KR101919899B1 - 브레이크 디스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 햇부와 로터부를 별도로 형성함과 동시에 햇부의 돌기와 로터부의 접합리브에 의한 견고한 결합으로 구현한 브레이크 디스크에 관한 것으로, 휠의 회전축에 장착되어 외부 커버를 형성해 주기 위한 햇부; 및 중앙에 관통홀을 형성하여 관통홀 내부로 햇부를 수용 결합하며, 제동 시에 브레이크 패드와 접촉하여 제동력을 제공해 주기 위한 로터부를 포함한다.

Description

브레이크 디스크{Break disc}

본 발명의 기술 분야는 브레이크 디스크에 관한 것으로, 특히 햇부(Hat Unit)와 로터부(Rotor Unit)를 별도로 형성함과 동시에 햇부의 돌기와 로터부의 접합리브에 의한 견고한 결합으로 구현한 브레이크 디스크에 관한 것이다.

브레이크 디스크는 브레이크 패드와 마찰되어 제동력을 발생시키는 역할을 하는데, 주 브레이크로서 로터부(즉, 마찰부)의 구조에 따라 솔리드타입 브레이크 디스크와 벤트타입 브레이크 디스크로 구분된다.

솔리드타입 브레이크 디스크는 로터부가 하나의 플레이트로 구성되어 있으며, 별도의 벤트 통로가 구현되어 있지 않은 브레이크 디스크를 통칭하며, 이는 비교적 제동력이 작게 작용되는 후륜 브레이크용으로 사용되고 있다.

벤트타입 브레이크 디스크는 로터부가 복수 개의 플레이트로 구성되어 있으며, 각각의 플레이트는 다수 개의 리브에 의해 연결되는 구조를 가지며, 주로 주제동이 작용되는 전륜 브레이크용으로 사용되고 있다. 또한, 벤트타입 브레이크 디스크는 리브의 구조에 따라서 크게 직선형으로 구성되어진 스트레이트(Straight) 타입, 곡선형으로 구성되어진 스파이럴(Spiral) 타입, 특정 형상이 규정되지 아니 하고 분산된 비정형의 다수 개의 리브로 구성되어진 필러(Pillar) 타입으로 구분된다.

이러한 브레이크 디스크는 브레이크 패드와의 강제적 마찰에 의하여 차량 등을 제동하기 위한 장치이므로, 제동 시에 발생되는 고토크의 하중에 견딜 수 있는 적절한 강성이 필요하며, 또한 마찰 시에 발생되는 열에 의해 온도가 상승되어 제동 성능이 저하되는 것을 막기 위하여 우수한 방열성을 요구하고 있다. 이때, 적절한 강성이 유지되지 못할 경우에는 브레이크 디스크의 파손이 발생되며, 또한 열을 효과적으로 배출하지 못한 경우에는 결과적으로 브레이크 디스크가 열에 의해 온도가 상승되어 제동 성능이 저하되는 현상이 발생하게 되므로, 주요 제동부의 브레이크 디스크는 필요 강성을 만족해야 하며 이와 동시에 적절한 방열성이 요구되고 있다.

한국등록특허 제10-1020548호(2011.03.02 등록)는 마운팅 유닛 및 이 마운팅 유닛이 적용된 브레이크 디스크에 관하여 개시되어 있는데, 중앙부에 하나 이상의 하부홀이 형성된 디스크 로터; 하부홀에 대응하는 상부홀이 햇 중앙홀에 형성된 로터 햇; 및 디스크 로터에 로터 햇을 결합하는 마운팅 유닛을 포함하며, 이 마운팅 유닛은, 상부홀 내에 안착되며 길이방향으로 관통홀이 형성된 메인부와, 메인부 상단에 확장 형성된 플랜지부를 구비하는 부시(여기서, 메인부는 상부홀 내에서의 회전이 제한되며 그 하단이 디스크 로터로부터 이격됨); 및 하부홀 및 관통홀을 관통하며, 일단은 디스크 로터에 고정되며 타단은 로터 햇에 고정되는 관통형 체결부재를 포함하는 것을 특징으로 한다. 개시된 기술에 따르면, 부시가 세라믹 재질의 디스크 로터와 직접적으로 면 접촉되지 않으며 금속 재질의 로터 햇으로부터의 응력이 부시에만 가해질 뿐 스트리퍼 볼트에까지 그대로 전달되지 않으므로, 디스크 로터와 로터 햇 간의 결합 부위에서의 열적, 기계적 안정성이 유지될 수 있으며, 또한 상부홀과 하부홀을 대략적으로 매칭시켜 스트리퍼 볼트로 하부홀로부터 상부홀을 관통시켜 둔 다음, 부시 및 너트를 차례로 스트리퍼 볼트에 결합시키는 조립 순서를 가지므로, 디스크 브레이크 조립 과정에서 홀들 간의 정도를 맞추어야 하는 부담이 적고 조립 편리성이 향상된다.

