JP2004304996A - 圧電アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】内蔵する積層型圧電素子の偏芯を抑制した品質の高い圧電アクチュエータを提供すること。
【解決手段】圧電アクチュエータ１は，軸方向の少なくとも一部に伸縮部２１を形成してなる略円筒状の胴部２４と，胴部２４の一方の端部に配設した駆動板２２とを有する収納ケース２０に，セラミック積層体１１の積層方向の一方の端面にブロック部材１２を，他方の端面に駆動板２２と当接する伝達部材１３を接合してなる積層型圧電素子１０を収容してなるアクチュエータである。そして，ブロック部材１２及び伝達部材１３は，セラミック積層体１１の軸方向に直交する断面形状の外接円を包含し，外接円よりも大径の円に内接する大径断面形状を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は，収納ケースに積層型圧電素子を収容してなる圧電アクチュエータに関する。

従来，金属ベローズ等の伸縮部を形成してなるケース内に，セラミック積層体よりなる積層型圧電素子を密閉収容した圧電アクチュエータが知られている（例えば，特許文献１参照。）。
このような圧電アクチュエータでは，外部環境から積層型圧電素子を隔離できるため，該積層型圧電素子の電気的絶縁性等を信頼性高く確保でき，長期間に渡ってその性能を維持し得るというメリットがある。

特開２００２−２６４１０（明細書の段落番号「０００８」，第１図）

しかしながら，上記従来の圧電アクチュエータでは，次のような問題がある。すなわち，上記ケース内で上記積層型圧電素子を偏芯して収容すると，該積層型圧電素子を構成する上記セラミック積層体の外周面と上記ケースの内周面とが接触するおそれがある。
また，上記積層型圧電素子の駆動力が，上記ケース端部の動作面に対して大きく偏芯して作用すると，上記伸縮部の伸縮方向が軸方向から逸れて，上記動作面に傾きを生じるおそれがある。

そして，上記セラミック積層体の外周面と上記ケースの内周面とが接触した状態で上記積層型圧電素子に圧電変位を生じると，両者の間にこすれを生じて，セラミック積層体の絶縁被膜等や，上記ケースの壁面等に損傷を生じるおそれがある。
また，上記動作面に傾きを生じると，上記圧電アクチュエータの駆動力を外部に向けて効率良く伝達できないおそれがある。

本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，内蔵する積層型圧電素子の偏芯を抑制した品質の高い圧電アクチュエータを提供しようとするものである。

第１の発明は，軸方向の少なくとも一部に伸縮部を形成してなる略円筒状の胴部と，該胴部の一方の端部に配設した駆動板とを有する収納ケースに，セラミック積層体の積層方向の一方の端面にブロック部材を，他方の端面に上記駆動板と当接する伝達部材を接合してなる積層型圧電素子を収容してなる圧電アクチュエータにおいて，
上記ブロック部材又は上記伝達部材の少なくともいずれか一方は，上記セラミック積層体の軸方向に直交する断面形状の外接円を包含し，該外接円よりも大径の円に内接する大径断面形状を有することを特徴とする圧電アクチュエータにある（請求項１）。

上記第１の発明の圧電アクチュエータでは，上記ブロック部材又は上記伝達部材の少なくともいずれか一方の部材が上記大径断面形状を有している。
そして，上記圧電アクチュエータでは，上記ブロック部材又は上記伝達部材における上記大径断面形状部分の存在によって，上記セラミック積層体の外周面と上記収納ケースの内周面との間に常に間隙を保持することができ，両者の接触を確実に回避することができる。

また，上記圧電アクチュエータでは，上記積層体は、上記大径断面形状を有する上記ブロック部材又は上記伝達部材と接合してある。そして、この上記大径断面形状を有する上記ブロック部材又は上記伝達部材を該積層型圧電素子の端部に配設してある。
そのため、上記大径断面形状を有する上記ブロック部材又は上記伝達部材と、上記ケースとの軸芯を調整すれば、上記ケースと上記積層体との軸芯を調整することができ，上記収納ケース内で生じ得る上記積層型圧電素子の偏芯を抑制することができる。
したがって，上記積層型圧電素子では，上記セラミック積層体が発生する駆動力を上記駆動板に効率良く伝達することができる。

以上のごとく，上記第１の発明の圧電アクチュエータによれば，上記セラミック積層体が上記収納ケース内で偏芯するおそれが少ない。
そのため，上記圧電アクチュエータは，上記積層型圧電素子の駆動力を効率良く出力できる優れた性能を有していると共に，上記積層型圧電素子自体や，上記収納ケースにトラブルを生じるおそれが少ない耐久性，信頼性に優れたものである。

第２の発明は，軸方向の少なくとも一部に伸縮部を形成してなる略円筒状の胴部と，該胴部の一方の端部に配設した駆動板とを有する収納ケースに，セラミック積層体の一方の端面にブロック部材を，他方の端面に上記駆動板と当接する伝達部材を接合してなる積層型圧電素子を収容すると共に，外部から上記セラミック積層体に電力を供給する外部電極を貫通する基台を上記収容ケースの端部に接合してなる圧電アクチュエータにおいて，
上記ブロック部材は，上記基台から突出する上記外部電極を挿入し，該外部電極と嵌合する収容部を含む電極端子を有してなり，
上記伝達部材は，上記収納ケースの軸芯と上記積層型圧電素子の軸芯とが近づくように調整するための調整部位を有していることを特徴とする圧電アクチュエータにある（請求項１１）。

