KR102196293B1 - 친환경 자동차용 공기입 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친환경 자동차용 공기입 타이어에 관한 것으로, 구체적으로는 타이어의 안전성을 구현하면서 주행소음을 감소시킬 수 있는 친환경 자동차용 공기입 타이어에 관한 것이다.
본 발명은 벨트 및 인너라이너 사이에 위치하는 카카스를 포함하는 친환경 자동차용 공기입 타이어로서, 상기 카카스는 중공부가 형성된 복수의 필라멘트로 이루어진 섬유코드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

친환경 자동차용 공기입 타이어{PNEUMATIC TIRES FOR ECO-FRIENDLY VEHICLE}

본 발명은 친환경 자동차용 공기입 타이어에 관한 것으로, 구체적으로는 타이어의 안전성을 구현하면서 주행소음을 감소시킬 수 있는 친환경 자동차용 공기입 타이어에 관한 것이다.

일반적으로 공기입 타이어는 도 1에 도시된 바와 같이, 노면에 직접 접촉되는 트래드(Tread)(10)와, 트래드(10) 내측에서 다른 구성요소의 보호층 역할을 하는 캡플라이(Capply)(20)와, 타이어의 골격을 이루는 카카스(Carcass)(30)와, 림에 결합되는 비드(Bead)(40)와, 상기 비드(40)를 감싸 비드(40)가 받는 충격을 완화시키는 에이펙스(Apex)(50)와, 상기 트래드(10)와 비드(40)를 연결하며 타이어 굴신 운동을 하도록 하는 사이드월(Sidewall)(60) 및 상기 트래드(10)와 카카스(30) 사이에 설치되는 하나 이상의 벨트(70)를 포함할 수 있다.

이때, 벨트(70)와 인너라이너(80) 사이에 위치하는 카카스(30)는 폴리에스터 섬유코드(C)가 적용되어 이루어져 있다.

최근 친환경에 대한 요구가 증가함에 따라 기존의 가솔린 차종대비 친환경적인 전기차, 수소차 및 하이브리드 차량에 대한 요구가 증가하고 있다.

이러한 친환경 차량은 가솔린 차종 대비 엔진 소음이 없어 차량 소음이 감소하는 장점이 있지만, 차량 주행 시 발생하는 노면 소음이 운전자에게 느껴질 수 있어 전기차 및 하이브리드 차량용 공기입 타이어의 주행 소음 감소에 대한 요구가 증가하고 있다.

일반 승용차의 경우 타이어 노면 소음이 전체 자동차 소음 중 45 내지 97% 에 해당하며, 전기차종의 경우 타이어 소음이 대부분을 차지한다.

최근 EU를 중심으로 타이어 소음 성능 표지 제도를 시행하고 있으며, 지속적으로 소음 규제가 증가하는 추세이다.

이에 따라, 흡음재를 타이어의 인너라이너 안쪽에 부착하여 타이어 주행 소음을 절감하는 방법이 개발되어 상용화 되고 있으나, 공기입 타이어 생산 이후에 별도로 흡읍재를 부착하는 공정이 필요한 문제점이 있다.

KR 10-2008899 B1(2019.08.08.공고)

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 여러 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 타이어에 별도의 흡음재를 부착하지 않고도 타이어의 안전성을 구현하면서 주행소음을 감소시킬 수 있는 친환경 자동차용 공기입 타이어를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은 벨트 및 인너라이너 사이에 위치하는 카카스를 포함하는 친환경 자동차용 공기입 타이어로서, 상기 카카스는 중공부가 형성된 복수의 필라멘트로 이루어진 섬유코드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 섬유코드는 폴리에스터(polyester) 수지로 이루어지고, 상기 섬유코드에 2.6 g/d 하중을 가하는 경우, 초기 탄성율은 2 내지 6 %를 가지며 강성이 5 내지 9 g/d 인 것이 바람직하다.

또한, 상기 필라멘트의 전체 단면적 대비 중공부 단면적은 5 내지 20 %인 것이 바람직하다.

아울러, 상기 카카스는 중공부가 없는 복수의 필라멘트로 이루어진 섬유코드 A와 중공부가 있는 복수의 필라멘트로 이루어진 섬유코드 B가 일정 비율로 혼재되되, 상기

의 값은 0.02 내지 0.23 인 것이 바람직하다.

게다가, 상기 중공부가 있는 복수의 필라멘트로 이루어진 섬유코드 B는 카카스 1인치 당 1 내지 9 개가 사용되는 것이 바람직하다.

전술한 과제의 해결수단에 의하면 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.

