KR20220053371A - 디스크 브레이크 장치 - Google Patents

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KR20220053371A
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조영빈
조민형
안성환
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현대모비스 주식회사
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Abstract

본 발명은 디스크 브레이크 장치에 관한 것으로, 디스크의 외주에 설치되는 캘리퍼 바디부와, 캘리퍼 바디부의 내부에 구비되고 유압에 의해 이동되게 구비되는 피스톤부재와, 피스톤부재에 의해 디스크 측으로 가압되는 브레이크패드와, 피스톤부재와 브레이크패드의 사이에 구비되고 판 형으로 형성되며, 피스톤부재의 브레이크패드를 향하는 면에 구비된 피스톤접촉부에 접하는 심 플레이트부를 포함하고, 심 플레이트부는 피스톤접촉부에 접촉되는 커버 심과, 커버 심의 브레이크패드를 향하는 면에 적층되고, 피스톤접촉부의 적어도 일부와 중첩되는 영역에 관통되어 형성된 개방부를 포함하는 패드 심을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

디스크 브레이크 장치{DISK BREAK APPARATUS}
본 발명은 디스크 브레이크 장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 제동 시 브레이크패드의 면압을 균일하게 하면서 소요액량을 저감시키는 디스크 브레이크 장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 디스크 브레이크 장치는 휠과 일체로 회전하는 원반형의 브레이크 디스크 양면에 브레이크 패드를 가압, 마찰시켜 제동력을 발생하는 브레이크 장치이다.
차량의 디스크 브레이크 장치는 차륜과 함께 회전하는 브레이크 디스크의 외주 측에 설치된 캘리퍼 본체와, 캘리퍼 본체의 내부에 삽입되고 브레이크 디스크의 양측에 설치되는 브레이크 패드와, 브레이크 패드를 브레이크 디스크 측으로 가압하는 피스톤으로 구성된다. 차량의 운전자가 브레이크 조작 시에 제동유압에 의해 피스톤이 이동하고, 진퇴운동하는 피스톤에 의해 브레이크 패드가 디스크에 밀착되면서 이때 발생된 마찰력에 의해 디스크의 회전이 멈춰짐에 따라 주행 중인 차량을 제동시킬 수 있다.
그런데 브레이크 조작 시에 브레이크 패드로부터 디스크에 가해지는 하중(면압)은, 디스크의 회전 방향 입구측(Leading)이 회전 방향 출구측(Trailing)보다 크게 작용한다. 이러한 브레이크 패드와 디스크 사이의 불균일한 면압에 의해 소음이 발생한다.
종래 디스크 브레이크 장치는 이러한 문제를 해결하기 위해 브레이크 패드와 피스톤의 사이에 구비되는 심 플레이트에 오픈 영역을 형성하여 면압이 균일해지도록 조정하고 있다.
그러나 종래에는 피스톤과 접촉되는 심 플레이트에 형성된 오픈 영역에 의해, 유압 발생 시에 피스톤의 거동이 불리해져서 제동을 위한 소요액량이 증가하는 문제가 발생한다. 이는 차량의 브레이크 페달 스크로크와 직결되며 소요액량이 증가되면 페달 스크로크의 증가로 제동 시 운전자가 페달이 밀리는 느낌을 가지게 되고 이에 의해 실차 스트로크 성능이 저하된다.