上記第２の発明の圧電アクチュエータでは，上記外部電極と上記電極端子との上記の挿入嵌合構造及び上記伝達部材の上記調整部位の作用により，上記収納ケース内での上記積層型圧電素子の偏芯を抑制することができる。
そのため，上記圧電アクチュエータでは，上記収納ケースの内周面と上記セラミック積層体の外周面とが接触するおそれが少ない。
したがって，上記圧電アクチュエータは，上記積層型圧電素子の駆動力を効率良く出力し得る優れた性能を有していると共に，上記積層型圧電素子や，上記収納ケース等のトラブルを生じるおそれが少ない耐久性に優れたものである。

上記第１の発明においては，上記ブロック部材は，上記大径断面形状を有してなり，上記伝達部材は，上記駆動板に向かって突出した凸状先端部を有してなり，上記伝達部材側の表面に凹状の係合部を設けてなる上記駆動板は，上記伝達部材の上記凸状先端部を上記係合部に収容するように構成してあることが好ましい（請求項２）。

この場合には，上記ブロック部材の外周面と上記収納ケースの内周面との当接及び，上記伝達部材の上記凸状先端部と上記駆動板の上記係合部との収容構造により，上記収納ケースに対する上記積層型圧電素子の偏芯をさらに低減することができる。
特に，上記伝達部材の上記凸状先端部と上記駆動板の上記係合部との収容構造によれば，上記収納ケースの内周面に対する上記積層型圧電素子の外周面の摺動抵抗を抑制する，或いは，両者の接触を回避することができる。

また，上記凸状先端部は，略球状を呈しており，上記係合部は，略円錐状を呈する凹みであることが好ましい（請求項３）。
この場合には，上記凸状先端部と上記係合部とを相互に当接させることにより，効率良く両者の軸芯を近づけて配置することができる。

また，上記伝達部材及び上記ブロック部材の両者は，上記大径断面形状を有してなることが好ましい（請求項４）。
この場合には，上記大径断面形状を有する上記伝達部材と上記ブロック部材とを，上記積層型圧電素子の両端部に配設したことにより，上記積層型圧電素子の偏芯をさらに確実に抑制することができる。
上記セラミック積層体を挟んで，軸方向に離れて配置される上記伝達部材と上記ブロック部材とによれば，上記セラミック積層体の外周面と，上記収納ケースの内周面との接触を確実に防止することができる。

また，上記ブロック部材及び上記伝達部材の外周面のうち，上記大径断面形状を呈する部分の外周面と，上記収納ケースの内周面との間隙であるサポートクリアランスは，上記収納ケースにおける上記伸縮部の内径と，該伸縮部の内周側に位置する上記積層型圧電素子の外周面との間隙よりも狭く設定してあることが好ましい（請求項５）。

この場合には，上記サポートクリアランスの範囲内で上記積層型圧電素子が偏芯した場合であっても，上記伸縮部と，上記積層型圧電素子とが接触して，上記伸縮部の伸縮動作が阻害されたり，該伸縮部が損傷したりするおそれが少ない。
そのため，上記伸縮部と上記積層型圧電素子との干渉を生じるおそれが少ない。

また，上記サポートクリアランスは，０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい（請求項６）。

この場合には，上記サポートクリアランスを適正にして，上記積層型圧電素子の偏芯の抑制と，上記収納ケース内における上記積層型圧電素子の摺動抵抗の抑制とを両立することができる。
一方，上記サポートクリアランスが０．０１ｍｍ未満であると，上記収納ケースの内周面と上記積層型圧電素子の外周面との摺動抵抗が大きくなり，上記収納ケース内における上記積層型圧電素子の動作が阻害されるおそれがある。
また，上記サポートクリアランスが０．５ｍｍを超えると，上記積層型圧電素子の偏芯を十分に抑制できないおそれがある。

また，上記伝達部材における上記大径断面形状を呈する部分の外周面には，フッ素系樹脂による表面処理を施してあることが好ましい（請求項７）。
この場合には，上記伝達部材の外周面と上記収納ケースの内周面との間の摺動抵抗を抑制して，上記収納ケース内での上記積層型圧電素子の摺動抵抗を減少させることができる。
なお，上記フッ素系樹脂としては，テフロン（Ｒ）等がある。

また，上記伝達部材における大径断面形状を呈する部分の外周面の表面粗さは，算術平均粗さＲｚを１２．５Ｚ以下としてあることが好ましい（請求項８）。
ここで，上記表面粗さを表す指標として用いた算術平均粗さＲｚは，ＪＩＳ準拠による十点平均粗さとして規定される指標である。

