KR20130019127A - 이종재질의 브레이크 디스크 - Google Patents
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Abstract
회주철로 형성되며 중앙에 통공된 삽입홀이 형성되고, 삽입홀의 내주면을 따라 복수의 결합홈이 만입된 형상으로 형성되며, 결합홈의 사이 돌출된 부분에는 리벳홀이 형성된 디스크 플레이트; 알루미늄 합금으로 형성되며 상기 디스크 플레이트의 삽입홀에 결합되되, 외주면을 따라 복수의 돌출된 결합부가 상기 결합홈에 대응되는 형상으로 형성되고, 결합부에는 리벳홀이 형성된 햇(Hat)파트; 및 상기 디스크 플레이트의 리벳홀과 햇파트의 리벳홀에 함께 걸쳐지도록 위치된 스트랩 및 스트랩과 리벳홀을 함께 관통하여 고정시키는 리벳;을 포함하는 이종재질의 브레이크 디스크가 소개된다.
Description
본 발명은 이종재질의 디스크 플레이트와 햇파트가 리벳을 통해 기계적으로 결합되어 이루어진 이종재질의 브레이크 디스크에 관한 것이다.
석유 에너지의 부족 및 기후 변화 문제로 전 세계 자동차 업체는 연비 향상을 위한 기술 개발에 총력을 기울이고 있다. 그 중 연비 향상을 위한 기술로 성능 저하 없이 차량을 경량화하는 기술이 주목받고 있다.
특히 차량의 하부에 있어서 중량의 감소는 차량의 성능과 연비에 직접적인 영향을 주게 되는데, 휠 구동 부하와 직접적으로 연관되어 있는 언스프렁 매스(unsprung mass)의 저감은 연비 향상에 효율적이므로, 관련된 기술의 진보는 최근들어 매우 급진적이라고 할 수 있다.
이 중 언스프렁 매스(unsprung mass)의 주요 중량을 차지하고 있는 브레이크 디스크의 성능을 저하시키지 않고 경량화할 수 있는 방안으로서 알루미늄과 회주철을 혼합시켜 브레이크 디스크를 제작하는 기술이 각광받고 있다.
종래의 브레이크 디스크(10)는 도 1과 같이, 허브에 장착되기 위한 햇파트(HAT PART,30) 및 제동시 마찰이 이루어지는 디스크 플레이트(20)까지 모두 편상 흑연의 조직으로 제작되어 우수한 진동 감쇄능, 댐핑성, 방열성 및 윤활기능 등의 우수한 제동 특성을 나타내는 재질인 회주철로 구성하였다.
하지만 7.2g/cm3 상당의 회주철 비중으로 인해 무거운 단점이 있어 연비를 저하시키는 주요 원인이 되고 있다.
따라서, 이러한 특성을 저감시키기 위하여 회주철과 알루미늄의 이종 재질을 이용한 브레이크 디스크가 개발될 필요가 있었던 것이고, 두 이종의 재질을 기계적으로 완벽히 결합하여 내구성을 만족하면서도 방열성이나 변형 저항력 등의 성능요구사항을 만족시킬 수 있는 디스크 구조가 필요하였던 것이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 언스프렁 매스 (unsprung mass)의 주요 중량을 차지하고 있는 브레이크 디스크의 성능을 저하시키지 않으면서도 경량화할 수 있는 방안으로서, 알루미늄과 회주철의 독특한 결합 형상 및 이를 스트랩과 리벳을 이용하여 결합시킬 수 있는 이종재질의 브레이크 디스크를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이종재질의 브레이크 디스크는, 회주철로 형성되며 중앙에 통공된 삽입홀이 형성되고, 삽입홀의 내주면을 따라 복수의 결합홈이 만입된 형상으로 형성되며, 결합홈의 사이 돌출된 부분에는 리벳홀이 형성된 디스크 플레이트; 알루미늄 합금으로 형성되며 상기 디스크 플레이트의 삽입홀에 결합되되, 외주면을 따라 복수의 돌출된 결합부가 상기 결합홈에 대응되는 형상으로 형성되고, 결합부에는 리벳홀이 형성된 햇(Hat)파트; 및 상기 디스크 플레이트의 리벳홀과 햇파트의 리벳홀에 함께 걸쳐지도록 위치된 스트랩 및 스트랩과 리벳홀을 함께 관통하여 고정시키는 리벳;을 포함한다.