따라서 디스크 브레이크 장치에서 브레이크 패드와 디스크 사이의 면압을 균일하게 하면서 피스톤의 소요액량의 증가를 최소화시킬 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2008-0010852호(2008. 01. 31. 공개, 발명의 명칭: 자동차의 디스크브레이크)에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 피스톤부재와 접촉되는 커버 심이 아닌, 패드 심에 개방부가 형성됨으로써 브레이크패드와 디스크 사이의 면압을 균일하게 하면서 동시에 피스톤부재의 소요액량의 증가를 최소화시키는 디스크 브레이크 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 제동 시에 소음 발생을 최소화시키면서 동시에 차량의 성능을 향상시키는 디스크 브레이크 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 디스크 브레이크 장치는 디스크의 외주에 설치되는 캘리퍼 바디부와, 상기 캘리퍼 바디부의 내부에 구비되고 유압에 의해 이동되게 구비되는 피스톤부재와, 상기 피스톤부재에 의해 상기 디스크 측으로 가압되는 브레이크패드와, 상기 피스톤부재와 상기 브레이크패드의 사이에 구비되고 판 형으로 형성되며, 상기 피스톤부재의 상기 브레이크패드를 향하는 면에 구비된 피스톤접촉부에 접하는 심 플레이트부를 포함하고, 상기 심 플레이트부는 상기 피스톤접촉부에 접촉되는 커버 심과, 상기 커버 심의 상기 브레이크패드를 향하는 면에 적층되고, 상기 피스톤접촉부의 적어도 일부와 중첩되는 영역에 관통되어 형성된 개방부를 포함하는 패드 심을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 디스크의 회전 방향을 기준으로 상기 브레이크패드의 회전 입구측을 리딩측이라 하고 상기 브레이크패드의 회전 출구측을 트레일링측이라 할 때, 상기 개방부는 상기 패드 심의 중심을 기준으로 상기 리딩측에 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 피스톤접촉부는 환 형으로 형성되고, 상기 개방부는 상기 피스톤접촉부의 중심을 중심으로 호 형상으로 형성되고, 상기 개방부의 외경은 상기 피스톤접촉부의 외경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 개방부의 내경은, 상기 피스톤접촉부의 내경보다 크고 상기 피스톤접촉부의 외경보다 작게 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 패드 심에 상기 개방부가 형성되지 않은 경우에 상기 피스톤부재에 의한 상기 브레이크패드와 상기 디스크 사이의 면압의 중심을 제1 면압 중심이라 하고, 상기 개방부에 의해 이동된 상기 브레이크패드와 상기 디스크 사이의 면압의 중심을 제2 면압 중심이라 할 때, 상기 제1 면압 중심과 상기 제2 면압 중심 사이의 거리인 중심 이동 거리는, 상기 브레이크패드와 상기 디스크 사이의 마찰계수를 고려하여 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 개방부의 내경은 상기 중심 이동 거리에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 심 플레이트부는, 피스톤부재와 접촉되는 커버 심이 아닌, 패드 심에 개방부가 형성됨으로써 브레이크패드와 디스크 사이의 면압을 균일하게 하면서 동시에 피스톤부재의 소요액량의 증가를 최소화시킬 수 있다.
이에 의해 본 발명의 일 실시예에 따르면 제동 시에 소음 발생을 최소화시키면서 동시에 차량의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면 브레이크패드와 디스크 사이의 마찰계수의 변화를 고려하여 중심 이동 거리를 결정할 수 있고, 중심 이동 거리를 통해 개방부의 내경을 결정함으로써, 면압 분포를 균일하게 하도록 개방부의 내경을 결정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 디스크 브레이크 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 디스크 브레이크 장치를 도시한 사시도로, 도 1에서 캘리퍼 바디부를 제거한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크패드와 심 플레이트부가 결합된 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크 브레이크 장치의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크패드와 심 플레이트부가 결합된 상태를 패드 심에서 바라본 정면도이다.
