(57)【要約】  【課題】  油圧を高精度に制御することができ、小型、軽量でレイアウト性に優れた圧力制御装置を提供する。  【解決手段】  油圧制御装置１４は、オイルの流入口２１ａ及び流出口２１ｂを有するハウジング２１と、ハウジング２１内の電子部品収容部２１ｄ内に設けられた超磁歪シャフト２２と、超磁歪シャフト２２に対して油圧を印加するための受圧プレート２３と、油圧に応じて変化する超磁歪シャフト２２の透磁率を検出するためのセンサコイル２４と、超磁歪シャフト２２に対して磁界を印加して超磁歪シャフト２２を伸縮させるアクチュエートコイル２５と、超磁歪シャフトの伸縮に連動するニードルバルブ２６を備えている。超磁歪シャフト２２は、外部から応力を加えると透磁率が変化し、また外部から磁界を印加すると磁歪量が変化することから、圧力センサ及びバルブ駆動用アクチュエータとして用いられる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超磁歪シャフトと、
前記超磁歪シャフトに対して流体の圧力を印加する加圧部と、
前記圧力に応じて変化する前記超磁歪シャフトの透磁率を検出するとともに、前記超磁歪シャフトに対して磁界を印加して前記超磁歪シャフトを伸縮させるコイルとを備えている圧力制御装置。
【請求項２】
前記超磁歪シャフトの伸縮に連動して前記圧力を調整する圧力調整バルブをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の圧力制御装置。
【請求項３】
前記コイルからの検出結果を受けると共に、前記コイルを駆動する制御部をさらに備えている請求項１又は２に記載の圧力制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記コイルにより前記超磁歪シャフトの透磁率の変化を検出するセンシング動作と、前記コイルにより前記超磁歪シャフトを伸縮させるアクチュエート動作とを所定の周期で交互に切り替えることを特徴とする請求項３に記載の圧力制御装置。
【請求項５】
前記流体の流入口及び流出口を有するハウジングを備え、
前記加圧部は、前記ハウジング内に設けられた受圧プレート及びダイヤフラムからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧力制御装置。
【請求項６】
前記コイルは、前記圧力に応じて変化する前記超磁歪シャフトの透磁率を検出するセンサコイルと、前記超磁歪シャフトに対して磁界を印加して前記超磁歪シャフトを伸縮させるアクチュエートコイルからなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力制御装置に関し、特に、油圧システムにおいて油圧を高精度に制御するのに好適な圧力制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から油圧によってアクチュエータを駆動するための油圧制御システムがよく知られている（特許文献１参照）。従来の油圧制御システム１００は、図８に示すように、オイルタンク１０１内のオイルをオイルポンプ１０２で汲み上げて油圧アクチュエータ１０３に供給することにより、油圧アクチュエータ１０３を駆動している。その際、油圧センサ１０４で油圧アクチュエータ１０３に供給されるオイルの油圧を検知し、油圧が所定のレベルまで達した場合にはスプール弁（リーク弁）１０５を開いてオイルの一部をオイルタンク１０１に戻すことにより、油圧を所望のレベルに調整している。
【特許文献１】特開平５−２４８４０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような従来の油圧制御システムにおいては、油圧センサ１０４とリーク弁１０５とが独立して用意され、これらが油圧経路（配管）１０７上の別々の位置に配置されているため、システムが大型化、重量化し、システムレイアウトの面でも種々の制約をもたらしていた。また、油圧センサ１０４とリーク弁１０５とが別々に用意されているために、各々に対して一定の品質が要求され、さらにはこれらの連携性に対しての品質も要求されるため、システムの信頼性向上に対する障壁となっている。さらに、油圧センサ１０４及びリーク弁１０５を配置するためにはそれぞれに対して油圧経路を分岐させるＴ字配管が必要となるが、Ｔ字配管の増加は油圧経路の信頼性低下の要因となる。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、流体の圧力、特に油圧を高精度に制御することができ、小型、軽量でレイアウト性に優れた圧力制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の上記目的は、  超磁歪シャフトと、前記超磁歪シャフトに対して流体の圧力を印加する加圧部と、前記圧力に応じて変化する前記超磁歪シャフトの透磁率を検出するとともに、前記超磁歪シャフトに対して磁界を印加して前記超磁歪シャフトを伸縮させるコイルとを備えている圧力制御装置によって達成される。
