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JP2002299709A - Actuator and injection device - Google Patents

Actuator and injection device

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Publication number
JP2002299709A
JP2002299709A JP2001097426A JP2001097426A JP2002299709A JP 2002299709 A JP2002299709 A JP 2002299709A JP 2001097426 A JP2001097426 A JP 2001097426A JP 2001097426 A JP2001097426 A JP 2001097426A JP 2002299709 A JP2002299709 A JP 2002299709A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric element
preload
displacement
generating
actuator
Prior art date
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Application number
JP2001097426A
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Japanese (ja)
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JP4889156B2 (en
Inventor
Koki Ashida
幸喜 芦田
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera 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 Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
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Publication of JP2002299709A publication Critical patent/JP2002299709A/en
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  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】積層型圧電素子の積層方向に一定の予荷重が印
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。 【解決手段】圧電体と内部電極とを交互に積層してなる
変位発生用積層型圧電素子1と、該変位発生用積層型圧
電素子1の積層方向一端が固定されたベース部材3と、
該ベース部材3に一端部が固定され、変位発生用積層型
圧電素子1が収容された予荷重印加ケース5と、該予荷
重印加ケース5の内面と変位発生用積層型圧電素子1の
積層方向他端との間に設けられた予荷重印加部9とを具
備するアクチュエータであって、予荷重印加部9が、変
位発生用積層型圧電素子1の積層方向他端に設けられた
バネ部材13と、該バネ部材13と予荷重印加ケース5
内面との間に設けられた予荷重印加用積層型圧電素子1
5とを有する。
(57) Abstract: An actuator and an ejection device that can be driven for a long period of time with a constant preload applied in a stacking direction of a multilayer piezoelectric element. A displacement-generating laminated piezoelectric element (1) in which piezoelectric bodies and internal electrodes are alternately laminated, a base member (3) to which one end in the laminating direction of the displacement-generating laminated piezoelectric element (1) is fixed,
One end is fixed to the base member 3 and the preload applying case 5 in which the displacement generating multilayer piezoelectric element 1 is accommodated, and the inner surface of the preload applying case 5 and the stacking direction of the displacement generating multilayer piezoelectric element 1 An actuator comprising a preload applying unit 9 provided between the other end and a spring member 13 provided at the other end in the stacking direction of the displacement-generating piezoelectric element 1. And the spring member 13 and the preload applying case 5
Multilayer piezoelectric element 1 for applying a preload provided between inner layer and inner surface
And 5.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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、自動車用燃料噴射弁、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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an actuator and an injection device, for example, an actuator and an injection device used for a precision positioning device such as a fuel injection valve for an automobile, an optical device, and a driving element for preventing vibration. Things.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art Conventionally, a piezoelectric body has an inverse piezoelectric effect that expands and contracts when a voltage is applied. However, since the amount of expansion and contraction of each piezoelectric body is very small, a laminated piezoelectric element formed by laminating a plurality of piezoelectric bodies has been manufactured. In the laminated piezoelectric element, a voltage is applied to the piezoelectric body to extend the piezoelectric body by several to several tens of μm, and is used as a driving force source of the actuator.

【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。
[0003] Conventionally, an actuator is constructed by accommodating a laminated piezoelectric element in a metal case in order to shut off the outside air, improve moisture resistance and prevent intrusion of foreign matters such as oil and fuel. In addition, the displacement of the laminated piezoelectric element is transmitted to a metal case, and the metal case itself is displaced.

【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。
[0004] As such an actuator, one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-283778 is known. In the actuator disclosed in this publication,
By enclosing the laminated piezoelectric element in a metal case, the air is blocked from the outside air, the moisture resistance is improved, and the intrusion of oil, fuel, and the like is prevented.

【0005】図4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。
FIG. 4 shows an actuator disclosed in this publication, in which one end of a laminated piezoelectric element 51 is fixed to a base member 52, and an opening of a bellows (diaphragm) 53 is formed in the base member 52. As a result, a preload is applied to the laminated piezoelectric element 51 in the direction opposite to the displacement direction. That is, the bellows (diaphragm) 53 applies a preload to the multilayer piezoelectric element 51 and transmits a displacement amount.

