KR20200072605A - 브레이크 디스크 - Google Patents

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KR20200072605A
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Abstract

본 발명은 이종 재질인 햇 파트와 디스크 파트의 결합부에서 결합 강도를 안정적으로 유지하면서 열유동에 따른 방열성을 확보할 수 있는 브레이크 디스크에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 브레이크 디스크는 허브에 장착되는 햇 파트와, 브레이크 패드와의 마찰면을 제공하는 디스크 파트가 이종 재질로 형성되어 결합되는 브레이크 디스크로서, 상기 햇 파트는 상기 디스크 파트와의 결합을 위하여 테두리를 따라 방사상으로 다수의 브릿지가 돌출되어 형성되고, 상기 디스크 파트는 한 쌍의 디스크 플레이트 사이에 공기가 유동되는 유로를 형성하는 복수의 베인과, 상기 브릿지에 밀착되어 고정되는 복수의 결합 필라가 일체로 형성되며, 상기 결합 필라는 상기 브릿지의 전단부를 노출시키면서 상기 브릿지의 양측면에 밀착되어 고정되는 디스크 파트를 포함한다.

Description

브레이크 디스크{BRAKE DISK}
본 발명은 브레이크 디스크에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이종 재질인 햇 파트와 디스크 파트의 결합부에서 결합 강도를 안정적으로 유지하면서 열유동에 따른 방열성을 확보할 수 있는 브레이크 디스크에 관한 것이다.
브레이크 장치는 주행 중인 차량을 감속 또는 정지시키거나, 정지된 차량을 정지 상태로 계속 유지시키기 위한 장치이다.
이러한 브레이크 장치는 제동에 필요한 힘을 발생시키는 제동력 발생장치, 제동력 발생장치에서 발생된 힘을 이용하여 차량을 감속 또는 정지시키는 제동장치, 제동력 발생장치의 힘을 제동장치에 전달하는 파이프류, 피스톤, 밸브류, 및 보조동력을 위한 부수 장치로 구성되며, 제동장치는 구조상으로 드럼식 브레이크와 디스크식 브레이크로 구분된다.
특히, 디스크식 브레이크의 경우, 차량의 각 휠에는 브레이크 디스크가 고정되고, 브레이크 디스크의 좌우측 표면에는 압착 또는 이격 작동이 가능한 한 짝의 브레이크 패드가 설치된다. 즉, 휠과 함께 회전되는 브레이크 디스크에 브레이크 패드가 밀착되면, 그 마찰력을 통해 차량의 제동이 이루어진다.
브레이크 디스크는 허브에 장착되는 햇 파트와, 브레이크 패드와의 마찰면을 제공하는 디스크 파트로 구분되는데, 종래에는 햇 파트와 디스크 파트를 모두 회주철로 제작하였다. 이렇게 브레이크 디스크의 제작에 주로 회주철이 사용되는 목적은 회주철이 우수한 주조성, 높은 열전도도, 우수한 진동 감쇠능, 우수한 내마모성 및 낮은 원가 등과 같은 장점이 있기 때문이다.
그러나 회주철은 별도의 방청 처리를 하지 않으면 아주 쉽게 표면에 적녹이 발생하여 외관 품질이 저하되고, 녹 발생에 따른 저더현상 발생우려가 높아지게 된다. 또한, 회주철은 비중이 무거워 자동차의 경량화 요구를 만족하지 못하였다.
그래서, 최근에는 브레이크 디스크의 성능을 저하시키지 않고 경량화를 달성할 수 있는 방안으로 고강도 주철 소재인 구상 흑연 주철을 사용하여 햇 파트를 주조한 다음 시차를 두고 회주철을 이용한 디스크 파트를 주조하는 공법이 사용되고 있다. 이러한 공법으로 인해 상대적으로 고강도인 구상 흑연 주철로 제작된 햇 파트의 두께를 회주철로 제작되는 햇 파트 대비 두께를 얇게하여 경량화를 달성하고 있다.
하지만, 햇 파트와 디스크 파트를 시차를 두고 주조함으로써 햇 파트와 디스크 파트의 결합 강도를 안정적으로 유지할 수 있는 기술에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.
