DE102004012863A1

DE102004012863A1 - Piezoelektrischer Aktuator

Info

Publication number: DE102004012863A1
Application number: DE200410012863
Authority: DE
Inventors: Yutaka Kariya Yamada
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2004-10-28
Also published as: JP2004304996A; JP4222220B2

Abstract

Ein piezoelektrischer Aktuator (1) ist ein Aktuator einschließlich eines gestapelten piezoelektrischen Elementes (10), das in einem Aufnahmegehäuse (20) mit einer im Wesentlichen zylindrischen fassförmigen Einheit (24) untergebracht ist, die einen erweiterbaren Abschnitt (21) aufweist, der zumindest an einem Teil davon in einer axialen Richtung ausgebildet ist, und eine Antriebsplatte (22), die an einem der Endabschnitte der fassförmigen Einheit (24) angeordnet ist, wobei das gestapelte piezoelektrische Element (10) ein Blockelement (12) aufweist, das an einer Endseite eines Keramikplattenstapels (11) in jene Richtung gefügt ist, in der die Keramikplatten gestapelt sind, und ein Übertragungselement (13), das an die andere Endseite gefügt ist, damit es an der Antriebsplatte (22) anliegt. Das Blockelement (12) und das Übertragungselement (13) umschließen Umkreise mit Querschnittsformen, die eine axiale Richtung des Keramikplattenstapels (11) schneiden und Querschnittsformen mit großem Durchmesser aufweisen, die in Kreisen sind, die größere Durchmesser als die Umkreise aufweisen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen piezoelektrischen Aktuator mit einem gestapelten piezoelektrischen Element, das in einem Aufnahmegehäuse untergebracht ist.

Es ist ein herkömmlicher piezoelektrischer Aktuator bekannt, bei dem ein gestapeltes piezoelektrisches Element mit einem Keramikplattenstapel in einem Gehäuse geschlossen untergebracht ist, das einen erweiterbaren Abschnitt aufweist, der als ein Teil davon ausgebildet ist (siehe die japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift JP-2002-26410 ).

Da das gestapelte piezoelektrische Element bei einem derartigen piezoelektrischen Aktuator von der äußeren Umgebung isoliert werden kann, gibt es folgende Vorteile, dass die elektrische Isolierung des gestapelten piezoelektrischen Elementes mit hoher Zuverlässigkeit gewährleistet werden kann, und dass dessen Funktion für eine lange Zeit aufrecht erhalten werden kann.

Der herkömmliche piezoelektrische Aktuator hat jedoch die folgenden Nachteile. Bei jener Situation, bei der das gestapelte piezoelektrische Element innerhalb des Gehäuses exzentrisch untergebracht ist, dann kann nämlich ein Risiko auftreten, dass eine Außenumfangsfläche der Keramikstapel, die das gestapelte piezoelektrische Element bilden, mit einer Innenumfangsfläche des Gehäuses in Kontakt gelangt.

Zusätzlich weicht die Erweiterungsrichtung des erweiterbaren Abschnittes von der axialen Richtung in jener Situation ab, bei der die Antriebskraft des gestapelten piezoelektrischen Elementes auf eine Betätigungsfläche an einem Ende des Gehäuses exzentrisch wirkt, was zu einem Risiko führen kann, dass die Betätigungsfläche geneigt wird.

Bei jener Situation, dass eine piezoelektrische Versetzung in dem gestapelten piezoelektrischen Element bei jenem Zustand erzeugt wird, bei dem die Außenumfangsfläche mit der Innenumfangsfläche des Gehäuses in Kontakt ist, dann tritt dort ein Reiben zwischen den Flächen auf, was zu einem anderen Risiko führen kann, dass eine Beschädigung eines Isolierfilmes der Keramikstapel oder an einer Wandfläche des Gehäuses auftritt.

Falls zusätzlich die Betätigungsfläche geneigt wird, dann kann ein Risiko auftreten, dass die Antriebskraft des piezoelektrischen Aktuators nicht zur Außenseite mit einer guten Effizienz übertragen werden kann.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde hinsichtlich der vorstehend genannten herkömmlichen Nachteile geschaffen, und es ist ihre Aufgabe, einen piezoelektrischen Aktuator mit hoher Qualität vorzusehen, der die Exzentrizität eines gestapelten piezoelektrischen Elementes unterdrücken kann, das darin eingebaut ist.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein piezoelektrischer Aktuator einschließlich eines gestapelten piezoelektrischen Elementes vorgesehen, das in einem Aufnahmegehäuse mit einer wesentlichen zylindrischen fassförmigen Einheit aufweist, die einen erweiterbaren Abschnitt aufweist, der an zumindest einem Teil davon in einer axialen Richtung ausgebildet ist, und eine Antriebsplatte, die an einem der Endabschnitte der fassförmigen Einheit angeordnet ist, wobei das gestapelte piezoelektrische Element ein Blockelement aufweist, das an einer Endseite eines Stapels von Keramikplatten in einer Richtung gefügt ist, in der die Keramikplatten gestapelt sind, und ein Übertragungselement, das an die andere Endseite zum Anliegen an die Antriebsplatte gefügt ist, wobei zumindest entweder das Blockelement oder das Übertragungselement einen Umkreis mit einer Querschnittsform umschließt, der die axiale Richtung des Keramikplattenstapels im rechten Winkel schneidet, und eine Querschnittsform mit großem Durchmesser aufweist, der in einem Kreis mit einem Durchmesser ist, der größer ist als jener des Umkreises.

Bei dem piezoelektrischen Aktuator gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat zumindest entweder das Blockelement oder das Übertragungselement die Querschnittsform mit dem großen Durchmesser.

Zusätzlich kann bei dem piezoelektrischen Aktuator ein Spalt jederzeit zwischen der Außenumfangsfläche des Keramikplattenstapels und der Innenumfangsfläche des Aufnahmegehäuses aufgrund des Abschnittes gehalten werden, der die Querschnittsform mit dem großen Durchmesser entweder bei dem Blockelement oder dem Übertragungselement aufweist, wodurch ein Kontakt zwischen dem Keramikplattenstapel und dem Aufnahmegehäuse sicher vermieden werden kann.

Zusätzlich ist bei dem piezoelektrischen Aktuator der Keramikplattenstapel entweder an das Blockelement oder das Übertragungselement gefügt, das die Querschnittsform mit dem großen Durchmesser aufweist und an das Ende des gestapelten piezoelektrischen Elementes angeordnet ist. Falls eine axiale Mitte entweder von dem Blockelement oder dem Übertragungselement und eine axiale Mitte des Aufnahmegehäuses eingestellt sind, dann können daher die axialen Mitten des Aufnahmegehäuses und des Keramikplattenstapels eingestellt werden, und eine Exzentrizität des gestapelten piezoelektrischen Elementes kann unterdrückt werdend, die innerhalb des Aufnahmegehäuses auftreten kann.

Dadurch kann bei dem gestapelten piezoelektrischen Element eine durch den Keramikplattenstapel erzeugte Antriebskraft zu der Antriebsplatte mit hoher Effizienz übertragen werden.

Wie dies vorstehend gemäß dem piezoelektrischen Aktuator des ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, besteht kein Risiko, dass bei dem Keramikplattenstapel innerhalb des Aufnahmegehäuses eine Exzentrizität hervorgerufen wird.

Dadurch hat der piezoelektrische Aktuator eine bessere Funktion zum Abgeben der Antriebskraft des gestapelten piezoelektrischen Elementes mit guter Effizienz sowie außerdem eine bessere Haltbarkeit und Zuverlässigkeit, was ein Risiko hinsichtlich Störungen bei dem Aufnahmegehäuse reduzieren kann.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein piezoelektrischer Aktuator einschließlich eines gestapelten piezoelektrischen Elementes vorgesehen, das in einem Aufnahmegehäuse mit einer im Wesentlichen zylindrischen fassförmigen Einheit aufweist, die einen erweiterbaren Abschnitt aufweist, der zumindest an einem Teil davon in einer axialen Richtung ausgebildet ist, und eine Antriebsplatte, die an einem der Endabschnitte der fassförmigen Einheit angeordnet ist, wobei das gestapelte piezoelektrische Element ein Blockelement aufweist, das an einer Endseite eines Keramikplattenstapels gefügt ist, und ein Übertragungselement, das an der anderen Endseite zum Anliegen an die Antriebsplatte gefügt ist, sowie eine Basiseinheit, die an einem Ende des Aufnahmegehäuses gefügt ist, wobei die Basiseinheit eine externe Elektrode aufweist, die zum Zuführen einer Leistung zu den Keramikplattenstapel von einer externen Stelle hindurch tritt, wobei das Blockelement einen Elektrodenanschluss aufweist, der einen Aufnahmeabschnitt aufweist, in die die externe Elektrode eingefügt ist, die von der Basiseinheit vorsteht, und in die die externe Elektrode eingepasst ist, und das Übertragungselement hat eine Einstellstelle zum Einstellen einer axialen Mitte des Aufnahmegehäuses und einer axialen Mitte des gestapelten piezoelektrischen Elementes, so dass sich diese zueinander annähern.

