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    • 专利摘要:
    DiePatentanmeldung befasst sich mit einem piezoelektrischen Stellgliedmit verbesserter Haltbarkeit, einem Herstellungsverfahren dafür und einer Einspritzdüse zur Kraftstoffeinspritzung,in der dieses piezoelektrische Stellglied eingebaut ist. Das piezoelektrische Stellglied(1) beherbert ein piezoelektrisches Schichtelement (10) in einemAusbewahrungsgehäuse(20), das einen Expansions-/Kontraktionsabschnitt (21) hat, dersich in seiner Axialrichtung elastisch ausdehnen und zusammenziehenkann. In dem piezoelektrischen Stellglied (1) ist eine auf einerelastischen Kraft des Expansions-/Kontraktionsabschnitts (21) desAufbewahrungsgehäuses(20) basierende Gehäuselast,die auf das piezoelektrische Schichtelement (10) in der Richtungwirkt, in der es in seiner Axialrichtung zusammengedrückt wird,auf Null bzw. auf weniger als ein Zehntel der durch das piezoelektrischenSchichtelement (10) erzeugten Antriebskraft oder weniger als 100N eingestellt.
    公开号:DE102004012283A1
    申请号:DE200410012283
    申请日:2004-03-12
    公开日:2004-11-11
    发明作者:Satoshi Kariya Hayashi；Ken Kariya Mizutani；Yoshinori Kariya Ohmi
    申请人:Denso Corp；
    IPC主号:F02M51-00
    专利说明:
    [0001] DieErfindung bezieht sich auf ein piezoelektrisches Stellglied miteinem piezoelektrischen Schichtelement, auf ein Herstellungsverfahrendafür undauf eine Einspritzdüsezur Kraftstoffeinspritzung mit einem solchen darin eingebauten piezoelektrischenStellglied.
    [0002] Wennein piezoelektrisches Schichtelement lastfrei betrieben wird, bestehtgenerell die Möglichkeit,dass es in den übereinandergeschichteten Keramikschichten oder Elektrodenschichten zu einer Schichttrennungkommt, bei der einige der miteinander verbundenen Schichten durchdie Antriebskraft getrennt werden, die in dem piezoelektrischen Schichtelementaufgrund des piezoelektrischen Effekts entsteht.
    [0003] Angesichtsdessen muss bei der Verwendung eines piezoelektrischen Schichtelementseine Vorlast (eingestellte Last) aufgebracht werden, die größer odergleich einem vorgeschriebenen Betrag ist und das piezoelektrischeSchichtelement in Axialrichtung zusammenpresst.
    [0004] Beieinem piezoelektrischen Stellglied, das das piezoelektrische Schichtelementin einem Gehäusebeherbergt, das einen aus einem Metallbalg oder dergleichen bestehendenExpansions-/Kontraktionsabschnitt hat, kann der Fall auftreten,dass das piezoelektrische Schichtelement so in dem Gehäuse untergebrachtist, das es, wenn das piezoelektrische Stellglied allein verwendetwird, zu einer Dehnung des Expansions-/Kontraktionsabschnitts kommt.Mit anderen Worten wird die Vorlast dabei durch die elastische Krafterzeugt, die die Dehnung des Expansions-/Kontraktionsabschnittsdes Gehäuses begleitet. (Siehehierzu beispielsweise JP 2002-26410 A, Absatz [0008] der Beschreibungund 1.) Dieses herkömmlichepiezoelektrische Stellglied hat jedoch das folgende Problem: Aufdem Expansions-/Kontraktionsabschnitt, der sich unter Erzeugungder elastischen Kraft ausdehnt, wirkt ständig eine Zugspannung, weswegenes leicht zu einem Ermüdungsdefektkommt.
    [0005] Wennauf dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt ständig eine Zugspannung wirkt,besteht die Tendenz, dass sich dessen Ermüdungsdauerfestigkeit verkürzt unddass sich fürdas piezoelektrische Stellglied nur schwer eine ausreichende Produktlebensdauersicher stellen lässt.
    [0006] Angesichtsdieses Problems liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein piezoelektrisches Stellgliedmit hervorragender Haltbarkeit, ein Herstellungsverfahren dafür und eineEinspritzdüsezur Kraftstoffeinspritzung mit einem solchen darin eingebauten piezoelektrischenStellglied zur Verfügungzu stellen.
    [0007] Eineerste Ausgestaltung der Erfindung sieht hierzu ein piezoelektrischesStellglied vor, das ein piezoelektrisches Schichtelement in einemAufbewahrungsgehäusebeherbergt, das einen Expansions-/Kontraktionsabschnitthat, der sich in seiner Axialrichtung elastisch ausdehnen und zusammenziehenkann, und das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine auf der elastischenKraft des Expansions-/Kontraktionsabschnitts des Aufbewahrungsgehäuses basierendeGehäuselast,die auf das piezoelektrische Schichtelement in der Richtung wirkt,dass es in seiner Axialrichtung zusammengedrückt wird, weniger als ein Zehntelder durch das piezoelektrische Schichtelement erzeugten Antriebskraftoder weniger als 100 N beträgt(Anspruch 1).
    [0008] Indem obigen piezoelektrischen Stellglied gemäß der ersten Ausgestaltungder Erfindung ist also die auf der elastischen Kraft des Expansions-/Kontraktionsabschnittsbasierende Gehäuselast,die von dem Aufbewahrungsgehäuseaus auf das piezoelektrische Schichtelement in der Richtung wirkt,dass es in seiner Axialrichtung zusammengedrückt wird, auf eine Last eingestellt,die weniger als ein Zehntel der durch das piezoelektrische Schichtelementerzeugten Antriebskraft oder weniger als 100 N beträgt.
    [0009] Mitanderen Worten wird die Dehnung des Expansions-/Kontraktionsabschnittsauf einen bestimmten Bereich beschränkt, so dass der Wert der Gehäuselastin den oben genannten Belastungsbereich fällt.
    [0010] Daherbesteht eine nur geringe Wahrscheinlichkeit, dass in dem obigenpiezoelektrischen Stellglied auf den Expansions-/Kontraktionsabschnitt ständig einezu großeZugspannung wirkt.
    [0011] Undzwar ist, wenn auf den Expansions-/Kontraktionsabschnitt des Aufbewahrungsgehäuses eineDehnung von 0,1% aufgebracht wird, die der Expansions-/Kontraktionsverlagerungeines üblichenpiezoelektrischen Schichtelements entspricht, die Wahrscheinlichkeiteines Ermüdungsbruchesdes Expansions-/Kontraktionsabschnitts bei wiederholter Betätigung despiezoelektrischen Schichtelements äußerst gering, wenn die Zugbelastungdes Expansions-/Kontraktionsabschnitts bei eingerichtetem (eingebautem)piezoelektrischen Schichtelement weniger als ein Zehntel der durchdas piezoelektrische Schicht element erzeugten Antriebskraft oderweniger als 100 N beträgt.
    [0012] Daherist die auch Wahrscheinlichkeit gering, dass es zu einem Ermüdungsdefektdes Expansions-/Kontraktionsabschnitts kommt, und kann das piezoelektrischeStellglied übereine lange Zeitdauer eine hervorragende Leistungsfähigkeitzeigen.
    [0013] Daspiezoelektrische Schichtelement kann bloß ein Keramikschichtkörper sein,der den piezoelektrischen Effekt zeigt, oder auch ein Element, dass einenKeramikschichtkörper,ein dessen Endflächen schützendesHaltebauteil, ein die durch den piezoelektrischen Effekt erzeugteAntriebskraft nach außen übertragendesAntriebskraftübertragungsbauteil usw.umfasst.
    [0014] Beider oben beschriebenen ersten Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Gehäuselastvorzugsweise weniger als ein Hunderstel der durch das piezoelektrischeSchichtelement erzeugten Antriebskraft oder weniger als 10 N (Anspruch2).
    [0015] Wennsich die Last generell einstellen lässt, d.h. wenn die Zugbelastungauf dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt bei eingerichtetem (eingebauten)piezoelektrischen Schichtelement weniger als ein Hunderstel derdurch das piezoelektrische Schichtelement erzeugten Antriebskraftoder weniger als 10 N beträgt,reicht die Einrichtungsgenauigkeit bei eingerichtetem piezoelektrischemSchichtelement aus, um die Ermüdungdes Expansions-/Kontraktionsabschnitts bei wiederholter Betätigung des piezoelektrischenSchichtelements zu verhindern.
    [0016] Dabeikommt es vorzugsweise zu keiner Dehnung des Expansions-/Kontraktionsabschnitts undbeträgtdie GehäuselastNull (Anspruch drei).
    [0017] Indiesem Fall lässtsich dadurch, dass die ständigauf den Expansions-/Kontraktionsabschnitt des Aufbewahrungsgehäuses wirkendeZugspannung auf Null reduziert wird, die Wahrscheinlichkeit verringern,dass es an dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt zu einem Ermüdungsdefektkommt, und lässtsich die Produktlebensdauer des piezoelektrischen Stellglieds weiterverlängern.
    [0018] DieGehäuselastlässt sichbeispielsweise auf Null reduzieren, indem das piezoelektrische Schichtelementso in dem Aufbewahrungsgehäuse untergebrachtwird, dass es an dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt zu keinerDehnung kommt.
    [0019] Einezweite Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Einspritzdüse zur Kraftstoffeinspritzung vor,in der ein piezoelektrischen Stellglied eingebaut ist, das ein piezoelektrischesSchichtelement in einem Aufbewahrungsgehäuse beherbergt, das einen Expansions-/Kontraktionsabschnitthat, der sich in seiner Axialrichtung elastisch ausdehnen und zusammenziehenkann, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ein elastischesBauteil enthält,das in Axialrichtung des piezoelektrischen Schichtelements auf eineBetriebsfläche,auf der die Antriebskraft des piezoelektrischen Stellglieds wirkt,eine Last aufbringt, und dass eine auf einer elastischen Kraft des Expansions-/Kontraktionsabschnittsdes Aufbewahrungsgehäusesbasierende Gehäuselast,die auf das piezoelektrische Schichtelement in der Richtung wirkt,dass es in seiner Axialrichtung zusammengedrückt wird, in dem piezo elektrischenStellglied allein weniger als ein Zehntel der durch das piezoelektrischeSchichtelement erzeugten Antriebskraft oder weniger als 100 N beträgt (Anspruch4).
    [0020] DieEinspritzdüsegemäß der zweitenAusgestaltung der Erfindung enthältalso das elastische Bauteil, um auf der Betriebsfläche deszum Antrieb der Einspritzdüsedienenden piezoelektrischen Stellglieds in der Axialrichtung despiezoelektrischen Schichtelements eine Last vorzusehen bzw. aufdiese aufzubringen.
