KR101960620B1 - 진동억제 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박층구조부내에서 단면 방향으로 반응속도의 차이를 야기할 수 있는 특징을 가지고 있는 다일레이턴트층 (0310)을 가짐으로 더 얇은 단층 또는 소수의 층만으로도 타이어의 운동특성을 해치지 않고 기능하는 박층구조부를 가지고 제조하기 쉽고 저렴한 비용으로 진동 억제 타이어를 제공한다.
타이어는 다일레이턴트로서 거동하도록 입자와 그 결합재가 배치된 층인 다일레이턴트층 (0310)이며 층의 중앙부에서 층의 상부 및 층의 하부를 향해 상기 입자의 분포밀도가 떨어지게 상기 입자가 배치된 다일레이턴트층 (0310)을 포함하는 박층구조부를 갖고 있다.

Description

진동억제 타이어{VIBRATION SUPPRESSION TIRE}

본 발명은 승차감 성능을 높이기 위한 진동억제 구조를 갖는 타이어 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

차량의 타이어는 지면을 주행할 때 진동한다. 그리고 차체의 진동은 타이어와 지면의 접촉시 타이어의 변형에 의한 진동이 타이어에서 차체까지의 구조체를 가진(加震)함으로써 발생한다. 이 차체의 진동은 차량의 승차감을 크게 좌우하기 때문에 차량 및 타이어 제조자는 타이어에서 진동을 억제하여 차체에 진동이 전달되지 않게 하기 위한 연구 개발을 하고 있다.

도 1은 기존의 타이어의 단면 개념도이다. 타이어에서 차체에 진동이 전달되는 구조는 타이어의 소재 그 자체가 가진을 받아 그것이 휠(12), 샤프트, 서스펜션을 통해 차체에 전달 되는 것이다.

타이어와 지면의 접촉에 의한 타이어의 변형은 먼저 트레드 (13)의 접촉면에서 시작하고 "측부" (14) (타이어의 측면 부분)을 변형하여 진동시키고 그 후 휠 (12)과 타이어 내부의 공기실 (11)에 전달된다.

이러한 진동을 억제하기 위한 연구로는 타이어, 타이어와 지면의 접촉에 의한 변형을 효과적으로 억제하는 구조를 갖추게 하는 방법 등이 알려져 있다. 이러한 기술로서 특허 문헌 1을 들 수 있다.

[특허 문헌 1] 일본특허공개 제2013-52858 호 공보

특허 문헌 1은 다일레이턴트로 거동하도록 입자와 그 결합재가 배치된 층의 박층구조부를 타이어 내부 표면에 배치하고 다일레이턴트의 성질인 "작은 전단 응력에는 액체처럼 거동하고 큰 전단 응력에는 고체처럼 거동하는 성질"을 이용하여 타이어와 지면의 접촉에 의한 변형을 효과적으로 억제하는 방법이다.

그러나 특허 문헌 1은 박층구조부가 매우 얇은 경우(2mm 이내)에서는 여러 층의 박층 시트를 균일하게 접착해야되는 제조 공정상 매우 어려운 작업을 요구하는 것이기 때문에 더 얇고 가벼운 시트로 효과를 내려고 하는 개발상의 요구를 충족시킬 수 없었다. 또한 단층의 다일레이턴트층으로 이루어진 박층구조부만으로는 타이어의 운동 특성에 악영향을 줄 수 있으며 그 원인으로서는 특허 문헌 1의 발명의 기재와 같이, 박층구조부내에서 다일레이턴트층이 단면 방향으로 반응속도의 차이를 야기할 수 있는 특징을 가지고 있지 않기 때문에 타이어와 지면의 접촉 분리에 의한 진동을 받았을 때 다일레이턴트층의 반응속도가 박층 구조부의 단면 방향에서 일률적으로 되어 버려 그로 인해 타이어의 원활한 변형을 저해하게 되는 것이 원인이 될 수 있다.

이상과 같은 이유로 본 발명은 박층구조부내의 단면 방향으로 반응속도의 차이를 발생시키기 위한 특징을 가진 다일레이턴트(dilatant) 층을 갖는 것으로, 극히 얇은 단층 혹은 소수의 층만으로도 타이어 운동 특성을 해치지 않고 기능하는 박층구조부를 가지고 제조하기 쉽고, 저렴한 비용으로 진동 억제 타이어를 제공하는 것을 과제로 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은 첫째 다일레이턴트로 거동하도록 입자와 그 결합재가 배치된 층인 다일레이턴트층이며 층의 중앙부에서 층의 상부 및 층의 하부를 향해 상기 입자의 분포밀도가 떨어지게 상기 입자가 배치된 다일레이턴트층을 포함하는 박층구조부를 갖는 타이어를 개발했다. 이로 인해 박층 구조 부내에서 단면 방향으로 반응속도의 차이를 야기할 수 있는 특징을 갖는 진동억제 타이어를 제공할 수 있다.

둘째, 본 발명은 이러한 특징에 더하여 상기 박층구조부가 상기 다일레이턴트층을 다른 부재와 접합하여 상기 다일레이턴트층을 보호하기 위한 층인 탄성을 갖는 바인더층을 다일레이턴트층의 상층 또는/및 하층에 더 포함한 타이어를 개발했다. 이로 인해 다일레이턴트층을 보호하고 게다가 진동 흡수 효과도 높일수있다.

