DE10164246A1

DE10164246A1 - Piezoelektrische Einrichtung für eine Einspritzvorrichtung, Verfahren zu ihrer Herstellung und eine Einspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE10164246A1
Application number: DE2001164246
Authority: DE
Inventors: Naoyuki Kawazoe; Satoshi Hayashi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2002-08-08
Also published as: JP2002256999A; JP4248777B2; US20020084350A1; US6563687B2

Abstract

Eine piezoelektrische Einrichtung in Stapelbauweise 1 für den Einbau in eine Einspritzvorrichtung beinhaltet ein Metallgehäuse 41 außerhalb seiner Seitenflächen. Ein Isolationselement 45 mit elektrischen Isolationseigenschaften ist zwischen den Seitenflächen 101, 102 der piezoelektrischen Einrichtung 1 und einer inneren Oberfläche 410 des Gehäuses 41 eingefügt. Das Isolationselement 45 ist entweder mit den Seitenflächen 101, 102 der piezoelektrischen Einrichtung 1 oder mit der inneren Oberfläche 410 des Gehäuses verbunden, und wenigstens ein Teil des Isolationselements 45 ist in Kontakt mit der anderen Oberfläche.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine piezoelektrische Einrichtung, die als eine Steuerungsquelle für eine Einspritzvorrichtung verwendet wird.

Eine Einspritzvorrichtung (Kraftstoffeinspritzvorrichtung) einer internen Verbrennungsmaschine oder Ähnlichem eines Automobils ist derartig aufgebaut, dass sich ein geöffneter/geschlossener Zustand eines Kraftstoffdurchflusses ändert, falls ein mit einer gemeinsamen Hochdruckkraftstoff enthaltenden Druckleitung verbundenes Dreiwegventil oder Zweiwegventil betätigt wird, wodurch sich eine auf die Düsennadel ausgeübte Druckbedingung ändert, und, wenn die Düsennadel geöffnet wird, der Kraftstoff eingespritzt wird.

Im Allgemeinen wird ein Magnetventil als Steuerungsquelle der Tätigkeit des Ventilkörpers verwendet. Im Gegensatz dazu wurden Versuche unternommen, eine piezoelektrische Einrichtung in Stapelbauweise als die Steuerungsquelle zu verwenden, um den Zustand der Kraftstoffeinspritzung durch die genauere Kontrolle der Steuerungsquelle genau zu kontrollieren.

Jedoch wurde bis jetzt eine Einspritzvorrichtung, die eine piezoelektrische Einrichtung für die Steuerungsquelle benutzt, nicht praktisch umgesetzt.

Die ungeprüfte japanische Patentoffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 7-321383 offenbart zum Beispiel eine herkömmliche piezoelektrische Einrichtung, die einen Schutzfilm aus einem Isolierharz auf den äußeren, peripheren Oberflächen einer piezoelektrischen Einrichtung in Stapelbauweise hat. Diese Schicht dient dazu, die Feuchtigkeitsbeständigkeit zu verbessern und die piezoelektrische Vorrichtung vor einem Stoß zu schützen.

Auf der anderen Seite muss eine piezoelektrische Einrichtung für eine Einspritzvorrichtung äußerst schnell ansprechen, um ein Ventil in einer hohen Geschwindigkeit zu öffnen und zu schließen. In der piezoelektrischen Einrichtung für eine Einspritzvorrichtung wird daher das Aufladen und Entladen in einer sehr kurzen Zeit wiederholt und es fließt ein starker Strom. Aus diesem Grund, wenn der Schutzfilm aus einem Isolierharz wie in der Einrichtung nach dem Stand der Technik lediglich auf den äußeren peripheren Oberflächen der piezoelektrischen Einrichtung gebildet ist, verhindert der Schutzfilm die Abstrahlung der durch die in der piezoelektrischen Einrichtung verbrauchten Energie erzeugten Wärme. Da die Wärme in der piezoelektrischen Einrichtung verbleibt und die Temperatur ansteigt, kann ein Leistungsabfall der piezoelektrischen Einrichtung auftreten, und, im schlimmsten Fall, die piezoelektrische Einrichtung beschädigt werden.

Wenn der Anstieg der Innentemperatur der piezoelektrischen Einrichtung stark ist, steigt die notwendige Energie auch an, und dies führt zu einer Belastung eines Regelkreises mit dem Resultat, dass die Größe des Regelkreises erhöht werden muss.

In Hinsicht auf die vorher im Stand der Technik beschriebenen Probleme, ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine piezoelektrische Einrichtung für eine Einspritzvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine geringere innere Wärmeentwicklung und einen geringeren Energieverbrauch hat.

Gemäß eines Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung wird eine piezoelektrische Einrichtung in Stapelbauweise für den Einbau in eine Einspritzvorrichtung, einschließlich eines Metallgehäuses außerhalb der Seitenflächen der piezoelektrischen Einrichtung, zur Verfügung gestellt, wobei ein Isolationselement mit elektrischen Isolationseigenschaften zwischen den Seitenflächen der piezoelektrischen Einrichtung und einer inneren Oberfläche des Gehäuses eingefügt wird, eine Oberfläche dieses Isolationselements entweder mit den Seitenflächen der piezoelektrischen Einrichtung oder mit der inneren Oberfläche des Gehäuses verbunden ist, und wenigstens ein Teil der anderen Oberfläche des Isolationselements in Kontakt mit den Seitenflächen oder der inneren Oberfläche ist.

In der erfindungsgemäßen piezoelektrischen Einrichtung ist das Isolationselement mit den Seitenflächen der piezoelektrischen Einrichtung verbunden oder ist in Kontakt mit der Seitenfläche. Dadurch wird innerhalb der piezoelektrischen Einrichtung auftretende Wärme direkt zum Isolationselement geleitet, ohne eine Luftschicht zu durchdringen.

Das Isolationselement ist in Kontakt mit dem Metallgehäuse oder ist mit dem Metallgehäuse verbunden. Dadurch wird zum Isolationselement geleitete Wärme direkt zum Gehäuse geleitet, ohne eine Luftschicht zu durchdringen.

Hierbei kann, da das Gehäuse aus Metall besteht, unter Verwendung der hohen Wärmeleitfähigkeit eine wirkungsvolle Wärmeabstrahlung erfolgen. Dadurch wird der Wärmetransfer von der piezoelektrischen Einrichtung zum Isolationselement unterstützt und ein Anstieg der Temperatur der piezoelektrischen Einrichtung kann unterdrückt werden.

In der vorliegenden Erfindung ist insbesondere entweder die Grenzfläche des Isolationselements zu der piezoelektrischen Einrichtung oder die Grenzfläche des Isolationselements zu dem Gehäuse in gebundenem Zustand, und die andere Oberfläche lediglich in Kontakt ist. Daher kann, im Vergleich mit dem Aufbau, in dem diese zwei Grenzflächen verbunden sind, die Verformung des Gehäuses aufgrund der Wärmeausdehnung des Isolationselements unterdrückt werden. Mit anderen Worten, da eine der Grenzflächen lediglich in Kontakt ist, können sich die zwei Elemente bewegen, während sie ihre wechselseitig Wärmeleitfähigkeit behalten. Dadurch kann, falls das Isolationselement sich thermisch ausdehnt, seine Bewegung an der Kontaktfläche einer Belastung entgehen, die sonst, in einem gewissen Maße, zu einer Verformung des Gehäuses führen könnte, und die Verformung des Gehäuses kann dadurch unterdrückt werden.

