KR101340855B1

KR101340855B1 - 경량화된 브레이크 디스크

Info

Publication number: KR101340855B1
Application number: KR1020120115022A
Authority: KR
Inventors: 한재민; 이재영; 김성진; 김윤철
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2013-12-12

Abstract

본 발명은 경량화된 브레이크 디스크에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 마찰재와 접촉하여 제동력을 발생시키며, 내주면으로부터 중앙의 결합홀을 향해 돌출된 돌출부가 형성된 마찰 파트; 상기 마찰 파트의 일측면에 마련되며, 상기 돌출부에 밀착되기 위한 절곡된 형상을 가진 제1 요입부가 형성된 제1 햇(HAT) 파트; 상기 마찰 파트의 타측면에 마련되며, 상기 돌출부에 밀착되기 위한 절곡된 형상을 가진 제2 요입부가 형성된 제2 햇(HAT) 파트; 를 포함하며, 종래 회주철 단일 소재로 제조된 브레이크 디스크와 달리, 이종 소재의 적용 및 구조용 접착제의 사용을 통해, 우수한 제동 성능을 유지하면서 경량화된 브레이크 디스크에 관한 것이다.

Description

경량화된 브레이크 디스크{Lightened brake disc}

본 발명은 경량화된 브레이크 디스크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래 회주철 단일 소재로 제조된 브레이크 디스크와 달리, 이종 소재의 적용 및 구조용 접착제의 사용을 통해, 우수한 제동 성능을 유지하면서 경량화된 브레이크 디스크에 관한 것이다.

석유 에너지의 고갈 및 온실 가스 증대에 따른 기후 변화 문제로 전 세계 자동차 업체는 연비 향상을 위한 기술 개발에 총력을 기울이고 있다. 그 중 연비 향상을 위한 기술로 성능 저하 없이 차량을 경량화하는 기술이 주목받고 있다.

특히, 차량의 하부에 있어서 중량의 감소는 차량의 성능 및 연비에 직접적인 영향을 주게 되는데, 휠 구동 부하와 직접적으로 연관되어 있는 언스프렁 매스(unsprung mass)의 저감은 연비 향상에 효율적이므로, 관련된 기술은 급진적으로 진보하고 있다.

본 발명은 상기 언스프렁 매스의 주요 중량을 차지하고 있는 브레이크 디스크를 성능의 저하 없이 경량화할 수 있는 방안에 관한 것이다.

도 1은 종래 브레이크 디스크의 사시도인데, 도시된 바와 같이 허브에 장착되기 위한 햇(HAT) 파트(100) 및 제동시 마찰이 이루어지는 마찰 파트(200)까지 모두 편상 흑연 조직을 나타내는 회주철로 구성되어 진동 감쇄능, 댐핑성, 방열성 및 윤활 기능 등이 우수한 제동 특성을 나타낸다.

다만, 상기 회주철이 가지는 장점들에도 불구하고 비중이 7.2 g/cm3 에 달하기에 연비 측면에서 불리한 문제가 있다.

또한, 편상 흑연 자체의 댐핑(damping) 만으로는 제동 상황 시에 발생되는 소음 및 떨림을 방지하기에 부족한 문제가 있다.

최근 들어 햇 부 및 플레이트 부를 별도의 소재를 사용하여 제작하는 브레이크 디스크 관련 기술이 개발되고 있으나, 이종 소재를 적용함에 따라 종래 단일 소재 대비 최대 제동 토크를 견디기 위한 강도가 부족하거나 복잡한 체결 구조 및 제조 공정으로 인해 경제성이 떨어지는 문제가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 회주철 또는 스테인리스강 소재의 마찰 파트; 및 탄소강 또는 알루미늄 소재의 햇(HAT) 파트; 를 포함하며, 고온용 접착제에 의해 상단 및 하단으로 분리된 햇 파트가 마찰 파트의 돌출부에 접합됨으로써, 우수한 제동 성능을 유지하면서 경량화된 브레이크 디스크를 제공하고자 함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 마찰재와 접촉하여 제동력을 발생시키며, 내주면으로부터 중앙의 결합홀을 향해 돌출된 돌출부가 형성된 마찰 파트; 상기 마찰 파트의 일측면에 마련되며, 상기 돌출부에 밀착되기 위한 절곡된 형상을 가진 제1 요입부가 형성된 제1 햇(HAT) 파트; 상기 마찰 파트의 타측면에 마련되며, 상기 돌출부에 밀착되기 위한 절곡된 형상을 가진 제2 요입부가 형성된 제2 햇(HAT) 파트; 를 포함하는 경량화된 브레이크 디스크를 제공한다.

