JPH0783266A

JPH0783266A - スライド機構用電気粘性流体ダンパ

Info

Publication number: JPH0783266A
Application number: JP5252590A
Authority: JP
Inventors: Chuichi Sato; 忠一佐藤; Shigemi Tsukamoto; 茂美塚本; Hidenori Shinno; 秀憲新野
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1993-09-14
Filing date: 1993-09-14
Publication date: 1995-03-28
Also published as: US5462361A

Abstract

(57)【要約】【目的】大電圧を必要とせず、かつ装置の大型化を招
くことなく、位置決め精度と衝撃吸収性能の双方を満足
し得るスライド機構用電気粘性流体ダンパを提供する。【構成】径の異なるベース側導電性半円管１０１ａ，
ｂ，ｃ（電極：陽極または陰極）、とテーブル側導電性
半円管１０３ａ，ｂ，ｃ（電極：陰極または陽極）を、
ベース側とテーブル側とで交互に同心状態で配置するこ
とにより、装置の大型化を回避しつつ、電気粘性流体Ｅ
Ｒに接触する電極の面積を大きくするようにしている。
そして、電圧御回路ＶＣは、例えば、テーブル２がスラ
イド動作している最中は、電気粘性流体ＥＲに電圧を印
加せずに、電気粘性流体ＥＲの液体だけによる最小の粘
度とし、スライド動作停止時に初めて電気粘性流体ＥＲ
に電圧を印加することにより、電気粘性流体ＥＲの粘度
を大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機械装置のスライド機
構に好適な電気粘性流体ダンパに関する。

【０００２】

【従来技術】従来、例えば、図１２，図１３に示したよ
うな機械装置のスライド機構が知られている。図１２は
スライド機構の側面断面図、図１３は図１２のＡ−Ａ断
面図であり、本スライド機構は、ベース１に対してテー
ブル２が相対的に水平方向に平行移動するものである。
すなわち、ベース１には、油静圧軸受の基準となる角材
３ａ，３ｂが取付けられ、テーブル２には、上下方向支
持部材４ａ，４ｂが取付けられ、角材３ａ，３ｂと対向
する位置には、それぞれ油が充填される水平方向の軸受
ポケットｈ、垂直方向の軸受ポケットｖが形成され、こ
れら軸受ポケットｈ，ｖ、油にて構成される油静圧軸受
により、テーブル２がベース１に対して平行移動可能に
支持されている。

【０００３】また、テーブル２には、ボールねじナット
５が取付けられ、ベース１には、ボールねじボルト６を
支持するハウジング７、支持軸受８ａ，８ｂが取付けら
れ、ボールねじボルト６は、図示省略したサーボモータ
等のアクチュエータに連結されている。

【０００４】このような構成の下で、ボールねじボルト
６が回転されると、ボールねじボルト６とボールねじナ
ット５との螺合作用により、テーブル２は、図１２の矢
印方向に移動（スライド）する。この際、テーブル２
は、軸受ポケットｈ，ｖ、油にて構成される油静圧軸受
により案内されることにより、ベース１に対して平行移
動する。なお、案内機構としては、静圧軸受、転がり案
内、すべり案内が用いられる場合もあり、また、駆動機
構としては、静圧ねじ、フリクションドライブが用いら
れる場合もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、油や空気の静
圧軸受においては、粘性摩擦が小さいため、テーブル２
の位置決め精度が良いという長所があるものの、ダンピ
ング効果は期待できないため、振動に弱く、駆動した位
置に落ち着くまでに時間がかかったり、加工機械に適用
した場合にはビビリが発生し易いという欠点があった。
同様のことは、転がり案内についても言える。

【０００６】また、すべり案内においては、逆に摩擦が
大きいため、ダンピング効果が良いという長所があるも
のの、摩擦が大きいこと、および静止摩擦と動摩擦の違
いにより、スティックスリップが発生する場合もあり、
位置決め精度が悪いという欠点があった。さらに、摩擦
が大きいため、早送り時に大きなパワーが必要となり、
発熱原因にもなるという欠点があった。

