(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体セクション（１２）を有する圧電アクチュエータ（２０）と、
前記アクチュエータ（２０）の前記本体セクション（１２）の少なくとも一部を覆うシュラウド（５０）と、
前記シュラウド（５０）に対して外側に位置する少なくとも１つの締め付け部材（３０、４０；６０）とを含み、
前記締め付け部材（３０、４０；６０）が、前記シュラウド（５０）と前記アクチュエータ（２０）の前記本体セクション（１２）の前記少なくとも一部との間にシールを維持するために、前記シュラウド（５０）に締め付け力をかける、アクチュエータ装置。
【請求項２】
前記シュラウド（５０）が、可撓性である、請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項３】
前記シュラウド（５０）が、前記本体セクション（１２）の前記少なくとも一部の外形に適合する、請求項１または２に記載のアクチュエータ装置。
【請求項４】
前記シュラウド（５０）が、前記締め付け部材（３０、４０；６０）の雌型表面に雄型座面を与える、請求項１から３のいずれかに記載のアクチュエータ装置。
【請求項５】
前記アクチュエータ（２０）の前記本体セクション（１２）が、前記シュラウド（５０）内に挿入される、請求項１から４のいずれかに記載のアクチュエータ装置。
【請求項６】
前記シュラウド（５０）が、スリーブである、請求項５に記載のアクチュエータ装置。
【請求項７】
前記スリーブ（５０）が、熱収縮材料から構成される、請求項６に記載のアクチュエータ装置。
【請求項８】
前記シュラウド（５０）と前記アクチュエータ（２０）の前記本体セクション（１２）の前記少なくとも一部との間に、少なくとも１つの中間層が設けられる、請求項１から７のいずれかに記載のアクチュエータ装置。
【請求項９】
前記中間層が、接着剤層または充填剤層である、請求項８に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの接着剤層と、少なくとも１つの充填剤層とを含む少なくとも２つの中間層がある、請求項８に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１１】
前記シュラウド（５０）が、前記アクチュエータ（２０）の前記本体セクション（１２）上に形成される、請求項１から４のいずれかに記載のアクチュエータ装置。
【請求項１２】
前記シュラウド（５０）が、オーバーモールド、塗装、浸漬、または吹き付けによって形成される、請求項１１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１３】
前記シュラウド（５０）が、前記アクチュエータ（５０）の前記本体セクション（１２）の前記少なくとも一部と接触した状態にある、請求項１から１２のいずれかに記載のアクチュエータ装置。
【請求項１４】
前記締め付け部材（３０、４０；６０）が、弾力的に前記シュラウド（５０）に締め付け力をかける、請求項１から１３のいずれかに記載のアクチュエータ装置。
【請求項１５】
前記締め付け部材（３０、４０；６０）が、前記アクチュエータ（２０）の覆われた前記本体セクション（１２）の前記少なくとも一部を収容するように弾力的に伸長した直径を有する、請求項１４に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１６】
前記締め付け部材（３０、４０；６０）が、塑性変形によって前記シュラウド（５０）に締め付け力をかける、請求項１から１３のいずれかに記載のアクチュエータ装置。
【請求項１７】
前記締め付け部材（３０、４０；６０）が、熱収縮材料で作られた、請求項１６に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１８】
前記締め付け部材（３０、４０；６０）が、形状記憶材料で作られた、請求項１６または１７に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１９】
前記アクチュエータ装置が、動作温度範囲を有し、前記締め付け部材（３０、４０；６０）の形状記憶材料が、前記温度範囲外の画定のマルテンサイト変態温度を有する、請求項１８に記載のアクチュエータ装置。
【請求項２０】
前記締め付け部材（３０、４０；６０）が、概して環状である、請求項１から１９のいずれかに記載のアクチュエータ装置。
【請求項２１】
前記締め付け部材（３０、４０；６０）が、概して管状である、請求項２０に記載のアクチュエータ装置。
【請求項２２】
前記締め付け部材（３０、４０；６０）の断面が、前記アクチュエータ（２０）の覆われた前記本体セクション（１２）に対面する概して直線の辺を画定する、請求項１から２１のいずれかに記載のアクチュエータ装置。
【請求項２３】
前記直線の辺が、円筒状の雌型表面を画定する、請求項２２に記載のアクチュエータ装置。
【請求項２４】
