KR101777418B1 - 디스크 브레이크 패드의 제조 방법 - Google Patents

디스크 브레이크 패드의 제조 방법 Download PDF

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닛신보 브레이크 가부시키가이샤
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Abstract

<과제>
성형 금형에 의해 마찰재의 최종 경사면을 형성하는 디스크 브레이크 패드의 제조에 있어서, 마찰재 분말형태 원료의 유동성이 양호하지 못한 경우에도, 균일한 질의 마찰재를 제조할 수 있는 디스크 브레이크 패드의 제조 방법을 제공한다.
<해결 수단>
분말형태의 원료를 예비성형용 금형으로 가열하지 않고 가압하여 굳히는 예비성형 공정과, 제 2 경사면을 갖는 성형용 금형으로 가열/가압하여 마찰재에 최종 경사면을 형성하는 성형 공정을 포함하는 디스크 브레이크 패드의 제조 방법에 있어서, 예비성형 공정에서 얻어진 예비성형품의 백 플레이트와의 부착측과는 반대측에, 마찰재에 형성될 최종 경사면의 각도보다 큰 각도의 중간 경사면을 형성함과 함께, 백 플레이트와의 부착측에 제육부를 형성한다.

Description

디스크 브레이크 패드의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF DISC BRAKE PAD}
본 발명은 자동차 디스크 브레이크에 사용되는 디스크 브레이크 패드의 제조에 관한 것으로서, 특히, 브레이크 울음을 방지할 수 있는 디스크 브레이크 패드의 제조 방법에 관한다.
자동차 디스크 브레이크에 사용하는 디스크 브레이크 패드는, 통상은 강철제의 백 플레이트에 마찰재를 부착한 것이다. 마찰재는 섬유재, 충전재, 결합재 등을 혼합한 분말형태의 원료를 가압/가열하여 성형된다. 디스크 브레이크는 이 디스크 브레이크 패드를 금속제의 디스크 로터에 가압접촉하여, 그때의 마찰력에 의해 자동차의 제동을 수행하는 것이다.
이와 같은 디스크 브레이크는, 브레이크 작동시에 있어서, 디스크 브레이크 패드나 디스크 로터 등이 진동하여 브레이크 울음을 발생시키는 문제가 있다. 이러한 브레이크 울음은 불쾌한 소음이 되기 때문에, 각종 대책을 강구하여 왔다. 브레이크 울음을 방지하는 일 대책으로서, 디스크 브레이크 패드의 양단에 경사면을 형성하는 방법이 알려져 있다.
도 5는, 이와 같은 경사면을 형성한 디스크 브레이크 패드의 일반예로서, (a)는 평면도이고, (b)는 정면도이다. 도 5에 나타내는 디스크 브레이크 패드(1)는, 강철제의 백 플레이트(2)에 마찰재(3)를 부착하여 구성된다. 마찰재(3)는 중앙에 평면인 마찰면(3a)이 형성되어 있고, 양측부에는 경사면(3b, 3b)이 형성되어 있다. 마찰면(3a)과 양측의 경사면(3b, 3b)의 경계선(5, 5)은 서로 평행이다. 이에 의해, 디스크 로터의 외주측에서 접촉하는 마찰면(3a)의 길이와, 내주측에서 접촉하는 마찰면(3a)의 길이가 거의 동일하게 되도록 되어 있다.
이와 같은 경사면(3b)을 마련하는 것에 의해, 디스크 로터에 대해 쉽게 걸리지 않게 되어, 스틱슬립(stick slip)에 의한 노이즈가 억제된다.
도 6은 경사면을 형성한 디스크 브레이크 패드의 다른 일반예이다. 도 6(a)에서는, 마찰면(3c)이 디스크 로터의 외측을 향해 확산된 부채형으로 되도록 양단부에 경사면(3d, 3d)을 형성하고, 도 6(b)에서는, 마찰면(3e)이 역부채형으로 되도록 경사면(3f, 3f)을 형성하고 있다.