【０００７】そこで、本発明者らは、種々検討した結
果、摩擦力を可変制御できれば上記の欠点を除去できる
との着想を得た。しかし、スライド機構においては、ダ
ンピング効果を得るための摩擦力は動体に対して作用さ
せる必要があるため、その動体に対する摩擦力を可変制
御するのは容易ではない。そこで、更に、動体に対する
摩擦力を可変制御させる手法を種々検討した結果、電界
の強さに応じて見かけ上の粘度が変化する電気粘性流体
を利用すればよいとの着想を得た。

【０００８】しかし、実用レベルで使用し得る程度の電
気粘性流体の粘度を得るためには、大きな電圧を印加す
る必要があり、電極の材質、電源等の関係でコスト高と
なって好ましくない。そこで、それほど大きな電圧を印
加しなくても電気粘性流体による粘性摩擦力を大きくす
る方法として、電気粘性流体に接触する電極の面積を大
きくする方法が考えられるが、単純に電極の面積を大き
くすると、装置が大型化するという問題が生じてしま
う。

【０００９】本発明は、このような事情の下になされた
もので、その目的は、大電圧を必要とせず、かつ装置の
大型化を招くことなく、位置決め精度と衝撃吸収性能の
双方を満足し得るスライド機構用電気粘性流体ダンパを
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によるスライド機構用電気粘性流体ダンパ
は、相対的に平行移動する物体１と物体２との相対位置
を決める際の衝撃を吸収するスライド機構用ダンパであ
って、前記物体１に取付けられてなる陽極側の電極板
と、前記物体２に取付けられ、前記陽極側の電極板と対
向され配置されてなる陰極側の電極板と、前記陽極側の
電極板と陰極側の電極板とが存する空間に満たされてな
る電気粘性流体と、前記陽極側の電極板と陰極側の電極
板に印加する電圧を可変制御する電圧制御手段と、を備
えている。

【００１１】

【作用】陽極側の複数の電極板と、陰極側の複数の電極
板とは、陽極側と陰極側とが交互に配置されており、限
られた空間を有効利用して可能な限り、当該空間に満た
された電気粘性流体との接触面積が大きくなるようにし
ている。従って、電圧制御手段により印加する電圧をそ
れ程大きくしたり、装置を大きくしたりなくても、電気
粘性流体による粘性摩擦力を実用レベルの大きさにする
ことができる。

【００１２】電圧制御手段は、例えば、物体１と物体２
とが相対的にスライド動作している最中は、陽極側と陰
極側の複数の電極板に電圧を印加しないようにして、電
気粘性流体の粘度を最低にすることにより、スライド速
度を低減しないようにし、スライド動作停止時には、所
定の電圧を印加することにより、電気粘性流体の粘度を
大きくして、所望のダンピング力を得て位置決め精度と
衝撃吸収性能の双方を満足するようにする。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図１１を参照
しながら説明する。［第１実施例］

【００１４】図１は、本発明の第１実施例によるスライ
ド機構用電気粘性流体ダンパを適用したスライド機構の
側面断面図、図２は図１のスライド機構の正面図であ
り、図１２、図１３に示した従来のスライド機構に対し
て、ハウジング７と左右の角材３ａ，３ｂとの間にスラ
イド機構用電気粘性流体ダンパＤが新たに設けられてい
る。なお、スライド機構用電気粘性流体ダンパＤ以外の
構成要素は、従来例の項で説明した通りなので、ここで
は、その説明を省略する。

【００１５】スライド機構用電気粘性流体ダンパＤは、
図３、４に示したように構成されている。なお、図３は
スライド機構用電気粘性流体ダンパＤの側面断面図、図
４は正面断面図である。

【００１６】図３、４において、ベース１には、導電性
取付部材１０２が、絶縁スペーサ１０９を介してボルト
Ｂ１により締結されている。そして、導電性取付部材１
０２には、ベース側導電性円弧状管１０１ａ，ｂ，ｃ
が、導電性間座１０２ａ，ｂ，ｃを介してボルトＢ２に
より取付けられている。また、テーブル２には、導電性
取付部材１０４が、絶縁スペーサ１１０を介してボルト
Ｂ３により締結されている。そして、導電性取付部材１
０４には、テーブル側導電性円弧状管１０３ａ，ｂ，ｃ
が、導電性間座１０４ａ，ｂ，ｃを介してボルトＢ４に
より取付けられている。

