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KR102042255B1 - 솔리드 타입의 브레이크디스크 및 그 제조방법 - Google Patents

솔리드 타입의 브레이크디스크 및 그 제조방법 Download PDF

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KR102042255B1
KR102042255B1 KR1020170110275A KR20170110275A KR102042255B1 KR 102042255 B1 KR102042255 B1 KR 102042255B1 KR 1020170110275 A KR1020170110275 A KR 1020170110275A KR 20170110275 A KR20170110275 A KR 20170110275A KR 102042255 B1 KR102042255 B1 KR 102042255B1
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한재민
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이윤주
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Abstract

휠의 회전축에 장착되는 원형의 본체부와 복수로 구성되어 상기 본체부의 외측면에서 원주방향을 따라 돌출 형성되고, 내부공간이 마련된 음각부로 구분되는 햇파트; 및 중앙에 관통홀이 형성되어 상기 관통홀 내부로 상기 햇파트를 수용하는 링바디부와 상기 관통홀에 의해 형성된 둘레면으로부터 상기 음각부를 향해 돌출되어 상기 내부공간으로 수용됨으로써 상기 음각부에 의해 감싸지도록 연결된 돌기부로 구분되는 마찰파트;를 포함하는 솔리드 타입의 브레이크디스크가 소개된다.

Description

솔리드 타입의 브레이크디스크 및 그 제조방법 {SOLID TYPE BRAKE DISC AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 햇파트와 마찰파트가 별도로 구성되어 서로 간의 연결구조인 브릿지를 통해 견고한 결합을 이루는 솔리드 타입의 브레이크디스크에 관한 것이다.
기존의 솔리드 타입 브레이크디스크의 경우 햇파트와 마찰파트가 하나로 형성된 일체형으로서 열 및 토크의 부하가 전륜보다 상대적으로 작은 후륜에 적용된다. 다만, 일체형으로 형성되는 특성에 따라 공간(Dimension)적인 제약이 존재하였다.
이에 햇파트와 마찰파트가 형성하는 견고한 형태의 결합구조를 통해 기존보다 박육화하고 경량화하여 공간적인 제약을 극복할 수 있는 솔리드 타입의 브레이크디스크를 소개한다.
상기의 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.
KR 10-2014-0084734
본 발명은 햇파트와 마찰파트가 별도로 구성되어 서로 간의 연결구조인 브릿지를 통해 견고한 결합을 이루는 솔리드 타입의 브레이크디스크를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 솔리드 타입의 브레이크디스크는 휠의 회전축에 장착되는 원형의 본체부와 복수로 구성되어 상기 본체부의 외측면에서 원주방향을 따라 돌출 형성되고, 내부공간이 마련된 음각부로 구분되는 햇파트; 및 중앙에 관통홀이 형성되어 상기 관통홀 내부로 상기 햇파트를 수용하는 링바디부와 상기 관통홀에 의해 형성된 둘레면으로부터 상기 음각부를 향해 돌출되어 상기 내부공간으로 수용됨으로써 상기 음각부에 의해 감싸지도록 연결된 돌기부로 구분되는 마찰파트;를 포함한다.
상기 음각부는 끝단이 상기 관통홀의 둘레면과 접하여 접합면을 형성하고, 접합면은 선삭 가공될 수 있다.
상기 돌기부는 상기 둘레면으로부터 돌출되며, 축방향을 기준으로 단부로 향할수록 두께가 줄어드는 형태로 형성된 제1돌출체와 상기 제1돌출체로부터 연장되고, 단부로 향할수록 두께가 증가하는 형태로 형성된 제2돌출체로 구분되어 상기 제1돌출체와 상기 제2돌출체의 경계에서 두께가 가장 작게 형성될 수 있다.
상기 돌기부의 폭은 단부로 향할수록 줄어드는 형태로 형성될 수 있다.
반경방향을 기준으로 상기 돌기부의 끝단으로부터 상기 링바디부의 외측 둘레까지 이르는 길이에 대한 상기 관통홀의 둘레면으로부터 상기 돌기부가 돌출된 길이의 비율은 0.20~0.25 범위로 형성될 수 있다.
상기 링바디부의 두께에 대한 상기 제1돌출체와 상기 제2돌출체의 경계에서의 두께 비율은 0.35~0.40 범위로 형성될 수 있다.
상기 제2돌출체는 축방향을 기준으로 하여 상기 제1돌출체와 상기 제2돌출체의 경계에서 상방 및 하방으로 경사가 형성되되, 상기 제1돌출체와 상기 제2돌출체의 경계의 상단 및 하단에서 반경방향과 평행하게 연장된 가상의 선을 기준으로 상방 및 하방으로 2~3°기울어지도록 형성될 수 있다.
