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JP2008041983A - Piezoelectric actuator - Google Patents

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JP2008041983A
JP2008041983A JP2006215450A JP2006215450A JP2008041983A JP 2008041983 A JP2008041983 A JP 2008041983A JP 2006215450 A JP2006215450 A JP 2006215450A JP 2006215450 A JP2006215450 A JP 2006215450A JP 2008041983 A JP2008041983 A JP 2008041983A
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JP
Japan
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spherical surface
alignment
housing
piezoelectric element
transmission
Prior art date
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Pending
Application number
JP2006215450A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeru Kadotani
成 門谷
Akio Iwase
昭夫 岩瀬
Kosho Yamaguchi
晃章 山口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2006215450A priority Critical patent/JP2008041983A/en
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

【課題】簡易な構造で収納ケース内の圧電素子を調芯することができ、耐久性・信頼性に優れた圧電アクチュエータを提供すること。
【解決手段】圧電アクチュエータ1は、筒状の収納ケース20に積層型の圧電素子10を収納すると共に、電力供給用の外部電極31を備えたハウジング30を収納ケース20の一方の開口端部201に接合してなる。圧電素子10とハウジング30との間には、圧電素子10を調芯するための調芯部材40が設けられている。調芯部材40は、凸状の球面を呈する調芯球面部401を有し、ハウジング30は、調芯部材40の調芯球面部401と嵌合する凹状の球面を呈する調芯球面受け部301を有している。調芯部材40の調芯球面部401は、ハウジング30の調芯球面受け部301に対して摺接している。
【選択図】図1
To provide a piezoelectric actuator that can align a piezoelectric element in a storage case with a simple structure and is excellent in durability and reliability.
A piezoelectric actuator 1 houses a laminated piezoelectric element 10 in a cylindrical storage case 20 and a housing 30 provided with an external electrode 31 for power supply, at one open end 201 of the storage case 20. Joined to. An alignment member 40 for aligning the piezoelectric element 10 is provided between the piezoelectric element 10 and the housing 30. The alignment member 40 has an alignment spherical surface portion 401 that exhibits a convex spherical surface, and the housing 30 has an alignment spherical surface receiving portion 301 that exhibits a concave spherical surface that fits with the alignment spherical surface portion 401 of the alignment member 40. have. The alignment spherical surface portion 401 of the alignment member 40 is in sliding contact with the alignment spherical surface receiving portion 301 of the housing 30.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、積層型の圧電素子を用いた圧電アクチュエータに関する。   The present invention relates to a piezoelectric actuator using a laminated piezoelectric element.

近年、自動車の燃費、排気ガス等の対策の面から、圧電アクチュエータを用いた自動車の燃料噴射用インジェクタの開発が進められている。この圧電アクチュエータは、インジェクタ内に組み込まれ、厳しい環境下において使用されるため、コンパクトな構造や高い耐久性が要求されている。   2. Description of the Related Art In recent years, fuel injectors for automobiles using piezoelectric actuators have been developed from the viewpoint of measures such as automobile fuel consumption and exhaust gas. Since this piezoelectric actuator is incorporated in an injector and used in a harsh environment, a compact structure and high durability are required.

上記圧電アクチュエータとしては、積層型の圧電素子を収納ケース内に密閉収容したものが知られている。
例えば、特許文献1では、構造の小型化を実現するため、収納ケースと圧電素子に電力を供給するための外部電極を備えたハウジングとを溶接によって接合した圧電アクチュエータの構造が提案されている。しかしながら、上記の構造では、小型化を実現することができるものの、次のような問題が生じる。すなわち、収納ケースとハウジングとの接合は、収納ケース内にハウジングの一部を圧入した後、両者を溶接して接合するが、この圧入や溶接の際に収納ケースに傾きが生じ、部材の組付け不良等が生じる。そのため、収納ケース内の圧電素子に偏芯が生じ、駆動時において偏荷重がかかる。これにより、長時間駆動させると圧電素子に割れ等が生じ、耐久性が低下する。
As the piezoelectric actuator, there is known a piezoelectric actuator in which a stacked piezoelectric element is hermetically housed in a housing case.
For example, Patent Document 1 proposes a structure of a piezoelectric actuator in which a housing case and a housing having an external electrode for supplying electric power to a piezoelectric element are joined by welding in order to realize a reduction in the structure. However, although the above-described structure can achieve downsizing, the following problems arise. That is, the storage case and the housing are joined by press-fitting a part of the housing into the storage case, and then welding the two together to form a joint. Bad attachment occurs. Therefore, the piezoelectric element in the storage case is eccentric, and an eccentric load is applied during driving. Thereby, when driven for a long time, the piezoelectric element is cracked and the durability is lowered.

また、特許文献2〜4では、収納ケースとハウジングとを溶接しない圧電アクチュエータの構造が提案されている。しかしながら、上記の構造では、小型化を実現することが困難となる。例えば、特許文献4では、収納ケースの傾きを補正する機構として小さなボールが組み込まれた構造が示されている。このような構造ではボールを受ける部分を強化しなければ強度不足となるが、強度を高くするにはスペースが必要となり、小型化を実現することができない。
そのため、コンパクトな構造でありながら収納ケース内の圧電素子を調芯することができ、耐久性・信頼性に優れた圧電アクチュエータが望まれている。
Patent Documents 2 to 4 propose a structure of a piezoelectric actuator that does not weld the storage case and the housing. However, with the above structure, it is difficult to achieve downsizing. For example, Patent Document 4 shows a structure in which a small ball is incorporated as a mechanism for correcting the inclination of the storage case. In such a structure, the strength is insufficient unless the portion that receives the ball is strengthened, but space is required to increase the strength, and miniaturization cannot be realized.
Therefore, there is a demand for a piezoelectric actuator that is capable of aligning the piezoelectric elements in the storage case while having a compact structure, and that is excellent in durability and reliability.

特開2004−319967号公報JP 2004-319967 A 特開2004−353488号公報JP 2004-353488 A 特開2000−170629号公報JP 2000-170629 A 特開平10−288121号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-288121

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡易な構造で収納ケース内の圧電素子を容易に調芯することができ、耐久性・信頼性に優れた圧電アクチュエータを提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such conventional problems, and is intended to provide a piezoelectric actuator that can easily align a piezoelectric element in a storage case with a simple structure and has excellent durability and reliability. It is what.

本発明は、筒状の収納ケースに積層型の圧電素子を収納すると共に、電力供給用の外部電極を備えたハウジングを上記収納ケースの一方の開口端部に接合してなる圧電アクチュエータにおいて、
上記圧電素子と上記ハウジングとの間には、上記圧電素子を調芯するための調芯部材が設けられ、該調芯部材は、凸状又は凹状の球面を呈する調芯球面部を有し、上記ハウジングは、上記調芯部材の上記調芯球面部と嵌合する凹状又は凸状の球面を呈する調芯球面受け部を有し、上記調芯部材の上記調芯球面部は、上記ハウジングの上記調芯球面受け部に対して摺接していることを特徴とする圧電アクチュエータにある(請求項1)。
The present invention relates to a piezoelectric actuator in which a stacked piezoelectric element is stored in a cylindrical storage case, and a housing including an external electrode for supplying power is joined to one opening end of the storage case.
An alignment member for aligning the piezoelectric element is provided between the piezoelectric element and the housing, and the alignment member has an alignment spherical surface portion that exhibits a convex or concave spherical surface, The housing has an aligning spherical surface receiving portion that has a concave or convex spherical surface that fits with the aligning spherical surface portion of the aligning member, and the aligning spherical surface portion of the aligning member is The piezoelectric actuator is in sliding contact with the aligning spherical receiving portion (claim 1).

本発明の圧電アクチュエータは、上記圧電素子と上記ハウジングとの間に調芯部材を設けている。この調芯部材の調芯球面部は、上記ハウジングの調芯球面受け部に対して摺動可能に当接しており、両者は互いに嵌合する凹状及び凸状の球面を呈している。すなわち、上記調芯部材は、上記ハウジングの調芯球面受け部の球面の範囲内において、その球面に沿って変位することができる。   In the piezoelectric actuator of the present invention, an alignment member is provided between the piezoelectric element and the housing. The aligning spherical surface portion of the aligning member is slidably in contact with the aligning spherical surface receiving portion of the housing, and both have a concave and convex spherical surfaces that fit together. That is, the alignment member can be displaced along the spherical surface within the spherical surface of the alignment spherical receiving portion of the housing.

