(57)【要約】【課題】ピエゾスタック２１へのプリセット加重を適正なものに保ちつつ、燃料噴射弁１の全長を短縮する。【解決手段】ピエゾスタック２１の外周側にベローズ２５が配置され、且つ、ピエゾスタック２１とベローズ２５との間に形成された密閉空間２６には圧縮性流体が所定圧力で封入されており、この圧縮性流体によって発生する荷重Ｆｓによってピストン３７が、ピエゾスタック２１の伸長方向に押圧されている。  これによれば、燃料噴射弁１の全長を短く構成することができる。また、ベローズ２５をケースとして、その中にシリコンオイルなどの圧縮性流体を高圧で封入することにより、この圧縮性流体によって発生する圧力Ｆｓで、ベローズ２５の径を拡大したことによる燃料圧力での加重Ｆｆの増加分を相殺することが可能となり、ピエゾスタック２１へのプリセット荷重を適切な値に保つことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴孔（５７）が形成されているハウジング（５１〜５３）と、
前記ハウジング（５１〜５３）内に収容されて前記噴孔（５７）を開閉する弁要素（３）と、前記弁要素（３）の開閉動作を制御するアクチュエータ（２）とを備えており、
前記アクチュエータ（２）は、電圧を印加することにより伸縮するピエゾスタック（２１）と、前記ピエゾスタック（２１）の伸縮に応じて伸縮可能なベローズ（２５）とを有し、
前記弁要素（３）は、前記ピエゾスタック（２１）の変位を液圧に変換する液圧発生部（３６）と、前記液圧発生部（３６）にて発生した液圧を駆動源として前記噴孔（５７）を開閉する弁部材（３１）とを備えており、
前記液圧発生部（３６）は、前記ピエゾスタック（２１）によって駆動されるピストン（３７）と、前記ピストン（３７）を軸方向に摺動可能に支持して前記ピストン（３７）との間に液圧室（４６）を形成するシリンダ（３９）とを有し、
前記噴孔（５７）から内燃機関内に燃料を噴射供給する燃料噴射弁において、
前記ピエゾスタック（２１）の外周側に前記ベローズ（２５）が配置され、且つ、前記ピエゾスタック（２１）と前記ベローズ（２５）との間に形成された密閉空間（２６）には圧縮性流体が所定圧力で封入されており、この圧縮性流体によって発生する荷重（Ｆｓ）によって前記ピストン（３７）が、前記ピエゾスタック（２１）の伸長方向に押圧されていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記ベローズ（２５）は、伸縮方向の一端が前記ピエゾスタック（２１）の伸縮方向の一端を保持している固定部材（２３）に液密に接合されるとともに、伸縮方向の他端が前記ピストン（３７）に液密に接合されており、前記圧縮性流体を高圧で封入する耐圧容器の一部を成していることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記ピストン（３７）は、略有底円筒形状をしており、その円筒内部に前記ピエゾスタック（２１）の一部を収納していることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記ピストン（３７）の外周側に前記シリンダ（３９）が配置され、前記シリンダ（３９）の外周側に、前記シリンダ（３９）と前記ピストン（３７）とを常に引き離す方向に付勢するばね部材（４４）が配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記圧縮性流体としてシリコンオイルを用いていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
前記圧縮性流体としてアルコール、もしくはこれの混合物を用いていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関内に燃料を噴射供給する燃料噴射弁に関するものであり、特に、積層圧電素子の伸縮によって噴孔を開閉する燃料噴射弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術して、下記の特許文献１には、自動車などの内燃機関の燃料噴射弁（例えば、ディーゼルエンジン用のインジェクタ）の駆動源として用いられる圧電アクチュエータが示されている。図７は、この特許文献１の圧電式のアクチュエータ２を適用した燃料噴射弁１の構造を示す縦断面図であり、図８は、図７に示す燃料噴射弁１の要部を示す模式図である。
