回転方向を決めたり、時計の耐衝撃性能を確保するためにロータ
を安定位置で保持しようとする保持トルクが作用しているため、ロータを９０［ｄｅｇ］以上回転させるには、十分な速度まで加速させる必要がある。そして、ロータは９０［ｄｅｇ］回転した後、今度は逆に保持トルクにより加速される。この際、ロータの動作を減速制御することは困難で、慣性量の小さいロータは保持トルクにより容易に加速され回転動作をつづけた後、１８０［ｄｅｇ］回転した位置で減衰振動をしながらやがて停止する。このようにロータが１８０［ｄｅｇ］まで動作する時間は非常に短く、せいぜい数［ｍｓ］である。この動作時間を数十［ｍｓ］や数百［ｍｓ］程度にまで引き伸ばし、ロータをゆっくり動作させるためには、９０［ｄｅｇ］までは保持トルクと釣合うように電圧振幅やＤｕｔｙを調整し、更に９０［ｄｅｇ］以降は、保持トルクによる加速作用に対し十分なブレーキを電磁的に作用させる必要がある。それを行うには消費電力が非常に大きくなるため、現実的ではない。そのため、速度変動の少ない滑らかなスイープ運針の実現は困難であった。
【０００８】
本発明は、上述のような問題を解決し、消費電力を抑えながらステップ運針からスイープ運針まで、多彩な運針形態を実現する電子時計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】
【０００９】
本発明による電子時計は、上記の目的を達成するため、以下に示す構成を採用するものである。
【００１０】
ロータの駆動間隔と１ステップあたりの回転角度とを変更することで、複数種類の運針形態（ステップ、ロービート、スイープ）に対応可能に構成されたステップモータと、該ステップモータを駆動する駆動回路と、該駆動回路に対し、前記複数種類の運針形態に対応する駆動波形を出力可能に構成された運針制御部と、該運針制御部に対し、複数種類の運針形態のうちの１つを選択指示する運針切替信号発生部を有することを特徴とする。
【００１１】
また、ステップモータを秒針までの減速比を適切な値に設定し、非通電時には保持力を持たない構造としてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
消費電力を抑えながらステップ運針からスイープ運針まで、多彩な運針形態を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１−１】本発明の第１実施形態の電子時計の構成を説明するシステム構成図  （代表図）
【図１−２】本発明のモータ部の構成を説明する詳細図
【図２】第１実施形態の駆動手段の構成要件である運針制御部における、各運針モードでのモータ動作タイミングチャート（減速比１／６０の場合）（間欠動作と連続動作の違い）
【図３−１ａ】本発明の各運針モードで用いる駆動パルス例（ステップ運針、間欠動作、保持パルス無）（通電方向の切替りを±で表現している。）
【図３−１ｂ】本発明の各運針モードで用いる駆動パルス例（ステップ運針、間欠動作、保持パルス有）（通電方向の切替りを±で表現している。）
【図３−１ｃ】本発明の各運針モードで用いる駆動パルス例（ステップ運針、間欠動作、保持パルス有）による駆動シーケンス図である。
【図３−２ａ】本発明の各運針モードで用いる駆動パルス例（２ビート、ロービート、間欠動作、保持パルス無）（通電方向の切替りを±で表現している。）
【図３−２ｂ】本発明の各運針モードで用いる駆動パルス例（２ビート、ロービート、間欠動作、保持パルス有）（通電方向の切替りを±で表現している。）
【図３−２ｃ】本発明の各運針モードで用いる駆動パルス例（２ビート、ロービート、、間欠動作、保持パルス有）による駆動シーケンス図である。
【図３−３ａ】本発明の各運針モードで用いる駆動パルス例（４ビート、ロービート、、間欠動作、保持パルス無）（通電方向の切替りを±で表現している。）
【図３−３ｂ】本発明の各運針モードで用いる駆動パルス例（４ビート、ロービート、間欠動作、保持パルス有）（通電方向の切替りを±で表現している。）
【図３−３ｃ】本発明の各運針モードで用いる駆動パルス例（４ビート、ロービート、間欠動作、保持パルス有）による駆動シーケンス図である。
【図３−４ａ】本発明の各運針モードで用いる駆動パルス例（スイープ運針、連続動作）（通電方向の切替りを±で表現している。）（１［秒間］のパルス）
【図３−４ｂ】本発明の各運針モードで用いる駆動パルス例（スイープ運針、連続動作、チョッパ駆動）（通電方向の切替りを±で表現している。）（１秒間のパルス）
【図３−４ｃ】本発明の各運針モードで用いる駆動パルス例（スイープ運針、連続動作、チョッパ駆動）の駆動シーケンス図である。
【図４−１】第１実施形態の運針切替信号発生手段の構成要件であるパワーセーブ手段の作用を説明するための表（数字は一例）
【図４−２】第１実施形態の運針切替信号発生手段の構成要件であるパワーセーブ手段の作用を説明するためのフローチャート（数字は一例）
【図５】本発明の第２実施形態の構成と作用を説明するシステム構成図
【図６】本発明の第３実施形態の構成を説明するシステム構成図
【図７】第３実施形態のモード切替時のモータと重負荷の動作タイミングチャート（秒時刻モードをスイープ運針として、重負荷モードをステップ運針となるように設定した場合）
【図８】本発明の減速比設定の根拠を説明するためのロータ回転角度／ステップと消費エネルギー／ステップの関係を示す図（グラフ形式）
【図９−１】本発明の減速比設定の根拠を説明するための各減速比でのビート数とロータ回転角度／ｓｔｅｐの関係を示す図（表形式）
【図９−２】本発明の減速比設定の根拠を説明するための各減速比でのビート数と消費電力の関係を示す図（表形式）
【図９−３】本発明の減速比設定の根拠を説明するための各減速比でのビート数と消費電力の関係を示す図（グラフ形式）
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、各実施形態を、図面を用いて説明する。
［第１実施形態］
第１実施形態の電子時計について説明する。第１実施形態の特徴は、本発明の大きな特徴である保持トルクが作用しないモータ部と、ロータから秒針までの輪列の最善の減速比が１／６０とを組合せ構成において、複数種類の駆動パルスを切り替えるための信号を運針制御部に送る運針切替信号発生手段が、パワーセーブ手段よりなっていることである。［第１実施形態の構成の説明］
第１実施形態の電子時計の構成は、図１−１、図１−２、図２、図３−１ａ、図３−２ａ、図３−３ａ、図３−４ａ、図３−４ｂを用いて説明する。図１−１は、第１実施形態の電子時計の構成を説明するシステム構成図である。図１−２は、本発明のモータ部の構成を説明する詳細図である。図２は、運針制御部における、各運針モードでのモータ動作タイミングチャートである。図３−１ａはステップ運針の運針モードで用いる駆動パルスの例で、保持パルスは無く、またコイルへの通電方向の切替りを＋と−の違いで表現している。図３−２ａはロービート（２ビート）の運針モードで用いる駆動パルスの例で、保持パルスは無く、またコイルへの通電方向の切替りを＋と−の違いで表現している。図３−３ａはロービート（４ビート）の運針モードで用いる駆動パルスの例で、保持パルスは無く、またコイルへの通電方向の切替りを＋と−の違いで表現している。図３−４ａはス
