JP2013142576A - 揺動型ステップモータ - Google Patents

Abstract

【課題】
連続運針などに用いられるロータの揺動運動を一定方向の回転運動に変換する機構を用いたステップモータにおいて、外部負荷が正回転方向、逆回転方向のどちらかに作用した場合、従動車の位置が変化してしまい、確実な動作が困難であった。また確実な動作をさせるために、大きな外部負荷が作用しても従動車の位置が変化しないようなバネ機構などによる逆回転防止機構を用いた場合には、消費電力が大きくなってしまうという課題があった。
【解決手段】
対向カムを２つの従動車の中心を結んで形成された直線を挟んで、ロータと対向する位置に配置し、対向カムとロータにそれぞれ形成されたカム面で、外部負荷による影響を受けるようにした。またロータを駆動し、正回転方向に送る際には、対向カムを動かすのに必要な力は小さくなるような復帰力発生機構を設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、指針式電子時計等の電気−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。

指針式電子時計で一般的に用いられる２極のステップモータは、毎秒１回、ロータが駆動されて１８０度ずつ回転し、秒針、分針、時針につながる輪列を駆動するもので、低消費電力化や動作の信頼性などにおいてかなりの成功を収めている。このような指針式電子時計は、秒針の運針は１秒に１回ずつ行われる。しかし、時計のユーザーの中には、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（スイープ運針と称することもある。１秒間に数回〜１０数回の小刻みの間欠運針であってもよい。）を好む層があり、近年その需要も増している。

一般的なステップモータを用いてそのような要求を満たすことは、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一応は実現できる。しかし、ロータは無視できない慣性能率を持ち、毎回の駆動ごとに加速されて輪列を駆動するが、余剰の運動エネルギをロータの自由減衰振動の過程で捨てているので、駆動の頻度が増すと共に無駄になる消費エネルギの比率が大きくなり、電源電池の消耗を早めることになる。

このような連続運針を行なう指針式電子時計のなかで、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。また、電池交換を不要にするために太陽電池等の発電機構を搭載することもあるが、上述の如く、一般的なステップモータを用いる連続運針の場合は消費電力が大きいため、腕時計に搭載できる発電機構では給電が十分ではなく、電池非交換式腕時計を実現することもできなかった。

本発明者は、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及び出力トルクが必要以上に十分すぎることに着目し、入力エネルギ、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、即ち揺動運動をさせることとした。

揺動運動を一定方向の回転運動に変換することによって時計の輪列を駆動する機構に関する従来技術は、下記特許文献１に記載されるようなものが知られている。左右方向に揺動運動するロータには送り歯が形成されており、また互いに噛み合う２つの従動車とを設け、送り歯で一方の従動車を例えば時計回り方向に回転させると、噛み合っている他方の従動車も同量分、反時計回り方向方向に回転する。次に、送り歯は、他方の従動車を反時計回り方向に回転させると、噛合っている一方の従動車を同量分だけ時計回り方向に回転する。この運動を反復することによって、２つのうちの一つの従動車につながる輪列歯車を一定の方向に回転させる。また、一つの従動車の歯に対して直接バネを押し付けることで、従動車を位置決めする逆回転転止部材も記載されている。

特開昭５５−２０４６１号公報（第３頁、第２図）

特許文献１に記載されているような逆回転防止部材の目的とするところは、ロータが一方の従動車を回転させ、次に回転方向が切替り、他方の従動車を動作させるまでの間、２つの従動車には何の回転力も作用しないため、外部から負荷が作用した場合に従動車が動作してしまうことを防ぐことである。揺動運動を一定方向の回転運動に変換することによって時計の輪列を駆動する機構の一般的な特徴は、ロータの送り歯は１箇所でしか従動車の歯と接触しないことである。そのため、揺動運動するロータの回転方向が切替った際に、ロータから２つの従動車へのトルク伝達が全くない非接触区間が発生する。その非接触区間において、輪列に外部負荷が作用した場合には容易に従動車が動いてしまう。従動車の歯の位置が動くと、ロータの送り歯との当り方が変化する。ロータから従動車へのトルク伝達効率は、接触する瞬間の双方歯面の接触面形状に大きく依存しており、通常は接触する瞬間に、トルク伝達効率が高くなるようにロータの送り歯面や従動車の歯面を設計するのが一般的である。しかし、従動車の位置が変化してしまうと設計で想定した接触状態は得られず、トルク伝達効率は大幅に悪化し、時には従動車を動作できず停止してしまうこともある。このような不具合の発生を防ぐために、特許文献１に記載したようなバネで構成された逆回転防止部材を設けるのが一般的である。