【０００３】
この圧電式のアクチュエータ２は、電圧を印加させることによって伸長する圧電体素子２１を、金属ケース２０内に収納したものである。圧電体素子２１は、燃料に直接触れることで劣化し、さらには作動障害の原因となるおそれがあるため、このように、圧電体素子２１の外周面に金属ケース２０を設けて、燃料通路内の燃料が圧電体素子２１に触れないようにシールしている。また、金属ケース２０には、ベローズ２５が設けられており、この部分が圧電素子２１の伸縮に応じて伸縮するように構成されている。
【０００４】
なお、この構成では、圧電体素子２１に掛かるプリセット荷重（燃料圧力による加重Ｆｆ＋液圧発生部３６のばね４４による加重Ｆｓｐ、図８参照）を低減するため、ベローズ２５を小径のものとしている。そして、圧電体素子２１とベローズ２５とを直列に配置して、ベローズ２５の中に変位伝達部材２４を配置している。このような構成とすることにより、圧電体素子２１を高圧燃料からシールしながらも、変位の取り出しが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−９７４１８号公報
【特許文献２】欧州特許出願公開第１０７９１５８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した圧電式のアクチュエータ２を燃料噴射弁１に適用すると、圧電体素子２１とベローズ２５とを直列に配置するため、燃料噴射弁１の全長が長くなってしまうという問題点がある。また、細長い変位伝達部材２４を介して変位を取り出すため、伝達ロスが発生するという問題点もある。
【０００７】
これに対して、上記の特許文献２には、図示しないが、圧電体素子の外周側にベローズを配置した構成が示されている。こうすることにより、燃料噴射弁の全長を短縮することが可能なる。しかしながら、この構成では、ベローズの受圧面積が大きくなってしまうため、燃料圧力によって圧電体素子に過度なプリセット加重が掛かってしまうという問題点がある。
【０００８】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目して成されたものであり、その目的は、圧電体素子へのプリセット加重を適正なものに保ちつつ、全長を短縮することのできる燃料噴射弁を提供することにある。なお、上記の説明に用いた図７および図８の中で説明していない符合は、後述の実施形態中で説明する符合と対応しているため、ここでの説明は省略する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、噴孔（５７）が形成されているハウジング（５１〜５３）と、ハウジング（５１〜５３）内に収容されて噴孔（５７）を開閉する弁要素（３）と、弁要素（３）の開閉動作を制御するアクチュエータ（２）とを備えており、アクチュエータ（２）は、電圧を印加することにより伸縮するピエゾスタック（２１）と、ピエゾスタック（２１）の伸縮に応じて伸縮可能なベローズ（２５）とを有し、弁要素（３）は、ピエゾスタック（２１）の変位を液圧に変換する液圧発生部（３６）と、液圧発生部（３６）にて発生した液圧を駆動源として噴孔（５７）を開閉する弁部材（３１）とを備えており、液圧発生部（３６）は、ピエゾスタック（２１）によって駆動されるピストン（３７）と、ピストン（３７）を軸方向に摺動可能に支持してピストン（３７）との間に液圧室（４６）を形成するシリンダ（３９）とを有し、噴孔（５７）から内燃機関内に燃料を噴射供給する燃料噴射弁において、
ピエゾスタック（２１）の外周側にベローズ（２５）が配置され、且つ、ピエゾスタック（２１）とベローズ（２５）との間に形成された密閉空間（２６）には圧縮性流体が所定圧力で封入されており、この圧縮性流体によって発生する荷重（Ｆｓ）によってピストン（３７）が、ピエゾスタック（２１）の伸長方向に押圧されていることを特徴としている。
【００１０】
この請求項１に記載の発明によれば、ピエゾスタック（２１）の外周側にベローズ（２５）を並列に配置することで、燃料噴射弁（１）の全長を短く構成することができる。しかし、これだけではベローズ（２５）の径、つまりは受圧面積が拡大して燃料圧力による加重（Ｆｆ）が大きくなり、ピエゾスタック（２１）へのプリセット荷重が適切な値を超えて過度なものとなってしまう。
【００１１】
