JP2012523810A

JP2012523810A - 圧電式のアクチュエータおよび燃料噴射弁

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Publication number: JP2012523810A
Application number: JP2012503936A
Authority: JP
Inventors: エッシェンバッハーコージマ; マイアーアンドレ; シュプレモイヴァン
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2012-10-04
Anticipated expiration: 2030-02-17
Also published as: EP2417346A1; JP5583202B2; EP2417346B1; DE102009002311A1; WO2010115652A1

Abstract

特に燃料噴射弁（１）に用いられるアクチュエータとして働く圧電式のアクチュエータ（２）が、多数の圧電性の層（１７，１８）と、該圧電性の層（１７，１８）の間に配置された多数の導電性の層（１９，２０，２１，２２）とを備えたアクチュエータボディ（１２）を有している。この場合、導電性の層（１９，２０）はセンサ範囲（２３）においてセンサ層（１９，２０）として構成されている。さらに、アクティブな範囲（２４）に設けられている導電性の層（２１，２２）は、電極層（２１，２２）として構成されている。これらの導電性の層（２１，２２）は、アクチュエータボディ（１２）において交互にアクチュエータボディ（１２）の第１の側（３１）と第２の側（３２）とにまで案内されており、この場合、前記導電性の層（２１，２２）は、第１および第２の側（３１，３２）において、第１の側（３１）に設けられた第１の電極結合部（３３）と、第２の側（３２）に設けられた第２の電極結合部（３４）とに交互に電気的に接続されている。第１の電極結合部（３３）は、センサ層（１９）の範囲に１つの切欠き（３９）を有している。このセンサ層（１９）は、センサ結合部（３７）によってコンタクトされており、該センサ結合部（３７）は、アクチュエータボディ（１２）の第１の側（３１）で第１の電極結合部（３３）の前記切欠き（３９）内に配置されている。相応して、第２の電極結合部（３４）はセンサ層（２０）の範囲に１つの切欠き（４７）を有しており、このセンサ層（２０）は、センサ結合部（４５）によってコンタクトされており、該センサ結合部（４５）はアクチュエータボディ（１２）の第２の側（３２）で第２の電極結合部（３４）の前記切欠き（４７）内に配置されている。したがって、導電性の層（１９〜２２）の有利なコンタクティングが可能となる。

Description

背景技術
本発明は、圧電式のアクチュエータ、特に燃料噴射弁に用いられるアクチュエータ、および圧電式のアクチュエータを備えた燃料噴射弁に関する。特に本発明は、空気圧縮型の自己着火式の内燃機関の燃料噴射装置に用いられるインジェクタの分野に関する。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２１７３６１号明細書に基づき、圧電体素子および該圧電体素子を備えた噴射ノズルが公知である。この公知の圧電体素子はセラミック積層体を有しており、このセラミック積層体は交互に上下に積み重ねられた形で、圧電セラミックから成る複数のセラミック層と複数の内部電極層とを有している。さらに、セラミック積層体の表面の少なくとも一部の上には、有機材料から成る少なくとも１つの有機絶縁層が形成されており、そしてこの有機絶縁層上には、無機材料から成る少なくとも１つの無機絶縁層が形成されている。圧電体素子のセラミック積層体は、内部電極層が各セラミック層の間で交互に正の極性と負の極性とを占めるように内部電極層が形成されるように設計されている。この場合、正の内部電極層は、セラミック積層体の一方の側面において正の内部電極層が露出する位置に配置されており、負の内部電極層は、セラミック積層体の他方の側面において負の内部電極層が露出する位置に配置されている。セラミック積層体の両側面はそれぞれ銀ペーストの焼付けによって側面電極を備えており、これにより内部電極層のそれぞれ露出した端区分が電気的に接続されている。側面電極は、エポキシ樹脂と銀とを含有した導電性の接着剤を使用して外部電極と接合されている。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２１７３６１号明細書に基づき公知の圧電体素子およびこの圧電体素子を備えた噴射ノズルには、圧電体素子の目下の作動状態がおおよそでしか知られていないという欠点がある。特に作動中での外部影響因子に基づくか、製作誤差または老化により、作動特性に偏差が生じる恐れがある。さらに、内燃機関等の作動状態への適合が一般に不可能である。

