JP2008167548A - Piezoelectric actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、積層型の圧電素子を利用してなる圧電アクチュエータに関する。 The present invention relates to a piezoelectric actuator using a laminated piezoelectric element.
近年、自動車の燃費、排気ガス等の対策の面から、圧電アクチュエータを用いた自動車の燃料噴射用インジェクタの開発が進められている。
上記圧電アクチュエータは、例えば、積層型の圧電素子を収納してなる筒状の胴部と、その胴部の一方の端部を閉塞する駆動部材とを備えた収納ケースを有し、圧電素子と駆動部材との間に、圧電素子の圧電変位による駆動力を駆動部材に伝達する変位伝達部材を設けた構成のものがある(特許文献1参照)。
2. Description of the Related Art In recent years, fuel injectors for automobiles using piezoelectric actuators have been developed from the viewpoint of measures such as automobile fuel consumption and exhaust gas.
The piezoelectric actuator includes, for example, a storage case including a cylindrical body portion that houses a stacked piezoelectric element, and a drive member that closes one end of the body portion, There is a configuration in which a displacement transmitting member that transmits a driving force generated by piezoelectric displacement of a piezoelectric element to the driving member is provided between the driving member (see Patent Document 1).
このような圧電アクチュエータは、通常、変位を効率よく伝達するために、駆動部材と変位伝達部材との互いの平坦な面を当接させ、両者を接触させている。
しかしながら、上記両者の互いの平坦な面が平行な状態で接触している場合は問題ないが、位置ずれ等により平行な状態で接触していない場合には、変位伝達部材に不具合が生じる。すなわち、変位伝達部材から駆動部材への変位伝達の際に、変位伝達部材における駆動部材との接触面において、応力集中が生じる。特に、その接触面の外周端部が直角又は鋭角である場合には、その外周端部が主として駆動部材と接触して変位が伝達されるため、その部分に応力集中が生じる。これにより、圧電素子の繰り返しの駆動によって、変位伝達部材に割れ・破損等の不具合が生じる。
In such a piezoelectric actuator, normally, in order to transmit displacement efficiently, the flat surfaces of the driving member and the displacement transmitting member are brought into contact with each other, and both are brought into contact with each other.
However, there is no problem when the two flat surfaces are in contact with each other in a parallel state, but when the contacts are not in a parallel state due to misalignment or the like, a problem occurs in the displacement transmission member. That is, when the displacement is transmitted from the displacement transmitting member to the driving member, stress concentration occurs on the contact surface of the displacement transmitting member with the driving member. In particular, when the outer peripheral end portion of the contact surface is a right angle or an acute angle, the outer peripheral end portion mainly comes into contact with the drive member and displacement is transmitted, so that stress concentration occurs in that portion. As a result, problems such as cracking and breakage occur in the displacement transmitting member due to repeated driving of the piezoelectric element.
このようなことから、長期間の使用においても変位伝達部材の割れ・破損等の発生を抑制することができ、変位特性を維持することができる、耐久性・信頼性に優れた圧電アクチュエータが望まれている。 For this reason, there is a demand for a piezoelectric actuator with excellent durability and reliability that can suppress the occurrence of cracking or breakage of the displacement transmission member even during long-term use and maintain the displacement characteristics. It is rare.
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、長期間の使用においても変位伝達部材の割れ・破損等の発生を抑制することができ、変位特性を維持することができる、耐久性・信頼性に優れた圧電アクチュエータを提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and can suppress the occurrence of cracks and breakage of the displacement transmission member even during long-term use, and can maintain the displacement characteristics. It is intended to provide a piezoelectric actuator with excellent performance and reliability.
