KR101428920B1 - 브레이크 액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 공기 작동식 브레이크 액추에이터에 관한 것으로, 일단이 개구되고 타단에 관통홀이 형성된 상부하우징, 일단이 개구되고 타단에 관통홀이 형성된 하부하우징, 상기 상부하우징과 하부하우징을 결합하여 구속 연결하는 결합하우징, 상기 상부하우징의 내측면을 스프링챔버와 압력챔버로 나누는 것으로 중앙에 관통홀을 구비한 피스톤, 상기 피스톤의 일측에 형성되어 상기 스프링챔버와 상기 압력챔버간의 유체 이동로를 제공하는 내부유체이동홀, 상기 스프링챔버 내부에 설치되는 스프링, 양단이 개구되어 일단이 상기 피스톤의 관통홀 안으로 삽입되어 설치되고 타단이 상기 결합하우징의 상단에 접속하는 가이드, 상기 하부하우징을 압력챔버와 푸시로드챔버로 나누는 다이아프램, 상기 다이아프램의 하단에 접촉하여 상기 다이아프램을 따라 상하로 움직이는 압력 플레이트, 상기 압력 플레이트 하단에 일단이 수직 결합되고 타단이 상기 상부하우징의 관통홀을 관통하여 외부로 돌출되는 푸시로드, 상기 상부하우징의 만곡된 모서리에 형성되어 상기 스프링챔버를 관통하는 체크밸브를 포함하여 구성된다.
이러한 본 발명에 의하면 체크밸브가 브레이크 액추에이터 커버의 만곡되는 모서리부분에 위치함으로써 스프링 챔버 내의 증가된 공기압을 더 빨리 외부로 공기를 내보낼 수 있어 스프링챔버내의 압력을 일정하게 유지하는 효과가 있다.
또한, 내부유체이동홀을 이용하여 스프링챔버와 제1압력챔버 간의 공기의 이동통로를 제공함으로써, 스프링챔버내의 공기압이 일정하게 유지되도록 함과 동시에 브레이크의 잠금과 해제가 안정적으로 일어날 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 압축 스프링의 안착을 부드럽게 유도할 수 있어, 압축충격을 완화할 수 있는 효과가 있다.

Description

브레이크 액추에이터{brake actuator}

본 발명은 브레이크 액추에이터에 관한 발명이다.

버스, 트럭, 트레일러 및 다른 중장비 차량 또는 이와 유사한 것들과 같은 차량용 공기 브레이크 시스템은 브레이크 슈와, 압축 공기를 선택적으로 가하여 작동되는 액추에이터 조립체에 의해 작동되는 드럼 조립체를 포함한다.

일반적인 공기 브레이크 액추에이터는 압축 공기를 가하여 일반적인 주행 상태에서 브레이크를 작동시키는 서비스 브레이크 액추에이터와, 공기압이 해제되었을 때 브레이크의 작동을 일으키는 스프링 타입의 비상 브레이크 액추에이터를 모두 포함한다.

비상 브레이크 액추에이터는 공기가 해제될 경우 브레이크의 가하도록 강제하는 강한 압축 스프링을 구비한다.

이러한 것은 스프링 브레이크로 지칭된다.

공기 작동식 브레이크 액추에이터는 피스톤 타입이거나 다이아프램 타입일 수 있다.

다이아프램 타입에서는 브레이크 액추에어터, 2개의 공기-작동식 다이아프램 브레이크 액추에이터는 탠덤(tandem) 차량 형상으로 배치되는 것이 일반적인데, 이는 차량의 일반적인 작동 브레이크를 가동시키는 공기 작동식 서비스 브레이크 액추에이터와, 차량의 주차 또는 비상 브레이크를 가동시키는 스프링 브레이크 액추에이터를 포함한다.

서비스 브레이크 액추에이터와 스프링 브레이크 액추에이터는 하우징의 내부를 2개의 구별되는 유체 챔버로 나누는 탄성의 다이아프램을 가진 하우징을 구비한다.

한편으로, 피스톤 브레이크 액추에이터는 다이아프램을 제외하고, 전술한 바와 같이 동일한 원리로 작동하며, 피스톤은 차량의 주차 브레이크를 가동시키는 실린더에서 왕복동 운동한다.

일반적인 서비스 브레이크 액추에이터에서, 서비스 브레이크 하우징은 압력챔버와 푸시로드 챔버로 나뉜다.

압력 챔버는 압축된 공기의 소스에 유체유동 가능하게 연결되며 푸시 로드 챔버는 푸시로드를 장착하여 브레이크 조립체에 연결되어 압축된 공기를 압축된 챔버에 도입하고 배출시키는 것은 작동 브레이크를 구동하고 해제시키는 하우징 내외부로 푸시로드를 왕복동 운동시킨다.