そして，上記外周面の表面粗さを１２．５Ｚ以下とした場合には，上記伝達部材の外周面と上記収納ケースの内周面との間の摺動抵抗を抑制して，上記収納ケース内での上記積層型圧電素子の摺動抵抗を減少させることができる。
一方，上記外周面の表面粗さが１２．５Ｚを越えると，上記伝達部材の外周面と上記収納ケースの内周面との間の摺動抵抗が大きくなるおそれがある。

また，上記積層型圧電素子と上記収納ケースとの間には，略円筒形状を呈するスリーブ部材を配置してあることが好ましい（請求項９）。
この場合には，上記積層型圧電素子と上記収納ケースとの間に上記スリーブ部材を介設することにより，上記積層型圧電素子と上記収納ケースとの間の摺動抵抗を抑制して，上記収納ケース内での上記積層型圧電素子の摺動抵抗を低減することができる。

また，上記圧電アクチュエータは，内燃機関の燃料噴射用のインジェクタに内蔵するアクチュエータであることが好ましい（請求項１０）。
この場合には，上記圧電アクチュエータに対して高い耐久性と動作信頼性が要求されるため，上記第１の発明による作用効果が特に有効となる。

上記第２の発明においては，上記伝達部材は，上記セラミック積層体の軸方向に直交する断面形状の外接円を包含し，該外接円よりも大径の円に内接する大径断面形状を有しており，上記調整部位は，上記伝達部材における上記大径断面形状をなす部分の外周面であることが好ましい（請求項１２）。
この場合には，上記外部電極と上記電極端子との上記の挿入嵌合構造と，上記伝達部材における上記大径断面形状部分の外周面と上記収納ケースの内周面との当接構造とを組み合わせて，上記積層型圧電素子の偏芯を効率良く抑制することができる。

また，上記伝達部材における上記大径断面形状をなす部分の外周面には，フッ素系樹脂による表面処理を施してあることが好ましい（請求項１３）。
この場合には，上記積層型圧電素子の外周面と上記収納ケースの内周面との間の摺動抵抗を抑制して，上記収納ケース内での上記積層型圧電素子の摺動抵抗を減少させることができる。

また，上記伝達部材における上記大径断面形状をなす部分の外周面の表面粗さは，算術平均粗さＲｚを１２．５Ｚ以下としてあることが好ましい（請求項１４）。
この場合には，上記積層型圧電素子の外周面と上記収納ケースの内周面との間の摺動抵抗を抑制して，上記収納ケース内での上記積層型圧電素子の摺動抵抗を減少させることができる。

また，上記調整部位は，上記伝達部材の先端に形成した凸状先端部であり，該凸状先端部は，上記駆動板の表面に配設した凹状の係合部に収容されるように構成してあることが好ましい（請求項１５）。
この場合には，上記電極端子と上記外部電極との挿入嵌合構造と，上記伝達部材の上記凸状先端部と上記駆動板の上記係合部との収容構造との組み合わせにより，上記収納ケース内における上記積層型圧電素子の摺動抵抗を抑制しながら，該積層型圧電素子の偏芯を抑制することができる。

また，上記凸状先端部は，略球状を呈しており，上記係合部は，略円錐状を呈する凹みであることが好ましい（請求項１６）。
この場合には，上記凸状先端部を上記係合部に収容することにより上記凸状先端部の軸芯を調整して，上記積層型圧電素子の偏芯を抑制することができる。

また，上記圧電アクチュエータは，内燃機関の燃料噴射用のインジェクタに内蔵するアクチュエータであることが好ましい（請求項１７）。
この場合には，上記圧電アクチュエータに対して高い耐久性と動作信頼性が要求されるため，上記第２の発明による作用効果が特に有効となる。

（実施例１）
本例の圧電アクチュエータ１及びその製造方法について，図１〜図８を用いて説明する。
本例の圧電アクチュエータ１は，図１に示すごとく，軸方向の少なくとも一部に伸縮部２１を形成してなる略円筒状の胴部２４と，該胴部２４の一方の端部に配設した駆動板２２とを有する収納ケース２０に，セラミック積層体１１の積層方向の一方の端面にブロック部材１２を，他方の端面に上記駆動板２２と当接する伝達部材１３を接合してなる積層型圧電素子１０を収容してなるアクチュエータである。
そして，ブロック部材１２及び伝達部材１３は，上記セラミック積層体１１の軸方向に直交する断面形状の外接円を包含し，該外接円よりも大径の円に内接する大径断面形状を有している。
以下に，この内容について詳しく説明する。

上記積層型圧電素子１０は，図１に示すごとく，セラミック層１１１と電極層１１２とを交互に積層してなるセラミック積層体１１を含む素子である。
該セラミック積層体１１は，図２に示すごとく，８０μｍ厚のセラミック層１１１と，２〜３μｍ厚の電極層１１２とを，４５０層交互に積層してなり，略８角柱状を呈する全長４３ｍｍのものである。
そして，本例のセラミック積層体１１では，図３（ａ），（ｂ）に示すごとく，積層方向に直交する８角形状を呈する断面形状の外接円１１８の径Ｄｄを９．２ｍｍとしてある。

