KR101905205B1 - 관통식 탠덤 마스터 실린더를 위한 프레스 시트로 된 기능성 인서트를 갖는 플라스틱 1차 피스톤 및 그러한 피스톤을 장착한 마스터 실린더 - Google Patents

관통식 탠덤 마스터 실린더를 위한 프레스 시트로 된 기능성 인서트를 갖는 플라스틱 1차 피스톤 및 그러한 피스톤을 장착한 마스터 실린더 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마스터 실린더의 내경 내에 장착된 하나 이상의 1차 피스톤 및 2차 피스톤을 포함하는 마스터 실린더 내에 장착된 1차 피스톤(20)을 목적으로 한다. 피스톤들은 압력을 생성할 수 있게 한다. 1차 피스톤(20)은 성형된 플라스틱 재질로 형성되고, 기능성 금속 인서트(22)를 구비한 본체(21)를 갖고, 인서트는 푸쉬 로드를 접수할 수 있게 하는 구형 캡(30)의 형태를 갖는다.

Description

관통식 탠덤 마스터 실린더를 위한 프레스 시트로 된 기능성 인서트를 갖는 플라스틱 1차 피스톤 및 그러한 피스톤을 장착한 마스터 실린더 {PLASTIC PRIMARY PISTON WITH PRESSED SHEET METAL FUNCTIONAL INSERT FOR PENETRATION-TYPE TANDEM MASTER CYLINDER AND MASTER CYLINDER FITTED WTH SUCH A PISTON}
본 발명은 자동차용 마스터 실린더의 1차 피스톤 및 그러한 피스톤을 장착한 자동차용 마스터 실린더에 관한 것이다.
종래 기술에 공지된 마스터 실린더들은, 일반적으로 알루미늄으로 구현되고, 일반적으로 가공(machining)되고 알루미늄으로 구현된 브레이크용 마스터 실린더 본체의 축방향 내경 내에 서로 일렬로 장착된, 1차 피스톤 및 2차 피스톤을 포함한다. 그러한 마스터 실린더는 문헌 FR 2 827 244 또는 US 4831 916 A1에 개시되어 있다. 푸쉬 로드가 1차 피스톤의 이동을 유발할 수 있게 한다. 1차 피스톤은 1차 압력 챔버에 압력을 가하는 역할을 하고 2차 피스톤은 2차 압력 챔버에 압력을 가하는 역할을 한다. 1차 및 2차 스프링들은 압력의 증가를 실행하며 이동의 역방향으로 피스톤들을 밀어내는 경향이 있다.
마스터 실린더의 내경은 브레이크액 탱크에 접속된 2개의 공급용 액세스 구멍들에 의해 브레이크액을 공급받는다. 공급용 액세스 구멍들은 1차 및 2차 압력 챔버에 공급을 가능하게 한다. 구멍들은 환형 챔버 내로 뚫고 들어가며, 컵으로 통칭 되는 환형 밀폐용 씰들이 환형 챔버의 양쪽에 구비된다.
압력 챔버로의 브레이크액의 공급은 피스톤들이 정지 위치에 있을 때 이루어진다. 그와 같이 피스톤들은 도 1에 도시된 위치에 있다. 피스톤들의 벽 내에 구비되어 공급용 액세스 구멍들과 환형 챔버들을 1차 및 2차 압력 챔버로 각각 통하는 1차 및 2차 피스톤들의 내부와 소통시키는 통로들을 통하여 공급이 이루어진다. 피스톤들이 도 1의 화살표(D) 방향인 전방을 향하여 축방향으로 작동될 때, 피스톤의 통로들은 공급 챔버를 격리하기 위하여, 따라서 1차 및 2차 압력 챔버 내에 제동압력을 생성할 수 있도록 하기 위하여 밀폐용 씰들을 통과한다.
마스터 실린더의 조립체는 브레이크 부스터 상에 장착될 수 있다.
