(57)【要約】【課題】圧電素子が静電破壊することがない燃料噴射ノズルの駆動部材を提供する。【解決手段】圧電素子接続部材１は、体積固有抵抗値が１０３Ω・ｍ〜１０５Ω・ｍのセラミック材料から成る板体１ａと、板体１ａの一主面から他主面にかけて形成された導電路１ｂとを備えて成り、圧電素子３と圧電素子用支持部材２との間に配置されて圧電素子３と圧電素子用支持部材２の導電ピン２ｂとを導電路１ｂを介して電気的に接続するようにした。体積固有抵抗値が１０３Ω・ｍ〜１０５Ω・ｍのセラミック材料から成る板体によって、導電路１ｂ間に静電気による高電圧が印加されるのを防止できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
体積固有抵抗値が１０３Ω・ｍ乃至１０５Ω・ｍのセラミック材料から成る板体と、該板体の一主面から他主面にかけて形成された導電路とを備えて成り、圧電素子と圧電素子用支持部材との間に配置されて前記圧電素子と前記圧電素子用支持部材の導電ピンとを前記導電路を介して電気的に接続するようにした圧電素子接続部材。
【請求項２】
前記セラミック材料は、チタンまたはクロムを含有するアルミナ質セラミックスであることを特徴とする請求項１記載の圧電素子接続部材。
【請求項３】
前記セラミック材料は、酸化鉄を２０乃至５０質量％含むフォルステライトであることを特徴とする請求項１記載の圧電素子接続部材。
【請求項４】
圧電素子と、圧電素子用支持部材と、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の圧電素子接続部材とを、前記圧電素子と前記圧電素子用支持部材との間に前記圧電素子接続部材を配置させた状態で筒状ケースの内部に格納してなる駆動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子と圧電素子用支持部材とを電気的に接続するための圧電素子接続部材およびこれを用いた駆動部材に関し、より詳しくは、ディーゼルエンジン等の内燃機関の燃料噴射ノズルに用いられる、駆動部材およびこれに用いられる圧電素子接続部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の排ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害物質が社会問題化する中で、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排ガス規制対策として、ディーゼルエンジンの内部に各気筒（シリンダ）の燃料噴射ノズルに接続され、各気筒の燃料噴射ノズルへ均一な量の燃料を供給するコモンレールに高圧燃料を蓄圧し、最も燃焼効率が高まるタイミングでこの燃料をコモンレールに接続された燃料噴射ノズルからシリンダ内に噴射する燃料噴射装置が注目されている。
【０００３】
このコモンレールを用いた燃料噴射装置は、シリンダ内に燃料タンクから供給された燃料を直接噴射するのではなく、燃料噴射の前にコモンレールの中に燃料を圧縮して溜めておき、最も燃焼効率が高まるタイミングでこの燃料をコモンレールからシリンダ内に噴射するように構成されていて、コモンレールに接続された燃料噴射ノズルから高圧の燃料がタイミングよくエンジンシリンダ内に噴射されることにより、ディーゼルエンジンの燃焼効率を高めて、有害排気物質を削減しようとするものである。コモンレールからシリンダ内に燃料を噴射するための燃料噴射ノズルの駆動部には、通電させることによって変位する圧電素子が使用され、タイミングよく燃料を噴射させる構成のものが用いられている。
【０００４】
この従来の燃料噴射ノズルの駆動部の例の断面図を図４に示す。
【０００５】
駆動部は、図４に示すように、円筒状でステンレス鋼（ＳＵＳ）等から成る金属製のケース110内に圧電素子102等が収容されて成る。ケース110の下方側の端面には、ダイヤフラム106がレーザ溶接等によってケース110に溶接接合されている。また、ケース110内部には、印加する電圧の変化により伸縮する圧電素子102と、圧電素子102の下方側の端面に当接してケース110内を摺動するピストン103が収容されている。さらに、ケース110の上方側の端面には、コネクタ107がレーザ溶接等によってケース110に溶接接合されている。圧電素子102とコネクタ107との間には圧電素子102を支持するための圧電素子用支持部材101が設けられており、圧電素子用支持部材101とコネクタ107とを貫通して設けられたピン101bを通じ、圧電素子用支持部材101の端面に設けられた電極を介して、圧電素子102に電圧が印加される。
【０００６】