ところが、特許文献１に示した従来技術には、以下の問題点が存在する。バネによる従動車を規制する力は、従動車の変位量に相当した大きさで発生するが、正回転側に動作させた場合でも逆回転側に動作させた場合でも同じ大きさの力が発生する。一般的なカレンダ機構などのような大きなバネ負荷による逆回転を防止するには、負荷の大きさに見合うようにバネ力を大きく設定する必要があるが、正回転させる場合にも同じ大きさのバネ力が負荷として作用するため、ステップモータの消費電力はとても大きくなる。

本発明は、ロータの揺動運動を一定方向の回転運動に変換する機構において、外部負荷が正回転方向、逆回転方向のどちらに作用しても従動車の位置が変化しないようにして動作を確実にすると同時に、ロータの揺動運動により正回転方向に動作させる場合の消費電力を少なくすることが可能な連続運針用の揺動型のステップモータを提供することを目的とする。

本発明の揺動型ステップモータは、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。

２つの駆動車と、該駆動車の間に配置され、中心に対し揺動動作を行うロータと、を有し、該ロータは、駆動車の歯先円内に配置され、駆動車を送る送り歯面と、該送り歯面の歯先間を結ぶ曲面によって閉じて形成されたロータカム面を有するロータカナを有する揺動型ステップモータにおいて、２つの駆動車の中心を結んで形成された直線Ａを挟んで、ロータと対向する位置に配置され、２つの受け歯面と、該受け歯面の歯先を結ぶ曲線により形成されるカム面を有し、２つの駆動車の歯が受け歯面に当接することで、軸を中心に駆動される対向カムと、ロータと対向カムのそれぞれの運動中心を結んで形成された直線Ｂをニュートラル位置とし、該ニュートラル位置に対向カムを復帰させる復帰力を対向カムに与える復帰力発生機構を有する。復帰力発生機構は、機械的なバネ機構、あるいは磁気的に復帰力を発生させる機構よりなる。

このような揺動型ステップモータの構成にすることにより、大きな外部負荷が作用しても確実に動作し、低消費電力で連続運針を実現できる。もちろん輪列の減速比を見直せば連続運針だけでなく、ステップ運針にも適用できることは明らかである。

本発明の揺動型ステップモータで逆回転防止機構を除いた全体の構成を説明する全体図 本発明の揺動型ステップモータでロータと２つの駆動車のみ説明するために示した拡大図 第１実施形態の逆回転防止機構の構成を説明するために、２つの駆動車のそれぞれの歯車と、出力歯車、ステータ、ロータ永久磁石を除き、更に２つの駆動車のそれぞれの星車の一部を省略して示した上面図（代表図） 第１実施形態のロータが一方の星車を動作させ、出力歯車を正回転させる際の動作を説明するためのシーケンス図（ロータが時計回り方向に回転し、図右側の星車の歯に当接することで駆動する際の動作） ロータ非動作時に出力歯車から星車を逆回転させようとする負荷が作用した場合に対向カムによる逆回転の防止動作を説明するための拡大図 ロータ非動作時に出力歯車から星車を正回転させようとする負荷が作用した場合にロータによる正回転の防止動作を説明するための拡大図 第１実施形態の変形例で、円筒型圧縮コイルバネの配置の仕方を異なっていることを説明するための構成図（上に示す図はＣ−Ｃ断面の断面図） 第１実施形態の変形例で、復帰力発生機構として２つの板バネ用いた場合を説明するための構成図 第２実施形態の構成を説明するための構成図 第２実施形態の変形例の構成を説明するための構成図

