KR101020548B1

KR101020548B1 - 마운팅 유닛 및 이 마운팅 유닛이 적용된 브레이크 디스크

Info

Publication number: KR101020548B1
Application number: KR1020080086978A
Authority: KR
Inventors: 김성진; 최연호; 박현국; 강정석
Original assignee: 주식회사 데크; 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-09-03
Filing date: 2008-09-03
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2028-09-03
Also published as: DE102008063425A1; US20100051397A1; KR20100027886A; US20130032441A1; CN101666349A

Abstract

관통홀(12)이 형성된 메인부(11)의 상단에 플랜지부(13)가 확장 형성된 부시(10); 상기 관통홀(12)에 삽입 또는 수용되는 인서트부(23)가 마련되며 선단에 수나사부(24)가 형성된 스트리퍼 볼트(20); 상기 수나사부(24)에 결합되는 너트(30);를 포함하는 마운팅 유닛이 소개된다. 인서트부(23) 및 관통홀(12)은, 관통홀(12) 내에서의 인서트부(23)의 회전이 제한되도록 하는 서로 대응되는 형상을 갖는다. 이러한 마운팅 유닛을 이용하여 조립된 브레이크 유닛은, 디스크 로터와 로터 햇 간 결합 부위에서의 열적·기계적 안정성이 좋다.

브레이크 디스크, 디스크 로터, 볼트, 균열

Description

마운팅 유닛 및 이 마운팅 유닛이 적용된 브레이크 디스크{MOUNTING UNIT AND BRAKE DISK APPLIED WITH THE MOUNTING UNIT}

본 발명은 마운팅 유닛 및 이 마운팅 유닛을 이용하여 디스크 로터 상에 로터 햇이 설치된 브레이크 디스크에 관한 것이다. 특히 브레이크 디스크는 서로 재질이 상이한 디스크 로터와 로터 햇으로 구성되며, 상기 마운팅 유닛에 의해 구조적으로 안정하다.

일반적으로 차량은 차량의 운동에너지를 마찰 열에너지로 바꾸고 이것을 대기로 방출시키는 마찰식 브레이크를 사용하여 제동된다. 이러한 마찰식 브레이크의 일 종류인 디스크식 브레이크는 바퀴와 함께 회전하는 브레이크 디스크의 양쪽 면을 유압을 이용하여 브레이크 패드로 가압하도록 구성된다.

브레이크 디스크는 통상 주철로 제작되고 있으나, 최근 고급 차량에의 적용을 위해, 제동 안정성, 내마모성, 내부식성 등의 제동특성이 우수한 탄소-세라믹 복합재를 이용한 브레이크 디스크 개발이 진행되고 있다. 이러한 새로운 브레이크 디스크는 종래와 같이 주조방식에 의해 일체로 제작될 수 없기에, 브레이크 패드가 접촉되는 마찰면을 갖는 디스크 로터는 탄소-세라믹 복합재로 제작되며, 차량의 구 동축에 연결된 허브에 장착되는 로터 햇(디스크 허브로 불리우기도 한다)은 별도로 금속으로 제작된 후 디스크 로터에 마운팅된다.

디스크 로터에의 로터 햇 마운팅에는 볼트와 같은 관통형 체결부재가 이용되는데, 문제는, 제동 시 디스크 로터와 로터 햇의 경계에서 발생되는 상당히 큰 전단력이다. 이 전단력이 디스크 로터와 로터 햇 모두를 관통하는 볼트에 그대로 전달되는 경우, 디스크 로터와 로터 햇 간의 결합 부위에서 문제가 발생될 수 있다. 도 1은 이러한 문제점의 설명을 위한 도면으로, 상기 전단력이 부시(1)에 가해지면 그 힘은 그대로 볼트(2)에 전달되어 볼트(2)가 어느 일 방향으로 기울어지게 되는데, 이로 인해 디스크 로터(100)와 접촉하는 부시(1)의 메인부(1a)와 슬리브(1b) 간의 경계에 균열이 발생될 수 있으며, 나아가 금속보다 연한 탄소-세라믹 복합재질인 디스크 로터(100)가 손상을 입게 될 수 있다. 탄소-세라믹 복합재인 디스크 로터(100)와 금속인 부시(1) 간의 상당한 열팽창 계수의 차이 및 이로 인한 열응력은, 이와 같은 문제점을 악화시킨다.