Bei dem piezoelektrischen Aktuator gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Exzentrizität des gestapelten piezoelektrischen Elementes innerhalb des Aufnahmegehäuses durch jenen Aufbau unterdrückt werden, bei dem die externe Elektrode in den Elektrodenanschluss eingefügt und eingepasst ist, und durch die Funktion der Einstellstelle des Übertragungselementes.

Dadurch besteht bei dem piezoelektrischen Aktuator kein Risiko, dass die Innenumfangsfläche des Aufnahmegehäuses mit einer Außenumfangsfläche des Keramikplattenstapels in Kontakt gelangt.

Folglich hat der piezoelektrische Aktuator eine bessere Funktion zum Abgeben der Antriebskraft des gestapelten piezoelektrischen Elementes mit hoher Effizienz, und außerdem eine bessere Haltbarkeit, wodurch ein Risiko hinsichtlich Störungen des gestapelten piezoelektrischen Elementes und des Aufnahmegehäuses reduziert werden.

Die vorliegende Erfindung wird aus der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung nachfolgend zusammen mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zu den Zeichnungen:
1 zeigt eine Querschnittsansicht des Aufbaus eines piezoelektrischen Aktuators gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Keramikplattenstapels gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
3A, 3B zeigen Querschnittsansichten von Aufbauten eines gestapelten piezoelektrischen Elementes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, das im rechten Winkel eine Richtung schneidet, in der das gestapelte piezoelektrische Element gestapelt ist,
4 zeigt eine beschreibende Ansicht einer Stapelprozedur des Keramikplattenstapels gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
5 zeigt eine Querschnittsansicht des Aufbaus eines gebrannten Körpers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
6 zeigt eine beschreibende Ansicht eines Aufnahmeprozesses gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
7 zeigt eine beschreibende Ansicht einer Montagestruktur, die bei dem Aufnahmeprozess gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bewirkt wird,
8 zeigt eine Querschnittsansicht des Aufbaus eines weiteren piezoelektrischen Aktuators gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
9 zeigt eine Querschnittsansicht des Aufbaus eines piezoelektrischen Aktuators gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
10 zeigt eine Querschnittsansicht des Aufbaus eines piezoelektrischen Aktuators gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
11 zeigt eine beschreibende Ansicht eines Aufbaus, bei dem eine externe Elektrode in einen Elektrodenanschluss eingepasst wird,
12 zeigt eine Querschnittsansicht des Aufbaus eines weiteren piezoelektrischen Aktuators gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, und
13 zeigt eine Querschnittsansicht der Querschnittsform eines Übertragungselementes 1 (insbesondere die Querschnittsform eines Fügeabschnittes des Übertragungselementes) gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Ein piezoelektrischer Aktuator 1 und ein Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Aktuators 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 beschrieben.
Wie dies in der 1 gezeigt ist, ist der piezoelektrische Aktuator gemäß dem Ausführungsbeispiel ein Aktuator einschließlich eines gestapelten piezoelektrischen Elementes 10, das in einem Aufnahmegehäuse 20 mit einer im Wesentlichen zylindrischen fassförmigen Einheit 24 aufgenommen ist, die einen erweiterbaren Abschnitt 21 aufweist, der zumindest an einem Teil davon in einer axialen Richtung ausgebildet ist, und eine Antriebsplatte 22, die an einem der Endabschnitte der fassförmigen Einheit 24 angeordnet ist, wobei das gestapelte piezoelektrische Element 10 ein Blockelement 12 aufweist, das an einer Endseite eines Keramikplattenstapels 11 in jene Richtung gefügt ist, in der die Keramikplatten gestapelt sind, und ein Übertragungselement 13, das an der anderen Endseite zum Anliegen an die Antriebsplatte 22 gefügt ist.
Dann umschließen das Blockelement 12 und das Übertragungselement 13 Umkreise mit Querschnittsformen, die die axiale Richtung des Keramikplattenstapels 11 in rechten Winkeln schneiden, und sie haben Querschnittsformen mit großem Durchmesser, die in Kreisen mit Durchmessern sind, welche größer sind als jene der Umkreise.
Der Aufbau des piezoelektrischen Aktuators wird nachfolgend im einzelnen beschrieben.
Wie dies in der 1 gezeigt ist, ist das gestapelte piezoelektrische Element 10 ein Element einschließlich des Keramikplattenstapels 11 mit Keramiklagen 111 und Elektrodenlagen 112, die abwechselnd gestapelt sind.
Der Keramikplattenstapel 11 hat insgesamt 450 Lagen mit den Keramiklagen 111, die jeweils eine Dicke von 80 μm aufweisen, und den Elektrodenlagen 112, die jeweils eine Dicke von 2 bis 3 μm aufweisen, die übereinander abwechselnd gestapelt sind, und er ist vorzugsweise als ein im Wesentlichen oktagonales Prisma mit einer Gesamtlänge von 43 mm ausgebildet.
Wie dies in den 3A, 3B gezeigt ist, beträgt dann bei dem Keramikplattenstapel 11 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Durchmesser Dd eines Umkreises 118 mit einer oktagonalen Querschnittsform, der jene Richtung im rechten Winkel schneidet, in der die Keramikplatten gestapelt sind, 9,2 mm.
Eine Seitenelektrode 116 (6) ist jeweils an entgegengesetzten Seiten 115 (2) des Keramikplattenstapels des gestapelten piezoelektrischen Elementes 10 gefügt.
Jede Seitenelektrode 16 ist in einem elektrischen Kontakt mit einer jeweiligen Elektrodenlage 112, und die Elektrodenlagen 112, die mit einer Seitenelektrode 116 im elektrischen Kontakt sind, sind von der anderen Seitenelektrode 116 elektrisch isoliert.
Wie dies in der 1 gezeigt ist, ist das Blockelement 12 ein im Wesentlichen zylindrisches Element aus Aluminiumoxid. Eine Querschnittsform des Blockelementes 12, das eine axiale Richtung davon im rechten Winkel schneidet, ist so konfiguriert, dass sie mit einer Querschnittsform mit großem Durchmesser ausgebildet ist, die in einem Inkreis 128 (Di = 9,5 mm) ist, der einen größeren Durchmesser als jenen des Umkreises 18 des Keramikplattenstapels 11 aufweist.
Dann ist eine konkave Nut 123 an einer Endseite des Blockelementes 12 ausgebildet, die einer Endseite davon entgegengesetzt ist, die dem Keramikplattenstapel 11 zugewandt ist, so dass sie entgegen einer Richtung des Blockelementes 12 gerichtet ist, die sich mit der axialen Richtung im Wesentlichen im rechten Winkel schneidet. Dann ist ein Paar vorstehende Abschnitte 125 entlang beiden Seitenabschnitten der konkaven Nut 123 ausgebildet.
Wie dies in der 1 gezeigt ist, ist bei dem gestapelten piezoelektrischen Element 10 das Blockelement 12 so angeordnet, dass die konkave Nut 123 so angeordnet ist, dass sie an jener Position mündet, die im Wesentlichen mit der Umfangsposition der Seite 115 übereinstimmt.
Zusätzlich sind Seiten des Blockelementes 12, die im Wesentlichen mit den Seiten 115 übereinstimmen, derart eben verarbeitet, dass Ebenen ähnlich den Seiten 115 ausgebildet sind. Dann ist ein Endabschnitt der Seitenelektrode 16 so aufgebaut, dass er sich über die Ebene hinaus erstreckt, die an einer Außenumfangsfläche des Blockelementes 12 ausgebildet ist, so dass er das Innere der konkaven Nut 123 erreicht.
Dann ist ein Verbindungsabschnitt zwischen der externen Elektrode 31, die so angeordnet ist, dass sie sich durch die Basiseinheit 30 hindurch erstreckt, was später beschrieben ist, und dem Endabschnitt der Seitenelektrode 116 so aufgebaut, dass er im Inneren der konkaven Nut 123 in dem Blockelement 12 angeordnet ist.
