KR20070019163A - 자동차용 고성능 디스크 브레이크 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제동시 브레이크 디스크의 원주면에 브레이크 패드를 가압하는 구조에 의해 접촉면의 마찰열의 방출을 용이하게 하고 브레이크 디스크의 열변형을 최소화함으로써 브레이크 디스크의 열변형에 의한 저더 발생을 최소화하여 안정된 제동 작동을 확보하고 브레이크의 성능개선 및 브레이크 시스템의 중량 저감을 도모할 수 있는 자동차용 고성능 디스크 브레이크 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 원주면에 제동이 이루어지는 디스크와, 휠실린더의 유압에 의해 작동되는 피스톤을 구비하는 캘리퍼와, 상기 피스톤의 선단부에 장착되어 피스톤의 작동에 따라 상기 디스크의 원주면에 접촉되는 브레이크 패드를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

디스크 브레이크, 저더, 열 변형, 열 방출, 접촉면적

Description

자동차용 고성능 디스크 브레이크 시스템{Disk Brake System for Automobile}

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 디스크 브레이크 시스템을 보여주는 개략 단면도,

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 디스크 브레이크 시스템에 대한 개략 측면도,

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 디스크 브레이크 시스템을 다른 형상의 디스크 구조에 적용된 예를 보여주는 개략 단면도,

도 4a 내지 도 4d는 각각 디스크 원주면의 형상을 보여주는 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *

10,10a ; 디스크 11 ; 관통구멍

12,22 ; 디스크 본체 14,24 ; 원주부

15 ; 허브볼트 20,20a,20b ; 캘리퍼

30,30a,30b ; 브레이크 패드 40,40a,40b ; 제동부

14a-14d ; 요철 굴곡부

본 발명은 자동차용 고성능 디스크 브레이크 시스템에 관한 것으로, 특히 제동시 브레이크 디스크의 원주면에 브레이크 패드를 가압하는 구조에 의해 접촉면의 마찰열의 방출을 용이하게 하고 브레이크 디스크의 열변형을 최소화함으로써 브레이크 디스크의 열변형에 의한 저더 발생을 최소화하여 안정된 제동 작동을 확보하고 브레이크의 성능개선 및 브레이크 시스템의 중량 저감을 도모할 수 있는 자동차용 고성능 디스크 브레이크 시스템에 관한 것이다.

종래의 디스크 브레이크는 휠과 함께 회전하도록 설치된 브레이크 디스크 양쪽 측면에서 한쌍의 브레이크 패드가 가압되면서 발생되는 마찰력에 의해 제동력을 얻도록 하고 있으며, 브레이크 패드가 브레이크 디스크를 가압하도록 하는 압력은 마스터실린더에서 제공되는 압력에 의해 캘리퍼에 장착된 실린더 내의 섭동 피스톤에 의해서 제공된다.

정상주행 상태 하에서 브레이크는 제동과 주행을 반복하게 되며, 제동이 반복해서 일어날 때 마다 디스크는 마찰에 의한 열 발생과 전도와 대류에 의한 방열 과정을 반복하게 된다.

자동차가 이동할 때 발생된 운동에너지는 대부분 마찰열의 형태로 브레이크 디스크에 전달되어 결과적으로는 디스크와 브레이크 패드의 접촉면 사이의 온도가 급격히 상승하게 된다. 이와 같은 디스크와 브레이크 패드 사이의 마찰은 브레이크 마찰면에서 열변형 등의 열적문제를 발생시킨다.

특히, 디스크는 주로 회주철로서 제조되며, 주조시 생성된 잔류응력으로 디 스크와 브레이크 패드의 접촉시 디스크에 열변형이 생겨 브레이크 저더(judder) 현상을 발생시키는 원인이 되고, 브레이크 디스크의 편마모, 브레이크의 수명단축이나 고장을 일으키는 원인으로 작용한다.

상기의 브레이크 저더는 열적인 문제뿐만 아니라 현재의 같이 브레이크 디스크를 양쪽에서 브레이크 패드가 가압함으로써 발생하는 문제이다.

