KR20100095540A

KR20100095540A - 환형 디스크 브레이크 및 브레이크패드 제동력을 증가시키는 방법

Info

Publication number: KR20100095540A
Application number: KR1020107011456A
Authority: KR
Inventors: 알랭 콘스탄스
Original assignee: 아스테리아 퍼포먼스 인코포레이티드
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2010-08-31
Also published as: CA2703557C; US8657080B2; US20100258387A1; EP2212580A4; BRPI0820398B1; PT2212580E; EP2212580B1; CN101878378B; ES2386598T3; CN101878378A; RU2010119527A; PL2212580T3; SI2212580T1; CA2703557A1; RU2477398C2; MX2010005729A; BRPI0820398A2; WO2009067801A1; EP2212580A1

Abstract

본 발명은 환형 디스크 브레이크와, 이런 브레이크에서 브레이크패드의 제동력을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 이 브레이크(10)는 로터디스크(60)와, 로터디스크 양쪽에 배치되는 브레이크패드(62,64)를 포함한다. 한쪽 브레이크패드(64)는 축방향으로 안내되는 브레이크패드 캐리어(66)에 연결된다. 브레이크(10)는 축방향 작동부재(48)와 캐리어(66) 사이에서 힘을 증폭하는 동력전달기를 구비한다.

Description

환형 디스크 브레이크 및 브레이크패드 제동력을 증가시키는 방법{ANNULAR DISK BRAKE AND METHOD OF INCREASING A BRAKE PAD CLAMPING FORCE}

본 발명은 환형 디스크 브레이크와, 이런 브레이크에서 브레이크패드의 제동력을 증가시키는 방법에 관한 것이다.

환형 디스크 브레이크를 풀-컨택트 환형디스크 브레이크라 한다. 환형디스크 브레이크는 고정요소를 중심으로 축방향으로 움직이는 하나 이상의 로터디스크를 포함한다. 로터디스크는 자동차 바퀴와 같은 회전요소와 맞물려 토크를 전달하고, 로터디스크의 한쪽에는 고정된 브레이크패드가 있으며, 반대쪽에는 축방향으로 움직이는 브레이크패드가 있다. 이런 가동형 브레이크패드는 공압식이나 유압식이나 전기식 액튜에이터에 의해 로터디스크를 향해 밀린다. 고정 및 가동형 브레이크패드들이 로터디스크 양쪽에 조여질 때 제동마찰과 열이 생긴다.

환형디스크 브레이크는 여러 종류가 있다. 브레이크가 설치되는 공간에 설치되는 액튜에이터를 이용해 제동력을 발생시키는 것이 있다. 흔히 환형디스크 브레이크는 자동차에 많이 사용되고 자동차 바퀴 내부에나 아주 가까이 배치된다. 브레이크 설치공간은 비교적 제한되고, 대형 자동차의 경우에도 마찬가지다. 또, 자동차 제조사들은 이 공간을 줄이기 위해 점점 더 브레이크를 소형화하려고 한다. 환형디스크 드라이브를 브레이크의 주동력원으로 사용되는 공압장치에 연결하고자 할 때 문제가 특히 복잡하다.

발명의 요약

본 발명은 종래의 이와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 중심축선을 갖는 환형의 디스크 브레이크에 있어서: 중심축선과 동축으로 배치된 메인 지지부; 메인 지지부와 맞물려 토크를 전달하도록 중심축선과 동축으로 배치되고, 제1 및 제2 측면을 갖는 로터디스크; 메인 지지부가 중심축선을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 케이싱; 로터디스크의 제1 측면을 마주보는 표면을 갖고, 케이싱 내부에 연결되는 제1 브레이크패드; 로터디스크의 제2 측면을 마주보는 표면을 갖는 제2 브레이크패드; 중심축선에 동축으로 배치되고, 양쪽의 제1 및 제2 측면을 가지며, 상기 제1 측면이 제2 브레이크패드에 연결되어 축방향으로 이동하는 브레이크패드 캐리어; 케이싱에 연결되고, 축방향 작동부재를 갖춘 액튜에이터; 및 축방향 작동부재와 브레이크패드 캐리어의 제2 측면 사이에 중심축선과 동축으로 위치하고 방사상 평면이 달린 중간부재와 축방향 작동부재 사이에 있는 제1 캠 인터페이스와, 중간부재와 브레이크패드 캐리어의 제2 측면 사이에 있는 제2 캠 인터페이스를 구비한 동력전달기;를 포함하고, 중간부재가 피봇하면 브레이크패드 캐리어가 축방향으로 움직여, 동력전달기에 의해 브레이크패드 캐리어의 제2 측면과 축방향 작동부재 사이에 전달되는 힘이 증폭되는 것을 특징으로 하는 브레이크를 제공한다.

본 발명은 또한, 액튜에이터와 로터디스크를 갖춘 환형 디스크형 브레이크의 브레이크패드 제동력을 증가시키는 방법에 있어서: 브레이크의 액튜에이터를 이용해, 로터디스크의 회전축에 평행한 방향의 첫번째 힘을 일으키는 단계; 로터디스크의 회전축과 일치하는 회전중심을 갖는 토크를 첫번째 힘을 이용해 일으키는 단계; 첫번째 힘보다 크고 첫번째 힘과 같은 방향의 두번째 힘을 토크를 이용해 일으키는 단계; 및 두번째 힘을 이용해, 로터디스크의 양쪽 측면에 브레이크패드를 조이는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공하기도 한다.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.

