JP6598366B2 - ステッピングモータ、時計用ムーブメント、時計 - Google Patents

Description

本発明は、ステッピングモータ、時計用ムーブメント、時計に関する。

従来から、モータ駆動装置により時針や分針等の表示針を回転駆動するアナログ電子時計が利用されている。モータ駆動装置は、表示針を回転駆動するステッピングモータ及び該ステッピングモータを回転駆動するための駆動手段を有している。

ステッピングモータは、ロータ用貫通孔及びロータの停止位置を決める位置決め部（内ノッチ）を有するステータと、ロータ用貫通孔内に回転可能に配設されたロータと、ステータに当接する磁心と、磁心に巻回されたコイルとを有している。

駆動回路からコイルに極性の異なる駆動パルスを交互に供給することにより、ステータに極性の異なる漏洩磁束を交互に発生させ、これによってステッピングモータ、すなわちロータを１８０度ずつ所定の一方向（正方向）に回転させると共に、位置決め部に対応する位置にロータを停止するように構成されている。

一般的に、ロータを駆動させる漏洩磁束を得やすくするため、ロータを配設するために形成されたロータ用貫通孔周りの２か所（１８０度間隔）において、幅を狭くした幅狭部を有することで磁束を飽和させやすくした一体型のステータが用いられている。

ロータを駆動させる漏洩磁束を得やすくするための技術として、まずステータを、磁路の断面積が最小となるロータ用貫通孔周り２か所（１８０度間隔）で切断することで２分割したのち、当該切断箇所に、低透磁率材料または非磁性材料より成るスリット材を挿入した上で溶接・接合することで、幅狭部の透磁率を低減させた、いわゆる二体型のステータが知られている（特許文献１参照）。

特公平５−５６１０９号公報

しかしながら、従来の技術では、以下のような点で課題が残されている。
上述のロータ用貫通孔周りの２か所に幅狭部を形成した一体型のステータの場合、ロータの駆動原理として、まず幅狭部を磁束飽和させてステータを磁気的に分割し２つの磁極片とした後に、ロータへ漏洩磁束が流れロータが回転する。つまり、電流供給時のコイルから発せられる磁束が幅狭部で消費されてしまう（幅狭部の磁束飽和のために電力が消費されてしまう）ため、幅狭部への磁束損失が生じる問題があった。

また、幅狭部が存在することで、ロータ自体からの磁束についても幅狭部で消費されることとなるため、磁気ポテンシャルのピークが得られにくくなり、ロータを磁気的に停止・保持させるための保持力が低下してしまう。その結果、ロータを位置決め部に対応する位置に停止させる動作が不安定となったり、さらには、ロータが１８０度を超えて回転（脱調）してしまうおそれもある。

また、特許文献１に記載の技術では、機械加工によりステータを２分割し、その後溶接にて接合するため、機械的なストレスや溶接過程により歪みや部材の位置ずれが生じやすい。そのため、ロータとステータ間の距離に誤差が生じる問題がある。そのためロータの停止位置のずれや、回転精度の劣化などの不具合が生じやすい問題があった。
また、ステータの外形形状に歪みが生じると、ステータの平坦度が低下し、コイルとステータとの接触面積の減少や、ロータとステータの相互位置のずれが生じやすくなる。その結果、磁気的な効率が低下したり、組立工程にステータが破損してしまうおそれがあり、製品品質の低下を招くおそれがある。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、消費電力の低減（省電力化）と、高保持力によるロータの回転駆動の安定性を向上させることが可能なステッピングモータ、時計用ムーブメント、時計の提供を目的とする。

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、ロータ用貫通孔の周囲に設けられた磁路の一部に、非磁性材料であるＣｒの溶融凝固部からなるＣｒ拡散領域を形成して当該領域の透磁率を低減させることで、消費電力を低減させ、かかる保持力を向上させうることを見出した。
当該知見によって得られた本発明の要旨は以下の通りである。

［１］一体のＦｅ−Ｎｉ合金により成形されており、ロータ用貫通孔が設けられており、かつ前記ロータ用貫通孔の周囲に磁路が設けられたステータと、前記ロータ用貫通孔内に回転可能に配設されたロータと、前記ステータに設けられたコイルと、を備えたステッピングモータであって、前記磁路の一部にＣｒの溶融凝固部からなるＣｒ拡散領域が形成されていて、前記Ｃｒ拡散領域は、前記Ｃｒ拡散領域の形成時にレーザが照射された照射方向において形成され、前記レーザが照射された照射側より前記照射側と対向する側には形成されていない、ことを特徴とするステッピングモータ。
［２］前記Ｃｒ拡散領域は、前記Ｃｒ拡散領域の形成時にレーザが照射された照射方向において、前記Ｃｒの重量比が高い領域の径が、前記レーザが照射された照射側より前記照射側と対向する側の方が小さい、ことを特徴とする上記［１］に記載のステッピングモータ。

