KR101277405B1 - 제동 장치, 수송용 기기 및 산업용 기기 - Google Patents

제동 장치, 수송용 기기 및 산업용 기기 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는, 고정밀도로 디스크의 감속을 제어할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
제1 패드를 제2 패드를 향해 이동시켜, 제1 패드와 제2 패드 사이에 끼워 넣어 디스크를 압박하여, 그 회전을 억제하는 전동 액추에이터와, 상기 디스크에 대한 패드의 압박력을 설정하기 위한 설정 신호를 출력하는 압박력 설정부와, 상기 제1 패드 또는 제2 패드에 서로 다른 위치에 설치되고, 패드의 응력을 검출하는 복수의 압전 소자와, 상기 복수의 압전 소자로부터 얻어진 전기 신호를 처리하여, 상기 디스크에 대한 패드의 압박력에 대응하는 압박력의 검출 신호를 생성하는 신호 처리부와, 설정 신호와 검출 신호의 편차를 구하고, 이 편차에 기초하여 상기 전동 액추에이터의 조작 신호를 연산하여 출력하는 연산부를 구비하도록 제동 장치를 구성한다.

Description

제동 장치, 수송용 기기 및 산업용 기기{BRAKE MECHANISM, TRANSPORT APPARATUS AND INDUSTRIAL APPARATUS}
본 발명은, 압전 소자를 구비한 제동 장치 및 이 제동 장치를 구비한 수송용 기기 및 산업용 기기에 관한 것이다.
가솔린에 의해 구동되는 자동차 등의 종래의 차량의 브레이크 장치로서, 예를 들어 디스크 브레이크가 사용되어 왔다. 이 디스크 브레이크로서는, 타이어에 접속되고, 당해 타이어와 함께 회전하는 디스크의 양면에, 서로 쌍이 되는 패드가 배치된다. 그리고 운전자가 운전석에 설치되는 브레이크 페달을 답입(stepping)하면, 예를 들어 유압 기구에 의해 한쪽 패드가 다른 쪽 패드를 향해 이동하여, 디스크가 패드에 의해 끼워 넣어진다. 그리고 패드와 디스크의 마찰력에 의해 디스크의 회전 속도가 감소하고, 나아가서는 당해 디스크의 회전이 정지한다. 이 디스크의 회전의 정지에 의해, 타이어의 회전도 정지한다.
최근에는 환경을 보호하기 위해, 가솔린 대신에 전기에 의해 구동되는 엔진을 구비한 전기 자동차의 개발이 진행되고 있다. 이 전기 자동차에서는 구조를 간소화하기 위해, 상기 유압 기구를 설치하는 대신에 모터를 설치하여, 당해 모터에 의해 상기 패드를 동작시키는 것이 검토되고 있다.
그런데, 이러한 전기 자동차에 있어서, 보다 안전성 높고, 쾌적하게 주행시키기 위해, 자동차의 브레이크 페달의 답입 각도와 타이어의 감속도를 밀접하게 대응시키는 것이 검토되고 있다. 그러기 위해서는, 브레이크 페달의 답입 각도와 모터에 의한 패드의 압박력을 서로 대응시키는 것이 요구되지만, 모터에 의해 상기 압박력을 고정밀도로 조정하는 것이 어렵다. 따라서, 패드의 이면(디스크의 압박면과는 반대의 면)에 압전 소자를 설치하는 것이 검토되고 있다. 구체적으로, 이 압전 소자에 의해 패드의 이면의 압력 검출 영역의 압력 변화를 검출하고, 그 검출 결과에 기초하여, 모터의 동작을 제어하는 것이 검토되고 있다.
그러나 디스크를 압박할 때에는, 예를 들어 패드의 압박면 및 디스크의 각 면의 미소한 요철에 의해, 패드의 어느 한 점에 있어서의 압력이, 다른 점에 있어서의 압력에 비해, 일시적으로 커지거나 작아지는 경우가 있다. 이와 같이 압력의 편차가 커지는 경우가 있으므로, 안정된 제어를 행할 수 없는 경우가 있다. 전기 자동차의 디스크 브레이크에 대해 설명해 왔지만, 이와 같이 디스크를 압박하여, 디스크의 회전 속도를 제어하는 제동 장치를 사용하는 기기는, 당해 디스크 브레이크와 마찬가지로 사용자의 조작에 대해 고정밀도로 제동이 행해지는 것이 요구된다.
특허 문헌 1에는 수정(水晶)에 의해 구성된 압력 센서에 있어서, 복수의 전극을 수정편의 편측에 형성하는 구조에 대해 기재되어 있지만, 상기한 문제를 해결할 수 있는 것은 아니다.
