(57)【要約】【課題】水又は酸を含む燃料を使用しても、腐食を抑制することができ、破損を抑制することができる伸縮部材、その製造方法、及び上記伸縮部材を備えたインジェクタを提供すること。【解決手段】ディーゼルエンジン車用のインジェクタ３に用いられる伸縮部材１、その製造方法、この伸縮部材１を備えたインジェクタである。伸縮部材１は、伸縮可能な金属部材１１と、その表面１１５を被覆する皮膜１２とを有する。皮膜１２は、金属アルコキシドと、アルコキシル基の一部がフルオロアルキル基で置換されたフルオロアルキル基置換アルコキシドとを含む被覆溶液を金属部材１１の表面１１５に塗布し、焼成することにより形成されている。皮膜１２の硬度は１５００〜２０００ＭＰａである。【選択図】図２
2015183661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジン車用のインジェクタ（７）に用いられる伸縮部材（１、２）であって、
伸縮可能な金属部材（１１、２１）と、該金属部材（１１、２１）の表面（１１５、２１５、２１６）を被覆する皮膜（１２、２２）とを有し、
該皮膜（１２、２２）は、金属アルコキシドと、アルコキシル基の一部がフルオロアルキル基で置換されたフルオロアルキル基置換アルコキシドとを含む被覆溶液を上記金属部材（１１、２１）の表面（１１５、２１５、２１６）に塗布し、焼成することにより形成されており、
上記皮膜（１２、２２）の硬度が１５００〜２０００ＭＰａであることを特徴とする伸縮部材（１、２）。
【請求項２】
上記金属部材（１１、２１）は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｍｏ合金からなることを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の伸縮部材（１、２）。
【請求項３】
上記伸縮部材（１、２）は、ディーゼル燃料に浸漬する部位に用いられることを特徴とする請求項１又は２に記載の伸縮部材（１、２）。
【請求項４】
上記伸縮部材（１、２）は、水を５００ｐｐｍ以上、又は酸を１００ｐｐｍ以上含む燃料を使用するディーゼルエンジン車用の上記インジェクタ（７）に用いられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の伸縮部材（１、２）。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の伸縮部材（１、２）の製造方法において、
上記被覆溶液を上記金属部材（１１、２１）の表面（１１５、２１５、２１６）に塗布し、温度１６０〜１８０℃で焼成することを特徴とする伸縮部材（１、２）の製造方法。
【請求項６】
ディーゼルエンジン車用のインジェクタ（７）であって、
軸方向に伸縮する圧電素子（４０）と、該圧電素子（４０）を収容する収容部材（１０）と、上記圧電素子（４０）の伸縮に伴って伸び縮みする請求項１〜４のいずれか１項に記載の伸縮部材（１、２）とを有することを特徴とするインジェクタ。
【請求項７】
上記インジェクタ（７）は、上記圧電素子（４０）と上記収容部材（１０）と上記伸縮部材（１）とを有する圧電アクチュエータ（４）を有し、上記収容部材（１０）は、上記圧電素子（４０）の側面外方を覆う筒状の胴部（１３）と、該胴部（１３）の先端開口部（１３１）に配設されると共に上記圧電素子（４０）の駆動力が作用する駆動部（１４）と、上記胴部（１３）と上記駆動部（１４）との間を連結するダイヤフラム板からなる上記伸縮部材（１）とを有することを特徴とする請求項６に記載のインジェクタ（７）。
【請求項８】
上記インジェクタ（７）は、上記圧電素子（４０）と上記収容部材（１０）とを有する圧電アクチュエータ（４）を有し、該圧電アクチュエータ（４）の先端側には圧電素子（４０）に荷重を付与する円筒状スプリングからなる上記伸縮部材（２）を有していることを特徴とする請求項６又は７に記載のインジェクタ（７）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジン車用のインジェクタに用いられる伸縮部材、その製造方法、及びこれを備えたインジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の内燃機関の燃料噴射用インジェクタには、圧電素子を収容する圧電アクチュエータが用いられる。圧電アクチュエータは、一般に、ベローズ等からなる伸縮部材を有する収容部材と、この収容部材内に収容された圧電素子とを有する。圧電アクチュエータの伸縮部材は、圧電素子の伸縮に伴う伸縮変形の繰り返しにより、疲労破壊が生じるという問題がある。特に、圧電アクチュエータを小型化する場合、伸縮部材を小型化すると伸縮部材に発生する応力が大きくなり、疲労寿命がさらに低下してしまう。
