制動装置、輸送用機器及び産業用機器
【課題】高い精度でディスクの減速を制御することができる技術を提供すること。
【解決手段】第１のパッドを第２のパッドに向かって移動させ、第１のパッドと第２のパッドとで挟み込んでディスクを押圧して、その回転を抑える電動アクチュエータと、前記ディスクに対するパッドの押圧力を設定するための設定信号を出力する押圧力設定部と、前記第１のパッドまたは第２のパッドに互いに異なる位置に設けられ、パッドの応力を検出する複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子から得られた電気信号を処理して、前記ディスクに対するパッドの押圧力に対応する押圧力の検出信号を生成する信号処理部と、設定信号と検出信号との偏差を求め、この偏差に基づいて前記電動アクチュエータの操作信号を演算して出力する演算部と、を備えるように制動装置を構成する。
【解決手段】第１のパッドを第２のパッドに向かって移動させ、第１のパッドと第２のパッドとで挟み込んでディスクを押圧して、その回転を抑える電動アクチュエータと、前記ディスクに対するパッドの押圧力を設定するための設定信号を出力する押圧力設定部と、前記第１のパッドまたは第２のパッドに互いに異なる位置に設けられ、パッドの応力を検出する複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子から得られた電気信号を処理して、前記ディスクに対するパッドの押圧力に対応する押圧力の検出信号を生成する信号処理部と、設定信号と検出信号との偏差を求め、この偏差に基づいて前記電動アクチュエータの操作信号を演算して出力する演算部と、を備えるように制動装置を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を備えた制動装置並びに、この制動装置を備えた輸送用機器及び産業用機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のガソリンで駆動する自動車などの車両のブレーキ装置として、例えばディスクブレーキが用いられてきた。このディスクブレーキとしては、タイヤに接続され、当該タイヤと共に回転するディスクの両面に、互いに対となるパッドが配置される。そして、運転者が運転席に設けられるブレーキペダルを踏み込むと、例えば油圧機構により一方のパッドが他方のパッドへ向けて移動して、ディスクがパッドにより挟み込まれる。そして、パッドとディスクとの摩擦力によりディスクの回転速度が減少し、ひいては当該ディスクの回転が停止する。このディスクの回転の停止によって、タイヤの回転も停止する。
【０００３】
近年では環境を保護するために、ガソリンの代わりに電気で駆動するエンジンを備えた電気自動車の開発が進められている。この電気自動車では構造を簡素化するために、前記油圧機構を設ける代わりにモータを設けて、当該モータにより前記パッドを動作させることが検討されている。
【０００４】
ところで、このような電気自動車において、より安全性高く、快適に走行させるために、自動車のブレーキペダルの踏み込み角度とタイヤの減速度とを密接に対応させることが検討されている。そのためには、ブレーキペダルの踏み込み角度とモータによるパッドの押圧力とを互いに対応させることが要求されるが、モータにより前記押圧力を精度高く調整することが難しい。そこで、パッドの裏面（ディスクを押圧面とは逆の面）に圧電素子を設けることが検討されている。具体的に、この圧電素子によりパッドの裏面の圧力検出領域の圧力変化を検出し、その検出結果に基づいて、モータの動作を制御することが検討されている。
【０００５】
しかし、ディスクを押圧する際には、例えばパッドの押圧面及びディスクの各面の微小な凹凸により、パッドのある一点における圧力が、他点における圧力に比べて、一時的に大きくなったり小さくなったりする場合が有る。このように圧力のばらつきが大きくなる場合が有るため、安定した制御を行えない場合が有る。電気自動車のディスクブレーキについて説明してきたが、このようにディスクを押圧して、ディスクの回転速度を制御する制動装置を用いる機器は、当該ディスクブレーキと同様にユーザの操作に対して精度高く制動が行われることが求められる。
【０００６】
特許文献１には水晶により構成された圧力センサにおいて、複数の電極を水晶片の片側に形成する構造について記載されているが、上記の問題を解決できるものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３４９８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、その課題は、高い精度でディスクの減速を制御することができる技術を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の制動装置は、回転するディスクと、
前記ディスクの一面側に、ディスクと対向して設けられた第１のパッドと、
ディスクの他面側に、ディスクを挟んで第１のパッドと対向するように設けられた第２のパッドと、
第１のパッドを第２のパッドに向かって移動させ、前記ディスクを、第１のパッドと第２のパッドとで挟み込んで押圧して、ディスクの回転を抑える電動アクチュエータと、
前記ディスクに対するパッドの押圧力を設定するための設定信号を出力する押圧力設定部と、
前記第１のパッドまたは第２のパッドに互いに異なる位置に設けられ、パッドの応力を検出する複数の圧電素子と、
前記複数の圧電素子から得られた電気信号を処理して、前記ディスクに対するパッドの押圧力に対応する押圧力の検出信号を生成する信号処理部と、
前記設定信号と検出信号との偏差を求め、この偏差に基づいて前記電動アクチュエータの操作信号を演算して出力する演算部と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の具体的な態様としては、例えば次の通りである。
（ａ）前記信号処理部は、複数の圧電素子から得られた電気信号の最大値、最小値または平均値に基づいて前記検出信号を作成する。
（ｂ）複数の圧電素子は、圧電片を共有する。
（ｃ）圧電素子は、水晶片により構成される。
（ｄ）前記電動アクチュエータは、モータと、当該モータのトルクを前記第１のパッドを移動させるための直線運動に変換するための変換部材と、を備え、前記操作信号は、前記モータに出力される。
（ｅ）前記ディスクは走行車両の車輪と連動して回転する。
また、本発明の輸送用機器及び産業用機器は夫々上記の制動装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、パッドの互いに異なる複数の位置に圧電素子を設けて、各位置におけるパッドの応力を検出し、各検出信号を処理して、処理後の信号をフィードバック信号としているため、局部的に偏った応力の影響を小さくして、高い精度でディスクの減速を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る自動車の斜視図である。
【図２】ディスクブレーキの横断平面図である。
【図３】圧力センサの平面図である。
【図４】圧力センサが設けられる支持部材の平面図である。
【図５】ディスクブレーキの構成図である。
【図６】ディスクブレーキの構成図である。
【図７】前記ディスクブレーキが適用されたクレーンの側面図である。
【図８】前記クレーンの平面図である。