상기 음각부와 상기 돌기부로 이루어진 복수의 브릿지는 상기 외측면 및 상기 둘레면을 따라 동일한 거리 이격 형성되어 상기 브릿지 사이에 방출홀이 형성될 수 있다.
상기 브릿지의 개수는 9개로 형성될 수 있다.
상기 음각부에는, 상기 음각부의 면 중 상기 햇파트의 반경 방향 면에 형성되어 상기 돌기부가 상기 내부공간으로 삽입되는 입구를 이루는 삽입홀이 형성될 수 있다.
상기 음각부에는, 상기 삽입홀과 별도로 형성되어 상기 내부공간과 통공되는 공기빼기홀이 형성되고, 상기 공기빼기홀은, 상기 음각부의 면 중 상기 햇파트의 축 방향 면에 형성되어 상기 내부공간과 연통될 수 있다.
본 발명에 따른 솔리드 타입의 브레이크디스크 제조방법은 주조를 통해 휠의 회전축에 장착되는 원형의 본체부와 복수로 구성되어 상기 본체부의 외측면에서 원주방향을 따라 돌출 형성되고, 내부공간이 마련된 음각부로 구분되는 햇파트를 성형하는 제1성형단계; 상기 햇파트를 금형 내부에 인서트하는 인서트단계; 및 주조를 통해 중앙에 관통홀이 형성되어 상기 관통홀 내부로 상기 햇파트를 수용하는 링바디부와 상기 관통홀에 의해 형성된 둘레면으로부터 상기 음각부를 향해 돌출되어 내부공간으로 수용됨으로써 상기 음각부에 의해 감싸지도록 연결된 돌기부로 구분되는 마찰파트를 성형하는 제2성형단계;를 포함한다.
상기 제1성형단계 및 상기 제2성형단계에서는 상기 햇파트와 상기 마찰파트의 주조에 주철을 이용하되, 상기 햇파트의 주조에 이용되는 주철의 강도가 상기 마찰파트의 주조에 이용되는 주철의 강도보다 높을 수 있다.
제1성형단계 이후에는 상기 음각부의 끝단을 선삭 가공하는 가공단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 제1성형단계에서는, 상기 음각부에 상기 돌기부가 삽입되는 삽입홀과, 상기 삽입홀과 별도로 형성되어 상기 내부공간에 통공되는 공기빼기홀을 형성시킬 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 솔리드 타입의 브레이크디스크에 따르면 햇파트와 마찰파트가 별도로 형성되어 결합됨으로써 서로 맞물리는 음각부와 돌기부의 견고한 결합에 의해 햇파트와 마찰파트가 안정적인 결합을 이루어낼 수 있다.
이에 따라 토크의 부하에 견딜 수 있으며, 햇파트와 마찰파트가 별도로 형성되어 결합된 특성에 따라 공간(Dimension)적인 제한을 극복할 수 있다. 이로 인해 부품의 경량화를 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 솔리드 타입의 브레이크디스크를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 솔리드 타입의 브레이크디스크의 단면을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 도 2에서 A-A 방향으로의 단면을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 햇파트를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 마찰파트를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 솔리드 타입의 브레이크디스크의 단면을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 돌기부의 측면 모습을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 솔리드 타입의 브레이크디스크에 대한 열 분포도의 열섬을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 솔리드 타입의 브레이크디스크에 대한 Frequency Response Analysis 결과 중 Out of the plane(Direction for axial) Bending Mode를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 선삭 가공된 접합면을 나타낸 도면.
도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 선삭 가공된 접합면을 나타낸 도면.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 솔리드 타입의 브레이크디스크의 단면을 나타낸 도면.
도 13은 본 발명의 제2실시예에 따른 솔리드 타입의 브레이크디스크를 나타낸 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.
본 발명에 따른 솔리드 타입의 브레이크디스크의 제1실시예는 도 1 내지 도 3을 참고로 하였을 때 휠의 회전축에 장착되는 원형의 본체부(110)와 복수로 구성되어 상기 본체부(110)의 외측면(111)에서 원주방향을 따라 돌출 형성되고, 내부공간(121)이 마련된 음각부(120)로 구분되는 햇파트(100); 및 중앙에 관통홀(211)이 형성되어 상기 관통홀(211) 내부로 상기 햇파트(100)를 수용하는 링바디부(210)와 상기 관통홀(211)에 의해 형성된 둘레면(212)으로부터 상기 음각부(120)를 향해 돌출되어 내부공간(121)으로 수용됨으로써 상기 음각부(120)에 의해 감싸지도록 연결된 돌기부(220)로 구분되는 마찰파트(200);를 포함한다.
이때, 돌기부(220)가 삽입되는 내부공간(121)의 입구, 즉 음각부(120)의 개방된 부분을 설명의 편의상 삽입홀(123)로 지칭하도록 한다.
