(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空ボディ（４）と圧電式のアクチュエータ（１）とを備えたアクチュエータユニットであって、中空ボディ（４）が弾性的に形成されていて、アクチュエータ（１）を予圧するようになっており、その際、中空ボディ（４）が切欠きを有しており、かつ長手方向軸線（３５）に対して平行に延びる継ぎ目（３１）を有しており、隣接する２つの切欠き（７，７ａ，７ｂ）の間に１つのウェブ（１９）が存在しており、中空ボディ（４）が第１の端部（１７）と第２の端部（１５）とを有している形式のものにおいて、継ぎ目（３１）に隣接する切欠き（７ａ，７ｂ）が、その他の切欠き（７）よりも小さいことを特徴とする、圧電式に制御される燃料噴射弁のためのアクチュエータユニット。
【請求項２】
中空ボディ（４）と圧電式のアクチュエータ（１）とを備えたアクチュエータユニットであって、中空ボディ（４）が弾性的に形成されていて、アクチュエータ（１）を予圧するようになっており、その際、中空ボディ（４）が切欠きを有しており、かつ長手方向軸線（３５）に対して平行に延びる継ぎ目（３１）を有しており、隣接する２つの切欠き（７，７ａ，７ｂ）の間に１つのウェブ（１９）が存在している形式のものにおいて、継ぎ目（３１）に隣接する切欠き（７ａ，７ｂ）と、該切欠きに隣接する切欠き（７）との間に設けられたウェブ（１９．１）が、その他の切欠き（７）の間に設けられたウェブ（１９．２）よりも幅広であることを特徴とする、圧電式に制御される燃料噴射弁のためのアクチュエータユニット。
【請求項３】
継ぎ目（３１）に隣接する切欠き（７ａ，７ｂ）の間に設けられたウェブ（１９．１）の幅の、その他のウェブ（１９．２ｂ）の幅に対する比が、１．３〜１．９の値を有している、請求項２記載のアクチュエータユニット。
【請求項４】
切欠き（７）が複数の平面（Ｅｉ）内に配置されており、かつ該平面（Ｅｉ）が互いに平行に経過している、請求項１から３までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
【請求項５】
奇数個（例えばｉ＝１１、１３、１５または１７）の、切欠き（７）が配置されている平面（Ｅｉ）が設けられている、請求項４記載のアクチュエータユニット。
【請求項６】
複数の切欠き（７）が１つの平面（Ｅ２）内に相前後して配置されており、かつ該平面（Ｅ２）が中空ボディ（４）の長手方向軸線（３５）と相俟って直角を形成する、請求項１から５までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
【請求項７】
偶数個の切欠き（７）が１つの平面（Ｅ２）内に存在している、請求項１から６までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
【請求項８】
切欠き（７）が骨状に形成されており、かつ中空ボディ（４）の長手方向軸線（３５）に対して横断方向で経過している、請求項１から７までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
【請求項９】
切欠き（７）が１つの中央部分（３７）と２つのヘッド部分（３９）とから構成されており、ヘッド部分（３９）が少なくとも１つの第１の半径（Ｒ１）を有しており、中央部分（３７）が１つの第２の半径（Ｒ２）を有しており、切欠き（７，７ａ，７ｂ）が長さ（Ｌ）を有しており、かつブランクの内部に配置された切欠き（７）の、継ぎ目（３１）に隣接配置された切欠き（７ａ，７ｂ）に対する比に関して：
Ｒ１（７ａ，７ｂ）＝０．８６７×Ｒ１（７）
Ｒ２（７ａ，７ｂ）＝１．３１７×Ｒ２（７）
Ｌ（７ａ，７ｂ）＝０．９８４×Ｌ（７）
半割されたウェブ（４１）の、継ぎ目からの幅（ｂ）：
ｂ＞ａ／２；特にｂ＝１．４×ａ／２
が成立する、請求項８記載のアクチュエータユニット。
【請求項１０】
継ぎ目（３１）に隣接配置された切欠き（７ａ，７ｂ）が以下の寸法：
Ｒ１（７ａ，７ｂ）＝０．３５ｍｍ〜０．４３ｍｍ、特に０．３９ｍｍ
Ｒ２（７ａ，７ｂ）＝４．０ｍｍ〜８．９ｍｍ、特に５．０ｍｍまたは７．９ｍｍ
Ｌ（７ａ，７ｂ）＝３．５ｍｍ〜４．５ｍｍ、特に４．０ｍｍ
を有している、請求項８または９記載のアクチュエータユニット。
【請求項１１】
継ぎ目（３１）に隣接配置された切欠き（７ａ，７ｂ）が以下の寸法：
Ｒ１（７ａ，７ｂ）＝０．４１ｍｍ〜０．４９ｍｍ、特に０．４５ｍｍ
Ｒ２（７ａ，７ｂ）＝５．５ｍｍ〜６．５ｍｍ、特に６．０ｍｍ
Ｌ（７ａ，７ｂ）＝３．７ｍｍ〜４．７ｍｍ、特に４．２ｍｍ
を有している、請求項５または６記載のアクチュエータユニット。
【請求項１２】
切欠き（７）が以下の寸法：
Ｒ１（７）＝０．４３ｍｍ〜０．５１ｍｍ、特に０．４７ｍｍ
Ｒ２（７）＝４．０ｍｍ〜４．８ｍｍ、特に４．４ｍｍ
Ｌ（７）＝４．５ｍｍ〜５．５ｍｍ、特に５．０ｍｍ
を有している、請求項８から１１までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
【請求項１３】
切欠き（７）が以下の寸法：
Ｒ１（７）＝０．４ｍｍ〜０．５ｍｍ、特に０．４５ｍｍ
Ｒ２（７）＝５．５ｍｍ〜６．５ｍｍ、特に６．０ｍｍ
Ｌ（７）＝４．０ｍｍ〜４．５ｍｍ、特に４．２５５ｍｍ
を有している、請求項８から１２までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
【請求項１４】
継ぎ目（３１）に隣接配置された切欠き（７ａ，７ｂ）のヘッド部分（３９）の第１の半径が互いに異なっている、請求項１から１３までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
