WO2012032993A1 - 揺動型ステップモータ - Google Patents

Abstract

　星車を駆動するロータの所要回転角度を小さくし、空走を減少させ、駆動に要するエネルギの損失を減らし、高頻度の駆動を行っても消費電力を少なくし、動作が確実な揺動型のステップモータを提供する。　２つの星車を互いの歯先同士が噛み合わない位置に設け、ロータ軸が備えるロータカナは所定の開き角度をなす方向に２枚の送り歯を有し、ロータが一方向に運動するとき、２枚の送り歯の一方が一方の星車の歯の１つに当接してこの星車を送り、ロータが反対方向に運動するとき、２枚の送り歯の他方が他方の星車の歯の１つに当接してこの星車を送り、ロータが所定の角度範囲内にて揺動運動を行なうことによって、出力歯車を所定の方向に所定角度ずつ順次回転させるようにした。

Description

揺動型ステップモータ

　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。

　運動変換器を往復運動させ、または運動方向を転換することによって時計の輪列を駆動する従来技術は、下記特許文献１及び特許文献２に記載されるようなものが知られているので、これらについて順次検討を行った。

　図１６は特許文献１に示した従来技術に記載された電子時計の構成と作動の要部を示す平面図である。

　図１６において、左右方向に往復回転するロータ１６３には駆動カムの送り歯１６１４ａが一体化されており、また互いに噛み合う従動車１６１１と１６１２とを設け、送り歯１６１４ａの図示位置からの時計方向の回転で従動車１６１１を反時計方向に半歯分駆動する。噛み合っている相手方の従動車１６１２も同量だけ回転する。次に、送り歯１６１４ａの反時計方向の回転で従動車１６１２を時計方向に半歯分駆動する。この運動を反復することによって、５番車１６１３を一定の方向に定量ずつ回転させる。

　また、従動車の歯を位置決めする逆転止部材１６７、従動車の歯に衝突させて過大な振幅を防止する回転止めの歯１６１４ｂ、１６１４ｃも記載されている。

　図１７は、特許文献２に示した従来技術に記載された、電子時計の磁気的な逆脱進機の構成と作動の要部を示す平面図である。

　図１７において、２つの星車１７１の各歯は、歯先側が同極、回転軸１７２側が対極となるように磁化されており、かつ各星車と同軸で固着された２つの歯車１７３は互いに噛み合っている。そのため２つの星車１７１は磁気的吸引と反発力とにより図示の状態またはそれを左右反転した状態で安定している。以後、駆動源と常時噛み合うことなく、時刻選択的に駆動源と接触もしくは噛合いが発生する歯車のことを、星車と差別化して定義する。

　振動する永久磁石からなる回転振動子１７６に取り付けた磁石片１７４は往復運動をする。磁石片１７４の先端は、２つの星車１７１の歯先と同極性であるから、星車１７１の歯との磁気的反発力によって各星車を交互に駆動する。

　特許文献２に示した従来技術は、２つの歯車１７３に連動する２つの星車１７１を用いているため、図１６に示した特許文献１示した従来技術のように、２つの従動車と送り歯とが噛み合う必要がなく、星車１７１の歯形は、本来の送り作用のための最適設計を適用することができるという利点がある。

　ところで、ロータを揺動運動させて異なる方向にある２つの歯車を別々に駆動するという技術が知られている（例えば、特許文献３参照。）。

　図１８は、その特許文献３に示した従来技術に記載された、水晶時計の駆動機構の構成と作用の要部を示す平面図である。

　図１８に示したように、正転及び逆転が可能な電気機械変換器の回転軸に固着された駆動爪１８２５ａを備え、毎秒発生する正方向回転信号によって秒伝え車１８３３の歯を駆動し、これに連なる秒針と一体に動く秒針車１８２７によって秒送り表示を行う。

　一方、例えば、１０秒に１回、秒送りパルスの隙間に発生する逆方向回転信号によって逆転し、今度は分針及び時針に連なる４番車１８３４の歯を駆動する。

　つまり、駆動爪１８２５ａは、秒伝え車１８３３と４番車１８３４との２つの方向にその先端が向いており、駆動爪自体が２つある構成ともいえる。

　秒伝え車１８３３の歯と４番車１８３４の歯とは、駆動爪１８２５ａがそれぞれの正規な方向に運動する場合にのみ１歯分駆動されるが、反対方向に運動する場合には接触時に揺れるだけで送られることがないように、位置決め磁石１８４０により位置決めされている。

　このように、特許文献３に示した従来技術は、揺動運動を利用して歯車を送る機構ではあるものの、特許文献２に示した従来技術のように、従動車と連動する星車を備えた構成ではない。

特開昭５５－２０４６１号公報（第２頁、第２図） 特公昭３９－１０８９１号公報（第１～第２頁、第７図） 特開昭５３－８６２６９号公報（第２～第３頁、第３図）

　特許文献１に示した従来技術は、以下に示す３つの問題点が存在する。

　第１に、送り歯がその出発点、例えば、図１６で示したように送り歯１６１４ａが両従動車の軸の中点を向いた位置から、送られるべき従動車の歯に当接するまでの移動距離又はその移動に要するロータ１６３の回転角度がかなり長く、ロータ１６３の運動に無駄が多く、この過程でエネルギが空費される。

　なお、以下の説明では、上述の、送り歯の出発点から送られるべき従動車の歯に当接するまでの移動距離又はその移動に要する送り歯（ロータ）の回転角度を、空走距離又は空走角度と称することにする。

　これらは、要するに、ロータ軸などに設けた送り歯のような送り手段が、歯車や星車のような回転部材と当接するまでの距離や、その移動に関わるロータ軸や送り手段の回転角度を示すものである。以下の説明にあっては、これら空走距離や空走角度という概念を統合して、単に空走と称することもある。

　第２に、送り歯がその戻り行程で一旦送った同じ従動車の手前側の歯を引っ掛けて戻してしまう現象を防止するため、送り歯と従動車の歯との噛み合い深さが浅くなり、そのため、送り歯から従動車の歯への送り力の伝達効率が低下してしまう。

　なお、歯先に近い部分同士が接触摺動するとき、接触力の作用方向は歯車の接線方向から大きく傾き、また摺動摩擦も大きくなることが歯車理論から知られている。

　第３に、従動車の歯形は従動車同士の噛み合いおよび送り歯との噛み合いの２種類の噛み合いについて円滑さを満たす必要があり、歯形の自由度が制限される。

　特許文献２に示した従来技術は、従動車と連動する星車を用いているため、２つの従動車と送り歯とが噛み合う必要がなく、星車１７１の歯形の設計に自由度があり、最適設計とすることができる。しかし、以下に示す２つの問題点もある。

　第１に、特許文献１に示した従来技術の第１の問題と同様に、揺動運動による各星車を駆動する磁石片１７４の空走（磁石片１７４先端の空走距離、つまり回転振動子１７６の空走角度）が大きい。

　第２に、星車の磁気的な位置決め安定力や、磁石片からの磁気的な駆動力が果して十分に得られるかとの危惧があり、場合によってはきちんと歯車を送ることができず、結果として無駄なエネルギを消費してしまう可能性がある。

　このように、特許文献１に示した従来技術の問題点である、従動車と送り歯との噛み合せの問題は、星車を用いる特許文献２に示した従来技術が解決できるが、依然として、送り機構における送り歯の空走距離又はロータの空走角度が大きく、また星車への力の伝達に問題があり、無駄なエネルギの消費という問題は、解決されていない。

　そして、仮に、特許文献３に示した従来技術のように、ロータ軸に２つの駆動爪（送り歯）を設けた機構を特許文献２に示した従来技術に組み合わせたとしても、それだけでは送り歯の空走にかかわる無駄なエネルギの消費の問題は解決しない。

　本願発明は、ロータを揺動運動させる駆動であっても無駄なエネルギの消費をしない。

　星車を所定角度ずつ回転させるためのロータの所要回転角度を小さくし、空走距離や空走角度を減少することによって、駆動に要するエネルギの損失を減らし、高頻度の駆動を行っても消費電力を少なくすることができ、しかも動作が確実な揺動型のステップモータを提供することをその目的とする。

　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。

　ロータが所定の揺動角度範囲内にて揺動運動を行うことによって、２つの駆動車を順次送ることにより、出力歯車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、ロータは、２つの送り歯を有し、ロータが一方向に揺動するとき、一方の送り歯が一方の駆動車を送り、ロータが他方向に揺動するとき、他方の送り歯が他方の駆動車を送ることを特徴とする。

　このような構成にすれば、２つの送り歯がそれぞれの駆動車を駆動するため、空走を少なくすることができる。また、その送り歯が送りを担当する駆動車の歯にあらかじめ近づけておくことができるので、さらに空走を少なくすることができる。

　駆動車は、送り歯が当接して所定の方向に駆動される星車と、この星車と関連し合うように結合される歯車とで構成し、２つの星車は、互いの歯先同士が噛み合わない位置に設け、２つの歯車は、互いの歯先同士が噛み合う位置に設けるようにしてもよい。

