KR101874843B1 - 이종재질의 브레이크 디스크 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차체 경량화를 달성할 수 있으면서 내부 확장식 브레이크 시스템에도 적용할 수 있는 이종재질의 브레이크 디스크 어셈블리를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 이종재질의 브레이크 디스크 어셈블리는 중앙에 결합홀이 형성되어 제1 재질로 형성되는 마찰부; 상기 마찰부의 상기 결합홀의 내주를 따라 결합되며, 상기 제1 재질에 비해 상대적으로 경량의 제2 재질로 형성되는 허브; 및 상기 허브의 내주를 따라 구비되어 제2재질보다 강도가 강한 제3 재질로 형성되는 링 부재;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

이종재질의 브레이크 디스크 어셈블리 {Brake disc assembly using different materials}

본 발명은 이종재질의 브레이크 디스크 어셈블리에 대한 것이다.

최근 자동차 업계의 동향은 연비 향상을 위한 기술 개발에 주력하고 있으며, 자동차의 연비 향상을 위하여 차체 경량화를 비롯한 다양한 기술을 개발하고 있다. 특히 차체 경량화를 위하여 종래에 비해 강성을 유지하면서도 경량화를 달성할 수 있는 알루미늄 합금 등과 같은 다양한 소재 개발이 이루어지고 있다.

한편, 자동차 브레이크 시스템은 자동차를 제동하는데 쓰이는 필수적인 장치로서, 브레이크 시스템의 주요 중량을 차지하는 브레이크 디스크의 제동 성능을 유지하면서도 경량화를 달성할 수 있는 기술들이 개발되고 있다.

예를 들어, 종래에는 자동차 휠(wheel)에 연결되는 허브와 자동차를 제동하는 경우에 마찰이 발생하는 마찰부를 모두 주철로 제작하였다. 상기 주철은 비교적 중량이 무거운 재질로서 안정적인 제동 시스템을 제공할 수 있으나, 필연적인 차체 중량 증가로 인한 연비 저하를 유발하였다. 따라서, 최근에는 마찰부는 주철로 제작하되, 허브는 상대적으로 중량이 가벼운 알루미늄 합금 등으로 제작하여 차체 경량화를 달성하고 있다.

한편, 자동차 브레이크 시스템을 살펴보면 전술한 마찰부를 통한 제동뿐만 아니라 소위 '브레이크 슈'를 통한 내부 확장식 시스템도 함께 사용될 수 있다. 도 8은 내부 확장식 브레이크 시스템을 도시한다. 도 8을 참조하면, 허브(또는 드럼)(10)는 자동차 휠(12)에 연결되어 함께 회전하며, 브레이크 슈(20)와 휠 실린더(30)는 플레이트(40)에 고정되어 회전하지 않는다. 따라서, 제동력을 발생시키기 위해서는 휠 실린더(30)의 동작에 의해 브레이크 슈(20)가 확장하여 허브(10)의 내주면에 밀착하고 브레이크 슈(20)의 외측에 구비된 라이닝(22)과 허브(10)의 마찰에 의해 제동을 하게 된다.

그런데, 상기 확장식 제동 시스템에서는 전술한 마찰부뿐만 아니라 허브에도 마찰력이 작용하게 되므로 차체 경량화를 위하여 허브를 알루미늄 합금 등으로 제작하는 경우에 허브가 마찰력을 견디지 못하고 손상 또는 파손될 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 차체 경량화를 달성할 수 있으면서 내부 확장식 브레이크 시스템에도 적용할 수 있는 이종재질의 브레이크 디스크 어셈블리를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 중앙에 결합홀이 형성되어 제1 재질로 형성되는 마찰부;상기 마찰부의 상기 결합홀의 내주를 따라 결합되며, 상기 제1 재질에 비해 상대적으로 경량의 제2 재질로 형성되는 허브; 및 상기 허브의 내주를 따라 구비되어 제2재질보다 강도가 강한 제3 재질로 형성되는 링 부재;를 구비하는 것을 특징으로 하는 이종재질의 브레이크 디스크 어셈블리를 제공한다.