피스톤들이 화살표 방향(D)을 따라 1차 피스톤 상에 점압을 가하는 푸쉬 로드에 의해 이동할 때, 컵(4)은 1차 공급용 액세스 구멍으로부터 1차 압력 챔버를 격리하고 컵(6)은 공급용 액세스 구멍으로부터 2차 압력 챔버를 격리한다. 푸쉬 로드 상의 힘이 이완되었을 때, 브레이크 내에 축적된 브레이크액의 분량 및 마스터 실린더의 스프링들이 피스톤들을 정지 위치로 밀어낸다. 푸쉬 로드의 신속한 이완 시에, 마스터 실린더의 압력 챔버 내에 들어있던 브레이크액이, 마스터 실린더 내의 브레이크액의 통과 역량보다 더 신속하게 피스톤들을 밀어내는 1차 및 2차 스프링들의 작용으로 인하여, 대기압 이하로 떨어질 수 있다. 피스톤들이 정지 위치로 도착하는 순간, 대기압하의 탱크와 마스터 실린더의 챔버들 사이의 통로가 직접적으로 개방되고, 그 결과 급작스런 브레이크액의 통과가 일어나고, "유체 해머(fluid hammer)"라 통칭 되는 마스터 실린더 내의 소음이 발생 된다.
마스터 실린더의 성능을 개선하기 위하여 알루미늄으로 된 마스터 실린더의 피스톤들의 특별한 형태를 마련해야 할 필요가 있는데, 그러한 형태들은 구현하는데 있어서의 복잡성으로 인하여 상당한 초과 비용을 초래할 수 있다.
본 발명의 과제는, 구현하기 간단하고 경제적이며 브레이크용 마스터 실린더에 대한 역학적 응력에 저항력 있는 플라스틱으로 된 1차 피스톤을 제공하는 것이다.
본 발명은 주로, 상기 정의한 유형의 브레이크용 마스터 실린더 내에 장착된 마스터 실린더 피스톤을 목적으로 하며, 마스터 실린더는 마스터 실린더의 내경 내에 장착된 하나 이상의 1차 피스톤 및 2차 피스톤을 포함한다. 피스톤들은 1차 피스톤 상의 푸쉬 로드 작용 하에 각각 1차 압력 챔버 및 2차 압력 챔버 내에 압력을 생성할 수 있게 하고, 1차 피스톤은 성형된 플라스틱 재질로 되어 있고, 1차 피스톤의 전방 캐비티 및 푸쉬 로드가 1차 피스톤을 이동시키고 마스터 실린더 내에 압력을 생성하기 위하여 힘을 가하는 푸쉬 로드 수용용 캐비티의 사이에 위치한 오버몰딩된 프레스 시트(pressed sheet)로된 금속 인서트를 구비하는 것을 특징으로 하고, 상기 인서트는 한편으로 푸쉬 로드를 접수할 수 있는 구형 캡(spherical cap) 형태를 갖고 다른 한편으로는 1차 스프링의 중심 잡기 또는 1차 스프링 팩(pack)의 중심 잡기를 가능하게 하는 형태를 갖는 것을 특징으로 한다. 1차 피스톤은 바람직하게는 열경화성 수지(thermoset)로도 통칭되는 열경화성 플라스틱으로 구현되고 더욱 바람직하게는 유리섬유로 충전된 페놀 수지로 구현된다. 1차 스프링 팩은 2개의 스프링 말단부, 하나의 로드 및 1차 스프링으로 구성된다.
오버몰딩은 인서트 및 1차 피스톤 본체에서의 밀폐를 가능하게 한다. 상기 프레스 시트로 제조된 인서트의 특정한 형태와 경도는 푸쉬 로드를 접수할 수 있게 하고 푸쉬 로드의 플래팅(flatting)에 저항할 수 있게 한다.
피스톤의 플라스틱 본체와 금속 인서트는 1차 피스톤에 증가된 역학적 저항력을 부여하고 플라스틱 재질의 두께를 감소시키고 더욱 콤팩트한 1차 피스톤으로 만들 수 있게 한다.
다른 유리한 특성은, 1차 피스톤의 본체가 사출성형에 의하여 용이하게 구현되고, 이로 인하여 그루브들, 리브들, 비원통형 구멍들과 같은 복잡한 형태들의 구현이 가능하게 된다는 점에 있다.
다른 유리한 특성에 따르면, 피스톤의 본체는 사출성형에 의하여 용이하게 구현되고 성형틀에서 나온 1차 피스톤은 재가공 작업을 요하는 알루미늄 피스톤의 경우와 반대로 마무리 작업의 필요없이 바로 장착 가능하다.
다른 유리한 특성에 따르면, 피스톤의 본체는 마스터 실린더의 안전도를 증가시키기 위하여 가공에 의해 표면을 연마할 수 있게 하는 열경화성 플라스틱 재질로써 성형에 의해 용이하게 구현된다.
