KR102477650B1 - 브레이크 패드의 제조 방법 - Google Patents

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조원봉
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Abstract

본 발명은 브레이크 패드의 제조 방법에 관한 것으로서, 차량의 브레이크 장치에서 사용되는 브레이크 패드를 제조함에 있어 브레이크 패드의 마찰재와 백 플레이트가 분리되는 문제를 개선할 수 있는 제조 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 중간판을 제작하고, 백 플레이트와 마찰재가 상기 제작된 중간판을 매개로 일체로 결합되도록, 금형 내에서 상기 제작된 중간판을 사이에 두고 중간판의 양쪽 면에 백 플레이트와 마찰재를 일체로 압축 성형하여 브레이크 패드를 제조하는 것을 특징으로 하는 브레이크 패드의 제조 방법이 개시된다.

Description

브레이크 패드의 제조 방법{Method for manufacturing brake pad}
본 발명은 브레이크 패드의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 브레이크 장치에서 사용되는 브레이크 패드를 제조함에 있어 브레이크 패드의 마찰재와 백 플레이트(back plate)가 분리되는 문제를 개선할 수 있는 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 브레이크 장치는 주행 중인 차량을 감속시키거나 정지시키기 위해 사용하는 중요 장치이며, 유압식 브레이크인 디스크 브레이크와 드럼 브레이크가 널리 사용되고 있다. 최근에는 차량의 고속화 경향에 따라 제동 성능의 향상을 위해 드럼 브레이크보다 방열 및 열변형으로 인한 제동력 저하가 적은 디스크 브레이크가 많이 사용되고 있다.
디스크 브레이크는 디스크 양면에 브레이크 패드를 강제로 밀착시켜 제동력을 생성하고 디스크 회전을 멈추게 하여 차량을 제동시키는 브레이크 장치로서, 차량 휠과 일체로 회전하는 디스크, 및 이 디스크에 브레이크 패드를 가압하여 마찰력에 의해 디스크를 제동하는 캘리퍼 유닛을 포함한다.
도 1은 일반적인 캘리퍼 유닛을 도시한 단면도이고, 도 2는 공지의 캘리퍼 유닛에서 토크 멤버와 브레이크 패드의 결합 상태를 도시한 정면도이다.
상기한 디스크 브레이크의 구성 중, 캘리퍼 유닛(10)은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 차체에 고정되는 토크 멤버('캐리어'라고도 함)(11), 상기 토크 멤버(11)의 내측에 배치되고 디스크(1)의 양면을 압착하여 제동력을 발생시키는 브레이크 패드(12), 및 상기 토크 멤버(11)와 슬라이딩 핀(14)을 매개로 결합된 캘리퍼 하우징('피스톤 하우징'이라고도 함)(13)을 포함한다.
여기서, 캘리퍼 하우징(피스톤 하우징)(13)의 실린더(15) 내에는 제동시 마스터 실린더에 의해 생성된 브레이크 액압이 공급된다.
또한, 캘리퍼 하우징(13)의 실린더(15) 내에는 상기 공급된 브레이크 액압을 이너 패드(12)에 전달하기 위한 피스톤(16)이 설치되고, 캘리퍼 하우징(13)에서 실린더(15) 및 피스톤(16) 위치의 반대편에는 반력지지부('핑거부'라고도 함)(미도시됨)가 형성되어 있다.
브레이크 패드는 피스톤(16) 쪽에 위치된 이너 패드(12), 및 상기 디스크(1)를 기준으로 이너 패드(12)의 반대쪽에 위치된 아우터 패드(미도시됨)로 구성되는데, 이너 패드(12)와 아우터 패드가 디스크(1)를 사이에 두고 배치되도록 토크 멤버(11)에 설치된다.
도 1 및 도 2에서는 디스크(1)를 사이에 두고 이너 패드(12)의 반대쪽에 배치되는 아우터 패드의 경우 디스크(1)에 의해 가려져 보이지 않으므로 도시되지 않았음을 밝혀둔다.
이너 패드(12)와 아우터 패드는 모두 토크 멤버(11)에 전후 이동 가능하게 결합되는데, 이를 위해 각 패드(12)에 슬라이딩 돌기(17)가 형성되고, 토크 멤버(11)에는 슬라이딩 돌기 대응 위치마다 슬라이딩 돌기(17)가 삽입되어 슬라이딩 될 수 있는 가이드 홈(18)이 형성된다.
이에 패드(12)의 슬라이딩 돌기(17)가 토크 멤버(11)의 가이드 홈(18)에 삽입된 상태로 슬라이딩 되면서 디스크(1)를 압착하는 방향으로 패드(12)가 이동하거나 압착 해제 방향으로 이동하게 된다.
이러한 구성에서 마스터 실린더에 의해 생성된 브레이크 액압이 캘리퍼 하우징(13)의 실린더(15) 내에 공급되면, 브레이크 액압에 의해 피스톤(16)이 전진하여 이너 패드(12)를 가압하는데, 이때 이너 패드(12)가 디스크(1)에 밀착됨과 동시에, 그 반작용으로 캘리퍼 하우징(13)이 이동하여 반대편의 아우터 패드를 반력지지부를 통해 디스크(1)에 밀착시킨다.
