JP2003097418A

JP2003097418A - 圧電体素子の変位伝達構造

Info

Publication number: JP2003097418A
Application number: JP2002157652A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Yamada; 山田　　豊
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2003-04-03
Also published as: US6661159B2; US20030015939A1; DE10232383A1

Abstract

(57)【要約】【課題】積層型圧電体素子と変位を伝達すべき相手部
材との間に余分な部材を介することなく配置され，変位
伝達に伴うロスが小さく，偏荷重が積層型圧電体素子に
付与され難い，圧電体素子の変位伝達構造を提供するこ
と。【解決手段】ピストン部材１１と，該ピストン部材１
１の先端面１１３と直に接する受け面１２１を有し，該
受け面１２１と反対側の変位伝達面１２２において相手
部材と直に接するよう構成された先端板部１２とよりな
り，圧電体素子３の変位方向の両端面２１，２２は略平
行に維持され，先端面１１３と受け面１２１との間の接
触形状は，環状で線接触した状態にあり，圧電体素子
３，ピストン部材１１，先端板部１２は，変位方向以外
に対し略静止するよう構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，圧電体素子の変位を相手部材に
伝達するための変位伝達構造に関する。

【０００２】

【従来技術】セラミック製の圧電板を，内側電極を介し
て圧電板への電圧印加時の変位方向に積層することによ
り構成された積層型圧電体素子が知られている。内側電
極を介して各圧電板に電圧を付与することで圧電板が変
位し，この変位を合計したものが積層型圧電体素子全体
の変位となる。

【０００３】上記積層型圧電体素子の変位を利用する際
は，変位伝達構造を介して変位を必要とする相手部材に
対し伝達する。上記変位伝達構造には，圧電体素子の変
位をロスなく相手部材に伝達する性能が要求される。変
位のロスを小さくするために，変位伝達構造と変位を伝
達される相手部材との間は，変位伝達構造側，相手部材
側における接触面を共に平面に構成することがある。平
面同士の当接による変位伝達は，ヘルツ応力が減るた
め，ロスを少なくすることができる。

【０００４】

【解決しようとする課題】しかしながら，変位伝達構造
側にしても相手部材側にしても，接触面を滑らかな平面
に加工することは非常に困難である。多くの場合，微小
凹凸が多数存在するため，変位伝達構造側と相手部材側
との間の接触状態は，平面接触にならず，部分接触にな
る。

【０００５】また，積層型圧電体素子はセラミック製で
脆いため，積層型圧電体素子の変位方向の両端面が平行
であることが望まれる。両端面が平行でない場合，両端
面から積層型圧電体素子にかかる荷重が偏る，つまり積
層型圧電体素子に偏荷重がかかるため，圧電板の割れや
損傷が生じやすくなるおそれがある。

【０００６】また，従来，特開平８−２７５５６３号に
記載されたような変位伝達構造が知られている。この変
位伝達構造は，接触面が円錐型の凹面を有し，この凹面
を受ける凸面の半球型を持つ部材が相手部材との間に設
けてある。この構造は，圧電体素子の変位方向と平行な
方向に対する曲げの力等による偏荷重が加わった場合
は，凸面の半球型が適宜回転し，圧電体素子側への偏荷
重伝達が防止されるため，圧電体素子の割れや損傷が防
止されるという特徴を持つ。しかしながら，上記回転，
あるいは接触部の潰れで圧電体素子の変位が吸収される
だけでなく，半球型を持つ部材の面接触面によるわずか
な歪みより圧電体素子の変位が吸収されるため，好まし
くない。

【０００７】また，変位伝達構造と直接接する部材と
が，共に凸面で接触する場合であっても，上記のような
わずかな歪みを防止することは難しい。また，圧電体素
子の変位や，圧電体素子そのものの自重，圧電体素子に
加わる荷重等が原因で，凸面の突端が潰れて，圧電体素
子の変位を吸収し，変位の伝達にロスが生じるおそれも
ある。

【０００８】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので，積層型圧電体素子と変位を伝達すべき相
手部材との間に余分な部材を介することなく配置され，
変位伝達に伴うロスが小さく，偏荷重が積層型圧電体素
子に付与され難い，圧電体素子の変位伝達構造を提供し
ようとするものである。

