特許 6791883 車両用ブレーキ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6791883

(24)【登録日】2020年11月9日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】車両用ブレーキ装置

(51)【国際特許分類】

   F16D 66/00 20060101AFI20201116BHJP

   B60T 8/171 20060101ALI20201116BHJP

   G01L 1/16 20060101ALI20201116BHJP

   H01L 41/113 20060101ALI20201116BHJP

   H01L 41/053 20060101ALI20201116BHJP

   F16D 69/00 20060101ALI20201116BHJP

【ＦＩ】

   F16D66/00 Z

   B60T8/171 Z

   G01L1/16 B

   H01L41/113

   H01L41/053

   F16D69/00 B

【請求項の数】9

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-561924(P2017-561924)

(86)(22)【出願日】2016年5月27日

(65)【公表番号】特表2018-524524(P2018-524524A)

(43)【公表日】2018年8月30日

(86)【国際出願番号】EP2016061983

(87)【国際公開番号】WO2016189122

(87)【国際公開日】20161201

【審査請求日】2019年3月20日

(31)【優先権主張番号】102015000018748

(32)【優先日】2015年5月28日

(33)【優先権主張国】IT

(73)【特許権者】

【識別番号】514060514

【氏名又は名称】アイティーティー・イタリア・エス．アール．エル

(74)【代理人】

【識別番号】110001586

【氏名又は名称】特許業務法人アイミー国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ステファーノ セッラ

(72)【発明者】

【氏名】ルカ マルティノット

(72)【発明者】

【氏名】アウグスティ シン シコラ

(72)【発明者】

【氏名】ファブリジオ メルロー

(72)【発明者】

【氏名】パオロ ガリムベルティ

【審査官】 羽鳥 公一

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１４／１７０７２６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０４−３０１５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２４１８５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１２５３２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１４１９９５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０００−１８６７２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１０９５９２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭６０−２４９７４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５８１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２２１２６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１０９２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／１４４９５５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０６３５７２９１（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 独国特許出願公開第１０２００６０５３４８９（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｄ ４９／００−７１／０４

Ｈ０１Ｌ ２７／２０

Ｈ０１Ｌ ４１／００−４１／４７

Ｃ０８Ｇ ５９／００−５９／７２

Ｇ０１Ｌ ５／００−５／２８

Ｈ０２Ｎ ２／００−２／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両用ブレーキ装置であって、
摩擦材料のブロック（３）を支持する支持要素（２）と、
電気絶縁された電気回路（９）と、
前記摩擦材料のブロック（３）と前記支持要素（２）との間に介在される複数の圧電セラミックセンサ（４）と、
前記支持要素（２）上の各々の前記圧電セラミックセンサ（４）と対応する位置に配置された複数の保護要素（１６）とを含み、
前記複数の圧電セラミックセンサ（４）は、各々が対応する前記保護要素（１６）内に独立して埋め込まれ、
前記電気回路（９）は、前記複数の圧電セラミックセンサ（４）に接続される分岐を有しており、前記ブレーキ装置が外部からの圧縮力を受けるとき、前記複数の圧電セラミックセンサ（４）が発する電気応答信号を受取るものであり、
前記保護要素（１６）は、摩擦材料のブロック（３）、又は摩擦材料のブロック（３）と支持要素（２）との間に介在する減衰層内に埋め込まれており、
前記摩擦材料のブロック（ｂ）および前記保護要素（１６）は、前記外部からの圧縮力の所定量が、前記保護要素を介さずに、前記圧電セラミックセンサ（４）の周囲の前記支持要素（２）上に向かうように構成されており、
前記保護要素（１６）は、前記圧電セラミックセンサ（４）を保護するために適用される、１または複数層の樹脂ベース材料を有し、
前記樹脂ベース材料は、電気絶縁性および断熱性を有する材料であり、−４０℃と少なくとも２００℃との間から成る温度間隔内において実質的に安定した機械的性質を有する材料の中から選択され、
前記複数の圧電セラミックセンサ（４）は、前記保護要素（１６）の有する前記樹脂ベース材料の機械的性質のため、前記温度間隔内の温度変化において、応答信号のばらつきを制限又は無効にすることができることを特徴とする、車両用ブレーキ装置。

