KR101861476B1

KR101861476B1 - 공명음 저감 공기압 타이어

Info

Publication number: KR101861476B1
Application number: KR1020170036896A
Authority: KR
Inventors: 서병호
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2018-07-05
Also published as: JP2018158714A; CN108621714A; US20180272815A1; JP6633109B2; EP3378680A1

Abstract

본 발명은 차량 주행에 따른 타이어 회전 시에 타이어 내부의 충전된 공기의 진동에 의해 발생되는 공명 소음에너지 및 이에 따른 발생 주파수를 효과적으로 감소시킬 수 있는 공명음 저감 공기압 타이어에 관한 것이다.
본 발명은 타이어 내부 트레드 층에 위치하는 인너라이너 내측 면에 접착제 층에 의해서 부착된 다공질의 흡음재를 포함하며, 흡음재는 타이어 내부 원주 방향으로 연속적으로 연결되어 최종적으로는 부착 시작점과 끝점이 만나거나 근거리 내에서 마주보도록 위치하고 있으며, 상기 흡음재의 표면에는 개방형 셀이 형성되며, 타이어 내부에서 트레드 밑면과 직각을 이루는 수직면이 림부위 아래 수직면까지를 전체 체적으로 기준 시 흡음재가 차지하는 체적의 비가 14%~26%이며, 흡음재의 최대 폭은 타이어 트레드 폭 대비 35%~60%이고, 흡음재의 표면적은 흡음재가 부착된 인너라이너 표면에서 휠의 림 표면적 대비 10%~50%이다.
본 발명에 의하면, 공명 발생의 원인이 되는 소음에너지 및 이에 따라 발생되는 주파수를 변경시켜 타이어 내부 소음을 더욱 효과적으로 저감시킬 수 있다는 효과가 있다.

Description

공명음 저감 공기압 타이어 {Pneumatic Tire For Reducing Tire Noise}

본 발명은 공기압 타이어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 특정 크기와 형상을 갖는 소음 저감용 흡음재를 타이어 내부 인너라이너에 부착하여 차량 주행에 따른 타이어 회전 시에 타이어 내부의 충전된 공기의 진동에 의해 발생되는 공명 소음에너지 및 이에 따른 발생 주파수를 보다 더 효과적으로 감소시킬 수 있는 공명음 저감 공기압 타이어에 관한 것이다.

자동차 소음과 관련하여 정부 규제의 강화 및 전기차의 수요가 확대됨에 따라 타이어로부터 발생되는 소음 저감 요구가 점차적으로 증가하는 추세이다. 하지만 최근 타이어 개발 동향은 타이어 노면에 접촉하는 트레드부가 광폭으로 이루어져 있고 타이어 측면에 해당하는 사이드월 (Side wall)의 편평비가 낮은 UHP (Ultra high performance) 타이어가 각광을 받고 있다. 이러한 타이어는 구조적인 특성에 기인하여 사이드 월의 강성이 증가하여 노면에서 전달된 충격을 타이어 자체 구조에서 적절한 댐핑 (Damping) 역할을 수행하지 못함에 따라 소음 유발에 관련된 음압을 상승 시키는 결과를 초래한다.

일반적으로 공기압 타이어는 불규칙한 노면으로 인한 진동을 흡수하여 차량의 내구성을 증진시키고 차량 탑승자에게 편안한 승차감을 주도록 내부에 공기를 충전하여 사용한다. 그리고 타이어에서 노면과 맞닿는 트레드에는 다수의 홈과 그루브로 구성되는 트레드패턴을 형성하여 차량의 조향성능 및 주행성능을 향상시킨다.

그러나, 차량 주행 시 타이어는 노면의 굴곡 및 표면에 따라 가진되고, 가진된 타이어는 휠과 타이어의 조립체 내부(타이어 Cavity)의 공기에 유동을 발생시킨다. 휠과 타이어의 조립체 내부의 공기의 유동은 소음을 발생시킨다. 휠과 타이어의 조립체가 이루는 공간이 공명통과 같은 역할을 하여 공명(共鳴)현상을 일으키게 되어, 이러한 소음은 더욱 더 증폭되게 된다.

