JPH0847272A

JPH0847272A - 超音波モータ用ステータとその製造方法

Info

Publication number: JPH0847272A
Application number: JP6176917A
Authority: JP
Inventors: Minoru Nakamura; 稔中村; Jiyun Yatasawa; 純谷田沢
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1994-07-28
Filing date: 1994-07-28
Publication date: 1996-02-16

Abstract

(57)【要約】【目的】耐食性が優れ、歪みのない超音波モータ用ス
テータとそれを高い歩留りで安価に製造する方法を提供
する。【構成】片面に放射突条２ｂを有する超音波モータ用
ステータ２において、全体が、Ｃ：0.１５重量％以下，
Ｓｉ：1.０重量％以下，Ｍｎ：1.２５重量％以下，Ｓ：
0.０２０重量％以下，Ｃｒ：１6.０〜１8.０重量％，Ｐ
ｂ：0.５重量％以下，残部がＦｅと不可避的不純物の鋼
種から成り、放射突条は塑性加工で形成されている超音
波モータ用ステータであり、それは、上記鋼種の被加工
材に少なくとも１回の冷間鍛造を行って前記被加工材の
片面に放射突条を塑性加工し、ついで焼鈍処理を行った
のち全体に仕上げ加工を行って製造される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波モータ用ステータ
とその製造方法に関し、更に詳しくは、耐食性が良好
で、歪に基づく反りもなく、性能が経時的に安定してい
る超音波モータ用ステータとそれを安価に製造する方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電セラミックスのような圧電素子で発
生させた高周波弾性振動を、摩擦力を使って機械出力に
変換する超音波モータは、低速で高トルクが得られ、小
型化・軽量化が容易であり、応答が速く、非磁性材料で
構成できるなどの原理的な特徴を備えているので、従来
の電気モータに代わって、例えば、カメラのオートフォ
ーカス機構の駆動モータとしての実用化が進んでいる。

【０００３】以下に、この超音波モータの駆動部を、進
行波型超音波モータの場合に関し、図１に則して説明す
る。図１において、励振させる振動のモード次数に応じ
て分割された圧電素子１の片面に、弾性体材料から成る
円板状のステータ２が接着して固定されることにより振
動体Ａが形成されている。

【０００４】このステータ２は、通常、全体として円板
形状をしていて、その中心には、出力軸が挿入される所
定径の中心孔２ａが穿設され、またその片面の周縁部に
は、所定の高さで突出する複数個の放射突条２ｂが互い
に所定の間隔を置いて周設されている。そして、中心に
出力軸３ａが固定されていて、片面の周縁部には上記放
射突条２ｂに対応する位置に摩擦材３ｂが接着・固定さ
れている移動体Ｂが、上記放射突条２ｂの上に載置さ
れ、これら振動体Ａと移動体Ｂは例えばスプリングなど
によって互いに圧接されてモータ駆動部が形成される。

【０００５】この駆動部においては、まず圧電素子１が
位相の異なる２つの電源によって駆動され、そのことに
より、空間的・時間的に９０°ずれた定在波がステータ
２に励振され、これら定在波が合成された結果として、
放射突条２ｂには、例えば図の矢印ｐで示したような方
向に疑似的な進行波が発生する。そして、放射突条２ｂ
が上記進行波に基づく振動を行うことにより、この放射
突条２ｂに圧接する摩擦材３ｂが、発生した摩擦力によ
って−ｐ方向に移動する。その結果、出力軸３ａから回
転力が取出される。

【０００６】進行波型超音波モータは、上記した原理に
基づいて駆動することからして、まず、少なくともステ
ータ２における放射突条２ｂの弾性特性が、個々の放射
突条間で等しく、またモータの使用過程で経時変化を起
こさないことが必要になる。例えば、個々の放射突条の
歪みが互いに異なっていたり、また歪みの経時変化が起
こるような場合には、ここを伝搬する進行波に乱れが生
じて安定した回転力を取出すことが困難になるからであ
る。しかも、放射突条の歪みはステータ全体に反りを発
生させ、その結果、圧電素子と密着して固定することが
困難になる。

