JP2002299708A - アクチュエータ及び噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】荷重変化や温度変化が生じた場合でも、常に積
層型圧電素子の伸縮方向に予荷重が印加された状態で長
期間駆動させることができるアクチュエータ及び噴射装
置を提供する。 【解決手段】積層型圧電素子１と、該積層型圧電素子１
の伸縮方向一端部が固定されたベース部材６と、積層型
圧電素子１が収容されるとともに、一端部がベース部材
６に固定され、他端部が積層型圧電素子１をベース部材
６側に押圧する予荷重印加ケース３と、該予荷重印加ケ
ース３が収容され、一端部がベース部材６に固定された
外側ケース５と、積層型圧電素子１の他端部に設けら
れ、積層型圧電素子１の変位を外側ケース５に伝達する
変位伝達部材２３とを具備してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクチュエータ及
び噴射装置に係わり、例えば、光学装置等の精密位置決
め装置や振動防止用の駆動素子、自動車用エンジンの燃
料噴射用の駆動素子等に使用されるアクチュエータ及び
噴射装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来、圧電体は、電圧を印加することによ
り伸縮する逆圧電効果を有している。しかしながら、圧
電体１枚１枚の伸縮量は微量であることから、圧電体を
複数枚積層して形成した積層型圧電素子を作製してい
た。この積層型圧電素子は、圧電体に電圧を印加して数
〜数十μｍ伸長させ、アクチュエータの駆動力源とする
ものである。

【０００３】ところで、従来、外気との遮断を行い、耐
湿性の向上、及びオイルや燃料等の異物の侵入を防止す
るため、積層型圧電素子を金属ケース内に収容してアク
チュエータが構成されており、積層型圧電素子の変位を
金属ケースに伝達し、金属ケース自体を変位させること
が行われている。

【０００４】このようなアクチュエータとして、特開平
６−２８３７７８号公報に開示されるようなものが知ら
れている。この公報に開示されたアクチュエータでは、
積層型圧電素子を金属ケースに封入することにより、外
気との遮断を行い、耐湿性の向上、及びオイルや燃料等
の侵入を防止している。

【０００５】図５は、この公報に開示されたアクチュエ
ータを示すもので、積層型圧電素子５１の一端がベース
部材５２に固定され、該ベース部材５２には、蛇腹（ダ
イヤフラム）５３の開口部が嵌入され、これにより、積
層型圧電素子５１に変位方向と逆向きの予荷重が印加さ
れている。即ち、蛇腹（ダイヤフラム）５３が積層型圧
電素子５１への予荷重の印加、及び変位量の伝達を行っ
ている。

【０００６】このようなアクチュエータでは、積層型圧
電素子５１を全く接着剤を使用せず搭載することが可能
となり、接着剤のアウトガスによる腐食などの不具合を
防止できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平６−２８３７７８号報に開示されたアクチュエータ
では、蛇腹５３により、積層型圧電素子５１に予荷重を
印加するとともに、この蛇腹５３が変形することにより
変位を伝達していたので、積層型圧電素子５１を高速で
長期間変位させると、経時的に蛇腹５３が劣化してい
き、予荷重を印加できなくなり、アクチュエータとして
機能しなくなるという問題があった。

【０００８】また、このようなアクチュエータでは、積
層型圧電素子５１に印加された荷重が除去された場合や
温度変化が生じた場合に、蛇腹５３内の積層型圧電素子
５１に寸法変化（寸法収縮）が生じるため、組み付け時
に印加された予荷重を設計通りに印加できなくなり、蛇
腹５３内にて積層型圧電素子５１がフリーな状態とな
り、蛇腹５３内にて自由に移動してしまうという問題が
あった。

【０００９】また、この荷重フリーな状態で蛇腹５３内
にて積層型圧電素子５１が動き、傾いた状態にてセット
されると、片当たりの状態が生じ、この状態で駆動を行
った場合、積層型圧電素子５１に曲げ応力が加わり、更
に、これが長期に渡ると積層型圧電素子５１が破損する
という問題があった。

