JP2598434Y2 - 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
まい、電磁コイルからの磁場により超磁歪ロッドを伸縮
変形させるだけでは弁体を所望のリフト量をもって駆動
できないという問題がある。

【０００６】また、従来技術では、超磁歪ロッドの磁場
による伸縮変形量は熱膨張による変形量に比べ小さいた
め、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、超磁歪ロッドの伸縮変形量も熱
膨張に大きく影響されてしまい、弁体のリフト量が変化
して噴射流量の特性等が変動するという問題がある。

【０００７】一方、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。

【０００８】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、本考案は大きなリフト量をもって駆動対
象物を駆動でき、特性不良等が発生するのを効果的に防
止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。

【０００９】

【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、磁場が
かけられたときに軸方向に伸縮する超磁歪筒と、該超磁
歪筒内に同軸に配設され、前記ケーシングの一端側に設
けられる駆動対象物を先端側で駆動するため、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、前記
超磁歪筒および超磁歪ロッドよりも大きな熱膨張率を有
する材料によって形成され、前記超磁歪筒の伸縮を該超
磁歪ロッドに伝えるため該超磁歪ロッドと超磁歪筒との
間に配設された伝達部材と、前記超磁歪筒とケーシング
との間に位置して該ケーシングに設けられ、外部から通
電されることにより前記超磁歪筒と超磁歪ロッドとに磁
場をかける電磁コイルとからなる構成を採用している。

【００１０】

【００１１】

【作用】上記構成により、電磁コイルからの磁場を超磁
歪筒と超磁歪ロッドとにかけたときに、例えば超磁歪筒
と超磁歪ロッドとが伸び変形すると、超磁歪筒の伸びは
伝達部材を介して超磁歪ロッドに伝えられ、超磁歪筒の
伸び量に超磁歪ロッドの伸び量を加算した大きなリフト
量をもって駆動対象物を駆動できる。

【００１２】しかも、本考案は、伝達部材を超磁歪筒お
よび超磁歪ロッドよりも熱膨張率の大きい材料で形成し
ているので、電磁コイルの発熱等によって超磁歪筒およ
び超磁歪ロッドが軸方向に熱膨張したときには、これに
対応して伝達部材を軸方向に熱膨張させることができ、
超磁歪筒および超磁歪ロッドの熱膨張分を伝達部材の熱
膨張によって吸収することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本考案の実施例を、図１に基づいて説
明する。

【００１４】図中、１は超磁歪式アクチュエータの本体
を構成するケーシングを示し、該ケーシング１は電磁ス
テンレス鋼等の磁性材料から円筒状に形成され、該ケー
シング１の上端側内周には段部１Ａが形成されている。
また、該ケーシング１の上、下両端側はカシメ部１Ｂ，
１Ｃとなり、該カシメ部１Ｂ，１Ｃ間にはケーシング１
内に位置して後述する蓋体２、コイルボビン８、スペー
サ筒９、底蓋７等が固定されている。

【００１５】２は前記ケーシング１の一端側を閉塞する
蓋体を示し、該蓋体２は電磁ステンレス鋼等の磁性材料
により段付円板状に形成され、円板状の大径部２Ａと、
該大径部２Ａの下面側中央から下向きに突出する中径部
２Ｂ、小径部２Ｃとから構成されている。そして、該蓋
体２は、ケーシング１の段部１Ａとカシメ部１Ｂとの間
で大径部２Ａをカシメ固定することによりケーシング１
内に取付けられ、大径部２Ａには、各インシュレータ３
Ａを介し端子ピン３，３が貫通して設けられている。

【００１６】４は前記ケーシング１の軸方向に伸長して
ケーシング１内に設けられた超磁歪筒を示し、該超磁歪
筒４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筒状
に形成され、該超磁歪筒４の中央には後述するストッパ
筒６が挿嵌される摺動穴４Ａが形成されている。ここ
で、該超磁歪筒４は上端側端面４Ｂが前記蓋体２の中径
部２Ｂに当接し、摺動穴４Ａ内に蓋体２の小径部２Ｃを
嵌合させることにより、ケーシング１内に位置決めされ
ている。

【００１７】また、該超磁歪筒４の下端側端面４Ｃはス
トッパ筒６の鍔部６Ｄ等を介して後述する設定ばね１２
により軸方向上向きに付勢され、初期荷重が付与されて
いる。そして、該超磁歪筒４は後述する電磁コイル１３
からの磁場、例えば１ｋＯｅ（キロエルステッド）の磁
場により全長Ｌ１に対して１０００ＰＰＭ（１０００×
１０^-6）の比率で軸方向に伸び変形する。また、該超磁
歪筒４は、例えば１×１０^-5／℃程度の熱膨張率α１
（線膨張係数）を有し、周囲温度が１℃上昇する毎に全
長Ｌ１に対して軸方向に、

