WO2021137406A1 - 마스터 실린더의 외부체 형성용 다이캐스팅재, 이를 이용한 마스터 실린더 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마스터 실린더, 이의 제조방법 및 이의 제조에 사용되는 마스터 실린더의 외부체 형성용 다이캐스팅재에 관한 것으로서, 내부체를 성형하는 단계; 금형의 캐비티에 내부체를 배치하는 단계; 내부체와 일체화되도록 외부체를 성형하는 단계; 및 내부체와 외부체가 일체화된 실린더 본체를 상기 금형으로부터 분리하여 실린더 본체를 후처리하는 단계;를 포함하는 공정을 수행한다.

Description

마스터 실린더의 외부체 형성용 다이캐스팅재, 이를 이용한 마스터 실린더 및 이의 제조방법

본 발명은 차량 등에 적용되는 마스터 실린더의 외부체 제조에 사용되는 알루미늄 합금, 이를 이용하여 제조한 마스터 실린더 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부체를 선공정으로 1차 단조재로 성형한 다음 외부체를 선공정으로 성형성된 내부체와 일체화하도록 2차 주조성형하는 후공정을 순차적으로 수행하여 마스터 실린더용 실린더 본체를 제조한 마스터 실린더 제조방법, 이에 사용되는 외부체 소재에 관한 것이다.

일반적으로 마스터 실린더는 기본적으로 압력실이 1개인 싱글 마스터 실린더와, 독립한 2개의 압력실을 가지는 탠덤 마스터 실린더로 분류되며, 싱글 마스터 실린더는 동력을 차단하거나 전달하는 클러치용으로 사용되고, 탠덤 마스터 실린더는 2계통 브레이크의 한 쪽이 파손되어도 남은 계통의 액압은 정상적으로 발생하므로 브레이크용으로 사용된다.

차량에 구비되는 마스터 실린더는 답력을 유압으로 전환하는 핵심적인 구성부품으로서, 오일이 저장되는 오일탱크, 오일탱크와 결합되는 실린더부, 실린더부의 내부에 설치되어 답력 유무에 따라 전진 또는 후진하는 피스톤, 그리고 실린더부의 내주면에 설치되어 피스톤의 전진시 피스톤의 외주면에 밀착되어 실린더부 내부를 밀폐시키는 실링부재로 구성된다.

즉, 이러한 마스터 실린더(1)는 도 8에 도시한 바와 같이, 알루미늄과 같은 경량소재로 성형되는 실린더 본체(10)와, 상기 실린더 본체(10)의 내부에 배치되어 왕복이동되는 피스톤(20)과 스템을 매개로 연결되는 플런저(30) 및 기계식 또는 전자식 페달(P)과 연결되어 작동되는 플런저(30)와 피스톤(20)과의 사이에 구비되는 복귀스프링(40)으로 구비될 수 있다.

상기 페달(P)의 누름 작동시 상기 플런저와 피스톤 사이에 해당하는 실린더 본체 내의 오일은 실린더 본체(10)에 관통 형성된 제2유출입공(12)과 연통 연결된 오일공급라인(55)을 통하여 릴리즈 실린더(미도시)측으로 공급되어 제동력을 발생시키고, 상기 페달의 누름 해제시 오일탱크에 저장된 오일은 실린더 본체(10)에 관통 형성되어 오일탱크(50)와 연통 연결되는 제1유출입공(11)을 통하여 보충되는 것이다.

이러한 마스터 실린더의 핵심부품인 실린더 본체를 제조하는 공정은 다이캐스팅 주조법, 중력주조법, 단조법 중 어느 하나의 제조방법에 의하여 실린더 본체를 성형 제조하고, 성형된 실린더 본체의 내,외부를 기계가공한 다음, 피스톤, 플런저 및 복귀스프링과 같은 구성부품과 조립하여 최종적으로 클러치용 또는 브레이크용으로 사용되는 마스터 실린더 완제품을 제조 완성하게 된다.

그러나, 중력주조법으로 마스터 실린더의 실린더 본체를 제조하는 경우, 알루미늄소재를 용융점 이상으로 가열하여 액상화한 상태에서 주형 등에 주입하여 성형하게 되므로 깨끗한 표면을 갖는 성형제품을 얻을 수 있고, 설비비가 비교적 저렴하며 초기 관리유지비가 적게 소요되는 장점이 있지만, 주조과정에서 액상소재가 응고되면서 조대한 수지상조직(dendrite)을 생성시켜 물성을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 기포나 응고수축(shrinkage)에 의한 내부결함을 발생시키게 된다.

이러한 경우, 응고된 소재가 열처리나 용접 등이 불가능한 상태가 되기 때문에 우수한 물성을 갖는 최종제품을 제조할 수 없게 되고, 실린더 본체의 내면 가공시 노출되는 기공에 의해서 불량제품이 빈번하게 발생하여 제품 수율을 저하시키는 한편, 구조적 강성을 위해서 하드 애노다이징과 같은 표면처리를 추가적으로 실시하는 경우 애노다이징 산처리로 인하여 표면조도가 불량해지면서 누유 현상을 초래하는 원인으로 작용하였다.

그리고, 단조법으로 마스터 실린더용 실린더 본체를 제조하는 경우, 냉간 또는 열간 상태의 소재를 프레스 등을 이용하여 일정 압력으로 가압하게 되므로, 프레스의 압력에 의해 금형의 수명이 단축되면서 제조단가가 상승되고, 가공공정이 복잡하며 형상에 한계가 있을 뿐만 아니라 단조 가공된 실린더 본체에 미세한 크랙(crack)이 발생되는 문제점이 있었다.

