JPH0923665A - 超音波モータのステータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い効率でロータを駆動することができ、し
かも、加工工数、加工時間を少なくすることができる超
音波モータのステータを提供する。 【解決手段】 ステータ８は焼結合金で一体形成されて
いる。ハウジング２に固定される基台１０の外周側には
支持部１１が形成され、支持部１１の外周側には円環状
の振動部１２が形成されている。振動部１２の下面に
は、圧電素子が貼り付けられている。支持部１１は焼結
後の加圧によりその厚さが十分に薄く成形されている。
又、支持部１１には、軸線方向に貫通する複数の貫通孔
１３が等角度間隔で形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波モータのス
テータ及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、超音波モータのステータ５０
を示している。このステータ５０は、基台５１、支持部
５２、振動部５３とが一体で形成されている。即ち、図
示しない超音波モータのハウジングに設けられた載置部
に載置される基台５１の外周側には薄く成形された支持
部５２が形成され、この支持部５２の外周側には円環状
の振動部５３が形成されている。振動部５３の下面に
は、高周波電圧が印加される図示しない圧電素子が貼り
付けられている。さらに、振動部５３の上側には、放射
方向のスリット５４にて隔絶される多数の突起部５５が
形成されている。各突起部５５の上面には、図示しない
ロータが加圧接触されるようになっている。そして、圧
電素子に高周波電圧が印加されると、振動部５３に高周
波弾性振動が励起される。この高周波弾性振動により、
突起部５５上面に加圧接触するロータが回転駆動され
る。

【０００３】このようなステータ５０を使用する超音波
モータでは、支持部５２をできるだけ薄く成形すること
により、振動部５３が撓み易いようにしている。これに
より、振動部５３に高い効率で高周波振動が励起される
ようにしている。又、振動部５３に励起された高周波振
動の基台５１側への伝達によるロスを防ぐようにしてい
る。

【０００４】又、スリット５４をできるだけ狭く形成し
て、各突起部５５の上面面積（即ち、ロータとの接触面
積）をできるだけ大きくすることにより、振動部５３に
励起された高周波振動がロータに効率良く伝達されるよ
うにしている。

【０００５】さらに、各突起部５５上面の平面度を高く
して各突起部５５とロータとの接触状態を良くすること
により、振動部５３の高周波振動が効率良く伝達される
ようにしている。

【０００６】ところで、上記のようなステータ５０を一
体で形成する手法としては、金属板のプレス成形、鍛
造、粉末冶金（即ち、焼結合金で形成する）等がある。
この内、プレス成形によりステータ５０を形成する場合
には、プレス成形によりスリット５４を形成することが
困難であるため、成形後のステータ５０にフライス盤等
による切削加工を行ってスリット５４を形成しなければ
ならない。従って、繰り返し切削を行って多数のスリッ
ト５４を形成しなければならないため、長い加工時間を
必要とし製造コストが高くなる問題がある。又、プレス
成形後の各突起部５５の上面の平面度が悪いため、成形
後に突起部５５を平面状に研磨する工程が必要である。
この研磨工程も長い加工時間を要するため、一層製造コ
ストが高くなっている。さらに、支持部５２について
も、精密な薄肉化加工が必要であるため、同様に、プレ
ス成形後の切削加工を必要としている。従って、その加
工時間の分だけ製造コストが高くなっている。

【０００７】一方、焼結合金でステータ５０を成形する
場合には、加圧成形及び焼結工程でスリット５４を形成
することができるため、焼結後のスリット切削加工は不
要になる。又、突起部５５上面の平坦度についても、焼
結後に突起部５５を加圧することにより比較的高い平面
度を得ることができる。従って、焼結合金でステータ５
０を形成する場合は、プレス成形の場合よりも比較的低
いコストで製造することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、焼結合
金でステータ５０を形成する場合、支持部５２を十分に
薄く形成することが困難である。何故なら、支持部５２
は、例えば、０．５ｍｍ程度の厚さに形成する必要があ
るが、原料粉体の加圧成形工程において成形金型の支持
部５２の部分に粉体が行き渡りにくいため、そのような
薄い支持部５２を形成することが困難である。