本発明は、積層型の圧電素子を収納してなる筒状の胴部と、該胴部の一方の端部を閉塞する駆動部材とを備えた収納ケースと、上記圧電素子と上記駆動部材との間に設けられ上記圧電素子の駆動力を上記駆動部材に伝達する変位伝達部材とを有する圧電アクチュエータにおいて、
上記駆動部材は、平坦な当接受面を有し、上記変位伝達部材の平坦な先端面を上記当接受面に当接させており、
上記変位伝達部材の上記先端面は、その外周端部に面取り部を有し、該面取り部の面取り量は、0.1〜0.8mmであ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)。
The present invention includes a storage case including a cylindrical body portion that houses a laminated piezoelectric element, a drive member that closes one end of the body portion, the piezoelectric element, and the drive member. A piezoelectric actuator having a displacement transmitting member provided between the displacement transmitting member and transmitting the driving force of the piezoelectric element to the driving member;
The drive member has a flat contact receiving surface, and a flat distal end surface of the displacement transmitting member is in contact with the contact receiving surface,
The distal end surface of the displacement transmitting member has a chamfered portion at an outer peripheral end portion thereof, and a chamfering amount of the chamfered portion is 0.1 to 0.8 mm. 1).
本発明の圧電アクチュエータは、上記駆動部材の上記当接受面と上記変位伝達部材の上記先端面とを当接させている。つまり、上記駆動部材と上記変位伝達部材とは、互いの平坦な面同士により当接している。そして、上記変位伝達部材の上記先端面は、その外周端部に面取り部を有している。そのため、上記変位伝達部材に割れ・破損等の不具合が生じることを抑制することができる。 In the piezoelectric actuator of the present invention, the contact receiving surface of the drive member and the tip end surface of the displacement transmitting member are in contact with each other. That is, the drive member and the displacement transmission member are in contact with each other by their flat surfaces. And the said front end surface of the said displacement transmission member has a chamfering part in the outer peripheral edge part. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of problems such as cracks and breakage in the displacement transmission member.
すなわち、本発明では、上記圧電素子の圧電変位による駆動力を上記変位伝達部材から上記駆動部材へと伝達する面となる上記先端面の外周端部に、その部分を面取りしてなる上記面取り部が設けてある。そのため、例えば上記当接受面と上記先端面とが位置ずれ等により平行な状態で接触してない場合でも、上記先端面が面取りされていない従来に比べて、変位伝達の際に上記先端面の外周端部に集中する応力が分散される。これにより、上記変位伝達部材の上記先端面における応力集中を抑制することができる。そして、長期間の使用においても、上記変位伝達部材に割れ・破損等の不具合が生じることを抑制することができる。 That is, in the present invention, the chamfered portion is formed by chamfering the outer peripheral end portion of the tip end surface, which is a surface for transmitting the driving force due to the piezoelectric displacement of the piezoelectric element from the displacement transmitting member to the driving member. Is provided. Therefore, for example, even when the contact receiving surface and the tip surface are not in contact in a parallel state due to a positional deviation or the like, the tip surface is not subjected to chamfering as compared with the conventional case where the tip surface is not chamfered. Stress concentrated on the outer peripheral edge is dispersed. Thereby, the stress concentration in the said front end surface of the said displacement transmission member can be suppressed. And even if it is used for a long time, it can suppress that malfunctions, such as a crack and breakage, arise in the said displacement transmission member.
さらに、本発明では、上記面取り部の面取り量を0.1〜0.8mmの範囲としている。上記面取り量を上記の範囲とすることにより、上記圧電素子から上記変位伝達部材を介して上記駆動部材に伝達される変位伝達量等の変位特性を充分に確保しながら、上記の効果を得ることができる。 Furthermore, in the present invention, the chamfering amount of the chamfered portion is in the range of 0.1 to 0.8 mm. By obtaining the chamfering amount within the above range, the above effect can be obtained while sufficiently securing displacement characteristics such as a displacement transmission amount transmitted from the piezoelectric element to the drive member via the displacement transmission member. Can do.
このように、本発明の圧電アクチュエータは、長期間の使用においても変位伝達部材の割れ・破損等の発生を抑制することができ、変位特性を維持することができる、耐久性・信頼性に優れたものとなる。 As described above, the piezoelectric actuator of the present invention can suppress the occurrence of cracking / breakage of the displacement transmitting member even during long-term use, and can maintain the displacement characteristics, and has excellent durability and reliability. It will be.
