JP2920601B2 - Electrorheological actuator - Google Patents
Electrorheological actuatorInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、コンプレッサーやポ
ンプなどの動力源がなくても機能し得る電気粘性アクチ
ュエータに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrorheological actuator which can function without a power source such as a compressor or a pump.
【０００２】[0002]
【従来の技術】電気粘性流体には電場を印加すると増粘
する特性があり、従来より自動車等のダンパーやエンジ
ン・マウント、クラッチなどへの応用研究がなされてい
る。また、その増粘特性を生かして、アクチュエータの
用途などへ応用展開することも考えられる。2. Description of the Related Art An electrorheological fluid has the property of increasing its viscosity when an electric field is applied, and its application to dampers, engine mounts, clutches, and the like for automobiles and the like has been conventionally studied. In addition, it is conceivable to use the thickening property to develop applications for actuators.
【０００３】しかし、電気粘性流体をアクチュエータの
動作流体として用いる場合には、流体を駆動するための
何らかの動力源（モータやコンプレッサー、ポンプな
ど）が必要となり、したがって、高分子ゲル・アクチュ
エータのようにその膨潤・収縮特性を利用しており動力
源を必要としないようなものと比較すると、重量や寸法
がより大きくなってしまうという問題があった。However, when an electrorheological fluid is used as a working fluid for an actuator, some power source (motor, compressor, pump, etc.) for driving the fluid is required, and therefore, like a polymer gel actuator, There is a problem that the weight and dimensions are larger than those that use the swelling / shrinking characteristics and do not require a power source.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明は、
コンプレッサーやポンプなどの動力源がなくても機能し
得る電気粘性アクチュエータを提供しようとするもので
ある。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the present invention
An object is to provide an electrorheological actuator that can function without a power source such as a compressor or a pump.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
この発明では次のような技術的手段を講じている。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention employs the following technical means.
【０００６】この発明の電気粘性アクチュエータは、電
気粘性流体をアクチュエータ機構の動作流体とし、電極
対間に付与する電場を電気粘性流体に印加することによ
り発生した静電引力によって、この動作流体を吸引せし
めて変位させるようにするとともに、この動作流体の変
位を駆動源としたことを特徴とする。The electrorheological actuator of the present invention uses the electrorheological fluid as a working fluid of the actuator mechanism and sucks the working fluid by an electrostatic attraction generated by applying an electric field applied between the electrode pairs to the electrorheological fluid. It is characterized by being displaced at the very least, and using the displacement of the working fluid as a drive source.
【０００７】また、電極対を有し貯留された動作流体に
変位を起こさせるための駆動源部と、駆動源部で起きた
動作流体の変位を外部に伝達するための出力部とを具備
することとして実施することもできる。In addition, a drive source unit having an electrode pair for causing displacement of the stored working fluid is provided, and an output unit for transmitting the displacement of the working fluid generated in the drive source unit to the outside. It can also be implemented as things.
【０００８】また、アクチュエータ機構の動作流体の流
路の開閉制御を、電場の印加による電気粘性流体の粘度
変化によって行うようにしたこととして実施することも
できる。Further, the opening and closing control of the flow path of the working fluid of the actuator mechanism may be performed by changing the viscosity of the electrorheological fluid by applying an electric field.
【０００９】また、駆動源部の電極対が多層に積層され
たものであることとして実施することもできる。[0009] Further, the present invention can be embodied as an electrode pair of the drive source section being laminated in multiple layers.
【００１０】[0010]
【作用】この発明は、以下のような作用を有する。The present invention has the following functions.
【００１１】この発明の電気粘性アクチュエータによる
と、電極対間の電場を電気粘性流体に印加することによ
り発生した静電引力によって、この動作流体を吸引せし
めて変位させることができ、この動作流体の変位を駆動
源とすることができる。According to the electrorheological actuator of the present invention, the working fluid can be sucked and displaced by the electrostatic attraction generated by applying an electric field between the electrode pair to the electrorheological fluid. The displacement can be used as a drive source.
【００１２】請求項２記載の手段を採用すると、駆動源
部で起きた動作流体の変位を出力部から外部に伝達する
こともできる。When the means described in claim 2 is adopted, the displacement of the working fluid generated in the drive source section can be transmitted from the output section to the outside.
【００１３】請求項３記載の手段を採用すると、電場の
印加による電気粘性流体の粘度変化を、アクチュエータ
の流体流路の開閉の制御に利用することができ、これに
よりアクチュエータ機構の流路の設計に多くの自由度を
持たせることもできる。According to the third aspect of the present invention, the change in the viscosity of the electrorheological fluid caused by the application of an electric field can be used for controlling the opening and closing of the fluid passage of the actuator. Can have many degrees of freedom.
