JPH05332329A - 駆動シリンダの速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気粘性流体を使用する駆動シリンダにおい
てビビリ振動等の発生がない速度制御装置を提供するこ
と。 【構成】 駆動シリンダ７の速度制御装置１８は、電気
粘性流体２を挟む円筒電極１２と外側電極１３との間に
パルス状の正電圧と負電圧とを交互に印加して電気粘性
流体２の粘性を制御する。ここで、制御手段は、駆動シ
リンダ７の速度を制御する時に、一定の絶対値を有する
正電圧および負電圧の方形パルスを電極に交互に常に印
加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体により作動される
駆動シリンダの速度制御装置に関し、さらに詳細には、
外部電界強度に応じてその粘性を著しく変化させる電気
粘性流体により作動される駆動シリンダの速度制御装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電気粘性流体を作動油としてシリンダを
駆動し、電気粘性流体に与える外部電界の強度を制御す
ることにより駆動シリンダの速度を制御する駆動シリン
ダの速度制御装置が、本出願人により特開昭６３−１４
４１５０号公報において提案されている。一般に、電気
粘性流体としては、シリコンオイル等の電気絶縁性分散
媒体中にシリカ、セルロースや各種イオン交換樹脂等か
らなる分散相粒子を分散懸濁させたものが使用されてい
る。

【０００３】この電気粘性流体に外部電界を印加する
と、流体の粘度が著しく上昇し、大きいせん断力を誘起
するウィンズロー効果が起こる。このウィンズロー効果
によれば、流体の粘度を電気信号により容易かつ速い応
答速度で制御することができる。ここで、外部電界を発
生させるための電圧は、交流であっても直流であっても
良いことが知られている。

【０００４】しかし、直流電圧を印加して電界を発生さ
せる速度制御装置では、時間経過と共に微粒子が電極面
に移行し沈着する傾向がある。そのため、実質的に電極
間隔が狭められることとなり、電圧により速度を正確に
制御することが困難となる。

【０００５】これを回避するために、特開平１−１４４
３７４号公報において、交互に符号を変えた直流電圧を
パルス的に印加する電気粘性流体の制御方法が提案され
ている。これにより、微粒子の電極面への移行沈着を防
止できるとしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１ー１４４３７４号公報においては、直流電圧をパルス
的に正負交互に印加し、電気粘性流体の粘度を変化させ
るために電力量を変化させる方法として電圧の絶対値を
変化させるのではなく、電圧を印加しない時間を設けて
電力量を制御している。このことには、以下の様な問題
があった。すなわち、正負の直流電圧の絶対値が等しく
符号の反転が瞬時である場合は、電気粘性流体の粘度が
変化しないので、駆動シリンダにビビリ振動が発生しな
いが、直流電圧を印加しない時間が存在したり、正負の
直流電圧の絶対値が絶えず変化すると、電気粘性流体の
粘度に変化が発生し、駆動シリンダの動きにビビリ等の
振動が発生して駆動シリンダを精密な送りに使用する上
で問題があった。

【０００７】ここで、印加する直流電圧が変化した場合
に駆動シリンダにビビリ等の振動が発生する問題は、従
来まったく認識されていなかった新しい技術課題であっ
た。このことは例えば、特開平１−１４４３７４号公報
に、「パルスの形状は必ずしも方形波でなくてとも正弦
波、場合によっては三角波であってもよい。」と記載さ
れいる。しかし、交流正弦波を印加した場合に微粒子の
電極面への移行沈着を防止することはできるが、電圧の
絶対値が絶えず変化することにより電気粘性流体の粘度
が絶えず変化するため、駆動シリンダの動きに図７に示
す様なビビリ振動が発生して駆動シリンダを精密な送り
に使用する上で問題がある。このことは、三角波を印加
した場合も同様である。

【０００８】すなわち、電気粘性流体に交流正弦波によ
る電圧を印加して駆動シリンダを動かした場合のピスト
ンの振動を示す。横軸に時間軸をとり、縦軸に駆動シリ
ンダの変位Ｘ、速度Ｖ、加速度Ａをとると、加速度Ａに
示すようにピストンにビビリ振動Ｂが発生する。このよ
うに、印加する直流電圧が変化した場合に駆動シリンダ
にビビリ等の振動が発生する問題は、従来まったく認識
されていなかったことは明かである。

【０００９】このような駆動シリンダ装置を半導体工程
等の精密な搬送を必要とする工程における搬送装置とし
て利用した場合、搬送物に有害な振動や衝撃を与えるだ
けでなく、塵埃や騒音を発生し、工程全体に悪影響を与
えていた。