【０００７】また、超音波モータは、例えばカメラ等に
組込まれ、海辺や海中などの各種の環境下で使用される
ことがある。その場合、腐食成分を含む環境下において
は、ステータが発錆してモータの機能を喪失することが
ある。したがって、ステータとしては耐食性に優れてい
ることが要求されることになり、そのため、従来は主と
してステンレス鋼で製造されてきた。

【０００８】ステータは、従来、次のような方法で製造
されている。第１の方法は、ＳＵＳの棒材を切削加工し
て製造する方法である。この方法の場合、素材がＳＵＳ
であるため耐食性は良好で、また、切削加工される放射
突条にも不均一な歪みは発生しないという利点がある。
しかし、その放射突条の形成に当たっては、棒材の切削
量が多くなるため、その重量歩留りは低くなり、結果と
して、ステータはコスト高になってしまうという問題が
ある。

【０００９】第２の方法は、ＳＵＳ粉末またはそのスラ
リーを所定形状の型面を有する金型内でモールドしたの
ち、得られた成形体を焼結する方法である。この方法の
場合は、切削加工の場合に比べて無駄になる材料は少な
くなる。しかし、成形−焼結工程が加わることにより依
然としてコスト高となることは避けられず、また同時
に、得られた焼結体は多孔構造になりやすいため、耐食
性の点で劣るという問題がある。

【００１０】第３の方法は、例えば構造用鋼のような軟
質な材料のブロックに冷鍛加工を施して所望形状に加工
し、更に仕上げ加工を施したのちに、その表面に例えば
Ｃｒをめっきして表面硬さと耐食性を確保する方法であ
る。この方法の場合には、製品の歩留りは高くまた各放
射突条間の歪みも均一化するという利点はある。しかし
一方では、表面硬さと耐食性を確保するためのめっき工
程が必要であるため、めっき排水の処理施設などを備え
なければならず、やはりコスト高を招く。

【００１１】第４の方法は、例えば快削鋼の圧延板材な
どをプレス加工して所望形状に加工し、更に仕上げ加工
を施したのち表面にめっき処理を行う方法である。この
場合も、めっき処理に伴うコスト高が引き起こされる。
そして更には、用いた圧延板材の方向性が製品に投影さ
れる。具体的には、得られた製品に反りが発生するとと
もに、各放射突条間の歪みの均一化を確保することが困
難となり、性能が安定したステータが得難い。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のステ
ータとその製造方法における上記問題を解決し、従来の
ステータに比べて、耐食性が良好で、各放射突条間の歪
みも均一であるため使用過程における性能も安定してい
るステータと、それを安価に製造する方法の提供を目的
とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、片面に放射突条を有する超
音波モータ用ステータにおいて、全体が、Ｃ：0.１５重
量％以下，Ｓｉ：1.０重量％以下，Ｍｎ：1.２５重量％
以下，Ｓ：0.０２０重量％以下，Ｃｒ：１6.０〜１8.０
重量％，Ｐｂ：0.５重量％以下，残部がＦｅと不可避的
不純物の鋼種から成り、前記放射突条は塑性加工で形成
されていることを特徴とする超音波モータ用ステータが
提供される。

【００１４】また、本発明においては、Ｃ：0.１５重量
％，Ｓｉ：1.０重量％以下，Ｍｎ：1.２５重量％以下，
Ｓ：0.０２０重量％以下，Ｃｒ：１6.０〜１8.０重量
％，Ｐｂ：0.５重量％以下，残部がＦｅと不可避的不純
物から成る被加工材に少なくとも１回の冷間鍛造を行っ
て前記被加工材の片面に放射突条を塑性加工し、ついで
焼鈍処理を行ったのち全体に仕上げ加工を行うことを特
徴とする超音波モータ用ステータの製造方法、とくに、
前記冷間鍛造を２回行い、最初の冷間鍛造時に、前記被
加工材の片面にはその中心部に凹没部を形成し、かつ周
縁部には加工すべき放射突条の高さに相当する高さを有
する円形土堤を形成し、２回目の冷間鍛造では、前記円
形土堤を放射突条に塑性加工する超音波モータ用ステー
タの製造方法が提供される。

