JP4070475B2

JP4070475B2 - Manufacturing method of ultrasonic motor

Info

Publication number: JP4070475B2
Application number: JP2002034548A
Authority: JP
Inventors: 年生指田
Original assignee: Shinsei Corp
Current assignee: Shinsei Corp
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2022-02-12
Also published as: JP2003235276A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、超音波モータの製造方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、製造が容易であり、低コストでの製造が可能な、超音波モータの固定子の作製に関するものである。
【０００２】
【従来の技術と発明の課題】
図４は、従来の超音波モータの構成の断面図である。従来の超音波モータにおいては、弾性体（４１）と圧電体（４２）からなる固定子（４３）、回転子（４４）、スプリング（４５）、および、出力軸（４６）が基本的な構成である。図５は、固定子の拡大図である。この図４および図５に例示したように、従来の超音波モータの固定子（５３）においては、固定子（５３）を構成する金属等の弾性体（５１）に櫛歯（５４）を設けており、櫛歯（５４）を形成するためにメタルソー（スリ割カッター）により溝（５５）を一本ずつ加工していた。
【０００３】
したがって、櫛歯状の固定子（５１）を作成するには労力と時間が必要であり、超音波モータ製造のコストダウンや量産性の向上を実現する上で、大きな問題点であり、問題点の解決を考慮した固定子を構成する弾性体の溝加工技術の開発が求められていた。
【０００４】
そこで、この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、超音波モータ製造のコストダウンや量産性の向上を実現するのに適した、新しい超音波モータの固定子とこれを具備した超音波モータを提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、金属材料からなる弾性体に複数の圧電体を固定配置してなる固定子と、この固定子の弾性体の表面に加圧接触させた回転子とを備えた超音波モータの製造方法において、固定子の弾性体の外周に、弾性体の軸心を中心に向かって放射状に配置された複数のドリルを用いて、一工程で円形状の穴を開ける穴開け加工を行った後、この穴開け加工で開口した円形の穴の数と同じ数の矩形パンチが取り付けられた金型を用い、矩形状の溝を打ち抜くことからなり、固定子の弾性体が複数の櫛歯を備えた櫛歯状弾性体であり、弾性体の溝部が、出力軸の軸心から弾性体の外周に向かって放射状に開口している円形状の穴と矩形状の溝とから形成される固定子を作製することを特徴とする超音波モータの製造方法を提供する。
【０００６】
また、この出願の第２の発明の超音波モータの製造方法は、櫛歯状弾性体の溝部を形成する軸心から櫛歯弾性体の外周に向かって放射状に開口した穴が、弾性体と圧電体とが固定配置されている面に対して、平行に開口しているか、または、一定の角度をなして開口している固定子を作製すること、および、第３の発明の超音波モータの製造方法は、櫛歯状弾性体の溝部を形成する軸心から櫛歯弾性体の外周に向かって放射状に開口した穴が、弾性体と圧電体とが固定配置されている面に対して、０〜１５°の角度をなして開口している固定子を作製すること、第４の発明の超音波モータの製造方法は、矩形状の溝の幅Ｔが円形状の穴の径αの０．１〜０．８倍である固定子を作製することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は、上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下に、その実施の形態について説明する。
【０００８】
図１は、この出願の発明の方法により作製される超音波モータの固定子の構成について示した概要図である。この超音波モータの固定子（３）は、図１に示したとおり、弾性体（１）に複数の圧電体（２）を固定配置してなるものである。固定子（３）の弾性体（１）の表面に回転子（４）が加圧接触されることで、超音波モータが構成される。
この出願の発明において、弾性体（１）は、複数の櫛歯（１０）を備えた櫛歯状である。そして弾性体（１）の溝部（１１）が、出力軸（９）の中心から弾性体（１）の外周に向かって放射状に開口した円形状の穴（１２）と矩形状の溝（１３）とから形成されている。
このように溝部（１１）を円形状の穴（１２）および矩形状の溝（１３）からなるように形成する手順としては、まず、弾性体（１）の外周に、弾性体（１）の軸心を中心に向かって放射状に配置された複数のドリルを用いて、一工程で穴（１２）の穴あけを行い、次いで、複数の矩形状のパンチを用いて矩形状の溝（１３）を形成する。
