KR20120125679A - 전동식 디스크 브레이크 장치 - Google Patents

전동식 디스크 브레이크 장치 Download PDF

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김명준
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Abstract

본 발명은 전동식 디스크 브레이크 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 캘리퍼 하우징의 중량을 감소시켜 브레이크의 제동을 신속하도록 하는 전동식 디스크 브레이크 장치에 관한 것이다.

Description

전동식 디스크 브레이크 장치{Electromechanical disc brake apparatus}
본 발명은 전동식 디스크 브레이크 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 캘리퍼 하우징의 중량을 감소시켜 브레이크의 제동을 신속하도록 하는 전동식 디스크 브레이크 장치에 관한 것이다.
일반적으로 디스크 브레이크 장치는 제동유압을 이용한 유압식 디스크 브레이크와 모터를 이용한 전동식 디스크 브레이크(EMB: Electromechanical Brake)로 구분된다.
이러한 디스크 브레이크 장치는 차량에 장착되어 주행 중의 자동차를 감속하거나 정지 또는 정지상태를 유지하기 위한 장치로서, 휠과 함께 회전하는 원판형의 디스크를 양쪽에서 패드로 강하게 압박하여 제동력을 얻는다.
상기 디스크 브레이크 장치 중 특히, 전동식 디스크 브레이크 장치는 디스크 양쪽을 압박하도록 마련된 한 쌍의 마찰패드와, 한 쌍의 마찰패드를 지지하는 캐리어와, 상기 한 쌍의 마찰패드 중 어느 하나를 상기 디스크 쪽으로 가압하도록 마련된 피스톤과, 상기 피스톤을 수용하는 실린더부를 구비하여 가이드 로드에 의해 상기 캐리어에 진퇴 가능하게 지지되는 캘리퍼 하우징과, 정역방향으로 회전력을 발생시키는 모터와, 모터로부터 발생된 구동력을 증폭시키는 감속기와, 상기 모터의 회전운동을 직선왕복운동으로 변환시켜 상기 피스톤으로 전달하는 동력변환유닛을 구비한다.
통상 감속기와 모터는 마찰패드의 운동방향을 따라 실린더부 일측으로 배치되며, 상기 동력변환유닛으로는 피스톤에 나사결합되는 나사축가 일반적으로 이용된다.
즉, 상기와 같은 전동식 디스크 브레이크 장치는 모터의 구동력이 감속기를 통해 증폭된 상태에서 나사축로 전달되고, 나사축의 회전방향에 따라 회전이 제한된 상태의 피스톤이 직선왕복운동을 하면서 일측에 위치한 마찰패드를 디스크 쪽으로 압박함과 함께 캘리퍼 하우징이 슬라이딩되어 타측에 위치한 마찰패드를 디스크와 접촉되도록 압박함으로써 제동작용을 수행하게 된다.
이때, 유압식 디스크 브레이크 장치의 캘리퍼 하우징에는 피스톤 및 피스톤이 왕복이동하는 실린더부가 마련되므로 중량이 크지않은 반면, 전동식 디스크 브레이크 장치의 캘리퍼 하우징에는 모터, 감속기 및, 동력변환유닛 등이 더 부가되어 설치되므로 캘리퍼 하우징의 중량이 대폭 증가하게 된다. 이에 따라, 브레이크 제동시 캘리퍼 하우징이 가이드 로드를 통해 캐리어와 상대운동할 경우 가이드 로드에 편심하중이 작용하여 브레이크 동작이 원활히 이루어지지 않는 문제점이 있다.
또한, 모터, 감속기 및 동력변환유닛은 캘리퍼 하우징의 후방에 설치되는 것이 일반적이므로 가이드 로드에 발생하는 편심하중이 더욱 크게 작용한다. 이러한 점은 캐리어와 캘리퍼 하우징의 습동저항에 불리하게 작용하는 요소인 된다.
