JP5578728B2 - Anti-vibration device capable of detecting external force - Google Patents
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Description
本発明は、例えば自動車のサスペンションブッシュ等に適用される防振装置に係り、特に入力された外力の検出を可能とされた防振装置に関するものである。 The present invention relates to a vibration isolator applied to, for example, a suspension bush of an automobile, and more particularly to a vibration isolator capable of detecting an input external force.
従来から、振動伝達系を構成する部材間に介装されて、それら部材を相互に防振連結する防振装置が知られており、サスペンションブッシュやメンバマウント等に適用されている。この防振装置は、一般的に、第1の取付部材と第2の取付部材を本体ゴム弾性体で弾性連結した構造を有しており、例えば、第1の取付部材が車両ボデーに取り付けられると共に、第2の取付部材がサスペンションアームやサブフレームに取り付けられることによって、サスペンションアームやサブフレームを車両ボデーに防振連結するようになっている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a vibration isolator that is interposed between members constituting a vibration transmission system and that mutually vibrates and connects these members is known and applied to suspension bushes, member mounts, and the like. This vibration isolator generally has a structure in which a first attachment member and a second attachment member are elastically connected by a main rubber elastic body. For example, the first attachment member is attached to a vehicle body. At the same time, the second attachment member is attached to the suspension arm or the subframe, so that the suspension arm or the subframe is connected to the vehicle body in a vibration-proof manner.
ところで、昨今では、車両の走行状態をセンシングして、そのセンシング結果を車両の制御に利用することで、走行時の横滑り防止や加速時の適切なトルクコントロール、効率的なブレーキング等の実現に役立てる研究がなされており、防振装置に走行状態をセンシングするためのセンサを取り付けることも提案されている。例えば、特許第4347784号公報(特許文献1)には、インナ軸部材とアウタ筒部材の少なくとも一方に歪み検出手段を設ける構造が開示されている。また、特許第4415390号公報(特許文献2)には、複数のゴムセンサをリング状の固定部材を介して装着した筒形防振装置が開示されている。 By the way, in recent years, by sensing the running state of the vehicle and using the sensing result for vehicle control, it is possible to prevent skidding during running, appropriate torque control during acceleration, efficient braking, etc. Research has been made to help, and it has also been proposed to attach a sensor for sensing the running state to the vibration isolator. For example, Japanese Patent No. 4347784 (Patent Document 1) discloses a structure in which strain detection means is provided on at least one of an inner shaft member and an outer cylinder member. Japanese Patent No. 4415390 (Patent Document 2) discloses a cylindrical vibration isolator in which a plurality of rubber sensors are mounted via a ring-shaped fixing member.
しかしながら、特許文献1の構造では、他部材への取付部であるインナ軸部材とアウタ筒部材の何れかの歪みを検出するようになっており、それらインナ軸部材とアウタ筒部材が耐荷重性に優れた高剛性の部材とされていることから、微小な入力では充分な歪みが生じ難く、高精度な検出は難しかった。一方、特許文献2の構造では、防振装置側にセンサを取り付けるための特別な構造が必要となるおそれがあると共に、センサ側にも特別な固定部材が必要となって、部品点数の増加や構造の複雑化が問題となる場合もあった。 However, in the structure of Patent Document 1, any one of the inner shaft member and the outer cylinder member that is an attachment portion to another member is detected, and the inner shaft member and the outer cylinder member are load resistant. Therefore, it is difficult to generate sufficient distortion with a minute input, and it is difficult to detect with high accuracy. On the other hand, in the structure of Patent Document 2, there is a possibility that a special structure for mounting the sensor on the vibration isolator side may be required, and a special fixing member is also required on the sensor side, which increases the number of parts. In some cases, the complexity of the structure becomes a problem.
本発明は、上述の事情を背景に為されたものであって、その解決課題は、入力荷重の高精度な検出を、充分な耐久性および実用性をもって実現することが可能とされた、新規な構造の外力検出が可能な防振装置を提供することにある。 The present invention has been made in the background of the above-mentioned circumstances, and its solution problem is a novel technique capable of realizing highly accurate detection of an input load with sufficient durability and practicality. An object of the present invention is to provide a vibration isolator capable of detecting an external force having a simple structure.
すなわち、本発明の第1の態様は、第1の取付部材としてのインナ軸部材に第2の取付部材としてのアウタ筒部材が外挿されており、それらインナ軸部材とアウタ筒部材の間に本体ゴム弾性体が配設されて連結された防振装置において、誘電性の弾性材からなる誘電体層の両面に対して導電性の弾性材からなる一対の電極膜を設けた静電容量型センサを用いて、前記インナ軸部材と前記アウタ筒部材の間への外力作用に際しての前記本体ゴム弾性体への引張力の作用方向である該インナ軸部材と該アウタ筒部材の対向方向に伸びる状態で該静電容量型センサが配設されていると共に、該静電容量型センサが該本体ゴム弾性体の軸方向端面に固着されていることを特徴とする。 That is, according to the first aspect of the present invention, an outer cylindrical member as a second mounting member is extrapolated to an inner shaft member as a first mounting member, and between the inner shaft member and the outer cylindrical member. in the vibration isolating apparatus main rubber elastic body is connected is arranged, the electrostatic capacitance type in which a pair of electrode films made of a conductive elastic material with respect to both surfaces of the dielectric layer made of a dielectric elastic material using the sensor, extending in the opposing direction of the inner shaft member and the outer cylindrical the main rubber elastic which is acting direction of the tensile force to the body the inner shaft member and the outer tubular member when the external force acting on between the member with electrostatic capacity-type sensor is disposed in a state, electrostatic capacity type sensor is characterized in that it is secured to the axial end surface of the rubber elastic body.
このような本態様に従う構造とされた防振装置では、静電容量型センサの誘電体層および電極膜が何れも弾性材で形成されていることによって、外力の作用時に本体ゴム弾性体の弾性変形に伴って静電容量型センサの誘電体層および電極膜が弾性的に伸縮変形する。その結果、伸縮変形に伴う誘電体層の厚さ変化及び電極膜の面積変化に応じて、静電容量型センサの静電容量の変化(ΔC)が惹起される。この静電容量の変化量は、本体ゴム弾性体の弾性変形量に対応することから、本体ゴム弾性体の弾性変形特性に基づいて、かかる静電容量の変化量から本体ゴム弾性体に作用する外力を求めることができる。 In the vibration isolator having the structure according to this aspect, the dielectric layer and the electrode film of the capacitive sensor are both formed of an elastic material, so that the elasticity of the main rubber elastic body is exerted when an external force is applied. Along with the deformation, the dielectric layer and the electrode film of the capacitive sensor elastically expand and contract. As a result, a change in capacitance (ΔC) of the capacitive sensor is caused in accordance with the change in the thickness of the dielectric layer and the change in the area of the electrode film accompanying the expansion and contraction. Since the amount of change in capacitance corresponds to the amount of elastic deformation of the main rubber elastic body, the amount of change in capacitance acts on the main rubber elastic body based on the elastic deformation characteristics of the main rubber elastic body. External force can be calculated.
特に、本発明では、静電容量型センサを構成する誘電体層と電極膜とが何れも弾性材で形成されており、且つ、静電容量型センサが本体ゴム弾性体に固着されていることから、静電容量型センサが本体ゴム弾性体と一体的に弾性変形することとなる。これにより、本体ゴム弾性体の弾性変形量が直接的に静電容量型センサの弾性変形量として現出され得ることから、外力の検出を高精度に行うことが可能となる。 In particular, in the present invention, both the dielectric layer and the electrode film constituting the capacitive sensor are formed of an elastic material, and the capacitive sensor is fixed to the main rubber elastic body. Therefore, the capacitive sensor is elastically deformed integrally with the main rubber elastic body. As a result, the amount of elastic deformation of the main rubber elastic body can directly appear as the amount of elastic deformation of the capacitive sensor, so that it is possible to detect external force with high accuracy.
