KR100233745B1 - 저소음 타이어 트레드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어의 최소 부분주위로 원주 방향으로 연장하는 기선 피치열을 포함하는 저소음 타이어 트레드에 관한 것이다. 사선 피치열은 적어도 하나의 기선 피치 내에, 바람직하게는 다수, 또는 더욱 바람직하게는 각각의 기선 피치 내에 새겨진다. 사선 피치는 일반적으로 원주 기선 피치에 대해 측방으로 연장되며, 바람직하게는 전체 트레드 원호를 교차하여 연장한다. 하나 이상의 사선 피치열은 또 다른 사선 피치열의 피치 위치와 상이한 가로 피치 위치를 가진다.

Description

저소음 타이어 트레드

현대의 타이어 트레드는 전형적으로 원주 및 가로방향으로 상호 교차하는 홈들에 의하여 분리되는 다수의 융기형 하중지지 트레드 블록으로 분할된다. 트레드 블록의 형상, 구성 및 배열은 타이어의 제어, 가속 및 제동 특성에 기여하는 반면, 홈들은 가요성 및 물 제거성을 제공하는데 필요하다.

트레드 블록은 전형적으로 “기선 피치”에 배열되며, 각 기선 피치는 소정의 기하학적 형태의 트레드 블록을 포함한다. 각 기선 피치는 타이어를 교차하는 폭으로 변화할 수도 있다. 예를 들면, 각 기선 피치는 타이어의 한 쪽 어깨부로부터 다른 쪽 어깨부로 횡으로 연장하거나, 또는 타이어의 단일 원주영역 위에서, 예를 들면, 단일 리브 또는 리브들의 조합 위에서 횡으로 연장할 수도 있다. 어떠한 경우에서든, 기선 피치들은 타이어의 원주를 주위로 반복되게 배치되어 타이어 트레드를 형성한다.

노면상에서의 타이어 트레드의 주행 접촉은 불필요한 소음을 만드는 경향이 있다. 특히, 타이어가 노면과 접촉함으로써, 개개의 트레드 블록은 노면과 부딪히는 것으로 “타이어 소음”으로 폭 넓게 언급되는 일정 범위의 가청 주파수를 생성하는 공기 난류를 유발시킨다. 타이어 소음은 (1) 노면상에서의 트레드 블록의 충돌, (2) 타이어 카커스(carcass) 의 진동, 및 (3) 트레드 블록이 압축되어 인접한 블록들을 분리하는 홈으로 팽창됨으로써 일어나는 “공기 펌핑”에 적어도 부분적으로 발생된다. 소음의 필수적인 주파수는 타이어의 원주 주위의 트레드 블록의 수 및 타이어의 회전속도에 관련된다.

소위 “화이트 노이즈(white noise)”라 불리는 것에 접근하도록 타이어 트레드에 의해 발생되는 소음 주파수를 폭넓은 주파수대에 분산시키기 위한 기술이 개발되었다. 트레드 소음을 줄이기 위한 하나의 공지된 기술은 상이한 피치 길이를 가지는 기선 피치들을 사용하는 것이며, “피치 길이”는 하나의 기선 피치의 선단 가장자리로 부터 타이어의 원주방향으로 이웃하여 인접하는 기선 피치까지의 길이의 치수를 말한다. 상이한 피치 길이를 가지는 다수의 기선 피치들은 편리하게 “피치열”로 언급된다.

예를 들면, 리프만(Lippman) 등의 미합중국 특허 제 2,878,852호에 수형 및 암형 주형 절반부들을 가지는 타이어 트레드가 개시되며, 각가의 주형 절반부는 타이어의 원주를 주위로 연장하는 별도의 피치열을 가진다. 리프만의 특허는 다음의 일련의 상대적 원주거리를 가지는 피치열을 개시하였다. 9 10 11 12 10 11 12 13 12 11 10 9 11 12 13 10 10 13 12 11 9 10 11 12 13 12 11 10 12 11 10 9. 이러한 원주거리는 어떤 필요한 측정 단위로 표현되는 연속적인 트레드 단위의 상대적 원주길이를 나타낸다. 리프만의 특허에 있어서, 트레드 단위는 각각의 주형 절반부 그 자체 또는 각각의 주형 절반부에 있는 홈들의 형상들을 반영하도록 선택된다.