本発明においては、上記面取り部の面取り量が0.1mm未満の場合には、上記変位伝達部材の上記先端面における応力集中を抑制するという効果を充分に得ることができないおそれがある。特に、上記圧電素子の変位による駆動力が大きくなればなるほど、その傾向は顕著となる。一方、0.8mmを超える場合には、変位伝達量を充分に得ることができないおそれがある。
なお、ここでいう面取り量とは、上記変位伝達部材の上記先端面において、面取りする前の外周端から面取りした後の外周端までの距離である。
In the present invention, when the chamfering amount of the chamfered portion is less than 0.1 mm, there is a possibility that the effect of suppressing the stress concentration on the distal end surface of the displacement transmitting member cannot be sufficiently obtained. In particular, the tendency becomes more prominent as the driving force due to the displacement of the piezoelectric element increases. On the other hand, when it exceeds 0.8 mm, there is a possibility that a sufficient displacement transmission amount cannot be obtained.
The chamfering amount here is the distance from the outer peripheral end before chamfering to the outer peripheral end after chamfering on the distal end surface of the displacement transmitting member.
また、上記面取り部は、上記変位伝達部材の上記先端面における外周端部の角部の角度が90°超え180°未満となるように面取りしてなる構成とすることができる(請求項2)。
この場合には、上記変位伝達部材の上記先端面における応力集中を抑制するという効果を有効に発揮することができる。
なお、上記構成の場合には、上記角部の角度が上記範囲となるように、例えば上記面取り部を傾斜平面状に設けることができる。
Further, the chamfered portion may be configured to be chamfered so that the angle of the outer peripheral end portion of the distal end surface of the displacement transmitting member is greater than 90 ° and less than 180 ° (Claim 2). .
In this case, the effect of suppressing the stress concentration on the distal end surface of the displacement transmitting member can be effectively exhibited.
In addition, in the case of the said structure, the said chamfering part can be provided in inclination flat form so that the angle of the said corner | angular part may become the said range, for example.
また、上記面取り部は、上記変位伝達部材の先端面における外周端部を一定の曲率を有するR形状に面取りしてなる構成とすることもできる(請求項3)。すなわち、上記面取り部を一定の曲率を有する曲面状に設けることもできる。
上記面取り部をR形状とした場合でも、上記変位伝達部材の上記先端面における応力集中を抑制するという効果を充分に得ることができる。
Further, the chamfered portion may be configured by chamfering an outer peripheral end portion of the distal end surface of the displacement transmitting member into an R shape having a certain curvature (Claim 3). That is, the chamfered portion can be provided in a curved shape having a certain curvature.
Even when the chamfered portion has an R shape, the effect of suppressing the stress concentration on the distal end surface of the displacement transmitting member can be sufficiently obtained.
また、上記変位伝達部材は、セラミックよりなることが好ましい(請求項4)。特に、上記変位伝達部材は、アルミナよりなることが好ましい(請求項5)。
この場合には、ヤング率が高いことにより、上記圧電素子から上記変位伝達部材を介して上記駆動部材に伝達される変位のロスを小さくすることができる。
The displacement transmitting member is preferably made of ceramic. In particular, the displacement transmitting member is preferably made of alumina.
In this case, since the Young's modulus is high, the loss of displacement transmitted from the piezoelectric element to the drive member via the displacement transmission member can be reduced.
また、上記収納ケースの上記胴部は、上記圧電素子の駆動に応じて軸方向に弾性的に伸縮可能な伸縮部を有する構成とすることができる(請求項6)。
この場合には、上記伸縮部としてベローズ等を用いたベローズ型の圧電アクチュエータとすることができる。もちろん、このような構成とした場合でも、上記変位伝達部材の上記先端面における応力集中を抑制するという効果を充分に得ることができる。
In addition, the body portion of the storage case may include a stretchable portion that can be elastically stretched in the axial direction according to the driving of the piezoelectric element.
In this case, a bellows-type piezoelectric actuator using a bellows or the like as the expansion / contraction part can be obtained. Of course, even in such a configuration, it is possible to sufficiently obtain the effect of suppressing stress concentration on the distal end surface of the displacement transmitting member.
また、上記収納ケースにおける上記胴部と上記駆動部材との間には、上記圧電素子の駆動に応じて弾性的に変形可能なダイヤフラム膜部を有する構成とすることができる(請求項7)。
この場合には、ダイヤフラム型の圧電アクチュエータとすることができる。もちろん、このような構成とした場合でも、上記変位伝達部材の上記先端面における応力集中を抑制するという効果を充分に得ることができる。
Moreover, it can be set as the structure which has a diaphragm film | membrane part which can be elastically deformed according to the drive of the said piezoelectric element between the said trunk | drum and the said drive member in the said storage case.