상기 디스크 플레이트의 결합홈은 삽입홀의 내주면을 따라 물결 모양으로 형성될 수 있다.
상기 햇파트의 결합부는 상기 결합홈에 대응되는 물결 모양으로 형성될 수 있다.
상기 리벳은 일정길이의 링 형상으로 형성되며, 양단부는 체결시 가압되어 디스크 플레이트와 햇파트에 함께 밀착되는 플렌지 형상으로 형성될 수 있다.
상기 디스크 플레이트 삽입홀의 내주면과 햇파트의 외주면은 대응되는 형상으로 형성되되, 결합된 상태에서 일정거리 이격되도록 형성될 수 있다.
상기 스트랩은 양단부가 디스크 플레이트의 리벳홀에 위치되고 중앙부가 햇파트의 리벳홀에 위치될 수 있다.
상기 스트랩은 디스크 플레이트의 상하면에 엇갈리게 배치되며, 양단부는 리벳에 의해 디스트 플레이트의 상하면에 밀착 고정될 수 있다.
상기 디스크 플레이트의 상단에는 삽입홀의 내주면을 따라 플렌지가 형성되고 플렌지에 결합홈이 형성되며, 상기 햇파트의 하단에는 둘레를 따라 결합부가 형성될 수 있다.
상기 리벳은 스테인리스 합금으로 형성될 수 있다.
상기 디스크 플레이트는 철을 주성분으로 하며, 탄소 3.0~3.8wt%, 규소 1.0~2.8wt%, 망간 1.0wt%이하(0 불포함), 인 0.2wt%이하(0 불포함), 황 0.15wt%이하(0 불포함) 및 기타 불가결한 불순물로 구성된 회주철로 형성되고,
상기 햇파트는 알루미늄을 주성분으로 하며, 구리 0.1wt%이하(0 불포함), 규소 1.3wt%이하(0 불포함), 마그네슘 0.6~3.0wt%, 아연 0.25wt%이하(0 불포함), 철 0.5wt%이하(0 불포함), 망간 1.0wt%이하(0 불포함), 크롬 0.35wt%이하(0 불포함) 및 기타 불가결한 불순물로 구성된 합금으로 형성될 수 있다.
상기 스트랩은 철을 주성분으로 하며, 탄소 0.8~1.1wt%, 규소 0.035wt%이하(0 불포함), 망간 0.5wt%이하(0 불포함), 인 0.03wt%이하(0 불포함), 황 0.03wt%이하(0 불포함) 및 기타 불가결한 불순물로 구성된 고장력 스프링강으로 형성되고,
상기 리벳은 철을 주성분으로 하며, 탄소 0.15wt%이하(0 불포함), 규소 1.0wt%이하(0 불포함), 망간 2.0wt%이하(0 불포함), 인 0.05wt%이하(0 불포함), 황 0.1wt%이하(0 불포함), 니켈 6~10wt%, 크롬 16~20wt% 및 기타 불가결한 불순물로 구성된 스테인리스 합금으로 형성될 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 이종재질의 브레이크 디스크에 따르면, 기존 회주철 단일재질 디스크의 우수한 제동 특성을 유지하면서도 디스크 1개당 약 2kg의 경량화 효과가 발생한다.
또한 이종(알루미늄과 회주철)의 재질이 적용되었음에도 스트랩과 링 형상의 리벳으로 강하게 결합하여 최대 제동 토크에 충분히 견딜 수 있는 디스크 강도를 확보할 수 있고, 열변형의 측면에서도 독특한 구조와 이종재질간의 열전달을 최소화하여 열에 의한 변형에 강한 특성을 확보할 수 있다.
