JP2588214Y2 - 超磁歪式アクチュエータ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、例えば超磁歪式噴射弁
や開閉弁等に好適に用いられる超磁歪式アクチュエータ
に関し、特に、熱膨張により特性が変化するのを防止で
きるようにした超磁歪式アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、筒状のケーシングと、該ケーシ
ングの軸方向に伸長して該ケーシング内に設けられ、該
ケーシングの一端側に設けられる駆動対象物を駆動すべ
く、磁場がかけられたときに軸方向に伸縮する超磁歪ロ
ッドと、該超磁歪ロッドの周囲に位置して前記ケーシン
グ内に設けられ、外部から通電されることにより該超磁
歪ロッドに磁場をかける電磁コイルと、前記ケーシング
の他端側に設けられ、該ケーシング内で前記超磁歪ロッ
ドを軸方向に位置決めする位置決め部材とからなる超磁
歪式アクチュエータを用いた燃料噴射弁は、例えば特開
平３−２４３１７４号公報等により知られている。

【０００３】この種の従来技術による燃料噴射弁では、
ケーシングの一端側に燃料の噴射口を有する弁座を設
け、該弁座に駆動対象物となる内開き式の弁体を着座さ
せるべく、該弁体を弁ばねにより常時閉弁方向に付勢す
ると共に、超磁歪ロッドの一端側を弁体に固着し、電磁
コイルからの磁場により該超磁歪ロッドが縮小したとき
に、該超磁歪ロッドにより弁体を弁ばねに抗してリフト
させ、前記噴射口からケーシング内の燃料を外部に向け
て噴射させるようにしている。

【０００４】また、ケーシングの他端側には、前記超磁
歪ロッドの他端側端面に当接する位置決め部材としての
蓋体を設け、該蓋体により超磁歪ロッドを前記弁体と共
に弁座側に向けて押圧し、前記弁ばねのばね荷重を調整
するようにしている。そして、超磁歪ロッドは電磁コイ
ルからの磁場により縮小変形するときに、前記蓋体から
離間するのを規制され、弁体を弁ばねに抗して確実にリ
フトさせるようになっている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、ケーシングの一端側に駆動対象物となる弁
体を設け、ケーシングの他端側には蓋体を設け、該蓋体
と弁体との間で超磁歪ロッドをケーシング内で軸方向に
位置決めするようにしているから、超磁歪ロッドの周囲
に設けた電磁コイルが外部からの通電により発熱する
と、このときの熱影響等によって超磁歪ロッドが前記蓋
体と弁体との間で軸方向に熱膨張することがある。そし
て、超磁歪ロッドはケーシングに比較して熱膨張率が大
きく、蓋体はケーシングに一体的に固定されているの
で、超磁歪ロッドは熱膨張時に弁体側に向けて伸びてし
まう。

【０００６】このため従来技術では、超磁歪ロッドの熱
膨張によって弁ばねのばね荷重が変化するばかりでな
く、電磁コイルからの磁場によって超磁歪ロッドを変形
させたときに、弁体のリフト量が変化し、噴射流量の特
性等が熱影響によって変動するという問題がある。ま
た、駆動対象物となる弁体を外開き式とし、超磁歪ロッ
ドが伸び変形したときに弁体を開弁させる構成とする
と、超磁歪ロッドの熱膨張により弁体が開弁方向に変位
して弁座から離座することがあり、シール不良等の原因
になるという問題がある。

