KR101984193B1 - 향상된 마찰 재료 공구 - Google Patents

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KR101984193B1
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스탠리 프랭크 쿨리스
칼 리차드 벅스톤
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테네코 인코퍼레이티드
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Abstract

개선된 수용기 플레이트(20)를 이용하여 백플레이트(26)에 성형된 마찰 재료(24)를 포함하는 브레이크 조립체(22)를 제조하는 방법이 제공되어 있다. 상기 백플레이트(26)는 복수의 개구(30)를 포함하고 있고, 이 개구들은 각각 개구 직경(D0)을 가지고 있다. 상기 수용기 플레이트(20)는 수용면(34)으로부터 횡방향으로 뻗어 있는 복수의 핀(28)을 포함하고 있다. 상기 방법은 백플레이트(26)의 개구(30)를 수용기 플레이트(20)의 핀(28)과 정렬시키는 것을 포함하고 있다. 각각의 핀(28)은 정렬된 개구(30)의 개구 직경(D0)보다 작은 핀 직경(Dp)을 가지고 있다. 마찰 재료(24)와 수용기 플레이트(20)를 가열하고, 마찰 재료(24)를 백플레이트(26)의 개구(30)를 통과하도록 밀어넣는 것에 의해서 상기 마찰 재료(24)가 백플레이트(26)에 성형되어 있다. 상기 핀(28)은 마찰 재료(24)의 중심 부분(32)속으로 뻗어서 마찰 재료(24)의 경화의 정도를 향상시킨다.

Description

향상된 마찰 재료 공구{IMPROVED FRICTION MATERIAL TOOLING}
본 발명은 대체로 자동 차량용 브레이크 조립체를 형성하는데 사용되는 공구 및 상기 브레이크 조립체를 형성하는 방법에 관한 것이다.
자동 차량 브레이크 적용분야는 통상적으로 자동 차량을 정지시키기 위해 디스크과 결합되는 백플레이트에 부착된 마찰 재료의 패드를 포함하는 브레이크 조립체를 포함하고 있다. 이러한 브레이크 조립체의 한 예는 쿨리스(Kulis) 등이 출원한 미국 특허출원 제2005/0082124호에 개시되어 있다. 브레이크 조립체의 마찰 재료는 수용가능한 마찰 계수, 마모 저항, 단열성(thermal insulation) 및 진동 감쇠성을 제공하여야 한다. 브레이크 조립체의 마찰 재료는 무기물, 유기물 입자, 세라믹, 아라미드, 그리고 수지와 같은, 비- 석면 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 마찰 재료는 백플레이트에 성형되어 경화되어 있다. 수용가능한 마찰 재료 및 이 마찰 재료를 백플레이트에 부착시키는 방법의 예가 쿨리스(Kulis) 등에게 부여된 미국 특허 제5,413,194호에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 자동 차량용 브레이크 조립체를 형성하는데 사용되는 개량된 공구 및 이러한 브레이크 조립체를 형성하는 개량된 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시형태는 백플레이트의 적어도 하나의 개구에 성형된 마찰 재료를 포함하는 브레이크 조립체를 생산하는 개량된 공구를 제공한다. 상기 공구는 금속 재료로 형성된 수용기 플레이트를 포함하고 있다. 상기 수용기 플레이트는 상기 백플레이트를 지지하는 수용면을 제공하고 있다. 상기 수용기 플레이트는 상기 수용면으로부터 횡방향으로 뻗어 있는 적어도 하나의 핀을 포함하고 있고, 상기 핀은 상기 백플레이트의 개구들 중의 하나의 개구를 통하여 뻗어 있으며 마찰 재료가 상기 개구 속으로 밀어넣어질 때 마찰 재료에 열을 전달한다.
본 발명의 다른 실시형태는 백플레이트에 성형된 마찰 재료를 포함하는 브레이크 조립체를 생산하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 전방면 및 반대쪽으로 향하는 후방면 그리고 상기 전방면으로부터 상기 후방면까지 뻗어 있는 적어도 하나의 개구를 포함하는 백플레이트를 제공하는 단계를 포함하고 있고, 상기 개구는 각각 개구 직경을 가지고 있다. 상기 방법은 또한 수용면 및 상기 수용면으로부터 횡방향으로 뻗어 있는 적어도 하나의 핀을 포함하는 수용기 플레이트를 제공하는 단계를 포함하고 있다. 상기 방법은 다음에 상기 백플레이트의 개구를 상기 수용기 플레이트의 핀과 정렬시키는 단계를 포함하고 있고, 상기 핀은 각각 정렬된 개구의 개구 직경보다 작은 핀 직경을 가지고 있다. 상기 방법은 마찰 재료를 상기 백플레이트의 전방면에 배치시키는 단계, 상기 마찰 재료와 상기 수용기 플레이트를 가열하는 단계, 그리고 상기 핀을 따라서 백플레이트의 개구를 통과하도록 마찰 재료를 밀어넣는 단계를 더 포함하고 있다.
핀을 가진 수용기 플레이트는, 핀이 없는 종래 기술의 수용기 플레이트와 비교하여, 마찰 재료에 부가적인 열을 전달한다. 상기 핀은 상당한 양의 열을 마찰 재료의 내부 또는 중심 부분에 전달한다. 성형 공정 동안에, 마찰 재료의 중심 부분의 온도는 수용기 플레이트가 핀을 포함하지 않은 경우보다 더 신속하게 증가하고, 온도가 더 높다. 보다 신속한 가열과 보다 높은 온도는 마찰 재료의 경화의 정도를 향상시키고 마찰 재료가 백플레이트로부터 또는 내부적으로 얇은 조각으로 갈라지는 것(delaminate)에 대한 민감성을 감소시키거나 배제시킨다. 핀을 가진 수용기 플레이트에 의해 제공된 향상된 경화는 마찰 재료의 부풀음현상(blistering)을 감소시키거나 배제시킨다.