【０００９】

【課題の解決手段】第１の発明は，積層型の圧電体素子
が通電により駆動され，該駆動により生じる変位を相手
部材に伝達するよう構成され，圧電体素子と直に接し，
圧電体素子の変位方向の一端面に配置されたピストン部
材と，該ピストン部材の圧電体素子の変位方向の先端面
と直に接する受け面を有し，該受け面と反対側の変位伝
達面において相手部材と直に接するよう構成された先端
板部とよりなり，上記圧電体素子の変位方向の両端面は
略平行に維持されると共に，上記ピストン部材の先端面
と上記先端板部の受け面との間の接触形状は，閉曲線一
般からなる環状で線接触した状態にあり，上記圧電体素
子，上記ピストン部材，上記先端板部は，変位方向以外
に対し略静止するよう構成されていることを特徴とする
圧電体素子の変位伝達構造にある（請求項１）。

【００１０】本発明では，圧電体素子は直接変位伝達構
造に接触し，該変位伝達構造は直接相手部材に接触す
る。従って，異なる部材が接触する接触部分で発生する
ヘルツ応力や各部材が変形することにより変位が消費さ
れるようなロスを減らすことができる。また，圧電体素
子の変位方向の両端面は略平行に維持されるため，偏応
力がかかりにくく，圧電体素子に対する特定部分への応
力集中等が生じ難い。したがって，圧電体素子の損傷等
を防止できる。

【００１１】また，上記ピストン部材の先端面と上記先
端板部の受け面との間の接触形状は，環状で線接触した
状態にあるため，曲面同士の点接触に比べて，変位伝達
構造と先端板部とが安定した状態で接触することができ
ると共に変位伝達構造と先端板部との変形も線接触であ
るため点接触の場合と比べても小さくなり，圧電体素子
の変位をロス小さく相手部材に伝達することができる。

【００１２】以上，本発明によれば，積層型圧電体素子
と変位を伝達すべき相手部材との間に余分な部材を介す
ることなく配置され，変位伝達に伴うロスが小さく，偏
荷重が積層型圧電体素子に付与され難い，圧電体素子の
変位伝達構造を提供することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】上記第１の発明（請求項１）にお
いては，積層型圧電体素子として，セラミック製の圧電
層の層間に内部電極層を交互に正負となるように形成し
てなるものを用いることができる。この場合，一方の内
部電極層は一方の側面に，他方の内側電極層は他方の側
面に露出するように配設されている。上記通電により，
内部電極層から圧電層に対し電圧が印加され，圧電層が
変位し，圧電体素子が駆動される。この変位が圧電体素
子の変位となる。また，積層型圧電体は圧電層が変位す
る方向に積層されている。

【００１４】上記圧電体素子を構成する圧電層の形状
は，略四角形，多角形，樽型等任意の形状を選択するこ
とができる。また，圧電効果を有する材料であれば特に
選択することなく用いることができるが，ＰＺＴ（チタ
ン酸ジルコン酸鉛）を後述する実施例において使用し
た。

【００１５】また，上記圧電体素子の変位方向の両端面
は略平行に維持されている。この場合，圧電体素子の一
方の端面と他方の端面とが平行であることがもっとも好
ましいが，多少ずれても本発明の効果を得ることができ
る。ずれの角度の範囲としては２度以内であることが好
ましい。これより大きくなると偏荷重による圧電体素子
の損傷等が生じるおそれがある。

【００１６】また，例えば後述する実施例１のように圧
電体素子が上板とピストン部材に挟まれている場合は上
板とピストン部材の圧電体素子と対面する端面を平行な
状態に維持することで圧電体素子変位方向の両端面を平
行とすることができる。また，用いる圧電体素子として
変位方向の両端面が平行であるようなものを採用した
り，圧電体素子を構成する各圧電層がより平行であるも
のを採用することによっても，圧電体素子変位方向の両
端面を平行とすることができる。

【００１７】上記ピストン部材の先端面と上記先端板部
の受け面との間の接触形状は，環状で線接触した状態に
ある。ここに環状とは，円や楕円を含む，閉曲線一般で
ある。上記環状の線接触において，環の中心は圧電体素
子やピストン部材，先端板部の中心軸と一致することが
好ましい。これにより，偏荷重による圧電体素子の損傷
を防止することができる。

