KR20080053724A - 차량용 디스크 브레이크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디스크의 회전방향측으로 이동하며 마찰패드를 디스크에 압박하는 쐐기부재를 갖춘 차량용 디스크 브레이크에 관한 것이다.
본 발명에 따른 차량용 디스크 브레이크는 전면에 마찰패드가 체결되며 배면에 디스크의 회전 방향에 대하여 소정의 각도를 가지는 경사면이 좌우 대칭적으로 형성된 쐐기 형상의 돌출부가 마련된 쐐기부재와, 마찰패드를 디스크와 접촉시키도록 쐐기부재를 미는 가동부재를 포함하는 차량용 디스크 브레이크에 있어서, 가동부재의 후퇴시 쐐기부재가 가동부재와 함께 후퇴될 수 있도록 하는 걸림부재를 쐐기부재에 마련하기 때문에 브레이크 해제시 마찰패드가 즉시 디스크와 떨어지도록 하여 차량의 연비나 마찰패드의 수명을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

차량용 디스크 브레이크{DISC BRAKE FOR VEHICLE}
도 1은 종래의 차량용 디스크 브레이크의 분해 사시도이다.
도 2는 종래의 차량용 디스크 브레이크의 제동해제 상태를 보인 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 차량용 디스크 브레이크의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 걸림부재를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 차량용 디스크 브레이크의 조립 상태를 보인 개략도이다.
도 6은 본 발명에 따른 차량용 디스크 브레이크의 제동 초기 상태를 보인 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따른 차량용 디스크 브레이크의 제동 상태를 보인 개략도이다.
도 8은 본 발명에 따른 차량용 디스크 브레이크의 제동 해제 상태를 보인 개략도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 디스크 20a, 20b: 마찰패드
30: 캘리퍼하우징 40: 캐리어
50: 제1구동모터 60: 쐐기부재
65: 걸림부재 70: 지지부재
80: 제1감속기어 90: 가동부재
100: 제2구동모터 110: 링부재
120: 베어링부재 130: 제2감속기어
140: 덮개 150: 체결볼트
본 발명은 차량용 디스크 브레이크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유압을 사용하지 아니하고 전기모터에 의해 구동되어 디스크의 회전방향측으로 이동하며 마찰패드를 디스크에 압박하는 쐐기부재를 갖춘 차량용 디스크 브레이크에 관한 것이다.
마찰패드에 수직으로 배치된 피스톤을 가압하여 제동을 하는 종래의 유압식 디스크 브레이크에 비하여 쐐기부재를 갖춘 차량용 디스크 브레이크는 쐐기부재가 디스크 회전방향으로 끌려 들어감으로써 발생하는 자기작동효과(Self-energizing effect)에 의해 적은 힘만으로도 충분한 제동력을 형성시켜 주는 장점이 있다.
이러한 쐐기부재를 갖춘 차량용 디스크 브레이크는 도 1에 도시된 바와 같이 슬라이딩 가능한 캘리퍼하우징(30)과, 차량의 너클부(미도시)에 고정 설치되어 캘리퍼하우징의 슬라이딩을 안내하는 캐리어(40)와, 차량의 휠(미도시)과 함께 회전하는 디스크(10)와 접촉하여 마찰력을 발생시키는 마찰패드(20a,20b)와, 전면에 마찰패드(20a)가 체결되며 배면에 디스크의 회전 방향에 대하여 소정의 경사각을 갖는 쐐기형상의 돌출부가 좌우 대칭적으로 마련된 쐐기부재(60)와, 쐐기부재의 쐐기형상에 대응하는 경사면이 마련되어 쐐기부재의 디스크 회전 방향 운동을 안내 및 지지하는 지지부가 마련된 지지부재(70)와, 쐐기부재와 지지부재 사이에 배치되어 마찰패드를 디스크와 접촉시키도록 쐐기부재를 미는 가동부재(90)와, 가동부재와 연결되어 가동부재의 진퇴운동을 조절하는 구동모터(50)를 포함하여 구성된다. 이하에서는 두 마찰패드(20a,20b) 중 쐐기부재(60)에 설치되어 쐐기부재(60)와 함께 이동하는 마찰패드를 내측 마찰패드(20a)라 하며, 캘리퍼하우징의 핑거부(32)에 설치되어 있는 마찰패드를 외측 마찰패드(20b)라 한다.
