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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-21
(45)【発行日】2023-09-29
(54)【発明の名称】ステータ、ステッピングモータ、及び時計
(51)【国際特許分類】
H02K 37/16 20060101AFI20230922BHJP
H02K 1/14 20060101ALI20230922BHJP
【ＦＩ】
H02K37/16 C
H02K1/14 B
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2020042761
(22)【出願日】2020-03-12
(65)【公開番号】P2021145474
(43)【公開日】2021-09-24
【審査請求日】2023-01-11
(73)【特許権者】
【識別番号】000002325
【氏名又は名称】セイコーインスツル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100165179
【弁理士】
【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100126664
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 慎吾
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(72)【発明者】
【氏名】山本 幸祐
(72)【発明者】
【氏名】木下 伸治
(72)【発明者】
【氏名】▲徳▼田 幸子
【審査官】島倉 理
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－６８７２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平５－２９５４３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－２１６３１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第４７０３２０８（ＵＳ，Ａ）
【文献】中国実用新案第２０３４８２０５９（ＣＮ，Ｕ）
【文献】特開２０１１－１５５９２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｋ ３７／１６
Ｈ０２Ｋ １／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
平均結晶粒径がｄである一体の磁性体によって構成され、ロータを内部に配置可能な貫通孔を有するステータの母材と、前記貫通孔の周囲の前記ステータの母材の所定箇所に設けられ、平均結晶粒径がｄ１である微細結晶領域と、
を備え、
前記平均結晶粒径ｄ１は（３／７）ｄ未満である、
ステータ。
【請求項2】
前記母材の板厚をｈ１としたとき、前記母材の板厚方向に沿った前記微細結晶領域の深さｈ２は、少なくとも（３／４）ｈ１である、
請求項１に記載のステータ。
【請求項3】
前記母材は、第１面および、前記第１面に対向する第２面、を有し、前記微細結晶領域は、前記母材の板厚方向に沿って前記第１面側から前記第２面側へ向かうにつれて、前記板厚方向に対して垂直方向における断面積が小さくなるように形成されている、
請求項１または請求項２に記載のステータ。
【請求項4】
前記平均結晶粒径ｄ１は（１／４）ｄ未満であり、前記微細結晶領域に、材料組成のクロム重量比が１５％以上となっている箇所が存在している、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のステータ。
【請求項5】
前記ステータは、接合箇所のない一体構造である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のステータ。
【請求項6】
コイルを励磁した場合に前記貫通孔の周囲の前記ステータの母材に磁極を発生させる磁路をさらに備え、前記所定箇所は、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である、
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のステータ。
【請求項7】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のステータ、を備えるステッピングモータ。
【請求項8】
請求項７に記載のステッピングモータを備える時計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ステータ、ステッピングモータ、及び時計に関する。
【背景技術】
【0002】
時計用ステッピングモータに用いられるステータの一例として、高透磁率からなるパーマロイ材によって形成されたステータが知られている。なお、ステッピングモータは、ステータ、ロータ、磁心、コイル等を有している。この種のステータには、例えば、ロータを駆動させる漏洩磁束を得やすくするため、ロータが設置される貫通孔周りの２か所（一般的に１８０度間隔）に、過飽和部が設けられている（一体型ステータ）。過飽和部は、この部分において磁束を飽和させやすくするために、極端に細くした形状（例えば約１００μｍの幅）となっている。このような一体型ステータを用いたステッピングモータでは、ロータの駆動のために過飽和部を磁束飽和させる必要がある。
【0003】
一方、二体型ステータでは、貫通孔周りの２か所（１８０度間隔）に、スリット部を形成（同時に溝切り加工）し、低透磁率材料または非磁性材料より成る線材から切断したスリット材を押込み、スリット部にスリット材を溶接して、２つに分かれているステータを溶接する。二体型ステータでは、結合された箇所が過飽和部である（例えば特許文献１参照）。