なお、圧電素子用支持部材101およびコネクタ107の外周面はケース110の内周面に接着固定されており、圧電素子102は、圧電素子用支持部材101によってケース110の上方側に動かないように支持される。
【０００７】
そして、コネクタ107と圧電素子用支持部材101とを介してピン101bから圧電素子102へ通電された電気信号により圧電素子102が軸方向に縮んで、ダイヤフラム106が上方に移動すると、燃料噴射ノズルの燃料弁を開閉するニードルが作動して、燃料噴射ノズル（図示せず）から燃料がエンジンシリンダ内に噴射される（下記の特許文献１または特許文献２参照）。
【０００８】
また、この従来の圧電素子用支持部材101はエポキシ樹脂やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）や液晶ポリマー（ＬＣＰ）等のエンジニアリングプラスチックス等の樹脂から成っていた。
【特許文献１】特開２００４−１５０２７６号公報
【特許文献２】特開平７−１３１０８５号公報
【特許文献３】特開２００６−２３３９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、圧電素子用支持部材101はエポキシ樹脂やＰＰＳやＬＣＰ等のエンジニアリングプラスチックス等の樹脂から成るため、ケース110に挿入するまでの組立作業中に圧電素子用支持部材101に静電気による電荷が溜まる場合があった。また、図示しないが、圧電素子用支持部材101と圧電素子102とを電気的に接続した後に両者を樹脂カバーで覆う場合があり、その場合、ケース110に挿入するまでの組立作業中に圧電素子用支持部材101に静電気による電荷がさらに溜まり易くなっていた。以上のようにして圧電素子用支持部材101に溜まった電荷が、最終的にピン101bを介して圧電素子102に流れてしまい、圧電素子102が静電破損してしまう場合があるという問題点があった。
【００１０】
また、最近では、地球環境保護の面から排ガス規制が強化されつつあり、排ガスに含まれるＰＭやＮＯｘ等の有害物質をさらに削減するため、燃料噴射の制御をより適確なものとして内燃機関における燃焼効率を高めることが要求されるようになってきた。
【００１１】
この要求に応えるため、コモンレールからシリンダ内に燃料を噴射するための燃料噴射ノズルは、より高圧な燃料の噴射圧に耐えるとともに、燃料噴射のタイミングをより精確なものとするために、高応答速度なものが要求されるようになってきた。そのため、コモンレールからシリンダ内に燃料を噴射するための燃料噴射ノズルは、高圧下においても燃料噴射ノズルを確実に開閉させるために変位が大きく、高応答速度の圧電素子102を使用した駆動部を有する構成と成りつつある。さらにダイヤフラム106には燃料からの高い圧力が加わるため、圧電素子用支持部材101に非常に高い圧力が加わるようになってきた。
【００１２】
そして、従来の樹脂製の圧電素子用支持部材101ではこの高圧や圧電素子102の駆動力によって変形が生じ、圧電素子102との当接面が変形する場合があった。その結果、圧電素子用支持部材101と圧電素子102とを電気的に接続できなくなり、圧電素子102を作動させることができなくなる場合があった。
【００１３】
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、圧電素子が静電破損することがなく、燃料からの高い圧力や圧電素子の駆動力によって圧電素子支持部材の圧電素子との当接面が変形することがない、圧電素子の保持手段および燃料噴射ノズルの駆動部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の圧電素子接続部材は、体積固有抵抗値が１０３Ω・ｍ乃至１０５Ω・ｍのセラミック材料から成る板体と、この板体の一主面から他主面にかけて形成された導電路とを備えて成り、圧電素子と圧電素子用支持部材との間に配置されて前記圧電素子と前記圧電素子用支持部材の導電ピンとを前記導電路を介して電気的に接続するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の圧電素子接続部材は、上記構成において好ましくは、前記セラミック材料は、チタンまたはクロムを含有するアルミナ質セラミックスであることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の圧電素子接続部材は、上記構成において好ましくは、前記セラミック材料は、酸化鉄を２０乃至５０質量％含むフォルステライトであることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の駆動部材は、圧電素子と、圧電素子用支持部材と、上記本発明の圧電素子接