KR20180021480A - 이중 냉각 구조를 갖는 브레이크 디스크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열 변형을 억제하기 위해 이중의 자체 냉각 구조를 갖는 브레이크 디스크에 관한 것으로서, 차량 제동시 과도한 마찰열에 의해 발생하는 열 변형을 억제할 수 있는 디스크 자체 냉각 구조를 구성함으로써 종래 대비 원가 및 중량 절감을 도모하는 동시에 디스크 냉각 성능을 확보할 수 있는 이중 냉각 구조를 갖는 브레이크 디스크를 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

이중 냉각 구조를 갖는 브레이크 디스크 {BRAKE DISK HAVING DOUBLE COOLING STRUCTURE}
본 발명은 이중 냉각 구조를 갖는 브레이크 디스크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열 변형을 억제하기 위해 이중의 자체 냉각 구조를 갖는 브레이크 디스크에 관한 것이다.
일반적으로 차량은 브레이크에 의해 정지하게 되며, 이러한 브레이크는 차륜과 함께 회전하는 디스크와 디스크 양면에서 디스크에 밀착되어 마찰을 일으키게 되는 마찰부재를 이용하여 제동력을 발생하게 된다.
한편, 차량의 고급화에 따라 엔진 고출력화 및 중량 증가가 발생함에 따라 제동시 브레이크의 부하가 증가하게 되고, 이에 디스크와 마찰부재의 마찰에 의한 과도한 열이 발생하면서 디스크의 열 변형 및 마찰부재의 성능 저하가 발생하고, 결과적으로 디스크 변형 및 마찰부재의 페이드(fade)에 의한 NVH(Noise Vibration and Harshness) 성능 및 제동감 저하가 발생한다.
디스크의 열 변형을 저감하기 위하여, 종래의 브레이크는 디스크의 사이즈를 증대하여 적합한 열용량을 확보하도록 한바 있다.
그러나, 디스크 사이즈를 증대하는 경우 차량의 원가 및 중량 증가를 야기시키며, 궁극적으로 스프링 하중량(unsprung mass) 증가에 따른 R&H(Riding & Handling) 성능을 악화시키는 문제점이 있다.
또한, 고급차량의 경우 디스크 냉각을 위해 쿨링 덕트를 이용하여 외부 공기의 흐름을 디스크로 유도하여 디스크의 열 변형을 저감하고 있으나, 쿨링 덕트를 추가하는 경우에도 차량의 원가 및 중량 증가를 초래하는 문제점이 존재한다.
대한민국 공개특허 제10-2006-0062495호 (2006년06월12일)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 차량 제동시 과도한 마찰열에 의해 발생하는 열 변형을 억제할 수 있는 디스크 자체 냉각 구조를 구성함으로써 종래 대비 원가 및 중량 절감을 도모하는 동시에 디스크 냉각 성능을 확보할 수 있는 이중 냉각 구조를 갖는 브레이크 디스크를 제공하는데 그 목적이 있다.
이에 본 발명에서는, 2개의 디스크 플레이트 사이에 배치되는 복수의 베인이 일체로 형성된 브레이크 디스크로서, 상기 디스크 플레이트 사이에는 공기 유동을 위한 냉각채널과 공기통로가 형성되고, 상기 냉각채널은 복수의 베인 사이마다 형성되고, 상기 공기통로는 디스크 플레이트의 반경방향을 기준으로 상기 복수의 베인보다 안쪽에 위치하여 형성되며, 상기 냉각채널과 공기통로는 서로 공기 유동가능하게 이어진 것을 특징으로 하는 이중 냉각 구조를 갖는 브레이크 디스크를 제공한다.
구체적으로, 상기 냉각채널은 디스크 플레이트의 반경방향으로 공기 유동이 가능하도록 형성되고, 상기 공기통로는 디스크 플레이트의 원주방향으로 공기 유동이 가능하도록 형성된다.
또한, 상기 디스크 플레이트 사이에는 반경방향을 기준으로 공기통로보다 안쪽에 위치하는 복수의 마운팅부가 형성된다.
