JPH02237477A - 磁歪アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明（友　磁歪アクチュエータに関し、詳しくは磁歪
素子の伸縮に応じて、例えば弁体などの移動部材を移動
させる磁歪アクチュエータに関する。

［従来の技術］ 従来より、電圧印加により伸縮する圧電素子によってブ
ランジャなどを駆動する圧電アクチュエータが知られて
おり、車両の減衰力制御装置などに採用されて減衰力切
り替え用パルブの開閉制御に用いられている（例えｌｆ
．　　特開昭６３−６２３８号）． ［発明が解決しようとする課題］・ しかし、圧電素子を伸縮させるには数百ボルト以上の高
電圧を印加しなければならないので、圧電アクチュエー
タを駆動するに未　特別な高圧電源が必要である．また
、通電回路に高耐圧素子を使用しなければならない。そ
のため、装置構成が複雑になったり、製造コストが高く
なるという問題が生じていた また、圧電素子やソレノイド（友　印加電圧に対する動
作応答（数ミリ秒〜数十ミリ秒）が遅いという問題があ
り、圧電素子やソレノイドを用いたアクチュエータでは
高速でバルブなどを開閉することは困難である． そこで、本発明は構成が簡単で高速で動作可能なアクチ
ュエータを提供することを目的としてなされ翫 ［課題を解決するための手段］ 本発明の要旨とするところ１よ 超磁歪材料で形成され磁場により伸縮する磁歪素子を備
え、該磁歪素子の伸縮に応じて移動部材を移動させる磁
歪アクチュエータであって、上記磁歪素子の外周におい
て上記磁歪素子と軸方向を同じにして配設された複数の
永久磁石と、上記磁歪素子及び上記複数の永久磁石の両
端面に設けられ、　各永久磁石の磁束を上記磁歪素子に
導く一対の磁極ヨークと、 上記磁歪素子に巻装され、　通電によって上記磁歪素子
に磁場をかけるコイルとを備え、上記一方の磁極ヨーク
側に上記移動部材を設けてなることを特徴とする磁歪ア
クチュエータ１二ある。

［作用］ 以上のように構成された本発明のアクチュエータによれ
（ｆ，磁歪素子及び各永久磁石の両端面には一対の磁極
ヨークが設けられ、　この磁極ヨークによって各々の永
久磁石の磁束は集められて磁歪素子に導かれる．このた
め、磁歪素子には所定方向の磁場がかかり、磁歪素子は
軸方向に伸長する．ここで、コイルを通電して永久磁石
の磁場と同じ方向の磁場を磁歪素子にかけると，磁歪素
子はさらに伸長する．この磁歪素子の伸長と共に一方の
磁極ヨークが移動して移動部材を移動させる．ここで超
磁歪材料とｔ．ｌｔ．比較的小さな磁場で大きな磁気歪
を起こす（例えｌ；Ｊ．１０００エールステッドの磁場
で１１００〜１　４００ＰＰＭの磁歪を起こす）希土類
金属と鉄との合金のことである．例えＩｆ，　　テルビ
ウム・ジスブロシウム・鉄、あるいはテルビウム・ホル
ミウム・鉄などを主成分とする超磁歪材料がある． ［実施例］ 以下に本発明の実施例を図面と共に説明する．第１図は
実施例の磁歪アクチュエータを示す断面図であり、第２
図はその磁歪アクチュエータが組み込まれた減衰力可変
型ショックアブソーパの断面図である． まず第１図に示すよう１：．磁歪アクチュエータ１｛友
　超磁歪材料で形成され磁場によって伸縮する磁歪素子
３と、磁歪素子３の外周に磁歪素子３と軸方向を同じに
して配設され、　磁歪素子３に軸方向（図における矢印
Ｍの方向）の定常磁場をかける複数本の永久磁石５と、
磁歪素子３及び各永久磁石５の両端面に設けられ、　各
永久磁石５の磁束（図に破線の矢印で示した）を磁歪素
子３に導く一対の磁極ヨーク７ａ，７ｂと，磁歪素子３
に巻装され、　通電されると永久磁石５と同じ方向の磁
場を磁歪素子３にかけるコイル９と、一方の磁極ヨーク
７ｂに接合され、　磁歪素子３の伸縮により移動する移
動部材としてのアキュムレートピストン１１とを主要部
として構成され、　ハウジング１２内に収納され七いる
． ここで磁歪素子３（飄　テルビウム・ジスブロジウム・
鉄系の超磁歪材料で形成され、　永久磁石５１友　アル
ニコ（鉄・アルミニウム・ニッケル・コバルト系磁石ｉ
ｇ＞により角柱状に形成されている．この磁歪素子３｛
良　比較的小さな磁場では僅かに伸びるだけだが、やや
大きな磁場がかけられると大きく伸びるという特性をも
っている．磁歪素子３は永久磁石５によって定常磁場を
かけられているので、初期状態では磁場方向Ｍへ僅かに
伸張している．第３図に示すよう１：．磁歪素子３は定
常磁場では僅かに伸びるだけだが、電源（図示略）から
リード線９ａを介してコイル９へ電流を流して、さらに
所定の大きさの磁場（以下、制御磁場という）をかける
と，大きく伸長する．通電を停止すると、磁歪素子３は
初期の状態に戻る． つまり、本実施例では永久磁石５によって予め定常磁場
をかけておくことで、コイル９への通電により磁歪素子
３を大きく伸縮させるようにしている． また、磁場に対する磁歪素子３の伸縮応答は非常に速く
、例えば数＋μ秒レベルの周期で伸縮が可能であり、Ｐ
ＺＴなどの圧電素子（数ｍ秒レベル）や電磁バルブ（数
十ｍ秒レベル）に比してはるかに高速で動作する． 次ぎに磁極ヨーク７ａ，７ｂｌ；＄．，　　鉄材で形成
さ瓢　一方の磁極ヨーク７ａは磁歪素子３及び各永久磁
石５の端面に接合さ瓢　他方の磁極ヨーク７ｂは磁歪素
子３とだけ接合されている．なお、磁極ヨーク７ｂと各
永久磁石５との間には僅かなすきまを設けて磁歪素子３
の伸縮に支障がないようにしている． また次ぎにアキュムレートピストン１１｛友　内部シリ
ンダ１３内に嵌挿され、　可変容積室１５がアキュムレ
ートピストン１１の押圧面１１ａと内部シリンダ１３の
内壁１３ａとで形成されている．アキュムレートピスト
ン１１に法　オイルリング１ｌｂが嵌められており、可
変容積室１５に充填された油がアキュムレートピストン
１１の摺動の際漏れないようにされている．また、内部
シリンダ１３の中央には摺動孔１３ｂが穿設さ瓢　そこ
にブランジャ１７が油密にかつ摺動可能に嵌挿されてい
る． 上記した構成を備える磁歪アクチュエータ１｛表第２図
に示すよう１：，ショックアブソーバ３０に組み込まれ
ている。

