KR101594318B1 - 브레이크 마스터 실린더 - Google Patents

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강동구
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Abstract

본 발명의 브레이크 마스터 실린더가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 실린더 몸체 내에서 왕복운동하도록 마련되는 피스톤의 동작에 따라 브레이크 램프의 점등을 제어하는 BLS 모듈을 구비하는 브레이크 마스터 실린더로서, 상기 BLS 모듈은, 상기 실린더 몸체에 길이방향으로 형성된 가이드 홀에 고정되는 자석; 상기 피스톤과 결합되어 상기 피스톤의 이동에 따라 함께 이동되는 작동부재; 상기 자석과 대응하는 위치의 상기 실린더 몸체에 설치되어 상기 자석의 자속밀도를 감지하는 홀 센서; 및 상기 가이드 홀에 슬라이딩 가능하게 마련되어 작동부재에 의해 이동하며 상기 자석과 홀 센서 사이를 차폐시키는 차폐부재;를 구비하는 것을 특징으로 하는 브레이크 마스터 실린더가 제공될 수 있다.

Description

브레이크 마스터 실린더{Brake master cylinder}
본 발명은 브레이크 마스터 실린더에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마스터 실린더에 설치되는 홀 센서 및 자석을 이용하여 브레이크 램프의 점등을 제어하는 브레이크 마스터 실린더에 관한 것이다.
일반적으로 차량용 브레이크의 마스터 실린더는 배력장치에서 진공과 대기의 압력차를 이용하여 배력으로 작용하는 힘을 전달받아 유압으로 변환한 후 이를 휠 실린더로 전달하여 제동력을 발생하는 장치를 말한다.
이러한 브레이크 마스터 실린더에는 페달 답력에 따른 피스톤의 동작을 감지하여 브레이크 램프를 점등시키기 위한 수단이 마련된다. 일례로 한국 공개특허 제10-2009-0101556호 및 등록특허 제10-1085801호에는 홀 센서를 이용하여 브레이크 램프를 점등하는 마스터 실린더가 개시되어 있다.
종래의 브레이크 마스터 실린더는 페달의 답력에 의해 미끄러져 이동되는 피스톤에 설치되는 링형 자석과, 피스톤이 진퇴 가능하도록 설치되는 마스터 실린더의 실린더 몸체에 자석과 대응되는 위치에 설치되는 홀 센서를 포함한다. 홀 센서는 피스톤에 설치된 자석의 이동에 따른 자력의 세기를 검출하여 브레이크 램프를 점등시킨다.
일반적으로 피스톤에 설치되는 링형 자석은 자속밀도가 높아 소형화가 용이한 네오디윰, 사마리윰 등의 희토류 자석을 사용된다. 그런데, 최근 희토류 가격 폭등으로 이를 원료로 하는 희토류 자석도 많이 상승하여 대체 기술 개발이 시급한 실정이다. 특히, 희토류 자석 대신 일반 자석을 쓰기 위해서는 자속밀도를 높이기 위해 부피를 많이 키워야 하는데, 마스터 실린더 내부는 제한된 공간이기 때문에 희토류 자석을 일반 자석으로 대체하기가 어려웠다.
공개특허 제10-2009-010556호 (주식회사 만도) 2009. 9. 29. 등록특허 제10-1085801호 (콘티넨탈 테베스) 2011. 11. 16.
본 발명의 실시예에 따른 마스터 실린더는 마스터 실린더의 부피를 크게 증가시키지 않으며, 자석과 홀 센서 사이에 자속 변화를 생성시키도록 차폐부재를 이동시켜 자속밀도를 안정적으로 검출할 수 있음은 물론, 자석의 부피를 줄일 수 있도록 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 실린더 몸체 내에서 왕복운동하도록 마련되는 피스톤의 동작에 따라 브레이크 램프의 점등을 제어하는 BLS 모듈을 구비하는 브레이크 마스터 실린더에 있어서, 상기 BLS 모듈은, 상기 실린더 몸체에 길이방향으로 형성된 가이드 홀에 고정되는 자석; 상기 피스톤과 결합되어 상기 피스톤의 이동에 따라 함께 이동되는 작동부재; 상기 자석과 대응하는 위치의 상기 실린더 몸체에 설치되어 상기 자석의 자속밀도를 감지하는 홀 센서; 및 상기 가이드 홀에 슬라이딩 가능하게 마련되어 작동부재에 의해 이동하며 상기 자석과 홀 센서 사이를 차폐시키는 차폐부재;를 구비하는 것을 특징으로 하는 브레이크 마스터 실린더가 제공될 수 있다.