このような二体型ステータを用いたステッピングモータでは、過飽和部を磁束飽和させることなく、ロータを駆動させる漏洩磁束を得ることができる。
このような二体型ステータを用いたステッピングモータでは、過飽和部を磁束飽和させることなく、ロータを駆動させる漏洩磁束を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特公平５－５６１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来の一体型ステータでは、磁石及び電流供給時のコイルから発せられる磁束が過飽和部で消費されてしまう。このため、従来の一体型ステータでは、過飽和部によって磁束が損失するため、磁気的な効率低下が発生し、このような磁束の損失によってステッピングモータの消費電力が増加していた。
一方、従来の二体型ステータでは、一体型ステータと比較して磁気的な効率を改善できるが、スリット部を形成する際に生じる機械的なストレスによりステータに変形が生じる場合がある。従来の二体型ステータでは、ステータに変形が生じた場合、ロータとステータ間の距離に誤差が生じるため、静止位置ずれなどの不具合が生じる場合がある。
一方、従来の二体型ステータでは、一体型ステータと比較して磁気的な効率を改善できるが、スリット部を形成する際に生じる機械的なストレスによりステータに変形が生じる場合がある。従来の二体型ステータでは、ステータに変形が生じた場合、ロータとステータ間の距離に誤差が生じるため、静止位置ずれなどの不具合が生じる場合がある。
【0006】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、ステッピングモータの品質を向上させることができるステータ、品質を向上させることができるステッピングモータ、及び品質を向上させることができるステッピングモータを備える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】
【0007】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るステータは、平均結晶粒径がｄである一体の磁性体によって構成され、ロータを内部に配置可能な貫通孔を有するステータの母材と、前記貫通孔の周囲の前記ステータの母材の所定箇所に設けられ、平均結晶粒径がｄ１である微細結晶領域と、を備え、前記平均結晶粒径ｄ１は（３／７）ｄ未満である。
【0008】
また、本発明の一態様に係るステータにおいて、前記母材の板厚をｈ１としたとき、前記母材の板厚方向に沿った前記微細結晶領域の深さｈ２は、少なくとも（３／４）ｈ１であるようにしてもよい。
【0009】
また、本発明の一態様に係るステータにおいて、前記母材は、第１面および、前記第１面に対向する第２面、を有し、前記微細結晶領域は、前記母材の板厚方向に沿って前記第１面側から前記第２面側へ向かうにつれて、前記板厚方向に対して垂直方向における断面積が小さくなるように形成されているようにしてもよい。
【0010】
また、本発明の一態様に係るステータにおいて、前記平均結晶粒径ｄ１は（１／４）ｄ未満であり、前記微細結晶領域に、材料組成のクロム重量比が１５％以上となっている箇所が存在しているようにしてもよい。
【0011】
また、本発明の一態様に係るステータにおいて、前記ステータは、接合箇所のない一体構造であるようにしてもよい。
【0012】
また、本発明の一態様に係るステータにおいて、コイルを励磁した場合に前記貫通孔の周囲の前記ステータの母材に磁極を発生させる磁路をさらに備え、前記所定箇所は、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であるようにしてもよい。
【0013】
本発明の一態様に係るステッピングモータは、上述したいずれか１つの様態のステータを備える。
【0014】
本発明の一態様に係る時計は、上述した様態のステッピングモータを備える。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、ステッピングモータの品質を向上させることができるステータ、品質を向上させることができるステッピングモータ、及び品質を向上させることができるステッピングモータを備える時計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】実施形態に係るステータを有するステッピングモータを用いた時計を示すブロック図である。
【図2】実施形態に係るステッピングモータの概略構成例を示す斜視図である。
【図3】実施形態に係るステータの正面模式図である。
【図7】従来構造のステータのＢ－Ｈ曲線と実施形態の構造を有するステータのＢ－Ｈ曲線を示す図である。
【図8】母材の板厚に対する微細結晶領域の深さと非磁性化率の関係を示す図である。
【図9】ステッピングモータの最小駆動電力と、ステータの非磁性化率の関係を示す図である。
【図10】微細結晶領域の平均結晶粒径に対する非磁性化率を示す図である。
【図11】平均結晶粒径が約１８μｍの微細結晶領域を拡大した図である。
【図12】平均結晶粒径が約２６μｍの微細結晶領域を拡大した図である。
【図13】実施形態に係るステータの製造方法の一例を示す工程手順例を示す図である。
【図14】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。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【0018】
図１は、本実施形態に係るステータを有するステッピングモータを用いた時計１を示すブロック図である。本実施形態では、時計１の一例としてアナログ電子時計を例示し説明する。
【0019】
図１に示すように、時計１は、電池２、発振回路３、分周回路４、制御回路５、パルス駆動回路６、ステッピングモータ７、及びアナログ時計部８を備える。