    [0021] Inder obigen Einspritzdüsewird daher für eineVorlast gesorgt, die der Summe der auf der elastischen Kraft desExpansions-/Kontraktionsabschnitts basierenden Gehäuselast,die von dem Aufbewahrungsgehäuseaus auf dem piezoelektrischen Schichtelement in seiner Axialrichtungwirkt, und der durch das elastische Bauteil erzeugten Last auf dem piezoelektrischenSchichtelement entspricht.
    [0022] Demzufolgelässt sichin der obigen Einspritzdüsedie ständigauf dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt wirkende Zugspannung reduzieren, wasdie vom Expansions-/Kontraktionsabschnitt zu erzeugende elastischeKraft und seine Dehnung verringert.
    [0023] Nebenbeigesagt steht der Ausdruck „daspiezoelektrische Stellglied allein" fürden Zustand des piezoelektrischen Stellglieds, in dem es sich befindet, wennes noch nicht in die Einspritzdüseeingebaut ist.
    [0024] Dabei der Einspritzdüsegemäß der zweiten Ausgestaltungder Erfindung auf das piezoelektrische Schichtelement eine ausreichendeVorlast ausgeübtwird, kommt es bei ihr selten zu Schwierigkeiten wie einer Schichttrennungusw. und hat sie eine hervorragende Haltbarkeit und Zuverlässigkeit,wobei die Wahrscheinlichkeit gering ist, dass es an dem Expansions-/Kontraktionsabschnittzu einem Ermüdungsdefektkommt.
    [0025] Wiesich aus der obigen Beschreibung ergibt, lässt sich leicht eine Wartungvornehmen, etwa ein Austausch des auf der Außenseite des piezoelektrischenStellglieds angeordneten elastischen Bauteils, weswegen die Einspritzdüse ihrehervorragende Leistungsfähigkeit über einelängereZeitdauer zeigen kann.
    [0026] Beider oben beschriebenen zweiten Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Gehäuselastvorzugsweise weniger als ein Hundertstel der durch das piezoelektrischeSchichtelement erzeugten Antriebskraft oder weniger als 10 N (Anspruch5).
    [0027] Wennsich die Last generell einstellen lässt, d.h. wenn die Zugbelastungauf dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt bei eingerichtetem (eingebauten)piezoelektrischen Schichtelement weniger als ein Hunderstel derdurch das piezoelektrische Schichtelement erzeugten Antriebskraftoder weniger als 10 N beträgt,reicht die Einrichtungsgenauigkeit bei eingerichtetem piezoelektrischemSchichtelement aus, um die Ermüdungdes Expansions-/Kontraktionsabschnitts bei wiederholter Betätigung des piezoelektrischenSchichtelements zu verhindern.
    [0028] Dabeikommt es vorzugsweise zu keiner Dehnung des Expansions-/Kontraktionsabschnitts undbeträgtdie Gehäuselastin dem piezoelektrischen Stellglied allein Null (Anspruch 6).
    [0029] Indiesem Fall lässtsich dadurch, dass die Verformungslänge des Expansions-/Kontraktionsabschnittsin dem piezoelektrischen Stellglied allein auf Null gehalten wird,die Wahrscheinlichkeit verringern, dass es an dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt indem in der Einspritzdüseeingebauten piezoelektrischen Stellglied zu einem Ermüdungsdefektkommt.
    [0030] Dadurchist die Wahrscheinlichkeit gering, dass es in der oben beschriebenenEinspritzdüsean dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt des piezoelektrischen Stellgliedszu einem Ermüdungsdefekt kommt,und kann die Einspritzdüseihre hervorragende Leistungsfähigkeit über einelängereZeitdauer beibehalten.
    [0031] Indem Zustand, in dem das piezoelektrische Schichtelement in der Einspritzdüse eingebautist und das elastische Bauteil darauf eine Vorspannkraft ausübt, istdie Vorlast, die auf das piezoelektrische Schichtelement in derRichtung wirkt, in der es in seiner Axialrichtung zusammengedrückt wird,vorzugsweise größer odergleich einem Viertel der durch das piezoelektrische Schichtelementerzeugten Antriebskraft (Anspruch 7).
    [0032] Indiesem Fall kann in Axialrichtung für eine ausreichende Vorlastauf das piezoelektrische Schichtelement gesorgt werden, das diezur Betätigungder Einspritzdüsedienende Antriebskraft erzeugt.
    [0033] Dadurch,dass die ständigauf das Expansions-/Kontraktionsabschnitt wirkende Zugspannung reduziertwird, lässtsich die Wahrscheinlichkeit verringern, dass es in dem piezoelektrischenSchichtelement zu Schwierigkeiten wie einer Schichttrennung kommt,währendgleichzeitig die Ermüdungsdauerfestigkeitverlängertwird.
    [0034] Einedritte Ausgestaltung der Erfindung sieht ein Verfahren zur Herstellungeines piezoelektrischen Stellglieds vor, das ein piezoelektrisches Schichtelementin einem Aufbewahrungsgehäuse beherbergt,das einen rohrförmigenStammabschnitt, der zumindest teilweise einen Expansions-/Kontraktionsabschnittumfasst, der sich in seiner Axialrichtung elastisch ausdehnen undzusammenziehen kann, und eine Antriebstafel hat, die an einem Endedes Stammabschnitts angeordnet ist und auf der die Antriebskraftdes piezoelektrischen Schichtelements wirkt, und bei dem mit demanderen Ende des Stammabschnitts ein Fuß verbunden ist, wobei dasVerfahren gekennzeichnet ist durch: einen Elementausbildungsvorgang,in dem das piezoelektrische Schichtelement hergestellt wird; einenUnterbringungsvorgang, in dem das piezoelektrische Schichtelementdurch einen offenen Endabschnitt des Aufbewahrungsgehäuses eingeführt undin Axialrichtung des Aufbewahrungsgehäuses an einer vorgeschriebenenPosition eingerichtet wird; und einen Verbindungsvorgang, indem der Fuß somit dem offenen Endabschnitt des Aufbewahrungsgehäuses verbundenwird, dass eine in Axialrichtung gelegene Endfläche des Fußes mit der hinteren Endfläche desin dem Aufbewahrungsgehäuseuntergebrachten piezoelektrischen Schichtelements in Kontakt kommt,wobei das piezoelektrische Schichtelement in dem Unterbringungsvorgangso in dem Aufbewahrungsgehäusedes piezoelektrischen Stellglieds untergebracht wird, dass die aufdas piezoelektrische Schichtelement wirkende Gehäuselast in der Richtung, inder es in seiner Axialrichtung zusammengedrückt wird, weniger als ein Zehntelder durch das piezoelektrische Schichtelement erzeugten Antriebskraftoder weniger als 100 N beträgt(Anspruch 8).
    [0035] DerUnterbringungsvorgang in dem Herstellungsverfahren gemäß der drittenAusgestaltung der Erfindung erfolgt also auf eine solche Weise,dass die Gehäuselast,die auf das piezoelektrische Schichtelement in dem piezoelektrischenStellglied wirkt, weniger als ein Zehntel der durch das piezoelektrische Schichtelementerzeugten Antriebskraft oder weniger als 100 N beträgt.
    [0036] Dadurchwird in dem durch das oben beschriebene Herstellungsverfahren erzieltenpiezoelektrischen Stellglied die an dem Expansions-/Kontraktionsabschnittdes Aufbewahrungsgehäusesauftretende Dehnung auf einen vorgeschriebenen Bereich beschränkt.
    [0037] Durchdie Reduzierung der ständigauf das Expansions-/Kontraktionsabschnitt wirkenden Zugspannunglässt sichdemzufolge die Wahrscheinlichkeit verringern, dass es an dem Expansions-/Kontraktionsabschnittzu einem Ermüdungsdefekt kommt.
    [0038] Daherlässt sichmit dem obigen Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Stellgliedsein piezoelektrisches Stellglied mit hervorragender Haltbarkeitund hoher Zuverlässigkeitherstellen.
    [0039] Beider oben beschriebenen dritten Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Gehäuselastin dem Unterbringungsvorgang vorzugsweise weniger als ein Hundertstelder durch das piezoelektrische Schichtelement erzeugten Antriebskraftoder weniger als 10 N (Anspruch 9).
    [0040] Wenndie Last generell einstellbar ist, d.h. wenn die Zugbelastung aufdem Expansions-/Kontraktionsabschnitt bei eingerichtetem piezoelektrischemSchichtelement weniger als ein Hundertstel der durch das piezoelektrischeSchichtelement erzeugten Antriebskraft oder weniger als 10 N beträgt, istdie Einrichtungsgenauigkeit bei eingerichtetem piezoelektrischemSchichtelement gegenübereiner Ermüdungdes Expansions-/Kontraktionsabschnitts bei wiederholter Betätigung despiezoelektrischen Schichtelements ausreichend hoch.
    [0041] Indem Unterbringungsvorgang wird das piezoelektrische Schichtelementvorzugsweise an einer Einrichteposition eingerichtet, die bezogenauf eine Bezugseinführpositiondes piezoelektrischen Schichtelements in dem Aufbewahrungsgehäuse in derzur Einführrichtungdes piezoelektrischen Schichtelements entgegengesetzten Richtungum eine Kontraktionslängezurückgesetztist, die beim Verbindungsvorgang in Axialrichtung des Aufbewahrungsgehäuses erzeugtwird, wobei die Bezugseinführpositionso festgesetzt ist, dass sie eine Dehnungslänge des Expansions-/Kontraktionsabschnittsrealisiert, die beim Erzeugen einer elastischen Kraft auftritt,die im Großenund Ganzen der vorgeschriebenen Gehäuselast entspricht (Anspruch10).
    [0042] Indiesem Fall wird also das piezoelektrische Schichtelement in demUnterbringungsvorgang an der Einrichteposition eingerichtet, dieunter Berücksichtigungder Kontraktion festgesetzt wurde, die in dem Aufbewahrungsgehäuse auftretenkann.
    [0043] Indem oben beschriebenen piezoelektrischen Stellglied kann daher dieDehnung des Expansions-/Kontraktions abschnitts so eingestellt werden, dasssie im Großenund Ganzen einem vorgesehenen Verformungswert entspricht.
    [0044] Demzufolgeist die Wahrscheinlichkeit gering, dass die ständig auf das Expansions-/Kontraktionsabschnittwirkende Zugspannung zu groß istund dass es in dem durch das oben beschriebene Verfahren hergestelltenpiezoelektrischen Stellglied zu einem Ermüdungsdefekt kommt.