【図９】前記ディスクブレーキが適用された風車の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は本発明に係る車両である自動車１の概略斜視図である。この自動車１では、タイヤ毎にディスクブレーキ１１が設けられている。図中１２は自動車１の運転席に設けられたブレーキペダルである。ブレーキペダル１２は、押圧力設定部をなす設定信号出力部１３に接続されている。運転者がブレーキペダル１２を踏むと、設定信号出力部１３から当該ブレーキペダル１２の角度に応じたレベルの設定信号Ｖ0が出力される。この設定信号Ｖ0は、後述するディスク２１に対する摩擦パッド３１、３２の押圧力を設定するための信号である。図中１４は、設定信号出力部１３と各ディスクブレーキ１１のモータ２とを接続するケーブルである。
【００１４】
ディスクブレーキ１１は、起立した円形のディスク２１を備えている。図示は省略しているがディスク２１の外側には自動車１のタイヤが、ディスク２１と並行に接続されており、ディスク２１とタイヤとは連動して回転する。
【００１５】
図２も参照しながら説明を続ける。ディスク２１の両側を跨ぐように、その概形がコ字型に形成されたキャリパ２２が配設されている。キャリパ２２は、ディスク２１から見て自動車１の内側、外側に夫々設けられた脚部２３、２４とこれら脚部２３、２４を接続する橋部２５とを備えている。脚部２３、２４とディスク２１との間には、ディスク２１に対向する板状の摩擦パッド３１、３２が設けられている。摩擦パッド３１は脚部２３に設けられるピストン２６に固定されており、摩擦パッド３２は脚部２４に固定されている。摩擦パッド３１、３２はパッド本体３３と、支持部材３４とからなり、パッド本体３３の押圧面３５がディスク２１に対向する。
【００１６】
脚部２３にはディスク２１の厚さ方向に伸びる回転軸３６が設けられており、回転軸３６の外周面にはネジが切られている。前記ピストン２６にはナット３８が当該ピストン２６に固定されて設けられており、ナット３８の内周面には前記回転軸３６のネジと螺合するネジが切られている。そして、回転軸３６が回転することで、ピストン２６が摩擦パッド３１をディスク２１の厚さ方向に進退させることができる。また、回転軸３６にはウォームホイール３７が接続されている。
【００１７】
キャリパ２２には電動アクチュエータを構成する前記モータ２が設けられ、モータ２のモータ回転軸２７にはウォームギア２８が設けられている。後述するように前記設定信号Ｖ０に基づいて演算される操作信号Ｖｃがモータ２へ入力されると、この操作信号Ｖｃとフィードバック信号とに応じたトルクでモータ２が駆動し、ウォームギア２８が回転する。それによって、ウォームホイール３７を介して回転軸２７が回転し、摩擦パッド３１がディスク２１に対して進退する。摩擦パッド３１がディスク２１へ向かって移動すると、ディスク２１が摩擦パッド３１、３２に挟み込まれて、モータ２のトルクに応じた押圧力で押圧される。そして、ディスク２１と摩擦パッド３１、３２との摩擦力によりディスク２１の回転が減速され、ひいては停止する。
【００１８】
摩擦パッド３２の脚部２４側の面（裏面）には圧電素子４が設けられている。圧電素子４の表面、裏面を図３（ａ）、図３（ｂ）に夫々示している。圧電素子４はＸカットされた円形の水晶片４０により構成されている。なお、水晶片４０としては、当該水晶片４０に加わる圧力に対して、比較的大きな電荷を発生するものが用いられればよく、Ｘカット以外にもＳＴＢＣカットされた水晶片も効果的に用いられる。
【００１９】
水晶片４０の表面において、中央部に電極４１が設けられている。電極４１の周囲には電極４２〜４５が設けられている。水晶片４０の裏面においては、電極４１〜４５に対向するように共通電極４６が設けられており、この共通電極４６は接地されている。圧電素子４において、各電極４１〜４５が設けられる水晶片４０の中央部の領域及び周縁部を周方向に４つに区切った領域を、夫々領域５１〜５５とする。
【００２０】
図４は、摩擦パッド３２における支持部材３４の裏面を示している。前記摩擦パッド３２において、水晶片４０の各領域５１〜５５に重なる各領域５１ａ〜５５ａを圧力検出領域とする。各圧力検出領域５１ａ〜５５ａには、電極４１〜４５から信号を取り出すための電極６１〜６５が設けられている。電極６１〜６５は水晶片４０の電極４１〜４５に重なるように設けられている。
【００２１】
摩擦パッド３２の圧力検出領域５１ａ〜５５ａが受ける応力に応じて、水晶片４０の各領域５１〜５５に応力が加わる。水晶の圧電効果により、水晶片４０の各領域５１〜５５に加わる応力に応じて電荷が生じ、この電荷の量に応じたレベルの信号が電極４１〜４５から出力される。つまり、この例では圧電素子４は、１基のみ設けられているが、実質的に各圧力検出領域５１ａ〜５５ａに個別に圧電素子が設けられ、各圧電素子が水晶片を共有しているものと見ることができる。
【００２２】
図５は、ディスクブレーキ１１の回路構成図である。この図５では図示の便宜上圧電素子４の各電極４１〜４５及び水晶片４０の領域５１〜５５を紙面に展開して示している。各電極４１〜４５はアンプ７１に接続され、各電極４１〜４５からの出力Ｖ１〜Ｖ５が所定の増幅率で増幅される。増幅された出力信号をＶ'１〜Ｖ'５とする。各アンプ７１の後段には最大値検出部７２、最小値検出部７３、平均化部７４が夫々接続されている。
【００２３】
最大値検出部７２は、出力信号Ｖ'１〜Ｖ'５のうち最大値をとる信号（Ｖ'maxとする）を検出し、この信号Ｖ'maxを後段に出力する。最小値検出部７３は、出力信号Ｖ'１〜Ｖ'５のうち最小値をとる信号（Ｖ'minとする）を検出し、この信号Ｖ'minを後段に出力する。また、平均化部７４は、Ｖ'１〜Ｖ'５の平均値を演算し、演算したレベルの信号（Ｖ'aveとする）を後段に出力する。これら最大値検出部７２、最小値検出部７３、平均化部７４、第１の比較部７５及び第２の比較部７６は、ディスク２１に対する摩擦パッド３２の押圧力に対応する検出信号を生成する信号処理部に相当する。
【００２４】
最大値検出部７２、最小値検出部７３の後段には第１の比較部７５に接続されており、第１の比較部７５では、最大値検出部７２からの出力と及び最小値検出部７３からの出力との偏差が演算され、その偏差に対応した信号が後段に出力される。第１の比較部７５の後段側は、第２の比較部７６に接続されている。第２の比較部７６は、第１の比較部７５からの出力値と、予め設定された基準値ΔＶａと、の大小を比較する。そして、この比較結果に応じてスイッチ７７の切り替え動作を行う。このスイッチ７７の前段側には、最小値検出部７３と平均化部７４とが設けられており、スイッチ７７により最小値検出部７３、平均化部７４の一方の出力が、後段側に供給される。
【００２５】
前記スイッチ７７の後段には、第３の比較部７８が設けられている。また、第３の比較部７８の前段には、設定信号出力部１３が接続されており、最小値検出部７３からの出力信号Ｖ'minまたは平均化部７４からの出力信号Ｖ'aveと、設定信号出力部１３からの設定信号Ｖ0との偏差が演算されて、後段に出力される。第３の比較部７８の後段には、例えばアンプ７９を含む積分回路８１が接続されており、積分回路８１の後段側はモータ２に接続されている。この積分回路８１から出力される操作信号Ｖｃにより、モータ２のトルクが制御される。第３の比較部７８、アンプ７９及びコンデンサ８０は、モータ２の設定信号を演算して出力する演算部に相当する。
【００２６】