また、静電容量型センサを本体ゴム弾性体に固着せしめたことにより、防振装置が大型化するのを防ぎつつ静電容量型センサを装着できると共に、静電容量型センサに対する本体ゴム弾性体による保護効果も期待できる。即ち、本体ゴム弾性体の表面に固着されている場合には、誘電体層や電極膜の局所的な変形が本体ゴム弾性体で防止されて、耐久性の向上が図られる等の効果が期待される。更に、静電容量型センサを本体ゴム弾性体の内部に埋設状態で固着したり、本体ゴム弾性体の表面に配した静電容量型センサを接着剤層等で被覆して固着すれば、静電容量型センサに対する他部材の当接等に起因する損傷も防止され得る。 In addition, by fixing the capacitive sensor to the main rubber elastic body, it is possible to attach the capacitive sensor while preventing the vibration isolator from increasing in size, and the main rubber elastic body for the capacitive sensor. The protective effect by can also be expected. That is, when it is fixed to the surface of the main rubber elastic body, local deformation of the dielectric layer and the electrode film is prevented by the main rubber elastic body, and an effect such as improvement of durability is expected. Is done. Furthermore, if the capacitive sensor is fixed in an embedded state within the rubber elastic body of the main body, or if the capacitive sensor disposed on the surface of the main rubber elastic body is covered with an adhesive layer or the like and fixed, Damage due to contact of other members with the capacitive sensor can also be prevented.
なお、検出したい外力に対して本体ゴム弾性体に惹起される弾性変形の主方向に延びるように静電容量型センサを配設することで、直接に検出可能である。また、検出したい外力の方向が複数あり、それらが同時に(相互干渉的に)入力される場合には、本体ゴム弾性体に惹起される複数の引張力の作用方向に延びるように複数のセンサを配設することで、外力と静電容量型センサの静電容量の変化との関係を連立方程式で表して、その連立方程式を解くことで各方向の外力を求めることができる。その際、複数の方向の外力を特定できるように(連立方程式の解が得られるように)センサの配置の位置及び方向と数を設定すれば良い。 In addition, it can detect directly by arrange | positioning an electrostatic capacitance type sensor so that it may extend in the main direction of the elastic deformation induced by the main body rubber elastic body with respect to the external force to detect. In addition, when there are a plurality of external force directions to be detected and they are input simultaneously (in a mutual interference manner), a plurality of sensors are extended so as to extend in the direction of the action of a plurality of tensile forces induced on the main rubber elastic body. By disposing, the relationship between the external force and the change in capacitance of the capacitive sensor is expressed by simultaneous equations, and the external force in each direction can be obtained by solving the simultaneous equations. At this time, the position, direction, and number of sensor arrangements may be set so that external forces in a plurality of directions can be specified (so that a solution of simultaneous equations can be obtained).
上記本発明の第1の態様に係る外力検出が可能な防振装置においては、前記第1の取付部材としてのインナ軸部材に前記第2の取付部材としてのアウタ筒部材が外挿されており、それらインナ軸部材とアウタ筒部材の間に前記本体ゴム弾性体が配設されていると共に、それらインナ軸部材とアウタ筒部材の対向方向に伸びる状態で前記静電容量型センサが配設されている態様が、採用されている。 A vibration damping device capable of detecting external force according to the first aspect of the present invention, the outer tubular member as the second mounting member to the inner shaft member as said first attachment member is extrapolated The elastic rubber body is disposed between the inner shaft member and the outer cylinder member, and the capacitance type sensor is disposed in a state extending in the opposing direction of the inner shaft member and the outer cylinder member. The embodiment is adopted.
筒形防振装置では、軸直角方向の入力や軸方向の入力、或いは軸傾斜方向(こじり方向)の入力や軸回り周方向(ねじり方向)の入力に際しても、本体ゴム弾性体にはインナ軸部材とアウタ筒部材の対向方向での引張力が作用する。それ故、第1の態様によれば、インナ軸部材とアウタ筒部材の対向方向に伸びるように配設した静電容量センサにより、軸直角方向の外力や軸方向の外力を検出することが可能となる。 In the case of a cylindrical vibration isolator, the inner rubber elastic body has an inner shaft for input in the direction perpendicular to the axis, input in the axial direction, input in the axis tilt direction (twist direction), and input in the circumferential direction around the axis (torsion direction). A tensile force acts in the opposing direction of the member and the outer cylinder member. Therefore, according to the first aspect, it is possible to detect the external force in the direction perpendicular to the axis and the external force in the axial direction by the capacitance sensor arranged so as to extend in the opposing direction of the inner shaft member and the outer cylindrical member. It becomes.
上記本発明の第1の態様に係る外力検出が可能な防振装置においては、前記静電容量型センサが前記本体ゴム弾性体の軸方向端面に固着されている態様が、採用されている。 A vibration damping device capable of detecting external force according to the first aspect of the present invention may include a mode where the capacitive sensor is fixed to the axial end surface of the main rubber elastic body, is employed.
第1の態様によれば、静電容量型センサを本体ゴム弾性体の表面に固着することで、センサの装着が容易になる。また、本体ゴム弾性体の変形量が表面では中間部分よりも大きくなることから、こじり方向の入力に対して高精度なセンシングが可能になる。 According to the 1st aspect, mounting | wearing of a sensor becomes easy by adhering an electrostatic capacitance type sensor to the surface of a main body rubber elastic body. In addition, since the deformation amount of the main rubber elastic body is larger at the surface than at the intermediate portion, highly accurate sensing can be performed with respect to the input in the twisting direction.
なお、静電容量型センサの本体ゴム弾性体の表面への装着は、本体ゴム弾性体の成形キャビティの内面に貼着しておいて本体ゴム弾性体の加硫成形と同時に外周面に加硫接着したり、本体ゴム弾性体の加硫成形後に本体ゴム弾性体の表面に接着したり等で実現される。 The capacitive sensor is attached to the surface of the rubber elastic body of the main body by sticking it to the inner surface of the molding cavity of the main rubber elastic body and vulcanizing the outer surface of the main rubber elastic body at the same time as vulcanization molding. It is realized by bonding or bonding to the surface of the main rubber elastic body after vulcanization molding of the main rubber elastic body.
本発明の第2の態様は、第1の態様に記載された外力検出が可能な防振装置であって、前記本体ゴム弾性体の軸方向両側の端面において、前記インナ軸部材を径方向に挟んで配置された一対の前記静電容量型センサと、該インナ軸部材を他の径方向で挟んで配置された他の一対の該静電容量型センサとが、配設されているものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a vibration isolator capable of detecting an external force as described in the first aspect, wherein the inner shaft member is arranged in a radial direction at end surfaces on both axial sides of the main rubber elastic body. A pair of the electrostatic capacity type sensors arranged with the inner shaft member interposed therebetween and another pair of the electrostatic capacity type sensors disposed with the inner shaft member sandwiched in another radial direction are disposed. is there.
第2の態様によれば、筒形防振装置において、少ないセンサ数で効率的に外力を検知することができる。なお、好適には、一対のセンサと他の一対のセンサとの各対向する径方向線が直交する態様が採用され、それによって検出精度の向上が図られる。 According to the 2nd aspect, in a cylindrical vibration isolator, external force can be detected efficiently with few sensors. Preferably, a mode is adopted in which the opposing radial lines of the pair of sensors and the other pair of sensors are orthogonal to each other, thereby improving detection accuracy.
本発明の第3の態様は、第1又は第2の態様に記載された外力検出が可能な防振装置において、前記本体ゴム弾性体における軸方向で所定距離を隔てた位置に、それぞれ、こじり方向の外力の入力に伴う引張変形側と圧縮変形側とで対となるように前記静電容量型センサが配設されているものである。 According to a third aspect of the present invention, in the vibration isolator capable of detecting an external force described in the first or second aspect, each of the main rubber elastic bodies is twisted at a position separated by a predetermined distance in the axial direction. The capacitive sensor is disposed so as to be paired on the tensile deformation side and the compression deformation side in accordance with the input of an external force in the direction.
第3の態様によれば、筒型防振装置において、検出すべき外力がこじり方向の場合に対応(検出)できる。なお、検出すべきこじり方向で対向位置するように、対となる静電容量型センサを配することが望ましく、検出精度の向上が図られる。また、対となる静電容量型センサを軸方向で出来るだけ大きく離隔させて配することが、検出精度の向上に好適である。 According to the 3rd aspect, in a cylindrical vibration isolator, it can respond (detect) when the external force which should be detected is a twist direction. In addition, it is desirable to arrange a pair of capacitive sensors so as to face each other in the twisting direction to be detected, so that detection accuracy can be improved. In addition, it is preferable to improve the detection accuracy by disposing the pair of capacitive sensors as far apart as possible in the axial direction.
