KR20110116182A - 브레이크 라이닝의 생산 방법, 브레이크 라이닝 - Google Patents

Abstract

본 발명은 브레이크 캘리퍼스(breake caliper)의 마찰 라이닝(friction lining) 생산 방법에 관한 것으로, 마찰 라이닝에는 특수 표면을 갖는 오픈포어 바탕재에 결합제가 첨가되고, 바탕재와 결합제는 바탕재가 결합제에 의해 충분히 적셔질(moisten 또는 be sprinkled) 때까지 혼합되며, 그 이후 바탕재에 의해 최소한 부분적으로 수용이 되는 기능물질이 추가된다. 본 발명은 그 밖에도 상기 방법으로 생산된 브레이크 라이닝에 관한 것이다.

Description

브레이크 라이닝의 생산 방법, 브레이크 라이닝{METHOD FOR PRODUCING A BRAKE LINING, BRAKE LINING}

본 발명은 브레이크 캘리퍼스(breake caliper)의 마찰 라이닝(friction lining) 생산 방법과 해당 브레이크 캘리퍼스(breake caliper)의 마찰 라이닝(friction lining)에 관한 것이다.

기존 기술을 적용한 브레이크 캘리퍼스의 마찰 라이닝 생산을 위한 다양한 방법이 공개되어 있다.

마찰 라이닝에는 다양한 종류가 존재하는데, 예를 들어 금속 마찰 라이닝, 오가닉 마찰 라이닝, 금속 비율이 낮은 마찰 라이닝, 세라믹 마찰 라이닝 등이 있다. 마찰 라이닝의 종류는 사용되는 마찰재에 의해 결정된다.

마찰 라이닝은 서로 다른 기능을 담당하는 다수의 구성요소로 구성된다. 그 중 하나의 구성요소는 브레이크 캘리퍼스와 이에 대응하는 드럼 브레이크(drum brake) 또는 디스크 브레이크(disc brake) 등과 같은 부분 사이의 마찰계수를 결정하는 중요요인인 마찰재다.

충전제 역시 다양한 기능을 담당한다. 한 가지 기능은 브레이크 소음 감소 및 컴포트(comfort) 개선을 가능케 하기 위하여 윤활 기능을 제공하는 것이다. 현재 기술 단계에서는 컴포트 개선을 위하여 마찰 라이닝에 금속 설파이드(sulfide)와 비철금속(non-ferrous metal)을 윤활제로 첨가하는 것이 일반적이다. 그러나 이때 금속들은 충전제 내 비교적 많은 양으로서 존재해야 하며, 그로 인하여 높은 원자재 비용이 발생하고 브레이크 캘리퍼스의 비용이 상당히 높아지게 된다.

본 발명의 과제는 청구항 1에 명시된 마찰 라이닝의 생산을 위한 방법을 통하여, 청구항 7에 명시된 마찰 라이닝을 통하여, 그리고 청구항 17과 18에 명시된 브레이크 캘리퍼스를 통하여 실현된다. 본 발명의 유리한 응용은 하위청구항의 대상이다.

브레이크 캘리퍼스의 마찰 라이닝 생산을 위한 본 발명에 입각한 방법은 바탕재를 사용하는데, 이 바탕재는 강한 오픈포어 특성을 갖는 소재이다. 이러한 특성을 가진 바탕재는 자기 내부에 또는 자기 모서리까지의 동공(cavity)에 기능물질을 수용하기에 유리하다.

오픈포어 특성이 강한 바탕재에는 결합제가 첨가되고, 바탕재와 결합제는 바탕재의 오픈포어 표면이 결합제에 의해 충분히 적셔질 때까지 혼합된다. 결합제는 바탕재에 기능물질이 보다 잘 수용되고 결합될 수 있게 해준다. 바탕재가 결합제에 의해 적셔지는 정도가 높을수록 바탕재의 기능물질 수용능력이 높아진다.

그 다음으로 바탕재-결합제-혼합물에 기능물질이 첨가되는데, 이 기능물질은 바탕재 즉, 바탕재-결합제-혼합물에 의해 최소한 부분적으로 수용된다.

