KR102302520B1 - 기계식 디스크브레이크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기계식 디스크브레이크에 관한 것으로, 디스크로터(R)와 인접하도록 설치 대상체에 결합되어 기부를 이루는 브래킷(3); 상기 브래킷(3)에 디스크로터(R)의 축선방향으로 상대 이동 가능하게 장착되는 캘리퍼(5); 디스크로터(R)와 상기 캘리퍼(5)의 캘리퍼실린더(15) 사이에 배치되는 제1 제동패드(7); 디스크로터(R)와 상기 캘리퍼(5)의 캘리퍼커버(17) 사이에 배치되는 제2 제동패드(8); 및 제동 시 외력에 의해 신장됨으로써, 상기 제1 및 제2 제동패드(7,8)를 상기 디스크로터(R)로 동시에 가압하는 추동뭉치(9,209,309);를 포함하여 이루어지며, 상기 추동뭉치(9,209,309)는, 제동 시 외력에 의해 회전하도록 되어 있는 회동피스톤(25,225,325); 제동 시 회전하는 상기 회동피스톤(25,225,325)의 가압력에 의해 전진 또는 후진하도록 되어 있는 가압시트(27,227,327); 및 제동에 따라 회전하는 상기 회동피스톤(25,225,325)을 전진 또는 후진시키면서 동시에 반작용에 의해 상기 가압시트(27,227,327)를 후진 또는 전진시키는 회전이격수단(29,229,329);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며. 따라서 회동피스톤을 회전 구속하기 위한 손실없이 축방향으로 이동시켜 온전히 제동패드에 가압시킬 수 있으므로, 제동 효율을 일층 향상시킬 수 있게 된다.

Description

기계식 디스크브레이크{Mechanical Disk Brake}

본 발명은 기계식 디스크브레이크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기계적인 연결에 의해 제동력을 발생시키되, 제동패드로 디스크로터 전후면에 동시에 가압할 수 있으면서 강력한 제동력을 발휘할 수 있도록 한 기계식 디스크브레이크에 관한 것이다.

디스크브레이크는 모터사이클 및 자전거 등 이륜차량의 제동을 위한 대표적인 제동장치로서, 유압식과 기계식으로 대별되며, 일반적으로 유압식 디스크브레이크가 기계식에 비해 제동 효과가 좋다. 이는 레버를 당기면, 브레이크 액의 압력이 캘리퍼(caliper)에 전달되고 그 압력이 캘리퍼의 유압 피스톤을 움직여 피스톤에 연결된 제동패드(brake pad)를 작동해 패드가 디스크로터(disk rotor)에 가압 밀착되도록 하여 제동한다. 여기에서, 레버를 당기는 힘과 캘리퍼에 의해서 디스크로터에 작용하는 힘이 다르며, 레버를 당기면 유압액의 압력을 높여서 캘리퍼에 작용하는 힘은 레버를 당기는 힘보다 더 증폭되기 때문에 제동력(braking force)이 커진다.

이에 반해, 기계식 디스크브레이크는 캘리퍼에 장착된 제동패드가 디스크로터를 가압하면서 발생하는 마찰력으로 제동하는 것은 유압식과 동일하지만, 제동패드를 추동함에 있어서, 레버(또는 크랭크 암)에 고정된 줄을 당겨 레버에 의해 제동패드와 연결된 부품들이 축방향으로 이동함으로써 제동패드를 디스크로터에 가압하도록 구성된다. 이 경우, 작동레버 암의 길이에 따라 제동패드가 로터를 가하는 가압력, 즉 제동력이 결정되기 때문에, 암 길이를 증가시키면, 작동레버를 당기는 힘보다 제동력을 크게 증가시킬 수 있다. 그러나, 레버 암의 길이를 늘리는 것은 한계가 있으므로, 통상적으로 기계식 디스크브레이크는 유압식에 비해 더 강하게 레버를 당겨야 필요한 제동력을 얻을 수 있는 것이다.

더욱이, 유압식 디스크브레이크는 로터의 양쪽 면에 배치된 유압 실린더의 피스톤이 한 조(one pair) 두 개의 제동패드를 동시에 디스크로터에 밀착시켜 제동하므로 "양면 동시 제동"으로 제동효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 전통적인 기계식 디스크브레이크의 경우, 캘리퍼 일측에 제동패드가 고정되고, 다른 일측에 추동할 수 있는 제동패드가 이동하여 로터를 가압하게 되면서 제동을 시작한다. 이어서, 제동 중인 제동패드가 로터와 함께 다른 고정 제동패드 방향으로 밀리면서 추가적으로 캘리퍼에 부착된 고정 제동패드가 로터에 제동력을 발휘하게 된다. 따라서 순간적인 제동이 필요한 경우에는 유압식에 비해 제동 시간과 제동 거리가 길어지게 되는 것은 물론, 한 조의 제동패드가 동일하게 마모되지 않고, 제동패드의 전면이 로터에 일시에 닿지 않아 국부적인 마모가 발생할 수 있으며, 로터의 변형 등도 발생할 수 있고, 그에 따라 제동성능이 악화될 수 있는 등 많은 문제점이 있었다.

제동패드가 순차 작동함으로써 발생하는 일측 추동방식의 이러한 문제를 개선하기 위해, 한 조의 제동패드 두 개가 동시에 로터를 죄는(clamping) 양면 동시 제동 기술들이 제안된 바 있다. 도 1의 미국특허 US8,807,297 B2에서는, 제동패드(50,60) 한 조를 U자형 탄성 핀(100)으로 묶어, 로터(20)를 중앙에 위치하도록 설치하고, 일측에 축방향 이동이 가능한 장치를 구성하고, 별도의 ㄱ자와 유사한 형태의 부품(여기서는 레버 암(70)이라고 칭함)을 제작하여 그 부품 일측 중앙을 관통하여 고정 제동패드가 있는 캘리퍼에 핀으로 연결한다. 따라서, 도 1의 미국특허는 제동을 위해, 제동패드(50,60) 한쪽(50)이 로터(20) 방향으로 이동하면, 이동되는 제동패드(50) 장치의 일부가 핀으로 고정되지 않은 레버 암(70)의 다른 일측을 로터(20) 방향으로 밀게 되고, 이로 인해 레버 암(70)이 탄성변형으로 피봇 작용을 하여 레버 암(70) 끝단부가 움직이지 않고 있는 다른 제동패드(60)를 로터 방향으로 이동시킴으로써 제동 시에 한 조의 제동패드(50,60)가 동시에 로터(20)를 가압하여 제동하는 형식을 제안하였다. 그러나, 이러한 방식은 구성이 복잡하고, 부품(탄성 핀(100)과 레버 암(70))의 탄성력에만 의존하므로, 내구성이 낮은 문제점이 있었다.

또 다른 개선방안으로, 미국특허 US9,394,029 B2와 출원 중인 US2016/0010710 A1에서는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 로터 양쪽 면의 제동패드(20,2)가 독립적으로 로터 방향 이동이 가능하도록 각각의 추동장치를 구성하는 한편, 이들 장치에 각각의 작동레버를 고정하고, 그 두 개의 작동레버를 하나로 연결하여, 작동레버 회전 시에 한 조의 제동패드가 동시에 디스크로터 방향으로 움직이도록 함으로써 제동을 이룬다.

이들 기계식 디스크브레이크에서, 비록 한 번의 작동레버의 회전 운동으로 두 개의 제동패드(20,2)가 동시에 로터를 향하여 이동함으로써 제동을 이루도록 되어 있으나, 이 시스템들은 공통적으로, 도 1에 도시된 미국특허에서 사용한 롤러시트를 이용한 캠 방식의 추동뭉치를 제동패드 두 개에 각각 부착한 것일 뿐으로, 디스크로터를 기준으로 두 개의 추동뭉치를 가져야 하기 때문에, 시스템을 구성하기 위해서는, 기존의 일측 추동방식에 비해 두 배로 많은 부품을 필요로 하는 문제점이 있었다.