【００１４】請求項４記載の手段を採用すると、多層に
積層された複数の電極対間の電場を電気粘性流体に印加
することにより、駆動源として動作流体の大きな変位量
を得ることができる。According to the fourth aspect of the present invention, a large displacement amount of the working fluid can be obtained as a driving source by applying an electric field between a plurality of electrode pairs stacked in multiple layers to the electrorheological fluid.
【００１５】[0015]
【実施例】以下、この発明の構成を実施例として示した
図面を参照して説明する。 （実施例１）この実施例の電気粘性アクチュエータは、
電気粘性流体をアクチュエータ機構の動作流体としてい
る。そして、図１に示すように、電極対１間に付与する
電場を電気粘性流体に印加することにより発生した静電
引力によって、この動作流体２を吸引せしめて変位させ
るようにするとともに、この動作流体２の変位を駆動源
としている。また、電極対１を有し貯留された動作流体
２に変位を起こさせるための２つの駆動源部３と、駆動
源部３で起きた動作流体２の変位を外部に伝達するため
の出力部４とを具備するようにしている。駆動源部３の
電極対１は、多層に積層されたものとしている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The configuration of the present invention will be described below with reference to the drawings showing an embodiment. (Embodiment 1) The electrorheological actuator of this embodiment is
The electrorheological fluid is used as a working fluid of the actuator mechanism. Then, as shown in FIG. 1, the working fluid 2 is sucked and displaced by an electrostatic attraction generated by applying an electric field applied between the electrode pair 1 to the electrorheological fluid, and this operation is performed. The displacement of the fluid 2 is used as a drive source. Further, two drive sources 3 having an electrode pair 1 for causing the stored working fluid 2 to be displaced, and an output unit for transmitting the displacement of the working fluid 2 generated by the drive source 3 to the outside 4 is provided. The electrode pair 1 of the drive source unit 3 is assumed to be multilayered.
【００１６】出力部４はピストン５とシリンダ６とを有
し、前記シリンダ６の両端にはそれぞれ駆動源部３を流
体流路７によって連結しており、それぞれの内部には動
作流体２を留置している。２つの駆動源部３には電極対
１として間隔をおいて積層したクシ型の電極板を内蔵せ
しめており、この電極対１相互間に電場を印加すること
により、静電引力によって動作流体２を吸引し吸上げて
移動させるようにしている。The output section 4 has a piston 5 and a cylinder 6, and a drive source section 3 is connected to both ends of the cylinder 6 by a fluid flow path 7, and a working fluid 2 is retained in each of the inside. doing. A comb-shaped electrode plate laminated at intervals as the electrode pair 1 is incorporated in the two drive source sections 3. By applying an electric field between the electrode pairs 1, the working fluid 2 is generated by electrostatic attraction. Is sucked, sucked and moved.
【００１７】それぞれの電極対１の上端は動作流体２か
ら突出させており、この状態で電場を印加すると動作流
体２と空気との誘電率の差に比例した静電引力が発生
し、動作流体２が電極対１の間に沿って吸引され、静電
引力と重力が釣り合う位置まで動作流体２が上昇し、こ
の動作流体２の上昇に追従して出力部４のピストン５が
移動する。The upper end of each electrode pair 1 protrudes from the working fluid 2. When an electric field is applied in this state, an electrostatic attraction is generated in proportion to the difference in dielectric constant between the working fluid 2 and air, and the working fluid 2 2 is sucked along the space between the electrode pair 1, the working fluid 2 rises to a position where the electrostatic attraction and gravity balance, and the piston 5 of the output unit 4 moves following the rise of the working fluid 2.
【００１８】動作流体２の電気特性の安定化のために減
圧バルブ８を設け、さらに、駆動源の電極対１間で吸引
してオーバーフローさせた動作流体２の還流のために連
通路９を動作流体２が吸引される最大高さの手前位置に
設けている。A pressure reducing valve 8 is provided to stabilize the electrical characteristics of the working fluid 2, and a communication passage 9 is operated to recirculate the working fluid 2 which has been sucked and overflowed between the electrode pair 1 of the driving source. It is provided at a position near the maximum height at which the fluid 2 is sucked.
【００１９】この実施例では動作流体２として、低分子
液晶の混合組成物であるネマチック液晶（富士色素株式
会社製ＬＣ−ＭＩＸｔｕｒｅ ＮＥＭＩ３３）を用い
た。この動作流体２の初発粘度は、１６℃で５０〜６０
ｃｐｓであった。In this embodiment, a nematic liquid crystal (LC-MIXture NEMI33 manufactured by Fuji Dye Co., Ltd.), which is a mixed composition of low molecular liquid crystals, was used as the working fluid 2. The initial viscosity of this working fluid 2 is 50-60 at 16 ° C.
cps.
