KR20160002000U

KR20160002000U - 원적외선을 이용한 차량용 브레이크 패드의 열처리 및 스코칭 장치

Info

Publication number: KR20160002000U
Application number: KR2020160000031U
Authority: KR
Inventors: 배응준
Original assignee: 배응준
Priority date: 2016-01-04
Filing date: 2016-01-04
Publication date: 2016-06-10
Also published as: KR200487540Y1

Abstract

본 고안은 원적외선(FIR; Far Infrared Ray)을 이용한 차량용 브레이크 패드의 열처리 장치에 관한 것으로서, 반영구적이면서도 침투력이 우수한 면상 발열체 형태의 원적외선 히터를 하우징 내로 이송된 브레이크 패드의 상측에 이격하여 평행하게 배치시켜 브레이크 패드를 원적외선에 의한 직접 가열을 통해 열처리함으로써, 단시간에 400∼600℃까지 승온(昇溫) 한 후, 냉각시켜 균일하면서도 효율적으로 브레이크 패드의 열처리 및 스코칭 처리가 가능한 원적외선을 이용한 차량용 브레이크 패드의 열처리 및 스코칭 장치에 관한 것이다.

Description

원적외선을 이용한 차량용 브레이크 패드의 열처리 및 스코칭 장치{Heat treatment and scorching apparatus for brake pad using far infrared radiation}

본 고안은 원적외선(FIR; Far Infrared Ray)을 이용한 차량용 브레이크 패드의 열처리 장치에 관한 것으로서, 반영구적이면서도 침투력이 우수한 면상 발열체 형태의 원적외선 히터를 하우징 내로 이송된 브레이크 패드의 상측에 이격하여 평행하게 배치시켜 마찰재 표면을 원적외선에 의한 직접 가열을 통해 열처리함으로써, 단시간에 400∼600℃까지 승온(昇溫) 한 후, 냉각시켜 균일하면서도 효율적으로 브레이크 패드의 열처리 및 스코칭 처리가 가능한 원적외선을 이용한 차량용 브레이크 패드의 열처리 및 스코칭 장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 브레이크 패드의 제조는, 도 8에 도시된 바와 같이, 크게 분말화된 원재료를 이용하여 마찰재의 기본형태를 유지하도록 가성형하는 가성형 공정(S10'), 가성형품을 프레스기를 이용하여 열가압하여 주성형하는 주성형 공정(S20'), 주성형품에 열을 가하여 강도와 경도를 강화시켜 주는 열처리 공정(S30'), 성형이 완료된 브레이크 패드의 표면을 가공하는 연삭 공정(S40'), 초기 제동력확보를 위한 스코칭 처리 공정(S50'), 분체도장 및 소부 공정(S60'), 및 불량 유무를 검사하는 검사공정(S70')을 통하여 이루어진다.

여기서 상기 열처리공정(S30')은 주성형 공정을 통해 성형이 완료된 성형품에 장시간에 걸쳐 고온의 열을 가하여 소결(燒結)시킴으로써, 성형품 조직을 균일화하여 강도와 경도를 강화시켜게 된다.

한편 차량의 브레이크 패드의 마찰재는 제동시 가해지는 고온의 마찰열하에서 그 표면의 유기물들이 일부 연소되면서 강한 마찰성능을 지니도록 설계되는데 이로 인하여 초기 제동시에는 약한 마찰력에 의한 미끄럼 작용으로 제동거리가 길어져 교통사고를 유발시킬 우려가 있고, 또 심한 마찰소음을 발생시키게 되므로 제조사에서는 대부분 브레이크 패드의 성형제작 후 유기물질과 무기물질의 복합소재로 이루어진 마찰재의 표면을 상기 스코칭 처리 공정(S50')을 통해 스코칭(Scorching) 처리(열처리를 통해 마찰재 표면의 유기물을 태우는 탄화; 스코칭 감량)하여 초기 제동시에도 최상의 성능을 발휘할 수 있도록 하고 있다.

초기의 종래의 브레이크 패드의 열처리 장치 또는 스코칭 처리장치는 수개의 열선이 내설된 전기 히터 블럭 아래에 실린더에 의해 간헐적으로 승강작동하는 이송판을 설치하여 상기 이송판 상에 다수의 브레이크 패드를 적재한 상태에서 상기 이송판의 승강 작동으로 마찰재의 표면이 전기 히터 블럭과의 접촉에 의해 표면연소가 이루어지도록 한 것으로서, 이는 예열을 필요로 하고 또 대기중의 에너지 손실이 많아 에너지효율이 떨어지며 대기시간 및 승강 작동에 필요한 시간만큼 작업시간이 지체되어 생산성 저하를 가져오게 되고, 브레이크 패드의 접촉에 의한 가열로 인해 연소시 발생되는 가스배출이 원활하지 못해 폭발의 위험성은 물론, 크랙발생 우려가 있어 불량제품이 속출하게 되는 문제점이 있었다.

또한 면적이 넓은 전기 히터 블럭은 장시간 사용시 고열에 의한 휨 현상에 의해 각 브레이크 패드와의 접촉력 차이를 가져오게 되는데 이는 결국 브레이크 패드의 표면에 가해지는 온도 차이로 이어져 열처리 불균일에 의한 불량제품을 양산하게 되는 등의 문제점들도 있었다.