イープ運針の運針モードで用いる駆動パルスの例で、コイルへの通電方向の切替りを＋と−の違いで表現している。１２５［ｍｓ］を１ステップとして１秒間のパルス（ロータは３６０［ｄｅｇ］回転）を示している。図３−４ｂはスイープ運針の運針モードで用いる駆動パルスの例で、特にチョッパ駆動の場合の例である。この図でもやはり、コイルへの通電方向の切替りを＋と−の違いで表現しており、１２５［ｍｓ］を１ステップとして１秒間のパルス（ロータは３６０［ｄｅｇ］回転）を示している。
【００１５】
まず、本発明の大きな特徴である保持トルクが作用しないモータ部構成と減速輪列の構成、およびそれらを駆動する駆動手段の構成について説明する。
【００１６】
モータ部１は、１個のロータ１０に対して２個のステータ１１、１２を上下に重ねる構成を有している。２つのステータは、各ロータ孔１１０１、１２０１の位置を１個のロータ１０に対して一致させており、その軸方向に互いに空間的な位相をずらせて重ねると共に互いを絶磁して配置している。それぞれのステータ１１、１２は、ロータ１０を回転自在に挿入されるロータ孔１１０１、１２０１を有する軟磁性体のヨーク１１０、１２０と該ヨークに一体となるコイル芯１１１０、１２１０に導線１１１１、１２１１を巻きつけたコイル１１１、１２１とからなる。それぞれのコイル１１１、１２１に電気的な位相をずらした所定の駆動パルスを印加することで、ロータ１０を回転させる。上下のそれぞれのステータ１１、１２には一対のスリット１１０３、１２０３を設けることで形成される一対の磁極１１０２、１２０２と、一対のスリット１１０３、１２０３を設けたことによって生じる保持トルクを打ち消すための一対の内ノッチ１１０４、１２０４を磁極に設けており、スリットと内ノッチ１１０４、１２０４とは互いに直交するように設けている。このようなステータ１１、１２の構造とすることで、ロータ１０に駆動トルクを作用させる機能は有しているが、コイル１１１、１２１への非通電時に保持トルクをロータ１０に作用しない。
【００１７】
そして、ロータ１０から秒針３まで歯車列で構成された減速輪列２によりロータ１０の速度を減速しており、減速輪列の減速比が１／（４５×Ｂ÷６）  （Ｂは６、８、１０のいずれかの値）である。本実施形態では、最善と考えるＢ＝６、つまり減速比１／６０としている。なお、１／６０が最善と考える理由については第１から第３の実施形態の構成、作用、効果についてそれぞれ説明した後に、詳述する。
【００１８】
駆動手段４は、２個のステータ１１、１２にあるそれぞれのコイル１１１、１２１への通電、非通電の切替、及び通電方向の切替を行う駆動回路４１と、駆動回路４１を所定のタイミングで動作させるように、あらかじめ用意された、電気的な位相をずらした駆動パルスにより設定される複数種類の運針モードを選択する運針制御部４２とからなる。運針制御部で切り替えられる運針モードには、少なくとも間欠動作するステップ運針、ロービート、及び、連続動作するスイープ運針の３つのモードが設定されている。各３つの運針モードは、運針制御部４２で選択された駆動パルスによって決定され、減速輪列２の減速比の設定に応じて、所定の時間周期の間に、ロータ１０をどれだけの回転角度に設定するかが、運針モードによって異なる。各運針モードでは、図２のように時間周期が異なる動作タイミングで駆動される。
【００１９】
本実施形態のように、減速輪列２の減速比を１／６０と設定すると、最大４つの運針モード（ステップ運針、２ビート、４ビート、スイープ運針）を設定可能であり、２ビートか４ビートのどちらかをロービートと設定すれば良く、もちろん４つの運針モードをあらかじめ設定しても構わない。
【００２０】
駆動パルスとして例えば、ステップ運針の際には図３−１ａのような通電時間と通電方向を切り替えた駆動パルス６１を、図２に示したステップ運針の駆動タイミングで、駆動
回路４１からそれぞれ２つのコイル１１１、１２１に対して印加することで、ロータ１０は１ステップあたり３６０［ｄｅｇ／１秒］で回転駆動される。また、ロービートで特に２ビートの場合には、図３−２ａのような駆動パルス６２を印加することで、ロータ１０は１ステップあたり１８０［ｄｅｇ／５００ｍｓ］で回転駆動される。ロービートで４ビートの場合には、図３−３ａのような駆動パルス６３を印加することで、１ステップあたり９０［ｄｅｇ／２５０ｍｓ］で回転駆動される。そして、スイープ運針の際には、図３−４ａのような駆動パルス６４を印加することで、１ステップあたり約４５［ｄｅｇ／１２５ｍｓ］で回転駆動される。この場合、低速で駆動させるために、電圧振幅は図３−１ａや図３−２ａ、図３−３ａと比較すると十分小さい。これらに示す駆動パルスは一例で、例えばスイープ運針をさせる際、図３−４ａの代わりに、図３−４ｂのようなチョッパの駆動パルス６４１であっても構わない。この駆動パルス６４１であれば、電圧振幅を下げなくともＤｕｔｙを下げることで、電圧振幅の低い駆動パルスを印加するとの等価となる。このように、駆動パルスはここに示した図３−１ａ、図３−２ａ、図３−３ａ、図３−４ａ、図３−４ｂ以外にも設定可能で、要は目的とする１ステップあたりのロータ回転角度が得られるように通電時間と通電方向が設定されていれば、どのように設定しても構わない。各駆動パルスとロータの回転動作シーケンスの関係は、後半で詳述する。
【００２１】
また、より望ましい構成は、間欠動作するステップ運針、ロービートの運針モードの際、ロータ１０の非動作期間中、それぞれのコイル１１１、１２１に微小電流を通電させる保持パルス７１、７２、７３を加える構成である。運針制御部４２に用意した間欠動作用の駆動パルスとして、図３−１ａ、図３−２ａ、図３−３ａに示す駆動パルス６１、６２、６３の代わりに、それぞれステップ運針時には図３−１ｂ、ロービート（２ビート）時には図３−２ｂに示すような、ロービート（４ビート）時には図３−３ｂに示すような、ロータ１０を回転動作させる駆動パルス６１、６３のあとに続けて、それぞれのコイルに微弱な電流を通電させるための保持パルス７１、７２、７３を有するのが望ましい。
【００２２】
そして、本実施形態の大きな特徴は、運針制御部４２において、複数種類の駆動パルスを切り替えるための運針切替信号の発生が、パワーセーブ手段５１によることである。運針切替信号発生手段５は、光や振動などの外部刺激により発電する発電部５２と、発電部５２で発電した電力を蓄電するコンデンサ、二次電池などの蓄電部５３と、発電部５２が発電しているか否かを検出する発電検出部５４と、蓄電部５３の蓄電量を電圧測定により検出する蓄電量検出部５５と、発電検出部５４と蓄電量検出部５５からの信号に基づき、どの機能モードにするかを判断する、つまりパワーセーブ制御をするパワーセーブ手段とからなる。蓄電部５３の電力は、モータ部１を駆動するための電力として用いられるため、駆動回路４１に接続されている。パワーセーブ手段５１からの運針切替信号は、運針制御部４２に入力され、この信号に基づいて運針制御部４２では、各運針モード毎に設定されている駆動パルスを選択し、駆動回路４１を動作させる。
