KR101451143B1

KR101451143B1 - 이종 재질을 이용한 경량형 디스크 브레이크

Info

Publication number: KR101451143B1
Application number: KR1020120154519A
Authority: KR
Inventors: 한재민; 이재영; 김성진; 김윤철
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2014-10-15
Also published as: KR20140084734A

Abstract

본 발명은 자동차의 디스크 브레이크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 회주철 또는 스테인레스강 소재로 이루어진 상판 및 하판; 탄소강 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어지되 상기 상판과 하판 사이에 부착되는 외주면과, 자동차의 허브에 장착되는 장착면을 이루는 중앙면과, 상기 외주면과 중앙면을 연결하는 연결면을 가진 햇트부; 상기 외주면의 상하면과 상판 및 하판을 상호 부착시키는 접착층; 을 포함하여 구성되고, 상기 외주면과 연결면이 단일한 조를 이루며 상기 외주면과 연결면의 단일조가 상기 중앙면에서 방사상으로 다수개 형성되는 것을 특징으로 하는 이종 재질을 이용한 경량형 디스크 브레이크에 관한 것이다.

Description

이종 재질을 이용한 경량형 디스크 브레이크{Light type disk brake using the different materials}

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 이종 재질을 이용한 경량형 브레이크 디스크의 구성은, 회주철 또는 스테인레스강 소재로 이루어진 상판 및 하판; 탄소강 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어지되 상기 상판과 하판 사이에 부착되는 외주면과, 자동차의 허브에 장착되는 장착면을 이루는 중앙면과, 상기 외주면과 중앙면을 연결하는 연결면을 가진 햇트부; 상기 외주면의 상하면과 상판 및 하판을 상호 부착시키는 접착층; 을 포함하여 구성되고, 상기 외주면과 연결면이 단일한 조를 이루며 상기 외주면과 연결면의 단일조가 상기 중앙면에서 방사상으로 다수개 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명 이종 재질을 이용한 경량형 브레이크 디스크는, 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 브레이크 디스크들이 접착층으로 인하여 상호 강하게 결합되면서 나아가 클립에 의하여 결착되므로 자동차의 최대 제동 토크에 부응할 수 있는 브레이크 디스크의 강도를 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 열변형 측면에서 종래 회주철로 이루어진 단일한 재질의 브레이크 디스크와 비교하여 내열성이 우수한 효과가 있다.

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 단면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 이종 재질을 이용한 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 햇트(HAT)부(20)가 결합된다. 상기 햇트부(20)는 상기 상판(10)과 하판(11)을 자동차의 허브(미도시)에 장착시키는 부분으로서, 도 3 의 분해사시도 및 도 4 의 A-A' 부 단면에 도시된 바와 같이, 상기 상판(10)과 하판(11) 사이에 부착되는 외주면(21)과, 자동차의 허브에 장착되는 장착면을 이루는 중앙면(22)과, 상기 외주면(21)과 중앙면(22)을 연결하는 연결면(23)을 포함한다.

본 발명에 의한 상기 햇트부(20)는 탄소강 또는 알루미늄 합금 소재인 것이 바람직하다.

상기 연결면(23)은 상기 외주면(21)으로부터 중앙면(22) 사이에서 경사지게 연결되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 탄소강 소재이고 두께가 5-10 mm 이며, 상기 외주면(21)과 연결면(23)이 단일한 조를 이루며, 상기 외주면(21)과 연결면(23)의 단일한 조가 상기 중앙면(22)에서 방사상으로 다수개 형성되되 이러한 단일조가 20-30 개가 형성된다.

또한, 상기 외주면(21)의 상하면과 상판(10) 및 하판(11)과의 상호 부착은 접착제를 이용하여 이루어지며 이에 따라서 외주면(21)의 상하면과 상판(10) 및 하판(11)과의 사이에 접착층(30)이 형성된다.

또한, 상기 햇트부(20)와 상판(10) 및 하판(11)과의 보다 공고한 결합을 위하여 상기 상판(10)의 상면과 하판(11)의 하면에 걸려지는 걸고리(41a,41b)를 형성하여 상판(10), 하판(11) 및 외주면(21)을 강하게 결합시키는 적어도 하나의 클립부(40)가 결착된다.

상기 클립부(40)는 필요에 따라서 4-8 개 정도가 부설되는 것이 바람직하며, 보다 강한 결합력이 필요한 경우에는 상기 상판(10)과 하판(11) 및 외주면(21)을 관통하는 볼트와 이에 결합되는 너트에 의하여 결합력을 보다 강하게 할 수 있다.

이때, 도 5 의 B-B' 선 단면도와 같이, 햇트부(20)의 외주면(21)이 상판(10)과 하판(11)에 결합되되, 도 6 의 햇트부(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 외주면(21)을 결합하는 것이 바람직하다.

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 햇트부(20)는 판재를 펀칭한 후 프레스 가공하여 제조하며, 상기 접착층을 이루는 접착제는 고온에도 높은 강도를 유지하며, 장시간 동안 큰 하중을 견딜 수 있는 구조용 접착제인 것이 좋다.

바람직하게는, 상기 접착층(30)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.

