KR100422542B1 - 자동차의 디스크 로터 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 디스크 로터 구조에 관한 것으로, 디스크 로터의 소재를 제동 마찰에 의한 열해가 큰 부위는 경도를 고려하는 소재로 채택함과 더불어 상대적으로 제동 마찰열에 의한 열해가 낮은 부위는 댐핑율을 고려하는 소재로 채택함으로써, 제동 마찰면부위에 대한 경도의 유지와 함께 제동 마찰면이 아닌 부위에서는 큰 댐핑율의 구현으로 제동시 발생하는 소음 및 진동에 적극적인 대응을 도모할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 제동시 캘리퍼내 브레이크 패드와 접촉됨과 더불어 상호 이격되어 배치되는 아우터 플레이트부(12)와 인너 플레이트부(16)와, 상기 아우터 플레이트부(12)와 인너 플레이트부(16) 사이에서 이들을 강제 압입으로 결합시킴과 더불어 허브조립체에 체결되는 센터 베인부(14)로 이루어지되, 상기 아우터 플레이트부(12)와 인너 플레이트부(16)는 제동 마찰에 대한 내성을 고려하여 경도가 큰 재질로 이루어지고, 상기 센터 베인부(14)는 제동 마찰에 따른 열해와 소음 및 진동을 고려하여 열전달율과 댐핑율이 큰 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

자동차의 디스크 로터 구조{disc rotor structure for an automotive vehicle}

본 발명은 자동차의 디스크 로터 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디스크 로터를 구성하는 소재를 제동시 접촉되는 부위와 제동시 발생되는 마찰열의 방열 및 댐핑을 고려하는 부위로 분리하여 제작함으로써, 제동시 마찰부위에 대한 높은 경도의 구현은 물론, 마찰열에 대한 높은 방열성의 도모를 통해 소음 및 진동을 줄일 수 있도록 하는 자동차의 디스크 로터 구조에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에는 주행중 필요에 따라 차속을 선택적으로 감속시키거나 차체를 정지시키도록 하는 브레이크 장치(Brake System)를 구비하고 있는 바, 이러한 브레이크 장치는 통상 마찰력을 이용하여 자동차의 운동에너지를 열에너지로 변환시켜 이를 대기중으로 방열시킴으로써 제동작용을 하도록 된 것이다.

그리고, 상기와 같은 브레이크 장치는 사용목적에 따라 크게 주행시 제동하기 위한 주브레이크인 풋브레이크(Foot Brake)와, 주차시 사용하는 주차브레이크(Parking Brake)로 구분되어지는 바, 상기 풋브레이크는 유압식을 주로 사용하고 있으며 주차브레이크는 기계식인데, 상기 풋브레이크는 통상 브레이크 드럼 또는 디스크 로터 등에 마찰재를 밀어 붙여 발생되는 마찰력을 이용하여 제동력을 얻는 것으로, 이는 차실내에서 운전자가 브레이크페달을 밟아 가압함으로써 이루어지는 한편, 상기 주차브레이크는 추진축에 장착된 브레이크드럼을 제동하거나 뒷바퀴를 제동하는 것이다.

한편, 상기와 같은 유압식의 제동장치에서 디스크식 브레이크 장치는 회전하는 디스크 로터에 패드를 밀착시켜 제동력을 발생시키는 제동장치인 바, 이와 같은 디스크식 브레이크 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 너클측 스핀들(1)의 외주면에장착되어 회전하는 허브조립체(2)와, 이 허브조립체(2)에 나사체결방식으로 결합되어 함께 회전하는 디스크 로터(3), 이 디스크 로터(3)의 가장자리 일측의 외주면으로 감싸도록 설치되는 캘리퍼(4)로 구성된다.

여기서 상기 캘리퍼(4)는 내부에 제동시 유압을 공급받아 가압되는 피스톤(도시안됨)을 구비하면서, 이 피스톤의 가압에 따라 상기 디스크 로터(3)의 가장자리 일부분을 외측에서 내측으로 가압시켜 제동을 위한 마찰력을 발생시키도록 된 패드(도시안됨)를 갖추도록 되어 있다.

또한, 상기 디스크 로터(3)는 도 2에 도시된 바와 같이, 중앙에 허브조립체(2)와의 나사체결을 위한 관통구멍(H)을 형성한 보스부(3a)와, 이 보스부(3a)를 중심으로 가장자리부위로 단차지게 형성됨과 더불어 제동시 상기 캘리퍼(4)내 패드와 접촉하는 플랜지부(3b)를 일체로 구비하도록 형성된다.