도 1은 종래의 브레이크 디스크를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종재질의 브레이크 디스크의 정면도.
도 3 내지 6은 도 2에 도시된 이종재질의 브레이크 디스크의 각 구성품 사시도.
도 7은 도 2에 도시된 이종재질의 브레이크 디스크의 A-A선을 따라 절개한 단면도.
도 8은 도 2에 도시된 이종재질의 브레이크 디스크의 B-B선을 따라 절개한 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종재질의 브레이크 디스크의 정면도.
도 3 내지 6은 도 2에 도시된 이종재질의 브레이크 디스크의 각 구성품 사시도.
도 7은 도 2에 도시된 이종재질의 브레이크 디스크의 A-A선을 따라 절개한 단면도.
도 8은 도 2에 도시된 이종재질의 브레이크 디스크의 B-B선을 따라 절개한 단면도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이종재질의 브레이크 디스크에 대하여 살펴본다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종재질의 브레이크 디스크의 정면도이고, 도 3 내지 6은 도 2에 도시된 이종재질의 브레이크 디스크의 각 구성품 사시도이다. 본 발명의 이종재질의 브레이크 디스크는, 회주철로 형성되며 중앙에 통공된 삽입홀(110)이 형성되고, 삽입홀(110)의 내주면을 따라 복수의 결합홈(140)이 만입된 형상으로 형성되며, 결합홈(140)의 사이 돌출된 부분(160)에는 리벳홀(162)이 형성된 디스크 플레이트(100); 알루미늄 합금으로 형성되며 상기 디스크 플레이트(100)의 삽입홀(110)에 결합되되, 외주면을 따라 복수의 돌출된 결합부(240)가 상기 결합홈(140)에 대응되는 형상으로 형성되고, 결합부(240)에는 리벳홀(242)이 형성된 햇(Hat)파트(200); 및 상기 디스크 플레이트(100)의 리벳홀(162)과 햇파트(200)의 리벳홀(242)에 함께 걸쳐지도록 위치된 스트랩(400) 및 스트랩(400)과 리벳홀(162,242)을 함께 관통하여 고정시키는 리벳(600);을 포함하여 구성된다.
바람직하게는, 상기 디스크 플레이트(100)의 경우 회주철로 주조되고, 햇파트(200)의 경우 알루미늄 단조를 통해 제조된 후 결합 후 완가공을 통해 제조비용을 저렴하게 다운시킬 수 있을 것이다.
또한 디스크 플레이트(100)는 중앙에 삽입홀(110)이 형성되고 그 삽입홀(110)에 햇파트(200)가 결합됨으로써 기계적인 결합을 이룬다. 기계적인 결합과 동시에 열변형의 방지를 위해 상호간에 열전달을 최소화하며 열의 배출을 증대시키기 위해 독특한 구조가 적용된다.
구체적으로, 디스크 플레이트(100)는 회주철로 형성되며 중앙에 통공된 삽입홀(110)이 형성되고, 삽입홀(110)의 내주면을 따라 복수의 결합홈(140)이 만입된 형상으로 형성되며, 결합홈(140)의 사이 돌출된 부분(160)에는 리벳홀(162)이 형성된다.
그리고 상기 삽입홀(110)에는 햇파트(200)가 설치되는데, 햇파트(200)는 알루미늄 합금으로 형성되며 상기 디스크 플레이트(100)의 삽입홀(110)에 결합되되, 외주면을 따라 복수의 돌출된 결합부(240)가 상기 결합홈(140)에 대응되는 형상으로 형성되고, 결합부(240)에는 리벳홀(242)이 형성된다.
