KR100674117B1 - Friction brake apparatus using functionally graded materials - Google Patents

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KR100674117B1
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장용훈
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

A friction brake apparatus using a functionally gradient material(FGM) is provided to reduce thermal deformation by using the FGM and improve mechanical property. A friction brake apparatus using a functionally gradient material(FGM), comprises a rotation member, a friction member, and an operation unit. The rotation member performs rotational motion. The friction member attenuates the rotational motion by applying a frictional force to the rotation member, in contact with at least a part of the rotation member. The operation unit presses the friction member against a surface of the rotation member. A coating layer(120) constituted by the FGM is formed on part of the surface of the rotation member contacting the friction member. The FGM is formed by mixing the material of the rotation member with ceramic. Property of the FGM substantially continually changes from an inner surface to the outer surface of the coating layer contacting the rotation member.

Description

경사 기능 재료를 적용한 마찰식 브레이크 장치{FRICTION BRAKE APPARATUS USING FUNCTIONALLY GRADED MATERIALS}Friction brake device with inclined functional material {FRICTION BRAKE APPARATUS USING FUNCTIONALLY GRADED MATERIALS}

도 1은 차량에 적용되는 디스크 브레이크의 구조를 개략적으로 도시한 도면,1 is a view schematically showing a structure of a disc brake applied to a vehicle;

도 2는 본 발명에 따른 마찰식 브레이크 장치의 거동을 해석하기 위한 기하학적 모델을 도시하는 도면,2 shows a geometrical model for analyzing the behavior of a friction brake device according to the invention,

도 3은 차량 클러치의 중심 스테이터의 표면에 한번의 마찰 구동으로 나타나는 열점을 도시하는 도면,FIG. 3 shows hot spots appearing in one frictional drive on the surface of the center stator of the vehicle clutch; FIG.

도 4는 도 3에 도시된 기하학적 모델을 갖는 마찰식 브레이크 장치에서, 경사 기능 재료로 이루어진 코팅층의 탄성 분포를 도시하는 그래프,4 is a graph showing the elastic distribution of the coating layer made of the inclined functional material in the friction brake device having the geometrical model shown in FIG. 3;

도 5는 경사 기능 재료의 비균질계수가 달라질 때, 파수와 무차원 임계 속도의 관계를 도시한 그래프,5 is a graph showing the relationship between the wave number and the dimensionless critical velocity when the heterogeneity coefficient of the gradient functional material varies;

도 6은 파수가 달라질 때, 경사 기능 재료의 비균질계수와 무차원 임계 속도의 관계를 도시한 그래프,6 is a graph showing the relationship between the heterogeneity coefficient of the warp functional material and the dimensionless critical velocity when the wave number is different;

도 7은 브레이크 디스크가 강으로 이루어진 경우, 브레이크 패드와 디스크 사이의 접촉면에서 압력 및 온도의 변화를 도시하는 그래프,7 is a graph showing changes in pressure and temperature at the contact surface between the brake pad and the disc when the brake disc is made of steel;

도 8은 브레이크 디스크가 경사 기능 재료로 이루어진 코팅층을 구비하는 경우, 디스크와 브레이크 패드 사이의 접촉면에서 압력 및 온도의 변화를 도시하는 그래프,8 is a graph showing changes in pressure and temperature at the contact surface between the disc and the brake pad when the brake disc has a coating layer made of the inclined functional material;

도 9는 브레이크 디스크가 강으로 이루어진 경우, 브레이크 패드와 디스크 사이의 접촉면에서 폰 미제스 응력(von Mises stress)의 변화를 나타내는 도면, 및FIG. 9 shows a change in von Mises stress at the contact surface between the brake pad and the disc when the brake disc is made of steel, and FIG.

도 10은 브레이크 디스크가 경사 기능 재료로 이루어진 코팅층을 구비하는 경우, 디스크와 브레이크 패드 사이의 접촉면에서 폰 미제스 응력의 변화를 나타내는 도면.FIG. 10 shows the change in von Mises stress at the contact surface between the disc and the brake pad when the brake disc is provided with a coating layer of warp functional material. FIG.

본 발명은 마찰식 브레이크 장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 차량 등에 적용되는 마찰식 브레이크 장치 또는 전동 클러치에서 마찰열로 인하여 발생하는 열탄성 변형을 줄이기 위하여 경사 기능 재료를 적용한 것에 관한 것이다.The present invention relates to a friction brake device, and more particularly, to the application of the inclined functional material to reduce the thermoelastic deformation caused by frictional heat in a friction brake device or an electric clutch applied to a vehicle or the like.

차량 등에서 사용되는 마찰식 브레이크 장치는 탑승자의 안전 보장이라는 기본적인 기능을 수행한다. 최근에는 브레이크의 제동 기능의 향상을 위한 연구와 더불어 탑승자의 승차감 향상을 위한 소음, 진동의 감소에 대해서 연구가 집중되고 있다. Friction brake devices used in vehicles, etc. perform the basic function of ensuring the safety of the occupants. Recently, research has been focused on the improvement of the braking function of the brakes and the reduction of the noise and vibration to improve the ride comfort of the occupants.

마찰식 브레이크의 제동시 또는 전동 클러치의 작동시 마찰에 의하여 열이 발생한다. 마찰열은 브레이크 디스크 또는 브레이크 드럼에 열탄성 변형을 발생시키며, 이러한 열탄성 변형은 접촉 압력 분포에 영향을 미친다. 미끄럼 속도가 증가하면 접촉 압력이 더 크게 변화하며 하중이 국부적으로 인가되고 열 발생도 일부에 집중되는 현상이 나타난다. 이러한 현상을 열탄성 불안정성(thermoelastic instability)이라고 한다.Heat is generated by friction during braking of the friction type brake or during operation of the electric clutch. The frictional heat causes thermoelastic deformation in the brake disc or brake drum, which in turn affects the contact pressure distribution. As the sliding speed increases, the contact pressure changes more, and the load is applied locally and the heat generation is concentrated in part. This phenomenon is called thermoelastic instability.

열탄성 불안정성은 마찰식 클러치나 브레이크에 나타나는 열점(hot spot) 및 핫 저더(hot judder)의 원인이 되는 것으로 알려져 있다. 전술한 바와 같은 국부적인 열 발생 현상은 그 부분에 높은 응력을 형성시키며, 이에 의하여 소재가 열화되어 결국 파괴되기에 이른다.Thermoelastic instability is known to cause hot spots and hot judder in friction clutches and brakes. Local heat generation phenomena as described above create a high stress in the portion, thereby deteriorating the material and eventually destroying it.

이와 관련하여, 대한민국 특허출원 10-2002-0022672호에는 외기를 이용해 마찰열을 냉각시키는 구조를 갖는 자동차용 드럼 브레이크의 조립체가 개시되어 있다. 여기서는, 브레이크 드럼에 다수개의 마찰열 배출부가 외주면을 따라 등간격으로 형성되어, 제동시 발생되는 고온의 마찰열이 표면적이 확대된 마찰열 배출부에 의하여 냉각된다. 이로써, 브레이크 드럼의 열변형 현상을 방지하고, 제동시 발생되는 저더 현상도 줄이고자 하였다. 그러나, 저더의 발생 원인인 열탄성 불안정성은 미소한 열 발생으로도 일어날 수 있기 때문에, 구조 변경에 따른 노력에 비하여 저더 방지 효과가 미미할 수 있다.In this regard, Korean Patent Application No. 10-2002-0022672 discloses an assembly of an automobile drum brake having a structure for cooling frictional heat by using outside air. Here, a plurality of friction heat discharge portions are formed at equal intervals along the outer circumferential surface of the brake drum, so that high temperature friction heat generated during braking is cooled by the friction heat discharge portion having an enlarged surface area. As a result, the thermal deformation of the brake drum is prevented and the judder generated during braking is also reduced. However, since thermoelastic instability, which is the cause of judder, may occur even with a slight heat generation, the judder prevention effect may be insignificant compared to the effort due to the structural change.