햇파트(100)는 차체와 연결되도록 휠의 회전축에 장착된다. 도 4를 참고로 하면 햇파트(100)를 이루는 본체부(110)는 원형으로서 원형의 둘레를 따라 외측면(111)이 형성된다. 외측면(111)에는 원주방향을 따라서 복수의 음각부(120)가 돌출 형성된다. 햇파트(100)를 이루는 음각부(120)는 후술하게 될 마찰파트(200)와 결합이 이루어지는 부분이다. 바람직하게는 음각부(120)는 동일한 거리 이격되어 형성될 수 있다. 한편, 음각부(120)에는 내부공간(121)이 형성된다.
바람직하게는 햇파트(100)는 고강도 재질의 구상흑연주철로 형성될 수 있으며 기존보다 박육화 및 부분 살빼기를 통해 경량화되며 동시에 파킹 기능을 구현할 수 있다.
마찰파트(200)는 도 5와 같이 제동을 위해 기계적인 마찰이 발생되는 부분으로서 마찰파트(200)를 이루는 링바디부(210)는 중앙에 관통홀(211)이 형성된 고리형태로 형성되어 관통홀(211)의 내부에 햇파트(100)를 수용한다. 관통홀(211)의 테두리를 따라서 형성된 둘레면(212)에는 음각부(120)의 개수 및 위치에 대응되는 복수의 돌기부(220)가 돌출 형성된다. 마찰파트(200)를 이루는 돌기부(220)는 햇파트(100)와 마찰파트(200)의 결합을 위해 음각부(120)와 직접적이 결합이 이루어지는 부분이다.
음각부(120)의 내부공간(121)에는 그 내부로 돌기부(220)가 수용된다. 이에 따라 음각부(120)는 돌기부(220)를 감싸는 형태로 돌기부(220)와 결합된다. 음각부(120)에는 내부공간(121)이 형성되며 내부공간(121)을 돌기부(220)가 채우게 되어 돌기부(220)와 음각부(120)가 서로 접하게 된다.
바람직하게는 마찰파트(200)는 내열성 및 내마모성이 우수하며, 구상흑연주철과 열팽창계수가 동일한 회주철(편상흑연주철)로 형성될 수 있다.
마찰파트(200)는 별도의 열방출을 위한 벤트홀이 형성되지 않은 솔리드 타입으로 형성된다. 기존의 솔리드 타입 브레이크디스크의 경우 햇파트(100)와 마찰파트(200)가 하나로 형성된 일체형으로서 열 및 토크의 부하가 전륜보다 상대적으로 작은 후륜에 적용된다. 다만, 일체형으로 형성되는 특성에 따라 공간(Dimension)적인 제약이 존재하였다.
본 발명에 따른 솔리드 타입의 브레이크디스크는 이종재질의 햇파트(100)와 마찰파트(200)가 별도로 형성되어 결합되며 음각부(120)와 돌기부(220)의 견고한 결합에 의해 햇파트(100)와 마찰파트(200)가 안정적인 결합을 이루어냄으로써 토크의 부하에 견딜 수 있다. 또한, 햇파트(100)와 마찰파트(200)가 별도로 형성되어 결합된 특성에 따라 공간(Dimension)적인 제한을 극복할 수 있다. 이로 인해 부품의 경량화를 달성할 수 있다.
바람직하게는 도 2에서와 같이 상기 음각부(120)는 끝단이 상기 관통홀(211)의 둘레면(212)과 접하여 접합면(122)을 형성하고, 접합면(122)은 선삭 가공될 수 있다.
본 발명에 따른 솔리드 타입의 브레이크디스크는 상기에서도 언급한 바와 같이 햇파트(100)에 형성된 음각부(120)와 마찰파트(200)에 형성된 돌기부(220)의 견고한 결합을 통해 햇파트(100)와 마찰파트(200)가 안정적으로 결합되어야 하는바 음각부(120)가 내부공간(121)으로 돌기부(220)를 수용하되, 음각부(120)의 끝단이 링바디부(210)의 둘레면(212)에 접하도록 연결됨으로써 서로 간의 결합력을 증대시킬 수 있다.
이때 링바디부(210) 관통홀(211)의 둘레면(212)과 접하는 음각부(120)의 끝단은 접합면(122)을 형성하게 되고 그 접합면(122)은 선삭 가공되어 있는 상태로서 부품의 변형이 일어나는 현상을 방지시킬 수 있다. 음각부(120)에서 접합면(122)을 제외한 부분은 주방상태로 별도의 가공을 요하지 않는다.