본 생산 방법은 간편한 방식으로 마찰 라이닝 생산을 가능케 해주는데, 이때 마찰 라이닝은 기능물질이 바탕재에 매우 잘 결합될 수 있게 첨가되어 기존 기술에 입각한 마찰 라이닝과 비교했을 때 바탕재가 동일한 또는 더 개선된 특징을 가지면서도 현저히 적은 양의 기능물질을 필요로 하는 마찰 라이닝이다. 본 발명에 입각하여 결합제를 바탕재에 연속적으로 첨가하고 그 이후에 기능물질을 바탕재-결합제-혼합물에 첨가함으로써 기능물질이 바탕재 안에 즉, 바탕재에 보다 잘 결합시킬 수 있다.

본 발명의 첫 번째 유리한 응용 사례에서는 바탕재와 결합제가 하나의 혼합물 안에서 동질화된다. 이 방식은 소모되는 결합제의 양을 감소시킨다.

결합제는 결합제액으로서 첨가되는 것이 바람직한데, 이는 바탕재가 결합제에 의해 보다 우수하게 적셔질 수 있게 되기 때문이다.

결합제액의 결합제 농도는 바람직하게는 0.5% 내지 50%가 되며, 결합제 A의 경우 특히 바람직하게는 2% 내지 8%가 된다.

바탕재와 결합제를 느린 속도로 혼합하면 또 다른 장점이 있다. 느린 속도로 혼합을 할 시 혼합 중에 다수의 포어를 갖는 바탕재의 손상이 예방되며, 바탕재가 결합제액에 의한 균일하게 적셔질 수 있게 된다. 결합제액은 특유의 점성 때문에 바탕재의 표면을 충분히 적시기 위하여 일정 시간을 필요로 한다.

혼합장치가 혼합 스크류 또는 회전 가능한 혼합드럼 또는 유사한 장치로 구성될 경우에는 혼합드럼 또는 혼합 스크류 또는 유사한 장치의 회전수가 낮은 것이 바람직하다.

기능물질은 위와 같이 첨가될 때 혼합 후 물질 즉, 기능물질을 바탕재에 결합시킨 후의 결과물이 끈적이지 않고, 적셔진 바탕재가 기능물질에 의한 포화 상태인 것이 바람직하다. 이러한 방식을 취하면 본 발명에 입각하여 생산된 마찰 라이닝 소재를 이용한 가공이 용이하며 동시에 완성된 마찰 라이닝 내 기능물질의 효과가 매우 높아진다.

또 다른 발명의 응용사례로는 기능물질을 첨가 및 혼합한 후의 혼합물을 건조시키는 방법이 있다. 그 결과 마찰 라이닝 소재를 이용한 가공이 매우 용이해진다.

건조 후 잔여수분의 비율은 0.3% 내지 5%, 바람직하게는 0.7% 내지 2%가 된다. 잔여수분의 비율이 약 1%가 되는 것이 가장 바람직하다. 이 때 소재는 가공하기에 매우 용이해진다.

본 발명의 첫 번째 독립적인 대상은 차량의 브레이크 캘리퍼스를 위한 마찰 소재에 관한 것으로, 바탕재가 오픈포어 정도가 매우 높고, 결합제에 의해 적셔지는 바탕재이며, 이 바탕재 안에 또는 바탕재에 기능물질이 첨가된다. 이러한 형태의 마찰재 덕분에 기존 기술을 적용한 마찰재에 비해 기능물질의 농도가 현저히 낮아지게 되며 그로 인하여 마찰재의 가격 또한 상당히 낮아지게 된다.

본 발명에 입각한 마찰재는 이와 같은 특성을 가지면서도 기능물질의 첨가에 의해 갖게 되는 특성이 기존과 동일한 수준 또는 더 향상된 수준을 달성하게 된다. 왜냐하면 바탕재 덕분에 기능물질이 쉽게 분리되기 때문이다.

바람직하게는, 바탕재와 결합제 사이의 적심 정도는 80% 내지 100%이며, 바람직하게는 90% 내지 100% 그리고 특히 바람직하게는 98% 내지 100%다. 적심 정도가 높을수록 즉, 바탕재의 표면이 결합제로 덮여 있는 면적이 넓을수록 기능물질이 바탕재에 쉽게 결합하게 된다.

