(57)【要約】本発明は、第１および第２の絶縁層（３２、３６）と、好ましくは金属箔の形をとり、第１および第２の絶縁層（３２、３６）の間にあり、封入構成（３０）を横切ってイオン種が通過することを妨げるように配置された、帯電導電層（３４）とを備える、電装品用封入構成（３０）を提供する。本発明の封入構成（３０）は、内燃機関の燃料噴射器のための圧電アクチュエータの構成に特に適用される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電装品用の封入構成（３０）であって
第１および第２の絶縁層（３２、３６）と、
前記封入構成（３０）を横切るイオン種の通過を妨げるように配置された、前記第１および第２の絶縁層（３２、３６）の間にある帯電導電層（３４）と、
を備える、封入構成（３０）。
【請求項２】
前記導電層（３４）が金属である、請求項１に記載の封入構成（３０）。
【請求項３】
前記導電層（３４）が自己支持性の金属箔である、請求項１または２に記載の封入構成（３０）。
【請求項４】
前記導電層（３４）が、非電導性の支持基板に設けられた金属フィルムである、請求項１または２に記載の封入構成（３０）。
【請求項５】
前記非電導性の支持基板が前記第１および第２の絶縁層（３２、３６）である、請求項４に記載の封入構成（３０）。
【請求項６】
前記導電層（３４）が実質的に連続している、前記請求項のいずれか一項に記載の封入構成（３０）。
【請求項７】
前記導電層（３４）が不連続である、前記請求項のいずれか一項に記載の封入構成（３０）。
【請求項８】
前記不連続の導電層（３４）が網、メッシュ、格子またはフォームの形をとる、請求項７に記載の封入構成。
【請求項９】
前記請求項のいずれか一項に記載の封入構成（３０）によって保護された、電装品。
【請求項１０】
前記電装品が圧電デバイス（２）である、請求項９に記載の電装品。
【請求項１１】
少なくとも前記圧電デバイスの動作中に前記導電層（３４）を帯電させることを可能とする充電手段を含む、請求項１０に記載の圧電デバイス。
【請求項１２】
前記充電手段が、前記デバイスを電源に接続するための電気的コネクタ装置を含む、請求項１１に記載の圧電デバイス。
【請求項１３】
使用時に、前記デバイスが前記電源に接続されたときに前記デバイス全体に電界を発生させる第１および第２の外部電極（２２、２４）を含み、前記電気的コネクタ装置が、それぞれ第１および第２の外部電極（２２、２４）に接続される第１および第２の電気端子を含む、請求項１２に記載の圧電デバイス。
【請求項１４】
前記充電手段が、前記導電層（３４）と前記外部電極（２２、２４）のいずれか１つとの間の電気的接続を可能にする接続手段をさらに含む、請求項１３に記載の圧電デバイス。
【請求項１５】
前記接続手段が、前記第１の絶縁層（３２）によって画定されたウィンドウを含む、請求項１４に記載の圧電デバイス。
【請求項１６】
前記電気コネクタ装置が、前記導電層（３４）と電気接続する第３の端子を備える、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項１７】
前記第３の端子には、前記第１および第２の電気端子が動作不能な状況において前記導電層（３４）を帯電させることを可能にするための、無停電電源装置との接続が提供される、請求項１６に記載の圧電デバイス。
【請求項１８】
前記導電層（３４）が、デバイス（２）との相互キャパシタンスにより帯電される、請求項１０に記載の圧電デバイス（２）。
【請求項１９】
接地部品を含み、前記導電層（３４）が前記接地部品に接続される、請求項１０に記載の圧電デバイス。
【請求項２０】
請求項１０から１９のいずれか一項に記載の圧電デバイスを組み込んだ、燃料噴射器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電装品を保護的に被覆する際に用いる封入構成に関する。詳細には、これらに限定しないが、本発明は自動車用燃料噴射器の圧電アクチュエータのための封入構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用機器製造業者は、車両の環境的影響を軽減するために、ディーゼルエンジンの燃料効率を向上させ、有害な排気ガスを削減することを常に迫られている。