続いて、上記のディスクブレーキ１１の作用について説明する。自動車１の走行中、運転者によるブレーキペダル１２の踏み込み角度が大きくなると、角度が大きくなった分だけ、設定信号出力部１３から出力される設定信号Ｖ０が増大し、第３の比較部７８から積分回路８１への出力が増大する。そして、積分回路８１から出力される操作信号Ｖｃが上昇し、モータ２のトルクが上昇し、摩擦パッド３１が摩擦パッド３２へ向かって移動し、ディスク２１を摩擦パッド３２へ押圧する押圧力が大きくなる。
【００２７】
そして、摩擦パッド３２の各圧力検出領域５１ａ〜５５ａのディスク２１に対する押圧力が大きくなり、水晶片４０の各領域５１〜５５に加わる応力が増大する。それによって、各領域５１〜５５から出力される圧力検出信号Ｖ１〜Ｖ５も大きくなり、各アンプ７１から出力される増幅信号Ｖ'１〜Ｖ'５も大きくなる。そして、増幅信号Ｖ'１〜Ｖ'５は、最大値検出部７２、最小値検出部７３、平均化部７４に夫々出力される。
【００２８】
増幅信号Ｖ'１〜Ｖ'５が増加しているため、最大値検出部７２から出力されるＶ'max、最小値検出部７３から出力されるＶ’min及び平均化部７４から出力されるＶ'aveが増加する。信号Ｖ'max、Ｖ'minが第１の比較部７５に入力され、Ｖ'max−Ｖ'minが演算される。この差分信号Ｖ'max−Ｖ'minが、第２の比較部７６に入力され、第２の比較部７６は基準値ΔＶａとＶ'max−Ｖ'minとの大小を比較する。
【００２９】
ここで、Ｖ'max−Ｖ'min＞ΔＶａである場合は、平均化部７４と第３の比較部７８とが接続されるようにスイッチ７７が切り替わる。そして、第３の比較部７８で、設定信号Ｖ０と平均化部７４から出力されるＶ'aveとの偏差Ｖ0−Ｖ'aveが演算される。上記のようにＶ'aveが大きくなっているため、前記偏差が小さくなり、モータ２に出力される操作信号Ｖｃが減少し、モータ２のトルクの上昇が抑えられる。そして、前記偏差が０になると、操作信号Ｖｃの増加が停止し、モータ２のトルクの上昇が停止する。
【００３０】
Ｖ'max−Ｖ'min≦ΔＶａである場合は、最小値検出部７３と第３の比較部７８とが接続されるようにスイッチ７７が切り替わる。そして、第３の比較部７８で、設定信号Ｖ0と平均化部７４から出力されるＶ'minとの偏差Ｖ0−Ｖ'minが演算される。上記のようにＶ'minが大きくなっているため、前記偏差が小さくなり、モータ２に出力される操作信号Ｖｃが減少し、モータ２のトルクの上昇が抑えられる。そして、前記偏差が０になると、操作信号Ｖｃの増加が停止し、モータ２のトルクの上昇が停止する。
【００３１】
自動車１の走行中、運転者によるブレーキペダル１２の踏み込み角度が小さくなると、角度が小さくなった分だけ、設定信号出力部１３からの設定信号Ｖ０が減少し、第３の比較部７８から積分回路８１への出力が減少する。そして、積分回路８１から出力される操作信号Ｖｃが減少し、モータ２のトルクが小さくなる。摩擦パッド３１が摩擦パッド３２から離れる方向に移動し、ディスク２１を摩擦パッド３２へ押圧する押圧力が小さくなる。
【００３２】
そして、摩擦パッド３２の各圧力検出領域５１ａ〜５５ａのディスク２１に対する押圧力が小さくなり、水晶片４０の各領域５１〜５５に加わる応力が減少する。それによって、各領域５１〜５５から出力される圧力検出信号Ｖ１〜Ｖ５も小さくなり、各アンプ７１から出力される増幅信号Ｖ'１〜Ｖ'５も小さくなる。そして、増幅信号Ｖ'１〜Ｖ'５は、最大値検出部７２、最小値検出部７３、平均化部７４に夫々出力される。
【００３３】
増幅信号Ｖ'１〜Ｖ'５が減少しているため、最大値検出部７２から出力されるＶ'max、最小値検出部７３から出力されるＶ’min及び平均化部７４から出力されるＶ'aveが減少する。信号Ｖ'max、Ｖ'minが第１の比較部７５に入力され、Ｖ'max−Ｖ'minが演算される。この差分信号Ｖ'max−Ｖ'minが、第２の比較部７６に入力され、第２の比較部７６は基準値ΔＶａとＶ'max−Ｖ'minとの大小を比較する。
【００３４】
ここで、Ｖ'max−Ｖ'min＞ΔＶａである場合は、平均化部７４と第３の比較部７８とが接続されるようにスイッチ７７が切り替わる。そして、第３の比較部７７で、設定信号Ｖ０と平均化部７４から出力されるＶ'aveとの偏差Ｖ0−Ｖ'aveが演算される。上記のようにＶ'aveが小さくなっているため、前記偏差が次第に小さくなり、モータ２に出力される操作信号Ｖｃの減少が抑えられ、それによって当該モータ２のトルクの減少が抑えられる。そして、前記偏差が０になると、操作信号Ｖｃの減少が停止し、モータ２のトルクの減少が停止する。
【００３５】
Ｖ'max−Ｖ'min≦ΔＶａである場合は、最小値検出部７３と第３の比較部７８とが接続されるようにスイッチ７７が切り替わる。そして、第３の比較部７８で、設定信号Ｖ0と平均化部７４から出力されるＶ'minとの偏差Ｖ0−Ｖ'minが演算される。上記のようにＶ'minが小さくなっているため、前記偏差が小さくなり、モータ２に出力される操作信号Ｖｃの減少が抑えられ、モータ２のトルクの減少が抑えられる。そして、前記偏差が０になると、操作信号Ｖｃの減少が停止し、モータ２のトルクの減少が停止する。
【００３６】
上記のように、自動車１に設けられたディスクブレーキ１１においては、圧電素子４が摩擦パッド３２の裏面に設けられている。圧電素子４の各領域５１〜５５から出力される信号Ｖ'１〜Ｖ'５について、その最大値と最小値との開きが大きいときは、これらＶ'１〜Ｖ'５の平均値を用いることで、圧電素子４の面内の圧力が不均一な状態でも、外れた値に制御が引き込まれること無く、安定したディスクブレーキ１１の制御が行える。最大値と最小値との開きが小さいときは、最小値を用いることで、ディスク２１の押圧力が低くなりすぎることを防ぐように、ディスクブレーキ１１を安全側に動作させることができる。このようにディスクブレーキ１１では、圧電素子４で検出される圧力がばらついても、ディスクブレーキ１１の制御が影響を受けることが抑えられる。結果として、ブレーキペダル１２の踏み込みに対応して、高い精度でディスク２１の減速を精度高く制御することができる。
【００３７】
図６にはディスクブレーキ１１の他の構成例を示しており、図５に示すディスクブレーキ１１の構成例との差異点を説明する。平均化部７４及び最小値検出部７３の後段側が第１の比較部７５に接続され、第１の比較部７５ではＶ'ave−Ｖ'minが演算される。そして、第２の比較部７６は予め設定された基準値ΔＶｂと、この演算値Ｖ'ave−Ｖ'minとの大小を比較した結果に基づいてスイッチ７７を切り替える。最小値検出部７３及び平均化部７４の後段には、前記スイッチ７７が設けられ、最小値検出部７３または平均化部７４が第３の比較部７８に接続される。
【００３８】
図６のディスクブレーキ１１の作用について、図５のディスクブレーキとの差異点を説明する。第２の比較部７６で、Ｖ'ave−Ｖ'min＞ΔＶｂと判定された場合、平均化部７４と第３の比較部７８とが接続されるように、スイッチ７７が切り替わる。そして、第３の比較部７８で偏差Ｖ0−Ｖ'aveが演算され、その演算値に対応する信号が積分回路８１で積分されて、モータ２へ出力される。
【００３９】
第２の比較部７６でＶ'ave−Ｖ'min≦Ｖｂと判定された場合、最小値検出部７３と第３の比較部７８とが接続されるように、スイッチ７７が切り替わる。そして、第３の比較部７８で偏差Ｖ0−Ｖ'minが演算され、その演算値に対応する信号が積分回路８１で積分されて、モータ２へ出力される。