다른 유리한 특성에 따르면, 피스톤의 본체는 브레이크액에 의해 야기된 소음(유체 해머)의 완화를 가능하게 하는 플라스틱 재질로써 사출성형에 의해 용이하게 구현된다.
다른 유리한 특성에 따르면, 인서트는, 피스톤이 자계 센서에 의해 탐지될 수 있는 자기장을 발생하도록, 자화가능(magnetizable) 물질로 구현된다.
다른 유리한 특성에 따르면, 스프링의 중심 잡기를 가능하게 하는 형태는 또한 플라스틱 물질을 사출하기 전에 성형틀 내에서 인서트를 유지할 수 있도록 한다.
인서트의 두께는 테스트 압력 40 MPa을 견딜 수 있도록 결정되며, 그 두께는 1차 피스톤의 지름과 푸쉬 로드의 가압 단면을 고려한다.
본 발명의 여러 다른 목적 및 특성들은 첨부된 도면과 이하 상세한 설명으로 더욱 명확히 개시될 것이다.
도 1은 종래 기술에 공지되고 상술된 마스터 실린더의 축방향 단면도이다.
도 2는 피스톤의 전방에 위치한 그루브들을 갖는, 본 발명에 따른 마스터 실린더의 피스톤 실시예의 부분 단편 등축도이다.
도 3은 본 발명에 따른 마스터 실린더의 일부분 실시예의 축방향 부분 단면도이다.
도 1에, 1차 피스톤(2) 및 2차 피스톤(3) 및 1차 스프링(7) 및 2차 스프링(8)이 내부에 위치된 내경(11)을 포함하는 브레이크용 마스터 실린더(100)가 도시되었다. 피스톤들(2, 3)은 각각 1차 압력 챔버(9)와 2차 압력 챔버(10)에 압력을 가하는 역할을 한다. 브레이크액 공급용 액세스 구멍들(12, 13)은 브레이크액 탱크(도시되지 않음)에 접속하도록 마련되어 있다. 액세스 구멍(12)의 양끝에 컵들(3, 4)이 구비되고, 액세스 구멍(13)의 양끝에 컵들(5, 6)이 구비되어 있다. 마스터 실린더가 정지 위치에 있을 때, 1차 피스톤은 도 1에 도시된 위치에 있다. 피스톤들의 벽들은 통로들(14, 15)을 구비하여, 구멍들(12, 13)을 피스톤의 내부와 1차 압력 챔버(9)와 2차 압력 챔버(8)와 소통하게 한다. 정지 위치에서 컵들(4, 6)은 액세스 구멍들(12, 13)과 1차 및 2차 압력 챔버(9, 8) 사이의 소통을 가능하게 하고, 따라서 브레이크액을 공급받는다.
1차 피스톤(2)의 캐비티(17) 내에 위치된 푸쉬 로드(16)에 의해 D 방향을 따라 가해지는 제동력으로 작용한다. 1차 피스톤(2)은 화살표(D) 방향을 따라 이동하고, 컵(6)은 구멍의 형태로 된 통로(15)를 막고 이어서 컵(4)이 통로(14)를 막는다. 1차 압력 챔버 및 2차 압력 챔버는 구멍들(12, 13)로부터 격리되어 있으므로, 챔버들(9, 10) 내에 압력이 생성되고 압력은 1차 피스톤(2)의 캐비티(17) 내에 위치된 푸쉬 로드(16)에 의해 D 방향을 따라 가해지는 힘에 비례한다. 1차 피스톤(2)의 외경(S)은 1차 챔버의 압력이 상부로 작용하는 단면을 형성한다. 1차 피스톤의 캐비티(17) 내에서 푸쉬 로드(16)가 마스터 실린더 내에 압력을 생성하기 위하여 힘을 가하는데, 현저히 작은, 적어도 4배가 작은 지름 상으로 가한다. 이는 1차 피스톤의 위치에, 특히 캐비티들(17, 19)을 분리하는 벽의 위치에 강한 응력을 일으키고, 따라서 푸쉬 로드 수용용 캐비티(17) 및, 2개의 스프링 말단부(71, 72)와 로드(73)와 1차 스프링(7)로 구성된 1차 스프링 팩이 있는 전방 캐비티(19) 사이 물질의 최소한의 두께(E)를 필요로 한다.