【請求項2】

前記樹脂ベース材料は、前記圧電セラミックセンサ（４）を構成する圧電セラミック材料のキュリー温度よりも低い架橋結合温度を有することを特徴とする、請求項１に記載の車両用ブレーキ装置。

【請求項3】

前記保護要素（１６）の厚さは、前記圧電セラミックセンサ（４）の厚さ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の車両用ブレーキ装置。

【請求項4】

前記樹脂ベース材料は、エポキシ樹脂を含むことを特徴とする、請求項１に記載の車両用ブレーキ装置。

【請求項5】

前記樹脂ベース材料は、ポリイミド樹脂を含むことを特徴とする、請求項１に記載の車両用ブレーキ装置。

【請求項6】

前記樹脂ベース材料は、ビスマレイミド樹脂を含むことを特徴とする、請求項１に記載の車両用ブレーキ装置。

【請求項7】

前記樹脂ベース材料は、シアン酸塩−エステル樹脂を含むことを特徴とする、請求項１に記載の車両用ブレーキ装置。

【請求項8】

前記樹脂ベース材料は、セラミック及び／又は金属粒子で充填された樹脂を含むことを特徴とする、請求項１に記載の車両用ブレーキ装置。

【請求項9】

請求項１〜８のいずれかに記載のブレーキ装置を少なくとも含むことを特徴とする、車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両用にセンサライズ(sensorized)された（センサで感知し得る）ブレーキ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

イタリア特許出願番号ＴＯ２０１３Ａ３０７から、車両用のブレーキ装置は公知であり、それは、支持要素と、支持要素により支持される摩擦材料のブロックと、及び支持要素により支持され、摩擦材料のブロックと金属製支持要素との間に介在される一以上の圧電セラミックセンサとを含む。

【0003】

車両での使用中、圧電セラミックセンサは摩擦材料のブロック（ドラム式ブレーキをさらに備える車両用ブレーキパッド又はブレーキシュー）と、車輪に結合される、ディスク又はドラムのような、ブレーキをかけられる要素との間での使用中に交換される力を探知する。

【0004】

これは、ブレーキパッドの異常な消耗から、多数の問題が発生するのを探知及び／又は予測する能力を必然的に伴う。例えば、ブレーキが作動していないときでさえ、ブレーキパッドがディスクに触れることによる問題。例えば、ブレーキキャリパの不十分な整列、又はむしろブレーキ中のノイズ、振動及び不必要なキーキー音による問題などである。

【0005】

この種のブレーキ装置は、そのような装置が、生産工程中にさらされ、及び／又は、ブレーキ中に、２００℃及び４００ｋｇ／ｃｍ^２よりも各々高く発現させる、温度及び圧力の各々に脆弱であり得るので、性能、信頼性及び耐久性の観点から悪影響に陥る。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的は、使用の温度間隔内、及び特に少なくとも２００℃の使用温度までで、熱ストレスに全く耐え得る、車両用にセンサライズされたブレーキ装置を提供することであり、同時に、損傷を生じさせるかもしれない、あるいは故障につながるかもしれない過度な機械的ストレスから、その部品を適切に保護しながら、検出されるべき機械的ストレスを圧電センサに適切に伝達することを可能にする。

【0007】

本発明の他の目的は、運転温度の間隔における温度変化を備える圧電センサの安定した反応を確実にすることが可能な、車両用にセンサライズされたブレーキ装置を提供することである。

【0008】

さらに本発明の他の目的は、小型車及び産業車両のためだけでなく、動作温度が６００℃を超え得る大型車両（トラック、バス等）への用途にも使用のその順応性を増加させるために、高温に対して頑丈でかつ耐久性がある車両用にセンサライズされたブレーキ装置を提供することである。