【００１０】即ち、本発明者によれば、積層型圧電素子
は、図６の荷重印加時及び荷重除去時の積層型圧電素子
の積層方向における寸法変化に示すように、積層型圧電
素子は印加荷重の増加に伴い積層方向に収縮しており、
この荷重を除去した場合、元の寸法（０点）に戻らず
に、積層方向の寸法に収縮が生じることを確認した。

【００１１】また、近年、アクチュエータは、その使用
目的から、０℃以下の低温下や、２００℃前後の高温下
など、様々な幅広い温度下で使用されるようになってき
ている。このような使用環境下においては、図７に示し
た雰囲気温度と積層型圧電素子の積層方向における寸法
変化との関係に理解されるように、温度上昇に伴って積
層方向の寸法が収縮していることを確認した。

【００１２】この現象は、積層型圧電素子に使用される
圧電磁器は、分極処理を施すことによって、電圧を印加
した際に逆圧電効果を生じて伸長しているが、分極処理
を施した圧電磁器は、温度上昇に伴いその材料のキュリ
ー温度に近づくにつれ、分極処理によって１方向に向い
ていたドメインが未分極時の状態に戻っていくために発
生しているためである。

【００１３】これらの現象から、上記特開平６−２８３
７７８号報に開示されたアクチュエータでは、積層型圧
電素子に印加された荷重が除去された場合や温度変化が
生じた場合に、蛇腹内の積層型圧電素子に寸法変化（寸
法収縮）が生じるため、組み付け時に印加された予荷重
がかからない状態となり、金属ケース内にて積層型圧電
素子がフリーな状態となるという問題があった。

【００１４】本発明は、外気との遮断を行い耐湿性を向
上でき、オイルや燃料の侵入の防止を行なうことができ
るとともに、荷重変化や温度変化が生じた場合でも、常
に積層型圧電素子の伸縮方向に予荷重が印加された状態
で長期間駆動させることができるアクチュエータ及び噴
射装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のアクチュエータ
は、圧電体と内部電極とを交互に積層してなる積層型圧
電素子と、該積層型圧電素子の伸縮方向一端部が固定さ
れたベース部材と、前記積層型圧電素子が収容されると
ともに、一端部が前記ベース部材に固定され、他端部が
前記積層型圧電素子を前記ベース部材側に押圧する予荷
重印加ケースと、該予荷重印加ケースが収容され、一端
部が前記ベース部材に固定された外側ケースと、前記積
層型圧電素子の他端部に設けられ、前記予荷重印加ケー
スの他端部の貫通孔を挿通し、前記積層型圧電素子の変
位を前記外側ケースに伝達する変位伝達部材とを具備し
てなるものである。

【００１６】このようなアクチュエータでは、積層型圧
電素子の変位を外部に伝達する外側ケースと、積層型圧
電素子に予荷重を印加する予荷重印加ケースとが分離さ
れているため、予荷重印加ケースを剛体で作製し、この
予荷重印加ケースに、例えば、積層型圧電素子をベース
部材側に押圧するバネ部材を設けることにより、予荷重
印加ケースが伸縮することなく、積層型圧電素子に予荷
重を印加することができ、荷重変化や温度変化による積
層型圧電素子の寸法変化が生じた場合でも、常に積層型
圧電素子の伸縮方向に予荷重を印加した状態で変位を伝
達することが可能となる。

【００１７】また、外側ケースにより、外気との遮断を
行うことができ、これにより耐湿性を向上できるととも
に、積層型圧電素子が外側ケースにより密閉されている
ので、オイルや燃料の侵入を防止できる。

【００１８】また、本発明のアクチュエータでは、外側
ケースには、積層型圧電素子の伸縮方向に変形し易い易
変形部が設けられていることが望ましい。特に、外側ケ
ースは金属製筒からなり、側面を蛇腹状に形成して構成
されていることが望ましい。これにより、絞り加工等の
塑性加工により外側ケースを安価に作製することができ
るとともに、外側ケースの易変形部が、積層型圧電素子
の伸縮方向に容易に変形できる。

【００１９】また、本発明のアクチュエータでは、積層
型圧電素子の伸縮方向における外側ケースのバネ定数が
３０〜１００ｋｇｆ／ｍｍであることが望ましい。これ
により、積層型圧電素子が発生する変位量を低下するこ
となく外部に伝達することができるとともに、積層型圧
電素子が変位する際に易変形部から受ける反力による衝
撃を小さくできるため、耐久性を向上できる。