【００２０】静電引力による前記動作流体２の吸上げ移
動を、電極の近くにスケールを固定し、吸上げの高さを
目視することにより測定した。すると、動作流体２の吸
上げ移動量は２０ｍｍ（電流値は０．２ｍＡ）であっ
た。The suction movement of the working fluid 2 due to electrostatic attraction was measured by fixing the scale near the electrode and visually checking the suction height. As a result, the amount of suction movement of the working fluid 2 was 20 mm (the current value was 0.2 mA).
【００２１】また、流速計（自社製作）を用いて単位時
間内に流出する流量をデジタル天秤によって測ることに
より、電場の印加時（印加電圧２ＫＶ）と非印加時との
流体の通過量を測定した（雰囲気温度１７℃）。そして
前記のそれぞれの流体の通過量から、次式により電気粘
性効果（Ｗ）を算出した。電気粘性効果（Ｗ）＝〔電場
を印加時の流体の通過量（ｇ）〕÷〔電場を非印加時の
流体の通過量（ｇ）〕．結果は、Ｗ＝０．２７であっ
た。このＷの値が１に近いと電気粘性効果が小さく、０
に近いと電気粘性効果が大きいと評価できるのである
が、このＷ＝０．２７という数値は電気粘性効果が比較
的に大きいものと考えられる。Further, the flow rate of the fluid when the electric field is applied (applied voltage of 2 KV) and when the electric field is not applied is measured by measuring the flow rate flowing out in a unit time by a digital balance using a current meter (manufactured in-house). (Atmospheric temperature 17 ° C.). Then, the electrorheological effect (W) was calculated from the above-mentioned respective fluid passing amounts by the following formula. Electrorheological effect (W) = [Passage of fluid when electric field is applied (g)] ÷ [Passage of fluid when no electric field is applied (g)]. The result was W = 0.27. When the value of W is close to 1, the electrorheological effect is small,
It can be evaluated that the electrorheological effect is large when the value is close to. However, it is considered that the numerical value of W = 0.27 is that the electrorheological effect is relatively large.
【００２２】次に、この実施例の電気粘性アクチュエー
タの使用状態を説明する。２つの駆動源部３のうち一方
の駆動源部３（図示右側）の各電極対１相互間に電場を
印加すると、その電極対１相互間に挟まれた動作流体２
が静電引力によって上昇し、これに伴いシリンダ６内で
ピストン５が右側に移動した。次に、一方の駆動源部３
（図示右側）の電圧の印加を遮断して他方の駆動源部３
（図示左側）に直流電圧を印加すると、シリンダ６内で
ピストン５は左側に移動した。Next, the use state of the electrorheological actuator of this embodiment will be described. When an electric field is applied between each pair of electrodes of one of the two driving source units 3 (the right side in the figure), the working fluid 2 sandwiched between the pair of electrodes 1
Rises due to electrostatic attraction, and accordingly, the piston 5 moves rightward in the cylinder 6. Next, one drive source unit 3
(The right side in the figure) is cut off and the other drive source 3
When a DC voltage was applied (left side in the figure), the piston 5 moved to the left in the cylinder 6.
【００２３】前記一連の動作を周期的に繰り返すことに
より、ピストン５を左右に往復移動させることができ
る。また、供給する電場を直流ではなく交流とし、ピス
トン５の往復振動を共振周波数に一致するように設定す
ると、より大きな力を発生させることができる。さら
に、このピストン５をダイヤフラム板に代えることによ
り、循環用のポンプとすることもできる。By periodically repeating the above-described series of operations, the piston 5 can be reciprocated right and left. Further, when the electric field to be supplied is set to AC instead of DC, and the reciprocating vibration of the piston 5 is set to coincide with the resonance frequency, a larger force can be generated. Further, by replacing the piston 5 with a diaphragm plate, a pump for circulation can be provided.
【００２４】この実施例の電気粘性アクチュエータによ
ると、次のような利点がある。電極対１間の電場を電気
粘性流体に印加することにより発生した静電引力によっ
て、この動作流体２を吸引せしめて変位させることがで
き、この動作流体２の変位を駆動源とすることができ
る。動作流体２の有効成分である液晶組成物は電場が印
加されると、静電引力により電場の方向に対して垂直方
向に吸い込まれ、この液晶組成物の移動をアクチュエー
タの駆動源として利用し、ピストン５などを変位させ
る。したがって、コンプレッサーやポンプなどの動力源
がなくても機能し得る。The electrorheological actuator of this embodiment has the following advantages. The working fluid 2 can be sucked and displaced by an electrostatic attraction generated by applying an electric field between the electrode pair 1 to the electrorheological fluid, and the displacement of the working fluid 2 can be used as a drive source. . When an electric field is applied, the liquid crystal composition as an effective component of the working fluid 2 is sucked in a direction perpendicular to the direction of the electric field by electrostatic attraction, and the movement of the liquid crystal composition is used as a driving source of an actuator, The piston 5 and the like are displaced. Therefore, it can function without a power source such as a compressor or a pump.
