KR101655189B1 - 전자식 주차 브레이크 액추에이터 - Google Patents

전자식 주차 브레이크 액추에이터 Download PDF

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주식회사 인팩
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Abstract

본 발명은 전자식 주차 브레이크 액추에이터에 관한 것으로, 볼트스크류(50)의 단부에 너트스크류(40)와의 축방향 상대 이동량을 제한하는 스토퍼(90)가 구비됨으로써 과도한 릴리스 작동시 너트스크류(40)가 하우징(10)을 파손하는 문제와, 너트스크류(40)와 볼트스크류(50)가 서로 분리되는 문제를 해결할 수 있게 된다.

Description

전자식 주차 브레이크 액추에이터{Actuator of Electronic Parking Brake}
본 발명은 전자식 주차 브레이크 액추에이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 과도한 릴리스 작동을 방지하여 하우징의 파손 및 너트스크류와 볼트스크류의 분리를 방지할 수 있도록 된 전자식 주차 브레이크 액추에이터에 관한 것이다.
주차 브레이크는 주차시 차량의 정지 상태를 안정적으로 유지하여 안전을 확보하기 위한 브레이크 장치이다. 이는 주행 중 감속을 실시하는 주 브레이크에 대하여 보조 브레이크로 지칭되기도 한다.
주차 브레이크는 후륜에 마련된 브레이크 기구에 연결된 와이어를 운전석 인근에 구비된 레버나 페달을 조작하여 당겨줌으로써 작동이 이루어지도록 되어 있었다.
그러나 근래에는 운전자의 스위치 조작을 인지한 전자제어유니트가 모터로 구동되는 액추에이터를 작동시켜 와이어를 당겨줌으로써 주차 브레이크가 작동되는 EPB(Electronic Parking Brake), 즉 전자식 주차 브레이크가 널리 사용되고 있다.
전자식 주차 브레이크에서 액추에이터는 브레이크 기구들이 장착된 백플레이트의 일측에 장착된다. 이러한 타입의 액추에이터를 DIH(Drum in Hat) 일체형 액추에이터라고 지칭하는데, 본 발명은 이러한 DIH 일체형 액추에이터에 관한 것이다.
일반적으로 DIH 일체형 액추에이터는, 대한민국 공개특허공보 10-2012-0088995에 게시된 바와 같이, 모터의 회전축에 웜이 장착되고, 웜과 치합되는 웜휠에 너트스크류가 일체로 장착되며, 너트스크류에 볼트스크류가 결합된 구조로 이루어져 있으며, 볼트스크류의 단부에 브레이크 기구들을 조작하는 와이어가 연결되어 있다.
따라서 모터의 회전 방향에 따라 너트스크류에 대해 볼트스크류가 인입되거나 돌출됨으로써 와이어가 당겨지거나(Apply 작동) 원상태로 복귀(Release 작동)하여 주차 제동이 이루어지거나 주차 제동 상태가 해제된다.
도 1은 종래 액추에이터의 부분 개략도(웜휠 생략 상태)이다. 너트스크류(1)의 일단에 볼트스크류(2)가 삽입되어 있고, 너트스크류(1)의 타단과 하우징(3)의 단부 벽면 사이에 릴리스스프링(4)이 구비되어 있다.
어플라이시에는 볼트스크류(2)가 너트스크류(1)의 내측 방향으로 이동하므로 와이어가 당겨져서 주차 브레이크가 작동한다.
반대로 릴리스시에는 볼트스크류(2)가 너트스크류(1)의 외측 방향으로 이동하므로 당겨졌던 와이어가 원 위치되면서 주차 제동 상태가 해제된다.
그런데 릴리스시, 볼트스크류(2)의 이동(도면에서 오른쪽 방향)에 대한 반작용으로 너트스크류(1)가 볼트스크류(2) 릴리스 방향과 반대 방향으로 이동(도면에서 왼쪽 방향)하여 릴리스스프링(4)을 압축하며, 이 압축력은 릴리스스프링(4)을 지지하는 하우징(3)의 벽면에 가해진다. 따라서 액추에이터의 릴리스 작동이 과도하게 이루어질 경우 상기 압축력이 강하게 작용(릴리스스프링이 완전히 압축된 상태에서 너트스크류(1)의 이동력이 그대로 하우징(3)의 벽면에 전달되는 경우도 발생함.)하여 하우징(3)의 파손이 발생하는 문제점이 있었다.
