JPS6214001A - ツインチューブ静電容量式シリンダ変位計 - 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、例えば自動車の荷重変化に伴う車高変化を
検出するの、に用いるに好適な静電容量式シリンダ変位
計に関するものである。

（従来の技術） 従来、自動車の荷重変化に伴う車高変化を検出する装置
として、ショックアブソーバの伸縮変化を検出するよう
にしたものが、例えば実開昭５７−８８６０９号および
同５７−１７７１１３号公報に開示されている。

これら従来の車高変化を検出するショックアブソーバに
おいては、ショックアブソーバ本体とは別個に、非導電
性および非磁性材料のカバーの内部に、ストローク検出
領域全体に亘ってコイルを埋設し、このコイルをＬＣ発
振器に接続してコイルのインダクタンスの変化を検出す
ることによりシリンダチューブに対するピストンロッド
の変位を検出するようにしている。しかし、このように
コイルを埋設することは、部品点数および組立工数が増
え、コスト高になると共に、ショックアブソーバに付属
して公知の減衰力を可変とする電磁弁が設けられている
と電磁弁からのノイズによる影響を受け、インダクタン
スの変化を正確かつ安定に検出することができず、変位
量の検出精度が低い欠点がある。

このような欠点を除去するため、本願出願人は特願昭５
９−１０７６８５号において、第６図に示すようなショ
ックアブソーバを提案した。このショックアブソーバは
、内筒ｌと外筒２との径の異なるチューブ内に油３を収
容した所謂ツインチューブ式のものにおいて、内筒１と
この内筒１内に挿通されるピストンロッド４とを電気的
に絶縁してコンデンサを構成し、このコンデンサの静電
容量を検出することによって内筒１とピストンロッド４
との相対位置を検出するようにしたものである。

第６図において、内筒１およびピストンロッド４は、ピ
ストン５と摺動リング６との間に介在した絶縁部材７お
よびロッドガイド８とピストンロッド４との間に介在し
た絶縁部材９によって絶縁されている。また、内筒１お
よび外筒２は、上部においてはロッドガイド８およびそ
の上方において外筒２とピストンロッド４との間に設け
たオイルシール１０によって形成される室１１と、ロッ
ドガイド８に形成したバイパス１２とを介して連通し、
下部においてはオリフィス１３とプレー１４とを介して
連通している。検出回路ユニット１５は、ショックアブ
ソーバ上端部に装着され、ここには内筒１とピストンロ
ッド４との間の静電容量をパラメータとするＣＲ発振回
路、このＣＲ発振回路の発振周波数を分周して低周波パ
ルス信号を出力する信号処理回路等が設けられ、荷重変
化に伴ってピストン５が内筒１内で上下動するのに応じ
て変化する静電容量に基＜ＣＲ発振回路の発振周波数を
検出して内筒１とピストンロッド４との相対位置、更に
はその相対位置に基いて車高変化を検出するようになっ
ている。

かかるショックアブソーバにおいては、ショックアブソ
ーバに本来設けられている内筒１とピストンロッド４と
の間を電気的に絶縁してコンデンサを構成し、このコン
デンサの静電容量を検出することによって内筒１とピス
トンロッド４との相対位置を検出するよう構成している
ので、部品点数および組立工数が少なくなり、大幅なコ
ストダウンを図ることができる。また、静電容量を検出
するものであるから、従来のようにコイルのインダクタ
ンスを検出するものに比べて外部ノイズに影響されるこ
とが少なく、変位量を一層正確に検出することができる
。更に、従来のようにコイルを別個に設けるものとは異
なり、セシング部の装着上の制約がなく、少なく井筒形
のものであればどのような構造のショックアブソーバに
も適用することができ、応用範囲が大幅に拡大する利点
もある。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、本発明者らの種々の実験によれば、第６
図に示すショックアブソーバには以下に説明するような
改良すべき点があることが判明した。