【００４０】
このように図６の構成例では、圧電素子４の各圧力検出領域５１〜５５から出力される信号Ｖ'１〜Ｖ'５について、その平均値と最小値との開きが大きいときは、これらＶ'１〜Ｖ'５の平均値を用いて設定信号Ｖ0との偏差を演算しており、その平均値と最小値との開きが小さいときはこれらＶ'１〜Ｖ'５の最小値を用いている。このような構成としても図５のディスクブレーキ１１と同様の効果が得られる。また、最大値検出部７２を設けなくてもよいという利点がある。
【００４１】
上記実施形態の圧電素子４は、共通の水晶片４０に電極が形成され、実質的に５つの圧電素子として機能するように構成されているが、水晶片を個片に分割し、夫々別々の圧電素子として構成してもよい。ただし、上記の実施形態のように共通の水晶片４０に複数の電極を設けることで、温度特性などの水晶片が各々有する特性のばらつきにより、水晶片の各電極から出力される信号がばらつくことが抑えられる。従って、より高い精度でディスク２１の減速を制御することができる。
【００４２】
水晶片４０の形状としてはどのような形状であってもよく、図３に示した円形の他に正方形、長方形、菱形など、どのような形状であってもよい。また、水晶片に形成される各電極の形状も図３で示した長方形に限られず、どのような形状であってもよい。例えば、正方形、長方形、菱形、丸形、扇形などであってもよい。
【００４３】
圧電素子４は、摩擦パッド３１の裏面（押圧面３５とは逆の面）に設けられていてもよいし、摩擦パッド３１、３２に埋め込まれていてもよい。また、摩擦パッド３１、３２が両側からディスク２１を押圧するように構成されていてもよい。
【００４４】
制動装置をなすディスクブレーキ１１について、輸送用機器である自動車への適用例を説明してきたが、このディスクブレーキ１１は、それ以外の輸送用機器にも適用することができる。例えば、ディスクブレーキ１１を列車に適用して、上記のタイヤの代わりに当該列車の車輪とディスク２１とが連動して回転するように構成することによって、前記車輪の制動を精度高く行うことができる。また、飛行機の車輪にディスクブレーキ１１を適用することで列車の場合と同様に、前記車輪の制動を精度高く行うことができる。また、車輪以外にも、船舶のスクリューや飛行機のプロペラにディスクブレーキ１１を適用することができる。つまり、プロペラやスクリューに連動してディスク２１が回転するように構成し、ディスクブレーキ１１によりこれらプロペラやスクリューの回転を精度高く制御することができる。このようにディスクブレーキ１１が適用された自動車、船舶、飛行機などの輸送用機器についても本発明の権利範囲に含まれる。
【００４５】
その他に本発明が適用される各種の産業機器について説明する。図７は建設機器であるクレーン８の側面図、図８は同平面図である。図中８１は基台、図中８２は不図示のモータにより基台８１に対して鉛直軸回りに回転する支柱、図中８３は支柱８２に固定された回転台である。図中８４は回転台８３から上方へ伸びるアームであり、回転台８３に設けられたモータ８４ｂにより水平面に対して任意の角度に調整自在である。
【００４６】
８５はアーム８４の先端側に設けられたプーリであり、アーム８４に設けられた不図示のモータにより水平軸回りに回動する。このプーリ８５にはワイヤー８６の一端が固定されており、ワイヤー８６の他端には資材搬送用のフック８７が接続されている。前記モータによりプーリ８５へのワイヤーの巻き取りまたは懸垂が行われ、フック８７が昇降自在に構成される。プーリ８５、アーム８４、支柱８２には夫々これらの各部と共に回転するようにフランジ８５ａ、８４ａ、８２ａが設けられている。これらフランジ８５ａ、８４ａ、８２ａは既述の実施形態のディスク２１に相当する。そして、これらフランジ８５ａ、８４ａ、８２ａに対応して各々キャリパ２２が設けられる。
【００４７】
例えばユーザがブレーキペダル１２に相当する操作レバーを操作すると、既述の実施形態と同様にキャリパ２２により各フランジ８５ａ、８４ａ、８２ａの回転速度が夫々独立して抑えられ、回転台８３の向きの変更速度、アーム８４の角度変更速度及びフック８７の昇降速度について精度高く制御することができる。それによって前記資材の搬送が容易になり、作業の効率化を図ることができる。ところで、この例でフック８７の代わりに人や資材を搬送する台や箱状体を昇降できるように構成し、エレベータ装置として構成することができる。その他に本発明の制動装置を例えばフォークリフトに適用し、フォークの昇降速度を精度高く制御することもできる。
【００４８】
図９では産業機器として本発明の制動装置を備えた風力発電装置９を示している。図中９１は風車、図中９２は風車に接続された支持部である。図中９３は支持部に設けられたフランジであり、ディスク２１に相当する。図中９４は支持部９２の回転速度に応じて発電する発電部である。例えばブレーキペダル１２に相当する操作レバーによりキャリパ２２を動作させて、風車９１の回転を減速させることができる。それによって例えば風力が強すぎる場合に、風力発電装置９の破損を抑え、且つ適切な発電量を得ることができる。このようにディスクを押圧して、ディスクの回転速度を制御する制動装置を用いた各種の産業機器に本発明を適用することができ、本発明の制動装置が適用された産業機器も本発明の権利範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４９】
１ 自動車
１１ ディスクブレーキ
１２ ブレーキペダル
１３ 設定信号出力部
２１ ディスク
２２ キャリパ
３１，３２ 摩擦パッド
４ 圧電素子
４０ 水晶片
４１〜４５ 電極
５１ａ〜５５ａ 圧力検出領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を備えた制動装置並びに、この制動装置を備えた輸送用機器及び産業用機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のガソリンで駆動する自動車などの車両のブレーキ装置として、例えばディスクブレーキが用いられてきた。このディスクブレーキとしては、タイヤに接続され、当該タイヤと共に回転するディスクの両面に、互いに対となるパッドが配置される。そして、運転者が運転席に設けられるブレーキペダルを踏み込むと、例えば油圧機構により一方のパッドが他方のパッドへ向けて移動して、ディスクがパッドにより挟み込まれる。そして、パッドとディスクとの摩擦力によりディスクの回転速度が減少し、ひいては当該ディスクの回転が停止する。このディスクの回転の停止によって、タイヤの回転も停止する。
【０００３】
近年では環境を保護するために、ガソリンの代わりに電気で駆動するエンジンを備えた電気自動車の開発が進められている。この電気自動車では構造を簡素化するために、前記油圧機構を設ける代わりにモータを設けて、当該モータにより前記パッドを動作させることが検討されている。
【０００４】
ところで、このような電気自動車において、より安全性高く、快適に走行させるために、自動車のブレーキペダルの踏み込み角度とタイヤの減速度とを密接に対応させることが検討されている。そのためには、ブレーキペダルの踏み込み角度とモータによるパッドの押圧力とを互いに対応させることが要求されるが、モータにより前記押圧力を精度高く調整することが難しい。そこで、パッドの裏面（ディスクを押圧面とは逆の面）に圧電素子を設けることが検討されている。具体的に、この圧電素子によりパッドの裏面の圧力検出領域の圧力変化を検出し、その検出結果に基づいて、モータの動作を制御することが検討されている。
