JPH0650367U

JPH0650367U - 超磁歪式アクチュエータ

Info

Publication number: JPH0650367U
Application number: JP090377U
Authority: JP
Inventors: 祐一細川
Original assignee: 日本電子機器株式会社
Priority date: 1992-12-09
Filing date: 1992-12-09
Publication date: 1994-07-08
Anticipated expiration: 2007-12-09
Also published as: JP2598434Y2

Abstract

(57)【要約】【目的】熱膨張による動作不良の発生をなくし、大き
な駆動量を得る。【構成】電磁コイル１２内に摺動穴４Ａを有する超磁
歪筒４を設け、摺動穴４Ａ内には、所定の熱膨張率の非
磁性材料から鍔付筒状に形成されたストッパ筒６を介し
超磁歪ロッド５を設ける。そして、超磁歪ロッド５を設
定ばね１１により、ストッパ筒６内のストッパ部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に押付けてこれらに予荷重を付与し、ケーシン
グ１内で軸方向に位置決めする。電磁コイル１３から超
磁歪筒４と超磁歪ロッド５の双方同時に磁場を作用さ
せ、大きな変位量でプッシュロッド１０を駆動できる。
また、超磁歪筒４および超磁歪ロッド５が軸方向に熱膨
張したときには、これに対応してストッパ筒６が軸方向
逆向きに熱膨張し、超磁歪筒４および超磁歪ロッド５の
熱膨張分を吸収することができる。

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、該超磁歪ロッドと超磁歪筒との間に配設され、前記超磁歪筒の伸縮を該超磁歪ロッドに伝える伝達部材と、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】また、前記伝達部材は、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するのが好ましい。

【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】また、伝達部材を熱膨張率の大きい材料で形成するようにすれば、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３Ａ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４Ａ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６Ｃ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により筒６のストッパ筒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】 △Ｌ３＝Ｌ３×α２＝（Ｌ１＋Ｌ２）×α１＝△Ｌ１＋△Ｌ２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α２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６Ｃ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、該超磁歪ロッドと超磁歪筒との間に配設され、前記超磁歪筒の伸縮を該超磁歪ロッドに伝える伝達部材と、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】また、伝達部材を熱膨張率の大きい材料で形成するようにすれば、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

【実用新案登録請求の範囲】

【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
ッドと超磁歪筒との間に配設され、前記超磁歪筒の伸縮
を該超磁歪ロッドに伝える伝達部材と、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。
【請求項２】前記伝達部材は、前記超磁歪筒および超
磁歪ロッドよりも大きな大きな熱膨張率を有する材料に
よって形成してなる請求項１に記載の超磁歪式アクチュ
エータ。