적합한 바탕재로는 표면이 20㎡/g 내지 80㎡/g, 바람직하게는 40㎡/g 내지 70㎡/g 그리고 특히 바람직하게는 50㎡/g인 특수한 소재라고 밝혀졌다. 바탕재의 특수한 표면은 바탕재에 결합제와의 결합 없이 코팅되어 있다. 결합제가 적셔져 있음으로 인하여 특수한 표면의 면적이 대개 줄어들게 된다.

특수성이 강한 표면일 경우 바탕재는 브레이크 작용 시 기계적 부하를 견딜 수 없을 정도로 포어 정도가 높아야 하는데, 특수성이 약한 표면의 경우 기능물질 수용능력이 충분하지 못하다.

약 50㎡/g이면 마찰재 내 기능물질의 효과가 마찰재에 기능물질을 직접적으로 첨가한 것과 같은 효과가 달성된다.

바탕재는 바람직하게는 입자의 크기가 90 내지 1.5mm이며, 그 결과 마찰재의 가공이 용이해진다.

90 내지 1.5mm 사이에서 바탕재의 입자크기가 보편적으로 고루 분포하는 것이 바람직하다. 90 내지 1.5mm 사이에서 입자의 크기가 보편적으로 고루 분포하므로 기능물질이 첨가된 바탕재가 마찰재에 잘 분포될 수 있게 된다.

바탕재와 결합제의 혼합 시에 바람직한 입자의 표면속도는 5m/sec 내지 50m/sec이며, 바람직하게는 10m/sec 내지 20m/sec이다. 이러한 표면속도에서는 포어를 갖는 구성요소들이 손상되지 않으며 마찰재의 품질이 저하되지 않는다.

바탕재로 사용되는 재료로는 규조와 점토, 특히 규조와 점토를 혼합하여 얻은 천연의 하소시킨(calcine) 혼합물이 바람직하다. 이러한 바탕재는 비용 면에서 저렴하며 결합제에 의해 쉽게 적셔지며 기능물질에 의해 쉽게 채워진다는 물리적 및 화학적으로 우수한 특성을 갖는다. 그 밖에도 천연의 하소시킨(calcine) 규조와 점토의 혼합물은 화학적으로 비활성적 특성을 가지면, 최대 1000°C 상당의 내열성을 가지며 환경 및 독성(toxicological) 관련하여 전혀 위험성이 없다.

바람직하게는 마찰재 내 기능물질의 농도는, 바탕재, 결합제, 기능물질의 혼합물이 점성을 갖지 않고 그리고/또는 적셔진 바탕재가 기능물질로 포화가 될 수 있는 정도다. 이 상태는 바탕재 내 기능물질의 높은 효과를 보장해주며 동시에 마찰재의 우수한 가공가능성을 보장해준다.

기능물질이 윤활제로 사용되었다면 본 발명에 입각한 마찰재의 도움으로 윤활제를 소량으로 사용했더라도 특히 우수한 컴포트가 달성될 수 있다.

바람직한 기능물질로는 금속 설파이드, 흑연, 금속 또는 언급된 재료의 혼합물 특히 몰리브덴 설파이드(molybdenum sulfide)가 있다. 이러한 기능물질들은 윤활효과가 우수하며 포어를 구비한 바탕재에 쉽게 첨가된다.

기능물질은 바람직하게는 기능물질의 원료 또는 기능매트릭스 형태로 존재한다.

결합제인 풀이 유기적 그리고/또는 비유기적 구성요소들을 포함할 경우에는 재료들이 기능물질과 바탕재 사이의 우수한 결합을 달성시켜 마찰재의 효과를 증가시킨다는 추가 장점이 있다.

바람직하게 결합제액으로서의 결합제가 사용되어 바탕재와 결합제 사이에 높은 적심 정도의 결합이 달성된다.

본 발명의 또 다른 독립적인 대상으로는 마찰재를 갖는 브레이크 캘리퍼스에 관한 것으로, 이때 마찰재는 앞서 기술된 마찰 라이닝의 생산 방식에 따라 생산된 것이다. 이러한 형태의 브레이크 캘리퍼스는 기존의 브레이크 캘리퍼스에 비해 현저히 기능물질 비율이 낮아, 비용이 낮아지지만 기존의 브레이크 캘리퍼스와 동일한 특성을 달성한다.