以下、各実施形態を、図面を用いて説明する。
［第１実施形態］
まず、第１実施形態の揺動型ステップモータの構成について説明する。第１実施形態の特徴は、復帰力発生機構が機械的なバネ機構である点である。バネ機構としては、例えば円筒型圧縮コイルバネがある。本実施形態では、円筒型圧縮コイルバネで説明するが、板バネや線バネ、ねじりバネによって構成しても構わない。

［第１実施形態の構成の説明］
第１実施形態の揺動型ステップモータの構成は、図１−１、図１−２、図２を用いて説明する。図１−１は、本発明の揺動型ステップモータで逆回転防止機構を除いた全体の構成を説明する全体図であり、図１−２は、本発明の揺動型ステップモータでロータ１と２つの駆動車４のみ説明するために示した拡大図であり、図２は第１実施形態の逆回転防止機構の構成を説明するために、２つの駆動車４のそれぞれの歯車４０２と、出力歯車５、ステータ２、ロータ永久磁石１０１を除き、更に２つの駆動車４のそれぞれの星車４０１の一部を省略して示した上面図である。

第１実施形態の揺動型ステップモータは、揺動運動するロータ１と、ロータ１の揺動角度を規制する回転規制部材３と、２つの駆動車４と、一方の駆動車４に連動する出力歯車５とを有する。ロータ１は、２極に着磁されたロータ永久磁石１０１とカナ１０２により構成される。ロータ永久磁石１０１はステータ２に巻き回したコイル２０１で発生した磁界によりロータ１の軸を中心として揺動運動する。ロータ永久磁石１０１に固着されたカナ１０２は２つの送り歯面１０２１を有し、ロータ１の軸に対して所定の開き角度で設けられている。そして、この２つの送り歯面１０２１の間の空間を、２つの送り歯面１０２１の歯先間を結ぶ曲面によって閉じて形成されたロータカム面１０２２を有する。ロータ１が所定の揺動角度範囲内にて揺動運動を行なう際、ロータ１が一方向に揺動するとき、一方の送り歯面１０２１が一方の駆動車４を送り、ロータ１が他方向に揺動するとき、他
方の送り歯面１０２１が他方の駆動車４を送る。ロータカム面１０２２は常に２つの駆動車４の内いずれか一方の駆動車４の歯先円内に配置されるように形成されている。また、ロータ１の揺動運動の中心を挟んで、ロータカム面１０２２が形成された部分と反対側の部分にロータ１の半径方向外側に向けて突出したロータ突部１０２３が形成されている。回転規制部材３はロータ１の揺動角度範囲の両端において、ロータ突部１０２３が突き当たるように配置されている。２つの駆動車４は、それぞれロータ１の送り歯面１０２１が当接して所定の方向に駆動される星車４０１と、この星車４０１と同軸で固着される歯車４０２とで構成されており、２つの星車４０１は互いの歯先同士が噛合わない位置に設け、２つの歯車４０２は互いの歯先同士が噛合う位置に設けてあることで、２つの駆動車４が連動するように形成されている。出力歯車５の正回転方向を矢印ａ７０１の方向に設定し、この出力歯車５を正回転させる際の２つの駆動車４の回転方向を矢印ｂ７０２、矢印ｃ７０３の方向と設定する。

このような、ロータ１が２つの駆動車４を順次送ることにより、一方の駆動車４に連動している出力歯車５を所定の方向に所定角度ずつ回転させる揺動型ステップモータにおいて、対向カム６と復帰力発生機構とにより構成される逆回転防止機構とを有する。

対向カム６は、２つの受け歯面６０１１と、その受け歯面６０１１の歯先を結ぶ曲線により形成される対向カム面６０１２とを有する。対向カム６は、２つの星車４０１の中心を結んで形成された直線Ａ８０１を挟んで、ロータ１と対向する位置にあり、ロータ１のロータカム面１０２２と対向カム６の対向カム面６０１２とは、直線Ａ８０１を挟んで向かい合っている。対向カム６の受け歯面６０１１は星車４０１の歯と噛合う位置に設けられており、２つの星車４０１が対向カム６の受け歯面６０１１に当接することで、対向カム６は軸を中心に駆動される。また、対向カム面６０１２は常に２つの星車４０１の内、いずれか一方の星車４０１の歯先円内に位置されるように形成されている。