【００２３】
ここで、図１にあるような発電部５２を有さずに、１次電池を用いて蓄電部５３の蓄電量を測定するのみの構成でも構わない。また、発電検出部５４と蓄電量検出部５５はどちらか一方のみの構成であっても構わない。
［第１実施形態の作用の説明］
次に第１実施形態の作用は、図４−１、図４−２を用い、適宜図１−１、図１−２、図２、図３−１ａ、図３−１ｂ、図３−２ａ、図３−３ａ、図３−３ｂ、図３−４ａ、図３−４ｂを参照しながら説明する。図４−１は、運針切替信号発生手段５の構成要件であるパワーセーブ手段５１の作用を説明するための表であり、図４−２はそのフローチャートである。
【００２４】
まず、ロータ１０に保持トルクが作用しない理由、及びそのことから可能となるロータ１０の動作と秒の運針モードの作用について説明する。上下２個のステータ１１、１２が
あるが、今それぞれのステータを個別に考える。まず一方のステータ１１について考える。一対のスリット１１０３を設けることで一対の磁極１１０２が形成されるが、一対のスリット１１０３を設けたことにより、ロータ１０には１回転３６０［ｄｅｇ］あたり２箇所の位置でロータ１０の磁極方向が安定する安定位置が発生するが、この位置は一対のスリット１１０３がある位置とちょうど直交する箇所に発生する。つまり、安定位置までロータ１０を回転させようとする保持トルクが発生し、この一対のスリット１１０３により発生する保持トルクはロータ１０の回転角度に対して１８０［ｄｅｇ］周期の正弦波曲線で近似され、一対のスリット位置と、一対のスリット１１０３と直交する位置の４箇所でゼロとなる。
【００２５】
そこで本発明ではまず、この一対のスリット１１０３を設けることで発生した保持トルクを打ち消すために、ステータの磁極１１０２の位置で、ちょうどスリットと直交する線上に一対の内ノッチ１１０４を設ける構造としている。この一対の内ノッチ１１０４を設けることで発生した保持トルクは、やはりロータ１０には１回転３６０［ｄｅｇ］あたり２箇所の位置で保持されるような安定位置が発生させるが、この位置がちょうど一対のスリット１１０３の位置となる。一対の内ノッチ１１０４により発生する保持トルクは、やはりロータ１０の回転角度に対して１８０［ｄｅｇ］周期で、内ノッチの大きさに依存した振幅の正弦波曲線で近似され、一対の内ノッチ１１０４の位置と、一対の内ノッチ１１０４と直交する位置、つまり一対のスリット１１０３のある位置の４箇所でゼロとなる。一対のスリット１１０３により発生する保持トルクと、一対の内ノッチ１１０４により発生する保持トルクは位相が９０［ｄｅｇ］ずれているため、それぞれを打ち消しあうように作用する。一対の内ノッチ１１０４の大きさを調整することで、保持トルクの振幅は調整できる。そのため、ちょうど一対のスリット１１０３により発生する保持トルクを打ち消す大きさの内ノッチ１１０４としたステータ１１の構造とすることで、コイル１１１への非通電時にロータ１０に対して保持トルクが作用しない構造とすることができる。
【００２６】
同様のことが、もう一方のステータ１２についても言える。ステータ１１の符号をそのままステータ１２の符号に置き換えれば良い。ここで、一対の内ノッチ１１０４、１２０４をそれぞれのステータ１１、１２に設けなくとも一対のスリット１１０３、１２０３により発生した保持トルクは、２個のステータを直交して配置することによっても、ロータ１０の軸方向の高さが、ちょうどステータ１１とステータ１２の真ん中に位置していれば、ロータ１０に保持トルクを作用させないようにすることができる。
【００２７】
しかし、本発明では２個のステータ１１、１２のそれぞれで保持トルクが発生しないようにしている。このような構造とすることで、ロータ１０の回転軸方向の位置ズレがあったとしてもロータ１０には保持トルクが作用しないようにすることができる。時計用モータの場合、ロータ１０には軸方向の遊びが設けられているのが通常のため、それぞれのステータ１１、１２で保持トルクが発生しない構造がより望ましい。
【００２８】
保持トルクがロータ１０に作用しないために、コイル１１１，１２１に印加する駆動パルスによって、自由に回転速度を調整可能となる。例えば、コイル１１１，１２１に印加する駆動パルスの電圧振幅を下げたり、チョッパ駆動時のＤｕｔｙを小さくしていくことで、ロータ１０の回転速度をどんどん低速にできる。本発明では、特に秒針３をスイープ運針の運針モードのときに、ロータ１０を低速で回転させる。具体的には、スイープ運針時に、正確な４５［ｄｅｇ］刻みにステップ動作をするのではなく、１ビートあたりの時間経過時、例えば１２５［ｍｓ］時にロータ１０は”約”４５[ｄｅｇ］程度の位置を回転しているという動作をしており、ロータ１０が急激な加速、減衰振動、停止を繰り返す間欠動作ではなく、連続的な回転動作を行う。なお、１２５［ｍｓ］という時間は後述するように減速輪列の減速比が１／６０の場合であり、減速比の値によって変更する必要がある。
【００２９】
次に、ステップ運針とロービートの運針モードにおいて、保持パルスを有する駆動パルスを加える場合の作用について説明する。
【００３０】
ステップ運針とロービートの運針モードでは、スイープ運針と異なり、ロータ１０は従来のステップモータのような間欠動作を行い、数［ｍｓ］の間にロータ１０の動作は完了し、次に動作するまでの間ロータ１０は摩擦トルクにより、ずっと停止しているという動作を繰り替えす。ただし、保持トルクの作用しないモータ部１の構成であるため、適切な電圧振幅あるいはデューティの駆動パルスを設定する必要があり、そのような駆動パルスを設定することで無駄な振動動作をすることなく、ロータ１０の磁極方向が、９０［ｄｅｇ］間隔にあるステータの磁極１１０２、１２０２の位置で概ね、摩擦トルクにより停止するという動作を行う。この際、ロータ１０の磁極方向はステータの磁極１１０２、１２０２の毎回同じ位置に正確に停止するわけではないが、秒針３までの減速比が十分大きく、減速輪列２にはバックラッシもあるため、このずれが秒針３の位置ずれに対する影響は小さい。しかし、正確さを求める時計としてはロータ１０の磁極方向をステータの磁極１１０２、１２０２位置で精度良く停止させるのが、より望ましい。また、スイープ運針の場合には、コイルには微弱とは言え常に通電されており、ロータ１０には常に駆動トルクが作用して連続動作を行っているが、ステップ運針、ロービートでは間欠動作をおこなっており、数［ｍｓ］の間しか通電されておらず、駆動トルクもその間しか作用していない。そのため、非動作期間中には摩擦トルクしか作用しておらず、外部からの衝撃によりロータ１０が動いてしまう可能性もあり、非動作期間中には保持トルクが作用しているのが望ましい。また、保持パルスがあることで、ロータを次のステップでも安定して回転動作させることができる。
【００３１】