한편, 도 1에서 도시된 마운팅 유닛은, 볼트(2)의 선단부가 부시(1)의 메인부(11) 및 너트(30)에 나사 결합되도록 구성되어 있다. 이러한 구성은, 디스크 로터(100)와 로터 햇(200)에 각각 형성된 홀들을 정확히 맞춘 후, 부시(10)와 볼트(2)를 상기 홀들에 관통시켜 디스크 로터(100)와 로터 햇(200)를 결합할 것을 요구하는 것이어서, 조립성을 떨어뜨리고 작업 능률을 저하시키는 원인이 될 수 있다. 미설명 부호 4는 와셔이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 고열이 발생되는 제동 조건에서 세라믹 재질의 디스크 로터와 금속 재질의 로터 햇 간 결합 부위에서의 열적·기계적 안정성이 유지될 수 있도록 하는 것에 목적이 있다.

또한, 디스크 브레이크의 조립 편의성을 향상시키는 것에 또 다른 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마운팅 유닛은, 길이방향으로 관통홀이 형성된 메인부의 상단에 플랜지부가 확장 형성된 부시; 헤드부와, 선단부에 상기 관통홀에 삽입 또는 수용되는 인서트부가 마련된 몸통부와, 인서트부 선단에 돌출 형성된 수나사부를 구비하는 스트리퍼 볼트(stripper bolt); 상기 수나사부에 결합되는 너트;를 포함한다. 상기 인서트부 및 관통홀은, 관통홀 내에서의 인서트부의 회전이 제한되도록 하는 서로 대응되는 형상을 갖는다.

상기 메인부는 관통홀의 길이 보다 짧을 수 있다.

상기 몸통부와 인서트부의 경계에는 부시의 하단이 지지 또는 스토핑되는 단턱이 형성될 수 있다.

상기 너트에는, 수나사부가 압착되도록, 선단 측으로 점차 좁아지며 내벽면에 암나사가 형성된 테이퍼드 윙이 마련될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 브레이크 디스크는, 중앙부에 하나 이상의 하부홀이 형성된 디스크 로터; 상기 하부홀에 대응하는 상부홀이 가장자리부에 형성된 로터 햇; 및 디스크 로터에 로터 햇을 결합하는 마운팅 유닛;을 포함한다. 이 마운팅 유닛은, 상기 상부홀 내에 안착되며 길이방향으로 관통홀이 형성된 메인부와, 메인부 상단에 확장 형성된 플랜지부를 구비하는 부시; 및 상기 하부홀 및 관통홀을 관통하며, 일단은 디스크 로터에 고정되며 타단은 로터 햇에 고정되는 관통형 체결부재;를 포함한다. 상기 메인부는, 상부홀 내에서의 회전이 제한되며 그 하단이 디스크 로터로부터 이격된다.

상기 체결부재는 관통홀 내에서의 회전이 제한될 수 있으며, 나아가, 상기된 스트리퍼 볼트와 너트일 수 있다.

상기 인서트부는 상기 관통홀의 내벽면에 면접촉되는 평평한 면을 가질 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 부시가 세라믹 재질의 디스크 로터와 직접적으로 면접촉되지 않으며 금속 재질의 로터 햇으로부터의 응력이 부시에만 가해질 뿐 스트리퍼 볼트에까지 그대로 전달되지 않으므로, 디스크 로터와 로터 햇 간 결합 부위에서의 열적·기계적 안정성이 유지될 수 있다.

또한, 상부홀과 하부홀을 대략적으로 매칭시켜 스트리퍼 볼트로 하부홀로부터 상부홀을 관통시켜 둔 다음, 부시 및 너트를 차례로 스트리퍼 볼트에 결합시키는 조립 순서를 가지므로, 디스크 브레이크 조립 과정에서 홀들 간의 정도를 맞추어야 하는 부담이 적고(상부홀과 하부홀의 모양과 크기가 상이하므로 정도를 맞추 기가 쉽지 않다) 조립 편리성이 향상된다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마운팅 유닛 및 브레이크 디스크에 대하여 살펴본다.