【０００５】
しかし、ディスクを押圧する際には、例えばパッドの押圧面及びディスクの各面の微小な凹凸により、パッドのある一点における圧力が、他点における圧力に比べて、一時的に大きくなったり小さくなったりする場合が有る。このように圧力のばらつきが大きくなる場合が有るため、安定した制御を行えない場合が有る。電気自動車のディスクブレーキについて説明してきたが、このようにディスクを押圧して、ディスクの回転速度を制御する制動装置を用いる機器は、当該ディスクブレーキと同様にユーザの操作に対して精度高く制動が行われることが求められる。
【０００６】
特許文献１には水晶により構成された圧力センサにおいて、複数の電極を水晶片の片側に形成する構造について記載されているが、上記の問題を解決できるものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３４９８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、その課題は、高い精度でディスクの減速を制御することができる技術を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の制動装置は、回転するディスクと、
前記ディスクの一面側に、ディスクと対向して設けられた第１のパッドと、
ディスクの他面側に、ディスクを挟んで第１のパッドと対向するように設けられた第２のパッドと、
第１のパッドを第２のパッドに向かって移動させ、前記ディスクを、第１のパッドと第２のパッドとで挟み込んで押圧して、ディスクの回転を抑える電動アクチュエータと、
前記ディスクに対するパッドの押圧力を設定するための設定信号を出力する押圧力設定部と、
前記第１のパッドまたは第２のパッドに互いに異なる位置に設けられ、パッドの応力を検出する複数の圧電素子と、
前記複数の圧電素子から得られた電気信号を処理して、前記ディスクに対するパッドの押圧力に対応する押圧力の検出信号を生成する信号処理部と、
前記設定信号と検出信号との偏差を求め、この偏差に基づいて前記電動アクチュエータの操作信号を演算して出力する演算部と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の具体的な態様としては、例えば次の通りである。
（ａ）前記信号処理部は、複数の圧電素子から得られた電気信号の最大値、最小値または平均値に基づいて前記検出信号を作成する。
（ｂ）複数の圧電素子は、圧電片を共有する。
（ｃ）圧電素子は、水晶片により構成される。
（ｄ）前記電動アクチュエータは、モータと、当該モータのトルクを前記第１のパッドを移動させるための直線運動に変換するための変換部材と、を備え、前記操作信号は、前記モータに出力される。
（ｅ）前記ディスクは走行車両の車輪と連動して回転する。
また、本発明の輸送用機器及び産業用機器は夫々上記の制動装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、パッドの互いに異なる複数の位置に圧電素子を設けて、各位置におけるパッドの応力を検出し、各検出信号を処理して、処理後の信号をフィードバック信号としているため、局部的に偏った応力の影響を小さくして、高い精度でディスクの減速を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る自動車の斜視図である。
【図２】ディスクブレーキの横断平面図である。
【図３】圧力センサの平面図である。
【図４】圧力センサが設けられる支持部材の平面図である。
【図５】ディスクブレーキの構成図である。
【図６】ディスクブレーキの構成図である。
【図７】前記ディスクブレーキが適用されたクレーンの側面図である。
【図８】前記クレーンの平面図である。
【図９】前記ディスクブレーキが適用された風車の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は本発明に係る車両である自動車１の概略斜視図である。この自動車１では、タイヤ毎にディスクブレーキ１１が設けられている。図中１２は自動車１の運転席に設けられたブレーキペダルである。ブレーキペダル１２は、押圧力設定部をなす設定信号出力部１３に接続されている。運転者がブレーキペダル１２を踏むと、設定信号出力部１３から当該ブレーキペダル１２の角度に応じたレベルの設定信号Ｖ0が出力される。この設定信号Ｖ0は、後述するディスク２１に対する摩擦パッド３１、３２の押圧力を設定するための信号である。図中１４は、設定信号出力部１３と各ディスクブレーキ１１のモータ２とを接続するケーブルである。
【００１４】
ディスクブレーキ１１は、起立した円形のディスク２１を備えている。図示は省略しているがディスク２１の外側には自動車１のタイヤが、ディスク２１と並行に接続されており、ディスク２１とタイヤとは連動して回転する。
【００１５】
図２も参照しながら説明を続ける。ディスク２１の両側を跨ぐように、その概形がコ字型に形成されたキャリパ２２が配設されている。キャリパ２２は、ディスク２１から見て自動車１の内側、外側に夫々設けられた脚部２３、２４とこれら脚部２３、２４を接続する橋部２５とを備えている。脚部２３、２４とディスク２１との間には、ディスク２１に対向する板状の摩擦パッド３１、３２が設けられている。摩擦パッド３１は脚部２３に設けられるピストン２６に固定されており、摩擦パッド３２は脚部２４に固定されている。摩擦パッド３１、３２はパッド本体３３と、支持部材３４とからなり、パッド本体３３の押圧面３５がディスク２１に対向する。
【００１６】
脚部２３にはディスク２１の厚さ方向に伸びる回転軸３６が設けられており、回転軸３６の外周面にはネジが切られている。前記ピストン２６にはナット３８が当該ピストン２６に固定されて設けられており、ナット３８の内周面には前記回転軸３６のネジと螺合するネジが切られている。そして、回転軸３６が回転することで、ピストン２６が摩擦パッド３１をディスク２１の厚さ方向に進退させることができる。また、回転軸３６にはウォームホイール３７が接続されている。
【００１７】
キャリパ２２には電動アクチュエータを構成する前記モータ２が設けられ、モータ２のモータ回転軸２７にはウォームギア２８が設けられている。後述するように前記設定信号Ｖ０に基づいて演算される操作信号Ｖｃがモータ２へ入力されると、この操作信号Ｖｃとフィードバック信号とに応じたトルクでモータ２が駆動し、ウォームギア２８が回転する。それによって、ウォームホイール３７を介して回転軸２７が回転し、摩擦パッド３１がディスク２１に対して進退する。摩擦パッド３１がディスク２１へ向かって移動すると、ディスク２１が摩擦パッド３１、３２に挟み込まれて、モータ２のトルクに応じた押圧力で押圧される。そして、ディスク２１と摩擦パッド３１、３２との摩擦力によりディスク２１の回転が減速され、ひいては停止する。
【００１８】
摩擦パッド３２の脚部２４側の面（裏面）には圧電素子４が設けられている。圧電素子４の表面、裏面を図３（ａ）、図３（ｂ）に夫々示している。圧電素子４はＸカットされた円形の水晶片４０により構成されている。なお、水晶片４０としては、当該水晶片４０に加わる圧力に対して、比較的大きな電荷を発生するものが用いられればよく、Ｘカット以外にもＳＴＢＣカットされた水晶片も効果的に用いられる。