대한민국 특허출원 10-2002-0069712에는 제동시 브레이크 디스크의 외측은 물론 내측에서 브레이크 디스크를 가압할 수 있는 메커니즘을 제공하고 있다. 이러한 구조에 의하여 브레이크 디스크의 열 변형을 최소화하고 안정된 제동 작용을 하고자 한 것이다. 그러나, 저더의 원인이 되는 열점의 발생은 불규칙 압력 변화에 의하여 발생하는데, 디스크의 내측과 외측을 가압하는 것 만으로는 접촉 압력을 균일하게 만들 수 없다. 즉, 압력 변화가 작은 경우에는 위 문헌에서 제안한 구조가 유효하게 적용될 수 있지만, 저더에서와 같이 압력 변화의 폭이 큰 경우에는 효과가 불확실하다.Korean Patent Application No. 10-2002-0069712 provides a mechanism for pressing the brake disc from the inside as well as the outside of the brake disc during braking. This structure is intended to minimize the thermal deformation of the brake disc and to provide a stable braking action. However, the generation of hot spots that cause judder is caused by irregular pressure changes, and only pressing the inner and outer sides of the disk does not make the contact pressure uniform. That is, when the pressure change is small, the structure proposed in the above document can be effectively applied, but the effect is uncertain when the pressure change is large, such as in Juder.

대한민국 특허출원 10-2000-0081265호에는 차량용 잠금방지 제동장치(anti-lock brake system, ABS)의 브레이크 저더 저감장치가 개시되어 있다. 이 장치에서는 각 휠의 캘리퍼에 진동 감지 센서를 부착하여 진동을 측정하고, 제동중 저더로 판단되는 현상이 발생하면 해당 휠부의 솔레노이드 밸브를 개폐시켜 디스크와 패드를 떨어지게 하여 저더가 발생되지 않도록 한다. 그러나, 저더가 발생하더라도 계속해서 제동을 하여야 하는 경우에 디스크와 패드가 떨어지게 되면 안전상의 문제가 발생할 수 있다.Korean Patent Application No. 10-2000-0081265 discloses a brake judging device for an anti-lock brake system (ABS) for a vehicle. In this device, a vibration sensor is attached to the caliper of each wheel to measure vibration, and when a phenomenon that is judged as judder occurs during braking, the solenoid valve of the wheel part is opened and closed so that the disc and the pad are dropped to prevent judder from occurring. However, safety problems may occur if the disc and the pad are dropped when judging occurs and the brakes need to be continued.

대한민국 특허출원 10-2000-0065587호에서는 열팽창계수가 서로 다른 합금을 이용하는 차량의 브레이크 패드를 제안하였다. 여기서는, 휠실린더의 피스톤에 연결되는 패드 플레이트와 브레이크 디스크에 마찰되는 패드 사이에 서로 다른 열팽창 계수를 갖는 소팽창합금과 대팽창합금으로 이루어진 변형 대응부가 마련된다. 이 장치는 마찰열에 의하여 브레이크 디스크가 열 변형되는 경우, 변형 대응부의 팽창 작용에 의하여 패드의 면이 브레이크 디스크에 균일하게 밀착된 상태에서 안정적으로 마찰작용이 일어나도록 하여 저더의 발생을 막고자 한 것이다. 그러나, 서로 다른 재료 상수를 갖는 2개의 재료를 접합하는 경우, 두 재료의 경계면에서 심각한 열응력 및 온도 차이가 유발된다. 또한, 높은 잔류응력과 열 피로하중에 의하여 경계면이 파괴될 수 있다.Korean Patent Application No. 10-2000-0065587 proposes a brake pad of a vehicle using an alloy having a different thermal expansion coefficient. Here, a deformation counterpart consisting of a small expansion alloy and a large expansion alloy having different thermal expansion coefficients is provided between the pad plate connected to the piston of the wheel cylinder and the pad rubbing against the brake disk. When the brake disc is thermally deformed by frictional heat, the device is intended to prevent the occurrence of judder by causing the frictional action to occur stably while the surface of the pad is in close contact with the brake disc by the expansion action of the deformation counterpart. . However, the joining of two materials with different material constants results in severe thermal stresses and temperature differences at the interface of the two materials. In addition, the interface may be destroyed by high residual stress and thermal fatigue load.

전술한 문제점을 감안하여, 본 발명은 복합재료 중의 하나인 경사 기능 재료(functionally graded materials, FGM)를 사용하여 열 변형을 줄이면서도 기계적 특성이 뛰어난 마찰식 브레이크 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a friction brake device having excellent mechanical properties while reducing thermal deformation by using a functionally graded material (FGM), which is one of the composite materials.

전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 마찰식 브레이크 장치로서, 회전 운동을 하는 회전 부재; 상기 회전 부재의 적어도 일부 표면과 접촉하여 상기 회전 부재에 마찰력을 인가함으로써 회전 운동을 감쇠시키는 마찰 부재; 및 상기 마찰 부재를 상기 회전 운동을 하는 부재의 표면에 대하여 누르는 작동 유닛을 포함하며, 상기 마찰 부재와 접촉하는 상기 회전 부재의 상기 일부 표면에는 경사 기능 재료로 이루어지는 코팅층이 마련되는 것이 제공된다.In order to achieve the above object of the present invention, a friction type brake device comprising: a rotating member for rotating motion; A friction member in contact with at least a portion of the surface of the rotating member to attenuate the rotational motion by applying a friction force to the rotating member; And an operation unit for pressing the friction member against the surface of the rotating member, wherein the partial surface of the rotating member in contact with the friction member is provided with a coating layer made of an inclined functional material.

또한, 상기 회전 부재의 코팅층을 형성하는 경사 기능 재료는 상기 회전 부재를 이루는 재료와 세라믹 재료가 혼합된 재료인 것이 좋다.In addition, the inclined functional material forming the coating layer of the rotating member is preferably a material in which the material constituting the rotating member and the ceramic material are mixed.

상기 회전 부재의 코팅층을 형성하는 경사 기능 재료의 물성은 회전 부재의 표면과 접촉된 코팅층의 내측 표면으로부터 코팅층의 외측 표면을 향하여 실질적으로 연속적으로 변화하며, 코팅층의 외측 표면에서는 세라믹 재료의 물성과 동일한 물성을 갖고 코팅층의 내측 표면에서는 회전 부재를 이루는 재료와 동일한 물성을 가질 수 있다.The physical properties of the inclined functional material forming the coating layer of the rotating member vary substantially continuously from the inner surface of the coating layer in contact with the surface of the rotating member toward the outer surface of the coating layer, and on the outer surface of the coating layer the same as that of the ceramic material. It may have physical properties and the same physical properties as the material of the rotating member on the inner surface of the coating layer.

더 구체적으로, 상기 회전 부재의 코팅층의 물성은 아래와 같은 식, 즉,More specifically, the physical properties of the coating layer of the rotating member is as follows, that is,

P = Ps + (Ps - Pc)((t-y)/t)α, t < y < 2tP = Ps + (Ps-Pc) ((ty) / t) α , t <y <2t

에 따라 변화한다. 여기서, P는 코팅층을 이루는 경사 기능 재료의 물성, Ps는 회전 부재를 이루는 재료의 물성, Pc는 세라믹 재료의 물성, α는 경사 기능 재료의 비균질계수, 그리고 t는 코팅층의 두께를 나타낸다. 또한, y = t는 회전 부재의 표면과 접촉한 코팅층의 내측 표면의 위치이며, y = 2t는 코팅층의 외측 표면의 위치를 나타낸다.Will change accordingly. Here, P denotes the physical properties of the gradient functional material forming the coating layer, Ps denotes the physical properties of the material forming the rotating member, Pc denotes the physical properties of the ceramic material, α denotes the heterogeneous coefficient of the gradient functional material, and t denotes the thickness of the coating layer. In addition, y = t is the position of the inner surface of the coating layer in contact with the surface of the rotating member, y = 2t represents the position of the outer surface of the coating layer.