上記［１］または［２］に記載のステッピングモータによれば、ロータ用貫通孔の周囲に設けられた磁路の一部に、Ｃｒが溶融されることにより拡散されてオーステナイト単相となる非磁性領域が形成されているため、当該領域の透磁率を低減させることができる。その結果、当該領域で消費される磁束が大幅に低減されることからロータを駆動させる漏洩磁束を効率よく確保でき、省電力化を図ることが可能になる。
また、上記［１］または［２］に記載のステッピングモータによれば、Ｃｒ拡散領域の低透磁率化により、ロータ自体から発せられる磁束についても当該領域での消費が抑制され、磁気ポテンシャルの損失を防止することができるため、ロータを磁気的に停止・保持させるための保持力を高めることができ、ロータの回転駆動の安定性を向上させることができる。
また、従来の一体型ステータでは一方の極性でロータを回転させた後に他方の極性でロータを回転させる必要があり、この場合は幅狭部の残留磁束を打消し、かつ幅狭部を磁束飽和させてステータを磁気的に分割し２つの磁極片とさせる必要がある。特に高速運針を行う場合では、短い期間に残留磁束の打消しを含めたロータの回転を終える必要があるが、上記［１］または［２］に記載のステッピングモータによれば、当該領域の残留磁束が大幅に低減されることで、残留磁束打消しに要していた時間を短縮させることができるため、駆動周波数を上げることができる。
さらに、上記［１］または［２］に記載のステッピングモータによれば、ステータは構造として一体として形成されるため、従来の二体型ステータを製造する際に懸念されていた機械的なストレスや溶接・接合過程による歪みや部材の位置ずれの発生を回避することができ、磁気的な効率の低下やステータの破損、製品品質の低下を防止することができる。
またさらに、上記［１］または［２］に記載のステッピングモータによれば、ステータは一体として形成されるため、機械的なストレスが集中しやすい溶接部や接合部がなく、強度の劣化を防止できる。

［３］前記ステータには、前記磁路の断面積が他の部位よりも狭くなるように形成された幅狭部が設けられ、該幅狭部の少なくとも一部に前記Ｃｒ拡散領域が形成されていることを特徴とする上記［１］または［２］に記載のステッピングモータ。

上記［３］に記載の発明によれば、ロータ用貫通孔の周囲に設けられた磁路の一部に幅狭部が設けられ、当該幅狭部の少なくとも一部に前記Ｃｒ拡散領域が形成されているため、ロータを駆動させる漏洩磁束をより効率よく確保でき、消費電力の大幅な低減が可能になる。

［４］前記溶融凝固部は、前記幅狭部を含み、前記ロータの安定位置確保のためのロータ用貫通孔に設けられる切り欠き部に干渉しない部分に設けられることを特徴とする上記［３］に記載のステッピングモータ。

上記［４］に記載の発明によれば、溶融凝固部はロータの回転制御における安定位置を確保する機能を妨げることがない。

［５］前記Ｃｒ拡散領域には、Ｃｒが１５質量％以上かつ８０質量％以下含有されていることを特徴とする上記［１］〜［４］の何れか一項に記載のステッピングモータ。

上記［５］に記載の発明によれば、前記Ｃｒ拡散領域の透磁率を大幅に低減させることができる。

［６］前記Ｃｒ拡散領域には、Ｃｒが１８質量％以上かつ５５質量％以下含有されていることを特徴とする上記［５］に記載のステッピングモータ。

上記［６］に記載の発明によれば、前記Ｃｒ拡散領域の透磁率を大幅に低減させることができる。

［７］上記［１］〜［６］の何れか一項に記載のステッピングモータと、前記ステッピングモータにより回転することで時刻を表示する針と、を備えたことを特徴とする時計用ムーブメント。

［８］上記［７］に記載の時計用ムーブメントを備えたことを特徴とする時計。

上記［７］および［８］に記載の発明によれば、省電力化と高保持力を兼ね備えたステッピングモータを備えることにより、磁気特性に優れた時計用ムーブメントならびに時計を提供できる。

本発明によれば、消費電力の低減（省電力化）と、高保持力によるロータの回転駆動の安定性を向上させることが可能なステッピングモータ、時計用ムーブメント、時計、ステッピングモータの製造方法を提供することができる。

本実施形態に係るステッピングモータ、ステッピングモータ駆動装置、時計用ムーブメント、時計に共通するブロック図である。 本実施形態に係るステッピングモータの正面模式図である。 図３（ａ）は、レーザ照射の出力条件を変化させた（Ｃｒ拡散領域の体積を変化させた）際の、コイルの電流値の経時変化の表すグラフ（縦軸：コイルの電流値（ｍＡ）、横軸：時間（ｍｓｅｃ））であり、図３（ｂ）は、Ｃｒを溶融拡散させず従来の「幅狭部」を形成させたステータの模式図であり、図３（ｃ）は、従来の「幅狭部」を切断加工することで２分割されたステータの模式図である。 Ｃｒ拡散領域の形態を説明するための模式図である。 磁極角度による磁気ポテンシャルの状態を説明するための模式図である。 本実施形態に係るステッピングモータの正面模式図である。 本実施形態に係るステッピングモータの製造方法を説明するための模式図である。 ♯２の例のＣｒ拡散領域２１０、２１１の厚み方向と垂直な断面の走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＥＭ）像である。 図８を部分的に拡大した走査型電子顕微鏡像である。 ♯４の例のＣｒ拡散領域２１０、２１１の厚み方向と垂直な断面の走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＥＭ）像である。 図１０を部分的に拡大した走査型電子顕微鏡像である。 ♯６の例のＣｒ拡散領域２１０、２１１の厚み方向と垂直な断面（図４（ａ）、（ｂ）において、紙面と平行な方向）の走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＥＭ）像である。 図１２を部分的に拡大した走査型電子顕微鏡像である。 Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒの三元合金状態図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るステッピングモータ、時計用ムーブメント、時計、ならびにステッピングモータの製造方法について説明する。
尚、以下に示す図面は、本発明の実施形態に係るステッピングモータの構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際のステッピングモータの寸法関係等とは異なる場合がある。

