(57)【要約】      （修正有）【課題】引張り応力による接合部の疲労破壊を抑制することのできる圧電アクチュエータおよびこれを備えたマスフローコントローラを提供する。【解決手段】圧電アクチュエータ１は、圧電素子２と、圧電素子２の下面に上面が当接された基体３と、圧電素子２の上面に下面が当接された蓋体４と、下端部が基体３に接合されるとともに上端部が蓋体４に接合された筒体５とを備え、筒体５には周方向の複数の溝５１が設けられ、かつ複数の溝５１のうちの少なくとも一つの溝５０における筒体厚みｔ１が上端部５２の筒体厚みｔ２よりも薄くなっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子と、該圧電素子の下面に上面が当接された基体と、前記圧電素子の上面に下面が当接された蓋体と、下端部が前記基体に接合されるとともに上端部が前記蓋体に接合された筒体とを備え、該筒体には周方向の複数の溝が設けられ、かつ該複数の溝のうちの少なくとも一つの溝における筒体厚みが前記上端部の筒体厚みよりも薄くなっていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
筒体厚みが前記上端部の筒体厚みよりも薄くなっている前記溝において、該溝の底に位置する部位に他の部位よりもさらに筒体厚みが薄くなっている領域があることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記他の部位よりもさらに筒体厚みが薄くなっている領域が前記溝の全周にわたっていることを特徴とする請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記上端部の筒体厚みよりも薄くなっている筒体厚みの溝が複数あることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記上端部に最も近い溝における筒体厚みが前記上端部の筒体厚みよりも薄くなっていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちのいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
流路と、該流路内を流れる流体の流量を検出する流量センサ部と、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の圧電アクチュエータを備えた流体の流量を制御する流量制御弁と、制御回路部とを有し、前記流量制御弁は、前記圧電アクチュエータの伸縮により流量制御を行うことを特徴とするマスフローコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車エンジンの燃料噴射装置、インクジェット等の液体噴射装置、ＸＹテーブルの精密位置決め装置、マスフローコントローラ等に用いられる圧電アクチュエータおよびこれを備えたマスフローコントローラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエータとして、例えば、圧電体層および内部電極層が複数積層された柱状の積層体と、この積層体の側面に積層方向にそれぞれ被着されて内部電極層が一層おきに交互に電気的に接続された一対の外部電極とを含む圧電素子を、金属製の容器の内部に封入したものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１１１１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の圧電アクチュエータは、圧電素子が常に圧縮応力下に置かれるように、圧電素子に圧縮荷重を印加した状態で、基体、筒体、蓋体等の部材をレーザー溶接や抵抗溶接で溶接してなる金属製の容器に封入されたものである。
【０００５】
したがって、このような圧電アクチュエータでは、駆動による変位で接合部（溶接部）に繰返しの引っ張り応力がかかると、接合部にクラックが生じて疲労破壊するという問題があった。具体的には、筒体の上端部と蓋体とが溶接によって接合されている場合、この接合部に多大な応力が加わって、接合部が疲労破壊するおそれがあった。