도 6은 패드 심에 개방부가 형성되지 않은 경우의 브레이크패드와 심 플레이트부 사이에 작용하는 압력 구배를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 패드 심에 개방부가 형성된 경우의 브레이크패드와 심 플레이트부 사이에 작용하는 압력 구배를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
먼저, 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명인 디스크 브레이크 장치의 기술적인 특징을 이해시키기에 적합한 실시예들이다. 다만, 본 발명이 이하에서 설명되는 실시예에 한정하여 적용되거나 설명되는 실시예들에 의하여 본 발명의 기술적 특징이 제한되는 것이 아니며, 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 디스크 브레이크 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 디스크 브레이크 장치를 도시한 사시도로, 도 1에서 캘리퍼 바디부를 제거한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크패드와 심 플레이트부가 결합된 상태를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크 브레이크 장치의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크패드와 심 플레이트부가 결합된 상태를 패드 심에서 바라본 정면도이고, 도 6은 패드 심에 개방부가 형성되지 않은 경우의 브레이크패드와 심 플레이트부 사이에 작용하는 압력 구배를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 패드 심에 개방부가 형성된 경우의 브레이크패드와 심 플레이트부 사이에 작용하는 압력 구배를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 디스크 브레이크 장치(100)는 캘리퍼 바디부(110)와, 피스톤부재(120)와, 브레이크패드(130) 및 심 플레이트부(140)를 포함한다.
캘리퍼 바디부(110)는 회전하는 디스크(미도시)의 외주에 걸치도록 설치된다.
구체적으로 디스크는 차륜의 회전 시에 함께 회전할 수 있고 원판 형상으로 형성되며, 캘리퍼 바디부(110)는 디스크의 외주의 일부에 걸치도록 설치될 수 있다.
피스톤부재(120)는 캘리퍼 바디부(110)의 내부에 구비되고 유압에 의해 이동되게 구비된다.
구체적으로 피스톤부재(120)는 원통형으로 형성되고, 캘리퍼 바디부(110)의 내부에 디스크의 축 방향으로 이동되게 구비될 수 있다. 즉 피스톤부재(120)는 유압에 의해 디스크의 축 방향으로 전, 후진하도록 마련될 수 있다. 예를 들어 차량의 운전자의 브레이크 조작 시에, 피스톤부재(120)는 외부로부터의 액압 공급에 의해 디스크를 향하는 방향으로 이동할 수 있다.
브레이크패드(130)는 피스톤부재(120)에 의해 디스크 측으로 가압된다.
예를 들어 상기한 바와 같이 차량의 운전자의 브레이크 조작에 의해 피스톤부재(120)가 이동하면, 이동되는 피스톤부재(120)가 브레이크패드(130)를 디스크를 향하여 가압하게 된다. 이때 브레이크패드(130)와 디스크 사이에 작용하는 마찰력에 의해 디스크에 제동력을 부여함으로써 제동과정이 수행된다.
심 플레이트부(140)는 피스톤부재(120)와 브레이크패드(130)의 사이에 구비되고 판 형으로 형성되며, 피스톤부재(120)의 브레이크패드(130)를 향하는 면에 구비된 피스톤접촉부(121)에 접하도록 마련된다.
구체적으로 심 플레이트부(140)는 브레이크패드(130)의 피스톤부재(120)을 향하는 면에 결합되어 제동 시에 발생되는 소음을 저감시키는 역할을 수행할 수 있다.
심 플레이트부(140)는 커버 심(141)과, 패드 심(145)을 포함한다. 심 플레이트부(140)는 판 형의 커버 심(141)과 패드 심(145)이 적층된 상태로 결합되어 이루어질 수 있다.
커버 심(141)은 피스톤접촉부(121)에 접촉되게 마련된다. 피스톤부재(120)는 원통 형으로 형성될 수 있고, 커버 심(141)과 접촉되는 피스톤접촉부(121)는 환 형으로 형성될 수 있다. 따라서 피스톤접촉부(121)와 접촉되는 커버 심(141)의 접촉 영역은 이에 대응되게 환 형이 될 수 있다.
여기서 커버 심(141)은 피스톤접촉부(121)보다 크게 형성될 수 있다. 즉 커버 심(141)의 외측 둘레는 피스톤접촉부(121)의 외경보다 크게 형성될 수 있다. 이에 의해 피스톤부재(120)에 의해 압력이 작용할 때 피스톤부재(120)가 이탈되지 않을 수 있다.