弾性体（１）は、通常、鉄または銅合金等の金属材料から作成されており、金属材料を所定の形状に加工し弾性体（１）を形成した後、圧電体（２）を接着固定する。圧電体（２）に、高周波数電圧を印加することで、弾性体（１）の円周方向に進行性のたわみ波が発生する。強力なたわみ波を発生させるためには、高周波電圧との共振を利用する必要がある。そのため櫛歯（１０）の形状は、その共振条件に合致させるよう、各部の寸法が決定される。
図２は、この出願の発明である固定子の正面図、側面図および断面図である。図２においては、弾性体（２１）の周長は、たわみ波の波長の整数倍であって、溝部（２２）の間隔Ｐは、波長の１／４〜１／１０程度とし、さらに、溝部を構成する円形状の穴（２３）の穴径αは溝部（２２）の間隔Ｐの１／２程度とすることが好適である。なお、パンチで抜かれる矩形状の溝（２４）の幅Ｔは、穴径αが小さい場合には、ダイスが使用できないため、穴径αの０．１〜０．８倍とすることで、ダイスを用いなくとも抜くことが可能となる。
弾性体（２１）に発生するたわみ波においては、弾性体（２１）の外周と内周とで波長差が生じる。そこで、円形状の穴（２３）の軸心を固定面（２５）に対して一定角度θだけ傾斜することが好ましく、これにより、波長差の影響を緩和し、高い効率で励振を行うことが可能となる。
【０００９】
この出願の発明は、以上の特徴を持つものであるが、以下に実施例を示し、さらに具体的に説明する。
【００１０】
【実施例】
図２に示したこの出願の発明の方法における超音波モータの固定子の、具体的な作成手順について、以下に示す。
【００１１】
まず、内径および外径が所定の寸法となるように金属板を、プレスにより打ち抜き、切削加工により、弾性体（２１）の断面形状に仕上げる。
【００１２】
次いで、放射状に配置された多軸のドリルユニットで穴開け加工を行い、円形状の穴（２３）を開口する。ここで、溝の間隔Ｐが狭いと穴開け加工を一工程で実施できない場合があり、その場合には、ターンテーブル等で割り出してもよい。一般に、一工程で穴開け加工が完了する場合、加工の所要時間は２秒以内である。
【００１３】
次に、穴開け加工で開口した円形の穴（２３）の数だけ矩形パンチが取り付けられた金型を用いて、弾性体（２１）上面から円形の穴（２３）の開口に向かって打ち抜くことで、矩形状の溝（２４）を形成する。なお、ダイスを使用することが難しい場合、ダイスを用いずに打ち抜くことができるような形状とする必要がある。
【００１４】
図６は、従来の超音波モータの固定子周辺の構成を示した図である。弾性体（６１）と圧電体（６２）とからなる固定子（６３）を基台（６４）に固定するためのボス（６５）が存在する部分においては、メタルソーを用いて溝を加工する上で逃がす必要があり、生産性を損ねる原因となっていた。一方、この出願の発明である超音波モータの固定子においては、図３に示したとおり、ボス（３５）を櫛歯外周面と同一平面に形成することが可能であり、工程数および材料費の削減に貢献するとともに、コンパクト化も可能となる。
【００１５】
【発明の効果】
この出願の発明によって、以上詳しく説明したとおり、超音波モータ製造のコストダウンや量産性の向上を実現するのに適した、新しい超音波モータの固定子が提供される。超音波モータは、最近、各種の電子機器に組み込まれて用いられており、この出願の発明は、超音波モータの大量生産に貢献するものであるから、その実用化が強く期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の方法で作製される超音波モータの固定子の構成について示した概要図である。
【図２】この出願の発明の方法で作製される超音波モータの固定子における弾性体の構成について示した概要図である。
【図３】この出願の発明の方法で作製される超音波モータの固定子の構成について示した概要図である。
【図４】従来の超音波モータの固定子の構成について示した概要図である。
【図５】従来の超音波モータの固定子における弾性体の構成について示した概要図である。
【図６】従来の超音波モータの固定子の構成について示した概要図である。
【符号の説明】
１弾性体
２圧電体
３固定子
４回転子
５軸受
６ストップリング
８スプリング
９出力軸
１０櫛歯
１１溝部
１２円形状の穴
１３矩形状の溝
２１弾性体
２２溝部
２３円形状の穴
２４矩形状の溝
２５固定面
３１弾性体
３２圧電体
３３固定子
３４基台
３５ボス
３６取り付けねじ
４１弾性体
４２圧電体
４３固定子
４４回転子
４５スプリング
４６出力軸
５１弾性体
５２圧電体
５３固定子
５４櫛歯
５５溝
６１弾性体
６２圧電体
６３固定子
６４基台
６５ボス
６６取り付けねじ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The invention of this application relates to a method of manufacturing an ultrasonic motor. More particularly, the invention of this application is easy to manufacture, which can be manufactured at low cost, it relates to manufacturing of the stator of the ultrasonic motor.