위 식에서, 상기 경사 기능 재료의 비균질계수 α는 1보다 큰 것이 좋으며, 바람직하게는, α는 4에서 7 사이의 범위에서 정해지고, 더 바람직하게는, 상기 경사 기능 재료의 비균질계수 α는 약 6이다.In the above formula, it is preferable that the inhomogeneity coefficient α of the warp function material is larger than 1, preferably, α is set in the range of 4 to 7, and more preferably, the inhomogeneity coefficient α of the warp function material is about 6 to be.

한편, 상기 회전 부재를 이루는 재료는 금속 재료, 예를 들어, 강일 수 있다.Meanwhile, the material constituting the rotating member may be a metal material, for example, steel.

이러한 본 발명에 따르는 마찰식 브레이크 장치는 차량용 드럼 브레이크 또는 차량용 디스크 브레이크에 적용될 수 있다.Such a friction brake device according to the present invention can be applied to a vehicular drum brake or a vehicular disk brake.

본 발명의 다른 형태에 따르면, 회전 운동을 하며 경사 기능 재료로 이루어지는 회전 부재; 상기 회전 부재의 적어도 일부 표면과 접촉하여 상기 회전 부재에 마찰력을 인가함으로써 그 회전 운동을 감쇠시키는 마찰 부재; 및 상기 마찰 부재를 상기 회전 운동을 하는 부재의 표면에 대하여 누르는 작동 유닛을 포함하는 마찰식 브레이크 장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a rotating member, which includes a rotating member made of an inclined function material; A friction member in contact with at least a portion of the surface of the rotating member to attenuate its rotational motion by applying a frictional force to the rotating member; And an actuating unit for pressing the friction member against the surface of the member making the rotational movement.

상기 회전 부재를 형성하는 경사 기능 재료는 금속 재료와 세라믹 재료가 혼합된 재료인 것이 좋다.The inclined functional material forming the rotating member is preferably a material in which a metal material and a ceramic material are mixed.

바람직하게는, 상기 회전 부재를 형성하는 경사 기능 재료의 물성은 회전 부 재의 중심부로부터 회전 부재의 외측 표면을 향하여 실질적으로 연속적으로 변화하며, 회전 부재의 외측 표면에서는 상기 세라믹 재료의 물성과 동일한 물성을 갖고 회전 부재의 중심부에서는 상기 금속 재료와 동일한 물성을 갖는다.Preferably, the physical properties of the inclined functional material forming the rotating member change substantially continuously from the center of the rotating member toward the outer surface of the rotating member, and the outer surface of the rotating member has the same physical properties as the ceramic material. It has the same physical properties as the metal material at the center of the rotating member.

상기 회전 부재를 형성하는 경사 기능 재료의 물성은 아래 식에 따라 변화할 수 있다:The physical properties of the warp functional material forming the rotating member may vary according to the following equation:

P = Pm + (Pm - Pc)((t-y)/t)α, t < y < 2tP = Pm + (Pm-Pc) ((ty) / t) α , t <y <2t

여기서, P는 회전 부재를 이루는 경사 기능 재료의 물성, Pm은 상기 금속 재료의 물성, Pc는 상기 세라믹 재료의 물성, α는 경사 기능 재료의 비균질계수, 그리고 t는 코팅층의 두께이다. 또한, y = t는 회전 부재의 중심부, y = 2t는 회전 부재의 외측 표면의 위치를 표시한다.Where P is the physical property of the inclined functional material constituting the rotating member, Pm is the physical property of the metal material, Pc is the physical property of the ceramic material, α is the heterogeneous coefficient of the inclined functional material, and t is the thickness of the coating layer. In addition, y = t denotes the center of the rotating member, and y = 2t denotes the position of the outer surface of the rotating member.

상기 경사 기능 재료의 비균질계수 α는 1보다 큰 것이 좋으며, 바람직하게는, 상기 경사 기능 재료의 비균질계수 α는 4에서 7 사이의 범위에서 정해지고, 더 바람직하게는, 상기 경사 기능 재료의 비균질계수 α는 약 6이다.The inhomogeneity coefficient α of the warp function material is preferably greater than 1, preferably, the inhomogeneity coefficient of the warp function material is determined in the range of 4 to 7, more preferably, the inhomogeneity coefficient of the warp function material α is about 6.

상기 회전 부재를 이루는 상기 금속 재료는 강인 것이 좋다.The metal material constituting the rotating member is preferably steel.

본 발명의 다른 형태에 따르면, 금속 재료로 이루어지며 회전 운동을 하는 회전 부재; 금속 재료와 세라믹 재료를 포함하는 경사 기능 재료로 이루어지며, 상기 회전 부재의 적어도 일부 표면과 접촉하여 상기 회전 부재에 마찰력을 인가함으로써 그 회전 운동을 감쇠시키는 마찰 부재; 및 상기 마찰 부재를 상기 회전 운동을 하는 부재의 표면에 대하여 누르는 작동 유닛을 포함하는 마찰식 브레이크 장치 이 제공된다.According to another aspect of the invention, the rotation member made of a metal material and the rotational movement; A friction member made of an inclined functional material comprising a metal material and a ceramic material, the friction member in contact with at least a portion of the surface of the rotation member to attenuate its rotational motion by applying a friction force to the rotation member; And an actuating unit for pressing the friction member against the surface of the member making the rotational movement.

여기서, 상기 마찰 부재를 형성하는 경사 기능 재료의 물성은 마찰 부재의 중심부로부터 마찰 부재의 외측 표면을 향하여 실질적으로 연속적으로 변화하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the physical properties of the warp functional material forming the friction member change substantially continuously from the center of the friction member toward the outer surface of the friction member.

본 발명의 또다른 형태에 따르면, 금속 재료로 이루어지며 회전 운동을 하는 회전 부재; 상기 회전 부재의 적어도 일부 표면과 접촉하여 상기 회전 부재에 마찰력을 인가함으로써 회전 운동을 감쇠시키는 마찰 부재; 및 상기 마찰 부재를 상기 회전 운동을 하는 부재의 표면에 대하여 누르는 작동 유닛을 포함하며, 상기 마찰 부재의 표면에는 경사 기능 재료로 이루어지는 코팅층이 마련되는 마찰식 브레이크 장치가 제공된다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a rotating member comprising a metal material and performing a rotational movement; A friction member in contact with at least a portion of the surface of the rotating member to attenuate the rotational motion by applying a friction force to the rotating member; And an operation unit that presses the friction member against the surface of the rotational member, wherein a frictional brake device is provided on the surface of the friction member provided with a coating layer made of an inclined functional material.

여기서, 마찰 부재의 코팅층을 형성하는 경사 기능 재료는 금속 재료와 세라믹 재료가 혼합된 재료인 것이 좋다.Here, the inclined functional material forming the coating layer of the friction member is preferably a material in which a metal material and a ceramic material are mixed.