란더(Lander)의 미합중국 특허 제 4,474,223호에는 하기의 단계에 의해 타이어 트레드에 의해 발생되는 소음을 분산시키는 것에 의하여 타이어 소음을 줄이는 방법이 개시되어 있다:

(ⅰ) 장치 주위에 위치될 수도 있는 반복적인 계획 사이클의 최대 수를 선택하는 단계;

(ⅱ) 최대 피치율을 선택하는 단계;

(ⅲ) 다음의 식에 따라서 장치가 분할될 수 있는 조파편(haramonic segments)들의 적절한 수를 결정하는 단계;

NS=[NPx(LP-SP)] / [Bx(LP+SP)]

상기 식에서

NS는 조파편들의 필요한 수

NP는 피치(설계 사이클)의 수

LP는 가장 긴 피치 길이

SP는 가장 짧은 피치 길이

B는 변조지수

(ⅳ) 각각의 조파편의 크기 및 각각의 조파편을 위한 설계 사이클의 수를 결정하는 단계; 및

(ⅴ) 조파편의 주된 변조주파수의 파장길이가 그 조파편의 근본적인 길이에 일치하도록 각각의 조파편에 상이한 설계 사이클 길이를 배열하는 단계.

월리엄 (Williams)의 미합중국 특허 제 5,314,551호는 적어도 하나의 원주 영역에서 타이어의 원주 주위에 배치되는 다수의 기선 피치들을 가지는 트레드를 포함하는 “타이어 소음이 감소된 타이어”에 관한 것이다. 이 발명의 하나의 양태에 따라서, 기선 피치들은 3개의 상이한 피치 길이를 가지며, 3개의 상이한 피치 길이는 각 원주 영역에서 타이어의 원주 주위에 하나의 피치열을 형성한다. 기선 피치들은, 가장 긴 피치길이를 가지는 기선 피치들로의 가장 짧은 피치 길이를 가지는 기선 피치들 사이의 변이가 피치열에 있어 상이한 길이의 기선 피치들 상이에서의 전체 변이수의 15 내지 30% 범위에 있도록 배열된다. 추가적으로 가장 짧은 기선 피치 및 가장 긴 기선 피치는 각각 타이어의 원주 주위의 전체 기선 피치 수의 약 35 내지 40% 사이에서 이루어진다.

유럽 특허 제 524,568호는 각이 지도록 정위된 2개의 구별된 세트의 피치들을 구비한 비대칭형 트레드를 가지는 공압 타이어의 트레드에 관한 것이다.

그러나, 어떠한 것도 기선 피치열에 사선 피치열이 새겨진 것은 없다.

본 발명은 타이어의 원주 방향으로 적어도 하나의 기선 피치열을 가지는 저소음 타이어 트레드를 제공한다. 사선 피치열은 기선 피치열의 적어도 하나의 피치내에서 대체로 측각으로 새겨진다. 새겨진 사선 피치열은 바람직하게 타이어 트레드의 전체 원호를 교차하여 연장하며, 상이한 피치 길이를 가진다. 더욱이, 상이한 기선 피치 내에 각각 새겨지는 하나이상의 인접한 사선 피치열은 일반적으로 각 피치열에 대하여 하나이상의 상이한 측면 피치 위치들을 가진다.

제1도는 본 발명에 따라서 만들어진 저소음 트레드를 가지는 타이어의 사시도.

제2도는 본 발명의 트레드 블록 형태를 도시한 부분 평면도.

제3도는 제어 타이어 트레드와 비교하여 본 발명에 따른 저소음 타이어 트레드의 진폭을 도시한 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,2,3 : 기선 피치 10 : 타이어

1A내지 1G, 2A내지 2G 및 3A 내지 3G : 트레드 블록

14 : 측벽 20 : 트레드 블록

30 : 사선 홈 35 : 원주 방향 홈

도면, 특히 제1도를 참조하여, 타이어(10)는 측벽(14)을 가지며, 축선(R)을 중심으로 회전한다. 타이어는 사선 플라이 타이어와 같은 종래의 타이어일 수 있으며, 바람직하게 레이디얼 플라이 타이어이지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 대체로, 본 발명은 다수의 트레드 블록(20)을 수용하는 트레드를 가지는 형태의 타이어에 관한 것이다. 타이어(10)의 제조는 본 발명의 기술분야에서 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 상세히 논의되지 않을 것이다.