図１は、本発明の実施形態に係るステッピングモータ、時計用ムーブメントを用いた時計を示すブロック図である。本実施形態では、時計の一例としてアナログ電子時計を例示し説明することとする。

図１において、アナログ電子時計は、所定周波数の信号を発生する発振回路１０１、発振回路１０１で発生した信号を分周して計時の基準となる時計信号を発生する分周回路１０２、アナログ電子時計を構成する各電子回路要素の制御や駆動パルスの変更制御等の制御を行う制御回路１０３、制御回路１０３からの制御信号に基づいてモータ回転駆動用の駆動パルスを選択し出力する駆動パルス選択回路（駆動手段）１０４、駆動パルス選択回路１０４からの駆動パルスによって回転駆動されるステッピングモータ１０５、ステッピングモータ１０５が発生する検出信号を検出する検出手段としての回転検出回路１１１、ステッピングモータ１０５によって回転駆動される輪列（不図示）、当該輪列によって回転駆動され、時刻を表示するための時刻針（図１の例では時針１０７、分針１０８、秒針１０９の３種類）や日にち表示用のカレンダ表示部１１０を有するアナログ表示部１０６を備えている。
本実施形態におけるステッピングモータ駆動装置は、ステッピングモータ１０５、装置制御回路１０３、駆動パルス選択回路１０４及び回転検出回路１１１により構成されている。

また、アナログ電子時計は時計ケース１１３を備えており、時計ケース１１３の外面側にアナログ表示部１０６が配設され、また時計ケース１１３の内部には時計用ムーブメント（ムーブメント）１１４が配設されている。

発振回路１０１、分周回路１０２、制御回路１０３、駆動パルス選択回路１０４、ステッピングモータ１０５、回転検出回路１１１はムーブメント１１４の構成要素である。
一般に、時計の動力源、時間基準などの装置からなる時計の機械体をムーブメントと称する。電子式のものをモジュールと呼ぶことがある。時計としての完成状態では、ムーブメントには文字板、針が取り付けられ、時計ケースの中に収容される。
ここで、発振回路１０１及び分周回路１０２は信号発生部を構成し、アナログ表示部１０６は時刻表示部を構成している。回転検出回路１１１及び負荷検出回路１１２は回転検出部を構成している。制御回路１０３及び駆動パルス選択回路１０４は制御部を構成している。また、発振回路１０１、分周回路１０２、制御回路１０３、駆動パルス選択回路１０４、回転検出回路１１１及び負荷検出回路１１２はステッピングモータ制御回路を構成している。

次に、本実施形態に係るステッピングモータ１０５について詳述する。
図２は、本実施形態に係るステッピングモータ１０５の正面模式図である。

図２において、ステッピングモータ１０５は、Ｆｅ−Ｎｉ合金板から機械加工を経て一体として成形され、ロータ用貫通孔２０３が設けられ、かつロータ用貫通孔２０３の周囲に磁路Ｒが設けられたステータ２０１と、ロータ用貫通孔２０３内に回転可能に配設された２極のロータ２０２と、ステータ２０１と接合された磁心２０８、磁心２０８に巻回されたコイル２０９を備えている。また本実施形態に係るステッピングモータ１０５は、磁路Ｒの一部にＣｒの溶融凝固部からなるＣｒ拡散領域２１０、２１１が形成されていることを特徴とする。

ステッピングモータ１０５をアナログ電子時計に用いる場合には、ステータ２０１及び磁心２０８はネジ（図示せず）によって地板（図示せず）に固定され、互いに接合される。コイル２０９は、第１端子ＯＵＴ１、第２端子ＯＵＴ２を有している。

ロータ収容用貫通孔２０３は、輪郭が円形とされた貫通孔の対向部分に複数（図２の例では２つ）の半月状の切り欠き部（内ノッチ）２０４、２０５を一体形成した円孔形状に構成されている。これら切り欠き部２０４、２０５は、ロータ２０２の停止位置を決めるための位置決め部として構成されている。例えば、切り欠き部（内ノッチ）２０４は、ロータが所定位置になると、そのポテンシャルエネルギーが低くなり、ロータの位置を安定させる作用をもたらす。

ロータ２０２は、２極（Ｓ極及びＮ極）に着磁されている。
コイル２０９が励磁されていない状態では、ロータ２０２は、図２に示すように前記位置決め部に対応する位置、換言すれば、ロータ２０２の磁極軸Ａが、切り欠き部２０４、２０５を結ぶ線分と直交するような位置（角度θ０位置）に安定して停止している。

ロータ用貫通孔２０３の周囲に設けられた磁路Ｒの一部（図２の例では２箇所）に、非磁性材料であるＣｒの溶融凝固部からなるＣｒ拡散領域２１０、２１１が形成されている。ここで、ステータ２０１の幅狭部の断面の幅を断面幅ｔとし、磁路に沿った方向の幅をギャップ幅ｗとする。溶融凝固部２１０，２１１は、断面幅ｔとギャップ幅ｗとにより画定された領域に形成されている。なお、後述する溶融凝固部の作製方法に起因して、ギャップ幅ｗは断面幅ｔと同等かそれ以上の大きさ（ｗ≧ｔ）として形成される。また、溶融凝固部２１０，２１１は、ロータ２０２の回転制御における安定位置を確保する機能を妨げないように、切り欠き部（内ノッチ）２０４に干渉しない程度までの領域に形成される。なお、断面幅ｔは、後述する溶融凝固部の作製方法において、ステータ母材に塗布、めっき等されるＣｒを含まない大きさの幅として定義する。ギャップ幅ｗは、塗布、めっき等されるＣｒがステータ母材に接触する面における大きさの幅として定義する。

