WO2004102782A1

WO2004102782A1 - 圧力制御装置および回転駆動機構

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Publication number: WO2004102782A1
Application number: PCT/JP2004/007065
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Inventors: Toshihiro Suzuki; Teruo Mori
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Filing date: 2004-05-18
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Abstract

この発明に係る圧力制御装置は、同一軸線上に配設されると共に互いに相対回転不能でかつ軸線（Ａ）に沿っての接近および離反が自在に連結された状態で軸線（Ａ）を中心として一体的に回動自在な回転ロッド（１３ａ，１３ｂ）における各一端間に配設された磁歪素子部（２）と、両回転ロッド（１３ａ，１３ｂ）を互いに接近させるように付勢してその各一端を磁歪素子部（２）の各端部に密着させる付勢手段（３）と、磁歪素子部（２）の長さを調節するための磁界（Ｃ）を発生させて印加する磁界印加手段（４）と、両回転ロッド（１３ａ，１３ｂ）に生じる軸線（Ａ）方向の圧力を検出する圧力検出手段（６）と、磁界（Ｃ）の強度を制御して磁歪素子部（２）の長さを調節することにより、検出される圧力を一定に制御する制御部（７）とを備えている。

Description

糸田 ¾

圧力制御装置およぴ回転駆動機構

技術分野

この発明は、同一軸線上に配設された回転ロッドに生じる軸線方向の圧力を制御可能な圧力制御装置、およびこの圧力制御装置を備えた回転駆動機構に関するものである。背景技術

近年、油圧回路や空圧回路用の開閉弁を駆動する小ストローク往復動ァクチュエータ等への磁歪素子の利用が盛んに行われている。この場合、磁歪素子は、磁歪口ッドとして加工され、電磁コイルからの磁界を受けてその長さ寸法を調節されて、伸長方向に設けられた駆動対象体である開閉弁の弁体を駆動することによつて開閉弁を開閉する。し力しながら、磁歪ロッドはその特性から温度変化に伴つてその長さ寸法が変化するために、弁体の駆動量が温度変化によつて変化するという問題点がある。この問題点を解決するために、特開平 7— 2 3 6 2 9 2号公報に開示された超磁歪式駆動装置では、同公報中の図 1， 2に示すように、超磁歪ロッド（5 ) 近傍の温度を検出する温度検出手段（8 ) と、この温度検出手段（8 ) による検出温度に基づいて電磁コイル（4 ) に発生する磁界を制御する磁界制御手段（9 ) とを設けて、温度が変化したときであっても、超磁歪ロッド ( 5 ) の長さが一定になるように制御することにより、駆動対象体に対する駆動量を一定に制御している。発明の開示

ところで、モータや原動機等の駆動源の回転力をワーク（駆動対象体）に伝達するためのロッド（以下、「回転ロッド」ともいう）においても、温度の変化に応じてその長さが変化する。また、このような回転ロッドは、例えば、車のプロペラシャフトのように、一端がトランスミッションに連結されると共に他端がデファレンシャルギアに連結されるというように、その両端の移動が駆動源おょぴワークによつて規制された状態で使用されることが比較的多い。このような使用状態において、回転ロッドが伸長したときには、回転ロッドに発生する軸方向に沿った圧力（圧縮力）が駆動源やワークに悪影響を与えたり、この圧力によって回転ロッド自身が撓んでその橈んだ状態で回転することによって自らが破損に至つたりするという問題が発生する。

そこで、前述した特開平 7— 2 3 6 2 9 2号公報に開示された技術を上記の回転ロッドに対して適用することが考えられる。すなわち、回転ロッドを磁歪材料で形成してその全長を一定に制御することにより、上記の問題の発生を回避することも考えられる。

しかしながら、発明者等は、回転ロッドを磁歪材料で形成してその全長を一定に制御する構成について検討した結果、以下のような問題点を発見した。すなわち、磁歪材料は、その軸方向に加わる圧力（圧縮力や伸長力）に対しては十分な耐久性を備えているものの、捻れ力に対しては脆いという特性を有している。このため、駆動源の回転力をワークに伝達する際に捻れ力が加わる回転ロッドに対して特開平 7— 2 3 6 2 9 2号公報に開示された技術を適用することは困難であるという問題点がある。