Wie vorher beschrieben, kann die vorliegende Erfindung eine piezoelektrische Einrichtung für eine Einspritzvorrichtung oder Ähnliches zur Verfügung stellen, die aufgrund der Begrenzung der Innentemperatur oder dergleichen weniger Energie verbraucht.

Gemäß eines anderen Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung wird eine piezoelektrische Einrichtung in Stapelbauweise für den Einbau in eine Einspritzvorrichtung zur Verfügung gestellt, wobei die Seitenflächenelektroden entsprechend auf den Seitenflächen der piezoelektrischen Einrichtung angeordnet sind, eine externe Elektrode zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit dem Äußeren an jeder Seitenflächenelektrode vorgesehen ist, und die Wärmeleitfähigkeit der externen Elektrode wenigstens 15 W/m.K ist.

Wie vorher beschrieben, hat die erfindungsgemäße piezoelektrische Einrichtung für die Einspritzvorrichtung eine externe Elektrode, deren Wärmeleitfähigkeit auf den vorher beschriebenen spezifischen Wert begrenzt ist. Dadurch kann ein Ansteigen der Innentemperatur der piezoelektrischen Einrichtung unterdrückt werden. Andererseits kann, falls die Wärmeleitfähigkeit der externen Elektrode weniger als 15 W/m.K ist, die Wärmeabstrahlungswirkung nicht ausreichend erzielt werden.

Gemäß noch eines weiteren Gesichtspunktes der vorliegenden Erfindung, wird eine piezoelektrische Einrichtung für eine Einspritzvorrichtung mit einer eingebauten piezoelektrischen Einrichtung als Steuerungsquelle zur Verfügung gestellt, wobei die piezoelektrische Einrichtung eine äußere Metallgehäuseoberfläche hat, ein Isolationselement mit elektrischen Isolationseigenschaften zwischen den Oberflächen der piezoelektrischen Einrichtung und einer inneren Oberfläche des Gehäuses eingefügt ist, eine Oberfläche des Isolationselements entweder mit den seitlichen Oberflächen der piezoelektrischen Einrichtung oder der inneren Oberfläche des Gehäuses verbunden ist, und wenigstens ein Teil der anderen Oberfläche des Isolationselements mit der anderen Oberfläche in Kontakt ist, und wobei das Gehäuse so aufgebaut ist, dass es direkt oder indirekt mit einem Kühlmittel innerhalb der Einspritzvorrichtung in Kontakt kommt.

In der erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung kann das Kühlmittel das Metallgehäuse direkt oder indirekt kühlen, und die Wärme der piezoelektrischen Einrichtung kann wirkungsvoll abgestrahlt werden. Dadurch kann ein sehr schnelles Ansprechen der piezoelektrischen Einrichtung sichergestellt werden, wobei ein Regelkreis kompakt gemacht werden kann. Folglich ist die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung kompakt und hat eine hervorragende Leistungsfähigkeit.

Gemäß noch eines weiteren Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung, wird ein Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Einrichtung in Stapelbauweise für den Einbau in eine Einspritzvorrichtung zur Verfügung gestellt, welches die Schritte des Bedeckens der Außenseite der Seitenflächen der piezoelektrischen Einrichtung mit einem Isolationselement und des Verbindens des Isolationselements mit den Seitenflächen der piezoelektrischen Einrichtung; sowie des Einfügens der piezoelektrischen Einrichtung, bedeckt mit dem Isolationselement in ein Metallgehäuse umfasst.

Im erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird das Isolationselement vorher auf der piezoelektrischen Einrichtung angeordnet und die piezoelektrischen Einrichtung dann innerhalb des Gehäuses angebracht. Auf diese Weise kann die Verbindungshaftung zwischen dem Isolationselement und der piezoelektrischen Einrichtung und der Kontaktzustand zwischen dem Isolationselement und dem Gehäuse einfach in einem relativ engen Raum zwischen der piezoelektrischen Einrichtung und dem Gehäuse erreicht werden, und das Auftreten von Defekten, wie etwa Fehlstellen, beim Anbringen des Isolationselements kann unterdrückt werden.

Folglich kann eine hervorragende piezoelektrische Einrichtung für die vorher beschriebene Einspritzvorrichtung hergestellt werden.

Gemäß noch eines weiteren Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung, wird ein Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Einrichtung in Stapelbauweise für den Einbau in eine Einspritzvorrichtung zur Verfügung gestellt, welches die Schritte des Bedeckens einer inneren Oberfläche eines Metallgehäuses mit einem Isolationselement und des Verbindens des Isolationselements mit der inneren Oberfläche des Gehäuses; sowie des Einfügens der piezoelektrischen Einrichtung in ein mit dem Isolationselement bedeckten Metallgehäuse umfasst.

Dieses Herstellungsverfahren kann ebenfalls die gleiche Funktion und Wirksamkeit wie das vorher beschriebene Herstellungsverfahren zur Verfügung stellen. Mit anderen Worten wird gemäß dieses Herstellungsverfahren das Isolationselement vorher auf der inneren Oberfläche des Gehäuses angebracht, und die piezoelektrische Einrichtung wird dann innerhalb des Gehäuses angebracht. Auf diese Weise kann die Verbindungshaftung zwischen dem Isolationselement und dem Gehäuse und der Kontaktzustand zwischen dem Isolationselement und der piezoelektrischen Einrichtung einfach in einem relativ engen Raum zwischen der piezoelektrischen Einrichtung und dem Gehäuse erreicht werden, und das Auftreten von Defekten, wie etwa Fehlstellen, beim Anbringen des Isolationselements kann unterdrückt werden. Folglich kann auch durch dieses Herstellungsverfahren eine hervorragende piezoelektrischen Einrichtung für die Einspritzvorrichtung hergestellt werden.

Die vorliegende Erfindung kann besser durch die im Folgenden ausgeführte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindungen, zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, verstanden werden.

Es zeigt:

Fig. 1 eine erläuternde Schnittansicht, welche einen Aufbau einer piezoelektrischen Einrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer piezoelektrischen Einrichtung (Stapelkörper) gemäß der ersten Ausführungsform;

Fig. 3A und 3B Draufsichten auf eine piezoelektrische Schicht und eine interne Elektrodenschicht in der ersten Ausführungsform, und Fig. 3C eine Explosionsansicht, welche einen gestapelten Zustand der piezoelektrischen Schicht und der internen Elektrodenschicht zeigt;

Fig. 4 eine erläuternde Ansicht, welche einen Zustand der ersten Ausführungsform zeigt, in dem ein Isolationselement auf den äußeren peripheren Seitenflächen der piezoelektrischen Einrichtung der ersten Ausführungsform angeordnet ist;

Fig. 5 eine erläuternde Ansicht, welche eine piezoelektrische Einrichtung der ersten Ausführungsform mit einem achteckigen Querschnitt zeigt;

Fig. 6 eine erläuternde Schnittansicht, welche einen Aufbau einer piezoelektrischen Einrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 7 eine erläuternde Ansicht, welche einen Zustand der zweiten Ausführungsform zeigt, in dem ein Isolationselement auf einer inneren Oberfläche eines Gehäuses angeordnet ist;

Fig. 8 eine erläuternde Schnittansicht, welche einen Aufbau einer piezoelektrischen Einrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 9 eine erläuternde Ansicht, welche einen Aufbau einer externen Elektrode gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 10 eine erläuternde Schnittansicht, welche einen Aufbau einer piezoelektrischen Einrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 11 eine erläuternde Schnittansicht, welche einen Aufbau einer piezoelektrischen Einrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und

Fig. 12 eine erläuternde Ansicht, welche einen Aufbau einer Einspritzvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

(Erste Ausführungsform)

Eine piezoelektrische Einrichtung für eine Einspritzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 erläutert.