【００１９】
水晶片４０の表面において、中央部に電極４１が設けられている。電極４１の周囲には電極４２〜４５が設けられている。水晶片４０の裏面においては、電極４１〜４５に対向するように共通電極４６が設けられており、この共通電極４６は接地されている。圧電素子４において、各電極４１〜４５が設けられる水晶片４０の中央部の領域及び周縁部を周方向に４つに区切った領域を、夫々領域５１〜５５とする。
【００２０】
図４は、摩擦パッド３２における支持部材３４の裏面を示している。前記摩擦パッド３２において、水晶片４０の各領域５１〜５５に重なる各領域５１ａ〜５５ａを圧力検出領域とする。各圧力検出領域５１ａ〜５５ａには、電極４１〜４５から信号を取り出すための電極６１〜６５が設けられている。電極６１〜６５は水晶片４０の電極４１〜４５に重なるように設けられている。
【００２１】
摩擦パッド３２の圧力検出領域５１ａ〜５５ａが受ける応力に応じて、水晶片４０の各領域５１〜５５に応力が加わる。水晶の圧電効果により、水晶片４０の各領域５１〜５５に加わる応力に応じて電荷が生じ、この電荷の量に応じたレベルの信号が電極４１〜４５から出力される。つまり、この例では圧電素子４は、１基のみ設けられているが、実質的に各圧力検出領域５１ａ〜５５ａに個別に圧電素子が設けられ、各圧電素子が水晶片を共有しているものと見ることができる。
【００２２】
図５は、ディスクブレーキ１１の回路構成図である。この図５では図示の便宜上圧電素子４の各電極４１〜４５及び水晶片４０の領域５１〜５５を紙面に展開して示している。各電極４１〜４５はアンプ７１に接続され、各電極４１〜４５からの出力Ｖ１〜Ｖ５が所定の増幅率で増幅される。増幅された出力信号をＶ'１〜Ｖ'５とする。各アンプ７１の後段には最大値検出部７２、最小値検出部７３、平均化部７４が夫々接続されている。
【００２３】
最大値検出部７２は、出力信号Ｖ'１〜Ｖ'５のうち最大値をとる信号（Ｖ'maxとする）を検出し、この信号Ｖ'maxを後段に出力する。最小値検出部７３は、出力信号Ｖ'１〜Ｖ'５のうち最小値をとる信号（Ｖ'minとする）を検出し、この信号Ｖ'minを後段に出力する。また、平均化部７４は、Ｖ'１〜Ｖ'５の平均値を演算し、演算したレベルの信号（Ｖ'aveとする）を後段に出力する。これら最大値検出部７２、最小値検出部７３、平均化部７４、第１の比較部７５及び第２の比較部７６は、ディスク２１に対する摩擦パッド３２の押圧力に対応する検出信号を生成する信号処理部に相当する。
【００２４】
最大値検出部７２、最小値検出部７３の後段には第１の比較部７５に接続されており、第１の比較部７５では、最大値検出部７２からの出力と及び最小値検出部７３からの出力との偏差が演算され、その偏差に対応した信号が後段に出力される。第１の比較部７５の後段側は、第２の比較部７６に接続されている。第２の比較部７６は、第１の比較部７５からの出力値と、予め設定された基準値ΔＶａと、の大小を比較する。そして、この比較結果に応じてスイッチ７７の切り替え動作を行う。このスイッチ７７の前段側には、最小値検出部７３と平均化部７４とが設けられており、スイッチ７７により最小値検出部７３、平均化部７４の一方の出力が、後段側に供給される。
【００２５】
前記スイッチ７７の後段には、第３の比較部７８が設けられている。また、第３の比較部７８の前段には、設定信号出力部１３が接続されており、最小値検出部７３からの出力信号Ｖ'minまたは平均化部７４からの出力信号Ｖ'aveと、設定信号出力部１３からの設定信号Ｖ0との偏差が演算されて、後段に出力される。第３の比較部７８の後段には、例えばアンプ７９を含む積分回路８１が接続されており、積分回路８１の後段側はモータ２に接続されている。この積分回路８１から出力される操作信号Ｖｃにより、モータ２のトルクが制御される。第３の比較部７８、アンプ７９及びコンデンサ８０は、モータ２の設定信号を演算して出力する演算部に相当する。
【００２６】
続いて、上記のディスクブレーキ１１の作用について説明する。自動車１の走行中、運転者によるブレーキペダル１２の踏み込み角度が大きくなると、角度が大きくなった分だけ、設定信号出力部１３から出力される設定信号Ｖ０が増大し、第３の比較部７８から積分回路８１への出力が増大する。そして、積分回路８１から出力される操作信号Ｖｃが上昇し、モータ２のトルクが上昇し、摩擦パッド３１が摩擦パッド３２へ向かって移動し、ディスク２１を摩擦パッド３２へ押圧する押圧力が大きくなる。
【００２７】
そして、摩擦パッド３２の各圧力検出領域５１ａ〜５５ａのディスク２１に対する押圧力が大きくなり、水晶片４０の各領域５１〜５５に加わる応力が増大する。それによって、各領域５１〜５５から出力される圧力検出信号Ｖ１〜Ｖ５も大きくなり、各アンプ７１から出力される増幅信号Ｖ'１〜Ｖ'５も大きくなる。そして、増幅信号Ｖ'１〜Ｖ'５は、最大値検出部７２、最小値検出部７３、平均化部７４に夫々出力される。
【００２８】
増幅信号Ｖ'１〜Ｖ'５が増加しているため、最大値検出部７２から出力されるＶ'max、最小値検出部７３から出力されるＶ’min及び平均化部７４から出力されるＶ'aveが増加する。信号Ｖ'max、Ｖ'minが第１の比較部７５に入力され、Ｖ'max−Ｖ'minが演算される。この差分信号Ｖ'max−Ｖ'minが、第２の比較部７６に入力され、第２の比較部７６は基準値ΔＶａとＶ'max−Ｖ'minとの大小を比較する。
【００２９】
ここで、Ｖ'max−Ｖ'min＞ΔＶａである場合は、平均化部７４と第３の比較部７８とが接続されるようにスイッチ７７が切り替わる。そして、第３の比較部７８で、設定信号Ｖ０と平均化部７４から出力されるＶ'aveとの偏差Ｖ0−Ｖ'aveが演算される。上記のようにＶ'aveが大きくなっているため、前記偏差が小さくなり、モータ２に出力される操作信号Ｖｃが減少し、モータ２のトルクの上昇が抑えられる。そして、前記偏差が０になると、操作信号Ｖｃの増加が停止し、モータ２のトルクの上昇が停止する。
【００３０】
Ｖ'max−Ｖ'min≦ΔＶａである場合は、最小値検出部７３と第３の比較部７８とが接続されるようにスイッチ７７が切り替わる。そして、第３の比較部７８で、設定信号Ｖ0と平均化部７４から出力されるＶ'minとの偏差Ｖ0−Ｖ'minが演算される。上記のようにＶ'minが大きくなっているため、前記偏差が小さくなり、モータ２に出力される操作信号Ｖｃが減少し、モータ２のトルクの上昇が抑えられる。そして、前記偏差が０になると、操作信号Ｖｃの増加が停止し、モータ２のトルクの上昇が停止する。
【００３１】
自動車１の走行中、運転者によるブレーキペダル１２の踏み込み角度が小さくなると、角度が小さくなった分だけ、設定信号出力部１３からの設定信号Ｖ０が減少し、第３の比較部７８から積分回路８１への出力が減少する。そして、積分回路８１から出力される操作信号Ｖｃが減少し、モータ２のトルクが小さくなる。摩擦パッド３１が摩擦パッド３２から離れる方向に移動し、ディスク２１を摩擦パッド３２へ押圧する押圧力が小さくなる。
【００３２】
そして、摩擦パッド３２の各圧力検出領域５１ａ〜５５ａのディスク２１に対する押圧力が小さくなり、水晶片４０の各領域５１〜５５に加わる応力が減少する。それによって、各領域５１〜５５から出力される圧力検出信号Ｖ１〜Ｖ５も小さくなり、各アンプ７１から出力される増幅信号Ｖ'１〜Ｖ'５も小さくなる。そして、増幅信号Ｖ'１〜Ｖ'５は、最大値検出部７２、最小値検出部７３、平均化部７４に夫々出力される。