기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
등록공보 제10-1499125호 (2015.02.27)
본 발명은 이종 재질인 햇 파트와 디스크 파트의 결합부에서 결합 강도를 안정적으로 유지하면서 열유동에 따른 방열성을 확보할 수 있는 브레이크 디스크를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 브레이크 디스크는 허브에 장착되는 햇 파트와, 브레이크 패드와의 마찰면을 제공하는 디스크 파트가 이종 재질로 형성되어 결합되는 브레이크 디스크로서, 상기 햇 파트는 상기 디스크 파트와의 결합을 위하여 테두리를 따라 방사상으로 다수의 브릿지가 돌출되어 형성되고, 상기 디스크 파트는 한 쌍의 디스크 플레이트 사이에 공기가 유동되는 유로를 형성하는 복수의 베인과, 상기 브릿지에 밀착되어 고정되는 복수의 결합 필라가 일체로 형성되며, 상기 결합 필라는 상기 브릿지의 전단부를 노출시키면서 상기 브릿지의 양측면에 밀착되어 고정되는 디스크 파트를 포함한다.
상기 브릿지의 전단부와 상기 결합 필라의 전단부가 접하는 결합면은 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 브릿지의 전단부와 상기 결합 필라의 전단부가 접하는 결합면의 곡률반경(R값)은 2.0R ~ 3.0R인 것이 바람직하다.
상기 복수의 베인은 상기 한 쌍의 디스크 플레이트 사이에 소정 간격으로 이격되어 배치되는 도트(dot) 타입의 베인일 수 있다.
상기 복수의 베인은 상기 한 쌍의 디스크 플레이트 사이에서 방사상으로 이격되어 배치되는 직선 타입의 베인일 수 있다.
상기 결합 필라는 상기 직선 타입의 베인 중 선택되는 베인과 일직선 상에 배치되는 것이 바람직하다.
상기 복수의 베인은 상기 브릿지 및 결합 필라의 전단 영역에 배치되는 복수의 제 1 베인과, 상기 브릿지 및 결합 필라의 사이 영역에 배치되는 복수의 제 2 베인으로 구분되고, 상기 제 1 베인은 제 2 베인보다 짧게 형성되어 상기 제 1 베인과 상기 브릿지의 전단부 사이에 공기가 유동되는 유로가 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 햇 파트와 디스크 파트의 결합부인 햇 파트의 브릿지와 디스크 파트의 결합 필라 형상을 개선하여 결합 강도를 안정적으로 유지하면서도 공기가 유동되는 유로를 개선하여 열유동에 따른 방열성을 우수하게 확보할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크를 보여주는 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크를 보여주는 부분 절개 평면도이며,
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크의 요부를 보여주는 부분 확대 단면도이고,
도 5a 및 도 5b는 비교예와 실시예에 따른 열유동 방열 특성을 보여주는 이미지이며,
도 6은 비교예와 실시예에 따른 열용량 평가 결과를 보여주는 그래프이고,
도 7은 비교예와 실시예에 따른 결합 강건성 평가 결과를 보여주는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크를 보여주는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크를 보여주는 부분 절개 평면도이며, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크의 요부를 보여주는 부분 확대 단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크는 허브에 장착되는 햇 파트(hat part, 100)와, 브레이크 패드와의 마찰면을 제공하는 디스크 파트(disk part, 200)가 결합되어 이루어진다.
햇 파트(100)는 고강도 주철 소재인 구상 흑연 주철로 주조되는 부분으로서, 허브가 장착되는 장착공이 중앙에 형성되는 본체(110)와, 디스크 파트(200)와의 결합을 위하여 본체(110)의 테두리를 따라 방사상으로 이격되면서 측방향으로 돌출되어 형성되는 다수의 브릿지(120)를 포함한다.
디스크 파트(200)는 일반적인 회주철로 주조되는 부분으로서, 한 쌍의 디스크 플레이트(210, 220)와, 한 쌍의 디스크 플레이트(210, 220) 사이에 공기가 유동되는 유로를 형성하는 복수의 베인(240, 250)과, 한 쌍의 디스크 플레이트(210, 220) 사이에서 브릿지(120)에 밀착됨으로서 브릿지(120)와 고정되는 복수의 결합 필라(230)를 포함한다. 이때 한 쌍의 디스크 플레이트(210, 220), 복수의 베인(240, 250) 및 결합 필라(230)는 일체로 주조되어 형성된다.
이때 햇 파트(100)의 브릿지(120)와 디스크 파트(200)의 결합 필라(230) 사이에 결합면이 형성되는데, 브릿지(120)의 양 측부와 결합 필라(230)의 측부가 접하는 결합면은 평면으로 형성되고, 브릿지(120)의 전단부와 결합 필라(230)의 전단부가 접하는 결합면(도 4의 A)은 곡면으로 형성된다. 그래서, 결합 필라(230)의 전단부가 브릿지(120)의 전단부를 감싸는 형태가 된다.