【０００３】
この課題に対応するための重要な部分は、圧電燃料噴射器の開発である。自動車用エンジンでは、一回の投入分の燃料を、関連する１つの燃焼シリンダ内に送りこむために、そのような燃料噴射器が用いられている。一般に、１つのエンジンには、通常４対、６対、または８対の、そのようなシリンダと噴射器のいくつかの対が含まれる。圧電燃料噴射器は、それに関連する燃焼シリンダ内に送る燃料の量の正確な制御性を提供するものであり、したがって、ディーゼルエンジンの要求に特に適合するものである。
【０００４】
圧電噴射器によっては、圧電アクチュエータが噴射器の内部に画定された燃料で満たされたチャンバー内に収容され、通常２００バールから２０００バールを上回る圧力の間の高圧時に、アクチュエータが液体燃料に包囲されるようなものがある。このタイプの噴射器は、たとえば、本出願人の欧州特許第９９５９０１号に、記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような、燃料で満たされたチャンバー内に、圧電アクチュエータを配置することは、いくつかの理由で有益であるが、このような構成には付随する欠点がある。特に、アクチュエータの周囲の燃料には、適切に保護されていなければアクチュエータが破損する可能性がある、有害な成分が含まれている。
【０００６】
したがって、本発明は、電装品、詳細には、圧電アクチュエータについて、それらが使用時に置かれることがある化学的に過酷な環境から、それらの能力を改善することを目指すものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記のような背景に対して、本発明は、第１および第２の絶縁層と、封入構成を横切ってイオン種が通過することを妨げるように第１および第２の絶縁層の間に配置された帯電導電層とを備える、電装品用封入構成を提供する。
【０００８】
第１および第２の絶縁層は、優れた電気絶縁性と、使用時に電装品が配置される環境からの化学的侵食に対する優れた抵抗性とを提供する、高分子材料であることが好ましい。しかしながら、高分子材料を使用することのみが本発明にとって不可欠なことではない。
【０００９】
本発明は、一般に、封入電子部品に対して、特に、それらが、化学的に過酷な環境で動作することが要求される場合に適用可能であるが、本発明は、自動車の燃料噴射装置の圧電アクチュエータとの関連において特定の利益をもたらすものである。
【００１０】
これに関連して、水分を帯びた環境からアクチュエータを保護する目的で、圧電アクチュエータを高分子材料に封入することが知られている。たとえば、本出願人の欧州特許第９９５９０１号に記載された噴射器では、噴射器本体の内部に画定された、加圧された燃料容積の中で、圧電アクチュエータが浸されている。
【００１１】
しかしながら、高分子材料の絶縁層は、高圧流体からアクチュエータを保護することについては比較的優れているものの、イオン種が絶縁層に浸透してスタックに損害をもたらす可能性がある。したがって、本発明の帯電導電層はイオン拡散バリアを提供して、これがない場合には封入された電装品と接触する可能性のある、燃料などに汚染物質として存在する、イオン種が移動することを妨げる。
【００１２】
この導電層は、金属であることが好ましい。銅、アルミニウム、鉄、鋼、ニッケル、コバルト、銀、金またはそれらの合金などの、任意の適した金属を用いて導電層を形成してもよい。
【００１３】
この金属は、封入される電装品の動作温度範囲にわたって固体の状態のままである必要があることが理解されるであろう。
【００１４】
より詳細には、導電層は自己支持性、または自立性の金属箔であることが好ましい。自己支持性の金属箔は、アクチュエータにイオン障壁を提供するための費用効果の高い手段であり、また、部品を箔で包むことによって製造することが比較的簡単であるという点で、有利である。この金属箔は、アクチュエータの長さと同等の幅の幅広のシートの形とすることができ、あるいは、比較的狭い帯またはテープの形とすることができるがその場合には、厚さを増加させるために、単一の層で、または重ねる方法で、スタックの周囲を螺旋状に包む形とすることができる。
【００１５】