【0006】[0006]

【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、高電界、高圧力下で長期間連続駆動させると、自
己発熱や外部の雰囲気の変動などによりアクチュエータ
が高温に晒され、積層型圧電素子51と、蛇腹(ダイヤ
フラム)53との間に熱膨張差が生じ、予荷重が変動
し、所定の変位が得られなくなるという問題があった。
即ち、積層型圧電素子を駆動させると発熱し、その周囲
の温度も高くなるが、これに伴い、積層型圧電素子は縮
み、金属ケースは伸びるため、熱膨張差が発生し、予荷
重が小さくなり、変位が変動するという問題があった。
また、積層型圧電素子が伸長する前と、伸長しきった時
では、蛇腹の変形によって荷重が異なり、これにより、
積層型圧電素子に印加される予荷重は1サイクル中で変
動し、伸長しようとする時は急激な荷重が積層型圧電素
子に印加され、この急激な荷重変動による衝撃が長期に
渡って繰り返しに作用することにより、積層型圧電素子
を構成する圧電体が劣化及びそれに伴う破損を生じると
いう問題があった。
However, in the actuator disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-283778, if the actuator is continuously driven for a long time under a high electric field and a high pressure, self-heating and fluctuation of the external atmosphere may occur. When the actuator is exposed to a high temperature, a difference in thermal expansion occurs between the laminated piezoelectric element 51 and the bellows (diaphragm) 53, causing a problem that the preload fluctuates and a predetermined displacement cannot be obtained.
That is, when the multi-layer piezoelectric element is driven, heat is generated, and the temperature around the multi-layer piezoelectric element also increases. With this, the multi-layer piezoelectric element shrinks and the metal case expands. Therefore, there is a problem that the displacement fluctuates.
In addition, the load differs due to the deformation of the bellows before and after the multi-layer piezoelectric element is fully extended.
The preload applied to the multi-layer piezoelectric element fluctuates in one cycle, and when an attempt is made to expand, a sudden load is applied to the multi-layer piezoelectric element. By acting, there is a problem that the piezoelectric body constituting the laminated piezoelectric element is deteriorated and is damaged accordingly.

【0007】本発明は、積層型圧電素子の積層方向に一
定の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。
An object of the present invention is to provide an actuator and an injection device which can be driven for a long period of time while a constant preload is applied in the stacking direction of a stacked piezoelectric element.

【0008】[0008]

【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変位発生
用積層型圧電素子と、該変位発生用積層型圧電素子の伸
縮方向一端が固定されたベース部材と、該ベース部材に
一端部が固定され、前記変位発生用積層型圧電素子が収
容された予荷重印加ケースと、該予荷重印加ケースの内
面と前記変位発生用積層型圧電素子の伸縮方向他端との
間に設けられた予荷重印加部とを具備するアクチュエー
タであって、前記予荷重印加部が、前記変位発生用積層
型圧電素子の伸縮方向他端に設けられたバネ部材と、該
バネ部材と前記予荷重印加ケース内面との間に設けられ
た予荷重印加用積層型圧電素子とを有することを特徴と
する。
According to the present invention, there is provided an actuator according to the present invention, wherein a displacement-generating laminated piezoelectric element in which piezoelectric bodies and internal electrodes are alternately laminated, and one end of the displacement-generating laminated piezoelectric element in the expansion / contraction direction is provided. A fixed base member, a preload application case having one end fixed to the base member and containing the displacement-generating multilayer piezoelectric element, an inner surface of the preload application case, and the displacement-generating multilayer piezoelectric device. An actuator provided with a preload applying section provided between the other end of the element in the expansion and contraction direction, wherein the preload applying section is provided at the other end of the displacement generating laminated piezoelectric element in the expansion and contraction direction. It is characterized by including a spring member, and a preload applying laminated piezoelectric element provided between the spring member and the inner surface of the preload applying case.

【0009】一般に、積層型圧電素子は負の熱膨張係数
を有している。一方、予荷重を印加するバネ部材、積層
型圧電素子を収容する予荷重印加ケースは一般に金属製
であり、正の熱膨張係数を有する。従って、外的要因や
積層型圧電素子の自己発熱などによりアクチュエータが
高温に晒された場合、積層型圧電素子の全長は縮まり、
バネ部材、予荷重印加ケースは伸びるために、温度上昇
に伴ない、積層型圧電素子に作用する予荷重が低下して
いくことになる。
Generally, a laminated piezoelectric element has a negative coefficient of thermal expansion. On the other hand, the spring member for applying the preload and the preload application case for housing the laminated piezoelectric element are generally made of metal and have a positive coefficient of thermal expansion. Therefore, when the actuator is exposed to a high temperature due to external factors or self-heating of the laminated piezoelectric element, the overall length of the laminated piezoelectric element is reduced,
Since the spring member and the preload application case extend, the preload acting on the laminated piezoelectric element decreases as the temperature rises.