前記締め付け部材（３０、４０；６０）が、少なくとも１つのコイルを含む、請求項２０から２３のいずれかに記載のアクチュエータ装置。
【請求項２５】
前記締め付け部材（３０、４０；６０）が、複数のコイルを含み、前記複数のコイルが、円筒状の雌型表面を画定するように協動する、請求項２４に記載のアクチュエータ装置。
【請求項２６】
本体セクション（１２）を有する圧電アクチュエータ（２０）と、前記本体セクション（１２）の少なくとも一部を覆うシュラウド（５０）とを提供するステップと、
前記締め付け部材（３０、４０；６０）が、前記シュラウド（５０）と前記アクチュエータ（２０）の前記本体セクション（１２）の前記少なくとも一部との間にシールを維持するために、前記シュラウド（５０）に締め付け力をかけるように、前記シュラウド（５０）の外部に少なくとも１つの締め付け部材（３０、４０；６０）を適用するステップとを含む、アクチュエータ装置の製造方法。
【請求項２７】
前記締め付け部材（３０、４０；６０）を、前記シュラウド（５０）の外部に適用する前に伸長させるステップと、
前記締め付け部材（３０、４０；６０）を前記シュラウド（５０）に対して収縮できるようにする、または収縮させるステップとを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記締め付け部材（３０、４０；６０）を、前記シュラウド（５０）の外部に適用する前に弾力的に伸長させるステップと、
前記締め付け部材（３０、４０；６０）の弾性変形を解除することによって、前記締め付け部材（３０、４０；６０）が前記シュラウド（５０）に対して収縮できるようにするステップとを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記締め付け部材（３０、４０；６０）が、マルテンサイト変態温度を有する形状記憶合金で作られ、前記方法は、
前記締め付け部材（３０、４０；６０）を、前記シュラウド（５０）の外部に適用する前に、マルテンサイト変態温度を下回る温度で伸長させるステップと、
前記締め付け部材（３０、４０；６０）の温度に、前記マルテンサイト変態温度を超過させるか、または超過できるようにして、前記締め付け部材（３０、４０；６０）が前記シュラウド（５０）に対して収縮するステップとを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記伸長した締め付け部材（３０、４０；６０）を、前記シュラウド（５０）の外部に適用する前に、前記マルテンサイト変態温度を下回る温度で保管するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
伸長前に、前記締め付け部材（３０、４０；６０）をアニール熱処理するステップをさらに含む、請求項２９または３０に記載の方法。
【請求項３２】
アニール熱処理前に、前記締め付け部材（３０、４０；６０）を形成するステップをさらに含み、前記形成ステップが、マルテンサイト変態温度を下回る温度で実行される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記締め付け部材（３０、４０；６０）を前記シュラウド（５０）の外部に適用すると、マルテンサイト変態の開始を遅延するように、覆われた前記アクチュエータの少なくとも一部を冷却するステップをさらに含む、請求項２９から３２のいずれかに記載の方法。
【請求項３４】
請求項１から２５のいずれかに定義されたアクチュエータ装置、あるいは請求項２６から３３のいずれかに記載された方法によって製造されたアクチュエータ装置、を含む燃料噴射装置。
【請求項３５】
前記アクチュエータ装置が、前記噴射装置の蓄圧ボリュームに設けられる、請求項３４に記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの圧電素子を含むタイプのアクチュエータに関する。特に、本発明は、燃料噴射装置で使用するための圧電アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
既知の燃料噴射装置では、圧電アクチュエータが、燃焼空間内への燃料の送出を制御するように動作可能である。圧電アクチュエータは、典型的に、電気コネクタを介して使用時に電圧が印加される圧電素子スタックを含む。本出願人の特許文献１に、このタイプの燃料噴射装置が記載されている。
【０００３】
使用時、高圧燃料を収容するように構成された噴射装置の蓄圧ボリューム内に圧電スタックを構成することが知られている。したがって、通例、圧電スタックは、稼動年数を通して燃料に浸漬される。さらに、燃料噴射システムの使用時、アクチュエータは、例えば、２００〜２０００バールの範囲のレール圧力で燃料を供給するようにされる。ダメージから圧電スタックを保護するには、スタックを形成する個々の素子の間のジョイントに燃料が侵入しないように、蓄圧ボリューム内の燃料からスタックを密封することが重要である。また、湿気のような環境汚染物質から圧電スタックを保護することも重要である。スタックに水のような導電性流体が存在すると、電気化学的効果が生じて、短絡不良を招くこともあり得る。
