KR20090059576A - 자동차의 제동장치용 캘리퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 제동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차의 디스크 브레이크식 제동장치의 일 구성인 캘리퍼에 관한 것이다. 본 발명에서는 종래보다 신속하고 확실한 제동력을 디스크에 전달하고 소음을 감소시키며 차체의 경량화를 이룩할 수 있는 구조의 개선된 캘리퍼를 제시한다.

본 발명에서는 중간부가 개방되고 상기 개방된 중간부의 좌·우 측면부에는 서로 마주보는 한 쌍의 유압실린더가 상·하 2단으로 형성되는 하우징, 상기 유압실린더에 각각 입설되는 실린더 피스톤, 상기 상·하 2단의 유압실린더를 연결하는 오일통로 및 상기 좌·우측의 유압실린더를 연결하는 연결관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 제동장치용 캘리퍼를 제공한다.

자동차, 제동장치, 디스크, 브레이크, 마스터 실린더, 패드, 캘리퍼, 유압실린더, 실린더 피스톤, 오일씰, 더스트부트, 알루미늄 합금, 본체, 오일통로, 연결관, 에어벤트(air vent)

Description

자동차의 제동장치용 캘리퍼{Caliper for a braking system of an automobile}

본 발명은 자동차의 제동장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 디스크식 브레이크에 사용되는 캘리퍼 구조에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 유압실린더 및 실린더 피스톤의 구조 및 개수가 개선되어 종래보다 제동이 확실하고 소음이 작으며 경량화가 가능한 자동차의 제동장치용 캘리퍼에 관한 것이다.

자동차의 제동장치는 주행하는 자동차를 감속 또는 정지시키기 위해 사용하는 중요한 장치이며, 일반적으로 마찰력을 이용하여 자동차의 운동에너지를 열에너지로 바꾸어, 그것을 대기속으로 방출시켜 제동작용을 하는 마찰식 브레이크를 사용하고 있다. 제동장치의 조작기구는 로드나 와이어를 사용하는 기계식과 유압을 이용하는 유압식이 있으며, 일반적으로 풋 브레이크는 유압식을 채택하고 있다. 이이러한 유압식 브레이크에는 구조상 디스크식과 드럼식이 있으나 근간에는 자동차가 고속화됨에 따라 드럼식보다 방열과 열변형에 의한 제동력 저하가 적은 디스크 브레이크 방식이 주로 채택되고 있는 실정이다. 디스크 브레이크는 바퀴와 함께 회전하는 브레이크 디스크의 양쪽에 설치된 패드에 의하여 제동된다. 패드 바깥쪽에 있는 몸체부가 되는 부분을 캘리퍼(caliper)라고 한다. 이러한 캘리퍼에는 피스톤과 오일통로가 있어서 마스터 실린더에서 발생한 오일의 압력에 의하여 피스톤을 패드쪽으로 밀어 디스크에 압착하여 제동력을 얻도록 되어 있다.

일반적으로 종래의 대향 피스톤형 캘리퍼의 경우 마주하는 한 쌍의 피스톤을 배치하였고, 부동형 캘리퍼에는 하나의 피스톤만을 작동하고 그 반력으로 캘리퍼가 피스톤과 반대방향으로 이동하면서 패드를 압착하도록 되어 있었다. 그러나, 이러한 종래의 캘리퍼는 그 제동력이 확실하게 전달되지 못하고 압착시 접촉면적이 적어진다는 단점이 있었다. 그리하여 대한민국 특허청에 출원된 특허공보 제95-6998호 "제동력이 강화된 디스크 브레이크"에서는 도 1과 같은 개선된 구조의 브레이크 장치를 제안하였다. 여기서는 하나의 디스크(1)에 서로 분리된 2개의 캘리퍼(2)를 전후로 배치하고 피스톤(2b)과 디스크(1) 사이에 환형판(11)과 환형패드(10)를 배치하여 제동을 좀더 확실히 하고 마찰로 인한 열방출을 용이하게 하려고 하였다.

그러나 이러한 구조에서는 전·후의 캘리퍼간에 편심으로 인한 소음이 발생할 수 있다는 문제가 있으며, 아울러 그 구성이 복잡하고 특수한 형상의 환형패드와 환형판을 사용하게 되므로 기존의 패드와 호환되지 못한다는 단점이 있다. 또한, 캘리퍼의 재질자체도 비중이 무거운 주철을 사용하므로 제동장치의 경량화에 한계가 있다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 제동력이 우수하고, 편제동에 의한 진동이 적으며, 소음이 적고 열변형에 강한 자동차의 제동장치용 캘리퍼를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명에서는 캘리퍼의 하우징과 실린더 피스톤의 구조를 개선하고 재질을 고강도 알루미늄 합금으로 대체함으로서 차체의 경량화를 이루고자 한다.