【請求項１５】
隣接する２つの平面（Ｅ１）の切欠き（７）が互いにずらされて（２３）配置されている、請求項１から１４までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
【請求項１６】
隣接する２つの平面の切欠き（７）のずれ（２３）が、平面（Ｅ１）の切欠き（７）のラポール（２１）の半分に等しい、請求項１５記載のアクチュエータユニット。
【請求項１７】
中空ボディ（４）が、円形の横断面を有している、請求項１から１６までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
【請求項１８】
中空ボディ（４）の横断面が、正多角形の形状を有している、請求項１から１６までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
【請求項１９】
中空ボディ（４）がその第１の端部（１７）において半径方向で固定される、請求項１から１８までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
【請求項２０】
中空ボディ（４）がその第１の端部（１７）において半径方向で、上側のカバープレート（６）または調節ディスク（９３）に、特にリング溝（３９）または段部により固定される、請求項１９記載のアクチュエータユニット。
【請求項２１】
中空ボディ（４）がその第１の端部（１７）でもって溶接部（４１）により上側のカバープレート（６）に固定されている、請求項１９記載のアクチュエータユニット。
【請求項２２】
中空ボディ（４）がその第２の端部（１５）において半径方向で固定される、請求項１から２１までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
【請求項２３】
中空ボディ（４）がその第２の端部（１５）において下側のカバープレート（５）またはカプラケーシング（８６）に結合されている、請求項１から２２までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
【請求項２４】
中空ボディ（４）がその第２の端部（１５）でもって溶接部（４１）により下側のカバープレート（５）またはカプラケーシング（８６）に固定されている、請求項２３記載のアクチュエータユニット。
【請求項２５】
中空ボディ（４）がその第１の端部（１７）および／またはその第２の端部（１５）において、切欠き（７，７ａ，７ｂ）により穿孔されていない領域を有している、請求項１から２４までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
【請求項２６】
圧電式のアクチュエータ（１）が中空ボディ（４）の内部に配置されており、かつ圧電式のアクチュエータ（１）が、予圧された中空ボディ（４）により圧縮負荷される、請求項１から２５までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
【請求項２７】
圧電式のアクチュエータ（１）が中空ボディ（４）の外部に配置されており、かつ圧電式のアクチュエータ（１）が、予圧された中空ボディ（４）により圧縮負荷される、請求項１から２５までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、圧電式のアクチュエータ、いわゆるピエゾアクチュエータから成るアクチュエータユニットに関する。そのようなアクチュエータユニットはとりわけ燃料噴射システムにおいて特に燃料噴射弁内で使用される。それというのも、そのようなアクチュエータユニットの切換時間が極めて短いからである。短い切換時間は、噴射される燃料量の、より正確な調量を許可し、かつ噴射の時間的な経過の、改善された形成を可能にする。「燃料噴射弁」という総称は、本発明との関連で、例えばコモンレール式噴射システムのためのインジェクタまたは従来型の燃料噴射装置の噴射ノズルのような、すべての形式の燃料噴射弁と理解される。ピエゾアクチュエータを備えた燃料噴射弁は、圧電式のアクチュエータに電圧が印加されることにより操作される。これにより、圧電式のアクチュエータは圧電セラミックスの公知の物理的な効果に基づいて迅速に伸長し、弁閉鎖部材を弁座から持ち上げる。圧電式のアクチュエータは、その際に加速される特定の質量を有している。アクチュエータに印加される電圧が減じられると、アクチュエータは収縮しようとする。これにより、アクチュエータの、先に加速された質量の慣性質量に基づいて、起動制御速度に依存して、引張り力がアクチュエータ内に発生する。この引張り力は圧電式のアクチュエータの損傷、特に圧電式のアクチュエータの個々の層間のろう接部の亀裂に至らしめる。この種の損傷を回避するために、圧電式のアクチュエータを、ばねとして形成された円筒状の中空ボディにより軸方向で予圧する、すなわち圧電式のアクチュエータに予備荷重もしくはプリセット荷重を加えるようになっている。そのような装置は例えば国際公開第００／０８３５３号パンフレット（シーメンス社）から公知である。この中空ボディは、平坦な金属薄板から曲げ加工されており、その際に生じる第１の継ぎ目で溶接される。第１の継ぎ目は中空ボディの長手方向軸線に対して平行に経過している。
【０００２】
第１の継ぎ目の溶接はとりわけ以下の欠点を有している。溶接は、中空ボディの、一般に望ましくない継ぎ目変質を、溶接シームの直接的な近傍に惹起する。第２の問題は、溶接時に発生する溶接スパッタである。この溶接スパッタはアクチュエータユニットの組み立て時に困難を必然的に伴うことができるし、そればかりか、運転中に単数または複数の溶接スパッタが解離することになれば、燃料噴射弁の機能失陥にも至りかねない。第３の問題は溶接シームの始端および終端における溶接シームの窪み（シーム陥没）であり、その結果としてのノッチ効果および応力ピークである。