　このような構成にすれば、送り歯が送る星車は、送り歯が確実に送れるような最適形状に設計できるから、動作が確実な揺動型ステップモータを実現することができる。

　２つの送り歯は、ロータの回転軸に対して所定の開き角度で設け、その所定の開き角度は、ロータが駆動力を受けずステータによる保持力のみの作用によりニュートラル位置にあるとき、２つの送り歯のうち一方の送り歯は、２つの星車のうちの一方の星車の歯の１つに第１の距離で近接し、他方の送り歯は、他方の星車の歯の１つに第１の距離よりも大きい第２の距離で近接する角度であるようにしてもよい。

　このような構成にすることより、空走を減ずる条件を更に明確にすることができる。

　また、ロータカナの２枚の送り歯の各々は、２つの星車の中心とロータの回転軸の中心とによって形成される三角形範囲の外側にあるようにしてもよい。

　このような構成にすることにより、空走を減ずる幾何学的条件を示すことができる。

　また、ニュートラル位置において、送り歯の一方とその前方にある一方の星車の１つの歯が最も接近しているとき、次の駆動にあっては、送り歯の一方が一方の星車の１つの歯を駆動し、その駆動が終了してロータが再びニュートラル位置に戻ったときには、送り歯の他方とその前方にある他方の星車の１つの歯が最も接近した状態に入れ替わり、更に次の駆動にあっては、送り歯の他方が他方の星車の１つの歯を駆動するようにしてもよい。

　このような構成にすることにより、空走を減ずる動作条件を明確にすることができる。

　また、ロータの永久磁石は、直径方向に極性を有し、与えられる駆動力は、前記ロータを１８０度回転させるには不足するように設定されているようにしてもよい。

　このような構成にすることにより、揺動型ステップモータの駆動エネルギの上限を設定することができる。

　また、２つの歯車は、２つの星車の各々へ同軸で固着されるようにしてもよい。

　このような構成にすれば、複雑な結合機構を設けることなく、星車と歯車とを連動して動かすことができる。もちろん、２つの星車同士の歯の接触を避け、動作を確実にすることもできる。

　また、２つの星車の各々と同軸で固着される２つの星車カナを設け、２つの歯車は、この２つの星車カナのそれぞれに連結し、互いに噛み合っているようにしてもよい。

　このような構成にすることにより、ロータから見た２つの歯車の慣性能率を小さくし、駆動の負荷を減らしてエネルギのロスを更に低減させることができる。

　また、各星車の軸とその歯を結ぶ方向は、各星車の軸とロータ軸とを結ぶ方向に対して互いに半ピッチずれているように、各星車の各々と各歯車との結合における角度関係が設定されており、揺動運動によって、各星車を交互に半ピッチずつ駆動するようにしてもよい。

　このような構成にすることにより、揺動型ステップモータによる送り動作を確実に行うことができる。

　また、ステータから電気機械的駆動力が与えられていないとき、星車の歯を所定位置に保つための保持手段を更に備えるようにしてもよい。

　このような構成にすることにより、非駆動時においても星車の歯の位置を安定させ、外乱の影響をなくし、次の確実な駆動を行わせることができる。

　また、保持手段は、星車の歯又は歯車の歯に直接又は間接的に作用する、永久磁石より成るようにしてもよい。

　このような構成にすることにより、星車の歯の位置を磁力で摩擦なく保持することができる。

　また、保持手段は、星車又は歯車の少なくとも１つに作用する、摩擦を伴うバネ部材であるようにしてもよい。

　このような構成にすることにより、保持手段の構造を簡素化することができる。

　また、歯車又は星車に噛み合う小歯車を設け、保持手段を小歯車に作用することで、星車または歯車に作用するようにしてもよい。

　このような構成にすることにより、保持手段を含む機構を小型化することができる。

　また、ロータの揺動角度を制限するための回転規制部材を更に備えるようにしてもよい。

　このような構成にすることにより、揺動角度が過大になることを確実に防止することができる。

　また、ロータは、ステータから与えられる電気機械的駆動力によって星車の歯を駆動し、駆動期間の終了後はステータからロータに作用する保持力によってニュートラル位置に復帰する運動を反復するようにしてもよい。

　このように構成すれば、複雑な機構を有さず、ニュートラル位置へ復帰させることができる。

　また、ロータがニュートラル位置に復帰する過程では、ロータを構成する永久磁石の運動によってステータに巻回したコイルに発生する誘起電圧を、揺動型ステップモータの動作判定信号として利用するようにしてもよい。

　このように構成することにより、モータの動作が正常であったか否かをチェックすることができ、その結果を駆動条件などにフィードバックすることによって、消費電力を減じながら、揺動型ステップモータの更に高度な動作制御を行わせることを可能にする。

　本願発明により、ロータ軸と連動する送り歯が、直接歯車を送らず、歯車と連動する星車を動作させるから、星車を所定角度ずつ回転させるためのロータの所要回転角度を小さくし、空走を減少することによって、駆動に要するエネルギの損失を減らし、高頻度の駆動を行っても消費電力を少なくすることができる。

　また、星車を最適設計することができ、送り歯と星車とを適する位置関係にできるから、歯車を確実に動作させることができる。

本発明の第１の実施形態の要部を説明する斜視図である。 第１の実施形態のステータおよびロータを説明する斜視図である。 第１の実施形態のステータおよびロータを説明する平面図である。 第１の実施形態のロータを説明する斜視図である。 第１の実施形態のロータ、星車および歯車を説明する斜視図である。 第１の実施形態の星車と歯車の位相関係を説明する平面図である。 第１の実施形態の動作の前半部を説明する要部平面図である。 第１の実施形態の動作の後半部を説明する要部平面図である。 第１の実施形態の保持手段を説明する要部平面図である。 第１の実施形態の回転規制部材を説明する要部平面図である。 第１の実施形態の回転規制部材を説明する斜視図である。 第１の実施形態の変形例を説明する要部平面図である。 ロータの回転動作の検証を説明するグラフである。 本発明の第２の実施形態の動作の前半部を説明する要部平面図である。 第２の実施形態の動作の後半部を説明する要部平面図である。 特許文献１に示した従来技術を説明する平面図である。 特許文献２に示した従来技術を説明する平面図である。 特許文献３に示した従来技術を説明する平面図である。 本発明の第３の実施形態のロータを説明する斜視図である。 本発明の第３の実施形態のロータを説明する、図１９における矢視Ａによる平面図である。 カム面の配置を説明する、図２０相当の平面図である。 実施例１，２によるロータの振れ角（揺動角度）とトルク伝達効率の関係を示すグラフである。 実施例３によるロータの振れ角（揺動角度）とトルク伝達効率の関係を示すグラフである。 カム面が星車の歯の歯先円内に位置した状態を説明する図である。 ロータの突部とこの突部が突き当てられる回転規制部材との関係を示す図である。 星車の後続する歯がカムに突き当たって過剰回転を防止する作用を示す図である。 本発明の第４の実施形態の、歯底凸部が追加的に形成されているロータを示す図２０相当の平面図である。 ロータが一方の星車を回転させた状態を示す図である。 他方の星車が逆回転負荷により戻るのを阻止する作用を説明する図である。

　揺動型ステップモータは、駆動車を星車と歯車とし、互いの歯先同士が噛み合わない位置に設けた２つの星車と、それに関連し合うように結合されると共に互いに逆回転するように設けた２つの歯車とを備えている。揺動運動するロータには、所定の開き角度で２つの送り歯が設けてある。送り歯は、その星車と当接して、ロータが動く向きに合わせてそれぞれの星車を押す。

　送り歯の開き角度は、ロータが駆動力を受けずニュートラル位置にあるとき、２枚の送り歯のうち一方の送り歯は、一方の星車の歯の１つに第１の距離で近接し、他方の送り歯は、他方の星車の１つに第１の距離よりも大きい第２の距離で近接する角度である。

　このような構成によって、星車の駆動を行うときに、空走を小さくし、ロータ動作範囲（回転角度）を狭くすることができ、無駄なエネルギ消費を低減するのである。

　実施形態については、駆動車を構成する星車と歯車とを同軸に配置した例を第１の実施形態とし、星車と歯車とを同軸に配置せず、他の歯車（カナ）を用いて軸をずらして配置している例を第２の実施形態として説明する。

　なお、駆動車は星車と歯車とで構成するものとしているが、第２の実施形態のように、他の歯車をも用いる構成もまた駆動車という概念である。

　また、ロータの送り歯は、ロータに直接設けているのでなく、ロータに送り歯を有するロータカナを設ける構成で説明する。

　以下、各実施形態を、図面を用いて説明する。各図にあっては、同一の構成には同一の符号を付与している。また、図面を見やすくするために符号を省略している場合があるため、説明にあって提示された複数の図面があるときは、適宜各図面を参照されたい。

　なお、本実施形態は時計に適用した場合を元にしているが、発明に関係のない構成、例えば、地板や受類、指針や駆動回路基板などの時計の構造部品については、説明や図示を省略している。