또한, 상기 경량화된 브레이크 디스크는 상기 제1 요입부, 제2 요입부 및 돌출부에 의해 형성되는 접합면에 도포된 접착제를 더 포함할 수 있다.

뿐만 아니라, 접착제에 의한 결합을 보강하기 위해 상기 브레이크 디스크는 상기 제1 햇(HAT) 파트와 제2 햇(HAT) 파트를 관통함으로써 결합을 보강하는 고정 볼트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용될 수 있는 접착제는 에폭시 수지계, 페놀 수지계 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예로 상기 돌출부, 제1 요입부 및 제2 요입부의 수는 6 내지 10 개인 것이 바람직하며, 상기 고정 볼트의 수는 2 내지 10 개인 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 브레이크 디스크의 마찰 파트는 회주철 또는 스테인리스강 소재이며, 상기 제1 햇(HAT) 파트(101) 및 제2 햇(HAT) 파트는 탄소강 또는 알루미늄 합금 소재인 것이 바람직하다.

조성에 있어서, 상기 마찰 파트는 탄소(C) 3.0 내지 3.8 중량%, 실리콘(Si) 1.0 내지 2.8 중량%, 망간(Mn) 0 중량% 초과 1.0 중량% 이하, 인(P) 0 중량% 초과 0.2 중량% 이하, 황 0 중량% 초과 0.15 중량% 이하 및 잔부의 철을 포함하는 회주철 소재, 또는 탄소(C) 0.03 내지 0.4 중량%, 실리콘(Si) 0 중량% 초과 1.0 중량% 이하, 망간(Mn) 0 중량% 초과 1.5 중량% 이하, 크롬(Cr) 10.5 내지 12.5 중량% 이하 및 잔부의 철을 포함하는 스테인리스강 소재인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 햇(HAT) 파트(101) 및 제2 햇(HAT) 파트는 탄소(C) 0.4 내지 0.6 중량%, 실리콘(Si) 0.15 내지 0.35 중량%, 망간(Mn) 0.6 내지 0.9 중량% 이하, 니켈과 크롬의 합이 0 중량% 초과 0.35 중량% 이하 및 잔부의 철(Fe)을 포함하는 탄소강 소재, 또는

구리(Cu) 0 중량% 초과 0.1 중량% 이하, 실리콘(Si) 0 중량% 초과 1.3 중량% 이하, 마그네슘(Mg) 0.6 내지 3.0 중량%, 아연(Zn) 0 중량% 초과 0.25 중량% 이하, 철 0 중량% 초과 0.5 중량% 이하, 망간(Mn) 0 중량% 초과 1.0 중량% 이하, 크롬 0 중량% 초과 0.35 중량% 이하 및 잔부의 알루미늄(Al)을 포함하는 알루미늄 합금 소재인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 효과는 종래 회주철 단일 소재 디스크의 우수한 제동 특성을 유지하면서, 비중이 낮은 재질을 사용함에 따라 브레이크 디스크를 경량화할 수 있다.(디스크 1개당 약 2kg 절감)

즉, 경량화로 인해 언스프렁 매스(Unsprung mass)가 감소됨에 따라 조향 부하가 저감되어 승차감(Ride & handling)이 향상되고, 구동부하가 감소되어 연비가 향상되는 장점이 있다.

또한, 이종 재질이 적용되었음에도 불구하고 고온 접착제에 의해 강하게 결합되며, 볼트 등의 체결로 인해 최대 제동 토크에 결딜 수 있는 충분한 강도를 확보할 수 있다.

뿐만 아니라, 이종 소재의 적용으로 종래 회주철 단일 재질과 대비하여 열변형에 강한 장점이 있다.