이러한 디스크 브레이크의 구조는 한국공개특허공보 제2005-56494호 등의 다수의 문헌에 개시되어 있다. 이러한 디스크 타입의 브레이크는 드럼 타입의 브레이크에 비하여 방열성이 우수하고 제동력이 안정되며, 구조가 간단하여 패드 교환 및 손질이 용이한 반면에 마찰면적이 작아 패드가 커야 되고, 브레이크 페달을 밟는 힘이 커야 되는 문제가 있다.

이러한 문제를 고려하여 브레이크 패드의 접촉면적을 넓힘에 의해 제동력을 증가시키기 위해 다수의 외부 브레이크 패드를 구비한 디스크 브레이크가 한국공개특허공보 제2004-102232호에 개시되어 있다.

그러나, 이러한 디스크 브레이크들은 모두 운전자가 제동력을 발생시키기 위해 브레이크 페달을 밟으면, 마스터 실린더에 압력이 가해지면서 휠실린더의 내부로 유압이 밀려들어와 피스톤을 실린더 밖으로 밀어내게 되어, 피스톤의 선단에 부착된 백플레이트와 브레이크 패드가 디스크의 양측면을 가압하면서 마찰이 발생할 때 열변형에 의한 편마모 현상과 이에 따른 저더 현상을 근본적으로 해결하지 못하고 있다. 그 결과 사용자는 상기한 저더 현상이 발생하면, 정비소에서 브레이크 패드를 교환하거나 디스크를 절삭 가공하여 편마모 현상을 해소함에 의해 문제를 해 결하여야 하는 불편함이 존재한다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 예를들어, 한국공개특허공보 제2002-51719호 등에는 차량용 ABS에서 진동감지센서에 의해 저더가 발생한 것을 검출하면 컨트롤 유니트가 유압제어부를 제어하여 해당 휠부의 솔레노이드 밸브를 개폐시켜 디스크와 패드의 접촉을 떨어지게 하여 저더의 발생을 해제시키는 기술이 제안되어 있다.

그러나, 이러한 진동감지센서를 이용한 저더 방지 구조는 ABS를 채용하지 않는 브레이크장치에는 적용이 어려운 문제가 있다.

한편, 드럼 타입의 브레이크는 한쌍의 브레이크 슈를 휠실린더의 작동에 의해 브레이크 라이닝이 드럼의 내주면에 접촉하여 제동이 이루어지므로 가격이 저렴한 반면에 밀폐된 드럼 내에서 제동이 이루어지므로 방열특성이 나쁘고 구조가 복잡하여 정비가 어렵고 자기 청소 기능이 약한 단점이 있다.

따라서, 상기한 종래기술의 문제점을 종합하여 고려할 때, 종래 디스크 브레이크 시스템에서 구조적으로 발생하는 열변형에 의한 저더 발생현상을 방지하고 브레이크 패드의 접촉면적을 증가시켜서 제동력을 증가시킬 수 있는 새로운 구조가 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 제동시 브레이크 디스크의 원주면에 브레이크 패드를 가압하는 구조에 의해 접촉면의 마찰열의 방출을 용이하게 하고 브레이크 디스크의 열변형을 최소화함으로써 브레이크 디스크의 열변형에 의한 저더 발생을 최소화하여 안정된 제동 작동 을 확보하고 브레이크의 성능을 개선 및 브레이크 시스템의 중량 저감을 도모할 수 있는 자동차용 고성능 디스크 브레이크 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 디스크 타입 브레이크의 장점을 유지하면서 드럼 타입의 단점을 보완한 자동차용 고성능 디스크 브레이크 시스템을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 원주면에 제동이 이루어지는 디스크와, 휠실린더의 유압에 의해 작동되는 피스톤을 구비하는 캘리퍼와, 상기 피스톤의 선단부에 장착되어 피스톤의 작동에 따라 상기 디스크의 원주면에 접촉되는 브레이크 패드를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크 시스템을 제공한다.

본 발명의 디스크 브레이크 시스템에서 상기 캘리퍼와, 브레이크 패드로 이루어지는 제동부는 마찰면적을 증가시키기 위해 적어도 1 이상 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 다수의 제동부는 디스크의 수직 중심선을 기준으로 서로 동일한 각도만큼 벌어져서 배치되는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 다수의 제동부는 디스크의 수직 중심선을 기준으로 서로 상하좌우에 무관하게 배치되는 것도 가능하다.