In this case, a diaphragm type piezoelectric actuator can be obtained. Of course, even in such a configuration, it is possible to sufficiently obtain the effect of suppressing stress concentration on the distal end surface of the displacement transmitting member.
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8)。
上記インジェクタは、高温高湿という過酷な条件下で使用される。そのため、上記の優れた圧電アクチュエータを用いることにより、耐久性・信頼性を向上させることができ、インジェクタ全体の性能向上を図ることができる。
The piezoelectric actuator is preferably an actuator built in an injector for fuel injection of an internal combustion engine.
The injector is used under severe conditions of high temperature and high humidity. Therefore, durability and reliability can be improved by using the excellent piezoelectric actuator described above, and the performance of the entire injector can be improved.
(実施例1)
本発明の実施例にかかる圧電アクチュエータについて、図を用いて説明する。
本例の圧電アクチュエータ1は、図1に示すごとく、積層型の圧電素子10を収納してなる筒状の胴部21と、該胴部21の一方の端部を閉塞する駆動部材22とを備えた収納ケース2と、圧電素子10と駆動部材22との間に設けられ圧電素子10の駆動力を駆動部材22に伝達する変位伝達部材19とを有する。
駆動部材22は、平坦な当接受面221を有し、変位伝達部材19の平坦な先端面191を当接受面221に当接させている。そして、変位伝達部材19の先端面191は、その外周端部192に面取り部194を有し、該面取り部194の面取り量Cは、0.1〜0.8mmの範囲内である。
以下、これを詳説する。
(Example 1)
A piezoelectric actuator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the
The
This will be described in detail below.
図1に示すごとく、積層型の圧電素子10は、圧電層12と内部電極層13とを交互に積層してなるセラミック積層体11を有している。セラミック積層体11は、断面四角形状を呈しており、セラミック積層体11の外周面には、相互に対面する一対の側面電極形成面111、112が形成されている。
なお、圧電層12は、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)よりなる圧電セラミックスにより構成されている。また、内部電極層13は、Ag/Pd合金により構成されている。
As shown in FIG. 1, the multilayer
The
また、セラミック積層体11の側面電極形成面111、112には、Agペーストを焼き付けてなる焼付け銀上に、Agフィラーをエポキシ樹脂中に含有させてなる導電性接着剤を介して側面電極板16を接合した側面電極14が設けられている。
なお、側面電極板16としては、金属板を加工したメッシュ状のエキスパンドメタルを用いた。
Further, the
In addition, as the
また、各側面電極14は、セラミック積層体11の積層方向の一層おきの内部電極層13と電気的に接続しており、かつ、一方の側面電極14と電気的に接続している内部電極層13は、他方の側面電極14に対して電気的に絶縁した状態となっている。つまり、本例のセラミック積層体11は、いわゆる部分電極構造を有している。
また、セラミック積層体11の外周面全体は、絶縁性を有するシリコーン樹脂よりなるモールド材(図示略)によって覆われている。
In addition, each
The entire outer peripheral surface of the
また、同図に示すごとく、セラミック積層体11の積層方向の一方の端面には、ハーメチックシールよりなる接続部材18が接合されている。接続部材18は、側面電極14を外部へと導く外部電極20を有しており、側面電極14と外部電極20とは、レーザー溶接により接合されている。
また、セラミック積層体11のもう一方の端面には、アルミナよりなり、圧電素子10の圧電変位による駆動力を収納ケース2の駆動部材22に伝達するための変位伝達部材19が設けられている。変位伝達部材19は、駆動部材22に当接している。
As shown in the figure, a connecting
The other end face of the
また、同図に示すごとく、金属製の収納ケース2は、略円筒状を呈する胴部21と底部を構成する駆動部材22とを有している。胴部21と駆動部材22とは、レーザー溶接により接合されている。
また、胴部21の駆動部材22側の端部には、圧電素子10の駆動に応じて軸方向に伸縮可能な伸縮部211が設けられている。この伸縮部211は、大径と小径とを交互に有する金属ベローズである。
Moreover, as shown in the figure, the
