KR20090123815A

KR20090123815A - 디스크 브레이크용 디스크 로터

Info

Publication number: KR20090123815A
Application number: KR1020090046464A
Authority: KR
Inventors: 요시히코 이가; 히로시 모리야; 마코토 에비하라; 가즈야 바바
Original assignee: 히다치 가세고교 가부시끼가이샤
Priority date: 2008-05-28
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2009-12-02
Also published as: US20090294228A1; JP2009287621A; EP2128477A1

Abstract

본 발명은 제동시의 토오크에 의하여 디스크 로터에 발생하는 응력을 저감하기 위하여 통기구멍 안 둘레측 모서리부의 R을 크게 하면서도, 패드 가압에 의하여 발생하는 응력의 증가를 억제하는 통기구멍 형상을 가지는 디스크 로터를 제공하는 것이다.

이를 위하여 본 발명은 벨 하우징에 접속되는 제 1 슬라이딩부와, 상기 제 1 슬라이딩부와 차축방향으로 이간하여 병설되는 제 2 슬라이딩부와, 상기 1쌍의 슬라이딩부 사이에 원주방향으로 간격을 두고 배치되는 복수의 리브부와, 상기 복수의 리브부와 상기 1쌍의 슬라이딩부에 의하여 형성되는 통기구멍을 가지는 디스크 로터로서, 상기 통기구멍의 안 둘레측의 형상은, 상기 디스크 로터의 회전방향과 직교하는 끝부에서, 곡율반경이 다른 적어도 2개의 원호형상을 가지고, 가장 작은 곡율반경이 2 mm 이상이며, 상기 제 1 슬라이딩부측의 원호의 곡율반경이 상기 제 2 슬라이딩부측의 원호의 곡율반경보다 큰 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크용 디스크 로터를 제공한다.

Description

디스크 브레이크용 디스크 로터{DISK ROTOR FOR DISK BRAKE}

본 발명은 차량용 디스크 브레이크장치의 디스크 로터에 관한 것이다.

디스크 브레이크는 제동장치의 일종이고, 차륜과 함께 회전하는 원반(이후, 디스크 로터라 한다)을 양 측면에서 브레이크 패드로 가압함으로써 마찰열을 발생시키고, 운동 에너지를 열에너지로 변환하여 제동효과를 발생시키는 차량 부품이다. 이 디스크 로터에는, 예를 들면 특허문헌 1의 도 20과 같은 것이 있다. 즉, 디스크 로터(71)는 핀(83)(이후, 리브부라 한다)을 1쌍의 슬라이딩부(75)에서 사이에 끼운 구조로 되어 있고, 허브(77)를 가지는 본체부(73)(이하, 벨 하우징이라 한다)를 거쳐 차륜에 고정된다. 슬라이딩부(75)에는, 안 둘레측에서 바깥 둘레측으로 통하는 통기구멍이 형성되어 있고, 디스크 로터(71)가 회전하면, 통기구멍 내에 공기의 흐름이 생겨, 브레이크 패드와 브레이크 로터와의 마찰에 의하여 발생한 열을 열전달에 의하여 공기로 방열할 수 있다.

이와 같은 브레이크 로터에는, 자동차의 연비향상 및 조종 안정성의 관점에서, 경량화가 강하게 요망되고 있다. 또, 자동차의 고성능화에 따라, 브레이크에는 더욱 높은 속도 및 온도영역에서의 안정된 제동력이 요구되고 있다. 종래, 디 스크 로터에는 주철(鑄鐵)이 주로 사용되고 있었으나, 중량, 내열성, 내청성 및 마모 내구성 등의 관점에서, 카본 세라믹(탄소섬유강화 탄화규소. 이후, C/SiC라 한다)제의 디스크 로터의 개발이 진행되고 있다. C/SiC제의 디스크 로터는, 주철과 비교하여 내마모성·내열성·내청성이 우수하고, 또 비특허문헌 1에 의하면 C/SiC의 밀도는 2.4 g/㎤ 이고, 주철의 밀도 7.3 g/㎤와 비교하여 1/3 정도로 가볍다. 디스크 브레이크의 경량화는 자동차의 스프링 하중량의 경량화로 연결되어, 운전의 쾌적성 및 안전성의 향상도 가져온다는 이점이 있다.