【００３３】
増幅信号Ｖ'１〜Ｖ'５が減少しているため、最大値検出部７２から出力されるＶ'max、最小値検出部７３から出力されるＶ’min及び平均化部７４から出力されるＶ'aveが減少する。信号Ｖ'max、Ｖ'minが第１の比較部７５に入力され、Ｖ'max−Ｖ'minが演算される。この差分信号Ｖ'max−Ｖ'minが、第２の比較部７６に入力され、第２の比較部７６は基準値ΔＶａとＶ'max−Ｖ'minとの大小を比較する。
【００３４】
ここで、Ｖ'max−Ｖ'min＞ΔＶａである場合は、平均化部７４と第３の比較部７８とが接続されるようにスイッチ７７が切り替わる。そして、第３の比較部７７で、設定信号Ｖ０と平均化部７４から出力されるＶ'aveとの偏差Ｖ0−Ｖ'aveが演算される。上記のようにＶ'aveが小さくなっているため、前記偏差が次第に小さくなり、モータ２に出力される操作信号Ｖｃの減少が抑えられ、それによって当該モータ２のトルクの減少が抑えられる。そして、前記偏差が０になると、操作信号Ｖｃの減少が停止し、モータ２のトルクの減少が停止する。
【００３５】
Ｖ'max−Ｖ'min≦ΔＶａである場合は、最小値検出部７３と第３の比較部７８とが接続されるようにスイッチ７７が切り替わる。そして、第３の比較部７８で、設定信号Ｖ0と平均化部７４から出力されるＶ'minとの偏差Ｖ0−Ｖ'minが演算される。上記のようにＶ'minが小さくなっているため、前記偏差が小さくなり、モータ２に出力される操作信号Ｖｃの減少が抑えられ、モータ２のトルクの減少が抑えられる。そして、前記偏差が０になると、操作信号Ｖｃの減少が停止し、モータ２のトルクの減少が停止する。
【００３６】
上記のように、自動車１に設けられたディスクブレーキ１１においては、圧電素子４が摩擦パッド３２の裏面に設けられている。圧電素子４の各領域５１〜５５から出力される信号Ｖ'１〜Ｖ'５について、その最大値と最小値との開きが大きいときは、これらＶ'１〜Ｖ'５の平均値を用いることで、圧電素子４の面内の圧力が不均一な状態でも、外れた値に制御が引き込まれること無く、安定したディスクブレーキ１１の制御が行える。最大値と最小値との開きが小さいときは、最小値を用いることで、ディスク２１の押圧力が低くなりすぎることを防ぐように、ディスクブレーキ１１を安全側に動作させることができる。このようにディスクブレーキ１１では、圧電素子４で検出される圧力がばらついても、ディスクブレーキ１１の制御が影響を受けることが抑えられる。結果として、ブレーキペダル１２の踏み込みに対応して、高い精度でディスク２１の減速を精度高く制御することができる。
【００３７】
図６にはディスクブレーキ１１の他の構成例を示しており、図５に示すディスクブレーキ１１の構成例との差異点を説明する。平均化部７４及び最小値検出部７３の後段側が第１の比較部７５に接続され、第１の比較部７５ではＶ'ave−Ｖ'minが演算される。そして、第２の比較部７６は予め設定された基準値ΔＶｂと、この演算値Ｖ'ave−Ｖ'minとの大小を比較した結果に基づいてスイッチ７７を切り替える。最小値検出部７３及び平均化部７４の後段には、前記スイッチ７７が設けられ、最小値検出部７３または平均化部７４が第３の比較部７８に接続される。
【００３８】
図６のディスクブレーキ１１の作用について、図５のディスクブレーキとの差異点を説明する。第２の比較部７６で、Ｖ'ave−Ｖ'min＞ΔＶｂと判定された場合、平均化部７４と第３の比較部７８とが接続されるように、スイッチ７７が切り替わる。そして、第３の比較部７８で偏差Ｖ0−Ｖ'aveが演算され、その演算値に対応する信号が積分回路８１で積分されて、モータ２へ出力される。
【００３９】
第２の比較部７６でＶ'ave−Ｖ'min≦Ｖｂと判定された場合、最小値検出部７３と第３の比較部７８とが接続されるように、スイッチ７７が切り替わる。そして、第３の比較部７８で偏差Ｖ0−Ｖ'minが演算され、その演算値に対応する信号が積分回路８１で積分されて、モータ２へ出力される。
【００４０】
このように図６の構成例では、圧電素子４の各圧力検出領域５１〜５５から出力される信号Ｖ'１〜Ｖ'５について、その平均値と最小値との開きが大きいときは、これらＶ'１〜Ｖ'５の平均値を用いて設定信号Ｖ0との偏差を演算しており、その平均値と最小値との開きが小さいときはこれらＶ'１〜Ｖ'５の最小値を用いている。このような構成としても図５のディスクブレーキ１１と同様の効果が得られる。また、最大値検出部７２を設けなくてもよいという利点がある。
【００４１】
上記実施形態の圧電素子４は、共通の水晶片４０に電極が形成され、実質的に５つの圧電素子として機能するように構成されているが、水晶片を個片に分割し、夫々別々の圧電素子として構成してもよい。ただし、上記の実施形態のように共通の水晶片４０に複数の電極を設けることで、温度特性などの水晶片が各々有する特性のばらつきにより、水晶片の各電極から出力される信号がばらつくことが抑えられる。従って、より高い精度でディスク２１の減速を制御することができる。
【００４２】
水晶片４０の形状としてはどのような形状であってもよく、図３に示した円形の他に正方形、長方形、菱形など、どのような形状であってもよい。また、水晶片に形成される各電極の形状も図３で示した長方形に限られず、どのような形状であってもよい。例えば、正方形、長方形、菱形、丸形、扇形などであってもよい。
【００４３】
圧電素子４は、摩擦パッド３１の裏面（押圧面３５とは逆の面）に設けられていてもよいし、摩擦パッド３１、３２に埋め込まれていてもよい。また、摩擦パッド３１、３２が両側からディスク２１を押圧するように構成されていてもよい。
【００４４】
制動装置をなすディスクブレーキ１１について、輸送用機器である自動車への適用例を説明してきたが、このディスクブレーキ１１は、それ以外の輸送用機器にも適用することができる。例えば、ディスクブレーキ１１を列車に適用して、上記のタイヤの代わりに当該列車の車輪とディスク２１とが連動して回転するように構成することによって、前記車輪の制動を精度高く行うことができる。また、飛行機の車輪にディスクブレーキ１１を適用することで列車の場合と同様に、前記車輪の制動を精度高く行うことができる。また、車輪以外にも、船舶のスクリューや飛行機のプロペラにディスクブレーキ１１を適用することができる。つまり、プロペラやスクリューに連動してディスク２１が回転するように構成し、ディスクブレーキ１１によりこれらプロペラやスクリューの回転を精度高く制御することができる。このようにディスクブレーキ１１が適用された自動車、船舶、飛行機などの輸送用機器についても本発明の権利範囲に含まれる。
【００４５】
その他に本発明が適用される各種の産業機器について説明する。図７は建設機器であるクレーン８の側面図、図８は同平面図である。図中８１は基台、図中８２は不図示のモータにより基台８１に対して鉛直軸回りに回転する支柱、図中８３は支柱８２に固定された回転台である。図中８４は回転台８３から上方へ伸びるアームであり、回転台８３に設けられたモータ８４ｂにより水平面に対して任意の角度に調整自在である。
【００４６】
