KR100951974B1 - 디스크브레이크용 브레이크패드 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디스크브레이크용 브레이크패드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 브레이크패드의 백플레이트에 구비되는 스피곳홀에 진동 감쇄 효과가 우수한 혼합물을 투입하여 채움으로써 진동 감쇄 능력이 향상된 디스크브레이크용 브레이크패드 및 그 제조방법에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 디스크와 밀착되는 마찰재와, 캘리퍼와 연결되는 백플레이트가 접합되어 구성되는 디스크브레이크용 브레이크패드에 있어서,

상기 백플레이트의 스피곳홀에 진동 흡수율이 우수한 혼합물을 이용하여 백플레이트 두께 이하로 열성형된 예비성형물이 투입되어 구성되는 것을 특징으로 하는 디스크브레이크용 브레이크패드를 제공하며, 상기 혼합물은 페놀수지 27~33중량%, 아라미드 펄프 18~22중량% 및 천연고무 45~55중량%로 조성한다.

디스크브레이크, 브레이크패드, 디스크, 백플레이트, 스피곳홀, 마찰재

Description

디스크브레이크용 브레이크패드 및 그 제조방법{Breakpad for disc brake and method manufacturing thereof}

본 발명은 디스크브레이크용 브레이크패드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 브레이크패드의 백플레이트에 구비되는 스피곳홀에 진동 감쇄 효과가 우수한 혼합물을 투입하여 채움으로써 진동 감쇄 능력이 향상된 디스크브레이크용 브레이크패드 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차용 디스크브레이크는 휠허브와 함께 회전하는 디스크, 디스크에 밀착되어 마찰력을 일으키는 브레이크패드, 유압이 작용하는 휠실린더, 휠실린더가 들어 있는 캘리퍼 등을 포함하여 구성되며, 상기 브레이크패드는 디스크와 밀착되는 마찰재와 캘리퍼와 연결되는 백플레이트로 구성된다.

도 1은 일반적인 디스크브레이크의 구조를 보여주는 도면이다.

일반 승용차의 브레이크 시스템으로 주로 적용되고 있는 디스크브레이크 시스템은 디스크의 외부 노출로 인해 방열성이 우수하여 고온페이드(fade) 현상이 적 어 반복적으로 사용해도 제동력이 저하되지 않으며, 마찰계수의 변화가 적어 안정적인 제동효과를 발휘한다.

디스크와 마찰하여 제동력을 발생하는 주요 부품인 마찰재는 성능 및 안정성 확보, 일반 제동시 소음 발생 억제 등을 위한 방향으로 개발되어 왔으며, 최근에는 환경적인 요인으로 인한 제동소음이 문제점으로 부각되고 있다.

디스크와 마찰재의 마찰로 인해 발생하는 제동소음은 마찰계수의 순간적인 변화 등으로 인해 야기된 진동이 디스크와 캘리퍼 등 주변 부품의 공진주파수와 중첩되어 발생하게 된다. 따라서 제동부품 설계시 주파수 중첩을 피하는 설계를 하고 있으나, 내구진행과 환경요인 등으로 인해 소음발생을 억제하기 어려운 실정이다.

도 2는 기존 브레이크패드의 구조를 보여주는 도면으로서, 브레이크패드의 백플레이트(10)에는 스피곳(spigot)홀(11)이라고 불리는 구멍이 뚫려 있으며, 상기 스피곳홀(11)은 브레이크패드 제조시 마찰재(20)의 침투를 야기하여 접착재와 더불어 마찰재(20)와 백플레이트(10) 간에 고정을 도와준다.

그러나, 상기 스피곳홀로 인하여 마찰재의 국부적인 물성저하가 발생하는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 백플레이트의 스피곳홀(spigot hole)에 진동 감쇄 효과가 우수한 혼합물로 열성형된 예비성 형물을 투입하여 디스크와 마찰재의 마찰로 인해 발생하는 진동 및 소음을 감쇄하는 디스크브레이크용 브레이크패드 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 상기 혼합물로서 기존 마찰재에 사용되는 원료를 이용하여 성능을 보강하도록 조성하는데도 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 디스크와 밀착되는 마찰재와, 캘리퍼와 연결되는 백플레이트가 접합되어 구성되는 디스크브레이크용 브레이크패드에 있어서,

상기 백플레이트의 스피곳홀에 진동 흡수율이 우수한 혼합물을 이용하여 백플레이트 두께 이하로 열성형된 예비성형물이 투입되어 구성되는 것을 특징으로 하는 디스크브레이크용 브레이크패드를 제공한다.