이와 같이 C/SiC제의 디스크 로터는, 주철제의 디스크 로터와 비교하여 많은 우수한 특징을 가지고 있으나, 그 반면, C/SiC는 주철보다 강도가 낮다는 단점이 있다. 비특허문헌 1에 의하면 C/SiC의 강도는 80 MPa 이고, 주철의 강도(FC 200의 경우는 200 MPa 이상)의 절반 이하이다. 그 때문에, 브레이크 제동시에 디스크 로터에 인가되는 기계적인 응력이 원인이 되어, 크랙이 발생한다는 문제가 있다. 이 기계적인 응력이란, (1) 패드가 디스크 로터를 압축할 때에 발생하는 응력(이하, 패드 가압 응력이라 한다)과, (2) 디스크 로터의 표면(디스크 로터와 패드가 접촉하고 있는 면)으로부터 디스크 로터에 가해지는 토오크에 의하여 발생하는 응력(이후, 토오크 응력이라 한다) 2개를 합친 것이다. 이하, 이 2개의 응력의 상세와, 각 응력을 저감하는 통기구멍 형상에 관하여 상세하게 설명한다.

먼저, 패드 가압 응력에 대하여, 도 1 내지 도 4를 이용하여 설명한다. 도 1은, 종래의 일반적인 디스크 로터(20) 및 패드(3)의 전체 구조도이고, 도 2는 도 1의 구조의 디스크 로터를 B 방향(디스크 로터의 회전중심)에서 바라본 도면이고, 도 1(a)는 디스크 로터를 제 2 슬라이딩부측에서 본 평면도, 도 1(b)는 도 1(a)의 A-A'선을 따른 단면도이다. 디스크 로터(20)에는 벨 하우징에 고정하기 위한 핀 구멍(4)이 회전축의 주위에 형성되고, 리브(6) 사이에 통기구멍(5)이 형성되어 있다.

도 3 및 도 4는, 도 2의 통기구멍과 리브부를 포함하는 주기구조의 1주기분의 구조(24)를 나타낸 것이다. 도 2와 같이 패드(3)로 디스크 로터(20)를 압축하였을 때에는, 디스크 로터(20)는 도 3a에 나타내는 바와 같이 통기구멍(5)이 찌그러지도록 변형된다. 이때, 디스크 로터(20)의 주응력(σ₁)의 분포는 도 3b와 같이되고, 도 3b의 C 및 D 부분이 둘레방향으로 인장되어, 응력이 커진다. 이 응력 분포는 똑같은 분포 하중을 받는 양쪽 끝 고정 빔과 동일하다고 이해할 수 있다. 빔 이론에 의하면, 빔 표면에서 생기는 응력의 최대값은, 빔의 길이의 2승에 비례하고, 빔 두께의 2승에 반비례하는 것이 알려져 있다. 그 때문에 도 3b의 C 및 D 부분의 응력을 저감하기 위해서는, 도 4의 빔부(8)의 폭(W)을 좁게 하고, 제 1 슬라이딩부(1) 및 제 2 슬라이딩부(2)의 두께(H₁, H₂)를 두껍게[즉 통기구멍 높이(H₃)를 낮게]하면 된다.

다음에 토오크 응력에 대하여, 도 5 내지 도 7을 이용하여 설명한다. 도 5(a)는 도 1과 마찬가지로, 디스크 로터의 평면구조를 나타내고, 도 5(b)는 도 1의 A-A'선을 따른 단면도이다. 도 6a는, 디스크 로터의 사시도이고, 도 6b는 그 일부 확대 사시도이다. 도 7a는, 종래의 통기구멍의 형상을 나타내고, 도 7b는 도 7a의 G-G'단면을 나타내는 단면도이다.

차량 제동시에는, 차륜 및 벨 하우징(도시 생략)과 함께 회전하고 있는 디스크 로터(20)에 패드(3)가 가압되고, 디스크 로터(20)는 패드(3)의 접촉면(7)으로부터, 로터의 회전방향과 반대방향의 마찰력을 받는다. 이 때 회전하고 있는 벨 하우징으로부터 디스크 로터(20)와 패드(3)의 상대적인 운동을 보면, 디스크로터(20)는 핀(도시 생략)에 의하여 벨 하우징에 고정되어 있기 때문에 정지되어 있고, 패드(3)는 상대적으로 회전하고 있다고 볼 수 있다. 이 상태는, 핀에 의하여 변위를 구속받고 있는 디스크 로터(20)가, 그 표면에서 패드(3)와의 마찰에 의하여 생기는 마찰력(힘의 방향은 로터의 회전방향과 반대방향)을 받고 있다고 생각할 수 있다. 이 때의 디스크 로터(20)의 응력 분포를 조사하기 위하여, 도 5의 디스크 로터(20)와 패드(3)의 접촉면(7)에, 둘레방향을 따른 전단 응력(둘레방향 - 축방향의 전단응력)을 인가하고, 핀 구멍(4) 둘레의 변위를 구속한 조건으로 유한요소법을 이용한 응력해석을 행하였다. 그 결과, 도 6a, 도 6b에 나타낸 통기구멍 안 둘레측 모서리부의 E 부분[벨 하우징과 접속하는 제 1 슬라이딩부(1)와 리브부(6)의 모서리부이고, 또한, 통기구멍의 좌우의 중심에서 보아 디스크 로터(20)의 회전방향(9)과 반대측에 위치하는 모서리부]에서 큰 응력이 발생하는 것이 발견되었다.