일반적인 스프링 브레이크 액추에이터에서, 스프링 브레이크 하우징은 압력 챔버와 스프링 챔버로 나누어 진다.

압력 플레이트는 그 대향 단부가 하우징에 접하는 강한 압축 스프링과 다이아프램 사이의 스프링 챔버에 위치된다.

공지의 형상으로서 액추에이터 로드는 압력 플레이트, 다이아프램을 통하여 압력 챔버로 연장되며 서비스 브레이크 액추에이터로부터 스프링 브레이크 액추에이터를 분리하는 분리 벽을 통하여 연장된다.

액추에이터의 단부는 서비스 브레이크 액추에이터의 압력 챔버에 유체유동가능하게 연결된다.

주차 브레이크를 가동시킬 때, 스프링 브레이크 액추에이터 압력은 압력 챔버로부터 배출되며 큰 힘의 압축 스프링은 압력 플레이크 및 다이아프램을 스프링 브레이크 액추에이터와 서비스 브레이크 액추에이터 사이의 분리 벽을 향하여 밀어주게 된다.

이러한 위치에서, 압력 플레이트에 연결된 액추에이터 로드는 주차 또는 비상용 브레이크를 가동시키고 따라서 이동하지 않도록 차량을 강제하도록 푸시된다.

주차 브레이크를 해제하기 위하여, 압력 챔버는 대기에 대하여 폐쇄되며 압축된 공기는 압력 챔버를 신장시키고 다이아프램을 이동시키며 스프링 브레이크 액추에이터 하우징의 대향 단부를 향하여 압력 플레이트를 이동시켜서 강한 압축 스프링을 압축하는 스프링 브레이크 액추에이터의 압력 챔버로 도입된다.

그러나, 이러한 디자인의 스프링 브레이크 액추에이터는 큰 압축력이 작용하는 스프링이 압축되면 압력 챔버는 그 부피가 증가하게 되고 스프링 챔버는 그 부피가 감소하게 되어 스프링 챔버에서 압력이 증가되는 문제점이 있다.

또한, 중장비 차량을 위한 압축 공기 시스템은 산업용 표준 최대 압력에서 작동하게 된다는 점에서 스프링 챔버에 발생된 압력은 더욱 배가된다.

스프링의 결합된 압력과 스프링 챔버에서의 공기 압력의 증가는 브레이크가 적절하게 작동하는 최대치에 접근할 수 없게 한다.

따라서, 스프링의 압력과 관련된 결합된 힘과 스프링 챔버의 발생된 압력이 최대 압력으로 가해진 힘에 접근하게 되면, 브레이크는 해제가 불가능하게 되어 만족스럽지 못한 상태인 부분적으로만 해제되거나, 매우 느리게 해제될 수 있다.

또한, 기존의 스프링 브레이크 액추에이터는 스프링이 압축되는 과정에서 좌굴되어 선간간섭이 발생되는 문제점도 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자 창출된 본 발명은 상부 하우징의 스프링 챔버 부분에 외부로 공기 등의 유체가 이동할 수 있는 압력유지부를 형성하여 스프링챔버의 압력이 일정하게 유지되어 브레이크의 잠금과 해제가 안정적으로 작동되는 브레이크 액추에이터를 제공하고자 한다.

또한, 피스톤의 일측에 형성된 내부유체이동홀을 이용하여 스프링챔버와 제1압력챔버간의 공기 등의 유체가 피스톤의 상하 운동에 따라 이동할 수 있도록 하여, 스프링챔버 내부의 압력이 일정하게 유지되는 브레이크 액추에이터를 제공하고자 한다.