브레이크 울음은, 브레이크 작동시에 디스크 브레이크 패드(1)나 디스크 로터에 발생하는 진동이 원인으로 고려되고 있지만, 이에 대해, 디스크 브레이크 패드(1)의 경계선이 디스크 로터의 회전 방향에 대하여 직각으로 되어 있으면, 디스크 로터의 진동을 억제하는 효과가 증대한다. 상기 이유로부터, 마찰면을 도 6(a)에 나타내는 바와 같이 부채형으로 하는 것도 시행되어 왔다.
특허문헌 1에서는, 분말형태의 원료를 예비성형용 금형 내에서 가열하지 않고 가압에 의해 굳게 하여, 중간 경사면을 갖는 예비성형품을 제조하는 공정과; 당해 예비성형품을 상기 예비성형용 금형과 동일한 개구 형상을 갖는 성형용 금형 내에서 가열/가압하여, 상기 중간 경사면의 위치에 원하는 각도의 최종 경사면을 갖는 마찰재로 하는 공정; 을 갖고, 예비성형품의 경사면 각도를 마찰재의 경사면 각도보다 크게 한 것을 특징으로 하는 마찰재의 제조 방법이 제안되어 있다.
특허문헌 1의 제조 방법에서는, 예비성형품에 형성된 중간 경사면은, 마찰재에 형성될 최종 경사면보다 구배가 가파르게 되어 있다. 성형 금형의 제 2 경사면은, 최초에는, 예비성형품의 중간 경사면 내측에서만 접촉하고, 접촉부의 외측에는 쐐기꼴의 공간이 형성되도록 되어 있기 때문에, 분말형태의 원료는 가열에 의해 용융 상태로 되지만, 금형과 예비성형품 사이에 공간이 있기 때문에, 원료가 유동하여 전체적으로 균일한 마찰재로 된다.
하지만, 마찰재에 포함된 섬유재의 양이 많아 분말형태 원료의 유동성이 양호하지 못한 경우에는, 특허문헌 1의 제조 방법을 이용해도 전체적으로 균일한 마찰재를 얻지 못하는 경우도 있다.
구체적으로는, 분말형태 원료의 유동 스페이스가 불충분하여, 분말형태의 원료가 충분히 유동할 수 없기 때문에, 최종 경사면부분의 밀도가 높은 마찰재를 갖는 디스크 브레이크 패드가 만들어진다. 이와 같이 최종 경사면의 밀도가 마찰면의 밀도보다 커지면, 마찰재가 마모하여 최종 경사면부분이 소멸하였을 때, 최종 경사면을 거치지 않고 디스크 로터가 밀도가 큰 마찰재와 접접(摺接)하므로, 브레이크 울음이 발생하기 쉬워진다.
일본국 공개 특허 2006-83978호 공보
본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 성형 금형에 의해 마찰재의 최종 경사면을 형성하는 디스크 브레이크 패드의 제조에 있어서, 마찰재에 포함되는 섬유재의 양이 많아 분말형태 원료의 유동성이 양호하지 못한 경우에 있어서도, 전체적으로 균일한 마찰재를 제고할 수 있는 디스크 브레이크 패드의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 분말형태의 원료를 예비성형용 금형으로 가압하여 굳히는 예비성형 공정과, 제 2 경사면을 갖는 성형용 금형으로 가열/가압하여 마찰재에 최종 경사면을 형성하는 성형 공정을 포함하는 디스크 브레이크 패드의 제조 방법에 있어서, 상기 예비성형 공정에서 얻어진 예비성형품의 백 플레이트와의 부착측과는 반대인 측에, 마찰재에 형성될 최종 경사면의 각도보다 큰 각도의 중간 경사면을 형성함과 함께, 백 플레이트와의 부착측에 제육부(除肉部/Recess portion)를 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 예비성형품의 백 플레이트의 부착측에 제육부가 형성되어 있기 때문에, 분말형태의 원료가 유동하는 스페이스가 충분히 확보되어, 마찰재에 포함되는 섬유재의 양이 많은 경우에 있어서도, 분말형태의 원료가 충분히 유동할 수 있게 되고, 전체적으로 균일한 마찰재로 된다. 용융이 진행된 상태에서는, 성형 금형의 제 2 경사면은 용융된 마찰재와 빈틈없이 접촉되고, 최종적으로 성형된 마찰재는 성형 금형의 제 2 경사면과 동일한 구배의 최종 경사면을 갖게 된다.
