KR100798807B1 - 코팅을 이용한 제동장치 펌프 피스톤 및 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 펌프의 편심 베어링 설치공간으로 돌출된 피스톤몸체 일측 부위에 금속 질화물질계와 카본계 소재를 물리적 증착 공법 또는 화학적 증착 공법을 이용해 다층 코팅함으로써, 내구수명을 연장하는 코팅을 이용한 제동장치 펌프 피스톤을 제공한다.

본 발명에 따른 코팅을 이용한 제동장치 펌프 피스톤은 자동차 제동장치의 모듈레이터의 펌프에 장착된 모터의 회전력을 전달 받아 직선왕복운동을 하는 코팅을 이용한 제동장치 펌프 피스톤으로서, 상기 펌프의 편심 베어링 설치공간으로 일측 부위를 돌출시킨 상태에서, 상기 펌프의 하우징에 조립된 피스톤몸체와, 상기 피스톤몸체의 돌출된 일측 부위를 피복시킨 복수 개의 코팅층을 포함한다.

본 발명에 따르면 펌프의 편심 베어링 설치공간으로 돌출된 피스톤몸체 일측 부위에 다층 코팅층을 형성시켜 내구수명을 연장시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

피스톤몸체, 물리적 증착(Physical Vapor Deposition) 코팅, 베이스 코팅 층(base coating), 표면 코팅층

Description

코팅을 이용한 제동장치 펌프 피스톤 및 제조 방법 {Coated brake pump piston and method of manufacturing the same}

도 1은 종래의 제동장치 펌프 피스톤을 설명하기 위한 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 코팅을 이용한 제동장치 펌프 피스톤을 도시한 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 일 실시예의 코팅을 이용한 제동장치 펌프 피스톤의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

100 : 피스톤몸체 110 : 코팅층

본 발명은 코팅을 이용한 제동장치 펌프 피스톤에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터에 의해 왕복 운동을 하는 편심 베어링이 펌프의 하우징 내에서 동기 왕복하면서 브레이크 액을 흡입 하거나 토출하여 마스터 실린더로 압송하는 코팅을 이용한 제동장치 펌프 피스톤에 관한 것이다.

일반적으로 제동장치 시스템은 타이어에 구동력 또는 제동력이 작용되면 차체 속도와 타이어 외주 속도가 일치하지 않게 되어 노면과 타이어 사이에서 슬립(slip)이 발생하며, 이 슬립에 의해 차가 가속되거나 감속 된다.

이때, 차체 속도와 타이어 속도와의 차이를 비율로 나타낸 것이 슬립률이며, 노면 상태에 따라서 슬립률은 차이가 나지만 어느 조건에서나 슬리률이 15~20%일 때 제동력(마찰계수)이 최대이다.

따라서 상기 제동장치 시스템은 제동력이 최대일 때도 슬립률을 유지하여 효과적인 제동이 되도록 컴퓨터와 유압 제어 장치를 이용함으로써, 각 바퀴의 회전 속도를 조절한다.

상기 제동장치 시스템은 제동 시 각 바퀴와 노면과의 마찰 계수의 변화에 따라 전자적으로 각 바퀴의 유압을 조절하여 휠을 제동하며, 빙판길에서 미끄러지는 것을 방지하여 차량의 직진 안전성과 조향 안전성을 유지시켜 제동 거리를 단축시킨다. 이는 각 휠 브레이크에 속도 센서(speed sensor)가 장착되어 제동 시 바퀴의 고정 상태를 ECU에서 모듈레이터(modulator)에 전기적 신호를 보내게 되고, 이로 인해 각 바퀴에 전달되는 유압을 제어하여 제동 시 차량 직진 안전성을 확보한다.

이러한 모듈레이터의 구성은 압을 발생시키는 휠 실린더와, 그 마스터 실린더로부터 브레이크액의 유량을 제어하여 브레이크 휠 실린더의 증압속도를 일정하게 유지하는 유압제어 밸브와, 유압의 증감을 결정하는 솔레노이드 밸브와, 브레이 크액을 저장하는 저압 어큐뮬레이터와, 상기 유압제어 밸브 또는 상기 어큐뮬레이터에 브레이크액을 환송하는 펌프로 구성된다.