아래의 상세한 설명을 첨부된 도면과 함께 고려하면 본 발명의 다른 장점을 보다 잘 이해할 수 있으므로, 상기 장점을 용이하게 알 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 한 가지 실시예에 따른 수용기 플레이트의 사시도이고;
도 2는 도 1의 라인 2-2를 따라 도시한 수용기 플레이트, 그리고 본 발명의 한 실시예에 따른 백플레이트, 마찰 재료 및 압축 플레이트의 단면도이고;
도 2a는 상기 수용기 플레이트의 핀을 보여주는 도 2의 일부 구역의 확대 단면도이고;
도 2b는 도 2a의 핀의 대체 실시예이고;
도 2c는 도 2a의 핀의 다른 대체 실시예이고;
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수용기 플레이트, 백플레이트 및 마찰 재료의 단면도이고;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수용기 플레이트의 사시도이고;
도 5는 도 4의 수용기 플레이트, 그리고 본 발명의 다른 실시예에 따른 백플레이트, 마찰 재료 및 압축 플레이트의 단면도이고;
도 6은 도 4의 수용기 플레이트, 그리고 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백플레이트, 마찰 재료 및 압축 플레이트의 단면도이고;
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 백플레이트의 평면도이고; 그리고
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 도 7의 백플레이트에 배치된 마찰 재료의 평면도이다.
본 발명의 한 실시형태는 백플레이트(26)에 성형된 마찰 재료(24)를 포함하는 브레이크 조립체(22)를 형성하기 위한, 수용기 플레이트(receptacle plate)(20)라고 칭하는 공구를 제공한다. 개선된 수용기 플레이트(20)의 예는 도 1 내지 도 7에 도시되어 있고, 수용기 플레이트(20)를 이용하여 생산된 브레이크 조립체(22)의 한 예는 도 8에 도시되어 있다. 본 발명의 다른 실시형태는 개선된 수용기 플레이트(20)를 이용하여 브레이크 조립체(22)를 형성하는 방법을 제공한다. 상기 수용기 플레이트(20)는 백플레이트(26)의 개구(30)를 관통하여 뻗어 있는 적어도 하나의 핀(28)을 포함하지만, 통상적으로는 복수개의 핀(28)을 포함하고 있다. 성형 공정 동안에, 수용기 플레이트(20)의 핀(28)은 백플레이트(26)의 개구(30)와 정렬되어 있고, 마찰 재료(24)는 가열되고 백플레이트(26)의 개구(30)를 통과하도록 밀어넣어진다. 가열된 마찰 재료(24)는 수용기 플레이트(20)쪽으로 유동하고 상기 핀(28)은 마찰 재료(24)속으로 뻗는다. 상기 핀(28)은 마찰 재료의 중심 부분(32)에 부가적인 열을 제공하여 경화의 정도를 향상시킨다.
도 1 내지 도 6은 바람직한 실시예에 따른 복수의 핀(28)을 포함하는 수용기 플레이트(20)를 나타내고 있다. 상기 수용기 플레이트(20)는, 강 재료와 같은, 금속 재료로 형성될 수 있다. 수용기 플레이트(20)를 형성하는데 다양한 다른 금속이 사용될 수 있지만, 금속 재료는 통상적으로 성형 단계 동안에 마찰 재료(24)에 열을 전달하기 위해서 적어도 14 W/(m.K)의 열전도율을 가진다. 대체 실시형태로서, 수용기 플레이트(20)는 세라믹 재료, 탄소계 재료(carbon-based material), 또는 유기 재료와 같은, 금속보다 낮은 열전도율을 가진 비-금속 재료로 형성될 수 있다.
도 1, 도 2, 도 5 및 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 수용기 플레이트(20)는 수용면(34)과 반대쪽으로 향하는 압축면(36)을 가지고 있다. 상기 수용면(34)과 압축면(36)은 통상적으로 서로 평행하고, 수용기 외측면(38) 사이에 연속적으로 뻗어 있으며 수용기 외측면(38)에 의해 둘러싸여 있다. 수용기 플레이트(20)는 압축면(36)으로부터 수용면(34)까지 뻗어 있는 수용기 플레이트 두께(tr)를 가지고 있다. 수용기 플레이트 두께(tr)는 마찰 재료(24)의 종류와 성형 단계 동안 원하는 경화의 정도에 따라 조정될 수 있다.
수용기 플레이트(20)의 핀(28)은 수용면(34)에 의해 서로 이격되어 있고 수용면(34)으로부터 횡방향으로 뻗어 있다. 성형 단계 동안에, 핀(28)이 백플레이트(26)의 개구(30)와 정렬되도록 핀(28)은 백플레이트(26)의 개구(30)의 위치에 따라 소정의 위치에 놓여 있다. 핀(28)은 수용기 플레이트(20)의 수용면(34)에 의해 제공된 열에 부가하여 마찰 재료(24)에 부가적인 열을 제공한다.
도 2a에 가장 잘 도시되어 있는 바와 같이, 수용기 플레이트(20)의 핀(28)은 각각 수용면(34)으로부터 열전달면(42)까지 핀 축(Ap)을 따라서 횡방향으로 또는 위쪽으로 뻗어 있는 측부면(40)을 포함하고 있다. 상기 측부면(40)과 핀(28)의 열전달면(42)은 열을 마찰 재료(24)로 전달한다. 핀(28)의 열전달면(42)은 수용면(34)으로부터 멀어지게 향해 있다. 각각의 핀(28)은 수용면(34)으로부터 열전달면(42)까지 뻗어 있는 핀 높이(hp)를 가지고 있다. 이 핀 높이(hp)는 마찰 재료(24)의 종류와 양, 그리고 원하는 경화의 정도에 따라 조정될 수 있다. 한 가지 예시적인 실시예에 따르면, 핀 높이(hp)는 0.040 내지 0.160 인치이다. 도 2a 및 도 2b에 가장 잘 도시되어 있는 바와 같이, 각각의 핀(28)은 수용면(34)에 대해 평행하게 뻗어 있는 핀 직경(Dp)을 가지고 있다. 도 2b에 도시되어 있는 바와 같이, 핀 직경(Dp)은 핀 높이(hp)를 따라서 달라질 수 있다.