본 발명의 디스크 브레이크 패드의 제조 방법에 의하면, 성형 금형에 의해 마찰재의 최종 경사면을 형성하는 디스크 브레이크 패드의 제조에 있어서, 마찰재에 포함되는 섬유재의 양이 많아 분말형태의 원료의 유동성이 양호하지 못한 경우에도, 균일한 질의 마찰재를 제조할 수 있다.
이와 같은 제조 방법에 의해 최종 경사면의 밀도가 마찰면의 밀도와 동일하게 되면, 마찰재가 마모하여 최종 경사면부분이 소멸해도, 브레이크 울음이 발생하지 않는다.
도 1은 본 발명의 제조 방법에 사용되는 예비성형용 금형을 나타내는 도면.
도 2는 예비성형품의 정면도.
도 3은 본 발명의 제조 방법에 사용되는 성형용 금형을 나타내는 도면으로서, (a)는 성형 개시 상태를 나타내는 도면, (b)는 성형 완료 상태를 나타내는 도면.
도 4는 백 플레이트와 플런저와 예비성형품의 일측의 중간 경사면부분을 나타내는 확대도.
도 5는 최종 경사면을 형성한 디스크 브레이크 패드의 일반예로서, (a)는 평면도, (b)는 정면도.
도 6은 디스크 브레이크 패드의 다른 일반예로서, (a)는 마찰면이 디스크 로터의 외측을 향해 확산되어 부채형을 이루는 예, (b)는 마찰면이 역부채형을 이루는 예.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 도 1은 본 발명의 제조 방법에 사용되는 예비성형용 금형을 나타내는 도면이다. 예비성형용 금형(10)은 상형(15)과 프레임 금형(16) 및 플런저(17)를 포함하는 3개의 금형으로 구성된다. 이들은 프레스기에 장착되는데, 프레임 금형(16)은 고정되고, 상형(15) 및 플런저(17)는 도면의 상하 방향으로 이동 가능한 상태이다. 프레임 금형(16)의 중공부(16a)는, 단면형상이 도 5(a)에 나타내는 마찰재(3)를 평면적으로 본 형상과 동일한 형상이고, 중공부(16a)는 프레임 금형(16)의 상하를 관통하여 형성되어 있다. 플런저(17)는 상기 중공부(16a) 내를 자유롭게 승강할 수 있다. 또한, 플런저(17)의 상면 중앙에는 평면(17a)이 형성되고, 그 양단에는 제 1 경사면(17b, 17b)이 형성되어 있다. 상기 제 1 경사면(17b)의 각도는 β이다. 제 1 경사면(17b)을 플런저(17)에 형성하기 때문에, 경사면과 평면의 경계선이, 도 5의 경계선(5, 5)과 같이 평행인 경우에 한정되지 않고, 도 6(a)의 경계선(6, 6)이나 도 6(b)의 경계선(7, 7)과 같이 비평행인 것이어도 형성 가능하다. 또한, 상형(15)에는 후술하는 예비성형품(30)에 제육부(30c)를 형성하기 위한 여육부(余肉部/Excess thickness portion)(15a)가 형성되어 있다.
상형(15)을 도면의 상방으로 퇴피시키고, 프레임 금형(16) 내에 있어서, 플런저(17) 상의 중공부(16a) 내에 분말형태의 마찰재 원료를 투입하고, 플런저(17)를 상승시키고, 상형(15)을 하강시켜 가압한다.
도 2는 예비성형품(30)의 정면도로서, 예비성형용 금형(10) 내에서 가압하여 굳어진 상태이다. 평면적으로 본 형상은 도 5(a)의 완제품과 동일한 형상이지만, 밀도는 거칠고, 그 두께 T는, 백 플레이트(2)에 가압 접착되어 소정의 밀도로 압축된 완제품의 두께의 거의 2배로 되어 있다. 예비성형품(30)은, 도면에 있어서 하면의 중앙에 마찰면이 되는 평면(30a)이 형성되고, 그 양단에 중간 경사면(30b, 30b)이 형성되고, 백 플레이트와의 부착측의 양단에는 제육부(30c, 30c)가 형성되어 있다. 중간 경사면(30b)의 각도는 예비성형용 금형(10)의 플런저(17)에 형성된 제 1 경사면(17b)의 각도와 동일한 β이다. 이 예비성형품(30)은, 평면(30a)부분 X의 밀도와 중간 경사면(30b)부분 Y의 밀도를 비교하면, 중간 경사면(30b)부분 Y의 밀도가 크게 되어 있다.
