KR20030088265A - 인벌류트형 통기로를 구비한 곡면 브레이크 디스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 몸통의 가운데 부분이 볼록한 곡면 형태로 되어 있으며, 통기로가 인벌류트 형태로 휘어져 있는 통기로를 구비한 브레이크 디스크에 관한 것이다.

본 발명의 브레이크 디스크는 몸통(7)에 반경방향으로 통기로(3)가 형성되어 있으며, 허브(9) 주위로 흡기공(5)이 관통되어 있는 브레이크 디스크(1)에 있어서,

상기 몸통(7)은 반경방향으로 가운데 부분이 볼록한 곡면 형태로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 브레이크 디스크에 의하면, 디스크를 몸통의 가운데 부분이 볼록한 곡면 형태로 제작함과 동시에 통기로를 인벌류트 형태로 휘어지게 함으로써 제동성능 및 방열성능을 향상시킬 수 있게 되고, 고속 주행 시의 소음도 줄일 수 있게 되며, 흡기공을 좌우로 나누어 배열함으로써 굽힙강도를 상대적으로 증대시켜 디스크의 두께를 줄일 수 있도록 함으로써 브레이크의 경량화를 도모할 수 있게 된다.

Description

인벌류트형 통기로를 구비한 곡면 브레이크 디스크{A curved brake disk provided with an involute type vent passage}

본 발명은 브레이크 디스크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디스크의 접촉면을 볼록 렌즈와 같이 가운데 부분이 볼록하게 하여 브레이크 패드와의 마찰면적을 증대시켜 제동력을 증대시킴과 동시에, 마찰면 안쪽의 통기로를 인벌류트 형태로 변형시켜 방열성능이 향상되도록 한 인벌류트형 통기로를 구비한 곡면 브레이크 디스크에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 제동이나 감속에 널리 사용되는 브레이크는 크게 드럼 브레이크와 디스크 브레이크로 구분할 수 있다. 이중 브레이크 패드와 디스크의 마찰을 제동에 이용하는 디스크 브레이크는 제동시 브레이크 패드와 디스크 사이의 마찰로 인해 발생하는 마찰열 때문에 고온 상태로 되어 브레이크 디스크가 열화되거나 크랙 또는 변형이 발생된다. 또한 마찰열의 높은 온도가 브레이크액으로 전달되어 베이퍼락 등을 발생시킴으로써 제동성능을 저하시키는 문제점도 초래하였다.

이에, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 통기로를 구비한 브레이크 디스크(101)가 개발된 바 있는데, 이 브레이크 디스크(101)는 몸통에 방사상으로 통기로(103)를 형성하고 디스크(101) 일측면의 허브 주위로 흡기공(105)을 관통 형성하여 흡기공(105)으로부터 유입된 공기가 통기로(103)를 통해 배출되면서 디스크(101)의 마찰열을 방출함으로써 디스크 브레이크에서 마찰열로 인해 야기되는 여러 가지 문제점을 해결하여 왔다.

그런데, 이러한 종래의 통기로를 구비한 브레이크 디스크(101)는 통기로(103)가 직선 날개깃 형태로 되어 있어 고속 주행 시 소음을 발생시키며, 흡기공(105)이 도 1에 도시된 것처럼, 디스크(101)의 한 쪽 측면에만 가공되어 디스크(101) 전체의 굽힘강도를 저하시키는 문제점이 있었다. 또한, 이와 같은 굽힘강도 저하를 막기 위해 디스크(101)의 두께를 두껍게 함으로써 브레이크를 불필요하게 중량화시키는 문제점도 있었다.

따라서, 본 발명은 위와 같은 종래의 통기로를 구비한 브레이크 디스크가 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 디스크를 몸통의 가운데 부분이 볼록한 곡면 형태로 제작하여 브레이크 패드와의 마찰면적을 동일 반경의 평면 디스크에 비해 상대적으로 증대시킴으로써 제동력 및 방열성능을 향상시킴과 동시에, 통기로를 인벌류트 형태로 제작함으로써 통기성능을 향상시키고, 흡기공을 디스크의 양측면에 번갈아 가공함으로써 공기 유입량을 그대로 유지하면서 굽힘강도를 향상시키며, 통기 시 디스크에서 발생하는 소음을 줄일 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 통기로를 구비한 브레이크 디스크의 부분 절결 평면도.

도 2는 도 1의 AA선 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 곡면 브레이크 디스크의 부분 절결 평면도.

도 4a는 도 3의 BB선에 따른 단면도.