そして，上記積層型圧電素子１０におけるセラミック積層体１１の対向する側面１１５（図２）には，それぞれ側面電極１１６（図６）を接合してある。
各側面電極１１６は，セラミック積層体１１の積層方向の一層おきの電極層１１２と電気的に接続してあり，かつ，一方の側面電極１１６と電気的に接続した電極層１１２は，他方の側面電極１１６と電気的に絶縁した状態にしてある。
そして，側面電極１１６の端部は，後述する基台３０（図１参照）に貫通配置した一対の外部電極３１と電気的に接続するように構成してある。

上記ブロック部材１２は，図１に示すごとく，アルミナよりなる略円柱形状の部材である。該ブロック部材１２の軸方向に直交する断面形状は，図３（ａ）に示すごとく，セラミック積層体１１の外接円１１８よりも大径の円（Ｄｉ＝９．５ｍｍ）１２８に内接する上記大径断面形状を呈するように構成してある。

そして，このブロック部材１２におけるセラミック積層体１１の反対側の端面には，軸方向に略直交する方向に横断する凹状溝１２３を形成してある。そして，該凹状溝１２３の両側部には，一対の突出部１２５を形成してある。
上記積層型圧電素子１０では，図１に示すごとく，凹状溝１２３が，側面１１５の周方向位置に略一致して開口するように上記ブロック部材１２を配置してある。

また，ブロック部材１２における側面１１５の周方向位置に略一致した側面には，側面１１５と同様に平面加工を施してある。そして，側面電極１１６の端部は，ブロック部材１２の外周面に形成した平面を回り込んで，上記凹状溝１２３の内部に到達するように構成してある。
そして，後述する基台３０に貫通配置した外部電極３１と，側面電極の端部１１６との接続箇所は，ブロック部材１２の凹状溝１２３の内部に配置されるように構成してある。

また，上記伝達部材１３は，図１に示すごとく，積層型圧電素子１０の圧電変位に伴う駆動力を上記駆動板２２に伝達するための部材である。本例では，アルミナよりなる上記伝達部材１３を適用した。
この伝達部材１３は，略円筒形状を呈する接合部１３１及びロッド部１３２を組み合わせてなる２重円筒形状を呈する部材である。接合部１３１がセラミック積層体１１の端面に接合し，該ロッド部１３２の先端面が収納ケース２０の駆動板２２に当接するように構成してある。

上記伝達部材１３は，図１に示すごとく，上記接合部１３１の外径Ｄｔを９．３ｍｍとし，ロッド部１３２の外径Ｄｒを５．６ｍｍとしてある。そして，上記接合部１３１が，図３（ｂ）に示すごとく，上記セラミック積層体１１の外接円１１８よりも大径の円（Ｄｔ＝９．３ｍｍに一致。）１３８に内接する上記大径断面形状をなすように構成してある。
ここで，接合部１３１の外周面には，収納ケース２０の内周面との摺動抵抗を低減するため，上記接合部１３１の外周面の面粗度を１２．５Ｚ以下とする表面加工を施してある。
なお，上記の面粗度を調整する表面加工に代えて，或いは該表面加工と組み合わせて，テフロン（Ｒ）等のフッ素系樹脂による表面処理を，接合部１３１の外周面及び収納ケース２０の内周面に施すこともできる。

上記収納ケース２０は，図１に示すごとく，外径１０．１ｍｍ，内径Ｄｃ＝９．５ｍｍの略円筒状を呈する胴部２４と，上記圧電アクチュエータ１の駆動力を外部に出力する動作面１００をなす駆動板２２とを有するコップ状を呈する部材である。
そして，駆動板２２の裏面側には，上記伝達部材１３の先端面と当接する作用端面２２１を形成してある。

上記胴部２４は，図１に示すごとく，上記作用端面２２１に近い端部付近に，オーステナイト系ステンレスよりなり，外径９．５ｍｍ，内径Ｄｖ＝６．１ｍｍの金属ベローズとしての伸縮部２１を設けてなる。
そして，この伸縮部２１は，上記積層形圧電素子１０を構成する伝達部材１３のロッド部１３２の外周側に配置してある。
そして，上記駆動板２２は，胴部２４の上記伸縮部２１側の端部にレーザ溶接してある。

上記基台３０は，図１に示すごとく，オーステナイト系ステンレスよりなる略円柱状の部材に，Ｆｅ−Ｎｉ合金よりなる一対の外部電極３１が突出するように貫通配置したものである。
なお，上記基台，端子の材質としては，上記の材質に限定されるものではなく，ステンレス等，ハーメチックシール処理可能であって溶接性に優れた材料を適用することができる。

そして，貫通した上記外部電極３１と基台３０との隙間は，ガラスよりなるハーメチックシール３３により封止してある。
さらに，基台３０の上記収納ケース２０側の端部には，該収納ケース２０の胴部２４に挿入する挿入部３２を形成してある。