【００２５】駆動源部３で起きた動作流体２の変位を出
力部４から外部に伝達することができる。電極対１の間
において吸引された動作流体２は、その重力が静電引力
と釣り合った位置で静止することとなり、ピストン５の
最大移動量は動作流体２の吸引可能容積までとなる。こ
の実施例では、動作流体２が吸引される最大高さの途中
位置に連通路９（バイパス）を設けているので、連続的
に動作流体２の循環をすることができ、ピストン５の移
動量とその停止位置を任意に設定することができる。ま
た、ピストン５の移動距離が制限されないのでピストン
５の位置を制御することができる。The displacement of the working fluid 2 generated in the drive source unit 3 can be transmitted from the output unit 4 to the outside. The working fluid 2 sucked between the electrode pairs 1 comes to rest at a position where the gravity is balanced with the electrostatic attraction, and the maximum movement amount of the piston 5 is equal to the suctionable volume of the working fluid 2. In this embodiment, since the communication path 9 (bypass) is provided at an intermediate position of the maximum height at which the working fluid 2 is sucked, the working fluid 2 can be continuously circulated, and the movement amount of the piston 5 And its stop position can be set arbitrarily. Further, since the moving distance of the piston 5 is not limited, the position of the piston 5 can be controlled.
【００２６】多層に積層された複数の電極対１間の電場
を電気粘性流体に印加することにより、駆動源として動
作流体２の大きな変位量を得ることができる。電極対１
を積層すると各電極板の空気接触面積が増加するが、吸
引できる動作流体２の容量はその接触面積に比例するの
で、単位面積当たりの静電引力は同じであるにもかかわ
らず大きなピストン５移動量を得ることができる。ま
た、各電極対１と動作流体２とは、各電極を動作流体２
に幅広方向に挿入・接触せしめると、空気との接触面積
が増加するので、より多くの吸引容積を得ることができ
る。 （実施例２）次に実施例２を、実施例１との相違点を中
心に説明する。By applying an electric field between the plurality of electrode pairs 1 stacked in multiple layers to the electrorheological fluid, a large displacement of the working fluid 2 can be obtained as a driving source. Electrode pair 1
When air is stacked, the air contact area of each electrode plate increases, but since the volume of the working fluid 2 that can be sucked is proportional to the contact area, the large piston 5 moves even though the electrostatic attraction per unit area is the same. You can get the quantity. Each electrode pair 1 and the working fluid 2 are connected to each other by the working fluid 2
When it is inserted and contacted in the wide direction, the contact area with air increases, so that a larger suction volume can be obtained. (Embodiment 2) Next, Embodiment 2 will be described focusing on differences from Embodiment 1.
【００２７】この実施例では動作流体２として実施例１
のものと同じものを用いているが、図２に示すように駆
動源部３と出力部４との間の流体流路７中に第１電気粘
性流体弁10、第２電気粘性流体弁11、第３電気粘性流体
弁12、第４電気粘性流体弁13の４つの電気粘性流体弁を
形成することにより流体流路７の開閉の制御をしてい
る。駆動源部３は１つだけで構成している。また、動作
流体２の循環及び還流のために補助タンク14を設け、そ
の下方を出力部４に連結するとともにその上方を減圧バ
ルブ８を介して駆動源部３に連結している。In this embodiment, the working fluid 2 is used as the first embodiment.
The first electrorheological fluid valve 10 and the second electrorheological fluid valve 11 are provided in a fluid flow path 7 between the drive source section 3 and the output section 4 as shown in FIG. The opening and closing of the fluid flow path 7 is controlled by forming four electrorheological fluid valves, a third electrorheological fluid valve 12 and a fourth electrorheological fluid valve 13. The drive source unit 3 is composed of only one. An auxiliary tank 14 is provided for circulating and circulating the working fluid 2, and the lower part thereof is connected to the output part 4 and the upper part thereof is connected to the drive source part 3 via the pressure reducing valve 8.
【００２８】また、動作流体２の電気特性の安定化のた
めに減圧バルブ８を設け、さらに、駆動源の電極対１間
で吸引してオーバーフローさせた動作流体２の還流のた
めに連通路９を動作流体２が吸引される最大高さの手前
位置に設けている。Further, a pressure reducing valve 8 is provided for stabilizing the electrical characteristics of the working fluid 2, and a communication passage 9 is provided for refluxing the overflowing working fluid 2 between the electrode pair 1 of the driving source. Is provided at a position near the maximum height at which the working fluid 2 is sucked.