代替実施形態では、導電層は、複合材を形成するために高分子膜またはフィルムなどの非伝導性で自己支持性の基板に設けられる金属膜である。本発明の他の実施形態では、導電層は、蒸着、無電解めっき、電気めっきまたはスパッタリングなどの、当技術分野において周知の技術によって、第１または第２の非導電層の上に直接に形成することができる。
【００１６】
そのような金属膜は、自己支持性の金属箔と比較して厚みが少ない導電層を提供し、限定された空間内に電子部品を実装する点から有利となり得る。
【００１７】
好ましい実施形態では、導電層は、電気シールドに加えて物理的な浸透障壁が形成されるように、実質的に連続し、かつ実質的に電装品の表面全体を覆っている。しかしながら、必ずしもこのとおりでなくてもよく、代替構成では、導電層は不連続とすることができる。言い換えれば、電装品の表面を覆うこの導電層の物理的被覆は、断続的なものである。この代替構成では、この不連続な導電層は、巻き付けの形でもよく、あるいは、メッシュ、網、格子またはフォームなどの形でもよい。
【００１８】
第２の態様では、本発明は、上述した封入構成によって保護される電装品を提供する。好ましくは、電装品は、自動車の燃料噴射器内に用いるためのアクチュエータの形の圧電デバイスである。
【００１９】
この圧電デバイスは、少なくともデバイスの動作中、導電層を帯電させる、充電手段を含むことができる。この充電手段は、圧電デバイスの正および負の外部電極を介して電圧を供給するための第１および第２の端子を有する、電気的コネクタ構成を含むことが好ましい。この実施形態では、充電手段は、さらに、導電層と、デバイスの正または負の外部電極のうちの１つとの間の電気的接続を可能にする接続手段を含む。
【００２０】
導電層と外部電極の間の接続部は、たとえば第１の絶縁層の全域にわたる金属コネクタなど、様々な方法で提供することができるが、簡単にするために、接続手段は、外部電極と導電層とが相互に接続できるように、第１の絶縁層によって画定されたウィンドウを含むことが好ましい。
【００２１】
ある代替構成では、導電層は、たとえばコネクタ装置により第３の端子によって提供される、個別の電圧源に接続することができる。導電層に充電するための個別装置は、導電層に供給される充電特性により大幅な柔軟性を与えることができる。たとえば、導電層は、充電波形が直流でも交流でも受けるように、構成することができる。さらには、エンジン点火装置が切られた後でも導電層を充電するように個別の電圧源を構成して、デバイスに継続的なイオンプロテクションが提供されるようにすることが可能である。この目的のために、第３の端子を、自動車用バッテリーなどの無停電電源装置に接続することができる。
【００２２】
さらなる代替実施形態では、導電層をデバイスの接地部品に接続するが、圧電デバイスの相互キャパシタンスを介して充電することもできる。
【００２３】
第３の態様では、本発明は、第１および第２の態様に関して上述した、圧電デバイスを組み込んだ燃料噴射器を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１を参照すると、アクチュエータ構成２の形をとる周知の圧電デバイスは、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの、強誘電体材料で形成される複数の層６を備える、圧電スタック４を含む。各層６は、スタック４内のその隣接する層または両隣の層と、内部電極８、１０によって区切られ、内部電極８、１０は圧電層６と互いに組み合わされ、それぞれ正の内部電極８、負の内部電極１０が交互の配列を形成する。したがって、正の内部電極８と負の内部電極１０との各隣接する対がそれぞれの圧電層６を間にはさみ、このため正の内部電極８および負の内部電極１０を介して印加された電圧に応じた物理的歪みが生じる。
【００２５】
各正の内部電極８は、スタック４の正のフェース面１２で終端し、各負の内部電極１０は、スタック４の負のフェース面１４で終端する。スタック４の正のフェース面１２および負のフェース面１４は、それぞれ、スタック表面の一部分にわたって延びる正の金属化領域１６および負の金属化領域１８を有し、正の金属領域１６が正の内部電極８と電気的に接続し、負の金属領域１８が負の内部電極１０と電気的に接続する。
【００２６】