즉, 캘리퍼 하우징의 중량이 증가함에 따라 중량이 상대적으로 가벼운 유압식 디스크 브레이크 장치의 캘리퍼 하우징 보다 브레이크 동작이 신속하게 이루어지지 못한다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 캘리퍼 하우징에 설치되는 모터 및 감속기를 캐리어에 설치하여 캘리퍼 하우징의 중량을 감소시킬 수 있는 전동식 디스크 브레이크 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 전동식 디스크 브레이크 장치는, 차량의 휠과 함께 회전하는 원판형의 디스크를 압박하여 제동시키는 전동식 디스크 브레이크 장치로서, 차체에 고정되며, 디스크와 마찰하는 한 쌍의 마찰패드가 진퇴가능하게 설치된 캐리어; 캐리어에 대해 슬라이딩 가능하게 결합되게 하는 가이드 로드가 마련되고, 한 쌍의 마찰패드 중 어느 하나를 디스크 쪽으로 압박하는 피스톤이 설치되도록 실린더부가 형성된 캘리퍼 하우징; 캐리어에 고정되어 구동력을 발생시키는 모터와 감속기로 이루어진 구동유닛; 및 캘리퍼 하우징에 설치되어 구동유닛의 구동력을 전달받아 피스톤이 직선왕복운동하도록 이루어진 동력변환유닛;을 포함한다.
상기 동력변환유닛은, 소정 길이를 가지며, 피스톤과 나사결합되도록 일측부의 외주면에 나사산이 형성된 나사축으로 이루어진 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 감속기는, 모터의 구동축에 설치되는 제1 기어; 및, 제1 기어와 치합되고, 중심부에 나사축의 타측부가 연결되어 구동축에서 발생한 동력을 나사축에 전달하되, 그 회전수를 감소시켜 전달하는 제2 기어;를 구비한다.
바람직하게, 제1 기어 및 제2 기어는 축 방향으로 변위가 발생하더라도 기어가 맞물린 상태를 유지하도록 이루어진다.
또한, 제1 기어 및 제2 기어 중 어느 하나는 상대적으로 두께가 두껍도록 이루어진 것이 바람직하다.
한편, 구동유닛을 캐리어에 고정시키는 체결부재가 더 설치된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 전동식 디스크 브레이크 장치는, 모터 및 감속기를 캐리어에 설치함으로써 종래에 비해 캘리퍼 하우징의 중량이 감소하여 캐리어와 연결되는 가이드 로드에 작용하는 편심하중을 감소시킬 수 있다. 이에, 브레이크 제동시 상대운동하는 캘리퍼 하우징의 이동이 신속하게 이루어질 수 있다. 즉, 브레이크 작동이 원활히 이루어지게 된다.
또한, 가이드 로드에 발생하는 편심하중을 해소함으로써, 가이드 로드와 가이들 홀의 마찰로 인한 마모 및 소음 등을 방지할 수 있어 부푼의 수리 및 교체 비용을 저감시키는 효과를 기대할 수 있다.
아울러, 나사축에 구동력을 전달하는 기어들이 서로 다른 두께를 갖도록 이루어짐에 따라 브레이크 작동시 축 방향으로 변위가 발생하더라도 기어들이 맞물린 상태를 유지할 수 있도록 하여 안정적으로 브레이크를 작동시킬 수 있다. 이에, 제품의 신뢰성을 확보할 수 있다.
본 발명은 아래 도면들에 의해 구체적으로 설명될 것이지만, 이러한 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 것이므로 본 발명의 기술사상이 그 도면에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 디스크 브레이크 장치를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 디스크 브레이크 장치가 제동된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 디스크 브레이크 장치에 대한 측단면을 나타내는 참고도이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 디스크 브레이크 장치를 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 2는 상기 전동식 디스크 브레이크 장치가 제동된 상태를 나타내는 평면도이며, 도 3은 상기 전동식 디스크 브레이크 장치의 측단면을 나타내는 참고도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 전동식 디스크 브레이크 장치(100)는 차체에 고정되어 한 쌍의 마찰패드(11)(12)를 지지하는 캐리어(10)와, 상기 캐리어(10)에 이동 가능하게 결합되는 캘리퍼 하우징(20)과, 상기 캐리어(10)에 설치되어 구동력을 발생시키는 구동유닛 및, 상기 구동유닛의 구동력을 전달받아 직선왕복운동하도록 변환하는 동력변환부재(40)를 구비한다.