【００２０】本発明の噴射装置は、噴射孔を有する収納
容器と、該収納容器内に収容された上記アクチュエータ
と、該アクチュエータの駆動により前記噴射孔から液体
を噴出させるバルブとを具備してなるものである。この
ような噴射装置では、アクチュエータが、耐湿性を向上
し、オイルや燃料の侵入を防止できるとともに、常に積
層型圧電素子の伸縮方向に予荷重を印加した状態で変位
を伝達することができるため、長期間良好な噴射特性を
維持できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明のアクチュエータは、図１
に示すように、積層型圧電素子１が予荷重印加ケース３
内に収容され、該予荷重印加ケース３が外側ケース５内
に収容されて構成され、予荷重印加ケース３、外側ケー
ス５の一端部に形成された開口部が、ベース部材６に嵌
入固定されている。

【００２２】積層型圧電素子１は、圧電体７と内部電極
９とを交互に積層して構成され、その側面に一対の外部
電極１０を有している。また、伸縮方向の両端には、不
活性体１３ａ、１３ｂが形成されている。これらの不活
性体１３ａ、１３ｂは、積層型圧電素子１を機械的に保
持し、発生する力を外部へ伝達するものである。

【００２３】具体的には、図２に示すように、内部電極
９の端部には１層おきに絶縁体１４が形成され、絶縁体
１４が形成されていない内部電極９の端部が、同一の外
部電極１０に接続されている。

【００２４】圧電体７は、例えば、チタン酸ジルコン酸
鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃（以下ＰＺＴと略す）或い
は、チタン酸バリウムＢａＴｉＯ₃を主成分とする圧電
セラミック材料などが使用されるが、これらに限定され
るものではなく、圧電性を有するセラミックスであれば
何れでも良い。

【００２５】なお、この圧電体材料としては、圧電歪み
定数ｄ₃₃が高いものが望ましい。また、圧電体７の厚
み、つまり内部電極９間の距離は、小型化および高い電
界を印加するという点から０．０５〜０．２５ｍｍであ
ることが望ましい。

【００２６】内部電極９は、焼結時には素子本体の全て
の側面に露出しているが、そのうち２つの側面におい
て、内部電極９端部を含む圧電体７の端部１層おきに溝
が形成され、該溝にガラス、エポキシ樹脂、ポリイミド
樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シリコーンゴム等が充填
されて絶縁体１４が形成されている。なお、絶縁体１４
は低ヤング率の材質、例えばシリコーンゴム等が好まし
い。

【００２７】このように、内部電極９は互い違いに１層
おきに絶縁され、絶縁されていない内部電極９の他方の
端面は、予め素子本体の側面に塗布しておいた熱硬化性
導電性接着剤に導電性部材を密着させた状態で、熱硬化
性導電性接着剤を塗布し加熱硬化させることにより、外
部電極１０に接続されている。

【００２８】また、予荷重印加ケース３には、図１に示
すように、積層型圧電素子１に伸縮方向（圧電体の積層
方向）に荷重を印加する予荷重印加部が設けられてい
る。即ち、予荷重印加ケース３は、筒状のケース本体３
ａと、ケース本体３ａの内周に嵌合する荷重印加用リン
グ３ｂとから構成されており、荷重印加用リング３ｂの
下面には、積層型圧電素子１を下方に押圧するバネ部材
１１が当接し、荷重印加用リング３ｂを反力として、バ
ネ部材１１により、積層型圧電素子１がベース部材６側
に押圧されている。予荷重印加部は、荷重印加用リング
３ｂとバネ部材１１により構成されている。

【００２９】外側ケース５は、断面が筒状のケース本体
５ａと、このケース本体５ａの上端部に嵌入された上端
封止部材５ｂとから構成され、内部の積層型圧電素子１
が気密に収納されている。

【００３０】外側ケース５のケース本体５ａには、蛇腹
状の易変形部２１が設けられている。この易変形部２１
は、絞り加工等の塑性加工により安価に作製することが
できるとともに、積層型圧電素子１の伸縮方向に容易に
変形できる。