바람직하게, 상기 혼합물은 페놀수지 27~33중량%, 아라미드 펄프 18~22중량% 및 천연고무 45~55중량%로 조성되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 디스크와 밀착되는 마찰재와, 캘리퍼와 연결되는 백플레이트가 접합되어 구성되는 디스크브레이크용 브레이크패드의 제조방법에 있어서,

(a)진동 흡수율이 우수한 혼합물을 조성하여 상기 스피곳홀에 투입되는 예비성형물을 백플레이트 두께 이하로 열성형하는 단계와; (b)예비성형된 마찰재와 백플레이트를 브레이크패드 성형용 금형에 투입하고, 상기 백플레이트의 스피곳홀에 상기 예비성형물을 투입하여 열성형하는 단계와; (c)열성형된 브레이크패드를 후경 화하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스크브레이크용 브레이크패드의 제조방법도 제공한다.

바람직하게, 상기 (b) 단계는, 240~260℃의 성형온도에서 90~110kgf/㎠의 성형압력으로 8단계로 나누어 일정 시간 동안 가압하며, 각 가압단계 사이에 감압(공기빼기)을 수행하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게, 상기 (b) 단계에서 가압은 1단계에서 8단계까지 10, 10, 10, 20, 60, 180, 180, 60초 동안 각각 실시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 디스크브레이크용 브레이크패드는 백플레이트의 스피곳홀에 진동 흡수율이 우수한 예비성형물을 투입하여 열성형함으로써 마찰재의 물성저하를 방지하며 안정적인 마찰 효과를 얻을 수 있다.

따라서, 디스크브레이크 시스템의 진동으로 인한 소음을 개선할 수 있으며, 브레이크패드의 성능 향상을 기대할 수 있다.

또한, 본 발명은 예비성형물을 투입하여 브레이크패드 성형시 현재 양산중인 금형을 이용하는 것이 가능하므로 기존 양산 공정에 대한 변경사항이 없이 적용가능하여 추가공정비용이 발생하지 않으므로 큰 비용증대 없이 개선 가능한 장점이 있다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백히 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

본 발명의 실시 예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 설명에 있어서 종래의 기술과 동일한 부분에 대하여 중복되는 설명은 생략되는 것도 있다.

본 발명은 고감쇄 성능을 갖는 혼합물을 조성하여 브레이크패드의 백플레이트(10)에 형성된 스피곳홀(spigot hole)(11)에 투입함으로써 진동감쇄 능력이 향상된 안정적인 마찰 효과를 얻을 수 있다.

일반적으로 브레이크패드는 디스크와 밀착되는 마찰재(20)와 캘리퍼와 연결되는 백플레이트(10)로 접합구성되며, 상기 마찰재(20)는 하층재와 상층재로 구분성형되어 하층재가 백플레이트(10)와 접하도록 구성된다. 그리고, 상기 마찰재(20)가 갖는 접착력과 백플레이트(10)의 스피곳홀(11) 내에 충진된 마찰재(20)에 의해 충분한 접합강도를 유지하게 된다.

먼저, 본 발명에 따라 상기 스피곳홀(11)에 투입하는 혼합물은 아래 표 1과 같이 바인더(Binder)와 필러(Filler) 및 엘라스토머(elastomer)로 이루어지며, 기존 마찰재에 사용되는 재료인 페놀수지(Phenolic resin)와 아라미드 펄프(Aramid pulp) 및 천연고무(Natural Rubber)를 혼합하여 조성한다.

상기 페놀수지는 열경화성 수지로서 마찰재 성형시 바인더(Binder, 또는 결합재) 역할을 하여 원소들을 고정시켜주며 경화되면서 일정경도를 유지하게 한다. 브레이크패드 제조시 마찰재의 상층재와 동일한 공정 하에서 제조하기 위하여 상층재에 사용되는 바인더와 동일하게 페놀수지를 이용한다.

상기 아라미드 펄프는 내부 공간을 채우는 필러(Filler) 역할을 하여 혼합상태에서 엘라스토머(elastomer)의 균일한 분포 및 이탈방지를 도와주며, 열성형 후에는 강화 섬유로 경화된 페놀수지를 보강하여 구조를 유지하도록 도와준다.

다시 말해, 높은 비율의 페놀수지와 함께 혼합물의 강도를 증대하여 스피곳홀을 채우는 역할뿐 아니라, 브레이크패드의 경도 및 압출변형량의 유지를 위한 지지역할을 한다.