本発明は、上述のような問題点に鑑みてなされたものであり、両端の移動が規制された状態で使用される回転口ッドにおける回転力の伝達機能を十分に確保しつつ、温度変化に伴って回転ロッドに発生する軸方向に沿った圧力を一定に制御し得る圧力制御装置を提供することを主目的とする。また、この圧力制御装置を備えて、駆動源の回転力をワークに確実に伝達でき、しかも、温度変化に伴って回転ロッドに発生する軸方向に沿った圧力を一定に制御して駆動源、ワークおよぴ回転口ッドの損傷を確実に回避し得る回転駆動機構を提供することを他の主目的とする。この発明に係る圧力制御装置は、各一端が互いに対向する状態で同一軸線上にそれぞれ配設されると共に互いに相対回転不能でかつ当該軸線に沿っての接近および離反が自在に連結され各他端の当該軸線に沿った移動が規制された状態で当該軸線を中心として一体的に回動自在な第 1回転ロッドおよび第 2回転ロッドにおける当該各一端間に配設された柱状の磁歪素子部と、前記第 1回転ロッドおよぴ前記第 2回転口ッドを互いに接近させるように常時付勢して当該両回転口ッドの前記各一端を前記磁歪素子部の各端部に密着させる付勢手段と、前記磁歪素子部における前記軸線方向の長さを調節するための磁界を発生させて印加する磁界印加手段と、前記第 1回転ロッドおよび第 2回転ロッドに生じる前記軸線方向の圧力を検出する圧力検出手段と、前記磁界印加手段によって印加される前記磁界の強度を制御して前記磁歪素子部の前記長さを調節することにより、前記圧力検出手段によって検出される前記圧力を一定に制御する制御部とを備えて構成されている。

また、この発明に係る回転駆動機構は、駆動源と、当該駆動源の回転力をヮークに伝達する回転口ッドと、上記の圧力制御装置とを備え、当該回転口ッドは前記第 1回転ロッドおよび前記第 2回転ロッドを含んで構成され、前記第 1および第 2回転口ッドにおける前記各一端間に前記磁歪素子部が配設されて構成されている。

この圧力制御装置および回転駆動機構によれば、第 1回転ロッドおよび第 2回転ロッドにおける各一端間に磁歪素子部を配設し、制御部が、磁界印加手段によつて印加される磁界の強度を制御して磁歪素子部の長さを調節して圧力検出手段によつて検出される圧力を一定に制御することにより、両端の移動が規制された状態で使用される第 1回転ロッドおよぴ第 2回転ロッドを介して回転力をワークに確実に伝達しつつ、温度変化に伴って第 1回転口ッドおよび第 2回転口ッドにおいて軸線方向に沿って発生する圧力を一定に制御することができる。このため、第 1回転ロッドおよび第 2回転ロッドが温度変化に応じて伸縮することに起因して駆動源やワークに悪影響を与えたり、第 1回転口ッドおよび第 2回転口ッドが橈んだ状態で回転して破損したりするといつた不具合の発生を確実に回避することができる。また、磁歪素子部は、駆動源からワークへの回転力の伝達には関与しないため、それ自体に捻れ力が加わることに起因する破損を回避することができる結果、両回転ロッドにおける回転力の伝達機能を長期に亘つて良好に維持することができる。

この場合、励磁コイルで前記磁界印加手段を構成し、前記圧力検出手段によつて検出される前記圧力が所定値の状態において所定の直流電流が供給されて所定の磁界を印加し、かつ前記制御部によつて前記直流電流の供給量を制御されることで前記磁界の強度が制御されるように当該磁界印加手段を構成するのが好ましい。このように構成することで、磁歪素子部の長さを効率よく調節することがでさる。

また、前記磁界印加手段によって印加される前記磁界の強度に応じて前記長さが調節される磁歪素子と、前記第 1回転ロッドおよび前記第 2回転ロッドの内の少なくとも一方と前記磁歪素子との間に配設されて当該磁歪素子に前記軸線方向に沿ったバイアス磁界を印加する永久磁石とを備えて前記磁歪素子部を構成のが好ましい。このように構成することで、、駆動電流にバイアス磁界発生用のバイァス電流を含める必要が無くなるため、駆動部および磁界印加手段において発生する電力ロスを大幅に低減することができる結果、装置全体の消費電力を大幅に削減することができる。

なお、本開示は、 2 0 0 3年 5月 1 9日に出願された日本特許出願である特願 2 0 0 3 - 1 4 0 6 9 6に含まれた主題に関連し、これらの開示の全てはここに参照事項として明白に組み込まれる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施の形態に係る圧力制御装置 1、および回転ロッドに対して圧力制御装置 1を適用した回転駆動機構 1 1の構成を示す構成図である。