発明の開示
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する本発明による圧電式のアクチュエータ、すなわち、多数の圧電性の層と、該圧電性の層の間に配置された多数の導電性の層とを有するアクチュエータボディが設けられており、前記導電性の層のうちの少なくとも１つの導電性の層が、センサ層として働き、電極層として働く導電性の層が、アクチュエータボディにおいて交互にアクチュエータボディの第１の側と第２の側とにまで案内されており、アクチュエータボディの第１の側に、アクチュエータボディにおいて第１の側にまで案内された電極層をコンタクトするための第１の電極結合部が設けられており、該第１の電極結合部が、前記センサ層の範囲に少なくとも１つの切欠きを有しており、前記センサ層が、センサ結合部によってコンタクトされており、該センサ結合部が、アクチュエータボディの第１の側で第１の電極結合部の前記切欠き内に配置されていることを特徴とする、圧電式のアクチュエータおよび請求項１０の特徴部に記載の特徴を有する本発明による燃料噴射弁、すなわち請求項１から９までのいずれか１項記載の圧電式のアクチュエータと、該圧電式のアクチュエータによって操作可能な弁閉鎖体とが設けられており、該弁閉鎖体が、弁座面と協働してシールシートを形成することを特徴とする燃料噴射弁
には、付加的なセンサ機能を組み込むことができるという利点がある。特に、圧電式のアクチュエータまたは燃料噴射弁へのセンサ機能の組込みが構造上の適合を必要としないか、または極めて小規模の適合しか必要としないという利点がある。

請求項２以下の従属形式の請求項に記載の手段により、請求項１に記載の圧電式のアクチュエータおよび請求項１０に記載の燃料噴射弁の有利な改良が可能となる。

アクチュエータボディの第２の側に、アクチュエータボディにおいて第２の側にまで案内された電極層をコンタクトするための第２の電極結合部が設けられており、少なくとも１つの別の導電性の層が、別のセンサ層として働き、第２の電極結合部が、前記センサ層の範囲に少なくとも１つの切欠きを有しており、前記別のセンサ層が、センサ結合部によってコンタクトされており、該センサ結合部が、アクチュエータボディの第２の側で第２の電極結合部の前記切欠き内に配置されていることが有利である。これにより、少なくとも２つのセンサ層により圧電式のアクチュエータにセンサ機能を組み込むことができる。この場合、アクチュエータボディの第１の側および第２の側を介した有利なコンタクティングが可能となる。この場合、アクチュエータボディの第１の側および第２の側において電極層のコンタクティングも、センサ層のコンタクティングも行なわれ得る。これにより、コンパクトな構成が得られる。

さらに、アクチュエータボディに設けられた前記センサ層が、第１の電極結合部の前記切欠きの範囲でアクチュエータボディの第１の側にまで案内されていて、アクチュエータボディの第２の側からは間隔を置いて配置されており、アクチュエータボディに設けられた前記別のセンサ層が、第２の電極結合部の前記切欠きの範囲でアクチュエータボディの第２の側にまで案内されていて、アクチュエータボディの第１の側からは間隔を置いて配置されていることが有利である。生産プロセスにより規定され得るセンサ層のこのような構成により、センサ層とセンサ結合部との信頼性の良いコンタクティングが可能となるので有利である。

第１の電極結合部が、別の切欠きを有しており、第１の電極結合部が、前記切欠きと該別の切欠きとの間にウェブ状の区分を有しており、該ウェブ状の区分が、アクチュエータボディの第１の側で前記センサ層にわたって延びており、前記一方のセンサ層が、別のセンサ結合部によりコンタクトされており、該別のセンサ結合部が、アクチュエータボディの第１の側において第１の電極結合部の前記別の切欠き内に配置されていることも有利である。付加的にまたは択一的に、第２の電極結合部が、別の切欠きを有しており、第２の電極結合部が、前記切欠きと該別の切欠きとの間にウェブ状の区分を有しており、該ウェブ状の区分が、アクチュエータボディの第２の側で前記センサ層にわたって延びており、前記別のセンサ層が、別のセンサ結合部によりコンタクトされており、該別のセンサ結合部が、アクチュエータボディの第２の側において第２の電極結合部の前記別の切欠き内に配置されていることも有利である。こうして、センサ層が配置されているセンサ範囲を電極結合部によって橋絡することができる。これにより、電気的な供給線路と電極結合部との結合も簡単となる。たとえば、電気的な供給線路はピン状に構成されていてよい。相応して、センサ層のコンタクティングのために働く測定線路が設けられていてもよい。このような測定線路は、同じくピン状に形成されていてよい。ピン状の電気的な供給線路およびピン状の測定線路はこの場合、アクチュエータボディの第１の側および第２の側の範囲において、それぞれ相並んで各電極結合部もしくは各センサ結合部にコンタクトすることができる。したがって、圧電式のアクチュエータの導電性の層と、４つまたは４つよりも多い線路、特にピン状の電気的な線路との有利な電気的なコンタクティングが可能となる。

