JP2002541401A - 圧電式アクチエータ - Google Patents
圧電式アクチエータInfo
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Abstract
Description
動するための圧電式のアクチエータであって、圧電材料から成る互いに上下に重
ねられた層とその間にある金属製もしくは導電性の、電極として役立つ層とから
構成された多層のラミネートの形をしたアクチエータ本体を備え、該アクチエー
タの端面に軸方向に突出する弁タペットを有する弁側のヘッドプレートと、これ
に対向したフットプレートとがそれぞれ取付けられており、アクチエータ本体が
弁ケーシングの軸方向孔内に位置しかつ端面側にてヘッドプレートとフットプレ
ートとの間でばね部材によって軸方向にバイアスがかけられている形式のものに
関する。
50900A1号明細書によって公知である。
されると同様にパルス化された行程運動を、両端面の間の間隔を変化させて行う
。多層−圧電式アクチエータは、高すぎる場合の強度をもたらす電圧で稼働させ
られる。通常は場の強度は2KV/mmから3KV/mmである。稼働電圧は1
00Vから250Vである。圧電式の多層アクチエータは噴射弁のスチールケー
シング内に短絡が生じないように支承されていなければならない。したがって外
壁に対し規定された間隔を有し、アクチエータ本体と外壁との間に短絡が生じな
いようにセンタリングされた組込みが必要とされる。
の故障及び作動の妨げを回避するためには外部へ、すなわち、例えば噴射弁又は
制御弁の弁ケーシングへ逃さなければならない熱がアクチエータ本体に発生する
。
ングの内部でセンタリングするために、ヘッドプレートとフットプレートとの間
に、比較的に大きな引張り応力のかけられたばねスリーブを用いて、ヘッドプレ
ートとフットプレートとがアクチエータ本体に適当な圧縮応力を作用させるよう
に締め込まれている。この場合にはばねスリーブはアクチエータ本体から発生さ
せられた熱を受容し、それを外へ逃し、同時に絶縁のために弁ケーシングにおい
てアクチエータ本体をセンタリングするために役立つ。
エータ本体がポリマ被覆体で取囲まれている。該ポリマ被覆体はそれ自身と弁ケ
ーシングの内壁との間に空隙を有している。これによりこの場合には弁ケーシン
グに対する熱の導出が空隙により弱められるという欠点が生じる。
に汚れと湿気とに対し保護され、弁ケーシングにおけるアクチエータの簡単なセ
ンタリングと弁ケーシングに対するアクチエータの電気的な絶縁とアクチエータ
から弁ケーシングへの良好な熱伝導性とが達成される、冒頭に述べた形式の圧電
式のアクチエータを可能にすることである。
を含めて、電気的に絶縁するエラストマスリーブによって取囲まれ、アクチエー
タがエラストマスリーブで弁ケーシングの軸方向孔の内壁に、アクチエータの領
域でぴったりと接触させられている。有利にはこのエラストマスリーブはアクチ
エータを軸方向孔に挿入する前はコンベックスな膨出部を有している。この膨出
部の直径はケーシングの軸方向孔の内径を上回っており、しかもアクチエータ本
体の軸方向の全長に亘っている。これによりアクチエータは本発明によれば、弁
ケーシング内へ取付けたあとで、アクチエータ本体の全長に亘ってセンタリング
され、弁ケーシング内で電気的に絶縁され、取付け前の汚染と損傷に対し保護さ
れる。さらにこの場合にはアクチエータ本体から弁ケーシングへの良好な熱伝導
が保証される。本発明による圧電式のアクチエータにおいては、少なくともフッ
トプレートがエラストマスリーブによりアクチエータ本体と統合され、ひいては
アクチエータ本体及びフットプレートに結合されたエラストマスリーブが組込み
に際しより良くセンタリングされる。さらにヘッド及びフットプレートの統合は
少なくともフットプレートが弁ケーシング内で確保されている限り、アクチエー
タの回動を阻止する。
製作されていると、アクチエータのヘッド及びフットにおける短絡の危険ははっ
きりと改善される。金属製のヘッドプレート及びフットプレートの場合にもエラ
ストマスリーブの注型は短絡をきわめて強く防止する。
て発生した圧縮応力を減衰させる。
リングリングにより改善される。
ストマスリーブはヘッドプレートのところでアクチエータをセンタリングしかつ
ガイドするために役立つ。その際ヘッドプレートと弁ケーシングとの間に摩耗は
発生しない。
かつより確実に搬送される。
中に発生する熱の放出を改善する熱伝導性の添加粒子でエラストマスリーブを充
填しておくこともできる。
エータの複数の実施例について成された記述により一層明確になる筈である。