도 4에 도시된 미국특허 US6,382,365의 기계식 디스크브레이크는 하나의 작동레버(8B)와, 제동패드(91,92)를 움직일 수 있는 하나의 추동뭉치(8)와, 이 추동뭉치(8)의 축방향 이동을 위한 가이드 역할을 담당하는 별도의 고정판(6:;mounting plate) 등으로 구성된다. 캘리퍼가 차체에 고정되는 일반적인 디스크브레이크와는 달리, 캘리퍼 대신 고정판(6)을 차체에 고정하였으며, 제동패드(91,92)의 추동뭉치(8)가 고정판(6)의 중앙에 마련된 구멍(61)을 통해 축방향 이동을 할 경우에, 캘리퍼(7)가 반대방향으로 제동패드(91,92)의 추동뭉치(8)와 함께 축방향 이동이 가능하도록 하여, 한 조의 제동패드(91,92)가 동시에 디스크로터에 작용하여 제동을 이룰 수 있다. 비록, 움직일 수 있는 캘리퍼(7;movable caliper)를 이용하여 하나의 추동뭉치(8)에 의해 두 개의 제동패드(91,92)가 동시에 회전 중인 로터를 제동할 수 있지만, 캘리퍼(7)의 이동이 축방향으로만 가능하도록, 다수의 막대 핀(71)을 이용하여 캘리퍼(7)를 고정판(6)과 피봇 형태로 연결하였고, 캠 역할을 하는 한 조의 롤러시트(81,82;roller seat)가 회전 없이 축방향의 상대적인 이동만 가능하도록 롤러시트(81,82) 사이에 롤링볼(rolling ball) 가이더(guider)를 도입하고, 롤러시트(81,82)를 관통하는 막대를 롤링볼 가이더와 연결시킴으로써, 매우 많은 부가 장치를 필요로 하고, 제동을 위한 작동레버(8B) 회전 시에 롤링볼 가이더만 회전하여 추동뭉치(8)의 직선운동이 가능하도록 하였기 때문에, 해당 가이더에 많은 힘이 부가될 수 있어, 시스템의 신뢰성과 내구성은 보장할 수 없는 문제점이 있었다.

기계식 디스크브레이크가 유압식에 비해서 제동 효율성, 즉 제동에 필요한 힘이 더 많이 필요한 이유가 크랭크(작동레버) 암의 길이가 한정된 것 이외에, 아래와 같이 근본적으로 더 중요한 다른 이유들이 있다.

첫 번째로, 기계식 디스크브레이크에서, 작동레버의 회전력을 직선방향 제동력으로 전달하기 위한 추동뭉치는 다수의 부품으로 복잡하게 구성되어 있기 때문에, 작동레버를 당겨 발생된 힘을, 제동패드가 로터를 가압할 때까지 전달하는 과정에서, 많은 구성부품들 간의 간섭으로 인한 힘의 분산과 이들의 마찰 등으로 인한 힘의 손실이 커지게 되므로, 이를 극복하고 필요한 제동력을 얻기 위해서는 상대적으로 더 큰 힘으로 작동레버를 당겨야 하는 문제점이 있었다.

두 번째로, 제동에 큰 힘이 필요한 이유는 결정적으로, 기존 추동뭉치에 의해 추동부가 이동할 수 있는 직선 운동거리가 매우 제한적이라는 사실이다. 즉, 작동레버가 당겨져 레버가 일정 각도만큼 회전한 경우, 이에 상응하는 추동부의 직선 이동거리가, 작동레버가 회전하기 전 상태인 초기 디스크로터와 제동패드 사이의 간격 이상이 되어야 한다. 만약 작은 힘으로 작동레버를 조금 회전시켰음에도 추동부가 로터와 패드의 간격만큼 이동하여, 제동패드가 로터에 밀착되고 제동이 이미 시작된 상태에서, 추가로 추동부가 이동할 수 있는 여분의 거리가 있다면, 그 만큼 작동레버를 더 당길 수 있고, 따라서 추동부는 제동패드에 지속하여 힘을 가할 수 있기 때문에 제동효과는 상승한다. 그러나, 작동레버를 최대한 당긴 조건에서, 직선 추동부의 이동거리가 패드와 로터의 초기 간격 정도라면, 그 이상 추가의 힘으로 작동레버를 당긴다 하더라도 제동력은 증가하지 못한다.

기계식 디스크브레이크의 비효율성이 상기와 같은 두 가지 주요 원인 때문이라고 판단한 근거는 아래와 같이, 전술한 선행기술 내용의 제동장치의 구조를 검토함으로써 확인할 수 있다.

기계식 디스크브레이크에서 작동레버의 회전운동에 의해 제동패드를 로터 방향으로 수평 이동시키기 위한 추동뭉치로서 나사방식(screw mechanism)이 가장 일반적이다. 기계공구인 바이스(vise) 작동원리와 같이 작동레버의 회전에 의해 추동부의 나사를 돌려 제동패드를 로터로 전진시킴으로써 제동력을 얻는다. 이러한 방식은 추동부인 나사가 회전할 때 캘리퍼의 상대 나사와의 사이에 발생하는 큰 마찰로 인해 제동효과가 반감된다. 또한, 추동부 나사의 피치(pitch) 크기는 한계가 있기 때문에, 이동거리 또한 제한될 수밖에 없다.

전술한 선행기술 US6,382,365B1, US8,807,297B2, US9,394,029B2 그리고 US2016/0010710A1 등을 포함한 최근의 일반적인 기계식 디스크브레이크에서는, 작동레버의 회전운동을 직선운동으로 변환하는 추동뭉치로 캠(cam) 원리를 이용한다. 이들은 공통적으로 한 조의 롤러시트(roller seat)와 그 사이에 있는 베어링볼과 유사한 다수의 롤링볼(rolling ball)로 구성된다. 하나의 롤러시트는 롤링볼이 안착되어 구르면서 움직일 수 있는 두 개 이상의 반구형 롤링홈을 가지며, 깊이가 최대인 반구의 최대 직경은 롤링볼 직경보다 작아, 최대 깊이에 안착된 롤링볼의 상단은 롤러시트의 표면 높이보다 높게 위치한다. 이들 홈은 롤러시트의 회전방향으로 깊이가 점차 낮아지도록 형성하며, 다른 하나의 롤러시트와 동일한 위치에 동일한 개수로 동일한 형태의 홈을 가질 수도 있고, 또는 평면을 유지하도록 구성할 수도 있다. 롤러시트 하나는 작동레버와 동일하게 회전하도록 작동레버에 고정되고, 다른 하나의 롤러시트는 제동패드와 맞닿아 있도록 구성한다. 작동레버가 움직여 회전하면, 이에 고정된 롤러시트는 같은 회전각으로 회전하게 되고, 롤링볼은 구르면서, 홈의 깊이가 낮은 위치로 이동하게 됨으로써, 맞물려 한 조를 이루는 두 개의 롤러시트 간의 간격은 초기 롤링볼들이 가장 깊은 위치에 있을 때의 간격보다 벌어지게 된다. 결과적으로 한쪽의 롤러시트의 회전은 롤링볼의 위치 변화를 유발하고 이는 다른 한쪽의 롤러시트를 직선 이동시키는 것이다. 해당 롤러시트의 직선 운동은 제동패드 방향으로 이루어지며, 이로 인해 제동패드는 로터를 밀착 가압하여 제동력을 발휘하게 된다. 선행기술 중에는 볼의 위치변화를 안내하기 위한 추가부품을 도입하기도 하지만, 구동원리는 다르지 않다.