    [0045] Dievorgeschriebene Gehäuselastvon weniger als einem Zehntel der durch das piezoelektrische Schichtelementerzeugten Antriebskraft oder von weniger als 100 N schließt eineLast von Null ein.
    [0046] Wenndie vorgeschriebene GehäuselastNull beträgt,kann die Bezugseinführpositionbeliebig in einem Bereich zwischen einer Position, an der die Wirkendfläche desAufbewahrungsgehäuseslastfrei mit der vorderen Endflächedes piezoelektrischen Schichtelements in Kontakt kommt, und einerPosition liegen, an der ein Spalt auftritt.
    [0047] DieEinrichteposition entspricht dabei vorzugsweise einer Position,an der ein Endabschnitt des piezoelektrischen Schichtelements mitder Antriebstafel des Aufbewahrungsgehäuses in Kontakt kommt, dessenExpansions-/Kontraktionsabschnitt um eine Verformungslänge zusammengedrückt wordenist, die der Kontraktionslängedes Aufbewahrungsgehäusesminus der Dehnungslängedes Expansions-/Kontraktionsabschnitts entspricht, die beim Erzeugeneiner elastischen Kraft auftritt, die im Großen und Ganzen der vorgeschriebenenGehäuselastentspricht (Anspruch 11).
    [0048] Indemdas piezoelektrische Schichtelement in diesem Fall vollständig indas Aufbewahrungsgehäuseeingeführtwird, dessen Expansions-/Kontraktionsabschnitt zusammengedrückt wordenist, lässt sichder Unterbringungsvorgang leicht und sicher durchführen.
    [0049] Indem oben beschriebenen piezoelektrischen Stellglied kann die vorgeschriebeneGehäuselastvon der Wirkendflächeaus auf dem Endabschnitt des piezoelektrischen Schichtelements vorgesehen bzw.auf diesen aufgebracht werden, wenn zumindest ein Teil der in demVerbindungsvorgang erzeugten Kontraktionslänge des Aufbewahrungsgehäuses durchdie freie Ausdehnung des Expansions-/Kontraktionsabschnitts aufgehobenwird.
    [0050] Dievorgeschriebene Gehäuselastbeträgt vorzugsweiseNull, wobei die Bezugseinführposition einerPosition entspricht, an der zwischen einem Endabschnitt in Axialrichtungdes piezoelektrischen Schichtelements und der Wirkendfläche desAufbewahrungsgehäusesein Spalt gebildet wird, der größer odergleich der Kontraktionslängeist (Anspruch 12).
    [0051] Indiesem Fall kann in dem piezoelektrischen Stellglied zwischen dempiezoelektrischen Schichtelement und der Wirkendfläche einSpalt gebildet werden, durch den die an dem Expansions-/Kontraktionsabschnittdes Aufbewahrungsgehäusesauftretende Dehnung auf jeden Fall auf Null gesenkt werden.
    [0052] Dadurch,dass die ständigauf das Expansions-/Kontraktionsabschnitt wirkende Zugspannung aufNull reduziert wird, lässtsich die Wahrscheinlichkeit verringern, dass es zu einem Ermüdungsdefekt kommt.
    [0053] DerVerbindungsvorgang entspricht dabei vorzugsweise einem Vorgang,bei dem der Fuß mit demoffenen Endabschnitt verschweißtwird (Anspruch 13).
    [0054] Indiesem Fall besteht beim Verbindungsvorgang eine hohe Wahrscheinlichkeit,dass es in der Axialrichtung des Aufbewahrungsgehäuses zueiner Kontraktion kommt, was das Herstellungsverfahren gemäß der drittenAusgestaltung der Erfindung besonders effektiv macht.
    [0055] DasSchweißverfahrenschließtLaserschweißen,Elektronenstrahlschweißen, WIG-Schweißen usw.ein.
    [0056] DieErfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungengenauer anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben.Es zeigen:
    [0057] 1 im Schnitt den Aufbaueines piezoelektrischen Stellglieds in einem ersten Ausführungsbeispielder Erfindung;
    [0058] 2 ein Diagramm zur Erläuterungdes Aufdruckens eines Elektrodendruckmusters im ersten Ausführungsbeispiel;
    [0059] 3 ein Diagramm zur Erläuterungdes Aufschichtens eines Keramikschichtkörpers im ersten Ausführungsbeispiel;
    [0060] 4 im Schnitt den Schichtaufbaudes Keramikschichtkörpersim ersten Ausführungsbeispiel;
    [0061] 5 ein Diagramm zur Erläuterungeines Unterbringungsvorgangs im ersten Ausführungsbeispiel;
    [0062] 6 ein Diagramm zur Erläuterungdes Montageaufbaus beim Unterbringungsvorgang im ersten Ausführungsbeispiel;
    [0063] 7 im Schnitt den Aufbaueines weiteren piezoelektrischen Stellglieds in einer Abwandlung desersten Ausführungsbeispiels;
    [0064] 8 im Schnitt den Aufbaueines weiteren piezoelektrischen Stellglieds in einer Abwandlung desersten Ausführungsbeispiels;
    [0065] 9 ein Diagramm zur Erläuterungder Montage in einem Unterbringungsvorgang in einem zweiten Ausführungsbeispielder Erfindung;
    [0066] 10 im Schnitt den Aufbaueiner Einspritzdüsemit einem darin eingebauten piezoelektrischen Stellglied in einemdritten Ausführungsbeispiel derErfindung; und
    [0067] 11 in einer grafischen Darstellungden Zusammenhang zwischen der Gehäuselast und der Amplitude einespiezoelektrischen Schichtelements in einem vierten Ausführungsbeispielder Erfindung.
    [0068] UnterBezugnahme auf die 1 bis 8 wird im Folgenden ein piezoelektrischesStellglied 1 und ein Verfahren zur Herstellung dieses piezoelektrischenStellglieds 1 gemäß dem erstenAusführungsbeispielerläutert.
    [0069] Wiein 1 gezeigt ist, istin dem piezoelektrischen Stellglied 1 dieses Ausführungsbeispielsein piezoelektrisches Schichtelement 10 in einem Aufbewahrungsgehäuse 20 untergebracht,das einen Expansions-/ Kontraktionsabschnitt 21 hat, dersich in Axialrichtung des piezoelektrischen Schichtelements 10 elastischausdehnen und zusammenziehen kann.
    [0070] Indem piezoelektrischen Stellglied 1 ist die auf der elastischenKraft des Expansions-/Kontraktionsabschnitts 21 des Aufbewahrungsgehäuses 20 basierendeGehäuselast,die auf das piezoelektrische Schichtelement 10 in der Richtungwirkt, in der es in seiner Axialrichtung zusammengedrückt wird, Null.
    [0071] Dieswird nun genauer erläutert.
    [0072] Wiein 1 gezeigt ist, umfasstdas piezoelektrische Schichtelement 10 einen aus abwechselnd übereinandergeschichteten Keramikschichten 111 und Elektrodenschichten 112 bestehendenKeramikschichtkörper 11 sowieein Haltebauteil 12 und ein Übertragungsbauteil 13,die in Aufschichtungsrichtung mit den beiden Endflächen desKeramikschichtkörpers 11 verbundensind.
    [0073] DerKeramikschichtkörper 11 enthält 50 bis 700Schichten, in denen die 50 bis 200 μm dicken Keramikschichten 111 unddie 0,5 bis 5 μmdicken Elektrodenschichten 112 abwechselnd übereinandergeschichtet sind.
    [0074] Wiein 3 gezeigt ist, hatder Keramikschichtkörper 11 indiesem Ausführungsbeispieleinen Teilelektrodenaufbau aus übereinandergeschichteten Keramiklagenplättchen 521,auf denen ein Elektrodenabschnitt 503 und ein Leerabschnitt 504 ausgebildetsind.
    [0075] Wiein 4 gezeigt ist, istan der Außenumfangsfläche desKeramikschichtkörpers 11 einPaar Seitenebenen 115 ausgebildet, die zueinander entgegengesetztliegen und parallel zur Axialrichtung des Keramikschichtkörpers 11 verlaufen,und ist die Querschnittsflächedes Keramikschichtkörpers 11 in derzur Aufschichtungsrichtung des Keramikschichtkörpers 11 senkrechtenRichtung im Großenund Ganzen tonnenförmig.
    [0076] Wiein 1 gezeigt ist, istmit den Seitenebenen 115 jeweils eine Seitenelektrode 116 verbunden.Die Seitenelektroden 116 sind jeweils elektrisch mit denElektrodenschichten 112 verbunden, die die Elektrodenabschnitte 503 enthalten,die bei jeder zweiten Schicht an der Seitenebene 115 freiliegen, wobei die elektrisch mit einer der Seitenelektroden 116 verbundenenElektrodenschichten 112 elektrisch von den mit der anderenSeitenelektrode 116 verbundenen Elektrodenschichten 112 isoliertsind.
    [0077] EinEndabschnitt der Seitenelektrode 116 ist elektrisch miteinem Elektrodenanschluss 117 verbunden, der, wie in 1 gezeigt ist, an dem mitder Endflächedes Keramikschichtkörpers 11 verbundenenHaltebauteil 12 angeordnet ist.
    [0078] Daspiezoelektrische Stellglied 1 ist so gestaltet, dass dann,wenn mit dem piezoelektrischen Schichtelement 10 der später nochausführlicherbeschriebene Fuß 30 verbundenwird, überdie Elektrodenanschlüsse 117 dieSeitenelektroden 116 und ein Paar durch den Fuß 30 gehenderAußenelektroden 31 verbundenwerden.
    [0079] Daspiezoelektrische Schichtelement 10 ist in diesem Ausführungsbeispielso gestaltet, dass eine Antriebskraft erzeugt wird, wenn von denAußenelektroden 31 auselektrische Energie zugeführt wird.
    [0080] Wiein 1 gezeigt ist, hatdas Übertragungsbauteil 13 ander anderen Endflächedes Keramikschichtkörpers 11 imGroßenund Ganzen eine Doppelsäulenform,bei der zwei Säulenartenmiteinander verbunden sind, da es einen Verbindungsabschnitt 131 miteinem Durchmesser, der im Großen undGanzen dem des Keramikschichtkörpers 11 entspricht,und einen Stababschnitt 132 mit einem Durchmesser, derkleiner als der Verbindungsabschnitt 131 ist, umfasst.