본 발명은 중공부가 있는 필라멘트로 이루어진 섬유코드를 포함하는 카카스를 채용함으로써, 타이어 주행시 발생하는 노면의 소음을 흡수하여 감소시키고 타이어를 경량화하여 기존 카카스와 동등 수준의 강성 및 안정성을 구현할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 공기입 타이어 생산 이후에 별도로 흡읍재를 부착하는 공정을 생략할 수 있기 때문에 생산성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 공기입 타이어의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 공기입 타이어의 카카스에 채용되는 섬유코드를 나타낸 도면으로서, (a)는 중공부가 없는 필라멘트로 이루어진 섬유코드를 나타낸 도면이고, (b)는 중공부가 있는 필라멘트로 이루어진 섬유코드를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 공기입 타이어의 카카스에 채용되는 섬유코드를 구성하는 중공부가 있는 필라멘트를 나타낸 것으로서, (a)는 중공부가 원형으로 이루어진 경우, (b)는 중공부가 타원형으로 이루어진 경우, (c)는 중공부가 삼각형으로 이루어진 경우를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명에 따른 친환경 자동차용 공기입 타이어의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들에 의거하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어와 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석해야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명에 따른 공기입 타이어의 카카스에 채용되는 섬유코드를 나타낸 도면으로서, (a)는 중공부가 없는 필라멘트로 이루어진 섬유코드를 나타낸 도면이고, (b)는 중공부가 있는 필라멘트로 이루어진 섬유코드를 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 친환경 자동차용 공기입 타이어에 의하면, 벨트 및 인너라이너 사이에 위치하는 카카스는, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 중공부가 없는 필라멘트(F1)로 이루어진 섬유코드(C1)와 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 중공부(H)가 있는 필라멘트(F2)로 이루어진 섬유코드(C2)가 일정한 비율로 혼재되어 이루어진 것에 특징이 있다.

중공부(H)가 형성된 필라멘트(F2)로 이루어진 섬유코드(C2)는, 필라멘트(F2) 안쪽에 중공부(H)가 형성되어 기존 섬유코드(C1) 대비 동일 굵기 기준으로 무게가 가볍고 필라멘트(F2) 안쪽에 빈 공간이 있어 굽힙 강성이 뛰어날 뿐만 아니라 매질(중간 중공부와 섬유)차로 인한 소음을 흡수할 수 있는 장점이 있다.

이것은 물체의 진동이 공기를 진동시키고 이를 통해 전달되어 소리를 듣게 되는데, 타이어 카카스 코드의 매질 변경을 통해 소음을 저감하는 원리로서, 소리의 전달 속도는 고체, 액체, 기체 순으로 고체에서 소리의 전달 속도가 가장 빠르다.

왜냐하면 고체 내의 분자들이 기체 내의 분자들 보다 가깝게 위치하고 있기 때문이다.

본 발명은 섬유코드(고체)의 필라멘트 안쪽에 중공부(기체, 공기)를 만들어서 진동의 속도를 낮추고 흡수시켜 소음을 억제하고자 하는 원리이다.

이때, 섬유코드는 폴리에스터(polyester) 수지로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 필라멘트(F2)의 전체 단면적 대비 중공부(H) 단면적은 5 내지 20 % 인 것이 바람직하며, 중공부(H)의 형상 및 형태는 본 기술에 크게 영향을 미치지 않는다.

총 중공부(H)의 비율이 5% 미만인 경우 본 특허가 제시한 소음 저감 및 중량 저감 효과가 미미하며, 중공부(H)의 비율이 20%를 초과할 경우 방사 구금 및 속도 제어에 어려움이 있어 제조단가가 증가하며, 카카스 보강재로서 요구되는 코드 강성 확보에 어려움이 있다.

이러한 중공부(H)가 있는 섬유코드(C2)의 필라멘트(F2)는 기존의 방사 섬유와 다른 중공부가 있는 방사 노즐을 설계하여 사용하며, 이 외의 모든 공정은 타이어 코드 생산 공정과 유사하다.

또한, 섬유코드(C2)에 2.6 g/d 하중을 가하는 경우, 초기 탄성율은 2 내지 6 %를 가지며 강성이 5 내지 9 g/d 인 것이 바람직하다.

만약, 초기 탄성율이 2 % 미만인 경우 타이어 공정성 문제(타이어 성형 및 가류 시 팽창에 따른 케이싱 형상 문제)가 나타날 수 있으며, 6 %를 초과할 경우 타이어 핸들링 및 Flat spot성능 확보에 어려움이 있다.

타이어 코드 강성을 나타내는 g/d 단위는 데니어(D;denier) 당 코드의 강성을 나타내는 단위로서, 같은 굵기를 가진 1 데니어 섬유가 같은 강력을 나타낸다.

코드 강성이 5.0 g/d 미만인 경우, 타이어 케이싱 강성 확보를 위해 추가적인 보강층이 추가되어 타이어 중량 감소 및 회전저항 성능 향상의 효과가 미미해 질 수 있고, 반대로 9.0 g/d를 초과한 경우 타이어 코드의 피로성능이 기존 섬유 대비 하락하며 코드 제조원가 상승으로 인한 타이어 제조 비용 상승의 원인이 된다.

또한, 상기 섬유코드의 재료로는 폴레에스터 수지가 사용될 수 있는데 카카스 코드의 EPI(ends per inch)는 10~40 EPI 수준이다.