결국, 두 패드가 디스크 양면에 밀착되면서 디스크를 가압 및 클램핑하게 되고, 상기 패드와 디스크 양측 간의 마찰력에 의해 제동력(제동 토크) 생성 및 차량 제동이 이루어진다.
한편, 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle)나 순수 전기 자동차(Battery Electric Vehicle, BEV), 연료전지 자동차(Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV)와 같이 모터로 주행하는 전동화 차량(모터 구동 차량)에서는, 타행 주행시나 제동시 차량 운동에너지를 모터의 발전작동을 통해 전기에너지로 회수하여 배터리를 충전하는 회생 모드가 수행된다. 전동화 차량에서 차량 효율 증대 및 연비 향상을 위해 회생 모드의 기능은 필수적이다.
이와 같이 모터로 주행하는 전동화 차량에서는 감속시 기존 브레이크 장치에 의한 마찰제동(유압제동)과 함께 모터에 의한 회생제동이 수행되고, 차량에서 필요한 제동력이 회생제동력과 마찰제동력(유압제동력)으로 충족될 수 있다.
따라서, 전동화 차량의 경우 브레이크 장치의 제동 용량을 모터가 부재한 일반 내연기관 차량에 비해 축소할 수 있는 제동 환경이 구축되었다 할 수 있고, 결국 전동화 차량 전용 플랫폼의 회생제동 시스템에 최적화된 콤팩트(compact)한 브레이크 장치의 개발 필요성이 대두되고 있다.
차량이 주행 중 감속할 때 도로상의 주행 환경에 따라 제동력의 크기가 달라지나 대부분의 경우 급제동이 아닌 완제동으로 차량을 부드럽고 천천히 감속시키게 된다. 전동화 차량의 경우 감속시 구동모터에서의 발전저항을 발생시켜 차량을 감속시키는 회생제동이 수행될 수 있고, 감속시 요구되는 전체 제동력 중 상당 부분을 회생제동력으로 감당할 수 있다.
이에 모터에 의한 회생제동이 수행되는 차량에서는 마찰제동시 사용되는 마찰재의 교환 주기가 증대될 수 있고, 실제 전동화 차량에서는 마찰제동의 이용이 크게 줄어들게 됨에 따라 브레이크 디스크(로터)의 표면에 녹이 발생하기도 한다.
결국, 향후 전동화 차량의 판매량이 내연기관 차량에 비해 커지는 시점 또한 조만간 도래할 것으로 예상되는바, 전동화 차량의 소요 제동력에 부합 및 최적화된 전용 브레이크 장치의 개발이 필요하다.
또한, 도 1 및 도 2에 나타낸 캘리퍼 유닛(10)은 100% 마찰제동이 수행되는 기존 내연기관 차량에서 사용되고 있던 것으로, 패드(12)의 크기 및 패드와 디스크(1) 간 마찰 면적이 피스톤 면적보다 크기 때문에 제동시 디스크와 패드에서의 진동(떨림) 및 소음이 발생할 수 있다.
도 3과 도 4는 종래의 브레이크 패드가 가지는 문제점을 설명하기 위한 도면이다. 도 3 및 도 4에서 도면부호 '12a'와 '12b'는 각각 패드(12)를 구성하는 백 플레이트와 마찰재를 나타낸다.
도시된 바와 같이, 캘리퍼 유닛에서는 패드(12)의 크기 및 면적이 실린더 내 피스톤(도 1에서 도면부호 '16'임)의 크기 및 단면적에 비해 매우 크며, 피스톤(16)과 접하는 패드(12)의 중앙영역에서는 피스톤으로부터 패드로 직접 제동 압력이 작용하지만, 고감속 반복 제동시 마찰재의 온도 상승으로 마찰재의 결합강도가 저하되어 피스톤이 접해 있지 않은 영역, 특히 패드의 양 단부에서는 피스톤이 가하는 힘의 방향과는 반대방향의 힘인 반력이 작용한다(도 3 참조).
따라서, 디스크(1)와의 마찰로 인해 패드(12)의 중앙영역에서 다른 부분에 비해 마모가 더 많이 발생할 수 있고, 이에 따라 차량 주행 중 브레이크 오프(brake off) 상태에서 마모가 상대적으로 많이 발생한 패드(12)의 중앙영역 표면과 브레이크 디스크(1) 사이에 들뜸 현상이 발생할 수 있다(도 4 참조). 결국, 제동시 디스크와 패드 간 접촉면압의 불균일로 인해 제동 토크의 변동 발생시 진동(judder) 및 소음이 크게 발생할 수 있다.
또한, 주행 중(브레이크 미작동 상태)에 디스크(1)와 패드(12, 마찰재) 사이의 들뜸 현상으로 인해 고속 습제동시 고압의 제동압이 소요되므로, 제동압을 발생시키는 브레이크 마스터 실린더에서 토출되는 브레이크액을 소모시켜, 브레이크 페달을 밟아도 브레이크 패드가 디스크를 충분히 압축하지 못해 제동거리가 증대될 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 최근 토크 멤버와 브레이크 패드 등의 크기를 축소한 콤팩트(compact)형 캘리퍼 유닛이 개발 중에 있다. 콤팩트형 캘리퍼 유닛은 기존 내연기관 차량(일반 엔진 차량)의 캘리퍼 유닛에 비해 제동력은 축소되지만 콤팩트한 구성을 가지므로 회생제동 시스템이 적용된 전동화 차량에서 유용하고, 디스크와 패드의 마찰면 간 들뜸 현상이 발생하지 않아 고속 반복 제동의 극한 제동 조건에서도 확실한 제동력을 발휘할 수 있다.
