KR100566367B1

KR100566367B1 - 가요성 요소를 포함하는 작동기와, 이러한 작동기를 포함하는 브레이크 캘리퍼

Info

Publication number: KR100566367B1
Application number: KR1020007008145A
Authority: KR
Inventors: 린스마안드리즈크리스티안; 즈바르츠야코부스
Original assignee: 에스케이에프 엔지니어링 앤 리서치 센터 비.브이.
Priority date: 1998-01-27
Filing date: 1998-09-30
Publication date: 2006-03-31
Also published as: AU9367398A; CN1128943C; DE69803703D1; US6598714B1; EP1049886B1; ES2172203T3; JP2002501154A; CN1284153A; EP1049886A1; WO1999037939A1; DE69803703T2; KR20010034390A

Abstract

작동기(7)는 하우징(4)과, 모터(8)와, 작동 부재(35), 그리고 모터(8)의 회전 운동에 응답하여 작동 부재(25, 35)를 하우징(4)에 대해 선형 운동시키는 나사 기구(10)를 포함하며, 상기 나사 기구(10)는 나사(24)와 너트(22)를 포함하고, 나사와 너트 중 하나는 하우징(4)에 대해 회전 가능하게 지지된다.

나사 기구(10)와 작동 부재(25, 35)는 탄성의 중간 압력 수단(28, 29; 36)을 통해 서로 맞물린다.

Description

가요성 요소를 포함하는 작동기와, 이러한 작동기를 포함하는 브레이크 캘리퍼 {ACTUATOR COMPRISING FLEXIBLE ELEMENT, AND BRAKE CALLIPER COMPRISING SUCH ACTUATOR}

본 발명은 하우징과, 모터와, 작동 부재와, 그리고 모터의 회전 운동에 응답하여 작동 부재를 하우징에 대해 선형 운동시키는 나사 기구를 포함하는 작동기(actuator)에 관한 것으로서, 상기 나사 기구는 나사와 너트를 포함하고, 나사와 너트 중 하나는 하우징에 대해 회전 가능하게 지지된다.

이러한 작동기는 WO-A-9603301로부터 공지되어 있다. 이 작동기는 외주 홈을 구비하는 롤러에 의해 서로 결합하는 나사와 너트로 구성된 나사 기구를 포함한다. 상기 작동기는 정확한 축선 방향 변위를 제공하고, 또한 어느 정도의 감속을 제공한다. 따라서, 상당히 작은 축선 방향 변위는 나사의 상당한 회전에 대한 응답으로 얻어진다. 결과적으로, 나사는 작동 부재에 상당한 축선 방향 힘을 가할 수도 있다.

나사 기구의 적절한 작동은 나사, 너트 및 롤러가 정확한 축선 방향 부하를 받는 한 보장될 수 있다. 이 경우에, 모든 구성 요소에는 설계 요건에 따라 부하가 가해지며, 또한 그 이후에는 부하가 나사 기구를 손상시키지 않고 상당한 수준까지 도달할 수도 있다.

그러나, 나사 기구가 횡방향 또는 반경 방향 성분을 갖는 부하를 받게 될 때에 아주 바람직하지 못한 경우가 발생할 수 있다. 나사, 너트 및 롤러는 그러한 횡방향 성분의 부하를 허용할 수 있도록 설계되어 있지 않아, 손상될 것이다.

작동기가 횡방향 힘과 항시 관련되어 있는 굽힘 우력(bending couple)에 의해 부하를 받을 경우에도 똑같은 상황이 발생한다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같이, 횡방향 또는 반경 방향 부하과 관련된 문제점들을 피할 수 있거나 적어도 완화할 수 있는 작동기를 제공하는 것이다. 이 목적은 나사 기구와 작동 부재가 탄성의 중간 압력 수단을 통해 서로 맞물릴 때 달성된다. 탄성의 중간 압력 수단은 요구되는 작동력을 나사 기구로부터 작동 부재에 전달할 수 있다. 따라서, 축선 방향의 강성은 상당히 높아야 한다. 특히, 강성은 요구되는 힘/변위 관계가 원하는 작동력을 얻을 가능성을 여전히 제공할 수준으로 유지되어야 한다.