【０００３】
そこで、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｍｏ合金からなる伸縮部材を有する圧電アクチュエータが開発されている（特許文献１参照）。これにより、伸縮部材の疲労破壊の抑制が可能になり、疲労寿命の向上が可能になった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−３９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｍｏ合金からなる伸縮部材は、水や酸と反応して腐食が起こり易いという問題がある。一般的なディーゼル燃料は、水や酸をほとんど含有していないため伸縮部材の腐食問題はほとんど起こらないが、例えば精製が不十分な安価なディーゼル燃料においては水又は酸の含有量が多くなるおそれがある。このような水又は酸を比較的多く含む燃料が使用されると、伸縮部材に腐食が発生して伸縮部材が破損するおそれがある。
【０００６】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、水又は酸を含む燃料を使用しても、腐食を抑制することができ、破損を抑制することができる伸縮部材、その製造方法、及び上記伸縮部材を備えたインジェクタを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、ディーゼルエンジン車用のインジェクタに用いられる伸縮部材であって、
伸縮可能な金属部材と、該金属部材の表面を被覆する皮膜とを有し、
該皮膜は、金属アルコキシドと、アルコキシル基の一部がフルオロアルキル基で置換されたフルオロアルキル基置換アルコキシドとを含む被覆溶液を上記金属部材の表面に塗布し、焼成することにより形成されており、
上記皮膜の硬度が１５００〜２０００ＭＰａであることを特徴とする伸縮部材にある。
【０００８】
本発明の他の態様は、上記伸縮部材の製造方法において、
上記被覆溶液を上記金属部材の表面に塗布し、温度１６０〜１８０℃で焼成することを特徴とする伸縮部材の製造方法にある。
【０００９】
本発明のさらに他の態様は、ディーゼルエンジン車用のインジェクタであって、
軸方向に伸縮する圧電素子と、該圧電素子を収容する収容部材と、上記圧電素子の伸縮に伴って伸び縮みする上記伸縮部材とを有することを特徴とするインジェクタにある。
【発明の効果】
【００１０】
上記伸縮部材は、上記特定の皮膜を有し、該皮膜が撥水性を示す。この皮膜をするため、伸縮部材は優れた耐食性を示し、水又は酸を含む燃料中においても浸食部材の破損が抑制される。また、上記皮膜は、上記範囲の特定の硬度を有し、柔軟性を保持している。そのため、上記伸縮部材の伸縮に皮膜が追従し、皮膜が金属部材から剥がれ難くなる。それ故、伸縮部材の伸縮が繰り返し行われても、皮膜が破損し難く、上記金属部材の腐食を十分に抑制することができる。その結果、腐食による伸縮部材の破損を抑制することが可能になる。
【００１１】
上記浸食部材は、上記被覆溶液を上記金属部材の表面に塗布し、温度１６０〜１８０℃で焼成することにより製造される。上記温度範囲の焼成により、硬度が上記所定の範囲にある皮膜を形成することができる。
【００１２】
また、上記インジェクタは、軸方向に伸縮する圧電素子と、該圧電素子を収容する収容部材と、上記圧電素子の伸縮に伴って伸び縮みする上記伸縮部材とを有する。そして、上記伸縮部材は、上述のごとく金属部材と皮膜とを有している。そのため、例えば上記インジェクタが水又は酸を含むディーゼル燃料に適用されたとしても、皮膜により伸縮部材の腐食が抑制され、伸縮部材の破損を抑制することができる。それ故、水又は酸を含むディーゼル燃料を用いても、インジェクタの長期間の使用が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１における、伸縮部材の半断面を示す説明図。
【図２】図１におけるII領域の拡大図。
【図３】実施例１における、ケース及び駆動部を組み付けた伸縮部材（収容部材）の断面を示す説明図。
【図４】実施例１における、焼成温度と皮膜の硬度との関係を示す説明図。