本発明の第4の態様は、第1〜第3の何れか1つの態様に記載された外力検出が可能な防振装置であって、前記本体ゴム弾性体において、前記インナ軸部材の中心軸をとおる径方向線に対して周方向一方の側に偏倚させた位置と周方向他方の側に偏倚させた位置とで対となるように前記静電容量型センサが配設されているものである。 A fourth aspect of the present invention is the vibration isolator capable of detecting an external force described in any one of the first to third aspects, wherein the main rubber elastic body has a central axis of the inner shaft member. The capacitive sensor is disposed so that a pair of a position biased on one side in the circumferential direction and a position biased on the other side in the circumferential direction are paired with respect to the radial line passing through is there.
第4の態様によれば、筒型防振装置において、検出すべき外力がねじり方向の場合に対応(検出)できる。即ち、入力されるねじり方向(周方向の向き)に応じて、対を為す静電容量型センサの静電容量の変化量に差が生じることから、ねじり入力の向きを特定することが可能となる。 According to the 4th aspect, in a cylindrical vibration isolator, it can respond (detect) when the external force which should be detected is a twist direction. In other words, depending on the input torsional direction (circumferential direction), there is a difference in the amount of change in the capacitance of the capacitive sensor that makes a pair, so the direction of torsional input can be specified. Become.
また、静電容量型センサの配置を工夫するだけで実現されることから、構造の複雑化や大型化、部品点数の増加等も回避される。 Moreover, since it is realized only by devising the arrangement of the capacitive sensor, it is possible to avoid a complicated structure, an increase in size, an increase in the number of parts, and the like.
本発明の第5の態様は、第1〜第3の何れか1つの態様に記載された外力検出が可能な防振装置において、前記静電容量型センサが、前記インナ軸部材の中心軸に直交する平面に対して該インナ軸部材の中心軸回りの周方向における傾斜角を有しているものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the vibration isolator capable of detecting an external force described in any one of the first to third aspects, the capacitive sensor is arranged on a central axis of the inner shaft member. It has an inclination angle in the circumferential direction around the central axis of the inner shaft member with respect to an orthogonal plane.
第5の態様によれば、静電容量型センサ(電極膜)の軸方向の投影面積が増大することに伴う検出精度の低下を抑えつつ、静電容量型センサ(電極膜)の面積を大きくすることができることから、検出精度の向上が図られる。 According to the fifth aspect, the area of the capacitive sensor (electrode film) is increased while suppressing a decrease in detection accuracy due to an increase in the projected area in the axial direction of the capacitive sensor (electrode film). Therefore, the detection accuracy can be improved.
本発明の第6の態様は、第1〜第5の何れか1つの態様に記載された外力検出が可能な防振装置において、前記本体ゴム弾性体の表面に対して前記静電容量型センサが固着されていると共に、該静電容量型センサを被覆する保護層が絶縁性の弾性材で形成されているものである。 According to a sixth aspect of the present invention, in the vibration isolator capable of detecting an external force described in any one of the first to fifth aspects, the capacitance type sensor with respect to a surface of the main rubber elastic body. Is fixed, and a protective layer covering the capacitance type sensor is formed of an insulating elastic material.
第6の態様によれば、本体ゴム弾性体の表面にセンサを密着状態で配設することで、本体ゴム弾性体の特性に悪影響を及ぼすことなく容易にセンサを装着することが可能になる。なお、保護層は、絶縁性のゴム弾性体や樹脂エラストマでも良く、好適には、静電容量型センサの周囲において本体ゴム弾性体と固着されたり一体化される。これにより、保護層を利用してセンサの本体ゴム弾性体への固着力の向上も図られ得る。 According to the sixth aspect, by disposing the sensor in close contact with the surface of the main rubber elastic body, the sensor can be easily mounted without adversely affecting the characteristics of the main rubber elastic body. The protective layer may be an insulating rubber elastic body or a resin elastomer, and is preferably fixed or integrated with the main rubber elastic body around the capacitive sensor. Thereby, improvement of the adhering force to the main rubber elastic body of the sensor can be achieved by using the protective layer.
本発明の第7の態様は、第1〜第6の何れか1つの態様に記載された外力検出が可能な防振装置において、前記一対の電極膜がゴム系導電インクによって形成されているものである。 According to a seventh aspect of the present invention, in the vibration isolator capable of detecting an external force described in any one of the first to sixth aspects, the pair of electrode films are formed of rubber-based conductive ink. It is.
第7の態様によれば、本体ゴム弾性体の大変形に追従し得る弾性的な電極膜を簡単に実現することが可能である。しかも、薄肉の電極膜を容易に形成することができて、小型且つ軽量の静電容量型センサが実現される。 According to the seventh aspect, it is possible to easily realize an elastic electrode film that can follow the large deformation of the main rubber elastic body. In addition, a thin electrode film can be easily formed, and a small and lightweight capacitive sensor is realized.
本発明の第8の態様は、第1〜第7の何れか1つの態様に記載された外力検出が可能な防振装置において、前記誘電体層と前記一対の電極膜が何れも10%以上の伸縮変形を許容される弾性材によって形成されているものである。 According to an eighth aspect of the present invention, in the vibration isolator capable of detecting an external force described in any one of the first to seventh aspects, the dielectric layer and the pair of electrode films are both 10% or more. It is formed of an elastic material that is allowed to expand and contract.
第8の態様によれば、誘電体層と一対の電極膜が、何れも、外力の非作用時に対して10%以上という充分に大きな伸縮性を有していることから、本体ゴム弾性体の大変形に追従し得る伸縮性に優れた静電容量型センサが実現される。 According to the eighth aspect, both the dielectric layer and the pair of electrode films have a sufficiently large stretchability of 10% or more with respect to the time when no external force is applied. An electrostatic capacity sensor capable of following large deformation and having excellent elasticity is realized.
