KR102150231B1 - 인벌류트 스퍼마운팅 디스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차축에 결합되는 제동디스크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인벌류트 체결구조를 통하여 열 변형에 대하여 자유롭게 변형되고 복귀될 수 있는 스퍼마운팅 구조를 형성하여 열 크랙 방지 성능과 내구성을 향상시킨 인벌류트 스퍼마운팅 디스크에 관한 것이다.

Description

인벌류트 스퍼마운팅 디스크{Brake disk of involute spur mounting structure}

본 발명은 차축에 결합되는 제동디스크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인벌류트 체결구조를 통하여 열 변형에 대하여 자유롭게 변형되고 복귀될 수 있는 스퍼마운팅 구조를 형성하여 열 크랙 방지 성능과 내구성을 향상시킨 인벌류트 스퍼마운팅 디스크에 관한 것이다.

차량에 장착되는 디스크 브레이크 장치는 주행 중에 자동차를 감속시키거나, 정지 및 정지 상태를 유지하도록 하는 장치이다. 디스크 브레이크 장치는 바퀴 또는 휠과 함께 회전하는 원판형의 디스크의 양쪽을 브레이크 패드로 강하게 압박함으로써 제동력을 얻는다.

종래 디스크 브레이크 장치는 휠 또는 바퀴와 함께 회전하는 디스크, 디스크의 양측에 배치된 브레이크 패드, 브레이크 패드들을 디스크 쪽으로 가압하기 위한 피스톤과, 피스톤 및 브레이크 패드를 지지하는 캘리퍼를 구비한다.

종래 디스크 브레이크 장치의 일 예로써, 한국등록특허 제10-1294035(구동륜의 차축 조립체의 구조)가 있다.

상기의 한국등록특허 제10-1294035호와 같이 종래 디스크 브레이크 장치는 차축과 결합하기 위한 허브를 체결할 시에 일반적으로 디스크와 허브를 축방향으로 맞대고 볼트를 체결하는 직체결 방식을 사용하고 있다.

그러나, 상기의 구조는 열 팽창에 유연하게 대처할 수가 없고, 체결부에 열응력이 집중되는 구조로서 브레이크 패드의 디스크 제동으로 인한 디스크의 열 팽창과 수축의 반복 시 열변형이 초래되어 마찰과 소음이 발생되고, 심할 경우 디스크의 파손 또는 체결력의 약화로 인해 차량의 사고를 유발할 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 제안되는 것으로, 제동디스크에 있어서 디스크부에 형성되는 인벌류트 체결구조로 인해 브레이크의 제동 시 발생되는 열 변형을 강제 구속하지 않고 자유 변형되도록 하는 스퍼마운팅 구조를 형성하여 열 크랙 방지 성능과 내구성을 향상시킨 인벌류트 스퍼마운팅 디스크를 제공하는 데 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 인벌류트 스퍼마운팅 디스크는, 내주면에는 차축이 삽입되는 베어링 하우징이 장착되며, 외주면에는 둘레를 따라 복수의 볼트삽입홀이 일정간격으로 형성되는 허브부; 내주면을 따라 상기 볼트삽입홀과 상응하는 인벌류트(involute)형의 볼트체결홀이 형성되는 디스크부 및 상기 볼트체결홀과 볼트삽입홀을 통해 장착되어 허브부와 디스크부를 체결하는 체결부를 포함하며, 상기 디스크부는, 상기 인벌류트형의 볼트체결홀에 의해 열 변형시 원심 반대 방향으로의 자유 팽창성을 갖는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 디스크부는, 상기 볼트체결홀이 형성되는 제1 디스크와, 베인 또는 플로이드 형태의 벤틸부를 사이에 두고 상기 제1 디스크와 대향 배치되는 제2 디스크가 일체로 형성되는 구조일 수 있다.

또한, 상기 디스크부는, 제2 디스크가 제1 디스크보다 내주면 직경이 크게 형성되고, 상기 볼트체결홀과 상응하는 위치로 제1 디스크의 내주면과 제2 디스크의 내주면을 연결하는 리브가 더 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1 디스크는, 상기 볼트체결홀 사이마다, 볼트체결홀의 깊이(BD)와는 동일하고 직선부 폭(W)보다는 큰 직경 길이(D)를 형성하는 응력분산홀이 마련될 수 있다.

또한, 상기 베어링 하우징은, 차압주조방식에 의해 상기 허브부의 내주면에 인서트되되, 상기 허브부의 내주면에는 세레이션부를 형성하여 상기 인서트된 베어링 하우징의 이탈을 방지할 수 있다.