일반적으로 구조물의 모서리부의 응력을 저감하기 위해서는, 모서리부의 R을 크게 하면 좋고, 도 7a의 R₁및 도 7b의 R₂를 크게 함으로써 E 부분의 응력을 저감할 수 있다. 단, 도 7a는 도 5를 F 방향에서 바라 본 도면이고, 도 7b는 도 7a의 G-G'단면을 나타낸 단면도이다. 도 7a에 나타낸 종래의 통기구멍 형상에서는, R₁이 통기구멍 높이(H₃)의 절반 이하라는 제한이 있고, R_l을 크게 하여 E 부분의 응력을 저감하기 위해서는 통기구멍 높이(H₃)를 높게 할 필요가 있다. 이것은 제 1 슬라이딩부(1) 및 제 2 슬라이딩부(2)의 두께(H₁, H₂)를 얇게 하는 것을 의미하고 있다.

이상 설명한 바와 같이, 패드 가압 응력을 저감하기 위해서는 통기구멍 높이를 낮게 하면 되고, 토오크 응력을 저감하기 위해서는 통기구멍 높이를 높게 하여 통기구멍 모서리부의 R₁을 크게 하면 좋다. 즉, 도 7의 종래의 통기구멍 형상에서는, 토오크 응력을 저감하기 위하여 통기구멍 높이를 높게(디스크의 두께를 얇게) 하면, 상기한 바와 같이 패드 가압 응력이 디스크 두께의 2승에 반비례하여 급격하게 증가된다는 문제가 있다.

이상, 도 7a의 통기구멍 형상을 예로 하여 종래의 통기구멍 형상의 문제점을 설명하였으나, 이것 이외의 통기구멍 형상으로서는, 특허문헌 2에 기재된 사각형 또는 제 2 슬라이딩부측의 모서리부에 R을 실시한 통기구멍 형상이 나타나 있다. 이 통기구멍 형상에서는, 토오크 응력이 커지는 도 6b의 E 부분의 모서리에 R이 실시되어 있지 않기 때문에, 도 7a의 형상보다 토오크 응력이 커진다는 문제가 있다.

또, 특허문헌 3의 도 2에서는, 제 1 슬라이딩부측의 모서리부의 R을 제 2 슬라이딩부측의 모서리부의 R보다 작게 한 통기구멍 형상이 나타나 있으나, 이 형상에서는 도 6b의 E 부분의 R이 도 7a의 통기구멍 형상의 경우보다 작아지기 때문에, 도 7a의 통기구멍 형상보다 토오크 응력이 커진다.

이상, 세라믹제의 디스크 브레이크용 디스크 로터의 문제에 대하여 설명하였으나, 이 문제의 해결법은 주철제의 디스크 로터의 경우에서도, 제동시에 디스크 로터에 인가되는 응력을 저감할 수 있다.

[특허문헌 1]

일본국 특개2002-5207호 공보

[특허문헌 2]

일본국 특개평11-257386호 공보

[특허문헌 3]

일본국 특개소59-194139호 공보

[비특허문헌 1]

Walter Krenkel, B. Heidenreich, R, Renz「C/C-SiC Composites for Advanced Friction Systems」, Advanced Engineering Materials, vol. 4, 2002년 2월, 427∼436 페이지

본 발명은, 상기 종래 기술을 감안하여 이루어진 것으로, 상기한 제동 토오크에 의하여 발생하는 응력(토오크 응력)을 저감하면서도, 패드 가압에 의하여 발생하는 응력(패드 가압 응력)의 증가를 억제하는 통기구멍 형상을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다. 이 때문에, 통기구멍의 높이를 일정하게 유지한 채로, 통기구멍 안 둘레 모서리부의 R을 크게 하는 통기구멍 형상을 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 벨 하우징에 접속되는 제 1 슬라이딩부와 상기 제 1 슬라이딩부와 차축방향으로 이간하여 병설되는 제 2 슬라이딩부와, 상기 1쌍의 슬라이딩부의 사이에 원주방향으로 간격을 두고 배치되는 복수의 리브부와, 상기 복수의 리브부와 상기 1쌍의 슬라이딩부에 의하여 형성되는 통기구멍을 가지는 디스크 로터로서, 상기 통기구멍의 안 둘레측의 형상은, 상기 디스크 로터의 회전방향과 직교하는 끝부에서, 곡율반경이 다른 적어도 2개의 원호형상을 가지고, 가장 작은 곡율반경(Rs)이 2 mm 이상이며, 상기 제 1 슬라이딩부측의 원호의 곡율반경이 상기 제 2 슬라이딩부측의 원호의 곡율반경보다 큰 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크용 디스크 로터를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 통기구멍 높이를 일정하게 유지한 채로도, 제동시의 토오크 응력이 커지는 통기구멍 안 둘레측의 모서리의 R을 크게 할 수 있기 때문에, 토 오크 응력을 저감할 수 있다.