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は引張り応力による接合部の疲労破壊を抑制することのできる圧電アクチュエータおよびこれを備えたマスフローコントローラを得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の圧電アクチュエータは、圧電素子と、該圧電素子の下面に上面が当接された基体と、前記圧電素子の上面に下面が当接された蓋体と、下端部が前記基体に接合されるとともに上端部が前記蓋体に接合された筒体とを備え、該筒体には周方向の複数の溝が設けられ、かつ該複数の溝のうちの少なくとも一つの溝における筒体厚みが前記上端部の筒体厚みよりも薄くなっていることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の圧電アクチュエータは、上記の構成において、筒体厚みが前記上端部の筒体厚みよりも薄くなっている前記溝において、該溝の底に位置する部位に他の部位よりもさらに筒体厚みが薄くなっている領域があることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の圧電アクチュエータは、上記の構成において、前記他の部位よりもさらに筒体厚みが薄くなっている領域が前記溝の全周にわたっていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の圧電アクチュエータは、上記の構成において、前記上端部の筒体厚みよりも薄くなっている筒体厚みの溝が複数あることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の圧電アクチュエータは、上記の構成において、前記上端部に最も近い溝における筒体厚みが前記上端部の筒体厚みよりも薄くなっていることを特徴とするものである。
【００１２】
また本発明のマスフローコントローラは、流路と、該流路内を流れる流体の流量を検出する流量センサ部と、上記の圧電アクチュエータを備えた流体の流量を制御する流量制御弁と、制御回路部とを有し、前記流量制御弁が、前記圧電アクチュエータの伸縮により流量制御を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の圧電アクチュエータによれば、複数の溝のうちの少なくとも一つの溝における筒体厚みを上端部の筒体厚みよりも薄くすることで、この薄くなっている部位が変形しやすくなり、筒体の上端部と蓋体との間の接合部に加わる応力を低減することができる。したがって、圧電アクチュエータの連続駆動による溶接部の疲労破壊を防止することができ、圧電アクチュエータを長期間安定して駆動させることができる。
【００１４】
また、本発明のマスフローコントローラによれば、上記の圧電アクチュエータが長期間安定して駆動させることができることから、耐久性に優れ、長期間安定して駆動させることができるものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は本発明の圧電アクチュエータの実施の形態の一例を示す概略断面図であり、（ｂ）は（ａ）に破線で示す圧電アクチュエータの要部を拡大した図である。
【図２】図１（ａ）に示す圧電素子の概略斜視図である。
【図３】本発明の圧電アクチュエータの実施の形態の他の例の要部拡大図である。
【図４】本発明の圧電アクチュエータの実施の形態の他の例の要部拡大図である。
【図５】本発明のマスフローコントローラの実施の形態の一例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の圧電アクチュエータの実施の形態の一例について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１（ａ）は本発明の圧電アクチュエータの実施の形態の一例を示す概略断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に破線で示す圧電アクチュエータの要部を拡大した図である。また、図２は図１（ａ）に示す圧電素子の概略斜視図である。
【００１８】
図１に示す圧電アクチュエータ１は、圧電素子２と、圧電素子２の下面に上面が当接された基体３と、圧電素子２の上面に下面が当接された蓋体４と、下端部が基体３に接合されるとともに上端部が蓋体４に接合された筒体５とを備え、筒体５には周方向の複数の溝５１が設けられ、かつ複数の溝５１のうちの少なくとも一つの溝５０における筒体厚みｔ１が上端部５２の筒体厚みｔ２よりも薄くなっている。
【００１９】
圧電素子２は、図２に示すように、例えば圧電体層２１と内部電極層２２とが交互に複数積層された活性部２３と、活性部２３の積層方向の両端に積層された圧電体層２１からなる不活性部２４とを有する積層体２０を備えた積層型の圧電素子である。ここで、活性部２３は駆動時に圧電体層２１が積層方向に伸長または収縮する部位であり、不活性部２４は駆動時に圧電体層２１が積層方向に伸長または収縮しない部位である。