또한, 상기 체결부는, 상기 볼트체결홀을 관통하여 단부가 볼트삽입홀로 삽입되는 체결부싱; 상기 체결부싱 상단에 안착되도록 형성되는 스토퍼; 상기 스토퍼 상단에서 중심부가 상기 스토퍼에 밀착되며 양단부가 디스크부의 체결면과 탄성력을 갖도록 접촉되어 축방향으로 자유변형되는 스프링 플레이트 및 상기 스프링 플레이트, 스토퍼 및 체결부싱을 차례로 관통하여 볼트삽입홀에 체결되는 고정볼트를 포함할 수 있다.

또한, 상기 체결부싱은, 상기 디스크부의 체결면보다 돌출되는 높이를 형성할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 인벌류트 스퍼마운팅 디스크는, 인벌류트 타입의 볼트체결홀과 응력분산홀을 형성하여 열 분산도가 높고, 체결부에 의한 강한 체결력을 유지하면서 제동 시에 발생되는 열 변형 즉, 원심 반대 방향으로의 열 팽창이 자유로운 팽창과 마운팅 구조를 형성하여 열 크랙 방지 성능이 향상될 수 있으며, 복귀력이 우수할 수 있다.

또한, 스프링 플레이트에 의해 제동 시 열변형으로 인한 축방향으로의 디스크 팽창 및 비틀림에 의해 발생되는 변형에도 구속상태를 유지하면서 마운팅 구조를 형성할 수 있고, 냉각 후에는 탄성력에 의해 원위치로 복귀될 수 있다.

또한, 체결부싱의 돌출 높이 조정 등을 통한 열 변형량을 조절할 수 있으며, 열 크랙 방지 성능을 환경에 따라 조절할 수가 있다.

또한, 베어링 하우징과 디스크부의 열 발생 시 열전도성이 높은 이종 재질로서 형성되는 허브부를 통해 열 배출이 보다 빠를 수 있고, 특히 디스크부는 벤틸부와 함께 공기의 흐름을 발생시킴으로써 열 방출이 신속하여 냉각성능이 현저히 향상될 수 있다.

또한, 베어링 하우징이 허브부 내부로 인서팅 주조 되어 일체화되되, 그 결속은 하나 이상의 세레이션 결합을 통해 강한 결속을 유지할 수가 있다.

아울러, 허브부와 디스크부를 직체결하는 종래의 제동디스크 대비 진동과 소음의 감쇄가 저감되는 효과를 지닌다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 인벌류트 스퍼마운팅 디스크를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제동디스크의 디스크부와 허브부를 분해하여 도시한 분해사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 허브부와 베어링 하우징을 분해하여 도시한 분해사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 디스크부에서 체결부를 분해하여 도시한 분해사시도이다.
도 5의 (a)는 디스크부의 사시도이고, (b)는 (a)를 평면방향에서 바라본 도면이다.
도 6의 (a)는 디스크부의 일부를 절개하여 바라본 벤틸부의 베인 구조 예시도이며, 도 5의 (b)는 벤틸부의 플로이드 구조 예시도이다.
도 7의 (a)는 허브부와 디스크부를 직체결하는 종래의 제동디스크의 열 응력 해석 결과이며, (b)는 인벌류트 타입의 볼트체결홀을 형성하는 본 발명의 제동디스크의 열 응력 해석 결과이고, (c)는 응력분산홀이 더 형성된 본 발명의 제동디스크의 열 응력 해석 결과이다.
도 8은 도 1의 제동디스크의 A-A' 단면도이다.
도 9 내지 도 11은 도 1 내지 도 8에 도시된 허브부에 대한 베어링 하우징의 인서트 방법과 디스크부의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 12는 허브부와 디스크부를 직체결하는 종래의 제동디스크와 본 발명의 실시 예에 따른 인벌류트 스퍼마운팅 디스크의 열크랙 성능을 비교한 실험 결과이다.
도 13의 (a)는 허브부와 디스크부를 직체결하는 종래의 제동디스크의 진동과 소음 발생 실험 과정을 예시한 도면이며, (b)는 도 13의 (a)의 실험에 따른 결과그래프이다.
도 14의 (a)는 본 발명의 실시 예에 따른 인벌류트 스퍼마운팅 디스크의 진동과 소음 발생 실험 과정을 예시한 도면이며, (b)는 도 14의 (a)의 실험에 따른 결과그래프이다.

이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하에서 본 발명의 실시 예에 따른 인벌류트 스퍼마운팅 디스크에 관하여 첨부된 도면을 기초로 상세하게 설명하면서 구체적인 실시 예를 함께 살펴본다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 인벌류트 스퍼마운팅 디스크를 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 제동디스크의 디스크부와 허브부를 분해하여 도시한 분해사시도이고, 도 3은 도 1에 도시된 허브부와 베어링 하우징을 분해하여 도시한 분해사시도이다.