상기와 같이, 기계식 디스크브레이크의 직선운동을 위한 기존 추동뭉치는, 나사방식이거나, 또는 한 조의 롤러시트와 롤링볼로 구성된 캠 방식을 택하고 있다. 비록, 롤링볼에 의한 캠 방식이 상대적으로 제동 효율이 낮은 나사방식의 마찰 등에 의한 힘의 손실을 줄인 개선된 형태이기는 하지만, 기 언급한 선행기술들의 추동뭉치에서도 확인 할 수 있듯이, 구성부품의 수는 매우 많으며, 롤러시트 홈에 안착된 롤링볼 일부는 그 부분 전체가 홈과 접촉하는 상태이므로 롤링볼의 이동 시에 여전히 마찰을 유발할 수 있는 소지가 있고 더 결정적인 단점은, 추동부의 직선 운동거리가 제한적이라는 것이다. 롤링볼이 롤러시트 홈을 따라서 위치 변화가 발생함으로써, 롤러시트 사이의 간격이 벌어지는 방향으로 이동시키는 추동뭉치에서는 최대 이동거리가 롤링볼의 직경으로 결정된다. 즉, 롤링볼에 의한 캠 작용에서, 롤링볼이 두 롤러시트 홈의 가장 깊은 위치에 있을 때의 두 롤러시트 간격을 기준으로 하면, 롤링볼이 롤러시트 홈 깊이가 가장 낮은 위치에 도달했을 때의 두 롤러시트 간격이 최대가 되며, 두 간격의 차이가 바로 롤러시트의 최대 이동거리가 된다. 따라서, 롤러시트 사이의 협소한 공간에서 롤링볼의 크기를 증가시킬 없는 이러한 추동뭉치들에서는 추동부의 이동거리가 제한되고, 그로 인해서 제동력의 증대를 기대할 수 없는 문제점이 있었다.

더욱이, 도 4에 도시된 미국특허의 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 캘리퍼가 움직임에 있어서, 추동뭉치를 구성하는 한 조의 롤러시트는 각각 고정판과 캘리퍼에서 회전하지 못하도록 구속되고, 추동뭉치 중앙을 관통하는 별도로 핀이 작동레버와 함께 회전하여 롤링볼을 이동시킴으로써 두 롤러시트의 상대적인 이격을 유발하도록 구성되므로, 작동레버의 회전력 전달이 불안정할 뿐만 아니라, 고정판과 캘리퍼를 다수의 피봇 핀으로 연결하였기 때문에, 캘리퍼의 이동에 있어서 간섭을 받을 소지가 많아 효과적인 제동을 기대하기 어려운 문제점이 있었다.

특히, 레버 측 롤러시트의 회전에 의해 로터 측 롤러시트가 이격되기 위해서는 로터 측 롤러시트의 회전이 고정판에 의해 구속되어야 하는 바, 레버의 회전에 의해 만들어져 로터 측 롤러시트를 미는 힘의 상당부분이 회전저지공(anti-rotation check hole)에 의한 구속으로 인해 소모되므로, 로터 측 롤러시트를 제동패드로 가압하는 힘이 그만큼 감소하여 마찬가지로 효과적인 제동을 기대할 수 없게 되는 문제점이 있었다.

US8,807,297B2 US9,394,029B2 US2016/0010710A1 US6,382,365B1

본 발명은 위와 같은 종래의 기계식 디스크브레이크가 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 두 개 한 조의 제동패드가 디스크로터의 양 면을 동시에 죄는 양면 동시 제동 방식으로 로터의 회전속도를 감속하거나 정지시킬 수 있도록 하면서, 제동을 위해 레버를 일정 회전각으로 작동시킬 때, 추동뭉치의 직선 운동거리를 나사 방식이나 롤링볼 캠방식에 비해 월등히 증가시켜 제동력을 향상시킬 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

또한, 구성 부품의 수를 현저히 감소시켜 부품 간에 발생하는 힘의 분산과 마찰에 의한 힘의 손실을 최소화함으로써, 제동력을 극대화하여 유압식 디스크브레이크에 준하는 제동력을 얻을 수 있도록 하는 데 또 다른 목적이 있다.

또한, 간단한 조립과 분해가 가능하도록 구성 부품의 형태가 단순화하고, 제동력 증가에도 불구하고 부품의 크기를 작게 만들 수 있도록 하여 전체 장치를 소형, 경량화시키고자 하는 데 또 다른 목적이 있다.

또한, 레버의 회전에 의해 상호 이격되는 회동피스톤과 가압시트의 확장력에 의해 제동패드를 디스크로터에 가압하여 제동을 이룸에 있어, 회동피스톤의 확장력이 손실 없이 제동패드를 가압하도록 함으로써, 제동 효율을 배가시키고자 하는 데 또 다른 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 디스크로터와 인접하도록 설치 대상체에 결합되어 기부를 이루며, 지지된 부품들의 제동/해방 운동을 허용하도록 통공이 관통되어 있는 브래킷; 디스크로터를 반경방향 외측에서부터 내측으로 감싸도록 단면 ㄷ자 형태로 되어 있으며, 상기 브래킷에 디스크로터의 축선방향으로 상대 이동 가능하게 장착되는 캘리퍼; 무부하 시 제동유격만큼 상기 디스크로터와 이격되며, 제동 시 상기 통공을 통해 후진하도록 상기 디스크로터 전방에서 상기 디스크로터와 상기 캘리퍼의 캘리퍼커버 사이에 배치되는 제1 제동패드; 무부하 시 제동유격만큼 상기 디스크로터와 이격되며, 제동 시 상기 통공을 통해 전진하도록 상기 디스크로터 후방에서 상기 디스크로터와 상기 캘리퍼의 캘리퍼실린더 사이에 배치되는 제2 제동패드; 및 상기 캘리퍼실린더와 상기 제2 제동패드 사이에 장착되어, 제동 시 외력에 의해 신장됨으로써, 상기 제1 및 제2 제동패드를 상기 디스크로터로 동시에 가압하여 상기 디스크로터를 제동하는 추동뭉치;를 포함하여 이루어지며, 상기 추동뭉치는, 상기 캘리퍼실린더 내에 상기 통공과 동축 상으로 전후진 가능하게 배치되어, 제동 시 외력에 의해 회전하도록 되어 있는 회동피스톤; 상기 캘리퍼실린더 내에 상기 회동피스톤과 정합되도록 배치되어, 제동 시 회전하는 상기 회동피스톤의 가압력에 의해 전진 또는 후진하도록 되어 있는 가압시트; 및 상기 회동피스톤과 상기 가압시트의 정합면 사이에 형성되어, 제동에 따라 회전하는 상기 회동피스톤을 전진 또는 후진시키면서 동시에 반작용에 의해 상기 가압시트를 후진 또는 전진시켜, 상기 회동피스톤과 상기 가압시트를 이격시킴으로써 상기 추동수단을 신장시키는 회전이격수단;을 포함하여 구성되는 기계식 디스크브레이크를 제공한다.