또한, 상기 가이드 홀에 마련되며 상기 차폐부재를 탄성지지하는 탄성부재를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 차폐부재는 상기 작동부재에 의해 이동시 내부로 자석이 수용되도록 일단이 개방되도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 작동부재는, 상기 피스톤과 결합된 플레이트; 및 소정 길이를 가지며, 일단이 상기 플레이트와 결합되고, 타단이 상기 가이드 홀에 삽입되어 상기 차폐부재와 결합되는 로드;를 구비할 수 있다.
또한, 상기 로드가 삽입되는 반대편의 가이드 홀에는 상기 가이드 홀의 일단을 폐쇄하는 볼부재가 설치될 수 있다.
또한, 상기 홀 센서는 센서 조립체에 마련되고, 상기 센서 조립체는 실린더 몸체 외측에 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 마스터 실린더는 상기 마스터 실린더에 가격이 저렴한 일반 자석이 진퇴가능하게 설치되도록 가이드 홀을 형성하고, 자석과 대응되는 위치에 홀 센서를 마련함으로써 자속밀도를 증가시켜 감도를 높이면서도 제조 비용을 절감할 수 있는 효과를 가진다. 이는 자석과 홀 센서 사이의 갭을 최소화함으로써 자속밀도가 낮은 일반 자석을 사용하더라도 감도를 높일 수 있음은 물론, 비용을 절감할 수 있게 된다.
또한, 피스톤의 이동에 따라 자석과 홀 센서 사이로 움직이는 차폐부재를 마련하여 자력을 차폐시킴으로써 자속 변화 감지를 안정적으로 할 수 있게 된다. 이때, 자석은 홀 센서와 대향하는 위치에서 고정된 상태로서 자석의 크기를 종래에 비해 줄일 수 있어 원가를 절감할 수 있게 된다.
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 일 실시예에 따른 브레이크 마스터 실린더를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 브레이크 마스터 실린더의 작동상태를 나타내는 단면도.
도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 바람직한 일 싱시예에 따른 브레이크 마스터 실린더에 구비된 BLS 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 브레이크 마스터 실린더를 나타내는 단면도이고, 도 2는 상기 브레이크 마스터 실린더의 작동상태를 나타내는 단면도이며, 도 3 및 도 4는 각각 상기 브레이크 마스터 실린더에 구비된 BLS 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 실린더(100)는 중공(115)을 갖는 실린더 몸체(110)와, 상기 실린더 몸체(110)의 중공(115)에서 왕복운동하도록 마련되는 피스톤(111, 112) 및 실린더 몸체(110)에 설치되어 피스톤(111, 112)의 왕복운동에 따른 움직임을 감지하여 브레이크 램프의 점등을 제어하는 BLS(Brake Light Sensor) 모듈(200)을 구비한다. 이때, 피스톤(111, 112)은 제1 및 제2 피스톤(111, 112)으로 구성된다.
또한, BLS 모듈(200)은 실린더 몸체(110)에 형성된 가이드 홀(120)에 고정되는 자석(220)과, 마스터 실린더(100)의 외측에 설치되어 자석(220)의 자력을 감지하는 홀 센서 조립체(250)와, 제1 피스톤(111)과 결합되어 제1 피스톤(111)과 함께 이동하는 작동부재(240)와, 작동부재(240)에 의해 이동되어 자석(220)과 홀 센서 조립체(260) 사이를 차폐시키는 차폐부재(230) 및 차폐부재(230)에 탄성력을 제공하는 탄성부재(210)를 포함한다.
보다 구체적으로, 실린더 몸체(110)는 일단부가 개방되어 있고 타단부가 폐쇄되어 있는 원통 형상으로 이루어지며, 이 실린더 몸체(110) 내부에 마련되어 운전자의 브레이크 페달(미도시)의 작동에 따라 슬라이딩 진퇴하는 피스톤(111, 112)은 제1 및 제2 피스톤(111, 112)으로 구성된다.
브레이크 마스터 실린더(100)의 상부에는 마스터 실린더(100)로 오일을 공급하도록 오일이 저장된 리저버 탱크(미도시)가 설치된다. 또한 마스터 실린더(100)는 브레이크 페달(미도시)과 연계된 입력축(미도시)의 동작에 의한 압력차가 출력축(미도시)으로 전해지고, 출력축은 마스터 실린더(100)의 제1,2 피스톤(111, 112)을 밀어줌으로써 유압을 각 바퀴의 휠 실린더(미도시)로 전달하여 제동력을 발생시킨다.
