(57)【要約】【課題】モジュールに予荷重を付与した状態で収容するケースの閉蓋を確実に行え、適切な予荷重をモジュールに付与することができるアクチュエータの製造方法およびアクチュエータを提供する。【解決手段】アクチュエータ１のケース１０内に積層型圧電素子からなるモジュールと、その変位をアクチュエータ１の外部に取り出すためのプッシュロッド４０とを収容し、プッシュロッドのロッド部４１の周囲に皿ばねを配置する。その状態でケース１０の先端側開口部１１から上蓋２０を係合する。上蓋２０は皿ばねによる反力を受けるが押圧治具２００により荷重が付与され、上蓋２０の外面２１とケース１０の先端面１５とが同一平面上に揃えられる。この状態で押圧治具２００の露出部２０４から露出されたケース１０と上蓋２０との合わせ部分が仮溶接され、押圧治具２００が取り外されて、合わせ部分全体に本溶接が施される。【選択図】図７
2007109990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一端側に開口部を有し、軸線方向に延びるケースと、前記ケースの前記開口部を閉蓋する蓋体と、前記ケース内に収容され、通電により前記ケースの軸線方向に沿って伸縮するモジュールと、前記ケース内に収容され、前記モジュールに対し前記ケースの軸線方向に向かう付勢力を付与する付勢手段とを備えたアクチュエータを製造する方法であって、
前記蓋体に荷重を付与し、前記ケース内に収容された前記モジュールを前記付勢手段を介して圧縮しつつ、前記開口部を前記蓋体にて閉蓋した状態で、前記ケースと前記蓋体との合わせ部分に対し溶接を施して仮止めする仮止め工程と、
前記仮止め工程後に、前記ケースと前記蓋体との合わせ部分に対し本溶接を施して両者を接合する接合工程と
を備えたことを特徴とするアクチュエータの製造方法。
【請求項２】
前記仮止め工程では、前記蓋体を前記ケースの開口部内に配置させた状態で、前記蓋体に荷重を付与する方向から、前記ケースの内周面と前記蓋体の外周面との合わせ部分に対し溶接を施して両者を仮止めすることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータの製造方法。
【請求項３】
前記仮止め工程において、前記蓋体に荷重を付与するために治具を用い、その治具には、前記蓋体に荷重を付与する方向に向けて前記ケースと前記蓋体との合わせ部分の一部を露出させる露出部が設けられており、
前記仮止め工程では、前記治具にて前記蓋体に荷重を付与した状態で、前記治具の前記露出部から露出された前記ケースと前記蓋体との合わせ部分に対し仮止めを施すことを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータの製造方法。
【請求項４】
前記蓋体の外周面と前記ケースの内周面との双方には前記モジュールから遠ざかる側の周縁に面取部が設けられており、前記蓋体を前記ケースの開口部内に配置させた状態で、且つ前記面取部が向かい合って形成される空間内に溶接部が収容されるように前記溶接および前記本溶接を施すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のアクチュエータの製造方法。
【請求項５】
前記仮止め工程では、前記ケースと前記蓋体との合わせ部分に対し、等間隔に少なくとも３箇所以上、溶接が施されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のアクチュエータの製造方法。
【請求項６】
前記モジュールは、圧電焼結体層と内部電極層とを交互に積層した積層型圧電素子を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のアクチュエータの製造方法。
【請求項７】
少なくとも一端側に開口部を有し、軸線方向に延びるケースと、
前記ケースの前記開口部を閉蓋する蓋体と、
前記ケース内に収容され、前記ケースの軸線方向に沿って伸縮するモジュールと、
前記ケース内に収容され、前記モジュールに対し前記ケースの軸線方向に向かう付勢力を付与する付勢手段と
を備えるアクチュエータであって、
前記蓋体は、前記ケース内に収容された前記モジュールを前記付勢手段を介して圧縮しつつ、前記開口部を閉蓋しており、
前記ケースと前記蓋体との合わせ部分の周方向に断続的に形成された溶接部と、
前記合わせ部分の周方向にわたって形成された全周溶接部と
を有することを特徴とするアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通電により伸縮するモジュールに予荷重をかけた状態でケース内に収容したアクチュエータの製造方法およびアクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の燃料噴射装置や光学装置等の精密位置決め装置の駆動手段として、例えば、電圧の印加に応じて伸縮するモジュールをケース内に収容したアクチュエータが利用される場合がある。このようなアクチュエータのモジュールの一例として、圧電磁器組成物からなる圧電焼結体層と、これに接する内部電極層とを交互に積層した積層型圧電素子が知られている。積層型圧電素子では、個々の圧電焼結体の圧電効果による機械的変位が小さくとも、複数の圧電焼結体を電気的に並列になるように、且つ電圧印加により厚さ方向にかかる伸び方向が一致するように積層させることで、素子全体として大きな変位量を得ることができる。