センサ層が第１の電極結合部の前記ウェブ状の区分の範囲において、アクチュエータボディの第１の側から間隔を置いて配置されていると有利である。さらに、前記別のセンサ層が、第２の電極結合部の前記ウェブ状の区分の範囲において、アクチュエータボディの第２の側から間隔を置いて配置されていることも有利である。この場合、アクチュエータボディに設けられた前記センサ層は、第１の電極結合部の前記別の切欠きの範囲で、有利にはアクチュエータボディの第１の側にまで案内されていて、アクチュエータボディの第２の側からは間隔を置いて配置されており、アクチュエータボディに設けられた前記別のセンサ層は、第２の電極結合部の前記別の切欠きの範囲で、有利にはアクチュエータボディの第２の側にまで案内されていて、アクチュエータボディの第１の側からは間隔を置いて配置されている。したがって、センサ結合部と電極結合部とによってアクチュエータボディのセンサ層および電極層への信頼性の良い選択的な結合を構造的に行うことができる。この場合、電極結合部は、圧電式のアクチュエータの、作動中に生じる行程を補償するために、たとえば第１の側および第２の側に設けられたベース金属被覆部もしくはベースメタライジング部（Grundmetallisierung）を有している。これらのベースメタライジング部には、それぞれ電極結合部の網状のスクリーンもしくはシーブ（Sieb）がろう接されている。このようなベースメタライジング部は、銀およびパラジウムを含有していてよい。

前記センサ層は、アクチュエータボディに接合されたアクチュエータベースの範囲に配置されていると有利である。したがって、作動時におけるアクチュエータの行程は、センサ層の有利には比較的短く保持された範囲では作用しないか、または無視し得る程度にしか作用しない。これにより、第１の側および第２の側に設けられた、特にプリントされたベースメタライジング部を介してセンサ層のコンタクティングを行うことができるので有利である。特に、センサ結合部が、電気的な測定線路と、アクチュエータボディの第１の側における第１の電極結合部の前記切欠き内に設けられたベースメタライジング部とを有しており、該ベースメタライジング部を介して、センサ結合部の前記電気的な測定線路が前記センサ層に接続されており、別のセンサ結合部が、電気的な測定線路と、アクチュエータボディの第２の側における第２の電極結合部の前記切欠き内に設けられたベースメタライジング部とを有しており、該ベースメタライジング部を介して、前記別のセンサ結合部の前記電気的な測定線路が前記別のセンサ層に接続されていることが有利である。これにより、センサ結合部の構成は簡単となる。特にセンサ結合部の構成要素である付加的な網状のスクリーンもしくはシーブまたはこれに類するものを不要にすることができる。

この場合さらに、アクチュエータボディの第１の側に設けられたセンサ結合部と、アクチュエータボディの第２の側に設けられたセンサ結合部とに交互にコンタクトされている複数のセンサ層、特に２つよりも多いセンサ層が設けられていることが有利である。これにより、比較的大きな測定電荷を発生させることができるので、測定線路を介して信頼性良く評価装置へ測定信号を案内することができる。さらに、再現可能な測定電圧が発生され、この場合、製造誤差等は、関与した複数の圧電性の層によって、形成された測定電圧に関して補償される。

以下に、本発明の有利な実施形態を図面につき詳しく説明する。図面中、互いに対応する構成要素には、同一の符号が付与されている。

本発明の第１実施形態による圧電式のアクチュエータを備えた燃料噴射弁の一部を示す概略的な断面図である。図１に示した圧電式のアクチュエータを、図１の「ＩＩ」で示した断面線に沿って断面した、可能な１構成を示す断面図である。図１に示した圧電式のアクチュエータを、図１の「ＩＩＩ」で示した断面線に沿って断面した、可能な１構成を示す断面図である。図１に示した圧電式のアクチュエータを、図１の「ＩＶ」で示した断面線に沿って断面した、本発明の第１実施形態を示す断面図である。図１に示した圧電式のアクチュエータを、図１の「Ｖ」で示した断面線に沿って断面した、本発明の第１実施形態を示す断面図である。本発明の第２実施形態による圧電式のアクチュエータを備えた燃料噴射弁の一部を示す概略的な断面図である。図６に示した圧電式のアクチュエータを、図６の「ＩＶ」で示した断面線に沿って断面した、本発明の第２実施形態を示す断面図である。図６に示した圧電式のアクチュエータを、図６の「Ｖ」で示した断面線に沿って断面した、本発明の第２実施形態を示す断面図である。

図１には、本発明の第１実施形態による、圧電式のアクチュエータ２を備えた燃料噴射弁１が、概略的な断面図で図示されている。燃料噴射弁１は、特に空気圧縮型の自己着火式の内燃機関の燃料噴射装置に用いられるインジェクタとして働くことができる。燃料噴射弁１は有利には、ディーゼル燃料を高い圧力下で複数の燃料噴射弁１へ案内するコモンレールを備えた燃料噴射装置のために使用される。圧電式のアクチュエータ２は特にこのような燃料噴射弁１のために適している。しかし、本発明による燃料噴射弁１および本発明による圧電式のアクチュエータ２は別の使用事例のためにも適している。