상기 허브의 내주면을 따라 오목부가 형성되고, 상기 링 부재는 상기 오목부가 형성되는 내주면에 대면하면서 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기 링 부재와 상기 허브 사이의 슬립을 방지하는 슬립방지부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 슬립방지부는 상기 링 부재와 상기 허브 중에 어느 하나에 형성되는 돌출부와 다른 하나에 형성되어 상기 돌출부가 삽입 및 고정되는 홈부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 링 부재의 외주를 따라 적어도 하나의 돌출부가 형성되고, 상기 허브의 내주면을 따라 상기 돌출부에 대응하는 홈부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 재질과 제3 재질은 동일한 것을 특징으로 한다.

상기 제1 재질 및 제3 재질은 주철로 이루어지고, 상기 제2 재질은 알루미늄 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 링 부재는 타원형 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 링 부재의 장축의 길이는 단축의 길이보다 1 % 내지 10 % 더 큰 것을 특징으로 한다.

상기 링 부재에서 장축 방향에 따른 제1 두께가 상기 단축 방향에 따른 제2 두께에 비해 상대적으로 더 큰 것을 특징으로 하는 이종재질의 브레이크 디스크 어셈블리.

전술한 구성을 가지는 본 발명의 브레이크 디스크 어셈블리에 따르면 상대적으로 경량의 재질로 제작된 허브의 내측에 마찰력을 견딜 수 있는 재질로 제작된 링 부재를 구비함으로써, 브레이크 디스크 어셈블리의 경량화를 달성하면서도 내부 확장식 브레이크 시스템에도 적용할 수 있다.

허브 내부에 링 부재를 장착하고, 링 부재의 재질을 허브의 재질보다 내구성이 우수하게 함으로써 허브 영역의 강도를 보강하면서도 그 중량의 증가를 최소화 할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 링 부재의 외주면과 허브 내주면이 서로 마주보는 곳에 돌출부와 홈부와 같은 슬립 방지부를 배치하고, 이들이 맞물리게 함으로써 링 부재가 허브에 대해서 상대적인 슬립 회전운동을 하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 링 부재를 타원 형태로 만들어서, 장축 부분이 일종의 걸림턱 역할을 하게 함으로써 링 부재가 허브에 대해서 상대적인 슬립 운동을 하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크 어셈블리의 사시도,
도 2는 도 1에서 허브의 일부가 절개된 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크 어셈블리의 분해 사시도,
도 4는 링 부재의 사시도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크 어셈블리의 측단면도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 브레이크 디스크 어셈블리를 도시한 측단면도,
도 7은 도 6의 링 부재를 도시한 도면,
도 8은 종래의 내부 확장식 브레이크 시스템을 도시한 개략도이다.

이하, 본 발명에 따른 브레이크 디스크 어셈블리에 대해서 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크 어셈블리(1000)의 사시도이고, 도 2는 도 1에서 허브(130)의 일부가 절개된 사시도이다. 도 1의 (A)는 하부에서 바라본 사시도이고, 도 1의 (B)는 상부에서 바라본 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 브레이크 디스크 어셈블리(1000)는 중앙에 결합홀(114)이 형성되어 제1 재질로 형성되는 마찰부(110), 상기 마찰부(110)의 상기 결합홀(114)의 내주를 따라 결합되며 상기 제1 재질에 비해 상대적으로 경량의 제2 재질로 형성되는 허브(130) 및 상기 허브(130)의 내주를 따라 구비되어 제3 재질로 형성되는 링 부재(150)를 구비한다.

상기 마찰부(110)는 원형의 형상을 가지는 디스크로 구성되며, 중앙부에 결합홀(114)이 형성된다. 상기 결합홀(114)에는 후술하는 허브(130)가 결합된다.

상기 마찰부(110)의 상기 결합홀(114)의 내주에는 상기 허브(130)와의 결합을 위한 다수의 결합돌기(112)가 형성될 수 있다. 상기 결합돌기(112)가 허브(130)의 외주에 형성된 결합홈(136)(도 3 참조)에 삽입되어 결합된다.