도 4b는 도 3의 CC선에 따른 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 곡면 브레이크 디스크와 브레이크 패드 접촉부분의 치수관계를 설명하기 위한 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 곡면 브레이크 디스크 3 : 통기로

5, 5' : 흡기공7 : 디스크 몸통

9 : 디스크 허브11 : 브레이크 패드

본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위해, 몸통에 반경방향으로 통기로가 형성되어 있으며, 허브 주위로 흡기공이 관통되어 있는 브레이크 디스크에 있어서, 이 몸통은 반경방향으로 가운데 부분이 볼록한 곡면 형태로 되어 있는 인벌류트형 통기로를 구비한 곡면 브레이크 디스크를 제공한다.

이하, 본 발명에 따른 곡면 브레이크 디스크를 첨부도면을 참조로 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 곡면 브레이크 디스크는 도 3 및 도 4a와 도 4b에 도시된 바와 같이, 일반적인 브레이크 디스크와 마찬가지로 차량 바퀴에 고정하기 위한 고정축 역할을 하는 허브(9)와 제동 시 브레이크 패드와 접촉하여 제동력을 발생시키는 원반 형태의 몸통(7)으로 이루어져 있다. 방열을 위한 복수의 통기로(3)가 몸통(7) 내부에 반경방향으로 형성되어 있고, 각각의 통기로(3)는 허브(9) 주위로 관통된 복수개의 흡기공(5)과 연결되어 있으며, 허브(9) 측면에는 바퀴로의 고정을 위해 사용되는 체결구멍이 관통 형성되어 있다.

여기에서, 본 발명에 따른 곡면 브레이크 디스크(1)의 통기로(3)는 도 3에 도시된 바와 같이, 자동차 전진 시 회전방향인 화살표(D) 방향과 반대방향으로 만곡된 후향 인벌류트 형태로 되어 있으며, 허브(9) 쪽에서 반경방향으로 진행함에 따라 점차 폭이 증대되도록 되어 있다.

또한, 허브(9) 둘레에 관통된 흡기공(5)은 도 3 및 도 4a와 도 4b에 도시된 바와 같이, 디스크 몸통(7)의 양측면에 교대로 관통 형성되는데 즉, 흡기공(5)은 몸통(7)의 허브(9) 인접 부위에 일정 간격을 두고 원형으로 배열되어 있으며, 흡기공(5)이 관통된 측면의 반대쪽 측면에는 흡기공(5)과 흡기공(5) 중간 위치에 복수개의 흡기공(5')이 마찬가지로 일정 간격을 두고 흡기공(5)과 교차 배열되어 있다.

또한, 본 발명에 따른 디스크(1)는 몸통(7)의 가운데 부분이 볼록한 곡면 형태로 되어 있는 바, 도 4a 및 도 4b에 단면으로 도시된 바와 같이, 몸통(7)의 반경방향으로 가운데 부분이 볼록 렌즈와 같이 완만한 곡면 형태로 볼록하게 돌출되어 있다.

이와 같이, 디스크(1)의 몸통(7)이 가운데 부분이 볼록한 곡면 형태로 되어 있으므로 제동 시 디스크(1)와 접촉되는 브레이크 패드(11)도 도 5에 도시된 바와같이, 디스크 몸통(7)과 형합될 수 있도록 디스크(1) 몸통(7)과의 접촉면이 완만한 곡면 형태로 오목하게 들어가 오목 렌즈와 같은 형태를 취하고 있다.

이제, 위와 같이 구성된 본 발명에 따른 인벌류트 통기로를 구비한 곡면 브레이크 디스크(1)의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 곡면 브레이크 디스크(1)가 적용된 디스크 브레이크를 구비하고 있는 차량이 운행을 개시하여 전진하기 시작하면 이 브레이크 디스크(1)는 도 3에 도시된 바와 같이, 화살표(D) 방향으로 회전하게 된다. 이와 같이 디스크(1)가 회전함에 따라 흡기공(5)을 통해 디스크(1)의 몸통(7) 안으로 외기가 유입되며, 유입된 외기는 통기로(3)를 거쳐 다시 외부로 빠져나간다.

이 때, 제동이 걸려 브레이크 디스크(1)가 브레이크 패드(11)에 밀착되면서 발생된 마찰열은 통기로(3)를 통과하는 외기에 의해 외부로 방출된다. 또한, 디스크(1)의 몸통(7)이 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 가운데 부분이 볼록하게 곡면으로 되어 있으므로 도 5에 도시된 것처럼, 디스크가 종래의 평면 디스크일 때 접촉면의 길이를 2L, 본 발명에 따른 곡면 디스크일 때 접촉면의 길이를 Rθ, 패드(11)를 통해 가해지는 법선방향 가압력을 Q라 하고, 이 때 제동력을 P, 디스크의 두께를 w, 평면 디스크의 마찰계수를 μ, 곡면 디스크의 마찰계수를 μ'라고 하면, 브레이크 디스크(1)와 브레이크 패드(11)가 접촉하는 접촉면적이 평면 디스크에서는 2Lw이고, 곡면 디스크에서는 Rθw로, 디스크 전체 크기가 동일한 경우에 곡면 디스크일 때가 평면 디스크일 때보다 더 큰 접촉면적을 가지므로 그만큼 제동력이 향상된다.