이와 같이 하여 형성된 예비성형품(30)을 다음과 같이 하여, 백 플레이트(2)에 부착한다. 우선, 상기 예비성형품(30)을 도 3(a)에 나타내는 성형용 금형(20) 내에 넣는다. 성형용 금형(20)은 예비성형용 금형(10)과 기본적으로는 동일한 구조다. 즉, 상형(25)과 프레임 금형(26) 및 이 프레임 금형(26)에 관통 형성된 공간 내를 승강하는 플런저(27)로 구성된다. 프레임 금형(26)에는 예비성형용 금형의 프레임 금형(16)과 동일한 형상 및 동일한 크기의 개구가 형성되어 있다. 플런저(27)의 상면 양측에는 제 2 경사면(27b, 27b)이 형성되어 있다. 제 2 경사면(27b)의 길이는 예비성형품(30)의 중간 경사면(30b)의 길이와 동일하고, 도 2에 나타내는 바와 같이 길이가 L이고, 경사 각도는 α이다.
플런저(27)를 프레임 금형(26) 내의 적당한 위치에 정지시키고, 프레임 금형(26)의 공간 내에 예비성형품(30)을 넣는다. 다음으로 프레임 금형(26)의 상면 에 백 플레이트(2)를 탑재한다. 백 플레이트(2)는 프레임 금형(26)에 형성된 도시하지 않는 위치 결정 부제에 의해, 소정의 위치에 탑재된다.
상형(25)을 강하시키고, 플런저(27)를 상승시켜, 예비성형품(30)을 가압/가열하여 백 플레이트(2)에 부착한다.
도 4는 백 플레이트(2)와 플런저(27)와 예비성형품(30)의 일측 단부를 확대한 도면이며, 예비성형품의 높이까지 플런저가 백 플레이트에 근접한 상태를 나타낸다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 제 2 경사면(27b)과 중간 경사면(30b)의 수평방향의 길이 L은 동일하고, 예비성형품(30)의 중간 경사면(30b)의 각도는 β이고, 플런저(27)의 상면에 형성된 제 2 경사면(27b)의 각도는 α이고, β>α의 관계로 되어 있다. 그 때문에, 중간 경사면(30b)과 제 2 경사면(27b)은 내측의 단부 A에서 접촉하고 외측의 단부에서는 이격되어, 제 2 경사면(27b)과 중간 경사면(30b) 사이에 쐐기꼴의 공간 B가 형성된다. 또한, 예비성형품(30)의 백 플레이트와의 부착면측에도 제육부(30c)가 형성되어 있으므로, 예비성형품(30)과 백 플레이트(2) 사이에도 공간 D가 형성된다.
상형(25)이 백 플레이트(2)를 프레임 금형(26)에 대해 가압하고, 플런저(27)가 프레임 금형(26) 내를 상승하여, 예비성형품(30)이 백 플레이트(2)에 가압된다. 동시에, 예비성형품(30)에 주위의 금형으로부터 열이 가해지고, 예비성형품(30)은 용융하기 시작한다. 용융되는 것에 의해, 마찰재 원료가 공간 B 및 공간 D를 이용해 유동하여, 마찰재(3)로 되었을 때, 최종 경사면(3b)부분과 마찰면(3a)부분의 밀도가 거의 동일하게 된다.
도 5는 성형용 금형(20)으로 성형된 디스크 브레이크 패드(1)를 나타내는 도면으로서, (a)는 평면도이고, (b)는 정면도이며, 일반예에서 도시한 디스크 브레이크 패드와 외관상으로는 동일하다. 최종 경사면(3b)의 각도는 성형용 금형(20)의 플런저(27)에 형성된 제 2 경사면(27b)의 각도와 동일한 α이다. 이후, 필요에 따라 마무리 연마 등을 행하여 완제품으로 된다.