상기 엘라스토머는 탄성중합체로 진동을 흡수하는 역할을 한다. 그 재료로는 진동 흡수 능력이 우수한 천연고무를 이용하여 조성된 혼합물이 마찰재(20)에 전달되는 진동을 흡수 및 억제하는 감쇄력을 갖도록 한다.

이를 위하여 상기 백플레이트(10)의 스피곳홀(11)에 투입되는 혼합물은 페놀수지 27~33중량%, 아라미드 펄프 18~22중량% 및 천연고무 45~55중량%로 조성된다.

상기 페놀수지가 27중량% 미만인 경우 혼합물의 경도저하 및 균열이 발생하여 목표하는 물성치를 얻지 못하고 33중량%를 초과하는 경우 열성형시 고경도화의 가능성이 커지며, 상기 아라미드 펄프는 혼합과정에서 부피팽창이 크게 발생하는 원료로서 18중량% 미만인 경우 페놀수지의 구조를 유지하기 어렵고 22중량%를 초과하는 경우 페놀수지의 결합력이 부족하게 된다. 또한, 상기 천연고무가 45중량% 미만인 경우 진동 감쇄 성능이 저하되며 55중량%를 넘는 경우 페놀수지의 구조를 유지하기 어려운 단점이 있다.

그리고, 상기 혼합물은 일정경도 및 강도를 유지하기 위하여 페놀수지 30중량%, 아라미드 펄프 20중량%를 사용하고, 마찰재(20)에 전달되는 진동을 효과적으로 흡수할 수 있도록 천연고무 50중량%를 혼합하여 조성하는 것이 바람직하다.

즉, 혼합물의 경도 및 강도를 유지하기 위한 최소한의 바인더와 필러를 제외한 최대한의 비율로 엘라스토머를 적용하여 가능한 높은 감쇄력을 갖도록 조성한다.

이하, 상기와 같이 조성되는 본 발명에 따른 혼합물을 이용하여 브레이크패드를 제조하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

상기 혼합물을 균일한 분포로 조성하기 위하여 통상적인 방법에 따라 로터리 타입(Rotary type)의 드라이 믹서(dry Mixer)를 사용하여 10000rpm의 회전속도로 약 30분 동안 혼합한다.

도 3은 본 발명에 따른 예비성형용 금형을 도시한 개략도이다.

혼합물은 상온에서 예비성형(preforming)하여 버튼(button) 형상의 예비성형물(30)로 성형한다. 이를 위하여 통상적인 방법에 따라 도 3에 도시된 바와 같이 상형, 하형 및 하부금형대를 포함하는 예비성형용 금형을 이용하여 90kgf/㎠ 의 성형압력으로 10초간 가압하여 성형함으로써 열성형(Hot pressing) 공정 시 안정성을 높여 균일한 물성의 예비성형물(30)을 얻는다.

상기 예비성형물(30)의 사이즈는 백플레이트(10)의 스피곳홀(11)의 크기에 따라 결정되며, 두께는 백플레이트(10)의 두께 이하로 예비 성형된다.

도 4는 본 발명에 따른 브레이크패드의 제조과정을 도시한 흐름도이며, 도 5는 본 발명에 따른 브레이크패드 성형용 금형을 이용한 열성형공정을 도시한 도면이다.

상기 마찰재(20)는 혼합공정, 예비성형공정, 열성형공정, 후경화(Post curing)공정 등을 순차적으로 거쳐 제조되는데, 상기 열성형 공정 중 예비성형된 마찰재(20)와 백플레이트(10)를 브레이크패드 성형용 금형에 투입한 다음 백플레이트(10)의 스피곳홀(11)에 예비성형된 혼합물(예비성형물)(30)을 투입하여 상기 마찰재(20)를 백플레이트(10) 측으로 가압 및 감압(혹은 공기빼기)하면서 열성형 공정을 실행한다. 상기 열성형 공정의 성형조건은 아래 표 3 및 표 4와 같다.

상기 표 3은 브레이크패드의 성형공정별 조건이며, 표 4는 열성형 공정시 각 가압단계(step)별 가압시간을 나열한 것이다.

예비성형물(30)을 백플레이트의 스피곳홀(11)에 투입하여 열성형하는데 있어서, 브레이크패드 성형용 금형을 이용하여 240~260℃의 성형온도에서 90~110kgf/㎠의 성형압력으로 8단계로 나누어 상기 표 4와 같이 일정 시간 동안 가압한다.