【０００７】本考案は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本考案は超磁歪ロッドが熱膨張したとき
でも、この熱膨張分を確実に吸収でき、特性不良等が発
生するのを効果的に防止できる上に、例えば弁体等の駆
動対象物を安定して駆動できるようにした超磁歪式アク
チュエータを提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために本考案が採用する構成は、筒状のケーシングと、
該ケーシングの軸方向に伸長して該ケーシング内に設け
られ、該ケーシングの一端側に設けられる駆動対象物を
駆動すべく、磁場がかけられたときに軸方向に伸縮する
超磁歪ロッドと、該超磁歪ロッドの周囲に位置して前記
ケーシング内に設けられ、外部から通電されることによ
り該超磁歪ロッドに磁場をかける電磁コイルと、前記ケ
ーシングの他端側に設けられ、該ケーシング内で前記超
磁歪ロッドを軸方向に位置決めする位置決め手段とから
なる超磁歪式アクチュエータにおいて、前記位置決め手
段は前記超磁歪ロッドの熱膨張による長さ寸法の変化分
を吸収すべく、周囲温度に応じて形状が変化する感温性
変位吸収部材によって構成したことを特徴としている。

【０００９】

【作用】上記構成により、電磁コイルの発熱等によって
超磁歪ロッドが軸方向に伸びるように熱膨張したときに
は、このときの周囲温度に応じて感温性変位吸収部材の
形状が変化し、超磁歪ロッドの熱膨張による長さ寸法の
変化分を感温性変位吸収部材の形状変化によって吸収で
き、超磁歪ロッドの熱膨張によりケーシングの一端側で
駆動対象物が変位してしまうのを防止することができ
る。

【００１０】

【実施例】以下、本考案の実施例を図１ないし図６に基
づき説明する。

【００１１】図１ないし図５は本考案の第１の実施例を
示している。

【００１２】図において、１は電磁ステンレス鋼等の磁
性材料により段付円筒状に形成された筒状のケーシング
を示し、該ケーシング１は上、下両端側がカシメ部１
Ａ，１Ｂとなり、該ケーシング１の内周側にはカシメ部
１Ａ，１Ｂ間で軸方向にそれぞれ所定寸法離間して環状
段部１Ｃ，１Ｄ，１Ｅが形成されている。

【００１３】２はケーシング１の下端側内周に設けられ
たロッドガイドを示し、該ロッドガイド２は耐摩耗性の
高い材料により比較的厚肉の円板状に形成され、その中
心側にはロッド挿通穴２Ａが穿設されている。そして、
該ロッドガイド２はケーシング１のカシメ部１Ｂと環状
段部１Ｅとの間にカシメ固定され、ケーシング１の下端
側を閉塞している。

【００１４】３はケーシング１の下端側に設けられた駆
動対象物としてのプッシュロッドを示し、該プッシュロ
ッド３は、ケーシング１の環状段部１Ｄ，１Ｅ間でケー
シング１内に摺動可能に挿嵌された円板状のばね受部３
Ａと、該ばね受部３Ａの下面中央から下向きに突設され
た円柱状のボス部３Ｂと、該ボス部３Ｂの下端側から下
向きに伸長し、ロッドガイド２のロッド挿通穴２Ａを介
してケーシング１外に突出した小径の軸部３Ｃとから構
成され、ばね受部３Ａの上面側中央には浅底の凹部３Ｄ
が形成されている。そして、該プッシュロッド３は凹部
３Ｄ内に後述する超磁歪ロッド８の下端が嵌合して取付
けられ、超磁歪ロッド８と一体的に変位するようになっ
ている。

【００１５】４はプッシュロッド３のボス部３Ｂ周囲に
位置してばね受部３Ａとロッドガイド２との間に配設さ
れた付勢手段としての設定ばねを示し、該設定ばね４は
プッシュロッド３のばね受部３Ａを介して超磁歪ロッド
８を常時上向きに付勢し、超磁歪ロッド８に初期荷重を
付与している。ここで、プッシュロッド３の軸部３Ｃ先
端には、例えば自動車用エンジンの吸気弁または排気弁
の弁体（図示せず）が取付けられ、この弁体は超磁歪ロ
ッド８の伸縮時に開，閉弁される。

