JPS62242146A - 電気粘性流体を有するセンサ制御された液圧装置 - 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】 本発明は、電気粘性流体（ＥＶＦ　）で操作する液圧装
置における機械構造部材の運動を測定しかつ調整するた
めの装置に関するものである。原理上、この種の装置は
電気粘性流体で満たされた電流流路を備えると共に電極
が設けられ、或いは相対移動する電極を有する閉鎖系よ
シなシ、いずれの場゛合にも電極に対し電圧が生ずる。

この種の構造部材は電気制御される活動的な振動吸収装
置、ショックアブソーバ、取付は部材または連結部材に
使用される。

電気粘性流体（四Ｆ）は、導電性でない疎水性油中に微
分散した親水性固体の分散物である。充分強力な電界の
影響下において、ＥＶＦの粘度は極めて急速にかつ流体
から可塑状態もしくは固相まて可逆的に変化しうる。Ｅ
ＶＦを励起させるには、一定の電界と交番磁界との両者
を使用することができる。こルに必要な電気出力は比較
的低い。

液圧装置におけるＥＶＦの応用可能性は、原理上、たと
えば可動部品を持たない液圧弁および液圧シリンダ（た
とえば、米国特許第２．ｌ、乙／、！９乙号）。

振動発生器（たとえば米国特許第３．りｆ≠、０１４号
）、粘度連結部材（たとえば米国特許第、２．４ｔ１７
．ｒｊＯ号および第２．ｚ乙／、ｆ、２！号並びにドイ
ツ公開公報第３．１２ｇ、りより号）、ショックアブソ
ーバ（たとえば米国特許第３．２０７．２６２号）また
は液圧緩衝ゼ有する駅家エンジンベアリング（ヨーロツ
ーＪ？特許公開第０．　／　３７．　／　／　２号）で
知られている。

これら液圧装置は全て、所望構造の少なくとも二個の固
定もしくは可動性の！極表面を有してそれらの間にＥＶ
Ｆを位置せしめることを特徴とする。

可変電圧を印加することにより、電流速度、たとえば固
定電極間のＥＶＦの電圧低下または可動性電極表面間の
摩擦接続を広範囲で制御すること・ができる。この目的
で、たとえば一定もしくは可変の出力電圧を有する高電
圧工業装置を使用することができる。

多くの実用用途の場合、その都度の運動条件に対する依
存性によシ液圧装置の自動調整を達成すべきである。た
とえば、ショックアブソーバまたは振動吸収器の場合、
ＥＶＦの粘度は常に制御電圧によって最適緩衝レベルが
全ての負荷の場合に達成されるように設定すべきである
。この目的で、適当なセンサ（たとえばトランスジュー
サ、速度センサまたは加速セ／す）によってその時点で
液圧装置の運動条件に対し感受性となシかつア／Ｉ／ゴ
リズムによシ最適粘度調節に必要な電圧を発生する制御
回路が必要となる。

これらに連携する測定ケーブルおよび測定装置を含めこ
の塊の運動センサに組込む必要があるため、液圧装置の
全体的構造は特にこの装置を容易に接近しえない場所に
設けねばならない場合にはよシ高価、よシ複雑かつ恐ろ
しく損傷しやすくなるであろう＠ 本発明が目的とするのはこのような場合である。

その基本は、運動センサを組込む必要性なしに液圧ＥＶ
Ｆ装置を制御しかつ調節する簡単な方法を見い出すこと
である。これは、全体的液圧装置の簡単かつコンパクト
な構造を達成することを可能にする。

この目的は、本発明によれば、液圧装置における立の粘
度制御に使用される既存の電極を用いかつ同時に電流信
号の発生によって達成され、この装置は広範囲において
固定電極間の流速レベルに比例しまたは相対変位しうる
２個もしくはそれ以上の電極の相対速度レベルに比例す
る。第１の場合には電気信号は電極間の機械的運動の結
果として流通するＥＶＦに起因するのに対し、第２の場
合には分極したＫＶＦにおける電極の運動によって発生
するのは変位電流である。かく、シて、２個の電極間に
位置するＥＶＦ層と外部回路における電流測定装置との
組合せは運動センナを形成する。センサ信号は、液圧装
置の運動状態の制御もしくは調整に使用することができ
、たとえばショックアブソーバもしくは振動吸収器の速
度および／または周波数に依存して調整することができ
る。