한국공개특허 제10-2010-0035258호(2010.04.05 공개)는 주차 브레이크용 드럼과 디스크 브레이크용 디스크 로터가 일체로 형성된 DIH 구조의 브레이크 디스크에 관하여 개시되어 있다. 개시된 기술에 따르면, 중앙에 원형의 홀을 갖는 원반 형상으로 형성되고, 제동 시에 가장자리 부위가 캘리퍼 내의 브레이크 패드와 접촉하는 구조로 형성된 디스크 로터와, 결합부재를 통해 디스크 로터의 몸체와 결합하여, 디스크 로터의 외부 커버를 형성하는 햇 파트를 포함하고, 디스크 로터의 내주면에는 사용자의 핸드 레버 조작 시에 마찰재가 밀착되는 주차 브레이크용 드럼이 디스크 로터와 일체로 형성된 것을 특징으로 함으로써, 주차 브레이크용 드럼을 세라믹 재료로 형성하는 것에 의해 주차 브레이크의 효율을 증대할 수 있는 동시에 브레이크 디스크 자체의 하중을 경감할 수 있으며, 또한 주차 브레이크용 드럼을 디스크 로터에 일체로 형성시키는 것에 의해 디스크 로터 자체의 열용량을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 일반 제동 시에 브레이크의 성능을 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같은 종래의 브레이크 디스크는, 접합 형상의 유형별 분류로 솔리드 익스텐션(Solid Extension)과 아이-빔 익스텐션(I-beam Extension)이 있는데, 솔리드 익스텐션의 경우에는 제조 공정은 단순하나 제품 신뢰도가 상대적으로 낮은 단점을 가지며, 아이-빔 익스텐션의 경우에는 진동 감쇄능을 보안하여 제품 신뢰도를 향상시켰으나 제조 공정이 복잡하고 원가가 상승하는 단점을 가진다.

상술한 바와 같은 종래의 브레이크 디스크는, 그 열섬이 짝수 개로 나타나는데, 이런 경우에 FRF(Frequency Response Function; 주파수 응답 함수) 특성과 상관관계가 있으며, 열 변형량의 과다 부위가 브리지와 브리지 사이에서 발생하는 단점을 가지고 있다. 다시 말해서, 짝수 개의 브리지를 구성할 경우에 짝수 개의 열섬을 발생시켜 브리지와 브리지 사이에서 열 변형량이 과다하게 발생하는 단점을 가지고 있다.

상술한 바와 같은 종래의 브레이크 디스크는, 햇부와 로터부가 하나로 구성된 일체형으로 이루어지며, 이에 열 및 토크의 부하가 비교적 주 제동축에 적용되고, 일체형으로 형성되는 특성에 따라 공간적인 제약 및 중량의 제약이 존재하는 단점이 있었다.

상술한 바와 같은 종래의 브레이크 디스크의 모드(Mode) 형상은 제동 시에 발생되는 저더 현상으로서 열섬의 발생과 상관관계를 가지며, 모드 형상 중 유효 모드로 규정되는 외부면(Out of the plane)(Direction for axial) 벤딩 모드(Bending Mode)가 발생되었을 때, 해당 모드 형상과 열섬 분포 형상이 동일할 경우에 공진과 유사한 현상이 발생하게 되어, 결과적으로 보다 쉬운 환경에서 열섬이 발생하게 되며, 이에 디스크의 과도한 변형을 유발하게 되는 단점이 있다.

한국등록특허 제10-1020548호 한국공개특허 제10-2010-0035258호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전술한 바와 같은 단점을 해결하기 위한 것으로, 햇부와 로터부를 별도로 형성함과 동시에 햇부의 돌기와 로터부의 접합리브에 의한 견고한 결합으로 구현한 브레이크 디스크를 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하는 수단으로는, 본 발명의 한 특징에 따르면, 휠의 회전축에 장착되어 외부 커버를 형성해 주기 위한 햇부; 및 중앙에 관통홀을 형성하여 관통홀 내부로 상기 햇부를 수용 결합하며, 제동 시에 브레이크 패드와 접촉하여 제동력을 제공해 주기 위한 로터부를 포함하는 브레이크 디스크를 제공한다.