Wie dies in der 1 gezeigt ist, ist das Übertragungselement 13 zusätzlich ein Element zum Übertragen einer Antriebskraft, die mit einer piezoelektrischen Versetzung des gestapelten piezoelektrischen Elementes 10 verknüpft ist, zu der Antriebsplatte 22. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Übertragungselement 13 übernommen, das aus Aluminiumoxid geschaffen ist.
Dieses Übertragungselement 13 ist ein Element, das mit einer doppelzylindrischen Form ausgebildet ist, die aus einer Kombination aus einem im Wesentlichen zylindrisch geformten Fügeabschnitt 138 und einem Stangenabschnitt 132 resultiert. Es ist so aufgebaut, dass der Fügeabschnitt 131 an einer Endseite des Keramikplattenstapels 11 gefügt ist und dass eine distale Endseite des Stangenabschnitts 132 an die Antriebsplatte 22 des Aufnahmegehäuses 20 anliegt.
Wie dies in der 1 gezeigt ist, ist das Übertragungselement 13 so aufgebaut, dass ein Außendurchmesser Dt des Fügeabschnitts 131 9,3 mm beträgt, und dass ein Außendurchmesser Dr des Stangenabschnitts 132 5,6 mm beträgt. Wie dies in der 3B gezeigt ist, ist der Fügeabschnitt 131 dann so aufgebaut, dass er die Querschnittsform mit großem Durchmesser aufweist, die in einem Inkreis (der mit Dt = 9,3 mm übereinstimmt) 138 ist, der einen größeren Durchmesser als jenen des Umkreises 118 des Keramikplattenstapels 11 aufweist.
Hierbei ist eine Oberflächenverarbeitung bei einer Außenumfangsfläche des Fügeabschnittes 138 so vorgesehen, dass der Oberflächenrauhigkeitsgrad der Außenumfangsfläche des Fügeabschnitts 131 12,5 Rz oder kleiner ist, um den Gleitwiderstand zwischen der Außenumfangsfläche des Fügeabschnitts 131 und einer Innenumfangsfläche des Aufnahmegehäuses 20 zu reduzieren.
Es ist zu beachten, dass anstelle der Oberflächenbearbeitung zum Regulieren des Oberflächenrauhigkeitsgrades oder in Kombination mit der Oberflächenverarbeitung eine Oberflächenbehandlung unter Verwendung eines Fluorkunststoffes wie zum Beispiel Polytetrafluorethylen (Teflon: Handelsname) an der Außenumfangsfläche des Fügeabschnittes 131 und der Innenumfangsfläche des Aufnahmegehäuses 20 vorgesehen werden kann.
Wie dies in der 1 gezeigt ist, ist das Aufnahmegehäuse ein Element, das mit einer Glasform ausgebildet ist, das eine im Wesentlichen zylindrische fassförmige Einheit 24 mit einem Außendurchmesser von 10,1 mm und einen Innendurchmesser Dc = 9,5 mm aufweist, und eine Antriebsplatte 22, die eine Betätigungsfläche 100 zum Abgeben der Antriebskraft des piezoelektrischen Aktuators 1 zu einer äußeren Stelle bildet.
Dann ist eine Betätigungsendseite 221 an der Rückseite der Antriebsplatte 22 zum Anliegen an der distalen Endseite des Übertragungselementes 13 ausgebildet.
Wie dies in der 1 gezeigt ist, hat die fassförmige Einheit 24 einen erweiterbaren Abschnitt 21, der in der Nähe eines Endabschnittes davon nahe der Betätigungsendseite 221 vorgesehen ist, wobei der erweiterbare Abschnitt 21 ein metallischer Balg ist, der aus einem Austenit-Edelstahl ausgebildet ist und einen Außendurchmesser von 9,5 mm und einen Innendurchmesser Dv = 6,1 mm aufweist.
Dann ist dieser erweiterbare Abschnitt 21 an einer Außenumfangsseite des Stangenabschnitts 132 des Übertragungselementes 13 angeordnet, das das gestapelte piezoelektrische Element 10 bildet.
Zusätzlich ist die Antriebsplatte 22 an den Endabschnitt der fassförmigen Einheit 24 lasergeschweißt, die dem erweiterbaren Abschnitt 21 zugewandt ist.
Wie dies in der 1 gezeigt ist, sind bei der Basiseinheit 3 ein Paar externe Elektroden 31, die aus einer Fe-Ni-Legierung ausgebildet sind, derart angeordnet, dass sie durch die Basiseinheit 30 so hindurch treten, dass sie von dieser vorstehen.
Es ist zu beachten, dass Materialien für die Basiseinheit und den Anschluss nicht darauf beschränkt sind, und dass Materialien wie zum Beispiel Edelstahl verwendet werden können, die eine hermetische Abdichtungsbehandlung ermöglichen und die gut schweißbar sind.
Dann wird ein Spalt zwischen der externen Elektrode 31 und der Basiseinheit 30 durch eine hermetische Abdichtung 33 abgedichtet, die aus Glas gebildet ist.
Darüber hinaus ist ein Einfügungsabschnitt 32, der zum Einfügen in die fassförmige Einheit 24 des Aufnahmegehäuses 20 angepasst ist, an einem Endabschnitt der Basiseinheit 30 ausgebildet, der dem Aufnahmegehäuse 20 zugewandt ist.
Wie dies in der 7 gezeigt ist, ist der piezoelektrische Aktuator 1 des Ausführungsbeispiels durch Fügen des Aufnahmegehäuses 20 an die Basiseinheit 30 durch einen Laserschweißvorgang des Einfügungsabschnittes 32 aufgebaut, der in die fassförmige Einheit 24 eingefügt ist.
Dann wird eine Einfügungsposition für das gestartete piezoelektrische Element 10 innerhalb des Aufnahmegehäuses 20 dadurch begrenzt, dass das Anliegen des Endabschnittes der Basiseinheit 30, wo der Einfügungsabschnitt 32 vorgesehen ist, an die vorstehenden Abschnitte 125 des Blockelementes 12 des gestapelten piezoelektrischen Elementes 10 ermöglicht wird.
Als Nächstes wird ein Prozess zum Herstellen des piezoelektrischen Aktuators 1 des Ausführungsbeispiels beschrieben.
Der Prozess zum Herstellen des piezoelektrischen Aktuators 1 ist ein Prozess einschließlich eines Elementausbildungsprozesses zum Vorbereiten eines gestapelten piezoelektrischen Elements 10, eines Aufnahmeprozesses zum Einfügen des so ausgebildeten gestapelten piezoelektrischen Elementes 10 von einem offenen Endabschnitt des Aufnahmegehäuses 20 und eines Fügeprozesses zum Fügen der Basiseinheit 30 an den offenen Endabschnitt des Aufnahmegehäuses 20, wobei das gestapelte piezoelektrische Element 10 darin eingefügt ist.
Zunächst wird der Elementausbildungsprozess zum Vorbereiten eines gestapelten piezoelektrischen Elementes 10 beschrieben.
Beim Vorbereiten des Keramikstapels 11, der das gestapelte piezoelektrische Element 10 bildet, wird ein Grünling (nicht gezeigt) aus einem Schlamm im voraus vorbereitet, der ein Material für ein piezoelektrisches Element ist.
Dieser Schlamm ist derart, dass ein Bindemittel und kleine Mengen eines Weichmachers und ein Anti-Schaummittel einem Keramikmaterial wie zum Beispiel Bleizirkonattitanat (PZT) zugefügt sind, das zu einer piezoelektrischen Keramik wird, und danach wird das Keramikmaterial in einem organischen Lösemittel dispergiert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde der Schlamm auf einen Trägerfilm beschichtet, der nicht gezeigt ist, indem ein Rakelverfahren verwendet wird, um einen Grünling (nicht gezeigt) mit einer Dicke von 100 μm zu erzeugen. Es ist zu beachten, dass zusätzlich zu dem Rakelverfahren ein Extrusionsgießverfahren sowie andere verschiedene Verfahren als Verfahren zum Herstellen eines Grünlings aus einem Schlamm übernommen werden können.
Wie dies in der 4 gezeigt ist, werden als Nächstes Blattstücke 521 aus dem so ausgebildeten Grünling geschnitten und gestapelt. Die Blattstücke 521 werden dadurch ausgebildet, dass eine Ag-Pd-Paste, die ein leitendes Material ist, auf die Oberfläche des Grünlings mittels eines Siebdruckprozesses gedruckt wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Elektrodendruckmuster 502, das durch einen Elektrodenabschnitt 503 und einen blanken Abschnitt 504 gebildet ist, auf einer Oberfläche eines entsprechenden Blattstückes 521 ausgebildet, indem die Ag-Pd-Paste an dem jeweiligen Blattstück 521 beschichtet wird, wobei eine Stelle auf dem Blattstück 521, das einen Außenumfangsabschnitt bildet, davon unbeschichtet bleibt.
Dann werden beim Stapeln der Blattstücke 521 die Blattstücke 521 so gestapelt, wie dies in der 4 gezeigt ist, und zwar dass die blanken Abschnitte 504 der Blattstücke 521 so gestapelt und angeordnet sind, dass sie ihre Positionen abwechselnd ändern, um dadurch eine gestapelte Zwischeneinheit (nicht gezeigt) vorzubereiten.