ここで、本実施形態に係るステッピングモータ１０５の動作を説明する。
まず駆動パルス選択回路１０４から駆動パルスをコイル２０９の端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間に供給して（例えば、第１端子ＯＵＴ１側を正極、第２端子ＯＵＴ２側を負極）、図２の矢印方向に電流ｉを流すと、ステータ２０１には破線矢印方向に磁束が発生する。

本実施形態では、従来では「幅狭部」とされていた箇所に、低透磁率領域であるＣｒ拡散領域２１０、２１１が形成されており、当該領域の磁気抵抗は増大している。そのため、従来の「幅狭部」に相当する領域（Ｃｒ拡散領域２１０、２１１）を磁気飽和させる必要がなく、容易に漏洩磁束を確保でき、その後、ステータ２０１に生じた磁極とロータ２０２の磁極との相互作用によって、ロータ２０２は図２の矢印方向に１８０度回転し、磁極軸が角度θ１位置で安定的に停止する。
尚、ステッピングモータ１０５を回転駆動することによって通常動作（本発明の各実施の形態はアナログ電子時計であるため運針動作）を行わせるための回転方向（図２では反時計回り方向）を正方向とし、その逆（時計回り方向）を逆方向としている。

次に、駆動パルス選択回路１０４から、逆極性の駆動パルスをコイル２０９の端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に供給して（前記駆動とは逆極性となるように、第１端子ＯＵＴ１側を負極、第２端子ＯＵＴ２側を正極）、図２の反矢印方向に電流を流すと、ステータ２０１には反破線矢印方向に磁束が発生する。
その後、前述と同様に、低透磁率領域であるＣｒ拡散領域２１０、２１１が形成されていることから、容易に漏洩磁束を確保でき、ステータ２０１に生じた磁極とロータ２０２の磁極との相互作用によって、ロータ２０２は前記と同一方向（正方向）に１８０度回転し、磁極軸が角度θ０位置で安定的に停止する。

以後、このように、コイル２０９に対して極性の異なる信号（交番信号）を供給することによって、前記動作が繰り返し行われて、ロータ２０２を１８０度ずつ矢印方向に連続的に回転させることができる。

このように、ロータ収容用貫通孔２０３の周囲の磁路の一部に低透磁率領域であるＣｒ拡散領域２１０、２１１が形成されているため、当該領域で消費される磁束が大幅に低減でき、ロータ２０２を駆動させる漏洩磁束を効率よく確保できる。
また、従来では「幅狭部」とされていた箇所にＣｒ拡散領域２１０、２１１を形成して低透磁率化させることにより、ロータ２０２自体から発せられる磁束についても当該領域での消費が抑制される。その結果、磁気ポテンシャルの損失を防止することができ、ロータを磁気的に停止・保持させるための保持力を高めることができる。
また、従来では「幅狭部」とされていた箇所にＯＵＴ１側（負極）の磁束で飽和させて回転させた後、ＯＵＴ２側（正極）で回転させるにはＯＵＴ１側（負極）の際に生じた残留磁束を打ち消す必要があったが、当該領域での残留磁束が大幅に低減されているため、残留磁束打ち消しに要する時間が不要となり回転を収束させるまでの時間が短縮できる。そのため、高速運針を行う際の動作安定性を維持することができ、駆動周波数を上げることができる。

Ｃｒ拡散領域２１０、２１１はレーザを用いて溶融拡散させることで形成することができるが、レーザ照射にて当該領域に加えられる熱量により溶融拡散範囲が拡大することでＣｒの拡散量は変化し、出力が大きければ大きいほど形成されるＣｒ拡散領域２１０、２１１は増大する。

図３（ａ）に、縦軸をコイル２０９の電流値（ｍＡ）、横軸を時間（ｍｓｅｃ）とし、レーザ照射の出力条件（グラフ中のカッコ内に表記）を変化させた、つまりＣｒ拡散領域２１０、２１１の体積を変化させた際の、コイルの電流値の経時変化の表すグラフを示す。本グラフはロータの磁石から生じる磁束の影響を除きコイルから発生した磁束のみで飽和状態を確認するため、ロータを外すことで得たグラフである。
なお、本実施形態の比較例として、Ｃｒを溶融させて、拡散させず従来の「幅狭部」を形成させた例（グラフ中の「レーザなし」、図３（ｂ）参照）と、従来の「幅狭部」を切断加工し、ステータを２分割した例（グラフ中の「分離型」、図３（ｃ）参照）をあわせて示す。