일본 특허 출원 공개 제2001-349816호 공보
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 과제는 고정밀도로 디스크의 감속을 제어할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 제동 장치는, 회전하는 디스크와,
상기 디스크의 일면측에, 디스크와 대향하여 설치된 제1 패드와,
디스크의 다른 면측에, 디스크를 사이에 두고 제1 패드와 대향하도록 설치된 제2 패드와,
제1 패드를 제2 패드를 향해 이동시켜, 상기 디스크를, 제1 패드와 제2 패드 사이에 끼워 넣어 압박하여, 디스크의 회전을 억제하는 전동 액추에이터와,
상기 디스크에 대한 패드의 압박력을 설정하기 위한 설정 신호를 출력하는 압박력 설정부와,
상기 제1 패드 또는 제2 패드에 서로 다른 위치에 설치되고, 패드의 응력을 검출하는 복수의 압전 소자와,
상기 복수의 압전 소자로부터 얻어진 전기 신호를 처리하여, 상기 디스크에 대한 패드의 압박력에 대응하는 압박력의 검출 신호를 생성하는 신호 처리부와,
상기 설정 신호와 검출 신호의 편차를 구하고, 이 편차에 기초하여 상기 전동 액추에이터의 조작 신호를 연산하여 출력하는 연산부를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 구체적인 형태로서는, 예를 들어 다음과 같다.
(a) 상기 신호 처리부는, 복수의 압전 소자로부터 얻어진 전기 신호의 최대치, 최소치 또는 평균치에 기초하여 상기 검출 신호를 작성한다.
(b) 복수의 압전 소자는, 압전편(壓電片)을 공유한다.
(c) 압전 소자는, 수정편에 의해 구성된다.
(d) 상기 전동 액추에이터는, 모터와, 당해 모터의 토크를 상기 제1 패드를 이동시키기 위한 직선 운동으로 변환하기 위한 변환 부재를 구비하고, 상기 조작 신호는, 상기 모터에 출력된다.
(e) 상기 디스크는 주행 차량의 차륜과 연동하여 회전한다.
또한, 본 발명의 수송용 기기 및 산업용 기기는 각각 상기한 제동 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 패드의 서로 다른 복수의 위치에 압전 소자를 설치하여, 각 위치에 있어서의 패드의 응력을 검출하고, 각 검출 신호를 처리하여, 처리 후의 신호를 피드백 신호로 하고 있으므로, 국부적으로 치우친 응력의 영향을 작게 하여, 고정밀도로 디스크의 감속을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 자동차의 사시도.
도 2는 디스크 브레이크의 횡단 평면도.
도 3은 압력 센서의 평면도.
도 4는 압력 센서가 설치되는 지지 부재의 평면도.
도 5는 디스크 브레이크의 구성도.
도 6은 디스크 브레이크의 구성도.
도 7은 상기 디스크 브레이크가 적용된 크레인의 측면도.
도 8은 상기 크레인의 평면도.
도 9는 상기 디스크 브레이크가 적용된 풍차의 측면도.
도 1은 본 발명에 관한 차량인 자동차(1)의 개략 사시도이다. 이 자동차(1)에서는, 타이어마다 디스크 브레이크(11)가 설치되어 있다. 도면 중 부호 12는 자동차(1)의 운전석에 설치된 브레이크 페달이다. 브레이크 페달(12)은, 압박력 설정부를 이루는 설정 신호 출력부(13)에 접속되어 있다. 운전자가 브레이크 페달(12)을 답입하면, 설정 신호 출력부(13)로부터 당해 브레이크 페달(12)의 각도에 따른 레벨의 설정 신호 V0이 출력된다. 이 설정 신호 V0은, 후술하는 디스크(21)에 대한 마찰 패드(31, 32)의 압박력을 설정하기 위한 신호이다. 도면 중 부호 14는, 설정 신호 출력부(13)와 각 디스크 브레이크(11)의 모터(2)를 접속하는 케이블이다.
디스크 브레이크(11)는, 기립한 원형의 디스크(21)를 구비하고 있다. 도시는 생략하고 있지만 디스크(21)의 외측에는 자동차(1)의 타이어가, 디스크(21)와 병행으로 접속되어 있고, 디스크(21)와 타이어는 연동하여 회전한다.