【００１５】本発明のステータは、構成材料が前記した
鋼種から成り、放射突条が後述する塑性加工によって形
成されることを除いては従来のステータと変わるところ
はない。まず用いる鋼種において、Ｃは強力なオーステ
ナイト化元素であるが、多量に含まれていると材料の耐
食性を低下させる。したがって、耐食性を高めるという
点からいえば、Ｃ含有量は少ないほど好適であるが、脱
炭処理に要するコスト上昇を考慮して、Ｃ含有量の上限
は0.１５重量％とした。好ましくは0.１３〜0.１５重量
％である。

【００１６】Ｓｉはフェライト化元素であり、また脱酸
剤でもある。しかし、あまり多量に含有させると、材料
の靱性低下が引き起こされるので、その含有量の上限値
は1.０重量％とした。好ましくは0.１〜0.４重量％であ
る。Ｍｎは、材料の強度確保に資するとともに、Ｓと化
合物を生成して材料の被削性を高める。しかし、あまり
多量に含有されていると、脆化現象が生じてくるのでそ
の上限値は1.２５重量％とする。好ましくは0.７〜1.０
重量％である。

【００１７】Ｓは材料の被削性の向上に寄与する成分で
あるが、あまり多量に含有されていると、材料は塑性変
形しにくくなるので、その上限値は0.０２０重量％とす
る。好ましくは0.０１〜0.０２重量％である。Ｃｒは材
料の耐食性の向上に寄与するとともに、超音波モータを
駆動したときの振動音の発生を抑制する働きをする。Ｃ
ｒの含有量が少なすぎると、材料の耐食性確保が困難に
なり、また、多すぎても、耐食性向上効果や振動音発生
の抑制効果は飽和に達して徒に高価なＣｒを消費するこ
とになるので、その含有量は１6.０〜１8.０重量％に設
定される。好ましくは１6.０〜１6.５重量％である。

【００１８】Ｐｂは材料の被削性の向上に寄与する成分
であるが、あまり多量に含有されていると、冷間鍛造時
における塑性変形が起こりにくくなって材料の加工性が
悪くなるので、その上限値は0.５重量％とする。好まし
くは0.１５〜0.２４重量％とする。本発明のステータは
次のようにして製造される。

【００１９】まず、上記した組成から成る鋼種の棒材や
線材が用意される。ついで、これら素材を切断して所定
体積の円柱状被加工材にする。このときの被加工材の体
積、すなわち、直径や長さは、製造すべきステータの体
積との関係から計算して決めることができる。ついで、
図２で示したように、上記した被加工材４を製造すべき
ステータの外形と略等しい直径の型面を有する下型５に
セットしたのち、この被加工材４の表面４ａに、加工す
べき放射突条の型面６ａが形成されている上型６を所定
の圧下率が得られるように圧下して被加工材４を鍛造す
る。このとき、被加工材４は、径方向と軸方向のいずれ
にも塑性変形し、拡径すると同時に、その表面４ａには
上型６の型面６ａに対応した形状の放射突条が形成され
る。

【００２０】上記の冷間鍛造終了後、鍛造品を型から取
出し、所定の焼鈍処理を行って加工歪みを除去したの
ち、中心孔の穿設，外周や上・下面の仕上げ加工を行う
ことにより、目的とするステータが得られる。上記した
方法の場合、被加工材４の表面に１度の冷間鍛造で放射
突条を形成するので、型面や被加工材への負荷が極めて
大きく両者が焼きつくこともある。

【００２１】そのため、本発明においては次のような方
法で被加工材を鍛造することが好ましい。すなわち、ま
ず下型５に前記した被加工材４をセットする。そして、
図３で示したように、中央部６ｂが突出する型面を有す
る上型６を用意する。このとき、型面６ｂの高さは、製
造すべきステータにおける放射突条の高さと略同じ高さ
にすることが好ましい。そして、この上型６を被加工材
４に圧下する。その結果、被加工材４は塑性変形し、図
４で示したように、中央部に前記上型の型面６ｂに相当
する形状の凹没部４’ａを有し、周縁部は円形の土堤
４’ｂになっている鍛造品４’が得られる。そして、形
成された土堤４’ｂの高さは、形成すべき放射突条の高
さと略同じ高さになっている。