【0010】本発明では、予荷重印加部が、変位発生用
積層型圧電素子の伸縮方向他端に設けられたバネ部材
と、該バネ部材と予荷重印加ケース内面との間に設けら
れた予荷重印加用積層型圧電素子とを有するため、例え
ば、積層型圧電素子と、予荷重印加部、予荷重印加ケー
スとの間に熱膨張差が生じた場合や、経時的に予荷重が
低下した場合には、予荷重印加用積層型圧電素子に印加
される電圧を制御することにより、予荷重を一定とする
ことができる。
In the present invention, the preload applying portion is provided at a spring member provided at the other end in the expansion and contraction direction of the laminated piezoelectric element for generating displacement, and a preload member provided between the spring member and the inner surface of the preload application case. Because of the presence of the load-applying multilayer piezoelectric element, for example, when a thermal expansion difference occurs between the multilayer piezoelectric element and the preload application section, the preload application case, or the preload decreases over time In this case, the preload can be kept constant by controlling the voltage applied to the preload applying multilayer piezoelectric element.

【0011】また、一般に、変位発生用積層型圧電素子
を駆動させると、予荷重を印加するバネ部材は、バネ部
材の反力により、圧電素子への印加荷重の変動を生じさ
せる。この荷重変動は、使用するバネ部材のバネ定数k
により決定されるが、小型化を考慮した皿バネなどを使
用した場合は、高いバネ定数kのため、必然的に荷重変
動が大きくなる。
Generally, when a displacement-generating laminated piezoelectric element is driven, a spring member for applying a preload causes a change in a load applied to the piezoelectric element due to a reaction force of the spring member. This load variation is caused by the spring constant k of the spring member used.
However, when a disc spring or the like in consideration of miniaturization is used, the load variation inevitably increases due to a high spring constant k.

【0012】即ち、本発明のアクチュエータでは、予荷
重印加用積層型圧電素子を、変位発生用積層型圧電素子
が伸長したときに縮むように同期して駆動することによ
り、変位発生用積層型圧電素子が伸長しようとする時
と、伸長しきった時でも変位発生用積層型圧電素子に印
可される予荷重は1サイクル中で殆ど変動せず、荷重変
動の抑制を図り、安定した変位特性を確保できる信頼性
の高いアクチュエータを提供することが可能となる。
That is, in the actuator of the present invention, the preload-applying multilayer piezoelectric element is driven synchronously so as to contract when the displacement-generating multilayer piezoelectric element expands, thereby providing the displacement-generating multilayer piezoelectric element. The preload applied to the displacement-producing multilayer piezoelectric element hardly fluctuates during one cycle even when it is about to elongate and when it is fully extended, and it is possible to suppress load fluctuation and secure stable displacement characteristics. It is possible to provide a highly reliable actuator.

【0013】また、本発明では、予荷重印加部に予荷重
を測定するセンサを有することが望ましい。このセンサ
からのデータに基づいて、予荷重印加用積層型圧電素子
に印加される電圧を制御することにより、さらに精度良
く予荷重の調整が可能となる。
In the present invention, it is desirable that the preload applying section has a sensor for measuring the preload. By controlling the voltage applied to the preload applying multilayer piezoelectric element based on the data from the sensor, the preload can be adjusted with higher accuracy.

【0014】さらに、予荷重印加部の熱膨張による変位
発生用積層型圧電素子の伸縮方向の変形量が、予荷重印
加ケースの熱膨張による変位発生用積層型圧電素子の伸
縮方向の変形量よりも大きいことが望ましい。予荷重印
加部が予荷重印加ケースより大きく熱変形することによ
り、予荷重を印加するための予荷重印加部のたわみ量の
変化が小さくなり、予荷重印加用積層型圧電素子の調整
幅を小さくすることができ、予荷重印加用積層型圧電素
子に印加される電圧を小さくできるため、信頼性を向上
できる。
Further, the amount of deformation of the multilayer piezoelectric element for generating displacement due to thermal expansion of the preload applying section in the expansion and contraction direction is smaller than the amount of deformation of the multilayer piezoelectric element for generating displacement due to thermal expansion of the preload applying case. Is also desirable. Since the preload applying section is more thermally deformed than the preload applying case, the amount of deflection of the preload applying section for applying the preload is reduced, and the adjustment width of the preload applying multilayer piezoelectric element is reduced. Since the voltage applied to the preload applying multilayer piezoelectric element can be reduced, the reliability can be improved.