本発明によれば、本体ゴム弾性体の弾性変形特性に基づいて、静電容量の変化量(ΔC)から本体ゴム弾性体に作用する外力を求めることができる。しかも、静電容量型センサを構成する誘電体層と電極膜とが何れも弾性材で形成されて、本体ゴム弾性体に固着されていることから、防振装置の大型化が回避されると共に、静電容量型センサの耐久性が確保される。加えて、本体ゴム弾性体の弾性変形量が直接的に静電容量型センサの弾性変形量とされることから、高精度なセンシングも実現される。 According to the present invention, based on the elastic deformation characteristics of the main rubber elastic body, the external force acting on the main rubber elastic body can be determined from the amount of change in capacitance (ΔC). In addition, since the dielectric layer and the electrode film constituting the capacitive sensor are both formed of an elastic material and fixed to the elastic body of the main body, an increase in the size of the vibration isolator is avoided. The durability of the capacitive sensor is ensured. In addition, since the elastic deformation amount of the main rubber elastic body is directly set as the elastic deformation amount of the capacitive sensor, highly accurate sensing is also realized.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1〜図4には、本発明に従う構造の外力検出が可能な防振装置の1実施形態として、自動車用のサスペンションブッシュ10が示されている。サスペンションブッシュ10は、第1の取付部材としてのインナ軸部材12と、第2の取付部材としてのアウタ筒部材14が、本体ゴム弾性体16によって弾性連結された構造を有している。そして、インナ軸部材12が図示しない車両ボデーにボルト固定されると共に、アウタ筒部材14が同じく図示しないサスペンションアームのアームアイに圧入固定されることにより、サスペンションアームを車両ボデーに対して防振連結するようになっている。
1 to 4 show a
より詳細には、インナ軸部材12は、鉄やアルミニウム合金等で形成された高剛性の部材であって、厚肉小径で直線的に延びる略円筒形状を有している。一方、アウタ筒部材14は、薄肉大径の略円筒形状を有しており、インナ軸部材12と同様の材料で形成された高剛性の部材とされている。
More specifically, the
そして、インナ軸部材12とアウタ筒部材14は、径方向に所定の距離を隔てた内外挿状態で配設されており、それらインナ軸部材12とアウタ筒部材14の間に本体ゴム弾性体16が介装されている。本体ゴム弾性体16は、厚肉大径の略円筒形状を有しており、内周面がインナ軸部材12の外周面に加硫接着されていると共に、外周面がアウタ筒部材14の内周面に加硫接着されている。
The
また、本体ゴム弾性体16の軸方向端面には、静電容量型センサ18が取り付けられている。静電容量型センサ18は、図5〜図7に示されているように、誘電体層20の両面に電極膜22a,22bが固着された構造を有している。なお、サスペンションブッシュ10の静電容量型センサ18としては、特開2010−43880号公報に記載されたものが、好適に採用される。
A
すなわち、誘電体層20は、ゴムや熱可塑性エラストマといった誘電性の弾性材によって形成されており、略矩形膜状の電極固着部24と、電極固着部24から延び出す電線支持部26とを一体的に備えた帯状とされている。なお、誘電体層20の形成材料は、誘電性の弾性材であれば特に限定されるものではないが、静電容量型センサ18のキャパシタンスを大きくするために、比誘電率が高いものが望ましく、例えば、常温での比誘電率が3以上、より好適には5以上のものが採用される。
That is, the
誘電体層20の形成材料としては、例えば、エステル基,カルボキシル基,水酸基,ハロゲン基,アミド基,スルホン基,ウレタン基,ニトリル基等の極性官能基を有するエラストマや、これらの極性官能基を有する極性低分子量化合物を添加したエラストマが好適に採用される。更に、エラストマのヤング率を小さく設定することで、微小な外力を検出し得る静電容量型センサ18を実現する等、求められる検出感度や検出レンジに応じて、エラストマのヤング率は適当に設定される。
Examples of the material for forming the
より具体的には、誘電体層20の形成材料として、例えば、シリコーンゴム,アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム,アクリルゴム,エピクロロヒドリンゴム,クロロスルホン化ポリエチレン,塩素化ポリエチレン,ウレタンゴム等が好適に採用される。本実施形態の誘電体層20は、ウレタンゴムによって形成されている。
More specifically, as a material for forming the
さらに、誘電体層20の厚さは、特に限定されるものではないが、静電容量型センサ18の小型化と検出感度の向上を実現するために薄肉であることが望ましく、好適には1μm以上且つ5000μm以下、より好適には20μm以上且つ500μm以下とされる。なお、誘電体層20が薄過ぎると、製造が困難になると共に、リーク電流が大きくなって検出精度が低下することから、誘電体層20の厚さが上記の範囲に設定されることが望ましい。
Further, the thickness of the
また、膜状とされた誘電体層20の電極固着部24には、一対の電極膜22,22が重ね合わされている。電極膜22は、導電性フィラーを充填されたエラストマ等の導電性を有する弾性材によって形成されており、平面視で長方形を呈する薄膜とされている。更に、電極膜22は、誘電体層20と同一のエラストマによって形成されていることが望ましく、これによって誘電体層20の変形に対する追従性が向上すると共に、誘電体層20に対する密着性の向上によって、繰返し変形しても誘電体層20からの剥離が回避されて信頼性の向上が図られ得る。
A pair of electrode films 22 and 22 are superimposed on the
この電極膜22は、製造の容易さ,誘電体層20の変形に対する追従性および静電容量型センサ18全体の小型化等を考慮して、1μm以上且つ100μm以下の厚さで形成されることが望ましい。更に、誘電体層20の変形に対する優れた追従性を実現するために、好適には、電極膜22のヤング率が0.1MPa以上且つ200MPa以下とされている。加えて、電極膜22は、弾性変形時に10%以上の長さの変化を許容し得るだけの伸縮率を有することが望ましく、より好適には電極膜22の引張り試験(JIS K6251)における切断時伸びが30%以上とされることによって、充分な変形追従性が確保される。
The electrode film 22 is formed with a thickness of 1 μm or more and 100 μm or less in consideration of ease of manufacture, followability to deformation of the
また、電極膜22の電気抵抗は、厚さ方向および面方向において、100kΩ以下であることが望ましく、より好適には10kΩ以下とされる。更に、電極膜22は、伸縮変形による導電性の変化が小さいことが望ましい。 Further, the electric resistance of the electrode film 22 is desirably 100 kΩ or less, more preferably 10 kΩ or less in the thickness direction and the surface direction. Furthermore, the electrode film 22 desirably has a small change in conductivity due to expansion and contraction.
電極膜22を形成するエラストマ組成物としては、エラストマと導電性フィラーの混合物を調製した場合に、パーコレーションカーブにおける臨界体積分率(φc)が25vol%以下となるものを用いることが望ましい。これによれば、導電性フィラーの配合量が比較的に少ない場合にも、導電性の高い電極膜を得ることができる。 As the elastomer composition for forming the electrode film 22, it is desirable to use a composition having a critical volume fraction (φc) of 25 vol% or less in a percolation curve when a mixture of an elastomer and a conductive filler is prepared. According to this, even when the blending amount of the conductive filler is relatively small, an electrode film having high conductivity can be obtained.
また、電極膜22を形成するエラストマは特に限定されるものではないが、例えば、シリコーンゴム,エチレン−プロピレン共重合ゴム,天然ゴム,スチレン−ブタジエン共重合ゴム,アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム,アクリルゴム,エピクロロヒドリンゴム,クロロスルホン化ポリエチレン,塩素化ポリエチレン,ウレタンゴム等が好適に採用される。 The elastomer forming the electrode film 22 is not particularly limited. For example, silicone rubber, ethylene-propylene copolymer rubber, natural rubber, styrene-butadiene copolymer rubber, acrylonitrile-butadiene copolymer rubber, acrylic rubber Epichlorohydrin rubber, chlorosulfonated polyethylene, chlorinated polyethylene, urethane rubber and the like are preferably employed.
上記エラストマに混合される導電性フィラーとしては、導電性を有する粒子であれば良く、炭素材料や金属等の微粒子が、単体で或いは複数種類の微粒子を混合した混合物の状態で採用される。例えば、導電性フィラーとしては、比較的に安価で且つ導電パスの形成が容易であるといった理由から、炭素材料が好適に用いられ、特に粒子径が小さく凝集性に優れたケッチェンブラック等のカーボンブラックが、優れた導電性を実現するために好適に採用される。 The conductive filler mixed with the elastomer may be particles having conductivity, and fine particles such as carbon material and metal are used alone or in the form of a mixture of a plurality of types of fine particles. For example, as the conductive filler, a carbon material is preferably used because it is relatively inexpensive and the formation of a conductive path is easy, and carbon such as ketjen black having a small particle diameter and excellent cohesiveness is used. Black is preferably employed to achieve excellent conductivity.
また、導電性フィラーの微粒子形状は、球状や錐状,柱状等の各種形状が任意に採用され得るものであって、特に限定されるものではない。尤も、少量で効率的に導電性を確保すると共に、電極膜22の変形による導電性の変化を抑えるために、導電性フィラーのアスペクト比(短辺の長さに対する長辺の長さの比)は大きいことが望ましく、好適にはアスペクト比が1以上に設定される。 Moreover, the fine particle shape of the conductive filler is not particularly limited, and various shapes such as a spherical shape, a cone shape, and a column shape can be arbitrarily adopted. However, in order to ensure the conductivity efficiently with a small amount and suppress the change in conductivity due to the deformation of the electrode film 22, the aspect ratio of the conductive filler (the ratio of the length of the long side to the length of the short side) Is preferably large, and the aspect ratio is preferably set to 1 or more.
また、導電性フィラーの平均粒子径は、0.01μm以上且つ0.5μm以下であることが望ましく、より好適には、0.03μm以上且つ0.1μm以下とされる。蓋し、導電性フィラーの平均粒子径が小さすぎると、粒子の凝集性が高くなりすぎて、電極膜22を構成するエラストマ中に均一に分散させることが難しくなる。一方、導電性フィラーの平均粒子径が大きすぎると、粒子の凝集性が低くなりすぎて、導電ネットワークの形成が不十分になり易いからである。 The average particle size of the conductive filler is preferably 0.01 μm or more and 0.5 μm or less, and more preferably 0.03 μm or more and 0.1 μm or less. When the lid is covered and the average particle diameter of the conductive filler is too small, the cohesiveness of the particles becomes too high, and it becomes difficult to uniformly disperse the elastomer in the electrode film 22. On the other hand, if the average particle size of the conductive filler is too large, the cohesiveness of the particles becomes too low and the formation of the conductive network tends to be insufficient.