패드 심(145)은 커버 심(141)의 브레이크패드(130)를 향하는 면에 적층되고, 피스톤접촉부(121)의 적어도 일부와 중첩되는 영역에 관통되어 형성된 개방부(146)를 포함한다. 즉 개방부(146)는 커버 심(141)의 접촉 영역에 적어도 일부가 중첩되게 마련될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 심 플레이트부(140)는, 피스톤부재(120)와 접촉되는 커버 심(141)이 아닌, 패드 심(145)에 개방부(146)가 형성됨으로써 브레이크패드(130)와 디스크 사이의 면압을 균일하게 하면서 피스톤부재(120)의 소요액량의 증가를 최소화시킬 수 있다.
구체적으로 종래에는 피스톤부재(120)과 접촉하는 커버 심(141)에 개방된 영역을 형성함으로써, 브레이크패드(130)와 피스톤부재(120) 사이의 면압을 균일하고 이에 의해 스퀼 소음의 불안정성을 최소화하였다. 그런데 이와 같이 커버 심(141)에 개방된 영역을 형성하는 경우 면압을 균일하게 할 수 있으나, 개방된 영역에 의해 피스톤부재(120)의 비틀림 거동이 불리해져서 제동을 위한 소요액량이 증가하는 문제가 있었다. 피스톤부재(120)의 소요액량이 증가되면, 페달스트로크의 증가로 제동 시에 운전자가 페달이 밀리는 느낌을 가지게 되어 실차 스트로크 성능 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 피스톤부재(120)와 직접 접촉하는 커버 심(141)이 아닌, 패드 심(145)에 개방부(146)를 형성함으로써, 소요액량을 저감시켜서 실차 성능을 향상시킴과 동시에, 브레이크패드(130)와 디스크 사이의 면압을 균일하게 하여 소음 발생을 최소화 시킬 수 있다.
디스크의 회전 방향(B)을 기준으로 브레이크패드(130)의 회전 입구측을 리딩(leading)측(130a)이라 하고 브레이크패드(130)의 회전 출구측을 트레일링(trailing)측(130b)이라 할 때, 개방부(146)는 패드 심(145)의 중심을 기준으로 브레이크패드(130)의 리딩측(130a)을 향하는 방향에 위치할 수 있다. 이에 의해 브레이크패드(130)와 디스크 사이의 면압의 중심이 이동됨으로써 면압을 균일하게 할 수 있다.
구체적으로 심 플레이트부(140)에 개방부(146)가 없는 경우 디스크의 회전 방향(B)에 따른 토크 발생으로 리딩측(130a)에서의 압력이 트레일링측(130b)에서의 압력보다 커질 수 있다. 이 경우 리딩측(130a)의 편마모를 증대시키고, 리딩측(130a)과 트레일링측(130b)의 마모량의 차이로 인해 브레이크패드(130)의 가진력이 증대될 수 있다.
따라서, 압력의 중심을 트레일링측(130b)으로 이동시키기 위해, 개방부(146)는 리딩측(130a)에 위치할 수 있다. 즉 개방부(146)가 형성된 부분에서 하중이 저감될 수 있으므로, 상대적으로 면압이 크게 발생하는 리딩측(130a)에 인접하게 개방부(146)를 형성할 수 있다.
한편 피스톤접촉부(121)는 환 형으로 형성될 수 있다. 그리고 개방부(146)는 피스톤접촉부(121)의 중심을 중심으로 호 형상으로 형성되고, 개방부(146)의 외경은 피스톤접촉부(121)의 외경보다 크게 형성될 수 있다.
구체적으로 개방부(146)는 호 형상의 장공 형태로 마련될 수 있고, 개방부(146)의 내측 부분(146a)과 외측 부분(146b)은 피스톤접촉부(121)의 중심을 중심으로 호 형상으로 형성될 수 있다. 피스톤접촉부(121)의 중심에서 개방부(146)의 내측 부분(146a)까지의 거리를 개방부(146)의 내경이라 하고, 피스톤접촉부(121)의 중심에서 개방부(146)의 외측 부분(146b)까지의 거리를 개방부(146)의 외경이라 할 때, 개방부(146)의 외경은 피스톤접촉부(121)의 외경보다 크게 형성될 수 있다. 즉 개방부(146)의 외측 부분(146b)이 피스톤접촉부(121)의 바깥쪽에 위치할 수 있다.