또한, 다이캐스팅 주조법으로 마스터 실린더용 실린더 본체를 제조하는 경우, 전체구조가 복잡하면서 얇은 두께를 갖는 제품을 제조함과 동시에 제조원가를 절감하고 대량생산이 가능하도록 생산속도가 빠른 장점이 있는 반면에, 기계적 성질의 한계가 있고 치수 정확도 및 표면 다듬질의 불량 및 주조면에 내부기공이 발생하는 불량율이 높아 수율을 저하시키는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 내부체를 선공정으로 1차로 단조 성형하고, 1차 단조성형된 내부체와 일체화하도록 외부체를 2차로 주조성형하는 공정을 순차적으로 수행하여 단조재와 주조재가 일체화된 실린더 본체를 제조할 수 있는 마스터 실린더 제조방법을 제공하고자 한다. 또한, 외부체 형성시, 내부체와 외부체의 결속력, 결합력을 증대시키기 위해 내부체에 형성된 요철부 주변 표면에 미세 기공, 미세 크랙을 발생하는 문제를 해결할 수 있는 마스터 실린더의 외부체 형성용 다이캐스팅재를 제공하고, 이를 이용한 마스터 실린더 제조방법 및 마스터 실린더를 제공하고자 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 마스터 실린더 제조방법에 관한 것으로서, 일단이 개구된 내부공을 구비하고, 밀폐된 타단에 돌출부를 구비하는 내부체를 성형하는 1단계; 상기 돌출부가 대응 삽입되는 고정홈을 갖추어 상기 내부체가 내부배치되는 본체금형과, 상기 내부체의 개구된 일단을 밀봉하는 덮개금형과의 합형에 의해서 금형의 캐비티에 내부체를 배치하는 2단계; 상기 캐비티로 용융물을 주입하여 상기 내부체의 외부면을 전체적으로 덮어 상기 내부체와 일체화되도록 외부체를 성형하는 3단계; 및 상기 내부체와 외부체가 일체화된 실린더 본체를 상기 금형으로부터 분리하여 상기 실린더 본체를 후처리하는 4단계;를 포함한다.

본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 내부체를 성형하는 1단계는, 압출 또는 인발공정에 의해서 양단이 개구된 중공체를 성형하고, 상기 중공체의 개구된 일단에 차단판을 일체로 밀폐하여 내부체를 성형할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 내부체를 배치하는 2단계는, 상기 본체금형과 덮개금형과의 합형시 상기 내부체의 개구된 일단이 상기 덮개금형의 내측면으로부터 돌출되고 주입라인을 형성하는 내부덮개와 접하여 밀봉될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 내부체는 상기 외부체와 대응하는 외부면 전체에 요철부를 형성하거나 상기 외부체의 외부면에 돌출 형성되어 유출입 홀을 관통 형성하는 외부돌출부와 대응하는 영역에 상기 요철부를 국부적으로 형성할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 요철부는 단부가 뾰족하거나 날가로롭게 예각으로 이루어지는 산부와 아래로 오목한 라운드상의 골부가 반복적으로 형성되는 패턴으로 구비될수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 외부체를 성형하는 3단계에서 상기 금형의 캐비티 내로 주입되는 용융물의 주입온도는 상기 내부체를 구성하는 소재의 용융온도보다 상대적으로 높은 온도로 설정될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예로서, 3단계의 상기 용융물은 Ti(titanium) 0.8 ~ 1.5 중량%, B(boron) 0.2 ~ 0.5 중량%, Cu(copper) 1.5 ~ 3.5 중량%, Si 10.0 ~ 13.5 중량%, Zn 0.5 ~ 3.0 중량%, Fe 0.1 ~ 1.3 중량% 및 잔량의 Al을 포함하는 다이캐스팅재를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 마스트 실린더로서, 내부체와 외부체가 일체화된 실린더 본체를 포함하고, 상기 내부체는 알루미늄 단조 소재로 형성된 것이며, 상기 외부체는 Ti(titanium) 0.8 ~ 1.5 중량%, B(boron) 0.2 ~ 0.5 중량%, Cu(copper) 1.5 ~ 3.5 중량%, Si 10.0 ~ 13.5 중량%, Zn 0.5 ~ 3.0 중량%, Fe 0.1 ~ 1.3 중량% 및 잔량의 Al을 포함하는 다이캐스팅재로 형성된 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 앞서 설명한 마스트 실린더 및 이를 제조하는 방법의 상기 외부체 형성용 다이캐스팅재에 관한 것으로서, Ti(titanium) 0.8 ~ 1.5 중량%, B(boron) 0.2 ~ 0.5 중량%, Cu(copper) 1.5 ~ 3.5 중량%, Si 10.0 ~ 13.5 중량%, Zn 0.5 ~ 3.0 중량%, Fe 0.1 ~ 1.3 중량% 및 잔량의 Al을 포함한다. 이때, 상기 다이캐스팅재는 불가피한 불순물을 더 포함할 수도 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예로서, 외부체 형성용 다이캐스팅재는 Mg 0.1 ~ 0.3 중량%, Mn 0.2 ~ 0.5 중량%, Ni 0.01 ~ 0.2 중량% 및 Sn 0.03 ~ 0.2 중량% 중에서 선택된 1종 이상의 금속 성분을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 마스터 실린더는 브레이크용 마스터 실린더 또는 클러치용 마스터 실린더를 포함하며, 바람직하게는 차량용 브레이크용 마스터 실린더 또는 차량용 클러치용용 마스터 실린더를 포함하고, 더욱 바람직하게는 차량용 클러치용용 마스터 실린더를 포함한다.