도 1~2는 각각 본 발명에 따른 환형 디스크 브레이크를 바깥쪽과 안쪽에서 본 사시도;
도 3은 도 1의 브레이크의 부분절개 확대도;
도 4는 도 1의 부품 몇가지를 브레이크에서 분리한 상태의 사시도;
도 5는 도 1의 브레이크의 외측 케이싱과 해당 브레이크패드의 분해사시도;
도 6은 로터디스크와 로터디스크 지지부의 전개사시도;
도 7은 도 6의 부품들이 조립된 상태의 사시도;
도 8은 도 1의 브레이크의 전개사시도;
도 9는 브레이크패드 캐리어의 뒷면과 내부 슬리브를 보여주는 사시도;
도 10은 도 1의 브레이크의 뒷쪽 부품 일부를 보여주는 사시도;
도 11은 도 10의 부품들을 다른 각도에서 본 사시도;
도 12는 도 8의 부품들을 다른 각도에서 본 사시도.

도 1~2는 본 발명에 따른 환형 디스크 브레이크(10)의 사시도이다. 예시된 브레이크(10)는 트럭이나 버스와 같은 대형차량의 우측 전륜(도시 안됨)에 사용되는 것이다. 도 1은 바깥쪽에서 본 것이고, 도 2는 안쪽에서 본 것이다. 바깥쪽과 안쪽은 자동차 중앙의 종축선을 기준으로 한 상대적 위치 개념이다. 자동차 바퀴는 전진할 때 도 1의 바깥쪽에서 보았을 때 시계방향으로 회전하고, 도 1의 "전진"으로 표시된 화살표는 자동차가 전진할 때의 브레이크(10)의 회전방향이다.

물론 좌측 바퀴에 사용되는 브레이크는 앞의 예를 든 브레이크(10)와 대칭이다. 예시된 브레이크(10)는 도로주행이 아닌 산악주행용 차량을 포함한 많은 종류의 자동차에 맞게 변형이 가능하다. 또, 자동차가 아닌 기계, 예컨대 브레이크가 사용되는 풀리와 같은 회전장치에도 사용할 수 있을 것이다. 본 명세서에서 사용된 "자동차"나 차량이란 말은 브레이크(10)가 사용되는 적용예의 하나일 뿐이고, 다른 환경에도 본 발명의 브레이크를 적용할 수 있다.

브레이크(10)의 지지부(12)에 자동차 바퀴가 연결되고, 지지부(12)는 브레이크(10)의 중심축선(R)에 동축으로 설치된 스핀들(14)에 연결된다(도 3 참조). 바퀴의 회전축은 브레이크(10)의 중심축선(R)과 일치한다.

지지부(12)의 외측부(12a)에는 다수의 장착볼트(16)가 축대칭으로 외측으로 돌출되어 있는데, 도면에는 10개의 볼트가 보인다. 이런 구성은 대형 트럭에 일반적인 것이고, 장착볼트(16)의 나사는 편의상 도면에 나타나지 않았다. 지지부(12) 안에는 베어링 공간(18)이 있고, 이 공간은 바깥쪽으로 개방되어 있는데, 베어링 공간(18)의 바깥쪽 개방부는 캡(도시 안됨)으로 닫히고, 캡은 개방부 둘레에 있는 원형 플랜지(12b)에 맞물린다. 캡은 바깥쪽에서 먼지나 기타 오염물이 베어링공간(18)에 들어가는 것을 막는 역할을 한다. 물론 다른 구성도 가능하다.

도시된 브레이크(10)의 많은 부품들이 케이싱 내부에 있다. 이런 케이싱은 외측 케이싱(20)과 내측 케이싱(22)으로 나뉘고, 외측 케이싱(20)은 반원형의 2개 반쪽(20a,20b)으로 나뉘어져 2개의 볼트(24)로 고정된다. 내측 케이싱(22)에 연결되는 스핀들(14)에 대해서는 나중에 자세히 설명한다.

외측 케이싱(20)은 다수의 볼트(26)로 내측 케이싱(22)에 연결되고, 내측 케이싱(22)을 향해 축방향으로 다수의 플랜지(28)가 원주방향으로 분포되어 있고, 이런 플랜지(28)에 볼트(26)를 체결할 수 있다. 외측 케이싱(20)의 이런 플랜지(28)는 서로 떨어져서 그 사이에 개구부(30)를 형성한다. 이런 개구부를 통해 브레이크(10) 내부에 공기가 순환된다. 물론 다른 변형례도 가능하다.

양쪽 케이싱(20,22)은 자동차가 움직일 때 지지부(12)와 함께 회전하지 않는 부분이지만, 도시된 실시예에서는 스티어링 너클(32)을 통해 차체나 프레임에 연결되어 있다. 스티어링 너클(32)은 내측 케이싱(22)의 뒷쪽에 볼트로 고정된다. 도 2에는 스티어링 너클(32)이 몇개의 볼트(34)에 의해 내측 케이싱(22)에 연결되어 있다. 스티어링 너클(32)은 도시된 브레이크(10)가 앞바퀴용일때 사용된다. 예를 들어 자동차 운전사가 방향을 바꾸어 브레이크(10) 전체가 앞바퀴와 함께 피봇할 때 사용되는 것인데, 물론 다른 배열도 가능하다. 예를 들어, 브레이크(10)가 스티어링 환경에 있지 않은 뒷바퀴에 사용될 때, 양쪽 케이싱(20,22)은 크로스 부재와 같은 부품이나 서스펜션 아암에 직접 연결된다. 내측 케이싱(22)은 이때 차축에 직접 연결될 수 있다. 환경에 따라 다른 배열이나 구성도 물론 가능하다.