도 1은 종래 브레이크 디스크의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크의 마찰 파트 및 햇(HAT) 파트의 결합 구조를 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 3의 브레이크 디스크의 요입부와 돌출부의 결합 부분을 선 A-A'을 따라 절개한 부분의 단면도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 일실시예에 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.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크의 분해 사시도인데, 도시된 바와 같이 본 발명의 브레이크 디스크는 바람직하게, 마찰재와 접촉하여 제동력을 발생시키며, 내주면으로부터 중앙의 결합홀(10)을 향해 돌출된 돌출부(210)가 형성된 마찰 파트(200); 상기 마찰 파트(200)의 일측면에 마련되며, 상기 돌출부(210)의 일측단에 밀착되기 위한 절곡된 형상을 가진 제1 요입부(111)가 형성된 제1 햇(HAT) 파트(101); 상기 마찰 파트(200)의 타측면에 마련되며, 상기 돌출부(210)의 타측단에 밀착되기 위한 절곡된 형상을 가진 제2 요입부(112)가 형성된 제2 햇(HAT) 파트(102); 를 포함하며, 바람직하게 상기 제1 요입부(111), 제2 요입부(112) 및 돌출부(210)에 의해 형성되는 접합면에 도포된 접착제(300)를 포함한다.

즉, 중앙에 결합홀(10)이 형성된 마찰 파트(200)에는 결합홀(10)을 향해 돌출된 구조를 가진 1개 이상의 돌출부(210)가 형성되고, 햇(HAT) 파트에는 상기 돌출부(210)와 대응되는 절곡된 형상의 제1, 2 요입부(111, 112)가 형성되는데, 결합력에 따른 브레이크 디스크의 내구성 및 제조 용이성을 고려하여 상기 돌출부(210) 및 이에 대응되는 제1 요입부(111) 및 제2 요입부(112)의 수는 6개 내지 10개인 것이 바람직하며, 구체적인 결합 구조에 대해서는 이하의 도 3 및 도 4에서 살펴본다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크의 마찰 파트 및 햇(HAT) 파트의 결합 구조를 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 3의 브레이크 디스크의 요입부와 돌출부의 결합 부분을 선 A-A'을 따라 절개한 부분의 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 브레이크 디스크는 돌출부(210)를 가진 마찰 파트(200)와 각각 상기 마찰 파트(200)의 일측면 및 타측면에 위치하며 상기 돌출부(210)를 감싸는 구조의 제1, 2 요입부(111, 112)가 형성된 제1, 2 햇(HAT) 파트(101, 102)를 포함하며, 상기 마찰 파트(200) 및 햇(HAT) 파트는 상기 제1 요입부(111), 제2 요입부(112) 및 돌출부(210)에 의해 형성되는 접합면에 도포된 접착제(300)에 의해 결합되는 것이 바람직하다.

또한, 필요에 따라서 결합을 강화시키기 위해 돌출부(210)를 제외한 제1 요입부(111) 및 제2 요입부(112)에 의해 형성되는 접합면에도 접착제(300)를 도포하는 것이 더 바람직하다.

이 때, 상기 접착제(300)는 브레이크 디스크 작동 환경상 고온에도 높은 강도를 유지하며, 장시간 동안 큰 하중을 견딜 수 있는 구조용 접착제인 것이 바람직하며, 에폭시 수지계, 페놀 수지계 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 것이 보다 바람직하다. 상기 구조용 접착제는 브레이크 디스크의 제조 공정 중에 있어서, 도포된 후 1 bar 이상의 가압 조건에서, 30분 동안 250 ℃에서 가열 및 경화되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 브레이크 디스크는 차량의 휠(미도시)이 결합되는 허브(400)의 고정 볼트(410)에 의해 차체에 장착되는데, 본 발명에서 상기 고정 볼트(410)는 제1 햇(HAT) 파트(101) 및 제2 햇(HAT) 파트(102)를 수직으로 관통하여 접착제(300)에 의한 결합을 보강하는 기능을 하며, 제동 토크 및 보강 정도를 고려하여 상기 고정 볼트(410)의 수는 2개 내지 10개인 것이 바람직하다.