본 발명의 외부체 형성용 다이캐스팅재 및 이를 이용하여 제조한 마스트 실린더는 단조공정으로 이루어지는 내부체를 1차로 선가공한 다음 선가공된 내부체와 일체화하도록 외부체를 주조공정으로 1차로 후가공하여 실린더 본체를 제조함으로써 실린더 본체의 중력주조시 발생하는 기공에 기인하는 제품불량을 방지할 수 있기 때문에 제품불량율을 낮추어 수율을 높일 수 있다.

또한, 내부체를 1차로 선성형한 다음 외부체를 내부체와 일체화하도록 2차로 후성형하여 실린더 본체를 제조함으로써 중력주조시 및 다이캐스팅에 의해 제조되는 실린더 본체의 전체중량에 비하여 무게를 줄일 수 있기 때문에 경량화를 도모할 수 있다.

또한, 구성부품이 내장되는 내부체를 무게가 무거운 강성재로 이루어지고, 외부 노출되는 외부체를 무게가 가벼운 연성재로 이루어짐으로써 구성부품과 결합되어 조립되는 내부체의 내부면을 표면가공을 정밀하게 수행할 수 있고, 외부체에 대한 마무리가공이 용이하여 구성부품과의 결합력을 높이고 조립정밀도를 높일 수 있어 제품신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 후처리 공정을 용이하게 수행할 수 있다.

또한, 외부체 형성시, 용융물을 캐비티에 주입 및 외부체 성형시, 상기 용융물의 온도 변화가 발생하면 성형된 외부체와 외부체와 결합되어 일체화된 내부체 사이, 특히, 내부재의 요철부 표면 부분에 미세기공 및/또는 미세크랙이 발생하는 문제가 있는데, 본 발명의 외부체 형성용 다이캐스팅재를 이용하면, 외부체 성형 공정에서 용융물이 고온을 유지하는 온도유지안정성이 우수하며, 또한 흐름성(또는 주조성)이 우수하여 기포가 발생하지 않아서 미세 기공 및/또는 미세 크랙이 발생을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마스터 실린더 제조방법에 적용되는 내부체를 도시한 구성도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마스터 실린더 제조방법에 적용되는 내부체와 금형을 결합하는 상태를 도시한 구성도이다.

도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 마스터 실린더 제조방법에 적용되는 내부체를 금형에 배치하여 외부체를 성형하는 상태를 도시한 구성도이다.

도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 마스터 실린더 제조방법에 적용되는 내부체와 외부체가 일체화되어 금형으로부터 탈형된 실린더 본체를 도시한 구성도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마스터 실린더 제조방법에 적용되는 실린더 본체에 제1,2유출입공을 형성하는 상태들 도시한 구성도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 마스터 실린더 제조방법의 공정 순서도이다.

도 7a, 도 7b 및 도 7c 는 본 발명의 실시예에 따른 마스터 실린더 제조방법에 적용되는 내부체의 다른 형태를 도시한 구성도이다.

도 8은 일반적인 마스터 실린더를 도시한 개략적인 구성도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 구조 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명의 실시예에 따른 마스터 실린더 제조방법은 도 6에 도시한 바와 같이, 내부체 성형단계(S1), 내부체 배치 단계(S2), 외부체 성형단계(S3) 및 후처리 단계(S4)를 포함할 수 있다.

상기 내부체 성형단계(S1)는 도 1에 도시한 바와 같이, 일단이 개구된 내부공(101)을 몸체 내부에 구비하고, 밀폐된 타단에 외측으로 일정길이로 돌출 형성되는 돌출부(102)를 구비하는 내부체(100)를 성형하는 공정을 수행한다.

상기 내부체(100)는 외부면에 상기 외부체(300)와의 접촉면적을 증대시킬 수 있도록 함몰 형성되는 요홈(105)을 구비할 수 있다.

이러한 내부체(100)는 마스터 실린더를 구성하는 피스톤(20), 플런저(30) 및 복귀스프링(40)을 내부수용하고, 상기 피스톤(20) 및 플런저(30)의 각 외주면이 내주면에 접하게 되는 구조물이다.

이러한 내부체(100)는 알루미늄 단조 소재를 사용하여 상,하부 다이와의 사이에서 상기 소재를 배치한 다음 고압으로 프레싱하는 열간 성형공정이나 온간 성형공정과 같은 단조공정에 의해서 제조될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 압출 또는 인발 공정에 의해서 양단이 개구된 중공재를 성형하고, 개구된 일단에 차단판을 일체로 용접하여 밀폐 처리하여 제조될 수 있다.

그리고, 상기 내부체(100)는 상기 피스톤(20) 및 플런저(30)의 외주면과 접하는 내부공의 내주면을 대략 평균입도 4 ~ 10㎛를 갖도록 기계가공하여 표면처리하는 것이 바람직하며, 이러한 내부체(100)의 내부면에 대한 표면처리에 의해서 상기 피스톤 및 플런저와의 접촉시 오일의 누출을 방지할 수 있는 것이다.