図３（ａ）に示すように、「分離型」の電流波形は、コイルに駆動パルスをかけた際の電流値の立ち上がりが急峻となっている。一方、「レーザなし」の場合の電流波形は、立ち上がりが緩やかとなっており、「幅狭部」を磁気飽和させるために電力を消費していることが分かる。
Ｃｒ拡散領域２１０、２１１を形成した例（サンプル♯１〜♯６）の電流波形を見ると、レーザの出力強度（熱量）を高めるにしたがい「分離型」の電流波形側にシフトしている。つまり、局所的に熱を加えることで、溶融凝固部の範囲が拡大し、Ｃｒ拡散領域２１０、２１１を増大させるにしたがい「分離型」の磁気特性に近づく傾向にあることが分かる。サンプル＃１が印加熱量０．４Ｊ（出力強度１ｋＷ）によるもの、サンプル＃２が印加熱量０．６Ｊ（出力強度１．５ｋＷ）によるもの、サンプル＃３が印加熱量０．８Ｊ（出力強度２．５ｋＷ）によるもの、サンプル＃４が印加熱量１．０Ｊ（出力強度２．５ｋＷ）によるもの、サンプル＃５が印加熱量１．２Ｊ（出力強度３ｋＷ）によるもの、サンプル＃６が印加熱量１．４Ｊ（出力強度３．５ｋＷ）によるものである。なお、レーザ出力強度は熱源の出力電力（ｋＷ）であり、これに印加時間や絞り等を考慮することで、印加熱量（Ｊ）が決定される。
以上のことから、「幅狭部」に相当する領域にＣｒ拡散領域２１０、２１１を形成することで、「幅狭部」を有する従来のステッピングモータにおいて「幅狭部」を磁気飽和させるために要した消費電力（図３（ａ）のグラフ中を塗りつぶした面積）を低減できる（省電力化）ことが分かる。

図４（ａ）、（ｂ）に、Ｃｒ拡散領域２１０、２１１の形成領域近傍の拡大模式図を示す。
Ｃｒ拡散領域２１０、２１１は、図４（ａ）に示すように、従来「幅狭部」とされた領域、つまり、ロータ収容用貫通孔２０３の端部からステータ２０１の端部までの領域全体にわたって形成されてもよく、図４（ｂ）に示すように、その領域の一部に形成されていてもよい。
ロータ２０２を駆動させる漏洩磁束をより効率よく確保する（前述の消費電力をより低減させる）観点からは、図４（ａ）に示すようにロータ収容用貫通孔２０３の端部からステータ２０１の端部までの領域全体にわたってＣｒ拡散領域２１０、２１１を形成することが望ましいが、図３（ａ）のグラフで示したとおり、Ｃｒ拡散領域２１０、２１１が小さい場合や、Ｃｒ拡散領域２１０、２１１の形成領域が従来「幅狭部」とされた領域中の一部だけとされても、前述の効果は享受できる。

図５に、横軸をロータ２０２の磁極軸の角度（ｄｅｇ）、縦軸を磁気ポテンシャル（単位は任意）とし、図３（ａ）で示した「レーザなし」と「♯６」の２つ例におけるトルクの変化を示す。
磁気ポテンシャルが最も低い角度が静止位置となり、最も高い角度はロータが回転するにあたり越えなければならないピークになる。最も高い角度と最も低い角度のピーク差はロータが保有している保持力を示し、ムーブメントの保持トルクに相当することを示す。
本実施形態のステッピングモータ１０５は静止位置が４５°になるように切り欠き部２０４、２０５を備えているため、４５°が最も磁気ポテンシャルが低い。これに対して１３５°が最も磁気ポテンシャルが高く、ロータ２０２はこの角度を越えられなければ静止位置である４５°に逆転してしまい、時計の運針に必要な回転力を得られないことになる。
図５より、本実施形態にかかる＃６の例について、従来の「レーザなし」よりも、磁気ポテンシャルのピーク差が高いことが確認でき、保持トルクが高いことを示している。
なお、＃６の例の場合、幅狭部が非磁性領域となることで、「レーザなし」とは磁束の挙動が変化する。つまり、Ｃｒ拡散領域の位置や形状等により、「♯６」と「レーザなし」とは、図５で示すグラフにおいてはそれぞれ僅かに異なる挙動（磁気ポテンシャルがピークを示す角度がずれる）を示すが、本明細書においては、「♯６」と「レーザなし」との間において、前述の「ピーク差」すなわちムーブメントの保持トルクの変化を観察しやすいように、両者の各ピークが生じる角度を合致させるよう表記している。

なお、本実施形態に係るステッピングモータ１０５において、図６に示すように、磁路Ｒの断面積が他の部位よりも狭くなるように形成された幅狭部２１３、２１４が設けられてもよい。この幅狭部２１３，２１４は、従来の「幅狭部」と異なり、Ｃｒ拡散領域２１０、２１１に形成されている。幅狭部２１３、２１４を備える場合、Ｃｒ拡散領域２１０、２１１は幅狭部２１３、２１４の少なくとも一部に形成される。

幅狭部２１３、２１４は、ステータ２０１の外端部、かつロータ収容用貫通孔２０３を挟んで対向する位置に切り欠き部（外ノッチ）２０６、２０７を形成することにより、構成される。つまり、各外ノッチ２０６、２０７とロータ収容用貫通孔２０３間に幅狭部２１３、２１４が形成される。

幅狭部２１３、２１４を備えることにより、ロータを駆動させる漏洩磁束をより効率よく確保でき、消費電力の大幅な低減が可能になる。

また、本実施形態に係るステッピングモータ１０５において、Ｃｒ拡散領域２１０、２１１のＣｒ濃度は、Ｆｅ−Ｎｉ合金板からなるステータ２０１中のＣｒ濃度よりも高くなるよう構成されている。これにより、Ｃｒ拡散領域２１０、２１１の透磁率を低減させることができる。Ｃｒ拡散領域２１０、２１１の低透磁率化の観点から、Ｃｒ拡散領域２１０、２１１のＣｒ濃度は１５質量％以上かつ８０質量％以下とすることが望ましい。

