WO2015099341A1 - 브레이크 디스크 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

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WO2015099341A1
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WO
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disk
disc
housing
brake
legs
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PCT/KR2014/012308
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박원규
성시영
한범석
Original Assignee
자동차부품연구원
박원규
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    • F16D2200/0026—Non-ferro
    • F16D2200/003—Light metals, e.g. aluminium

Definitions

  • the present invention relates to a lightweight brake disc and an automobile including the same.
  • a vehicle brake is divided into a disk method and a drum method.
  • the disc method is called disc brake, which compresses the pads by calipers on both sides of the disc that rotates with the wheel, and then generates friction by causing friction.
  • the drum brake presses a brake shoe with a lining (friction material) inside the drum rotating together with the wheel to obtain braking force.
  • the brake of the front wheel is the main brake, and the theory of the auxiliary brake is applied to the rear wheel, so that the same disc method is not adopted.
  • the vehicles that are shipped from OEMs have been significantly differentiated from the disc method of the front wheel and the disc method of the rear wheel in order to reduce most manufacturing costs.
  • Conventional disk method is largely a caliper (C) having a hydraulic cylinder and a pad and the disk squeezed by the caliper (C) to generate a braking force and the disk is rotated from the hub to induce coupling with the wheel (W) Is formed.
  • the brake device of the automobile that is shipped from most OEMs used the disc and the housing formed integrally through the casting in order to lower the manufacturing cost.
  • Such a conventional brake disk is made of cast iron, which is considerably heavy and inferior in heat dissipation, and thus has a problem in that the fuel economy of the vehicle is lowered and the braking force is lowered, and cracks are formed in the bent portion during casting.
  • the present invention has been made to solve various problems including the above problems, and an object of the present invention is to provide a brake disc having a low risk of breakage, excellent heat dissipation performance, and a lightweight vehicle including the same.
  • these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.
  • a first disk a second disk facing the first disk, provided between the first disk and the second disk, connecting the first disk and the second disk
  • a third disc comprising a plurality of legs, a first disc and the second disc, wherein the third disc comprises a lighter material than the first disc and the second disc, and the first disc.
  • a housing having an outer ring coupled to at least one of the second disk and the third disk, an inner ring that may be connected to a wheel of an automobile, and a housing that is bent at least once so that the inner ring and the outer ring are not positioned on the same plane;
  • a brake disc is provided.
  • the housing, the inner ring and the outer ring may be integrally formed by casting.
  • the housing may include aluminum.
  • the third disk may be formed by casting between the first disk and the second disk connected by the plurality of legs.
  • the third disk may include aluminum having a range of 7 wt% to 20 wt%.
  • the third disk may include a cooling hole extending in the direction of the central axis of the housing.
  • the cooling hole may be smaller in size from the outside to the inside of the third disk.
  • the first disk and the second disk may have a fixing groove or a protrusion formed on at least one of the surfaces facing each other.
  • the fixing groove or the protrusion may extend diagonally with respect to the vertical direction of the central axis of the housing.
  • the first disk, the second disk and the plurality of legs may be integrally formed.
  • the plurality of legs may be disposed adjacent to outer and inner edges of the first disk and the second disk.
  • At least one of the first disk, the second disk and the third disk may be coupled to the outer ring of the housing by bolts.
  • an automobile comprising a caliper and the above-described brake disk which is installed adjacent to the caliper.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view schematically showing a brake disc according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial cut plan view schematically illustrating a third disk among brake disks according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a side cross-sectional view schematically showing a brake disc according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view schematically showing a brake disc according to another embodiment of the present invention.
  • first, second, etc. are used herein to describe various members, parts, regions, layers, and / or parts, these members, parts, regions, layers, and / or parts are defined by these terms. It is obvious that not. These terms are only used to distinguish one member, part, region, layer or portion from another region, layer or portion. Thus, the first member, part, region, layer or portion, which will be discussed below, may refer to the second member, component, region, layer or portion without departing from the teachings of the present invention.
  • relative terms such as “top” or “above” and “bottom” or “bottom” may be used herein to describe the relationship of certain elements to other elements as illustrated in the figures. It may be understood that relative terms are intended to include other directions of the device in addition to the direction depicted in the figures. For example, if the device is turned over in the figures, elements depicted as present on the face of the top of the other elements are oriented on the face of the bottom of the other elements. Thus, the example “top” may include both “bottom” and “top” directions depending on the particular direction of the figure. If the device faces in the other direction (rotated 90 degrees relative to the other direction), the relative descriptions used herein can be interpreted accordingly.
  • the brake disc according to an embodiment of the present invention may include a first disc 100, a second disc 200, a plurality of legs 400, a third disc 300, and a housing 500.