In addition, at the end of the
また、収納ケース2の開口端部201は、接続部材18によって封止されており、収納ケース2内は密閉された状態となっている。収納ケース2の開口端部201と接続部材18とは、レーザー溶接により接合されている。
Moreover, the opening
ここで、当接している駆動部材22及び変位伝達部材19について、詳しく説明する。
図1に示すごとく、変位伝達部材19は、平坦な先端面191を有している。一方、駆動部材22も、平坦な当接受面221を有している。そして、変位伝達部材19と駆動部材22とは、先端面191と当接受面221とを当接させることにより、接触した状態を保っている。
Here, the
As shown in FIG. 1, the
また、図2(a)、(b)に示すごとく、変位伝達部材19の先端面191における外周端部192は、面取りがされており、その面取りされた部分に面取り部194が形成されている。面取り部194は、変位伝達部材19の外周角部195から先端面191の角部193にかけて、全周に渡って傾斜平面状に設けられている。
Further, as shown in FIGS. 2A and 2B, the outer
また、図2(b)に示すごとく、変位伝達部材19の断面形状は、直径6mmの円形を呈しており、その先端面191も直径5mmの円形を呈している。そして、本例の面取り量Cは0.5mmである。また、先端面191の外周端部192の角部193の角度αは135°である。
Further, as shown in FIG. 2B, the cross-sectional shape of the
なお、ここでいう面取り量Cとは、変位伝達部材19の外周端から先端面191の外周端までの径方向の距離である。本例では、変位伝達部材19の外周角部195から先端面191の角部193までの径方向の距離となる。また、軸方向の面取り量も径方向の面取り量Cと同じ0.5mmである。
また、変位伝達部材19の断面形状は、四角形、八角形等の種々の形状を採用することができる。
The chamfering amount C here is a radial distance from the outer peripheral end of the
Further, as the cross-sectional shape of the
次に、圧電アクチュエータ1の製造方法について簡単に説明する。
まず、圧電材料となるジルコン酸チタン酸鉛(PZT)よりなるセラミック原料粉末を準備し、溶剤、バインダー、可塑剤、分散剤等を加えてスラリーを作製する。そして、ドクターブレード法により、上記スラリーをキャリアフィルム上に塗布し、一定厚みのグリーンシートを成形する。なお、グリーンシートの成形方法としては、本例で用いたドクターブレード法以外にも、押出成形法やその他種々の方法を用いることができる。
Next, a method for manufacturing the
First, a ceramic raw material powder made of lead zirconate titanate (PZT) serving as a piezoelectric material is prepared, and a slurry is prepared by adding a solvent, a binder, a plasticizer, a dispersant, and the like. And the said slurry is apply | coated on a carrier film with a doctor blade method, and the green sheet of fixed thickness is shape | molded. In addition to the doctor blade method used in this example, an extrusion molding method and various other methods can be used as the green sheet molding method.
次いで、図3に示すごとく、グリーンシート120上に、予め内部電極層13を形成する部分に電極材料130を塗布しておき、そのグリーンシート120から所望の大きさのシート片100を切り出す。シート片100には、電極材料130を塗布していない控え部131が形成されている。なお、電極材料130としては、Ag/Pd合金ペーストを用いた。
Next, as shown in FIG. 3, an
次いで、図4に示すごとく、シート片100を積層し、中間積層体110を形成する。このとき、シート片100に形成された控え部131の位置が交互となるように、シート片100を積層する。
そして、形成した中間積層体110を脱脂した後、焼成を行う。これにより、圧電層12と内部電極層13とを交互に積層してなるセラミック積層体11を形成する。
Next, as shown in FIG. 4, the
And after baking the formed intermediate
次いで。セラミック積層体11の側面電極形成面111、112上に、Agペーストを塗布する。そして、塗布したAgペーストを焼き付け、焼付け銀を形成する。そして、この焼付け銀上に、導電性接着剤を塗布して側面電極板16を配置する。その後、導電性接着剤を加熱硬化させ、側面電極板16を接合する。これにより、側面電極形成面111、112に、側面電極14を形成する。
Then. Ag paste is applied on the side