Die piezoelektrische Einrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform ist eine piezoelektrische Einrichtung in Stapelbauweise, die, wie in Fig. 1 gezeigt, in eine Einspritzvorrichtung eingebaut wird.

Die piezoelektrische Einrichtung 1 hat außerhalb seiner Seitenflächen 101 und 102 ein Metallgehäuse 41 zur Bedeckung der Seitenflächen.

Ein Isolationselement 45 mit einer elektrischen Isolationseigenschaft ist zwischen den Seitenflächen 101 und 102 der piezoelektrischen Einrichtung 1 und der inneren Oberfläche des Gehäuses 41 angeordnet. Das Isolationselement 45 ist mit den Seitenflächen 101 und 102 der piezoelektrischen Einrichtung 1 verbunden und wenigstens teilweise in Kontakt mit der inneren Oberfläche 410 des Gehäuses 41.

In diesem Gehäuse, an der Oberfläche, an der das Isolationselement 45 und die piezoelektrische Einrichtung 1 verbunden sind, ist das Isolationselement 45 bevorzugt mit der piezoelektrischen Einrichtung 1 mit wenigstens 90% ihrer Grenzfläche verbunden, und an der anderen Oberfläche, wo das Isolationselement 45 und das Gehäuse 41 in Kontakt sind, ist das Isolationselement 45 bevorzugt mit dem Gehäuse 41 mit nicht mehr als 30% ihrer Grenzfläche in Kontakt. Diese Anordnung kann die Wärmeabstrahlungseigenschaften und die Verformungs verhindernde Wirkung des Gehäuses verbessern, falls das Isolationselement sich thermisch ausdehnt. Falls der verbundene Bereich weniger als 90% der Grenzfläche auf der verbundenen Fläche ist, wird ein Abfallen in den Wärmeabstrahlungseigenschaften auftreten, und falls der Kontaktbereich 30% der Grenzfläche auf der anderen Kontaktfläche übersteigt, wird die Verformungs verhindernde Wirkung sinken.

Dieser Aufbau wird detaillierter erläutert.

Wie in Fig. 1 bis 3 gezeigt, ist die piezoelektrische Vorrichtung 1 aus alternierenden Stapeln der internen Elektrodenschichten 21 und 22 zusammengesetzt, damit positive und negative Pole zwischen den piezoelektrischen Schichten 11 erzeugt werden. Wie in diesen Zeichnungen gezeigt, ist eine der internen Elektrodenschichten 21 so angeordnet, dass sie zur Seitenoberfläche 101 der Seitenoberflächen freiliegt, und die andere interne Elektrodenschicht 22 ist so angeordnet, dass sie zu der anderen Seitenoberfläche 102 freiliegt. Die Seitenflächenelektroden 31 und 32, hergestellt aus gehärtetem Silber, sind derartig ausgebildet, dass sie entsprechend die Endabschnitte dieser freiliegenden internen Elektrodenschichten 21 und 22 elektrisch verbinden.

Wie später beschrieben, wird das die Seitenflächenelektroden 31 und 32 bildende gehärtete Silber durch Aushärten einer Ag-Paste gebildet und hat eine Zusammensetzung, die aus Ag und einem Glasfrittenbestandteil besteht.

Die externe Elektrode 34 ist mit jeder Seitenflächenelektrode 31, 32, wie in Fig. 1 und 4 gezeigt, verbunden.

Die externe Elektrode 34 dieser Ausführungsform verwendet einen 18-8 rostfreien Stahl, der gewöhnlich eingesetzt wird.

Wie in Fig. 2 gezeigt, wird in der piezoelektrischen Einrichtung 1, der zentrale Abschnitt in der Stapelrichtung als ein Steuerabschnitt 11 verwendet, Abschnitte, welche den zentralen Abschnitt einfassen werden als Pufferabschnitte 112 verwendet, und Abschnitte, die ferner die Pufferabschnitte 112 einfassen, als Blindabschnitte 113 verwendet.

Als Nächstes wird ein Herstellungsverfahren dieser piezoelektrischen Einrichtung 1 und ihr detaillierter Aufbau erläutert.

Die piezoelektrische Einrichtung 1 dieser Ausführungsform kann durch Verwendung eines allgemein verwendeten Grünblattverfahrens hergestellt werden. Um das Grünblatt herzustellen, wurden Bleioxid-, Zirkoniumoxid-, Titanoxid-, Niobiumoxid-, Strontiumcarbonatpulver oder Ähnliches als die Haupt- Ausgangsmaterialien des piezoelektrischen Materials in einer gewünschten Zusammensetzung gemäß einem bekannten Verfahren eingewogen. Die Mischungszusammensetzung wird, unter Berücksichtigung des Verdampfens des Bleis, als eine Zusammensetzung hergestellt, deren Zusammensetzung reicher an Blei als der stöchiometrische Anteil ist. Die Zusammensetzung wird dann unter Verwendung eines Mischers trocken gemischt und danach bei 800 bis 950°C kalziniert.

Als Nächstes wird, um eine Aufschlämmung zu erzeugen, reines Wasser und ein Dispersionsmittel zu diesem kalzinierten Pulver gegeben und die Aufschlämmung wird unter Verwendung einer Perlmühle feucht pulverisiert. Nachdem das Pulverisat getrocknet und entfettet ist, wird ein Lösungsmittel, ein Bindemittel, ein Weichmacher, ein Dispersionsmittel etc. zugefügt, und eine Kugelmühle zum Mischen der Aufschlämmung verwendet. Danach wird die resultierende Aufschlämmung im Vakuum entschäumt und deren Viskosität eingestellt, während die Aufschlämmung innerhalb einer Vakuumvorrichtung mittels eines Rührers gerührt wird.

Als Nächstes wird die Aufschlämmung mittels eines Abstreichmessers in ein Grünblatt mit einer vorbestimmten Stärke geformt.

Nach der Regenerierung wird das Grünblatt in rechtwinklige Elemente mit einer vorbestimmten Größe unter Verwendung einer Presse gestanzt oder unter Verwendung einer Schneidevorrichtung geschnitten. Das Grünblatt wird sowohl für den Steuerabschnitt, den Pufferabschnitt als auch den Blindabschnitt verwendet.