예를 들어 피스톤접촉부(121)의 외경이 개방부(146)의 외경보다 크게 형성되면, 개방부(146)의 외측 영역이 피스톤접촉부(121)에 의해 가압됨으로써, 불균일한 압력이 발생할 수 있다. 이 경우 면압의 중심 이동을 통한 균일한 면압 패턴을 확보하기 어려울 수 있고, 이에 의해 소음을 유발하는 가진력이 증대될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예는 개방부(146)의 외경을 피스톤접촉부(121)의 외경보다 크게 형성함으로써, 개방부(146)의 외측 부분(146b)이 피스톤접촉부(121)보다 바깥쪽에 위치하도록 할 수 있다. 이에 의해 면압의 중심 이동에 의한 균일한 면압 패턴을 확보할 수 있다.
한편 개방부(146)의 내경은, 피스톤접촉부(121)의 내경보다 크고 피스톤접촉부(121)의 외경보다 작게 형성될 수 있다. 이에 의해 개방부(146)의 내측 부분(146a)은 피스톤접촉부(121)의 내측면과 외측면 사이에 위치할 수 있다.
구체적으로 개방부(146)의 내측 부분(146a)이 피스톤부재(120)의 내측면의 내부에 위치하게 되면, 피스톤접촉부(121)가 개방부(146)의 내측 부분(146a)과 외측 부분(146b)의 사이에 위치하게 된다. 이 경우 피스톤부재(120)의 비틀림 거동을 발생시킬 수 있고, 이에 의해 피스톤부재(120)의 제동을 위한 소요액량이 증가될 수 있다.
이에 본 발명의 일 실시예는 개방부(146)의 내경이 피스톤부재(120)의 내측면과 외측면 사이에 위치하게 함으로써 피스톤부재(120)의 비틀림 거동을 유리하게 할 수 있다.
한편 이하에서는 설명의 편의상 패드 심(145)에 개방부(146)가 형성되지 않은 경우에 피스톤부재(120)에 의한 브레이크패드(130)와 디스크 사이의 면압의 중심을 제1 면압 중심(A)이라 하고(도 6 참조), 개방부(146)에 의해 이동된 브레이크패드(130)와 디스크 사이의 면압의 중심을 제2 면압 중심(A’)이라 한다(도 7참조). 그리고 제1 면압 중심(A)과 제2 면압 중심(A’) 사이의 거리를 중심 이동 거리(c)라 한다.
이때 중심 이동 거리(c) 즉, 면압의 중심 이동량은 브레이크패드(130)와 디스크 사이의 마찰계수를 고려하여 결정될 수 있다.
구체적으로 브레이크패드(130)와 디스크 사이의 마찰계수는 제동 조건에 따라 상이할 수 있고, 마찰계수가 커질수록 중심 이동 거리(c)가 커질 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 중심 이동 거리(c)는 브레이크패드(130)와 디스크 사이의 마찰계수의 변화를 고려하여 그 범위가 설정될 필요가 있다.
그리고 개방부(146)의 내경은 중심 이동 거리(c)에 따라 결정될 수 있다.
구체적으로 개방부(146)의 내경에 따라 개방부(146)의 형상과 크기가 결정될 수 있고, 개방부(146)의 내경은 중심 이동 거리(c)에 기초하여 산출할 수 있다. 더욱 구체적으로 브레이크패드(130)와 디스크 사이의 면압을 균일하게 하기 위해 압력의 중심을 이동시킬 수 있고, 이때 필요한 압력의 중심의 이동량에 따라 개방부(146)의 내경의 위치가 달라질 수 있다. 즉 개방부(146)와 피스톤접촉부(121)의 상대적인 위치가 결정될 수 있다.