スタック４はまた、正の金属領域１６および負の金属領域１８を除いて実質的にスタック４の全面を覆う、電気パッシベーション層２０を備える。パッシベーション層２０は、スタック表面に出る内部電極８および１０の縁部を絶縁し、それにより、内部電極層８および１０に印加される高電圧による表面のフラッシュオーバーに対する保護の働きをする。パッシベーション層２０に適した材料は、厚みが小さく重さが軽いにもかかわらずその絶縁耐力が高いために、デュポン社製のＫａｐｔｏｎ（商標）などのポリイミドフィルムである。
【００２７】
スタック４の内部電極８および１０への電圧の供給を可能にするために、正の外部電極２２を正の金属化領域１６に取り付け、負の外部電極２４を負の金属化領域１８に取り付ける。使用時には、正の外部電極２２および負の外部電極２４はスタック４の上に取り付けたコネクタモジュール（図示せず）を介して電源に接続され、これにより正の内部電極８および負の内部電極１０に可変電圧が印加されて、スタック４の膨張および収縮を制御する。
【００２８】
図２は、本発明の一実施形態による多層の封入構成３０を有する図１のスタック４の断面図を示す。図２に示されたスタック４および封入構成３０の寸法は、見やすいようにここでは大幅に誇張されていることを理解されたい。封入構成３０は、スタック４の比較的脆弱な圧電材料を、過酷な操作環境から保護する手段を提供する。
【００２９】
この実施形態では、封入構成３０は、３層の独立した封入層を含む層状構造である。第１の封入層３２は絶縁層であって、使用時に、スタック４の表面、および外部環境に露出する外部電極２２、２４を完全に覆うように構成される（図２には、負の外部電極２４のみが示されている）。第１の絶縁層３２が、優れた電気的絶縁特性、高い強度および高温抵抗性を提供することが重要である。この第１の絶縁層３２に適した材料は、スタック４の側面にしっかりと合わせるために、熱を加えると収縮する熱収縮性で自己支持性のフィルムまたはスリーブの形をとる、ＰＴＦＥ／ＥＴＦＥなどの高分子材料である。スタック表面との付着性を向上させるために、標準的な電気グレードの接着剤を絶縁層３２に塗布してもよい。
【００３０】
第２の封入層３４は、イオン種の通過に対して不浸透性であるように適合された、導電性の層である。この導電層３４は、第１の絶縁層３２によって、外部電極２２、２４と接触することが妨げられる。この導電層については、後でさらに詳細に記載する。
【００３１】
本実施形態の最後の第３の封入層３６は、第２の絶縁層であり、導電性層３４を完全に封入するように構成され、これにより、使用時に、外部環境から導電層３４を隔離する役目をする。第１の絶縁層３２の場合と同様に、第２の絶縁層３６に適した材料は、熱収縮性で自己支持性のフィルムまたはスリーブの形をとる、ＰＴＦＥ／ＥＴＦＥなどの有機高分子材料である。
【００３２】
導電性層３４に戻ると、本実施形態では、この導電層３４は、およそ１０μｍの厚さを有する、たとえばアルミホイルなどの、自己支持性の金属箔を備える。この箔層３４が、第１の絶縁層３２によって封入されたスタック４の周囲を覆い、実質的に連続した、または途切れのない、金属の障壁を形成する。優れた接着力を確保するために、接着剤をスタック４の末端に塗布して、箔層３４を第１の絶縁層３２に固定する。金属箔の厚さは、たとえば１０μｍより薄いまたは厚いものでも用いることができることが、この時点で言及されるべきである。しかしながら、この金属箔の厚さがスタックへの好都合な付与に好適であるということが重要である。
【００３３】
図２には示されないが、第１の絶縁層３２は、正の外部電極２４の一部分を露出するウィンドウを備えている。したがって、正の外部電極２４が、この領域で導電性層３４と接触し、これにより、導電層３４には正電圧の電位が提供される。正に帯電した導電層３４は、逆に帯電したイオン、この場合は正イオンを引きつけて封鎖する一方、同じ極性のイオン、この場合は負イオンを反発する。したがって、導電層３４は、燃料中に存在するイオン種が封入構成３０を通って、スタック４の構造へ浸透することを妨げる、イオンシールドとして機能する。
【００３４】
上述の本発明の好ましい一実施形態では、導電層３４は、スタック４の正の外部電極２４と接触することによって、コネクタモジュールの正の端子に接続される。しかしながら、これはイオンのシールドを帯電するための、単に１つの方法であって、発明概念の範囲内で変更も可能であることが理解されるべきである。
