KR20200057858A - 디스크브레이크의 마찰재 마모 분진 포집장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 대전을 통하여 냉각 공기의 흐름을 제어하여 차량 제동시 발생하는 마찰재 마모 분진의 흐름을 원하는 방향으로 유도하여 포집하는 디스크브레이크의 마찰재 마모 분진 포집장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 디스크브레이크의 마찰재 마모 분진 포집장치는 휠에 부착된 디스크에 캘리퍼 장치의 작동에 의해 마찰재가 밀착되면서 발생되는 마찰재의 마모 분진을 포집하는 장치로서, 상기 마모 분진이 발생되는 영역에 인접하게 설치되어 상압 플라즈마를 생성시켜서 마모 분진의 유동 경로를 변경시키는 플라즈마 유닛과; 상기 플라즈마 유닛에서 생성되는 플라즈마에 의해 유동 경로가 변경된 마모 분진을 포집하는 포집유닛을 포함한다.

Description

디스크브레이크의 마찰재 마모 분진 포집장치{Apparatus for collecting wear dust friction materials in disk brake}

본 발명은 디스크브레이크의 마찰재 마모 분진 포집장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플라즈마 대전을 통하여 냉각 공기의 흐름을 제어하여 차량 제동시 발생하는 마찰재 마모 분진의 흐름을 원하는 방향으로 유도하여 포집하는 디스크브레이크의 마찰재 마모 분진 포집장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 제동장치로서 사용되는 디스크브레이크는 운전자의 브레이크페달 조작시 캘리퍼 하우징 내에 구비된 피스톤으로 마스터실린더의 유압이 밀려들어오고, 상기 유압에 의해 피스톤이 이동하여 디스크의 양 측면에 마찰재인 브레이크 패드가 밀착되면, 이때 발생하는 마찰력에 의해 상기 디스크의 회전이 멈춰짐에 따라 주행중인 차량을 제동시키도록 된 것이다.

그런데, 상기와 같은 디스크브레이크는 차량 주행 중 제동력 발생시 디스크의 측면에 마찰재가 밀착될 때 상기 마찰재의 마모 분진이 발생하게 되는데, 종래에는 이러한 분진을 제거하기 위한 장치가 마련되어 있지 않아서 분진의 대부분이 휠에 고착되어 휠을 오염시킬 뿐만 아니라, 외관미를 나쁘게 하는 문제점이 있었다.

특히, 마찰재 마모 분진을 구성하는 성분으로는 Fe 성분, 산화 Fe 성분 및 마찰재 성분인 Sb, Sn, Ba, S, Al, Zr, Cu 등이 주로 검출되는데, 이러한 마모 분진의 크기는 미세 입자인 PM2.5 수준으로서, 인체에 흡수되어 인체에 매우 유해한 영향을 미치게 된다.

그래서, 분진의 저감 및 포집을 위한 다양한 기술이 연구되고 있다.

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.

공개특허공보 제10-20012-0060463호 (2012.06.12)

본 발명은 플라즈마 대전을 통하여 냉각 공기의 흐름을 제어하여 차량 제동시 발생하는 마찰재 마모 분진의 흐름을 원하는 방향으로 유도하여 포집하는 디스크브레이크의 마찰재 마모 분진 포집장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 디스크브레이크의 마찰재 마모 분진 포집장치는 휠에 부착된 디스크에 캘리퍼 장치의 작동에 의해 마찰재가 밀착되면서 발생되는 마찰재의 마모 분진을 포집하는 장치로서, 상기 마모 분진이 발생되는 영역에 인접하게 설치되어 상압 플라즈마를 생성시켜서 마모 분진의 유동 경로를 변경시키는 플라즈마 유닛과; 상기 플라즈마 유닛에서 생성되는 플라즈마에 의해 유동 경로가 변경된 마모 분진을 포집하는 포집유닛을 포함한다.

상기 플라즈마 유닛은 휠의 외표면에 플라즈마를 생성시키는 것을 특징으로 한다.

이를 위하여 상기 플라즈마 유닛은, 교류 전력을 공급하는 전원 공급기와; 상기 휠의 외표면에 배치되어 상기 전원 공급기와 전기적으로 연결되는 접지부와; 상기 접지부의 표면에 형성되는 유전체층과; 상기 유전체층을 사이에 두고 상기 접지부에 대향되도록 접지부와 접촉된 면의 반대면에 배치되어 상기 전원 공급기와 전기적으로 연결되는 고전압 생성부를 포함한다.