そこで、本実施形態では間欠動作するステップ運針、ロービートの運針モードにおいて、ロータ１０の非動作期間中に、それぞれのコイルに微小電流を通電させる保持パルスを加えている。このパルスを加えることで、電磁力により強制的にロータ１０の磁極方向をステータの磁極１１０２、１２０２位置で正確に停止させており、万が一外部からの衝撃があった際にも、電磁力により強制的にロータ１０の磁極方向をステータの磁極１１０２、１２０２位置に保持させる。
【００３２】
このような構成のモータ部１のロータ１０から秒針までの減速輪列の減速比を１／６０とすることで、ステップ運針の運針モードではロータ１０は１ステップあたり３６０［ｄｅｇ／１秒］で動作するが、減速輪列を介することで秒針は６［ｄｅｇ／１秒］、つまり１ビートで駆動し、ロービートの運針モードではロータ１０は１ステップあたり９０［ｄｅｇ／２５０ｍｓ］で動作するが、秒針は１．５［ｄｅｇ／２５０ｍｓ］、つまり４ビートで動作する。また、スイープ運針の運針モードではロータ１０は１ステップあたり約４５［ｄｅｇ／１２５ｍｓ］で動作するが、秒針は約０．７５［ｄｅｇ／１２５ｍｓ］、つまり８ビート相当で動作する。
【００３３】
続いて駆動手段４と運針切替信号発生手段５であるパワーセーブ手段５１の作用について説明する。ここで、発電部５２はソーラーセルであり、発電検知部５４は、ソーラーセルで発電される発電電圧を所定の基準電圧と比較することで発電の有無を検出するものとする。なお、ソーラーセルでの発電検出技術は公知なので、詳細説明は省略する。
【００３４】
まず、図４−１で蓄電量と発電状況の検出結果と、それぞれの状況における運針モードの対応関係について説明する。蓄電量と発電状況の組合せによって、４種類の機能モード（モード１、モード２、モード３、モード４）がそれぞれ対応しており、切替ることでパワーセーブ制御する。このパワーセーブの制御をパワーセーブ手段５１にて行い、選択した機能モードを運針切替信号として運針制御部４２に送る。パワーセーブの制御としては
、この図４−１にあるように蓄電量が低かったり、発電してない状況では、モータ部での消費電力を抑えるよう、運針モードでも比較的消費電力の少ないステップ運針をするよう運針切替信号を発生する。発電中である場合には、あらかじめ設定した値の蓄電量に応じて、運針モードの中でも比較的消費電力が大きいスイープ運針を行うか、あるいはスイープ運針よりは消費電力の少ないロービートを行うかを選択し、運針切替信号を発生する。
【００３５】
次にパワーセーブ手段５１での具体的な制御方法を図４−２のプローチャートを参照しながら説明する。まず、ＳＴＥＰ１において、蓄電部５３である電池の電圧を測定するなどして、蓄電量を予測する蓄電量検出部５５において、任意のサンプリング周期で蓄電量を検出する。ＳＴＥＰ２において、検出された結果がパワーセーブ手段５１において判断され、蓄電量が例えば９５％以上であるとすれば、Ｎｏの方向の矢印にしたがって、次のＳＴＥＰ５−１に進む。ＳＴＥＰ５−１では、発電部５２である例えばソーラーセルが発電中かどうかを発電検出部５４において検出する。発電中の場合（ＳＴＥＰ５−１：Ｙｅｓ）には、ＳＴＥＰ６−１で、パワーセーブ手段５１において運針制御部４２において十分電池の容量に余裕があるということで、モード１と判断する。ここで判断された情報が運針切替信号として運針制御部４２に送られる。運針制御部４２では、モード１ならスイープ運針、モード２ならロービート、モード３ならステップ運針、モード４なら２秒運針というように、あらかじめ運針切替信号と対応した運針モードを設定する。今の場合、スイープ運針と設定され、それ用の駆動パルス、例えば図３−４ａ、図３−４ｂが設定され、駆動回路からモータ部１のそれぞれのコイル１１１、１２１に印加される。非発電の場合（ＳＴＥＰ５−１：Ｎｏ）は、パワーセーブ手段５１では、腕時計が服の下であったり、部屋が暗く非使用中と推測されるため、パワーセーブするようにＳＴＥＰ６−３でモード３と判断する。このように判断されると運針制御部４２ではステップ運針用の駆動パルス、例えば図３−１ａ、図３−１ｂが設定され、やはり駆動回路４１からモータ部１のそれぞれのコイル１１１、１２１に印加される。
【００３６】
また、ＳＴＥＰ２において、蓄電量が例えば９５％より小さいとすれば、Ｙｅｓの方向の矢印にしたがって、次のＳＴＥＰ３に進む。ＳＴＥＰ３で、更に蓄電量が例えば８０％以上であると判断されれば、Ｎｏの方向の矢印にしたがって、次のＳＴＥＰ５−２に進む。ＳＴＥＰ５−２では、やはり発電中かどうかを発電検出部５４において検出する。発電中の場合（ＳＴＥＰ５−２：Ｙｅｓ）には、ＳＴＥＰ６−２で、パワーセーブ手段５１において電池の容量があまり十分ではないということで、モード２と判断をする。このように判断されると、運針制御部４２ではロービート用の駆動パルス、例えば図３−２、図３−３ａ、図３−３ｂが設定される。非発電中の場合は、パワーセーブするようにＳＴＥＰ６−３でモード３と判断する。このように判断されるとステップ運針用の駆動パルスが設定される。
【００３７】
また、ＳＴＥＰ３において、蓄電量が例えば８０％より小さいとすれば、Ｙｅｓの方向の矢印にしたがって、次のＳＴＥＰ４に進む。ＳＴＥＰ４で、更に蓄電量が例えば６０％以上であると判断されれば、Ｎｏの方向の矢印にしたがって、次のＳＴＥＰ６-３に進む。ＳＴＥＰ６-３では、電池容量が減ってきているということで、モード３と判断され、ステップ運針用の駆動パルスがコイル１１１、１２１に印加される。
【００３８】
また、ＳＴＥＰ４において、蓄電量が６０％より小さいとすれば、Ｙｅｓの方向の矢印にしたがって、次のＳＴＥＰ６−４に進む。ＳＴＥＰ６−４では、電池容量が少なく、ユーザーに発電を促す目的で、例えばモード４と判断をする。このように判断されると２秒運針用の駆動パルスがコイル１１１、１２１に印加される。２秒運針については、これまで特に記載はしていないが、従来よりユーザーに電池容量不足であることを知らせる目的で、２秒周期で秒芯を２秒分一気に進める運針モードに切り替えることは、良く実施されており、本実施形態においても同様のことが可能である。そのため、詳細な説明は省く。
図４−１や図４−２に判断の目安として示した蓄電量の値である、９５％や８０％、６０％といった値は一例であり、どのような値で設定しても構わない。
【００３９】
［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。
まず、保持トルクが作用しないモータ部１の構成とする効果について説明する。このような構成とすることで、ロータ１０作用する負荷は輪列の摩擦トルクなどのみとなり、あまり大きくない。そのため、この負荷に打ち勝つだけの駆動トルクを発生するように、適切な電圧振幅あるいはデューティーの駆動パルスを設定すれば、ロータ１０をゆっくりとした速度、例えば１００［ｍｓ］程度の時間をかけて、１ステップあたり約４５［ｄｅｇ］程度回転するゆっくりした速度で、速度変動の少ない動きで、連続的に動作させることが可能である。ロータ１０がこのように低速で、連続して動作することで、減速輪列を介して動かされるも滑らかな動きとなる。そして、保持トルクがないため、低速に動作させても低消費電力で回転が可能である。
【００４０】