【００２０】
圧電素子２を構成する積層体２０は、例えば縦４〜７ｍｍ、横４〜７ｍｍ、高さ２０〜５０ｍｍの直方体状に形成されている。なお、図２に示す積層体２０は直方体状（四角柱状）であるが、例えば六角柱形状や八角柱形状などであってもよい。
【００２１】
積層体２０を構成する複数の圧電体層２１は、圧電特性を有する圧電磁器（圧電セラミックス）からなり、当該圧電磁器は平均粒径が例えば１．６〜２．８μｍに形成されたものである。圧電磁器としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）等からなるペロブスカイト型酸化物、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）などを用いることができる。
【００２２】
また、内部電極層２２は、例えば銀、銀−パラジウム合金、銀−白金、銅などで形成されたものであり、正極と負極（もしくはグランド極）とがそれぞれ積層体２０の対向する一対の側面に互い違いに導出されている。この構成により、活性部２３において、積層方向に隣り合う内部電極層２２同士の間に挟まれた圧電体層２１に駆動電圧を印加するものである。
【００２３】
なお、積層体２０には、応力を緩和するための層であって内部電極層２２として機能しない金属層等の容易に破断しやすい容易破断層が含まれていてもよい。
【００２４】
そして、内部電極層２２の正極と負極（もしくはグランド極）とが互い違いに導出された積層体２０の対向する一対の側面には、それぞれ外部電極２５が被着され、導出された内部電極層２２と接合されている。外部電極２５は、例えば銀およびガラスの焼結体からなるメタライズ層であり、内部電極層２２との電気的に導通されている。なお、図１に示すように、外部電極２５にはリード線１１がはんだ１２によって取り付けられていて、リード線１１を介して駆動電圧を印加するようになっている。
【００２５】
一方、積層体２０の対向する他の一対の側面には、内部電極層２２の正極および負極（もしくはグランド極）の両極の端部が達するように設けられており、この側面には例えば酸化物からなる被覆層２６が形成されている。被覆層２６の形成により、駆動時に高電圧をかけた際に発生する両極間での沿面放電を防止することができる。この被覆層２６を形成する酸化物としては、セラミック材料が挙げられ、特に、圧電アクチュエータを駆動した際の積層体２０の駆動変形（伸縮）に追随でき、被覆層２６が剥がれて沿面放電が生じるおそれのないように、応力によって変形可能な材料であることが好ましい。具体的には、応力が生じると局所的に相変態して体積変化して変形可能な部分安定化ジルコニア、Ｌｎ１−ＸＳｉＸＡｌＯ３＋０．５Ｘ（Ｌｎは、Ｓｎ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，ＴｍおよびＹｂのうちから選ばれるいずれか少なくとも一種を示す。ｘ＝０．０１〜０．３）などのセラミック材料、あるいは、生じた応力を緩和するように結晶格子内のイオン間距離が変化するチタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛などの圧電材料が挙げられる。この被覆層２６は、例えばインク状にした後、ディッピングやスクリーン印刷によって積層体２０の側面に塗布され、焼結することによって形成される。
【００２６】
そして、図１に示す圧電アクチュエータ１は、上面に圧電素子２の下面が当接された基体３と、下面に圧電素子２の上面が当接された蓋体４と、基体３と蓋体４とに接合された筒体５とを有している。
【００２７】
具体的には、基体３（下側蓋体）は、ＳＵＳ３０４（オーステナイト系ステンレス鋼のＪＩＳ規格）やＳＵＳ３１６Ｌ（オーステナイト系ステンレス鋼のＪＩＳ規格）などの金属材料で円板状に形成されたもので、図では周縁部が薄肉のフランジ状になっている。また、基体３にはリードピン１３を挿通可能な貫通孔が２つ形成されており、リード線１１
と電気的に接続されたリードピン１３を貫通孔に挿通させて外部電極２５と外部とを電気的に導通させている。そして、貫通孔の隙間には軟質ガラス１４を充填していて、このリードピン１３を固定するとともに、外気の侵入を防いでいる。なお、筒体５との溶接のために、基体３の上面に例えば環状の突起が設けられていてもよい。
【００２８】