【図５】実施例１における、治具に組み付けた伸縮部材（収容部材）の断面を示す説明図。
【図６】実施例１における、皮膜の硬度と伸縮部材に破損が発生するまでの時間との関係を示す説明図。
【図７】実施例２における、伸縮部材の側面を示す説明図。
【図８】図７のVIII−VIII線矢視断面図。
【図９】実施例２における、治具に組み付けた伸縮部材の断面を示す説明図。
【図１０】実施例３における、インジェクタの構造を示す説明図。
【図１１】実施例３における、圧電アクチュエータの構造を示す説明図。
【図１２】実施例３における、圧電アクチュエータの伸縮部周辺の構造を示す説明図。
【図１３】実施例３における、圧電アクチュエータを使用状態にセットした場合の伸縮部周辺を示す説明図（（ａ）圧電素子が自然長の状態、（ｂ）圧電素子が伸長した状態）。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、上記伸縮部材の好ましい実施形態について説明する。
伸縮可能な金属部材としては、コイルばね、板ばね、皿ばね等の各種ばね部材を用いることができる。皮膜は、所謂ゾル−ゲル法により形成される。ゾル−ゲル法は、次のような方法である。一般には、まず、金属の有機化合物又は無機化合物の溶液を作製し、この溶液中で金属の有機化合物又は無機化合物の加水分解・重縮合反応を進行させることにより、ゾルをゲルにする。次いで、このゲルを基材に塗布し、加熱することにより、酸化物固体の皮膜を形成する。
【００１５】
具体的には、皮膜は、金属アルコキシドと、アルコキシル基の一部がフルオロアルキル基で置換されたフルオロアルキル基置換アルコキシドとを含む被覆溶液を金属部材の表面に塗布し、焼成することにより形成されている。
金属アルコキシドは、下記の式（１）で表される化合物である。
Ｍ(ＯＲ)n  ・・・（１）
上記式（１）中、Ｍは金属であり、Ｒはアルキル基であり、ｎは金属Ｍの酸化数である。金属Ｍとしては、種々の金属を用いることができ、目的とする金属酸化物に対応する金属が用いられる。具体的な金属Ｍの例としては、例えばＬｉ、Ｎａ、Ｃｕ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ，Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ，Ｙ、Ｓｉ、Ｇｅ，Ｐｂ、Ｐ、Ｓｂ、Ｖ、Ｔａ，Ｗ、Ｌａ、Ｎｄ等が挙げられる。アルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられる。したがって、金属アルコキシドとしては、例えばＬｉＯＣＨ3、ＮａＯＣＨ3、Ｃｕ(ＯＣＨ3)2、Ｃａ(ＯＣＨ3)2、Ｓｒ(ＯＣＨ3)2、Ｂａ(ＯＣＨ3)2、Ｚｎ(ＯＣＨ3)2、Ｂ(ＯＣＨ3)3、Ａｌ(ｉ−ＯＣ3Ｈ7)3、Ｇａ(ＯＣ2Ｈ5)3、Ｙ(ＯＣ4Ｈ9)3、Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)4、Ｇｅ(ＯＣ2Ｈ5)4、Ｐｂ(ＯＣ4Ｈ9)3、ＰＯ(ＯＣＨ3)3、Ｓｂ(ＯＣ2Ｈ5)3、ＶＯ(ＯＣ2Ｈ5)3、Ｔａ(ＯＣ3Ｈ7)5、Ｗ(ＯＣ2Ｈ5)6、Ｌａ(ＯＣ3Ｈ7)3、Ｎｄ(ＯＣ2Ｈ5)3等が挙げられる。
【００１６】
フルオロアルキル基置換アルコキシドは、上述の金属アルコキシドのアルコキシル基の一部がフルオロアルキル基で置換された化合物である。フルオロアルキル基置換アルコキシドは、下記式（２）で表される化合物である。
Ｒｆm−Ｍ(ＯＲ)n-m  ・・・（２）
上記式（２）中、Ｒｆはフルオロアルキル基であり、Ｍは上記金属であり、ｎは金属Ｍの原子価であり、ｍはフルオロアルキル基の数である。
【００１７】
フルオロアルキル基Ｒｆは、下記式（３）で表される。
ＣＦ3(ＣＦ2)x−Ｃ2Ｈ4−  ・・・（３）
上記式（３）中、ｘは、５〜１０であることが好ましい。この場合には、ＣＦ3基を金属部材の表面に整然と配列させることが可能になる。
【００１８】
上述のフルオロアルキル基の存在により、皮膜は撥液性を有する。フルオロアルキル基の数、即ち上記式（２）におけるｍの数が多いほど、皮膜の撥水性は高くなるが、その一方で、立体障害によりフルオロアルキル基が皮膜の表面に密に配列できなくなるおそれがある。したがって、上記式（２）においては、ｍ＝１であることが好ましい。
【００１９】