이하에서는 도 5 내지 도 7을 참조하여, 제동 조건 및 브레이크패드(130)와 디스크의 마찰계수 등을 고려하여 최적의 중심 이동 거리(c)를 산출하는 과정과, 이러한 중심 이동 거리(c)를 통해 개방부(146)의 내경을 산출하는 과정을 구체적으로 설명한다. 다만, 중심 이동 거리(c) 산출 방식과 개방부(146)의 내경을 산출하는 방식은 하기의 실시예에 한정하는 것은 아니고, 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 방식이 적용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크패드(130)와 심 플레이트부(140)가 결합된 상태를 패드 심(145)에서 바라본 정면도이고, 도 6은 비교예로서 패드 심(145)에 개방부(146)가 형성되지 않은 경우의 브레이크패드(130)와 심 플레이트부(140) 사이에 작용하는 압력 구배를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 패드 심(145)에 개방부(146)가 형성된 경우의 브레이크패드(130)와 심 플레이트부(140) 사이에 작용하는 압력 구배를 설명하기 위한 도면이다.
도 5에서 Dpiston(out)은 피스톤접촉부(121)의 외경이고, Dpiston(In)는 피스톤접촉부(121)의 내경이고, Dshim open(out)는 개방부(146)의 외경이고, Dshim open(In)는 개방부(146)의 내경이다.
상기한 바와 같이 개방부(146)의 외경은 피스톤접촉부(121)의 외경보다 크고(Dshim open(out)>Dpiston(out)), 개방부(146)의 내경은 피스톤접촉부(121)의 내경보다 크고 외경보다 작게 형성되어(Dpiston(In)<Dshim open(In)<Dpistion(out)) 개방부(146)의 내측 부분(146a)이 피스톤접촉부(121)와 중첩된 영역 상에 위치할 수 있다.
비교예로서 도 6을 참조하면 패드 심(145)에 개방부(146)가 형성되지 않은 경우, 피스톤 부재(120)에 유압 작용 시에 브레이크패드(130)에 불균일한 압력 구배가 발생할 수 있다.
도 6에서 회전모멘트에 관한 식은 아래의 수학식 1과 같다. 아래의 수학식에서 μf는 브레이크패드(130)와 패드지지부(support) 사이의 마찰계수이고, μp는 브레이크패드(130)와 디스크(rotor) 사이의 마찰계수이고, ｌp는 브레이크패드(130)의 습동부 길이이고, ｔｐ는 브레이크패드(130)의 두께이다. 변수들은 제동 조건에 따라 달라질 수 있다. Ff는 디스크와 브레이크패드(130) 사이에 작용하는 마찰력이고, Fd는 패드지지부에 작용하는 마찰력이다. F는 브레이크패드(130)의 중심과 리딩측(130a) (또는 트레일링측(130b))의 마찰력의 차이이다.
Figure pat00001
위의 수학식 1에 의해, F와 Fmax는 아래와 같이 정리된다.
Figure pat00002
도 6과 식을 참조하면, 패드 심(145)에 개방부(146)가 형성되지 않은 경우, 피스톤에 유압 작용 시에 불균일한 압력 구배가 발생하는 것을 확인할 수 있다. 즉 디스크 회전 입구측인 브레이크패드(130)의 리딩측의 압력이 회전 출구측인 트레일링측의 마찰력보다 크게 형성되고, 이는 디스크와 브레이크패드(130) 사이의 불균일한 마모 패턴을 발생시킨다. 이에 의해 가진력이 증대되어 스퀼 소음을 유발할 수 있다.
