JP2016163390A - 圧電アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 圧電アクチュエータ1は、軸方向に伸縮する圧電素子2と、圧電素子2を収容する筒状部材3と、圧電素子2の先端側に配され、圧電素子2の伸縮に伴い軸方向に変位する駆動部材4と、筒状部材3と駆動部材4とを連結するダイヤフラム5とを有する。ダイヤフラム5は、Cr:16〜17重量%、Ni:4〜5重量%、Mo:2.5〜3.5重量%、Mn:0.5〜1重量%、C:0.07〜0.1重量%、N:0.07〜0.13重量%、を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる合金によって構成されている。ダイヤフラム5の硬度は、Hv400〜500である。
【選択図】図1
Description
圧電アクチュエータのダイヤフラムは、圧電素子の伸縮に伴う弾性変形が繰り返されることとなるため、高い疲労強度が要求される。そこで、特許文献1に開示された圧電アクチュエータにおいては、ダイヤフラムを、Ni−Co−Mo合金(マルエージング鋼)によって構成することが提案されている。
該圧電素子を収容する筒状部材と、
上記圧電素子の先端側に配され、上記圧電素子の伸縮に伴い軸方向に変位する駆動部材と、
上記筒状部材と上記駆動部材とを連結するダイヤフラムとを有し、
上記ダイヤフラムは、Cr:16〜17重量%、Ni:4〜5重量%、Mo:2.5〜3.5重量%、Mn:0.5〜1重量%、C:0.07〜0.1重量%、N:0.07〜0.13重量%、を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる合金によって構成され、
かつ、上記ダイヤフラムの硬度は、Hv400〜500であることを特徴とする圧電アクチュエータにある。
また、ダイヤフラムの硬度(ビッカース硬さ)をHv400〜500とすることにより、高い疲労強度を確保することができる。
圧電アクチュエータの実施形態につき、図1〜図5を用いて説明する。
本実施形態の圧電アクチュエータ1は、図1に示すごとく、軸方向に伸縮する圧電素子2と、圧電素子2を収容する筒状部材3と、圧電素子2の先端側に配された駆動部材4と、筒状部材2と駆動部材4とを連結するダイヤフラム5とを有する。駆動部材4は、圧電素子2の伸縮に伴い軸方向に変位する。
なお、本明細書において、圧電アクチュエータ1の軸方向における駆動部材4が設けられた側を先端側といい、その反対側を基端側という。
なお、セラミック積層体21の形状としては、円柱形状、八角柱形等、種々の形状とすることができる。
まず、圧電アクチュエータ1をインジェクタに組み付け、圧電アクチュエータ1を使用状態にセットする。
また、前進状態から、圧電素子2に対する電圧の印加を解除すれば、圧電素子2は自然長の状態となり、圧電アクチュエータ1は上記後退状態に戻る。
上記圧電アクチュエータ1において、ダイヤフラム5は、Cr:16〜17重量%、Ni:4〜5重量%、Mo:2.5〜3.5重量%、Mn:0.5〜1重量%、C:0.07〜0.1重量%、N:0.07〜0.13重量%、を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる合金によって構成されている。これにより、ダイヤフラム5の疲労強度を確保しつつ、耐腐食性を向上させることができる。
また、ダイヤフラム5の硬度をHv400〜500とすることにより、高い疲労強度を確保することができる。
本例においては、図6に示すごとく、圧電アクチュエータにおけるダイヤフラムの疲労強度を評価した。
すなわち、上述の実施形態1において示した圧電アクチュエータ1のダイヤフラム5の材質を、表1に示すような組成の合金としたものを、それぞれ、試料1、2、3として作製した。
次に、図7、図8に示すごとく、ダイヤフラムの耐腐食性を評価した。
すなわち、上述の実験例1に示したように、疲労強度試験において割れが生じなかった試料1と試料3とについて、以下の耐腐食性試験を行った。
この結果から、Cr:16〜17重量%、Ni:4〜5重量%、Mo:2.5〜3.5重量%、Mn:0.5〜1重量%、C:0.07〜0.1重量%、N:0.07〜0.13重量%、を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる合金によって構成されたダイヤフラムは、耐腐食性にも優れているといえる。
本例においては、図9に示すごとく、圧電アクチュエータにおけるダイヤフラムの疲労強度を、ダイヤフラムの硬度(ビッカース硬さ:Hv)との関係において評価した。
評価対象としたダイヤフラムは、上記実験例1に示した試料1と同様の組成のものであるが、硬度をHv380、Hv400、Hv460、Hv500、Hv530と、種々変更したものとした。硬度の調整は、ダイヤフラム作製時における熱処理条件等を調整することにより行った。
本例においては、図10に示すごとく、ダイヤフラムにおける溶接部(内周溶接部51又は外周溶接部52)からの距離と硬度(ビッカース硬さ:Hv)との関係を評価した。
評価対象は、上述の試料1と試料3である。各試料について、溶接部からの距離が異なる複数の測定点において、ビッカース硬さを測定した。その結果を、図10に示す。同図において、符号L1を付した折れ線が、試料1の測定結果を示し、符号L3を付した折れ線が、試料3の測定結果を示す。
なお、図10において、試料1(L1)、試料3(L3)共に、溶接部からの距離が0mmにおける硬度が少し高くなっているのは、当該箇所が溶接部(溶融部)の端縁であるためと考えられる。
2 圧電素子
3 筒状部材
4 駆動部材
5 ダイヤフラム
Claims (2)
- 軸方向に伸縮する圧電素子(2)と、
該圧電素子(2)を収容する筒状部材(3)と、
上記圧電素子(2)の先端側に配され、上記圧電素子(2)の伸縮に伴い軸方向に変位する駆動部材(4)と、
上記筒状部材(3)と上記駆動部材(4)とを連結するダイヤフラム(5)とを有し、
上記ダイヤフラム(5)は、Cr:16〜17重量%、Ni:4〜5重量%、Mo:2.5〜3.5重量%、Mn:0.5〜1重量%、C:0.07〜0.1重量%、N:0.07〜0.13重量%、を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる合金によって構成され、
かつ、上記ダイヤフラム(5)の硬度は、Hv400〜500であることを特徴とする圧電アクチュエータ(1)。 - 上記ダイヤフラム(5)は、上記駆動部材(4)に溶接された内周溶接部(51)と、上記筒状部材(3)に溶接された外周溶接部(52)と、上記内周溶接部(51)と上記外周溶接部(52)との間において基端側へ向かって凸の状態で湾曲する湾曲部(53)とを有し、該湾曲部(53)は、上記内周溶接部(51)及び上記外周溶接部(52)からそれぞれ0.1mm以上離れていることを特徴とする圧電アクチュエータ(1)。
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