すなわち、内筒１と外筒２とは、上部においては室１１
およびバイパス１２を介して連通し、下部においてはオ
リフィス１３およびプレート１４を介して連通している
ため、ピストンロッド４が上動すると、その際に内筒１
内のエアーおよび油３はピストンロッド４とロッドガイ
ド８との間の間隙を抜け、室１１およびバイパス１２を
経て外筒２内に押出され、その後ピストンロッド４が下
動すると、内筒１の上部にバイパス１２および室１１を
経てよ動工程において抜は出たエアーのみが侵入し、内
筒ｌから抜は出た油３はピストンロッド４の静止下にお
いてプレー目４およびオリフィス１３を経て内筒ｌ内に
侵入して内筒１および外筒２内の油３の液面が同一レベ
ルとなる。

このように、内筒１内の油３の量およびエアーの量は、
ピストンロッド４の移動によって変化するため、内筒１
とピストンロッド４とが対向するコンデンサを形成する
部分の誘電率がエアーの侵入により変動し、精度が悪く
なる問題がある。このような問題は、ショックアブソー
バを傾斜して、例えば水平方向に装着した場合には更に
著しくなる。

この発明は、上述した問題点に着目してなされたもので
、シリンダおよびロッドの相対移動に拘らず、シリンダ
内が常時液体より成る誘電体で満されるよう適切に構成
することにより、いかなる取付は姿勢においてもシリン
ダとロッドとの相対位置を常に高精度で検出できるよう
にした静電容１式ンリンダ変位形を提供することを目的
とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の静電容量式シリンダ変位計は、シリンダと、こ
のシリンダ内を相対的に移動するロッドと、前記シリン
ダに連通して設けられ、前記シリンダ内が常時液体より
成る誘電体で満されるように、誘電体を外気から分離し
て収容し、容積が前記シリンダおよびロッドの相対的移
動に応じて変化し得る貯留槽とを具え、前記シリンダお
よびロッドをそれぞれ電極として、これら電極間で形成
される静電容量を計測することにより、前記シリンダと
前記ロッドとの相対位置を検出するよう構成したことを
特徴とするものである。

第１図は本発明の静電容量式シリンダ変位計の原理を説
明するための図である。本発明においては、シリンダ２
１内にロッド２２を相対的に移動可能に設ける。シリン
ダ２１の一端部にはロッド２２が液密に摺動し得るよう
に絶縁性のオイルシール２３を設けて密閉し、他端部に
はシリンダ２１に連通して容積がシリンダ２１およびロ
ッド２２の相対移動に応じて変化し得る貯留槽２４を設
ける。また、シリンダ２１内に侵入するロッド２２の先
端部にはシリンダ２１の内周面を摺動し得るように絶縁
性のピストン２５を設け、このピストン２５にはシリン
ダ２１内を軸方向に連通させる貫通孔２６を設ける。本
発明においては、シリンダ２１および貯留槽２４内に液
体より成る誘電体、例えば油２７を外気から分離して充
填し、シリンダ２１およびロッド２２を電極として、こ
れら電極間で形成される静電容量を計測することにより
、シリンダ２１とロッド２２との相対位置を検出する。

（作　用） 第１図において、シリンダ２１に対するロッド２２の侵
入量が増加する方向に、シリンダ２１およびロッド２２
が相対的に移動すると、その移動に伴なってシリンダ２
１とロッド２２との間に貫通孔２６を経て油２７が流入
し、シリンダ２１内したがってシリンダ２１とロッド２
２とが対向する部分は常時油２７で満されながら、最終
的には侵入により増加したロッド２２の体積に応じた量
の油２７が貯留槽２４に押出されてその分貯留槽２４の
容積が増加する。また、シリンダ２１に対するロッド２
２の侵入量が減少する方向にそれらが相対的に移動する
と、その移動に伴ってシリンダ２１とロッド２２との間
にある油２７は貫通孔２６を経て流出し、これら間が常
時油２７で満されながら、最終的には移動により侵入量
が減少したロッド２２の体積に応じた量の油２７が貯留
槽２４からシリンダ２１内に流出し、その分貯留槽２４
の容積が減少する。したがって、シリンダ２１内はロッ
ド２２との相対移動に拘らず、常に油２７で満されるこ
とになる。

（実施例） 第２図は本発明の一実施例を示すもので、自動車のサス
ペンション用のショックアブソーバとは別体で変位計専
用に構成したものである。外筒３１は、導電性材料で耐
腐食性、機械的強度、耐熱性に優れた、例えば６−ナイ
ロンをベースに黄銅片を混合して成る導電率がｌＯ°〜
１０’　Ω−ａｍのプラスチックにより厚さ２關以上に
形成し、この外筒３１内に導電性の内筒３２を設けると
共に、この内筒３２内に侵入して相対的に移動する導電
性のロッド３３を設ける。

