KR101439141B1 - 삼중 접합된 경량형 디스크 브레이크 - Google Patents

삼중 접합된 경량형 디스크 브레이크 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차의 디스크 브레이크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 회주철 또는 스테인레스강 소재로 이루어진 상판 및 하판; 상기 상판과 하판 사이에 부착된 원형 평판 형상이되 바닥면과 천정면 및 이들 바닥면과 천정면을 연결하는 연결면으로 이루어진 요철 부분을 방사상으로 다수개 형성한 탄소강 소재의 중판; 상기 상판 및 하판 및 상기 중판을 관통하여 결합되되 상부의 중앙면과 상기 중앙면으로부터 하방향으로 절곡된 몸체의 외주면에 상기 상판 및 하판의 내측 말단과 중판의 내측 말단에 결합되는 다수개의 돌출면을 형성한 알루미늄 합금소재의 햇트부; 상기 상판 및 하판과 상기 중판을 부착시키는 접착층; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

삼중 접합된 경량형 디스크 브레이크{Light type disk brake being triple jointing}
본 발명은 자동차의 디스크 브레이크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 회주철 또는 스테인레스강 소재로 이루어진 상판 및 하판; 상기 상판과 하판 사이에 부착된 원형 평판 형상이되 바닥면과 천정면 및 이들 바닥면과 천정면을 연결하는 연결면으로 이루어진 요철 부분을 방사상으로 다수개 형성한 탄소강 소재의 중판; 상기 상판 및 하판 및 상기 중판을 관통하여 결합되되 상부의 중앙면과 상기 중앙면으로부터 하방향으로 절곡된 몸체의 외주면에 상기 상판 및 하판의 내측 말단과 중판의 내측 말단에 결합되는 다수개의 돌출면을 형성한 알루미늄 합금소재의 햇트부; 상기 상판 및 하판과 상기 중판을 부착시키는 접착층; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
석유 에너지의 부족 및 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 성능과 연비에 직접적인 영향을 주게 되는데, 휠 구동 부하와 직접적으로 연관되어 있는 언스프렁 매스(unsprung mass)의 저감은 연비 향상에 효율적이므로, 관련된 기술의 진보는 최근들어 매우 급진적이라고 할 수 있다.
이 중 언스프렁 매스(unsprung mass)의 주요 중량을 차지하고 있는 브레이크 디스크의 성능을 저하시키지 않고 경량화할 수 있는 방안이 각광받고 있다.
도 1 에 일반적인 브레이크디스크(D)를 도시하였다. 브레이크디스크(D)는 제동시 마찰이 이루어지는 디스크플레이트(D1) 및 디스크플레이트(D1)를 자동차의 허브(미도시)에 장착시키는 햇트 파트(D2)(HAT PART)로 이루어져 있다.
상기 디스크플레이트(D1) 및 햇트 파트(D2)는 모두 편상 흑연의 조직으로 제작되어 우수한 진동 감쇄능, 댐핑성, 방열성 및 윤활기능 등의 우수한 제동 특성을 나타내는 재질인 회주철로 구성된다.
그러나, 7.2g/cm3 상당의 회주철 비중으로 인해 무거운 단점이 있어 연비를 저하시키는 주요 원인이 되고 있다.
따라서, 이러한 특성을 저감시키기 위하여 이종의 재질을 이용한 브레이크 디스크가 개발될 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로서, 이종의 재질을 이용하면서도 디스크플레이트들이 상호 강하게 결합되어 충분한 디스크 강도를 확보하면서도 경량화를 달성하고 내열성이 우수한 브레이크 디스크의 구성을 제공한다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명 삼중 접합된 경량형 디스크 브레이크의 구성은, 회주철 또는 스테인레스강 소재로 이루어진 상판 및 하판; 상기 상판과 하판 사이에 부착된 원형 평판 형상이되 바닥면과 천정면 및 이들 바닥면과 천정면을 연결하는 연결면으로 이루어진 요철 부분을 방사상으로 다수개 형성한 탄소강 소재의 중판; 상기 상판 및 하판 및 상기 중판을 관통하여 결합되되 상부의 중앙면과 상기 중앙면으로부터 하방향으로 절곡된 몸체의 외주면에 상기 상판 및 하판의 내측 말단과 중판의 내측 말단에 결합되는 다수개의 돌출면을 형성한 알루미늄 합금소재의 햇트부; 상기 상판 및 하판과 상기 중판을 부착시키는 접착층; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명 삼중 접합된 경량형 디스크 브레이크는, 종래 회주철만을 이용한 단일 재질의 브레이크 디스크와 동일한 수준의 제동 특성을 유지하면서도 브레이크 디스크의 중량을 경감시켜 자동차의 연비를 향상시키는 효과를 가진다.
또한, 알루미늄과 탄소강 및 회주철로 이루어진 이종의 재질을 이용함에도 불구하고 상판과 하판 및 중판이 3 중 접합되어 브레이크 디스크들이 상호 강하게 결합된다.
또한, 열변형 측면에서 종래 회주철로 이루어진 단일한 재질의 브레이크 디스크와 비교하여 내열성이 우수한 효과가 있다.
또한, 상판 및 하판과 중판 사이에 공간부가 형성되므로 냉각 성능이 향상되는 효과를 가진다.
도 1 은 일반적인 브레이크 디스크의 사시도,
도 2 는 본 발명 브레이크 디스크의 평면도,
도 3 은 본 발명 브레이크 디스크의 분해사시도,
도 4 는 도 2 의 A-A' 선 단면도,
도 5 는 도 4 의 B-B' 선 단면도,
도 6 은 도 5 의 단면도에서 햇트부를 제거한 상태의 단면도,
도 7 은 본 발명 햇트부의 일부절개사시도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 삼중 접합된 경량형 디스크 브레이크의 구성을 상세하게 설명한다.
단, 개시된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분하게 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 태양으로 구체화될 수도 있다.