【０００６】
本発明においては、前記超磁歪シャフトの伸縮に連動して前記圧力を調整する圧力調整バルブをさらに備えていることが好ましい。
【０００７】
また、本発明においては、前記コイルからの検出結果を受けると共に、前記コイルを駆動する制御部をさらに備えていることが好ましい。そして、前記制御部は、前記コイルにより前記超磁歪シャフトの透磁率の変化を検出するセンシング動作と、前記コイルにより前記超磁歪シャフトを伸縮させるアクチュエート動作とを所定の周期で交互に切り替えることがさらに好ましい。
【０００８】
また、本発明においては、前記流体の流入口及び流出口を有するハウジングを備え、前記加圧部は、前記ハウジング内に設けられた受圧プレート及びダイヤフラムからなることが好ましい。
【０００９】
また、本発明において、前記コイルは、前記圧力に応じて変化する前記超磁歪シャフトの透磁率を検出するセンサコイルと、前記超磁歪シャフトに対して磁界を印加して前記超磁歪シャフトを伸縮させるアクチュエートコイルからなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、超磁歪シャフトを圧力センサ及びバルブ制御のためのアクチュエータのとして使用することにより、流体の圧力、特に油圧を高精度に制御することができ、小型、軽量でレイアウト性に優れた圧力制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の圧力制御装置が使用される油圧制御システムの構成を概略的に示すブロック図である。なお、本発明の圧力制御装置は油圧システムのみならず流体圧の制御一般に使用され得るが、ここでは油圧制御装置として使用する場合について説明する。
【００１３】
図１に示すように、この油圧制御システム１０は、オイルタンク１１と、オイルタンク１１からオイルを汲み出すオイルポンプ１２と、オイルポンプ１２から逐次供給されるオイルによって駆動される油圧機器１３と、油圧機器１３への油圧量を調整する油圧制御装置１４と、油圧制御装置１４を制御するコントロールユニット１５とを備えている。本実施形態の油圧制御装置１４は、オイルポンプ１２と油圧機器１３とをつなぐ配管１６の途中の分岐点（Ｔ型配管）Ｐに接続され、オイルポンプ１２から油圧機器１３へ流れるオイルの圧力を検知し、所定の圧力を超えた場合にリーク弁を動作させてオイルの一部をオイルタンク１１に戻す役割を果たすものである。
【００１４】
図２は、本発明の好ましい実施形態に係る油圧制御装置１４の構成を示す側面断面図である。
【００１５】
図２に示すように、油圧制御装置１４は、オイルの流入口２１ａ及び流出口２１ｂを有するハウジング２１と、ハウジング２１内のオイル溜り部２１ｃから仕切られた電子部品収容部２１ｄ内に設けられた超磁歪シャフト２２と、超磁歪シャフト２２に対して油圧を印加するための受圧プレート２３と、油圧に応じて変化する超磁歪シャフト２２の透磁率を検出するためのセンサコイル２４と、超磁歪シャフト２２に対して磁界を印加して超磁歪シャフト２２を伸縮させるアクチュエートコイル２５と、超磁歪シャフト２２の伸縮に連動するニードルバルブ２６を備えている。
【００１６】
ハウジング２１内のオイル溜り部２１ｃと電子部品収容部２１ｄとの間はダイヤフラム２７によって仕切られている。したがって、オイルが電子部品収容部２１ｄ内に浸入することはない。オイル流入口２１ａからハウジング２１内に流れ込んだオイルはオイル溜り部２１ｃ内に溜まり込み、ニードルバルブ２６が開いているときにはオイル流出口２１ｂを通って外部へ流れ出る。
【００１７】