또한, 도 4는 도 1에 도시된 디스크부에서 체결부를 분해하여 도시한 분해사시도이며, 도 5의 (a)는 디스크부의 사시도이고, (b)는 (a)를 평면방향에서 바라본 도면이며, 도 6의 (a)는 디스크부의 일부를 절개하여 바라본 벤틸부의 베인 구조 예시도이고, 도 5의 (b)는 벤틸부의 플로이드 구조 예시도이다.

도 7의 (a)는 허브부와 디스크부를 직체결하는 종래의 제동디스크의 열 응력 해석 결과이며, (b)는 인벌류트 타입의 볼트체결홀을 형성하는 본 발명의 제동디스크의 열 응력 해석 결과이고, (c)는 응력분산홀이 더 형성된 본 발명의 제동디스크의 열 응력 해석 결과이며, 도 8은 도 1의 제동디스크의 A-A' 단면도이다.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 인벌류트 스퍼마운팅 디스크는, 허브부(100), 디스크부(200) 및 체결부(300)를 포함하여 구성될 수 있다.

구체적으로, 허브부(100)는 내부가 중공되어 외주면과 내주면을 이루며, 일단에는 플랜지부(110)가 마련될 수 있다. 플랜지부(110)는 차량의 휠 등과 결합하기 위한 스터드 볼트(117)가 체결되는 공간으로, 원주 방향을 따라 스터드 볼트(117)가 체결될 복수의 볼트체결공(115)이 일정간격으로 형성될 수 있다.

또한, 허브부(100)는 내주면에 베어링 하우징(150)이 장착될 수 있다. 베어링 하우징(150)은 차축(미도시)이 삽입될 수 있으며, 차축(미도시)은 베어링 하우징(150)과 함께 구비되는 베어링(미도시)에 맞물려 회전이 원활할 수 있다.

여기서, 베어링 하우징(150)은 허브부(100)와 따로 각각 제작되어 허브부(100)에 조립될 수도 있으나, 바람직하게는 허브부(100)의 제작 시 허브부(100)의 내부로 인서트되며, 세레이션부(600)를 통한 허브부(100)와의 결속 등을 통해 허브부(100)로부터 이탈되지 않는 구조를 형성할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 9 내지 도 11을 참조하여 후술하기로 한다.

또한, 허브부(100)는 외주면 둘레를 따라 복수의 볼트삽입홀(125)이 일정 간격으로 형성될 수 있다. 이를 위해, 허브부(100)는 외주면에 복수의 돌출면(120)을 마련할 수 있으며, 볼트삽입홀(125)은 상기 복수의 돌출면(120)에 마련될 수 있다.

이때, 복수의 돌출면(120)과 볼트삽입홀(125)은 스터드 볼트(117)와의 간섭을 피하기 위해 플랜지부(110)의 볼트체결공(115)과는 평행이 되지 않도록 서로 교차하는 위치에 형성될 수 있다. 다만, 복수의 돌출면(120)과 볼트삽입홀(125)은 플랜지부(110) 상에 형성되지 않고 플랜지부(110)의 타측에서 허브부(100)의 외주면 상을 따라 형성될 수 있다. 즉, 복수의 돌출면(120)과 볼트삽입홀(125)은 볼트체결공(115)과는 허브부(100)의 서로 다른 원주상에서 교차되는 위치로 마련되는 것이다.

디스크부(200)는 복수의 돌출면(120)을 통해 허브부(100)에 안착될 수 있고, 후술하는 체결부(300)에 의해 허브부(100)에 고정될 수 있다. 여기서, 허브부(100)의 내주면에는 디스크부(200)의 내주면과 같거나 작은 외경의 안착가이드면(130)이 디스크부(200) 장착 방향으로 돌출되어 디스크부(200)의 장착이 원활하도록 안내할 수도 있다.

또한, 안착가이드면(130)에는 복수의 통기공(135) 원주상을 따라 마련될 수 있으며, 이를 통해 무게를 절감하며 열 배출 효과를 높일 수도 있다.

이러한 허브부(100)는 알루미늄 재질로 마련될 수 있으며, 바람직하게는 인장강도와 냉각성능에 유리한 A356 재질로 마련될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 작업자의 의도에 따라서 다양한 재질로서 마련될 수 있다.

허브부(100)에 대한 고정을 위해, 디스크부(200)는 내주면을 따라 볼트삽입홀(125)과 상응하는 인벌류트(involute)형의 볼트체결홀(215)이 형성될 수 있다. 여기서, 인벌류트(involute)란 원통에 감아붙인 실을 헐거워지지 않도록 당기면서 풀 때, 그 실 끝이 그리는 곡선을 지칭하는 것으로, 기어의 치형 곡선이 주로 이 인벌류트를 바탕으로 제작된다.