【０００４】
例えば、本出願人の特許文献２に記載されているように、静水圧加圧モードでアクチュエータを使用する場合、圧電スタックは、静水圧加圧流体が侵入しないように保護されており、このような流体の侵入があれば、構造体に亀裂が入り、これらの亀裂が開いてしまう可能性もある。
【０００５】
特許文献１において、圧電スタックには、可撓性密封材から構成されるコーティングまたはスリーブが設けられる。コーティングは、蓄圧ボリュームにある燃料から圧電スタックの素子を密封するのに役立つ。さらに、コーティングが可撓性であるため、スタックは、圧力下の燃料によってかけられる圧縮荷重にさらされることで、構造体における亀裂の伝播が低減するのに役立つ。この目的のために、プラスチックコーティングや、本出願人の特許文献３に記載されているようなスリーブ部材内に圧電スタックを封入するオーバーモールド技術を使用することが既知である。コーティングまたはスリーブは、本出願人の特許文献４に記載されているように、電気コネクタを封入してもよい。スリーブは、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）またはエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）などの耐燃料性、低透過性のフッ素重合体から形成されることが好ましい。
【０００６】
しかしながら、それでもなお、アクチュエータとコーティングまたはスリーブとの間の境界に流体が侵入する可能性があることが観察されている。例えば、前述したスリーブは、開いたチューブにアクチュエータを挿入できるように開いた第１および第２の端部を有するチューブとして、弾性または熱収縮材料から形成されることが好ましい。次いで、チューブは、アクチュエータを封入するために、弾性的に収縮できるようにされ、または熱を適用して収縮するようにされる。ここでスリーブはアクチュエータに密に当接するが、チューブの第１および第２の端部は、コーティングと封入されたアクチュエータとの間の境界に流体が侵入する経路を与えることが理解されるであろう。
【０００７】
例えば、本出願人の同時係属中の特許文献３に記載されているように、コーティングと封入されたアクチュエータとの間に化学接着剤または充填材を供給することが既知である。しかしながら、この場合でも、コーティングとアクチュエータとの間への流体の侵入が観察されている。現在使用されている接着剤は、燃料による劣化を受けやすく、通常、２０００時間未満後に侵入が観察される。噴射装置の寿命は１５年（＞１３００００時間）であるとの予想が妥当である。耐久性のあるエンドシーリングを作り出す試みにおいて、種々の異なる接着剤が試されてきたが、一貫した耐久性のある接合性を達成することは困難であった。
【０００８】
また、エンドシーリングには、射出成形封入に関する問題もある。入り組んだ形のエンドシール漏れ経路が増えると、成功度合いにばらつきが生じるが、余分なコストを発生させずにセラミックコンポーネントとともに容易に使用できないというさらなる欠点が生じる。さらなる困難は、射出成形中に圧電素子が破損する傾向があることである。
【特許文献１】欧州特許第０９９５９０１号明細書
【特許文献２】欧州特許第１０９６１３７号明細書
【特許文献３】国際公開第０２／０６１８５６号パンフレット
【特許文献４】欧州特許第１０７９０９７号明細書
【非特許文献１】Ｕｓｉｎｇ  Ｎｉｔｉｎｏｌ  Ａｌｌｏｙｓ、Ｊｏｈｎｓｏｎ  Ｍａｔｔｈｅｙ、２００４
【非特許文献２】Ｎｏｅｂｅ，Ｒ．Ｄ．；Ｂｉｌｅｓ，Ｔ．；Ｐａｄｕｌａ  ＩＩ，Ｓ．Ａ．：ＮｉＴｉ−Ｂａｓｅｄ  Ｈｉｇｈ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｓｈａｐｅ−Ｍｅｍｏｒｙ  Ａｌｌｏｙｓ：Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，Ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ，ａｎｄ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、ＮＡＳＡ／ＴＭ−２００５−２１３１０４，２００５
