(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体と内部電極とを交互に積層してなる積層型圧電素子と、該積層型圧電素子の伸縮方向一端部が固定されたベース部材と、前記積層型圧電素子が収容されるとともに、一端部が前記ベース部材に固定され、他端部が前記積層型圧電素子を前記ベース部材側に押圧する予荷重印加ケースと、該予荷重印加ケースが収容され、一端部が前記ベース部材に固定された外側ケースと、前記積層型圧電素子の他端部に設けられ、前記予荷重印加ケースの他端部の貫通孔を挿通し、前記積層型圧電素子の変位を前記外側ケースに伝達する変位伝達部材とを具備してなることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
外側ケースには、積層型圧電素子の伸縮方向に変形し易い易変形部が設けられていることを特徴とする請求項１項記載のアクチュエータ。
【請求項３】
噴射孔を有する収納容器と、該収納容器内に収容された請求項１又は２記載のアクチュエータと、該アクチュエータの駆動により前記噴射孔から液体を噴出させるバルブとを具備してなることを特徴とする噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータ及び噴射装置に係わり、例えば、光学装置等の精密位置決め装置や振動防止用の駆動素子、自動車用エンジンの燃料噴射用の駆動素子等に使用されるアクチュエータ及び噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、圧電体は、電圧を印加することにより伸縮する逆圧電効果を有している。しかしながら、圧電体１枚１枚の伸縮量は微量であることから、圧電体を複数枚積層して形成した積層型圧電素子を作製していた。この積層型圧電素子は、圧電体に電圧を印加して数〜数十μｍ伸長させ、アクチュエータの駆動力源とするものである。
【０００３】
ところで、従来、外気との遮断を行い、耐湿性の向上、及びオイルや燃料等の異物の侵入を防止するため、積層型圧電素子を金属ケース内に収容してアクチュエータが構成されており、積層型圧電素子の変位を金属ケースに伝達し、金属ケース自体を変位させることが行われている。
【０００４】
このようなアクチュエータとして、特開平６−２８３７７８号公報に開示されるようなものが知られている。この公報に開示されたアクチュエータでは、積層型圧電素子を金属ケースに封入することにより、外気との遮断を行い、耐湿性の向上、及びオイルや燃料等の侵入を防止している。
【０００５】
図５は、この公報に開示されたアクチュエータを示すもので、積層型圧電素子５１の一端がベース部材５２に固定され、該ベース部材５２には、蛇腹（ダイヤフラム）５３の開口部が嵌入され、これにより、積層型圧電素子５１に変位方向と逆向きの予荷重が印加されている。即ち、蛇腹（ダイヤフラム）５３が積層型圧電素子５１への予荷重の印加、及び変位量の伝達を行っている。
【０００６】
このようなアクチュエータでは、積層型圧電素子５１を全く接着剤を使用せず搭載することが可能となり、接着剤のアウトガスによる腐食などの不具合を防止できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平６−２８３７７８号報に開示されたアクチュエータでは、蛇腹５３により、積層型圧電素子５１に予荷重を印加するとともに、この蛇腹５３が変形することにより変位を伝達していたので、積層型圧電素子５１を高速で長期間変位させると、経時的に蛇腹５３が劣化していき、予荷重を印加できなくなり、アクチュエータとして機能しなくなるという問題があった。
【０００８】
また、このようなアクチュエータでは、積層型圧電素子５１に印加された荷重が除去された場合や温度変化が生じた場合に、蛇腹５３内の積層型圧電素子５１に寸法変化（寸法収縮）が生じるため、組み付け時に印加された予荷重を設計通りに印加できなくなり、蛇腹５３内にて積層型圧電素子５１がフリーな状態となり、蛇腹５３内にて自由に移動してしまうという問題があった。
【０００９】
また、この荷重フリーな状態で蛇腹５３内にて積層型圧電素子５１が動き、傾いた状態にてセットされると、片当たりの状態が生じ、この状態で駆動を行った場合、積層型圧電素子５１に曲げ応力が加わり、更に、これが長期に渡ると積層型圧電素子５１が破損するという問題があった。
【００１０】
