KR101949595B1 - 자동차용 브레이크 패드의 백플레이트 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마찰재와 백플레이트가 접착되는 자동차용 브레이크 패드의 백플레이트 구조에 있어서, 돌기 형성 공구를 고속으로 회전시키면서 백플레이트에 공구를 접촉시켜 인위적으로 고온의 마찰열을 발생시켜, 백플레이트 소재를 이용하고 일체화된 돌기를 형성시키는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 패드의 백플레이트 구조에 관한 것이다.

Description

자동차용 브레이크 패드의 백플레이트 구조{Back plate structure for automobile brake pad}

본 발명은 자동차용 브레이크 패드의 백플레이트의 구조에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 마찰재와 백플레이트가 접착되는 자동차용 브레이크 패드의 백플레이트 구조에 있어서 돌기 형성 공구를 고속으로 회전시키면서 백플레이트에 공구를 접촉시켜 인위적으로 고온의 마찰열을 발생시켜, 백플레이트 소재를 이용하고 일체화된 돌기를 형성시킨 자동차용 브레이크 패드의 백플레이트 구조에 관한 것이다.

자동차용 브레이크는 주행 중의 자동차를 감속 또는 정지시키는 동시에 주차상태를 유지시키는데 사용되는 장치로 마찰력을 이용하여 제동 작용을 하게 된다.

브레이크 장치는 자동차의 운동에너지를 회전하는 디스크와 브레이크 패드 사이의 마찰을 통해 열에너지로 변환되고 이때 발생한 열은 주행중의 차가운 공기의 흐름 또는 부품 자체의 열전도율에 기인하여 외부로 발산되게 되어 있다.

브레이크 시스템은 도 1과 같이 크게 마찰을 일으키는 제동장치, 제동력을 발생하는 장치, 힘을 전달 또는 보조동력을 발생하는 부수 장치로 구성되어진다.

도 1의 제동장치 중 디스크 브레이크는 도 2와 같이 디스크(Disc: 21), 캘리퍼(Caliper: 22), 브레이크 패드(Pad: 23)로 구성되며, 디스크(21)는 원판형으로 바퀴와 같이 회전하며, 캘리퍼(22)는 디스크의 양측에 끼워져 있으며, 캘리퍼 내부의 유압으로 작동되는 피스톤(24)으로 브레이크 패드(23)를 디스크 방향으로 밀착하며, 브레이크 패드(23)는 회전하는 디스크(21)와 직접 접촉하여 마찰 작용을 담당하게 된다.

도 3과 같이 브레이크 패드는 마찰을 담당하는 마찰재(31), 캘리퍼(22)의 피스톤의 압력을 전달받는 백플레이트(32), 마찰재(31)가 한계 이상으로 마모시 백플레이트(32)와 디스크(21)의 직접적인 마찰로 인한 손상 및 제동 안정성을 확보하기 위하여 마모 한계를 운전자에게 인지시키는 마모센서(기계식(33)과 전자식 (34)), 제동시 발생되는 가스와 분진의 배출 통로인 슬롯(35) 등으로 구성되어 있으며, 백플레이트(32)와 마찰재(31)는 화학적 접착제(36)로 결합되어져 있다.

제동시 백플레이트는 캘리퍼 유압 피스톤의 힘이 전달되므로 일반적으로 자동차 구조용 열간압연 강판(SAPH440) 또는 일반 구조용 압연강재(SS400) 등의 재료가 사용되어 진다.

브레이크 패드는 화학적 접착제에 의해 마찰재와 백플레이트가 결합되는데, 제동시 발생되는 열에 의해 박리되거나, 수분과 도로 위의 뿌려지는 염화칼슘 등의 환경적인 요인에 의해 녹이 발생되어 결합력이 약해지고 이로 인해 박리되는 경우도 발생한다. 이러한 박리현상은 자동차의 사고로 연결되며, 운전사의 안전에 심각한 위험을 초래하게 된다.

이러한 문제에 기인하여 브레이크 패드 제조회사 및 각 국가의 자동차 부품관련 인증기관에서는 마찰재와 백플레이트의 접착강도에 대해 2.5N/㎟ 이상으로 규제하고 있다.