제2도의 본 발명에 따른 특정의 저소음 트레드 패턴의 일부를 도시한다. 트레드는 타이어 둘레에서 도면부호(C)로 표시된 원주방향으로 연장하며, 예를 들면, 제2도에 도시된 바와 같은 다수의 기선 피치(예를 들어 1,1,2,3,3)들을 포함한다. 기선 피치는 종종 단일의 트레드 블록으로서 한정되며, 이러한 단일 트레드 블록은 타이어의 원주 방향으로 반복될 수 있다. 즉, 기선 피치는 완전한 타이어 트레드를 만들도록 반복될 수 있는 가장 작은 기하학적 단위이다. 기선 피치 길이는 일반적으로 피치의 선단 가장자리 또는 트레드 블록으로부터 원주 방향으로의 인접한 피치의 선단 가장자리 또는 트레드 블록까지의 거리로서 정의된다. 제2도에 도시된 바와 같이, 다수의 인접 기선 피치들은 하나의 배열을 형성한다. 타이어의 소음을 줄이기 위해, 각각의 기선 피치(1,2 및 3)들은 상이한 기선 피치 길이를 가진다. 예를 들면, 트레드 블록(1A)을 포함하는 원주 피치 길이의 단위 거리는 1인 반면, 트레드 블록(2A)을 포함하는 피치 길이의 단위 거리는 1.2이고, 트레드 블록(3A,3B)을 포함하는 피치 길이의 단위 거리는 1.45이다. 따라서, 제2도에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 가장 긴 기선 피치 길이 대 가장 짧은 피치 길이의 비는 약 1.45 대 1.0이다.

본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 바와 같이, 타이어 트레드는 타이어 주위에 다수의 원주 방향의 기선 피치열을 가질 수 있다. 본 발명과 관련하여 어떠한 배열이 존재할 수 있으나, 바람직한 기선 피치열은 1 1 3 1 2 1 2 1 3 2 3 3 3 3 1 1 2 3 3 3 2 1 1의 순서로 배열되는 것이다. 물론, 약 2내지 약 5,7 또는 10개의 상이한 기선 피치들이 존재할 수 있지만, 통상 3개의 상이한 기선 피치를 가지는 것이 바람직하다.

비록 홈(30)들이 종종 개개의 기선 피치들 사이에 위치되고 제2도에 도시된 바와 같이 예를 들어 트레드 블록(1A,2A)들 사이에서 사선 방향으로 연장될지라도, 홈들은 어떠한 경우에 기선 피치 길이 내에서, 예를 들어 피치(3)에서와 같이 피치의 중앙 부분 내에 위치될 수 있다(제2도 참조). 여러 가지의 홈들이 연속적일 필요는 없으나 아주 작은 홈일 수 있다. 이러한 홈들은 측방으로 트레드의 단지 일부분 연장하는 곡선형일 수 있으며, 예를 들어 중앙 부분으로서 트레드의 특정 측면 부분에 위치될 수 있다. 바람직하데, 사선 홈(30)들은 선형이고, 트레드의 길이 전체에 걸쳐 연장하며, 기선 피치들의 원주 단부들 사이, 예를 들어, 트레드 블록(20)들 사이에 위치된다.