그와 더불어, 상부하우징에 스프링이 압축 접촉되는 부분에 스프링 가이드가 설치하여 스프링이 좌굴되지 않고 선간 접속 없이 부드럽게 압축되도록 하는 공기 유압식 브레이크 액추에이터를 제공하고자 한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 공기 작동식 브레이크 액추에이터는 일단이 개구되고 타단에 관통홀이 형성된 상부하우징, 일단이 개구되고 타단에 관통홀이 형성된 하부하우징, 상기 상부하우징과 하부하우징을 결합하여 구속 연결하는 결합하우징, 상기 상부하우징의 내측면을 스프링챔버와 압력챔버로 나누는 것으로 중앙에 관통홀을 구비한 피스톤, 상기 피스톤의 일측에 형성되어 상기 스프링챔버와 상기 압력챔버간의 유체 이동로를 제공하는 내부유체이동홀, 상기 스프링챔버 내부에 설치되는 스프링, 양단이 개구되어 일단이 상기 피스톤의 관통홀 안으로 삽입되어 설치되고 타단이 상기 결합하우징의 상단에 접속하는 가이드, 상기 하부하우징을 압력챔버와 푸시로드챔버로 나누는 다이아프램, 상기 다이아프램의 하단에 접촉하여 상기 다이아프램을 따라 상하로 움직이는 압력 플레이트, 상기 압력 플레이트 하단에 일단이 수직 결합되고 타단이 상기 상부하우징의 관통홀을 관통하여 외부로 돌출되는 푸시로드, 상기 상부하우징의 만곡된 모서리에 형성되어 상기 스프링챔버를 관통하는 체크밸브를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 체크밸브는 상기 스프링챔버의 압력이 일정 수준 이상의 유체 압력을 받을 때, 상기 스프링챔버에서의 압력증가를 완화하도록 상기 체크밸브를 통하여 유체가 통과하게 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부하우징의 내측면을 따라 스프링이 선간 간섭이 없이 안착하도록 유도하는 피스톤 홀 스토퍼 가이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내부유체이동홀은 상기 피스톤이 완전히 상승하였을때는 상기 피스톤 홀 스토퍼 가이드부에 접촉하여 공기 등의 유체를 차단하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공기 작동식 브레이크 액추에이터가 이동체에 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 피스톤 액추에이터에 의하면 스프링 챔버 내의 일정한 공기압이 유지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 체크밸브가 브레이크 액추에이터 커버의 만곡되는 모서리부분에 위치함으로써 스프링 챔버 내의 증가된 공기압을 더 빨리 외부로 공기를 내보낼 수 있는 효과가 있다.

또한, 내부유체이동홀을 이용하여 스프링챔버와 제1압력챔버 간의 공기의 이동통로를 제공함으로써, 스프링챔버내의 공기압이 일정하게 유지되도록 함과 동시에 브레이크의 잠금과 해제가 안정적으로 일어날 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 압축 스프링의 안착을 부드럽게 유도하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 압축충격을 완화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 구현예의 하나로써 브레이크 액추에이터의 단면도.
도 2 a는 본 발명의 바람직한 구현예의 하나로서 차량이 주행될 때의 브레이크 액추에이터의 단면도.
도 2 b는 본 발명의 바람직한 구현예의 하나로서 차량이 주차상태일 때와 주행중 브레이크를 밟았을 때의 브레이크 액추에이터의 단면도.
도 2 c은 본 발명의 바람직한 구현예의 하나로서 차량이 주행 중에 브레이크를 밟았을 때 다른 실시예로서의 브레이크 액추에이터의 단면도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조 부호를 유사한 구성 요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 바람직한 구현예의 하나로써 공기 작동식 브레이크 액추에이터의 단면도이다.

본 발명은 스프링챔버 내의 공기압을 일정하게 유지하는 동시에 스프링의 압축시 센터라인의 쏠림 없이 부드럽게 안착되는 것을 목적으로 한다.

압축스프링(102)은 코일스프링으로서, 코일스프링의 높이방향으로 하단에서 중간으로 갈수록 코일경이 커지고 중간에서 상단으로 갈수록 코일경이 작아지는 구조로 이루어진다.

압축스프링(102)의 상단부는 피스톤(110)과 접촉 및 지지되고, 압축스프링(102)의 하단부는 피스톤 홀 스토퍼 가이드(117)에 의해 접촉 및 지지된다.

피스톤 홀 스토퍼 가이드(117)는 상부하우징을 이루는 스프링브레이크커버(104)의 내측을 따라 굴곡을 이루며 형성되어 있으며, 압축스프링(102)의 종단의 위치가 이동하는 것을 방지하여 항상 일정한 센터축을 유지하면서 스프링이 압축되도록 한다.

피스톤(110)은 상기 스프링브레이크커버(104)의 내부에 밀착되어 상기 스프링브레이크를 제1압력챔버(107)와 스프링챔버(109)로 구분하는 역할을 한다.

이를 위하여, 피스톤(110)은 스프링브레이크커버(104)의 내부에 밀착되어 형성된다.

또한, 피스톤(110)의 일측에는 내부유체유동홀(123)이 형성되어 있다. 이러한 내부유체유동홀(123)은 스프링챔버(109)와 제1압력챔버(107)간의 공기가 이동할 수 있는 터널을 제공해 준다.