특히 고속, 고하중, 고감속의 경주용 자동차 또는 고성능 자동차등에 사용되는 브레이크 패드는 일반적인 사용조건 대비 가혹한 제동 조건에 기인하여 제동시 발생하는 마찰열에 기인하여 패드의 온도가 400~600℃ 정도까지 상승하며, 이러한 고온에 기인하여 화학적 접착제에 의한 결합이 약해져 마찰재와 백플레이트가 분리되어 직접적인 사고의 원인이 되기도 한다.

또한, 대형 트럭 및 버스 등에 사용되는 브레이크 패드는 고하중에 기인하여 마찰재와 백플레이트의 접착강도가 부족하여 박리현상이 발생하는 등의 심각한 문제점을 가지고 있다.

이러한 문제점을 보완하기 위하여 접착제에 의한 화학적 결합 이외의 기계적인 결합력을 향상시키기 위한 백플레이트의 구조적 설계 기술이 개발되고 있으며, 이와 연관된 다양한 특허가 등록되어 있다.

일본 특허 제03806348호는 백플레이트 표면에 얇은 철판을 이용하여 돌기를 형성시킨 별도의 부재료를 용접하는 방법이며, 국내 등록특허 제10-0633654호는 브레이크 패드용 백플레이트 구조에 관한 것으로, 주석계 청동 소재를 사용한 볼트로 마찰재를 고정시켜, 고속 제동시 고온 전단력(마찰재와 백플레이트의 접착강도) 향상을 도모하는 기술을 개시하였다.

하지만, 일본 특허 제03806348호의 경우 백플레이트와 돌기가 형성된 얇은 철판을 용접으로 접합하는 별도의 작업 공정이 필요하며, 국내 등록특허 제10-0633654호의 경우 청동소재의 볼트를 백플레이트 고정하는 추가 작업이 필요하다. 또한, 백플레이트와 서로 다른 재질 및 별도의 부자재가 용접 또는 볼트 결합 등으로 결합되어 있으며, 이로 인해 결합력이 약하거나 고온의 제동조건에서 백플레이트 변형 등으로 돌기 형성된 철판 또는 볼트가 백플레이트와 탈착되고 결국에는 백플레이트와 마찰재가 박리되는 문제점을 가지고 있다.

일본 특허 제03806348호 공보 한국 특허 제10-0633654호 공보

본 발명은 텅스텐카바이드(WC), 실리콘카바이드(SiC) 등으로 제작된 돌기 형성 공구를 고속으로 회전시키면서 백플레이트에 접촉시켜 마찰을 일으켜 마찰면에 발생되는 고온의 열을 이용하여 백플레이트와 일체화되고 결합력이 강한 돌기를 마찰재가 접합되는 백플레이트 표면에 형성시킴으로써 마찰재의 결합력과 접착강도 보강 돌기와 백플레이트의 일체성을 증대시키고, 고온의 사용조건에서 백플레이트가 변형되더라도 돌기에 의한 결합력이 저하되지 않도록 하는 자동차용 브레이크 패드의 백플레이트 구조를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 마찰재와 백플레이트가 접착되는 자동차용 브레이크 패드의 백플레이트 구조에 있어서 돌기 형성 공구를 고속으로 회전시키면서 백플레이트에 공구를 접촉시켜 인위적으로 고온의 마찰열을 발생시켜, 백플레이트 소재를 이용하고 일체화된 돌기를 형성시키는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 패드의 백플레이트 구조인 것이다.

또한, 본 발명은 돌기 형성 공구가 백플레이트에 버어(burr)를 형성시키면서 고온의 마찰열에 의해 파손되지 않도록 텅스텐카바이드(WC) 또는 실리콘카바이드 (SiC)의 세라믹 소재를 사용하는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 패드의 백플레이트 구조인 것이다.

또한, 본 발명은 돌기 형성 공구가 백플레이트에 수직으로 하강하여 원형의 돌기를 형성시키는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 패드의 백플레이트 구조인 것이다.

또한, 본 발명은 돌기 형성 공구의 하강시 백플레이트를 5~10°로 기울여서 전단력에 대한 방향성을 가지도록 돌기를 형성시키는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 패드의 백플레이트 구조인 것이다.