続部材とを、前記圧電素子と前記圧電素子用支持部材との間に前記圧電素子接続部材を配置させた状態で筒状ケースの内部に格納してなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の圧電素子接続部材は、体積固有抵抗値が１０３Ω・ｍ乃至１０５Ω・ｍのセラミック材料から成る板体と、この板体の一主面から他主面にかけて形成された導電路とを備えて成り、圧電素子と圧電素子用支持部材との間に配置されて圧電素子と圧電素子用支持部材の導電ピンとを導電路を介して電気的に接続することから、圧電素子用支持部材をケースに挿入するまでの組立作業中に圧電素子用支持部材に静電気による電荷が溜まったとしても、圧電素子用支持部材と圧電素子との間に配置された圧電素子接続部材の表面に漏れ電流が発生し、圧電素子用支持部材に高い電位が加わるということを防止できる。これによって、導電ピンおよび導電路を介して圧電素子へ高電圧が印加されるのを防止することができ、圧電素子が静電破損することを防止できる。
【００１９】
また、圧電素子接続部材は圧縮強度が大きく変形し難いセラミック材料からなり、この圧電素子接続部材が圧電素子に当接することになるので、圧電素子との当接面が変形しにくく、圧電素子の電気的接続を確保できる。
【００２０】
また、好ましくは、本発明の圧電素子接続部材において、セラミック材料は、チタンまたはクロムを含有するアルミナ質セラミックスである場合、導電路間に印加される高圧静電気を適切に放電させるとともに導電路間を流れる圧電素子の駆動信号を絶縁でき、圧電素子の駆動に伴う圧縮応力が加わっても変形し難く、圧電素子の電極と導電路との電気的接続を確保できるものとすることができる。
【００２１】
また、好ましくは、本発明の圧電素子支持部材において、セラミック材料は、酸化鉄を２０乃至５０質量％含むフォルステライトである場合、銀系メタライズ導体をセラミック材料に焼き付ける際の焼成雰囲気と温度に対して、体積固有抵抗値が安定であり、導電路に導電性に優れる銀を用いることができる。
【００２２】
本発明の駆動部材は、圧電素子と、圧電素子用支持部材と、本発明の圧電素子接続部材とを、圧電素子と圧電素子用支持部材との間に圧電素子接続部を配置させた状態で筒状ケースの内部に格納してなることから、上記本発明の圧電素子接続部材によって圧電素子の静電破損を防止できるとともに、圧電素子接続部材の圧電素子との当接面が変形しにくく、圧電素子の電気的接続が確保できるものとなる。そして、圧電素子が伸縮動作して生じる変位を精確に燃料噴射ノズル側に伝え、正常かつ安定に作動可能な燃料噴射ノズルの駆動部材となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、本発明の圧電素子接続部材およびこれを用いた燃料噴射ノズルの駆動部材を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００２４】
図１は本発明の圧電素子接続部材の実施の形態の一例を示す斜視図、図２は本発明の駆動部材の実施の形態の一例を示す断面図であり、図３は図２の要部分解斜視図である。これら図において、１は圧電素子接続部材、１ａはセラミック材料から成る板体、１ｂは板体１ａの一主面から他主面にかけて形成された導電路、２は圧電素子用支持部材、２１は第一の絶縁基体、２２は第二の絶縁基体、２ｂは一端部を第一の絶縁基体２１の他主面（図２においては上面）側に突出させるようにして取着された金属製の導電ピン、２ｃは圧電素子用支持部材２の一主面（図２においては下面）に設けられて導電ピン２ｂの他端部（図２においては下端側）に電気的に接続された配線導体、３は圧電素子接続部材１の一主面（図２においては下面）に当接するとともに電極が導電路１ｂに当接されて電気的に接続された圧電素子、１０は筒状のケースである。
【００２５】
本発明の圧電素子接続部材１は、体積固有抵抗値が１０３Ω・ｍ〜１０５Ω・ｍのセラミック材料から成る板体１ａと、板体１ａの両主面間を導通するように形成され、かつ一主面側で圧電素子３の電極に当接され、他主面側で圧電素子用支持部材２の配線導体２ｃに当接される導電路１ｂ（以下、接続導体ともいう）とを備える。
【００２６】
導電路１ｂは、例えばセラミックスから成る板体１ａの内部に貫通するようにメタライズ導体を形成し、一主面（図１，図２においては下面）および他主面（図１，図２においては上面）で圧電素子３の電極および配線導体２ｃに接続しやすいように広面積のメタライズ層が形成されているものでもよいし、セラミックスから成る板体１ａの両主面間に貫通孔を設け、その貫通孔内に鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金等の金属棒を挿通させ、両主面側で金属板を接続したものでもよいし、比較的太い金属棒を貫通孔に挿通させただけのものでもよいし、また、板体１ａの一主面から他主面にかけて板体１ａの側面に形成されたメタライズ導体を経由させたものでもよいし、または両主面および側面に接するように金属板等を折り曲げて板体１ａに接合したものでもよい。