超磁歪シャフト２２は、超磁歪材料で構成された棒状体である。超磁歪材料は、図３（ａ）に示すように外部から応力を加えると透磁率が変化し、また図３（ｂ）に示すように外部から磁界を印加すると磁歪量が変化するという特徴を有する。本実施形態においては、そのような超磁歪材料の特徴を活かして、超磁歪材料を圧力センサ及びバルブ駆動用のアクチュエータとして用いている。超磁歪材料としては、特に限定されるものではないがＴｂ０．３４−Ｄｙ０．６６−Ｆｅ１．９０を中心組成とする材料を用いることができる。超磁歪シャフト２２のサイズについては、目的とする磁歪量に応じて適宜選択すればよい。例えば１０００ｐｐｍ程度の磁歪量が得られる材料を用いて超磁歪シャフト２２を構成する場合において、１００μｍ程度の伸縮を得たい場合には、超磁歪シャフト２２の長さを１０ｃｍ程度にすればよい。
【００１８】
受圧プレート２３はオイル溜り部２１ｃ内に設けられている。受圧プレート２３の後端部にはフランジ部２３ａが設けられており、このフランジ部２３ａに予荷重スプリング２８が係合している。受圧プレート２３はこの予荷重スプリング２８によって超磁歪シャフト２２を押圧する方向に付勢されており、その中央部分（受圧面）はダイヤフラム２７を介して超磁歪シャフト２２の端面と当接している。詳細は後述するが、受圧プレート２３は、ダイヤフラム２７とともに超磁歪シャフト２２に対して油圧を印加するための加圧部を構成している。
【００１９】
センサコイル２４及びアクチュエートコイル２５はともにボビンに巻回された状態で超磁歪シャフト２２の外周に配置されている。本実施形態においては、センサコイル２４が内側、アクチュエートコイル２５が外側に設けられている。なお、超磁歪シャフト２２，センサコイル２４及びアクチュエートコイル２５はハウジング２１の底面に設けられた蓋板２１ｅを外して電子部品収容部２１ｄ内に収容される。
【００２０】
ニードルバルブ２６は、オイルの流出口２１ｂを開放して余分なオイルを逃がすことにより油圧を調整するための圧力調整バルブ（リーク弁）である。ニードルバルブ２６の後端部にはフランジ部材３０が嵌合されており、このフランジ部材３０によってスプリング２９が狭持されている。ニードルバルブ２６はこのスプリング２９によってオイルの流出口２１ｂを閉止する方向に付勢されている。
【００２１】
ニードルバルブ２６の後端部と受圧プレート２３の上端面とは接触しておらず、両者の間には僅かな隙間が設けられている。この隙間は、受圧プレート２３の影響を受けることなくスプリング２９の付勢力だけでニードルバルブ２６がオイル流出口２１ｂを閉止できるように確保されたクリアランスである。
【００２２】
図４は、油圧制御装置１４のセンシング動作を説明するための図であり、受圧プレート２３周辺の部分拡大図である。
【００２３】
ハウジング２１のオイル流入口２１ａからオイル溜まり部２１ｃ内にオイルが流入すると、図４に示すように受圧プレート２３に油圧がかかる。ここで、受圧プレート２３はその中央部分の受圧面２３ｂを除いてダイヤフラム２７と接触しておらず、また、受圧プレート２３の側端部とハウジング２１の内壁面との間には隙間が存在していることから、オイルは受圧プレート２３の裏側に回り込むことができる。そのため、受圧プレート２３のフランジ部２３ａにおいては、矢印で示すように上下の圧力がバランスするが、受圧面２３ｂにおいては、矢印で示すように、オイルが受圧プレート２３を下方に向かって押すだけで、上方に向かって押す反力はない。よって、受圧面２３ｂにかかる圧力だけが超磁歪シャフト２２にかかることになる。そして、このとき超磁歪シャフト２２に加わる応力が大きければ大きいほどその透磁率も大きく変化するので、超磁歪シャフト２２の透磁率に応じて変化するセンサコイル２４のインダクタンスの変化を検出することで、受圧プレート２３にかかる油圧を検知することができる。
【００２４】
図５は、油圧制御装置１４のアクチュエート動作を説明するための図であり、オイル溜り部２１ｄの部分拡大図である。
【００２５】
アクチュエートコイル２５に電流を流して磁界を発生させ、超磁歪シャフトに磁界を印加した場合には、図５に示すように、超磁歪シャフト２２が伸張して受圧プレート２３が上方に押し上げられる。これにより、受圧プレート２３がニードルバルブ２６の後端部と当接し、ニードルバルブ２６を上方に押し上げるので、オイル流出口２１ｂが開放され、矢印で示すようにオイル溜り部２１ｃからオイル流出口２１ｂへオイルが流れ出すことになる。アクチュエートコイル２５への電流供給を停止すると、スプリング２８の付勢力によってニードルバルブ２６はもとの位置に戻り、オイル流出口２１ｂは再び閉止される。
【００２６】
以上のような油圧制御装置１４によるセンシング動作及びアクチュエート動作は、コントロールユニット１５からの制御により、一定の周期で交互に行われる。