【００１６】５はケーシング１内に配設された段付円筒
状のコイルボビン、６は該コイルボビン５に巻回された
電磁コイルを示し、該電磁コイル６はコイルボビン５の
上端側に立設された端子ピン７，７に接続され、外部か
らの通電により励磁されて磁場を発生させる。そして、
該電磁コイル６は超磁歪ロッド８に磁場をかけることに
よって、この超磁歪ロッド８を軸方向に伸び変形させ、
プッシュロッド３を前記弁体の開弁方向に駆動する。ま
た、コイルボビン５の内周側には軸方向に伸長する摺動
穴５Ａが形成され、該摺動穴５Ａ内には超磁歪ロッド８
が挿通されている。

【００１７】８はコイルボビン５の摺動穴５Ａ内に挿通
された超磁歪ロッドを示し、該超磁歪ロッド８は、例え
ばネオジム（Ｎｄ）−鉄母合金またはジスプロシウム
（Ｄｙ）−鉄、テルビウム（Ｔｂ）−鉄母合金等の超磁
歪材料から正の磁歪特性をもった細長い円柱状ロッドと
して形成され、該超磁歪ロッド８は電磁コイル６からの
磁場により、例えば１ｋＯｅ（キロエルステッド）の磁
場で全長Ｌに対して１０００ＰＰＭ（１０００×１
０^-6）の比率で軸方向に伸び変形する。また、該超磁歪
ロッド８は、例えば１×１０^-5／℃程度の熱膨張率α
（線膨張係数）を有し、周囲温度がｔ℃上昇したときに
全長Ｌに対して軸方向に寸法△Ｌ、

【００１８】

【数１】△Ｌ＝Ｌ×α×ｔ だけ熱膨張する。

【００１９】ここで、該超磁歪ロッド８は上端側端面が
コイルボビン５の摺動穴５Ａから突出して後述のストッ
パ１３に当接し、下端側が摺動穴５Ａから下向きに突出
してプッシュロッド３の凹部３Ｄ内に嵌合されている。
そして、該超磁歪ロッド８は設定ばね４によりプッシュ
ロッド３を介して常時上向きに付勢され、該プッシュロ
ッド３とストッパ１３との間でコイルボビン５内に軸方
向に位置決めされている。

【００２０】９はコイルボビン５の上端に当接してケー
シング１内に配設されたリテーナを示し、該リテーナ９
は図２、図３に示す如く、ケーシング１の内径に対応す
る外径寸法をもって比較的厚肉の円板状に形成され、そ
の軸方向には略長円形状をなす貫通穴９Ａが穿設されて
いる。また、該リテーナ９には貫通穴９Ａの径方向一側
にストッパ１３用の取付穴９Ｂが形成され、該取付穴９
Ｂと径方向で対向する他側には該取付穴９Ｂ内にストッ
パ１３を差込むための断面コ字形状をなす差込み溝９Ｃ
が形成されている。

【００２１】そして、該リテーナ９はケーシング１内に
上端側から圧入嵌合され、ケーシング１の環状段部１Ｃ
に当接することにより、コイルボビン５を環状段部１Ｄ
との間でケーシング１内に位置決めしている。また、該
リテーナ９には図１に示す如く貫通穴９Ａの左右方向に
離間して一対の挿通穴９Ｄ，９Ｄが穿設され、該各挿通
穴９Ｄ内には前記各端子ピン７が小径筒状の各インシュ
レータ１０を介して挿通されている。

【００２２】１１はリテーナ９上に位置してケーシング
１の上端側に固定された環状の蓋体を示し、該蓋体１１
は磁性材料によって形成され、ケーシング１と共に電磁
コイル６の周囲に磁気回路を形成している。また、該蓋
体１１には各端子ピン７の周囲に小径筒状のシール部材
１２，１２が装着され、該各シール部材１２は各端子ピ
ン７と蓋体１１との間を電気的に絶縁するようになって
いる。そして、該蓋体１１はケーシング１内にカシメ部
１Ａによってカシメ固定され、環状段部１Ｃとの間でリ
テーナ９をケーシング１内に位置決めしている。