하지만, 콤팩트형 캘리퍼 유닛에서 브레이크 패드(12)를 구성하는 백 플레이트(12a)와 마찰재(12b)가 분리되는 문제점을 개선할 필요가 있다.
이와 관련하여, 회생제동이 수행되는 전동화 차량에서 마찰제동의 이용이 줄어들기 때문에 마찰재(12b)를 포함한 브레이크 패드(12)의 교환 주기가 크게 증대되고 있다. 하지만, 증대된 교환 주기에 따라 브레이크 패드(12)를 장기간 사용하다보면, 브레이크 패드(12)의 백 플레이트(12a)와 마찰재(12b)의 접합면 사이에 들뜸 현상이 발생할 수 있다.
나아가, 브레이크 패드(12)의 교환 주기가 증대됨에 따라 브레이크 패드를 교환하지 않고 오랜 기간 사용할 경우, 부식 등의 원인으로 인해 양측 접합면 사이의 분리가 장기적으로 진행될 수 있고, 백 플레이트(12a)로부터 마찰재(12b)가 이탈할 수 있다.
이와 같이 브레이크 패드(12)의 백 플레이트(12a)와 마찰재(12b)가 분리될 경우, 차량 주행 중 제동 불능 사태가 야기될 수 있고, 이는 주행 안정성을 크게 위협할 뿐만 아니라, 심각한 차량 사고 및 치명적인 인명 사고를 초래할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 차량의 브레이크 장치에서 사용되는 브레이크 패드를 제조함에 있어 브레이크 패드의 마찰재와 백 플레이트가 분리되는 문제를 개선할 수 있는 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하 '통상의 기술자')에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 중간판을 제작하고, 백 플레이트와 마찰재가 상기 제작된 중간판을 매개로 일체로 결합되도록, 금형 내에서 상기 제작된 중간판을 사이에 두고 중간판의 양쪽 면에 백 플레이트와 마찰재를 일체로 압축 성형하여 브레이크 패드를 제조하는 것을 특징으로 하는 브레이크 패드의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시에에서, 상기 제작된 중간판의 한쪽 면에 일체로 결합되도록 백 플레이트를 고분자 합성수지를 사용하여 예비 성형하고, 상기 예비 성형된 백 플레이트와 중간판을 상형과 하형 중 일측 금형 내에 설치한 상태에서 상기 상형과 하형 중 타측 금형 내에 마찰재 원료를 충전하며, 상기 일측 금형과 타측 금형을 결합한 뒤 상기 중간판의 양쪽 면에 백 플레이트와 마찰재가 일체로 결합되도록 정해진 온도에서 백 플레이트와 마찰재를 가열 압축 성형하여 제조할 수 있다.
또한, 상기 백 플레이트는 고분자 합성수지로서 엔지니어링 플라스틱을 사용하여 압축 성형함으로써 제조할 수 있다.
또한, 상기 중간판을 사이에 두고 백 플레이트와 마찰재를 압축 성형한 후 설정 온도 및 설정 시간 동안 열처리 하여, 상기 백 플레이트와 중간판, 마찰재가 일체로 결합된 브레이크 패드를 완성할 수 있다.
또한, 상기 중간판은, 상기 백 플레이트의 표면과 마찰재의 표면 사이에 개재되는 부분인 전면부; 및 상기 백 플레이트에서 가장자리 전 둘레의 측면부 표면을 덮을 수 있도록 상기 전면부의 가장자리 전 둘레를 따라 일체로 형성된 측면 커버부를 포함하고, 상기 백 플레이트의 표면과 마찰재의 표면에 밀착 상태로 접합되는 상기 전면부의 단면 형상이 상기 백 플레이트의 표면 및 마찰재의 표면과의 결합력이 증대될 수 있도록 요철이 반복되는 형상을 가질 수 있다.
이로써, 본 발명에 따른 브레이크 패드의 제조 방법에 의하면, 엔지니어링 플라스틱(engineering plastics) 재질의 백 플레이트를 마찰재와 함께 일체로 가열 압축 성형하는 방식으로 제조함으로써, 중간판을 사이에 두고 결합된 백 플레이트와 마찰재 사이의 결합력 및 결합강도를 증대시킬 수 있고, 브레이크 패드의 백 플레이트와 마찰재가 분리되는 문제를 해소할 수 있게 된다. 결국, 브레이크 패드의 교환 주기를 증대시킬 수 있는 것은 물론, 차량의 제동 성능 및 주행 안정성이 향상될 수 있고, 제동 불능 및 그로 인한 사고 발생의 문제점이 해소될 수 있게 된다.
도 1은 일반적인 캘리퍼 유닛을 도시한 단면도이다.
도 2는 공지의 캘리퍼 유닛에서 토크 멤버와 브레이크 패드의 결합 상태를 도시한 정면도이다.