내측 케이싱(22)의 뒷쪽에 볼트(36)를 이용해 환형 액튜에이터(40)가 설치된다. 안쪽 케이싱(22)은 외측 케이싱(20)과 액튜에이터(40) 사이에 위치한다. 액튜에이터(40)는 다르게 케이싱에 연결될 수 있다. 안쪽 케이싱(22)의 안쪽에 액튜에이터(40)를 설치하면 액튜에이터를 케이싱 내부에 배치하는 것보다 브레이크(10)를 더 소형화할 수 있다.

액튜에이터(40)의 압축액 입구(42)가 도 2에 보인다. 공압식 액튜에이터의 경우, 브레이크(10)를 통제하는 압축공기를 입구(42)로 보낼 수 있다. 액튜에이터(40)에서 생긴 힘은 액튜에이터의 입력 압력에 의해 조절된다. 압축오일과 같은 압축액이나 전기 액튜에이터를 사용해 브레이크(10)를 작동시킬 수도 있다. 공압식 액튜에이터를 사용하는 트럭과 같은 경우, 입구에 아무런 압력이 걸리지 않거나 불충분한 압력이 걸릴 때 브레이크(10)가 자동으로 완전제동 위치에 있도록 브레이크를 고장안전모드(fail safe mode)로 설계할 수 있다. 마찬가지로, 액튜에이터(40) 내부의 압축액을 직접 제어하는 밸브와 같은 수단을 이용할 수도 있다. 비교적 일정한 압력의 압축액만 입구로 들어갈 때는 원격으로 브레이크(10) 내부의 동작을 제어할 수도 있다. 원격제어는 전기나 기계식으로 가능하고, 심지어는 다른 입구를 통해 브레이크(10)에 연결된 다른 압축액 라인(도시 안됨)을 사용해서도 가능하다.

도 3은 브레이크(10)의 부분파단 확대사시도로서, 스핀들(14)을 중심으로 지지부(12)가 어떻게 회전하는지를 보여준다. 도시된 바와 같이, 지지부(12)의 외측부(12a)에서 후방으로 슬리브(12c)가 뻗어있다. 지지부(12)의 베어링공간(18)에 2개의 베어링(50,52)이 분리되어 배치된다. 베이렁(50,52)의 내륜은 스핀들(14)에 맞물리고, 외륜은 지지부(12)의 외측부(12a)와 슬리브(12c) 안쪽에 맞물린다. 베어링(50,52)은 브레이크(10)의 중심축선(R)과 동축이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 스핀들(14)은 내측 케이싱(22)에 연결되거나 일체인 플랜지(54)에 연결된다. 플랜지(54)에 형성된 여러 구멍(56)에 볼트(34)를 꽂아 케이싱을 스티어링 너클(32)에 연결한다. 도면의 베어링(50,52)의 구성은 가능한 여러 구성들 중의 하나일 뿐이다. 예컨대, 지지부(12)의 외측부(12a) 바깥쪽에 베어링공간(18)이 위치할 수도 있다. 이 경우, 스핀들이 더 길어질 것이다.

도 3에 도시된 브레이크(10)의 안쪽 케이싱(22)에 달린 원형 플랜지(22a)에 뚫린 여러개의 구멍은 스핀들(14)이 연결되는 플랜지(54)의 구멍(56)과 일치한다. 도 3에 도시된 다른 부분에 대해서는 뒤에 설명한다.

도 4는 도 1과 비슷하지만, 외측 케이싱(20)의 2개 반쪽(20a,20b)이 벌어져 브레이크(10)의 로터 디스크(60)를 보여준다. 로터디스크(60)의 지지부에 대해서는 후술한다. 로터디스크(60)는 브레이크(10)의 중심축선(R)과 동축이고(도 3 참조), 브레이크(10)의 회전부이다.

도 4의 반원형 브레이크패드(62)는 외측 케이싱파트(20)의 2개 반쪽(20a,20b) 뒷면에 설치되는데, 이들은 도 5에 더 자세히 도시되었다. 각각의 브레이크패드(62)는 반쪽(20a,20b)에 부착되거나 일체로 형성된다. 도면에는 반원형으로 2쪽의 패드(62)가 도시되었지만, 로터디스크(60)와 360도 접촉하는 원형의 한쪽의 브레이크패드나 2쪽 이상의 브레이크패드를 사용하는 것도 가능하다. 외측 케이싱(20)도 물론 한쪽으로 만들 수 있다.

브레이크패드(62)는 나사 등의 체결구로 케이싱 내부에 연결되지만, 각각의 반쪽(20a,b)에 영구적으로 결합될 수도 있다. 예를 들어, 브레이크패드(62)의 금속성 뒷면을 반쪽(20a,b) 각각에 용접하거나 다른 방식으로 영구적으로 연결한다. 이는 브레이크패드(62)가 마모되었을 때 브레이크패드를 반쪽(20a,b)에서 분리해 교환하지 못하게 하기 위해서이다. 브레이크패드(62)가 일체로된 새로운 케이싱 반쪽(20a,b)을 교체하는 것이 보수가 간단하고 브레이크패드(62)를 항상 정위치에 배치할 수 있다.