また、アナログ時計部８は、輪列１１、時針１２、分針１３、秒針１４、カレンダ表示部１５、時計ケース８１、及び時計１用のムーブメント８２を備える。なお、本実施形態では、時針１２、分針１３、秒針１４、カレンダ表示部１５のうち１つを特定しない場合、指針１６という。
また、アナログ時計部８は、輪列１１、時針１２、分針１３、秒針１４、カレンダ表示部１５、時計ケース８１、及び時計１用のムーブメント８２を備える。なお、本実施形態では、時針１２、分針１３、秒針１４、カレンダ表示部１５のうち１つを特定しない場合、指針１６という。
【0020】
なお、発振回路３、分周回路４、制御回路５、パルス駆動回路６、ステッピングモータ７、及び輪列１１は、ムーブメント８２の構成要素である。また、ステッピングモータ７、及び輪列１１が備えられるモジュールを機構モジュールともいう。
一般に、時計１の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。電子式のムーブメント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、例えば、文字板、指針等が取り付けられたムーブメントが、時計ケースの中に収容される。
一般に、時計１の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。電子式のムーブメント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、例えば、文字板、指針等が取り付けられたムーブメントが、時計ケースの中に収容される。
【0021】
電池２は、例えばリチウム電池、いわゆるボタン電池である。なお、電池２は、太陽電池、及び太陽電池によって発電された電力を蓄電する蓄電池、であってもよい。電池２は、電力を制御回路５に供給する。
【0022】
発振回路３は、例えば水晶の圧電現象を利用し、その機械的共振から所定の周波数を発振するために用いられる受動素子である。ここで、所定の周波数は、例えば３２［ｋＨｚ］である。
分周回路４は、発振回路３が出力した所定の周波数の信号を所望の周波数に分周し、分周した信号を制御回路５に出力する。
分周回路４は、発振回路３が出力した所定の周波数の信号を所望の周波数に分周し、分周した信号を制御回路５に出力する。
【0023】
制御回路５は、分周回路４が出力する分周された信号を用いて計時を行い、計時した結果に基づいて、駆動パルスを生成する駆動指示を生成する。なお、制御回路５は、指針１６を正転方向に運針させる場合、正転用の駆動パルスを生成する駆動指示を生成する。制御回路５は、指針１６を逆転方向に運針させる場合、逆転用の駆動パルスを生成する駆動指示を生成する。制御回路５は、生成した駆動パルスをパルス駆動回路６に出力する。制御回路５は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ；中央演算処理装置）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ；特定用途向け集積回路）等であってもよい。
【0024】
パルス駆動回路６は、制御回路５が出力する駆動指示に応じて、指針それぞれに対して駆動パルスを生成する。
【0025】
ステッピングモータ７は、パルス駆動回路６が出力する駆動パルスに応じて指針１６（時針１２、分針１３、秒針１４、カレンダ表示部１５）を運針させる。図１に示す例では、例えば、時針１２、分針１３、秒針１４、及びカレンダ表示部１５それぞれに１つステッピングモータ７を備えている。
【0026】
時針１２、分針１３、秒針１４、カレンダ表示部１５それぞれは、ステッピングモータ７によって運針される。
時針１２は、パルス駆動回路６がステッピングモータ７を駆動することによって１２時間で１回転する。分針１３は、パルス駆動回路６がステッピングモータ７を駆動することによって６０分間で１回転する。秒針１４は、パルス駆動回路６がステッピングモータ７を駆動することによって６０秒間で１回転する。カレンダ表示部１５は、例えば日付を表示する指針であり、パルス駆動回路６がステッピングモータ７を駆動することによって２４時間で１回転する。
時針１２は、パルス駆動回路６がステッピングモータ７を駆動することによって１２時間で１回転する。分針１３は、パルス駆動回路６がステッピングモータ７を駆動することによって６０分間で１回転する。秒針１４は、パルス駆動回路６がステッピングモータ７を駆動することによって６０秒間で１回転する。カレンダ表示部１５は、例えば日付を表示する指針であり、パルス駆動回路６がステッピングモータ７を駆動することによって２４時間で１回転する。
【0027】
次に、本実施形態に係るステッピングモータ７の概略構成例について説明する。
図２は、本実施形態に係るステッピングモータ７の概略構成例を示す斜視図である。図２に示すように、ステッピングモータ７は、ステータ２０１、ロータ２０２、磁心２０８、コイル２０９、及びネジ２２０を備える。
図２は、本実施形態に係るステッピングモータ７の概略構成例を示す斜視図である。図２に示すように、ステッピングモータ７は、ステータ２０１、ロータ２０２、磁心２０８、コイル２０９、及びネジ２２０を備える。
【0028】
ステータ２０１には、ロータ２０２を設けるためのロータ収容孔２０３（貫通孔）、ネジ２２０を取り付けるためのネジ孔２１８ａ、ネジ孔２１８ｂが形成されている。また、ステータ２０１には、ロータ収容孔２０３周りの２か所に、幅が他の部分より狭くなっている幅狭部２１０、２１１が形成されている。
ロータ２０２は、ロータ収容孔２０３に回転可能に配置されている。
コイル２０９は、磁心２０８に巻回されている。
また、ステッピングモータ７をアナログ電子時計に用いる場合、ステータ２０１と磁心２０８とは、ネジ２２０によってムーブメント８２の地板５１に固着され、互いに接合される。
磁路Ｒは、コイル２０９を励磁した場合にロータ収容孔２０３（貫通孔）の周囲のステータ２０１の母材２４０に磁極を発生させる磁路である。
ロータ２０２は、ロータ収容孔２０３に回転可能に配置されている。