運動に依存する信号は、好ましくは運動に依存する電極
間のＥＶＦの導電容量の割合を測定して得られる。導電
容量の測定は、電極電圧の測定（たとえば、電圧分配器
として接続された一連のレジスタ）、或いは電極電流の
測定により（たとえば電極電流回路に切換えた一連のレ
ジスタにおける電圧損失の測定により）行なわれる。導
電容量に同等な電気信号を得るには、電流信号を特殊回
路における電極電圧により、たとえば市販の一体化され
た分周器モジュールによって分割せねばならない。この
ようにして得られた測定信号を、ＥＶＦ層の粘度を調整
しまたは制御するため有利に使用することができる。こ
の目的で、ＥＶＦ層の導電容量に相当する測定信号を所
望値と比較し、かつ微分電圧を高電圧装置の制御に使用
して、制御電圧に依存する可変出力電圧を供給する。こ
の出力電圧をＥＶＦ層の電極に帰還させ、次いで粘度に
作用させる。この調整操作において、運動上ンサ、すな
わち関連電極を有するＬＩＶＦ層については、同時に運
動に影響を与えるアクチュエータとして作用するのは一
般的でない。

調整を行なわずかつ一定の電極電圧で操作を行ないうる
ならば、外部閉鎖回路における電流測定は簡単な運動上
ンサを実現するのに充分である。

原理的に、本発明は、ＥＶＦを一定温度で流過する電流
が印加電圧並びに電界強度および電極配置（電極表面お
よび電極間の距離）に依存するだけでなく電極に対する
ＥＶＦの相対速度にも依存すると言う観察に基づいてい
る。これは、２個の固定された電極表面間を流動するＥ
ＶＦ’　（たとえばＥＶＦ液圧弁）並びにＥＶＦ中で相
対的に移動する２個の電極表面の相対速度（たとえば、
ＥＶＦが充填でれたショックアブソーバ、その電極表面
は内部シリンダ表面積および移動するピストンの表面積
から形成しうる）に適用される。両者の場合、電極表面
によ多範囲設定されるＥＶＦは剪断作用および／または
変形に露呈され、これは電極とＥＶＦとの間の相対速度
に比例する。この剪断作用は、静止状態に対比したＥＶ
Ｆ’の導電容量における変化に作用する。ＥＶＦは特に
分散物であるため、変形速度もしくは剪断速度を伴なう
導電容量の変化、たとえば構造の破壊、分散粒子を包囲
するイオン雲の変形を剪断作用または電荷移動用の電気
泳動装置において生せしめる各種の装置が可能である。

剪断作用速度または変形速度を伴なう導電容量の変化は
、直流電圧または交番電圧を電極に印加したかどうかに
依存する。

特に直流電圧を用いた場合、導電容量における明確な増
加が観察され、したがって電流の増加と剪断作用の速度
増加とが観察され、これに対し交番電圧の場合には特に
低下が観察される。導電容量の変化は剪断作用の速度レ
ベルにのみ依存し、その方向性には依存しない。これは
、流体の周期的振動、或いはたとえば液圧ショックアブ
ソーバ、振動吸収器または取付部材で生ずるような電極
の周期的振動に明らかに示される。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明を実施例につき詳細に
説明し、これら実施例において電極によシ測定される運
動信号がどのようにして液圧装置の調整に使用しうるか
を説明する。

第１図によればＥＶＦはチャンネル／内に存在し。

このチャンネルは壁部２および３によって規定されかっ
たとえば液圧ショックアブソーバ、振動吸収器または液
圧及室モータベアリングなどの一つのチャンバを互いに
接続する。壁部２および３中に隔離して組込まれた電極
≠および夕をフィーダー６および７を介して高電圧装置
ｇと接続し、この装置によってそれぞれ所望の任意一定
の直流電圧Ｕおよび電界強度Ｅを設定する。電流を測定
するため、最も簡単な方法は、適当な寸法のレジスタＲ
ｖりを近くのアースフィーダー７中へ配線しかつ個所１
０と／ｌとの間の電流■に比例した信号電圧ＵＳ１ｇｎ
　”　Ｒｖ　Ｉを測定することである。成る種の市販の
高電圧装置は、既にアナログ電流モニタ低電圧側を備え
る。