【００１８】上記ピストン部材の先端面と上記先端板部
の受け面との間の接触は環状であり対称的な形状である
ことから，変位方向と垂直な方向へのずれ，いわゆる横
ずれ等も生じ難い。また，点接触と比較してピストン部
材等が変形し難いため，変位のロスも少なくなる。

【００１９】また，上記圧電体素子，上記ピストン部
材，上記先端板部は，変位方向以外に対し略静止するよ
う構成されている。この場合の略静止とは，圧電体素子
と変位伝達構造が相対的に位置を殆ど変えないことを意
味している。駆動中に圧電体素子と変位伝達構造との相
対的な位置が変位方向以外に変わらないようにするため
には，変位伝達構造や圧電体素子の外方にこれらの動き
を規制するようなケーシング，支持部材等を適宜配置し
てやることで実現することができる。

【００２０】また，圧電体素子や変位伝達構造を軸対称
な形状として，両者を同軸的に配置することで，自由状
態で圧電体素子，変位伝達構造が自然と変位方向以外に
動かないような構成とすること等でも実現できる。後述
する実施例１のような構成では，圧電体素子の変位方向
以外の動きはケース等である程度抑制されるし，ピスト
ン部材，圧電体素子の重心を貫く中心軸が一致するよう
な位置関係にあり，フリーの状態では中心軸方向，つま
り圧電体素子の変位方向以外に動かないようなバランス
に構成されている。

【００２１】そして本発明の変位伝達構造は，圧電体素
子の中心軸に対しピストン部材や先端板部が同軸的に配
置されると共に圧電体素子の駆動を通じて，相互の位置
関係が変位方向以外に動かないことが好ましい。これに
より，偏荷重が生じ難くなり，圧電体素子の損傷を防止
することができる。

【００２２】また，上記ピストン部材の先端面は半球型
の凸面であり，上記先端板部の受け面は円錐型の凹面で
ある，または上記先端板部の受け面は半球型の凸面であ
り，上記ピストン部材の先端面は円錐型の凹面であるこ
とが好ましい（請求項２）。

【００２３】この場合は，半球型の凸面と円錐型の凹面
とが接する構造であるため，両者の接触の状態は円環の
線接触となる。線接触であるから，曲面同士の点接触に
比べて，ピストン部材と先端板部とが安定した状態で接
触することができると共にヘルツ応力を小さくすること
ができ，ピストン部材と先端板部との変形も小さく，圧
電体素子の変位をロス小さく相手部材に伝達することが
できる。また，円環で接触するから，偏応力がかかりに
くく，圧電体素子に対する特定部分への応力集中等が生
じ難い。したがって，圧電体素子の損傷等を防止でき
る。

【００２４】なお，円錐型の凹面の具体的な形状として
は，断面形状が逆三角形の円錐型の窪みや，断面形状が
台形の円錐型で底部が平たくなった円錐台型の窪みが挙
げられる。その他，断面形状の三角形や台形等の側辺が
曲線となった形状の窪みも挙げられる。また，半球型の
凸面としては，具体的には，断面形状が半円の凸部等が
挙げられる。なお，上記半球とは，球の直径を含む断面
の円と平行に球を切断して構成された形状であり，かな
らずしも球の半分の形状ではない。

【００２５】また，上記ピストン部材の先端面と上記先
端板部の受け面との間の接触形状は楕円を含む環状であ
り，上記接触形状の環の長径は，上記先端面及び上記受
け面における半球型の凸面及び上記円錐型の凹面の長径
のより小さい方の５０％以上の長さであることが好まし
い（請求項３）。この場合には，ヘルツ応力を小さくす
ることができ，線接触の効果を充分に得ることができ
て，伝達ロスを小さくすることができる。５０％未満で
ある場合は，線接触による伝達ロス低減の効果を充分に
得ることができないおそれがある。

【００２６】なお，上記ピストン部材の半球型の凸面の
場合の径は，ピストン部材において，先端板部の受け面
と当接している半球型の凸面の表面，つまり球面の長径
である。上記円錐型の凹面の長径は，先端板部において
開口している開口部の長径である。