【００１７】なお、ベース側導電性円弧状管１０１ａ，
ｂ，ｃ、テーブル側導電性円弧状管１０３ａ，ｂ，ｃの
径は、互いに異なっており、ベース側とテーブル側の導
電性円弧状管が交互に同心状態で配置されている。ま
た、ベース側導電性円弧状管１０１ｃの半円形の両側端
部１０１ｃｃは曲率が“０”で直線状になっており、電
気粘性流体ＥＲを満たすためのケースとしての機能も果
たしている。

【００１８】図３に示したように、ベース側導電性円弧
状管１０１ａ，ｂ，ｃの長さは、テーブル側導電性円弧
状管１０３ａ，ｂ，ｃより長くなっており、ベース側導
電性円弧状管１０１ａ，ｂ，ｃの両端（図３では一端の
み図示）には、非導電性キャップ１１１が取付けられ、
この非導電性キャップ１１１と上記ベース側導電性円弧
状管１０１ｃとで形成される空間に電気粘性流体ＥＲが
満たされている。また、ベース側導電性円弧状管１０１
ａ，ｂ，ｃとテーブル側導電性円弧状管１０３ａ，ｂ，
ｃとの長さの差が、軸方向すべりのストローク可能な値
となる。

【００１９】また、導電性取付部材１０２，１０４に
は、電源１０７の電圧を電圧制御回路ＶＣ（図示省略）
により昇圧して複数の電圧を切換可能に印加できるよう
構成されており、これにより、電気粘性流体ＥＲに加わ
る電界の強さを変化させることができる。なお、ベース
側導電性円弧状管１０１ａ，ｂ，ｃ、テーブル側導電性
円弧状管１０３ａ，ｂ，ｃは、それぞれ導電性間座１０
２ａ，ｂ，ｃ、導電性間座１０４ａ，ｂ，ｃを介して導
電性取付部材１０２，１０４に取付けられているので、
電極として機能することとなり、ベース側導電性円弧状
管１０１ａ，ｂ，ｃ、またはテーブル側導電性円弧状管
１０３ａ，ｂ，ｃのいずれかが、陽極、または陰極とな
る。

【００２０】ここで、電気粘性流体ＥＲの一例として、
分散系電気粘性流体の特性について説明すると、該電気
粘性流体ＥＲは、液体中に微粒子を分散させたものであ
り、図５に示したように電圧を印加すると、分散微粒子
に相対すべりに対する抵抗力が働いて見かけ上の粘性が
変化する特性を持っている。すなわち、図６に示したよ
うに、電気粘性流体ＥＲは、電界の大きさに応じて、液
体そのものの粘度（粘度比＝１）より粘度が遥かに大き
くなる特性がある。この電気粘性流体ＥＲを、本実施例
のようにスライド機構に用いた場合、電気粘性流体ＥＲ
の粘度は、相対すべり速度に比例した抵抗力（粘性摩擦
力）となることを意味している。従って、電気粘性流体
ＥＲは、すべり方向のダンパとしては理想的な特性を持
っていると言える。なお、電気粘性流体ＥＲには、上述
の分散系電気粘性流体の他、液晶やイオン交換樹脂等も
あり、いずれのタイプも本願に適用することができる。

【００２１】このように、電気粘性流体ＥＲは、電界の
大きさに応じて相対すべりに対する粘性摩擦力を大きく
できるが、スライド機構用ダンパとして十分機能し得る
程度の粘度を得るには、電界の強さを非常に大きくする
必要がある。電界の強さを非常に大きくする方法として
は、印加する電圧を大きくする方法が考えられるが、印
加する電圧を大きくする方法は、電極の材質、電源等の
関係でコスト高になり実用性に乏しい。