内筒３２は一端部において外筒３１の一端部に絶縁部材
３４を介して保持し、他端部において外筒３１の他端部
に絶縁性のガイド３５を介して保持して外筒３１内に同
軸上に延在させる。また、ロッド３３は内筒３２内を同
軸上に移動し得るようにガイド３５に摺動可能に保持す
ると共に、その内筒３２内に侵入する先端部には内筒３
２の内周面を摺動し得るように絶縁性のピストン３６を
設けて、これらガイド３５およびピストン３６により内
筒３２に対して互いに絶縁した状態で相対的に移動し得
るよう構成する。

外筒３１の一端部はカバー３７で閉塞し、このカバー３
７には取付は金具３８を設ける。また、外筒３１の他端
部とロッド３３との間はシール３９によって液密に構成
すると共に、その外筒３１の他面にはロッド３３を貫通
させてカバー４０を設ける。

ロッド３３の内筒３２から突出する端部には取付は金具
４１を設け、該端部と外筒３１の他端部との間には車両
法下等に装着される使用環境を考慮して石跳ね等による
ロッド３３の損傷を防止すると同時に、外筒３１および
ロッド３３を確実に同電位にして不所望な浮遊容量の形
成を防止するため、導電性のダスト・ブーツ４２を設け
る。このダスト・ブー・７４２は、例えばスチレンブタ
ジェンラバーとエチレンとを重合させたベースレンジに
カーボンブラックを分散させた導電率が１０°〜１０１
　　Ω−ｃｍ程度の材料で蛇腹構造に形成して、ロッド
３３の相対移動に応じて伸縮し得るよう構成する。

本実施例では、外筒３１および内筒３２内にそれぞれ油
４３を収容し、内筒３２およびロッド３３をそれぞれ電
極としてこれら間で形成される静電容量を計測してそれ
らの相対位置を検出するが、内筒３２とロッド３３との
間がそれらの相対移動に拘らず常時油４３で満されるよ
うにするため、外筒３１および内筒３２を連通させると
共に、外筒３１にはロッド３３の相対移動に応じて容積
が変化する貯留槽、本実施例ではベローズ４４を外筒３
１に連通して設け、これら外筒３１、内筒３２およびベ
ローズ４４内に油４３を外気から分離して充填する。こ
のため、絶縁部材３４およびガイド３５には外筒３１と
内筒３２とを連通させるための連通孔３４ａおよび３５
ａをそれぞれ形成すると共に、ガイド３５およびピスト
ン３６には内筒３２とロッド３３との相対移動に応じて
油４３がスムーズに流動し得るようにバイパス３５ｂお
よび貫通孔３６ａをそれぞれ形成する。

更に、外筒３１には内筒３２と口γド３３とで構成され
るコンデンサの静電容量を検出して、それらの相対位置
に対応する所要の信号を出力する検出回路４５を設ける
。この検出回路４５は、不所望な浮遊容量が形成される
のを防止するため、所望の静電容量を形成する内筒３２
とロッド３３とが対向する部位に近い位置に取付け、こ
こにはプリント基板４５ａに第６図において説明したと
同様に、内筒３２とロッド３３との間の静電容量をパラ
メータとするＣＲ発振回路、このＣＲ発振回路の発振周
波数を分周して低周波パルス信号を出力する信号処理回
路等を設ける。

本実施例では、所要の静電容量を形成する一方の電極と
してのロッド３３をダスト・ブーツ４２および外筒３１
を介して検出回路４５に接続するが、他方の電極として
の内筒３２は、外筒３１を貫通して導電性のばね４６お
よび電極棒４７を介して検出回路４５に接続する。この
ため、第３図に詳細に示すように、外筒３１に穴を形成
してこの穴に絶縁材料から成る円筒状のケース４８を設
ける。また、電極棒４７には樹脂４９を接着して一体構
造とし、その電極棒４７の先端にばね４６を装着して樹
脂４９をカラー５０によりケース４８内に押圧保持し、
これにより電極棒４７を介してばね４６を内筒３２の外
周面に押圧接触させる。