또한 릴리스 작동이 과도할 경우에는 너트스크류(1)로부터 볼트스크류(2)가 완전히 빠져 나오게 되어 너트스크류(1)와 볼트스크류(2)가 분리됨으로써 더 이상 작동이 불가하게 되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 과도한 릴리스 작동이 억제됨으로써 하우징의 파손 및 너트스크류와 볼트스크류의 분리가 방지될 수 있도록 된 전자식 주차 브레이크 액추에이터를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 하우징과, 상기 하우징의 내부에 회전 및 축방향 이동 가능하게 설치된 너트스크류와, 상기 너트스크류의 일측에 나사 결합되어 너트스크류의 회전 방향에 따라 너트스크류의 내부로 삽입되거나 외부로 돌출되고 그 단부에 주차 브레이크 기구를 작동시키는 와이어가 연결된 볼트스크류 및 상기 볼트스크류의 너트스크류 내측 단부에 구비되어 볼트스크류와 너트스크류의 축방향 상대 이동을 제한하는 스토퍼를 포함한다.
상기 너트스크류의 내부에는 일측으로 개방된 원형공간과 그 원형공간과 연통되고 타측으로 개방된 탭홀이 형성되고, 상기 원형공간과 탭홀의 사이에 걸림단이 형성되며, 상기 탭홀에 볼트스크류의 나사부가 나사 체결되고, 상기 나사부에 상기 스토퍼가 고정된다.
상기 스토퍼는 원형공간 내부에 위치되는 원판형의 헤드와 헤드로부터 연장되어 상기 볼트스크류의 나사부에 고정되는 바디를 포함한다.
상기 스토퍼의 헤드와 너트스크류의 걸림단 사이에 상기 걸림단에 지지되는 스프링지지부재와 그 스프링지지부재에 지지되는 다수의 디스크스프링이 구비되고, 스토퍼의 바디는 디스크스프링과 스프링지지부재를 관통하여 볼트스크류의 나사부에 고정된다.
상기 하우징의 내부에 모터로 구동되는 웜과 그 웜에 치합된 웜휠이 구비되고, 웜휠에 형성된 관통홀에 축방향 이동은 가능하고 회전 방향으로는 구속되도록 상기 너트스크류가 삽입된다.
상기 모터는 전자제어유니트에 의해 작동 제어되고, 상기 전자제어유니트는 모터의 사용전력을 상시 체크하며, 모터를 릴리스 작동시키던 중 스토퍼가 디스크스프링을 압축하여 사용전력량이 설정량 이상으로 급격히 증가하면 모터 작동을 중지시킨다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 너트스크류의 내부에 정상 릴리스 구간의 끝무렵에 압축되는 디스크스프링이 구비되어 릴리스스프링으로 작용한다.
따라서 액추에이터 모터의 소비전류량 증가를 감지하여 모터 작동을 중지함으로써 릴리스 작동을 적정 시점에서 제한할 수 있게 된다.
또한 너트의 내부에 구조적으로 릴리스량을 제한하는 스토퍼가 구비된다.
따라서 릴리스시 너트스크류의 이동에 의한 가압력이 하우징 벽면에 작용하지 않게 됨으로써 하우징의 파손을 방지할 수 있게 될 뿐만 아니라 너트스크류와 볼트스크류의 분리를 확실하게 방지할 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전자식 주차 브레이크 액추에이터의 부분 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 전자식 주차 브레이크 액추에이터의 정면도(하우징 전면부 제거 상태)
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도.
도 4는 너트스크류와 볼트스크류의 조립 상태 단면도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 전자식 주차 브레이크 액추에이터는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 하우징(10)과, 하우징(10)의 내부에 회전 가능하게 설치되고 상호 치합된 웜(20)과 웜휠(30), 웜휠(30)에 연동되어 회전되는 너트스크류(40), 너트스크류(40)에 나사 체결되어 직선 이동 가능하고 단부에 주차 브레이크 기구를 작동시키는 와이어가 연결된 볼트스크류(50)를 포함한다.
하우징(10)은 상기 부품들의 설치 장소를 제공하고 그들을 외부에 대해 차단하여 보호한다. 하우징(10)의 일측에는 도시하지 않은 모터가 장착되고, 모터의 회전축이 상기 웜(20)에 연결된다. 모터는 주차 브레이크 장치의 작동을 제어하는 전자제어유니트에 의해 작동 제어된다.