바람직하게는, 마찰 부재의 코팅층을 형성하는 경사 기능 재료의 물성은 회전 부재의 표면과 접촉된 코팅층의 내측 표면으로부터 코팅층의 외측 표면을 향하여 실질적으로 연속적으로 변화하며, 코팅층의 외측 표면에서는 상기 세라믹 재료의 물성과 동일한 물성을 갖고 코팅층의 내측 표면에서는 상기 금속 재료와 동일한 물성을 갖는다.Preferably, the physical properties of the warp functional material forming the coating layer of the friction member vary substantially continuously from the inner surface of the coating layer in contact with the surface of the rotating member toward the outer surface of the coating layer, wherein the ceramic material on the outer surface of the coating layer It has the same physical properties as that of and has the same physical properties as the metal material on the inner surface of the coating layer.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.

도 1은 차량에 적용되는 캘러퍼형 디스크 브레이크의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing a structure of a caliper disc brake applied to a vehicle.

일반적으로 디스크 브레이크는 차량의 휠에 부착된 디스크(10), 디스크의 양쪽에 마련된 브레이크 패드(20), 브레이크 패드(20)와 연결된 피스톤(30), 및 피스톤(30)을 작동시키는 유압 시스템(40)을 포함한다. 디스크(10)는 차량의 휠에 연결되어 있으며, 차량이 진행하는 동안 회전 운동을 한다. 탑승자가 브레이크 페달을 밟으면, 유압 시스템(40)이 작동하여 피스톤(30)을 작동시키고, 피스톤의 전단부에 부착된 브레이크 패드(20)는 디스크(10)와 접촉함으로써 마찰력을 발생시켜 디스크의 회전 운동에 제동 작용을 한다. 이에 따라, 휠의 회전 운동에 제동이 걸리고, 차량의 이동 속도가 감소하거나 정지하게 된다. 차량용 브레이크 장치에서 디스크(10)는 주로 강으로 이루어지며, 브레이크 패드(20)는 마찰 재료로 이루어진다. Generally, a disc brake includes a disc 10 attached to a wheel of a vehicle, a brake pad 20 provided on both sides of the disc, a piston 30 connected to the brake pad 20, and a hydraulic system for operating the piston 30 ( 40). The disk 10 is connected to the wheel of the vehicle and makes a rotational movement while the vehicle is in progress. When the occupant presses the brake pedal, the hydraulic system 40 operates to operate the piston 30, and the brake pad 20 attached to the front end of the piston generates friction force by contacting the disk 10 to rotate the disk. Braking the movement. Accordingly, braking is applied to the rotational movement of the wheel, and the moving speed of the vehicle is reduced or stopped. In the brake device for a vehicle, the disk 10 is mainly made of steel, and the brake pad 20 is made of friction material.

본 발명에 따른 디스크 브레이크에서는 브레이크 패드(20)와 접촉하는 디스크(10)의 표면에 경사 기능 재료로 이루어진 코팅층(도시되지 않음)이 마련된다. 본 발명에 따른 실시예에서는 디스크(10)는 강으로 이루어지고, 경사 기능 재료는 강과 세라믹의 복합 재료로 이루어진다. 본 출원인은 디스크에 경사 기능 재료로 이루어진 코팅층이 존재하는 경우에, 브레이크 장치에 나타나는 열탄성 불안정성이 관련된 현상에 대하여 연구하였다. 이하에서는, 경사 기능 재료로 이루어진 코팅층을 갖는 디스크 브레이크 장치에 대한 해석 과정 및 결과에 대하여 설명한다.In the disc brake according to the present invention, a coating layer (not shown) made of an inclined functional material is provided on the surface of the disc 10 in contact with the brake pad 20. In the embodiment according to the invention the disc 10 is made of steel and the warp functional material is made of a composite material of steel and ceramic. The Applicant has studied the phenomenon related to thermoelastic instability appearing in the brake device when the disk has a coating layer made of the inclined functional material. Hereinafter, an analysis process and a result of the disc brake device having the coating layer made of the inclined functional material will be described.

도 2에는 본 발명에 따른 구조를 갖는 마찰식 브레이크 장치의 거동을 해석하기 위하여 본 출원인이 채택한 기하학적 모델이 도시되어 있다.Figure 2 shows a geometric model adopted by the applicant for analyzing the behavior of a friction brake device having a structure according to the invention.

이 기하학적 모델에서, 마찰 패드를 나타내는 2개의 외부층(200)은 디스크를 나타내는 중간층(100)에 대하여 수평 방향으로 상대 미끄럼 속도 V로 이동한다. 외부층(200)은 마찰 재료로 이루어지며, 중간층(100)은 강으로 이루어진 코어부(110)와 경사 기능 재료로 이루어진 코팅층(120)을 구비한다. 코팅층(120)은 외부층(200)과 접촉하는 면에 마련된다. 외부층(200)의 두께는 각각 h이다. 중간층(100)은 코어부(110)의 두께가 2a이고, 경사 기능 재료로 이루어진 코팅층(120)의 두께가 2t이며, 중간층(100) 전체로서는 두께가 2a + 2t이다. 이 모델은 y = h + a + t 축에 대하여 기하학적으로 대칭이다. 본 실시예에서는 코팅층(120)의 두께 t가 코어부(110)의 두께 2a에 대하여 10%의 두께를 갖는 경우에 대하여 검토한다. 한편, 본 실시예에서 검토된 모델은 코팅면이 양쪽에 마련된 디스크 브레이크 장치에 대한 것으로서 기하학적으로 대칭이므로, 드럼 브레이크와 같이 대칭이 아닌 경우에 적용되는 경우에는 본 실시예에서의 검토가 코팅층(120)의 두께가 코어부(110)의 20%인 경우에 적용될 수 있음을 알 수 있다.In this geometric model, the two outer layers 200 representing the friction pads move at a relative sliding speed V in the horizontal direction with respect to the intermediate layer 100 representing the disk. The outer layer 200 is made of a friction material, and the intermediate layer 100 has a core portion 110 made of steel and a coating layer 120 made of an inclined functional material. The coating layer 120 is provided on the surface in contact with the outer layer 200. The thickness of the outer layer 200 is each h. The intermediate layer 100 has a thickness of 2a of the core part 110, a thickness of the coating layer 120 made of an inclined functional material is 2t, and the thickness of the entire intermediate layer 100 is 2a + 2t. This model is geometrically symmetric about the y = h + a + t axis. In this embodiment, the case where the thickness t of the coating layer 120 has a thickness of 10% with respect to the thickness 2a of the core part 110 is examined. On the other hand, since the model examined in this embodiment is geometrically symmetrical with respect to the disc brake device provided on both sides of the coating surface, when applied in a case where it is not symmetrical, such as a drum brake, the examination in this embodiment is carried out on the coating layer 120. It can be seen that the thickness can be applied when the thickness of 20% of the core portion 110.

열탄성 현상은 미끄럼 방향 x에 대하여 파장이 L = C/m인 주기적 대칭인 것으로 가정하였다. 여기서, C는 디스크의 외주 길이를 나타내며, m은 파수(wavenumber), 즉 원주를 따라 나타나는 파장의 개수이다. 실제 마찰 시스템에서도 열탄성 불안정성에 따른 현상은 대체로 주기적으로 나타난다. 도 3에는 자동차 클러치의 중심 스테이터 표면이 한번의 마찰 구동을 겪은 후 나타나는 열점이 도시되어 있다. 스테이터의 표면에서 어둡게 나타난 부분은 국부적인 고온의 열을 겪은 영역(열점)이다. 도 3으로부터 알 수 있듯이, 마찰에 의한 열탄성 불안정성은 대체 로 주기적으로 나타난다. The thermoelastic phenomenon is assumed to be periodic symmetry with a wavelength of L = C / m with respect to the sliding direction x. Where C is the outer circumference of the disk and m is the wavenumber, ie the number of wavelengths along the circumference. Even in a real friction system, the phenomenon due to thermoelastic instability usually occurs periodically. 3 shows the hot spots that appear after the central stator surface of the automobile clutch has undergone one frictional drive. The dark areas on the surface of the stator are areas (hot spots) that have undergone local high temperature heat. As can be seen from FIG. 3, thermoelastic instability due to friction is generally periodic.