【0009】

これら及び他の目的は、摩擦材料のブロックを支持する支持要素と、電気的に絶縁された電気回路と、及び摩擦材料のブロックと支持要素との間に介在される少なくとも１つの圧電セラミックセンサとを含む車両用ブレーキ装置によって達成される。電気回路は、少なくとも１つの圧電セラミックセンサに接続され、ブレーキ装置が外部の圧縮力にさらされると、少なくとも１つの圧電セラミックセンサにより発せられる電気的応答信号を受取る。それは、少なくとも１つの圧電セラミックセンサを保護するよう適用される一以上の樹脂をベースとする材料（樹脂ベース材料）の層を有する少なくとも１つの保護要素を備えることを特徴とする。少なくとも１つの保護要素は、外部の圧縮力の所定の一部を、少なくとも１つの圧電セラミックセンサを取囲む支持要素の領域へ向けるよう設計されることを特徴とする。樹脂ベース材料は、−４０℃から少なくとも２００℃の間から成る温度間隔において、実質的に安定した機械的性質を有する材料の中から選択されるので、少なくとも１つの圧電セラミックセンサが、前記温度間隔内にさらされる温度変化を有する応答信号における変化を、制限又は無効にする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

そのような機械的性質は、少なくとも弾性係数及び／又は剛性率を含む。有利に、樹脂ベース材料は電気絶縁である。有利に、樹脂ベース材料は電気及び熱絶縁である。

【0011】

有利に、適切な機械的保護、及び同時に適切な熱及び電気絶縁性を確実にするために、保護要素の厚さは、圧電セラミックセンサの厚さ未満ではない。圧電セラミックセンサの厚さは、支持要素上のその台座プレートに直角方向なその寸法を意味する。

【0012】

有利に、樹脂ベース材料は、圧電セラミックセンサの構成要素となる圧電セラミック材料のキュリー温度より低い硬化温度を有する。保護要素はそして、圧電セラミックセンサを損傷するリスクなしに、後者の電気回路への機械的及び電気的接続の前又は後で、適用され得る。

【0013】

有利に、保護要素は、外部の圧縮力が摩擦材料のブロックに適用されるとき、圧電セラミックセンサに伝達される力を制限するために、機械的性質を有する。

【0014】

有利に、保護要素は、外部の圧縮力の所定の一部を、少なくとも１つの圧電セラミックセンサを取囲む支持要素の領域内に向けるよう設計される。

【0015】

従って、保護要素は、生産工程の間のブレーキ要素の操作による損傷に対する機械的保護として機能するような様々な特徴を有する。それは、圧電セラミックセンサに電気絶縁を提供し、そしてそれは、圧電セラミックセンサに伝達される力のリミッタ及びそらせ板として機能する。

【0016】

幅広い温度間隔に渡って安定した機械的性質を有する材料を選択することにより、同じ温度間隔内での圧電セラミックセンサからの安定した反応が可能となる。

【0017】

本発明のさらなる特徴及び利点が、単に例として挙げた、限定されない実施例の以下の説明、及び添付の図面を参照して明確になる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】ブレーキ装置の持上げた部分の概略側面図である。

【図2】ブレーキパッドの温度変化でテストした際に使用した圧電セラミックセンサの応答信号における変化を示した図であり、圧電セラミックセンサの保護要素は、樹脂ベース材料の第一タイプから成る。

【図3】温度に応じたテストで使用された樹脂ベース材料の第一タイプの剛性率における変化を示した図である。

【図4】温度に応じたテストで使用された圧電セラミックセンサの電気容量における変化を示した図である。

【図5】ブレーキパッドの温度変化に応じたテストで使用された圧電セラミックセンサの応答信号における変化を示した図であり、圧電セラミックセンサの保護要素は、樹脂ベース材料の第二タイプから成る。

【図6】保護要素を形成する樹脂ベース材料の弾性定数の変化とともに、外部の圧縮力Ｆを適用した結果、圧電セラミックセンサが感じた力が変化する曲線を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

