JP2011119583A

JP2011119583A - ピエゾアクチュエータの製造方法、およびこの製造方法により製造されたピエゾアクチュエータ

Info

Publication number: JP2011119583A
Application number: JP2009277494A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Suzuki; 一徳鈴木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2011-06-16
Also published as: DE102010062467A1

Abstract

【課題】積層体の最外周側をＳＵＳカバーにより覆うことなく、圧電素子に対する燃料の付着回避および電気絶縁性を確保できる構造を安価にできるピエゾアクチュエータの製造方法を提供する。
【解決手段】シート状部材１５の表面に予め接着剤１４を塗布しておき、接着剤１４を塗布済みの表面が積層体２の外周面を覆うようにシート状部材１５を積層体２に巻き付ける。これにより、接着剤１４を積層体２の外周面に均一に塗布する作業が容易になる。また、積層体２の最外周側を熱収縮材１６で包囲し、加熱して接着剤１４を硬化させ、熱収縮材１６を収縮させる。これにより、積層体２の最外周側を仕上げる作業が容易になる。このため、積層体２の最外周側をＳＵＳカバーにより覆うことなく、圧電素子に対する燃料の付着回避および電気絶縁性を確保できる構造。
【選択図】図２

Description

本発明は、主に、内燃機関に燃料を噴射供給するインジェクタに組み込まれるピエゾアクチュエータの製造方法に関する。

従来から、インジェクタでは、圧電素子の伸長力を利用して開弁するものが公知となっている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、インジェクタは、圧電素子の積層体を含むピエゾアクチュエータを備え、積層体の伸長により弁体を駆動して噴孔を開放する。

ところで、従来のピエゾアクチュエータ１００では、図３に示すように、圧電素子に対する燃料付着回避および電気的絶縁の観点から、積層体１０１の外周面に電気絶縁性の接着剤を塗布して環状の接着剤層１０２を設けるとともに接着剤層１０２の外周側を絶縁材料１０３で覆い、さらに絶縁材料１０３の外周側に空洞１０４を形成するようにＳＵＳカバー１０５を配している。

そして、圧電素子に対する燃料付着回避および電気絶縁性を確保した上で積層体１０１の伸長力を他部材に伝達するため、ＳＵＳカバー１０５の一端にベローズ（図示せず）が接続され、ベローズによりＳＵＳカバー１０５の一端側が封鎖されている。

しかし、ベローズをＳＵＳカバー１０５に接続するにはレーザー溶接が必要となり、製造工程が煩雑になってしまう。また、ベローズが積層体１０１の伸長に対する抵抗になるので、ベローズの抵抗分を加味した上で積層体１０１の伸長力を設定する必要があり、結果的にベローズの抵抗分だけ積層体１０１を長くする必要がある。

そこで、ＳＵＳカバー１０５にベローズを接続することに起因する上記の問題点に鑑み、積層体１０１の最外周側をＳＵＳカバー１０５により覆うことなく、圧電素子に対する燃料付着回避および電気絶縁性を確保できる構造を安価に提供できる製造方法が求められている。

特表２００９−５１７８７９号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ピエゾアクチュエータにおいて、積層体の最外周側をＳＵＳカバーにより覆うことなく、圧電素子に対する燃料の付着回避および電気絶縁性を確保できる構造を安価に提供することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の製造方法は、内燃機関に燃料を噴射供給するインジェクタに組み込まれるピエゾアクチュエータの製造方法であり、圧電素子の積層体の外周を複数の材料により覆って燃料の付着回避および電気絶縁性を確保する包囲工程を備える。

また、包囲工程は、シート状部材の一方の表面に電気絶縁性の接着剤を塗布する準備工程と、シート状部材に塗布された接着剤が積層体の外周面に塗布されるように、シート状部材を積層体に巻き付ける第１包囲工程と、積層体に巻き付いたシート状部材の外周側表面に接着剤を塗布するとともに、加熱されて収縮する熱収縮材によりシート状部材の外周側を包囲する第２包囲工程と、接着剤、シート状部材および熱収縮材により包囲された積層体を加熱して、接着剤を硬化させるとともに熱収縮材を収縮させる仕上げ工程とを有する。

