(57)【要約】圧電式の構成素子（６）と、アクチュエータベース（５）と、アクチュエータヘッド（７）とを少なくとも有していて、軸方向に延びるスリーブ（９）によって取り囲まれた圧電式のアクチュエータモジュールが提案される。この圧電式のアクチュエータモジュール（２）を軸方向でシールするためには、アクチュエータベース（７）にダイヤフラム（２１）が続いており、該ダイヤフラム（２１）が、ほぼ半径方向に延びていて、スリーブ（９）に結合されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電式のアクチュエータモジュールであって、圧電式の構成素子（６）と、アクチュエータベース（５）と、アクチュエータヘッド（７）とが少なくとも設けられており、該アクチュエータヘッド（７）が、圧電式の構成素子（６）によって操作したい構成部材と協働するようになっており、アクチュエータモジュール（２；２０）が、軸方向に延びるスリーブ（９）によって取り囲まれている形式のものにおいて、アクチュエータベース（７）にダイヤフラム（１０；２１；３１）が続いており、該ダイヤフラム（１０；２１；３１）が、ほぼ半径方向に延びていて、スリーブ（９）に結合されていることを特徴とする、圧電式のアクチュエータモジュール。
【請求項２】
ダイヤフラム（１０；２１；３１）が、アクチュエータベース（７）に溶接されている、請求項１記載のアクチュエータモジュール。
【請求項３】
ダイヤフラム（１０；２１）が、スリーブ（９）に溶接されている、請求項１または２記載のアクチュエータモジュール。
【請求項４】
ダイヤフラム（３１）が、スリーブ（９）と一体に製造されている、請求項１または２記載のアクチュエータモジュール。
【請求項５】
ダイヤフラム（２１）が、湾曲させられた横断面を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のアクチュエータモジュール。
【請求項６】
ダイヤフラム（１０；３１）が、ほぼ平らなジオメトリを有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のアクチュエータモジュール。
【請求項７】
ダイヤフラム（１０；２１；３１）が、約０．２ｍｍの厚さを有している、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モジュール。
【請求項８】
当該アクチュエータモジュールが、自動車の燃料噴射弁（１）、特にコモンレール噴射弁の制御ユニットとして使用されている、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モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に詳しく規定した形式の、特に自動車の蓄圧噴射システム「コモンレール」を備えた噴射装置の高圧部分に設けられたインジェクタに用いられる圧電式のアクチュエータモジュールから出発する。
【０００２】
このような形式のアクチュエータモジュールは実際に公知であり、特にディーゼル内燃機関のためのコモンレール蓄圧噴射システムと相俟って使用することができる。この場合、圧電式のアクチュエータモジュールは、弁状に形成された弁制御モジュールに対応配置されていて、この弁制御モジュールの弁閉鎖部材を操作するために働く。さらに、弁制御モジュールによって、噴射弁のノズルモジュールのノズルニードルが操作可能となる。このノズルニードルは、内燃機関の燃焼室に通じる少なくとも１つの噴射開口と協働する。
【０００３】
圧電式のアクチュエータモジュールは、通常、噴射弁のハウジングに支持されたアクチュエータベースと、電圧の印加時に伸長を被る圧電式の構成素子と、アクチュエータヘッドとを有している。このアクチュエータヘッドを介して圧電式の構成素子の伸長が、いわゆる「作動ピストン」に伝達され、これによって、この作動ピストンが軸方向に移動させられるようになっている。作動ピストンは、液圧室として形成された液圧式のカプラを介して、いわゆる「操作ピストン」と協働する。さらに、この操作ピストンは弁閉鎖部材に結合されている。このような構造は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９４６８３１号明細書にも記載されている。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００４３６２６号明細書に示された圧電式のアクチュエータモジュールは、軸方向に延びるスリーブによって取り囲まれている。このスリーブは圧電式の構成素子を汚物および燃料ならびに組付け時の損傷に対して防護するために働く。アクチュエータヘッドの領域では、圧電式のアクチュエータモジュールがベローズによってシールされている。このベローズは、一方ではアクチュエータストロークを可能にしていて、他方では圧電式の構成素子の負の熱膨張係数を補償することができる。