도 2도 참조하면서 설명을 계속한다. 디스크(21)의 양측을 걸치도록, 그 개략 형상이 ㄷ자형으로 형성된 캘리퍼(22)가 배치되어 있다. 캘리퍼(22)는, 디스크(21)로부터 보아 자동차(1)의 내측, 외측에 각각 설치된 다리부(23, 24)와 이들 다리부(23, 24)를 접속하는 브리지부(25)를 구비하고 있다. 다리부(23, 24)와 디스크(21) 사이에는, 디스크(21)에 대향하는 판 형상의 마찰 패드(31, 32)가 설치되어 있다. 마찰 패드(31)는 다리부(23)에 설치되는 피스톤(26)에 고정되어 있고, 마찰 패드(32)는 다리부(24)에 고정되어 있다. 마찰 패드(31, 32)는 패드 본체(33)와, 지지 부재(34)로 이루어지고, 패드 본체(33)의 압박면(35)이 디스크(21)에 대향한다.
다리부(23)에는 디스크(21)의 두께 방향으로 신장되는 회전축(36)이 설치되어 있고, 회전축(36)의 외주면에는 나사가 깎여 있다. 상기 피스톤(26)에는 너트(38)가 당해 피스톤(26)에 고정되어 설치되어 있고, 너트(38)의 내주면에는 상기 회전축(36)의 나사와 나사 결합되는 나사가 깎여 있다. 그리고 회전축(36)이 회전함으로써, 피스톤(26)이 마찰 패드(31)를 디스크(21)의 두께 방향으로 진퇴시킬 수 있다. 또한, 회전축(36)에는 웜 휠(37)이 접속되어 있다.
캘리퍼(22)에는 전동 액추에이터를 구성하는 상기 모터(2)가 설치되고, 모터(2)의 모터 회전축(27)에는 웜 기어(28)가 설치되어 있다. 후술하는 바와 같이 상기 설정 신호 V0에 기초하여 연산되는 조작 신호 Vc가 모터(2)에 입력되면, 이 조작 신호 Vc와 피드백 신호에 따른 토크에 의해 모터(2)가 구동되어, 웜 기어(28)가 회전한다. 그것에 의해, 웜 휠(37)을 통해 회전축(36)이 회전하여, 마찰 패드(31)가 디스크(21)에 대해 진퇴한다. 마찰 패드(31)가 디스크(21)를 향해 이동하면, 디스크(21)가 마찰 패드(31, 32)에 끼워 넣어져, 모터(2)의 토크에 따른 압박력에 의해 압박된다. 그리고 디스크(21)와 마찰 패드(31, 32)의 마찰력에 의해 디스크(21)의 회전이 감속되고, 나아가서는 정지한다.
마찰 패드(32)의 다리부(24)측의 면(이면)에는 압전 소자(4)가 설치되어 있다. 압전 소자(4)의 표면, 이면을 도 3의 (a), 도 3의 (b)에 각각 도시하고 있다. 압전 소자(4)는 X 컷트된 원형의 수정편(40)에 의해 구성되어 있다. 또한, 수정편(40)으로서는, 당해 수정편(40)에 가해지는 압력에 대해, 비교적 큰 전하를 발생하는 것이 사용되면 좋고, X 컷트 이외에도 STBC 컷트된 수정편도 효과적으로 사용된다.
수정편(40)의 표면에 있어서, 중앙부에 전극(41)이 설치되어 있다. 전극(41)의 주위에는 전극(42 내지 45)이 설치되어 있다. 수정편(40)의 이면에 있어서는, 전극(41 내지 45)에 대향하도록 공통 전극(46)이 설치되어 있고, 이 공통 전극(46)은 접지되어 있다. 압전 소자(4)에 있어서, 각 전극(41 내지 45)이 설치되는 수정편(40)의 중앙부의 영역 및 주연부를 주위 방향으로 4개로 구획한 영역을, 각각 영역(51 내지 55)으로 한다.
도 4는, 마찰 패드(32)에 있어서의 지지 부재(34)의 이면을 도시하고 있다. 상기 마찰 패드(32)에 있어서, 수정편(40)의 각 영역(51 내지 55)에 겹쳐지는 각 영역(51a 내지 55a)을 압력 검출 영역으로 한다. 각 압력 검출 영역(51a 내지 55a)에는, 전극(41 내지 45)으로부터 신호를 취출하기 위한 전극(61 내지 65)이 설치되어 있다. 전극(61 내지 65)은 수정편(40)의 전극(41 내지 45)에 겹쳐지도록 설치되어 있다.
마찰 패드(32)의 압력 검출 영역(51a 내지 55a)이 받는 응력에 따라서, 수정편(40)의 각 영역(51 내지 55)에 응력이 가해진다. 수정의 압전 효과에 의해, 수정편(40)의 각 영역(51 내지 55)에 가해지는 응력에 따라서 전하가 발생하고, 이 전하의 양에 따른 레벨의 신호가 전극(41 내지 45)으로부터 출력된다. 즉, 이 예에서는 압전 소자(4)는 1기만 설치되어 있지만, 실질적으로 각 압력 검출 영역(51a 내지 55a)에 개별로 압전 소자가 설치되어, 각 압전 소자가 압전편의 일종인 수정편을 공유하고 있는 것이라고 볼 수 있다.