    [0081] Dievordere Endflächedes Stababschnitts 132 kommt bei Verwendung des piezoelektrischen Stellglieds 1 miteiner Wirkendfläche 221 desAufbewahrungsgehäuses 20 inKontakt, die späterbeschrieben wird.
    [0082] Wiein 1 gezeigt ist, hatdas Aufbewahrungsgehäuse20 im Großenund Ganzen eine Becherform und umfasst einen zylinderförmigen Stammabschnitt 24 undeine Antriebstafel 22, die eine Betriebsfläche 100 zur Übertragungder Antriebskraft des piezoelektrischen Stellglieds 1 bildet.
    [0083] Aufder Rückseiteder Antriebstafel 22 ist die Wirkendfläche 221 ausgebildet,die mit der vorderen Endflächedes Übertragungsbauteils 13 inKontakt kommt.
    [0084] Wiein 1 gezeigt ist, enthält der Stammabschnitt 24 denExpansions-/Kontraktionsabschnitt 21, der aus einem Metallbalgbesteht und in der Nähedes Endabschnitts nahe der Wirkendfläche 221 angeordnetist. Der Expansions-/Kontraktionsabschnitt 21 ist so gestaltet,dass er so an den Außenumfangsseitendes Stababschnitts 132 des Übertragungsbauteils 13 despiezoelektrischen Schichtelements 10 eingerichtet ist,dass zwischen dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt 21 undder Außen umfangsfläche desStababschnitts 132 ein vorgeschriebener Spalt vorhandenist.
    [0085] Indiesem Ausführungsbeispielist die Antriebstafel 22 nahe dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt 21 mitdem Endabschnitt des Aufbewahrungsgehäuses 20 durch Laserschweißung verbunden.
    [0086] Dermit der Antriebstafel 22 verbundene Abschnitt des Aufbewahrungsgehäuses 20 kannmit Hilfe einer Hydraulikpresse usw. durch Tiefziehen einstückig mitdem Stammabschnitt 24 ausgebildet werden.
    [0087] Wiein 1 gezeigt ist, bestehtder Fuß 30 auseinem im Großenund Ganzen säulenförmigen Bauteilaus rostfreiem Stahl SUS304, durch das ein Paar Außenelektroden 31 geht.Die Spalte zwischen dem Fuß 30 undden durch ihn hindurch gehenden Außenelektroden 31 sindmit luftdicht schließenden Glasdichtungen 33 abgedichtet.
    [0088] Darüber hinausist an dem Endabschnitt des Fußes 30 nahedem Aufbewahrungsgehäuse 20 ein Einfuhrabschnitt 32 ausgebildet,der in den Stammabschnitt 24 des Aufbewahrungsgehäuses 20 einzuführen ist.
    [0089] Indem piezoelektrischen Stellglied 1 gemäß diesem Ausführungsbeispielsind das Aufbewahrungsgehäuse 20 undder Fuß 30 wiein 1 gezeigt durch Laserschweißung andem in den Stammabschnitt 24 eingeführten Einfuhrabschnitt 32 verbunden.
    [0090] Indem piezoelektrischen Stellglied 1 ist die Unterbringungspositiondes piezoelektrischen Schichtelements 10 in dem Aufbewahrungsgehäuse 20 dadurchfestgesetzt, dass der Endabschnitt des Fußes 30 nahe dem Einfuhr abschnitt 32 mitdem Endabschnitt des Haltebauteils 12 des piezoelektrischenSchichtelements 10 in Kontakt kommt.
    [0091] AlsNächsteswird das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Stellglieds 1 gemäß diesemAusführungsbeispielerläutert.
    [0092] DerHerstellungsablauf fürdas piezoelektrische Stellglied 1 umfasst: einen Elementausbildungsvorgang,in dem das piezoelektrische Schichtelement 10 hergestelltwird; einen Unterbringungsvorgang, in dem das piezoelektrische Schichtelement 10 durcheinen offenen Endabschnitt des Aufbewahrungsgehäuses 20 eingeführt undan einer vorgeschriebenen Position in Axialrichtung des Aufbewahrungsgehäuses 20 eingerichtetwird; und einen Verbindungsvorgang, in dem der Fuß 30 somit dem offenen Endabschnitt des Aufbewahrungsgehäuses 20 verbundenwird, dass die Endflächedes Fußes 30 inAxialrichtung mit der hinteren Endfläche des an der vorgeschriebenenPosition eingerichteten piezoelektrischen Schichtelements 10 inKontakt kommt.
    [0093] Eswird zunächstder Elementausbildungsvorgang zur Herstellung des piezoelektrischen Schichtelements 10 erläutert.
    [0094] Vorder Herstellung des das piezoelektrische Schichtelement 10 ergebendenKeramikschichtkörpers 11 wirdzunächstaus einer Schlämmefür eine Grünlage, diedem Material des piezoelektrischen Elements entspricht, eine Grünlage 500 hergestellt (siehe 2).
    [0095] DieSchlämmewird wie folgt zubereitet: Nachdem ein Bindemittel und eine kleineMenge Weichmacher und Antischäummittelzu einem Keramikmaterial gegeben wurden, das eine piezoelektrischeKeramik wie Blei-Zirkonat-Titanat(PZT) bildet, wird das Ganze in einem organischen Lösungsmittel verteilt.
    [0096] Indiesem Ausführungsbeispielwird die Schlämmedurch ein Schaberverfahren auf einen nicht gezeigten Trägerfilmaufgebracht und wird dann die 40 bis 250 μm dicke Grünlage 500 ausgebildet. Abgesehenvon dem Schaberverfahren kann die Grünlage 500 auch durchein Extrusionsformverfahren oder verschiedene andere Verfahren ausder Schlämmehergestellt werden.
    [0097] Wiein 2 gezeigt ist, wirdals Nächstes durchSiebdruck auf dem Bereich einer Aufschichtungsfläche 501 auf der Grünlage 500 eineAg-Pd Paste aufgebracht, die ein leitendes Material darstellt. Aufder Aufschichtungsfläche 501 wirdein aus dem Elektrodenabschnitt 503 und dem Leerabschnitt 504 bestehendesElektrodendruckmuster 502 ausgebildet, indem die Ag-PdPaste bis auf einen Teil des Rands der Aufschichtungsfläche 501 aufder gesamten Aufschichtungsfläche 501 aufgebrachtwird.
    [0098] Danachwird auf die gesamte Aufschichtungsfläche 501, auf der dasleitende Material aufgebracht worden ist, die Schlämme aufgebracht,um als Klebstoff zu dienen.
    [0099] Wiein den 2 und 3 gezeigt ist, werden aufder Oberflächeder Grünlage 500 zweiArten von Elektrodendruckmustern 502 aufgebracht, die zueinanderspiegelbildlich sind, wobei die Lage des Leerabschnitts 504 aufder Grünlage 500 jedesMal von der einen zu der anderen von zwei Positionen wechselt, wenndas Lagenplättchen 521 ausgestanztwird.
    [0100] Wiein 3 gezeigt ist, werdenaus der Grünlage 500 danndie Lagenplättchen 521 mitden Elektrodendruckmuster 502 darauf ausgestanzt, die dann übereinandergeschichtet werden.
    [0101] Wiein 3 gezeigt ist, wirddurch das Übereinanderschichtender Lagenplättchen 521 mit denbeiden spiegelbildlichen Elektrodenmustern 502 ein (nichtgezeigter) Zwischenschichtkörpergebildet und wird gleichzeitig durch das Brennen des Zwischenschichtkörpers derKeramikschichtkörper 11 hergestellt.
    [0102] Indiesem Ausführungsbeispielwird der Zwischenschichtkörper,nachdem er zwei Stunden lang in einer 1200°C heißen Atmosphäre gebrannt wurde, im Ofenabgekühlt.
    [0103] Dadurchbilden die auf den Aufschichtungsflächen 501 aufgebrachtenElektrodenabschnitte 503 im Keramikschichtkörper 11 diein 4 gezeigten übereinandergeschichteten Elektrodenschichten 112. Der Keramikschichtkörper 11 hatdann einen Aufbau, bei dem die Elektrodenabschnitte 503 anjeder zweiten Elektrodenschicht 112 zu einer der beidenentgegengesetzten Seitenebenen hin frei liegen, wobei bei diesemAufbau, wenn ein Leerabschnitt 504 in einer Elektrodenschicht 112 zueiner der Seitenebenen hin frei liegt, der Elektrodenabschnitt 503 inderselben Elektrodenschicht 112 zu der anderen Seitenebenehin frei liegt.
    [0104] DasPaar im Großenund Ganzen flacher Seitenebenen 115 wird bei dem Keramikschichtkörper 11 diesesAusführungsbeispielsdadurch gebildet, dass die Seitenebenen wie in 4 abgeflacht werden, an denen der Elektrodenabschnitt 503 und derLeerabschnitt 504 abwechselnd an jeder zweiten Schichtin Aufschichtungsrichtung auftreten.
    [0105] Wiein 1 gezeigt ist, wirddas piezoelektrische Schichtelement 10 in diesem Ausführungsbeispieldadurch gebildet, dass mit den Seitenebenen 115 des Keramikschichtkörpers 11 jeweilsmit Hilfe eines leitenden Klebstoffs die Seitenelektroden 116 verbundenwerden und dass mit den beiden Endflächen des Keramikschichtkörpers 11 inseiner Aufschichtungsrichtung das Haltebauteil 12 und das Übertragungsbauteil 13 verbundenwerden.
    [0106] Für den leitendenKlebstoff kann eine Ag-Pd Paste, eine Ag Paste, eine Au Paste, eineCu Paste oder dergleichen verwendet werden.
    [0107] AlsNächsteswird der Unterbringungsvorgang zur Unterbringung des piezoelektrischen Schichtelements 10 indem Aufbewahrungsgehäuse 20 beschrieben.
    [0108] Beidiesem Vorgang wird der Fuß 30 zunächst, wiein 5 gezeigt ist, nahedem Haltebauteil 12 mit dem Endabschnitt des piezoelektrischen Schichtelements 10 verbunden.
    [0109] Indiesem Ausführungsbeispielwerden dadurch, dass die in dem Haltebauteil 12 angeordneten Elektrodenanschlüsse 117 unddie Außenelektroden 31 desFußes 30 durchLaserpunktschweißungverbunden werden, das Haltebauteil 12 und der Fuß 30 sozusammengebaut, dass beide Bauteile miteinander in Kontakt kommen.
