DE102007000210A1 - Piezoelektrische Betätigungsvorrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

Piezoelektrische Betätigungsvorrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben Download PDF

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Abstract

Eine piezoelektrische Betätigungsvorrichtung (1) umfasst eine geschichtete piezoelektrische Vorrichtung (10), die in einem zylindrischen Gehäuse (20) aufgenommen ist, das einen ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt (21) aufweist, der bei zumindest einem zugehörigen axialen Teil ausgebildet ist, und einen Behälter (30), der mit einem Paar von externen Elektroden (31) für eine Energiezufuhr versehen ist und mit einem offenen Ende (201) des zylindrischen Gehäuses verbunden ist. Zwischen der piezoelektrischen Vorrichtung und dem zylindrischen Gehäuse ist ein Formharz (41), das eine elektrische Isolationseigenschaft aufweist, bei einer Außenumfangsoberfläche (100) der piezoelektrischen Vorrichtung bereitgestellt und eine Hülse (42), die eine elektrische Isolationseigenschaft aufweist, ist bei dem Formharz bereitgestellt. Die Hülse ist durch eine Vielzahl von umfänglich getrennten Hülsensegmenten (43) ausgebildet, die in eine im Wesentlichen zylindrische Form zusammengesetzt sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine piezoelektrische Betätigungsvorrichtung bzw. einen piezoelektrischen Aktor, die eine piezoelektrische Vorrichtung aufweist, die in einem Gehäuse aufgenommen ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung.
  • Es sind piezoelektrische Betätigungsvorrichtungen bzw. piezoelektrische Aktoren für eine Verwendung in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen bekannt, die eine piezoelektrische Vorrichtung umfassen, die bei einem Anlegen einer elektrischen Spannung antreibbar ist und die in einer fest abgedichteten Art und Weise in einem Gehäuse aufgenommen ist, das einen ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt in der Form eines metallischen Balgs aufweist. Ein Beispiel von derartigen bekannten piezoelektrischen Betätigungsvorrichtungen ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift (JP-A) Nr. 2002-256999 offenbart, die dem US-Patent Nr. 6,563,687 entspricht. Die offenbarte piezoelektrische Betätigungsvorrichtung umfasst ein isolierendes Element, das eine elektrische Isolationseigenschaft (nachstehend abgekürzt als „Isolationseigenschaft" bezeichnet) aufweist und zwischen der piezoelektrischen Vorrichtung und dem Gehäuse angeordnet ist, um eine Isolation dazwischen bereitzustellen.
  • Um die gewünschte Isolationseigenschaft der elektrischen Betätigungsvorrichtung sicherzustellen, ist eine zylindrische Hülse, die aus einem isolierendem Harz gebildet ist, um eine Außenumfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung herum über ein Formharz, das eine Isolationseigenschaft aufweist, bereitgestellt. Bei der Herstellung einer derartigen piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung wird das Formharz auf die Außenumfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung aufgebracht, wobei danach die piezoelektrische Vorrichtung in die zylindrische Hülse eingefügt wird. Bei diesem Beispiel ist es jedoch, da das Formharz, das auf die Außenumfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung aufgebracht wird, in Kontakt mit der Hülse gebracht wird, schwierig, dass das Formharz seine Homogenität aufrechterhält. Beispielsweise wird, wenn die Menge des Formharzes, das auf die piezoelektrische Vorrichtung aufgebracht wird, übermäßig groß ist, das Formharz aus der Hülse herausgedrückt bzw. gequetscht, was eine separate Arbeit oder einen separaten Vorgang zum Entfernen des herausgepressten Teils des Formharzes erfordert.
  • Eine weitere herkömmliche piezoelektrische Betätigungsvorrichtung umfasst ein Isolationsharz, das als ein Füllmaterial zwischen einer piezoelektrischen Vorrichtung und einem Gehäuse eingefüllt ist. Bei der Herstellung einer derartigen herkömmlichen piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung wird das isolierende Harz durch ein Einspritzen zwischen die piezoelektrische Vorrichtung und das Gehäuse eingefüllt. Aufgrund eines extrem schmalen Raums, der zwischen der piezoelektrischen Vorrichtung und dem Gehäuse ausgebildet ist, ist die Einfülleinspritzoperation jedoch sehr schwierig zu erreichen, wobei folglich die Produktivität der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung verringert wird.
  • In Anbetracht der vorstehend genannten Schwierigkeiten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine piezoelektrische Betätigungsvorrichtung, die eine hervorragende elektrische Isolationseigenschaft aufweist und in der Lage ist, die Produktivität zu verbessern, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung bereitzustellen.
  • Gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist eine piezoelektrische Betätigungsvorrichtung bereitgestellt, die ein Gehäuse, das eine kolbenartige zylindrische Form aufweist, die einen ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt umfasst, der bei zumindest einem Teil des zylindrischen Gehäuses in einer zugehörigen axialen Richtung ausgebildet ist, eine geschichtete piezoelektrische Vorrichtung (10), die in dem zylindrischen Gehäuse aufgenommen ist, und einen Behälter umfasst, der mit einem Paar von externen Elektroden für eine Energiezufuhr versehen ist und mit einem offenen Ende des zylindrischen Gehäuses verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der piezoelektrischen Vorrichtung und dem zylindrischen Gehäuse ein Formharz mit einer elektrischen Isolationseigenschaft bei einer Außenumfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung bereitgestellt ist und eine Hülse mit einer elektrischen Isolationseigenschaft bei dem Formharz bereitgestellt ist, wobei die Hülse durch eine Vielzahl von umfänglich getrennten Hülsensegmenten ausgebildet ist, die in eine im Wesentlichen zylindrische Form zusammengesetzt sind.
  • In der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die geschichtete piezoelektrische Vorrichtung in dem Gehäuse, das eine kolbenartige zylindrische Form aufweist, aufgenommen oder untergebracht. Zwischen der piezoelektrischen Vorrichtung und dem zylindrischen Gehäuse ist die Hülse bei der Außenumfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung mit dem dazwischen angeordneten Formharz bereitgestellt.
  • Die Hülse ist durch Hülsensegmente gebildet, die in einer Umfangsrichtung getrennt sind und in eine im Wesentlichen zylindrische Form zusammengesetzt sind.
  • Anders als die herkömmliche Hülse, die eine einteilige einheitliche Struktur aufweist, die geeignet ist, um um die piezoelektrische Vorrichtung herum durch ein Einfügen der piezoelektrischen Vorrichtung in die Hülse eingepasst zu werden, weist die Hülse gemäß der vorliegenden Erfindung eine aufgeteilte Struktur auf, die aus einer Vielzahl von umfänglich getrennten Hülsensegmenten aufgebaut ist, die in eine im Wesentlichen zylindrische Form zusammengefügt oder zusammengesetzt werden können, die bei der Außenumfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung und um diese herum bereitgestellt wird. Bei der Herstellung der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung kann eine Positionierung der Hülsensegmente in einer Umfangsrichtung in einfacher Weise erreicht werden, so dass die Hülse mit einer hohen Genauigkeit ausgebildet werden kann.
  • Des Weiteren ist es, da die Hülse ausgebildet wird, indem die Hülsensegmente bei der Außenumfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung und um diese herum platziert werden, während die Aufbringmenge und der Aufbringzustand des Formharzes, das zwischen die piezoelektrische Vorrichtung und die Hülse eingebracht wird, bestätigt oder überwacht wird, möglich, eine Homogenitätsverschlechterung und ein Herausdrücken des Formharzes zu verhindern, was andernfalls auftreten würde, wenn die Hülse eine herkömmliche einteilige einheitliche Struktur aufweist. Somit kann die Schichtdicke des Formharzes auf einfache Weise gesteuert werden, was einen ausreichenden Gleichförmigkeitsgrad bei der Schichtdicke des Formharzes sicherstellt.
  • Zusätzlich kann aufgrund dessen, dass die Hülse bei der Außenumfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung über das Formharz, das eine gleichförmige Schichtdicke aufweist, genau bereitgestellt wird, eine ausreichende Isolierung zwischen der piezoelektrischen Vorrichtung und dem Gehäuse bereitgestellt werden. Des Weiteren weist die piezoelektrische Betätigungsvorrichtung gemäß der Erfindung eine sehr hohe Qualität insbesondere hinsichtlich der Haltbarkeit und Zuverlässigkeit auf.
  • Außerdem ist es, da die Schichtdicke des Formharzes in einfacher Art und Weise gesteuert werden kann, wie es vorstehend beschrieben ist, möglich, ein Aufbringen des Formharzes mit einer minimal erforderlichen Menge auszuführen. Als Konsequenz kann ein übermäßiges Aufbringen des Formharzes vermieden werden und eine separate Arbeit oder Operation zum Entfernen einer überschüssigen Menge des Formharzes ist nicht länger erforderlich. Somit ist die piezoelektrische Betätigungsvorrichtung in der Lage, die Produktivität zu verbessern.
  • Soweit es bisher beschrieben ist, weist die piezoelektrische Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine hervorragende elektrische Isolationseigenschaft auf, was zu einer Verbesserung in der Qualität hinsichtlich der Haltbarkeit und Zuverlässigkeit führt, wobei sie in der Lage ist, die Produktivität der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung zu verbessern.
  • Vorzugsweise weist die Hülse einen Abschnitt mit großem Durchmesser, der bei einer Außenumfangsoberfläche hiervon ausgebildet ist, zum Zwecke einer Ausrichtung auf, wobei der Abschnitt mit großem Durchmesser in Kontakt mit einer Innenumfangsoberfläche des zylindrischen Gehäuses ist. Mit dem so bereitgestellten Abschnitt mit großem Durchmesser kann die Entfernung zwischen der piezoelektrischen Vorrichtung und dem Gehäuse gleichförmig gehalten werden und die Achse der piezoelektrischen Vorrichtung ist bezüglich ihrer Position fixiert. Als Ergebnis wird die piezoelektrische Vorrichtung zu dem Gehäuse ausgerichtet gehalten, ohne eine Exzentrizität dazwischen zu umfassen. Dies vergrößert die Haltbarkeit der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung.