전술한 바와 같이, 도 2에 도시된 모델에서 외부층(200)은 주로 마찰 재료로 이루어지며, 중간층(100)에서 코어부(110)는 강으로 이루어지고 코팅층(120)은 강과 세라믹이 복합된 경사 기능 재료로 이루어진다. 표 1에는 본 출원인이 해석에 적용한 각 재료의 물성치가 나타나 있다.As described above, in the model shown in FIG. 2, the outer layer 200 is mainly made of a friction material. In the intermediate layer 100, the core part 110 is made of steel, and the coating layer 120 is formed of a combination of steel and ceramics. Made of inclined functional material. Table 1 shows the physical properties of each material applied by the applicant in the analysis.

마찰 재료Friction material 코어부 재료 (강)Core material (steel) 세라믹 재료Ceramic material 탄성계수 (Elastic Modulus)Elastic Modulus 0.30.3 200200 151151 열팽창율 (Thermal Expansion)Thermal Expansion 1.41.4 1.21.2 1.01.0 열전달율 (Thermal Conductivity)Thermal Conductivity 0.090.09 4242 2.22.2 프와송 비 (Poisson's Ratio)Poisson's Ratio 0.120.12 0.30.3 0.30.3 열확산율 (Thermal Diffusivity)Thermal Diffusivity 4.1674.167 11.9111.91 0.6230.623

마찰 재료와 코어부의 강은 전체 부피에 걸쳐 균일한 물성을 가지며, 경사 기능 재료는 그 영역에서 높이가 변함에 따라 물성이 변화한다. 코팅층 내에서 경사 기능 재료를 형성하는 2개의 재료의 혼합 비율은 높이에 따라 연속적으로 변화하는 것으로 하였으며, 이에 따라 물성도 역시 연속적으로 변화한다. 즉, 물성은 높이의 함수이며 도 2에서 위쪽에 있는 코팅층의 물성 변화는 아래 식으로 주어질 수 있다:The friction material and the steel of the core portion have uniform properties over the entire volume, and the warp function material changes in properties as the height changes in that region. The mixing ratio of the two materials forming the warp functional material in the coating layer is to be changed continuously with the height, so the physical properties also change continuously. That is, the physical property is a function of the height and the change in the physical properties of the coating layer on top in FIG. 2 can be given by the following equation:

Figure 112005053311428-pat00001
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Figure 112005053311428-pat00002
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여기서, P, Ps 및 Pc는 각각 경사 기능 재료, 강 및 세라믹의 물성이다. α는 경사 기능 재료의 비균질계수이다. 위 식 1은 탄성계수, 열팽창, 열전도, 및 열확산에 적용될 수 있다. 도 2에서 아래쪽에 있는 코팅층의 물성 변화는 위쪽 코팅층의 물성 변화에 대칭이다. Here, P, Ps and Pc are properties of the warp function material, steel and ceramic, respectively. α is the heterogeneous coefficient of the gradient functional material. Equation 1 can be applied to modulus of elasticity, thermal expansion, thermal conductivity, and thermal diffusion. In FIG. 2, the change in the physical properties of the lower coating layer is symmetrical to the change in the physical properties of the upper coating layer.

위 식 1로부터 알 수 있듯이, 경사 기능 재료로 이루어진 코팅층(120)의 물성은 코어부(110)와 코팅층(120)의 경계면에서의 강의 물성과 동일하며 높이에 따라 점차적으로 변화하여 외측 표면에서는 세라믹의 물성과 동일하게 된다. 코팅층(120) 내부에서의 물성은 상수 α에 의하여 정해진다. 도 4에는 α가 3가지 값을 갖는 경우에 대하여 코팅층(120) 내부의 탄성 계수 및 열전도성의 변화를 도시하였다. 도시된 바와 같이, α = 1인 경우에는 코팅층(120) 내부의 경사 기능 재료의 물성이 선형으로 변화한다. α > 1인 경우는 코팅층(120)을 형성하는 경사 기능 재료에 세라믹의 함량이 상대적으로 많은 것을 의미(도 4에서는 “세라믹 FGM”이라고 표시함)하고, 0 < α < 1인 경우는 강의 함량이 상대적으로 많은 것을 의미(도 4에서는 “금속 FGM”이라고 표시함)한다. As can be seen from Equation 1, the physical properties of the coating layer 120 made of the inclined functional material is the same as the physical properties of the steel at the interface between the core portion 110 and the coating layer 120 and gradually changes depending on the height of the ceramic on the outer surface. Becomes the same as Physical properties in the coating layer 120 is determined by the constant α. FIG. 4 illustrates changes in the elastic modulus and thermal conductivity of the coating layer 120 in the case where α has three values. As shown, in the case of α = 1, the physical properties of the inclined functional material in the coating layer 120 change linearly. In the case of α> 1, it means that the content of ceramic is relatively high in the inclined functional material forming the coating layer 120 (indicated by “ceramic FGM” in FIG. 4), and in the case of 0 <α <1, the content of steel This relatively much means (in FIG. 4 it is labeled “metal FGM”).

도 5에는 경사 기능 재료의 비균질계수 α가 달라질 때, 파수와 무차원 임계 속도의 관계를 도시하였다.5 shows the relationship between the wave number and the dimensionless critical velocity when the inhomogeneity coefficient α of the warp functional material is changed.

본 발명에서 임계 속도(critical speed)라는 용어는 다음과 같은 의미로 사용된다: 즉, 브레이크 또는 클러치와 같이 2개의 면이 접촉하여 회전하거나 미끄러지는 시스템에서는 특정의 속도에서 마찰열에 의하여 접촉면의 불균일 온도와 열탄성 변형이 상승하고 국부적인 열 발생과 압력 집중이 야기되어 열점이 성장하게 되는데, 이 때의 속도를 임계 속도라고 한다. 따라서, 임계 속도가 크다는 것은 해당하는 브레이크 시스템의 열적 안정성이 높다는 의미를 갖는다. 이에 대한 이론적 배경은, J. R. Barber의 “Themoelastic instability in the sliding of conforming solids”, Proc. R. Soc. London, Ser. A. 312, pp. 381-394, 1969에서 처음으로 제시되었고, 최근에는 K. Lee and R. B. Dinwiddie의 “Conditions of frictional contact in disk brakes and their effects on brake judder”, SAE paper 980598, 1998 등에서 이에 대한 연구가 이루어졌다.In the present invention, the term critical speed is used in the following sense: In a system in which two surfaces rotate or slide in contact with each other, such as a brake or clutch, the non-uniform temperature of the contact surface by frictional heat at a certain speed. And hot elastic deformation increase, causing local heat generation and pressure concentration, and hot spots grow. The speed at this time is called the critical velocity. Thus, a large critical speed means that the thermal stability of the corresponding brake system is high. Theoretical background for this is J. R. Barber, “Themoelastic instability in the sliding of conforming solids”, Proc. R. Soc. London, Ser. A. 312, pp. 381-394, first presented in 1969, and recently in K. Lee and R. B. Dinwiddie's “Conditions of frictional contact in disk brakes and their effects on brake judder”, SAE paper 980598, 1998.