【００２２】ついで、この鍛造品４’に焼鈍処理を行っ
て加工歪みを除去したのち、図５に示したように、上記
鍛造品４’を下型５にセットする。そして、図３で示し
た上型６において、形成すべき放射突条に対応した型面
６ａが中央部６ｂの外側に形成されている上型６を用意
し、その上型６を鍛造品４’に圧下する。このとき、鍛
造品４’を２００〜４００℃の温度に加熱することが好
ましい。

【００２３】その結果、土堤４’ｂの部分では、上型６
の圧下により塑性変形が起こり、土堤４’ｂの一部は型
面６ａに対応した形状に変形して目的とする放射突条に
なる。この方法によれば、図３で示した最初の鍛造時
に、加工すべき放射突条と略同じ高さの土堤４’ｂが、
一旦、鍛造品４’の周縁部に形成され、ついで、最初の
鍛造時の加工歪みが除去されたのち、次の鍛造によっ
て、その土堤４’ｂが目的とする放射突条に塑性変形す
る。したがって、放射突条が形成されるまでの過程で
は、用いる型と被加工材への負荷は軽減され、同時に、
土堤４’ｂが放射突条に塑性変形していく過程で、材料
の流れは、全ての放射突条において単一方向化する。す
なわち、形成された個々の放射突条の間では、、歪み量
とそのばらつきは小さくなる。

【００２４】なお、放射突条は、図１で示したように、
それぞれの間隔が狭い突起であるため、２回目の鍛造時
には、土堤４’ｂにはやはり可成りの負荷がかかる。そ
のため、土堤４’ｂと上型の型面６ａとの間で焼きつき
の発生することがある。そのため、実際の鍛造において
は、鍛造品４’の土堤４’ｂの表面にフッ素樹脂をコー
ティングして滑りをよくすることにより、焼きつき防止
の処置を施すことが好ましい。

【００２５】また、２回目の鍛造時の負荷を軽減するた
めには、最初の鍛造で、図６で示したように、凹没部
４’ａが形成されている面の反対側の面に捨て肉部４’
ｃを形成しておくことが好ましい。

【００２６】

【発明の実施例】Ｃ：0.０８重量％，Ｓｉ：0.４重量
％，Ｍｎ：0.５重量％，Ｓ：0.０２重量％，Ｃｒ：１7.
０重量％，Ｐｂ：0.２重量％，残部がＦｅと不純物から
成るフェライト系ステンレス鋼の線材（線径１9.０mm）
を用意した。この線材を長さ１9.６mmに切断して被加工
材とした。この被加工材を図３で示した下型５にセット
し、直径１４mm，高さ４mmで突出する型面６ｂを有する
上型６で室温下において据え込み鍛造し、図４で示した
形状の鍛造品４’にした。

【００２７】この鍛造品４’の外形は２9.４mm，全体の
厚みは9.１mmであり、その中心部には、直径１４mm，深
さ４mmの凹没部４’ａが形成されている。この鍛造品
４’に、温度７８０℃で２時間の焼鈍を行ったのち空冷
し、ついでショットブラストを行って鍛造バリを除去し
た。ついで、製造品４’の土堤４’ｂの表面に厚み約２
０μｍのＰＴＦＥコーティングを施したのち、図５で示
したような下型５にセットした。全体を３００℃に加熱
した状態で図５で示した上型６を圧下して、土堤４’ｂ
の部分に放射突条を形成し、ステータとした。

【００２８】得られたステータの直径は２6.０mm，全体
の厚みは５mmであり、その片面の周縁部には、高さ３m
m，幅1.４mmの放射突条が1.４mmの間隔で２９個突設さ
れている。その後、外周，上面および下面に仕上げのス
ライス加工を行い、最後にバレル研磨して最終製品とし
た。

【００２９】比較のために、実施例と同じ鋼種の棒材
（直径２6.５mm）を切削加工して同一形状のステータを
製造した（比較例１）。また、実施例と同じ鋼種の粉末
（平均粒径４０〜５０μｍ）を圧粉成形したのちそれを
温度１１５０〜１２００℃で焼結し、同一形状のステー
タを製造した（比較例２）。