또한, 상기 회전이격수단은, 상기 회동피스톤 정합면 상에 원주방향 경사를 갖도록 축방향으로 돌출되어 방사상으로 형성된 적어도 둘 이상의 물림돌기; 및 상기 가압시트 정합면 상에 원주방향 경사를 갖도록 축방향으로 돌출되어 방사상으로 형성됨으로써, 무부하 상태에서 상기 물림돌기와 정합되는 적어도 둘 이상의 물림돌기;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 회전이격수단은 상기 물림돌기와 상기 물림돌기 사이에 개재되는 베어링볼을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 회전이격수단은, 상기 회동피스톤과 상기 가압시트 중 적어도 하나의 상기 정합면 상에 원주방향으로 배치되어 경사진 바닥면을 갖도록 오목하게 형성된 적어도 둘 이상의 경사홈; 및 상기 경사홈과 경사홈 사이에 또는 어느 하나의 상기 경사홈과 대응하는 다른 하나의 상기 정합면 사이에 개재되어, 상기 회동피스톤이 상기 가압시트에 대해 상대 회전할 때, 상기 회동피스톤과 상기 가압시트가 동시에 반대방향으로 이동하여 상호 이격되도록 하는 롤링볼;을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 회동피스톤은, 제동 시 외력에 의해 회전하도록 후단이 외부로 노출되어 상기 캘리퍼실린더 내에 축선을 따라 연장된 로드부; 및 상기 로드부의 선단에 반경방향으로 확대 형성되어, 상기 캘리퍼실린더 내주면에 미끄럼 이동 가능하게 장착됨으로써, 제동 시 상기 회전이격수단에 의해 전진하여 상기 제2 제동패드를 상기 디스크로터로 가압하는 헤드부;를 포함하여 이루어지고, 상기 가압시트는 상기 회전이격수단을 사이에 두고 상기 헤드부 후방에서 상기 로드부에 회전 가능하게 끼워져, 상기 캘리퍼실린더 내주면에 미끄럼 이동 가능하게 장착됨으로써, 제동 시 상기 회전이격수단에 의해 후진하여 상기 캘리퍼커버를 통해 상기 제1 제동패드를 상기 디스크로터로 가압하는 헤드부인 것이 바람직하다.

또한, 상기 캘리퍼는 상기 가압시트의 전면에 접촉하도록 상기 캘리퍼실린더 내주면에 축방향으로 위치 조정 가능하게 고정되어, 상기 제1 및 제2 제동패드와 상기 디스크로터 사이의 제동유격을 조절하는 조절판을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 회동피스톤은 축방향으로의 상대 이동은 구속되되 회전은 자유롭게 상기 캘리퍼실린더 내에 장착되도록 축선을 따라 연장되되, 제동 시 외력에 의해 회전하도록 후단은 외부로 노출되고, 선단에는 상기 회전이격수단이 연속되어, 제동 시 상기 회전이격수단에 의해 후진함으로써 상기 캘리퍼커버를 통해 상기 제1 제동패드를 상기 디스크로터로 가압하는 로드부이며, 상기 가압시트는, 상기 회전이격수단을 사이에 두고 상기 회동피스톤 전방에 회전 구속된 상태로 끼워져, 상기 캘리퍼실린더 또는 브래킷 내주면에 미끄럼 이동 가능하게 장착되는 로드부; 및 상기 로드부의 선단에 반경방향으로 확대 형성되어, 제동 시 상기 회전이격수단에 의해 전진함으로써 상기 제2 제동패드를 상기 디스크로터로 가압하는 헤드부;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 기계식 디스크브레이크에 따르면, 레버의 회전력이 그대로 추동뭉치의 회동피스톤에 전달되어, 회동피스톤을 회전 구속하기 위한 손실 없이 축방향으로 이동시켜 온전히 제동패드에 가압시킬 수 있으므로, 제동 효율을 일층 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 캘리퍼는 내부에 추동뭉치와 제동패드를 모두 포함한 상태에서, 어떤 구속도 받지 않고 자유롭게 축방향으로 상대 이동할 수 있도록 하고, 추동뭉치의 구성을 회동피스톤과 가압시트로 최소화하는 등, 구성 부품의 수를 현저히 감소시켜 부품간 간섭을 크게 줄이고 그에 따라 부품 간에 발생하는 힘의 분산과 마찰에 의한 힘의 손실을 크게 줄이면서도 디스크로터를 양면에서 동시에 제동을 할 수 있게 되므로, 제동력을 극대화시킬 수 있게 된다. 또, 추동뭉치나 캘리퍼의 구성부품 형태를 단순화하고, 그에 따라 구성부품의 조립과 분해를 간단화, 용이화할 수 있으므로, 제동력 증가에도 불구하고 부품의 크기가 작아진 만큼 전체 장치의 소형, 경량화를 도모할 수 있게 된다.

또한, 추동뭉치의 확장력이 회동피스톤과 가압시트 정합면에 축방향으로 돌출된 한 쌍의 기어이 모양 물림돌기의 축회전에 의해 발생되므로, 제동패드를 충분한 깊이로 가압할 수 있게 되고, 따라서 상대적으로 작은 크기의 추동뭉치를 통해서 나사방식이나 캠방식과 비교할 수 없는 강력한 제동력을 얻을 수 있게 되어 제동력을 일층 향상시킬 수 있게 된다.

아울러, 브래킷이 제동패드의 축방향 이동을 안내할 뿐 구속하지 않으며, 제동패드의 표면이 디스크로터의 표면과 항상 평행하도록 유지시키므로, 제동패드의 마모를 균일하게 발생시켜, 제동패드의 가용수명을 늘릴 수 있게 된다. 또, 회동피스톤과 제1 제동패드 패드지지판 사이에 마찰저감링 등과 같은 플라스틱 소재 등이 개재되므로, 회동피스톤의 회전을 구속없이 자유롭게 유지할 수 있으며, 회동피스톤이 제동패드를 가압할 때 제동패드 전체 면이 디스크로터에 밀착되도록 하여 제동패드의 균일한 마모를 유도함으로써, 마찬가지로 제동패드의 가용수명을 늘릴 수 있게 된다.

도 1은 종래의 기계식 디스크브레이크를 도시한 종단면도.
도 2는 종래의 다른 기계식 디스크브레이크를 도시한 분해사시도.
도 3은 종래의 또 다른 기계식 디스크브레이크를 도시한 분해사시도.
도 4는 종래의 또 다른 기계식 디스크브레이크를 도시한 종단면도.
도 5는 도 4에 도시된 기계식 디스크브레이크의 분해사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기계식 디스크브레이크의 종단면도.
도 7은 도 6의 부분 절결 사시도.
도 8은 도 6에 도시된 추동뭉치의 분해 사시도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기계식 디스크브레이크의 종단 사시도.
도 10은 도 9에 도시된 추동뭉치의 분해 사시도.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기계식 디스크브레이크를 장착 상태로 도시한 사시도.
도 12는 도 11에 도시된 디스크브레이크의 분해사시도.
도 13은 도 12에 도시된 추동뭉치의 분해 사시도.
도 14는 본 발명의 기계식 디스크브레이크의 레버에 가해지는 여러 하중(S)에서, 레버 길이(L)의 변화에 따른 가압력(P)의 변화를 나타낸 그래프.
도 15는 본 발명의 기계식 디스크브레이크의 여러 레버 길이(L)에서, 레버에 가해지는 여러 하중(S) 변화에 따른 가압력(P) 변화를 나타낸 그래프.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 기계식 디스크브레이크를 첨부 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명의 기계식 디스크브레이크(1)는 도 6 및 도 7에 도면부호 1로 도시된 바와 같이, 크게 브래킷(3), 캘리퍼(5), 제1 및 제2 제동패드(7,8), 및 추동뭉치(9)를 포함하여 구성된다.

여기에서, 먼저 상기 브래킷(3)은 디스크브레이크(1)의 기부로서, 도 6 및 도 7에 도시된 것처럼, 캘리퍼(5)와 제동패드(7,8) 등 디스크브레이크(1) 대부분의 부품들을 지지하도록, 4륜 또는 2륜 차량이나 자전거 등의 동체 프레임과 같은 설치 대상체에 결합되되, 디스크로터(R) 제동이라는 디스크브레이크(1) 본연의 기능을 다하도록 디스크로터(R)와 인접하여 설치된다. 다만, 브래킷(3)은 제동패드 등과 같은 지지 부품들의 제동/해방 운동을 허용하도록 몸통을 관통하는 통공(11)이 중앙에 형성된다.