のアクチエータは、図示されていない多層のラミネートの形をした圧電式のアク
チエータ本体1を有している。前記ラミネートは積層された圧電材料層と圧電材
料層の間にある金属製もしくは導電性の、電極27として役立つ層から成ってい
る。アクチエータ本体1の端面にはそれぞれ、軸方向に突出する弁タペット3を
有する弁側のヘッドプレートとこれとは反対側に配置された、弁ケーシング6に
固定されたフットプレート4とが位置し、アクチエータ10は鋼から成る弁ケー
シング6内に組込まれている。端面側ではアクチエータ10には例えばコイルば
ね5でバイアスがかけられている。何故ならばアクチエータ10は圧縮力しか伝
達できず、動的な運転に際し引張り応力が作用してはならないからである。かけ
られるバイアスの力の接続は、金属製の弁ケーシング6と加圧円板7の肩とを介
して行なわれる。加圧円板7は確保リング8又はねじ結合(図1には図示せず)
を用いて弁ケーシング6に固定される。
するヘッドプレートとから成るアクチエータは本発明によれば、アクチエータ1
0を組込む前にすでに、電気的に絶縁するエラストマスリーブ9,18で補完さ
れるので、このように注型成形されたアクチエータ10はより良くかつより確実
に搬送されかつ組込まれることができる。何故ならばフットプレート4とヘッド
プレート2はアクチエータ本体1にエラストマスリーブ9,18で統合されてい
るからである。
ブ9,18によってアクチエータ本体1に統合できることが示されている。
とフットプレート4とを有するアクチエータ本体1と場合によっては圧縮ばね5
を取囲むエラストマスリーブ9,18の直径は、少なくともアクチエータ本体1
に沿って、圧電式のアクチエータ10を軸方向孔16に挿入する前は、弁ケーシ
ング6の軸方向孔16の直径dよりもいくらか大きく、アクチエータ10が図1
の組込まれた状態でエラストマスリーブ9,18が弁ケーシング6の内壁にフィ
ットさせられるようになっている。この処置により、このように形成された圧電
式のアクチエータ10は他のセンタリング処置なしで弁ケーシング6にてセンタ
リングされ、弁ケーシング6に対し電気的に絶縁され、しかも熱伝導的に良好に
弁ケーシング6と接触させられる。弁ケーシング6に対するエラストマスリーブ
9,18の熱伝導性を一層改善するためにはエラストマスリーブ9は熱伝導性の
添加粒子21で充たされている。
ート4とヘッドプレート2とがエラストマスリーブ9,18と統合されているこ
とにより、フットプレート4が弁ケーシング6に固定されているために、アクチ
エータ10全体が回動を阻止される。ヘッドプレート2と弁ケーシング6との間
にあるエラストマスリーブ9は稼働中に動かされるヘッドプレート2を、弁ケー
シング6に対するヘッドプレート2の摩耗を生ぜしめることなく弁ケーシング6
内でセンタリングしかつガイドするために役立つ。
タ10が弁ケーシングに挿入される前の状態で示されている。アクチエータ本体
1を取囲むエラストマスリーブ9は図2には図示されていない弁ケーシング6の
軸方向孔16の内径をいくらか上回る外径を、外方へ湾曲させられ外側輪郭20
の形で有している。図2の膨出20は種々の形に構成されていることができる。
例えば図2に示したように樽形に又は円筒形に(図5参照)又は円錐形に構成す
ることも可能である。エラストマスリーブ9の前述の如く膨らまされた輪郭はそ
の直径Dが少なくとも区分的に、つまりアクチエータ本体1の領域にて、弁ケー
シング6における軸方向孔16の内径dをいくらか越えている(D>d)限り、
製作、組立及び機能にとって合目的的である形を有することができる。
エラストマから成る中間膜を付加的に設けて行なうことができる。新しいエラス
トマ膜はその後で、つまり取付け後に硬化し、これにより弁ケーシング6におけ
る軸方向孔16の壁との接触状態が改善される。この結果、アクチエータ10を
図2に示された場合とは異なって、外径が孔の内径dよりも小さい減径された内
部のエラストマスリーブを用いて製作し、残った空隙が取付け後、新しいエラス
トマ層で充たされるようになる。
れた第2実施例では気泡11がエラストマ9に閉じ込められている。この気泡1
1はエラストマ9の圧縮性を改善する。あとで図3Aに示した第3実施例に基づ
き説明するように気泡11の代りに、意識的にエラストマスリーブ9に溝12を
設けることができる。これによりアクチエータ10の取付けが改善され、熱膨脹
に際しての圧力が低減される。
プレート2及び該ヘッドプレート2に一体に接続された弁タペット3並びにフッ
トプレート4は電気的に絶縁するセラミック材料から成っている。フットプレー
ト4は強度の理由から金属円板13によってバックアップされているが完全にセ