コイル２０９は、磁心２０８に巻回されている。
また、ステッピングモータ７をアナログ電子時計に用いる場合、ステータ２０１と磁心２０８とは、ネジ２２０によってムーブメント８２の地板５１に固着され、互いに接合される。
磁路Ｒは、コイル２０９を励磁した場合にロータ収容孔２０３（貫通孔）の周囲のステータ２０１の母材２４０に磁極を発生させる磁路である。
【0029】
次に、図３を用いてステータ２０１について説明する。図３は、本実施形態に係るステータ２０１の正面模式図である。図３において、ステータ２０１の長手方向をｙ軸方向、短手方向をｘ軸方向とする。なお、図３に示すステータ２０１は、後述するモータ用ステータの製造方法によって製造される。
【0030】
図３のように、ステータ２０１は、接合箇所のない一体構造である。
ステータ２０１を構成する母材２４０は、例えばＦｅ－Ｎｉ（鉄－ニッケル）合金の磁性板材で形成されている。また、母材２４０は、板状である。
ステータ２０１は、母材２４０に、ロータ収容孔２０３、幅狭部２１０、幅狭部２１１、ネジ孔２１８ａ、およびネジ孔２１８ｂが形成されることによって構成される。
ロータ収容孔２０３には、切り欠き部（内ノッチ）２０４、２０５が形成されている。
幅狭部２１０、２１１は、ロータ収容孔２０３の周囲に形成されている。幅狭部２１０、２１１は、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ている。
断面Ａ－Ａ’の断面の写真例（符号ｇ１）において、第１面ｆ１は、非磁性領域の形成の際にレーザーが照射される面であり、第２面ｆ２は、第１面ｆ１に対向する面である。符号ｇ１のように、ステータ２０１は、平均結晶粒径が母材２４０より小さい微細結晶領域２５１を備える。また、微細結晶領域２５１は、ロータ収容孔２０３（貫通孔）の周囲のステータ２０１の母材２４０の所定箇所に設けられている。所定箇所は、例えば幅狭部である。なお、微細結晶領域２５１については後述する。
ステータ２０１を構成する母材２４０は、例えばＦｅ－Ｎｉ（鉄－ニッケル）合金の磁性板材で形成されている。また、母材２４０は、板状である。
ステータ２０１は、母材２４０に、ロータ収容孔２０３、幅狭部２１０、幅狭部２１１、ネジ孔２１８ａ、およびネジ孔２１８ｂが形成されることによって構成される。
ロータ収容孔２０３には、切り欠き部（内ノッチ）２０４、２０５が形成されている。
幅狭部２１０、２１１は、ロータ収容孔２０３の周囲に形成されている。幅狭部２１０、２１１は、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ている。
断面Ａ－Ａ’の断面の写真例（符号ｇ１）において、第１面ｆ１は、非磁性領域の形成の際にレーザーが照射される面であり、第２面ｆ２は、第１面ｆ１に対向する面である。符号ｇ１のように、ステータ２０１は、平均結晶粒径が母材２４０より小さい微細結晶領域２５１を備える。また、微細結晶領域２５１は、ロータ収容孔２０３（貫通孔）の周囲のステータ２０１の母材２４０の所定箇所に設けられている。所定箇所は、例えば幅狭部である。なお、微細結晶領域２５１については後述する。
【0031】
ステッピングモータ７を時計に用いる場合、ステータ２０１の各サイズの例を説明する。
ロータ収容孔２０３の穴径は、例えば約１．５～２ｍｍである。幅狭部２１０、２１１の一番細い箇所の幅は、例えば約０．１ｍｍ～０．２ｍｍである。ステータ２０１の厚みは、例えば約０．３～０．５ｍｍである。長手方向の長さは、例えば約１０ｍｍである。
ロータ収容孔２０３の穴径は、例えば約１．５～２ｍｍである。幅狭部２１０、２１１の一番細い箇所の幅は、例えば約０．１ｍｍ～０．２ｍｍである。ステータ２０１の厚みは、例えば約０．３～０．５ｍｍである。長手方向の長さは、例えば約１０ｍｍである。
【0032】
＜ステータの結晶粒径の説明＞
次に、Ｆｅ－Ｎｉ合金の片面に配置されたクロムに対してレーザー照射を行い、レーザーで溶融拡散して、クロムを１５重量％以上にした後の図３の断面Ａ－Ａ’の組織像を図４～図６に示す。
次に、Ｆｅ－Ｎｉ合金の片面に配置されたクロムに対してレーザー照射を行い、レーザーで溶融拡散して、クロムを１５重量％以上にした後の図３の断面Ａ－Ａ’の組織像を図４～図６に示す。
【0033】
図４は、本実施形態において、Ｆｅ－Ｎｉ合金に配置されたクロムをレーザーで溶融拡散して非磁性化した後の図３の断面Ａ－Ａ’の写真例を示す図である。
図４において、上下方向（ｚ軸方向）は、ステータ２０１の母材２４０の板厚方向である。レーザーは、クロムが配置されている面である第１面ｆ１側から照射される。なお、母材２４０の平均結晶粒径はｄである。
図４において、上下方向（ｚ軸方向）は、ステータ２０１の母材２４０の板厚方向である。レーザーは、クロムが配置されている面である第１面ｆ１側から照射される。なお、母材２４０の平均結晶粒径はｄである。
【0034】
図４では、クロムを配置後に、このクロムに対してレーザーパワーが約１５０Ｗのレーザーを、約４ｍｓの照射時間だけ照射して、クロムの拡散溶融を行った。クロムの拡散溶融によって、微細結晶領域２５１が形成される。形成される微細結晶領域２５１の平均結晶粒径ｄ１は、母材の平均結晶粒径ｄより小さい。このような微細結晶領域２５１は、図４に示されるように、第２面ｆ２に到達していない。
【0035】
微細結晶領域２５１の形状は、略くさび形である。第２面ｆ２の近傍における微細結晶領域２５１の幅Ｗ２は、第１面ｆ１における微細結晶領域２５１の幅Ｗ１より小さい。すなわち、母材２４０の第１面ｆ１側から板厚方向に沿って第２面ｆ２へ向かうにつれて、板厚方向に対して垂直方向における微細結晶領域２５１の断面積が小さくなっている。また、母材２４０の板厚はｈ１である。母材２４０の板厚方向に沿った微細結晶領域２５１の深さはｈ２である。
【0036】
ここで、平均結晶粒径の求め方を説明する。