  • Es ist zu bevorzugen, dass die Hülse ein Verbindungsloch bzw. Kommunikationsloch aufweist, das bei zusammengefügten Abschnitten von jeweils benachbarten zwei der Vielzahl von Hülsensegmenten ausgebildet ist, wobei das Formharz, das in die Hülse eingebracht wird, über das Verbindungsloch sichtbar gemacht wird. Indem somit das Verbindungsloch bereitgestellt wird, ist es auf einfache Art und Weise möglich, über eine visuelle Beobachtung durch das Verbindungsloch zu bestätigen, ob das Formharz gleichförmig und in ausreichender Art und Weise zwischen die piezoelektrische Vorrichtung und die Hülse aufgebracht (oder eingefüllt) worden ist. Mit dieser visuellen Beobachtung kann die Schichtdicke des Formharzes einfach und genau gesteuert werden.
  • Vorzugsweise weist jedes der Hülsensegmente einen Eingriffabschnitt auf, der bei einer Endoberfläche eines jeweiligen zusammengefügten Abschnitts angeordnet ist, wobei der Eingriffabschnitt jedes Hülsensegments in Eingriff mit dem Eingriffabschnitt des benachbarten Hülsensegments ist, so dass die Hülsensegmente in die zylindrische Hülse zusammengesetzt werden. Diese Anordnung erleichtert eine einfache Positionierung der Hülsensegmente in der Umfangsrichtung der Hülse, was ein zuverlässiges Verbinden der Hülsensegmente sicherstellt. Die Hülse, die durch derartige Hülsensegmente gebildet wird, wird mit einem hohen Grad an Genauigkeit zusammengesetzt und weist eine ausreichende Stärke auf.
  • Vorzugsweise ist die piezoelektrische Betätigungsvorrichtung in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine eingebaut. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung wird unter schwierigen Bedingungen verwendet, die hohe Temperaturen und Feuchtigkeit umfassen. Durch eine Verwendung der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird jedoch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung hinsichtlich ihrer Haltbarkeit und Zuverlässigkeit verbessert, was das Betriebsleistungsvermögen der Kraftstoffeinspritzvorrichtung vergrößert.
  • Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung bereitgestellt, die ein Gehäuse, das eine kolbenartige zylindrische Form aufweist, die einen ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt umfasst, der bei zumindest einem Teil des zylindrischen Gehäuses in einer zugehörigen axialen Richtung ausgebildet ist, eine geschichtete piezoelektrische Vorrichtung, die in dem zylindrischen Gehäuse aufgenommen ist, und einen Behälter umfasst, der mit einem Paar von externen Elektroden für eine Energieversorgung versehen ist und mit einem offenen Ende des zylindrischen Gehäuses verbunden ist, gekennzeichnet durch Schritte:
    zum Aufbringen eines Formharzes mit einer elektrischen Isolationseigenschaft bei zumindest einer Außenumfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung und von Innenumfangsoberflächen einer Vielzahl von umfänglich getrennten Hülsensegmenten, die eine elektrische Isolationseigenschaft aufweisen,
    zum Platzieren der Hülsensegmente bei der Außenumfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung in einem umfänglich verbundenen Zustand mit dem zwischen der piezoelektrischen Vorrichtung und den Hülsensegmenten eingebrachten Formharz, um hierdurch die Hülsensegmente in eine im Wesentlichen zylindrische Hülse zusammenzusetzen,
    zum Härten des Formharzes,
    zum Platzieren der piezoelektrischen Vorrichtung in dem zylindrischen Gehäuse und
    zum Platzieren des Behälters in einer derartigen Art und Weise, dass ein offenes Ende des zylindrischen Gehäuses verschlossen wird, sowie zum Verbinden des Behälters und des Gehäuses.
  • Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, umfasst das Herstellungsverfahren der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen einen Harzaufbringschritt, einen Hülsenzusammensetzschritt, einen Harzaushärtungsschritt, einen Platzierungsschritt für die piezoelektrische Vorrichtung sowie einen Verbindungsschritt des Behälters und des Gehäuses, die in der genannten Reihenfolge ausgeführt werden. Bei dem Hülsenzusammensetzschritt werden die Vielzahl von Hülsensegmenten auf die Außenumfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung in einem umfänglich verbundenen Zustand mit dem zwischen die piezoelektrische Vorrichtung und die Hülsensegmente eingebrachten Formharz platziert, um hierdurch die Hülsensegmente in eine im Wesentlichen zylindrische Hülse zusammenzusetzen.
  • Bei dem Hülsenzusammensetzschritt wird an Stelle eines Einfügens einer piezoelektrischen Vorrichtung in eine zylindrische Hülse mit einer einteiligen einheitlichen Struktur, um hierdurch die Hülse bei der Außenumfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung und um diese herum bereitzustellen, wie es bei dem herkömmlichen Herstellungsverfahren für eine piezoelektrische Betätigungsvorrichtung der Fall ist, eine geteilte Hülse, die aus einer Vielzahl von Hülsensegmenten aufgebaut ist, die im Vorfeld in einer Umfangsrichtung der Hülse getrennt werden, verwendet, wobei die Hülsensegmente auf der Außenumfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung und um diese herum platziert werden und in der Umfangsrichtung verbunden oder zusammengesetzt werden, um hierdurch die Hülse einer zylindrischen Form zu bilden. Die Positionierung der Hülsensegmente in der Umfangsrichtung ist einfach zu erreichen, so dass die Hülse mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden kann.
  • Des Weiteren wird in dem Hülsenzusammensetzschritt die Hülse durch ein Platzieren der Hülsensegmente bei der Außenumfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung und um diese herum gebildet, während die Aufbringmenge und der Aufbringzustand des Formharzes, das zwischen die piezoelektrische Vorrichtung und die Hülse eingebracht ist, bestätigt oder überwacht wird. Es ist folglich möglich, eine Homogenitätsverschlechterung und ein Herauspressen des Formharzes zu verhindern, was andernfalls auftreten würde, wenn die Hülse eine herkömmliche einteilige einheitliche Struktur aufweist. Somit kann die Schichtdicke des Formharzes auf einfache Weise gesteuert werden und die Gleichförmigkeit hinsichtlich der Dicke des Formharzes kann in ausreichender Weise aufrechterhalten werden.
  • Zusätzlich ist es aufgrund der Hülse, die bei der Außenumfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung mit dem dazwischen mit einer gleichförmigen Schichtdicke eingebrachten Formharz genau bereitgestellt ist, möglich, eine ausreichende Isolierung zwischen der piezoelektrischen Vorrichtung und dem Gehäuse bereitzustellen. Als Ergebnis weist die piezoelektrische Betätigungsvorrichtung, die entsprechend dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, eine sehr hohe Qualität auf, die insbesondere hinsichtlich der Haltbarkeit und Zuverlässigkeit hervorragend ist.
  • Des Weiteren kann gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die Schichtdicke des Formharzes auf einfache Weise wie vorstehend beschrieben gesteuert werden, wobei dementsprechend eine Aufbringmenge des Formharzes auf eine minimal erforderliche Menge begrenzt werden kann. Als Folge kann ein übermäßiges Aufbringen des Formharzes vermieden werden und eine separate Arbeit oder eine separate Operation zum Entfernen einer überschüssigen Menge des Formharzes ist nicht länger erforderlich. Somit wird die Produktivität der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung verbessert.
  • Soweit es hier beschrieben ist, ist das Herstellungsverfahren für die piezoelektrische Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in der Lage, die Produktivität der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung zu verbessern, wobei es eine piezoelektrische Betätigungsvorrichtung bereitstellen kann, die hinsichtlich der elektrischen Isolationseigenschaft hervorragend ist, was zu einer Verbesserung der Qualität hinsichtlich der Haltbarkeit und Zuverlässigkeit führt.
  • Der Harzaufbringschritt kann ausgeführt werden, indem das Formharz auf die äußere Umfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung aufgebracht wird. In diesem Beispiel wird der Hülsenzusammensetzschritt ausgeführt, indem die Hülsensegmente bei der Außenumfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung, bei der das Formharz aufgebracht worden ist, platziert werden. Mit dieser Anordnung der Verarbeitungsschritte können die Hülsensegmente platziert werden, um die Hülse zu formen, während die Aufbringmenge und der Aufbringzustand des Formharzes bestätigt oder überwacht wird. Es ist folglich möglich, die Schichtdicke des Formharzes gleichförmig zu machen, was zu einer Bildung einer Hülse mit einer vergrößerten Genauigkeit führt.
  • Alternativ hierzu kann der Harzaufbringschritt ausgeführt werden, indem das Formharz bei den jeweiligen Innenumfangsoberflächen der Hülsensegmente aufgebracht wird. In diesem Beispiel wird der Hülsenzusammensetzschritt ausgeführt, indem die Hülsensegmente auf die Außenumfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung mit dem auf die Innenumfangsoberflächen der Hülsensegmente aufgebrachten Formharz platziert werden. In diesem Fall können die Hülsensegmente platziert werden, um die Hülse zu bilden, während die Aufbringmenge und der Aufbringzustand des Formharzes bestätigt oder überwacht wird. Somit kann die Schichtdicke des Formharzes gleichförmig gemacht werden, was zu einer Bildung einer Hülse mit einer vergrößerten Genauigkeit führt.
  • Als eine weitere Alternative kann der Harzaufbringschritt ausgeführt werden, indem das Formharz bei Seitenoberflächenelektroden, die mit den jeweiligen externen Elektroden verbunden sind, und bei einem Paar von Elektrodenverbindungsoberflächen, die bei der Außenumfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung ausgebildet sind, bereitgestellt sind, aufgebracht wird und indem ebenso das Formharz durch Stanzverbinden bzw. Pressbonden bei dem Teil der Innenumfangsoberflächen der Hülsensegmente aufgebracht wird, der schließlich bei dem Teil der Außenumfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung, der frei von dem Formharz ist, platziert wird. In diesem Beispiel wird der Hülsenzusammensetzschritt ausgeführt, indem die Hülsensegmente bei den Außenumfangsoberflächen der piezoelektrischen Vorrichtung in einer derartigen Art und Weise platziert werden, dass das Formharz, das auf die Hülsensegmente aufgebracht wird, in Übereinstimmung mit dem formharzfreien Teil der Außenumfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung ist. In der gleichen Art und Weise wie es vorstehend beschrieben ist, können die Hülsensegmente platziert werden, um die Hülse zu bilden, während die Aufbringmenge und der Aufbringzustand des Formharzes bestätigt oder überwacht wird. Somit kann die Schichtdicke des Formharzes gleichförmig gemacht werden, was zu einer Bildung einer Hülse mit vergrößerter Genauigkeit führt. Des Weiteren ist es durch eine Verwendung des Stanzverbindens bzw. Pressbondens auf einfache Weise möglich, eine erforderliche Menge des Formharzes lediglich bei einem gewünschten Teil der Hülsensegmente aufzubringen. Dementsprechend kann ein übermäßiges Aufbringen des Formharzes vermieden werden.