【０００９】従って、焼結合金でステータ５０を形成す
る際には、成形及び焼結工程において支持部５２を予め
目的とする厚さよりも厚く形成するようにしている。そ
して、焼結後に支持部５２を切削加工して所定の厚さに
成形するようにしている。そのため、現状ではステータ
５０を焼結合金で一体形成する場合でも、支持部５２の
切削加工のための加工工数及び加工時間が必要であるた
め、十分な製造コスト低減を達成することができなかっ
た。

【００１０】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであって、その目的は、高い効率でロータを
駆動することができ、しかも、加工工数、加工時間を少
なくすることができる超音波モータのステータ及びその
製造方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、超音波モータのハウジン
グに固定される基台と、円環状に形成され圧電素子にて
高周波振動が励起される振動部と、振動部を基台に対し
て支持する支持部とからなり、焼結合金にて一体成形さ
れた超音波モータのステータにおいて、焼結合金の焼結
後に、支持部を加圧して予め定められた厚さに成形し
た。

【００１２】従って、請求項１に記載の発明によれば、
超音波モータのハウジングに固定される基台に対して、
高周波振動が励起される振動部を支持する支持部を加圧
成形により薄く形成することができる。その結果、切削
加工を行わずに支持部を薄肉化することができる。又、
支持部が薄肉化されるため、振動部が撓みやすくなる。
その結果、振動部に高い効率で高周波振動が励起される
とともに、励起された高周波振動の基台側への伝達が抑
制される。

【００１３】又、請求項２に記載の発明は、請求項１に
記載の発明において、支持部には、軸線方向に貫通する
貫通孔を複数形成した。従って、請求項２に記載の発明
によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、加圧
時に支持部の余分な肉部が複数形成された貫通孔内に逃
げるため、支持部がその密度が過度に高くならない状態
で薄く形成される。その結果、支持部の薄肉化を容易に
行うことができる。又、支持部の密度が高くならない状
態で薄肉化さるため、振動部には一層高い効率で高周波
振動が励起されるとともに、励起された高周波振動の基
台側への伝達が一層抑制される。

【００１４】又、請求項３に記載の発明は、超音波モー
タのハウジングに固定される基台と、円環状に形成され
圧電素子にて高周波振動が励起される振動部と、振動部
を基台に対して支持する支持部とからなるステータを焼
結合金にて一体成形する超音波モータのステータの製造
方法において、焼結合金の焼結後に、支持部を加圧して
予め決められた厚さに成形するようにした。

【００１５】従って、請求項３に記載の発明によれば、
超音波モータのハウジングに固定される基台と、円環状
に形成され圧電素子にて高周波振動が励起される振動部
と、振動部を基台に対して支持する支持部とからなるス
テータを焼結した後、支持部を加圧してその厚さを予め
設定された厚さに成形するようにした。その結果、支持
部の厚さを焼結合金の成形及び焼結の工程では形成する
ことができない薄さに形成することができる。

【００１６】又、請求項４に記載の発明は、請求項３に
記載の発明において、焼結後において支持部に軸線方向
に貫通する貫通孔を複数形成しておき、この貫通孔が形
成された支持部を加圧するようにした。

【００１７】従って、請求項４に記載の発明によれば、
請求項３に記載の発明の作用に加えて、軸線方向に貫通
する複数の貫通孔が形成された焼結後の支持部を加圧す
ると、余分な支持部の肉部が各貫通孔内に逃げる。その
結果、加圧された支持部の密度が過度に増大することな
く薄肉化される。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
の形態を図１〜図８に従って説明する。図４は、超音波
モータ１の断面を示している。そのハウジング２は、ベ
ース３とケース４とから構成され、ベース３の内側には
載置部５が突出形成されている。ベース３の中央には回
転軸６の基端部が軸受７にて回転可能に支持され、同基
端部は載置部５を貫通してケース４内に導入されてい
る。載置部５上面には回転軸６を挿通する支持筒５ａが
形成されている。

【００１９】載置部５の上にはステータ８が載置され、
このステータ８の中央に形成される軸孔９には支持筒５
ａが嵌挿されている。そして、ステータ８は支持筒５ａ
により、載置部５上にかしめ固定されている。