【００３１】易変形部２１は、厚み０．１〜０．４ｍｍ
のＳＵＳ３０４やＳＵＳ４０１Ｌなどの金属製円筒を絞
り加工等の塑性加工することにより得られる。尚、本発
明では、ケース本体５ａ全体が上記材料から構成されて
いる。

【００３２】また、積層型圧電素子１の伸縮方向におけ
るケース本体５ａ（易変形部）のバネ定数は３０〜１０
０ｋｇｆ／ｍｍとされている。易変形部２１のバネ定数
は、図３に示すバネ定数と積層型圧電素子１の変位量と
の関係から理解されるように、易変形部２１のバネ定数
が高くなるに伴い、積層型圧電素子１の変位量が低下し
ているため、積層型圧電素子１の変位を低下させること
なく伝達するために、３０〜１００ｋｇｆ／ｍｍである
ことが望ましい。

【００３３】また、積層型圧電素子１が変位する際、易
変形部２１の反力による衝撃が積層型圧電素子１に加わ
り、特に電圧のパルス印加による連続駆動などでは、こ
の衝撃が繰り返し印加されると、積層型圧電素子１の耐
久性を劣化させるため、バネ定数は、特に３０〜６０ｋ
ｇｆ／ｍｍが望ましい。そして、易変形部２１のバネ定
数がバネ部材１１より大きくなると、積層型圧電素子１
の発生する変位が、この易変形部２１により拘束され、
変位が低下するため、易変形部２１のバネ定数は、バネ
部材１１よりも小さいことが望ましい。

【００３４】尚、易変形部２１としては、特にケース本
体５ａを蛇腹状に形成して構成することに限定されるも
のではなく、例えば、ケース本体５ａの一部を変形し易
い金属材料で形成しても良い。

【００３５】ベース部材６には、一対のハーメチックリ
ードピン１５が設けられており、これらのハーメチック
リードピン１５の一端は、ベース部材６に固定された積
層型圧電素子１の外部電極１０にそれぞれ接続されてい
る。

【００３６】積層型圧電素子１の不活性部１３ｂには変
位伝達部材２３が設けられており、この変位伝達部材２
３は、不活性部１３ｂに当接する拡径部２３ａと、この
拡径部２３ａに設けられた棒状体２３ｂとから構成され
ている。棒状体２３ｂは、荷重印加用リング３ｂの貫通
孔を挿通し、外側ケース５の上端封止部材５ｂに当接し
ている。

【００３７】予荷重印加ケース３の上端内部には、ＳＵ
Ｓ等の金属製荷重印加用リング３ｂがレーザー溶接など
の方法で溶接されており、コイルバネや皿バネなどのバ
ネ部材１１が荷重印加用リング３ｂで押すことにより積
層型圧電素子１に荷重印加を行なっているため、このバ
ネ部材１１のバネ定数も易変形部２１のバネ定数と同様
に、積層型圧電素子１の変位を低下させることがないよ
うに、３０〜１００ｋｇｆ／ｍｍが望ましい。

【００３８】積層型圧電素子１の封止に用いた、ケース
本体５ａ、予荷重印加ケース３、荷重印加用リング３
ｂ、ベース部材６、及び上端封止部材５ｂは、レーザー
溶接などによりそれぞれ溶接されている。この際、各部
材が異種材の場合、各部材の線膨張差の影響により、溶
接後の冷却時に溶接部にクラックが生じるため、気密封
止が困難となるため、これらの部材は同材質とすること
が望ましい。

【００３９】本発明のアクチュエータは、先ず、積層型
圧電素子１を作製する。チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ₃などの圧電体セラミックスの仮焼粉末
と、有機高分子からなるバインダーと、可塑剤とを混合
したスラリーを作製し、スリップキャステイング法によ
り、厚み５０〜２５０μｍのセラミックグリーンシート
を作製する。

【００４０】このグリーンシートの片面に内部電極９と
なる銀−パラジウムを主成分とする導電性ペーストをス
クリーン印刷法により１〜１０μｍの厚みに印刷する。
この導電性ペーストを乾燥させた後、導電性ペーストが
塗布された複数のグリーンシートを所定の枚数だけ積層
し、この積層体の積層方向の両端部に、導電性ペースト
が塗布されていないグリーンシートを積層する。

