(57)【要約】【課題】  ベローズ７の信頼性および耐久性を向上させることを課題とする。【解決手段】  加圧ピストンを駆動するピエゾアクチュエータにおいて、ベローズ７の第１伸縮筒部４１に設けられる第１螺旋突条５１および第１凹溝７１の螺旋方向と、第２伸縮筒部４２に設けられる第２螺旋突条５２および第２凹溝７２の螺旋方向とを逆向きにしたことにより、ベローズ７の２つの第１、第２伸縮筒部４１、４２が共に伸長変形する時およびベローズ７の２つの第１、第２伸縮筒部４１、４２が共に収縮変形する時に発生する捩れを効果的にキャンセルすることができる。これにより、ロッドから加圧ピストンに至るまでの変位伝達経路上に設けられる第１〜第３当接部、特に第１、第２当接部における摩耗を抑制することができる。また、ピエゾインジェクタとしての経時的な燃料噴射性能の変化の進行を遅らせることができる。【選択図】  図５
2010151016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体を駆動するアクチュエータにおいて、
軸線方向に往復移動するロッドと、
このロッドを収納する内部空間と高圧流体が導入される外部空間とを仕切るケーシングとを備え、
前記ケーシングは、前記ロッドの軸線方向の移動体側に接触して連結し、且つ前記ケーシングの軸線方向の移動体側を閉鎖するプレート、およびこのプレートに固定されて、前記ロッドの往復変位に伴って軸線方向に伸縮変形する筒状のベローズを有し、
前記ベローズは、その軸線方向の移動体側に対して反対側から中間部まで前記ベローズの軸線方向に螺旋状に連続して延びる第１凹溝、前記中間部から前記ベローズの軸線方向の移動体側まで前記ベローズの軸線方向に螺旋状に連続して延びる第２凹溝、前記第１凹溝により形成される第１螺旋突条、および前記第２凹溝により形成される第２螺旋突条を有し、前記第１螺旋突条の螺旋方向を、前記第２螺旋突条の螺旋方向に対して逆向きにしたことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載のアクチュエータにおいて、
前記第１螺旋突条および前記第２螺旋突条は、前記ベローズの軸線方向の中間部の中心を通り、前記ベローズの軸線方向に垂直な面を対称面として面対称配置されていることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のアクチュエータにおいて、
前記第１螺旋突条の内側面に沿うように前記ベローズの内側に挿入されて、前記ベローズを補強する螺旋状の第１補強コイルと、
前記第２螺旋突条の内側面に沿うように前記ベローズの内側に挿入されて、前記ベローズを補強する螺旋状の第２補強コイルとを備えたことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項４】
請求項３に記載のアクチュエータにおいて、
前記第１螺旋突条および前記第２螺旋突条の内径をＤ、
前記第１補強コイルおよび前記第２補強コイルの外径をｄとしたとき、
ｄ＜Ｄ
という関係を満足していることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載のアクチュエータにおいて、
前記第１螺旋突条および前記第２螺旋突条の螺旋ピッチをＰ、
前記第１補強コイルおよび前記第２補強コイルのコイルピッチをｐとしたとき、
Ｐ≒ｐ
という関係を満足していることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項６】
請求項３ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載のアクチュエータにおいて、
前記ケーシングは、前記ベローズの軸線方向の移動体側に対して反対側の端部を固定する第１固定部材を有し、
前記プレートは、前記ベローズの軸線方向の移動体側の端部を固定する第２固定部材であって、
前記第１固定部材または前記第２固定部材のうちの一方の固定部材は、前記第１補強コイルまたは前記第２補強コイルのうちの一方の補強コイルと接触しており、
前記第１固定部材または前記第２固定部材のうちの他方の固定部材は、前記第１補強コイルまたは前記第２補強コイルのうちの他方の補強コイルとの間に隙間を形成することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項７】
請求項６に記載のアクチュエータにおいて、
前記第１螺旋突条および前記第２螺旋突条の螺旋ピッチをＰ、
前記第１固定部材または前記第２固定部材のうちの他方の固定部材と前記第１補強コイルまたは前記第２補強コイルのうちの他方の補強コイルとの間に形成される隙間をＬとしたとき、
Ｌ＜Ｐ
という関係を満足していることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項８】
請求項３ないし請求項７のうちのいずれか１つに記載のアクチュエータにおいて、
前記ベローズに対する負荷が無い状態では、前記第１螺旋突条および前記第２螺旋突条の内側面と前記第１補強コイルおよび前記第２補強コイルとの間に、所定量の隙間が設けられることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項９】
請求項３ないし請求項８のうちのいずれか１つに記載のアクチュエータにおいて、
前記第１補強コイルおよび前記第２補強コイルの軸方向に垂直な断面のうち、少なくともベローズ内径側の断面は、滑らかな曲線で形成されていることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のうちのいずれか１つに記載のアクチュエータにおいて、
前記ロッドの往復変位を前記移動体に伝達する変位伝達部材を備えたことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のアクチュエータにおいて、
前記変位伝達部材は、前記プレートに接触して連結し、且つ前記移動体に接触して連結していることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１のうちのいずれか１つに記載のアクチュエータにおいて、
複数のピエゾ素子を積層したピエゾスタックを備えたことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のアクチュエータにおいて、
前記ロッドは、前記プレートを介して、前記ピエゾスタックの伸縮に伴う変位を前記移動体に伝達することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項１４】
請求項１２または請求項１３に記載のアクチュエータにおいて、
前記ケーシングは、その内部空間内に、前記ピエゾスタックおよび前記ロッドを収納することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項１５】
請求項１２ないし請求項１４のうちのいずれか１つに記載のアクチュエータにおいて、  前記移動体は、前記ピエゾスタックの伸縮に伴う変位が伝達されるピストンであって、  前記アクチュエータは、前記ピエゾスタックの伸縮に伴う変位を前記ピストンに伝達し、前記ピストンの往復変位に伴って流体加圧室内の圧力を増減させて燃料噴射を制御するインジェクタの駆動装置として利用されていることを特徴とするアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体を駆動するアクチュエータに関するもので、特にケーシング内に収納されたピエゾスタックの伸縮に伴う変位を利用してピストン等の移動体を駆動するピエゾアクチュエータに係わる。