먼저, 도 2를 참조하여 스트리퍼 볼트(20)와, 이 스트리퍼 볼트(20)의 선단부에 차례로 결합되는 부시(10) 및 너트(30)를 구비하는 마운팅 유닛에 대하여 살펴본다.

상기 스트리퍼 볼트(20)는 헤드부(21)와, 선단부에 인서트부(23)가 마련된 몸통부(22)와, 인서트부(23) 선단에 돌출 형성된 수나사부(24)를 구비한다. 몸통부(22)는, 헤드부(21) 보다는 직경이 다소 작은 중실(내부가 찬)의 봉 형상을 갖는데, 바람직하게는, 그 직경은 큰 전단응력을 지탱할 수 있도록 수나사부(24)의 직경보다 적어도 1.5배 이상 크다. 인서트부(23)는 몸통부(22)를 납작하게 누른 듯한 평평한 면을 가지며, 몸통부(22)와 인서트부(23)의 경계에는 단턱(25)이 마련된다.

상기 부시(10)는 길이방향으로 관통홀(12)이 형성된 메인부(11)의 상단에 플랜지부(13)가 확장 형성된 "T"자 형상을 갖는다. 메인부(11)는 부시(10)가 놓여진 위치에서의 회전이 제한되도록 단면이 사각인 형상 또는 평평한 외면을 갖는다. 관통홀(12)은 상기 인서트부(23)의 형상에 대응하는 형상을 가지며, 인서트부(23)와 그 길이가 실질적으로 동일하다. 이러한 관통홀(12)에 삽입 또는 수용된 인서트부(23)는 관통홀(12) 내벽면과 면접촉되며 회전이 제한된다. 한편, 부시(10)의 하단은 스트리퍼 볼트(20)의 단턱(25)에 의해 지지 또는 스토핑된다.

상기 너트(30)는 부시(10)의 관통홀(12)을 관통하여 외부로 돌출되는 스트리퍼 볼트(20)의 수나사부(24)에 결합된다. 이러한 너트(30)의 상단에는, 너트(30)와 체결되는 수나사부(24)가 압착되어 진동에 의해 잘 풀리지 않도록, 선단 측으로 점차 좁아지며 내벽면에 암나사(31a)가 형성된 테이퍼드 윙(31)이 마련된다.

한편, 위에서 설명된 마운팅 유닛의 각 부재들은 고온 강도 및 내열성이 우수한, 주철, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 또는 스테인리스강으로 제조될 수 있다.

다음으로, 도 3 및 도 4를 참조하여 상술된 바와 같은 마운팅 유닛을 이용하여 디스크 로터(100) 상에 로터 햇(200)이 설치되는 브레이크 디스크에 대하여 살펴본다.

도 3에서 보듯이, 디스크 로터(100)는 미도시된 브레이크 패드가 접촉되는 마찰면(120)을 갖는 원반 형상을 갖는다. 마찰면(120)의 중앙부에는 로터 중앙홀(110)이 마련되는데, 이 로터 중앙홀(110) 부근에는 둘레를 따라 복 수개의 하부홀(130)이 형성된다. 이 하부홀(130)은 스트리퍼 볼트(20)의 몸통부(22)와 동일한 형상으로 형성된다. 이러한 디스크 로터(100)는 탄소 섬유가 보강된 탄소-세라믹(C_f/C-SiC) 복합재로 제조될 수 있다.

로터 햇(200)은 디스크 로터(100)를 미도시된 차량 바퀴의 허브와 연결하는 일종의 링킹 부재로서, 디스크 로터(100)와 마찬가지로 중앙부에 햇 중앙홀(210)이 형성된 원반 형상을 하며, 햇 중앙홀(210)에는 둘레를 따라 상기 하부홀(130)에 대응하는 상부홀(230)이 마련된다. 이 상부홀(230)은 방사상으로 개방된 반원의 구조를 갖는다. 이러한 로터 햇(200)은 고온 내열성, 내화학성, 내침식성의 향상 및 경량화를 위해, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 또는 스테인리스강으로 제조될 수 있다.

