KR101800694B1 - 차량용 브레이크 챔버의 케이징 너트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 브레이크 챔버의 케이징 너트에 관한 것으로서, 헤드 하우징, 바텀 하우징, 헤드 하우징과 바텀 하우징 사이에 마련되어 헤드 하우징과 바텀 하우징을 연결하는 어댑터 하우징, 헤드 하우징의 내주면을 따라 상하 이동하는 피스톤, 피스톤에 연결되어 어댑터 하우징의 관통홀을 따라 축방향으로 이동하는 중공의 액추에이터 로드, 헤드 하우징과 피스톤 사이에 마련되는 스프링, 헤드 하우징의 헤드 하우징 관통홀과 피스톤에 형성된 피스톤 관통홀을 따라 중공의 액추에이터 로드에 배치되어 스프링의 압축력에 저항하는 나사산이 형성된 케이징 볼트 및 케이징 볼트에 형성된 나사산을 따라 이동하는 케이징 너트를 포함하고, 케이징 너트는 액추에이터 로드 내부에서 케이징 너트의 외주면이 액추에이터 로드의 내주면에 상대 운동하도록 케이징 볼트에 나사 체결되며, 케이징 너트는 플라스틱 재질로 형성된다.
본 발명에 의하면, 케이징 너트를 윤활성이 있는 플라스틱 소재로 적용하여 케이징 볼트와 함께 중공의 액추에이터 로드에서 상하방향으로 이동할 때 액추에이터 로드의 내주면 파손을 방지하여 차량용 브레이크 챔버 내에 이물질이 쌓이는 것을 방지할 수 있다.

Description

차량용 브레이크 챔버의 케이징 너트{Nut of brake chamber for vehicle}
본 발명은 차량용 브레이크 챔버의 케이징 너트에 관한 것으로서, 케이징 너트를 플라스틱 소재로 적용하여 중공의 액추에이터 로드에서 상하방향으로 이동할 때 액추에이터 로드의 내주면 손상을 방지할 수 있는 차량용 브레이크 챔버의 케이징 너트에 관한 것이다.
버스, 트럭, 트레일러 및 기타 중장비와 같은 대형 차량 등은 고속 주행중 또는 주차시 브레이크 작동이 민감하고 신속하게 이루어지며, 제동이 우수한 차량용 브레이크 챔버를 이용하고 있다.
이러한 차량 브레이크 챔버의 구조를 살펴보면, 상부에서부터 차례로 중공 형상의 헤드 하우징, 어댑터 하우징, 바텀 하우징을 포함하여 구성된다. 한편, 헤드 하우징과 어댑터 하우징 사이에 배치되는 피스톤이 배치되고, 피스톤에 결합되어 어댑터 하우징의 관통홀을 통과하여 배치되는 중공의 액추에이터 로드를 구비한다. 어댑터 하우징과 바텀 하우징 사이에 다이아프레임이 배치된다. 또한, 다이아프레임을 지지하는 압력 플레이트와 압력 플레이트를 지지하는 푸시로드를 구비하고, 푸시로드는 바텀 하우징에 형성된 관통홀을 통과하여 배치된다.
이때, 헤드 하우징과 피스톤 사이에 형성된 공간은 스프링 챔버이며, 그 사이에 스프링이 배치된다. 피스톤과 어댑터 하우징 사이에 마련된 공간은 압력챔버이다. 어댑터 하우징과 다이아프레임 사이에 형성되는 공간은 서비스 챔버이고, 다이아프레임과 바텀 하우징 사이에는 푸시로드 챔버가 형성된다.
이와 같이, 차량용 브레이크 챔버는 상부에서 하부에 이르기 까지 스프링 챔버, 압력챔버, 서비스 챔버 및 푸시로드 챔버를 구성하고, 스프링의 탄성력과 서비스 챔버내의 공기압의 조절에 따라 압력 플레이트가 상하로 이동함으로써 바텀 하우징의 하단을 관통하여 연결된 푸시로드를 이동시켜 차량의 주행중 또는 정차시에 브레이크 작동을 가능하게 할 수 있다.