［第１の実施形態の説明：図１～図１１］
　本発明の揺動型ステップモータの第１の実施形態を図１～図１１を用いて説明する。まず、モータ構造を図１～図４を用いて説明する。

　図１には揺動型ステップモータの要部構成が示してある。

　図１において、１は磁性材料の板材より成るステータで、ステータＡ１１、ステータＢ１２より成り、両者はロータ穴１３の直径の両端部分で非磁性部材１４によって接合されている。１５は巻芯で、ステータに両端の膨大部で重なり止ネジ１９で図示しない地板にネジ止めされて緊定される。１７はコイルであり、１８は巻枠である。コイル１７は、巻枠１８の間に細線が巻回されているが、その細部は図面では省略している。

　図１に示す、５は引き磁石カナ、６は引き磁石である。３１は星車Ａ、３２は星車Ｂ、４１は歯車Ａ、４２は歯車Ｂ、４５は出力歯車である。４９は運針輪列である。

　図２に示す、２はロータ、２１はロータ磁石、２２はロータ軸、２３は送り歯Ａ、２４は送り歯Ｂ、２５はロータカナである。

　図２と図４とはロータ２の構成が詳述してある。

　ロータ２は、ロータ磁石２１、その回転軸となるロータ軸２２、ロータ軸２２と一体である２枚の送り歯Ａ２３、送り歯Ｂ２４より成る。ロータ磁石２１は、円筒形またはリング状で、その直径方向に磁化されている。

　送り歯Ａ２３、送り歯Ｂ２４は、ロータカナ２５の一部である。すでに説明したように、本実施形態の説明では、ロータ軸２２にロータカナ２５を設ける例を示しているため、送り歯とロータカナとが一体となる例を示している。もちろんこれは一例であって、ロータ軸２２を削り加工するなどして、送り歯Ａ２３と送り歯Ｂ２４とを備えるようにしてもよい。その場合は、２つの送り歯はロータ軸と一体となる。

　送り歯Ａ２３と送り歯Ｂ２４とは、ロータカナ２５の主要部分をなす。本発明におけるロータカナ２５は、歯が２枚のみであり、噛み合う相手歯車を双方向に回転させることができる普通の小歯車としての機能とは異なっているが、本発明においては、送り歯Ａ２３、送り歯Ｂ２４とそれらの歯底を繋ぐ部分をあわせてロータカナ２５とする。なお、他の実施形態や変形例についても同様である。

　なお、送り歯と歯底部分とは、ロータ軸２２と一体成形されてもよいし、別体であって、例えばリング状の歯底部分がロータ軸に挿入され固着結合されている構成であってもよい。

　送り歯２枚の送り歯の向きは、ロータ２の回転軸であるロータ軸２２の軸線に対して所定の開き角度を与えられている。これは、送り動作上適切と考えられる角度範囲内から選択されるもので、例えば、１３５度である。

　通常の全回転ステップモータにおいて採用される、例えば８枚の歯を有する普通のロータカナから、隣り合う２つの歯を切除し、切除していない２つの歯に囲まれる４つの歯を切除すると簡単に送り歯Ａ２３と送り歯Ｂ２４とを形成することができる。

　この送り歯Ａ２３と送り歯Ｂ２４との開き角度については、後に送り動作と関連させて詳述する。

　図３にはステータ１の構成が詳述してある。

　図３に示すように、コイル１７に駆動電流が与えられない非駆動状態では、ステータ１のロータ穴１３内で、ロータ穴１３に設けた異形部１６の作用により、ロータ磁石２１は、その磁化方向が非磁性部材１４の方向を向くように、ステータ１との間に磁気的復元力が作用している。この方向をロータ磁石２１のニュートラル方向と称することにする。なお、異形部１６は、いわゆる内ノッチと呼ばれる構成である。

　コイル１７に短時間駆動電流が加えられると、ロータ２は、駆動電流の極性に従っていずれかの方向に回転し、駆動電流がなくなると、磁気的復元力によりニュートラル方向に復帰する。駆動電流の大きさは、ロータ２の回転が１８０度に満たないように設定される。

　次に、コイル１７に極性が反対で同じ波形の駆動電流が加えられると、ロータ２は前と反対の方向に回転し、駆動電流がなくなると、磁気的復元力により、ニュートラル方向に復帰する。この揺動運動が反復される。
［駆動機構の説明：図１、図５、図６］
　次に、駆動機構について図１、図５、図６を用いて説明する。

　図５に示すように、４０ａ及び４０ｂは歯車軸である。４３はカナＡ、４４はカナＢである。指針を駆動するための出力歯車４５が、カナＢ４４に噛み合っている。

　星車Ａ３１と歯車Ａ４１とカナＡ４３とは、歯車軸４０ａにより同軸で設けてある。これにより、星車Ａ３１と歯車Ａ４１とが関連し合うように結合されている。

　同様に、星車Ｂ３２と歯車Ｂ４２とカナＢ４４とは、歯車軸４０ｂにより同軸で設けてあり、星車Ｂ３２と歯車Ｂ４２とが関連し合うように結合されている。出力歯車４５は、カナＢ４４と噛み合っている。

　星車Ａ３１、星車Ｂ３２の歯は同数で、互いの歯先同士が噛み合わない位置に設けている。そして、それぞれ送り歯Ａ２３、送り歯Ｂ２４の揺動運動によって交互に駆動される。歯車Ａ４１と歯車Ｂ４２との歯は同数で、両歯車は互いに噛み合っている。

　歯車Ｂ４２へ同軸で設けているカナＢ４４には出力歯車４５が噛み合っており、この構成により、両星車は一方が駆動されるとき他方も連動して同じだけ逆方向に回転する。つまり、星車Ａ３１と星車Ｂ３２とが交互に駆動されることによって、出力歯車４５が所定角度ずつ同じ方向に回転する。

　図１に示すように、運針輪列４９は、複数の歯車で構成しており、出力歯車４５と噛み合っている。これにより回転力が伝達され、時刻を指示する図示しない指針を運動させる。

　本発明の揺動型ステップモータは、２つの星車の回転を連動させる役割をそれらと同軸の歯車Ａ４１と歯車Ｂ４２とに担わせたので、星車Ａ３１と星車Ｂ３２との歯は互いに噛み合う必要はない。

　したがって、星車Ａ３１及び星車Ｂ３２の歯形は、送り歯Ａ２３及び送り歯Ｂ２４による駆動効率だけを考慮して設計すればよい。つまり、最適設計ができる。

　ところで、図５に示す歯車Ａ４１に設けたカナＡ４３は、図示しない指針を駆動する目的においては、使用しない。このカナＡ４３に、カナＢ４４と噛み合う出力歯車４５のような歯車を噛み合わせれば、カナＡ４３の回転を伝達できるから、時計の時刻報知やその他の指針の動作に利用できる。

　また、そのような利用を、カナＡ４３を用いて行わない場合でも、歯車軸４０ａに同軸でカナＡ４３を設けても構わない。そのようにすることで、歯車軸４０ｂに同軸で設けている星車Ｂ３２と歯車Ｂ４２とカナＢ４４との構成と同じになるから、回転体としてのバランスが良くなると考えられる。

　さらにまた、歯車Ａ４１とカナＡ４３とを一体とし、同様に歯車Ｂ４２とカナＢ４４とを一体とした部品としたときに、双方の部品の共通化も図れ、コストダウンにもなり便利である。
［２つの星車の位相関係の説明：図６］
　次に、星車Ａ３１及び星車Ｂ３２の歯の位相関係について図６を用いて説明する。

　図６に示すように、星車Ａ３１は歯車Ａ４１の背後にあり、歯車Ａ４１に設けた６つの穴からわずかに見える程度である。同様に、星車Ｂ３２も歯車Ｂ４２の背後にある。

　星車Ａ３１及び星車Ｂ３２の歯数は、共に２４枚とする。歯車Ａ４１及び歯車Ｂ４２の歯数は、共に４８枚とする。

　送り歯Ｂ２４は反時計方向に回転を開始した直後で、星車Ｂ３２の歯の１つにまさに当接し、その歯を押して駆動しているところである。

　星車Ａ３１の各歯は、歯車Ａ４１の歯の背後に隠れて図上では見えていないが、星車Ａ３１の中心Ｐ１（図５に示す歯車軸４０ａの中心でもある）から引いた仮想線である、歯の方向を表す放射線Ｌ３と重なる位置にある。

　星車Ｂ３２の各歯は、星車Ｂ３２の中心Ｐ２（図５に示す歯車軸４０ｂの中心でもある）から引いた仮想線である放射線Ｌ４と重なる位置にある。

　また、各星車の中心Ｐ１、Ｐ２からそれぞれロータ軸２２の中心Ｐ０を見たとき、Ｐ０は放射線Ｌ４の１本と重なるが、放射線Ｌ３のうち２本はＰ０を中央に挟むように位置する。即ち、各星車の軸とその星車の歯とを結ぶ方向は、各星車の軸とロータ軸とを結ぶ方向に対して互いに半ピッチずれているように、各星車の各々と各歯車との結合における角度関係が設定されていることになる。