【００２７】
例えば、図１，図３に示す例においては、圧電素子接続部材１は、フォルステライトからなる板体１ａの表面に、銀（Ａｇ）系メタライズ導体が板体１ａの一主面から板体１ａの側面にかけて形成された構成とされている。そして、導電路１ｂを圧電素子３の側面に形成された電極と当接させ、さらに板体１ａ側面の導電路１ｂと圧電素子３の電極とが金属板等によって接続される。この構成の場合、圧電素子３と圧電素子接続部材１とが面で当接するために、圧電素子接続部材１に高い圧力が加わったとしても、応力が一点に集中することはなく、圧電素子接続部材１や圧電素子３を破損させることがない。また、圧電素子３と圧電素子接続部材１とを確実に接続することができる。
【００２８】
また、板体１ａは、平面視において四角板状であり、４隅において円筒状のケース１０の内周面に接触する円弧状にされている。これによって、円筒状のケース１０内に同軸状に圧電素子接続部材１を配置し易い形状とするとともに、辺の側面に側面導体を形成することによって、円筒状のケース１０の内周面との絶縁距離を取れる形状とされている。
【００２９】
なお、図１，図２において、導電路１ｂは２本一組で示しているが、板体１ａには導電路１ｂを１本だけ形成し、他の導電路を例えば導電性のケース１０で兼ねてもよい。
【００３０】
導電路１ｂは、セラミックス板体の少なくとも一方の主面または側面に接して板体１ａを介して一方の導電路１ｂと他方の導電路１ｂとが導通しておればよく、これによって、静電気の電荷を放電させる機能を果たすことができる。そしてこの構成により、圧電素子用支持部材２をケース１０に挿入するまでの組立作業中に圧電素子用支持部材２に静電気による電荷が溜まったとしても、圧電素子用支持部材２の２本の導電ピン２ｂに接続された導電路１ｂから圧電素子接続部材１の表面に漏れ電流が発生し、圧電素子用支持部材２に高い電位が溜まるのを防止でき、圧電素子３へ高電圧が加わるのを防止することができる。そして、圧電素子３が静電破損することを防止できる。一方、圧電素子３を駆動する信号は、静電気によるものほど高電圧ではないので、体積固有抵抗値が１０３Ω・ｍ〜１０５Ω・ｍの絶縁体によって接続導体１ｂ間で短絡することなく、圧電素子３に伝達される。
【００３１】
また、圧電素子接続部材１が圧電素子用支持部材２と圧電素子３との間に配置されることにより、セラミックスから成る圧電素子接続部材１は硬質で、圧縮強度が大きく変形し難いことから、圧電素子３との当接面が変形しにくく、圧電素子３との電気的接続を確保するとともに、圧電素子３を支持するのが容易である。
【００３２】
圧電素子接続部材１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質セラミックス，窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）質セラミックス，炭化珪素（ＳｉＣ）質セラミックス，フォルステライト等のセラミックスから成る。このようなセラミックスは圧縮強度が大きくて変形しにくく、圧電素子３を保持して接続する部材としては好適である。特に、Ａｌ２Ｏ３質セラミックスは、圧縮力が加わっても変形し難いことから圧電素子接続部材１には好適であり、他にＳｉ３Ｎ４質セラミックス，ＳｉＣ質セラミックスも大きな圧縮力に耐え得ることから好適に使用することができる。
【００３３】
体積固有抵抗値が１０３Ω・ｍ〜１０５Ω・ｍの低絶縁体から成る圧電素子接続部材１は、セラミックスと金属との複合材料等から成る。セラミックスと金属との複合材料としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３質セラミックスとチタン（Ｔｉ）との複合材料や、Ａｌ２Ｏ３質セラミックスと酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）との複合材料が挙げられる。これらは、Ａｌ２Ｏ３質セラミックスの原料粉末にＴｉまたはＣｒ２Ｏ３の粉末を混ぜたものを用意し、これを用いて生の成形体を形成し、約１６００℃の高温で焼成することによって作製される。Ａｌ２Ｏ３質セラミックスの原料粉末の量に対し、ＴｉまたはＣｒ２Ｏ３の量を適宜調整することによって体積固有抵抗値１０３Ω・ｍ〜１０５Ω・ｍを実現することができ、絶縁抵抗の非常に大きなＡｌ２Ｏ３質セラミックスに適度な導電性を付与することができる。
