KR101847505B1 - 노크 백 감소기능을 갖는 자동차 브레이크용 캘리퍼 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본원은 국내 및 해외의 자동차 시장에서 발생할 수 있는 무효 stroke 발생을 방지하여 무효 stroke에 의한 제동시간 증가를 억제하여 보다 안정적인 제동거리를 유지하고자 하는 과제를 갖고 시작된 발명이다.
본원은 브레이크 캘리퍼의 Knock back 현상을 감소시키기 위한 수단으로 Piston 액압형성부와 Housing main bore 사이에 knock back 감소용 spring을 설치하여 스프링의 탄성을 통한 Piston이 정상작동 위치보다 Housing쪽으로 밀려 이동되는 것을 방지하여 브레이크 제동시 제동시간(무효 stroke)의 증가현상을 방지하도록 적용되는 기술을 특징으로 한다.

Description

노크 백 감소기능을 갖는 자동차 브레이크용 캘리퍼 및 그 제어방법{Caliper Structure of Disk Brake for a Car}

본원은 자동차 브레이크용 캘리퍼 구조에서 노크 백(knock back) 현상을 감소시키기 위한 기술이다.

네이버 지식백과에서 노크 백(Knock Back)이란 "디스크 브레이크 로터의 변형에 의해 캘리퍼 피스톤이 눌려 브레이크 페달의 유격이 커지는 현상이다." 라고 설명하고 있는바, 본원은 캘리퍼 브레이크 내부의 피스톤(Piston) 액압형성부와 하우징을 이루는 메인보어(main bore) 사이에 노크백(Knock back) 감소용 스프링(Spring)을 설치하여 Spring의 탄성을 이용하여 Piston이 정상작동 위치 보다 하우징 쪽으로 밀려 이동되는 현상을 방지하고자 하는 기술로 브레이크 제동 시 제동시간(무효 stroke)의 증가를 방지하는 효과를 제공하여 운전자의 안전성을 확보하도록 적용하고자 하는 기술이다.

일반적으로, 차량의 제동장치로서 사용되는 디스크브레이크는 이미 공지의 기술로 너클의 스핀들에 부착되는 캘리퍼하우징과, 상기 캘리퍼하우징에 의해 형성된 휠실린더 내에서 유압의 힘에 의해 직선 이동하도록 설치된 피스톤과, 상기 캘리퍼하우징의 전면에 위치하도록 상기 캘리퍼하우징과 결합되어 설치되는 캘리퍼캐리어와, 상기 피스톤의 전면과 상기 캘리퍼캐리어에 결합되어 설치되는 백플레이트와, 상기 휠실린더에 발생한 제동유압에 의해 상기 피스톤이 상기 휠실린더로부터 돌출되는 이동을 할 때 디스크의 양측면을 가압하면서 상기 디스크와의 마찰력에 의한 제동력을 발생시킬 수 있도록 상기 백플레이트의 전면에 결합된 브레이크패드를 포함하여 구성된다.

따라서, 운전자가 브레이크페달을 밟아주면 마스터실린더에 압력이 가해지면서 휠실린더의 내부로 유압이 밀려들어와 피스톤이 상기 휠실린더의 밖으로 돌출되는 이동을 하게 되고, 이때 브레이크패드가 디스크의 양측면과 접촉하여 상기 디스크의 회전을 멈추게 함으로써 차량의 제동이 이루어지게 된다.

그러나 휠 실린더에 발생한 유압은 상기 피스톤의 복귀보다 시간적으로 딜레이(delay) 되어 서서히 이루어지기 때문에 디스크를 붙잡고 있는 브레이크패드가 쉽게 분리되지 않고 브레이크 로터의 회전과 동시 분리되므로 브레이크 로터가 부담을 받아 변형을 가져오고 이 변형에 의해 캘리퍼 피스톤이 눌려 브레이크 페달의 유격이 커지는 Knock back 현상이 발생하게 된다.