  • Vorzugsweise umfasst der Hülsenzusammensetzschritt ferner einen Schritt zum Bereitstellen eines Abschnitts mit großem Durchmesser, der bei einer Außenumfangsoberfläche der Hülse zum Zwecke einer Ausrichtung ausgebildet ist. In diesem Fall kann die Achse der piezoelektrischen Vorrichtung in ihrer Position in Bezug auf das Gehäuse mittels des Abschnitts mit großem Durchmesser justiert werden, so dass die piezoelektrische Vorrichtung und das Gehäuse zueinander ausgerichtet sind, ohne eine Exzentrizität dazwischen zu verursachen. Mit dieser Ausrichtung ist die piezoelektrische Betätigungsvorrichtung hinsichtlich eines Schwingungswiderstands verbessert.
  • In dem Platzierungsschritt der piezoelektrischen Vorrichtung wird die piezoelektrische Vorrichtung vorzugsweise in dem zylindrischen Gehäuse derart platziert, das der Abschnitt mit großem Durchmesser der Hülse in Kontakt mit einer Innenumfangsoberfläche des Gehäuses ist. In diesem Beispiel arbeitet der Abschnitt mit großem Durchmesser, um einen Abstand zwischen der piezoelektrischen Vorrichtung und dem Gehäuse konstant zu halten und die Achse der piezoelektrischen Vorrichtung in ihrer Position in Bezug auf das Gehäuse zu fixieren. Dies stellt sicher, dass die piezoelektrische Vorrichtung vollständig frei von einer Exzentrizität in Bezug auf das Gehäuse ist, wobei der Schwingungswiderstand der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung weiter zunimmt.
  • Vorzugsweise wird der Hülsenzusammensetzschritt derart ausgeführt, dass Positionierungseingriffabschnitte, die bei Endoberflächen von jeweiligen zusammengefügten Abschnitten von zwei benachbarten der Hülsensegmente bereitgestellt sind, in Eingriff miteinander sind, um die Hülsensegmente in die zylindrische Hülse zusammenzusetzen. In diesem Fall kann eine Positionierung der Hülsensegmente in der Umfangsrichtung einfacher erreicht werden und die Hülsensegmente können mit einer erhöhten Zuverlässigkeit verbunden werden. Unabhängig von ihrer geteilten Struktur, die aus einer Vielzahl von Hülsensegmenten aufgebaut ist, weist die Hülse einen sehr genauen Aufbau auf und hat eine hohe mechanische Stärke.
  • Der Hülsenzusammensetzschritt kann in einer derartigen Art und Weise ausgeführt werden, dass ein Verbindungsloch bei zusammengefügten Abschnitten von benachbarten zwei der Hülsensegmente ausgebildet ist, wenn die Hülsensegmente in die zylindrischen Hülse zusammengesetzt sind, wobei das Formharz, das in die Hülse eingebracht wird, über das Verbindungsloch sichtbar wird. In diesem Fall ist es auf einfache Weise möglich, eine visuelle Beobachtung durch das Verbindungsloch auszuführen, um zu bestätigen, ob das Formharz gleichförmig und ausreichend zwischen die piezoelektrische Vorrichtung und die Hülse aufgebracht (oder eingefüllt) worden ist. Mit dieser visuellen Beobachtung kann die Schichtdicke des Formharzes einfach und genau gesteuert werden. Wenn die visuelle Beobachtung ein unzureichendes Aufbringen des Formharzes aufdeckt, wird eine erforderliche Menge des Formharzes von dem Verbindungsloch aus ergänzt. Alternativ hierzu wird, wenn eine übermäßig große Menge des Formharzes aufgebracht worden ist, überschüssiges Formharz aus dem Verbindungsloch herausgepresst. Der herausgepresste Teil des Formharzes kann ohne Schwierigkeiten entfernt werden.
  • Vorzugsweise werden die Hülsensegmente aus Polyphenylsulfid (PPS), Polyethylenterephthalat (PET) oder Nylon 66 (NY66) gebildet. Durch ein Verwenden eines dieser Materialien kann die Hülse mit einer hohen Genauigkeit ausgebildet werden und ist in der Lage, eine ausreichende elektrische Isolierung zwischen der piezoelektrischen Vorrichtung und dem Gehäuse bereit zu stellen. Die Hülsensegmente können aus anderen Materialien ausgebildet werden, wenn sie geeignet sind.
  • Des Weiteren ist es zu bevorzugen, dass das Formharz ein Silikonharz, ein Epoxydharz, ein Polyimidharz oder ein Polyurethanharz ist. Durch ein Verwenden eines dieser Materialien ist es für das Formharz möglich, eine genaue und zuverlässige Bildung einer Hülse bei einer Außenumfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung sicherzustellen und ebenso eine ausreichende elektrische Isolierung zwischen der piezoelektrischen Vorrichtung und dem Gehäuse bereitzustellen. Andere Materialien können für das Formharz verwendet werden, wenn sie geeignet sind.
  • 1 zeigt eine Vorderansicht mit Teilen, die im Querschnitt gezeigt sind, einer piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
  • 2 zeigt eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie II-II gemäß 1 entnommen ist,
  • 3 zeigt eine perspektivische Darstellung einer piezoelektrischen Vorrichtung der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung,
  • 4 zeigt eine perspektivische Darstellung, die die Art und Weise zeigt, in der Blattteile gestapelt werden, um einen keramischen geschichteten Körper der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung zu bilden,
  • 5 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des keramischen geschichteten Körpers,
  • 6 zeigt eine beschreibende Vorderansicht, die eine piezoelektrische Vorrichtung und einen Behälter der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung zeigt, wenn sie zusammengesetzt werden,
  • 7A zeigt eine beschreibende Darstellung, die einen Harzaufbringschritt eines Herstellungsverfahrens einer piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 7B zeigt eine beschreibende Querschnittsdarstellung, die entlang einer Linie VII-VII gemäß 7A entnommen ist,
  • 8A zeigt eine beschreibende Darstellung, die einen Hülsenzusammensetzschritt des Herstellungsverfahrens der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 8B zeigt eine beschreibende Querschnittsdarstellung, die entlang einer Linie VIII-VIII gemäß 8A entnommen ist,
  • 9A zeigt eine beschreibende Darstellung, die eine piezoelektrische Vorrichtung und eine Hülse zeigt, wenn sie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung zusammengesetzt sind,
  • 9B zeigt eine beschreibende Querschnittsdarstellung, die entlang einer Linie IX-IX gemäß 9A entnommen ist,
  • 10 zeigt eine beschreibende Darstellung, die einen Platzierungsschritt der piezoelektrischen Vorrichtung des Herstellungsverfahrens der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 11A zeigt eine beschreibende Darstellung, die einen Harzaufbringschritt des Herstellungsverfahrens der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 11B zeigt eine beschreibende Querschnittsdarstellung, die entlang einer Linie XI-XI gemäß 11A entnommen ist,
  • 12A zeigt eine beschreibende Darstellung, die einen Hülsenzusammensetzschritt des Herstellungsverfahrens der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 12B zeigt eine beschreibende Querschnittsdarstellung, die entlang einer Linie XII-XII gemäß 12A entnommen ist,
  • 13A zeigt eine beschreibende Darstellung, die einen ersten Teil des Harzaufbringschritts des Herstellungsverfahrens der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 13B zeigt eine beschreibende Querschnittsdarstellung, die entlang einer Linie XIII-XIII gemäß 13A entnommen ist,
  • 14A zeigt eine beschreibende Darstellung, die einen zweiten Teil des Harzaufbringschritts des Herstellungsverfahrens der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 14B zeigt eine beschreibende Querschnittsdarstellung, die entlang einer Linie XIV-XIV gemäß 14A entnommen ist,
  • 15A zeigt eine beschreibende Darstellung, die einen Hülsenzusammensetzschritt des Herstellungsverfahrens der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 15B zeigt eine beschreibende Querschnittsdarstellung, die entlang einer Linie XV-XV gemäß 15A entnommen ist,
  • 16 zeigt eine Vorderansicht mit Teilen, die im Querschnitt gezeigt sind, einer piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und
  • 17 zeigt eine beschreibende Darstellung, die einen Aufbau einer Einspritzvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Eine piezoelektrische Betätigungsvorrichtung bzw. ein piezoelektrischer Aktor sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben sind nachstehend unter Bezugnahme auf ein erstes Ausführungsbeispiel, das in den 1–10 gezeigt ist, beschrieben. Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst die piezoelektrische Betätigungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse 20, das eine mit einem Boden versehene bzw. kolbenartige zylindrische Form aufweist, die einen ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt 21 umfasst, der bei zumindest einem Teil des zylindrischen Gehäuses 20 in einer zugehörigen axialen Richtung ausgebildet ist, eine geschichtete Betätigungsvorrichtung 10, die in dem zylindrischen Gehäuse 20 aufgenommen oder untergebracht ist, und einen Behälter 30, der mit einem Paar von externen Elektroden 31 für eine Energiezufuhr zu der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung 1 versehen ist und mit einem offenen Ende 201 des zylindrischen Gehäuses 20 verbunden ist.
  • Wie es in den 1 und 2 gezeigt ist, ist zwischen der piezoelektrischen Vorrichtung 10 und dem zylindrischen Gehäuse 20 ein Formharz 41 mit einer elektrischen Isolationseigenschaft bei einer Außenumfangsoberfläche 100 der piezoelektrischen Vorrichtung 10 bereitgestellt und eine Hülse 42, die eine elektrische Isolationseigenschaft aufweist, ist bei dem Formharz 41 bereitgestellt. Die Hülse 42 ist durch eine Vielzahl von umfänglich getrennten Hülsensegmenten 43 ausgebildet, die in eine im Wesentlichen zylindrische Form zusammengesetzt sind.