即ち、本発明者によれば、積層型圧電素子は、図６の荷重印加時及び荷重除去時の積層型圧電素子の積層方向における寸法変化に示すように、積層型圧電素子は印加荷重の増加に伴い積層方向に収縮しており、この荷重を除去した場合、元の寸法（０点）に戻らずに、積層方向の寸法に収縮が生じることを確認した。
【００１１】
また、近年、アクチュエータは、その使用目的から、０℃以下の低温下や、２００℃前後の高温下など、様々な幅広い温度下で使用されるようになってきている。このような使用環境下においては、図７に示した雰囲気温度と積層型圧電素子の積層方向における寸法変化との関係に理解されるように、温度上昇に伴って積層方向の寸法が収縮していることを確認した。
【００１２】
この現象は、積層型圧電素子に使用される圧電磁器は、分極処理を施すことによって、電圧を印加した際に逆圧電効果を生じて伸長しているが、分極処理を施した圧電磁器は、温度上昇に伴いその材料のキュリー温度に近づくにつれ、分極処理によって１方向に向いていたドメインが未分極時の状態に戻っていくために発生しているためである。
【００１３】
これらの現象から、上記特開平６−２８３７７８号報に開示されたアクチュエータでは、積層型圧電素子に印加された荷重が除去された場合や温度変化が生じた場合に、蛇腹内の積層型圧電素子に寸法変化（寸法収縮）が生じるため、組み付け時に印加された予荷重がかからない状態となり、金属ケース内にて積層型圧電素子がフリーな状態となるという問題があった。
【００１４】
本発明は、外気との遮断を行い耐湿性を向上でき、オイルや燃料の侵入の防止を行なうことができるとともに、荷重変化や温度変化が生じた場合でも、常に積層型圧電素子の伸縮方向に予荷重が印加された状態で長期間駆動させることができるアクチュエータ及び噴射装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のアクチュエータは、圧電体と内部電極とを交互に積層してなる積層型圧電素子と、該積層型圧電素子の伸縮方向一端部が固定されたベース部材と、前記積層型圧電素子が収容されるとともに、一端部が前記ベース部材に固定され、他端部が前記積層型圧電素子を前記ベース部材側に押圧する予荷重印加ケースと、該予荷重印加ケースが収容され、一端部が前記ベース部材に固定された外側ケースと、前記積層型圧電素子の他端部に設けられ、前記予荷重印加ケースの他端部の貫通孔を挿通し、前記積層型圧電素子の変位を前記外側ケースに伝達する変位伝達部材とを具備してなるものである。
【００１６】
このようなアクチュエータでは、積層型圧電素子の変位を外部に伝達する外側ケースと、積層型圧電素子に予荷重を印加する予荷重印加ケースとが分離されているため、予荷重印加ケースを剛体で作製し、この予荷重印加ケースに、例えば、積層型圧電素子をベース部材側に押圧するバネ部材を設けることにより、予荷重印加ケースが伸縮することなく、積層型圧電素子に予荷重を印加することができ、荷重変化や温度変化による積層型圧電素子の寸法変化が生じた場合でも、常に積層型圧電素子の伸縮方向に予荷重を印加した状態で変位を伝達することが可能となる。
【００１７】
また、外側ケースにより、外気との遮断を行うことができ、これにより耐湿性を向上できるとともに、積層型圧電素子が外側ケースにより密閉されているので、オイルや燃料の侵入を防止できる。
【００１８】
また、本発明のアクチュエータでは、外側ケースには、積層型圧電素子の伸縮方向に変形し易い易変形部が設けられていることが望ましい。特に、外側ケースは金属製筒からなり、側面を蛇腹状に形成して構成されていることが望ましい。これにより、絞り加工等の塑性加工により外側ケースを安価に作製することができるとともに、外側ケースの易変形部が、積層型圧電素子の伸縮方向に容易に変形できる。
【００１９】
また、本発明のアクチュエータでは、積層型圧電素子の伸縮方向における外側ケースのバネ定数が３０〜１００ｋｇｆ／ｍｍであることが望ましい。これにより、積層型圧電素子が発生する変位量を低下することなく外部に伝達することができるとともに、積層型圧電素子が変位する際に易変形部から受ける反力による衝撃を小さくできるため、耐久性を向上できる。
【００２０】
本発明の噴射装置は、噴射孔を有する収納容器と、該収納容器内に収容された上記アクチュエータと、該アクチュエータの駆動により前記噴射孔から液体を噴出させるバルブとを具備してなるものである。このような噴射装置では、アクチュエータが、耐湿性を向上し、オイルや燃料の侵入を防止できるとともに、常に積層型圧電素子の伸縮方向に予荷重を印加した状態で変位を伝達することができるため、長期間良好な噴射特性を維持できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明のアクチュエータは、図１に示すように、積層型圧電素子１が予荷重印加ケース３内に収容され、該予荷重印加ケース３が外側ケース５内に収容されて構成され、予荷重印加ケース３、外側ケース５の一端部に形成された開口部が、ベース部材６に嵌入固定されている。