本例の圧電アクチュエータ１は，図７に示すごとく，胴部２４に挿入した挿入部３２をレーザ溶接することにより，収納ケース２０と基台３０とを接合して構成してある。
そして，基台３０の挿入部３２側の端部と，積層型圧電素子１０のブロック部材１２の突出部１２５とを当接させることで，収納ケース２０内における積層型圧電素子１０の挿入位置を規制してある。

次に，本例の圧電アクチュエータ１を製造する方法について説明する。
該圧電アクチュエータ１を製造する工程は，積層型圧電素子１０を作製する素子形成工程と，収納ケース２０の開口端部から積層型圧電素子１０を挿入する収容工程と，積層型圧電素子１０を挿入した状態で収納ケース２０の開口端部に基台３０を接合する接合工程とを含む工程である。

まず，積層型圧電素子１０を作製する上記素子形成工程について説明する。
積層型圧電素子１０を構成する上記セラミック積層体１１を作製するに当たっては，予め，圧電素子材料であるグリーンシート用のスラリーからグリーンシート（図示略）を作製する。
このスラリーは，チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミックスになるセラミック原料にバインダーと微量の可塑剤及び消泡剤を添加した後，有機溶媒中に分散させたものである。

本例では，ドクターブレード法によって図示しないキャリアフィルム上に，上記スラリーを塗布し，厚さ１００μｍのグリーンシート（図示略）を生成した。なお，スラリーからグリーンシートを生成する方法としてはドクターブレード法の他，押出成形法その他種々の方法を採ることができる。

次に，図４に示すごとく，グリーンシートから切り出したシート片５２１を積層する。該シート片５２１は，グリーンシートの表面に，導電材料であるＡｇ−Ｐｄペーストをスクリーン印刷してなるものである。
本例では，各シート片５２１の外周部に当たる１箇所を残してＡｇ−Ｐｄペーストを塗布することにより，電極部５０３と控え部５０４とからなる電極印刷パターン５０２を各シート片５２１の表面に形成してある。

そして，シート片５２１を積層するに当たっては，図４に示すごとく，積層するシート片５２１の控え部５０４の配置を交互に入れ替えて積層して中間積層体（図示略）を作製した。
さらに，この中間積層体を焼成して，図５に示すごとく，略４角柱状を呈する焼成体１１３を作製した。
なお，本例では，１２００℃雰囲気中に２時間保持して積層体を焼成した後，炉冷を実施した。

そうすると，上記積層面に塗布した電極部５０３は，図５に示すごとく，焼成体１１３において層状をなす各電極層１１２を形成することになる。
そして，上記焼成体１１３は，対向する側面において１層おきの電極層１１２の電極部５０３を露出しており，かつ，一方の側面で電極部５０３を露出する電極層１１２は，他方の側面では控え部５０４を露出するように構成される。

そして，本例では，図２に示すごとく，上記焼成体１１３の４箇所の角部を平面加工すると共に，電極部５０３と控え部５０４とが積層方向に交互に現れる側面に，上記側面電極１１６を接合するための一対の側面１１５を形成して８角柱状を呈するセラミック積層体１１を作製した。

そしてさらに，図１に示すごとく，上記セラミック積層体１１の各側面１１５に導電性接着剤により側面電極１１６を接合（図６参照。）すると共に，セラミック積層体１１の積層方向の一方の端面に上記ブロック部材１２を，他方の端面に上記伝達部材１３を接合して上記積層型圧電素子１０を作製した。

次に，上記収納ケース２０に積層型圧電素子１０を収容する上記収容工程について説明する。
この工程を実施するに当たって，図６に示すごとく，予め，積層型圧電素子１０のブロック部材１２側の端部に，基台３０を組み付ける。

本例では，側面電極１１６の端部と基台３０の外部電極３１とをスポット溶接することにより，ブロック部材１２と基台３０とを当接させた状態で，両者を組み付けた。
そして，収納ケース２０の内部に積層型圧電素子１０を収容すると共に，基台３０の挿入部３２を収納ケース２０の端部の収容部２４１に挿入して，収納ケース２０と積層型圧電素子１０と基台３０とを組み立てた。

次に，上記接合工程は，基台３０の挿入部３２を，収納ケース２０の胴部２４に接合する工程である。
本例の接合工程では，レーザ溶接により基台３０と収納ケース２０とを接合した。ここでは，図７に示すごとく，挿入部３２を収容した収容部２４１の外周側にレーザビームを照射し，収容部２４１と挿入部３２とを溶融接合することにより両者を強固に固定して，上記圧電アクチュエータ１を作製する。

以上のように，本例の圧電アクチュエータ１では，収納ケース２０の胴部２４内周面とブロック部材１２の外周面とのサポートクリアランス（Ｄｃ−Ｄｉ）を０．２ｍｍに設定してある。
また，胴部２４の内周面と伝達部材１３の接合部１３１の外周面とのサポートクリアランス（Ｄｃ−Ｄｔ）を０．２ｍｍに設定してある。

そのため，本例の圧電アクチュエータ１では，上記伝達部材１３と駆動板２２との偏芯を０．２ｍｍ以下に抑えることができる。
したがって，本例の圧電アクチュエータ１によれば，駆動板２２に対する伝達部材１３の偏芯を抑制することにより，該伝達部材１３の駆動力を駆動板２２に効率良く伝達することができる。