[0002]
[Prior art and problems of the invention]
FIG. 4 is a cross-sectional view of the configuration of a conventional ultrasonic motor. In a conventional ultrasonic motor, a stator (43) composed of an elastic body (41) and a piezoelectric body (42), a rotor (44), a spring (45), and an output shaft (46) are basically configured. It is. FIG. 5 is an enlarged view of the stator. As illustrated in FIGS. 4 and 5, in the stator (53) of the conventional ultrasonic motor, comb teeth (54) are provided on an elastic body (51) such as a metal constituting the stator (53). In order to form the comb teeth (54), the grooves (55) were processed one by one with a metal saw (slotting cutter).
[0003]
Therefore, it takes labor and time to create the comb-shaped stator (51), which is a major problem in realizing cost reduction and mass productivity improvement in ultrasonic motor manufacturing. Development of a groove processing technique for an elastic body constituting a stator in consideration of the above solution has been demanded.
[0004]
Accordingly, the invention of this application has been made in view of the circumstances as described above, and is a new ultrasonic motor stator suitable for realizing cost reduction of ultrasonic motor manufacturing and improvement of mass productivity. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic motor provided with this.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of this application firstly includes a stator in which a plurality of piezoelectric bodies are fixedly arranged on an elastic body made of a metal material , and a surface of the elastic body of the stator. in the ultrasonic motor manufacturing method of and a rotor in contact under pressure, the outer periphery of the elastic body of the stator, with a plurality of drill arranged radially toward the center of the axis of the elastic member After performing the drilling process to make a circular hole in one step, use a die with the same number of rectangular punches as the number of circular holes opened by this drilling process, and make a rectangular groove The elastic body of the stator is a comb-like elastic body provided with a plurality of comb teeth, and the groove portion of the elastic body opens radially from the axis of the output shaft toward the outer periphery of the elastic body. It is characterized by manufacturing a stator formed from a circular hole and rectangular grooves are To provide a method of manufacturing an ultrasonic motor.
[0006]
The ultrasonic motor manufacturing method according to the second invention of this application is such that the holes radially opening from the axis forming the groove portion of the comb-like elastic body toward the outer periphery of the comb-like elastic body are to the plane and the piezoelectric body is fixedly disposed parallel to either open or making a stator which opens at an predetermined angle, and the ultrasonic motor of the third aspect of the present invention In the manufacturing method , the holes radially opening from the axial center forming the groove portion of the comb-shaped elastic body toward the outer periphery of the comb-shaped elastic body are formed on the surface on which the elastic body and the piezoelectric body are fixedly arranged. Manufacturing the stator that is open at an angle of 0 to 15 °, and the method of manufacturing the ultrasonic motor of the fourth invention is such that the width T of the rectangular groove is the diameter α of the circular hole. A stator that is 0.1 to 0.8 times is manufactured .
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The invention of this application has the features as described above, and an embodiment thereof will be described below.
[0008]
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a stator of an ultrasonic motor manufactured by the method of the invention of this application. As shown in FIG. 1, the stator (3) of this ultrasonic motor is formed by fixing and arranging a plurality of piezoelectric bodies (2) on an elastic body (1). An ultrasonic motor is constituted by the rotor (4) being brought into pressure contact with the surface of the elastic body (1) of the stator (3).