전자제어유니트는 상기 모터의 소비전류값을 항상 측정하여 릴리스스프링의 작용에 의해 모터 부하가 증가하여 소비전류값이 소정 기울기 이상으로 증가하면 모터의 작동을 중지시키는 기능을 갖는다.(본 발명에서는 이후 설명할 디스크스프링(80)이 릴리스스프링의 역할을 수행한다.)
웜(20)은 하우징(10) 내부에 상하 방향으로 설치되고, 하단부에 모터의 회전축이 연결된다. 웜(20)은 모터의 회전 방향에 따라 정/역 방향으로 회전된다.
웜휠(20)은 원통 형상의 몸체 외주면의 중간 부분 둘레에 상기 웜(20)에 치합되는 헬리컬기어가 형성된 것으로, 웜(20)의 회전 방향과는 반대 방향으로 회전된다. 따라서 모터의 회전 방향을 제어함으로써 웜휠(30)의 회전 방향을 제어할 수 있다.
웜휠(30)은 헬리컬기어가 형성된 부분의 양측 외주면 부분이 한 쌍의 부시(60)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 부시(60)는 판 형상을 가지며 내부에 웜휠(30)이 삽입되어 회전되는 관통홀이 형성되고 외주면의 상호 반대쪽 위치에 고정단이 돌출 형성되어 하우징(10)의 내벽면에 회전하지 않도록 장착될 수 있다. 또한 상기 고정단은 하우징(10)에 형성된 걸림턱에 걸려짐으로써 좌우 방향(웜휠의 축방향)으로도 고정 상태를 유지한다. 즉 부시(60)는 웜휠(30)이 회전 가능하지만 축방향으로는 이동 하지 않도록 잡아 준다.
웜휠(30)에는 축방향으로 육각형의 관통홀이 형성되고, 그 관통홀에 육각너트 형상의 너트스크류(40)가 삽입된다. 관통홀과 너트스크류(40)의 육각형상에 의해 너트스크류(40)는 웜휠(30)에 회전 방향으로는 구속되지만 축방향으로는 슬라이딩 이동 가능하다.
너트스크류(40)는 내부에 축방향 일측으로 개방된 원형공간(41)이 형성되어 있으며, 원형공간(41)과 연통된 탭홀(42)이 타측 방향으로 관통 형성되어 있다.
볼트스크류(50)는 외주면에 나사가 형성된 나사부(51)와, 일측 단부에 와이어를 연결할 수 있도록 형성된 와이어연결부(52)를 포함한다. 볼트스크류(50)는 나사부(51)가 너트스크류(40)의 탭홀(42)에 나사 체결된다. 따라서 너트스크류(40)와 볼트스크류(50)의 나사 작용에 의해 너트스크류(40)의 회전 방향에 따라 볼트스크류(50)는 너트스크류(40)의 내측으로 삽입되거나 외측으로 돌출되는 움직임을 갖게 된다. 볼트스크류(50)가 너트스크류(40)의 내부로 삽입되는 방향으로 이동하면 와이어가 당겨지므로 액추에이터가 어플라이(Apply) 상태로 작동하는 것이고, 볼트스크류(50)가 너트스크류(40)의 외부로 돌출되는 방향으로 이동하면 와이어가 원위치로 복귀하므로 액추에이터는 릴리스(Release) 상태로 작동하는 것이다.
너트스크류(40)에서 탭홀(42)은 원형공간(41) 보다 직경이 작기 때문에 원형공간(41)과 탭홀(42)의 연결부에는 단이 형성되며, 이 단이 이후 언급될 스프링지지부재(70)의 일측면을 지지하는 걸림단(43)으로 작용한다.
너트스크류(40)의 원형공간(41)에는 상기 스프링지지부재(70)와 복수의 디스크스프링(80)과 스토퍼(90)가 순차적으로 삽입 설치된다.
스프링지지부재(70)는 소정의 두께를 가지는 원형 판재로서 일측면은 너트스크류(40)의 걸림단(43)에 지지되고, 타측면에는 디스크스프링(80)이 접촉되어 디스크스프링(80)을 지지한다.
디스크스프링(80)은 복수 개(도면에는 2개씩 마주 보는 상태의 3쌍, 즉 총 6개의 디스크스프링이 사용된 예가 도시되었다.) 설치되어 적절한 탄발력을 갖도록 설치된다.