【０００３】
発明の利点
中空ボディと圧電式のアクチュエータとを備えたアクチュエータユニットであって、中空ボディが弾性的に形成されていて、アクチュエータを予圧するようになっており、その際、中空ボディが切欠きを有しており、かつ長手方向軸線に対して平行に延びる継ぎ目を有しており、隣接する２つの切欠きの間に１つのウェブが存在しており、中空ボディが第１の端部と第２の端部とを有している形式のものにおいて、本発明によれば、継ぎ目に隣接する切欠きが、その他の切欠きよりも小さいようになっている。
【０００４】
本発明により択一的に、継ぎ目に隣接する切欠きと、該切欠きに隣接する切欠きとの間に設けられたウェブが、その他の切欠きの間に設けられたウェブよりも幅広であるようになっていてもよい。
【０００５】
その継ぎ目が閉鎖されていない中空ボディを備えたアクチュエータユニットの欠点は、軸方向でのばねこわさが周囲にわたって一定でない点にある。一般に、中空ボディのばねこわさは継ぎ目の領域で減じられている。このことは結果的に、中空ボディが軸方向および半径方向の力ならびに曲げモーメントを圧電式のアクチュエータに導入してしまうことにつながる。このことから結果的に、望ましくない力および曲げモーメントによる、圧電式のアクチュエータの不等な負荷が生じる。
【０００６】
継ぎ目に隣接する切欠きをブランクのその他の切欠きよりも小さく構成するかつ／または継ぎ目の領域に設けられたウェブをブランクのその他の領域に設けられたウェブよりも幅広に構成することにある、本発明による解決策により、中空ボディは、継ぎ目の直接的な近傍に存在する領域で適当に強化される。その結果、継ぎ目の領域でのばね定数の減少は補償される。これにより、中空ボディのばね定数をその全周にわたって一定にもしくは回転対称に構成することが可能である。その結果、中空ボディのばね力により負荷されるピエゾアクチュエータは、軸方向でのみ力で負荷され、横方向力または曲げモーメントで負荷されることがなくなる。これにより、本発明による中空ボディを備えたアクチュエータユニットの寿命は明らかに延長されることができる。継ぎ目に隣接する切欠きの間に設けられたウェブの幅の、ブランクのその他のウェブの幅に対する比が、１．３〜１．９、有利には１．６の値を有していると有利であることが判っている。このことは、継ぎ目の直接的な近傍に設けられたウェブが、例えば１．６の因数の分だけ、ブランクのその他のウェブよりも幅広であることを意味している。
【０００７】
特別な事例では、ウェブの幅を負荷に依存して寸法設定することも有利であり得る。その際、ウェブの幅は、３までの因数の分だけ互いに異なっていることができる。
【０００８】
切欠きはブランクに、有利には、ブランクが中空ボディへと成形されたときに、切欠きが複数の平面内に配置されており、かつ該平面が互いに平行に経過しているように配置される。これにより、中空ボディの特性は改善され、中空ボディの製作は簡単化される。
【０００９】
特に有利には、軸方向で、奇数個の、切欠きが配置されている平面が設けられている。実際の使用により確かめられた実施例では、例えば１５個または１７個の平面が有利であった。奇数個の平面がブランク内に存在している場合、最上位の平面と最下位の平面とが同一であり、それゆえ、中空ボディの、その上側の端部における特性と、中空ボディの、その下側の端部における特性とが同一であることが保証されている。この手段も中空ボディの特性を、中空ボディが軸方向でのばね力だけをその端面で、圧電式のアクチュエータ、液圧式のカプラの変換ピストンまたはインジェクタのその他の構成エレメントに伝達するようになるまで改善する。
【００１０】
さらに、複数の切欠きが１つの平面内に相前後して配置されており、かつ該平面が中空ボディの長手方向軸線と相俟って直角を形成すると有利であることが判っている。その際特に有利には、偶数個の切欠きが１つの平面内に存在している。この配置は、ばね定数が中空ボディの周囲にわたって一定であり、それにより、横方向力がアクチュエータに導入されないことにつながる。
【００１１】
中空ボディの製作および疲れ強さの理由から、切欠きが骨状に形成されており、かつ中空ボディの長手方向軸線に対して横断方向で経過していると有利であることが判っている。
【００１２】
切欠きの「骨状」のジオメトリは、切欠きが１つの中央部分と２つのヘッド部分とから構成されており、ヘッド部分が少なくとも１つの第１の半径を有しており、中央部分が１つの第２の半径を有しており、切欠きが長さを有していることにより表現されることができる。種々異なる実験で、第１の半径（Ｒ１）、第２の半径（Ｒ２）、長さ（Ｌ）といった最も重要な寸法の種々異なる大きさ比と、継ぎ目に設けられたウェブの幅の、その他のウェブの幅に対する種々異なる比とが有利であることが判っている。
【００１３】
有利な実施形態では、継ぎ目に隣接配置されている切欠きの半径Ｒ１が因数０．８６７の分だけその他の切欠きの半径Ｒ１よりも小さい。さらに、継ぎ目に隣接配置されている切欠きの第２の半径Ｒ２が因数１．３１７の分だけブランクのその他の切欠きの半径Ｒ２よりも大きい。さらに、継ぎ目に隣接配置された切欠きの長さが因数０．９８４の分だけその他の切欠きの長さよりも小さい。継ぎ目に設けられたウェブの幅に関して、ｂ＞ａ／２；特にｂ＝１．４・ａ／２が成立する。使用される大きさ、特に大きさ「ａ」および「ｂ」については後で図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