이때, 상기 내부체(100)의 내부공의 내주면에 대한 표면처리 기계가공은 상기 내부체를 1차 성형 제조한 다음 CNC 선반을 이용하여 정밀 가공할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며 후술하는 외부체와 내부체가 일체화된 실린더 본체를 NC 선반을 이용하여 정밀 가공할 수 있다.

다음으로, 상기 내부체를 배치하는 단계(S2)는 도 2에 도시한 바와 같이, 외부체(300)에 대한 주조공정을 수행할 수 있도록 본체금형(210)과 덮개금형(220)으로 이루어지는 금형(200)의 캐비티에 선공정에 제작된 내부체(100)를 배치하는 것이다.

상기 본체금형(210)의 내부에 함몰형성되는 고정홈(202)으로 상기 내부체의 돌출부(102)가 대응 삽입됨으로서 상기 내부체는 캐비티(212)를 형성하는 본체금형의 내부공간에 배치되는 것이다.

이러한 본체금형(210)의 일단에 주입라인(225)을 형성하는 덮개금형(220)을 합형함으로써, 상기 본체금형에 돌출부가 지지되는 내부체를 본체금형과 덮개금형 사이에 형성되는 캐비티에 내부배치한다.

상기 내부체(100)의 개구된 일단은 상기 본체금형(210)과 덮개금형(220)과의 합형시 상기 덮개금형의 내측면으로부터 돌출되고 주입라인(225)을 형성하는 대략원반상의 내부덮개와 접하여 밀봉될 수 있다.

상기 내부덮개는 상기 내부체(100)의 개구된 일단과 대략 동일한 외경을 갖는 원반상으로 구비되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 내부체(100)의 개구된 일단은 본체금형(210)과 덮개금형(220)과의 합형시 상기 덮개금형에 돌출형성된 내부덮개와 접하여 밀봉되는 것으로 도시하고 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 내부체(100)의 개구된 일측을 다른 별도의 밀봉재를 이용하여 밀봉처리할 수 있다.

상기 내부체(100)의 개구된 일단을 상기 내부덮개나 밀봉재로서 밀봉하여 차단함으로써 상기 내부체(100)와 일체화하기 위한 외부체(300)의 주조성형시 강제 주입되는 용융물이 내부체(100)의 내부공으로 유입되는 것을 근본적으로 차단할 수 있는 것이다.

이러한 밀봉재는 상기 내부체의 개구된 일단 외측테두리에 외주면이 압입되어 덮개되는 외부덮개링 형태로 구비되거나 상기 내부체(100)의 개구된 일단 내측테두리에 외주면이 압입되는 내부압입링 형태로 구비될 수 있다.

즉, 상기 내부체(100)의 개구된 일단은 상기 본체금형과 합형되는 덮개금형의 내측면에 돌출형성되는 내부덮개에 의해서 밀봉처리될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며 상기 밀봉재의 프레스 압입방식에 의해서 밀봉처리되거나 상기 내부체의 개구된 일단에 외부덮개링 형태 또는 내부압입링 형태의 밀봉재로 밀봉처리될 수 있다.

상기 덮개금형과 합형되는 본체금형의 내부에는 후술하는 제2유출입공을 형성하기 위한 홀 형성용 코어(203)를 일체로 구비하거나 조립식으로 구비될 수 있다.

다음으로, 상기 외부체 성형단계(S3)는 도 3에 도시한 바와 같이, 전공정에서 단조공정에 의해서 선가공된 내부체(100)를 본체금형과 덮개금형으로 이루어지는 금형(200)의 캐비티에 배치한 상태에서, 상기 캐비티로 소재가 용융된 소재인 용융물을 강제주입하여 채움으로써, 상기 내부체(100)의 외부면을 전체적으로 덮어 상기 내부체와 일체화되는 외부체(300)를 성형하는 것이다.

상기 내부체(100)와 일체화하도록 외부체(300)를 성형하는 금형(200)은 용융된 소재를 강제 주입하여 기계가공된 금형과 동일한 제품을 주조성형하는 사출금형이거나 다이캐스팅 금형으로 이루어짐으로써 상기 내부체와 일체화되는 외부체(300)는 사출 성형방식 또는 다이캐스팅 주조 성형방식 중 어느 하나의 방식으로 제조될 수 있으며, 바람직하게는 다이캐스팅 주조 성형방식으로 제조할 수 있다.

즉, 상기 내부체(100)가 배치되는 본체금형(210)과 합형되는 덮개금형의 주입라인(225)을 통하여 캐비티의 내부로 용융물을 강제 주입하여 충진한 다음 냉각함으로써 상기 내부체(100)의 외부면과 상기 외부체(300)의 내부면과의 경계면이 서로 일체로 접합되면서 상기 내부체와 일체화되는 외부체를 성형하는 것이다.

여기서, 상기 내부체(100)는 도 7a 와 같이, 상기 외부체와 대응하는 외부면 전체에 상기 외부체의 내부면과의 접합면적을 증대시킬 수 있도록 요철부(17)를 형성하거나 도 7b 에 도시한 바와 같이, 상기 외부체의 외부면에 돌출형성되어 상기 제1,2유출입 홀중 어느 하나의 유출입 홀을 관통 형성하는 외부돌출부와 대응하는 영역에 상기 외부체의 내부면과의 접합면적을 증대시킬 수 있도록 상기 요철부(17)를 국부적으로 형성할 수 있다.

