JP2003075559A

JP2003075559A - 時計用ステップモーター

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Publication number: JP2003075559A
Application number: JP2001271134A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Fukushima; 敏明福島
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2003-03-12
Anticipated expiration: 2021-09-07
Also published as: JP4723137B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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、径方向に複数着
磁された永久磁石よりなるローターと、完成ヨークと磁
気的に結合され励磁用コイルが巻回されたコイル巻芯と
を備えた時計用ステップモーターにおいて、第１のヨー
クに備えられたローター穴の内側で、第１のヨークと連
結部との連結面から離れた位置に、ローター穴の内部に
向かって、第１の凸部を設けると共に、第２のヨークに
備えられたローター穴の内側で、第２のヨークと連結部
との連結面から離れた位置に、ローター穴の内側に向か
って、第２の凸部を設けたことを特徴とする。

Description

【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１
０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１０
３、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５４−７
１１０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、径方向に複数着磁された永久磁石より
なるローターと、完成ヨークと磁気的に結合され励磁用
コイルが巻回されたコイル巻芯とを備えた時計用ステッ
プモーターにおいて、第１のヨークに備えられたロータ
ー穴の内側で、第１のヨークと連結部との連結面から離
れた位置に、ローター穴の内部に向かって、第１の凸部
を設けるとともに、第２のヨークに備えられたローター
穴の内側で、第２のヨークと連結部との連結面から離れ
た位置に、ローター穴の内側に向かって、第２の凸部を
設け、第１の凸部と第２の凸部は、連結部の中心線に対
して、ほぼ線対称な位置に配置されていることを特徴と
している。

【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１
９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１
９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２
３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３
１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

Claims

【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、径方向に複数
着磁された永久磁石よりなるローターと、前記完成ヨー
クと磁気的に結合され励磁用コイルが巻回されたコイル
巻芯とを備えた時計用ステップモーターにおいて、前記
第１のヨークに備えられたローター穴の内側で、前記第
１のヨークと前記連結部との連結面から離れた位置に、
ローター穴の内部に向かって、第１の凸部を設けるとと
もに、前記第２のヨークに備えられたローター穴の内側
で、前記第２のヨークと前記連結部との連結面から離れ
た位置に、ローター穴の内側に向かって、第２の凸部を
設け、前記第１の凸部と前記第２の凸部は、前記連結部
の中心線に対して、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。