さらに別の実施例では、継ぎ目に隣接配置された切欠きが以下の寸法：
Ｒ１＝０．３５ｍｍ〜０．４３ｍｍ、特に０．３９ｍｍ
Ｒ２＝４．０ｍｍ〜８．９ｍｍ、特に５．０ｍｍまたは７．９ｍｍ
Ｌ＝３．５ｍｍ〜４．５ｍｍ、特に４．０ｍｍ
を有していると有利であることが判っている。
【００１５】
別の実施形態では、継ぎ目に隣接配置された切欠きが以下の寸法：
Ｒ１＝０．４１ｍｍ〜０．４９ｍｍ、特に０．４５ｍｍ
Ｒ２＝５．５ｍｍ〜６．５ｍｍ、特に６．０ｍｍ
Ｌ＝３．７ｍｍ〜４．７ｍｍ、特に４．２ｍｍ
を有している。
【００１６】
継ぎ目に隣接配置されていないその他の切欠きに関して、以下の寸法：
Ｒ１＝０．４３ｍｍ〜０．５１ｍｍ、特に０．４７ｍｍ
Ｒ２＝４．０ｍｍ〜４．８ｍｍ、特に４．４ｍｍ
Ｌ＝４．５ｍｍ〜５．５ｍｍ、特に５．０ｍｍ
が有利であることが判っている。
【００１７】
別の有利な実施例では、継ぎ目に隣接配置されていない切欠きが以下の寸法：
Ｒ１＝０．４ｍｍ〜０．５ｍｍ、特に０．４５ｍｍ
Ｒ２＝５．５ｍｍ〜６．５ｍｍ、特に６．０ｍｍ
Ｌ＝４．０ｍｍ〜４．５ｍｍ、特に４．２５５ｍｍ
を有している。
【００１８】
継ぎ目に隣接配置された切欠きのヘッド部分の第１の半径が互いに異なっていても有利であることが判っている。このことについては例示的に後で図８ｃを参照しながら説明する。
【００１９】
さらに有利には、隣接する２つの平面の切欠きが互いにずらされて配置されている。その際、特に有利には、隣接する２つの平面の切欠きのずれが、１つの平面の切欠きのラポールの半分に等しい。「ラポール」という概念については、後で図２との関連でさらに詳細に説明する。特に有利には、中空ボディが、円形の横断面を有しているか、または中空ボディの横断面が、正多角形の形状を有している。
【００２０】
さらに本発明によれば、中空ボディがその第１の端部および／またはその第２の端部において、切欠きにより穿孔されていない領域を有していることができる。それにより、中空ボディからカバープレートまたはインジェクタのその他の構成部分に伝達されるばね力が比較的になる。それというのも、中空ボディがその端部の領域で適当に剛性化されるからである。このことは、ばね力の最大値が中空ボディの周囲にわたって減少し、中空ボディからピエゾアクチュエータに導入される横方向力の問題がさらに鈍化されることを意味する。
【００２１】
本発明による中空ボディは、圧電式のアクチュエータが中空ボディの内部に配置されており、かつ圧電式のアクチュエータが、予圧された中空ボディにより圧縮負荷されるアクチュエータユニットにおいて使用されることができる。このことは、中空ボディ自体が引張り負荷されることを意味する。
【００２２】
ただし、本発明による中空ボディはやはり、圧電式のアクチュエータが中空ボディの外部に配置されており、かつ圧電式のアクチュエータが、予圧された中空ボディにより圧縮負荷されるアクチュエータユニットにおいて使用されることができる。この事例では、中空ボディは一般に圧縮負荷される。
【００２３】
予圧力を中空ボディから圧電式のアクチュエータに最良に導入することができるように、中空ボディがその第１の端部において上側のカバープレートまたは調節ディスクに、かつその第２の端部において下側のカバープレートまたはカプラケーシングに結合されていることが推奨される。この結合は例えば溶接または縁曲げにより実施されることができる。
【００２４】
中空ボディの、半径方向での固定だけが必要である場合、固定は、上側のカバープレートおよび／または下側のカバープレートまたは調節ディスクおよびカプラケーシングに設けられたリング溝または段部により実施されることができる。中空ボディが引張り負荷されるのではなく、圧縮負荷される場合、例えばこれだけで十分であることができる。この変化実施例において特に有利には、リング溝および段部により中空ボディが圧電式のアクチュエータまたは液圧式のカプラに対して相対的にセンタリングされる。この効果は、リング溝および段部が、中空ボディを組立時に若干拡開する、すなわち押し広げるように寸法設定されると、さらに改善されることができる。
【００２５】
本発明の別の利点および有利な構成は、以下の図面、その説明ならびに特許請求の範囲から見て取ることができる。
【００２６】
図面
図１：本発明によるアクチュエータユニットの第１の実施例を示す図である。
図２：本発明によるアクチュエータユニットの第２の実施例を示す図である。
図３：中空ボディが曲げ加工されるブランクの一例を示す図である。
図４：中空ボディの第１の実施例の斜視図である。
図５：本発明による中空ボディが曲げ加工されるブランクの一実施例を示す図である。
図６：図５に示したブランクから曲げ加工された中空ボディの斜視図である。
図７：本発明による中空ボディを製作するためのブランクの別の実施例を示す図である。
図８：本発明による中空ボディを製作するためのブランクの別の実施例を示す図である。
図９：図８に示した本発明による中空ボディに伝達可能な力を示す図である。
図１０：本発明による中空ボディを製作するためのブランクの別の実施例を示す図である。
図１１：図１０に示した本発明による中空ボディに伝達可能な力を示す図である。
図１２：本発明による中空ボディを製作するためのブランクの別の実施例を示す図である。
図１３：燃料噴射装置の概略図である。
【００２７】
実施例の説明