そのため、上記圧電アクチュエータの組付け時において、上記収納ケースと上記ハウジングとの溶接により上記収納ケースが上記ハウジングに対して傾いた場合でも、上記収納ケースの傾きに合わせて、上記調芯部材の位置を上記ハウジングの調芯球面受け部の球面において容易に調整することができ、上記調芯部材を上記収納ケースの軸に合わせた状態で配設することができる。そして、上記ハウジングに上記調芯部材を介して、該調芯部材と同軸上に上記圧電素子を配設すれば、上記収納ケースと上記圧電素子との軸を容易に合わせることができ、上記収納ケース内の上記圧電素子を精度良く調芯することができる。   Therefore, when the piezoelectric actuator is assembled, even if the storage case is inclined with respect to the housing due to welding of the storage case and the housing, the position of the alignment member is adjusted according to the inclination of the storage case. Can be easily adjusted on the spherical surface of the alignment spherical receiving portion of the housing, and the alignment member can be arranged in a state of being aligned with the axis of the storage case. If the piezoelectric element is arranged coaxially with the alignment member via the alignment member in the housing, the axes of the storage case and the piezoelectric element can be easily aligned, and the storage The piezoelectric element in the case can be accurately aligned.

これにより、上記圧電アクチュエータは、上記圧電素子を容易に調芯することができ、上記収納ケースに対する上記圧電素子の偏芯等の組付け不良を防止することができる。そして、駆動時において上記圧電素子に偏荷重がかかり、長時間の使用によって上記圧電素子に割れ等が生じるといった不具合を抑制することができる。それ故に、上記圧電アクチュエータは、高い耐久性・信頼性を有するものとなる。   Thereby, the piezoelectric actuator can easily align the piezoelectric element, and can prevent an assembly failure such as eccentricity of the piezoelectric element with respect to the storage case. In addition, it is possible to suppress a problem that an uneven load is applied to the piezoelectric element during driving, and the piezoelectric element is cracked or the like due to long-time use. Therefore, the piezoelectric actuator has high durability and reliability.

また、上記圧電素子は、駆動させた際に軸方向に伸長し、この伸長する方向に大きな応力が発生する。しかしながら、本発明の圧電アクチュエータにおいては、上記圧電素子の伸長方向に配設されている上記調芯部材及び上記ハウジングは、上述したように互いに嵌合する球面において摺接している。そのため、駆動時に発生する応力をこの球面によって分散・緩和することができ、上記調芯部材と上記ハウジングとの接触部分における変形等を抑制し、上記圧電素子を安定的に駆動させることができる。これにより、上記圧電アクチュエータの耐久性・信頼性を向上させることができる。   The piezoelectric element expands in the axial direction when driven, and a large stress is generated in the extending direction. However, in the piezoelectric actuator of the present invention, the alignment member and the housing arranged in the extending direction of the piezoelectric element are in sliding contact with each other on the spherical surfaces fitted together as described above. Therefore, the stress generated during driving can be dispersed and alleviated by the spherical surface, deformation at the contact portion between the alignment member and the housing can be suppressed, and the piezoelectric element can be driven stably. Thereby, durability and reliability of the piezoelectric actuator can be improved.

このように、本発明の圧電アクチュエータは、簡易な構造で収納ケース内の圧電素子を調芯することができ、耐久性・信頼性に優れている。   Thus, the piezoelectric actuator of the present invention can align the piezoelectric elements in the storage case with a simple structure, and is excellent in durability and reliability.

本発明においては、上記調芯部材の上記調芯球面部は、凸状の球面を呈していることが好ましい(請求項2)。
すなわち、この場合には、上記ハウジングの上記調芯球面受け部は、凹状の球面を呈する。これにより、上記調芯部材の位置をさらに容易に調整することができる。また、駆動時において、上記調芯部材と上記ハウジングとの接触部分において発生する応力をより一層分散・緩和することができる。
In the present invention, it is preferable that the alignment spherical surface portion of the alignment member has a convex spherical surface.
That is, in this case, the centering spherical surface receiving portion of the housing has a concave spherical surface. Thereby, the position of the alignment member can be adjusted more easily. Further, during driving, the stress generated at the contact portion between the alignment member and the housing can be further dispersed and relaxed.

また、上記調芯部材の上記調芯球面部は、曲率半径が4〜20mmの球面を呈していることが好ましい(請求項3)。
上記曲率半径が4mm未満の場合には、上記調芯部材及び上記ハウジングは、駆動時に発生する応力を受ける面積が小さくなる。そのため、両者の接触部分において上記圧電素子の駆動力を充分に受けることができず、変形等が生じるおそれがある。また、20mmを超える場合には、上記調芯部材の位置を精度良く調整することができないおそれがある。
Moreover, it is preferable that the said alignment spherical surface part of the said alignment member is exhibiting the spherical surface whose curvature radius is 4-20 mm (Claim 3).
When the radius of curvature is less than 4 mm, the alignment member and the housing have a smaller area for receiving stress generated during driving. Therefore, the contact force between the two cannot sufficiently receive the driving force of the piezoelectric element, and deformation or the like may occur. Moreover, when it exceeds 20 mm, there exists a possibility that the position of the said alignment member cannot be adjusted accurately.

また、上記圧電素子の圧電変位に伴う駆動力を外部へ出力するための駆動部材が上記ケースの他方の開口端部に接合されており、
上記圧電素子と上記駆動部材との間には、上記圧電素子の駆動力を上記駆動部材へ伝達するための伝達部材が設けられ、該伝達部材は、凸状の球面を呈する伝達球面部を有し、上記駆動部材は、上記伝達部材の上記伝達球面部と嵌合する凹状の球面を呈する伝達球面受け部を有し、上記伝達部材の上記伝達球面部は、上記駆動部材の上記伝達球面受け部に対して摺接していることが好ましい(請求項4)。
Further, a driving member for outputting a driving force accompanying the piezoelectric displacement of the piezoelectric element to the outside is joined to the other opening end of the case,
A transmission member for transmitting the driving force of the piezoelectric element to the drive member is provided between the piezoelectric element and the drive member, and the transmission member has a transmission spherical surface portion that has a convex spherical surface. The drive member includes a transmission spherical surface receiving portion that has a concave spherical surface that fits with the transmission spherical surface portion of the transmission member, and the transmission spherical surface portion of the transmission member is the transmission spherical surface reception of the drive member. It is preferable that it is in sliding contact with the part (claim 4).

上記伝達部材の伝達球面部は、上記駆動部材の伝達球面受け部に対して摺接しており、両者は互いに嵌合する凸状及び凹状の球面を呈している。すなわち、上記伝達部材は、上記駆動部材の伝達球面受け部の球面の範囲内において、その球面に沿って変位することができる。そして、上記伝達部材と上記駆動部材との関係は、すでに上述した上記調芯部材と上記ハウジングとの関係と同じである。したがって、圧電アクチュエータの組付け時において、上記収納ケースの他方の開口端部においても、上記圧電素子を精度良く調芯することができる。このように、上記収納ケースの両端部において上記圧電素子を調芯する構造を備えていることにより、上記圧電素子の調芯の精度をさらに向上させ、組付け不良をより一層防止することができる。そして、上記圧電アクチュエータの耐久性・信頼性をより一層優れたものとすることができる。   The transmission spherical surface portion of the transmission member is in sliding contact with the transmission spherical surface receiving portion of the driving member, and both of them have a convex spherical surface and a concave spherical surface. That is, the transmission member can be displaced along the spherical surface within the range of the spherical surface of the transmission spherical surface receiving portion of the drive member. The relationship between the transmission member and the drive member is the same as the relationship between the alignment member and the housing already described above. Therefore, when the piezoelectric actuator is assembled, the piezoelectric element can be accurately aligned at the other opening end of the storage case. Thus, by providing a structure for aligning the piezoelectric element at both ends of the storage case, it is possible to further improve the alignment accuracy of the piezoelectric element and further prevent assembly failure. . The durability and reliability of the piezoelectric actuator can be further improved.