まず、シート状部材の表面に予め接着剤を塗布しておき、接着剤塗布済みの表面が積層体の外周面を覆うようにシート状部材を積層体に巻き付けることで、接着剤を積層体の外周面に均一に塗布する作業が容易になる。また、積層体の最外周側を熱収縮材で包囲し、加熱して接着剤を硬化させるとともに熱収縮材を収縮させることで、積層体の最外周側を仕上げる作業がＳＵＳカバーにより仕上げる場合に比べて容易になる。

このため、ピエゾアクチュエータにおいて、積層体の最外周側をＳＵＳカバーにより覆うことなく、圧電素子に対する燃料の付着回避および電気絶縁性を確保できる構造を安価に提供することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の製造方法によれば、シート状部材は、加熱されても収縮しない非熱収縮材である。
これにより、加熱によってシート状部材が軸方向に収縮して、積層体外周面に塗布された接着剤がシート状部材の軸方向両端から漏れ出るのを防止することができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の製造方法によれば、包囲工程は、加熱により硬化する前の塗布済みの接着剤を、大気圧よりも低圧の減圧状態に曝して脱泡する脱泡工程を有する。
これにより、接着剤層に気泡が残るのを防止することができる。

〔請求項４の手段〕
請求項４に記載のピエゾアクチュエータは、請求項１ないし請求項３の内のいずれか１つに記載の製造方法により製造されたものである。

〔請求項５の手段〕
請求項５に記載のピエゾアクチュエータによれば、シート状部材の両面の表面粗さは、積層体の外周面の表面粗さ以上である。
これにより、シート状部材は、積層体が軸方向へ伸縮しても接着剤層に対して剥離することなく、積層体の伸縮に追従することができる。

〔請求項６の手段〕
請求項６に記載のピエゾアクチュエータによれば、熱収縮材の両面の内、接着剤が付着する内周面の表面粗さは、積層体の外周面の表面粗さ以上である。
これにより、熱収縮材は、積層体が軸方向へ伸縮しても接着剤層に対して剥離することなく、積層体の伸縮に追従することができる。

〔請求項７の手段〕
請求項７に記載のピエゾアクチュエータによれば、加熱硬化後の接着剤は弾性体である。
これにより、接着剤による積層体の伸縮に対する拘束が抑制されるので、積層体の伸長に対する接着剤の抵抗が緩和される。このため、従来のベローズを用いる場合に比べて、確実に積層体の軸方向長さを短縮できる。

〔請求項８の手段〕
請求項８に記載のピエゾアクチュエータによれば、接着剤はシリコン系の有機材料である。
この手段は、加熱硬化により弾性を有する接着剤の一態様を示すものである。

〔請求項９の手段〕
請求項９に記載のピエゾアクチュエータによれば、シート状部材および熱収縮材は、電気絶縁性を有する樹脂材料である。
これにより、積層体に対する電気絶縁性をさらに高めることができる。

〔請求項１０の手段〕
請求項１０に記載のピエゾアクチュエータによれば、熱収縮材は、撥水性を有する樹脂材料である。
これにより積層体の最外周側で燃料中の水分を遮断することができるので、積層体に対する電気絶縁性をさらに高めることができる。

〔請求項１１の手段〕
請求項１１に記載のピエゾアクチュエータによれば、熱収縮材は、フッ素系またはシリコン系の樹脂材料である。
この手段は、熱収縮材の一態様を示すものである。

（ａ）はピエゾアクチュエータの部分断面図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である（実施例）。ピエゾアクチュエータの製造方法における包囲工程を示す説明図である（実施例）。（ａ）はピエゾアクチュエータの部分断面図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である（従来例）。

実施形態の製造方法は、内燃機関に燃料を噴射供給するインジェクタに組み込まれるピエゾアクチュエータの製造方法であり、圧電素子の積層体の外周を複数の材料により覆って燃料の付着回避および電気絶縁性を確保する包囲工程を備える。