섬유재의 함유량이 비교적 많아, 분말형태 원료의 유동성이 양호하지 못한 표 1의 조성을 갖는 마찰재원료를 뢰디게 믹서(Loedige mixer)로 10분간 혼합하고, 얻어진 마찰재 원료혼합물을 예비성형 금형에 투입하여, 35㎫에서 1분간 가압하여 예비성형하였다. 예비성형품과, 예비세정, 표면 처리를 한 백 플레이트를 성형용 금형에 겹쳐서 투입하고, 성형 온도 155℃, 성형 압력 40㎫의 조건하에서 5분간 가열/가압 성형한 후, 열처리로에서 200℃로 4시간 경화 처리를 하고, 도장, 소부(가열건조), 연마하여, 실시예, 비교예의 디스크 브레이크 패드를 작성하였다.
Figure 112010083606907-pat00001
Figure 112010083606907-pat00002
평가는, 실제 차량에 의한 브레이크의 울음 시험과, 비중 및 기공율을 측정하는 것에 의해 진행하였다. 기공율이란, 마찰재 중에 존재하는 빈틈부분이 마찰재의 겉보기 전체용적에 차지하는 비율을 체적%로 나타낸 것이다. 비중은 JIS D 4417의 규정에 따라 측정하고, 기공율은 JIS D 4418에 준거하여 측정하였다. 비중 및 기공율 측정에 사용하는 테스트 피스는, 마찰면(3a)부와 최종 경사면(3b)부로부터 잘라냈다. 또, 마찰면부와 최종 경사면부의 구분은 도 2의 X, Y를 기준으로 하였다.
실시예의 비중은, 마찰면부와 최종 경사면부에 있어서 거의 차이가 없지만, 비교예에서는 차이를 보였다. 이는, 비교예에서는 원료의 유동이 불충분했던 것이 원인으로 사료된다.
브레이크 울음은, 표 2에 있어서, ◎은 전혀 울음이 없는 상태, ○은 극히 미소한 울음이 있는 상태, △은 미소한 울음이 있는 상태, ×는 명백하게 울음이 나는 상태를 나타낸다. 실시예와 비교예 모두, 신품인 경우에는 일체 발생하지 않고 양호하였다.
하지만, 최종 경사면이 소멸될 때까지 사용한 상태에서는, 실시예에서는 ◎으로서 전혀 없고, 비교예에서는 ×로서 명백하게 "울음"이 발생하였다.
1: 디스크 브레이크 패드
2: 백 플레이트(backplate)
3: 마찰재
3a: 마찰면
3b: 최종 경사면
5, 6, 7: 경계선
10: 예비성형용 금형
15: 상형
15a: 여육부(余肉部/Excess thickness portion)
16: 프레임 금형
17: 플런저(plunger)
17b: 제 1 경사면
20: 성형용 금형
25: 상형
26: 프레임 금형
27: 플런저
27b: 제 2 경사면
30: 예비성형품
30b: 중간 경사면
30c: 제육부(除肉部/Recess portion)
β: 예비성형품의 중간 경사면 각도
α: 마찰재의 최종 경사면 각도

Claims (1)

  1. 분말형태의 원료를 예비성형용 금형으로 가압하여 굳히는 예비성형 공정과, 제 2 경사면을 갖는 성형용 금형으로 가열/가압하여 마찰재에 최종 경사면을 형성하는 성형 공정을 포함하는 디스크 브레이크 패드의 제조 방법에 있어서,
    상기 예비성형 공정에서 얻어진 예비성형품의 백 플레이트와의 부착측과는 반대측에, 마찰재에 형성될 최종 경사면의 각도보다 큰 각도의 중간 경사면을 형성함과 함께, 상기 예비성형품의 백 플레이트와의 부착측이며, 상기 큰 각도의 중간경사면의 배면에 제육부(除肉部/Recess portion)를 형성하는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크 패드의 제조 방법.
KR1020100130294A 2009-12-18 2010-12-17 디스크 브레이크 패드의 제조 방법 KR101777418B1 (ko)

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