また、本実施形態に係るステッピングモータ１０５において、ステータ２０１はＦｅ−Ｎｉ合金より構成されるが、透磁率の大きいＦｅ−Ｎｉ合金を用いることが好ましい。例えば、Ｆｅ−３８％Ｎｉ−８％Ｃｒ（いわゆる３８パーマロイ）を例示できる。図１４の状態図より、Ｆｅ−３８％Ｎｉ−８％Ｃｒのキュリー温度は５００Ｋ以上であるが（点Ｘ）、Ｃｒが１５質量％以上では、キュリー温度が３００Ｋとなって常温でオーステナイト相となる（点Ｘ’）。つまり、ステッピングモータ１０５の駆動が要求される常温付近においては、Ｃｒが１５質量％以上でステータ２０１の非磁性状態を確保できる。なお、図１４はＴｅｒｎａｒｙ ａｌｌｏｙｓ Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｆｅ、Ｃｏ ｏｒ Ｎｉ ａｎｄ Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ ｏｒ Ｍｎ （Ｌａｎｄｏｌｔ−Ｂｏｒｎｓｔｅｉｎ ｎｅｗ Ｓｅｒｉｅｓ III／３２Ａ）１８８項から引用した状態図である。

以上、図２に示すような、１ステータ−１コイルからなる２極ステータを例に挙げて本実施形態に係るステッピングモータ１０５を説明してきたが、本実施形態の他の形態として、１ステータ−２コイルからなる３極ステータを備えたステッピングモータに対しても、本発明を適用できる。

３極ステータを備えたステッピングモータは、ロータの回転方向を制御しながら安定動作させることで知られている。
ここで、２極ステータ方式にて逆転駆動を実現させる場合、逆方向にロータを回転させるために、逆転パルス出力前にロータを所定の位置まで誘導するパルスが必要となり、励磁区間が正方向の場合よりより２〜３倍以上となる。そのため、正方向の回転と逆方向の回転とで設定できる周波数に差があるため、逆方向の回転が遅いという欠点があった。しかし、３極ステータとすることで、回転方向を決定するパルス供給後、回転を行うため、正方向の回転と逆方向の回転とで同じパルス形態及び周波数で運針できるというメリットがある。

しかしながら、３極ステータは副磁極を有しているため、２極ステータよりも保持力が低い傾向がある。
また、１回転の中で複数回パルスの極性の切り替えが生じるため、従来「幅狭部」とされている領域に生じた残留磁束を打ち消しながら回転させないといけないという安定動作上の課題もある。
そこで、上述してきた２極ステータの場合と同様に、ロータ用貫通孔の周囲の磁路の少なくとも一部、このもしくは従来「幅狭部」とされている領域の少なくとも一部に、Ｃｒ拡散領域を形成して、低透磁率化を図ることで、高速運針時の安定性向上し、更なる高速運針が実現できる。

本発明に係るステッピングモータによれば、ロータ用貫通孔の周囲に設けられた磁路の一部にＣｒ拡散領域が形成されているため、当該領域の透磁率を大幅に低減できる。その結果、当該領域で消費される磁束が大幅に低減されることからロータを駆動させる漏洩磁束を効率よく確保でき、省電力化を図ることが可能になる。

また、本発明に係るステッピングモータによれば、Ｃｒ拡散領域の低透磁率化により、ロータ自体から発せられる磁束についても当該領域での消費が抑制され、磁気ポテンシャルの損失を防止することができる。そのため、ロータを磁気的に停止・保持させるための保持力を高めることができ、ロータの回転駆動の安定性を向上させることができる。特に、高速運針を行う場合では、当該領域での残留磁束打ち消しに必要な時間を短縮させることができ、駆動周波数を上げることができる。

さらに、本発明に係るステッピングモータによれば、ステータは一体として形成されるため、従来の二体型ステータを製造する際に懸念されていた機械的なストレスや溶接・接合過程による歪みや部材の位置ずれの発生を回避することができ、磁気的な効率の低下やステータの破損、製品品質の低下を防止することができる。その上、機械的なストレスが集中しやすい溶接部や接合部が形成されることがないため、強度の劣化を防止できる。

なお、本発明に係るステッピングモータは、ステッピングモータを使用する各種電子機器に適用可能であるが、特に、時計用ムーブメントとして好適であり、磁気特性に優れた時計用ムーブメントを提供できる。
また当該時計用ムーブメントを備えた時計についても磁気特性の向上を図ることが可能であり、例えば、カレンダ機能付きアナログ電子腕時計、クロノグラフ時計をはじめ、各種のアナログ電子時計に適用可能である。

次に、上述してきたステッピングモータ１０５の製造方法について説明する。
本実施形態に係るステッピングモータ１０５の製造方法は、Ｆｅ−Ｎｉ合金板に対して機械加工を行って、ロータ用貫通孔２０３とロータ用貫通孔２０３の周囲に配置された磁路Ｒとを有するステータ素材２０１ａを形成する工程と、ステータ素材２０１ａの少なくとも一部に拡散用のＣｒ材を配置する工程と、Ｃｒ材にレーザを照射して磁路Ｒの内部にＣｒ材を溶融させてＣｒ拡散領域２１０、２１１を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
以下、本実施形態に係る製造方法における各条件について説明する。

まず、Ｆｅ−Ｎｉ合金板に対して打ち抜き加工等の機械加工を行って、ロータ用貫通孔２０３とロータ用貫通孔２０３の周囲に配置された磁路Ｒとを有するステータ素材を形成する。切り欠き部（内ノッチ）２０４、２０５についてもこの工程で併せて形成することができる。
また、切り欠き部（外ノッチ）２０６、２０７を形成して幅狭部２１３、２１４を設ける場合（図６参照）は、この工程で併せて形成するとよい。