次いで、セラミック積層体11の積層方向の一方の端面にハーメチックシールよりなる接続部材18を接合し、もう一方の端面にアルミナよりなる変位伝達部材19を接合する。このとき、側面電極14と接合部材18が有している外部電極20とをレーザー溶接にて接合する。
そして、セラミック積層体11の両端面に接続部材18及び変位伝達部材19を接合してなる圧電素子10を、胴部21と駆動部材22とをレーザー溶接により接合した収納ケース2の開口端部201から収納する。このとき、収納ケース2の駆動部材22の当接受面221と変位伝達部材19の先端面191とを当接させた状態とする。
Next, a
And the opening
次いで、収納ケース2の開口端部201と接続部材18とをレーザー溶接することにより接合する。これにより、収納ケース2の開口端部201を接続部材18によって封止し、収納ケース2内を密閉した状態とする。
以上により、図1の圧電アクチュエータ1を作製する。
Next, the opening
Thus, the
本例の圧電アクチュエータ1における作用効果について説明する。
本例の圧電アクチュエータ1は、駆動部材22の当接受面221と変位伝達部材19の先端面191とを当接させている。つまり、駆動部材22と変位伝達部材19とは、互いの平坦な面同士により当接している。そして、変位伝達部材19の先端面191は、その外周端部192に面取りしてなる面取り部194を有している。そのため、変位伝達部材19に割れ・破損等の不具合が生じることを抑制することができる。
The effect in the
In the
すなわち、本例では、圧電素子10の圧電変位による駆動力を変位伝達部材19から駆動部材22へと伝達する面となる先端面191の外周端部192に、その部分を面取りしてなる面取り部194が設けてある。そのため、例えば当接受面221と先端面191とが位置ずれ等により平行な状態で接触してない場合でも、先端面191の外周端部192が面取りされていない従来に比べて、変位伝達の際に先端面191の外周端部192に集中する応力が分散される。これにより、変位伝達部材19の先端面191における応力集中を抑制することができる。そして、長期間の使用においても、変位伝達部材19に割れ・破損等の不具合が生じることを抑制することができる。
That is, in this example, the chamfered portion is formed by chamfering the outer
さらに、本例では、面取り部194の面取り量Cを0.1〜0.8mmの範囲としている。面取り量Cを上記の範囲とすることにより、圧電素子10から変位伝達部材19を介して駆動部材22に伝達される変位伝達量等の変位特性を充分に確保しながら、上記の効果を得ることができる。
Furthermore, in this example, the chamfering amount C of the chamfered
また、本例では、面取り部194は、変位伝達部材19の先端面191における外周端部192の角部193の角度αが90°超え180°未満の範囲内となるように面取りしてなる。そのため、変位伝達部材19の先端面191における応力集中を抑制するという効果を有効に発揮することができる。
Further, in this example, the chamfered
このように、本発明の圧電アクチュエータは、長期間の使用においても変位伝達部材の割れ・破損等の発生を抑制することができ、変位特性を維持することができる、耐久性・信頼性に優れたものとなる。 As described above, the piezoelectric actuator of the present invention can suppress the occurrence of cracking / breakage of the displacement transmitting member even during long-term use, and can maintain the displacement characteristics, and has excellent durability and reliability. It will be.
また、本例では、変位伝達部材19の先端面191における面取り部194は、図5(a)、(b)に示すごとく、面取り量Cや角部193の角度αを変化させることにより、様々な形態とすることができる。
また、面取り部194は、図6(a)、(b)に示すごとく、一定の曲率を有するR形状とすることもできる。
Further, in this example, the chamfered
Further, as shown in FIGS. 6A and 6B, the chamfered
また、本例の圧電アクチュエータ1は、圧電素子10の駆動に応じて伸縮可能な金属ベローズよりなる伸縮部23を設けたベローズ型の圧電アクチュエータであるが、図7に示すごとく、収納ケース2における胴部21と駆動部材22との間に圧電素子10の駆動に応じて弾性的に変形可能であるダイヤフラム膜部29を設けたダイヤフラム型の圧電アクチュエータを採用することもできる。この場合にも、上記と同様の効果を得ることができる。
The
(実施例2)
本例は、変位伝達部材の面取り量と耐荷重との関係について評価した例である。
本例では、変位伝達部材の面取り量を0〜1.5mmの範囲で変化させたものを準備し、それぞれについて耐荷重を測定した。なお、変位伝達部材としては、実施例1と同材質のものを用いた。
(Example 2)
In this example, the relationship between the chamfering amount of the displacement transmitting member and the load resistance is evaluated.