【００２２】従って、電気粘性流体ＥＲに接触する電極
の面積を大きくする方法を採用すべきであるが、単純に
接触面積を大きくすると装置が大型化し、好ましくな
い。そこで、本実施例では、上記のように、径の異なる
ベース側導電性円弧状管１０１ａ，ｂ，ｃ（電極：陽極
または陰極）、とテーブル側導電性円弧状管１０３ａ，
ｂ，ｃ（電極：陰極または陽極）を、ベース側とテーブ
ル側とで交互に同心状態で配置することにより、装置の
大型化を回避しつつ、電気粘性流体ＥＲに接触する電極
の面積を大きくするようにしている。このため、電圧制
御回路ＶＣにより印加する電圧をそれ程大きくしたり、
装置を大きくしたりなくても、粘性抵抗力を実用レベル
の大きさにすることを可能にしている。

【００２３】次に、ベース側導電性円弧状管１０１ａ，
ｂ，ｃ（電極）、とテーブル側導電性円弧状管１０３
ａ，ｂ，ｃ（電極）との間隔Ｈについて説明する。電気
粘性流体ＥＲは、軸方向の相対すべりに対するダンピン
グ効果だけでなく、軸垂直方向には動圧効果も発生す
る。

【００２４】すなわち、相対すべりのダンピング力Ｆ0
は、相対すべり速度を“Ｖ”、電気粘性流体ＥＲの粘度
を“μ”とすると、

【数１】Ｆ0∝μ・Ｖ／Ｈと表すことができる。また、動圧効果により発生する力
Ｆ1は、

【数２】Ｆ1∝μ・Ｖ／Ｈ³ と表すことができる。

【００２５】従って、各電極間の間隔Ｈを大きくとるこ
とにより、動圧効果により発生する力Ｆ1は無視し得る
程度に小さくできるので、軸垂直方向の案内精度を悪化
させることはない。このように各電極間の間隔Ｈを大き
くとることは、組み立ての点においても有利になる。な
お、各電極間の間隔Ｈは、実際には０．２ｍｍ〜１．０
ｍｍである。

【００２６】また、数式１に示したように、相対すべり
のダンピング力Ｆ0は、相対すべり速度Ｖに比例し、相
対すべり速度Ｖが大きくて吸収すべき振動が大きい場合
には大きなダンピング効果が得られ、好都合である。

【００２７】また、相対すべりのダンピング力Ｆ0は、
電気粘性流体ＥＲの粘度μにも比例するので、テーブル
２がスライド動作している最中は、電気粘性流体ＥＲに
電圧を印加せずに、電気粘性流体ＥＲの液体だけによる
最小の粘度として、スライド時の摩擦力を低減すること
により、相対すべり速度Ｖを得るための消費電力を低減
し、スライド動作停止時に初めて電気粘性流体ＥＲに電
圧を印加することにより、電気粘性流体ＥＲの粘度を大
きくして、所望のダンピング力を得て位置決め精度と衝
撃吸収性能の双方を満足するようにしている。なお、電
気粘性流体ＥＲに印加する電圧を相対すべり速度Ｖに応
じて変化させるようにすれば、よりきめ細かな制振制御
が可能となる。このような電圧制御は、電圧制御回路Ｖ
Ｃにより行われる。

【００２８】［第１実施例の応用変形例］図７は、第１
実施例の応用変形例を示す図であり、図１、図２に示し
た第１実施例との相違点は、第１実施例では、ハウジン
グ７と左右の角材３ａ，３ｂとの間にスライド機構用電
気粘性流体ダンパＤが設けられているのに対し、本応用
変形例では、左右の角材３ａ，３ｂの外側にスライド機
構用電気粘性流体ダンパＤが設けられている点である。

【００２９】［第２実施例］図８、図９は、垂直方向案
内に使用されるスライド機構用電気粘性流体ダンパの構
成を示している。図８は図９のＢ−Ｂ断面図であり、図
９は図８のＡ−Ｏ−Ａ断面図である。図８、図９におい
て、７０１は図示省略した垂直スライドを軸支する軸で
あり、電極としても機能するものである。この垂直軸７
０１には、スライド側導電性管７０２ａ，ｂが導電性間
座７０３ａ，ｂを介して取付けられ、これらスライド側
導電性管７０２ａ，ｂ、導電性間座７０３ａ，ｂは、垂
直軸７０１と一体になって上下動するよう構成されてい
る。