【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、アクチュエータのコスト、複雑さ、またはサイズを著しく増やすことなく、上述した問題を軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、本体セクションを有する圧電アクチュエータと、アクチュエータの本体セクションの少なくとも一部を覆うシュラウドと、シュラウドに対して外側に位置する少なくとも１つの締め付け部材とを含むアクチュエータ装置が提供される。少なくとも１つの締め付け部材は、シュラウドとアクチュエータの下層本体セクションとの間にシールを維持するために、シュラウドに締め付け力をかける。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態において、シュラウドは可撓性である。便宜上、シュラウドは、下層本体の外形に適合する。好ましくは、シュラウドは、締め付け部材の雌型表面に雄型座面を与える。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態において、アクチュエータの本体セクションは、シュラウド内に挿入される。シュラウドは、スリーブの形態を有してもよく、スリーブは、熱収縮材料から構成されてもよい。他の形態として、シュラウドは、便宜上、アクチュエータの本体セクション上に形成される。シュラウドは、オーバーモールド、塗装、浸漬、または吹き付けによって形成されてもよい。
【００１３】
本発明の１つの実施形態において、シュラウドは、アクチュエータの下層本体セクションと接触した状態にある。他の形態として、少なくとも１つの中間層が、シュラウドとアクチュエータの下層本体セクションとの間に位置する。中間層は、接着剤層または充填剤層であってもよい。少なくとも１つの接着剤層と、少なくとも１つの充填剤層とを含む少なくとも２つの中間層が存在してもよい。
【００１４】
本発明の１つの実施形態において、締め付け部材は、弾力的にシュラウドに締め付け力をかける。締め付け部材は、アクチュエータの覆われた下層本体セクションを収容するように弾力的に伸長した直径を有してもよい。
【００１５】
好ましい実施形態において、締め付け部材は、塑性変形によってシュラウドに締め付け力をかける。例えば、締め付け部材は、熱収縮材料で作られたものであってもよい。
【００１６】
好ましい実施形態において、締め付け部材は、形状記憶材料で作られたものであってもよい。便宜上、締め付け部材の材料は、結晶構造のマルテンサイト変態によって変形可能である。形状記憶材料は、ＮｉＴｉＮＯＬなどのニッケルおよびチタンの合金であってもよい。他の形態として、ニッケルおよびチタンの合金は、Ｎｉ30Ｐｔ30Ｔｉ50であってもよい。また、ニッケルおよびチタンの合金は、鉄を含有してもよい。好ましくは、鉄は、合金の約３〜４％未満の比率で合金に存在する。
【００１７】
便宜上、アクチュエータ装置は、画定の動作温度範囲を有し、締め付け部材の形状記憶材料は、その範囲外の画定のマルテンサイト変態温度を有する。アクチュエータ装置の動作温度範囲は、約−４０℃〜約＋１５０℃であってもよく、ひいては、画定のマルテンサイト変態温度は、約−６０℃であってもよく、または画定のマルテンサイト変態温度は、約＋１５０℃より高くてもよい。したがって、好ましくは、マルテンサイト変態温度は、アクチュエータ装置の最高動作温度を上回り、またはその最低動作温度を下回るものである。
【００１８】
締め付け部材が形状記憶材料から形成される場合、締め付け部材は、便宜上、リングであってもよい。リングは、内径が約７．５ｍｍであり、外径が約９．５ｍｍのものであってもよい。また、リングは、リングの任意の直径に直交する方向に約２ｍｍの長さを有してもよい。
【００１９】
便宜上、締め付け部材は、概して環状である。締め付け部材は、アクチュエータの覆われた本体セクションと対面する概して直線の辺を画定する断面を有してもよい。直線の辺は、円筒状の雌型表面を画定してもよい。締め付け部材は、少なくとも１つのコイルを含んでもよく、複数のコイルを含んでもよい。複数のコイルは、円筒状の雌型表面を画定するように協動してもよい。さらに、締め付け部材は、アクチュエータの覆われた本体セクションに対面する概して直線の辺を画定する断面を有するコイル状素子を含んでもよく、連続したコイルの辺が、円筒状の雌型表面を画定するように整列する。コイル状の素子の断面は、概して細長いものであってもよい。便宜上、複数の連続したコイルは、互いに隣接してもよい。好ましくは、締め付け部材は、概して管状であってもよい。
【００２０】
本発明はまた、本体セクションを有する圧電アクチュエータと、アクチュエータの本体セクションの少なくとも一部を覆うシュラウドとを提供するステップと、締め付け部材が、シュラウドとアクチュエータの下層本体セクションとの間にシールを維持するために、シュラウドに締め付け力をかけるように、シュラウドの外部に少なくとも１つの締め付け部材を適用するステップとを含む、アクチュエータ装置の製造方法として表現されてもよい。
【００２１】
本方法は、好ましくは、締め付け部材を、シュラウドの外部に適用する前に伸長させるステップと、次いで、締め付け部材をシュラウドに対して収縮できるようにする、または収縮させるステップとを含んでもよい。
【００２２】