また、上記伝達部材の上記伝達球面部は、凸状の球面を呈している。上記伝達部材は、上記圧電素子の駆動力を上記駆動部材へ伝達するという役割を持っていることから、上記伝達球面部が凸状の球面を呈していることにより、上記駆動力を効率よく上記駆動部材に伝達することができる。   Further, the transmission spherical surface portion of the transmission member has a convex spherical surface. Since the transmission member has a role of transmitting the driving force of the piezoelectric element to the driving member, the driving spherical surface has a convex spherical surface, so that the driving force is efficiently transmitted. It can be transmitted to the drive member.

また、上記伝達部材の上記伝達球面部は、曲率半径が1.5〜8mmの球面を呈していることが好ましい(請求項5)。
上記曲率半径が1.5mm未満の場合には、上記伝達部材は、上記圧電素子の駆動力を伝達する面積が小さくなる。そのため、上記駆動部材に上記駆動力を充分に伝達することができないおそれがある。また、8mmを超える場合には、上記伝達部材の位置を精度良く調整することができないおそれがある。
Moreover, it is preferable that the said transmission spherical surface part of the said transmission member is exhibiting the spherical surface whose curvature radius is 1.5-8 mm (Claim 5).
When the curvature radius is less than 1.5 mm, the transmission member has a small area for transmitting the driving force of the piezoelectric element. Therefore, there is a possibility that the driving force cannot be sufficiently transmitted to the driving member. Moreover, when it exceeds 8 mm, there exists a possibility that the position of the said transmission member cannot be adjusted accurately.

また、上記圧電アクチュエータにおいて、上記調芯部材及び上記伝達部材が上記圧電素子の調芯のために変位する方向には、それぞれが変位可能な空間が設けられていることが好ましい。
もし、変位するための空間がなければ、上記調芯部材及び上記伝達部材の位置の調整が不充分となり、上記圧電素子を調芯する効果を充分に発揮することができないおそれがある。
In the piezoelectric actuator, it is preferable that a space in which each of the alignment member and the transmission member is displaced in a direction in which the alignment member and the transmission member are displaced for alignment of the piezoelectric element is provided.
If there is no space for displacement, adjustment of the positions of the alignment member and the transmission member may be insufficient, and the effect of aligning the piezoelectric element may not be exhibited sufficiently.

また、上記調芯部材の上記調芯球面部及び上記伝達部材の上記伝達球面部には、テフロン(登録商標)、ポリイミド、シリコーン等の耐熱性樹脂をコーティングしておくことが好ましい。
この場合には、上記調芯部材及び上記伝達部材の位置の調整をよりスムーズに行うことができる。また、上記調芯部材と上記ハウジングとの接触部分、及び上記伝達部材と上記駆動部材との接触部分を保護するという効果も得られる。
The alignment spherical surface portion of the alignment member and the transmission spherical surface portion of the transmission member are preferably coated with a heat resistant resin such as Teflon (registered trademark), polyimide, or silicone.
In this case, the positions of the alignment member and the transmission member can be adjusted more smoothly. Moreover, the effect that the contact part of the said alignment member and the said housing and the contact part of the said transmission member and the said drive member is protected is also acquired.

また、上記圧電アクチュエータは、内燃機関の燃料噴射用のインジェクタに内蔵するアクチュエータであることが好ましい(請求項6)。
上記インジェクタは、高温高湿という過酷な条件下で使用される。そのため、上記の優れた圧電アクチュエータを用いることにより、耐久性・信頼性を向上させることができ、インジェクタ全体の性能向上を図ることができる。
The piezoelectric actuator is preferably an actuator built in an injector for fuel injection of an internal combustion engine.
The injector is used under severe conditions of high temperature and high humidity. Therefore, durability and reliability can be improved by using the excellent piezoelectric actuator described above, and the performance of the entire injector can be improved.

(実施例1)
本発明の実施例にかかる圧電アクチュエータについて、図を用いて説明する。
本例の圧電アクチュエータ1は、図1に示すごとく、筒状の収納ケース20に積層型の圧電素子10を収納すると共に、電力供給用の外部電極31を備えたハウジング30を収納ケース20の一方の開口端部201に接合してなる。
圧電素子10とハウジング30との間には、圧電素子10を調芯するための調芯部材40が設けられている。調芯部材40は、凸状の球面を呈する調芯球面部401を有し、ハウジング30は、調芯部材40の調芯球面部401と嵌合する凹状の球面を呈する調芯球面受け部301を有している。そして、調芯部材40の調芯球面部401は、ハウジング30の調芯球面受け部301に対して摺接している。
以下、これを詳説する。
(Example 1)
A piezoelectric actuator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the piezoelectric actuator 1 of the present example houses a stacked piezoelectric element 10 in a cylindrical storage case 20, and a housing 30 having an external electrode 31 for power supply is provided on one side of the storage case 20. It joins to the opening edge part 201 of this.
An alignment member 40 for aligning the piezoelectric element 10 is provided between the piezoelectric element 10 and the housing 30. The alignment member 40 has an alignment spherical surface portion 401 that exhibits a convex spherical surface, and the housing 30 has an alignment spherical surface receiving portion 301 that exhibits a concave spherical surface that fits with the alignment spherical surface portion 401 of the alignment member 40. have. The alignment spherical surface portion 401 of the alignment member 40 is in sliding contact with the alignment spherical surface receiving portion 301 of the housing 30.
This will be described in detail below.

圧電アクチュエータ1は、図1に示すごとく、収納ケース内20に圧電素子10を収納している。圧電素子10は、セラミック積層体11を有しており、セラミック積層体11は、圧電材料からなる圧電層12と導電性を有する内部電極層13とを交互に積層してなるユニット体110(図5参照)を複数積層して構成されている。また、ユニット体110同士は、絶縁性を有するエポキシ樹脂よりなる接着剤117によって接着されている。   As shown in FIG. 1, the piezoelectric actuator 1 stores a piezoelectric element 10 in a storage case 20. The piezoelectric element 10 has a ceramic laminated body 11, and the ceramic laminated body 11 is a unit body 110 (FIG. 10) formed by alternately laminating piezoelectric layers 12 made of a piezoelectric material and conductive internal electrode layers 13. 5)). The unit bodies 110 are bonded to each other with an adhesive 117 made of an epoxy resin having an insulating property.

ユニット体110は、図5に示すごとく、上述のとおり圧電層12と内部電極層13とを交互に積層してなる。ユニット体110は、断面樽形状を呈しており、外周面には相互に対面する一対の電極接合面111、112が形成されている。すなわち、ユニット体110を複数積層して構成されたセラミック積層体11は、ユニット体110と同様に断面樽形状を呈しており、外周面には相互に対面する一対の電極接合面111、112が形成されている。なお、ユニット体110及びセラミック積層体11の断面形状としては、本例の樽形状に限定されるものではなく、その他、四角形、八角形等の様々な形状とすることもできる。   As shown in FIG. 5, the unit body 110 is formed by alternately laminating the piezoelectric layers 12 and the internal electrode layers 13 as described above. The unit body 110 has a barrel shape in cross section, and a pair of electrode joint surfaces 111 and 112 facing each other are formed on the outer peripheral surface. That is, the ceramic laminate 11 formed by laminating a plurality of unit bodies 110 has a barrel shape in cross section similar to the unit body 110, and a pair of electrode joint surfaces 111 and 112 facing each other on the outer peripheral surface. Is formed. The cross-sectional shapes of the unit body 110 and the ceramic laminate 11 are not limited to the barrel shape of the present example, and may be various shapes such as a quadrangle and an octagon.

また、図1に示すごとく、セラミック積層体11の電極接合面111、112には、それぞれ側面電極14が設けられている。各側面電極14は、セラミック積層体11の積層方向の一層おきの内部電極層13と電気的に接続しており、かつ、一方の側面電極14と電気的に接続している内部電極層13は、他方の側面電極14に対して電気的に絶縁した状態となっている。つまり、本例のセラミック積層体11は、いわゆる電極控え構造(部分電極構造)を有している。また、セラミック積層体11の外周面全体は、絶縁性を有するシリコーン樹脂よりなるモールド材15によって覆われている。   As shown in FIG. 1, side electrodes 14 are provided on the electrode bonding surfaces 111 and 112 of the ceramic laminate 11, respectively. Each side electrode 14 is electrically connected to every other internal electrode layer 13 in the stacking direction of the ceramic laminate 11, and the internal electrode layer 13 electrically connected to one side electrode 14 is In this state, the other side electrode 14 is electrically insulated. That is, the ceramic laminate 11 of this example has a so-called electrode holding structure (partial electrode structure). The entire outer peripheral surface of the ceramic laminate 11 is covered with a molding material 15 made of a silicone resin having insulation properties.