ステータ素材２０１ａは透磁率の大きいＦｅ−Ｎｉ合金を用いることが好ましい。例えば、Ｆｅ−３８％Ｎｉ−８％Ｃｒ（いわゆる３８パーマロイ）を例示できる。

次に、ステータ素材２０１ａの少なくとも一部に溶融拡散用のＣｒ材を配置し、当該Ｃｒ材にレーザを照射して磁路Ｒの内部にＣｒ材を溶融拡散させてＣｒ拡散領域２１０、２１１を形成する。
具体的には、例えば、粉末状の金属クロムが含まれるペーストを前記磁路の少なくとも一部に塗布して当該ペーストにレーザを照射して溶融拡散させてもよい。または予め、ステータ素材２０１ａの表面にクロムめっき層を形成しておき、当該クロムめっき層のうち、磁路Ｒの少なくとも一部に形成されたクロムめっき層にレーザを照射して溶融拡散させてもよい。めっきの場合は、ステータ母材を覆う状態の実現性等を考慮して、Ｃｒの質量比率として８０％を超えることはない。または、前述のペーストではなく粉末であってもよい。
なお、幅狭部２１３、２１４を設ける場合（図６参照）は、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、切り欠き部（外ノッチ）２０６、２０７に前述のペーストやクロムめっき層を形成してよい。

Ｃｒ材を溶融することにより、拡散させる際のレーザ照射の条件には特に限定せず、所望のＣｒ拡散領域となるよう適宜調整してよい。

次に、Ｃｒ拡散領域２１０、２１１を形成してステータ２０１を得た後、ロータ用貫通孔２０３内にロータ２０２を配設するとともに、ステータ２０１と任意の固定手段によって磁心２０８を固定し、この磁心２０８にコイル２０９を巻回させることで、ステッピングモータ１０５を製造することができる。
なお、ステッピングモータ１０５をアナログ電子時計に用いる場合には、ステータ２０１及び磁心２０８はネジ（図示せず）によって地板（図示せず）に固定する。

以上説明した製造方法により、本実施形態に係るステッピングモータ１０５を製造することができる。

ここで、Ｃｒ拡散領域２１０、２１１において、加工条件の違いによる溶融状態とＣｒ含有率を調査した。
図８は、「♯２（０．６Ｊ）」の例のＣｒ拡散領域２１０、２１１の厚み方向と垂直な断面（図４（ａ）、（ｂ）において、紙面と平行な方向）の走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＥＭ）像を示す。図９は、図８を部分的に拡大した走査型電子顕微鏡像である。図９において、四角い線で囲んだ領域１、２、３は、表１の上側１、中央２、下側３に対応する。
まず、Ｃｒ拡散領域２１０、２１１における、観察部分に、日本電子社製のＩＢ−０９０２０ＣＰ（商品名）を用いて、クロスセクションポリッシャ（ＣＰ）加工を行った。加速電圧を７ｋＶとした。
これらの領域１、２、３および基材（Ｃｒを溶融することにより、Ｃｒを拡散させていない領域）について、エネルギー分散型Ｘ線分析（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ｘ−ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＥＤＳ）を行った。結果を表１に示す。
走査型電子顕微鏡としては、電界放出型走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）（商品名：ＩＢ−０９０２０ＣＰ、日本電子社製）を用いた。加速電圧を５ｋＶとした。
ＥＤＳマッピング分析を、サーモフィッシャーサイエンティフィック社製のＮＯＲＡＮ ＳＹＳＴＥＭ７（商品名）を用いて、加速電圧を１５ｋＶとした。

図１０は、「♯４（１．０Ｊ）」の例のＣｒ拡散領域２１０、２１１の厚み方向と垂直な断面（図４（ａ）、（ｂ）において、紙面と平行な方向）の走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＥＭ）像を示す。図１１は、図１０を部分的に拡大した走査型電子顕微鏡像である。図１１において、四角い線で囲んだ領域１、２、３は、表１の上側１、中央２、下側３に対応する。
これらの領域１、２、３および基材（Ｃｒを溶融することにより、Ｃｒを拡散させていない領域）について、「♯２（０．６Ｊ）」の例と同様にして、ＥＤＳ分析を行った。結果を表１に示す。

図１２は、「♯６（１．４Ｊ）」の例のＣｒ拡散領域２１０、２１１の厚み方向と垂直な断面（図４（ａ）、（ｂ）において、紙面と平行な方向）の走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＥＭ）像を示す。図１３は、図１２を部分的に拡大した走査型電子顕微鏡像である。図１３において、四角い線で囲んだ領域１、２、３、４は、表１の上側１、中央２、下側３、外周部４に対応する。
これらの領域１、２、３、４および基材（Ｃｒを溶融することにより、Ｃｒを拡散させていない領域）について、「♯２（０．６Ｊ）」の例と同様にして、ＥＤＳ分析を行った。結果を表１に示す。

表１の結果から、Ｃｒ拡散領域２１０、２１１には、主成分としてＣｒ、Ｆｅ、Ｎｉが含まれており、微量成分としてＣ、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉが含まれていることが確認された。
また、表１の結果から、レーザを照射して形成したＣｒ拡散領域２１０、２１１では、基材と比較してＣｒ含有率が高いことが確認された。
以上の結果から、Ｃｒ拡散領域２１０、２１１は低透磁率領域を形成していると言える。