【００１０】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、電気粘性流体を使用する駆動シ
リンダにおいてビビリ振動等の発生がない速度制御装置
を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の駆動シリンダの速度制御装置は、電気粘性
流体を挟む電極と、該電極間にパルス状の正電圧と負電
圧とを交互に印加して該流体の粘性を制御する制御手段
とを有する駆動シリンダの速度制御装置であって、前記
制御手段が駆動シリンダの速度を制御する時に、一定の
絶対値を有する正電圧および負電圧の方形パルスを電極
に交互に常に印加する。

【００１２】また、本発明の駆動シリンダの速度制御装
置は、電気粘性流体を挟む電極と、該電極間にパルス状
の正電圧と負電圧とを交互に印加して該流体の粘性を制
御する制御手段とを有する駆動シリンダの速度制御装置
であって、前記制御手段が駆動シリンダの速度を制御す
る時に、絶対値の変動が１０％以内である正電圧および
負電圧の方形パルスを電極に交互に常に印加すると共に
方形パルスの絶対値を変化させることにより、駆動シリ
ンダの速度を変化させる。

【００１３】

【作用】上記の手段よりなる本発明の駆動シリンダの速
度制御装置の電極は、電気粘性流体に電圧をかける。ま
た、制御手段は、該電極間にパルス状の正電圧と負電圧
とを交互に印加して該流体の粘性を制御する。ここで、
制御手段は、駆動シリンダの速度を制御する時に、一定
の絶対値を有する正電圧および負電圧の方形パルスを電
極に交互に常に印加する。これにより、電気粘性流体に
は常に絶対値の等しい直流電圧が印加されるので、電気
粘性流体の粘度が変化しないため、ビビリ振動等の発生
無しに駆動シリンダを駆動できる。

【００１４】ここで、正電圧および負電圧の方形パルス
の絶対値の変動が１０％以内であれば、駆動シリンダに
ビビリ振動が発生しない。また、制御手段は、方形パル
スの絶対値を変化させることにより、電気粘性流体の粘
度を変化させ、駆動シリンダの駆動速度を変化させる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例である電
気粘性流体を使用した駆動シリンダの速度制御装置につ
いて、図面を参照しながら説明する。図３に電気粘性流
体を使用した駆動シリンダ７および制動シリンダ１７の
構成を断面図で示す。シリンダチューブ１０、エアチュ
ーブ１１、オイルチューブ３およびオイル本チューブ１
の４本の中空管が、両端部をエンドブロック８に各々嵌
合され付設されている。

【００１６】本実施例で使用されている駆動シリンダ７
および制動シリンダ１７はロッドを有しないロッドレス
シリンダである。従って、シリンダチューブ１０の内側
に摺動自在に勘合するピストンは、複数のピストン側磁
石５ａ，５ｂをボルト１４で連結して構成され、シリン
ダチューブ１０およびオイル本チューブ１の外側には、
各々ピストン側磁石５ａ，５ｂに対応した位置に複数の
摺動体側磁石６ａ，６ｂを構成要素とする摺動体４ａ，
４ｂが設けられている。そして、駆動シリンダ７の外周
に設けられた摺動体４ａと制動シリンダ１７の外周に設
けられた摺動体４ｂとは、連結部材９により連結され一
体的に摺動する。

【００１７】駆動シリンダ７の右側エア室は、エア孔１
４に連通している。また、駆動シリンダ７の左側エア室
は、エンドブロック８に穿切されている中空部１６およ
びエアチューブ１１を介してエア孔１４に連通してい
る。制動シリンダ１７の右側オイル室は、右側のエンド
ブロック８に穿切されている速度制御装置１８の上部と
連通している。また、制動シリンダ１７の左側オイル室
は、エンドブロック８に穿切されている中空部１５およ
びオイルチューブ３を介して速度制御装置１８の下部に
連通している。

【００１８】速度制御装置１８は中空パイプ状の外側電
極１３と、外側電極の内側にあって円筒状の円筒電極１
２とより構成されている。外側電極１３および円筒電極
１２とには、各々電圧をかけるための電線１９が接続さ
れている。制動シリンダ１７、オイルチューブ３および
速度制御装置の内部には電気粘性流体２が充填されてい
る。本実施例では、電気粘性流体２として、シリコンオ
イル中にシリカ、セルロースや各種イオン交換樹脂等か
らなる分散相粒子を分散懸濁させたものを使用してい
る。