이와 같이 타이어 내부 (Cavity)에서 공기 진동을 발생시켜 차량 내부까지 소음이 전달되어 운전자가 이를 감지하게 되어 주행 시 승차감을 감소시키는 원인이 된다(이하, 공기 진동에 따른 소음은 '공명음'으로 통칭함). 이에 따라 타이어 제조사에서는 개방형 셀을 가지고 있는 폴리 우레탄 재질의 발포체를 활용하여 타이어 내부에서 발생되는 소음을 저감시키는 타이어를 제안하였다.

구체적으로, 한국특허공개 제 10-2015-0123684호 (특허문헌 1)는 공명음 저감을 위하여 타이어 내면에 의해 형성되는 공간의 단면적과 흡음재의 단면적의 비를 23%~29%로 설정하여 공명음 저감 효과를 높이는 기술을 개시하고 있고, 일본등록특허공보 제3964878호(특허문헌 2)에서는 타이어 내부 체적에 흡음재의 체적율을 0.4%~20%로 한 기술을 개시하고 있다.

1. 한국특허공개 제2015-0123684호(공개일: 2015.11.4.) 2. 일본특허공개 제3964878호(공개일: 2004.3.16.)

본 발명은 타이어의 소음 중 타이어 내부의 공기 진동으로 발생되는 공명음을 더욱 효과적으로 저감시키기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 타이어 내부에 특정 크기와 형상의 흡음재를 적용하여 공명 발생의 원인이 되는 소음에너지 및 이에 따라 발생되는 주파수를 변경시켜 타이어 내부 소음을 더욱 효과적으로 저감시킬 수 있는 공명음 저감 공기압 타이어를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예에 따른 공기압 타이어는, 타이어 내부 트레드 층에 위치하는 인너라이너 내측 면에 접착제 층에 의해서 부착된 다공질의 흡음재를 포함하며, 흡음재는 타이어 내부 원주 방향으로 연속적으로 연결되어 최종적으로는 부착 시작점과 끝점이 만나거나 근거리 내에서 마주보도록 위치하고 있으며, 타이어 내부에서 트레드 밑면과 직각을 이루는 수직면이 림부위 아래 수직면까지를 전체 체적으로 기준 시 흡음재가 차지하는 체적의 비가 14%~26%이며, 흡음재의 최대 폭은 타이어 트레드 폭 대비 35%~60%이고, 흡음재의 표면적은 흡음재가 부착된 인너라이너 표면에서 휠의 림 표면적 대비 10%~50%이다.

흡음재의 표면에는 개방형 셀이 형성되며, 개방형 셀의 크기는 500㎛ ~ 1300㎛이고, 개방형 셀의 두께(깊이)는 20㎛ ~ 100㎛ 인 것이 바람직하다.

흡음재의 상단면의 높이가 타이어의 회전 원주 방향에서 폭 또는 길이 방향으로 규칙 또는 불규칙하게 나열될 경우에는 타이어 공명음을 더욱 효과적으로 감소시킬 수 있다.

즉, 흡음재의 하단면(인너라이너 표면)은 평탄하고, 흡음재의 상단면은 타이어가 회전하는 원주 방향으로 규칙 또는 불규칙하게 높낮이가 나열되어 변형의 중심 높이선(L1)을 기준으로 하여 흡음재의 높낮이를 동일한 비율로 적용시켜, 흡음재의 체적은 동일하나 공기층이 흐르는 상면에서는 불규칙한 면으로 될 수 있다.

또한, 흡음재의 하단면(인너라이너 표면)은 평탄하고, 흡음재의 상단면은 타이어가 회전하는 원주 방향으로 좌, 우 사선으로 높낮이가 다르게 계란판 표면형상으로 되어, 타이어가 주행 시 충격에 의해 발생시키는 공명음이 불규칙한 높낮이를 가지는 흡음재 표면에서 감쇄되게 할 수 있다.