また、シート状部材は、加熱されても収縮しない非熱収縮材である。
さらに、包囲工程は、加熱により硬化する前の塗布済みの接着剤を、大気圧よりも低圧の減圧状態に曝して脱泡する脱泡工程を有する。

また、実施形態の製造方法により製造されるピエゾアクチュエータによれば、シート状部材の両面の表面粗さは、積層体の外周面の表面粗さ以上である。
さらに、熱収縮材の両面の内、接着剤が付着する内周面の表面粗さは、積層体の外周面の表面粗さ以上である。

また、加熱硬化後の接着剤は弾性体であり、接着剤はシリコン系の有機材料である。
さらに、シート状部材および熱収縮材は、電気絶縁性を有する樹脂材料であり、熱収縮材は、撥水性を有する樹脂材料であってフッ素系またはシリコン系の樹脂材料である。

〔実施例の構成〕
実施例のピエゾアクチュエータ１の構成を、図１を用いて説明する。
ピエゾアクチュエータ１は、例えば、エンジン（図示せず）の各気筒に搭載されて、燃焼室（図示せず）に直接的に燃料を噴射するインジェクタ（図示せず）に組み込まれるものであり、圧電素子の積層体２を含むように設けられている。そして、ピエゾアクチュエータ１は、積層体２の伸長によりインジェクタの弁体（図示せず）を駆動して噴孔（図示せず）を開放させる。

ピエゾアクチュエータ１は、圧電素子の積層体２と、積層体２の軸方向両端を電気的に絶縁するアルミナ碍子３、４と、積層体２およびアルミナ碍子３、４の外周側を覆う包囲層５と、リード端子６を固定するとともに封着するハウジング７とを備える。

包囲層５は、内周から外周に向かって、第１接着剤層９、第１樹脂層１０、第２接着剤層１１、第２樹脂層１２の順に構成されており、積層体２に対する燃料の付着回避および電気絶縁性を確保するために設けられる。
第１、第２接着剤層９、１１は、同一の接着剤１４（図２参照）を加熱硬化させてなるものであり、例えば、シリコン系の有機材料を加熱硬化させてなる弾性体である。

第１樹脂層１０は、シート状部材１５（図２参照）を筒状に巻いてなるものであり、シート状部材１５が積層体２の外周に巻き付くことで形成される。ここで、シート状部材１５は、加熱されても収縮しない非熱収縮性、かつ電気絶縁性の樹脂材料からなるものである。また、シート状部材１５の両面の表面粗さは、積層体２の外周面の表面粗さ以上である。

第２樹脂層１２は、加熱されて収縮する熱収縮性、かつ電気絶縁性の筒状の樹脂材料を加熱により収縮させてなるものである（以下、第２樹脂層１２をなす樹脂材料を熱収縮材１６（図２参照）と呼ぶ。）。ここで、熱収縮材１６は、撥水性を有する樹脂材料であってフッ素系またはシリコン系の樹脂材料である。そして、熱収縮材１６の両面の内、接着剤１４が付着する内周面の表面粗さは、積層体２の外周面の表面粗さ以上である。

〔実施例の製造方法〕
実施例のピエゾアクチュエータ１の製造方法を、図２を用いて説明する。
ピエゾアクチュエータ１の製造方法は、積層体２の外周を複数の材料により覆って包囲層５を形成する包囲工程を備える。また、包囲工程は、以下に説明する準備工程、第１、第２包囲工程、脱泡工程、仕上げ工程を有する。なお、以下の説明では、仕上げ工程を経た最終製品としてのピエゾアクチュエータ１に至らない中間製造物であって、積層体２を含むものを積層体ＡＳＳＹ１８と呼ぶ。

まず、準備工程は、シート状部材１５の一方の表面に接着剤１４を塗布する工程である。準備工程で途付される接着剤１４は、加熱硬化により第１接着剤層９をなすものである。また、準備工程における接着剤１４の塗布は、例えば、スクリーン印刷により行われる。
次に、第１包囲工程は、シート状部材１５に塗布された接着剤１４が積層体２の外周面に塗布されるように、シート状部材１５を積層体２に巻き付ける工程である。また、シート状部材１５は、第１樹脂層１０をなすものである。