캐리어(10)는 차체의 너클(18)에 마운팅 볼트(19)를 통해 견실하게 장착된다. 이러한 캐리어(10)에는 차량의 휠(미도시)과 함께 회전하는 디스크(D)와 마찰하는 한 쌍의 마찰패드(11)(12)가 진퇴이동 가능하게 설치된다. 한 쌍의 마찰패드(11)(12)는 서로 이격되게 설치되고, 그 사이에 디스크(D)가 배치되도록 되어 있다. 따라서, 마찰패드(11)(12)가 디스크(D)를 향하여 진퇴 이동하며 제동이 이루어진다.
한편, 캐리어(10)에는 가이드 홀(15)이 형성되는데, 이 가이드 홀(15)은 후술할 캘리퍼 하우징(20)에 설치된 가이드 로드(25)와 대응되는 위치에 형성되어 결합되도록 형성된 것이다. 상기 가이드 홀(15)에 대해서는 아래에서 다시 설명하기로 한다.
캘리퍼 하우징(20)에는 실린더부(21)가 마련되어 있고, 실린더부(21)에는 한 쌍의 마찰패드(11)(12) 중 어느 하나의 마찰패드(11)를 디스크(D) 쪽으로 압박하는 피스톤(30)이 설치된다. 또한, 캘리퍼 하우징(20)의 전방에는 하부 쪽으로 굽어진 핑거부(23)가 실린더부(21)와 일체로 연결되어 캘리퍼 하우징(20)의 슬라이딩 이동과 함께 다른 하나의 마찰패드(12)를 디스크(D)에 압박할 수 있게 되어 있다. 이때, 상기 한 쌍의 마찰패드(11)(12)는 피스톤(30)에 인접된 이너 마찰패드(11)와, 반대쪽에 위치된 아우터 마찰패드(12)로 구분될 수 있다.
한편, 상기 캘리퍼 하우징(20)의 양단에는 상기 캘리퍼 하우징(20)이 캐리어(10)에 슬라이딩 가능하게 결합되게 하는 가이드 로드(25)가 형성된다. 전술한 바와 같이, 캐리어(10)의 양단에는 상기 가이드 로드(25)가 형성된 위치와 대응되는 위치에 가이드 홀(15)이 형성되어 가이드 로드(25)가 가이드 홀(15)에 각각 삽입됨에 따라 캘리퍼 하우징(20)이 캐리어(10)로부터 슬라이딩 된다.
상기 피스톤(30)은 제동작용시 구동유닛의 모터(50)의 구동을 통해 직선왕복운동하면서 이너 마찰패드(11)를 디스크(D) 쪽으로 압박하도록 이루어진다. 여기서 모터(50)의 구동력은 감속기(60)를 통해 증폭된 상태에서 나사축 등으로 마련되는 동력변환유닛(40)을 통해 피스톤(30)으로 전달된다.
또한, 피스톤(30)은 회전이 제한된 상태에서 진퇴 동작할 수 있도록 실린더부(21) 내에 설치되며, 동력변환유닛(40)과 결합되는 부분에 동력변환유닛(40)과 나사결합되도록 나사산(32)이 형성된다. 이때, 피스톤(30)의 회전을 제한하는 구조는 피스톤(30)의 외면과 이에 대응하여 결합되는 실린더부(21)의 내면이 다각형태이거나, 피스톤(30)의 외면과 실린더부(21)의 내면에 키와 키홈 형태의 안내수단(미도시)이 설치되는 방식에 의해 구현될 수 있다.
상기 동력변환유닛(40)은 소정 길이를 가지며 일측부에 나사산(42)이 형성된 나사축(40)으로 이루어진다. 이러한 나사축(40)은 피스톤(30)이 진퇴하는 방향과 평행하도록 실린더부(21) 내에 회전 가능하게 설치되되, 나사축(40)의 타측부는 피스톤(30)의 후진방향 쪽으로 실린더부(21)를 관통하여 실린더부(21) 외부로 연장된다. 이때, 나사축(40)이 관통하는 부위의 실린더부(21)에는 나사축(40)의 회전이 원활하도록 베어링(70)이 설치된다.