도 2 및 도 3에 마스터 실린더의 1차 피스톤(20)이 도시되어 있고, 1차 피스톤(20)은 성형된 플라스틱 재질로 되어 있고, 1차 피스톤의 전방 캐비티(25)와, 1차 피스톤을 이동시키고 마스터 실린더 내에 압력을 생성하기 위하여 힘을 가할 수 있는, 도시되지 않은 푸쉬 로드가 있는 푸쉬 로드 수용용 캐비티(27) 사이에 위치한 오버몰딩된 프레스 시트 금속 인서트(22)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하고, 상기 인서트는 한편으로 푸쉬 로드를 접수할 수 있는 구형 캡(cap)의 형태(30)를 가지고 다른 한편으로는 1차 스프링(29)의 중심 잡기 또는 1차 스프링 팩의 중심 잡기를 가능하게 하는 형태(23)를 가지는 것을 특징으로 하고, 피스톤은 하나 이상의 그루브(24)를 갖는 것을 특징으로 한다. 오버몰딩은 피스톤의 2개의 부분, 인서트(22) 및 본체(21)를 역학적으로 연결하고, 밀폐될 수 있게 한다. 따라서 인서트(22)와 본체(21)의 밀폐는 인서트(22) 상에 본체(21)를 오버몰딩 함으로써 이루어진다. 제동을 가할 때 1차 피스톤 상에 푸쉬 로드에 의한 플래팅이 일어나고, 상기 프레스 시트 인서트의 특정한 형태 및 강도는 푸쉬 로드를 접수할 수 있게 하고 플래팅에 저항할 수 있게 한다.
그루브들(24)은 마스터 실린더가 정지 위치에 있을 때 그루브들이 컵(41)의 밀폐 지점(42) 하부로 브레이크액을 통과하게 하고 컵들(31, 41) 사이에 위치한 환형 챔버(44) 내로 나아가게 하기에 충분한 길이를 갖는다. 구루브들은 압력 챔버 및 구멍(32)에 의해 탱크에 연결된 환형 챔버(44) 사이의 통로를 형성한다. 그루브들(24)을 알루미늄으로 구현할 수도 있었겠으나, 그 경우 상당한 추가 비용이 발생 되었을 것이다. 플라스틱 재질의 사용으로 인하여 성형틀 내에서의 그루브들의 형태를 예정하여 비용을 절감할 수 있다. 그러한 동일한 플라스틱 재질을 사용함은 재질의 역학적 저항력의 차이를 극복하기 위한 두께의 증가와 더 많은 재료의 사용을 반드시 요한다. 플라스틱 본체와 금속 인서트는 증가된 역학적 저항력을 1차 피스톤에 부여하고, 두께(E)를 감소시킬 수 있게 한다(본 발명에서 E는 인서트 제조를 위하여 사용되는 금속 시트의 두께).
인서트(22)의 형태는 1차 피스톤 내에서의 푸쉬 로드의 압점 위치를 1차 피스톤(20)의 전방을 향하여 더 옮길 수 있게 하고 피스톤을 더욱 콤팩트하게 할 수 있게 하고, 나아가, 인서트를 전방 캐비티(25)와 캐비티(27) 사이에 위치시킴으로써 알루미늄의 역학적 저항력을 가질 수 있게 하고, 성형이 가능한 플라스틱 재질을 사용함으로써 그루브들과 같은 복잡한 형태의 제조를 용이하게 한다는 장점을 가질 수 있게 한다. 나아가, 그와 같이 1차 피스톤에 부여된 콤팩트함은 마스터 실린더 역시 더욱 콤팩트하게 하여 마스터 실린더 재료를 절약할 수 있게 한다.
다른 유리한 특성은, 피스톤(20)의 본체(21)가 사출 성형에 의하여 용이하게 제조되고 이는 그루브(24)들과 같이 복잡한 형태의 구현을 가능하게 한다는 점이다.
다른 유리한 특성에 따르면, 피스톤의 본체(21)는 마스터 실린더의 안전도를 개선하기 위하여 가공에 의한 표면(28)의 연마를 가능하게 하는 열경화성 플라스틱 재질로써 성형에 의해 용이하게 제작된다.
다른 유리한 특성은, 푸쉬 로드를 접수할 수 있게 하는 구형 캡(30)의 형태는 1차 스프링(29)의 제1 나선 층 내에 있다는 점이다.