상기와 같이 피스톤의 복귀가 딜레이(delay) 되는 문제점을 해소하기 위한 종래 기술로는 국내 공개특허 2010년 제31993호 특허기술에서는 디스크브레이크가 캘리퍼하우징과 상기 피스톤과의 기밀을 유지함과 더불어 상기 휠실린더의 유압 해제시 상기 피스톤의 복귀력을 증대시키기 위한 구성으로 프라이머리실과 상기 세컨더리 실은 상기 캘리퍼하우징에 형성된 실장착홈에 각각 한 개씩 위치하도록 설치시키되, 그 중 한 개의 실장착홈은 휠실린더의 개구부에 인접한 위치(상기 디스크와 인접한 위치)에 위치하도록 형성되고, 나머지 한 개는 상기 휠실린더의 밀폐된 안쪽으로 일정간격 떨어져서 위치한 위치에 형성시키고 프라이머리 실은 상기 휠실린더에서 상기 디스크와 인접한 위치에 형성된 상기 캘리퍼하우징의 실장착홈에 바깥의 외주면이 압입되어 고정되고 안쪽의 내주면은 상기 휠실린더로 돌출하여 상기 피스톤의 바깥면과 접촉하도록 설치되고 세컨더리 실은 상기 프라이머리 실에서 상기 휠실린더의 밀폐된 안쪽으로 위치한 캘리퍼하우징의 실장착홈에 바깥의 외주면이 압입되어 고정되고 안쪽의 내주면은 상기 휠실린더로 돌출하여 피스톤의 바깥면과 접촉하도록 설치되도록 하여 운전자가 브레이크페달을 밟아주면 마스터실린더에 압력이 가해지면서 휠실린더의 내부로 유압이 밀려 들어와 피스톤이 상기 휠실린더의 밖으로 돌출되는 이동을 하게 되고, 이때 브레이크패드가 디스크의 양측면과 접촉하여 상기 디스크의 회전을 멈추게 함으로써 차량의 제동이 이루어지도록 적용하고자 하는 기술이 제시되어 있었다.

또한 종래의 기술에서는 housing seal groove 형상으로 일부 knock back을 제어하는 기술을 사용하여 knock back을 감소를 유도하였으나 근본적인 문제점을 해소할 수 없는 구조적 한계점을 갖고 있었다.

본원은 국내 및 해외의 자동차 시장에서 발생할 수 있는 무효 stroke 발생을 방지하여 무효 stroke에 의한 제동시간 증가를 억제하여 보다 안정적인 제동거리를 유지하고자 하는 과제를 갖고 시작된 발명이다.

본원은 브레이크 캘리퍼의 Knock back 현상을 감소시키기 위한 수단으로 Piston 액압형성부와 Housing main bore 사이에 knock back 감소용 spring을 설치하여 스프링의 탄성을 통한 Piston이 정상작동 위치보다 Housing쪽으로 밀려 이동되는 것을 방지하여 브레이크 제동시 제동시간(무효 stroke)의 증가를 방지하는 효과를 제공하는 제어수단을 제공하고자 하는 목적을 갖는다.

본원은 자동차 브레이크용 캘리퍼의 Knock Back 현상을 감소시키기 위한 캘리퍼의 제어수단으로서, 자동차 브레이크용 캘리퍼에 내장되는 Piston 액압 형성부와 Housing main bore 사이에 knock back 감소용 spring을 설치하여 스프링의 탄성력을 이용하여 Piston이 정상작동 위치보다 Housing쪽으로 밀려 이동되는 것을 방지하여 브레이크 제동시 제동시간(무효 stroke)의 증가현상을 방지하도록 적용되는 기술을 특징으로 한다.

본원의 캘리퍼 구조에서 상기 Piston 액압 형성부가 오목홈 구조를 이루도록 적용되는 구성이 바람직하다.

본원은 자동차 브레이크용 캘리퍼의 Knock Back 현상을 감소시키는 기능을 갖는 캘리퍼 구조로서, 자동차 브레이크용 캘리퍼에 내장되는 Piston 액압 형성부와 Housing main bore 사이에 knock back 감소용 spring을 설치하여 스프링의 탄성력을 이용하여 Piston이 정상작동 위치보다 Housing쪽으로 밀려 이동되는 것을 방지하여 브레이크 제동시 제동시간(무효 stroke)의 증가현상을 방지하도록 적용되는 캘리퍼를 제공하고자 하는 발명이다.