구체적으로는 내부유체유동홀(123)은 피스톤(110)이 중공의 액추에이터로드(122)와 맞닿아 있는 인근 부위에 설치되고, 내부유체유동홀(123)의 한쪽 구멍은 피스톤(110)이 완전히 상승하여 파워스프링(102)이 압착되었을 때, 피스톤 홀 스토퍼 가이드(117)와 맞닿아 폐쇄되도록 구성되어 있다.

이는 피스톤(110)의 일반적인 상하 운동과정에서는 제1압력챔버(107)와 스프링챔버(109)의 공기의 흐름을 자유롭게 하기 위하여 내부유체유동홀(123)을 형성하였지만, 피스톤(110)이 완전히 상승하여 브레이크가 개방되는 경우에는 내부유체유동홀(123)을 폐쇄하여 외부에서 제1압력챔버(107)로 유입된 공기가 다시 밖으로 누출되어 브레이크가 저절로 잠기는 현상을 방지하기 위해서이다.

피스톤(110)의 내부 관통홀에는 중공의 액추에이터로드(122)가 형성되어 있다.

중공의 액추에이터로드(122)의 일단은 피스톤(110)의 하단과 접촉 및 지지되어 있고, 다른 일단은 어댑터하우징(105)의 관통구를 통하여 다이아프램(111)과 접촉 및 지지되어 형성된다.

중공의 액추에이터로드(122) 내부에는 스프링브레이크커버(104)의 외측으로부터 내측으로 형성되는 케이징볼트조립체(118)가 형성되어 있다.

케이징볼트조립체(118)는 케이징볼트(121)에 나사결합되는 조절너트(101)로 구성된다.

케이징볼트조립체(118)는 중공의 액추에이터로드(122)의 내부에 케이징볼트(121)와 케이징볼트헤드(119)를 배치하고, 축방향 개구를 통하여 케이징볼트(121)의 타측 단부를 연장시키며, 거의 밀봉되는 방식으로 칼라(120)를 통하여 쓰레드 고정된다.

조절너트(101)는 케이징볼트(121)상에 영구적으로 고정된다.

케이징볼트조립체는 압축된 상태의 큰 힘이 작용하는 압축 스프링을 기계적으로 수축하고 지지하는데 사용된다.

조절너트(101)를 회전시켜서, 스프링브레이크하우징에서 케이징볼트(121)가 나사결합이 풀어지도록 하는 것이 가능하다.

케이징볼트(121)가 후퇴함에 따라, 케이징볼트헤드(118)는 케이징볼트(121)를 따라 액추에이터와 압력 플레이트를 후퇴시키는 액추에이터로드(122)의 상단부에서 베어링과 접촉하여 스프링을 압축하게 된다.

큰 힘이 작용하는 압축 스프링의 케이징은 공지된 사항이며, 압축 공기 시스템이 파손되거나 없는 경우에 브레이크의 기계적 해제를 위하여 그리고/또는 브레이크 액추에이터의 조립시에 사용된다.

스프링브레이크커버(104) 내부의 스프링챔버(109)의 일단에는 외부와 공기 등의 유체가 이동할 수 있도록 체크밸브(103)가 구비되어 있다.

체크밸브(103)는 스프링챔버(109)의 압력이 일정한 쓰레스 홀드 압력을 초과하는 경우 유체를 외부로 이동시켜 스프링챔버(109) 내부의 압력이 일정하게 유지하도록 한다.

이러한 체크밸브(103)는 스프링브레이크커버(104)의 만곡되는 모서리 부분에 설치되어 스프링이 압축 또는 팽창하는 과정에서 상하 이동하는 상기 피스톤(110)의 왕복동 움직임을 방해하지 않으면서 스프링챔버(109)내부의 압력을 일정하게 유지할 수 있다.

또한, 체크밸브(103)가 스프링브레이크커버(104)의 만곡되는 모서리부분에 위치함으로써 상기 스프링챔버(109)내의 공기압이 증가시 더 빨리 외부로 공기를 내보낼 수 있는 효과도 있다.

스프링브레이크커버(104)의 하부에는 서비스브레이크커버(106)와 연결되어 결합하도록 형성된 어댑터하우징(105)이 있다.

어댑터하우징(105)은 내부에 관통홀을 구비하고 있으며, 이러한 관통홀을 통하여 액추에이터로드(122)가 서비스브레이크커버(106)내의 다이아프램(111)과 접촉 및 지지된다.

중공의 액추에이터로드(122)가 어댑터하우징(105)과 접촉되는 부분에는 유체가 새는 것을 방지하기 위하여 중공의 액추에이터로드(122) 바깥쪽으로 밀봉조립체(114)가 형성되어 있다.