金属アルコキシド及びフルオロアルキル基置換アルコキシドに、加水分解用の水、均質溶液調整用のアルコール、触媒用の酸又は塩基等を添加することにより、被覆溶液を作製することができる。アルコールとしては、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等を用いることができる。触媒用の酸としては、例えば塩酸、硫酸、酢酸、フッ酸等を用いることができる。触媒用の塩基としては、例えば揮発により容易に除去が可能なアンモニア等を用いることができる。また、被覆溶液には、ゾル−ゲル法において公知の添加剤、例えばアセチルアセトン等を添加することができる。
【００２０】
被覆溶液中のフルオロアルキル基置換アルコキシド量が多いほど、皮膜の撥液性が高くなる。しかし、フルオロアルキル基置換アルコキシド量が多くなると、皮膜が樹脂の特性に近くなるため、皮膜の強度が低下し、剥離が起こり易くなるおそれがある。かかる観点から、フルオロアルキル基置換アルコキシド量は、被覆溶液中の全アルコキシド、即ち金属アルコキシドとフルオロアルキル基置換アルコキシドの総量の５〜２０モル％であることが好ましい。５モル％未満では十分な撥液性が得られなくなるおそれがあり、２０モル％を超える場合には耐摩耗性、耐剥離性が低下するおそれがある。
【００２１】
皮膜は、被覆溶液を用いて例えば次のようにして形成される。まず、被覆溶液を所定の温度において撹拌する。そして、被覆溶液中のアルコキシドの加水分解反応、重縮合反応を進行させて被覆溶液をゲル状にする。次いで、このゲル状の被覆溶液を金属部材に塗布することにより、湿った状態の被覆膜を形成する。塗布は浸漬により行うこともできる。その後、塗布後の被覆膜を焼成することにより、皮膜を形成する。
【００２２】
被覆膜の形成において、被覆溶液中の溶媒量、特にアルコールの量を調整することにより、焼成後の皮膜の膜厚を調整することができる。皮膜の膜厚は３０〜１００ｎｍであることが好ましい。膜厚が３０ｎｍ未満の場合には、皮膜の耐熱性が低下するおそれがある。一方、膜厚が１００ｎｍを超える場合には、皮膜が剥がれ易くなるおそれがある。皮膜の膜厚は８０ｎｍ以下であることがより好ましく、７０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
【００２３】
被覆膜の焼成前には、水や溶媒を除去する乾燥工程を行うことが好ましい。乾燥工程においては、乾燥によりフルオロアルキル基が被覆膜の表面上に濃縮する。その結果、焼成後に得られる皮膜の表面に多くのフルオロアルキル基を偏在させることが可能になり、皮膜の撥液性をより向上させることができる。焼成は、大気中又は非酸化性雰囲気中で行うことができる。
【００２４】
焼成温度は、１６０〜１８０℃であることが好ましい。焼成温度が１６０℃未満の場合には、皮膜の焼結が不十分になり、皮膜が剥がれ易くなるおそれがある。一方、焼成温度が１８０℃を超える場合には、皮膜の硬度が高くなりすぎて伸縮部材の伸縮により、皮膜が破損し易くなる。その結果、伸縮部材の耐食性が損なわれるおそれがある。同様の観点から焼成温度は１７５℃以下であることがさらに好ましい。上記焼成温度で保持する時間、即ち焼成時間は３０分間以上であることが好ましい。
【００２５】
上記伸縮部材は、ディーゼルエンジン車用のインジェクタに用いられる。伸縮部材は、水の含有量が５００ｐｐｍ以上又は酸の含有量が１００ｐｐｍ以上の燃料が使用されるディーゼルエンジン車に適用されることが好ましい。この場合には、耐腐食性に優れるという上述の作用効果が顕著になる。
【実施例】
【００２６】
（実施例１）
次に、ディーゼルエンジン車用のインジェクタに用いられる伸縮部材の実施例について説明する。本例においては、皮膜の硬度が異なる複数の伸縮部材を作製し、その耐食性の評価を行う。
【００２７】
図１及び図２に示すごとく、本例の伸縮部材１は、伸縮可能な金属部材１１と、その表面１１５を被覆する皮膜１２とを有する。図１においては厚みの小さな皮膜の図示を省略し、図２において皮膜１２を示している。金属部材１１は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｍｏ合金（マルエージング鋼）からなるばね状の伸縮部材である。皮膜１２は、金属アルコキシドと、アルコキシル基の一部がフルオロアルキル基で置換されたフルオロアルキル基置換アルコキシドとを含む被覆溶液を金属部材１１の表面１１５に塗布し、焼成することにより形成されている。皮膜１２の硬度は１５００〜２０００ＭＰａの範囲内にある。
【００２８】