상기 복수의 마운팅부는 어느 하나의 디스크 플레이트(제1디스크 플레이트)의 중심부에 형성된 햇파트 안착공과 다른 하나의 디스크 플레이트(제2디스크 플레이트)의 한쪽 표면 사이에 형성되며, 상기 다른 하나의 디스크 플레이트의 중심부에 형성된 축공의 주위에서 원주방향으로 배열된다.
또한, 상기 복수의 마운팅부에는 축방향으로 관통한 부쉬홀이 형성되고, 상기 부쉬홀은 상기 다른 하나의 디스크 플레이트까지 관통하도록 형성된다.
아울러, 상기 냉각채널은 브레이크 디스크의 중심축을 기준으로 직선형 또는 와선형으로 형성되고, 상기 베인은 브레이크 디스크의 공진 저감을 위해 소수(prime number)로 구성된다.
본 발명에 의하면, 열 변형을 억제할 수 있는 자체 냉각 구조(또는 내부 환기 구조)를 구성함으로써 브레이크 디스크의 사이즈 증대 없이 열 변형 방지를 위한 디스크 냉각 성능을 종래기술 대비 향상시켜 확보할 수 있으며, 종래에 디스크 냉각을 위한 쿨링 덕트를 삭제할 수 있게 되어 쿨링 덕트의 삭제로 인한 원가 및 중량 절감을 도모할 수 있고 또한 엔진룸 패키지성이 향상된다.
아울러, 본 발명에 의하면 베인의 소수(prime number) 구조 설계가 가능하여 공진 저감을 통한 NVH 문제 저감이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 브레이크 디스크를 보여주는 사시도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 브레이크 디스크를 보여주는 절개사시도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 브레이크 디스크를 보여주는 평면도
도 4는 도 1의 A-A에서 본 단면도
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
알려진 바와 같이, 브레이크 디스크는 브레이크를 이용한 차량 제동시 마찰부재와 마찰을 하여 제동력을 발생하는 중에 마찰열이 발생하게 된다.
본 발명에서는 브레이크 디스크가 마찰열에 의한 열 변형을 억제할 수 있도록 자체 냉각 구조를 가짐으로써 냉각 성능을 확보할 수 있도록 한다.
특히 본 발명에 따른 브레이크 디스크는 2중 냉각 구조(또는 2단 환기 구조)에 의해 더욱 효과적인 냉각 성능을 확보할 수 있다.
도 1 내지 3에 나타낸 바와 같이, 상기 브레이크 디스크(100)는 중심부에 햇파트 안착공(112)이 형성된 제1디스크 플레이트(110)와, 중심부에 축공(122)이 형성된 제2디스크 플레이트(120)를 포함한다.
상기 2개의 디스크 플레이트(110,120)는 서로 일정 갭을 두고 적층된 형태로 형성되며, 이러한 디스크 플레이트(110,120) 사이에는 복수의 베인(130)이 일체로 형성된다.
이때, 상기 축공(122)은 햇파트 안착공(112)보다 작은 직경으로 형성되고, 햇파트 안착공(112)의 중심축과 동일한 중심축을 가진다.
또한, 상기 디스크 플레이트(110,120) 사이에는 디스크 플레이트(110,120)의 반경방향을 기준으로 베인(130)보다 안쪽에 위치하는 복수의 마운팅부(140)가 형성된다.
상기 복수의 베인(130)은 디스크 플레이트(110,120)(혹은 브레이크 디스크)의 중심축을 기준으로 와선형으로 연장되게 형성되고, 디스크 플레이트(110,120)의 반경방향을 기준으로 상기 마운팅부(140)와 일정 간격을 둔 위치에서부터 디스크 플레이트(110,120)의 외경부(혹은 외주면)까지 연장되게 형성된다.
이러한 복수의 베인(130) 사이에는 각각 공기 유동을 위한 냉각채널(150)이 형성된다.