타이어 소음은 또한 사선 피치열을 활용함으로써 감소 또는 줄어든다. 즉, 적어도 하나의, 바람직하게는 다수, 예를 들면, 60%, 70%, 80% 또는 90% 및 전형적으로는 각각의 기선 피치는 그 자체에 새겨진 사선 피치열을 가진다. 본 명세서에 있어서, “새겨진”이라는 용어는 특정 기선 피치의 일체적인 부분으로서, 다른 피치열이 특정 기선 피치로부터 제2 또는 트레드를 교차하는 사선 방향으로 연장하는 것을 의미한다. 각각의 특정 기선 피치는 일반적으로 그 곳에 새겨진 상이한 사선 피치열을 가진다. 그러므로, 각 유형의 사선 피치중에 새겨진 사선 피치열은 동일한 것이 바람직하다. 따라서, 하나의 “1”의 형태의 기선 피치는 그 곳에 새겨진 특정 사선 피치열을 가지며, 다른 “1”의 형태의 기선 피치는 이에 상응하는 동일한 사선 피치열에 가진다. 실제로, 각각의 상이한 사선 피치를 가지는 “2”의 형태의 기선 피치, “3”의 형태의 기선 피치 등에 관하여, 독자적으로 상이한 사선 피치열을 가지는 “2” 및 “3”의 형태의 기선 피치들도 상술한 바와 동일하다. 특정 기선 피치열이 다수의 피치들을 포함하는 하나의 사선 피치열을 가지기 때문에, 상이한 사선 피치열을 가지는 상이한 기선 피치는 상이한 측면 위치에 위치된 하나 이상의 특정 사선 피치들을 가지게 된다. 사선 피치열이 트레드 원호의 상당한 부분 또는 대부분(예를 들면, 70 또는 75%, 적어도 80 또는 85%, 또는 적어도 90 또는 95%)으로 연장할지라도, 그 거리는 타이어 외측 어깨부와 같은 하나의 타이어 어깨로부터 다른 타이어 어깨부 또는 타이어 내측 어깨부까지이며, 바람직하게 전체 원호 또는 타이어의 측방향 폭으로 연장한다.

피치열은 방향의 변화를 포함하는, 즉“V”형 또는 “√”형 배열과 같은 변곡점을 포함하는 곡선과 같은 형상을 가질 수 있지만, 직선형이 바람직하다. 일반적으로, 원주 방향 홈(35)은 중앙 또는 홈의 한 쪽 단부 가까이에 있는 것과 같은 특정 사선 피치의 어떠한 측부에 위치될 수 있지만, 하나 이상의 사선 피치들 사이에 위치되는 것이 바람직하다. 적어도 초기 사선 피치열, 바람직하게는 전체 사선 피치열의 방향은 측각이며, 즉 측면성으로부터의 각도는 약 0°또는 5°내지 약 80°, 바람직하게는 약 20°내지 약 70°, 및 더욱 바람직하게는 약 40°내지 약 65°이고, 가장 바람직하게 약 60°의 각도로 트레드를 교차한다. 사선 피치 각의 이점은 바람직하게는 사선 홈(30)들과 다양한 원주 방향 홈(35)들 사이에 존재하는 트레드 블록들이 거의 동시에 노면과 접촉하지 않음으로써, 타이어 트레드 소음을 감소시킨다는 것이다.

3 이상, 바람직하게는 4 내지 15, 더욱 바람직하게는 약 5 내지 8개의 다수의 상이한 사선 피치들은 일반적으로 사선 방향(B)으로 타이어의 측면 또는 축선방향 폭을 교차하여 연장한다. 따라서, 기선 피치열에 있어서의 피치들의 수 대 사선 피치열에 있어서의 피치들의 수의 비는 대체로 1보다 크다. 제2도에 도시된 실시예에 있어서, 트레드 블록(1A) 을 포함하는 원주 방향 기선 피치 내에 새겨진 사선 피치열의 수 또한 7이다. 기선 트레드 블록(3A 또는 3B)을 포함하는 기선 피치 내에 새겨진 사선 피치열의 수 또한 7이다. 기선 트레드 블록(3A 또는 3B)을 포함하는 기선피치 내에 새겨진 사선 피치열의 수는 5이다. 도시된 것처럼, 특정 배열의 사선 피치 길이는 크기에 있어서 어깨부로부터 어깨부로 변화될 수 있어서, 타이어 외측 어깨부의 사선 피치들은 일반적으로는 고성능 또는 레이싱(racing) 타이어에서와 같이 타이어 내측 어깨부 상에 위치된 피치들의 피치 길이보다 길다. 그러나, 하나의 배열에 있어서 사선 피치 길이의 어떠한 변화도 이용될 수 있으며, 따라서, 사계절용 타이어에 있어서, 내측 및 외측 어깨부들은 예를 들면 큰 사선 피치 길이를 수용할 수 있으며, 타이어 트레드의 중앙부는 보다 짧은 피치 길이를 수용한다.