본원에서 제공되는 브레이크 캘리퍼 knock back 감소기술은 Piston의 Roll back 및 Knock back 기능을 가지는 Piston Seal과 Piston으로 구성된 캘리퍼에 Knock back 감소용 Spring의 추가 구성으로 이루어져 Piston Seal과 무관하게 Piston의 Knock back의 감소를 가지도록 적용되는 기술로 본원의 기술사상이 적용되는 브레이크 캘리퍼 knock back 감소기술은 브레이크 제동시간(무효 stroke)의 증가를 방지하여 운전자의 안전성 향상을 도모할 수 있다.

본원의 기술사상이 구체적으로 적용되는 실시양태는 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용란에서 도면을 통하여 상세하게 설명된다.

본 발명은 간단한 구성으로 Piston 액압 형성부와 Housing main bore 사이에 knock back 감소용 spring을 설치하여 스프링의 탄성을 통한 Piston이 정상작동 위치보다 Housing쪽으로 밀려 이동되는 것을 방지하여 브레이크 제동시 제동시간(무효 stroke)의 증가를 방지하는 효과를 제공한다.

도 1 : 일반적인 차량의 브레이크 제어에 사용되는 캘리퍼 구조예시도
도 2 : 종래의 캘리퍼 구조에서 브레이크 작동과 미작동 사이의 피스톤씰 변동 메카니즘 예시도.
도 3 : 본원에서 제시되는 개선된 구조의 캘리퍼 구조예시도.
도 4 : 본원의 개선 캘리퍼 구조에서 브레이크 작동과 미작동 사이의 피스톤씰 변동 메카니즘 예시도.
도 5 : 본원에서 제시되는 캘리퍼 구조에서 피스톤의 전진 및 후진에 따른 Seal Piston의 위치예시도.
도 6 : 본원에서 제시되는 개선된 구조의 캘리퍼 구조의 적용예시도

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 일 적용예를 따라 본원 기술사상이 구현되는 실시양태를 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서 본원에서 제시되는 캘리퍼의 구조형태는 제조사에 따라 금형구조에 따라 얼마든지 다른 형태로 변형되어 적용될 수 있으며 본원의 기술사상 및 기술범위에 포함되는 유사한 변형물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본원 기술의 적용분야를 나타내기 위해 일반적으로 자동차의 브레이크 기술에 적용되는 캘리퍼 구조의 제어구조를 설명하기 위해서, 도 1은 일반적으로 적용되는 자동차 브레이크용 캘리퍼(100) 구조가 제동 유압에 의해 진퇴 운동하도록 피스톤(20)이 내장된 캘리퍼 하우징(80)과, 차체에 고정되며 캘리퍼 하우징(80)의 양단이 가이드로드를 통해 슬라이딩 가능하게 장착되는 캐리어(70)와, 캐리어(70) 안쪽에 인너패드(30)와 아웃패드(40) 사이에 외주연 일부가 삽입되면서 휠과 함께 회전하는 디스크(90) 구조를 제시하여 본원 기술의 배경을 설명하고자 한다.

도 2는 상기 도 1에 제시되는 유형의 캘리퍼(100) 구조에서 브레이크 미작동 및 작동 상태에서 피스톤의 위치와 피스톤 실의 변형구조를 비교하기 위해 도 2a에서는 브레이크 미작동 상태를 나타내었고, 도 2b에서는 브레이크 작동 상태를 나타내었고, 도 2c에서는 캘리퍼 내부에서 노크 백 [Knock Back] 현상이 발생했을 때의 피스톤 위치와 피스톤 실의 변형상태를 나타낸 것이다.