蓋体４は、基体３と同様にＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６Ｌなどの金属材料からなる。そして、蓋体４は、外径が筒体５の内径と同じ程度に形成されており、後述する筒体５の一端側開口に嵌め込まれて、一端側開口の近傍の内壁にその外周が例えばレーザー溶接などの溶接により接合されている。そして、蓋体４には凹部が形成されていて、この凹部に圧電素子２の上端部が当接している。ここで、凹部の内周壁面を覆うように絶縁材４１が設けられており、これにより、外部電極２５同士の短絡等が防止されている。
【００２９】
また、筒体５は、基体３および蓋体４と同様にＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６Ｌなどの金属材料からなるもので、所定の形状のシームレス管を作製した後、圧延加工や静水圧プレスなどにより、例えばベロー（蛇腹）形状などの複数の周方向の溝５１を有する形状に形成されたものである。具体的には、図に示す筒体５は、溝５１の部分で外径および内径が小さくなるように、内側に湾曲して形成されたものである。この筒体５は、圧電素子２に電圧を印加した際に圧電素子２（積層体２０）の伸縮に追従できるように、所定のバネ定数を有しており、厚み、溝形状および溝数によってそのバネ定数を調整している。そして、筒体５の一端側開口は円筒状に形成され、筒体５の他端側開口は径方向外側に向かって広がるいわゆるラッパ状に形成されている。このように、筒体５の他端側開口がラッパ状になっていることで、筒体５が下端部に鍔部５３を有する構造になっている。
【００３０】
そして、圧電素子２に圧縮荷重をかけた状態で筒体５と基体３との溶接がなされ、圧電素子２は筒体５、基体３および蓋体４によって形成される収納空間に不活性ガスとともに封入されて圧電アクチュエータ１が構成されている。
【００３１】
筒体５の肉厚（筒体厚み）が全域で均等になっている場合、駆動による変位で接合部（溶接部）に繰返しの引っ張り応力がかかり、接合部にクラックが生じて疲労破壊するおそれがあった。具体的には、筒体５の上端部５２が蓋体４と溶接によって接合されている場合、この接合部４２に多大な応力が加わって、接合部４２が疲労破壊するおそれがあった。特に接合部４２が溶接によるものである場合には、その形状から応力が集中しやすいのみならず、材料強度も低下してしまうからである。
【００３２】
そこで、本例においては、筒体５の上端部５２が蓋体４と接合されているとともに、筒体５には周方向の複数の溝５１が設けられ、かつ複数の溝５１のうちの少なくとも一つの溝５０における筒体厚みｔ１が上端部５２の筒体厚みｔ２よりも薄くなっている。例えば、上端部５２の筒体厚みｔ２が例えば０．１５〜０．３０ｍｍの場合において、溝５０における筒体厚みｔ１は上端部５２の厚みの例えば３０〜９９％の厚みであり、例えば０．０１〜０．１０ｍｍ薄くなっているのが、溝５０の強度を維持しつつ変形しやすくなる点で効果的である。
【００３３】
この構成により、筒体厚みｔ１が薄くなっている溝５０が変形しやすくなっているため、筒体５の上端部５２と蓋体４との間の接合部４２にかかる応力が低減され、この部位の疲労破壊が発生しにくくなる。したがって、圧電アクチュエータ１を長期間安定して駆動させることができる。
【００３４】
ここで、図３に示すように、筒体厚みｔ１が上端部５２の筒体厚みｔ２よりも薄くなっている溝５０において、溝５０の底に位置する部位５００に他の部位よりもさらに筒体厚みｔ３が薄くなっている領域があるのが好ましい。ここで、溝５０における底に位置する
部位５００とは、溝５０における最も深い部位のことであって、溝５０において筒体５の径が最も小さくなっている部位およびその周囲のことである。さらに薄くなっている筒体厚みｔ３の領域があることにより、より変形しやすくなる。そして、底に位置する部位５００がさらに薄くなっていることで、積層体２０の伸縮方向への変形に対して最も効果的な配置となることから、接合部４２にかかる応力をさらに小さくすることができる。なお、この場合の底に位置する部位５００の筒体厚みｔ３は、筒体厚みｔ１よりもさらに０．０１〜０．０５ｍｍ薄くなっているのが変形しやすくなる点で効果的である。
【００３５】
特に、他の部位よりもさらに筒体厚みｔ３が薄くなっている領域が溝５０の全周にわたっているのが好ましく、これにより、どの方向からの応力も緩和できる。また、偏って変形することなく、積層体２０の伸縮方向に対して真っ直ぐに変形させることができる。
【００３６】
さらに、図４に示すように、上端部５２の筒体厚みｔ２よりも薄くなっている筒体厚みｔ１の溝が複数あるのが好ましい。これにより、さらに接合部４２にかかる応力を低減することができる。
【００３７】