또, 마찬가지로 통기구멍 높이를 일정하게 유지한 채로도, 제동시의 토오크응력을 저감할 수 있다. 또한 이 형상에서는 통기구멍 형상을 바꾸어도, 상기한 슬라이딩부의 빔에 상당하는 부분의 폭(W)이, 종래 구조와 비교하여 변하지 않기 때문에, 통기구멍 형상 변경에 의한 패드 가압 응력의 증가를, 청구항 1에 기재한 구조보다 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 디스크 로터의 안 둘레측 모서리부의 R이 종래 형상보다 커져 있기 때문에, 토오크 응력을 더욱 감소할 수 있다.

본 발명에 관한 실시형태를 몇가지 설명한다.

(1) 상기 디스크 로터의 회전방향과 반대방향에서 직교하는 끝부에서, 상기제 1 슬라이딩부측의 원호의 곡율반경이 상기 제 2 슬라이딩부측의 원호의 곡율반경보다 작은 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크용 디스크 로터.

(2) 상기 통기구멍의 안 둘레측의 형상은, 상기 디스크 로터의 회전방향에서 직교하는 끝부에서, 적어도 2개의 곡율반경이 다른 원호형상으로 이루어지고, 상기 제 1 슬라이딩부측의 원호의 곡율반경이 상기 제 2 슬라이딩부측의 원호의 곡율반경보다 작으며, 가장 작은 곡율반경이 2 mm 이상이고, 가장 작은 곡율반경(Rs)보다큰 곡율반경은 Rs의 1.5배 이상인 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크용 디스크 로터.

(3) 상기 통기구멍의 안 둘레측의 형상은, 상기 디스크 로터의 회전방향과 직교하는 끝부에서, 적어도 2개의 곡율반경이 다른 원호형상으로 이루어진다. 각 각의 통기구멍의 둘레방향의 좌우의 중심위치에 대하여 상기 디스크 로터의 회전방향과 동일한 방향에 위치하는 상기 끝부에서는, 상기 제 1 슬라이딩부측의 원호의 곡율반경이 상기 제 2 슬라이딩부측의 원호의 곡율반경보다 작고, 각각의 통기구멍의 둘레방향의 좌우의 중심위치에 대하여 상기 디스크 로터의 회전방향과, 반대방향에 위치하는 상기 끝부에서는, 상기 제 1 슬라이딩부측의 원호의 곡율반경이 상기 제 2 슬라이딩부측의 원호의 곡율반경보다 크고, 가장 작은 곡율반경(Rs)은 2 mm 이상인 디스크 브레이크용 디스크 로터.

(4) 벨 하우징에 접속되는 상기 제 1 슬라이딩부와 상기 리브부와의 접속부의 안 둘레측 모서리부에는, 상기 통기구멍의 높이보다 큰 곡율반경(R)이 취해져 있는 것을 특징으로 하는 상기 디스크 브레이크용 디스크 로터.

(5) 상기 통기구멍의 형상은, 상기 디스크 로터의 회전방향에 대하여 경사진 타원인 디스크 브레이크용 디스크 로터. 타원의 경사방향은, 디스크의 회전방향에 대하여 타원의 선단이 내려져 있는(타원의 선단이 제 1 슬라이딩부에 근접하여 있다) 것이 필요하다.

(6) 상기 디스크 로터의 재료는 세라믹인 것을 특징으로 하는 상기 디스크 브레이크용 디스크 로터.

(7) 상기 디스크 로터의 재료는 주철인 것을 특징으로 하는 상기 디스크 브레이크 디스크 로터.

(8) 적어도 상기 제 1 슬라이딩부, 제 2 슬라이딩부 및 리브부가 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 디스크 브레이크용 디스크 로터. 일체화란, 주조나 몰드에 의하여 상기 3개의 부재를 일체화하였다는 것이다.

(9) 상기 통기구멍의 안 둘레측의 형상은, 그 면 내에서 회전 대칭인 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크용 디스크 로터. 토오크 응력을 극력 작게 하기 위해서는, 통기구멍의 형상이 회전 대칭(예를 들면, 이하에 설명하는 도 13, 도 17의 형상)이 바람직한 것을 알 수 있었다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 또한, 발명의 실시예를 설명하기 위한 모든 도면에서, 동일기능을 가지는 것은 동일부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.