한편, 상기 탄성의 중간 압력 수단은 나사 기구와 작동 부재 사이를 직접 연결하는 것만큼 강성을 갖지는 않는다. 이와 같이 수정된 강성은 횡방향 부하 또는 굽힘 모멘트를 갖는 극심한 부하가 나사 기구를 향해 바로 완전히 전달되도록 하지 않는다는 장점이 있다. 나사 기구와 작동 부재 간에 힘을 전달하는 데에 있어서의 탄성적인 특성으로 인해, 횡방향 부하 또는 굽힘 부하가 약해지거나 심지어는 사라지게 된다.

본 발명의 제1 실시예에 따르면, 나사 기구와 작동 부재는 스프링 요소를 통해 서로 결합되어 있다. 스프링 요소는 나사 기구의 축선에 대해 비대칭의 강성 분포를 제공할 수 있다. 스프링 요소의 비대칭 특성은 몇 가지 방법으로, 예를 들어 작동 부재와 나사 기구의 축선의 일측에 반대측보다 많은 스프링을 제공하거나 보다 강성의 스프링을 제공함으로써 달성할 수 있다.

스프링 요소의 비대칭적 배치(layout)의 장점은 전부하(full loading) 상황에서 비대칭 부하 패턴을 예상할 수 있다는 것이다. 부하의 레벨이 증가하는 정렬되지 않은 부하의 한 예는 디스크 브레이크에 있어서의 작동기에 사용하는 클로 피이스(claw piece)의 굽힘에 기여할 수 있다.

제2 실시예에 따르면, 나사 기구와 작동 부재는 탄성의 압력 패드에 의해 서로 연결된다.

이러한 압력 패드는 두께가 그 측방향 치수에 비해 작을 수 있다. 따라서, 공간이 좁다는 제약이 있어도, 작동 부재와 나사 기구 사이에 쉽게 수용될 수 있다.

압력 패드는 바람직하게 2개의 거의 평행한 벽 부재를 포함하고, 이들 벽 부재는 외주를 따라 상호 연결되어 폐쇄된 내부 공간을 둘러싼다.

작동 부재는 피스톤으로 구현될 수 있고, 상기 피스톤은 나사 기구의 하우징에 보어를 형성하는 실린더 내에 수용된다. 따라서, 탄성의 중간 압력 부재는 피스톤 헤드의 내부에 접하여 지지된다.

다른 실시예에 따르면, 탄성의 중간 압력 수단에는 부하 측정 장치가 접촉될 수 있다. 특히, 부하 측정 장치는 유체의 압력을 측정한다.

유체에서 발생되는 압력은 작동기에 의해 가해진 힘에 대한 신뢰할 만한 척도를 제공한다. 작동기가 받게 되는 전체 축선 방향 부하를 측정하는 것이, 그 작동기가 받을 수 있는 축선 방향에서 벗어난 부하 혹은 축선에 정렬되지 않은 부하에 의해 방해받지 않게 될 것이다. 따라서, 신뢰할 만한 측정이 얻어진다.

편의에 따라, 압력 패드의 내부 공간은 측정 채널에 연결되고, 상기 채널의 자유 단부에 부하 측정 장치가 마련된다. 그로 인해, 실제의 측정, 예컨대 압전 센서에 의한 실제 측정은 예를 들어 작동 부재가 있는 영역에서 생성되는 열 또는 습기로부터 차폐된 특정 장소에서 실행될 수도 있다.

또한, 본 발명은, 하우징과, 모터와, 작동 부재와, 그리고 모터의 회전 운동에 응답하여 작동 부재를 하우징에 대해 선형 운동시키는 나사 기구를 포함하는 브레이크 캘리퍼(brake calliper)에 관한 것이며, 상기 나사 기구는 나사와 너트를 포함하며, 이들 중 하나는 하우징에 대해 회전 가능하게 지지된다. 상기 나사 기구와 작동 부재는 탄성의 중간 압력 수단을 통해 서로 결합되어, 브레이크 디스크 상에 브레이크 패드를 누를 수 있도록 되어 있다.

브레이크 캘리퍼의 탄성의 중간 압력 수단에는 또한 부하 측정 장치가 접촉될 수 있다. 압력 패드의 내부 공간은 측정 채널에 연결되고, 이 측정 채널의 자유 단부에는 부하 측정 장치가 마련된다.