【０００３】
ところで、このようなモジュールとして圧電素子を用いる場合、急激な電圧が印加された場合や伸縮を高速に繰り返した場合に素子が破損する虞がある。そこで、付勢手段（皿ばねユニット）と共に圧電素子（アクチュエータ本体）をケース（緊張スリーブ）内に収容した状態でケースを閉蓋し、圧電素子の変位によって発生する力をケース外に取り出す構成とすれば、素子の破損を防止することができる（例えば特許文献１参照。）。また、ケース（外筒）と蓋体（キャップ）との固定を螺合によって行うこともできる（例えば特許文献２参照。）。
【特許文献１】特表２００２−５３７５１５号公報
【特許文献２】特許第３０２１６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、筒状の緊張スリーブ内にアクチュエータ本体とロッド状の支持エレメントを収容し、ロッドの周囲に皿ばねユニットを配置し、さらに蓋体（蓋部分）の中心孔にロッドを挿通しつつ蓋体で皿ばねユニットを押圧した状態で、蓋体の外周を緊張スリーブの本体に溶接することで、アクチュエータ本体に予荷重を付与した状態で閉蓋している。つまり、蓋体にて緊張スリーブを閉蓋する際には、蓋体が皿ばねユニットから反力を受けた状態のまま溶接作業を行う必要がある。例えばレーザ溶接等により緊張スリーブの外周全周にわたって溶接を行うには、緊張スリーブを回転させながら行う必要があり、機械的な振動により蓋体の押圧力にムラが生ずると、皿ばねユニットからの反力で蓋体に浮きが生じたまま溶接がなされてしまい、適切な予荷重をアクチュエータ本体に付与できない虞があった。
【０００５】
また、特許文献２のように、蓋体とケースとの固定をねじ止めによって行った場合、製造される個体間で蓋体とケースとの位置関係を一定とすることが難しく、モジュールに付与される予荷重にばらつきが生ずる虞がある。このため、製造過程において、モジュールに付与される予荷重を測定し、個体差が生じないように調整しながらねじ止めする必要があり、手間がかかるという問題があった。また、アクチュエータの使用中にねじ緩みが生ずると、モジュールに付与される予荷重の大きさが変わってしまう虞があった。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、モジュールに予荷重を付与した状態で収容するケースの閉蓋を確実に行え、適切な予荷重をモジュールに付与することができるアクチュエータの製造方法およびアクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のアクチュエータの製造方法は、少なくとも一端側に開口部を有し、軸線方向に延びるケースと、前記ケースの前記開口部を閉蓋する蓋体と、前記ケース内に収容され、通電により前記ケースの軸線方向に沿って伸縮するモジュールと、前記ケース内に収容され、前記モジュールに対し前記ケースの軸線方向に向かう付勢力を付与する付勢手段とを備えたアクチュエータを製造する方法であって、前記蓋体に荷重を付与し、前記ケース内に収容された前記モジュールを前記付勢手段を介して圧縮しつつ、前記開口部を前記蓋体にて閉蓋した状態で、前記ケースと前記蓋体との合わせ部分に対し溶接を施して仮止めする仮止め工程と、前記仮止め工程後に、前記ケースと前記蓋体との合わせ部分に対し本溶接を施して両者を接合する接合工程とを備えている。
【０００８】
また、請求項２に係る発明のアクチュエータの製造方法は、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記仮止め工程では、前記蓋体を前記ケースの開口部内に配置させた状態で、前記蓋体に荷重を付与する方向から、前記ケースの内周面と前記蓋体の外周面との合わせ部分に対し溶接を施して両者を仮止めすることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に係る発明のアクチュエータの製造方法は、請求項１または２に記載の発明の構成に加え、前記仮止め工程において、前記蓋体に荷重を付与するために治具を用い、その治具には、前記蓋体に荷重を付与する方向に向けて前記ケースと前記蓋体との合わせ部分の一部を露出させる露出部が設けられており、前記仮止め工程では、前記治具にて前記蓋体に荷重を付与した状態で、前記治具の前記露出部から露出された前記ケースと前記蓋体との合わせ部分に対し仮止めを施すことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