수용면(34)과 수용기 플레이트(20)의 핀(28)은 다양한 상이한 기하학적 구조로 이루어질 수 있다. 그러나, 각각의 실시예에서, 핀 직경(Dp)은, 성형 단계 동안에 마찰 재료(24)가 핀(28) 주위로 유동할 수 있도록 백플레이트(26)의 개구(30)에 맞게 설계되어 있다. 도 1 내지 도 3의 실시예에서는, 수용기 플레이트(20)의 수용면(34)은 평면이고, 각각의 핀(28)의 측부면(40)은 수용면(34)에 대해 수직으로 뻗어 있고, 그리고 각각의 핀(28)의 열전달면(42)은 수용면(34)에 대해 평행하게 뻗어 있다. 각각의 핀(28)의 측부면(40)은, 대체 실시형태로서, 수용면(34)에 대해 일정한 각도로 뻗을 수 있다. 도 2b의 실시예에서는, 핀(28)의 측부면(40)이 수용면(34)으로부터 열전달면(42)으로 갈수록 점점 가늘어지고, 열전달면(42)은 둥글게 되어 있다. 또한, 도 2b의 실시예에서는, 열전달면(42)을 따르는 핀 직경(Dp)이 수용면(34)을 따르는 핀 직경(Dp)보다 작다. 다른 대체 실시예에서는, 도 2c에 도시되어 있는 바와 같이, 핀(28)의 측부면(40)은 수용면(34)으로부터 열전달면(42)으로 갈수록 점점 가늘어지고, 열전달면(42)은 뾰족한 첨단부가 되도록 핀(28)이 원뿔 형상을 하고 있다.
도 4 내지 도 6에 도시된 한 가지 바람직한 실시예에서는, 수용기 플레이트(20)의 수용면(34)이 함몰부 또는 압입부라고도 칭하는 오목면(46)을 둘러싸는 돌출부(44)를 제공하고 있다. 본 실시예에서는, 핀(28)이 상기 함몰부 내에 배치되어 있으며 오목면(46)으로부터 횡방향으로 또는 위쪽으로 뻗어 있다. 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 돌출부(44)를 따르는 수용기 플레이트 두께(tr)가 오목면(46)을 따르는 수용기 플레이트 두께(tr)보다 두껍다. 수용기 플레이트 두께(tr)는 돌출부(44)로부터 오목면(46)의 베이스쪽으로 갈수록 감소한다.
도 5 및 도 6의 실시예에서는, 압축면(36)으로부터 핀(28)의 열전달면(42)까지의 수용기 플레이트 두께(tr)가 압축면(36)으로부터 돌출부(44)까지의 수용기 플레이트 두께(tr)와 동일하다. 본 실시예에서, 핀 높이(hp)는 핀(28)의 베이스에 있는 오목면(46)과 돌출부(44) 사이의 거리(d)와 동일하다. 대체 실시형태로서, 핀 높이(hp)는 핀(28)의 베이스에 있는 오목면(46)과 돌출부(44) 사이의 거리(d)보다 크거나 작을 수 있다. 도 5 및 도 6은 수용면(34)에 대해 수직으로 뻗어 있는 핀(28)의 측부면(40)과, 평면이고 돌출부(44)에 대해 평행한 핀(28)의 열전달면(42)을 나타내고 있다. 그러나, 핀(28)은 대체 형태의 기하학적 구조로 이루어질 수 있다. 도 5 및 도 6의 실시예에서는, 돌출부(44)와 적어도 하나의 핀(28)이 성형 단계 동안에 백플레이트(26)와 맞닿아서 백플레이트(26)를 지지한다.
본 발명의 다른 실시형태는 개량된 수용기 플레이트(20)를 이용하여 브레이크 조립체(22)를 형성하는 방법이다. 상기 방법은 브레이크 조립체(22)를 형성하기 위해 사용된 백플레이트(26)를 제공하는 단계를 포함하고 있다. 백플레이트(26)는 통상적으로 자동 차량 제동 적용분야의 요구를 충족시킬 수 있는 강 재료와 같은, 금속 재료로 형성되어 있다. 다양한 다른 금속이 백플레이트(26)를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 대체 실시형태로서, 백플레이트(26)는, 세라믹 재료, 탄소계 재료, 또는 유기 재료와 같은, 금속보다 낮은 열전도율을 가진 비-금속 재료로 형성될 수 있다. 한 가지 실시예에 따르면, 백플레이트(26)는 수용기 플레이트(20)보다 낮은 열전도율을 가지는 재료로 형성되어 있다. 예를 들면, 수용기 플레이트(20)는 강과 같은 금속 재료로 형성될 수 있고, 백플레이트(26)는 세라믹 재료, 탄소계 재료, 또는 유기 재료와 같은 비-금속 재료로 형성될 수 있다.
백플레이트(26)의 한 예가 도 8에 도시되어 있다. 도 2, 도 3, 도 5 및 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 백플레이트(26)는 전방면(48) 및 반대쪽으로 향하는 후방면(50)을 포함하고 있고, 통상적으로 상기 전방면(48)과 후방면(50)은 서로 평행하다. 전방면(48)과 후방면(50)은 플레이트 외측 면(52) 사이에 연속으로 뻗어 있으며 플레이트 외측 면(52)에 의해 둘러싸여 있다. 백플레이트(26)는 후방면(50)으로부터 전방면(48)까지 뻗어 있는 백플레이트 두께(tb)를 가지고 있다. 한 가지 실시예에서, 백플레이트 두께(tb)는 0.215 내지 0.230 인치이다.
도 2, 도 3 및 도 5 내지 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 백플레이트(26)는 전방면(48)으로부터 후방면(50)까지 연속적으로 각각 뻗어 있는 적어도 하나의 개구(30)를 가지고 있지만, 통상적으로 복수의 개구(30)를 가지고 있다. 백플레이트(26)의 각각의 개구(30)는 개구 축(A0) 둘레로 뻗어 있는 내측 벽(54)에 의해 제공된다. 도 2a 및 도 2b에 가장 잘 도시되어 있는 바와 같이, 상기 내측 벽(54)은 통상적으로 개구 직경(D0)을 가진 원통 형상을 하고 있다. 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 백플레이트(26)는, 플레이트 외측 면(52)으로부터 바깥쪽으로 뻗어 있는, 차량 적용분야 내에서 백플레이트(26)를 장착하기 위한, 한 쌍의 장착 구조(56)를 또한 포함할 수 있다.
