JPH01308901A - 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） 本発明は、フオクリフト等に用いられている全油圧式パ
ワーステアリング装置の操舵タイヤ切れ角と、ハンドル
回転角との相対位置関係のずれ、所謂「ハンドルずれ」
を補正するために必要な油圧シリンダのストロークを検
出するに好適な変位計を、また、自動車のショックアブ
ソーバ等の振動（実質は振幅）を検出するに好適な変位
計を提供することにあり、詳しくは温度依存性を改善し
信頼性を向上した変位計に関する。

（従来技術） 全油圧式パワーステアリング装置の「ハンドルずれ」の
補正に関して、特開昭６０−２６１７７８号、特開昭６
０−２６１７７９号公報等の技術が知られている。また
、車両の上下振動の変位を計測する変位計として、本出
願人により先に提案された特開昭６２−１’　４００１
号公報記載の静電容量式シリンダ変位計が知られている
。

特開昭６０−２６１７７９号公報に示されているフォー
クリフト等に用いられる全油圧式パワーステアリング装
置を、第６図に示す。

第６図において、ＰＳユニット５０と、タイヤの方向を
伴動させる油圧シリンダ５３のロッド５５が作動油を介
してつながっているため口蔓ド５５のストローク即ち、
タイヤ切れ角と、ハンドル４８の回転角との相対関係が
操舵を繰り返すうちに油の所謂リーク現象によりずれて
行くという欠点があった。即ち、ハンドル４８の回転角
に比例した油量をＰＳユニット５０から油圧ライン５１
．５２の一方を経て油圧シリンダ５３へ送りハンドル回
転角に応じたタイヤ切れ角を得ているが、油圧シリンダ
５３の内部やＰＳユニット５０の内部でのリークがある
。　（詳しくは、例えば油圧ライン５１からの高圧油は
シリンダ内の右側作動室５６に入り、油圧シリンダ５３
内に設けられたピストン５４及びロッド５５を左方に作
動させる、この時ピストン５４とシリンダ内壁との間か
ら低圧になっている左側作動室５７に油が漏れるため、
ロッド５５のストロークが所定量に達しない、また、Ｐ
ＳＳユニ上５０内の弁部においても同様に低圧側へリー
クが生ずるため油圧シリンダ５３内のピストン５４を移
動させる油量が不足しピストン５４のストロークが所定
量に達しない）このため、操舵を繰り返すうちに「ハン
ドルずれ」が生じ、その結果運転者に運転のしずらさや
不安感を与えていた。

そこで、油圧シリンダ５３のロッド５５のストロークを
変位計５８で検出し、またハンドル４８の回転角をハン
ドル回転角検出センサ４９で検出し、両信号を比較し基
準値を越えた場合補正を行う０例えば、左側にハンドル
４８を切った堝き左側作動室５６に油が流入し、ピスト
ン５４を左方向に移動させる。このとき低圧となってい
る左側作動室５３へピストン５４の外周部を介して油の
漏れがある。従って、次に右側にハンドル４８を切った
とき、左側作動室５７に油が流入しピストン５４を右側
に押しもどすが、前記左切り時に比較して油の洩れ量に
差があった場合ハンドル４８が中立位置になっても、ピ
ストン５４は油圧シリンダ５３の中立位置に戻らなくな
る。そこで、ハンドル４８の中立位置と、油圧シリンダ
５３内のピストン５４の中立位置とのずれが大きくなり
、補正の基準値を越えた場合、ハンドル４８の転舵操作
時に作動油室５６，５７のいずれか一方に流入する作動
油の一部を、コントローラ６０によって制御されるソレ
ノイドバルブ５９を介してタンク６１に戻すことにより
、ピストン５４とハンドル４８との中立位置を合致させ
るようになっている。

このパワーステアリング装置の油圧シリンダのストロー
クを検出する変位計としては、センサー部に接触部分が
ないため耐久性に優れ構造が簡単な静電容量式シリンダ
変位計を使用する事が提案６２−１４００１号記載の自
動車の上下振動の変位を計測する変位計詳しくは、車両
の悪路走行時等に発生する車輪の上下振動が車体に伝わ
り乗ｑの乗り心地を悪化させることを防止するため、車
体と車輪の間に介装されたショックアブソーバの振幅を
変位計で検出しその検出信号によりショックアブソーバ
の減衰力を加減制御するシステムに用いられている変位
計を第５図に示す、　　本変位計としては、やはりセン
サ一部に接触部がない等から静電容量式シリンダ変位計
が使用されている。