なお、圧電層12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。また、内部電極層13は、Ag/Pd合金により構成されている。
また、側面電極14は、エポキシ樹脂中にAgフィラーを分散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ダメタルを埋設して構成されている。
The piezoelectric layer 12 is made of a piezoelectric ceramic made of lead zirconate titanate (PZT). The internal electrode layer 13 is made of an Ag / Pd alloy.
The side electrode 14 is configured by embedding a mesh-like expander metal obtained by processing a metal plate in a conductive adhesive in which an Ag filler is dispersed in an epoxy resin.

また、同図に示すごとく、セラミック積層体11の一方の端面118には、リング部材41と保持部材42との2部材により構成された調芯部材40が設けられている。アルミナよりなる保持部材42は、セラミック積層体11の端面118に接合されている。また、SUS304よりなるリング部材41は、ハウジング30に対して摺動可能に当接している。   Further, as shown in the same figure, an alignment member 40 composed of two members, a ring member 41 and a holding member 42, is provided on one end surface 118 of the ceramic laminate 11. The holding member 42 made of alumina is bonded to the end face 118 of the ceramic laminate 11. Further, the ring member 41 made of SUS304 is slidably in contact with the housing 30.

また、セラミック積層体11のもう一方の端面119には、後述の駆動部材22に圧電素子10の駆動力を伝達するための接合部材18及び伝達部材19が設けられている。アルミナよりなる接合部材18は、セラミック積層体11の端面119に接合されている。また、SUS304よりなる伝達部材19と圧電素子10の駆動力を外部に出力するための駆動部材22とは、伝達部材溶接部199においてレーザー溶接により接合されている。   The other end surface 119 of the ceramic laminate 11 is provided with a joining member 18 and a transmission member 19 for transmitting a driving force of the piezoelectric element 10 to a driving member 22 described later. The joining member 18 made of alumina is joined to the end face 119 of the ceramic laminate 11. Further, the transmission member 19 made of SUS304 and the driving member 22 for outputting the driving force of the piezoelectric element 10 to the outside are joined at the transmission member welding portion 199 by laser welding.

また、同図に示すごとく、ハウジング30は、SUS304よりなる略円柱状の部材に、一対の外部電極31を配置したものである。外部電極31は、側面電極14と外部電極接続部319において電気的に接続されており、保持部材40及びハウジング30内を貫通して配置されている。また、外部電極31とハウジング30との隙間は、耐熱ゴムよりなるゴムブッシュシール33により封止してある。また、ハウジング30には、インジェクタ等に組み込んだ際にシールするためのシールリング34が設けられている。   As shown in the figure, the housing 30 has a pair of external electrodes 31 arranged on a substantially cylindrical member made of SUS304. The external electrode 31 is electrically connected to the side electrode 14 and the external electrode connection portion 319 and is disposed through the holding member 40 and the housing 30. A gap between the external electrode 31 and the housing 30 is sealed with a rubber bush seal 33 made of heat-resistant rubber. The housing 30 is provided with a seal ring 34 for sealing when the housing 30 is assembled in an injector or the like.

また、ハウジング30は、収納ケース20内に挿入する挿入部32を有しており、この挿入部32は、収納ケース20の一方の開口端部201を封止するように挿入されている。収納ケース20の開口端部201とハウジング30の挿入部32とは、ハウジング溶接部309においてレーザー溶接により接合されている。
また、収納ケース20のもう一方の開口端部202と駆動部材22とは、駆動部材溶接部229においてレーザー溶接により接合されている。
Further, the housing 30 has an insertion portion 32 that is inserted into the storage case 20, and the insertion portion 32 is inserted so as to seal one open end 201 of the storage case 20. The opening end portion 201 of the storage case 20 and the insertion portion 32 of the housing 30 are joined by laser welding at the housing welding portion 309.
Further, the other opening end 202 of the storage case 20 and the drive member 22 are joined by laser welding at the drive member welding portion 229.

ここで、調芯部材40について、図2、図3を用いて詳しく説明する。
調芯部材40は、図2、図3に示すごとく、上述のとおりリング部材41と保持部材42との2部材により構成されている。
図3(a)に示すごとく、リング状を呈するリング部材41には、外部電極31を貫通させるための貫通穴411が設けられている。また、凸状の球面を呈する調芯球面部401が設けられている。また、図3(b)に示すごとく、略円柱状を呈する保持部材42には、外部電極31を配置するための逃がし溝421が設けられている。
Here, the alignment member 40 will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3.
As shown in FIGS. 2 and 3, the alignment member 40 is composed of two members, the ring member 41 and the holding member 42 as described above.
As shown in FIG. 3A, the ring member 41 having a ring shape is provided with a through hole 411 for allowing the external electrode 31 to pass therethrough. Further, an aligning spherical surface portion 401 having a convex spherical surface is provided. As shown in FIG. 3B, the holding member 42 having a substantially columnar shape is provided with an escape groove 421 for arranging the external electrode 31.

また、図2に示すごとく、ハウジング30には、リング部材41の調芯球面部401と嵌合する凹状の球面を呈する調芯球面受け部301が設けられている。そして、リング部材41の調芯球面部401は、ハウジング30の調芯球面受け部301に対して摺動可能に当接している。リング部材41の外周面412とハウジング30との間には、空間35が設けられている。
また、調芯部材40は、リング部材41の貫通穴411及び保持部材42の逃がし溝421に外部電極31を貫通させている。
As shown in FIG. 2, the housing 30 is provided with an aligning spherical surface receiving portion 301 having a concave spherical surface that fits with the aligning spherical surface portion 401 of the ring member 41. The alignment spherical surface portion 401 of the ring member 41 is slidably in contact with the alignment spherical surface receiving portion 301 of the housing 30. A space 35 is provided between the outer peripheral surface 412 of the ring member 41 and the housing 30.
Further, the alignment member 40 has the external electrode 31 penetrated through the through hole 411 of the ring member 41 and the escape groove 421 of the holding member 42.

なお、リング部材41の調芯球面部401及びハウジング30の調芯球面受け部301の球面の曲率半径は、6mmである。
また、リング部材41の調芯球面部401には、耐熱性に優れたテフロン(登録商標)樹脂がコーティングされている。コーティングする樹脂としては、上記以外にもポリイミド樹脂、シリコーン樹脂等を用いることもできる。
In addition, the curvature radius of the spherical surface of the alignment spherical surface portion 401 of the ring member 41 and the alignment spherical surface receiving portion 301 of the housing 30 is 6 mm.
Further, the alignment spherical surface portion 401 of the ring member 41 is coated with Teflon (registered trademark) resin having excellent heat resistance. As the resin to be coated, polyimide resin, silicone resin, and the like can be used in addition to the above.

次に、本例の圧電アクチュエータ1の製造方法について、簡単に説明する。
まず、圧電素子10を作製する工程を行う。
圧電材料となるジルコン酸チタン酸鉛(PZT)よりなるセラミックス原料粉末を準備し、溶剤、バインダー、可塑剤、分散剤等を加えてスラリーを作製する。そして、ドクターブレード法により、上記スラリーをキャリアフィルム上に塗布し、一定厚みのグリーンシート(図示略)を成形する。
なお、グリーンシートの成形方法としては、本例で用いたドクターブレード法以外にも、押出成形法やその他種々の方法を用いることができる。
Next, a method for manufacturing the piezoelectric actuator 1 of this example will be briefly described.
First, a process for manufacturing the piezoelectric element 10 is performed.
A ceramic raw material powder made of lead zirconate titanate (PZT) to be a piezoelectric material is prepared, and a slurry is prepared by adding a solvent, a binder, a plasticizer, a dispersant, and the like. And the said slurry is apply | coated on a carrier film with a doctor blade method, and the green sheet (not shown) of fixed thickness is shape | molded.
In addition to the doctor blade method used in this example, an extrusion molding method and various other methods can be used as the green sheet molding method.