이러한 요철부(17)는 상기 내부체(100)의 외부면에 산과 골이 반복적으로 형성되는 톱니형상으로 기계가공되어 구비될 수 있다.

상기 내부체의 외부면에 추가적으로 형성되는 요철부(17)에 의해서 상기 내부체의 몸체 두께는 얇게 되지만 열전도율이 높아지면서 주조시 주입되는 고온의 융융물과 접해지는 요철부의 일부를 녹이기 때문에 상기 외부체의 외부면과 상기 내부체의 내부면간의 경계면에서의 부착력을 높일 수 있다.

또한, 상기 내부체의 외부면에 추가적으로 형성되는 요철부(17)에 의해서 상기 내부체의 외부면에 거칠기를 형성하기 때문에 상기 외부체의 외부면과 상기 내부체의 내부면간의 경계면에서의 접합면적을 증대시키고, 결합력을 높일 수 있다.

한편, 상기 내부체(100)의 외부면에 전체적으로 또는 국부적으로 형성되는 요철부(107)는 도 7c 에 도시한 바와 같이, 단부가 뾰족하거나 날카롭게 예각으로 이루어지는 산부와 아래로 오목한 라운드상의 골부가 반복적으로 형성되는 패턴으로 구비되는 것이 바람직하다.

상기 요철부를 형성하는 산부가 뾰족한 단면상으로 형성되면, 주조시 주입되는 고온의 용융물에 의해서 산부의 단부인 꼭지점이 녹아 용융물과 융합되면서 주조공정으로 성형되는 외부체와 내부체간의 결합력을 높일 수 있다.

그리고, 상기 요철부는 상기 내부체의 외부면에 원주방향으로 따라 연속하여 형성되는 나사선 형태로 구비되는 것으로 도시하고 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며 용융물의 주입방향을 고려하여 상기 내부체의 외부면에 길이방향으로 연장되는 직선핀 형태로 구비될 수 있다.

또한, 상기 요철부는 주조시 주입되는 고온의 용융물과의 접촉시 녹아 용융물과 일체화되도록 상기 내부체의 외부면에 외측으로 돌출되는 얇은 두께를 갖는 핀부재로 구비될 수 있다.

또한, 상기 요철부를 형성하는 골부가 라운드 단면상으로 형성되면, 주조시 주입되는 용융물의 주조흐름을 원활하게 하여 기포발생을 방지할 수 있기 때문에 주조공정으로 성형되는 외부체에 기공이 발생되는 것을 억제할 수 있다.

상기 외부체를 주조성형하기 위해서, 상기 금형의 캐비티 내로 주입되는 용융물의 주입온도는 상기 요철부를 형성하는 단부의 용융이 원활하게 이루어질 수 있도록 상기 내부체를 구성하는 소재의 용융온도보다 상대적으로 높은 온도로 설정하여 주조공정을 제어하는 것이 좋다. 바람직한 일례를 들면, 상기 내부체를 구성하는 알루미늄 단조소재의 용융온도가 대략 660 ~ 670℃인 경우, 상기 금형의 캐비티의 내부로 주입되는 외부체의 용융물은 대략 670℃ 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 외부체 성형단계(S3)에서 다이캐스팅 주조 성형방식으로 외부체 성형시, 주입된 용융물과 내부체와 만나면 내부체와의 접촉지점의 온도가 급격하게 낮아지게 되며 이때, 미세 기포 및/또는 미세 크랙이 발생할 수 있다. 특히, 상기 내부체의 요철부 형성 부위에서 미세 기포 및/또는 미세 크랙이 발생하는 문제가 발생하기 때문에, 다이캐스팅 주조 성형시, 외부체 형성에 사용되는 다이캐스팅재의 온도 유지가 매우 중요하며 또한, 용융물의 온도 변화가 발생하기 전에 금형에 고르게 용융물이 잘 전달되도록 용융물의 흐름성(주조성)이 매우 중요하다.

따라서, 본 발명에서는 마스터 실린더의 외부체로서 요구되는 물성을 만족하면서 고온 온도유지 안정성 및 흐름성(주조성)을 만족하는 마스터 실린더의 외부체 형성용 다이캐스팅재를 사용하는 것이 좋다.

상기 마스터 실린더의 외부체 형성용 다이캐스팅재는 Ti(titanium), B(boron), Cu(copper), Si(silicon), Zn(Zinc), Fe(iron) 및 Al(aluminium)을 포함하며, Mg(magnesium), Mn(manganese), Ni(nickel) 및 Sn(tin) 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

좀 더 구체적으로 상기 다이캐스팅재는 Ti 0.8 ~ 1.5 중량%, B 0.2 ~ 0.5 중량%, Cu 1.5 ~ 3.5 중량%, Si 10.0 ~ 13.5 중량%, Zn 0.5 ~ 3.0 중량%, Fe 0.1 ~ 1.3 중량% 및 잔량의 Al을 포함할 수 있고, 바람직하게는 Ti 1.0 ~ 1.5 중량%, B 0.3 ~ 0.5 중량%, Cu 1.8 ~ 3.2 중량%, Si 10.5 ~ 12.5 중량%, Zn 1.0 ~ 2.8 중량%, Fe 0.3 ~ 1.0 중량% 및 잔량의 Al을 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 Ti 1.0 ~ 1.4 중량%, B 0.35 ~ 0.50 중량%, Cu 2.0 ~ 3.0 중량%, Si 10.8 ~ 12.0 중량%, Zn 1.2 ~ 2.5 중량%, Fe 0.3 ~ 0.9 중량% 및 잔량의 Al을 포함할 수 있다.