이러한 문제점들을 해소하기 위해 근래에는 생산성 향상을 위하여 전기 히터블럭 상부에 이송 컨베이어를 설치하여 브레이크 패드가 이송 컨베이어를 따라 이송되면서 전기 히터 블럭과의 미끄럼접촉에 의한 직접 가열로 마찰재의 표면 연소가 이루어지도록 하고 있다.

그러나 이 역시 전기히터가 이용되는 만큼 에너지 효율이 떨어짐과 동시에 가압가열에 비해 열전달이 늦어지는 만큼 충분한 가열을 위하여는 전기 히터 블럭의 길이가 길어지게 되는 문제점이 있었다.

또한 전기 히터 블럭에 대한 브레이크 패드의 미끄럼 접촉으로 이동되게 할 경우, 연소로 인하여 강도가 약해진 마찰재의 표면손상으로 평행도 불량을 가져와 초기 제동시 브레이크 성능을 저하시키게 되고 또 연소시 발생되는 가스가 배출되거나 마찰재 타르가 플레이트에 잔류하여 매끈한 외관을 유지하기 어려워 품질저하를 가져오게 되는 문제점이 있다.

아울러 상기 전기 히터 블럭의 표면은 매설된 전열선의 위치에 따라 부분적인 온도차이로 이어지게 되고 또 전체적으로 일정한 온도로 가열된다 하더라도 접촉에 의한 직접 가열시 마찰재의 표면 중 그 중앙부와 외측부에 전달되는 온도차이가 심해 균일한 열처리가 어려운 점이 있었다.

더욱이 상기 열처리 공정은 길게는 14시간에 걸쳐서 대략 760∼800℃의 고온으로 승온이 필요하고, 상기 스코칭 처리 공정도 대략 50∼60분의 시간에 걸쳐서 대략 760∼800℃의 고온으로 승온하여 열처리해야하므로, 시간 및 온도 관점에서 비효율적일 뿐만 아니라, 에너지 사용에 있어서도 매우 비효율적인 문제점이 있었다.

또한 브레이크 패드의 열처리 공정을 위한 열처리 장치와 마찰재의 표면의 스코칭 처리을 위한 스코칭 처리 장치는 그 열처리 특성상 각각 별도의 다른 가열 장치에 의해 작업 공정이 독립적으로 수행되므로 작업효율이 저하될 뿐만 아니라, 각각의 다른 가열 장치를 사용해야하므로 경제성이 저하되는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-0513559호

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 고안의 목적은 면상 발열체 형태의 원적외선 히터를 하우징 내로 이송된 브레이크 패드의 상측에 이격하여 평행하게 배치시켜 원적외선에 의한 직접 가열을 통해 열처리함으로써, 단시간에 400∼600℃까지 바로 승온(昇溫)한 후, 바로 냉각시켜 신속하면서 균일하게 열처리 및 스코칭 처리가 가능한 원적외선을 이용한 차량용 브레이크 패드의 열처리 및 스코칭 장치를 제공하는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 판상의 원적외선 히터를 설치하여 브레이크 패드의 마찰재 표면 전체에 균일하게 직접 열을 가할 수 있도록 함으로써, 마찰재 표면 조직이 균일하면서도 강도가 높아지고, 깊이도 종래의 1mm와 비교하여 1.5mm 정도까지 균일하게 열처리될 수 있는 원적외선을 이용한 차량용 브레이크 패드의 열처리 및 스코칭 장치를 제공하는 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은 브레이크 패드의 열처리 공정을 위한 열처리 장치와 마찰재의 표면의 스코칭 처리을 위한 스코칭 가공 장치를 하나의 열처리 장치에서 수행하도록 하여 종래의 별도의 다른 가열 장치에 의해 작업 공정이 각각 독립적으로 수행되는 것과 비교하여 작업효율이 제고될 뿐만 아니라, 경제성이 보다 향상되는 원적외선을 이용한 차량용 브레이크 패드의 열처리 및 스코칭 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 고안에 따른 원적외선을 이용한 차량용 브레이크 패드의 열처리 및 스코칭 장치는, 성형된 복수개의 브레이크 패드를 수용하기 위한 하우징: 상기 성형된 복수개의 브레이크 패드를 상기 하우징 내로 순차 이송하기 위한 이송 수단: 및 상기 하우징 내에 설치되며, 상기 하우징 내로 이송된 브레이크 패드의 상측에 이격되어 배치하여 직접 가열을 통해 상기 브레이크 패드의 강도 및 경도를 강화시키도록 열처리하거나 또는 상기 브레이크 패드의 마찰재의 표면을 스코칭 처리하는 적어도 하나의 원적외선(FIR) 히터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 원적외선 히터는 판상인 것이 바람직하다.

또한 상기 원적외선 히터는, 상기 열처리시에 상기 브레이크 패드의 온도를 1-2분 내로 400-600℃까지 급상승시켜서 총 1시간∼7시간에 걸쳐서 열처리하고 1-2분 이내에 200-250℃까지 냉각시키는 것이 바람직하다.

또한 상기 원적외선 히터는, 상기 스코칭 처리시에 상기 브레이크 패드의 마찰재 표면 온도를 1-2분 내로 400-600℃까지 급상승시켜서 총 4∼17분에 걸쳐서 스코칭 처리하고 1-2분 내로 200-250℃까지 냉각시켜 스코칭 감량함이 바람직하다.