도 5는, 디스크 브레이크(11)의 회로 구성도이다. 이 도 5에서는 도시 편의상 압전 소자(4)의 각 전극(41 내지 45) 및 수정편(40)의 영역(51 내지 55)을 지면(紙面)에 전개하여 도시하고 있다. 각 전극(41 내지 45)은 앰프(71)에 접속되고, 각 전극(41 내지 45)으로부터의 출력 V1 내지 V5가 소정의 증폭률로 증폭된다. 증폭된 출력 신호를 V'1 내지 V'5로 한다. 각 앰프(71)의 후단에는 최대치 검출부(72), 최소치 검출부(73), 평균화부(74)가 각각 접속되어 있다.
최대치 검출부(72)는, 출력 신호 V'1 내지 V'5 중 최대치를 취하는 신호(V'max로 함)를 검출하여, 이 신호 V'max를 후단에 출력한다. 최소치 검출부(73)는, 출력 신호 V'1 내지 V'5 중 최소치를 취하는 신호(V'min으로 함)를 검출하여, 이 신호 V'min을 후단에 출력한다. 또한, 평균화부(74)는, V'1 내지 V'5의 평균치를 연산하여, 연산한 레벨의 신호(V'ave로 함)를 후단에 출력한다. 이들 최대치 검출부(72), 최소치 검출부(73), 평균화부(74), 제1 비교부(75) 및 제2 비교부(76)는, 디스크(21)에 대한 마찰 패드(32)의 압박력에 대응하는 검출 신호를 생성하는 신호 처리부에 상당한다.
최대치 검출부(72), 최소치 검출부(73)의 후단에는 제1 비교부(75)가 접속되어 있고, 제1 비교부(75)에서는, 최대치 검출부(72)로부터의 출력 및 최소치 검출부(73)로부터의 출력의 편차가 연산되고, 그 편차에 대응한 신호가 후단에 출력된다. 제1 비교부(75)의 후단측은, 제2 비교부(76)에 접속되어 있다. 제2 비교부(76)는, 제1 비교부(75)로부터의 출력치와, 미리 설정된 기준치 ΔVa의 대소를 비교한다. 그리고 제2 비교부(76)는 이 비교 결과에 따라서 스위치(77)의 전환 동작을 행한다. 이 스위치(77)의 전단측에는, 최소치 검출부(73)와 평균화부(74)가 설치되어 있고, 스위치(77)에 의해 최소치 검출부(73), 평균화부(74) 중 한쪽의 출력이 후단측에 공급된다.
상기 스위치(77)의 후단에는, 제3 비교부(78)가 설치되어 있다. 또한, 제3 비교부(78)의 전단에는, 설정 신호 출력부(13)가 접속되어 있고, 최소치 검출부(73)로부터의 출력 신호 V'min 또는 평균화부(74)로부터의 출력 신호 V'ave와, 설정 신호 출력부(13)로부터의 설정 신호 V0의 편차가 연산되어, 후단에 출력된다. 제3 비교부(78)의 후단에는, 예를 들어 앰프(79)를 포함하는 적분 회로(81)가 접속되어 있고, 적분 회로(81)의 후단측은 모터(2)에 접속되어 있다. 이 적분 회로(81)로부터 출력되는 조작 신호 Vc에 의해, 모터(2)의 토크가 제어된다. 제3 비교부(78), 앰프(79) 및 콘덴서(80)는, 모터(2)의 설정 신호를 연산하여 출력하는 연산부에 상당한다.
계속해서, 상기한 디스크 브레이크(11)의 작용에 대해 설명한다. 자동차(1)의 주행 중, 운전자에 의한 브레이크 페달(12)의 답입 각도가 커지면, 각도가 커진 분만큼, 설정 신호 출력부(13)로부터 출력되는 설정 신호 V0이 증대되어, 제3 비교부(78)로부터 적분 회로(81)에의 출력이 증대된다. 그리고 적분 회로(81)로부터 출력되는 조작 신호 Vc가 상승하여, 모터(2)의 토크가 상승하고, 마찰 패드(31)가 마찰 패드(32)를 향해 이동하여, 디스크(21)를 마찰 패드(32)에 압박하는 압박력이 커진다.