도 7을 참조하면 패드 심(145)에 개방부(146)를 형성함으로써 피스톤에 유압 작용 시에 브레이크패드(130) 전반에 걸쳐 균일한 압력 구배를 구현할 수 있다. 즉 패드 심(145)에 개방부(146)를 형성함으로써 면압의 중심이 제2 면압 중심(A’)으로 이동할 수 있고, 이에 의해 브레이크패드(130)에 작용하는 면압이 균일하게 될 수 있다. 이 경우 회전모멘트에 관한 식은 아래의 수학식 2와 같이 정리될 수 있다. 여기서 c는 제1 면압 중심(A)과 제2 면압 중심(A’) 사이의 거리인 중심 이동 거리이다. 즉 c는 면압의 중심의 이동량일 수 있다.
Figure pat00003
위의 수학식 2에 의해 면압의 중심 이동 거리(c)는 아래와 같이 정리될 수 있다. 따라서 제동 조건에 따른 변수들에 의해 최적의 중심 이동 거리(c)를 산출할 수 있다. 이때 디스크와 브레이크패드(130) 간의 마찰계수는 제동 조건에 따라 상이할 수 있고, 마찰계수가 커질수록 c값이 커질 수 있다.
Figure pat00004
도 5와 도 7을 참조하면, 중심 이동 거리(c )와 개방부(146)의 형상 및 크기의 관계는 아래의 수학식 3과 같이 정리될 수 있다. 아래의 식에서 각 α는 피스톤접촉부(121)의 중심에서 지면에 평행하게 연장한 기준선을 기준으로 개방부(146)의 상단에 이르는 각도이고, 각 β는 피스톤접촉부(121)의 중심에서 지면에 평행하게 연장한 기준선을 기준으로 개방부(146)의 하단에 이르는 각도이다.
Figure pat00005
상기한 수학식 2에 의해 중심 이동 거리(c )를 산출하고, 수학식 3의 개방부(146)의 내경(Dshim open(In))에 관한 이차 방정식을 통해 개방부(146)의 내경을 산출할 수 있다. 상기한 바와 같이 개방부(146)의 내경은 중심 이동 거리(c)에 따라 결정될 수 있으며, 최적의 중심 이동 거리(c)를 산출하고 이에 의해 최적의 개방부(146)의 내경을 구할 수 있다.
예를 들어 브레이크패드(130)와 디스크 사이의 마찰계수의 최소값(μp(min))이 0.26이고, 브레이크패드(130)와 디스크 사이의 마찰계수의 최대값(μp(max))이 0.38이고, μf가 0.1, ｌp가 135mm, ｔｐ가 11mm 일 때, 상기한 수학식 2에 의해 중심 이동 거리(c)의 최대값(cmax)은 6.5mm이고, 중심 이동 거리(c)의 최소값(cmin)은 4.5mm로 산출될 수 있다.
또한 각 α가 45도이고, 각 β가 45도이고, 피스톤접촉부(121)의 내경(Dpiston(In))이 33.5mm이고, 피스톤접촉부(121)의 외경(Dpiston(out))이 56.8mm 일 때, 위에서 산출된 중심 이동 거리(c)와 수치들을 수학식 3에 입력하면, 개방부(146)의 내경의 최대값(Dshim open(In,max))은 42.64mm 이고, 개방부(146)의 내경의 최소값(Dshim open(In,min))은 34.77mm 로 산출될 수 있다.
위에서 산출된 값들을 기준으로 개방부(146)의 내경을 결정할 때, 개방부(146)의 내경은 개방부(146)의 내경의 최소값(Dshim open(In.min))이 피스톤접촉부(121)의 내경(Dpiston(In))보다 큰 경우(Dshim open(In.min) > Dpiston(in)), 개방부(146)의 내경은 위에서 산출된 개방부(146)의 내경의 최대값(Dshim open(In,max))보다 작고 개방부(146)의 내경의 최소값(Dshim open(In,min))보다 큰 값으로 설정할 수 있다.