한편, 상기 플라즈마 유닛은 캘리퍼 장치의 캘리퍼 하우징 내측면과 디스크 외측면 사이 공간에 플라즈마를 생성시키는 것을 특징으로 한다.

이를 위하여 상기 플라즈마 유닛은, 교류 전력을 공급하는 전원 공급기와; 상기 디스크의 가장자리 영역에 배치되어 상기 전원 공급기와 전기적으로 연결되는 슬립링과; 상기 슬립링의 표면에 형성되는 유전체층과; 일면이 상기 유전체층 상에서 상호 간에 이격되면서 타면이 상기 캘리퍼 하우징의 내측면에 배치되어 상기 슬립링을 통하여 상기 전원 공급기와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 전극을 포함한다.

또한, 상기 플라즈마 유닛은 캘리퍼 장치의 캘리퍼 하우징 외측면과 디스크가 장착되는 허브 사이 공간에 플라즈마를 생성시키는 것을 특징으로 한다.

이를 위하여 상기 플라즈마 유닛은, 교류 전력을 공급하는 전원 공급기와; 상기 허브와 인접된 디스크의 외주면에 배치되어 상기 전원 공급기와 전기적으로 연결되는 슬립링과; 상기 슬립링의 표면에 형성되는 유전체층과; 일면이 상기 유전체층 상에서 상호 간에 이격되면서 타면이 상기 캘리퍼 하우징의 외측면에 배치되어 상기 슬립링을 통하여 상기 전원 공급기와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 전극을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 마찰재 마모 분진이 발생되는 주변으로 플라즈마를 생성시켜 냉각 공기의 흐름을 제어함으로써, 마모 분진을 특정 방향으로 유도하여 마모 분진을 포집 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 플라즈마 생성을 통해 제동 부품 부근의 외부 냉각 공기 흐름을 바꾸고, 이를 통해 마모 분진을 포집유닛으로 유도하여 마모 분진이 외부로 비산되는 것을 억제할 수 있다.

도 1은 유전체 장벽 방전을 통해 생성되는 플라즈마에 의해 공기의 흐름을 변경시키는 원리를 보여주는 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 디스크브레이크의 마찰재 마모 분진 포집장치가 적용되는 차량의 제동장치를 보여주는 도면이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크브레이크의 마찰재 마모 분진 포집장치의 요부 구성을 보여주는 도면이고,
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스크브레이크의 마찰재 마모 분진 포집장치의 요부 구성을 보여주는 도면이며,
도 6a 및 도 6b는 비교예와 본 발명에 따른 실시예의 작동상태를 보여주는 도면이다

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

먼저, 유전체 장벽 방전을 통해 생성되는 플라즈마에 의해 공기의 흐름을 변경시키는 원리에 대하여 설명한다.

도 1은 유전체 장벽 방전을 통해 생성되는 플라즈마에 의해 공기의 흐름을 변경시키는 원리를 보여주는 도면이다.

도 1에 도시된 유전체 장벽 방전(Dielectric Barrier Discharge, DBD) 장치는 상압 플라즈마를 생성시키는 방식 중 한가지 방식으로서, 서로 이격되어 배치된 한 쌍의 금속 전극(1, 2)과; 한 쌍의 금속 전극(1, 2) 중 적어도 어느 하나에 형성되는 유전체층(3)과; 한 쌍의 금속 전극(1, 2)에 교류(AC) 전력을 공급하는 전원 공급기(4)를 포함하여 이루어진다.

그래서, 전원 공급기(4)에서 고압의 교류(AC) 전력이 한 쌍의 금속 전극(1, 2)으로 인가되면 한 쌍의 금속 전극(1, 2) 사이에 플라즈마가 생성되고, 이렇게 생성된 플라즈마에 의해 그 주변의 공기 흐름이 변경된다.

이러한 유전체 장벽 방전(DBD) 장치는 외부 난류를 저감하여 공력 손실을 줄이기 위한 장치로 이용되고 있으며, 최근에는 항공 분야 및 자동차 분야에서도 airflow control actuator로 적용되고 있다.