【００２７】また，上記ピストン部材の先端面と上記先
端板部の受け面との間の接触形状は楕円を含む環状であ
り，上記接触形状の環の長径は，上記先端面及び上記受
け面における半球型の凸面及び上記円錐型の凹面の長径
のより小さい方の９０％以下の長さであることが好まし
い（請求項４）。この場合は，ピストン部材と先端板部
との間に平行度のずれが生じても充分に（完全に全周）
線接触させることができる。９０％より大である場合
は，平行度のずれが生じた場合に，線接触の状態が不十
分に，つまり一部接触しないところが発生したり，力が
かかりすぎて変形し，偏荷重が印加されるおそれがあ
る。

【００２８】また，上記先端板部の変位伝達面は平面で
あることが好ましい（請求項５）。これにより，変位軸
方向と直交する横方向に先端板部が位置ズレを生じた場
合であっても，変位伝達面に凹凸がないため，強制的に
積層型の圧電体素子に曲げの力が加わることがない。

【００２９】また，圧電体素子の外周にはケース等を設
けることが一般的であるが（実施例１参照），このケー
スに対しても曲げの力が加わることを防止できる。ケー
スに曲げの力が加わった場合は，ケースが変形し，ケー
ス内に収納されている圧電体素子に接触，圧電体素子へ
の応力の付加，圧電体素子の摩耗等を生じ，圧電体素子
の損傷が生じる可能性があるが，本請求項にかかる構成
とすることでこのようなトラブルを防止することができ
る。

【００３０】また，上記相手部材はインジェクタの駆動
装置であることが好ましい（請求項６）。自動車の内燃
機関等のインジェクタ（燃料噴射装置）は，例えば，高
圧燃料を蓄積したコモンレールに接続された３方弁又は
２方弁の弁体を動かすることにより，燃料通路の開閉状
態を切り替えてノズルニードルに付与される圧力状態を
変化させ，ノズルニードルを開弁状態にすることにより
燃料を噴射するよう構成されている。従って，圧電体素
子のように応答性がよい駆動源を用いることで，きめ細
かく制御して燃料噴射状態の精密な制御を行うことが可
能となる。このため，燃料を十分に燃焼させることがで
き，排出ガスを抑制することができる。

【００３１】

【実施例】以下に，図面を用いて本発明の実施例につい
て説明する。（実施例１）図１に示すごとく，本例の変位伝達構造１
０は，積層型の圧電体素子３が通電により駆動され，該
駆動により生じる変位を相手部材に伝達するよう構成さ
れ，圧電体素子３と直に接し，圧電体素子３の変位方向
の端面２２に配置され，接触面１１０を有するピストン
部材１１と，該ピストン部材１１の圧電体素子３の変位
方向の先端面１１３と直に接する受け面１２１を有し，
該受け面１２１と反対側の変位伝達面１２２において相
手部材と直に接するよう構成された先端板部１２とより
なる。

【００３２】上記圧電体素子３の変位方向の両端面２
１，２２は略平行に維持されると共に，上記ピストン部
材１１の先端面１１３と上記先端板部１２の受け面１２
１との間の接触形状は，閉曲線一般からなる環状で線接
触した状態にあり，上記圧電体素子３，上記ピストン部
材１１，上記先端板部１２は，変位方向以外に対し略静
止するよう構成されている。

【００３３】以下，詳細に説明する。図１に本例の変位
伝達構造１０を備えた圧電体素子３よりなる圧電アクチ
ュエータ１を示す。上記圧電アクチュエータ１におけ
る，上板２３，ケース２０，伸縮部２０１，先端板部１
２によって密封収納された状態にある圧電体素子３は，
ピストン部材１１と先端板部１２とよりなる変位伝達構
造１０を介して変位を伝達し，インジェクタの駆動源と
して用いられる。

【００３４】圧電体素子３は，図２，図３に示すごと
く，圧電層３２１の層間に内部電極層３２３，３２４を
交互に正負となるように形成してなる。また，上記内部
電極層３２３，３２４は圧電層３２１に対する部分電極
構成であり，電極未形成部１１９を有する（図３参
照）。