구동유닛은 나사축(40)에 구동력 즉, 회전력을 전달하기 위한 것으로서, 모터(50) 및 감속기(60)로 구성된다.
상기 모터(50)는 캐리어(10)의 외측에 배치되며 감속기(60)를 정역회전시키도록 이루어진다.
감속기(60)는 모터(50)의 축(51)과 연결된 제1 기어(61) 및, 상기 제1 기어(61)와 치합되며 나사축(40)과 연결되는 제2 기어(62)를 구비한다. 여기서, 감속기(60)는, 비록 도시되지는 않았지만, 모터(50)의 축(51)에 연결된 태양기어와, 태양기어와 치합되도록 태양기어 주위에 배치된 유성기어들 및, 유성기어들의 축과 나사축을 연결하는 캐리어로 구성될 수도 있다. 그러나, 본 실시예에서는 상기 감속기(60)가 제1 기어(61) 및 제2 기어(62)로 이루어져 나사축(40)을 회전시키는 간단한 구조를 갖는 것으로 설명한다.
따라서, 모터(50)의 동작으로 축(51)이 회전함에 따라 제1 기어(61)가 회전할 때 제2 기어(62)가 함께 회전하며 구동력이 나사축(40)에 전달됨으로써 나사축(40)의 감속회전이 이루어진다. 이에, 모터(50)의 정역회전에 따라 나사축(40)이 상대적으로 정역회전되어 피스톤(30)이 직선왕복운동하게 된다.
한편, 본 발명에 따르면, 브레이크 작동에 따라 상기 캘리퍼 하우징(20)은 피스톤(30)과 상대운동하여 축 방향으로 변위가 발생하게 되는데, 이때, 제1 기어(61)와 제2 기어(62)는 축 방향으로 변위가 발생하더라도 기어(61)(62)가 맞물린 상태를 유지하도록 이루어진다.
예컨대, 상기 기어들(61)(62)이 맞물린 상태를 유지시키기 위한 일 예로서, 제1 기어(61) 및 제2 기어(62) 중 어느 하나의 기어의 두께를 상대적으로 두껍게 형성하는 것을 제시하고 있다. 즉, 도시된 바에 의하면, 제1 기어(61)의 두께가 제2 기어(62)의 두께보다 두껍게 형성된다. 이때, 제1 기어(61)와 제2 기어(62)의 두께 차이는 축 방향으로 발생하는 변위의 크기 즉, 축 방향으로 이동되는 거리와 대응되는 길이이어야 한다. 이에, 제1 및 제2 기어(61)(62)의 두께 차이는 변위의 크기와 동일하거나 그보다 큰 두께 차이를 갖도록 이루어져야 한다. 또한, 상기 제1 기어(61)의 두께는 축 방향으로 발생하는 변위의 크기에 따라 증감될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 전동식 디스크 브레이크 장치(100)는 구동유닛을 캐리어(10)에 고정시키는 체결부재(80)를 더 구비한다.
상기 체결부재(80)는 모터(50) 및/또는 감속기(60)를 캐리어(10)에 안정적으로 고정시키기 위한 것으로서, 예를 들면, 상기 체결부재(80)는 모터(50) 및 감속기(60)가 내부에 설치되도록 이루어져 캐리어(10)에 고정되는 프레임 타입의 케이스 구조로 이루어지거나, 볼트 등을 이용하여 모터(50)를 캐리어(10)에 직접 고정시키는 브라켓, 또는 접착제로 이루어진 접착 패드 등으로 이루어질 수 있다. 즉, 체결부재(80)는 모터(50) 및 감속기(60)를 캐리어(10)에 고정시킬 수 있도록 이루어진다면 어떠한 구조로 이루어지더라도 채용가능한 것으로 이해되어야 한다.