第２図は、実際上の臼型的例として、（ａ）　ＥＶＦが
チャンネル／を流過する速度、　（１）と、伽）同時に
一定電極電圧Ｕ！Ｕｌで測定される電流信号Ｕ８□ｇｎ
　（ｔ）との間の関係を示している。ｔ−０〜ｔｍｔｌ
の時点で液圧装置（たとえば液圧駅家ベアリング）は静
止している（ｖ＝０）。比較的小さい静止電流工０が流
れて、レジスタタに信号電圧Ｕ、を発生する。時点ｔｌ
〜ｔ２の時間内に外力が液圧装置を始動させて、この装
置は１＞１゜につき自由に振動し、その結果プラスおよ
びマイナスの振動振幅ｖ（１）が生ずる（第Ｊａ図）。

電流信号Ｕ　　　（ｔ）は、電流速度の進行に極めて近
ｉｇｎ 似して追随するが電流の方向には無関係であシ、割合は
差Ｕ　　　（ｔ）−ｒｙｏであシ、これは一定電極ｊｇ
ｎ 電圧ＵｍＵ、において流過速度、　（１）のレベルに比
例し、すなわち次の関係式： ％式％） が得られ、ここで比例因子Ａは各液圧装置につき試験し
て決定することができる。

実際上、液圧装置は、ＥＶＦの粘度をその時点における
要件に適するように各種の電極電圧で操作される。この
場合、電流の電圧依存性を考慮せねばならず、この依存
性をＥＶＦにつを測定することができる。しかしながら
、第１近似において、電流および／またはＸ光信号と電
極電圧との間の比例性は、第、Ｚｂ図と第３ｂ図とを比
較すれば判るように設定することができる。第３図にお
いて。

上記試験を電極電圧Ｕ１２倍として（すなわちＵ−，２
ＸＵ、　　として）反復し、その他の条件は同一とした
。流過速度ｖ（１）の同等な振幅において。

電流信号Ｕ　　　（ｔ）−Ｕ、は第２ｂ図に示したよｉ
ｇｎ シも２倍の高さとなる。すなわち、導電容量に相当する
電流および電圧から生ずる勾配を、ＥＶＦが流過する速
度の近似尺度として使用することができる。関係式Ｖ）
の代りに、この近似式：が適用される。式■において電
極電圧は時間に関しても可変とすることができる：　ｔ
ｒ　＝　Ｕ　（ｔ）。

液圧装置の運動状態を制御しかつ調整するために関係式
（２）を実際に利用するため、運動に依存する電流信号
Ｕ　　　（ｔ）　−ｖ、の部分の分割は電極電ｉｇｎ 圧Ｕ　（ｔ）によってアナログ的に或いはＡＤ−および
／またはＤＡ−コンノ々−夕およびマイクロプロセンサ
をそれぞれ用いて７′ゾタル的に行なうことができる。

この目的で、電極に印加する高電圧Ｕ（ｔ）は、適当な
電圧分割装ＵＫよって低電圧域に分割せねばならない。

成る種の市販の高電圧装置は既に電圧モニター低電圧側
（たとえばθ−１０ｖ）を有し、これをこれらの目的に
使用することができる。高電圧装置♂は、さらに所要の
高電圧を設定しうる適当なアナログ制御入力を持たねば
ならない。電流信号と電圧モニタ信号とのアナログ分割
を行なう最も簡単な方法は、たとえば第４図の実施例で
説明するような市販の積分分局器を用いることである。

電圧分割装置のレジスタ／２および／３における１Ｓ極
電圧を測定し、接続部／≠を介して採取し、かつレジス
タ２における低下電流信号を接続部１０を介して分割装
置／よへ採取する。２つのアナログ信号の勾配をアナロ
グ信号として低電圧側／乙で利用し、かつ高電圧を制御
するために対応の変換もしくは増幅を行なった後に高電
圧袋［１’の制御入力１７ＶＣ入力することができる。

本発明によるセンサを操作するには、液圧装置が静止状
態にある場合にも比較的低電圧を電極≠およびよに印加
せねばならない。このバイアス電圧は、たとえば電位計
／りにより加算器／♂を用いて設定することができる。