    [0110] Bevordas piezoelektrische Schichtelement 10 wie in 5 gezeigt in dem Aufbewahrungsgehäuse 20 untergebrachtwird, wird arithmetisch die Bezugseinführposition des piezoelektrischenSchichtelements 10 berechnet, an der die vordere Endfläche des Übertragungsbauteils 13 despiezoelektrischen Schichtelements 10 mit der Wirkendfläche 221 desAufbewahrungsgehäuses 20 inKontakt kommt und an der es gleichzeitig zu keiner Dehnung des Expansions-/Kontraktionsabschnitts 21 kommt.Dazu wird zunächstexperimentell die Kontraktionslängein Axialrichtung des Aufbewahrungsgehäuses 20 ermittelt,die in dem Verbindungsvorgang auftreten kann.
    [0111] Dannwird das piezoelektrische Schichtelement 10 eingeführt undan der Einrichteposition eingerichtet, die von der Bezugseinführpositionaus in der zu der Richtung, in der das piezoelektrische Schichtelement 10 eingeführt wird,entgegengesetzten Richtung um die Kontraktionslänge zurückgesetzt ist.
    [0112] Experimentellwurde ermittelt, dass sich das Aufbewahrungsgehäuse 20 in diesem Ausführungsbeispielin dem durch das Laserschweißenerfolgenden Verbindungsvorgang, der später beschrieben wird, etwa70 μm inAxialrichtung zusammenzieht.
    [0113] Wenndas piezoelektrische Schichtelement 10 in diesem Ausführungsbeispielin der Einrichteposition eingerichtet wird, wird also zwischen derWirkendfläche 221 desAufbewahrungsgehäuses 20 und demEndabschnitt des Übertragungsbauteils 13 des piezoelektrischenSchichtelements 10 wie in 6 gezeigtein 70 μmgroßerSpalt G vorgesehen.
    [0114] Indem Unterbringungsvorgang dieses Ausführungsbeispiels wird das piezoelektrischeSchichtelement 10 also in dem Aufbewahrungsgehäuse 20 untergebrachtund an der in 6 gezeigtenEinrichteposition eingerichtet.
    [0115] AlsNächsteswird in dem Verbindungsvorgang der Fuß 30, der die Positiondes piezoelektrischen Schichtelements 10 in seiner Axialrichtungdefiniert, so mit dem Aufbewahrungsgehäuse 20 verbunden,dass die Einrichteposition des piezoelektrischen Schichtelements 10 bezüglich desAufbewahrungsgehäuses 20 beibehaltenwird. In diesem Ausführungsbeispielwird der Fuß 30 durchLaserschweißenmit dem Aufbewahrungsgehäuse 20 verbunden.
    [0116] Indem Verbindungsvorgang zieht sich das Aufbewahrungsgehäuse 20 wiegesagt aufgrund der währenddes Schweißenserzeugten Hitze etwa 70 μmin Axialrichtung zusammen.
    [0117] Derin dem Unterbringungsvorgang zwischen der Wirkendfläche 22 unddem Endabschnitt des Übertragungsbauteils 13 vorgeseheneSpalt G (siehe 6) wirddann in dem Aufbewahrungsgehäuse 20 wiein 1 gezeigt auf Nullverringert.
    [0118] Wennes in dem Verbindungsvorgang wie erwartet zu der Kontraktion kommt,kommen die Wirkendfläche 22 undder Endabschnitt des Übertragungsbauteils 13,ohne dass eine Last anliegt, miteinander in Kontakt. Dabei trittkeine Dehnung des Expansions-/Kontraktionsabschnitts 21 desAufbewahrungsgehäuses 20 auf.
    [0119] Indiesem Ausführungsbeispielwird das piezoelektrische Schichtelement also an einer Einrichtepositioneingerichtet, die unter Berücksichtigungder Kontraktion des Aufbewahrungsgehäuses, die in dem Verbindungsvorgangauftreten kann, festgesetzt wurde. Daher lässt sich die Dehnungslänge desExpansions-/Kontraktionsabschnitts 21 des piezoelektrischenStellglieds 1 passend einstellen und die ständig aufdem Expansions-/Kontraktionsabschnitt 21 wirkende Zugspannung verringern.
    [0120] Dadurchist bei diesem Ausführungsbeispiel dieWahrscheinlichkeit gering, dass es zu einem Ermüdungsdefekt des Expansions-/Kontraktionsabschnitts 21 despiezoelektrischen Stellglieds 1 kommt, und kann das piezoelektrischeStellglied 1 in Betrieb über eine lange Zeitdauer einehervorragende Leistungsfähigkeitzeigen.
    [0121] DieBezugseinführpositionkann auch einer Position entsprechen, bei der zwischen der Wirkendfläche 221 unddem Übertragungsbauteil 13 einSpalt ausgebildet ist. In diesem Fall liegt in dem fertigen piezoelektrischenStellglied 1, wie in 7 gezeigtist, zwischen der Wirkendfläche 22 unddem piezoelektrischen Schichtelement 10 ein Spalt vor.Dadurch lässtsich die Dehnung des Expansions-/Kontraktionsabschnitts 21 aufjeden Fall auch dann verhindern, wenn in dem Verbindungsvorgangein mehr oder weniger großerFehler beim Ausmaß derKontraktion in Axialrichtung des Aufbewahrungsgehäuses 20 auftritt.
    [0122] Darüber hinauskann die vorgeschriebene Gehäuselast,die das in dem piezoelektrischen Stellglied 1 eingebautepiezoelektrische Schichtelement 10 in Axialrichtung zusammendrückt, auchin einem Bereich von weniger als einem Zehntel der durch das piezoelektrischeSchichtelement 10 erzeugten Antriebskraft bzw, von wenigerals 100 N auf einen Wert von größer alsNull eingestellt werden.
    [0123] Indiesem Fall entspricht die Bezugseinführposition einer Position,an der das piezoelektrische Schichtelement 10 so eingeführt ist,dass die durch die Dehnung des Expansions-/Kontraktionsabschnitts 21 bedingteelastische Kraft im Großenund Ganzen der vorgeschriebenen Gehäuselast entspricht. Die Einrichtepositionist dann von der Bezugseinführpositionin der zur Einführrichtungentgegengesetzten Richtung um die in dem Verbindungsvorgang auftretendeKontraktionslängezurückgesetzt.
    [0124] Wiein 8 gezeigt ist, istes auch möglich, denExpansions-/Kontraktionsabschnitt 21 in Axialrichtung über dengesamten Stammabschnitt 24 des Aufbewahrungsgehäuses 20 auszubildenund das piezoelektrische Schichtelement 10 innerhalb derInnenumfangsseite des Expansions-/Kontraktionsabschnitts 21 anzuordnen.
    [0125] Indiesem Fall lässtsich dadurch, dass die pro Längeneinheitdes Expansions-/Kontraktionsabschnitts 21 wirkende Spannungreduziert wird, die Ermüdungsdauerfestigkeiterhöhen.
    [0126] Daszweite Ausführungsbeispielunterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel im Hinblickdarauf, wie der Unterbringungsvorgang durchgeführt wird.
    [0127] Indem piezoelektrischen Stellglied 1 dieses Ausführungsbeispielswird die Gehäuselast,die auf dem piezoelektrischen Schichtelement 10 in der Richtungwirkt, dass es in der Axialrichtung zusammengedrückt wird, auf eine vorgeschriebeneGehäuselasteingestellt, die in einem Bereich von weniger als einem Zehntelder durch das piezoelektrische Schichtelement 10 erzeugtenAntriebskraft oder von weniger als 100 N größer als Null ist.
    [0128] Indem Unterbringungsvorgang dieses Ausführungsbeispiels wird das piezoelektrischeStellglied 1, wie in 9 gezeigtist, so montiert, dass der Endabschnitt in Einführrichtung des piezoelektrischenSchichtelements 10 mit der Wirkendfläche 221 des zuvorin Axialrichtung zusammengedrückten Aufbewahrungsgehäuses 20 inKontakt kommt.
    [0129] Bevorder Unterbringungsvorgang in diesem Ausführungsbeispiel durchgeführt wird,muss zuvor die KontraktionslängeL1 in Axialrichtung des Aufbewahrungsgehäuses 20 ermitteltwerden, die in dem Verbindungsvorgang auftreten kann, sowie dieDehnungslängeL2 des Expansions-/Kontraktionsabschnitts 21, die benötigt wird,um das piezoelektrische Schichtelement 10 in seiner Axialrichtungmit einer vorgeschriebenen Gehäuselastzusammenzudrücken.
    [0130] Indiesem Ausführungsbeispielwird die vorgeschriebene Gehäuselastwie gesagt in einem Bereich von weniger als einem Zehntel der durchdas piezoelektrische Schichtelement 10 erzeugten Antriebskraftoder von weniger als 100 N auf einen Wert von größer als Null eingestellt.
    [0131] Eswird davon ausgegangen, das die Kontraktionslänge minus der Dehnungslänge einervorgeschriebenen LängeP entspricht, mit der der Expansions-/Kontraktionsabschnitt 21 zusammengedrückt werdensollte. Es gilt also P = L1 – L2.
    [0132] Bevorin diesem Ausführungsbeispielder Unterbringungsvorgang durchgeführt wird, wird daher das Aufbewahrungsgehäuse 20 zuvorum die vorgeschriebene LängeP in Axialrichtung zusammengezogen.
    [0133] Indem Unterbringungsvorgang wird das piezoelektrische Schichtelement 10 dannin das Gehäuse 20 eingeführt undan einer Position eingerichtet, an der das Übertragungsbauteil 13 despiezoelektrischen Schichtelements 10 mit der Wirkendfläche 221 deszusammengedrücktenAufbewahrungsgehäuses 20 inKontakt kommt. Wenn danach der Verbindungsvorgang durchgeführt wird,zieht sich das Aufbewahrungsgehäuse 20 inAxialrichtung im Großenund Ganzen um die der Kontraktionslänge L1 entsprechende Länge zusammen.
    [0134] Wenndann die das Aufbewahrungsgehäuse 20 zusammendrückende Kraftweggenommen wird, kehrt das Aufbewahrungsgehäuse 20 zu seiner ursprünglichenLänge zurück, indemes sich um die vorgeschriebene LängeP ausdehnt. Wenn die ursprünglicheGesamtlänge(Innenseite) des Aufbewahrungsgehäuses 20 L beträgt, beträgt seineGesamtlänge(Innenseite) nach dem Verbindungsvorgang dann L – L1.