【００２９】流体流路７中の電気粘性流体弁はその対向
する電極の対15で流体流路７を挟むことにより形成し、
電極の対15への電場の印加で動作流体２を増粘させるこ
とにより流体流路７の開閉制御をしている。つまり、動
作流体２たる液晶組成物に電場が印加された際にその誘
電異方性によって電気粘性効果を発現し動作流体２が電
場方向に配向して増粘し発生する保持力により、その流
体流路７を閉状態として動作流体２の移動を阻止する。
アクチュエータ機構の動作流体２の流体流路７の開閉制
御は電場の印加による電気粘性流体の粘度変化によって
行い、これによりピストン５の移動方向の切り替え変換
を行う。The electrorheological fluid valve in the fluid flow path 7 is formed by sandwiching the fluid flow path 7 between pairs of electrodes 15 facing each other.
The opening and closing of the fluid flow path 7 is controlled by increasing the viscosity of the working fluid 2 by applying an electric field to the electrode pair 15. That is, when an electric field is applied to the liquid crystal composition as the working fluid 2, the electro-rheological effect is exhibited due to its dielectric anisotropy, and the working fluid 2 is oriented in the direction of the electric field to be thickened and generated. The flow path 7 is closed to prevent the movement of the working fluid 2.
The opening / closing control of the fluid flow path 7 of the working fluid 2 of the actuator mechanism is performed by a change in the viscosity of the electrorheological fluid due to the application of an electric field, thereby switching the movement direction of the piston 5.
【００３０】ピストン５を左側に移動させる際には第１
電気粘性流体弁10と第２電気粘性流体弁11の電極の対15
に電圧を付加し、そこの動作流体２を電気粘性効果によ
り増粘せしめてその流体流路７を閉状態とする。この状
態では第３電気粘性流体弁12と第４電気粘性流体弁13の
電極の対15には電圧は印加しておらず、こちらの流体流
路７は開状態である。一方、ピストン５を右側に移動さ
せる際には、前記と逆の電気粘性流体弁の電極の対15に
電圧を印加する操作を行う。When moving the piston 5 to the left, the first
Electrode pair 15 of electrorheological fluid valve 10 and second electrorheological fluid valve 11
, The working fluid 2 therein is thickened by the electrorheological effect, and the fluid flow path 7 is closed. In this state, no voltage is applied to the electrode pair 15 of the third electrorheological fluid valve 12 and the fourth electrorheological fluid valve 13, and the fluid flow path 7 is open. On the other hand, when moving the piston 5 to the right, an operation of applying a voltage to the electrode pair 15 of the electrorheological fluid valve opposite to the above is performed.
【００３１】なお、動作流体２は、電気粘性流体弁にお
ける電気粘性効果と、駆動源部３における静電引力によ
る十分な移動量とを両立させるような粘度に設定するこ
とが好ましい。It is preferable that the working fluid 2 is set to a viscosity that allows both the electrorheological effect of the electrorheological fluid valve and a sufficient amount of movement of the drive source section 3 due to electrostatic attraction.
【００３２】次に、この実施例の電気粘性アクチュエー
タの使用状態を説明する。出力部４のピストン５を左側
に移動させる際には第１電気粘性流体弁10と第２電気粘
性流体弁11の電極の対15に電圧を付加し、その流体流路
７を閉状態とする。この状態では第３電気粘性流体弁12
と第４電気粘性流体弁13の電極の対15には電圧は印加し
ておらず、こちらの流体流路７は開状態である。そし
て、駆動源部３において電極対１間に電場を印加すると
動作流体２は気体に対して静電引力を受け、開状態の第
３電気粘性流体弁12と第４電気粘性流体弁13を通じて動
作流体２が上方に移動し、この動作流体２の移動に応答
してピストン５が左側へと移動する。Next, the use state of the electrorheological actuator of this embodiment will be described. When the piston 5 of the output unit 4 is moved to the left, a voltage is applied to the electrode pair 15 of the first electrorheological fluid valve 10 and the second electrorheological fluid valve 11 to close the fluid flow path 7. . In this state, the third electrorheological fluid valve 12
No voltage is applied to the electrode pair 15 of the fourth electrorheological fluid valve 13 and the fluid flow path 7 is open. When an electric field is applied between the electrode pair 1 in the drive source unit 3, the working fluid 2 receives an electrostatic attraction to the gas and operates through the third electrorheological fluid valve 12 and the fourth electrorheological fluid valve 13 in the open state. The fluid 2 moves upward, and the piston 5 moves to the left in response to the movement of the working fluid 2.
【００３３】一方、ピストン５を右側に移動させる際に
は、前記と逆の電気粘性流体弁の電極の対15に電圧を印
加する操作を行う。On the other hand, when the piston 5 is moved to the right, an operation of applying a voltage to the electrode pair 15 of the electrorheological fluid valve opposite to the above is performed.