또한, 상기 디스크는 중앙부에 구동축 또는 스핀들이 결합되는 원형의 디스크 본체와, 상기 디스크 본체의 원주면에 브레이크 패드와 접촉면을 갖도록 원주면으로부터 접선방향으로 연장 형성된 환형 원주부를 포함하며, 대칭 또는 비대칭 구조 중 어느 하나의 형상으로 이루어질 수 있다.

더욱이, 상기 브레이크 패드는 환형 원주부의 원주면의 곡률에 대응하는 곡률로 형성되고 원주방향을 따라 일정한 길이를 갖도록 형성되는 것이 바람직하며, 상기 원주부의 원주면과 브레이크 패드는 상호 접촉면적을 증가시키기 위해 요철 구조로 이루지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 디스크는 드럼 형상으로 이루어지는 것도 가능하다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 제동시 브레이크 디스크의 원주면에 브레이크 패드를 가압하는 구조에 의해 접촉면의 마찰열의 방출을 용이하게 하고 브레이크 디스크의 열변형을 최소화함으로써 브레이크 디스크의 열변형에 의한 저더 발생을 최소화하여 안정된 제동 작동을 확보하고 브레이크의 성능을 개선 및 브레이크 시스템의 중량 저감을 도모할 수 있다.

(실시예)

이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.

첨부된 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 디스크 브레이크 시스템을 보여주는 개략 단면도, 도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 디스크 브레이크 시스템에 대한 개략 측면도, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 디스크 브레이크 시스템을 다른 형상의 디스크 구조에 적용된 예를 보여주는 개략 단면도, 도 4a 내지 도 4d는 각각 디스크 원주면의 형상을 보여주는 단면도이다.

먼저, 도 1을 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 디스크 브레이크 시스템은 도시된 바와 같이, 원주면에 제동이 이루어지는 디스크(10)와, 휠실린더의 유 압에 의해 작동되는 피스톤을 구비하는 캘리퍼(caliper)(20)와, 상기 피스톤의 선단부에 장착되어 피스톤의 작동에 따라 상기 디스크(10)의 원주면에 접촉되는 브레이크 패드(30)를 포함하고 있다.

상기 캘리퍼(20)는 예를들어, 너클 또는 아암에 설치되며, 사용자가 브레이크 페달을 밟는 것에 응답하여 마스터 실린더로부터 압력이 가해질 때, 휠실린더 내부의 유압에 의해 선단부에 브레이크 패드(30)가 장착된 피스톤을 실린더 밖으로 밀어내어 피스톤을 가동시키는 주지된 피스톤 유압작동 구조를 갖는다.

상기 브레이크 패드(30)는 바람직하게는 피스톤의 선단에 부착된 백플레이트에 지지된다.

상기 디스크(10)는 중앙부에 구동축 또는 스핀들이 결합되는 관통구멍(11)과 다수의 허브볼트(15)가 결합되는 원형의 디스크 본체(12)와, 상기 디스크 본체(12)의 원주면에 브레이크 패드(30)와 충분한 접촉면을 갖도록 원주면으로부터 접선방향으로 연장 형성된 환형 원주부(14)를 포함하고 있다. 이 경우, 제1실시예의 디스크(10)는 대칭의 구조를 이루고 있다.

상기한 제1실시예의 디스크 브레이크 시스템에서는 단일 캘리퍼(20)와 단일의 브레이크 패드(30)로 이루어진 하나의 제동부(40)를 구비하고 있다. 이 경우는 제동부(40)가 디스크(10)의 좌우 상하 등 어느 방향이든 설치할 수 있으며, 브레이크 패드(30)가 디스크(10)의 환형 원주부(14)의 원주면의 곡률에 대응하는 곡률로 형성되고 원주방향을 따라 일정한 길이를 갖도록 형성된다.