【００４１】次に、この積層体を５０〜２００℃で加熱
を行いながら加圧を行い、積層体を一体化する。一体化
された積層体は所定の大きさに切断された後、４００〜
８００℃で５〜４０時間、脱バインダが行われ、９００
〜１２００℃で２〜５時間の本焼成が行われ、素子本体
となる積層焼結体を得る。この素子本体の側面には、内
部電極９の端部が露出している。

【００４２】その後、素子本体の２つの対向する側面に
おいて、内部電極９端部を含む圧電体７の端部に該２側
面において互い違いになるように、１層おきに深さ５０
〜５００μｍ、積層方向の幅５０〜３００μｍの溝を形
成し、該溝にシリコーンゴム等を充填する。

【００４３】このあと、素子本体の側面に外部電極ペー
ストを塗布し、乾燥して外部電極１０を形成し、積層型
圧電素子１の外周面にデイッピング等の方法により、シ
リコーンゴムを被覆する。その後、外部電極１０に０．
１〜３ｋＶの分極電圧を印加し、積層型圧電素子１全体
を分極処理することで、最終的な積層型圧電素子１を得
る。

【００４４】この様にして得られた積層型圧電素子１
を、接着剤を用いてベース部材６に固定した後、積層型
圧電素子１の外部電極１０とハーメチックリードピン１
５とを半田などで接続する。次に、変位伝達部材２３に
皿バネなどのバネ部材１１をセットし、変位伝達部材２
３の拡径部２３ａを積層型圧電素子１の上端に乗せ、荷
重印加用リング３ｂがレーザー溶接などの方法で溶接さ
れた予荷重印加ケース３を被せ、加圧用プレス器にて５
０〜１５０ｋｇｆの予荷重を印加した状態にて、予荷重
印加ケース３の下端部とベース部材６とをレーザー溶接
などの方法で溶接する。

【００４５】その後、外側ケース５を被せ、ケース本体
５ａの下端部とベース部材６とをレーザー溶接などの方
法で溶接する。上端封止部材５ｂをケース本体５ａの上
面に乗せ、変位伝達部材２３が上端封止部材５ｂに当接
するように加圧用プレス器にて荷重５〜２０ｋｇｆを印
加し、この状態でレーザー溶接等の方法で溶接すること
により、本発明のアクチュエータを作製できる。

【００４６】図４は、本発明の噴射装置を示すもので、
図において符号３１は収納容器を示している。この収納
容器３１の一端には噴射孔３３が設けられ、また収納容
器３１内には、噴射孔３３を開閉することができるニー
ドルバルブ３５が収容されている。

【００４７】噴射孔３３には燃料通路３７が連通可能に
設けられ、この燃料通路３７は外部の燃料供給源に連結
され、燃料通路３７に常時一定の高圧で燃料が供給され
ている。従って、ニードルバルブ３５が噴射孔３３を開
放すると、燃料通路３７に供給されていた燃料が一定の
高圧で内燃機関の図示しない燃料室内に噴出されるよう
に形成されている。

【００４８】また、ニードルバルブ３５の上端部は直径
が大きくなっており、収納容器３１に形成されたシリン
ダ３９と摺動可能なピストン４１となっている。そし
て、収納容器３１内には、上記したアクチュエータ４３
が収納されている。

【００４９】このような噴射装置では、アクチュエータ
４３が電圧を印加されて伸長すると、ピストン４１が押
圧され、ニードルバルブ３５が噴射孔３３を閉塞し、燃
料の供給が停止される。また、電圧の印加が停止される
とアクチュエータ４３が収縮し、皿バネ４５がピストン
４１を押し返し、噴射孔３３が燃料通路３７と連通して
燃料の噴射が行われるようになっている。

【００５０】

【実施例】チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ
₃などの圧電体セラミックスの仮焼粉末と、有機高分子
からなるバインダーと、可塑剤とを混合したスラリーを
作製し、スリップキャステイング法により、厚み１５０
μｍのセラミックグリーンシートを作製した。

【００５１】このグリーンシートの片面に内部電極９と
なる銀−パラジウムを主成分とする導電性ペーストをス
クリーン印刷法により５μｍの厚みに印刷し、導電性ペ
ーストを乾燥させた後、導電性ペーストが塗布された複
数のグリーンシートを４００枚積層し、この積層体の積
層方向の両端部に、導電性ペーストが塗布されていない
グリーンシートを１０枚積層した。