상기된 바와 같이, 상이한 사선 피치열은 하나이상의 다른 또는 인접한 사선 피치열의 피치와는 상이한 측면 위치에 위치된 하나이상, 다수 또는 모든 특정 피치들을 가질 수 있다. 따라서, 제2도에 도시된 실시예에 있어서, 기선 피치(1)에 있는 각 피치의 측면 위치는 기선 피치(2) 내에 새겨진 사선 피치열의 각 피치와는 상이한 측면 위치에 위치된다. 유사하게, 기선 피치(3) 내에 새겨진 사선 피치열의 각 사선 피치 길이는 기선 피치(2) 내에 새겨진 사선 피치열의 어떤 특정 피치와는 상이한 측면 위치에 위치된다. 따라서, 트레드 블록(1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F 또는 1G)들은 트레드 블록( 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F 또는 2G)의 어떠한 것과 동일한 측면 위치에 위치되지 않는다. 또한, 제3사선 피치열의 트레드 블록(3A, 3B, 3C, 3D 또는 3E)들도 제2사선 피치열의 특정 트레드 블록들의 어떠한 것과 동일한 측면 위치에 위치되지 않는다. 이러한 배열 또한 타이어 트레드 소음을 줄이는 결과가 따른다. 그러나, 특정 사선 피치열중 단지 하나이상의 특정 피치만이 다른 또는 인접한 사선 피치열의 대응하는 피치들과는 다른 측면 위치에 위치될 필요가 있다는 것을 알 수 있다. 다라서, 새겨진 사선 피치열을 가지는 기선 피치열의 이용이 본 발명의 범주 내에서 매우 많은 수의 타이어 패턴을 포함할 수 있다는 것이 명확하게 된다.

제2도에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 사선 홈(30)들은 실질적으로 거의 선형이며 타이어의 전체 측면 폭으로 연장하여, 트레드 소음이 감소될 수 있을 뿐만 아니라, 물이 다양한 트레드 블록을 통하여 효과적으로 제거될 수 있다. 더욱이, 상이한 측면 위치들에 위치된 하나이상 및 전형적인 몇 개의 상이한 원주 방향 홈들을 가지는 각종 상이한 사선 피치열의 준비는 본 발명에 있어서 타이어 트레드로부터 특정 측면 거리에 위치되어 타이어 주위로 완전하게 연장하는 하나 이상의 원주방향 홈의 부족 또는 결여가 따른다. 본 발명의 또 다른 양상은 대부분의 종래의 타이어들과는 달리 다수의 사선 피치 길이 또는 사선 트레드 블록이 대체로 대칭이 아니라는 것이다. 또한, 본 발명의 추가의 양상은 타이어의 내측 상에서와 같이 각종 사선 피치들이 2 이상의 피치, 예를 들어 피치(1G와 1G’ , 2D와 2D’ 및 2G와 2G’ )들로 세분된다는 것이다.

3개의 상이한 원주 기선 피치 및 상기에서 설명된 바와 같은 하나의 배열에 전체 23개의 피치를 가지는 타이어는 도면에 도시된 바와 같이 그 곳에 새겨진 전체 원호의 사선 피치열을 가지는 3개의 상이한 기선 피치의 각각으로 만들어졌다. 제1시험은 반-무향실(semi-anechoic chamber)을 이용한 목적시험이다. 즉, 반-무향실의 바닥에는 방음처리가 되지 않았으나, 벽 및 천장에는 매우 큰 포옴재 쐐기가 부착되었다. 이러한 쐐기는 룸에서 발생되는 소음을 효과적으로 트랩핑하여서, 어떠한 소리의 반사도 없었다. 따라서, 발생되는 소리의 정확한 측정이 이루어진다. 상기된 본 발명의 바람직한 트레드 패턴(예를 들면, 제2도에 도시된 것과 같은 기선 피치열, 사선 피치열 등) 및 60°의 사선 피치각을 가지는 P245/45R16 타이어가 실험압으로 팽창되어, 시험드럼 상에 배치되었다. 측정이 취해지는 동안, 시험드럼에 하중을 가해지고, 드럼이 다양한 속도로 회전되었다. 그 자체의 하중은 일반적으로 40 내지 120kph의 속도 및 2.0kgf/cm²의 압력에서 약 547kgf이었다. 드럼 표면은 매끄러운 강철로 하였다. 대조군으로서, 한국 타이어사에서 제조된 상품명 벤튜스 플러스 405로서 초-고성능 타이어가 이용되었다. 그 결과는 제3도에 나타낸다.