다른 유리한 특성은, 피스톤이 자계 센서에 의해 탐지될 수 있는 자기장을 발생하도록 하기 위하여, 1차 피스톤(20)이 자화 가능한 물질로 구현된 인서트(22)를 포함한다는 점이다.
1: 본체
2: 1차 피스톤
3: 2차 피스톤
4: 컵
5: 컵
6: 컵
7: 스프링
8: 스프링
9: 2차 압력 챔버
10: 1차 압력 챔버
11: 내경
12: 구멍
13: 구멍
14: 그루브
15: 구멍들
16: 푸쉬 로드
17: 1차 피스톤 캐비티
18: 컵
19: 전방 캐비티
20: 본 발명에 따른 1차 피스톤
21: 피스톤 본체
22: 인서트
23: 스프링 중심 잡기용 장치
24: 그루브
25: 전방 캐비티
26: 피스톤 전면부
27: 푸쉬 로드 수용용 캐비티
28: 피스톤 표면
29: 1차 스프링
30: 푸쉬 로드 접수부
31: 컵
32: 구멍
41: 컵
42: 밀폐 지점
44: 환형 챔버
71: 1차 스프링 팩 말단부
72: 1차 스프링 팩 말단부
73: 1차 스프링 팩 로드
100: 탠덤 마스터 실린더
E: 2개의 캐비티 사이의 물질 두께
S: 피스톤 지름
X: 마스터 실린더 축

Claims (8)

  1. 관통식 탠덤 마스터 실린더의 1차 피스톤에 있어서,
    1차 피스톤(20)은 성형된 플라스틱 재질로 되어 있고, 1차 피스톤의 전방 캐비티(25)와 푸쉬 로드 수용용 캐비티(27) 사이에 위치된 오버몰딩된 프레스 시트로 된 금속 인서트(22)를 구비하고,
    인서트(22)는 푸쉬 로드를 접수할 수 있게 하는 구형 캡 형태(30) 및 1차 스프링(29)의 중심 잡기 또는 1차 스프링 팩의 중심 잡기를 가능하게 하는 형태를 갖고,
    푸쉬 로드를 접수할 수 있게 하는 구형 캡(30)의 형태는 1차 스프링(29)의 제1 나선 층 내에 있는 것을 특징으로 하는, 관통식 탠덤 마스터 실린더의 1차 피스톤.
  2. 제1항에 있어서, 1차 피스톤(20)은 열경화성 플라스틱으로 구현되는 것을 특징으로 하는, 관통식 탠덤 마스터 실린더의 1차 피스톤.
  3. 제1항에 있어서, 1차 피스톤(20)의 표면(28)은 가공에 의해 연마되는 것을 특징으로 하는, 관통식 탠덤 마스터 실린더의 1차 피스톤.
  4. 제1항에 있어서, 1차 피스톤은 소음을 완화할 수 있는 플라스틱 재질로 구현되는 것을 특징으로 하는, 관통식 탠덤 마스터 실린더의 1차 피스톤.
  5. 삭제
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 스프링(29)의 중심 잡기를 가능하게 하는 형태는 플라스틱 물질의 사출 전에 성형틀 내에서의 인서트(22)의 중심 잡기도 가능하게 하는 것을 특징으로 하는, 관통식 탠덤 마스터 실린더의 1차 피스톤.
  7. 마스터 실린더의 내경 내에 장착된 하나 이상의 1차 피스톤 및 2차 피스톤을 포함하는 마스터 실린더에 있어서,
    1차 피스톤(20)은 성형된 플라스틱 재질로 되어 있고, 1차 피스톤의 전방 캐비티(25)와 푸쉬 로드 수용용 캐비티(27) 사이에 위치된 오버몰딩된 프레스 시트로 된 금속 인서트(22)를 구비하고,
    인서트(22)는 푸쉬 로드를 접수할 수 있게 하는 구형 캡 형태(30)를 포함하고,
    인서트(22)는 1차 스프링(29)의 중심 잡기 또는 1차 스프링 팩의 중심 잡기를 가능하게 하는 형태를 갖고,
    푸쉬 로드를 접수할 수 있게 하는 구형 캡(30)의 형태는 1차 스프링(29)의 제1 나선 층 내에 있는 것을 특징으로 하는, 마스터 실린더.
  8. 제7항에 있어서, 1차 피스톤(20)은, 자계 센서에 의해 탐지될 수 있는 자기장을 피스톤이 발생하도록, 자화 가능 물질로 구현되는 인서트(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 마스터 실린더.
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