본 발명의 마지막 독립적인 대상으로는 앞서 기술된 발명에 입각한 마찰재를 구비한 브레이크 캘리퍼스에 관한 것이다. 이러한 형태의 브레이크 캘리퍼스는 기존의 브레이크 캘리퍼스에 비해 현저히 기능물질 비율이 낮아 비용이 낮아지지만 기존의 브레이크 캘리퍼스와 동일한 특성을 달성한다.

본 발명의 기타 목표, 특징, 유리한 응용가능성은 이하에서 도해와 함께 기술되는 하나의 실시예를 통하여 소개된다. 이때 기술된 그리고/또는 도면으로 표현된 특성들은 서로 합리적으로 조화를 이루며 본 발명의 대상을 형성하되 청구항 및 관련 내용과 독립적이다.

본 발명은 다음의 실시예를 통하여 상세히 기술된다.

발명에 입각한 마찰재 생산을 위하여 천연의 하소시킨(calcine) 규조와 점토의 혼합물이 사용되는데, 이 혼합물의 입자크기는 90 내지 1.5mm다. 입자의 크기는 이 범위 내에서 보편적으로 고루 분포한다.

기본소재는 50㎡/g인 특수한 표면을 가지며 기계적 부하에 대한 높은 내구성을 보유한다.

바탕재는 결합제와 함께 혼합기 내에서 매우 낮은 속도로 동질화되는데, 그 결과 결합제가 바탕재 위에 그리고 바탕재 내에 잘 퍼지게 된다. 결합제는 액체로 존재하며 적절한 용제를 포함하는데, 그 농도는 0.5 내지 50%가 된다. 동질화의 결과 대개 최대 100% 적셔진 바탕재가 탄생하게 되는데, 이 때 바탕재는 첨가될 기능물질에 대한 우수한 수용성을 갖게 된다.

바탕재가 결합제에 의해 완벽하게 적셔진 후에는 바탕재-결합제-혼합물이 기능물질원료매트릭스와 혼합된다. 기능물질원료매트릭스는 동질적이고 비점성 물질이 도출 될 수 있는 정도의 비율 그리고 기능원료매트릭스에 의해 포화가 된 바탕재가 도출될 수 있는 정도의 비율로 첨가된다.

그 다음 기능원료매트릭스가 첨가된 바탕재는 잔여수분이 약 1%가 될 때까지 건조된다.

선호되는 기능물질원료로는 몰리브덴 설파이드(molybdenum sulfide)가 있는데, 몰리브덴 설파이드(molybdenum sulfide)는 안티모니 설파이드의 적절한 대체물이다. 안티모니 설파이드는 고온에서 안티모니 트리옥시드로 산화되어 발암성물질분류 3이 되는 반면, 몰리브덴 설파이드는 발암 효과가 없다. 몰리브덴 설파이드는 안티모니 설파이드와 동일한 기술적 특성을 가진다.

예: 본 발명의 방법에 입각한 바탕재의 생산

3990개의 바탕재 부분이 2100개의 결합제(예를 들어 물과 수화된 규산나트륨(Natriumsilicat) 1:1 비율)가 혼합기에 도입되고, 5분 동안 최저 강도 또는 낮은 강도 단계로 혼합된다. 그 다음 350개의 몰리브덴 설파이드와 490개의 철(II) 설파이드, 주석(II) 설파이드 그리고/또는 티타늄(IV) 설파이드 등을 포함하는 다요소윤활제와 140개의 주석(II) 설파이드가 첨가되고 동일한 회전수를 유지한 채 2분 긴 추가로 혼합된다.

혼합과정 이후 혼합물은 100°C에서 잔여수분이 최저 수준이 될 때까지, 예를 들어 1%가 될 때까지 건조된다.