반쪽(20a,b)에 연결된 브레이크패드(62)에는 로터디스크(60)의 바깥면(60a)에 맞닿는 표면(62a)이있다. 로터디스크(60)의 안쪽면(60b)은 다른 반원형 브레이크패드(64)와 맞닿는데, 이 브레이크패드는 브레이크(10)의 나머지 부분과 분리되어 있다(도 4 참조). 로터디스크(60)의 표면(60a,b)은 가능한한 반경방향으로 원하는 표면형상과 처리를 받도록 가공된다. 다른 브레이크패드(64)는 축방향으로 안내된 브레이크패드 캐리어(66)에 설치되는데, 이에 대해서는 후술한다.

내측 브레이크패드(64)의 각각의 표면(64a)이 로터디스크(60)의 안쪽면(60b)과 맞닿으면, 로터디스크(60)가 밀리면서 바깥쪽에 위치한 브레이크패드(62)에 가까워진다. 브레이크패드(62)가 외측 케이싱(20)에 연결되어 있어서 바깥쪽에 있는 브레이크패드들은 제위치에 고정된다. 결국, 로터디스크(60)는 양쪽에서 브레이크패드(62,64)에 맞물린다. 브레이크패드(64)가 로터디스크(60)의 안쪽면(60b)에 맞닿는 힘이 브레이크패드의 체결력을 증가시키므로, 로터디스크(60) 양쪽에서의 브레이크패드(62,64)와의 마찰력도 증가한다. 자동차의 운동에서생기거나 자동차의 엔진에서 공급되는 운동에너지가 브레이크(10)에서 열로 바뀌면서 자동차가 완전히 정지하거나 브레이크패드의 체결력이 해제된다. 브레이크(10)의 열은 결국 대기중으로 흩어진다.

도 6은 로터디스크(60)와 로터디스크 지지부(70)의 전개사시도이다. 도 7은 도 6의 부품들이 조립된 상태의 사시도이다. 도 6~7에는 로터디스크(60)의 반쪽만 도시되었다. 로터디스크(60)는 양쪽 바깥면(60a,b)을 이루는 2개의 평행한 환형 벽을 이용해 이루어지고, 이들 환형벽은 방사상으로 뻗어 에어채널을 이루는 다수의 리브(60c)를 통해 서로 연결된다(도 6 참조). 고온 공기는 로터디스크(60)에서 반경 방향으로 빠져나가고 냉각공기는 반경방향으로 안쪽으로 들어간다. 로터디스크 지지부(70)가 로터디스크에 끼워맞춤된다. 로터디스크(60)의 여러 부분들은 서로 일체로 형성되지만, 다른 변형례도 가능하다.

전술한 바와 같이, 로터디스크(60)는 지지부(12)와 회전결합되고, 로터디스크 지지부(70)에 의해 로터디스크(60)는 지지부(12)에 대해 축방향으로 움직인다. 이런 축방향 운동은 외측 패드 마모를 보상하는 정도로 이루어진다. 또, 제동력이 해제되었을 때 브레이크패드(62)가 외측 케이싱(20)에서 떨어지도록 하여야 한다. 따라서, 브레이크(10)가 동작하지 않을 때, 로터디스크(60)는 마찰을 최소화하기 위해 브레이크패드(62)와 전체적으로 맞물리지 않아야 한다.

로터디스크 지지부(70)는 대부분 환형부재이고 브레이크(10)의 중심축선(R)과 동축이다(도 3 참조). 이 지지부(70)는 마찰이 낮은 재료로 이루어지고 내부에 원통형 공간을 가지며, 지지부(12)의 슬리브(12c)와 맞물린다. 로터디스크 지지부(70)의 원주부에는 다수의 핀(72)이 등간격으로 배치되어 축방향으로 뻗어있다. 이들 핀(72)의 외단부(72a)는 지지부(12)의 외측부(12a) 뒷면에 형성된 슬리브(74)에 헐거운 끼워맞춤된다. 도시된 실시예에서는 핀(72)과 슬리브(74)가 각각 5개이지만, 그 갯수는 바뀔 수 있으며, 심지어는 핀과 슬리브의 위치가 반대로 될 수도 있다.

도 6~7의 실시예의 슬리브(74)는 장착볼트(16) 사이사이 배치되고, 이들 장착볼트(16)의 헤드에 의해 슬리브들이 서로 분리된다. 슬리브(74) 사이사이를 환형 보강벽(76)으로 연결한다. 핀(72)과 슬리브(74)의 어느 한쪽이나 둘다 결합면에 코팅이나 부싱을 하여 마찰을 낮춘다. 이런 식으로, 로터디스크(60)와 지지부(12) 사이의 상대적 축운동이 쉽게 이루어진다. 또, 핀(72)의 중심부(72c)는 슬리브(74)보다 큰 직경을 가져, 스토퍼로 기능한다.