伸縮部材１は、インジェクタの圧電アクチュエータの内部に用いられるダイヤフラム板である。インジェクタの具体例については、後述の実施例３において説明する。金属部材１１は、ダイヤフラム板の形状に加工されており、その片側面１５に皮膜１２が形成されている。伸縮部材１の皮膜１２の形成面が燃料と接触する面であり、皮膜が形成されていない反対面は燃料と接触しない面である。
【００２９】
図３に示すごとく、この伸縮部材１は、後述の圧電アクチュエータに内蔵される圧電素子を挿入するための筒状のケース（胴部１３）の内部に溶接されている。また、伸縮部材１には、後述の圧電アクチュエータの駆動部１４を挿入するための貫通孔１７が形成されており、貫通孔１７に挿入された駆動部１４が伸縮部材１に溶接されている。即ち、図３に示すように、伸縮部材１とケース（胴部１３）と駆動部１４とによって、後述の圧電アクチュエータにおける圧電素子を挿入するための収容部材１０が形成されている。なお、図３においても、図１と同様に、厚みの小さな皮膜の図示を省略しているが、実際には伸縮部材２の表面には皮膜１２が存在している（図２参照）。以下、伸縮部材１の製造方法について説明する。
【００３０】
まず、エタノール４６質量％と、テトラエトキシシラン（Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)4）１６．７質量％と、フルオロアルキルシランとしてのトリデカフルオロオクチルトリメトキシシラン（ＣＦ3(ＣＦ2)5(ＣＨ2)2Ｓｉ(ＯＣＨ3)3）４．２質量％と、０．０５Ｎの塩酸水溶液３３質量％と、ローダミン０．１質量％とを撹拌により混合した。
【００３１】
このようにして得られた被覆溶液を、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｍｏ合金からなる金属部材１１に塗布した。金属部材１１は、インジェクタ用のダイヤフラム板であり、筒状の胴部１３及び駆動部１４に予め溶接されている。この金属部材１１の片側面１１５に被覆溶液を塗布することにより、湿った状態の被覆膜を形成した。次いで、被覆膜が形成された金属部材１１を１〜２時間焼成した。この焼成により、被覆膜を焼結させて厚み５０ｎｍの皮膜１２を形成した。これにより、図１〜図３に示すごとく伸縮部材１を有する収容部材１０を得た。
【００３２】
本例においては、焼成温度を変更することにより、皮膜の硬度が異なる複数の伸縮部材を作製した。焼成温度と皮膜の硬度との関係を図４に示す。皮膜の硬度は、(株)島津製作所製のダイナミック超微小硬度計「ＤＵＨ２１１Ｓ」を用いて、押し込み深さ０．０１μｍという条件で測定した。皮膜上の１０箇所における硬度を測定し、その平均値を求めた。
【００３３】
次に、皮膜硬度が異なる複数の伸縮部材１について、耐食性試験を実施した。具体的には、図５に示すごとく、２枚の荷重板３１、３２を備える治具３を準備し、治具３の荷重板３１、３２間に、各伸縮部材１を備える収容部材１０を挟み込んだ状態で固定した。荷重板３１には内側に突出する凸状部３３が形成されており、治具３の荷重板３１、３２間に荷重をかけると凸状部３３により駆動部１４が押圧される。これにより、駆動部１４に溶接された伸縮部材１が矢印の方向に引き延ばされる。このようにして、治具３を用いて伸縮部材１に４５０Ｎの応力を加えた。そして、水７００ｐｐｍと、酸２５０ｐｐｍとを含有する軽油中に応力を加えた状態の伸縮部材１を浸漬し、伸縮部材の皮膜１２の形成面側を軽油に接触させた。そして、伸縮部材１に破損が発生するまで放置し、破損の発生までの浸漬時間を計測した。その結果を図６に示す。
【００３４】
図６より知られるように、伸縮部材１における皮膜１２の硬度が２０００ＭＰａを超えると、伸縮部材１に破損が発生するまでの浸漬時間が短くなり、伸縮部材１の耐食性が低下していた。したがって、皮膜１２の硬度は２０００ＭＰａ以下であることが好ましい。また、耐食性をより向上させるという観点から、皮膜１２の硬度は１８００ＭＰａ以下であることがより好ましい。このような耐食性に優れた硬度の低い皮膜１２を形成するための焼成温度は、図４より知られるとごく１８０℃以下であることが好ましく、１７５℃以下であることがより好ましい。
【００３５】
また、焼成温度が１６０℃未満の場合には、皮膜１２が焼結できない。その結果、皮膜１２の硬度が１５００ＭＰａ未満となり、皮膜１２が金属部材１１から剥がれ易くなった。したがって、焼成温度は１６０℃以上であることが好ましく、皮膜１２の硬度は１５００ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００３６】