스토퍼(90)는 원판형의 헤드(91)와 헤드(91)의 일측 중심으로부터 돌출 연장된 원주형의 바디(92)로 이루어진다. 스토퍼(90)는 상기 바디(92)가 디스크스프링(80)과 스프링지지부재(70)을 관통하여 볼트스크류(50)의 일단부에 나사 체결되어 고정되어 있다. 이를 위해 디스크스프링(80)과 스프링지지부재(70)에는 스토퍼(90)의 바디(92)가 통과할 수 있는 관통홀이 형성된다. 이와 같은 결합 구조에 의해 스토퍼(90)는 볼트스크류(50)와 일체로 움직인다. 즉 스토퍼(90)는 볼트스크류(50)와 함께 회전 및 축 방향 이동된다.
한편, 볼트스크류(50)의 릴리스시 적정 릴리스 이동 구간의 끝 부분에 이르렀을 때 상기 스토퍼(90)의 헤드(91)가 디스크스프링(80)을 압축할 수 있도록 디스크스프링(80)의 전체 두께 및 디스크스프링(80)과 스토퍼(90) 헤드(91) 사이의 이격 거리가 설정된다.
이제 본 발명의 작용 및 효과를 설명한다.
액추에이터 어플라이 작동시, 모터 회전은 웜(20)을 매개로 웜휠(30)을 회전시키고, 웜휠(30)과 일체로 너트스크류(40)가 회전된다. 너트스크류(40)가 회전되면 나사 작용에 의해 볼트스크류(50)가 너트스크류(40)의 내측 방향으로 이동하면서 와이어를 당겨 줌으로써 주차 브레이크 기구가 작동되어 주차 브레이크가 작동된다.
상기 어플라이 상태에서 릴리스 상태로 전환될 때는 모터가 역방향으로 회전하여 너트스크류(40)도 어플라이 작동때와는 반대 방향으로 회전되고, 이에 볼트스크류(40)는 너트스크류(40)의 외측 방향으로 이동하게 된다.
따라서, 당겨졌던 와이어가 느슨해지면서 주차 브레이크 기구가 원 상태로 복귀됨으로써 주차 제동 상태가 해제된다.
상기와 같은 릴리스 작동시, 볼트스크류(50)의 릴리스 방향 이동에 대한 반작용으로 너트스크류(40)는 그 반대 방향으로 이동(웜휠(30)의 육각 관통홀 내에서 너트스크류(40)가 도면에서 왼쪽 방향으로 이동함)하게 된다.
상기와 같이 볼트스크류(50)와 너트스크류(40)가 서로 반대 방향으로 축방향 이동할때 스토퍼(90)는 볼트스크류(50)와 일체로 이동하게 된다. 따라서 작동중 스토퍼(90)의 헤드(91)가 디스크스프링(80)을 압축하게 된다. 압축 시점은 위에 설명한 바와 같이 정상적인 릴리스 구간의 끝 부분에 인접한 시기이며, 이때 디스크스프링(80)이 압축 반력은 스토퍼(90)와 볼트스크류(50)의 이동을 억제하게 되어 모터의 사용전력량을 급격하게 증가시키게 된다. 모터의 작동을 제어하는 전자제어유니트는 모터의 사용전력량을 체크하고 있다가 사용전력이 급격하게 증가하면 릴리스포인트(릴리스 작동을 종료해야 하는 시점)로 판단하고 모터의 작동을 중지하게 된다. 따라서, 너트스크류(40)가 하우징(10)의 벽면쪽으로 진행하는 것이 정지되어 하우징(10)의 벽면에 닿지 않게 됨으로써 너트스크류(40)에 의한 하우징(10)의 파손이 1차적으로 방지될 수 있게 된다.
또한, 상기와 같은 전자제어유니트에 의한 작동 제어가 정상적으로 이루어지지 않은 경우에도, 릴리스 작동이 계속 진행되면 스토퍼(90)에 의한 디스크스프링(80) 압축이 최대로 이루어져 스토퍼(90)가 릴리스 방향으로는 더 이상 진행할 수 없는 상태에 이르게 된다. 즉, 스토퍼(90)에 의한 걸림 작용에 의해 볼트스크류(50)와 너트스크류(40)의 반대 방향으로의 이동이 더 이상 진행되지 않게 되므로 너트스크류(40)가 하우징(10)의 벽면쪽으로 진행하여 접촉 및 가압하는 현상이 근본적으로 방지된다. 따라서, 과도한 릴리스 작동시 너트스크류(40)에 의한 하우징(10) 파손 문제가 해결된다.