  • the first disk 100 is formed in a disk shape and may include cast iron. Of course, the present invention is not limited thereto, and the first disc 100 may include other metals.
  • the second disk 200 may face the first disk 100.
  • the first disk 100 and the second disk 200 may be parallel to each other.
  • the surfaces of the first disk 100 and the second disk 200 that do not face each other are rubbed by calipers, it is necessary to keep parallel to each other to improve braking ability.
  • the second disk 200 may be substantially the same as or similar to the first disk 100.
  • the plurality of legs 400 are provided between the first disk 100 and the second disk 200 to connect the first disk 100 and the second disk 200. As described above, the first disk 100 and the second disk 200 should be kept in parallel, but in the process of manufacturing the brake disc, parallelism may occur. Specifically, when the second disk 200 to be described below is filled between the first disk 100 and the second disk 200, the parallel between the first disk 100 and the second disk 200 may be shifted.
  • the plurality of legs 400 may fix the first disk 100 and the second disk 200 to prevent parallelism from twisting during the manufacturing process. In addition, the plurality of legs 400 may transfer heat generated in the first disk 100 and the second disk 200 to the inside to quickly discharge the cooling holes 310 to be described later.
  • the plurality of legs 400 may be formed in a cylindrical shape.
  • the third disk 300 when the third disk 300 is cast between the first disk 100 and the second disk 200, the third disk 300 is disposed between the first disk 100 and the second disk 200 by a flow resistance.
  • the plurality of legs 400 may have side surfaces formed of curved surfaces to minimize flow resistance.
  • the shape of the plurality of legs 400 is not limited thereto.
  • the plurality of legs 400 may be disposed to be adjacent to only one edge of the outer side and the inner side of the first disc 100 and the second disc 200. In this case, before the third disk 300 is cast, it may be manufactured without parallel by gravity and other forces. In order to prevent this, the plurality of legs 400 may be disposed adjacent to inner and outer edges of the first disk 100 and the second disk 200. In detail, the plurality of legs 400 may be disposed adjacent to the outer and inner edges of the first disk 100 and the second disk 200, as described above. It may be arranged between the edges. For example, the plurality of legs 400 may be arranged side by side at regular intervals in the radial or radial direction of the central axis (C).
  • first disk 100, the second disk 200, and the plurality of legs 400 may be integrally formed.
  • the first disk 100, the second disk 200 and the plurality of legs 400 may be manufactured separately, but may be integrally formed by casting to shorten the manufacturing time and improve productivity.
  • the third disk 300 fills between the first disk 100 and the second disk 200, and may be made of a material different from that of the first disk 100 and the second disk 200.
  • the third disk 300 may include a lighter material than the first disk 100 and the second disk 200. Details of the materials of the first disk 100 to the third disk 300 will be described later.
  • the third disk 300 may be formed in a disc shape having a hollow, and an inner side thereof may be selectively coupled with a housing 500 to be described later.
  • the third disk 300 may be cast between the first disk 100 and the second disk 200 connected by the plurality of legs 400. That is, in the state where the first disk 100 and the second disk 200 are provided in the mold, a light metal may be cast and hardened to form the third disk 300.
  • the third disk 300 is formed between the first disk 100 and the second disk 200 and hardened after casting or by frictional heat during braking of the vehicle. Because of this difference, shrinkage may vary and cracks may occur.
  • the first disk 100 and the second disk 200 may include cast iron
  • the third disk 300 may include aluminum that is lighter than cast iron.
  • the first disk 100 and the second disk 200 hardly shrink as the temperature changes, but the third disk 300 may shrink.
  • cracks due to solidification shrinkage or voids may be formed at the interface between the first disk 100 and the third disk 300 and at the interface between the second disk 200 and the third disk 300.
  • the third disk 300 may include an aluminum alloy.
  • the aluminum alloy of the third disk 300 may have a silicon content in the range of 7 wt% (or more) to 20 wt% (or less) in the total composition.
  • the third disk 300 may be an aluminum alloy containing 12 wt% (or more) to 20 wt% (or less) of silicon.
  • the third disc 300 when the third disc 300 is cast, empty spaces due to shrinkage are not formed, and cracks can be prevented, thereby significantly reducing casting defects.
  • the third disk 300 since the third disk 300 is cast into a flat plate without bending, unlike the prior art, casting defects may be reduced.
  • the third disk 300 since the third disk 300 includes an aluminum alloy, the specific heat is high to facilitate heat dissipation, thereby preventing the brake disc from fading out.