도 5에서는 코팅층(120)을 형성하는 경사 기능 재료에 세라믹의 함량이 많은 경우, 즉 비균질계수 α가 1보다 큰 경우를 주로 도시하였다. 대비를 위하여, 중간층(100)이 모두 강으로만 이루어진 경우(Lee & Barber의 해; K. Lee and J. R. Barber “Frictionally Excited Thermoelastic Instability in Automotive Disk Brakes”, Journal of Tribology, Vol. 115, pp. 605-614, 1993 참고)를 함께 도시하였다. 도 5로부터 알 수 있듯이, 코팅층(120)이 있는 경우에는 중간층(100)이 모 두 강으로만 이루어진 경우에 비하여 무차원 임계 속도, Vcr *가 증가한다. 구체적으로, 임계 속도는 비균질계수 α가 1로부터 증가함에 따라 증가하고, α가 대략 6인 경우 최대치를 가지며, α가 6보다 큰 경우에는 다시 감소한다. 이러한 현상은 파수가 변화할 때, 비균질계수와 무차원 임계 속도의 관계를 도시한 도 6에 더 명확하게 나타나 있다. In FIG. 5, the case where the content of the ceramic is large in the gradient functional material forming the coating layer 120, that is, the case where the heterogeneity coefficient α is larger than 1 is mainly illustrated. For the sake of contrast, if the interlayer 100 consists entirely of steel (Lee &Barber'ssolution; K. Lee and JR Barber “Frictionally Excited Thermoelastic Instability in Automotive Disk Brakes”, Journal of Tribology, Vol. 115, pp. 605 -614, 1993). As can be seen from FIG. 5, in the case where the coating layer 120 is present, the dimensionless critical speed, V cr * is increased, as compared with the case where the intermediate layer 100 is all made of steel. Specifically, the critical velocity increases as the heterogeneity coefficient α increases from 1, has a maximum when α is approximately 6, and decreases again when α is greater than 6. This phenomenon is more clearly shown in Fig. 6 which shows the relationship between the heterogeneity coefficient and the dimensionless critical velocity when the wave number changes.

전술한 바로부터 알 수 있듯이, 중간층(100)이 경사 기능 재료로 이루어진 코팅층(120)을 구비하는 경우, 중간층(100)이 강으로만 이루어진 종래 기술에 비하여 열탄성 불안정성에 따른 변동이 억제된다.As can be seen from the foregoing, when the intermediate layer 100 is provided with a coating layer 120 made of the inclined functional material, the variation due to thermoelastic instability is suppressed as compared with the prior art in which the intermediate layer 100 is made of steel only.

본 발명에 따른 브레이크 장치의 작용을 구체적으로 확인하기 위하여 제동 작동시의 압력 및 온도 변화에 대하여 검토하였다. 도 7 및 8에는 외부층(200)과 중간층(100) 사이의 접촉면에서 시간에 따른 압력 및 온도 변화를 도시하였다. 도 7은 종래 기술에서와 같이 중간층(100)이 모두 강으로 이루어진 경우이고, 도 8은 본 발명에 따라 중간층(100)에 경사 기능 재료로 이루어진 코팅층(120)이 마련된 경우이다.In order to specifically confirm the operation of the brake device according to the present invention, the pressure and temperature changes during the braking operation were examined. 7 and 8 illustrate pressure and temperature changes over time at the contact surface between the outer layer 200 and the intermediate layer 100. 7 is a case where all the intermediate layer 100 is made of steel as in the prior art, and FIG. 8 is a case where the coating layer 120 made of the inclined functional material is provided in the intermediate layer 100 according to the present invention.

종래 기술에 따른 경우, t = 0.04s가 경과한 때 최초에는 크기가 작았던 압력 차이가 급격하게 증가하고, 접촉 분리가 발생한다. 접촉 분리가 일어나는 영역에서는, 마찰 재료로 이루어진 외부층(200)과 강으로 이루어진 중간층(100)의 경계면에서 온도가 불연속적으로 변화하며, 외부층(200)의 온도가 더 높게 나타난다. 또한, 온도는 국부적으로 급격하게 상승하여 접촉 분리를 촉진시킨다.According to the prior art, when t = 0.04 s has elapsed, the pressure difference, which was initially small, rapidly increases, and contact separation occurs. In the area where contact separation occurs, the temperature varies discontinuously at the interface between the outer layer 200 made of friction material and the intermediate layer 100 made of steel, and the temperature of the outer layer 200 appears higher. In addition, the temperature rises sharply locally to promote contact separation.

이와 달리, 본 발명에 따라 경사 기능 재료로 이루어진 코팅층(110)을 구비하는 경우, 접촉 분리가 발생하지 않는다. 또한, 평균 온도는 높지만 중간층(100)과 외부층(200)의 접촉 영역에서 온도차가 증가하지 않음을 알 수 있다. 따라서, 경사 기능 재료로 이루어진 코팅층(110)이 접촉 영역에서 국부적인 온도차를 줄이고 평균 온도를 상승시킴을 알 수 있다. 국부적인 온도차가 발생하는 것은 열탄성 불안정성을 일으키는 주된 요인 중의 하나이기 때문에, 본 발명에 따라 중간층(100)이 경사 기능 재료로 이루어진 코팅층(110)을 구비하는 경우 열탄성 불안정성이 억제되고 임계 속도가 증가된다.In contrast, in the case of providing the coating layer 110 made of the inclined functional material according to the present invention, contact separation does not occur. In addition, although the average temperature is high, it can be seen that the temperature difference does not increase in the contact area between the intermediate layer 100 and the outer layer 200. Therefore, it can be seen that the coating layer 110 made of the inclined functional material reduces the local temperature difference and raises the average temperature in the contact region. Since the occurrence of local temperature difference is one of the main factors causing thermoelastic instability, when the intermediate layer 100 has the coating layer 110 made of the inclined functional material according to the present invention, the thermoelastic instability is suppressed and the critical velocity is increased. Is increased.

도 9 및 10에는, 각각 종래 기술에 따른 경우와 본 발명에 따른 경우의 열탄성 응력 변화가 도시되어 있다.9 and 10 show thermoelastic stress changes in the case according to the prior art and in the case according to the invention, respectively.

종래 기술에서와 같이 중간층(100)이 강으로만 이루어진 경우 국부적으로 온도가 상승하며 온도차도 역시 증가한다. 이에 따라, 접촉 분리가 발생하면 응력은 열점 영역에서 국부적으로 증가한다.As in the prior art, when the intermediate layer 100 is made of steel only, the temperature rises locally and the temperature difference also increases. Accordingly, when contact separation occurs, the stress locally increases in the hot spot region.

본 발명에 따라, 중간층(100)이 경사 기능 재료로 이루어진 코팅층(110)을 구비하는 경우, 접촉 영역에서의 응력은 높게 나타나지만 응력의 변화 범위는 매우 작다. 따라서, 본 발명에 따라 중간층(100), 즉, 디스크가 경사 기능 재료로 이루어진 코팅층(110)을 구비하는 경우, 브레이크 장치가 장기간 사용되더라도 크랙의 발생, 좌굴 등이 발생하지 않고 신뢰성이 유지될 수 있다.According to the present invention, when the intermediate layer 100 is provided with the coating layer 110 made of the inclined functional material, the stress in the contact region appears high but the change range of the stress is very small. Therefore, when the intermediate layer 100, that is, the disk is provided with the coating layer 110 made of the inclined functional material according to the present invention, even if the brake device is used for a long time, the generation of cracks, buckling, etc. can be maintained and reliability can be maintained. have.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 기초로 상세히 설명되었지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 점은 명백 하다. 본 명세서에 기재된 어떤 사항도 본 발명의 범위를 첨부된 특허청구의 범위보다 좁히려는 것은 아니다. 전술한 실시예들은 예시를 위한 것이며 이와 다른 실시 형태를 갖는 것을 배제하고자 하는 것은 아니다.Although the invention has been described in detail based on the embodiments shown in the accompanying drawings, it is apparent that various modifications are possible without departing from the scope of the invention. Nothing described herein is intended to narrow the scope of the invention to the scope of the appended claims. The foregoing examples are for illustrative purposes only and are not intended to exclude those having other embodiments.

