KR20190059416A - 브레이크 호스 - Google Patents

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KR20190059416A
KR20190059416A KR1020170157000A KR20170157000A KR20190059416A KR 20190059416 A KR20190059416 A KR 20190059416A KR 1020170157000 A KR1020170157000 A KR 1020170157000A KR 20170157000 A KR20170157000 A KR 20170157000A KR 20190059416 A KR20190059416 A KR 20190059416A
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rubber layer
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Abstract

본 발명은 브레이크액이 유입되는 제1 고무층; 제1 고무층의 외주면에 형성되는 제1 보강 섬유층; 제1 보강 섬유층의 외주에 형성되는 제2 고무층; 제2 고무층의 외주면에 형성되는 제2 보강 섬유층; 및 제2 보강 섬유층의 외주에 형성되는 제3 고무층을 포함하는 브레이크 호스에 관한 것이다.

Description

브레이크 호스{BREAK HOSE}
본 발명은 브레이크 호스에 관한 것으로, 구체적으로, 브레이크 호스의 보강 섬유층을 편조 구조로 성형한 브레이크 호스에 관한 것이다.
자동차의 브레이크 시스템을 이루고 있는 구성 중 하나인 브레이크 호스는 섀시(chassis)와 휠(wheel)간의 유압을 전달하기 위한 배관으로서, 중요 보안 부품으로 지정되어 있는 것으로부터 알 수 있듯이 차의 안전성을 확보하기 위한 매우 중요한 부품이다.
브레이크 호스는 일반적으로 내부에 브레이크 액이 충전되는 내부 고무층, 내부 고무층의 외주면에 순차로 형성된 제1 보강 섬유층, 중간 고무층, 제2 보강 섬유층 및 외부 고무층를 포함한다. 이러한 구성의 브레이크 호스는 장시간 가혹한 환경에서 사용되는 관계로, 그 요구 특성이 다양하고 엄격하게 규제되고 있다.
특히, 브레이크 액의 유압 전달을 민감하게 하기 위한 내팽창성, 진동이나 굴곡 등에 대한 내피로성 및 브레이크 액에 대한 내식성 등은 특별히 중요한 특성이라고 할 수 있다. 이러한 특성은 제1 보강 섬유층, 제2 보강 섬유층, 이들을 둘러싸고 있는 고무층, 제1 및 제2 보강 섬유층과 고무층 사이의 접착력 등에 따라 좌우 된다.
특히 브레이크 호스의 내팽창성은 제1 보강 섬유층 또는 제2 보강 섬유층의 특성과 관련이 높다.
예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 종래의 가요성 호스(1000)는, 유체가 유동하는 내측 코어 튜브(1002)와, 이러한 내측 코어 튜브(1002)를 둘러싸는 보강층(1003) 및 이러한 보강층(1003)을 둘러싸는 외측 코어 튜브(1003)을 순서대로 포함하고 있으며, 내측 코어 튜브(1002)의 내측 표면은 운반될 유체와 접촉할 플루오르카본계 재료(1)가 코팅되어 있다.
또한, 종래의 가요성 호스(1000)의 보강층(1003)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 매우 짧은 복수의 필라멘트 섬유(1003a)들을 꼬아 제작(twist)되는 스펀얀(spun yarn) 구조로 형성되어 있다.
한편, 이러한 스펀얀 구조는 꼬임수가 일반적으로 매우 높기 때문에, 보강층(1003)의 스프링 효과가 매우 크므로, 호스(1000)를 굴곡시켰을 때 원상태로 회복하려는 경향이 매우 크다. 또한, 스펀얀 구조는 매우 짧은 필라멘트를 꼬아 제작되기 때문에, 인장강도가 매우 작고, 특히, 폴리비닐알코올(Polyvinlyalcohol, PVA)를 재료로 사용하는 스펀얀의 경우 고온에서 물성이 급격하게 저하되는 현상이 발견되었다.