한편, 도 2는 본 발명에 따른 디스크브레이크의 마찰재 마모 분진 포집장치가 적용되는 차량의 제동장치를 보여주는 도면으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 차량의 제동장치는 디스크(10)가 설치된 허브(20)에 휠(30)이 장착되고, 디스크(10)에는 캘리퍼 장치(40)가 마련된다. 그래서 캘리퍼 장치(40)의 작동에 의해 마찰재인 브레이크 패드(50)를 디스크(10)의 양 측면에 밀착시켜 이때 발생하는 마찰력에 의해 디스크(10)의 회전을 멈추게 하는 것이다. 이때 캘리퍼 장치(40)는 브레이크 패드(50)를 디스크(10)에 밀착시키는 방향으로 작동시키는 피스톤(41)과, 피스톤(41)을 내장하고 있는 캘리퍼 하우징(42)으로 이루어진다.

본 발명에 따른 디스크브레이크의 마찰재 마모 분진 포집장치는 전술된 차량의 제동장치에 구비되어 플라즈마를 생성하여 디스크와 브레이크 패드의 마찰시에 발생되는 마모 분진의 유동 경로를 변경시켜서 포집하는 장치이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크브레이크의 마찰재 마모 분진 포집장치의 요부 구성을 보여주는 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 디스크브레이크의 마찰재 마모 분진 포집장치는 마모 분진이 발생되는 영역에 인접하게 설치되어 상압 플라즈마를 생성시켜서 마모 분진의 유동 경로를 변경시키는 플라즈마 유닛(100)과; 상기 플라즈마 유닛(100)에서 생성되는 플라즈마에 의해 유동 경로가 변경된 마모 분진을 포집하는 포집유닛(미도시)을 포함한다.

플라즈마 유닛(100)은 고압의 교류(AC) 전력의 제공에 의해 상압 플라즈마를 원하는 위치에 생성시켜서 마모 분진의 유동 경로를 변경시키는 유닛으로서, 플라즈마(P)를 원하는 위치에 생성시키기 위하여 플라즈마 유닛(100)의 배치 위치는 다양하게 변경될 수 있다.

예를 들어 본 실시예에서 플라즈마 유닛(100)은 휠(30)의 외표면에 플라즈마(P)를 생성시킨다. 그래서, 제동장치의 작동시 발생되는 마모 분진이 차량의 외부로 확산되는 것을 방지한다.

이를 위하여 플라즈마 유닛(100)은 교류 전력을 공급하는 전원 공급기(미도시)와; 상기 휠(30)의 외표면에 배치되어 상기 전원 공급기와 전기적으로 연결되는 접지부(110)와; 상기 접지부(110)의 표면에 형성되는 유전체층(120)과; 상기 유전체층(120)을 사이에 두고 상기 접지부(110)에 대향되도록 접지부(110)와 접촉된 면의 반대면에 배치되어 상기 전원 공급기와 전기적으로 연결되는 고전압 생성부(130)를 포함한다.

이때 전원 공급기는 접지부(110)와 고전압 생성부(130)에 교류 전력을 제공하는 수단으로서, 그 설치 위치는 차량의 어디에 설치되어도 무방하다.

접지부(110)와 고전압 생성부(130)는 전술된 유전체 장벽 방전(DBD) 장치에서 설명된 한 쌍의 금속 전극에 해당되는 구성으로서, 접지부(110)는 휠(30)의 외표면에 배치되고, 고전압 생성부(130)는 유전체층(120)을 사이에 두고 접지부(110)와 대향되도록 배치된다.

그리고, 접지부(110)와 고전압 생성부(130) 사이에는 유전체층(120)이 형성된다.

그래서, 전원 공급기에서 교류 전력이 접지부(110)와 고전압 생성부(130)로 제공되면 접지부(110)와 고전압 생성부(130) 사이, 정확하게는 유전체층(120)과 고전압 생성부(130) 사이에 플라즈마(P)가 생성된다.

한편, 플라즈마 유닛은 전술된 바와 같이 플라즈마를 원하는 위치에 생성시키기 위하여 그 배치 위치를 다양하게 변경할 수 있다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스크브레이크의 마찰재 마모 분진 포집장치의 요부 구성을 보여주는 도면이다.