【００３４】ところで、一般に電気粘性流体は電場下に
おける流体の粘性変化のみを利用しているが、このアク
チュエータでは粘性変化のみならず、流体自体の静電引
力に起因する電場−力変換機能を能動的に発現させるよ
うにしている。すなわち、この実施例のアクチュエータ
の動作流体２は、流体アクチュエータの動力源としての
機能と、粘性を制御できる弁としての機能とを併有して
いる。In general, an electrorheological fluid utilizes only a change in viscosity of a fluid under an electric field, but this actuator not only performs a change in viscosity but also activates an electric field-force conversion function caused by electrostatic attraction of the fluid itself. It is made to express it. That is, the working fluid 2 of the actuator of this embodiment has both a function as a power source of the fluid actuator and a function as a valve capable of controlling the viscosity.
【００３５】この実施例の電気粘性アクチュエータは、
次のような利点がある。電場の印加による電気粘性流体
の粘度変化をアクチュエータの流体流路７の開閉の制御
に利用することができ、これによりアクチュエータ機構
の流路の設計に多くの自由度を持たせることもできる。
また、実施例１のアクチュエータではピストン５の往復
運動のために２つの駆動源部３を必要としたが、この実
施例のものは流体流路７の開閉の制御により１つの駆動
源部３のみでアクチュエータを構成することができる。The electrorheological actuator of this embodiment is
There are the following advantages. The change in the viscosity of the electrorheological fluid due to the application of an electric field can be used for controlling the opening and closing of the fluid flow path 7 of the actuator, and thus, the design of the flow path of the actuator mechanism can be made more flexible.
Further, in the actuator of the first embodiment, two drive sources 3 are required for the reciprocating motion of the piston 5, but in this embodiment, only one drive source 3 is controlled by controlling the opening and closing of the fluid flow path 7. Can constitute an actuator.
【００３６】また、この実施例でも、動作流体２が吸引
される最大高さの途中位置に連通路９（バイパス）を設
けているので、連続的に動作流体２の循環をすることが
でき、ピストン５の移動量とその停止位置を任意に設定
することができる。また、ピストン５の移動距離が制限
されないのでピストン５の位置を制御することができ
る。Also in this embodiment, since the communication path 9 (bypass) is provided at an intermediate position of the maximum height where the working fluid 2 is sucked, the working fluid 2 can be continuously circulated. The amount of movement of the piston 5 and its stop position can be set arbitrarily. Further, since the moving distance of the piston 5 is not limited, the position of the piston 5 can be controlled.
【００３７】さらに、電気粘性流体弁13の存在により、
ピストン５の移動量とその位置決め制御に関し高速な対
応がし易いとともに微調整を行うことができる。すなわ
ち、駆動源部３が１つで常に１方向に吸引しているの
で、実施例１のような切り換えによるサージングやタイ
ムラグが非常に少なくなるのである。Further, due to the presence of the electrorheological fluid valve 13,
It is easy to respond at high speed with respect to the movement amount of the piston 5 and the positioning control thereof, and fine adjustment can be performed. That is, since one drive source unit 3 always sucks in one direction, surging and time lag due to switching as in the first embodiment are extremely reduced.
【００３８】なお、動作流体としては次のような特性を
有するものが好ましい。静電引力は電場内の動作流体と
気体との間で発生し、その界面で誘電率の低い気体の方
に動作流体が吸い上がり、その吸い上がる高さは電場が
一定なら動作流体の誘電率と比重（密度）とで決まる。
したがって、より多くの動作流体を吸引するためには高
い誘電率（好ましくは５以上、より好ましくは１０以
上）を有するとともに比重が軽い（比重が好ましくは
１．５以下、より好ましくは１．０以下）ものであるこ
とが好ましい。The working fluid preferably has the following characteristics. The electrostatic attraction is generated between the working fluid and the gas in the electric field. At the interface, the working fluid is sucked up toward the gas with a low dielectric constant, and the height of the suction is the dielectric constant of the working fluid if the electric field is constant. And specific gravity (density).
Therefore, in order to suck in more working fluid, it has a high dielectric constant (preferably 5 or more, more preferably 10 or more) and a low specific gravity (specific gravity is preferably 1.5 or less, more preferably 1.0 or less). The following is preferred.