  • the third disk 300 may be formed of an aluminum alloy to reduce the weight of the brake disk as a whole. That is, in the related art, in order to prevent casting defects, the thickness of the third disk 300 is considerably thick. However, according to the exemplary embodiment of the present invention, the thickness of the third disk 300 may be reduced, thereby reducing the weight of the brake disk. At the same time, the possibility of breakage can be greatly reduced to ensure the stability of the brake discs.
  • the third disk 300 includes a cooling hole 310 to improve the cooling efficiency of the brake disk.
  • the cooling hole 310 may not be in contact with the first disk 100 and the second disk 200, and may be positioned at a middle level between the first disk 100 and the second disk 200.
  • the cooling hole 310 may be smaller in size from the outside of the third disk 300 to the inside to more effectively discharge the heat generated during the brake operation.
  • the cooling hole 310 may have a diameter D1 near the outside of the third disk 300 greater than a diameter D2 near the inside. At this time, the cooling hole 310 may be continuously reduced in size from the outer side to the inner side of the third disk 300 as shown.
  • the cooling hole 310 may have a center thereof perpendicular to or approximately perpendicular to the central axis C of the brake disc.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of the brake disc shown in FIG. 1.
  • a combination of the first disk 100 to the third disk 300 will be described in more detail with reference to this drawing.
  • the first disk 100 and the second disk 200 are formed with a fixing groove 620 or a protrusion 610 on at least one of the surfaces facing each other.
  • the third disc 300 is filled in the fixing groove 620, or the protrusion 610 is inserted into the third disc 300. This is possible because the third disk 300 is cast between the first disk 100 and the second disk 200.
  • the protrusion 610 may be formed in a substantially hemispherical shape on the inner surface of the first disk 100, or may have various shapes such as a round shape of the inner surface of the first disk 100. In particular, the protrusion 610 may extend diagonally with respect to the vertical direction of the central axis C in order to maximize the contact area.
  • the protrusion 610 may prevent the first disk 100 and / or the second disk 200 from being separated from the third disk 300 even when the first disk 100 and / or the second disk 200 are subjected to frictional force by increasing the coupling force with the third disk 300.
  • the protrusion 610 may improve the heat dissipation function by maximizing the contact area between the first disc 100 and / or the second disc 200 and the third disc 300 to increase the heat transfer area.
  • the fixing groove 620 may be formed in substantially the same or similar shape as the protrusion 610, a detailed description thereof will be omitted.
  • the housing 500 includes an outer ring 520 coupled to at least one of the first disk 100, the second disk 200, and the third disk 300, and an inner ring 510 that may be connected to a wheel of an automobile. Have At this time, the housing 500 is bent at least once so that the inner ring 510 and the outer ring 520 are not positioned on the same plane.
  • the inner ring 510 of the housing 500 has a disc shape, and a plurality of coupling holes for coupling to the wheel of the vehicle are formed.
  • the outer ring 520 of the housing 500 is disposed along the outer side of the inner ring 510, and a coupling hole is formed to be coupled to the first disk 100 to the third disk 300.
  • the outer ring 520 of the housing 500 may be formed in a sawtooth shape as shown. This can reduce the weight of the brake disc.
  • the shape of the outer ring 520 of the housing 500 is not limited thereto.
  • the inner ring 510 and the outer ring 520 of the housing 500 are connected to each other, and may be connected to a cylindrical connection inclined or approximately parallel to the central axis C of the brake disc.
  • it may include aluminum that is light in weight and excellent in heat dissipation.
  • the aluminum alloy disk may be bent through casting to manufacture the third disk 300 having the inner ring 510 and the outer ring 520.
  • the inner ring 510 and the outer ring 520 may be substantially parallel. That is, the disk may be bent twice by casting to form the housing 500.
  • At least one of the first disk 100, the second disk 200, and the third disk 300 is coupled to the outer ring 520 of the housing 500 by a bolt 700.
  • a nut coupled to the bolt 700 may be additionally provided.
  • the housing 500 may be coupled to the third disk 300. That is, the bolt 700 may be fastened through the housing 500 and the third disk 300.
  • the housing 500 may be combined with all of the first disk 100, the second disk 200, and the third disk 300.
  • the housing 500 may be combined with the second disk 200 and the third disk 300 except for the first disk 100.
  • the housing 500 may be combined with the first disk 100 and the third disk 300 except for the second disk 200.
  • the housing 500 may be combined with the first disk 100 and the second disk 200 except for the third disk 300.
  • the housing 500 and the first disk 100 to the third disk 300 may be combined according to various cases.
  • the combination of the housing 500 and the first disc 100 to the third disc 300 may be selected as a condition suitable for weight reduction.