まずはじめに、対象の材料を研磨および琢磨した上で、表面を軽くエッチングし、エッチングした表面を顕微鏡などを用いて観察し、スケールとともに像を取得する。次に、取得した像に長さＬの線を引き、線上にある結晶粒の個数Ｎを数える。ただし、線の両端の結晶は１／２に数える。実施形態では、この長さＬを結晶粒の個数Ｎと倍率ｋで除算した値を平均結晶粒径（ｄ＝Ｌ／ｋＮ）とした。
まずはじめに、対象の材料を研磨および琢磨した上で、表面を軽くエッチングし、エッチングした表面を顕微鏡などを用いて観察し、スケールとともに像を取得する。次に、取得した像に長さＬの線を引き、線上にある結晶粒の個数Ｎを数える。ただし、線の両端の結晶は１／２に数える。実施形態では、この長さＬを結晶粒の個数Ｎと倍率ｋで除算した値を平均結晶粒径（ｄ＝Ｌ／ｋＮ）とした。
【0037】
図５は、図４の母材２４０の組織像を拡大した図である。実測の結果、母材２４０の平均結晶粒径は約４２μｍであった。
図６は、図４の微細結晶領域２５１の組織像を拡大した図である。実測の結果、微細結晶領域２５１の平均結晶粒径は約９μｍであった。また、図６のように、微細結晶領域２５１において、例えば、母材２４０の組織と微細結晶領域２５１との境界付近領域２５１１の平均結晶粒径は、内部領域２５１２の平均結晶粒径より小さかった。また、境界付近領域２５１１の平均結晶粒径は、平均結晶粒径ｄ１より小さかった。
なお、図４～図６に示した例では、微細結晶領域２５１の平均結晶粒径は、母材２４０の平均結晶粒径の約１／４．７である。
図６は、図４の微細結晶領域２５１の組織像を拡大した図である。実測の結果、微細結晶領域２５１の平均結晶粒径は約９μｍであった。また、図６のように、微細結晶領域２５１において、例えば、母材２４０の組織と微細結晶領域２５１との境界付近領域２５１１の平均結晶粒径は、内部領域２５１２の平均結晶粒径より小さかった。また、境界付近領域２５１１の平均結晶粒径は、平均結晶粒径ｄ１より小さかった。
なお、図４～図６に示した例では、微細結晶領域２５１の平均結晶粒径は、母材２４０の平均結晶粒径の約１／４．７である。
【0038】
＜ステータの残留磁束の説明＞
次に、ステータの残留磁束密度について説明する。
図７は、従来構造のステータのＢ－Ｈ曲線と本実施形態の構造を有するステータのＢ－Ｈ曲線を示す図である。図７において、横軸は磁界［Ａ／ｍ］であり、縦軸は磁束密度［Ｔ（テスラ）］である。
従来の微細結晶領域を有していないステータのＢ－Ｈ曲線ｇ１１０において、残留磁束密度は、点ｇ１１１と点ｇ１１２の大きさである。
本実施形態の微細結晶領域２５１を有しているステータ２０１のＢ－Ｈ曲線ｇ１２０において、残留磁束密度は、点ｇ１２１と点ｇ１２２の大きさである。このように、本実施形態のステータ２０１は、従来構造のステータと比較して残留磁束密度が低下している。
また、本実施形態のステータ２０１のＢ－Ｈ曲線ｇ１２０の面積は、従来のステータのＢ－Ｈ曲線ｇ１１０の面積より小さい。従って本実施形態のステータ２０１は、従来のステータよりヒステリシス損が少ない。
これにより、本実施形態によれば、従来のステータと比較して、非磁性化率を向上させることができる。この結果、本実施形態によれば、後述するように、本実施形態のステータ２０１を有するステッピングモータ７の消費電力を低減することができる。これにより、本実施形態によれば、消費電力を低減することができるので、ステッピングモータ７の品質を向上させることができる。
次に、ステータの残留磁束密度について説明する。
図７は、従来構造のステータのＢ－Ｈ曲線と本実施形態の構造を有するステータのＢ－Ｈ曲線を示す図である。図７において、横軸は磁界［Ａ／ｍ］であり、縦軸は磁束密度［Ｔ（テスラ）］である。
従来の微細結晶領域を有していないステータのＢ－Ｈ曲線ｇ１１０において、残留磁束密度は、点ｇ１１１と点ｇ１１２の大きさである。
本実施形態の微細結晶領域２５１を有しているステータ２０１のＢ－Ｈ曲線ｇ１２０において、残留磁束密度は、点ｇ１２１と点ｇ１２２の大きさである。このように、本実施形態のステータ２０１は、従来構造のステータと比較して残留磁束密度が低下している。
また、本実施形態のステータ２０１のＢ－Ｈ曲線ｇ１２０の面積は、従来のステータのＢ－Ｈ曲線ｇ１１０の面積より小さい。従って本実施形態のステータ２０１は、従来のステータよりヒステリシス損が少ない。
これにより、本実施形態によれば、従来のステータと比較して、非磁性化率を向上させることができる。この結果、本実施形態によれば、後述するように、本実施形態のステータ２０１を有するステッピングモータ７の消費電力を低減することができる。これにより、本実施形態によれば、消費電力を低減することができるので、ステッピングモータ７の品質を向上させることができる。
【0039】
＜非磁性化率＞
次に、微細結晶領域２５１の深さと非磁性化率の関係について説明する。
図８は、母材２４０の板厚に対する微細結晶領域２５１の深さと非磁性化率の関係を示す図である。図８において、横軸は板厚に対する微細結晶領域２５１の到達深さの割合（％）であり、縦軸は非磁性化率（％）である。なお、板厚に対する微細結晶領域２５１の到達深さの割合とは、母材２４０の板厚ｈ１に対する微細結晶領域の深さｈ２の割合である（図４参照）。また、非磁性化率とは、非磁性体のＢ－Ｈ曲線の面積に対する、磁性体のＢ－Ｈ曲線の面積とステータのＢ－Ｈ曲線の面積との差、の割合（％）である。
次に、微細結晶領域２５１の深さと非磁性化率の関係について説明する。
図８は、母材２４０の板厚に対する微細結晶領域２５１の深さと非磁性化率の関係を示す図である。図８において、横軸は板厚に対する微細結晶領域２５１の到達深さの割合（％）であり、縦軸は非磁性化率（％）である。なお、板厚に対する微細結晶領域２５１の到達深さの割合とは、母材２４０の板厚ｈ１に対する微細結晶領域の深さｈ２の割合である（図４参照）。また、非磁性化率とは、非磁性体のＢ－Ｈ曲線の面積に対する、磁性体のＢ－Ｈ曲線の面積とステータのＢ－Ｈ曲線の面積との差、の割合（％）である。
【0040】