그리고 마찰 패드(32)의 각 압력 검출 영역(51a 내지 55a)의 디스크(21)에 대한 압박력이 커져, 수정편(40)의 각 영역(51 내지 55)에 가해지는 응력이 증대된다. 그것에 의해, 각 영역(51 내지 55)으로부터 출력되는 압력 검출 신호 V1 내지 V5도 커지고, 각 앰프(71)로부터 출력되는 증폭 신호 V'1 내지 V'5도 커진다. 그리고 증폭 신호 V'1 내지 V'5는, 최대치 검출부(72), 최소치 검출부(73), 평균화부(74)에 각각 출력된다.
증폭 신호 V'1 내지 V'5가 증가하고 있으므로, 최대치 검출부(72)로부터 출력되는 V'max, 최소치 검출부(73)로부터 출력되는 V'min 및 평균화부(74)로부터 출력되는 V'ave가 증가한다. 신호 V'max, V'min이 이 제1 비교부(75)에 입력되어, V'max-V'min이 연산된다. 이 차분 신호 V'max-V'min이, 제2 비교부(76)에 입력되고, 제2 비교부(76)는 기준치 ΔVa와 V'max-V'min의 대소를 비교한다.
여기서, V'max-V'min＞ΔVa인 경우는, 평균화부(74)와 제3 비교부(78)가 접속되도록 스위치(77)가 전환된다. 그리고 제3 비교부(78)에서, 설정 신호 V0과 최소치 검출부(73)로부터 출력되는 V'ave의 편차 V0-V'ave가 연산된다. 상기한 바와 같이 V'ave가 커지고 있으므로, 상기 편차가 작아져, 모터(2)에 출력되는 조작 신호 Vc가 감소하여, 모터(2)의 토크의 상승이 억제된다. 그리고 상기 편차가 0으로 되면, 조작 신호 Vc의 증가가 정지하여, 모터(2)의 토크의 상승이 정지한다.
V'max-V'min≤ΔVa인 경우는, 최소치 검출부(73)와 제3 비교부(78)가 접속되도록 스위치(77)가 전환된다. 그리고 제3 비교부(78)에서, 설정 신호 V0과 평균화부(74)로부터 출력되는 V'min의 편차 V0-V'min이 연산된다. 상기한 바와 같이 V'min이 커지고 있으므로, 상기 편차가 작아져, 모터(2)에 출력되는 조작 신호 Vc가 감소하여, 모터(2)의 토크의 상승이 억제된다. 그리고 상기 편차가 0으로 되면, 조작 신호 Vc의 증가가 정지하여, 모터(2)의 토크의 상승이 정지한다.
자동차(1)의 주행 중, 운전자에 의한 브레이크 페달(12)의 답입 각도가 작아지면, 각도가 작아진 분만큼, 설정 신호 출력부(13)로부터의 설정 신호 V0이 감소하고, 제3 비교부(78)로부터 적분 회로(81)에의 출력이 감소한다. 그리고 적분 회로(81)로부터 출력되는 조작 신호 Vc가 감소하여, 모터(2)의 토크가 작아진다. 마찰 패드(31)가 마찰 패드(32)로부터 이격되는 방향으로 이동하여, 디스크(21)를 마찰 패드(32)에 압박하는 압박력이 작아진다.
그리고 마찰 패드(32)의 각 압력 검출 영역(51a 내지 55a)의 디스크(21)에 대한 압박력이 작아져, 수정편(40)의 각 영역(51 내지 55)에 가해지는 응력이 감소한다. 그것에 의해, 각 영역(51 내지 55)으로부터 출력되는 압력 검출 신호 V1 내지 V5도 작아지고, 각 앰프(71)로부터 출력되는 증폭 신호 V'1 내지 V'5도 작아진다. 그리고 증폭 신호 V'1 내지 V'5는, 최대치 검출부(72), 최소치 검출부(73), 평균화부(74)에 각각 출력된다.
증폭 신호 V'1 내지 V'5가 감소하고 있으므로, 최대치 검출부(72)로부터 출력되는 V'max, 최소치 검출부(73)로부터 출력되는 V'min 및 평균화부(74)로부터 출력되는 V'ave가 감소한다. 신호 V'max, V'min이 제1 비교부(75)에 입력되어, V'max-V'min이 연산된다. 이 차분 신호 V'max-V'min이, 제2 비교부(76)에 입력되고, 제2 비교부(76)는 기준치 ΔVa와 V'max-V'min의 대소를 비교한다.