타이어 내부에 특정 크기와 형상의 흡음재를 적용한 본 발명에 의한 공명음 저감 공기압 타이어에 의하면, 공명 발생의 원인이 되는 소음에너지 및 이에 따라 발생되는 주파수를 변경시켜 타이어 내부 소음을 더욱 효과적으로 저감시킬 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공명음 저감 공기압 타이어의 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 공명음 저감 공기압 타이어의 흡음재를 펼친 사시도(a)와 입면도(b) 및 일부 측면도(c)이다.
도 3는 본 발명의 제2실시예에 의한 공명음 저감 공기압 타이어의 흡음재를 펼친 일부 사시도(a) 및 측면도(b)이다.
도 4는 비교예의 타이어와 본 발명의 실시예에 의한 타이어에 대한 돌기물 통과(Cleat impact) 시험 시 타이어 내 공명음을 측정한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 공명음 저감 공기압 타이어의 흡음재 표면의 SEM 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소음 저감 공기압 타이어의 측단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 공기압 타이어(1)는, 이너라이너 내측 면에 접착제(2)층에 의해서 부착된 개방형 셀을 가지는 폴리우레탄 재질로 된 다공질의 흡음재(3)층을 포함한다. 개방형 셀(S)은 도 5에 SEM 사진으로 나타난 바와 같이 흠음재(3)의 표면에 형성되며, 개방형 셀(S)의 크기(긴 방향 길이)는 500㎛ ~ 1300㎛이고, 개방형 셀의 두께(깊이)는 20㎛ ~ 100㎛ 인 것이 바람직하다. 개방형 셀(S)의 크기 및 두께가 범위를 벗어나 너무 작거나 크면 공명음 저감의 효과가 높지 않음이 확인되었다.

접착제(2)는 실란트 계열의 접착제가 사용되며, 부틸고무, 폴리이소부틸렌, 무기첨가제 및 가류제를 포함하며, 선택적으로 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다. 접착제(2)는 통상의 다양한 접착제가 사용될 수 있다.

다공질의 흡음재(3)는 타이어 내부 공간에서 발생하는 공명 소음을 저감하기 위한 것으로, 접착성이 매우 강한 접착제(2)에 의해 강하게 접착되어 있다. 폴리우레탄 재질의 다공질 흡음재(3)는 0.015g/cm³ 에서 0.06g/cm³의 밀도를 가진다. 다공질의 흡음재(3)는 통상의 다양한 다공성 부재를 사용할 수 있으며, 스펀지, 폴리에스테르계 부직포, 폴리스티렌계 부직포 및 이들의 적층체로 이루어진 군에서 선택되는 하나를 사용할 수 있다.

흡음재(3)는 타이어 내부 원주 방향으로 연속적으로 연결되어 최종적으로는 부착 시작점과 끝점이 만나거나 근거리 내에서 마주보도록 위치하고 있으며, 타이어 내부에서 트레드 밑면과 직각을 이루는 수직면이 림부위 아래 수직면까지를 전체 체적으로 기준 시 흡음재가 차지하는 체적의 비가 14%~26%이며, 흡음재의 최대 폭은 타이어 트레드 폭 대비 35%~60%이고, 흡음재의 표면적은 흡음재가 부착된 인너라이너 표면에서 휠의 림 표면적 대비 10%~50%이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 소음 저감 공기압 타이어의 흡음재를 펼친 사시도(a, 입체도)와 입면도(b) 및 일부 측면도(c)이다. 제1실시예의 흡음재(13)는 흡음재(13)의 하단면(13a, 인너라이너 표면)은 평탄하고, 흡음재(13)의 상단면(13b)은 타이어가 회전하는 원주 방향, 즉 길이방향으로 규칙 또는 불규칙하게 높낮이가 나열되어 변형의 중심 높이선(L1)을 기준으로 하여 흡음재(13)의 높낮이를 동일한 비율로 적용시켜, 흡음재(13)의 체적은 동일하나 공기층이 흐르는 상면에서는 불규칙한 면으로 되어 있다.