한편, 상기 구조적 특징을 가진 브레이크 디스크는 종래 단일 회주철 소재와 달리 이종 소재로 제조되는 것이 바람직한데, 보다 구체적으로 상기 마찰 파트(200)는 회주철 또는 스테인리스강 소재로 구성되고, 상기 햇(HAT) 파트는 탄소강 또는 알루미늄 소재로 구성되는 것이 바람직하다. 이는 회주철의 비중이 크기에 회주철보다 비중이 작은 다른 이종 소재를 적용하여 브레이크 디스크의 전체 중량을 감소시키기 위한 것으로, 이종 소재를 적용함에도 불구하고 상기 구조적 특징 및 구조용 접착제의 사용에 의해 우수한 제동 특성이 유지된다.

구분	C(wt%)	Si(wt%)	Mn(wt%)	P(wt%)	S(wt%)	Cr(wt%)	Fe(wt%)
회주철	3.0~3.8	1.0~2.8	1.0 이하	0.2 이하	0.15 이하	-	Rem.
스테인리스강	0.03~0.4	1.0 이하	1.5 이하	-	-	10.5~12.5	Rem.

상기 표 1은 일구체예로 본 발명에 의한 마찰 파트(200)의 조성을 나타낸 표이다.

상기 표에서 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 마찰 파트(200)는 회주철 또는 스테인리스강 소재인 것이 바람직한데,

구체적으로 탄소(C) 3.0 내지 3.8 중량%, 실리콘(Si) 1.0 내지 2.8 중량%, 망간(Mn) 0 중량% 초과 1.0 중량% 이하, 인(P) 0 중량% 초과 0.2 중량% 이하, 황 0 중량% 초과 0.15 중량% 이하 및 잔부의 철을 포함하는 회주철 소재, 또는

탄소(C) 0.03 내지 0.4 중량%, 실리콘(Si) 0 중량% 초과 1.0 중량% 이하, 망간(Mn) 0 중량% 초과 1.5 중량% 이하, 크롬(Cr) 10.5 내지 12.5 중량% 이하 및 잔부의 철을 포함하는 스테인리스강 소재이며, 마찰 특성이 강한 재질을 사용하는 것이 바람직하고, 솔리드 구조 또는 방열을 위한 벤틸레이션 구조로 주조된다.

구분	C(wt%)	Si(wt%)	Mn(wt%)	Ni+Cr(wt%)	Fe(wt%)
탄소강	0.4~0.6	0.15~0.35	0.6~0.9	0.35 이하	Rem.

구분	Cu(wt%)	Si(wt%)	Mg(wt%)	Zn(wt%)	Fe(wt%)	Mn(wt%)	Cr(wt%)	Al(wt%)
알루미늄 합금	0.1 이하	1.3 이하	0.6~3.0	0.25 이하	0.5 이하	1.0 이하	0.35 이하	Rem.

상기 표 2 및 표 3은 일구체예로 본 발명에 의한 햇(HAT) 파트의 조성을 나타낸 표이다.

상기 표에서 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 햇(HAT) 파트는 탄소강 또는 알루미늄 합금 소재인 것이 바람직한데,

구체적으로 탄소(C) 0.4 내지 0.6 중량%, 실리콘(Si) 0.15 내지 0.35 중량%, 망간(Mn) 0.6 내지 0.9 중량% 이하, 니켈과 크롬의 합이 0 중량% 초과 0.35 중량% 이하 및 잔부의 철(Fe)을 포함하는 탄소강 소재, 또는

구리(Cu) 0 중량% 초과 0.1 중량% 이하, 실리콘(Si) 0 중량% 초과 1.3 중량% 이하, 마그네슘(Mg) 0.6 내지 3.0 중량%, 아연(Zn) 0 중량% 초과 0.25 중량% 이하, 철 0 중량% 초과 0.5 중량% 이하, 망간(Mn) 0 중량% 초과 1.0 중량% 이하, 크롬 0 중량% 초과 0.35 중량% 이하 및 잔부의 알루미늄(Al)을 포함하는 알루미늄 합금 소재이며, 경량화를 위해 상기 회주철보다 비중이 작은 소재를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 마찰 파트(200)의 돌출부(210)에 대응되는 요입부(111, 112)를 가지도록 프레스 성형된다.