図 2は、磁歪素子部 2および連結体 1 4， 1 5の分解斜視図である。

図 3は、図 1における Z— Z線断面図である。

図 4は、磁歪素子部 2における磁界 Cの強度と磁歪率との関係を示す特性図である。

図 5は、圧力制御装置 1による第 1回転口ッド 1 3 aおよび第 2回転口ッド 1 3 bに発生する軸線 A方向の圧力に対する制御動作を説明するためのフローチヤートである。

図 6は、磁歪素子部 2 2の構成を示す正面図である。発明を実施するための最良の形態

以下、添付図面を参照して、本発明に係る圧力制御装置および回転駆動機構の好適な実施の形態について説明する。

最初に、本発明に係る圧力制御装置 1および回転駆動機構 1 1の基本構成について、図面を参照して説明する。

図 1に示すように、圧力制御装置 1は、磁歪素子部 2、付勢手段 3 , 3、磁界印加手段 4、駆動部 5、圧力検出手段 6および制御部 7を備え、後述する回転駆動機構の回転口ッドにおいて温度変化による伸長に起因して生じる軸線 A方向に沿った圧力を所定値（一定）に制御する機能を備えている。一方、回転駆動機構 1 1は、駆動源 1 2と、軸線 Aを中心として回転可能な回転口ッド 1 3と、圧力制御装置 1とを備え、回転ロッド 1 3に生ずる軸線 A方向に沿った圧力を圧力制御装置 1によって一定に制御された状態で、駆動源 1 2の回転力を回転ロッド 1 3を介してワーク（駆動対象体） 5 1に伝達する。

次いで、圧力制御装置 1および回転駆動機構 1 1の各構成要素について、図面を参照して説明する。

最初に、回転駆動機構 1 1の各構成要素について説明する。駆動源 1 2は、例えば、電動モータや原動機で構成されている。この場合、駆動源 1 2の出力軸 1 2 aは、ボールベアリング（図示せず）によって回転自在に支持されている。回転口ッド 1 3は、図 1に示すように、軸線 A上に各々の一端側が対向するようにそれぞれ配設された 2本の第 1回転ロッド 1 3 aおよび第 2回転ロッド 1 3 bを備えて構成されている。また、両回転ロッド 1 3 a, 1 3 bの互いに対向する各一端側は、図 1， 2に示すように、連結体 14， 1 5にそれぞれ形成されている。この場合、この連結体 14， 1 5は、互いに対向する各一端側の相対的な回転が不能で、かつ軸線 Aに沿っての接近おょぴ離反する方向での移動が自在に連結（一例として凹凸嵌合）されている。したがって、両回転ロッド 1 3 a， 1 3 bも、対向する各一端側において、互いに相対的な回転が不能（相対回転不能 ) で、力軸線 Aに沿っての接近および離反する方向での移動が自在に連結されて、軸線 Aを中心として一体的に回動自在に構成されている。

また、連結体 14は、一例として、図 2に示すように、円板体 14 aと、円板体 14 aにおける第 2回転ロッド 1 3 b側の端面に軸線 Aを中心とした同一円周上に互いに離間して立設された複数（一例として 2つ）の円弧状壁 14 b， 14 bとを一体的に形成して構成されている。同様にして、連結体 1 5は、円板体 1 5 aと、円板体 1 5 aにおける第 1回転ロッド 1 3 a側の端面に軸線 Aを中心とした同一円周上に互いに離間して立設された複数（一例として 2つ）の円弧状壁 1 5 b, 1 5 bとを一体的に形成して構成されている。この場合、円弧状壁 14 b, 14 bおよび円弧状壁 1 5 b， 1 5 bは、軸線 Aを中心とした同一半径の円周上にそれぞれ立設されると共に互いの形状が同一に形成されて、円弧状壁 14 b , 14 b間に円弧状壁 1 5 b, 1 5 bが進入して互いの側面同士が密着することにより、互いに嵌合可能に構成されている。この構成により、連結体 14, 1 5は、一方が他方に対するスライドガイドとなり、互いに相対的な回転が不能で、かつ軸線 Aに沿って移動自在に凹凸嵌合する。また、図 1， 3に示すように、両連結体 14, 1 5が互いに凹凸嵌合した状態では、円弧状壁 14 b, 14 bおよび円弧状壁 1 5 b , 1 5 bによって円筒体が形成されて、円弧状壁 1 4 b， 1 4 bおよび円弧状壁 1 5 b， 1 5 bの各内面と、各円板体 1 4 a， 1 5 aの各端面（各対向面）とで挟まれた円筒状の空間 Bが各連結体 1 4 , 1 5間に形成される。そして、磁歪素子部 2は、この空間 B内に配設されている。また、各回転口ッド 1 3 a， 1 3 bは、少なくとも各連結体 1 4， 1 5部分が非磁性材料で形成されて、磁界印加手段 4によって印加された磁界 Cが磁歪素子部 2に対して良好に伝達されるように構成されている。