次いで、成形したグリーンシート上において、内部電極層13を形成する部分にペースト状のAg/Pd合金よりなる電極材料130を塗布する。そして、図4に示すごとく、グリーンシートから所望の大きさのシート片120を切り出す。このとき、シート片120には、電極材料130を塗布しなかった部分である控え部131が形成される。
なお、電極材料130としては、ペースト状のAg/Pd合金を用いた。
Next, an electrode material 130 made of a pasty Ag / Pd alloy is applied to a portion where the internal electrode layer 13 is formed on the formed green sheet. Then, as shown in FIG. 4, a sheet piece 120 having a desired size is cut out from the green sheet. At this time, the sheet piece 120 is formed with a holding portion 131 which is a portion where the electrode material 130 is not applied.
As the electrode material 130, a pasty Ag / Pd alloy was used.

次いで、図4に示すごとく、控え部131の位置が交互となるようにシート片120を積層し、中間積層体(図示略)を形成する。そして、中間積層体を脱脂した後、最高温度1060℃で2時間保持して焼成を行う。
これにより、図5に示すごとく、圧電層12と内部電極層13とを交互に積層してなるユニット体110を作製する。
Next, as shown in FIG. 4, the sheet pieces 120 are laminated so that the positions of the holding portions 131 are alternated to form an intermediate laminated body (not shown). And after degreasing | defatting an intermediate | middle laminated body, it bakes by hold | maintaining for 2 hours at the maximum temperature of 1060 degreeC.
Thereby, as shown in FIG. 5, the unit body 110 formed by alternately laminating the piezoelectric layers 12 and the internal electrode layers 13 is produced.

次いで、作製した複数のユニット体110をエポキシ樹脂よりなる接着剤117によって接着し、セラミック積層体11を作製する。そして、セラミック積層体11の電極接合面111、112に、導電性接着剤を塗布し、メッシュ状のエキスパンダメタルを配置した後、導電性接着剤を加熱硬化させてエキスパンダメタルを接合する。
これにより、図1に示すごとく、セラミック積層体11の電極接合面111、112に、エキスパンダメタルを導電性接着剤に埋設して構成した側面電極14を形成した圧電素子10を作製する。
Next, the produced plurality of unit bodies 110 are adhered by an adhesive 117 made of an epoxy resin, and the ceramic laminate 11 is produced. And after apply | coating a conductive adhesive to the electrode joining surfaces 111 and 112 of the ceramic laminated body 11 and arrange | positioning a mesh-like expander metal, a conductive adhesive is heat-hardened and an expander metal is joined.
Thereby, as shown in FIG. 1, the piezoelectric element 10 in which the side electrode 14 formed by embedding the expander metal in the conductive adhesive is formed on the electrode bonding surfaces 111 and 112 of the ceramic laminate 11 is manufactured.

次に、圧電素子10にハウジング30を組み付け、さらに圧電素子10を収納ケース20に収納する工程を行う(図1参照)。
圧電素子10におけるセラミック積層体11の端面118、119に、保持部材42、接合部材18をそれぞれ接着剤により接合する。そして、圧電素子10の側面電極14とハウジング30の外部電極31とを溶接し、両者を外部電極接続部319において接合する。このとき、外部電極31をリング部材41の貫通穴411及び保持部材42の逃がし溝421に貫通させておく。また、外部電極31とハウジング30との隙間は、ゴムブッシュシール33により封止しておく。
Next, a process of assembling the housing 30 to the piezoelectric element 10 and storing the piezoelectric element 10 in the storage case 20 is performed (see FIG. 1).
The holding member 42 and the bonding member 18 are bonded to the end surfaces 118 and 119 of the ceramic laminate 11 in the piezoelectric element 10 by an adhesive, respectively. Then, the side electrode 14 of the piezoelectric element 10 and the external electrode 31 of the housing 30 are welded, and both are joined at the external electrode connection portion 319. At this time, the external electrode 31 is passed through the through hole 411 of the ring member 41 and the escape groove 421 of the holding member 42. The gap between the external electrode 31 and the housing 30 is sealed with a rubber bush seal 33.

その後、保持部材42とハウジング30との間にリング部材41を配置する。そして、リング部材41の調芯球面部401とハウジング30の調芯球面受け部301とを当接させた状態で、圧電素子10とハウジング30とを組み付ける。このとき、リング部材41の調芯球面部401は、ハウジング30の調芯球面受け部301に対して摺動可能に当接した状態となっている。   Thereafter, the ring member 41 is disposed between the holding member 42 and the housing 30. Then, the piezoelectric element 10 and the housing 30 are assembled in a state where the alignment spherical surface portion 401 of the ring member 41 and the alignment spherical surface receiving portion 301 of the housing 30 are in contact with each other. At this time, the alignment spherical surface portion 401 of the ring member 41 is slidably in contact with the alignment spherical surface receiving portion 301 of the housing 30.

次いで、圧電素子10全体を覆うようにモールド材15を塗布し、加熱硬化させる。そして、圧電素子10を収納ケース20の開口端部201から収納ケース20内に収納する。さらに、収納ケース20の開口端部201を封止するようにハウジング30の挿入部32を圧入する。その後、収納ケース20の開口端部201とハウジング30の挿入部32とをレーザー溶接し、両者をハウジング溶接部309において接合する。   Next, a molding material 15 is applied so as to cover the entire piezoelectric element 10 and is cured by heating. Then, the piezoelectric element 10 is stored in the storage case 20 from the open end 201 of the storage case 20. Further, the insertion portion 32 of the housing 30 is press-fitted so as to seal the opening end portion 201 of the storage case 20. Thereafter, the opening end portion 201 of the storage case 20 and the insertion portion 32 of the housing 30 are laser welded, and both are joined at the housing welding portion 309.

このとき、ハウジング30に対して収納ケース20に傾きが生じた場合には、収納ケース20の傾きに合わせて、調芯部材40の位置をハウジング30の調芯球面受け部301の球面において調整し、収納ケース20と調芯部材40との軸を合わせておく。これにより、収納ケース20と圧電素子10との軸を合わせることができ、収納ケース20内の圧電素子10を調芯することができる。   At this time, if the storage case 20 is inclined with respect to the housing 30, the position of the alignment member 40 is adjusted on the spherical surface of the alignment spherical receiving portion 301 of the housing 30 in accordance with the inclination of the storage case 20. The axes of the storage case 20 and the alignment member 40 are aligned. Thereby, the axis | shaft of the storage case 20 and the piezoelectric element 10 can be match | combined, and the piezoelectric element 10 in the storage case 20 can be aligned.

次いで、接合部材18に伝達部材19を介して駆動部材22を配置する。そして、伝達部材19と駆動部材22とをレーザー溶接し、両者を伝達部材溶接部199において接合する。さらに、駆動部材22と収納ケース20の開口端部202とをレーザー溶接し、両者を駆動部材溶接部229において接合する。これにより、収納ケース20内が密閉された状態とする。
以上により、図1の圧電アクチュエータ1を完成させる。
Next, the drive member 22 is disposed on the joining member 18 via the transmission member 19. And the transmission member 19 and the drive member 22 are laser-welded, and both are joined in the transmission member welding part 199. Further, the driving member 22 and the opening end portion 202 of the storage case 20 are laser welded, and both are joined at the driving member welding portion 229. As a result, the inside of the storage case 20 is sealed.
Thus, the piezoelectric actuator 1 shown in FIG. 1 is completed.

次に、本例の圧電アクチュエータ1の作用効果について説明する。なお、作用効果の説明の便宜上、保持部材40は、リング部材41及び保持部材42を組み合わせた一体的な部材として扱っている。
本例の圧電アクチュエータ1は、圧電素子10とハウジング30との間に調芯部材40を設けている。調芯部材40の調芯球面部401は、ハウジング30の調芯球面受け部301に対して摺動可能に当接しており、両者は互いに嵌合する凸状及び凹状の球面を呈している。すなわち、調芯部材40は、ハウジング30の調芯球面受け部301の球面の範囲内において、その球面に沿って変位することができる。
Next, the effect of the piezoelectric actuator 1 of this example is demonstrated. For convenience of explanation of the effects, the holding member 40 is handled as an integral member in which the ring member 41 and the holding member 42 are combined.
In the piezoelectric actuator 1 of this example, an alignment member 40 is provided between the piezoelectric element 10 and the housing 30. The aligning spherical surface portion 401 of the aligning member 40 is slidably in contact with the aligning spherical surface receiving portion 301 of the housing 30, and both have a convex spherical surface and a concave spherical surface that fit together. That is, the alignment member 40 can be displaced along the spherical surface within the spherical surface of the alignment spherical receiving portion 301 of the housing 30.