여기에서 "다일레이턴트(dilatant)"란 작은 전단 응력에는 액체처럼 거동하고 큰 전단 응력에는 고체처럼 거동하는 특성을 나타내는 혼합물이다. 비 뉴턴 유체의 일종으로 분류된다.

이상의 구성으로 이루어진 본 발명으로 인해 박층구조부내에서 단면 방향으로 반응속도의 차이를 야기할 수 있는 특징을 갖는 진동억제 타이어를 제공할 수 있으며 단층 또는 소수의 층을 갖는 더 얇고 가벼운 박층구조부만으로 타이어의 원활한 변형을 억제하지 않고 진동을 흡수하는 타이어를 제공 할 수있다.

도 1은 일반적인 타이어의 단면을 나타내는 개념도이다.
도 2는 실시 예 1의 타이어의 단면을 나타내는 개념도이다.
도 3은 실시 예 1의 박층구조부의 구성의 가장 단순한 일례를 나타내는 개념도이다.
도 4는 입자밀도와 다일레이턴시의 반응속도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 보다 바람직한 분포밀도를 나타내는 도면 1이다.
도 6은 보다 바람직한 분포밀도를 나타내는 도면 2이다.
도 7은 본 발명에 따른 타이어와 온도 억제의 관계를 보여주는 실험 결과이다.
도 8은 실시 예 1의 제조 방법의 흐름도이다.
도 9는 제조 과정의 혼련의 모습을 나타내는 도면이다.
도 10은 제조 과정의 냉각의 모습을 나타내는 도면이다.
도 11은 응용적인 제조 방법의 흐름도이다.
도 12는 응용적인 제조 방법으로 제조한 타이어의 냉각 과정을 나타내는 도면이다.
도 13은 실시 예 2의 박층구조부의 구성의 일례를 나타내는 개념도이다.
도 14는 실시 예 2의 제조 방법의 흐름도이다.

이하, 본 발명의 실시 예에 대해 설명한다. 실시 예와 청구항의 상호 관계는 다음과 같다. 실시 예 1은 주로 청구항 1에 관한 것이고 실시 예 2는 주로 청구항 2에 관한 것이다. 또한 본 발명은 이러한 실시 예에 한정되는 것이 아니라 그 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 실시될 수 있다.

[실시 예 1]

<발명의 개요>

본 실시예의 타이어는 다일레이턴트로 거동하도록 입자와 그 결합재가 배치된 층인 다일레이턴트층이며 층의 중앙부에서 층의 상부 및 층의 하부를 향해 상기 입자의 분포밀도가 떨어지도록 상기 입자가 배치된 다일레이턴트층을 포함하는 박층구조부를 갖는 것을 특징으로한다.

<발명의 구성>

도 1은 기존의 일반적인 타이어의 단면 개념도이고 도 2는 실시 예 1에서의 타이어의 단면 개념도이다. 두 그림의 차이는 박층구조부 (0200)의 유무에 있다. 또한, 도 3은 박층구조부의 가장 단순한 구성의 일례를 나타내는 것이다.

도 2의 박층구조부 (0200)는 타이어 내부 표면 (18)에 배치되어 있다. 또한 도 3에서와 같이 박층구조부 (0200)는 하나의 다일레이턴트층으로 구성되어 있으며 층의 중앙부에서 층의 상부 및 층의 하부를 향해 상기 입자의 분포밀도가 떨어지게 상기 입자가 배치되어있다.

이하, 다일레이턴트층의 입자와 그 결합재의 구성 및 재료 예에 대해 설명한다.

"다일레이턴트층" (0310)은 다일레이턴트로 거동하도록 입자와 그 결합재가 배치된 층이다. 또한 "다일레이턴트로 거동"이란 작은 전단 응력에는 액체처럼 거동하고 큰 전단 응력에는 고체처럼 거동하는 것을 말한다.

다일레이턴트층을 구성하는 입자의 재료로는 알루미나 입자 및 실리카 입자 등의 무기 산화물 입자를 사용하는 것이 가능하다. 알루미나 입자를 예로 들면, 입경 범위가 1μm에서 100μm에 이르는 것이 판매되고 있다. 결합재에 분산시키는 입자의 입경으로서는 입경이 너무 크면 제조에서 결합재의 혼련시 교반기와 롤러 표면을 해칠 수 있기 때문에 비교적 작은 1μm에서 10μm로 하는 것이 바람직하다.

다일레이턴트층을 구성하는 결합재는 입자를 유지하는 성질을 가지는 것, 타이어 회전시의 변형을 받아도 박층구조부가 불가역적으로 변형 손상될 수 없도록 탄성을 갖는 것, 입자 사이에 충분히 들어갈 정도로 분자 크기와 표면 장력이 작은 것이 필요하다. 이러한 성질을 갖는 결합재의 예로는 고무 등의 고분자 화합물이나 페인트, 점착제, 접착제 등을 들수있다.