  • Die geschichtete piezoelektrische Vorrichtung 10, wie sie in 3 gezeigt ist, weist einen keramischen geschichteten Körper 11 auf, der durch piezoelektrische Schichten 12 und interne Elektrodenschichten 13, die abwechselnd geschichtet sind, gebildet wird. Der keramische geschichtete Körper 11 ist im Querschnitt im Allgemeinen tonnenförmig und weist ein Paar von Elektrodeverbindungsoberflächen 111 und 112 auf, die in einer diametral entgegengesetzten Beziehung bei einer Außenumfangsoberfläche des keramischen geschichteten Körpers 11 ausgebildet sind.
  • Eine Seitenoberflächenelektrode 14 ist auf jeder der Elektrodenverbindungsoberflächen 111 und 113 angeordnet, wobei die Seitenoberflächenelektrode 14 zur Verdeutlichung kreuzschraffiert ist. Jede Seitenoberflächenelektrode 14 ist elektrisch mit abwechselnden Schichten der internen Elektrodenschichten 13 verbunden, wobei diejenigen der internen Elektrodenschichten, die elektrisch mit einer Seitenoberflächenelektrode 14 verbunden sind, in Bezug auf die andere Seitenoberflächenelektrode 14 elektrisch isoliert sind. Somit weist der keramische geschichtete Körper 11 einen so genannten Teilelektrodenaufbau auf. Jede Seitenoberflächenelektrode 14 weist ein Ende auf, das für eine elektrische Verbindung mit einer entsprechenden der externen Elektroden 31 geeignet ist, die angeordnet ist, sich durch den Behälter 30 zu erstrecken.
  • In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die piezoelektrischen Schichten 12 aus einer piezoelektrischen Keramik gebildet, die aus Blei-Zirkonium-Titanat (PZT) zusammengesetzt ist. Die internen Elektrodenschichten 13 sind aus einer Legierung aus Silber und Palladium (Ag/Pd-Legierung) hergestellt. Die Seitenoberflächenelektroden 14 sind jeweils aus einem (nicht gezeigten) elektrisch leitfähigen Haftmittel aus Epoxydharz, das einen Ag-Füllstoff beinhaltet, und einer (nicht gezeigten) Entnahmeelektrode aus einem ausgedehnten Metallsieb, das in dem leitfähigen Haftmittel eingebettet ist, gebildet.
  • Unter Bezugnahme auf 1 wird ein im Wesentlichen säulenförmiges oder zylindrisches Blockelement 18 aus Aluminium bei einer Endfläche (obere Endfläche in 1) des keramischen geschichteten Körpers 11 angeordnet. Das Blockelement 18 stößt an eine Endfläche bei einem Einfügeabschnitt 32 des Behälters 30 an, um hierdurch die Position der piezoelektrischen Vorrichtung 10, die in dem Gehäuse 20 untergebracht wird, zu steuern. Ein Übertragungselement 19 aus Aluminium ist bei der anderen Endfläche (untere Endfläche in 1) der piezoelektrischen Vorrichtung 10 zur Übertragung einer Antriebskraft von der piezoelektrischen Vorrichtung 10 zu einer Antriebsplatte 22 des Gehäuses 20 angeordnet. Das Übertragungselement 10 ist zusammenwirkend aus einem Anschlussabschnitt 191 und einem Stababschnitt 192 gebildet. Der Anschlussabschnitt 191 wird durch ein Verbinden bzw. Bonden mit der unteren Endfläche des keramischen geschichteten Körpers 11 verbunden und der Stababschnitt 192 ist angeordnet, um einen anstoßenden Eingriff mit der Antriebsplatte 22 zu erfahren, während die piezoelektrische Betätigungsvorrichtung 1 in Gebrauch ist.
  • Das Gehäuse 20 weist eine kolbenartige zylindrische Form auf und umfasst einen im Wesentlichen zylindrischen Körperabschnitt 23 und einen Bodenabschnitt, der durch die Antriebsplatte 22 gebildet wird. Der Körperabschnitt 23 und die Antriebsplatte 22 werden durch Laserschweißen miteinander verbunden. Bei einem Ende des Körperabschnitts 23, der benachbart zu der Antriebsplatte 22 angeordnet ist, ist ein metallischer Balg aus ferritischem Austenitedelstahl als der ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt 21 bereitgestellt. Der ausdehnbare und zusammenziehbare Abschnitt 21 ist um den Stababschnitt 192 des Übertragungselements 19 herum angeordnet. Die Antriebsplatte 22 weist eine Reaktionsoberfläche 221 zum Empfangen der Antriebskraft von der piezoelektrischen Vorrichtung 10 über das Übertragungselement 19 sowie eine Betriebsoberfläche 222 zur Ausgabe der Antriebskraft von der piezoelektrischen Vorrichtung 10 zu der Außenseite der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung 1 auf. Die Antriebsplatte 22 stößt an das Übertragungselement 19 bei der zugehörigen Reaktionsoberfläche 221 an, während die piezoelektrische Betätigungsvorrichtung in Gebrauch ist.
  • Wie es in 1 gezeigt ist, ist der Behälter 30 ein im Wesentlichen zylindrisches Element (nicht bezeichnet), das aus ferritischem Austenitedelstahl hergestellt ist, wobei er das Paar von externen Elektroden 31 aus einer Fe-Ni-Legierung aufweist, die eingerichtet sind, in der axialen Richtung des zylindrischen Gehäuses 30 in das zylindrische Gehäuse 30 hinein zu ragen und sich durch den zylindrischen Behälter 30 hindurch zu erstrecken. Ein Raum, der zwischen dem Behälter 30 und jeder der externen Elektroden 31 definiert ist, wird durch eine hermetische Glasdichtung abgedichtet. Der Einfügeabschnitt 32 des Behälters 30 wird in den Körperabschnitt 23 des zylindrischen Gehäuses 20 eingefügt, um das offene Ende 201 des Gehäuses 20 zu schließen. Das offene Ende 201 des Gehäuses 20 und der Einfügeabschnitt 32 des Behälters 30 werden durch Laserschweißen miteinander verbunden, so dass ein Innenraum des Gehäuses 20 hermetisch abgedichtet ist.
  • Wie es in den 1 und 2 gezeigt ist, ist zwischen der piezoelektrischen Vorrichtung 10 und dem Gehäuse 20 das Formharz 41, das eine elektrische Isolationseigenschaft aufweist, bei der Außenumfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung 10 bereitgestellt und die Hülse 24, die eine elektrische Isolationseigenschaft aufweist, ist bei dem Formharz 41 bereitgestellt. Die Hülse 42 ist aus einer Vielzahl von Hülsensegmenten 43 ausgebildet, die in der Umfangsrichtung der Hülse 42 getrennt sind und in eine im Wesentlichen zylindrische Form zusammengesetzt sind. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die Hülse 42 aus zwei halbzylindrischen Hülsenhälften oder Segmenten 43 aufgebaut, die in der Umfangsrichtung der Hülse 42 verbunden oder zusammengesetzt sind.
  • Die Hülse 42 weist einen Abschnitt mit großem Durchmesser 421 auf, der bei einer zugehörigen Außenumfangsoberfläche 420 zum Zwecke einer Ausrichtung der piezoelektrischen Vorrichtung 10 und des Gehäuses 20 ausgebildet ist. Der Abschnitt mit großem Durchmesser 643 ist in Kontakt mit einer Innenumfangsoberfläche 202 des zylindrischen Gehäuses 20, um zu verhindern, dass die piezoelektrische Vorrichtung 10 aus einer Ausrichtung zu dem zylindrischen Gehäuse versetzt wird. Wie es in 8A gezeigt ist, weisen gegenüberliegende Endoberflächen 431 jedes Hülsensegments 43, die sich in einer Umfangsrichtung der Hülse 42 gegenüberliegen, abwechselnde Rippen und Kerben auf, die in der axialen Richtung der Hülse 42 angeordnet sind. Mit den so ausgebildeten Rippen und Kerben auf den Endoberflächen 431 jedes Hülsensegments 43 werden, wenn die zwei Hülsensegmente 43 bei ihren Endoberflächen 431 zusammengefügt werden, wie es in 9A gezeigt ist, eine Vielzahl von Verbindungslöchern 422 bei zusammengefügten Abschnitten 432 der Hülsensegmente 43 ausgebildet. Das Formharz 41, das innen in der Hülse 42 bereitgestellt ist, wird durch die Verbindungslöcher 422 sichtbar. Ein Hülsensegment 43 (rechtes Hülsensegment in 8A) weist einen Vorsprung 433a auf, der als ein erster Eingriffabschnitt bei gegenüberliegenden Endoberflächen 431 hiervon zur Positionierung der. zwei Hülsensegmente in Bezug zueinander ausgebildet ist. Auf ähnliche Weise weist das andere Hülsensegment 43 (linkes Hülsensegment in 8A) eine Vertiefung 433b auf, die als ein zweiter Eingriffabschnitt in die zugehörigen gegenüberliegenden Endoberflächen 431 ausgebildet ist. Der Positionierungseingriffabschnitt (Vorsprung) 433a des rechten Hülsensegments 43 und der Positionierungseingriffabschnitt (Vertiefung) 433b des linken Hülsensegments 43 werden in Eingriff miteinander gebracht oder ineinander eingepasst, um die Hülsensegmente 43 in der zugehörigen Umfangsrichtung zu verbinden. Der Vorsprung 433a und die Vertiefung 433b können durch eine Rippe, die bei einer der gegenüberliegenden zusammengefügten Oberflächen der Hülsensegmente 43 ausgebildet ist und sich in die axiale Richtung der Hülsensegmente 43 erstreckt, und eine Kerbe, die in der anderen der zusammengefügten Oberflächen der Hülsensegmente 43 für ein Aufnehmen der Rippen ausgebildet ist, ersetzt werden.
  • In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird ein Silikonharz als das Formharz 41 verwendet und Polyphenylsulfid (PPS) wird als das Material für die Hülsensegmente 43 verwendet.