また、第 1回転口ッド 1 3 aの他端側（図 1中の左端側）は、駆動源 1 2の出力軸 1 2 aにカップリング 1 6によって接続されている。一方、第 2回転ロッド 1 3 bの他端側は、ワーク 5 1内の回転駆動体 5 1 aに接続されている。この場合、駆動源 1 2の出力軸 1 2 aと同様にして、ワーク 5 1内の回転駆動体 5 1 a は、ボールベアリング（図示せず）によって回動自在に支持されている。一般的に、ポールベアリングは、外輪の内側に配設された内輪が、外輪と内輪との間に配設された複数のボールを介して回転自在に支持されて構成されている。この場合、複数のボールは、外輪の内面および内輪の外面において周方向に沿って形成された凹溝内に収納されており、この状態で転がることにより、外輪に対して内輪を回転自在に支持する。このため、ポールベアリングは、この構成により、支持対象の軸線方向（スラスト方向）に沿った移動を、凹溝内におけるポールのがたつきの範囲内に規制した状態で支持対象を回転自在に支持する。したがって、駆動源 1 2の出力軸 1 2 aおよびワーク 5 1内の回転駆動体 5 1 aは、ポールべァリングによってその軸線方向に沿った移動が上記のがたつきの範囲内に規制されるため、これらの部材に接続されている第 1回転ロッド 1 3 aの他端側および第 2回転ロッド 1 3 bの他端側もまた、軸線 A方向（スラスト方向）に沿った移動が上記のがたつきの範囲内に規制された状態に維持される。

次に、圧力制御装置 1の各構成要素について説明する。

磁歪素子部 2は、図 2に示すように、柱状体（一例として円柱体）に形成されると共に軸線方向に沿って結晶が配向された磁歪素子で構成されている。また、磁歪素子部 2は、その長さが円弧状壁 1 4 b， 1 4 bおよび円弧状壁 1 5 b， 1 5 bよりも長く形成されると共に、その外径が円弧状壁 1 4 b， 1 4 bおよぴ円弧状壁 1 5 b， 1 5 bの内径よりも若干小径に形成され、空間 B内において、軸線 Aとほぼ同軸で、かつ円弧状壁 1 5 b， 1 5 bの各内壁との間に若干の隙間が生じている状態で収納されている。この構成により、連結体 1 4 , 1 5の内部において磁歪素子部 2が伸縮可能で、伸縮した際においても、磁歪素子部 2の各端部が常に連結体 1 4 , 1 5の各円板体 1 4 a , 1 5 aの端面（第 1回転口ッド 1 3 aおよび第 2回転ロッド 1 3 bの一端）と接触した状態が維持される。

また、一般的に、磁歪素子は、図 4に示すように、磁界 Cが弱い領域 W内では、印加される磁界 Cの強度に対するその磁歪率（伸長量）が磁界 Cの強度変化に対して直線的には（大きく）変化しない。また、磁界 Cがある程度大きい領域 X 内では、印加される磁界 Cの強度変化に対してその磁歪率（伸長量）がほぼ直線的に大きく変化し、磁界 Cがより強い領域 Y内では、その磁歪率の変化度合いが再ぴ小さくなるという特性を備えている。このため、この回転駆動機構 1 1では、磁歪素子部 2に印加する磁界 Cの強度を領域 Xにおける中心の強度 X 1を中心として変化させることにより、磁歪素子部 2の長さを効率よく調節し得る構成を採用している。具体的には、この回転駆動機構 1 1では、励磁コイルで磁界印加手段 4を構成し、磁界印加手段 4は、圧力検出手段 6によって検出される圧力が所定値（例えばゼロ）の状態において所定の駆動電流（直流電流） I dが供給されて強度 X Iの磁界 C (所定の磁界）を発生させて印加し、かつ制御部 7によつて駆動電流 I dの供給量を制御されることで磁界 Cの強度が制御される。つまり、強度 X Iの磁界 C (バイアス磁界）が磁歪素子部 2に印加された状態において、第 1回転口ッド 1 3 aおよび第 2回転口ッド 1 3 bの温度が基準温度（例えば常温）のときに圧力検出手段 6によって検出される圧力が所定値（この例ではゼ口）となるように、磁歪素子部 2の長さ（初期長）が設定されている。また、磁歪材料としては、正または負の磁歪特性を有する材料、具体的には N i— F e系磁歪材料や R F e系磁歪材料等を用いることができる。さらに、いわゆる超磁歪素子と呼ばれる磁歪率のより大きな T d系磁歪材料を用いることもできる。