【００１９】次に、速度制御装置１８を制御する制御手
段の構成について説明する。図１に外側電極１３および
円筒電極１２に電圧を印可するための制御回路を示す。
制御回路は、定電圧電源２１、電圧調整回路２２、第一
スイッチング回路２３、方形波発振回路２４、第二スイ
ッチング回路２５および昇圧トランス２６とにより構成
されている。図２に上記制御手段の機能をタイムチャー
トで示す。

【００２０】方形波発振回路２４は、一定間隔の方形波
であるＦ１パルスおよびＦ１パルスにインバータをかけ
たＦ２パルスとを出力する。ここで、Ｆ１パルスの周波
数は１Ｈｚ以上であることが必要である。Ｆ１パルスの
周波数が１Ｈｚ未満であると、電気粘性流体２中の微粒
子が電極部に沈着し、速度制御装置の性能が劣化するか
らである。電圧調整回路２２は、図示しない中央制御装
置から駆動シリンダ７の速度指令を受けて、その速度に
対応する制動を制動シリンダ１７にかけるように必要な
一定電圧を供給する。

【００２１】第一スイッチング回路２３は、電圧調整回
路２２から受けた一定電圧および方形波発振回路２４か
ら受けたＦ１パルスに基づいて一定の方形波状のＱＡ電
圧を出力する。第二スイッチング回路２５は、電圧調整
回路２２から受けた一定電圧および方形波発振回路２４
から受けたＦ２パルスに基づいて一定の方形波状のＱＢ
電圧を出力する。

【００２２】昇圧トランス２６の一次側コイルは、ＱＡ
電圧およびＱＢ電圧を逆方向から受けるため、一次側コ
イルの電圧ＶＡＢは、図に示すように一定の絶対値を有
する正電圧および負電圧の方形パルス状となる。昇圧ト
ランス２６は、一次側で受けた電圧を外側電極１３およ
び円筒電極１２に印加して電気粘性流体２の粘度を変化
させるレベルの高電圧に変換する。

【００２３】次に、上記構成を有する駆動シリンダの速
度制御装置の作用について説明する。駆動シリンダ７の
右エア室に作動空気が流入されると、シリンダチューブ
１０内のピストンが図中の左方向に移動する。ピストン
を構成するピストン側磁石５ａが移動すると、ピストン
側磁石５ａに対してシリンダチューブを介して磁力で吸
引される摺動体側磁石６ａが、ピストン側磁石５ａと共
に移動し、摺動体４ａが図中の左方向に移動する。この
とき、制動シリンダ１７の外周に取り付けられている摺
動体４ｂは、連結部材９により摺動体４ａと一体になっ
ており、摺動体４ｂは摺動体４ａと一体的に動作する。

【００２４】そして、摺動体４ｂが図中の左方向に移動
し、摺動体側磁石６ｂが移動すると、摺動体側磁石６ｂ
に対してシリンダチューブを介して磁力で吸引されるピ
ストン側磁石５ｂが摺動体側磁石６ｂと共に移動し、ピ
ストンがオイル本チューブ１内を図中左方向に移動す
る。ピストンがオイル本チューブ１内を移動すると、電
気粘性流体２がピストンにより左方向に押されると同時
にピストンの右側に圧力低下を発生し、電気粘性流体２
は図中反時計回りに移動される。このとき、電気粘性流
体２は、速度制御装置１８内の外側電極１３と円筒電極
１２により形成される間隙を通過する。

【００２５】ここで、電気粘性流体２は、外側電極１３
と円筒電極１２との間にかけられる電圧により発生する
電界の影響を受けて流体の粘度が高くなる。従って、外
側電極１３と円筒電極１２との間にかける印加電圧を高
くすると、駆動シリンダ７の摺動体４ａの移動速度は低
下する。印加電圧と摺動体の移動速度との関係を図６に
示す。印加電圧として６０Ｈｚの交流正弦波電圧を用い
た場合のデータを３１に示し、印加電圧として６０Ｈｚ
の交流方形波電圧を用いた場合のデータを３２に示す。

【００２６】本実施例では、印加電圧として６０Ｈｚの
交流方形波電圧を用いた場合のデータ３２をテーブルデ
ータとして速度制御装置に記憶し、中央制御装置より摺
動体の速度指令が与えられたとき、そのテーブルに基づ
いて、一定の絶対値を有する正電圧および負電圧の方形
パルスを電線１９を介して外側電極１３と円筒電極１２
との間に交互に常に印加する。