  • first disk 200 second disk

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)

Abstract

[요약] 본 발명은 파손의 위험이 적으며 방열성능이 뛰어나고 경량화한 브레이크 디스크 및 이를 포함하는 자동차를 위하여, 제1디스크, 상기 제1디스크와 마주하는 제2디스크와, 상기 제1디스크와 상기 제2디스크의 사이에 구비되어, 상기 제1디스크 및 상기 제2디스크를 연결하는 복수의 레그와, 상기 제1디스크 및 상기 제2디스크 사이를 채우며 상기 제1디스크 및 상기 제2디스크보다 경량의 재질을 포함하는 제3디스크와, 상기 제1디스크. 상기 제2디스크 및 상기 제3디스크 중 적어도 어느 하나와 결합되는 외륜과, 자동차의 휠과 연결될 수 있는 내륜을 갖고, 상기 내륜과 상기 외륜이 동일 평면상에 위치하지 않도록 적어도 한번 구부러진 하우징을 포함하는 브레이크 디스크 및 이를 포함하는 자동차를 제공한다.

Description

브레이크 디스크 및 이를 포함하는 자동차
본 발명은 경량화한 브레이크 디스크 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
일반적으로 차량용 브레이크는 크게 디스크방식과 드럼방식으로 나뉘어 적용되고 있다. 디스크방식은 원판 브레이크라고 일컫는데, 휠과 함께 회전하는 디스크 양면에 캘리퍼에 의한 패드를 압착한 뒤, 마찰을 일으켜 제동력을 발생시킨다. 그리고 드럼 브레이크는 휠과 함께 회전하는 드럼 안쪽으로 라이닝(마찰재)을 붙인 브레이크슈를 압착하여 제동력을 얻는다.
근래에는 ABS 또는 VDS/ESP와 같이 제동을 통해 차량의 안정성을 꾀하려는 기술이 무궁무진하게 발전함에 따라 반복적으로 사용하면 팽창으로 인해 제동되지 않는 단점을 지닌 드럼 브레이크를 적용하지 않고 앞바퀴는 물론이고 뒷바퀴에도 디스크방식을 적용하게 되었다. 이로서, 엔진의 발전함에 따라 차량의 전반적인 속도가 증가됨에 디스크방식 또한 제동력을 향상하기 위한 기술이 나날이 발전되고 있는 실정이지만, 차량이 제동시에 발생되는 제동력의 분포를 살펴보면 관성에 의해 앞바퀴에 전달되는 제동력이 뒷바퀴에 비해 상당히 크게 차지하고 있다. 따라서 차량의 앞바퀴와 뒷바퀴에 디스크방식을 적용시킨다 하더라도 앞바퀴의 브레이크가 주브레이크가 되고, 뒷바퀴에는 보조브레이크라는 이론이 적용되어 동일한 디스크방식을 채용하지 않고 있다. 즉, OEM에서 출고되는 차량들은 대다수 제조비용을 최대한 절감시키기 위해 앞바퀴의 디스크방식과 뒷바퀴에 디스크방식을 상당히 차별화시켜 출고 하고 있는 실정이다.
종래의 디스크방식은 크게 유압실린더와 패드를 구비하는 캘리퍼(C)와 상기 캘리퍼(C)에 의해 압착되어 제동력을 발생하는 디스크와 상기 디스크가 허브로부터 회전되면서 휠(W)과 결합을 유도하는 하우징으로 형성된다. 이때, 대다수 OEM에서 출고되는 자동차의 브레이크 장치는 제조원가를 낮추기 위해 상기 디스크와 하우징을 주물을 통한 일체형으로 형성된 것을 이용하였다.
그러나 이러한 종래의 브레이크 디스크는 상당히 무겁고 방열성이 떨어지는 주철로 이루어짐에 따라 차량의 연비가 저하되고 제동력이 떨어지는 문제점이 있었으며, 주조시 굴곡부분에 크랙이 형성되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 파손의 위험이 적으며 방열성능이 뛰어나고 경량화한 브레이크 디스크 및 이를 포함하는 자동차를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 제1디스크, 상기 제1디스크와 마주하는 제2디스크와, 상기 제1디스크와 상기 제2디스크의 사이에 구비되어, 상기 제1디스크 및 상기 제2디스크를 연결하는 복수의 레그와, 상기 제1디스크 및 상기 제2디스크 사이를 채우며 상기 제1디스크 및 상기 제2디스크보다 경량의 재질을 포함하는 제3디스크와, 상기 제1디스크. 상기 제2디스크 및 상기 제3디스크 중 적어도 어느 하나와 결합되는 외륜과, 자동차의 휠과 연결될 수 있는 내륜을 갖고, 상기 내륜과 상기 외륜이 동일 평면상에 위치하지 않도록 적어도 한번 구부러진 하우징을 포함하는 브레이크 디스크가 제공된다.