燃料噴射弁１は弁ハウジング３と、この弁ハウジング３に結合されたノズルボディ４とを有している。圧電式のアクチュエータ２は弁ハウジング３の内部のアクチュエータ室５内に配置されている。さらに、ノズルニードル６が設けられている。このノズルニードル６はノズルボディ４に設けられた燃料室７内に配置されている。ノズルニードル６は弁閉鎖体８を有しており、この弁閉鎖体８は、ノズルボディ４に形成されている弁座面９と協働してシールシートを形成する。圧電式のアクチュエータ２は、二重矢印１０で示したようにノズルニードル６と作用結合している。

図１に示した初期状態では、弁閉鎖体８と弁座面９との間に形成されたシールシートが閉じられている。圧電式のアクチュエータ２によってノズルニードル６が操作されると、ノズルニードル６の弁閉鎖体８がそのシートから持ち上げられ、これにより弁閉鎖体８と弁座面９との間に形成されたシールシートが開かれる。これにより、燃料は燃料室７から、開放されたシールシートとノズル開口１１とを介して内燃機関の燃焼室内へ噴射され得る。

圧電式のアクチュエータ２はアクチュエータボディ１２と、このアクチュエータボディ１２の端面１３に接合されたアクチュエータベース１４と、アクチュエータボディ１２の、端面１３とは反対の側の別の端面１５に接合されたアクチュエータヘッド１６とを有している。アクチュエータボディ１２はアクチュエータベース１４を介して弁ハウジング３に支持されている。アクチュエータボディ１２はアクチュエータヘッド１６を介してノズルニードル６に作用する。

アクチュエータボディ１２は多数の圧電性の層１７，１８を有している。この場合、図１には、図面を簡単にするために圧電性の層１７，１８しか特徴付けられていない。圧電性の層１７，１８は圧電セラミック材料または電気活性材料から形成されていてよい。さらに、圧電式のアクチュエータ２は多数の導電性の層１９，２０，２１，２２を有している。この場合、図面を簡単にするために、導電性の層１９，２０，２１，２２しか特徴付けられていない。この場合、導電性の層１９，２０，２１，２２は圧電性の層１７，１８の間に配置されている。これにより、本実施形態では、圧電性の層１７が導電性の層１９，２０の間に配置されており、圧電性の層１８が導電性の層２１，２２の間に配置されている。導電性の層１９，２０は第１第２のセンサ層１９，２０として働く。導電性の層２１，２２は第１第２の電極層２１，２２として働く。第１第２のセンサ層１９，２０と、これらのセンサ層１９，２０の間に配置された圧電性の層１７とにより、アクチュエータボディ１２にはセンサ２３もしくはセンサ範囲２３が形成されている。第１第２の電極層２１，２２と、これらの電極層２１，２２の間に配置された圧電性の層１８とにより、アクチュエータボディ１２のアクティブな範囲２４が形成されている。本実施形態では、アクチュエータボディ１２が、このアクチュエータボディ１２の長手方向軸線２５に沿ってセンサ範囲２３とアクティブな範囲２４とに分割されている。センサ範囲２３はこの場合、アクチュエータベース１４の近傍に配置されている。特にセンサ範囲２３は直接にアクチュエータボディ１２の端面１３に隣接していてよく、ひいてはアクチュエータベース１４に隣接していてよい。したがって、アクティブな範囲２４はアクチュエータベース１４から少しだけ間隔を置いて、すなわちセンサ範囲２３の長さ分だけ間隔を置いて配置されている。アクティブな範囲２４はこの場合にはアクチュエータボディ１２の端面１５に隣接しており、ひいてはアクチュエータヘッド１６に隣接している。アクチュエータボディ１２の帯電時および放電時にアクチュエータボディ１２の長手方向軸線２５に沿って発生するアクチュエータボディ１２の伸長および収縮により、センサ範囲２３では、比較的小さな調節ストロークが生ぜしめられる。アクチュエータボディ１２の全行程はアクチュエータボディ１２の端面１５の範囲において生じる。

アクチュエータボディ１２は第１の側３１を有している。さらにアクチュエータボディ１２は、第１の側３１とは反対の側の第２の側３２（図２）を有している。アクチュエータボディ１２の第１の側３１には、第１の電極結合部３３が設けられている。さらに、第２の側３２には、第２の電極結合部３４（図２）が設けられている。アクチュエータボディ１２のアクティブな範囲２４の電極層２１，２２は交互に電極結合部３３，３４に結合されている。それに対して、アクチュエータボディ１２のセンサ範囲２３のセンサ層１９，２０は電極結合部３３，３４に結合されていない。電極層２１，２２の結合は、基礎金属被覆部もしくはベースメタライジング部（Grundmetallisierung）によって行なわれ得る。このベースメタライジング部には、電極結合部３３，３４のそれぞれ１つの網状のシーブもしくはスクリーン（Sieb）が設けられている。電極結合部３３，３４は電気的な供給線路３５，３６に結合されており、これらの電気的な供給線路３５，３６は少なくとも所定の区分にわたってピン形に形成されている。電気的な供給線路３５，３６はこの場合、弁ハウジング３とアクチュエータベース１４とを貫いてアクチュエータボディ１２の第１および第２の側３１，３２にまで案内されている。