이를 보완하면서, 동시에 열에 의한 결정 구조의 방향 배열을 부여하도록, 폴리아라미드(polyaramid) 재질의 스펀얀을 사용하려는 시도가 있었지만, 폴리아라미드 재질은 매우 고가이므로 상용적으로 사용하기에 어려움이 있다.
한국특허공보 10-1516049호
본 발명의 목적은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고온 및 고압의 환경하에서 구동시 브레이크 호스의 부피 팽창량 변화를 최소화하여 브레이크 시스템의 제동 성능을 개선할 수 있는 브레이크 호스를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 보강층의 보강 섬유의 신장을 최소로 발생시킬 수 있는 브레이크 호스를 제공하고자 한다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 브레이크액이 유입되는 제1 고무층; 제1 고무층의 외주면에 형성되는 제1 보강 섬유층; 제1 보강 섬유층의 외주에 형성되는 제2 고무층; 제2 고무층의 외주면에 형성되는 제2 보강 섬유층; 및 제2 보강 섬유층의 외주에 형성되는 제3 고무층을 포함하는 브레이크 호스를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 보강 섬유층과 제2 보강 섬유층은 복수 가닥의 필라멘트 섬유를 편조한 브레이크 호스를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 보강 섬유층은 2가닥의 필라멘트 섬유를 편조하고, 제2 보강 섬유층은 3 또는 4가닥의 필라멘트 섬유를 편조할 수 있다.
또한, 본 발명의 필라멘트 섬유의 두께는 1000 내지 1500 데니아일 수 있고, 필라멘트 섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 보강 섬유층과 제2 보강 섬유층의 꼬임수는 30 내지 60TPM일 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 고무층, 제2 고무층 또는 제3 고무층은 에틸렌프로필렌디엔 고무(Ethylene propylene diene rubber, EPDM), 천연고무(NR), 클로로프렌고무(Chloroprene rubber, CR), 스티렌부타디엔고무(Styrene butadiene rubber, SBR), 이소부틸렌고무(Isobutylene rubber, IIR), 클로로설폰화 폴리에틸렌(Chlorosulphonated polyethylene, CSM), 및 클로리네이티드 폴리에틸렌(Chlorinated polyethylene, CM)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
본 발명은 상온 및 고온에서 우수한 내팽창성을 나타내므로, 브레이크 시스템의 제동 성능을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 브레이크 호스는 고온 및 고압의 환경하에서 부피 팽창량 변화가 최소화되므로, 외부의 반복적인 스트레스에 대하여 우수한 내피로성을 발휘하고, 브레이크액에 대한 우수한 내식성을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 브레이크 호스를 분해한 것을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 브레이크 호스의 단면 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 브레이크 호스의 제1 보강 섬유층을 나타내는 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 브레이크 호스의 제2 보강 섬유층을 나타내는 사진이다.
도 5은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 브레이크 호스의 내용적 변화 시험을 수행하는데 사용되는 시험 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 브레이크 호스의 상온에서 압력 변화에 따른 부피 팽창량을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 브레이크 호스의 고온에서 압력 변화에 따른 부피 팽창량을 나타내는 그래프이다.
도 8는 종래의 브레이크 호스를 분해한 것을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 9은 도 8의 C부분을 확대한 것을 개략적으로 나타낸 것이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 통하여, 본 발명에 따른 브레이크 호스 (100)의 구체적인 구성 요소 및 그 작동 관계에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
설명에 앞서, 여러 실시 형태에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시 형태에서 설명하고, 그 외의 실시 형태에서는 다른 구성 요소에 대해서만 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 브레이크 호스(100)를 분해한 것을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 브레이크 호스(100)의 단면 사진이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 브레이크 호스(100)는 브레이크액이 유입되는 제1 고무층(10), 제1 고무층(10)의 외주면에 형성되는 제1 보강 섬유층(20), 제1 보강 섬유층(20)의 외주에 형성되는 제2 고무층(30), 제2 고무층(30)의 외주면에 형성되는 제2 보강 섬유층(40) 및 제2 보강 섬유층(40)의 외주에 형성되는 제3 고무층(50)을 포함한다.
