KR101499125B1 - 이종 금속 브레이크 디스크 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이종 금속 브레이크 디스크 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 제동시 브레이크 패드가 밀착되는 링(10)과 차축에 결합되는 허브(20)가 각기 다른 금속 소재로 성형되고 이들 사이가 소정 간격 이격된 상태로 주조되어 열 응력을 감소시킴과 동시에 경량화를 도모할 수 있도록 한 것인바, 외곽에 방사상으로 돌출부(22)가 형성된 허브(20)를 구상흑연주철로 주조하는 단계(S10); 주조된 허브(20) 외곽의 방사상 돌출부(22)에 도형제를 도포하는 단계(S20); 돌출부(22)에 도형제가 도포된 허브(20)와 중자 형을 이용하여 링과 일체로 성형하기 위한 중자를 완성하고, 이를 주형 내부에 안착시킨 후 주형 내부에 회주철 용융액을 주입하여 링(10)을 주조하되 링의 삽입부(12)가 도형제에 의해 상기 허브(20) 외곽의 돌출부(22)와 융착되지 않고 일정 간격 이격된 상태로 일체로 성형되는 단계(S30);를 포함하여 이루어진다.

Description

이종 금속 브레이크 디스크 및 이의 제조방법 {Brake disc using different metals and manufacturing methods the same}
본 발명은 자동차의 제동장치에 사용되는 브레이크 디스크에 관한 것으로, 상세히는 제동시 브레이크 패드가 밀착되는 링과 차축에 결합되는 허브가 각기 다른 금속 소재로 성형되고, 이들 사이가 소정 간격 이격된 상태로 일체가 되도록 주조되어 제동시 발생하는 열 응력을 감소시킴과 동시에 브레이크 디스크의 경량화를 도모할 수 있도록 한 이종 금속 브레이크 디스크 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
자동차에서 안전을 우선으로 한다면, 제동장치는 주행장치보다 중요하다고 볼 수 있을 만큼 필수적이면서도 핵심적인 장치인데, 이러한 제동장치에서 사용되는 브레이크 드럼과 브레이크 디스크는 마찰부재인 브레이크 패드와의 마찰을 통해 발생하는 마찰력을 이용하여 차량의 운동에너지를 열에너지로 방출함으로써 차량의 제동을 수행하게 된다.
이 중에서 본 발명과 관련된 브레이크 디스크는 브레이크 드럼에 비해 방열성이 우수하고 잦은 브레이크 작동에도 페이드 현상이나 베이퍼 록 현상이 적어 제동력이 우수하고, 부피도 작고 경량이라는 장점이 있어서 상당수의 자동차에서 대부분 브레이크 디스크 방식의 제동장치를 채택하고 있다.
이러한 브레이크 디스크는 브레이크 드럼에 비해서는 경량이지만 자동차의 연비향상을 위하여는 브레이크 디스크의 성능향상과 더불어 경량화를 위한 기술 개발을 여전히 필요로 하고 있다.
한편, 브레이크 디스크는 제동시 마찰면에 발생하는 높은 마찰열에 의해 마찰부위에 국부적인 열팽창 또는 열변형이 발생하는 것은 물론, 허브를 통해 열이 차축으로 전달되어 차축을 지지하고 있는 베어링의 윤활유에 지속적이고 반복적인 열이 인가됨으로써 윤활유의 성능이 저하됨으로써 결과적으로 베어링의 내구성을 떨어뜨리게 되는 요인이 되기도 한다.
[특허문헌 1] 및 [특허문헌 2]에는 주조접합공정을 통하여 마찰부(링)와 허브를 결합하되 마찰부와 허브의 결합부분을 특정 형상으로 성형함으로써 내구성이 우수한 브레이크 디스크를 제시하고 있다.
[특허문헌 3] 및 [특허문헌 4]에도 이종재질의 일체형 브레이크 디스크에 대한 기술이 제시되어 있는데, 이는 링과 허브를 이종 재질로 주조하고 리벳을 이용하여 일체로 결합시키는 구조로 이루어져 있다.
한편, [특허문헌 5]에는 디스크 브레이크를 위한 브레이크 디스크가 제시되어 있는데, 이는 링과 허브를 방사상 연결부재를 사용하여 링이 방사상으로 유동가능하게 결합시킨 구조로 이루어져 있다.