한 가지 실시예에서, 도 5 및 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 백플레이트(26)는 수용기 플레이트(20)와 맞닿기 위한 후방면(50)으로부터 횡방향으로 뻗어 있는 지지 핀(29)을 포함하고 있다. 각각의 지지 핀(29)은, 후방면(50)으로부터 지지면(60)까지 위쪽으로 뻗어 있으며 지지 핀 높이(hs)를 제공하는 외측 면(58)을 포함하고 있다. 지지면(60)은 성형 공정 동안에 수용기 플레이트(20)의 수용면(34)과 맞닿는다. 본 실시예에서는, 지지 핀 높이(hs)가 수용면(34)의 오목면(46)과 수용기 플레이트(20)의 돌출부(44) 사이의 거리(d)와 동일하다.
또한 상기 방법은, 수용면(34)으로부터 횡방향으로 뻗어 있는 핀(28)을 포함하는 수용기 플레이트(20)를 제공하는 단계를 포함하고 있다. 백플레이트(26)를 제공하고 수용기 플레이트(20)를 제공하는 단계는, 백플레이트(26)의 개구 직경(D0)들 중의 하나의 개구 직경보다 작은 핀 직경(Dp)을 가진 적어도 하나의 핀(28)을 제공하는 것을 포함한다. 바람직하게는, 수용기 플레이트(20)는 복수의 핀(28)을 포함하고 있으며 한 개의 핀(28)이 백플레이트(26)의 각각의 개구(30)와 정렬될 수 있도록 설계되어 있고, 각각의 핀(28)의 핀 직경(Dp)은 정렬된 개구(30)의 개구 직경(D0)보다 작다.
도 5 및 도 6의 실시예에서는, 백플레이트(26)가 지지 핀(29)을 포함하는 경우, 수용기 플레이트(20)는 백플레이트(26)의 후방면(50)과 수용기 플레이트(20)의 수용면(34)의 사이에 채널(62)을 제공하기 위해서 통상적으로 돌출부(44)와 오목면(46)을 포함하고 있다.
또한 상기 방법은, 마찰 재료(24)를 준비하거나 제공하는 단계를 포함하고 있다. 상기 마찰 재료(24)는, 성긴 입자성 혼합물(loose particulate mixture) 또는 사전 압밀 폼(pre-compact form)과 같은, 자동 차량 적용분야의 브레이크 패드를 형성하기 위해 사용되는 임의의 종류의 재료로 될 수 있다. 마찰 재료(24)는 통상적으로, 무기물, 유기물 입자(organic particle), 세라믹, 아라미드(aramid), 수지, 유기물 입자, 캐슈넛 껍질 입자(cashew nut shell particle), 고무, 금속 입자, 그리고 결합제(binder)와 같은 몇 가지 성분의 혼합물로 이루어진다. 마찰 재료(24)는 바람직하게는 석면을 포함하고 있지 않다. 브레이크 조립체(22)를 형성하기 위해 사용될 수 있는 마찰 재료(24)의 예는 쿨리스(Kulis) 등에게 부여된 미국 특허 제5,413,194호에 개시되어 있다.
한 가지 실시예에서, 마찰 재료(24)는, 두 개 이상의 상이한 구성물(64, 66)을 포함하는 냉간 압밀체(cold compact)와 같은, 복수의 상이한 구성물(64, 66)을 포함하고 있다. 예를 들면, 마찰 재료(24)는, 도 3 및 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 기초 레이어(underlayer) 또는 받침 레이어(backing layer)와 같은 제1 구성물(64) 및 종래의 마찰 재료와 같은 제2 구성물(66)을 포함할 수 있다.
일단 백플레이트(26), 수용기 플레이트(20), 그리고 마찰 재료(24)가 제공되면, 그 다음에 상기 방법은 브레이크 조립체(22)를 형성하기 위해서 마찰 재료(24)를 백플레이트(26)에 일체로 성형하는 것을 포함한다. 이 성형 공정은 먼저 백플레이트(26)의 후방면(50)과 수용기 플레이트(20)의 수용면(34)을 서로 평행하게 정렬시키는 것과, 백플레이트(26)의 각각의 개구(30)의 개구 축(A0)을 수용기 플레이트(20)의 핀(28)들 중의 하나의 핀의 핀 축(Ap)과 정렬시키는 것을 포함한다. 그 다음에 상기 방법은 백플레이트(26)의 후방면(50)을 수용기 플레이트(20)의 수용면(34)에 배치시키는 것과 수용기 플레이트(20)의 각각의 핀(28)을 백플레이트(26)의 개구(30)의 인접한 내측 벽(54)으로부터 이격시키는 것을 포함한다. 도 2, 도 3, 도 5 및 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 수용기 플레이트(20)의 핀(28)과 백플레이트(26)의 내측 벽(54)은 그들 사이에 공간(68)을 제공한다. 백플레이트(26)가 지지 핀(29)을 포함하면, 지지면(60)이 수용기 플레이트(20)의 수용면(34)과 맞닿는다. 예를 들면, 도 5 및 도 6의 실시예에서는, 백플레이트(26)의 후방면(50)과 수용기 플레이트(20)의 오목면(46)의 사이에 채널(62)을 제공하기 위해서 상기 방법이 백플레이트(26)의 후방면(50)을 돌출부(44)와 수용기 플레이트(20)의 적어도 하나의 핀(28)에 배치시키는 것을 포함한다.
일단 백플레이트(26)와 수용기 플레이트(20)가 서로 정렬되면, 상기 방법은 수용기 플레이트(20)와 백플레이트(26)를 한 쌍의 대향하는 압축 플레이트(70) 사이의 성형 장치의 캐버티 내에 배치시키는 것을 포함한다. 압축 플레이트(70)는, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 통상적으로 서로 평행하다. 상기 방법은 또한 성형 장치를 소정의 온도로 예열시키는 것을 포함하고, 이 예열은 백플레이트(26)와 수용기 플레이트(20)가 성형 장치 내에 배치되기 전이나 후에 이루어질 수 있다.