한편, 도 2에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 디스크 브레이크 시스템에 서는 휠실린더의 유압에 의해 작동되는 피스톤을 구비하는 제1캘리퍼(caliper)(20a)와, 상기 피스톤의 선단부에 장착되어 피스톤의 작동에 따라 상기 디스크(10)의 원주면에 접촉되는 제1브레이크 패드(30a)로 이루어진 제1제동부(40a)와, 제1제동부(40a)와 동일하게 제2캘리퍼(20b)와 제2브레이크 패드(30b)로 이루어진 제2제동부(40b)를 포함하고 있다.

상기 제1 및 제2 제동부(40a,40b)는 도 2와 같이 서로 180도 각도를 이루도록 대향하여 배치되거나, 디스크(10)의 수직축으로부터 서로 동일한 각도만큼 떨어진 위치에 배치될 수 있다.

이 경우, 상기 제1 및 제2 제동부(40a,40b)는 제1실시예의 제동부(40)와 동일한 원리와 구조로 이루어지며, 제1 및 제2 제동부(40a,40b)의 제1 및 제2 브레이크 패드(30a)의 길이는 제1실시예의 브레이크 패드(30)의 길이보다 더 작게 형성될 수 도 있다.

상기 제1 및 제2 실시예에서는 제동부가 1개 또는 2개로 이루어진 것을 예시하였나, 제동력을 극대화하기 위하여 제1 및 제2 실시예가 조합된 3개의 제동부(40,40a,40b)를 구비하는 것도 가능하다. 또는 2쌍의 제동부가 간격을 두고 배치되는 것도 가능하다.

이 경우, 상기 다수의 제동부는 디스크의 수직 중심선을 기준으로 서로 동일한 각도만큼 벌어져서 배치되는 것 대신에 상하좌우에 무관하게 배치되는 것도 가능하다.

한편, 본 발명이 적용되는 디스크는 제1 및 제2 실시예와 같이 디스크 본체 (12)를 중심으로 원주부(14)가 대칭 형상의 구조를 이루는 것 대신에, 도 3에 도시된 바와 같이 디스크 본체(22)의 원주면으로부터 일측 방향으로만 원주부(24)가 연장되어 드럼 형상의 디스크(10a)를 사용하는 것도 가능하다.

도 3에서 상기한 실시예와 동일한 요소에 대하여는 동일한 부재번호를 부여하며, 이에 대하여는 설명을 생략한다.

이하에 본 발명의 본 발명의 제1실시예에 따른 디스크 브레이크 시스템의 제동 동작에 대하여 설명한다.

제1실시예의 시스템에서는 사용자가 브레이크 페달을 밟는 경우 이에 응답하여 마스터 실린더로부터 압력이 휠실린더에 가해진다. 이 경우, 휠실린더 내부의 유압에 의해 캘리퍼(20)의 피스톤을 실린더 밖으로 밀어내면, 피스톤 선단부에 장착된 브레이크 패드(30)가 디스크(10)의 원주부(14)의 원주면에 가압되면서 마찰이 발생하여 제동이 이루어지게 된다.

또한, 제2실시예에 따른 디스크 브레이크 시스템에서는 브레이크 페달이 작동될 때, 제1 및 제2 제동부(40a,40b)의 제1 및 제2 캘리퍼(20a,20b) 내부로부터 유압에 의해 각각 피스톤이 작동되어, 제1 및 제2 브레이크 패드(30a,30b)가 디스크(10,10a)의 중심을 향하여 각각 원주부(14)의 원주면을 협력하여 가압하므로 효과적인 제동이 이루어지게 된다.

종래의 디스크 타입의 브레이크는 디스크의 양측면에 브레이크 패드가 가압되고, 드럼 타입의 브레이크에서는 회전되는 드럼 내부에 설치되어 드럼의 내부로부터 외부로 힘이 가해지는 방식이므로 지지점 없이 패드의 가압력이 인가되고 있 어, 효과적으로 패드의 가압력이 디스크의 제동에 이용되지 못하고 있다.

이에 비하여, 본 발명의 디스크브레이크 시스템에서는 브레이크 패드(30,30a,30b)가 디스크(10,10a)의 원주부(14,24)를 가압하면, 가압력이 디스크의 중심으로 모아지면서 수직방향으로 작용하여 타이어를 통하여 지상에 지지점을 가지는 형태로 가압이 이루어진다.

그 결과, 브레이크 패드에 동일한 가압력이 적용될 때 본 발명에서는 종래 브레이크보다 더 큰 제동효과를 얻을 수 있게 된다.