本方法は、締め付け部材を、シュラウドの外部に適用する前に弾力的に伸長させるステップと、次いで締め付け部材の弾性変形を解除することによって、締め付け部材がシュラウドに対して収縮できるようにするステップとを含んでもよい。締め付け部材の弾力的な伸長は、マンドレル上で締め付け部材を滑らせることによって、または締め付け部材内に伸長ツールを挿入することによって、またはコイルがわずかに解けた状態になるようにコイル上の締め付け部材の自由端に反対の力をかけることによって実行されてもよい。
【００２３】
他の形態として、締め付け部材が、マルテンサイト変態温度を有する形状記憶合金で作られる場合、本方法は、締め付け部材を、シュラウドの外部に適用する前に、マルテンサイト変態温度を下回る温度で伸長させるステップと、次いで、締め付け部材の温度に、マルテンサイト変態温度を超過させるか、または超過できるようにして、締め付け部材がシュラウドに対して収縮するステップとを含んでもよい。締め付け部材は、例えば、シュラウドに適用する前に、約８％だけ伸長されてもよい。本方法は、伸長した締め付け部材を、シュラウドの外部に適用する前に、マルテンサイト変態温度を下回る温度で保管するステップをさらに含んでもよい。また、本方法は、伸長前に、締め付け部材をアニール熱処理するステップをさらに含んでもよく、好ましくは、この熱処理は、約摂氏５００度で行われてもよい。本方法は、アニール熱処理前に、締め付け部材を形成するステップをさらに含んでもよく、前記形成ステップは、マルテンサイト変態温度を下回る温度で実行される。有用には、本発明は、締め付け部材をシュラウドの外部に適用すると、マルテンサイト変態の開始を遅延するように、覆われたアクチュエータの少なくとも一部を冷却するステップをさらに含んでもよい。
【００２４】
本発明は、本明細書に記載する本発明のアクチュエータ装置を含み、本明細書に記載する本発明の方法によって製造される燃料噴射装置に及ぶものである。アクチュエータ装置は、噴射装置の蓄圧ボリュームに設けられてもよい。
【００２５】
以下、添付の図面を参照しながら、例示的にのみ本発明の実施形態について記載する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、細長く、概して円筒状のアクチュエータ装置１０を示す。この装置１０は、少なくとも１つの圧電素子（図示せず）を有する既知の圧電アクチュエータ２０を含み、内燃機関の燃料噴射装置における使用に適したものである。
【００２７】
アクチュエータ２０は、圧電スタックを収容する中央主要部１３と、それぞれ第１および第２の端部ピース１４および１６とを含む概して円筒状の本体セクション１２を含む。本体セクション１２の第１の端部にある端部ピース１４は、使用時、電圧源（図示せず）から電圧を受ける第１および第２の端子との電気コネクタを含む。本体セクションの第２の端部にある端部ピース１６は、使用時、燃料噴射装置の制御ピストンまたはバルブニードル（図示せず）と協動する荷重伝達部材を含む。
【００２８】
図２に示すように、本体セクション１２の第１の端部にある電気コネクタの内側では、長手方向の断面において、本体セクション１２の第１の端部がネック（首、くびれた部分）１２５およびショルダ（肩のような部分）１２６を含む段階的外形（プロファイル）を有するように、端部ピース１４が主要部１３より細い。図２に示していないが、本体セクション１２の第２の端部において荷重伝達部材の内側では、長手方向の断面において、本体セクション１２の第２の端部が、ネック１２７およびショルダ１２８を含む段階的外形（プロファイル）を有するように、第１の端部における同様に細いネック１２５とは別に、端部ピース１６は主要部１３より細いことを理解されたい。
【００２９】
アクチュエータ２０の圧電スタックおよび内部コンポーネントの詳細およびアクチュエータの動作方法の記載は、本出願人の特許文献１に全て開示されているので、本明細書においては記載しない。
【００３０】
図２〜図４を参照すると、本発明の第１の実施形態によれば、本体セクション１２の第１および第２の端部のそれぞれにコイル状クリップ３０、４０が提供される。互いに隣接する複数のクリップ３０、４０の連続コイルは、各クリップ３０、４０が、短い伸長可能なチューブの形をしたリングを画定する。
【００３１】
図２に詳細に示すように、クリップ３０は、ショルダ１２６の外側において、ネック１２５で本体セクション１２を取り囲む。さらに、クリップ４０が、ショルダ１２８の外側において、ネック１２７で本体セクション１２を取り囲むことを理解されたい。クリップ３０および４０の場所は、図３および図４の断面図において、さらに詳細に見て取れる。
【００３２】
図３および図４から、本体セクション１２を覆い、その外形に適合した可撓性スリーブ５０があることが明らかである。スリーブ５０は、端部ピース１４から端部ピース１６まで本体セクション１２の長さに沿って延在する。
【００３３】