이때, 케이징 볼트는 어댑터 하우징의 관통홀을 따라 배치되고, 케이징 볼트의 종단에는 너트가 체결되어 케이징 볼트체를 형성한다. 케이징 너트는 케이징 볼트가 일방향을 따라 회전함에 따라 어댑터 하우징의 관통홀의 내벽에서 상대운동을 하면서 상방향으로 이동하게 된다. 이때, 금속재로 형성된 너트가 알루미늄재질로 형성된 어댑터 하우징과 접촉하게 되어 어댑터 하우징의 내주면을 깎게되어 내부에 이물질을 발생시키는 문제점이 있다.
또한, 이를 해결하기 위하여 어댑터 하우징의 관통홀 내주면을 보호할 수 있는 케이징 너트 가이드를 구성할 수 있으나, 어댑터 하우징의 내주면에 견고한 부착이 어려워 쉽게 분리될 수 있는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-1176856호 (공기 작동식 브레이크 액추에이터, 2012년 08월 20일)
본 발명의 목적은 케이징 너트를 플라스틱 소재로 적용하여 중공의 액추에이터 로드에서 상하방향으로 이동할 때 액추에이터 로드의 내주면 손상을 방지하여 차량용 브레이크 챔버 내에 이물질이 쌓이는 것을 방지할 수 있는 차량용 브레이크 챔버의 케이징 너트를 제공하는데 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 브레이크 챔버의 케이징 너트는 헤드 하우징, 바텀 하우징, 헤드 하우징과 바텀 하우징 사이에 마련되어 헤드 하우징과 바텀 하우징을 연결하는 어댑터 하우징, 헤드 하우징의 내주면을 따라 상하 이동하는 피스톤, 피스톤에 연결되어 어댑터 하우징의 관통홀을 따라 축방향으로 이동하는 중공의 액추에이터 로드, 헤드 하우징과 피스톤 사이에 마련되는 스프링, 헤드 하우징의 헤드 하우징 관통홀과 피스톤에 형성된 피스톤 관통홀을 따라 중공의 액추에이터 로드에 배치되어 스프링의 압축력에 저항하는 나사산이 형성된 케이징 볼트 및 케이징 볼트에 형성된 나사산을 따라 이동하는 케이징 너트를 포함하고, 케이징 너트는 액추에이터 로드 내부에서 케이징 너트의 외주면이 액추에이터 로드의 내주면에 상대 운동하도록 케이징 볼트에 나사 체결되며, 케이징 너트는 플라스틱 재질로 형성된다.
여기서, 플라스틱 재질은 열가소성 수지에 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드 섬유 및 흑연분말 중 적어도 하나 이상 첨가되어 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 차량용 브레이크 챔버의 케이징 너트는 케이징 너트를 윤활성이 있는 플라스틱 소재로 적용하여 케이징 볼트와 함께 중공의 액추에이터 로드에서 상하방향으로 이동할 때 액추에이터 로드의 내주면 손상을 방지하여 차량용 브레이크 챔버 내에 이물질이 쌓이는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 공기압 스프링 브레이크 챔버의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 공기압 스프링 브레이크 챔버의 케이징 볼트의 이동에 따라 케이징 너트가 이동하면서 피스톤을 압축한 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 A-A 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 케이징 너트의 나사산의 형상을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "~상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 공기압 스프링 브레이크 챔버의 구성을 나타내는 도면이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 공기압 스프링 브레이크 챔버의 케이징 볼트의 이동에 따라 케이징 너트가 이동하면서 피스톤을 압축한 상태를 나타내는 도면이고, 도 3은 도 1의 A-A 단면도이다.
먼저, 본 발명의 차량용 브레이크 챔버용 볼트를 설명하기 위하여 차량용 공기압 스프링 브레이크 챔버의 전체 구성은 도 1을 참조하여 상세히 설명하고, 도 2 내지 도 3을 통해 케이징 너트의 구성에 대해서 설명한다.
차량용 공기압 스프링 브레이크 챔버는 스프링 챔버(140)와 서비스 챔버(320)간의 공기유동이 스프링 챔버(140)와 서비스 챔버(320) 사이에 배치되는 중공의 액추에이터 로드(400)와 액추에이터 로드(400)의 하부단에 결합되는 액추에이터 로드 밸브(410)를 통해서 이루어진다.