도 3과 도 4는 종래기술이 브레이크 패드가 가지는 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 의해 제조된 브레이크 패드가 사용될 수 있는 콤팩트형 캘리퍼 유닛에서 토크 멤버와 브레이크 패드의 결합 상태를 나타내는 정면도이다.
도 6은 본 발명에 의해 제조된 브레이크 패드가 사용될 수 있는 콤팩트형 캘리퍼 유닛에서 피스톤 및 패드, 마찰재에 의한 디스크 가압 상태를 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 6의 선 'A-A'를 따라 취한 단면도이다.
도 8은 본 발명에 의해 제조된 브레이크 패드에서 중간판의 단면 형상을 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 브레이크 패드의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 또는 "직접 접촉되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
본 발명은 차량의 브레이크 장치용 브레이크 패드를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서, 브레이크 패드의 마찰재와 백 플레이트가 분리되는 문제를 개선할 수 있는 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 제조 방법은 기존 브레이크 장치의 브레이크 패드를 제조하는데 적용될 수 있다. 예를 들어, 기존의 내연기관 자동차에 장착된 브레이크 장치의 브레이크 패드를 제조하는데 적용될 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 제조 방법은 부품 크기 축소, 중량 저감 및 원가 절감, 연비 향상 등이 가능해지는 콤팩트(compact)형 캘리퍼 유닛의 브레이크 패드를 제조하는데 적용될 수도 있다.
여기서, 콤팩트형 캘리퍼 유닛은 넓은 의미의 전기자동차, 즉 하이브리드 자동차(HEV)나 순수 전기 자동차(BEV), 연료전지 자동차(FCEV)와 같이 모터를 이용하여 주행하면서 모터에 의한 회생제동이 실시되는 전동화 차량(모터 구동 차량)에 적용될 수 있는 것이다.
콤팩트형 캘리퍼 유닛은 기존 내연기관 차량(일반 엔진 차량)의 캘리퍼 유닛에 비해 제동력은 축소되지만 콤팩트한 구성을 가지므로 회생제동 시스템이 적용된 전동화 차량에서 유용하다.
모터에 의한 회생제동이 가능한 전동화 차량에서는 총 제동 토크를 브레이크 장치에 의한 유압제동 토크(마찰제동 토크)와 모터에 의한 회생제동 토크로 충족시킨다.
따라서, 회생제동이 불가하여 총 제동 토크를 유압제동 토크가 모두 부담해야 하는 일반 내연기관 차량과 달리, 회생제동이 가능한 전동화 차량에서는 회생제동 토크가 총 제동 토크를 일부 분담하므로, 유압제동 토크를 생성하는 브레이크 장치의 제동 용량을 축소하는 것이 가능하다.
이에 종래에 비해 제동 용량은 축소될 수 있으나 콤팩트한 구성을 가지는 캘리퍼 유닛이 차량에 장착되어 사용될 수 있고, 특히 회생제동이 실시되고 유압 브레이크 장치의 제동 용량이 축소될 수 있는 전동화 차량에서 콤팩트형 캘리퍼 유닛이 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 브레이크 패드의 제조 방법에 대해 설명하기에 앞서, 본 발명에 의해 제조될 수 있는 콤팩트형 캘리퍼 유닛의 브레이크 패드에 대한 이해를 돕기 위해, 상기 콤팩트형 캘리퍼 유닛에 대해 우선 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명에 의해 제조된 브레이크 패드가 사용될 수 있는 콤팩트형 캘리퍼 유닛에서 토크 멤버와 브레이크 패드의 결합 상태를 나타내는 정면도이다. 콤팩트형 캘리퍼 유닛은, 차체에 고정되는 토크 멤버(110), 상기 토크 멤버(110)의 내측에 배치되고 디스크(도 1에서 도면부호 '1'임)의 양면을 압착하여 제동력을 발생시키는 브레이크 패드(120), 및 상기 토크 멤버(110)와 슬라이딩 핀(129)을 매개로 결합되는 캘리퍼 하우징(도 1에서 도면부호 '13'임)을 포함한다.
여기서, 캘리퍼 하우징의 실린더(도 1에서 도면부호 '15'임) 내에는 제동시 마스터 실린더에 의해 생성된 브레이크 액압이 공급된다. 또한, 캘리퍼 하우징의 실린더 내에는 상기 공급된 브레이크 액압을 브레이크 패드(이너 패드)(120)에 전달하기 위한 피스톤(도 1에서 도면부호 '16'임)이 설치되고, 캘리퍼 하우징에서 실린더 및 피스톤 위치의 반대편에는 반력지지부('핑거부'라고도 함)(미도시됨)가 형성되어 있다.
브레이크 패드(120)는 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 제조되는 것이며, 피스톤 쪽에 위치된 이너 패드(121), 및 상기 디스크를 기준으로 이너 패드의 반대쪽에 위치된 아우터 패드(미도시됨)로 구성되는데, 이너 패드와 아우터 패드가 디스크를 사이에 두고 배치되도록 토크 멤버에 설치되는 점은 종래의 캘리퍼 유닛과 비교하여 차이가 없다.