ラミックから成ることもできる。アクチエータ本体1はセラミックプレート2,
4、タペット3及びエラストマスリーブ9によって完全に電気的に絶縁されてい
る。これは故障の安全性を顕著に高める。セラミック材料から成るフットプレー
ト4の代りに図3Bによれば、金属製のフットプレート4の上のプラズマ噴射層
14を使用することもできる。このプラズマ噴射層14はエラストマスリーブ9
と関連してアクチエータ10の電気的な絶縁に用いられている。このようなプラ
ズマ噴射層は(図3A及び3Bには図示されていないにも拘わらず)アクチエー
タ本体1に向いた端面にて(金属製の)ヘッドプレート2に取付けられているこ
ともできる(図5参照)。
トマスリーブ9に設けられた気泡11は、エラストマスリーブ9にアクチエータ
本体1の領域で意識的に設けられた溝12、例えばリング溝で置換えられている
。
チエータストロークで運動させられたヘッドプレート2の側方案内はヘッドプレ
ート2の軸方向の延長部23によって改善されている。このヘッドプレート2は
図示のように同様にエラストマスリーブ9により包囲されている。
向断面図で示されている。この実施例では金属製のフットプレート4と金属製の
ヘッドプレート2は絶縁作用を有するプラズマ噴射層14,22によって、それ
ぞれ圧電式のアクチエータ本体1に対し絶縁されている。アクチエータ本体1を
アクチエータ10においてセンタリングしかつアクチエータ10をケーシング6
においてセンタリングするためには、プラスチックから成る付加的なセンタリン
グリング15がフットプレート4に接着されている(接着層17)。センタリン
グリング15は常に、該センタリングリング15がアクチエータ本体1の周囲に
摩擦接続で嵌合するように成形されている。この利点はフットプレート4がコス
ト的に有利に研削されかつリング15が容易に接着され得ることである。センタ
リングリング15は硬いポリマから成ることができる。
センタリングを改善しかつ特に横断面に比して長いアクチエータ本体1が使用さ
れる場合にアクチエータの折曲の危険を減じるために、アクチエータ本体1の任
意の個所に多数取付けられていることができる。さらにセンタリングリング15
aはエラストマスリーブ9と共にアクチエータを横振動に対しても安定させる。
輪郭とは異なって、図5に示された5番目の実施例ではエラストマ層9の外側輪
郭は円筒形であり、アクチエータ本体1の外側輪郭の外径Dは弁ケーシング6の
孔16の内径dをコンスタントに上回っている。アクチエータ本体1の横断面は
図5においては例えば正方形である。正方形の横断面の代りにアクチエータ本体
1はすべての実施例において、長方形、円形、楕円形又は他の横断面形状を有し
ていることもできる。場合によっては弁ケーシング6における孔16は円筒形で
あるだけではなく、正方形又は長方形又は楕円形の輪郭を有していることができ
る。
エータは汚染及び湿気に対し保護され、これによりストック及び組立が容易にな
る。
ことにより、組み立てに際してセンタリングが改善される。
チエータ本体の回動が、同様にヘッドプレートとフットプレートとがアクチエー
タ本体に統合されていることで阻止される。
する材料から製作されているとアクチエータのヘッド部とフット部における短絡
の危険は著しく改善される。この場合、本発明によって設けられたエラストマス
リーブを用いた注型部は、金属製のヘッド及びフットプレートの場合でも、すで
に短絡安全性を著しく高める。
退させられる。これは気泡がエラストマスリーブに意識的に設けられた溝と置き
換えられると一層増長される。
る、挿入されたセンタリングリングにより改善される。
ヘッドプレートを、静止した金属製の弁ケーシングにおいてセンタリングしかつ
案内する。この際、ケーシングに対するヘッドプレートにおける摩耗は発生しな
い。
良くかつ確実に搬送されかつ取付けることができる。
ストマスリーブの熱伝導性を高め、これによりアクチエータの冷却を改善するこ
とができる。
はガソリン噴射装置もしくは弁に使用することができる。
縦断面図。
例の概略的な縦断面図。
ラズマ噴射層を備えた金属性のフットプレートを有する択一的な実施例の側面図
。
の第4実施例の概略的な縦方向断面図。
、弁ケーシングに組込む前の状態で概略的に示した縦断面図。
ットプレート、 5 コイルばね、 6 弁ケーシング、 7 押圧円板、 8
確保リング、 9 エラストマスリーブ、 10 アクチエータ、 14 プ
ラズマ噴射層、 16 軸方向孔、 18 エラストマスリーブ、 20 外側
輪郭、 21 添加粒子、 22 プラズマ噴射層、 23 延長部
Claims (14)