　これは、ロータ２の揺動運動によって、各星車を交互に半ピッチずつ駆動するための構成である。この構成によって、送り歯Ａ２３と星車Ａ３１との関係と、送り歯Ｂ２４と星車Ｂ３２との関係と、が全く対称かつ力学的に同等に保たれ、円滑な駆動を行うことができる。

　なお、各星車の歯の位相をずらせたこの関係は、後述の説明にあっても同様である。

　ロータ２は、星車Ａ３１及び星車Ｂ３２と比べて小さくすることができ、ロータ２自体の慣性モーメントを小さくすることができることから消費電力低減が可能であるとともに、ロータ２と星車Ａ３１あるいは星車Ｂ３２との減速比を大きくとることができるためにロータ２に対して星車Ａ３１あるいは星車Ｂ３２の慣性モーメント影響を小さくすることができることから消費電力を低減することができる。
［ニュートラル位置及び送り動作の説明：図７、図８］
　次に、歯車の送り動作を図７及び図８を用いて説明する。

　図７及び図８は、揺動駆動の１サイクルにおいて、送り動作の要所となる各瞬間を描いたものである。各図において、図面を見やすくするため、本来立体的に配置されている各構成をできるだけ平面にして示した。つまり、構成上下側にあるロータ軸と星車の構成グループと、構成上下側にある歯車やカナや出力歯車の構成グループとを図面左右に分けて平面的に示している。

　なお、図面を見やすくするため、歯車と星車の歯数は、図６に示した例とは異なるものとしている。また本図では、出力歯車４５は、図６に示した例とは異なり、カナＡ４３の方に噛み合っている例を示している。

　図７（ａ）は、駆動の直前の状態を示し、図示しないロータ磁石２１は前述したニュートラル方向を向いている。このニュートラル方向とは、図３を用いて説明したように、コイル１７に駆動電流が与えられない非駆動状態では、ロータ穴１３に設けた異形部１６の作用により、ロータ磁石２１は、その磁化方向が非磁性部材１４の方向を向くように、ステータ１との間に磁気的復元力が作用しているためである。

　ロータ磁石２１、つまりロータ軸２２が所定のニュートラル方向を向いていれば、すなわちロータ磁石２１と一体のロータ軸２２に設けた送り歯Ａ２３及び送り歯Ｂ２４もまた所定の方向を示す。この図７（ａ）の位置がこの２つの送り歯のニュートラル位置となっている。

　図７（ａ）に示すように、このニュートラル位置では、送り歯Ａ２３及び送り歯Ｂ２４は、星車Ａ３１及び星車Ｂ３２の歯に、それぞれ接近している。このとき、送り歯Ａ２３と星車Ａ３１の歯とが近接する距離を第１の距離とし、送り歯Ｂ２４と星車Ｂ３２の歯とが近接する距離を第２の距離とすると、第１の距離よりも第２の距離の方が大きくなっている。

　図７（ａ）に示す例では、送り歯Ａ２３と星車Ａ３１の歯とは、わずかに接触しない程度まで近接しており、送り歯Ｂ２４は、星車Ｂ３２の歯間ピッチの中央位置付近に接近している。

　つまり、ここで、ロータ２が駆動されることによって運動する向きを前方と定義すると、送り歯Ａ２３のすぐ前方には、星車Ａ３１の歯の１つが最も接近した位置にある。送り歯Ｂ２４のすぐ前方には、星車Ｂ３２のすぐ前方にある歯とすぐ後方にある歯の間のピッチ中央位置付近が接近した位置にある。

　第１の距離及び第２の距離は、送り歯の長さや、星車の歯数や形状により異なるため、一概に数値で表すことできないが、ロータがニュートラル位置にあるときに、この第１の距離と第２の距離とが異なっていることが特徴である。

　ここで、中心をＰ０とするロータ軸２２の方向を、送り歯Ａ２３と送り歯Ｂ２４との開き角度の２等分線の方向として定義する。そして、星車Ａ３１の中心をＰ１、星車Ｂ３２の中心をＰ２とする。さらに、中心Ｐ１と中心Ｐ２とを結ぶ仮想線の線分をＬ２とし、ロータ軸２２のニュートラル方向を示す仮想線である直線Ｌ１を定義する。

　すると、直線Ｌ１が線分Ｌ２の垂直二等分線となっていることが、機構の幾何学的な対称性から望ましい。

　また、送り歯Ａ２３と送り歯Ｂ２４がニュートラル位置となっているとき、その位置は、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２の３点が形成する三角形範囲の外側、詳しくは三角形の頂角Ｐ０の外側にある。

　図７（ｂ）は、コイル１７に加えられた駆動電流により生じた駆動力により、ロータ軸２２がニュートラル方向から時計方向（図中右回り）に約４５度回転し、送り歯Ａ２３は、そのすぐ前方にある星車Ａ３１の１つの歯に当接し、星車Ａ３１を歯のピッチの半分の角度だけ回転駆動した状態を示している。

　送り歯Ａ２３は星車Ａ３１の１つの歯に近接した位置から回転をするため、空走はなく、駆動電流により生じた駆動力によってロータ２が回転する回転角度を狭くすることができるため、消費電力は低減可能である。

　図７（ｂ）に示す矢印は、各車の回転方向を表わしている。歯車Ａ４１と歯車Ｂ４２との噛み合いにより、駆動されない星車Ｂ３２も半ピッチ回転する。

　図７（ｃ）は、その駆動が終わり、ロータ磁石２１とステータ１との磁気的な復元回転力によりロータ軸２２が反時計方向（図中左回り）に戻り、ニュートラル方向に復帰した状態を示している。ロータ軸２２がニュートラル方向に復帰したので、すなわち、送り歯Ａ２３と送り歯Ｂ２４もニュートラル位置に復帰している。

　ただし、仔細に見れば、前のステップで送られた分だけ各星車や各歯車の角度は進んでいる。

　図８（ａ）は、図７（ｃ）と全く同じであるが、ニュートラル方向にあるロータ軸２２が反時計方向にこれから回転しようとしている状態を示している。

　このとき、送り歯Ａ２３と送り歯Ｂ２４と各星車の歯との距離関係が図７（ａ）とは変化し、送り歯Ｂ２４とその前方にある星車Ｂ３２の歯の１つとが最も接近する。送り歯Ａ２３は星車Ａ３１のすぐ前方にある歯とすぐ後方にある歯の間のピッチ中央位置付近に接近する。

　つまり、今度は、送り歯Ｂ２４と星車Ｂ３２の歯とが近接する距離を第１の距離とし、送り歯Ａ２３と星車Ａ３１の歯とが近接する距離を第２の距離とすると、この場合でも、第１の距離よりも第２の距離の方が大きくなっている。

　図８（ｂ）は、ロータ軸２２が駆動力により反時計方向に４５度回転し、送り歯Ｂ２４がそのすぐ前方にある星車Ｂ３２の歯を時計方向に歯のピッチの半分だけ回転させた状態を示す。

　図８（ｃ）は、駆動を終了し、各星車と各歯車は回転が進み、ロータ軸２２は磁気的復元力によりニュートラル方向（つまり、ニュートラル位置）に復帰した状態を示す。図８（ｃ）は各歯車の回転が進んでいることを除けば、図７（ａ）と変わらない。

　以上のように、本発明の揺動型ステップモータは、図７（ａ）～図８（ｃ）の状態を１サイクルとしてその運動を続けることで、出力歯車４５に接続されている指針を連続運針させる。
［２つ送り歯の角度の説明］
　次に、ロータ軸２２に設けた２枚の送り歯である、送り歯Ａ２３と送り歯Ｂ２４とに設定した開き角度などについて説明する。

　本発明の目的に対応させると、（１）各送り歯は、次に駆動されるべき星車の歯の１つに当接すべく大変接近していること、（２）なるべく小さな角度で星車の歯を半ピッチ分駆動できること、（３）駆動が終わった後の戻り行程で、送り歯が駆動された星車の歯の手前側の歯を引っ掛けないこと（多少は触れてもよいが、そのため星車が元の角度まで戻されてはならない）、等が重要であると考える。

　送り歯Ａ２３と送り歯Ｂ２４との開き角度、星車Ａ３１及び星車Ｂ３２の歯のピッチ、そして、それぞれの星車の歯形は、これらの条件である、星車の歯と送り歯との接近距離、星車の歯の所要角度、星車の歯と送り歯との実質的非干渉条件をバランスよく満たすようにしなければならない。

　特に、星車の歯と送り歯との実質的非干渉条件は、送り動作の確実性のため必須であると考えられる。

　すでに図示して説明した星車や歯車の歯数などは、本発明の揺動型ステップモータを搭載する指針式電子時計の大きさなどにより決まるから、一概に歯数値を定義したり、星車の歯の所要角度などを数値で規定することはできない。しかし、図６～図８の歯形やそれらの配置関係はその非干渉条件を満たしている。
［星車位置の保持手段：図１、図９］
　次に、星車や歯車の角度ずれを防止する保持手段について図１及び図９を用いて説明する。