図面を参照して、図１は車両用にセンサライズされたブレーキ装置を全体として示し、例として、車両用ブレーキシステムを備えることを意図したブレーキパッドを示す。車両用ブレーキシステムは公知であり、単純化のため図示しない。

【0020】

ここで以下に、ブレーキパッド１を形成するブレーキ装置を特別に参照するが、以下の記載は、ドラムブレーキのブレーキシューにもまた同様に適用可能であることは明白である。

【0021】

ブレーキパッド１は、好ましくは金属製だが必ずしもその必要はなく、「バックプレート」として公知である支持要素２と、要素２によって支持される摩擦材料のブロック３と、及び支持要素２によって支持され、後者と摩擦材料のブロック３との間に介在される一以上の圧電セラミックセンサ４とを備える。圧電セラミックセンサ４は、支持要素２上で、持ち上がった配置で支持される。

【0022】

ブレーキシューの場合、ブレーキパッド１のために記載したそれらに対応する要素があり得ることは明白である。従って当業者には、以下の記載は、センサライズされたブレーキシューが組立てられ得るために、容易に変換可能である。

【0023】

特に支持要素２は、車両用ブレーキディスクのような、ブレーキをかけられる要素に面するような使用を意図した第一主要平面５、及び第一主要平面５に平行な第二主要平面６を有する平板のように形成される。

【0024】

摩擦材料のブロック３は特に、支持要素２の第一平面５に接合される第一主要平面７、及びブレーキをかけられる要素との直接接触のための使用を意図した第一平面７に平行な第二平面８を有する。

【0025】

圧電セラミックセンサ４は、機械的ストレスにさらされると、電気信号を放つそれらの先天的な能力の結果として、パッド１と、ブレーキをかけられる要素との間の接触中の使用で交換される力を探知することができる。

【0026】

この目的のため、支持要素２は、圧電セラミックセンサ４の電極が接続される電気接点を有する電気絶縁された電気回路９を支持する。

【0027】

電気回路９は電気信号を受取る。電気信号が、圧電セラミックセンサ４からの電力供給の必要性がなく生成されるのは、それらが分極方向における機械的ストレスにさらされるときである。

【0028】

圧電セラミックセンサ４によって放たれ、電気回路９によって受取られる電気信号は、リアルタイム又は後のいずれかで、処理可能である。

【0029】

圧電セラミックセンサ４は、２００℃より大きなキュリー温度を有する圧電セラミック材料で形成され、好ましくは円筒体の形状を成す。それはその軸線方向に分極され、反対側に位置する一対の平面１２及び１３によって区切られ、使用状態では支持要素２の主要平面５，６に対して平行に配置される。

【0030】

好ましくは、平面１２，１３の１つ、特に電気回路９に面する１つは、電気信号ピックアップ電極の両方を示す。

【0031】

電気回路９は分岐（図示せず）を有し、支持要素２上の別々の位置に圧電セラミックセンサ４を配置するために適切に形成され、支持要素２の端で統合される電気コネクタ（図示せず）もまた備えられる。

【0032】

本質的に圧力センサである圧電セラミックセンサに追加して、一以上の温度センサ及び／又は一以上のせん断力センサは、電気回路９に電気接続され、支持要素２上で任意に統合されてもよい。

【0033】

電気絶縁された電気回路９は好ましくは、スクリーン印刷され、支持要素２上に直接適用される。

【0034】

支持要素２内に統合されるセンサは全て、摩擦材料のブロック３に面する後者の側から、電気絶縁された電気回路９上に設置される。従って支持要素２内に統合されるセンサは、ブレーキ中、又は概して車両の運転中、ブレーキ装置に作用する力を測定する能力が高い。