次に、本発明の大きな特徴である、保持トルクが作用しないモータ部１の構成と、ロータ１０から秒針３までの減速輪列２の最善の減速比である１／６０であることを組み合わせた効果について説明する。
【００４１】
先述したように保持トルクが作用しないモータ部１の構成により、スイープ運針の運針モードにおいて、従来のステップモータではとても動かすことのできないほどの低速、低消電でロータ１０を駆動可能になる。またそれと同時に、減速輪列２を１／６０という低い減速比に設定したことで、１秒間あたりにロータ１０を回転させる必要のなる量が少なくてすむため、この減速比の輪列と組合せることで、初めて滑らかなスイープ運針と、腕時計に適用できるレベルの低消費電力化とを両立できる。発明者の実験結果によると、この構成での消費電力は、スイープ運針（８ビート相当）であっても、８００［ｎＷ］程度であり、小型の酸化銀電池であっても６年程度の寿命であるため、十分腕時計に適用可能である。１／６０が最善の減速比と設定する理由、及び測定した消費電力の結果については、詳細を後述する。
【００４２】
また、もちろんこの減速比の設定のまま、輪列を切り替えることなく、ステップ運針、４ビートのロービート、８ビート相当のスイープ運針の少なくとも３つの運針モードに切り替えることが可能で、ユーザーはこの３つの運針モードの違いであれば、見た目にもはっきりと運針に違いがあることを認識し易いという効果もある。
【００４３】
更に、保持パルスを有する駆動パルスをコイル１１１、１２１に印加することで、ステップ運針やロービートのようにロータ１０の停止期間が長い、間欠動作をする運針モードにおいても、多少の衝撃が腕時計に作用した場合にも秒針が不用意に動かずにすむ。また、文字板の切り分に対して秒針の位置決め精度を改良できる。
【００４４】
続いて、本実施形態の大きな特徴である、運針切替信号の発生がパワーセーブ手段５１によることの効果について説明する。
【００４５】
各運針モードでの消費電力は異なっているため、蓄電量や発電の状態に応じて切り替えることで、腕時計の長寿命化が可能となる。また、発電中（光があたっている）にも関らず、腕時計がステップ運針をしていれば、ユーザーは腕時計が停止する前に蓄電量が少ないことを認識できるため、電池交換や、時計を光に当てるなどの対策をユーザー自身がすばやく行うことが可能となる。
【００４６】
［第２実施形態］
次に第２実施形態の電子時計について説明する。
第２実施形態の特徴は、運針切替信号がスイッチなどの操作部５６により機能モードが切替ることで発生することであり、機能モードには秒時刻モードとクロノグラフモードがある。
【００４７】
［第２実施形態の構成の説明］
第２実施形態の電子時計の構成は、図５を用いて説明する。図５は、第２実施形態の構成と作用を説明するシステム構成図である。
本実施形態の構成は、運針切替信号発生手段５がスイッチなどの操作部５６と、操作部５６からの操作によりモード選択するモード管理部５７とよりなっている点が第１実施形態と異なっており、その他モータ部、減速輪列、保持パルスの構成は、第１実施形態と全く同じであるため、これらの構成については説明を省く。また、モード管理部５７で切り替えられる機能モードには、秒時刻モードとクロノグラフモードの２種類がある。
【００４８】
秒時刻の表示と、クロノグラフの表示は、指針をかねており、文字板は１秒間を更に分割した切り分にするのが望ましい。
［第２実施形態の作用の説明］
次に、第２実施形態の作用は、引き続き図５を用い説明する。
【００４９】
操作部５６のスイッチなどの操作により、例えばＯＮ，ＯＦＦ、あるいは１、０が選択される。モード管理部５７では、このＯＮ、ＯＦＦ、あるいは１、０に対して、あらかじめ秒時刻モード、クロノグラフモードの機能モードを割り当てておき、どちらの機能モードが選択されたかを、運針切替信号として、運針制御部４２に送る。運針制御部４２では、その信号に基づいて運針モードの切替、つまり駆動パルスの切替を行う。秒時刻モードでは、ステップ運針、あるいはスイープ運針の運針モードが設定され、クロノグラフモードでは、ロービートの運針モードに設定される。このロービートの運針モードの際、保持パルスを有する駆動パルスを印加し、ロータ１０の磁極方向をステータの磁極１１０２、１２０２位置で精度良く停止させるのが、より望ましい。なお、減速輪列２の減速比を例えば１／６０と設定している本実施形態の場合、ユーザーにとっての視認性を考慮した切り分の大きさやデザインに応じて、クロノグラフモードの運針モードを２ビートでも４ビートでもどちらを設定しても構わない。
［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。
【００５０】
本実施形態のような構成とすることで、クロノグラフモードでは、例えば減速輪列２の減速比が１／６０の場合、１［秒］以下の０．５［秒］（２ビート）、０．２５［秒］（４ビート）といった時間を認識できるになる。また、ユーザーはモードが変わったことを認識し易いため、誤操作が少なくなる。
【００５１】
［第３実施形態］
次に第３実施形態の電子時計について説明する。
第３実施形態の特徴は、秒時刻モード、クロノグラフモードの他に重負荷モードがあり、秒時刻モードをスイープ運針として、重負荷モードではステップ運針に切り替えることである。ここで、重負荷とは時計の付加機能で、例えばアラーム、ＬＥＤ点灯、コンパスや圧力などセンサを使った測定と表示などのことである。
【００５２】
［第３実施形態の構成の説明］
第３実施形態の電子時計の構成は、図６を用いて説明する。図６は、第３実施形態の構成と作用を説明するシステム構成図である。
本実施形態の構成は、第２実施形態と同様に運針切替信号発生手段５が、スイッチなど
の操作部５６とモード管理部５７とよりなっており、モード管理部５７からの運針切替信号が駆動手段４の運針制御部４２だけでなく、付加機能手段８にも伝えられ、付加機能を動作させるための信号になっている点が、第２実施形態と異なる点である。更に、モード管理部５７で切り替えられる機能モードには、秒時刻モード、クロノグラフモードの他に重負荷モードの３種類ある点が第２実施例と異なる。他の構成は第１、第２実施形態とも同じであるため、説明を省く。
［第３実施形態の作用の説明］
次に、第３実施形態の作用は、引き続き図６及び図７を用いて説明する。図７は、モード切替時のモータと重負荷の動作タイミングチャートである。
【００５３】
操作部５６のスイッチなどの操作により、モード管理部５７では秒時刻モードとクロノグラフモード、及び重負荷モードの３種類より、機能モードが選択され、どのモードが選択されたか運針切替信号を発生する。運針切替信号に基づき、運針制御部４２では運針モードの設定を行う。クロノグラフモードが選択された場合の作用は第２実施形態と全く同じため説明を省く。秒運針モードが選択された場合には、運針制御部４２でスイープ運針の運針モードが設定される。そして、重負荷モードが選択された場合には、モード管理部５７から運針切替信号が運針制御部４２に伝えられるとともに、付加機能手段８にも伝えられ信号発生期間中は付加機能が動作する。この際、運針制御部４２ではステップ運針が設定される。先述したようにスイープ運針は連続動作であり常にコイル１１１、１２１のどちらかには通電されているが、ステップ運針は間欠動作であり、ロータの非動作期間中にコイル１１１、１２１にはほとんど電流が流れていない。重負荷モードにおいて、図７にあるように運針切替信号発生期間中、重負荷動作タイミング、つまり付加機能手段８の動作期間中とモータ動作タイミング、つまりステップ運針の間欠動作期間とが重ならないように、時間がずれている。