또한, 본 발명 명세서에서 사용되는 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 본발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2 는 본 발명 브레이크 디스크의 평면도, 도 3 은 본 발명 브레이크 디스크의 분해사시도, 도 4 는 도 2 의 A-A' 선 단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 브레이크 디스크(1)는 자동차의 제동을 일으키는 브레이크 계통과 접촉하는 원형의 상판(10) 및 하판(11)을 포함한다.
상기 상판(10) 및 하판(11)은 회주철 또는 스테인레스강 소재이며 바람직하게는 두께는 5-10mm 로 형성된다. 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.
상기 상판(10)과 하판(11) 사이에 본 발명의 중판(20)이 부착된다. 상기 중판(20)은 탄소강 소재로 이루어지는 것이 바람직하며, 두께는 2-5 mm 의 원형 평판 형상이며, 바닥면(21)과 천정면(22) 및 이들 바닥면(21)과 천정면(22)을 연결하는 연결면(23)으로 이루어진 요철 부분을 방사상으로 다수개 형성한 구조이며, 이러한 요철 부분을 바람직하게는 6-10 개를 형성한다.
또한, 상기 상판(10) 및 하판(11)과 상기 중판(20)과의 상호 부착은 접착제를 이용하여 이루어지며 이에 따라서 상기 중판(20)의 상하면과 상판(10) 및 하판(11)과의 사이에 접착층(50)이 형성된다.
또한, 상판(10) 및 하판(11) 및 상기 중판(20)을 관통하는 햇트부(30)가 결합된다. 상기 햇트부(30)는 상기 상판(10)과 하판(11)을 자동차의 허브(미도시)에 장착시키는 원통형의 몸체를 가지되, 도 7 의 햇트부(30) 일부절개사시도에 도시된 바와 같이, 상부의 중앙면(32)과 상기 중앙면(32)으로부터 하방향으로 절곡된 몸체의 외주면에 상기 상판(10) 및 하판(11)의 내측 말단과 중판(20)의 내측 말단에 억지끼움식으로 결합되는 다수개의 돌출면(31)을 형성한다. 상기 돌출면(31)의 갯수는 6-10 개가 바람직하며, 상기 햇트부(30)는 알루미늄 합금 소재인 것이 바람직하다.
또한, 상기 햇트부(30)와 상판(10), 하판(11) 및 중판(20)과의 보다 공고한 결합을 위하여 상기 상판(10) 및 하판(11)의 내측 말단과 중판(20)의 내측 말단과 상기 햇트부(30)의 돌출면(31) 사이에 부쉬(bush)(40)가 결합된다.
상기 부쉬(40)는 강철소재이고 양단의 걸쇠(41)와 중앙에 접촉면(42)으로 이루어져 양단 걸쇠(41) 부분에 상기 상기 상판(10) 및 하판(11)의 내측 말단이 결합되고, 중앙 접촉면(42) 부분에 상기 중판(20)의 내측 말단이 결합된다.
상기 부쉬(40)는 필요에 따라서 상기 돌출면(31)의 갯수에 따라서 6-10 개 정도가 부설되는 것이 바람직하며, 보다 강한 결합력이 필요한 경우에는 상기 상판(10)과 하판(11) 및 중판(20)을 관통하는 볼트삽입구(60)에 내삽되는 볼트와 이에 결합되는 너트에 의하여 결합력을 보다 강하게 할 수 있다.
이때, 도 5 의 B-B' 선 단면도와 같이, 상기 상판(10)과 하판(11) 사이에 중판(20)이 결합되되 도 6 의 중판(20)의 제거 단면도에 도시된 바와 같이 상판(10)의 하면에 오목한 요면(10a)과 볼록한 철면(10b)을 형성하고, 하판(11)의 상면에 오목한 요면(11a)와 볼록한 철면(11b)을 형성한 후, 상기 상판(10)의 요면(10a)과 하판(11)의 요면(11a) 사이에 중판(20)이 결합되는 것이 바람직하다.
그러면, 도시된 바와 같이 상판(10) 및 하판(11)과 중판(20) 사이에 공간부가 형성되므로 디스크 브레이크의 냉각 성능이 향상되게 된다.
한편, 상기 상판(10)과 하판(11)을 제조는 주조 또는 펀칭 방법으로 이루어질 수 있으며, 주조 방법일 경우 파이프 형태의 주물을 완성한 후 필요한 두께 만큼 슬라이스 가공하며, 펀칭 방법일 경우 판재를 펀칭하여 가공한다.
또한, 상기 중판(20)은 펀칭 후 프레싱 가공하여 형성하고, 햇트부(30)는 주조 방법에 의하여 형성하는 것이 좋다.
또한, 상기 접착층(50)을 이루는 접착제는 고온에도 높은 강도를 유지하며, 장시간 동안 큰 하중을 견딜 수 있는 구조용 접착제인 것이 좋다.
바람직하게는, 상기 접착층(50)의 형성에 사용되는 접착제는 접에폭시 수지계, 페놀 수지계 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되며, 접착제 도포후 1 bar 이상의 가압 조건에서, 30분 동안 250 ℃에서 가열 및 경화시킨다.
상판(10) 및 하판(11)의 조성
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.
(잔부)
스테인리스강 0.03~0.4 1.0 이하 1.5 이하 - - 10.5~12.5 Rem.
(잔부)
상기 표 1 은 본 발명의 상판(10) 및 하판(11)의 바람직한 조성을 나타낸 표이다.
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.
중판(20)의 조성
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.
(잔부)
햇트부(30)의 조성
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.
(잔부)
상기 표 2 및 표 3 은 본 발명의 중판(20) 및 햇트부(30)의 바람직한 조성을 나타낸 표로서,
구체적으로 상기 중판(20)은 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 소재로 이루어진다.
또한, 상기 햇트부(30)는 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 소재이다.
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.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1; 본 발명 브레이크 디스크
10; 상판
10a; 요면 10b; 철면
11; 하판
11a; 요면 11b; 철면
20; 중판
21; 바닥면 22; 천정면
23; 연결면
30; 햇트(HAT)부
31; 돌출면
40; 부쉬
41; 걸쇠 42; 접촉면
50;; 접착층
60;; 볼트 삽입구