상기 캘리퍼(5)는 디스크브레이크(1)의 몸통을 이루는 부분으로, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 브래킷(3)과 디스크로터(R)를 위에서 감싸는 형태로 형성되는 바, ㄷ자 형태의 횡단면을 갖도록 절곡되어, 디스크로터(R)를 그 반경방향 외측에서부터 내측으로 감싸도록 되어 있다. 또한, 캘리퍼(5)는 브래킷(3)이나 디스크로터(R)에 대해 디스크로터(R)의 축선방향으로 상대 이동이 가능하도록 브래킷(3) 상에 지지되는 바, 예컨대, 도 7에 도시된 것처럼, 브래킷(3) 하부에 볼트(12) 등으로 체결되는 지지링(13)에 의해 전후방향으로 이동 가능하게 지지된다. 이를 위해, 캘리퍼(5)는 도 6 및 도 7에 도시된 것처럼, 추동뭉치(9)를 수용하는 관형의 캘리퍼실린더(15)와, 이 캘리퍼실린더(15)의 후단에 이어져 브래킷(3) 및 디스크로터(R)를 위에서부터 둘러싸도록, 아래로 열린 단면 ㄷ자 형태의 종단면을 갖는 캘리퍼커버(17)로 이루어진다.

상기 제1 제동패드(7)는 제동 시 디스크로터(R)를 후방측에서 가압하는 마찰수단으로, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 디스크로터(R)와 캘리퍼실린더(15) 사이에 개재되도록, 디스크로터(R) 후방에 배치되는 바, 패드지지판(21)을 사이에 두고 추동뭉치(9)의 선단과 접한다. 따라서, 제1 제동패드(7)는 무부하 시 디스크로터(R)와 제동유격만큼 이격되며, 제동 시 통공(11)을 통해 전진하는 등 추동뭉치(9)에 의해 통공(11)을 따라 전후진하면서 디스크로터(R)를 제동/해방하도록 되어 있다.

상기 제2 제동패드(8)는 제동 시 디스크로터(R)를 전방측에서 가압하는 마찰수단으로, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 디스크로터(R)와 캘리퍼커버(17) 사이에 개재되도록, 디스크로터(R) 전방에 배치되는 바, 패드지지판(19)을 사이에 두고 캘리퍼커버(17)의 말단 내측에 지지된다. 따라서, 제2 제동패드(8)는 마찬가지로 무부하 시 디스크로터(R)와 제동유격만큼 이격되며, 제동 시 통공(11)을 통해 후진하는 등 캘리퍼(5)에 의해 통공(11)을 따라 전후진하여 디스크로터(R)를 제동/해방하도록 되어 있다.

상기 추동뭉치(9)는 제동 시 가해지는 외력에 의해 디스크로터(R)에 대한 제동패드(7,8)의 가압력을 발생시키는 수단으로, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 캘리퍼실린더(15)와 제1 제동패드(7) 사이에 장착되어, 회동피스톤(25), 가압시트(27), 그리고 회전이격수단(29)으로 구성되는 바, 제동 시 레버(23)를 통해 가해지는 외력 즉, 레버(23)의 회전에 의해 회동피스톤(25)과 가압시트(27) 사이가 벌어져 신장됨으로써, 제1 및 제2 제동패드(7,8)를 디스크로터(R)로 동시에 가압하여 디스크로터(R)를 제동한다.

이를 위해, 상기 회동피스톤(25)은 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 캘리퍼실린더(15) 내에 전후진 가능하게 통공(11)과 동축 상으로 배치되는 바, 선단에 제1 제동패드(7)가 직접 또는 마찰저감링(31)을 통해 접촉하고, 후단에 레버(23)가 결합되어 제동 시 레버(23)에 의해 회전하도록 되어 있으며, 로드부(33)와 헤드부(35)로 구성된다. 여기에서, 상기 로드부(33)는 도 6 내지 도 8에 도시된 것처럼, 레버(23)와 연결되도록 캘리퍼실린더(15) 내에 축선을 따라 연장되며, 외부로 노출된 후단에 레버(23)가 연결되고, 선단에는 헤드부(35)가 형성된다. 따라서, 로드부(33)는 제동 시 레버(23)에 의해 회전력의 형태로 가해지는 외력을 추동뭉치(9)로 전달한다. 또, 상기 헤드부(35)는 도 6 내지 도 8에 도시된 것처럼, 로드부(33)의 선단에 반경방향으로 확대되어 원판의 형태로 형성되는 바, 캘리퍼실린더(15) 내주면에 미끄럼 이동 가능하게 장착되며, 후면에 형성되는 회전이격수단(29)을 사이에 두고 가압시트(27)와 연결된다. 따라서, 헤드부(35)는 제동 시 로드부(33)와 함께 회전하면서 회전이격수단(29)에 의해 전진함으로써 제1 제동패드(7)를 디스크로터(R)로 가압한다.

상기 가압시트(27)는 제동 시 회동피스톤(25)과 호응하여 추동뭉치(9)로부터 제동패드(7,8)에 대한 가압력을 발생시키는 부분으로, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 회동피스톤(25)의 헤드부(35)와 정합되도록 캘리퍼실린더(15) 내에 배치되는 바, 제동 시 회전하는 회동피스톤(25)으로 인해 회전이격수단(29)으로부터 가해지는 가압력에 의해 후진함으로써 캘리퍼(5)를 후방으로 가압하여, 캘리퍼커버(17)에 의해 제2 제동패드(8)를 디스크로터(R) 전면에 가압한다.

이를 위해, 가압시트(27)는 도 6 내지 도 8에 도시된 것처럼, 회동피스톤(25)의 헤드부(35)와 대응하는 원판 형태로 형성되는 바, 회전이격수단(29)을 사이에 두고 헤드부(35) 후방에 정합되도록 로드부(33) 둘레에 상대 회전 가능하게 끼워지며, 동시에 캘리퍼실린더(15) 내주면에 미끄럼 이동 가능하게 장착되나, 외주면 상에 축방향으로 안내돌기(36)가 돌출되어, 캘리퍼실린더(15) 내주면 상에 오목하게 가동된 안내홈(37;도 10 참조)에 끼워진다. 따라서, 가압시트(27)는 제동 시 회전이격수단(29)에 의해 후진하여 캘리퍼실린더(15)를 후진시킴으로써 캘리퍼커버(17)를 통해 제2 제동패드(8)를 디스크로터(R)로 가압하게 된다.

상기 회전이격수단(29)은 회동피스톤(25)의 회전으로부터 회동피스톤(25)과 가압시트(27)의 축방향 이동을 만들어 내는 부분으로, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 회동피스톤(25)과 가압시트(27)가 서로 마주보는 정합면(39,41) 사이에 형성되는 바, 도 6 내지 도 8에 도시된 실시예의 경우에는 제동 시 회전하는 회동피스톤(25)을 가압시트(27)에 대한 반작용에 의해 전진시키며, 이와 동시에 회동피스톤(25)에 대한 반작용에 의해 가압시트(27)를 후진시킨다. 이에 따라, 추동뭉치(9)는 회동피스톤(25)과 가압시트(27)가 상호 이격됨으로써 신장되어, 제1 제동패드(7)는 직접적으로 전진시키며, 제2 제동패드(8)는 캘리퍼(5)를 통해 간접적으로 후진시켜 디스크로터(R)의 제동을 이룬다.