（発明が解決しようとする課題） この様な従来の静電容量式シリンダ変位計にあっては、
誘電体として油脂等の液体を使用しているため次の櫟な
未解決の問題が内在している。即ち、シリンダ内に充填
された油脂等の液体から成る誘電体は、シリンダ及びロ
ッドとの摺動部にシールを設け、液密的に充填されてい
るが、このシールの効果も摺動部の摩耗により劣化した
り、また外部からのオゾン、外気熱、塵埃等による経年
変化により影響され、外気がシリンダ内に浸入すること
を完全に防ぐことができない、この結果シリンダ内の誘
電体の油脂に外気が混じり合い誘電率が変化して変位計
としての変位測定に誤差を生ずることになる。

また、油の誘電率は温度変化に対して負の係数を持って
いるため油を変位計の誘電体として用いた場き、外気や
使用する場所、例えば自動車の排気管付近等の温度変化
によりやはり変位量に誤差を生ずる、これを解決するた
め従来は変位検出回路中に前記油の負の係数を補正する
ため正の係数を持つ抵抗を付加していた。従ってこの抵
抗を付加することはいきおいシリンダ変位計のコスト高
を生じ好ましくなかった。

（発明の目的） そこで本発明は、シリンダ内の温度や外気の浸入によっ
て影響されず、変位量の測定を常時正確に出来るように
した静電容量式変位計を提供することを目的としている
。

（問題点を解決するための手段） シリンダと、シリンダ内に相対変位可能に設けたロッド
とから成り、誘電体として気体を使用することを特徴と
するもので、この気体の誘電作用により前記シリンダと
ロッド間の静電容量を検出して前記シリンダとロッドと
の相対位置を計測するよう構成している。

（作用） 本発明による静電容量は、シリンダ内径及びロッド外径
寸法と、シリンダ及びロッドにおける軸方向対向部の長
さと、この対抗部に存在する気体から成る誘電体との相
互作用により生ずる。そして、ロッドが外力と受けて、
シリンダに対して相対的に移動すると、前記シリンダ及
びロッドの対向部長さが変化し、その結果静電容量が変
化する。この変化量を変位検出回路中に印加し、ロッド
の変位量として計測するのである。

もし、シリンダを取り巻く大気が変化し、誘電体の温度
が変動したとしても誘電体の誘電率は変化せず、同一の
変位量として計測する。また、シリンダ内に外気が浸入
した場合、やはり誘電体の誘電率は、検出変位量に影響
せず所定のロッド変位量を表すことになる。

（実施例） 以下、本発明を図面を用いて説明する。

まず、第１図を参照して本発明の詳細な説明する。

第１Ｉ２１において、２０は変位計であり、変位計２０
はシリンダ２１、ロッド２２、ピストン２３、シール２
４、ガイド２５および気体２６により構成される。シリ
ンダ２１内にはロッド２２の先端部に設けられた絶縁性
のピストン２３によりシリンダ２１の内周とロッド２２
の外周との間に空間が形成される。シリンダ２１のロッ
ド２２が挿入される開口部は絶縁性のシール２４により
密閉されるとともに、ロッド２２はシール２４で気密が
維持された状態で図中において上下に移動する。

また、ロッド２２はシール２４の内側に固定された絶縁
性のガイド２５で支持されている。密閉されたシリンダ
２１内は所定の誘電率を有する気体（例えば、エアやＮ
２ガス等）で満たされており、この気体は外気と分離し
た状態でシリンダ２１内に充填されたものである。従っ
て、シリンダ２１とロッド２２をそれぞれ電極とするこ
とで、これら電極間に所定の静電容量が発生し、ロッド
２２の移動に伴うｔＶｉ１間容積の変化をｎ＠容量の変
化として計測することが可能となる。

尚、本発明のような変位計は、−ｍに変位計としてのみ
使用されている場合と、それ自身にバネ作用を付加して
ガススプリング等の機能と変位計としての機能とを兼用
して使用される場合とがある。変位計のみとして使用す
る場合は、気体を略大気圧で充填し、ガススプリング及
び変位計を兼用に使用する場合は、気体を高圧にして充
填する。