【００２０】図１〜３に示すように、ステータ８は焼結
合金で一体形成され、軸孔９を中心にして載置部５に載
置される円環状の基台１０と、基台１０の外周側に形成
される支持部１１と、支持部１１の外周側に形成される
振動部１２とから構成されている。支持部１１は基台１
０及び振動部１２よりも肉薄に形成されている。本実施
の形態では、振動部１２の外径は６０ｍｍ、支持部１１
の厚さは０．５ｍｍに形成されている。支持部１１に
は、略扇状の貫通孔１３が全周に渡って複数個等角度間
隔で形成されている。振動部１２の上部には、軸孔９を
中心として放射状に等角度間隔で複数のスリット１４が
形成され、それぞれの隣合うスリット１４間には突起部
１５が形成されている。振動部１２の下面には、圧電素
子１６が接合されている。

【００２１】ステータ８の上面には、円環状のロータ１
７が載置されている。このロータ１７の外周部の下面に
は円環状のライニング材１８が貼り付けられ、その外周
部はライニング材１８を介して振動部１２の各突起部１
５の上面に当接されている。ロータ１７の中央には軸孔
１９が形成され、回転軸６はこの軸孔１９を挿通してロ
ータ１７の上側に突出されている。

【００２２】ロータ１７の上面には弾性押圧部材２０が
配置され、この弾性押圧部材２０は回転軸６の先端部に
設けられた雄ねじ部６ａに螺合するナット２１にて固定
されている。そして、弾性押圧部材２０は、その下面が
ロータ１７の上面に当接してロータ１７を下方に押圧
し、ロータ１７はその外周部下面が振動部１２の各突起
部１５の上面に押圧されている。従って、ロータ１７と
回転軸６とは回転方向に係合されており、ロータ１７と
ともに回転軸６が回転するようになっている。

【００２３】圧電素子１６に高周波電圧が印加されると
振動部１２に高周波弾性振動が励起される。その結果、
ロータ１７が回転駆動され、回転軸６が回転するように
なっている。

【００２４】次に、ステータ８の製造方法について説明
する。先ず、成形工程について説明する。図５は、原料
粉末から成形金型３０，３１でステータ原型３２を成形
する様子を示す模式断面図である。枠部３３内の下側成
形金型３０は、ステータ８の上側に対応する型形状に形
成され、同じく上側成形金型３１はステータ８の下側に
対応する型形状に形成されている。尚、各成形金型３
０，３１には、支持部１１の貫通孔１３を形成するため
の部分は設けられていない。そして、この両成形金型３
０，３１で、原料粉体を加圧成形して貫通孔１３が形成
されていないステータ原型３２を形成する。ステータ原
型３２は、次工程の焼結工程で焼結される。次に、焼結
工程の後工程である孔形成工程について説明する。

【００２５】図６は金型３４，３５でステータ原型３２
に貫通孔１３を形成する様子を示す模式断面図である。
枠部３６内の下側金型３４には、その支持部１１に対応
する位置に複数の凹部３６が等角度間隔で形成されてい
る。各凹部３６は、貫通孔１３と同じ略扇状に形成され
ている。又、上側金型３５の各凹部３６に対応する位置
には、断面略扇状の貫通部３７がそれぞれ配置されてい
る。下側金型３４に上側金型３５を合わせると、各貫通
部３７が対応する凹部３６内に嵌入するようになってい
る。そして、下側金型３４に焼結したステータ原型３２
を載置して上側金型３５で加圧すると、各貫通部３７と
対応する凹部３６とにより支持部１１の所定の位置に複
数の貫通孔１３が貫通形成される。

【００２６】次に、加圧工程について説明する。図７は
金型３８，３９でステータ原型３２の支持部１１を加圧
する様子を示す模式断面図である。枠部４０内の下側金
型３８はステータ原型３２の上側に対応する形状に形成
され、上側金型３９はステータ原型３２の下側に対応す
る形状に形成されている。上側金型３９の支持部１１に
対応する位置には、支持部加圧部４１が設けられてい
る。下側金型３８に上側金型３９を合わせると、支持部
加圧部４１と下側金型３８の支持部１１に対応する部分
との隙間が支持部１１の仕上げ厚さに等しくなるように
なっている。そして、下側金型３８にステータ原型３２
を載置し上側金型３９で加圧すると、支持部加圧部４１
により支持部１１が加圧される。