図１には、本発明によるアクチュエータユニットの第１の実施例が示されている。アクチュエータユニットは圧電式のアクチュエータ１、すなわちピエゾアクチュエータから成っている。圧電式のアクチュエータ１は、重なり合わせに積層された複数の圧電式の個別エレメント（図示せず）から構成されていることができる。圧電式のアクチュエータ１はコンタクトピン２を介して起動制御される。コンタクトピン２はアクチュエータ１に沿って配置されており、アクチュエータ１に電気伝導性に接続されている。コンタクトピン２の間で電圧を印加することにより、圧電式のアクチュエータ１の伸張が生ぜしめられる。この伸張は例えば内燃機関に設けられた噴射弁を制御するために使用される。コンタクトピン２を備えた圧電式のアクチュエータ１は、管状ばねとして形成された中空ボディ４内に配置されている。圧電式のアクチュエータ１はその端面でそれぞれカバープレート５，６に当て付けられている。上側のカバープレート６は通し案内部６１を有している。通し案内部６１を通してコンタクトピン２は延在している。上側のカバープレート６および下側のカバープレート５はそれぞれ形状結合（ｆｏｒｍｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ：形状による束縛）式かつ／または摩擦力結合（ｋｒａｆｔｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ：摩擦力による束縛）式に、有利には溶接により、中空ボディ４に結合されている。上側のカバープレート６と中空ボディ４との間の溶接シームおよび下側のカバープレート５と中空ボディ４との間の溶接シームは、図１には示されていない。択一的に、中空ボディと両カバープレート５，６との間の結合は、例えば縁曲げ（フランジ付け）により実施されてもよい。この場合は、中空ボディ４の、縁曲げされた上側の縁部領域および下側の縁部領域がそれぞれカバープレート５，６内に係入する（図示せず）。
【００２８】
圧電式のアクチュエータ１は中空ボディ４とカバープレート５，６とにより予圧力（予備荷重）で圧縮負荷される。すなわち、中空ボディ４は溶接前に上側のカバープレート６および下側のカバープレート５により予圧され、それから溶接される。
【００２９】
中空ボディ４は有利にはばね鋼から製作される。予め与えられた壁厚さ「ｓ」で、所望のはね定数を生ぜしめることができるように、中空ボディ４には多数の切欠き７が加工されている。見通しの理由から、図１に示したすべての切欠きに符号を付すことはしない。多数の切欠き７を製作するには、打抜きが最も適しているので、中空ボディ４は一般に金属薄板から製作される。金属薄板から、まずブランク（Ｐｌａｔｉｎｅ）が切欠き７を伴って打抜かれる。引き続いて、このブランクは、例えば円形の横断面または正多角形の形の横断面を有するようになるまで曲げられる。曲げられたブランクの両端部が突き当たる箇所に、第１の継ぎ目が生じる（図１には図示せず）。
【００３０】
図２には、本発明によるアクチュエータユニットの第２の実施例が示されている。このアクチュエータユニットは、圧電式に操作されるインジェクタ７１内に組み込まれている。
【００３１】
本発明は主に、アクチュエータユニットと、これに属する中空ボディ４とに関するものであるので、インジェクタ７１についてのすべての詳細を説明することはやめにして、主にインジェクタ７１へのアクチュエータユニットの接続について説明する。インジェクタ７１のその他の機能性は、噴射技術の分野に居る当業者にとって、いずれにせよ公知のことであり、それゆえ、より詳細な説明は不要である。
【００３２】
インジェクタ７１は高圧接続部７３を有している。高圧接続部７３を介して、インジェクタ７１には、高圧下にある燃料（図示せず）が供給される。内燃機関の、図示されていない燃焼室内への噴射が実施されるべきときには、ノズルニードル７５が、図示されていない座から持ち上がり、やはり図示されていない噴射穴を開放する。ノズルニードル７５は制御弁７７を介して制御される。制御弁７７は圧電式のアクチュエータ７９を介して操作される。圧電式のアクチュエータ７９と制御弁７７との間には、液圧式のカプラ（Ｋｏｐｐｌｅｒ）８１が配置されている。液圧式のカプラ８１は図１の右側に拡大されて示されている。
【００３３】
液圧式のカプラ８１は実質的に弁ピストン８３と変換ピストン８５とから成っている。弁ピストン８３および変換ピストン８５はカプラケーシング８６内で案内される。弁ピストン８３と変換ピストン８５との間には、カプラギャップ８７が存在している。カプラギャップ８７は燃料（図示せず）で満たされている。このカプラギャップ８７はとりわけ、圧電式のアクチュエータ７９の熱膨張係数と、インジェクタ７１の、金属から成る構成部分の熱膨張係数とが著しく異なっているために必要である。
【００３４】
液圧式のカプラ８１はその弁ピストン８３でもって制御弁７７を操作する。その一方で、変換ピストン８５は突出部８９でもって圧電式のアクチュエータ７９に当て付けられている。変換ピストン８５は、圧縮荷重で予圧されている本発明による中空ボディ４を介して、圧電式のアクチュエータ７９に押し付けられる。その結果、圧電式のアクチュエータ７９は圧縮予圧で負荷される。中空ボディはその第１の端部１５でもってカプラケーシング８６の段部９１に支持されている。中空ボディ４はその第２の端部１７でもって調節ディスク９３に支持されている。調節ディスク９３を介して、中空ボディ４のばね力は変換ピストン８５の突出部８９、ひいては圧電式のアクチュエータ７９に伝達される。
【００３５】
中空ボディ４が液圧式のカプラ８１に対して同心的に、ひいては圧電式のアクチュエータ７９に対して同心的に配置されているように、段部９１の直径Ｄ１は中空ボディ４の内径に合わせて、中空ボディ４が、段部９１に被せ嵌められると軽微に拡開されるように調整されている。本発明による中空ボディ４は、中空ボディ４の全長にわたって延在する第１の継ぎ目３１（図示せず）を有しているので、中空ボディ４は比較的簡単に、段部９１に嵌合する程度に拡開される。
【００３６】