운전자가 브레이크 페달(미도시)을 밟게 되면 전자제어유닛(ECU;Electronic Control Unit, 미도시)에 의해 구동모터(50)가 가동부재(90)를 전진시키게 된다. 가동부재(90)가 전진함에 따라 가동부재는 전면에 내측 마찰패드(20a)가 체결된 쐐기부재를 밀게 되고, 쐐기부재의 전면에 체결된 내측 마찰패드(20a)는 디스크(10)를 가압하게 된다. 이 가압력에 대한 반력(Reaction Force)에 의해 캘리퍼하우징(30)이 외측 마찰패드(20b)를 끌어당기는 방향으로 캐리어(40)의 안내를 받아 슬라이딩 이동하게 된다. 이렇게 하여 내측 마찰패드(20a)와 외측 마찰패드(20b)가 모두 디스크(10)의 양면과 접촉하여 마찰을 일으키게 되며, 또한 내측 마찰패드가 디스크의 회전 방향으로 끌려 들어가게 되는 자기작동효과(Self-energizing effect)에 의해 더욱 큰 마찰력이 발생하여 차량을 감속시키거나 정지시키게 되며, 운전자가 브레이크 페달에서 발을 떼면 구동모터(50)가 역회전하여 가동부재(90)가 초기위치로 복귀되어 제동이 종료된다.
그런데, 이러한 종래의 차량용 디스크 브레이크의 경우에 차량을 완전히 정지시키지 아니하고 차량의 속도만 감속시킨 후 브레이크 페달을 해제하면 도 2에서 보듯이 가동부재(90)는 구동모터(50)에 의해 초기위치로 복귀하지만, 마찰패드(20a,20b)는 바로 복귀하지 못하고 여전히 회전하는 디스크와 마찰을 일으키다가 디스크가 주는 충격에 의해 후퇴함으로써 디스크와 떨어지게 된다. 이러한 과정이 반복됨으로써 차량의 연비가 나빠지거나 마찰재의 조기 마모를 가져오는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 운전자가 브레이크 페달을 해제시키면 가동부재가 복귀할 때 내측 마찰패드도 함께 후퇴하도록 하여 마찰패드와 디스크의 불필요한 마찰을 피할 수 있도록 하는 차량용 디스크 브레이크를 제공하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 디스크와 접촉하여 마찰력을 발생시키는 마찰패드와, 전면에 상기 마찰패드가 체결되며 배면에 상기 디스크의 회전 방향에 대하여 소정의 각도를 가지는 경사면이 좌우 대칭적으로 형성된 쐐기 형상의 돌출부가 마련된 쐐기부재와, 상기 쐐기부재의 상기 쐐기형상의 돌출부에 대응하는 경사면이 마련되어 상기 쐐기부재를 지지하는 지지부재와, 상기 쐐기부재와 상기 지지부재 사이에 마련되어 상기 마찰패드를 상기 디스크와 접촉시키도록 상기 쐐기부재를 미는 가동부재와, 상기 가동부재와 연결되어 상기 가동부재의 진퇴운동을 조절하는 구동모터를 포함하는 차량용 디스크 브레이크에 있어서, 상기 가동부재의 후퇴시 상기 쐐기부재가 상기 가동부재와 함께 후퇴될 수 있도록 상기 쐐기부재의 배면에 장착되는 걸림부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 쐐기부재의 상기 쐐기 형상의 돌출부는 상기 쐐기부재의 배면 상부와 하부에 각각 구비되고, 상기 걸림부재는 쐐기부재의 배면 중앙부에 장착되는 것을 특징으로 한다.