그러면, 상기와 같은 구조를 갖는 전동식 디스크 브레이크 장치(10)에 의하여 브레이크가 작동되는 동작에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 차체에 고정된 캐리어(10)에 모터(50) 및 감속기(80)가 체결부재(80)에 의해 설치되고, 상기 캐리어(10)에 슬라이딩 가능하도록 캘리퍼 하우징(20)0이 결합된 상태로 마련된다. 이때, 브레이크 제동시 모터(50)로부터 구동력을 전달받아 회전하는 나사축(40)에 의해 피스톤(30)이 디스크(D) 측으로 전진하며 이너 마찰패드(11)를 디스크(D)에 가압하고, 피스톤(30)과 아우터 마찰패드(12) 사이에 작용하는 반력에 의해 캘리퍼 하우징(20)은 피스톤(30)의 이동 방향과 반대방향으로 이동하여, 그에 따라 캘리퍼 하우징(20)의 전방에 마련되어 있는 핑거부(23)가 아우터 마찰패드(12)를 디스크(D)에 가압하여 한 쌍의 마찰패드(11)(12)와 디스크(D) 사이에 작용하는 마찰력에 의해 제동이 이루어진다.
이와 같이, 상기 구동유닛이 캐리어(10)에 고정됨에 따라 캘리퍼 하우징(20)의 중량이 종래에 비하여 대폭 감소하여 용이하게 슬라이딩된다. 즉, 캘리퍼 하우징(20)을 캐리어(10)에 연결시키는 가이드 로드(25)에 작용하는 편심하중이 감소하여 브레이크 작동을 원활하게 이루어지도록 한다.
또한, 모터(50)의 구동력을 나사축(40)에 전달하는 제1 기어(61) 및 제2 기어(62)가 서로 다른 두께를 갖도록 이루어져 캘리퍼 하우징(20)이 축 방향으로 변위가 발생하더라도 기어들(61)(62)이 이격되지 않고 맞물린 상태를 유지할 수 있어 안정적인 브레이크 동작을 수행하게 된다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 전동식 디스크 브레이크 장치
10 : 캐리어 20 : 캘리퍼 하우징
30 : 피스톤 40 : 동력변환유닛(나사축)
50 : 모터 60 : 감속기
70 : 베어링 80 : 체결부재

Claims (6)

  1. 차량의 휠과 함께 회전하는 원판형의 디스크를 한 쌍의 마찰패드로 압박하여 제동시키는 전동식 디스크 브레이크 장치에 있어서,
    차체에 고정되며, 디스크와 마찰하는 한 쌍의 마찰패드가 진퇴가능하게 설치된 캐리어;
    캐리어에 대해 슬라이딩 가능하게 결합되게 하는 가이드 로드가 마련되고, 한 쌍의 마찰패드 중 어느 하나를 디스크 쪽으로 압박하는 피스톤이 설치되도록 실린더부가 형성된 캘리퍼 하우징;
    캐리어에 고정되어 구동력을 발생시키는 모터와 감속기로 이루어진 구동유닛; 및
    캘리퍼 하우징에 설치되어 구동유닛의 구동력을 전달받아 피스톤이 직선왕복운동하도록 이루어진 동력변환유닛;을 구비하는 것을 특징으로 하는 전동식 디스크 브레이크 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    동력변환유닛은,
    소정 길이를 가지며, 피스톤과 나사결합되도록 일측부의 외주면에 나사산이 형성된 나사축으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전동식 디스크 브레이크 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    감속기는,
    모터의 구동축에 설치되는 제1 기어; 및,
    제1 기어와 치합되고, 중심부에 나사축의 타측부가 연결되어 구동축에서 발생한 동력을 나사축에 전달하되, 그 회전수를 감소시켜 전달하는 제2 기어;를 구비하는 것을 특징으로 하는 전동식 디스크 브레이크 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    제1 기어 및 제2 기어는 축 방향으로 변위가 발생하더라도 기어가 맞물린 상태를 유지하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 전동식 디스크 브레이크 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    제1 기어 및 제2 기어 중 어느 하나는 상대적으로 두께가 두껍도록 이루어진 것을 특징으로 하는 전동식 디스크 브레이크 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    구동유닛을 캐리어에 고정시키는 체결부재가 더 설치된 것을 특징으로 하는 전동식 디스크 브레이크 장치.
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