【００２３】さらに、１３はケーシング１内で超磁歪ロ
ッド８を軸方向に位置決めする位置決め手段をリテーナ
９と共に構成したストッパを示し、該ストッパ１３は図
２に示す如く、熱膨張率の異なる２枚の金属板を積層化
することによりバイメタルとして形成された略長方形状
の平板１４，１５と、該平板１５の先端側下面に一体的
に設けられた略半球形状をなすストッパ突起１６とから
なり、平板１４，１５が図３、図４に示す如く周囲温度
に応じて撓み変形する感温性変位吸収部材を構成してい
る。また、該ストッパ１３の平板１４，１５は基端側端
面１４Ａ，１５Ａがリテーナ９の外径に対応する円弧面
として形成され、先端側端面１４Ｂ，１５Ｂがリテーナ
９の貫通穴９Ａに対応して半円形面として形成され、平
板１５の先端側下面からストッパ突起１６が下向きに突
出している。

【００２４】ここで、該ストッパ１３は図２に示す如く
リテーナ９の差込み溝９Ｃを介して取付穴９Ｂ内に平板
１４，１５の基端側が嵌合固着され、ストッパ突起１６
の下面が前記設定ばね４に抗して超磁歪ロッド８をプッ
シュロッド３側に押付けている。そして、該ストッパ１
３は周囲温度に応じて平板１４よりも平板１５がより大
きく熱膨張することにより、図４に示す如く平板１４，
１５が上向きに撓み変形して超磁歪ロッド８の熱膨張分
を吸収し、このときに超磁歪ロッド８がプッシュロッド
３を軸方向に変位させるのを防止している。この場合、
周囲温度がｔ℃上昇したときのストッパ１３の撓み量
は、前記数１による超磁歪ロッド８の伸び寸法△Ｌに対
応し、該ストッパ１３は周囲温度が変化したときでも、
設定ばね４からの初期荷重を超磁歪ロッド８に一定の荷
重として作用させるようになっている。

【００２５】本実施例による超磁歪式アクチュエータは
上述の如き構成を有するもので、次にその作動について
説明する。

【００２６】まず、電磁コイル６に図５中の特性線１７
の如く駆動パルスを給電し、該電磁コイル６により超磁
歪ロッド８に磁場をかけると、該超磁歪ロッド８はこの
ときの磁場の強さに応じて伸び変形し、設定ばね４に抗
してプッシュロッド３を図５に示す特性線１８の如きリ
フト量をもって下向きにリフトさせ、例えば該プッシュ
ロッド３の軸部３Ｃ先端に設けられる吸気弁または排気
弁の弁体を開弁方向に駆動する。この場合、超磁歪ロッ
ド８の上端側端面はストッパ１３のストッパ突起１６に
当接し、上向きの変位が規制されているので、超磁歪ロ
ッド８は下向きに伸び変形し、プッシュロッド３を設定
ばね４に抗して弁体の開弁方向に駆動する。

【００２７】ところで、超磁歪ロッド８は電磁コイル６
の発熱等によって熱膨張し、該超磁歪ロッド８の全長Ｌ
は図４に示す如く、例えば周囲温度がｔ℃上昇したとき
に該超磁歪ロッド８の上端側端面が前記数１による寸法
△Ｌだけ軸方向に変位する。この場合、超磁歪ロッド８
の上端側端面をストッパ１３に替えて、従来技術で述べ
た如く蓋体等を介してケーシング１に固定すると、超磁
歪ロッド８の熱膨張率αはケーシング１の熱膨張率より
も大きいから、超磁歪ロッド８は熱膨張による上向きの
伸びが規制され、下向きに伸びてしまう。