【００２７】
図６は、コントロールユニット１５による制御の一例を示すタイミング図であり、図６（ａ）はコントロールユニットによる信号切り替えタイミング、図６（ｂ）はセンサ出力のＯＮ−ＯＦＦ状態、図６（ｃ）は駆動パルスのレベルを示している。なお、横軸は時間、縦軸はそれぞれの信号のレベルを示している。
【００２８】
図６（ａ）に示すように、コントロールユニット１５はセンシング動作とアクチュエート動作を交互に切り替える。すなわち、コントロールユニット１５はタイミングｔ０においてセンシング動作を開始し、次いでタイミングｔ１においてアクチュエート動作を開始し、次いでタイミングｔ２においてセンシング動作を開始し、タイミングｔ３においてアクチュエート動作を開始する。
【００２９】
センシング動作では、コントロールユニット１５がセンサウィンドウを開いてセンサ出力を読み込む。これにより、図６（ｂ）に示すように、横軸の時間軸に対して縦軸のセンサ出力が得られ、図１に示した配管１６を流れるオイルの油圧が検知される。
【００３０】
アクチュエート動作では、コントロールユニット１５がアクチュエートコイル２５へ駆動電流を印加してニードルバルブ２６を駆動する。このとき、図６（ｃ）に示すように、アクチュエートコイル２５に印加する駆動電流のレベルを常に一定とし、電流の印加時間だけを変化させる。すなわち、駆動パルスのデューティ制御によりオイルのリーク量を制御する。このようにすることで、アクチュエートコイル２５に駆動電流が印加されている時間だけ超磁歪シャフト２２が伸張してニードルバルブ２６を押し上げるので、その間だけオイルを流出させることができる。
【００３１】
そして、このようなセンシング動作とアクチュエート動作を一組とし、これらの動作を周期Ｔ０[ｍｓ]毎に繰り返すことにより、センシング機能とバルブ制御のためのアクチュエート機能とを一つの装置で実現することができる。したがって、油圧制御システム全体の小型・軽量化に寄与することができる。
【００３２】
図６に示した油圧制御装置１４の制御では、駆動電流の印加時間、すなわちニードルバルブ２６の開放時間を制御することにより油圧量を調整しているが、ニードルバルブ２６の押し上げ量に応じてオイルの単位時間当たりの流出量が変化するバルブ構造とした場合には、駆動電流の印加時間を一定とし、駆動電流を変化させることで、オイルの流出量を調整することもできる。
【００３３】
図７は、コントロールユニット１５による制御の他の例を示すタイミング図である。
【００３４】
図７（ａ）に示すように、コントロールユニット１５はセンシング動作とアクチュエート動作を交互に切り替える。この点については図６（ａ）の場合と同様である。また、図７（ｂ）のセンシング動作についても同様である。一方、アクチュエート動作では、コントロールユニット１５がアクチュエートコイル２５へ駆動電流を印加してニードルバルブ２６を駆動する。このとき、図７（ｃ）に示すように、アクチュエートコイル２５に印加する駆動電流の印加時間を常に一定とし、電流の印加量だけを変化させる。このようにすることで、アクチュエートコイル２５に印加される電流量に応じて超磁歪シャフト２２が伸張してニードルバルブ２６を押し上げるので、その分だけオイルを流出させることができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態によれば、一つの超磁歪シャフトを用いて油圧センサとバルブ制御のためのアクチュエータを構成し、これらの機能を時分割で交互に切り替えて使用することにより、小型、軽量でレイアウト性に優れた油圧制御装置を実現することができる。また、油圧センサとアクチュエータの共通化により、個々の部品に対して一定の品質を要求する必要がなくなり、さらにはＴ字配管の数を低減することもできるので、システム全体の信頼性をよりいっそう向上させることができる。
【００３６】
本発明は、以上の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることが可能であり、これらも本発明の範囲に包含されるものであることは言うまでもない。
【００３７】
例えば、上記実施形態においては、油圧制御装置１４がオイルポンプ１２と油圧機器１３とをつなぐ配管１６の途中に接続され、オイルポンプ１２から油圧機器１３へ流れるオイルの圧力を制御する目的で使用されているが、油圧制御装置１４はあらゆる油圧系路上に接続することができるものである。
【００３８】