【００３５】
たとえば、その代わりに、スタック４の負の外部電極２２との接触によって導電性層３４をコネクタモジュールの負の端子に接続させてもよい。この場合は、導電性層３４は負イオンを引きつけて、正イオンを反発させることとなる。
【００３６】
さらなる代替例としては、導電層３４を、コネクタモジュールなどにより提供される、第３の専用端子に接続させることも可能であり、これによって導電層３４に、特定の環境に特に適合した、最適の電圧レベルを提供することができる。たとえば、場合によっては、所定の大きさの定電圧を、導電性層３４に提供することが好ましいことがある。反対に、他の場合では、たとえば正方形の波形、または正弦波の波形の形をとる可変電圧を、導電層３４に提供することが好ましい。
【００３７】
導電層３４に接続するための専用の電圧端子を備えることにより、エンジンが停止した後もまだ、電圧をイオンシールドに供給することができるという利点が得られる。たとえば、噴射器が動作していないときでもスタック４に一定水準の残留電流のプロテクションを提供する目的で、エンジン点火装置が切断しているときに車両バッテリーなどの無停電電源装置に第３の端子を接続させることが可能である。
【００３８】
さらに別の選択肢は、アクチュエータ２の接地部品、たとえば、噴射器の接地部品に直接に接続される鋼製端部（図示せず）に、導電層３４を接続することである。
【００３９】
導電性層３４には、電気アースまたは電圧源のいずれかに接続が提供されることは、上述の構成から明らかであろう。しかしながら、場合によっては、そのような電気的接続を省略してもよく、その場合は、導電層３４がスタックの内部電極８、１０、金属化領域１６、１８、外部電極２２、２４に近いために、相互キャパシタンスを介して導電性層３４が充電される。このような構成では、導電層３４は、それが収容される噴射器本体の電圧に関して浮動電圧にある。通常は、噴射器本体は、それが設置されるエンジンに接地接続されているために、接地電位である。
【００４０】
導電性層３４の構造に様々な変更を加えることもできる。たとえば、自己支持性の金属箔の代わりに、導電性層３４は、高分子膜またはフィルムなどのコーティングを支持基板に塗布して複合材を形成した、金属コーティングの形であってもよい。この金属コーティングは、蒸着またはスパッタリングなどの周知の技術によって、支持基板に塗布してもよい。また、支持基板は、第１の絶縁層３２または第２の絶縁層３６であってもよいことが理解されるべきである。
【００４１】
このような金属コーティングは、自己支持性の金属箔より薄く、この範囲に制限されないが、通常は５０ｎｍから１０μｍの範囲である。金属コーティングによって得られるより薄い導電層３４は、封入されたアクチュエータ２の横断面積を最小限にする利点がある。アクチュエータを比較的小さな空間内に設置する必要がある場合、これは特に重要である。
【００４２】
上述の構成はすべて、イオン種に対して物理的障壁とともに電気的障壁となる、連続的または途切れのない導電性層３４を提供する。しかしながら、ある代替の構成（図示せず）では、導電層３４は、格子、メッシュ、網または金属フォームなどの開構造の形で構成される。別の選択肢は、たとえばメタルテープをスタックに螺旋形に巻き付けた、一定間隔での巻線で不連続の層を提供するものである。このような構造は、連続的な導電層３４とともにスタック全体を封入したものと同様のイオン封鎖の利点を提供するが、使用する材料がより少ないため、比較的低コストの選択肢となる。よりコストの高い材料が用いられる場合、この利点は特に重要である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】周知の圧電アクチュエータのスタックの斜視図である。
【図２】本発明の実施形態による封入構成を備える、図１のアクチュエータの線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図１】
2009529311.tif 000003
【図２】
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【国際調査報告】
2009529311.tif 000005
2009529311.tif 000006
2009529311.tif 000007