さらに、アクチュエータボディ１２の第１の側３１には、基本金属被覆部もしくはベースメタライジング部３７，３８が設けられている。この場合、第１の側３１に設けられた第１の電極結合部３３はセンサ範囲２３に第１第２の切欠き３９，４０を有している。すなわち、第１の電極結合部３３はアクチュエータボディ１２の第１の側３１全体を覆っているのではなく、センサ範囲２３に設けられた切欠き３９，４０に基づき、第１の側３１に第１の電極結合部３３に対して付加的にベースメタライジング部３７，３８を設けることができるようにするために十分なスペースを第１の側３１に残している。この場合、ベースメタライジング部３７，３８は第１の電極結合部３３から電気的に絶縁されている。第１の電極結合部３３からのベースメタライジング部３７，３８の電気的な絶縁は、第１の電極結合部３３に設けられた切欠き３９，４０に基づいてベースメタライジング部３７，３８に対して形成された自由空間により行われる。

センサ層１９，２０は交互にベースメタライジング部３７に接続されている。たとえば、センサ層１９はベースメタライジング部３７に接続されていて、センサ層２０はベースメタライジング部３７に接続されていない。ベースメタライジング部３７に接続されている方のセンサ層１９は、さらにベースメタライジング部３８にも接続されている。ベースメタライジング部３７に接続されていない方のセンサ層２０は、ベースメタライジング部３８にも接続されていない。したがって、センサ層１９，２０に関しては、両ベースメタライジング部３７，３８との接続が形成されているか、またはベースメタライジング部３７，３８との接続が全く形成されていない。ベースメタライジング部３７，３８に接続されていない方のセンサ層２０は、アクチュエータボディ１２の第２の側３２にコンタクトされている（図４につきさらに詳しく説明する）。

以下に、図２〜図５につき、アクチュエータボディ１２の構成、特に導電性の層１９〜２２の構成について詳しく説明する。

図２には、図１に示した燃料噴射弁の圧電式のアクチュエータ２を、図１の「ＩＩ」で示した断面線に沿って断面した概略的な断面図が示されている。第１の側３１には、第１の電極結合部３３が設けられている。アクチュエータボディ１２の「ＩＩ」で特徴付けられた断面は、電極層２２に沿って延びている。この電極層２２は、第１の側３１から間隔を置いて配置されるように形成されている。これにより、第１の電極結合部３３と電極層２２との間に電気的なコンタクトは形成されていない。第２の電極結合部３４は第２の側３２に配置されている。

電極層２２は第２の側３２にまで延びているので、第２の電極結合部３４との電気的なコンタクトが実現されている。この場合、第２の電極結合部３４は網状のスクリーンもしくはシーブを有していてよい。このスクリーンもしくはシーブは、第２の側３２に設けられたベースメタライジング部によって電極層２２に結合されている。

図３には、図１に示した圧電式のアクチュエータ２を、図１の「ＩＩＩ」で示した断面線に沿って断面した概略的な断面図が示されている。「ＩＩＩ」で特徴付けられた断面線は電極層２１に沿って延びている。この電極層２１は第１の側３１にまで案内されていて、第２の側３２からは間隔を置いて配置されている。これにより、電極層２１は第１の側３１において第１の電極結合部３３に電気的に接続されている。電極層２１は第２の電極結合部３４からは絶縁されている。

図２および図３に示した電極層２１，２２に相応して、アクチュエータボディ１２のアクティブな範囲２４の電極層は電極結合部３３，３４と交互に電気的にコンタクトされている。したがって、第１第２の電極結合部３３，３４に接続されている電気的な供給線路３５，３６を介して、アクティブな範囲２４の、各圧電性の層１８の間に設けられた電極層２１，２２の帯電および放電が可能となる。