도 7에서 로터디스크(60)는 핀(72)의 내단부(72b)의 나사구멍에 볼트(78)를 결합하여 지지부(70)에 로터디스크(60)를 결합한다. 도시된 바와 같이, 핀(72)은 방사상으로 뻗은 브래킷(80,82)을 이용해 로터디스크 지지부(70)의 나머지 부분에 연결된다. 로터디스크 지지부(70)와 로터디스크(60) 사이에는 공기순환을 위해 큰 개구부를 마련한다. 물론, 다른 변형도 가능하다. 핀(72)의 내단부(72b)와 외단부(72a)의 직경이 반드시 같지 않아도 된다.

지지부(12)에 연결된 바퀴가 회전하고 브레이크(10)가 작동할 때, 브레이크패드(62,64)에 의해 로터디스크(60) 양쪽에 가해지는 제동력때문에 로터디스크(60)의 회전속도가 점점 낮아져, 바퀴의 회전 반대방향으로 제동토크가 생긴다. 이런 제동토크는 축방향의 핀(72)을 통해 로터디스크(60)에서 바퀴로 전달된다. 따라서, 이들 핀(72)은 브레이크(10)에서 생기는 제동토크의 거의 전부를 받는다.

지지부(12)와 로터디스크(60)를 연결하는 방법은 많지만, 도시된 실시예의 로터디스크 지지부(70)는 셀프센터링(self-centering) 기능이 좋고 로터디스크(60)를 언제나 동일 평면에 유지할 수 있다. 브레이크(10)의 자기이력현상(hysteresis)도 아주 낮다.

도 8은 도 1~3의 브레이크(10)의 전개사시도이다. 그러나, 로터디스크(60)의 내부는 도 6~7과 약간 다르다. 도 8에서 바퀴와 같이 회전하는 부품은 지지부(12)와 로터디스크(60)이고, 물론 도시되지 않은 로터디스크 지지부(70)도 바퀴와 같이 회전한다. 전술한 바와 같이, 양쪽 케이싱(20,22)은 지지부(12)와 같이 회전하지 않고, 볼트(34)에 의해 스티어링 너클(32)에 연결된다(도 1~3 참조). 도 8에는 이들 볼트(34)의 일부만 도시되었다. 액튜에이터(40)는 내측 케이싱(22)의 뒷쪽에 연결되는데, 이에 대해서는 후술한다.

브레이크패드(64)는 축방향으로 안내되는 브레이크패드 캐리어(66)의 한쪽에 연결된다. 도시된 브레이크패드 캐리어(66)는 축대칭 배치된 4개의 롤러지지대(68)를 이용해 2개의 동심 링(66a,b)을 연결해 형성된 것이다(도 9 참조). 브레이크패드(64)는 브레이크패드 캐리어(66)에 착탈 가능하다. 이때문에 브레이크패드(64)가 닳으면 캐리어(66)를 분리하지 않고도 브레이크패드를 교체할 수 있어 유지관리가 쉽다. 도 4에 도시된 바와 같이, 브레이크패드(64)를 캐리어(66)에서 간단히 분리해 안쪽에서 브레이크(10)를 수리할 수 있다. 이 경우 잠금볼트를 움직이기만 하면 된다.

한편, 브레이크패드(64)를 2조각이 아닌 하나로 된 것을 사용하거나 3조각 이상으로 된 것을 사용할 수도 있다. 또, 경우에 따라서는 브레이크패드(64)를 캐리어(66)와 일체로 형성하거나, 캐리어에 영구적으로 결합하는 것도 가능하다.

도 9에는 브레이크패드 캐리어(66)의 뒷면과 내부 슬리브(92)가 도시되었고, 설명의 편의상 내부 케이싱(22)의 다른 요소들은 생략했다. 내부 슬리브(92)는 내부 케이싱(22)과 일체로 형성되거나 연결되거나, 스핀들이나 너클이나 차축에 연결되거나 영구적으로 연결된다.

도시된 브레이크패드 캐리어(66)에는 2쌍의 롤러가 있는데, 첫번째 롤러쌍의 롤러(94)는 중심축선(R)을 기준으로 방사상으로 뻗은 축(96)에 회전 가능하게 설치된다. 이들 롤러(94)는 브레이크패드 캐리어(66)의 안쪽으로 돌출하고, 슬리브(92)의 슬롯(90)에 헐거운 끼워맞춤된다. 슬롯(90)의 폭이 롤러(94)의 외경보다 약간 크기 때문에, 롤러(94)가 슬롯(90)에서 쉽게 움직일 수 있다. 롤러(94)를 다른 종류의 종동체, 예컨대 슬라이딩 버튼이나 저마찰 미끄럼기구로 대체할 수 있다.

도 8을 보면 슬롯(90)이 중심축선(R)에 대해 약간 기울어져 있는데, 구체적으로는 자동차가 전진할 때의 바퀴의 회전방향으로 기울어져 있다. 브레이크(10)가 조립된 상태에서, 브레이크패드 캐리어(66)의 안쪽의 롤러(94)가 내부 슬리브(92)의 해당 슬롯(90)에 맞물리기 때문에, 브레이크패드 캐리어(66)가 로터디스크(60)에 대해 움직일 때 캐리어를 축방향으로 안내하는 역할을 한다. 브레이크(10)가 작동될 때 브레이크패드 캐리어(66)에 생기는 항력토크가 안쪽 케이싱(22)에 전달된다.