다일레이턴트층에서 입자의 단면 방향의 분포밀도는 특징을 갖게함으로써 다일레이턴트층만으로 타이어의 원활한 변형을 저해하지 않고 진동을 흡수하는 효과를 야기할 수 있는 특징을 갖는 것이 바람직하다. 이 점, 도 4는 입자밀도와 다일레이턴시의 반응속도의 관계를 나타내는 도면이다. 입자밀도가 높으면 다일레이턴시의 반응속도가 빠르고, 한편 낮으면 다일레이턴시의 반응속도가 느리다. 따라서 다일레이턴트층의 입자밀도가 일정하면, 다일레이턴트층 전체가 동시에 반응해 버려 갑자기 경도가 증가하고 반발력이 생기기 때문에 진동을 적절히 억제하지 못하고, 박층구조부만으로 타이어의 원활한 변형을 저해하지 않고 진동을 흡수할 수 없다. 이에 대해, 본 발명에 따른 타이어의 다일레이턴트층은 “층의 중앙부에서 층의 상부 및 층의 하부를 향해 상기 입자의 분포밀도가 떨어지게 상기 입자가 배치" 되어 있기 때문에 층의 중앙부에서 층의 상부 및 층의 하부를 향해감에 따라 다양한 입자밀도 부분이 존재한다. 따라서 본 발명에 따른 타이어는 층의 중앙부에서 층의 상부 및 층의 하부를 향해 다일레이턴시의 반응속도가 느려지고 중앙부에서 멀수록 점차적으로 경도가 증가하여 진동을 흡수하기 때문에 노면접촉 및 분리에 의한 큰 타이어 변형시 필요한 부드러움을 손상하지 않기 때문에 타이어의 부드러운 변형을 저해하지 않고 진동을 흡수하는 효과를 나타낼 수 있다.

또한, 본 실시의 "층의 중앙부에서 층의 상부 및 층의 하부를 향해 상기 입자의 분포밀도가 떨어지도록 상기 입자가 배치"되는 예로는 분포밀도가 낮은 정도를 상부 하부에서 균등한 경우뿐만 아니라, 차량이 주행중 원심력의 영향을 고려한 분포밀도로 배치되어있는 경우를 포함하는 것이다. 또한, 여기서 말하는 원심력은 타이어 바깥쪽이 타이어 중심 측보다 커진다.

후자의 경우의 구체적인 예로는, 예를 들면, 주행중 원심력의 영향으로 알루미나 입자가 타이어 바깥쪽에 쏠리는 것을 고려하여 도 5와 같이, 정지중의 분포밀도가 타이어의 중심 측으로 쏠려있는 배치인 경우를 들 수 있다. 이렇게 배치하면 주행중 원심력의 영향으로 다일레이턴트층의 중앙부에서 층의 상부 및 층의 하부를 향해 "균등하게"상기 입자의 분포밀도가 떨어지게 된다. 따라서 주행 중 지면과의 접촉에 의한 진동등을 효과적으로 흡수할 수 있다 (제조 방법은 후술한다).

또한 구체적인 예로서 주행중 원심력의 영향으로 압축함으로써 분포밀도가 변화하는 것을 상정하고 도 6과 같이 진동억제 효과를 가장 잘 나타내고 싶은 주행 속도를 확인한 후, 그 주행 속도의 원심력의 영향하에서 가장 효과를 잘 나타내는 분포밀도가 되도록 정지시의 분포밀도를 구성할 수도 있다. 도 6 중에서 (a)는 정지시의 분포밀도를 나타내며, (b)는 진동억제 효과를 가장 잘 나타내고 싶은 속도로 주행시의 분포밀도를 나타내고 있다. (b)의 분포밀도가 적절한 경우, 정지시의 분포밀도는 (a)와 같이 완만하게 한다는 것이다. 이와 같이 구성하면 진동억제 효과를 가장 잘 나타내고 싶은 주행 속도에서 진동억제 효과를 가장 잘 나타내는 분포밀도가 된다.

기준이 되는 표준물질을 고무로 한 경우의 알루미나 입자의 비중은 층의 강도를 유지하면서 다일레이턴시를 효율적으로 나타내는 범위인 것이 바람직하다. 이 점에　있어서， 입경4μm ~ 5μm의 알루미나 입자를 이용한 경우 기준이 되는 표준물질인 고무에 대해 알루미나 입자를 전체의 비중이 1.5 ~ 3.0가 되도록 분산 시키면, 층의 강도를 유지하면서 다일레이턴시를 효율적으로 나타낼 수 있다. 또한 마찬가지로 입경 4μm ~ 5μm의 알루미나 입자를 이용한 경우도 기준이 되는 표준물질인 고무에 대해 알루미나 입자를 전체 비중이 2.0 ~ 2.5가 되도록 분산시키면 층의 강도를 유지하면서 다일레이턴시를 보다 효율적으로 나타낼 수 있다. 따라서 기준이 되는 표준물질을 고무로 한 경우 알루미나 입자 전체 비중이 1.5 ~ 3.0의 범위 안에 분산되어 있는 것이 바람직하고, 또한 전체 비중이 2.0 ~ 2.5의 범위 안에 분산되어 있는 것이 바람직하다.