하부하우징을 이루는 서비스브레이크커버(106)내에는 압력플레이트(112)에 의해 접촉 지지되어 서비스브레이크커버(106)를 제2압력챔버(108)와 푸시로드(113)챔버로 나누는 다이아프램(111)이 형성되어 있다.

압력플레이트(112)는 푸시로드(113)에 의해 지지되는데, 다이아프램(111)의 공기압에 따른 이동을 푸시로드(113)에 전달하는 역할을 한다.

따라서, 스프링챔버(109)내의 압축스프링(102)의 탄성력과 압력챔버 내의 공기압의 조절에 따라 다이아프램(111)이 압력플레이트(112)를 상하 이동시킴으로써, 서비스브레이크커버(106)의 일단을 관통하여 형성된 푸시로드(113)의 일단에 구비된 브레이크의 작동 여부를 조절하게 된다.

상부하우징을 이루는 스프링브레이크커버(104), 어댑터하우징(108) 및 서비스브레이크커버(106)을 통틀어 브레이크 액추에이터의 외면을 형성하는 커버를 총칭하여 하우징(115)로 호칭이 가능하다.

이하부터는 도 2를 바탕으로 본 발명의 바람직한 구현예의 하나로서의 브레이크 액추에이터의 작동상태를 살펴보도록 한다.

도 2(a)는 본 발명의 바람직한 구현예의 하나로서 차량이 주행될 때의 브레이크 액추에이터의 단면도이다.

차량이 주행하는 단계에서는 공기 작동식 브레이크 액추에이터의 제1압력챔버(107)내로 공기가 주입된다.

도면상의 화살표는 공기의 대략적인 흐름을 보여주는 기호이다.

공기가 주입되는 부분은 도면상 미도시되어 있으나, 어댑터 하우징(105)이나 스프링 브레이크 커버(104)의 일측을 관통하여 형성될 수 있다.

그러나, 이에 한정되는 것은 아니고 압력챔버(107)상으로 공기를 주입하는 구조라면 어떠한 부분에도 형성될 수 있다.

제1압력챔버(107)로 공기가 주입됨에 따라 압력챔버(107)내의 공기압이 증가하게 된다.

증가된 공기압으로 인하여 압력챔버(107) 내의 공기는 압력챔버(107) 외부로 압력을 발생시키게 된다.

이러한 압력에 의하여, 상하로 유동가능하게 이루어진 액추에이터로드(122)에 연결된 피스톤(110)이 스프링챔버(109)쪽으로 이동하게 된다.

그 결과, 압축스프링(102)이 압축되어 수축되고 피스톤(110)에 따라 액추에이터 로드(122)도 함께 상승운동을 하게 된다.

압축스프링(102)이 수축되면, 스프링챔버(109) 내부의 공간은 자연히 줄어들게 된다. 따라서, 스프링챔버(109) 내부의 공기는 내부유체유동홀(123)을 따라서 제1압력챔버(107)로 이동하게 되므로, 스프링챔버(109)의 내부공기압이 일정하게 유지되어 브레이크의 잠금해제를 원만하게 달성할 수 있다.

피스톤(110)이 완전히 상승하게 되면, 내부유체유동홀(123)은 피스톤 홀 스토퍼 가이드(117)와 맞닿게 되어 내부유체유동홀(123)의 한쪽 구멍이 폐쇄되게 된다.

이를 통하여 제1압력챔버(107)내에 공기를 주입하여 브레이크의 잠금을 해제하고 그 이후에는 공기를 계속 주입하지 않아도 내부의 공기가 외부로 유출되지 않아 브레이크의 잠금상태를 계속적으로 유지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 브레이크 액추에이터는 스프링챔버(109)의 일측에는 체크밸브(103)가 형성되어 있어, 내부유체유동홀(123)을 통하여 빠져나가지 못한 스프링챔버(109) 내부의 초과공기를 체크밸브(103)를 통하여 외부로 배출시킬 수 있다.

따라서, 체크밸브(103)와 내부유체유동홀(123)을 이용하여 스프링챔버(109) 내부의 공기압이 일정압력 이상으로 상승하여 브레이크가 불만족스럽게 해제되거나 잠기는 현상을 방지할 수 있다.

그리고, 상기 피스톤(110)이 상승함에 따라 함께 상승하는 액추에이터로드(122)는 제2압력챔버(108)의 진공압을 형성하게 된다.

따라서, 진공압에 의하여 다이아프램(111)도 함께 상승하게 된다.

또한, 압력플레이트(112)의 하단에는 복원력을 제공하는 스프링(미도시)이 설치될 수 있다.

따라서, 진공압과 스프링의 복원력에 의하여 압력블레이트(112)가 함께 상승하게 된다.