상기 가동부재는 전면이 상기 쐐기부재의 배면 중앙부와 접하여 상기 쐐기부재를 밀고 배면이 상기 걸림부재에 걸리도록 하는 가압부와, 상기 가압부의 배면에서 원통형으로 돌출되어 내부에 암나사가 형성된 연장부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 걸림부재는 상기 쐐기부재의 배면 중앙부에 나사 결합되도록 나사 체결공이 관통 형성된 몸체부와, 상기 몸체부의 일단에서 수직으로 연장되어 상기 가동부재의 가압부를 수용하며 상기 가동부재가 후퇴시에 상기 가동부재의 가압부가 걸릴 수 있도록 하는 걸림부와, 상기 걸림부의 끝단에 형성되어 상기 가동부재의 연장부가 수용되도록 상기 연장부의 외경보다 더 큰 폭을 가진 개구부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 차량용 디스크 브레이크는 도 3 내지 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 차량의 휠(미도시)과 함께 회전하는 원판형상의 디스크(10) 양 측면에 마찰패 드(20a,20b)를 각각 접촉시켜 발생하는 마찰력을 이용하여 제동을 하는 장치로써, 내부 양측에 한 쌍의 마찰패드(20a,20b)가 서로 대향되게 배치되어 있는 캘리퍼하우징(30)과, 차량의 너클부(미도시)에 고정되어 캘리퍼하우징(30)의 진퇴이동을 안내하는 캐리어(40)를 포함한다.
캘리퍼하우징(30)이 캐리어(40)에 진퇴이동 가능하게 설치될 수 있도록 하기 위하여 캘리퍼하우징(30)의 양측단에는 한 쌍의 가이드로드(31)가 스크류 등의 체결부재를 통해 고정되어 있으며, 캐리어(40)의 양측에는 가이드로드(31)가 진퇴이동 가능하도록 가이드홀(41)이 각각 마련되어 있다.
캘리퍼하우징(30)의 내부 일측에는 내측 마찰패드(20a)가 설치되며 후술할 가동부재(90)가 전진함에 따라 내측 마찰패드(20a)가 디스크(10)와 접촉하게 하도록 전면에 내측 마찰패드(20a)가 체결되어 있는 쐐기부재(60)와, 전면이 쐐기부재(60)의 배면에 대응하도록 경사지게 형성되어 쐐기부재(60)를 지지하는 지지부재(70)가 배치되며, 캘리퍼하우징(30)의 내부 타측에는 외측 마찰패드(20b)가 설치되는 핑거부(32)가 구비되어 있다.
쐐기부재(60)의 전면은 내측 마찰패드(20a)가 디스크(10)의 일측면과 전체적으로 고르게 접촉할 수 있도록 디스크(10)의 회전면과 평행하게 형성되어 있으며, 쐐기부재(60)의 배면은 디스크의 회전 방향에 대하여 소정의 각도를 가지는 경사면이 좌우 대칭적으로 형성된 쐐기 형상의 돌출부(61)가 상부와 하부에 각각 마련되어 있다. 본 실시예에 따른 쐐기부재(60)의 배면에 형성된 쐐기 형상의 돌출부(61)는 상하 각각 2개로 되어 있으나, 하나만 마련하거나 또는 그 이상의 개수로 형성 시킬 수도 있다.
쐐기부재(60)의 배면 중앙부(62)는 쐐기 부재의 전면과 평행하게 형성되어 후술할 가동부재(90)의 가압부(91)가 접촉할 수 있도록 되어 있으며, 후술할 걸림부재(65)와 쐐기부재(60) 및 내측 마찰패드(20a)가 나사 결합되도록 나사 체결공이 양측에 관통 형성되어 있다.
가동부재(90)는 쐐기부재(60)와 지지부재(70) 사이에 배치되며, 브레이크 동작시에 쐐기부재의 배면 중앙부와 접촉하여 밀 수 있도록 하고 브레이크 해제시에 후술할 걸림부재에 걸려 쐐기부재를 함께 후퇴시킬 수 있도록 하는 단면이 사각형인 가압부(91)와, 가압부의 배면에서 원통형으로 돌출되어 내부에 암나사가 형성된 연장부(92)로 이루어져 있으며, 후술할 제1감속기어(80)의 출력축에 형성된 수나사와 나사결합을 이루어 제1감속기어가 회전함에 따라 진퇴운동을 하도록 되어 있다.