図３を参照すると、クリップ３０は、本体セクション１２のネック１２５の周りのスリーブ５０に対して外側の位置に設けられることで、クリップ３０の内面は、スリーブ５０の外部に当接する。クリップ３０は、内径を変更するように弾力的に伸長および収縮可能な従来のばねワイヤ材料から形成される。クリップ３０は、ネック１２５の周りの位置に設けられると、本体セクション１２の外部に対してスリーブ５０の内部を押し付けるのに十分な締め付け力をスリーブ５０にかける。締め付け力は、クリップ３０の下方にあるスリーブ５０と本体セクション１２との間の境界で流体密封シールが維持されるほど十分に強い力である。
【００３４】
図４から、クリップ４０が、ネック１２７の周りのスリーブ５０に対して外側の位置に設けられ、クリップ３０に対して記載されているのと同じ方法でシールを形成することが見て取れる。
【００３５】
クリップ３０および４０は、ネック１２５、１２７のそれぞれを、これらの領域の周囲の周りで少なくとも２巻きのコイルで取り囲む。コイル形状により、アクチュエータ装置１０の外径を最小限に抑えながら、クリップ３０、４０の下方でスリーブ５０に対して、大きく、実質的に連続した接触圧力面積が得られる。
【００３６】
図３および図４から、クリップ３０、４０が、直線の辺と丸い角を有する長細い断面のワイヤからコイル状にされていることが見て取れる。このような断面形状は、クリップ３０、４０の下方においてスリーブ５０に実質的に均等の圧力をかける。また、この形状により、クリップ３０、４０のコイル間の低接触圧力の螺旋経路を作り出す可能性が最小限に抑えられることになり、このような低接触圧力の経路があると、スリーブ５０とネック１２５、１２７との間の境界内に流体が流れ出てしまうことにもなりかねない。
【００３７】
組み立て中、クリップ３０は、ネック１２５でスリーブ５０上にわたった位置にくるように、伸長され、その位置に設けられた後、収縮するようにされる。クリップ４０は、同じ方法でネック１２７でスリーブ５０上にわたった位置に同様に設けられる。伸長は、例えば、マンドレル上でクリップ３０、４０を滑らせて機械的に行うか、またはクリップ３０、４０に伸長ツールを挿入して行うか、またはコイルがわずかに解けた状態になるようにコイルの自由端に反対の力をかけて行ってもよい。伸長されたクリップ３０、４０は、ネック１２５または１２７でスリーブ５０上にわたって適切に正確な位置に設けられると、スリーブ５０を締め付け、下層本体セクション１２を密封するように弾性的にそのまま収縮することになる。
【００３８】
図５を参照すると、本発明の第２の現在好ましい実施形態によれば、アクチュエータ２０の本体セクション１２の第１の端部に環状クリップ６０が提供される。クリップ６０は、ショルダ１２６の外側において、ネック１２５で本体セクション１２を取り囲む。ショルダ１２８の外側において、ネック１２７で本体セクション１２を取り囲むように、本体１２の第２の端部（同図に図示せず）に同様に環状クリップ６０が提供されるであろうことを認識されたい。クリップ６０は、ネック１２５、１２７を、これらの領域の周囲の周りで１巻きして取り囲む。
【００３９】
各クリップ６０の雌型内面がスリーブ５０の外部に当接するように、本体セクション１２のネック１２５、１２７のそれぞれの周りでスリーブ５０に対して外部の位置に設けられる。クリップ６０は、ネック１２５、１２７の周りの位置に設けられると、本体セクション１２の外部に対してスリーブ５０の内部を押し付けるのに十分な締め付け力をスリーブ５０にかける。締め付け力は、クリップ６０の下方にあるスリーブ５０と本体セクション１２との間の境界で流体密封シールが維持されるほど十分に強い力である。
【００４０】
クリップ６０は、例えば、ニッケルおよびチタンの合金を含む形状記憶材料から形成される。このような形状記憶合金は、ある温度では非常に極度な機械的変形を受けることも可能であるが、適度に温度が上昇していくと、元の形状に戻る。この現象は、熱弾性マルテンサイト変態による。図６を参照すると、画定のマルテンサイト変態温度より低い温度では、合金がマルテンサイト結晶構造を有し、画定のマルテンサイト変態温度より高い温度では、合金がオーステナイト構造を有することを認識されたい。ほとんどの金属および合金が塑性変形する場合、その形状変化には、転位の移動および滑り面が伴う。しかしながら、形状記憶合金の場合、低温マルテンサイト形態での変形は、双晶構造の再組織化によって生じる。次いで、変形したマルテンサイト合金の温度が、マルテンサイト変態温度を超えれば、オーステナイト結晶構造への変態があり、双晶再組織化による初期の変形が逆になり、合金は元の形状に戻る。
【００４１】
図７ａ、図７ｂ、および図７ｃに、クリップ６０を製造するための好ましい技術が示されている。製造中、クリップ６０は、図７ａに示すように、マルテンサイト変態温度より低い温度で、所望の最終寸法に冷間加工した後、図７ｂに示すように、所望の形状記憶歪を確立するためのアニール熱処理を施すことで、使用時に要求されるであろうサイズおよび形状に形成される。次いで、各クリップ６０は、クリップの結晶構造が双晶マルテンサイト形態にあるように、マルテンサイト変態温度より低い温度まで戻され、その結果、クリップ６０は、図７ｃに示すように、外周が約８％増大するように機械的に変形される。
【００４２】