【背景技術】
【０００２】
［従来の技術］
従来より、燃料噴射装置のインジェクタのアクチュエータとして、ピエゾスタックの伸縮に伴う変位を利用してピストンを駆動するピエゾアクチュエータが公知である（例えば、特許文献１及び２参照）。
このピエゾアクチュエータは、インジェクタのハウジングに形成される圧力制御室に高圧燃料を導入する燃料通路内にピエゾスタックが設置されている。ここで、ピエゾスタックの使用に際しては、破損を防止するという目的で、ピエゾスタックに圧縮力を付与することが一般的に行われている。
【０００３】
例えば図９（ａ）に示したピエゾアクチュエータでは、複数のピエゾ素子を積層したピエゾスタック１０１と、このピエゾスタック１０１の伸縮変位を受けて往復移動するロッド１０２と、ピエゾスタック１０１およびロッド１０２を収納する内部空間と高圧燃料が導入される外部空間（燃料通路）とを気密的に仕切るケーシング１０３とを備え、ロッド１０２、２つの第１、第２プレート１０５、１０６を介してピエゾスタック１０１の伸縮変位を受けるピストン１０７とこのピストン１０７を摺動自在に支持するシリンダ１０８との間に中空円筒状バネ（スリット付きスプリング）１０９を設置して、ピエゾスタック１０１に所定のプリセット荷重を付与している。
【０００４】
また、ピエゾ素子は、燃料に直接触れることで劣化し、作動不良の要因となる可能性があるので、図９（ａ）に示したように、ピエゾスタック１０１の周囲をケーシング１０３で覆い、燃料通路内に導入される高圧燃料がピエゾ素子に触れないように気密シールしている。
また、ピエゾアクチュエータのケーシング１０３の下端部は、図９（ａ）に示したように、軸線方向に伸縮変形が可能なベローズ１０４となっている。このベローズ１０４の下端縁は、ケーシング１０３の底壁部を構成する第１プレート１０５の外周に溶接固定されている。この第１プレート１０５の上面は、ロッド１０２の下端面に当接している。これにより、第１プレート１０５は、ケーシング１０３の軸線方向の下端側を閉鎖すると共に、ピエゾスタック１０１の伸縮変位を、ピストン１０７に伝達する変位伝達部材として機能する。
【０００５】
ここで、ピエゾスタック１０１およびロッド１０２を収納するケーシング１０３、特にベローズ１０４の周囲には、高圧燃料が充満しているので、ベローズ１０４の外側面に外側から内側に向かう負荷（外圧：例えば２０ＭＰａ）が作用する。また、ピエゾスタック１０１の伸縮変位（例えば２０μｍ）に伴って、ベローズ１０４も軸線方向に伸縮変形する。
以上のように、ベローズ１０４の外側面に外圧が加わったり、ベローズ１０４が伸縮変形したりすると、ベローズ１０４の山部の最頂部および谷部の最深部に応力が集中する。特にベローズ１０４の山部の最頂部に、局所的に応力が集中して過剰な負荷が加わり、この繰り返し加わる負荷によりベローズ１０４の強度が早期に低下してベローズ１０４に亀裂が発生し易くなる。これにより、ベローズ１０４が比較的に短い使用期間で破損する等の不具合が発生するため、ベローズ１０４の信頼性および耐久性が低いという問題があった。
【０００６】
そこで、ベローズ１０４の信頼性および耐久性を向上させるという目的で、ベローズ１０４の山部の最頂部および谷部の最深部を補強するベローズ補強構造として、螺旋状のベローズ１０４の内周および外周にコイル状線部材１２１、１２２を組み付けたものが公知技術（従来例）である（例えば、特許文献３参照）。
ここで、図１１に示した従来例（螺旋状のベローズ１０４）では、その軸線方向の一端側から他端側までベローズ１０４の軸線方向に螺旋状に連続して延びる１本の凹溝（螺旋溝、谷部）１１１、およびこの凹溝１１１により形成される螺旋突条（山部）１１２を有している。また、コイル状線部材１２１は、ベローズ１０４の凹溝１１１に沿うようにベローズ１０４の外側に設置される金属コイルである。また、コイル状線部材１２２は、ベローズ１０４の螺旋突条１１２に沿うようにベローズ１０４の内側に設置される金属コイルである。
【０００７】
［従来の技術の不具合］
ところが、特許文献３に記載のベローズ１０４の内側に設置されるコイル状線部材１２２により補強された螺旋状のベローズ１０４を、図９（ａ）に示したピエゾスタック１０１およびロッド１０２を収納する高圧ケーシング１０３のベローズとして採用した場合、図９（ｂ）および図１０に示した比較例のように、螺旋状のベローズ１０４が伸縮変形した際に、凹溝１１１または螺旋突条１１２の螺旋方向に対応した旋回方向への捩れ運動を起こす。このベローズ１０４の伸縮変形時に発生する捩れ運動に伴って、ロッド１０２と第１プレート１０５とが当接する当接部、第１プレート１０５と第２プレート１０６とが当接する当接部、および第２プレート１０６とピストン１０７とが当接する当接部が摩耗する。
ロッド１０２と第１プレート１０５との当接部、第１プレート１０５と第２プレート１０６との当接部、および第２プレート１０６とピストン１０７との当接部に摩耗が発生すると、ベローズ１０４の螺旋突条１１２の頂点および凹溝１１１の頂点に発生する平均応力が増加する。このベローズ１０４に発生する平均応力の増加に伴って、ベローズ１０４の耐久性が低下するという問題が生じる。
【０００８】
ここで、ピエゾアクチュエータには、図９（ａ）に示したように、ピストン１０７とシリンダ１０８との間に、ピエゾスタック１０１に所定のプリセット荷重を付与する中空円筒状バネ１０９が挟持されている。この場合、ロッド１０２と第１プレート１０５との当接部、第１プレート１０５と第２プレート１０６との当接部、および第２プレート１０６とピストン１０７との当接部が摩耗することにより、ピストン１０７とシリンダ１０８との間の軸方向隙間が変化するので、中空円筒状バネ１０９のプリセット荷重が変化する。  このとき、例えばピストン１０７とシリンダ１０８との間に形成される燃料加圧室（圧力制御室）１１３の内容積が変化すると、ピエゾスタック１０１の伸長時に燃料加圧室１１３内の燃料圧力を十分に上昇させることができず、スプリング１１４により閉弁方向に付勢されているノズルニードル１１５が開弁し難くなる。つまり、ロッド１０２と第１プレート１０５との当接部、第１プレート１０５と第２プレート１０６との当接部、および第２プレート１０６とピストン１０７との当接部における摩耗は、ピエゾスタック１０１に付与するプリセット荷重の変化（低下）、およびノズルニードル１１５の開弁圧の変化をもたらし、燃料噴射装置のインジェクタとしての経時的な燃料噴射性能の変化の進行を早めるという問題が生じる。
なお、上記の不具合は、コイル状線部材１２１、１２２による補強のない螺旋状のベローズでも同様に起こり得る。
【特許文献１】特開２００４−２４８３５１号公報
【特許文献２】特開２００４−３０４９９６号公報