도 3 및 도 4에서 보듯이, 스트리퍼 볼트(20)는 하부홀(130)로부터 상부홀(230) 측으로 관통 설치되는데, 상부홀(230)에 안착된 부시(10)의 관통홀(12)을 관통하여 외부로 노출된 스트리퍼 볼트(20)의 수나사부(24)는 너트(30)에 체결된다. 너트(30)를 조이면, 스트리퍼 볼트(20)의 헤드부(21)는 디스크 로터(100)의 저면을 가압하며, 부시(10)의 플랜지부(13)는 로터 햇(200)의 햇 중앙홀(210) 상면을 가압하게 된다. 헤드부(21)는 통상적인 볼트 헤드 보다 상당히 큰 직경을 갖기에, 별도의 와셔를 필요로 하지 않는다.

한편, 상부홀(230)에 안착된 부시(10)의 메인부(11)는 상부홀(230) 내벽면과 면접촉되며, 회전이 제한된다. 이러한 면접촉 구조로 인해 디스크 로터(100)와 로터 햇(200) 사이의 결합 부위에서의 진동이 완화되며 소음이 억제된다. 메인부(11)의 하단은 로터 햇(200)으로부터 이격되는데, 바람직하게는, 메인부(11)와 로터 햇(200) 사이에 0.05~0.1mm의 틈(300)을 허용한다. 주의할 것은, 메인부(11)의 하단이 스트리퍼 볼트(20)의 단턱(25)에 의해 지지 또는 스토핑된다는 것이다. 도 4를 참조하면, 메인부(11)의 길이는 상부홀(230)의 길이 또는 깊이보다 약 0.05~0.1mm 짧으며, 스트리퍼 볼트(20)의 몸통부(22) 길이는 하부홀(130)의 길이 또는 깊이보다 약 0.05~0.1mm 길다.

도 4를 참조하여 디스크 로터(100)와 로터 햇(200) 간 결합 부위에서의 열적·기계적 안정성이 유지되는 메커니즘을 살펴본다.

디스크 로터(100)와 로터 햇(200)의 경계 부위에서 발생되는 전단력은, 단순하게 표현하자면, 디스크 로터(100)로부터 몸통부(22)에 (+)방향의 힘이 가해지고 로터 햇(200)으로부터 부시(10)에 (-)방향의 힘이 가해지는 것으로 설명될 수 있다. 이렇게 마운팅 유닛에 가해지는 전단력은 스트리퍼 볼트(20)가 어느 일방향으로 기울어지도록 하는 힘으로 작용하는데, 부시(10)가 디스크 로터(100)로부터 이격되어 디스크 로터(100)와 직접적으로 접촉되지 않음으로 인해, 그 힘은 상당히 약화된다. 즉, 로터 햇(200)으로부터의 (+)방향의 힘에 의해, 부시(10)는 미세하게나마 (+)방향으로 스트리퍼 볼트(20)와 무관하게 독자적으로 기울어질 수 있으며, 이러한 (+)방향의 힘은 스트리퍼 볼트(20)에 그대로 전달되지 않는다. 디스크 로터(100)와 면접촉되는 스트리퍼 볼트(20)의 몸통부(22)가 어느 정도 큰 직경을 갖는 봉 형상인 것은, 디스크 로터(100)로부터 가해지는 (-)방향의 힘을 상당히 수월하게 지탱할 수 있도록 한다. 당연하게도, 위와 같은 열적·기계적 안정성은, 재료의 열팽창 계수가 고려된, 부시(10)와 상부홀(230) 간, 인서트부(23)와 관통홀(12) 간, 하부홀(130)과 몸통부(22) 간의 적정한 공차 관리를 필요로 한다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음이 이해될 필요가 있다.