【０００５】
しかし、ベローズは、比較的大きな構成スペースを必要としていて、高価な構成部材を成しているという欠点を有している。
【０００６】
発明の利点
アクチュエータベースにダイヤフラムが続いており、該ダイヤフラムが、ほぼ半径方向に延びていて、スリーブに結合されている、請求項１の特徴部に記載の特徴を備えた本発明による圧電式アクチュエータは従来のものに比べて、ダイヤフラムが極めて低く形成されていて、したがって、僅かな構成スペースしか必要としないという利点を有している。
【０００７】
本発明による圧電式のアクチュエータモジュールのダイヤフラムは、有利には、圧電式の構成素子の伸長によって生ぜしめられる、たとえば４０μｍのアクチュエータヘッドの変位に追従することができるように設計されている。ダイヤフラムがアクチュエータモジュールを軸方向でシールしている場合には、ダイヤフラムは、アクチュエータモジュールを半径方向で仕切るスリーブと共にアクチュエータモジュールの保護被覆体を形成している。したがって、アクチュエータベースと、圧電式の構成素子と、アクチュエータヘッドと、スリーブと、ダイヤフラムとから成る全構成部分は一種の圧電式のアクチュエータカートリッジを形成している。
【０００８】
したがって、ダイヤフラムは以下の機能、つまり、シール機能；加熱時に負の伸長を伴う圧電式の構成素子と正の伸長を伴うスリーブとの間の温度補償機能；アクチュエータストロークの伝達の機能（アクチュエータヘッドとスリーブとの結合）；を有している。
【０００９】
有利な構成では、ダイヤフラムが、たとえばばね鋼または析出硬化材料から製造されていてよい。
【００１０】
ダイヤフラムとアクチュエータベースとの特に確実な結合は、この両構成部材が互いに溶接されている場合に達成することができる。
【００１１】
さらに、ダイヤフラムはスリーブに溶接されていてもよいし、スリーブと一体に製造されていてもよい。両事例では、ダイヤフラムが、有利には、圧電式の構成素子の伸長を少なくとも１つのピストンに伝達するために、アクチュエータベースの、先細りにされた領域のための中央の貫通孔を有している。この場合、ダイヤフラムは環状に形成されている。
【００１２】
本発明による圧電式のアクチュエータモジュールの有利な構成によれば、環状に形成されたダイヤフラムが、湾曲させられた横断面を有している。この構成では、運転中にダイヤフラムに作用する機械的な負荷が最小となっている。
【００１３】
しかし、１つの変化形では、ダイヤフラムが、ほぼ平らな形状を有していてもよい。
【００１４】
有利な構成では、ダイヤフラムの厚さが、たとえば約０．２ｍｍに寸法設定されている。
【００１５】
本発明による対称の別の利点および有利な構成は、以下の実施例の説明、図面の簡単な説明および特許請求の範囲から得られる。
【００１６】
実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１７】
図１および図２に示した実施例は燃料噴射システム１の部分領域を示している。この燃料噴射システム１は自動車の内燃機関に組み込むために設けられていて、ここでは、有利にはディーゼル燃料を噴射するためのコモンレールインジェクタとして形成されている。
【００１８】
このインジェクタはアクチュエータモジュール２を有している。このアクチュエータモジュール２は保持体３内に収納されていて、カプラモジュールを介して、弁状に形成された弁制御モジュールに対応配置されている。この弁制御モジュールはノズルニードルを操作するために働く。このノズルニードルはノズルモジュール（図示せず）内に配置されている。さらに、保持体３には、アクチュエータモジュール２に対して平行に延びる燃料供給通路４（高圧孔）が形成されている。この燃料供給通路４は燃料をコモンレール蓄圧ユニットから噴射弁１のノズルモジュールに搬送するために働く。
【００１９】
アクチュエータモジュール２は、いわゆる「アクチュエータベース５」を有している。このアクチュエータベース５を介してアクチュエータモジュール２は保持体３に支持されている。また、アクチュエータモジュール２は、アクチュエータベース５に軸方向で続く、従来のように圧電材料から成る多数の層から製造された圧電式の構成素子６と、この圧電式の構成素子６にアクチュエータベース５とは逆方向で続く、いわゆる「アクチュエータヘッド７」とを有している。このアクチュエータヘッド７は圧電式の構成素子６の伸長および収縮を弁制御ユニットの、自体公知の作動ピストンに伝達するために働く。前記弁制御ユニットは、原理的には、有利には、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９４６８３１号明細書に記載された、液体を制御するための弁のように形成されている。