非特許文献１に記載されているように、形状記憶歪を最大にしたい場合、約５００℃のアニール熱処理温度が典型的である。他の温度が使用されてもよいことを認識されたい。
【００４３】
製造後、クリップ６０は、アクチュエータ装置１０へ組み立てる前に、マルテンサイト変態温度より低い温度で保管されてもよい。
【００４４】
図８ａおよび図８ｂに、好ましい組み立て技術を示す。変形クリップ６０は、図８ａに示すように、マルテンサイト変態温度より低い温度で、ネック１２５、１２７でスリーブ５０上にわたった位置に設けられる。次いで、位置決めされた変形クリップ６０は、マルテンサイト変態温度を超える温度に戻り、または戻るようにされる。クリップ６０が、マルテンサイト変態温度を超過するため、結晶構造がマルテンサイト構造からオーステナイト構造へと変態するような熱弾性転移があり、図８ｂに示すように、クリップ６０の外周が小さくなる。形状記憶転移歪によって、クリップ６０は、スリーブ５０を締め付け、下層本体セクション１２に対して端部を密封する。
【００４５】
組み立て中、クリップ６０の形状記憶合金の組成および熱処理条件が、例えば、クリップ６０が、−５０℃で８％マルテンサイト・オーステナイト相転移収縮を受けるように選択されれば、スリーブ５０および下層のアクチュエータ１０上にわたってクリップ６０を適所に組み立てるのに十分な隙間が得られることになる。覆われたアクチュエータ１０が、組み立て中にクリップ６０とともに冷却されれば、クリップ６０は、よりゆっくりと温まるため、クリップ６０の転移誘導収縮が生じる前の取扱い時間をより多く得られることを認識されたい。
【００４６】
好ましい実施形態において、アクチュエータ装置１０は、−４０℃〜＋１５０℃の動作温度範囲を有すると予想されてもよい。クリップ６０の合金のマルテンサイト変態温度は、アクチュエータ装置１０の加工温度範囲外でなければならないことを認識されたい。このように、アクチュエータ２０のネック１２５、１２７のそれぞれの位置にネックを取り付ける作業は、アクチュエータ装置１０の動作温度範囲外の温度で行わなければならないことを認識されたい。
【００４７】
便宜上、クリップ６０の形状記憶合金は、ニッケルとチタンの合金であるＮｉＴｉＮＯＬであってもよく、これは最も広く使用されている形状記憶合金である。ＮｉＴｉＮＯＬの復元可能な変形は、１サイクルの使用で８％程の歪であり得る。合金のニッケルとチタンの相対比率を変化させることによって、マルテンサイト変態温度は、−５０から＋１１０℃へと変動し得る。合金にさらなる元素を含ませると、変態温度はさらに変化し得る。非特許文献１に記載されているように、例えば、３％から４％までの鉄をＮｉＴｉＮＯＬに導入すると、変態温度が−１００℃まで下がる。便宜上、−６０℃の転移温度を有するように追加した鉄を有するＮｉＴｉＮＯＬ合金が適切であるとすべきであり、これは、アクチュエータ装置１０の予想最小動作温度（−４０℃）より２０℃低いためである。これにより、合金の転移温度の評価時の誤差や、例えば、異常気象により、使用時のアクチュエータ装置内の温度が予測していない極値になった場合に含むことができる。
【００４８】
ＮｉＴｉＮＯＬは、広く利用されており、比較的安価である。大量単位では、ＮｉＴｉＮＯＬは、非特許文献１に記載されているように、フラットリングなどの単純な形状の場合、１ｋｇ当たり１００米ドル辺りのコストである。例示的に、内径が７．５ｍｍ、厚みが１ｍｍ、長さが２ｍｍの各クリップ６０は、約４７ｍｍ3のＮｉＴｉＮＯＬを使用する。これらの基準値を考慮すると、コンポーネントの推定コストが１つのクリップ当たり３セント未満となり、１キログラムのＮｉＴｉＮＯＬ当たりおよそ３３００クリップを作ることができることになる。
【００４９】
適切な転移温度で他のＮｉＴｉＮＯＬ組成も知られていることを認識されたい。例えば、クリップ６０の形状記憶合金は、Ｎｉ30Ｐｔ30Ｔｉ50であってもよい。この材料は、１５０℃を超える転移温度を有し、これは、アクチュエータ装置１０の予想最高動作温度である。この材料はまた、本発明によるシールを形成するのに十分な形状記憶転移歪を発生させるように形成することもできる。この材料の性質は、非特許文献２に記載されている。
【００５０】
クリップ６０によって生じるクランプ応力、ひいては、スリーブ５０と下層のアクチュエータ１０との間に生じるシーリング応力については詳細に記載しておらず、これは、スリーブの実際の性質、および形状記憶合金の機械的性質と寸法に依存するためである。利用可能な形に基づいて、内径７．５ｍｍおよび外径９．５ｍｍのＮｉＴｉＮＯＬクリップで十分なクランピングが得られる。
【００５１】
スリーブ５０がＰＶＤＦから構成されれば、３ＧＰａのバルク係数に基づくと、クリップがスリーブ５０を１％圧縮することにより、３０ＭＰａのクランプ荷重（圧縮強度４０ＭＰａ）が生成され得る。
【００５２】