여기서, V'max-V'min＞ΔVa인 경우는, 평균화부(74)와 제3 비교부(78)가 접속되도록 스위치(77)가 전환된다. 그리고 제3 비교부(78)에서, 설정 신호 V0과 평균화부(74)로부터 출력되는 V'ave의 편차 V0-V'ave가 연산된다. 상기한 바와 같이 V'ave가 작아지고 있으므로, 상기 편차가 점차 작아져, 모터(2)에 출력되는 조작 신호 Vc의 감소가 억제되고, 그것에 의해 당해 모터(2)의 토크의 감소가 억제된다. 그리고 상기 편차가 0으로 되면, 조작 신호 Vc의 감소가 정지하여, 모터(2)의 토크의 감소가 정지한다.
V'max-V'min≤ΔVa인 경우는, 최소치 검출부(73)와 제3 비교부(78)가 접속되도록 스위치(77)가 전환된다. 그리고 제3 비교부(78)에서, 설정 신호 V0과 최소치 검출부(73)로부터 출력되는 V'min의 편차 V0-V'min이 연산된다. 상기한 바와 같이 V'min이 작아지고 있으므로, 상기 편차가 작아져, 모터(2)에 출력되는 조작 신호 Vc의 감소가 억제되어, 모터(2)의 토크의 감소가 억제된다. 그리고 상기 편차가 0으로 되면, 조작 신호 Vc의 감소가 정지하여, 모터(2)의 토크의 감소가 정지한다.
상기한 바와 같이, 자동차(1)에 설치된 디스크 브레이크(11)에 있어서는, 압전 소자(4)가 마찰 패드(32)의 이면에 설치되어 있다. 압전 소자(4)의 각 영역(51 내지 55)으로부터 출력되는 신호 V'1 내지 V'5에 대해, 그 최대치와 최소치의 격차가 클 때에는, 이들 V'1 내지 V'5의 평균치를 사용함으로써, 압전 소자(4)의 면내의 압력이 불균일한 상태라도, 벗어난 값으로 제어가 끌어 들여지는 일 없이, 안정된 디스크 브레이크(11)의 제어를 행할 수 있다. 최대치와 최소치의 격차가 작을 때에는, 최소치를 사용함으로써, 디스크(21)의 압박력이 지나치게 낮아지는 것을 방지하도록, 디스크 브레이크(11)를 안전측으로 동작시킬 수 있다. 이와 같이 디스크 브레이크(11)에서는, 압전 소자(4)에서 검출되는 압력이 변동되어도, 디스크 브레이크(11)의 제어가 영향을 받는 것이 억제된다. 결과적으로, 브레이크 페달(12)의 답입에 대응하여, 고정밀도로 디스크(21)의 감속을 제어할 수 있다.
도 6에는 디스크 브레이크(11)의 다른 구성예를 도시하고 있고, 도 5에 도시하는 디스크 브레이크(11)의 구성예와의 차이점을 설명한다. 평균화부(74) 및 최소치 검출부(73)의 후단측이 제1 비교부(75)에 접속되고, 제1 비교부(75)에서는 V'ave-V'min이 연산된다. 그리고 제2 비교부(76)는 미리 설정된 기준치 ΔVb와, 이 연산치 V'ave-V'min의 대소를 비교한 결과에 기초하여 스위치(77)를 전환한다. 최소치 검출부(73) 및 평균화부(74)의 후단에는, 상기 스위치(77)가 설치되고, 최소치 검출부(73) 또는 평균화부(74)가 제3 비교부(78)에 접속된다.
도 6의 디스크 브레이크(11)의 작용에 대해, 도 5의 디스크 브레이크와의 차이점을 설명한다. 제2 비교부(76)에서, V'ave-V'min＞ΔVb로 판정된 경우, 평균화부(74)와 제3 비교부(78)가 접속되도록 스위치(77)가 전환된다. 그리고 제3 비교부(78)에서 편차 V0-V'ave가 연산되고, 그 연산치에 대응하는 신호가 적분 회로(81)에서 적분되어, 모터(2)에 출력된다.
제2 비교부(76)에서 V'ave-V'min≤Vb로 판정된 경우, 최소치 검출부(73)와 제3 비교부(78)가 접속되도록 스위치(77)가 전환된다. 그리고 제3 비교부(78)에서 편차 V0-V'min이 연산되고, 그 연산치에 대응하는 신호가 적분 회로(81)에서 적분되어 모터(2)에 출력된다.
이와 같이 도 6의 구성예에서는, 압전 소자(4)의 각 압력 검출 영역(51 내지 55)으로부터 출력되는 신호 V'1 내지 V'5에 대해, 그 평균치와 최소치의 격차가 클 때에는, 이들 V'1 내지 V'5의 평균치를 사용하여 설정 신호 V0과의 편차를 연산하고 있고, 그 평균치와 최소치의 격차가 작을 때에는 이들 V'1 내지 V'5의 최소치를 사용하고 있다. 이러한 구성으로 해도 도 5의 디스크 브레이크(11)와 동일한 효과가 얻어진다. 또한, 최대치 검출부(72)를 설치하지 않아도 된다고 하는 이점이 있다.