【００３５】図２，図３に示すごとく，一方の内部電極
層３２３は一方の側面３０１に露出するように配設さ
れ，他方の内部電極層３２４は他方の側面３０２に露出
するように配設されている。そして，圧電体素子３の側
面３０１，３０２には，露出した内部電極層３２３，３
２４の端部を導通させるように焼きつけ銀よりなる側面
電極３５，３６をそれぞれ形成した。側面電極３５，３
６を構成する焼きつけ銀は，後述するごとくＡｇペース
トを焼きつけることにより作製した電極でＡｇ（９７
％）とガラスフリット成分（３％）という組成である。

【００３６】上記側面電極３５，３６上には，外部電極
（図１にかかる符合２４）を導電性接着剤を用いて接合
した。外部電極２４は１８−８ステンレス鋼で構成し
た。また，この外部電極２４を接合する導電接着剤は樹
脂銀，その組成は，Ａｇ８０％，エポキシ系樹脂２０％
とした。

【００３７】また，圧電体素子３においては，図２に示
すごとく，積層方向の中央部分を駆動部３１１，これを
挟持するように配置された部分をバッファー部３１２，
さらにこのバッファー部３１２を挟持するように配置さ
れた部分をダミー部３１３とした。

【００３８】ピストン部材１１は，図１に示すごとく，
上記圧電体素子３の略同一断面形状の基端部１１１と小
径（外径φ６ｍｍ）の軸部１１２とよりなる。該ピスト
ン部材１１は，ステンレス鋼やアルミナ及び弾性変形の
少ない材質より作製したものである。そして伸縮部２０
１の伸縮方向に対し，ケース２０と反対側に，外径がφ
１０．２ｍｍの円盤状の先端板部１２を接合した。

【００３９】また，上記圧電体素子３の側面外方を覆う
ケース２０としては，ステンレス鋼よりなる厚さ０．３
ｍｍ，外径Ａがφ１０．２ｍｍのパイプを準備した。ま
た，伸縮部２０１としては，材質ステンレス鋼よりなり
厚さ０．１７ｍｍのベローズを準備した。伸縮部２０１
は，図１に示すごとく，大径部２０３と小径部２０４と
を交互に有する断面凹凸形状の筒体である。大径部２０
３の外径は９．５ｍｍ，小径部２０４の内径は６．５ｍ
ｍである。なお，伸縮部２０１における上記ケース２０
と接合される後端部２０５はケース２０の外径と概略同
じ外径に設け，上記先端板部１２に接合される先端面２
０６は先端板部１２の外径と概略同じ外径に設けた。

【００４０】上記ケース２０と伸縮部２０１の後端部２
０５とは密封状態を維持できるように，密閉状態に接合
した。また，伸縮部２０１の先端面２０６と先端板部１
２とも密閉状態に接合した。また，圧電体素子３の端面
２１には，上記ケース２０の上端を封じると共に外部電
極２４を外部へ導く貫通穴２４０を有する上板２３を設
けた。上板２３の外径はケース２０の内径と同じにし
た。また，上板２３の上記貫通穴２４０には，外部電極
２４を挿通させると共に，隙間を埋めるシール材で充填
した。

【００４１】次に，図１に示すごとく，ピストン部材１
１と先端板部１２との接触状態について説明する。同図
に示すごとく，ピストン部材１１の先端面１１３は半球
状である。また，先端板部１２の受け面１２１には断面
三角形で円錐型の窪みが設けてある。両者は図１（ｂ）
に示すごとき，環状で線状に接している。ピストン部材
１１の先端面１１３は半球型の凸面よりなり，凸面の径
ａは軸部１１２の径に等しく６ミリである。また，受け
面１２１における円錐型の凹面の径ｂとは，凹面の開口
した位置の径であり，７ミリである。また，凸面と凹面
との環状の接触した部分は図１（ｂ）に示す破線の円１
５であり，この径ｃは４．５ミリである。

【００４２】また，本例の変位伝達構造１０が採用され
た圧電体素子３は，図４に示すごとく，インジェクタ５
内において使用される。インジェクタ５は，図４に示す
ごとく，ディーゼルエンジンのコモンレール噴射システ
ムに適用したものである。このインジェクタ５は，同図
に示すごとく，駆動部としての上記圧電アクチュエータ
１が収容される上部ハウジング５２と，その下端に固定
され，内部に噴射ノズル部５４が形成される下部ハウジ
ング５３を有している。

