JPH069162U - 超磁歪式アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超磁歪ロッドが熱膨張するのを防止し、特性
不良の発生をなくす。 【構成】 超磁歪ロッド８内には中心を軸方向に貫通す
る冷却媒体通路８Ａを形成し、蓋体１１に設けた流入口
１１Ａから水、油等の冷却媒体を冷却媒体通路８Ａ内に
流通させ、超磁歪ロッド８を冷却して温度の上昇を防
ぐ。

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、熱の影響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３−２４３１７ ４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 ドを冷却媒体によって冷却することにより、該超磁歪ロッドの温度が上昇するの を抑えて該超磁歪ロッドの熱膨張を防止できると共に、特性不良等が発生するの を効果的に防止でき、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の特徴は、超磁歪ロッド に該超磁歪ロッドの軸方向に伸長し、冷却媒体を流通させる冷却媒体通路を形成 したことにある。

【０００９】

【作用】

上記構成により、冷却媒体通路内に冷却媒体を流通させれば、超磁歪ロッドが 電磁コイルの発熱等による熱影響を受けても、超磁歪ロッドをこの冷却媒体によ って冷却することができ、超磁歪ロッドが熱膨張するのを防止できる。

【００１０】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図１ないし図５に基づき説明する。

【００１１】 図１ないし図３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１Ａ，１ Ｂ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。また、該ケー シング１には環状段部１Ｄ、１Ｅ間で径方向に排出口１Ｆが穿設され、該排出口 １Ｆは後述する冷却媒体をケーシング１内から矢示Ａ方向に排出させる。

【００１３】 ２はケーシング１内の下端側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３Ａ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の凹部３Ｄ内には後述 する超磁歪ロッド８の下端が嵌合して取付けられている。また、該プッシュロッ ド３には軸方向に凹部３Ｄの底部からボス部３Ｂの中間部位までプッシュロッド ３の軸方向に伸長すると共に、径方向に伸長してボス部３Ｂの外周面に開口する 略Ｌ字状の流路３Ｅが形成され、該流路３Ｅは冷却媒体をケーシング１内へと流 出させる。

【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１０ ００ＰＰＭ（１０００×１０^-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は下端側端面がコイルボビン５の摺動穴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と後述するストッパ９との間でコイルボビン５の軸方向 に位置決めされている。また、該超磁歪ロッド８内には上端側から下端側にかけ て軸方向に伸長する冷却媒体通路８Ａが形成され、該冷却媒体通路８Ａ内を矢示 Ａ方向に流通する冷却媒体は、超磁歪ロッド８を内部から冷却する。

【００２０】 ９はケーシング１の上端内側に嵌合され、環状段部１Ｃ上に位置決めされたス トッパを示し、該ストッパ９は磁性材料から厚肉の円板状に形成され、該ストッ パ９の下面中央には下向きに突出する円柱状の突起部９Ａが一体形成されている 。そして、該突起部９Ａの中央にはストッパ９を軸方向上，下に貫通する流入路 ９Ｂが形成されている。

【００２１】 ここで、ストッパ９はケーシング１内に挿嵌され、その外周側下面をケーシン グ１の環状段部１Ｃに当接させると共に、突起部９Ａが前記コイルボビン５の摺 動穴５Ａ内に嵌合され、該突起部９Ａの先端は前記超磁歪ロッド８の端面に当接 することにより、超磁歪ロッド８をコイルボビン５内で軸方向に位置決めしてい る。また、該ストッパ９には突起部９Ａから径方向外側に離間して一対の端子ピ ン挿通穴９Ｃ，９Ｃが上，下方向に穿設され、該各端子ピン挿通穴９Ｃ内には小 径筒状の各インシュレータ１０を介して前記各端子ピン７が挿通されている。

【００２２】 １１はケーシング１内の上端側にカシメ部１Ａと前記ストッパ９との間で挟持 された厚肉円板状の蓋体を示し、該蓋体１１には、該蓋体１１の中央に位置し、 ストッパ９の流入路９Ｂに連通する冷却媒体の流入口１１Ａと、該流入口１１Ａ から径方向に離間し、ストッパ９の各端子ピン挿通穴９Ｃとその中心が一致する シール材挿嵌穴１１Ｂ，１１Ｂとがそれぞれ上，下方向に穿設されている。そし て、該各シール材挿嵌穴１１Ｂ内には小径筒状の各シール材１２が挿嵌され、該 各シール材１２を介して各端子ピン７がケーシング１外へと上向きに突出してい る。