다이캐스팅재 내 상기 Si은 다이캐스팅재의 고온의 온도 유지성을 향상시키고, 흐름성(주조성)을 좋게 하는 역할을 하는데, 10 중량% 이상을 포함하면 성형된 외부체의 결정 조직이 커지고, 오히려 내부체 표면에 미세 기포 및/또는 미세 크랙이 발생할 수 있으며, 마스터 실린더의 외부체로 요구되는 기계적 물성을 만족하지 못할 수 있다. 이에, Ti 및 B을 다이캐스팅재 성분으로 일정량 도입함으로써, Si를 10 중량% 초과 사용함으로 인해 발생하는 미세 기포 및/또는 미세 크랙 발생 문제를 방지할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 다이캐스팅재 내 Ti 및 B은 성형된 외부체의 결정 조직을 조밀하여 Si로 인한 결정 조직이 커지는 것을 방지하는 역할을 하며, Ti 0.8 중량% 미만이거나, B이 0.2 중량% 미만이면 내부재 표면에 미세 기포 및/또는 미세 크랙이 발생하는 문제가 있을 수 있고, Ti가 1.5 중량%를 초과하거나, B이 0.5 중량%를 초과하면 용융물의 흐름성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.

그리고, 다이캐스팅재 내 Si를 10 중량% 미만으로 함유시 용융된 다이캐스팅재의 고온의 온도 유지성이 저조하고, 흐름성이 떨어지는 문제가 있을 수 있으며, Si 함량이 13.5 중량%를 초과하면 고온 온도 유지성 측면에서는 유리하나, 성형된 외부체의 결정 조직이 커지고, 오히려 내부체 표면에 미세 기포가 발생할 수 있으며, 마스터 실린더의 외부체로 요구되는 기계적 물성을 만족하지 못할 수 있으므로, 상기 범위 내로 Si를 포함하는 것이 좋다.

또한, 상기 다이캐스팅재는 Mg 0.1 ~ 0.3 중량%, Mn 0.2 ~ 0.5 중량%, Ni 0.01 ~ 0.2 중량% 및 Sn 0.03 ~ 0.2 중량% 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있고, 바람직하게는 Mg 0.12 ~ 0.28 중량%, Mn 0.2 ~ 0.4 중량%, Ni 0.03 ~ 0.16 중량% 및 Sn 0.03 ~ 0.18 중량% 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 Mg 0.12 ~ 0.25 중량%, Mn 0.2 ~ 0.38 중량%, Ni 0.03 ~ 0.14 중량% 및 Sn 0.03 ~ 0.15 중량% 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 다이캐스팅재는 앞서 설명한 금속원소 외에 불가피한 불순물을 더 포함할 수도 있다.

다음으로, 상기 후처리는 단계(S4)는, 도 4와 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 금형(200)을 탈형함으로써 상기 내부체(100)와 외부체(300)가 일체화된 실린더 본체를 상기 금형으로부터 분리한 다음, 분리된 실린더 본체에 오일탱크(50)와 연통 연결되는 제1유출입공이나 오일공급라인(55)과 연통 연결되는 제2유출입 홀을 관통 형성하는 후처리 공정을 수행하는 것이다.

즉, 상기 내부체와 일체화된 외부체의 외부면에는 상기 본체금형의 홀 형성용 코어(203)에 의해서 바닥면이 밀폐된 성형공(303a)을 갖는 외부돌출부(303)를 구비하고, 상기 내부체의 돌출부는 상기 외부체의 일측단에 일정 길이로 돌출되어 노출된다.

이에 따라, 상기 성형공을 통하여 상기 내부체를 통과하는 관통홀(303b)을 기계가공함으로써, 오일탱크(50)와 연통 연결되는 제1유출입공을 형성한다.

상기 외부체(300)의 일측단에 외부 노출되는 돌출부(102)를 통과하는 다른 관통홀(102a)을 기계가공함으로써 오일공급라인(55)과 연통 연결되는 제2유출입 홀 형성한다.

이때, 상기 내부체(100)와 외부체(300)는 서로 동일한 알루미늄 합금소재로 이루어질 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 외부체는 정밀한 주조성형이 가능하고 성형후 후처리 기계가공이 용이하도록 상기 내부체(100)를 구성하는 소재 보다 상대적으로 낮은 기계적 강도를 갖는 금속재로 이루어질 수 있다.

그리고, 탈형된 금형으로부터 분리된 내부체와 외부체가 일체화된 마스터 실린더용 실린더 본체는 제1,2유출입홈을 관통 형성하는 홀가공과 더불어 외부 돌출 불량부를 절단하는 기계가공을 수행할 수 있다.

상기와 같이, 일단이 개구되고 타단이 밀폐된 내부체를 단조공정으로 1차로 선가공한 다음, 선가공된 내부체와 일체화되도록 외부체를 주조공정으로 2차로 후가공함으로써 제1,2유출입공(11,12)과 플랜지부(103)를 갖는 마스터 실린더용 실린더 본체(10)를 제조할 수 있는 것이다.