【００５４】
［第３実施形態の効果の説明］
ここで、第３実施形態の効果について説明する。
秒時刻モードをスイープ運針として、重負荷モードをステップ運針と設定することで、モータ動作タイミングと付加機能などを動作させる重負荷動作タイミングとを時間的にずらせるため、付加機能動作用に、流せる電流を大きくできるだけでなく、モータの動作と付加機能の動作とが重複し、一時的に大量の電流が流れることで電池電圧が低下してしまうことで発生する、時計機能異常の発生を防止できる。
【００５５】
また、従来は大きな電流を必要とするような付加機能動作をさせる場合、秒時刻表示などのモータの動作は停止するのが一般的であったが、本実施形態の場合にはモータの動作は停止する必要がないため、ユーザーは付加機能の動作中であっても時刻を認識できる。また、ユーザーはモードが変わったことを認識し易いため、誤操作が少なくなる。
［第３実施形態の変形例の説明］
つづいて、第３の実施形態の変形例について説明ずる。この変形例の特徴は、モード管理部５７で秒時刻モードと重負荷モードが選択された際に、第３実施形態とは異なり、運針制御部４２ではそれぞれステップ運針とスイープ運針が設定されるようにしており、第３実施形態とは逆である点である。そのため、構成は第３実施形態と全く同じであるが、運針制御部４２での運針モードの設定の作用が異なる。
【００５６】
この変形例についての効果を説明する。
【００５７】
ユーザーの最も使用時間が長い時刻モードで、最も消電の小さい運針のモードであるステップ運針にすることで、時計の長寿命化が可能となる。この場合にもやはり、ユーザーはモードが変わったことを認識し易いため、誤操作が少なくなる。
以上、第１実施形態から第３実施形態の電子時計の構成と作用及び効果を説明した。
【００５８】
［駆動パルスとロータ回転動作の関係についての詳細な説明］
次に、各駆動パルスにより、ロータがどのように回転するか、それぞれステップ運針に用いる駆動パルスの例図３−１ｂについて、図３−１ｃを用いて、２ビート用の駆動パルスの例図３−２ｂについては図３−２ｃを用いて、４ビート用の駆動パルスの例図３−３ｂについては、図３−３ｃを用いて、スイープ運針用の駆動パルスの例図３−４ｂについては、図３−４ｃを用いて説明する。図３−１ｃ、図３−２ｃ、図３−３ｃ、図３−４ｃはロータの動作シーケンス図である。
【００５９】
まず、ステップ運針の場合について説明する。ＳＴＥＰ１において、ロータ１０の磁極方向９１は、ステータの磁極１１０２に向いて静止している。なお、各ステップのロータ１０の磁極方向９１の位置は各ステップによる動作直前の状態を示している。コイル１２１に通電することで、コイル１２１には矢印のような磁界９２ｍが発生し、ロータ１０に作用する。磁界９２ｍに倣おうとしてロータ１０の磁極方向９１は回転してＳＴＥＰ２の状態になる。このＳＴＥＰ１ではロータ１０は停止状態から動き始めるため、慣性により大きく回転できず、ＳＴＥＰ１の動作前の段階からせいぜい２２．５［ｄｅｇ］程度である。ＳＴＥＰ２において、コイル１１１にも通電することで矢印のような磁界９３ｐが発生し、ロータ１０には磁界９２ｍと磁界９３ｐの合成磁界が作用し、ロータ１０は４５［ｄｅｇ］程度まで回転する。ＳＴＥＰ３において、コイル１２１の通電を止め、磁界９３Ｐの作用により、ロータ１０は９０［ｄｅｇ］程度まで回転する。ＳＴＥＰ４において、コイル１２１にも通電することで、矢印のような磁界９２ｐが発生し、ロータ１０は磁界９２Ｐと磁界９３Ｐの合成磁界の作用により１３５［ｄｅｇ］程度まで回転する。この段階ではロータ１０は既に十分な速度で回転しているため、通電時間は短い。ＳＴＥＰ５において、コイル１１１の通電を止め、磁界９２Ｐの作用により、ロータ１０は１８０［deg]まで回転する。ＳＴＥＰ６において、コイル１１１にも通電することで、矢印のような磁界９３ｍが発生し、ロータ１０には磁界９２ｐと磁界９３ｍの合成磁界が作用し、ロータ１０は２２５［ｄｅｇ］程度まで回転する。やはりこの段階でもロータ１０は既に十分な速度で回転しているため、通電時間は短い。ＳＴＥＰ７において、コイル１２１の通電を止め、磁界９３ｍの作用により、ロータ１０は２７０［ｄｅｇ］程度まで回転する。ＳＴＥＰ８において、コイル１１１の通電も止めるが、ロータ１０は十分な速度で回転しており、また保持トルクも作用していないため、３６０［ｄｅｇ］程度まで惰性で回転を続け、摩擦で停止する。この段階で保持パルス７１として、コイル１１１に短時間通電することで、磁界９３ｍがロータ１０に作用するため、ステータの磁極１１０２の位置でより正確に停止する。そのため、ロータ１０は次の回転動作を安定して続けることができる。次の動作はＳＴＥＰ１に戻り、シーケンスを繰り返す。このような駆動シーケンスをする駆動パルスは電圧振幅や通電時間を調整することで、可能となる。また、ここで記載はしないがもちろんチョッパ駆動により周波数やデューティーを調整することも可能である。
【００６０】
次に、２ビートの場合について説明する。２ビートの場合は１ステップでロータ１０は１８０［ｄｅｇ］程度まで回転する。ここでの説明は１８０［ｄｅｇ］回転するまでのシーケンスについてのみ説明する。１８０［ｄｅｇ］回転した次の動作では、駆動パルスとして示した図３−２ｂのコイル１１１、コイル１２１でそれぞれ正負を入替えれば良いだけである。更に次の１８０［ｄｅｇ］動作では、ロータ１０は３６０［ｄｅｇ］回転しているため、再度図３−２ｂと同じパルスを印加すれば良い。
【００６１】
ＳＴＥＰ１で２２．５［ｄｅｇ］程度まで、ＳＴＥＰ２で４５［ｄｅｇ］程度まで、ＳＴＥＰ３で９０［ｄｅｇ］程度まで回転するシーケンスは、先述したステップ運針の場合のシーケンスのＳＴＥＰ１、ＳＴＥＰ２、ＳＴＥＰ３と全く同じであるため、説明を省く。ＳＴＥＰ４において、コイル１１１の通電を止めるが、ロータ１０は十分な速度で回転しており、また保持トルクも作用していないため、１８０［ｄｅｇ］程度まで惰性で回転
を続け、摩擦で停止する。この段階で保持パルス７２として、コイル１１１に短時間通電することで、磁界９３Ｐがロータ１０に作用するため、ステータの磁極１１０２の位置でより正確に停止する。そのため、ロータ１０は次の回転動作を安定して続けることができる。
【００６２】
次に、４ビートの場合について説明する。４ビートの場合は１ステップで９０［ｄｅｇ］程度まで回転する。ここでの説明は最初の９０［ｄｅｇ］回転するまでのシーケンスについてのみ説明する。９０［ｄｅｇ］回転した次の動作では、駆動パルスとして示した図３−３ｂにおいて、コイル１１１、コイル１２１を入れ替え、なおかつその正負を入替えれた駆動パルスを印加すれば良い。更に次の９０［ｄｅｇ］動作では、図３−３ｂのコイル１１１、コイル１２１の正負を入れ替えた駆動パルスを印加すれば良い。そして更に次の９０［ｄｅｇ］動作では、図３−３ｂのコイル１１１、コイル１２１を入替えた駆動パルスを印加すれば良い。これらによってロータ１０は３６０［ｄｅｇ］回転するため、更に次の９０［ｄｅｇ］動作では、再度図３−２ｂと同じパルスを印加すれば良い。