일 실시 예에서, 상기 햇부는, 구상흑연주철을 사용하여 형성된 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 로터부는, 회주철(또는, 편상흑연주철)을 사용하여 형성된 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 햇부는, 휠의 회전축에 장착되는 본체; 및 상기 본체의 외측면에서 원주 방향을 따라 돌출 형성된 복수 개의 돌기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 햇부는, 상기 돌기의 상부면 또는 하부면에 형성되어, 상기 로터부와의 결합 시에 이탈을 방지하기 위한 이탈방지홈을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 이탈방지홈은, 원 중심에서 접선 방향으로 형성시켜 주는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 햇부는, 돌기형 체결 구조로 인한 바닥면에 관통홀을 가지는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 로터부는, 아웃보드 플레이트; 인보드 플레이트; 및 상기 아웃보드 플레이트와 상기 인보드 플레이트 사이에서 상기 관통홀의 둘레로부터 상기 돌기를 향해 돌출되되, 상기 돌기를 감싸도록 연결 형성된 복수 개의 접합리브를 구비하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 접합리브는, 일부가 상기 돌기를 수용 결합하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 접합리브는, 상기 돌기와 결합하여 상기 햇부와 상기 로터부 서로 간의 연결 구조의 브리지를 형성시켜 주는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 접합리브는, 필러 형상의 분할형으로 구성된 복수 개의 리브로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 접합리브는, 상기 아웃보드 플레이트와 상기 인보드 플레이트를 각각 연결시켜, 서로 간에 공기의 유동 공간을 형성하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 접합리브는, 불연속적으로 상기 아웃보드 플레이트와 상기 인보드 플레이트 사이에 배치시켜 주는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 로터부는, 상기 돌기와 상기 접합리브의 결합 부분들 서로 간에 열 방출을 위한 방출홀을 형성한 벤트 타입으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 로터부는, 상기 아웃보드 플레이트와 상기 인보드 플레이트 사이에 형성되어, 제동 시에 열을 배출해 주기 위한 방열패드를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 방열패드는, 상기 아웃보드 플레이트 또는 상기 인보드 플레이트의 두께에 대하여 0.05 ~ 0.1의 범위로 두께를 형성하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 방열패드는, 부채꼴 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 방열패드는, 제동 시에 발생되는 열섬의 위치에 설치되는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 방열패드는, 마찰면 두께의 0.05 ~ 0.10의 범위를 가지도록 두께를 형성하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 브리지는, 상기 본체의 외측면 및 상기 관통홀의 둘레를 따라 서로 간에 동일한 거리 이격을 두고 형성하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 브리지는, 홀수 개로 형성되는 것을 특징으로 하는 한다.

일 실시 예에서, 상기 브리지는, 7개, 9개, 또는 11개 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 브리지는, 서로 간에 방출홀을 형성시켜 주는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 돌기는, 길이에서 마찰면 폭을 나눈 값이 '0.35'로 하되, 이를 기준으로 허용 오차를 ㅁ0.05로 설정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 돌기는, 두께에서 마찰면 두께를 나눈 값이 '0.52'로 하되, 이를 기준으로 허용 오차를 -0.02 ~ +0.03으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 방열패드는, 높이에서 마찰면 높이를 나눈 값이 '0.05 ~ 0.10'으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 돌기는, 상기 본체의 외경부를 따라 등분 배치되며 양각의 형태를 가지는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 돌기는, 서로 간에 동일한 거리 이격을 두고 형성되는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 돌기는, 상기 로터부와 접합되는 길이를 상기 로터부의 폭의 전체 길이에 대하여 비율이 0.3 ~ 0.4의 범위로 형성하는 것을 특징으로 하는 한다.

일 실시 예에서, 상기 돌기는, 상기 로터부의 전체 두께에 대하여 비율이 0.5 ~ 0.55의 범위로 두께를 형성하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 돌기는, 상기 햇부와 상기 로터부의 폭에 따라 선택적으로 7개, 9개, 11개 중 하나를 선정하여 선정된 개수로 형성하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 돌기는, 상기 본체의 외측면으로부터 돌출되며, 축 방향을 기준으로 0.5 ~ 1도의 기울기를 가지면서 두께가 감소되는 형태로 형성하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 돌기는, 상기 본체의 외측면으로부터 끝단까지 돌출된 길이를, 상기 접합리브의 끝단으로부터 상기 로터부의 마찰면 최대 외측 둘레까지의 길이로 나눈 값이 0.3 ~ 0.4가 되도록 형성하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 접합리브의 끝단으로부터 상기 로터부의 마찰면 최대 외측 둘레까지의 길이는, 상기 로터부의 외경에서 내경을 뺀 길이인 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 돌기는, 두께에 대하여 상기 로터부의 전체 두께의 비율이 0.50 ~ 0.55가 되도록 형성하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 이탈방지홈은, 상기 돌기의 상부나 하부에 1개 이상으로 형성되어, 상기 로터부의 이탈 및 변형을 방지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 효과로는, 햇부와 로터부를 별도로 형성함과 동시에 햇부의 돌기와 로터부의 접합리브에 의한 견고한 결합으로 구현한 브레이크 디스크를 제공함으로써, 디스크의 경령화가 가능함과 동시에 안정적인 강도를 가져 토크의 부하에 견딜 수 있으며, 제조 공정이 단순하고 원가도 저렴하면서도 제품 신뢰도를 향상시킬 수 있으며, 또한 브리지와 브리지 사이에서 발생하는 열 변형량을 줄일 수 있다는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 브레이크 디스크를 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1에 있는 햇부 및 로터부의 단면을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 A-A 방향으로의 단면을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 브레이크 디스크에 대한 FRA(Frequency Response Analysis) 결과 중 외부면(Out of the plane)(Direction for axial) 벤딩 모드(Bending Mode)를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1에 있는 햇부를 설명하는 도면이다.
도 6은 도 5에 있는 돌기를 설명하는 도면이다.
도 7은 도 1에 있는 로터부를 설명하는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 브레이크 디스크에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 브레이크 디스크를 설명하는 도면이며, 도 2는 도 1에 있는 햇부 및 로터부의 단면을 나타낸 도면이며, 도 3은 도 2에 도시된 A-A 방향으로의 단면을 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 브레이크 디스크에 대한 FRA(Frequency Response Analysis) 결과 중 외부면(Out of the plane)(Direction for axial) 벤딩 모드(Bending Mode)를 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 브레이크 디스크(1000)는, 별도로 형성된 햇부(Hat Unit)(100)와 로터부(Rotor Unit)(200)를 포함한다. 여기서, 브레이크 디스크의 요구 조건인 강성을 만족시키기 위해서 복수 개의 구성품으로 이루어진 브레이크 디스크를 사용하고, 발열성을 확보하기 위해서 주요 제동이 작용하는 구간에 대해 필러 타입(Pillar Type)의 벤트형 브레이크 디스크를 사용하고 있으나, 설명의 이해와 편의에 의한 것일 뿐, 본 발명은 이에 국한된 것이 아님을 잘 이해해야 한다.