박층구조부의 두께는 진동저감효과를 나타내며 경량화를 실현한다는 관점에서 타이어의 트레드 부분의 두께에 100 분의 1에서 10 분의 1 두께로 하는 것이 바람직하다. 다만 적당한 두께는 여러가지 조건 예를 들어, 타이어의 크기 (보통 자동차의 크기부터 대형 트럭, 광산용 대형 트럭, 점보제트기 타이어 등), 회전 속도 (보통 자동차 정도거나 F1 머신 타이어 또는 모노레일 타이어 여부 등) 및 타이어가 받는 충격 (보통 자동차용 또는 오프로드 자동차용 또는 항공기 타이어) 등에 따라 적절하게 선택될 것이다.

다일레이턴시를 나타내는 정도는 사용하는 입자의 종류·질량·입경·형상 ·밀도 사용하는 결합재와 입자의 탄성 밀도 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 상기 다일레이턴트층은 타이어 안에서 타이어 내부의 공기압과 타이어의 회전에 의한 원심력의 부하를 받기 때문에 타이어가 회전시에는 회전하지 않는 경우에 비해 층의 두께가 압축된다. 이에 따라 입자와 그 결합재의 상대적인 위치가 변화하게 되고, 다일레이턴시를 나타내는 정도는 달라질 수 있다.

또한 입자의 모양과 구조는 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 입자가 중공 구조를 가지며, 그 중공 구조 내부에는 고분자 화합물, 극성 용매 또는 비 뉴턴 유체를 포함할 수 있다. 이러한 내용물은 응력을 받았을 때 운동 에너지를 흡수하여 진동저감효과를 높일 수 있다. 또한 입자는 원형 또는 커팅면(facet)을 가진 구형 등, 보다 큰 충전밀도를 갖도록 기하학적 도형으로 할 수 있으며, 특정 모양과 구조를 갖는 입자를 선택함으로써 다일레이턴시를 조정할 수도 있다.

위와 같이 "박층구조부"는 다일레이턴트로 거동하도록 입자와 그 결합재가 배치된 층인 다일레이턴트층으로 구성되는데, 박층구조부는 다일레이턴트층만으로 구성될 필요는 없고 다른 층이 다일레이턴트층의 상부나 하부 또는 다일레이턴트층 사이에 배치되어 있어도 된다.

상기 박층구조부는 상기 다일레이턴트층을 다른 부재 (다른 다일레이턴트층을 포함한다)와 접합하여 상기 다일레이턴트층을 보호하기 위한 층인 탄성을 갖는 바인더층을 다일레이턴트층 자체의 상층 또는/및 하층에 더 포함할 수 있다 (자세한 내용은 실시 예 2에서 설명한다). 다일레이턴트층과 바인더층과의 접착 및 타이어 내부와 박층구조부와의 접착은 결합재 및 바인더층의 소재를 접착제 자체로 하거나, 접착력 있는 페인트나 탄성 소재로 하거나, 가황에 의한 열 반응에 의해 접착하는 자료를 선정함으로써 시행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 층 형성에 사용되는 바인더층 중 하나는 펑크시에 공기 누출을 방지하는 소재를 포함할 수 있다.

상기 박층구조부는 타이어 외부 표면 (트레드 패턴에 의해 만들어지는 홈의 바닥 부분 또는/및 측면 부분)과 타이어 내부, 타이어 내부 표면 (타이어 내부의 트레드 표면이며, 공기실과 접하는 면)의 어느쪽에 설치하는 것도 가능하다. 타이어 내부 표면에 설치한 경우에는 더 진동을 억제하기 쉬워진다.

상기 박층구조부는 단수의 다일레이턴트층으로 구성해도 충분한 진동억제 기능을 나타낸다.

상기 박층구조부는 타이어와 지면과의 접촉 또는 분리에 의한 급격한 변형에 대해서는 진동 감쇠 부재로 작동한다.

<다일레이턴트층의 작용에 대한 설명>

다음 노면 주행 중 다일레이턴트층의 작용을 설명한다.

트레드면이 지면과의 접촉 또는 분리에 의한 급격한 가진을 받지 않을 때 다일레이턴트층에는 타이어 내부의 공기압과 타이어 내부의 원심력이 더해져, 그 힘으로 다일레이턴트층의 입자끼리 서로 접하기 쉬운 상태로 되어있다. (직접 접촉하는 경우 외에도 사이에 끼우는 결합재를 통해 간접적으로 밀고 당기고 하는 경우를 포함) 이때 지면과의 접촉에 의한 충격파로 인하여 타이어 전체에 전파하고 있는 진동으로 다일레이턴트층은 액체처럼 거동하고 변형하여, 그때 입자끼리 서로 마찰하여 입자의 운동 에너지를 열에너지로 변환한다. 이러한 열에너지로의 변환에 의해 타이어 전체를 전파하는 진동이 감쇠된다.