따라서, 실제의 부하 측정 장치(예를 들어, 압전 센서)는 브레이크 패드와 브레이크 디스크 간의 마찰에 의해 생성되는 열의 영향이 덜한 장소에 배치될 수 있다.

측정 채널은 나사 기구의 나사를 통과해 연장하고, 부하 측정 장치는 압력 수단의 반대측에 있는 나사의 단부에 위치하게 된다. 또한, 부하 측정 장치는 로드 셀 또는 부하 센서를 포함하고, 이들의 전기 신호 라인은 모터의 내부 공간을 통과해 하우징 상의 커넥터 등을 향하여 연장된다.

바람직하게 유체는 온도 저항성의 써멀 오일(thermal oil)이다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참조로 하여 보다 자세히 설명될 것이다.

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도 1에 도시된 브레이크 캘리퍼는 브레이크 패드(3)를 지지하는 플랜지(2)를 갖는 클로 피이스(1; claw piece)와 브레이크 패드(5)를 지지하는 하우징(4)을 포함한다. 브레이크 패드(3, 5) 사이에는 브레이크 디스크(6)가 수용된다.

전기 모터(8), 감속 기어 기구(9), 및 나사 기구(10)를 포함하는 작동기(7)에 의해 브레이크 패드(5)는 다른 브레이크 패드(3)를 향해 또는 그 패드로부터 멀어지도록 이동할 수 있다. 모터(8)는 고정자(11)와 회전자(12)를 구비하고, 회전자(12)는 선 기어 휠(14; sun gear wheel)을 갖는 관형 연결 부재(13)에 연결된다.

선 기어 휠(14)은 위성 기어 휠(15)과 맞물리고, 이 위성 기어 휠(15)은 캐리어(16)에 수용된다. 또한, 위성 기어 휠(15)은 고정된 링 기어 휠(17)에 맞물린다.

캐리어(16), 특히 캐리어의 샤프트(18)는 관형 중간 부재(19)에 의해 나사 기구(10)에 결합된다.

관형 중간 부재(19)는 베어링(20, 21)에 의해 관형 연결 부재(13) 내에 회전 가능하게 지지된다.

관형 중간 부재(19)는, 롤러(23)에 의해 나사(24)와 맞물리는 나사 기구(10)의 너트(22)에 연결된다. 나사(24)는 회전은 불가능하게 유지되어 있지만, 축선 방향으로는 이동할 수 있다. 너트(22)는 4점 접촉 볼 베어링(30)의 내륜과 단일체를 형성하고, 상기 베어링의 외륜(31)은 하우징(4) 내에 지지되어 있다.

상기 나사(24)는 나사 기구(10)에 의해 브레이크 패드(5)를 다른 브레이크 패드(3)를 향한 방향으로 그리고 다른 브레이크 패드(3)로부터 멀어지는 방향으로 이동시킬 수 있도록 작동 부재(25)에 결합되어 있다.

제동 작동 중에, 브레이크 패드(3, 5)는 나사 기구(10)의 축선에 대한 횡방향으로 약간 움직일 수도 있다. 이에 의해 나사 기구(10), 특히 나사(24)에는 축선 방향에서 벗어나거나 축선에 정렬되지 않은 부하가 가해질 수 있다.

그러한 축선 방향에서 벗어난 부하의 영향을 상쇄시키기 위해, 작동 부재(25)의 표면(26)과 나사(24)의 표면(27)은 각각 상대적으로 강성인 스프링(28)과 상대적으로 유연한 스프링(29)에 의해 서로 결합되어 있고, 이에 따라 국부적으로 상이한 강성이 얻어진다.

이들 스프링에서의 스프링 강성의 비는, 브레이크 패드와 브레이크 디스크가 맞물리게 하는 클램핑력에 의해 발생하는 브레이크 캘리퍼의 굽힘에 대해 반대 방향의 굽힘을 상기 스프링들이 모방(simulation)할 수 있도록 선택된다. 따라서, 캘리퍼의 굽힘에 의한 영향은 반전, 즉 상쇄되어 나사 기구 상에는 축선 방향 부하가 가해진다.

도 2에 따른 실시예는 도 1의 실시예와 어느 정도는 일치한다. 선 기어 휠(14)을 갖는 연결 부재(13)가 이제 베어링(33, 34)에 의해 하우징에 대해 지지되고 있다.