図１に示した実施例と同様に、中空ボディ４が圧縮予圧で負荷される場合、中空ボディ４はその端部１７，１５で、図１に示したものと同様に、軸方向で支持されることができれば十分である。中空ボディ４の半径方向の固定をさらに改善するために、段部９１および／または調節ディスク９３に、択一的または付加的に、リング溝（図示せず）が設けられていることができる。
【００３７】
図３にはブランク９が示されている。ブランク９から、本発明による中空ボディ４が巻成されることができる。ブランク９には多数の切欠き７が打抜かれている。見通しの理由から、図２に示した実施例では骨状の形状を有するすべての切欠き７に符号を付すことはしない。ブランク９は長方形である。ブランク９の、互いに対向して位置する２つの縁部１１，１３は切欠き７により中断されている。それに対して、互いに対向して位置する縁部１５，１７は真っ直ぐに経過し、切欠き７により中断されない。
【００３８】
ブランク９は、縁部１５，１７が中空ボディ４の第１の端部１５および第２の端部１７を形成する（図４参照）ように、円筒形または多角形の中空ボディへと巻成される。すなわち、中空ボディ４の、図２には示されていない長手方向軸線３５（図４参照）は、縁部１１，１３に対して平行に経過する。
【００３９】
ブランク９が上記の形式で円筒形または多角形に曲げられると、縁部１１と縁部１３とは接触し、第１の継ぎ目３１（図４および図５参照）を形成する。継ぎ目３１は中空ボディ４の長手方向軸線３５に対して平行に経過する。
【００４０】
ブランク９には、常に多数の切欠き７が一列に相前後して配置されている。切欠き４は切欠き間に存在するウェブ１９により隔てられる。ウェブ１９においても、見通しを損ねることのないように、ブランク９のすべてのウェブに符号を付すことはしない。ブランク９が中空ボディへと、先述の形式で曲げられると、相前後して配置された切欠き７は１つの平面内に位置する。例示的に図３には、相前後して配置されている一列の切欠き７を線２０により示した。ブランク９の、図３に示した実施例では、縁部１５と縁部１７との間に、６つの切欠き７から成る１６本の列が配置されている。
【００４１】
図３から見て取れるように、隣接する２つの列の切欠き７は互いにずらされて配置されている。このずれは、１つの切欠き７の長さと１つのウェブ１９の長さとの合計の半分に相当するように選択されている。この寸法は図３に例示的に、１つの切欠きと２つの半分のウェブ１９とのために、双方向矢印２１により暗示されている。この寸法は「ラポール（Ｒａｐｐｏｒｔ）」とも呼ばれる。切欠きの、隣接する２つの列に属する切欠き７間のずれは、図３に符号２３により示されている。
【００４２】
ブランク９を巻き取って中空ボディ４（図４参照）を形成し、この中空ボディ４をその端面で、上側のカバープレート５（図１参照）と下側のカバープレート６（図１参照）とを介して圧縮力で負荷すると、上側のカバープレート５と縁部１５との間で作用する力Ｆは、中空ボディ４の周囲にわたって、線２５により定性的に示された経過（図５参照）を有している。周方向の角度φは縁部１３を始点（０゜）とし、縁部１１を終点（３６０°）とする。
【００４３】
常にウェブ１９が縁部１５を「支持している」箇所で、線２５の最大値２７により暗示される大きな力Ｆが伝達され得ることが判る。唯一の例外は、縁部１１と縁部１３とが突き合わされた箇所に存在する。そこで、部分７′と部分７″とに「分断された」切欠き７は、ブランク９の構造を弱化する。その結果、この箇所で上側のカバープレート５と中空ボディ４との間で伝達される力Ｆは小さくなる。この事実は図３のφ＝０°およびφ＝３６０°に、力Ｆに関する、最大値２７に比べて明らかに小さな値により示されている。
【００４４】
縁部１７においても似たようなことが生じる。図３から見て取れるように、縁部１７の直接的な近傍には、φ＝０°およびφ＝３６０°に、部分７′と部分７″とから成る切り分けられた切欠きが存在しているのに対し、縁部１５の直接的な近傍には、φ＝０°およびφ＝３６０°に、半部分１９′と半部分１９″とを備えた分割されたウェブ１９が存在している。このことから、縁部１７の周囲にわたって若干異なる力経過が生じる。
【００４５】
そこには、図３の下側に示したＦ−φ−グラフから見て取れるように、４つの最大値２７の他に、２つの別の局所的な最大値２９が、縁部１１および縁部１３の近傍、すなわち角度φ＝３０°およびφ＝３３０°に存在する。この局所的な最大値２９は最大値２７に比べて明らかに小さい。
【００４６】
一方では上側のカバープレート６と縁部１５との間の、他方では下側のカバープレート５と縁部１７との間の、周囲にわたって不等な力伝達のために、中空ボディ４が予圧を伴って上側のカバープレート６および下側のカバープレート５に固定されると、上側のカバープレート６および下側のカバープレート５に作用する曲げモーメントが中空ボディ４により生ぜしめられる。この曲げモーメントは必然的に圧電式のアクチュエータ１にも伝達される。このことは圧電式のアクチュエータ１の運転確実性および寿命に対して不都合に作用する。さらに、この曲げモーメントは、アクチュエータユニットにより操作される液圧式の弁部材にとっても望ましいものではない。
【００４７】
図４には、図３に示したブランク９から製作された中空ボディ４が斜視的に示されている。図４では個々に符号を付していない切欠き７の列は、１６個の平面Ｅ１〜Ｅ１６を形成する。これらの平面Ｅ１〜Ｅ１６は中空ボディ４の長手方向軸線３５に対して垂直に経過している。図４には暗示的に、説明のために、１つの平面Ｅ２が示されている。図４には、中空ボディ４の壁厚さｓも示されている。
【００４８】