【００３４】
また、Ａｌ２Ｏ３質セラミックスとＴｉとの複合材料から成る場合、Ｔｉの融点は１６７５℃であり、融点が焼成温度に近いため、Ｔｉが焼成時に溶融してしまう可能性がある。このため、その製造方法として好ましくは、Ａｌ２Ｏ３質セラミックスの原料粉末に酸化チタン（ＴｉＯ２）の粉末を混ぜたものを用意し、これを用いて生の成形体を形成し、約１６００℃の高温で焼成する。しかる後、約１３００℃の水素還元雰囲気炉で焼成することによってＴｉＯ２をＴｉＯに還元し、所定の体積固有抵抗値を有するＡｌ２Ｏ３質セラミックスとＴｉとの複合材料を作製することができる。
【００３５】
または、圧電素子接続部材１は、酸化鉄（ＦｅＯまたはＦｅ２Ｏ３）を２０〜５０質量％含むフォルステライトから成る。例えば、Ａｌ２Ｏ３質セラミックスとＴｉとの複合材料から成る上記の圧電素子接続部材１においては、ＴｉＯ２が水素還元雰囲気中のＨ２／Ｈ２Ｏ比に対して敏感であり、厳密な雰囲気コントロールが必要である。本発明者は、鋭意研究した結果、酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３）を２０〜５０質量％含むフォルステライトは、大気中約１４００℃で焼成でき、体積固有抵抗値が安定して１０３〜１０５Ω・ｍとなることを見出した。この酸化鉄含有フォルステライトは、酸化雰囲気では安定であり、ＴｉＯ２含有アルミナに比べて、抵抗値の制御が容易である。
【００３６】
また、Ａｇメタライズ導体をセラミック材料に焼き付ける際の焼成雰囲気と温度（大気雰囲気、約８５０℃）に対して、体積固有抵抗値が安定であり、これによって導電路に導電性に優れるＡｇを用いることができる。Ａｇメタライズ層を板体１ａに形成する場合は、ホウ珪酸ガラス粉末を含有するＡｇペーストを側面および両主面等に印刷し、乾燥後、大気中約８５０℃で焼成することによって得られる。
【００３７】
このようなフォルステライトは、ＳｉＯ２，ＭｇＯ，Ｆｅ２Ｏ３の粉末を、メチルセルロースなどのバイダーとともに水中で混合し、粉末乾燥後、金型でプレス成形し、大気中約１３００℃で焼成して得られる。
【００３８】
なお、圧電素子接続部材１の体積固有抵抗値が１０３Ω・ｍ未満であると、接続導体１ｂ間の電気的な絶縁を保持できなくなるおそれがある。即ち、導電ピン１ｂに高電圧（１０００Ｖ程度）の電気信号を伝送させると、圧電素子接続部材１内部を通じて接続導体１ｂ間での漏れ電流が大きくなり、または、電気的短絡してしまい、圧電素子３に電気信号を伝送できなくなるおそれがある。また、圧電素子接続部材１の体積固有抵抗値が１０５Ω・ｍを超えて大きくなると、圧電素子接続部材１の表面に沿面放電のような漏れ電流が発生し難くなり、圧電素子用支持部材２をケース１０に挿入するまでの組立作業中に圧電素子用支持部材２等に静電気による電位が溜まり易くなる。そして、この電荷が導電ピン１ｂ等を伝わって圧電素子３へ高電圧が印加され、圧電素子３を静電破損させてしまう虞がある。
【００３９】
導電路１ｂをメタライズ層によって形成する場合は、例えば、成型体を焼成の後に、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ），銀（Ａｇ）等の金属粉末に適当なバインダ，溶剤を混合して成る導体ペーストを、圧電素子接続部材１の所定部位にスクリーン印刷法などにより印刷塗布し、適当な温度で焼成することによってメタライズ層を形成する。圧電素子接続部材１の両主面間を導通するメタライズ層は、圧電素子接続部材１の側面に形成される側面導体か圧電素子接続部材１の上下主面を貫通するようにして設けられる貫通導体によって形成される。圧電素子接続部材１に貫通導体を設ける場合、圧電素子接続部材１の所定の位置に上下主面間を貫通する貫通孔を設けておき、この貫通孔にＷ，Ｍｏ，Ｍｎ等の金属粉末に適当なバインダ，溶剤を混合して成る導体ペーストを埋め込んで適当な温度で焼成することによって貫通導体を形成する。
【００４０】
なお、好ましくは、このメタライズ層の露出する表面には電解メッキ法または無電解メッキ法等によりＮｉ，金（Ａｕ），錫（Ｓｎ）等の金属から成る金属層を被着させておくのがよく、この構成によりメタライズ層が酸化や腐食等により劣化するのを防止できるとともに、ろう材等による接合性を良好にする。
【００４１】
次に、この圧電素子接続部材１を使用した本発明の燃料噴射ノズルの駆動部材について図２を用いて以下詳細に説明する。
【００４２】
本発明の燃料噴射ノズルの駆動部は、筒状のケース１０と、ケース１０内に配置されて格納された圧電素子用支持部材２と、圧電素子用支持部材２の下面の配線導体２ｃと導電路１ｂとが電気的に接続されるように接触させて配置された上記構成の圧電素子接続部材１と、圧電素子接続部材１の下面に配置され導電路１ｂに電極が電気的に接続されるように配置された圧電素子３とを具備する。