そのため、図6に示すごとく、圧電アクチュエータ1の組付け時において、収納ケース20とハウジング30との溶接により収納ケース20がハウジング30に対して傾いた場合でも、収納ケース20の傾きに合わせて、調芯部材40の位置をハウジング30の調芯球面受け部301の球面において容易に調整することができ、調芯部材40を収納ケース20の軸を合わせた状態で配設することができる。そして、ハウジング30に調芯部材40を介して、調芯部材40と同軸上に圧電素子10を配設すれば、収納ケース20と圧電素子10との軸を容易に合わせることができ、収納ケース20内の圧電素子10を精度良く調芯することができる。   Therefore, as shown in FIG. 6, even when the storage case 20 is inclined with respect to the housing 30 due to welding of the storage case 20 and the housing 30 when the piezoelectric actuator 1 is assembled, according to the inclination of the storage case 20, The position of the alignment member 40 can be easily adjusted on the spherical surface of the alignment spherical receiving portion 301 of the housing 30, and the alignment member 40 can be disposed with the axis of the storage case 20 aligned. If the piezoelectric element 10 is disposed coaxially with the alignment member 40 via the alignment member 40 in the housing 30, the axes of the storage case 20 and the piezoelectric element 10 can be easily aligned. The piezoelectric element 10 in 20 can be accurately aligned.

これにより、圧電アクチュエータ1は、圧電素子10を容易に調芯することができ、収納ケース20に対する圧電素子10の偏芯等の組付け不良を防止することができる。そして、駆動時において圧電素子10に偏荷重がかかり、長時間の使用によって圧電素子10に割れ等が生じるといった不具合を抑制することができる。それ故に、圧電アクチュエータ1は、高い耐久性を有するものとなる。   Accordingly, the piezoelectric actuator 1 can easily align the piezoelectric element 10, and can prevent an assembly failure such as eccentricity of the piezoelectric element 10 with respect to the storage case 20. In addition, it is possible to suppress a problem that an unbalanced load is applied to the piezoelectric element 10 at the time of driving, and the piezoelectric element 10 is cracked due to long-time use. Therefore, the piezoelectric actuator 1 has high durability.

また、圧電素子10は、駆動させた際に軸方向に伸長し、この伸長する方向に大きな応力が発生する。しかしながら、本例の圧電アクチュエータ1においては、圧電素子10の伸長方向に配設されている調芯部材40及びハウジング30は、上述したように互いに嵌合する球面において摺接している。そのため、駆動時に発生する応力をこの球面によって分散・緩和することができ、調芯部材40とハウジング30との接触部分(調芯球面部401、調芯球面受け部301)における変形等を抑制し、圧電素子10を安定的に駆動させることができる。これにより、圧電アクチュエータ1の耐久性を向上させることができる。   The piezoelectric element 10 expands in the axial direction when driven, and a large stress is generated in the extending direction. However, in the piezoelectric actuator 1 of this example, the alignment member 40 and the housing 30 disposed in the extending direction of the piezoelectric element 10 are in sliding contact with the spherical surfaces that are fitted to each other as described above. Therefore, the stress generated during driving can be dispersed and alleviated by this spherical surface, and deformation at the contact portion (aligning spherical surface portion 401, alignment spherical surface receiving portion 301) between the alignment member 40 and the housing 30 is suppressed. The piezoelectric element 10 can be driven stably. Thereby, the durability of the piezoelectric actuator 1 can be improved.

また、本例では、調芯部材40の調芯球面部401は、凸状の球面を呈している。そして、ハウジング30の調芯球面受け部301は、凹状の球面を呈している。これにより、調芯部材40の位置をさらに容易に調整することができる。また、駆動時において、調芯部材40とハウジング30との接触部分において発生する応力をより一層分散・緩和することができる。
また、調芯部材40の調芯球面部401は、曲率半径が6mmの球面を呈している。そのため、調芯部材40の位置をさらに精度良く調整することができると共に、圧電素子10の調芯の精度を高めることができる。
In this example, the alignment spherical surface portion 401 of the alignment member 40 has a convex spherical surface. The centering spherical surface receiving portion 301 of the housing 30 has a concave spherical surface. Thereby, the position of the alignment member 40 can be adjusted more easily. Further, the stress generated at the contact portion between the alignment member 40 and the housing 30 during driving can be further dispersed and relaxed.
The alignment spherical surface portion 401 of the alignment member 40 has a spherical surface with a curvature radius of 6 mm. Therefore, the position of the alignment member 40 can be adjusted with higher accuracy, and the alignment accuracy of the piezoelectric element 10 can be increased.

保持部材40が圧電素子10の調芯のために変位する方向には、空間35が設けられている。そのため、調芯部材40の位置の調整を充分に行うことができ、圧電素子10を調芯する効果を充分に発揮することができる。
また、調芯部材40の調芯球面部401には、耐熱性樹脂であるテフロン(登録商標)樹脂がコーティングされている。そのため、調芯部材40の位置の調整をよりスムーズに行うことができる。また、調芯部材40とハウジング30との接触部分を保護するという効果も得られる。
A space 35 is provided in the direction in which the holding member 40 is displaced for alignment of the piezoelectric element 10. Therefore, the position of the alignment member 40 can be sufficiently adjusted, and the effect of aligning the piezoelectric element 10 can be sufficiently exhibited.
Further, the alignment spherical surface portion 401 of the alignment member 40 is coated with Teflon (registered trademark) resin, which is a heat resistant resin. Therefore, the position of the alignment member 40 can be adjusted more smoothly. Moreover, the effect that the contact part of the alignment member 40 and the housing 30 is protected is also acquired.

このように、本例の圧電アクチュエータ1は、簡易な構造で収納ケース20内の圧電素子10を容易に調芯することができ、耐久性・信頼性に優れている。   Thus, the piezoelectric actuator 1 of the present example can easily align the piezoelectric element 10 in the storage case 20 with a simple structure, and is excellent in durability and reliability.

(実施例2)
本例は、実施例1の圧電アクチュエータ1において、調芯部材40におけるリング部材41の形状を変更した例である。
本例の調芯部材40は、図7、図8に示すごとく、保持部材41とリング部材42との2部材により構成されている。リング部材41は、図8(a)に示すごとく、ハウジング30と当接する面には、凹状の球面を呈する調芯球面部401が設けられている。また、保持部材42は、図8(b)に示すごとく、実施例1と同様の形状である。
(Example 2)
This example is an example in which the shape of the ring member 41 in the alignment member 40 is changed in the piezoelectric actuator 1 of the first embodiment.
As shown in FIGS. 7 and 8, the alignment member 40 of this example includes two members, a holding member 41 and a ring member 42. As shown in FIG. 8A, the ring member 41 is provided with an aligning spherical surface portion 401 having a concave spherical surface on the surface that contacts the housing 30. Further, the holding member 42 has the same shape as that of the first embodiment as shown in FIG.

また、図7に示すごとく、ハウジング30には、リング部材41の調芯球面部401と嵌合する凸状の球面を呈する調芯球面受け部301が設けられている。そして、リング部材41の調芯球面部401は、ハウジング30の調芯球面受け部301に対して摺動可能に当接している。
その他は、実施例1と同様の構成であり、同様の作用効果を有する。
Further, as shown in FIG. 7, the housing 30 is provided with an alignment spherical surface receiving portion 301 having a convex spherical surface that fits with the alignment spherical surface portion 401 of the ring member 41. The alignment spherical surface portion 401 of the ring member 41 is slidably in contact with the alignment spherical surface receiving portion 301 of the housing 30.
The other configuration is the same as that of the first embodiment, and has the same operation and effect.

(実施例3)
本例は、実施例1の圧電アクチュエータ1において、調芯部材40を1部材で構成した例である。
本例の調芯部材40は、図9、図10に示すごとく、1部材で構成されている。調芯部材40には、図10に示すごとく、外部電極31を配置するための逃がし溝402が設けられている。また、ハウジング30と当接する面には、凸状の球面を呈する調芯球面部401が設けられている。
(Example 3)
This example is an example in which the alignment member 40 is constituted by one member in the piezoelectric actuator 1 of the first embodiment.
The alignment member 40 of this example is composed of one member as shown in FIGS. As shown in FIG. 10, the alignment member 40 is provided with a relief groove 402 for arranging the external electrode 31. In addition, a centering spherical surface portion 401 having a convex spherical surface is provided on the surface in contact with the housing 30.