なお、ケース４８の段部４８ａと樹脂４９との間には油
漏れを防止するためのＯリング５１を設ける。

上述した構成において、内筒３２に対するロッド３３の
侵入量が増加する方向にこれらが相対的に移動すると、
その移動に伴って外筒３１、内筒３２およびベローズ４
４内の油４３は流動し、内筒３２とロッド３３との間に
はピストン３６に形成した貫通孔３６ａやガイド３５に
形成したバイパス３５ｂおよびガイド３５とロッド３３
との隙間を経て油４３が流入し、内筒３２内したがって
コンデンサを構成する内筒３２とロッド３３との間は常
に油４３で満されながら、最終的には侵入により増加し
たロッド３３の体積に応じた量の油４３がベローズ４４
に押出され、その分ベローズ４４が伸びて容積が増加す
る。また、内筒３２に対するロッド３３の侵入量が減少
する方向にそれらが相対的に移動すると、その移動に伴
って内筒３２とロッド３３との間の油４３は貫通孔３６
ａやバイパス３５ｂを経て流出し、これら間が常時油４
３で満されながら、最終的には移動により減少したロッ
ド３３の体積に応じた量の油４３がベローズ４４から外
筒３１および内筒３２内に流出し、その分ベローズ４４
が縮んでその容積が減少する。したがって、外筒３１お
よび内筒３２内は、ロッド３３の相対移動および車両等
への取付は姿勢に拘らず、常に油４３で満されることに
なる。

ここで、内筒３２の内径をａ、ロッド３３の外径をｂ１
内筒３２に対するロッド３３の侵入長さを！、油４３の
誘電率をεとすると、内筒３２とロッド３３とで構成さ
れるコンデンサの静電容量Ｃは、次式で表される。

Ｃ＝２　πａ　ｆ／Ｌｏｇ　（ａ／ｂ）上式から明らか
なように、静電容量Ｃはロッド３３の内筒３２への侵入
長さｌによって変化するから、その静電容量Ｃを検出す
ることにより、ロッド３３の侵入長さβ、したがって内
筒３２とロッド３３との相対位置を検出することができ
る。なお、油の誘電率は一般に温度に対して負の係数を
持つ依存性があるが、この温度依存性はＣＲ発振回路の
発振抵抗の一部に誘電率の温度依存性とは逆の温度特性
を持たせることによって相殺することができ、これによ
り温度変化に影響されることなく、常に高精度の検出を
行なうことができる。

第４図は本発明の他の実施例の要部を示すものである。

本実施例では、貯留槽をベローズに代えてダイヤフラム
５５をもって構成したもので、その他の構成は上述した
実施例と同様である。このように、貯留槽をダイヤフラ
ム５５をもって構成し、ダイヤフラム５５、外筒３Ｉお
よび内筒３２内に外気から分離して油４３を充填すれば
、ロッド３３の相対移動による体積変化は、上述した実
施例の場合と同様にして、ダイヤフラム５５の変位すな
わち容積の変化によって補償され、外筒３１および内筒
３２内は常時油４３で満されることになる。したがって
、上述した実施例と同様、コンデンサを構成する内筒３
２とロッド３３との間の誘電率が安定するので、それら
の相対位置を高精度で検出することができる。

第５図は本発明の更に他の実施例の要部に示すものであ
る。本実施例では、外筒３１に一体にシリンダ５６を設
けて、このシリンダ５６内にロッド３３の相対移動によ
る体積変化に応じて変位し得るようにフリーピストン５
７を設け、これにより体積変化を補償するようにしたも
のである。シリンダ５６と外筒３１および内筒３２は、
シリンダ５６に形成した開口５６ａ１絶縁部材３４に形
成した開口３４ｂおよび連通孔３４ａにより互いに連通
させる。また、フＩＪ　−ピストン５７はピストンガイ
ド５８により摺動可能にシリンダ５６内に保持すると共
に、シリンダ５６とフリーピストン５７との間にはキャ
ップ５９により固定してピストンシール６０を設け、こ
れによりシリンダ５６内に充満させた油４３を外気から
分離する。なお、取付は金具３８はシリンダ５６の外壁
に固着する。