また，胴部２４の内周面と，摺動部としての伝達部材１３の接合部１３１の外周面とのサポートクリアランス（Ｄｃ−Ｄｔ）を０．２ｍｍとして，胴部２４の内周面に対する接合部１３１の摺動抵抗を抑制してある。
そのため，本例の圧電アクチュエータ１にあっては，積層型圧電素子１１の駆動力を効率良く出力することができる。

さらに，伸縮部２１の内周と伝達部材１３のロッド部１３２の外周面とのクリアランス（Ｄｖ−Ｄｒ）は，０．５ｍｍであり，上記サポートクリアランス（Ｄｃ−Ｄｉ）及び（Ｄｃ−Ｄｔ）よりも大きく設定してある。
そのため，本例の圧電アクチュエータ１では，伸縮部２１と伝達部材１３とが干渉するおそれが少ない。それ故，積層型圧電素子１０の動作によって，伸縮部２１にトラブルを生じるおそれが少ない。

またさらに，本例の圧電アクチュエータ１では，上記セラミック積層体１１の外径Ｄｄに対してブロック部材１２及び伝達部材１３の外径Ｄｉ，Ｄｔを大きく設定してある。
そのため，積層型圧電素子１０を構成するセラミック積層体１１の外周面と収納ケース２０の内周面との間の接触を生じるおそれが少ない。それ故，セラミック積層体１１の表面の損傷から電気的なリーク等のトラブルを生じたり，収納ケース２０の内壁面の損傷によるトラブル等を生じるおそれが少ない。

なお，本例では，セラミック積層体１１及びブロック部材１２の断面形状を８角形状とし，伝達部材１３の断面形状を略円形とした。これら断面形状は，本例の形状に限定されるものではなく，円形，正方形，矩形，樽型（図１３参照。）など様々な形状とすることができる。
さらに，セラミック積層体１１の断面形状と，ブロック部材１２或いは伝達部材１３の断面形状を異なる形状の組み合わせにすることもできる。
さらになお、ブロック部材１２及び伝達部材１３の材質は、本例のアルミナに限定されるものではなく、高弾性率（変位伝達性）、電気的絶縁性等に優れた材料であれば、窒化珪素、窒化アルミ、ジルコニアなどのセラミックス等の材料を用いることもできる。

さらになお，本例の圧電アクチュエータ１は，ブロック部材１２及び伝達部材１３の両者に上記大径断面形状を呈する部分を形成することにより，積層型圧電素子１０の偏芯を抑えるように構成してある。
これに代えて，ブロック部材１２又は伝達部材１３のいずれか一方の部材に上記大径断面形状を呈する部分を形成することにより，積層型圧電素子１０の偏芯を抑制するように構成することもできる。

また，図８に示すごとく，ブロック部材１２及び伝達部材１３の上記大径断面形状を呈する部分の外径を，スリーブ１１０の肉厚に対応して縮径してなる積層型圧電素子１０に，略円筒状のスリーブ１１０を外挿したうえ，収納ケース２０に収容することもできる。
この場合には，上記積層型圧電素子１０の外周面をスリーブ１１０により，さらに確実に保護することができる。

また，スリーブ１１０としては，ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）より作製することができる。ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）よりなるスリーブ１１０によれば，収納ケース２０の内周面との摺動抵抗を抑制して，積層型圧電素子１０の圧電動作を滑らかにすることができる。
なお，上記スリーブ１１０の材質は，ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）に限定されるものではなく，絶縁性，耐熱性に優れた材料であれば，他に，ＮＹ６６（６６ナイロン），ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等を用いることもできる。

（実施例２）
本例は，実施例１を基にして，上記伝達部材と上記収納ケースとの当接構造を変更した例である。
本例の圧電アクチュエータ１は，図９に示すごとく，伝達部材１３の接合部１３１の外径は，セラミック積層体１１の外径に略一致させてある。

一方，伝達部材１３のロッド部１３２側の先端には，略球面状に突出する凸状先端部１３３を形成してある。
そして，収納ケース２０の端部に接合した駆動板２２における伝達部材１３側の表面には，軸芯と同軸に略円錐状に凹み，上記凸状先端部１３３を収容するよう構成した係合部２２２を設けてある。

本例の圧電アクチュエータ１では，駆動板２２の係合部２２２に，伝達部材１３の凸状先端部１３３を収容する構造により，積層型圧電素子１０の軸芯調整を効率良く実施することができる。
すなわち，偏芯する伝達部材１３を駆動板２２に当接させると，略球面状の凸状先端部１３３は，係合部２２２の斜面上を滑って係合部２２の中央の最深部に落ち着くことになり，効率良く両者の軸芯調整をすることができる。
なお，その他の構成及び作用効果については実施例１と同様である。

また，本例では，上記伝達部材１３側に凸状先端部１３３を配設すると共に，上記駆動板２２に凹状の係合部２２を形成したが，この関係を逆として，上記伝達部材１３の先端に凹状の窪みを形成すると共に，上記駆動板２２の表面に凸状の突起を形成しても良い。