バイアス電圧は、ＥＶＦにてそこから生ずる電界強度Ｅ
が閾値強さＥＯ以下に留まシ、したがって認めうるよう
な粘度が増加を生じないように設定するとと示好ましい
。外力作用の結果として液圧装置が移動すると、ＥＶ′
Ｆ′は電極弘とよとの間を移動し、この移動はこれに関
連する導電容量の変化によって示され、さらに回路によ
シ対応の制御信号に変換される。たとえば、制御信号は
高電圧装置どの出力電圧の増加を生ぜしめ、その結果Ｅ
ＶＦの粘度の対応する増加をもたらし、したがって液圧
装置の大きな減衰をもたらす。電圧増加に伴なう電゛流
増加は分割装置／Ｊ″にて補償され、その結果フィード
バックによる電極電圧の蓄積が防止される。液圧装置の
高度の減衰の結果として導電容量が減少すると、電極電
圧も設定初期値まで低下する。この調整の格別な利点は
、ＥＶＦ層が誤差検知部材を形成すると同時に電極≠お
よび夕を備えたアクチュエータを形成することである。

測定信号が上記のように所望レベルと比較してＥＶＦ層
の導電容量として存在する。この調整信号は、測定信号
に依存する高電圧装置♂の出力電圧となる。

第５図は電流信号および電圧モニタ信号のアナログ分割
並びに液圧装置の調整に対するその利用を行なうための
他の簡単な例を示している。固定の乗算レジスタＲｖり
の代りに、可変レジスタ２１を備えたオプトカプラ、２
０（これは光ダイオード、！２の光度を用いて制御され
る）がフィーダ７に切換えられる。電圧分割器！２．７
３で測定された電極電圧およびモニタ電圧は、それぞれ
接続部／弘およびオプトカプラ制御部、２３を介して可
変の乗算レジスタＲｖを制御するために使用される。

このようにして、乗算レジスタはそれぞれ電極およびモ
ニタ電圧を増大させながら小型となυ、したがって電流
ｒ、ｔｒ　　　（ｔ）によって電圧低下も生１ｇｎ じ、その結果電流信号の増加は正確に電極電圧の増加に
よって補償される。この回路の操作は上記の操作に一致
する。第４図はこの例を示している。

第１図および第２図に説明した試験を第５図における回
路でも反復した。電極≠およびよのバイアス電圧を、液
圧装置が静止状態にある際に設定した。この装置を時点
ｔ１で始動させた。曲線すは、オプトカプラの乗算レジ
スタ２１における電圧損失の経時的経過を示し、この電
圧低下は参照符号、２ｔ、ｔを用いて増幅した（差Ｕ８
．ｇｎ（ｔ）　−ｔｙ　ｏの代りに信号Ｕ　　　（ｔ）
の交番電圧割合を用いた）。曲１ｇｎ 線Ｃは、電極電圧に比例した高電圧装置♂のモニタ電圧
の経過を示している。電極電圧は、信号振幅に対応する
運動が開始した際、信号振幅の減少（すなわち減少速度
）と共に増大しおよび／または減少する。静止状態にお
けるＥＶＦの導電容量の低レベルにより、高電圧装置の
放電が長時間持続する。

第７図は、ＥＶＦが流過する速度およびＥＶＦ’に対す
る電極の相対速度に伴なう導電容量および／または電流
の変化を電極が交番電圧で作動されている際にも観察し
うろことを示している。曲線ａはは速度ｖ（ｔ）および
す、すなわち交流１１ｍｍ（整流および平滑化の後）の
経時的経過を示している。

ｔ−０−ｔ−ｔｌにおける静止状態にて有効電流は比較
的高い。ｔｘｔ、における運動の開始時点にて、交流導
電容量は低下しかつ振動の低下と共に徐々に従前のレベ
ルまで増大する。ここで、電流および／または導電容量
の相対的最小値は速度レベルの各最大値に対応する。電
流と速度レベルとの間の関係は、ここでは直線的でない
。導電容量におけるこの変化でさえ、第４図および第５
図にしたがう適当な回路で調整するために使用すること
ができる。しかしながら、交番電圧の周波数は、制御す
べき機械的振動の周波数よシもこの過程ではよ如大きく
なければならない。

