JPH07131085A - 積層型圧電アクチュエータの冷却構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】冷却液の出入口を１つにまとめることにより、
全体構造を簡素化し、スペース確保が困難な部位にも適
用可能な積層型圧電アクチュエータの冷却構造を提供す
る。 【構成】冷却パイプ３は、積層体１の一端側から中央開
口１ａ内に装入されるとともに、その先端が閉口端とな
って積層体１の他端側まで延設されている。冷却液輸送
パイプ６は、積層体１の一端側から冷却パイプ３の内側
に装入されるとともに、その先端が開口端となって冷却
パイプ３の閉口端付近まで延設されている。冷却液供給
装置としてのポンプ７及び熱交換器８は積層体１の一端
側付近に配設され、冷却液輸送パイプ６及び冷却パイプ
３の各基端側がそれぞれ接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、積層型圧電アクチュエ
ータの冷却構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、各種の機械的駆動素子とし
て、数十枚の圧電板及び電極板を交互に積層してなる圧
電効果を利用した積層型圧電アクチュエータが知られて
いる。この積層型圧電アクチュエータは、電圧をかける
ことにより伸縮するが、上記圧電板が熱伝導性の良くな
いセラミックスであり、また圧電板が伸縮することによ
る内部摩擦熱や電気的発熱により高温となる。積層型圧
電アクチュエータは温度が上昇すると、変位特性が変化
したり、性能が劣化したり、圧電板の分極反転電圧の低
下により使用可能範囲が縮小したり、壊れたりする場合
がある。

【０００３】このような圧電アクチュエータの発熱によ
る不都合を解消する冷却構造として、例えば図３に示す
ようなものがある。この冷却構造は、セラミックスより
なる圧電板及び電極板を交互に複数枚積層してなる積層
体８０と、積層体８０の外周面に設けられた樹脂よりな
る絶縁コーティング層８１と、積層体８０の一端面に載
置された金属シム８２と、金属シム８２に載置された圧
電変位力を取り出すピストン８３と、絶縁コーティング
層８１の周囲に設けられ冷却液が供給される冷却管８４
と、冷却液のシールをするＯリング８５とから構成され
ている。

【０００４】しかし、上記冷却管８４に冷却液を供給し
て循環させても、圧電板は上述したように熱伝導性の良
くないセラミックスよりなるので、積層体８０の内部に
蓄積された熱を外側から十分に除去することは困難であ
る。また、積層体８０は絶縁コーティング層８１を介し
て冷却されるので、その冷却効率も悪い。そこで、実開
昭６３−１１４０６２号公報には、図４に示すように、
積層体９０の中央に貫通孔９１を形成し、この貫通孔９
１を冷却液を通過させて、積層体９０の中央から冷却す
ることにより冷却効果を高めた積層型圧電アクチェータ
の冷却構造が開示されている。この冷却構造では、積層
体９０を収容するケース９２の側面に接続された冷却液
供給用のパイプ９３から供給された冷却液は、ケース９
２内で積層体９０の外側に配設されたピストン９４の側
面に穿設された通孔９５及びピストン９４内の通路９６
を介して、積層体９０の貫通孔９１内に下端側から供給
される。そして、積層体９０の貫通孔９１の上端側から
排出された冷却水は、ピストン９４の上方に設けられた
通路９７、及びケース９２に接続された図示しない冷却
液排出用のパイプから排出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記実開昭６３−１１
４０６２号公報に開示された冷却構造では、冷却液供給
用パイプ９３と冷却液排出用パイプがそれぞれ独立して
ケース９２に接続されているため、冷却液用パイプの配
管が複雑となり、アクチュエータ全体の構造も複雑とな
る。このような複雑構造の積層型圧電アクチュエータ
を、例えば自動車エンジンの燃料噴射インジェクター用
に用いる場合、冷却液用配管のレイアウトや冷却液の出
入口のスペースをエンジンルーム内に確保することが困
難である。