도 1은 종래 마운팅 유닛이 적용된 브레이크 디스크의 단면도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마운팅 유닛의 조립도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 브레이크 디스크의 조립도,

도 4는 도 3에 도시된 브레이크 디스크 조립 후, A-A로 표시된 선을 따라서 절개 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 부시 11: 메인부

12: 관통홀 13: 플랜지부

20: 스트리퍼 볼트 21: 헤드부

22: 몸통부 23: 인서트부

24: 수나사부 25: 단턱

30: 너트 31: 테이퍼드 윙

31a: 암나사 100: 디스크 로터

110: 로터 중앙홀 120: 마찰면

130: 하부홀 200: 로터 햇

210: 햇 중앙홀 220: 가장자리부

230: 상부홀 300: 틈

Claims

제1 부품에 제2 부품을 설치하기 위한 마운팅 유닛에 있어서,

길이방향으로 관통홀(12)이 형성된 메인부(11)의 상단에 플랜지부(13)가 확장 형성된 부시(10);

헤드부(21)와, 선단부에 상기 관통홀(12)에 삽입 또는 수용되는 인서트부(23)가 마련된 몸통부(22)와, 인서트부(23) 선단에 돌출 형성된 수나사부(24)를 구비하는 스트리퍼 볼트(20), 여기서, 인서트부(23) 및 관통홀(12)은, 관통홀(12) 내에서의 인서트부(23)의 회전이 제한되도록 하는 서로 대응되는 형상을 가짐; 및

상기 수나사부(24)에 결합되는 너트(30);를 포함하며,

상기 몸통부(22)와 인서트부(23)의 경계에는 부시(10)의 하단이 지지 또는 스토핑되는 단턱(25)이 형성되는 것을 특징으로 하는 마운팅 유닛.
청구항 1에 있어서, 상기 인서트부(23)와 관통홀(12)은 그 길이가 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 마운팅 유닛.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 너트(30)에는, 수나사부(24)가 압착되도록, 선단 측으로 점차 좁아지며 내벽면에 암나사(31a)가 형성된 테이퍼드 윙(31)이 마련된 것을 특징으로 하는 마운팅 유닛.
중앙부에 하나 이상의 하부홀(130)이 형성된 디스크 로터(100);

상기 하부홀(130)에 대응하는 상부홀(230)이 햇 중앙홀(210)에 형성된 로터 햇(200); 및

디스크 로터(100)에 로터 햇(200)을 결합하는 마운팅 유닛;을 포함하며, 이 마운팅 유닛은,

상기 상부홀(230) 내에 안착되며 길이방향으로 관통홀(12)이 형성된 메인부(11)와, 메인부(11) 상단에 확장 형성된 플랜지부(13)를 구비하는 부시(10), 여기서, 메인부(11)는, 상부홀(230) 내에서의 회전이 제한되며 그 하단이 디스크 로터(100)로부터 이격됨; 및

상기 하부홀(130) 및 관통홀(12)를 관통하며, 일단은 디스크 로터(100)에 고정되며 타단은 로터 햇(200)에 고정되는 관통형 체결부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크.
청구항 5에 있어서, 상기 체결부재는 관통홀(12) 내에서의 회전이 제한되는 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크.
청구항 5에 있어서, 상기 체결부재는,

헤드부(21)와, 선단부에 상기 관통홀(12)에 삽입 또는 수용되는 인서트부(23)가 마련된 몸통부(22)와, 인서트부(23) 선단에 돌출 형성된 수나사부(24)를 구비하는 스트리퍼 볼트(20), 여기서, 인서트부(23) 및 관통홀(12)은, 관통홀(12) 내에서의 인서트부(23)의 회전이 제한되도록 하는 서로 대응되는 형상을 가짐; 및

상기 수나사부(24)에 체결되는 너트(30);를 포함하는 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크.
청구항 7에 있어서, 상기 인서트부(23)는 상기 관통홀(12)의 내벽면에 면접촉되는 평평한 면을 갖는 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크.
청구항 7에 있어서, 상기 몸통부(22)와 인서트부(23)의 경계에는 상기 부시(10)의 하단을 지지 또는 스토핑되는 단턱(25)이 형성된 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크.