또한 상기 원적외선 히터는, 상기 열처리 또는 스코칭 처리을 위한 가열 전에 15∼17분 동안 330∼350℃까지 상기 브레이크 패드를 점진적으로 가열하여 경화(cure) 처리함이 바람직하다.

또한 상기 원적외선 히터는, 브레이크 패드의 마찰재 기준으로 1.3∼1.6mm의 깊이까지 열처리하여 스코칭 처리가 이루어짐이 바람직하다.

또한 상기 이송 수단은: 상기 성형된 브레이크 패드가 상기 하우징 내부를 통과하는 방향으로 연속되어 설치되는 이송 레일; 및 상기 이송 레일에 구동력을 전달하는 구동 수단을 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

또한 상기 원적외선(FIR) 히터는: SUS 재질의 기판; 상기 기판 상에 절연 코팅되는 내열성이 우수한 무기물계의 절연층; 상기 절연층의 상면 중앙에 형성되는 면상 발열체; 상기 면상 발열체의 대향하는 양사이드에 배치되며, 상기 발열체와 전기적으로 연결되는 배선부; 상기 발열체와 배선부의 상부를 보호하기 위한 제 1 보호층; 상기 기판과 제 1 보호층의 상부를 커버하는 커버층; 및 상기 기판의 하부를 보호하도록 하는 제 2 보호층으로 이루어지며, 상기 커버층 및 제 2 보호층은 세라믹 재질로 형성됨이 바람직하다.

본 고안에 의한 원적외선을 이용한 차량용 브레이크 패드의 열처리 및 스코칭 장치에 의하면, 면상 발열체 형태의 원적외선 히터를 하우징 내로 이송된 브레이크 패드의 상측에 이격하여 평행하게 배치시켜 균일하게 직접 가열에 의해 열처리함으로써, 단시간에 400∼600℃까지 바로 승온한 후, 냉각시켜 균일하면서도 신속하게 효율적으로 열처리 및 스코칭 처리가 가능한 효과가 있다.

또한 판상의 원적외선 히터를 설치하여 브레이크 패드의 마찰재 표면 전체에 균일하게 직접 열을 가할 수 있도록 함으로써, 마찰재 표면 조직이 균일하면서도 강도가 높아지고, 깊이도 1.5mm(종래 1mm) 정도까지 균일하게 열처리될 수 있는 효과도 있다.

또한 판상의 원적외선 히터의 복사열을 통한 직접가열방식으로 종래의 일반히터의 열처리 온도(대략 700-800℃)와 대비하여 대략 45%까지 감소(400-600℃)할 수 있고 이에 따라 전기에너지도 대략 45%까지 절감할 수 있는 효과도 있다.

또한 브레이크 패드의 열처리 공정을 위한 열처리 장치와 마찰재의 표면의 스코칭 처리을 위한 스코칭 가공 장치를 하나의 열처리 장치에서 수행하도록 하여 종래의 별도의 다른 가열 장치에 의해 작업 공정이 독립적으로 수행되는 것과 비교하여 작업효율이 제고되고 경제성이 보다 향상되는 효과도 있다.

또한 비접촉 가열방식으로 인하여 히터 장치가 경량화될 뿐만 아니라, 온도제어가 용이하여 설비의 운영비를 절감할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 고안에 따른 차량용 브레이크 패드의 열처리 장치의 정단면이다.
도 2는 본 고안에 따른 차량용 브레이크 패드의 열처리 장치의 평단면이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 고안에 따른 차량용 브레이크 패드의 열처리 장치에 적용되는 차량용 브레이크 패드의 사시도 및 단면도이다.
도 4는 본 고안에 따른 차량용 브레이크 패드의 열처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 고안에 따른 차량용 브레이크 패드의 열처리 장치의 판상(板狀) 형태의 원적외선 히터의 결합 단면도이다.
도 6은 본 고안의 다른 실시예에 따른 차량용 브레이크 패드의 열처리 장치의 개략단면도이다.
도 7은 도 6의 차량용 브레이크 패드의 열처리 장치를 이용한 하우징 내에서의 브레이크 패드의 온도 측정 결과를 나타내는 그래프도이다.
도 8은 종래의 차량용 브레이크 패드의 제조 공정을 나타내는 순서도이다.

본 고안은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 고안의 실시예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 고안의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 고안을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다", "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 고안의 실시예에 대하여 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 차량용 브레이크 패드의 열처리 장치의 정단면이고, 도 2는 본 고안에 따른 차량용 브레이크 패드의 열처리 장치의 평단면이고, 도 3a 및 도 3b는 각각 본 고안에 따른 차량용 브레이크 패드의 열처리 장치에 적용되는 차량용 브레이크 패드의 사시도 및 단면도이다.

먼저, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 원적외선을 이용한 차량용 브레이크 패드의 열처리 및 스코칭 장치(1)는, 성형된 브레이크 패드(40)를 수용하기 위한 하우징(10): 상기 성형된 다수의 브레이크 패드(40)를 상기 하우징(10) 내로 순차 이송하기 위한 이송 수단(20): 및 상기 하우징(10) 내에 설치되며, 상기 하우징(10) 내로 이송된 브레이크 패드(40)의 상측에 이격되어 배치하여 직접 가열을 통해 상기 브레이크 패드(40)의 강도 및 경도를 강화시키도록 열처리하거나 또는 상기 브레이크 패드(40)의 마찰재(44)의 표면을 스코칭 처리하는 적어도 하나의 원적외선(FIR) 히터(30)로 이루어진다.