등록특허 제10-1355613호(2014.01.20. 등록) 발명의 명칭: 브레이크 디스크 공개특허 제10-2013-0017376호(2013.02.20. 공개) 발명의 명칭: 이종재질의 브레이크 디스크 및 그 제조방법 공개특허 제10-2013-0019127호(2013.02.26. 공개) 발명의 명칭: 이종재질 브레이크 디스크 공개특허 제10-2012-0128751호(2012.11.28. 공개) 발명의 명칭: 이종재질의 브레이크 디스크 국제공개 WO 2010/063831 A1(2010.06.10. 공개) 발명의 명칭: 디스크 브레이크를 위한 브레이크 디스크
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 브레이크 디스크를 구성하는 외곽의 링과 내측의 허브를 각기 이종 소재의 금속으로 주조하되 이들 링과 허브 사이의 결합을 위한 별도의 리벳이나 연결부재 등을 사용하지 않고도 링과 허브가 일체로 결합되도록 하며, 이의 결합구조를 개선하여 링에서 허브로의 과도한 열전달을 차단할 수 있는 브레이크 디스크 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 외곽에 방사상으로 돌출부가 형성된 허브를 구상흑연주철로 주조하는 단계; 주조된 허브 외곽의 방사상 돌출부에 도형제를 도포하는 단계; 돌출부에 도형제가 도포된 허브와 중자 형을 이용하여 링과 일체로 성형하기 위한 중자를 완성하고, 이 중자를 링을 주조하기 위한 주형 내부에 안착시킨 상태에서 주형 내부에 회주철 용융액을 주입하여 링을 주조하되 링의 삽입부가 도형제에 의해 상기 허브 외곽의 돌출부와 융착되지 않고 일정 간격 이격된 상태로 일체로 성형되는 단계; 를 포함하는 이종 금속 브레이크 디스크의 주조방법을 제공한다.
본 발명은 또, 상술한 주조방법에 의해 주조된 이종 금속 브레이크 디스크를 제공하는바, 이는 전,후면에 브레이크 패드와 밀착되는 마찰면이 형성되고, 내측에는 중공부가 형성되며, 상기 중공부에는 방사상으로 복수의 삽입부가 형성되고, 상기 전,후의 마찰면 사이는 소정 간격 이격된 에어 덕트가 형성된 링과; 상기 링의 삽입부에 끼움결합되는 돌출부가 외곽에 방사상으로 형성된 허브; 를 포함하여 이루어지며, 상기 돌출부는 삽입부와 소정 간격 이격된 상태로 끼움결합된 이종 금속 브레이크 디스크를 제공한다.
본 발명에 의한 브레이크 디스크는 종래의 일체형 브레이크 디스크에 비해 이종재질의 사용 및 허브 부분의 길이 단축을 통하여 경량화를 도모할 수 있으므로 자동차의 연비향상에 일조할 수 있고, 브레이크 디스크의 허브와 링 사이의 이격 간격으로 인해 뒤틀림 현상 즉, 미소 변형을 방지할 수 있으며, 브레이크 디스크의 국부적인 열변형 현상을 감소할 수 있고, 제동시 발생하는 열이 브레이크 디스크에서 차축으로 전달되는 것을 효과적으로 차단하여 베어링의 열화 방지 및 충진제(그리스)의 성질변화를 감소시킬 수 있는 등의 유용한 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 의한 브레이크 디스크의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 브레이크 디스크의 주조과정에서 링과 허브의 결합상태를 도시한 평단면도,
도 3은 도 2의 A - A선 단면도로, 허브에 볼트 구멍이 가공된 후의 상태를 도시한 것이다.
이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 3에는 본 발명의 제1실시 예에 의한 브레이크 디스크가 도시되어 있는데, 본 실시 예에 의한 브레이크 디스크(1)는 링(10)과 허브(20)로 이루어져 있으며, 상기 링(10)과 허브(20)는 별도의 연결부재 없이 링(10)의 내측에 방사상으로 형성된 복수의 삽입부(12)와 허브(20)의 외측에 방사상으로 형성된 복수의 돌출부(22) 간의 요철결합에 의해 일체를 이루도록 되어 있다.