도 2의 구성으로 제공되는 캘리퍼(100) 구조는 하우징(80)의 메인보어(81) 내부로 액압형성부(82)가 씰(83)의 안쪽까지 연장되어 오일주입부(84)을 통하여 하우징 메인보어(81) 내부로 오일이 주입되면 주입된 오일이 씰(seal : 83)의 안쪽까지 액압형성부(82)가 확장되어 피스톤(20)을 밀어내어 인너패드(30)를 압박하도록 적용되는데, 브레이크 미작동시에서는 도 2a에서와 같이 브레이크가 작동되지 않는 상태에서는 Piston(20)의 이동이 없고 따라서 Seal(83)도 정상적인 위치에서 원형상태를 유지하게 된다.

그러나 운전자가 브레이크를 작동시키게 되면 도 2b에서와 같이 하우징의 메인보어(81) 내부로 유입되는 오일 압력이 상승되면서 Piston(20)을 앞으로 밀어 내게 되며, 동시에 Piston(20)이 전진하게 되면 Piston은 앞쪽에 배치되어 있는 인너pad(30)를 밀어 disc에 압착시키게 되며, 이때 seal(83)은 piston(20) 이동방향으로 변형이 발생되며 브레이크 해지시까지 변형상태가 유지되다가 브레이크 해지시는 변형된 seal(83)의 복원력에 의해 그림 도 2a와 같은 위치로 원위치하여 복귀하게 된다.

도 2c는 knock back 현상이 발생된 경우의 seal(83) 위치의 변형예를 나타낸 것으로, 브레이크 해지 상태에서 차량의 회전에 따른 관성력 또는 disc의 회전시 disc의 런 아웃에 의한 인너pad(30) 충격력으로 piston(20)이 housing main bore(81)쪽으로 후퇴하는 현상이 발생되는데 이때 piston(20)의 후퇴시 seal(83)의 형상도 변형이 발생하게 되며 변형된 seal(83)은 piston 후퇴를 부분적으로 방지하게 되는데, seal 복원력 이상으로 힘이 가해지면 seal과 piston 사이에 슬립현상이 발생하고 슬립된 구간은 복원이 되지 못하며 차기 제동시 무효 stroke의 증가 원인을 가져오고 이 것이 결과적으로 제동시간의 증가를 수반하게 되는 원인이 된다.

도 3은 본원에서 제공되는 캘리퍼(100)의 외형 구조를 분해도 형태로 나타낸 것으로, 캘리퍼 하우징(80)과 캐리어(70)는 가이드로드(84)에 연결되어 고정볼트(72)에 의해 체결되고, 캘리퍼 하우징(80) 내부로 내삽되는 피스톤(20)은 밀폐구조를 이루기 위한 실링(21)이 피스톤(20) 외연의 오목홈(20a)에 끼워져 내삽되어 밀폐구조를 이루며 인너패드(30)는 피스톤(20)과 함께 하우징(80) 쪽에 배치되고 캐리어 바깥쪽으로는 핑거부(60)와 아웃패드(40)가 배치되는 구조를 이루고 운전자가 브레이크 폐달을 밟아 마스터실린더로부터 발생 된 제동 유압이 실린더에 전달되면, 피스톤(20)과 함께 인너패드(30)가 전진하며 회전하는 디스크(90)의 일측 면에 순간적으로 밀착되고 동시에 실린더에 잔존하는 유압에 의해 캘리퍼 하우징이 피스톤(20)과 반대방향으로 이동하면서 핑거부(60)가 아웃패드(40)를 밀어서 디스크(90)의 타측면에 압착되어 제동력을 발휘할 수 있는 종래의 캘리퍼 구조를 이루는 기본구성에 본원의 기술사상이 새롭게 적용되는 부분은 노크 백 [Knock Back] 현상이 발생되는 문제점을 해소하기 위한 수단으로 Knock back 감소용 Spring(10)이 Piston(20)과 하우징의 main bore(81) 사이 위치인 액압형성부(82)에 spring(10)이 설치되어 스프링의 탄성력을 이용하여 Piston(20)이 정상작동 위치보다 밀려서 이동되는 것을 방지하여 브레이크 제동시 제동시간(무효 stroke)의 증가현상을 방지하도록 적용 되는 개선구조의 캘리퍼(100)를 나타낸 것이다.