Als Nächstes wird ein Muster durch Siebdruck auf eine der Oberflächen des Grünblatts gedruckt, das so unter Verwendung einer Paste aus Silber und Palladium (im Folgenden als die "Ag/Pd-Paste" bezeichnet) mit zum Beispiel einem Verhältnis Silber/Palladium = 7/3 erhalten wird. Die Fig. 3A und 3B zeigen ein Beispiel eines Grünblatts nach dem Drucken des Musters. Nebenbei bemerkt werden, zum Zweck der Erläuterung, zur Bezeichnung der im Wesentlichen gleichen Abschnitte, die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Ein Muster 21 (22) mit einer etwas kleineren Größe als die Oberfläche des Grünblatts 11 wird als die piezoelektrische Schicht aus der Ag/Pd-Paste auf der Oberfläche des Grünblatts 11 gebildet, und als eine interne Elektrodenschicht 21 (22) verwendet. Ein nicht ausgebildeter Abschnitt 119 der internen Elektrodenschicht 21 (22) wird auf der gegenüberliegenden Seite auf der Oberfläche des Grünblatts 11 vorgesehen. Mit anderen Worten erreicht die interne Elektrodenschicht 21 (22) einen der Endabschnitte (den zu den Seitenflächen 101 oder 102 korrespondierenden Abschnitt der piezoelektrischen Einrichtung 1) der gegenüberliegenden Seiten des Grünblatts 11 nicht, aber erreicht den anderen, gegenüberliegenden Endabschnitt. Zusätzlich können Kupfer, Nickel, Platin, Silber oder ihre Mischungen neben den in dieser Ausführungsform dargestellten Materialien als das Material der internen Elektrode verwendet werden.

Eine vorbestimmte Anzahl derartiger Grünblätter 11 mit der internen Elektrodenschicht 21 (22) werden auf der Grundlage der für die Höhe der elektrischen Flussdichte des Steuerabschnitts 111 benötigten Eigenschaften hergestellt. Ebenso werden, für den Pufferabschnitt 112 und den Blindabschnitt 113, eine vorbestimmte Anzahl von Grünblättern 12 ohne die darauf gedruckte Elektrodenschicht hergestellt.

Als Nächstes werden diese Grünblätter 11 und 12 gestapelt. Fig. 3C zeigt den gestapelten Zustand der Grünblätter 11 und 12 und ist im Wesentlichen eine Explosionsansicht der piezoelektrischen Einrichtung 1. Nebenbei bemerkt, zeigt diese Zeichnung hauptsächlich den zum Steuerabschnitt korrespondierenden Abschnitt.

Wenn die Grünblätter 11 mit der darauf gebildeten internen Elektrodenschicht 21 (22) gestapelt werden, werden sie in einer derartigen Weise gestapelt, dass die nicht ausgebildeten Abschnitte 119 der Elektrode alternierend rechts und links in der Zeichnung positioniert sind. Folglich dienen die internen Elektrodenschichten 21, welche die Seitenfläche 101 auf der rechten Seite des Grünblatts 11 erreichen und freiliegen, als die interne Elektrode der einen Polarität, und die internen Elektrodenschichten 22, welche die Seitenfläche 102 auf der linken Seite der Zeichnung erreichen und freiliegen, dienen als die interne Elektrode der anderen Polarität.

Wie in Fig. 3 gezeigt, sind nur die Grünblätter 11, mit der internen Elektrodenschicht 21 (22), so gestapelt, dass sie den Steuerabschnitt 111 im Zentrum bilden. Die Grünblätter 12, welche keine interne Elektrodenschicht haben, sind zwischen die vorherigen Grünblätter eingefügt, um die Pufferabschnitte 112 zu bilden. Ferner werden, um die Blindabschnitte 113 bilden, nur die Grünblätter 12 ohne die internen Elektrodenschicht gestapelt.

Im Ergebnis kann der Stapelkörper mit dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Aufbau erhalten werden.

Nebenbei bemerkt, hat der Stapelkörper in dieser Ausführungsform eine rechteckige Form Querschnittsform, aber die Querschnittsform kann genauso gut die Form eines Polygons einschließlich des Rechtecks, eines Kreises, eine Zylinderform und so weiter, haben. Zum Beispiel kann der Stapelkörper, wie in Fig. 5 gezeigt, eine achteckige Querschnittsform haben.

Als Nächstes wird ein Warmpressen unter Verwendung eines Heißwasser-Gummipressens oder Ähnliches durchgeführt, und dann wird ein Entfetten innerhalb eines elektrischen Ofens bei 400°C bis 700°C durchgeführt, gefolgt von einem Backen bei 900°C bis 1200°C. Danach kann, falls notwendig, ein Verfahrensschritt zur Formung der äußeren Form wie etwa Schneiden, Polieren etc. durchgeführt werden.

Als Nächstes wird, um die Seitenelektroden 31 und 32 zu bilden, die vorher beschriebene Ag-Paste auf die Seitenflächen des Stapelkörpers aufgetragen und ausgehärtet. Obwohl in dieser Ausführungsform die Seitenelektrode durch gehärtetes Silber gebildet wird, kann zum Beispiel auch die Ag/-Pd-Paste verwendet werden.

Neben diesen Pasten ist es außerdem möglich Kupfer, Nickel, Platin, Silber/Palladium, Gold oder Ähnliches zu verwenden.

Neben den vorher beschriebenen Härtungsverfahren kann auch Aufdampfen im Vakuum, Sputtern, Plattieren und Ähnliches zur Bildung der Seitenelektrode eingesetzt werden.

Die Seitenflächenelektrode 31 auf der rechten Seite in Fig. 1 ist an der Stelle ausgebildet, an der die internen Elektrodenschichten 21 der einen Polarität freiliegen, und jede interne Elektrodenschicht 21 elektrisch-leitend verbunden ist. Die andere Seitenflächenelektrode 32 auf der linken Seite der Zeichnung ist an der Stelle ausgebildet, an der die internen Elektrodenschichten 22 der anderen Polarität freiliegen, und jede interne Elektrodenschicht 22 ist genauso elektrisch-leitend verbunden. Danach wird die externe Elektrode 34 mit jeder Seitenflächenelektrode 31, 32 verbunden.

Der Blindabschnitt 113 verwendet das Grünblatt (piezoelektrische Schicht) 12 aus dem gleichen Material wie die vorher beschriebene, für den Steuerabschnitt 111 verwendete, piezoelektrische Schicht 11, um so einen Anstieg der Anzahl der verwendeten Materialien zu beschränken, und die Herstellungskosten zu senken.

Wie in Fig. 4 gezeigt, ist das Isolationselement 45 auf der gesamten Seitenfläche, einschließlich der Seitenflächen 101 und 102, die im Wesentlichen parallel zu der Ausdehn-/Kontraktionsrichtung der piezoelektrischen Einrichtung 1 sind, angeordnet. Zur Bildung des Isolationselements 45 wird ein Pulverbeschichten mit einem Epoxidharzes eingesetzt. Konkreter wird ein leitfähiger Klebstoff auf die Oberfläche jeder Seitenflächenelektrode 31, 32 der piezoelektrischen Einrichtung 1 in einer Weise aufgetragen, dass die gesamten Seitenflächenelektroden bedeckt sind, und, nachdem die externen Elektroden 34 verbunden sind, das Isolationselement 45 gebildet wird. Es ist möglich, für das Isolationselement 45 anstelle des Epoxidharzes, ein Polyimidharz, ein Silikonharz, ein Polyurethanharz oder Ähnliches zu verwenden. Neben dem vorher beschriebenen Pulverbeschichtungsverfahren, ist es ebenfalls möglich, Eintauchen, Spritzen, Vergießen, Beschichten mit einem Pinsel oder Spatel und so weiter, zu verwenden. Ferner kann ebenso Gießen, unter Verwendung einer Form, verwendet werden.