【００６３】
ＳＴＥＰ１において、コイル１２１に通電することで、磁界９２ｍがロータ１０に作用し、ロータ１０はＳＴＥＰ１の動作前の段階から４５［ｄｅｇ］程度まで回転する。ＳＴＥＰ２において、コイル１２１の通電を止めるが、ロータ１０は９０［ｄｅｇ］程度まで惰性で回転を続け、摩擦で停止する。この段階で保持パルス７３として、コイル１２１に短時間通電することで、磁界９２ｍがロータ１０に作用するため、ステータの磁極１２０２の位置でより正確に停止する。
【００６４】
スイープ運針の場合について説明する。スイープ運針では連続動作をしているため、連続動作中のシーケンスについて説明する。ＳＴＥＰ１では、コイル１２１に通電され、磁界９２ｍがロータ１０に作用しており、ＳＴＥＰ１でロータ１０の磁極方向９１の向いている位置、つまり０［ｄｅｇ］程度の位置を回転している。ＳＴＥＰ２では、コイル１１１にも通電することで磁界９３ｐもロータ１０に作用し、４５［ｄｅｇ］程度の位置を回転している。ＳＴＥＰ３では、コイル１２１の通電を止め、磁界９３ｐのみがロータ１０に作用し、９０［ｄｅｇ］程度の位置を回転している。ＳＴＥＰ４では、コイル１２１に通電することで、磁界９２ｐの磁界が発生し、磁界９２ｐと９３ｐの合成磁界がロータ１０に作用し、１３５［ｄｅｇ］程度の位置を回転している。ＳＴＥＰ５では、コイル１１１の通電を止め、磁界９２ｐのみがロータ１０に作用し、１８０［ｄｅｇ］程度の位置を回転している。ＳＴＥＰ６では、コイル１１１に通電することで、磁界９３ｍもロータ１０に作用し、２２５［ｄｅｇ］程度の位置を回転している。ＳＴＥＰ７では、コイル１２１の通電を止め、磁界９３ｍのみがロータ１０に作用し、２７０［ｄｅｇ］程度の位置を回転している。ＳＴＥＰ８では、コイル１２１に通電することで、磁界９２ｍが発生し、磁界９２ｍと９３ｍの合成磁界がロータ１０に作用し、３２５［ｄｅｇ］程度を回転している。そして、ＳＴＥＰ１のシーケンスに戻って繰り返す。
【００６５】
スイープ運針において、多数のパルス列で構成されるチョッパ駆動をした場合、特に消費電力が下がるようにパルス列の数を間引いた場合、パルス列の一つ一つのパルスにおいて、ロータは数［ｄｅｇ］程度回転しては摩擦で停止するというマイクロステップ動作を示す。しかし、その一つ一つのパルスあたりの回転移動量は非常に小さく、また、長時間（ここでは１２５［ｍｓ］）かけてロータがやっと４５［ｄｅｇ］程度回転する動作のため、減速輪列２（減速比が１／６０）を介して得られる秒針の速度変動はとても小さく、連続動作し近い。本発明ではこのマイクロステップ動作も連続動作として含めている。
【００６６】
［減速比についての詳細な説明］
続いて、本発明の大きな特徴である、保持トルクが作用しないモータ部１の構成と、ロータ１０から秒針３までの減速輪列２の最善の減速比が１／６０であることとが、お互い
に関連しあっており、１／６０を最善とする理由について、図８、図９−１、図９−２、図９−３を用いて詳述する。図８はロータ１０回転角度／ステップと消費エネルギー／ステップの関係を示す図であり、図９−１は、各減速比でのビート数とロータ回転角度／ｓｔｅｐの関係を示す図であり、図９−２と図９−３は、各減速比でのビート数と消費エネルギー／秒の関係を示す図である。
【００６７】
減速比はスイープ運針に求められる運針の滑らかさにより決まり、減速比を高く設定することで、秒針の１ビートあたりの動きは小さくなり、スイープ運針に近づく。ロービートやステップ運針は、ここで設定された減速比に応じて駆動パルスを切り替えることで動作可能であり、減速比の異なる輪列に切り替える必要はない。しかし、減速比を高く設定すると、その分ロータ１０を多く回転させなくてなならないため、消費電力は減速比とともに上昇するので、設定できる減速比の大きさには限界がある。特許文献１に示した従来技術により、仮に本発明でベストと考える１／６０の減速比に設定した場合、またステータが４極（ｋ＝４）の本モータ部１の構成に近い構造のモータを用いたとした場合、４ビート（ｎ＝４）のロービートでしか駆動できない。秒針の動きを見ていると、４ビートでは速度ムラがとても目立つ。
【００６８】
また本発明のようなモータ部１の構成の工夫がないと、ロータ１０には１８０［ｄｅｇ］周期の保持トルクが作用しているために、１回転３６０［ｄｅｇ］あたり２箇所にしか安定位置がないため、実際には４ビート、つまりロータ１０を１ステップあたり９０［ｄｅｇ／２５０ｍｓ］の動作をさせることは困難である。
【００６９】
８ビート以上で動かそうとした場合には、１／１２０以上の減速比が必要となるが、この場合もやはりロータ１０は１ステップあたり９０［ｄｅｇ］で動作させることは困難である。このように減速比を設定する際、秒運針の滑らかさと消費電力を同時に考慮する必要がある。
【００７０】
ここで、腕時計として製品化する際の消費電力の目安が問題となる。
【００７１】
近年リチウム電池などの大容量の電池が様々な携帯機器に普及してきたが、まだまだ電池自体が大型のため、腕時計には酸化銀電池などの小型の電池が多く使用されている。腕時計の商品企画によって様々に異なるものの、現在腕時計に搭載されている変換器に許容される電力として、大雑把な目安の一例として１６５０［ｎＷ］程度が考えられる。例えば、２８［ｍＡｈ］の酸化銀電池１．５５［Ｖ］を用いた場合、３年程度の寿命を満たすには、｛（２８［ｍＡｈ］÷（３６［年］×３６５［日］× ２４［時間］）｝×１．５５［Ｖ］＝１０６５［ｎＡ］×１．５５［Ｖ］＝１６５０［ｎＷ］だからである。
【００７２】
発明者による検討の結果、１ステップあたりのロータ回転角度の消費エネルギーは図８のようになった。消費電力は駆動パルスの条件などによって大きく変化するので一例として示す。１ステップあたりのロータ回転角度をこのように、約４５［ｄｅｇ］、９０［ｄｅｇ］、１８０［ｄｅｇ］、２７０［ｄｅｇ］、３６０［ｄｅｇ］、４５０［ｄｅｇ］と変えることができる。なお、４５［ｄｅｇ］程度動作させる場合の駆動パルスはチョッパ駆動でマイクロステップ動作の場合である。様々な減速比と１ステップあたりのロータ回転角度は図９−１のように設定できるが、それぞれの場合の消費電力は図８の結果を考慮すると、図９−２のようになる。この図９−２より、スイープ運針（８ビート相当）であっても、１６５０［ｎＷ］以下となる最大の減速比が１／６０（Ｂ＝８）であることがわかる。また、１ステップあたりのロータ回転角度を大きくした方が、１ステップあたりの回転角度を小さくしたものを複数ステップ動作させる場合よりも消費電力が低い。これは、複数ステップ動作させる場合には、停止しているロータを毎回加速するのにエネルギーを必要とするのに対し、１ステップあたりの回転角度を大きい場合は駆動パルス印加中、
