JP2010529829A - ケーブルブッシングを備えた圧電アクチュエータモジュールおよび該圧電アクチュエータモジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、圧電アクチュエータのケーブルブッシングを備えた圧電アクチュエータモジュールとこのように製造される圧電アクチュエータモジュールとに関する。この圧電アクチュエータモジュールの場合、アクチュエータヘッドとアクチュエータベースの間に圧電素子が配置されている。セラミック製アクチュエータベース内を絶縁されて延在している導体路と給電線は、外部電極を介して圧電素子を導電接続させるために設けられている。セラミック製アクチュエータベースの焼成過程中、導電性充填部が導体路としてアクチュエータベース内で電気的に絶縁されて共に焼結され、この導体路は、圧電素子への接続箇所で外部電極と接続され、さらに別の接続箇所を介して圧電アクチュエータモジュールのための給電線と電気的に接続される。

Description

本発明は、圧電アクチュエータ用のケーブルブッシングを備えた圧電アクチュエータモジュール、および独立請求項の上位概念による圧電アクチュエータモジュール内の圧電アクチュエータを電気的に接触させるための圧電アクチュエータモジュールの製造方法に関する。

このような圧電アクチュエータモジュールを、例えば内燃機関内の燃料をタイミングおよび量を精確に調量するためのピエゾインジェクタとして使用することができる。この圧電アクチュエータモジュールは、実質的に保持体とこの保持体内に配置されたそれ自体公知の圧電アクチュエータとから成り、この圧電アクチュエータにはアクチュエータヘッドとアクチュエータベースの間に配置されて上下に積層された圧電素子が設けられており、これらの圧電素子はそれぞれ内部電極で囲まれた圧電層から成る。これらの圧電素子は、適切な結晶構造である材料（圧電セラミック）を圧電層のために使用することによって、外部電圧が内部電極に加わると、圧電素子の機械的な反応が生じるように構成されており、この反応とは結晶構造および電圧の印加範囲に依存し予め設定された方向への圧力または引張力である。この圧電アクチュエータは、ピエゾインジェクタの場合であればノズルニードルと接続されている。その結果として、電圧が圧電素子に加わることによってノズルの開口部が開口または閉口される。

ドイツ特許出願公開公報明細書ＤＥ１０１３９８７１Ａ１からは、液圧式圧力伝達体を介してバルブ部材に作用する圧電アクチュエータモジュールが設けられたピエゾインジェクタが公知である。このピエゾインジェクタの場合、圧電アクチュエータの圧電素子がスリーブとダイアフラムとが組合わせられた部材の中に配置されている。一方の端部には、鋼製部材（アクチュエータベース）が設けられており、この鋼製部材によって、絶縁された給電線を介して圧電アクチュエータの圧電素子を電気的に接触させることができる。

この場合に必要な耐高圧性を備えた給電線を圧電アクチュエータモジュール殊にアクチュエータベース内へ埋設することについては、例えばドイツ特許出願公開公報明細書ＤＥ１０２００４００４７０６Ａ１に記載されている。この明細書では殊に、例えばアクチュエータベースとしてのセラミック製部材においても、ガラス溶融により供給用ケーブルを埋設することが提案されている。この公知の装置の場合、セラミック製部材であるアクチュエータベースは、円すい台形の当接面を介してピエゾインジェクタの保持体において機械的プリロードのもとで支持されている。

ここで注意すべきことは、圧電アクチュエータモジュールのアクチュエータベースにおいて例えば約２０００barの圧力に対してガラス溶融による密閉を行わなければならないということである。この場合、前述したガラス溶融部が独立の部材として金属製のキャリア部材にプレスされ、またはガラスが直接金属部分に溶融される。この装置が殊に不利であるのは、場合によっては完全には密にしてプレス接合を行うことができず、そしてその接触には場合によっては著しくコストがかかってしまうことである。

発明の開示
本発明は、冒頭に記載した圧電アクチュエータ用のケーブルブッシングを備えた圧電アクチュエータモジュールを前提とする。この圧電アクチュエータには、アクチュエータヘッドとアクチュエータベースの間に配置された圧電素子が設けられている。この場合、導体路は、外部電極を介して圧電素子を電気的に接触させるためにセラミック製アクチュエータベース内を絶縁されて延在している。本発明によれば、有利には導電性充填部がセラミック製アクチュエータベース内の導体路としてそのアクチュエータベース内でともに焼結されている。この導体路は、圧電素子への接続箇所で外部電極と接続され、他方の端部でさらに別の接続箇所を介して圧電アクチュエータモジュールの電気的な駆動制御のために給電線と接続される。