바람직하게는 도 2에서와 같이 상기 돌기부(220)는 상기 둘레면(212)으로부터 돌출되며, 축방향을 기준으로 단부로 향할수록 두께가 줄어드는 형태로 형성된 제1돌출체(221)와 상기 제1돌출체(221)로부터 연장되고, 단부로 향할수록 두께가 증가하는 형태로 형성된 제2돌출체(222)로 구분되어 상기 제1돌출체(221)와 상기 제2돌출체(222)의 경계에서 두께가 가장 작게 형성될 수 있다.
상기에서 두께란 축방향을 기준으로 일측 단부부터 타측 단부까지 이르는 길이를 의미할 수 있다.
돌기부(220)를 이루는 제1돌출체(221)는 링바디부(210)의 둘레면(212)으로부터 돌출된 부분으로서 단부로 갈수록 두께가 감소하는 형태로 형성될 수 있다.
돌기부(220)를 이루는 제2돌출체(222)는 제1돌출체(221)로부터 제1돌출체(221)가 돌출된 방향으로 연장된 부분이다. 제2돌출체(222)의 두께는 단부로 갈수록 증가하는 형태로 형성될 수 있다. 한편, 각각의 형상적인 특성에 따라 제1돌출체(221)와 제2돌출체(222)의 경계에서의 두께가 가장 작게 형성되어 돌기부(220)가 이에 대응되는 음각부(120)의 내부공간(121)으로부터 이탈되지 않도록 마련될 수 있다.
이에 따라 돌기부(210)의 형상에 대응되는 내부공간(121) 역시 마찬가지로 연장된 방향에 수직한 단면의 면적이 입구에서 내부로 향할수록 좁아지다가 다시 넓어지는 형태로 형성될 수 있다.
바람직하게는 도 2의 A-A 방향으로 단면을 친 모습을 나타낸 도 3에서 확인할 수 있는 것과 같이 상기 돌기부(220)의 폭은 단부로 향할수록 줄어드는 형태로 형성될 수 있다.
상기에서 폭이란 돌기부(220)가 돌출된 방향을 길이로 정의했을 때 동일 평면 상에서 길이와 수직한 방향을 의미할 수 있다.
돌기부(220)의 폭이 단부로 향할수록 줄어드는 형태로 형성되어 금형에 햇파트(100)를 인서트한 상태로 마찰파트(200)의 주조 시 용탕이 빈 공간 없이 차들어갈 수 있게 되어 음각부(120)가 돌기부(220)를 견고하게 감싸는 형태로 성형하는 것이 가능하다.
바람직하게는 도 6을 참고로 하였을 때 반경방향을 기준으로 상기 돌기부(220)의 끝단으로부터 상기 링바디부(210)의 외측 둘레까지 이르는 길이에 대한 상기 관통홀(211)의 둘레면(212)으로부터 상기 돌기부(220)가 돌출된 길이의 비율은 0.20~0.25 범위로 형성될 수 있다.
돌기부(220)가 링바디부(210)의 둘레면(212)으로부터 끝단까지 돌출된 길이(a)를 햇파트(100)의 외측면(111)에 접한 돌기부(220)의 끝단으로부터 링바디부(210)의 외측 둘레까지 길이(b)로 나눈 값이 0.20~0.25일 수 있다.
비율이 0.20 미만일 경우 회전방향으로 토크가 작용할 시 지지해주는 면적이 줄어들게 되어 효과적인 응력의 분산효과를 가질 수 없다. 반면, 비율이 0.25을 초과할 경우 링바디부(210)의 외경에 비해 돌기부(220)의 길이가 필요 이상으로 길게 형성되어 제동 시 불안정한 떨림 현상을 야기하게 되고 돌기부(220)에 직접 하중이 작용하게 되어 구조적으로 강건성의 확보가 어려워지고 최대 작용 응력 값이 증가하게 된다.
따라서 돌기부(220)의 끝단으로부터 링바디부(210)의 외측 둘레까지 이르는 길이에 대한 관통홀의 둘레면(212)으로부터 돌기부(220)가 돌출된 길이의 비율을 0.20~0.25 범위로 제어함이 타당하다.
하기 표 1을 통해 구체적인 예를 들어 살펴보기로 한다.
비교예 1
(비율 : 0.18)		 실시예
(비율 : 0.23)		 비교예 2
(비율 : 0.27)
햇파트 최대응력 마찰파트 최대응력 햇파트 최대응력 마찰파트 최대응력 햇파트 최대응력 마찰파트 최대응력
163MPa 215MPa 145MPa 158MPa 164MPa 217MPa
비교예 1의 경우 돌기부(220)의 끝단으로부터 링바디부의 외측 둘레까지 이르는 길이에 대한 관통홀의 둘레면(212)으로부터 돌기부(220)가 돌출된 길이의 비율이 0.18로서 효과적인 응력의 분산효과를 가질 수 없어 햇파트(100) 및 마찰파트(200)에 걸리는 최대응력이 실시예에 비해 각각 12%, 36% 증가된 것을 확인할 수 있다.