상기 실시 형태의 압전 소자(4)는, 공통의 수정편(40)에 전극이 형성되어, 실질적으로 5개의 압전 소자로서 기능하도록 구성되어 있지만, 수정편을 개편으로 분할하여, 각각 따로 따로의 압전 소자로서 구성해도 된다. 단, 상기한 실시 형태와 같이 공통의 수정편(40)에 복수의 전극을 설치함으로써, 온도 특성 등의 수정편이 각각 갖는 특성의 편차에 의해, 수정편의 각 전극으로부터 출력되는 신호가 변동되는 것이 억제된다. 따라서, 보다 고정밀도로 디스크(21)의 감속을 제어할 수 있다.
수정편(40)의 형상으로서는 어떠한 형상이라도 좋고, 도 3에 도시한 원형 외에 정사각형, 직사각형, 마름모 등, 어떠한 형상이라도 좋다. 또한, 수정편에 형성되는 각 전극의 형상도 도 3에서 도시한 직사각형에 한정되지 않고, 어떠한 형상이라도 좋다. 예를 들어, 정사각형, 직사각형, 마름모, 원형, 부채꼴 등이라도 좋다.
압전 소자(4)는, 마찰 패드(31)의 이면[압박면(35)과는 반대의 면]에 설치되어 있어도 되고, 마찰 패드(31, 32)에 매립되어 있어도 된다. 또한, 마찰 패드(31, 32)가 양측으로부터 디스크(21)를 압박하도록 구성되어 있어도 된다.
제동 장치를 이루는 디스크 브레이크(11)에 대해, 수송용 기기인 자동차에의 적용예를 설명해 왔지만, 이 디스크 브레이크(11)는 그것 이외의 수송용 기기에도 적용할 수 있다. 예를 들어, 디스크 브레이크(11)를 열차에 적용하여, 상기한 타이어 대신에 당해 열차의 차륜과 디스크(21)가 연동하여 회전하도록 구성함으로써, 상기 차륜의 제동을 고정밀도로 행할 수 있다. 또한, 비행기의 차륜에 디스크 브레이크(11)를 적용함으로써 열차의 경우와 마찬가지로, 상기 차륜의 제동을 고정밀도로 행할 수 있다. 또한, 차륜 이외에도, 선박의 스크류나 비행기의 프로펠러에 디스크 브레이크(11)를 적용할 수 있다. 즉, 프로펠러나 스크류에 연동하여 디스크(21)가 회전하도록 구성하여, 디스크 브레이크(11)에 의해 이들 프로펠러나 스크류의 회전을 고정밀도로 제어할 수 있다. 이와 같이 디스크 브레이크(11)가 적용된 자동차, 선박, 비행기 등의 수송용 기기에 대해서도 본 발명의 권리 범위에 포함된다.
그 밖에 본 발명이 적용되는 각종 산업 기기에 대해 설명한다. 도 7은 건설 기기인 크레인(8)의 측면도, 도 8은 건설 기기인 크레인(8)의 평면도이다. 도면 중 부호 81은 베이스, 도면 중 82는 도시하지 않은 모터에 의해 베이스(81)에 대해 연직축 주위로 회전하는 지지 기둥, 도면 중 83은 지지 기둥(82)에 고정된 회전 대이다. 도면 중 부호 84는 회전대(83)로부터 상방으로 신장되는 아암이고, 회전 대(83)에 설치된 모터(84b)에 의해 수평면에 대해 임의의 각도로 조정 가능하다.
부호 85는 아암(84)의 선단측에 설치된 풀리이고, 아암(84)에 설치된 도시하지 않은 모터에 의해 수평축 주위로 회전한다. 이 풀리(85)에는 와이어(86)의 일단부가 고정되어 있고, 와이어(86)의 타단부에는 자재 반송용의 후크(87)가 접속되어 있다. 상기 모터에 의해 풀리(85)에의 와이어의 권취 또는 현수가 행해져, 후크(87)가 승강 가능하게 구성된다. 풀리(85), 아암(84), 지지 기둥(82)에는 각각 이들 각 부와 함께 회전하도록 플랜지(85a, 84a, 82a)가 설치되어 있다. 이들 플랜지(85a, 84a, 82a)는 상술한 실시 형태의 디스크(21)에 상당한다. 그리고 이들 플랜지(85a, 84a, 82a)에 대응하여 각각 캘리퍼(22)가 설치된다.