한편, 상기 마찰부(110)는 주철과 같이 자동차의 제동을 위한 마찰력을 견딜 수 있으면서 상대적으로 무거운 재질로 제작될 수 있다.

상기 허브(130)는 상기 마찰부(110)의 결합홀(114)의 내주에 연결된다. 상기 허브(130)는 상기 마찰부(110)의 재질과 다른 재질로 제작될 수 있으며, 차체 경량화를 위해 상대적으로 중량이 가벼운 알루미늄 합금 등으로 제작될 수 있다. 상기 허브(130)는 자동차 휠(미도시)과의 결합을 위한 각종 체결홀(134)을 구비할 수 있다.

마찰부(110)와 허브(130)는 인서트 주조 방식으로 결합되어 완성된다.

제작 과정을 보면 주철 주물 및 제1금형을 이용하여 원환 디스크 형태의 마찰부(110)를 제작한다. 이에 의하여 가운데 결합홀(114) 및 결합홀(114) 내주면을 따라서 상호 이격되어 형성되는 결합돌기(112)를 구비하는 마찰부(110)가 제작된다.

이렇게 제작된 마찰부(110)를 허브(130)를 제작하기 위한 제2금형에 물린 뒤에, 그 제2금형에 알루미늄 주물을 주입하면, 결합돌기(112)와 결합되는 형태의 허브(130)가 완성된다.

다만, 허브(130)를 제작하기 위한 제2금형 내부에 링 부재(150)를 미리 설치하여 허브(130)와 링 부재(150)가 인서트 주조 방식으로 상호 결합 구조체를 구성할 수 있다.

그러나 허브(130)와 링부재(150)가 인서트 주조 방식으로 결합되지 않고, 허브(130) 및 링 부재(150)가 각각 완성된 상태에서 링 부재(150)를 허브(130) 내주면에 끼워서 결합되는 방식도 가능할 수 있다.

링 부재(150)는 상기 허브(130)의 내주면을 따라 구비되고, 마찰부(110)는 허브(130)의 외주면을 따라서 배치된다.

상기 링 부재(150)는 전술한 확장식 브레이크 시스템에서 소위 '브레이크 슈'에 의한 마찰력을 견딜 수 있는 재질로 제작될 수 있으며, 예를 들어 상기 마찰부(110)와 동일한 주철로 제작될 수 있다.

다만 그 재질은 허브(130)보다 강한 재질이면서도 확장식 브레이크의 브레이크 슈가 가하는 압력에 충분히 견딜수 있는 강도가 강한 재질이면 무엇이든지 가능하다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크 어셈블리(1000)의 분해 사시도이고, 도 4는 링 부재(150)의 사시도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 허브(130)의 내주면을 따라 오목부(140)가 형성되고, 상기 오목부(140)에 상기 링 부재(150)가 삽입되어 고정된다. 나아가, 상기 마찰부(110)의 결합홀(114)의 내주를 따라 형성된 다수의 결합돌기(112)가 상기 허브(130)의 외주에 형성된 결합홈(136)에 삽입되어 결합된다

그런데, 상기 링 부재(150)는 전술한 바와 같이 상기 허브(130)의 내부에서 확장하여 밀착하는 브레이크 슈(미도시)와 마찰을 하게 되며, 이 경우 상기 마찰에 의해 상기 허브(130)의 내주면에 대해 상기 링 부재(150)에 슬립(slip) 현상이 발생할 수 있다.

상기 링 부재(150)에 슬립 현상이 발생하면, 상기 브레이크 슈에 의한 마찰 제동력이 발현되지 않으므로 자동차의 제동이 이루어지지 않게 된다. 따라서, 본 실시예에서는 상기 링 부재(150)와 상기 허브(130) 사이의 슬립을 방지하는 슬립방지부를 더 구비할 수 있다.