【特許文献３】特開２０００−３１０１１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、ロッドから移動体に至るまでの変位伝達経路上に設けられる当接部における摩耗を抑制することで、ベローズの信頼性および耐久性を向上させることのできるアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、軸線方向に往復移動するロッドと、このロッドを収納する内部空間と高圧流体が導入される外部空間とを仕切るケーシングとを備えている。このケーシングは、ロッドの軸線方向の移動体側に接触して連結し、且つケーシングの軸線方向の移動体側を閉鎖するプレート、およびこのプレートに固定されて、ロッドの往復変位に伴って軸線方向に伸縮変形する筒状のベローズを有している。そして、ベローズの軸線方向の移動体側に対して反対側から、ベローズの軸線方向の中間部までの間に、ベローズの軸線方向に螺旋状に連続して延びる第１凹溝（谷部）、およびこの第１凹溝により形成される第１螺旋突条（山部）を設けている。また、ベローズの軸線方向の中間部から、ベローズの軸線方向の移動体側までの間に、ベローズの軸線方向に螺旋状に連続して延びる第２凹溝（谷部）、およびこの第２凹溝により形成される第２螺旋突条（山部）を設けている。そして、ベローズの第１螺旋突条（山部）および第１凹溝（谷部）の螺旋方向を、ベローズの第２螺旋突条（山部）および第２凹溝（谷部）の螺旋方向に対して逆向きにしたことにより、ベローズの伸長変形時および収縮変形時に発生する捩れをキャンセルすることが可能となる。これによって、ロッドから移動体に至るまでの変位伝達経路上に設けられる当接部における摩耗を抑制することができるので、ベローズの信頼性および耐久性を向上させることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、第１螺旋突条および第２螺旋突条は、ベローズの軸線方向の中間部の中心を通り、ベローズの軸線方向に垂直な面を対称面として面対称配置されている。
請求項３に記載の発明によれば、ベローズを補強する螺旋状の第１補強コイルが、第１螺旋突条の内側面に沿うようにベローズの内側に挿入されている。また、ベローズを補強する螺旋状の第２補強コイルが、第２螺旋突条の内側面に沿うようにベローズの内側に挿入されている。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、第１螺旋突条および第２螺旋突条の内径をＤ、第１補強コイルおよび第２補強コイルの外径をｄとしたとき、ｄ＜Ｄという関係を満たすように設定されている。これにより、例えばベローズの軸線方向の一端側（移動体側に対して反対側）の開口部から第１補強コイルをスムーズに組み付けることができ、且つベローズの軸線方向の他端側（移動体側）の開口部から第２補強コイルをスムーズに組み付けることができるので、組付作業性を向上することができる。
請求項５に記載の発明によれば、第１螺旋突条および第２螺旋突条の螺旋ピッチをＰ、第１補強コイルおよび第２補強コイルのコイルピッチをｐとしたとき、Ｐ≒ｐという関係を満たすように設定されている。これにより、ベローズの軸線方向の全体に渡って、第１螺旋突条の内側面および第２螺旋突条の内側面を第１補強コイルおよび第２補強コイルにより補強することができる。
【００１３】
請求項６に記載の発明によれば、ケーシングは、ベローズの軸線方向の移動体側に対して反対側の端部を固定する第１固定部材を有している。また、プレートは、ベローズの軸線方向の移動体側の端部を固定する第２固定部材である。そして、第１固定部材または第２固定部材のうちの一方の固定部材は、第１補強コイルまたは第２補強コイルのうちの一方の補強コイルと接触している。また、第１固定部材または第２固定部材のうちの他方の固定部材は、第１補強コイルまたは第２補強コイルのうちの他方の補強コイルとの間に隙間を形成している。
請求項７に記載の発明によれば、第１螺旋突条および第２螺旋突条の螺旋ピッチをＰ、第１固定部材または第２固定部材のうちの他方の固定部材と第１補強コイルまたは第２補強コイルのうちの他方の補強コイルとの間に形成される隙間をＬとしたとき、Ｌ＜Ｐという関係を満たすように設定されている。これにより、仮にＬ＞Ｐの場合には、補強できない第１螺旋突条または第２螺旋突条が存在するが、Ｌ＜Ｐの場合には、そのような不具合はない。
【００１４】
請求項８に記載の発明によれば、ベローズに対する負荷（外圧、伸縮変形）が無い状態では、第１螺旋突条および第２螺旋突条の内側面と第１補強コイルおよび第２補強コイルとの間に、所定量の隙間が設けられる。これにより、第１螺旋突条および第２螺旋突条に作用する応力集中箇所を分散することができるので、ベローズの耐久性を向上することができる。
また、ベローズが伸長変形（または収縮変形）する際には、先ずベローズの第１螺旋突条および第２螺旋突条が伸長変形（または収縮変形）し、第１螺旋突条の内側面および第２螺旋突条の内側面が第１補強コイルおよび第２補強コイルに接触する。その後、ベローズ、第１補強コイルおよび第２補強コイルが同時に伸長変形（または収縮変形）する。これにより、ロッドの往復変位に対するベローズの伸縮変形の応答性を改善することができる。
【００１５】
請求項９に記載の発明によれば、第１補強コイルおよび第２補強コイルの軸方向に垂直な断面のうち、少なくともベローズ内径側の断面は、滑らかな曲線で形成されている。これにより、例えばベローズの軸線方向の一端側（移動体側に対して反対側）の開口部から第１補強コイルをスムーズに組み付けることができ、且つベローズの軸線方向の他端側（移動体側）の開口部から第２補強コイルをスムーズに組み付けることができるので、組付作業性を向上することができる。
【００１６】
請求項１０に記載の発明によれば、ロッドの往復変位を移動体に伝達する変位伝達部材を備えている。
請求項１１に記載の発明によれば、変位伝達部材は、プレートに接触して連結し、且つ移動体に接触して連結している。
これによって、ロッドから移動体に至るまでの変位伝達経路上に設けられる当接部、特にロッドとプレートとが当接する当接部、プレートと変位伝達部材とが当接する当接部、および変位伝達部材と移動体とが当接する当接部における摩耗を抑制することができるので、ベローズの信頼性を向上させることができる。
【００１７】
請求項１２に記載の発明によれば、電圧を加えると伸縮変形（特に伸長変形）して変位を発生する複数のピエゾ素子を積層したピエゾスタックを備えている。
請求項１３に記載の発明によれば、ロッドは、プレートを介して、ピエゾスタックの伸縮に伴う変位を移動体に伝達する。これにより、移動体は、ピエゾスタックの伸縮に伴う変位が伝達されて、例えば高圧流体が充填されている流体充填室、または高圧流体が充満している流体加圧室内の圧力を増減させる。
請求項１４に記載の発明によれば、ケーシングの内部空間内には、ピエゾスタックおよびロッドが収納されている。すなわち、ピエゾスタックをロッド共にケーシング内に収納しているので、燃料等の異物がピエゾ素子に触れないように気密シールされる。したがって、燃料等の異物にピエゾ素子が直接触れることを防止できるので、ピエゾ素子の劣化や作動不良を防止することができる。
【００１８】
請求項１５に記載の発明によれば、移動体は、ピエゾスタックの伸縮に伴う変位が伝達されるピストンである。そして、アクチュエータは、ピエゾスタックの伸縮に伴う変位をピストンに伝達し、ピストンの往復変位に伴って流体加圧室内の圧力を増減させて燃料噴射を制御するインジェクタの駆動装置（ピエゾアクチュエータ）として利用されている。  これによって、当接部における摩耗を抑制することができるので、ピエゾスタックに付与するプリセット荷重の変化、およびインジェクタの開弁圧の変化を抑えることができる。これにより、燃料噴射弁のインジェクタとしての経時的な燃料噴射性能の変化の進行を抑えることができるので、インジェクタの連続作動後の燃料噴射特性の長期安定化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明を実施するための最良の形態は、ロッドから移動体に至るまでの変位伝達経路上に設けられる当接部における摩耗を抑制することで、ベローズの信頼性および耐久性を向上させるという目的を、第１螺旋突条（山部）および第１凹溝（谷部）の螺旋方向を、第２螺旋突条（山部）および第２凹溝（谷部）の螺旋方向に対して逆向きにしたベローズを設けたことで実現した。