図４には、第１の実施形態の燃料噴射弁１の圧電式のアクチュエータ２を、図１の「ＩＶ」で示した断面線に沿って断面した概略的な断面図が示されている。「ＩＶ」で示した断面線はアクチュエータボディ１２を貫いたセンサ層２０に沿って延びている。第１の側３１に設けられた第１の電極結合部３３は第１第２の切欠き３９，４０を有しているので、第１の電極結合部３３のウェブ状の区分４１が形成されている。電気的な供給線路３５はこのウェブ状の区分４１のところで第１の電極結合部３３に接続されている。さらに、第１の側３１にはベースメタライジング部３７，３８が設けられている。少なくとも所定の区分にわたりピン形に形成されている電気的な測定線路４２，４３は、アクチュエータベース１４を貫いてアクチュエータボディ１２へ案内されている。電気的な測定線路４２，４３は、特にセンサ層１９との電気的なコンタクトを可能にするために、センサ範囲２３においてベースメタライジング部３７，３８に結合されている。相応して、アクチュエータボディ１２の第２の側３２には、センサ範囲１９，２０においてベースメタライジング部４４，４５が設けられている。この場合、第２の側３２に設けられた第２の電極結合部３４はセンサ範囲２３において第１第２の切欠き４６，４７を有しているので、センサ範囲２３には第２の電極結合部３４のウェブ状の区分４８が形成されている。電気的な供給線路３６はこのウェブ状の区分４８のところで第２の電極結合部３４に接続されている。

さらに、切欠き４６，４７によってセンサ範囲２３には、ベースメタライジング部４４，４５を設けるためにスペースが残されている。さらに、測定線路４９，５０がアクチュエータベース１４を貫いてセンサ範囲２３においてアクチュエータボディ１２にまで案内されている。測定線路４９，５０は、アクチュエータボディ１２の第２の側３２に設けられたベースメタライジング部４４，４５に接続されている。ベースメタライジング部４４，４５を介して、測定線路４９，５０とセンサ層２０との電気的な接続が形成されている。センサ層２０はこの場合、ベースメタライジング部４４，４５の範囲において、アクチュエータボディ１２の第２の側３２にまで案内されている。しかし、センサ層２０はウェブ状の区分４８の範囲において第２の側３２に対して少しだけ切り欠かれており、したがってセンサ層２０は、第２の電極結合部３４との電気的なコンタクトを阻止するために第２の側３２に対して間隔を置いて配置されている。

図５には、第１の実施形態の燃料噴射弁１の圧電式のアクチュエータ２を、図１の「Ｖ」で示した切断線に沿って断面した概略的な断面図が示されている。「Ｖ」で示した断面線はセンサ層１９に沿って延びている。このセンサ層１９はアクチュエータボディ１２の第１の側３１にまで案内されている。この場合、センサ層１９はベースメタライジング部３７，３８の範囲では第１の側３１にまで案内されているが、しかし第１の電極結合部３３の範囲では第１の側３１から少しだけ間隔を置いて配置されている。これにより、センサ層１９と測定線路４２，４３との電気的なコンタクトは保証されているが、センサ層１９は第１の電極結合部３３のウェブ状の区分４１からは絶縁されている。さらに、センサ層１９は第２の側３２から間隔を置いて配置されている。したがって、センサ層１９は第２の電極結合部３４のウェブ状の区分４８からも、測定線路４９，５０からも電気的に絶縁されている。

したがって、図４および図５から判るように、センサ層１９，２０はベースメタライジング部３７，３８，４４，４５を介して測定線路４２，４３，４９，５０に接続されており、この場合、センサ層１９は測定線路４２，４３に接続されており、センサ層２０は測定線路４９，５０に接続されている。相応して、アクチュエータボディ１２のセンサ範囲２３に設けられていて、ひいてはセンサ層１９，２０として働く全ての導電性の層１９，２０は一対の測定線路４２，４３と一対の測定線路４９，５０とに交互に接続されている。この場合、測定線路対４２，４３もしくは測定線路対４９，５０とのペア毎のコンタクティングにより、一層小さな接触抵抗およびある程度の冗長性とが実現可能となる。

図６には、本発明の第２実施形態による圧電式のアクチュエータ２を備えた燃料噴射弁１が示されている。この第２実施形態では、第１の側３１に設けられた第１の電極結合部３３が、１つの切欠き３９しか有していない。これにより、ストリップ状の区分４１が形成されている。

第１の切欠き３９はこの場合、ベース金属被覆部もしくはベースメタライジング部３７のためのスペースを空けており、この場合、ベースメタライジング部３７は第１の電極結合部３３から絶縁されている。電気的な測定線路４２は、たとえばセンサ層１９に電気的に接続されている。したがって、センサ範囲２３の、センサ層１９に相当するセンサ層は、この実施形態では唯一つのベースメタライジング部３７を介して一方の測定線路４２に電気的に接続されている。