また、導電性フィラーのエラストマへの混合のし易さを考慮すると、電極膜22の体積に対する導電性フィラーの体積比は、30vol%以下であることが望ましく、電極膜22において優れた導電性と伸縮性を確保するためには、25vol%以下であることがより好適で、更に望ましくは15vol%以下とされる。なお、導電性フィラーは、電極膜22において電気抵抗が急激に低下して絶縁体−導電体転移が生じる体積比率(臨界体積分率)以上の割合で配合されている。 Further, considering the ease of mixing the conductive filler into the elastomer, the volume ratio of the conductive filler to the volume of the electrode film 22 is desirably 30 vol% or less, and the electrode film 22 has excellent conductivity. In order to ensure stretchability, it is more preferably 25 vol% or less, and further preferably 15 vol% or less. In addition, the conductive filler is blended at a ratio equal to or higher than the volume ratio (critical volume fraction) at which the electrical resistance of the electrode film 22 rapidly decreases and the insulator-conductor transition occurs.
なお、電極膜22は、上述の如きエラストマに導電性フィラーを混合して形成されるが、それらに加えて各種の添加剤が混合されていても良い。添加剤としては、例えば、架橋剤や加硫促進剤,加硫助剤,老化防止剤,可塑剤,軟化剤,着色剤等が挙げられる。 In addition, although the electrode film 22 is formed by mixing the conductive filler with the elastomer as described above, various additives may be mixed in addition to them. Examples of the additive include a crosslinking agent, a vulcanization accelerator, a vulcanization aid, an antiaging agent, a plasticizer, a softening agent, and a colorant.
そして、電極膜22は、誘電体層20の電極固着部24に対して厚さ方向の両面に固着されている。なお、電極膜22は、予め薄膜状に成形されて、誘電体層20の表面に固着されても良いが、本実施形態では、導電性フィラーを液状のゴム材料に混合したゴム系導電インクが、例えば、スクリーン印刷やインクジェット印刷,フレキソ印刷,グラビア印刷,パッド印刷,リソグラフィー等の方法で、誘電体層20の表面に対して印刷されることによって形成されている。
The electrode film 22 is fixed to both surfaces in the thickness direction with respect to the
また、電極膜22には、電線28が接続されている。電線28は、伸縮可能とされていることが望ましく、例えば、エラストマに導電性フィラーを分散させた導電体等が採用され得る。なお、電線28のエラストマおよび導電性フィラーとしては、電極膜22と同様のものを採用することが可能であるが、電極膜22とは異なる材料で形成されていても良い。本実施形態では、電線28が電極膜22と同じ材料で一体的に形成されており、それら電極膜22および電線28の表面が絶縁性のエラストマで形成された絶縁被膜30によって被覆されている。そして、電線28は、誘電体層20の電線支持部26の両面に電極膜22と同様の印刷や接着によって固着されており、一対の電線28,28が誘電体層20によって相互に絶縁されている。なお、図5,図6では、静電容量型センサ18の構造を容易に理解できるように、絶縁被膜30が透視された状態で図示されており、符号が省略されている。
An
このような構造とされた静電容量型センサ18は、本体ゴム弾性体16の軸方向端面に重ね合わされていると共に、本体ゴム弾性体16の軸方向端面上に形成される保護層32によって本体ゴム弾性体16に固着されている。保護層32は、電気絶縁性を有する弾性材で形成されており、静電容量型センサ18の変形を阻害しないように、静電容量型センサ18の誘電体層20を形成するエラストマと同様の低弾性エラストマが好適に採用されることから、本実施形態ではウレタンゴムによって形成されている。この保護層32は、本体ゴム弾性体16の軸方向端面上に静電容量型センサ18が配設された状態で成形されることによって、静電容量型センサ18を本体ゴム弾性体16に固着せしめる接着剤とされていると共に、静電容量型センサ18の表面を覆って保護している。なお、保護層32は、静電容量型センサ18が本体ゴム弾性体16に対して接着剤で予め接着されている場合等には、静電容量型センサ18を本体ゴム弾性体16に固着する接着剤としての機能を有していなくても良い。この場合には、保護層32の形成材料として、静電容量型センサ18の表面を外部に対して絶縁すると共に、他部材の当接等に際して緩衝作用を発揮し得るものを、適宜に選択して採用することができる。
The
また、本体ゴム弾性体16の軸方向一方の端面には、4つの静電容量型センサ18a,18b,18c,18dが周方向で相互に離隔して略等間隔に配設されていると共に、本体ゴム弾性体16の軸方向他方の端面には、4つの静電容量型センサ18e,18f,18g,18hが周方向で相互に離隔して配設されており、それぞれ径方向に延びている。これらの静電容量型センサ18a〜18hは、何れも、電極膜22の長辺方向がインナ軸部材12とアウタ筒部材14の対向方向(径方向)と略一致するように配設されており、径方向の入力に対する伸縮変形が周方向や軸方向の入力に対する伸縮変形に比して充分に大きくなる状態で配設されている。
In addition, four
より詳細には、本体ゴム弾性体16の軸方向一方の端面上では、静電容量型センサ18a,18cが、軸直角方向でインナ軸部材12を挟んで対向配置されていると共に、静電容量型センサ18b,18dが、静電容量型センサ18a,18cの対向方向と直交する軸直角方向でインナ軸部材12を挟んで対向配置されている。このように静電容量型センサ18a〜18dが配置されることにより、静電容量型センサ18aと静電容量型センサ18cが径方向一方向(対向方向)において外力の作用に対する圧縮変形側と引張変形側で対になっていると共に、静電容量型センサ18bと静電容量型センサ18dが他の径方向一方向(対向方向)において外力の作用に対する圧縮変形側と引張変形側で対になっている。なお、図1に示されているように、静電容量型センサ18a,18b,18c,18dが順に周方向右回りに配設されている。
More specifically, on one end surface in the axial direction of the main rubber
さらに、本体ゴム弾性体16の軸方向他方の端面上では、静電容量型センサ18e,18gが、軸直角方向でインナ軸部材12を挟んで対向配置されていると共に、静電容量型センサ18f,18hが、静電容量型センサ18e,18gの対向方向と直交する軸直角方向でインナ軸部材12を挟んで対向配置されている。このように静電容量型センサ18e〜18hが配置されることにより、静電容量型センサ18eと静電容量型センサ18gが径方向一方向(対向方向)において外力の作用に対する圧縮変形側と引張変形側で対になっていると共に、静電容量型センサ18fと静電容量型センサ18hが他の径方向一方向(対向方向)において外力の作用に対する圧縮変形側と引張変形側で対になっている。なお、図2に示されているように、静電容量型センサ18e,18f,18g,18hが順に周方向右回りに配設されている。
Further, on the other end surface in the axial direction of the main rubber