【0035】

減衰層（図示せず）は、摩擦材料のブロック３と支持要素２との間に介在されて備えられ得る。

【0036】

減衰層はもし備えられれば、特に、支持要素２の第一平面５に接合される第一主要平面、及び摩擦材料のブロック３の第一平面７に接合される第二平面を有する。

【0037】

有利に、各圧電セラミックセンサ４は、対応する保護要素１６内に埋め込まれる。

【0038】

保護要素１６は、−４０℃から少なくとも２００℃の間から成る温度間隔内で実質的に安定した機械特性を有する材料から選択される樹脂ベース材料の一以上の層から成り、圧電セラミックセンサ４が、前記温度間隔内でさらされる温度変化を有する応答信号における変化を制限又は無効にする。

【0039】

「極めて安定」という表現は、可変の大きさを参照して、最大値３０％、及び好ましくは参照の温度間隔内のその最小値の２０％を超えない値を意味する。

【0040】

保護要素１６は、支持要素２上の圧電セラミックセンサ４に位置する。

【0041】

圧電セラミックセンサ４の電気絶縁のため、保護要素１６は、電気的な絶縁材料から形成される。

【0042】

保護要素１６は好ましくは、熱絶縁でもある材料から形成される。

【0043】

特に、しかし必須ではないが、保護要素１６の材料の少なくとも１つの層は、電気及び熱絶縁であり得、あるいは少なくとも１つの電気絶縁層、及び少なくとも１つの熱絶縁層が考察され得る。

【0044】

保護要素１６は、述べるように、機械的性質及び特に弾性係数を備える。弾性係数は、外部の圧縮力が、摩擦材料のブロック３に適用されると、圧電セラミックセンサ４に伝達される力を制限するために注意深く選択される。

【0045】

保護要素１６は特に、圧電セラミックセンサ４自身を取囲む支持要素２の領域に、外部の圧縮力の少なくとも一部を向けるように設計される。

【0046】

好ましくは、電気回路９の他のセンサの全て、及びあるいは他の構成要素は、上述のような同じ種類の対応する保護要素を有する。

【0047】

保護要素１６は、圧電セラミックセンサ４を完全に埋め込み、圧電セラミックセンサ４の外面と一致する、内側の直接又は間接接触面１７と、支持要素２上の均一の直接又は間接の台座１８を有するハーフシェルで構成される。

【0048】

保護要素１６は好ましくは、ドーム形である。

【0049】

保護要素１６を構成する樹脂は好ましくはポリイミド樹脂、又はエポキシ樹脂、又はビスマレイミド樹脂、又はシアン酸塩−エステル樹脂、又はそれらの混合物である。これらの樹脂は、強化粒子、特に、例えばアルミニウムのセラミック粒子及び／又はアルミニウムの金属粒子のような、セラミック及び／又は金属材料で、充填することが可能である。

【0050】

ブレーキパッドの変化の操作温度として、圧電セラミックセンサの反応における推移を評価するために、以下は、圧電セラミックセンサの保護要素を形成する樹脂ベース材料において異なるブレーキパッドのバッチで実行されたテスト結果である。

【0051】

＜ブレーキパッドの第一バッチテスト＞
テストはＮＶＨ用の標準のダイノ（Ｄｙｎｏ）ベンチ及び動力測定で実行された。特に、テストはブレーキパッドの第一バッチで実行され、圧電セラミックセンサの保護要素は、ロックタイト（Loctite：商標）により製造されたハイソール（Hysol：商標）９４９２の名称で商業的に公知のエポキシ樹脂ベース材料から成る。

【0052】

エポキシ樹脂ベース材料は、アルミニウムの金属粒子、及びアルミニウムのセラミック粒子で充填されたエポキシ樹脂の第一構成要素、及び架橋結合の触媒として作用する第二アミド性構成要素を含む。

【0053】

テストは、５から４０バールの圧力の異なる値で、５０から３００℃の間隔内に制御されたブレーキディスクの温度で実行されたベンチテストから構成された。

【0054】

使用手順は次の通りである。８８のブレーキングの付与が、以下の表のように、時速５０ｋｍから時速２ｋｍで実行された。

【0055】

【表1】

【0056】

ブレーキパッドの温度に関して、その温度は通常、ブレーキディスクの約半分である。

【0057】

図２は、ブレーキパッドの変化の温度として、そして２０バールのブレーキ圧の値での圧電セラミックセンサの応答信号における推移を示す。同様の結果が、ブレーキ圧の他の値でも得られる。