以下に、図７および図８につき、この燃料噴射弁１の圧電式のアクチュエータ２の構成を詳しく説明する。

図７には、図６に示した第２実施形態の燃料噴射弁１の圧電式のアクチュエータ２を、図６の「ＩＶ」で示した断面線に沿って断面した概略的な断面図が示されている。第１の電極結合部３３に設けられた切欠き３９に相応して、第２の側３２における第２の電極結合部３４も１つの切欠き４７しか有していない。この切欠き４７により、第２の側３２におけるベースメタライジング部４５のためのスペースが空けられている。第２の電極結合部３４はこの場合、センサ範囲２３においてウェブ状の区分４８の形に形成されている。測定線路５０はベースメタライジング部４５に接続されている。センサ層２０は第２の側３２にまで案内されており、すなわちベースメタライジング部４５の範囲まで案内されている。しかし、センサ層２０は第２の電極結合部３４のウェブ状の区分４８の範囲では第２の側３２から少しだけ間隔を置いて配置されているので、センサ層２０は第２の電極結合部３４から電気的に絶縁されている。さらに、センサ層２０は第１の側３１から間隔を置いて配置されているので、センサ層２０は測定線路４２に対しても、第１の電極結合部３３に対しても電気的に絶縁されている。

図８には、図６に示した第２実施形態の燃料噴射弁１の圧電式のアクチュエータ２を、図６の「Ｖ」で示した断面線に沿って断面した概略的な断面図が示されている。この場合、圧電式のアクチュエータ２の「Ｖ」で示した断面はセンサ層１９に沿って延びている。センサ層１９は第１の側３１にまで案内されているが、しかし第２の側３２からは間隔を置いて配置されている。この場合、センサ層１９はベースメタライジング部３７の範囲では第１の側３１にまで案内されているが、しかし第１の電極結合部３３のウェブ状の区分４１の範囲では第１の側３１から少しだけ間隔を置いて配置されている。したがって、センサ層１９は測定線路４２に電気的に接続されている。

したがって、図７および図８から判るように、センサ範囲２３のセンサ層１９，２０は両測定線路４２，５０に交互に電気的に接続されている。

第２実施形態の圧電式のアクチュエータ２のアクチュエータボディ１２のアクティブな範囲２４の電極層２１，２２は、図１に示した第１実施形態の燃料噴射弁１の圧電式のアクチュエータ２の電極層２１，２２に相応して形成されている。したがって、第２実施形態の圧電式のアクチュエータ２の、「ＩＩ」および「ＩＩＩ」で示した断面は、電気的な供給線路３５，３６の位置は別として、図２および図３に示した第１実施形態の断面に相当している。