제3도로부터 명확히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 트레드 디자인은 일반적으로 더 넓은 주파수에 대하여 약 1,000Hz에서 상당히 낮은 진폭 소음 수치를 나타냈다. 물론, 그 결과 소음 수준이 감소되었다.

여러 가지 타이어에 대해 SAE 주관 시험을 통해 저속, 고속 및 그롤(growl)에 대한 소음 수준을 시험하였다. 대조군은 한국 타이어사의 상품명 벤튜스 플러스 405로서 초-고성능 타이어로 하였다. 표 Ⅰ에 있어서, “새겨진 사선 피치가 없음”이라는 칼럼은 그 곳에 새겨진 피치열을 갖지 않는 것으로서 대조군이다. 도면에 도시된 바와 같은 배열을 가지는 상기된 본 발명에 따라서 제조된 고성능 타이어가 또한 시험되었다.

[표 Ⅰ]

표 Ⅰ의 수치는 SAE 주관 스케일 평가에 따른 것으로서, 높은 수일수록 보다 낮은 소음 수준을 나타낸다.

표 Ⅰ로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 사선 피치열이 새겨진 타이어는 대조군보다 높은 수치를 가진다. 전체 단위, 즉, 1.0의 수치는 상당히 낮은 수준의 소음을 나타낸다.

그러므로, 각 기선에 새겨진 사선 피치열을 포함하는 본 발명의 타이어들은 주목할 만큼 감소된 소음 수치를 보여준다.

이상과 같이 설명한 바람직한 실시예 및 최선의 형태는 본 발명의 사상과 범위를 조금이라도 제한하고자 하는 것이 아니라 오로지 본 발명의 구체적 설명을 위한 목적으로 제공되었음을 이해할 것이다.

본 발명은 저소음 타이어 트레드에 관한 것이고, 보다 상세하게는, 하나 이상의 원주 방향 피치 또는 기선(base) 피치열 내에 새겨진 사선(bias) 피치열을 구비한 저소음 타이어 트레드에 관한 것이다.

Claims (4)

1. 제1어깨부 트레드 부분, 제2어깨부 트레드 부분, 및 원주 방향의 기선 피치열을 가지는 트레드 부분을 포함하고, 상기 기선 피치열은 기선 피치들과 다수의 상이한 사선 피치열을 포함하며, 각 기선 피치는 새겨진 사선 피치열들 중 하나를 가지며, 각 사선 피치열은 상기 트레드 부분의 측면 폭 방향으로 연장하며, 상기 사선 피치열은 타이어의 제2어깨부 트레드 부분보다 타이어의 제1어깨부 트레드 부분 상에서 큰 피치를 가지며, 상기 사선 피치열들 중 적어도 하나는 상기 제2어깨부 트레드 부분 상의 상이한 형상의 원주 방향으로 이격된 사선 피치들을 포함하며, 선형의 평행 홈들이 상기 트레드 부분의 측면 폭을 교차하여 연장하는 것을 특징으로 하는 저소음 타이어.
2. 제1항에 있어서, 상기 상이한 사선 피치열은 전체 트레드 원호의 적어도 90%를 교차하여 연장하며, 별개로 3 내지 15개의 피치들을 가지는 것을 특징으로 하는 저소음 타이어 트레드.
3. 제2항에 있어서, 상기 다수의 사선 피치열들은 상기 트레드 부분을 교차하는 측면선에 대하여 20° 내지 70°의 측각으로 연장하는 것을 특징으로 하는 저소음 타이어.
4. 제3항에 있어서, 상기 다수의 사선 피치열은 전체 트레드 원호를 교차하여 연장하는 것을 특징으로 하는 저소음 타이어.