햇부(100)는, 차체와 연결되도록 드라이버 모듈(Diver Module)(즉, 휠의 회전축)에 체결(또는, 장착)되고 로터부(200)와 결합하여 외부 커버를 형성해 준다.

일 실시 예에서, 햇부(100)는, 본체(110)와, 복수 개의 돌기(120)를 구비할 수 있다. 본체(110)는 원형일 수 있으며, 휠의 회전축에 장착된다. 돌기(120)는 본체(110)의 외측면(111)에서 원주 방향을 따라 돌출 형성된다.

일 실시 예에서, 햇부(100)는, 고강도의 구상흑연주철을 사용하여 그 두께를 축소(예로, 기존 '8T'에서 '5T'로 얇게 함)시켜 줌으로써, 박육화를 통한 공간적인 제한을 극복할 수 있으며, 이를 통해 부품의 중량을 경량화(예로, 10% ~ 12% 경량화)해 줄 수 있다.

일 실시 예에서, 햇부(100)는, 돌기형 체결 구조로 돌기(120)의 상부면 또는 하부면에 형성되어 햇부(100)와 로터부(200)의 결합 시에 이탈을 방지하기 위한 이탈방지홈(130)을 더 구비할 수 있다. 이탈방지홈(130)은 원 중심에서 접선 방향으로 형성시켜 줌으로써, 원 중심에서 법선 방향으로 형성시킨 것보다, 제동 시에 발생하는 열에 의한 로터부(200)의 수축 및 팽창에 따른 변형을 더욱더 억제할 수 있으며, 또한 디스크 파손 시에 발생될 수 있는 햇부(100)와 로터부(200)의 이탈 현상도 억제할 수 있다.

일 실시 예에서, 햇부(100)는, 돌기형 체결 구조로 인한 바닥면에 관통홀을 가질 수 있다.

로터부(200)는, 중앙에 관통홀(201)을 형성하여 관통홀(201) 내부로 햇부(100)를 수용 결합하며, 또한 제동 시에 브레이크 패드와 접촉하여 제동력을 제공해 준다.

일 실시 예에서, 로터부(200)는, 두 개의 플레이트(즉, 아웃보드 플레이트(210)와 인보드 플레이트(220)), 다수 개의 접합리브(230)를 구비할 수 있다. 여기서, 접합리브(230) 중 일부는, 햇부(100)의 돌출된 돌기(120)를 수용 결합하는 구조를 가질 수 있다.

접합리브(230)는, 아웃보드 플레이트(210)와 인보드 플레이트(220) 사이에서 관통홀(201)의 둘레로부터 햇부(100)의 돌기(120)를 향해 돌출되되, 햇부(100)의 돌기(120)를 감싸도록 연결 형성될 수 있다. 이때, 접합리브(230)는, 필러 방식의 리브를 활용함으로써 냉각 특성을 개선시킬 수 있으며, 또한 햇부(100)의 돌기(120)와 결합하여 햇부(100)와 로터부(200) 서로 간의 연결 구조(즉, 체결 구조)인 브리지를 형성시켜, 해당 브리지를 통해 햇부(100)와 로터부(200) 간의 견고한 결합을 이룰 수 있다.

일 실시 예에서, 접합리브(230)는, 연속형이 아닌 필러 형상의 분할형으로 구성된 복수 개의 리브로 이루어질 수 있다.

일 실시 예에서, 접합리브(230)는, 아웃보드 플레이트(210)와 인보드 플레이트(220)를 각각의 리브로 연결시키고, 리브들 사이에 공기의 유동 공간을 형성할 수 있다. 이때, 접합리브(230)는, 불연속적인 리브를 아웃보드 플레이트(210)와 인보드 플레이트(220) 사이에 배치시켜 줌으로써, 구간별 공기의 유량 제어가 용이하게 작용되도록 할 수 있다.

일 실시 예에서, 로터부(200)는, 내열성 및 내마모성이 우수하고, 구상흑연주철과 열팽창계수가 유사한 회주철(또는, 편상흑연주철)로 형성될 수 있다.