図８のように、板厚に対する微細結晶領域の深さと非磁性化率の関係は、線形近似でき、ほぼ比例関係であり、到達深さの割合が増加すると非磁性化率も増加する。図８からは、微細結晶領域２５１が深い程、非磁性化率を増加させることができることが確認された。
なお、結晶の微細化が不十分である場合には、微細結晶領域２５１の到達深さと非磁性化率の相関が図８の比例関係から外れ、微細結晶領域２５１の到達深さに対して非磁性化率は低い値を示す。
なお、結晶の微細化が不十分である場合には、微細結晶領域２５１の到達深さと非磁性化率の相関が図８の比例関係から外れ、微細結晶領域２５１の到達深さに対して非磁性化率は低い値を示す。
【0041】
次に、ステッピングモータ７の最小駆動電力と、ステータ２０１の非磁性化率の関係を説明する。
図９は、ステッピングモータ７の最小駆動電力と、ステータ２０１の非磁性化率の関係を示す図である。図９において、横軸は非磁性化率（％）であり、縦軸は最小駆動電力の低減率（％）である。なお、図９は、非磁性化率が０％の場合を低減率０％として表している。三角印はコギングトルクＡの場合の第１のサンプルによるステッピングモータ７を示し、丸印はコギングトルクＢの場合の第２のサンプルによるステッピングモータ７を示す。
図９は、ステッピングモータ７の最小駆動電力と、ステータ２０１の非磁性化率の関係を示す図である。図９において、横軸は非磁性化率（％）であり、縦軸は最小駆動電力の低減率（％）である。なお、図９は、非磁性化率が０％の場合を低減率０％として表している。三角印はコギングトルクＡの場合の第１のサンプルによるステッピングモータ７を示し、丸印はコギングトルクＢの場合の第２のサンプルによるステッピングモータ７を示す。
【0042】
非磁性化率の高さに応じてロータ２０２の回転性能は変化する。具体的には、非磁性化率に応じて、ステッピングモータ７の最小駆動電力が変化する。
図９より、非磁性化率は８０％以上で非磁性化率１００％とほぼ同等の性能を得られることがわかる。また、非磁性化率５０％以上８０％未満では、非磁性化率１００％の半分程度の性能を得られることがわかる。
図９より、非磁性化率は８０％以上で非磁性化率１００％とほぼ同等の性能を得られることがわかる。また、非磁性化率５０％以上８０％未満では、非磁性化率１００％の半分程度の性能を得られることがわかる。
【0043】
図８より、非磁性化率を５０％以上にするには、母材２４０の板厚方向に沿った微細結晶領域２５１の到達深さｈ２（図４）を、板厚ｈ１（図４）の約３／４（すなわち（３／４）ｈ１）である約７５％以上にする必要がある。また、非磁性化率を８０％以上にするには、母材２４０の板厚方向に沿った微細結晶領域２５１の到達深さを、板厚の約９０％以上にする必要がある。
【0044】
図１０は、微細結晶領域の平均結晶粒径ｄ１に対する非磁性化率を示す図である。図１０において、横軸は平均結晶粒径（μｍ）であり、縦軸は非磁性化率（％）である。なお、図１０は、微細結晶領域２５１の到達深さがほぼ１００％であるサンプルについて、平均結晶粒径ｄ１が十分微細化したサンプル（約９μｍ以下）と、約１８μｍ及び約２６μｍに微細化したものついて非磁性化率を測定した結果を示している。また、図１１は、平均結晶粒径ｄ１が約１８μｍの微細結晶領域２５１を拡大した図である。図１２は、平均結晶粒径ｄ１が約２６μｍの微細結晶領域２５１を拡大した図である。
【0045】
以下の説明で、母材２４０の平均結晶粒径ｄ（約４２μｍ）を微細結晶領域の平均結晶粒径ｄ１で除算した値を除算値という。
図１０より、平均結晶粒径ｄ１が２６μｍの場合の非磁性化率は約１５％程度であり除算値が約１．６であり、図９のようにステッピングモータ７の最小駆動電力の低減には不十分である。
平均結晶粒径ｄ１が１８μｍの場合の非磁性化率は約３３％程度であり除算値が約２．３であり、図９のようにステッピングモータ７の最小駆動電力の低減に寄与する。
平均結晶粒径ｄ１が９μｍ以下の場合の非磁性化率は約９０％程度であり除算値が約４．７であり、図９のようにステッピングモータ７の最小駆動電力の低減率を平均結晶粒径ｄ１が１８μｍより向上できる。
このように、除算値が大きい方が、非磁性化率が向上し、ステッピングモータ７の最小駆動電力の低減の効果が高くなる。
図１０より、平均結晶粒径ｄ１が２６μｍの場合の非磁性化率は約１５％程度であり除算値が約１．６であり、図９のようにステッピングモータ７の最小駆動電力の低減には不十分である。
平均結晶粒径ｄ１が１８μｍの場合の非磁性化率は約３３％程度であり除算値が約２．３であり、図９のようにステッピングモータ７の最小駆動電力の低減に寄与する。
平均結晶粒径ｄ１が９μｍ以下の場合の非磁性化率は約９０％程度であり除算値が約４．７であり、図９のようにステッピングモータ７の最小駆動電力の低減率を平均結晶粒径ｄ１が１８μｍより向上できる。
このように、除算値が大きい方が、非磁性化率が向上し、ステッピングモータ７の最小駆動電力の低減の効果が高くなる。
【0046】
また、図８～図１２を用いて説明したように、平均結晶粒径ｄ１が約９μｍ以下（母材の平均結晶粒径の約２５％以下）では、母材２４０の板厚に対する微細結晶領域２５１の到達深さに応じて、ステッピングモータ７の最小駆動電力の低減の効果を得ることができる。そして、平均結晶粒径ｄ１が約１８μｍ以下（母材２４０の平均結晶粒径ｄの約４２％以下）では、板厚に対する微細結晶領域２５１の到達深さによっては、ステッピングモータ７の最小駆動電力の低減の効果を得ることができる。このため、本実施形態では、平均結晶粒径ｄ１が、１８μｍ以下、すなわち（３／７）ｄ（≒１６／４２）以下であることが望ましい。さらに、本実施形態では、平均結晶粒径ｄ１が、９μｍ程度、すなわち（１／４）ｄ（≒９／４２）以下であることが好ましい。
【0047】
【0048】
（１）クロムの配置
Ｆｅ－Ｎｉ合金の所望の位置にクロムを配置する（Ｓ１０１）。クロムは粉末状やメッキ、ペースト、あるいは薄膜などにして配置する。
Ｆｅ－Ｎｉ合金の所望の位置にクロムを配置する（Ｓ１０１）。クロムは粉末状やメッキ、ペースト、あるいは薄膜などにして配置する。
【0049】