【００４３】上部ハウジング５２は略円柱状で，中心軸
に対し偏心する縦穴５２１内に，圧電アクチュエータ１
が挿通固定されている。縦穴５２１の側方には，高圧燃
料通路５２２が平行に設けられ，その上端部は，上部ハ
ウジング５２上側部に突出する燃料導入管５２３内を経
て外部のコモンレール（図略）に連通している。

【００４４】上部ハウジング５２上側部には，また，ド
レーン通路５２４に連通する燃料導出管５２５が突設
し，燃料導出管５２５から流出する燃料は，燃料タンク
（図略）へ戻される。ドレーン通路５２４は，縦穴５２
１と駆動部（圧電アクチュエータ）１との間の隙間５０
を経由し，さらに，この隙間５０から上下ハウジング５
２，５３内を下方に延びる図示しない通路によって後述
する３方弁５５１に連通してしる。

【００４５】噴射ノズル部５４は，ピストンボデー５３
１内を上下方向に摺動するノズルニードル５４１と，ノ
ズルニードル５４１によって開閉されて燃料溜まり５４
２から供給される高圧燃料をエンジンの各気筒に噴射す
る噴孔５４３を備えている。燃料溜まり５４２は，ノズ
ルニードル５４１の中間部周りに設けられ，上記高圧燃
料通路５２２の下端部がここに開口している。ノズルニ
ードル５４１は，燃料溜まり５４２から開弁方向の燃料
圧を受けるとともに，上端面に面して設けた背圧室５４
４から閉弁方向の燃料圧を受けており，背圧室５４４の
圧力が降下すると，ノズルニードル５４１がリフトし
て，噴孔５４３が開放され，燃料噴射がなされる。

【００４６】背圧室５４４の圧力は３方弁５５１によっ
て増減される。３方弁５５１は，背圧室５４４と高圧燃
料通路５２２，またはドレーン通路５２４と選択的に連
通させる構成である。ここでは，高圧燃料通路５２２ま
たはドレーン通路５２４へ連通するポートを開閉するボ
ール状の弁体を有している。この弁体は，上記駆動部１
により，その下方に配設される大径ピストン５５２，油
圧室５５３，小径ピストン５５４を介して，駆動され
る。

【００４７】本例にかかる作用効果について説明する。
本例における圧電体素子３は，直接変位伝達構造１０を
構成するピストン部材１１に接触している（図１にかか
る端面２２と接触面１１０参照）。また，変位伝達構造
１０を構成する先端板部１２は直接，相手部材となるイ
ンジェクタ５の大径ピストン５５２に接触する（図４参
照）。従って，本例によれば，異なる部材が接触する接
触部分で発生するヘルツ応力や各部材が変形することに
より変位が消費されるようなロスを減らすことができ
る。なぜなら，本例は二つの部材からなる変位伝達構造
１０で構成され，変位伝達構造１０以外の部材が相手部
材となる大径ピストン５５２との間に存在しないためで
ある。

【００４８】また，本例では上板２３とケース２０，変
位伝達構造１０とによって，圧電体素子３を，その変位
方向以外の方向について略固定するように構成してあ
り，変位方向の端面２１，端面２２は略平行に維持され
ることとなる。また，圧電体素子３，ピストン部材１
１，先端板部１２は，変位方向以外に対し略静止，つま
り横ずれ等が生じないように維持されることとなる。こ
のため圧電体素子３に偏応力がかかりにくく，圧電体素
子３に対する特定部分への応力集中等が生じ難い。した
がって，圧電体素子３の損傷等を防止できる。

【００４９】また，ピストン部材１１の先端面１１３と
先端板部１２の受け面１２１との間の接触形状は環状で
線接触した状態にある。よって，従来知られた曲面同士
の点接触のような接触形状と比較して，より安定した状
態での接触となる。また，ヘルツ応力を小さくすること
ができる。さらに，ピストン部材１１及び先端板部１２
に生じる変形も，接触形状が線接触であるため，点接触
の場合と比べて小さくなり，圧電体素子３の変位をロス
を小さくしてインジェクタの大径ピストン５５２（相手
部材）に伝達することができる。