付勢手段 3は、第 1回転口ッド 1 3 aおよぴ第 2回転口ッド 1 3 bを互いに接近させるように常時付勢して各回転ロッド 1 3 a， 1 3 bの各一端を磁歪素子部 2の各端部に密着させることによって磁歪素子部 2に対して予圧付与する。具体的には、付勢手段 3は、一例としてパネ（コイルパネや板パネ。本実施の形態ではコイルパネ）によって構成されて、図 1に示すように、その一端側が連結体 1 4に接続されると共にその他端側が連結体 1 5に固定されることにより、その収縮力（縮み力）で各回転口ッド 1 3 a， 1 3 bを互いに接近させるように常時付勢する。

磁界印加手段 4は、円筒状のボビン（図示せず）の外周面に線材（一例として、被覆銅線）を巻回して形成された空心コイルで励磁コイルとして構成されている。また、磁界印加手段 4は、図 3に示すように、その内部に各連結体 1 4， 1 5が位置するようにして（各連結体 1 4， 1 5を内包するようにして）、各連結体 1 4， 1 5に非接触の状態で外嵌されている。また、磁界印加手段 4は、駆動部 5から供給される駆動電流（一例として直流電流） I dで駆動され、図 1に示すように、軸線 A方向に沿った磁歪素子部 2の長さを調節するための磁界 C (直流磁界）を発生させて磁歪素子部 2に印加する。

駆動部 5は、一例として、アンプおょぴ電圧電流変換器を含んで構成され、図 1に示すように、入力した制御信号 S sの電圧値に応じた電流値となるように、駆動電流（直流電流） I dを生成して磁界印加手段 4に供給する。

圧力検出手段 6は、第 1回転口ッド 1 3 aおよぴ第 2回転口ッド 1 3 bの内の一方の回転口ッド（本実施の形態では第 1回転口ッド 1 3 a ) の他端を基点として他方の口ッド（本実施の形態では第 2回転口ッド 1 3 b ) の他端に生じる軸線 A方向に対する圧力を検出すると共に、検出した圧力の大きさに応じて電圧値が変化し、かつ圧力の方向に応じて極性が変化する検出信号 S dを生成して出力する。一例として、圧力検出手段 6は、第 2回転ロッド 1 3 bの他端（または回転駆動体 5 1 a ) に連結されて、第 1回転口ッド 1 3 aの他端を基点として上記したポールベアリングのがたつきの範囲内で伸縮する第 2回転口ッド 1 3 bの他端に生じる圧力を検出する。この場合、圧力検出手段 6のうちの第 2回転ロッド 1 3 bに連結された構成要素が第 2回転ロッド 1 3 bと共に回転するため、圧力検出手段 6としては、非接触型の圧力センサを使用するのが好ましい。このような圧力センサとして、磁歪素子を用いた圧力センサを採用することができる。磁歪素子を用いた圧力センサは、励磁コイルから非接触で磁歪素子に対して磁界 Cを印加しつつ、圧力により生じた磁歪素子の周囲の磁束の変化を検出コイルを用いて非接触で検出する。また、磁歪素子を用いた圧力センサ以外にも、ベローズやダイヤフラムなどを用いた機械式圧力センサを利用して構成した非接触型圧力センサを採用することができるし、圧電素子または半導体ピエゾ抵抗などを用いた圧力センサ、半導体容量式センサ、および薄膜式圧力センサなどの電子式圧力センサを利用して構成した非接触型圧力センサを採用することもできる。