실린더 몸체(110)의 내부에는 제1 피스톤(111)과 제 2피스톤(112) 사이에 액압이 형성되는 공간인 제1 액압챔버(111a)가 형성되고, 제2 피스톤(112)과 실린더 몸체(110)의 타단부 내벽 사이에 액압이 형성되는 공간인 제2 액압챔버(112a)가 형성된다. 액압챔버(111a, 112a)에는 각각 제1 피스톤(111)과 제2 피스톤(112)을 복원시키기 위한 제1 리턴 스프링(111b)과 제2 리턴 스프링(112b)이 마련된다.
이러한 실린더 몸체(110)에는 길이방향으로 관통된 가이드 홀(120)이 형성된다. 도시된 바에 따르면, 가이드 홀(120)은 상기 중공(115)과 일정간격 이격되어 상기 중공(115)과 평행하도록 실린더 몸체(110)의 하단측에 형성된다. 이러한 가이드 홀(120)에는 후술할 자석(220) 및 작동부재(240)의 로드(242)가 슬라이딩 가능하게 삽입된다. 또한, 작동부재(240)의 로드(242)가 삽입되는 반대편의 가이드 홀(120)은 볼부재(125)에 의하여 폐쇄된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 피스톤(111)에는 피스톤(111, 112)의 진퇴 동작에 따라 브레이크 램프의 점등을 제어하기 위하여 차폐부재(230)를 이동시키는 작동부재(240)가 설치되고, 상기 자석(220)과 대응하는 위치의 실린더 몸체(110)에는 홀 센서 조립체(250)가 설치된다.
자석(220)은 실린더 몸체(110)의 길이방향으로 형성된 가이드 홀(120)에 고정된다. 이때, 후술할 차폐부재(230)에 의해 자석(220)과 홀 센서 조립체(250) 사이로 차폐부재(230)가 이동됨에 따라 적어도 자석(220)은 가이드 홀(120)의 하단측과 일정간격 이격되도록하여 고정되어야 한다.
이러한 자석(220)은 자속밀도가 높은 네오디윰, 사마리윰 등의 희토류 자석을 이용할 수 있는데 이는 홀 센서(252)와 대향하는 위치에 자석(220)이 고정됨에 따라 자석(220)의 크기를 최소화할 수 있어 비용을 절감시킬 수 있기 때문이다. 또한, 자석(220)은 자속밀도가 낮아 가격이 저렴한 일반 자석 예컨대, 페라이트 자석이나 알리코 자석을 사용함으로써 비용을 절감시킬 수도 있다. 이때 자속밀도가 낮은 일반 자석을 이용하더라도 자석(220)과 홀 센서(252)가 고정된 상태에서 별도의 차폐부재(230)에 의해 자속 변위가 발생됨에 따라 정밀하고 긴밀하게 감지될 수 있게 된다.
한편, 자석(220)은 홀 센서(252)에 대응해서 S극이 전방에 위치하고 N극이 후방에 위치한다. 이때, 홀 센서(252)가 N극을 감지하는 센서이거나 양극을 감지하는 센서일 경우 당업자가 적절히 변형 및 수정할 수 있음은 물론이다. 실제 현장에서는 대부분 S극을 감지하는 홀 센서가 사용되고 있다.
작동부재(240)는 전술한 바와 같이 피스톤(111, 112)의 이동에 따라 차폐부재(230)를 함께 이동시키는 역할을 수행한다. 보다 구체적으로, 작동부재(240)는 제1 피스톤(111)과 결합된 플레이트(241)와, 소정 길이를 가지며 상기 플레이트(241)와 결합되어 실린더 몸체(110)의 가이드 홀(120)에 삽입되는 로드(242)를 구비한다.
플레이트(241)는 브레이크 페달(미도시)의 답력에 의해 제1 피스톤(111)을 가압하는 출력축(미도시)과 대면하는 전방면의 제1 피스톤(111)에 체결된다. 플레이트(241)는 제1 피스톤(111)에 대해 동심으로 배치되며 제1 피스톤(111)의 반경 방향으로 돌출된 플랜지부(241a)와, 플랜지부(241a)로부터 절곡되어 제1 피스톤(111)의 내측으로 삽입되어 장착되는 결합부(241b)를 구비한다. 이때, 상기 제1 피스톤(111)의 내측에는 오목한 걸림홈(113)이 형성되고, 이와 대응하는 위치의 결합부(241b)에는 걸림홈(113)에 끼워지는 걸림턱(243)이 형성된다.