次に、第２包囲工程は、積層体２に巻き付いたシート状部材１５の外周側表面に接着剤１４を塗布するとともに、熱収縮材１６によりシート状部材１５の外周側を包囲する工程である。第２包囲工程で塗布される接着剤１４は、加熱硬化により第２接着剤層１１をなすものである。また、第２包囲工程における接着剤１４の塗布は、例えば、スプレーまたは転写により行われる。また、第２包囲工程において採用されている熱収縮材１６は、予め円筒状に設けられている。そして、熱収縮材１６を積層体ＡＳＳＹ１８の外周に被せることで、シート状部材１５の外周側が熱収縮材１６により包囲される。

次に、脱泡工程は、加熱により硬化する前の塗布済みの接着剤１４を、大気圧よりも低圧の減圧状態に曝して脱泡する工程である。なお、減圧状態は、所定の容器内を減圧ポンプにより吸引することで作り出すことができる。
最後に、仕上げ工程は、積層体ＡＳＳＹ１８を加熱して接着剤１４を硬化させるとともに熱収縮材１６を収縮させる工程である。

〔実施例の効果〕
実施例の製造方法によれば、シート状部材１５の表面に予め接着剤１４を塗布しておき、接着剤１４を塗布済みの表面が積層体２の外周面を覆うようにシート状部材１５を積層体２に巻き付ける。これにより、接着剤１４を積層体２の外周面に均一に塗布する作業が容易になる。また、積層体２の最外周側を熱収縮材１６で包囲し、加熱して接着剤１４を硬化させるとともに熱収縮材１６を収縮させる。これにより、積層体２の最外周側を仕上げる作業がＳＵＳカバーにより仕上げる場合に比べて容易になる。

このため、ピエゾアクチュエータ１において、積層体２の最外周側をＳＵＳカバーにより覆うことなく、圧電素子に対する燃料の付着回避および電気絶縁性を確保できる構造を安価に提供することができる。

なお、第１接着剤層９をなす接着剤１４の膜厚は、電気的絶縁を確保する上で極めて重要な項目であり、厳しく管理する必要がある。このため、第１樹脂層１０をなす部材としてシート状部材１５ではなく筒状部材を採用した場合、積層体２の外周に予め高精度に接着剤１４を塗布しておいても、積層体ＡＳＳＹ１８の軸心と筒状部材の軸心とを高精度に合わせて筒状部材を積層体ＡＳＳＹ１８の外周に被せる必要がある。

したがって、第１樹脂層１０をなす部材としてシート状部材１５を採用し、シート状部材１５の表面に予め接着剤１４を塗布してシート状部材１５を積層体２に巻き付けることで、上記のような芯出し作業が不要となるので、この点でも、製造工程が簡略になってピエゾアクチュエータ１を安価に製造することができる。

また、シート状部材１５は、加熱されても収縮しない非熱収縮材である。
これにより、加熱によってシート状部材１５が軸方向に収縮して、積層体２の外周面に塗布された接着剤１４がシート状部材１５の軸方向両端から漏れ出るのを防止することができる。

また、包囲工程は、加熱により硬化する前の塗布済みの接着剤１４を、大気圧よりも低圧の減圧状態に曝して脱泡する脱泡工程を有する。
これにより、第１、第２接着剤層９、１１に気泡が残るのを防止することができる。

また、シート状部材１５の両面の表面粗さは、積層体２の外周面の表面粗さ以上である。
これにより、シート状部材１５からなる第１樹脂層１０は、積層体２が軸方向へ伸縮しても第１、第２接着剤層９、１１に対して剥離することなく、積層体２の伸縮に追従することができる。

また、熱収縮材１６の両面の内、接着剤１４が付着する内周面の表面粗さは、積層体２の外周面の表面粗さ以上である。
これにより、熱収縮材１６は、積層体２が軸方向へ伸縮しても第２接着剤層１１に対して剥離することなく、積層体２の伸縮に追従することができる。

また、第１接着剤層９は弾性体である。
これにより、第１接着剤層９による積層体２の伸縮に対する拘束が抑制されるので、積層体２の伸長に対する第１接着剤層９の抵抗が緩和される。このため、従来のベローズを用いる場合に比べて、確実に積層体２の軸方向長さを短縮できる。