ショックアブソーバ３０ｉ＆　　シリンダ３２と、シリ
ンダ３２内部に摺動自在に嵌合されたメインピストン３
４と、メインピストン３４の上端に接合されたピストン
ロツド３６とを主要部として構成さ瓢　ピストンロツド
３６の上端は車体４２の一部に固定さ瓢　シリンダ３２
の下部はサスペンションアーム４４に接続されている。

シリンダ３２内部には作動油が充填さ瓢　メインピスト
ン３４により第１油圧室４６と第２油圧室４８とに区分
されている．第１油圧室４６と第２油圧室４８との間に
は作動油の流量を調節するオリフィス５０が設けられて
いる。第１図に示すよう１ニ　オリフィス５０の上開口
５０ａに｛上　バルブ５２が配設され、　バルブ５２は
スプリング５４により上方に付勢されてオリフィス５０
の上開口５０ａを塞いでいる．しかし、バルブ５２には
流通孔５２ａが穿設されているので、作動油は流通孔５
２ａを通って第２油圧室４８に流入できる．さら１：．
バルブ５２に｛友　ブランジャ１７の先端が当接してお
り、ブランジャ１７がバルブ５２を押し下げると、オリ
フィス５０の上開口５０ａは開放され作動油はオリフイ
ス５ｏの通路５　０　ｂ　ｈ％らも第２油圧室４８に流
入できる． 次１：．ショックアブソーバ３０の減衰力切り替え動作
について説明する． 第４図（Ａ）に示すよう１：．コイル９を通電していな
いときに１上　アキュムレートピストン１１はコイルば
ね１９によって上方向に付勢されて原点に位置し、ブラ
ンジャ１７には圧力がかからない．それで、バルブ５２
はスプリング５４によって図において上方へ押し上げら
札　オリフイス５０の上関口５０ａは塞がれる．したが
って、作動油は図に破線の矢印で示すよう１：，バルブ
５２の流通孔５２ａのみを通って第１油圧室４６と第２
油圧室４８との間を流れる．このため、作動油の流量が
少なくショックアブソーバ３０の減衰力は大きい状態（
ＨＡＲＤ）に設定される．一方、電源からピストンロツ
ド３６の内部通路に配設されたリード線９ａを介してコ
イル９へ通電すると、磁歪素子３が伸長しアキュムレー
トピストン１１が第１図において下方に移動する．する
と、アキュムレートピストン１１の圧力が、可変容積室
１５に充填された油を介して、ブランジャ１７に伝達さ
れる．アキュムレートピストン１１の押圧面積に比して
、ブランジャ１７の受圧面積がきわめて小さいためブラ
ンジャ１７には倍加された圧力が加えら札　ブランジャ
１７は図において下方に移動してバルブ５２を押し下げ
る。スプリング５４の付勢力に抗してパルブ５２が開く
．したがって、第４図（Ｂ）に示すように、オリフィス
５０の上開口５０ａは開放さ瓢　作動油は図に実線の矢
印で示すよう１：，バルブ５２の流通孔５２ａに加えて
オリフィス５０の通路５０ａも通って第１油圧室４６と
第２油圧室４８との間を流れる．このため、作動油の流
量が増してショックアブソーパ３０の減衰力は小さい状
態（ＳＯＦＴ）に設定される． 上記したように本実施例の磁歪アクチュエータ１におい
て（表　永久磁石５が予め定常磁場を磁歪素子３にかけ
ているので小さい磁場で磁歪素子３を伸縮できる。した
がって、比較的小電流の通電でバルブ５２を開閉制御で
き、圧電アクチュエータのように高電圧発生回路を設け
る必要がない。