また、図１に示すように、上端部５２に最も近い溝における筒体厚みｔ１が上端部５２の筒体厚みｔ２よりも薄くなっているのが好ましい。この構成によれば、変形しやすい溝５０が接合部４２に近いので、さらに接合部４２にかかる応力を緩和しやすくなる点で効果的である。
【００３８】
次に、本実施の形態にかかる圧電アクチュエータ１の製造方法について説明する。
【００３９】
まず、圧電体層２１となるセラミックグリーンシートを作製する。具体的には、圧電セラミックスの仮焼粉末と、アクリル系，ブチラール系等の有機高分子からなるバインダーと、可塑剤とを混合してセラミックスラリーを作製する。そして、周知のドクターブレード法、カレンダーロール法等のテープ成型法を用いることにより、このセラミックスラリーからセラミックグリーンシートを作製する。圧電セラミックスとしては、圧電特性を有するものであればよく、例えば、ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３からなるペロブスカイト型酸化物などを用いることができる。また、可塑剤としては、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ），フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）などを用いることができる。
【００４０】
次に、内部電極層２２となる導電性ペーストを作製する。具体的には、銀−パラジウム合金の金属粉末にバインダーおよび可塑剤を添加混合することによって、導電性ペーストを作製する。この導電性ペーストを上記のセラミックグリーンシート上にスクリーン印刷法を用いて印刷し、次に、導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを複数枚積層するとともに積層方向の両端部に導電性ペーストが印刷されていないセラミックグリーンシートを複数枚積層して積層成形体を得る。この積層成形体を所定の温度で脱バインダー処理した後、９００〜１２００℃で焼成することによって積層体２０が得られる。
【００４１】
次に、積層体２０の側面のうち両内部電極層２２（正極および負極）が導出された一対の側面に、酸化物のインクをスクリーン印刷によって印刷した後、９００〜１２００℃で焼成し、被覆層２６を形成する。酸化物のインクは、酸化物の粉体を溶剤、分散剤、可塑剤、及びバインダーの溶液に分散させた後、３本ロールを数回通すことにより、粉体の凝集を解砕するとともに、粉体を分散させて作製される。
【００４２】
次に、メタライズ層からなる外部電極２５を形成する。まず、銀粒子およびガラス粉末にバインダーを加えて銀ガラス含有導電性ペーストを作製し、内部電極層２２の正極または負極が導出された積層体２０の対向する一対の側面にスクリーン印刷法によって印刷し、５００〜８００℃程度の温度で焼き付け処理を行なう。これにより、メタライズ層から
なる外部電極２５を形成して圧電素子２が完成する。
【００４３】
次に、外部電極２５とリード線１１を半田付けする。また、切削加工にて図１に示すような形状の周縁部を形成するとともにおよび穴加工にて図１に示すような形状の貫通孔を形成してなる基体３を用意し、この基体３に形成された２つの貫通孔にそれぞれリードピン１３を挿通するとともにその隙間に軟質ガラス１４を充填して固定し、さらに基体３の上面に圧電素子２の下面を接着剤で接着する。そして、圧電素子２の外部電極２５にはんだ１２にてはんだ付けしたリード線１１と基体３に取り付けられたリードピン１３とをはんだで接続する。
【００４４】
次に、ＳＵＳ３０４製のシームレスの円筒状の筒体５に圧延加工によりベロー形状（複数の周方向の溝５１を有する形状）を形成する。このとき、圧延加工時に金型形状を変更することにより、溝における筒体厚みを変更することができる。
【００４５】
この筒体５の一端側（上端側）の開口を塞ぐようにＳＵＳ３０４製の蓋体４をレーザー溶接によって溶接する。なお、筒体５の他端側（下端側）には鍔部５３が形成される。
【００４６】
次に、蓋体４および筒体５を基体３の上面に接着した圧電素子２に被せ、所定の荷重で圧電素子２に圧縮荷重を加える。この状態で、筒体５の鍔部５３と基体３の上面に設けられた環状の突起とを抵抗溶接によって溶接し、圧電素子２の封止を行なう。なお、環状の突起として、基体３とは異なる材料のもの（別体のもの）を用いる場合は、環状の突起となるリングを用意し、このリングの上面を鍔部５３に溶接し、リングの下面を基体３に溶接すればよい。
【００４７】
