KR101509548B1 - 브레이크 디스크의 진동 및 소음 저감 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 브레이크 디스크의 진동 및 소음 저감 장치에 관한 것으로, 차량에 설치되는 브레이크 장치의 브레이크 디스크 표면에 접촉되는 금속재질의 회전식 접촉부재와, 상기 회전식 접촉부재를 회전이 자유롭게 지지하는 지지수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 제동 시 발생하는 브레이크 디스크의 진동을 억제하여 진동으로부터 발생하는 소음을 효율적으로 저감할 수 있고, 브레이크 디스크와 브레이크 패드 및 캘리퍼의 구조에 관계없이 쉽게 적용 가능하고, 제동시에 진동 및 소음을 효율적으로 저감시킴에 따라 승차감 및 쾌적성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

브레이크 디스크의 진동 및 소음 저감 장치 {Noise and vibration reduction device for brake discs}

본 발명은 브레이크 디스크의 진동 및 소음 저감 장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 자동차나 철도차량 등과 같은 차량에 장착되는 브레이크 장치의 제동시에 발생하는 진동과 소음을 저감하여 승차감 및 쾌적성을 향상시키는 브레이크 디스크의 진동 및 소음 저감 장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차나 철도차량의 기계식 브레이크 장치는 자동차나 철도차량의 주행 시 제동력을 발생시키는 장치이다.

자동차나 철도차량과 같은 교통수단에 적용되는 기계식 브레이크 장치의 일 예가 도 1에 도시된다. 이에 의하면 기계식 브레이크 장치(1)는 브레이크 디스크(10), 브레이크 패드(20), 캘리퍼(표시하지 않음) 등으로 구성된다.

이와 같은 브레이크 디스크(10)는 일반적으로 주철, 단조강, 탄소 복합재 등으로 제작되며 차축에 장착되어 차축과 함께 회전하고, 브레이크 패드(20)는 마찰재, 마찰재를 부착하는 지지판, 브레이크 캘리퍼에 장착하기 위한 브라켓, 기타 진동이나 소음을 저감하기 위해 지지판에 부착하는 흡음재, 제진재 등으로 구성된다.

브레이크 체결 지령이 주어지면 브레이크 디스크(10)의 양 측면에서 공압 혹은 유압으로 작동하는 브레이크 실린더가 브레이크 패드(20)를 브레이크 디스크(10)의 측면으로 눌러 브레이크 디스크(10) 표면과 마찰재의 표면이 미끄럼마찰을 일으키며 차량의 운동에너지를 열에너지로 소진시켜 차량을 정지시킨다.

그런데, 브레이크 디스크(10)와 마찰재 사이에서 미끄럼 마찰이 발생하게 되어 브레이크 디스크(10)와 브레이크 패드(20)에 진동과 소음을 유발한다.

이때, 브레이크 디스크(10)와 브레이크 패드(20)에서 발생하는 소음 중 높은 주파수의 끼익-끼익 하는 스킬 소음은 승객과 운전자에게 매우 심한 불쾌감을 주어 스킬 소음이 발생하지 않는 제동장치가 요구되고 있다.

이와 같은 스킬 소음을 저감하는 방법으로는 US Patent No. US005099962A, US 20030213658A1, US006283258B1, US005842546A 등에서 제안된 바와 같이 주로 브레이크 패드의 구조를 개선하거나 패드에 제진재를 부착하는 방법이 주로 사용되고 있지만, US Patent No. 005417313A에서 제안된 바와 같은 몇몇 다른 사례에서는 브레이크 디스크에 홈을 가공하거나 냉각핀의 형상 등 구조변경을 통하여 소음을 저감하려는 시도를 하고 있다.

그런데, 이와 같은 종래의 소음 저감 방법은 브레이크 디스크(10)에서 발생하는 진동 자체를 줄이기보다는 발생한 진동을 제진재의 댐핑 기능을 이용하여 발생한 진동이 빨리 사그라지게 하는 방법으로 진동과 소음을 억제하는데 한계가 있다.

특히, 철도차량, 항공기 등과 같이 하나의 브레이크 디스크(10)가 제동 시 흡수해야 하는 에너지가 방대한 경우에는 기존의 방법으로 브레이크 장치(1)의 소음을 줄이는 데는 한계가 있다. 그리고 브레이크 디스크(10)에 구멍을 뚫거나 구조를 변경하는 방법은 브레이크 디스크(10)에 응력집중을 일으켜 구조적으로 취약하게 만들어 현실적으로 적용하기가 어려운 문제가 있다.