성형 장치를 예열한 후에, 상기 방법은, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 마찰 재료(24)를 성형 장치 내에 그리고 백플레이트(26)의 전방면(48)에 주입하거나 다른 방식으로 배치시키는 것을 포함하고 있다. 마찰 재료(24)는 마찰 재료(24)의 양 측면 사이로 뻗은 재료 두께(tm)를 가지고 있다. 마찰 재료(24)에 압력을 가하기 전에, 마찰 재료(24)는 통상적으로 0.440 인치 내지 0.470 인치의 재료 두께(tm)를 가지고 있다. 상기 재료 두께(tm)는 백플레이트 두께(tb), 수용기 플레이트 두께(tr), 핀 높이(hp), 마찰 재료(24)의 종류 및 원하는 경화의 정도에 따라 달라질 수 있다.
다음에, 상기 방법은 마찰 재료(24)와 수용기 플레이트(20)를 가열하는 단계, 그리고 마찰 재료(24)를 백플레이트(26)의 개구(30)를 통과하도록 밀어넣는 단계를 포함한다. 한 가지 실시예에서, 상기 밀어넣는 단계는 등방 압축력(isostatic compression force) 또는 등방 압력(isostatic pressure)을 마찰 재료(24) 또는 수용기 플레이트(20)에 가하기 위해 성형 장치의 압축 플레이트(70)를 이용하는 것을 포함하고 있다. 통상적으로 힘 또는 압력이 마찰 재료(24)와 수용기 플레이트(20)에 동시에 가해진다. 가열된 마찰 재료(24)는 백플레이트(26)의 개구(30)의 내측 벽(54)을 따라서, 수용기 플레이트(20)의 핀(28)을 따라서, 그리고 수용기 플레이트(20)의 수용면(34)으로 그리고 상기 수용면(34)을 따라서 유동한다. 도 5 및 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 수용기 플레이트(20)가 돌출부(44)와 오목면(46)을 포함하면, 마찰 재료(24)는 또한 채널(62)을 통과하고, 백플레이트(26)의 후방면(50)을 따라서, 그리고 수용기 플레이트(20)의 오목면(46)을 따라서 유동한다.
상기 방법은 마찰 재료(24) 및/또는 수용기 플레이트(20)에 힘을 가함으로써 핀(28)을 마찰 재료(24)속으로 삽입하는 것을 포함한다. 상기 핀(28)은 주위나 다른 구성요소에 노출되지 않는 마찰 재료(24)의 일부분인, 마찰 재료(24)의 중심 부분(32)으로 뻗어 있다. 상기 핀(28)은 통상적으로 마찰 재료(24)의 일부분을 통과하여 뻗어 있지만, 마찰 재료(24)를 완전히 통과하여 뻗을 수 있다. 압력이 마찰 재료(24)에 가해지면, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 마찰 재료(24)는 백플레이트(26)의 개구(30)에서 보다 큰 재료 두께(tm)를 가진다. 한 가지 예시적인 실시예에 있어서, 압력 또는 힘을 마찰 재료(24)에 가한 후의, 개구(30)와 핀(28)을 따르는 마찰 재료(24)의 재료 두께(tm)는 0.660 인치 내지 0.690 인치이다. 한 가지 바람직한 실시예에서는, 압력 또는 힘을 마찰 재료(24)에 가한 후의 백플레이트(26)의 개구(30)에서의 재료 두께(tm)에 기초하여, 상기 핀(28)이 마찰 재료(24)의 재료 두께(tm)의 적어도 5%, 바람직하게는 마찰 재료(24)의 재료 두께(tm)의 적어도 8%, 더욱 바람직하게는 마찰 재료(24)의 재료 두께(tm)의 적어도 25% 만큼 마찰 재료(24) 속으로 삽입된다. 성형 공정 동안에, 가열된 마찰 재료(24)는 수용기 플레이트(20)의 핀(28)을 완전히 둘러싸고 매립한다. 수용기 플레이트(20)와 백플레이트(26)의 사이에 채널(62)이 제공되면, 마찰 재료(24)는 또한 백플레이트(26)의 후방면(50)의 일부분을 덮는다.
마찰 재료(24)가 제1 구성물(64) 및 제2 구성물(66)과 같은 복수의 구성물(64, 66)을 포함하면, 제1 구성물(64)은 백플레이트(26)의 전방면(48)에 배치되고 제2 구성물(66)은 제1 구성물(64) 위에 배치된다. 대체 실시형태로서, 제1 구성물(64)과 제2 구성물(66)이 사전 압축형 예비성형체(pre-compacted preform)로 성형 장치에 장입되어 전방면(48)에 함께 배치된다. 성형 공정 동안에, 일단 열과 힘이 마찰 재료(24)에 가해지면, 도 3 및 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 제2 구성물(66)에 이어서 제1 구성물(64)이 개구(30)를 통과하여 유동한다. 제1 구성물(64) 또는 기초 레이어는 통상적으로 백플레이트(26)의 개구(30)를 통과하여 쉽게 유동하는 반면에 제2 구성물(66)의 대부분은 백플레이트(26)의 전방면(48)을 따라 남아 있다.
상기 가열하는 단계와 밀어넣는 단계는, 마찰 재료(24)를 백플레이트(26)에 일체로 성형하고 마찰 재료(24)를 적어도 부분적으로 경화하기 위해서 충분한 열과 압력을 가하는 것을 포함한다. 성형(molding) 횟수와 온도는 마찰 재료(24)의 종류에 따라 달라진다. 가열하는 단계 동안, 열이 수용기 플레이트(20)로부터 마찰 재료(24)로 전달되고, 이것은 마찰 재료(24)를 경화시키는데 도움이 된다. 마찰 재료(24)는 통상적으로, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 패드와 같은 원하는 형상으로 성형된다.