상기 성형온도는 압축성형시 페놀수지의 분산을 증대하기 위한 것으로, 페놀수지의 분산 정도가 증대되면 아라미드 펄프의 침투가 더욱 활성화되어 전체적으로 균일한 물성을 얻을 수 있게 된다. 240℃ 이하의 성형온도에서는 아라미드 펄프의 침투력이 저하되며, 260℃ 이상의 온도에서는 열에 의한 분해가 발생할 수 있다.

상기 성형압력은 90~110kgf/㎠ 을 벗어나면 마찰재의 구조 형성에 문제가 발생할 우려가 있다. 또한 고압에서는 아라미드 펄프의 침투력 저하로 국부적인 파괴가 발생할 수 있으며, 저압에서는 결합력이 저하되어 충분한 성형이 이루어지지 않을 수 있다.

그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 마찰재(20)를 단계별로 가압하는 과정에서 각 가압단계 사이 동안에 감압을 수행하게 된다. 만약 충분한 감압(공기빼기)가 수행되지 않으면 내부 공극이 발생하여 국부적인 물성 저하가 발생할 우려가 있다.

브레이크패드 성형용 금형을 이용하는 상기 열성형 공정은 현재 양산중인 금형을 이용하는 것이 가능하므로 기존 양산 공정에 대한 변경사항이 없이 적용가능하다.

도 6은 본 발명에 따른 브레이크패드를 도시한 단면도이다.

본 발명에 따른 혼합물을 이용하여 제작된 브레이크패드는 백플레이트(10)의 스피곳홀(11) 내에 마찰재(20) 일부가 충진되며, 남은 스피곳홀(11) 공간에 상기 혼합물로 성형된 예비성형물(30)이 충진되어, 디스크브레이크 시스템에서 야기되는 진동 및 소음에 대한 감쇄효과를 얻을 수 있으며, 캘리퍼의 피스톤에 의한 가압시 디스크의 제동면에 형성되는 면압을 균일하게 형성하는 장점이 있다.

도 7은 본 발명에 따른 브레이크패드의 댐핑(damping) 변화를 나타내는 그래프이다.

브레이크패드의 감쇄능력은 FRF(Frequency Response Function) 측정 결과로 알 수 있으며, 개선된 효과는 아래 표 5 및 도 7의 댐핑율(혹은 진동 흡수율)과 같이 나타낼 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

도 1은 일반적인 디스크브레이크의 구조를 보여주는 도면

도 2는 기존 브레이크패드의 구조를 보여주는 도면

도 3은 본 발명에 따른 예비성형용 금형을 도시한 개략도

도 4는 본 발명에 따른 브레이크패드의 제조과정을 도시한 흐름도

도 5는 본 발명에 따른 브레이크패드 성형용 금형을 이용한 열성형공정을 도시한 도면

도 6은 본 발명에 따른 브레이크패드를 도시한 단면도

도 7은 본 발명에 따른 브레이크패드의 댐핑(damping) 변화를 나타내는 그래프

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 백플레이트 11 : 스피곳홀

20 : 마찰재 30 : 예비성형물(예비성형된 혼합물)

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 디스크와 밀착되는 마찰재와, 캘리퍼와 연결되는 백플레이트가 접합되어 구성되는 디스크브레이크용 브레이크패드의 제조방법에 있어서,

   (a) 진동 흡수율이 우수한 혼합물을 조성하여 스피곳홀에 투입되는 예비성형물을 백플레이트 두께 이하로 열성형하는 단계와;

   (b) 예비성형된 마찰재와 백플레이트를 브레이크패드 성형용 금형에 투입하고, 상기 백플레이트의 스피곳홀에 상기 예비성형물을 투입하여 열성형하는 단계와;

   (c) 열성형된 브레이크패드를 후경화하는 단계;

   를 포함하여 이루어지고,

   상기 (b) 단계는, 240~260℃의 성형온도에서 90~110kgf/㎠의 성형압력으로 8단계로 나누어 일정 시간 동안 가압하며, 각 가압단계 사이에 감압(공기빼기)을 수행하는 것을 특징으로 하는 디스크브레이크용 브레이크패드의 제조방법.
5. 삭제
6. 청구항 4에 있어서,

   상기 (b) 단계에서 가압은 1단계에서 8단계까지 10, 10, 10, 20, 60, 180, 180, 60초 동안 각각 실시하는 것을 특징으로 하는 디스크브레이크용 브레이크패드의 제조방법.

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