【００２３】 ここで、蓋体１１の流入口１１Ａには、例えば冷却水または油液等の冷却媒体 を圧送するポンプ等の圧力源が配管（いずれも図示せず）を介して接続され、該 蓋体１１の流入口１１Ａから矢示Ａ方向に送り込まれた冷却媒体は、ストッパ９ の流入路９Ｂを介して超磁歪ロッド８の冷却媒体通路８Ａ内を流通し、プッシュ ロッド３の流路３Ｅ、ケーシング１に設けた排出口１Ｆを介して超磁歪アクチュ エータの外側へ排出される。

【００２４】 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。

【００２５】 まず、電磁コイル６に図３中の特性線１３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３ に示す特性線１４の如き変位量をもって下向きに変位させる。そして、該プッシ ュロッド３の軸部３Ｃ先端に設ける弁体は超磁歪ロッド８の伸びによって駆動さ れ、図示しない弁座に離着座することにより開，閉弁動作を行う。

【００２６】 ところで、超磁歪ロッド８はケーシング１よりも熱膨張率の大きい超磁歪材料 により形成され、プッシュロッド３とストッパ９との間でケーシング１の軸方向 に位置決めされているから、電磁コイル６の発熱等によって超磁歪ロッド８が軸 方向に熱膨張すると、該超磁歪ロッド８はストッパ９により上向きの伸びが規制 され、プッシュロッド３側に向けて下向きに熱膨張するようになり、プッシュロ ッド３の先端に設ける弁体を不用意に開弁させてシール不良等の原因となる。ま た、電磁コイル６に駆動パルスを給電して超磁歪ロッド８を伸び変形させたとき 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の変位 量特性が図３中に仮想線で示す特性線１５の如く変化する。

【００２７】 そこで、本実施例では、例えば水、油等の冷却媒体を蓋体１１の流入口１１Ａ から、超磁歪ロッド８の冷却媒体通路８Ａ内に流通させつつ、プッシュロッド３ の流路３Ｅを介してケーシング１の排出口１Ｆから外部へと排出させることによ り、超磁歪ロッド８を内部から冷却するようにしている。

【００２８】 これによって、当該超磁歪式アクチュエータを使用している間に電磁コイル６ が通電によって発熱し、このときの熱等で超磁歪ロッド８が温度上昇するような 場合でも、冷却媒体通路８Ａ内を流通する冷却媒体によって超磁歪ロッド８を冷 却し続けることができ、該超磁歪ロッド８の温度上昇を確実に抑えることができ ると共に、超磁歪ロッド８が熱膨張によって長さ寸法が変化するのを防止でき、 プッシュロッド３の先端に設ける弁体等が弁座から不用意に離座してシール不良 等が発生するのを防止できる。

【００２９】 従って、本実施例によれば、超磁歪ロッド８の熱膨張を効果的に抑えることが でき、プッシュロッド３の変位量特性が変化するのを確実に防止できると共に、 プッシュロッド３を図３中の特性線１４の如く正規の変位量で駆動でき、プッシ ュロッド３の先端に設ける弁体等にシール不良等の問題が発生するのを解消でき る。

【００３０】 次に、図４は本考案の第２の実施例を示し、本実施例の特徴は、超磁歪ロッド の側面に溝状の凹部を形成し、該凹部を軸方向に伸長させて冷却媒体通路を形成 したことにある。なお、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 符号を付し、その説明を省略する。

【００３１】 図中、２１は本実施例で用いる超磁歪ロッドを示し、該超磁歪ロッド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、細長い円柱状ロッドとし て形成されているものの、該超磁歪ロッド２１の側面には中心方向に向けて断面 略Ｕ字状をなす冷却媒体通路２１Ａが形成され、該冷却媒体通路２１Ａは超磁歪 ロッド２１の軸方向全長に亘って伸長している。

【００３２】 そして、該超磁歪ロッド２１は上端側が前記第１の実施例で述べた超磁歪ロッ ド８と同様に、コイルボビン５の摺動穴５Ａ内に挿通され、下端側端面がコイル ボビン５の摺動穴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。このとき、前記冷却媒体通路２１Ａは上端側がストッパ９の流入 路９Ｂと連通し、下端側がプッシュロッド３の流路３Ｅと連通する。