상기 하우징은, 상기 내륜 및 상기 외륜이 주조에 의해 일체로 형성될 수 있다.
상기 하우징은, 알루미늄을 포함할 수 있다.
상기 제3디스크는, 상기 복수의 레그로 연결된 상기 제1디스크 및 상기 제2디스크 사이로 주조로 형성될 수 있다.
상기 제3디스크는 7wt% 내지 20wt%의 범위를 가지는 알루미늄을 포함할 수 있다.
상기 제3디스크는, 상기 하우징의 중심축 방향으로 연장된 냉각홀을 포함할 수 있다.
상기 냉각홀은 상기 제3디스크의 외측에서 내측으로 갈수록 크기가 작아질 수 있다.
상기 제1디스크 및 상기 제2디스크는 상호 마주하는 면 중 적어도 어느 한 면에 고정홈 또는 돌출부가 형성될 수 있다.
상기 고정홈 또는 상기 돌출부는 상기 하우징의 중심축의 수직한 방향에 대해 사선 형태로 연장될 수 있다.
상기 제1디스크, 상기 제2디스크 및 상기 복수의 레그는 일체로 형성될 수 있다.
상기 복수의 레그는 상기 제1디스크 및 상기 제2디스크의 외측 및 내측 가장자리에 인접하게 배치될 수 있다.
상기 제1디스크, 상기 제2디스크 및 상기 제3디스크 중 적어도 어느 하나는 상기 하우징의 상기 외륜에 볼트에 의해 결합될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 캘리퍼와, 상기 캘리퍼에 인접하게 설치되는 전술한 브레이크 디스크를 포함하는 자동차가 제공된다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 파손의 위험이 적으며 방열성능이 뛰어나고 경량화한 브레이크 디스크 및 이를 포함하는 자동차를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크를 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크 중 제3디스크를 개략적으로 도시하는 부분 절단 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크를 개략적으로 도시하는 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예들에 따른 브레이크 디스크를 개략적으로 도시하는 부분 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 일부 실시예들에 따른 초음파 진동을 이용한 성형 장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크를 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크는 제1디스크(100), 제2디스크(200), 복수의 레그(400), 제3디스크(300) 및 하우징(500)을 포함할 수 있다.
제1디스크(100)는 원판 형태로 이루어지며, 주철을 포함할 수 있다. 물론 이에 한정하는 것은 아니며, 제1디스크(100)는 다른 금속을 포함할 수도 있다.
제2디스크(200)는 제1디스크(100)와 마주할 수 있다. 구체적으로 제1디스크(100) 및 제2디스크(200)는 평행할 수 있다. 특히 제1디스크(100) 및 제2디스크(200)는 마주하지 않는 각각의 면이 캘리퍼에 의해 마찰되므로, 제동능력을 향상시키기 위해 서로 평행을 유지할 필요가 있다. 이러한, 제2디스크(200)는 제1디스크(100)와 대략 동일하거나 유사할 수 있다.
복수의 레그(400)는 제1디스크(100) 및 제2디스크(200) 사이에 구비되어, 제1디스크(100) 및 제2디스크(200)를 연결한다. 전술한 바와 같이 제1디스크(100) 및 제2디스크(200)는 평행을 유지해야 하는데, 브레이크 디스크를 제조하는 과정에서 평행이 틀어지는 경우가 발생한다. 구체적으로 후술할 제2디스크(200)를 제1디스크(100) 및 제2디스크(200) 사이에 채울 때, 제1디스크(100)와 제2디스크(200)의 평행이 어긋날 수 있다. 복수의 레그(400)는 제1디스크(100) 및 제2디스크(200)를 고정하여, 제조과정에서 평행이 틀어지는 것을 방지할 수 있다. 또한 복수의 레그(400)는 제1디스크(100) 및 제2디스크(200)에서 발생된 열을 내부로 전달하여 후술할 냉각홀(310)로 빠르게 배출되는 역할을 수행할 수도 있다.
이러한 복수의 레그(400)는 원통형으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 후술하는 바와 같이 제3디스크(300)는 제1디스크(100) 및 제2디스크(200) 사이로 주조될 때, 유동저항에 의해 제1디스크(100)와 제2디스크(200) 사이를 충분히 채우지 못하는 등 여러 문제점이 발생할 수 있다. 따라서 복수의 레그(400)는 유동저항을 최소화하기 위해 곡면으로 이루어진 측면을 가질 수 있다. 물론 복수의 레그(400)의 형상을 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 복수의 레그(400)가 제1디스크(100) 및 제2디스크(200)의 외측과 내측 중 어느 한 가장자리에만 인접하도록 배치될 수 있다. 이러한 경우 제3디스크(300)가 주조되기 전에 중력을 비롯한 기타 힘에 의해 평행을 이루지 못한 채 제조될 수 있다. 이러한 것을 방지하기 위하여 복수의 레그(400)는 제1디스크(100) 및 제2디스크(200)의 내측 가장자리 및 외측 가장자리에 인접하게 배치될 수 있다. 구체적으로 복수의 레그(400)는 전술한 바와 같이 복수의 레그(400)는 제1디스크(100) 및 제2디스크(200)의 외측 및 내측 가장자리에 인접하게 배치될 수 있으며, 추가적으로 외측과 내측 가장자리의 사이에도 배치될 수 있다. 예컨대, 복수의 레그(400)는 중심축(C)의 방사방향 또는 반경방향으로 일정한 간격으로 나란히 배치될 수 있다.