도 2의 제1실시예에서 흠음재(13)의 크기는 인너라이너 지면에 닿는 부위에서의 최대 높이를 기준으로 최소 높이는 10%가 적합하며 구체적으로는 30~50%이어야 하며 원주(길이) 방향으로 최대 높이 지점 또는 최소 높이 지점간의 거리가 1~20cm 단위, 더 구체적으로는 거리가 5~15cm 단위로 반복적으로 최대 높이와 최소 높이로 이루어진다. 최대 높이 지점 또는 최소 높이 지점은 변형에 취약하지 않도록 라운딩된다.

흡음재(13)의 하단면(13a)은 타이어 인너라이너와 흡음재의 부착력을 높이기 위해서 흡음재의 면적을 최대로 가지게 평탄한 면적으로 되어 있다.

도 3는 본 발명의 제2실시예에 의한 소음 저감 공기압 타이어의 흡음재를 펼친 일부 사시도이다. 제2실시예의 흡음재(23)는 흡음재(23)의 하단면(인너라이너 표면)은 평탄하고, 흡음재(23)의 상단면(23b)은 타이어가 회전하는 원주 방향, 즉 길이 방향으로 좌, 우 사선으로 높낮이가 다르게 계란판 표면형상으로 되어, 타이어가 주행 시 충격에 의해 발생시키는 공명음이 규칙 또는 불규칙한 높낮이를 가지는 흡음재 표면에서 감쇄된다. 흡음재(23)는 최대높이를 형성하는 4개의 봉우리 사이 중심에 최소높이의 홈이 형성되고, 가로 세로 방향으로 인접하는 봉우리 사이에는 중간 높이의 골이 형성된 형태이다.

도 3의 제2실시예에서 흠음재(23)의 크기는 인너라이너 지면에 닿는 부위에서의 최대 높이를 기준으로 최소 높이는 30~80%가 적합하며 구체적으로는 40~70%이어야 하며 최대 높이 지점 또는 최소 높이 지점간의 거리가 1~10cm가 적합하며, 더 구체적으로는 거리가 2~5cm 인 것이 바람직하다. 최대 높이와 최소 높이는 40~50도의 경사로 이루어져 있고 최대 높이 지점 또는 최소 높이 지점은 변형에 취약하지 않도록 라운딩된다.

본 발명에 따른 공기압 타이어는 승용차용 타이어, 경주용 타이어, 비행기 타이어, 농기계용 타이어, 오프로드(off-the-road) 타이어, 트럭 타이어 또는 버스 타이어 등일 수 있으며, 바람직하게는 승용차용 타이어로 사용할 수 있다. 또한, 상기 타이어는 레디얼(radial) 타이어 또는 바이어스(bias) 타이어일 수 있으며, 레디얼 타이어인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 제조한 본 발명의 제조 실시예와, 제조 실시예와 비교 시험하기 위해 제조한 제조 비교예, 및 제조 실시예와 제조 비교예를 시험한 시험예에 대해 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

[제조 실시예 : 타이어의 제조]

도 1에서와 같이 245/45R19 규격 타이어(한국타이어사제)의 내부 인너라이너 내측 면에 대해 접착제(2) 층이 대면하도록 하여 도 2(제조 실시예1), 도 3(제조 실시예2)에서 치수로 도식화한 소음 저감용 흡음재(13, 23)들을 각각 부착하여 타이어를 제조하였다. 흡음재의 재질은 다공질의 폴리우레탄 재질(0.06g/cm³의 밀도)이다.