그 결과, 압력플레이트(112)의 하단에 수직으로 형성된 푸시로드(113)도 함께 상승하게 된다.

푸시로드(113)가 브레이크 액추에이터 내부로 상승함에 따라 브레이크 패드(미도시)가 브레이크 디스크(미도시)로부터 이격된다.

따라서, 브레이크가 잠김 상태에서 해제되어 자동차가 주행 가능한 상태로 되도록 만든다.

도 2 b는 본 발명의 바람직한 구현예의 하나로서 차량이 주차상태일 때 또는 주행중에 브레이크를 밟았을 때의 브레이크 액추에이터의 단면도이다.

차량이 주차중인 상태에서는 제1압력챔버(107)내의 공기 등의 유체가 스프링챔버(109)쪽으로 이동하게 된다.

이는 제1압력챔버(107)내의 공기의 주입을 멈추고 제1압력챔버의 공기가 외부로 유출됨으로써 자연스럽게 공기압이 줄어들어 압축스프링(102)이 팽창하기 때문이다.

압축스프링(102)이 피스톤(110)을 밀어서 하강시키면 제1압력챔버(107)의 공기는 내부유체유동홀(123)을 통하여 스프링챔버(109)측으로 이동하게 된다. 그러므로, 제1압력챔버(107)내의 잔여공기가 있더라도 부드럽게 피스톤(110)이 하강되어 브레이크를 잠글 수 있다.

제1압력챔버(107)내부의 공기가 스프링챔버(109)로 이동하게 되면 제1압력챔버(107)의 공기압은 줄어들게 되고, 스프링 챔버(109)의 압력은 늘어나게 된다.

따라서, 스프링챔버(109) 내부의 압축스프링(102)도 탄성력을 회복하여 피스 톤(110)을 제1압력챔버(107)쪽으로 밀어내게 된다.

그 결과, 피스톤(110)에 접촉 및 밀착되어 있는 중공의 액추에이터로드(122)가 어댑터하우징(105)의 개구부를 통하여 서비스브레이크커버(106)측으로 이동하게 된다.

액추에이터로드(122)가 제2압력챔버측으로 이동하게 되면 다이아프램(111)과 밀착접촉하고 있는 압력플레이트(112)도 푸시로드챔버(116)측으로 액추에이터 로드의 힘에 의해 밀려나게 된다.

이로 인하여, 압력플레이트(112)에 연결된 푸시로드(113)도 함께 밀려나게 되어, 서비스브레이크커버(106)의 외측으로 돌출되어 나오게 된다.

푸시로드(113)가 브래이크 액추에이터의 바깥쪽으로 돌출되게 되면 푸시로드(113)에 연결되어 있는 브레이크패드(미도시)를 브레이크디스크(미도시)측으로 이동시켜 밀착접촉하도록 한다.

그 결과, 자동차의 바퀴는 브레이크 잠금상태가 되어 움직이지 않게 된다.

도 2 c는 본 발명의 바람직한 구현예의 하나로서 차량이 주행 중에 브레이크를 밟았을 때 다른 실시예로서의 브레이크 액추에이터의 단면도이다.

차량이 주행중에 브레이크를 밟았을 때는 도 2 b와 도 2 c의 작동이 교차적으로 이루어 질 수 있다.

브레이크를 얇게 밟았을 때는 도 2 c와 같이 액추에이터로드(122)가 직접 하강하지 않고 공기만 제2압력챔버(108)로 이동시켜 다이아프램(111)을 하강이동시킴으로써, 푸시로드(113)을 외부로 돌출시켜 브레이크가 잠기게 한다.

또한, 브레이크를 강하게 밟았을 때에는 도 2(b)와 같이 액추에이터로드(122)가 직접 하강하여 압력플레이트(112)를 직접 밀어내어 푸시로드(113)이 외부로 돌출되게 할 수 있다.

이 경우, 공기압만으로 인하여 브레이크를 잠기는 상태보다 더 큰 제동력을 줄 수 있다.

다만, 주차중인 상태와의 차이점은 완전히 주차중인 경우는 액추에이터로드가(122)가 완전히 하강하여 푸시로드(113)을 최대한 서비스브레이크커버(106)의 외부로 돌출되게 하여 최대한의 제동력을 제공하지만, 주행중에 브레이크를 강하게 밟을 때는 액추에이터로드(122)가 브레이크를 강하게 밟는 정도에 비례하여 하강함으로써 푸시로드(113)을 브레이크 강도에 비례하여 외부로 돌출시킨다는 점에서 차이가 있다.