상기 하우징(10)은 이송 수단(20)을 통해 주성형공정 또는 연삭공정을 통해 성형 완료된 다수의 브레이크 패드(40)를 순차적으로 이송받아 그 내부에 수용된 브레이크 패드(40)의 열처리 및 스코칭 처리를 위한 공간인 챔버를 형성한다.

한편, 본 고안에 따른 차량용 브레이크 패드의 열처리 장치(1)에서 열처리 및 스코칭 처리되는 차량용 브레이크 패드(40)는, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 심(41)이 부착된 백 플레이트(42)에 접착제(43)를 매개로 접착되어 차량 제동시 제동 디스크에 직접 접촉하는 마찰재(44)를 구비하여 이루어진다.

여기서, 본 고안의 특징은 주성형 공정을 통해 성형이 완료된 브레이크 패드(40)를 원적외선 히터(30)를 통해 조사되는 직접 가열에 의해 1시간∼7시간 정도의 단시간에 400∼600℃까지 승온까지 된 후, 바로 200-250℃로 냉각시켜 브레이크 패드(40)의 강도 및 경도를 강화시키는 브레이크 패드(40)의 열처리가 신속하면서 균일하게 이루어지게 되는 것이다.

또한, 본 고안의 다른 특징은 차량 제동시 제동 디스크에 직접 접촉하는 마찰재(44)의 표면을 원적외선 히터(30)를 통해 조사되는 직접 가열에 의해 4∼17분 정도의 단시간에 400∼600℃까지 승온까지 된 후, 바로 200-250℃로 냉각시켜 마찰재(44)의 스코칭 처리가 신속하면서 균일하게 이루어지게 되는 것이다.

여기서, 상기 냉각은 상기 원적외선 히터(30)를 자동적으로 오프(off)함으로써 자연스럽게 200-250℃로 자연 냉각함이 바람직하나, 강제 냉각하는 것도 가능함은 물론이다.

상기한 이송 수단(20)은 복수개의 성형된 브레이크 패드(40)가 하우징(10) 내부를 순차 통과하는 방향으로 연속되어 설치되는 이송 레일(21)과, 상기 이송 레일(21)에 구동력을 전달하는 구동 수단(22)으로 이루어진다.

여기서, 상기한 이송 레일(21)은 체인을 구비한 레일 형태가 바람직하나, 벨트 또는 롤러 등과 같은 이송 수단일 수도 있으며, 본 고안에 있어 그 종류를 한정하는 것은 아니다.

한편, 본 고안의 특징인 원적외선 히터(30)는 대략 판상(板狀)의 형태 즉, 면상 발열체의 형태로서, 하우징(10) 내부에 이송 수단(20)을 통해 순차적으로 이격하여 투입되는 복수개의 성형된 브레이트 패드(40)의 상측에 이격하여 평행하게 설치되어, 열처리 및 스코칭 단계에서 성형된 브레이크 패드(40)의 표면을 원적외선을 통한 복사열을 통해서 빠른 속도로 직접 가열할 수 있어, 열처리시에는 대략 총 1시간∼7시간 동안 승온(400∼600℃) 및 냉각(200-250℃)시켜 열처리하고, 스코칭 처리시에는 대략 4∼17분 동안 승온(400∼600℃) 및 냉각(200-250℃)시켜 스코칭 처리함으로써, 그 열처리 효율이 높으면서도 열 손실이 발생되지 않게 된다.

즉, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 원적외선 히터(30)는 판형으로 제작되며, 고정구(11)를 통해 하우징(10)의 상측에 3개가 나란히 이격하여 고정되어 하우징(10) 내부에 이송 수단(20)을 통해 길이방향으로 길게 순차 배치된 복수개의 성형된 브레이크 패드(40)의 표면을 원적외선을 이용하여 직접 가열함으로써, 하우징(10) 내부로 순차 투입되는 복수개의 성형된 브레이크 패드(40)를 순차적으로 열처리 및 스코칭 처리할 수 있도록 되어 있다.

도시된 예에서는, 3개의 원적외선 히터(30)가 고정구(11)를 통해 일정거리 이격 배치되어 순차 이동하는 복수개의 브레이크 패드(40)를 열처리 및 스코칭한 예를 나타내고 있으나, 원적외선 히터(30)의 개수를 큰 형태로 하나만 형성시킬 수도 있으며, 본 고안에 있어 원적외선 히터(30)의 개수를 한정하는 것은 아니다.

도 4는 본 고안에 따른 차량용 브레이크 패드의 열처리 방법을 나타내는 순서도로서, 본 고안에 따른 차량용 브레이크 패드의 열처리 방법을 도 1 내지 도 3b와 함께 참조하여 설명하기로 한다.

도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 원적외선을 이용한 차량용 브레이크 패드의 열처리 방법은 성형된 복수개의 브레이크 패드를 열처리하는 단계(S10) 및 연삭된 복수개의 브레이크 패드를 스코칭 처리하는 단계(S20)로 크게 이루어진다.