구체적으로, 제1 고무층(10)은 튜브 형상을 갖고, 그 내부에 브레이크액이 충전되어 유입되고, 이러한 제1 고무층(10)을 제1 보강 섬유층의 외주에서 둘러싸고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 브레이크 호스(100)의 제1 보강 섬유층(20)의 사진이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 브레이크 호스의 제2 보강 섬유층(40)의 사진이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 보강 섬유층(20)과 제2 보강 섬유층(40)은 복수 가닥의 필라멘트 섬유들(21, 41)를 편조 방식(twist)으로 제작한 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 보강 섬유층(20)은 2가닥의 필라멘트 섬유(211)를 편조하였고, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 보강 섬유층(40)은 3가닥의 필라멘트 섬유(411)를 편조하였다. 한편, 제2 보강 섬유층(40)은 4가닥의 필라멘트 섬유를 편조하여 형성할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 스펀얀 방식은 짧은 섬유들을 엮어서 꼬아 길게 만든 것으로 인장 강도가 매우 낮지만, 본 발명의 일 실시 형태에서는 긴 가닥의 필라멘트 섬유를 엮어 꼬아 제작하는 편조 방식이므로, 충분한 인장 강도를 확보할 수 있다.
한편, 브레이크 호스(100) 내부에 충진되는 브레이크액에 의한 유압을 그대로 휠에 전달하여 제동력을 발생시키기 위해서는 브레이크 호스의 팽창량이 작아야 한다. 이러한 팽창량은 제1 보강 섬유층(20) 및 제2 보강 섬유층(40)의 특성뿐만 아니라, 이들과 접착하는 제1 고무층(10), 제2 고무층(30), 제3 고무층(50)과의 접착력과도 영향을 받게 된다. 즉, 제1 보강 섬유층(20) 및 제2 보강 섬유층(40)과 제1 내지 제3 고무층(10, 30, 50) 사이에서 일정한 접착력이 유지되어야 발생되는 브레이크 액의 압력 팽창에 대한 저항성을 충분히 높일 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 제1 보강 섬유층(20)과 제2 보강 섬유층(40)은 긴 가닥의 필라멘트 섬유의 꼬임수를 30 내지 60TPM(twist per meter)으로 엮어 꼬음으로서, 상온 뿐만 아니라 고온에서도 최소의 팽창량을 유지할 수 있다. 이는, 꼬임수가 작은 경우에는 제1 보강 섬유층(20) 및 제2 보강 섬유층(40)과 제1 내지 제3 고무층(10, 30, 50)들 사이에서 면접촉이 발생되어 압력 팽창에 대한 충분한 저항을 확보할 수 없고, 꼬임수가 큰 경우에는 전술한 바와 같이 스프링 효과 때문에 브레이크 호스의 형상 변형이 어려워진다.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 제1 보강 섬유층(20)과 제2 보강 섬유층(40)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET)로 형성함으로써, 열에 의한 결정 구조의 배열을 부여할 수 있으므로, 소정의 물적 특성을 부가할 수 있고, 이러한 제1 보강 섬유층(20)과 제2 보강 섬유층(40)의 필라멘트 섬유는 1000 내지 1500 데니아의 섬유를 이용하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 제1 고무층(10), 제2 고무층 (30) 및 제3 고무층(50)은 브레이크 호스(100)의 요구 특성에 따라 다양한 고무를 선택하여 형성할 수 있다. 구체적인 예로, 상기 제1 고무층(10), 제2 고무층(30) 및 제3 고무층(50)은 에틸렌프로필렌디엔 고무(Ethylenepropylenediene rubber, EPDM), 천연고무(NR), 클로로프렌고무(Chloroprene rubber, CR), 스티렌부타디엔고무(Styrene butadiene rubber, SBR), 이소부틸렌고무(Isobutylene rubber, IIR), 클로로설폰화 폴리에틸렌(Chlorosulphonated polyethylene, CSM), 및 클로리네이티드 폴리에틸렌(Chlorinated polyethylene, CM)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
상기 예시적인 고무들을 이용한 상기 제1 고무층(10), 제2 고무층(30) 및 제3 고무층(50)의 가공 및 가류 방법으로는 현재 적용되고 있는 모든 방법들을 적용할 수 있다. 또한, 브레이크 호스(100)의 요구 특성에 따라 상기 고무에 충전제, 보강제, 가공조제, 산화방지제, 가소제 등의 첨가제를 적용하여 상기 제1 고무층(10), 제2 고무층(30) 또는 제3 고무층(50)을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 브레이크 호스의 제조방법을 예로 들면 다음과 같다.