그리고, 상기 외부체와 일체화된 내부체의 내부공간에 피스톤, 플런저 및 복귀스프링을 조립하여 오일탱크와 릴리즈 실린더와의 사이에 사용되는 마스터 실린더를 제조 완성하게 된다.

이하 실시예에서 본 발명을 더욱 자세하게 설명을 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며, 하기 실시예에 의해 본 발명의 권리범위를 한정하여 해석해서는 안된다.

[실시예]

실시예 1 ~ 실시예 3 및 비교예 1 ~ 4

하기 표 1의 조성 및 조성비를 가지는 마스터 실린더의 외부체 형성용 다이캐스팅재를 각각 준비하였다.

비교예 1은 KS 규격 ALD10Z 알루미늄 합금이며, 비교예 2는 KS 규격 ALDC14 알루미늄 합금이다.

구분 (중량%)	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예1	비교예2	비교예 3	비교예 4
Ti	1.12	0.95	1.33	-	-	0.50	1.52
B	0.42	0.48	0.35	-	-	0.40	0.05
Cu	2.31	2.30	2.30	2.0~4.0	4.0~5.0	2.31	2.31
Si	11.03	11.04	11.03	7.5~9.5	16~18	11.03	11.03
Mg	0.19	0.19	0.19	0.3 이하	0.45~0.65	0.19	0.19
Zn	1.88	1.88	1.88	3.0 이하	1.5 이하	1.88	1.88
Fe	0.67	0.67	0.67	1.3 이하	1.3 이하	0.67	0.67
Mn	0.26	0.26	0.26	0.5 이하	0.5 이하	0.26	0.26
Ni	0.12	0.12	0.12	0.2 이하	0.3 이하	0.12	0.12
Sn	0.09	0.09	0.09	0.2 이하	0.3 이하	0.09	0.09
Al	나머지 잔량 (기타 불가피한 불순물 극소량 포함)

실험예 1 : 고온 온도 유지성 측정

상기 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 4의 다이캐스팅재 각각을 680℃의 열을 가하여 용융시킨 후, 상온인 25℃에 방치했을 때, 용융물의 표면 측정 온도가 최초 측정 온도로부터 -20℃로 떨어질때까지 걸리는 시간을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예1	비교예2	비교예 3	비교예 4
시간(분)	약 5분 20초	약 5분 18초	약 5분 25초	약 4분 12초	약 6분 8초	약 4분 45초	약 4분 56초

상기 표 2를 살펴보면, Si 함량이 10 중량% 이상인 실시예 1 ~ 3 및 비교예 2는 -20℃가 떨어지기까지 약 5분 이상이 걸리는데 반해, Si 함량이 10 중량% 미만인 비교예 1은 실시예 1 ~ 3에 비해 매우 빠른 시간에 표면 온도가 낮아졌으며, Si 함량이 10 중량% 이상을 포함하지만, Ti를 0.8 중량% 미만 또는 B을 0.2 중량% 미만으로 포함하는 비교예 3 ~ 4는 5분 이내에 용융물의 표면온도가 -20℃로 떨어져서 실시예 1 ~ 3에 비해 상대적으로 고온 유지 안정성이 떨어지는 결과를 보였다.

제조예 1 ~ 3 및 비교제조예 1 ~ 4

상기 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 4의 외부체 형성용 다이캐스팅재 각각을 이용하여, 앞서 설명한 본 발명의 마스터 실린더 제조방법을 통해 마스터 실린더를 각각 제조하여, 제조예 1 ~ 3 및 비교제조예 1 ~ 4를 각각 실시하였다.

도 7c와 같이, 내부체는 요철부가 국부적으로 형성되어 있으며, 외부체를 성형시, 다이캐스팅 주조 성형방식으로 수행하였다.

실험예 2 : 미세 기포, 미세 크랙 발생 여부

상기 제조예 1 ~ 3 및 비교제조예 1 ~ 4에서 제조한 마스터 실린더 내부체의 요철부 표면, 내부체와 외부체 결합 부분 등에 미세 기포 내지 미세 크랙이 존재하는지 확인하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

구분	제조예 1	제조예 2	제조예 3	비교 제조예1	비교 제조예2	비교 제조예 3	비교 제조예 4
미세기포존부	×	×	×	○	○	○	○
미세크랙존부	×	×	×	○	×	×	○

측정 결과, 제조예 1 ~ 3에서는 외부체와 결합된 내부체의 요철부 주변에는 미세기포 또는 미세크랙이 존재하지 않았으며, 이는 실시예 1 ~ 3의 외부체 형성용 다이캐스팅재가 용융된 용융물이 흐름성, 즉 주조성이 우수하고, 고온 유지 안정성이 우수한 결과, 내부체의 표면 및 내부체 요철부 사이사이에 고르게 잘 주조되었기 때문으로 판단된다.그러나, 비교예 1 ~ 비교예 4의 다이캐스팅재로 제조한 마스터 실린더는 내부체의 요철부 부분에서 미세기포 및/또는 미세크랙이 발견되는 문제가 있었으며, 비교예 2의 다이캐스팅재를 사용한 비교제조예 2의 경우, 고온 온도 유지성은 우수하나 용융물의 흐름성이 좋지 않아서 미세기포가 발생한 것으로 판단된다. 그리고, 비교예 1, 비교예 3 ~ 4의 다이캐스팅재를 사용한 비교제조예 1, 비교제조예 3 ~ 4의 경우, 용융물의 흐름성(주조성) 및/또는 고온 유지 안정성이 떨어지는 결과, 요철부에서 미세 기포 및/또는 미세 크랙이 발생하는 문제가 있었다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