８５はアーム８４の先端側に設けられたプーリであり、アーム８４に設けられた不図示のモータにより水平軸回りに回動する。このプーリ８５にはワイヤー８６の一端が固定されており、ワイヤー８６の他端には資材搬送用のフック８７が接続されている。前記モータによりプーリ８５へのワイヤーの巻き取りまたは懸垂が行われ、フック８７が昇降自在に構成される。プーリ８５、アーム８４、支柱８２には夫々これらの各部と共に回転するようにフランジ８５ａ、８４ａ、８２ａが設けられている。これらフランジ８５ａ、８４ａ、８２ａは既述の実施形態のディスク２１に相当する。そして、これらフランジ８５ａ、８４ａ、８２ａに対応して各々キャリパ２２が設けられる。
【００４７】
例えばユーザがブレーキペダル１２に相当する操作レバーを操作すると、既述の実施形態と同様にキャリパ２２により各フランジ８５ａ、８４ａ、８２ａの回転速度が夫々独立して抑えられ、回転台８３の向きの変更速度、アーム８４の角度変更速度及びフック８７の昇降速度について精度高く制御することができる。それによって前記資材の搬送が容易になり、作業の効率化を図ることができる。ところで、この例でフック８７の代わりに人や資材を搬送する台や箱状体を昇降できるように構成し、エレベータ装置として構成することができる。その他に本発明の制動装置を例えばフォークリフトに適用し、フォークの昇降速度を精度高く制御することもできる。
【００４８】
図９では産業機器として本発明の制動装置を備えた風力発電装置９を示している。図中９１は風車、図中９２は風車に接続された支持部である。図中９３は支持部に設けられたフランジであり、ディスク２１に相当する。図中９４は支持部９２の回転速度に応じて発電する発電部である。例えばブレーキペダル１２に相当する操作レバーによりキャリパ２２を動作させて、風車９１の回転を減速させることができる。それによって例えば風力が強すぎる場合に、風力発電装置９の破損を抑え、且つ適切な発電量を得ることができる。このようにディスクを押圧して、ディスクの回転速度を制御する制動装置を用いた各種の産業機器に本発明を適用することができ、本発明の制動装置が適用された産業機器も本発明の権利範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４９】
１ 自動車
１１ ディスクブレーキ
１２ ブレーキペダル
１３ 設定信号出力部
２１ ディスク
２２ キャリパ
３１，３２ 摩擦パッド
４ 圧電素子
４０ 水晶片
４１〜４５ 電極
５１ａ〜５５ａ 圧力検出領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するディスクと、
前記ディスクの一面側に、ディスクと対向して設けられた第１のパッドと、
ディスクの他面側に、ディスクを挟んで第１のパッドと対向するように設けられた第２のパッドと、
第１のパッドを第２のパッドに向かって移動させ、前記ディスクを、第１のパッドと第２のパッドとで挟み込んで押圧して、ディスクの回転を抑える電動アクチュエータと、
前記ディスクに対するパッドの押圧力を設定するための設定信号を出力する押圧力設定部と、
前記第１のパッドまたは第２のパッドに互いに異なる位置に設けられ、パッドの応力を検出する複数の圧電素子と、
前記複数の圧電素子から得られた電気信号を処理して、前記ディスクに対するパッドの押圧力に対応する押圧力の検出信号を生成する信号処理部と、
前記設定信号と検出信号との偏差を求め、この偏差に基づいて前記電動アクチュエータの操作信号を演算して出力する演算部と、を備えたことを特徴とする制動装置。
【請求項２】
前記信号処理部は、複数の圧電素子から得られた電気信号の最大値、最小値または平均値に基づいて前記検出信号を作成することを特徴とする請求項１記載の制動装置。
【請求項３】
複数の圧電素子は、圧電片を共有することを特徴とする請求項１または２に記載の制動装置。
【請求項４】
前記圧電素子は、水晶片により構成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の制動装置。
【請求項５】
前記電動アクチュエータは、モータと、当該モータのトルクを前記第１のパッドを移動させるための直線運動に変換するための変換部材と、を備え、前記操作信号は、前記モータに出力されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の制動装置。
【請求項６】
前記ディスクは走行車両の車輪と連動して回転することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の制動装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか一つに記載の制動装置を備えた輸送用機器。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれか一つに記載の制動装置を備えた産業用機器。
【請求項１】
回転するディスクと、
前記ディスクの一面側に、ディスクと対向して設けられた第１のパッドと、
ディスクの他面側に、ディスクを挟んで第１のパッドと対向するように設けられた第２のパッドと、
第１のパッドを第２のパッドに向かって移動させ、前記ディスクを、第１のパッドと第２のパッドとで挟み込んで押圧して、ディスクの回転を抑える電動アクチュエータと、
前記ディスクに対するパッドの押圧力を設定するための設定信号を出力する押圧力設定部と、
前記第１のパッドまたは第２のパッドに互いに異なる位置に設けられ、パッドの応力を検出する複数の圧電素子と、
前記複数の圧電素子から得られた電気信号を処理して、前記ディスクに対するパッドの押圧力に対応する押圧力の検出信号を生成する信号処理部と、
前記設定信号と検出信号との偏差を求め、この偏差に基づいて前記電動アクチュエータの操作信号を演算して出力する演算部と、を備えたことを特徴とする制動装置。
【請求項２】
前記信号処理部は、複数の圧電素子から得られた電気信号の最大値、最小値または平均値に基づいて前記検出信号を作成することを特徴とする請求項１記載の制動装置。
【請求項３】
複数の圧電素子は、圧電片を共有することを特徴とする請求項１または２に記載の制動装置。
【請求項４】
前記圧電素子は、水晶片により構成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の制動装置。
【請求項５】
前記電動アクチュエータは、モータと、当該モータのトルクを前記第１のパッドを移動させるための直線運動に変換するための変換部材と、を備え、前記操作信号は、前記モータに出力されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の制動装置。
【請求項６】
前記ディスクは走行車両の車輪と連動して回転することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の制動装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか一つに記載の制動装置を備えた輸送用機器。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれか一つに記載の制動装置を備えた産業用機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−３７０４７（Ｐ２０１２−３７０４７Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８０００４（Ｐ２０１１−８０００４）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]