そこで、ベローズ（２５）をケースとして、その中にシリコンオイルなどの圧縮性流体を高圧で封入することにより、この圧縮性流体によって発生する圧力（Ｆｓ）で、ベローズ（２５）の径を拡大したことによる燃料圧力での加重（Ｆｆ）の増加分を相殺することが可能となり、ピエゾスタック（２１）へのプリセット荷重を適切な値に保つことができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の燃料噴射弁において、ベローズ（２５）は、伸縮方向の一端がピエゾスタック（２１）の伸縮方向の一端を保持している固定部材（２３）に液密に接合されるとともに、伸縮方向の他端がピストン（３７）に液密に接合されており、圧縮性流体を高圧で封入する耐圧容器の一部を成していることを特徴としている。この請求項２に記載の発明によれば、ベローズ（２５）を耐圧容器として利用することで、シンプルな構成とすることができる。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の燃料噴射弁において、ピストン（３７）は、略有底円筒形状をしており、その円筒内部にピエゾスタック（２１）の一部を収納していることを特徴としている。この請求項３に記載の発明によれば、アクチュエータ（２）を構成する部分と液圧発生部（３６）を構成する部分とを軸方向でラップさせて構成することにより、燃料噴射弁（１）の全長をさらに短く構成することができる。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料噴射弁において、ピストン（３７）の外周側にシリンダ（３９）が配置され、シリンダ（３９）の外周側に、シリンダ（３９）とピストン（３７）とを常に引き離す方向に付勢するばね部材（４４）が配置されていることを特徴としている。この請求項４に記載の発明によれば、液圧発生部（３６）においても軸方向の寸法を短く構成することでき、燃料噴射弁（１）の全長をさらに短く構成することができる。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれかに記載の燃料噴射弁において、圧縮性流体としてシリコンオイルを用いていることを特徴としている。また、請求項６に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれかに記載の燃料噴射弁において、圧縮性流体としてアルコール、もしくはこれの混合物を用いていることを特徴としている。
【００１６】
これら請求項５および６に記載の発明によれば、具体的には、シリコンオイル、もしくはアルコール、もしくはこれの混合物を圧縮性流体として用いることにより、上述した本発明の作用効果を得ることができる。なお、特許請求の範囲および上記各手段に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態における燃料噴射弁１の閉弁状態を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す燃料噴射弁１の開弁状態を示す縦断面図である。
【図３】図１に示す燃料噴射弁１の動作原理を説明するためのタイムチャートである。
【図４】図１に示す燃料噴射弁１の要部を示す模式図である。
【図５】圧縮性流体を封入していない要部の比較例を示す模式図である。
【図６】ピエゾスタック２１のプリセット加重と変位との関係を示すグラフである。
【図７】特許文献１の圧電式のアクチュエータ２を適用した燃料噴射弁１の構造を示す縦断面図である。
【図８】図７に示す燃料噴射弁１の要部を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について図１〜６を用いて詳細に説明する。図１および図２は、一実施形態における燃料噴射弁１の縦断面図であり、図１における燃料噴射弁１は、噴孔５７を閉弁した状態を示し、図２における燃料噴射弁１は、噴孔５７を開弁した状態を示している。この燃料噴射弁１は、図示しない内燃機関の各気筒に、直接燃料を噴射供給可能に取り付けられている。
【００１９】
燃料噴射弁１は、大別するとアクチュエータ２および弁要素３を備えている。これらは、筒状のハウジング５内に、軸方向の上側にアクチュエータ２、その下側に弁要素３が収容されている。ハウジング５は、アクチュエータ２および弁要素３の一部を収容する上部ハウジング５１、弁要素３の他部を収容する下部ハウジング５２、および主にニードル（弁部材）３１を収容するノズルボディ５３から構成されている。