なお、対向カム６は、ロータのカナ１０２と同形状でよく、機械的バネ機構により復帰させる構造であるため、対向カム６の材質は基本的に不問であり、慣性量を下げることで消費電力も少なくするように、樹脂などでも構わない。

復帰力発生機構により、直線Ａ８０１に対して直交し、ロータ１と対向カム６のそれぞれの運動の中心を結んで形成された直線Ｂ８０２に対して、この直線Ｂ８０２をニュートラル位置として、そのニュートラル位置に対向カム面６０１２の中心が復帰するような復帰トルクを対向カム６に作用させることで対向カム６を揺動運動させる。

第１実施形態では特に、この復帰力発生機構が機械的なバネ機構であり、例えば円筒型圧縮コイルバネ９０１よりなる。円筒型圧縮コイルバネ９０１の一端は、対向カム６の揺動運動の中心を挟んで対向カム面６０１２が形成された部分と反対側の部分に、対向カム６の半径方向外側に向けて突出して形成されている対向カム突部６０１３に嵌合されている。円筒型圧縮コイルバネ９０１の他端は、動かないように固定されている。例えばステータ２が固定された土台に設けた孔部１０に嵌合させることで固定されている。この孔部１０の入り口にはテーパ１１０を設けるのが望ましい。

ここで円筒型圧縮コイルバネ９０１に設定するバネ力の大きさは、ロータ１が星車４０１と対向カム６を駆動する際に大きな負荷とならず、低消費電力で駆動出来るよう十分小さく設定すれば良く、対向カム６がニュートラル位置に復帰する際に対向カム６に作用する摩擦力に打ち勝つ程度の大きさに設定すれば良い。外部負荷の大きさを考え、その負荷に耐えうるように大きなバネ力の大きさに設定する必要はない。

［第１実施形態の作用の説明］
第１実施形態の作用は図３、図４−１、図４−２を用いて説明する。まず、ロータ１の動作により出力歯車５を正回転方向に駆動する際の動作について図３を用いて説明する。図３は、第１実施形態のロータ１が一方の星車４０１を動作させ、出力歯車５を正回転させる際の動作を説明するためのシーケンス図であり、ロータ１が時計回り方向に回転し、図右側の星車４０１の歯に当接することで駆動する際の動作を示す。図が見にくくならないように、図２と同様に出力歯車５、ステータ２、ロータ永久磁石１０１を省略し、また復帰力発生機構も省略している。しかし、以下の（１）〜（３）は特に記載しないが、第１実施形態の作用をするにあたって、下記は前提条件としてある。（１）図１に示したように出力歯車５は一方の駆動車４に連動しており、図右側の星車４０１が反時計回り方向に、図左側の星車４０１が時計回り方向に回転する場合を出力歯車５の正回転方向としている。（２）２つの星車４０１の動作はそれぞれ同軸に固着された歯車４０２により連動しており、図左側に示す星車４０１は図右側の星車４０１と同量分だけ回転する。（３）対向カム６には復帰力発生機構が作用しており、対向カム６の変位量に相当した復帰力が作用する。