に係る発明のアクチュエータの製造方法は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記蓋体の外周面と前記ケースの内周面との双方には前記モジュールから遠ざかる側の周縁に面取部が設けられており、前記蓋体を前記ケースの開口部内に配置させた状態で、且つ前記面取部が向かい合って形成される空間内に溶接部が収容されるように前記溶接および前記本溶接を施すことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５に係る発明のアクチュエータの製造方法は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記仮止め工程では、前記ケースと前記蓋体との合わせ部分に対し、等間隔に少なくとも３箇所以上、溶接が施されることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６に係る発明のアクチュエータの製造方法は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記モジュールは、圧電焼結体層と内部電極層とを交互に積層した積層型圧電素子を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項７に係る発明のアクチュエータは、少なくとも一端側に開口部を有し、軸線方向に延びるケースと、前記ケースの前記開口部を閉蓋する蓋体と、前記ケース内に収容され、前記ケースの軸線方向に沿って伸縮するモジュールと、前記ケース内に収容され、前記モジュールに対し前記ケースの軸線方向に向かう付勢力を付与する付勢手段とを備えるアクチュエータであって、前記蓋体は、前記ケース内に収容された前記モジュールを前記付勢手段を介して圧縮しつつ、前記開口部を閉蓋しており、前記ケースと前記蓋体との合わせ部分の周方向に断続的に形成された溶接部と、前記合わせ部分の周方向にわたって形成された全周溶接部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明のアクチュエータの製造方法では、モジュールと付勢手段を収容したケースの開口部を蓋体で閉蓋し、その蓋体に荷重を付与した状態のまま、ケースと蓋体との仮止めを行うので、仮止め後に蓋体への荷重付与を開放しても、付勢手段からの反力による蓋体の浮きが生ずることがなく、ケースと蓋体とが位置決めされたままの状態を維持する。その状態でケースと蓋体との合わせ部分に本溶接を行うことから、ケースと蓋体とが正しく位置決めされた状態で良好に接合され、狙いとする大きさの予荷重を付勢手段を介して適切にモジュールに付与することができる。ケース内に収容されるモジュールに付勢手段を介して付与される予荷重の大きさは、ケースと蓋体との本溶接時に変化することがなく、製造される同一品番のアクチュエータ毎に予荷重の大きさがばらつくのを抑制することができる。
【００１５】
ところで、仮止めを施す前にケースの開口部を蓋体で閉蓋するが、この場合、蓋体をケースの端面に載置させるようにして開口部を閉蓋してもよいし、蓋体をケースの開口部内に配置させて開口部を閉蓋してもよい。このとき、ケースにセットした蓋体が仮止め前に位置ずれを起こさないようにするには、蓋体をケースの開口部内に配置させ、その開口部によって蓋体が位置決めされた状態とするのが好ましい。また、蓋体をケースの開口部内に配置させるにあたっては、蓋体をケースの開口部に圧入させてもよいし、隙間ばめにより配置させてもよい。ただし、蓋体をケース内に圧入させる場合、蓋体がケースの軸線方向に対して傾いて固定される可能性があり、それを矯正するには手間を要する。それよりも、ケースと蓋体との間に僅かなクリアランスが生ずるように蓋体の外径よりもケースの開口部内径を大きく構成し、隙間ばめによりケースと蓋体とを係合した状態で仮止めを施すとよい。このようにすれば、蓋体をケースの軸線方向に対して傾かせることなく容易にケースに配置させることができ、製造の際にかかる手間を軽減する観点から好ましい。
【００１６】
なお、本発明において、通電によりケースの軸線方向に沿って伸縮するモジュールとしては、圧電素子や電歪効果型素子を挙げることができる。
【００１７】
また、請求項２に係る発明のように、蓋体をケースの開口部内に配置させた状態で蓋体に荷重を付与する方向からケースと蓋体との仮止めのための溶接を行えば、ケースと蓋体との位置ずれが生じにくく、確実な仮止めを行うことができる。
【００１８】
また、ケースと蓋体との仮止めを行うにあたり、蓋体に荷重を付与した状態を維持して効率よく仮止めするには、請求項３に係る発明のように、治具を用いると容易に行うことができる。さらに治具に露出部を設け、露出部からケースと蓋体との合わせ部分の一部を露出させれば、蓋体の仮止めの際に治具をずらしつつ溶接を行う必要がない。
【００１９】