【００３０】更に、実施例と同じ鋼種の圧延板材（厚み
５mm）をプレス加工して同一形状のステータを製造した
（比較例３）。これら４種類のステータにつき、それぞ
れ、製品重量／使用した素材重量を算出して歩留りを求
めた。また、各ステータを定盤の上に置き反り具合を観
察した。更に、各ステータに、ＪＩＳに規定された塩水
噴霧試験（塩濃度５％，温度３５℃）を行って発錆の有
無を調べ耐食性を評価した。

【００３１】以上の結果を表１に示した。

【００３２】

【表１】

【００３３】なお、各ステータを用いて超音波モータを
組立て、それを作動させたときの振動音を測定したとこ
ろ、本発明のステータが組込まれている超音波モータの
振動音は他のステータの場合に比べて極めて低く、静寂
であった。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項１
のステータは、フェライト系ステンレス鋼から成るので
耐食性は良好である。そして、請求項２の鍛造方法で製
造されるので歪み発生に基づく反りもなく、しかも製造
時の歩留りは高く、安価であり、超音波モータに組込ん
だときに発生する振動音を低くする。

【００３５】請求項３の製造方法では、鍛造が段階的に
行われるので、被加工材と型への負荷は軽減される。請
求項４の製造方法では、最初の鍛造で形成された土堤の
表面にフッ素樹脂のコーティングが施されているので、
次の鍛造で放射突条の形成するときに型と放射突条との
滑りは良くなり、両者の焼きつきが防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】超音波モータの駆動部を示す分解斜視図であ
る。

【図２】本発明方法の１例を示す概略側面図である。

【図３】本発明の他の方法における最初の鍛造例を示す
概略側面図である。

【図４】図３の鍛造によって得られた鍛造品を示す斜視
図である。

【図５】本発明の他の方法における２回目の鍛造例を示
す概略側面図である。

【図６】図３の鍛造時に得られる他の鍛造品を示す側面
図である。

【符号の説明】

Ａ振動体Ｂ移動体１圧電素子２ステータ２ａ中心孔２ｂ放射突条３ａ出力軸３ｂ摩擦材４被加工材４’ 鍛造品４ａ被加工材の表面４’ａ鍛造品４’ｂ土堤４’ｃ捨て肉部５下型６上型６ａ放射突条の型面６ｂ突出する型面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】片面に放射突条を有する超音波モータ用
ステータにおいて、全体が、Ｃ：0.１５重量％以下，Ｓ
ｉ：1.０重量％以下，Ｍｎ：1.２５重量％以下，Ｓ：0.
０２０重量％以下，Ｃｒ：１6.０〜１8.０重量％，Ｐ
ｂ：0.５重量％以下，残部がＦｅと不可避的不純物の鋼
種から成り、前記放射突条は塑性加工で形成されている
ことを特徴とする超音波モータ用ステータ。
【請求項２】Ｃ：0.１５重量％，Ｓｉ：1.０重量％以
下，Ｍｎ：1.２５重量％以下，Ｓ：0.０２０重量％以
下，Ｃｒ：１6.０〜１8.０重量％，Ｐｂ：0.５重量％以
下，残部がＦｅと不可避的不純物から成る被加工材に少
なくとも１回の冷間鍛造を行って前記被加工材の片面に
放射突条を塑性加工し、ついで焼鈍処理を行ったのち全
体に仕上げ加工を行うことを特徴とする超音波モータ用
ステータの製造方法。
【請求項３】前記冷間鍛造を２回行い、最初の冷間鍛
造時に、前記被加工材の片面にはその中心部に凹没部を
形成し、かつ周縁部には加工すべき放射突条の高さに相
当する高さを有する円形土堤を形成し、２回目の冷間鍛
造では、前記円形土堤を放射突条に塑性加工する請求項
２の超音波モータ用ステータの製造方法。
【請求項４】前記２回目の冷間鍛造時に、前記円形土
堤の表面にフッ素樹脂コーティングを行う請求項３の超
音波モータ用ステータの製造方法。