한편, 제1디스크(100), 제2디스크(200) 및 복수의 레그(400)는 일체로 이루어질 수 있다. 제1디스크(100), 제2디스크(200) 및 복수의 레그(400)는 별도로 제조될 수도 있지만, 제조시간을 단축하여 생산성을 향상시키기 위하여 주조에 의해 일체로 이루어질 수 있다.
제3디스크(300)는 제1디스크(100) 및 제2디스크(200) 사이를 채우며, 제1디스크(100) 및 제2디스크(200)와는 다른 재질로 이루어질 수 있다. 특히 제3디스크(300)는 제1디스크(100) 및 제2디스크(200)보다 경량의 재질을 포함할 수 있다. 제1디스크(100) 내지 제3디스크(300)의 재질에 대한 상세한 설명은 후술한다.
예컨대, 제3디스크(300)는 중공을 갖는 원판형으로 이루어지고, 내측은 후술하는 하우징(500)과 선택적으로 결합될 수 있다.
제3디스크(300)는 복수의 레그(400)로 연결된 제1디스크(100) 및 제2디스크(200) 사이로 주조될 수 있다. 즉 금형에 제1디스크(100) 및 제2디스크(200)가 구비된 상태에서 경량의 금속이 주조되고 경화되어 제3디스크(300)를 형성할 수 있다.
제3디스크(300)는 제1디스크(100) 및 제2디스크(200) 사이로 주조 후 경화될 때 또는 차량의 제동시 마찰열에 의해, 제1디스크(100) 및 제2디스크(200)와 재질이 다르기 때문에 수축율이 달라 크랙이 발생할 수 있다.
예컨대, 제1디스크(100) 및 제2디스크(200)이 주철을 포함하고, 제3디스크(300)이 주철보다 경량의 알루미늄을 포함할 수 있다. 이 경우, 온도 변화에 따라 제1디스크(100) 및 제2디스크(200)는 거의 수축되지 않으나, 제3디스크(300)는 수축될 수 있다. 구체적으로 제1디스크(100)와 제3디스크(300)의 계면, 제2디스크(200)와 제3디스크(300)의 계면에서 응고수축에 의한 크랙이 발생하거나 보이드가 형성될 수 있다.
이러한 수축율의 차이를 고려하여, 제3디스크(300)는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다. 구체적으로 제3디스크(300)의 알루미늄 합금은 전체 조성 중에서 규소의 함량이 7wt%(이상) 내지 20wt%(이하)의 범위일 수 있다. 규소 함량이 7%미만의 알루미늄 합금의 경우에서는 7% 미만의 경우에는 알루미늄 주조시 수축에 의하여 주철과 알루미늄 계면 사이에 틈이 발생되고, 형상에 따라서 주조 응고시 틈만이 아니라 크랙이 발생되어 기계적 특성이 저하되기 때문에 일반적으로 알루미늄 주조의 적용에 제한을 받고 있다. 이러한 이유로 특히 제3디스크(300)는 12wt%(이상) 내지 20wt%(이하)의 규소를 포함하는 알루미늄 합금일 수 있다. 이로 인해, 제3디스크(300)이 주조될 때 수축에 따른 빈 공간이 형성되지 않으며, 크랙 발생을 방지할 수 있어 주조 결함을 획기적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 제3디스크(300)가 종래와 달리 굴곡되지 않고 평판으로 주조되기 때문에 주조 결함을 종래보다 줄일 수 있다. 또한, 제3디스크(300)는 알루미늄 합금을 포함하므로 비열이 높아 열 방출을 원활하게 할 수 있어, 브레이크 디스크의 페이드 아웃 현상을 방지할 수 있다.
또한, 제3디스크(300)는 제1디스크(100) 및 제2디스크(200)와는 달리 알루미늄 합금의 재질로 형성되어 브레이크 디스크의 무게를 전체적으로 경감할 수 있다. 즉 종래에는 주조 결함을 방지하기 위하여 제3디스크(300)의 두께를 상당히 두껍게 하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따르면 제3디스크(300)의 두께를 얇게 하는 것이 가능하여, 브레이크 디스크의 경량화 할 수 있는 동시에 파손 가능성을 대폭 낮추어 브레이크 디스크의 안정성도 확보할 수 있다.