そして、請求項４に係る発明のように、蓋体の外周面とケースの内周面の双方の周縁に面取部を設け、面取部が向かい合って形成される空間内に溶接部が収容されるように溶接（仮止め工程時の溶接）および本溶接（接合工程時の本溶接）を施すことで、盛り上がるようにして形成される溶接部が面取りされた部分よりも外方に突出されることがない。つまり、ケースや蓋体の外面に溶接部が突出しないため、溶接部を研磨する作業を必要とせずに、アクチュエータの外観（面出し）を綺麗に仕上げることができ、また、駆動対象（燃料噴射装置など）に設置する際の基準面として、この面を好適に用いることができる。
【００２０】
さらに、請求項５に係る発明のように、ケースと蓋体との溶接による仮止めを等間隔に少なくとも３箇所以上で行えば、その溶接箇所にて平面が決まるため、ケース内の付勢手段の反力による蓋体の傾きや浮き等を防止することができる。
【００２１】
また、請求項６に係る発明では、モジュールとして圧電焼結体層と内部電極層とを交互に積層した積層型圧電素子を用いたので、電圧印加に対する応答性が高く、また、動作に対する信頼性が高いアクチュエータを作製することができる。また、圧電素子を積層型に構成したことで、モジュール全体としての変位を大きくすることができる。また、積層した圧電焼結体層の段数を任意に設定することで、モジュール全体の変位の大きさを容易に設定することもできる。このようなモジュールは、１つの積層型圧電素子で構成してもよいし、複数の積層型圧電素子を厚み方向に積み重ね、全体を１つのモジュールとして構成してもよい。
【００２２】
また、請求項７に係る発明のアクチュエータでは、ケースと蓋体との合わせ部分の周方向に断続的に形成された溶接部と、その合わせ部分の周方向にわたって形成された全周溶接部との両者を有することで、蓋体がケースから浮き上がることなく、付勢手段を介して狙った予荷重をモジュールに適切に付与させたアクチュエータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を具体化したアクチュエータの製造方法およびアクチュエータの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１〜図５を参照し、本発明に係るアクチュエータの一例として、積層型圧電素子１００を内蔵したアクチュエータ１の全体の構造について説明する。図１は、アクチュエータ１の縦断面図である。図２は、積層型圧電素子１００の斜視図である。図３は、積層型圧電素子１００の縦断面図である。図４は、スペーサ１３０の斜視図である。図５は、図１の一点鎖線Ａ−Ａにおいて矢視方向からみたアクチュエータ１の断面図である。なお、軸線Ｏ方向において、プッシュロッド４０の配置された側（図１における上側）をアクチュエータ１の先端側、反対側を後端側として説明する。
【００２４】
本実施の形態のアクチュエータ１は、例えば自動車の燃料噴射装置（インジェクタ）の動力源として利用され、電圧の印加に伴いプッシュロッド４０を変位させて駆動力を伝達し、インジェクタの燃料噴射口の開閉を行うものである。図１に示すように、アクチュエータ１は、金属製円筒状のケース１０の両端を上蓋２０と底蓋３０とで閉蓋し、内部に、プッシュロッド４０に変位を生じさせるモジュール１５０を収容した構造を有する。
【００２５】
底蓋３０はケース１０の内径よりやや大きい外径を有する円盤状に形成され、ケース１０の後端側開口部１２からケース１０内に圧入嵌合されている。そして外面３１がケース１０の後端面１６と同一平面上に揃えられた状態で、両者の合わせ部分が全周にわたって溶接されている。底蓋３０の外面３１と外周面３９とがなす稜部分、およびケース１０の後端面１６と内周面１９とがなす稜部分には、それぞれＣ面取りが施されている。
【００２６】
また、ケース１０の先端側開口部１１には、ケース１０の内径よりやや小さな外径を有する円盤状の上蓋２０が嵌められており、底蓋３０と同様に、外面２１がケース１０の先端面１５と同一平面上に揃えられた状態でケース１０と一体に溶接されている。そして上記同様に、上蓋２０の外面２１と外周面２９とがなす稜部分（面取部２８）、およびケース１０の先端面１５と内周面１９とがなす稜部分（面取部１８）にも、それぞれＣ面取りが施されている。なお、上蓋２０が、本発明における「蓋体」に相当する。
【００２７】
上蓋２０の中央には後述するプッシュロッド４０のロッド部４１が挿通される挿通孔２３が孔設されており、その挿通孔２３内にて径方向全周にわたって溝設された溝部分にエチレン−プロピレンゴムからなるＯリング２５が配設されている。
【００２８】