상기 냉각채널(150)은 2개의 디스크 플레이트(110,120) 사이에 형성된 베인(130) 사이의 공간으로서 구성되며, 베인(130)과 마찬가지로 디스크 플레이트(110,120)의 중심축을 기준으로 와선형으로 연장되게 형성되고, 디스크 플레이트(110,120)의 반경방향을 기준으로 상기 마운팅부(140)와 일정 간격을 둔 위치에서부터 디스크 플레이트(110,120)의 외경부(혹은 외주면)까지 연장되게 형성된다.
상기 복수의 마운팅부(140)는 제2디스크 플레이트(120)의 축공 주위에서 디스크 플레이트(110,120)의 원주방향으로 등간격을 두고 배치되며, 햇파트 안착공(112)과 제2디스크 플레이트(120)의 한쪽 표면 사이에 일체로 형성된다.
이러한 복수의 마운팅부(140)는 베인(130)과 일정 간격을 두고 형성되며, 이에 따라 마운팅부(140)와 베인(130) 사이에는 공기 유동을 위한 공기통로(160)가 형성된다.
즉, 복수의 마운팅부(140)는 디스크 플레이트(110,120)의 반경방향을 기준으로 공기통로(160)보다 안쪽에 위치하게 되고, 공기통로(160)는 디스크 플레이트(110,120)의 반경방향을 기준으로 베인(130)보다 안쪽에 위치하게 된다.
상기 공기통로(160)는 냉각채널(150)과 서로 공기 유동가능하게 이어지며, 따라서 냉각채널(150)을 통과한 공기가 공기통로(160)를 통과하여 흐를 수 있게 되고, 공기통로(160)에 흐르는 공기가 냉각채널(150)을 통과하여 흐를 수 있게 된다.
이러한 냉각채널(150)은 디스크 플레이트(110,120)의 반경방향으로 공기 유동이 가능하도록 하고, 공기통로(160)는 디스크 플레이트(110,120)의 원주방향으로 공기 유동이 가능하도록 한다.
도 4에 보듯, 상기 복수의 마운팅부(140)는 중앙부에 디스크 플레이트(110,120) 혹은 마운팅부(140)의 중심축방향으로 연장되는 부쉬홀(142)이 형성되고, 상기 부쉬홀(142)은 제2디스크 플레이트(120)까지 관통하도록 형성된다.
도면으로 나타내지는 않았으나, 상기 마운팅부(140)는 햇파트 안착공(112)에 삽입되는 햇파트(미도시)와 브레이크 디스크(100)의 체결을 위한 것으로서, 상기 부쉬홀(142)에는 상기 햇파트와 브레이크 디스크(100)를 동시 관통하는 부쉬 및 체결부재가 조립되고, 이에 의해 상기 햇파트와 브레이크 디스크(100)가 일체로 결합된다.
따라서, 상기 부쉬홀(142)이 제2디스크 플레이트(120)까지 연장 형성되어 상기 마운팅부(140) 및 제2디스크 플레이트(120)의 두께에 해당하는 깊이를 가지게 됨으로써, 브레이크 디스크(100)의 열 저항성 및 기계적 충격 저항성이 증가되어 브레이크 디스크(100)의 내구성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
참고로, 상기 햇파트는 브레이크 디스크(100)와 체결됨으로써 브레이크 디스크(100)가 마찰부재와 마찰함에 의해 발생하는 제동력을 차륜 휠에 전달하는 역할을 한다.
한편, 상기 복수의 베인(130)은 어느 하나도 마운팅부(140)와 서로 연결되지 않고 분리되어 형성되며, 이로 인해 냉각채널(150)로 공기가 더욱 원활하게 유입되고 냉각채널과 공기통로(160) 간에 원활한 공기 유동이 이루어짐으로써 공기 유동 효율이 증대되어 냉각 성능이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 베인(130)과 마운팅부(140)가 서로 분리된 구조로 형성됨으로써, 베인(130)의 위치와 개수를 마운팅부(140)의 위치 및 개수와 상관없이 자유롭게 설정할 수 있으며, 이에 의해 베인(130)의 개수를 브레이크 디스크(100)의 공진 저감을 위한 소수(prime number)로 설계하는 것이 가능하고, 결과적으로 브레이크 디스크(100)의 진동 및 소음 저감이 가능하게 된다.