【0015】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。
[0015] The injection device of the present invention comprises a storage container having an injection hole, the actuator stored in the storage container, and a valve for discharging liquid from the injection hole by driving the actuator. Things.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】図1は本発明のアクチュエータを
示すもので、図1において、符号1は、複数の圧電体と
複数の内部電極とを交互に積層してなる四角柱状の変位
発生用積層型圧電素子を示している。この変位発生用積
層型圧電素子1は、両端に変位を発生させない不活性体
1a、1bを有している。
FIG. 1 shows an actuator according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a quadrangular prism-like displacement generator formed by alternately laminating a plurality of piezoelectric bodies and a plurality of internal electrodes. 2 shows a laminated piezoelectric element. The displacement-generating laminated piezoelectric element 1 has inert bodies 1a and 1b that do not generate displacement at both ends.

【0017】この変位発生用積層型圧電素子1の伸縮方
向一端、即ち不活性体1aがベース部材3に固定されて
おり、このベース部材3には、変位発生用積層型圧電素
子1を収容した予荷重印加ケース5の一端部が固定され
ている。この予荷重印加ケース5は、開口部がベース部
材3に固定された密閉ケース6内に収容されている。
One end of the displacement-generating multilayer piezoelectric element 1 in the expansion / contraction direction, that is, an inert body 1a, is fixed to the base member 3, and the base member 3 accommodates the displacement-generating multilayer piezoelectric element 1. One end of the preload application case 5 is fixed. The preload application case 5 is housed in a sealed case 6 whose opening is fixed to the base member 3.

【0018】予荷重印加ケース5の内面と、変位発生用
積層型圧電素子1の伸縮方向他端、即ち不活性体1bと
の間には、変位伝達部材7及び予荷重印加部9が設けら
れている。変位伝達部材7は、棒状体7bと、不活性体
1bに当接する拡径部7aとから構成されており、棒状
体7aが予荷重印加ケース5に設けられた貫通孔5aを
挿通し、密閉ケース6の内面に当接することにより、変
位発生用積層型圧電素子1の変位を密閉ケース6伝達す
るように形成されている。密閉ケース6には、図示しな
いが、例えば蛇腹状に形成された易変形部が設けられて
おり、変位発生用積層型圧電素子1の伸縮方向に容易に
変形するようになっている。
A displacement transmitting member 7 and a preload applying section 9 are provided between the inner surface of the preload applying case 5 and the other end in the expansion and contraction direction of the multilayer piezoelectric element 1 for generating displacement, that is, the inert body 1b. ing. The displacement transmitting member 7 is composed of a rod 7b and an enlarged-diameter portion 7a that comes into contact with the inert body 1b. By contacting the inner surface of the case 6, the displacement of the displacement-generating multilayer piezoelectric element 1 is transmitted to the closed case 6. Although not shown, the closed case 6 is provided with an easily deformable portion formed in, for example, a bellows shape, and is easily deformed in the expansion and contraction direction of the multilayer piezoelectric element 1 for generating displacement.

【0019】そして、予荷重印加部9には、変位伝達部
材7の拡径部7aと、棒状体7aが挿通するリング状の
反力板11との間に設けられたバネ部材13と、反力板
11と予荷重印加ケース5内面との間に設けられた予荷
重印加用積層型圧電素子15が設けられている。この予
荷重印加用積層型圧電素子15には貫通孔が形成されて
おり、この貫通孔を棒状体7aが挿通している。バネ部
材13は、2枚の皿バネを積層し、これを対向させて構
成されている。本発明では、バネ部材13として皿バネ
に限定されるものではなく、コイルバネや油圧を有する
予荷重付与機構などであっても良い。
The preload applying section 9 includes a spring member 13 provided between the enlarged diameter portion 7a of the displacement transmitting member 7 and a ring-shaped reaction force plate 11 through which the rod 7a is inserted. A preload application laminated piezoelectric element 15 provided between the force plate 11 and the inner surface of the preload application case 5 is provided. A through-hole is formed in the preload-applying laminated piezoelectric element 15, and the rod 7 a passes through the through-hole. The spring member 13 is formed by laminating two disc springs and facing each other. In the present invention, the spring member 13 is not limited to a disc spring, but may be a coil spring or a preload applying mechanism having a hydraulic pressure.