그리고, 상기 디스크 로터(3)의 플랜지부(3b)내에는 상방향으로 돌출되어 방사상으로 배치된 형태의 다수개의 리브(3c)와, 이 리브(3c)를 매개로 리브(3c) 사이로 형성되어 외기를 유입받아 제동시 상기 플랜지부(3b)에서 발생된 제동마찰열을 냉각시키도록 된 외기유입통로(3d)가 각각 구비되어 있다.

따라서 상기와 같이 구성되는 디스크 브레이크는, 제동시 상기 캘리퍼(4)내의 피스톤이 제동압유에 의해 가압을 받게 되면, 이 피스톤은 패드를 디스크 로터(3)쪽으로 밀게 되고, 이에 따라 패드가 디스크 로터(3)의 양쪽 외주면에 닿게 되어 디스크 로터(3)를 가압하게 됨으로써 허브조립체(2)와 함께 회전하는 디스크 로터(3)의 회전이 저지되어 제동이 이루어지게 된다.

이때, 상기 디스크 로터(3)의 가장자리부위 플랜지부(3b)는 패드와의 마찰에 따라 발생되는 제동마찰열에 의해 표면의 온도가 상당한 수준으로 상승하게 되는 데, 이 플랜지부(3b)에서 발생된 열은 상기 리브(3c)를 매개로 형성된 외기유입통로(3d)로 유입되는 외기에 의해 대기중으로 발열되어진다.

그런데, 상기와 같은 구조로 이루어진 디스크 로터(3)는 통상 주철재로 주물품으로 제조되어 재질이 가지는 특성으로 인해 댐핑율(damping ratio)이 낮은 바, 이와 같이 댐핑율이 낮은 재질로 이루어지는 종래의 디스크 로터(3)는 제동중 발생되는 각종 소음(squeal noise) 및 진동현상(brake judder)에 대해 불리한 단점이 있다.

또한, 브레이크의 개발시 상기 디스크 로터(3)의 소재가 확정된 다음에, 소음 및 진동에 대한 개선을 위해 소재적 튜닝을 할 경우에는 극히 제한적이며 많은 한계가 있어 왔다.

예컨대, 상기 디스크 로터(3)의 소재가 댐핑율이 크고, 탄소 함유량이 많은 재질의 소재(FC150 이하 재질 내지 장기 냉각 소재)를 사용할 경우에는 제동 마찰면인 상기 플랜지부(3b)의 경도 저하 문제가 발생되므로, 마찰재인 패드가 제동 마찰면을 파고 들어 가는, 이른 바 브레이크 디스크 스코링 현상(brake disc scoring)이 발생하는 문제가 있다.

이에 반해, 브레이크 디스크 스코링 현상에 대한 문제를 배제하기 위해 상기 디스크 로터(3)의 소재를 주철재로 선정하는 경우에 있어, 상기 디스크 로터(3)에 대한 댐핑율을 증가시키기 위해 주조후 냉각시간을 보다 더 지연시켜 소재 조직의 성장을 도와 댐핑율을 증가시킴과 더불어 열전달율을 향상시키고자 할 때에는, 생산성의 문제가 대두되어 양산에 있어 불리하므로 제조시설의 확장 등 비용문제가 수반되는 문제가 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 디스크 로터의 소재를 제동 마찰에 의한 열해가 큰 부위는 경도를 고려하는 소재로 채택함과 더불어 상대적으로 제동 마찰열에 의한 열해가 낮은 부위는 댐핑율을 고려하는 소재로 채택함으로써, 제동 마찰면부위에 대한 경도의 유지와 함께 제동 마찰면이 아닌 부위에서는 큰 댐핑율의 구현으로 제동시 발생하는 소음 및 진동에 적극적인 대응을 도모할 수 있도록 하는 자동차의 디스크 로터 구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 제동시 캘리퍼내 브레이크 패드와 접촉됨과 더불어 상호 이격되어 배치되는 아우터 플레이트부와 인너 플레이트부와, 상기 아우터 플레이트부와 인너 플레이트부 사이에서 이들을 강제 압입으로 결합시킴과 더불어 허브조립체에 체결되는 센터 베인부로 이루어지되, 상기 아우터 플레이트부와 인너 플레이트부는 제동 마찰에 대한 내성을 고려하여 경도가 큰 재질로 이루어지고, 상기 센터 베인부는 제동 마찰에 따른 열해와 소음 및 진동을 고려하여 열전달율과 댐핑율이 큰 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 디스크식 브레이크 장치의 분해사시도.