Neben den in dieser Ausführungsform für die externen Elektroden verwendeten Verbindungsmethoden, ist es ebenso möglich Weichlöten, Hartlöten und so weiter, einzusetzen. Außerdem kann die externe Elektrode mit der internen Elektrode durch einen elektrisch-leitenden Klebstoff ohne Bildung der Seitenflächeelektrode verbunden werden. Neben dem in dieser Ausführungsform geschilderten Material, kann das Material für die externe Elektrode eine Metallfolie oder ein Metallkabel (beschichtetes Kabel) sein, wobei jedes leitfähig ist. Die Form des externen Elektrodenmaterials ist bevorzugt dehnbar, wie etwa eine Welltafel, ein gewelltes Kabel, ein Gitter, ein gelochtes Metall, ein Metallmaschendraht (Streckmetall), aber diese Beispiele sind in keiner Weise einschränkend.

In dieser Ausführungsform ist die externe Elektrode 34 mit einem Teil der Seitenflächenelektrode verbunden. Sie kann jedoch auch mit der gesamten Länge der Seitenflächenelektrode verbunden sein. Die externe Elektrode 34 kann durch Verbinden eines Abschnitts, der außerhalb des Gehäuses zur Herstellung der elektrischen Leitfähigkeit verläuft, mit einem Abschnitt, der mit der Seitenflächenelektrode der piezoelektrischen Vorrichtung durch Mittel wie Schweißen, Weichlöten, Hartlöten oder Verstemmen verbunden wird, gebildet werden.

In dieser Ausführungsform ist die Zielstärke des Isolationselements 45 auf 0,1 mm festgelegt, und die Stärke fällt über den gesamten Abschnitt wenigstens in den Bereich von 0,03 bis 0,5 mm. Folglich kann das Auftreten von Fehlstellen etc. innerhalb des Isolationselements 45 beschränkt und eine ausreichende elektrische Isolierwirkung erwartet werden.

Die Stärke des Isolationselements ist bevorzugt im Bereich von 0,03 bis 0,5 mm. Falls die Stärke des Isolationselements weniger als 0,03 mm ist, werden die Einflüsse von Fehlstellen etc., die innerhalb des Isolationselements auftreten, so groß, dass die elektrische Isolationswirkung wahrscheinlich nachlässt. Falls die Stärke 0,5 mm übersteigt, wird die Wärmeleitfähigkeit wahrscheinlich sinken.

Der spezifische elektrische Widerstand des resultierenden Isolationselements 45 ist 10¹² (Ω.m).

In diesem Fall hat das Isolationselement bevorzugt einen spezifischen elektrischen Widerstand von wenigstens 10¹⁰ (Ω.m). Falls der spezifische elektrische Widerstand weniger als 10¹⁰ (Ω.m) ist, weist das Isolationselement keine ausreichende elektrische Isolationswirkung auf.

Das Isolationselement kann ein Harz-/gummiartiges Material sein. In diesem Fall ist bekannt, dass das Untermischen von leitfähigem Metallpulver die Wärmeleitfähigkeit wirksam erhöht. Falls jedoch der spezifische elektrische Widerstand aufgrund des Mischens mit Metallpulver stark nachlässt, kann die elektrische Isolationsfähigkeit des Isolationselements nicht sichergestellt werden. In diesem Fall kann auch das Untermischen von Metallpulver die Wärmeleitfähigkeit verbessern, wenn sich die elektrische Isolationseigenschaft in dem vorher beschriebenen Bereich befindet. Keramisches Pulver oder Ähnliches, das eine Isolationseigenschaft und hohe Wärmeleitfähigkeit hat, kann untergemischt werden.

Als Nächstes wird die piezoelektrische Vorrichtung 1 in das aus rostfreiem Stahl hergestellte Gehäuse 41, wie in Fig. 1 gezeigt, eingesetzt. Das vorher beschriebene Isolationselement 45 wird mit der inneren Oberfläche 410 des Gehäuses 41 in Kontakt gebracht.

Eine obere Platte 37 und eine untere Platte 38 sind in einer Weise angeordnet, dass sie entsprechend mit beiden Endflächen der piezoelektrischen Einrichtung 1 in der Ausdehn-/Kontraktionsrichtung in Kontakt kommen. Die obere Platte 37 ist an dem Gehäuse 41 befestigt, aber die untere Platte 38 kann mit dem Gehäuse 41 gleiten.

Die Funktion und die Wirkung dieser Ausführungsform ist wie folgt.

In der piezoelektrischen Einrichtung gemäß dieser Ausführungsform, ist das Isolationselement 45 mit der gesamten Oberfläche der piezoelektrischen Einrichtung 1 einschließlich seiner Seitenflächen 101 und 102 verbunden. Dadurch wird in der piezoelektrischen Einrichtung entstehende Wärme direkt zum Isolationselement 45, ohne eine Luftschicht zu durchdringen, geleitet.

Das Isolationselement 45 bleibt in Kontakt mit dem Metallgehäuse 41. Dadurch wird die zum Isolationselement 45 geleitete Wärme direkt zum Gehäuse 41, ohne eine Luftschicht zu durchdringen, geleitet.

Hierbei ist das Gehäuse 41 aus Metall, das heißt aus rostfreiem Stahl, hergestellt, und hohe Wärmeabstrahlung, unter Nutzung der hohen Wärmeleitfähigkeit, kann wirkungsvoll erfolgen. Folglich kann die Wärmeleitung von der piezoelektrischen Einrichtung zum Isolationselement 45 gefördert und ein Temperaturanstieg der piezoelektrischen Einrichtung 1 beschränkt werden.

Der folgende Versuch wurde mit dieser Ausführungsform durchgeführt, um die vorher beschriebene Wirkung quantitativ aufzuklären.

Eine piezoelektrische Vergleichseinrichtung, in welcher das Gehäuse 41 und das Isolationselement 45 nicht in wechselseitigen Kontakt sind, wird neben der piezoelektrischen Vorrichtung dieser Ausführungsform hergestellt, in welcher das Gehäuse 41 und das Isolationselement 45 miteinander in Kontakt sind. Beide piezoelektrischen Einrichtungen wurden bei einer angelegten Spannung von 150 V und 100 Hz bei Raumtemperatur betrieben, und 30 Minuten später wurde die Oberflächentemperatur jedes Stapelkörpers mit einem Thermoelement gemessen. Im Ergebnis stieg die Endtemperatur auf 95°C, wenn das Gehäuse und das Isolationselement wie in dieser Ausführungsform in wechselseitigen Kontakt blieben, während im Vergleichsbeispiel die Endtemperatur auf 110°C stieg, in dem das Gehäuse und das Isolationselement nicht in wechselseitigen Kontakt waren.

Es kann aus dem vorher angegebenen Versuchsergebnis verstanden werden, dass die Wärmeabstrahlungswirkung hoch ist, wenn das Gehäuse 41 und das Isolationselement 45, wie in der piezoelektrischen Einrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform, miteinander in Kontakt sind.