상기 링(10)은 회주철에 의해 성형되는데, 이는 전,후면에 브레이크 패드와 밀착되는 마찰면(11)이 형성되어 있고, 내측은 허브(20)가 위치하도록 중공부(13)가 형성되어 있으며, 전,후의 마찰면(11) 사이는 소정 간격 이격된 에어 덕트(14)가 형성되어 있어 제동시 발생한 마찰열이 외부로 방출될 수 있도록 되어 있다.
도면 중 부호 15는 상기 에어 덕트(14)를 형성하기 위하여 상기 전,후 마찰면(11) 사이에 연결되는 연결 리브이다.
상기 허브(20)는 구상흑연주철에 의해 성형되는데, 이는 외곽에 상기 링(10)의 중공부(13)에 방사상으로 형성된 삽입부(12)에 대응되는 위치에 방사상으로 돌출부(22)가 형성되어 있으며, 내측에는 후가공에 의해 차축에 결합될 수 있도록 볼트 구멍(24)이 형성된다.
상기 돌출부(22)는 링(10)과의 결합을 위한 부분으로, 열 방출을 위하여 돌출형으로 형성되어 있으며, 주조시 돌출부(22)를 중자로 하여 링(10)을 형성함으로써 링(10)의 삽입부(12)에 결합상태를 이루게 된다.
본 발명에서 상기 링(10)과 허브(20) 간의 결합은 삽입부(12)와 돌출부(22) 간의 요철결합에 의해 일체로 결합된 상태를 유지하나, 실제로 상기 삽입부(12)와 돌출부(22)는 밀착상태로 결합되지 않고 돌출부(22)의 측면과 선단면이 삽입부(12)의 측면과 내면에 대하여 0.1mm정도 이격된 상태를 유지함으로써 링에서 허브로의 열전달을 효과적으로 차단하여 베어링의 열화를 방지할 수 있음은 물론, 이격된 틈을 통해 열 방출이 효과적으로 이루어지게 되며, 제동에 의한 마찰열로 링(10)의 열팽창이 발생하더라도 이 열팽창이 허브(20)에는 영향을 미치지 않으므로 브레이크 디스크(1)의 열변형이나 비틀림으로 인한 제동성능 저하 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 실시 예에 의한 브레이크 디스크의 제조방법에 대하여 설명하면 아래와 같다.
먼저, 브레이크 디스크(1)의 내부를 형성하는 허브(20)를 주조하는데, 이는 구상흑연 주철로 외곽에 방사상으로 돌출부(22)가 형성된 허브를 주조하는 단계(S10);
위와 같이 주조된 허브(20) 외곽의 방사상 돌출부(22)에 일정량의 도형제를 붓으로 도포하거나 분사기에 의해 스프레이 하거나 또는 소정 용기에 도형제를 넣고 이 용기에 돌출부(22)를 담가 도포한 후, 건조하는 단계(S20);
돌출부(22)에 도형제가 도포된 허브(20)와 중자 형을 이용하여 링과 일체로 성형하기 위한 중자를 완성하고, 이 중자를 링을 주조하기 위한 주형 내부에 안착시킨 상태에서 주형 내부에 회주철 용융액을 주입하여 링(10)을 주조하되 링의 삽입부(12)가 도형제에 의해 상기 허브(20) 외곽의 돌출부(22)와 융착되지 않고 일정 간격 이격된 상태로 일체로 성형되는 단계(S30)를 포함하여 이루어져 있다.
상기 단계(S10)에 대하여 설명하면, 허브(20)를 주조하기 위해 중자 형을 제외한 금형(상,하형)을 준비하고, 여기에 주물사를 충진하여 용융액을 주입하기 위한 주형 작업을 한다. 이후에 지정된 재질성분(구상흑연주철)을 충족하는 용융액을 준비하여 주형에 주입하여 허브(20)를 주조한 후, 주조한 돌출부(22)에 형성된 주조 경계부에 대해 사상작업을 하여 허브(20)의 주조를 마무리한다.
상기 단계(S20)는 주조된 허브(20)의 돌출부(22)에 붓을 사용하여 도형제를 도포하거나 스프레이 또는 도형제를 소정 용기에 담근 상태에서 돌출부(22)를 도형제에 침적시켜 도포 되도록 한 후 건져서 건조한다.