비교예 2의 경우 돌기부(220)의 끝단으로부터 링바디부(210)의 외측 둘레까지 이르는 길이에 대한 관통홀(211)의 둘레면(212)으로부터 돌기부(220)가 돌출된 길이의 비율이 0.27로서 돌기부(220)에 직접 하중이 작용하게 되어 햇파트(100) 및 마찰파트(200)에 걸리는 최대응력이 실시예에 비해 각각 13%, 37% 증가된 것을 확인할 수 있다.
바람직하게는 도 6을 참고로 하였을 때 상기 링바디부(210)의 두께에 대한 상기 제1돌출체(221)와 상기 제2돌출체(222)의 경계에서의 두께 비율은 0.35~0.40 범위로 형성될 수 있다.
제1돌출체(221)와 제2돌출체(222)의 경계에서의 두께(c)를 링바디부(210)의 두께(d)로 나눈 값이 0.35~0.40일 수 있다.
일반적으로 주조를 통해 성형할 경우 두께가 최소한 5mm 이상은 되어야 형상을 구현할 수 있다. 링바디부(210)의 두께에 대한 제1돌출체(221)와 제2돌출체(222)의 경계에서의 두께 비율이 0.35 미만일 경우 돌기부(220)의 두께가 최소한의 두께 이하로 형성되어 주조 결함이 야기될 수 있다. 반면, 링바디부(210)의 두께에 대한 제1돌출체(221)와 제2돌출체(222)의 경계에서의 두께 비율이 0.40을 초과할 경우 돌기부(220)를 감싸는 음각부(120)의 두께에서 돌기부(220)의 두께를 빼준 나머지 값에 대한 절반 두께(e)가 상대적으로 감소하게 되어 마찰면에 작용하는 수직 하중에 대한 구조 강건성의 확보가 어려워진다.
따라서 링바디부(210)의 두께에 대한 제1돌출체(221)와 제2돌출체(222)의 경계에서의 두께 비율을 0.35~0.40 범위로 제어함이 타당하다.
도 7을 참고로 하였을 때 바람직하게는 축방향을 기준으로 하여 상기 제1돌출체(221)와 상기 제2돌출체(222)의 경계에서 상방 및 하방으로 경사가 형성되되, 상기 제1돌출체(221)와 상기 제2돌출체(222)의 경계의 상단 및 하단에서 반경방향과 평행하게 연장된 가상의 선을 기준으로 상방 및 하방으로 2~3°기울어지도록 형성될 수 있다.
제1돌출체(221)와 제2돌출체(222)의 경계의 상단 및 하단에서 반경방향과 평행하게 연장된 가상의 선을 기준으로 하여 제1돌출체(221)와 제2돌출체(222)의 경계로부터 제2돌출체(222)가 상방 및 하방으로 기울어지는 경사를 2~3° 범위로 제어할 수 있다.
음각부(120)에 결합된 돌기부(220)가 단부로 향할수록 상방 및 하방으로 경사지게 형성될 경우 즉, 역구배가 형성될 경우 열팽창 시에 반경방향으로의 팽창을 억제시키게 된다. 이에 따라 부품의 떨림을 유발하는 변형을 억제시키는 것이 가능하다.
돌기부(220)를 감싸는 음각부(120)의 두께에서 돌기부(220)의 두께를 빼준 나머지 값에 대한 절반 두께(e)가 3.5mm를 확보하지 못할 경우 최대응력이 3.5mm를 기준으로 약 186MPa에서 약 166MPa로 급격하게 감소하게 된다.
상방 및 하방으로 형성된 돌기부(220)의 경사가 2° 미만일 경우 상기와 같은 역구배를 형성시킨 효과를 기대하기 어려우며 주조를 통해 형성을 구현하기에 어려움이 있다. 반면, 방 및 하방으로 형성된 돌기부(220)의 경사가 3°를 초과할 경우 돌기부(220)를 감싸는 음각부(120)의 두께에서 돌기부(220)의 두께를 빼준 나머지 값에 대한 절반 두께(e)가 3.5mm 이하의 값을 가지게 되므로 마찰면에 작용하는 수직 하중에 대한 구조 강건성의 확보가 어렵게 된다.
따라서 제1돌출체(221)와 제2돌출체(222)의 경계의 상단 및 하단에서 반경방향과 평행하게 연장된 가상의 선을 기준으로 상방 및 하방으로 경사진 각도가 2~3° 범위가 되도록 제어함이 타당하다.
하기 표 2를 통해 구체적인 예를 들어 살펴보기로 한다.