도 5에 도시된 브레이크 패드(120)는 피스톤에 의해 가압되는 이너 패드(121)일 수 있고, 도 5에서 아우터 패드는 도시되지 않았으나 이너 패드의 형상과 동일한 형상을 가질 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 콤팩트형 캘리퍼 유닛에서 브레이크 패드(120), 즉 이너 패드(121)와 아우터 패드는 좌우 길이가 대폭 축소된다.
또한, 콤팩트형 캘리퍼 유닛에서 이너 패드(121)와 아우터 패드는 슬라이딩 돌기의 형상, 그리고 후술하는 백 플레이트(122) 및 마찰재(123), 중간판(125)의 구성이 동일할 수 있고, 두 패드의 슬라이딩 돌기(124)가 각각 결합되는 토크 멤버(110)의 가이드 홈(111) 형상 또한 서로 동일할 수 있다.
종래의 캘리퍼 유닛에서 이너 패드와 아우터 패드는 도 2에 나타낸 바와 같이 좌우 길이가 길고 정해진 길이를 가지는 형상으로 구비되지만, 콤팩트형 캘리퍼 유닛에서 이너 패드(121)와 아우터 패드는 대략 피스톤의 단면 형상(또는 패드와의 접촉면 형상, 도 5에서 '피스톤 면적'으로 표기된 형상임)과 유사한 형상을 가질 수 있다.
즉, 피스톤의 단면 형상이 원형이면 이너 패드(121) 및 아우터 패드의 전체적인 형상도 원형일 수 있고, 제동시 피스톤의 전체 면적이 이너 패드를 고르게 접촉 및 가압할 수 있도록 이너 패드(121)의 직경이 피스톤의 직경과 같은 크기이거나, 이너 패드(121)의 직경이 피스톤의 직경보다는 설정 범위 이내의 차이만큼 더 큰 값을 가지도록 정해질 수 있다.
이때, 미도시된 아우터 패드는 이너 패드(121)와 동일한 직경 및 형상을 가지도록 구비될 수 있다. 결국, 콤팩트형 캘리퍼 유닛에서 이너 패드와 아우터 패드는 종래에 비해 크기는 물론 중량 또한 축소될 수 있는 등 회생제동이 수행되는 차량에서 패드의 형상 및 크기가 최적화될 수 있게 된다. 또한, 도 5에서 알 수 있듯이, 토크 멤버(110)에서 슬라이딩 핀(129)이 결합되는 양측의 두 핀 홀 사이의 거리가 축소될 수 있으므로 토크 멤버의 전체적인 크기 및 중량 또한 축소될 수 있다.
도 6은 본 발명에 의해 제조된 브레이크 패드가 사용될 수 있는 콤팩트형 캘리퍼 유닛에서 피스톤 및 패드, 마찰재에 의한 디스크 가압 상태를 나타내는 단면도이고, 도 7은 도 6의 선 'A-A'를 따라 취한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 브레이크 패드(120), 즉 이너 패드(121)와 미도시된 아우터 패드는, 각각 백 플레이트(122)와, 후술하는 중간판을 사이에 두고 상기 백 플레이트(122)와 일체로 결합되는 마찰재(123)를 포함하여 구성된다. 이 중에서 상기 마찰재(1230가 브레이크 디스크를 실제로 접촉 및 압착하는 부분으로서 디스크와의 마찰을 통해 제동력을 생성하는 부분이다.
도 6을 참조하면, 패드(120)의 형상, 즉 백 플레이트(122)와 마찰재(123)의 전체적인 형상이 피스톤(16)의 단면 형상(또는 패드와의 접촉면 형상)과 동일한 원형의 형상이고, 이때 패드의 백 플레이트(122) 및 마찰재(123)의 직경 또한 피스톤(16)의 직경과 같거나 설정 범위 이내의 차이를 가지는 더 큰 직경일 수 있다.
결국, 피스톤(16)의 가압면 크기와 이 피스톤(16)이 접촉하는 패드(120)의 접촉면 크기가 같거나 유사함으로써 피스톤(16)을 통해 전달되는 제동 압력(브레이크 액압)이 백 플레이트(122)와 마찰재(123)에 균일하게 분포될 수 있게 된다. 나아가 제동 압력의 분포가 균일해짐에 따라 제동시 진동 및 소음 발생이 감소할 수 있고, 마찰재의 마모 표면이 균일해짐에 따라 제동 떨림의 빈도 및 정도가 크게 감소할 수 있다.
또한, 콤팩트형 캘리퍼 유닛에서 패드(120)의 양측으로 슬라이딩 돌기(124)가 형성되고, 이 양측의 슬라이딩 돌기(124)가 토크 멤버(110)의 가이드 홈(111) 내측으로 삽입되어 결합되는데, 상기 각 슬라이딩 돌기(124)의 외곽 표면 형상이 원호 형상으로 형성될 수 있고, 이때 양측의 가이드 홈(111) 내측면 형상 또한 도 5에 예시된 바와 같이 원호 형상으로 형성될 수 있다.
결국, 패드(120)의 양측 슬라이딩 돌기(124)와 토크 멤버(110)의 가이드 홈(111) 내측면 사이에 원호상의 슬라이딩 접촉이 이루어질 수 있고, 이에 이상 토크 발생시 해소가 가능할 뿐만 아니라, 소음 발생 빈도가 크게 감소할 수 있게 된다.