このケース１０内部には、軸線Ｏ方向に延び、先端部１５１側を上蓋２０側に、後端部１５２側を底蓋３０側に向けて配置されたモジュール１５０と、そのモジュール１５０の先端部１５１に当接されるプッシュロッド４０とが、軸線Ｏ方向に連なるように配置されて収容されている。プッシュロッド４０は断面凸字状に形成された金属部材で、円柱状のロッド部４１と、その後端側に鍔状に形成された基部４２とからなる。このロッド部４１は上蓋２０の内側より挿通孔２３を挿通され、その先端部４３が上蓋２０の外面２１から突出されている。なお、ロッド部４１はＯリング２５によって挿通孔２３との間でシールされ、ケース１０の内外の気密性が確保されている。また、上蓋２０の内面２２と基部４２との間にて、ロッド部４１の周囲には皿ばね５０が配置されており、この皿ばね５０によって、プッシュロッド４０および積層型圧電素子１００が上蓋２０に対して軸線Ｏ方向後端側に付勢されている。なお、皿ばね５０が、本発明における「付勢手段」に相当する。
【００２９】
モジュール１５０は、略同一の構成を有する３つの積層型圧電素子１００を、各間にスペーサ１３０を配置した状態で積み重ね、その周囲を樹脂からなるモールド部１４０で包囲して一体に形成したものである。その積層型圧電素子１００は、図２に示すように、略直方体形状に形成されており、その両側の端部１１１，１１２は、各側面が面取りされて四角錐台の形状に形成されている。また、相対する２つの側面に、Ｃｕからなるメッシュ状の電極端子１０６，１０７が設けられている。
【００３０】
図３に示すように、積層型圧電素子１００は、ニオブ酸アルカリ金属を主成分とする圧電磁器組成物からなる略矩形で平板状の圧電焼結体層１０１と、Ｐｔからなる内部電極層１０２，１０３とを交互に積層し、さらに内部電極層１０２と内部電極層１０３とを交互に配置した形態を有する。圧電焼結体層１０１は、各層が内部電極層１０２から内部電極層１０３に向かう厚さ方向に分極されており、内部電極層１０３に対し内部電極層１０２を相対的に正電位とすることで、圧電焼結体層１０１が厚み方向に伸長する変形が生ずるように構成されている。なお、積層型圧電素子１００の両側の端部１１１，１１２には内部電極層１０２，１０３が形成されておらず、内部電極層１０２，１０３間に電圧が印加されても変形を生じない不活性層となっている。
【００３１】
なお、圧電焼結体層１０１を構成する材質としては上記材質を主成分とするものに限定されず、例えばチタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸バリウムなどを主成分とする公知の圧電磁気組成物を用いることができる。また、内部電極層１０２，１０３としては、上記材質以外に、例えばＡｇ，Ｐｄ，Ａｇ−Ｐｄ，Ａｇ−Ｐｔ，Ｃｕ，Ｎｉなど公知の導体を用いることができる。
【００３２】
内部電極層１０２は、各電極が積層型圧電素子１００の一側面に露出され、その側面に焼き付けされた取出電極１０４と電気的に接続されている。同様に、内部電極層１０３も、各電極が、上記一側面とは反対側の側面に露出されており、それぞれ取出電極１０５と電気的に接続されている。この取出電極１０４，１０５には、前述したメッシュ状の電極端子１０６，１０７がそれぞれ半田付けにより接合されている。また、電極端子１０６，１０７の一端には、それぞれ取出電極１０４，１０５に固定されない延出部１０８，１０９が形成されている。なお、前述したように、積層型圧電素子１００は３段に積み重ねられて配置されるが、中段に配置される積層型圧電素子１００の電極端子１０６，１０７には、両端に、延出部１０８，１０９が形成されている。
【００３３】
次に、図１に示すように、スペーサ１３０は絶縁性の樹脂から形成され、積層配置される２つの積層型圧電素子１００の境界部分を跨ぐように配置される。図４，図５に示すように、スペーサ１３０は、軸線Ｏを中心とする角環状に形成された接続部１３１と、接続部１３１の周方向で等間隔の位置にて径方向外方に向けて突出された３つの突出部１３２，１３３，１３４とから構成される。なお、この突出部１３２，１３３，１３４のそれぞれの突出先端、すなわち、軸線Ｏの位置から最も遠い位置を通る仮想円の直径は、ケース１０の内径と略同一となるように構成されている。接続部１３１の内周面１３９は、積層型圧電素子１００の面取りされた端部１１１，１１２が当接し、位置決めされるように両縁がテーパ状に形成されている。また、突出部１３３，１３４には軸線Ｏ方向に貫通する貫通孔１３５，１３６がそれぞれ形成されており、この貫通孔１３５，１３６内に、導電性の電極棒１３７，１３８がそれぞれ挿通されている。
【００３４】
そして図１に示すように、軸線Ｏ方向に３段に連結された各積層型圧電素子１００は、それぞれの連結部分にスペーサ１３０を配置した状態で、その周囲に、例えばシリコンやエポキシ等、硬化後にも柔軟性を有する絶縁性樹脂からなるモールド部１４０が鋳型により形成されて、全体がモジュール１５０として一体に構成される。このとき、各積層型圧電素子１００の電極端子１０６，１０７の延出部１０８，１０９と電極棒１３７，１３８とが、それぞれ図示外のリード線によって電気的に接続されており、さらにこの内部配線にそれぞれ電気的に接続される２本のリード線１６０が、モジュール１５０の後端部１５２側（図１中下方側）より引き出される。
【００３５】