    [0135] DieGesamtlänge(Innenseite) des Aufbewahrungsgehäuses 20 beträgt im zusammengedrückten Zustandvor dem Verbindungsvorgang L – P =L – (L1 – L2). Vordem Verbindungsvorgang kommt die Wirkendfläche 221 des Aufbewahrungsgehäuses 20 mitdem Endabschnitt des piezoelektrischen Schichtelements 10 inKontakt, weswegen die Gesamtlängeder Inhalte in dem Aufbewahrungsgehäuse 20, d.h. die Gesamtlänge despiezoelektrischen Schichtelements 10, L – P = L – (L1 – L2) betragen muss.
    [0136] DieGesamtlängeL – L1des Aufbewahrungsgehäusesist nach dem Verbindungsvorgang um L2 kürzer als die Gesamtlänge (L – L1 + L2)des piezoelektrischen Schichtelements 10.
    [0137] Dasbedeutet, dass sich der Expansions-/Kontraktionsabschnitt 21 desAufbewahrungsgehäuses 20 nachdem Verbindungsvorgang um L2 ausdehnt.
    [0138] Durchden um L2 ausgedehnten Expansions-/Kontraktionsabschnitt 21 wirddemzufolge auf das piezoelektrische Schichtelement 10 inder Richtung, in der es zusammengedrückt wird, die der ursprünglichenAuslegung entsprechende vorgeschriebene Gehäuselast ausgeübt.
    [0139] Indiesem Ausführungsbeispielentspricht die Einrichteposition des piezoelektrischen Schichtelements 10 indem Aufbewahrungsgehäuse 20 der durchdas Verfahren in dem ersten Ausführungsbeispielberechneten Einrichteposition.
    [0140] Mitanderen Worten wird in diesem Ausführungsbeispiel das Einführen despiezoelektrischen Schichtelements 10 in das Gehäuse 20 unddas Einrichten an der Einrichteposition durch diesen Unterbringungsvorgang,in dem der Endabschnitt des piezoelektrischen Schichtelements 10 mitder Wirkendfläche 221 deszuvor auf die vorgeschriebene Länge zusammengedrückten Aufbewahrungsgehäuses 20 inKontakt gebracht wird, erleichtert.
    [0141] DieGestaltung, Funktionsweise und Wirkungen sind ansonsten die gleichenwie im ersten Ausführungsbeispiel.
    [0142] Dasdritte Ausführungsbeispielbetrifft eine Einspritzdüse,in der das piezoelektrische Schichtelement gemäß dem ersten Ausführungsbeispieleingebaut ist.
    [0143] Diein 10 gezeigte Einspritzdüse 6 diesesAusführungsbeispielsist Bestandteil eines Systems, das Hochdruckkraftstoff, der beietwa 180 MPa in einem nicht gezeigten Commonrail gespeichert ist, ineinen Motorzylinder einspritzt.
    [0144] Wiein 10 gezeigt ist, hatdie Einspritzdüse 6 einGehäuse 50,in dem das piezoelektrische Stellglied 1 gemäß dem erstenAusführungsbeispiel untergebrachtist, und ein Düsengehäuse 60,in dem ein Düsenabschnitt 61 miteiner Düse 65 ausgebildet ist.
    [0145] Daseinen im Großenund Ganzen säulenförmigen Umrissaufweisende Gehäuse 50 umfasst,wie in 10 gezeigt ist:einen Vertiefungsabschnitt 51, der von der nahe an einemAnschlussabschnitt 70 gelegenen Endfläche des Gehäuses 50 aus an einer zurMittelachse exzentrischen Position hineingebohrt wurde und eineGroßenund Ganzen kreisförmige Schnittfläche hat;einen ersten Zylinder 53, der von der nahe an dem Düsengehäuse 60 gelegenenEndflächedes Gehäuses 50 ausim Großenund Ganzen gleichachsig zum Vertiefungsabschnitt 51 hineingebohrtwurde und eine im Großenund Ganzen kreisförmigeSchnittflächehat; und einen Kraftstoffzuführungsweg 52,der von der gleichen Endflächeaus neben dem ersten Zylinder 53 und dem Vertiefungsabschnitt 51 hineingebohrtwurde.
    [0146] DerVertiefungsabschnitt 51 und der erste Zylinder 53 stehen über einVerbindungsloch 54 in Verbindung, das wie in 10 gezeigt im Wesentlichengleichachsig zum Vertiefungsabschnitt 51 von seinem Bodenaus hineingebohrt wurde. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Verbindungsloch 54 so ausgebildet,dass sein Durchmesser kleiner als der des Vertiefungsabschnitts 51 unddes ersten Zylinders 53 ist. Der Kraftstoffzuführungsweg 52 öffnet sichzu einem Verbindungsabschnitt 520 hin, der sich in demnahe an dem Anschlussabschnitt 70 gelegenen Endabschnittdes Gehäuses 50 befindet,und ist überein in dem Verbindungsabschnitt 520 vorgesehenes, nichtgezeigtes Kraftstoffeinleitungsrohr 525 mit dem Commonrailverbunden.
    [0147] Ineinem an der Rückseitedes Gehäuses 50 befindlichenVerbindungsabschnitt 580 ist ein Abflussweg 58 hineingebohrt,der mit einem späternoch zu beschreibenden Drei-Wege-Ventil 62 in Verbindungsteht und mit dem ein zur Kraftstoffabgabe dienendes Kraftstoffabgaberohr 585 verbundenist.
    [0148] Wiein 10 gezeigt ist, istdas piezoelektrische Stellglied 1 in dem Gehäuse 50 innerhalbdes Vertiefungsabschnitts 51 vorgesehen, während in demersten Zylinder 53 ein erster Kolben 530 untergebrachtist, der einen innerhalb des ersten Zylinders 53 gleitendenStammabschnitt 531 und einen durch das Verbindungsloch 54 gehendenSchaftabschnitt 532 hat.
    [0149] DieEndflächedes Schaftabschnitts 532 kommt über eine Antriebsübertragungseinheit 55 mit derAntriebstafel 22 in Kontakt, die als Betriebsfläche despiezoelektrischen Stellglieds 1 fungiert.
    [0150] DieAntriebsübertragungseinheit 55 umfasst: eineVorspannungsstange 553, die in Axialrichtung an ihrem einenEnde mit dem ersten Kolben 530 und an ihrem anderen Endemit dem piezoelektrischen Stellglied 1 in Kontakt kommt;eine Spiralfeder 552, die den Vorspannungsstab 553 gegendas piezoelektrische Stellglied 1 drängt; und einen Federsitz 551.
    [0151] Andem Vorspannungsstab 553 ist in der Nähe des nahe an dem piezoelektrischenStellglied 1 gelegenen End abschnitts des Vorspannungsstabs 553 einSitzabschnitt 554 ausgebildet, dessen Durchmesser größer alsder der Spiralfeder 552 ist. Der Vorspannungsstab 553 wirddurch die Vorspannungskraft, die von der Spiralfeder 552 aufden Sitzabschnitt 554 wirkt, gegen das piezoelektrischeStellglied 1 gedrückt.
    [0152] DerFedersitz 551 ist so gestaltet, dass er mit einem zwischendem Vertiefungsabschnitt 51 in dem Verbindungsloch 54 vorgesehenenabsatzförmigen Abschnittzusammengreift und die Position des einen Endabschnitts der Spiralfeder 552 inAxialrichtung begrenzt. In dem mittleren Abschnitt des Federsitzes 551 istein Durchgangsloch hineingebohrt, durch den der Vorspannungsstab 553 geht.
    [0153] Inder Antriebsübertragungseinheit 55 dieses Ausführungsbeispielsist die statische Drucklast, die von dem Vorspannungsstab 553 ausauf die Betriebsfläche 100 despiezoelektrischen Stellglieds 1 wirkt, auf größer odergleich einem Viertel der durch das piezoelektrische Schichtelementerzeugten Antriebskraft eingestellt.
    [0154] Andererseitsist die auf das piezoelektrische Schichtelement 1 wirkendeGehäuselastin dem piezoelektrischen Stellglied 1 allein auf Null eingestellt.
    [0155] Demzufolgewirkt auf das piezoelektrische Schichtelement 10 des indie Einspritzdüse 6 eingebautenpiezoelektrischen Stellglieds 1 eine Vorlast, die größer odergleich einem Viertel der durch das piezoelektrische Schichtelement 10 inseiner Axialrichtung erzeugten Antriebskraft ist.
    [0156] Darüber hinausist die Einspritzdüse 6 sogestaltet, dass überdie durch den Fuß 30 gehenden Außenelektroden 31 (siehe 1) an jede Keramikschicht 111 despiezoelektrischen Schichtelements 10 durch Anlegen einervorgeschriebenen Spannung an ein in dem Verbindungsabschnitt 70 untergebrachtes(nicht gezeigtes) Elektrodenpaar eine Spannung angelegt werden kann.
    [0157] Wiein 10 gezeigt ist, umfasstdas Düsengehäuse 60:einen zweiten Zylinder 63, der von der nahe an dem Gehäuse 50 gelegenenEndfläche ausgleichachsig hineingebohrt wurde; das Drei-Wege-Ventil 62,das mit dem Kraftstoffzuführungsweg 52 oderdem Abflussweg 58 in Verbindung steht; und den Düsenabschnitt 61.
    [0158] Derzweite Zylinder 63 ist so gestaltet, dass er mit dem erstenZylinder 53 in Verbindung steht, wenn das Düsengehäuse 60 mitdem Gehäuse 50 verbundenist. In dem zweiten Zylinder 63 ist gleitfähig einzweiter Kolben 630 untergebracht.
    [0159] Zwischendem ersten Kolben 530 und dem zweiten Kolben 630 befindetsich daher eine Druckkammer 506, die von dem ersten Zylinder 53 zum zweitenZylinder 63 verläuft.
    [0160] Indiesem Ausführungsbeispielist die Druckkammer 506 so mit einem Arbeitsfluid gefüllt, dass sichder zweite Kolben 630 wie in 10 gezeigtentsprechend der Bewegung des ersten Kolbens 530 hubweisebewegen kann.
    [0161] Derzweite Zylinder 63 ist so gestaltet, dass sein Durchmesserkleiner als der des ersten Zylinders 53 ist. Daher kanndie Hubbewegung des ersten Kolbens 530 verstärkt werden,die den zweiten Kolben 630 in der Einspritzdüse 6 bewegt.
    [0162] Wiein 10 gezeigt ist, umfasstdas Drei-Wege-Ventil 62 einen (nicht gezeigten) Ventilkörper, umden Kraftstoffzuführungsweg 52 oderden Abflussweg 58 gezielt mit einer Gegendruckkammer 610 inVerbindung zu setzen, die späterbeschrieben wird. Der Ventilkörperist so gestaltet, dass er durch die Bewegung des zweiten Kolbens 630 inRichtung des Düsengehäuses 60 bewegtwird, um so den Abflussweg 58 mit der Gegendruckkammer 610 inVerbindung zu setzen. Außerdemist der Ventilkörperso gestaltet, dass er den Kraftstoffzuführungsweg 52 mit derGegendruckkammer 610 in Verbindung setzt, wenn sich derzweite Kolben 630 nahe dem Gehäuse 50 befindet.