制御部 7は、 A,D変換器 7 a、 DZA変換器 7 b、 C P U 7 cおよびメモリ 7 dを備えて構成されている。この場合、 C P U 7 c力圧力検出手段 6によつて生成された検出信号 S dを A/D変換器 7 aを介して入力して、その電圧値に基づいて回転ロッド 1 3に生じている圧力を検出する。また、 C P U 7 cは、回転ロッド 1 3に生じている圧力に応じた電圧値の制御信号 S sを D/A変換器 7 bに生成させて駆動部 5に出力させると共に、この制御信号 S sの電圧値を変化させて磁界印加手段 4によつて印加される磁界 Cの強度を制御して磁歪素子部 2 の長さを調節することにより、圧力検出手段 6によって検出される圧力（回転口ッド 1 3に生じている圧力、具体的には第 2回転口ッド 1 3 bの他端に生ずる圧力）を一定に制御する。なお、メモリ 7 dには、 C P U 7 cの動作を規定するプログラム、および検出した圧力と比較するための目標圧力値が記憶されている。本実施の形態では、目標圧力値は所定値（この例ではゼロ）に設定されている。したがって、 C P U 7 cは、圧力検出手段 6によって検出される圧力が所定値 ( この例ではゼロ）となるように制御信号 S sの電圧値を制御する。

次いで、圧力制御装置 1による圧力制御動作について、図 5を参照して説明する。

制御部 7内の C P U 7 cは、駆動源 1 2が回転口ッド 1 3 (第 1回転口ッド 1 3 aおよび第 2回転ロッド 1 3 b ) を介してワーク 5 1内の回転駆動体 5 1 aを回転駆動している状態において、圧力検出手段 6によって生成された検出信号 S dの電圧値に基づいて検出した回転ロッド 1 3に生じている圧力が目標圧力値（この例ではゼロ）に一致しているか否かを繰り返し判別する（ステップ 6 1 ) 。

C P U 7 cは、ステップ 6 1において圧力が目標圧力値（この例ではゼロ）に —致していると判別したときは、ステップ 6 1の動作を繰り返す。一方、圧力が目標圧力値に一致していないと判別したときは、圧力が目標圧力値よりも大か小 (この例では圧力の極性が正の状態力負の状態力を判別する（ステップ 6 2 ) 。ここで、「圧力が目標圧力値よりも大」の状態（この例では圧力の極性が正の状態）とは、図 1において、右方向の圧力が回転ロッド 1 3から圧力検出手段 6に加わっている状態をいう。周囲温度が常温よりも上昇したときには、第 1回転口ッド 1 3 aおよび第 2回転口ッド 1 3 bが温度の上昇量に応じて伸長する結果、この「圧力が目標圧力値よりも大」の状態となる。一方、「圧力が目標圧力値よりも小」の状態（この例では圧力の極性が負の状態）とは、逆に、同図中において、回転ロッド 1 3から左方向の圧力が圧力検出手段 6に加わっている状態をいう。周囲温度が常温よりも低下したときには、第 1回転ロッド 1 3 aおよび第 2回転ロッド 1 3 bが温度の低下量に応じて収縮する結果、この「圧力が目標圧力値よりも小」の状態となる。

C P U 7 cは、ステップ 6 2において圧力が目標圧力値よりも大であると判別したときは、検出した圧力に応じて駆動部 5に対する制御信号 S _Sの電圧値を変化させる（一例として、磁歪素子が正の磁歪特性を有するときには、電圧値を低下させる）ことによって磁界印加手段 4による磁界 Cの強度を現在の強度よりも弱めて磁歪素子部 2の長さを短くする（ステップ 6 3 ) 。これにより、第 1回転ロッド 1 3 a、磁歪素子部 2および第 2回転口ッド 1 3 bの全長を制御前よりも短縮することができる結果、圧力検出手段 6によって検出される検出信号 S dの正極性電圧値を低下させることができる。つまり、回転ロッド 1 3 (第 1回転口ッド 1 3 aおよぴ第 2回転ロッド 1 3 b ) に生じる軸線 A方向に沿って図 1において右方向に向かう圧力を減少させることができる。

一方、 C P U 7 cは、ステップ 6 2において圧力が目標圧力値よりも小であると判別したときは、検出した圧力に応じて駆動部 5に対する制御信号 S sの電圧値を変化させる（一例として、磁歪素子が正の磁歪特性を有するときには、電圧値を上昇させる）ことによつて磁界印加手段 4による磁界 Cの強度を現在の強度よりも強めて磁歪素子部 2の長さを長くする（ステップ 6 4 ) 。これにより、第 1回転口ッド 1 3 a、磁歪素子部 2およぴ第 2回転口ッド 1 3 bの全長を制御前よりも伸長させることができる結果、圧力検出手段 6によって検出される検出信号 S dの負極性電圧値を低下させることができる。つまり、回転ロッド 1 3 (第 1回転口ッド 1 3 aおよぴ第 2回転口ッド 1 3 b ) に生じる軸線 A方向に沿って図 1において左方向に向かう圧力を減少させることができる。