（２）レーザー溶融
続けて、クロムが配置された領域にレーザーを照射する（Ｓ１０２）。これにより、配置したクロムが母材（Ｆｅ－Ｎｉ合金）に溶け込み、クロム重量比が１５％以上となる領域が形成される。
続けて、クロムが配置された領域にレーザーを照射する（Ｓ１０２）。これにより、配置したクロムが母材（Ｆｅ－Ｎｉ合金）に溶け込み、クロム重量比が１５％以上となる領域が形成される。
【0050】
（３）外形加工
次に、クロム重量比が例えば１５％以上となった箇所がステータ２０１の幅狭部２１０、２１１となるように、Ｆｅ－Ｎｉ合金に対して外形加工を行う（Ｓ１０３）。外形加工の方法としては、プレス加工が好ましい。ただし、これに限らず、外形加工の方法としては、ワイヤー放電加工やレーザー加工などの方法を用いてもよい。
これにより、幅狭部と、それ以外の箇所とで、クロム重量比が異なるステータ２０１の外形が完成する。
次に、クロム重量比が例えば１５％以上となった箇所がステータ２０１の幅狭部２１０、２１１となるように、Ｆｅ－Ｎｉ合金に対して外形加工を行う（Ｓ１０３）。外形加工の方法としては、プレス加工が好ましい。ただし、これに限らず、外形加工の方法としては、ワイヤー放電加工やレーザー加工などの方法を用いてもよい。
これにより、幅狭部と、それ以外の箇所とで、クロム重量比が異なるステータ２０１の外形が完成する。
【0051】
（４）磁性焼鈍
次に、ステータ２０１に対して高温アニール（焼鈍）処理を行う（磁性焼鈍）（Ｓ１０４）。これにより、外形加工の工程などで生じる残留応力の除去・緩和などを行う。
次に、ステータ２０１に対して高温アニール（焼鈍）処理を行う（磁性焼鈍）（Ｓ１０４）。これにより、外形加工の工程などで生じる残留応力の除去・緩和などを行う。
【0052】
このように、本実施形態のステータ２０１は、ステータ２０１が一体に形成されていて接合部がないため、従来の二体型ステータのようなスリット部を有していない。このため、本実施形態によれば、スリット部を形成する手順がないため、スリット部の形成時の機械的ストレスによる変形が発生しない。この結果、本実施形態のステータ２０１を有するステッピングモータ７によれば、ロータ２０２とステータ２０１との間の距離に誤差が発生しにくいため、静止位置ズレなどが発生しにくい。
なお、図１３を用いて説明した製造方法は一例であり、これに限らない。
なお、図１３を用いて説明した製造方法は一例であり、これに限らない。
【0053】
例えば、Ｆｅ－Ｎｉ合金材である母材に、クロムの代わりに、周期表においてクロム（Ｃｒ）近傍の元素である銅（Ｃｕ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）の１つを配置し、配置した箇所にレーザーを照射して微細結晶領域を形成しても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0054】
次に、図１４を用いて、本実施形態に係るステッピングモータ７について詳述する。
図１４は、本実施形態に係るステッピングモータ７の正面模式図である。
図１４に示すステッピングモータ７は、ロータ収容孔２０３、ステータ２０１、ロータ２０２、磁心２０８、コイル２０９、及び幅狭部２１０、２１１を備えている。
図１４は、本実施形態に係るステッピングモータ７の正面模式図である。
図１４に示すステッピングモータ７は、ロータ収容孔２０３、ステータ２０１、ロータ２０２、磁心２０８、コイル２０９、及び幅狭部２１０、２１１を備えている。
【0055】
なお、ロータ２０２は、ロータ収容孔２０３内に回転可能に配設された２極のロータである。磁心２０８は、ステータ２０１と接合されている。コイル２０９は、磁心２０８に巻回されている。
【0056】
なお、幅狭部２１０、２１１は、ロータ２０２の安定位置確保のためロータ収容孔２０３に設けられる切り欠き部２０４、２０５に干渉しない部分に設けられる。コイル２０９は、第１端子ＯＵＴ１、第２端子ＯＵＴ２を有している。
【0057】
ロータ収容孔２０３は、輪郭が円形とされた貫通孔の対向部分に複数（図１４の例では２つ）の半月状の切り欠き部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の停止位置または静止安定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。
【0058】
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１４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（静止）している。
コイル２０９が励磁されていない状態では、ロータ２０２は、図１４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（静止）している。
【0059】
ロータ収容孔２０３の周囲に設けられた磁路Ｒの一部（図１４の例では２箇所）に、非磁性領域の幅狭部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。幅狭部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。
以下の説明では、ステータ２０１において、幅狭部２１１の外周を点ａ１、幅狭部２１１内を点ｂ１、幅狭部２１１の近傍且つ磁路Ｒの外周と内周との間を点ｃと定義する。
以下の説明では、ステータ２０１において、幅狭部２１１の外周を点ａ１、幅狭部２１１内を点ｂ１、幅狭部２１１の近傍且つ磁路Ｒの外周と内周との間を点ｃと定義する。
【0060】
次に、本実施形態に係るステッピングモータ７の動作を、図１４を参照して説明する。
まずパルス駆動回路６から駆動パルス信号をコイル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１４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。