【実施例１】
【００２０】
［実施例１の構成］
図１ないし図７は本発明の実施例１を示したもので、図１および図２はピエゾインジェクタを示した図である。
【００２１】
本実施例の内燃機関の燃料供給装置は、自動車等の車両のエンジンルームに搭載されるもので、複数の気筒（例えば第１〜第４気筒）を有するディーゼルエンジン等の内燃機関（エンジン）用の燃料噴射システムとして知られるコモンレール式燃料噴射システム（蓄圧式燃料噴射装置）によって構成されている。このコモンレール式燃料噴射システムは、燃料タンクから燃料フィルタを介して低圧燃料を汲み上げる周知の構造のフィードポンプを内蔵したサプライポンプ１と、このサプライポンプ１の吐出口から高圧燃料が導入されるコモンレール２と、このコモンレール２の各燃料出口から高圧燃料が分配供給される複数個（本例では４個）のピエゾインジェクタと、燃料タンクまたはフィードポンプから複数個のピエゾインジェクタまで延びる燃料供給配管とを備えている。
ここで、コモンレール式燃料噴射システムは、コモンレール２の内部に蓄圧された高圧燃料を各ピエゾインジェクタを介してエンジンの各気筒毎の燃焼室内に噴射供給するように構成されている。
【００２２】
サプライポンプ１は、フィードポンプと、このフィードポンプを駆動するポンプ駆動軸と、このポンプ駆動軸により駆動されるカムと、このカムに駆動されて上死点と下死点との間を往復直線運動するプランジャと、ベアリングを介してポンプ駆動軸を回転自在に支持するポンプハウジングと、このポンプハウジングに固定されて、内部に燃料加圧室が形成されたシリンダヘッドとを備えている。
フィードポンプは、燃料タンクから低圧燃料を汲み上げる低圧燃料ポンプである。また、サプライポンプ１は、プランジャがシリンダヘッド内を往復摺動することで、フィードポンプから燃料加圧室内に吸入された低圧燃料を加圧して高圧化する高圧燃料ポンプである。
【００２３】
ここで、サプライポンプ１の内部に形成されるフィードポンプから燃料加圧室まで延びる燃料吸入流路の途中には、燃料加圧室内に吸入される吸入燃料量を調量する電磁弁が取り付けられている。この電磁弁は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）から印加されるポンプ駆動電流によって電子制御されるように構成されている。これにより、サプライポンプ１の吐出口からコモンレール２に向けて吐出される高圧燃料の吐出量（燃料吐出量）が制御される。
コモンレール２は、燃料の噴射圧力に相当する高圧燃料を蓄圧する蓄圧容器であり、サプライポンプ１の吐出口に接続される燃料入口（インレットポート）、および複数の分岐配管を介して各ピエゾインジェクタの燃料入口に接続される燃料出口（アウトレットポート）を有している。
【００２４】
エンジンの各気筒毎に対応して搭載される複数個のピエゾインジェクタは、図１および図２に示したように、コモンレール２の内部に蓄圧された高圧燃料を、直接燃焼室内に霧状に噴射供給する直接噴射タイプの燃料噴射弁である。
このピエゾインジェクタは、コモンレール２から高圧燃料が導入される円筒状のハウジング３を有している。このハウジング３には、複数のピエゾ素子を軸線方向（積層方向、図示上下方向）に積層したピエゾスタック４を主要構成とするピエゾアクチュエータが内蔵されている。このピエゾアクチュエータは、ピエゾスタック４、スリットスプリング５、ロッド６、ケーシングおよび第２プレート（変位伝達部材）１２等を有している。ここで、スリットスプリング５は、加圧ピストン１３のフランジ１４とピストンホルダ１５のフランジ１６との間に設置されており、ピエゾスタック４にプリセット荷重を与える。
【００２５】
ハウジング３は、金属材料によって円筒形状に形成されている。このハウジング３の軸線方向の一端側（図示上端側）の開口端には、キャップ１７がレーザー溶接等の手段を用いて固定されている。また、ハウジング３の軸線方向の他端側（図示下端側）の開口端には、リテーナ１８がレーザー溶接等の手段を用いて固定されている。このリテーナ１８の係止部には、ノズルボディ１９が保持固定されている。このノズルボディ１９のノズル孔の内部には、ノズルニードル２０が摺動自在に収容されている。
ハウジング３の内部には、加圧ピストン１３を駆動するピエゾアクチュエータの他に、燃料加圧室２１内の流体圧力（燃料圧力、油圧力）を増圧する加圧ピストン１３、およびこの加圧ピストン１３との間に燃料加圧室（流体加圧室）２１を形成するピストンホルダ１５が収容されている。
【００２６】
ハウジング３の内部には、ハウジング３の配管継ぎ手に設けられる燃料入口（インレットポート）からピストンホルダ１５の内部燃料流路へと延びる燃料通路２３〜２５が形成されている。また、ピストンホルダ１５の内部燃料流路とは、ピストンホルダ１５の周囲を取り囲むように形成される円筒状の燃料通路２５に連通する複数の燃料通路（放射状流路）２６のことである。なお、ピストンホルダ１５の内部には、燃料通路２６の他に、複数の燃料通路（軸方向流路）２７が形成されている。また、複数の燃料通路２７は、燃料加圧室２１と変位拡大室２２とを連通する連通路である。
【００２７】
ピエゾアクチュエータは、複数のピエゾ素子を軸線方向に積層したピエゾスタック４、このピエゾスタック４に圧縮方向（収縮方向）の予荷重（プリセット荷重）を付与するスリットスプリング５、ピエゾスタック４の伸縮に伴う変位を受けて軸線方向に往復移動するロッド６、ピエゾスタック４とロッド６を収納する内部空間（スタック収納空間）と高圧燃料が導入される外部空間（燃料通路）とを気密的に仕切るケーシング、およびピエゾスタック４の伸縮に伴う変位に対応したロッド６の往復変位を加圧ピストン１３に伝達する第２プレート１２等により構成されている。このピエゾアクチュエータは、ピエゾスタック４の伸縮に伴う変位を加圧ピストン１３に伝達し、加圧ピストン１３の往復変位に伴って燃料加圧室２１内の燃料圧力を増減させて燃料噴射を制御するピエゾインジェクタの駆動装置として利用される。
【００２８】
ピエゾスタック４は、電圧を加えると変形して変位を発生するという逆圧電効果を持つピエゾ素子を多数積層してなる。このピエゾスタック４は、例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックス層と電極層とを交互に積層した周知の構造で、積層方向（図示上下方向）を伸縮方向として、袋筒状（有底筒状）のケーシングのスタック収納空間内に収納されている。そして、ピエゾスタック４は、ケーシングの軸線方向の一端側（図示上端側）の開口端を塞ぐキャップ１７を貫通する２つのリード線２８に電気的に接続されている。これらのリード線２８は、絶縁ブッシュ２９によりキャップ１７との間の絶縁が確保されている。
【００２９】