【００１８】

【数１】△Ｌ１＝Ｌ１×α１ で示す寸法△Ｌ１だけ熱膨張する。

【００１９】５は前記超磁歪筒４の内側に同軸に配設さ
れた超磁歪ロッドを示し、該超磁歪ロッド５は超磁歪筒
４と同様に正の超磁歪材料から全長Ｌ２の長さを有する
円柱状に形成され、電磁コイル１２から磁場がかけられ
たときに全長Ｌ２に対して前記超磁歪筒４と同じ比率で
軸方向に伸び変形する。そして、該超磁歪ロッド５は後
述するストッパ筒６と共に超磁歪筒４の摺動穴４Ａ内に
挿嵌され、該超磁歪ロッド５の先端はストッパ筒６の開
口端から突出している。また、該超磁歪ロッド５は前記
超磁歪筒４と同じ熱膨張率α１を有し、周囲温度が１℃
上昇する毎に全長Ｌ２に対して軸方向に、

【００２０】

【数２】△Ｌ２＝Ｌ２×α１ で示す寸法△Ｌ２だけ熱膨張する。

【００２１】６は前記超磁歪ロッド５の上端側から被せ
られ、超磁歪ロッド５と共に前記超磁歪筒４の摺動穴４
Ａ内に下端側から差込まれたストッパ筒を示し、該スト
ッパ筒６は前記超磁歪筒４および超磁歪ロッド５よりも
大きい、例えば１．２〜２．４×１０^-5／℃程度の熱膨
張率α２を有するアルミニウムや黄銅等の非磁性材料に
より細長い筒状に形成され、筒状部６Ａの上端側には下
面側が平坦な当接面６Ｂとなった円板状のストッパ部６
Ｃが一体形成されている。ここで、該ストッパ筒６はス
トッパ部６Ｃの上面側が隙間Ｇを介して超磁歪筒４内で
前記蓋体２と対向し、この隙間Ｇによりストッパ筒６が
熱膨張したときにストッパ部６Ｃ側に変位するのが許さ
れている。また、該ストッパ筒６の開口端側となる筒状
部６Ａの下端側には、径方向外向きに突出する大径の鍔
部６Ｄが一体形成され、ストッパ筒６から突出する超磁
歪ロッド５の先端を、後述の設定ばね１２でプッシュロ
ッド１０を介して付勢することにより、該鍔部６Ｄの上
側面が前記超磁歪筒４の下端側端面４Ｃに当接し、超磁
歪筒４に予荷重を付与している。そして、該ストッパ筒
６は筒状部６Ａ、ストッパ部６Ｃおよび鍔部６Ｄの厚さ
分を含めて全長Ｌ３に形成され、該ストッパ筒６は温度
が１℃上昇する毎に全長Ｌ３に対して軸方向に、

【００２２】

【数３】△Ｌ３＝Ｌ３×α２ で示す寸法△Ｌ３だけ熱膨張する。

【００２３】さらに、ストッパ筒６の全長Ｌ３は、前述
の超磁歪筒４および超磁歪ロッド５の全長Ｌ１，Ｌ２と
の間に、

【００２４】

【数４】 なる関係が成立するように設定され、ストッパ筒６は鍔
部６Ｄが超磁歪筒４の下側端面４Ｃに当接して上側への
変位が規制され、ストッパ部６Ｃが隙間Ｇによって上向
きの変位を許されているから、超磁歪筒４および超磁歪
ロッド５の熱膨張分をストッパ筒６がストッパ部６Ｃ側
に伸長することによって吸収でき、この熱膨張分によっ
て後述のプッシュロッド１０が軸方向に変位するのを防
止している。

【００２５】７はケーシング１の先端側に設けられた底
蓋を示し、該底蓋７の中央にはロッド挿通穴７Ａが穿設
され、該ロッド挿通穴７Ａから後述するプッシュロッド
１０の軸部１０Ｃが伸縮自在に突出している。

【００２６】８はケーシング１と超磁歪筒４との間に挿
嵌されたコイルボビンを示し、該コイルボビン８は筒状
部８Ａと、該筒状部８Ａの両端に形成された鍔部８Ｂ，
８Ｃとからなり、該各鍔部８Ｂ，８Ｃがケーシング１の
内側に嵌合されている。また、上端側の鍔部８Ｂには前
記各端子ピン３が植設され、該コイルボビン８の筒状部
８Ａの内側は、前記超磁歪筒４および後述するプッシュ
ロッド１０の押圧部１０Ｂが挿通される摺動穴８Ｄとな
り、該摺動穴８Ｄの上端側には蓋体２の中径部２Ｂが嵌
合されている。