図５には、本発明による中空ボディ４を製作するために使用されることができるブランク９が示されている。ブランク９の全体図から、合計で１７本の列の切欠き７が設けられていることが明らかである。ブランク９が中空ボディへと成形されると、１７本の列は、切欠き７が配置されている１７個の平面を形成する。縁部１１と縁部１３とは中空ボディになると継ぎ目３１を形成する。縁部１７および縁部１５は完成した中空ボディ４では第１の端部および第２の端部を形成する。それゆえ、完成した中空ボディ４との関連で言えば、符号１７は中空ボディ４の第１の端部を指し、符号１５は中空ボディ４の第２の端部を指す。
【００４９】
本発明により、このブランク９では、継ぎ目３１、ひいては縁部１１および縁部１３に隣接配置された切欠き７ａ，７ｂが、そのすべてに引出線を引いて符号を付すことはしないその他の切欠き７に対して、変更されたジオメトリ（幾何学形状）を有している。以下にブランク９の抜粋図Ａを参照しながら、切欠き７，７ａ，７ｂの種々異なるジオメトリについて詳細に説明する。本実施例では、切欠き７ａと切欠き７ｂとは同じジオメトリを有している。図４から見て取れるように、切欠き７，７ａ，７ｂは「骨状」の形状を有している。各切欠き７，７ａ，７ｂは、１つの中央部分３７と、これに接続している２つのヘッド部分３９とから構成されている。符号３７，３９は例示的にのみ、１つの切欠き７に付されている。ヘッド部分３９は第１の半径Ｒ１により定量的に示されているのに対し、中央部分３７は第２の半径Ｒ２により定量的に示されている。切欠き７，７ａ，７ｂの、別の重要な幾何学的な大きさは長さＬである。切欠き７ａ，７ｂの第１の半径が切欠き７の第１の半径よりも因数０．８６７の分だけ小さいと有利であることが判っている。さらに、切欠き７ａ，７ｂの第２の半径Ｒ２（７ａ，７ｂ）が切欠き７の第２の半径Ｒ２よりも因数１．３１７の分だけ大きく、かつ切欠き７ａ，７ｂの長さＬが切欠き７の長さよりも因数０．９８４の分だけ小さいと有利であることが判っている。
【００５０】
２つの切欠き７の間には、常に１つのウェブ１９が存在している。切欠き７の、縁部１７の直接的な近傍に存在する第１の列は、６つの切欠き７から成る。第１の列の６つの切欠き７は、１つの切欠きが分割されているように配置されている。この切欠き７は縁部１１，１３により２つの対称的な半部分に分割される。
【００５１】
第２の列には、４つの切欠き７とその都度１つの切欠き７ａ，７ｂとが存在している。切欠き７ａ，７ｂは、縁部１１，１３の直接的な近傍に存在するように配置されている。切欠き７ａ，７ｂが切欠き７よりも小さいので、中空ボディ４は、φ＝３０°の周方向の角度およびφ＝３３０°の周方向の角度、すなわち切欠き７ａ，７ｂが中空ボディ４のばね定数に影響を及ぼす箇所で剛性化される。周方向の角度φ＝３０°およびφ＝３３０°の領域でのこの剛性化は、縁部１１と縁部１３との間に存在する継ぎ目３１（図４参照）による中空ボディ４の弱化を補償する。この手段の成果は、ブランク９の上側に示されたＦ−φ−グラフに見て取ることができる。周方向の角度φ＝３０°およびφ＝３３０°の領域で、伝達可能な力の明らかな低下が確認できる図３に比べて、図５に示したＦ−φ−グラフには、すべてが同じ値を有する６つの最大値２７を見て取ることができる。このことは、図５に示したブランク９から製作された中空ボディ４が、その端面１５，１７の周囲にわたって均一なはね定数を有していることを意味している。その結果、中空ボディ４から上側のカバープレートまたは下側のカバープレートもしくは段部９１または９３に伝達されるばね力は専ら軸方向で作用し、中空ボディ４のばね力により負荷される構成部分に対する横方向力および曲げモーメントを惹起しない。これにより、本発明の課題は、図５に示したブランク９により達成可能である。
【００５２】
ウェブ１９の、抜粋図Ａに「ａ」を付した幅と、切欠き７ａと縁部１１との間もしくは切欠き７ｂと縁部１３との間の半分のウェブ４１の幅「ｂ」とに関して、以下の定量的な関係が有利であることが判っている。半分のウェブ４１の幅ｂはａ／２よりも大きくあるべきであり、特にｂ＝１．４・ａ／２であるべきである。
【００５３】
図６には、本発明による中空ボディ４の抜粋斜視図が示されている。この図面から、切欠き７ａと切欠き７ｂとが継ぎ目３１の直接的な近傍に存在していることが判る。
【００５４】
図７には、ブランク９ならびにブランク９の詳細が示されている。この図面から、切欠き７ならびにブランク全体の寸法が見て取れる。このブランク９は切欠き７だけを有しており、これとは異なるジオメトリを有する切欠き（７ａ，７ｂ）を有していない。
【００５５】
図８ａ，図８ｂおよび図８ｃには、ブランク９もしくはブランク９の抜粋が、継ぎ目３１に隣接配置された切欠き７ａ，７ｂの寸法の記載を伴って示されている。この実施例でも、本発明の根底を成す課題は解決されることができる。本発明の根底を成す課題とはつまり、主に、圧電式のアクチュエータ１，７９の、横方向力から解放された軸方向の予圧を達成することである。
【００５６】
図８ｂおよび図８ｃに抜粋図で示した実施例もやはり有利であることが判っている。詳細な説明はここでは省略する。それというのも、図８ｂおよび図８ｃに記載した寸法自体が説明の役割を果たしており、そのようなブランク９の原理的な構造は図３および図５を参照しながら詳細に説明したからである。
【００５７】
ただし、図８ｃの下位抜粋図Ｂについて追加的に説明する。縁部１１もしくは縁部１３（図示せず）寄りの側に設けられた切欠き７ａ，７ｂの第１の半径Ｒ１は、３つの円弧区分から構成されている。中央には、０．６ｍｍの半径を有する第１の円弧区分４３が存在している。この第１の円弧区分４３の両側には、０．２５ｍｍの半径を有する２つの第２の円弧区分４５が接続している。図８ｃを参照しながらそのジオメトリについて説明した切欠き７ａ，７ｂは、継ぎ目に隣接配置された切欠き７ａ，７ｂのヘッド部分の第１の半径が、請求項７の意味で互いに異なっている、切欠きのための実施例である。
