JPH03231117A - 緩衝器などの変位量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野」 この発明は、自動車用ンヨックアブソーバなどに付設さ
れて変位量を検出し、車高制御、車体玉丁動の制＠なと
に利用できろ変位量検出装置に関し、ウィーブマン効果
と＆ＦＬ歪遅歪線延線みに利用しｆ二ものに関する。

７従来の技術。

従来、２つの物体の変位量を検出する装置として、磁気
スケールを利用する検出装置と光学的スケールを利用す
る検出装置、および差動変圧器を利用する検出装置が知
られている。

磁気スケールを利用する検出装置は、適当な磁気記録媒
体に交互にＳ極とＮ極を着磁し、測定すべき一方の物体
に磁気記録媒体を固定するとともに、他方の物体に磁気
ヘッドを固定しておき、２つの物体の相対移動により磁
気記録媒体に対して磁気ヘッドを相対移動させ、磁気ヘ
ッドにより磁気信号の読み取りを行って２つの物体の変
位を検出することができるものである。

また、光学的スケールを利用する検出装置は、適当な遮
蔽板などの記録媒体に微細な透孔あるいはビットを形成
しておき、この透孔を通過する光あるいはビットを反射
する光を検知することで２−〕の物体の変位を検出する
ことができるしのである。

更に、差動変圧器を利用する検出装置は、１次コイルに
χを向させて１組の２次コイルを設け、次コイルで磁場
を発生させた状態で１次フィルと２次コイルの間に移動
自任に鉄片を設けた場合、１次コイルと２次コイルの中
央部に位置した鉄片が移動するに従い、１次コイルから
１組の２次コイルか受ける磁束が、直線的な感度でもっ
て変動する現象をｆｌｌ用したものである。

７発明が解決しようとする課題 ところが、前記の磁気スケールあるいは光学的スケール
を利用する検出装置では、２つの物体の絶対位置の検出
ができない欠点がある。なお、これらの装置によって絶
対位置を検出するためには、零点復帰、もしくは、スイ
ッチオフ時の位置をメモリに記憶しておく必要があり、
そうでない場合は多チャンネルのスケールを用意しなく
てならない問題がある。

また、磁気スケールを用いろ装置では、磁気ヘッドを磁
気記録媒体に対しである程度接近させた状態で保持しな
くてはならないが、磁気ヘッドと記録媒体との距離が数
ｌＯμｍより大きくなると感度が低下し、使用できない
問題がある。従って磁気スケールを利用する検出装置を
自動車用ショックアブソーバなどの振動の多い装置の変
化！１ｍ出に利用しようとすれば、磁気ヘッド破損の可
能性が大きく、破損しないまでも磁気ヘッドと記録媒体
が摩耗するおそれが大きい。

更に差動変圧器を利用した検出装置においては、数１０
ｍｍ程度までの鉄片の変位量は計測可能であるが、それ
以上の変位量を検出することは不可能であり、自動車用
ショックアブソーバなどに応用することはできないもの
であった。

本願発明は前記課題を解決するためになされたもので、
作動開始後、零点復帰することなく基部と従属部の絶対
変位量がわかるとともに、自動車用ショックアブソーバ
などのように振動や変位量の大きな装置に適用すること
が容易であって摩耗や破損−）可能性の少ない変位量検
出装置を提供ｔろことを目的とする。

課題を解決するための手段 本願発明は前記課題を解決するために、互いに相χ１序
動自在に設けられて両番間の間隔を変位させる基部およ
び従属部に設けられ、前記基部と従＠部の相対移動の変
位量を検出する装置において、１ｒ工記基部と従＠部の
どちらか一方に、強磁性体からζる磁歪遅延線を基部ま
１こは従属部の移動方向に沿−て取り付け、前記基部と
従属部の残りの一方に１ｉ７ｉ記磁歪遅延線を囲む磁界
発生源を設けるとともに、前記ｖＬ上遅遅延線両端部に
１４極を取り付け、前記電極にパルス電流発生源を接続
する一方、磁歪遅延線の一部に磁歪波を検出する検出器
を付設しｒ二ものである。