참고문헌 1 : US Patent No. US005099962A 참고문헌 2 : US006283258B1 참고문헌 3 : US005842546A 참고문헌 4 : US Patent No. 005417313A

따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 자동차나 철도차량 등에 장착되는 브레이크 장치의 제동시에 발생하는 진동과 소음을 저감하는 브레이크 디스크의 진동 및 소음 저감 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 브레이크 장치의 진동 및 소음을 효율적으로 저감하여 승차감 및 쾌적성을 향상시킬 수 있는 브레이크 디스크의 진동 및 소음 저감 장치를 제공하는데에도 그 목적이 있다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
차량에 설치되는 브레이크 장치의 브레이크 디스크 표면에 접촉되는 복수 개의 금속 볼과, 상기 금속 볼이 안착될 수 있는 볼안착공이 형성되는 전면판과, 상기 전면판의 후면에 밀착되어 상기 금속 볼이 전면판의 후방으로 이탈되는 것을 방지하는 후면판으로 이루어져 상기 금속 볼을 회전이 자유롭게 지지하는 지지수단으로 구성되되, 상기 후면판의 전면에는 상기 금속 볼이 부분적으로 안착될 수 있는 볼안착홈이 형성되고, 상기 지지수단은 제동이 이루어지는 시점으로부터 설정시간이 경과하거나, 차량의 주행속도가 설정속도 이하가 되는 경우 브레이크 디스크의 표면으로 근접하여 상기 금속 볼이 상기 브레이크 디스크 표면으로 접촉하도록 하는 것을 특징으로 한다.

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또한, 본 발명은 차량에 설치되는 브레이크 장치의 브레이크 디스크 표면에 접촉되는 복수 개의 금속 롤러와, 상기 금속 롤러가 안착될 수 있는 볼안착공이 형성되는 전면판과, 상기 전면판의 후면에 밀착되어 상기 금속 롤러가 전면판의 후방으로 이탈되는 것을 방지하는 후면판으로 이루어져 상기 금속 롤러를 회전이 자유롭게 지지하는 지지수단으로 구성되되, 상기 후면판의 전면에는 상기 금속 롤러가 부분적으로 안착될 수 있는 볼안착홈이 형성되고, 상기 금속 롤러는 그 회전중심축이 브레이크 디스크의 중심을 향하도록 설치되며, 상기 지지수단은 제동이 이루어지는 시점으로부터 설정시간이 경과하거나, 차량의 주행속도가 설정속도 이하가 되는 경우 브레이크 디스크의 표면으로 근접하여 상기 금속 롤러가 상기 브레이크 디스크 표면으로 접촉하도록 하는 것을 특징으로 한다.

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또한, 상기 전면판과 후면판은 체결용 볼트에 의해 일체로 조립된 것을 특징으로 한다.

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또한, 상기 볼안착공은 상기 금속 볼의 일부는 상기 전면판의 전방으로 노출되도록 상기 전면판을 관통 형성되되 상기 금속 볼이 이탈되는 것을 방지하기 위해 전면판의 후면에서 전면방향으로 직경이 감소되는 경사지는 깔대기 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 따르면, 제동 시 발생하는 브레이크 디스크의 진동을 억제하여 진동으로부터 발생하는 소음을 효율적으로 저감할 수 있고, 브레이크 디스크와 브레이크 패드 및 캘리퍼의 구조에 관계없이 쉽게 적용 가능한 이점이 있다.

아울러, 본 발명에 따르면 제동시에 진동 및 소음을 효율적으로 저감시킴에 따라 승차감 및 쾌적성을 향상시키는 효과도 있다.

도 1은 종래 브레이크 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 브레이크 디스크의 진동 및 소음 저감 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 A-A'선을 절단한 상태에서 후면부를 도시한 부분 사시도이다.
도 4는 도 2의 A-A'선을 절단한 상태에서 전면부를 도시한 부분 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 브레이크 디스크의 진동 및 소음 저감 장치의 상세 단면도이다.

본 발명에 따른 브레이크 디스크의 진동 및 소음 저감 장치를 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

이에 앞서, 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 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2 내지 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 브레이크 디스크의 진동 및 소음 저감 장치(100)는 차량의 제동을 위해 설치되는 브레이크 디스크(10), 브레이크 패드(20), 캘리퍼(표시하지 않음) 등으로 구성되는 통상의 브레이크 장치(1)에 장착되며, 상기 브레이크 장치(1)의 작동에 따라 발생하는 진동과 소음을 저감시킨다.

이때, 브레이크 장치(1)는 통상 제동 지령에 따라 브레이크 실린더가 작동되어 브레이크 패드(20)가 브레이크 디스크(10)의 측면을 가압하면 브레이크 디스크(10) 표면과 마찰재의 표면이 미끄럼 마찰을 일으키며 차량의 운동에너지를 열에너지로 소진시켜 차량을 정지시킨다.