【００３９】動作流体の電気伝導特性が良すぎると過電
流が流れ、電極対間に異常発熱が起こる場合がある。動
作流体の体積固有抵抗を高くすると電流が流れず印加電
圧も高くすることができその結果動作流体の吸引量も増
加するが、よりよい追従のためには動作流体の電場応答
特性を良くすべく、微弱電流が流れる方が好ましい。例
えば体積固有抵抗がある程度大きく、特に１×１０5 Ω
ｃｍ以上のものが好ましい。If the electrical conductivity of the working fluid is too good, an overcurrent may flow and abnormal heat generation may occur between the electrode pairs. When the volume resistivity of the working fluid is increased, the current does not flow and the applied voltage can be increased. As a result, the suction amount of the working fluid also increases.However, for better tracking, the electric field response characteristics of the working fluid should be improved. It is preferable that a weak current flows. For example, the volume resistivity is large to some extent, especially 1 × 10 5 Ω
cm or more is preferred.
【００４０】動作流体の電気粘性効果があまりに大き過
ぎると、駆動源部での吸引による移動の抵抗となる場合
がある。すなわち、動作流体が高粘度である場合には移
動の際の粘性抵抗が大きくなり、その結果エネルギーの
変換効率と系全体の応答性の悪化を招き、さらに動作流
体の電気粘性特性による粘度変化率が大きくとれなくな
る。したがって、電場非印加時にはできるだけ低粘度
（好ましくは５，０００ｃｐｓ以下、より好ましくは
１，０００ｃｐｓ以下）のものが好ましい。If the electro-rheological effect of the working fluid is too large, there may be a case where the driving force causes a movement resistance due to suction. That is, when the working fluid has a high viscosity, the viscous resistance at the time of movement increases, resulting in deterioration of the energy conversion efficiency and responsiveness of the entire system, and furthermore, the viscosity change rate due to the electro-viscous characteristics of the working fluid. Can not be taken much. Therefore, it is preferable that the viscosity is as low as possible (preferably 5,000 cps or less, more preferably 1,000 cps or less) when no electric field is applied.
【００４１】動作流体として安全性、取扱い容易性、耐
環境性などの考慮が必要であるが、特に融点が室温以下
（使用範囲の下限で液体状のものがよく、特に２０℃以
下のもの）で、引火点が室温以上（使用温度範囲の上限
で引火しないように特に６０℃以上）のものが好まし
い。It is necessary to consider safety, ease of handling, environmental resistance, and the like as the working fluid. Particularly, the melting point of the working fluid is lower than room temperature (the lower limit of the working range is preferably a liquid, and particularly preferably 20 ° C. or lower). And a flash point of room temperature or higher (particularly 60 ° C. or higher so as not to ignite at the upper limit of the operating temperature range).
【００４２】電気粘性アクチュエータ用の動作流体とし
て、例えば液晶成分の配向を利用することができる。そ
の応答速度はネマチック液晶、スメクチック液晶、強誘
電性液晶などの組成や、高分子液晶では溶媒組成などに
依存するのであるが、概ね数ミリ秒のオーダーである。
また、駆動量や電気粘性効果は、液晶組成や溶媒組成の
構造と物性に依存している。As the working fluid for the electrorheological actuator, for example, the orientation of a liquid crystal component can be used. The response speed depends on the composition of a nematic liquid crystal, a smectic liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal, and the like, and in the case of a polymer liquid crystal, depends on the solvent composition and the like, but is generally on the order of several milliseconds.
The driving amount and the electrorheological effect depend on the structure and physical properties of the liquid crystal composition and the solvent composition.
【００４３】低分子液晶として、例えばアゾ系液晶、ア
ゾキシ系液晶、安息香酸フェニルエステル系液晶、シア
ノビフェニル系液晶、シアノフェノール系液晶、シクロ
ヘキシルカルボン酸フェニルエステル系液晶、フェニル
シクロヘキサン系液晶、ビフェニルシクロヘキサン系液
晶、フェニルピリジン系液晶、フェニルジオキサン系液
晶、シクロヘキシルシクロヘキサンエステル系液晶、シ
クロヘキシルエタン系液晶、シクロヘキサン系液晶、ア
ルキルアルコキシトラン系液晶、アルキルシクロヘキシ
ルアルコキシトラン系液晶、アルケニル系液晶、２，３
−ジフルオロフェニレン系液晶、シクロヘキシルシクロ
ヘキサン系液晶、ビシクロオクタン系液晶、キューバン
系液晶、ジシアノハイドロキノン系液晶、シアノチオフ
ェニルエステル系液晶などを選択して実施することがで
きる。また、これらの液晶を任意に混合して実施するこ
とができる。Examples of the low molecular liquid crystal include azo liquid crystal, azoxy liquid crystal, benzoic acid phenyl ester liquid crystal, cyanobiphenyl liquid crystal, cyanophenol liquid crystal, cyclohexylcarboxylic acid phenyl ester liquid crystal, phenylcyclohexane liquid crystal, and biphenylcyclohexane liquid crystal. Liquid crystal, phenylpyridine-based liquid crystal, phenyldioxane-based liquid crystal, cyclohexylcyclohexane ester-based liquid crystal, cyclohexylethane-based liquid crystal, cyclohexane-based liquid crystal, alkylalkoxytran-based liquid crystal, alkylcyclohexylalkoxytolan-based liquid crystal, alkenyl-based liquid crystal, 2,3
-A difluorophenylene-based liquid crystal, a cyclohexylcyclohexane-based liquid crystal, a bicyclooctane-based liquid crystal, a cuban-based liquid crystal, a dicyanohydroquinone-based liquid crystal, a cyanothiophenylester-based liquid crystal, or the like. Further, these liquid crystals can be arbitrarily mixed for implementation.