한편, 상기 스토퍼(90)의 걸림 작용이 발생하는 시점에 볼트스크류(50)의 나사부(51)가 너트스크류(40)의 탭홀(42)내에 나사 체결된 상태를 유지하도록 스토퍼(90) 바디(92)의 길이와 탭홀(42)의 길이가 설계된다. 따라서, 릴리스 작동 중 상기 스토퍼(90)의 걸림 작용에 의해 너트스크류(40)와 볼트스크류(50)가 더 이상 서로 반대 방향으로 이동하지 않게 되며, 이때 너트스크류(40)와 볼트스크류(50)의 나사 결합 상태는 유지되고 있으므로 과도한 릴리스 작동에 의해 너트스크류(40)와 볼트스크류(50)가 서로 분리되는 문제점이 해소된다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 전자식 주차 브레이크 액추에이터는 과도한 릴리스 작동이 확실하게 방지됨으로써 너트스크류에 의한 하우징 파손이 방지되고, 너트스크류와 볼트스크류의 분리가 방지된다. 즉, 릴리스 작동에 의한 액추에이터 고장이 확실하게 방지되는 효과가 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 하우징 20 : 웜
30 : 웜휠 40 : 너트스크류
41 : 원형공간 42 : 탭홀
43 : 걸림단 50 : 볼트스크류
51 : 나사부 52 : 와이어연결부
60 : 부시 70 : 스프링지지부재
80 : 디스크스프링 90 : 스토퍼
91 : 헤드 92 : 바디

Claims (6)

  1. 하우징과;
    상기 하우징의 내부에 회전 및 축방향 이동 가능하게 설치된 너트스크류와;
    상기 너트스크류의 일측에 나사 결합되어 너트스크류의 회전 방향에 따라 너트스크류의 내부로 삽입되거나 외부로 돌출되고 그 단부에 주차 브레이크 기구를 작동시키는 와이어가 연결된 볼트스크류 및;
    상기 볼트스크류의 너트스크류 내측 단부에 구비되어 볼트스크류와 너트스크류의 축방향 상대 이동을 제한하는 스토퍼;를 포함하고,
    상기 너트스크류의 내부에는 일측으로 개방된 원형공간과 그 원형공간과 연통되고 타측으로 개방된 탭홀이 형성되고, 상기 원형공간과 탭홀의 사이에 걸림단이 형성되며, 상기 탭홀에 볼트스크류의 나사부가 나사 체결되고, 상기 나사부에 상기 스토퍼가 고정된 것을 특징으로 하는 전자식 주차 브레이크 액추에이터.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 스토퍼는 원형공간 내부에 위치되는 원판형의 헤드와 헤드로부터 연장되어 상기 볼트스크류의 나사부에 고정되는 바디를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 주차 브레이크 액추에이터.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 스토퍼의 헤드와 너트스크류의 걸림단 사이에 상기 걸림단에 지지되는 스프링지지부재와 그 스프링지지부재에 지지되는 다수의 디스크스프링이 구비되고, 스토퍼의 바디는 디스크스프링과 스프링지지부재를 관통하여 볼트스크류의 나사부에 고정되는 것을 특징으로 하는 전자식 주차 브레이크 액추에이터.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 하우징의 내부에 모터로 구동되는 웜과 그 웜에 치합된 웜휠이 구비되고, 웜휠에 형성된 관통홀에 축방향 이동은 가능하고 회전 방향으로는 구속되도록 상기 너트스크류가 삽입된 것을 특징으로 하는 전자식 주차 브레이크 액추에이터.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 모터는 전자제어유니트에 의해 작동 제어되고, 상기 전자제어유니트는 모터의 사용전력을 상시 체크하며, 모터를 릴리스 작동시키던 중 스토퍼가 디스크스프링을 압축하여 사용전력량이 설정량 이상으로 급격히 증가하면 모터 작동을 중지시키는 것을 특징으로 하는 전자식 주차 브레이크 액추에이터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20090090064A (ko) * 2008-02-20 2009-08-25 주식회사 만도 전동식 파킹 브레이크
KR20130123788A (ko) * 2012-05-03 2013-11-13 현대모비스 주식회사 전자식 주차 브레이크장치

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