【００５０】以上，本例によれば，積層型圧電体素子と
変位を伝達すべき相手部材との間に余分な部材を介する
ことなく配置され，変位伝達に伴うロスが小さく，偏荷
重が積層型圧電体素子に付与され難い，圧電体素子の変
位伝達構造を提供することができる。

【００５１】また，本例の変位伝達構造１０において，
ピストン部材１１の先端面１１３に設けた半球状の凸面
の長径は６ミリ，円錐型の凹面の長径は７ミリで，より
小さいのはピストン部材１１の先端面１１３に設けた半
球状の凸面の長径である。よって，上記凸面と凹面との
接触形状である環の径が４．５ミリであり，上記先端面
及び上記受け面における半球型の凸面及び上記円錐型の
凹面の長径のより小さい方の５０％以上，９０％以下で
あることを満たすため，環状に線接触する効果を十分に
得ることができ，変位の伝達ロスが少なく効率を高くす
ることができる。

【００５２】また，本例の変位伝達構造１０が圧電体素
子３に対し設けてあるため，図４にかかるインジェクタ
５は，圧電体素子３の変位を効率よく得ることができ
る。よって，低エネルギーで高圧噴射を達成することが
できる。

【００５３】（実施例２）本例の図５にかかる変位伝達
構造１０は，実施例１とは反対にピストン部材１１に断
面三角形で円錐型の窪み（凹面）が設けてある。先端板
部１２の受け面１２１は半球状の凸面である。両者の接
触状態は，実施例１の図１（ｂ）と同様で，環状であ
る。その他，詳細は実施例１と同様で，作用効果も同様
である。なお，同図に示すａ，ｂ，ｃはピストン部材１
１及び先端板部１２にそれぞれ設けた円錐型の凹面，半
球型の凸面，両者の接触する環の径である。

【００５４】（実施例３）本例は，図６に示すごとく，
変位伝達構造１０のピストン部材１１に軸部がないと共
に，ケース６０を先端板部１２の側面まで延設形成した
構成である。また，先端板部１２の側面にはＯリング６
５が設けてあり，上記ケース６０の内部が密封状態とな
るようにシールされている。さらに，ケース６０の圧電
体素子３変位方向の上端面６０５に貫通穴６４０を設け
る。そして該貫通穴６４０には，外部電極２４を挿通さ
せると共に，隙間を埋めるシール材で充填した。その
他，詳細は実施例１と同様で，作用効果も同様である。
なお，同図に示すａ，ｂ，ｃはピストン部材１１及び先
端板部１２にそれぞれ設けた半球型の凸面，円錐型の凹
面，両者の接触する環の径である。

【００５５】（実施例４）本例は，図７に示すごとく，
変位伝達構造１０のピストン部材１１に軸部がないと共
に，上板２３と先端板部１２との間に筒状のケース７０
を設けた構成とする。このケース７０は全体が伸縮部構
成となっており，大径部７１と小径部７２とを交互に有
する断面凹凸形状の筒体である。上板２３に接合される
端部７０１は上板２３の外径と概略同じ外径に構成し，
先端板部１２に接合される端部７０２は先端板部１２の
外径と概略同じ外径に構成した。その他，詳細は実施例
１と同様で，作用効果も同様である。なお，同図に示す
ａ，ｂ，ｃはピストン部材１１及び先端板部１２にそれ
ぞれ設けた半球型の凸面，円錐型の凹面，両者の接触す
る環の径である。

【００５６】（実施例５）本例は，図８に示すごとく，
実施例１と略同様の構成のケース２０や変位伝達構造で
あるピストン部材１１，先端板部１２を有するが，ピス
トン部材１１及び先端板部１２の先端面１１３，受け面
１２１に設けた半球型の凸面，円錐型の凹面の形状が異
なる。本例の先端面１１３を含むピストン部材１１の先
端側は全体として円柱の先端面と側面との間の稜線を面
取りをしたような形状となっている。また，受け面１２
１の凹面は実施例１と略同じ形状の円錐で，底部が平面
に構成された，全体として円錐台形状の窪みとなってい
る。その他，詳細は実施例１と同様で，作用効果も同様
である。なお，同図に示すａ，ｂ，ｃはピストン部材１
１及び先端板部１２にそれぞれ設けた凸面，凹面，両者
の接触する環の径である。