    [0163] DieGegendruckkammer 610 der Einspritzdüse 6 wird in diesemAusführungsbeispielalso normalerweise, indem der Hochdruckkraftstoff eingeleitet wird,unter einem hohen Druck gehalten und ist so gestaltet, dass derDruck in der Gegendruckkammer 610 reduziert wird, wenndie Gegendruckkammer 610 durch Bewegung des zweiten Kolbens630 zum Düsengehäuse 60 hinmit dem Abflussweg 58 in Verbindung gebracht wird.
    [0164] Wiein 10 gezeigt ist, umfasstder Düsenabschnitt 61 dieam vorderen Ende des Düsengehäuses 60 angeordneteDüse 65,eine zum Öffnen undSchließender Düse 65 dienendeDüsennadel 615 undeinen zum Speichern des einzuspritzenden Kraftstoffs dienenden Kraftstoffspeicher 612.
    [0165] Wiein 10 gezeigt ist, umfasstdie Düse 65 eingleichachsig zur Achsenmitte der Düse 65 gebohrtes Nadelloch 650,das sich als ein zum Einspritzen von Kraftstoff dienendes Einspritzlochzum vorderen Ende der Düse 65 hin öffnet.
    [0166] DieDüsennadel 615 hateine zweistufige Form, bei der zwei im Großen und Ganzen säulenförmige Elementeverbunden sind, wobei die eine Säule anihrem vorderen Ende einen kleineren Durchmesser hat und in dem Nadelloch 650 untergebrachtist, so dass sich der Stufenabschnitt 616, an dem sich derDurchmesser der Düsennadel 615 ändert, indem Kraftstoffspeicher 612 befindet. Darüber hinausist die Düsennadel 615 sogestaltet, dass ein kugelförmigervorderer Endabschnitt 613 von ihr das Einspritzloch andem vorderen Ende der Düse 65 öffnet undschließt.
    [0167] Andem anderen Endabschnitt der Düsennadel 615 istwie in 10 gezeigt dieGegendruckkammer 610 ausgebildet, die mit dem Drei-Wege-Ventil 62 inVerbindung steht. Eine in der Gegendruckkammer 610 angeordneteFeder 618 ist so gestaltet, dass sie die Düsennadel 615 indie Richtung drängt,die das Einspritzloch an dem vorderen Ende der Düse 65 schließt.
    [0168] Darüber hinaussteht der Kraftstoffspeicher 612, der am Außenranddes Stufenabschnitts 616 der Düsennadel 615 ausgebildetist und eine im Großenund Ganzen kreisförmigeQuerschnittsfläche hat,wie in 10 gezeigt mitdem Kraftstoffzuführungsweg 52 inVerbindung, der den Hochdruckkraftstoff zuführt. Der Druck des Hochdruckkraftstoffsin dem Kraftstoffspeicher 612, der in die Richtung wirkt, derdie Düsennadel 615 zumGehäuse 50 hinzurücksetzt,wirkt auf den Stufenabschnitt 616 der Düsennadel 615.
    [0169] ImFolgenden wird die Funktionsweise der Einspritzdüse 6 dieses Ausführungsbeispielsbeschrieben, die in einem Commonrail-Einspritzsystem eines DieselmotorsAnwendung findet.
    [0170] Damitvon der Düse 65 ausdurch Betätigung derEinspritzdüse 6 miteinem Druck von 180 MPa Kraftstoff in den Motorzylinder eingespritztwird, wird an das in 10 gezeigtepiezoelektrische Stellglied 1 eine vorgeschriebene Spannungangelegt.
    [0171] Durchdie Ausdehnung des piezoelektrischen Stellglieds 1 infolgeder angelegten Spannung bewegt sich der Vorspannungsstab 553 derAntriebsübertragungseinheit 55,der sich mit der Betriebsfläche 100 despiezoelektrischen Stellglieds 1 in Kontakt befindet, zumersten Kolben 530.
    [0172] Dererste Kolben 530, der sich mit dem Vorspannungsstab 553 inKontakt befindet, bewegt sich innerhalb des ersten Zylinders 53 miteiner Hubbewegung zum Düsengehäuse 60.Da die Bewegung des ersten Kolbens 530 das Volumen innerhalbdes ersten Zylinders 53 verringert, strömt das Arbeitsfluid in derDruckkammer 506 in den zweiten Zylinder 63 und bewegtden zweiten Kolben 630 zur Düse 65, um so das Volumeninnerhalb des zweiten Zylinders 63 zu erhöhen.
    [0173] Durchdie Hubbewegung des zweiten Kolbens 630 wird der Ventilkörper desDrei-Wege-Ventils 62 wie in 10 gezeigtnach unten zur Düse 65 gedrückt. Wennder Ventilkörpernach unten gedrückt wird,wird der Weg von dem Kraftstoffzuführungsweg 52 zur Gegendruckkammer 610 unterbrochenund anstelle dessen der Weg von dem Abflussweg 58 zur Gegendruckkammer 610 aufgebaut.Dann wird der Kraftstoff, mit dem die Gegendruckkammer 610 gefüllt ist, über denAbflussweg 58 aus dem Kraftstoffabgaberohr 585 nachaußenabgegeben und der Druck innerhalb der Gegendruckkammer 610 reduziert.
    [0174] DieDruckdifferenz, die zwischen der Gegendruckkammer 610 undden Kraftstoffspeicher 610 auftritt, wenn der Druck innerhalbder Gegendruckkammer 610 reduziert wird, erzeugt eine Kraft,die die Düsennadel 615 wiein 10 gezeigt zum Gehäuse 50 hinnach oben drückt.Durch die Bewegung der Düsennadel 615 zumGehäuse 50 öffnet sichdann das Einspritzloch an dem vorderen Ende der Düse 65,das zuvor durch den vorderen Endabschnitt 613 der Düsennadel 615 verschlossenwar. Wenn sich das Einspritzloch öffnet, wird der Hochdruckkraftstoff indem Kraftstoffspeicher 612 in den Motorzylinder eingespritzt.
    [0175] Indem oben beschriebenen Ausführungsbeispielwurde die Kraftstoffeinspritzung wiederholt zu einem passenden Zeitpunktdurchgeführt,indem die an jedem Motorzylinder angebrachte Einspritzdüse 6 unterVerwendung einer zur Motorsteuerung dienenden (nicht gezeigten)elektronischen Motorsteuerungseinheit angesteuert wurde.
    [0176] Beider Einspritzdüse 6,die die Spiralfeder 552 enthält, um das darin eingebautepiezoelektrische Stellglied 1 in Axialrichtung zusammenzudrücken, istes wie oben beschrieben möglich,auf dem piezoelektrischen Schichtelement 10 innerhalb des piezoelektrischenStellglieds 1 füreine passende Vorlast zu sorgen.
    [0177] Daherist die Wahrscheinlichkeit gering, dass es in dem piezoelektrischenSchichtelement 10 innerhalb des piezoelektrischen Stellglieds 1 derEinspritzdüse 6 gemäß diesemAusführungsbeispielzu Schwierigkeiten wie einer Schichttrennung kommt.
    [0178] DieGehäuselast,die in der Einspritzdüse 6 gemäß diesemAusführungsbeispielan dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt 21 des Aufbewahrungsgehäuses 20 erzeugtwerden muss, kann also relativ gesehen verringert werden, wobeidie Gehäuselastin diesem Ausführungsbeispielauf Null eingestellt ist.
    [0179] Daherkann in der Einspritzdüse 6 gemäß diesemAusführungsbeispieldie ständigauf den Expansions-/Kontraktionsabschnitt 21 wirkende Zugspannungauf Null reduziert werden und ist die Wahrscheinlichkeit gering,dass es an dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt 21 zueinem Ermüdungsdefektkommt.
    [0180] DieGestaltung, Funktionsweise und Wirkungen sind ansonsten die gleichenwie im ersten Ausführungsbeispiel.
    [0181] Imvierten Ausführungsbeispielwurde die Ermüdungsdauerfestigkeitdes Expansions-/Kontraktionsabschnitts des Aufbewahrungsgehäuses indem piezoelektrischen Stellglied der Einspritzdüse gemäß dem dritten Ausführungsbeispieluntersucht.
    [0182] Indiesem Ausführungsbeispielwurde dazu der Zusammenhang zwischen dem Ausmaß der durch die Dehnung erzeugtenelastischen Kraft und der Ermüdungsdauerfestigkeitdes Expansions-/Kontraktionsabschnitts in dem piezoelektrischenStellglied allein untersucht. Die durch die Dehnung des Expansions-/Kontraktionsabschnittserzeugte elastische Kraft entspricht im Großen und Ganzen der Gehäuselast,die auf das in dem piezoelektrischen Stellglied eingebaute piezoelektrischeSchichtelement in der Richtung wirkt, in der es in Axialrichtungzusammengedrücktwird.
    [0183] Daherwurde der in 11 gezeigteZusammenhang zwischen der auf das piezoelektrische Schichtelementin dem piezoelektrischen Stellglied wirkenden Gehäuselast(Vorlast (eingestellte Last) in dem piezoelektrischen Stellgliedallein) und der Betriebsamplitude (μm) des piezoelektrischen Stellgliedsermittelt, um die Fehlerwahrscheinlichkeit nach 2 × 109-maliger Betätigung bei kleiner oder gleich50% halten zu können.
    [0184] Inder Figur bezeichnet die horizontale Achse das auf das piezoelektrischeSchichtelement wirkende Gehäuselastverhältnis (dasVerhältnisder Gehäuselastbezogen auf eine durch das piezoelektrische Schichtelement erzeugteAntriebskraft von 1000 N) und die vertikale Achse die Betriebsamplitudedes piezoelektrischen Stellglieds.
    [0185] DieFläche,die nach 2 × 109-maliger Betätigung eine Fehlerwahrscheinlichkeitvon 50% oder weniger, also das vorgesehene Ziel realisiert, istmit einer Schraffur versehen.
    [0186] DieFehlerwahrscheinlichkeit nach 2 × 109-maligerBetätigungsteht fürdas Verhältnisder Anzahl an nach 2 × 109-maliger Betätigung defekten piezoelektrischenStellgliedern bezogen auf die Gesamtmenge einer ausreichend großen Anzahlpiezoelektrischer Stellglieder.