상기 슬립방지부는 상기 링 부재(150)와 상기 허브(130) 중에 어느 하나에 형성되는 돌출부와 다른 하나에 형성되어 상기 돌출부가 삽입 및 고정되는 홈부를 구비할 수 있다.

본 실시예에서는 도면에 도시된 바와 같이 상기 링 부재(150)의 외주를 따라 외주표면에서 반경방향으로 돌출된 적어도 하나의 돌출부(152, 154)가 형성되고, 상기 허브(130)의 내주를 따라 상기 돌출부(152, 154)에 대응하며 내주 표면에서 함몰되는 형태의 홈부(138, 139)가 형성될 수 있다.

허브(130)와 링 부재(150)가 인서트 주조에 의하여 결합되는 구조체를 형성하는 경우, 홈부(138, 139)는 이미 완성된 링 부재(150)의 돌출부(152, 154)의 상대 구조물로서 인서트 주조 과정에서 자연스럽게 형성될 수 있다.

다만, 허브(130)의 내주면에 링 부재(150)가 끼워져서 고정되는 경우에는 홈부(138, 139)를 허브(130) 내주면에 형성한다. 그리고, 링 부재(150)의 돌출부(152, 154)를 상기 오목부(140)에 형성된 홈부(138, 139)에 삽입하여 고정하게 된다.

구체적으로, 상기 링 부재(150)의 돌출부는 상기 링 부재(150)의 외주를 따라 상부에 형성된 제1 돌출부(152)와, 하부에 형성된 제2 돌출부(154)를 구비한다.

이 경우, 상기 허브(130)의 내주면의 오목부(140)에 형성된 홈부도 상기 제1 돌출부(152)에 대응하는 제1 홈부(138)와, 상기 제2 돌출부(154)에 대응하는 제2 홈부(139)를 구비한다.

여기서, 상기 돌출부와 홈부의 개수는 상기 허브(130)와 링 부재(150)의 크기에 따라 적절하게 조절될 수 있다.

제1돌출부(152)와 제2돌출부(154)는 상하 방향으로 일치되게 형성될 수 있거나, 또는 교번적으로 엇갈리게 배치될 수 있다.

결국, 상기 링 부재(150)에 전술한 브레이크 슈에 의한 마찰력이 작용하는 경우에도 상기 링 부재(150)의 돌출부(152, 154)와 상기 허브(130)의 홈부(138, 139)의 결합력에 의해 상기 링 부재(150)의 슬립 현상을 방지할 수 있다.

한편, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 브레이크 디스크 어셈블리(2000)를 도시한 측단면도이고, 도 7은 링 부재(2150)를 도시한 도면이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 브레이크 디스크 어셈블리(200)는 마찰부(2110), 상기 마찰부(2110)에 결합되는 허브(2130) 및 상기 허브(2130)의 내주를 따라 구비되는 링 부재(2150)를 구비한다.

본 실시예에서 상기 허브(2130)의 내주면은 제1 직경(D₁)을 갖는다.

링 부재(2150)는 제2 직경(D₂)과 상기 제2 직경(D₂)보다 상대적으로 작은 제3 직경(D₃)을 가지는 타원형 형상으로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 장축이 전술한 제2 직경(D₂)에 해당하며, 상기 단축이 전술한 제3 직경(D₃)에 해당한다. 이 경우, 상기 제2 직경(D₂)은 상기 제3 직경(D₃)에 비해 대략 1% 내지 10% 정도 더 크게 형성될 수 있다.

여기서의 링 부재(2150)도 허브(2130)와 인서트 주조에 의하여 결합 구조체를 형성하거나, 또는 허브(2130) 내주면에 끼워지는 형태로 삽입되어 결합 구조체를 형성할 수 있다.

상기 링 부재(2150)가 상기 허브(2130)의 내주면에 배치되면, 링 부재(2150)의 제2 직경(장축)(D₂)이 제3 직경(D₃)에 비해 상대적으로 크게 되므로 링 부재(2150)가 허브 (2130) 내주면에 대해서 상대적인 슬립 운동을 하는 것을 방지할 수 있다.