【００２２】
積層型圧電素子１は、圧電体７と内部電極９とを交互に積層して構成され、その側面に一対の外部電極１０を有している。また、伸縮方向の両端には、不活性体１３ａ、１３ｂが形成されている。これらの不活性体１３ａ、１３ｂは、積層型圧電素子１を機械的に保持し、発生する力を外部へ伝達するものである。
【００２３】
具体的には、図２に示すように、内部電極９の端部には１層おきに絶縁体１４が形成され、絶縁体１４が形成されていない内部電極９の端部が、同一の外部電極１０に接続されている。
【００２４】
圧電体７は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3（以下ＰＺＴと略す）或いは、チタン酸バリウムＢａＴｉＯ3を主成分とする圧電セラミック材料などが使用されるが、これらに限定されるものではなく、圧電性を有するセラミックスであれば何れでも良い。
【００２５】
なお、この圧電体材料としては、圧電歪み定数ｄ33が高いものが望ましい。また、圧電体７の厚み、つまり内部電極９間の距離は、小型化および高い電界を印加するという点から０．０５〜０．２５ｍｍであることが望ましい。
【００２６】
内部電極９は、焼結時には素子本体の全ての側面に露出しているが、そのうち２つの側面において、内部電極９端部を含む圧電体７の端部１層おきに溝が形成され、該溝にガラス、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シリコーンゴム等が充填されて絶縁体１４が形成されている。なお、絶縁体１４は低ヤング率の材質、例えばシリコーンゴム等が好ましい。
【００２７】
このように、内部電極９は互い違いに１層おきに絶縁され、絶縁されていない内部電極９の他方の端面は、予め素子本体の側面に塗布しておいた熱硬化性導電性接着剤に導電性部材を密着させた状態で、熱硬化性導電性接着剤を塗布し加熱硬化させることにより、外部電極１０に接続されている。
【００２８】
また、予荷重印加ケース３には、図１に示すように、積層型圧電素子１に伸縮方向（圧電体の積層方向）に荷重を印加する予荷重印加部が設けられている。即ち、予荷重印加ケース３は、筒状のケース本体３ａと、ケース本体３ａの内周に嵌合する荷重印加用リング３ｂとから構成されており、荷重印加用リング３ｂの下面には、積層型圧電素子１を下方に押圧するバネ部材１１が当接し、荷重印加用リング３ｂを反力として、バネ部材１１により、積層型圧電素子１がベース部材６側に押圧されている。予荷重印加部は、荷重印加用リング３ｂとバネ部材１１により構成されている。
【００２９】
外側ケース５は、断面が筒状のケース本体５ａと、このケース本体５ａの上端部に嵌入された上端封止部材５ｂとから構成され、内部の積層型圧電素子１が気密に収納されている。
【００３０】
外側ケース５のケース本体５ａには、蛇腹状の易変形部２１が設けられている。この易変形部２１は、絞り加工等の塑性加工により安価に作製することができるとともに、積層型圧電素子１の伸縮方向に容易に変形できる。
【００３１】
易変形部２１は、厚み０．１〜０．４ｍｍのＳＵＳ３０４やＳＵＳ４０１Ｌなどの金属製円筒を絞り加工等の塑性加工することにより得られる。尚、本発明では、ケース本体５ａ全体が上記材料から構成されている。
【００３２】
また、積層型圧電素子１の伸縮方向におけるケース本体５ａ（易変形部）のバネ定数は３０〜１００ｋｇｆ／ｍｍとされている。易変形部２１のバネ定数は、図３に示すバネ定数と積層型圧電素子１の変位量との関係から理解されるように、易変形部２１のバネ定数が高くなるに伴い、積層型圧電素子１の変位量が低下しているため、積層型圧電素子１の変位を低下させることなく伝達するために、３０〜１００ｋｇｆ／ｍｍであることが望ましい。
【００３３】
また、積層型圧電素子１が変位する際、易変形部２１の反力による衝撃が積層型圧電素子１に加わり、特に電圧のパルス印加による連続駆動などでは、この衝撃が繰り返し印加されると、積層型圧電素子１の耐久性を劣化させるため、バネ定数は、特に３０〜６０ｋｇｆ／ｍｍが望ましい。そして、易変形部２１のバネ定数がバネ部材１１より大きくなると、積層型圧電素子１の発生する変位が、この易変形部２１により拘束され、変位が低下するため、易変形部２１のバネ定数は、バネ部材１１よりも小さいことが望ましい。