또한, 디스크가 한번 회전할 때 브레이크 디스크와 패드의 마찰면적은 본 발명과 같은 원주면의 경우가 기존 양쪽면 가압보다 넓어, 그 결과 마찰에 의한 운동에너지 손실이 많아 브레이크 성능이 향상되고, 동일한 브레이크 성능을 얻기 위한 브레이크 디스크의 크기를 줄여 경량화도 가능하다

더욱이, 마찰면 단위면적당 열 발생양이 적고 공기와의 접촉 면적이 커 열 방출이 용이하다.

기존에는 디스크 양쪽면을 평평하게 가공하기 어렵고 미소한 열변형에서도 저더가 나타나기 쉬우나, 본 발명의 디스크 원주면은 정밀 표면 가공이 용이하고 열변형이 발생하기 어렵다.

상기와 같이 제동이 이루어지는 디스크(10,10a)의 원주면은 넓은 것이 바람직하나, 원주면을 제외한 다른 부분, 예를들어 디스크 본체는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 강도를 유지할 수 있을 정도로만 얇게 하여도 무방하다.

또한, 원주부(14,24)의 원주면은 도 1 내지 도 3과 같이 평평하거나 또는 마 찰면적을 넓히기 위해 도 4a 내지 도 4d와 같이 약간의 요철 굴곡부(14a-14d)가 있는 단면 형상이어도 좋으며, 이때 브레이크 패드(30)의 형상도 원주면의 형상과 대응한 상보 형태로 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 디스크 브레이크 시스템에서는 디스크 지름이 15〃 기준으로, 본 발명처럼 원주부의 원주면 폭을 5cm로 할 경우, 종래의 디스크 브레이크의 마찰면적은 526.7cm2이나, 본 발명의 마찰면적은 598.17cm2로 나타나, 따라서 본 발명의 제동력은 종래 기술 대비 13.6% 이상의 향상이 이루어지게 되며, 이것은 디스크를 17〃로 크게 한 효과와 유사하다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 제동시 브레이크 디스크의 원주면에 브레이크 패드를 가압하는 구조에 의해 접촉면의 마찰열 방출을 용이하게 하고 브레이크 디스크의 열변형을 최소화함으로써 브레이크 디스크의 열변형에 의한 저더 발생을 최소화하여 안정된 제동 작동을 확보하고 브레이크의 성능을 개선 및 중량 저감을 도모할 수 있다.

그 결과, 본 발명의 효과를 요약하면 하기와 같다.

1. 디스크 주조시 발생하는 응력 및 제동시 디스크와 패드의 마찰에 의해 발생하는 열응력에 의한 변형 및 이상 마모의 최소화.

2. 패드와 디스크의 접촉면적 증가로 제동시간의 단축.

3. 디스크의 소재 절감에 의한 원가절감 및 경량화.

4. 디스크의 주조 방안이 간단하여 제조비 경감.

5. 디스크의 주조후 가공량의 경감에 의한 가공비 절감.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (7)

1. 원주면에 제동이 이루어지는 디스크와,

   휠실린더의 유압에 의해 작동되는 피스톤을 구비하는 캘리퍼와,

   상기 피스톤의 선단부에 장착되어 피스톤의 작동에 따라 상기 디스크의 원주면에 접촉되는 브레이크 패드를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 캘리퍼와, 브레이크 패드로 이루어지는 제동부는 적어도 1 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 다수의 제동부는 디스크의 수직 중심선을 기준으로 서로 상하좌우에 무관하게 배치되는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 디스크는 중앙부에 구동축 또는 스핀들이 결합되는 원형의 디스크 본체와,

   상기 디스크 본체의 원주면에 브레이크 패드와 접촉면을 갖도록 원주면으로부터 접선방향으로 연장 형성된 환형 원주부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 브레이크 패드는 환형 원주부의 원주면의 곡률에 대응하는 곡률로 형성되고 원주방향을 따라 일정한 길이를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크 시스템.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원주부의 원주면과 브레이크 패드는 상호 접촉면적을 증가시키기 위해 요철 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 디스크는 드럼 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크 시스템.

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