【００５２】次に、この積層体を１００℃で加熱を行い
ながら加圧を行い、積層体を一体し、１０ｍｍ×１０ｍ
ｍの大きさに切断した後、８００℃で１０時間の脱バイ
ンダを行い、１１００℃で２時間の本焼成を行ない素子
本体を得た。

【００５３】その後、素子本体の２つの側面において、
内部電極９端部を含む圧電体７の端部に該２側面におい
て互い違いになるように、１層おきに深さ１００μｍ、
積層方向の幅５０μｍの溝を形成し、絶縁体１４を充填
した。この後、絶縁されていない内部電極９の他方の端
面は、予め塗布しておいた導電性耐熱接着剤に厚み０．
５ｍｍの導電性部材の銀箔を密着させた状態で２００℃
で加熱し、加熱硬化させることにより、外部電極１０を
形成し、この後、外周面にデイッピング法により、シリ
コーンゴムを被覆した後、１ｋＶの分極電圧を印加し、
素子全体を分極処理して積層型圧電素子１を作製した。

【００５４】この積層型圧電素子１とＳＵＳ３０４製の
ベース部材６をエポキシ樹脂にて接着した後、ハーメチ
ックリードピン１５と外部電極１０を半田にて接続し
た。次に、荷重印加部のバネ定数が５０ｋｇｆ／ｍｍと
なるように３直列に並べたＪＩＳＨ４の皿バネを、交互
に重ねて４並列に設定してバネ部材１１を形成し、これ
を変位伝達部材２３に乗せた後、積層型圧電素子１の上
部へ置いた。

【００５５】これに、ＳＵＳ３０４製の厚み０．１ｍｍ
の円筒に、ＳＵＳ３０４製の荷重印加用リング３ｂをレ
ーザー溶接して作製した予荷重印加ケース３を被せ、加
圧用プレス器予荷重５０ｋｇｆを印加して、ベース部材
６にレーザー溶接器にて溶接した。

【００５６】次に、ＳＵＳ３０４製の厚み０．１５ｍｍ
の円筒を絞り加工にて、バネ定数が３０ｋｇｆ／ｍｍと
なるように易変形部２１を形成して作製したケース本体
５ａを被せ、ベース部材６にレーザー溶接器にて溶接し
た。

【００５７】この後、上端封止部材５ｂをケース本体５
ａに乗せ、変位伝達部材２３が上端封止部材５ｂに当接
するように加圧用プレス器にて荷重５ｋｇｆを印加し、
レーザー溶接し、積層型圧電素子１を気密封止して、本
発明のアクチュエータを作製した。

【００５８】また、比較の為に、バネ定数３０ｋｇｆ／
ｍｍの蛇腹部を形成した金属ケース内に積層型圧電素子
を収容し、蛇腹を用いて予荷重印加を行う図５に示すア
クチュエータを作製した。尚、金属ケースを溶接する
際、５ｋｇｆの荷重を印加してレーザー溶接を行った。

【００５９】まず、これらの変位特性を比較するため
に、印加電圧０〜２００Ｖにて電圧・変位特性を測定し
た結果、両アクチュエータともに、変位量４０μｍを発
生しており、変位特性に差がないことが分かった。

【００６０】次に、耐久性を比較するために、雰囲気温
度１００℃、湿度９０％下で、０Ｖから＋２００Ｖの直
流電界を５０Ｈｚの周波数にて印加する耐久試験を行っ
た。その結果、本発明品は変位量４０μｍで１×１０⁹
回でも問題無く駆動するのを確認した。また、耐久試験
終了後に、アクチュエータ外観を観察した結果、長期駆
動によるクラック等の発生がなく、易変形部、及び予荷
重印加部共に劣化がないことを確認した。

【００６１】また、比較用のアクチュエータでは、１×
１０⁷回にて駆動しなくなった。このアクチュエータを
分解し、封止した積層型圧電素子を観察した結果、不活
性体近傍より、クラックが生じ、この部位を起点に両極
間にてショートしているのが確認された。この不活性体
近傍のクラックは、温度上昇に伴なう積層型圧電素子の
寸法変化により、金属ケース内にて積層型圧電素子が片
当たりの状態となり、曲げの応力が生じたために発生し
た。