第２．３図は本発明に係る変位計の一実施例を示す図で
あり、第２図はその正面図、第３図は第２Ｉ２Ｉの断面
図である。

まず、構成を説明する。第２．３図において、３０は変
位計である。変位計３０は導電性の外筒３１、外筒３１
内に支持された導電性のシリンダ３２、シリンダ３２内
を摺動する絶縁性のピストン３３ｉよびピストン３３を
その一端部に固定した導電性のロッド３４を主要部材と
して構成する。

シリンダ３２は外筒３１の両端に絶縁性のボトム３５お
よびガイド３６により外筒３１の内周とシリンダ３２の
外周との間に所定の間隔を形成して支持される。ロッド
３４はガイド３６によりシリンダ３２に対して絶縁状態
で摺動自在に支持されており、ロッド３４とシリンダ３
２の間に所定の間隔が形成される。外筒３１の一端部は
ボトム３５で密閉され、外筒３１のロッド３４が挿入さ
れる他端部は気体シール３７およびダストシール３８で
密閉されている。気体シール３７およびダストシール３
８はロッド３４に対しても気密を維持する。気密が維持
された外筒３１内およびシリンダ３２内には、所定の誘
電率を有する気体３９が封入されている。外筒３１の他
端側外周部とロッド３４の他端部にはダストブーツ４０
が挿通固定されており、ダストブーツ４０はロッド３４
の移動に応じて伸縮し、ロッド３４の損傷の防止をする
。また、外筒３１の外周部には変位検出回路４１が取り
付けられており、変位検出回路４１内には静電容量の変
化を検出するターミナル４２とターミナル１４２が設け
られている。ターミナル４２のｔ極部４２１は外筒３１
の外周部に形成された孔を絶縁状態で貫通してシリンダ
３２の外周部の一点に弾性的に接触する。一方ターミナ
ル１４２は外筒３１と接触している。また外筒３１は、
気体シール３７とダストシール３８との閘に設けられた
導電性のブラシ４３を介してロッド３４に導通している
。すなわち、外筒３１とロッド３４を一つの電極とし、
シリンダ３２を他の一つ°の電極とする電気的なコンデ
ンサが形成されている。

なお、４４．４５は変位計３０を図外のショックアブソ
ーバ等に取り付けるためのヒンジ、４６．４７はそれぞ
れハーネスとコネクタであり、ハーネス４６およびコネ
クタ４７は変換回路４１の電気信号を図外の制御機器に
出力している。

次に、作用を説明する。

図外のショックアブソーバ等から変位計３０に振動が伝
達されると、この振動に応じてロッド３４の図中上下移
動が繰り退される。このロッド３４の上下移動によって
シリンダ３２とロッド３４との間の気体３９で満たされ
た空間の容積が変化する。すなわち、電気的なコンデン
サのｔｒｉ間容積が振動に応じて逐次変化することにな
り、例えばロッド３４が図中下方へ移動したときは静電
容量が減少され、一方ロッド３４が図中上方へ移動した
ときは静電容量が増大される。このような静電容量の変
化が変位検出回路４１のターミナル４２゜１４２によっ
て検出されるとともに、第４図に示すようにこの検出さ
れた検出信号は変位検出回路４１内の周期変換回路６２
で静電容量に比例しな所定の周期信号に変換される。

なお、この静電容量に比例した周期信号をさらに、電圧
変換回路６３で周期信号に比例した直流電圧信号に変換
するＪ％きもある。これらの信号は変換回路４１からハ
ーネス４６およびコネクタ４７を介して図外の制御機器
に出力される。

ここで、シリンダ３２力内径をａ、ロッド３４の外径を
ｂ、ロッド３４のシリンダ３２内に浸入する長さをＬと
し、気体３９の誘電率をεとすると、静電容量Ｃは次式
　（１）で求められる。

２πεＬ Ｃ＝　　　　　　　　　　　　　−−−−（１）ｌｏｇ
（ａ／ｂ　　） 静電容１ｃの変化量はロッド３４の移動可能なストロー
ク量の範囲内となる。また、シリンダ３２内にロッド３
４が浸入したときの外筒３１およびシリンダ３２内にお
ける容積減少分は気体３９の圧力上昇により補償される
。