【００２８】そして、超磁歪ロッド８が下向きに熱膨張
すると、これによりプッシュロッド３が下向きに押動さ
れ、最悪の場合にはプッシュロッド３が前記吸気弁また
は排気弁の弁体を弁座（図示せず）から離座させてシー
ル不良の原因となる。また、駆動パルスを電磁コイル６
に給電して超磁歪ロッド８を伸び変形させるときには、
超磁歪ロッド８の熱膨張分が伸び量に加算され、プッシ
ュロッド３は図５中に仮想線で示す特性線１９の如くリ
フト量の特性が変化してしまう。

【００２９】そこで、本実施例では、ケーシング１内で
超磁歪ロッド８を軸方向に位置決めするストッパ１３
を、熱膨張率の異なる２枚の金属板からなる略長方形状
の平板１４，１５を積層化したバイメタルとして形成
し、該平板１４，１５を図３、図４に示す如く周囲温度
に応じて撓み変形させ、超磁歪ロッド８の熱膨張分を吸
収すると共に、平板１５の先端側下面に一体に設けたス
トッパ突起１６により設定ばね４に抗して超磁歪ロッド
８をプッシュロッド３側に常時押付けるようにしてい
る。

【００３０】これにより、超磁歪ロッド８が図４に示す
如く寸法△Ｌだけ熱膨張したときには、ストッパ１３が
このときの伸び寸法△Ｌに対応する撓み量をもって上向
きに撓み変形するから、ストッパ１３のストッパ突起１
６側で超磁歪ロッド８の熱膨張分を吸収して相殺でき、
超磁歪ロッド８の熱膨張による上向きの伸びを許し、下
向きの伸びを防止できる。

【００３１】従って、本実施例によれば、超磁歪ロッド
８の熱膨張によってプッシュロッド３のリフト量が変化
するのを効果的に防止でき、プッシュロッド３を図５中
の特性線１８の如く正規のリフト量で駆動させ、弁体の
閉弁時にシール不良等の問題が発生するのを解消でき
る。また、設定ばね４のばね荷重が超磁歪ロッド８の熱
膨張によって変化するのを防止でき、超磁歪ロッド８に
一定の初期荷重を付与し続けることができる。

【００３２】次に、図６は本考案の第２の実施例を示
し、本実施例では前記第１の実施例と同一の構成要素に
同一の符号を付し、その説明を省略するものとするに、
本実施例の特徴は、コイルボビン５内で超磁歪ロッド２
１を軸方向に位置決めする位置決め手段を、ケーシング
１の環状段部１Ｃを介して該ケーシング１内にコイルボ
ビン５と蓋体１１との間で嵌合固着されたスペーサ２２
と、該スペーサ２２と超磁歪ロッド２１との間に介装さ
れた感温性変位吸収部材としてのストッパ２３とから構
成したことにある。

【００３３】ここで、超磁歪ロッド２１は前記第１の実
施例で述べた超磁歪ロッド８とほぼ同様に構成されてい
るものの、該超磁歪ロッド２１はコイルボビン５の摺動
穴５Ａ内に完全に収納される軸方向長さをもって形成さ
れている。また、スペーサ２２は前記第１の実施例で述
べたリテーナ９に替えて用いられ、各インシュレータ１
０を介して各端子ピン７が挿嵌されているものの、該ス
ペーサ２２にはその下面中央にコイルボビン５の摺動穴
５Ａ内に嵌合する嵌合突起２２Ａが一体形成されてい
る。

【００３４】そして、ストッパ２３は周囲温度に応じて
硬さが変化することにより弾性変形可能となる感温性材
料、例えばナイロン系の樹脂材料等からコイルボビン５
の摺動穴５Ａよりも小径の円柱状に形成され、超磁歪ロ
ッド２１の熱膨張時に該超磁歪ロッド２１の上端側端面
とスペーサ２２の嵌合突起２２Ａとの間で圧縮変形され
ることにより、超磁歪ロッド２１の熱膨張分を吸収する
ようになっている。