【0058】

テスト中、信号における明確な減衰が、低い／中くらいの温度で既に観察された。例えば、図２において、急速な低下が７５〜８０℃の辺りで見られ得る。測定された信号にとって、第二ピークの振幅が（ブレーキングの端で）表れ、ブレーキパッドに取付けられた熱電温度計で測定されるように、ブレーキパッドの温度に応じて報告される。第二ピークの選択は、油圧回路内の圧力の放出に結び付けられるという事実にのみ結び付けられ、それはさらに繰返し可能になり、従って、実験誤差によってあまり作用されない結果を提供する。

【0059】

図２のシグナル減衰は主に、保護要素のために使用される材料が原因である。この点に関し、図３において、保護要素のために使用される材料の機械的性質（せん断係数）における変化を、重要な温度間隔内で見ることができる。

【0060】

シグナル減衰と併せて、その効果は、保護要素のために使用される材料が原因の場合よりもかなり低いが、圧電セラミックセンサの電気容量における変化（図４）による第二の貢献もまた存在する。実際、強い相関関係が、７０から１００℃の間のブレーキパッドの反応における減衰、及び保護要素の材料の機械的性質における対応する減衰の間で明確である。圧電セラミックセンサの温度への依存は、小さな貢献、７０から１００℃の間から成る間隔内でおおよそ一定の圧電セラミックセンサの電気的及び機械的性質を提供するのみである。一方、変化は、実際は直線状で、圧電セラミックセンサのキュリー温度に近い温度まで適度である。このテストの結論は、保護要素のために使用される材料を備えて、センサからの信号において必要以上の損失を生じさせない最大達成可能温度が、おおよそ７０から８５℃であることである。明らかに、１７０℃又はその辺りのブレーキディスクで温度に対応するこの温度間隔は、受入れられない。

【0061】

＜ブレーキパッドの第二バッチテスト＞
さらなるテストがコトロニクス（Cotronics：商標）により製造されたデュラルコ（Duralco：商標）４７０３として商業的に公知なエポキシ樹脂材料を、保護要素のために使用して実行された。この材料は基本的に、エポキシ樹脂内の強化粒子を凝縮させ、エポキシ鎖内の特定の機能グループを提供することにより、前の材料とは異なる。

【0062】

テストはＮＶＨ用の標準のダイノ（Ｄｙｎｏ）ベンチ及び動力測定で実行された。

【0063】

テストは、１０から４０バールの圧力の異なる値で、５０から５００℃の間隔内で制御されたブレーキディスクの温度で実行されたベンチテストから構成された。

【0064】

使用手順は以下の通りである。ブレーキングの付与は、以下の表の通り、時速５０ｋｍから時速２ｋｍで実行された。

【0065】

【表2】

【0066】

図５はブレーキパッドの変化の温度として、及び２０バールのブレーキ圧の値で、圧電セラミックセンサの応答信号における推移を示す。同様の結果が、ブレーキ圧の他の値からも得られる。

【0067】

各ブレーキングテストにおいて、平均的なブレーキパッド及びブレーキディスク温度が、生のブレーキングデータから第二ピークに応じて測定された。平均値はそして、対応する温度値に応じて続いて報告された。

【0068】

この場合、シグナル減衰は、より高い温度、特にブレーキパッドで１５２から１７４℃の間で、現れ始める。

【0069】

結論として、テストは、温度がセンサの反応の一部に大変強力に依存することを明らかにした。これは主に、保護要素のために使用された材料の熱機械的性質に起因する。信号の崩壊は、使用された材料の機械的性質の対応する崩壊と結び付けられる。圧電セラミックセンサの保護要素のために使用される材料を適切に選択することで、圧電セラミックセンサ自身の温度反応を安定させることができる。