도 2는 도 1에 도시된 디스크 로터의 평면도.

도 3은 본 발명에 따른 디스크 로터의 분해사시도.

도 4는 도 3에 도시된 디스크 로터의 조립상태를 도시한 사시도.

도 5는 도 4의 요부를 확대하여 도시한 사시도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10-디스크 로터 12-아우터 플레이트부

12a-개구부 12b-절결홈

14-센터 베인부 14a-보스

14b-베인 16-인너 플레이트부

16a-개구부 16b-절결홈

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 디스크 로터의 분해사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 디스크 로터의 조립상태를 도시한 사시도이며, 도 5는 도 4의 요부를 확대하여 도시한 사시도이다.

본 발명에 따른 디스크 로터(10)는 도 3 내지 도 4에 각각 도시된 바와 같이, 제동시 캘리퍼내 브레이크 패드(이상 도시안됨)와 직접적으로 접촉하는 아우터 플레이트부(12)와, 이 아우터 플레이트부(12)와 다소 이격된 상태로 조립되어 역시 제동시 브레이크 패드와 직접적으로 접촉하는 인너 플레이트부(16) 및, 상기 아우터 플레이트부(12)와 인너 플레이트부(16) 사이에서 이들 사이의 간격을 적정하게 유지함과 더불어 허브조립체(도시안됨)에 나사체결방식으로 결합되는 센터 베인부(14)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 아우터 플레이트부(12)와 인너 플레이트부(16)는 제동시 캘리퍼내 브레이크 패드와 직접적으로 마찰하는 부위이므로, 주철 소재를 사용하여 적정 경도를 발휘할 수 있도록 되어 있다.일반적으로 주철 소재라함은 탄소함유량이 1.7% 이상의 철 합금을 말하는데 경도가 높고 내마모성이 매우 우수한 소재이다.

또한, 상기 센터 베인부(14)는 제동시 아우터 플레이트부(12)와 인너 플레이트부(16)로부터 전열되는 제동 마찰열의 빠른 방열을 위해 열전달 특성이 우수함과 더불어, 제동시 상기 아우터 플레이트부(12)와 인너 플레이트부(16)로부터 전달되는 소음 및 진동의 효과적인 감쇠를 위해 댐핑율이 큰 소재, 예컨대 FC150 이하 재질이나 장기 냉각 소재로 이루어진다.여기서, FC150 이하의 재질이라함은 통상적으로 브리넬경도 150 이하의 회주철을 의미하는 것으로서, 흑연이 소재내에서 편상으로 분포되어 있어 열전달율 및 댐핑율이 우수하다.

그리고, 상기 아우터 플레이트부(12)와 센터 베인부(14) 및 인너플레이트부(16) 사이의 결합은 강제 압입공정에 의한 조립방법을 통해 이루어진다.

이를 위해, 상기 아우터 플레이트부(12)는 중앙에 상기 센터 베인부(14)의 삽입을 위한 개구부(12a)를 형성하고 있으며, 상기 인너 플레이트부(16)도 중앙에 상기 센터 베인부(14)의 삽입을 위한 개구부(14a)를 형성하고 있다.

또한, 상기 센터 베인부(14)는 중앙에 상기 아우터 플레이트부(12)와 인너 플레이트부(16)의 개구부(12a,14a)로 삽입되어 허브조립체(도시안됨)와 체결되는 보스(14a)를 구비함과 더불어, 이 보스(14a)의 외주면에서 방사상으로 연장되어 상기 아우터 플레이트부(12)와 인너 플레이트부(16) 사이에 강제 압입되는 다수개의 베인(14b)을 구비하고 있다.

여기서, 상기 센터 베인부(14)의 베인(14b)과 상기 아우터 플레이트부(12)와 인너 플레이트부(16) 사이의 결합부위는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 아우터 플레이트부(12)와 인너 플레이트부(16)의 가장자리부위에 방사상으로 절결홈(12b,16b)이 각각 형성되고, 이 절결홈(12b,16b)내에 상기 센터 베인부(14)의 베인(14b)이 강제 압입됨으로써, 상기 센터 베인부(14)를 중심으로 상하로 상기 아우터 플레이트부(12)와 인너 플레이트부(16)가 각각 고정결합된다.