In the invention of this application, the elastic body (1) has a comb-teeth shape having a plurality of comb teeth (10). The groove (11) of the elastic body (1) has a circular hole (12) and a rectangular groove (13) that open radially from the center of the output shaft (9) toward the outer periphery of the elastic body (1). And is formed from.
As a procedure for forming the groove portion (11) so as to be composed of the circular hole (12) and the rectangular groove (13) as described above, first, the elastic body (1) is placed on the outer periphery of the elastic body (1). Using a plurality of drills arranged radially toward the center of the axis, the hole (12) is drilled in one step, and then a rectangular groove (13) is formed using a plurality of rectangular punches. Form.
The elastic body (1) is usually made of a metal material such as iron or copper alloy. After the metal material is processed into a predetermined shape to form the elastic body (1), the piezoelectric body (2) is bonded and fixed. To do. By applying a high frequency voltage to the piezoelectric body (2), a progressive bending wave is generated in the circumferential direction of the elastic body (1). In order to generate a strong bending wave, it is necessary to use resonance with a high-frequency voltage. Therefore, the dimensions of each part of the shape of the comb teeth (10) are determined so as to match the resonance conditions.
FIG. 2 is a front view, a side view, and a sectional view of a stator according to the invention of this application. In FIG. 2, the circumference of the elastic body (21) is an integral multiple of the wavelength of the flexural wave, and the interval P between the groove portions (22) is about 1/4 to 1/10 of the wavelength. It is preferable that the hole diameter α of the circular hole (23) constituting the hole is about ½ of the interval P between the groove portions (22). In addition, since the width | variety T of the rectangular-shaped groove | channel (24) pulled out with a punch cannot use a die | dye when the hole diameter (alpha) is small, it is 0.1-0.8 times the hole diameter (alpha), It is possible to remove without using a die.
In the bending wave generated in the elastic body (21), a wavelength difference occurs between the outer periphery and the inner periphery of the elastic body (21). Therefore, it is preferable to incline the axis of the circular hole (23) by a fixed angle θ with respect to the fixed surface (25), thereby reducing the influence of the wavelength difference and performing excitation with high efficiency. It becomes possible.
[0009]
The invention of this application has the above-described features, and will be described more specifically with reference to examples.
[0010]
【Example】
A specific procedure for creating the stator of the ultrasonic motor in the method of the present invention shown in FIG. 2 will be described below.
[0011]
First, a metal plate is punched with a press so that the inner diameter and the outer diameter have predetermined dimensions, and finished into a cross-sectional shape of the elastic body (21) by cutting.
[0012]
Next, drilling is performed with a multi-axis drill unit arranged radially to open a circular hole (23). Here, if the groove interval P is narrow, drilling may not be performed in one step, and in that case, it may be determined by a turntable or the like. Generally, when drilling is completed in one process, the time required for the machining is within 2 seconds.
[0013]
Next, punching is performed from the upper surface of the elastic body (21) toward the opening of the circular hole (23) using a mold in which rectangular punches are attached by the number of circular holes (23) opened by drilling. Thus, a rectangular groove (24) is formed. In addition, when it is difficult to use a die, it is necessary to make it a shape that can be punched without using a die.
[0014]
FIG. 6 is a diagram showing a configuration around a stator of a conventional ultrasonic motor. In the portion where the boss (65) for fixing the stator (63) composed of the elastic body (61) and the piezoelectric body (62) to the base (64) is present, a groove is processed using a metal saw. It was necessary to escape by this, and this was a cause of impairing productivity. On the other hand, in the stator of the ultrasonic motor according to the invention of this application, as shown in FIG. 3, the boss (35) can be formed on the same plane as the outer peripheral surface of the comb teeth. In addition to contributing to a reduction in the size, it is also possible to make it more compact.