Darüber hinaus wurde die so ausgebildete gestapelte Zwischeneinheit so gebrannt, dass eine gebrannte Einheit 113 vorbereitet ist, die eine im Wesentlichen rechteckige prismenartige Form zeigt, wie dies in der 5 gezeigt ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist zu beachten, dass die gestapelte Einheit so gehalten wurde, dass sie in einer Atmosphäre von 1200°C gebrannt wurde, und danach wurde die so gebrannte gestapelte Einheit in dem Ofen gekühlt.
Dann bilden die Elektrodenabschnitte 503, die an den Oberflächen der so gestapelten Blattstücke beschichtet sind, verschiedene Elektrodenlagen 112, die bei der gebrannten Einheit 113 Lagen bilden, wie dies in der 5 gezeigt ist.
Somit ist die gebrannte Einheit 113 so aufgebaut, dass die Elektrodenabschnitte 503 der Elektrodenlagen 112 an jeder anderen Lage an den entgegengesetzten Seiten der gebrannten Einheit 113 freiliegen können, und der Elektrodenabschnitt 503 liegt an einer Seite der Elektrodenlage 112 frei, wohingegen der blanke Abschnitt 504 an der anderen Seite davon freiliegt.
Wie dies in der 2 gezeigt ist, werden dann bei diesem Ausführungsbeispiel vier Eckenabschnitte der gebrannten Einheit 113 abgeflacht, und ein Paar Seiten 115, an die die Seitenelektroden 116 gefügt sind, werden an jenen Seiten ausgebildet, an denen die Elektrodenabschnitte 503 und die blanken Abschnitte 504 in der Stapelrichtung abwechselnd erscheinen, wodurch ein Keramikplattenstapel 11 vorbereitet wird, der eine oktagonale prismenartige Form zeigt.
Wie dies in der 1 gezeigt ist, ist darüber hinaus die Seitenelektrode 116 an die jeweilige Seite 115 des Keramikplattenstapels 11 mit einem leitenden Klebemittel (siehe 6) gefügt, und das Blockelement 12 und das Übertragungselement 13 sind an einer Endseite des Keramikplattenstapels 11 in jene Richtung gefügt, in der die Keramikplatten bei dem Keramikplattenstapel 11 gestapelt sind, und an die andere Endseite davon, wodurch das gestapelte piezoelektrische Element 10 vorbereitet ist.
Als Nächstes wird der Aufnahmeprozess zum Aufnehmen des gestapelten piezoelektrischen Elements 10 in das Aufnahmegehäuse 20 beschrieben.
Beim Implementieren dieses Prozesses wird die Basiseinheit 30 an den Endabschnitt des gestapelten piezoelektrischen Elements 10 im voraus montiert, das dem Blockelement 12 zugewandt ist, wie dies in der 6 gezeigt ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind das Blockelement 12 und die Basiseinheit 30 zusammenmontiert, wobei das Blockelement 12 und die Basiseinheit 30 aneinander anliegen, und zwar durch einen Punktschweißvorgang der Endabschnitte der Seitenelektroden 116 an die Basiseinheit 30.
Dann ist das gestapelte piezoelektrische Element 10 in dem Inneren des Aufnahmegehäuses 20 untergebracht, und der Einfügungsabschnitt 32 der Basiseinheit 30 ist in einen Aufnahmeabschnitt 241 an dem Endabschnitt des Aufnahmegehäuses 20 eingefügt, wodurch das Aufnahmegehäuse 20, das gestapelte piezoelektrische Element und die Basiseinheit 30 miteinander montiert sind.
Als Nächstes ist der Fügeprozess ein Prozess zum Fügen des Einfügungsabschnittes 32 der Basiseinheit 30 an die fassförmige Einheit 24 des Aufnahmegehäuses 20.
Bei dem Fügeprozess bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Basiseinheit 30 und das Aufnahmegehäuse 20 durch einen Laserschweißvorgang aneinander gefügt. Wie dies in der 7 gezeigt ist, wird hierbei ein Laserstrahl zu einer Außenumfangsseite des Aufnahmegehäuses 241 ausgesendet, wo der Einfügungsabschnitt 32 untergebracht ist, und der Aufnahmeabschnitt 241 und der Einfügungsabschnitt 32 werden so verschmolzen dass sie zusammen verschweißt sind, so dass sowohl der Aufnahmeabschnitt 241 als auch der Einfügungsabschnitt 32 starr miteinander fixiert sind, wodurch der piezoelektrische Aktuator 1 vorbereitet ist.
Somit ist gemäß dem piezoelektrischen Aktuator 1 des Ausführungsbeispiels ein Stützzwischenraum (Dc – Di) zwischen der Innenumfangsfläche der fassförmigen Einheit 24 des Aufnahmegehäuses 20 und der Außenumfangsfläche des Isolierelementes 12 auf 0,2 mm festgelegt.
Zusätzlich ist ein Stützzwischenraum (Dc – Dt) zwischen der Innenumfangsfläche der fassförmigen Einheit 24 und einer Außenumfangsfläche des Fügeabschnittes 131 des Übertragungselementes 13 auf 0,2 mm festgelegt.
Dadurch kann bei dem piezoelektrischen Aktuator 2 des Ausführungsbeispiels die Exzentrizität zwischen dem Übertragungselement 13 und der Antriebsplatte 22 auf 0,2 mm oder kleiner unterdrückt werden.
Folglich kann gemäß dem piezoelektrischen Aktuator 1 des Ausführungsbeispiels die Antriebskraft des Übertragungselementes 13 zu der Antriebsplatte 22 mit hoher Effizienz übertragen werden, indem die Exzentrizität des Übertragungselementes 13 bezüglich der Antriebsplatte 22 unterdrückt wird.
Zusätzlich wird durch Festlegen des Stützzwischenraumes (Dc – Dt) zwischen der Innenumfangsfläche der fassförmigen Einheit 24 und der Außenumfangsfläche des Fügeabschnittes 131 des Übertragungselementes 13, der als ein Gleitabschnitt dient, auf 0,2 mm der Gleitwiderstand unterdrückt, der durch den Fügeabschnitt 131 bezüglich der Innenumfangsfläche der fassförmigen Einheit 24 erzeugt wird.
Dadurch kann bei dem piezoelektrischen Aktuator gemäß dem Ausführungsbeispiel die Antriebskraft des gestapelten piezoelektrischen Elements mit guter Effizienz abgegeben werden.
Darüber hinaus beträgt ein Zwischenraum (Dv – Dr) zwischen einem Innenumfang des erweiterbaren Abschnittes 21 und einer Außenumfangsfläche des Stangenabschnittes 132 des Übertragungselementes 13 0,5 mm, und er ist größer als die Stützzwischenräume (Dc – Di) und (Dc – Dt) festgelegt.
Dadurch wird bei dem piezoelektrischen Aktuator gemäß dem Ausführungsbeispiel ein Risiko reduziert, dass der erweiterbare Abschnitt 21 das Übertragungselement 13 stört. Dadurch wird ein Risiko reduziert, dass eine Störung bei dem erweiterbaren Abschnitt durch den Betrieb des gestapelten piezoelektrischen Elements 10 hervorgerufen wird.
Außerdem sind bei dem piezoelektrischen Aktuator 1 des Ausführungsbeispiels Außendurchmesser Di, Dt des Blockelementes 12 und es Übertragungselementes 13 größer als ein Außendurchmesser Dd des Keramikplattenstapels 11 festgelegt.
Dadurch wird ein Risiko reduziert, dass eine Außenumfangsfläche des Keramikplattenstapels 11, der das gestapelte piezoelektrische Element 10 bildet, und eine Innenumfangsfläche des Aufnahmegehäuses 20 miteinander in Kontakt gelangen. Dadurch wird ein Risiko reduziert, dass Störungen wie zum Beispiel ein elektrischer Austritt aus einem beschädigten Abschnitt an der Innenumfangsfläche des Aufnahmegehäuses 20 hervorgerufen wird, oder Störungen, die aus einer Beschädigung der Innenumfangsfläche des Aufnahmegehäuses 20 resultieren.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist zu beachten, dass die Querschnittsformen des Keramikplattenstapels 11 und des Blockelementes 12 mit einer im Wesentlichen oktogonalen Form ausgebildet sind, und dass die Querschnittsform des Übertragungselementes 13 mit einer im Wesentlichen runden Form ausgebildet ist. Diese Querschnittsformen bei dem Ausführungsbeispiel sind nicht darauf beschränkt, und sie können in vielfältigen Formen einschließlich eines Kreises, eines Quadrates, eines Rechteckes und einer Fassform ausgebildet sein.
Darüber hinaus können verschiedene Kombinationen von Formen für die Querschnittsform des Keramikplattenstapels 11 und der Querschnittsform des Blockelementes 12 oder des Übertragungselementes 13 übernommen werden.