비교예 1
(경사 : 1°)		 실시예
(경사 : 3°)		 비교예 2
(경사 : 4°)
축방향 수축 두께 0.28mm 0.28mm 0.28mm
경사에 의해 증가한 두께 0.38mm 1.16mm 1.54mm
돌기부를 감싸는 음각부의 두께에서 돌기부의 두께를 빼준 나머지 값에 대한 절반 두께(e)

3.94mm

3.55mm

3.36mm
상기 실시예 및 비교예들의 경우 제1돌출체(221)와 제2돌출체(222)의 경계에서의 두께를 모두 5mm로 동일하게 하여 비교하였다.
비교예 1의 경우 돌기부(220)를 감싸는 음각부(120)의 두께에서 돌기부(220)의 두께를 빼준 나머지 값에 대한 절반 두께(e)가 3.94mm이 되어 3.5mm 이상을 만족하지만 실질적으로 형상의 구현이 어려우며 비교예 2의 경우 돌기부(120)를 감싸는 음각부(220)의 두께에서 돌기부(120)의 두께를 빼준 나머지 값에 대한 절반 두께(e)가 3.5mm 이하의 값을 가지게 되어 마찰면에 작용하는 수직 하중에 대한 구조 강건성의 확보가 어렵게 된다.
바람직하게는 상기 음각부(120)와 상기 돌기부(220)로 이루어진 복수의 브릿지는 상기 외측면(111) 및 상기 둘레면(212)을 따라 동일한 거리 이격 형성되어 상기 브릿지 사이에 방출홀(10)이 형성될 수 있으며 상기 브릿지의 개수는 9개로 형성될 수 있다.
일반적으로 브레이크디스크의 Mode 형상은 제동 시에 떨리는 현상인 저더현상과 열섬의 발생의 상관관계와 관련이 있다. 브레이크디스크의 Mode 형상 중 Out of the plane(Direction for axial) Bending Mode 작용 시 열섬의 분포가 중첩될 경우 열섬의 발생이 쉽게 일어날 수 있다.
음각부(120)와 돌기부(220)의 결합으로 형성되는 브릿지의 개수는 중첩을 회피하기 위해 홀수로 구성되는 것이 유리하다. 브릿지의 개수가 7개로 형성될 경우 구조 강도가 불리하게 되고 브릿지의 개수가 11개로 형성될 경우 중량이 증가하게 되어 경량화를 달성하기에 어려움이 있다. 따라서 브릿지의 개수는 9개로 형성됨이 타당하다.
이를 토대로 브릿지가 9개로 형성된 브레이크디스크의 구조에서 열전달 해석을 수행할 경우 도 8과 같은 열 분포도가 나타나며 열섬은 9개가 나타나게 된다.
브레이크디스크의 Frequency Response Analysis 결과 중 Out of the plane(Direction for axial) Bending Mode는 도 9와 같이 나타나며 이때 발생될 수 있는 열섬은 각각 4개, 6개, 8개, 10개, 12개로서 열전달 해석에 따른 9개의 열섬과 중첩되지 않게 되어 저더현상의 발생을 완화시킴이 가능하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 솔리드 타입의 브레이크디스크의 제2실시예는, 기본적으로 제1실시예와 동일한 구성을 준용하지만, 제1실시예의 음각부(120)와 일부 상이한 음각부(130)를 사용하게 된다. 구체적으로는, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 음각부(130)에 공기빼기홀(131)이 추가적으로 형성되어 있는 점이 음각부(120)와 상이하다.
공기빼기홀(131)은 삽입홀(123)과 다른 방향으로 형성되어 내부공간(121)과 연통되고, 링바디부(210)와 돌기부(220)를 주조할 때 내부공간(121)에 고립되는 공기가 배출되는 통로 역할을 한다.
음각부(130)의 햇파트(100) 또는 본체부(110)의 반경 방향으로 삽입홀(123)이 형성되고, 햇파트(100) 또는 본체부(110)의 축 방향으로 공기빼기홀(131)이 형성됨으로써, 삽입홀(123)을 통해 유입되는 용탕이 내부공간(121) 내부의 공기를 공기빼기홀(131)을 통해 밀어내고, 돌기부(220)가 내부공간(121)을 완전히 채워 돌기부(220)와 음각부(120)가 견고하게 결합될 수 있게 된다.
이를 통해, 음각부(130)의 내측 내부공간(121)에 공기가 고립되어 용탕이 완전히 충진되지 않고 빈 공간이 형성됨으로써 음각부(130)와 돌기부(220) 사이의 결합력이 저하되는 문제를 방지할 수 있다.
이에 더해서, 공기빼기홀(131) 내부로 용탕의 일부가 채워지면서, 일종의 갈고리 형상으로 응고된 용탕이 돌기부(220)와 음각부(130) 사이의 결합력을 더욱 상승시킬 수 있다. 즉, 돌기부(220)가 음각부(130)로부터 이탈되는 방향으로 이동하는 것을 방지하는 일종의 스토퍼 역할을 할 수 있는 것이다.