상기 성형된 복수개의 브레이크 패드를 열처리하는 단계(S10)는, 성형된 복수개의 브레이크 패드의 이송 단계(S11), 이송된 브레이크 패드의 열처리 단계(S12) 및 열처리된 브레이크 패드의 배출 단계(S13)로 이루어진다.

상기 성형된 복수개의 브레이크 패드의 이송 단계(S11)에서는, 분말화된 원재료를 이용하여 가성형하는 가성형 공정 및 가성형품을 프레스기를 이용하여 열가압하여 주성형하는 주성형공정을 거쳐 성형 완료된 복수개의 브레이크 패드(40)를 하우징(10) 내로 이송수단(20)을 통해 순차 이송하게 된다.

상기 이송된 브레이크 패드의 열처리 단계(S12)에서는, 상기 하우징(10) 내로 순차 이송된 브레이크 패드(40)를 그 상측에 위치하는 원적외선 히터(30)를 이용하여 직접 가열하여 상기 브레이크 패드(40)를 열처리시켜 상기 브레이크 패드(40)의 강도 및 경도를 강화시키도록 한다.

이때, 상기 이송된 브레이크 패드의 열처리 단계(S12)는, 전처리 단계로서의 경화(Cure) 단계 및 브레이크 패드(40)의 열처리를 위한 열처리 단계로 나누어진다.

상기 경화 단계에서는 대략 15∼17분(바람직하게는 16분) 동안 점진적으로 330∼350℃까지 브레이크 패드(40)를 승온하여 경화 처리를 하고, 상기 열처리 단계는, 상기 경화 공정을 거친 후, 판상의 원적외선 히터(30)를 이용하여 대략 1-2분 내로 브레이크 패드(40)를 400-600℃까지 급상승시켜서 총 1시간∼7시간에 걸쳐서 열처리하고 1-2분 이내에 200-250℃까지 냉각시키는 단계를 거쳐 성형된 브레이크 패드(40)를 열처리하게 된다.

여기서, 상기 전처리 단계로서의 경화(Cure) 단계는 본 고안의 열처리 공정에서 선택적 사항으로서, 경화 단계 시간인 15∼17분(바람직하게는 16분)은 열처리 총 공정시간인 1시간∼7시간에서 제외될 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

여기서, 브레이크 패드(40)의 열처리에 걸리는 총 시간이 대략 1시간∼7시간이 바람직하며, 이는 브레이크 패드의 소재 종류에 따라 몇 시간의 차이가 발생하며, 본 고안에서 모든 브레이크 패드 소재를 감안하여 열처리 시간을 1시간∼7시간의 단시간으로 조정이 가능해진다.

이와 같이, 열처리 공정에서 원적외선 히터(30)를 통해 원적외선에 의한 직접 가열에 의해 원적외선 패드(40)를 열처리함으로써, 종래(17시간 동안 대략 760∼800℃로 가열)와 비교하여 낮은 온도인 400-600℃에서 1시간∼7시간내에 균일하게 직접 가열되어 열처리됨으로써, 성형품인 브레이크 패드(40)의 조직을 신속하면서도 균일화하여 강도와 경도를 강화시킬 수 있게 된다.

이러한 판상의 원적외선 히터(30)에 의한 브레이크 패드(40)의 경화처리, 가열 및 냉각은 별도의 원적외선 히터(30)의 온도를 제어하는 제어 수단(미도시)에 의해서 자동 또는 수동에 의해 이루어질 수 있다.

상기 열처리된 브레이크 패드의 배출 단계(S13)에서는, 이송 수단(20)을 통해 열처리된 브레이크 패드(40)를 하나씩 하우징(10)의 외부로 배출하게 된다.

물론, 도 1 및 도 2의 도시된 예에서는 하우징(10) 내부에 순차 배치된 복수개의 성형된 브레이크 패드(40)의 경화처리, 가열 및 냉각을 통한 열처리가 원적외선 히터(30)에 의해 순차적으로 이루어져 하나씩 외부로 배출형태도 가능하나, 복수개의 성형된 브레이크 패드(40)를 3개의 원적외선 히터(30)에 의해 한번에 경화처리, 가열 및 냉각을 통해 열처리한 후, 열처리된 복수개의 브레이크 패드(40)를 모두 외부로 배출하고 다시 복수개의 새로운 브레이크 패드(40)를 이송 수단(20)을 통해 하우징(10) 내부에 길이방향으로 길게 순차 배치시켜 열처리 공정을 수행하는 형태도 가능함은 물론이다.

상기 연삭된 복수개의 브레이크 패드를 스코칭 처리하는 단계(S20)는, 연삭된 복수개의 브레이크 패드의 이송 단계(S21), 이송된 브레이크 패드의 스코칭 처리 단계(S22) 및 스코칭 처리된 브레이크 패드의 배출 단계(S23)로 이루어진다.

상기 연삭된 복수개의 브레이크 패드의 이송 단계(S21)에서는, 상기 열처리 공정이 완료된 브레이크 패드(40)의 표면을 연삭 공정을 통해 연삭한 후에, 연삭된 복수개의 브레이크 패드(40)를 하우징(10) 내로 이송수단(20)을 통해 순차 이송하게 된다.