スリットスプリング５は、矩形金属板材を円筒状に成形して製造されている。このスリットスプリング５は、その円筒壁部に均等配置した多数の孔（スリット）によってバネ弾性が付与されている。また、スリットスプリング５は、加圧ピストン１３の円筒部３１およびピストンホルダ１５の円筒部３２の周囲を取り囲むように設置されている。なお、スリットスプリング５を完全な円筒にする必要はなく、Ｃ字状の断面を有する略円筒状にしても良い。
ロッド６は、ピエゾスタック４の図示下端面に接触して連結し、ピエゾスタック４の伸縮に伴う変位に追従して図示上下方向に往復直線運動を行う。このロッド６は、ピエゾスタック４の径よりも若干大きい円環状のベース板、およびこのベース板の中央部の図示下端面からピストン側（図示下側）に向けて真っ直ぐに延びる円柱状のロッド本体等を有している。
【００３０】
ケーシングは、ハウジング３の内部空間内に収容保持されており、ピエゾスタック４およびロッド６を外部空間である燃料通路２４に対して気密的に収納する。このケーシングは、加圧ピストン１３の内部空間内に伸縮自在に収容された筒状の金属ベローズ（以下ベローズと略す）７、このベローズ７の軸線方向のピストン側に対して反対側の端部を固定する筒状の第１固定部材（以下ケーシング本体と言う）１０、およびベローズ７の軸線方向のピストン側の端部を固定する円板状の第２固定部材（以下第１プレートと言う）１１等により構成されている。
【００３１】
ベローズ７は、図３ないし図６に示したように、螺旋状の第１伸縮筒部４１および螺旋状の第２伸縮筒部４２を有している。そして、２つの第１、第２伸縮筒部４１、４２、つまりベローズ７は、ロッド６の周囲を取り囲むように設置されている。
第１伸縮筒部４１の軸線方向の一端側（図示上端側）の端部、つまりベローズ７の軸線方向のピストン側に対して反対側の端部（第１端部）４３は、ケーシング本体１０の突出部にレーザー溶接等の手段を用いて固定されている。
また、ベローズ７は、第１伸縮筒部４１の軸線方向の他端側（図示下端側）の端部と第２伸縮筒部４２の軸線方向の一端側（図示上端側）の端部とを繋ぐ中間結合部４４を有している。
また、第２伸縮筒部４２の軸線方向の他端側（図示下端側）の端部、つまりベローズ７の軸線方向のピストン側の端部（第２端部）４５には、ケーシングの底面を構成する円板状の第１プレート１１がレーザー溶接等の手段を用いて固定されている。
【００３２】
第１伸縮筒部４１は、ベローズ７の第１端部４３から中間結合部４４までの間に螺旋状の第１螺旋突条（第１山部）５１を有している。そして、第１伸縮筒部４１の内部には、第１螺旋突条５１の内側面に沿うように第１伸縮筒部４１の内側に挿入されて、ベローズ７を補強する螺旋状（コイル状）の第１補強コイル８が組み込まれている。
第２伸縮筒部４２は、ベローズ７の中間結合部４４から第２端部４５までの間に螺旋状の第２螺旋突条（第２山部）５２を有している。そして、第２伸縮筒部４２の内部には、第２螺旋突条５２の内側面に沿うように第２伸縮筒部４２の内側に挿入されて、ベローズ７を補強する螺旋状（コイル状）の第２補強コイル９が組み込まれている。
なお、ベローズ７および２つの第１、第２補強コイル８、９の詳細は、後述する。
【００３３】
ケーシング本体１０は、円筒状または角筒状の径大部、およびこの径大部よりも小さい円筒状または角筒状の径小部を有している。径大部の内部空間（スタック収納空間）内には、ピエゾ素子の積層方向を伸縮方向とするピエゾスタック４が収納されている。この径大部の軸線方向の一端側（図示上端側）の開口端は、キャップ１７の突出部の外周にレーザー溶接等の手段を用いて固定されている。また、径大部と径小部との間には、円環状または角環状の段差部が設けられている。また、径小部には、ベローズ７がレーザー溶接等の手段を用いて固定されている。
第１プレート１１は、ロッド６の軸線方向の図示下端面に接触して連結し、且つ第２プレート１２の板厚方向の図示上端面（逆円錐面）に接触して連結している。
第２プレート１２は、第１プレート１１の板厚方向の図示下端面（球面）に接触して連結し、且つ加圧ピストン１３の加圧部３３の板厚方向の図示上端面に接触して連結している。
【００３４】
ここで、本実施例のピエゾアクチュエータは、ロッド６の軸線方向の図示下端面（平面）と第１プレート１１の板厚方向の図示上端面（平面）とが当接する第１当接部、第１プレート１１の板厚方向の図示下端面（球面状の凸曲面）と第２プレート１２の板厚方向の図示上端面（テーパー状の凹傾斜面または逆円錐状の凹曲面）とが当接する第２当接部、および第２プレート１２の板厚方向の図示下端面（平面）と加圧ピストン１３の加圧部３３の板厚方向の図示上端面（平面）とが当接する第３当接部を有している。
また、第１プレート１１と第２プレート１２とが当接する第２当接部は、両者の接触状態が円環の線接触となる。なお、線接触であると、凸曲面同士の点接触に比べて、２つの第１、第２プレート１１、１２が安定した状態で接触することができるので、ピエゾスタック４の伸縮に伴う変位をロスなく第２プレート１２および加圧ピストン１３に伝達することができる。
【００３５】
加圧ピストン１３は、金属材料によって円筒形状に形成されている。この加圧ピストン１３は、ピエゾアクチュエータの伸縮に伴う変位に応じて往復直線運動を行う移動体であって、燃料加圧室２１内の燃料を加圧（圧縮）する。また、加圧ピストン１３は、内部に収納空間が形成された円筒部３１、およびこの円筒部３１の軸線方向の図示下端側の開口部を閉塞する円板状の加圧部３３を有している。
円筒部３１の外周面（摺動面）は、ピストンホルダ１５の円筒部３２の摺動壁面との間に所定の摺動クリアランスを保って摺動自在に支持されている。
【００３６】
ピストンホルダ１５は、金属材料によって円筒形状に形成されている。このピストンホルダ１５は、軸線方向に延びる円筒部３２、およびノズルボディ１９の図示上端面に結合するブロック３４を有している。また、ピストンホルダ１５に形成される燃料加圧室２１は、円筒部３２とブロック３４と加圧ピストン１３とにより囲まれている。
また、ピストンホルダ１５の円筒部３２の内部には、単純な丸穴形状の摺動壁面が形成されている。また、ピストンホルダ１５のブロック３４の内部には、複数の燃料通路（放射状流路）２６および複数の燃料通路（軸方向流路）２７が形成されている。
【００３７】
ノズルボディ１９は、金属材料によって円筒形状に形成されている。このノズルボディ１９の内部には、ピストンホルダ１５との密着面からノズル噴孔部へと真っ直ぐに延びるノズル孔（軸方向孔）が形成されている。このノズル孔の図示上端側には、単純な丸穴形状の摺動孔３５が形成されている。また、ノズル孔の図示下端側には、ノズルニードル２０の内部流路からノズル噴孔部側へと真っ直ぐに延びる円筒状の燃料通路３６が形成されている。また、ノズルボディ１９の中心軸線方向の先端側（図示下端側）には、図１および図２に示したように、内部に円錐形状空間を形成する逆円錐形状のシート面（弁座部）が設けられている。このシート面は、ノズルニードル２０の全閉位置を規定している。また、シート面を有するブロック（ノズルボディ１９の先端壁部）の先端中央部には、燃料噴射を行うノズル噴孔部（噴射孔３７）が設けられている。つまり、ノズル噴孔部は、ノズルボディ１９の弁座部近傍に設けられている。
【００３８】
また、ノズルボディ１９は、ピストンホルダ１５の図示下端面（底面）との間に内部空間を形成する第１円筒部５３、および内部にノズルニードル２０を摺動自在に保持する第２円筒部５４を有している。