본 발명에 따른 솔리드 타입의 브레이크디스크 제조방법의 제1실시예는 주조를 통해 휠의 회전축에 장착되는 원형의 본체부(110)와 복수로 구성되어 상기 본체부(110)의 외측면(111)에서 원주방향을 따라 돌출 형성되고, 내부공간(121)이 마련된 음각부(120)로 구분되는 햇파트(100)를 성형하는 제1성형단계; 상기 햇파트(100)를 금형 내부에 인서트하는 인서트단계; 및 주조를 통해 중앙에 관통홀(211)이 형성되어 상기 관통홀(211) 내부로 상기 햇파트(100)를 수용하는 링바디부(210)와 상기 관통홀(211)에 의해 형성된 둘레면(212)으로부터 상기 음각부(120)를 향해 돌출되어 내부공간(121)으로 수용됨으로써 상기 음각부(120)에 의해 감싸지도록 연결된 돌기부(220)로 구분되는 마찰파트(200)를 성형하는 제2성형단계;를 포함한다.
제1성형단계는 사형주조 방식으로 수행될 수 있다. 제2성형단계에서는 제1성형단계를 통해 형성된 햇파트(100) 음각부(120)의 내부공간(121)으로 용탕이 차들어가 내부공간(121)으로 수용되어 음각부(120)에 의해 감싸진 돌기부(120)가 형성될 수 있다.
바람직하게는 인서트단계 이전에 햇파트(100)를 예열시켜줄 수 있다. 이때의 예열 온도는 450±50℃가 될 수 있다. 이러한 예열은 시차 주조 시에 돌기부(220)에서의 용탕 흐름성을 향상시키기 위한 목적으로 수행된다.
바람직하게는 상기 제1성형단계 및 상기 제2성형단계에서는 상기 햇파트(100)와 상기 마찰파트(200)의 주조에 주철을 이용하되, 상기 햇파트(100)의 주조에 이용되는 주철의 강도가 상기 마찰파트(200)의 주조에 이용되는 주철의 강도보다 높을 수 있다.
햇파트(100)의 경우 400MPa 이상 급의 구상흑연주철 재질이 사용될 수 있으며 마찰파트(200)의 경우 200MPa 이상 급의 회주철 재질이 사용될 수 있다.
바람직하게는 본 발명에 따른 솔리드 타입의 브레이크디스크 제조방법에서 제1성형단계 이후에 상기 음각부(120)의 끝단을 선삭 가공하는 가공단계;가 더 수행될 수 있다.
바람직하게는 음각부(120)의 끝단이 링바디부(210)의 둘레면(212)에 접하도록 연결됨으로써 서로 간의 결합력을 증대시킬 수 있다. 이때 링바디부(210)의 관통홀(211) 둘레면(212)과 접하는 음각부(120)의 끝단은 접합면(122)을 형성하게 되는데 가공단계를 통해 접합면(122)을 선삭 가공함으로써 부품의 변형이 일어나는 현상을 방지시킬 수 있다. 다만, 음각부(120)에서 접합면(122)을 제외한 부분은 주방상태로 별도의 가공을 실시하지 않음이 가능하다.
본 발명에 따른 솔리드 타입의 브레이크디스크 제조방법의 제2실시예는 상술한 제1실시예의 구조와 유사하지만, 제1실시예의 음각부(120)의 일부 형상을 달리한 음각부(130)를 형성시키는 부분이 상이하다.