【００３３】 以上の如く構成される本実施例によっても、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、特に本実施例によれば、冷却媒体通路２１Ａは超 磁歪ロッド２１の側面から径方向に向けて溝を形成することによって構成したか ら、超磁歪ロッドを超磁歪材料の原料粉から管状に燒結させて成型するのに比べ て極めて容易に超磁歪ロッド２１の製造を行うことができる。

【００３４】 次に、図５は本考案の第３の実施例を示し、本実施例の特徴は、超磁歪ロッド の側面に径方向に対向して軸方向に伸長する一対の溝状凹部を形成することによ り、冷却媒体通路を構成したことにある。なお、本実施例でも前記第１の実施例 と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略する。

【００３５】 図中、３１は本実施例による超磁歪ロッドを示し、該超磁歪ロッド３１は前記 第１の実施例で述べた超磁歪ロッド８とほぼ同様に形成されているものの、該超 磁歪ロッド３１の側面には径方向に対向して２か所から、中心方向に向けて冷却 媒体通路３１Ａ，３１Ａが凹状に形成され、該各冷却媒体通路３１Ａは超磁歪ロ ッド３１の軸方向全長に亘って伸長している。そして、該超磁歪ロッド３１は前 記第１の実施例と同様に、コイルボビン５の摺動穴５Ａ内に挿通され、下端側端 面がコイルボビン５の摺動穴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。このとき、各冷却媒体通路３１Ａは底部３１Ｂ側でス トッパ９の流入路９Ｂとプッシュロッド３の流路３Ｅとを連通させる。

【００３６】 以上の如く構成される本実施例によっても、前記各実施例とほぼ同様の作用効 果を奏するものの、特に本実施例によれば、超磁歪ロッド３には側面に冷却媒体 を流通させる冷却媒体通路３１Ａ，３１Ａを対称に設けたから、超磁歪ロッド３ １を均一、かつ効果的に冷却することができ、超磁歪ロッド３１の温度分布が不 均一となるのを防止することができる。

【００３７】 なお、前記各実施例では、超磁歪式アクチュエータを自動車用エンジンの吸気 弁または排気弁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 、例えば燃料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 ル弁体等をプッシュロッド３の先端側に取付けるようにすればよい。また、当該 超磁歪アクチュエータをディスクブレーキ等のアクチュエータとして用いてもよ 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】 また、前記各実施例では、超磁歪ロッド８（２１，３１）に設けた冷却媒体通 路８Ａ（２１Ａ，３１Ａ）内に冷却媒体としての水または油等の液体を、ケーシ ング１外に設けた圧力源を用いて強制的に循環させるものとして説明したが、本 考案はこれに限るものではなく、例えば燃料噴射弁に適用する場合には燃料を冷 却媒体として用いるようにしてもよく、また、冷却媒体は空気等の冷却風でもよ いものである。

【００３９】

【考案の効果】

以上詳述した通り、本考案によれば、超磁歪ロッドに該超磁歪ロッドの軸方向 に伸長し、冷却媒体を流通させる冷却媒体通路を形成したから、超磁歪ロッドが 電磁コイルの発熱等による熱影響を受けたときに、冷却媒体通路内を流通する冷 却媒体によって超磁歪ロッドを冷却することができ、超磁歪ロッドが熱膨張によ って軸方向の長さ寸法が変化するのを防止できると共に、駆動対象物を安定して 駆動することができ、当該超磁歪式アクチュエータの信頼性を向上できる。

【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】超磁歪ロッドの形状を示す図１中の矢示 II −
II 方向拡大断面図である。

【図３】駆動パルスの特性とプッシュロッドの変位量特
性とを示す特性線図である。

【図４】第２の実施例による超磁歪ロッドを示す拡大断
面図である。

【図５】第３の実施例による超磁歪ロッドを示す拡大断
面図である。

【符号の説明】

１ ケーシング ３ プッシュロッド（駆動対象物） ６ 電磁コイル ８，２１，３１ 超磁歪ロッド ８Ａ，２１Ａ，３１Ａ 冷却媒体通路 ９ ストッパ（位置決め部材）

Claims (1)

【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部材とからなる超磁歪式アク
   チュエータにおいて、前記超磁歪ロッドには、該超磁歪
   ロッドの軸方向に伸長し、冷却媒体を流通させる冷却媒
   体通路を形成したことを特徴とする超磁歪式アクチュエ
   ータ。