第１円筒部５３の内部には、円筒状のシリンダ壁部５５、およびこのシリンダ壁部５５をピストンホルダ１５の底面に押し付ける方向に付勢する板バネ５６が設置されている。シリンダ壁部５５は、第１円筒部５３の内部空間を、変位拡大室２２と燃料通路６１とに液密的に仕切る仕切り壁部と、ノズルニードル２０を摺動自在に支持する摺動壁部とを兼ね備えている。
【００３９】
ノズルニードル２０は、金属材料によって部分円筒形状に形成されている。このノズルニードル２０は、内部に燃料通路６１、６２が形成された２つの第１、第２円筒部６３、６４、および軸線方向に延びる円柱部（軸方向部）６５を有している。
２つの第１、第２円筒部６３、６４の内部には、コモンレール２からノズル噴孔部（噴射孔３７）に向けて高圧燃料を導入する燃料通路６１、６２が形成されている。また、第１円筒部６３の外周面（摺動面）は、ノズルボディ１９の第１円筒部５３の内部に設置されたシリンダ壁部５５の内周との間に所定の摺動クリアランスを保って摺動自在に支持されている。また、第２円筒部６４の外周面（摺動面）は、ノズルボディ１９の摺動孔３５との間に所定の摺動クリアランスを保って摺動自在に支持されている。
【００４０】
２つの第１、第２円筒部６３、６４間には、円環状の段差部６６が設けられている。この段差部６６は、ノズルニードル２０のリフト開始時に、変位拡大室２２内の油圧力を受ける燃料受圧部となる。また、第２円筒部６４と円柱部６５との間には、円錐台状の段差部が設けられている。この段差部には、ノズルニードル２０の内部流路である燃料通路６１、６２から燃料通路３６へと斜めに延びる燃料通路６７が形成されている。
また、ノズルニードル２０の円柱部６５の先端には、図１および図２に示したように、ノズルボディ１９のノズル噴孔部の内壁面に形成されたテーパ状のシート面に着座、離脱してノズル噴孔部の噴射孔３７を閉塞、解放する円錐状のシート部６８が設けられている。
ここで、ノズルニードル２０には、常にコイルスプリング６９の付勢力（スプリング荷重）が加わっている。このコイルスプリング６９は、ピストンホルダ１５の図示下端面に形成された収納凹部とノズルニードル２０の第１円筒部６３内に形成された収納凹部との間に保持されて、ノズルニードル２０に対して、ノズルニードル２０を閉弁方向（噴射孔３７を閉じる側）に付勢する付勢力を発生する。
【００４１】
次に、本実施例のベローズ７および２つの第１、第２補強コイル８、９の詳細を図１ないし図７に基づいて説明する。
ベローズ７は、上述したように、ピエゾスタック４の積層方向と同一方向の軸線方向に延びる第１伸縮筒部４１および第２伸縮筒部４２を有している。ベローズ７の軸線方向のピストン側に対して反対側（スタック側）の端部（第１端部）４３は、ケーシング本体１０に溶接固定されている。また、第１伸縮筒部４１と第２伸縮筒部４２との接続部には、第１伸縮筒部４１と第２伸縮筒部４２とを結合する中間結合部４４が設けられている。また、ベローズ７の軸線方向のピストン側の端部（第２端部）４５は、第１プレート１１に溶接固定されている。
【００４２】
ベローズ７の第１端部４３から中間結合部４４までの間、つまり第１伸縮筒部４１には、第１螺旋突条５１が設けられている。この第１螺旋突条５１は、ベローズ７の第１端部４３から中間結合部４４までベローズ７の軸線方向に螺旋状に連続して延びる１つの第１凹溝（第１螺旋溝、第１谷部）７１により形成される。
ベローズ７の中間結合部４４から第２端部４５までの間、つまり第２伸縮筒部４２には、第２螺旋突条５２が設けられている。この第２螺旋突条５２は、中間結合部４４からベローズ７の第２端部４５までベローズ７の軸線方向に螺旋状に連続して延びる１つの第２凹溝（第２螺旋溝、第２谷部）７２により形成される。
【００４３】
本実施例のベローズ７は、第１伸縮筒部４１に設けられる第１凹溝７１、およびこの第１凹溝７１により形成される第１螺旋突条５１の螺旋方向を、第２伸縮筒部４２に設けられる第２凹溝７２、およびこの第２凹溝７２により形成される第２螺旋突条５２の螺旋方向に対して逆向きにしている。
また、第１螺旋突条５１および第２螺旋突条５２は、ベローズ７の軸線方向の中間結合部４４の中心を通り、ベローズ７の軸線方向に垂直な面を対称面として面対称配置されている。また、第１凹溝７１および第２凹溝７２は、ベローズ７の軸線方向の中間結合部４４の中心を通り、ベローズ７の軸線方向に垂直な面を対称面として面対称配置されている。
【００４４】
第１補強コイル８は、ベローズ７の第１螺旋突条５１を補強するコイル状補強線部材であって、図３に示したように、ベローズ７の第１伸縮筒部４１の第１端部４３に設けられた開口部から第１螺旋突条５１の螺旋方向に回しながら第１螺旋突条５１の内側面に沿うように第１伸縮筒部４１の内部に挿入されることで、ベローズ７に組み付けられる。そして、第１補強コイル８は、図４に示したように、ベローズ７の第１端部４３が溶接固定されるケーシング本体１０の径小部との間に隙間（Ｌ）を有している。
第２補強コイル９は、ベローズ７の第２螺旋突条５２を補強するコイル状補強線部材であって、図３に示したように、ベローズ７の第２伸縮筒部４２の第２端部４５に設けられた開口部から第２螺旋突条５２の螺旋方向に回しながら第２螺旋突条５２の内側面に沿うように第２伸縮筒部４２の内部に挿入されることで、ベローズ７に組み付けられる。そして、第２補強コイル９は、図４に示したように、ベローズ７の第２端部４５が溶接固定される第１プレート１１に接触している。
【００４５】
ここで、図６に示したように、ベローズ７および第１補強コイル８は、第１伸縮筒部４１の第１螺旋突条５１の内径をＤ、第１補強コイル８の外径をｄとしたとき、ｄ＜Ｄという関係を満たすように設定されている。また、ベローズ７および第１補強コイル８は、第１螺旋突条５１の螺旋ピッチをＰ、第１補強コイル８のコイルピッチをｐとしたとき、Ｐ≒ｐという関係を満たすように設定されている。これにより、ベローズ７の第１端部４３の開口部からベローズ７の第１螺旋突条５１の内側面に引っ掛かることなく、ベローズ７の第１螺旋突条５１の内側面に沿うようにスムーズに第１補強コイル８を挿入することができるので、ベローズ７の第１螺旋突条５１に対する第１補強コイル８の装着性を向上することができる。
【００４６】
また、図６に示したように、ベローズ７および第２補強コイル９は、第２伸縮筒部４２の第２螺旋突条５２の内径をＤ、第２補強コイル９の外径をｄとしたとき、ｄ＜Ｄという関係を満たすように設定されている。また、ベローズ７および第２補強コイル９は、第２螺旋突条５２の螺旋ピッチをＰ、第２補強コイル９のコイルピッチをｐとしたとき、Ｐ≒ｐという関係を満たすように設定されている。これにより、ベローズ７の第２端部４５の開口部からベローズ７の第２螺旋突条５２の内側面に引っ掛かることなく、ベローズ７の第２螺旋突条５２の内側面に沿うようにスムーズに第２補強コイル９を挿入することができるので、ベローズ７の第２螺旋突条５２に対する第２補強コイル９の装着性を向上することができる。
【００４７】
また、２つの第１、第２螺旋突条５１、５２の曲率半径よりも２つの第１、第２補強コイル８、９のコイル径を大きくした場合には、ベローズ７に外圧が加わった時に２つの第１、第２螺旋突条５１、５２の内側面と２つの第１、第２補強コイル８、９との間に隙間ができる。これにより、ベローズ７に外圧が加わった際に生じる応力を２つの第１、第２螺旋突条５１、５２の最頂部より分散できるので、ベローズ７の信頼性および耐久性を向上することができる。
【００４８】