슬롯(90)이 도 8에서처럼 회전방향으로 기울어져 있어, 브레이크패드 캐리어(66)에 전달된 항력토크가 축반응력을 일으켜 제동성능을 향상시킨다. 이런 추가 제동력은 제동 강도에 비례한다. 슬롯(90)의 각도는 필요에 맞게 그리고 제동력이 통제범위를 벗어나지 않도록 조정할 수 있다. 예를 들어, 평균 각도는 20도 이하로 보통 10도 내지 20도가 좋지만, 다른 각도도 가능하다. 또, 브레이크패드 캐리어(66)가 로터디스크(60)에 더 가까이 가거나 멀어질 때 추가 제동력을 변화시키도록 슬롯(90)을 곡선형으로 만들 수도 있다. 또, 슬롯(90)의 양쪽 벽면을 평행하지 않게 만들 수도 있는데, 이는 자동차가 후진하여 제동하거나 언덕을 올라가면서 정지할 때 역효과를 방지하는데 유용하다.

도 8에서, 브레이크패드 캐리어(66)와 내측 케이싱(22) 사이의 중간부재(100)를 볼 수 있다(도 10~12 참조). 이런 중간부재(100)는 축방향으로 기울어진 캠면(102)을 갖고, 중심축선(R)과 동축이며, 안쪽 케이싱(22)의 내부 슬리브(92) 둘레에서 피봇한다. 중간부재(100)의 회전을 위해, 안쪽 케이싱(22)의 바닥면(105)과 중간부재(100)의 뒷면 사이에 베어링(103)을 배치한다. 중간부재(100)는 축방향으로는 움직이지 않는다.

중간부재(100)의 캠면(102)은 브레이크패드 캐리어(66)의 뒷면을 마주보고, 브레이크패드 캐리어(66)의 롤러 지지대(68)의 롤러(104)와 맞닿는다. 이들 롤러(104)는 롤러(92)와 같은 축(96)에 설치되지만(도 9 참조), 다른 구성도 가능하다. 캠면(102)과 롤러(104)의 위치는 반대로 할 수도 있다. 물론, 다른 변형도 가능하다.

도 10~11은 내측 케이싱(22)의 전방 및 후방 사시도이고, 도 12는 전개사시도이다. 액튜에이터(40)의 케이싱(44)이 도 11에는 보이지 않지만, 도 10과 12에는 케이싱(22)을 부분 절개한 상태에서 보인다.

도 8에서의 액튜에이터(40)는 환형이고, 공기압 팽창링(46)이 액튜에이터(40)의 케이싱(44)에 끼워진다. 액튜에이터(40)의 축방향 작동부재(48)는 팽창링(46) 옆에 위치하고 중심축선(R)과 동축이다(도 3 참조). 팽창링(46)의 직경은 케이싱(22) 안에 삽입될 때는 보다 작아진다.

축방향 작동부재(48)에서 축방향으로 돌출한 4개의 캠(49)에 경사진 캠면(49a)이 형성되고, 이들 4개의 캠(49)은 원주방향으로 등간격 배치된다. 이들 캠(49)은 중간부재(100)의 둘레에 배치된 롤러(108)와 맞닿는다. 롤러(108)의 축(110)은 중심축선(R)에 대해 반경방향으로 위치한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 내측 케이싱(22)의 뒷벽의 원주면에 아치(112)가 형성되고, 캠(49)이 이들 아치(112)를 통과하여 롤러(108)와 맞닿는다.

캠(49)이 중간부재(100)의 롤러(108)와 맞닿고 축방향 작동부재(48)가 축방향으로만 움직이기 때문에, 축방향 작동부재(48)가 움직일 때 중간부재(100)는 중심축선(R)을 중심으로 피봇한다. 이런 피봇운동으로, 브레이크패드 캐리어(66)의 롤러(104)는 캠면(102)을 따라 올라간다. 이때 브레이크패드 캐리어(66)가 로터디스크(60)르 향해 축방향으로 움직인다. 도 10~12에 도시된 작동메커니즘의 목표는 브레이크패드 캐리어(66)에 의해 팽창링의 축방향 요동을 줄이는 동시에 팽창링의 작동력에 의해 브레이크패드 캐리어의 체결력은 증가시키는데 있다. 이렇게 생긴 힘 증폭율은 5배 정도이고, 캠(49)과 캠면(102)의 각도비를 통해 조율할 수 있다. 또, 이상 설명한 예와 같은 구성 때문에, 브레이크패드 캐리어(66)가 축방향으로 움직이면 전진하는 자동차의 바퀴의 회전방향과 같은 방향으로 브레이크패드 캐리어(66)가 약간 피봇하게 된다.

제동력이 감소되거나 풀렸을 때 브레이크패드 캐리어(66)가 로터디스크(60)에서 떨어지도록 하는 복귀스프링이 액튜에이터(40)에 제공된다. 복귀스프링의 스프링 갯수는 1개 이상일 수 있는데, 도 8에 그중 하나의 복귀스프링(120)이 도시되었다. 이 스프링(120)은 브레이크패드 캐리어(66)와 내측 케이싱(22) 사이에 위치하는 것으로 도시되었지만, 다른 구성이나 배치도 가능하고, 브레이크패드 캐리어(66)를 원위치시키도록 설계될 수도 있다.