【００２７】９は前記コイルボビン８の鍔部８Ｃと底蓋
７との間に位置してケーシング１の先端側に嵌合された
スペーサ筒を示し、該スペーサ筒９は前記底蓋７をケー
シング１のカシメ部１Ｃとの間に挟持し、底蓋７がケー
シング１の内側に動かないように位置決めしている。

【００２８】１０は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１０は大径円板状のばね受部
１０Ａと、該ばね受部１０Ａの一側に突設された円柱状
の押圧部１０Ｂと、ばね受部１０Ａの中央から他側に突
設された段付円柱状の軸部１０Ｃとから構成され、ばね
受部１０Ａが前記スペーサ筒９の内側に摺動可能に挿嵌
されている。ここで、押圧部１０Ｂの一側端面中央には
浅底の凹部１０Ｄが形成され、該凹部１０Ｄ内には、例
えばフッ素系樹脂等からなるシート状の緩衝材１１を介
して超磁歪ロッド５の先端が嵌合され、軸部１０Ｃは前
述の底蓋７のロッド挿通穴７Ａから摺動可能に突出して
いる。

【００２９】１２はスペーサ筒９内に位置して前記プッ
シュロッド１０のばね受部１０Ａと底蓋７との間に配設
された設定ばねを示し、該設定ばね１２はプッシュロッ
ド１０を介して超磁歪ロッド５を常時上向きに付勢し、
超磁歪ロッド５の上端をストッパ筒６のストッパ部６Ｃ
に押付け、ストッパ筒６の鍔部６Ｄを超磁歪筒４の下端
側端面４Ｃに当接させることにより、超磁歪ロッド５お
よび超磁歪筒４に初期荷重を付与している。

【００３０】１３は前記コイルボビン８に巻回された電
磁コイルを示し、該電磁コイル１３はコイルボビン８の
上端側に設けられた端子ピン３，３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１３は前記超磁歪筒４および超磁歪ロッド
５に磁場をかけることにより、この超磁歪筒４および超
磁歪ロッド５を軸方向に伸び変形させる。

【００３１】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。

【００３２】まず、電磁コイル１３に駆動パルスを給電
し、該電磁コイル１３により超磁歪筒４および超磁歪ロ
ッド５に磁場をかけると、超磁歪筒４および超磁歪ロッ
ド５はこのときの磁場の強さに応じて同時に伸び変形す
る。この場合、超磁歪筒４の上端側端面４Ｂは蓋体２に
当接し、上向きの変位を規制されているので、超磁歪筒
４が伸び変形したときにストッパ筒６の鍔部６Ｄを下側
に変位させ、該ストッパ筒６を介して超磁歪ロッド５を
下側に変位させる。ここで、ストッパ筒６内の超磁歪ロ
ッド５も上側端面５Ａがストッパ筒６のストッパ部６Ｃ
により上向きの変位を規制されているため、超磁歪ロッ
ド５の先端は超磁歪筒４の伸びに超磁歪ロッド５自身の
伸びを加えた変位量をもって下向きに伸び、超磁歪筒４
の伸縮変化量に超磁歪ロッド５の伸縮変形量を加算した
値でプッシュロッド１０を設定ばね１２に抗して下向き
に変位させる。

【００３３】そして、本実施例では、ストッパ筒６を超
磁歪筒４および超磁歪ロッド５よりも大きな熱膨張率α
２を有するアルミニウムまたは黄銅等の非磁性材料によ
り筒状に形成し、該ストッパ筒６の全長Ｌ３を超磁歪筒
４の全長Ｌ１および超磁歪ロッド５の全長Ｌ３との間
に、前記数４の関係が成立するようにＬ１およびＬ２を
設定し、ストッパ筒６内に収納した超磁歪ロッド５の上
端側端面５Ａをストッパ部６Ｃに押付け、該ストッパ筒
６の鍔部６Ｄを超磁歪筒４の下端側端面４Ｃに押付けて
これらをケーシング１内で軸方向に位置決めするように
したから、超磁歪筒４および超磁歪ロッド５が熱膨張し
たときには、ストッパ筒６の筒状部６Ａが同様に熱膨張
し、超磁歪ロッド５の上側変位を規制するストッパ部６
Ｃを逆方向に変位させて超磁歪筒４および超磁歪ロッド
５の熱膨張による変形を相殺できる。