도 4는 도 3에서와 같이 Piston 액압형성부(82)와 Housing의 main bore(81) 사이에 knock back 감소용 spring(10)을 설치한 개선구조의 캘리퍼(100) 구조로 적용될 경우에 브레이크 미작동 및 작동 상태에서 피스톤의 위치와 피스톤 실의 변형구조를 비교하기 위해 도 4a에서는 브레이크 미작동 상태를 나타내었고, 도 4b에서는 브레이크 작동 상태를 나타내었고, 도 4c에서는 캘리퍼 내부에서 노크 백(Knock Back) 현상이 발생했을 때의 피스톤 위치와 피스톤 실의 변형상태를 나타낸 것이다.

도 4a에서와 같이 브레이크 미 작동 시에는 Piston의 이동이 없어 Seal도 정상상태의 형상을 유지하는 구성은 종래의 도 2a구성과 다를 것이 없이 동일하다.

도 4b에서는 브레이크 작동시 housing feed port로 오일이 인가되어 housing main bore 내부의 압력이 상승하면 piston을 앞으로 밀어 내고, piston이 전진을 하면 piston은 앞쪽에 배치되어 있는 pad를 밀어 disc에 압착시키게 되며, 이때 seal은 piston 이동방향으로 변형이 발생되며 브레이크 해지시까지 변형상태가 유지되다가 브레이크 해지되는 경우 변형된 seal의 복원력에 의해 종래기술 도 2b와 같은 위치로 복귀하게 되는 것이다.

도 4c는 knock back 현상이 발생 된 경우의 seal 위치의 변형예를 나타낸 것으로, 브레이크 해지 상태에서 차량의 회전에 따른 관성력 또는 disc의 회전시 disc의 런 아웃에 의한 pad 충격력으로 piston이 housing main bore쪽으로 후퇴하는 현상이 발생되는데 이때 piston 후퇴시 seal의 형상도 변형이 발생하여 piston의 후퇴를 방지하려고 할 때 새롭게 설치된 spring은 spring 고유의 탄성력을 이용하여 seal 변형과 병행하여 piston 후퇴를 방지하는 기능을 수행함으로 무효 stroke 발생을 방지하게 됨으로 제동시간 증가를 억제하여 안정적인 제동거리를 유지하데 하도록 기능하여 무효 stroke의 발생을 감소시키는 결과가 된다.

본원의 기술사상이 적용되는 경우 아주 편리한 캘리퍼로 기능할 수 있음을 설명하기 위하여, 도 5에서는 씰 피스톤의 복원력 (Roll back)과 패드와 디스크의 상호관계에서 피스톤의 전진과 후진 사이에 씰 피스톤의 변동위치를 도면화하여 설명하고자 한 것으로, 도 5a는 브레이크 미작동시 piston위치 및 seal형상이 정상위치에 있음을 나타낸 것이고, 도 5b는 housing내부 유압으로 인한 액압이 발생하게 되면 piston과 pad가 디스크쪽으로 밀리며 이동하며 seal은 piston이 이송된 만큼 디스크쪽으로 밀려 변형된 형태를 나타낸 것이며, 도 5c는 브레이크가 해지되면 액압이 빠지면서 패드(pad)는 원위치에 있는 상태에서 seal의 복원력에 의해 piston이 pad와 떨어져 화살표 방향으로 후진한 상태를 이루게 됨을 나타낸 것이며, 도 5d는 브레이크 해지 상태에서 비주기적으로 차량의 회전에 따른 관성력 또는 disc의 회전시 disc의 런-아웃에 의한 pad 충격력으로 패드(pad)가 piston쪽으로 쏠리면서 피스톤을 밀어주게 되면 씰(seal)도 함께 밀려지며 일종의 녹백 현상으로 진행되는 상황이 발생되는 양태의 도면을 나타낸 것이며, 도 5e는 5d에 나타난 seal 의 변형위치에서 다시 seal의 복원량 만큼 piston을 화살표 방향으로 복원시켜 녹백 현상까지 진행되지 않은 현상을 나타낸 것이고, 도 5f는 도 5d에서 seal 복원력보다 큰 힘이 작용한 결과로 인해 seal의 복원량 만큼 piston을 화살표 방향으로 복원시킨 후에도 디스크와 패드(pad) 간극이 도 5d에서는 도 5a에서와 마찬가지로 Disk 및 pad 사이의 간극 차이가 정상위치를 나타내고 있으나 도 5f에서는 Disk 및 pad 사이의 간극 차이가 벌어져 정상위치에서 이탈되어 있어서 Disc와 pad 간격 차이 만큼 제동시간에 영향을 주는 무효 storke가 증가되는 결과를 유발하게 되는 현상을 도면화 하여 나타낸 것이다.