C P U 7 cは、上記したステップ 6 1〜6 4の処理（磁歪素子部 2の長さに対するフィードバック制御）を繰り返し実行することにより、磁歪素子部 2の長さを調節して圧力検出手段 6によって生成される検出信号 S dの電圧値が所定値 ( 例えばゼロ）になるように、すなわち回転ロッド 1 3に生じる軸線 A方向に沿つた圧力が目標圧力値（この例ではゼロ）となるように、第 1回転ロッド 1 3 a、磁歪素子部 2およぴ第 2回転ロッド 1 3 bの全長を制御する。

このように、この圧力制御装置 1および回転駆動機構 1 1によれば、軸線 Aを中心として一体的に回動自在な第 1回転ロッド 1 3 aおよび第 2回転口ッド 1 3 bにおける互いに対向する各一端間にその各端部がそれぞれ密着する状態で磁歪素子部 2を配設し、制御部 7が、磁界印加手段 4によって印加される磁界 Cの強度を制御して、圧力検出手段 6によって検出される圧力が目標圧力値（この例ではゼロ）になるように磁歪素子部 2の長さを調節することにより、第 1回転ロッド 1 3 aおよび第 2回転口ッド 1 3 bを介して駆動源 1 2の回転力をワーク 5 1 に確実に伝達しつつ、温度変化に伴って第 1回転口ッド 1 3 aおよぴ第 2回転口ッド 1 3 bにおいて軸線 A方向に沿って発生する圧力を一定に制御することができる。このため、第 1回転ロッド 1 3 aおよび第 2回転ロッド 1 3 bが温度変化に応じて伸縮することに起因して駆動源 1 2やワーク 5 1に悪影響を与えたり、第 1回転ロッド 1 3 aおよび第 2回転ロッド 1 3 bが撓んだ状態で回転して破損したりするといつた不具合の発生を確実に回避することができる。また、第 1回転口ッド 1 3 aおよび第 2回転口ッド 1 3 bが相対回転不能に連結されて一体的に回動するため、第 1回転口ッド 1 3 aの回転力は直接的に第 2回転口ッド 1 3 bに伝達される。つまり、磁歪素子部 2は、駆動源 1 2からワーク 5 1への回転力の伝達には関与しない。このため、磁歪素子部 2自体に捻れ力が加わることに起因する破損を回避することができる。したがって、回転ロッド 1 3における回転力の伝達機能を長期に亘つて良好に維持することができる。

また、励磁コイルで磁界印加手段 4を構成し、圧力検出手段 6によって検出される圧力が目標圧力値（この例ではゼロ）の状態において強度 X 1の磁界 C (バィァス磁界）を印加し、かつ制御部 7によって駆動電流 I dの供給量を制御されることで磁界 Cの強度が制御されるように磁界印加手段 4を構成したことにより、磁歪素子部 2の長さを効率よく調節することができる。 ' なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されない。例えば、本発明の実施の形態では、磁歪素子部 2を磁歪素子のみで構成すると共に、バイアス磁界の強度を制御して効率よく磁歪素子部 2の長さを調節する例について説明したが、この構成に代えて、図 6に示すように、磁歪素子 2 2 aと永久磁石 2 2 bとを含んで構成される磁歪素子部 2 2を使用して、バイアス磁界をこの永久磁石 2 2 によって発生させる構成を採用することもできる。この場合、磁界印加手段 4によつて印加される磁界 Cは、永久磁石 2 2 bによって発生されるバイアス磁界に重畳されて磁歪素子 2 2 aに印加される。同図では、一例として、磁歪素子 2 2 a の一方の端部に永久磁石 2 2 bを配設することにより、第 1回転口ッド 1 3 aまたは第 2回転ロッド 1 3 bの一方の一端と磁歪素子 2 2 aとの間に永久磁石 2 2 bを配設する例を示しているが、磁歪素子 2 2 aの両端部に永久磁石 2 2 bをそれぞれ配設して、第 1回転ロッド 1 3 aおよび第 2回転ロッド 1 3 bの各一端との間に永久磁石 2 2 bをそれぞれ配設する構成を採用することもできる。この構成では、各永久磁石 2 2 bの極性を揃えて配設してバイアス磁界の向きを一致させ、駆動部 5が入力した制御信号 S sの極性に応じた極性で、かつ制御信号 S s の電圧値に応じた電流値の駆動電流 I dを磁界印加手段 4に供給する。この構成によれば、永久磁石 2 2 bを含んだ磁歪素子部 2 2を使用することにより、駆動電流 I dにバイアス磁界発生用のバイアス電流を含める必要が無くなるため、駆動部 5および磁界印加手段 4において発生する電力口スを大幅に低減することができる結果、装置全体の消費電力を大幅に削減することができる。