도 2는 전술한 제3디스크(300)의 일부를 절단한 부분 단면도이다. 제3디스크(300)는 브레이크 디스크의 냉각효율을 향상시키기 위해서 냉각홀(310)을 포함한다. 구체적으로 냉각홀(310)은 제1디스크(100)와 제2디스크(200)에 접촉하지 않으며, 제1디스크(100)와 제2디스크(200)의 중간 정도에 위치될 수 있다.
또한, 냉각홀(310)은 브레이크 작동시 발생된 열을 보다 효과적으로 배출하기 위하여 제3디스크(300)의 외측에서 내측으로 갈수록 크기가 작아질 수 있다. 구체적으로 냉각홀(310)은 제3디스크(300)의 외측에 가까운 곳의 직경(D1)이 내측에 가까운 곳의 직경(D2)보다 클 수 있다. 이때 냉각홀(310)은 도시된 바와 같이 제3디스크(300)의 외측에서 내측으로 갈수록 크기가 연속적으로 작아질 수 있다.
이러한 냉각홀(310)은 그 중심이 브레이크 디스크의 중심축(C)와 수직하거나 대략 수직할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 브레이크 디스크의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다. 본 도면을 참조하여 제1디스크(100) 내지 제3디스크(300)의 결합에 대해 보다 상세히 설명한다.
제1디스크(100) 및 제2디스크(200)는 상호 마주하는 면 중 적어도 어느 한 면에 고정홈(620) 또는 돌출부(610)가 형성된다. 그리고 고정홈(620)에 제3디스크(300)가 채워지거나, 돌출부(610)는 제3디스크(300)에 삽입된다. 이러한 것은 제3디스크(300)가 제1디스크(100)와 제2디스크(200) 사이로 주조되므로 가능하다.
돌출부(610)는 제1디스크(100)의 내측면에서 대략 반구형태로 형성되거나, 제1디스크(100)의 내측면을 일주(一周)하는 형태 등 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 특히, 돌출부(610)는 접촉면적을 극대화하기 위하여 중심축(C)의 수직한 방향에 대해 사선 형태로 연장될 수 있다.
이러한 돌출부(610)는 제3디스크(300)와의 결합력을 높여 제1디스크(100) 및/또는 제2디스크(200)가 마찰력을 받아도 제3디스크(300)와 분리되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 돌출부(610)는 제1디스크(100) 및/또는 제2디스크(200)와 제3디스크(300) 간의 접촉면적을 극대화하여 열전달 면적을 넓힘으로서 방열기능을 향상시킬 수 있다.
고정홈(620)은 돌출부(610)와 대략 동일 또는 유사한 형태로 이루어질 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
한편, 이하에서 다시 도 1을 참조하여 하우징(500)을 설명한다.
하우징(500)은 제1디스크(100), 제2디스크(200) 및 제3디스크(300) 중 적어도 어느 하나와 결합되는 외륜(520)과, 자동차의 휠과 연결될 수 있는 내륜(510)을 가진다. 이때, 하우징(500)은 내륜(510)과 외륜(520)이 동일 평면상에 위치하지 않도록 적어도 한번 구부러진다.
예컨대, 하우징(500)의 내륜(510)은 원판형태로 이루어지고, 차량의 휠에 결합되기 위한 다수의 결합공이 형성된다. 그리고 하우징(500)의 외륜(520)은 내륜(510)의 외측을 따라 배치되며, 제1디스크(100) 내지 제3디스크(300)에 결합되기 위한 결합공이 형성된다. 여기서 하우징(500)의 외륜(520)은 도시된 바와 같이 톱니 형상으로 이루어질 수 있다. 이를 통해 브레이크 디스크의 무게를 경감시킬 수 있다. 물론 하우징(500)의 외륜(520)의 형상은 이에 한정하는 것은 아니다.
하우징(500)의 내륜(510)과 외륜(520)은 상호 연결되며, 브레이크 디스크의 중심축(C)에 대해 경사지거나 대략 평행한 원통형 연결부로 연결될 수 있다. 예컨대, 중량이 가볍고 방열성이 우수한 알루미늄을 포함할 수 있다. 구체적으로 알루미늄 합금 디스크를 주조를 통해 절곡하여 내륜(510)과 외륜(520)을 갖는 제3디스크(300)를 제조할 수 있다. 이때, 내륜(510)과 외륜(520)은 대략 평행할 수 있다. 즉 디스크는 주조에 의해 두 번 절곡되어 하우징(500)을 형성할 수 있다.