【００２７】図８は、支持部１１の貫通孔１３を含む位
置での断面を示し、破線は加圧前の支持部１１及び貫通
孔１３の形状を示している。支持部１３が加圧される
と、図８に実線で示すように、支持部１１は薄く塑性変
形し、各貫通孔１３周囲から余分な肉部が各貫通孔１３
内に流れこむ。その結果、支持部１１は厚さが所定の厚
さに成形される。このとき、加圧前の支持部１１の余分
な肉部が各貫通孔１３内に移動するため、加圧により薄
くなった支持部１１の密度は僅かに高密度化される。そ
して、支持部１１は薄く成形されるが、僅かな高密度化
により必要な強度を有するようになる。尚、各貫通孔１
３は加圧前よりも小さい形状となる。

【００２８】以上の工程でステータ８が形成される。次
に、以上のように構成された超音波モータのステータ８
の作用について説明する。

【００２９】圧電素子１６に高周波電圧が印加される
と、振動部１２に高周波振動が励起される。このとき、
支持部１１の厚さを薄くしたことにより振動部１２が撓
みやすくなるため、振動部１２に高周波振動が高い効率
で励起される。又、支持部１１の複数の貫通孔１３を設
けたことにより振動部１２が一層撓みやすくなるため、
振動部１２に高周波振動が一層高い効率で励起される。

【００３０】又、支持部１１が十分に薄くされているた
め、振動部１２に励起された高周波振動の基台１０側へ
の伝達が抑制される。その結果、振動部１２の高周波振
動が減衰しにくいため、ロータ１７が高い効率で駆動さ
れる。さらに、支持部１１に複数の貫通孔１３を設けて
いるため、振動部１２の高周波振動が基台１０側に一層
伝達しにくい。その結果、振動部１２の高周波振動が一
層減衰しにくいため、ロータ１７が一層高い効率で駆動
される。

【００３１】以上詳述したように、本実施の形態の超音
波モータのステータによれば、原料粉末にて支持部１１
に複数の貫通孔１３が形成されたステータ原型３２を一
体成形し、このステータ原型３２を焼結後に支持部１１
を加圧して所定の厚さに薄く成形した。その結果、焼結
後に支持部１１に切削加工等を行うことなく、厚さを薄
く形成することができるため、加工工数及び加工時間を
削減することができる。又、加圧時に、支持部１１の余
分な肉部が各貫通孔１３内に逃げるようにした。その結
果、支持部１１の薄肉化を容易にするとともに、加圧に
よる支持部１１の密度の増加を僅かな大きさに止めるこ
とができる。

【００３２】又、本実施の形態では、加圧により支持部
１１の密度が僅かに高密度になるようにして、薄い厚さ
でも強度を確保するとともに振動吸収作用をも有するよ
うにした。その結果、振動部１２が撓みやすくなるた
め、振動部１２に高周波振動を高い効率で励起すること
ができる。従って、ロータ１７を高い効率で駆動するこ
とができる。さらに、振動部１２に励起された高周波振
動の基台１０側への伝達を抑制することができる。その
結果、振動部１２における高周波振動の減衰を抑制する
ことができるため、ロータ１７を高い効率で駆動するこ
とができる。

【００３３】さらに、支持部１１に複数の貫通孔１３を
形成したので、振動部１２を一層撓みやすくして振動部
１２に一層高い効率で高周波振動を励起することができ
る。従って、ロータ１７を一層高い効率で駆動すること
ができる。さらに、支持部１１の複数の貫通孔１３によ
り、振動部１２に励起された高周波振動の基台１０側へ
の伝達を一層抑制することができる。その結果、振動部
１２における高周波振動の減衰を抑制することができる
ため、ロータ１７を一層高い効率で駆動することができ
る。

【００３４】又、本実施の形態の超音波モータのステー
タ８の製造方法によれば、支持部１１を予め定められた
厚さよりも厚くなるように成形及び焼結するとともに複
数の貫通孔１３を形成し、焼結後に支持部１１を加圧し
て所定の厚さに成形するようにした。その結果、焼結合
金で形成されるステータ８において、切削加工を行うこ
となく薄い支持部１１を形成することができる。

【００３５】さらに、加圧する前の支持部１１に複数の
貫通孔１３を設け、支持部１１を加圧する際に余分な支
持部１１の肉部が貫通孔１３内に逃げるようにした。そ
の結果、密度を過度に高くすることなく支持部１１を薄
く成形することができる。