【0020】バネ部材13として皿バネを用いる場合、
皿バネ自体のバネ定数kは皿バネの径及び厚みと、配列
に仕方、即ち直列配列、並列配列などにより決定される
が、このバネ定数kは100〜1000kg/mmであ
ることが好ましい。これは、例えば、荷重100〜50
0kg程度のより高い予荷重を変位発生用積層型圧電素
子1に印加する場合、バネ定数kが100kg/mmよ
りも小さい場合では、荷重に耐えられるだけの大きな径
の皿バネをより多く直列に組み合わせる必要があり、ア
クチュエータ自体が大型化するからである。
When a disc spring is used as the spring member 13,
The spring constant k of the disc spring itself is determined by the diameter and thickness of the disc spring and the manner of arrangement, that is, serial arrangement, parallel arrangement, and the like, and the spring constant k is preferably 100 to 1000 kg / mm. This is, for example, a load of 100 to 50.
When a higher preload of about 0 kg is applied to the displacement-generating laminated piezoelectric element 1, when the spring constant k is smaller than 100 kg / mm, more disc springs having a large diameter enough to withstand the load are connected in series. This is because it is necessary to combine them, and the actuator itself becomes large.

【0021】また、バネ定数kが1000kg/mmよ
りも大きくなると、皿バネからの反力が大きくなる。つ
まり、荷重変動が大きくなり、変位発生用積層型圧電素
子1の変位が荷重変動により著しく減少するため、アク
チュエータとしての効率が低下する。また、荷重変動が
大きくなることにより、高速でアクチュエータを作動し
た場合、変位発生用積層型圧電素子1が受ける衝撃力が
大きくなるために、圧電板の破損や、劣化などが生じ、
長期間の信頼性が保てなくなるためである。
When the spring constant k is larger than 1000 kg / mm, the reaction force from the disc spring increases. That is, the load fluctuation becomes large, and the displacement of the displacement-generating multilayer piezoelectric element 1 is significantly reduced by the load fluctuation, so that the efficiency as an actuator is lowered. In addition, when the actuator is operated at a high speed due to a large load variation, an impact force applied to the displacement-generating laminated piezoelectric element 1 is increased, so that the piezoelectric plate is damaged or deteriorated.
This is because long-term reliability cannot be maintained.

【0022】予荷重印加用積層型圧電素子15は、変位
発生用積層型圧電素子1と同様に、内部電極と圧電体を
交互に積層して構成されており、変位発生用積層型圧電
素子1よりも圧電体の積層数が少なくされている。予荷
重印加用積層型圧電素子15は、変位発生用積層型圧電
素子1が伸長したときに縮むように同期して駆動するよ
うになっている。
The multilayer piezoelectric element 15 for applying a preload, like the multilayer piezoelectric element 1 for generating displacement, is configured by alternately laminating internal electrodes and piezoelectric bodies. The number of stacked piezoelectric bodies is smaller than that. The preload-applying multilayer piezoelectric element 15 is driven synchronously so that when the displacement-generating multilayer piezoelectric element 1 expands, it contracts.

【0023】以上のように構成されたアクチュエータで
は、予荷重印加部9が、バネ部材13と予荷重印加用積
層型圧電素子15とを有するため、変位発生用積層型圧
電素子1と、予荷重印加部9、予荷重印加ケース5との
間に熱膨張差が生じた場合や、経時的に予荷重が低下し
た場合には、予荷重印加用積層型圧電素子15に印加さ
れる電圧を制御することにより、予荷重を一定とするこ
とができる。
In the actuator configured as described above, since the preload applying section 9 includes the spring member 13 and the preload applying multilayer piezoelectric element 15, the displacement generating multilayer piezoelectric element 1 and the preload When a difference in thermal expansion occurs between the application section 9 and the preload application case 5 or when the preload decreases over time, the voltage applied to the preload application multilayer piezoelectric element 15 is controlled. By doing so, the preload can be made constant.