[부호의 설명]

100 : 내부체 105 : 요홈

107 : 요철부 200 : 금형

201 : 캐비티 202 : 고정홈

210 : 본체금형 220 : 덮개금형

225 : 주입라인 300 : 외부체

303 : 외부돌출부

상기의 마스터 실린더 제조방법에 의하면, 동력을 차단하거나 전달하는 클러치 시스템 또는 제동력을 발생시키는 브레이크 시스템에서 페달이나 전자식 답력을 액압으로 변환하여 오일을 압송하는 핵심부품인 마스터 실린더를 불량없이 대량으로 제조하는 효율을 높일 수 있다.

Claims (9)

1. 내부체와 외부체가 일체화된 마스터 실린더에 있어서,

   상기 외부체 형성을 위한 다이캐스팅(diecastings)재로서, Ti(titanium) 0.8 ~ 1.5 중량%, B(boron) 0.2 ~ 0.5 중량%, Cu(copper) 1.5 ~ 3.5 중량%, Si(silicon) 10.0 ~ 13.5 중량%, Zn(Zinc) 0.5 ~ 3.0 중량%, Fe(iron) 0.1 ~ 1.3 중량% 및 잔량의 Al(aluminium)을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스터 실린더의 외부체 형성용 다이캐스팅재.
2. 제1항에 있어서, Mg(magnesium) 0.1 ~ 0.3 중량%, Mn(manganese) 0.2 ~ 0.5 중량%, Ni(nickel) 0.01 ~ 0.2 중량% 및 Sn(tin) 0.03 ~ 0.2 중량% 중에서 선택된 1종 이상의 금속 성분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마스터 실린더의 외부체 형성용 다이캐스팅재.
3. 내부체와 외부체가 일체화된 실린더 본체를 포함하고,

   상기 내부체는 알루미늄 단조 소재로 형성된 것이며,

   상기 외부체는 Ti 0.8 ~ 1.5 중량%, B 0.2 ~ 0.5 중량%, Cu 1.5 ~ 3.5 중량%, Si 10.0 ~ 13.5 중량%, Zn 0.5 ~ 3.0 중량%, Fe 0.1 ~ 1.3 중량% 및 잔량의 Al을 포함하는 다이캐스팅재로 형성된 것을 특징으로 하는 마스터 실린더.
4. 제3항에 있어서, 상기 내부체는 상기 외부체와 대응하는 외부면 전체에 요철부가 형성되어 있거나, 상기 외부체의 외부면에 돌출 형성되어 유출입 홀을 관통 형성하는 외부돌출부와 대응하는 영역에 국부적으로 요철부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마스터 실린더.
5. 일단이 개구된 내부공을 구비하고, 밀폐된 타단에 돌출부를 구비하는 내부체를 성형하는 1단계;

   상기 돌출부가 대응삽입되는 고정홈을 갖추어 상기 내부체가 내부배치되는 본체금형과, 상기 내부체의 개구된 일단을 밀봉하는 덮개금형과의 합형에 의해서 금형의 캐비티에 내부체를 배치하는 2단계;

   상기 캐비티로 용융물을 주입하여 상기 내부체의 외부면을 전체적으로 덮어 상기 내부체와 일체화되도록 외부체를 성형하는 3단계; 및

   상기 내부체와 외부체가 일체화된 실린더 본체를 상기 금형으로부터 분리하여 상기 실린더 본체를 후처리하는 4단계;를 포함하며,

   상기 용융물은 Ti 0.8 ~ 1.5 중량%, B 0.2 ~ 0.5 중량%, Cu 1.5 ~ 3.5 중량%, Si 10.0 ~ 13.5 중량%, Zn 0.5 ~ 3.0 중량%, Fe 0.1 ~ 1.3 중량% 및 잔량의 Al을 포함하는 다이캐스팅재를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스터 실린더 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 내부체를 성형하는 단계는,

   단조, 압출 또는 인발 공정에 의해서 양단이 개구된 중공체를 성형하고, 상기 중공체의 개구된 일단에 차단판을 일체로 밀폐하여 내부체를 성형하는 것을 특징으로 하는 마스터 실린더 제조방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 내부체를 배치하는 단계는,

   상기 본체금형과 덮개금형과의 합형시 상기 내부체의 개구된 일단이 상기 덮개금형의 내측면으로부터 돌출되고 주입라인을 형성하는 내부덮개와 접하여 밀봉되는 것을 특징으로 하는 마스터 실린더 제조방법.
8. 제5항에 있어서,

   상기 내부체는 상기 외부체와 대응하는 외부면 전체에 요철부를 형성하거나 상기 외부체의 외부면에 돌출 형성되어 유출입 홀을 관통 형성하는 외부돌출부와 대응하는 영역에 상기 요철부를 국부적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 마스터 실린더 제조방법.
9. 제5항에 있어서,

   상기 외부체를 성형하는 단계에서 상기 금형의 캐비티 내로 주입되는 용융물의 주입 온도는 상기 내부체를 구성하는 소재의 용융온도 보다 상대적으로 더 높은 온도를 가지는 것을 특징으로 하는 마스터 실린더 제조방법.

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