다음은 타이어가 지면과의 접촉에 의한 급격한 가진을 받을 때 트레드는 급격한 변형을 일으켜 그때까지 받고 있던 공기압 및 원심력과 반대 방향의 힘을 박층구조부에 미친다. 이처럼 급격하게 부하에서 해방된 다일레이턴트층은 큰 전단 응력에 대해서 고체처럼 거동하여, 즉 다일레이턴시를 발현하고 변형 및 진동을 억제하려고 한다. 단 타이어의 지면 접촉 및 분리에 의한 변형 자체를 억제하는 것은 타이어의 원활한 변형을 저해하고 그 운동 특성을 해치는 것에 연결되기 때문에 이 다일레이턴시의 발현을 단면 방향의 입도 분포의 차이와 다층 구조등의 특징을 갖게함으로써 점차적으로 시간적인 차이를 가지고 이루어지도록 제어한다. 이에 따라 박층구조부는 변형의 충격으로 발생하는 타이어의 가진을 타이어의 원활한 변형을 저해하지 않고 국지적이고 중점적으로 억제하는 작용을 가진다. 이러한 작용을 가짐으로써 박층구조부는 형상 안정을 위한 국소적인 매스 댐퍼와 같은 효과를 가진다. 여기서 매스 댐퍼는 일반적으로 타이어의 진동을 억제하기 위해 타이어에 비치되는 중량부재를 말한다. 즉, 상기 박층구조부는 타이어의 운동 성능을 악화시키지 않고 타이어의 진동을 억제할 수 있다.

타이어가 지면과의 접촉에 의한 급격한 가진을 받은 후, 타이어가 지면에서 분리될 때까지 박층구조부는 즉시 정상적인 타이어내부의 공기 압력과 원심력만을 받기 때문에 고체성 상태에서 즉시 원래의 액체 성질과 상태로 변화하여, 입자의 마찰에 의해 지속적으로 진동을 억제한다. 그리고 타이어가 지면과 분리할 때 트레드가 변형에서 급격하게 회복하고 그때 공기압 및 원심력과 반대 방향의 힘이 급격히 박층구조부에 가해진다. 거기에서는 지상과의 접촉에 의한 때와 마찬가지로 박층구조부는 그 단면 방향의 특징에 따라 타이어의 원활한 변형을 저해하지 않고 다일레이턴시 발현의 효과에 의해 타이어의 진동을 억제한다.

또한 상술한 바와 같은 과정을 반복함으로써 박층구조부내의 입자끼리는 가로 세로 방향으로 서로 밀고 떨어지고 한다. 이 힘에 의해 입자와 입자 사이에 있는 결합재는 압축과 복원을 반복하기 때문에, 그때 발생하는 히스테리시스 손실에 의해 결합재가 운동 에너지를 열에너지로 변환함으로 인해 타이어 전체의 진동은 감쇠된다.

또한, 도 7은 본 발명에 따른 타이어와 온도 억제의 관계를 보여주는 실험 결과이다. 타이어 테스터의 내부 온도를 25℃로 설정하고, 표에 기재된 각종 조건에서 타이어의 온도가 포화상태가 되었을 때 타이어의 외부에서 두 번째 홈의 바닥 표면 온도를 측정, 비교 한 것이다. 타이어 내부에 설치된 박층구조부는 두께 0.6mm의 고무와 알루미나 입자로 된 단일층 시트이며, 비중은 2.6이다. 타이어 사이즈는 215 / 50 / R17였다.

이 중 하중이 2600N인 조건의 실험 결과에 따르면, 속도가 36km/h의 경우에는 타이어 트레드면의 온도가 같은 무게의 고무를 붙인 타이어와 일반 타이어에 비해 약 1.8도 저하한 것을 알 수　있다. 또한 속도가 72km/h인 경우에는 타이어 트레드면의 온도가 같은 무게의 고무를 붙인 타이어와 일반 타이어에 비해 약 2.7도 저하한 것을 알 수 있다. 또한 속도가 108km/h의 경우에는 타이어 트레드면의 온도가 같은 무게의 고무를 붙인 타이어와 일반 타이어에 비해 약 3.5도 저하한 것을 알 수있다. 또한, 하중이 5254N 조건에서 속도가 80km/h의 경우에는 타이어 트레드면의 온도가 같은 무게의 고무를 붙인 타이어와 일반 타이어에 비해 약 4.3도 저하한 것을 알 수 있다.

이것은 타이어 트레드면의 진동이 억제됨으로 인해 히스테리시스 손실이 감소되고 타이어의 온도 상승이 억제되고 있기 때문이라고 생각된다. 또한 타이어의 회전 저항 측정시와 같은 큰 하중을 받고 타이어의 변형이 큰 경우에도 이 온도 억제 효과가 있는 것으로 나타났다.

이상과 같이 노면 주행 중 타이어가 지면과의 접촉, 분리를 반복하는 가운데 박층구조부가 진동의 저감 및 온도 억제 효과를 나타낸다. 또한, 상기 박층구조부 자체는 타이어의 무게에 대해서 경량이면서 저렴한 재료로 제조할 수 있기 때문에, 박층구조부 추가에 의한 타이어 전체의 총 중량과 제조 비용의 증가를 억제하는 것이 가능하다.

<제조 방법>

본 발명에 따른 타이어의 제조 방법은 (1)고무 등의 결합재와 알루미나 입자를 혼련하고, 그 후에 냉각하여 박층구조부의 시트를 생성하고 그것을 타이어에 배치하는 방법과 (2)가황이 끝난 타이어내부 표면 또는 타이어 트레드 표면에 가열한 입자를 분사하여 박층구조부를 생성하는 방법이 있다. 전자가 기본적인 제조 방법이기 때문에 전자를 "기본 제조 방법"으로 설명하고 후자를 "응용적인 제조 방법"으로 설명한다.