사용시, 액튜에이터(40)의 팽창링이 팽창되면 축방향 작동부재(48)가 바깥쪽으로 밀린다. 그러나, 브레이크(10)의 구성에 의해 축방향 작동부재(48)와 브레이크패드 캐리어(66) 사이에 작용하는 힘이 증가하여, 브레이크(10)의 제동력도 증가한다. 브레이크(10)의 동력전달구조에서, 축방향 작동부재(48)와 중간부재(100) 사이에 첫번째 캠결합이 생기고, 중간부재(100)와 브레이크패드 캐리어(66) 사이에 두번째 캠결합이 생긴다. 운전사가 브레이크 페달을 밟아 자동차의 속도를 서서히 늦추는 식으로 브레이크(10)가 작동하면, 액튜에이터(40)의 팽창링(46)에 의해 첫번째 힘이 생기는데, 이 힘은 로터디스크(60)의 회전축에 평행한 방향을 갖는다. 이와 동시에 첫번째 힘에서 생긴 토크의 회전중심은 로터디스크(60)의 회전축과 일치한다. 또, 이 토크로부터 생기는 두번째 힘은 그 방향은 첫번째 힘과 같으면서도 첫번째 힘보다는 크다. 두번째 힘은 로터디스크(60)의 양쪽 바깥면(60a,b)에 브레이크패드(62,64)가 조여지는 제동력으로 사용된다.

주지하는 바와 같이, 본 발명의 브레이크(10)는 전에 비해 더 소형화되고, 제동 동작 중에 안정된 제동성능을 보인다. 중간부재를 통해 로터디스크쪽으로 밀리는 브레이크패드 캐리어에 브레이크패드를 설치함으로써 본 발명의 디스크 브레이크는 많은 개선점을 보인다. 예컨대, 브레이크가 소형화되고, 로터디스크(60) 둘레에 제동력을 균등하게 분포시켜 브레이크패드(62,64)의 수명이 증가된다.

필요하다면, 브레이크패드(62,64)의 시간에 따른 마모를 보상하는 메커니즘(도시 안됨)도 배치할 수 있다. 예를 들어, 제동력이 풀렸을 때 브레이크패드 캐리어(66)의 뒷쪽에 있는 롤러(104)가 갈 수 있는 중간부재(100)의 최저점을 움직일 수 있다. 물론, 다른 구성도 가능하다.

이상 설명한 브레이크에 다양한 변형을 할 수도 있다. 예를 들어, 환형 디스크 브레이크의 로터디스크를 2개 이상으로 할 수도 있다. 이 경우, 2개의 로터디스크들이 서로에 대해 축방향으로 움직이면서, 양쪽 로터디스크 모두 브레이크의 지지부와 함께 회전하도록 결합된다. 2개의 로터디스크 사이에 브레이크패드 캐리어를 추가로 배치할 수도 있다. 이런 중간 브레이크패드 캐리어는 양쪽으로 작용하여 축방향으로 자유롭게 움직일 수 있지만, 브레이크(10)의 케이싱(20,22)과 같은 고정 구조와 같이 회전하도록 배치될 수 있다. 필요하다면, 로터디스크 내부에 냉각채널 없이 속이 차게 만들 수도 있다. 또, 냉각채널과 무관하게 로터디스크의 양쪽면에 홈을 파거나 구멍을 뚫어 냉각성능을 향상시킬 수도 있다. 공압 액튜에이터의 경우 원형이 아닌 모서리가 부드러운 사각형으로 만들어 필요한 표면적을 증가시키고 가능한한 소형으로 만들 수도 있다. 전술한 바와 같이, 이상 설명한 액튜에이터를 다른 종류의 액튜에이터, 예컨대 유압식이나 전기식 액튜에이터로 교체할 수도 있다.