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명에서는 중간부가 개방되고 상기 개방된 중간부의 좌·우 측면부에는 서로 마주보는 한 쌍의 유압실린더가 상·하 2단으로 형성되는 하우징, 상기 유압실린더에 각각 입설되는 실린더 피스톤, 상기 상·하 2단의 유압실린더를 연결하는 오일통로 및 상기 좌·우측의 유압실린더를 연결하는 연결관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 제동장치용 캘리퍼를 제공한다.

여기서, 상기 하우징에는 유압실린더 내부의 가스를 배출하기 위한 에어벤트가 적어도 하나 이상 형성된다.

상기 실린더 피스톤은 일측이 개방되고 타측은 폐쇄된 중공실린더 형상인 것이 바람직하다.

상기 하우징 및 상기 실린더 피스톤은 알루미늄 합금으로 형성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 알루미늄 합금은 알루미늄, 규소 및 마그네슘을 포함하여 형성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 다수의 피스톤이 동시에 패드에 작용하여 디스크를 압착하므로 제동이 신속하며 확실하다는 장점이 있으며, 좌·우 뿐만 아니라 상·하 2단으로 유압실린더 및 실린더 피스톤이 배치되므로 편제동에 의한 진동이나 소음이 발생하지 않는다는 장점이 있다.

또한, 내마멸성이 좋고 열변형에 강하며 주철 금속보다 경량화가 가능한 알루미늄 합금으로 캘리퍼가 제작되므로 차체의 경량화에 유리하며 따라서 고유가 시대에 연료를 절감할 수 있어 경제적이라는 장점이 있다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 작동원리를 보다 상세하게 설명한다. 도 2는 본 발명에 의한 캘리퍼의 사시도이고, 도 3은 도 2의 캘리퍼를 정면에서 바라본 부분 단면도이며, 도 4는 본 발명의 실린더 피스톤의 사시도이다.

본 발명의 캘리퍼(100)는 크게 본체를 이루는 하우징(110), 상기 하우징 내부에 오목하게 형성되는 다수의 유압 실린더(122), 상기 유압 실린더(122) 내에 입설되는 실린더 피스톤(120), 상기 유압 실린더를 연결하는 연결관(130) 및 오일통로(124)를 포함하여 구성된다.

상기 하우징(110)은 중간부가 개방된 개구부(110a)를 가지며, 상기 중간부의 양측에는 유압실린더(122)가 형성되는 측면부(112,114)를 가진다. 상기 유압실린더(122)는 상기 좌측면부(112) 및 우측면부(114) 내부에 오목한 홈 형상으로 형성되는데, 각 측면부에 상·하 2단으로 형성된다. 유압실린더(122)에는 실린더 피스톤(120)이 입설되어 오일압에 의하여 직선운동하게 된다. 상기 유압실린더(122) 내부에는 외부의 마스터실린더(미도시)로부터 공급되는 브레이크오일이 수용되어 오일압에 의하여 상기 실린더 피스톤(120)을 밀게 된다.

상기 실린더 피스톤(120)은 도 4에 도시한 것처럼, 일측이 개방되고 타측은 폐쇄된 중공실린더의 형상을 가진다. 따라서, 속이 찬 봉형상의 피스톤에 비하여 경량화가 가능하다. 상기 유압실린더(122)와 상기 실린더 피스톤(120)의 외주면 사이에는 링 형상의 오일씰(oil seal,122a)과 더스트부트(dust boot, 122b)가 마련되는데, 상기 오일씰(122a)은 오일이 새는 것을 방지하는 것이며, 상기 더스트부트(122b)는 외부의 이물질이 상기 유압실린더(122) 내부로 침투하는 것을 방지하는 역할을 한다. 상기 오일씰(122a) 및 상기 더스트부트(122b)는 모두 고무 등의 합성수지로 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 하우징(110)의 각 측면부(112,114)에 상·하 2단으로 유압실린더(122)가 구성되는데, 각 측면부의 유압실린더(122)들은 서로 마주하며 대향하도록 배치된다. 이렇게 함으로써 운전자가 브레이크를 조작하는 경우에도 캘린더(100)의 좌·우 및 상·하 방향으로 대칭이 되어 편제동에 의한 진동이 발생하지 않게 된다.