以上のような構成により、いわゆる幅狭部（ロータ収容用貫通孔周囲の断面積が極小となる部分付近）に、負極と正極との両極側から交互に連続して磁束が作用される場合、溶融凝固部として形成するＣｒの質量％濃度を、１５質％以上、かつ、８０％以下とすることで、直前の磁束作用により残留する残留磁束を低減することができる。そして、当該残留磁束の打消しに要する時間が短縮され、ロータの回転を収束させるまでの時間を短縮することができることで、連続する次の回転の駆動制御を容易とすることができる。そのため、たとえば高速運針を行う際には、動作安定性を維持しつつ駆動周波数を上げることができる。
また、いわゆる幅狭部におけるＣｒの質量濃度の下限値を、例えば＃６において示した１８％〜２０％付近とすることで、残留磁束をほぼゼロとすることができ、残留磁束打消しに要する時間も最小とすることができる。これにより、例えば２５６Ｈｚ程度の高い駆動周波数においても、安定動作可能とすることができる。
また、いわゆる幅狭部におけるＣｒの質量濃度の上限値を、例えば＃２において示した４５％〜５５％付近とすることで、残留磁束を低減でき、残留磁束打消し時間を高速運針において無視できるほど低減できるとともに、Ｃｒ塗布量（めっき等を含む）を現実的な範囲に抑えることができる。これにより、より実現性の高い高速運針可能なステッピングモータを提供できる。

本発明のステッピングモータの製造方法によれば、ステータは一体として形成するため、切断等の機械的なストレスや溶接・接合過程による歪みや部材の位置ずれを発生させることなく、磁気的な効率の低下やステータの破損、製品品質の低下、強度の劣化を防止することができる。その上、磁路の一部にＣｒ拡散領域を形成して透磁率の低減を図ることから、省電力化と高保持力を兼ね備えたステッピングモータを容易に製造することができる。

また従来では、低透磁率の領域を調整する場合、ステータを機械的に分割する加工方法やその条件、挿入する非磁性体の調整等、工程数が多い上に製造条件を多く変更・調整しなければならず、結果製造コストの増大を招くおそれがあった。しかし、本発明によれば、ステータ素材に切断等の加工を施すことなく、レーザ照射の条件を調整することのみで、Ｃｒ拡散領域（低透磁率領域）を所望のものに調整できる。

１０１・・・発振回路
１０２・・・分周回路
１０３・・・制御回路
１０４・・・駆動パルス選択回路（駆動手段）
１０５・・・ステッピングモータ
１０６・・・アナログ表示部
１０７・・・時針
１０８・・・分針
１０９・・・秒針
１１０・・・カレンダ表示部
１１１・・・回転検出回路
１１２・・・負荷検出回路
１１３・・・時計ケース
１１４・・・ムーブメント
２０１・・・ステータ
２０１ａ・・・ステータ素材
２０２・・・ロータ
２０３・・・ロータ用貫通孔
２０４、２０５・・・切り欠き部（内ノッチ）
２０６、２０７・・・切り欠き部（外ノッチ）
２０８・・・磁心
２０９・・・コイル
２１０、２１１・・・Ｃｒ拡散領域
２１３、２１４・・・幅狭部
ＯＵＴ１・・・第１端子
ＯＵＴ２・・・第２端子
Ｒ・・・磁路

Claims (8)

1. 一体のＦｅ−Ｎｉ合金により成形されており、ロータ用貫通孔が設けられており、かつ前記ロータ用貫通孔の周囲に磁路が設けられたステータと、
   前記ロータ用貫通孔内に回転可能に配設されたロータと、
   前記ステータに設けられたコイルと、を備えたステッピングモータであって、
   前記磁路の一部にＣｒの溶融凝固部からなるＣｒ拡散領域が形成されていて、
   前記Ｃｒ拡散領域は、前記Ｃｒ拡散領域の形成時にレーザが照射された照射方向において形成され、前記レーザが照射された照射側より前記照射側と対向する側には形成されていない、
   ことを特徴とするステッピングモータ。
2. 前記Ｃｒ拡散領域は、前記Ｃｒ拡散領域の形成時にレーザが照射された照射方向において、前記Ｃｒの重量比が高い領域の径が、前記レーザが照射された照射側より前記照射側と対向する側の方が小さい、
   ことを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータ。
3. 前記ステータには、前記磁路の断面積が他の部位よりも狭くなるように形成された幅狭部が設けられ、該幅狭部の少なくとも一部に前記Ｃｒ拡散領域が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のステッピングモータ。
4. 前記溶融凝固部は、前記幅狭部を含み、前記ロータの安定位置確保のための前記ロータ用貫通孔に設けられる切り欠き部に干渉しない部分に設けられることを特徴とする請求項３に記載のステッピングモータ。
5. 前記Ｃｒ拡散領域には、Ｃｒが１５質量％以上かつ８０質量％以下含有されていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載のステッピングモータ。
6. 前記Ｃｒ拡散領域には、Ｃｒが１８質量％以上かつ５５質量％以下含有されていることを特徴とする請求項５に記載のステッピングモータ。
7. 請求項１から請求項６の何れか一項に記載のステッピングモータと、前記ステッピングモータにより回転することで時刻を表示する針と、を備えたことを特徴とする時計用ムーブメント。
8. 請求項７に記載の時計用ムーブメントを備えたことを特徴とする時計。