本発明は、前記実施形態に限定されるものではない。

Claims

圧電式のアクチュエータ（２）、特に燃料噴射弁に用いられる圧電式のアクチュエータであって、多数の圧電性の層（１７，１８）と、該圧電性の層（１７，１８）の間に配置された多数の導電性の層（１９，２０，２１，２２）とを有するアクチュエータボディ（１２）が設けられており、前記導電性の層のうちの少なくとも１つの導電性の層が、センサ層（１９）として働き、電極層（２１，２２）として働く導電性の層（２１，２２）が、アクチュエータボディ（１２）において交互にアクチュエータボディ（１２）の第１の側（３１）と第２の側（３２）とにまで案内されており、アクチュエータボディ（１２）の第１の側（３１）に、アクチュエータボディ（１２）において第１の側（３１）にまで案内された電極層（２１）をコンタクトするための第１の電極結合部（３３）が設けられており、該第１の電極結合部（３３）が、前記センサ層（１９）の範囲に少なくとも１つの切欠き（３９）を有しており、前記センサ層（１９）が、センサ結合部（３７）によってコンタクトされており、該センサ結合部（３７）が、アクチュエータボディ（１２）の第１の側（３１）で第１の電極結合部（３３）の前記切欠き（３９）内に配置されていることを特徴とする、圧電式のアクチュエータ。
アクチュエータボディ（１２）の第２の側（３２）に、アクチュエータボディ（１２）において第２の側（３２）にまで案内された電極層（２２）をコンタクトするための第２の電極結合部（３４）が設けられており、少なくとも１つの別の導電性の層（２０）が、別のセンサ層（２０）として働き、第２の電極結合部（３４）が、前記センサ層（１９，２０）の範囲（２３）に少なくとも１つの切欠き（４７）を有しており、前記別のセンサ層（２０）が、センサ結合部（４５）によってコンタクトされており、該センサ結合部（４５）が、アクチュエータボディ（１２）の第２の側（３２）で第２の電極結合部（３４）の前記切欠き（４７）内に配置されている、請求項１記載の圧電式のアクチュエータ。
アクチュエータボディ（１２）に設けられた前記センサ層（１９）が、第１の電極結合部（３３）の前記切欠き（３９）の範囲でアクチュエータボディ（１２）の第１の側（３１）にまで案内されていて、アクチュエータボディ（１２）の第２の側（３２）からは間隔を置いて配置されており、アクチュエータボディ（１２）に設けられた前記別のセンサ層（２０）が、第２の電極結合部（３４）の前記切欠き（４７）の範囲でアクチュエータボディ（１２）の第２の側（３２）にまで案内されていて、アクチュエータボディ（１２）の第１の側（３１）からは間隔を置いて配置されている、請求項２記載の圧電式のアクチュエータ。
第１の電極結合部（３３）が、別の切欠き（４０）を有しており、第１の電極結合部（３３）が、前記切欠き（３９）と該別の切欠き（４０）との間にウェブ状の区分（４１）を有しており、該ウェブ状の区分（４１）が、アクチュエータボディ（１２）の第１の側（３１）で前記センサ層（１９，２０）にわたって延びており、前記一方のセンサ層（１９）が、別のセンサ結合部（３８）によりコンタクトされており、該別のセンサ結合部（３８）が、アクチュエータボディ（１２）の第１の側（３１）において第１の電極結合部（３３）の前記別の切欠き（４０）内に配置されており、
かつ／または
第２の電極結合部（３４）が、別の切欠き（４６）を有しており、第２の電極結合部（３４）が、前記切欠き（４７）と該別の切欠き（４６）との間にウェブ状の区分（４８）を有しており、該ウェブ状の区分（４８）が、アクチュエータボディ（１２）の第２の側（３２）で前記センサ層（１９，２０）にわたって延びており、前記別のセンサ層（２０）が、別のセンサ結合部（４４）によりコンタクトされており、該別のセンサ結合部（４４）が、アクチュエータボディ（１２）の第２の側（３２）において第２の電極結合部（３４）の前記別の切欠き（４６）内に配置されている、請求項２または３記載の圧電式のアクチュエータ。
アクチュエータボディ（１２）に設けられた前記センサ層（１９）が、第１の電極結合部（３３）の前記別の切欠き（４０）の範囲でアクチュエータボディ（１２）の第１の側（３１）にまで案内されていて、アクチュエータボディ（１２）の第２の側（３２）からは間隔を置いて配置されており、アクチュエータボディ（１２）に設けられた前記別のセンサ層（２０）が、第２の電極結合部（３４）の前記別の切欠き（４６）の範囲でアクチュエータボディ（１２）の第２の側（３２）にまで案内されていて、アクチュエータボディ（１２）の第１の側（３１）からは間隔を置いて配置されている、請求項４記載の圧電式のアクチュエータ。
前記センサ層（１９）が、第１の電極結合部（３３）の前記ウェブ状の区分（４１）の範囲ではアクチュエータボディ（１２）の第１の側（３１）から間隔を置いて配置されており、前記別のセンサ層（２０）が、第２の電極結合部（３４）の前記ウェブ状の区分（４８）の範囲ではアクチュエータボディ（１２）の第２の側（３２）から間隔を置いて配置されている、請求項４または５記載の圧電式のアクチュエータ。
センサ結合部が、電気的な測定線路（４２）と、アクチュエータボディ（１２）の第１の側（３１）における第１の電極結合部（３３）の前記切欠き（３９）内に設けられたベースメタライジング部（３７）とを有しており、該ベースメタライジング部（３７）を介して、センサ結合部の前記電気的な測定線路（４２）が前記センサ層（１９）に接続されており、別のセンサ結合部が、電気的な測定線路（５０）と、アクチュエータボディ（１２）の第２の側（３２）における第２の電極結合部（３４）の前記切欠き（４７）内に設けられたベースメタライジング部（４５）とを有しており、該ベースメタライジング部（４５）を介して、前記別のセンサ結合部の前記電気的な測定線路（５０）が前記別のセンサ層（２０）に接続されている、請求項２から６までのいずれか１項記載の圧電式のアクチュエータ。
アクチュエータボディ（１２）の第１の側（３１）に設けられたセンサ結合部（３７）と、アクチュエータボディ（１２）の第２の側（３２）に設けられたセンサ結合部（４５）とに交互にコンタクトされている複数のセンサ層（１９，２０）が設けられている、請求項２から７までのいずれか１項記載の圧電式のアクチュエータ。
前記センサ層（１９，２０）が、アクチュエータボディ（１２）に接合されたアクチュエータベース（１４）の範囲（２３）に配置されている、請求項２から８までのいずれか１項記載の圧電式のアクチュエータ。
燃料噴射弁（１）、特に空気圧縮型の自己着火式の内燃機関の燃料噴射装置に用いられるインジェクタにおいて、請求項１から９までのいずれか１項記載の圧電式のアクチュエータ（２）と、該圧電式のアクチュエータ（２）によって操作可能な弁閉鎖体（８）とが設けられており、該弁閉鎖体（８）が、弁座面（９）と協働してシールシートを形成することを特徴とする燃料噴射弁。