【0070】

以上のように、保護要素の熱機械的性質は、圧電セラミックセンサの外部の圧縮力に対する感度について、重要である。

【0071】

熱機械的性質を適切に選択することで、ブレーキ装置の製造中、又は装置の動作中、圧電セラミックセンサにより実際に感じる力の負荷を減らすことが可能になる。

【0072】

以下にこれがどのように発生するかを説明する。

【0073】

外部の圧縮力Ｆの摩擦材料３に対する付与を仮定する。

【0074】

圧電セラミックセンサ４に作用するストレス状態について言及する。

【0075】

保護要素１６は、その合力Ｆ´が摩擦材料のブロック３に適用される圧縮力Ｆとは異なる力を感じる。

【0076】

そのような合成力Ｆ´はまた、圧電セラミックセンサ４に伝達される。圧電セラミックセンサ４は、力Ｆ´とは概してまた異なるが、明白にそれに結び付けられる最終の力Ｆ_ｐを感じる。Ｆ_ｐは、圧電セラミックセンサによって効果的に測定される電気信号を含む力である。

【0077】

外部の圧縮力Ｆの伝達は、感知できるほどの正接の歪みなしに、摩擦材料のブロック３の表面から、下地層で起こると仮定する。つまり、摩擦材料のブロック３は、実質的に縦方向に硬いと仮定する。

【0078】

モデルにおいて、摩擦材料及び保護要素は、弾性定数ｋ及びｋ´を各々有するばねによって、力学モデルにおいて表され、摩擦材料のブロックに関するばねの線寸法は、外の領域内、及び保護要素の適用領域内の摩擦材料自身のブロックと同じであることもまた仮定される。

【0079】

従って、材料の線形弾性挙動と仮定すると、フックの法則が有効であり、それに従うと、
Ｆ＝ｋｘ
Ｆ´＝ｋ´ｘ´
Ｆ_ｐ＝ｋ_ｐｘ_ｐ
である。ここで、ｘ，ｘ´及び各ｘ_ｐは、圧縮方向における歪みを表し、ｋ，ｋ´及び各ｋ_ｐは弾性定数を表す。

【0080】

次の式も示され得る。
Ｆ´＝２Ｆ／（１＋ｋ／ｋ´）
Ｆ_ｐ＝４Ｆ／（１＋ｋ´／ｋ_ｐ）（１＋ｋ／ｋ´）

【0081】

圧電セラミックセンサ４によって感じられるような力Ｆ_ｐは従って、摩擦材料のブロック３に最初は付与される力Ｆに結び付けられるが、それに等しくはない。力Ｆ_ｐの減衰係数は、比率ｋ´／ｋ_ｐ及びｋ／ｋ´の選択次第であり、弾性定数ｋ´の増減により、ｋ及びｋ_ｐで、等しく調整され得る。摩擦材料のブロック及び圧電セラミックセンサが、ひとたび既定されると、機械的性質の変化の観点、及びそれらの物理的特性に関する要求の観点から、極めて強い限定を有し、ｋ´のための最適値、又は保護要素の機械的性質の選択が、力の伝達を最適化するために極めて重要になる。