また、図４に示したように、ベローズ７の２つの第１、第２螺旋突条５１、５２の螺旋ピッチをＰ、第１補強コイル８とケーシング本体１０との間に形成される隙間をＬとしたとき、Ｌ＜Ｐ（≒ｐ）という関係を満たすように設定されている。なお、例えばＬ＞Ｐ（≒ｐ）の場合には、第１補強コイル８により補強できない第１螺旋突条５１が存在することになる。逆に、Ｌ＜Ｐ（≒ｐ）の場合には、第１補強コイル８により補強する第１螺旋突条５１が途中で終わらず、つまり最もケーシング本体１０側寄りの第１螺旋突条５１に対しても第１補強コイル８により補強することができるので、ベローズ７の信頼性および耐久性を向上することができる。
【００４９】
また、図６に示したように、ベローズ７に対して負荷が無い状態では、ベローズ７の２つの第１、第２螺旋突条５１、５２の内側面と２つの第１、第２補強コイル８、９との間には、所定量の隙間（ｌ）が設けられている。この場合、ベローズ７が伸長変形する際には、先ずベローズ７の第１螺旋突条５１および第２螺旋突条５２が収縮変形し、第１螺旋突条５１の内側面および第２螺旋突条５２の内側面が第１補強コイル８および第２補強コイル９に接触する。その後、ベローズ７、第１補強コイル８および第２補強コイル９が同時に伸長変形する。これにより、ロッド６の往復変位に対するベローズ７の伸縮変形の応答性を改善することができる。
【００５０】
また、図７（ａ）に示したように、ベローズ７を所定量伸長または所定量収縮させた場合には、ベローズ７の２つの第１、第２螺旋突条５１、５２の内側壁（傾斜壁）８１、８２が２つの第１、第２補強コイル８、９を挟み込むように接触する。これにより、ベローズ７を所定量伸長または所定量収縮させた際に応力が発生する箇所を２つの第１、第２螺旋突条５１、５２の最頂部だけでなく、３つの箇所Ａ〜Ｃに分散できるので、ベローズ７の信頼性および耐久性を向上することができる。
また、図７（ｂ）に示したように、コモンレール２から燃料通路２４内に高圧燃料を導入してベローズ７に所定量の外圧をかけた場合には、ベローズ７の２つの第１、第２螺旋突条５１、５２の最頂部の内側面８３が２つの第１、第２補強コイル８、９の外径を縮めるように接触する。これにより、ベローズ７に所定量の外圧をかけた際に、応力が発生する箇所を２つの箇所Ａ、Ｂに分散できるので、ベローズ７の信頼性および耐久性を向上することができる。
【００５１】
［実施例１の作用］
次に、本実施例のピエゾインジェクタの作用を図１ないし図７に基づいて簡単に説明する。
【００５２】
ピエゾアクチュエータのピエゾスタック４が放電状態で縮小している状態では、図１に示したように、スリットスプリング５の付勢力（プリセット荷重）により加圧ピストン１３が図示上方に付勢される。このとき、コイルスプリング６９の付勢力（スプリング荷重）によりノズルニードル２０のシート部６８がノズルボディ１９のノズル噴孔部の内壁面に形成されたテーパ状のシート面に押し付けられているので、ノズルニードル２０がノズル噴孔部の噴射孔３７を閉塞する下端位置にある。
この状態から、ピエゾスタック４に電圧を印加してピエゾスタック４を伸長変位させると、ピエゾスタック４の伸長変位に応じて軸線方向に移動するロッド６が、第１プレート１１、第２プレート１２および加圧ピストン１３を図示下方に押し下げる。
【００５３】
そして、加圧ピストン１３がスリットスプリング５を押し縮めながら下降すると、これに伴いピストンホルダ１５に形成される燃料加圧室２１内の作動油（本例では燃料）が圧縮されて加圧される。これにより、燃料加圧室２１内の燃料が、燃料通路２７を通って変位拡大室２２内に押し出され、変位拡大室２２内の燃料圧力が増圧される。
そして、ノズルニードル２０の内部、つまり燃料通路６１、６２内の油圧力と変位拡大室２２内の油圧力との圧力バランスが崩れ、ノズルニードル２０のシート部６８がノズルボディ１９のシート面から離れると、燃料通路２３〜２６から燃料通路６１、６２、燃料通路６７、燃料通路３６を通ってノズル噴孔部に到達した高圧燃料が噴射孔３７から噴射される（図２参照）。
【００５４】
ここで、ピエゾスタック４の伸長変位に伴って第１プレート１１がロッド６と共に図示下方に移動する際、第１プレート１１に固定されたベローズ７も軸線方向に伸長変形する。このとき、ベローズ７の第１伸縮筒部４１に設けられる第１螺旋突条５１および第１凹溝７１の螺旋方向と、第２伸縮筒部４２に設けられる第２螺旋突条５２および第２凹溝７２の螺旋方向とが逆向きとなっているので、ベローズ７の２つの第１、第２伸縮筒部４１、４２が共に伸長変形する際に発生する捩れが第１伸縮筒部４１と第２伸縮筒部４２とで逆方向に発生する。このため、ロッド６と第１プレート１１との第１当接部、第１プレート１１と第２プレート１２との第２当接部、および第２プレート１２と加圧ピストン１３との第３当接部、特に第１、第２当接部での回転運動が効果的にキャンセルされる。
【００５５】
その後、ピエゾスタック４への通電を停止し、ピエゾスタック４を放電により収縮変位させると、スリットスプリング５の付勢力（プリセット荷重）により加圧ピストン１３が図示上方に移動し、燃料加圧室２１および変位拡大室２２内の油圧力が降下して、ノズルニードル２０の押し上げ力が弱まる。これにより、コイルスプリング６９の付勢力によりノズルニードル２０のシート部６８がノズルボディ１９のシート面に着座し、噴射孔３７が閉塞され、燃料噴射が終了する。
【００５６】
ここで、図５に示したように、ピエゾスタック４の収縮変位に伴って第１プレート１１がロッド６と共に図示上方に移動する際、第１プレート１１に固定されたベローズ７も軸線方向に収縮変形する。このとき、ベローズ７の第１伸縮筒部４１に設けられる第１螺旋突条５１および第１凹溝７１の螺旋方向と、第２伸縮筒部４２に設けられる第２螺旋突条５２および第２凹溝７２の螺旋方向とが逆向きとなっているので、ベローズ７の２つの第１、第２伸縮筒部４１、４２が共に収縮変形する際に発生する捩れが第１伸縮筒部４１と第２伸縮筒部４２とで逆方向に発生する。このため、ロッド６と第１プレート１１との第１当接部、第１プレート１１と第２プレート１２との第２当接部、および第２プレート１２と加圧ピストン１３との第３当接部、特に第１、第２当接部での回転運動が効果的にキャンセルされる。
【００５７】
［実施例１の効果］
以上のように、ピエゾスタック４の伸縮に伴う変位を加圧ピストン１３に伝達することで加圧ピストン１３を駆動するピエゾアクチュエータにおいて、ベローズ７の第１伸縮筒部４１に設けられる第１螺旋突条５１および第１凹溝７１の螺旋方向と、第２伸縮筒部４２に設けられる第２螺旋突条５２および第２凹溝７２の螺旋方向とを逆向きにしたことにより、ベローズ７の２つの第１、第２伸縮筒部４１、４２が共に伸長変形する時およびベローズ７の２つの第１、第２伸縮筒部４１、４２が共に収縮変形する時に発生する捩れを効果的にキャンセルすることができる（図５参照）。
これによって、ロッド６から加圧ピストン１３に至るまでの変位伝達経路上に設けられるロッド６と第１プレート１１との第１当接部、第１プレート１１と第２プレート１２との第２当接部、および第２プレート１２と加圧ピストン１３との第３当接部、特に第１、第２当接部における摩耗を抑制することで、ベローズ７の信頼性および耐久性を向上させることができる。
【００５８】