이를 위해, 회전이격수단(29)은 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 회동피스톤(25)의 정합면(39) 상에 형성된 둘 이상의 물림돌기(40)와, 가압시트(27)의 정합면(41) 상에 형성된 둘 이상의 물림돌기(42)로 이루어진다. 여기에서, 회동피스톤(25) 물림돌기(40)는 도 6 내지 도 8에 도시된 것처럼, 회동피스톤(25) 정합면(39) 상에 원주방향으로 경사를 갖도록 기어이빨 모양으로 축방향으로 돌출되는 바, 두 개 이상이 원주방향으로 반복되는 형상을 갖도록 방사상으로 배열된다. 또한, 가압시트(27) 물림돌기(42)도 도 6 내지 도 8에 도시된 것처럼, 가압시트(27) 정합면(41) 상에 원주방향 경사를 갖도록 물림돌기(40)와 정합된는 형태로 축방향으로 돌출되는 바, 회동피스톤(25) 물림돌기(40)와 대응하도록 원주방향으로 반복되는 방사상으로 형성된다. 따라서, 물림돌기(42)는 무부하 상태에서 물림돌기(40)와 정합되어 추동뭉치(9)의 전후길이를 최소화시킨다. 이때, 물림돌기(40,42)는 톱니모양 등 다양한 치형을 갖도록 형성될 수 있으나, 도 6 내지 도 8에 도시된 것처럼, 직각삼각형의 단면형상을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 다만, 도 6 및 도 7에서 정합면(39)과 정합면(41) 사이에는 즉, 물림돌기(40)와 물림돌기(42) 사이에는 다른 실시 형태로서 베어링볼(43)이 개재될 수 있는데, 위에서 언급한 제1 실시예의 경우에는 도 8에 도시된 것처럼, 베어링볼(43) 없이 정합면(39)과 정합면(41)이 직접 접촉하도록 되어 있다.

또한, 도 6 및 도 7에 도시된 실시형태에서 캘리퍼(5)는 캘리퍼실린더(15)의 후단을 축이동이 가능한 조절판(45)으로 구성하는 바, 이 조절판(45)은 캘리퍼실린더(15) 내주면에 나사 결합됨으로써 축방향으로 자유롭게 고정위치를 가변시킬 수 있으며, 따라서 캘리퍼실린더(15) 내에서 추동뭉치(9)의 축방향 위치를 바꿀 수 있다. 이는 곧 추동뭉치(9)의 축방향 위치에 따라 결정되는 제1 및 제2 제동패드(7,8)와 디스크로터(R) 사이의 제동간극을 조절할 수 있다는 것을 의미한다. 즉, 조절판(45)을 도 6의 위치에서 후진시키면 제동간극은 벌어지고, 반대로 전진시키면 제동간극은 좁아진다. 그러나, 도시되어 있지 않지만 캘리퍼실린더(15)의 후단을 캘리퍼실린더(15)와 일체로 된 벽면으로 구성할 수도 있다. 이 경우 제동간극의 폭 조절은 불가하게 된다.

한편, 캘리퍼실린더(15)의 후단을 마감하는 덮개(46)와 레버(23) 사이에는 복귀스프링(49)이 개재되는 바, 레버(23)에 의해 전달되는 제동력이 사라진 때, 회동피스톤(25)은 후방으로 잡아당기고, 가압시트(27)는 전방으로 밀어 추동뭉치(9)를 무부하 상태로 복귀시킨다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 기계식 디스크브레이크가 도 9에 도면부호 201로 도시된다.

이 디스크브레이크(201)는 도 9에 도시된 것처럼, 추동뭉치(209)의 회전이격수단(229)을 제외하면 모든 부분이 제1 실시예와 일치하는 바, 아래에는 회전이격수단(229)에 대해서만 설명한다.

제2 실시예의 회전이격수단(229)은 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 회동피스톤(225)과 상기 가압시트(227) 중 적어도 하나의 정합면(239,241) 상에 오목하게 형성된 경사홈(240,242)과, 이들 경사홈(240,242)에 의해 형성되는 공간에 또는 어느 한 쪽 정합면(239,241)의 경사홈(240,242)과 다른 한 쪽 정합면(241,239)에 의해 형성되는 공간에 개재되는 롤링볼(243)을 포함하여 구성된다. 이때, 상기 경사홈(240,242)은 바람직하게는 무부하 상태에서 서로 마주하여 포개지도록 양쪽 정합면(239,241) 상에 원주방향으로 배치되는 바, 원주방향으로 호를 그리면서 경사진 바닥면을 갖도록 오목하게 형성된다. 또한, 상기 롤링볼(243)은 예컨대, 경사홈(240,242) 사이에 개재되므로, 회동피스톤(225)이 가압시트(227)에 대해 상대 회전할 때, 가압시트(227)의 경사홈(242)를 타고 오름으로써, 회동피스톤(225)과 가압시트(227)가 동시에 반대방향으로 즉, 회동피스톤(225)은 전방으로, 가압시트(227)는 후방으로 각각 이동하여 상호 이격되도록 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기계식 디스크브레이크가 도 11 및 도 12에 도면부호 301로 도시된다.

이 디스크브레이크(301)는 도 11 및 도 12에 도시된 것처럼, 추동뭉치(309)를 제외하면 대부분이 제1 실시예와 일치하는 바, 아래에는 추동뭉치(309)에 대해서만 설명한다.

제3 실시예에 따른 추동뭉치(309)는 제1 및 제2 실시예의 추동뭉치(9,209)와 마찬가지로 크게 회동피스톤(325), 가압시트(327), 및 회전이격수단(329)을 포함하여 구성되는 바, 여기에서 상기 회동피스톤(325)은 축선방향으로 연장된 로드부로서, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 후단 부분에 반경방향으로 걸림돌기(347)가 돌출되어 캘리퍼실린더(315) 내주면 형성된 걸림홈(미도시)에 삽입됨으로써, 캘리퍼실린더(315) 축방향 상대 이동을 유도 하면서, 회전은 자유롭게 장착된다. 또한, 회동피스톤(325)은 제동 시 외력에 의해 회전하도록 후단이 외부로 노출되고, 선단에는 회전이격수단(329)이 연속적으로 형성된다. 따라서, 회동피스톤(325)은 제동 시 회전이격수단(329)에 의해 후진함으로써 걸림돌기(347)를 통해 캘리퍼실린더(315)와 캘리퍼커버(317)를 후진시켜 제2 제동패드(8)를 디스크로터(R)로 가압한다.

또한, 상기 가압시트(327)는 제동시 회동피스톤(325)과 호응하여 추동뭉치(309)로부터 제동패드(7,8)에 대한 가압력을 발생시키는 부분으로, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 로드부(333)와 헤드부(335)를 포함하여 구성된다. 여기에서, 상기 로드부(333)는 회전이격수단(329)을 사이에 두고 회동피스톤(325) 전방에서 캘리퍼실린더(315) 내주면에 회전 구속된 상태로 미끄럼 이동 가능하게 장착된다. 또, 상기 헤드부(335)는 로드부(333)의 선단에 반경방향으로 확대 형성되는 바, 제동 시 회전이격수단(329)에 의해 전진함으로써 제1 제동패드(7)를 직접 디스크로터(R)로 가압한다. 다만, 회전이격수단(329)은 물림돌기(340,342)의 수가 2 개로 되어 있는 것을 제외하면 물림돌기(40,42)의 수가 4 개인 제1 실시예의 회전이격수단(29)과 일치할 수 있다.