【００２０】
これらのハウジング５１〜５３は、内部に連通する空洞を有する筒状に形成されており、上部ハウジング５１の上端開口部には、アクチュエータ２の上端部を支持している固定部材２３が、蓋となって接合されている。また、上部ハウジング５１の下端開口部には、下部ハウジング５２が接合され、下部ハウジング５２の内部下方にはノズルボディ５３が接合固定されている。なお、上部ハウジング５１の側壁部には、燃料噴射弁１の内部に燃料を供給する供給口５４が形成されている。
【００２１】
ノズルボディ５３は、下端部５６が閉じられており、この下端部５６には、ノズルボディ５３の内部とノズルボディ５３の外部とを連通する噴孔５７が形成されている。ハウジング５の内部に流入した燃料は、弁要素３の中を通ってノズルボディ５３の内部に流入し、噴孔５７を介して噴射される。噴孔５７は、弁要素３にて開閉が制御される。
【００２２】
アクチュエータ２は、ピエゾスタック２１、固定部材２３、ベローズ２５およびピストン３７などから構成されている。ピエゾスタック２１は、複数の板状のピエゾ素子２２を板厚方向に積み重ねて柱状に形成されたものである。ピエゾスタック２１は、燃料噴射弁１の外部より電圧が印加されると、印加された電圧の大きさに応じてピエゾ素子２２の板厚方向に伸長し、電圧の印加が解除されるとピエゾ素子２２は収縮し、略電圧が印加される前の状態にまで戻る。
【００２３】
固定部材２３は略円盤状の部材であり、外部電極を外部へ導くための電極孔２３ａと、後述する圧縮性流体を高圧で封入するための封入孔２３ｂとが穿設されている。固定部材２３下方の内側面には、ピエゾスタック２１の伸縮方向の上端が接合されている。また、ピエゾスタック２１の伸縮方向の下端は、弁要素３のうち液圧発生部３６の一部を構成するピストン３７と当接している。
【００２４】
なお、ピストン３７は、図１に示すように略有底円筒形状をしており、その円筒内部の内側底面でピエゾスタック２１と当接しているため、ピエゾスタック２１の下側の約半分を円筒内に収納している。蛇腹状のベローズ２５は、ピエゾスタック２１の外周側に配置されている。そして、ベローズ２５は、伸縮方向の一端が固定部材２３の下端外周に液密に溶接にて接合されるとともに、伸縮方向の他端がピストン３７の上端外周に液密に溶接にて接合されている。
【００２５】
そして、固定部材２３の下方部、ピエゾスタック２１の外周面、ベローズ２５の内面、およびピストン３７の内面により、圧縮性流体を高圧で封入するための密閉空間２６を形成しており、ベローズ２５は、この耐圧容器の一部を成している。本実施形態では、この密閉空間２６に圧縮性流体としてシリコンオイルを所定圧で詰め、固定部材２３の封入孔２３ｂ内に設けたエキスパンダ（密栓）で封止している。
【００２６】
アクチュエータ２のピエゾスタック２１に所定の電圧が印加されると、印加された電圧の大きさに応じてピエゾスタック２１が所定の長さだけ伸長する。ピエゾスタック２１の上方は、固定部材２３にて移動が規制されているため、ピエゾスタック２１が伸長すると、ピエゾスタック２１の下端部が下方に伸長量に応じた分だけ移動する。これにこれに伴い、ピエゾスタック２１の伸長量に応じた分だけ、ピストン３７も下方に移動する。その後、電圧の印加を解除するとピエゾスタック２１は収縮し、略電圧が印加される前の状態まで戻る。これに伴い、ピストン３７も元の位置に移動する。
【００２７】
アクチュエータ２の下方に配置されている弁要素３は、ニードル３１および液圧発生部３６などから構成されている。ニードル３１は、筒状に形成されており、先端３２がノズルボディ５３の下端部５６の内壁に離着座することにより、噴孔５７からの燃料の噴射、非噴射が制御される。ニードル３１は、先端３２に向かうほど外径が小さくなっており、途中、二箇所の段差部３３、３４が形成されている。
【００２８】
ニードル３１の段差部３３と段差部３４との間の側壁が、ノズルボディ５３の内面によって軸方向に摺動可能に支持されている。ニードル３１の内部には、上端部から下側の段差部３４付近にかけて軸方向に延びる燃料通路３５が形成されている。なお、燃料通路３５の上側には、後述するシリンダ３９との間でニードル３１を閉弁方向に付勢するスプリング４９が収容されている。さらに、段差部３４から下方の先端３２側の燃料溜り室５９は、段差部３４下側でニードル３１の外面とノズルボディ５３の内面との間で形成されている。