【００５８】
図９には、図８に示したブランクから製作された中空ボディ４のＦ−φ−グラフが、種々異なる負荷状態で示されている。負荷状態は、３つの異なる力Ｆ１、Ｆ２およびＦ３に相当する３つの線により示される。図９から、種々異なる負荷状態で、中空ボディ４のばね定数が周囲にわたって一定であることが判る。
【００５９】
図１０には、本発明による中空ボディ４を製作するためのブランク９の別の実施例が示されている。ブランク９は既に述べたブランクに対して以下の相違点を有している。
【００６０】
中空ボディ４の第２の端部および第１の端部に相当する縁部１５および縁部１７の領域で、ブランク９は穿孔されていない。これにより、中空ボディ７はその第１の端部１７の領域およびその第２の端部１５の領域で剛性化される。このことは最大値２７（図３、図５および図９参照）の大きさを減じる。
【００６１】
中空ボディ４を改善する第２の重要な手段は、ウェブ１９の幅ａを個別的に、発生する負荷に適合させる点にある。つまり、切欠き７の第１の列中の、縁部１１，１３の直接的な近傍に存在するウェブ１９．１は、縁部１１，１３からさらに距離を置いてブランク内部に存在するウェブ１９．２よりも幅広である。実施例では、縁部１１，１３の近傍に存在するウェブ１９．１の幅ａ１は、１．２ｍｍであるのに対し、別のウェブ１９．２は、０．７５ｍｍにすぎない幅ａ２を有している。ウェブ幅ａ１，ａ２の寸法設定次第で、それどころか、中空ボディ４の、継ぎ目３１により生じる弱化の過補償が実施されることができる。この効果は、Ｆ−φ−グラフを表す図１１に示されている。ウェブ間隔ａ１が図１０ｂのように選択されると、６つのすべての最大値２７は同じ値を有している。この設計は図１０ｂに「ウェブ間隔ａｉ＝１．２」により示されている。ウェブ幅が縁部１１，１３の直接的な近傍でさらに増されると、中空ボディのはね定数は周方向の角度φ＝３０°およびφ＝３３０°で、その間に位置する角度領域のばね定数よりも大きい。このことは、周方向の角度３０°および３３０°の領域における曲線の過上昇につながる。このことは図１１に線「ウェブ幅３」により示されている。
【００６２】
図１２には、本発明によるブランク９の別の実施例が示されている。この実施例では、ウェブ幅が個別的に負荷状況に応じて確定されている。ブランク９は対称軸線４７に関して対称的である。その結果、抜粋図Ａの、ブランク９の４分の１の区画を有する寸法が、鏡面対称により、ブランク９全体の完全な寸法を具現する（説明せず）。図１２の見通しを損ねることのないように、７、Ｒ１、Ｒ２、Ｌ、１９、２１等の符号の記載は省略した。図１２に関してさらに、第１の切欠き列と第１５の切欠き列とで同じウェブ幅が設けられていることに留意されたい。さらに、第２、第４、第６、第８、第１０および第１４の切欠き列で、ウェブ間隔は同じである。やはり、第３、第５、第７、第９、第１１および第１３の切欠き列で、ウェブ幅は同じである。
【００６３】
以下に図１３を参照しながら、本発明による燃料噴射弁１１６がどのように内燃機関の燃料噴射装置１０２に組み込まれているかを説明する。燃料噴射装置１０２は燃料容器１０４を有している。この燃料容器１０４から燃料１０６は電気的または機械的な燃料ポンプ１０８により圧送される。低圧燃料管路１１０を介して燃料１０６は高圧燃料ポンプ１１１へと圧送される。高圧燃料ポンプ１１１から燃料１０６は高圧燃料管路１１２を介してコモンレール１１４に達する。コモンレールには複数の燃料噴射弁１１６が接続されている。燃料噴射弁１１６は燃料１０６を直接、図示されていない内燃機関の燃焼室１１８内に噴射する。
【００６４】
明細書、図面または特許請求の範囲に記載されたすべての特徴が個別的にもまたは別の特徴と組み合わされても本発明の主要な構成を成すことができることは自明である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明によるアクチュエータユニットの第１の実施例を示す図である。
【図２】本発明によるアクチュエータユニットの第２の実施例を示す図である。
【図３】中空ボディが曲げ加工されるブランクの一例を示す図である。
【図４】中空ボディの第１の実施例の斜視図である。
【図５】本発明による中空ボディが曲げ加工されるブランクの一実施例を示す図である。
【図６】図５に示したブランクから曲げ加工された中空ボディの斜視図である。
【図７】本発明による中空ボディを製作するためのブランクの別の実施例を示す図である。
【図８】本発明による中空ボディを製作するためのブランクの別の実施例を示す図である。
【図９】図８に示した本発明による中空ボディに伝達可能な力を示す図である。
【図１０】本発明による中空ボディを製作するためのブランクの別の実施例を示す図である。
【図１１】図１０に示した本発明による中空ボディに伝達可能な力を示す図である。
【図１２】本発明による中空ボディを製作するためのブランクの別の実施例を示す図である。
【図１３】燃料噴射装置の概略図である。
【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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【図１２】
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【図１３】
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