상기 단계(S30)는 돌출부(22)에 도형제가 도포된 허브(20)와 중자 형을 이용하여 링과 일체로 성형하기 위한 중자를 완성하고, 이 중자를 링을 주조하기 위한 주형 내부에 안착시킨 후 지정된 재질성분(회주철)을 충족하는 용융액을 준비하여 주형에 주입하여 링을 주조하면 된다.
상기 단계(S30)를 좀 더 구체적으로 설명하면, 링(10)과 허브(20)를 일체로 성형하기 위해 금형(상,하형)을 준비하고, 여기에 각각 주물사를 충진하여 용융액을 주입하기 위한 상,하로 분리된 주형을 만든다. 상기 주형은 일종의 겉틀(외형)을 형성한다. 그 후, 돌출부(22)에 도형제가 도포된 허브(20)를 이용하여 중자를 조형하는데, 이때, 중자는 중공부(13), 에어 덕트(14) 및 연결리브(15)를 형성하기 위한 중자로, 별도의 중자형에 먼저 제작한 허브(20)를 끼우고, 주물사를 충진하면 중자가 완성된다.
이렇게 조형된 중자(허브와 주물사(중공부, 에어덕트 및 연결리브를 형성하기 위한 부분)가 함께 결합된 상태)를 앞서 작업된 주형에 삽입하고 합형(상,하 주형을 결합)한 후, 지정된 재질성분(회주철)을 충족하는 용융액을 준비하여 주형에 주입하여 링을 주조하면 된다.
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한편, 상기 단계(S30)를 거쳐 제작된 브레이크 디스크(1)는 허브(20) 부분에 차축에의 결합을 위한 볼트 구멍을 형성하기 위한 드릴작업 및 거친 표면의 연마 등을 위한 연삭 작업을 포함하는 후 가공 단계(S40)를 거쳐 최종 제품으로 완성된다.
이상에서와 같이 본 발명에 의한 브레이크 디스크는 각기 다른 재질의 금속으로 이루어진 링과 허브 사이를 별도의 연결부재를 사용하지 않고 링과 허브에 형성된 삽입부와 돌출부가 요철결합될 때, 서로 밀착되지 않고 소정의 간격을 두고 방사상으로 결합되므로 링과 허브 사이의 이격 간격으로 인해 제동시 열의 방출이 원활해지고, 변형이나 뒤틀림이 감소하여 자동차의 제동성능 향상은 물론 주행안정성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
1 : 브레이크 디스크
10 : 링
11 : 마찰면
12 : 삽입부
13 : 중공부
14 : 에어 덕트
15 : 연결리브
20 : 허브
22 : 돌출부
24 : 볼트 구멍

Claims (4)

  1. 외곽에 방사상으로 돌출부(22)가 형성된 허브(20)를 구상흑연주철로 주조하는 단계(S10);
    주조된 허브(20) 외곽의 방사상 돌출부(22)에 도형제를 도포하는 단계(S20);
    돌출부(22)에 도형제가 도포된 허브(20)와 중자 형을 이용하여 링과 일체로 성형하기 위한 중자를 완성하고, 이 중자를 주형 내부에 안착시킨 후, 주형 내부에 회주철 용융액을 주입하여 링(10)을 주조하되 링의 삽입부(12)가 도형제에 의해 상기 허브(20) 외곽의 돌출부(22)와 융착되지 않고 일정 간격 이격된 상태로 일체로 성형되는 단계(S30); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 금속 브레이크 디스크의 제조방법.
  2. 청구항 1의 주조방법에 의해 주조된 이종 금속 브레이크 디스크.
  3. 전,후면에 브레이크 패드와 밀착되는 마찰면(11)이 형성되고, 내측에는 중공부(13)가 형성되며, 상기 중공부(13)에는 방사상으로 복수의 삽입부(12)가 형성되고, 상기 전,후의 마찰면(11) 사이는 소정 간격 이격된 에어 덕트(14)가 형성된 링(10)과; 상기 링(10)의 삽입부(12)에 끼움결합되는 돌출부(22)가 외곽에 방사상으로 형성된 허브(20); 를 포함하여 이루어지며, 상기 돌출부(22)는 삽입부(12)와 소정 간격 이격된 상태로 끼움결합된 것을 특징으로 하는 이종 금속 브레이크 디스크.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 링(10)은 회주철로 이루어지고, 상기 허브(20)는 구상흑연주철로 이루어진 것을 특징으로 하는 이종 금속 브레이크 디스크.
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