또한, α를 디스크(1)의 중심점과 끝점을 이은 선(d)과 중심선(CL)이 이루는 각도라고 할 때,

이므로, 평면 디스크의 제동력은 P = μQ이고, 곡면 디스크의 제동력은

으로 되어 곡면의 쐐기작용에 의해 마찰계수가 증가하면서 제동력이 그 만큼 증대된다.

즉, 예컨대 L을 2㎝, 디스크(1)의 중심점과 끝점을 이은 선(d)의 높이에 해당하는 h_max를 1㎝라고 할 때 α는 26.5°, R은 2,5이므로 μ는 0.35∼0.45인 반면, μ'는 0.46∼0.53이 되므로 제동력을 17∼31% 정도 증대시키게 된다.

이상, 본 발명의 인벌류트 통기로를 구비한 곡면 브레이크 디스크에 의하면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있게 된다.

먼저, 디스크가 곡면으로 되어 있기 때문에 동일한 공간 내에서 디스크 몸통과 브레이크 패드의 마찰면적이 증대됨과 동시에 브레이크 패드와 디스크 사이에 쐐기작용이 발생되므로 동일한 크기의 평면 브레이크 디스크에 비해 동일한 작용압력에 대한 제동력을 증대시킴으로써 제동 성능을 향상시킬 수 있게 되며, 이와 같이 제동성능이 향상됨에 따라 브레이크 디스크나 패드의 마모도 줄일 수 있게 되어브레이크 자체의 수명을 증대시키는 효과가 있다.

또한, 디스크가 곡면이므로 평면일 때보다 상대적으로 몸통 내부에 형성되는 통기공간이 증대되어 그만큼 디스크와 흡기의 접촉면적이 증대되므로 방열 성능의 향상을 가져올 수 있을 뿐 아니라, 통기로가 인벌류트 형태로 휘어져 있기 때문에 원심 회전차에서와 같이 통기로를 통과하는 흡기의 유동량이 증대되므로 마찬가지로 방열 성능의 향상을 가져올 수 있으며, 아울러, 통기로의 폭을 일정하게 변화시킴으로써 균일한 방열성을 가지도록 할 수도 있다. 따라서, 디스크의 발열로 인한 페이드나 베이퍼락 등의 현상을 줄일 수 있게 되므로 궁극적으로는 브레이크의 제동성능을 향상시킬 수 있게 되며, 불균일한 방열로 인해 발생하는 브레이크의 진동현상도 억제할 수 있게 되므로 브레이크의 수명을 연장하는 효과도 있다.

또한, 통기로가 디스크의 회전방향과 반대방향으로 휘어져 있는 후향 날개모양의 인벌류트 형태를 취하고 있으므로 고속 주행 시 통기로에서 배출되는 배기로 인해 발생되는 소음을 대폭 줄일 수 있게 된다.

끝으로, 흡기공을 좌우 측면에 교대로 관통 형성하고 있으므로 디스크 내부로 유입되는 공기의 양을 그대로 유지하면서도 디스크의 굽힘강도를 높일 수 있으므로 동일 공기 유입량에 대하여 디스크의 두께를 감소시킬 수 있게 되며, 그만큼 브레이크를 경량화시킬 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 몸통(7)에 반경방향으로 통기로(3)가 형성되어 있으며, 허브(9) 주위로 흡기공(5)이 관통되어 있는 브레이크 디스크(1)에 있어서,

   상기 몸통(7)은 반경방향으로 가운데 부분이 볼록한 곡면 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크.
2. 제1 항에 있어서,

   흡기공(5)은 상기 몸통(7)의 양측면에 교대로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 통기로(3)는 반경방향으로 점차 폭이 증대되는 후향 인벌류트 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크.
4. 반경방향으로 가운데 부분이 볼록한 곡면 형태로 되어 있는 브레이크 디스크(1)와, 상기 브레이크 디스크(1)와의 접촉 시 상기 디스크(1)의 볼록한 몸통과 형합되도록 디스크 접촉면이 오목하게 되어 있는 브레이크 패드(11)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크.