【００３０】また、図９に示したように、上下の導電性
端部材７０５ａ，ｂには、固定側導電性管７０４ａと、
固定側導電性円弧状管７０４ｂ，ｃとが取付けられてい
る。なお、スライド側導電性管７０２ａ，ｂ、固定側導
電性管７０４ａ、および固定側導電性円弧状管７０４
ｂ，ｃは、垂直軸７０１を中心とした同心状態となって
いる。円筒状の流体ケース７０７は、ボルトによって上
蓋７０８と下蓋７０９とにより閉じられている。また、
上下の導電性端部材７０５ａ，ｂと流体ケース７０７と
は、絶縁体間座７０６により電気的に絶縁されている。
また、上下の導電性端部材７０５ａ，ｂの中心部分には
孔が開けられ、電圧を印加した状態でも余分な電気粘性
流体ＥＲが上下の導電性端部材７０５ａ，ｂの内外に自
由に出入りできるようになっている。

【００３１】なお、本実施例では、電圧は、電源１０７
´、電圧制御回路ＶＣ´により、直接には垂直軸７０１
と上側の導電性端部材７０５ａとの間に印加され、これ
らを介してスライド側導電性管７０２ａ，ｂと、固定側
導電性管７０４ａおよび固定側導電性円弧状管７０４
ｂ，ｃとに電圧が印加されることにより、スライド側導
電性管７０２ａ，ｂは陽極または陰極となり、固定側導
電性管７０４ａおよび固定側導電性円弧状管７０４ｂ，
ｃは陰極または陽極となる。

【００３２】以上の説明から明らかなように、本実施例
においても、第１実施例と同様に限られた空間を有効利
用して可能な限り、当該空間に満たされた電気粘性流体
ＥＲとの電極との接触面積が大きくなるようにしてお
り、垂直方向案内に使用されるスライド機構においても
第１実施例と同様の効果が得られることは言うまでもな
い。

【００３３】［第３実施例］図１０、図１１は、第３実
施例によるスライド機構用電気粘性流体ダンパの構成を
示す図であり、図８、図９に示した第２実施例と同様
に、垂直方向案内に使用されるものである。なお、図１
０は図１１のＡ−Ａ平面断面図、図１１は正面断面図で
ある。

【００３４】図１０、図１１において、８０１は図示省
略した垂直スライドを軸支する軸であり、電極としても
機能するものである。この垂直軸８０１には、上側の導
電性端部材８０３が固定され、この上側の導電性端部材
８０３には、スライド側導電性管８０２ａ，ｂ，ｃが取
付けられ、これら上側の導電性端部材８０３、スライド
側導電性管８０２ａ，ｂ，ｃは、垂直軸８０１と一体に
なって上下動するよう構成されている。

【００３５】また、下側の導電性端部材８０５には、固
定側導電性円管８０４ａ，ｂ，ｃが取付けられている。
なお、スライド側導電性管８０２ａ，ｂ，ｃ、固定側導
電性管８０４ａ、ｂ，ｃは、垂直軸８０１を中心とした
同心状態となっている。また、下側の導電性端部材８０
５は、絶縁体間座８０６，８０７を介してボルトにより
ベース１に固定されている。このベース１には、円筒状
の流体ケース８０９も固定されている。また、下側の導
電性端部材８０５、スライド側導電性管８０２ａ，ｂ，
ｃ、には、それぞれ孔８１１，８１２が開けられ、電圧
を印加した状態でも余分な電気粘性流体ＥＲが自由に流
動できるようになっている。また、垂直軸８０１の移動
により、スライド側導電性管８０２ａ，ｂ，ｃ、と固定
側導電性管８０４ａ、ｂ，ｃとの対向面積が変化し、電
気粘性流体ＥＲによる減衰力の変化を回避するため、ス
ライド側導電性管８０２ａ，ｂ，ｃの上部の内外周面に
絶縁膜８１０を施している。