(실시예 1)

본 발명의 제 1 실시예에 대하여, 도 8 및 도 9를 참조하면서 설명한다. 도 8은 본 발명의 제 1 실시예의 디스크 로터형상을 나타내는 사시도이고, 벨 하우징(21)을 포함하는 전체 사시도이다. 도 9는 디스크 로터(20)의 단면형상과 통기구멍 형상의 확대도를 나타낸 것이다. 디스크 로터의 재료로서는, 주철 또는 세라믹 입자를 분산시킨 알루미늄합금, 탄소섬유강화 탄화규소(C/SiC) 등이 선택된다. 또, 벨 하우징의 재료에는, 철, 알루미늄합금, 타타늄 등이 선택된다. 또한, 도 8에서는 디스크 로터(20)와 벨 하우징(21)이 분리된 구조로 하였으나, 디스크 로터(20)와 벨 하우징(21)이 일체 성형된 구조로 하여도 된다. 또, 벨 하우징(21)이 도 8의 디스크 로터(20)의 상측에 설치된 구조로 하여도 된다.

도 8의 디스크 로터(20)는 핀(도시 생략)을 거쳐 벨 하우징(21)에 접속되고, 다시 벨 하우징(21)은 차륜(도시 생략)에 접속된다. 차량 제동시에는, 패드로 디 스크 로터(20)를 가압함으로써 디스크 로터(20)에 로터의 회전방향(9)과 반대방향의 제동 토오크가 가해지고, 이 제동 토오크가 벨 하우징(21)을 거쳐 차륜에 전해짐으로써 차륜의 회전 속도를 감속할 수 있다. 이 때, 차량 및 차륜의 운동 에너지가 패드와 디스크 로터(20)와의 사이의 마찰열로 변환되어 디스크 로터(20)의 온도가 상승한다. 그래서, 디스크 로터(20)에는 냉각풍을 흘리기 위한 통기구멍(5)이 설치되어 있다. 도 8의 통기구멍의 형상을 디스크 로터(20)의 안 둘레측에서 바라보면 도 9의 상측 도면와 같이 되어 있다.

이하, 본 발명의 특징인 도 9의 통기구멍의 형상 및 그 효과에 관하여 상세하게 설명한다.

먼저, 통기구멍(5)의 형상에 대하여 설명한다. 도 9의 디스크 로터(20)의 통기구멍 입구형상은, 곡율반경이 다른 2개의 원호로 이루어지고, 제 1 슬라이딩부(1)측의 통기구멍 입구 모서리부의 R(도 9에서는 R₃)이, 제 2 슬라이딩부(2)측의 통기구멍 입구 모서리부의 R(도 9에서는 R₄)보다 커져 있다. 이 형상에서는 R₃을 통기구멍 높이(H₃)의 절반보다 크게 할 수 있고, 통기구멍 높이를 일정하게 유지한 채로 토오크 응력을 저감할 수 있다. 통기구멍(5)의 곡율반경의 구체적인 값은, 예를 들면 통기구멍 높이(H₃)가 8 mm인 경우에는, R₃ = 6 mm, R₄ = 2 mm와 같이 설정하면 좋다.

다음에 본 실시예의 효과에 대하여 설명한다. 본 실시예에 의한 토오크 응력의 저감효과를 조사하기 위하여, 디스크 로터의 상하의 패드 접촉면(7)으로부터 둘레방향을 따른 전단 응력(τ_zθ)[방향은 디스크 로터(20)의 회전방향(9)과 반대방향]을 인가하여, 핀 구멍(4) 둘레의 변위를 구속한 조건으로 유한요소법을 이용한 응력해석을 행하였다. 디스크 로터(20)의 재질은 C/SiC를 상정하고, 영율은 35 GPa, 프와송비는 0.14로 하였다. 도 6에 나타낸 종래의 통기구멍 형상과, 본 실시예의 도 9에서의 통기구멍 형상에서의 응력분포를 산출하고, 도 10에 나타낸 a 내지 e의 각각의 리브부에 관하여 주응력 최대값을 비교하면 도 11과 같이 된다. 도 11은, 종래의 통기구멍 형상에서의 응력의 최대값으로 규격화한 것이다. 도 11로부터, 종래 형상과 비교하여, 본 실시예의 형상은 응력을 20% 저감할 수 있는 것을 알 수 있다. 이에 의하여, 본 실시예의 통기구멍 형상에서는 종래 형상과 동일한 통기구멍의 높이 그대로도, 토오크 응력을 효과적으로 저감할 수 있는 것을 나타내었다. 또한, 도 8 및 도 9에서는, 통기구멍의 형상이 안 둘레측에서 바깥 둘레측을 향하여 항상 일정해지는 디스크 로터 구조로 하고 있으나, 지름방향으로 통기구멍의 폭 및 높이의 증감이 있는 디스크 로터 구조로 하여도 상기와 동일한 효과가 얻어진다.