　星車Ａ３１及び星車Ｂ３２のいずれも、送り歯Ａ２３や送り歯Ｂ２４により駆動されていない期間においては、各星車も歯車Ａ４１及び歯車Ｂ４２もフリーであると、外乱等によってその角度がずれ、次の駆動や動作に支障を来たす恐れがある。本発明の揺動型ステップモータは、それを防止するために保持手段を設けている。この保持手段は、歯車Ａ４１に噛み合せる機構を例にして説明する。

　図９は、保持手段を説明する平面図である。歯車Ａ４１は、磁性体より成る引き磁石カナ５が噛み合っている。引き磁石カナ５のその歯の１つに接近させて、直径方向に磁化した例えば円筒形またはリング状の永久磁石より成る引き磁石６を配置している。引き磁石カナ５の回転軸や引き磁石６は、図示しない地板上などに固定されている。

　引き磁石６は、引き磁石カナ５の最接近した歯を吸引してその位置を保たせようとするので、歯数を適切にしておけば、星車Ａ４１の歯を所定位置（駆動直前の位置）に位置決めすることができる。このような磁気的な保持手段は、摩擦損失がないので優れている。

　また、引き磁石６が、引き磁石カナ５の最接近した歯を吸引する際には、引き磁石カナ５を回転させるトルクが作用するため、引き磁石カナ５への回転トルクは歯車Ａ４１に作用し回転させることができる。そのため、駆動電流を流す時間を短くし、駆動電流により作用させるトルクによって動作する送り歯Ａ２３の動作範囲を狭くして、送り歯Ａ２３による歯車Ａ４１を回転させる角度を小さくしても、引き磁石６により作用するトルクによって歯車Ａ４１は必要な角度を回転することができることから、駆動電流を流して歯車Ａ４１を回転させる角度を低減することができ、低消費電力を達成することができる。

　この保持手段は、図９に示す例では、歯車Ａ４１側に設ける例を示したが、もちろんこれに限定されない。歯車Ｂ４２側に設けてもよいし、歯車Ａ４１側と歯車Ｂ４２側との両方に設けてもよい。

　スペース的な関係で磁気的な保持手段が設置できない場合等は、簡略版として、星車や歯車に摩擦手段を適用してそれを保持手段としてもよい。

　図示しないが、例えば、歯車軸に「針座」のような薄い皿バネを設けてもよいし、星車の歯の側面に側圧バネをかける、あるいは山形の頭部を持つバネ部材を星車の歯にかける等の機構も考えられる。
［回転規制部材：図１０、図１１］
　次に、ロータの異常な回転を防止する回転規制部材について図１０及び図１１を用いて説明する。

　本発明の揺動型ステップモータを腕時計に搭載するなどして、仮に腕時計が落下などしたとき、強い衝撃による外乱でロータが異常に回転してしまうことがある。例えば、１８０度回転してしまうと、次の揺動運動の位相（回転方向）が反転してしまい、動作に支障が生じる。本発明の揺動型ステップモータは、それを防止するために回転規制部材を設けている。

　図１０は回転規制部材を説明する平面図であり、図１１は斜視図である。これらの図に示すように、平面形状を三角形とする回転規制部材７を設けている。

　回転規制部材７は、ステータ１や図示しない地板などに固定され、その先端７ａを、図示しない送り歯Ａ２３と送り歯Ｂ２４の運動軌跡の内部に嵌入させたものである。図１０に示す例では、所定の開き角度を有する送り歯Ａ２３と送り歯Ｂ２４との間に先端７ａがある。

　なお、穴７ｂは回転規制部材７の軽量化のために設けたものであって、図示する例では、２個設けている。本発明の揺動型ステップモータを組み立てるときなどに、この穴７ｂがあると、そこを通して下側の部材が見えて便利でもある。

　このような構成にすれば、回転規制部材は送り歯に干渉してその運動範囲が確実に規制できる。

　なお、図１１は、図１と同じ方向からみた斜視図であり、回転規制部材７をコイル１７の傍に設けるような例を示しているが、もちろんこれは一例であって、他の任意の手段を用いてもよい。例えば、回転規制部材７を棒状とし、ステータＡ１１又はステータＢ１２に終端部分を固定し、その先端７ａを送り歯Ａ２３と送り歯Ｂ２４の運動軌跡の内部に嵌入させるようにしてもよい。

　回転規制部材７には複数の穴７ｂが設けている点からも分かるように、特に強度が必要な部材ではないため、送り歯の異常な回転を防止できれば、その形状を自由に変更できる。
［第１の実施形態の変形例の説明：図１２］
　次に、第１の実施形態の変形例を図１２を用いて説明する。

　図１２は、揺動駆動の１サイクルにおいて、送り動作の要所となる各瞬間を描いた要部平面図である。この図においても図７及び図８に示す例と同様に、図面を見やすくするため、本来立体的に配置されている各構成をできるだけ平面にして示した。つまり、構成上下側にあるロータ軸と星車の構成グループと、構成上下側にある歯車や出力歯車の構成グループとを図面左右に分けて平面的に示している。

　第１の実施形態の変形例は、星車Ａ３１及び星車Ｂ３２の歯数を極めて少なくしたものである。図１２に示す例では、その歯数を５枚とした。

　図１２において、星車Ａ３１と歯車Ａ４１とは、歯車軸４０ａにより同軸に設けてある。同様に、星車Ｂ３２と歯車Ｂ４２とは、歯車軸４０ｂにより同軸に設けてある。出力歯車４５は、カナを介さず歯車Ａ４１に直接噛み合わせている。

　すでに説明したように、ロータ軸２２の中心をＰ０、星車Ａ３１の中心をＰ１、星車Ｂ３２の中心をＰ２とし、中心Ｐ１と中心Ｐ２とを結ぶ仮想線の線分をＬ２とし、ロータ軸２２のニュートラル方向を示す仮想線である直線Ｌ１を定義するが、すでに説明した例とは、送り歯Ａ２３及び送り歯Ｂ２４の向きが異なっている点に注意されたい。このときの開き角度は約１１０度である。これら送り歯の位置は、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２の３点が形成する三角形範囲の外側にあることは変わらない。

　また、歯車Ａ４１、歯車Ｂ４２、出力歯車４５の特定の歯の１つに黒丸で表わした標識Ｍを付し、その回転角度を順次追うことができるようにしてある。

　なお、図１２は、図７及び図８を用いた説明を更に簡略化し、揺動駆動の１サイクルを図１２（ａ）～図１２（ｄ）に表している。

　図１２（ａ）は、１サイクルの揺動駆動の開始直前、ロータ軸２２がニュートラル方向にある状態を示している。

　最初に送られる星車Ｂ３２の歯は、図中に一点鎖線で示す送り歯の回転軌跡Ｒにあって送り歯Ｂ２４の前方にある。他方の星車Ａ３１の歯は半ピッチずれて送り歯の回転軌跡Ｒから外れている。

　図１２（ｂ）は、送り歯Ｂ２４が反時計方向（図中左回り）にθ１回転し、星車Ｂ３２を半ピッチ駆動した状態を示している。角度θ１は、約５０度である。

　図１２（ｃ）は、前半の駆動が終わり、ロータ軸２２が磁気的復元力によってニュートラル方向に復帰した状態を示している。

　図１２（ｄ）は、送り歯Ａ２３は時計方向（図中右回り）にθ１回転し、星車Ａ３１を半ピッチ駆動した状態を示している。その後更に磁気的復元力により、ロータ軸２２と各星車の歯は図１２（ａ）の状態に戻り、揺動の１サイクルによる駆動を終わる。ただし、各歯車の回転は進んでいる。もちろん、各送り歯は復元過程で駆動した歯以外の歯と干渉することがない。

　以上説明したように、本発明の揺動型ステップモータは、星車Ａ３１や星車Ｂ３２の歯数、送り歯Ａ２３及び送り歯Ｂ２４の向きやその開き角度を自由に変えることができる。大切なことは、各要素の位置関係であり、星車の歯数や送り歯の角度などは、本発明の揺動型ステップモータを搭載する指針式電子時計の仕様などに応じて自由に変更できる。
［回転動作の検証の説明：図１～図３、図１３］
　次に、本発明の揺動型ステップモータから抽出される信号を用いて、動作の検証を行う技術について、主に図１３の波形グラフを用いて説明する。

　図１３において、８は検出パルス、１０及び１１はコイルを流れる電流の波形である。

　図１３は、１回の駆動の際にコイル１７を流れる電流の波形を示したものである。この信号は、コイル１７から得られるものであるから、知られている電流検出回路を用いて簡単に取り出すことができる。

　グラフに図示した波形は、ステータ１から駆動電流が印加されロータ２が一方向に駆動されている期間Ｔ１（波形１０）、１回の（片側の）駆動が終わり、復元力によってロータ２が減衰振動しながら逆起電力を発生し、ニュートラル方向に収束する期間Ｔ２（波形１１）より成る。その後は省略する。