【００２０】
したがって、作動ピストンは、通常、液圧室として形成された液圧式のカプラ（カプラモジュール）を介して、いわゆる「操作ピストン」に作用結合されている。さらに、この場合、下側のこの操作ピストンは有利には弁閉鎖部材に結合されている。この弁閉鎖部材は弁座と協働する。
【００２１】
圧電式の構成素子６の伸長の伝達は、ここでは補償エレメントとして働くボール８を介して行われる。このボール８は、たとえば約３ｍｍの直径を有している。
【００２２】
圧電式のアクチュエータモジュール２は、ここでは、軸方向に延びるほぼ円筒状に形成された肉薄のスリーブ９によって取り囲まれている。このスリーブ９は、たとえば廉価なステンレス鋼から製造されていて、アクチュエータモジュール２を半径方向でシールしている。
【００２３】
アクチュエータベース５とは反対の側で圧電式のアクチュエータモジュール２は、本発明ではばね鋼から形成されたダイヤフラム１０によって軸方向でシールされている。このダイヤフラム１０はほぼ半径方向に延びていて、環状に形成されており、しかも、アクチュエータヘッド７のピン状の領域１２のための中央の貫通孔を有している。
【００２４】
ダイヤフラム１０は、たとえば０．０８ｍｍ〜０．２ｍｍの厚さと、９．５ｍｍの外径と、２．５ｍｍの内径とを有している。
【００２５】
ここでは、ほぼ平らにもしくはプレート状に形状付与されたダイヤフラム１０は、ピン状の領域１２に面した内側の制限部で溶接シーム１３を介してアクチュエータヘッド７に固く結合されている。スリーブ９に面した外側の制限部ではダイヤフラム１０は溶接シーム１４を介してスリーブ９に結合されている。
【００２６】
図３には、圧電式のアクチュエータモジュール２０の択一的な構成が示してある。この構成は、図１および図２示した構成とダイヤフラム２１の点で異なっている。このダイヤフラム２１は楕円形ないし円弧状に湾曲させられている。この場合、この湾曲は圧電式の構成素子６の方向に延びている。ほぼ半径方向に延びるダイヤフラム２１は同じく環状に形成されていて、内側の制限部で溶接シーム１３を介してアクチュエータヘッド７に結合されており、外側の制限部で溶接シーム１４を介してスリーブ９に結合されている。この構成では、運転中にダイヤフラム２１に作用する機械的な負荷が最小となっている。
【００２７】
図４には、本発明による圧電式のアクチュエータモジュール２０の第３の構成が示してある。図１〜図３に示した構成とは異なり、この第３の構成は、スリーブ９と一体に製造されていて、したがって、このスリーブ９と共にユニットを形成しているダイヤフラム３１を有している。フラットなもしくは平らなジオメトリを有するダイヤフラム３１は環状に形成されていて、その内側の制限部で溶接シーム１３を介してアクチュエータヘッド７に結合されている。
【００２８】
当然ながら、本発明は図示の構成に限定されるものではない。それどころか、ダイヤフラムは、付与された使用事例に対して当業者が適切であると判断したあらゆる別の形を有していてもよい。
【００２９】
燃料噴射弁での本発明による圧電式のアクチュエータモジュールの前述した使用が極めて有利ではあるものの、本発明により形成された圧電式のアクチュエータモジュールは別の使用分野、特に圧電式の構成素子を汚物または侵食性の媒体に対して防護しなければならない分野でも使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
噴射弁の制御ユニットとして働く本発明による圧電式のアクチュエータモジュールの簡単な縦断面図である。
【図２】
図１に示したアクチュエータモジュールのアクチュエータヘッド領域の一部の斜視図である。
【図３】
噴射弁に設けられた本発明による圧電式のアクチュエータモジュールの第２の構成を図１に相応して示す図である。
【図４】
本発明による圧電式のアクチュエータモジュールの第３の構成の縦断面図である。
【符号の説明】
１  燃料噴射システム、  ２  アクチュエータモジュール、  ３  保持体、  ４  燃料供給通路、  ５  アクチュエータベース、  ６  構成素子、  ７  アクチュエータヘッド、  ８  ボール、  ９  スリーブ、  １０  ダイヤフラム、  １２  領域、  １３  溶接シーム、  １４  溶接シーム、  ２０  アクチュエータモジュール、  ２１  ダイヤフラム、  ３１  ダイヤフラム
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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