[0015]
【The invention's effect】
As described in detail above, the invention of the present application provides a new ultrasonic motor stator that is suitable for reducing the cost of manufacturing an ultrasonic motor and improving the mass productivity. Ultrasonic motors have recently been incorporated and used in various electronic devices, and since the invention of this application contributes to mass production of ultrasonic motors, its practical application is strongly expected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of a stator of an ultrasonic motor manufactured by the method of the invention of this application.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of an elastic body in a stator of an ultrasonic motor manufactured by the method of the invention of this application.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a stator of an ultrasonic motor manufactured by the method of the invention of this application.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a stator of a conventional ultrasonic motor.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of an elastic body in a stator of a conventional ultrasonic motor.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration of a stator of a conventional ultrasonic motor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Elastic body 2 Piezoelectric body 3 Stator 4 Rotor 5 Bearing 6 Stop ring 8 Spring 9 Output shaft 10 Comb tooth 11 Groove part 12 Circular hole 13 Rectangular groove 21 Elastic body 22 Groove part 23 Circular hole 24 Rectangular shape Groove 25 fixing surface 31 elastic body 32 piezoelectric body 33 stator 34 base 35 boss 36 mounting screw 41 elastic body 42 piezoelectric body 43 stator 44 rotor 45 spring 46 output shaft 51 elastic body 52 piezoelectric body 53 stator 54 comb Teeth 55 Groove 61 Elastic body 62 Piezoelectric body 63 Stator 64 Base 65 Boss 66 Mounting screw

Claims

金属材料からなる弾性体に複数の圧電体を固定配置してなる固定子と、この固定子の弾性体の表面に加圧接触させた回転子とを備えた超音波モータの製造方法において、固定子の弾性体の外周に、弾性体の軸心を中心に向かって放射状に配置された複数のドリルを用いて、一工程で円形状の穴を開ける穴開け加工を行った後、この穴開け加工で開口した円形の穴の数と同じ数の矩形パンチが取り付けられた金型を用い、矩形状の溝を打ち抜くことからなり、固定子の弾性体が複数の櫛歯を備えた櫛歯状弾性体であり、弾性体の溝部が、出力軸の軸心から弾性体の外周に向かって放射状に開口している円形状の穴と矩形状の溝とから形成される固定子を作製することを特徴とする超音波モータの製造方法。 In an ultrasonic motor manufacturing method comprising: a stator in which a plurality of piezoelectric bodies are fixedly arranged on an elastic body made of a metal material ; and a rotor in pressure contact with the surface of the elastic body of the stator. After drilling a circular hole in one step using a plurality of drills arranged radially around the axis of the elastic body on the outer circumference of the elastic body of the child, this drilling is performed. Composed of a die fitted with the same number of rectangular punches as the number of circular holes opened by machining, and punching a rectangular groove, and the stator elastic body has a plurality of comb teeth an elastic body, making a stator groove portion of the elastic body is formed from a circular hole and a rectangular groove which is open radially toward the axial center outer periphery of the elastic body of the output shaft A method of manufacturing an ultrasonic motor characterized by the above.

櫛歯状弾性体の溝部を形成する軸心から櫛歯弾性体の外周に向かって放射状に開口した穴が、弾性体と圧電体とが固定配置されている面に対して、平行に開口しているか、または、一定の角度をなして開口している固定子を作製することを特徴とする請求項１記載の超音波モータの製造方法。Holes that open radially from the axis forming the groove of the comb-shaped elastic body toward the outer periphery of the comb-shaped elastic body open in parallel to the surface on which the elastic body and the piezoelectric body are fixedly arranged. The method of manufacturing an ultrasonic motor according to claim 1, wherein a stator that is open at a constant angle is formed.

櫛歯状弾性体の溝部を形成する軸心から櫛歯弾性体の外周に向かって放射状に開口した穴が、弾性体と圧電体とが固定配置されている面に対して、０〜１５°の角度をなして開口している固定子を作製することを特徴とする請求項１記載の超音波モータの製造方法。A hole opened radially from the axial center forming the groove portion of the comb-shaped elastic body toward the outer periphery of the comb-shaped elastic body is 0 to 15 ° with respect to the surface on which the elastic body and the piezoelectric body are fixedly arranged. 2. The method of manufacturing an ultrasonic motor according to claim 1, wherein the stator is opened at an angle of.

矩形状の溝の幅Ｔが円形状の穴の径αの０．１〜０．８倍である固定子を作製することを特徴とする請求項１記載の超音波モータの製造方法。2. The method of manufacturing an ultrasonic motor according to claim 1, wherein a stator having a width T of the rectangular groove is 0.1 to 0.8 times the diameter [alpha] of the circular hole.