도 6은 본원에서 제공되는 캘리퍼(100) 구조가 유압공급구(13)의 내측 위치인 Piston 액압형성부(82)와 Housing의 main bore(81) 사이에 유압공급부 돌출부(13a)가 마련되고 돌출부(13a)에 knock back 감소용 spring(10)의 일측이 돌출부(13a) 외연을 감싼 구조로 고정된 구조로 개선구조의 캘리퍼(100) 구조로 적용될 수 있음을 나타낸 것으로, 본원에서 Piston 액압 형성부와 Housing main bore 사이에 knock back 감소용 spring(10)이 설치되는 구성은 Piston 액압 형성부 내측에 오목홈 구조를 이루어서 적용하는 것도 가능함은 물론이다.

이상의 설명의 통하여 본원에서 자동차 브레이크용 캘리퍼에 내장되는 Piston 액압 형성부와 Housing main bore 사이에 knock back 감소용 spring을 설치하여 스프링의 탄성력을 이용하여 Piston이 정상작동 위치보다 Housing쪽으로 밀려 이동되는 것을 방지하여 브레이크 제동시 제동시간(무효 stroke)의 증가현상을 방지하도록 적용되는 본원의 특징적 구성은 본원에서 일적용예로 제시되는 도면 이외에도 다양한 형태로 변형되어 적용될 수 있음은 당연하다 할 것이다.

10 : 스프링(Spring) 20 : 피스톤
21 : 씰링 30 : 인너패드
40 : 아웃터 패드 60 : 핑거부
70 : 캐리어 71 : 유압유입구
72 : 고정볼트 73 : 블리드스크류
80 : 캘리퍼 하우징 81 : 가이드로드
90 : 디스크 100 : 캘리퍼

Claims (3)

1. 자동차 브레이크용 캘리퍼의 Knock Back 현상을 감소시키기 위한 캘리퍼의 제어방법에 있어서,
   자동차 브레이크용 캘리퍼에 내장되는 Piston 액압형성부와 Housing main bore 사이에 knock back 감소용 spring(10)이 설치되되, 유압공급구(13) 내측 위치에 돌출부(13a)가 마련되고 돌출부(13a)에 spring(10)의 일측이 돌출부(13a) 외연을 감싼 구조로 고정되어 스프링의 탄성력을 이용하여 Piston이 정상작동 위치보다 Housing쪽으로 밀려 이동되는 것을 방지하여 브레이크 제동시 제동시간(무효 stroke)의 증가현상을 방지하도록 적용되는 것을 특징으로 하는 캘리퍼의 제어방법.
2. 삭제
3. 자동차 브레이크용 캘리퍼의 Knock Back 현상을 감소시키는 기능을 갖는 캘리퍼에 있어서,
   자동차 브레이크용 캘리퍼에 내장되는 Piston 액압형성부와 Housing main bore 사이에 knock back 감소용 spring(10)이 설치되되, 유압공급구(13) 내측 위치에 돌출부(13a)가 마련되고 돌출부(13a)에 spring(10)의 일측이 돌출부(13a) 외연을 감싼 구조로 고정되어 스프링의 탄성력을 이용하여 Piston이 정상작동 위치보다 Housing쪽으로 밀려 이동되는 것을 방지하여 브레이크 제동시 제동시간(무효 stroke)의 증가현상을 방지하도록 적용되는 것을 특징으로 하는 캘리퍼.
   

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