즉, 상기 각 슬라이딩 돌기가 상기 가이드 홈 내에 삽입된 상태에서, 상기 이너 패드 및 아우터 패드에 의한 디스크 압착 시, 상기 이너 패드 및 아우터 패드가 회전하는 디스크로부터 받는 힘에 의해, 상기 각 슬라이딩 돌기의 외곽 표면과 상기 가이드 홈의 내측면 사이에, 상기 원호 형상에서의 원주방향으로의 슬라이딩 접촉인 원호상의 슬라이딩 접촉이 이루어질 수 있고, 이에 이상 토크 발생시 해소 및 소음 발생 빈도 감소가 가능해지는 것이다.
도 5를 참조하면, 슬라이딩 돌기의 표면과 가이드 홈의 내측면 사이에 유격이 존재하는 것을 볼 수 있고, 이에 패드의 슬라이딩 돌기가 토크 멤버의 가이드 홈 내측에서 슬라이딩될 수 있게 되어 있다.
그리고, 종래의 캘리퍼 유닛에서는 패드의 백 플레이트가 변형의 최소화를 위해 스틸 강재로 제작되었으나, 본 발명에서는 패드(120)의 백 플레이트(122)가 강도가 우수한 엔지니어링 플라스틱(engineering plastics)으로 제작될 수 있다.
또한, 콤팩트형 캘리퍼 유닛에서는 패드(120)의 형상과 패드의 디스크 접촉 면적이 피스톤(16)의 형상과 피스톤(16)의 패드 접촉 면적과 유사하여, 패드의 백 플레이트(122)에 제동 압력이 작용할 때 백 플레이트에 전단 횡력이 발생하지 않고 피스톤(16)과 마찰재(123) 및 디스크(1) 사이에서의 압축력만 발생하는바, 이에 본 발명에서와 같이 백 플레이트(122)의 소재로 내압축력이 우수한 엔지니어링 플라스틱이 채택될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 엔지니어링 플라스틱 소재의 백 플레이트(122)와 마찰재(123)를 일체로 성형하여 브레이크 패드(120)를 제조함으로써 종래와 같이 백 플레이트(122)와 마찰재(123)가 분리될 수 있었던 문제점을 해소한다.
또한, 본 발명에서는 브레이크 패드(120)에서 백 플레이트(122)와 마찰재(123) 사이에 중간판(125)이 일체로 부착 및 고정될 수 있는데, 이때 중간판(125)은 백 플레이트(122)와 마찰재(123) 사이의 계면을 포함하여 백 플레이트(122)의 가장자리 전 둘레의 측면부 표면(원주면임)까지 덮을 수 있도록 설치될 수 있다.
이와 같이 중간판(125)은 박판 구조로 구비되어 백 플레이트(122)의 전면 및 측면부 표면까지 감싸는 구조로 설치되는데, 상기 중간판(125)는 백 플레이트(122)와 마찰재(123) 사이에 개재되는 부분인 전면부(125a)와, 상기 백 플레이트(122)의 측면부 표면을 덮을 수 있도록 상기 전면부(125a)의 가장자리 전 둘레를 따라 일체로 형성된 측면 커버부(125b)로 구성될 수 있다.
이러한 중간판(125)은 스틸 합금 재질로 제작될 수 있고, 디스크와 패드(120)의 마찰재(123) 사이에서 발생하는 제동시의 마찰열을 엔지니어링 플라스틱 소재의 백 플레이트(122)에 고르게 전달하는 역할과 동시에 일부 마찰열을 측면 커버부(125b)를 통해 공기 중으로 방출하는 방열판의 역할을 하고, 더불어 백 플레이트(122)의 강도를 보강하는 역할을 한다.
또한, 중간판(125)은 패드(120)의 백 플레이트(122)에서 좌우 양측에 돌출되도록 형성된 슬라이딩 돌기(124)의 표면까지 감쌀 수 있도록 부착되는데, 중간판(125)에서 백 플레이트(122)의 슬라이딩 돌기(124)를 감싸고 있는 부분은, 제동 중 슬라이딩 돌기(124)가 토크 멤버(110)의 가이드 홈(111) 내측면을 따라 슬라이딩 접촉할 때 백 플레이트(122)의 마모(슬라이딩 돌기의 마모)를 방지하며, 이를 통해 내마모 성능이 확보될 수 있게 한다.
한편, 도 8은 본 발명에 의해 제조된 브레이크 패드에서 중간판의 여러 단면 형상의 예를 나타낸 단면도이다. 도시된 바와 같이, 중간판(125)과 백 플레이트(122) 사이, 그리고 중간판(125)과 마찰재(123) 사이의 접촉면적을 크게 하면서 양측 간 접합력 및 결합력을 증대시키기 위해 중간판(125)의 전면부(125a) 단면 형상은 요철이 반복되는 형상일 수 있다. 도 8을 참조하면, 중간판(125)의 전면부(125a)에서 단면 형상이 산 모양의 요철이 반복되는 꺾인 형상, 또는 凹, 凸 모양이 반복되는 꺾인 형상인 예가 도시되어 있다.