먼저, 압출 성형기로 튜브 형상의 제1 고무층(10)을 성형하고, 긴 맨드릴을(mandrel)을 제1 고무층(10)의 홀에 삽입한다. 다음으로, 제1 고무층(10)의 외주면에 2가닥의 필라멘트 섬유(211)를 편조하여 제1 보강 섬유층(20)을 형성한다. 다음으로, 제1 보강 섬유층(20)의 외주면에 제2 고무층(30)을 압출기로 압출 형성하거나, 긴 고무 테이프를 권취하여 형성한다.
고무 테이프를 권취하는 경우에는, 고무 테이프를 권취하면서 그 위에 3 또는 4가닥의 필라멘트 섬유(411)를 편조한 제2 보강 섬유층(40)을 형성할 수 있다.
제1 및 제2 보강 섬유층(20, 40)과 그 주위에 형성된 고무층(10, 30, 50)들과의 접착력을 향상시키기 위하여 상기 제1 및 제2 보강 섬유층(20, 40)을 침적액에 침적한 후 건조하거나, 필요에 따라서는 접착제를 도포하는 과정을 더 진행할 수 있다.
다음으로, 제2 보강 섬유층(40)의 형성 후에 제2 보강 섬유층(40)의 외주에 제3 고무층(50)을 압출 성형한다. 이렇게 제조된 브레이크 호스(100)를 맨드릴과 함께 가황하고, 가황 후에 수압을 이용하여 맨드릴을 빼내고, 상기 브레이크 호스(100)를 소정 길이로 절단하여 사용할 수 있다.
전술한 제조 방법으로 브레이크 호스(100)의 부피 팽창량에 대한 시험을 실시하기 위해 제1 보강 섬유층(20)과 제2 보강 섬유층(40)을 꼬임수가 30TPM, 60TPM, 90TPM, 120TPM인 브레이크 호스(100)의 시료(S)를 준비하고, 온도와 압력 변화에 따른 내용적 변화 시험을 실시하였다.
도 5은 브레이크 호스의 내용적 변화 시험을 수행하는데 사용되는 시험 장치를 나타낸 사시도이다. 도 5를 참조하면, 내용적 변화 시험 장치는 복수의 밸브(211, 212, 213), 탱크(220), 압력실린더(230), 압력계(240) 및 뷰렛(250) 등을 포함하여 구성된다.
내용적 변화 시험 장치를 이용한 브레이크 호스 시료(S)의 팽창량 측정은 다음과 같이 수행하였다. 자유장 305±3mm의 브레이크 호스 시료(S)를 시험 장치의 제1 밸브(211)와 제2 밸브(212)의 사이에 수직으로 장착하였다. 제1 밸브(211)를 닫고 압력 실린더(230)를 조절하여 압력계(240)의 압력을 70 kgf/㎠ 및 105 kgf/㎠의 압력까지 각각 상승시켜 탱크(220) 안의 시험 용액을 시료(S) 내부로 충전시켰다. 이후 제2 밸브(212)를 닫고 제1 밸브(211)를 열면 뷰렛(250)으로 시료(S) 내의 용액이 상승하게 되고, 뷰렛(250)을 이용하여 상승된 용액의 높이를 측정하였다. 하기의 수학식 1을 이용하여 측정된 값으로부터 내용적 변화량 즉, 팽창량을 측정하였다.