また、静電容量型センサ18aと静電容量型センサ18eが周上で対応する位置に配置されて略軸方向で対向しており、静電容量型センサ18aと静電容量型センサ18eがこじり方向の外力入力に伴う引張変形側と圧縮変形側とで対となるように配設されている。同様に、静電容量型センサ18bと静電容量型センサ18f,静電容量型センサ18cと静電容量型センサ18g,静電容量型センサ18dと静電容量型センサ18hも、それぞれ周上で対応する位置に配置されて略軸方向で互いに対向しており、それらがそれぞれこじり方向の外力入力に伴う引張変形側と圧縮変形側とで対となるように配設されている。
Further, the
さらに、静電容量型センサ18a,18b,18c,18dに対して、静電容量型センサ18e,18f,18g,18hは、周方向で僅かにずれた位置に配置されている。即ち、インナ軸部材12の中心軸をとおる径方向線(図2中の左右に延びる径方向線)に対して周方向一方の側(周方向で左回りに進んだ側)に偏倚して位置する静電容量型センサ18e,18gと、インナ軸部材12の中心軸をとおる径方向線(図2中の上下に延びる径方向線)に対して周方向他方の側(周方向で右回りに進んだ側)に偏倚して位置する静電容量型センサ18f,18hが、対となるように本体ゴム弾性体16の軸方向端面上に配設されている。換言すれば、図2に示されているように、静電容量型センサ18eと静電容量型センサ18fの周方向での離隔距離と、静電容量型センサ18gと静電容量型センサ18hの周方向での離隔距離が大きくされると共に、静電容量型センサ18eと静電容量型センサ18hの周方向での離隔距離と、静電容量型センサ18fと静電容量型センサ18gの周方向での離隔距離が小さくされるように、各静電容量型センサ18e〜18hが配設されている。
Furthermore, the
また、静電容量型センサ18e,18f,18g,18hは、インナ軸部材12の中心軸に対して直交する方向に広がる仮想的な平面に対して、それぞれ所定の角度で周方向に傾斜している。換言すれば、静電容量型センサ18e,18f,18g,18hは、上述のインナ軸部材12の中心軸をとおる径方向線側の周方向端部が、他方の周方向端部に比して軸方向外側に突出している。この傾斜角度は、本体ゴム弾性体16の軸方向端面に突出形成された突部34の斜面に静電容量型センサ18e,18f,18g,18hが固着されることによって設定されている。突部34は、インナ軸部材12の中心軸をとおる径方向線を稜線とする山形状とされており、周上で4つの突部34が形成されている。そして、突部34の周方向何れかの斜面に対して静電容量型センサ18が固着されることによって、静電容量型センサ18e,18f,18g,18hが所定の傾斜角度で配設されている。なお、静電容量型センサ18e,18f,18g,18hの傾斜角度は、0度から90度までの範囲で任意に設定され、好適には5度以上45度以下、より好適には10度以上30度以下に設定される。
Further, the
本体ゴム弾性体16の軸方向端面上に上記の如き態様で配置された各静電容量型センサ18において、外周側に延び出した電線28が保護層32から露出して外部の図示しない処理装置に接続されている。これにより、外力の入力によって本体ゴム弾性体16が弾性変形させられると、静電容量型センサ18の静電容量の変化に基づいた出力信号が、電線28を通じて処理装置に入力されるようになっている。
In each of the
そして、処理装置では、静電容量型センサ18から送信された信号に基づいて、入力振動の大きさと方向が特定されるようになっている。より詳細には、[数1]に示された数式に基づく演算処理によって、入力された外力の大きさと方向が特定される。なお、[数1]において、ΔCは、各静電容量型センサ18a〜18hによって検出される静電容量の変化量であり、括弧内に何れのセンサであるかが示されている。更に、Fxはx軸方向(図1中、左右方向)に作用する外力(軸直角方向の外力)を、Fyはy軸方向(図1中、上下方向)に作用する外力(別の軸直角方向の外力)を、Fzはz軸方向(図1中、紙面直交方向)に作用する外力(軸方向の外力)を、それぞれ示していると共に、Mxはx軸回りのモーメント(こじり方向の回転力)を、Myはy軸回りのモーメント(別のこじり方向の回転力)を、Mzはz軸回りのモーメント(ねじり方向の回転力)を、それぞれ示している。x軸とy軸が図1に一点鎖線で示されていると共に、z軸が図3に一点鎖線で示されている。
In the processing apparatus, the magnitude and direction of the input vibration are specified based on the signal transmitted from the
そこで、[数1]に示された数式の行列:Aを求めるために、[数2]に示された数式の行列:A’を予め算出する。この行列:A’は、[数3]に示されているように、8行6列の行列であって、i−j成分がaijとされている。なお、A’はAの逆行列である。即ち,A=A’-1。 Therefore, in order to obtain the matrix A of the mathematical formula shown in [Equation 1], the matrix A ′ of the mathematical formula shown in [Equation 2] is calculated in advance. This matrix: A ′ is an 8 × 6 matrix, as shown in [Equation 3], and the ij component is a ij . A ′ is an inverse matrix of A. That is, A = A ′ −1 .
[数2],[数3]によれば、静電容量型センサ18aの静電容量の変化量:ΔC(a) は、ΔC(a) =a11Fx+a12Fy+a13Fz+a14Mx+a15My+a16 Mzとなる。そこにおいて、x軸方向の入力(Fx)のみに限定すれば、ΔC(a) =a11Fxとなると共に、y軸方向の入力(Fy)のみに限定すれば、ΔC(a) =a12Fyとなる。
According to [Equation 2] and [Equation 3], the change amount of capacitance of the
ここで、静電容量型センサ18aは、図1に示されているように、x軸方向が長手となるように配設されており、入力が同じであれば、x軸方向での変形量がy軸方向での変形量よりも大きくなることから、x軸方向の入力に対する静電容量の変化量が、y軸方向の入力に対する静電容量の変化量よりも充分に大きくなる(a11>>a12)。本実施形態では、入力が同じ(Fx=Fy)であれば、y軸方向の入力に対する静電容量の変化量は、x軸方向の入力に対する静電容量の変化量に比して、無視できるほどに小さいことから、y軸方向の入力に対する静電容量の変化量が0に近似される(a12Fy≒0)。更に、前提としてFy≠0であることから、a12が実質的に0とされる。
Here, as shown in FIG. 1, the
他の各静電容量型センサ18b〜18hについても同様の計算をすることによって、a21=0,a22=a11,a31=a11,a32=0,a41=0,a42=a11,a52 =0,a61=0,a62=a51,a71=a51,a72=0,a81=0,a82=a51を、それぞれ得る。そして、静電容量型センサ18a〜18hの配置を考慮して符号を調節することにより、a31=−a11,a42=−a11,a71=−a51,a82=−a51とされる。 By a similar calculation for the other of each capacitive sensor 18b~18h, a 21 = 0, a 22 = a 11, a 31 = a 11, a 32 = 0, a 41 = 0, a 42 the = a 11, a 52 = 0 , a 61 = 0, a 62 = a 51, a 71 = a 51, a 72 = 0, a 81 = 0, a 82 = a 51, obtained respectively. Then, by adjusting the code in consideration of the arrangement of the capacitive sensor 18a~18h, a 31 = -a 11, a 42 = -a 11, a 71 = -a 51, a 82 = -a 51 It is said.