【００２９】
ノズルボディ５３は、ニードル３１の上端部との間に、上側の段差部３３を取り囲むような収容室５８を形成している。この収容室５８には、内挿シリンダ４７、スプリング４８が収容されている。内挿シリンダ４７は、段差部３３よりも上側のニードル３１の側壁を、軸方向に摺動可能に支持する。スプリング４８は、収容室５８の底部と内挿シリンダ４７の下端部との間に配置され、常に内挿シリンダ４７を上方に付勢している。これにより、内挿シリンダ４７の上端部は、常にシリンダ３９の下端面に当接しており、この当接によって燃料通路３５と収容室５８とが区画されている。
【００３０】
上部ハウジング５１の供給口５４から流入した燃料は、シリンダ３９の外周からシリンダ３９に穿設された第１連通路４３を通って燃料通路３５に流入する。この燃料通路３５の上側から流入した燃料は、燃料通路３５を通って、下側の燃料溜り室５９に排出される。ニードル３１にて噴孔５７が閉弁されている状態では、燃料溜り室５９まで流入した燃料は、そこに留まる。ニードル３１にて噴孔５７が開弁されると、燃料溜り室５９内の燃料が噴孔５７を介して外部に噴射される。
【００３１】
収容室５８には、後述する液圧発生部３６にて発生した液圧が流入する。そして、ニードル３１の上側の段差部３３には、液圧発生部３６にて発生した液圧が作用する。液圧発生部３６は、アクチュエータ２とニードル３１との間に配置され、アクチュエータ２の一部として取り付けられているピストン３７の変位量を拡大する機構である。液圧発生部３６は、ピストン３７、シリンダ３９、およびスリットスプリング（本発明で言うばね部材）４４などから構成されている。
【００３２】
ピストン３７は、略有底円筒形状に形成され、その円筒内部の内側底面でピエゾスタック２１と当接して配置される。ピストン３７の外周面は、同様に略有底円筒形状に形成されているシリンダ３９の内周側で軸方向に摺動可能に収容されている。シリンダ３９の円筒底部は、ピストン３７の下端面との間で液圧室４６を形成している。シリンダ３９は、下部ハウジング５２の中でノズルボディ５３の上に支持され、円筒部は略上部ハウジング５１の中に収容されている。
【００３３】
液圧室４６には、常に燃料が充填されており、ピストン３７が下方に移動することにより、液圧室４６の容積が小さくなって液圧室４６内の圧力が高まり、ピストン３７が上方に移動することにより、液圧室４６の容積が大きくなって液圧室４６内の圧力が低くなる。液圧室４６には、ピストン３７が上方に移動する際の液圧室４６と、液圧発生部３６の周囲との間に発生する液圧差により、ピストン３７とシリンダ３９との摺動隙間などを介して燃料が充填される。
【００３４】
液圧室４６の底には、液圧室４６と収容室５８とを連通する第２連通路４２と、ニードル３１の燃料通路３５と外部とを連通する第１連通路４３とが形成されている。ピストン３７が下方に移動すると、液圧室４６内の燃料の圧力が上昇する。その圧力は、第２連通路４２を通って収容室５８に流入し、ニードル３１の上側の段差部３３に作用する。
【００３５】
また、シリンダ３９の外周側には、スリットスプリング４４が配置されている。スリットスプリング４４は、公知の構成で、例えば、筒状の部材に周方向に延びるスリットを複数形成することによりバネ特性を発揮する。スリットスプリング４４の上端部は、ピストン３７の上端側の外周部に突出させた鍔部３７ａに支持され、下端部は、シリンダ３９の下端側の外周部に突出させた段部に支持される。
【００３６】
スリットスプリング４４は、燃料噴射弁１に収容された状態で、シリンダ３９とピストン３７とを常に引き離す方向に付勢している。スリットスプリング４４は、ピストン３７を介してピエゾスタック２１にプリセット（予備）荷重を付与している。このプリセット荷重は、ピエゾスタック２１が伸長する際の妨げとならない程度に設定されるが、後述でもう少し詳しく述べる。
【００３７】
次に、ニードル３１の開閉動作の仕組みについて説明する。ニードル３１の開閉動作は、供給口５４から燃料噴射弁１内に供給される燃料の圧力、液圧発生部３６にて発生した燃料の圧力を受けることにより発生する力、およびスプリング４９の付勢力の釣り合いによって決定される。ニードル３１には、段差部３３に燃料の圧力が作用することによって上方に向かう力（以下、「上方の力」と言う）が発生する。上方の力は、燃料の圧力が作用する段差部３３の受圧面積、および収容室５８内の燃料の圧力によって定まる。