이제, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기계식 디스크브레이크(1)의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 6 및 도 7에 도시된 본 발명의 디스크브레이크(1)는 제동 시 통상 줄에 의해 당겨진 레버(23)가 도 6의 화살표(A) 방향으로 회전하면서 동작을 개시한다. 레버(23)가 회전하면, 회동피스톤(25)도 일체로 회전하며, 물림돌기(40)는 동시에 같은 방향으로 같은 각도만큼 회전한다. 이에 따라, 도 8에 화살표(A)로 표시된 것처럼, 정합면(39)은 나선운동 방향으로 축회전(axial rotation)하므로, 베어링볼(43)이 있는 경우에는 베어링볼(43)의 직경에 해당하는 간격을 그대로 유지하면서 또는 베어링볼(43)이 없는 경우에는 정합면(41)과 접촉을 유지한 상태로, 정합면(41)을 후방으로 밀어내는 동시에 자신은 반작용에 의해 전방으로 밀려나간다. 이에 따라, 회동피스톤(25)과 가압시트(27) 즉, 추동뭉치(9)의 축방향 길이는 늘어나며, 그 결과, 회동피스톤(25)은 패드지지판(21)을 통해 제1 제동패드(7)를 디스크로터(R) 후면에 밀착시켜, 가압함으로써 제동력을 발휘한다. 이때, 회동피스톤(25)은 회전하면서 패드지지판(21) 쪽으로 이동하기 때문에 회동피스톤(25)과 패드지지판(21) 사이의 마찰력을 감소시켜야 한다. 마찰저감링(31)은 회전하면서 가압하는 회동피스톤(25)의 회전운동을 방해하지 않으며, 제2 제동패드(8) 전면을 균일하게 가압할 수 있도록 도와준다.

반면, 가압시트(27)에 작용한 힘은 가압시트(27)와 맞닿아 있는 조절판(45)에 전달된다. 조절판(45)은 캘리퍼실린더(15)의 후단에 고정되어 있고, 캘리퍼커버(17)의 후단에는 제2 제동패드(8)가 접촉되어 있기 때문에, 가압시트(27)와 조절판(45)이 캘리퍼실린더(15)와 함께 회동피스톤(25)과 반대방향으로 움직인다는 것은 결국 캘리퍼커버(17) 후단의 제2 제동패드(8)를 디스크로터(R)로 후진시켜 제동을 할 수 있는 조건이 된다는 의미이다. 결과적으로, 레버(23)의 회전으로, 캘리퍼(5)가 자유롭게 축방향 이동하여, 디스크로터(R)의 양 면에서, 제1 및 제2 제동패드(7,8)는 순차적이 아닌, 동시에 디스크로터(R)를 죄며(clamping), 디스크로터(R)는 제동패드(7,8)와의 마찰력에 의해 양면이 동시에 제동 가능하게 된다.

이후, 제동이 해제되면, 덮개(46)와 레버(23) 사이에 복귀스프링(49)이 배치되어 있으므로, 복귀스프링(49)은 최초 상태로 신장되어 레버(23)를 원위치로 후퇴시키는 동시에 추동뭉치(9)도 원위치로 복귀시킨다.

한편, 도 9 및 도 10에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 제동 시 레버(23)가 회전한 때, 회동피스톤(225)도 회전하며, 따라서 경사홈(240)도 회전하면서 롤링볼(243)을 함께 회전하면서 이동시킨다. 이에 따라, 롤링볼(243)은 가압시트(227)의 경사홈(242)을 타고 오르면서 캠방식으로 경사홈(240)을 밀어내게 되는데, 이때 가압시트(227)는 안내돌기(236)가 안내홈(37)에 걸려 캘리퍼실린더(15)에 대해 상대 회전을 하지 못하므로, 캘리퍼실린더(15)와 함께 후진하여, 결과적으로 캘리퍼커버(17)를 통해 제2 제동패드(8)를 디스크로터(R) 전면에 가압시킨다. 이와 동시에, 회동피스톤(225)은 가압시트(227)의 반작용으로 인해 전진하면서 제1 제동패드(7)를 전방으로 밀어 디스크로터(R) 후면에 가압시킨다. 이렇게 해서, 디스크브레이크(201)도 디스크브레이크(1)와 마찬가지로 제동 시 추동뭉치(209)가 경사홈(240,242)과 롤링볼(243)의 캠작용에 의해 신장되면서 제1 및 제2 제동패드(7,8)를 동시에 디스크로터(R)에 가압함으로써 제동을 이루게 된다.

따라서, 도 9에 도시된 제2 실시예에 따른 디스크브레이크(201)에 구체적인 수치를 대입하여 설계하면 다음과 같다.

제2 실시예의 추동뭉치(209)는 4개의 경사홈(240,242)을 가지며, 4 개의 롤링볼(243)을 사용한다. 크기는 가로 74mm, 세로 52mm, 높이 46mm이며, 무게는 0.144kg이다. 레버(23)의 길이(L)에 따른 제동력(clamping load, P)의 변화와, 일정 레버(23)에서 작동하중(S)에 따른 제동력의 변화를 측정하여 정리하면 아래 표 1과 같다. 표 1은 레버(23)의 길이와 레버(23)에 가해지는 구동력에 따라 디스크로터(R)에 가해지는 제동패드(7,8)의 가압 하중 변화의 측정값을 정리한 것이며, 이를 그래프로 나타내면 도 14 및 도 15와 같다.

레버에 가해지는 구동력, S, N	레버의 길이 L에 따라 디스크로터에 가해지는 제동패드의 가압하중 P, N
	L = 0.035	L = 0.050	L = 0.065	L = 0.080
100	312	447	582	716
200	626	895	1,163	1,432
300	940	1,343	1,745	2,148
400	1,253	1,790	2,328	2,864
500	1,567	2,238	2,910	3,582
600	2,041	2,687	3,491	4,297
700	2,194	3,133	4,073	5,015
800	2,507	3,582	4,655	5,731
900	2,821	4,029	5,239	6,449
1,000	2,894	4,478	5,821	7,165

다른 한편, 도 11 내지 도 13에 도시된 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 제동을 위해 레버(23)가 회전한 때, 제1 실시예에서와 마찬가지로 회동피스톤(325)도 함께 회전하면서 정합면(339)이 가압시트(327)의 정합면(341)에 대해 나선운동 방향으로 축회전한다. 이때, 가압시트(327)는 외주면에 축방향으로 돌출된 안내돌기(336)로 인해 회전이 저지되므로, 전방으로 밀려나가며, 따라서 헤드부(335)에 의해 제1 제동패드(7)를 디스크로터(R)로 가압하게 된다. 이와 동시에, 회동피스톤(325)도 가압시트(327)의 반작용에 의해 회전하면서 후진하는 바, 걸림돌기(347)가 캘리퍼실린더(315)에 걸려 있으므로, 캘리퍼실린더(315)를 후진시키고, 캘리퍼커버(317)를 로터(R) 쪽으로 전진시키며, 이에 따라, 캘리퍼커버(317)를 통해 제2 제동패드(8)를 디스크로터(R)에 가압하여 제동을 이루게 된다. 이때, 정합면(339,341)은 공히 회전 시 정합면(339,341)의 마찰을 유발하는 수직하중은 최소화되고, 정합면(339,341) 접선을 따른 접선하중(tangential force)은 최대가 되도록 최적화된 형태를 갖는다. 또 이러한 구성은 가압시트(327)가 회동피스톤(325)의 로드부에 의해 관통, 삽입되지 않아 간섭을 더욱 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 정합면(339,341)은 도 13에 두 개의 물림돌기(340,342)를 갖는 것으로 도시되어 있으나, 도 8에 도시된 것처럼, 3 개 이상 복수로 구비될 수 있다.

한편, 제3 실시예의 디스크브레이크(301)는 캘리퍼(5)의 캘리퍼실린더(315)와 캘리퍼커버(317)가 볼트 체결되어 두 개로 분리될 수 있으며, 따라서 설치, 분해, 및 재조립을 보다 편리하게 할 수도 있다.