【０００６】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、冷却液の出入口を１つにまとめることにより、全
体構造を簡素化し、スペース確保が困難な部位にも適用
可能な積層型圧電アクチュエータの冷却構造を提供する
ことを解決すべき技術課題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の積層型圧電アクチュエータの冷却構造は、中央に開
口をもつ圧電板と、中央に開口をもつ電極板とを交互に
複数枚積層してなる中央開口付積層体と、該積層体の一
端側から上記中央開口内に装入されるとともに、その先
端が閉口端となって上記積層体の他端側まで延設された
冷却パイプと、上記積層体の一端側から上記冷却パイプ
の内側に装入されるとともに、その先端が開口端となっ
て上記冷却パイプの閉口端付近まで延設された冷却液輸
送パイプと、上記積層体の一端側付近に配設されるとと
もに、上記冷却パイプ及び上記冷却液輸送パイプの各基
端側がそれぞれ接続され、上記冷却パイプから帰還する
冷却液を冷却するとともに、冷却された冷却液を上記冷
却液輸送パイプに供給する冷却液供給装置とを備えたこ
とを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】本発明の積層型圧電アクチュエータの冷却構造
は、積層体の一端側から中央開口内に先端が閉口端とな
って積層体の他端側まで延びる冷却パイプが装入される
とともに、この冷却パイプ内に積層体の一端側から先端
が開口端となって冷却パイプの閉口端付近まで延びる冷
却液輸送パイプが装入されている。また、これらの冷却
パイプ及び冷却液輸送パイプは、積層体の一端側に配設
された冷却液供給装置にそれぞれ接続されている。

【０００９】このように、本発明の冷却構造では、冷却
液供給装置から積層体の中央開口内に冷却液を供給する
ための冷却液輸送パイプ、冷却後の冷却液を積層体の中
央開口から冷却液供給装置に帰還させるための冷却パイ
プ、及び冷却液供給装置が全て積層体の一端側に配設さ
れた構造である。このため、冷却液用パイプの配管や、
積層型圧電アクチェータの全体構造が簡素化できる。

【００１０】この冷却構造において、冷却液供給装置が
作動されると、冷却液供給装置から冷却液輸送パイプに
冷却液が供給される。この冷却液は、積層体の一端側か
ら他端側まで冷却液輸送パイプ内を通過し、冷却液輸送
パイプの開口端から冷却パイプの閉口端付近に送り出さ
れる。そして、この冷却液は、積層体の他端側から一端
側まで冷却パイプ内を積層体から熱を奪いつつ通過し、
冷却液供給装置に帰還される。積層体から熱を奪って温
度が上昇した冷却液は、冷却液供給装置内で冷却された
後、再び冷却液輸送パイプに供給される。

【００１１】

【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。図１
の模式断面図に示すように、中央開口１ａ付き積層体１
は、中央に開口をもつ圧電板１１と、中央に開口をもつ
電極板１２とが交互に複数枚積層されて形成されてい
る。積層体１の上端面には絶縁用の圧電体よりなるセラ
ミックスシム１３ａ、金属シム１４ａが順に配設され、
積層体１の下端面にも同様にセラミックスシム１３ｂ
と、金属シム１４ｂが順に配設されている。積層体１の
上端面側に配設された一方のセラミックスシム１３ａ及
び金属シム１４ａの中央には、積層体１の中央開口１ａ
と同径の開口がそれぞれ形成されている。なお、各電極
板１２は、その周縁部に電極取り出し用の図示しない突
起が設けられている。この突起は交互に図示しない陰極
リード電極及び陽極リード電極の一方に溶接され、また
陰極リード電極及び陽極リード電極はそれぞれ図示しな
い陰極リード線及び陽極リード線に接続されている。

【００１２】この積層体１は図示しない樹脂製チューブ
でその外周側面を被覆して、上板２１がその上端面に固
定され、下端側が開口した有底円筒状の金属製収容ケー
ス２内に収容されている。この収容ケース２の周縁部に
は、積層体１の外周側を冷却するための環状の外部冷却
通路２２が形成されている。収容ケース２の上板２１に
は、外部冷却通路２２に冷却液を供給するために外部冷
却液供給パイプ２３、及び外部冷却通路２２からの冷却
液を帰還させるための外部冷却液帰還パイプ２４がそれ
ぞれ螺嵌されている。そして、外部冷却液供給パイプ２
３は、収容ケース２に設けられた連絡路２５を介して外
部冷却通路２２の下端部に連通されている。また、外部
冷却液帰還パイプ２４は、収容ケース２に設けられた連
絡路２６を介して外部冷却通路２２の上端部に連通され
ている。これにより、外部冷却通路２２内では、下端側
から上端側へ、つまり低い位置から高い位置に冷却液が
循環される。なお、上記外部冷却通路２２は、スパイラ
ル状に形成することも可能である。