（実施例３）
本例は，実施例１の上記圧電アクチュエータを基にして，上記ブロック部材側の偏芯を抑制する方法を変更した例である。本例の圧電アクチュエータについて，図１０，図１１を用いて説明する。
本例では，ブロック部材１２の外径を，セラミック積層体１１の外径と略一致させてある。
そして，ブロック部材１２の外周面と収納ケース２０の内周面との接触により積層型圧電素子１０の偏芯を抑制する方法に代えて，ブロック部材１２に配設した電極端子１１７と，基台３０に貫通配置した外部電極３１との挿入嵌合構造により積層型圧電素子１０の偏芯を抑えてある。

すなわち，図１１に示すごとく，本例の積層型圧電素子１０では，側面電極１１６の端部に連設されると共に，ブロック部材１２の側面に固定した電極端子１１７に対して，外部電極３１を挿入し両者を嵌合してある。
なお，同図では，電極端子１１７の形状を分かり易くするため，ブロック部材１２を省略して図示してある。

電極端子１１７は，図１１に示すごとく，側面電極１６の端部１６６をカシメ固定するためのジョイント部１７１と，略円形断面形状を呈するピン状の外部電極３１を挿入する収容部１７３とを有する部材である。
上記ジョイント部１７１は，略平板状の背板と，該背板の両側端部に連なり，背板と対面するように折り返された左右一対の折り返し板とからなる。そして，背板と折り返し板との間隙に挿入した側面電極１１５の端部をカシメ固定してある。

図１１に示すごとく，上記収容部１７３の挿入方向に略直交する断面形状は，挿入方向に略一定形状を呈すると共に，略円形断面形状を呈する外部電極３１の外周面に沿う略円弧状に形成してある。
本例では，上記収容部１７３の円弧を約２７０度の角度に渡って形成してあり，一箇所において開口するよう構成してある。

本例では，図１１に示すごとく，外部電極３１の外径１．２ｍｍに対して，上記収容部１７３の円弧形状を内径１．３ｍｍで形成してある。
そのため，上記収容部１７３に対する上記外部電極３１の挿入構造によれば，積層型圧電素子１０の偏芯を０．１ｍｍ以下に抑制することができる。

さらに，本例の電極端子１７は，図１１に示すごとく，ジョイント部１７１と収容部１７３との間に，外部電極３１の挿入方向に略直交して延びる連結部１７２を介設してある。
そのため，本例の積層型圧電素子１０では，図１１に示すごとく，ブロック部材１２の外周面にジョイント部１７１を固定したとき，ブロック部材１２の上記凹状溝１２３内に収容部１７３を配置した状態で，電極端子１７を配設することができる。
そしてそのため，上記電極端子１７によれば，ストレート形状に構成した上記外部電極３１を挿入させることができ，軸芯方向に直交する断面内における外部電極３１の位置ずれを抑制して，該外部電極３１を利用した軸芯調整効果をさらに向上させることができる。

以上のように本例の圧電アクチュエータ１の電極端子１１７は，外部電極３１を軸方向に挿入可能であると共に軸方向に略直交する方向の相対的な動きを規制し得る構造を有している。
そして，電極端子１１７は，ブロック部材１２に配設してある。一方，外部電極３１は，基台３０に貫通配置し，実施例１で記載したごとく，ハーメチックシールにより固定してある。

そのため，上記電極端子１１７と外部電極３１との挿入嵌合構造によれば，収納ケース２０に同軸接合した基台３０に対して，積層型圧電素子１０の軸芯のずれを抑制することができる。
したがって，本例の圧電アクチュエータ１によれば，収納ケース２０内における積層型圧電素子１０の偏芯するおそれが少ない。
なお，その他の構成及び作用効果については実施例１と同様である。
さらに，図１２に示すごとく，本例の伝達部材１３と駆動板２２との当接構造に代えて，実施例２に記載した構造とすることもできる。
この場合にも，収納ケース２０内における積層型圧電素子１０の偏芯を効果的に抑制することができる。

実施例１における，圧電アクチュエータの構造を示す断面図。 実施例１における，セラミック積層体を示す斜視図。 実施例１における，積層型圧電素子の積層方向に直交する断面構造を示す説明図（ａ），（ｂ）。 実施例１における，セラミック積層体の積層手順を示す説明図。 実施例１における，焼成体の断面構造を示す断面図。 実施例１における，収容工程を示す説明図。 実施例１における，収容工程による組み付け構造を示す説明図。 実施例１における，その他の圧電アクチュエータの構造を示す断面図。 実施例２における，圧電アクチュエータの構造を示す断面図。 実施例３における，圧電アクチュエータの構造を示す断面図。 実施例３における，外部電極と電極端子との嵌合構造を説明する説明図。 実施例３における，その他の圧電アクチュエータの構造を示す断面図。 実施例１における、伝達部材１の断面形状（特に、その接合部の断面形状）を示す断面図。