[시험예1: 속도 증가에 따른 소음저감 유무 평가]

상기 제조 실시예에서 제조된 타이어에 대해 돌기물 통과(Cleat impact) 시험을 실시하였다. 상기 돌기물 통과 시험은 Cleat impact 시험 장비를 이용하여 측정하였으며, 일정 간격으로 돌기물을 통과하면서 타이어 내부의 공명음을 측정하였다.

본 발명에 따른 타이어와의 효과 비교를 위하여 일반 타이어를 제조 비교예 1로, 형상이 직육면체로 된 흡음재는 제조 비교예2로 두었고, 제조 비교예2와 체적이 동일한 상태에서 흡음재 상단부에 형상을 다르게 하여 측정한 결과는 도 4에 나타내었다.

도 4를 참조하면, 돌기물 통과(Cleat impact) 시험 결과, 제조 비교예 1의 타이어는 소음을 증폭시키는 타이어 1차 공명 주파수 대역(200~300Hz)에서 공명음 피크가 측정된 반면, 본 발명에 따른 각 제조 실시예의 타이어는 공명음이 사라졌다. 뿐만 아니라 각 제조 실시예의 타이어에서 발생되는 소음은 제조 비교예 1에 비해 소음 주파수가 낮고, 음압이 낮았다. 이 같은 결과로부터 본 발명에 따른 제조 실시예의 타이어에서는 소음이 작고 음압이 낮은 저소음이 발생됨을 알 수 있다.

또한, 추가적으로 주행이 완료된 후, 흡음재의 부착상태 및 접착제(실란트)의 부착 상태를 육안으로 관찰하였다. 관찰 결과 본 발명에 따른 제조 실시예의 타이어는 흡음재 및 접착제 모두 양호하게 부착되어 있음을 확인할 수 있었다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

1: 타이어 2 : 접착제
3, 13, 23 : 흡음재
13a : 하단면 13b 23b : 상단면
L1 : 중심 높이선

Claims

타이어 내부 트레드 층에 위치하는 인너라이너 내측 면에 접착제 층에 의해서 부착된 다공질의 흡음재를 포함하며,
상기 흡음재는 타이어 내부 원주 방향으로 연속적으로 연결되어 최종적으로는 부착 시작점과 끝점이 만나거나 근거리 내에서 마주보도록 위치하고 있으며,
상기 흡음재의 표면에는 개방형 셀이 형성되며,
타이어 내부에서 트레드 밑면과 직각을 이루는 수직면이 림부위 아래 수직면까지를 전체 체적으로 기준 시 상기 흡음재가 차지하는 체적의 비가 14%~26%이며,
상기 흡음재의 최대 폭은 타이어 트레드 폭 대비 35%~60%이고, 상기 흡음재의 표면적은 흡음재가 부착된 인너라이너 표면에서 휠의 림 표면적 대비 10%~50%이며,
흡음재의 상단면의 높이가 타이어의 회전 원주방향에서 폭 또는 길이 방향으로 규칙 또는 불규칙하게 나열되고,
상기 흡음재의 인너라이너 표면에 부착되는 흡음재의 하단면은 평탄하고,
상기 흡음재의 상단면은, 최대높이를 형성하는 4개의 봉우리 사이 중심에 최소높이의 홈이 형성되고 가로 세로 방향으로 인접하는 봉우리 사이에는 중간 높이의 골이 형성됨에 따라 타이어가 회전하는 원주 방향으로 좌, 우 사선으로 높낮이가 다르게 계란판 표면형상으로 되어, 타이어가 주행 시 충격에 의해 발생시키는 공명음이 규칙 또는 불규칙한 높낮이를 가지는 흡음재 표면에서 감쇄되게 하는 것을 특징으로 하는 공명음 저감 공기압 타이어.
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청구항 1에 있어서,
상기 개방형 셀의 크기는 500㎛ ~ 1300㎛이고,
상기 개방형 셀의 두께는 20㎛ ~ 100㎛ 인 것을 특징으로 하는 공명음 저감 공기압 타이어.
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