디스크 플레이트(100)와 햇파트(200)는 이와 같은 결합홈(140)과 결합부(240)의 구조를 통해 제동토크를 충분히 견딜 수 있으며, 스트랩(400)과 리벳(600)을 통해 강건성을 갖게 된다. 구체적으로, 디스크 플레이트(100)의 리벳홀(162)과 햇파트(200)의 리벳홀(242)에는 함께 걸쳐지도록 위치된 스트랩(400)이 설치되고, 스트랩(400)과 리벳홀(162,242)은 리벳에 의해 함께 관통하여 고정된다.
또한, 도시된 바와 같이, 디스크 플레이트(100)의 결합홈(140)은 삽입홀(110)의 내주면을 따라 물결 모양으로 형성되며, 햇파트(200)의 결합부(240)는 상기 결합홈(140)에 대응되는 물결 모양으로 형성될 수 있다. 즉, 디스크 플레이트(100)와 햇파트(200)는 모두 동일한 곡률을 갖는 돌출부분(160,240)과 만입부분(140,260)을 갖도록 형성되고 이를 통해 두 부품이 정확한 치수로 치합되어 결합되도록 하는 것이다. 이를 통해 스트랩(400)과 리벳(600)에는 동일한 제동토크가 분산되며 질량의 분포에 있어서도 고른 분포를 가지기 때문에 조향성이 향상될 수 있다.
한편, 상기 리벳(600)은 일정길이의 링 형상으로 형성되며, 양단부(620)는 체결시 가압되어 디스크 플레이트(100)와 햇파트(200)에 함께 밀착되는 플렌지 형상으로 형성될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 리벳(600)은 조립시 양단부(620)가 강하게 눌리어 플렌지 형상으로 형성될 수 있다. 이를 통해 스트랩(400)과 각 부품과의 밀착성을 증대시킬 수 있는 것이다.
또한, 디스크 플레이트 삽입홀(110)의 내주면과 햇파트(200)의 외주면은 대응되는 형상으로 형성되되, 결합된 상태에서 일정거리 이격되도록 형성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 디스크 플레이트(100)와 햇파트(200)가 대응되는 형상으로 조립되면서도 약간의 간격을 두고 이격되도록 함으로써 이종 재질간의 열팽창 정도의 차이를 흡수할 수 있게 되고, 아울러 디스크 플레이트(100)의 열이 햇파트(200)로 직접 전달되는 것을 방지하는 역할도 하는 것이다. 또한 이격거리는 크지 않도록 구성함으로써 열팽창시 양 부품이 맞닿아 상호 제동토크를 충분히 전달할 수 있도록 한다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 스트랩(400)은 양단부(420)가 디스크 플레이트(100)의 리벳홀(162)에 위치되고 중앙부(440)가 햇파트(200)의 리벳홀(242)에 위치되도록 한다. 또한, 스트랩(400)은 디스크 플레이트(100)의 상하면에 엇갈리게 배치되며, 양단부(420)는 리벳(600)에 의해 디스트 플레이트(100)의 상하면에 밀착 고정되도록 할 수 있다. 구체적으로, 도 7은 도 2에 도시된 이종재질의 브레이크 디스크의 A-A선을 따라 절개한 단면도이고, 도 8은 도 2에 도시된 이종재질의 브레이크 디스크의 B-B선을 따라 절개한 단면도로서, 이를 참조하면 더욱 명확히 결합구조를 파악할 수 있을 것이다.
구체적으로, 스트랩(400)은 디스크 플레이트(100)의 상하면에 엇갈리게 대칭되도록 배치된 후, 스트랩(400)의 양단부(420)는 리벳(600)에 의해 디스크 플레이트(100)의 상하면에서 함께 밀착되며 고정되도록 한다. 그리고 스트랩(400)의 중앙부(440)는 햇파트(200)에만 리벳(600)을 통해 고정될 수 있도록 한다. 이를 통해 디스크 플레이트(100)와 햇파트(200)의 강한 결합을 이끌어낼 수 있고, 리벳(600)의 경우 디스크 플레이트(100)에 결합되는 리벳(600)과 햇파트(200)에 결합되는 리벳(600)의 사이즈를 달리하는 것도 가능해진다.