Claims (8)

  1. 자동차의 브레이크 디스크에 있어서,
    회주철 또는 스테인레스강 소재로 이루어진 상판(10) 및 하판(11);
    상기 상판(10)과 하판(11) 사이에 부착된 원형 평판 형상이되 바닥면(21)과 천정면(22) 및 이들 바닥면(21)과 천정면(22)을 연결하는 연결면(23)으로 이루어진 요철 부분을 방사상으로 다수개 형성한 탄소강 소재의 중판(20);
    상기 상판(10) 및 하판(11) 및 상기 중판(20)을 관통하여 결합되되 상부의 중앙면(32)과 상기 중앙면(32)으로부터 하방향으로 절곡된 몸체의 외주면에 상기 상판(10) 및 하판(11)의 내측 말단과 중판(20)의 내측 말단에 결합되는 다수개의 돌출면(31)을 형성한 알루미늄 합금소재의 햇트부(30);
    상기 상판(10) 및 하판(11)과 상기 중판(20)을 부착시키는 접착층(50); 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 삼중 접합된 경량형 디스크 브레이크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상판(10) 및 하판(11)의 내측 말단과 중판(20)의 내측 말단과 상기 햇트부(30)의 돌출면(31) 사이에 부쉬(40)가 결합되는 것을 특징으로 하는 삼중 접합된 경량형 디스크 브레이크.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 상판(10)과 하판(11) 및 중판(20)을 관통하는 볼트삽입구(60)를 형성하고, 상기 볼트삽입구(60)에 내삽되는 볼트와 이에 결합되는 너트에 의하여 상기 상판(10)과 하판(11) 및 중판(20)이 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 삼중 접합된 경량형 디스크 브레이크.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상판(10)의 하면에 오목한 요면(10a)과 볼록한 철면(10b)을 형성하고, 하판(11)의 상면에 오목한 요면(11a)와 볼록한 철면(11b)을 형성한 후, 상기 상판(10)의 요면(10a)과 하판(11)의 요면(11a) 사이에 중판(20)이 결합되는 것을 특징으로 하는 삼중 접합된 경량형 디스크 브레이크.
  5. 제 1 항에 있어서, 상판(10) 및 하판(11)은,
    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 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 삼중 접합된 경량형 디스크 브레이크.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 중판(20)은,
    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 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 삼중 접합된 경량형 디스크 브레이크.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 햇트부(30)는,
    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 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 삼중 접합된 경량형 디스크 브레이크.
  8. 제 1 항에 있어서, 상판(10) 및 하판(11)은,
    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 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 삼중 접합된 경량형 디스크 브레이크.
KR1020120154525A 2012-12-27 2012-12-27 삼중 접합된 경량형 디스크 브레이크 KR101439141B1 (ko)

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JPS5213288U (ko) * 1975-07-11 1977-01-29
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KR20010082476A (ko) * 2000-10-12 2001-08-30 송문구 분리형 브레이크 디스크

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