핀이 없는 종래 기술의 수용기 플레이트와 비교하여, 핀(28)은 수용기 플레이트(20)로부터 마찰 재료(24)로 부가적인 열을 전달한다. 핀(28)은 특히 상당한 양의 열을 마찰 재료(24)의 내부 또는 중심 부분(32)에 제공한다. 성형 공정 동안에, 마찰 재료(24)의 내부 또는 중심 부분(32)의 온도는 수용기 플레이트(20)가 핀(28)을 포함하지 않은 경우보다 더 신속하게 증가하고, 온도가 더 높다. 마찰 재료(24)의 중심 부분(32)에 제공된 보다 신속한 가열로 인해 경화 공정 동안에 발생된 가스가 보다 신속하게 제거될 수 있고 백플레이트(26)의 개구(30)를 따라 마찰 재료(24)의 압축량을 향상시킨다. 보다 신속한 가열과 보다 높은 온도는 또한 마찰 재료(24)의 경화의 정도를 향상시키고 마찰 재료(24)에 있어서 얇은 조각으로 갈라지는 것(delaminate)에 대한 민감성을 감소시키거나 배제시킨다. 핀(28)을 가진 수용기 플레이트(20)에 의해 제공된 향상된 경화는 마찰 재료(24)의 부풀음현상(blistering)을 감소시키거나 배제시킨다. 도 3 및 도 6의 실시예와 같이, 마찰 재료가 두 개 이상의 구성물(64, 66)의 혼합물을 포함하는 실시예에서는, 보다 신속한 가열이 상기 혼합물에 보다 양호한 유동 특성을 제공한다.
성형 공정은 일체로 성형된 마찰 재료(24)와 백플레이트(26)를 성형 장치로부터 분리시킴으로써 종료된다. 몇 가지 경우에 있어서, 일체로 성형된 마찰 재료(24)와 백플레이트(26)의 경화는 경화 오븐(curing oven)에서 완료된다. 백플레이트(26)에 일체로 성형된 마찰 재료(24)의 패드를 포함하는, 완성된 브레이크 조립체(22) 제품의 한 예가 도 8에 도시되어 있다. 상기 브레이크 조립체(22)는 브레이크 캘리퍼 시스템(brake caliper system)과 같은, 다양한 자동 차량 적용분야에 사용될 수 있다.
명백히, 상기의 개시내용에 기초하여 본 발명의 다양한 변형 및 수정이 가능하며 첨부된 청구범위의 범위 내에서 상기한 것과 다르게 실시될 수 있다. 부가적으로, 청구항에 기재된 참고 번호는 단지 편의를 위한 것이며 어떠한 식으로도 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (22)

  1. 백플레이트(26)의 적어도 하나의 개구(30)에 성형된 마찰 재료(24)를 포함하는 브레이크 조립체(22)를 생산하는 공구로서,
    백플레이트(26)를 지지하는 수용면(34)을 제공하는 수용기 플레이트(20)를 포함하고 있고, 상기 수용면(34)은 함몰면을 따라 뻗어 있는 돌출부(44)를 제공하고,
    상기 수용기 플레이트(20)는, 백플레이트(26)의 개구(30)들 중의 하나를 통하여 뻗어 있으며 마찰 재료(24)가 개구(30)속으로 밀어넣어질 때 마찰 재료(24)에 열을 전달하는, 상기 함몰면으로부터 열전달면(42)까지 횡방향으로 뻗어 있는 적어도 하나의 핀(28)을 포함하고,
    상기 수용기 플레이트(20)는 상기 수용면(34)의 상기 돌출부(44)로부터 반대측으로 향하는 압축면(36)까지 뻗어 있는 제1 수용기 플레이트 두께 및 적어도 하나의 상기 핀(28)의 상기 열전달면(42)으로부터 상기 압축면(36)까지 뻗어 있는 제2 수용기 플레이트 두께를 제공하고, 상기 제1 수용기 플레이트 두께는 상기 제2 수용기 플레이트 두께와 동일한 것을 특징으로 하는 백플레이트의 적어도 하나의 개구에 성형된 마찰 재료를 포함하는 브레이크 조립체를 생산하는 공구.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수용기 플레이트(20)가 수용면(34)에 의해 서로 이격된 복수의 상기 핀(28)을 포함하는 것을 특징으로 하는 백플레이트의 적어도 하나의 개구에 성형된 마찰 재료를 포함하는 브레이크 조립체를 생산하는 공구.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 핀(28)은 상기 수용면(34)으로부터 열전달면(42)까지 위쪽으로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 백플레이트의 적어도 하나의 개구에 성형된 마찰 재료를 포함하는 브레이크 조립체를 생산하는 공구.
  4. 제3항에 있어서, 상기 핀(28)의 상기 열전달면(42)은 편평하고 상기 수용면(34)과 평행한 것을 특징으로 하는 백플레이트의 적어도 하나의 개구에 성형된 마찰 재료를 포함하는 브레이크 조립체를 생산하는 공구.
  5. 제3항에 있어서, 상기 핀(28)은 상기 수용면(34)으로부터 상기 열전달면(42)으로 갈수록 점점 가늘어지고 상기 열전달면(42)은 둥글게 되어 있는 것을 특징으로 하는 백플레이트의 적어도 하나의 개구에 성형된 마찰 재료를 포함하는 브레이크 조립체를 생산하는 공구.
  6. 제1항에 있어서, 상기 수용면(34)은 평면이고 상기 핀(28)은 상기 수용면(34)에 대해 수직으로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 백플레이트의 적어도 하나의 개구에 성형된 마찰 재료를 포함하는 브레이크 조립체를 생산하는 공구.
  7. 제1항에 있어서, 상기 핀(28)이 원뿔 형상을 하고 있는 것을 특징으로 하는 백플레이트의 적어도 하나의 개구에 성형된 마찰 재료를 포함하는 브레이크 조립체를 생산하는 공구.
  8. 제1항에 있어서, 상기 수용기 플레이트(20)의 상기 수용면(34)은 오목면(46)을 따라서 뻗어 있는 돌출부(44)를 제공하는 것을 특징으로 하는 백플레이트의 적어도 하나의 개구에 성형된 마찰 재료를 포함하는 브레이크 조립체를 생산하는 공구.