また、図9に示すごとく、ハウジング30には、調芯部材40の調芯球面部401と嵌合する凹状の球面を呈する調芯球面受け部301が設けられている。そして、調芯部材40の調芯球面部401は、ハウジング30の調芯球面受け部301に対して摺動可能に当接している。
その他は、実施例1と同様の構成である。
Further, as shown in FIG. 9, the housing 30 is provided with an alignment spherical surface receiving portion 301 that exhibits a concave spherical surface that fits with the alignment spherical surface portion 401 of the alignment member 40. The alignment spherical surface portion 401 of the alignment member 40 is slidably in contact with the alignment spherical surface receiving portion 301 of the housing 30.
Other configurations are the same as those in the first embodiment.

この場合には、調芯部材40を2部材から1部材としたことで、部品点数を減らすことができる。これにより、圧電素子10の調芯、圧電アクチュエータ1の組付け作業を容易にすることができる。
その他は、実施例1と同様の作用効果を有する。
In this case, the number of parts can be reduced by changing the alignment member 40 from two members to one member. Thereby, alignment of the piezoelectric element 10 and assembly work of the piezoelectric actuator 1 can be facilitated.
The other functions and effects are the same as those of the first embodiment.

(実施例4)
本例は、実施例1の圧電アクチュエータ1において、収納ケース20の開口端部202側にも圧電素子10を調芯する構造を設けた例である。
本例の伝達部材19には、図11に示すごとく、凸状の球面を呈する伝達球面部191が設けられている。また、駆動部材22には、伝達部材19の伝達球面部191と嵌合する凹状の球面を呈する伝達球面受け部221が設けられている。そして、伝達部材19の伝達球面部191は、駆動部材22の伝達球面受け部221に対して摺動可能に当接している。
なお、伝達部材19の伝達球面部191及び駆動部材22の伝達球面受け部221の球面の曲率半径は、3mmである。
その他は、実施例1と同様の構成である。
Example 4
In this example, in the piezoelectric actuator 1 according to the first embodiment, a structure for aligning the piezoelectric element 10 is also provided on the opening end 202 side of the storage case 20.
As shown in FIG. 11, the transmission member 19 of this example is provided with a transmission spherical surface portion 191 having a convex spherical surface. Further, the drive member 22 is provided with a transmission spherical surface receiving portion 221 that has a concave spherical surface that fits with the transmission spherical surface portion 191 of the transmission member 19. The transmission spherical surface portion 191 of the transmission member 19 is slidably in contact with the transmission spherical surface receiving portion 221 of the drive member 22.
In addition, the curvature radius of the spherical surface of the transmission spherical surface portion 191 of the transmission member 19 and the transmission spherical surface receiving portion 221 of the drive member 22 is 3 mm.
Other configurations are the same as those in the first embodiment.

この場合には、伝達部材19は、駆動部材22の伝達球面受け部221の球面の範囲内において、その球面に沿って変位することができる。そして、伝達部材19と駆動部材22との関係は、すでに上述した調芯部材40とハウジング30との関係と同じである。したがって、圧電アクチュエータ1の組付け時において、収納ケース20の開口端部202においても、圧電素子10を精度良く調芯することができる。このように、圧電素子10の両端に調芯する構造を有していることにより、圧電素子10の調芯の精度をさらに向上させ、組付け不良をより一層防止することができる。そして、圧電アクチュエータ1の耐久性をより一層優れたものとすることができる。   In this case, the transmission member 19 can be displaced along the spherical surface within the range of the spherical surface of the transmission spherical surface receiving portion 221 of the drive member 22. The relationship between the transmission member 19 and the drive member 22 is the same as the relationship between the alignment member 40 and the housing 30 already described above. Therefore, when the piezoelectric actuator 1 is assembled, the piezoelectric element 10 can be accurately aligned also at the opening end 202 of the storage case 20. Thus, by having the structure which aligns the both ends of the piezoelectric element 10, the precision of the alignment of the piezoelectric element 10 can further be improved, and the assembly | attachment defect can be prevented further. The durability of the piezoelectric actuator 1 can be further improved.

また、伝達部材19の伝達球面部191は、曲率半径が3mmの球面を呈している。そのため、伝達部材19の位置をさらに精度良く調整することができると共に、圧電素子10の調芯の精度を高めることができる。
その他は、実施例1と同様の作用効果を有する。
The transmission spherical surface portion 191 of the transmission member 19 has a spherical surface with a curvature radius of 3 mm. Therefore, the position of the transmission member 19 can be adjusted with higher accuracy, and the alignment accuracy of the piezoelectric element 10 can be increased.
The other functions and effects are the same as those of the first embodiment.

なお、伝達部材19の伝達球面部191にテフロン(登録商標)、ポリイミド、シリコーン等の耐熱性樹脂をコーティングしておくこともできる。この場合には、伝達部材19の位置の調整をよりスムーズに行うことができる。また、伝達部材19と駆動部材22との接触部分を保護するという効果も得られる。   The transmission spherical surface portion 191 of the transmission member 19 may be coated with a heat resistant resin such as Teflon (registered trademark), polyimide, or silicone. In this case, the position of the transmission member 19 can be adjusted more smoothly. Moreover, the effect of protecting the contact part of the transmission member 19 and the drive member 22 is also acquired.

(実施例5)
本例は、実施例1の圧電アクチュエータ1をインジェクタ6に用いた例である。
本例のインジェクタ6は、図12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適用したものである。
このインジェクタ6は、同図に示すごとく、駆動部としての積層型圧電素子1が収容される上部ハウジング62と、その下端に固定され、内部に噴射ノズル部64が形成される下部ハウジング63を有している。
(Example 5)
In this example, the piezoelectric actuator 1 of the first embodiment is used for an injector 6.
The injector 6 of this example is applied to a common rail injection system of a diesel engine as shown in FIG.
As shown in the figure, the injector 6 has an upper housing 62 in which the multilayer piezoelectric element 1 as a drive unit is accommodated, and a lower housing 63 that is fixed to the lower end and in which an injection nozzle portion 64 is formed. is doing.

上部ハウジング62は略円柱状で、中心軸に対し偏心する縦穴621内に、積層型圧電素子1が挿通固定されている。
縦穴621の側方には、高圧燃料通路622が平行に設けられ、その上端部は、上部ハウジング62上側部に突出する燃料導入管623内を経て外部のコモンレール(図示略)に連通している。
The upper housing 62 is substantially cylindrical, and the laminated piezoelectric element 1 is inserted and fixed in a vertical hole 621 that is eccentric with respect to the central axis.
A high-pressure fuel passage 622 is provided in parallel to the side of the vertical hole 621, and an upper end portion thereof communicates with an external common rail (not shown) through a fuel introduction pipe 623 protruding to the upper side of the upper housing 62. .

上部ハウジング62上側部には、また、ドレーン通路624に連通する燃料導出管625が突設し、燃料導出管625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624は、縦穴621と駆動部(圧電アクチュエータ)1との間の隙間60を経由し、さらに、この隙間60から上下ハウジング62、63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651に連通してしる。
A fuel lead-out pipe 625 communicating with the drain passage 624 protrudes from the upper portion of the upper housing 62, and the fuel flowing out from the fuel lead-out pipe 625 is returned to a fuel tank (not shown).
The drain passage 624 passes through a gap 60 between the vertical hole 621 and the drive unit (piezoelectric actuator) 1, and further, a three-way valve, which will be described later, by a passage (not shown) extending downward from the gap 60 in the upper and lower housings 62 and 63. It communicates with 651.