걸림부재(65)는 도 4에서 보듯이 쐐기부재(60)의 배면 중앙부(62)에 체결볼트(150)에 의해 결합되도록 나사 체결공이 관통 형성된 몸체부(66)와, 가동부재(90)의 가압부(91)를 수용하며 가동부재(90)가 후퇴시에 가동부재(90)의 가압부(91)가 걸릴 수 있도록 몸체부(66)의 일단에서 수직으로 연장된 걸림부(67)와, 가동부재(90)의 연장부(92)가 수용되도록 연장부(92)의 외경보다 더 큰 폭을 가진 개구부(68)로 이루어져 있다.
체결볼트(150)에 의해 걸림부재(65), 쐐기부재(60) 및 내측 마찰패드(20a)가 견고하게 고정되어 디스크 회전면에 수직방향으로 진퇴운동하거나 디스크 회전방향으로 습동하게 된다.
지지부재(70)는 쐐기부재(60)의 배면을 지지할 수 있도록 그 전면이 쐐기부재(60)의 경사면(61)과 대응하도록 상부와 하부가 각각 경사지게 돌출되어 형성되어 있으며, 전면 중앙부에는 가동부재(90)의 연장부(92)가 수용될 수 있도록 수용홈(71)이 형성되어 있다. 지지부재(70)의 배면에는 원통부(72)가 돌출 형성되어 있으며, 원통부(72)의 외주면은 수나사가 형성되어 있고, 그 내부에는 후술할 제1구동모터(50)가 수용될 수 있도록 관통공(73)이 형성되어 있다.
제1구동모터(50)는 지지부재(70)의 원통부(72)에 형성된 관통공(73)에 수용되며, 전자제어유닛(미도시)에 의해 전원을 인가받아 제1감속기어(80)를 통해 감속되어 가동부재(90)의 진퇴운동을 조절하게 된다.
제1감속기어(80)는 유성기어로 되어 있으며, 입력단은 제1구동모터의 출력축과 결합되며 출력단은 가동부재의 원통부에 형성된 암나사와 결합하도록 수나사가 형성되어 있다.
한편, 지지부재(70)의 원통부(72) 외측에 나사 결합되도록 내주면에 암나사가 형성된 링부재(110)는 그 외주면에 기어열이 형성되어 있으며, 캘리퍼하우징(30)에 형성되어 있는 링부재수용부(34)에 장착된다.
링부재(110)와 캘리퍼하우징(30)에 형성된 수용부(33)의 걸림턱(35) 사이에는 링부재(110)의 회전운동을 지지하고 링부재(100)의 병진운동을 제한하는 베어링부재(120)가 삽입된다.
링부재(100)의 회전운동을 조절하는 제2구동모터(100)는 제1구동모터(50)와 나란하게 캘리퍼하우징(30)에 형성된 제2구동모터수용부(36)에 배치되고, 제2구동 모터수용부(36)와 링부재수용부(34) 사이에 연통되는 개구부(37)에 평기어로 된 제2감속기어(130)가 설치되어 제2구동모터(100)의 회전력을 링부재(110)에 감속시켜 전달한다.
미설명 부호 “140”은 캘리퍼하우징(30)에 형성된 수용부(33)의 내측 형상과 동일하게 형성되어 지지부재(70)의 원통부(72) 및 링부재(110) 등을 덮는 덮개(140)이다.
이하에서, 본 발명에 따른 차량용 디스크 브레이크의 동작에 대하여 설명하기로 한다.