ＳＴＥＰ１のロータ非動作状態から、ロータ１は時計回り方向に回転し始める。ＳＴＥＰ２において、ロータ１の送り歯面１０２１は図右側の星車４０１の歯に当接して、星車４０１を反時計回り方向に駆動する。星車４０１が駆動されると、星車４０１の歯は対向カム６の受け歯面６０１１に当接する。２つの星車４０１の動作はそれぞれ連動しており、図左側に示す星車４０１も図右側の星車４０１と同量分だけ、時計回り方向に回転する。ロータ１の回転動作が続き、ＳＴＥＰ３のように、対向カム６は時計回り方向に駆動される。対向カム６が駆動されることで、対向カム突部６０１３に嵌合された円筒型圧縮コイルバネ９０１が曲げ力を受けてたわみ始める。ロータ１と星車４０１の回転動作が更に続き、ＳＴＥＰ４において、星車４０１の歯は対向カム６の受け歯面６０１１より外れる。すると対向カム６に作用する円筒型圧縮コイルバネ９０１の復帰力により、対向カム６はその位置をＳＴＥＰ１のニュートラル状態に戻され、対向カム面６０１２の中心が直線Ｂ８０２のニュートラル位置になる。つまり、対向カム６を駆動した星車４０１の歯のすぐ後方に対向カム面６０１２が入る。そして、ＳＴＥＰ５において、ロータ突部１０２３が、回転規制部材３に突き当たり、動作を停止する。このように、ロータ１が一方向に９０［ｄｅｇ］程度回転することで,対向カム６はロータ１と同方向に一端１０［ｄｅｇ］程度回転した後、復帰力発生機構により再度ニュートラル位置まで戻る揺動運動をする。ロータ１が反時計回りに動作する時については、図３のシーケンス図を直線Ｂ８０２にて鏡面関係の配置をさせるだけで全く同じ動作をするため、ここでは特に記載しない。

続いて、ロータ非動作時に外部負荷が出力歯車５に作用し、それに連動した星車４０１が動かされようとした場合について図４−１、図４−２を用いて説明する。図４−１はロータ非動作時に出力歯車５から星車４０１を逆回転させようとする負荷が作用した場合に対向カム６による逆回転の防止動作を説明するための拡大図であり、図４−２はロータ非動作時に出力歯車５から星車４０１を正回転させようとする負荷が作用した場合にロータ１による正回転の防止動作を説明するための拡大図である。

星車４０１が外部負荷により逆回転方向（図右側の星車４０１が時計回り方向、図左側の星車４０１が反時計回り方向）に動かされようとした場合について説明する。ロータ非動作時、対向カム６は図４−１の状態、もしくは図４−１の状態を直線Ｂ８０２に対して鏡面配置した状態にあるが、図右側の星車４０１の歯が対向カム６に作用するか、図左側の星車４０１の歯が対向カム６に作用するかの違いであり、動作は全く同じであるため、ここでは図４−１の状態についてのみ説明する。図右側の星車４０１が時計回り方向に動かされようとした場合、星車４０１の歯は対向カム６の対向カム面６０１２に当接する。星車４０１の歯からの力は、対向カム面６０１２の直交成分と接線方向成分に分けられるが、その直交成分は対向カム６の揺動運動の中心の方向を向いており、対向カム６を回転
させるようには作用しない。また、接線方向成分は対向カム６を反時計回り方向に回転させようとするため、図右側の星車４０１の時計回り方向への動きを阻害しようと作用する。結果、図右側の星車４０１は対向カム６によって、時計回り方向に動くことを防止される。

次に星車４０１が外部負荷により正回転方向（図右側の星車４０１が反時計回り方向、図左側の星車４０１が時計回り方向）に動かされようとした場合について説明する。ロータ非動作時、ロータ１は図４−２の状態、もしくは図４−２の状態を直線Ｂ８０２に対して鏡面配置した状態にあるが、図左側の星車４０１の歯がロータ１に作用するか、図右側の星車４０１の歯がロータ１に作用するかの違いであり、動作は全く同じであるため、ここでは図４−２の状態についてのみ説明する。図左側の星車４０１が時計回り方向に動かされようとした場合、星車４０１の歯はロータ１のロータカム面１０２２に当接する。星車４０１の歯からの力は、ロータカム面１０２２の直交成分と接線方向成分に分けられるが、その直交成分はロータ１の揺動運動の中心の方向を向いており、ロータ１を回転させるようには作用しない。また、接線方向成分はロータ１を時計回り方向に回転させようとするため、図左側の星車４０１の時計回り方向への動きを阻害しようと作用する。結果、図左側の星車４０１はロータ１によって、時計回り方向に動くことを防止される。