【0024】また、予荷重印加用積層型圧電素子15
を、変位発生用積層型圧電素子1が伸長したときに縮む
ように同期して駆動することにより、変位発生用積層型
圧電素子1が伸長しようとする時と、伸長しきった時で
も変位発生用積層型圧電素子1に印加される予荷重は1
サイクル中で殆ど変動せず、衝撃で圧電体や不活性体1
bが破損することがなく、安定した変位特性を確保でき
る。
Further, the laminated piezoelectric element 15 for applying a preload
Are driven synchronously so as to contract when the displacement-generating multilayer piezoelectric element 1 expands, so that when the displacement-generating multilayer piezoelectric element 1 is about to extend, and when the displacement-generating multilayer piezoelectric element 1 is fully extended, The preload applied to the piezoelectric element 1 is 1
Almost no fluctuation during the cycle
The stable displacement characteristics can be secured without b being damaged.

【0025】即ち、変位発生用積層圧電素子1が外部よ
り電圧を受け伸長した場合、その上部に連結された予荷
重印加部9のバネ部材13は、変位発生用積層圧電素子
1の伸長方向、つまり荷重がより増加する方向へ縮めら
れ、その縮められた時に生じる荷重の変動が、変位発生
用積層圧電素子1への荷重変動となる。この荷重変動
は、予荷重印加部9と予荷重印加ケース5とが強固に連
結されている場合は、バネ部材13の伸縮に依存される
が、バネ部材13の変形を一定とすることにより、荷重
変動の抑制が可能となる。従って、予荷重印加用積層圧
電素子15に印加される電圧を制御して、バネ部材13
の変形を一定とすることによって、安定した変位量の供
給が可能となる。
That is, when the displacement-generating multilayer piezoelectric element 1 is expanded by receiving a voltage from the outside, the spring member 13 of the preload applying section 9 connected to the upper part thereof is moved in the extension direction of the displacement-generating multilayer piezoelectric element 1, In other words, the load is reduced in a direction in which the load is further increased, and a change in the load generated when the load is reduced becomes a change in the load on the displacement-generating multilayer piezoelectric element 1. This load variation depends on the expansion and contraction of the spring member 13 when the preload application unit 9 and the preload application case 5 are firmly connected, but by making the deformation of the spring member 13 constant, Load fluctuation can be suppressed. Therefore, the voltage applied to the preload applying laminated piezoelectric element 15 is controlled to
By keeping the deformation constant, a stable amount of displacement can be supplied.

【0026】また、予荷重印加ケース5を剛体とするこ
とができるため、予荷重をさらに一定とすることがで
き、さらに、密閉ケース6に易変形部が形成されている
ため、変位発生用積層型圧電素子1の変位を変位伝達部
材7を介して外部に有効に伝達できる。
Further, since the preload applying case 5 can be made of a rigid body, the preload can be made more constant. Furthermore, since the easily deformable portion is formed in the closed case 6, the displacement generating lamination The displacement of the piezoelectric element 1 can be effectively transmitted to the outside via the displacement transmitting member 7.

【0027】図2は、本発明の他の例を示すもので、予
荷重印加用積層型圧電素子15と、予荷重印加ケース5
との間には、予荷重を測定するリング状のセンサ25が
設けられている。このセンサ25は、圧電体と内部電極
を交互に積層して構成されており、変位伝達部材7の棒
状体7aが挿通している。
FIG. 2 shows another example of the present invention, in which a laminated piezoelectric element 15 for applying a preload and a case 5 for applying a preload.
Between them, a ring-shaped sensor 25 for measuring a preload is provided. The sensor 25 is configured by alternately stacking piezoelectric bodies and internal electrodes, and the rod-shaped body 7a of the displacement transmitting member 7 is inserted therethrough.

【0028】このようなアクチュエータでは、予荷重が
一定ならば、センサ25に発生する電圧が一定となるた
め、センサ25の電圧変動により予荷重変動をモニタで
き、このデータを予荷重印加用積層型圧電素子15にフ
ィードバックすることにより、更に精度よく荷重の変動
を抑制することができる。
In such an actuator, if the preload is constant, the voltage generated at the sensor 25 is constant. Therefore, the fluctuation of the preload can be monitored by the fluctuation of the voltage of the sensor 25. By feeding back to the piezoelectric element 15, the fluctuation of the load can be more accurately suppressed.