차량용 공기압 스프링 브레이크 챔버는 상부에서부터 차례로 중공 형상의 헤드 하우징(100), 어댑터 하우징(200), 바텀 하우징(300)을 포함하며, 헤드 하우징(100)과 어댑터 하우징(200) 사이에는 피스톤(110)이 배치되고, 어댑터 하우징(200)과 바텀 하우징(300) 사이에는 다이아프레임(310)이 배치된다.
또한, 피스톤(110)에 형성된 피스톤 관통홀의 하방향으로 어댑터 하우징(200)을 관통하도록 배치되는 관통홀이 형성된 액추에이터 로드(400)와 액추에이터 로드(400)의 종단에 로드 밸브(410)가 배치된다. 로드 밸브(410)는 스프링 챔버(140)와 서비스 챔버(320)가 서로 연통하여 공기유동이 이루어지도록 할 수 있다. 본 실시예에서 피스톤(110)과 액추에이터 로드(400)는 일체로 형성되었으나 서로 분리된 상태에서 결합 형성될 수도 있다.
이와 같이 형성된 차량용 공기압 스프링 브레이크 챔버는 헤드 하우징(100)과 피스톤(110)사이에 스프링 챔버(140)가 형성되고, 피스톤(110)과 어댑터 하우징(200) 사이에 압력 챔버(150)가 형성된다. 또한, 어댑터 하우징(200)과 다이아프레임(310) 사이에 서비스 챔버(320)가 형성되고, 다이아프레임(310)과 바텀 하우징(300) 사이에 푸시로드 챔버(330)가 형성된다.
압축 스프링(130)은 스프링 챔버(140) 내에 배치되는 코일 스프링으로서, 코일의 중심부에서 양측 종단으로 향할수록 코일의 단면 직경이 작아진다. 이때, 압축 스프링(130)의 일단은 피스톤(110)에 접촉되어 지지되고, 압축 스프링(130)의 타단은 헤드 하우징(100)의 굴곡부에 접촉되어 지지된다.
한편, 헤드 하우징(100)의 상단부에는 헤드 하우징(100)의 내측을 따라 굴곡부를 형성하고, 굴곡부는 압축 스프링(130)이 상부에서 위치가 이동하는 것을 방지하여 압축 스프링(130)이 항상 일정한 센터 축을 유지되면서 압축되도록 한다.
피스톤(110)은 헤드 하우징(100)의 내부에 밀착되어 헤드 하우징(100)의 내부 공간을 압력 챔버(150)와 스프링 챔버(140)로 분리한다. 피스톤(110)의 피스톤 관통홀에는 중공의 액추에이터 로드(400)가 일방향을 따라 배치된다. 따라서 액추에이터 로드(400)의 일단은 피스톤(110)에 연결되어 지지되고, 타단은 어댑터 하우징(200)의 관통홀을 관통하여 다이아프레임(310)에 지지된다.
헤드 하우징(100)과 바텀 하우징(300) 사이에는 어댑터 하우징(200)이 배치되어 헤드 하우징(100)과 바텀 하우징(300)을 상호연결 한다. 어댑터 하우징(200)은 중앙에 관통홀을 구비하며, 액추에이터 로드(400)가 관통홀을 관통하여 바텀 하우징(300) 내의 다이아프레임(310)과 접촉하여 지지된다.
이때, 바텀 하우징(300) 내에는 압력 플레이트(610)에 의해 접촉 지지되어 바텀 하우징(300)을 서비스 챔버(320)와 푸시로드 챔버(330)로 나누는 다이아프레임(310)이 배치되어 있다. 압력 플레이트(610)는 푸시로드(600)에 의해 지지되며, 다이아프레임(310)의 공기압에 따른 이동을 푸시로드(600)에 전달하는 역할을 한다.
따라서, 스프링 챔버(140) 내의 압축 스프링(130)의 탄성력과 압력 챔버(150) 내의 공기압의 조절에 따라 다이아프레임(310)이 압력 플레이트(610)를 상하 이동시키고, 바텀 하우징(300)의 하단을 관통하여 상하이동 가능하게 형성된 푸시로드(600)의 하단에 연결된 브레이크(미도시)의 작동을 조절 하게 된다.
이때, 액추에이터 로드(400)의 외주면과 어댑터 하우징(200)의 내주면이 접촉하는 부분에는 유체가 새는 것을 방지하기 위하여 립실(410)이 배치된다.