【００３６】尚、本発明は上記実施の形態に限定される
ものではなく、以下のように構成することもできる。 （１） 上記実施の形態では、支持部１１に設けた貫通
孔１３が加圧工程後にも支持部１１に開口するようにし
た。これを、図９に示すように、加圧工程後に、貫通孔
１３が完全になくなるようにしてもよい。

【００３７】又、支持部１１に貫通孔１３を設けず、焼
結後のステータ原型３２の支持部１１を加圧するだけで
所定の厚さに形成してもよい。但し、この場合には支持
部１１の密度が高くなり易いため、薄肉化に限界があ
る。

【００３８】（２） 各貫通孔１３の形状は、略扇状に
限らず、例えば、図１０に示すように、長円形状の貫通
孔１３としてもよい。又、その他、四角形状、三角形
状、楕円形状等の各形状に形成してもよい。

【００３９】（３） 上記実施の形態では、成形及び焼
結工程で支持部１１に貫通孔１３が形成されていないス
テータ原型３２を形成し、孔形成工程で貫通孔１３を形
成するようにした。これを、成形工程で貫通孔１３を形
成し、孔形成工程を行わないようにしてもよい。

【００４０】（４） 加圧工程において、振動部１２を
同時に加圧して支持部１１の密度よりも高くするように
してもよい。この場合、振動部１２に励起された高周波
振動の減衰を抑制することができるため、ロータ１７を
高い効率で駆動することができる。

【００４１】上記実施の形態から把握できる請求項以外
の技術的思想について、以下にその効果とともに記載す
る。 （１） 請求項１に記載の超音波モータのステータにお
いて、振動部１２の密度を支持部１１の密度よりも高く
した。このような構成によれば、振動部１２において高
周波振動が高い効率で励起されるとともに、励起された
高周波振動が減衰しにくくなるため、高い効率でロータ
１７を駆動することができる。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１に記載の
発明によれば、高い効率でロータを駆動することがで
き、しかも、加工工数、加工時間を少なくすることがで
きる。

【００４３】又、請求項２に記載の発明によれば、請求
項１に記載の発明の効果に加えて、支持部の密度を過度
に高くすることなく薄肉化することができる。従って、
一層高い効率でロータを駆動することができる。

【００４４】又、請求項３に記載の発明によれば、薄い
支持部を切削加工することなく形成することができるた
め、加工工数、加工時間を少なくすることができる。
又、請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の
発明の効果に加えて、支持部の密度を過度に高くするこ
となく薄肉化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ステータを示す斜視図。

【図２】 同じく正面図。

【図３】 同じく断面図。

【図４】 超音波モータの断面図。

【図５】 成形工程を示す模式図。

【図６】 貫通孔形成工程を示す模式図。

【図７】 加圧工程を示す模式図。

【図８】 支持部の貫通孔の状態を示す模式断面図。

【図９】 支持部の状態を示す模式断面図。

【図１０】 別例のステータを示す正面図。

【図１１】 従来例のステータを示す斜視図。

【符号の説明】

１…超音波モータ、２…ハウジング、１０…基台、１１
…支持部、１２…振動部、１３…貫通孔。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波モータのハウジングに固定される
   基台と、円環状に形成され圧電素子にて高周波振動が励
   起される振動部と、振動部を基台に対して支持する支持
   部とからなり、焼結合金にて一体成形された超音波モー
   タのステータにおいて、 焼結合金の焼結後に、支持部を加圧して予め定められた
   厚さに成形した超音波モータのステータ。
2. 【請求項２】 支持部には、軸線方向に貫通する貫通孔
   を複数形成した請求項１に記載の超音波モータのステー
   タ。
3. 【請求項３】 超音波モータのハウジングに固定される
   基台と、円環状に形成され圧電素子にて高周波振動が励
   起される振動部と、振動部を基台に対して支持する支持
   部とからなるステータを焼結合金にて一体成形する超音
   波モータのステータの製造方法において、 焼結合金の焼結後に、支持部を加圧して予め決められた
   厚さに成形する超音波モータのステータの製造方法。
4. 【請求項４】 焼結後において支持部に軸線方向に貫通
   する貫通孔を複数形成しておき、この貫通孔が形成され
   た支持部を加圧する請求項３に記載の超音波モータのス
   テータの製造方法。