일 실시 예에서, 로터부(200)는, 돌기(120)와 접합리브(230)의 결합 부분들 사이에 별도의 열 방출을 위한 벤트홀(즉, 방출홀(211))이 형성된 벤트 타입으로 형성될 수 있다.

일 실시 예에서, 로터부(200)는, 아웃보드 플레이트(210)와 인보드 플레이트(220) 사이에 형성되어 제동 시에 열을 배출해 주기 위한 열보정패드(즉, 방열패드(240))를 더 구비하여, 열 특성을 개선한 벤트 타입으로 형성할 수 있다.

방열패드(240)는, 제동 시 또는 마찰 시에 작용하는 열의 효과적인 방출과 함께, 벤트 구역의 폭을 임의로 조절하여 가열된 공기의 배출을 용이하도록 하여 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

일 실시 예에서, 방열패드(240)는, 아웃보드 플레이트(210) 또는 인보드 플레이트(220)의 두께에 대하여 0.05 ~ 0.1의 범위로 두께를 형성할 수 있다.

일 실시 예에서, 방열패드(240)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 부채꼴 형상으로 형성할 수 있으며, 벤트 내부 공기의 흐름 속도를 향상하여 방열성을 향상시킬 수 있으며, 제동 시에 발생되는 열섬의 위치에 설치되어 열 충격에 대한 내구성을 향상시킬 수 있다.

일 실시 예에서, 방열패드(240)는, 마찰면 두께의 0.05 ~ 0.10의 범위를 가지도록 두께를 형성할 수 있다. 이때, 방열패드(240)의 두께 비가 0.05 미만일 경우에는 디스크 마찰면의 두께 변화가 미미하여 공기의 흐름 속도 변화를 야기할 수 없으며, 0.10 초과의 범위를 가질 경우에는 결과적으로 브레이크 디스크(1000)의 중량 증가의 원인이 되며 유동 흐름의 저하를 유발하므로 바람직하지 못하다.

표 1은 비교 예의 경우로서, 두께 비를 '0.00', '0.15'인 비교 예 1, 2로 설정하고, '0.06'을 실시 예로 설정하여 분석한 결과이다.

표 1에서 나타나는 바와 같이, 비교 예 1과 실시 예 비교 시로부터, 외경부의 최저 속도는 실시 예에 대비하여 4% 감소하였으며, 최대 속도는 유사수준으로 평가되나, 편차 범위가 작을수록 이상적인 브레이크 디스크 냉각 효과가 나타나게 되나, 편차 범위가 3% 증가됨으로써, 실시 예에 대비 냉각 성능이 저하되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 비교 예 2와 실시 예 비교 시에는, 외경부 최저 속도의 경우 40% 감소하였으며, 편차 부분의 경우 18% 증가하여 3가지 예에서 가장 좋지 않은 결과를 나타낸다. 이러한 결과는 가열된 브레이크 디스크(1000)의 온도를 보다 많은 유량의 공기가 흘러가게 함으로써, 전체적인 브레이크 디스크(1000)의 온도 저하에 효과가 있음을 의미한다. 따라서 방열패드(240)의 두께 비율은 마찰면의 0.05 ~ 0.10 범위로 제어함이 타당하다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 브레이크 디스크(1000)는, 독자적인 햇부(100)와 로터부(200) 사이에 고유의 체결방식을 구현하며, 이때 고유의 체결방식으로서는 이탈방지홈(130)을 사용하여 브레이크 디스크(1000)의 변형 및 이탈 현상을 최소화할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 브레이크 디스크(1000)는, 이종 재질의 햇부(100)와 로터부(200)를 별도로 형성함과 동시에 햇부(100)의 돌기(120)와 로터부(200)의 접합리브(230)에 의한 견고한 결합으로 구현함으로써, 햇부(100)와 로터부(200)가 안정적인 결합을 이룰 수 있어, 안정적인 강도를 가짐과 동시에 토크의 부하에 견딜 수 있으며, 제조 공정이 단순하고 원가도 저렴하면서도 제품 신뢰도를 향상시킬 수 있으며, 또한 브리지와 브리지 사이에서 발생하는 열 변형량을 줄일 수 있다. 그리고 상술한 바와 같은 구성을 가진 브레이크 디스크(1000)는, 햇부(100)와 로터부(200)가 별도로 형성되고 결합된 특성에 따라 공간적인 제약 및 중량의 제한을 극복할 수 있으며, 이로 인해 부품의 경량화를 달성할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 브레이크 디스크(1000)는, 햇부(100)를 고강도 구상흑연주철로 사용하여 기존 제품에 비해 박육화하며, 로터부(200)를 회주철을 사용하여 방열성을 유지시켜 고강도 브레이크 디스크로 제조할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 브레이크 디스크(1000)는, 불연속적인 벤트홀(즉, 방출홀(211))을 분산 배치함과 동시에 추가적으로 방열패드(240)를 구현함으로써, 제동 시에 발생되는 공기의 흐름을 효과적으로 제어하여 방열성을 향상시켜 줄 수 있으며, 디스크 온도 상승을 억제하여 마찰 성능을 향상시키고 열 변형을 억제할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 브레이크 디스크(1000)는, 돌기(120)와 접합리브(230)의 결합 부분을 '브리지'라고 하면 복수 개의 브리지를 형성할 수 있으며, 이런 경우에 브리지는 본체(110)의 외측면(111) 및 관통홀(201)의 둘레를 따라 동일한 거리 이격을 두고 형성될 수 있으며, 브리지 개수는 7개, 9개, 또는 11개로 형성될 수 있으며, 각 브리지 사이에 방출홀(211)을 형성할 수 있다. 이때, 브리지의 개수는 햇부(100)와 로터부(200) 사이의 간격에 따라 선택적으로 적용 가능하다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 브레이크 디스크(1000)는, 열섬 현상과의 중첩이 되지 않도록 하기 위해서, 브리지를 홀수 개(예로, 9개)로 구성하여 홀수 개의 열섬을 발생시켜, 브리지와 브리지 사이에서의 열 변형량을 줄일 수 있다. 이때, 브리지를 5개소 이하로 할 경우에 구조 강도 특성이 취약하며, 브리지를 13개소 이상으로 할 경우에는 경량화 효과가 미비함으로써, 브리지를 최소 7개소, 최대 11개소로 설정해 줄 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 브레이크 디스크(1000)는, 돌기(120)와 접합리브(230)를 홀수 개로 규정하여 홀수 개의 브리지를 구성할 경우, 열 분포도가 브리지 개수를 기준으로 브리지 사이에서 발생됨으로써, 홀수 개의 열섬을 가지게 되며, 이것은 도 4에 도시된 바와 같이, 외부면(Direction for axial) 벤딩 모드의 기본 변형인 짝수 개의 벤딩 모드와 중첩이 되지 않으므로, 저더 현상의 발생을 완화시킬 수 있다. 따라서 브리지 개수는 7개, 9개, 11개 등 홀수 개로 규정하는 것이 타당하다.