또, 도 8의 디스크 로터(20)에서는, 지름방향 - 축방향의 단면이 도 7b의 형상을 하고 있고, 제 1 슬라이딩부(1)와 리브부(6)와의 접속부의 안 둘레측 모서리부(여기서의 모서리부란, 디스크 로터를 원주 좌표계로 나타내고, 지름방향의 좌표를 r, 축방향의 좌표를 z라 하였을 때의, rz 평면에서의 모서리부를 가리킨다)의 R(도 7b에서는 R₂)은, 통기구멍의 높이(H₃)보다 작은 형상으로 되어 있으나, 이 R₂ 를 통기구멍의 높이(H₃)보다 크게 하여 도 18과 같은 형상으로 하여도 된다. 이 도 18의 형상이면, 토오크 응력이 커지는 도 6b의 E 부의 모서리의 R을 도 9보다 크게 할 수 있기 때문에, 도 9의 디스크 로터 구조보다 토오크 응력을 더욱 저감할 수 있다.

(실시예 2)

본 발명의 제 2 실시예에 대하여, 도 12 내지 도 14를 참조하면서 설명한다. 도 12는 본 발명의 제 2 실시예의 디스크 로터형상을 나타내는 사시도이고, 벨 하우징(21)을 포함하는 전체의 사시도이다. 도 13은 디스크 로터(20)의 단면형상과 통기구멍 형상의 확대도를 나타낸 것이다. 도 14는 통기구멍 형상에 관하여, 종래 형상(도 14a)과 본 실시예의 통기구멍 형상(도 14b) 및 실시예 1의 통기구멍 형상(도 14c)의 비교를 나타낸 도면이다. 이하, 본 실시예의 특징인 도 14b의 통기구멍의 형상 및 그 효과에 관하여 상세하게 설명한다.

먼저, 통기구멍(5)의 형상에 대하여 설명한다. 도 14b의 본 실시예의 통기구멍 형상에서는, 도 14c의 실시예 1의 형상과 마찬가지로, 토오크 응력이 커지는 모서리부(도 14b에서는 G로 나타낸 부)의 R이 커져 있기 때문에, 실시예 1과 마찬가지로 종래 형상보다 토오크 응력을 저감할 수 있다. 또, 도 14b의 통기구멍 형상은, 2개의 곡율반경(R₅, R₆)(R₅ > R₆)에 의해 구성되어 있고, 상기한 디스크의 빔에 상당하는 부분(8)의 폭(W)을, 도 14a의 종래 형상과 같게 할 수 있기 때문에, 도 14a와 도 14b의 통기구멍 형상에서는, 패드 가압 응력이 대략 같아진다. 즉, 도 14b의 통기구멍 형상에서는 토오크 응력 저감을 위해 통기구멍 형상을 바꿨을 때에도, 패드 가압 응력의 증가를 실시예 1의 형상보다 작게 할 수 있다. 통기구멍(5)의 곡율반경의 구체적인 값은, 예를 들면 통기구멍 높이(H₃)가 8 mm인 경우에는, R₅= 6 mm, R₆ = 2 mm와 같이 설정하면 된다.

다음에 본 실시예의 효과에 대하여 설명한다. 본 실시예의 효과를 조사하기 위하여, 도 15와 같이 통기구멍(5)과 리브부(6)를 포함하는 주기 구조의 1주기분의 2차원 구조(24)[디스크 로터(20)의 둘레방향 - 축방향 단면을 모의한 것]에 대하여, 주기 경계에 해당하는 선상의 둘레방향 변위를 구속하고, 디스크 로터의 상하로부터 소정의 압력을 가하는 조건으로, 유한요소법을 이용한 응력해석을 행하였다. 디스크 로터(20)의 재질은 C/SiC를 상정하고, 영율은 35 GPa, 프와송비는 0.14로 하였다. 통기구멍의 형상은 도 14에 나타낸 3개의 형상으로 하고, 각 형상에서의 주응력의 최대값을 비교하면 도 16과 같이 된다. 도 16은 종래 형상의 주응력 최대값으로 규격화한 것이다. 도 16으로부터, 도 14c의 실시예 1의 구조에서는, 종래 형상보다 주응력의 최대값이 20% 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 종래 형상과 실시예 1의 형상에서는 통기구멍의 높이가 동일하나, 실시예 1의 형상의 쪽이 디스크의 빔부(8)의 폭(W)이 종래 형상보다 넓어져 있기 때문이다. 한편, 도 14a의 종래 형상과 도 14b의 본 실시 구조에서는, 주응력의 차가 2% 이하로 매우 작은 것을 알 수 있다. 이것은, 종래 형상과 본 실시예의 형상에서는, 통기구멍의 높이 및 빔부(8)의 폭(W)이 동일하기 때문이다. 즉, 본 실시구조는, 토 오크 응력을 저감하기 위하여 통기구멍 형상을 바꾸어도, 패드 가압 응력의 증가를 방지할 수 있다.