다만, 본 실시예에서 브릿지(120)의 전단부는 결합 필라(230)에 의해 감싸지지 않고 공기가 유동되는 유로로 노출된다. 부연하자면, 결합 필라(230)는 한 쌍으로 이루어져서, 한 쌍의 결합 필라(230)가 브릿지(120)의 양측면에 각각 밀착되어 고정되면서 브릿지(120)의 전단부를 노출시킨다. 예를 들어 한 쌍의 결합 필라(230)는 대략 "11"자의 형태로 브릿지(120)의 양측면에 밀착된다. 따라서 결합 필라(230)의 개수는 브릿지(120) 개수의 2배인 것이 바람직하다.
이렇게 브릿지(120)의 전단부와 결합 필라(230)의 전단부가 접하는 결합면이 곡면으로 형성되면서, 브릿지(120)의 전단부를 유로에 노출시키기 때문에 결합부의 결합 강건성을 원하는 수준으로 유지하기 위하여 브릿지(120)의 전단부와 결합 필라(230)의 전단부가 접하는 결합면의 곡률반경(R값)을 제한하는 것이 바람직하다.
예를 들어 브릿지(120)의 전단부와 결합 필라(230)의 전단부가 접하는 결합면의 곡률반경(R값)은 2.0R ~ 3.0R인 것이 바람직하다. 브릿지(120)의 전단부와 결합 필라(230)의 전단부가 접하는 결합면의 곡률반경(R값)이 제시된 범위를 벗어나는 경우에는 브레이크 디스크에서 요구되는 항복강도(YTS) 값인 250MPa 이하를 만족할 수 없다.
한편, 디스크 파트(200)에는 한 쌍의 디스크 플레이트(210, 220) 사이에 복수의 베인(240, 250)을 형성하여 공기가 유동되는 유로를 형성한다.
예를 들어 복수의 베인은 한 쌍의 디스크 플레이트(210, 220) 사이에 소정 간격으로 이격되어 배치되는 도트(dot) 타입의 베인(미도시)일 수 있다.
또한, 복수의 베인(240, 250)은 한 쌍의 디스크 플레이트(210, 220) 사이에서 방사상으로 이격되어 배치되는 직선 타입의 베인(240, 250)일 수 있다. 여기서 '직선'이란, 사전적 의미의 직선만을 의미하는 것이 아니라 도면에 도시된 바와 같이 폭보다 길이가 길어 그 형상이 길게 형성되는 다양한 형상을 포함한다.
본 실시예에서 복수의 베인은 제시된 도트 타입의 베인이거나 직선 타입의 베인(240, 250)을 제외한 다양한 패턴을 갖는 베인일 수 있다.
하지만, 베인의 형상 및 패턴에 의해서 공기의 유로가 형성되고, 이렇게 형성된 유로에 의해 열유동이 결정된다. 그래서, 직선형의 유로가 열유동에 따른 방열성을 최대로 확보할 수 있는바, 본 실시예에서는 복수의 베인(240, 250)을 직선 타입의 베인(240, 250)으로 형성하는 것이 바람직하다.
이때, 도 3에 도시된 바와 같이 "11"자 형태의 결합 필라(230)는 직선 타입의 베인 중 선택되는 베인(240)과 일직선(L) 상에 배치되는 것이 바람직하다.
한편, 방사상으로 소정간격 이격되어 배치되는 직선 타입의 베인(240, 250)은 결합 필라(230)의 형성을 위하여 그 길이가 변경되어 설정되는 것이 바람직하다.
예를 들어 복수의 직선 타입 베인(240, 250)은 브릿지(120) 및 결합 필라(230)의 전단 영역에 배치되는 복수의 제 1 베인(240)과, 브릿지(120) 및 결합 필라(230)의 사이 영역에 배치되는 복수의 제 2 베인(250)으로 구분되는데, 이때 제 1 베인(240)은 제 2 베인(250)보다 짧게 형성되어 제 1 베인(240)과 상기 브릿지(120)의 전단부 사이에 공기가 유동되는 유로가 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 브레이크 디스크를 비교예와 비교하여 설명한다,
먼저, 결합 필러의 형상에 따른 열유동 방열 특성에 대하여 알아본다.