　期間Ｔ１の波形１０が鋭く変動しているのは、その期間中細かい数個の分割されたパルスとして断続的な駆動電圧がコイル１７に印加されたためである。このような駆動方式も全回転型のステップモータにおいてよく行われるものであるが、もちろん適当な幅の単一のパルスを用いて駆動してもよい。

　所期の駆動が行われたか否かの検証は、期間Ｔ２内でなされる。自由振動によって生じる逆起電力の波形は、駆動が余裕をもって力強く行われた場合に振幅が大きく、そうでない場合は振幅が小さい。期間Ｔ２内では一定の幅でテストパルス８が発生している。一方、波形１１が所定の検出レベル（例えば、０．１ｍＡ）以上となったテスト期間Ｔ３内に入った検出パルス８の本数を知られている計測回路で計測する。図１３に示す例では、図中実線８ａで示すテストパルスが所定の検出レベルを超えており、その数は４本である。

　例えば、このテストパルス数４本を正常な数と定義し、期間Ｔ１にて正常に駆動（送り動作）がなされたとする。そうして、直前と同じ波形（かつ逆極性）の駆動パルスを次回も印加する。

　例えば、期間Ｔ３内の検出パルス数が１～３本であったとすると、回転不足と判定し、次回は駆動パルスの幅、数、電圧のいずれかを増強する。

　また、期間Ｔ３内の検出パルス数が０本であったならば、非回転と判定し、再度同方向のパルスを供給して駆動をやり直す。

　そして、期間Ｔ３内の検出パルス数が５本であったとすると、過回転であると判定し、次回の駆動パルスはエネルギをダウンさせる。
また、コイルに流れる電流波形を用いて回転検出する方法として、回転規制部材７に送り歯Ａ２３又は送り歯Ｂ２４が衝突する程度の駆動パルスを印加して、衝突した際の電流波形変化を捉えることで、確実に必要な角度を回転したことを判断することもできる。
さらに、コイルに流れる電流波形のピーク値を捉えて、そのピークとピークの時間間隔と回転角度との相関データから必要な角度を回転したかどうかを判断することもできる。

　以上のように、本発明の揺動型ステップモータも、知られているステップモータと同様に、１回の駆動の際にコイルに流れる電流波形を用いて動作の検証を行うことができる。

［第２の実施形態の説明：図１４、図１５］
　次に、本発明の揺動型ステップモータの第２の実施形態を、動作の説明図を兼ねた要部平面図である図１４、図１５を用いて説明する。

　第２の実施形態とすでに説明した第１の実施形態との主な相違点は、歯車Ａ４１及び歯車Ｂ４２が星車Ａ３１及び歯車Ａ４１と関連し合うように結合されていることには変わりはないが、歯車Ａ４１及び歯車Ｂ４２は、歯車軸４０ａ及び歯車軸４０ｂと同軸ではなく、別の歯車（カナ）を介して接続しているという点である。

　まず、構成を説明する。

　図１４、図１５に示すように、４０ｃは歯車軸である。４６はカナＣ、４７はカナＤ、４８はカナＥである。カナＣ４６と星車Ａ３１とは、図示しない歯車軸４０ａに同軸に設けてある。同様に、カナＤ４７と星車Ｂ３２とは、図示しない歯車軸４０ｂに同軸に設けてある。カナＥ４８と歯車Ａ４１とは、歯車軸４０ｃに同軸に設けてある。

　なお、星車Ａ３１及び星車Ｂ３２と送り歯Ａ２３及び送り歯Ｂ２４との関係は、すでに説明した第１の実施形態と同じである。

　歯車Ａ４１はカナＣ４６と噛み合っており、歯車Ｂ４２はカナＤ４７と噛み合っている。そして、第１の実施形態と同様に、歯車Ａ４１と歯車Ｂ４２とが噛み合っている。出力歯車４５は、カナＥ４８と噛み合っており、更に図示しない輪列機構に接続し、指針を駆動する。図１４は平面図であるから、星車と歯車との位置関係が見にくいが、出力歯車４５は、カナＥ４８にのみ噛み合っている。

　図１４に示す構成とすでに説明した図１に示す構成とでは、図面を見やすくするため出力歯車４５の歯数は同じとしているが、図示しない指針を正しく駆動するため、出力歯車４５の減速比を適するものにすることは言うまでもない。

　このように、第２の実施形態は、歯車Ａ４１及び歯車Ｂ４２を星車Ａ３１及び星車Ｂ３２と同軸にせず、双方をカナＣ及びカナＤにより接続し、減速させた構成とすることにより、ロータ軸２２から見た歯車Ａ４１、歯車Ｂ４２の慣性能率は速度比の２乗に反比例して減少し、ロータ軸２２の慣性負荷を少なくすることができる。これにより、本発明の揺動型ステップモータの第２の実施形態では、第１の実施形態に比べて、その駆動を一層容易にし、所要エネルギを更に減少させることができる。

　次に、動作を説明する。

　図１４、図１５の動作の説明は、図７及び図８を用いて説明した第１の実施形態の動作の説明に準ずるので、簡略に行う。

　図１４（ａ）は動作直前の、ロータ軸２２がニュートラル方向にある状態を示している。送り歯Ａ２３及び送り歯Ｂ２４もまたニュートラル位置にある。このニュートラル位置では、送り歯Ａ２３のすぐ前方には星車Ａ３１の歯の１つが最も接近した位置にあり、送り歯Ｂ２４とその前方にある星車Ｂ３２の１つの歯との距離は、比較的接近しているもののやや遠い。

　図１４（ｂ）は、コイル１７に加えられた駆動電流により生じた駆動力により、ロータ軸２２がニュートラル方向から時計方向に約４５度回転し、送り歯Ａ２３は、そのすぐ前方にある星車Ａ３１の１つの歯に当接し、星車Ａ３１を半ピッチだけ回転駆動した状態を示している。図中の矢印は回転方向を示している。

　図１４（ｃ）は、その駆動が終わり、ロータ磁石２１とステータ１との磁気的な復元回転力によりロータ軸２２が反時計方向に戻り、ニュートラル方向に復帰した状態（但し、歯は進んでいる）を示している。

　図１５（ａ）は、図１４（ｃ）と全く同じであり、次の反対側への駆動の直前状態である。ニュートラル方向にあるロータ軸２２が反時計方向にこれから回転しようとしている状態を示す。

　このとき、送り歯Ａ２３と送り歯Ｂ２４と各星車の歯との距離関係が図１４（ａ）とは変化し、送り歯Ｂ２４とその前方にある星車Ｂ３２の歯の１つとが最も接近し、送り歯Ａ２３とその前方にある星車Ａ３１の歯の１つとの距離は比較的接近してはいるもののやや遠くなる。

　図１５（ｂ）は、ロータ軸２２が駆動力により反時計方向に４５度回転し、送り歯Ｂ２４がそのすぐ前方にある星車Ｂ３２の歯を時計方向に歯の半ピッチだけ回転させた状態を示す。

　図１５（ｃ）は、駆動を終了し、各星車と各歯車は回転が進み、ロータ軸２２は磁気的復元力によりニュートラル方向に復帰した状態を示す。図１５（ｃ）は各歯車の回転が進んでいることを除けば、図１４（ａ）と変わらない。

　以上説明した実施形態では、駆動車は星車と歯車とで構成するものとして説明したが、駆動車をどちらか一方で構成してもよい。例えば、歯の形状や大きさを適するものとした星車で構成してもよい。

　大切なことは、ロータには２つの送り歯を有しており、このロータが一方向に揺動するとき、一方の送り歯が一方の駆動車を送り、ロータが他方向に揺動するとき、他方の送り歯が他方の駆動車を送るということである。
［その他の変形例］
　以上、説明した実施形態及び変形例以外に、本発明の作用や効果を損なわない範囲で許容される種々の変更の可能性について述べる。
（１）２枚の送り歯の形状、ニュートラル状態における待機位置、２つの星車の歯数又は歯形を非同一とする構成。
（２）ロータ軸２２のニュートラル方向を非対称とする構成。例えば、ニュートラル方向を示す直線Ｌ１がＰ１、Ｐ２の垂直二等分線ではない場合。
（３）ロータ磁石２１のニュートラル位置にあるとき、磁極がステータＡ１１とステータＢ１２との接合部である非磁性部材１４の方向から逸れた方向を向くようにする構成。この場合、駆動力を揺動回転方向により駆動力を異ならせるため、交互に発生する駆動パルスの波形も異ならせる場合があり得る。
（４）２枚の星車の歯のピッチのずれを、半ピッチではないピッチとする構成。
（５）駆動の頻度が低い（例えば毎秒１～数回）場合でも、慣性負荷を抑えることにより、ロータが全回転する従来のステップモータよりも低消費電力化をはかることができる可能性がある。

　上述した各実施例１，２（第１の実施形態、その変形例、第２の実施形態）は、星車３１，３２をそれぞれ押してこれら星車３１，３２を送る送り歯２３，２４が文字通り歯車の歯の形状を呈したものであるが、本発明の揺動型ステップモータにおける送り歯はその形態のものに限定されるものではない。