【００４３】
駆動部材は、図２に示すように、円筒状でＳＵＳ等から成る金属製のケース１０内に圧電素子３等が格納されて成る。ケース１０の下方側の端面には、ダイヤフラム７がレーザ溶接等によってケース１０に溶接接合されている。また、ケース１０内部には、印加する電圧の変化により伸縮する圧電素子３と、圧電素子３の下方側の端面に当接してケース１０内を摺動するピストン４が収容されている。さらに、ケース１０の上方側の端面には、コネクタ８がレーザ溶接等によってケース１０に溶接接合されている。圧電素子３とコネクタ８との間には圧電素子３および導電ピン２ｂを支持するための圧電素子用支持部材２が設けられるとともに、圧電素子用支持部材２と圧電素子３とを電気的に接続するための圧電素子接続部材１が配置される。圧電素子用支持部材２とコネクタ８とを貫通して設けられた導電ピン２ｂおよび圧電素子用支持部材２の端面に設けられた電極（配線導体２ｃ）と圧電素子接続部材１の導電路１ｂとを介して、圧電素子３に電圧が印加される。
【００４４】
ケース１０内部には、図２に示すように、ダイヤフラム７に隣接して、中央に貫通穴５ａを有する板状のシート部材５がケース１０の軸芯方向に直交するように接合されている。そして、このシート部材５の貫通穴５ａには、ピストン４のロッド部４ａが摺動自在に貫通されている。このロッド部４ａの端部は、ダイヤフラム７に当接されており、圧電素子３の伸縮により駆動された往復のストロークがピストン４を介してダイヤフラム７に伝わるように構成されている。また、ロッド部４ａの外周側における、ピストン４とシート部材５との間に配置されたバネ６は、ピストン４を圧電素子３に向けて付勢するように配置されている。
【００４５】
そして、コネクタ８と圧電素子用支持部材２と圧電素子接続部材１とを介して圧電素子３へ通電された電気信号により圧電素子３が軸方向に伸縮して、ダイヤフラム７の中央部が上下に変位し、燃料弁が開閉することによって燃料噴射ノズル（図示せず）から燃料がエンジンシリンダ内に噴射される。
【００４６】
以上により、圧電素子用支持部材２をケース１０に挿入するまでの組立作業中に圧電素子用支持部材２に静電気による電荷が溜まったとしても、圧電素子用支持部材２に当接された圧電素子接続部材１の表面に漏れ電流が発生し、圧電素子用支持部材２に高い電位が溜まるということを防止でき、導電ピン１ｂを介して圧電素子３へ高電圧が加わるのを防止することができる。そして、圧電素子３が静電破損することを防止できる。なお、組立作業中の静電気のみならず、燃料噴射ノズルとして動作中に導電ピン１ａ間に印加される高電圧サージ等にも効果を有する。
【００４７】
また、圧電素子接続部材１により、圧電素子３から圧電素子用支持部材２の下面に直接応力が加わるのを防止でき、圧電素子３との当接面が変形するのを防止し、圧電素子用支持部材２と圧電素子３とが確実に電気的に接続できるようになり、高応答速度の圧電素子３の変位を燃料噴射ノズルに適確に伝達させることができる。
【００４８】
圧電素子用支持部材２は、第一の絶縁基体２１および第二の絶縁基体２２を備え、第一の絶縁基体２１は、他主面側（図２，図３においては上面側）の外周部に支持部２ｄを有しこの支持部２ｄを含む他主面に別体にされた第二の絶縁基体２２の一主面（図２においては下面）が当接されている。そして、第一の絶縁基体２１は一主面に導電路１ｂと接続される配線導体２ｃを有し、この配線導体２ｃには導電ピン２ｂが接続されている。第二の絶縁基体２２は、第一の絶縁基体２１よりも細く、第二の絶縁基体２２の外周面が第一の絶縁基体２１の外周面よりも内側に位置している。導電ピン２ｂは、一端が第一の絶縁基体２１の他端面側に突出するように設けられ、第二の絶縁基体２２の貫通孔２２ａを挿通して第二の絶縁基体２２の他主面側に突出している。
【００４９】
第一の絶縁基体２１の外径より第二の絶縁基体２２の外径が小さい形状であるために、第一の絶縁基体２１の他主面外周部に支持部２ｄを設けることができる形状となる。そして、この支持部２ｄを含む面で第一の絶縁基体２１と第二の絶縁基体２２とに二分割される構成とされている。
【００５０】
なお、第一の絶縁基体２１の上側主面は、外周部が円弧状に面取りされた曲面とされるのが好ましく、この形状にすることにより、第一の絶縁基体２１の外周部が突出部１０ａに強く押し付けられる状態となっても第一の絶縁基体２１の支持部２ｄに応力集中が生ずることなく、第一の絶縁基体２１にクラック等の破損が生じ難い。
【００５１】