또한, 캐리어(16)는 선 기어 휠(14)과 링 기어 휠(17) 모두와 맞물리는 위성 기어 휠(15)을 지지하고, 상기 캐리어(16)는 나사 기구(10)의 너트(22)에 연결되어 있다. 이와 동시에, 너트(22)는 4점 접촉 볼 베어링(30)의 내륜으로 이루어지며, 그 베어링의 외륜(31)은 하우징(4) 내에 지지되고 있다.

너트(22)는 롤러(23)에 의해 나사(24)에 맞물린다. 나사는 회전 불가능하게 유지되어 있지만, 축선 방향으로는 이동할 수 있다. 따라서, 너트(22)의 회전 시에, 나사(24)는 앞뒤로 이동하여, 브레이크 패드(3, 5)를 서로를 향해 브레이크 디스크(6) 상으로 이동시키거나, 서로로부터 멀어지도록 이동시킨다.

작동 부재는, 하우징(4)의 실린더 공간(37) 내에 활주 가능하게 유지되는 피스톤(35)으로 구현된다. 홈/너트 연결부(38, 38')에 의해, 피스톤(35)은 회전은 불가능하지만 활주는 가능하게 유지된다.

또한, 다른 홈/너트 연결부(39,39')에 의해, 나사(24)도 회전은 불가능하지만, 피스톤(35)에 대한 활주는 가능하게 유지된다.

나사는 피스톤 헤드(40)에 그 사이에 개재된 압력 패드(36)에 의해 결합된다. 이 압력 패드(36)는 외주부(42)에서, 예컨대 용접에 의해 연결되는 2개의 평행한 벽(41)을 구비한다. 평행한 벽(41)들 사이에 둘러싸인 내부 공간은 압력 매체(43), 예를 들어 유압 유체로 채워져 있다.

제동 작용의 결과로서, 브레이크 패드(5)가 다소 기울 것이고, 이에 의해 피스톤(35)의 축선과 나사(24)의 축선 간에 약간의 오정렬이 초래될 수 있는 데, 이 경우 압력 패드(36)가 그러한 오정렬을 조정할 수도 있다. 이러한 방식으로, 나사(24)에는 여전히 거의 축선 방향으로 부하가 가해지고, 이에 의해 나사 기구(10)가 적절히 기능을 수행할 수 있게 된다.

도 3에 도시된 제3 실시예에서는, 부하 측정 장치(50)가 사용되고 있다. 예를 들어, 이 부하 측정 장치는 압전 센서일 수도 있다. 부하 측정 장치(50)는 측정 채널(51)에 연결되어 있고, 이 측정 채널은 압력 패드(53)의 내부 공간(52)에 연결된다.

신호 케이블(54)을 통해, 부하 측정 장치(50)는 얻어진 데이터를 추가적으로 처리하는 제어 유닛에 연결된다. 도면에 도시된 바와 같이, 신호 케이블(54)은 전기 모터(7) 내부의 빈 공간을 통과해 안내된다.

내부 공간(52)과 측정 채널(51)은 써멀 오일로 채워지는 데, 이 써멀 오일은 브레이크 패드(5)와 브레이크 디스크(6) 사이의 마찰로 인해 발생되는 고온에 대해 저항성이 있다. 또한, 세라믹 패드(55)는 압력 패드(53)와 피스톤(35)의 헤드 사이에 배치되어, 추가 예방책으로서 써멀 오일을 단열시킨다.

도 1은 본 발명에 따른 작동기를 포함하는 브레이크 캘리퍼의 제1 실시예를 보여준다.

도 2는 제2 실시예를 보여준다.

도 3은 제3 실시예를 보여준다.

Claims

하우징(4)과, 모터(8)와, 작동 부재(35)와, 그리고 모터(8)의 회전 운동에 응답하여 작동 부재(35)를 하우징(4)에 대해 선형 운동시키는 나사 기구(10)를 포함하며, 상기 나사 기구(10)는 나사(24)와 너트(22)를 포함하고, 나사와 너트 중 하나는 하우징(4)에 대해 회전 가능하게 지지되는 작동기(7)에 있어서,