여기서, 펌프는 도 1에 도시된 바와 같이, 하우징(30) 중심부에 모터가 위치하며, 상기 모터에 연결되어 연동되는 편심 베어링(20)이 위치하고, 상기 편심 베어링(20)의 양 측면에 복수 개의 피스톤몸체(10)가 하우징 내에 설치된다.

이때, 피스톤몸체(10)는 모터가 회전하게 되면 모터의 출력축에 연결된 편심 베어링도 회전하게 된다. 따라서 상기 피스톤몸체(10)는 상기 편심 베어링(20)에 의해 왕복운동을 하게 된다.

이때, 한쪽 피스톤몸체가 실린더 내에서 브레이크액을 흡수하는 행정을 할 경우 다른 쪽 피스톤몸체는 실린더 내에서 브레이크액을 토출하는 행정을 수행하게 된다.

그러나 피스톤몸체가 편심 베어링에 의해 펌프의 하우징 내에서 왕복운동을 함으로써, 편심 베어링과 피스톤몸체 사이에서 마찰이 발생되어 마모 되는 현상을 방지하기 위해 과도한 열처리를 통해 피스톤의 경도를 높여 사용하였으나 이로 인해 피스톤 가공 및 연삭이 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 펌프의 편심 베어링 설치 공간으로 돌출된 피스톤몸체 일측 부위에 금속 질화물질계 소재와 카본계 소재를 물리적 증착 공법(PVD) 또는 화학적 증착 공법(CVD)을 이용해 다층 코팅함으 로써, 내마모 특성을 우수하게 하고, 내구수명을 연장시키는 코팅을 이용한 제동장치 펌프 피스톤을 제공한다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 것으로서, 본 발명은 자동차 제동장치의 모듈레이터의 펌프에 장착된 구동 모터의 회전력을 전달 받아 직선왕복운동을 하는 코팅을 이용한 제동장치 펌프 피스톤으로서, 상기 펌프의 편심 베어링 설치공간으로 일측 부위를 돌출시킨 상태에서, 상기 펌프의 하우징에 조립된 피스톤몸체와, 상기 피스톤몸체의 돌출된 일측 부위를 피복시킨 복수 개의 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅을 이용한 제동장치 펌프 피스톤을 제공한다.

여기서, 상기 피스톤몸체의 상기 코팅층은 물리적 증착 또는 화학적 증착 중 어느 하나의 코팅 공법으로 피복되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 피스톤몸체의 상기 코팅층은 베이스 코팅층과, 표면 코팅층을 포함하는 복수 개의 층이 다층 코팅되며, 상기 베이스 코팅층은 금속 질화물질계인 CrN 또는 TiN 또는 TiCN 중 어느 하나의 층을 포함하고, 상기 표면 코팅층은 카본계 인 WC/C(텅스텐 카바이드 카본) 또는 DLC(다이아몬드 라이크 카본) 중 어느 하나의 층을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 베이스 코팅층은 Cr이 0.2~0.5

의 두께로 코팅되는 제1 코팅층과, CrN 또는 TiN 또는 TiNC 중의 어느 하나의 소재가 1.0~2.0

의 두께로 코팅되는 제2 코팅층과, Cr이 0.2~0.5

의 두께로 코팅되는 제3 코팅층을 포함하고, 상기 표면 코팅층은 WC/C 또는 DLC 중 어느 하나의 소재가 1.5~2.0

두께로 코팅된 층을 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 금속을 냉간단조 또는 기계가공 중 어느 하나의 방법으로 제작하고, 열처리하여 피스톤몸체를 형성하는 원소재 제작 단계와, 상기 피스톤몸체의 경도를 높이기 위해 열처리와 담금질하는 열처리 단계와, 상기 피스톤몸체의 매끄러운 표면을 형성하기 위한 외경 보링 및 단면 연마 단계와, 상기 피스톤몸체의 이물질을 제거하도록 세정하는 세척 단계; 및 상기 피스톤몸체에 물리적 증착 코팅 또는 화학적 증착 코팅 중 어느 하나를 이용하여 복수개의 코팅층을 형성하는 증착 다층 코팅 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 코팅을 이용한 제동장치 펌프 피스톤을 도시한 사시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 바람직한 실시예는 펌프 하우징에 설치된 피스톤몸체(100)와, 편심 베어링 설치공간으로 돌출된 피스톤몸체 일측 부위에 피복된 복수 개의 코팅층을 포함한다.