次に、筒体５の所定の位置にドリルで不活性ガス注入用の穴を開け、真空チャンバーにて真空引きして基体３、蓋体４および筒体５からなるケース内（収納空間）の酸素を抜いた後、真空チャンバーへ窒素ガスを注入し、ケース内（収納空間）の窒素パージを行なう。その後、不活性ガス注入用の穴をレーザー溶接で溶接することにより、穴を塞ぐ。
【００４８】
最後に、基体３に取り付けられたリードピン１３に０．１〜３ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加し、積層体２０を分極することによって、本実施の形態の圧電アクチュエータ１が完成する。
【００４９】
そして、リードピン１３と外部電源とを接続して、圧電体層２１に電圧を印加することにより、各圧電体層２１を逆圧電効果によって大きく変位させることができる。
【００５０】
本実施の形態の積層型圧電素子は、例えば、自動車エンジンの燃料噴射装置、インクジェット等の液体噴射装置、光学装置の精密位置決め装置、マスフローコントローラ等として用いられる。
【００５１】
次に、これまで説明してきた圧電アクチュエータを備えたマスフローコントローラについて、図５を用いて説明する。図５は、マスフローコントローラの実施形態の一例の構成を示す図である。
【００５２】
図５に示すマスフローコントローラ６は、流路６１と、流路６１内を流れる流体の流量を検出する流量センサ部６２と、上述の圧電アクチュエータを備えた流体の流量を制御する流量制御弁６３と、制御回路部６４とを有しており、流量制御弁６３は圧電アクチュエータの伸縮により流量制御を行うものである。
【００５３】
流路６１には、例えばガスなどの流体が流れるようになっていて、流入口６１１から流
入して流出口６１２から流出するようになっている。
【００５４】
流路６１の一部には、流量センサ部６２が例えばバイパス状に接続されていて、この流量センサ部６２が流路６１内を流れる流体の流量（質量流量）を検出するようになっている。
【００５５】
流量センサ部６２で検出された流量信号は、増幅回路にて増幅されるなどして、制御回路部６４へ伝達される。
【００５６】
制御回路部６４では、制御回路部６４へ伝達された流量信号があらかじめ設定された流量信号と比較される。
【００５７】
そして、伝達された流量信号とあらかじめ設定された流量信号との差をなくすような駆動信号（駆動電圧）が流量制御弁６３を形成する圧電アクチュエータに入力される。
【００５８】
圧電アクチュエータは、入力された駆動電圧に応じて伸縮し、この伸縮により流量制御弁６３の開閉量が制御され、流路６１を流れる流体の流量を制御するようになっている。
【００５９】
上述したように、圧電アクチュエータの連続駆動により筒体５の上端部５２と蓋体４との間の接合部４２に加わる応力を低減することができ、圧電アクチュエータを長期間安定して駆動させることができることから、本例のマスフローコントローラは、耐久性に優れ、長期間安定して駆動させることができるものとすることができる。
【実施例】
【００６０】
本発明の実施例の一例としての圧電アクチュエータを以下のようにして作製した。
【００６１】
まず、平均粒径が０．４μｍのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）を主成分とする圧電セラミックスの仮焼粉末、バインダー及び可塑剤を混合したセラミックスラリーを作製し、ドクターブレード法で厚み１２０μｍの圧電体層となるセラミックグリーンシートを作製した。
【００６２】
このセラミックグリーンシートの片面に、銀−パラジウム合金（銀９５質量％−パラジウム５質量％）にバインダーを加えて作製した内部電極となる導電性ペーストを、スクリーン印刷法により印刷したセラミックグリーンシートを２６０枚積層し、その上下に導電性ペーストなしのセラミックグリーンシートを各２０枚積層した積層成形体を作製した。
【００６３】
次に、所定の大きさとなるようにダイシングソーマシンで積層成形体を切断した後、積層成形体を乾燥させ、焼成して積層体を作製した。焼成は、８００℃の温度を９０分保持した後、１０００℃で２００分間焼成した。積層体は直方体状であり、その大きさは、端面が縦５ｍｍ、横５ｍｍであり、高さが３５ｍｍであった。
【００６４】
次に、部分安定化ジルコニア、圧電材料、圧電体層と同じ材料、及びチタン酸ジルコン酸鉛を材料とするインクを作製し、それぞれ、被覆層の厚みが２０μｍとなるように、スクリーン印刷にて、内部電極層の両極が露出している積層体の側面に印刷し、その後、１０００℃で焼成し、積層体の側面に被覆層を形成した。
【００６５】
次に、銀粒子およびガラス粉末にバインダーを加えて銀ガラス含有導電性ペーストを作製し、これを積層体の側面にスクリーン印刷法によって印刷し、５００〜８００℃程度の温度で焼き付け処理して外部電極を形成した後、はんだ付けにて外部電極にリード線を接続した。