Die Materialien des Blockelementes 12 und des Übertragungselementes 13 sind bei diesem Ausführungsbeispiel nicht auf Aluminiumoxid beschränkt, und die Materialien mit einem höheren Elastizitätsmodul (eine hohe Versetzungsübertragungsfunktion) und hoher elektrischer Isolierfunktion wie zum Beispiel Siliziumnitrit, Aluminiumnitrit, Zirkonia und dergleichen können bei diesen Elementen 12 und 13 verwendet werden.
Außerdem ist bei dem piezoelektrischen Aktuator 1 des Ausführungsbeispiels die Exzentrizität des gestapelten piezoelektrischen Elements 10 so gestaltet, dass sie durch Ausbilden von Abschnitten, die Querschnittsformen mit großem Durchmesser zeigen an sowohl dem Blockelement 12 als auch dem Übertragungselement 13 unterdrückt wird.
Anstelle dieser Konstruktion kann die Exzentrizität des gestapelten piezoelektrischen Elements 10 auch so gestaltet sein, dass sie durch Ausbilden eines Abschnitts, der die Querschnittsform mit großem Durchmesser zeigt, entweder an dem Blockelement 12 oder dem Übertragungselement 13 unterdrückt wird.
Wie dies in der 8 gezeigt ist, kann das gestapelte piezoelektrische Element 10 zusätzlich in dem Aufnahmegehäuse 20 untergebracht werden, nachdem eine im Wesentlichen runde Buchse 110 über dem gestapelten piezoelektrischen Element 10 angeordnet wurde, bei der die Außendurchmesser jener Abschnitte des Blockelementes 12 und des Übertragungselementes 13, die die Querschnittsformen mit großem Durchmesser zeigen, gemäß der Dicke der Buchse 110 reduziert sind.
Dabei kann die Außenumfangsfläche des gestapelten piezoelektrischen Elements 10 des weiteren durch die Buchse 110 noch sicherer geschützt werden.
Zusätzlich kann die Buchse 110 aus PPS (Polyphenylensulfid) vorbereitet sein. Durch PPS (Polyphenylensulfid) kann die piezoelektrische Wirkung des gestapelten piezoelektrischen Elements 10 dadurch verfeinert werden, dass der Gleitwiderstand unterdrückt wird, der an der Innenumfangsfläche des Aufnahmegehäuses 20 auftritt.
Es ist zu beachten, dass das Material der Buchse 110 nicht auf PPS (Polyphenylensulfid) beschränkt ist, und dass irgendein anderes Material wie zum Beispiel NY66 (Nylon 66) und PET (Polyethylentelephtalat) verwendet werden kann, sofern dieses eine bessere Isolierung und bessere Wärmebeständigkeitseigenschaften aufweist.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Ein zweites Ausführungsbeispiel ist derart gestaltet, dass der Anlageaufbau zwischen dem Übertragungselement und dem Aufnahmegehäuse auf der Grundlage des ersten Ausführungsbeispiels abgewandelt ist.
Bei einem piezoelektrischen Aktuator 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein Außendurchmesser eines Fügeabschnittes 131 eines Übertragungselementes 13 so gestaltet, dass er im Wesentlichen mit einem Außendurchmesser eines Keramikstapels 11 übereinstimmt, wie dies in der 9 gezeigt ist.
Andererseits ist ein konvexer distaler Endabschnitt 133, der im Wesentlichen sphärisch vorsteht, an einem distalen Ende eines Stangenabschnitts 132 des Übertragungselementes 13 ausgebildet.
Dann ist ein Eingriffsabschnitt 222 an der Fläche einer Seite einer Antriebsplatte 22 vorgesehen, die an einem Endabschnitt des Aufnahmegehäuses 20 gefügt ist, der dem Übertragungselement 13 derart zugewandt ist, dass er im Wesentlichen konisch und koaxial zu einer axialen Mitte des Aufnahmegehäuses 20 ausgespart ist, um den konvexen distalen Endabschnitt 133 auf zunehmen.
Bei dem piezoelektrischen Aktuator 1 des Ausführungsbeispiels kann die Einstellung der axialen Mitte eines gestapelten piezoelektrischen Elements 10 mit guter Effizienz durch jenen Aufbau bewirkt werden, bei dem der konvexe distale Endabschnitt 133 des Übertragungselementes 113 in dem Eingriffsabschnitt 222 in der Antriebsplatte 22 aufgenommen ist.
Wenn das Übertragungselement 13, das an der Antriebsplatte 22 exzentrisch anliegt, den im Wesentlich sphärisch konvexen distalen Abschnitt 133 entlang einer Neigung des Eingriffsabschnitts 222 gleitet, damit er den tiefsten Abschnitt an der Mitte des Eingriffsabschnittes 22 erreicht, dann ist es möglich, die Mitten der Elemente mit hoher Effizienz einzustellen.
Es ist zu beachten, dass die verbleibenden Abschnitte des Aufbaus und die Funktion des piezoelektrischen Aktuators 1 ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind.
Während der konvexe distale Endabschnitt 133 an der Seite des Übertragungselementes 13 angeordnet ist und der konisch ausgesparte Eingriffsabschnitt 22 in der Antriebsplatte 22 ausgebildet ist, kann zusätzlich bei diesem Ausführungsbeispiel diese Beziehung so umgekehrt werden, dass eine konkave Aussparung an dem distalen Ende des Übertragungselementes 13 ausgebildet sein kann und dass der konvexe Vorsprung an dem distalen Ende des Übertragungselementes ausgebildet ist, und der konvexe Vorsprung kann an der Fläche der Antriebsplatte 22 ausgebildet sein.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Ein drittes Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel, bei dem das Fahren zum Unterdrücken der Exzentrizität an der Seite des Isolierelementes auf der Grundlage des piezoelektrischen Aktuators 1 des ersten Ausführungsbeispiels abgewandelt ist. Der piezoelektrische Aktuator des Ausführungsbeispiels wird unter Bezugnahme auf die 10, 11 beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel stimmt ein Außendurchmesser eines Blockelementes 12 im Wesentlichen mit einem Außendurchmesser eines Keramikplattenstapels 11 überein.
Dann wird anstelle des Verfahrens zum Unterdrücken der Exzentrizität des gestapelten piezoelektrischen Elementes 10 durch den Kontakt der Außenumfangsfläche des Blockelementes 12 mit der Innenumfangsfläche des Aufnahmegehäuses 20 die Exzentrizität eines gestapelten piezoelektrischen Elements 10 durch eine Passung zwischen einem Elektrodenanschluss 117, der an dem Blockelement 12 angeordnet ist, und einer externen Elektrode 31 unterdrückt, die so angeordnet ist, dass die durch eine Basiseinheit 30 hindurch tritt.
Wie dies nämlich in der 11 gezeigt ist, ist bei dem gestapelten piezoelektrischen Element 10 des Ausführungsbeispiels die externe Elektrode 31 bezüglich des Elektrodenanschlusses 117 eingefügt, der an einem Endabschnitt einer zweiten Elektrode 116 kontinuierlich vorgesehen ist, und sie ist an einer Seite des Blockelementes 12 befestigt, so dass die externe Elektrode 31 in den Elektrodenanschluss 117 gepasst ist.
Im Sinne der Klarheit bezüglich der Form des Elektrodenanschlusses 117 wurde das Blockelement 12 weggelassen.
Der Elektrodenanschluss 117 ist ein Element mit einem Fügeabschnitt 171 zum Klemmen, wie dies in der 11 gezeigt ist, damit ein Endabschnitt 166 der Seitenelektrode 16 und ein Aufnahmeabschnitt 173 fixiert sind, in die die stiftartige externe Elektrode 31 eingefügt wird, die eine im Wesentliche runde Querschnittsform aufweist.
Der Fügeabschnitt 171 hat eine im Wesentlichen ebene plattenartige Rückplatte und ein Paar bestehend aus einer linken und einer rechten geknickten Platte, die sich zu beiden Seitenabschnitten der Rückplatte fortsetzen, und die derart zurückgefaltet sind, dass sie der Rückplatte zugewandt sind. Dann wird der Endabschnitt der Seitenelektrode 116 geklammert und fixiert, die in einen Spalt zwischen der Rückplatte und den gefalteten Platten eingefügt ist.
Wie dies in der 11 gezeigt ist, hat die Querschnittsform des Aufnahmeabschnittes 173, der sich mit einer Einfügungsrichtung des externen Anschlusses 31 schneidet, eine im Wesentlichen konstante Form in der Einfügungsrichtung, und sie ist als eine im Wesentlichen bogenartige Form ausgebildet, die einer Außenumfangsfläche der externen Elektrode 31 folgt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Bogen des Aufnahmeabschnittes 173 so ausgebildet, dass er einen Winkel von ungefähr 270° derart abdeckt, dass eine Öffnung an einer Stelle vorgesehen ist.