ロータの回転速度が十分上がっていれば、途中通電時間を短くしても回転を続けられるため消費電力が低くなるための考えら得る。そのため、マイクロステップ動作のように起動、停止を繰り返す場合に、もっとも消費電力が大きくなると考えられる。また、マイクロステップ動作ではなく、低い電圧振幅の駆動パルスを印加し、非常に低速に動作させた場合には、入力エネルギーのほとんどが銅損として消費してしまい、ロータを回転させるための出力エネルギーが低く、エネルギー効率は低い。このような理由より、ロータの駆動方法（運針形態）によって消費電力が異なってくるものと考えられる。本発明の実施形態では、この消費電力が異なることを積極的に活用している。
【００７３】
将来的に電池の大容量化と小型化が進む可能性もあるが、その場合であっても、多少寿命は下がるものの、少し減速比の高い１／７５であれば２０００［ｎＷ］程度の消費電力に抑えられる。この場合、ロービートを５ビート、スイープ運針を１０ビート相当というように更に、滑らかな運針を実現可能である。また、女性用腕時計など小型化が求められる製品などで、どうしても大きな容量の電池を使用することが出来ない場合も考えられる。その場合、減速比を例えば１／４５と設定することで、ステップ運針、３ビート（ロービート）、スイープ運針（６ビート相当）と３つの運針モードを設定できる。この場合減速比が小さく、スイープ運針モードではロータ１０は正確に４５［ｄｅｇ／ｓｔｅｐ］の動作をするわけではないので、秒運針が多少粗くなることが懸念されるが、女性用腕時計の場合で小形の針を動かす場合には、その粗さは目立ち難い。
【００７４】
また、仮に減速比を１／３０以下にしてしまうと、ロービートまでの運針しか実現できず、また秒針軸の出力トルクも下がり、従来の腕時計よりも外乱、負荷に対して非常に弱くなってしまう。
【００７５】
本発明では、先述したように保持トルクが作用しないモータ部１の構成とすることで、スイープ運針の運針モードで、従来のステップモータではとても動かすことのできない低速でロータ１０を駆動可能にしている。またそれと同時に、秒針３までの減速輪列２を１／６０という低い減速比に設定したことが大きな特徴であり、このような組合せとすることで、初めて滑らかなスイープ運針と、腕時計に搭載できるレベルの低消費電力化とが両立できる。駆動パルスを変えることで、輪列を切り替えることなく、ステップ運針、４ビートのロービート、８ビート相当のスイープ運針の３つの運針モードに切り替えることが可能であるが、ユーザーにとっては、ステップ運針と、秒運針の粗さが目立つ４ビートのロービート、及び秒運針のなめらかなスイープ運針の、これら３つの運針モードの違いは、見た目にも十分運針モードの違いを認識し易い。そのため、腕時計の様々な機能や状態の切替と、これら運針モードとを組み合わせることで、視覚認識性の高い、操作感の良い腕時計を提供することが可能となる。
【００７６】
以上のことから、１／６０という減速比は、本モータ構造を用いた場合に、低消費電力と多彩な運針モードの切替機能の両立を果たすのに最適な減速比と言える。また少なくとも、減速比を１／７５、１／４５と設定するのが望ましいと言える。この関係をビート数との関係式であらわずと、減速比は１／（４５×Ｂ÷６）  （Ｂはビート数で、６、８、１０のいずれかの値）と表わすことができる。
【符号の説明】
【００７７】
１  ステップモータ
１０  ロータ
１１、１２  ステータ
１１０、１２０  ヨーク
１１１、１２１  コイル
１１０１、１２０１  ロータ孔
１１０２、１２０２  ステータの磁極
１１０３、１２０３  一対のスリット
１１０４、１２０４  一対の内ノッチ
１１１０  コイル芯
１１１１  導線
２  減速輪列
３  秒針
４  駆動手段
４１  駆動回路
４２  運針制御部
５  運針切替信号発生手段
５１  パワーセーブ手段
５２  発電部
５３  蓄電部
５４  発電検知部
５５  蓄電量検出部
５６  操作部
５７  モード管理部
６１、６２、６３、６４、６４１  駆動パルス
７１、７２、７３  保持パルス
８  付加機能手段
９１  ロータの磁極方向
９２ｍ、９２ｐ  コイル１２１への通電により発生する磁界
９３ｍ、９３ｐ  コイル１２１への通電により発生する磁界
【図１−１】
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【図１−２】
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【図２】
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【図３−１ａ】
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【図３−１ｂ】
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【図３−１ｃ】
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【図３−２ａ】
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【図３−２ｂ】
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【図３−２ｃ】
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【図３−３ａ】
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【図３−３ｂ】
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【図３−３ｃ】
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【図３−４ａ】
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【図３−４ｂ】
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【図３−４ｃ】
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【図４−１】
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【図４−２】
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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９−１】
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【図９−２】
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【図９−３】
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