- 【請求項1】 圧電式のアクチエータ、特に自動車における制御弁又は噴射
弁を作動するための圧電式のアクチエータであって、圧電材料から成る互いに上
下に重ねられた層とその間にある金属製もしくは導電性の、電極として役立つ層
(27)とから構成された多層のラミネートの形をしたアクチエータ本体(1)
を備え、該アクチエータ(1)の端面に軸方向に突出する弁タペット(3)を有
する弁側のヘッドプレート(2)と、これに対向したフットプレート(4)とが
それぞれ取付けられており、アクチエータ本体(1)が弁ケーシング(6)の軸
方向孔(16)内に位置しかつ端面側にてヘッドプレート(2)とフットプレー
ト(4)との間でばね部材(5)によって軸方向にバイアスがかけられている形
式のものにおいて、アクチエータ(10)が少なくともヘッドプレート(2)を
含めて、電気的に絶縁するエラストマスリーブ(9.19;18)又は他の膨脹
性のポリマによって包み込まれており、エラストマスリーブ(9,19;18)
を備えたアクチエータ(10)が、組込まれた状態で弁ケーシング(6)の軸方
向孔(16)の内壁に、アクチエータ(10)の領域にてぴったりと接触してい
ることを特徴とする、圧電式のアクチエータ。 - 【請求項2】 エラストマスリーブ(9,19)が軸方向孔(16)に挿入
する前に、アクチエータ本体(1)の軸方向長さを全体に亘ってコンベックスな
膨出部(20)を有し、該膨出部(20)の直径(D)が少なくとも区分的に、
弁ケーシング(6)の軸方向孔(16)の内径(d)よりも大きい、請求項1記
載の圧電式のアクチエータ。 - 【請求項3】 エラストマスリーブ(9)が気泡(11)を内蔵している、
請求項1又は2記載の圧電式のアクチエータ。 - 【請求項4】 エラストマスリーブ(9)の外側輪郭が規定された個所に溝
(12)を有している、請求項1又は2記載の圧電式のアクチエータ。 - 【請求項5】 溝(12)がリング溝として構成されている、請求項4記載
の圧電式のアクチエータ。 - 【請求項6】 エラストマスリーブ(9,19)に熱伝導性の添加粒子(2
1)が添加されている、請求項1から5までのいずれか1項記載の圧電式のアク
チエータ。 - 【請求項7】 硬度の比較的に大きいポリマ材料から成る少なくとも1つの
半径方向のセンタリングリング(15,15a)がアクチエータ本体(1)の周
囲にあり、センタリングリング(15,15a)の内輪郭がアクチエータ本体(
1)の外輪郭に合わせられかつセンタリングリング(15,15a)の外輪郭が
弁ケーシング(6)の軸方向孔(16)の内輪郭に合わせられている、請求項1
から6までのいずれか1項記載の圧電式のアクチエータ。 - 【請求項8】 エラストマスリーブ(9,19)がアクチエータ(10)の
周囲の内側の包囲層(9)と、アクチエータ(10)を取付けるときに前記内側
の包囲層(9)の外側輪郭の周囲に与えられた新しいエラストマフィルムとから
成っており、該エラストマフィルムがアクチエータ(10)の取付け後に硬化す
る、請求項1から7までのいずれか1項記載の圧電式のアクチエータ。 - 【請求項9】 アクチエータ(10)のヘッドプレート(2)とフットプレ
ート(4)とが絶縁性のセラミック材料から成り、アクチエータ本体(1)とヘ
ッドプレート(2)とフットプレート(4)とエラストマスリーブ(9,19)
とから成る構成ユニットが弁ケーシング(6)に対し完全に電気的に絶縁されて
いる、請求項1から8までのいずれか1項記載の圧電式のアクチエータ。 - 【請求項10】 フットプレートが金属から成り、プラズマ噴射層(14)
によりアクチエータ本体(1)に対し絶縁されている、請求項1から8までのい
ずれか1項記載の圧電式のアクチエータ。 - 【請求項11】 ヘッドプレート(2)も金属から成り、プラズマ噴射層(
22)によってアクチエータ本体(1)に対して絶縁されている、請求項10記
載の圧電式のアクチエータ。 - 【請求項12】 ばね部材(5)がコイルばねであって、該コイルばねがヘ
ッドプレート(2)と、弁ケーシング(6)の半径方向の内肩との間で緊縮され
ている、請求項10記載の圧電式のアクチエータ。 - 【請求項13】 ばね部材(5)が皿ばね組であって、該皿ばね組がヘッド
プレート(2)と弁ケーシング(6)の半径方向の内肩との間で緊縮されている
、請求項1から11までのいずれか1項記載の圧電式のアクチエータ。 - 【請求項14】 エラストマスリーブ(18)でばね部材(5)も包囲され
ている、請求項12又は13記載の圧電式のアクチエータ。
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