［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。大きな外部負荷を対向カム面６０１２、もしくはロータカム面１０２２で受けるため、対向カム６をニュートラルに復帰させる力は十分に小さいため,ロータ１が動作し、出力歯車５を正回転方向に動作させる時、対向カム６による負荷は小さく、低消費電力で回転が可能である。また、外部負荷による力は、大きな接触面である対向カム面６０１２やロータカム面１０２２で受けるために、耐久性も高い。また、対向カム６やロータ１は星車４０１とのみ噛合うため、２つの駆動車４の構成要件であるそれぞれの歯車４０２については、１対１の減速比で連動していれば、どのような歯数に設定しても良く、２つの駆動車４を共通化しても構わない。また、復帰力発生機構が円筒型圧縮コイルバネ９０１であることで、コイルバネ長や巻きピッチによってバネ力の調整が容易であると同時に、板バネなどと異なり、組立工程でチャックされても容易につぶれることがなく、取り扱い易い。また、円筒型圧縮コイルバネ９０１を土台に設けたテーパ１１０のある孔部１０に設けることで、テーパ１１０の空間もバネの有効長として利用できるだけでなく、ステップモータに作用した不用意な衝撃力が加わった場合にも、バネが外れ難い。

［第１実施形態の変形例の説明］
次に、第１実施形態の変形例について図５−１を用いて説明する。図５−１は第１実施形態の変形例で円筒型圧縮コイルバネ９０１の配置の仕方を異なっていることを説明するための構成図であり、上に示す図はＣ−Ｃ断面の断面図である。変形例の特徴は、復帰力発生機構である円筒型圧縮コイルバネ９０１を２個用い、それらの円筒型圧縮コイルバネ９０１を対向カム６の揺動運動の中心軸と平行に配置している点であり、その他の構成および作用については第１実施形態と全く同じであるため、これらの説明は省く。

２個の円筒型圧縮コイルバネ９０１の一端をそれぞれ土台に固着し、もう一端では２個の円筒型圧縮コイルバネ９０１の外周部を対向カム突部６０１３の両脇に当接するように配置する。対向カム６が星車４０１により駆動されると対向カム突部６０１３により円筒型圧縮コイルバネ９０１はたわませられる。そのことで対向カム６をニュートラル位置に復帰させようとする復帰力が作用し、対向カム６は揺動運動する。

このように構成することで、復帰力発生機構について平面的な占有面積を小さくすることができる。

なお、これまで第１実施形態、及びその変形例において、円筒型圧縮コイルバネ９０１を対向カム突部６０１３に対して、勘合させる、あるいは当接させるなどして対向カム６にニュートラル位置に復帰させる構成について説明してきたが、対向カム突部６０１３位置に孔を設けて、円筒型圧縮コイルバネ９０１を係合させる構成としても構わないし、また接着固定する構成としてももちろん構わない。

また、対向カム突部６０１３の形状を復帰力発生機構の構成に合わせて変更しても構わない。例えば、図５−２に示すように復帰力発生機構として、2つの板バネ９０２を対向カム突部６０１３の左右面に当接させることで対向カム６をニュートラル位置に復帰させるように構成したとしても構わない。このように復帰力発生機構は板バネを用いても、またここには特に記載しないが線バネやねじりバネを用いても構わない。時計の機構の中で遥動型ステップモータ以外の輪列などの機構の配置に合わせて構造や配置を設定すればよい。

［第２実施形態］
続いて第２実施形態の揺動型ステップモータについて説明する。第２実施形態の特徴は、復帰力発生機構が、対向カム６を磁気的な保持力を復帰力として、ニュートラル位置に復帰させる点である。対向カム６に作用する復帰力の発生方法以外は、ロータ１の動作により出力歯車５を正回転方向に駆動する場合の作用や、ロータ非動作時に外部負荷が出力歯車５に作用した場合の作用も全く同じであるため、これらについての説明は省く。

［第２実施形態の構成の説明］
第２実施形態の揺動型ステップモータの構成は図６を用いて説明する。図６は第２実施形態の構成を説明するための構成図である。復帰力発生機構は対向カム磁気回路よりなる。対向カム磁気回路は、２極に着磁された対向カム永久磁石１１２と、磁性体よりなる対向カム６と、対向カム６が対向カム面６０１２から対向カム突部６０１３の長手方向が対向カム永久磁石１１２の磁極方向と同方向になった時に対向カム永久磁石１１２から発生した磁束が、対向カム６を最も通り易くなるように磁束の通る磁路として形成された対向カムヨーク１１１とにより構成される。また、この対向カム永久磁石１１２の磁極方向１１２１は、ロータ永久磁石１０１の磁極方向１０１１と同じになるように形成される。