Wie vorher beschrieben, hat die piezoelektrische Vorrichtung 1 dieser Ausführungsform aufgrund der beschränkten Erhöhung ihrer Innentemperatur einen geringen Energieverbrauch, und kann für die Einspritzvorrichtung verwendet werden.

(Zweite Ausführungsform)

Diese Ausführungsform stellt das Beispiel dar, in dem die Anordnung des Isolationselements 45 der ersten Ausführungsform, wie in Fig. 6 gezeigt, modifiziert ist.

Genauer gesagt ist, wie in Fig. 7 gezeigt, das Isolationselement 45 mit der inneren Oberfläche 410 des Gehäuses 41 verbunden. Die piezoelektrische Einrichtung 1 wird dann, wie in Fig. 6 gezeigt, in das Gehäuse 41 eingefügt. Die obere Platte 37 und die untere Platte 38 sind an beiden Endflächen der piezoelektrischen Einrichtung 1 in ihrer Ausdehn-/Kontraktionsrichtung angeordnet. Der restliche Aufbau ist der gleiche, wie jener der ersten Ausführungsform.

In dieser zweiten Ausführungsform ist das Isolationselement 45 mit der inneren Oberfläche 410 des Gehäuses 41 verbunden, und wenigstens teilweise in Kontakt mit der Seitenfläche der piezoelektrischen Einrichtung 1. Es ist auch in diesem Beispiel bevorzugt, dass das Isolationselement 45 und das Gehäuse 41 mit wenigstens 90% ihrer Grenzfläche, an dem das Isolationselement 45 und das Gehäuse 41 verbunden sind, in Kontakt sind, und mit nicht mehr als 30% der Grenzfläche auf der Oberfläche, an der das Isolationselement 45 und die piezoelektrische Einrichtung 1 miteinander in Kontakt sind, in Kontakt ist.

Die gleichen Wirkungen und Effekte der ersten Ausführungsform können auch in dieser zweiten Ausführungsform erzielt werden.

Es ist in dieser zweiten Ausführungsform bevorzugt, dass die internen Elektrodenschichten mit unterschiedlicher Polaritäten nicht zu der gleichen Oberfläche (Seitenfläche) in dem Stapelkörper der piezoelektrischen Einrichtung freiliegen.

(Dritte Ausführungsform)

Diese Ausführungsform stellt ein weiteres Beispiel der in die Einspritzvorrichtung eingebauten piezoelektrischen Einrichtung in Stapelbauweise 1 dar.

Die Seitenflächenelektroden 31 und 32 sind an den Seitenflächen dieser piezoelektrischen Einrichtung 1 angebracht. Jede Seitenflächenelektrode ist mit der externen Elektrode 34 zur Herstellung elektrischer Verbindung nach außen versehen. In dieser Ausführungsform ist die Wärmeleitfähigkeit der externen Elektrode 34 wenigstens 15 W/m.K.

Ungleich der ersten Ausführungsform, wird das Isolationselement 45 nicht angebracht. Der restliche Aufbau ist der gleiche, wie jener der ersten Ausführungsform.

Für die externe Elektrode 34 wird ein 18-8 rostfreier Stahl verwendet. Daher ist die Wärmeleitfähigkeit der Elektrode 34 15 W/m.K.

Folglich spielt die externe Elektrode 34 nicht nur eine Rolle als Stromzufuhrelement, sondern ebenfalls eine Rolle als das wärmeabstrahlende Element.

Daher kann die piezoelektrische Vorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform wirkungsvoll die darin erzeugte Wärme durch die externe Elektrode 34 abstrahlen, und kann den übermäßigen Anstieg der Innentemperatur beschränken.

In dieser Ausführungsform ist das Isolationselement nicht zwischen den Seitenflächen der piezoelektrischen Einrichtung 1 und dem Gehäuse 41 eingefügt, es kann aber die Wirkung der Wärmeabstrahlung weiter verbessert werden, wenn das Isolationselement 45 in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführungsform hinzugefügt wird.

(Vierte Ausführungsform)

Diese Ausführungsform stellt das Beispiel dar, in dem der Aufbau der externen Elektrode 34 der dritten Ausführungsform, wie in Fig. 9 gezeigt, modifiziert ist.

Mit anderen Worten, umfasst die externe Elektrode 34 dieser Ausführungsform ein Kernmaterial 340 und ein Beschichtungsmaterial 342, das die Oberfläche des Kernmaterials 340 bedeckt. Das Beschichtungsmaterial 342 ist ein Silberüberzug mit einer Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 100 W/m.K (konkret 420 W/m.K). Anstelle dieses Silberüberzugs können Kupfer- oder Goldüberzüge eingesetzt werden.

Der restliche Aufbau ist der gleiche wie in der dritten Ausführungsform.

In dieser Ausführungsform kann die Wärmeleitfähigkeit der externen Elektrode 34 im Ganzen aufgrund des Vorhandenseins des Beschichtungsmaterials 342 drastisch verbessert werden. Folglich kann die Wirkung der Wärmeabstrahlung durch die externe Elektrode 34 verbessert werden, und der übermäßige Anstieg der Innentemperatur kann weiter beschränkt werden.

Diese Ausführungsform kann die gleichen Funktionen und Wirkungen wie die dritte Ausführungsform zur Verfügung stellen.

(Fünfte Ausführungsform)

Diese Ausführungsform stellt das Beispiel dar, in dem die Elektrodenplatten 35 eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 15 W/m.K haben, und, wie in der Fig. 10 gezeigt, in Kontakt mit der externen Elektrode 34 an beiden Endflächen der piezoelektrischen Einrichtung 1 in der Ausdehn-/Kontraktionsrichtung angebracht sind.

Nachdem der Stapelkörper in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführungsform hergestellt wurde, werden die Elektrodenplatten 35, hergestellt aus 18-8 rostfreiem Stahl und mit einer Wärmeleitfähigkeit von 15 W/m.K, entsprechend an beiden Endflächen des Stapelkörpers in der Ausdehn-/Kontraktionsrichtung (Schichtrichtung) angebracht. Konkreter werden die Elektrodenplatten 35 durch die Schritte des Verbindens der Elektrodenplatte 35, mit der im Wesentlichen gleichen Form wie die beiden Endflächen der piezoelektrischen Einrichtung 1, mit der externen Elektrode 34 durch Schweißen, und des Verbindens der externen Elektrode 34 mit den Seitenflächenelektroden 31 bzw. 32 der piezoelektrischen Einrichtung 1 unter Verwendung eines elektrisch-leitenden Klebstoffs, angebracht.

Als Nächstes werden die keramischen, isolierenden Platten 36 entsprechend auf beiden Elektrodenplatten 35 angebracht. Der restliche Aufbau ist der gleiche wie jener der vierten Ausführungsform.

In diesem Fall nehmen die Elektrodenplatten 35 die Wärme von beiden Endflächen der piezoelektrischen Einrichtung 1 in ihrer Ausdehn-/Kontraktionsrichtung auf und können diese Wärme durch die externe Elektrode 35 nach außen abstrahlen.

Dieser Aufbau kann die gleichen Funktionen und Wirkungen wie die vierte Ausführungsform zur Verfügung stellen.