【0029】尚、本発明では、予荷重印加部9の熱膨張
による変位発生用積層型圧電素子1の伸縮方向への変形
量が、予荷重印加ケース5の熱膨張による変位発生用積
層型圧電素子1の伸縮方向への変形量よりも大きくされ
ている。これは、予荷重印加部9が予荷重印加ケース5
より大きく熱変形することにより、予荷重を印加するた
めの予荷重印加部9のたわみ量の変化が小さくなり、予
荷重印加用積層型圧電素子15の調整幅を小さくするこ
とができ、予荷重印加用積層型圧電素子15に印加され
る電圧を小さくできるため、信頼性を向上できる。
According to the present invention, the amount of deformation of the multilayer piezoelectric element 1 for generating displacement due to thermal expansion of the preload applying unit 9 in the expansion and contraction direction is determined by the amount of deformation of the multilayer piezoelectric element for generating displacement due to thermal expansion of the preload applying case 5. The amount of deformation of the element 1 in the direction of expansion and contraction is made larger. This is because the preload application section 9 is used for the preload application case 5.
Due to the larger thermal deformation, the change in the amount of deflection of the preload applying unit 9 for applying the preload is reduced, and the adjustment width of the preload applying laminated piezoelectric element 15 can be reduced. Since the voltage applied to the application multilayer piezoelectric element 15 can be reduced, the reliability can be improved.

【0030】図3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25が収容されている。
FIG. 3 shows the injection device of the present invention.
In the figure, reference numeral 31 indicates a storage container. An injection hole 33 is provided at one end of the storage container 31, and a needle valve 25 that can open and close the injection hole 33 is stored in the storage container 31.

【0031】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。
A fuel passage 37 is provided in the injection hole 33 so as to be able to communicate therewith. The fuel passage 37 is connected to an external fuel supply source, and fuel is always supplied to the fuel passage 37 at a constant high pressure. Therefore, when the needle valve 35 opens the injection hole 33, the fuel supplied to the fuel passage 37 is jetted at a constant high pressure into a fuel chamber (not shown) of the internal combustion engine.

【0032】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を有している。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。
The upper end of the needle valve 35 has a large diameter, and has a piston 41 slidable with a cylinder 39 formed in the storage container 31. The above-described actuator 43 is provided in the storage container 31.
Is stored.

【0033】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。
In such an injection device, when the actuator 43 is extended by applying a voltage, the piston 41 is pressed, the needle valve 35 closes the injection hole 33, and the supply of fuel is stopped. Further, when the application of the voltage is stopped, the actuator 43 contracts, the disc spring 45 pushes back the piston 41, and the injection hole 33 communicates with the fuel passage 37 to perform the fuel injection.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明のアクチュエータでは、予荷重印
加部が、変位発生用積層型圧電素子の伸縮方向他端に設
けられたバネ部材と、該バネ部材と予荷重印加ケース内
面との間に設けられた予荷重印加用積層型圧電素子とを
有するため、例えば、積層型圧電素子と、予荷重印加
部、予荷重印加ケースとの間に熱膨張差が生じた場合
や、経時的に予荷重が低下した場合には、予荷重印加用
積層型圧電素子に印加される電圧を制御することによ
り、予荷重を一定とすることができる。
According to the actuator of the present invention, the preload applying portion is provided between the spring member provided at the other end in the expansion / contraction direction of the laminated piezoelectric element for generating displacement, and the spring member and the inner surface of the preload applying case. Since the multi-layer piezoelectric element for applying a pre-load is provided, for example, when there is a difference in thermal expansion between the multi-layer piezoelectric element and the pre-load applying section or the pre-load applying case, or when the When the load decreases, the preload can be made constant by controlling the voltage applied to the preload-applying laminated piezoelectric element.

【0035】また、予荷重印加用積層型圧電素子を、変
位発生用積層型圧電素子が伸長したときに縮むように同
期して駆動することにより、変位発生用積層型圧電素子
が伸長しようとする時と、伸長しきった時でも変位発生
用積層型圧電素子に印可される予荷重は1サイクル中で
殆ど変動せず、荷重変動の抑制を図ることができる。
Further, the preload applying multilayer piezoelectric element is driven synchronously so as to contract when the displacement generating multilayer piezoelectric element expands, so that the displacement generating multilayer piezoelectric element attempts to expand. In addition, even when fully extended, the preload applied to the displacement-generating laminated piezoelectric element hardly fluctuates in one cycle, and the fluctuation of the load can be suppressed.