【００２７】外側電極１３と円筒電極１２との間に印加
される電圧波形を図４のＥｏに示す。また、Ｅｏで示さ
れる電圧が印加されたときの電気粘性流体２の受ける制
動力をＴｏで示す。このように、電極間に一定の絶対値
を有する正電圧および負電圧の方形パルスが常に印加さ
れていれば、電気粘性流体２の受ける制動力Ｔｏは、一
定値となる。さらに、図５に示すように、横軸に時間軸
をとり、縦軸に駆動シリンダの変位Ｘ、速度Ｖ、加速度
Ａをとると、加速度Ａに示すように、従来技術で説明し
た図７に示す摺動体のビビリ振動Ｂはまったく発生しな
い。

【００２８】また、正電圧および負電圧の方形パルスの
絶対値が変動した場合について説明する。図８に方形パ
ルスの絶対値Ｅの値がＶＡからＶＢに変動した場合の制
動シリンダ１５における制動力Ｔの変動を示す。制動力
ＴはＦＡからＦＢに変動する。このとき、ＶＢの値がＶ
Ａの値の９０〜１１０％の範囲にあれば、駆動シリンダ
に問題となるビビリ振動が発生しないことが実験により
確認されている。

【００２９】以上説明したように、本実施例の駆動シリ
ンダの速度制御装置によれば、制御手段が駆動シリンダ
の速度を制御する時に、一定の絶対値を有する正電圧お
よび負電圧の方形パルスを電極に交互に常に印加してい
るので、電気粘性流体２の粘度の変動がないため、摺動
体に発生する制動力Ｔｏ常に一定であって、摺動体がビ
ビリ振動することがない。

【００３０】また、本実施例の駆動シリンダの速度制御
装置によれば、制御手段が駆動シリンダの速度を制御す
る時に、一定の絶対値を有する正電圧および負電圧の方
形パルスを電極に交互に常に印加すると共に方形パルス
の絶対値を変化させることにより、駆動シリンダの速度
を変化させているので、摺動体にビビリ振動を発生させ
ることなく、容易かつ正確に駆動シリンダの速度を制御
できる。

【００３１】本実施例では、印加電圧の正電圧パルスと
負電圧パルスの時間割合を５：５で行っているが、この
割合を変化させてもよい。ただし、実験で確認したとこ
ろ、印加電圧の正電圧パルスと負電圧パルスの時間割合
は、８：２から２：８の中間の割合であることが必要で
ある。この割合を外れた場合、電気粘性流体２中の微粒
子が電極部に沈着し速度制御の性能が劣化するからであ
る。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の駆動シリンダの速度制御装置によれば、制御手段
が駆動シリンダの速度を制御する時に、一定の絶対値を
有する正電圧および負電圧の方形パルスを電極に交互に
常に印加しているので、電気粘性流体の粘度の変動がな
く、摺動体に発生する制動力が常に一定であって、摺動
体にビビリ振動が発生することがないため、駆動シリン
ダを精密な速度で制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る速度制御装置の制御手段の構成を
示す回路図である。

【図２】速度制御装置の制御手段の回路の作用を示すタ
イムチャートである。

【図３】駆動シリンダの速度制御装置の構成を示す断面
図である。

【図４】速度制御装置に印加される電圧と発生する制動
力を示すタイムチャートである。

【図５】駆動シリンダの駆動時の振動を示すタイムチャ
ートである。

【図６】印加電圧と摺動体の速度との関係を示すデータ
図である。

【図７】従来の駆動シリンダの駆動時の振動を示すタイ
ムチャートである。

【図８】速度制御装置に印加される電圧が変動した場合
に発生する制動力を示すタイムチャートである。

【符号の説明】

１ オイル本チューブ ２ 電気粘性流体 ３ オイルチューブ ４ 摺動体 ５ ピストン側磁石 ６ 摺動体側磁石 ７ 駆動シリンダ １２ 円筒電極 １３ 外側電極 １７ 制動シリンダ １８ 速度制御装置 ２２ 電圧調整回路 ２３ 第一スイッチング回路 ２４ 方形波発振回路 ２５ 第二スイッチング回路 ２６ 昇圧トランス

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気粘性流体を挟む電極と、該電極間に
   パルス状の正電圧と負電圧とを交互に印加して該流体の
   粘性を制御する制御手段とを有する駆動シリンダの速度
   制御装置において、 前記制御手段が前記駆動シリンダの速度を制御する時
   に、一定の絶対値を有する正電圧および負電圧の方形パ
   ルスを前記電極に交互に常に印加することを特徴とする
   駆動シリンダの速度制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載するものにおいて、 前記正電圧および負電圧の方形パルスの前記絶対値の変
   動が１０％以内であることを特徴とする駆動シリンダの
   速度制御装置。