作用　− 磁歪遅延線の一部に外部磁界を作用させた状態で磁歪遅
延線に電流を流すと、電流により生じる磁場と作用磁界
による外部磁場とが合成されてらせん状の磁場が作用し
、これによって磁歪遅延線に磁気歪が生しろ。そして、
この磁歪波が磁歪遅延線を伝播するので、この磁歪波を
検出部で捕らえ、磁歪波捕捉までの時間を計測し、磁歪
遅延線固有の音速を基に計算することで検出部から磁界
の作用部分までの距離を一義的に算出できる。

従って基部と従属部が相対運動を行っている場合、相対
運動により磁界が磁歪遅延線に作用する部分が時間変化
し、磁歪波の生成位置が変動するので、磁歪波を連続検
出し、その間隔を測定することで、基部と従属部の変位
量を検出できる。

「実施例」 第１図と第２図は、本願発明を自動車用ショックアブソ
ーバ（緩衝器）に適用可能とした一実施例を示すもので
、この実施例の検出装置は、自動車の車軸部と車体部と
の間に取り付けられるショックアブソーバに並設、ある
いは、組み込まれて設けられ、ショックアブソーバの変
位量を検出できる構造のものである。車両用ショックア
ブソーバとは、内部に設けた油圧流路のオリフィス孔を
油が通過する際の流動抵抗を利用する構造などのもので
、重輪を介して車体に振動や傾斜か加わった場合の緩衝
作用をなすものである。

第１図に示す検出装置ｌｌは、下部か開口した外面（基
部）２と上部が開口しｒ二内筒（従属部）３を遊嵌して
なる構造であって、例えば、外筒２の上端部が図示略の
車体部側に内筒３の底部が車軸部側に取り付けられるよ
うになっている。

前記外筒２の内土鳩部中央には、駆動部４と検出部５を
介して磁歪遅延線６が外筒２の中心軸線に沿って固定さ
れている。この磁歪遅延線６の先端部は、内筒３の底面
から所定間隔離れた位置まで延出されていて、磁歪遅延
線６の先端部と内筒３の底面との間の距離は外筒２と内
筒３の最大変位＠（変動距離）よりも大きくなるように
形成されている。

また、前記内筒３の向上部には、支持部材７によって支
持されたリング状の磁場発生源８が磁歪遅延線６の外周
を囲むように支持されている。

前記磁歪遅延線６は、磁歪効果を有する強磁性材料から
なる丸棒状のもので、強磁性材料とじて磁歪定数が大き
いものを用いることが好ましい。

まｒコ、前記強磁性材料は、鴫弾性係散か小さいしのを
用いることが好ましい。これは、温度により磁歪波の伝
播速度が変化し、磁歪波の遅延時間が変化することを防
止するためである。

以上のような特性を満足するものとして、ＦｅＮ　ｉ−
Ｃｒ−Ｔ　ｉ系の合金、Ｆｅ−Ｃｏ系の合金、Ｎ１−Ｃ
。

系の合金などを使用することができ、具体的には、Ｎｉ
４２％、Ｃｒ５．５％、Ｔｉ２％を含有し、Ｆｅ残部の
組成を有する合金、あるいは、前記の組成に微ｉｉｉ加
元素を含有さ仕たもの、更には、Ｆｅ（３０−７０％）
Ｎ１合金、Ｆｅ−（５０−８０％）Ｇ。

合金などを使用することができる。また、磁歪遅延線６
の直径は特に限定されないが、直径が大きくなると、音
波の伝播・反射のモードが複雑になり、検出するための
Ｓ／Ｎ比が劣化するとともに、後述するように外部磁場
により磁化させた場合に、磁歪遅延線６の中心部まで十
分に着磁されなくなり、反射される磁歪型の比率が少な
くなり、Ｓ／Ｎ比か劣化する。従って磁歪遅延線６の直
径は、通常、ｔｌ、ｌ−１，０ｍｍ程変に設定すること
が好ましい。ｒ；お、前記磁歪遅延線６の形状は丸棒状
に限：ｌず、ａＩ棒、円筒状などのＬｌずれの形状ても
差し支えζい。