そして、支持部２ｄを、図２に示すように、ケース１０の内周面に形成された突出部１０ａに当接するようにケース内に配置する。この構成によって、第一の絶縁基体２１の一主面に当接された圧電素子３が電気信号によって駆動されて縮んだり伸びたりした際においても、圧電素子用支持部材２が支持部２ｄでケース１０に支持固定され、圧電素子３の伸縮による変位が圧電素子３の第一の絶縁基体２１に当接されている側と反対側に確実に伝えられる。
【００５２】
圧電素子３をケース１０内でずれないように強固に確実に支持固定するためには、圧電素子３が縮んだり伸びたりした際においても第一の絶縁基体２１が変形しないことが要求される。そのため第一の絶縁基体２１には、硬くて２本の導電ピン１ｂを互いに絶縁させることが可能な絶縁材料であるセラミックス、特にＡｌ２Ｏ３質セラミックスが好適に使用できる。Ａｌ２Ｏ３質セラミックスは、絶縁抵抗が非常に大きいとともに、フォルステライトよりも強度が大きくクラックが生じ難いので、圧電素子３の支持材として好適である。
【００５３】
また、第一の絶縁基体２１と第二の絶縁基体２２とが支持部２ｄを含む面で二分割されていることによって、応力が加わり最もクラックが入りやすい圧電素子用支持部材２の第一の絶縁基体２１と第二の絶縁基体２２との間の部位に管理不能のクラックが入って破損することがない。
【００５４】
第一の絶縁基体２１および第二の絶縁基体２２は、エポキシ樹脂やＰＰＳやＬＣＰ等のエンジニアリングプラスチックス等の樹脂、Ａｌ２Ｏ３質セラミックス，Ｓｉ３Ｎ４質セラミックス，ＳｉＣ質セラミックス等のセラミックスから成っている。Ａｌ２Ｏ３質セラミックス，Ｓｉ３Ｎ４質セラミックス，ＳｉＣ質セラミックス等のセラミックスから成る場合、セラミックスは硬質であることから変形しにくく、圧電素子３を支持する部材としては好適である。特に、Ａｌ２Ｏ３質セラミックスは、導電ピン２ｂ同士および配線導体２ｃ同士の電気的な絶縁を確実なものとし、圧縮応力が加わっても変形し難いことから第一の絶縁基体２１には好適であり、他にＳｉ３Ｎ４質セラミックス，ＳｉＣ質セラミックスも大きな圧縮応力に耐え得ることから好適に使用することができる。この第一の絶縁基体２１は、圧電素子３をケース１０内の所定位置に支持するとともに、圧電素子３に電気信号を伝達するための２本の金属製の導電ピン１ｂ同士を互いに電気的に絶縁して保持する機能を有する。
【００５５】
また、導電ピン２ｂは、燃料噴射ノズルの駆動部材に取着されたコネクタ８から圧電素子３に電気信号を伝達する機能を有し、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、棒状に成形されて成るものである。従って、導電ピン２ｂは少なくとも一対（２本）が使用されるが、導通される電気信号によっては複数本使用される場合もあるし、１本でよい場合もある。この導電ピン２ｂは、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等のインゴット（塊）を圧延加工法や押し出し加工法等、従来周知の金属加工法により所定の棒状に加工することによって製作される。
【００５６】
圧電素子用支持部材２はエポキシ樹脂やＰＰＳやＬＣＰ等のエンジニアリングプラスチックス党の樹脂から成る場合、圧電素子用支持部材２の成型時に金属製の導電ピン２ｂと金属製の配線導体２ｃとを金型内に予めセットしておき、次いで金型内に樹脂を流し込むことによって、圧電素子用支持部材２が形成される。なお、導電ピン２ｂは必ずしも圧電素子用支持部材２に密着されて、または接合されている必要はない。
【００５７】
圧電素子用支持部材２が、Ａｌ２Ｏ３質セラミックス，Ｓｉ３Ｎ４質セラミックス，ＳｉＣ質セラミックス等のセラミックスから成る場合、導電ピン２ｂが挿通される貫通孔２１ａを少なくとも一対形成しておき、一主面（図２の下方面）の貫通孔２１ａの開口部に、予めＭｏ，Ｍｎ，Ｗ等のメタライズ層から成る配線導体２ｃが形成されている。例えばＡｌ２Ｏ３質セラミックスから成る場合、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、カルシア（ＣａＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末を所定形状の金型内に充填するとともにこれを一定圧力で押圧して柱状の生の成形体とし、しかる後、この生の成形体を約１６００℃の高温で焼成することによって製作される。
【００５８】
圧電素子用支持部材２にメタライズ層から成る配線導体２ｃを形成するには、上述の圧電素子接続部材にメタライズ層を施す方法と同じ方法を用いればよい。
【００５９】