次に、z軸方向の入力のみに限定すれば、軸方向一方の端面に固着された静電容量型センサ18a〜18dの静電容量の変化量が互いに同じになることから、a13=a23=a33=a43となる。一方、軸方向他方の端面に固着された静電容量型センサ18e〜18hの静電容量の変化量が互いに同じになることから、a53=a63=a73=a83となる。なお、本実施形態では、静電容量型センサ18a〜18dに対して静電容量型センサ18e〜18hが傾斜していることから、a13≠a53とされている。これらによって、[数4]に示された行列:A’を得る。
Then, if limited input only to the z-axis direction, since the amount of change in the capacitance of the anchored
また、x軸回りのモーメント:Mxのみが入力されたと仮定した場合の静電容量型センサ18a〜18hの静電容量の変化量:ΔC(a) 〜ΔC(h) が[数5]のように得られる。一方、y軸回りのモーメント:Myのみが入力されたと仮定した場合の静電容量型センサ18a〜18hの静電容量の変化量:ΔC(a) 〜ΔC(h) が[数6]のように得られる。
Further, when it is assumed that only the moment about the x axis: Mx is input, the amount of change in the capacitance of the
[数5]において、静電容量型センサ18a〜18dの配置と、モーメントの作用方向とを考慮すれば、静電容量型センサ18a,18cの静電容量の変化量は静電容量型センサ18b,18dの静電容量の変化量に比して充分に小さく、ΔC(a) およびΔC(C) を何れも略0とみなすことができる。加えて、前提としてMx≠0であることから、a14=a34≒0となる。一方、静電容量型センサ18eと静電容量型センサ18gは、x軸を外れて各一方の側に配設されていることから、Mxの作用時に静電容量の変化が検出される。更に、静電容量型センサ18a〜18hの配置を考慮すれば、ΔC(d) =−ΔC(b) ,ΔC(g) =−ΔC(e) ,ΔC(h) =−ΔC(f) であることから、a44=−a24,a74=−a54,a84=−a64となる。
In [Equation 5], if the arrangement of the
さらに、[数6]において、静電容量型センサ18a〜18dの配置と、モーメントの作用方向とを考慮すれば、静電容量型センサ18b,18dの静電容量の変化量は静電容量型センサ18a,18cの静電容量の変化量に比して充分に小さく、ΔC(b) およびΔC(d) を何れも略0とみなすことができる。加えて、前提としてMy≠0であることから、a25=a45≒0となる。一方、静電容量型センサ18fと静電容量型センサ18hは、y軸を外れて各一方の側に配設されていることから、Myの作用時に静電容量の変化が検出される。更に、静電容量型センサ18a〜18hの配置を考慮すれば、ΔC(C) =−ΔC(a) ,ΔC(g) =−ΔC(e) ,ΔC(h) =−ΔC(f) であることから、a35=−a15,a75=−a55,a85=−a65となる。
Further, in [Equation 6], if the arrangement of the
更にまた、[数5]と[数6]において、外力の作用方向に対する静電容量型センサ18a〜18hの配置を考慮すると、Mx入力時のΔC(a) とMy入力時のΔC(b) はMxとMyの大きさが同じであれば等しくなることから、a24=a15となる。同様にして、a54=a65,a64=a55となる。そして、外力の作用方向に対する静電容量型センサ18a〜18hの変形態様を考慮して各項の符号を調節することにより、[数7]の行列を得る。
Furthermore, in [Equation 5] and [Equation 6], considering the arrangement of the
また、z軸回りのモーメント:Mzのみが入力されたと仮定した場合における静電容量型センサ18a〜18hの静電容量の変化量:ΔC(a) 〜ΔC(h) は、[数8]のように得られる。[数8]において、静電容量型センサ18a〜18dが周方向で等間隔に配されていることに着目すれば、z軸回りのモーメント入力に対して、モーメントの方向に関わらず出力が同じになる(a16=a26=a36=a46)。一方、静電容量型センサ18e〜18hは、静電容量型センサ18eと静電容量型センサ18gが周方向の同じ側(一方側)に位置する突部34の斜面に固着されていると共に、静電容量型センサ18fと静電容量型センサ18hが周方向の同じ側(他方側)に位置する突部34の斜面に固着されている。このようなセンサの配置によって、z軸回りのモーメント入力に対する静電容量型センサ18e,18gの静電容量の変化量(a56Mz)と静電容量型センサ18f,18hの静電容量の変化量(a66Mz)が異なっており、a56とa66が互いに異なる数値とされている。かかる静電容量型センサ18e,18gの静電容量の変化量と静電容量型センサ18f,18hの静電容量の変化量との違いに基づいて、z軸回りのモーメントの方向が特定されるようになっている。
Further, when it is assumed that only the moment about the z-axis: Mz is input, the amount of change in capacitance of the
なお、このような静電容量の変化量の違いは、以下の如き理由で生じるものと考えられる。即ち、周方向一方向のモーメント:Mzが入力される際、静電容量型センサ18e,18gと静電容量型センサ18f,18hの何れか一方では、x軸方向とy軸方向の何れにおいても伸長されることから、静電容量の変化量が大きくなる。一方、静電容量型センサ18e,18gと静電容量型センサ18f,18hの何れか他方では、x軸方向とy軸方向の何れか一方で伸長されると同時に、x軸方向とy軸方向の何れか他方では収縮されることから、静電容量の変化量が相殺されて小さくなる。本実施形態では、静電容量型センサ18e,18gの出力と静電容量型センサ18f.18hの出力を比較することにより、入力されたz軸回りのモーメント:Mzの方向が特定されると共に、静電容量の変化量が大きい何れか一方の出力からMzの大きさが算出されるようになっている。
Such a difference in the amount of change in capacitance is considered to occur for the following reason. That is, when a moment in the circumferential direction: Mz is input, either one of the
以上によって、行列:A’が[数9]のように求められて、A’に基づいて行列:Aが算出される。そして、[数1]の数式によって、各静電容量型センサ18a〜18hの検出値(静電容量の変化)に基づいて、入力された振動の6方向分力(Fx,Fy,Fz,Mx,My,Mz)が求められるようになっている。なお、行列:A’において、a11,a13,a15,a16,a51,a53,a54,a55,a56,a66の具体的な数値は、サスペンションブッシュ10が装着される車両の特性に応じて決定されるものであって、加振試験等の結果に基づいて設定される。
Thus, the matrix: A ′ is obtained as [Equation 9], and the matrix: A is calculated based on A ′. Then, the six-way component force (Fx, Fy, Fz, Mx) of the input vibration is calculated based on the detected value (change in capacitance) of each of the
かかる演算式を用いて振動の分力が算出されることは、例えば、サスペンションブッシュ10にMxおよびMyを及ぼして、各静電容量型センサ18a〜18dの静電容量の変化量を実測し、かかる実測値に対して[数2]の演算式に基づいて静電容量の変化量をシミュレーションした結果を比較することでも確認される。即ち、サスペンションブッシュ10において、図8(a)に示されたMxおよびMyの合成入力に対する静電容量型センサ18a〜18dの静電容量の変化の実測値に対して、図8(b)に示されたシミュレーションによる理論値が近似している。従って、[数2]の行列:A’に基づいて行列:Aを算出すれば、[数1]の演算式に基づいて静電容量型センサ18a〜18hの静電容量の変化量から入力振動の6分力を算出することで、入力振動の大きさと入力方向を充分な精度で測定することが可能であると言える。なお、図8中では、静電容量型センサ18aの静電容量の変化が実線で、静電容量型センサ18bの静電容量の変化が破線で、静電容量型センサ18cの静電容量の変化が一点鎖線で、静電容量型センサ18dの静電容量の変化が二点鎖線で、それぞれ示されている。
The calculation of the component force of vibration using such an arithmetic expression, for example, applies Mx and My to the
かくの如きセンシング機構を備えた本実施形態のサスペンションブッシュ10では、本体ゴム弾性体16に入力される外力が静電容量型センサ18によって検出されるようになっている。即ち、静電容量型センサ18は、外力の作用によって本体ゴム弾性体16が弾性変形すると、静電容量型センサ18が追従して弾性変形することから、静電容量型センサ18の静電容量が伸縮変形に伴う誘電体層20の厚さ変化および電極膜22の面積変化に基づいて変化する。この静電容量の変化量は、本体ゴム弾性体16の弾性変形量に対応することから、静電容量型センサ18の静電容量の変化に基づいて本体ゴム弾性体16に作用した外力を求めることができる。そして、サスペンションブッシュ10が装着される車両において、静電容量型センサ18の検出結果から求められた外力に応じてアクセルやブレーキが制御されることにより、横滑りの防止(走行安定性の向上)や効率的な加速および減速等が実現される。
In the
また、サスペンションブッシュ10の静電容量型センサ18は、誘電体層20と電極膜22が何れも弾性材で形成されており、本体ゴム弾性体16の弾性変形に追従し得る伸縮性を有している。それ故、大きく変形する本体ゴム弾性体16に固着されても、変形によって損傷することなく充分な耐久性が確保される。特に、静電容量型センサ18を構成する誘電体層20と電極膜22が、何れも長辺方向で初期状態に対して10%という大きな伸縮変形を許容される弾性材で形成されていることから、本体ゴム弾性体16の弾性変形に対して充分な追従性が発揮されて、破断等の不具合が回避される。
Further, the
さらに、電極膜22が導電性フィラーを散在させた導電性インクによって印刷形成されていることにより、弾性的な電極膜22が容易に形成され得る。 Furthermore, since the electrode film 22 is formed by printing with conductive ink in which conductive fillers are dispersed, the elastic electrode film 22 can be easily formed.