符号の説明

１ 圧電アクチュエータ
１０ 積層型圧電素子
１１ セラミック積層体
１１７ 電極端子
１２ ブロック部材
１３ 伝達部材
１３３ 凸状先端部
２０ 収納ケース
２１ 伸縮部
２４ 胴部
３０ 基台
３１ 外部電極

Claims (17)

1. 軸方向の少なくとも一部に伸縮部を形成してなる略円筒状の胴部と，該胴部の一方の端部に配設した駆動板とを有する収納ケースに，セラミック積層体の積層方向の一方の端面にブロック部材を，他方の端面に上記駆動板と当接する伝達部材を接合してなる積層型圧電素子を収容してなる圧電アクチュエータにおいて，
   上記ブロック部材又は上記伝達部材の少なくともいずれか一方は，上記セラミック積層体の軸方向に直交する断面形状の外接円を包含し，該外接円よりも大径の円に内接する大径断面形状を有することを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 請求項１において，上記ブロック部材は，上記大径断面形状を有してなり，上記伝達部材は，上記駆動板に向かって突出した凸状先端部を有してなり，上記伝達部材側の表面に凹状の係合部を設けてなる上記駆動板は，上記伝達部材の上記凸状先端部を上記係合部に収容するように構成してあることを特徴とする圧電アクチュエータ。
3. 請求項２において，上記凸状先端部は，略球状を呈しており，上記係合部は，略円錐状を呈する凹みであることを特徴とする圧電アクチュエータ。
4. 請求項１において，上記伝達部材及び上記ブロック部材の両者は，上記大径断面形状を有してなることを特徴とする圧電アクチュエータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において，上記ブロック部材及び上記伝達部材の外周面のうち，上記大径断面形状を呈する部分の外周面と，上記収納ケースの内周面との間隙であるサポートクリアランスは，上記収納ケースにおける上記伸縮部の内径と，該伸縮部の内周側に位置する上記積層型圧電素子の外周面との間隙よりも狭く設定してあることを特徴とする圧電アクチュエータ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項において，上記サポートクリアランスは，０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする圧電アクチュエータ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項において，上記伝達部材における上記大径断面形状を呈する部分の外周面には，フッ素系樹脂による表面処理を施してあることを特徴とする圧電アクチュエータ。
8. 請求項１〜７のいずれか１項において，上記伝達部材における大径断面形状を呈する部分の外周面の表面粗さは，算術平均粗さＲｚを１２．５Ｚ以下としてあることを特徴とする圧電アクチュエータ。
9. 請求項１〜６のいずれか１項において，上記積層型圧電素子と上記収納ケースとの間には，略円筒形状を呈するスリーブ部材を配置してあることを特徴とする圧電アクチュエータ。
10. 請求項１〜９のいずれか１項において，上記圧電アクチュエータは，内燃機関の燃料噴射用のインジェクタに内蔵するアクチュエータであることを特徴する圧電アクチュエータ。
11. 軸方向の少なくとも一部に伸縮部を形成してなる略円筒状の胴部と，該胴部の一方の端部に配設した駆動板とを有する収納ケースに，セラミック積層体の一方の端面にブロック部材を，他方の端面に上記駆動板と当接する伝達部材を接合してなる積層型圧電素子を収容すると共に，外部から上記セラミック積層体に電力を供給する外部電極を貫通する基台を上記収容ケースの端部に接合してなる圧電アクチュエータにおいて，
    上記ブロック部材は，上記基台から突出する上記外部電極を挿入し，該外部電極と嵌合する収容部を含む電極端子を有してなり，
    上記伝達部材は，上記収納ケースの軸芯と上記積層型圧電素子の軸芯とが近づくように調整するための調整部位を有していることを特徴とする圧電アクチュエータ。
12. 請求項１１において，上記伝達部材は，上記セラミック積層体の軸方向に直交する断面形状の外接円を包含し，該外接円よりも大径の円に内接する大径断面形状を有しており，上記調整部位は，上記伝達部材における上記大径断面形状をなす部分の外周面であることを特徴とする圧電アクチュエータ。
13. 請求項１２において，上記伝達部材における上記大径断面形状をなす部分の外周面には，フッ素系樹脂による表面処理を施してあることを特徴とする圧電アクチュエータ。
14. 請求項１２又は１３において，上記伝達部材における上記大径断面形状をなす部分の外周面の表面粗さは，算術平均粗さＲｚを１２．５Ｚ以下としてあることを特徴とする圧電アクチュエータ。
15. 請求項１１において，上記調整部位は，上記伝達部材の先端に形成した凸状先端部であり，該凸状先端部は，上記駆動板の表面に配設した凹状の係合部に収容されるように構成してあることを特徴とする圧電アクチュエータ。
16. 請求項１５において，上記凸状先端部は，略球状を呈しており，上記係合部は，略円錐状を呈する凹みであることを特徴とする圧電アクチュエータ。
17. 請求項１０〜１６のいずれか１項において，上記圧電アクチュエータは，内燃機関の燃料噴射用のインジェクタに内蔵するアクチュエータであることを特徴する圧電アクチュエータ。