중공의 액추에이터 로드(400) 내부에는 일단이 헤드 하우징(100)의 헤드 하우징 관통홀(160)에 고정되고, 타단이 어댑터 하우징(300)의 관통을 따라 배치되는 케이징 볼트(500)와 나사산(511)에 나사 결합되는 케이징 너트(520)가 배치된다. 이하에서 케이징 볼트(500) 및 케이징 너트(520)에 대해서 더욱 구체적으로 설명한다.
먼저, 케이징 볼트(500)는 볼트몸체(510)가 헤드 하우징 관통홀(160)과 피스톤(110)에 형성된 피스톤 관통홀(111)을 따라 중공의 액추에이터 로드(400)에 배치된다. 볼트몸체(510)는 나사산(511)이 형성되어 케이징 너트(520)가 나사결합으로 체결된다. 이때, 케이징 너트(520)는 케이징 볼트(500)의 나사산에 체결되어 케이징 볼트(500)의 회전에 따라 케이징 볼트(500)의 나사산을 따라 상대적으로 이동하여 헤드 하우징 관통홀(160)에 이동하게 된다. 이와 같이, 케이징 볼트(500)와 케이징 너트(520)가 일방향을 따라 이동함에 따라 피스톤(110)이 이동되어 헤드 하우징(100)과 피스톤(110) 사이에 배치된 압축 스프링(130)을 압축할 수 있다.
볼트 몸체(510)에 체결된 케이징 너트(520)는 도 3에 도시된 바와 같이, 단면 형상이 육각으로 형성되고, 액추에이터 로드(400)의 관통홀은 케이징 너트(520)의 단면 형상과 대응되도록 육각으로 형성된다.
한편, 케이징 너트(520)와 액추에이터 로드(400)의 관통홀 사이에는 유격(S)이 형성되고, 유격(S)을 통해서 공기를 유입시킬 수 있다. 이때, 케이징 너트(520)의 최대 외주반경(b)이 액추에이터 로드(400)의 관통홀 최소 내주반경(a) 보다 설정된 반경만큼 크게 형성된다.
이와 같이, 케이징 너트(520)의 최대 외주반경(b)이 액추에이터 로드(400) 관통홀의 최소 내주반경(a)보다 크게 형성됨으로써 케이징 너트(540)가 액추에이터 로드(400)의 관통홀의 내주면에서 일정각도 회전한 후에 액추에이터 로드(400)의 관통홀의 내주면에 걸리게 되어 회전이 방지된다.
이로 인하여, 케이징 너트(520)는 볼트몸체(510)에 형성된 나사산(511)에 체결되어 케이징 볼트(500)를 따라 이동하면서 액추에이터 로드(400)의 관통홀의 내주면에 접촉하면서 일방향으로 이동하게 된다.
이때, 케이징 너트(520)가 플라스틱 재질로 형성됨으로써 접촉되는 알루미늄재질로 형성된 엑추에이터 로드(400)의 내주면이 깎여 이물질이 차량용 브레이크 챔버 내부에 쌓이는 것과 엑추에이터 로드(400)의 내주면이 깎여 최소 내주반경(a)이 케이징 너트(540)의 최대 외주반경(b)보다 커지는 것을 방지할 수 있다.
종전에 케이징 너트는 금속재질로 형성되어 알루미늄재질의 엑추에이터 로드(400)보다 상대적으로 경도가 강하여 엑추에이터 로드(400)를 깎아내면서 내부에 이물질을 쌓이게 하고, 엑추에이터 로드(400)의 내주면을 깎아 최소 내주반경(a)이 케이징 너트(540)의 최대 외주반경(b)보다 커지게 함으로써 헤드 하우징(100)과 피스톤(110) 사이에 배치된 압축 스프링(130)을 정상적으로 압축할 수 없는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 종래의 케이징 너트는 금속재질로 형성되어 케이징 너트와 엑추에이터 로드(400) 상호간에 전위차에 의한 전극이 연결된 것과 같은 현상이 발생하여 금속에 부식이 일어나는 갈바닉 셀(galvanic cell)이 발생하였다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여 케이징 너트(520)를 윤활성이 있는 플라스틱 재질로 형성함으로써 케이징 너트(520)가 엑추에이터 로드(400)를 깎는 것을 방지함으로써 이물질이 쌓이는 것과 케이징 너트(540)의 최대 외주반경(b)이 액추에이터 로드(400) 관통홀의 최소 내주반경(a)이 설정된 크기만큼 유지시켜 케이징 볼트(500)의 회전에 따라 케이징 너트(520)를 이동시킬 수 있다. 또한, 케이징 너트(520)가 플라스틱 재질로 형성됨으로 인해서 케이징 너트(520)와 엑추에이터 로드(400) 상호간에 갈바닉 셀이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이와 같은 갈바닉 셀 현상을 방지하여 산화물이 차량용 브레이크 챔버 내부에 쌓이는 것을 방지하여 차량용 브레이크 챔버의 원활한 작동을 유도할 수 있다.