먼저, 도 4는 플라즈마(P)를 캘리퍼 장치(40)의 캘리퍼 하우징(42) 내측면과 디스크(10) 외측면 사이 공간에 생성시킨다.

이를 위하여 플라즈마 유닛(200)은 교류 전력을 공급하는 전원 공급기(미도시)와; 상기 디스크(10)의 가장자리 영역에 배치되어 상기 전원 공급기와 전기적으로 연결되는 슬립링(210)과; 상기 슬립링(210)의 표면에 형성되는 유전체층(220)과; 일면이 상기 유전체층(220) 상에서 상호 간에 이격되면서 타면이 상기 캘리퍼 하우징(42)의 내측면에 배치되어 상기 슬립링(210)을 통하여 상기 전원 공급기와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 전극(230)을 포함한다.

본 실시예에서는 회전되는 디스크(10)의 가장자리 영역을 통하여 한 쌍의 전극(230)에 교류 전력을 공급하기 위하여 디스크(10)의 가장자리 영역에 슬립링(210)이 배치된다.

그래서 슬립링(210)을 통하여 한 쌍의 전극(230)으로 교류 전력이 제공되면 캘리퍼 하우징(42) 내측면과 디스크(10) 외측면 사이 공간에 배치된 한 쌍의 전극(230) 사이에 플라즈마(P)가 생성된다.

다음으로, 도 5는 플라즈마(P)를 캘리퍼 장치(40)의 캘리퍼 하우징(42) 외측면과 디스크(10)가 장착되는 허브(20) 사이 공간에 생성시킨다.

이를 위하여 플라즈마 유닛(300)은 교류 전력을 공급하는 전원 공급기(미도시)와; 상기 허브(20)와 인접된 디스크(10)의 외주면에 배치되어 상기 전원 공급기와 전기적으로 연결되는 슬립링(310)과; 상기 슬립링(310)의 표면에 형성되는 유전체층(320)과; 일면이 상기 유전체층(320) 상에서 상호 간에 이격되면서 타면이 상기 캘리퍼 하우징(42)의 외측면에 배치되어 상기 슬립링(310)을 통하여 상기 전원 공급기와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 전극(330)을 포함한다.

본 실시예에서도 회전되는 허브(20)와 인접된 디스크(10)의 외주면을 통하여 한 쌍의 전극(330)에 교류 전력을 공급하기 위하여 허브(20)와 인접된 디스크(10)의 외주면에 슬립링(310)이 배치된다.

그래서 슬립링(310)을 통하여 한 쌍의 전극(330)으로 교류 전력이 제공되면 캘리퍼 하우징(42) 외측면과 디스크(10)가 장착되는 허브(20) 사이 공간에 배치된 한 쌍의 전극(330) 사이에 플라즈마(P)가 생성된다.

한편, 본 발명에서 포집유닛(미도시)은 플라즈마 유닛(100, 200, 300)에서 생성되는 플라즈마(P)에 의해 유동 경로가 변경된 마모 분진을 포집하는 수단으로서, 포집유닛은 그 위치가 플라즈마 유닛의 배치에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

예를 들어 캘리퍼 장치를 감싸는 형태, 휠의 외측면을 감싸는 형태, 휠의 내부에서 공기가 유동되는 방향을 후방을 감싸는 형태로 적용할 수 있다.

또한, 포집유닛은 마모 분진을 포집하는 방식도 다양한 방식이 적용될 수 있다. 예를 들어 포집유닛은 필터식, 정전기를 이용하는 방식, 자력을 이용하는 방식 등 다양한 분진 포집 방식이 적용될 수 있다.

한편, 도 6a 및 도 6b는 비교예와 본 발명에 따른 실시예의 작동상태를 보여주는 도면이다.

도 6a는 본 발명에 따른 마모 분진 포집장치가 적용되지 않은 비교예로서, 도 6a에 도시된 바와 같이 차량의 운행 중 공기의 흐름은 휠(30)의 외부로 확산된다. 이에 따라 제동장치가 작동하여 디스크(10)와 브레이크 패드(50)의 마찰에 의해 마모 분진이 발생되면 휠(30)의 외부로 확산되는 공기의 흐름과 함께 휠(30)의 외부로 확산된다.