また、静電容量型センサ18が本体ゴム弾性体16の軸方向端面に重ね合わされて固着されていることによって、静電容量型センサ18の折れ曲がり等の局所的な変形が本体ゴム弾性体16によって防止されて、耐久性の向上が図られる。しかも、静電容量型センサ18が本体ゴム弾性体16の軸方向端面に固着されていることによって、静電容量型センサ18の配設も容易である。
Further, since the
また、本体ゴム弾性体16の軸方向端面に加硫接着された静電容量型センサ18が弾性材で形成された保護層32によって被覆されており、静電容量型センサ18の外部への露出が防止されている。それ故、他部材の当接等による静電容量型センサ18の損傷が回避されている。
Further, the
また、静電容量型センサ18は、インナ軸部材12とアウタ筒部材14の対向方向が長辺となるように配設されており、本体ゴム弾性体16に対してインナ軸部材12とアウタ筒部材14の対向方向で引張力が作用した際に、静電容量型センサ18の静電容量が変化するようになっている。これにより、軸直角方向に作用する外力(Fx,Fy)と、軸方向に作用する外力(Fz)と、こじり方向に作用する外力(Mx,My)と、ねじり方向に作用する外力(Mz)の何れが入力される場合であっても、本体ゴム弾性体16にインナ軸部材12とアウタ筒部材14の対向方向での引張力が作用する筒形のサスペンションブッシュ10において、少ない静電容量型センサ18の配設数で6方向の外力を有効に検出することができる。
The
また、静電容量型センサ18aと静電容量型センサ18b、静電容量型センサ18cと静電容量型センサ18d、静電容量型センサ18eと静電容量型センサ18f、静電容量型センサ18gと静電容量型センサ18hが、それぞれインナ軸部材12を径方向に挟んで配置されており、少ないセンサ数で効率的に外力を検出することができる。更に、静電容量型センサ18a,18bと静電容量型センサ18c,18d、静電容量型センサ18e,18fと静電容量型センサ18g,18hは、それぞれ対向する径方向線が直交するように配置されていることによって、検出精度の向上も図られている。
Further, the
また、静電容量型センサ18aと静電容量型センサ18g、静電容量型センサ18bと静電容量型センサ18h、静電容量型センサ18cと静電容量型センサ18e、静電容量型センサ18dと静電容量型センサ18fは、それぞれこじり方向の外力の入力に伴う引張変形側と圧縮変形側とで対になるように配置されている。これにより、静電容量型センサ18の静電容量の変化によって、こじり方向の外力を検出することができる。しかも、静電容量型センサ18が本体ゴム弾性体16の軸方向端面に固着されていることから、静電容量型センサ18によるこじり方向の外力の検出が高い精度で実現される。
Further, the
また、静電容量型センサ18e,18gがインナ軸部材12の中心軸をとおる径方向線(図2中、左右方向に延びる径方向線)に対して周方向一方の側に変位させた位置に配設されていると共に、静電容量型センサ18f,18hがインナ軸部材12の中心軸をとおる径方向線(図2中、上下方向に延びる径方向線)に対して周方向他方の側に変位させた位置に配設されている。これにより、周方向の外力の入力時に、入力された外力が右回りか左回りかによって、静電容量型センサ18e,18gと静電容量型センサ18f,18hの間で静電容量の変化量に差が生じることから、周方向の外力を検出することが可能になる。
Further, the
また、静電容量型センサ18e〜18hは、軸方向に直交する平面に対して周方向における傾斜角を有している。それ故、静電容量型センサ18e〜18hにおいて、電極膜22の面積を充分に大きく確保して検出精度の向上を図りつつ、電極膜22の軸方向での投影面積の増大に伴う検出精度の低下が抑えられている。即ち、静電容量型センサ18は、軸方向での投影面積が増大して、長辺(径方向)と短辺(周方向)の長さの差が小さくなるに従って、演算式による算出結果の精度が低下し、外力の検出精度が低下する。そこにおいて、周方向に傾斜するように配設されていることによって、電極膜22の面積を低減することなく検出感度の異方性が実現されており、検出精度の向上が図られている。
Further, the
また、静電容量型センサ18が本体ゴム弾性体16に対して直接的に重ね合わされて固着されていることにより、本体ゴム弾性体16の弾性変形量がリニアに静電容量型センサ18の弾性変形量として現出され得て、外力の検出を高精度に行うことが可能となる。
Further, since the
以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、本発明はその具体的な記載によって限定されない。例えば、前記実施形態では、8つの静電容量型センサ18a〜18hによって、2つの軸直角方向と、軸方向と、2つのこじり方向と、ねじり方向の6つの方向で外力が検出されるようになっていたが、必要に応じて検出可能な外力の数を変化させることも可能であり、その場合には、外力を特定できるように静電容量型センサの数や配置の位置および方向を変更すれば良い。
As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail, this invention is not limited by the specific description. For example, in the above-described embodiment, external force is detected by the six
また、前記実施形態では、静電容量型センサ18が本体ゴム弾性体16の軸方向端面に固着されていたが、静電容量型センサ18は、本体ゴム弾性体16の軸方向中間部分に埋設されていても良い。これによれば、特別な保護層32を設けることなく、静電容量型センサ18の表面が絶縁体で被覆されると共に、外部への露出も防止されることから耐久性の向上が図られる。
In the above embodiment, the
さらに、保護層32が省略されて、静電容量型センサ18が外部に露出した態様で本体ゴム弾性体16の軸方向端面に固着されていても良い。この場合にも、本体ゴム弾性体16によって静電容量型センサ18の折れ曲がり等の局所的な変形が抑えられることから、静電容量型センサ18の耐久性が確保される。
Further, the
また、前記実施形態では、本発明をサスペンションブッシュに適用した例が示されているが、本発明は、エンジンマウントやボデーマウント,サブフレームマウント等にも適用可能である。更に、本発明は、円筒形の防振装置にのみ適用されるものではなく、例えば、略円錐台形状の本体ゴム弾性体の小径側端部に第1の取付部材が固着されていると共に、大径側端部に第2の取付部材が固着された構造を有するお椀形の防振装置も適用可能である。また、本発明の適用範囲は、自動車用の防振装置に限定されるものではなく、自動二輪車や鉄道用車両,産業用車両等に用いられる防振装置にも好適に適用され得る。 Moreover, although the example which applied this invention to the suspension bush was shown in the said embodiment, this invention is applicable also to an engine mount, a body mount, a sub-frame mount, etc. Furthermore, the present invention is not only applied to the cylindrical vibration isolator, for example, the first attachment member is fixed to the small diameter side end of the substantially truncated cone-shaped main rubber elastic body, A bowl-shaped vibration isolator having a structure in which the second mounting member is fixed to the end portion on the large diameter side is also applicable. Further, the scope of application of the present invention is not limited to a vibration isolator for automobiles, and can be suitably applied to a vibration isolator used for motorcycles, railway vehicles, industrial vehicles, and the like.
10:サスペンションブッシュ(外力検出が可能な防振装置)、12:インナ軸部材(第1の取付部材)、14:アウタ筒部材(第2の取付部材)、16:本体ゴム弾性体、18:静電容量型センサ、20:誘電体層、22:電極膜、32:保護膜 10: suspension bush (vibration isolation device capable of detecting external force), 12: inner shaft member (first mounting member), 14: outer cylinder member (second mounting member), 16: main rubber elastic body, 18: Capacitance type sensor, 20: dielectric layer, 22: electrode film, 32: protective film
Claims (8)
誘電性の弾性材からなる誘電体層の両面に対して導電性の弾性材からなる一対の電極膜を設けた静電容量型センサを用いて、前記インナ軸部材と前記アウタ筒部材の間への外力作用に際しての前記本体ゴム弾性体への引張力の作用方向である該インナ軸部材と該アウタ筒部材の対向方向に伸びる状態で該静電容量型センサが配設されていると共に、
該静電容量型センサが該本体ゴム弾性体の軸方向端面に固着されている
ことを特徴とする外力検出が可能な防振装置。 An outer cylinder member as a second attachment member is externally inserted into an inner shaft member as a first attachment member , and a main rubber elastic body is disposed and connected between the inner shaft member and the outer cylinder member. In the vibration isolator
Using a capacitance type sensor in which a pair of electrode films made of a conductive elastic material is provided on both sides of a dielectric layer made of a dielectric elastic material, between the inner shaft member and the outer cylinder member The capacitive sensor is disposed in a state extending in the opposing direction of the inner shaft member and the outer cylinder member, which is the direction of the tensile force acting on the main rubber elastic body when the external force acts .
The vibration isolator capable of detecting an external force, wherein the capacitance type sensor is fixed to an end face in the axial direction of the main rubber elastic body.
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