In this example, what changed the chamfering amount of the displacement transmission member in the range of 0-1.5 mm was prepared, and load resistance was measured about each. In addition, as a displacement transmission member, the same material as Example 1 was used.
変位伝達部材の耐荷重を測定するに当たっては、図8に示すごとく、6mm×6mm×18mmの大きさの変位伝達部材19を準備し、所望の面取り量Cとなるように面取り加工した。次いで、駆動部材22及び胴部21の伸縮部211のみで構成された収納ケース2に変位伝達部材19を収納し、駆動部材22と変位伝達部材19とを当接させた。このとき、駆動部材22の下にシム31を挟み、当接受面221と先端面191との間に2°の傾斜角を設けた。そして、変位伝達部材19に対して軸方向に荷重Fを加えていき、変位伝達部材19に割れ・破損が発生した時点における荷重F(耐荷重)を測定した。
In measuring the load resistance of the displacement transmitting member, as shown in FIG. 8, a
次に、測定結果を図9に示す。同図は、縦軸に耐荷重F(kN)、横軸に面取り量C(mm)をとったものである。また、割れ・破損が発生したものを×印、発生しなかったものを○印で表している。
同図から知られるように、面取り量Cが大きくなるほど、変位伝達部材19に割れ・破損が発生し難くなる。その効果は、面取り量Cが0.1mm以上において特に顕著に表れる。したがって、変位伝達部材19の面取り量Cは、0.1mm以上であることが好ましいことがわかる。
Next, the measurement results are shown in FIG. In the figure, the vertical axis represents the load resistance F (kN) and the horizontal axis represents the chamfering amount C (mm). In addition, the case where cracks or breakage occurred is indicated by X, and the case where no breakage or breakage occurred is indicated by ○.
As can be seen from the figure, as the chamfering amount C increases, the
(実施例3)
本例は、変位伝達部材の面取り量と変位ロス量との関係について評価した例である。
本例では、変位伝達部材の面取り量を0〜2mmの範囲で変化させた場合の変位ロス量を計算によって求めた。なお、変位伝達部材としては、実施例1と同材質とした。
(Example 3)
In this example, the relationship between the chamfering amount of the displacement transmitting member and the displacement loss amount is evaluated.
In this example, the displacement loss amount when the chamfering amount of the displacement transmitting member is changed in the range of 0 to 2 mm was obtained by calculation. The displacement transmitting member is the same material as in Example 1.
変位伝達部材の変位ロス量を算出するに当たっては、図10(a)に示すごとく、面取り量Cの面取り部194を有する6×6×18mmの大きさの変位伝達部材19の形状を図10(b)に示すような形状に簡易モデル化し、径の大きい部分を大径部19A(断面積SA)、径の小さい部分を小径部19B(断面積SB)とした。
In calculating the displacement loss amount of the displacement transmitting member, as shown in FIG. 10A, the shape of the 6 × 6 × 18 mm
ここで、変位伝達部材19に対して軸方向に荷重Fが加えられた時の大径部19A及び小径部19Bの歪み量εA、εBをフックの法則(歪みε=応力σ/ヤング率E)を用いて下記式(1)、(2)により算出した。そして、大径部19A及び小径部19Bの歪み量εA、εBの合計である合計歪み量εΣを下記式(3)により求め、これを変位ロス量とした。なお、印加する荷重Fは500N、ヤング率Eは360000MPa(アルミナ)である。
変位伝達部材19Aの歪み量:εB=(荷重F/断面積SA)/(ヤング率E))×(全長L−面取り量C) ・・・(1)
変位伝達部材19Bの歪み量:εB=(荷重F/断面積SB)/(ヤング率E))×(全長L−面取り量C) ・・・(2)
変位伝達部材19全体の歪み量:εΣ=εA+εB ・・・(3)
Here, the strain amounts εA and εB of the large-
Distortion amount of the
Distortion amount of the
Distortion amount of the
次に、算出結果を図11に示す。同図は、縦軸に変位ロス量(mm)、横軸に面取り量C(mm)をとったものである。
同図から知られるように、面取り量Cが大きくなるほど、変位ロス量が少しずつ大きくなる。これは、変位伝達量が変位伝達部材19の断面積の大きさに関係しているからである。すなわち、面取り量Cが大きくなるほど、変位伝達部材19の断面積が小さくなる。これにより、変位伝達量が小さくなり、変位ロス量が大きくなる。特に、面取り量Cが0.8mmを超えたあたりから変位ロス量が大きくなり、充分な変位特性を得られなくなるおそれがある。したがって、変位伝達部材19の面取り量Cは、0.8mm以下であることが好ましいことがわかる。
Next, a calculation result is shown in FIG. In this figure, the vertical axis represents the displacement loss amount (mm), and the horizontal axis represents the chamfering amount C (mm).