본 발명은 이러한 치형 곡선의 주를 이루는 인벌류트 타입으로 볼트체결홀(215)을 형성하였는데, 인벌류트 타입의 볼트체결홀(215)은 디스크부(200)가 열 변형에 원심 반대 방향으로 자유 팽창성을 갖도록 하는 동시에 응력 집중 분산 효과가 높은 장점이 있으며, 특히 이러한 효과는 후술하는 디스크부(200)의 벤틸레이티드 구조와 응력분산홀(217)의 마련에 따라 더욱 극대화 될 수 있다.

보다 구체적으로, 디스크부(200)는 브레이크 캘리퍼(미도시)가 장착되어 압착하며 차량 휠의 회전을 정지시킬 수 있는 부재로, 제1 디스크(210), 제2 디스크(220) 및 벤틸부(230)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 제1 디스크(210)는 허브부(100)와 직접 맞닿아 체결되는 디스크로서, 상기의 볼트체결홀(215)이 형성될 수 있으며, 제2 디스크(220)는 벤틸부(230)를 사이에 두고 제1 디스크(210)와 대향 배치될 수 있다.

즉, 디스크부(200)는 제1 디스크(210), 벤틸부(230), 제2 디스크(220)가 순차적으로 형성되는 구조이며, 디스크부(200)의 허브부(100) 체결 시 제1 디스크(210)는 허브부(100)와 가장 가깝고 제2 디스크(220)는 허브부(100)에서 가장 먼 형태일 수 있다.

이러한 제1 디스크(210)와 제2 디스크(220)는 허브부(100)와의 결합과 열 방출 등을 위해 각각 중공되도록 형성될 수 있고, 동일한 내/외주면을 갖는 동일한 형태로 마련될 수도 있다.

그러나, 반드시 한정되는 것은 아니며 후술하는 리브(240)의 형성과 열 배출을 향상시키는 등의 목적에 따라 제2 디스크(220)의 내주면 직경이 제1 디스크(210)의 내주면 직경보다 크도록 형성될 수도 있다.

즉, 제2 디스크(220)의 내주면 직경이 제1 디스크(210)의 내주면 직경보다 클 경우, 허브부(100)와 맞닿는 제1 디스크(210)로부터 제2 디스크(220)부에 이르기까지 내주면이 확장되는 구조일 수 있다.

벤틸부(230)는 상술한 바와 같이 제1 디스크(210)와 제2 디스크(220) 사이에 마련될 수 있으며, 도 6의 (a)와 같이 베인 구조로 형성되거나, 도 6의 (b)와 같이 플로이드 형태로 형성될 수 있다. 이외에도, 벤틸부(230)는 공기를 배출할 수 있는 다양한 구조를 모두 포함할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 디스크부(200)는 허브부(100)나 베어링 하우징(150)에서 발생되는 마찰열, 그리고 브레이크 캘리퍼의 제동 시 발생되는 마찰열 등을 각 디스크(210, 220)의 중공부와 벤틸부(230) 등을 통해 외부로 신속하고 원활하게 배출할 수가 있다.

한편, 제1 디스크(210), 제2 디스크(220) 및 벤틸부(230)를 포함하여 구성되는 디스크부(200)는 차압주조방식 등을 통해 제작 시 상기의 구성들이 모두 일체화될 수 있는데, 이에 대한 자세한 설명은 허브부(100)와 베어링 하우징(150)의 인서트 방식을 설명할 때 함께 설명하기로 한다.

볼트체결홀(215)은 상술한 바와 같이 제1 디스크(210)에 형성될 수 있으며, 제1 디스크(210)와 제2 디스크(220)의 내주면이 같게 형성되는 경우에 따라서 제2 디스크(220)에도 선택적으로 마련될 수 있다.

여기서, 볼트체결홀(215)은 양측으로 마련되는 직선부(215a)와 상기 양측 직선부(215a)를 연결하는 곡선부(215b)를 포함하여 구성될 수 있으며, 이러한 볼트체결홀(215)와 상술한 허브부(100)의 볼트삽입홀(125)을 통해 체결부(300)를 삽입 장착함으로써 허브부(100)와 디스크부(200)는 체결될 수가 있다.

여기서, 볼트체결홀(215)의 곡선부(215b)는 체결부(300)가 장착되는 공간일 수 있으며, 직선부(215a)는 디스크부(200)의 열 팽창 시 디스크부(200)가 일정 범위를 벗어나지 않고 복귀가 수월하도록 가이드하는 부분일 수 있다. 그러나, 이는 예시적인 것으로 한정되지는 않으며, 체결부(300)는 직선부(215a)에 장착될 수도 있다.

이와 같은 구조로 형성되는 본 발명의 실시 예에 따른 인벌류트 스퍼마운팅 디스크는, 체결부(300)에 의해 허브부(100)와 디스크부(200)의 결속은 유지하되 원심 반대방향으로는 구속하는 구성이 없기 때문에, 제동 시 발생되는 디스크부(200)의 열 팽창과 방열 후 수축이 자유롭게 형성될 수 있고, 이로 인해 허브부(100)와 디스크부(200)를 직체결하는 구조 대비 뒤틀림이 현저하게 감소되고, 결국 내구성이 향상되는 효과를 나타낼 수 있다.