즉, 상기 제1성형단계 중에 삽입홀(123)과 별도로 내부공간(121)과 통공되는 공기빼기홀(131)을 형성시킨 음각부(130)를 형성시키게 된다. 이렇게 음각부(130)에 공기빼기홀(131)을 형성시킴으로써 내부공간(121)에 공기가 고립되는 문제를 방지하고, 제2성형단계 중에 투입되는 용탕이 내부공간(121)에 빈틈없이 충진될 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 햇파트 110 : 본체부
111 : 외측면 120 : 음각부(제1실시예)
121 : 내부공간 122 : 접합면
123 : 삽입홀 130 : 음각부(제2실시예)
131 : 공기빼기홀 200 : 마찰파트
210 : 링바디부 211 : 관통홀
212 : 둘레면 220 : 돌기부
221 : 제1돌출체 222 : 제2돌출체

Claims (15)

  1. 휠의 회전축에 장착되는 원형의 본체부와 복수로 구성되어 상기 본체부의 외측면에서 원주방향을 따라 돌출 형성되고, 내부공간이 마련된 음각부로 구분되는 햇파트; 및
    중앙에 관통홀이 형성되어 상기 관통홀 내부로 상기 햇파트를 수용하는 링바디부와 상기 관통홀에 의해 형성된 둘레면으로부터 상기 음각부를 향해 돌출되어 상기 내부공간으로 수용됨으로써 상기 음각부에 의해 감싸지도록 연결된 돌기부로 구분되는 마찰파트;를 포함하고,
    상기 음각부에는, 상기 음각부의 면 중 상기 햇파트의 반경 방향 면에 형성되어 상기 돌기부가 상기 내부공간으로 삽입되는 입구를 이루는 삽입홀이 형성되며, 상기 삽입홀과 별도로 형성되어 상기 내부공간과 통공되는 공기빼기홀이 형성되고,
    상기 공기빼기홀은, 상기 음각부의 면 중 상기 햇파트의 축 방향 면에 형성되어 상기 내부공간과 연통되는 것을 특징으로 하는 솔리드 타입의 브레이크디스크.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 음각부는 끝단이 상기 관통홀의 둘레면과 접하여 접합면을 형성하고, 접합면은 선삭 가공된 것을 특징으로 하는 솔리드 타입의 브레이크디스크.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌기부는,
    상기 둘레면으로부터 돌출되며, 축방향을 기준으로 단부로 향할수록 두께가 줄어드는 형태로 형성된 제1돌출체와 상기 제1돌출체로부터 연장되고, 단부로 향할수록 두께가 증가하는 형태로 형성된 제2돌출체로 구분되어 상기 제1돌출체와 상기 제2돌출체의 경계에서 두께가 가장 작게 형성된 것을 특징으로 하는 솔리드 타입의 브레이크디스크.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌기부의 폭은 단부로 향할수록 줄어드는 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 솔리드 타입의 브레이크디스크.
  5. 청구항 1에 있어서,
    반경방향을 기준으로 상기 돌기부의 끝단으로부터 상기 링바디부의 외측 둘레까지 이르는 길이에 대한 상기 관통홀의 둘레면으로부터 상기 돌기부가 돌출된 길이의 비율은 0.20~0.25 범위로 형성된 것을 특징으로 하는 솔리드 타입의 브레이크디스크.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 링바디부의 두께에 대한 상기 제1돌출체와 상기 제2돌출체의 경계에서의 두께 비율은 0.35~0.40 범위로 형성된 것을 특징으로 하는 솔리드 타입의 브레이크디스크.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2돌출체는,
    축방향을 기준으로 하여 상기 제1돌출체와 상기 제2돌출체의 경계에서 상방 및 하방으로 경사가 형성되되,
    상기 제1돌출체와 상기 제2돌출체의 경계의 상단 및 하단에서 반경방향과 평행하게 연장된 가상의 선을 기준으로 상방 및 하방으로 2~3°기울어지도록 형성된 것을 특징으로 하는 솔리드 타입의 브레이크디스크.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 음각부와 상기 돌기부로 이루어진 복수의 브릿지는 상기 외측면 및 상기 둘레면을 따라 동일한 거리 이격 형성되어 상기 브릿지 사이에 방출홀이 형성된 것을 특징으로 하는 솔리드 타입의 브레이크디스크.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 브릿지의 개수는 9개로 형성된 것을 특징으로 하는 솔리드 타입의 브레이크디스크.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 주조를 통해 휠의 회전축에 장착되는 원형의 본체부와 복수로 구성되어 상기 본체부의 외측면에서 원주방향을 따라 돌출 형성되고, 내부공간이 마련된 음각부로 구분되는 햇파트를 성형하는 제1성형단계;
    상기 햇파트를 금형 내부에 인서트하는 인서트단계; 및
    주조를 통해 중앙에 관통홀이 형성되어 상기 관통홀 내부로 상기 햇파트를 수용하는 링바디부와 상기 관통홀에 의해 형성된 둘레면으로부터 상기 음각부를 향해 돌출되어 내부공간으로 수용됨으로써 상기 음각부에 의해 감싸지도록 연결된 돌기부로 구분되는 마찰파트를 성형하는 제2성형단계;를 포함하고,
    상기 제1성형단계에서는,
    상기 음각부에 상기 돌기부가 삽입되는 삽입홀과, 상기 삽입홀과 별도로 형성되어 상기 내부공간에 통공되는 공기빼기홀을 형성시키는 것을 특징으로 하는 솔리드 타입의 브레이크디스크 제조방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1성형단계 및 상기 제2성형단계에서는,
    상기 햇파트와 상기 마찰파트의 주조에 주철을 이용하되, 상기 햇파트의 주조에 이용되는 주철의 강도가 상기 마찰파트의 주조에 이용되는 주철의 강도보다 높은 것을 특징으로 하는 솔리드 타입의 브레이크디스크 제조방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    제1성형단계 이후에는,
    상기 음각부의 끝단을 선삭 가공하는 가공단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔리드 타입의 브레이크디스크 제조방법.
  15. 삭제
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