상기 이송된 브레이크 패드의 스코칭 처리 단계(S22)에서는, 상기 하우징(10) 내로 순차 이송된 브레이크 패드(40)의 마찰재(44)를 그 상측에 위치하는 원적외선 히터(30)를 이용하여 직접 가열하여 상기 브레이크 패드(40)의 마찰재(44)의 표면을 스코칭 처리하여 스코칭 감량이 이루어지도록 한다.

이때, 판상의 원적외선 히터(30)를 통한 브레이크 패드(40)의 마찰재(44)의 스코칭 처리 단계는, 브레이크 패드(40)의 강성 및 강도를 제고(提高)하기 위한 스코칭 전처리 단계로서의 경화(Cure) 공정 및 브레이크 패드(40)의 유기물을 태워 탄화시켜 스코치 감량을 하기 위한 스코칭(Scorching) 공정으로 나누어진다.

상기 경화 공정에서는 대략 15∼17분(바람직하게는 16분) 동안 점진적으로 330∼350℃까지 브레이크 패드(40)를 승온(마찰재(44)의 외표면인 "A" 기준; 도 3b)을 하여 경화 처리를 하고, 상기 스코칭(Scorching) 공정은, 상기 경화 공정을 거친 후, 판상의 원적외선 히터(30)를 이용하여 대략 1-2분 내로 브레이크 패드(40)의 마찰재(마찰재(44)의 "A" 기준)를 400-600℃까지 급상승시키고, 총4-17분에 걸쳐서 스코칭 처리하고, 1∼2분 이내에 200-250℃까지 냉각시키는 단계를 거쳐 스코칭 처리가 이루어진다.

여기서, 상기 스코칭 전처리 단계로서의 경화(Cure) 단계는 본 고안의 열처리 공정에서 선택적 사항으로서, 경화 단계 시간인 15∼17분(바람직하게는 16분)은 스코칭 처리 총 공정시간인 4∼17분에서 제외될 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

또한, 브레이크 패드(40)의 마찰재(44)의 표면의 스코칭 처리 총 시간이 대략 상술한 바와 같이 4∼17분이 바람직하며, 이는 브레이크 패드의 소재 종류에 따라 몇 분의 차이가 발생하며, 본 고안에서 모든 브레이크 패드 소재를 감안하여 스코칭 시간을 4∼17분의 단시간으로 조정이 가능해진다.

한편, 원적외선은 에너지파의 일종인 전자파이며 적외선 중 비교적 파장이 긴 것을 의미한다. 원적외선은 광선과는 다른 전자기파로써 직진성, 반사성, 투과성, 흡수성 등을 가지며 전도나 대류와 같은 열전달 방식과는 전혀 다르게 중간매질이 없이 직접 피가열물에 조사된다. 또한, 빛은 파장이 길면 물체에 도달했을 때 깊숙하게 잘 흡수되는 성질이 있으므로, 원적외선은 피가열물에 잘 흡수되어 열로 전환되어 피가열물을 급속하고 균일하게 가열시키는 특징이 있다. 원적외선을 가열원으로 사용할 경우 에너지 효율이 높고 전도나 대류 방식의 가열보다는 피가열물을 균일하게 복사, 가열시킬 수가 있어 품질 생산성의 효과를 증대시킨다

따라서, 이러한 판상의 원적외선 히터(30)는 하우징(10) 내부를 통과하는 성형된 브레이크 패드(40)의 마찰재(44) 상측에 이격하여 평행하게 배치시킴으로써, 하우징(10) 내부를 통과하는 성형된 브레이크 패드(40)의 마찰재(44) 표면을 원적외선을 통해 직접 가열함으로써, 스코칭 공정에서 종래(50∼60분 동안 대략 760∼800℃로 가열)와 비교하여 낮은 온도인 400-600℃에서 4∼17분의 단시간내에 균일하게 직접 가열되어 스코칭 처리됨으로써, 마찰재 표면의 조직이 균일하면서도 강도가 높아질 뿐만 아니라, 종래의 1mm 정도의 스코칭 처리 깊이와 비교하여 1.3∼1.6mm(바람직하게는 1.5mm)의 깊이까지 균일하게 열처리되어 효율적인 스코칭 처리가 이루어지게 된다.

상기 스코칭 처리된 브레이크 패드의 배출 단계(S23)에서는, 이송 수단(20)을 통해 스코칭 처리된 브레이크 패드(40)를 하나 또는 복수개씩 하우징(10)의 외부로 배출하게 된다.

도 5는 본 고안에 따른 차량용 브레이크 패드의 열처리 장치의 판상(板狀) 형태의 원적외선 히터의 결합 단면도로서, 본 고안에 따른 판상(板狀) 형태의 원적외선 히터(30)를 도 5를 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

즉, 도시된 바와 같이, 판상 형태의 원적외선 히터(30)는, 기판(31) 상에 내열성이 우수한 무기물계 절연층(32)을 코팅하고 배선부(33)와 발열체(34)로 전기회로를 형성하여, 여기에 전원 단자부(미도시)를 통해 전원을 인가하면 발열체(34)가 열을 발생함과 동시에, 그 표면층과 배면층 모두 원적외선이 방사되는 구조로 되어 있다.