한편, 상기 디스크 플레이트(100)의 상단에는 삽입홀(110)의 내주면을 따라 플렌지(120)가 형성되고 플렌지(120)에 결합홈(140)이 형성되며, 상기 햇파트(200)의 하단에는 둘레를 따라 결합부(240)가 형성될 수 있다. 이와 같이 구성할 경우 최소부위간의 결합을 통해 부품의 부피를 축소할 수 있어 경량화에 도움이 된다. 또한, 상기 리벳(400)은 스테인리스 합금으로 형성되어 부식에 의한 체결력의 약화를 방지할 수 있도록 한다.
이러한 디스크 플레이트(100)는 철을 주성분으로 하며, 탄소 3.0~3.8wt%, 규소 1.0~2.8wt%, 망간 1.0wt%이하(0 불포함), 인 0.2wt%이하(0 불포함), 황 0.15wt%이하(0 불포함) 및 기타 불가결한 불순물로 구성된 회주철로 형성되고, 상기 햇파트(200)는 알루미늄을 주성분으로 하며, 구리 0.1wt%이하(0 불포함), 규소 1.3wt%이하(0 불포함), 마그네슘 0.6~3.0wt%, 아연 0.25wt%이하(0 불포함), 철 0.5wt%이하(0 불포함), 망간 1.0wt%이하(0 불포함), 크롬 0.35wt%이하(0 불포함) 및 기타 불가결한 불순물로 구성된 합금으로 형성될 수 있다.
그리고, 스트랩(400)은 철을 주성분으로 하며, 탄소 0.8~1.1wt%, 규소 0.035wt%이하(0 불포함), 망간 0.5wt%이하(0 불포함), 인 0.03wt%이하(0 불포함), 황 0.03wt%이하(0 불포함) 및 기타 불가결한 불순물로 구성된 고장력 스프링강으로 형성되고, 상기 리벳(600)은 철을 주성분으로 하며, 탄소 0.15wt%이하(0 불포함), 규소 1.0wt%이하(0 불포함), 망간 2.0wt%이하(0 불포함), 인 0.05wt%이하(0 불포함), 황 0.1wt%이하(0 불포함), 니켈 6~10wt%, 크롬 16~20wt% 및 기타 불가결한 불순물로 구성된 스테인리스 합금으로 형성될 수 있다.
디스크 플레이트(100)의 경우 회주철로 주조되고, 햇파트(200)의 경우 알루미늄 단조를 통해 제조된 후 결합 후 완가공을 통해 제조비용을 저렴하게 다운시킬 수도 있을 것이다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 디스크 플레이트 140 : 결합홈
200 : 햇파트 240 : 결합부
400 : 플렌지 600 : 리벳
200 : 햇파트 240 : 결합부
400 : 플렌지 600 : 리벳
Claims (11)
- 회주철로 형성되며 중앙에 통공된 삽입홀(110)이 형성되고, 삽입홀(110)의 내주면을 따라 복수의 결합홈(140)이 만입된 형상으로 형성되며, 결합홈(140)의 사이 돌출된 부분(160)에는 리벳홀(162)이 형성된 디스크 플레이트(100);
알루미늄 합금으로 형성되며 상기 디스크 플레이트(100)의 삽입홀(110)에 결합되되, 외주면을 따라 복수의 돌출된 결합부(240)가 상기 결합홈(140)에 대응되는 형상으로 형성되고, 결합부(240)에는 리벳홀(242)이 형성된 햇(Hat)파트(200); 및
상기 디스크 플레이트(100)의 리벳홀(162)과 햇파트(200)의 리벳홀(242)에 함께 걸쳐지도록 위치된 스트랩(400) 및 스트랩(400)과 리벳홀(162,242)을 함께 관통하여 고정시키는 리벳(600);을 포함하는 이종재질의 브레이크 디스크. - 청구항 1에 있어서,
상기 디스크 플레이트(100)의 결합홈(140)은 삽입홀(110)의 내주면을 따라 물결 모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 이종재질의 브레이크 디스크. - 청구항 2에 있어서,