　すなわち、例えば図１９の斜視図および図２０の平面図に示すように、送り歯２３，２４がカム２７として形成されていてもよい。

　つまり、図示のカム２７は、前述の各実施例で示された２つの送り歯２３，２４の間の空間２６が、２つの送り歯２３，２４の歯先間を結ぶ曲面によって閉じられて形成されたものとして捉えることができる。

　そして、各送り歯２３，２４の、星車３１，３２にそれぞれ当接する面（歯面）が、カム２７の両端のカム面２７Ａ、２７Ｂとして形成されていて、ロータ２の回転により、カム面２７Ａが星車３１を送り、カム面２７Ｂが星車３２を送る。

　なお、カム２７も送り歯２３，２４と同様に、ロータカナ２５の一部である。

　また、このロータカナ２５の、ロータ２の揺動運動の中心Ｐ０を挟んでカム２７が形成された部分と反対側の部分に、ロータ２の半径方向外側に向けて突出した突部２８が形成されている。

　この突部２８は、後述する回転規制部材５０に突き当てられて、ロータ２の揺動角度範囲を物理的に規制するものである。

　前述した各実施例では、ロータ２の揺動に起因した送り歯２３，２４による星車３１，３２の送りの方向は、各送り歯２３，２４が当接する星車３１，３２の歯同士を近づける方向に送っている。

　これは、図７（ａ）に示すように、これらの実施例のロータ２の２つの送り歯２３，２４が、２つの星車３１，３２の中心Ｐ１，Ｐ２とロータ２の揺動運動の中心Ｐ０とを結んで形成される三角形の外側領域に配置されているためである。

　一方、本実施例３では、図２１に示すように、ロータ２のカム２７（少なくともカム２７の両端の２つのカム面２７Ａ，２７Ｂ）が、２つの星車３１，３２の中心Ｐ１，Ｐ２とロータ２の揺動運動の中心Ｐ０とを結んで形成される三角形（一点鎖線で示す）の内側領域に配置されている。

　そして、ロータ２が揺動運動の中心Ｐ０回りに図示反時計回りに揺動したときは、カム面２７Ａが星車３１の歯を押圧して、星車３１を中心Ｐ１回りに時計回りに回転させる。ロータ２が揺動運動の中心Ｐ０回りに図示時計回りに揺動したときは、カム面２７Ｂが星車３２の歯を押圧して、星車３２を中心Ｐ２回りに反時計回りに回転させる。

　この結果、ロータ２の揺動に起因したカム面２７Ａ，２７Ｂによる星車３１，３２の送りの方向は、各カム面２７Ａ，２７Ｂが当接する星車３１，３２の歯同士を遠ざける方向に送る。

　このように、ロータ２のカム２７が２つの星車３１，３２の中心Ｐ１，Ｐ２とロータ２の揺動運動の中心Ｐ０とを結んで形成される三角形の内側領域に配置されている構造によると、カム面２７Ａと星車３１の歯とを極めて近接させることができ、また、カム面２７Ｂと星車３２の歯とを極めて近接させることができるため、カム面２７Ａが星車３１の歯に当接するまでに要する空走距離を前述の各実施例のものよりさらに短くすることができる。

　同じく、カム面２７Ｂが星車３２の歯に当接するまでに要する空走距離も前述の各実施例のものよりさらに短くすることができる。

　したがって、空走距離を短縮することによる、消費電力の低減を実現することができる。

　また、実施例３のカム面２７Ａ，２７Ｂと星車３１，３２の歯の歯面との当たり始めにおいては、歯面の歯形円弧のうち半径の大きい円弧部分で接触するのに対して、実施例１の送り歯２３，２４の歯面と星車３１，３２の歯の歯面との当たり始めにおいては、歯面の歯形円弧のうち半径の小さい円弧部分で接触するため、実施例１では図２２に示すように、当たり始め（ロータ２の振れ角１５度）におけるロータ２から星車３１，３２へのトルク伝達効率は約４２［％］であるのに対して、実施例３では図２３に示すように、当たり始め（ロータ２の振れ角－４５度）におけるロータ２から星車３１，３２へのトルク伝達効率は約８２［％］と格段に大きい。

　したがって、実施例３は、静止状態の星車３１，３２をロータ２によって回転させ始めるときの駆動能力が実施例１よりも向上していることになり、この点でも、電力の利用効率を向上させることができる。

　なお、ロータ２と星車３１，３２との当たり始めから当たり終わりまでの全域（実施例１ではロータ２の振れ角１５～６０度の範囲、実施例３ではロータ２の振れ角－４５～０度の範囲）でのトルク伝達効率の変動幅も、実施例３の方が実施例１よりも小さいため、ロータ２および星車３１，３２の歯にそれぞれ作用する疲労を実施例１よりも低減させることができ、耐久性を向上させることができる。

　また、歯車の停止位置が想定された位置からずれた場合であっても、高い伝達効率を維持することができるため、安定動作が可能である。

　さらに、ロータ２の大きさを小さくすることができるため、慣性モーメントを小さくすることができ、揺動させるのに都合がよい。

　さらに、ロータ２の小型化により、星車３１，３２と連動する歯車４１，４２との関係で減速比を大きく設定することができ、これにより消費電力の一層の低下を実現することができる。

　本実施例３におけるロータ２のカム面２７Ａ，２７Ｂ間の、揺動運動の中心Ｐ０回り角度θは、例えば４５度であるが、本発明におけるカム面間の角度は必ずしもこの角度に限定されるものではなく、星車３１，３２に形成された歯の高さやロータ２の揺動運動の中心Ｐ０からカム２７の外周面までの半径方向に沿った距離等に応じて適宜設定することができる。

　本実施例３におけるカム２７は、図２４に示すように、その両端に形成された２つのカム面２７Ａ，２７Ｂのうち少なくとも一方が常に、２つの星車３１，３２のうちいずれか一方の星車３１または星車３２の歯先円（図２４において二点鎖線で示す）内に配置されるように形成されている。

　これは、ロータ２がニュートラル位置の状態においても同様であり、この結果、上述したカム面２７Ａ，２７Ｂの送り動作により駆動された星車３１，３２が、その回転の勢い（慣性）で過剰に回転しようとしても、星車３１または星車３２の歯が、少なくとも一方の星車３１，３２の歯の歯先円内に侵入した状態のカム２７に当たって、その過剰回転の勢いが滅失されるため、星車３１，３２の過剰回転を阻止することができ、星車３１，３２の過剰回転による精度低下を防止することができる。

　また、本実施例３の揺動型ステップモータは、図２５に示すように、ロータ２の揺動角度範囲（例えば、－４５～０度）の両端において、ロータ２の突部２８に突き当てられる回転規制部材５０が備えられているため、ロータ２自体が揺動角度範囲を超えて過剰に回転しようとしても、揺動角度範囲の両端において突部２８が回転規制部材５０に物理的に突き当たるため、ロータ２が揺動角度範囲を超えて過剰に回転するのを確実の阻止することができる。

　しかも、回転規制部材５０は、突部２８の長さ（ロータ２の半径方向に沿った長さ）に応じた、ロータ軸２２からの距離の位置に配置することができるため、突部２８の長さは短く設定することができ、これによりロータ２の全体の大きさを小型化してロータ２の慣性モーメントを小さくすることができ、低消費電力化が達成することができる。

　さらに、カム２７は、ロータ２の揺動角度範囲の両端において、すなわち、突部２８が回転規制部材５０に物理的に突き当たっている状態において、星車の歯に当接した側のカム面（図２５においては星車３１を回転させた側のカム面２７Ａ）とは反対側（他方の星車に当接する側）のカム面（図２５においてはカム面２７Ｂ）が、そのカム面が当接した歯に後続する歯（回転方向に沿って後続する歯）に近接した状態で、この星車の歯の歯先円内に侵入した状態となるため、図２６に示すように星車３１が過剰に回転したとしても、後続する歯が歯先円内に侵入したカム面２７Ｂに当たり、その過剰な回転動作が継続するのを防止することができる。

　しかも、後続する歯がカム面２７Ｂに当たるまでに回転した過剰な回転量（角度）は、後続する歯が本来停止すべきであった角度位置から、カム面２７Ｂに接した角度位置までの僅かな角度であるため、過剰な回転量をごく小さいものに抑えることができる。

　図２７は、本発明の揺動型ステップモータの第４の実施形態（実施例４）であり、実施例３のロータ２において、カム２７の２つのカム面２７Ａ，２７Ｂの間の、ロータ２の揺動運動の中心Ｐ０回りの空間のうち両カム面２７Ａ，２７Ｂを除いた領域（カム面２７Ａ，２７Ｂが、対応する星車３１，３２に接してこれら星車３１，３２を回転させる機能を発揮するのに必要な領域を除いた領域）に、２つのカム面２７Ａ，２７Ｂのうち一方のカム面２７Ａ（またはカム面２７Ｂ）が一方の星車３１（または星車３２）に接している状態のとき他方の星車３２（または星車３１）の歯先円内に侵入する歯底凸部２９Ａ，２９Ｂが形成されているものである。