또한, 도 12, 도 13 및 도 14b에서는, 통기구멍 형상이 직선부(23)를 포함하는 형상으로 하였으나, 반드시 직선부를 포함할 필요는 없고, 직선부(23)를 없애고 곡선을 연결하여, 도 17과 같이 기울어진 타원형상으로 하여도 된다.

또, 도 13의 디스크 로터(20)에서는, 지름방향 - 축방향의 단면이 도 7b의 형상을 하고 있고, 제 1 슬라이딩부(1)와 리브부(6)의 접속부의 안 둘레측 모서리부(여기서의 모서리부란, 디스크 로터를 원주 좌표계로 나타내고, 지름방향의 좌표를 r, 축방향의 좌표를 z라 하였을 때의 rz 평면에서의 모서리부를 가리킨다)의 R(도 7b에서는 R₂)은, 통기구멍의 높이(H₃)보다 작은 형상으로 되어 있으나, 이 R₂를 통기구멍의 높이(H₃)보다 크게 하여 도 16과 같은 형상으로 하여도 된다. 이 도 16의 형상이면, 토오크 응력이 커지는 도 6의 E부의 모서리의 R을 도 13보다 크게 할 수 있기 때문에, 토오크 응력을 더욱 저감할 수 있다.

이상 본 발명자에 의하여 이루어진 발명을 실시형태에 의거하여 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지 변경 가능한 것은 물론이다.

도 1은 디스크 로터와 패드를 포함하는 전체도,

도 2는 도 1을 B 방향에서 바라본 측면도,

도 3은 도 2의 통기구멍과 리브부를 포함하는 주기구조의 1주기분의 구조를 상하로부터 압축하였을 때의 변형도 및 변형상태에서의 주응력 분포를 나타내는 도,

도 4는 도 2의 통기구멍과 리브부를 포함하는 주기구조의 1주기분의 구조를 나타낸 도,

도 5는 도 1에서 패드를 제외한, 디스크 로터의 전체도,

도 6은 종래의 디스크 로터 구조의 전체도 및 확대도,

도 7은 도 6의 통기구멍 안 둘레측의 형상을 나타낸 단면도 및 도 7a의 G-G'단면도,

도 8은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 디스크 로터의 전체도,

도 9는 도 8의 디스크 로터의 단면형상과 통기구멍 형상의 확대도를 나타낸 도,

도 10은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 디스크 로터의 전체도,

도 11은 종래의 통기구멍 형상과 본 발명의 제 1 실시형태의 통기구멍 형상에서의 토오크 응력의 비교를 나타낸 도,

도 12는 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 디스크 로터의 전체도,

도 13은 도 12의 디스크 로터의 단면형상과 통기구멍 형상의 확대도를 나타 낸 도,

도 14는 종래의 통기구멍 형상 및 본 발명의 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태의 통기구멍 형상을 나타낸 도,

도 15는 패드 가압 응력의 2차원 해석의 경계조건을 나타내는 도,

도 16은 패드 가압 응력의 2차원 해석의 결과를 나타낸 도,

도 17은 본 발명의 제 2 실시형태의 통기구멍 형상을 나타낸 도,

도 18은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시형태의 통기구멍 형상을 나타낸 도면이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 제 1 슬라이딩부 2 : 제 2 슬라이딩부

3 : 패드 4 : 핀 구멍

5 : 통기구멍 6 : 리브부

7 : 패드 접촉면 8 : 빔부

9 : 디스크 로터의 회전방향 20 : 디스크 로터

21 : 벨 하우징 22 : 허브

23 : 직선부 24 : 1주기분의 구조

Claims

벨 하우징에 접속되는 제 1 슬라이딩부와, 상기 제 1 슬라이딩부와 차축방향으로 이간하여 병설되는 제 2 슬라이딩부와, 상기 1쌍의 슬라이딩부의 사이에 원주방향으로 간격을 두고 배치되는 복수의 리브부와, 상기 복수의 리브부와 상기 1쌍 의 슬라이딩부에 의하여 형성되는 통기구멍을 가지는 디스크 로터에 있어서,

상기 통기구멍의 안 둘레측의 형상은, 상기 디스크 로터의 회전방향과 직교하는 끝부에서, 곡율반경이 다른 적어도 2개의 원호형상을 가지고, 가장 작은 곡율반경(Rs)이 2 mm 이상이며, 상기 제 1 슬라이딩부측의 원호의 곡율반경이 상기 제 2 슬라이딩부측의 원호의 곡율반경보다 큰 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크용 디스크 로터.
제 1항에 있어서,