このように構成されるモジュール１５０は、前述したように、ケース１０内に収容された際に、その先端部１５１側にプッシュロッド４０が配置される。この状態でケース１０の底蓋３０および上蓋２０が閉蓋されることで、モジュール１５０は、皿ばね５０の付勢力でプッシュロッド４０によって先端部１５１側が押圧される。モジュール１５０の後端部１５２は底蓋３０の内面３２に当接されており、このためモジュール１５０は、軸線Ｏ方向に圧縮された状態、すなわち皿ばね５０によって予荷重をかけられた状態のまま、ケース１０内に収容される。なお、モジュール１５０のリード線１６０は、ケース１０の側壁に開口された開口部１３に配設されるゴムブッシュ１４を挿通され、アクチュエータ１の外部に取り出される。
【００３６】
こうした構成のアクチュエータ１では、図示外の外部回路よりリード線１６０を介して内部電極層１０２と内部電極層１０３との間に電圧が印加されると、両者間に挟まれた圧電焼結体層１０１が厚み方向に伸長する。積層型圧電素子１００において、両電極に挟まれた全ての圧電焼結体層１０１が同様に伸長することで、積層型圧電素子１００全体が軸線Ｏ方向に大きく伸長することとなる。さらに、モジュール１５０には３つの積層型圧電素子１００が軸線Ｏ方向に連ねて配置されており、全ての積層型圧電素子１００が軸線Ｏ方向に伸長することで、モジュール１５０として、軸線Ｏ方向に大きく伸長する。
【００３７】
モジュール１５０の後端側はケース１０に固定された底蓋３０に当接しているので、モジュール１５０は、この底蓋３０を起点として先端側に伸長することとなる。伸長したモジュール１５０はプッシュロッド４０を押圧し、皿ばね５０による付勢力に抗って、プッシュロッド４０を軸線Ｏ方向先端側に向けて変位させる。これにより、上蓋２０から突出されているロッド部４１の先端部４３は、さらに前方（先端側）に向けて突出されることとなる。図示外のインジェクタでは、このプッシュロッド４０の変位を動力として機械的に燃料噴射口の開放が行われる。また、アクチュエータ１に対する電圧の印加が停止されると、圧電焼結体層１０１がもとの大きさに収縮し、これによりモジュール１５０からの押圧力が小さくなったプッシュロッド４０が皿ばね５０の付勢力により変位前の位置に戻されることで、インジェクタの燃料噴射口も閉塞されることとなる。
【００３８】
このようなアクチュエータ１の製造過程では、モジュール１５０に予荷重をかけた状態でケース１０内への収容が行われる。このときモジュール１５０に付与される予荷重の製品個体差の低減や、ケース１０を閉蓋する上蓋２０の浮き等を防止するため、本実施の形態では、電子ビームによりケース１０と上蓋２０との溶接を行って、アクチュエータ１を組み立てている。以下、図１，図６〜図８を参照して、アクチュエータ１の製造過程について説明する。図６は、アクチュエータ１の組み立て時におけるケース１０、上蓋２０および押圧治具２００の配置関係を示す斜視図である。図７は、ケース１０と上蓋２０との仮止めを行う様子を示す組み立て途中のアクチュエータ１の斜視図である。図８は、ケース１０と上蓋２０との本溶接を行う様子を示す組み立て途中のアクチュエータ１の斜視図である。なお、溶接性向上のため、組み立て前に、ケース１０、上蓋２０および底蓋３０にはアセトン洗浄を施しておくことが望ましい。
【００３９】
まず、図１に示す、ケース１０の内径よりやや外径の大きい底蓋３０を、ケース１０の後端側開口部１２よりケース１０内に圧入嵌合する。そしてケース１０の後端面１６と底蓋３０の外面３１とを同一平面上に揃え、ケース１０と底蓋３０との仮止めを、溶接を施すことにより行う。ここで、本実施の形態では、溶接は、公知の電子ビーム溶接装置を用いて行っている。電子ビーム溶接装置は、真空チャンバー内に配置したワーク（溶接対象）に電子銃から発射した電子ビームを照射して溶接を行う装置であり、偏向コイルを用いて電子ビームの照射方向を偏向することで、チャンバー内にワークを固定したままで、ワーク上の任意の箇所に溶接を施すことができる。この電子ビーム溶接装置を用い、ケース１０の内周面１９と底蓋３０の外周面３９との合わせ部分（両者が対向する部分）において、軸線Ｏを中心として周方向に略等間隔の４箇所にて４箇所同時にスポット溶接を行い、仮止めを行う。その後、上記合わせ部分に沿って全周にわたって電子ビームを照射し、合わせ部分の本溶接を行う。これにより、ケース１０と底蓋３０とが一体に接合される。
【００４０】
次に、ケース１０の先端側開口部１１よりケース１０内に別工程において作製したモジュール１５０を後端部１５２側から挿入し、後端部１５２を底蓋３０の内面３２に当接させる。このとき、開口部１３にリード線１６０を挿通させてケース１０の外部に取り出し、この開口部１３にゴムブッシュ１４を嵌め込んでシールする。
【００４１】