반면 개방부(146)의 내경의 최소값(Dshim open(In.min))이 피스톤접촉부(121)의 내경(Dpiston(In))보다 작은 경우(Dshim open(In.min) < Dpiston(in)), 개방부(146)의 내경은 위에서 산출된 개방부(146)의 내경의 최대값(Dshim open(In,max))보다 작고 피스톤접촉부(121)의 내경(Dpiston(In))보다 큰 값으로 설정할 수 있다.
다만 본 발명의 실시예에 따른 디스크 브레이크 장치(100)는 상기한 수치에 한정하는 것은 아니고, 중심 이동 거리(c )와 이에 따른 개방부(146)의 내경은 제동 조건에 따른 변수에 의해 달라질 수 있다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 심 플레이트부는, 피스톤부재와 접촉되는 커버 심이 아닌, 패드 심에 개방부가 형성됨으로써 브레이크패드와 디스크 사이의 면압을 균일하게 하면서 동시에 피스톤부재의 소요액량의 증가를 최소화시킬 수 있다.
이에 의해 본 발명의 일 실시예에 따르면 제동 시에 소음 발생을 최소화시키면서 동시에 차량의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면 브레이크패드와 디스크 사이의 마찰계수의 변화를 고려하여 중심 이동 거리를 결정할 수 있고, 중심 이동 거리를 통해 개방부의 내경을 결정함으로써, 면압 분포를 균일하게 하도록 개방부의 내경을 결정할 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였지만, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다.
100: 디스크 브레이크 장치 110: 캘리퍼 바디부
120: 피스톤부재 121: 피스톤접촉부
130: 브레이크패드 130a: 리딩측
130b: 트레일링측 140: 심 플레이트부
141: 커버 심 145: 패드 심
146: 개방부 146a: 내측 부분
146b: 외측 부분 B: 디스크의 회전 방향
A: 제1 면압 중심 A' : 제2 면압 중심
C: 중심 이동 거리

Claims (6)

  1. 디스크의 외주에 설치되는 캘리퍼 바디부;
    상기 캘리퍼 바디부의 내부에 구비되고 유압에 의해 이동되게 구비되는 피스톤부재;
    상기 피스톤부재에 의해 상기 디스크 측으로 가압되는 브레이크패드; 및
    상기 피스톤부재와 상기 브레이크패드의 사이에 구비되고 판 형으로 형성되며, 상기 피스톤부재의 상기 브레이크패드를 향하는 면에 구비된 피스톤접촉부에 접하는 심 플레이트부를 포함하고,
    상기 심 플레이트부는
    상기 피스톤접촉부에 접촉되는 커버 심; 및
    상기 커버 심의 상기 브레이크패드를 향하는 면에 적층되고, 상기 피스톤접촉부의 적어도 일부와 중첩되는 영역에 관통되어 형성된 개방부를 포함하는 패드 심을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디스크의 회전 방향을 기준으로 상기 브레이크패드의 회전 입구측을 리딩측이라 하고 상기 브레이크패드의 회전 출구측을 트레일링측이라 할 때,
    상기 개방부는 상기 패드 심의 중심을 기준으로 상기 리딩측에 위치하는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 피스톤접촉부는 환 형으로 형성되고,
    상기 개방부는 상기 피스톤접촉부의 중심을 중심으로 호 형상으로 형성되고, 상기 개방부의 외경은 상기 피스톤접촉부의 외경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 개방부의 내경은, 상기 피스톤접촉부의 내경보다 크고 상기 피스톤접촉부의 외경보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 패드 심에 상기 개방부가 형성되지 않은 경우에 상기 피스톤부재에 의한 상기 브레이크패드와 상기 디스크 사이의 면압의 중심을 제1 면압 중심이라 하고, 상기 개방부에 의해 이동된 상기 브레이크패드와 상기 디스크 사이의 면압의 중심을 제2 면압 중심이라 할 때,
    상기 제1 면압 중심과 상기 제2 면압 중심 사이의 거리인 중심 이동 거리는, 상기 브레이크패드와 상기 디스크 사이의 마찰계수를 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 개방부의 내경은 상기 중심 이동 거리에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크 장치.

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