【００４４】高分子液晶としては、前記低分子液晶成分
を組成としたもので、ライオトロピック液晶（コレステ
リック液晶、スメクティック液晶、或いはネマチック液
晶を液晶相とする）では、芳香族ポリアミド系液晶ポリ
マー、ポリフェニレンベンゾチアゾール系液晶ポリマー
などが、或いは、サーモトロピック液晶では、ポリエス
テル系液晶ポリマー、ポリエステルアミド系液晶ポリマ
ー、ポリアゾメチンポリエステル系液晶ポリマーなどを
選択して実施することができる。The high-molecular liquid crystal is composed of the above-mentioned low-molecular liquid crystal component. In the case of a lyotropic liquid crystal (a cholesteric liquid crystal, a smectic liquid crystal, or a nematic liquid crystal is used as a liquid crystal phase), an aromatic polyamide-based liquid crystal polymer, polyphenylene, or the like is used. A benzothiazole-based liquid crystal polymer or the like, or a thermotropic liquid crystal, can be implemented by selecting a polyester-based liquid crystal polymer, a polyesteramide-based liquid crystal polymer, a polyazomethine polyester-based liquid crystal polymer, or the like.
【００４５】[0045]
【発明の効果】この発明は上述のような構成であり、次
の効果を有する。The present invention is configured as described above and has the following effects.
【００４６】電場を電気粘性流体に印加することにより
起きる動作流体の変位を駆動源とすることができるの
で、コンプレッサーやポンプなどの動力源がなくても機
能し得る電気粘性アクチュエータを提供することができ
る。Since the displacement of the working fluid caused by applying an electric field to the electrorheological fluid can be used as a driving source, it is possible to provide an electrorheological actuator which can function without a power source such as a compressor or a pump. it can.
【図１】この発明の電気粘性アクチュエータの実施例１
の説明図。FIG. 1 is a first embodiment of an electrorheological actuator of the present invention.
FIG.
【図２】この発明の電気粘性アクチュエータの実施例２
の説明図。FIG. 2 is a second embodiment of the electrorheological actuator of the present invention.
FIG.
１ 電極対 ２ 動作流体 ３ 駆動源部 ４ 出力部 Reference Signs List 1 electrode pair 2 working fluid 3 drive source 4 output
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−152978（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−163603（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F15B 21/06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-1-152978 (JP, A) JP-A-62-163603 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) F15B 21/06
Claims (4)
作流体とし、電極対間に付与する電場を電気粘性流体に
印加することにより発生した静電引力によって、この動
作流体を吸引せしめて変位させるようにするとともに、
この動作流体の変位を駆動源としたことを特徴とする電
気粘性アクチュエータ。An electrorheological fluid is used as a working fluid of an actuator mechanism, and the working fluid is sucked and displaced by an electrostatic attraction generated by applying an electric field applied between the electrode pairs to the electrorheological fluid. Along with
An electrorheological actuator, wherein the displacement of the working fluid is used as a drive source.
を起こさせるための駆動源部と、駆動源部で起きた動作
流体の変位を外部に伝達するための出力部とを具備する
請求項１記載の電気粘性アクチュエータ。2. A drive source unit having an electrode pair for causing displacement of a stored working fluid, and an output unit for transmitting the displacement of the working fluid generated in the drive source unit to the outside. The electrorheological actuator according to claim 1.
開閉制御を、電場の印加による電気粘性流体の粘度変化
によって行うようにした請求項１又は２記載の電気粘性
アクチュエータ。3. The electrorheological actuator according to claim 1, wherein the control of opening and closing of the flow path of the working fluid of the actuator mechanism is performed by changing the viscosity of the electrorheological fluid by applying an electric field.
のである請求項２乃至４のいずれかに記載の電気粘性ア
クチュエータ。4. The electrorheological actuator according to claim 2, wherein the electrode pairs of the drive source section are stacked in multiple layers.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP7179695A JP2920601B2 (en) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | Electrorheological actuator |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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| JPH08270615A JPH08270615A (en) | 1996-10-15 |
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1995
- 1995-03-29 JP JP7179695A patent/JP2920601B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH08270615A (en) | 1996-10-15 |
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