［第２実施形態の作用の説明］
対向カム６が星車４０１により駆動されると対向カム突部６０１３は、対向カム永久磁石１１２より離れる方向に動く。そのために、対向カム磁気回路の磁気抵抗をより下げようと、磁性体である対向カム６には、磁気的な保持力が復帰力として作用し、対向カム６は揺動運動する。

［第２実施形態の効果の説明］
このように構成することで、磁気的な保持力の設定を対向カム６と対向カム永久磁石１１２との距離、あるいは対向カム永久磁石１１２の磁力によって設定を容易にできる。また、ここで設定される保持力は第１実施形態のような機械的なバネ機構９により設定されるバネ力よりも、バラツキを少なく、安定して設定できる。特にロータ１から近い輪列での力であるため、バラツキを少なく設定できることは、ステップモータの消費電力などの性能にばらつきが少ないことであり、効果が大きい。

また、一般的な時計の組立では異方性の磁石を用いたロータ１を未着磁のまま組付け、その後工程で適当な方向から磁界を印加し着磁を行うが、揺動型ステップモータの場合にはロータ１の揺動角度範囲が規制されているために、着磁する磁界の方向は規制されている。しかし、対向カム永久磁石１１２と、ロータ永久磁石１０１のそれぞれの磁極方向１
０１１と１１２１が同じであるため、着磁を同工程で行うことができるため、製造し易い。

また、第２実施形態の構成から対向カムヨーク１１１を取り除いたとしても、対向カム永久磁石１１２からのモレ磁束は多くなるが、対向カムヨーク１１１のあった空間を利用して、対向磁気回路１１は構成することも可能である。この場合、対向カム永久磁石１１２から対向カム６に作用する吸引力によって、対向カムの遥動運動の中心軸には復帰力に対して摩擦トルクの割合が増加するため、対向カム６を動作させるためにはより多くの消費電力が必要となるものの、同様の動作をさせることは可能である。このように、対向カムヨーク１１１が無い構造とすることで、組み立て易くなる。

［第２実施形態の変形例の説明］
次に、第２実施形態の変形例について、図７を用いて説明する。図７は第２実施形態の変形例の構成を説明するための構成図である。変形例の特徴は、第２実施形態では磁気的な保持力が作用するのが、磁性体の対向カム６に直接作用させていたものを、変形例では対向カム６と同軸に固着された磁性車１１３に作用させる点である。その他の構成及び作用については第２実施形態と全く同じであるため、これらの説明は省く。対向カム磁気回路は、２極に着磁された対向カム永久磁石１１２と、対向カム６に固着した磁性体からなる磁性車１１３と、磁性車１１３の長手方向が対向カム面６０１２から対向カム突部６０１３の長手方向と同じ方向を長手方向としており、この長手方向が対向カム永久磁石１１２と同じ方向になった時に、対向カム永久磁石１１２から発生した磁束が磁性車１１３を最も通り易くなるように形成された対向カムヨーク１１１とより構成される。また対向カム永久磁石１１２の磁極方向は、ロータ永久磁石１０１の磁極方向と同じになるように形成されている。

このように構成することで、星車４０１の歯から直接力をうけ、耐久性を必要とする対向カム６と、磁気的な保持力が作用し磁束の漏れの少ない高い透磁率の磁性材料であることが望ましい磁性車１１３とで材料や、熱処理を分けることができる。例えば、対向カム６には焼入焼戻により表面の硬化処理を行えるＳＫ材、磁性車１１３はパーマロイなどで応力による影響を熱処理で取り除いた材料にすることができ、より耐久性が高く、もれ磁束が少ないために小型に対向カム磁気回路が構成された揺動型ステップモータとすることができる。