したがってまた、磁歪アクチュエータ１の電源系統の構
成を簡素化でき、高耐圧素子を使う必要がない。

さら１ミ　磁歪素子３の通電にたいする伸縮応答が非常
に速いので、圧電アクチュエータや電磁バルブに比して
はるかに高速でバルブ５２を開閉できる。そのため、路
面状況の急激な変化に充分対応してショックアブソーバ
３０の減衰力を適切に制御できる． 次１：，本発明の第二実施例として、磁歪アクチュエー
タを組み込んだ燃料噴射弁について、第４図に示す断面
図に基づいて説明する．なお、磁歪アクチュエータは第
一実施例と同様なので説明は省略する。

燃料噴射弁７０１飄　磁歪アクチュエータ７２と、磁歪
アクチュエータ７２により開閉される噴射制御バルブ７
４と、ノズル７６とを主要部として構成されている． 噴射制御バルブ７４は磁歪アクチュエータ７２により駆
動されるブランジャ７８により開閉される．すなわち、
リード線８ｏを介して図示せぬ電源から磁歪アクチュエ
ータ７２のコイル８２を通電すると、磁歪素子８４の伸
長によりアキュムレートピストン８６がシリンダ８７内
を図において下方に移動すると共にブランジャ７８も下
方に摺動して噴射制御バルブ７４を押し下げる。すると
、燃料通路８８は開放され、　図示せぬ燃料ボンブによ
り圧送された燃料が、燃料流入口９０及び燃料室９２か
ら噴射制御バルブ７４を通りノズル７６より燃焼室（図
示略）へ噴射される。

また、コイル８２への通電を停止すると、磁歪素子８４
の収縮によりアキュムレートピストン８６が図において
上方に移動すると共にプランジャ７８も上方に移動する
．すると，噴射制御バルブ７４はスプリング９４の付勢
力によりプランジャ７８を押上ながら原点に戻る．これ
で，燃料通路８８が閉鎖さ瓢　燃料噴射が停止される．
磁歪アクチュエータ７２（丸　前述したように高速で動
作可能なので、例えば内燃機関が数万ｒ．ｐ−　　ｍの
速度で回転しても燃料噴射時期を精確１二制御できる．
このため、燃料噴射弁７０ｍ　　従来の電磁バルブや圧
電素子を用いた燃料噴射弁に比して、はるかに高速で開
閉動作できる。したがって、ミスファイヤなどを防止す
ることができ、また燃焼室に燃料を直接噴射することが
可能となる。

［発明の効果］ 以上説明したよう１：，本発明の磁歪アクチュエータに
よれば永久磁石が予め定常磁場を磁歪素子にかけている
ので小さい磁場で磁歪素子を伸縮できる。したがって、
比較的小電流の通電で移動部材を移動させることができ
る．また、圧電アクチュエータのように高電圧発生回路
を設ける必要がない．さら｛ミ　超磁歪材料で形成され
た磁歪素子は通電にたいする伸縮応答が速いので、磁歪
アクチュエータ高速で動作できる．

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の磁歪アクチュエータを表す断面医　第
２図は同磁歪アクチュエータを組み込んだショックアブ
ソーバの断面は　第３図は磁場の強さと磁歪の大きさと
の関係を示すグラフ、第４図（Ａ）及び（Ｂ）はショッ
クアブソーバの減衰力切り替え動作を示す説明医　第５
図は本発明の第二実施例を表す断面図である。 １，　７２・・・磁歪アクチュエータ ３，８４・・・磁歪素子　　　　　　５・・・永久磁石
７ａ，７ｂ・・・磁極ヨーク　　９，８２・・・コイル
１１．８７・・・アキュムレートピストン代理人　　弁
理士　　足立　勉（ほが２名）第１図 Ｑ１ 第３図 υ 磁場 Ｈ（Ｏｅ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　超磁歪材料で形成され磁場により伸縮する磁歪素子を
   備え、該磁歪素子の伸縮に応じて移動部材を移動させる
   磁歪アクチュエータであって、上記磁歪素子の外周にお
   いて上記磁歪素子と軸方向を同じにして配設された複数
   の永久磁石と、上記磁歪素子及び上記複数の永久磁石の
   両端面に設けられ、各永久磁石の磁束を上記磁歪素子に
   導く一対の磁極ヨークと、 上記磁歪素子に巻装され、通電によって上記磁歪素子に
   磁場をかけるコイルとを備え、 上記一方の磁極ヨーク側に上記移動部材を設けてなるこ
   とを特徴とする磁歪アクチュエータ。