이때, 플라스틱 재질로 형성되는 케이징 너트(520)는 열가소성 수지에 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드 섬유 및 흑연분말 중 적어도 하나 이상 첨가되어 형성될 수 있다. 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드 섬유 및 흑연분말은 케이징 너트(520)의 기계적 강도를 향상시키면서 윤활성을 확보할 수 있어 케이징 너트(520)와 엑추에이터 로드(400)의 접촉시 엑추에이터 로드(400)의 손상을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 케이징 볼트와 케이징 너트의 나사산 결합상태를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 케이징 너트(520)의 나사산 형상은 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있으며, 나사산의 각도(α)는 30도로 형성될 수 있다. 이와 같이 나사산의 각도(α)가 30도로 형성됨으로써, 케이징 볼트(510)와 체결시 견고한 체결력을 확보하여 케이징 너트의 변형이나 풀림을 방지할 있다.
또한, 나사산의 형상은 사각, 삼각, 및 톱니 형상 등 다양하게 적용될 수 있는 것으로서 내하중 능력 및 마찰효과를 충분히 발휘할 수 있는 형상 중에서 선택적으로 적용될 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 헤드 하우징 110 : 피스톤
120 : 케이징 볼트조립체 130 : 압축 스프링
140 : 스프링 챔버 150 : 압력 챔버
200 : 어댑터 하우징 300 : 바텀 하우징
310 : 다이아프레임 320 : 서비스 챔버
330 : 푸시로드 챔버 400 : 엑추에이터 로드
410 : 엑추에이터 로드 밸브 420 : 립실
500 : 케이징 볼트 510 : 볼트몸체
511 : 나사산 520 : 케이징 너트

Claims (2)

  1. 헤드 하우징, 바텀 하우징, 상기 헤드 하우징과 상기 바텀 하우징 사이에 마련되어 상기 헤드 하우징과 상기 바텀 하우징을 연결하는 어댑터 하우징, 상기 헤드 하우징의 내주면을 따라 상하 이동하는 피스톤, 상기 피스톤에 연결되어 상기 어댑터 하우징의 관통홀을 따라 축방향으로 이동하는 중공의 액추에이터 로드, 상기 헤드 하우징과 상기 피스톤 사이에 마련되는 스프링, 상기 헤드 하우징의 헤드 하우징 관통홀과 상기 피스톤에 형성된 피스톤 관통홀을 따라 상기 중공의 액추에이터 로드에 배치되어 스프링의 압축력에 저항하는 나사산이 형성된 케이징 볼트 및 상기 케이징 볼트에 형성된 나사산을 따라 이동하는 케이징 너트를 포함하는 차량용 브레이크 챔버에 있어서,
    상기 케이징 너트는,
    상기 액추에이터 로드 내부에서 상기 케이징 너트의 외주면이 상기 액추에이터 로드의 내주면에 상대 운동하도록 상기 케이징 볼트에 나사 체결되고, 상기 케이징 너트와 상기 액추에이터 로드의 관통홀 사이에 유격이 형성되도록 상기 케이징 너트의 최대 외주반경이 상기 관통홀 최소 내주반경 보다 설정된 반경만큼 크게 형성되고, 상기 케이징 너트가 상기 관통홀의 내주면에서 일정각도 회전할 때에 회전이 방지되도록 상기 관통홀의 내주면에 걸리게 되어 상기 유격을 통해서 공기가 유입되며,
    상기 케이징 너트는 플라스틱 재질로 형성되며, 열가소성 수지에 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드 섬유 및 흑연분말 중 적어도 하나 이상 첨가되어 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크 챔버의 케이징 너트.
  2. 삭제
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