【００３５】かくして、このように構成される本実施例
でも、前記第１の実施例とほぼ同様の作用効果を得るこ
とができるが、特に本実施例では、ストッパ２３を感温
性を有するナイロン系の樹脂材料等から単純な形状に形
成でき、組立時の作業性等を簡略化することができる。

【００３６】なお、前記各実施例では、超磁歪ロッド８
（２１）を正の磁歪特性をもった超磁歪材料によって形
成するものとして述べたが、本考案はこれに限らず、例
えば超磁歪ロッドを負の磁歪特性をもった超磁歪材料に
よって形成し、この超磁歪ロッドに磁場がかけられたと
きに駆動対象物としてのプッシュロッド３等を所望のリ
フト量をもって駆動する構成としてもよい。

【００３７】また、前記各実施例では、超磁歪式アクチ
ュエータをエンジンの吸気弁または排気弁等に適用した
場合を例に挙げて説明したが、本考案はこれに限らず、
例えば内開き式または外開き式の超磁歪式噴射弁等に適
用してもよく、この場合には駆動対象物となるニードル
弁体やポペット弁体等に超磁歪ロッドの一端側を取付け
るようにすればよい。また、ディスクブレーキ等に適用
してもよく、この場合には超磁歪ロッドの伸縮変形を摩
擦パッドに伝えてディスクに制動力を付与する構成とす
ればよい。

【００３８】

【考案の効果】以上詳述した通り本考案によれば、ケー
シング内で超磁歪ロッドを軸方向に位置決めする位置決
め手段を、周囲温度に応じて形状が変化する感温性変位
吸収部材によって形成し、超磁歪ロッドの熱膨張による
長さ寸法の変化分を吸収する構成としたから、超磁歪ロ
ッドが電磁コイルの発熱等によって熱膨張したときで
も、感温性変位吸収部材によって超磁歪ロッドの熱膨張
分を吸収でき、特性不良等の発生を効果的に防止できる
上に、駆動対象物となるプッシュロッドや弁体等ののリ
フト量が超磁歪ロッドの熱膨張によって変化するのを防
止でき、シール不良等の発生もなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１の実施例による超磁歪式アクチュ
エータを示す縦断面図である。

【図２】図１に示すリテーナおよびストッパの分解斜視
図である。

【図３】図１中の矢示III-III 方向拡大断面図である。

【図４】ストッパの撓み変形時を示す図３と同様の断面
図である。

【図５】駆動パルスと弁体のリフト量とを示す特性線図
である。

【図６】第２の実施例による超磁歪式アクチュエータを
示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ ケーシング ２ ロッドガイド ３ プッシュロッド（駆動対象物） ４ 設定ばね（付勢手段） ５ コイルボビン ６ 電磁コイル ８，２１ 超磁歪ロッド ９ リテーナ（位置決め手段） １３，２３ ストッパ（感温性変位吸収部材） ２２ スペーサ（位置決め手段） Ｌ 全長（長さ寸法）

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 41/12 F02M 51/00 F02M 51/06 H02N 2/00

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状のケーシングと、該ケーシングの軸
   方向に伸長して該ケーシング内に設けられ、該ケーシン
   グの一端側に設けられる駆動対象物を駆動すべく、磁場
   がかけられたときに軸方向に伸縮する超磁歪ロッドと、
   該超磁歪ロッドの周囲に位置して前記ケーシング内に設
   けられ、外部から通電されることにより該超磁歪ロッド
   に磁場をかける電磁コイルと、前記ケーシングの他端側
   に設けられ、該ケーシング内で前記超磁歪ロッドを軸方
   向に位置決めする位置決め手段とからなる超磁歪式アク
   チュエータにおいて、前記位置決め手段は前記超磁歪ロ
   ッドの熱膨張による長さ寸法の変化分を吸収すべく、周
   囲温度に応じて形状が変化する感温性変位吸収部材によ
   って構成したことを特徴とする超磁歪式アクチュエー
   タ。