【００３６】なお、本実施例では、電圧は、電源１０
７″電圧制御回路ＶＣ″により、直接には上下の導電性
端部材８０３，８０５の間に印加され、これらを介して
スライド側導電性管８０２ａ，ｂ，ｃと、固定側導電性
管８０４ａ、ｂ，ｃとに電圧が印加されることにより、
スライド側導電性管８０２ａ，ｂ，ｃは陽極または陰極
となり、固定側導電性管８０４ａ、ｂ，ｃは陰極または
陽極となる。

【００３７】以上の説明から明らかなように、本実施例
においても、第１、第２実施例と同様に限られた空間を
有効利用して可能な限り、当該空間に満たされた電気粘
性流体ＥＲとの電極との接触面積が大きくなるようにし
ており、垂直方向案内に使用されるスライド機構におい
ても第１、第２実施例と同様の効果が得られることは言
うまでもない。

【００３８】なお、この第３実施例では、絶縁膜８１０
をスライド側導電性管８０２ａ，ｂ，ｃの上部内外周面
に施したが、これに限らず、スライド側導電性管８０２
ａ，ｂ，ｃと固定側導電性管８０４ａ，ｂ，ｃの対向面
積の変化が抑えられればよく、スライド側導電管８０２
ａ，ｂ，ｃ、固定側導電性管８０４ａ、ｂ，ｃの対向す
る面同志のどちらか一方の内外面の一部に絶縁膜を施せ
ばよい。前記のような減衰力の変化が問題とならない場
合は、絶縁膜は必ずしも設けなくてよい。

【００３９】なお、上記第１〜第３実施例では、対向面
積を広くするため、円筒状の電極を交互に配置したが、
この電極の形状は、多角形、或いは平板であってもよ
い。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
大電圧を必要とせず、かつ装置の大型化を招くことな
く、位置決め精度と衝撃吸収性能の双方を満足し得るス
ライド機構用電気粘性流体ダンパを実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例によるスライド機構用電気
粘性流体ダンパを適用したスライダ機構の側面断面図で
ある。

【図２】図１のスライダ機構の正面図である。

【図３】図１、図２のスライダ機構に設けられたスライ
ド機構用電気粘性流体ダンパの側面断面図である。

【図４】図３のスライド機構用電気粘性流体ダンパの正
面断面図である。

【図５】電気粘性流体の粘性が相対すべりに対して働く
抵抗力を説明するための模式図である。

【図６】電界に対する電気粘性流体の粘性の変化特性を
示す図である。

【図７】第１実施例の応用変形例を示す図である。

【図８】本発明の第２実施例によるスライド機構用電気
粘性流体ダンパの平面断面図である。

【図９】本発明の第２実施例によるスライド機構用電気
粘性流体ダンパの側面断面図である。

【図１０】本発明の第３実施例によるスライド機構用電
気粘性流体ダンパの平面断面図である。

【図１１】本発明の第３実施例によるスライド機構用電
気粘性流体ダンパの側面断面図である。

【図１２】従来のスライダ機構の側面断面図である。

【図１３】図１２のスライダ機構の正面図である。

【符号の説明】

１０２，１０３…導電性取付部材１０１ａ，ｂ，ｃ…ベース側導電性半円管１０３ａ，ｂ，ｃ…テーブル側導電性半円管１０７…電源ＥＲ…電気粘性流体ＶＣ…電圧制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相対的に平行移動する物体１と物体２と
の相対位置を決める際の衝撃を吸収するスライド機構用
ダンパであって、前記物体１に取付けられてなる陽極側の電極板と、前記物体２に取付けられ、前記陽極側の電極板と対向さ
れ配置されてなる陰極側の電極板と、前記陽極側の電極板と陰極側の電極板とが存する空間に
満たされてなる電気粘性流体と、前記陽極側の電極板と陰極側の電極板に印加する電圧を
可変制御する電圧制御手段と、を備えたことを特徴とするスライド機構用電気粘性流体
ダンパ。