【００１３】積層体１の中央開口１ａ内には積層体１の
上端側から冷却パイプ３がその外周側に所定の隙間をも
って装入され、この冷却パイプ３の先端は閉口端となっ
て積層体１の下端付近まで延設されている。冷却パイプ
３は、収容ケース２の上板２１、収容ケース２の底部、
及び金属シム１４ａにそれぞれ螺嵌されている。なお、
冷却パイプ３は、熱伝導性の良好な銅製パイプから形成
されている。また、冷却パイプ３の外周側の中央開口１
ａ内には、積層体１の各電極板１２と冷却パイプ３とを
絶縁するためにシリコンオイル４が充填されている。

【００１４】冷却パイプ３の内側には、積層体１の上端
側から冷却液輸送パイプ６がその外周側に所定の間隔を
もって冷却パイプ３と同心状に装入され、この冷却液輸
送パイプ６の先端が開口端となって冷却パイプ３の閉口
端付近まで延設されている。この冷却液輸送パイプ６
は、冷却パイプ３に螺嵌されている。なお、冷却パイプ
３は、断熱効果を高めるために合成樹脂材（テフロン）
から形成されている。

【００１５】上記冷却液輸送パイプ６及び上記外部冷却
液供給パイプ２３は、それぞれポンプ７に接続されてい
る。また、上記冷却パイプ３及び上記外部冷却液帰還パ
イプ２４は、それぞれ熱交換器８に接続されている。こ
のポンプ７及び熱交換器８も連通管路９により接続さ
れ、これらにより本発明の冷却液供給装置を構成してい
る。なお、本実施例においては、冷却液として水を用い
た。

【００１６】上記構成を有する積層型圧電アクチュエー
タの冷却構造は、積層体１の上端側から中央開口１ａ内
に先端が閉口端となって積層体１の下端側まで延びる冷
却パイプ３が装入されるとともに、この冷却パイプ３内
に積層体１の上端側から先端が開口端となって冷却パイ
プ３の閉口端付近まで延びる冷却液輸送パイプ６が装入
されている。また、これらの冷却パイプ３及び冷却液輸
送パイプ６は、積層体１の上端側に配設された熱交換器
８及びポンプ７にそれぞれ接続されている。

【００１７】また、積層体１の外部を冷却するための外
部冷却通路２２に冷却液を供給、帰還させるための外部
冷却液供給パイプ２３、外部冷却液帰還パイプ２４も、
それぞれ積層体１の上端側に配設されている。このよう
に、本実施例の冷却構造では、ポンプ７から積層体１の
中央開口１ａ内に冷却液を供給するための冷却液輸送パ
イプ６、冷却後の冷却液を積層体１の中央開口１ａから
熱交換器８に帰還させるための冷却パイプ３、ポンプ７
及び熱交換器８が全て積層体１の上端側に配設された構
造である。このため、冷却液用パイプの配管や、積層型
圧電アクチェータの全体構造が簡素化できる。

【００１８】この冷却構造において、ポンプ７がが作動
されると、ポンプ７から冷却液輸送パイプ６に冷却液が
供給される。この冷却液は、積層体１の上端側から下端
側まで冷却液輸送パイプ６内を通過し、冷却液輸送パイ
プ６の開口端から冷却パイプ３の閉口端付近に送り出さ
れる。そして、この冷却液は、積層体１の下端側から上
端側まで冷却パイプ３内を積層体１の中央開口１ａ内に
配設されたシリコンオイル４から熱を奪いつつ通過し、
熱交換器８に帰還される。積層体１から熱を奪って温度
が上昇した冷却液は、熱交換器８内で冷却された後、連
通管路９を介してポンプ７に送られ、再び冷却液輸送パ
イプ６に供給される。