또한, 본 발명은 볼트체결홀(215)이 디스크부(200)의 원주상을 따라 일정 간격으로 균형배치 형성되고, 열 팽창 시 가이드하는 직선부(215a)를 포함하여 구성되는 인벌류트 타입이기 때문에 응력 집중을 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 균형적이게 분산시킬 수 있고, 디스크부(200)의 열팽창에 대한 자유성을 형성하면서도 원위치로 돌아오는 복귀성도 뛰어날 수 있다.

한편, 디스크부(200)는 제1 디스크(210)의 내주면과 제2 디스크(220)의 내주면을 연결하는 리브(240)가 더 형성될 수도 있다.

여기서, 리브(240)는 볼트체결홀(215)과 상응하는 위치마다 형성될 수 있으며, 제2 디스크(220)의 내주면 직경이 제1 디스크(210)의 내주면 직경보다 클 경우에는 경사지게 형성될 수도 있다.

이러한 리브(240)는 디스크부(200)의 강성을 보강하면서도 그 면을 따라 공기의 흐름을 발생시켜 허브부(100), 체결부(300) 또는 디스크부(200)에서 발생되는 열을 외부 방향으로 유도할 수가 있다.

또한, 디스크부(200)는 볼트체결홀(215)이 형성되는 디스크에 응력분산홀(217)을 마련하여 응력 분산 효과를 극대화 할 수도 있다.

구체적으로, 응력분산홀(217)은 제1 디스크(210)에 형성될 수 있고, 제2 디스크(220)에는 볼트체결홀(215)의 마련 여부에 따라 선택적으로 형성될 수 있다.

제1 디스크(210)에 형성되는 응력분산홀(217)은 볼트체결홀(215)에 집중되는 응력을 분산시키기 위해 마련되는 것으로서, 열 응력의 균형적인 분산을 위해 볼트체결홀(215) 사이마다 형성될 수 있고, 볼트체결홀(215)의 깊이(BD)와는 동일하고 직선부(215a) 폭(W)보다는 큰 직경 길이(D)를 형성할 수가 있다.

여기서, 바람직하게는 볼트체결홀(215)의 직선부(215a) 폭(W) 대비 응력분산홀(217)의 직경 길이(D)는 1:2의 비율일 수 있으나, 반드시 한정되는 것은 아니다.

이러한 응력분산홀(217)은 도 7의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이 종래 대비하여는 열 응력을 약 1/3으로 분산시킬 수 있으며, 볼트체결홀(215)만 마련되는 경우에 대비하여는 열 응력을 약 60%로 분산시킬 수 있다.

아울러, 상기와 같이 구성되는 디스크부(200)는 강성이 있고 열 발생 시 허브부(100)로 열을 전도하는 회주철 또는 구상흑연주철의 재질로 마련될 수 있으며, 바람직하게는 FC210D로 형성될 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 한정되는 것은 아니며 디스크부(200)는 브레이크 캘리퍼의 작동에도 강하게 견디며 열 발생 시 허브부(100)로 열 전도를 빠르게 시킬 수 있는 이종 재질이면 충분하다.

디스크부(200)는 구상흑연주철 등으로 형성되어 열 전도성이 비교적 큰 AL356 재질 등으로 형성되는 다른 재질의 허브부(100)를 통해 열을 빠르게 전도하면서, 벤틸부(230) 등을 통한 열 배출을 통해 보다 현저한 냉각성능을 나타낼 수가 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 인벌류트 스퍼마운팅 디스크는, 상술한 원심 반대 방향으로의 자유 팽창 구성 외에도 축방향 열 팽창과 마운팅 등도 자유롭게 형성될 수 있다.

이를 위해, 체결부(300)는 체결부싱(310), 스토퍼(320), 스프링 플레이트(330) 및 고정볼트(340)를 포함하여 구성될 수 있다.

구체적으로, 체결부싱(310)은 중공된 원통형의 몸체를 형성하며, 볼트체결홀(215)을 관통하여 단부가 볼트삽입홀(125)로 삽입될 수 있다. 여기서, 체결부싱(310)은 디스크부(200)의 체결면 즉, 제2 디스크(220)의 상면보다 높게 돌출될 수 있는데, 이는 축 방향 팽창에 대한 팽창 범위를 조절하고자 함이다.

바람직하게는 디스크부(200)의 체결면 대비 체결부싱(310)의 돌출 높이는 약 0.5mm일 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 반드시 한정되는 것은 아니다. 체결부싱(310)의 돌출 높이는 달리 조절될 수 있고, 높이의 조정에 따라 디스크부(200)의 축 방향 팽창 범위가 달리 형성될 수 있다.