Wie dies in der 11 gezeigt ist, ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Form des Bogens des Aufnahmeabschnittes 173 so ausgebildet, dass sie einen Innendurchmesser von 1,3 mm bezüglich eines Außendurchmessers der externen Elektrode hat, der 1,2 mm aufweist.
Dadurch kann gemäß dem Einfügungsaufbau der externen Elektrode 31 in den Aufnahmeabschnitt 173 die Exzentrizität des gestapelten piezoelektrischen Elementes 10 auf 0,1 mm oder weniger unterdrückt werden.
Wie dies in der 11 gezeigt ist, ist darüber hinaus bei dem Elektrodenanschluss 117 des Ausführungsbeispiels ein Verbindungsabschnitt 172 zwischen dem Fügeabschnitt 171 und dem Aufnahmeabschnitt 17 angeordnet, wobei sich der Verbindungsabschnitt 172 normal zu der Einfügungsrichtung der externen Elektrode 31 erstreckt.
Wie dies in der 11 gezeigt ist, kann dadurch bei dem gestapelten piezoelektrischen Element 10 des Ausführungsbeispiels der Elektrodenanschluss 117 in jenem Zustand angeordnet werden, bei dem der Aufnahmeabschnitt 173 innerhalb der konkaven Nut 123 des Blockelementes 12 angeordnet ist, wenn der Fügeabschnitt 171 an der Außenumfangsfläche des Blockelementes 12 befestigt wird.
Dadurch kann gemäß dem Elektrodenanschluss 117 die externe Elektrode 31 dann eingefügt werden, die gerade ausgebildet ist, so dass die Positionsabweichung der externen Elektrode 31 innerhalb des Querschnittes unterdrückt werden kann, der eine Richtung der axialen Mitte davon schneidet, wodurch es möglich ist, die Wirkung der axialen Mitteneinstellung weiter zu verbessern, wobei die externe Elektrode 31 verwendet wird.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist der Elektrodenanschluss 117 des piezoelektrischen Aktuators 10 des Ausführungsbeispiels daher so aufgebaut, dass die externe Elektrode 31 in der axialen Richtung eingefügt werden kann, und, dass die Relativbewegung in jener Richtung begrenzt werden kann, die im Wesentlichen normal zu der axialen Richtung ist.
Dann wird der Elektrodenanschluss 117 in das Blockelement 12 angeordnet. Andererseits wird die externe Elektrode 30 so angeordnet, dass sie durch die Basiseinheit 30 hindurch tritt und durch eine hermetische Abdichtung fixiert wird, wie dies bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist.
Dadurch kann gemäß dem Einfüge- und Einpassaufbau zwischen dem Elektrodenanschluss 117 und der externen Elektrode 31 die Abweichung der axialen Mitte des gestapelten piezoelektrischen Elementes 10 relativ zu der Basiseinheit 30 unterdrückt werden, die koaxial an dem Aufnahmegehäuse 20 gefügt ist.
Folglich wird gemäß dem piezoelektrischen Aktuator 1 des Ausführungsbeispiels ein Risiko reduziert, dass das gestapelte piezoelektrische Element 10 innerhalb des Aufnahmegehäuses 20 exzentrisch ist.
Es ist zu beachten, dass der restliche Abschnitt des Aufbaus und die Funktion des piezoelektrischen Aktuators 1 gleich sind, wie dies bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist.
Wie dies in der 12 gezeigt ist, kann darüber hinaus anstelle Anlageaufbaus zwischen dem Übertragungselement 13 und der Antriebsplatte 22 gemäß diesem Ausführungsbeispiel jener Aufbau übernommen werden, der bei dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben ist.
Dabei kann die Exzentrizität des gestapelten piezoelektrischen Elementes 10 innerhalb des Aufnahmegehäuses 20 auch unterdrückt werden.
Bei dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Blockelement so aufgebaut, dass es die Querschnittsform mit dem großen Durchmesser aufweist, und das Übertragungselement ist so aufgebaut, dass es den konvexen distalen Endabschnitt aufweist, der zu der Antriebsplatte vorsteht, wodurch es wünschenswert ist, dass die Antriebsplatte mit dem an deren Oberfläche ausgebildeten konkaven Eingriffsabschnitt, der dem Übertragungselement zugewandt ist, so aufgebaut ist, dass der konvexe distale Endabschnitt des Übertragungselements in dem Eingriffsabschnitt untergebracht ist.
Dabei kann die Exzentrizität des gestapelten piezoelektrischen Elementes relativ zu dem Aufnahmegehäuse durch jenen Aufbau weiter reduziert werden, bei dem die Außenumfangsfläche des Blockelementes an der Innenumfangsfläche des Aufnahmegehäuses anliegt und der konvexe distale Endabschnitt des Übertragungselementes in dem Eingriffsabschnitt der Antriebsplatte untergebracht ist.
Insbesondere kann gemäß dem Aufbau, bei dem der konvexe distale Endabschnitt des Übertragungselementes in dem Eingriffsabschnitt der Antriebsplatte untergebracht ist, der Gleitwiderstand der Außenumfangsfläche des gestapelten piezoelektrischen Elementes gegen die Innenumfangsfläche des Aufnahmegehäuses unterdrückt werden, oder der Kontakt des gestapelten piezoelektrischen Elementes mit dem Aufnahmegehäuse kann vermieden werden.
Zusätzlich ist es vorzuziehen, dass der konvexe distale Endabschnitt eine im Wesentlichen sphärische Form zeigt, und, dass der Eingriffsabschnitt eine Aussparung ist, die mit einer im Wesentlichen konischen Form ausgebildet ist.
In diesem Fall können die Mitten des konvexen distalen Endabschnittes und des Eingriffsabschnittes nahe aneinander mit guter Effizienz angeordnet werden, in dem der konvexe distale Endabschnitt an dem Eingriffsabschnitt anliegt.
Zusätzlich sind sowohl das Übertragungselement, als auch das Blockelement vorzugsweise so aufgebaut, dass sie Querschnittsformen mit großem Durchmesser aufweisen.
In diesem Fall kann die Exzentrizität des gestapelten piezoelektrischen Elementes noch sicherer unterdrückt werden, in dem das Übertragungselement und das Blockelement mit den Querschnittsformen mit dem großem Durchmesser an den Endabschnittes des gestapelten piezoelektrischen Elementes jeweils angeordnet werden.
Gemäß dem Übertragungselement und dem Blockelement, die voneinander beabstandet in der axialen Richtung angeordnet sind, wobei der Keramikplattenstapel dazwischen gehalten ist, kann der Kontakt zwischen der Außenumfangsfläche des Keramikplattenstapels und der Innenumfangsfläche des Aufnahmegehäuses sicher verhindert werden.
Zusätzlich sind die Stützzwischenräume, welche die Spalte zwischen den Außenumfangsflächen der Abschnitte des Blockelementes und des Übertragungselementes sind, die die Querschnittsform mit dem großen Durchmesser zeigen, und der Innenumfangsfläche des Aufnahmegehäuses vorzugsweise enger als ein Spalt zwischen dem Innendurchmesser des erweiterbaren Abschnittes des Aufnahmegehäuses und der Außenumfangsfläche des gestapelten piezoelektrischen Elementes festgelegt, das an Innenumfangsseite des erweiterbaren Abschnitts angeordnet ist.
In diesem Fall besteht ein reduziertes Risiko, dass die Erweiterungs- und Zusammenziehungsbewegungen des gestapelten piezoelektrischen Elementes gestört werden oder, dass der erweiterbare Abschnitt beschädigt wird, auch wenn das gestapelte piezoelektrische Element innerhalb der Bereiche der Stützzwischenräume exzentrisch ist.
Dadurch besteht ein reduziertes Risiko, dass der erweiterbare Abschnitt das gestapelte piezoelektrische Element stört.
Zusätzlich sind die Stützzwischenräume vorzugsweise in einem Bereich von 0,01 mm bis 0,5 mm, wobei beide Werte enthalten sind.
In diesem Fall können die Unterdrückung der Exzentrizität des gestapelten piezoelektrischen Elementes und die Unterdrückung des Gleitwiderstandes des gestapelten piezoelektrischen Elementes innerhalb des Aufnahmegehäuses durch geeignetes Festlegen der Stützzwischenräume einander kompatibel geschaffen werden.