　すなわち、例えば図２８に示すように、ロータ２が図示時計回りに揺動して、一方のカム面２７Ｂが一方の星車３２の歯に接し、この星車３２を図示反時計回りに回転させた状態のとき、星車３２に当接していたカム面２７Ｂとは反対のカム面２７Ａ側に形成された歯底凸部２９Ａが、他方の星車３１の歯先円（二点鎖線で示す）内に侵入した状態となる。

　ここで、星車３２には、星車３２と機構的に繋がる輪列から、例えばカレンダー負荷等の逆回転負荷（図示時計回りに駆動させようとする負荷）が作用しているため、星車３２の歯からカム面２７Ｂが離れると同時に、星車３２，３１は逆回転（星車３２は時計回りの回転、星車３１は反時計回りの回転）しようとする。

　しかし、本実施例４の揺動型ステップモータは、一旦、順方向（星車３２は反時計回りの方向、星車３１は時計回りの方向）に回転した星車３１が逆回転負荷によって反対方向（図示反時計回りの方向）に戻ろうとしても、図２９に示すように、その歯の歯先円内に歯底凸部２９Ａが侵入しているため、星車３１の歯が歯底凸部２９Ａに突き当たって停止し、星車３１，３２の反対方向への回転を阻止することができる。

　なお、歯底凸部２９Ａ，２９Ｂの高さ（ロータ２の揺動運動の中心Ｐ０からの半径方向に沿った長さＲ）や、歯底凸部２９Ａ，２９Ｂが形成される、揺動運動の中心Ｐ０回りの角度範囲αは、星車３１，３２の歯の数や高さ、星車３１，３２とロータ２との位置関係等に応じて適宜設定することができる。

　また、歯底凸部２９Ａ，２９Ｂの高さは、揺動運動の中心Ｐ０回りの角度範囲αの全域に亘って均一であってもよいし、不均一なもの、すなわち特定の角度範囲についてのみ高さが異なるようなものであってもよく、どのような角度範囲についてどのような高さに設定するかについては、同じく星車３１，３２の歯の数や高さ、星車３１，３２とロータ２との位置関係等に応じて適宜決めればよい。

　この発明は、腕時計をはじめとする各種の指針を備えた電子時計の駆動源として利用できる。駆動に要するエネルギの損失が小さいから、特に連続運針型の指針式の電子腕時計に好適である。

関連出願の相互参照

　本出願は、２０１０年９月９日に日本国特許庁に出願された特願２０１０－２０１７８３に基づいて優先権を主張し、その全ての開示は完全に本明細書で参照により組み込まれる。
 

Claims (21)

1. 　ロータが所定の揺動角度範囲内にて揺動運動を行うことによって、２つの駆動車を順次送ることにより、出力歯車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、
   　前記ロータは、２つの送り歯を有し、
   　前記ロータが一方向に揺動するとき、一方の前記送り歯が一方の前記駆動車を送り、
   　前記ロータが他方向に揺動するとき、他方の前記送り歯が他方の前記駆動車を送ることを特徴とする揺動型ステップモータ。
2. 　前記駆動車は、前記送り歯が当接して所定の方向に駆動される星車と、該星車と関連し合うように結合される歯車とで構成し、
   　２つの前記星車は、互いの歯先同士が噛み合わない位置に設け、
   　２つの前記歯車は、互いの歯先同士が噛み合う位置に設け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. 　２つの前記送り歯は、前記ロータの回転軸に対して所定の開き角度で設け、
   　前記所定の開き角度は、前記ロータが前記駆動力を受けずステータによる保持力のみの作用によりニュートラル位置にあるとき、２つの前記送り歯のうち一方の送り歯は、２つの前記星車のうちの一方の星車の歯の１つに第１の距離で近接し、他方の送り歯は、他方の星車の歯の１つに前記第１の距離よりも大きい第２の距離で近接する角度であることを特徴とする請求項１又は２に記載の揺動型ステップモータ。
4. 　２つの前記送り歯の各々は、２つの前記星車の中心と前記ロータの回転軸の中心とによって形成される三角形範囲の外側にあることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の揺動型ステップモータ。
5. 　前記ロータは、前記２つの送り歯の間の空間が前記２つの送り歯の歯先間を結ぶ曲面によって閉じられて形成されたカムを有し、前記２つの送り歯の歯面が前記カムの両端のカム面として形成されていることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載の揺動型ステップモータ。
6. 　前記カムは、前記２つの駆動車の各回転中心と前記ロータの揺動運動の中心とを結んで形成される三角形の内側領域に配置されるように形成されていることを特徴とする請求項５に記載の揺動型ステップモータ。
7. 　前記カムは、その両端に形成された２つのカム面のうち少なくとも一方が常に前記２つの駆動車のうちいずれか一方の駆動車の歯先円内に配置されるように形成されていることを特徴とする請求項６に記載の揺動型ステップモータ。
8. 　前記カムの２つのカム面の間の、前記ロータの揺動運動の中心回りの空間のうち前記カム面を除いた領域に、前記２つのカム面のうち一方のカム面が前記一方の駆動車に接している状態のとき前記他方の駆動車の歯先円内に侵入する歯底凸部が形成されていることを特徴とする請求項６または７に記載の揺動型ステップモータ。
9. 　前記ロータの、前記ロータの揺動運動の中心を挟んで前記カムが形成された部分と反対側の部分に、ロータの半径方向外側に向けて突出した突部が形成され、
   　前記ロータの揺動角度範囲の両端において、前記突部に突き当てられる回転規制部材が備えられていることを特徴とする請求項５から８のうちいずれか１つに記載の揺動型ステップモータ。
10. 　前記ニュートラル位置で、前記送り歯の一方とその前方にある一方の星車の１つの歯が最も接近しているとき、
    　次の駆動にあっては、前記送り歯の一方が前記一方の星車の１つの歯を駆動し、その駆動が終了して前記ロータが再びニュートラル位置に戻ったときには、前記送り歯の他方とその前方にある他方の星車の１つの歯が最も接近した状態に入れ替わり、
    　更に次の駆動にあっては、前記送り歯の他方が前記他方の星車の１つの歯を駆動することを特徴とする請求項１から９のうちいずれか１つに記載の揺動型ステップモータ。
11. 　前記ロータの前記永久磁石は、直径方向に極性を有し、
    　前記駆動力は、前記ロータを１８０度回転させるには不足するように設定されていることを特徴とする請求項１から１０のうちいずれか１つに記載の揺動型ステップモータ。
12. 　２つの前記歯車は、２つの前記星車の各々へ同軸で固着されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載の揺動型ステップモータ。
13. 　２つの前記星車の各々と同軸で固着される２つの星車カナを設け、
    　２つの前記歯車は、２つの前記星車カナのそれぞれに連結し、互いに噛み合っていることを特徴とする請求項１から１２のうちいずれか１つに記載の揺動型ステップモータ。
14. 　前記各星車の軸とその星車の歯を結ぶ方向は、前記各星車の軸と前記ロータの軸とを結ぶ方向に対して互いに半ピッチずれているように、前記各星車の各々と前記各歯車との結合における角度関係が設定されており、
    　前記揺動運動によって、前記各星車を交互に半ピッチずつ駆動することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の揺動型ステップモータ。
15. 　前記ステータから前記電気機械的駆動力が与えられていないとき、
    　前記星車の歯を所定位置に保つための保持手段を更に備えたことを特徴とする請求項１から１４のうちいずれか１つに記載の揺動型ステップモータ。
16. 　前記保持手段は、前記星車の歯又は前記歯車の歯に直接又は間接的に作用する、永久磁石より成ることを特徴とする請求項１５に記載の揺動型ステップモータ。
17. 　前記保持手段は、前記星車又は前記歯車の少なくとも１つに作用する、摩擦を伴うバネ部材であることを特徴とする請求項１５に記載の揺動型ステップモータ。
18. 　前記歯車又は前記星車に噛み合う小歯車を設け、
    　前記保持手段を、前記小歯車に作用させることで、前記星車または前記歯車に作用することを特徴とする請求項１６又は１７に記載の揺動型ステップモータ。
19. 　前記ロータの前記揺動角度を制限するための回転規制部材を更に備えたことを特徴とする請求項１から１８のうちいずれか１つに記載の揺動型ステップモータ。
20. 　前記ロータは、前記ステータから与えられる電気機械的駆動力によって前記星車の歯を駆動し、駆動期間の終了後は前記ステータから前記ロータに作用する保持力によってニュートラル位置に復帰する運動を反復することを特徴とする請求項１から１９のうちいずれか１つに記載の揺動型ステップモータ。
21. 　前記ロータがニュートラル位置に復帰する過程では、前記ロータを構成する永久磁石の運動によって前記ステータに巻回したコイルに発生する誘起電圧を、前記揺動型ステップモータの動作判定信号として利用することを特徴とする請求項１から２０のうちいずれか１つに記載の揺動型ステップモータ。

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