  • Als nächstes ist ein Herstellungsverfahren der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung 1 beschrieben. Das Herstellungsverfahren der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung gemäß der Erfindung umfasst zumindest einen Harzaufbringschritt, einen Hülsenzusammensetzschritt, einen Harzaushärteschritt, einen Platzierungsschritt der piezoelektrischen Vorrichtung und einen Behälter- und Gehäuse-Verbindungsschritt, die in der genannten Reihenfolge ausgeführt werden.
  • Zuerst wird in dem Harzaufbringschritt ein Formharz, das eine elektrische Isolationseigenschaft aufweist, auf eine Außenumfangsoberfläche 100 einer piezoelektrischen Vorrichtung 10 aufgebracht. Dann wird bei dem Hülsenzusammensetzschritt eine Vielzahl von Hülsensegmenten 43 bei der Außenumfangsoberfläche 100 der piezoelektrischen Vorrichtung 10 in einen umfänglich zusammengefügten Zustand mit dem Formharz, das zwischen der piezoelektrischen Vorrichtung 10 und den Hülsensegmenten eingebracht ist, platziert, um hierdurch die Hülsensegmente 43 in eine im Wesentlichen zylindrische Hülse 42 zusammenzusetzen. Danach wird in dem Harzaushärteschritt das Formharz 41, das auf die Außenumfangsoberfläche 100 der piezoelektrischen Vorrichtung 10 aufgebracht worden ist, gehärtet. Dann wird in dem Platzierungsschritt der piezoelektrischen Vorrichtung die piezoelektrische Vorrichtung 10 in einem Gehäuse 20 platziert. Abschließend wird in dem Behälter- und Gehäuse-Verbindungsschritt ein Behälter 30 so angeordnet, das er ein offenes Ende 201 des Gehäuses 20 schließt oder abdichtet, wobei danach der Behälter 30 und das Gehäuse 20 miteinander verbunden werden.
  • Das vorstehend beschriebene Herstellungsverfahren wird ausführlicher beschrieben. Zuerst wird ein Vorgang ausgeführt, um die piezoelektrische Vorrichtung 10 herzustellen. Bei diesem Vorgang wird ein keramisches Rohmaterialpulver, das aus Blei-Zirkonium-Titanat (PZT) besteht, als ein piezoelektrisches Material vorbereitet, wobei diesem keramischen Pulver ein Lösungsmittel, ein Bindemittel, ein Weichmacher und ein Dispergiermittel hinzugefügt werden, um einen Brei zu bilden. Dann wird unter Verwendung einer Rakelklinge bzw. eines Schabers der Brei über eine Trägerschicht gezogen, um einen (nicht gezeigten) Grünling zu bilden, der eine vorbestimmte Dicke aufweist. Als ein Grünlingsformverfahren können an Stelle der Rakelklinge ein Strangpressen und verschiedene andere Verfahren verwendet werden.
  • Als nächstes wird ein Elektrodenmaterial 130 (4) auf den Teil des Grünlings angebracht, der interne Elektroden 13 bildet. Der Grünling wird dann in Blattteile 120 (4), die eine gewünschte Form und Konfiguration aufweisen, profileschnitten oder ausgestanzt. Die Blattteile 120 weisen einen elektrodenfreien Abschnitt 13 auf, der nicht mit dem Elektrodenmaterial 130 beschichtet ist. Als das Elektrodenmaterial wird eine Paste aus einer Ag/Pd-Legierung verwendet.
  • Dann werden, wie es in 4 gezeigt ist, die Blatteile 120 übereinander gestapelt bzw. geschichtet, um einen (nicht gezeigten) geschichteten Zwischenkörper zu bilden. In diesem Beispiel wird ein Schichten in einer derartigen Art und Weise ausgeführt, dass die elektrodenfreien Abschnitte 131 der Blattteile 120 abwechselnd rechts und links in der Zeichnung positioniert sind. Nachdem er einer Entfettung unterzogen worden ist, wird der geschichtete Zwischenkörper für 1 bis 5 Stunden bei 900 bis 1000°C gebacken. Als Ergebnis wird ein keramischer geschichteter Körper 11, der piezoelektrische Schichten 12 und interne Elektrodenschichten 13 aufweist, die abwechselnd geschichtet sind, wie es in 5 gezeigt ist, erhalten.
  • Als nächstes wird ein (nicht gezeigtes) elektrisch leitfähiges Haftmittel auf die Elektrodenverbindungsoberflächen 111 und 112 des keramischen geschichteten Körpers 11 aufgebracht, wobei danach ein Paar von (nicht gezeigten) Entnahmeelektroden bei Schichten des elektrisch leitfähigen Haftmittels, das auf die Elektrodenverbindungsoberflächen 111, 112 aufgebracht ist, platziert werden, woraufhin ein Wärmeaushärten des elektrisch leitfähigen Haftmittels ausgeführt wird, um hierdurch die Entnahmeelektroden mit dem keramischen geschichteten Körper 11 zu verbinden. Als Folge dieser Verbindung werden Seitenoberflächenelektroden 14 (eine ist in 6 gezeigt) bei den Elektrodenverbindungsoberflächen 111, 112 (5) des keramischen geschichteten Körpers 11 ausgebildet. Somit wird eine piezoelektrische Vorrichtung, wie sie in 3 gezeigt ist, hergestellt.
  • Dann wird ein Vorgang ausgeführt, um die piezoelektrische Vorrichtung 10 in dem Behälter 30 zu platzieren oder diese zusammenzusetzen. Wie es in 6 gezeigt ist, ist ein Blockelement 18 mit einer Endfläche in der Schichtungsrichtung des keramischen geschichteten Körpers 11 der piezoelektrischen Vorrichtung 10 verbunden und ein Übertragungselement 19 ist mit der anderen Endfläche in der Schichtungsrichtung des keramischen geschichteten Körpers 11 verbunden. Als nächstes werden Enden der Seitenoberflächenelektroden 14 der piezoelektrischen Vorrichtung 10 und der externen Elektroden 31 des Behälters 30 durch Punktschweißen verbunden. Dann werden das Blockelement 18 und der Einfügeabschnitt 32 des Behälters 30 aneinander anstoßend gehalten, wobei, während dieser Zustand gehalten wird, die piezoelektrische Vorrichtung 10 und der Behälter 30 zusammengesetzt werden. Ein Raum, der zwischen jeder der externen Elektroden 31 und dem Behälter 30 definiert ist, wird durch eine hermetische Dichtung 33, die aus Glas hergestellt ist, abgedichtet.
  • In dem Formharzaufbringschritt wird das Formharz 41 auf den gesamten Bereich der Außenumfangsoberfläche 100 der piezoelektrischen Vorrichtung 10 aufgebracht, wie es in den 7A und 7B gezeigt ist.
  • Dann werden in dem Hülsenzusammensetzschritt, wie es in den 8A und 8B gezeigt ist, zwei halbzylindrische Hülsensegmente 43 einer identischen Konfiguration auf das Formharz 41, das auf die Außenumfangsoberfläche 100 der piezoelektrischen Vorrichtung 10 aufgebracht ist, in einer derartigen Art und Weise platziert, das die Hülsensegmente 43 in der zugehörigen Umfangsrichtung zusammengefügt werden. In diesem Beispiel werden die Positionierungseingriffabschnitte (Vorsprünge) 433a, die bei gegenüberliegenden Endoberflächen 431 des einen Hülsensegments 43 bereitgestellt sind, und die Positionierungseingriffabschnitte (Vertiefungen) 433b, die in gegenüberliegenden Endoberflächen 431 der anderen Hülse 43 ausgebildet sind, ineinandergreifend in Eingriff miteinander gebracht. Eine Platzierung der Hülsensegmente 43 wird ausgeführt, während die Aufbringmenge und der Aufbringzustand des Formharzes überwacht wird, um sicher zu stellen, dass das Formharz 41, das zwischen der piezoelektrischen Vorrichtung 10 und den Hülsensegmenten 43 bereitgestellt wird, eine gleichförmige Schichtdicke aufweist.
  • Eine geteilte Hülse 42 einer im Wesentlichen zylindrischen Konfiguration, die aus zwei halbzylindrischen Segmenten 43 zusammen gesetzt ist, ist somit um die Außenumfangsoberfläche 100 der piezoelektrischen Vorrichtung 10 herum mit dem zwischen die Hülse 42 und die piezoelektrische Vorrichtung 10 eingebrachten Formharz 41 ausgebildet, wie es in den 9A und 9B gezeigt ist. Die Hülse 42 weist auf ihrer Außenumfangsoberfläche 420 einen Abschnitt mit großem Durchmesser 421 auf, der für eine Ausrichtung der piezoelektrischen Vorrichtung 10 zu dem zylindrischen Gehäuse 20 bereitgestellt ist. Die Hülse 42 weist ferner Verbindungslöcher 422 auf, die bei zusammengefügten Abschnitten 432 der Hülsensegmente 43 durch und zwischen gegenüberliegende Endoberflächen 431 in der Umfangsrichtung der Hülsensegmente 43, die abwechselnde Rippen und Kerben umfassen, die in der axialen Richtung der Hülse 42 angeordnet sind, ausgebildet sind.
  • Als nächstes wird in dem Harzaushärteschritt das Formharz 41, das zwischen der piezoelektrischen Vorrichtung 10 und der Hülse 42 bereitgestellt ist, durch ein Erwärmen desselben ausgehärtet. Indem das Formharz 41 auf diese Weise ausgehärtet wird, ist die Hülse 42 sicher bei der Außenumfangsoberfläche 100 der piezoelektrischen Vorrichtung 10 über das Formharz 41 befestigt.
  • Bei dem Platzierungsschritt der piezoelektrischen Vorrichtung, wie er in 10 gezeigt ist, wird die piezoelektrische Vorrichtung 10 in dem Gehäuse 20 von dem offenen Ende 201 des Gehäuses 20 platziert. In diesem Beispiel ist, da der Abschnitt mit großem Durchmesser 421, der für Ausrichtungszwecke bei der Außenumfangsoberfläche 420 der Hülse 42 bereitgestellt ist, in einen Gleitkontakt mit einer Innenumfangsoberfläche 202 des Gehäuses 20 kommt, die piezoelektrische Vorrichtung 10 gegen eine Bewegung in einer radialen Richtung in Bezug auf das Gehäuse 20 arretiert. Somit wird die piezoelektrische Vorrichtung 10 ausgerichtet zu dem Gehäuse 20 gehalten.