【００３４】
尚、易変形部２１としては、特にケース本体５ａを蛇腹状に形成して構成することに限定されるものではなく、例えば、ケース本体５ａの一部を変形し易い金属材料で形成しても良い。
【００３５】
ベース部材６には、一対のハーメチックリードピン１５が設けられており、これらのハーメチックリードピン１５の一端は、ベース部材６に固定された積層型圧電素子１の外部電極１０にそれぞれ接続されている。
【００３６】
積層型圧電素子１の不活性部１３ｂには変位伝達部材２３が設けられており、この変位伝達部材２３は、不活性部１３ｂに当接する拡径部２３ａと、この拡径部２３ａに設けられた棒状体２３ｂとから構成されている。棒状体２３ｂは、荷重印加用リング３ｂの貫通孔を挿通し、外側ケース５の上端封止部材５ｂに当接している。
【００３７】
予荷重印加ケース３の上端内部には、ＳＵＳ等の金属製荷重印加用リング３ｂがレーザー溶接などの方法で溶接されており、コイルバネや皿バネなどのバネ部材１１が荷重印加用リング３ｂで押すことにより積層型圧電素子１に荷重印加を行なっているため、このバネ部材１１のバネ定数も易変形部２１のバネ定数と同様に、積層型圧電素子１の変位を低下させることがないように、３０〜１００ｋｇｆ／ｍｍが望ましい。
【００３８】
積層型圧電素子１の封止に用いた、ケース本体５ａ、予荷重印加ケース３、荷重印加用リング３ｂ、ベース部材６、及び上端封止部材５ｂは、レーザー溶接などによりそれぞれ溶接されている。この際、各部材が異種材の場合、各部材の線膨張差の影響により、溶接後の冷却時に溶接部にクラックが生じるため、気密封止が困難となるため、これらの部材は同材質とすることが望ましい。
【００３９】
本発明のアクチュエータは、先ず、積層型圧電素子１を作製する。チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3などの圧電体セラミックスの仮焼粉末と、有機高分子からなるバインダーと、可塑剤とを混合したスラリーを作製し、スリップキャステイング法により、厚み５０〜２５０μｍのセラミックグリーンシートを作製する。
【００４０】
このグリーンシートの片面に内部電極９となる銀−パラジウムを主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷法により１〜１０μｍの厚みに印刷する。この導電性ペーストを乾燥させた後、導電性ペーストが塗布された複数のグリーンシートを所定の枚数だけ積層し、この積層体の積層方向の両端部に、導電性ペーストが塗布されていないグリーンシートを積層する。
【００４１】
次に、この積層体を５０〜２００℃で加熱を行いながら加圧を行い、積層体を一体化する。一体化された積層体は所定の大きさに切断された後、４００〜８００℃で５〜４０時間、脱バインダが行われ、９００〜１２００℃で２〜５時間の本焼成が行われ、素子本体となる積層焼結体を得る。この素子本体の側面には、内部電極９の端部が露出している。
【００４２】
その後、素子本体の２つの対向する側面において、内部電極９端部を含む圧電体７の端部に該２側面において互い違いになるように、１層おきに深さ５０〜５００μｍ、積層方向の幅５０〜３００μｍの溝を形成し、該溝にシリコーンゴム等を充填する。
【００４３】
このあと、素子本体の側面に外部電極ペーストを塗布し、乾燥して外部電極１０を形成し、積層型圧電素子１の外周面にデイッピング等の方法により、シリコーンゴムを被覆する。その後、外部電極１０に０．１〜３ｋＶの分極電圧を印加し、積層型圧電素子１全体を分極処理することで、最終的な積層型圧電素子１を得る。
【００４４】
この様にして得られた積層型圧電素子１を、接着剤を用いてベース部材６に固定した後、積層型圧電素子１の外部電極１０とハーメチックリードピン１５とを半田などで接続する。次に、変位伝達部材２３に皿バネなどのバネ部材１１をセットし、変位伝達部材２３の拡径部２３ａを積層型圧電素子１の上端に乗せ、荷重印加用リング３ｂがレーザー溶接などの方法で溶接された予荷重印加ケース３を被せ、加圧用プレス器にて５０〜１５０ｋｇｆの予荷重を印加した状態にて、予荷重印加ケース３の下端部とベース部材６とをレーザー溶接などの方法で溶接する。
【００４５】
その後、外側ケース５を被せ、ケース本体５ａの下端部とベース部材６とをレーザー溶接などの方法で溶接する。上端封止部材５ｂをケース本体５ａの上面に乗せ、変位伝達部材２３が上端封止部材５ｂに当接するように加圧用プレス器にて荷重５〜２０ｋｇｆを印加し、この状態でレーザー溶接等の方法で溶接することにより、本発明のアクチュエータを作製できる。