[수학식 1]
내용적 변화량(cc) = 측정치(cc)/시료 자유장(m)
고온에서의 팽창량을 측정하는 경우에는, 측정 대상 시료(S)를 80℃의 오븐 내에 30분 동안 정치 시킨 후, 동일한 방법으로 팽창량을 측정하였다.
위 내용적 변화 시험에 따른 각각의 온도와 압력에서의 팽창량을 아래의 [표 1], 도 6 및 도 7로 나타내었다.
[표 1]
Figure pat00001
[표 1], 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 꼬임수를 30TPM과 60TPM으로 성형한 경우, 상온 및 고온에서 낮은 팽창량을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
이처럼 본 발명의 실시예에 따른 브레이크 호스(100)는 상온 및 고온에서 우수한 내팽창성을 나타낸다. 따라서, 브레이크 시스템의 제동 성능을 개선할 수 있으며 신뢰할 수 있는 제동감을 제공할 수 있다. 이와 동시에, 외부의 반복적인 스트레스에 대하여 우수한 내피로성 발휘하며, 브레이크액에 대한 내용액성을 가지므로 장수명의 브레이크 호스를 제공할 수 있다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 종사자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 지금까지 전술한 실시 형태는 모든 면에서 예시적인 것으로서, 본 발명을 상기 실시 형태들에 한정하기 위한 것이 아님을 이해하여야만 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 균등한 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 브레이크 호스
10 제1 고무층
20 제1 보강 섬유층
21 편조된 제1 보강 섬유층
211 제1 보강 섬유층의 필라멘트 섬유
30 제2 고무층
40 제2 보강 섬유층
41 편조된 제2 보강 섬유층
411 제2 보강 섬유층의 필라멘트 섬유
50 제3 고무층

Claims (8)

  1. 브레이크액이 유입되는 제1 고무층;
    상기 제1 고무층의 외주면에 형성되는 제1 보강 섬유층;
    상기 제1 보강 섬유층의 외주에 형성되는 제2 고무층;
    상기 제2 고무층의 외주면에 형성되는 제2 보강 섬유층; 및
    상기 제2 보강 섬유층의 외주에 형성되는 제3 고무층을 포함하는 것을 특징으로 하는 브레이크 호스
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 보강 섬유층과 상기 제2 보강 섬유층은 복수 가닥의 필라멘트 섬유를 편조한 것을 특징으로 하는 브레이크 호스
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 보강 섬유층은 2가닥의 필라멘트 섬유를 편조한 것을 특징으로 하는 브레이크 호스
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 보강 섬유층은 3 또는 4가닥의 필라멘트 섬유를 편조한 것을 특징으로 하는 브레이크 호스.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필라멘트 섬유의 두께는 1000 내지 1500 데니아인 것을 특징으로 하는 브레이크 호스.
  6. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필라멘트 섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 브레이크 호스.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 보강 섬유층과 상기 제2 보강 섬유층의 꼬임수는 30 내지 60TPM 인것을 특징으로 하는 브레이크 호스
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 고무층, 제2 고무층 또는 제3 고무층은 에틸렌프로필렌디엔 고무(Ethylene propylene diene rubber, EPDM), 천연고무(NR), 클로로프렌고무(Chloroprene rubber, CR), 스티렌부타디엔고무(Styrene butadiene rubber, SBR), 이소부틸렌고무(Isobutylene rubber, IIR), 클로로설폰화 폴리에틸렌(Chlorosulphonated polyethylene, CSM), 및 클로리네이티드 폴리에틸렌(Chlorinated polyethylene, CM)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 브레이크 호스.

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