상기 햇파트(200)의 결합부(240)는 상기 결합홈(140)에 대응되는 물결 모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 이종재질의 브레이크 디스크. - 청구항 1에 있어서,
상기 리벳(600)은 일정길이의 링 형상으로 형성되며, 양단부(620)는 체결시 가압되어 디스크 플레이트(100)와 햇파트(200)에 함께 밀착되는 플렌지 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 이종재질의 브레이크 디스크. - 청구항 1에 있어서,
상기 디스크 플레이트 삽입홀(110)의 내주면과 햇파트(200)의 외주면은 대응되는 형상으로 형성되되, 결합된 상태에서 일정거리 이격되도록 형성된 것을 특징으로 하는 이종재질의 브레이크 디스크. - 청구항 1에 있어서,
상기 스트랩(400)은 양단부(420)가 디스크 플레이트(100)의 리벳홀(162)에 위치되고 중앙부(440)가 햇파트(200)의 리벳홀(242)에 위치되는 것을 특징으로 하는 이종재질의 브레이크 디스크. - 청구항 6에 있어서,
상기 스트랩(400)은 디스크 플레이트(100)의 상하면에 엇갈리게 배치되며, 양단부(420)는 리벳(600)에 의해 디스트 플레이트(100)의 상하면에 밀착 고정되는 것을 특징으로 하는 이종재질의 브레이크 디스크. - 청구항 1에 있어서,
상기 디스크 플레이트(100)의 상단에는 삽입홀(110)의 내주면을 따라 플렌지(120)가 형성되고 플렌지(120)에 결합홈(140)이 형성되며, 상기 햇파트(200)의 하단에는 둘레를 따라 결합부(240)가 형성된 것을 특징으로 하는 이종재질의 브레이크 디스크. - 청구항 1에 있어서,
상기 리벳(400)은 스테인리스 합금으로 형성된 것을 특징으로 하는 이종재질의 브레이크 디스크. - 청구항 1에 있어서,
상기 디스크 플레이트(100)는 철을 주성분으로 하며, 탄소 3.0~3.8wt%, 규소 1.0~2.8wt%, 망간 1.0wt%이하(0 불포함), 인 0.2wt%이하(0 불포함), 황 0.15wt%이하(0 불포함) 및 기타 불가결한 불순물로 구성된 회주철로 형성되고,
상기 햇파트(200)는 알루미늄을 주성분으로 하며, 구리 0.1wt%이하(0 불포함), 규소 1.3wt%이하(0 불포함), 마그네슘 0.6~3.0wt%, 아연 0.25wt%이하(0 불포함), 철 0.5wt%이하(0 불포함), 망간 1.0wt%이하(0 불포함), 크롬 0.35wt%이하(0 불포함) 및 기타 불가결한 불순물로 구성된 합금으로 형성된 것을 특징으로 하는 이종재질의 브레이크 디스크. - 청구항 1에 있어서,
상기 스트랩(400)은 철을 주성분으로 하며, 탄소 0.8~1.1wt%, 규소 0.035wt%이하(0 불포함), 망간 0.5wt%이하(0 불포함), 인 0.03wt%이하(0 불포함), 황 0.03wt%이하(0 불포함) 및 기타 불가결한 불순물로 구성된 고장력 스프링강으로 형성되고,
상기 리벳(600)은 철을 주성분으로 하며, 탄소 0.15wt%이하(0 불포함), 규소 1.0wt%이하(0 불포함), 망간 2.0wt%이하(0 불포함), 인 0.05wt%이하(0 불포함), 황 0.1wt%이하(0 불포함), 니켈 6~10wt%, 크롬 16~20wt% 및 기타 불가결한 불순물로 구성된 스테인리스 합금으로 형성된 것을 특징으로 하는 이종재질의 브레이크 디스크.
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