かかる構成によれば、ロッド３３の相対移動による内筒
３２の体積変化に応じてフリーピストン５７がその体積
変化を補償するように、シリンダ５６内で変位するので
、外筒３１および内筒３２内は常時油４３で満されるこ
とになる。したがって、上述した実施例と同様、コンデ
ンサを構成する内筒３２とロッド３３との間の誘電率を
安定に維持することができ、それらの相対位置を常に高
精度で検出することができる。

なお、本発明は上述した実施例にのみ限定されるもので
はなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、
内筒とロッドとで構成されるコンデンサの静電容量はＣ
Ｒ発振回路に限らず、ＬＣ発振回路等の他の回路を用い
て検出することもできる。また、上述した実施例では外
筒を有するツインチューブ式に構成したが、外筒を持た
ないモノチューブ式として構成することもできる。更に
、上述した実施例では、検出回路をユニット化して外筒
に直接装着するようにしたが、このことは必ずしも必要
ではなく、検出回路を変位計本体とは別個に装着するこ
ともできる。また、上述した実施例では変位計専用に構
成したが、自動車のショックアブソーバにも有効に適用
することができる。

更に上述した実施例では、外筒およびダスト・ブーツを
導電性とし、これら外筒およびダスト・ブーツを介して
ロッドを例えばアース電位に維持するようにしたが、ダ
スト・ブーツを介することなく、ロッドの内筒から突出
する部分において、該ロッドと外筒とを適当な導電部材
、例えば導電ブラシやコイルワイヤによってロッドの相
対移動に支障をきたさないように電気的に接続すること
もできる。また、第５図に示す実施例においては、フリ
ーピストン５７とキャップ５９との間に弾性部材を設け
てフリーピストン５７を押圧偏倚してもよい。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明によればシリンダに連通して
液体より成る誘電体を外気から分離して収容し、容積が
シリンダとロッドとの相対移動に応じて変化し得る貯留
槽を設け、これによりシリンダとロッドとの相対移動に
よるシリンダ内の体積変化を補償してシリンダ内に常時
誘電体を満すようにしたので、コンデンサを構成するシ
リンダとロッドとの間の誘電率を、それらの相対移動お
よび車両等への取付は姿勢に拘らず常に安定に維持する
ことができる。したがって、いかなる取付は姿勢におい
ても、シリンダとロッドとの相対位置を常に高精度で検
出することができる。また、誘電体はシリンダおよび貯
留槽内において外気から分離されて充満しているので、
温度上昇による気体の膨張の影響がなく、したがってロ
ッドおよびシリンダの相対移動に対する気体の反力が無
視でき、これらをスムーズに相対移動させることかだき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための図、第２図は本
発明の一実施例を示す図、 第３図はその部分詳細図、 第４図は本発明の他の実施例の要部を示す図、第５図は
同じく更に他の実施例の要部を示す図、第６図は本出願
人が先に提案したショックアブソーバを示す図である。 ２１・・・シリンダ　　　　　２２・・・ロッド２３・
・・オイルシール　　　２４・・・貯留槽２５・・・ピ
ストン　　　　　２６・・・貫通孔２７・・・油　　　
　　　　　３１・・・外筒３２・・・内筒３３・・・ロ
ッド ３４・・・絶縁部材　　　　　３５・・・ガイド３６・
・・ピストン　　　　　３９・・・シール４２・・・ダ
スト・ブーツ　　４３・・・油４４・・・ベローズ　　
　　　４５・・・検出回路５５・・・ダイヤフラム　　
　５６・・・シリンダ５７・・・フリーピストン　　５
８・・・ピストンガイド５９・・・キャップ　　　　　
６０・・・ピストンシール電 派 辺　＼

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、シリンダと、このシリンダ内を相対的に移動するロ
   ッドと、前記シリンダに連通して設けられ、前記シリン
   ダ内が常時液体より成る誘電体で満されるように、誘電
   体を外気から分離して収容し、容積が前記シリンダおよ
   びロッドの相対的移動に応じて変化し得る貯留槽とを具
   え、前記シリンダおよびロッドをそれぞれ電極として、
   これら電極間で形成される静電容量を計測することによ
   り、前記シリンダと前記ロッドとの相対位置を検出する
   よう構成したことを特徴とする静電容量式シリンダ変位
   計。