실시예는 직선 타입의 베인을 형성하면서 브릿지의 전단부가 공기가 유동되는 유로로 노출되도록 "11"자 형의 오픈형 결합 필라로 형성하였고, 비교예는 도트 타입의 베인을 형성하면서 브릿지의 전단부가 결합 필라에 의해 둘러싸이는 "U"자 형의 폐쇄형 결합 필라로 형성하였다.
상기와 같이 마련된 실시예 및 비교예에 따른 브레이크 디스크에 대한 열유동 방열 특성을 측정하였고, 그 결과를 도 5a 및 도 5b에 나타내었다.
도 5a는 비교예에 따른 열유동 방열 특성을 보여주는 이미지이고, 도 5b는 실시예에 따른 열유동 방열 특성을 보여주는 이미지이다.
도 5a 및 도 5b에서 알 수 있듯이, 비교예 대비 실시예에서 열유동 방열 특성이 대폭 개선된 것을 확인할 수 있었다. 그래서 비교예의 경우 디스크 플레이트 내부에서 열발생 온도가 최대 693℃로 측정된 반면에, 실시예의 경우 디스크 플레이트 내부에서 열발생 온도가 최대 554℃로 측정되었다.
따라서, 직선 타입의 베인을 형성하면서 "11"자 형의 오픈형 결합 필라를 형성하는 경우 도트 타입의 베인을 형성하면서 "U"자 형의 폐쇄형 결합 필라로 형성하는 경우보다 열유동 방열 특성에 유리하다는 것을 확인할 수 있었다.
그리고, 비교예 및 실시예에 따른 브레이크 디스크에 대하여 반복적인 제동 및 냉각을 반복하면서 열용량을 평가하였고, 그 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6에서 알 수 있듯이, 제동과 냉각을 거듭할수록 온도 격차가 증가하는 것을 확인할 수 있었고, 마지막 제동에서는 온도 차이가 약 140℃ 정도까지 발생한 것을 확인할 수 있었다.
한편, 브릿지의 전단부와 결합 필라의 전단부가 접하는 결합면의 곡률반경(R값)을 다양하게 변경하면서 결합 강건성을 확인하였고, 그 결과를 도 7에 나타내었다.
도 7에서 확인할 수 있듯이, 마찰부에서 작용하는 열로 인해 발생되는 변위에 대하여 결합면의 곡률반경(R값)이 2.0R ~ 3.0R의 범위에서 브레이크 디스크에서 요구되는 항복강도(YTS) 값인 250MPa 이하를 만족하는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
100: 햇 파트 110: 본체
120: 브릿지 200: 디스크 파트
210, 220: 디스크 플레이트 230: 결합 필러
240: 제 1 베인 250: 제 2 베인

Claims (7)

  1. 허브에 장착되는 햇 파트와, 브레이크 패드와의 마찰면을 제공하는 디스크 파트가 이종 재질로 형성되어 결합되는 브레이크 디스크로서,
    상기 햇 파트는 상기 디스크 파트와의 결합을 위하여 테두리를 따라 방사상으로 다수의 브릿지가 돌출되어 형성되고,
    상기 디스크 파트는 한 쌍의 디스크 플레이트 사이에 공기가 유동되는 유로를 형성하는 복수의 베인과, 상기 브릿지에 밀착되어 고정되는 복수의 결합 필라가 일체로 형성되며,
    상기 결합 필라는 상기 브릿지의 전단부를 노출시키면서 상기 브릿지의 양측면에 밀착되어 고정되는 디스크 파트를 포함하는 브레이크 디스크.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 브릿지의 전단부와 상기 결합 필라의 전단부가 접하는 결합면은 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 브릿지의 전단부와 상기 결합 필라의 전단부가 접하는 결합면의 곡률반경(R값)은 2.0R ~ 3.0R인 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 베인은 상기 한 쌍의 디스크 플레이트 사이에 소정 간격으로 이격되어 배치되는 도트(dot) 타입의 베인인 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 베인은 상기 한 쌍의 디스크 플레이트 사이에서 방사상으로 이격되어 배치되는 직선 타입의 베인인 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 결합 필라는 상기 직선 타입의 베인 중 선택되는 베인과 일직선 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 복수의 베인은 상기 브릿지 및 결합 필라의 전단 영역에 배치되는 복수의 제 1 베인과, 상기 브릿지 및 결합 필라의 사이 영역에 배치되는 복수의 제 2 베인으로 구분되고,
    상기 제 1 베인은 제 2 베인보다 짧게 형성되어 상기 제 1 베인과 상기 브릿지의 전단부 사이에 공기가 유동되는 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크.
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