前記磁場発生源８は、磁歪遅延線６の長さ方向の一部に
灯して磁場を加えることかできるものであれば、永久磁
石でも電磁石でも良く、その形状もリング状に限らない
。なお、この磁場発生源８が磁場を作用させた場合、磁
歪遅延線６に対して第３図に示すように磁力線が向くよ
うになっている。

第２図は、磁歪遅延線６に電流を流すｆ二めの駆動部４
と検知部５を示すもので、磁歪遅延線６の上下両端部に
電極１０が固定され、電極１０．ｌＯがパルス電流を流
す電源装置ｌｌに接続線１２を介して接続されている。

なお、前記電源として、単安定マルチバイブレータなど
を用いることができる。なお、第２図では駆動部４を略
して記載しているが、駆動部４は電極１０と電源１１と
接続線１２の一部を含んで構成され、駆動部４から弓き
出されｒ二接続線１２が磁歪遅延線６の上端部の電極ｌ
Ｏに接続されている。また、検知部５は、磁歪遅延線６
の上部にコイルを艶回して構成されている。

次に前記構成の装置を用いて基部２と従属部３の変位量
を検出する場合について説明する。

磁場発生源８による磁場が第３図に示すように磁歪遅延
線６に作用している状聾て、電源装置ＩＯかパルス状の
電流を磁歪遅延線６に流すと、磁歪遅延線６には、前記
磁場とは別に第４図の矢印に示すように磁歪遅延線６の
円周方向に磁場を発生させようとする。

そしてパルス電流による円周方向の磁場と前記磁場発生
源８による磁場とが合成される結果、磁場発生源８の内
側の磁歪遅延線６には、第６図に示すように磁歪（ねじ
り振動）が発生する。そしてこのねじり振動は、粗密波
となって第７図と第８図に示すように磁歪遅延線６に沿
って伝播し、検出部５に到達する。ここで、このねじり
振動が検出部５に到達すると、検出部５のコイルにねじ
り振動の大きさに比例した電圧を逆つィーデマン効果に
より生しるので、検出部５にねしり振動が到達したこと
を検出することができる。ここて逆つィーデマン効果と
は、強磁性体の円筒体に対し、交番的な磁化を惨えなが
ら棒体をねしって偶力を与えろと、円筒体に巻回してお
いた２次コイルに偶力に比例した交流電圧を生しる現象
として知られているものである。

ところで、第９図に示す磁界発生源８の内側の磁歪遅延
線６においては、第１０図に示すような磁場の強さ（磁
束密変Ｂ）になっているので、ウィーブマノ効果は磁歪
Ｉ！！延線６の中心軸部分で最も強く現れる。また、第
１１図に示すようなパルス電流を電極１０．１０から磁
歪遅延線６に加えた場合、検出部５で検出される波は、
第１２図に示すようなピークを持った波（第１２図では
理解の容易のために横波状に描いているが、実際は粗密
波である。）が得られ、第１２図のピークは第１０図の
ピークに対応する。従って検出部５からの出力をコンパ
レータにかけてピーク値を取ることができる。

そして、パルス電源１１により磁歪遅延線６にパルス電
流を流したｌパルスあたりの時間と、検出部５にねじり
振動が到達してピークが得られた時間との時間差を求め
、更に磁歪遅延線６に特有のねじり振動の伝播速度（材
料によって固仔の音速）を求めると、計算によって一義
的に検出部５とねしり振動発生位！１（ａｔ磁界発生源
の位置）との距離を求めることができ、これによって基
部２と従＠部３との相対的位置変化を求めることかでき
る。

なお、検出部５に伝播するねしり振動の粗密波は第４図
ないし第８図に示す場合とは逆に、磁歪ｊ！！延線６の
下方側にも伝播する（図面では省略）。

この下方側に伝播したねじり振動は、磁歪遅延線６の下
端部で反射された後に再び磁歪ＭｆＬ線６の上端部側に
伝播して検出部５に到達するが、検出部５では先に到達
したねじり振動の粗密波のピークを検出済みであるので
、この反射波が検出精度に影響を及ぼすことはない。