이때, 중간판(125)의 단면 형상이 반복적으로 꺾인 형상을 가지더라도 중간판의 양쪽 표면과 백 플레이트(122) 및 마찰재(123)는 서로 간극이 발생하지 않도록, 그리고 전체 표면에서 서로 완전히 밀착된 구조가 되도록 결합된다. 이를 위해 중간판(125)의 양쪽 표면에 백 플레이트(122)와 마찰재(123)가 밀착 성형되도록 하여 패드(120)를 제작하며, 이때 단면 형상이 요철이 반복되는 형상을 가지도록 중간판(125)을 제작한 뒤 백 플레이트(122)와 마찰재(123)를 중간판의 양쪽 표면에서 가열 성형하여 기계적으로 결합한다.
동절기에 제설용으로 염화캄슘이 도로에 많이 살포되는 지역에서는 백 플레이트(122), 중간판(125), 마찰재(123) 간 접촉면 부식으로 분리 문제가 발생할 가능성이 존재하며, 패드(120)의 교환 주기가 증가하고 있는 상황에서 단면 형상을 상기와 같이 꺾인 형상으로 형성하여 중간판(125)을 제작하고, 중간판의 양쪽 표면에 백 플레이트(122)와 마찰재(123)를 가압 성형하여 기계적으로 결합할 경우, 상기와 같은 분리 문제가 해소될 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명에 따른 브레이크 디스크의 제조 방법에 대해 더 상세히 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명에 따른 브레이크 패드의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
종래에는 스틸 강재(철 합금) 재질의 백 플레이트에 부식 방지를 위한 표면 처리를 하고, 마찰재를 접합하기 위해 백 플레이트의 표면에 접착제를 도포한 뒤, 접착제가 도포된 백 플레이트의 표면에 마찰재를 가압 성형하는 방식으로 브레이크 패드를 제조하였다.
반면, 본 발명에서는 스틸 강재 대신 고분자 합성수지를 사용하여 백 플레이트를 제조할 수 있고, 바람직하게는 엔지니어링 플라스틱(engineering plastics)을 사용하여 백 플레이트를 제조할 수 있다. 이때, 백 플레이트의 제조를 위해 사용될 수 있는 엔지니어링 플라스틱으로는, 폴리아미드, 폴리아세탈, ABS 수지(acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer), 폴리카보네이트, 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트와 같은 공지의 엔지니어링 플라스틱 중에 하나가 선택적으로 사용될 수 있다.
이와 같이 스틸 강재 대신 엔지니어링 플라스틱을 사용하여 백 플레이트를 제조할 경우에는 중량 저감이 가능해지고, 백 플레이트와 마찰재를 동일 분위기 온도하에서 일체로 압축 성형하여 브레이크 패드를 제조할 수 있다. 이때, 브레이크 패드의 구성과 형상, 구조 등은 도 6 내지 도 8에 예시한 것과 같을 수 있다.
브레이크 패드의 제조 과정에 대해 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하면, 도 9의 (a)에 나타낸 바와 같이, 스틸 합금을 사용하여 중간판(125)을 제조하고, 상온에서 엔지니어링 플라스틱을 사용하여 상기 제조된 중간판(125)과 함께 가압 금형(20)에서 가압함으로써 중간판(125)과 일체인 백 플레이트(122)를 예비 성형한다.
이후, 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이, 예비 성형한 백 플레이트(122)와 이에 일체로 결합된 중간판(125)을 금형(21) 내에 설치한 뒤, 금형(22) 내에서 동일 온도로 백 플레이트(122) 및 중간판(125)과 일체가 되도록 마찰재(123)를 가열과 동시에 압축 성형하며, 이로써 백 플레이트(122)와 마찰재(123), 중간판(125)이 일체로 결합된 브레이크 패드(120)를 제조한다.
이때, 중간판(125)과 일체로 결합된 상태가 되도록 예비 성형한 백 플레이트(122)를 상형(21) 내에 삽입하여 설치하고, 하형(22)의 캐비티에 마찰재의 원료를 투입한 뒤, 동일 온도로 유지되는 상형과 하형이 서로 결합되도록 하여, 중간판(125)을 사이에 두고 백 플레이트(122)와 마찰재(123)가 일체로 결합되도록 가열 압축 성형한다. 이러한 압축 성형 동안 금형(21,22)을 통한 가열 온도는 100℃ ~ 200℃가 되도록 하며, 예비 성형한 백 플레이트와 마찰재를 동일 온도의 금형에서 서로 동일 온도로 가열 압축 성형할 수 있다.
이후, 압축 성형한 브레이크 패드의 백 플레이트와 마찰재의 기계적 특성을 고정시키기 위해 일체의 백 플레이트(122)와 마찰재(123)를 동일 온도 조건에서 열처리한다. 열 처리 시, 도 9의 (c)에 나타낸 바와 같이, 가열 압축 성형한 브레이크 패드, 즉 백 플레이트(122)와 중간판(125), 마찰재(123)가 일체로 결합된 브레이크 패드(120)를 열처리(23)로 내에 배치한 뒤, 설정된 온도에서 설정된 시간 동안 고온의 소우킹(soaking) 열처리를 실시한다.