  9. 제8항에 있어서, 상기 수용기 플레이트(20)는 상기 수용면(34)과 반대쪽으로 향하는 압축면(36)의 사이에 뻗어 있는 수용기 플레이트 두께(tr)와, 상기 열전달면(42)과 상기 압축면(36)의 사이에 뻗어 있는 수용기 플레이트 두께(tr)를 가지고 있고, 상기 압축면(36)으로부터 상기 열전달면(42)까지의 상기 수용기 플레이트 두께(tr)는 상기 압축면(36)으로부터 상기 돌출부(44)까지의 상기 수용기 플레이트 두께(tr)와 동일한 것을 특징으로 하는 백플레이트의 적어도 하나의 개구에 성형된 마찰 재료를 포함하는 브레이크 조립체를 생산하는 공구.
  10. 백플레이트(26)에 성형된 마찰 재료(24)를 포함하는 브레이크 조립체(22)를 생산하는 공구로서,
    금속 재료, 세라믹 재료, 탄소계 재료, 또는 유기 재료로 형성된 수용기 플레이트(20)를 포함하고 있고,
    상기 수용기 플레이트(20)는 수용면(34) 및 반대쪽으로 향하는 압축면(36)을 제공하고,
    상기 수용면(34)과 상기 압축면(36)은 서로 평행하고,
    상기 수용면(34)과 상기 압축면(36)은 수용기 외측면(38)의 사이에 연속으로 뻗어 있으며 수용기 외측면(38)에 의해 둘러싸여 있고,
    상기 수용기 플레이트(20)는, 백플레이트(26)의 개구(30)와 정렬되어 있으며 마찰 재료(24)가 백플레이트(26)의 개구(30)를 통과하도록 밀어넣어질 때 마찰 재료(24)에 열을 전달하는, 상기 수용면(34)으로부터 횡방향으로 뻗어 있는 복수의 핀(28)을 포함하고 있고,
    상기 핀(28)은, 상기 수용면(34)으로부터 열전달면(42)까지 핀 축(Ap)을 따라서 위쪽으로 뻗어 있는 측부면(40)을 각각 포함하고 있고, 그리고
    상기 핀(28)의 상기 열전달면(42)은 상기 수용면(34)으로부터 멀어지게 향해 있는 것을 특징으로 하는 백플레이트에 성형된 마찰 재료를 포함하는 브레이크 조립체를 생산하는 공구.
  11. 백플레이트(26)에 성형된 마찰 재료(24)를 포함하는 브레이크 조립체(22)를 생산하는 방법으로서,
    전방면(48) 및 반대쪽으로 향하는 후방면(50), 그리고 전방면(48)으로부터 후방면(50)까지 뻗어 있으며, 개구 직경(D0)을 각각 가지고 있는 적어도 하나의 개구(30)를 포함하는 백플레이트(26)를 제공하는 단계,
    수용면(34) 및 수용면(34)으로부터 횡방향으로 뻗어 있는 적어도 하나의 핀(28)을 포함하는 수용기 플레이트(20)를 제공하는 단계,
    핀(28)이 정렬된 개구(30)의 개구 직경(D0)보다 작은 핀 직경(Dp)을 각각 가지는 상태로, 백플레이트(26)의 개구(30)를 수용기 플레이트(20)의 핀(28)과 정렬시키는 단계,
    마찰 재료(24)를 백플레이트(26)의 전방면(48)에 배치시키는 단계,
    마찰 재료(24)와 수용기 플레이트(20)를 가열하는 단계, 그리고
    마찰 재료(24)를 핀(28)을 따라서 백플레이트(26)의 개구(30)를 통과하도록 밀어넣는 단계,
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 백플레이트에 성형된 마찰 재료를 포함하는 브레이크 조립체를 생산하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 정렬시키는 단계 이후에 백플레이트(26)의 후방면(50)을 수용기 플레이트(20)의 수용면(34)에 배치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 백플레이트에 성형된 마찰 재료를 포함하는 브레이크 조립체를 생산하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 백플레이트(26)의 각각의 개구(30)는 내측 벽(54)에 의해 제공되고, 상기 정렬시키는 단계 이후에 내측 벽(54)의 각각과 수용기 플레이트(20)의 정렬된 핀(28)의 사이에 공간(68)을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 밀어넣는 단계는 마찰 재료(24)를 백플레이트(26)의 내측 벽(54)과 정렬된 핀(28) 사이의 공간(68)속으로 밀어넣는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 백플레이트에 성형된 마찰 재료를 포함하는 브레이크 조립체를 생산하는 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 가열하는 단계 동안 수용기 플레이트(20)의 핀(28)을 백플레이트(26)의 마찰 재료(24)속으로 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 백플레이트에 성형된 마찰 재료를 포함하는 브레이크 조립체를 생산하는 방법.
  15. 제11항에 있어서, 마찰 재료(24)는 재료 두께(tm)를 가지고 있고, 마찰 재료(24)를 백플레이트(26)의 개구(30)를 통과하도록 밀어넣은 후, 핀(28)은 상기 재료 두께(tm)의 적어도 5%만큼 마찰 재료(24)속으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 백플레이트에 성형된 마찰 재료를 포함하는 브레이크 조립체를 생산하는 방법.
  16. 제11항에 있어서, 수용기 플레이트(20)의 수용면(34)은 오목면(46)을 따라서 배치된 돌출부(44)를 제공하고, 상기 정렬시키는 단계 이후에 백플레이트(26)의 후방면(50)과 수용기 플레이트(20)의 오목면(46)의 사이에 채널(62)을 제공하기 위해 백플레이트(26)의 후방면(50)을 상기 돌출부(44)와 수용기 플레이트(20)의 적어도 하나의 핀(28)에 배치시키는 단계를 포함하고, 상기 밀어넣는 단계는 마찰 재료(24)를 채널(62) 속으로 밀어넣는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 백플레이트에 성형된 마찰 재료를 포함하는 브레이크 조립체를 생산하는 방법.