Wenn andererseits die Stützzwischenräume unter 0,01 mm sind, dann erhöht sich der Gleitwiderstand zwischen der Innenumfangsfläche des Aufnahmegehäuses und der Außenumfangsfläche des gestapelten piezoelektrischen Elementes, und daher besteht ein Risiko, dass die Bewegung des gestapelten piezoelektrischen Elementes innerhalb des Aufnahmegehäuses gestört wird.
Falls die Stützzwischenräume über 0,5 mm sind, dann besteht zusätzlich ein Risiko, dass die Exzentrizität des piezoelektrischen Elementes nicht ausrecheichend unterdrückt werden kann.
Zusätzlich wird eine Oberflächenbehandlung mit einem Fluorkunststoff vorzugsweise auf die Außenumfangsfläche des Abschnittes des Übertragungselementes aufgebracht, der die Querschnittsform mit dem großen Durchmesser zeigt.
Dabei wird der Gleitwiderstand zwischen der Außenumfangsfläche des Übertragungselementes und der Innenumfangsfläche des Aufnahmegehäuses unterdrückt, wodurch es möglich ist, den Gleitwiderstand innerhalb des Aufnahmegehäuses zu reduzieren.
Es ist zu beachten, dass Polytetrafluorethylen (Teflon: Handelsname) als ein Fluorkunststoff erhältlich ist.
Zusätzlich ist der Grad der Oberflächenrauhigkeit des Abschnittes des Übertragungselementes, der die Querschnittsform mit dem großen Durchmesser zeigt, vorzugsweise so geschaffen, dass die arithmetisch mittlere Rauhigkeit Rz 12,5 Rz oder weniger beträgt.
Hierbei wird das arithmetische Mittel der Rauhigkeit Rz als ein Index zum Angeben der Oberflächenrauhigkeit verwendet, die als eine 10.-Mittel-Rauhigkeit auf der Grundlage des japanischen Industriestandards (JIS) reguliert ist.
Dann wird der Gleitwiderstand zwischen der Außenumfangsfläche des Übertragungselementes und der Innenumfangsfläche des Aufnahmegehäuses unterdrückt, wenn die Oberflächenrauhigkeit der Außenumfangsfläche 12,5 Rz oder weniger beträgt, wodurch es möglich ist, den Gleitwiderstand des gestapelten piezoelektrischen Elementes innerhalb des Aufnahmegehäuses zu reduzieren.
Falls andererseits die Oberflächenrauhigkeit der Außenumfangsfläche 12,5 Rz überschreitet, dann wird ein Risiko hervorgerufen, dass der Gleitwiderstand des gestapelten piezoelektrischen Elementes innerhalb des Aufnahmegehäuses ansteigt.
Zusätzlich ist das Buchsenelement, das eine im Wesentlichen zylindrische Form zeigt, vorzugsweise zwischen dem gestapelten piezoelektrischen Element und dem Aufnahmegehäuse angeordnet.
Durch das Anordnen des Buchsenelementes zwischen dem gestapelten piezoelektrischen Element und dem Aufnahmegehäuse wird der Gleitwiderstand zwischen dem gestapelten piezoelektrischen Element und dem Aufnahmegehäuse unterdrückt, um dadurch den Gleitwiderstand des gestapelten piezoelektrischen Elementes innerhalb des Aufnahmegehäuses zu reduzieren.
Zusätzlich ist der piezoelektrische Aktuator vorzugsweise ein Aktuator, der innerhalb einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Gebrauch bei einer Brennkraftmaschine eingebaut ist. DA eine gute Haltbarkeit und eine hohe Betriebszuverlässigkeit für den piezoelektrischen Aktuator erforderlich sind, sind die Funktion und der Wirkungsgrad bei dem ersten Aspekt der Erfindung besonders wirksam.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umschließt das Übertragungselement den Umkreis mit der Querschnittsform, die die axiale Richtung des Keramikplattenstapels im rechten Winkel schneidet und die Querschnittsform mit großem Durchmesser aufweist, die in dem Inkreis mit dem Durchmesser ist, der größer ist als jener des Umkreises, und die Einstellstelle ist vorzugsweise die Außenumfangsfläche des Abschnittes des Übertragungselementes, dass die Querschnittsform mit großem Durchmesser zeigt.
Im Falle einer Kombination des Einfügungs- und Einpassaufbaus zwischen der externen Elektrode und dem Elektrodenanschluss mit dem Anlageaufbau zwischen der Außenumfangsfläche des Abschnittes, der die Querschnittsform mit dem großen Durchmesser zeigt, und der Innenumfangsfläche des Aufnahmegehäuses kann die Exzentrizität des gestapelten piezoelektrischen Elementes mit guter Wirksamkeit unterdrückt werden.
Zusätzlich ist die Oberflächenbehandlung mit dem Fluorkunststoff vorzugsweise an der Außenumfangsfläche des Abschnittes des Übertragungselementes vorgesehen, dass die Querschnittsform mit dem großen Durchmesser zeigt.
Dabei wird der Gleitwiderstand zwischen der Außenumfangsfläche des gestapelten piezoelektrischen Elementes und der Innenumfangsfläche des Aufnahmegehäuses unterdrückt, wodurch es möglich ist, den Gleitwiderstand des gestapelten piezoelektrischen Elementes innerhalb des Aufnahmegehäuses zu reduzieren.
Zusätzlich ist die Oberflächenrauhigkeit der Außenumfangsfläche des Abschnittes des Übertragungselementes, an dem die Querschnittsform mit dem großen Durchmesser ausgebildet ist, vorzugsweise so gestaltet, dass die arithmetische mittlere Rauhigkeit Rz 12,5 Rz oder weniger beträgt.
Dabei wird der Gleitwiderstand zwischen der Außenumfangsfläche des gestapelten piezoelektrischen Elementes und der Innenumfangsfläche des Aufnahmegehäuses unterdrückt, wodurch es möglich ist, den Gleitwiderstand des gestapelten piezoelektrischen Elementes innerhalb des Aufnahmegehäuses zu reduzieren.
Darüber hinaus ist die Einstellstelle der konvexe distale Endabschnitt, der an dem distalen Ende des Übertragungselementes ausgebildet ist, und der konvexe distale Endabschnitt ist vorzugsweise so aufgebaut, dass er in dem konkaven Eingriffsabschnitt untergebracht ist, der in der Fläche der Antriebsplatte angeordnet ist. Durch Kombinieren des Einfügungs- und Einpassaufbaus zwischen dem Elektrodenanschluss und der externe Elektrode mit dem Aufnahmeaufbau zwischen dem konvexen distalen Endabschnitt des Übertragungselementes und dem Eingriffsabschnitt der Antriebsplatte kann die Exzentrizität des gestapelten piezoelektrischen Elementes unterdrückt werden, während der Gleitwiderstand des gestapelten piezoelektrischen Elementes innerhalb des Aufnahmegehäuses unterdrückt wird.
Zusätzlich zeigt der konvexe distale Endabschnitt vorzugsweise eine im Wesentlichen sphärische Form, und der Eingriffsabschnitt ist vorzugsweise eine Aussparung, die eine im Wesentlichen konische Form zeigt.
Zusätzlich ist der piezoelektrische Aktuator vorzugsweise jener Aktuator, der in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Gebrauch bei der Brennkraftmaschine eingebaut ist. Da eine gute Haltbarkeit und eine hohe Betriebszuverlässigkeit für den piezoelektrischen Aktuator erforderlich sind, ist die Funktion und die Wirksamkeit besonders wirksam, die bei dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind.
Ein piezoelektrischer Aktuator 1 ist ein Aktuator einschließlich eines gestapelten piezoelektrischen Elementes 10, das in einem Aufnahmegehäuse 20 mit einer im Wesentlichen zylindrischen fassförmigen Einheit 24 untergebracht ist, die einen erweiterbaren Abschnitt 21 aufweist, der zumindest an einem Teil davon in einer axialen Richtung ausgebildet ist, und eine Antriebsplatte 22, die an einem der Endabschnitte der fassförmigen Einheit 24 angeordnet ist, wobei das gestapelte piezoelektrische Element 10 ein Blockelement 12 aufweist, das an einer Endseite eines Keramikplattenstapels 11 in jene Richtung gefügt ist, in der die Keramikplatten gestapelt sind, und ein Übertragungselement 13, das an die andere Endseite gefügt ist, damit es an der Antriebsplatte 22 anliegt. Das Blockelement 12 und das Übertragungselement 13 umschließen Umkreise mit Querschnittsformen, die eine axiale Richtung des Keramikplattenstapels 11 schneiden und Querschnittsformen mit großem Durchmesser aufweisen, die in Kreisen sind, die größere Durchmesser als die Umkreise aufweisen.