도 2c의 주행 중에 가볍게 브레이크를 밟을 때의 브레이크를 작동 과정은 다음과 같다.

제1압력챔버(107)에 공기가 주입되어 있는 상태에서, 운전자가 브레이크를 밟으면 공기의 대부분은 스프링챔버(109)측보다 액추에이터 로드의 하단의 밸브(미도시)가 열리면서 공기가 제2압력챔버(108)로 이동하게 된다.

또한, 외부에서 제2압력챔버(108)로 곧바로 공기를 주입할 수도 있다.

스프링챔버(109)의 공기가 제2압력챔버(108)로 이동하거나 또는 외부에서 제2압력챔버(108)로 곧바로 주입되면서 발생한 공기압은 다이아프램(111)을 푸시로드챔버(116)쪽으로 밀어낸다.

다이아프램(111)이 푸시로드챔버(116)쪽으로 이동함으로써 압력플레이트(112)도 함께 푸시로드챔버(116)쪽으로 이동하게 되어, 그 결과 푸시로드(113)가 서비스브레이크커버(106)의 외측으로 돌출되어 나오게 된다.

푸시로드(113)가 외부로 돌출됨으로써 브레이크패드(미도시)도 브레이크디스크(미도시)측으로 이동하여 접촉하게 된다.

브레이크패드(미도시)가 브레이크디스크(미도시)과 접촉함으로써 마찰이 발생하게 되고 그 결과 자동차의 감속이 일어나게 된다.

이상 도 2에서 본 발명에 따른 브레이크 액추에이터의 동작상태를 예시를 들어 설명하였으나, 이는 브레이크 액추에이터의 동작을 설명하기 위한 일 예시일뿐 각 챔버에 공기를 주입하여 브레이크 액추에이터를 동작시키는 방법은 여러 방법으로 수정이 가능하다.

도 2b와 도 2c의 연속적인 브레이크 패달을 밟는 과정에서 브레이크패드(미도시)와 브레이크디스크(미도시)는 접촉마찰함으로써 마찰열을 발생하게 된다.

이러한 브레이크의 마찰열은 브레이크 액추에이터의 공기를 팽창시키게 한다. 따라서, 압력챔버(107,108)의 공기뿐만 아니라, 스프링챔버(109)내의 공기도 열팽창하게 된다. 이러한 스프링챔버(109)내의 공기의 열팽창은 브레이크의 잠김 해제시에 영향을 준다.

브레이크를 주행중에 밟았다가 해제하려면, 제1압력챔버(107)로 공기가 다시 유입되어 피스톤(110)을 포함, 압축스프링(102)를 스프링챔버(109)측으로 압축이동시켜야 한다.

그러나, 스프링챔버(109)내의 공기가 팽창되어 있으므로, 정상적인 상태에서의 공기의 주입보다 더 많은 공기의 주입이 필요하다.

또한, 스프링챔버(109)내의 공기가 그대로 있는 상태에서 제1압력챔버에 공기를 주입하여 억지로 압축스프링(102)를 수축시키면 그 과정에서 스프링챔버(109)내의 공기는 다시 한번 압축열을 받게 된다.

따라서, 다음번의 브레이크를 밟아서 브레이크를 잠기도록 한 다음에 해제하게 되면, 스프링챔버(109)내의 공기는 더 큰 열팽창에너지를 가지고 스프링챔버(109)내에서 열운동하고 있는 상태이므로 제1압력챔버(107)에 더 큰 공기압을 주입하여야 한다.

이는 브레이크 잠김과 해제의 연속적인 과정에서 악영향으로 작용하여 나중에는 제1압력챔버(107)에 공기를 충분히 주입하여도 브레이크가 원하는 만큼 해제되지 않는 결과를 야기할 수 있다.

종래 발명의 이는 같은 문제점은 본 발명에 따른 내부유체유동홀(123)과 체크밸브(103)를 구비한 액추에이터를 통하여 해결이 가능하다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 브레이크 액추에이터는 내부유체유동홀(123)과 더불어 스프링챔버(109)의 일측에 체크밸브(103)를 구비하여 스프링챔버(109)내의 공기압을 일정하게 유지하도록 한다.

스피링챔버(109)내의 압력이 상승하면 체크밸브(103)는 챔버 내의 공기를 외부로 배출한다.

이러한 체크밸브(103)는 적절한 강도와 탄성을 지닌 고무 또는 폴리머 재질로 형성된 판막 구조로 형성될 수 있다.

또한, 스프링챔버(109)내의 압력을 측정하여 일정 압력 이상일 경우, 외부로 공기를 내보내는 밸브 형식으로 구성될 수 있다.