【００６２】また、図５のアクチュエータにて、長期間
駆動による易変形部の劣化がないか確認するために、寸
法変化が生じても位置ズレが発生しないように、蛇腹を
用いて予荷重５０ｋｇｆを印加し、レーザー溶接を行
い、比較用アクチュエータを作製した。このアクチュエ
ータを雰囲気温度１００℃、湿度９０％下で、０Ｖから
＋２００Ｖの直流電界を５０Ｈｚの周波数にて印加する
耐久試験を行った。

【００６３】その結果、変位量４０μｍで１×１０⁹回
でも問題無く駆動するのを確認したものの、蛇腹の外観
を観察した結果、クラックが発生しているのを確認し
た。これは、蛇腹を用いて予荷重５０ｋｇｆを印加した
ために、長期駆動による蛇腹の劣化が促進されたためと
考えられる。この結果から、本発明品は、予荷重印加部
と易変形部を分けて設けていることから、長期間駆動に
おいても、金属ケースの劣化がなく、耐久性に優れてい
ることが判る。

【００６４】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のアクチュエ
ータでは、積層型圧電素子の変位を外部に伝達する外側
ケースと、積層型圧電素子に予荷重を印加する予荷重印
加ケースとが分離されているため、予荷重印加ケースを
剛体で作製し、この予荷重印加ケースに、例えば、積層
型圧電素子をベース部材側に押圧するバネ部材を設ける
ことにより、予荷重印加ケースが伸縮することなく、積
層型圧電素子に予荷重を印加することができ、荷重変化
や温度変化による積層型圧電素子の寸法変化が生じた場
合でも、常に積層型圧電素子の伸縮方向に予荷重を印加
した状態で変位を伝達することができる。

【００６５】また、外側ケースにより、外気との遮断を
行うことができ、これにより耐湿性を向上できるととも
に、積層型圧電素子が外側ケースにより密閉されている
ので、オイルや燃料の侵入を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアクチュエータを示す縦断面図であ
る。

【図２】積層型圧電素子の一例を示す斜視図である。

【図３】バネ定数と積層型圧電素子の変位量の関係を示
すグラフである。

【図４】本発明の噴射装置を示す説明図である。

【図５】従来のアクチュエータを示す断面図である。

【図６】荷重印加及び荷重除去時の積層型圧電素子の寸
法変化を示すグラフである。

【図７】雰囲気温度と積層型圧電素子の寸法変化の関係
を示すグラフである。

【符号の説明】

１・・・積層型圧電素子 ３・・・予荷重印加ケース ５・・・外側ケース ６・・・ベース部材 ７・・・圧電体 ９・・・内部電極 ２３・・・変位伝達部材 ２１・・・易変形部 ３１・・・収納容器 ３３・・・噴射孔 ３５・・・バルブ ４３・・・アクチュエータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電体と内部電極とを交互に積層してなる
   積層型圧電素子と、該積層型圧電素子の伸縮方向一端部
   が固定されたベース部材と、前記積層型圧電素子が収容
   されるとともに、一端部が前記ベース部材に固定され、
   他端部が前記積層型圧電素子を前記ベース部材側に押圧
   する予荷重印加ケースと、該予荷重印加ケースが収容さ
   れ、一端部が前記ベース部材に固定された外側ケース
   と、前記積層型圧電素子の他端部に設けられ、前記予荷
   重印加ケースの他端部の貫通孔を挿通し、前記積層型圧
   電素子の変位を前記外側ケースに伝達する変位伝達部材
   とを具備してなることを特徴とするアクチュエータ。
2. 【請求項２】外側ケースには、積層型圧電素子の伸縮方
   向に変形し易い易変形部が設けられていることを特徴と
   する請求項１項記載のアクチュエータ。
3. 【請求項３】噴射孔を有する収納容器と、該収納容器内
   に収容された請求項１又は２記載のアクチュエータと、
   該アクチュエータの駆動により前記噴射孔から液体を噴
   出させるバルブとを具備してなることを特徴とする噴射
   装置。