≪기본적인 제조 방법≫

도 8은 본 실시 예의 타이어의 제조방법의 예를 나타내는 흐름도이다. 먼저 다일레이턴트로 거동하도록 입자와 그 결합재가 배치된 층인 다일레이턴트층을 포함하는 박층구조부를 생성한다 (박층구조부 생성 단계 S0810). 다음으로 박층구조부를 가열처리 및 가압처리에 의해 타이어 내부 또는 타이어 내부 표면 근처에 배치한다 (박층구조부 가압 처리 단계 S0820).

그리고 박층구조부 생성 단계 (S0810)는 구체적으로는 다음과 같은 과정을 거친다.

도 9는 결합재로 고무 (0901)를 사용하여 입자로서 알루미나 입자 (0902)를 사용했을 경우의 교반기구 (0903)를 이용한 혼련의 모습을 나타내는 도면이다. 교반기구를 이용하여 고무와 알루미나 입자를 혼합하여 알루미나 입자는 고무 전체에 균일하게 분산한다.

여기에서는 교반기구를 이용하고 있지만, 혼련에 적합한 것이면 충분하며,　교반기구 대신에 롤러를 이용할　수　있다.

도 10은 혼련한 것에 의해 알루미나 입자가 균일하게 분산된 고무를 냉각시키는 모습을 나타낸 도면이다. 냉각 방법은 자연 냉각도 강제 냉각도 좋다. 예를 들면 “층의 중앙부에서 층의 상부 및 층의 하부를 향해 상기 입자의 분포밀도가 낮아지는”정도를 균등하게 하려고 하면 열전도율이 같은 물질로 상하로부터 끼면 실현할 수 있다. 또한 정지할 때의 분포밀도가 타이어의 중심 측에 모여있는 배치로 하고 싶다면 타이어 바깥쪽이 되는 면에 열전도율이 높은 물질을 이용하여 냉각함으로써 실현할 수 있다.

도 10 중에서 (a)는 냉각 이전의 알루미나 입자의 분포밀도를 나타내고, 한편 (b)는 냉각 후 알루미나 입자의 분포밀도를 나타낸다. 또한 냉각시킬 때에는 타이어에 배치를 용이하게 하기 위해 알루미나 입자가 균일하게 분산된 고무를 시트상태로 하는 것이 바람직하다.

냉각 이전의 알루미나 입자의 분포밀도는 전체적으로 균일하다. 그리고 알루미나 입자가 분산된 고무는 양쪽에서 냉각됨으로써 층의 중앙부에서 떨어진 부분부터 굳어져 간다. 바깥쪽부터 굳어짐으로써 처음에는 균일하게 분산되어 있던 알루미나 입자가 더 부드러운 중앙부 측에 밀린다. 그리고 전체의 냉각 완료 후에는 알루미나 입자의 분포밀도는 층의 중앙부에서 층의 상부 및 층의 하부를 향해 낮아진다. 이렇게 하여 “층의 중앙부에서 층의 상부 및 층의 하부를 향해 상기 입자의 분포밀도가 떨어지게 상기 입자가 배치된 다일레이턴트층을 포함하는 박층구조부”가 제조된다.

다음 박층구조부 가압처리 단계 (S0820)는 다음과 같은 공정이다.

이 박층구조부는 시트 상태이기 때문에 타이어의 제조 공정에서 가황하기 전의 타이어 소재와 함께 타이어 내부에 배치할 수 있다. 또한 이 시트는 타이어의 구성 요소 중 하나인 이너 라이너 17의 구조의 일부로 할 수도 있다. 박층구조부 가압처리 단계에 있어서, 상기 박층구조부 생성 단계에서 생성된 박층구조부를 타이어 중간 구조체의 내부에 배치하여 박층구조부를 포함하는 그린 타이어를 형성한다. 이 그린 타이어를 금형에 넣어 가황 공정을 실시한다. 이 가황 공정에서 가열 가압 처리하여 가황되어 박층구조부가 타이어 내부에 배치(고정)된 타이어가 완성된다. 이에 따라 진동억제 구조를 갖는 타이어를 제조하는 것이 가능하다.

≪응용적인 제조 방법≫

응용적인 제조 방법에 대해서, 알루미나 입자를 이용하는 경우를 예로 설명한다. 도 11은 응용적인 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.

우선, 가황 후의 타이어를 준비한다 (가황 후 타이어 준비 단계. S1110). 이 점이 기본적인 제조 방법과 다른 점이다.

그 후, 가류 후의 타이어의 내 표면 또는 타이어 트레드 표면에 섭씨 300 ~ 400도에 가열한 알루미나 입자를 고압에 의해 고속으로 분사한다 (입자 분사 단계 S1120). 이 공정은 고온의 열에 의해 표면의 고무가 녹아 구멍이 형성되고, 내부에 알루미나 입자가 돌입한 후 형성된 구멍은 녹은 고무에 의해 다시 막힌다. 타이어 표면은 주로 원래의 고무와 구멍을 막은 고무에 의해 구성되기 때문에 알루미나 입자의 밀도가 작아진다.

균일하게 입자를 분사하기 위해 회전시킨 타이어에 대해 노즐에서 입자를 방출한다. 노즐에서의 입자의 분사 양·각도·속도를 조정하거나 노즐을 복수 설치하거나, 마지막에 가열된 기체를 분사함으로써 입자의 위치를 조정하고 적절한 층상이 되도록 제어할 수 있다.