반면에, 도 6b는 본 발명에 따른 마모 분진 포집장치가 적용된 비교예로서, 도 6b에 도시된 바와 같이 휠(30)의 외주면에 플라즈마(P)가 형성되면 차량의 운행 중 공기의 흐름은 휠(30)의 외부로 확산되지 않고 휠(30)의 표면 방향으로 유도되어 차량의 휠 베이스로 유도된다. 이에 따라 제동장치가 작동하여 디스크(10)와 브레이크 패드(50)의 마찰에 의해 마모 분진이 발생되면 휠 베이스로 흐름이 변경된 공기의 흐름과 함께 휠의 베이스로 유동되어 포집유닛에 포집된다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

10: 디스크 20: 허브
30: 휠 40: 캘리퍼 장치
41: 피스톤 42: 캘리퍼 하우징
50: 브레이크 패드 100: 플라즈마 유닛
110: 접지부 120: 유전체층
130: 고전압 생성부 200, 300: 플라즈마 유닛
210, 310: 슬립링 220, 320: 유전체층
230, 330: 전극 P: 플라즈마

Claims (7)

1. 휠에 부착된 디스크에 캘리퍼 장치의 작동에 의해 마찰재가 밀착되면서 발생되는 마찰재의 마모 분진을 포집하는 장치로서,
   상기 마모 분진이 발생되는 영역에 인접하게 설치되어 상압 플라즈마를 생성시켜서 마모 분진의 유동 경로를 변경시키는 플라즈마 유닛과;
   상기 플라즈마 유닛에서 생성되는 플라즈마에 의해 유동 경로가 변경된 마모 분진을 포집하는 포집유닛을 포함하는 디스크브레이크의 마찰재 마모 분진 포집장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 플라즈마 유닛은 휠의 외표면에 플라즈마를 생성시키는 것을 특징으로 하는 디스크브레이크의 마찰재 마모 분진 포집장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 플라즈마 유닛은,
   교류 전력을 공급하는 전원 공급기와;
   상기 휠의 외표면에 배치되어 상기 전원 공급기와 전기적으로 연결되는 접지부와;
   상기 접지부의 표면에 형성되는 유전체층과;
   상기 유전체층을 사이에 두고 상기 접지부에 대향되도록 접지부와 접촉된 면의 반대면에 배치되어 상기 전원 공급기와 전기적으로 연결되는 고전압 생성부를 포함하는 디스크브레이크의 마찰재 마모 분진 포집장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 플라즈마 유닛은 캘리퍼 장치의 캘리퍼 하우징 내측면과 디스크 외측면 사이 공간에 플라즈마를 생성시키는 것을 특징으로 하는 디스크브레이크의 마찰재 마모 분진 포집장치.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 플라즈마 유닛은,
   교류 전력을 공급하는 전원 공급기와;
   상기 디스크의 가장자리 영역에 배치되어 상기 전원 공급기와 전기적으로 연결되는 슬립링과;
   상기 슬립링의 표면에 형성되는 유전체층과;
   일면이 상기 유전체층 상에서 상호 간에 이격되면서 타면이 상기 캘리퍼 하우징의 내측면에 배치되어 상기 슬립링을 통하여 상기 전원 공급기와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 전극을 포함하는 디스크브레이크의 마찰재 마모 분진 포집장치.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 플라즈마 유닛은 캘리퍼 장치의 캘리퍼 하우징 외측면과 디스크가 장착되는 허브 사이 공간에 플라즈마를 생성시키는 것을 특징으로 하는 디스크브레이크의 마찰재 마모 분진 포집장치.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 플라즈마 유닛은,
   교류 전력을 공급하는 전원 공급기와;
   상기 허브와 인접된 디스크의 외주면에 배치되어 상기 전원 공급기와 전기적으로 연결되는 슬립링과;
   상기 슬립링의 표면에 형성되는 유전체층과;
   일면이 상기 유전체층 상에서 상호 간에 이격되면서 타면이 상기 캘리퍼 하우징의 외측면에 배치되어 상기 슬립링을 통하여 상기 전원 공급기와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 전극을 포함하는 디스크브레이크의 마찰재 마모 분진 포집장치.
   

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