스토퍼(320)는 체결부싱(310) 상단에 안착되도록 형성될 수 있다. 즉, 체결부싱(310)의 높이 상단에 스토퍼(320)를 구비함으로써 디스크부(200)의 팽창 범위는 체결부싱(310)의 디스크부(200)에 대한 돌출 높이로 조정될 수가 있다.

또한, 스토퍼(320)는 디스크부(200)와 스프링 플레이트(330) 간의 유격을 형성하여 스프링 플레이트(330)가 축방향으로의 자유변형도를 갖도록 작용될 수 있다.

스프링 플레이트(330)는 스토퍼(320) 상단에서 중심부(332)가 스토퍼(320)에 안착되어 밀착되며, 양단부가 디스크부(200)의 체결면 즉, 제2 디스크(220)의 상면과 접촉되도록 형성될 수가 있다.

여기서, 스프링 플레이트(330)는 스토퍼(320)에 의해 디스크부(200)와 유격을 형성한 상태로 양단이 디스크부(200)에 접촉되도록 경사지도록 형성되는데, 경사진 양단을 통해 탄성력이 제공되어 축방향으로 열과 탄성 자유변형을 할 수 있는 것이다.

이를 위해, 스프링 플레이트(330)는 일 예로써 중심부(332)가 판상으로 형성되며, 양단부(334)가 'v' 자형으로 형성될 수 있으나, 반드시 한정되는 것은 아니며, 양단부(334)가 축방향으로 탄성력을 제공할 수 있는 구조면 충분하다.

또한, 스프링 플레이트(330)는 SK5 등의 탄소공구강 재질로서 프레스 가공으로 제조될 수 있으나, 재질과 가공방법은 한정되는 것은 아니며 달리 형성될 수 있다.

아울러, 스프링 플레이트(330)는 중심부(332)에서 사방으로 절개되는 절개부(336)를 형성하여 고정볼트(340)의 삽입이 용이하도록 형성될 수도 있다.

고정볼트(340)는 스프링 플레이트(330), 스토퍼(320) 및 체결부싱(310)을 차례로 관통하여 볼트삽입홀(125)에 체결될 수 있다. 즉, 고정볼트(340)는 체결부싱(310)과 함께 스토퍼(320) 및 스프링 플레이트(330)를 고정시키면서 허브부(100)와 디스크부(200)의 체결을 완료할 수 있다.

이때, 허브부(100)와 디스크부(200)는 체결부싱(310) 및 고정볼트(340)에 의한 이중 체결 구조를 통해 제동 시 발생되는 회전토크에도 강한 체결력을 발휘할 수 있다.

아울러, 체결부싱(310)과 고정볼트(340)는 SCM435 등의 무게가 가볍고 경도가 강한 소재로 형성될 수 있으며, 스토퍼(320)는 SK5 등의 탄소공구강 재질로서 형성될 수도 있으나, 이들은 모두 예시적인 것으로 한정되는 것은 아니다.

이하, 도 9 내지 도 11을 참조하여 허브부(100)와 베어링 하우징(150)의 일체화, 그리고 디스크부(200)의 제조방식에 대해 설명하기로 한다.

도 9 내지 도 11은 도 1 내지 도 8에 도시된 허브부에 대한 베어링 하우징의 인서트 방법과 디스크부의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.

도 9 내지 도 11을 참조하면, 허브부(100)와 베어링 하우징(150)은 각각 제작되어 허브부(100)에 조립될 수도 있으나, 바람직하게는 허브부(100)의 제작 시 허브부(100)의 내부로 인서트되어 이탈이 방지되는 구조를 형성할 수 있다.

구체적으로, 허브부(100)는 베어링 하우징(150)이 사형 주조 등의 방식을 통해, 제조되고, 허브 금형에 삽입한 이후, 차압 주조 방식을 통해 일체형으로 형성될 수 있다.

차압 주조 방식을 이용하는 차압 주조 장치는 상부에 금형부 챔버(500)가 설치되고, 그 하부에 보온로(400)가 설치될 수 있는데, 보온로(400)에는 주조시 사용될 재료가 용융되는 용탕이 적재되거나 생성될 수 있다.

차압 주조 장치는 금형부 챔버(500)와 보온로(400) 사이의 압력차에 의해 보온로(400)에 용융된 재료가 금형부 챔버(500)에 공급되어 주조하도록 형성될 수 있다.

도 9에 도시된 차압 주조 장치에 미리 제조된 베어링 하우징(150)을 허브 금형이 구비된 금형부 챔버(500)에 고정할 수 있고, 이어서 차압 주조 장치의 금형부 챔버(500)와 보온로(400)가 동일한 압력을 갖도록 가압할 수 있다. 이때, 금형부 챔버(500)와 보온로의 내부 압력은 동일한 압력이 유지되도록 할 수 있다.