【００４６】
図４は、本発明の噴射装置を示すもので、図において符号３１は収納容器を示している。この収納容器３１の一端には噴射孔３３が設けられ、また収納容器３１内には、噴射孔３３を開閉することができるニードルバルブ３５が収容されている。
【００４７】
噴射孔３３には燃料通路３７が連通可能に設けられ、この燃料通路３７は外部の燃料供給源に連結され、燃料通路３７に常時一定の高圧で燃料が供給されている。従って、ニードルバルブ３５が噴射孔３３を開放すると、燃料通路３７に供給されていた燃料が一定の高圧で内燃機関の図示しない燃料室内に噴出されるように形成されている。
【００４８】
また、ニードルバルブ３５の上端部は直径が大きくなっており、収納容器３１に形成されたシリンダ３９と摺動可能なピストン４１となっている。そして、収納容器３１内には、上記したアクチュエータ４３が収納されている。
【００４９】
このような噴射装置では、アクチュエータ４３が電圧を印加されて伸長すると、ピストン４１が押圧され、ニードルバルブ３５が噴射孔３３を閉塞し、燃料の供給が停止される。また、電圧の印加が停止されるとアクチュエータ４３が収縮し、皿バネ４５がピストン４１を押し返し、噴射孔３３が燃料通路３７と連通して燃料の噴射が行われるようになっている。
【００５０】
【実施例】
チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3などの圧電体セラミックスの仮焼粉末と、有機高分子からなるバインダーと、可塑剤とを混合したスラリーを作製し、スリップキャステイング法により、厚み１５０μｍのセラミックグリーンシートを作製した。
【００５１】
このグリーンシートの片面に内部電極９となる銀−パラジウムを主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷法により５μｍの厚みに印刷し、導電性ペーストを乾燥させた後、導電性ペーストが塗布された複数のグリーンシートを４００枚積層し、この積層体の積層方向の両端部に、導電性ペーストが塗布されていないグリーンシートを１０枚積層した。
【００５２】
次に、この積層体を１００℃で加熱を行いながら加圧を行い、積層体を一体し、１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさに切断した後、８００℃で１０時間の脱バインダを行い、１１００℃で２時間の本焼成を行ない素子本体を得た。
【００５３】
その後、素子本体の２つの側面において、内部電極９端部を含む圧電体７の端部に該２側面において互い違いになるように、１層おきに深さ１００μｍ、積層方向の幅５０μｍの溝を形成し、絶縁体１４を充填した。この後、絶縁されていない内部電極９の他方の端面は、予め塗布しておいた導電性耐熱接着剤に厚み０．５ｍｍの導電性部材の銀箔を密着させた状態で２００℃で加熱し、加熱硬化させることにより、外部電極１０を形成し、この後、外周面にデイッピング法により、シリコーンゴムを被覆した後、１ｋＶの分極電圧を印加し、素子全体を分極処理して積層型圧電素子１を作製した。
【００５４】
この積層型圧電素子１とＳＵＳ３０４製のベース部材６をエポキシ樹脂にて接着した後、ハーメチックリードピン１５と外部電極１０を半田にて接続した。次に、荷重印加部のバネ定数が５０ｋｇｆ／ｍｍとなるように３直列に並べたＪＩＳＨ４の皿バネを、交互に重ねて４並列に設定してバネ部材１１を形成し、これを変位伝達部材２３に乗せた後、積層型圧電素子１の上部へ置いた。
【００５５】
これに、ＳＵＳ３０４製の厚み０．１ｍｍの円筒に、ＳＵＳ３０４製の荷重印加用リング３ｂをレーザー溶接して作製した予荷重印加ケース３を被せ、加圧用プレス器予荷重５０ｋｇｆを印加して、ベース部材６にレーザー溶接器にて溶接した。
【００５６】
次に、ＳＵＳ３０４製の厚み０．１５ｍｍの円筒を絞り加工にて、バネ定数が３０ｋｇｆ／ｍｍとなるように易変形部２１を形成して作製したケース本体５ａを被せ、ベース部材６にレーザー溶接器にて溶接した。
【００５７】
この後、上端封止部材５ｂをケース本体５ａに乗せ、変位伝達部材２３が上端封止部材５ｂに当接するように加圧用プレス器にて荷重５ｋｇｆを印加し、レーザー溶接し、積層型圧電素子１を気密封止して、本発明のアクチュエータを作製した。
【００５８】
また、比較の為に、バネ定数３０ｋｇｆ／ｍｍの蛇腹部を形成した金属ケース内に積層型圧電素子を収容し、蛇腹を用いて予荷重印加を行う図５に示すアクチュエータを作製した。尚、金属ケースを溶接する際、５ｋｇｆの荷重を印加してレーザー溶接を行った。