まずパルス駆動回路６から駆動パルス信号をコイル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１４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。
【0061】
本実施形態では、非磁性領域である幅狭部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」に相当する領域を磁束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１４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（静止）する。
なお、本実施形態では、ステッピングモータ７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１４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。
なお、本実施形態では、ステッピングモータ７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１４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。
【0062】
次に、パルス駆動回路６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（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１４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、非磁性領域である幅狭部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（静止）する。
その後、前述と同様に、非磁性領域である幅狭部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（静止）する。
【0063】
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。
【0064】
このように、ステータ２０１を有するステッピングモータ７は、ロータ収容孔２０３の周囲の磁路の一部に非磁性領域である幅狭部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「過飽和部」とされていた箇所に非磁性領域である幅狭部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、ステッピングモータ７によれば、磁気ポテンシャルの損失を防止することができ、ロータ２０２を磁気的に停止（静止）・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「過飽和部」とされていた箇所に非磁性領域である幅狭部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、ステッピングモータ７によれば、磁気ポテンシャルの損失を防止することができ、ロータ２０２を磁気的に停止（静止）・保持させるための保持力を高めることができる。
【0065】
また、従来では「過飽和部」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。しかしながら、本実施形態によれば、当該領域での残留磁束が大幅に低減されているため、残留磁束の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。このため、本実施形態によれば、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。
【0066】
従来ステータの場合は、幅狭部に形成されている過飽和部を磁束飽和させた後に、漏洩磁束が磁石に流れて回転に至る。このため、従来ステータの場合は、磁束飽和のために電力が消費されていた。
これにたいして本実施形態では、ステータ２０１をステッピングモータ７に適用させることで、非磁性化されている微細結晶領域を磁束飽和させる必要が無いため、幅狭部を磁束飽和させるために要していた電力が不要となる。この結果、本実施形態によれば、磁束飽和のための電力が不要であるため、消費電力を低減することができる。これにより、本実施形態によれば、ステータ２０１をステッピングモータ７に適用することで、ステッピングモータ７の品質を向上させることができる。さらに、本実施形態によれば、ステッピングモータ７を時計１に適用することで、上述したように従来より高速運針を行うことができるので、時計１の品質を向上させることができる。
これにたいして本実施形態では、ステータ２０１をステッピングモータ７に適用させることで、非磁性化されている微細結晶領域を磁束飽和させる必要が無いため、幅狭部を磁束飽和させるために要していた電力が不要となる。この結果、本実施形態によれば、磁束飽和のための電力が不要であるため、消費電力を低減することができる。これにより、本実施形態によれば、ステータ２０１をステッピングモータ７に適用することで、ステッピングモータ７の品質を向上させることができる。さらに、本実施形態によれば、ステッピングモータ７を時計１に適用することで、上述したように従来より高速運針を行うことができるので、時計１の品質を向上させることができる。
【符号の説明】
【0067】
２０１…ステータ、２０２…ロータ、２０３…ロータ収容孔、２０４，２０５…切り欠き部、２０８…磁心、２０９…コイル、２１０，２１１…幅狭部、２１８ａ，２１８ｂ…ネジ孔、２４０…母材、２５１…微細結晶領域、７…ステッピングモータ、１…時計、Ｒ…磁路、ｆ１，ｆ１１…第１面、ｆ２，ｆ１２…第２面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】