이하에서 도 3 및 도 4를 참조하여, 제1디스크(100) 내지 제2디스크(200)와, 하우징(500)의 결합관계에 대해 설명한다.
제1디스크(100), 제2디스크(200) 및 제3디스크(300) 중 적어도 어느 하나는 하우징(500)의 외륜(520)에 볼트(700)에 의해 결합된다. 비록 도시되지는 않았지만 볼트(700)에 결합되는 너트가 추가적으로 구비될 수 있다.
도 3을 참조하면 하우징(500)은 제3디스크(300)에 결합될 수 있다. 즉 볼트(700)는 하우징(500)과 제3디스크(300)를 관통하여 체결할 수 있다.
또는 도 4a에 도시된 바와 같이 하우징(500)은 제1디스크(100), 제2디스크(200) 및 제3디스크(300) 모두와 결합될 수 있다.
또는 도 4b에 도시된 바와 같이 하우징(500)은 제1디스크(100)를 제외한 제2디스크(200) 및 제3디스크(300)와 결합될 수 있다.
또는 도 4c에 도시된 바와 같이 하우징(500)은 제2디스크(200)를 제외한 제1디스크(100) 및 제3디스크(300)와 결합될 수 있다.
또는 도 4d에 도시된 바와 같이 하우징(500)은 제3디스크(300)를 제외한 제1디스크(100) 및 제2디스크(200)와 결합될 수 있다.
이처럼, 다양한 경우에 따라 하우징(500)과 제1디스크(100) 내지 제3디스크(300)를 결합할 수 있다. 예컨대, 브레이크 디스크의 경량화가 요구되면 하우징(500)과 제1디스크(100) 내지 제3디스크(300)의 결합을 경량화에 적합한 조건으로 선택할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
[부호의 설명]
100: 제1디스크 200: 제2디스크
300: 제3디스크 400: 복수의 레그
500: 하우징 610: 돌출부
620: 고정홈 700: 볼트

Claims (13)

  1. 제1디스크;
    상기 제1디스크와 마주하는 제2디스크;
    상기 제1디스크와 상기 제2디스크의 사이에 구비되어, 상기 제1디스크 및 상기 제2디스크를 연결하는 복수의 레그;
    상기 제1디스크 및 상기 제2디스크 사이를 채우며, 상기 제1디스크 및 상기 제2디스크보다 경량의 재질을 포함하는, 제3디스크; 및
    상기 제1디스크. 상기 제2디스크 및 상기 제3디스크 중 적어도 어느 하나와 결합되는 외륜과, 자동차의 휠과 연결될 수 있는 내륜을 갖고, 상기 내륜과 상기 외륜이 동일 평면상에 위치하지 않도록 적어도 한번 구부러진 하우징;
    을 포함하는, 브레이크 디스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은, 상기 내륜 및 상기 외륜이 주조에 의해 일체로 형성되는, 브레이크 디스크.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 하우징은, 알루미늄을 포함하는, 브레이크 디스크.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3디스크는, 상기 복수의 레그로 연결된 상기 제1디스크 및 상기 제2디스크 사이로 주조되어 형성되는, 브레이크 디스크.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3디스크는 알루미늄 합금이고, 전체 조성 중에서 규소의 함량이 7wt% 내지 20wt%의 범위인, 브레이크 디스크.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제3디스크는, 상기 하우징의 중심축 방향으로 연장된 냉각홀을 포함하는, 브레이크 디스크.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 냉각홀은 상기 제3디스크의 외측에서 내측으로 갈수록 크기가 작아지는, 브레이크 디스크.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1디스크 및 상기 제2디스크는 상호 마주하는 면 중 적어도 어느 한 면에 고정홈 또는 돌출부가 형성되는, 브레이크 디스크.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 고정홈 또는 상기 돌출부는 상기 하우징의 중심축의 수직한 방향에 대해 사선 형태로 연장되는, 브레이크 디스크.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1디스크, 상기 제2디스크 및 상기 복수의 레그는 일체로 형성되는, 브레이크 디스크.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 레그는 상기 제1디스크 및 상기 제2디스크의 외측 및 내측 가장자리에 인접하게 배치되는, 브레이크 디스크.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1디스크, 상기 제2디스크 및 상기 제3디스크 중 적어도 어느 하나는 상기 하우징의 상기 외륜에 볼트에 의해 결합되는, 브레이크 디스크.
  13. 캘리퍼; 및
    상기 캘리퍼에 인접하게 설치되는 제1항, 제2항, 제4항 내지 제12항 중 어느 한 항의 브레이크 디스크;
    를 포함하는 자동차.
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