햇트부(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(20)의 또 다른 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 햇트부(20)의 바람직한 조성을 나타낸 표로서, 상기 표에서 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 햇트부(20)는 탄소강으로 이루어질 경우 표 2 에 나타난 조성으로 이루어지며, 알루미늄 합금 소재로 이루어질 경우 표 3 에 나타난 조성으로 이루어지는 것이 바람직하다.

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 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; 햇트(HAT)부
21; 외주면
22; 중앙면
23; 연결면
30; 접착층
40; 클립부
41a,41b; 걸고리

Claims

자동차의 브레이크 디스크에 있어서,
회주철 또는 스테인레스강 소재로 이루어진 상판(10) 및 하판(11);
탄소강 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어지되 상기 상판(10)과 하판(11) 사이에 부착되는 외주면(21)과, 자동차의 허브에 장착되는 장착면을 이루는 중앙면(22)과, 상기 외주면(21)과 중앙면(22)을 연결하는 연결면(23)을 가진 햇트부(20);
상기 외주면(21)의 상하면과 상판(10) 및 하판(11)을 상호 부착시키는 접착층(30); 을 포함하여 구성되고,
상기 외주면(21)과 연결면(23)이 단일한 조를 이루며, 상기 외주면(21)과 연결면(23)의 단일조가 상기 중앙면(22)에서 방사상으로 다수개 형성되고,
상기 상판(10)의 하면에 오목한 요면(10a)과 볼록한 철면(10b)을 형성하고, 상기 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 외주면(21)이 결합되고,
상기 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 소재이고,
상기 햇트부(20)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 소재인 것을 특징으로 하는 이종 재질을 이용한 경량형 디스크 브레이크.
자동차의 브레이크 디스크에 있어서,
회주철 또는 스테인레스강 소재로 이루어진 상판(10) 및 하판(11);
탄소강 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어지되 상기 상판(10)과 하판(11) 사이에 부착되는 외주면(21)과, 자동차의 허브에 장착되는 장착면을 이루는 중앙면(22)과, 상기 외주면(21)과 중앙면(22)을 연결하는 연결면(23)을 가진 햇트부(20);
상기 외주면(21)의 상하면과 상판(10) 및 하판(11)을 상호 부착시키는 접착층(30); 을 포함하여 구성되고,
상기 외주면(21)과 연결면(23)이 단일한 조를 이루며, 상기 외주면(21)과 연결면(23)의 단일조가 상기 중앙면(22)에서 방사상으로 다수개 형성되고,
상기 상판(10)의 하면에 오목한 요면(10a)과 볼록한 철면(10b)을 형성하고, 상기 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 외주면(21)이 결합되고,
상기 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 소재이고,
상기 햇트부(20)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 이종 재질을 이용한 경량형 디스크 브레이크.
자동차의 브레이크 디스크에 있어서,
회주철 또는 스테인레스강 소재로 이루어진 상판(10) 및 하판(11);
탄소강 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어지되 상기 상판(10)과 하판(11) 사이에 부착되는 외주면(21)과, 자동차의 허브에 장착되는 장착면을 이루는 중앙면(22)과, 상기 외주면(21)과 중앙면(22)을 연결하는 연결면(23)을 가진 햇트부(20);
상기 외주면(21)의 상하면과 상판(10) 및 하판(11)을 상호 부착시키는 접착층(30); 을 포함하여 구성되고,
상기 외주면(21)과 연결면(23)이 단일한 조를 이루며, 상기 외주면(21)과 연결면(23)의 단일조가 상기 중앙면(22)에서 방사상으로 다수개 형성되고,
상기 상판(10)의 하면에 오목한 요면(10a)과 볼록한 철면(10b)을 형성하고, 상기 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 외주면(21)이 결합되고,
상기 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 소재이고,
상기 햇트부(20)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 소재인 것을 특징으로 하는 이종 재질을 이용한 경량형 디스크 브레이크.
자동차의 브레이크 디스크에 있어서,
회주철 또는 스테인레스강 소재로 이루어진 상판(10) 및 하판(11);
탄소강 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어지되 상기 상판(10)과 하판(11) 사이에 부착되는 외주면(21)과, 자동차의 허브에 장착되는 장착면을 이루는 중앙면(22)과, 상기 외주면(21)과 중앙면(22)을 연결하는 연결면(23)을 가진 햇트부(20);
상기 외주면(21)의 상하면과 상판(10) 및 하판(11)을 상호 부착시키는 접착층(30); 을 포함하여 구성되고,
상기 외주면(21)과 연결면(23)이 단일한 조를 이루며, 상기 외주면(21)과 연결면(23)의 단일조가 상기 중앙면(22)에서 방사상으로 다수개 형성되고,
상기 상판(10)의 하면에 오목한 요면(10a)과 볼록한 철면(10b)을 형성하고, 상기 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 외주면(21)이 결합되고,
상기 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 소재이고,
상기 햇트부(20)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 이종 재질을 이용한 경량형 디스크 브레이크.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
상기 상판(10)의 상면과 하판(11)의 하면에 걸려지는 걸고리(41a,41b)를 형성하여 상판(10), 하판(11) 및 외주면(21)을 강하게 결합시키는 적어도 하나의 클립부(40)가 결착되는 것을 특징으로 하는 이종 재질을 이용한 경량형 디스크 브레이크.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
상기 상판(10)과 하판(11) 및 외주면(21)과의 결합이 이들을 관통하는 볼트와 너트에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이종 재질을 이용한 경량형 디스크 브레이크.