로드(242)는 실린더 몸체(110)의 길이방향으로 제1 피스톤(111)에 평행하게 배치되도록 플레이트(241)의 플랜지부(241a)에 결합된다. 로드(242)는 소정 길이를 가지며 실린더 몸체(110)의 가이드 홀(120)에 일부가 삽입된다. 이때, 로드(242)는 플레이트(241)와 일체로 형성될 수 있다. 또한, 플레이트(241)와 결합된 로드(242)의 끝단은 차폐부재(230)와 결합된다.
차폐부재(230)는 가이드 홀(120)에 슬라이딩 가능하게 마련된다. 이 차폐부재(230)는 작동부재(240)에 의해 이동되어 자석(220)과 홀 센서(252) 사이에 발생하는 자력을 차폐시키는 역할을 수행하는 것으로서 스틸재질로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 차폐부재(230)는 로드(242)에 의해 가압되어 이동시 내부로 자석(220)이 수용되도록 일단이 개방되도록 마련된다. 이때, 차폐부재(230)는 자석(220)을 감싸도록 형성된 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않으며, 자석(220)과 홀 센서(252) 사이로 이동하는 판 형태로 마련될 수도 있다. 또한, 차폐부재(230)는 작동부재(240)의 로드(242)와 결합되는 것으로 설명되었으나, 이에 한정되지 않으며, 로드(242)로 접촉된 상태로 마련되어 가압되어 이동할 수 있다. 이에, 로드(242)와 접촉하는 차폐부재(230)의 반대측에는 차폐부재(230)를 원래의 위치로 복귀시키는 탄성부재(210)가 마련된다.
탄성부재(210)는 가이드 홀(120)에 마련되어 차폐부재(230)를 탄성지지한다. 탄성부재(210)는 일단이 볼부재(125)에 지지되고, 타단이 차폐부재(230)에 지지된다. 이러한 탄성부재(210)는 코일 스프링으로 이루어진다.
홀 센서 조립체(250)는 실린더 몸체(110)의 외측에 고정 설치된다. 홀 센서 조립체(250)는 실린더 몸체(110)에 조립체를 결합시키기 위한 브라켓(미도시)이 형성된 센서 하우징(251)과, 센서 하우징(251) 내에 설치되어 자석(220)과의 자속밀도의 변화를 감지하여 브레이크 램프의 점등을 제어하는 홀 센서(자기 검출 소자)(252)를 구비한다. 이때, 센서 하우징(251)은 실린더 몸체(110)의 외관에서 볼트(미도시) 등에 의해 결합됨에 따라 탈부착이 용이하며, 홀 센서(252)가 자석(220)의 위치와 대응하도록 설치된다.
상기와 같이, 실린더 몸체(110)의 중심 반경방향으로 이격된 위치에 가이드 홀(120)을 형성하고, 이 가이드 홀(120)에 자석(220)을 고정함과 동시에, 자석(220)과 대응하는 위치에 홀 센서(252)를 설치함으로써 자석의 크기를 최소화할 수 있으며, 가격이 저렴한 페라이트 자석이나 알리코 자석 등의 일반 자석을 사용하더라도 높은 정밀도를 가질 수 있게 된다. 이는 마스터 실린더(100) 내에 발생되는 액압을 견디도록 마스터 실린더(100)는 소정의 두께를 가져야 하지만, 가이드 홀(120)과 홀 센서(252) 사이의 두께는 진공압만 견딜 수 있으면 사용가능하기 때문에 홀 센서(252)와 자석(220) 사이의 간격을 최소화하여 자석의 크기를 줄이거나, 자속밀도가 낮은 일반 자석을 사용하더라고 높은 정밀도를 가질수 있게 된다.
그러면, 상기와 같은 구조를 갖는 브레이크 마스터 실린더의 작동에 따른 BLS 모듈의 동작 상태에 대해 도면을 참조하여 설명하도록 한다.