【0082】

重要な例として、特に、摩擦材料のブロック及び圧電セラミックセンサのための弾性定数の測定から起こる、ｋ及びｋ_ｐのための実際値を仮定して、モデルから結果を検討する。定数ｋ´を、圧電セラミックセンサの反応を最適化するために選択される可変のパラメータとして代わりに見なす。そして、ｋ_ｐ＝１０^１１Ｎ／ｍ＝１０^１１Ｎ／ｍ及びｋ＝１０^１０Ｎ／ｍと仮定する。摩擦材料のブロック及び圧電セラミックセンサのためのこれらの値ｋ_ｐ及びｋは、実際に近い値である。この場合、Ｆ_ｐ／Ｆの関係は、Ｋ´にのみ依存する。図６は、上述の値ｋ_ｐ及びｋを考慮して、ｋ／ｋ´に応じた応答曲線Ｆ_ｐ／Ｆを示す。圧電セラミックセンサの反応を最適化する機械的定数ｋ／ｋ´の間の比率に関係する最適値が存在することは明白である。従って、圧電セラミックセンサ及び摩擦材料のブロックが固定されると、保護要素は注意深く選択されなければならない。例えば、応答曲線の最大点で、最適値と比較して柔らかすぎる材料を選択すると、非効率的に伝達される力の原因となる弱結合が測定される。一方、硬すぎる材料を選択すると、応答曲線の最大点での最適値に再び関して、圧電セラミックセンサに非効率的に伝達される歪みに至る。図６に関して、対数尺度が、その結果と共に横座標及び縦座標軸に適用され、応答曲線の最大点から離れて、弾性定数の比率における大きさの変動の順序は、圧電セラミックセンサの位置で測定される力における同様の結果を有する。応答曲線の最大値で、最適値付近の弾性定数の値を維持することにのみより、有効な伝達が維持される。これは、熱機械的性質がまた、採用される材料間の機械的性質の軟化又は硬化の結果として、温度変化としての効率損失を避けるために、注意を持って選択されなければならない。応答曲線の最大点の近くで動作することは、さらに明確な利点をもたらす。すなわち、応答の安定性が、大きい間隔でさえ、熱機械的性質における変化の場合にもまた、大いに優れている。

【0083】

従って、保護要素を構成する材料の機械的性質を適切に選択することにより（軟化又は硬化の意味において）、圧電セラミックセンサにより感じられる荷重を、ブレーキ装置生産工程とブレーキ装置の通常操作との間で、センサのこの分類により耐えられる最大荷重よりもはるかに下で維持することが可能となる。

【0084】

考慮中の適用の目的のため、Ｆｐ／Ｆが０．０１未満でないように、ｋ_ｐ及びｋのための所定値のために、ｋ´を選択することがそれにもかかわらず便利であると見受けられる。

【0085】

これはまた、熱機械的性質もまた、採用される材料間の機械的性質の軟化又は硬化の結果として、温度変化としての効率損失を避けるために、注意を持って選択されなければならないことを意味する。最大点付近で動作することは、さらに明確な利点となる。すなわち、応答の安定性は、大きい間隔でさえ、熱機械的性質における変化の場合にもまた、大いに優れている（最大点における大幅な変化なく２００％まで）。

【0086】

実行されたテストに関して、上述の単純な機械的モデルの予測は正確である。

【0087】

実際、低温では、採用される材料の第一タイプのための比率ｋ／ｋ´は、３０に近く、正確に測定されたものに大変近接する１０％の伝達効率を伴う。高温では、９０℃を超える材料の相転移は、ファクタ５に関する弾性定数における変化を誘発する。線形挙動の領域内にあると仮定すると、モデルはファクタ６によるセンサの反応における対応する崩壊を予測し、温度がさらなるファクタ１０次第で、すなわち、より小さい大きさの順序次第で、上昇するにつれ、さらに減じられる。すなわち、それは、１〜２％以下の効率における増加を提供し、観察されるものは効果的である。１０に近接する、すなわち、最大値に近く、３０％の効率を実際に提示する比率ｋ／ｋ´を有する材料の第二タイプとは異なり、それは、より高い値でのみ、温度におけるより小さな変化を受ける。

【0088】

結論として、摩擦材料及び圧電セラミック材料は、大変幅広い温度間隔の中で、かなり安定した機械的性質を有しているので、図６のグラフに基づく論理を適用して、保護要素のための材料が選択されなければならない。これは、材料のための弾性定数が、図６のグラフの最大点に可能な限り近接するように選択されることを意味する。これは、材料の弾性定数の間の適切な相互変化の結果としてもまた、圧電セラミックセンサからの信号における最大可能安定性を備えた圧電セラミックセンサからの最大応答を達成するためである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】