As can be seen from the figure, the amount of displacement loss increases gradually as the chamfer amount C increases. This is because the displacement transmission amount is related to the size of the cross-sectional area of the
(実施例4)
本例は、実施例1の圧電アクチュエータ1をインジェクタ6に用いた例である。
本例のインジェクタ6は、図12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6は、同図に示すごとく、駆動部としての圧電アクチュエータ1が収容される上部ハウジング62と、その下端に固定され、内部に噴射ノズル部64が形成される下部ハウジング63を有している。
Example 4
In this example, the
The
As shown in the figure, the
上部ハウジング62は略円柱状で、中心軸に対し偏心する縦穴621内に、積層型圧電素子1が挿通固定されている。
縦穴621の側方には、高圧燃料通路622が平行に設けられ、その上端部は、上部ハウジング62上側部に突出する燃料導入管623内を経て外部のコモンレール(図示略)に連通している。
The
A high-
上部ハウジング62上側部には、また、ドレーン通路624に連通する燃料導出管625が突設し、燃料導出管625から流出する燃料は、燃料タンク(図示略)へ戻される。
ドレーン通路624は、縦穴621と駆動部となる圧電アクチュエータ1との間の隙間60を経由し、さらに、この隙間60から上下ハウジング62、63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651に連通してしる。
A fuel lead-out
The
噴射ノズル部64は、ピストンボデー631内を上下方向に摺動するノズルニードル641と、ノズルニードル641によって開閉されて燃料溜まり642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643を備えている。燃料溜まり642は、ノズルニードル641の中間部周りに設けられ、上記高圧燃料通路622の下端部がここに開口している。ノズルニードル641は、燃料溜まり642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644から閉弁方向の燃料圧を受けており、背圧室644の圧力が降下すると、ノズルニードル641がリフトして、噴孔643が開放され、燃料噴射がなされる。
The
背圧室644の圧力は3方弁651によって増減される。3方弁651は、背圧室644と高圧燃料通路622、またはドレーン通路624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622またはドレーン通路624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652、油圧室653、小径ピストン654を介して、駆動される。
The pressure in the
そして、本例においては、上記構成のインジェクタ6における駆動源として、実施例1の圧電アクチュエータ1を用いている。この圧電アクチュエータ1は、上記のごとく、優れた耐久性及び信頼性を有するものである。そのため、インジェクタ6全体の性能向上を図ることができる。
In this example, the
1 圧電アクチュエータ
10 圧電素子
19 変位伝達部材
191 先端面
192 外周端部
194 面取り部
2 収納ケース
21 胴部
22 駆動部材
221 当接受面
DESCRIPTION OF
Claims (8)
上記駆動部材は、平坦な当接受面を有し、上記変位伝達部材の平坦な先端面を上記当接受面に当接させており、
上記変位伝達部材の上記先端面は、その外周端部に面取り部を有し、該面取り部の面取り量は、0.1〜0.8mmであることを特徴とする圧電アクチュエータ。 Provided between the piezoelectric element and the drive member, a storage case having a cylindrical barrel portion that houses the laminated piezoelectric element, and a drive member that closes one end of the barrel portion. A piezoelectric actuator having a displacement transmitting member that transmits a driving force of the piezoelectric element to the driving member;
The drive member has a flat contact receiving surface, and a flat distal end surface of the displacement transmitting member is in contact with the contact receiving surface,
The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the distal end surface of the displacement transmitting member has a chamfered portion at an outer peripheral end thereof, and a chamfering amount of the chamfered portion is 0.1 to 0.8 mm.
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