이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 판상의 원적외선 히터(30)는, SUS 재질의 기판(31)과, 상기 기판(31) 상에 절연 코팅되며, 내열성이 우수한 무기물계의 절연층(32)과, 상기 절연층(32)의 상면 중앙에 대면적으로 형성되는 면상 발열체(34)와, 상기 면상 발열체(34)의 대향하는 양사이드에 배치되며, 상기 발열체와 전기적으로 연결되는 배선부(33)와, 상기 발열체(34)와 배선부(33)의 상부를 보호하기 위한 제 1 보호층(35)과, 상기 기판(31)과 제 1 보호층(35)의 상부를 커버하는 커버층(36)과, 상기 기판(31)의 하부를 보호하도록 하는 제 2 보호층(37)으로 이루어진다.

상기 기판(31)은 베이스 역할을 수행하는 것으로, 저렴하고 구매가 쉬운 금속재질의 스테인레스 스틸(SUS)로 제작하여 기술경쟁력과 가격경쟁력을 갖춘 것이 바람직하다. 그러나, 상기 기판은 석영(Quarts)이나 글래스(glass) 기판일 수도 있으며, 본 고안의 그 재질을 한정하는 것은 아니다.

상기 절연층(32)은 상기 전원 단자부를 통해 배선부(33)에 공급되는 전기가 기판(31)에 흐르지 않도록 절연하는 역할을 수행하며, 면상 발열체(34) 및 배선부(33)와 기판(31) 사이에 배치된다..

이러한 절연층(32)의 재질은 내열성이 우수한 공지의 무기물계 재질이 바람직하다.

상기한 면상 발열체(34)는 절연층(32)의 중앙에 대면적으로 형성되어 열을 발생시켜 그 상부 및/또는 하부에 위치하는 성형된 브레이크 패드(30)에 직접 가열을 통해 열처리 및/또는 건조시키는 역할을 수행한다.

이러한 면상 발열체(34)의 종류로는 철, 크롬, 니켈, 백금 등의 금속 박판을 에칭한 발열체나, 탄화규소, 지르코니아, 탄소 등의 비금속발열체 등일 수 있다. 또한, 상기 면상 발열체는 투명 전극 필름 또는 탄소 섬유(carbon fiber) 등일 수도 있으며, 본 고안에 있어서 그 재질이나 종류를 한정하는 것은 아니다.

상기한 배선부(33)는 상기 면상 발열체(34)의 대향하는 양사이드에 배치되며, 상기 면상 발열체(34)에 전원을 공급하도록 된 전극부이다.

물론, 배선부(33)는 일측에 외부로부터 전원을 공급받는 상기 전원 단자부에 전기적으로 연결되어 전원을 공급받을 수 있도록 되어있다.

상기한 배선부(33)는 구리(Cu) 또는 은(Ag) 전극 테이프를 사용하거나, 또는 구리(Cu)나 은(Ag) 페이스트를 이용한 도전성 재료를 사용하여 형성할 수도 있다.

한편, 상기 커버층(36) 및/또는 제 2 보호층(37)은 세라믹 재질로 형성되어 원적외선을 방사할 수 있도록 되어 면상 발열체에 의한 직접 가열과 함께 원적외선에 의한 가열에 의한 성형된 브레이크 패드(30)의 이중 건조 방식이 가능해진다.

도 6은 본 고안의 다른 실시예에 따른 차량용 브레이크 패드의 열처리 장치 의 개략단면도이고, 도 7은 도 6의 차량용 브레이크 패드의 열처리 장치를 이용한 하우징 내에서의 브레이크 패드의 온도 측정 결과 실험예를 나타내는 그래프도이다.

먼저, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 고안의 다른 실시예에 따른 차량용 브레이크 패드의 열처리 장치에서는 이송 수단(20)을 통해 순차 투입되는 브레이크 패드(40)를 횡방향으로 총 4개의 레인(lane)으로 구획하고, 각 레인을 통해 하우징(10)내로 순차 투입되는 복수개의 브레이크 패드(40) 중 어느 하나에 총 3개의 온도 센서를 부착("A": 외표면, "B": 코어, "C": 내표면; 도 3b 참조)하여 스코칭 처리 과정에서 온도를 측정하였다.

여기서, 실험된 예에서는 총 4개의 레인 중 중앙측에 형성된 레인 중 제 3 레인은 본 실험예에서 생략하였다.

제 1 레인에서는 마찰재(44)의 외표면인 "A" 부분은 스코칭 전처리 단계인 경화 단계에서 960초 부근에서 350℃까지 순차 상승하고 다시 스코칭 단계에서 대략 2분 만에 최고온도인 380℃까지 급상승 후, 대략 2분 내에 200℃까지 냉각됨을 알 수 있다.

마찰재(44)의 코어부분인 "B" 부분은 스코칭 전처리 단계인 경화 단계에서 960초 부근에서 대략 330℃까지 순차 상승하고 다시 스코칭 단계에서 대략 2분10초 후에 "A" 부분(400℃)보다 낮은 350℃까지 급상승 후, 대략 2분이 지난 후에 210℃ 정도까지 냉각됨을 알 수 있다.

마찰재(44)의 내표면인 "C" 부분은 스코칭 전처리 단계인 경화 단계에서 960초 부근에서 대략 280℃까지 순차 상승하고 다시 스코칭 단계에서 대략 2분10초 후에 "B" 부분(360℃) 보다 낮은 대략 310℃까지 급상승 후, 대략 2분이 지난 후에 200℃까지 냉각됨을 알 수 있다.