    [0187] Dernegative Bereich im äußerstenlinken Teil der horizontalen Achse bezeichnet einen Zustand, indem zwischen dem Endabschnitt des piezoelektrischen Schichtelementsund der Betriebsendflächedes Aufbewahrungsgehäusesin dem piezoelektrischen Stellglied allein ein Spalt ausgebildetist. Mit anderen Worten bezeichnet der negative Bereich den Bereich,in dem die Gehäuselastdes piezoelektrischen Schichtelements im Großen und Ganzen Null ist.
    [0188] Indiesem Ausführungsbeispielwird daher die Last, die zum Zusammendrücken erforderlich ist, bisdie Betriebsendflächemit dem Endabschnitt des piezoelektrischen Schichtelements in Kontakt kommt,aus Gründender Einfachheit als negative Last bezeichnet, um die Größe des Spaltsquantitativ darzustellen zu können.
    [0189] Aus 11 ergibt sich, dass dasGehäuselastverhältnis despiezoelektrischen Schichtelements auf kleiner oder gleich 1/10 eingestelltwerden sollte, um mit einem Gesamtlängenverhältnis von 0,1%, das einer üblichenBetriebsamplitude eines piezoelektrischen Schichtelements entspricht,und einer Fehlerwahrscheinlichkeit von kleiner oder gleich 50% nach2 × 109-maliger Betätigung vereinbar zu sein. DerGrund dafürist wohl der Folgende.
    [0190] Wenndie Gehäuselastreduziert wird, kann die Dehnungslänge des Expansions-/Kontraktionsabschnittsverkürztund die auf den Expansions-/Kontraktionsabschnitt wirkende Zugspannung reduziertwerden. Durch das Reduzieren der darauf ausgeübten Zugspannung ist es folglichmöglich,die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass es zu einem Ermüdungsdefektdes Expansions-/Kontraktionsabschnitts kommt.
    [0191] DieGestaltung, Funktionsweise und Wirkungen sind ansonsten die gleichenwie im dritten Ausführungsbeispiel.
    [0192] DieErfindung wurde zwar unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispielebeschrieben, die aus Gründender Veranschaulichung gewähltwurden, doch sollte ersichtlich sein, dass der Fachmann verschiedeneAbwandlungen vornehmen kann, ohne vom Grundkonzept und Schutzumfang derErfindung abzuweichen.
    权利要求:
    Claims (13)
    [1] Piezoelektrisches Stellglied (1), dasein Piezoelektrisches Schichtelement (10) in einem Aufbewahrungsgehäuse (20)beherbergt, das einen Expansions-/Kontraktionsabschnitt (21)hat, der sich in seiner Axialrichtung elastisch ausdehnen und zusammenziehenkann, und das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine auf derelastischen Kraft des Expansions-/Kontraktionsabschnitts (21)des Aufbewahrungsgehäuses(20) basierende Gehäuselast,die auf das piezoelektrische Schichtelement (10) in derRichtung wirkt, dass es in seiner Axialrichtung zusammengedrückt wird,weniger als ein Zehntel der durch das piezoelektrische Schichtelement(10) erzeugten Antriebskraft oder weniger als 100 N beträgt.
    [2] Piezoelektrisches Stellglied nach Anspruch 1, beidem die Gehäuselastweniger als ein Hunderstel der durch das piezoelektrische Schichtelement(10) erzeugten Antriebskraft oder weniger als 10 N beträgt.
    [3] Piezoelektrisches Stellglied nach Anspruch 1 oder2, bei dem es zu keiner Dehnung des Expansions-/Kontraktionsabschnitts(21) kommt und die GehäuselastNull beträgt.
    [4] Einspritzdüse(6) zur Kraftstoffeinspritzung, in der ein piezoelektrischenStellglied (1) eingebaut ist, das ein piezoelektrischesSchichtelement (10) in einem Aufbewahrungsgehäuse (20)beherbergt, das einen Expansions-/Kontraktionsabschnitt (21)hat, der sich in seiner Axialrichtung elastisch ausdehnen und zusammenziehenkann, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ein elastischesBauteil (552) enthält,das in Axialrichtung des piezoelektrischen Schichtelements (10)auf eine Betriebsfläche(100), auf der die Antriebskraft des piezoelektrischenStellglieds (1) wirkt, eine Last aufbringt, und dasseine auf einer elastischen Kraft des Expansions-/Kontraktionsabschnitts(21) des Aufbewahrungsgehäuses (20) basierendeGehäuselast,die auf das piezoelektrische Schichtelement (10) in derRichtung wirkt, dass es in seiner Axialrichtung zusammengedrückt wird,in dem piezoelektrischen Stellglied (1) allein wenigerals ein Zehntel der durch das piezoelektrische Schichtelement (10)erzeugten Antriebskraft oder weniger als 100 N beträgt.
    [5] Einspritzdüsenach Anspruch 4, bei der die Gehäuselastweniger als ein Hundertstel der durch das piezoelektrische Schichtelement(10) erzeugten Antriebskraft oder weniger als 10 N beträgt.
    [6] Einspritzdüsenach Anspruch 4 oder 5, bei der es zu keiner Dehnung des Expansions-/Kontraktionsabschnitts(21) kommt und die Gehäuselastin dem piezoelektrischen Stellglied (1) allein Null beträgt.
    [7] Einspritzdüsenach einem der Ansprüche4 bis 6, bei der in dem Zustand, in dem das piezoelektrische Schichtelement(10) in der Einspritzdüse(6) eingebaut ist und das elastische Bauteil (552)darauf eine Vorspannkraft ausübt,die Vorlast, die auf das piezoelektrische Schichtelement (10)in der Richtung wirkt, in der es in seiner Axialrichtung zusammengedrückt wird,größer odergleich einem Viertel der durch das piezoelektrische Schichtelement(10) erzeugten Antriebskraft ist.
    [8] Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischenStellglieds (1), das ein piezoelektrischen Schichtelement(10) in einem Aufbewahrungsgehäuse (20) beherbergt,das einen rohrförmigenStammabschnitt (24), der zumindest teilweise einen Expansions-/Kontraktionsabschnitt(21) umfasst, der sich in seiner Axialrichtung elastischausdehnen und zusammenziehen kann, und eine Antriebstafel (22) hat,die an einem Ende des Stammabschnitts (24) angeordnet istund auf der die Antriebskraft des piezoelektrischen Schichtelements(10) wirkt, und bei dem mit dem anderen Ende des Stammabschnitts (24)ein Fuß (30)verbunden ist, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: einenElementausbildungsvorgang, in dem das piezoelektrische Schichtelement(10) hergestellt wird; einen Unterbringungsvorgang,in dem das piezoelektrische Schichtelement (10) durch einenoffenen Endabschnitt des Aufbewahrungsgehäuses (20) eingeführt undin Axialrichtung des Aufbewahrungsgehäuses (20) an einervorgeschriebenen Position eingerichtet wird; und einen Verbindungsvorgang,in dem der Fuß (30)so mit dem offenen Endabschnitt des Aufbewahrungsgehäuses (20)verbunden wird, dass eine in Axialrichtung gelegene Endfläche desFußes(30) mit der hinteren Endfläche des in dem Aufbewahrungsgehäuse (20)untergebrachten piezoelektrischen Schichtelements (10)in Kontakt kommt, wobei das piezoelektrische Schichtelement(10) in dem Unterbringungsvorgang so in dem Aufbewahrungsgehäuse (20)des piezoelektrischen Stellglieds (1) untergebracht wird,dass die auf das piezoelektrische Schichtelement (10) wirkendeGehäuselastin der Richtung, in der es in seiner Axialrichtung zusammengedrückt wird,weniger als ein Zehntel der durch das piezoelektrische Schichtelement(10) erzeugten Antriebskraft oder weniger als 100 N beträgt.
    [9] Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischenStellglieds nach Anspruch 8, bei dem die Gehäuselast in dem Unterbringungsvorgangweniger als ein Hundertstel der durch das piezoelektrische Schichtelement(10) erzeugten Antriebskraft oder weniger als 10 N beträgt.
    [10] Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischenStellglieds nach Anspruch 8 oder 9, bei dem das piezoelektrischeSchichtelement (10) in dem Unterbringungsvorgang an einerEinrichteposition eingerichtet wird, die bezogen auf eine Bezugseinführpositiondes piezoelektrischen Schichtelements in dem Aufbewahrungsgehäuse in derzur Einführrichtungdes piezoelektrischen Schichtelements entgegengesetzten Richtungum eine Kontraktionslänge zurückgesetztist, die beim Verbindungsvorgang in Axialrichtung des Aufbewahrungsgehäuses (20)erzeugt wird, wobei die Bezugseinführposition so festgesetzt ist,dass sie eine Dehnungslängedes Expansions-/Kontraktionsabschnitts realisiert, die beim Erzeugeneiner elastischen Kraft auftritt, die im Großen und Ganzen der vorgeschriebenenGehäuselastentspricht.
    [11] Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischenStellglieds nach Anspruch 10, bei dem die Einrichteposition einerPosition entspricht, an der ein Endabschnitt (13) des piezoelektrischenSchichtelements (10) mit der Antriebstafel (22)des Aufbewahrungsgehäusesin Kontakt kommt, dessen Expansions-/Kontraktionsabschnitt (21)um eine Verformungslänge(P) zusammengedrücktworden ist, die der Kontraktionslänge des Aufbewahrungsgehäuses (20)minus der Dehnungslängedes Expansions-/Kontraktionsabschnitts (21) entspricht,die beim Erzeugen einer elastischen Kraft auftritt, die im Großen undGanzen der vorgeschriebenen Gehäuselast entspricht.
    [12] Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischenStellglieds nach Anspruch 10, bei dem die vorgeschriebene GehäuselastNull beträgtund die Bezugseinführpositioneiner Position entspricht, an der zwischen einem Endabschnitt (13)in Axialrichtung des piezoelektrischen Schichtelements (10)und der Wirkendfläche(221) des Aufbewahrungsgehäuses (20) ein Spalt(G) gebildet wird, der größer oder gleichder Kontraktionslängeist.
    [13] Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischenStellglieds nach einem der Ansprüche8 bis 12, bei dem der Verbindungsvorgang einem Vorgang entspricht,bei dem der Fuß (30)mit dem offenen Endabschnitt verschweißt wird.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2010-06-17| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2016-11-24| R016| Response to examination communication|
    2018-07-04| R002| Refusal decision in examination/registration proceedings|
    2018-08-10| R003| Refusal decision now final|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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