그러나, 판막 구조나 밸브 등의 구조에 한정되는 것은 아니고, 내부 압력이 일정한 압력 이상일 경우 개방되는 구조를 지니는 것이면, 멤브레인식이나 판상 구조나 어느 구조로도 스프링챔버(109)의 일측에 형성될 수 있다.

체크밸브(103)는 또한 스프링브레이크커버(104)의 만곡진 모서리부에 형성되어 스프링챔버(109)내의 팽창된 공기를 더 빠르게 외부로 내보낼 수 있다.

이는 팽창된 공기의 압력이 모서리진 부분이나 만곡된 부위에서 더 크기 때문에 공기를 더 빠르게 외부로 내보낼 수 있는 것이다.

따라서, 이러한 체크밸브(103)의 작동으로 인하여 스프링챔버(109)내의 공기압은 항상 적정한 정도의 압력을 유지하여 브레이크가 잠겨 있다가 해제시키는 과정에서 제1압력챔버(107)내에 항상 일정한 공기를 주입하여 브레이크의 만족스러운 해제를 유지할 수 있다.

이상에서 설명한 것과 같이 브레이크 액추에이터의 작동과정을 자동차에서 브레이크를 밟는 것에 비유하여 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 브레이크 액추에이터를 사용하는 이동수단이라면 모든 기구에 사용될 수 있다.

또한, 반드시 이동수단이 아니더라도 엘레베이터 등 운동과정에서 제동력이 필요한 분야라면 어느 기구 및 분야에서도 사용될 수 있음을 유의해야 할 것이다.

마지막으로, 이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 도시 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능한 범위도 모두 본 발명의 권리범위에 포함된다 할 것이다.

따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

101 : 조절너트
102 : 압축스프링
103 : 체크밸브
104 : 스프링브레이크커버
105 : 어댑터하우징
106 : 서비스브레이크커버
107 : 제1압력챔버
108 : 제2압력챔버
109 : 스프링챔버
110 : 피스톤
111 : 다이아프램
112 : 압력플레이트
113 : 푸시로드
114 : 밀봉조립체
115 : 하우징
116 : 푸시로드챔버
117 : 피스톤 홀 스토퍼 가이드
118 : 케이징볼트조립체
119 : 케이징볼트헤드
120 : 칼라
121 : 케이징볼트
122 : 액추에이터로드
123 : 내부유체이동홀

Claims (5)

1. 일단이 개구되고 타단에 관통홀이 형성된 상부하우징;
   일단이 개구되고 타단에 관통홀이 형성된 하부하우징;
   상기 상부하우징과 하부하우징을 결합하여 구속 연결하는 결합하우징;
   상기 상부하우징의 내측면을 스프링챔버와 압력챔버로 나누는 것으로 중앙에 관통홀을 구비한 피스톤;
   상기 피스톤의 일측에 형성되어 상기 스프링챔버와 상기 압력챔버간의 유체 이동로를 제공하는 내부유체이동홀;
   상기 스프링챔버 내부에 설치되는 스프링;
   양단이 개구되어 일단이 상기 피스톤의 관통홀 안으로 삽입되어 설치되고 타단이 상기 결합하우징의 상단에 접속하는 가이드;
   상기 하부하우징을 압력챔버와 푸시로드챔버로 나누는 다이아프램;
   상기 다이아프램의 하단에 접촉하여 상기 다이아프램을 따라 상하로 움직이는 압력 플레이트;
   상기 압력 플레이트 하단에 일단이 수직 결합되고 타단이 상기 하부하우징의 관통홀을 관통하여 외부로 돌출되는 푸시로드;
   상기 상부하우징의 만곡된 모서리에 형성되어 상기 스프링챔버를 관통하는 체크밸브를 포함하는 공기 작동식 브레이크 액추에이터.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 체크밸브는 상기 스프링챔버에서의 압력이 일정 수준 이상의 유체 압력을 받을 때, 상기 스프링챔버에서의 압력증가를 완화하도록 상기 체크밸브를 통하여 유체가 통과하게 하는 공기 작동식 브레이크 액추에이터.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 상부하우징의 내측면을 따라 스프링이 선간 간섭이 없이 안착하도록 유도하는 피스톤 홀 스토퍼 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 작동식 브레이크 액추에이터.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 내부유체이동홀은 상기 피스톤이 완전히 상승하였을때는 상기 피스톤 홀 스토퍼 가이드에 접촉하여 유체를 차단하는 것을 특징으로 하는 공기 작동식 브레이크 액추에이터.
   
5. 청구항 1에 의한 공기 작동식 브레이크 액추에이터를 구비한 이동체.

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