나사 기구(10)와 작동 부재(35)는 이들 사이에 개재된 탄성의 압력 패드(36, 53)를 통해 서로에 힘을 전달하도록 되어 있고, 상기 탄성의 압력 패드(36, 53)는 2개의 거의 평행한 벽 부재(41)를 포함하며, 이들 벽 부재(41)는 그 외주(42)를 따라 상호 연결되어 유체(43)로 채워진 폐쇄된 내부 공간을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 작동기.
제1항에 있어서, 상기 작동 부재는 피스톤(35)으로 구현되어 있고, 이 피스톤(35)은 나사 기구(10)의 하우징(4)의 일부를 형성하는 실린더(37) 내에 수용되는 것인 작동기.
제2항에 있어서, 상기 탄성의 압력 패드(36)는 피스톤 헤드(40)의 내측에 접하여 지지되는 것인 작동기.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성의 압력 패드(53)에는 부하 측정 장치(50)가 접촉되는 것인 작동기.
제4항에 있어서, 상기 부하 측정 장치(50)는 유체의 압력을 감지하는 것인 작동기.
제5항에 있어서, 상기 탄성의 압력 패드(53)의 내부 공간(52)은 측정 채널(51)에 연결되고, 이 측정 채널(51)의 자유 단부에는 부하 측정 장치(50)가 마련되는 것인 작동기.
제4항에 있어서, 상기 부하 측정 장치(50)는 압전 센서를 포함하는 것인 작동기.
작동기(7)와, 클로 피이스(1)을 포함하며,

상기 작동기(7)는 하우징(4)과, 모터(8)와, 작동 부재(35)와, 그리고 모터(8)의 회전 운동에 응답하여 작동 부재(35)를 하우징(4)에 대해 선형 운동시키는 나사 기구(10)를 포함하고,

상기 나사 기구(10)는 나사(24)와 너트(22)를 포함하며, 나사와 너트 중 하나는 하우징(4)에 대해 회전 가능하게 지지되고,

상기 클로 피이스(1)는 브레이크 디스크(6)가 사이에 수용될 수 있는 2개의 대향하는 브레이크 패드(3, 5)를 수반하며,

상기 작동기(7)의 하우징(4)은 상기 클로 피이스(1)와 연결되고,

상기 작동 부재(35)는 브레이크 패드(3, 5) 중 하나에 연결되는 것인 디스크 브레이크용 브레이크 캘리퍼에 있어서,

상기 나사 기구(10)와 상기 작동 부재(35)는 이들 사이에 개재된 탄성의 압력 패드(36, 53)를 통해 서로에 힘을 전달하도록 되어 있고, 상기 탄성의 압력 패드(36, 53)는 2개의 거의 평행한 벽 부재(41)를 포함하며, 이들 벽 부재(41)는 그 외주(42)를 따라 상호 연결되어 유체(43)로 채워진 폐쇄된 내부 공간을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 브레이크 캘리퍼.
제8항에 있어서, 상기 탄성의 압력 패드(53)에는 부하 측정 장치(50)가 접촉되는 것인 브레이크 캘리퍼.
제9항에 있어서, 상기 부하 측정 장치(50)는 유체의 압력을 감지하는 것인 브레이크 캘리퍼.
제10항에 있어서, 상기 탄성의 압력 패드(53)의 내부 공간(52)은 측정 채널(51)에 연결되고, 상기 측정 채널(51)의 자유 단부에는 부하 측정 장치(50)가 마련되는 것인 브레이크 캘리퍼.
제11항에 있어서, 상기 측정 채널(51)은 나사 기구의 나사(24)를 통과해 연장되고, 상기 부하 측정 장치(50)는 탄성의 압력 패드(53)의 반대측에 있는 나사(24)의 단부에 위치하는 것인 브레이크 캘리퍼.
제12항에 있어서, 상기 부하 측정 장치(50)는 로드 셀 또는 부하 센서를 포함하고, 이 부하 측정 장치의 전기적 신호 라인(54)이 하우징 상의 커넥터 또는 유사한 것을 향해 모터(8)의 내부 공간을 통해 연장되는 것인 브레이크 캘리퍼.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체는 고온 저항성 써멀 오일(thermal oil)인 것인 브레이크 캘리퍼.
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제5항에 있어서, 상기 부하 측정 장치(50)는 압전 센서를 포함하는 것인 작동기.
제6항에 있어서, 상기 부하 측정 장치(50)는 압전 센서를 포함하는 것인 작동기.