상기 피스톤몸체(100)는 모듈레이터의 하우징 내부에서 왕복운동을 하여 브레이크액을 흡입하거나 토출시키는 역할을 수행한다.

이러한 피스톤몸체(100)는 베어링강 인 SUJ2의 재질로 형성되며, 이는 고탄소 특수강으로, 내마모성 및 내충격성이 강한 특성을 갖고 있다. 이와 다른 재질로 스테인레스계 스틸 SUS420재질로 형성될 수 있다. 이러한 스테인레스계 스틸은 높은 강도와 높은 경도를 갖고 있으며, 또는 스테인레스계 스틸인 X46Cr13을 사용할 수도 있다.

상기 피스톤몸체(100)에는 복수 개의 코팅층이 형성되는데, 이는 내마모성과 윤활 특성을 상기 피스톤몸체(100)에 부여하여 마찰 시 마모되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.

이러한 피스톤몸체(100)에 피복된 코팅층(110)은 물리적 증착(PVD, Physical Vapor Deposition) 공법과 화학적 증착(CVD, Chemical Vapor Deposition) 공법을 이용하여 다층으로 코팅된다. 상기 코팅층(110)은 베이스 코팅층과 표면 코팅층으로 구성된다.

상기 베이스 코팅층은 금속 질화물질계 소재(CrN, TiN, TiCN)가 피복된다. 또한 상기 베이스 코팅층은 상기 피스톤몸체(100)에 Cr이 0.2~0.5

의 두께로 코팅되는 제1 코팅층과, 상기 제1 코팅층 위에 CrN의 소재가 1.0~2.0

의 두께로 코팅되는 제2 코팅층과, 상기 제2 코팅층 위에 Cr이 0.2~0.5

의 두께로 코팅되는 제3 코팅층을 갖는다.

이러한 금속 산화계의 소재를 상기 피스톤몸체(100)에 피복시킴으로써, 내식성, 내마모성, 내습도성, 표면 경도, 강도, 피로강도 등을 향상시킬 수 있다.

상기 표면 코팅층은 상기 베이스 코팅층 위에 피복되며, 카본계 소재(WC/C:텅스텐 카바이드 카본, DLC : Diamond Like Carbon)가 피복되어 편심 베어링과 마찰될 때 윤활 작용, 내마모성 향상으로 상기 피스톤몸체(100)의 변형을 방지할 수 있다.

따라서 이러한 코팅층(110)은 편심 베어링과 접촉되어 마찰이 발생할 때 상기 피스톤몸체(100)에 내구성 향상과 윤활 특성을 갖게 함으로써, 오랜 시간 사용이 가능하며, 상기 피스톤몸체(100)의 변형을 방지할 수 있는 이점이 있다.

도 3은 본 발명에 따른 일 실시예의 코팅을 이용한 제동장치 펌프 피스톤의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도3을 참조하여 본 발명의 제조 방법을 설명한다.

본 발명의 제조 방법은 원소재 제작 단계(S200)와, 열처리 단계(S210), 외경 보링 및 단면 연마 단계(S220), 세척 단계(S230), 물리적 증착 또는 화학적 증착 중 어느 하나의 방법으로 다층 코팅 단계(S240)를 거친다.

상기 원소재 제작 단계(S200)는 스테인레스 강 또는 베어링 강을 사용하여 금속을 냉간단조 또는 기계가공 중 어느 하나의 방법으로 가공 후 열처리(침탄처리)하여 상기 피스톤몸체를 형성시킨다.

이렇게 형성된 상기 피스톤몸체는 경도를 높이기 위해서 담금질과 열처리 과정을 거쳐서 VH 550~730의 경도를 갖도록 열처리 단계(S210)를 거친다.

상기 열처리 단계(S210)을 거친 후 상기 피스톤몸체에 상기 코팅층(110)을 형성하기 위해서 코팅되는 부위를 외경 보링 및 단면 연마 단계(S220)를 거침으로써, 표면을 매끄럽게 한다. 이때 외경 보링 및 단면 연마 단계(S220)는 Rz 1.0 이하로 보링을 하는데 여기서 Rz는 10점 평균 거칠기를 말한다.

그리고 상기 외경 보링 및 단면 연마 단계(S220) 과정을 거친 후 피스톤몸체의 외면에 이물질을 제거하기 위해서 약품으로 탈지하거나 초음파를 이용하여 세척(S230)을 한다.