また、上記した実施の形態では、第 1回転口ッド 1 3 aおよび第 2回転口ッド 1 3 bに生じる圧力を一例としてゼロに維持する例について説明したが、圧力制御装置 1および回転駆動機構 1 1では、圧力値がゼロ以外の任意でかつ一定の所定値に維持されるように制御することもできる。また、連結体 1 4 , 1 5は、互いに相対回転不能で、かつ軸線 Aに沿っての接近または離反が自在に連結できる構成である限り、上記した構成に限定されることなく、種々の構成を採用し得ることは勿論である。産業上の利用可能性

以上のように、この圧力制装置によれば、第 1回転ロッドおよび第 2回転口ッドにおける各一端間に磁歪素子部を配設し、制御部が、磁界印加手段によって印加される磁界の強度を制御して磁歪素子部の長さを調節して圧力検出手段によつて検出される圧力を一定に制御することにより、両端の移動が規制された状態で使用される第 1回転ロッドおよぴ第 2回転ロッドを介して回転力をワークに確実に伝達しつつ、温度変化に伴って第 1回転ロッドおよび第 2回転ロッドにおいて軸線方向に沿って発生する圧力を一定に制御することができる。また、磁歪素子部は、駆動源からワークへの回転力の伝達には関与しないため、それ自体に捻れ力が加わることに起因する破損を回避することができる。このため、第 1回転口ッドおよび第 2回転口ッドが温度変化に応じて伸縮することに起因して駆動源やワークに悪影響を与えたり、第 1回転口ッドおよび第 2回転口ッドが橈んだ状態で回転して破損したりするといった不具合の発生を確実に回避でき、かつ両回転口ッドにおける回転力の伝達機能を長期に亘つて良好に維持できる圧力制御装置が実現される。

Claims

請求の範囲

1 . 各一端が互いに対向する状態で同一軸線上にそれぞれ配設されると共に互いに相対回転不能でかつ当該軸線に沿っての接近および離反が自在に連結され各他端の当該軸線に沿った移動が規制された状態で当該軸線を中心として一体的に回動自在な第 1回転ロッドおよび第 2回転ロッドにおける当該各一端間に配設された柱状の磁歪素子部と、

前記第 1回転ロッドおよび前記第 2回転ロッドを互いに接近させるように常時付勢して当該両回転口ッドの前記各一端を前記磁歪素子部の各端部に密着させる付勢手段と、

前記磁歪素子部における前記軸線方向の長さを調節するための磁界を発生させて印加する磁界印加手段と、

前記第 1回転ロッドおよび第 2回転ロッドに生じる前記軸線方向の圧力を検出する圧力検出手段と、

前記磁界印加手段によつて印加される前記磁界の強度を制御して前記磁歪素子部の前記長さを調節することにより、前記圧力検出手段によって検出される前記圧力を一定に制御する制御部とを備えている圧力制御装置。

2 . 前記磁界印加手段は、励磁コイルで構成されると共に、前記圧力検出手段によって検出される前記圧力が所定値の状態において所定の直流電流が供給されて所定の磁界を印加し、かつ前記制御部によつて前記直流電流の供給量を制御されることで前記磁界の強度が制御される請求項 1記載の圧力制御装置。

3 . 前記磁歪素子部は、前記磁界印加手段によって印加される前記磁界の強度に応じて前記長さが調節される磁歪素子と、前記第 1回転ロッドおよび前記第 2回転ロッドの内の少なくとも一方と前記磁歪素子との間に配設されて当該磁歪素子に前記軸線方向に沿ったバイアス磁界を印加する永久磁石とを備えて構成されている請求項 1記載の圧力制御装置。

4 . 駆動源と、当該駆動源の回転力をワークに伝達する回転ロッドと、請求項 1から 3のいずれかに記載の圧力制御装置とを備え、

当該回転口ッドは前記第 1回転口ッドおよび前記第 2回転口ッドを含んで構成され、

前記第 1および第 2回転口ッドにおける前記各一端間に前記磁歪素子部が配設されている回転駆動機構。