【００６６】
また、ＳＵＳ３０４で円板状の基体を作製した。具体的には、切削にて溶接部を設け、２箇所に貫通孔を形成した図１に示す形状の基体を作製した。そして、基体に形成された貫通孔に軟質ガラスでリードピンを取り付けた。なお、基体には溶接部となる環状突起を設けた。環状突起は、高さ０．２ｍｍ、幅０．５の三角形とした。
【００６７】
次に、基体の上面に積層体を接着剤で固定し、外部電極に半田付けしたリード線と基体に取り付けられたリードピンとをはんだ付けで接続した。
【００６８】
次に、ＳＵＳ３０４で円板状の図１に示す形状の蓋体を作製した。
【００６９】
また、ＳＵＳ３１６Ｌ製の厚み０．２０ｍｍのシームレスの円筒に圧延加工によりベロー形状（複数の周方向の溝を有する形状）と鍔部とを形成した筒体を作製した。
【００７０】
なお、筒体には５個の周方向の溝を設け、そのうちの１個について後述する特徴を有する形状の溝とした。具体的には、圧延加工の際、金型形状を変えることで、上端部の筒体厚みよりも薄くなっている筒体厚みの溝を上端部に最も近い位置に配置した試料（試料１）、上端部の筒体厚みよりも薄くなっている筒体厚みの溝を上端部に最も近い位置に配置したうえでさらに底に位置する部位の筒体厚みがさらに薄くなっている試料（試料２）、筒体の全体が均等な厚みとなっている試料（試料３）を作製した。
【００７１】
具体的には、試料１は、筒体の上端部の厚みを０．２０ｍｍ、薄くなっている溝の筒体厚みを０．１７ｍｍ、この溝の底に位置する部位の筒体厚みも０．１７ｍｍとした。試料２は、筒体の上端部の厚みを０．２０ｍｍ、薄くなっている溝の筒体厚みを０．１７ｍｍ、この溝の底に位置する部位の筒体厚みを０．１５ｍｍとした。試料３は、筒体の上端部を含む全体の筒体厚みを０．２０ｍｍとした。
【００７２】
それぞれの筒体と蓋体とをレーザー溶接で溶接してなるものを、基体に接着した圧電素子に被せ、所定の荷重で筒体を引張り、圧電素子に圧縮荷重を印加した後、筒体の鍔部と基体の環状突起との当接部を抵抗溶接で溶接し、圧電素子の封止を行なった。
【００７３】
次に、筒体の所定の位置にドリルで不活性ガス注入用の穴を開け、真空チャンバーにて真空引きして、基体３、蓋体４および筒体５からなるケース内（収納空間）の酸素を抜いた後、真空チャンバーへ窒素ガスを注入し、ケース内（収納空間）の窒素パージを行なった後、窒素パージ用の穴をレーザー溶接で溶接して穴を塞ぎ、窒素パージを完了させた。
【００７４】
最後に、これらの試料の２本のリードピンに３ｋＶ／ｍｍの直流電界を１５分間印加して分極処理を行ない、圧電アクチュエータを作製した。
【００７５】
得られた圧電アクチュエータの積層体に１７０Ｖの直流電圧を印加したところ、すべての圧電アクチュエータにおいて、積層方向に変位量が得られた。
【００７６】
さらに、これらの圧電アクチュエータについて、５０℃の環境下で電圧２００Ｖ、周波数１０Ｈｚ、Ｄｕｔｙ５０の矩形波で駆動し続ける連続駆動試験を行なった。
【００７７】
その結果、本発明の実施例の圧電アクチュエータ（試料１、２）は、１００万サイクルの連続駆動試験後において、変位量の変化がほとんどなく、圧電素子として必要な有効変位量を維持しており、また、接合部の外れもなく、長期使用しても安定した変位量が得られることが分かった。
【００７８】
これに対し、比較例の圧電アクチュエータ（試料３）は、１２万サイクル後に停止していた。この試料を確認したところ、接合部の界面での外れが見られた。また、接合部の外れに伴う荷重の片当りにより、圧電素子に割れが見られた。
【符号の説明】
【００７９】
１・・・圧電アクチュエータ
１１・・・リード線
１２・・・はんだ
１３・・・リードピン
１４・・・軟質ガラス
２・・・圧電素子
２０・・・積層体
２１・・・圧電体層
２２・・・内部電極層
２３・・・活性部
２４・・・不活性部
２５・・・外部電極
２６・・・被覆層
３・・・基体
４・・・蓋体
４１・・・絶縁材
４２・・・接合部
５・・・筒体
５０、５１・・・溝
５００・・・底に位置する部位
５２・・・上端部
５３・・・鍔部
６・・・マスフローコントローラ
６１・・・流路
６２・・・流量センサ部
６３・・・流量制御弁
６４・・・制御回路部
６１１・・・流入口
６１２・・・流出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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