예를 들어 사용자가 브레이크 페달(12)에 상당하는 조작 레버를 조작하면, 상술한 실시 형태와 마찬가지로 캘리퍼(22)에 의해 각 플랜지(85a, 84a, 82a)의 회전 속도가 각각 독립적으로 억제되어, 회전대(83) 방향의 변경 속도, 아암(84)의 각도 변경 속도 및 후크(87)의 승강 속도에 대해 고정밀도로 제어할 수 있다. 그것에 의해 상기 자재의 반송이 용이해져, 작업의 효율화를 도모할 수 있다. 그런데, 이 예에서 후크(87) 대신에 사람이나 자재를 반송하는 받침대나 상자 형상체를 승강할 수 있도록 구성하여, 엘리베이터 장치로서 구성할 수 있다. 그 밖에 본 발명의 제동 장치를 예를 들어 포크리프트에 적용하여, 포크의 승강 속도를 고정밀도로 제어할 수도 있다.
도 9에서는 산업 기기로서 본 발명의 제동 장치를 구비한 풍력 발전 장치(9)를 도시하고 있다. 도면 중 부호 91은 풍차, 도면 중 92는 풍차에 접속된 지지부이다. 도면 중 부호 93은 지지부에 설치된 플랜지로, 디스크(21)에 상당한다. 도면 중 부호 94는 지지부(92)의 회전 속도에 따라서 발전하는 발전부이다. 예를 들어, 브레이크 페달(12)에 상당하는 조작 레버에 의해 캘리퍼(22)를 동작시켜, 풍차(91)의 회전을 감속시킬 수 있다. 그것에 의해 예를 들어 풍력이 지나치게 강한 경우에, 풍력 발전 장치(9)의 파손을 억제하고, 또한 적절한 발전량을 얻을 수 있다. 이와 같이 디스크를 압박하여, 디스크의 회전 속도를 제어하는 제동 장치를 사용한 각종 산업 기기에 본 발명을 적용할 수 있고, 본 발명의 제동 장치가 적용된 산업 기기도 본 발명의 권리 범위에 포함된다.
1 : 자동차
11 : 디스크 브레이크
12 : 브레이크 페달
13 : 설정 신호 출력부
21 : 디스크
22 : 캘리퍼
31, 32 : 마찰 패드
4 : 압전 소자
40 : 수정편
41 내지 45 : 전극
51a 내지 55a : 압력 검출 영역

Claims (8)

  1. 회전하는 디스크와,
    상기 디스크의 일면측에, 디스크와 대향하여 설치된 제1 패드와,
    디스크의 다른 면측에, 디스크를 사이에 두고 제1 패드와 대향하도록 설치된 제2 패드와,
    제1 패드를 제2 패드를 향해 이동시켜, 상기 디스크를, 제1 패드와 제2 패드 사이에 끼워 넣어 압박하여, 디스크의 회전을 억제하는 전동 액추에이터와,
    상기 디스크에 대한 패드의 압박력을 설정하기 위한 설정 신호를 출력하는 압박력 설정부와,
    상기 제1 패드 또는 제2 패드에 서로 다른 위치에 설치되고, 패드의 응력을 검출하는 복수의 압전 소자와,
    상기 복수의 압전 소자로부터 얻어진 전기 신호를 처리하여, 상기 디스크에 대한 패드의 압박력에 대응하는 압박력의 검출 신호를 생성하는 신호 처리부와,
    상기 설정 신호와 검출 신호의 편차를 구하고, 이 편차에 기초하여 상기 전동 액추에이터의 조작 신호를 연산하여 출력하는 연산부를 구비하고,
    상기 복수의 압전 소자는, 동일한 압전편의 서로 떨어진 위치에 각 압전 소자로부터의 출력을 취출하기 위한 전극을 각각 구비하도록 상기 압전편을 공유하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 제동 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 신호 처리부는, 복수의 압전 소자로부터 얻어진 전기 신호의 최대치, 최소치 또는 평균치에 기초하여 상기 검출 신호를 작성하는 것을 특징으로 하는, 제동 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압전 소자는, 수정편에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는, 제동 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전동 액추에이터는, 모터와, 당해 모터의 토크를 상기 제1 패드를 이동시키기 위한 직선 운동으로 변환하기 위한 변환 부재를 구비하고, 상기 조작 신호는, 상기 모터에 출력되는 것을 특징으로 하는, 제동 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 디스크는 주행 차량의 차륜과 연동하여 회전하는 것을 특징으로 하는, 제동 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 기재된 제동 장치를 구비한, 수송용 기기.
  7. 제1항 또는 제2항에 기재된 제동 장치를 구비한, 산업용 기기.
  8. 삭제
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