예를 들어, 위에서는 본 발명에 따른 실시예로서 차량에 적용되는 디스크 브레이크에 경사 기능 재료를 이용하는 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 여기에 한정되는 것은 아니며 널리 마찰을 이용하는 시스템, 예를 들어, 차량용 클러치의 스테이터 등에 적용될 수 있다는 점은 당업자에게 자명하다.For example, in the above, the case in which the inclined function material is used for the disc brake applied to the vehicle as an embodiment according to the present invention has been described. However, the present invention is not limited thereto, and a system using widely friction, for example, It is apparent to those skilled in the art that the present invention can be applied to a stator or the like of a vehicle clutch.

또한, 전술한 실시예에서는 중간층(100)의 코어부(110)가 강으로 이루어진 경우에 대해서만 설명하였지만, 본 발명은 여기에 한정되는 것은 아니며 중간층(100)의 재료는, 적절한 변형을 가한다면, 공업적으로 마찰을 이용하는 시스템에 사용되는 모든 재료가 이용될 수 있다.In addition, in the above-described embodiment, only the case where the core part 110 of the intermediate layer 100 is made of steel is described, but the present invention is not limited thereto, and the material of the intermediate layer 100 is provided with appropriate deformation. Any material used in industrially friction-based systems can be used.

나아가, 전술한 실시예에서는 기하학적으로 대칭이고, 경사 기능 재료로 이루어진 코팅층(120)의 두께가 각각 코어부(110)의 두께의 10%인 경우를 예로서 설명하였지만, 코팅층(120)의 두께는 달라질 수 있다. 예를 들어, 중간층(100)은 코어부(110)와 코팅층(120)으로 구분되지 않고 전체가 경사 기능 재료로 이루어질 수도 있다.Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the thickness of the coating layer 120 which is geometrically symmetrical and the inclined functional material is 10% of the thickness of the core portion 110 is described as an example, but the thickness of the coating layer 120 is Can vary. For example, the intermediate layer 100 may not be divided into the core part 110 and the coating layer 120, but may be entirely made of an inclined functional material.

한편, 전술한 실시예에서는 회전 운동을 하는 회전 부재가 경사 기능 재료로 이루어진 코팅층을 구비하는 경우에 대하여 설명하였지만, 이와 달리, 회전 부재는 금속 재료로 이루어지고 마찰 부재가 경사 기능 재료로 이루어진 코팅을 구비하거나 마찰 부재 전체가 경사 기능 재료로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 마찰 부재 는 세라믹 계열의 섬유상 소재와 금속 계열의 섬유상 소재를 혼합하여 만들어질 수 있다.On the other hand, in the above-described embodiment has been described a case in which the rotating member having a rotary motion is provided with a coating layer made of the inclined functional material, on the other hand, the rotating member is made of a metallic material and the friction member is made of a coating made of the inclined functional material It may be provided or the entire friction member may be made of an inclined functional material. For example, the friction member may be made by mixing a ceramic-based fibrous material and a metal-based fibrous material.

본 발명에 따라 복합재료 중의 하나인 경사 기능 재료를 사용하여 열 변형을 줄이면서도 기계적 특성이 뛰어난 마찰식 브레이크 장치를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a friction type brake device having excellent mechanical properties while reducing thermal deformation by using an inclined functional material which is one of the composite materials.

Claims (24)