도 12는 응용적인 제조방법에 의해 본 발명에 따른 타이어를 제조한 것이다. (a) (b) (c)의 순서로 시계열을 이행한다. 섭씨 300 ~ 400도에 가열한 알루미나 입자를 타이어의 표면에 고속으로 분사한 직후에는 타이어 중심부의 알루미나 입자의 밀도가 가장 높다. 그리고 시간이 경과할 때마다 알루미나 입자의 밀도가 짙은 부분이 타이어 외부로 이행한다. 그리고 최종적으로는 원심력의 영향으로 효과를 나타낼 수 있도록 적절한 밀도 분포에 알루미나 입자가 분산된 다일레이턴트층을 포함하는 박층구조부가 완성된다. 또한, 이 경우 분사된 알루미나 입자가 도달한 부분까지를 박층구조부로 볼 수 있다.

<효과>

본 실시 예에 따라 박층구조부내에서 반응속도의 차이를 야기할 수 있는 특징을 갖는 진동억제 타이어를 제공할 수 있으며, 다일레이턴트층만의 박층구조부로 타이어의 원활한 변형을 저해하지 않고 진동을 흡수하는 타이어를 제공할 수 있다. 또한 진동에 의한 소음의 저감에도 연결된다. 또한 본 실시 예의 타이어는 기존의 기술에 비해 더 가볍고 저렴한 재료를 이용한 부재를 간단한 방법으로 설치하는것 만으로 제조할 수 있게 된다.

[실시 예 2]

<개요>

본 실시 예의 타이어는 기본적으로 실시 예 1과 마찬가지지만, 상기 다일레이턴트층을 다른 부재와 접합하여 상기 다일레이턴트층을 보호하기 위한 층인 탄성을 갖는 바인더층을 다일레이턴트층 자체의 상층 또는/및 하층에 더 포함하는 것이 특징이다. 해당 구성을 가짐으로써 다일레이턴트층의 구조를 더욱 보호할 수 있게 된다. 또한 진동 억제 효과를 더욱 높일 수 있게 된다.

< 구성>

도 13은 본 실시 예에 있어서 박층구조부의 구성 예를 나타내는 개념도이다. 본 실시 예에서는 박층구조부는 하나의 다일레이턴트층 (1310)과 2개의 바인더층 (1320)으로 구성되어 있다. 다일레이턴트층은 실시 예 1과 같다. 이하, 바인더층에 대해 설명한다.

"바인더층”(1320)은 상기 박층구조부에 있어서 상기 다일레이턴트층 (1310)을 그 상부 또는/및 하부에 있는 다른 부재와 접합시키기 위한 층이다. 여기에서 다른 부재란 다른 다일레이턴트층을 포함할 수도 있다. 이에 따라 바인더층이 없는 경우에 비해 다일레이턴트층을 더 보호하는 것이 가능하기 때문에 타이어의 변형을 받아도 구조를 유지할 수 있고 손상하는 일이 적어지는 효과가 있다.

바인더층의 재료로는 진동을 억제하기 위해 다일레이턴트층을 구성하는 결합재와 같이 탄성을 가지는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 다일레이턴트층을 유지하기 위해서는 점착성 및 접착성등이 필요하기 때문에 페인트, 고무, 점착제, 접착제, 테이프 (베이스 재료와 접착제 또는 점착제와의 복합재료) 등을 사용할 수 있다. 결합재와 같은 재료를 사용할 수도 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

재료가 같고 다름은 상관없이 다일레이턴트층과 바인더층 사이에 어떠한 경계 (다른 예로는 평균 밀도의 차이와 변형의 용이성의 차이 등에 의해)가 발생한다면 마찰에 의한 진동억제 효과를 높일 수 있다.

예를 들어, 결합재와 다른 재료로 이루어진 바인더층을 배치하는 경우에는 변형이나 진동을 받을 때 다른 재료로 이루어지는 인접한 층 사이에 마찰이 생겨 결과적으로 진동억제 효과를 높일 수 있다.

또한 결합재와 바인더층의 재료가 동일한 경우에도 예를 들어 결합재를 사용하여 다일레이턴트층을 형성한 후, 바인더층 형성전에 다일레이턴트층의 결합재의 표면이 공기중에 노출되어 일어나는 공기 분자의 작용에 의한 결합재 표면 성질의 변화 등에 의해, 그 후에 형성되는 바인더층 사이에 실질적으로 경계가 생기고 있다고 볼 수 있는 경우도 있다. 이 경우에는 결합재와 바인더층의 재료가 같은 재료라도 다른 재료인 경우와 마찬가지로 마찰에 의한 진동억제 효과를 높일 수 있다.

실시 예1과 마찬가지로 노면 주행 중 타이어가 지면과의 접촉에 의한 변형을 받지 않은 다일레이턴트층은 타이어의 회전에 의한 원심력의 영향에 의해 액체처럼 거동함으로써 다일레이턴트층내의 입자가 서로 접촉하고 마찰하여 입자의 운동 에너지를 열에너지로 변환한다. 여기서 또한 바인더층이 배치 됨으로써, 다일레이턴트층과 바인더층이 서로 마찰하여 열에너지로 변환이 일어난다. 따라서 타이어 전체를 전하는 진동과 공기실의 공진이 감쇠된다.