  • Abschließend wird in dem Behälter- und Gehäuse-Verbindungsschritt, wie es in 1 gezeigt ist, der Behälter 30 so angeordnet, dass er das offene Ende 201 des Gehäuses 20 schließt oder abdichtet. Genauer gesagt wird der Einfügeabschnitt 32 des Behälters 30 in das offene Ende 201 des Gehäuses 20 eingefügt, wobei dann das offene Ende 201 des Gehäuses 20 und der Einfügeabschnitt 32 des Behälters 30 durch Laserschweißen verbunden werden. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel werden durch ein Bestrahlen um das offene Ende 201 des Gehäuses 20 herum mit einem Laserstrahl, der von der Außenseite des Gehäuses 20 ausgestrahlt wird, das offene Ende 201 des Gehäuses 20 und der Einfügeabschnitt 32 des Behälters 30 schmelzverbunden, so dass das Gehäuse 20 und der Behälter 30 fest miteinander verbunden sind. Der Innenraum des Gehäuses 20 wird hermetisch abgedichtet. Eine piezoelektrische Betätigungsvorrichtung 1, wie sie beispielsweise in 1 gezeigt ist, wird so hergestellt.
  • Als nächstes sind verschiedene vorteilhafte Effekte, die durch die piezoelektrische Betätigungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung erreicht werden, ausführlich beschrieben. Die piezoelektrische Betätigungsvorrichtung 1 wird entsprechend dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren hergestellt. In dem Herstellungsverfahren wird der Hülsenzusammensetzschritt ausgeführt, indem die Hülsensegmente 43 bei der Außenumfangsoberfläche 100 der piezoelektrischen Vorrichtung 10 in einen umfänglich zusammengefügten Zustand mit dem zwischen die piezoelektrische Vorrichtung 10 und die Hülsensegmente eingebrachten Formharz 41 platziert, um hierdurch die Hülsensegmente in eine im Wesentlichen zylindrische Hülse 42 zusammenzusetzen.
  • In dem Hülsenzusammensetzschritt wird an Stelle eines Einfügens der piezoelektrischen Vorrichtung in eine zylindrische Hülse einer einteiligen einheitlichen Struktur, um hierdurch die Hülse bei der Außenumfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung und um diese herum bereitzustellen, wie es der Fall bei dem herkömmlichen Herstellungsverfahren einer piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung ist, eine geteilte Hülse 42, die aus einer Vielzahl von Hülsensegmenten 43 aufgebaut ist, die im Voraus in einer Umfangsrichtung der Hülse 42 getrennt sind, verwendet, wobei die Hülsensegmente 43 bei der Außenumfangsoberfläche 100 der piezoelektrischen Vorrichtung 10 und um diese herum platziert werden und in der Umfangsrichtung verbunden oder zusammengesetzt werden, um hierdurch die Hülse 42 einer zylindrischen Form zu bilden. Eine Positionierung der Hülsensegmente 43 in der Umfangsrichtung ist einfach zu erreichen, so dass die Hülse 42 mit einer erhöhten Genauigkeit ausgebildet werden kann.
  • Des Weiteren wird in dem Hülsenzusammensetzschritt die Hülse 42 gebildet, indem die Hülsensegmente 43 bei der Außenumfangsoberfläche 100 der piezoelektrischen Vorrichtung 10 und um diese herum platziert werden, während die Aufbringmenge und der Aufbringzustand des Formharzes 41, das zwischen die piezoelektrische Vorrichtung 10 und die Hülse 42 eingebracht wird, bestätigt oder überwacht werden. Es ist folglich möglich, eine Homogenitätsverschlechterung und ein Herausdrücken des Formharzes 41 zu verhindern, was andernfalls auftreten würde, wenn die Hülse eine herkömmliche einteilige einheitliche Struktur aufweist. Somit kann die Schichtdicke des Formharzes 41 einfach gesteuert werden und die Gleichförmigkeit der Dicke des Formharzes 41 kann in ausreichender Weise aufrechterhalten werden.
  • Zusätzlich ist es aufgrund der Hülse 42, die genau bei der Außenumfangsoberfläche 100 der piezoelektrischen Vorrichtung 10 mit dem dazwischen angeordneten Formharz 41, das eine gleichförmige Schichtdicke aufweist, bereitgestellt ist, möglich, eine ausreichende elektrische Isolierung zwischen der piezoelektrischen Vorrichtung 10 und dem Gehäuse 20 bereitzustellen. Als Ergebnis weist die piezoelektrische Betätigungsvorrichtung 1, die entsprechend dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, eine sehr hohe Qualität auf, die insbesondere hinsichtlich der Haltbarkeit und Zuverlässigkeit hervorragend ist.
  • Des Weiteren kann gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die Schichtdicke des Formharzes 41 in einfacher Weise gesteuert werden, wie es vorstehend beschrieben ist, wobei dementsprechend eine Aufbringmenge des Formharzes auf eine minimal erforderliche Menge begrenzt werden kann. Als Folge kann ein übermäßiges Aufbringen des Formharzes 41 vermieden werden und eine separate Arbeit oder Operation zum Entfernen einer überschüssigen Menge des Formharzes ist nicht länger erforderlich. Somit wird die Produktivität der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung 1 verbessert.
  • Bei dem Harzaufbringschritt wird das Formharz 41 auf die Außenumfangsoberfläche 100 der piezoelektrischen Vorrichtung 10 aufgebracht. In diesem Beispiel wird der Hülsenzusammensetzschritt ausgeführt, indem die Hülsensegmente 43 auf der Außenumfangsoberfläche 100 der piezoelektrischen Vorrichtung 10, die mit dem Formharz bedeckt ist, platziert werden. Diese Anordnung ermöglicht ein Platzieren der Hülsensegmente 43, während eine visuelle Bestätigung oder Überwachung der Aufbringmenge oder des Aufbringzustands des Formharzes 41 ausgeführt wird.
  • Bei dem Hülsenzusammensetzschritt werden die Hülsensegmente 43 zusammengefügt oder zusammengesetzt, um eine zylindrische Hülse 42 mit einem Abschnitt mit großem Durchmesser 421, der bei einer Außenumfangsoberfläche 420 der Hülse 42 zum Zwecke einer Ausrichtung ausgebildet ist, zu bilden, und in dem Platzierungsschritt der piezoelektrischen Vorrichtung wird der Abschnitt mit großem Durchmesser 421 der Hülse 42 in Kontakt mit einer Innenumfangsoberfläche 202 des Gehäuses 20 gehalten. Mit dieser Anordnung arbeitet der Abschnitt mit großem Durchmesser 421, um einen konstanten Abstand zwischen der piezoelektrischen Vorrichtung 10 und dem Gehäuse 20 zu halten und um die Achse der piezoelektrischen Vorrichtung 10 hinsichtlich der Position in Bezug auf das Gehäuse 20 zu fixieren. Dies stellt sicher, dass die piezoelektrische Vorrichtung 10 vollständig frei von einer Exzentrizität in Bezug auf das Gehäuse 20 ist, wobei der Schwingungswiderstand der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung 1 weiter zunimmt.
  • Des Weiteren wird der Hülsenzusammensetzschritt auf eine derartige Weise erreicht, dass Positionierungseingriffabschnitte 433a, 433b, die bei gegenüberliegenden Endoberflächen 431 in der Umfangsrichtung der Hülsensegmente bereitgestellt sind, in Eingriff miteinander gebracht werden, um hierdurch die Hülsensegmente 43 in die zylindrische Hülse zusammenzusetzen. In diesem Fall kann eine Positionierung der Hülsensegmente 43 in der Umfangsrichtung einfacher erreicht werden und die Hülsensegmente 43 können mit einer erhöhten Zuverlässigkeit verbunden werden. Unabhängig von ihrer geteilten Struktur, die aus einer Vielzahl von Hülsensegmenten 43 aufgebaut ist, ist die Hülse 42 hinsichtlich eines Aufbaus in hohem Maße genau und weist eine hohe mechanische Stärke auf.
  • Bei dem Hülsenzusammensetzschritt werden, wenn die Hülsensegmente 43 zusammengefügt werden, Verbindungslöcher 422 bei zusammengefügten Abschnitten 432 der Hülsensegmente 43 ausgebildet, so dass das Formharz 41, das in der Hülse 42 angeordnet ist, durch die Verbindungslöcher 422 sichtbar wird. In diesem Fall ist es auf einfache Weise möglich, eine visuelle Beobachtung durch die Verbindungslöcher 422 auszuführen, um zu bestätigen, ob das Formharz 41 gleichförmig und in ausreichender Weise zwischen die piezoelektrische Vorrichtung 10 und die Hülse 42 aufgebracht (oder eingefüllt) worden ist. Mit dieser visuellen Beobachtung kann die Schichtdicke des Formharzes 41 einfach und genau gesteuert werden.
  • Soweit es hier beschrieben ist, ist das Herstellungsverfahren der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in der Lage, die Produktivität der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung 1 zu verbessern. Die piezoelektrische Betätigungsvorrichtung 1, die entsprechend dem Herstellungsverfahren der Erfindung hergestellt wird, weist eine hervorragende elektrische Isolationseigenschaft auf, was zu einer Verbesserung in der Qualität insbesondere hinsichtlich der Haltbarkeit und Zuverlässigkeit führt.
  • Als nächstes ist ein Herstellungsverfahren der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die 11A–11B und 12A–12B beschrieben. Das Herstellungsverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Verfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hinsichtlich des Harzaufbringschrittes und des Hülsenzusammensetzschrittes.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der Harzaufbringschritt ausgeführt, indem ein Formharz 41 auf Innenumfangsoberflächen 430 von zwei halbzylindrischen Hülsensegmenten 43 einer identischen Konfiguration aufgebracht wird, wie es in den 11A und 11B gezeigt ist. Dann werden in dem Hülsenzusammensetzschritt, wie er in den 12A und 12B gezeigt ist, die Hülsensegmente 43, die auf zugehörigen Innenumfangsoberflächen mit dem Formharz 41 beschichtet sind, bei der Außenumfangsoberfläche 100 der piezoelektrischen Vorrichtung 10 und um diese herum platziert, so dass eine im Wesentlichen zylindrische Hülse 42, die aus den zwei identischen halbzylindrischen Hülsensegmenten 43 aufgebaut ist, wie es in den 9A und 9B gezeigt ist, hergestellt ist. Weitere Verarbeitungsschritte sind die gleichen wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, das vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 10 beschrieben ist, wobei eine weitere Beschreibung hiervon weggelassen werden kann.