【0036】従って、高い印加電界で高速で長期間連続
作動する場合において、外的要因による温度の変化や荷
重の変動があった場合でも、安定した変位特性を確保で
きる信頼性の高いアクチュエータを提供できる。
Accordingly, when the actuator is operated continuously at a high speed with a high applied electric field at a high speed for a long period of time, a highly reliable actuator capable of securing a stable displacement characteristic even when there is a change in temperature or load due to external factors is provided. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のアクチュエータを示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an actuator of the present invention.

【図2】本発明の他のアクチュエータを示す断面図であ
る。
FIG. 2 is a sectional view showing another actuator of the present invention.

【図3】本発明の噴射装置を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory view showing an injection device of the present invention.

【図4】従来のアクチュエータを示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing a conventional actuator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・変位発生用積層圧電素子 3・・・ベース部材 5・・・予荷重印加ケース 9・・・予荷重印加部 13・・・バネ部材 15・・・予荷重印加用積層型圧電素子 25・・・センサ 31・・・収納容器 33・・・噴射孔 35・・・バルブ 43・・・アクチュエータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laminated piezoelectric element for displacement generation 3 ... Base member 5 ... Preload application case 9 ... Preload application part 13 ... Spring member 15 ... Laminated piezoelectric element for preload application 25 sensor 31 storage container 33 injection hole 35 valve 43 actuator

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】圧電体と内部電極とを交互に積層してなる
変位発生用積層型圧電素子と、該変位発生用積層型圧電
素子の伸縮方向一端が固定されたベース部材と、該ベー
ス部材に一端部が固定され、前記変位発生用積層型圧電
素子が収容された予荷重印加ケースと、該予荷重印加ケ
ースの内面と前記変位発生用積層型圧電素子の伸縮方向
他端との間に設けられた予荷重印加部とを具備するアク
チュエータであって、前記予荷重印加部が、前記変位発
生用積層型圧電素子の伸縮方向他端に設けられたバネ部
材と、該バネ部材と前記予荷重印加ケース内面との間に
設けられた予荷重印加用積層型圧電素子とを有すること
を特徴とするアクチュエータ。
1. A laminated piezoelectric element for generating displacement by alternately laminating piezoelectric bodies and internal electrodes, a base member having one end fixed in the expansion and contraction direction of the laminated piezoelectric element for generating displacement, and the base member. One end is fixed to the preload applying case in which the displacement generating multilayer piezoelectric element is accommodated, and between the inner surface of the preload applying case and the other end of the displacement generating multilayer piezoelectric element in the expansion / contraction direction. An actuator provided with a preload applying unit, wherein the preload applying unit includes a spring member provided at the other end in the expansion and contraction direction of the displacement-generating laminated piezoelectric element; An actuator comprising: a preload-applying laminated piezoelectric element provided between the load-applying case and the inner surface of the case.
【請求項2】予荷重印加部に予荷重を測定するセンサを
有する請求項1記載のアクチュエータ。
2. The actuator according to claim 1, further comprising a sensor for measuring the preload in the preload applying section.
【請求項3】予荷重印加部の熱膨張による変位発生用積
層型圧電素子の伸縮方向の変形量が、予荷重印加ケース
の熱膨張による前記変位発生用積層型圧電素子の伸縮方
向変形量よりも大きいことを特徴とする請求項1又は2
記載のアクチュエータ。
3. The amount of deformation in the expansion / contraction direction of the displacement-generating multilayer piezoelectric element due to thermal expansion of the preload applying unit is calculated from the amount of deformation of the displacement-generating multilayer piezoelectric element in the expansion / contraction direction due to thermal expansion of the preload applying case. 3 is also large.
An actuator as described.
【請求項4】予荷重印加用積層型圧電素子は、変位発生
用積層型圧電素子が伸長したときに縮むように同期して
駆動することを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれ
かに記載のアクチュエータ。
4. The multi-layer piezoelectric element for applying a preload according to claim 1, wherein the multi-layer piezoelectric element for generating displacement is driven synchronously so as to contract when the multi-layer piezoelectric element for generating displacement expands. Actuator.
【請求項5】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乃至4のうちいずれかに記載のア
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。
5. A storage container having an injection hole, the actuator according to any one of claims 1 to 4 stored in the storage container, and a valve for discharging liquid from the injection hole by driving the actuator. An injection device characterized by comprising:
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