또한, 본 발명은 돌기 형성 공정 중 돌기 형성 공구가 백플레이트의 소재 두께 대비 30~70% 깊이까지 하강하는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 패드의 백플레이트 구조인 것이다.

도 1은 통상적인 브레이크 시스템의 구성 장치를 표시한 도면이다.
도 2는 통상적인 디스크 브레이크의 구조를 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 통상적인 브레이크 패드의 구조를 나타낸 측면도 및 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 백플레이트 돌기 형성 공구 및 공정도를 나타낸 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 원형의 백플레이트 보강 돌기의 측면도 및 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 방향성을 가진 백플레이트 보강 돌기의 측면도 및 평면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 방향성 돌기와 브레이크 마찰 전단력과의 관계를 나타낸 측면도이다.
도 8은 비교예 1에 따른 백플레이트의 접착 강도 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예 1에 따른 백플레이트의 접착 강도 그래프이다.
도 10은 비교예 2에 따른 백플레이트의 접착 강도 그래프이다.
도 11은 비교예 3에 따른 백플레이트의 접착 강도 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예 2에 따른 백플레이트의 접착 강도 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시예 3에 따른 백플레이트의 접착 강도 그래프이다.

이하에서 첨부한 도면에 의거하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 도 4와 같이 텅스텐카바이드(WC), 실리콘카바이드(SiC) 등으로 제작된 돌기 형성 공구(41)를 고속으로 회전시키면서 백플레이트(42)에 접촉시켜 마찰을 일으켜 마찰면에 발생되는 고온의 열을 이용하여 백플레이트(42)와 일체화되고 결합력이 강한 돌기(43)를 마찰재가 접합되는 백플레이트(42) 표면에 형성시킴으로써 마찰재의 결합력과 접착강도 보강 돌기와 백플레이트의 일체성을 증대시키고, 고온의 사용조건에서 백플레이트(42)가 변형되더라도 돌기에 의한 결합력이 저하되지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 돌기(43)를 형성하는 과정에서 일반적인 드릴링 작업과는 상이하게 버어(Burr)가 절삭 파편 형태로 배출되지 않고 버어(Burr)형태의 돌기가 형성되도록 공구(41) 표면이 매끄럽게 되어 있으며, 공구(41)가 고온의 마찰열에 의해서 파손되지 않도록 열에 강한 세라믹 소재인 텅스텐카바이드(WC), 실리콘카바이드(SiC)를 사용하는 것을 특징으로 한다.

이러한 돌기 형성 공구(41)를 이용할 경우에 상온에서의 돌기 형성 공정 대비, 인위적으로 마찰열을 발생시켜 300℃이상의 고온에서 돌기(43)를 용이하게 형성되는 것을 특징으로 한다.

도 4와 같이 이러한 돌기(43)가 형성되는 공정은 공구(41)가 백플레이트(42) 수직으로 하강하여 원형 형태의 돌기(43)를 형성시키거나, 백플레이트(42)를 돌기 형성 공구(41)에 대하여 5 ~ 10°기울기를 가지고 비스듬하게 하강되도록 함으로써 방향성을 가진 돌기를 형성시키는 것을 특징으로 한다.

이러한 도 6, 7과 같이 방향성을 가진 돌기(43)는 브레이크 패드가 회전하는 디스크(45)에 접촉하여 마찰을 일으킬 때 회전하는 방향에 대한 전단력을 크게 함으로써 브레이크 패드의 마찰재(44)와 백플레이트(42)의 접착강도를 향상시키는 것을 특징으로 한다.

돌기 형성 공정 중 백플레이트(42)의 소재 두께 대비 30~70% 깊이까지 공구가 하강하는 것을 특징으로 하고 있으며, 소재 두께 대비 30% 미만으로 하강시에는 돌기의 높이가 낮게 형성되어 접착강도 향상 효과가 낮으며, 소재 두께 대비 70% 초과하여 하강시에는 돌기 형성과정에서 백플레이트의 평탄도 등의 변형이 발생하게 되며, 이렇게 변형된 백플레이트는 브레이크 패드 제조시에 사용을 할 수가 없다. 변형된 백플레이트를 사용할 수 없는 이유는 캘리퍼 피스톤과 접촉되는 백플레이트 표면의 평탄도가 0.15mm 초과될 경우 피스톤과 백플레이트의 진동에 의해 브레이크 패드 자체의 소음이 발생하기 때문이다.