이와 같은 브레이크 장치(1)에 장착되는 본 발명에 따른 진동 및 소음 저감 장치(100)는 지령에 따라 작동되어 브레이크 장치(1)의 브레이크 디스크(10) 표면에 접촉되는 금속재질의 회전식 접촉부재(110)와, 상기 회전식 접촉부재(110)를 회전이 자유롭게 지지하며 지령에 따라 상기 브레이크 디스크(10) 표면으로 근접하여 상기 회전식 접촉부재(110)가 상기 브레이크 디스크(10) 표면으로 접촉하도록 하는 지지수단(120)으로 구성된다.

이하, 본 발명의 각부 구성을 구체적으로 설명한다.

먼저 상기 회전식 접촉부재(110)는 볼베어링의 원리를 채용하기 위해 금속 볼(112)로 이루어진다.

이 경우 금속재질의 볼(112)은 브레이크 장치(1)의 구동으로 인한 스킬 소음이 고속영역보다는 저속영역에서 주로 발생하므로 이를 흡수하는 역할을 수행한다.

이와 같은 회전식 접촉부재(110)인 금속 볼(112)은 복수가 지지수단(120)에 배치된다. 이때, 상기 금속재질의 볼(112)은 차량에 따라 다양한 크기를 갖는 것을 사용할 수 있다.

아울러 상기 회전식 접촉부재(110)인 금속 볼(112)은 예를 들어 브레이크 디스크(10)의 반경 반향으로 3개씩 총 9개를 배치하여 충분한 하중을 지탱하고 진동을 억제할 수 있도록 배열할 수 있지만, 그 금속 볼(112)의 개수와 위치는 임의로 변경이 가능하다.

물론, 상기 회전식 접촉부재(110)는 금속 볼(112) 이외에도 롤러베어링의 원리를 채용하기 위해 금속 롤러(미도시됨)로 이루어질 수 있다. 이 경우 금속 롤러의 회전중심축은 브레이크 디스크(10)의 중심으로 회전중심축이 향하도록 설치하는 것이 디스크 표면과 접촉하여 회전할 때 저항을 덜 받아 부드럽게 회전할 수 있다.

한편, 회전식 접촉부재(110)를 지지하는 지지수단(120)은 브레이크 패드(20)와 유사한 형상으로 이루어지는 것으로, 캘리퍼 또는 이와 유사한 장치에 장착되지만 제어에 있어 통상의 브레이크 장치(1)와는 약간의 차이가 있을 수 있다.

이와 같은 지지수단(120)은 전면판(122)과 후면판(124)이 체결용 볼트(126)에 의해 일체로 조립된 상태로 이루어진다.

이때, 상기 전면판(122)에는 상기 회전식 접촉부재(110)인 금속 볼(112)이 안착될 수 있는 볼안착공(122a)이 형성된다. 물론, 상기 볼안착공(122a)은 상기 전면판(122)을 관통 형성되는 것으로 회전식 접촉부재(110)인 금속 볼(112)이 이탈되는 것을 방지하기 위해 전면판(122)의 후면에서 전면방향으로 직경이 감소되는 경사지는 깔대기 형상으로 이루어진다.

따라서, 금속 볼(112)의 일부는 상기 전면판(122)의 전방으로 노출되는 구조로 이루어진다.

아울러, 상기 후면판(124)은 상기 전면판(122)의 후면에 밀착되어 상기 금속 볼(112)이 전면판(122)의 후방으로 이탈되는 것을 방지하기 위한 것으로, 상기 후면판(124)의 전면에는 상기 금속 볼(112)이 부분적으로 안착될 수 있는 볼안착홈(124a)이 형성된다.

이 같은 구조에 의해 상기 전면판(122)과 후면판(124)이 체결용 볼트(126)에 의해 일체로 조립된 경우 금속 볼(112)이 전면판(122)의 볼안착공(122a)과 후면판(124)의 볼안착홈(124a) 사이에서 안정적으로 위치하게 된다.

또한, 상기 금속 볼(112)과 지지수단(120)인 전면판(122)과 후면판(124)은 네 곳에서 선 접촉이 일어나도록 하여 접촉면적을 최소화하면서도 금속 볼(112)은 큰 작용하중이 가해지더라도 지지수단(120)에 안정적으로 지지된다.

한편, 상기 진동 및 소음 저감 장치(100)는 진동 저감과 충격흡수 기능을 더욱 향상시켜 주기 위해 고무, 우레탄 등의 댐핑재 또는 제진재를 추가함이 바람직하다.

즉, 브레이크 디스크(10) 표면은 브레이크 패드(20)와의 마찰에 의해 표면이 거칠거나 요철이 발생할 수 있어 상기 회전식 접촉부재(110)인 금속 볼(112)과 브레이크 디스크(10) 표면의 접촉 시 어느 정도 충격이 발생할 수 있으므로 댐핑제나 제진재가 이러한 충격을 흡수할 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 5를 참고로 본 발명에 따른 브레이크 디스크의 진동 및 소음 저감 장치의 작동 예를 설명한다.