즉, 상기 베인(130)과 마운팅부(140)가 서로 분리된 구조로 형성됨으로써 베인(130)과 마운팅부(140)의 설계 자유도가 증대되어 베인(130)의 위치와 개수 및 마운팅부(140)의 위치와 개수를 원하는 바에 따라 설계 가능하며, 이에 의해 마운팅부(140)에 의한 브레이크 디스크(100)와 상기 햇파트의 체결강도를 높일 수도 있다.
예를 들어, 상기 베인(130)의 개수는 19개, 21개, 23개, 27개, 31개, 37개, 41개, 43개, 47개, 51개, 53개, 57개, 59개, 61개, 63개, 67개 중 어느 하나일 수 있다.
이러한 브레이크 디스크(100)는 주물성형에 의해 제작되는 주철 디스크 또는 열간가압성형에 의해 제작되는 카본 세라믹 디스크일 수 있으며, 중자 금형에 의한 베인 구조 제작시 가공에 의해 베인 구조를 제작할 때보다 베인 제작의 자유도가 높아진다.
또한, 위에서는 와선형의 베인(130) 및 냉각채널(150)을 가지는 브레이크 디스크(100)에 대해 설명하였으나, 상기의 브레이크 디스크(100)는 와선형의 베인(130) 및 냉각채널(150) 대신 직선형의 베인 및 냉각채널을 가질 수도 있다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
100 : 브레이크 디스크
110 : 제1디스크 플레이트
112 : 햇파트 안착공
120 : 제2디스크 플레이트
122 : 축공
130 : 베인
140 : 마운팅부
142 : 부쉬홀
150 : 냉각채널
160 : 공기통로

Claims (8)

  1. 2개의 디스크 플레이트 사이에 배치되는 복수의 베인이 일체로 형성된 브레이크 디스크로서,
    상기 디스크 플레이트 사이에는 공기 유동을 위한 냉각채널과 공기통로가 형성되고, 상기 냉각채널은 복수의 베인 사이마다 형성되고, 상기 공기통로는 디스크 플레이트의 반경방향을 기준으로 상기 복수의 베인보다 안쪽에 위치하여 형성되며, 상기 냉각채널과 공기통로는 서로 공기 유동가능하게 이어진 것을 특징으로 하는 이중 냉각 구조를 갖는 브레이크 디스크.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각채널은 디스크 플레이트의 반경방향으로 공기 유동이 가능하도록 형성되고, 상기 공기통로는 디스크 플레이트의 원주방향으로 공기 유동이 가능하도록 형성된 것을 특징으로 하는 이중 냉각 구조를 갖는 브레이크 디스크.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 디스크 플레이트 사이에는 반경방향을 기준으로 공기통로보다 안쪽에 위치하는 복수의 마운팅부가 형성된 것을 특징으로 하는 이중 냉각 구조를 갖는 브레이크 디스크.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수의 마운팅부는 어느 하나의 디스크 플레이트의 중심부에 형성된 햇파트 안착공과 다른 하나의 디스크 플레이트의 한쪽 표면 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 이중 냉각 구조를 갖는 브레이크 디스크.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수의 마운팅부는 상기 다른 하나의 디스크 플레이트의 중심부에 형성된 축공의 주위에서 원주방향으로 배열된 것을 특징으로 하는 이중 냉각 구조를 갖는 브레이크 디스크.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수의 마운팅부에는 축방향으로 관통한 부쉬홀이 형성되고, 상기 부쉬홀은 상기 다른 하나의 디스크 플레이트까지 관통하도록 형성된 것을 특징으로 하는 이중 냉각 구조를 갖는 브레이크 디스크.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각채널은 브레이크 디스크의 중심축을 기준으로 직선형 또는 와선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 이중 냉각 구조를 갖는 브레이크 디스크.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 베인은 브레이크 디스크의 공진 저감을 위해 소수(prime number)로 구성된 것을 특징으로 하는 이중 냉각 구조를 갖는 브레이크 디스크.
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