운전자가 브레이크 페달(미도시)을 밟으면 브레이크 작동 스위치(미도시)를 통하여 전자제어유닛(미도시)이 이를 인식하고, 제1구동모터(50)에 전원을 인가하게 되면 제1구동모터(50)가 회전하게 된다. 통상적으로 모터에 전원이 인가되면 모터는 고속으로 회전하기 때문에 이를 감속시키기 위한 수단이 필요하다. 본 발명에서는 유성기어로 구성된 제1감속기어(80)를 사용하여 제1구동모터(50)의 회전속도를 감속시켜 가동부재(90)에 전달하면, 가동부재(90)의 가압부(91)는 쐐기부재(60)의 배면 상부와 하부에 각각 마련된 쐐기 형상의 돌출부(61)에 의해 회전이 제한되므로 쐐기부재(60)의 배면 중앙부(62)를 밀게 되어 쐐기부재(60)와 결합된 내측 마찰패드(20a)가 디스크(10)를 가압하게 되고, 이러한 가압력에 의한 반력이 작용하여 캘리퍼하우징(30)이 캐리어(40)의 가이드홀(41)을 따라 후퇴하게 되어 캘리퍼하우징(30)의 핑거부(32)가 외측 마찰패드(20b)를 디스크(10)쪽으로 끌어당겨 마찰패드(20a,20b)와 디스크(10)가 서로 압착하게 된다. 더구나, 쐐기부재(60)는 지지부 재(70)의 안내 및 지지를 받으면서 디스크(10) 회전 방향으로 끌려 들어감으로써 발생하는 자기작동효과(Self-energizing effect)에 의해 더 큰 마찰력을 발생시켜 제동이 이루어진다.
이때, 쐐기부재(60)가 디스크(10)의 회전방향으로 끌려 들어가게 되면 쐐기부재(60)는 디스크(10) 회전면에 수직으로 이동할 뿐 아니라 디스크(10)의 회전방향과 나란하게도 이동하기 때문에 쐐기부재(60)의 디스크 회전방향 운동이 원활하도록 하기 위해서는 쐐기부재(60)에 체결된 걸림부재(65)와 가동부재(90) 사이의 횡방향 간격이 충분히 확보되어 있어야 한다.
즉, 도 6에서와 같이 제동 초기 상태에서는 내측 마찰패드(20a)가 디스크(10)와 일정한 간격을 유지하고 있으나, 제1구동모터(50)가 회전하여 가동부재(90)를 전진시키게 되면 도 7에서와 같이 가동부재(90)는 쐐기부재(60)를 밀게 되고 쐐기부재(90)에 체결된 내측 마찰패드(20a)가 디스크(10)와 압착되는 동시에디스크 회전방향으로 이동하여 지지부재(70)에 의해 지지된다. 이때 가동부재(90)는 진퇴운동만 하기 때문에 쐐기부재(60)가 그림상에서 좌측으로 이동하여도 걸림부재(65)와의 간격을 가지게 된다.
더구나 제동 횟수가 증가함에 따라 마찰패드(20a,20b)의 마모가 진행되면 마찰패드(20a,20b)의 마모량에 비례하여 쐐기부재(60)의 횡방향 습동구간이 길어지게 된다. 이때 걸림부재(65)와 가동부재(90)의 횡방향 간격이 충분하지 않다면 쐐기부재(60)가 가동부재(90)에 의해 제한을 받아 디스크(10) 회전방향쪽으로 끌려 들어가지 못해 자기작동효과를 얻지 못하거나, 오히려 쐐기부재(60)가 디스크(10) 회전 방향쪽으로 끌려 들어감으로 인하여 가동부재(90) 및 이와 연결된 제1감속기어(80)와 제1구동모터(50)에 횡방향 힘이 작용하기 때문에 부품의 변형이나 파손을 가져올 우려가 있다. 다만, 이러한 점은 마찰패드의 마모량을 보상하도록 제2구동모터를 구동시켜 쐐기부재를 전진시키게 되면 항상 초기 간격을 유지할 수 있으므로 해결할 수 있다.
운전자가 브레이크 페달을 해제시키면 제1구동모터(50)가 역회전하여 가동부재(90)를 초기위치로 복귀시키게 되는데, 도 8에서 보듯이 가동부재(90)의 가압부(91)가 후퇴함에 따라 걸림부재(65)의 걸림부(67)와 접촉하게 되어 쐐기부재(60)도 지지부재(70)의 경사면을 따라 비스듬하게 후퇴하게 된다. 따라서, 내측 마찰패드(20a) 역시 디스크(10)와 떨어지게 되며 외측 마찰패드(20b)는 디스크와의 충격에 의해 뒤로 밀리게 됨으로써 제동이 종료된다.