二こて前記１＆部２と従属部３とが連続的に相対序動し
ている場合、磁場発生源８が磁歪遅延Ｉａ６を囲む位置
が変動し、この変動に応してねしり振動を主しろ位置か
変動するので、ねじり振動が検出部５に到達する時間も
刻々と変動するが、所定の周期のパルス電流を磁歪遅延
線６に付加しているので、ねしり振動の到達時間の変化
によって基部２と従ｊ属駆３との変化量を容易に知るこ
とかできる。また、前記構成の検知装置１は、作動開始
後に直らに基部２と従属部３との変化量を検出できるの
で、自動車などにおいて停車した時の状態に関係なく、
緩衝器の変化量を検出することかできる。従って緩衝器
の変化量に応じて車体の姿勢制御を行えば、自動車の姿
勢制御調節が可能となる。

なお、Ｆｒ記構成の検出装置においては、磁歪遅延線６
と磁場発生源８との距離を２０−ｉ＋程度あるいはそれ
より若干小さい値に設定すれば使用可能であり、磁気ス
ケールを利用した従来の検出装置のように磁気ヘッドと
記録媒体の距離を数１０μｍの距離とする必要はないの
で、振動や振幅の大きな自動車の１１＃Ｉ器の変位徹検
出用として好適であり、自動車用として使用しても部分
的に摩耗や破廣を生しるおそれは少ない。

ところで前記実施例においては、磁歪遅延線６の上部に
コイルを巻回することで検出部５を構成したが、検出部
５の構成はコイルを巻回した構成に限るものではなく、
第１３図に示す構成であっても良い。

第１３図に示すように、コイルの代わりとして磁歪遅延
線６の上端部に圧電素子１５を固着し、圧電素子により
磁歪遅延線６のねじり振動を検出し、ねじり振動の大き
さを電気信号に返還してこの電気信号の出力のピークを
取るようにして前記の場合と同様の計算を行えば、先の
実施例の場合と同様に基部２と従属部３との変化量を検
出することができる。

第１４図は本願発明の変位量検出装置を組み込んで構成
されたシタツクアブソーバ（緩衝器）の−例を示すもの
である。

この例のノヨソクアブソーバ２０においては、外筒２２
と内筒２３を摺動自在に遊嵌して構成され、内筒２３が
密閉構造にされるとともに、外筒２２の内部北面中央部
に内筒２３の内部側まで延出するピストンロット２４が
固着され、このピストノロノド２４の先端部に内筒２３
の内周面に沿って摺動するビストノ２５が取り付けられ
ている。

前記ピストン２５にはオリフィス孔２５ａ、２５ａが形
成され、内筒２３の内部にはオイルが封入されている。

そして、ＦＦＩ記ビストノロッド２４は円筒体から構成
され、ピストンロッド２４の内部に磁歪遅延線２６が張
設され、内筒２３の内周面にはピストノロブト２４を囲
む磁場発生源２８が設けられている。なお、前記ビスト
ノロッド２４はステルレス調などの非磁性体材料から構
成されている。なおまた、磁歪遅延線２６の上部側に接
続される検出部と駆動部は先に説明した実施例と同等で
あるので、第１４図では省略しである。

更に、第１４図中、符号２２ａは外筒２２を自動車など
の車体部側に接続するためのブラケット、符号２３ａは
車軸部側に接続するためのブラケットである。

前記構造の７ヨツクアブノーバ２０は、外筒２２と内筒
２３の相対摺動に上り内筒２３の内部をビストノ２５が
摺動し、オリフィス孔２５ａを通過するオイルの流動抵
抗によって緩衝作用をなすものである。

更に前記ノロックアブソーバ２０においては、ビストノ
２５の移動距離を前記の実施例と同等の作用でもって検
出することができ、車体の姿勢制御など、先の実施例と
同等の効果を奏することができる。

第１５図は本願発明の変位量検出装置を組み込んで構成
されたノロックアブソーバの他の例を示すものである。

この例のノロックアブソーバ３０において、３２は外筒
、３２ａはブラケット、３３は内筒、３３ａはブラケッ
ト、３４はピストンロッド、３５はピストン、３５ａは
オリフィス孔、３６は磁歪遅延線、３８は磁場発生源を
それぞれ示している。