1, 201 301 : 디스크브레이크 3 : 브래킷
5 : 캘리퍼 7, 8 : 제동패드
9, 209, 309 : 추동뭉치 15 : 캘리퍼실린더
17 : 캘리퍼커버 23 : 레버
25, 225, 325 : 회동피스톤 27, 227, 327 : 가압시트
29, 229, 329 : 회전이격수단 31 : 마찰저감링
33, 333 : 로드부 35, 335 : 헤드부
37 : 안내홈 39, 41, 239, 241, 339, 341 : 정합면
40, 42, 340, 342 : 물림돌기 43 : 베어링볼45 : 조절판
49 : 복귀스프링 236 : 안내돌기
240, 242 : 경사홈 243 : 롤링볼
R : 디스크로터

Claims (7)

1. 삭제
2. 디스크로터(R)와 인접하도록 설치 대상체에 결합되어 기부를 이루며, 지지된 부품들의 제동/해방 운동을 허용하도록 통공(11)이 관통되어 있는 브래킷(3);
   디스크로터(R)를 반경방향 외측에서부터 내측으로 감싸도록 단면 ㄷ자 형태로 되어 있으며, 상기 브래킷(3)에 디스크로터(R)의 축선방향으로 상대 이동 가능하게 장착되는 캘리퍼(5);
   무부하 시 제동유격만큼 상기 디스크로터(R)와 이격되며, 제동 시 상기 통공(11)을 통해 전진하도록 상기 디스크로터(R) 후방에서 상기 디스크로터(R)와 상기 캘리퍼(5)의 캘리퍼실린더(15,315) 사이에 배치되는 제1 제동패드(7);
   무부하 시 제동유격만큼 상기 디스크로터(R)와 이격되며, 제동 시 상기 통공(11)을 통해 후진하도록 상기 디스크로터(R) 전방에서 상기 디스크로터(R)와 상기 캘리퍼(5)의 캘리퍼커버(17,317) 사이에 배치되는 제2 제동패드(8); 및
   상기 캘리퍼실린더(15,315)와 상기 제1 제동패드(7) 사이에 장착되어, 제동 시 외력에 의해 신장됨으로써, 상기 제1 및 제2 제동패드(7,8)를 상기 디스크로터(R)로 동시에 가압하여 상기 디스크로터(R)를 제동하는 추동뭉치(9,209,309);를 포함하여 이루어지며,
   상기 추동뭉치(9,209,309)는,
   상기 캘리퍼실린더(15,315) 내에 상기 통공(11)과 동축 상으로 전후진 가능하게 배치되어, 제동 시 외력에 의해 회전하도록 되어 있는 회동피스톤(25,225,325);
   상기 캘리퍼실린더(15,315) 내에 상기 회동피스톤(25,225,325)과 정합되도록 배치되어, 제동 시 회전하는 상기 회동피스톤(25,225,325)의 가압력에 의해 전진 또는 후진하도록 되어 있는 가압시트(27,227,327); 및
   상기 회동피스톤(25,225,325)과 상기 가압시트(27,227,327)의 정합면(39,41) (239,241)(339,341) 사이에 형성되어, 제동에 따라 회전하는 상기 회동피스톤(25,225,325)을 전진 또는 후진시키면서 동시에 반작용에 의해 상기 가압시트(27,227,327)를 후진 또는 전진시켜, 상기 회동피스톤(25,225,325)과 상기 가압시트(27,227,327)를 이격시킴으로써 상기 추동뭉치(9,209,309)를 신장시키는 회전이격수단(29,229,329);을 포함하여 구성되고,
   상기 회전이격수단(29)은,
   상기 회동피스톤(25) 정합면(39) 상에 원주방향 경사를 갖도록 축방향으로 돌출되어 방사상으로 형성된 적어도 둘 이상의 물림돌기(40); 및
   상기 가압시트(27) 정합면(41) 상에 원주방향 경사를 갖도록 축방향으로 돌출되어 방사상으로 형성됨으로써, 무부하 상태에서 상기 물림돌기(40)와 정합되는 적어도 둘 이상의 물림돌기(42);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기계식 디스크브레이크.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 회전이격수단(29)은 상기 물림돌기(40)와 상기 물림돌기(42) 사이에 개재되는 베어링볼(43)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기계식 디스크브레이크.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 회전이격수단(229)은,
   상기 회동피스톤(225)과 상기 가압시트(227) 중 적어도 하나의 상기 정합면(239,241) 상에 원주방향으로 배치되어 경사진 바닥면을 갖도록 오목하게 형성된 적어도 둘 이상의 경사홈(240,242); 및
   상기 경사홈(240)과 경사홈(242) 사이에 또는 어느 하나의 상기 경사홈(240,242)과 대응하는 다른 하나의 상기 정합면(239,241) 사이에 개재되어, 상기 회동피스톤(225)이 상기 가압시트(227)에 대해 상대 회전할 때, 상기 회동피스톤(225)과 상기 가압시트(227)가 동시에 반대방향으로 이동하여 상호 이격되도록 하는 롤링볼(243);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기계식 디스크브레이크.
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 회동피스톤(25)은,
   제동 시 외력에 의해 회전하도록 후단이 외부로 노출되어 상기 캘리퍼실린더(15) 내에 축선을 따라 연장된 로드부(33); 및
   상기 로드부(33)의 선단에 반경방향으로 확대 형성되어, 상기 캘리퍼실린더(15) 내주면에 미끄럼 이동 가능하게 장착됨으로써, 제동 시 상기 회전이격수단(29)에 의해 전진하여 상기 제1 제동패드(7)를 상기 디스크로터(R)로 가압하는 헤드부(35);를 포함하여 이루어지고,
   상기 가압시트(27)는 상기 회전이격수단(29)을 사이에 두고 상기 헤드부(35) 후방에서 상기 로드부(33)에 회전 가능하게 끼워져, 상기 캘리퍼실린더(15) 내주면에 미끄럼 이동 가능하게 장착됨으로써, 제동 시 상기 회전이격수단(29)에 의해 후진하여 상기 캘리퍼커버(17)를 통해 상기 제2 제동패드(8)를 상기 디스크로터(R)로 가압하는 헤드부인 것을 특징으로 하는 기계식 디스크브레이크.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 캘리퍼(5)는
   상기 가압시트(27)의 전면에 접촉하도록 상기 캘리퍼실린더(15) 내주면에 축방향으로 위치 조정 가능하게 고정되어, 상기 제1 및 제2 제동패드(7,8)와 상기 디스크로터(R) 사이의 제동유격을 조절하는 조절판(45)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기계식 디스크브레이크.
7. 청구항 2에 있어서,
   상기 회동피스톤(325)은 축방향으로의 상대 이동은 구속되되 회전은 자유롭게 상기 캘리퍼실린더(315) 내에 장착되도록 축선을 따라 연장되되, 제동 시 외력에 의해 회전하도록 후단은 외부로 노출되고, 선단에는 상기 회전이격수단(329)이 연속되어, 제동 시 상기 회전이격수단(329)에 의해 후진함으로써 상기 캘리퍼커버(317)를 통해 상기 제2 제동패드(8)를 상기 디스크로터(R)로 가압하는 로드부이며,
   상기 가압시트(327)는,
   상기 회전이격수단(329)을 사이에 두고 상기 회동피스톤(325) 전방에 회전 구속된 상태로 끼워져, 상기 캘리퍼실린더(315) 또는 브래킷(3) 내주면에 미끄럼 이동 가능하게 장착되는 로드부(333); 및
   상기 로드부(333)의 선단에 반경방향으로 확대 형성되어, 제동 시 상기 회전이격수단(329)에 의해 전진함으로써 상기 제1 제동패드(7)를 상기 디스크로터(R)로 가압하는 헤드부(335);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기계식 디스크브레이크.

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