  17. 제11항에 있어서, 상기 마찰 재료(24)를 백플레이트(26)의 전방면(48)에 배치시키는 단계는 제1 구성물(64)을 전방면(48)에 배치시키는 것과 제2 구성물(66)을 제1 구성물(64) 위에 배치시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 백플레이트에 성형된 마찰 재료를 포함하는 브레이크 조립체를 생산하는 방법.
  18. 제11항에 있어서, 상기 가열하는 단계와 밀어넣는 단계는 마찰 재료(24)를 적어도 부분적으로 경화시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 백플레이트에 성형된 마찰 재료를 포함하는 브레이크 조립체를 생산하는 방법.
  19. 제11항에 있어서, 상기 마찰 재료(24)를 백플레이트(26)의 전방면(48)에 배치시키는 단계는 제1 구성물(64)과 제2 구성물(66)을 사전 압축형 예비성형체로 함께 전방면(48)에 배치시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 백플레이트에 성형된 마찰 재료를 포함하는 브레이크 조립체를 생산하는 방법.
  20. 제11항에 있어서, 마찰 재료(24)를 백플레이트(26)의 전방면(48)에 배치시키는 단계 이후에 마찰 재료(24)가 백플레이트(26)의 개구(30)를 통하여 유동하고 수용기 플레이트(20)의 핀(28)을 둘러쌀 때까지 마찰 재료(24)를 가열시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 백플레이트에 성형된 마찰 재료를 포함하는 브레이크 조립체를 생산하는 방법.
  21. 제11항에 있어서, 마찰 재료(24)는, 마찰 재료(24)를 백플레이트(26)의 개구(30)를 통과하도록 밀어넣기 전에 0.440 인치 내지 0.470 인치의 재료 두께(tm)를 가지는 것을 특징으로 하는 백플레이트에 성형된 마찰 재료를 포함하는 브레이크 조립체를 생산하는 방법.
  22. 백플레이트(26)에 성형된 마찰 재료(24)를 포함하는 브레이크 조립체(22)를 생산하는 방법으로서,
    전방면(48) 및 반대쪽으로 향하는 후방면(50)을 포함하는 백플레이트(26)를 제공하는 단계를 포함하고 있고,
    백플레이트(26)의 전방면(48)과 후방면(50)은 서로 평행하고,
    전방면(48)과 후방면(50)은 플레이트 외측 면(52)의 사이에 연속으로 뻗어 있으며 플레이트 외측 면(52)에 의해 둘러싸여 있고,
    상기 백플레이트(26)는 각각 전방면(48)으로부터 후방면(50)까지 뻗어 있는 복수의 개구(30)를 제공하고 있고,
    백플레이트(26)의 개구(30)의 각각은 개구 축(A0) 둘레로 뻗어 있는 내측 벽(54)에 의해 제공되고,
    내측 벽(54)의 각각은 개구 직경(D0)을 가진 원통 형상을 하고 있고,
    수용면(34) 및 수용면(34)으로부터 횡방향으로 뻗어 있는 핀(28)을 포함하는 수용기 플레이트(20)를 제공하는 단계를 포함하고 있고, 상기 핀(28)의 각각은 핀 직경(Dp)을 가지고 있고,
    상기 백플레이트(26)를 제공하는 단계와 수용기 플레이트(20)를 제공하는 단계는 개구 직경(D0)보다 작은 핀 직경(Dp)을 제공하는 것을 포함하고 있고,
    백플레이트(26)의 후방면(50)과 수용기 플레이트(20)의 수용면(34)을 서로 평행하게 정렬시키는 단계를 포함하고 있고,
    백플레이트(26)의 각각의 개구(30)의 개구 축(A0)을 수용기 플레이트(20)의 핀(28)들 중의 하나의 핀의 핀 축(Ap)과 정렬시키는 단계를 포함하고 있고,
    백플레이트(26)의 후방면(50)을 수용기 플레이트(20)의 수용면(34)에 배치시키는 단계와 개구(30)를 따라 각각의 핀(28)과 백플레이트(26)의 내측 벽(54)의 사이에 공간(68)을 제공하기 위해서 수용기 플레이트(20)의 각각의 핀(28)을 백플레이트(26)의 인접한 내측 벽(54)으로부터 이격시키는 단계를 포함하고 있고,
    수용기 플레이트(20)와 백플레이트(26)를 성형 장치내에서 한 쌍의 대향하는 압축 플레이트(70)의 사이에 배치시키는 단계를 포함하고 있고,
    무기물, 유기물 입자, 세라믹, 아라미드, 수지, 캐슈넛 껍질 입자, 고무, 금속 입자, 결합제 중의 적어도 하나를 포함하는 마찰 재료(24)를 준비하는 단계를 포함하고 있고, 상기 마찰 재료(24)는 석면을 포함하지 않고,
    마찰 재료(24)를 백플레이트(26)의 전방면(48)에 배치시키는 단계를 포함하고 있고, 마찰 재료(24)는 0.440 인치 내지 0.470 인치의 재료 두께(tm)를 가지고 있고,
    마찰 재료(24)와 수용기 플레이트(20)를 가열하는 단계를 포함하고 있고,
    마찰 재료(24)를 백플레이트(26)의 개구(30)의 내측 벽(54)을 따라서 그리고 수용기 플레이트(20)의 수용면(34)을 따라서 그리고 수용기 플레이트(20)의 핀(28)을 따라서 백플레이트(26)의 개구(30)를 통과하도록 밀어넣는 단계와 핀(28)을 마찰 재료(24)의 중심 부분(32)으로 뻗게 하는 단계를 포함하고 있고,
    상기 밀어넣는 단계는, 마찰 재료(24)와 수용기 플레이트(20)에 등방 압축력을 가하기 위해 성형 장치의 압축 플레이트(70)를 이용하는 것을 포함하고 있고, 그리고
    상기 가열하는 단계와 밀어넣는 단계는, 마찰 재료(24)를 백플레이트(26)에 성형하고 마찰 재료(24)를 적어도 부분적으로 경화시키기 위해서 열과 압력을 가하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 백플레이트에 성형된 마찰 재료를 포함하는 브레이크 조립체를 생산하는 방법.

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