なお、本実施例においてシール劣化等でシリンダ内に空
気中の水分が浸入し、シリンダ、ロッド間の誘を率が変
化するやに考えるであろうが空気中に於ける水分の割合
は微盪で、例えばフォークリフトのパワーステアリング
装置のｇｕｉに影響する程この誘電率は変化せず問題は
ない、ただ、極めて正確な変位量を測定したい場合には
、予めシリンダ内に乾燥したエアやＮ２ガス等を充填す
ることが考えられる。

以上のごとく、シールの劣化等により、外＠３１内およ
びシリンダ３２内に外気が浸入しても気体同士なので内
部の気体３９の誘電率はほとんど変化せず、パワーステ
アリング装置の調整量やショックアブソーバの減衰力の
加減制御に影響を与えない。

また、気体３９の誘電率は該気体の温度変化に対して変
動しない、すなわち、温度依存性がないため、変位検出
回路４１での抵抗等による温度補正の必要がなくコスト
削減が図れる。

なお、シリンダ３２内でのロッド３４の上下移動による
シリンダ３２内の容積変化は気体３つの圧力変化で補償
されるため、従来のように外筒３１の外周部に圧力補償
用のベローズ等を設ける必要がなくなり、破損等がなく
信頼性が向上し、変位計３０の構成部品点数が削減され
、外筒３１の加工工数も低減される。また、シリンダ内
の誘電体を液体から気体にすることにより、所定の誘電
率が変化するが、その後の処理回路において所定の変換
定数を用いることにより、その変化分を容易に補正出来
るので何ら問題ない。

上記のように本発明の変位計は温度補償や外気浸入の対
策を施さなくとも静電容量が安定し信頼性が向上すると
ともに、変位計のコストを低下させる事が出来る。

（効果） 本発明は、静電容量式変位計の誘電体として気体を使用
しているものである。従って、この気体からなる誘電体
は外気温の変化や、シリンダ内への外気浸入等により影
響されて誘電率が変わるということはない、従って、本
発明による変位計はシリンダに対するロッドの相対位置
計測が常に正確なものとなり、この計測値を受けて作動
する被作動体、例えば全油圧式パワーステアリング装置
の操舵角等を操縦者の意志どうりの値を得ることができ
被制御体の安全運行等に大きく寄与することとなる。

また、本発明では誘電体として気体を使用した結果、シ
リンダとウッド間のシール効果が低化し、例え水分を含
む外気が万が一浸入したとしても、この外気中に含む水
分の割合は非常に微量であり、誘電率を変えるまでに至
らないが、もし、こあ微量な水分による影響をも考慮し
なければならない変位計であれば、シリンダ内を高圧気
体で満たす様にすれば外気が浸入することはなく、本問
題を解決できる。これによって変位計自身がスプリング
力を発揮する事になり、従ってガススプリングの機能を
兼ねそなえる事となる。この結果例えば、自動車のサス
ペンション装置のごとく緩衝器と変位計との両装置を備
えるものにおいては本発明の変位計を用いることにより
緩衝器を廃止させることができ部品点数の削減、コスト
の低減等を図る事が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る変位計の原理図、第２．３区は本
発明の実施例を示す図であり、第２図はその正面図、第
３図は第２図の■−■線断面図、第４図は変位を検出す
る回路図、第５図は従来の変位計の断面図、第６図は従
来の変位計を使用した全油圧式パワーステアリング装置
の説明図である。 ３０・・・・・・変位計、 ３２・・・・・・シリンダ、 ３４・・・・・・ロッド、 ３　つ・・・・・・気体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダと、該シリンダ内に相対変位可能に設け
   たロッドと、前記シリンダ内に充填した気体より成る誘
   電体から成り、前記シリンダ及び前記ロッドを電極とし
   て、これら電極間に存在する気体の誘電作用により形成
   される静電容量を検出することにより、前記シリンダと
   前記ロッドとの相対位置を計測することを特徴とする変
   位計。
2. （２）前記シリンダ内の気体が高圧に充填された事を特
   徴とする特許請求範囲第１項記載の変位計。