さらに有利には、円すい台形の当接面によってセラミック製アクチュエータベースをケーシングとしての保持体における対応する当接面に密にして接合させ、支持させることができ、次いで焼結された導電性充填部に外部の給電線を接合させることができる。さらに、圧電アクチュエータの相応の機械的プリロードによって、アクチュエータベースとの必要な円すい形状の密閉力を調達することができ、この密閉力は圧電アクチュエータを有するチャンバを外部から密閉するために必要とされる。はんだ接合部または溶接接合部を介して外部電極および／または給電線に接合可能であるワイヤによって、導電性充填部を簡単に形成することができる。

有利には、アクチュエータベースおよび／または圧電アクチュエータの焼成プロセス中に導電性充填部を取り付けることができる。これに続いて、ほかのコンポーネントを接合することができる。

有利な適用例では、前述したケーブルブッシングを備えた圧電アクチュエータモジュールは、内燃機関における燃料噴射システム用のピエゾインジェクタの構成要素であり、この内燃機関では噴射すべき燃料が圧電アクチュエータを有するチャンバ内にある。セラミック製アクチュエータベースおよび圧電アクチュエータはこの場合、例えば接着によって相互に接合される。

次に、本発明を図面に示した実施例に基づき図１を参照しながら説明する。

ケーブルブッシングとしてセラミック製アクチュエータベース内に焼結された導体路が設けられた本発明による圧電アクチュエータモジュールのアクチュエータベースを別個に示す図

発明の実施形態
図１には、アクチュエータベース３０が設けられた圧電アクチュエータモジュールのうち本発明の本質をなす領域が示されている。このような圧電アクチュエータモジュールは、明細書冒頭で言及した従来技術から既に公知であり、そこで述べたように、この圧電アクチュエータモジュールを例えば内燃機関における燃料噴射システムでのニードル行程を制御するために使用することができる。

図１には、本発明によるケーブルブッシングが、ここでは焼結された導体路３１，３２としてアクチュエータベース３０内に装入されて示されている。圧電アクチュエータ３３はここで概略的に示されており、その外部電極３４，３５および接続箇所３６，３７を用いて導体路３１，３２と例えばはんだ付けによって接続されている。

導体路３１，３２の他方の端部に、給電線３８，３９が接合されており、これらの給電線３８，３９を用いて本発明による圧電アクチュエータモジュールの外部との接触を形成することができる。アクチュエータベース３０は、円すい台形の当接面４０を介して保持体４１のコンポーネントに自己倍力的にないしはセルフサーボで（selbstverstaerkend）密にして押し当てられ、ないしは支持されている。この場合、保持体４１の２つのケーシング部分はナット４２によりそれ自体公知のやり方でともにねじ接合されている。これによって、円すい台形の当接面４０を介して必要な密閉力を簡単に調達することができるために、高い機械的プリロードが圧電アクチュエータ３３に作用することを保証することができる。

Claims (5)

1. アクチュエータヘッドとアクチュエータベース（３０）の間に配置された圧電素子と、外部電極（３４，３５）を介して該圧電素子を電気的に接触させるために前記アクチュエータベース（３０）内を絶縁されて延在しているケーブル（３１，３２）と給電線（３８，３９）とが設けられている、
   圧電アクチュエータ（３３）用のケーブルブッシングを備えた圧電アクチュエータモジュールにおいて、
   導電性充填部が、セラミック製アクチュエータベース（３０）内の導体路（３１，３２）として前記アクチュエータベース（３０）内で電気的に絶縁されてともに焼結されており、
   前記導体路（３１，３２）は、前記圧電素子への接続箇所（３６，３７）で前記外部電極（３４，３５）と接続されており、さらに別の接続箇所を介して圧電アクチュエータモジュールのための前記給電線（３８，３９）と電気的に接続されていることを特徴とする、
   圧電アクチュエータモジュール。
2. 前記アクチュエータベース（３０）は、円すい台形の当接面（４０）によって保持体（４１）における対応する当接面（４０）に密にして接合され、支持されている、請求項１記載の圧電アクチュエータモジュール。
3. 前記導体路（３１，３２）は、はんだ接合部または溶接接合部を介して前記外部電極（３４，３５）および／または前記給電線（３８，３９）に接合されているワイヤである、請求項１または２記載の圧電アクチュエータモジュール。
4. 請求項１から３のいずれか１項記載の圧電アクチュエータモジュールの製造方法において、
   前記アクチュエータベース（３０）および／または前記圧電アクチュエータ（３３）の焼成プロセス中に、前記導電性充填部は前記導体路（３１，３２）としてともに焼結されることを特徴とする、
   圧電アクチュエータモジュールの製造方法。
5. 請求項１から４のいずれか１項記載のケーブルブッシングを用いて製造される圧電アクチュエータモジュールにおいて、
   前記圧電アクチュエータモジュールは、内燃機関における燃料噴射システム用のピエゾインジェクタの構成要素であることを特徴とする圧電アクチュエータモジュール。

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