本発明によって、クリップ３０、４０、または６０の任意のものにより形成されるシールは、スリーブ５０と本体セクション１２との間の境界に流体が入らないようにするのに十分な完全性を有する。使用時、このような流体は、例えば、高圧燃料、静水圧加圧流体、または環境からの湿気を含むこともある。このような状況にもかかわらず、環状クリップ６０によって例示的に与えられた本発明の現在好ましい実施形態により、クリップ６０の下にあるスリーブ５０と本体セクション１２との間に、螺旋状の侵入経路が形成される可能性がないという利点が得られる。さらに、形状記憶合金材料の環状ピースからクリップ６０を形成すると、クランプ荷重が、弾性変形による弾力性によるものを含む、他の材料またはクリップ構造によって与えられるものと比較して大きくなることもある。
【００５３】
本発明の概念の範囲内において、多くの変形例が可能である。例えば、圧電アクチュエータ２０が任意のタイプのものであってもよいことを認識されたい。端部ピース１４、１６は、少なくとも部分的に、セラミック材料から形成されてもよい。
【００５４】
スリーブ５０は、アクチュエータ２０の本体セクション１２を覆うために使用されてもよい様々なシュラウドの一例である。例えば、シュラウドは、開いたチューブ内にアクチュエータ２０を挿入できるように、第１および第２の開いた端部を有するチューブであってもよい。スリーブは、アクチュエータの形状に適合するように収縮できる弾性的に伸長可能な材料から構成されてもよく、または、オーバーモールドポリマーまたはエラストマーであってもよく、または浸漬、塗装、または拭きつけコーティングであってもよい。
【００５５】
さらに、任意に、アクチュエータの外面とシュラウドの内面との間に、少なくとも１つの接着剤または充填材、または物質、またはそれらの組み合わせが設けられてもよい。
【００５６】
クリップ３０、４０、および６０は、任意に、コイル状、円形、またはＣ字状であってもよいことを認識されたい。クリップは、雌型内面が、クリップの場所で覆われたアクチュエータの雄型外面と適合するような形状であることが好ましい。
【００５７】
別の実施形態において、クリップの断面は、四角形、円形、三角形、台形、または任意の他の適切な形状であり得る。
【００５８】
本明細書に提示された好ましい実施形態において、クリップは、アクチュエータ装置の各端部で同一に形成されている。しかしながら、同様に、各クリップは、特に、アクチュエータの第１および第２の端部が異なる形状であれば、別々の形状であってもよい。
【００５９】
本発明の特に好ましい実施形態について記載してきたが、着目した実施形態は、例示的なものにすぎず、適切な知識や技能を有する当業者であれば、添付の特許請求の範囲に記載されている本発明の範囲から逸脱することなく、変形および修正がなされてよいことを認識されたい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施形態を含む既知の圧電アクチュエータ装置の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を含む、図１のアクチュエータ装置の第１の端部の拡大詳細斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態を含む、図１のアクチュエータ装置の第１の端部の拡大断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態を含む、図１のアクチュエータの第２の端部の部分の拡大詳細断面図である。
【図５】図１に対応するが、本発明の第２の現在好ましい実施形態における環状クリップを含む、アクチュエータ装置の第１の端部の拡大詳細斜視図である。
【図６】形状記憶効果を立証する形状記憶合金の結晶形の変化を表す略図である。
【図７ａ】図５に示すような本発明の第２の実施形態において使用するためのクリップを製造する好ましい技術の略図である。
【図７ｂ】図５に示すような本発明の第２の実施形態において使用するためのクリップを製造する好ましい技術の略図である。
【図７ｃ】図５に示すような本発明の第２の実施形態において使用するためのクリップを製造する好ましい技術の略図である。
【図８ａ】本発明の第２の実施形態による環状クリップを含む、図５のアクチュエータ装置を組み立てる好ましい技術の略図である。
【図８ｂ】本発明の第２の実施形態による環状クリップを含む、図５のアクチュエータ装置を組み立てる好ましい技術の略図である。
【符号の説明】
【００６１】
１２  本体セクション
１３  中央主要部
１４  第１の端部ピース
１６  第２の端部ピース
２０  アクチュエータ
３０，４０，６０  コイル状クリップ
５０  スリーブ
１２５，１２７  ネック
１２６，１２８  ショルダ
【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７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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