이러한 세척 단계(S230)를 거친 후 물리적 또는 화학적으로 증착하는 증착 다층 코팅(S240)단계를 거친다.

본 실시예는 물리적 증착 다층 코팅을 한다. 물리적 증착 다층 코팅은 증착 장치의 지그에 복수 개의 피스톤몸체를 방사상으로 수평하게 장착한다. 이는 Horizontal type(수평형)으로 피스톤몸체의 끝단부 즉, 편심 베어링의 설치공간에 돌출된 피스톤의 일측 부위 에 코팅층을 피복하기 위함이다.

이렇게 피스톤몸체를 지그에 방사상으로 장착 후 500

이하에서 아크, 열, 전자빔 등에 의해 증발된 금속물질을 고진공의 플라즈마 상태로 활성화시킨 후 대상 재료에 충돌시켜 피막층을 형성시킨다. 이러한 물리적 증착 공법은 고경도, 고밀도의 매우 친밀한 조직, 평활 표면, 저 마찰 계수, 화학적 안정성 및 비반응성, 소착 및 융착 억제, 낮은 열전도도, 우수한 밀착 등의 특성 을 갖게 한다.

그리고 본 실시예에서는 물리적 증착 공법을 이용하였으나 이와 다르게는 화학적 증착 공법(Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 코팅층을 형성시킬 수 있다. 화학적 증착 공법은 공지된 것이므로 상세한 설명은 생략한다.

따라서 상기와 같은 물리적 증착 공법 또는 화학적 증착 공법 중 어느 하나를 이용하여 상기 피스톤몸체에 복수 개의 코팅층을 형성시켜 피스톤몸체의 내구성을 높일 수 있다.

이상에서 본 발명의 코팅을 이용한 제동장치 펌프 피스톤에 대해 설명하였다. 이러한 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다.

본 발명에 의하면 내구수명을 연장시킬 수 있으며, 윤활 성능을 높일 수 있고, 제작원가를 저감할 수 있고, 피스톤몸체의 변형을 방지할 수 있는 효과를 발생시킨다.

Claims (5)

1. 자동차 제동장치의 모듈레이터의 펌프에 장착된 구동 모터의 회전력을 전달 받아 직선왕복운동을 하는 코팅을 이용한 제동장치 펌프 피스톤으로서,

   상기 펌프의 편심 베어링 설치공간으로 일측 부위를 돌출시킨 상태에서, 상기 펌프의 하우징에 조립된 피스톤몸체; 및

   상기 피스톤몸체의 돌출된 일측 부위를 피복시킨 복수 개의 코팅층을 포함하는 코팅을 이용한 제동장치 펌프 피스톤에 있어서,

   상기 피스톤몸체의 상기 코팅층은,

   베이스 코팅층과, 표면 코팅층을 포함하는 복수 개의 층이 다층 코팅되며,

   상기 베이스 코팅층은 금속 질화물질계인 CrN 또는 TiN 또는 TiCN 중 어느 하나의 층을 포함하고,

   상기 표면 코팅층은 카본계 소재인 WC/C(텅스텐 카바이드 카본) 또는 DLC(다이아몬드 라이크 카본) 중 어느 하나의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅을 이용한 제동장치 펌프 피스톤.
2. 제1항에 있어서,

   상기 피스톤몸체의 상기 코팅층은 물리적 증착 또는 화학적 증착 중 어느 하나의 코팅 공법으로 피복 되는 것을 특징으로 하는 코팅을 이용한 제동장치 펌프 피스톤.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 베이스 코팅층은

   Cr이 0.2~0.5

   

   의 두께로 코팅되는 제1 코팅층과, CrN 또는 TiN 또는 TiCN 중의 어느 하나의 소재가 1.0~2.0

   

   의 두께로 코팅되는 제2 코팅층과, Cr이 0.2~0.5

   

   의 두께로 코팅되는 제3 코팅층을 포함하고,

   상기 표면 코팅층은 WC/C(텅스텐 카바이드 카본) 또는 DLC(다이아몬드 라이크 카본) 중 어느 하나의 소재가 1.5~2.0

   

   두께로 코팅된 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅을 이용한 제동장치 펌프 피스톤.
5. 삭제

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