  • Wie das erste Ausführungsbeispiel ermöglicht das zweite Ausführungsbeispiel ein Platzieren der Hülsensegmente 43, während eine visuelle Beobachtung ausgeführt wird, um die Aufbringmenge und den Aufbringzustand des Formharzes zu bestätigen. Somit kann die Schichtdicke des Formharzes 41 konstant gehalten werden, was zu einer Herstellung einer Hülse 42 mit einer erhöhten Genauigkeit führt. Im Übrigen können die gleichen vorteilhaften Effekte, wie sie vorstehend unter Bezugnahme auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben sind, ebenso bei dem zweiten Ausführungsbeispiel erreicht werden.
  • Nachstehend ist ein Herstellungsverfahren einer piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel stellt ein Beispiel dar, bei dem der Harzaufbringschritt und der Hülsenzusammensetzschritt gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wie in den 13A–13B, 14A–14B und 15A–15B gezeigt modifiziert sind.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der Harzaufbringschritt ausgeführt, indem ein Formharz 41 auf die Seitenoberflächenelektroden 14, die auf der Außenumfangsoberfläche 100 der piezoelektrischen Vorrichtung 10 ausgebildet sind, aufgebracht wird, wie es in den 13A und 13B gezeigt ist. Wie es in den 14A und 14B gezeigt ist, wird das Formharz 41 ebenso durch ein Pressbonden bzw. Pressverbinden bei dem Teil der Innenumfangsoberflächen 430 der halbzylindrischen Hülsensegmente 43 aufgebracht, der in seiner Position dem Teil der Außenumfangsoberfläche 100 der piezoelektrischen Vorrichtung 10 entspricht, der frei von dem Formharz 41 ist, wobei er folglich schließlich darauf platziert wird.
  • Als nächstes werden in dem Hülsenzusammensetzschritt, wie es in den 15A und 15B gezeigt ist, die Hülsensegmente 43 bei den Außenumfangsoberflächen 100 der piezoelektrischen Vorrichtung 10 in einer derartigen Art und Weise platziert, dass das Formharz 41, das auf die Innenumfangsflächen 430 der Hülsensegmente 43 aufgebracht wird, in Übereinstimmung mit dem formharzfreien Teil der Außenumfangsoberfläche 100 der piezoelektrischen Vorrichtung 10 ist. Eine im Wesentlichen zylindrische Hülse 42, die eine geteilte Struktur aufweist, die aus den Hülsensegmenten 43 aufgebaut ist, kann somit ausgebildet werden. Weitere Verarbeitungsschritte sind die gleichen wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, das vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 10 beschrieben ist, wobei eine weitere Beschreibung hiervon weggelassen werden kann.
  • Wie das erste Ausführungsbeispiel ermöglicht das zweite Ausführungsbeispiel ebenso eine Platzierung der Hülsensegmente 43, um die Hülse 42 zu bilden, während eine visuelle Beobachtung ausgeführt wird, um die Aufbringmenge und den Aufbringzustand des Formharzes 41 zu bestätigen. Somit kann die Schichtdicke des Formharzes 41 gleichförmig gemacht werden, was zu einer Bildung einer Hülse mit einer vergrößerten Genauigkeit führt. Des Weiteren ist es durch eine Verwendung des Pressverbindens auf einfache Weise möglich, eine erforderliche Menge eines Formharzes lediglich auf einen gewünschten Teil der Hülsensegmente aufzubringen. Dementsprechend kann ein übermäßiges Aufbringen des Formharzes vermieden werden. Im Übrigen können die gleichen vorteilhaften Effekte, wie sie vorstehend unter Bezugnahme auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben sind, ebenso in dem zweiten Ausführungsbeispiel erreicht werden.
  • In 16 ist eine piezoelektrische Betätigungsvorrichtung 1' gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, die sich von der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durch strukturelle Komponenten unterscheidet, die in dem Gehäuse 20 untergebracht sind.
  • In der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung 1', die in 16 gezeigt ist, weist ein Blockelement 18', das bei einer Endfläche in der Schichtungsrichtung des keramischen geschichteten Körpers 11 angeordnet ist, den gleichen Durchmesser wie der keramische geschichtete Körper 11 auf. Auf ähnliche Weise umfasst ein Übertragungselement 19', das bei der anderen Endfläche in der Schichtungsrichtung des keramischen geschichteten Körpers 11 angeordnet ist, einen Anschlussabschnitt 191', der den gleichen Durchmesser wie der keramische geschichtete Körper 11 aufweist. Ein Formharz 41 wird aufgebracht, um Außenumfangsoberflächen des Blockelements 18', des keramischen geschichteten Körpers 11 und des Anschlussabschnitts 191' des Übertragungselements 19 abzudecken. Eine Hülse 42' wird über das Formharz 41 aufgesteckt. Die Hülse 42' weist einen Abschnitt mit großen Durchmesser 421 auf, der in Kontakt mit einer Innenumfangsoberfläche 202 des Gehäuses 20 in einer radialen Richtung der Hülse 42 ist und ebenso an einen Einfügeabschnitt 32 eines Behälters 30 in einer axialen Richtung der Hülse 42 anstößt. Der Hülsenzusammensetzschritt kann in der gleichen Art und Weise ausgeführt werden, wie es bei irgendeinem der ersten bis dritten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, die vorstehend beschrieben sind, der Fall ist. Andere strukturelle Teile oder Komponenten sind die gleichen wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei die gleichen vorteilhaften Effekte, wie sie vorstehend unter Bezugnahme auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben sind, ebenso in dem vierten Ausführungsbeispiel erreicht werden können.
  • In 17 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, das ein Beispiel darstellt, bei dem die piezoelektrische Betätigungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer Einspritzvorrichtung 6 eingebaut ist. Wie es in 17 gezeigt ist, wird die Einspritzvorrichtung 6 in einem Common-Rail-Einspritzsystem für Dieselkraftmaschinen verwendet. Die Einspritzvorrichtung 6 weist einen oberen Behälter 62, in dem die piezoelektrische Betätigungsvorrichtung 1 als eine Antriebseinheit angeordnet ist, sowie einen unteren Behälter 63 auf, der bei einem unteren Ende des oberen Behälters 62 befestigt ist und in sich ausgebildet einen Einspritzdüsenabschnitt 64 aufweist.
  • Der obere Behälter 62 ist ein im Wesentlichen hohler Zylinder und weist ein axiales Loch 621 auf, das in einer exzentrischen Beziehung zu einer Mittelachse des zylindrischen oberen Behälters 62 ausgebildet ist. Die piezoelektrische Betätigungsvorrichtung 1 ist in das axiale Loch 621 eingefügt und in ihrer Position in dem axialen Loch 621 fixiert. Ein Hochdruckkraftstoffdurchgang 622 erstreckt sich in dem oberen Behälter 62 in einer parallel beabstandeten Beziehung zu dem axialen Loch 622 auf einer seitlichen Seite des axialen Lochs 621. Der Hochdruckkraftstoffdurchgang 622 ist mit einer externen gemeinsamen Kraftstoffleitung (Common Rail) (nicht gezeigt) über ein Kraftstoffzufuhrrohr 623, das schräg nach oben von einem oberen Teil des oberen Behälters 62 herausragt, verbunden.
  • Ein Kraftstoffrückführungsrohr 625 ragt schräg nach oben von dem oberen Teil des oberen Behälters 62 heraus und ist mit einem Ablaufdurchgang 624 verbunden, wobei ein Kraftstoff, der aus den Kraftstoffrückführrohr 625 herausfließt, zu einem (nicht gezeigten) Kraftstofftank zurückgeführt wird. Der Ablaufdurchgang 624 ist mit einem Drei-Wege-Ventil 651 über einen Freiraum 60, der zwischen dem axialen Loch 621 und der Antriebseinheit 1 (der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung) definiert ist, sowie einem anderen (nicht gezeigten) Durchgang, der sich nach unten von dem Freiraum 60 durch die oberen und unteren Behälter 62 und 63 erstreckt, verbunden.
  • Der Einspritzdüsenabschnitt 64 umfasst eine Düsennadel 641, die in einem Kolbenkörper 631 gleitend nach oben und unten bewegbar ist, sowie ein Einspritzloch 643, das durch die Düsennadel 641 für ein Einspritzen eines Hochdruckkraftstoffes, der von einem Kraftstoffreservoir 642 zugeführt wird, in einen Zylinder einer Kraftmaschine selektiv geöffnet und geschlossen wird. Das Kraftstoffreservoir 642 ist bei einem Zwischenabschnitt der Düsennadel 641 und um diesen herum angeordnet, wobei das untere Ende des Hochdruckkraftstoffdurchgangs 622 sich hier öffnet. Die Düsennadel 641 empfängt den Kraftstoffdruck von dem Kraftstoffreservoir 642 in einer Ventilöffnungsrichtung und den Kraftstoffdruck in einer Gegendruckkammer 644, die so angeordnet ist, dass sie der oberen Endfläche gegenüberliegt, in einer Ventilschließrichtung. Die Düsennadel 641 wird angehoben, wenn der Druck der Gegendruckkammer 644 abfällt, um das Einspritzloch 643 zu öffnen und den Kraftstoff freizugeben.
  • Das Drei-Wege-Ventil 651 vergrößert oder verkleinert den Bruck der Gegendruckkammer 644. Das Drei-Wege-Ventil 651 ist selektiv mit der Gegendruckkammer 644 und dem Hochdruckkraftstoffdurchgang 622 oder mit dem Ablaufdurchgang 624 verbunden. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist das Drei-Wege-Ventil 651 einen kugelartigen Ventilkörper zum Öffnen und Schließen einer Öffnung, die mit dem Hochdruckkraftstoffdurchgang 622 oder dem Ablaufdurchgang 624 verbunden ist, auf. Die Antriebseinheit 1 (die piezoelektrische Betätigungsvorrichtung) treibt den Ventilkörper durch einen Kolben mit großem Durchmesser 652, eine Öldruckkammer 653 und einen Kolben mit kleinem Durchmesser 654, der unter dem Ventilkörper angeordnet ist, an.