【００１９】また、ポンプ７の作動により、外部冷却液
供給パイプ２３及び連絡路２５を介して収容ケース２の
下端側に送られた冷却液は、積層体１の外周部から熱を
奪いつつ、外部冷却通路２２を下方から上方へ循環し、
連絡路２６及び外部冷却帰還パイプ２４を介して熱交換
器８に帰還する。したがって、本実施例の冷却構造で
は、積層体１の内部及び外周部から極めて効果的に冷却
することができる。

【００２０】また、本実施例の冷却構造では、冷却液が
冷却液輸送パイプ６及び冷却パイプ３内を通過し、冷却
液が積層体１の電極板１２等に接触することがない。こ
のため、冷却液として、絶縁性などの性質を考慮するこ
となしに、冷却効果の高い冷却液を選択することが可能
となる。 （適用例）上記実施例の積層型圧電アクチュエータの冷
却構造を自動車エンジン用の燃料噴射インジェクターに
適用した例を、図２の断面図に示す。

【００２１】この燃料噴射インジェクターでは、本体３
１内に上記収容ケース２が収容され、収容ケース２の下
端面は本体３１に固定されたシリンダ３２に当接してい
る。シリンダ３２内にはバネ３３により上方に付勢され
るピストン３４がＯリング３５を介して嵌挿されてい
る。そして、積層体１の下端側に位置する金属シム１４
ｂの下方には押圧板３６が配設され、この押圧板３６を
介して積層体１の軸方向変位がピストン３４に伝達可能
とされている。したがって、積層体１への通電により積
層体１が軸方向に縮むと、ピストン３４が上方に移動し
て、ガソリンを噴射する構成とされている。

【００２２】本実施例の積層型圧電アクチェータでは、
冷却液用パイプの配管や冷却液供給装置等が全て積層体
１の上方に配設されているので、インジェクターの本体
３１に冷却液配管用の出入口等を設ける必要がなく、ま
た冷却液パイプの配管等のためのスペースをインジェク
ターの上方にのみ確保すれば良い。

【００２３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の積層型圧
電アクチエータの冷却構造は、請求項１記載の構成とす
ることにより、冷却液の出入口を１つにまとめて全体構
造を簡素化することができ、スペース確保が困難な部位
にも十分な適用が可能となる。また、冷却液は冷却液輸
送パイプ及び冷却パイプ内を通過し、積層体の電極板等
に接触することがないので、冷却液として絶縁性等の性
質を考慮する必要がなく、冷却効果の高い冷却液、例え
ば水を任意に選択することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の積層型圧電アクチュエータの冷却構
造を模式的に示す一部断面図である。

【図２】本実施例の積層型圧電アクチュエータの冷却構
造を自動車エンジン用の燃料噴射インジェクターに適用
した例を模式的に示す一部断面図である。

【図３】従来の積層型圧電アクチュエータの冷却構造を
示す断面図である。

【図４】他の従来の積層型圧電アクチュエータの冷却構
造を示す断面図である。

【符号の説明】

１は積層体、１１は圧電板、１２は電極板、１ａは中央
開口、３は冷却パイプ、６は冷却液輸送パイプ、７はポ
ンプ、８は熱交換器である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中央に開口をもつ圧電板と、中央に開口
   をもつ電極板とを交互に複数枚積層してなる中央開口付
   積層体と、 該積層体の一端側から上記中央開口内に装入されるとと
   もに、その先端が閉口端となって上記積層体の他端側ま
   で延設された冷却パイプと、 上記積層体の一端側から上記冷却パイプの内側に装入さ
   れるとともに、その先端が開口端となって上記冷却パイ
   プの閉口端付近まで延設された冷却液輸送パイプと、 上記積層体の一端側付近に配設されるとともに、上記冷
   却パイプ及び上記冷却液輸送パイプの各基端側がそれぞ
   れ接続され、上記冷却パイプから帰還する冷却液を冷却
   するとともに、冷却された冷却液を上記冷却液輸送パイ
   プに供給する冷却液供給装置とを備えたことを特徴とす
   る積層型圧電アクチェータの冷却構造。