そして、その配線導体２ｃに銀（Ａｇ）ろうやＡｇ−銅（Ｃｕ）ろう等のろう材を介して導電ピン２ｂの他端部が接合され、導電ピン２ｂの一端部は圧電素子用支持部材２の他主面（図１の上方面）に突出するように導電ピン２ｂが取着される。また、配線導体２ｃは、導電ピン２ｂの他端側を平板状に成形することにより導電ピン２ｂと一体に形成されたものとしてもよいし、上記形成のメタライズ層の上にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等から成る金属板がＡｇろうやＡｇ−Ｃｕろう等のろう材を介して接合されることで成っていてもよい。
【００６０】
そして、導電ピン２ｂを圧電素子用支持部材２に設けられた貫通孔２１ａに挿通し、導電ピン２ｂを配線導体２ｃにＡｇろうやＡｇ−Ｃｕろう等のろう材を加熱溶融することによって導電ピン２ｂを圧電素子用支持部材２にろう付けし、圧電素子用支持部材２を作製する。
【００６１】
より具体的には、二本の導電ピン２ｂを第一の絶縁基体２１の一対の貫通孔２１ａに他主面側から挿入する。その際、ろう付けのためのＡｇ−Ｃｕろう箔を第一の絶縁基体２１のメタライズ層で成る配線導体２ｃに載置しておく。そして、他主面側に突き出した導電ピン２ｂの部分は、互いに平行となるようにカーボン治具を用いて支持し、水素雰囲気、８２０℃のブレージング炉で熱処理することによって、配線導体２ｃと導電ピン２ｂとを一体にろう付けする。
【００６２】
なお、配線導体２ｃがメタライズ層の上に金属板がろう材を介して接合されて成る構成である場合、導電ピン２ｂを圧電素子用支持部材２にろう付け接合する際に、金属板もメタライズ層の上にろう付け接合される。以上のようにして、圧電素子用支持部材２が完成する。
【００６３】
また、導電ピン２ｂを圧電素子用支持部材２の一主面側の配線導体２ｃの１点のみでろう付け接合するのは、導電ピン２ｂと圧電素子用支持部材２との接合される面積を最小限として圧電素子用支持部材２に導電ピン２ｂとの熱膨張差による応力が加わるのを最小限に抑え、圧電素子用支持部材２にクラック等の破損が生ずるのを防止するためである。本発明において、圧電素子用支持部材２に、導電ピン２ｂを１点で固定するだけでよいのは、これで十分機能する上に、上記効果を奏させるためであるが、さらに強度を持たせるために導電ピン２ｂを圧電素子用支持部材２の他主面側でも接合して固定したり、貫通孔２１ａの内部でも接合したりしてもよいことは言うまでもない。
【００６４】
以上により、高応答速度の圧電素子の変位を燃料噴射ノズルに適確に伝達させることができ、また高圧力を支える部分においてクラック等の破損が生じることのない圧電素子用支持部材２およびこれを用いた燃料噴射ノズルの駆動部材を提供することができる。そして、コモンレールに蓄圧される燃料がより高圧力になっても精確に作動する燃料噴射ノズルとすることが可能になる。また、作業中等に圧電素子３が静電破壊されることがなく、信頼性の高い駆動部材となる。
【００６５】
なお、本発明は上記の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更が可能である。例えば、上記において導電ピン２ｂは、セラミックスと熱膨張係数の近い金属部材を用いる例について説明したが、銅（Ｃｕ）等の電気抵抗値の低い金属材料から成ってもよく、この構成により、外部からの電気信号を導電ピン２ｂで損なうことなく、より適確に圧電素子３に伝えることが可能となる。
【００６６】
また、圧電素子３の外周面，圧電素子接続用部材１の外周面および第一の絶縁基体２１の外周面とケース１０の内周面との間に、絶縁シートを配置してもよい。
【００６７】
また、上記実施の形態の説明において上下左右という用語は、単に図面上の位置関係を説明するために用いたものであり、実際の使用時における位置関係を意味するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の圧電素子接続部材の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の駆動部材の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の駆動部材の要部分解斜視図である。
【図４】従来の燃料噴射ノズルの駆動部材の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１：圧電素子接続部材
１ａ：板体
１ｂ：導電路
２：圧電素子用支持部材
２ｃ：配線導体
２ｂ：導電ピン
３：圧電素子
10：ケース
10ａ：突出部
【図１】
2008245453.tif 000003
【図２】
2008245453.tif 000004
【図３】
2008245453.tif 000005
【図４】
2008245453.tif 000006