결국, 제 1 레인에 나타난 바와 같이, 마찰재(44)의 외표면 부분인 "A" 부분을 기준으로 최고온도 1-2 분내로 400℃까지 상승하고, 대략 2분 내로 냉각되어 종래(50∼60분 동안 대략 760∼800℃로 가열)와 비교하여 단시간에 낮은 온도에서 효율적으로 스코칭 처리됨을 알 수 있다. 물론, 마찰재의 두께를 감안하여 "A" "B" 및 "C" 부분에서는 온도 편차가 큼을 알 수 있었다.

제 2 레인은 인접레인인 제 1 레인과 비교하여 대략 -10도 정도의 온도가 편차("A" 부분 기준)가 있었고, 제 4 레인의 경우도, 제 1 레인과 비교하여 대략 +10도 정도 더 증가("A" 부분 기준)된 결과를 나타내고 있으나, 거의 4-5분 내에 걸쳐서 400∼600℃까지 승온(昇溫) 한 후, 200-250℃로 냉각되어 마찰재(44)의 스코칭 처리가 이루어져 단시간에 신속하면서 균일하게 스코칭 처리가 가능함을 알 수 있었다.

본 고안은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 상기 설명된 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 고안을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략되었다. 이상에서 본 고안의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 고안의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 고안의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 고안의 권리범위에 속하는 것이다.

1: 본 고안에 따른 원적외선을 이용한 차량용 브레이크 패드의 열처리 및 스코칭 장치
10: 하우징 11: 고정구
20: 이송 수단 21: 이송 레일
22: 구동 수단
30: 판상의 원적외선(FIR; Far Infrared Ray) 히터
31: 기판 32: 절연층
33: 배선부 34: 면상 발열체
35: 제 1 보호층 36: 커버층
37: 제 2 보호층
40: 성형된 차량용 브레이크 패드 41: 심
42: 백 플레이트 43: 접착제
44: 마찰재

Claims

성형된 복수개의 브레이크 패드를 수용하기 위한 하우징:
상기 성형된 복수개의 브레이크 패드를 상기 하우징 내로 순차 이송하기 위한 이송 수단: 및
상기 하우징 내에 설치되며, 상기 하우징 내로 이송된 브레이크 패드의 상측에 이격되어 배치하여 직접 가열을 통해 상기 브레이크 패드의 강도 및 경도를 강화시키도록 열처리하거나 또는 상기 브레이크 패드의 마찰재의 표면을 스코칭 처리하는 적어도 하나의 원적외선(FIR) 히터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 원적외선을 이용한 차량용 브레이크 패드의 열처리 및 스코칭 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 원적외선 히터는 판상인 것을 특징으로 하는 원적외선을 이용한 차량용 브레이크 패드의 열처리 및 스코칭 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 원적외선 히터는, 상기 열처리시에 상기 브레이크 패드의 온도를 1-2분 내로 400-600℃까지 급상승시켜서 총 1시간∼7시간에 걸쳐서 열처리하고 1-2분 이내에 200-250℃까지 냉각시키는 것을 특징으로 하는 원적외선을 이용한 차량용 브레이크 패드의 열처리 및 스코칭 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 원적외선 히터는, 상기 스코칭 처리시에 상기 브레이크 패드의 마찰재 표면 온도를 1-2분 내로 400-600℃까지 급상승시켜서 총 4∼17분에 걸쳐서 스코칭 처리하고 1-2분 내로 200-250℃까지 냉각시켜 스코칭 감량하는 것을 특징으로 하는 원적외선을 이용한 차량용 브레이크 패드의 열처리 및 스코칭 장치.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 원적외선 히터는, 상기 열처리 또는 스코칭 처리을 위한 가열 전에 15∼17분 동안 330∼350℃까지 상기 브레이크 패드를 점진적으로 가열하여 경화(cure) 처리하는 것을 특징으로 하는 원적외선을 이용한 차량용 브레이크 패드의 열처리 및 스코칭 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 원적외선 히터는, 브레이크 패드의 마찰재 기준으로 1.3∼1.6mm의 깊이까지 열처리하여 스코칭 처리가 이루어지는 것을 특징으로 하는 원적외선을 이용한 차량용 브레이크 패드의 열처리 및 스코칭 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 이송 수단은:
상기 성형된 브레이크 패드가 상기 하우징 내부를 통과하는 방향으로 연속되어 설치되는 이송 레일; 및
상기 이송 레일에 구동력을 전달하는 구동 수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 원적외선을 이용한 차량용 브레이크 패드의 열처리 및 스코칭 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 원적외선(FIR) 히터는:
SUS 재질의 기판;
상기 기판 상에 절연 코팅되는 내열성이 우수한 무기물계의 절연층;
상기 절연층의 상면 중앙에 형성되는 면상 발열체;
상기 면상 발열체의 대향하는 양사이드에 배치되며, 상기 발열체와 전기적으로 연결되는 배선부;
상기 발열체와 배선부의 상부를 보호하기 위한 제 1 보호층;
상기 기판과 제 1 보호층의 상부를 커버하는 커버층; 및
상기 기판의 하부를 보호하도록 하는 제 2 보호층으로 이루어지며,
상기 커버층 및 제 2 보호층은 세라믹 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 원적외선을 이용한 차량용 브레이크 패드의 열처리 및 스코칭 장치.