삭제delete 삭제delete 회전 운동을 하는 회전 부재;A rotating member that rotates; 상기 회전 부재의 적어도 일부 표면과 접촉하여 상기 회전 부재에 마찰력을 인가함으로써 회전 운동을 감쇠시키는 마찰 부재; 및A friction member in contact with at least a portion of the surface of the rotating member to attenuate the rotational motion by applying a friction force to the rotating member; And 상기 마찰 부재를 상기 회전 운동을 하는 부재의 표면에 대하여 누르는 작동 유닛을 포함하며,An actuating unit for pressing the friction member against a surface of the member making the rotational movement, 상기 마찰 부재와 접촉하는 상기 회전 부재의 상기 일부 표면에는 경사 기능 재료로 이루어지는 코팅층이 마련되며, 상기 회전 부재의 코팅층을 형성하는 경사 기능 재료는 상기 회전 부재를 이루는 재료와 세라믹 재료가 혼합된 재료이고, 상기 회전 부재의 코팅층을 형성하는 경사 기능 재료의 물성은 회전 부재의 표면과 접촉된 코팅층의 내측 표면으로부터 코팅층의 외측 표면을 향하여 실질적으로 연속적으로 변화하며, 코팅층의 외측 표면에서는 세라믹 재료의 물성과 동일한 물성을 갖고 코팅층의 내측 표면에서는 회전 부재를 이루는 재료와 동일한 물성을 갖는 마찰식 브레이크 장치.The partial surface of the rotating member in contact with the friction member is provided with a coating layer made of an inclined functional material, and the inclined functional material forming the coating layer of the rotating member is a material in which the material constituting the rotating member and a ceramic material are mixed. , The physical properties of the inclined functional material forming the coating layer of the rotating member is changed substantially continuously from the inner surface of the coating layer in contact with the surface of the rotating member toward the outer surface of the coating layer, and on the outer surface of the coating layer Friction brake device having the same physical properties and the same physical properties of the material forming the rotating member on the inner surface of the coating layer. 청구항 3에 있어서,The method according to claim 3, 상기 회전 부재의 코팅층의 물성은 아래 식에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 마찰식 브레이크 장치:Friction brake device, characterized in that the physical properties of the coating layer of the rotating member is changed according to the following equation: P = Ps + (Ps - Pc)((t-y)/t)α, t < y < 2tP = Ps + (Ps-Pc) ((ty) / t) α , t <y <2t 여기서, P는 코팅층을 이루는 경사 기능 재료의 물성, Ps는 회전 부재를 이루는 재료의 물성, Pc는 세라믹 재료의 물성, α는 경사 기능 재료의 비균질계수, 그리고 t는 코팅층의 두께이며, y = t는 회전 부재의 표면과 접촉한 코팅층의 내측 표면의 위치, y = 2t는 코팅층의 외측 표면의 위치를 나타냄.Where P is the property of the gradient functional material forming the coating layer, Ps is the property of the material forming the rotating member, Pc is the property of the ceramic material, α is the heterogeneous coefficient of the gradient function material, and t is the thickness of the coating layer, y = t Is the position of the inner surface of the coating layer in contact with the surface of the rotating member, y = 2t indicates the position of the outer surface of the coating layer. 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 경사 기능 재료의 비균질계수 α는 1보다 큰 것을 특징으로 하는 마찰식 브레이크 장치.Friction brake device, characterized in that the inhomogeneity coefficient α of the inclined functional material is greater than one. 청구항 5에 있어서,The method according to claim 5, 상기 경사 기능 재료의 비균질계수 α는 4에서 7 사이의 범위에서 정해지는 것을 특징으로 하는 마찰식 브레이크 장치.Friction brake device, characterized in that the inhomogeneity coefficient α of the inclined functional material is determined in the range of 4 to 7. 청구항 6에 있어서,The method according to claim 6, 상기 경사 기능 재료의 비균질계수 α는 약 6인 것을 특징으로 하는 마찰식 브레이크 장치.Friction brake device, characterized in that the inhomogeneity coefficient α of the warp function material is about 6. 청구항 3에 있어서,The method according to claim 3, 상기 회전 부재를 이루는 재료는 금속 재료인 것을 특징으로 하는 마찰식 브레이크 장치.Friction brake device, characterized in that the material constituting the rotating member is a metal material. 청구항 8에 있어서,The method according to claim 8, 상기 회전 부재를 이루는 재료는 강인 것을 특징으로 하는 마찰식 브레이크 장치.Friction brake device, characterized in that the material constituting the rotating member is steel. 청구항 3에 있어서,The method according to claim 3, 차량용 드럼 브레이크에 적용되는 것을 특징으로 하는 마찰식 브레이크 장치.Friction brake device, characterized in that applied to the vehicle drum brake. 청구항 3에 있어서,The method according to claim 3, 차량용 디스크 브레이크에 적용되는 것을 특징으로 하는 마찰식 브레이크 장치.Friction brake device, characterized in that applied to the vehicle disk brake. 삭제delete 삭제delete 회전 운동을 하며 경사 기능 재료로 이루어지는 회전 부재;A rotating member that rotates and is made of an inclined function material; 상기 회전 부재의 적어도 일부 표면과 접촉하여 상기 회전 부재에 마찰력을 인가함으로써 그 회전 운동을 감쇠시키는 마찰 부재; 및A friction member in contact with at least a portion of the surface of the rotating member to attenuate its rotational motion by applying a frictional force to the rotating member; And 상기 마찰 부재를 상기 회전 운동을 하는 부재의 표면에 대하여 누르는 작동 유닛을 포함하며,An actuating unit for pressing the friction member against a surface of the member making the rotational movement, 상기 회전 부재를 형성하는 경사 기능 재료는 금속 재료와 세라믹 재료가 혼합된 재료이고, 상기 회전 부재를 형성하는 경사 기능 재료의 물성은 회전 부재의 중심부로부터 회전 부재의 외측 표면을 향하여 실질적으로 연속적으로 변화하며, 회전 부재의 외측 표면에서는 상기 세라믹 재료의 물성과 동일한 물성을 갖고 회전 부재의 중심부에서는 상기 금속 재료와 동일한 물성을 갖는 마찰식 브레이크 장치.The inclined functional material forming the rotating member is a material in which a metal material and a ceramic material are mixed, and the physical properties of the inclined functional material forming the rotating member are changed substantially continuously from the center of the rotating member toward the outer surface of the rotating member. And an outer surface of the rotating member having the same physical properties as those of the ceramic material and having the same physical properties as the metallic material at the center of the rotating member. 청구항 14에 있어서,The method according to claim 14, 상기 회전 부재를 형성하는 경사 기능 재료의 물성은 아래 식에 따라 변화하는 것 을 특징으로 하는 마찰식 브레이크 장치:Friction brake device, characterized in that the physical properties of the inclined functional material forming the rotating member is changed according to the following equation: P = Pm + (Pm - Pc)((t-y)/t)α, t < y < 2tP = Pm + (Pm-Pc) ((ty) / t) α , t <y <2t 여기서, P는 회전 부재를 이루는 경사 기능 재료의 물성, Pm은 상기 금속 재료의 물성, Pc는 상기 세라믹 재료의 물성, α는 경사 기능 재료의 비균질계수, 그리고 t는 코팅층의 두께이며, y = t는 회전 부재의 중심부, y = 2t는 회전 부재의 외측 표면의 위치를 표시함.Where P is the property of the inclined functional material constituting the rotating member, Pm is the physical property of the metal material, Pc is the physical property of the ceramic material, α is the heterogeneous coefficient of the inclined functional material, and t is the thickness of the coating layer, y = t Is the center of the rotating member, y = 2t indicates the position of the outer surface of the rotating member. 청구항 15에 있어서,The method according to claim 15, 상기 경사 기능 재료의 비균질계수 α는 1보다 큰 것을 특징으로 하는 마찰식 브레이크 장치.Friction brake device, characterized in that the inhomogeneity coefficient α of the inclined functional material is greater than one. 청구항 16에 있어서,The method according to claim 16, 상기 경사 기능 재료의 비균질계수 α는 4에서 7 사이의 범위에서 정해지는 것을 특징으로 하는 마찰식 브레이크 장치.Friction brake device, characterized in that the inhomogeneity coefficient α of the inclined functional material is determined in the range of 4 to 7. 청구항 17에 있어서,The method according to claim 17, 상기 경사 기능 재료의 비균질계수 α는 약 6인 것을 특징으로 하는 마찰식 브레이크 장치.Friction brake device, characterized in that the inhomogeneity coefficient α of the warp function material is about 6. 청구항 14에 있어서,The method according to claim 14, 상기 회전 부재를 이루는 상기 금속 재료는 강인 것을 특징으로 하는 마찰식 브레이크 장치.And the metallic material constituting the rotating member is steel. 삭제delete 금속 재료로 이루어지며 회전 운동을 하는 회전 부재;A rotating member made of a metal material and configured to rotate; 금속 재료와 세라믹 재료를 포함하는 경사 기능 재료로 이루어지며, 상기 회전 부재의 적어도 일부 표면과 접촉하여 상기 회전 부재에 마찰력을 인가함으로써 그 회전 운동을 감쇠시키는 마찰 부재; 및A friction member made of an inclined functional material comprising a metal material and a ceramic material, the friction member in contact with at least a portion of the surface of the rotation member to attenuate its rotational motion by applying a friction force to the rotation member; And 상기 마찰 부재를 상기 회전 운동을 하는 부재의 표면에 대하여 누르는 작동 유닛을 포함하며,An actuating unit for pressing the friction member against a surface of the member making the rotational movement, 상기 마찰 부재를 형성하는 경사 기능 재료의 물성은 마찰 부재의 중심부로부터 마찰 부재의 외측 표면을 향하여 실질적으로 연속적으로 변화하는 마찰식 브레이크 장치.And physical property of the warp functional material forming the friction member is substantially continuously changed from the center of the friction member toward the outer surface of the friction member. 삭제delete 삭제delete 금속 재료로 이루어지며 회전 운동을 하는 회전 부재;A rotating member made of a metal material and configured to rotate; 상기 회전 부재의 적어도 일부 표면과 접촉하여 상기 회전 부재에 마찰력을 인가함으로써 회전 운동을 감쇠시키는 마찰 부재; 및A friction member in contact with at least a portion of the surface of the rotating member to attenuate the rotational motion by applying a friction force to the rotating member; And 상기 마찰 부재를 상기 회전 운동을 하는 부재의 표면에 대하여 누르는 작동 유닛을 포함하며,An actuating unit for pressing the friction member against a surface of the member making the rotational movement, 상기 마찰 부재의 표면에는 경사 기능 재료로 이루어지는 코팅층이 마련되고, 상기 마찰 부재의 코팅층을 형성하는 경사 기능 재료는 금속 재료와 세라믹 재료가 혼합된 재료이며, 상기 마찰 부재의 코팅층을 형성하는 경사 기능 재료의 물성은 회전 부재의 표면과 접촉된 코팅층의 내측 표면으로부터 코팅층의 외측 표면을 향하여 실질적으로 연속적으로 변화하며, 코팅층의 외측 표면에서는 상기 세라믹 재료의 물성과 동일한 물성을 갖고 코팅층의 내측 표면에서는 상기 금속 재료와 동일한 물성을 갖는 마찰식 브레이크 장치.The surface of the friction member is provided with a coating layer made of an inclined functional material, the inclined functional material forming the coating layer of the friction member is a material in which a metal material and a ceramic material are mixed, and an inclined functional material forming the coating layer of the friction member. The physical properties of the material change substantially continuously from the inner surface of the coating layer in contact with the surface of the rotating member toward the outer surface of the coating layer, the outer surface of the coating layer having the same physical properties as the ceramic material and on the inner surface of the coating layer Friction brake device with the same physical properties as the material.
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