이어서, 도 10에 도시된 바와 같이 금형부 챔버(500)의 압력을 상승시킬 수 있다. 이에 따라, 금형부 챔버와 보온로(400) 사이의 압력차에 의해 보온로(400)에 용융된 용탕이 금형부 챔버(500)로 공급될 수 있다.

상기와 같이, 금형부 챔버(500)에 압력이 높아져 용융된 용탕이 금형부 챔버(500)의 금형 내에 유입되면 일반 주조 방식과 대비하여 기포발생이 현저하게 줄어든다. 또한, 물성 편차가 적어, 허브부(100)가 균일한 물성을 가질 수 있다.

이후, 도 11에 도시된 바와 같이, 금형부 챔버(500) 내에 용탕인 AL356 등이 완전히 응고된 이후 금형부 챔버(500)를 분리하여 허브부(100)를 취출하면 허브부(100)와 베어링 하우징(150)은 일체화가 될 수 있다.

이때, 허브부(100)와 베어링 하우징(150)은 각각 볼록돌기(610)와 오목홈(620)이 교차로 형성되는 세레이션부(600)를 형성하여 서로 맞물릴 수 있다. 이로 인해, 원주상 회전과 축방향 이탈이 방지될 수 있다.

또한, 세레이션부(600)는 복수로 형성될 수도 있으며, 바람직하게는 베어링 하우징(150)은 상단과 하단이 단차를 형성하고, 세레이션부(600)는 베어링 하우징(150)의 상단과 하단부에 모두 형성될 수 있다.

아울러, 베어링 하우징(150)은 FCD500 등의 구상흑연주철로 마련될 수 있으며, 이는 디스크부(200)가 허브부(100)로 열을 전도하는 원리로서 동일하게 베어링 하우징(150)의 열 배출도 용이할 수 있다.

한편, 허브부(100)와 베어링 하우징(150)의 일체 구조는 차압 주조 방식이 아닌 다른 방식으로 제조될 수도 있다. 예를 들면, 용탕 단조 방식을 이용할 수 있다. 그러나, 이들의 방식은 한정되는 것은 아니며 다른 주조 방식도 이용이 가능하다.

디스크부(200)도 상기 도 9 내지 도 11에 도시된 방법을 이용하여 제조될 수 있다.

즉, 도 9에 도시된 바와 같이 차압 주조 장치에 미리 제조되어 결합된 제1 및 제2 디스크(220)를 금형부 챔버(500)에 고정할 수 있다. 이어서, 차압 주조 장치의 금형부 챔버(500)와 보온로(400)가 동일한 압력을 가지도록 가압한다. 이때, 금형부 챔버(500)와 보온로(400)의 내부 압력은 동일하도록 유지될 수 있다.

이어서, 도 10에 도시된 바와 같이 금형부 챔버(500)의 압력을 상승시켜 금형부 챔버(500)와 보온로(400) 사이에 압력차를 형성시키고, 이러한 압력차에 의해 보온로(400)에 용융된 용탕이 금형부 챔버(500)로 공급되도록 한다. 이때, 용융된 용탕은 금형부 챔버(500)에 제1 및 제2 디스크(220) 사이로 공급될 수 있다.

상기와 같이, 금형부 챔버(500)에 압력이 높아져 용융된 용탕이 금형부 챔버(500)의 금형 내로 유입되면 일반 주조 방식과 대비하여 기포발생이 현저하게 줄어들고, 물상 편차가 적을 수 있다.

디스크부(200)가 균일한 물성을 가짐에 따라, 브레이크 동작 또는 차축 회전 시 발생되는 열이 디스크부(200) 전체에 균일하게 전달될 수 있다.

이후, 도 11에 도시된 바와 같이 금형부 챔버(500) 내에 용탕이 완전히 응고된 이후 금형부 챔버(500)를 분리하여 일체형 디스크부(200)를 완성할 수 있다.

아울러, 디스크부(200)는 차압 주조 방식 외에도 사형 주조 방식 등을 이용할 수도 있으며, 이는 당업자에게 있어서 흔히 알려진 주조법이므로 이하 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같은 체결부(300)를 포함하여 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 인벌류트 스퍼마운팅 디스크는, 인벌류트 타입의 볼트체결홀(215)과 응력분산홀(217)을 형성하여 열 분산도가 높고, 체결부(300)에 의한 강한 체결력을 유지하면서 제동 시에 발생되는 열 변형 즉, 원심 반대 방향으로의 열 팽창이 자유로운 팽창과 스퍼마운팅 구조를 형성하여 도 12에 도시된 바와 같이 열 크랙 방지 성능이 향상될 수 있으며, 복귀력이 우수할 수 있다.