상기 하우징(110)의 상단부에는 유압실린더(122) 내부의 가스를 제거하기 위한 에어벤트(air vent, 140)가 마련된다. 상기 각 측면부에 형성되는 상·하단 유압실린더(122)는 상기 하우징(110) 내부에 마련되는 폭이 좁은 오일통로(124)에 의하여 연결되며, 상기 좌·우 측면부(112,114)의 하단에 위치한 유압실린더(122)는 연결관(130)에 의하여 연결된다.

상기 우측면부(114)에는 오일 입구부(153)가 상기 유압실린더(122)와 연결되도록 형성되어 외부의 마스터실린더에서 공급되는 브레이크오일을 공급받는다. 상기 오일 입구부(153)는 상·하 단의 유압실린더(122)에 각각 연결되는 두 개가 마련되도록 할 수 있으며, 도면에서 미설명부호 151은 사용하지 않는 오일 입구부(151) 를 폐쇄하기 위한 마개(151)이다.

상기 하우징(110) 및 실린더 피스톤(120)은 모두 알루미늄 합금으로 형성되는 것이 바람직한데, 그 이유는 종래의 주철에 비하여 비중이 가볍고 내부식성 및 기계적 강도가 우수하기 때문이다. 종래에는 캘리퍼를 주물금속의 하나인 주철을 사용하여 제작하였으나 녹이 쉽게 슨다는 단점이 있었고 아울러 하중이 커서 차체의 경량화가 어렵다는 단점이 있었다. 본 발명에서는 상기 하우징(110) 및 상기 실린더 피스톤(120)을 비교적 주조특성이 우수하고 합금의 적응성이 우수한 고강도 알루미늄 합금으로 제작한다. 특히, 상기 고강도 합금으로서 알루미늄(Al), 규소(Si) 및 마그네슘(Mg)을 주성분으로 하는 알루미늄 합금을 선택하는 것이 바람직하며, 이러한 알루미늄 합금의 대표적인 것으로는 ASTM A357, ASTM A356과 같은 것들이 있다. 이러한 알루미늄 합금들은 주조성이 우수하고 강도가 우수하며, 내압 성 및 내식성의 매우 우수하다. 상기 알루미늄 합금은 또한 중력주조 또는 단조용 알루미늄 합금을 선택할 수 있다.

도 5는 본 발명의 작동원리를 설명하기 위한 개략적인 제동장치의 종단면도이다. 캘리퍼(110)의 유압실린더(122)에 외부의 마스터실린더로부터 브레이크오일이 공급되면 도시한 것처럼 상·하 및 좌·우 측의 유압실린더(122) 내의 실린더 피스톤(120)이 직선 이동하면서 패드(210)를 밀어 디스크(220)에 압착하여 제동력을 가한다. 상기 실린더 피스톤(120)은 전술한 것처럼 고강도 알루미늄 합금으로 제작되며 중공실린더의 형상을 가지므로 중량이 가벼워 신속 정확하게 패드(210)를 압착할 수 있다. 또한, 상·하 및 좌·우로 대칭되게 실린더 피스톤(120)을 배치하여 압착하므로 고속 주행 중의 제동시에도 제동성능이 탁월하며 면압이 균일하게 유지된다.

도 1은 종래의 캘리퍼를 이용한 자동차의 제동장치의 개략 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 캘리퍼의 사시도.

도 3은 도 2의 캘리퍼를 정면에서 바라본 부분 단면도.

도 4는 본 발명의 실린더 피스톤의 사시도.

도 5는 본 발명의 작동원리를 설명하기 위한 개략적인 제동장치의 종단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 캘리퍼 110: 하우징

112: 좌측면부 114: 우측면부

120: 실린더 피스톤 122: 유압실린더

124: 오일통로 130: 연결관

140: 에어벤트 153: 오일 입구부

Claims (5)

1. 중간부가 개방되고 상기 개방된 중간부의 좌·우 측면부에는 서로 마주보는 한 쌍의 유압실린더가 상·하 2단으로 형성되는 하우징;

   상기 유압실린더에 각각 입설되는 실린더 피스톤;

   상기 상·하 2단의 유압실린더를 연결하는 오일통로; 및

   상기 좌·우측의 유압실린더를 연결하는 연결관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 제동장치용 캘리퍼.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 하우징에는 유압실린더 내부의 가스를 배출하기 위한 에어벤트가 적어도 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 제동장치용 캘리퍼.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 실린더 피스톤은 일측이 개방되고 타측은 폐쇄된 중공실린더 형상인 것을 특징으로 하는 자동차의 제동장치용 캘리퍼.
4. 제 1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 하우징 및 상기 실린더 피스톤은 알루미늄 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 제동장치용 캘리퍼.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 알루미늄 합금은 알루미늄, 규소 및 마그네슘을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 제동장치용 캘리퍼.

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