上記実施例は、電極で測定される電流および電圧信号が
簡単な電子回路によって変換されかつ液圧装置の運動状
態を測定しかつ調整するために使用しうろことを示して
いる。これらの回路は所望に応じて改善することもでき
、かつ各時点で要件に適合させることができ、たとえば
電圧モニタ信号による電流信号の簡単な分割の代シにＥ
ＶＦの測定電流−電圧定常特性の一層正確な電子シミュ
レーションを用いることもできる。好ましくは、本発明
は、速度に依存する制御もしくは調整が、たとえば振動
吸収器、ショックアブソーバ−または取付部材に必要と
されるような液圧装置に適用することができる。何故な
ら、その減衰は、液圧流体が流過する速度に比例するか
らである。

それぞれ電流および導電容量の変化は、ＥＶＦが流過す
る速度および／または相対速度の極めて大きい変化だけ
でなく、ＥＶＦのみが電極間で極く僅かの振幅にて揺動
する際の装置の極めて僅かな揺れにおいても観察するこ
とができる。

液圧装置の調整を一層向上させるため、測定信号〈よっ
て装置の振動振幅だけでなく周波数をも測定して調整目
的に使用することができる。この目的で、電流信号が市
販の周波数メータ、周波数アナライザまたは適当な電子
回路（フィルタ、デスクリミネータなど）と併用して用
いられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電気粘性流体を充填し、２個の固定電極を備え
かつ電流測定用回路を備えた液圧装置の部分縦断面図で
あシ、 第２図はＦＩＶＦが液圧装置の電流路を流過する速度（
第、Ｚａ図）と、−短電極電圧にて同時に測定第３図は
第２図による試験と同様な関係を示すが、電極電圧を２
倍に拡大した特性図であシ、第４図は電極電圧を自動的
に再調整する電気粘性流体の導電容量、したがって液圧
装置の減衰を測定する回路図であシ、 第５図は電極電圧の再調整と共にオクトカブラに基づい
て電圧信号によシミ原信号をアナログ分割するための他
の回路図の例を示し、 第４図はＥＶＦが電流路を通過する速度と測定電流信号
との関係を示し、その際電極電圧の増加に伴なう電流信
号の増加は第弘図および第５図にしたがう回路によって
正確に補償され、 第７図は原理的に第２図と同様な関係であるが、一定振
幅の交番電圧を有する電極の操作の場合を示している。 ／・・・チャンネル、≠、ｊ・・・電極、了・・・高電
圧装置、り・・・レジスタ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気粘性流体（ＥＶＦ）で操作する液圧装置、特
   に電極を設けた流路もしくは相対移動される電極を備え
   かつ電極および電圧を施こす振動吸収器、ショックアブ
   ソーバ、取付部材または連結部材における機械構造部材
   の運動を測定しかつ／または調整する装置において、運
   動の測定セクションを２個の電極（４、５）とそれらの
   間のＥＶＦ層（１）とにより形成し、かつ運動により生
   じた電流の発生を測定するための回路（９、１０、１１
   ）によって電極（４、５）に接続したことを特徴とする
   装置。
2. （２）電流の測定に加え、電極（４、５）における電圧
   を測定すると共に第１近似における電極電圧に依存しな
   い電流／電圧勾配を運動に対する測定変数として形成し
   、前記勾配がデジタル型またはアナログ信号のいずれか
   として存在しかつ電極（４、５）間のＥＶＦ層（１）の
   導電容量に一致することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の装置。
3. （３）測定されるＥＶＦ層（１）の導電容量を所望値と
   比較する調整回路を設け、差信号が制御出力（１１、１
   ７）によって高電圧装置（８）の出力電圧を制御すると
   共に、この出力電圧と電極（４、５）を介してＥＶＦ層
   （１）に受け入れて、誤差検知装置およびアクチュエー
   タとして同時に作動することを特徴とする特許請求の範
   囲第２項記載の装置。
4. （４）２個の電極フィード（６、７）の一方に可変乗数
   レジスタ（２１）を配置して、これを光ダイオード（２
   ２）により、電極電圧における増加で生じた電流信号の
   増加を正確に補償するように制御することを特徴とする
   特許請求の範囲第２項または第３項記載の装置。
5. （５）電流および／または電圧測定に加え、電流信号の
   周波数を測定する回路を設けたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項〜第４項のいずれか一項に記載の装置。