또한, 스프링 플레이트(330)에 의해 제동 시 열변형으로 인한 축방향으로의 디스크 팽창 및 비틀림에 의해 발생되는 변형에도 구속상태를 유지하면서 마운팅 구조를 형성할 수 있고, 냉각 후에는 탄성력에 의해 원위치로 복귀될 수 있다.

또한, 체결부싱(310)의 돌출 높이 조정 등을 통한 열 변형량을 조절할 수 있으며, 열 크랙 방지 성능을 환경에 따라 조절할 수가 있다.

또한, 베어링 하우징(150)과 디스크부(200)의 열 발생 시 열전도성이 높은 이종 재질로서 형성되는 허브부(100)를 통해 열 배출이 보다 빠를 수 있고, 특히 디스크부(200)는 벤틸부(230)와 함께 공기의 흐름을 발생시킴으로써 열 방출이 신속하여 냉각성능이 현저히 향상될 수 있다.

또한, 베어링 하우징(150)이 허브부(100) 내부로 인서팅 주조 되어 일체화되되, 그 결속은 하나 이상의 세레이션 결합을 통해 강한 결속을 유지할 수가 있다.

아울러, 도 13에 도시된 바와 같이 허브부와 디스크부를 직체결하는 종래의 제동디스크 대비 도 14에 도시된 바와 같이 진동과 소음의 감쇄가 저감되는 효과를 지닌다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.

100 : 허브부
110 : 플랜지부
115 : 볼트체결공
117 : 스터드 볼트
120 : 돌출면
125 : 볼트삽입홀
130 : 안착가이드면
135 : 통기공
150 : 베어링 하우징
200 : 디스크부
210 : 제1 디스크
215 : 볼트체결홀
215a : 직선부
215b : 곡선부
217 : 응력분산홀
220 : 제2 디스크
230 : 벤틸부
240 : 리브
300 : 체결부
310 : 체결부싱
320 : 스토퍼
330 : 스프링 플레이트
332 : 중심부
334 : 양단부
336 : 절개부
340 : 고정볼트
400 : 보온로
500 : 금형부 챔버
600 : 세레이션부
610 : 볼록돌기
620 : 오목홈

Claims (7)

1. 내주면에는 차축이 삽입되는 베어링 하우징이 장착되며, 외주면에는 둘레를 따라 복수의 볼트삽입홀이 일정간격으로 형성되는 허브부;
   내주면을 따라 상기 볼트삽입홀과 상응하는 인벌류트(involute)형의 볼트체결홀이 형성되는 디스크부 및
   상기 볼트체결홀과 볼트삽입홀을 통해 장착되어 허브부와 디스크부를 체결하는 체결부를 포함하며,
   상기 디스크부는,
   상기 인벌류트형의 볼트체결홀에 의해 열 변형시 원심 반대 방향으로의 자유 팽창성을 갖고,
   상기 체결부는,
   상기 볼트체결홀을 관통하여 단부가 볼트삽입홀로 삽입되는 체결부싱;
   상기 체결부싱 상단에 안착되도록 형성되는 스토퍼;
   상기 스토퍼 상단에서 중심부가 상기 스토퍼에 밀착되며 양단부가 디스크부의 체결면과 탄성력을 갖도록 접촉되어 축방향으로 자유변형되는 스프링 플레이트 및
   상기 스프링 플레이트, 스토퍼 및 체결부싱을 차례로 관통하여 볼트삽입홀에 체결되는 고정볼트를 포함하는 인벌류트 스퍼마운팅 디스크.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 디스크부는,
   상기 볼트체결홀이 형성되는 제1 디스크와, 베인 또는 플로이드 형태의 벤틸부를 사이에 두고 상기 제1 디스크와 대향 배치되는 제2 디스크가 일체로 형성되는 구조인 것을 특징으로 하는 인벌류트 스퍼마운팅 디스크.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 디스크부는,
   제2 디스크가 제1 디스크보다 내주면 직경이 크게 형성되고,
   상기 볼트체결홀과 상응하는 위치로 제1 디스크의 내주면과 제2 디스크의 내주면을 연결하는 리브가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 인벌류트 스퍼마운팅 디스크.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 디스크는,
   상기 볼트체결홀 사이마다, 볼트체결홀의 깊이(BD)와는 동일하고 직선부 폭(W)보다는 큰 직경 길이(D)를 형성하는 응력분산홀이 마련되는 것을 특징으로 하는 인벌류트 스퍼마운팅 디스크.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 베어링 하우징은,
   차압주조방식에 의해 상기 허브부의 내주면에 인서트되되, 상기 허브부의 내주면에는 세레이션부를 형성하여 상기 인서트된 베어링 하우징의 이탈을 방지하는 것을 특징으로 하는 인벌류트 스퍼마운팅 디스크.
   
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 체결부싱은,
   상기 디스크부의 체결면보다 돌출되는 높이를 형성하는 것을 특징으로 하는 인벌류트 스퍼마운팅 디스크.
   

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