다이나모(Dynamo) 평가(예로, 모델을 단순화하여 구조 해석을 수행함)를 통해 돌기(120)의 길이를 검증해서, 해당 검증된 돌기(120)의 길이를 기준으로 하여 제품 길이 비를 규정할 수 있다. 여기서, 최대 작용 응력 대비 변형량(즉, 로터부(200)의 최대 작용 응력에 대비한 로터부(200)의 최대 변형량)을 최소화하기 위해서, '돌기 길이/마찰면 폭'은 '0.35'로 하되, 이를 기준으로 허용 오차를 ㅁ0.05로 설정해 줄 수 있다. 예를 들어, 로터부(200)의 최대 변형량은 11.315mm, 로터부(200)의 최대 작용 응력은 207MPa일 수 있다.

다이나모 평가를 통해 돌기(120)의 두께를 검증해서, 해당 검증된 돌기(120)의 두께를 기준으로 하여 제품 두께 비를 규정할 수 있다. 여기서, 햇부(100)와 로터부(200)의 소재 강도를 만족하면서 응력 분산 효과로 로터부(200)의 응력을 최소화시켜 주기 위해서, '돌기 두께/마찰면 두께'는 '0.52'로 하되, 이를 기준으로 허용 오차를 -0.02 ~ +0.03으로 설정해 줄 수 있다. 예를 들어, 돌기(120)의 두께는 15mm, 마찰면 두께는 6.5mm, 햇부(100)의 최대 작용 응력은 367MPa, 로터부(200)의 최대 작용 응력은 110MPa일 수 있다.

CFD(Computational Fluid Dynamics; 컴퓨터 유체 역학) 해석을 수행하여 로터부(200)의 최외경 부분의 속도로 열보정패드(또는, 방열패드(240))의 효과를 검증해서, 해당 검증된 방열패드(240)를 규정할 수 있다. 여기서, 두께비를 0.05 이하로 갈 경우에 최대 속도와 최소 속도 간의 속도 편차가 증가되고 0.10을 초과할 경우에도 속도 편차가 증가할 수 있다. 외경부의 속도 편차는 브레이크 디스크(1000)의 불균일 냉각에 영향을 미치게 되므로, 속도 편차가 적을수록 효율적인 방열 기능을 수행할 수 있다. 이를 기준으로 속도 편차를 최소화하기 위해서, '열보정패드 높이/마찰면 높이'는 '0.05 ~ 0.10'으로 설정해 줄 수 있다. 예를 들어, '열보정패드 높이/마찰면 높이'가 0.06일 때에 로터부(200)의 최외경 부분의 최대 속도는 1.77m/s이고 로터부(200)의 최외경 부분의 최소 속도는 0.55m/s이며, 이에 속도 편차는 1.22m/s일 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 브레이크 디스크(1000)는, 햇부(100)와 로터부(200)의 체결 구조에서 이탈방지홈(130)을 부여하여 제동 시에 발생할 수 있는 디스크 변형을 최소화하며, 또한 불연속적인 벤트를 분산 배치함과 동시에 추가적으로 방열패드(240)를 구현함으로써 제동 시에 발생되는 공기의 흐름을 효과적으로 제어하여 방열성을 향상시켜 줄 수 있으며, 디스크의 온도 상승을 억제하여 마찰 성능을 향상시키고 열 변형을 억제할 수 있다.