このように、金属アルコキシドと、フルオロアルキル基置換アルコキシドとを含む被覆溶液を金属部材１１の表面に塗布し、温度１６０〜１８０℃で焼成することにより、硬度１５００〜２０００ＭＰａの皮膜１２を形成することができることがわかる。そして、このような皮膜１２を有する伸縮部材１は、水又は酸を含む燃料に浸されても、腐食の抑制が可能である。
【００３７】
（実施例２）
本例は、金属部材をスリットスプリングに変更した点を除いては、実施例１と同様にして、皮膜を形成した伸縮部材の例である。図７及び図８に示すごとく、本例の伸縮部材２は、伸縮可能な金属部材２１と、その表面２１５、２１６に形成された皮膜２２とを有し、金属部材２１が円筒状スプリングであるスリットスプリングからなる。スリットスプリングは、側面に多数のスリット溝が形成された円筒状の金属部材であり、伸縮可能な部材である。皮膜２２は、円筒状の金属部材２１の内側面２１５及び外側面２１６に形成されている。皮膜２２は、実施例１と同じ材質からなり、実施例１と同様にして形成した。本例の伸縮部材２においても、焼成温度１６０〜１８０℃で焼成することにより、硬度１５００〜２０００ＭＰａの皮膜２２を形成することができた。
【００３８】
本例の伸縮部材２についても、実施例１と同様に、耐食性試験を行った。具体的には、図９に示すごとく、まず、凸状部を備えていない点を除いては実施例１と同様の構成の治具３を準備した。この治具３の荷重板３１、３２間に伸縮部材２を挟み込んだ。このようにして、伸縮部材２を縮める向きに４５０Ｎの応力を加えた。そして、実施例１と同様に、水７００ｐｐｍと、酸２５０ｐｐｍとを含有する軽油中に応力を加えた状態の伸縮部材２を浸漬し、伸縮部材２に破損が発生するまでの浸漬時間を計測した。その結果、実施例１の結果と同様の傾向が得られた。即ち、硬度１５００〜２０００ＭＰａの皮膜２２を有する伸縮部材２は、実施例１と同様に耐食性に優れていた。
【００３９】
（実施例３）
次に、伸縮部材を備えるインジェクタの例について説明する。
本例のインジェクタ７は、図１０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用いられる。このインジェクタ７は、同図に示すごとく、駆動部として、圧電アクチュエータ４を備えている。圧電アクチュエータ４は、図１１、図１２に示すごとく、軸方向に伸縮する圧電素子４０と、圧電素子４０を収容し、伸縮可能な伸縮部材１を備えた収容部材１０とを有する。伸縮部材１は、実施例１と同様の部材である。なお、インジェクタ７においては、燃料が噴射される噴口７４３が存在する側が先端側であり、その反対が後端側である。
以下、これを詳説する。
【００４０】
図１１に示すごとく、圧電素子４０は、圧電材料よりなる圧電層４２と導電性を有する内部電極層４３とを交互に積層してなるセラミック積層体４１を有している。セラミック積層体４１は、断面四角形状を呈しており、相互に対向する一対の電極接合面４１８、４１９を形成してなる。なお、セラミック積層体４１の断面形状としては、用途等によって円形、樽形、八角形等の様々な形状とすることもできる。
【００４１】
また、セラミック積層体４１の電極接合面４１８、４１９には、それぞれ側面電極４４が設けられている。各側面電極４４は、セラミック積層体４１の積層方向の一層おきの内部電極層４３と電気的に接続しており、かつ、一方の側面電極４４と電気的に接続している内部電極層４３は、他方の側面電極４４に対して電気的に絶縁した状態となっている。すなわち、本例のセラミック積層体４１は、いわゆる電極控え構造（部分電極構造）を有している。
【００４２】
側面電極４４の後端部は、セラミック積層体４１の後端面４１２に接合した後述のブロック部材４９に配設された電極端子４５に接合されている。側面電極４４の側面外周は、図示を省略したが、シリコーン樹脂よりなる絶縁樹脂でモールドされている。
【００４３】
圧電層４２は、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）よりなる圧電セラミックスで構成されている。内部電極層４３は、Ａｇ／Ｐｄ合金により構成されている。側面電極４４は、Ａｇフィラーをエポキシ樹脂中に含有させた導電性接着剤に、金属板を加工したメッシュ状のエキスパンドメタルを埋設して構成されている。
【００４４】
図１１に示すごとく、セラミック積層体４１の先端面４１１には、アルミナよりなる伝達部材４８が接合されている。伝達部材４８は、圧電素子４０の駆動力を駆動部１４に作用させるための部材である。一方、セラミック積層体４１の後端面４１２には、アルミナよりなる略円柱形状のブロック部材４９が接合されている。