【００３４】従って、本実施例によれば、超磁歪筒４と
超磁歪ロッド５の伸縮変形量の和をもってプッシュロッ
ド１０を大きな駆動量（リフト量）で駆動することがで
きる。また、超磁歪筒４および超磁歪ロッド５の熱膨張
によってプッシュロッド１０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１０を駆動パルスに
対応した正規のリフト量で駆動させることができる。ま
た、設定ばね１２のばね荷重が超磁歪筒４および超磁歪
ロッド５の熱膨張によって変化するのを防止でき、超磁
歪筒４および超磁歪ロッド５に一定の初期荷重を付与し
続けることができる。

【００３５】なお、前記実施例では、ストッパ筒６の熱
膨張率α２、全長Ｌ３を超磁歪筒４の全長Ｌ１、超磁歪
ロッド５の全長Ｌ２および熱膨張率α１に基づき前記数
４の関係を満たすようにするものとして述べたが、本考
案はこれに限らず、例えばストッパ筒６の熱膨張率α２
を超磁歪筒４および超磁歪ロッド５の熱膨張率α１より
も大きくし、超磁歪筒４および超磁歪ロッド５の熱膨張
分（△Ｌ１＋△Ｌ２）をストッパ筒６の熱膨張とケーシ
ング１の熱膨張とによって相殺するようにしてもよい。

【００３６】また、前記実施例では、超磁歪筒４および
超磁歪ロッド５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、例えば超磁歪筒４および超磁歪ロッド５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
シュロッド等を所望のリフト量をもって駆動させる構成
としてもよい。

【００３７】さらに、前記実施例では、プッシュロッド
を駆動するようにした超磁歪式アクチュエータを例に挙
げて説明したが、本考案はこれに限らず、例えば超磁歪
式噴射弁等に内蔵されるアクチュエータに適用してもよ
く、また超磁歪式開閉弁として、スプール弁体やポペッ
ト弁体等に超磁歪ロッドの一端側を取付けるようにして
もよい。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、超
磁歪式アクチュエータを、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、
磁場がかけられたときに軸方向に伸縮する超磁歪筒と、
該超磁歪筒内に同軸に配設され、前記ケーシングの一端
側に設けられる駆動対象物を先端側で駆動するため、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、前記超磁歪筒および超磁歪ロッドよりも大きな熱膨
張率を有する材料によって形成され、前記超磁歪筒の伸
縮を該超磁歪ロッドに伝えるため該超磁歪ロッドと超磁
歪筒との間に配設された伝達部材と、前記超磁歪筒とケ
ーシングとの間に位置して該ケーシングに設けられ、外
部から通電されることにより前記超磁歪筒と超磁歪ロッ
ドとに磁場をかける電磁コイルとから構成したから、電
磁コイルからの磁場を超磁歪筒と超磁歪ロッドとにかけ
たときに、超磁歪筒の伸縮変形量に超磁歪ロッドの伸縮
変形量を加算した大きなリフト量をもって駆動対象物を
駆動できる。

【００３９】しかも、伝達部材を超磁歪筒および超磁歪
ロッドよりも大きな熱膨張率を有する材料によって形成
しているから、電磁コイルの発熱等によって超磁歪筒お
よび超磁歪ロッドが軸方向に熱膨張したときには、これ
に対応して伝達部材を軸方向に熱膨張させることがで
き、超磁歪筒および超磁歪ロッドの熱膨張分を伝達部材
の熱膨張によって吸収することができ、特性不良等の発
生を効果的に防止できる上に、超磁歪式噴射弁等に適用
したときには弁体のリフト量が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 ４ 超磁歪筒 ５ 超磁歪ロッド ６ ストッパ筒（伝達部材） １０ プッシュロッド（駆動対象物） １３ 電磁コイル

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、磁場がかけられたときに軸方向に伸縮する超磁歪
   筒と、 該 超磁歪筒内に同軸に配設され、前記ケーシングの一端
   側に設けられる駆動対象物を先端側で駆動するため、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、 前記超磁歪筒および超磁歪ロッドよりも大きな熱膨張率
   を有する材料によって形成され、 前記超磁歪筒の伸縮を
   該超磁歪ロッドに伝えるため該超磁歪ロッドと超磁歪筒
   との間に配設された伝達部材と、 前 記超磁歪筒とケーシングとの間に位置して該ケーシン
   グに設けられ、外部から通電されることにより前記超磁
   歪筒と超磁歪ロッドとに磁場をかける電磁コイルとから
   構成してなる超磁歪式アクチュエータ。