자동차나 철도차량 등과 같은 차량에 장착되는 브레이크 장치(1)는 제동 지령신호를 받는 즉시 작동을 하여 제동을 시작한다.

이때, 본 발명에 따른 진동 및 소음 저감 장치(100)도 진동 및 소음을 저감시키기 위해 브레이크 장치(1)의 제동 지령신호 후 설정시간이 경과하거나 또는 차량이 일정속도에 도달한 후에 작동할 수 있다.

예를 들어 제동 지령신호가 출력된 후 브레이크 패드(20)가 브레이크 디스크(10)에 밀착되며 제동이 이루어지며, 이와 같은 제동이 이루어지는 시점에서 3 ~ 5초의 설정시간이 경과하면 상기 진동 및 소음 저감 장치(100)를 작동시킬 수 있다. 물론, 설정시간이 아닌 차량의 주행속도가 설정속도 이하(예를 들어 20km/h)인 경우 상기 진동 및 소음 저감 장치(100)를 작동시킬 수도 있다.

이를 위해 차량의 종합적인 운전을 제어하는 차상제어기(미도시됨)는 제동 지령신호의 출력을 감시하여 진동 및 소음 저감 장치(100)의 구동을 위한 설정시간을 체크하거나 차량의 주행 속도를 감시하여 설정된 시간 또는 주행속도에 도달하면 진동 및 소음 저감 장치(100)를 작동시키게 된다.

그에 따라 지지수단(120)이 브레이크 디스크(10)에 근접하게 된다.

이때, 지지수단(120)의 전면판(122)에는 회전식 접촉부재(110)인 금속 볼(112)이 돌출되므로 상기 금속 볼(112)이 브레이크 디스크(10) 표면에 접촉되면서 브레이크 장치(1)의 구동으로 인해 발생하는 진동 및 소음을 흡수하게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 브레이크 장치 20: 브레이크 패드
10: 브레이크 디스크 100: 진동 및 소음 저감 장치
110: 회전식 접촉부재 112: 금속 볼
120: 지지수단 122: 전면판
122a: 볼안착공 124: 후면판
124a: 볼안착홈 126: 체결용 볼트

Claims (8)

1. 차량에 설치되는 브레이크 장치의 브레이크 디스크 표면에 접촉되는 복수 개의 금속 볼과,
   상기 금속 볼이 안착될 수 있는 볼안착공이 형성되는 전면판과, 상기 전면판의 후면에 밀착되어 상기 금속 볼이 전면판의 후방으로 이탈되는 것을 방지하는 후면판으로 이루어져 상기 금속 볼을 회전이 자유롭게 지지하는 지지수단으로 구성되되,
   상기 후면판의 전면에는 상기 금속 볼이 부분적으로 안착될 수 있는 볼안착홈이 형성되고,
   상기 지지수단은 제동이 이루어지는 시점으로부터 설정시간이 경과하거나, 차량의 주행속도가 설정속도 이하가 되는 경우 브레이크 디스크의 표면으로 근접하여 상기 금속 볼이 상기 브레이크 디스크 표면으로 접촉하도록 하는 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크의 진동 및 소음 저감 장치.
   
2. 차량에 설치되는 브레이크 장치의 브레이크 디스크 표면에 접촉되는 복수 개의 금속 롤러와,
   상기 금속 롤러가 안착될 수 있는 볼안착공이 형성되는 전면판과, 상기 전면판의 후면에 밀착되어 상기 금속 롤러가 전면판의 후방으로 이탈되는 것을 방지하는 후면판으로 이루어져 상기 금속 롤러를 회전이 자유롭게 지지하는 지지수단으로 구성되되,
   상기 후면판의 전면에는 상기 금속 롤러가 부분적으로 안착될 수 있는 볼안착홈이 형성되고,
   상기 금속 롤러는 그 회전중심축이 브레이크 디스크의 중심을 향하도록 설치되며,
   상기 지지수단은 제동이 이루어지는 시점으로부터 설정시간이 경과하거나, 차량의 주행속도가 설정속도 이하가 되는 경우 브레이크 디스크의 표면으로 근접하여 상기 금속 롤러가 상기 브레이크 디스크 표면으로 접촉하도록 하는 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크의 진동 및 소음 저감 장치.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 전면판과 후면판은 체결용 볼트에 의해 일체로 조립된 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크의 진동 및 소음 저감 장치.
   
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,
   상기 볼안착공은 상기 금속 볼의 일부는 상기 전면판의 전방으로 노출되도록 상기 전면판을 관통 형성되되 상기 금속 볼이 이탈되는 것을 방지하기 위해 전면판의 후면에서 전면방향으로 직경이 감소되는 경사지는 깔대기 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크의 진동 및 소음 저감 장치.
   
8. 삭제

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