이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

10 : 결합홀 100 : 햇(HAT) 파트
101 : 제1 햇(HAT) 파트 102 : 제2 햇(HAT) 파트
111 : 제1 요입부 112 : 제2 요입부
200 : 마찰 파트 210 : 돌출부
300 : 접착제 400 : 허브
410 : 고정 볼트

Claims

마찰재와 접촉하여 제동력을 발생시키며, 내주면으로부터 중앙의 결합홀(10)을 향해 돌출된 돌출부(210)가 형성된 마찰 파트(200);
상기 마찰 파트(200)의 일측면에 마련되며, 상기 돌출부(210)에 밀착되기 위한 절곡된 형상을 가진 제1 요입부(111)가 형성된 제1 햇(HAT) 파트(101); 및
상기 마찰 파트(200)의 타측면에 마련되며, 상기 돌출부(210)에 밀착되기 위한 절곡된 형상을 가진 제2 요입부(112)가 형성된 제2 햇(HAT) 파트(102); 를 포함하는 경량화된 브레이크 디스크.
제1항에 있어서,
상기 제1 요입부(111), 제2 요입부(112) 및 돌출부(210)에 의해 형성되는 접합면에 도포된 접착제(300)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경량화된 브레이크 디스크.
제2항에 있어서,
상기 제1 햇(HAT) 파트(101) 및 제2 햇(HAT) 파트(102)를 관통함으로써 결합을 보강하는 고정 볼트(410)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경량화된 브레이크 디스크.
제2항에 있어서,
상기 접착제(300)는 에폭시 수지계, 페놀 수지계 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 구조용 접착제인 것을 특징으로 하는 경량화된 브레이크 디스크.
제1항에 있어서,
상기 돌출부(210), 제1 요입부(111) 및 제2 요입부(112)의 수는 6 내지 10 개인 것을 특징으로 하는 경량화된 브레이크 디스크.
제3항에 있어서,
상기 고정 볼트(410)의 수는 2 내지 10 개인 것을 특징으로 하는 경량화된 브레이크 디스크.
제1항에 있어서,
상기 마찰 파트(200)는 회주철 또는 스테인리스강 소재이며, 상기 제1 햇(HAT) 파트(101) 및 제2 햇(HAT) 파트(102)는 탄소강 또는 알루미늄 합금 소재인 것을 특징으로 하는 경량화된 브레이크 디스크.
제1항에 있어서,
상기 마찰 파트(200)는 탄소(C) 3.0 내지 3.8 중량%, 실리콘(Si) 1.0 내지 2.8 중량%, 망간(Mn) 0 중량% 초과 1.0 중량% 이하, 인(P) 0 중량% 초과 0.2 중량% 이하, 황 0 중량% 초과 0.15 중량% 이하 및 잔부의 철을 포함하는 회주철 소재, 또는
탄소(C) 0.03 내지 0.4 중량%, 실리콘(Si) 0 중량% 초과 1.0 중량% 이하, 망간(Mn) 0 중량% 초과 1.5 중량% 이하, 크롬(Cr) 10.5 내지 12.5 중량% 이하 및 잔부의 철을 포함하는 스테인리스강 소재인 것을 특징으로 하는 경량화된 브레이크 디스크.
제1항에 있어서,
상기 제1 햇(HAT) 파트(101) 및 제2 햇(HAT) 파트(102)는 탄소(C) 0.4 내지 0.6 중량%, 실리콘(Si) 0.15 내지 0.35 중량%, 망간(Mn) 0.6 내지 0.9 중량% 이하, 니켈과 크롬의 합이 0 중량% 초과 0.35 중량% 이하 및 잔부의 철(Fe)을 포함하는 탄소강 소재, 또는
구리(Cu) 0 중량% 초과 0.1 중량% 이하, 실리콘(Si) 0 중량% 초과 1.3 중량% 이하, 마그네슘(Mg) 0.6 내지 3.0 중량%, 아연(Zn) 0 중량% 초과 0.25 중량% 이하, 철 0 중량% 초과 0.5 중량% 이하, 망간(Mn) 0 중량% 초과 1.0 중량% 이하, 크롬 0 중량% 초과 0.35 중량% 이하 및 잔부의 알루미늄(Al)을 포함하는 알루미늄 합금 소재인 것을 특징으로 하는 경량화된 브레이크 디스크.