次いで図６に示すように、プッシュロッド４０のロッド部４１側を軸線Ｏ方向先端側に向けた状態でケース１０内に挿入し、基部４２をモジュール１５０の先端部１５１に当接させる。さらにロッド部４１に皿ばね５０を挿通する。そしてＯリング２５が配設された上蓋２０の挿通孔２３にロッド部４１を挿通し、この上蓋２０の外周面２９をケース１０の先端側開口部１１の内周面１９に係合させる。前述したように、上蓋２０の外径はケース１０の内径より若干小さく形成しているため、ケース１０と上蓋２０とは、両者間に隙間のある状態、いわゆる隙間ばめの状態となる。
【００４２】
ところで、上蓋２０は、皿ばね５０を基部４２（換言すれば、モジュールの先端部１５１）との間で圧縮するようにケース１０内に挿入されるため、皿ばね５０の反力によって、ケース１０の先端面１５に対し上蓋２０の外面２１が軸線Ｏ方向先端側に向け突出する浮きが生ずる。そこで本実施の形態では、押圧治具２００により上蓋２０を押圧した状態を維持し、ケース１０と上蓋２０との仮止めを行っている。
【００４３】
ここで押圧治具２００は、中央に、プッシュロッド４０のロッド部４１の先端部４３が進入可能な退避孔２０２が設けられた基部２０３から４本のアーム２０１が四方に延びた、平面視、略十字型の形状を有し、少なくとも底面２０５が平面に構成されている。隣り合うアーム２０１の付け根部分（露出部２０４）は、基部２０３中央（退避孔２０２の中央）からの距離が上蓋２０の半径よりも小さくなるように構成されている。このため、押圧治具２００にて上蓋２０を押圧した状態で上蓋２０と押圧治具２００とを重ねて平面視したとき、各アーム２０１がケース１０の内周面１９と上蓋２００の外周面２９との合わせ部分を跨ぎ、露出部２０４において、ケース１０の内周面１９と上蓋２０の外周面２９との合わせ部分は露出される。
【００４４】
図７に示すように、押圧治具２００により上蓋２０をケース１０内に押し込むように押させた状態では、上蓋２０の内面２２に当接する皿ばね５０（図１参照）が押圧され、プッシュロッド４０の基部４２は、軸線Ｏ方向後端側に押圧される。その基部４２に当接するモジュール１５０は、ケース１０に固定された底蓋３０との間で圧縮され、内蔵する積層型圧電素子１００には予荷重が付与された状態となる。押圧治具２００の底面２０５は、上蓋２０の外面２１とケース１０の先端面１５とに当接した状態に保たれ、外面２１と先端面１５とが同一平面上に揃えられる。
【００４５】
この状態で、図示外の電子ビーム溶接装置により、押圧治具２００の４つの露出部２０４から露出されているケース１０と上蓋２０との合わせ部分それぞれに、４箇所同時に溶接が行われる（仮止め工程）。このとき、仮止め工程にて施される４箇所の溶接は、ケース１０と上蓋２０との合わせ部分の周方向において、それぞれ１５°〜３０°の範囲にわたって連なるように行われる。また、ケース１０の内周面１９と上蓋２０の外周面２９との双方のモジュール１５０から遠ざかる側の周縁には、上述したように面取部１８と面取部２８とがそれぞれ形成されており、仮止め工程によって形成される４つの溶接部３０１（図８参照）が、面取部１８と面取部２８とが向かい合うことによって形成される空間から盛り上がって突出しないように、溶接条件および面取り寸法の設定が適宜行われている。
【００４６】
次いで図８に示すように押圧治具２００を取り外し、上記同様、図示外の電子ビーム溶接装置を用い、ケース１０と上蓋２０との合わせ部分を全周にわたって本溶接を行い、アクチュエータ１が完成する（接合工程）。その接合の際には、偏向コイルによって電子ビームの照射方向の調整を行うことで、ケース１０の内周面１９と上蓋２０の外周面２９との合わせ部分を一周するように電子ビームの照射を行い、ケース１０と上蓋２０とが接合される。また、ケース１０内に収容されるモジュール１５０は予荷重が付与された状態で維持されるため、内蔵する積層型圧電素子１００の圧電焼結体層１０１が電圧の印加に伴い伸縮を行っても破損等が生ずることはない。
【００４７】
上記のような製造過程を経てアクチュエータを製造するにあたり、ケース１０と上蓋２０との接合において設定を行うパラメータとその効果について評価を行った。なお、各評価試験に用いたアクチュエータのケースはＩｎｖａｒを用い、外径Φ１９．５０ｍｍ、内径Φ１６．５０ｍｍの円筒状に形成したものであり、上蓋はＮｉ−Ｃｒ鋼を用い、外径がΦ１６．４９ｍｍで厚みを５ｍｍとして形成したものである。また、仮止め工程における溶接では、ビーム電流を７ｍＡ、ビーム走査速度を２ｍ／ｍｉｎ、集束レンズを１１８５ｍＡとし、接合工程における本溶接では、ビーム電流を２３ｍＡ、ビーム走査速度を１０ｍ／ｍｉｎ、集束レンズを１１９５ｍＡとし、上記各工程において加工距離を２７０ｍｍとして溶接条件を設定した。なお、仮止め工程において、各溶接箇所の溶接は、それぞれ周方向において２０°の範囲にわたって連なるように行った。
【００４８】
［実施例１］
上蓋２０およびケース１０に施した面取部１８，２８の大きさについて評価を行った。ケース１０および上蓋２０の面取部１８，２８をそれぞれＣ面取りにて形成し、両面取部１８，２８のＣ面取りの大きさを、０．３，０．５，０．７（ｍｍ）とした３つのサンプル１，２，３を作製し、それぞれ電子ビームによる溶接を行った後、各サンプルを軸断面で切断してそれぞれの溶接面の観察を行った。