따라서 상기와 같은 구조로 이루어지는 디스크 로터(10)는, 제동시 캘리퍼내 브레이크 패드와 접촉하여 마찰하는 경우에 있어, 상기 아우터 플레이트부(12)와 인너 플레이트부(16)가 제동 마찰에 충분히 견딜 수 있는 경도를 지닌 주철재로 이루어짐으로써, 마찰재인 브레이크 패드가 디스크 로터(10)의 제동 마찰면인 아우터 플레이트부(12)와 인너 플레이트부(16)의 접촉부위를 파고 들어 가는, 이른 바 브레이크 디스크 스코링 현상(brake disc scoring)이 발생하지 않게 된다.

또한, 상기 디스크 로터(10)의 센터 베인부(14)는 열전달율과 댐핑율이 높은 재질로 이루어짐에 따라, 제동시 상기 아우터 플레이트부(12)와 인너 플레이트부(16)에서 발생되어 전열되는 제동 마찰열과 소음 및 진동을 각각 효과적으로 방열 및 감쇠시켜 제동중 디스크 로터(10)에서 발생되는 각종 소음(squeal noise) 및 진동현상(brake judder)에 대한 충분한 대응능력을 갖게 된다.

한편, 상기와 같이 디스크 로터(10)의 제조하면, 브레이크의 개발시 디스크 로터(10)의 소재가 확정된 이후, 소음 및 진동에 대한 개선을 위해 소재적 튜닝을 할 경우에 있어서, 각 부위별로 튜닝을 한 다음 조립하면 되므로 튜닝의 자유도를 높일 수 있다.

또한, 상기 디스크 로터(10)는 각 부위별로 별도로 제작된 단품을 강제 압입 공정으로 제조할 수 있으므로, 전체 부품에 대해 댐핑율의 증가를 위해 일체로 주조후 생산된 단품에 대해 냉각시간을 지연시키는 종래의 제조에 비해 생산성 내지 경제적인 측면을 고려할 때 보다 더 유리한 이점을 가지게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자동차의 디스크 로터 구조에 의하면, 제동시 브레이크 패드와 접촉되는 디스크 로터(10)의 소재를 제동 마찰에 대한 내성을 고려하여 경도가 뛰어난 부분과, 제동시 발생하는 열과 소음 및 진동에 대한 감쇠를 고려하여 열전달율과 댐핑율이 뛰어난 부분으로 분리함으로써, 제동 마찰면의 경도 저하에 따라 유발되는 브레이크 디스크 스코링 현상을 줄일 수 있음과 더불어, 제동중 디스크 로터(10)에서 발생되는 각종 소음 및 진동을 효과적으로 감쇠시킬 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 제동시 캘리퍼내 브레이크 패드와 접촉됨과 더불어 상호 이격되어 배치되는 아우터 플레이트부(12) 및 인너 플레이트부(16)와, 상기 아우터 플레이트부(12)와 인너 플레이트부(16) 사이에서 이들을 강제 압입으로 결합시킴과 더불어 허브조립체에 체결되는 센터 베인부(14)로 이루어지되, 상기 아우터 플레이트부(12)와 인너 플레이트부(16)는 제동 마찰에 대한 내성을 고려하여 경도가 큰 재질인 주철소재로 이루어지고, 상기 센터 베인부(14)는 제동 마찰에 따른 열해와 소음 및 진동을 고려하여 열전달율과 댐핑율이 큰 재질인 FC 150 이하의 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 디스크 로터 구조.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 아우터 플레이트부(12)와 인너 플레이트부(16)는 중앙에 센터 베인부(14)의 삽입을 위한 개구부(12a,16a)가 형성된 것을 특징으로 하는 자동차의 디스크 로터 구조.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 센터 베인부(14)는 중앙에 허브조립체와의 결합을 위한 보스(14a)와, 가장자리부위로 상기 아우터 플레이트부(12)와 인너 플레이트부(16)에 각각 결합됨과 더불어 중앙으로부터 방사상으로 뻗어 외기유입통로를 형성하는 다수개의 베인(14b)을 구비한 것을 특징으로 하는 자동차의 디스크 로터 구조.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 센터 베인부(14)의 베인(14b)은 상기 아우터 플레이트부(12)와 인너 플레이트부(16)상에 형성된 절결홈(12b,16b)과 강제 압입방식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차의 디스크 로터 구조.