이렇게 발생된 소음은 브레이크 패드의 소비자 불만 사항이며, 브레이크 패드 제조회사는 백플레이트의 평탄을 좀 더 정밀하게 하기 위하여 품질 관리를 철저히 하거나, 정밀도 향상 공정기술등을 개발하고 있다.

이와 같은 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하기로 한다.

실시예 및 비교예

본 발명의 효과를 파악하기 위하여 동일한 마찰재 재질을 사용하여, 다양한 조건으로 제작된 백플레이트를 사용하여 시험품의 브레이크 패드를 제작하여 만능 재료시험기에서 접착강도를 측정하였다. 시험조건은 KS R ISO 6312 평가기준에 준하여 시험시 10mm/min의 속도로 전단하중을 가하여 파괴시의 하중을 패드의 단면적으로 나누어 강도를 측정하였으며 그 결과는 아래 표 1과 같다.

표 1에 의한 접착강도 측정 결과 돌기가 없는 비교예 1의 경우는 3.04N/㎟이지만 돌기가 형성된 실시예 1의 경우는 4.00N/㎟로 나왔다( 도 8과 9 참조).

표 2와 같이 돌기 형성 공구를 수직으로 하강시에 백플레이트의 각도를 주어 방향성을 가진 돌기를 형성하였을 경우의 접착강도를 측정한 결과 백플레이트 기울임 각도가 3°인 비교예 2가 4.15N/㎟, 백플레이트 기울임 각도가 13°인 비교예 3이 4.78N/㎟로 나타났으며, 백플레이트 기울임 각도가 5°인 실시예 2가 5.00N/㎟, 백플레이트 기울임 각도가 10°인 실시예 3이 5.13N/㎟으로 나타났다. 결론적으로 백플레이트를 돌기 형성 공구에 대하여 5~10°기울기를 가지고 비스듬하게 하강되도록 하는 실시예 2와 실시예 3이 비교예 2와 비교예 3 대비 접착강도가 크게 측정되었다 (도 10, 11, 12 및 13 참조).

표 3과 같이 돌기 형성 공정 중 공구가 들어간 깊이에 따른 백플레이트의 평탄도 변화를 측정한 결과를 보면 백플레이트 두께 대비 백플레이트 표면에서 공구가 들어간 깊이의 백분율이 30~70%까지 하강하는 것이 그 이외 대비 평탄도의 변화가 적게 나타났으며, 브레이크 패드 제조회사에서 소음 유발 문제에 따라 관리하는 백플레이트 평탄도 관리 범위인 0.15mm이하를 나타내었다.

21: 디스크
22: 캘리퍼
23: 브레이크 패드
24: 피스톤
31: 마찰재
32: 백플레이트
33: 기계식 마모센서
34: 전자식 마모센서
35: 슬롯
36: 접착제
41: 돌기 형성 공구
42: 백플레이트
43,43',43",43"': 돌기
44: 마찰재

Claims (5)

1. 마찰재와 백플레이트가 접착되는 자동차용 브레이크 패드의 백플레이트 구조에 있어서, 돌기 형성 공구를 고속으로 회전시키면서 백플레이트에 공구를 접촉시켜 인위적으로 고온의 마찰열을 발생시켜, 백플레이트 소재를 이용하고 일체화된 돌기를 형성시키는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 패드의 백플레이트 구조로서,
   상기 돌기 형성 공구의 하강시 백플레이트를 5~10°으로 기울여서 전단력에 대한 방향성을 가지도록 돌기를 형성시키는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 패드의 백플레이트 구조.
2. 제 1항에 있어서, 돌기 형성 공구가 백플레이트에 버어(burr)를 형성시키면서 고온의 마찰열에 의해 파손되지 않도록 텅스텐카바이드(WC) 또는 실리콘카바이드(SiC)의 세라믹 소재를 사용하는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 패드의 백플레이트 구조.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 돌기 형성 공정 중 돌기 형성 공구가 백플레이트의 소재 두께 대비 30~70% 깊이까지 하강하는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 패드의 백플레이트 구조.

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