１ ロータ
１０１ ロータ永久磁石
１０１１ ロータ永久磁石磁極方向
１０２ カナ
１０２１ 送り歯面
１０２２ ロータカム面
１０２３ ロータ突部
２ ステータ
２０１ コイル
３ 回転規制部材
４ 駆動車
４０１ 星車
４０２ 歯車
５ 出力歯車
６ 対向カム
６０１１ 受け歯面
６０１２ 対向カム面
６０１３ 対向カム突部
７０１ 矢印ａ
７０２ 矢印ｂ
７０３ 矢印ｃ
８０１ 直線Ａ
８０２ 直線Ｂ
９０１ 円筒型圧縮コイルバネ
９０２ 板バネ
１０ 土台に設けた孔部
１１０ テーパ
１１１ 対向カムヨーク
１１２ 対向カム永久磁石
１１２１ 対向カム永久磁石磁極方向
１１３ 磁性車

Claims (10)

1. ２つの駆動車（４）と、
   該駆動車（４）の間に配置され、中心に対し揺動動作を行うロータ（１）と、を有し、
   該ロータ（１）は、前記駆動車（４）の歯先円内に配置され、
   前記駆動車（４）を送る送り歯面（１０２１）と、該送り歯面（１０２１）の歯先間を結ぶ曲面によって閉じて形成されたロータカム面（１０２２）を有するロータカナ（１０２）を有する
   揺動型ステップモータにおいて、
   前記２つの駆動車（４）の中心を結んで形成された直線Ａ（８０１）を挟んで、ロータ（１）と対向する位置に配置され、
   ２つの受け歯面（６０１１）と、該受け歯面６０１１の歯先を結ぶ曲線により形成されるカム面（６０１２）を有し、
   前記２つの駆動車（４）の歯が前記受け歯面（６０１１）に当接することで、軸を中心に駆動される対向カム（６）と、
   前記ロータ（１）と前記対向カム（６）のそれぞれの運動中心を結んで形成された直線Ｂ（８０２）をニュートラル位置とし、
   該ニュートラル位置に前記対向カム（６）を復帰させる復帰力を前記対向カム（６）に与える復帰力発生機構を有する
   ことを特徴とする揺動型ステップモータ。
2. 前記復帰力発生機構が、機械的なバネ機構である
   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。
3. 前記対向カム（６）は、揺動中心を挟んだ前記カム面（６０１２）の反対側に、
   前記バネ機構からの復帰力を受けるための係止部（６０１３）を有する
   ことを特徴とする請求項２に記載の揺動型ステップモータ。
4. 前記バネ機構は、ニュートラル位置は前記直線Ｂ（８０２）と一致し、
   前記バネ機構は、前記対向カム（６）が揺動することでニュートラル位置から変形することで前記復帰力を発生させることを特徴とする請求項３に記載の揺動型ステップモータ。
5. 前記バネ機構は、前記係止部（突起６０１３）を挟んで、
   前記対向カム（６）の揺動運動の中心軸と平行に配置される
   ことを特徴とする請求項３に記載の揺動型ステップモータ。
6. 前記バネ機構は、円筒型圧縮コイルバネ（９０１）である
   ことを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１つに記載の揺動型ステップモータ。
7. 前記復帰力発生機構は、磁気的に復帰力を発生させる機構である
   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。
8. 前記対向カム（６）は磁性体で構成され、
   前記復帰力発生機構は、
   ２極に着磁された対向カム永久磁石（１１２）と、
   該対向カム永久磁石（１１２）から発生した磁束が、前記対向カム（６）を最も通り易くなるように磁束の通る磁路として形成された対向カムヨーク（１１１）とにより構成されることを特徴とする請求項７に記載の揺動型ステップモータ。
9. 前記対向カム永久磁石（１１２）の磁極方向（１１２１）は、
   前記ロータ（１）の永久磁石（１０１）の磁極方向（１０１１）と同じになるように形成されることを特徴とする請求項８に記載の揺動型ステップモータ。
10. 前記対向カム６が、同軸に固着された磁性体からなる磁性車（１１３）を有する
    ことを特徴とする請求項８に記載の揺動型ステップモータ。

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