(Sechste Ausführungsform)

Diese Ausführungsform stellt ein Beispiel einer Einspritzvorrichtung 5 dar, für die eine piezoelektrische Einrichtung verwendet wird, welche grundsätzlich den gleichen Aufbau wie die piezoelektrische Einrichtung 1 der ersten Ausführungsform hat.

Wie in Fig. 12 gezeigt, wird die Einspritzvorrichtung 5 in einer mechanisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzung aus gemeinsamer Druckleitung eines Dieselmotors eingesetzt.

Die Einspritzvorrichtung 5 beinhaltet ein oberes Gehäuse 52 zur Aufnahme der piezoelektrischen Einrichtung 1 als den Steuerabschnitt, und ein unteres Gehäuse 53, das an das untere Ende des oberen Gehäuses 52 befestigt ist, um darin, wie in der Zeichnung gezeigt, einen Einspritzdüsenabschnitt 54 zu bilden.

Das obere Gehäuse 52 ist im Wesentlichen kreisförmig-zylindrisch, und die piezoelektrische Einrichtung wird in eine Längsaussparung 521, welche exzentrisch zur zentralen Achse ist, eingesetzt und befestigt.

Ein Hochdruckkraftstoffdurchfluss 522 ist so an der Seite der Längsaussparung 521 angeordnet, dass er parallel mit dieser Aussparung 521 verläuft, und sein oberes Ende kommuniziert mit der externen gemeinsamen Druckleitung (nicht gezeigt) durch ein Kraftstoffrohr 523, das vom oberen Teil des oberen Gehäuses 52 hinausragt.

Ein weiteres Kraftstoffrohr 525, das mit einem Auslassdurchfluss 524 kommuniziert, ragt vom oberen Teil des oberen Gehäuses 52, und der Kraftstoff, der vom Kraftstoffrohr 525 fließt, wird zu einem Kraftstofftank (nicht gezeigt) zurückgeführt.

Der Auslassdurchfluss 524 kommuniziert mit einem dahinter liegenden Dreiwegventil 551 über einen nicht gezeigten Durchfluss, der durch einen Raum 50 zwischen der Längsaussparung 521 und dem Steuerabschnitt (piezoelektrische Einrichtung) 1 verläuft, und weiter abwärts dieses Raumes 50 durch die oberen und unteren Gehäuse 52 und 53 verläuft.

Ein Einspritzdüsenabschnitt 54 beinhaltet eine Düsennadel 541, die innerhalb eines Kolbenkörpers 531 auf und ab gleitet und eine Einspritzöffnung 543, welche durch den Düsennadelkörper 541 geöffnet und geschlossen wird, zum Einspritzen des, von einem Kraftstoffvorrat 542 zugeführten, Hochdruckkraftstoffs in einen Zylinder einer Maschine. Der Kraftstoffvorrat 542 befindet sich bei und um einen Zwischenabschnitt der Düsennadel 541 herum, und das untere Ende der Hochdruckkraftstoffleitung 522 öffnet sich hier. Die Düsennadel 541 erhält den Kraftstoffdruck vom Kraftstoffvorrat 542 in einer ventilöffnenden Richtung und der Kraftstoffdruck einer Gegendruckkammer 544, die so angeordnet ist, dass sie der oberen Endfläche in einer ventilöffnenden Richtung gegenüber liegt. Die Düsennadel 541 wird angehoben, wenn der Druck der Gegendruckkammer 544 fällt, um die Einspritzöffnung 543 zu öffnen und Kraftstoff auszustoßen.

Das Dreiwegventil 551 erhöht oder senkt den Druck der Gegendruckkammer 544. Das Dreiwegventil 551 kommuniziert wahlweise mit der Gegendruckkammer 544 und dem Hochdruckkraftstoffzufluss 522 oder mit dem Auslassdurchfluss 524. Das Dreiwegventil 551 hat einen kugelähnlichen Ventilkörper zum Öffnen und Schließen einer Öffnung, die mit der Hochdruckkraftstoffdurchfluss 522 oder dem Auslassdurchfluss 524 kommuniziert. Der Steuerabschnitt steuert dieses Ventilgehäuse durch einen Kolben mit hohem Durchmesser 552, eine Öldruckkammer 553 und einen unterhalb des Ventilgehäuses angebrachten Kolben mit kleinem Durchmesser 554.

Als Nächstes wird die Struktur des unteren Teilabschnitts der piezoelektrischen Einrichtung in der ersten Ausführungsform modifiziert, um den Steuerabschnitt 1 dieser Ausführungsform, d. h. die piezoelektrische Einrichtung 1, herzustellen.

Wie in Fig. 11 gezeigt, verläuft eine Stange 381 unterhalb der unteren Platte 38. Ein Blattelement 382 wird in einer Weise angebracht, dass es durch die Stange 381 dringt, und eine Feder 385 wird zwischen das Blattelement 382 und die untere Platte 38 angebracht. Eine Membran 383 wird am unteren Ende des Gehäuses 41 abgebracht und das untere Ende der Stange 381 wird mit der Membran 383 verbunden.

Nebenbei bemerkt, beinhaltet die piezoelektrische Vorrichtung in dieser Ausführungsform das Isolationselement 45 mit elektrischer Isolationseigenschaft zwischen den Seitenflächen der piezoelektrischen Einrichtung 1 und der inneren Oberfläche 410 des Gehäuses 41 in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführungsform. Das Isolationselement 45 ist mit den Seitenoberflächen der piezoelektrischen Einrichtung 1 verbunden, und ist in Kontakt mit der inneren Oberfläche 410 des Gehäuses 41.

Es ist erwähnenswert, dass in dem Zustand, in dem die piezoelektrische Einrichtung 1 in der Längsaussparung 521 des oberen Gehäuses 52 angebracht ist, um die piezoelektrische Einrichtung 1 herum ein Raum 50 besteht, und dass der Kraftstoff diesen Raum 50 durchfließt. Der Kraftstoff kann in direkten Kontakt mit dem Metallgehäuse 41 der piezoelektrischen Einrichtung 1 kommen, und kann einfach einen Wärmeaustausch mit dem Metallgehäuse 41 ausführen. Mit anderen Worten, spielt der Kraftstoff die Rolle eines Kühlmittels zum Kühlen der piezoelektrischen Einrichtung 1.

Dadurch kann die Einspritzvorrichtung 5 dieser Ausführungsform den übermäßigen Temperaturanstieg der piezoelektrischen Einrichtung 1 unterdrücken und ein schnelles ansprechen zur Verfügung stellen. Da die Wärmeentwicklung gering ist, kann ein Regelkreis in kompakter Größe hergestellt werden. Mit anderen Worten ist die Einspritzvorrichtung 5 dieser Ausführungsform kompakt und hat eine ausgezeichnete Leistungsfähigkeit.

Wie vorher beschrieben, wird der Raum 50 um die piezoelektrische Einrichtung 1 herum sichergestellt und der Kraftstoff als Kühlmittel wird dazu gebracht durch diesen Raum 50 zu fließen, um die piezoelektrische Einrichtung 1 in dieser Ausführungsform zu kühlen. Jedoch ist es ebenfalls möglich einen Aufbau einzusetzen, der Kühlwasser oder Luft als das Kühlmittel verwendet, anstatt dem Kraftstoff zu ermöglichen durch den Raum 50 zu fließen.