【００３８】
そして、ニードル３１には、燃料通路３５に燃料の圧力が作用すること、およびスプリング４９の付勢力によって下方に向かう力（以下、「下方の力」と言う）が発生する。下方の力は、燃料の圧力が作用する燃料通路３５内の受圧面積、燃料通路３５内の燃料の圧力、およびスプリング４９の付勢力によって定まる。上方の力が下方の力よりも勝ったとき、ニードル３１は開弁方向に移動し、下方の力が上方の力よりも勝ったとき、ニードル３１は閉弁方向に移動する。
【００３９】
燃料通路３５および燃料溜り室５９内の燃料の圧力は、供給口５４から流入する燃料の圧力と略同じであり、略一定の値を示している。収容室５８内の燃料の圧力は、アクチュエータ２に作動される液圧発生部３６により意図的に上昇、下降させられる。収容室５８内の燃料の圧力は、アクチュエータ２を作動させ、ピストン３７を下方に移動させることにより、燃料通路３５および燃料溜り室５９内の燃料の圧力よりも高くすることができる。収容室５８内の燃料の圧力が高まり、上方の力が下方の力よりも勝ると、ニードル３１は開弁方向に移動する。
【００４０】
次に、燃料噴射弁１の動作について、図３を用いて説明する。図３は、燃料噴射弁１の動作原理を説明するためのタイムチャートである。図３（ａ）は、図示しない制御装置からアクチュエータ２に印加される電圧パルスの状態を示している。図中、ＯＮの状態のときにだけ、アクチュエータ２に所定の電圧が印加される。図３（ｂ）は、ピストン３７の変位を示している。図中、ゼロの状態は、ピストン３７が上方に位置している状態を示している。
【００４１】
図３（ｃ）は、液圧室４６内の燃料の圧力の状体を示している。図３（ｄ）は、ニードル３１のリフト量を示している。時刻ｔ１、つまりパルスがＯＦＦからＯＮに切替わるまでは、ピストン３７の位置は、上方にある（図３（ａ）、（ｂ）参照）。このため、液圧室４６内の燃料の圧力は、ニードル３１の燃料通路３５の燃料の圧力と略同じ圧力となっている（図３（ｃ）参照）。
【００４２】
この状態では、ニードル３１に発生する上方の力は、下方の力よりも低いため、ニードル３１の先端３２は、ノズルボディ５３に着座した状態を維持し、噴孔５７から燃料は噴射されない。しかし、時刻ｔ１となりパルスがＯＮとなると、ピストン３７は、ピエゾスタック２１によって下方に移動させられる。そして、ピストン３７が下方に押されるとともに、液圧室４６内の燃料の圧力が上昇し始める。
【００４３】
液圧室４６内の燃料の圧力がある程度上昇し、時刻ｔ２となると、高まった圧力がニードル３１の上側の段差部３３に作用するため、ニードル３１に発生する上方の力が下方の力よりも勝る。これにより、ニードル３１が開弁方向にリフトし始める。ニードル３１が開弁方向にリフトすると、燃料溜り室５９内の燃料が噴孔５７より噴射される（図２の状態）。
【００４４】
時刻ｔ２から時刻ｔ３までは、ピストン３７の位置が下方に向かうに従い、液圧室４６の圧力が若干低下する。これは、ニードル３１が上方にリフトし、収容室５８内の容積が広くなるためである。時刻ｔ３となりパルスがＯＮからＯＦＦに切替わると、液圧室４６内の燃料の圧力、およびスリットスプリング４４の付勢力により、ピストン３７は上方に移動し始める。この時点では、ニードル３１のリフトは開弁状態を維持したままとなっている。
【００４５】
時刻ｔ３から時刻ｔ４までは、ピストン３７の位置が上方に向かうに従い、液圧室４６の圧力が燃料通路３５内の燃料の圧力よりも低くなる。時刻ｔ４となり液圧室４６内の燃料の圧力が所定の値まで低くなると、ニードル３１に発生する下方の力が上方の力よりも勝る。これにより、ニードル３１が閉弁方向に移動し始める。その後、ニードル３１の先端３２がノズルボディ５３に着座し、噴孔５７からの燃料噴射が停止する（図１の状態）。
【００４６】
次に、本実施形態の特徴部分と、その特徴部分が奏する作用効果について、図４〜６を用いて説明する。図４は、燃料噴射弁１の要部を示す模式図であり、図５は、圧縮性流体を封入していない要部の比較例を示す模式図である。また図６は、ピエゾスタック２１のプリセット加重と変位との関係を示すグラフである。
【００４７】
まず、本実施形態では、ピエゾスタック２１の外周側にベローズ２５を同軸かつ並列に配置している。そして、ピエゾスタック２１とベローズ２５との間に密閉空間２６を形成するとともに、この密閉空間２６内に圧縮性流体を所定圧力で封入している。この圧縮性流体によって発生する荷重（力）Ｆｓは、ピエゾスタック２１の伸長方向に働いて、ピストン３７を常に押圧するようになっている。