또한, 운전자가 브레이크 페달을 작동시킨 순간부터 차량의 제동이 시작될 때까지의 소요시간은 브레이크 페달에 장착되어 있는 브레이크 작동 스위치와 차량의 휠의 회전속도를 감지하는 센서(Wheel Speed Sensor)를 통하여 전자제어유닛에 의해 계산된다. 소요시간이 초기 설정시간보다 길다고 판단되면, 전자제어유닛은 제2구동모터(100)가 구동되도록 전원을 인가한다. 제2구동모터(100)가 회전하게 됨으로써 제2감속기어(130)를 통하여 링부재(110)가 캘리퍼하우징(30)의 링부재수용부(34)에서 고정되어 회전하게 되므로, 링부재(110)의 내주면에 마련된 암나사부와 나사 결합된 지지부재(70)의 원통부(72)가 전진하게 된다. 결국, 지지부재(70)의 원통부(72)가 전진하면 순차적으로 쐐기부재(60) 및 내측 마찰패드(20a)가 디스 크(10) 쪽으로 전진함으로써, 마찰패드(20a,20b)와 디스크(10)의 간격을 항상 초기상태로 유지시킬 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 디스크 브레이크는 브레이크를 해제한 경우에 가동부재가 후퇴하면서 내측 마찰패드가 체결된 쐐기부재를 같이 후퇴시키기 때문에 내측 마찰패드와 디스크와의 불필요한 마찰을 제거함으로써 차량의 연비나 마찰패드의 수명을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 디스크와 접촉하여 마찰력을 발생시키는 마찰패드와; 전면에 상기 마찰패드가 체결되며 배면에 상기 디스크의 회전 방향에 대하여 소정의 각도를 가지는 경사면이 좌우 대칭적으로 형성된 쐐기 형상의 돌출부가 마련된 쐐기부재와; 상기 쐐기부재의 상기 쐐기형상의 돌출부에 대응하는 경사면이 마련되어 상기 쐐기부재를 지지하는 지지부재와; 상기 쐐기부재와 상기 지지부재 사이에 마련되어 상기 마찰패드를 상기 디스크와 접촉시키도록 상기 쐐기부재를 미는 가동부재와; 상기 가동부재와 연결되어 상기 가동부재의 진퇴운동을 조절하는 구동모터를 포함하는 차량용 디스크 브레이크에 있어서,
    상기 가동부재의 후퇴시 상기 쐐기부재가 상기 가동부재와 함께 후퇴될 수 있도록 상기 쐐기부재의 배면에 장착되는 걸림부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 디스크 브레이크.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 쐐기부재의 상기 쐐기 형상의 돌출부는 상기 쐐기부재의 배면 상부와 하부에 각각 구비되고, 상기 걸림부재는 쐐기부재의 배면 중앙부에 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 디스크 브레이크.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 가동부재는 전면이 상기 쐐기부재의 배면 중앙부와 접하여 상기 쐐기부재를 밀고 배면이 상기 걸림부재에 걸리도록 하는 가압부와, 상기 가압부의 배면에서 원통형으로 돌출되어 내부에 암나사가 형성된 연장부를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 디스크 브레이크.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 걸림부재는 상기 쐐기부재의 배면 중앙부에 나사 결합되도록 나사 체결공이 관통 형성된 몸체부와, 상기 몸체부의 일단에서 수직으로 연장되어 상기 가동부재의 가압부를 수용하며 상기 가동부재가 후퇴시에 상기 가동부재의 가압부가 걸릴 수 있도록 하는 걸림부와, 상기 걸림부의 끝단에 형성되어 상기 가동부재의 연장부가 수용되도록 상기 연장부의 외경보다 더 큰 폭을 가진 개구부를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 디스크 브레이크.
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