<제조 방법>

본 실시 예의 타이어의 제조방법은 기본적으로 실시 예 1과 동일하며 차이점은 바인더층의 형성의 유무이다. 도 14는 본 실시 예의 타이어의 제조방법의 일례를 나타내는 흐름도이다. 먼저 다일레이턴트로서 거동하도록 입자와 그 결합재가 배치된 층인 다일레이턴트층을 포함하는 박층구조부를 생성한다 (박층구조부 생성 단계 S1410). 다음에 박층구조부를 가열 처리 및 가압 처리에 의해 타이어 내부 또는 타이어 내부 표면 부근에 배치한다 (박층구조부 가압 처리 단계 S1420). 그리고 본 실시 예에 있어서 박층구조부 생성 단계 (S1410)는 실시 예 1과 동일한 다일레이턴트층의 형성 단계 (다일레이턴트층 형성 단계 S1411) 에 더하여 바인더층을 겹쳐서 형성하는 단계 (바인더층 형성 단계 S1412)를 추가한 것이다.

단, 다일레이턴트층의 결합재와 바인더층의 재료와 동일한 재료로 바인더층을 추가로 형성하는 것도 가능하고 바인더층을 추가적으로 형성하지 않고 다일레이턴트층의 표면을 개질 (적극적으로 분자의 결합 상태를 변화시킨다. 예를 들어 어떤 재료의 분사에 의한 변화, 빛, 예를 들면 자외선을 조사하는 것에 의한 변화 등)하여 바인더층을 형성하는 것도 가능하다.

또한 본 실시 예의 경우, 바인더층에 의해 다일레이턴트층이 보호되며 피복되는 구성이 되므로 다일레이턴트층을 완성하는 중간 공정에서는 다일레이턴트층의 입자와 결합재와의 일체성 또는 다일레이턴트층의 입자끼리의 연대성은 취약해도 된다. 예를 들어 열과 압력에 반응함으로써 처음으로 결합재가 되는 고분자 화합물로 코팅된 입자를 사용할 수도 있다. 이러한 코팅을 가진 입자는 타이어 제조 공정에서 바인더층이 되는 얇은 시트 형태의 생고무에 의해 끼워져 가황 공정 후에 타이어내에서 다일레이턴트 재료로서의 기능을 충족하는 다일레이턴트층을 형성할 수 있다.

박층구조부는 타이어의 구성 요소의 하나인 이너 라이너（17）의 구조의 일부분으로 하는 것도 가능하다.

본 실시 예에 관한 박층구조부 가압 처리 단계 (S1420)는 기본적으로 실시 예 1의 박층구조부 가압 처리 단계와 동일하다. 단, 본 실시 예에서는 바인더층이 새로 추가 되었기 때문에 그 부분에 관해서 다음에 설명한다. 앞서 언급했듯이, 상기 박층구조부 생성 단계에서 생성된 박층구조부를 타이어 중간 구조체의 내부에 배치하여 박층구조부를 포함하는 그린 타이어를 형성한다. 이 그린 타이어를 금형에 넣어 가황 공정을 실시한다. 이 가황 공정에서 가열 가압 처리하여 가황되어 박층구조부가 타이어 내부에 배치(고정)된 타이어가 완성된다. 이때 박층구조부는 다일레이턴트층 내에서 입자가 결합재 중에 분산된 상태로 되는 것과 동시에 다일레이턴트층 및 바인더층은 열과 압력에 반응하여 상기 조건을 충족하는 층을 형성하는 것과 같은 구조가 된다.

<효과>

본 실시 예의 타이어는 상기 다일레이턴트층을 다른 부재와 접합하거나 또는 상기 다일레이턴트층을 보호할 수 있는 층인 탄성을 갖는 바인더층을 다일레이턴트층 자체의 상층 또는/및 하층에 더 포함하여 다일레이턴트층을 더 보호할 수 있게 된다. 또한 진동 억제 효과도 높일 수 있게 된다. 또한 소음을 더욱 줄일 수 있게 된다.

공기실 (11)
휠 (12)
트레드 (13)
사이드 월 (14)
이너 라이너 (17)
타이어 내부 표면 (18)
입자 (19)
결합재 (20)
박층구조부 (0200),(1300)
다일레이턴트층 (0310),(1310)
바인더층 (1320)
고무 (0901)
알루미나 입자 (0902)
교반 기기 (0903)

Claims (2)

1. 다일레이턴트로 거동하도록 입자와 그 결합재가 배치된 층인 다일레이턴트층으로서,
   층의 중앙부에서 층의 위쪽 및 층의 아래쪽을 향해 상기 입자의 분포밀도가 떨어지게 상기 입자가 배치된 다일레이턴트층을 포함하는 박층 구조부를 갖는 타이어.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 박층 구조 부는,
   상기 다일레이턴트층을 다른 부재와 접합하여 상기 다일레이턴트층을 보호하기 위한 층인 탄성을 갖는 바인더층을 다일레이턴트층 자체의 상층 또는/및 하층에 더 포함하는 타이어.

Images