Das Gehäuse 41 der piezoelektrischen Einrichtung 1 kann mit dem oberen Gehäuse 52 ohne Einrichten des Raumes 50 gut in direkten Kontakt gebracht werden. Falls die Einspritzvorrichtung 5 mit dem Motorblock in Kontakt gebracht wird, kann der Wärmeaustausch zwischen den Motorblock und der Luft genutzt werden, und indirekt Kontakt mit der Luft als Kühlmittel durch das obere Gehäuse 52 und den Motorblock hergestellt werden.

Während die vorliegende Erfindung mit Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen, ausgewählt zum Zwecke der Darstellung, beschrieben wurde, sollte es klar sein, dass zahlreiche Modifikationen davon durch Fachkundige gemacht werden können, ohne vom Grundkonzept und dem Anwendungsbereich der Erfindung abzuweichen.

Eine piezoelektrische Einrichtung in Stapelbauweise 1 für den Einbau in eine Einspritzvorrichtung beinhaltet ein Metallgehäuse 41 außerhalb seiner Seitenflächen. Ein Isolationselement 45 mit elektrischen Isolationseigenschaften ist zwischen den Seitenflächen 101, 102 der piezoelektrischen Einrichtung 1 und einer inneren Oberfläche 410 des Gehäuses 41 eingefügt. Das Isolationselement 45 ist entweder mit den Seitenflächen 101, 102 der piezoelektrischen Einrichtung 1 oder mit der inneren Oberfläche 410 des Gehäuses verbunden, und wenigstens ein Teil des Isolationselements 45 ist in Kontakt mit der anderen Oberfläche.

Claims

1. Piezoelektrische Einrichtung in Stapelbauweise für den Einbau in eine Einspritzvorrichtung, einschließlich eines Metallgehäuses außerhalb der Seitenflächen der piezoelektrischen Einrichtung, wobei ein Isolationselement mit elektrischen Isolationseigenschaften zwischen den Seitenflächen der piezoelektrischen Einrichtung und einer inneren Oberfläche des Gehäuses eingefügt wird und eine Oberfläche des Isolationselements entweder mit den Seitenflächen der piezoelektrischen Einrichtung oder mit der inneren Oberfläche des Gehäuses verbunden ist, und wenigstens ein Teil der anderen Oberfläche des Isolationselements in Kontakt mit den Seitenflächen oder der inneren Oberfläche ist.

2. Piezoelektrische Einrichtung für eine Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Isolationselement und die piezoelektrische Einrichtung, oder das Gehäuse an der Oberfläche, an der das Isolationselement und die piezoelektrische Einrichtung oder das Gehäuse verbunden sind, mit mehr als wenigstens 90% ihrer Grenzfläche verbunden sind, und an der anderen Kontaktfläche, an der das Isolationselement und die piezoelektrische Einrichtung oder das Gehäuse in Kontakt sind, mit nicht mehr als 30% ihrer Grenzfläche in Kontakt sind.

3. Piezoelektrische Einrichtung für eine Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stärke des Isolationselements im Bereich von 0,03 bis 0,5 mm ist.

4. Piezoelektrische Einrichtung für eine Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Isolationselement einen spezifischen elektrischen Widerstand von wenigstens 10¹⁰ (Ω.m) hat.

5. Piezoelektrische Einrichtung für eine Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Isolationselement aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe hergestellt ist, die aus einem Epoxidharz, einem Polyimidharz, einem Silikonharz und einem Polyurethanharz besteht.

6. Piezoelektrische Einrichtung für eine Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Isolationselement durch Eintauchen, Pulverbeschichten, Spritzen, Vergießen, Aufbringen unter Verwendung eines Pinsels oder Spatels aufgetragen wird oder unter Verwendung einer Form gegossen wird.

7. Piezoelektrische Einrichtung in Stapelbauweise für den Einbau in eine Einspritzvorrichtung, einschließlich von an Seitenflächen der piezoelektrischen Einrichtung angeordneten Seitenflächenelektroden und an den Seitenflächenelektroden angeordneten externen Elektroden zur Herstellung elektrischer Leitung nach außen, wobei die Wärmeleitfähigkeit der externen Elektroden wenigstens 15 W/m.K ist.

8. Piezoelektrische Einrichtung für eine Einspritzvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die piezoelektrische Vorrichtung, in einer Ausdehn- /Kontraktionsrichtung an wenigstens einer Endfläche davon eine Elektrodenplatte hat, die in Kontakt mit der externen Elektrode ist und eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 15 W/m.K hat.

9. Piezoelektrische Einrichtung für eine Einspritzvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die externe Elektrode ein Kernmaterial und ein Beschichtungsmaterial umfasst, das die Oberfläche des Kernmaterials bedeckt, und das Beschichtungsmaterial eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 100 W/m.K hat.

10. Piezoelektrische Einrichtung für eine Einspritzvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die piezoelektrische Einrichtung ein Metallgehäuse außerhalb ihrer Seitenflächen hat, ein Isolationselement mit einer elektrischen Isolationseigenschaft zwischen den Oberflächen der piezoelektrischen Einrichtung und einer inneren Oberfläche des Gehäuses angeordnet ist, das Isolationselement mit einer der beiden Seitenflächen der piezoelektrischen Einrichtung und der inneren Oberfläche des Gehäuses verbunden ist, und wenigstens ein Teil des Isolationselements in Kontakt mit den anderen der Oberflächen ist.

11. Einspritzvorrichtung mit einer eingebauten piezoelektrischen Einrichtung als eine Steuerungsquelle, wobei die piezoelektrische Einrichtung ein Metallgehäuse außerhalb ihrer Seitenflächen hat, ein Isolationselement mit einer elektrischen Isolationseigenschaft zwischen den Oberflächen der piezoelektrischen Einrichtung und einer inneren Oberfläche des Gehäuses angeordnet ist, das Isolationselement mit einer der beiden Seitenflächen der piezoelektrischen Einrichtung und der inneren Oberfläche des Gehäuses verbunden ist, und wenigstens ein Teil des Isolationselements in Kontakt mit der anderen der Oberflächen ist, und das Gehäuse direkt oder indirekt mit einem Kühlmittel innerhalb der Einspritzvorrichtung in Kontakt kommt.

12. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Kühlmittel ein von der Einspritzvorrichtung eingespritzter Kraftstoff ist.

13. Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Einrichtung in Stapelbauweise für den Einbau in eine Einspritzvorrichtung, welches die Schritte umfasst:
Bedecken des Äußeren der Seitenflächen der piezoelektrischen Einrichtung mit einem Isolationselement, und Verbinden des Isolationselements mit den Seitenflächen der piezoelektrischen Einrichtung; und
Einfügen der piezoelektrischen Einrichtung, bedeckt mit dem Isolationselement, in ein Metallgehäuse.

14. Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Einrichtung in Stapelbauweise für den Einbau in eine Einspritzvorrichtung, welches die Schritte umfasst:
Bedecken einer inneren Oberfläche des Gehäuses mit einem Isolationselement, und Verbinden des Isolationselements mit der inneren Oberfläche des Gehäuses; und
Einfügen der piezoelektrischen Einrichtung in das Metallgehäuse, bedeckt mit dem Isolationselement.