【００５９】
まず、これらの変位特性を比較するために、印加電圧０〜２００Ｖにて電圧・変位特性を測定した結果、両アクチュエータともに、変位量４０μｍを発生しており、変位特性に差がないことが分かった。
【００６０】
次に、耐久性を比較するために、雰囲気温度１００℃、湿度９０％下で、０Ｖから＋２００Ｖの直流電界を５０Ｈｚの周波数にて印加する耐久試験を行った。その結果、本発明品は変位量４０μｍで１×１０9回でも問題無く駆動するのを確認した。また、耐久試験終了後に、アクチュエータ外観を観察した結果、長期駆動によるクラック等の発生がなく、易変形部、及び予荷重印加部共に劣化がないことを確認した。
【００６１】
また、比較用のアクチュエータでは、１×１０7回にて駆動しなくなった。このアクチュエータを分解し、封止した積層型圧電素子を観察した結果、不活性体近傍より、クラックが生じ、この部位を起点に両極間にてショートしているのが確認された。この不活性体近傍のクラックは、温度上昇に伴なう積層型圧電素子の寸法変化により、金属ケース内にて積層型圧電素子が片当たりの状態となり、曲げの応力が生じたために発生した。
【００６２】
また、図５のアクチュエータにて、長期間駆動による易変形部の劣化がないか確認するために、寸法変化が生じても位置ズレが発生しないように、蛇腹を用いて予荷重５０ｋｇｆを印加し、レーザー溶接を行い、比較用アクチュエータを作製した。このアクチュエータを雰囲気温度１００℃、湿度９０％下で、０Ｖから＋２００Ｖの直流電界を５０Ｈｚの周波数にて印加する耐久試験を行った。
【００６３】
その結果、変位量４０μｍで１×１０9回でも問題無く駆動するのを確認したものの、蛇腹の外観を観察した結果、クラックが発生しているのを確認した。これは、蛇腹を用いて予荷重５０ｋｇｆを印加したために、長期駆動による蛇腹の劣化が促進されたためと考えられる。この結果から、本発明品は、予荷重印加部と易変形部を分けて設けていることから、長期間駆動においても、金属ケースの劣化がなく、耐久性に優れていることが判る。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明のアクチュエータでは、積層型圧電素子の変位を外部に伝達する外側ケースと、積層型圧電素子に予荷重を印加する予荷重印加ケースとが分離されているため、予荷重印加ケースを剛体で作製し、この予荷重印加ケースに、例えば、積層型圧電素子をベース部材側に押圧するバネ部材を設けることにより、予荷重印加ケースが伸縮することなく、積層型圧電素子に予荷重を印加することができ、荷重変化や温度変化による積層型圧電素子の寸法変化が生じた場合でも、常に積層型圧電素子の伸縮方向に予荷重を印加した状態で変位を伝達することができる。
【００６５】
また、外側ケースにより、外気との遮断を行うことができ、これにより耐湿性を向上できるとともに、積層型圧電素子が外側ケースにより密閉されているので、オイルや燃料の侵入を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアクチュエータを示す縦断面図である。
【図２】積層型圧電素子の一例を示す斜視図である。
【図３】バネ定数と積層型圧電素子の変位量の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の噴射装置を示す説明図である。
【図５】従来のアクチュエータを示す断面図である。
【図６】荷重印加及び荷重除去時の積層型圧電素子の寸法変化を示すグラフである。
【図７】雰囲気温度と積層型圧電素子の寸法変化の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・・積層型圧電素子
３・・・予荷重印加ケース
５・・・外側ケース
６・・・ベース部材
７・・・圧電体
９・・・内部電極
２３・・・変位伝達部材
２１・・・易変形部
３１・・・収納容器
３３・・・噴射孔
３５・・・バルブ
４３・・・アクチュエータ
【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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【図６】
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【図７】
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