먼저, 운전자가 제동 시 브레이크 페달(미도시)을 밟으면 배력장치 또는 페달 감지센서의 답력 요구량에 따라 마스터 실린더(100)의 제1 피스톤(111)이 전진한다. 제1 피스톤(111)이 전진하면 밀폐된 제1 액압챔버(111a)의 오일이 압축되고, 이와 연동해서 제2 피스톤(112)도 전진하면서 제2 액압챔버(112a)의 오일이 압축된다. 제1 피스톤(111)과 제2 피스톤(112)의 전방에 각각 마련된 제1리턴 스프링(111b)과 제2리턴 스프링(112b)은 브레이크 페달에 힘이 가해지면 압축되고, 브레이크 페달에 가해지는 힘이 해제되면 탄성 복원력에 의해 제1,2 피스톤(111, 112)을 원위치로 복귀시킨다.
제1,2 피스톤(111, 112)의 진퇴 운동시 실린더 몸체(110)의 외측에 설치된 홀 센서 조립체(250)는 제1,2 피스톤(111, 112)의 이동을 감지한다. 즉, 제1 피스톤(111)이 전진하면 상기 제1 피스톤(111)과 결합된 플레이트(241)와 로드(242)가 함께 이동하며 가이드 홀(120)에 배치된 차폐부재(230)를 이동시키게 된다. 이때, 차폐부재(230)는 탄성부재(210)를 압축하며 가이드 홀(120)에 고정된 상태로 배치된 자석(220)과 홀 센서(252) 사이로 이동하며 자력을 차폐시키게 된다.
이에 따라, 자속을 감지하는 홀 센서(252)에 작용하는 자속이 감소하므로, 이를 감지한 홀 센서 조립체(250)가 브레이크 램프를 점등시키게 된다.
또한 반대로, 제1,2 피스톤(111, 112)이 원래의 위치로 복귀시, 즉 차폐부재(230)가 홀 센서(252)와 자석(220) 사이를 개방시 홀 센서(252)에 작용하는 자속이 증가함에 따라 브레이크 램프가 소등된다. 특히, 본 실시예와 같이 자석(220)과 홀 센서(252) 사이의 이격된 거리를 최소화함으로써 자속밀도를 크게 높일 수 있으므로, 자석의 크기를 최소화함은 물론, 일반 자석을 사용하더라도 높은 정밀도를 갖도록 할 수 있다.
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 : 마스터 실린더 110 : 실린더 몸체
120 : 가이드 홀 200 : BLS 모듈
210 : 탄성부재 220 : 자석
230 : 차폐부재 240 : 작동부재
250 : 홀 센서 조립체 252 : 홀 센서

Claims (6)

  1. 실린더 몸체 내에서 왕복운동하도록 마련되는 피스톤의 동작에 따라 브레이크 램프의 점등을 제어하는 BLS 모듈을 구비하는 브레이크 마스터 실린더에 있어서,
    상기 BLS 모듈은,
    상기 실린더 몸체에 길이방향으로 형성된 가이드 홀에 고정되는 자석;
    상기 피스톤과 결합되어 상기 피스톤의 이동에 따라 함께 이동되는 작동부재;
    상기 자석과 대응하는 위치의 상기 실린더 몸체에 설치되어 상기 자석의 자속밀도를 감지하는 홀 센서; 및
    상기 가이드 홀에 슬라이딩 가능하게 마련되어 작동부재에 의해 이동하며 상기 자석과 홀 센서 사이에 발생하는 자력을 차폐시키는 차폐부재;를 구비하는 것을 특징으로 하는 브레이크 마스터 실린더.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 홀에 마련되며 상기 차폐부재를 탄성지지하는 탄성부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 브레이크 마스터 실린더.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 차폐부재는 상기 작동부재에 의해 이동시 내부로 자석이 수용되도록 일단이 개방되도록 마련된 것을 특징으로 하는 브레이크 마스터 실린더.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 작동부재는,
    상기 피스톤과 결합된 플레이트; 및
    소정 길이를 가지며, 일단이 상기 플레이트와 결합되고, 타단이 상기 가이드 홀에 삽입되어 상기 차폐부재와 결합되는 로드;를 구비하는 것을 특징으로 하는 브레이크 마스터 실린더.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 로드가 삽입되는 반대편의 가이드 홀에는 상기 가이드 홀의 일단을 폐쇄하는 볼부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 브레이크 마스터 실린더.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 홀 센서는 센서 조립체에 마련되고,
    상기 센서 조립체는 실린더 몸체 외측에 결합되는 것을 특징으로 하는 브레이크 마스터 실린더.
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