この例５０装置では、磁場遅延線３６を外ｒ！Ｉ３２の
内北面にピストン口ｔ　ト’　３４と平行に張設し、磁
土遅延線３６の先端側を内筒３３の内側まて延出し、内
筒３３の内周面に磁歪遅延線３６を囲む磁場発生源３８
を設けたものである。なお、内筒３３の丘面部において
磁場遅延線３６が挿通し摺動する部分は液密構造になっ
ている。

この実施例においても前記の実施例と同等の効果かえら
れる。

ところで以上説明した２つの例では、本願発明をモノチ
ューブ式の７ヨノクアブノーバに適用した例について説
明したが、本願発明をツインチュブ式ノヨノクアブソー
バあるいはその他の形式の７ヨツクアブソーバに適用し
ても良いのは勿論である。

１発明の効果」 以上説明したように本願発明の装置は、磁歪遅延線に磁
場をかけた状態で電流を流すことで、ねじり振動などの
磁歪波を発生させることができ、基部と従属部が相対運
動を行う場合、相対運動により磁歪波の生成位置が変動
しても、検出部で磁歪波を連続検出することで、磁歪波
の発生位置と検出部の位置との距離を算出することがで
き、基部と従属部の変位量を検出することができる。

また、本願発明の装置は、作動開始後、直ちに基部と従
属部との変化量を検出できるので、自動車などにおいて
停車した時の状態に関係なく、緩衝器の変化量を検出し
て自動車の姿勢制御に利用することが可能である。

更に本願発明の装置では、磁歪遅延線と磁場発生源との
距離を２０ｍｍ以下の適切な値に設定すれば使用可能で
あり、磁気スケールを利用した従来の検出装置のように
磁気ヘッドと記録媒体の距離を数ｌＯμｍの距離とする
必要はないので、振動や振幅の大きな自動車用として好
適であり、自動車用として利用しても摩耗や破損のおそ
れが少ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の検出装置の一実施例の構成を示す略図
、 第２図は同実施例の一部を示す構成図、第３図は磁場発
生源が磁歪遅延線に作用させる磁力線を示す説明図、 第４図ないし第１Ｏ図は本発明装置の作動原理を説明す
るためのもので、 第４図は磁歪遅延線内に発生させた磁場を示す説明図、 第５図は磁歪遅延線内に磁歪を生した状態を示す説明図
、 第６図は磁歪遅延線内に生したねしり振動の位置を示す
説明図、 第７図は磁歪遅延線内をねしり振動が伝播している状態
を示す説明図、 第８図は検出部にねじり振動が到達した状態を示す説明
図、 第９図は磁場発生源と磁歪遅延線の関係を示す説明図、 第１Ｏ図は磁場発生源の内側の磁歪遅延線に生しる磁場
の強さを示す説明図、 第１Ｉ図は磁歪遅延線に付加するパルス波の一例を示す
波形図、 第１２図は検出部で得られる波形の一例を示す図、 第１３図は本願発明の池の実施例を示す構成図、簗１４
図は本願発明を適用した緩衝器の一実施例を示す断面図
、 第１５図は本願発明を適用した緩衝器の他の実施例を示
す断面図である。 検出装置、２．２２．３２　　・外筒（基部）、３２３
．３３　　内筒（従属部）、４　駆動部、５　・検出部
、６゜２６．３６・磁歪！延線、７・・支持部材、８．
２８．３８・・磁場発生源、１０・・電極、１１ｉＩＥ
源、＋２・・・接続線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 互いに相対移動自在に設けられて両者間の間隔を変位さ
   せる基部および従属部に設けられ、前記基部と従属部の
   相対移動の変位量を検出する装置において、前記基部と
   従属部のどちらか一方に、強磁性体からなる磁歪遅延線
   を基部または従属部の移動方向に沿って取り付け、前記
   基部と従属部の残りの一方に前記磁歪遅延線を囲む磁界
   発生源を設けるとともに、前記磁歪遅延線の両端部に電
   極を取り付け、前記電極にパルス電流発生源を接続する
   一方、磁歪遅延線の一部に磁歪波を検出する検出器を付
   設したことを特徴とする緩衝器などの変位量検出装置。