Claims

중심축선(R)을 갖는 환형의 디스크 브레이크(10)에 있어서:
중심축선(R)과 동축으로 배치된 메인 지지부(12);
상기 메인 지지부(12)와 맞물려 토크를 전달하도록 중심축선(R)과 동축으로 배치되고, 제1 및 제2 측면(60a,60b)을 갖는 로터디스크(60);
메인 지지부(12)가 중심축선(R)을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 케이싱(20,22);
로터디스크(60)의 제1 측면(60a)을 마주보는 표면(62a)을 갖고, 케이싱(20,22) 내부에 연결되는 제1 브레이크패드(62);
로터디스크(60)의 제2 측면(60b)을 마주보는 표면(64a)을 갖는 제2 브레이크패드(64);
중심축선(R)에 동축으로 배치되고, 양쪽의 제1 및 제2 측면을 가지며, 상기 제1 측면이 제2 브레이크패드(64)에 연결되어 축방향으로 이동하는 브레이크패드 캐리어(66);
상기 케이싱(20,22)에 연결되고, 축방향 작동부재(48)를 갖춘 액튜에이터(40); 및
상기 축방향 작동부재(48)와 브레이크패드 캐리어(66)의 제2 측면 사이에 중심축선(R)과 동축으로 위치하고 방사상 평면이 달린 중간부재(100)와 축방향 작동부재(48) 사이에 있는 제1 캠 인터페이스와, 중간부재(100)와 브레이크패드 캐리어(66)의 제2 측면 사이에 있는 제2 캠 인터페이스를 구비한 동력전달기;를 포함하고,
상기 중간부재(100)가 피봇하면 브레이크패드 캐리어(66)가 축방향으로 움직여, 상기 동력전달기에 의해 브레이크패드 캐리어(66)의 제2 측면과 축방향 작동부재(48) 사이에 전달되는 힘이 증폭되는 것을 특징으로 하는 브레이크(10).
제1항에 있어서, 상기 힘이 증폭되는 비율이 1 내지 5배인 것을 특징으로 하는 브레이크(10).
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 캠 인터페이스가 캠면에서 종동체(108)와 맞닿도록 축대칭 형태로 축방향으로 돌출한 다수의 캠(49)을 포함하고, 상기 캠(49) 중의 하나와 종동체(108)는 축방향 작동부재(48)에 위치하며, 나머지 캠(49)과 종동체(108)는 중간부재(100)에 위치하는 것을 특징으로 하는 브레이크(10).
제3항에 있어서, 상기 종동체(108)가 중간부재(100)나 축방향 작동부재(48)의 원주변 둘레에 배치된 롤러이고, 이런 롤러(108)는 반경방향의 축(110)을 중심으로 회전하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 브레이크(10).
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 중간부재(100)가 케이싱(20,22) 안에 피봇 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 브레이크(10).
제1항 내지 제5항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 제2 캠 인터페이스가 종동체(104)와 맞물리도록 축방향으로 경사지게 축대칭 배치된 캠면(102)을 포함하고, 이들 캠면(102) 중의 하나와 종동체(104)는 브레이크패드 캐리어(66)의 제1 측면에 위치하며, 나머지 캠면(102)과 종동체(104)는 중간부재(100)에 위치하는 것을 특징으로 하는 브레이크(10).
제6항에 있어서, 상기 중간부재(100)에 의해 브레이크패드 캐리어(66)가 로터디스크(60)에 접근할 때 중간부재(100)는 지지부(12)의 회전방향과 같은 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 브레이크(10).
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 캠면(102)과 맞물리는 종동체(104)가 롤러인 것을 특징으로 하는 브레이크(10).
제1항 내지 제8항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 브레이크패드 캐리어(66)는 케이싱(20,22) 내부에 연결된 슬리브(92)에 형성된 다수의 슬롯(90)을 이용해 축방향으로 안내되고, 상기 슬리브(92)는 중심축선(R)과 동축으로 배치되며, 상기 슬롯(90)은 브레이크패드 캐리어(66)에 연결된 각각의 종동체(94)와 맞물리는 것을 특징으로 하는 브레이크(10).
제9항에 있어서, 상기 슬롯(90)이 중심축선(R)에 평행한 방향에 각도를 이루어, 브레이크패드 캐리어(66)가 로터디스크(60)에 접근할 때 로터디스크(60)와 동일한 회전방향으로 브레이크패드 캐리어(66)의 피봇운동을 유도하는 것을 특징으로 하는 브레이크(10).
제10항에 있어서, 상기 슬롯(90)이 중심축선(R)과 이루는 평균 각도가 10도 내지 20도인 것을 특징으로 하는 브레이크(10).
제1항 내지 제11항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 로터디스크(60)가 지지부(12)에서 돌출한 슬리브(12c) 둘레에 설치되는 홀더(70)를 포함하고, 이 홀더(70)는 지지부(12)에서 축방향으로 안내되는 것을 특징으로 하는 브레이크(10).
제1항 내지 제12항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 지지부(12)가 축방향으로 뻗는 다수의 볼트를 포함하고, 이들 볼트에 자동차 바퀴가 연결되는 것을 특징으로 하는 브레이크(10).
제1항 내지 제13항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 액튜에이터(40)가 공압 액튜에이터(46)를 포함하는 것을 특징으로 하는 브레이크(10).
제14항에 있어서, 상기 공압 액튜에이터(46)가 환형이고 중심축선(R)에 동축으로 위치하는 것을 특징으로 하는 브레이크(10).
제1항 내지 제15항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 케이싱(20,22)이 축방향으로 배치된 2 부분이 서로 연결된 것임을 특징으로 하는 브레이크(10).
제16항에 있어서, 제1 브레이크패드(62)가 2개이고, 상기 케이싱(20,22)의 2 부분 중의 하나는 2개의 반쪽(20a,20b)으로 이루어지며, 2개의 제1 브레이크패드(62) 각각이 2개의 반쪽(20a,20b) 안에 연결되는 것을 특징으로 하는 브레이크(10).
액튜에이터(46)와 로터디스크(60)를 갖춘 환형 디스크형 브레이크(10)의 브레이크패드 제동력을 증가시키는 방법에 있어서:
브레이크(10)의 액튜에이터(46)를 이용해, 로터디스크(60)의 회전축에 평행한 방향의 첫번째 힘을 일으키는 단계;
로터디스크(60)의 회전축과 일치하는 회전중심을 갖는 토크를 상기 첫번째 힘을 이용해 일으키는 단계;
첫번째 힘보다 크고 첫번째 힘과 같은 방향의 두번째 힘을 상기 토크를 이용해 일으키는 단계; 및
상기 두번째 힘을 이용해, 로터디스크(60)의 양쪽 측면(60a,60b)에 브레이크패드(62,64)를 조이는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서, 상기 두번째 힘의 크기가 첫번째 힘보다 1 내지 5배 큰 것을 특징으로 하는 방법.
제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 두번째 힘을 일으키는 단계에서 축방향 반응력을 더해 두번째 힘을 증가시키고, 상기 축방향 반응력은 로터디스크(60)에 브레이크패드가 조여질 때 생기는 항력토크에 의해 생기는 것임을 특징으로 하는 방법.