ここで、ピエゾアクチュエータには、図１および図２に示したように、加圧ピストン１３のフランジ１４とピストンホルダ１５のフランジ１６との間に、ピエゾスタック４に所定のプリセット荷重を付与するスリットスプリング５が挟持されている。この場合、仮にロッド６と第１プレート１１との第１当接部、第１プレート１１と第２プレート１２との第２当接部、および第２プレート１２と加圧ピストン１３との第３当接部が摩耗すると、加圧ピストン１３のフランジ１４とピストンホルダ１５のフランジ１６との間の軸方向隙間が変化することから、スリットスプリング５のプリセット荷重が変化する。
このとき、ピストンホルダ１５に形成される燃料加圧室２１の内容積が変化すると、ピエゾスタック４の伸長時に燃料加圧室２１内の油圧力を十分に上昇させることができず、コイルスプリング６９により閉弁方向に付勢されているノズルニードル２０が開弁し難くなる。つまり、ロッド６と第１プレート１１との第１当接部、第１プレート１１と第２プレート１２との第２当接部、および第２プレート１２と加圧ピストン１３との第３当接部における摩耗は、ピエゾスタック４に付与されるプリセット荷重の変化（低下）、およびノズルニードル２０の開弁圧の変化をもたらし、ピエゾインジェクタとしての経時的な燃料噴射性能の変化の進行を早めるという問題が生じる。
【００５９】
しかし、本実施例のピエゾアクチュエータは、上記の構成によりロッド６から加圧ピストン１３に至るまでの変位伝達経路上に設けられるロッド６と第１プレート１１との第１当接部、第１プレート１１と第２プレート１２との第２当接部、および第２プレート１２と加圧ピストン１３との第３当接部、特に第１、第２当接部における摩耗を抑制することができるので、ピエゾインジェクタとしての経時的な燃料噴射性能の変化の進行を遅らせることができる。また、スリットスプリング５のプリセット荷重の変化を抑えることができるので、ピエゾスタック４における印加電圧に対する伸長特性を十分に引き出すことができ、印加電圧に対する伸長特性が最適な特性から外れる等の不具合を解消することができる。  ここで、本実施例のベローズ７は、図３ないし図５に示したように、２つの第１、第２螺旋突条５１、５２または２つの第１、第２凹溝７１、７２を、ベローズ７の軸線方向の中間結合部４４の中心を通り、ベローズ７の軸線方向に垂直な面を対称面として面対称配置しているが、２つの第１、第２螺旋突条５１、５２または２つの第１、第２凹溝７１、７２の開始位置および終了位置をベローズ７の円周方向に所定の回転角度分だけズラして形成しても良い。この場合も、実施例１の作用効果を達成することができる。
【００６０】
また、ベローズ７の第１螺旋突条５１の内側面に沿うように第１補強コイル８を挿入して第１螺旋突条５１の内側面を補強している。また、ベローズ７の第２螺旋突条５２の内側面に沿うように第２補強コイル９を挿入して第２螺旋突条５２の内側面を補強している。これによって、ベローズ７の第１、第２螺旋突条５１、５２の外側面に外圧が加わったり、ベローズ７の２つの第１、第２伸縮筒部４１、４２が共に伸縮変形したりすることによって、ベローズ７の２つの第１、第２螺旋突条５１、５２の最頂部および２つの第１、第２凹溝７１、７２の最深部に応力が集中した場合であっても、特にベローズ７の２つの第１、第２螺旋突条５１、５２の最頂部に、局所的に応力が集中して過剰な負荷が加わった場合であっても、ベローズ７の強度が低下し難くなる。これにより、ベローズ７を比較的に長い期間継続して使用できるので、ベローズ７の信頼性および耐久性を向上させることができる。
【実施例２】
【００６１】
図８は本発明の実施例２を示したもので、ベローズと２つの第１、第２補強コイルを示した図である。
本実施例のケーシングは、２つの第１、第２補強コイル８、９の軸方向に垂直な断面のうち、少なくともベローズ内径側の断面は、滑らかな曲線で形成されている。例えば２つの第１、第２補強コイル８、９の軸方向に垂直な断面は、少なくともベローズ内径側の断面が滑らかな曲線となるようにＤ字形状に形成されている。この場合も、実施例１の作用効果を達成することができる。
【００６２】
［変形例］
本実施例のベローズ７の２つの第１、第２伸縮筒部４１、４２に設けられる各第１、第２凹溝７１、７２の溝深さ、溝幅、傾斜角度、巻回間隔を、ベローズ７の２つの第１、第２伸縮筒部４１、４２の最大外径、最小内径または軸線方向の各サイズに合わせて自由に設定しても良い。
本実施例のベローズ７の２つの第１、第２伸縮筒部４１、４２に設けられる各第１、第２螺旋突条５１、５２の山高さ、山幅、傾斜角度、螺旋ピッチを、ベローズ７の２つの第１、第２伸縮筒部４１、４２の最大外径、最小内径または軸線方向の各サイズに合わせて自由に設定しても良い。
本実施例では、２つの第１、第２伸縮筒部４１、４２をプレス成形等によって一体成形しているが、２つの第１、第２伸縮筒部４１、４２を別部品で製造した後、結合一体化しても良い。
本実施例では、本発明のアクチュエータを、ピエゾスタック４を主要構成とするピエゾアクチュエータとしているが、本発明のアクチュエータを、ロッドを軸線方向に往復移動させることができ、ベローズを軸線方向に伸縮変形させることができる駆動装置であれば、電動アクチュエータ、電磁アクチュエータ、負圧作動式アクチュエータ等の他のアクチュエータを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】ピエゾインジェクタを示した断面図である（実施例１）。
【図２】ピエゾインジェクタを示した断面図である（実施例１）。
【図３】ベローズへの第１、第２補強コイルの組み付け方法を示した説明図である（実施例１）。
【図４】ベローズに第１、第２補強コイルを組み付けた状態を示した説明図である（実施例１）。
【図５】ベローズの収縮変形時におけるベローズの捩れ方向を示した説明図である（実施例１）。
【図６】ベローズと第１、第２補強コイルとの隙間を示した拡大図である（実施例１）。
【図７】（ａ）はベローズの伸縮時における負荷の作用方向を示した説明図で、（ｂ）は高圧燃料の導入時における負荷の作用方向を示した説明図である（実施例１）。
【図８】第１、第２補強コイルの断面形状を示した拡大図である（実施例２）。
【図９】（ａ）はピエゾインジェクタを示した断面図で、（ｂ）はベローズへの補強コイルの組み付け方法を示した説明図である（比較例）。
【図１０】（ａ）はベローズを示した断面図で、（ｂ）はベローズの谷部に作用する剪断力を示した説明図である（比較例）。
【図１１】螺旋状のベローズの補強構造を示した断面図である（従来例）。
【符号の説明】
【００６４】
１  サプライポンプ
２  コモンレール
３  ピエゾインジェクタのハウジング
４  ピエゾスタック
５  スリットスプリング
６  ロッド
７  ベローズ（ケーシング）
８  第１補強コイル
９  第２補強コイル
１０  ケーシング本体（ケーシング、第１固定部材）
１１  第１プレート（ケーシング、第２固定部材）
１２  第２プレート（変位伝達部材）
１３  加圧ピストン（移動体）
１５  ピストンホルダ
２１  燃料加圧室（流体加圧室）
２２  変位拡大室
４１  ベローズの第１伸縮筒部
４２  ベローズの第２伸縮筒部
４４  ベローズの中間結合部（中間部）
５１  第１伸縮筒部の第１螺旋突条（山部）
５２  第２伸縮筒部の第２螺旋突条（山部）
７１  第１伸縮筒部の第１凹溝（谷部、螺旋溝）
７２  第２伸縮筒部の第２凹溝（谷部、螺旋溝）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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