【００４９】
【表１】
2007109990.tif 000003
【００５０】
その結果、表１に示すように、サンプル１では、溶接により盛り上がりの生じた部位（すなわち、仮止め工程によって形成される溶接部および接合工程によって形成される全周溶接部）が面取部１８，２８が向かい合うことで形成される空間から飛び出し、上蓋の外面を基準面とした場合、その基準面よりも軸線Ｏ方向先端側に突出しており、後工程において面出しを行うための研磨が必要となるため「△」と評価した。しかし、サンプル２およびサンプル３では基準面からの突出はなく、溶接により盛り上がりの生じた部位が面取部１８，２８同士による上記空間内に収容された状態となっており、「○」と評価した。なお、サンプル２よりもサンプル３の方が、外観として、より綺麗な仕上がりを得られた。これより、Ｃ面取りの大きさが大きいほど溶接による盛り上がりが製品の外観（面出し）に影響しにくいことがわかり、Ｃ面取りの大きさは０．５ｍｍ以上とするとよいことがわかった。なお、ケースの厚みが１．５ｍｍであることから、Ｃ面取りの大きさを０．７ｍｍより大きくすると、ケースの先端面に十分な大きさを確保できず好ましくない。
【００５１】
なお、本発明は各種の変形が可能である。例えば、底蓋３０のケース１０への溶接は、レーザ溶接であっても抵抗溶接であってもよい。上蓋２０の場合、挿通孔２３内に耐熱温度を１３０℃とするエチレン−プロピレンゴム製のＯリング２５が配設されているため、温度上昇を比較的抑制できる電子ビーム溶接を用いることが望ましいが、耐熱性のＯリングを用いた場合にはレーザ溶接等により行ってもよい。
【００５２】
また、付勢手段として皿ばね５０を用いたが、巻きばねや板ばね等を用いてもよいし、弾性を有する部材を用いてもよい。
【００５３】
また、ケース１０の面取部１８および上蓋２０の面取部２８は、Ｃ面取りにより形成したが、Ｒ面取りにより形成してもよい。また、仮止め工程を行うにあたって、上蓋２０とケース１０との係合は、両者間に僅かなクリアランスを設けた隙間ばめによって行ったが、ケース１０の内径を上蓋２０の外径よりも小さく構成し、ケース１０に上蓋２０を圧入嵌合することにより両者を固定した状態とし、仮止め工程を実施してもよい。
【００５４】
また、仮止め工程において、本実施の形態では仮止めを４箇所に行ったが、少なくとも３箇所以上にて仮止めを行えば、ケース１０の先端面１５と上蓋２０の外面２１とを揃える同一平面を決定することが可能である。もっとも、接合工程において、上蓋２０が軸線Ｏの位置からみて溶接を開始した位置に寄ってしまう現象を回避するためには、仮止めを行う箇所を、軸線Ｏの位置を中心として周方向に等間隔な位置に分散させることが望ましい。
【００５５】
また、接合工程において、電子ビーム溶接は、ケース１０と上蓋２０との合わせ部分の延長方向に沿って電子ビームの照射位置を移動させたが、小円を描きつつその合わせ部分に沿って移動させる、いわゆるオシレーション溶接を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は燃料噴射装置やその他応答性の高い動力源を必要とする各種装置のアクチュエータとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】アクチュエータ１の縦断面図である。
【図２】積層型圧電素子１００の斜視図である。
【図３】積層型圧電素子１００の縦断面図である。
【図４】スペーサ１３０の斜視図である。
【図５】図１の一点鎖線Ａ−Ａにおいて矢視方向からみたアクチュエータ１の断面図である。
【図６】アクチュエータ１の組み立て時におけるケース１０、上蓋２０および押圧治具２００の配置関係を示す斜視図である。
【図７】ケース１０と上蓋２０との仮止めを行う様子を示す組み立て途中のアクチュエータ１の斜視図である。
【図８】ケース１０と上蓋２０との接合を行う様子を示す組み立て途中のアクチュエータ１の斜視図である。
【符号の説明】
【００５８】
１    アクチュエータ
１０    ケース
１１    先端側開口部
１８，２８  面取部
２０    上蓋
５０    皿ばね
１００    積層型圧電素子
１０１    圧電焼結体層
１０２，１０３  内部電極層
１５０    モジュール
２００    押圧治具
２０４    露出部
【図１】
2007109990.tif 000004
【図２】
2007109990.tif 000005
【図３】
2007109990.tif 000006
【図４】
2007109990.tif 000007
【図５】
2007109990.tif 000008
【図６】
2007109990.tif 000009
【図７】
2007109990.tif 000010
【図８】
2007109990.tif 000011