【００４８】
これによれば、ピエゾスタック２１の外周側にベローズ２５を並列に配置して変位伝達部材２４を不要とすることで、図１と図７の比較で分かるように、燃料噴射弁１の全長を短く構成することができる。また、変位伝達部材２４を介さないで変位を取り出す構造となることで、伝達ロスを無くすことができる。
【００４９】
しかしこれだけでは、図５と図８の比較で分かるように、ベローズ２５の径、つまりは受圧面積が拡大して燃料圧力による加重Ｆｆが大きくなり、ピエゾスタック２１へのプリセット荷重が適切な値を超えて過度なものとなってしまう。このプリセット荷重は、のグラフに示すように、過度に大きすぎると変位が小さくなってしまうため、適切な値（本実施形態では、変位が大きくて、比較的安定している略１５００Ｎ以下）となるような仕組みが必要となる。
【００５０】
そこで、図４に示すように、ベローズ２５をケースとして、その中にシリコンオイルなどの圧縮性流体を高圧で封入することにより、この圧縮性流体によって発生する圧力Ｆｓで、ベローズ２５の径を拡大したことによる燃料圧力での加重Ｆｆの増加分を相殺することが可能となり、ピエゾスタック２１へのプリセット荷重を適切な値に保つことができる。またこれは、ベローズ２５の耐荷重を向上させるという効果も奏する。
【００５１】
また、ベローズ２５は、伸縮方向の一端がピエゾスタック２１の伸縮方向の一端を保持している固定部材２３に液密に接合されるとともに、伸縮方向の他端がピストン３７に液密に接合されており、圧縮性流体を高圧で封入する耐圧容器の一部を成している。これによれば、ベローズ２５を耐圧容器として利用することで、シンプルな構成とすることができる。
【００５２】
また、ピストン３７は、略有底円筒形状をしており、その円筒内部にピエゾスタック２１の一部を収納している。これによれば、アクチュエータ２を構成する部分と液圧発生部３６を構成する部分とを軸方向でラップさせて構成することにより、燃料噴射弁１の全長をさらに短く構成することができる。そのうえ、特殊部材であるベローズ２５を、小さく構成することができる。
【００５３】
また、ピストン３７の外周側にシリンダ３９が配置され、シリンダ３９の外周側に、シリンダ３９とピストン３７とを常に引き離す方向に付勢するスリットスプリング４４が配置されている。つまり、ピストン３７、シリンダ３９、およびスリットスプリング４４は、同軸かつ並列に配置されている。これによれば、液圧発生部３６においても軸方向の寸法を短く構成することでき、燃料噴射弁１の全長をさらに短く構成することができる。
【００５４】
また、圧縮性流体としてシリコンオイルを用いている。これによれば、具体的には、シリコンオイルを圧縮性流体として用いることにより、上述した本実施形態の作用効果を得ることができる。
【００５５】
（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。例えば、上述の実施形態では、圧縮性流体としてシリコンオイルを用いているが、圧縮性流体としてアルコール、もしくはこれの混合物を用いたものであっても良い。これによれば、具体的には、アルコール、もしくはこれの混合物を圧縮性流体として用いることにより、上述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、シリコンオイルやアルコール以外でも、電気を通さない圧縮性流体であれば、上述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１…燃料噴射弁
２…アクチュエータ
３…弁要素
２１…ピエゾスタック
２３…固定部材
２５…ベローズ
２６…密閉空間
３１…ニードル（弁部材）
３６…液圧発生部
３７…ピストン
３９…シリンダ
４４…スリットスプリング（ばね部材）
４６…液圧室
５１…上部ハウジング（ハウジング）
５２…下部ハウジング（ハウジング）
５３…ノズルボディ（ハウジング）
５７…噴孔
Ｆｓ…圧縮性流体によって発生する圧力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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