Claims (17)

1. 브레이크 캘리퍼스(breake caliper)의 마찰 라이닝(friction lining) 생산 방법에 있어서, 마찰 라이닝에는 특수 표면을 갖는 오픈포어 바탕재에 결합제가 첨가되는데, 바탕재가 결합제에 의해 충분히 적셔질 때까지 바탕재와 결합제가 충분히 혼합되며, 그 이후 바탕재에 의해 최소한 부분적으로 수용이 되는 기능물질이 추가된다는 것을 특징으로 갖는 마찰 라이닝 생산 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   바탕재와 결합제가 혼합기에서 동질화된다는 것을 특징으로 갖는 마찰 라이닝 생산 방법.
3. 청구항 1 내지 2 중 어느 한 항에 있어서,
   결합제는 결합제액으로서 첨가되는 것이 바람직한데, 결합제액의 결합제 농도는 바람직하게는 0.5% 내지 50%가 되며, 결합제 A의 경우 특히 바람직하게는 2% 내지 8%가 된다는 것을 특징으로 갖는 마찰 라이닝 생산 방법.
4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
   바탕재와 결합제의 혼합 시 입자의 표면속도가 5m/sec 내지 50m/sec이며, 바람직하게는 10m/sec 내지 20m/sec인 것을 특징으로 갖는 마찰 라이닝 생산 방법.
5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
   첨가되는 기능물질의 비율은, 혼합 후 물질이 점성을 갖지 않고 적셔진 바탕재가 기능물질에 의해 포화 상태가 된다는 것을 특징으로 갖는 마찰 라이닝 생산 방법.
6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
   기능물질 첨가 및 혼합 후 혼합물을 건조시키며, 건조 후 잔여수분의 비율이 0.3% 내지 5%, 바람직하게는 0.7% 내지 2%가 되며, 잔여수분의 비율이 약 1%가 되는 것이 가장 바람직한 것을 특징으로 갖는 마찰 라이닝 생산 방법.
7. 차량의 브레이크 캘리퍼스를 위한 마찰재에 있어서,
   바탕재가 오픈포어 정도가 심하고, 결합제에 의해 적셔지고 기능물질이 그 위에 또는 내에 첨가되는 것을 특징으로 갖는 마찰재.
8. 청구항 7에 있어서,
   바탕재 상에 결합제의 적심정도는 80% 내지 100%이며, 바람직하게는 90% 내지 100% 그리고 특히 바람직하게는 98% 내지 100%인 것을 특징으로 갖는 마찰재.
9. 청구항 7 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
   바탕재가 20㎡/g 내지 80㎡/g, 바람직하게는 40㎡/g 내지 70㎡/g 그리고 특히 바람직하게는 50㎡/g인 특수 표면을 갖는다는 것을 특징으로 갖는 마찰재.
10. 청구항 7 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
    바탕재는 입자의 크기가 90㎛ 내지 1.5mm이며, 바탕재의 입자의 크기는 이 범위 내에서 바람직하게는 보편적으로 고루 분포한다는 것을 특징으로 갖는 마찰재.
11. 청구항 7 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
    바탕재로서 규조와 점토, 바람직하게는 규조와 점토를 혼합한 천연의 하소시킨(calcine) 혼합물인 것을 특징으로 갖는 마찰재.
12. 청구항 7 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
    마찰재 내 기능물질의 농도는, 바탕재, 결합제, 기능물질의 혼합물이 점성을 갖지 않는 및/또는 적셔진 바탕재가 기능물질에 의해 포화 상태를 형성하는 정도인 것을 특징으로 갖는 마찰재.
13. 청구항 7 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
    기능물질이 윤활제라는 것을 특징으로 갖는 마찰재.
14. 청구항 7 내지 13 중 어느 한 항에 있어서
    기능물질은 금속 설파이드, 흑연, 금속 또는 언급된 재료의 혼합물, 바람직하게는 몰리브덴 설파이드(molybdenum sulfide)를 포함한다는 것을 특징으로 갖는 마찰재.
15. 청구항 7 내지 14 중 어느 한 항에 있어서,
    결합제인 풀이 유기적 및/또는 비유기적 구성요소들을 포함한다는 것을 특징으로 갖는 마찰재.
16. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 입각한 방법으로 생산된 마찰재를 갖는 브레이크 캘리퍼스.
17. 청구항 7 내지 15 중 어느 한 항에 있어서,
    마찰재를 갖는 브레이크 캘리퍼스.