また、上記実施形態においては、超磁歪シャフト２２に対して油圧を印加する加圧部の構成として、受圧プレート２３及びダイヤフラム２７を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変形例が考えられる。
【００３９】
また、上記実施形態においては、油圧に応じて変化する超磁歪シャフト２２の透磁率を検出するためのセンサコイル２４と、超磁歪シャフト２２に対して磁界を印加して超磁歪シャフト２２を伸縮させるアクチュエートコイル２５という二つのコイルを用いているが、本発明においてはこれらを一つのコイルで共用化してもよい。このようにすれば、より小型化された装置を実現することができる。
【００４０】
また、上記実施形態においては、制御部であるコントロールユニット１５が油圧制御装置１４のセンシング動作とアクチュエート動作とを交互に切り替える場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、通常はセンシング動作のみを行い、必要なときだけアクチュエート動作を行うように切り替えてもよく、逆に通常はアクチュエート動作のみを行い、必要なときだけセンシング動作を行うように切り替えてもよい。
【００４１】
さらに、上記実施形態においては、流体としてオイルを用いた油圧システム及びこれに用いる油圧制御装置を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、水その他の液体に対しても適用可能である。すなわち、本発明は、流体圧を制御する圧力制御装置として広く使用され得るものである。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は種々の機械分野において利用することができるが、中でも自動車のブレーキシステムやサスペンションシステムなどの分野で利用価値が高いものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本発明の圧力制御装置が使用される油圧制御システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の好ましい実施形態に係る油圧制御装置１４の構成を示す側面断面図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、超磁歪材料の特性を示すグラフである。
【図４】図４は、油圧制御装置１４のセンシング動作を説明するための図であり、受圧プレート２３周辺の部分拡大図である。
【図５】図５は、油圧制御装置１４のアクチュエート動作を説明するための図であり、オイル溜り部２１ｄの部分拡大図である。
【図６】図６は、コントロールユニット１５による制御の一例を示すタイミング図であり、図６（ａ）はコントロールユニットによる信号切り替えタイミング、図６（ｂ）はセンサ出力のＯＮ−ＯＦＦ状態、図６（ｃ）は駆動パルスのレベルを示している。
【図７】図７は、コントロールユニット１５による制御の他の例を示すタイミング図である。
【図８】図８は、従来の油圧制御システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０    油圧制御システム
１１    オイルタンク
１２    オイルポンプ
１３    油圧機器
１４    油圧制御装置
１５    コントロールユニット
１６    配管
２１    ハウジング
２１ａ    オイル流入口
２１ｂ    オイル流出口
２１ｃ  オイル溜り部
２１ｄ    電子部品収容部
２１ｅ    蓋板
２２    超磁歪シャフト
２３    受圧プレート
２３ａ    受圧プレートのフランジ部
２３ｂ    受圧プレートの受圧面
２４    センサコイル
２５    アクチュエートコイル
２６    ニードルバルブ
２７    ダイヤフラム
２８    予荷重スプリング
２９    スプリング
３０    フランジ部材
１００    油圧制御システム
１０１    オイルタンク
１０２    オイルポンプ
１０３    油圧アクチュエータ
１０４    油圧センサ
１０５    スプール弁（リーク弁）
【図１】
2006275956.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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