이때, 열처리로(23)에서 140℃ ~ 250℃의 온도로 5 시간 ~ 15 시간 동안 열처리를 실시하며, 열처리가 완료된 후 냉각하여 완성된 최종의 브레이크 패드(120)를 얻게 된다. 냉각 시에는 80℃ 이하의 온도가 될 때까지 2시간 내지 4시간 동안 공냉할 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 브레이크 패드의 제조 방법에 의하면, 엔지니어링 플라스틱(engineering plastics) 재질의 백 플레이트를 마찰재와 함께 일체로 가열 압축 성형하는 방식으로 제조함으로써, 중간판을 사이에 두고 결합된 백 플레이트와 마찰재 사이의 결합력 및 결합강도를 증대시킬 수 있고, 브레이크 패드의 백 플레이트와 마찰재가 분리되는 문제를 해소할 수 있게 된다. 결국, 브레이크 패드의 교환 주기를 증대시킬 수 있는 것은 물론, 차량의 제동 성능 및 주행 안정성이 향상될 수 있고, 제동 불능 및 그로 인한 사고 발생의 문제점이 해소될 수 있게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
110 : 토크 멤버
111 : 가이드 홈
120 : 브레이크 패드
121 : 이너 패드
122 : 백 플레이트
123 : 마찰재
124 : 슬라이딩 돌기
125 : 중간판
125a : 전면부
125b : 측면 커버부
129 : 슬라이딩 핀

Claims (5)

  1. 중간판을 제작하고,
    백 플레이트와 마찰재가 상기 제작된 중간판을 매개로 일체로 결합되도록, 금형 내에서 상기 제작된 중간판을 사이에 두고 중간판의 양쪽 면에 백 플레이트와 마찰재를 일체로 압축 성형하여 브레이크 패드를 제조하며,
    상기 압축 성형 시, 상기 백 플레이트의 양측에는 각각 토크 멤버의 가이드 홈 내측에 삽입된 상태로 슬라이드 안내될 수 있는 형상의 슬라이딩 돌기를 형성하고,
    상기 각 슬라이딩 돌기의 외곽 표면 형상을 원호 형상으로, 그리고 상기 각 가이드 홈의 내측면 형상을 원호 형상으로 형성하여,
    상기 각 슬라이딩 돌기가 상기 가이드 홈 내에 삽입된 상태에서, 상기 브레이크 패드에 의한 디스크 압착 시, 상기 브레이크 패드가 회전하는 디스크로부터 받는 힘에 의해, 상기 각 슬라이딩 돌기의 외곽 표면과 상기 가이드 홈의 내측면 사이에, 상기 원호 형상에서의 원주방향으로의 슬라이딩 접촉인 원호상의 슬라이딩 접촉이 이루어질 수 있도록 하며,
    상기 브레이크 패드는,
    백 플레이트;
    하기 중간판을 사이에 두고 상기 백 플레이트와 일체로 결합되며 상기 디스크에 접촉하여 디스크를 압착하는 부분인 마찰재; 및
    상기 백 플레이트와 마찰재 사이에 개재되도록 결합된 중간판을 포함하고,
    상기 중간판은,
    상기 백 플레이트의 표면과 마찰재의 표면 사이에 개재되는 부분인 전면부; 및
    상기 백 플레이트에서 가장자리 전 둘레의 측면부 표면인 원주면과 상기 슬라이딩 돌기의 표면을 덮을 수 있도록 상기 전면부의 가장자리 전 둘레를 따라 일체로 형성된 측면 커버부를 포함하며,
    상기 브레이크 패드의 전체 형상의 면적이 캘리퍼 유닛의 피스톤의 접촉 표면의 면적과 동일하도록 제조하는 것을 특징으로 하는 브레이크 패드의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제작된 중간판의 한쪽 면에 일체로 결합되도록 백 플레이트를 고분자 합성수지를 사용하여 예비 성형하고,
    상기 예비 성형된 백 플레이트와 중간판을 상형과 하형 중 일측 금형 내에 설치한 상태에서 상기 상형과 하형 중 타측 금형 내에 마찰재 원료를 충전하며,
    상기 일측 금형과 타측 금형을 결합한 뒤 상기 중간판의 양쪽 면에 백 플레이트와 마찰재가 일체로 결합되도록 정해진 온도에서 백 플레이트와 마찰재를 가열 압축 성형하는 것을 특징으로 하는 브레이크 패드의 제조 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 백 플레이트는 고분자 합성수지로서 엔지니어링 플라스틱을 사용하여 압축 성형함으로써 제조하는 것을 특징으로 하는 브레이크 패드의 제조 방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 중간판을 사이에 두고 백 플레이트와 마찰재를 압축 성형한 후 설정 온도 및 설정 시간 동안 열처리 하여, 상기 백 플레이트와 중간판, 마찰재가 일체로 결합된 브레이크 패드를 완성하는 것을 특징으로 하는 브레이크 패드의 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 백 플레이트의 표면과 마찰재의 표면에 밀착 상태로 접합되는 상기 중간판의 전면부의 단면 형상이 상기 백 플레이트의 표면 및 마찰재의 표면과의 결합력이 증대될 수 있도록 요철이 반복되는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 브레이크 패드의 제조 방법.
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