また、シート状部材１５および熱収縮材１６は、電気絶縁性を有する樹脂材料である。
これにより、積層体２に対する電気絶縁性をさらに高めることができる。
また、熱収縮材１６は、撥水性を有する樹脂材料である。
これにより積層体２の最外周側で燃料中の水分を遮断することができるので、積層体２に対する電気絶縁性をさらに高めることができる。

〔変形例〕
ピエゾアクチュエータ１の態様および製造方法は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。例えば、実施例のピエゾアクチュエータ１によれば、熱収縮材１６は、筒状に設けられて積層体ＡＳＳＹ１８に被せられたが、熱収縮材１６をシート状に設けておき、シート状の熱収縮材１６の片面に接着剤１４を塗布して積層体ＡＳＳＹ１８に巻き付けるようにしてもよい。

１ピエゾアクチュエータ
２積層体
１４接着剤
１５シート状部材
１６熱収縮材

Claims

内燃機関に燃料を噴射供給するインジェクタに組み込まれるピエゾアクチュエータの製造方法において、
圧電素子の積層体の外周を複数の材料により覆って燃料の付着回避および電気絶縁性を確保する包囲工程を備え、
この包囲工程は、
シート状部材の一方の表面に電気絶縁性の接着剤を塗布する準備工程と、
前記シート状部材に塗布された前記接着剤が前記積層体の外周面に塗布されるように、前記シート状部材を前記積層体に巻き付ける第１包囲工程と、
前記積層体に巻き付いた前記シート状部材の外周側表面に前記接着剤を塗布するとともに、加熱されて収縮する熱収縮材により前記シート状部材の外周側を包囲する第２包囲工程と、
前記接着剤、前記シート状部材および前記熱収縮材により包囲された前記積層体を加熱して、前記接着剤を硬化させるとともに前記熱収縮材を収縮させる仕上げ工程とを有することを特徴とするピエゾアクチュエータの製造方法。
請求項１に記載のピエゾアクチュエータの製造方法において、
前記シート状部材は、加熱されても収縮しない非熱収縮材であることを特徴とするピエゾアクチュエータの製造方法。
請求項１または請求項２に記載のピエゾアクチュエータの製造方法において、
前記包囲工程は、加熱により硬化する前の塗布済みの前記接着剤を、大気圧よりも低圧の減圧状態に曝して脱泡する脱泡工程を有することを特徴とするピエゾアクチュエータの製造方法。
請求項１ないし請求項３の内のいずれか１つに記載の製造方法により製造されたピエゾアクチュエータ。
請求項４に記載のピエゾアクチュエータにおいて、
前記シート状部材の両面の表面粗さは、前記積層体の外周面の表面粗さ以上であることを特徴とするピエゾアクチュエータ。
請求項４または請求項５に記載のピエゾアクチュエータにおいて、
前記熱収縮材の両面の内、前記接着剤が付着する内周面の表面粗さは、前記積層体の外周面の表面粗さ以上であることを特徴とするピエゾアクチュエータ。
請求項４ないし請求項６の内のいずれか１つに記載のピエゾアクチュエータにおいて、
加熱硬化後の前記接着剤は弾性体であることを特徴とするピエゾアクチュエータ。
請求項７に記載のピエゾアクチュエータにおいて、
前記接着剤はシリコン系の有機材料であることを特徴とするピエゾアクチュエータ。
請求項４ないし請求項８の内のいずれか１つに記載のピエゾアクチュエータにおいて、
前記シート状部材および前記熱収縮材は、電気絶縁性を有する樹脂材料であることを特徴とするピエゾアクチュエータ。
請求項４ないし請求項９の内のいずれか１つに記載のピエゾアクチュエータにおいて、
前記熱収縮材は、撥水性を有する樹脂材料であることを特徴とするピエゾアクチュエータ。
請求項９または請求項１０に記載のピエゾアクチュエータにおいて、
前記熱収縮材は、フッ素系またはシリコン系の樹脂材料であることを特徴とするピエゾアクチュエータ。