도 5는 도 1에 있는 햇부를 설명하는 도면이며, 도 6은 도 5에 있는 돌기를 설명하는 도면이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 햇부(100)는, 본체(110), 돌기(120), 이탈방지홈(130)을 구비하여, 고강도 재질의 구상흑연주철로 형성되어, 기존보다 박육화 및 부분 살빼기를 통해 경량화함과 동시에 제동 기능을 구현할 수 있다.

본체(110)는, 원형으로서 둘레면에 대응되는 외측면(111)을 형성한다. 이때, 외측면(111)에는 원주 방향을 따라서 복수 개의 돌기(120)를 돌출 형성하도록 해 준다.

돌기(120)는, 햇부(100)(즉, 본체(110)의 외경부를 따라 등분 배치되며 양각의 형태를 가진다. 바람직하게는, 돌기(120)는, 서로 간에 동일한 거리 이격을 두고 형성될 수 있다.

일 실시 예에서, 돌기(120)는, 로터부(200)(즉, 접합리브(230))와 결합하는데, 이때 로터부(200)와 접합되는 길이를 로터부(200)의 폭의 전체 길이에 대하여 비율이 0.3 ~ 0.4의 범위로 형성할 수 있다.

일 실시 예에서, 돌기(120)는, 로터부(200)의 전체 두께에 대하여 비율이 0.5 ~ 0.55의 범위로 두께를 형성할 수 있다.

일 실시 예에서, 돌기(120)는, 햇부(100)와 로터부(200)의 폭에 따라 선택적으로 7개, 9개, 11개 중 하나를 선정하여 해당 선정된 개수로 형성할 수 있다.

일 실시 예에서, 돌기(120)는, 본체(110)의 외측면(111)으로부터 돌출되며, 축 방향을 기준으로 0.5 ~ 1도의 기울기를 가지면서 두께가 감소되는 형태로 형성될 수 있다.

일 실시 예에서, 돌기(120)는, 본체(110)의 외측면(111)으로부터 끝단까지 돌출된 길이(a)를, 외측면(111)에 접한 접합리브(230)의 끝단으로부터 로터부(200)의 마찰면 최대 외측 둘레까지의 길이(b)로 나눈 값이 0.3 ~ 0.4가 되도록 형성할 수 있다. 여기서, 접합리브(230)의 끝단으로부터 로터부(200)의 마찰면 최대 외측 둘레까지의 길이(b)는, 로터부(200)의 외경에서 내경을 뺀 길이를 의미할 수 있다.

일 실시 예에서, 돌기(120)는, 돌출 길이(a)에 대한 비율이 0.3미만일 경우에, 고토크가 작용될 시에 접촉 면적이 감소되어 효과적인 힘의 분산이 이루어질 수 없으며, 반면에 비율이 0.4를 초과할 경우에, 필요 이상으로 결합 길이가 증가되어 결과적으로 벤트 구간으로 침투됨으로써 효과적인 결합 구조의 형성이 어려워지며, 이로 인하여 제동 시에 불안정한 떨림 현상이 발생되며, 구조적 안정성을 저해하기 때문에, 따라서 접합 구간의 총길이(a)는 마찰면의 폭(b)의 0.3 ~ 0.4의 길이 비를 가지는 것이 타당하다.

표 2는 비교 예의 경우로서, 길이 비를 '0.25', '0.45'인 비교 예로 설정하고, '0.35'를 실시 예로 설정하며, 이에 수직 방향의 하중이 작용할 경우를 가정하여 분석한 결과이다.

표 1에서 나타나는 바와 같이, 비교 예 1에서 실시 예와 비교하여 로터부(100)에서의 최대 변형량과 응력값의 범위가 각각 변형량이 32㎛, 최대 응력이 18MPa이 증가되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 비교 예 2로부터 로터부(200)에서의 최대 변형량 및 최대 응력의 변화를 실시 예의 결과와 대비 시에, 최대 응력은 동등하나, 최대 변형량이 10㎛가 증가되므로 로터부(200)의 변형에 취약한 것을 확인할 수 있다.

일 실시 예에서, 돌기(120)는, 두께(c)에 대한 로터부(200)의 전체 두께(d)의 비율이 0.50 ~ 0.55가 되도록 형성할 수 있다. 이때, 제동 시에 발생되는 고토크를 견디기 위해서는, 회주철 재질의 아웃보드플레이트(210)의 최소 두께(e)가 6mm로 필요하며, 이를 바탕으로 하여 0.50 ~ 0.55의 비율로 조절될 수 있다.