Claims

Piezoelektrischer Aktuator einschließlich eines gestapelten piezoelektrischen Elementes, das in einem Aufnahmegehäuse mit einer im Wesentlichen zylindrischen fassförmigen Einheit untergebracht ist, die einen erweiterbaren Abschnitt aufweist, der zumindest an einem Teil davon in einer axialen Richtung ausgebildet ist, und einer Antriebsplatte, die an einem der Endabschnitte der fassförmigen Einheit angeordnet ist, wobei das gestapelte piezoelektrische Element ein Blockelement, das an einer Endseite eines Keramikplattenstapels in jene Richtung gefügt ist, in der die Keramikplatten gestapelt sind, und ein Übertragungselement aufweist, das an die andere Endseite so gefügt ist, dass es an der Antriebsplatte anliegt, wobei zumindest entweder das Blockelement oder das Übertragungselement einen Umkreis mit einer Querschnittsform umschließt, die die axiale Richtung des Keramikplattenstapels im rechten Winkel schneidet, und eine Querschnittsform mit großem Durchmesser aufweist, die in einem Kreis mit einem größerem Durchmesser als der Umkreis ist.
Piezoelektrischer Aktuator gemäß Anspruch 1, wobei das Blockelement so aufgebaut ist, dass es die Querschnittsform mit dem großen Durchmesser aufweist, wobei das Übertragungselement so aufgebaut ist, dass es einen konvexen distalen Endabschnitt aufweist, der zu der Antriebsplatte vorsteht, und wobei die Antriebsplatte einen konkaven Eingriffsabschnitt aufweist, der in der Fläche an jener Seite von ihr vorgesehen ist, die dem Übertragungselement zugewandt ist.
Piezoelektrischer Aktuator gemäß Anspruch 2, wobei der konvexe distale Endabschnitt eine im Wesentlichen sphärische Form zeigt, und wobei der Eingriffsabschnitt eine Aussparung ist, die eine im Wesentlichen konische Form zeigt.
Piezoelektrischer Aktuator gemäß Anspruch 1, wobei sowohl das Übertragungselement als auch das Blockelement so aufgebaut sind, dass sie eine Querschnittsform mit großem Durchmesser aufweisen.
Piezoelektrischer Aktuator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei Stützzwischenräume, die Spalte zwischen den Außenumfangsflächen des Blockelementes und des Übertragungselementes, den Außenumfangsflächen jener Abschnitte, die die Querschnittsformen mit großem Durchmesser aufweisen, und einer Innenumfangsfläche des Aufnahmegehäuses sind, enger als ein Spalt zwischen einem Innendurchmesser des erweiterbaren Abschnittes des Aufnahmegehäuses und einer Außenumfangsfläche des gestapelten piezoelektrischen Elementes festgelegt sind, das an einer Innenumfangsseite des erweiterbaren Abschnittes positioniert ist.
Piezoelektrischer Aktuator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Stützzwischenräume in einem Bereich von jeweils einschließlich 0,01 mm bis 0,5 mm sind.
Piezoelektrischer Aktuator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Oberflächenbehandlung mit einem Fluorkunststoff an der Außenumfangsfläche jenes Abschnittes des Übertragungselements vorgesehen ist, der die Querschnittsform mit großem Durchmesser aufweist.
Piezoelektrischer Aktuator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Oberflächenrauhigkeit der Außenumfangsfläche jenes Abschnittes des Übertragungselementes, der die Querschnittsform mit großem Durchmesser aufweist, dergestalt ist, dass die arithmetische mittlere Rauhigkeit 12,5 Rz oder weniger beträgt.
Piezoelektrischer Aktuator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Buchsenelement, das eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweist, zwischen dem gestapelten piezoelektrischen Element und dem Aufnahmegehäuse angeordnet ist.
Piezoelektrischer Aktuator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der piezoelektrische Aktuator ein Aktuator ist, der zum Einbau in eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zur Verwendung bei einer Brennkraftmaschine geeignet ist.
Piezoelektrischer Aktuator einschließlich eines gestapelten piezoelektrischen Elementes, das in einem Aufnahmegehäuse mit einer im Wesentlichen zylindrischen fassförmigen Einheit untergebracht ist, die einen erweiterbaren Abschnitt aufweist, der zumindest an einem Teil davon in einer axialen Richtung ausgebildet ist, und einer Antriebsplatte, die an einem Endabschnitt der fassförmigen Einheit angeordnet ist, wobei das gestapelte piezoelektrische Element ein Blockelement, das an einer Endseite eines Keramikplattenstapels gefügt ist, und ein Übertragungselement aufweist, das an die andere Endseite gefügt ist, damit es an der Antriebsplatte anliegt, sowie einer Basiseinheit, die an einem Ende des Aufnahmegehäuses gefügt ist, wobei die Basiseinheit eine externe Elektrode aufweist, die dort hindurch tritt, um dem Keramikplattenstapel Leistung von einem externen Ort zuzuführen, wobei das Blockelement so aufgebaut ist, dass es einen Elektrodenanschluss aufweist, der einen Unterbringungsabschnitt aufweist, in dem die von der Basiseinheit vorstehende externen Elektrode eingefügt ist und in dem die externe Elektrode eingepasst ist, und wobei das Übertragungselement eine Einstellstelle zum Einstellen einer axialen Mitte des Aufnahmegehäuses und einer axialen Mitte des gestapelten piezoelektrischen Elementes aufweist, damit sich diese zueinander annähern.
Piezoelektrischer Aktuator gemäß Anspruch 11, wobei das Übertragungselement einen Umkreis mit einer Querschnittsform umschließt, die eine axiale Richtung des Keramikplattenstapels schneidet, und eine Querschnittsform mit großem Durchmesser aufweist, die in einem Kreis ist, der einen größeren Durchmesser als der Umkreis aufweist, und wobei die Einstellstelle eine Außenumfangsfläche jenes Abschnittes des Übertragungselementes ist, an dem die Querschnittsform mit großem Durchmesser ausgebildet ist.
Piezoelektrischer Aktuator gemäß Anspruch 12, wobei eine Oberflächenbehandlung mit einem Fluorkunststoff an der Außenumfangsfläche jenes Abschnittes des Übertragungselementes vorgesehen ist, an dem die Querschnittsform mit großem Durchmesser ausgebildet ist.
Piezoelektrischer Aktuator gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei die Oberflächenrauhigkeit der Außenumfangsfläche jenes Abschnittes des Übertragungselementes, an dem die Querschnittsform mit großem Durchmesser ausgebildet ist, dergestalt ist, dass die arithmetische mittlere Rauhigkeit 12,5 Rz oder weniger beträgt.
Piezoelektrischer Aktuator gemäß Anspruch 11, wobei die Einstellstelle ein konvexer distaler Endabschnitt ist, der an einem distalen Ende des Übertragungselementes ausgebildet ist, und wobei der konvexe distale Endabschnitt so aufgebaut ist, dass er in einem konkaven Eingriffsabschnitt untergebracht ist, der in einer Fläche der Antriebsplatte angeordnet ist.
Piezoelektrischer Aktuator gemäß Anspruch 15, wobei der konvexe distale Endabschnitt eine im Wesentlichen sphärische Form zeigt, und wobei der Eingriffsabschnitt eine Aussparung ist, die eine im Wesentlichen konische Form zeigt.
Piezoelektrischer Aktuator gemäß einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei der piezoelektrische Aktuator ein Aktuator ist, der zum Einbau in eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zur Verwendung bei einer Brennkraftmaschine geeignet ist.