【００５７】（実施例６）また，実施例１〜実施例５に
記載した以外の形状のピストン部材１１の先端面１１３
として，図９（ａ）に示すごとく，断面が台形となる先
端面の形状を挙げることができる。図９（ｂ）は先端板
部１２の受け面１２１に設けた凹面が曲面を帯びた円錐
台状である。図９（ｃ）は受け面１２１の凹面が半球状
である場合である。これらいずれの形状の場合であって
も，その接触面は円環形状をなし，実施例１と同様の効
果を得ることができる。また，ピストン部材１１の先端
面１１３と先端板部１２の受け面１２１は，前述したど
の形状の組み合わせであっても，その接触面は円環形状
をなし，同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における，（ａ）圧電体素子及び変位
伝達構造を示す断面説明図及び（ｂ）ピストン部材と先
端板部との接触状態を示す説明図。

【図２】実施例１における，圧電体素子の斜視説明図。

【図３】実施例１における，（ａ）及び（ｂ）圧電層と
内部電極層の説明図，（ｃ）圧電体素子の分解説明図。

【図４】実施例１における，インジェクタの構造を示す
説明図。

【図５】実施例２における，圧電体素子及び変位伝達構
造を示す断面説明図。

【図６】実施例３における，圧電体素子及び変位伝達構
造を示す断面説明図。

【図７】実施例４における，圧電体素子及び変位伝達構
造を示す断面説明図。

【図８】実施例５における，圧電体素子及び変位伝達構
造を示す断面説明図。

【図９】実施例６における，（ａ）ピストン部材の先端
面を示す説明図，（ｂ）及び（ｃ）先端板部の受け面を
示す説明図。

【符号の説明】

１．．．圧電アクチュエータ，１０．．．変位伝達構造，１１．．．ピストン部材，１１３．．．先端面，１２．．．先端板部，１２１．．．受け面，１２２．．．変位伝達面，３．．．圧電体素子，

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】積層型の圧電体素子が通電により駆動さ
れ，該駆動により生じる変位を相手部材に伝達するよう
構成され，圧電体素子と直に接し，圧電体素子の変位方
向の一端面に配置されたピストン部材と，該ピストン部
材の圧電体素子の変位方向の先端面と直に接する受け面
を有し，該受け面と反対側の変位伝達面において相手部
材と直に接するよう構成された先端板部とよりなり，上
記圧電体素子の変位方向の両端面は略平行に維持される
と共に，上記ピストン部材の先端面と上記先端板部の受
け面との間の接触形状は，閉曲線一般からなる環状で線
接触した状態にあり，上記圧電体素子，上記ピストン部
材，上記先端板部は，変位方向以外に対し略静止するよ
う構成されていることを特徴とする圧電体素子の変位伝
達構造。
【請求項２】請求項１において，上記ピストン部材の
先端面は半球型の凸面であり，上記先端板部の受け面は
円錐型の凹面である，または上記先端板部の受け面は半
球型の凸面であり，上記ピストン部材の先端面は円錐型
の凹面であることを特徴とする圧電体素子の変位伝達構
造。
【請求項３】請求項２において，上記ピストン部材の
先端面と上記先端板部の受け面との間の接触形状は楕円
を含む環状であり，上記接触形状の環の長径は，上記先
端面及び上記受け面における半球型の凸面及び上記円錐
型の凹面の長径のより小さい方の５０％以上の長さであ
ることを特徴とする圧電体素子の変位伝達構造。
【請求項４】請求項２または３において，上記ピスト
ン部材の先端面と上記先端板部の受け面との間の接触形
状は楕円を含む環状であり，上記接触形状の環の長径
は，上記先端面及び上記受け面における半球型の凸面及
び上記円錐型の凹面の長径のより小さい方の９０％以下
の長さであることを特徴とする圧電体素子の変位伝達構
造。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか一項において，
上記先端板部の変位伝達面は平面であることを特徴とす
る圧電体素子の変位伝達構造。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか一項において，
上記相手部材はインジェクタの駆動装置であることを特
徴とする圧電体素子の変位伝達構造。