【００４５】
また、収容部材１０の後端側には、ハウジング部６０が配設されている。ハウジング部６０は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）よりなり、円筒状を呈している。ハウジング部６０の内部には、一対のターミナルリード６２を収容するための二つの収容孔６１が軸方向に貫通して設けられている。また、ハウジング部６０の先端部は、収容部材１０の後端開口部１０２に挿入されており、溶接により接合されている。
【００４６】
また、ハウジング部６０は、二つの収容孔６１においてターミナルリード６２を一本ずつ収容している。ターミナルリード６２は、収容孔６１を貫通するように、収容孔６１に挿通させて収容されている。また、ハウジング部６０は、収容孔６１の後端開口部６１２において、ターミナルリード６２との間をガラスよりなるハーメチックシール６３によりシールしてなる。
【００４７】
また、図１１、図１２に示すごとく、収容部材１０は、有底円筒状を呈している。収容部材１０は、圧電素子４０の側面外方を覆う筒状の胴部１３と、胴部１３の先端開口部１３１に配設されると共に圧電素子４０の駆動力が作用する駆動部１４と、胴部１３と駆動部１４との間を連結するよう配設される伸縮部材１とにより構成されている。この伸縮部材１は、金属部材１１とその表面に形成された皮膜１２とを有する実施例１のダイヤフラム板からなる（図１及び図２参照）。
【００４８】
また、図１１、図１２に示すごとく、伸縮部材１は、胴部１３及び駆動部１４に対して溶接により接合されている。すなわち、胴部１３の先端開口部１３１は、駆動部１４及び伸縮部材１によって閉塞されている。
また、駆動部１４は、セラミック積層体４１の先端面４１１に接合された伝達部材４８の先端面４８１との間に隙間１９を形成している。隙間１９の軸方向の距離ｄは、３０μｍである。
【００４９】
図１０に示すごとく、インジェクタ７は、圧電アクチュエータ４が収容される上部ハウジング７２と、その下端に固定され、内部に噴射ノズル部７４が形成される下部ハウジング７３を有している。
【００５０】
上部ハウジング７２は略円柱状で、中心軸に対し偏心する縦穴７２１内に、圧電アクチュエータ４が挿通固定されている。縦穴７２１の側方には、高圧燃料通路７２２が平行に設けられ、その上端部は、上部ハウジング７２上側部に突出する燃料導入管７２３内を経て外部のコモンレール（図示略）に連通している。
【００５１】
上部ハウジング７２の上側部には、ドレーン通路７２４に連通する燃料導出管７２５が突設し、燃料導出管７２５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７２４は、縦穴７２１と駆動部となる圧電アクチュエータ４との間の隙間７０を経由し、さらに、この隙間７０から上下ハウジング７２、７３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７５１に連通してしる。
【００５２】
噴射ノズル部７４は、ピストンボデー７３１内を上下方向に摺動するノズルニードル７４１と、ノズルニードル７４１によって開閉されて燃料溜まり７４２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７４３を備えている。燃料溜まり７４２は、ノズルニードル７４１の中間部周りに設けられ、上記高圧燃料通路７２２の下端部がここに開口している。ノズルニードル７４１は、燃料溜まり７４２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７４４から閉弁方向の燃料圧を受けており、背圧室７４４の圧力が降下すると、ノズルニードル７４１がリフトして、噴孔７４３が開放され、燃料噴射がなされる。
【００５３】
背圧室７４４の圧力は３方弁７５１によって増減される。３方弁７５１は、背圧室７４４と高圧燃料通路７２２、またはドレーン通路７２４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７２２またはドレーン通路７２４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、圧電アクチュエータ４の駆動部１４により、その下方に配設される大径ピストン７５２、油圧室７５３、小径ピストン７５４を介して、駆動される。
【００５４】