즉, 만약에 외면에 슬립 방지부가 없는 매끈한 링 부재(2150)가 원형 형태라면 허브(2130)의 내주면에 대해서 상대적인 슬립운동을 할 것이나, 링 부재(2150)가 타원형태라 되기 때문에 장축 부분이 일종의 걸림턱 역할을 하여 링 부재(2150)의 상대적인 슬립 회전운동을 방지할 수 있다.

한편, 이러한 타원형을 형성하기 위해서, 링 부재(2150)의 두께도 상기 제2 직경(장축)(D₂) 및 제3 직경(단축)(D₃) 방향을 따라 다르게 결정될 수 있다.

예를 들어, 상기 제2 직경(D₂)은 상기 허브(2130)의 내주면 직경(D₁)에 비해 상대적으로 크게 되고, 상기 제3 직경(D₃) 방향에 비해 상기 제2 직경(D₂) 방향을 따라 상대적으로 힘이 많이 작용하게 된다.

따라서, 상기 링 부재(2150)에서 상기 제2 직경(D₂) 방향에 따른 제1 두께(t₁)가 상기 제3 직경(D₃) 방향에 따른 제2 두께(t₂)에 비해 상대적으로 더 크도록 하여 강도를 보강할 수 있으면서도 그 두께를 두껍게 함으로써 타원형이 자연스럽게 구성될 수 있게 한다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

110...마찰부
130...허브
150...링 부재
1000...브레이크 디스크 어셈블리

Claims (10)

1. 중앙에 결합홀이 형성되고 결합홀 테두리를 따라서 복수의 상호 이격되는 결합돌기가 구비되며, 제1 재질로 형성되는 마찰부;
   상기 마찰부의 상기 결합홀의 내주를 따라 결합되며, 결합돌기가 삽입되어 결합되도록 상호 이격되는 복수의 결합홈이 형성되고, 상기 제1 재질에 비해 상대적으로 경량의 제2 재질로 형성되는 허브; 및
   상기 허브의 내주를 따라 구비되어 제2재질보다 강도가 강한 제3 재질로 형성되는 링 부재;를 구비하며,
   상기 허브의 내주면을 따라 오목부가 형성되고, 상기 링 부재는 상기 오목부가 형성되는 내주면에 대면하면서 결합되고,
   상기 링 부재와 상기 허브 사이의 슬립을 방지하는 슬립방지부를 더 구비하며,
   상기 슬립방지부는
   상기 링 부재와 상기 허브 중에 어느 하나에 형성되는 돌출부와 다른 하나에 형성되어 상기 돌출부가 삽입 및 고정되는 홈부를 구비하되,
   상기 링 부재의 외주를 따라 외주 표면에서 반경방향으로 돌출된 복수의 돌출부가 형성되며 상호 이격되고, 상기 허브의 내주면을 따라 상기 돌출부에 대응하는 홈부가 내주 표면에서 내측으로 함몰되게 복수개가 형성되고 상호 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 이종재질의 브레이크 디스크 어셈블리.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 재질과 제3 재질은 동일한 것을 특징으로 하는 이종재질의 브레이크 디스크 어셈블리.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 재질 및 제3 재질은 주철로 이루어지고, 상기 제2 재질은 알루미늄 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이종재질의 브레이크 디스크 어셈블리.
8. 제1항에 있어서,
   상기 링 부재는 타원형 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이종재질의 브레이크 디스크 어셈블리.
9. 제8항에 있어서,
   상기 링 부재의 장축의 길이는 단축의 길이보다 1 % 내지 10 % 더 큰 것을 특징으로 하는 이종재질의 브레이크 디스크 어셈블리.
10. 제8항에 있어서,
    상기 링 부재에서 장축 방향에 따른 제1 두께가 단축 방향에 따른 제2 두께에 비해 상대적으로 더 큰 것을 특징으로 하는 이종재질의 브레이크 디스크 어셈블리.
    
    

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