상기 통기구멍의 안 둘레측의 형상은, 상기 디스크 로터의 회전방향과 반대방향에서 직교하는 끝부에서, 상기 제 1 슬라이딩부측의 원호의 곡율반경이 상기 제 2 슬라이딩부측의 원호의 곡율반경보다 작은 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크용 디스크 로터.
벨 하우징에 접속되는 제 1 슬라이딩부와, 상기 제 1 슬라이딩부와 차축방향으로 이간하여 병설되는 제 2 슬라이딩부와, 상기 1쌍의 슬라이딩부의 사이에 원주 방향으로 간격을 두고 배치되는 복수의 리브부와, 상기 복수의 리브부와 상기 1쌍 의 슬라이딩부에 의하여 형성되는 통기구멍을 가지는 디스크 로터에 있어서,

상기 통기구멍의 안 둘레측의 형상은, 상기 디스크 로터의 회전방향과 직교하는 끝부에서, 적어도 2개의 곡율반경이 다른 원호형상으로 이루어지고, 상기 제 1 슬라이딩부측의 원호의 곡율반경이 상기 제 2 슬라이딩부측의 원호의 곡율반경보다 작고, 가장 작은 곡율반경(Rs)이 2 mm 이상이며, 가장 작은 곡율반경보다 큰 곡율반경은 Rs의 1.5배 이상인 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크용 디스크 로터.
벨 하우징에 접속되는 제 1 슬라이딩부와, 상기 제 1 슬라이딩부와 차축방향으로 이간하여 병설되는 제 2 슬라이딩부와, 상기 1쌍의 슬라이딩부의 사이에 원주방향으로 간격을 두고 배치되는 복수의 리브부와, 상기 복수의 리브부와 상기 1쌍 의 슬라이딩부에 의하여 형성되는 통기구멍을 가지는 디스크 로터에 있어서,

상기 통기구멍의 안 둘레측의 형상은, 상기 디스크 로터의 회전방향과 직교하는 끝부에서, 적어도 2개의 곡율반경이 다른 원호형상으로 이루어지고, 각각의 통기구멍의 둘레방향의 좌우의 중심위치에 대하여 상기 디스크 로터의 회전방향과 동일한 방향에 위치하는 상기 끝부에서는, 상기 제 1 슬라이딩부측의 원호의 곡율반경이 상기 제 2 슬라이딩부측의 원호의 곡율반경보다 작고, 각각의 통기구멍의 둘레방향의 좌우의 중심위치에 대하여 상기 디스크 로터의 회전방향과 반대방향에 위치하는 상기 끝부에서는, 상기 제 1 슬라이딩부측의 원호의 곡율반경이 상기 제 2 슬라이딩부측의 원호의 곡율반경보다 크고, 가장 작은 곡율반경이 2 mm 이상인 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크용 디스크 로터.
제 2항에 있어서,

벨 하우징에 접속되는 상기 제 1 슬라이딩부와 상기 리브부와의 접속부의 안 둘레측 모서리부에는, 상기 통기구멍의 높이보다 큰 곡율반경(R)이 취해져 있는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크용 디스크 로터.
벨 하우징에 접속되는 제 1 슬라이딩부와, 상기 제 1 슬라이딩부와 차축방향으로 이간하여 병설되는 제 2 슬라이딩부와, 상기 1쌍의 슬라이딩부의 사이에 원주방향으로 간격을 두고 배치되는 복수의 리브부와, 상기 복수의 리브부와 상기 1쌍 의 슬라이딩부에 의하여 형성되는 통기구멍을 가지는 디스크 로터에 있어서,

상기 통기구멍의 형상은, 상기 디스크 로터의 회전방향에 대하여 선단이 상기 제 1 슬라이딩부에 근접하도록 경사진 타원인 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크용 디스크 로터.
제 1항에 있어서,

상기 디스크 로터의 재료는 세라믹인 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크용 디스크 로터.
제 1항에 있어서,

상기 디스크 로터의 재료는 주철인 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크용 디스크 로터.
제 5항에 있어서,

적어도 상기 제 1 슬라이딩부, 제 2 슬라이딩부 및 리브부가 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크용 디스크 로터.
제 1항에 있어서,

상기 통기구멍의 안 둘레측의 형상은, 그 면 내에서 회전대칭인 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크용 디스크 로터.
제 3항에 있어서,

상기 디스크 로터의 재료는 세라믹인 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크용 디스크 로터.
제 4항에 있어서,

상기 디스크 로터의 재료는 세라믹인 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크용디스크 로터.
제 6항에 있어서,

상기 디스크 로터의 재료는 세라믹인 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크용 디스크 로터.
제 4항에 있어서,

상기 통기구멍의 안 둘레측의 형상은, 그 면 내에서 회전 대칭인 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크용 디스크 로터.
제 6항에 있어서,

상기 통기구멍의 안 둘레측의 형상은, 그 면 내에서 회전 대칭인 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크용 디스크 로터.