円柱状の大径ピストン７５２は、円筒状のスプリングからなる伸縮部材２内に収容されている。この伸縮部材２は、金属部材２１と、その表面２１５、２１６に形成された皮膜２２とを有する実施例２のスリットスプリングからなる（図７及び図８参照）。伸縮部材２は、圧電アクチュエータ４内の圧電素子４０に予荷重を付与する（図１０、図１１参照）。
【００５５】
次に、インジェクタ７及び圧電アクチュエータ４の作動について説明する。圧電アクチュエータ４は、上述のように自動車エンジンの燃料噴射用のインジェクタ７に組み付けられている。まず、圧電アクチュエータ４をインジェクタ７に組み付け、圧電アクチュエータ４を使用状態にセットする。
【００５６】
このとき、インジェクタ７の伸縮部材２からの予荷重Ａによって、図１３（ａ）に示すごとく圧電素子４０の先端面（伝達部材４８の先端面４８１）と駆動部１４との間の隙間１９が無くなるように両者を密着させる。そして、収容部材１０の伸縮部材１を縮ませて伸縮部材１に応力を作用させた状態で、圧電アクチュエータ４をインジェクタ７に組み付ける。
すなわち、同図に示すごとく、圧電アクチュエータ４を使用状態にセットした場合において、圧電素子４０に対して電圧が印加されていない自然長の状態では、収容部材１０の伸縮部材１に応力ｆ１が作用する。
【００５７】
そして、図１３（ｂ）に示すごとく、圧電アクチュエータ４を使用状態にセットした場合において、圧電素子４０に対して電圧を印加して圧電素子４０を伸長させた状態では、圧電素子４０の駆動力が駆動部１４に作用する。そして、収容部材１０の伸縮部材１には、圧電素子４０の伸長に伴って応力ｆ２が作用する。ここで、本例では、予め伸縮部材１に応力ｆ１が作用しているため、最終的に伸縮部材１に作用する応力Ｆは、Ｆ＝ｆ２−ｆ１となる。
また、図１３（ｂ）の状態から圧電素子４０に対する電圧の印加を解除すれば、圧電素子４０は自然長の状態となり、図７（ａ）の状態に戻る。
【００５８】
次に、本例のインジェクタにおける作用効果について説明する。
本例のインジェクタ７においては、圧電アクチュエータ４が、圧電素子４０を収容する収容部材１０において、実施例１の伸縮部材１を備えている。また、インジェクタ７は、円柱状の大径ピストン７５２の周囲に実施例２の伸縮部材２を備えている。インジェクタ７において、これらの伸縮部材１、２は、ディーゼル燃料に浸漬される部位にある。そして、これらの伸縮部材１、２は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｍｏ合金（マルエージング鋼）からなる金属部材１１、１２と、その表面を覆う皮膜１２、２２とからなり、実施例１及び実施例２に示すごとく耐食性に優れている。そのため、例え燃料が水や酸を含んでいても、伸縮部材１、２の腐食を抑制することができ、伸縮部材１、２の破損を抑制することができる。特にマルエージング鋼は、伸長を繰り返した時における耐久性に優れる反面、水や酸による腐食を受けやすいという性質を有する。そのため、マルエージング鋼からなる金属部材１１、１２に、上記特定の皮膜１２、２２を形成することにより、耐食性の飛躍的な向上が可能になる。
【００５９】
このように、本例によれば、伸縮部材１、２の耐食性を向上させることができ、伸縮部材１、２の破損を抑制することができるインジェクタ７を提供することができる。
【００６０】
なお、本例では、伸縮部材１、２の構造としてダイヤフラム構造、円筒状のスプリング構造（スリットスプリング）を採用したが、コイルばね構造、板ばね構造、皿ばね構造、ベローズ構造等のその他のばね構造を採用することもできる。
【符号の説明】
【００６１】
１  伸縮部材
１１  金属部材
１２  皮膜
２  伸縮部材
２１  金属部材
２２  皮膜
【図１】
2015183661.tif 000003
【図２】
2015183661.tif 000004
【図３】
2015183661.tif 000005
【図４】
2015183661.tif 000006
【図５】
2015183661.tif 000007
【図６】
2015183661.tif 000008
【図７】
2015183661.tif 000009
【図８】
2015183661.tif 000010
【図９】
2015183661.tif 000011
【図１０】
2015183661.tif 000012
【図１１】
2015183661.tif 000013
【図１２】
2015183661.tif 000014
【図１３】
2015183661.tif 000015