  • In dem Ausführungsbeispiel, das in 17 gezeigt ist, wird die piezoelektrische Betätigungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel als eine Antriebseinheit der Einspritzvorrichtung 6 verwendet. Aufgrund ihrer Überlegenheit hinsichtlich der Qualität einschließlich einer hervorragenden Haltbarkeit und Zuverlässigkeit ist die piezoelektrische Betätigungsvorrichtung 1 in der Lage, die Gesamtleistungsfähigkeit der Einspritzvorrichtung 6 zu verbessern.
  • Eine piezoelektrische Betätigungsvorrichtung (1) umfasst eine geschichtete piezoelektrische Vorrichtung (10), die in einem zylindrischen Gehäuse (20) aufgenommen ist, das einen ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt (21) aufweist, der bei zumindest einem zugehörigen axialen Teil ausgebildet ist, und einen Behälter (30), der mit einem Paar von externen Elektroden (31) für eine Energiezufuhr versehen ist und mit einem offenen Ende (201) des zylindrischen Gehäuses verbunden ist. Zwischen der piezoelektrischen Vorrichtung und dem zylindrischen Gehäuse ist ein Formharz (41), das eine elektrische Isolationseigenschaft aufweist, bei einer Außenumfangsoberfläche (100) der piezoelektrischen Vorrichtung bereitgestellt und eine Hülse (42), die eine elektrische Isolationseigenschaft aufweist, ist bei dem Formharz bereitgestellt. Die Hülse ist durch eine Vielzahl von umfänglich getrennten Hülsensegmenten (43) ausgebildet, die in eine im Wesentlichen zylindrische Form zusammengesetzt sind.

Claims (17)

  1. Piezoelektrische Betätigungsvorrichtung mit einem Gehäuse (20), das eine kolbenartige zylindrische Form aufweist, die einen ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt (21) umfasst, der bei zumindest einem Teil des zylindrischen Gehäuses in einer zugehörigen axialen Richtung ausgebildet ist, einer geschichteten piezoelektrischen Vorrichtung (10), die in dem zylindrischen Gehäuse aufgenommen ist, und einem Behälter (30), der mit einem Paar von externen Elektroden (31) für eine Energiezufuhr versehen ist und mit einem offenen Ende (201) des zylindrischen Gehäuse verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der piezoelektrischen Vorrichtung (10) und dem zylindrischen Gehäuse (20) ein Formharz (41), das eine elektrische Isolationseigenschaft aufweist, bei einer Außenumfangsoberfläche (100) der piezoelektrischen Vorrichtung bereitgestellt ist und eine Hülse (42), die eine elektrische Isolationseigenschaft aufweist, bei dem Formharz bereitgestellt ist, wobei die Hülse durch eine Vielzahl von umfänglich getrennten Hülsensegmenten (41) gebildet wird, die in eine im Wesentlichen zylindrische Form zusammengesetzt sind.
  2. Piezoelektrische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Hülse (42) einen Abschnitt mit großem Durchmesser (421) aufweist, der bei einer zugehörigen Außenumfangsoberfläche (420) zum Zwecke einer Ausrichtung ausgebildet ist, wobei der Abschnitt mit großem Durchmesser in Kontakt mit einer Innenumfangsoberfläche (202) des zylindrischen Gehäuses (20) ist.
  3. Piezoelektrische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hülse (21) ein Verbindungsloch (422) aufweist, das bei einem zusammengefügten Abschnitt (432) von jeweils benachbarten zwei der Vielzahl von Hülsensegmenten (43) ausgebildet ist, wobei das Formharz (41), das in der Hülse (42) angeordnet ist, durch das Verbindungsloch sichtbar wird.
  4. Piezoelektrische Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jedes der Hülsensegmente (43) einen Eingriffabschnitt (433a, 433b) aufweist, der bei gegenüberliegenden Endoberflächen (431) bei jeweiligen zusammengefügten Abschnitten (432) in Bezug auf das benachbarte Hülsensegment angeordnet ist, wobei der Eingriffabschnitt (433a oder 433b) jedes Hülsensegments und der Eingriffabschnitt (433b oder 433a) des benachbarten Hülsensegments in Eingriff miteinander gebracht werden, um die zwei Hülsensegmente in der Umfangsrichtung zu verbinden, um hierdurch die Hülse (42) zusammenzusetzen.
  5. Piezoelektrische Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Hülsensegmente (43) aus Polyphenylsulfid, Polyethylenterephthalat oder Nylon 66 gebildet sind.
  6. Piezoelektrische Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Formharz (41) ein Silikonharz, ein Epoxydharz, ein Polyimidharz oder ein Polyurethanharz ist.
  7. Piezoelektrische Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die piezoelektrische Betätigungsvorrichtung (1) in eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine eingebaut ist.
  8. Verfahren zum Herstellen einer piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung (1), die ein Gehäuse (20) mit einer kolbenartigen zylindrischen Form, die einen ausdehnbaren und zusammenziehbaren Abschnitt (21) umfasst, der bei zumindest einem Teil des zylindrischen Gehäuses in einer zugehörigen axialen Richtung ausgebildet ist, eine geschichtete piezoelektrische Vorrichtung (10), die in dem zylindrischen Gehäuse aufgenommen ist, und einen Behälter (30) umfasst, der mit einen Paar von externen Elektroden (31) für eine Energiezufuhr versehen ist und mit einem offenen Ende (201) des zylindrischen Gehäuses verbunden ist, gekennzeichnet durch Schritte: zum Aufbringen eines Formharzes (41), das eine elektrische Isolationseigenschaft aufweist, auf zumindest eine einer Außenumfangsoberfläche (100) der piezoelektrischen Vorrichtung (10) und Innenumfangsoberflächen (430) einer Vielzahl von umfänglich getrennten Hülsensegmenten (43), die eine elektrische Isolationseigenschaft aufweisen, zum Platzieren der Hülsensegmente (43) auf der Außenumfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung in einem umfänglich zusammengefügten Zustand mit dem zwischen die piezoelektrische Vorrichtung und den Hülsensegmenten eingefügten Formharz, um hierdurch die Hülsensegmente in eine im Wesentlichen zylindrischen Hülse (42) zusammenzusetzen, zum Aushärten des Formharzes (41), zum Platzieren der piezoelektrischen Vorrichtung (10) in das zylindrische Gehäuse (20) und zum Platzieren des Behälters (30) in einer derartigen Art und Weise, dass ein offenes Ende (201) des zylindrischen Gehäuses geschlossen wird, und zum Verbinden des Behälters und des Gehäuses.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt zum Aufbringen eines Formharzes ausgeführt wird, indem das Formharz (41) auf die Außenumfangsoberfläche (100) der piezoelektrischen Vorrichtung aufgebracht wird, und der Schritt zum Platzieren der Hülsensegmente ausgeführt wird, indem die Hülsensegmente (43) bei der Außenumfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung, auf die das Formharz aufgebracht worden ist, platziert werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt zum Aufbringen eines Formharzes ausgeführt wird, indem das Formharz (41) auf die jeweiligen Innenumfangsoberflächen (430) der Hülsensegmente (43) aufgebracht wird, und der Schritt zum Platzieren der Hülsensegmente ausgeführt wird, indem die Hülsensegmente bei der Außenumfangsoberfläche (100) der piezoelektrischen Vorrichtung (10) mit dem auf die Innenumfangsoberfläche der Hülsensegmente aufgebrachten Formharz platziert werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt zum Aufbringen eines Formharzes ausgeführt wird, indem das Formharz (41) auf Seitenoberflächenelektroden (14) aufgebracht wird, die mit den jeweiligen externen Elektroden (31) verbunden sind und auf einem Paar von Elektrodenverbindungsoberflächen (111, 112) bereitgestellt sind, die auf der Außenumfangsoberfläche (100) der piezoelektrischen Vorrichtung (10) ausgebildet sind, und indem ebenso das Formharz durch ein Pressbonden auf den Teil der Innenumfangsoberflächen (430) der Hülsensegmente (43) aufgebracht wird, der schließlich auf dem Teil der Außenumfangsoberfläche (100) der piezoelektrischen Vorrichtung (10) platziert wird, der frei von dem Formharz ist, und der Schritt zum Platzieren der Hülsensegmente ausgeführt wird, indem die Hülsensegmente bei den Außenumfangsoberflächen der piezoelektrischen Vorrichtung in einer derartigen Art und Weise platziert werden, dass das Formharz, das auf die Hülsensegmente aufgebracht wird, in Übereinstimmung mit dem formharzfreien Teil der Außenumfangsoberfläche der piezoelektrischen Vorrichtung ist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der Schritt zum Platzieren der Hülsensegmente (43) ferner einen Schritt zum Bereitstellen eines Abschnitts mit großem Durchmesser (421) umfasst, der bei einer Außenumfangsoberfläche (420) der Hülse (42) zum Zwecke einer Ausrichtung ausgebildet ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die piezoelektrische Vorrichtung (10) in dem zylindrischen Gehäuse (20) derart platziert wird, dass der Abschnitt mit großem Durchmesser (421) der Hülse (42) in Kontakt mit einer Innenumfangsoberfläche (202) des Gehäuses ist.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei der Schritt zum Platzieren der Hülsensegmente derart ausgeführt wird, dass Positionierungseingriffabschnitte (433a, 433b), die bei Endoberflächen (431) jeweiliger zusammengefügter Abschnitte (432) von zwei benachbarten der Hülsensegmente (430) bereitgestellt sind, in Eingriff miteinander gebracht werden, um die Hülsensegmente (43) in die zylindrische Hülse (42) zusammenzusetzen.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei der Schritt zum Platzieren der Hülsensegmente derart ausgeführt wird, dass ein Verbindungsloch (422) bei zusammengefügten Abschnitten (432) von jeweils benachbarten zwei der Hülsensegmente (43) ausgebildet wird, wenn die Hülsensegmente in die zylindrische Hülse (42) zusammengesetzt werden, wobei das Formharz (41), das in der Hülse angeordnet ist, durch das Verbindungsloch sichtbar wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, wobei die Hülsensegmente (43) aus Polyphenylsulfid, Polyethylenterephthalat oder Nylon 66 gebildet sind.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 16, wobei das Formharz (41) ein Silikonharz, ein Epoxydharz, ein Polyimidharz oder ein Polyurethanharz ist.
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