噴射ノズル部64は、ピストンボデー631内を上下方向に摺動するノズルニードル641と、ノズルニードル641によって開閉されて燃料溜まり642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643を備えている。燃料溜まり642は、ノズルニードル641の中間部周りに設けられ、上記高圧燃料通路622の下端部がここに開口している。ノズルニードル641は、燃料溜まり642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644から閉弁方向の燃料圧を受けており、背圧室644の圧力が降下すると、ノズルニードル641がリフトして、噴孔643が開放され、燃料噴射がなされる。   The injection nozzle section 64 has a nozzle needle 641 that slides in the vertical direction in the piston body 631, and an injection hole 643 that is opened and closed by the nozzle needle 641 and injects high-pressure fuel supplied from a fuel reservoir 642 into each cylinder of the engine. I have. The fuel reservoir 642 is provided around the middle portion of the nozzle needle 641, and the lower end portion of the high-pressure fuel passage 622 is opened here. The nozzle needle 641 receives the fuel pressure in the valve opening direction from the fuel reservoir 642 and receives the fuel pressure in the valve closing direction from the back pressure chamber 644 provided facing the upper end surface, and the pressure in the back pressure chamber 644 is reduced. When lowered, the nozzle needle 641 is lifted, the nozzle hole 643 is opened, and fuel is injected.

背圧室644の圧力は3方弁651によって増減される。3方弁651は、背圧室644と高圧燃料通路622、またはドレーン通路624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622またはドレーン通路624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、上記駆動部1により、その下方に配設される大径ピストン652、油圧室653、小径ピストン654を介して、駆動される。   The pressure in the back pressure chamber 644 is increased or decreased by the three-way valve 651. The three-way valve 651 is configured to selectively communicate with the back pressure chamber 644 and the high pressure fuel passage 622 or the drain passage 624. Here, a ball-shaped valve body that opens and closes a port communicating with the high-pressure fuel passage 622 or the drain passage 624 is provided. The valve body is driven by the drive unit 1 through a large-diameter piston 652, a hydraulic chamber 653, and a small-diameter piston 654 disposed below the valve body.

そして、本例においては、上記構成のインジェクタ6における駆動源として、本発明の圧電アクチュエータ1を用いている。この圧電アクチュエータ1は、上記のごとく、優れた耐久性及び信頼性を有するものである。そのため、インジェクタ6全体の性能向上を図ることができる。   In this example, the piezoelectric actuator 1 of the present invention is used as a drive source in the injector 6 having the above configuration. As described above, the piezoelectric actuator 1 has excellent durability and reliability. Therefore, the performance of the injector 6 as a whole can be improved.

実施例1において、圧電アクチュエータの構造を示す説明図。In Example 1, it is explanatory drawing which shows the structure of a piezoelectric actuator. 実施例1において、調芯部材及びハウジングの形状及び接触部分を示す拡大図。In Example 1, it is an enlarged view which shows the shape and contact part of an alignment member and a housing. 実施例1において、(a)リング部材を示す説明図、(b)保持部材を示す説明図。In Example 1, (a) Explanatory drawing which shows a ring member, (b) Explanatory drawing which shows a holding member. 実施例1において、シートを積層する工程を示す説明図。In Example 1, it is explanatory drawing which shows the process of laminating | stacking a sheet | seat. 実施例1において、ユニット体を示す説明図。In Embodiment 1, it is explanatory drawing which shows a unit body. 実施例1において、収納ケースが傾いた圧電アクチュエータの構造を示す説明図。In Example 1, it is explanatory drawing which shows the structure of the piezoelectric actuator in which the storage case inclined. 実施例2において、調芯部材のその他の形状の例を示す説明図。In Example 2, it is explanatory drawing which shows the example of the other shape of the alignment member. 実施例2において、(a)リング部材を示す説明図、(b)保持部材を示す説明図。In Example 2, (a) explanatory drawing which shows a ring member, (b) explanatory drawing which shows a holding member. 実施例3において、調芯部材のその他の形状の例を示す説明図。In Example 3, it is explanatory drawing which shows the example of the other shape of the alignment member. 実施例3において、調芯部材を示す説明図。In Example 3, it is explanatory drawing which shows the alignment member. 実施例4において、伝達部材及び駆動部材の形状及び接触部分を示す拡大図。In Example 4, it is an enlarged view which shows the shape and contact part of a transmission member and a drive member. 実施例5において、インジェクタの構造を示す説明図。In Example 5, it is explanatory drawing which shows the structure of an injector.

符号の説明Explanation of symbols

1 圧電アクチュエータ
10 圧電素子
20 収納ケース
201、202 開口端部
30 ハウジング
301 調芯球面受け部
31 外部電極
40 保持部材
401 調芯球面部
6 インジェクタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric actuator 10 Piezoelectric element 20 Storage case 201, 202 Open end 30 Housing 301 Alignment spherical receiving part 31 External electrode 40 Holding member 401 Alignment spherical part 6 Injector

Claims (6)

筒状の収納ケースに積層型の圧電素子を収納すると共に、電力供給用の外部電極を備えたハウジングを上記収納ケースの一方の開口端部に接合してなる圧電アクチュエータにおいて、
上記圧電素子と上記ハウジングとの間には、上記圧電素子を調芯するための調芯部材が設けられ、該調芯部材は、凸状又は凹状の球面を呈する調芯球面部を有し、上記ハウジングは、上記調芯部材の上記調芯球面部と嵌合する凹状又は凸状の球面を呈する調芯球面受け部を有し、上記調芯部材の上記調芯球面部は、上記ハウジングの上記調芯球面受け部に対して摺接していることを特徴とする圧電アクチュエータ。
In a piezoelectric actuator formed by housing a laminated piezoelectric element in a cylindrical storage case and joining a housing provided with an external electrode for power supply to one opening end of the storage case,
An alignment member for aligning the piezoelectric element is provided between the piezoelectric element and the housing, and the alignment member has an alignment spherical surface portion that exhibits a convex or concave spherical surface, The housing has an aligning spherical surface receiving portion that has a concave or convex spherical surface that fits with the aligning spherical surface portion of the aligning member, and the aligning spherical surface portion of the aligning member is A piezoelectric actuator characterized by being in sliding contact with the aligning spherical surface receiving portion.
請求項1において、上記調芯部材の上記調芯球面部は、凸状の球面を呈していることを特徴とする圧電アクチュエータ。   The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the alignment spherical surface portion of the alignment member has a convex spherical surface. 請求項1又は2において、上記調芯部材の上記調芯球面部は、曲率半径が4〜20mmの球面を呈していることを特徴とする圧電アクチュエータ。   3. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the alignment spherical surface portion of the alignment member has a spherical surface with a radius of curvature of 4 to 20 mm. 請求項1〜3のいずれか1項において、上記圧電素子の圧電変位に伴う駆動力を外部へ出力するための駆動部材が上記収納ケースの他方の開口端部に接合されており、
上記圧電素子と上記駆動部材との間には、上記圧電素子の駆動力を上記駆動部材へ伝達するための伝達部材が設けられ、該伝達部材は、凸状の球面を呈する伝達球面部を有し、上記駆動部材は、上記伝達部材の上記伝達球面部と嵌合する凹状の球面を呈する伝達球面受け部を有し、上記伝達部材の上記伝達球面部は、上記駆動部材の上記伝達球面受け部に対して摺接していることを特徴とする圧電アクチュエータ。
In any 1 paragraph of Claims 1-3, the drive member for outputting the driving force accompanying the piezoelectric displacement of the above-mentioned piezoelectric element outside is joined to the other opening end of the above-mentioned storage case,
A transmission member for transmitting the driving force of the piezoelectric element to the drive member is provided between the piezoelectric element and the drive member, and the transmission member has a transmission spherical surface portion that has a convex spherical surface. The drive member includes a transmission spherical surface receiving portion that has a concave spherical surface that fits with the transmission spherical surface portion of the transmission member, and the transmission spherical surface portion of the transmission member is the transmission spherical surface reception of the drive member. A piezoelectric actuator characterized by being in sliding contact with a portion.
請求項4において、上記伝達部材の上記伝達球面部は、曲率半径が1.5〜8mmの球面を呈していることを特徴とする圧電アクチュエータ。   5. The piezoelectric actuator according to claim 4, wherein the transmission spherical surface portion of the transmission member has a spherical surface with a radius of curvature of 1.5 to 8 mm. 請求項1〜5のいずれか1項において、上記圧電アクチュエータは、内燃機関の燃料噴射用のインジェクタに内蔵するアクチュエータであることを特徴とする圧電アクチュエータ。   6. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the piezoelectric actuator is an actuator built in a fuel injection injector of an internal combustion engine.
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