표 3은 비교 예의 경우로서, 두께 비를 '0.45', '0.60'인 비교 예로 설정하고, '0.52'를 실시 예로 설정하여 분석한 결과이다.

표 2에서 나타나는 바와 같이, 비교 예 1에서 실시 예와 비교하여 각각 햇부(100) 및 로터부(200)에서의 최대 응력값의 범위가 각각 41%, 45%가 증가되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 비교 예 2에서의 최대 응력값의 범위 또한 실시 예의 결과와 대비 시에, 햇부(100)의 최대 응력값은 19% 감소되나, 로터부(200)에서의 최대 응력값이 42%가 증가되어 로터부(200)의 구조 강도가 취약해지는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 돌기(120)의 수직 두께(c)와 로터부(200)의 전체 두께(d)의 비는 0.50 ~ 0.55의 범위가 되도록 형성하는 것이 타당하다.

이탈방지홈(130)은, 돌기(120)의 상부나 하부에 1개 이상으로 형성되어, 로터부(200)(즉, 접합리브(230))의 이탈 및 변형을 방지해 준다. 다시 말해서, 이탈방지홈(130)은, 체결력의 증강할 수 있을 뿐만 아니라, 고토크 작용 시나 제동 시에 발생할 수 있는 브레이크 디스크(1000)의 변형을 억제 내지는 최소화할 수 있다.

도 7은 도 1에 있는 로터부를 설명하는 도면이다.

도 7을 참조하면, 로터부(200)는, 아웃보드 플레이트(210), 인보드 플레이트(220), 접합리브(230)를 구비하여, 기계적인 마찰을 발생시켜 제동력을 제공해 줄 수 있다.

접합리브(230)는, 햇부(100)와의 결합을 위해 돌기(120)와 직접적인 결합이 이루어지는 부분으로서, 아웃보드 플레이트(210) 및 인보드 플레이트(220)의 중앙에 형성된 관통홀(201)(도 3 참조)의 둘레면에서 둘레를 따라서 돌기(120)의 개수 및 위치에 대응하여 형성된다.

일 실시 예에서, 접합리브(230)는, 돌기(120)를 감싸는 형태로, 돌기(120)와 결합될 수 있다.

일 실시 예에서, 접합리브(230)는, 햇부(100)의 외측면(111)(도 1 참조)과 접촉되지 않으며, 단순히 돌기(120)를 감싸도록 내부 공간(231)을 형성할 수 있다.

일 실시 예에서, 접합리브(230)는, 내부 공간(231)을 형성하여, 해당 내부 공간(231)에 돌기(120)를 채워, 돌기(120)와 서로 결합할 수 있다.

일 실시 예에서, 접합리브(230)는, 형상이 특정되지 않은 복수 개의 리브 구조인 필러 방식을 기본으로 하며, 이를 통해 냉각 효과를 극대화할 수 있으며, 또한 유동 특성 개선 효율을 보다 증진시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 예는 상술한 장치 및/또는 운용방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다. 이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1000: 브레이크 디스크
100: 햇부
110: 본체
111: 외측면
120: 돌기
130: 이탈방지홈
200: 로터부
201: 관통홀
210: 아웃보드 플레이트
211: 방출홀
220: 인보드 플레이트
230: 접합리브
231: 내부 공간
240: 방열패드

Claims (10)

1. 휠의 회전축에 장착되어 외부 커버를 형성해 주기 위한 햇부; 및 중앙에 관통홀을 형성하여 관통홀 내부로 상기 햇부를 수용 결합하며, 제동 시에 브레이크 패드와 접촉하여 제동력을 제공해 주기 위한 로터부를 포함하되,
   상기 햇부는, 휠의 회전축에 장착되는 본체; 상기 본체의 외측면에서 원주 방향을 따라 돌출 형성된 복수 개의 돌기; 및 상기 돌기의 상부면 또는 하부면에 형성되어, 상기 로터부와의 결합 시에 이탈을 방지하기 위한 이탈방지홈을 구비하며;
   상기 로터부는, 아웃보드 플레이트; 인보드 플레이트; 및 상기 아웃보드 플레이트와 상기 인보드 플레이트 사이에서 상기 관통홀의 둘레로부터 상기 돌기를 향해 돌출되되, 상기 돌기를 감싸도록 연결 형성된 복수 개의 접합리브를 구비하되; 상기 돌기와 상기 접합리브의 결합 부분들 서로 간에 열 방출을 위한 방출홀을 형성한 벤트 타입으로 이루어지며;
   상기 로터부는, 상기 아웃보드 플레이트와 상기 인보드 플레이트 사이에 형성되어, 제동 시에 열을 배출해 주기 위한 열보정패드를 추가적으로 더 구비하며; 상기 열보정패드는 제동 시에 발생되는 열섬의 위치에 설치되되, 부채꼴 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 로터부는,
   편상흑연주철을 사용하여 형성된 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 제1항에 있어서, 상기 열보정패드는,
    상기 아웃보드 플레이트 또는 상기 인보드 플레이트의 두께에 대하여 0.05 ~ 0.1의 범위로 두께를 형성하는 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크.

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