이때, 사용되는 섬유코드는 중공부가 없는 폴리에스터 섬유코드 A(C1)와 중공부(H)가 있는 폴리에스터 섬유코드 B(C2)가 가 일정한 비율로 사용되며, 중공부(H)가 있는 폴리에스터 섬유코드 B(C2)는 카카스 1인치 당 1 내지 9개가 사용될 수 있으며,

상기

의 값은 0.02 내지 0.23 인 것이 바람직하다.

이때,

의 값이 0.02 미만이면 중공부(H)가 있는 섬유코드 B(C2)의 사용량이 미미하여 중공부(H)를 통한 소음저감 효과가 미미하며,

의 값이 0.23 초과의 비율로 중공부(H)가 있는 섬유코드 B(C2)가 사용되면 타이어 케이싱 강성 확보를 위해 추가 보강재 적용이 필요하여 타이어 중량 감소 및 회전저항 성능 향상의 효과가 미미해 질 수 있다.

이에 본 출원인은 본 발명에 따르는 타이어와 종래 타이어를 아래 표 1의 재료를 사용하여 재료 물성 평가 및 타이어에 적용 성능을 평가하였다.

비교예 1은 종래의 타이어에 대한 것으로 중공부가 없는 폴리에스터 섬유코드(C1)를 카카스 재료로 사용한 공기입 타이어이다.

실시예1 내지 7는 기존 중공부가 없는 폴리에스터 섬유코드 A(C1) 대비 중공부(H)가 있는 폴리에스터 섬유코드 B(C2)를 일정 비율로 사용한 카카스 재료를 사용한 공기입 타이어이다.

실시예 1은 중공부(H)가 있는 섬유코드(C2)가 전체 섬유코드 중 1% , 실시예 2는 2%, 실시예 3은 8%, 실시예 4는 14%, 실시예 5는 20%, 실시예 6은 23%, 실시예 7은 26%의 비율로 카카스 코드에 적용하여 제조된 공기입 타이어이다.

비교예 1과 실시예 1 내지 7의 타이어를 모두 205/55 R16 저중량 타이어 규격으로 제조하였다.

이러한 평가는 공기입 타이어의 부하내구력, 속도 내구력, 회전저항 및 소음 측정한 결과이고, 케이싱 강성, 타이어 중량, 회전저항(RR)성능, 부하내구력, 소음은 비교예 1을 100으로 기준하여 상대값으로 표기하였다.

[표 1]

부하 내구력 측정은, 먼저 타이어에 림을 장착 후 공기압을 먼저 림을 장착 후 공기압을 26 psi주입하고, 일반 타이어의 경우 초기 속도 120km/hr, 스노우 타이어의 경우 110km/hr로 시작하여 4시간동안 최대 하중의 85%을 주어 주행시킨 후 6시간 동안 5%의 하중을 증가시켜 시험하고, 그 후 24시간 최대 하중을 주어 일정 속도로 주행한 후 2시간 마다 8.5%의 하중을 부가하여 사고시까지 주행한 후 내구력을 측정하였다.

또한, 속도 내구력 측정은, 32psi의 공기압을 주입하고, 일반 타이어의 경우 초기속도 140km/hr, 스노우 타이어의 경우 130km/hr로 시작하여 4시간동안 최대 하중의 85%를 가하면서 2시간 동안 80km, 그 후 2시간동안 초기 140km/hr부터 시작하여 30분마다 속도 10km/hr증가시켜 사고시까지 주행 후 내구력을 측정하였다.

아울러, 타이어 소음 성능 평가는 ISO 인증노면에서 36psi의 공기를 주입한 타이어를 최대하중의 70%~80를 가한 상태에서 정속 주행 시 차량 7.5m 측면에 놓인 Microphone에서 소음 수준(dB)를 평가하여 계측화하였다.

상기 표 1을 참조하면, 본 발명에 따른는 공기입 타이어는 작은 두께를 가지면서도 종래에 카카스와 동등 수준의 내구성능 및 안정성을 구현하고, 타이어 경량화, 회전저항을 감소시키며 주행 소음을 절감할 수 있음을 알 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 공기입 타이어의 카카스에 채용되는 섬유코드를 구성하는 중공부가 있는 필라멘트를 나타낸 것으로서, (a)는 중공부가 원형으로 이루어진 경우, (b)는 중공부가 타원형으로 이루어진 경우, (c)는 중공부가 삼각형으로 이루어진 경우를 나타낸 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 섬유코드(C2)를 구성하는 필라멘트(F2)의 중공부(H)의 형상을 원형, 타원형 및 삼각형으로 구현할 수 있다.

그러나, 이러한 중공부(H)의 형상은 본 발명에 따른 공기입 타이어의 성능에 크게 영향을 미치지 않는다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

10 : 트래드 20 : 캡플라이
30 : 카카스 40 : 비드
50 : 에이펙스 60 : 사이드월
70 : 벨트 80 : 인너라이너
F1 : 중공부가 없는 필라멘트 F2 : 중공부가 있는 필라멘트
H : 중공부
C : 섬유코드
C1 : 중공부가 없는 필라멘트로 이루어진 섬유코드
C2 : 중공부가 있는 필라멘트로 이루어진 섬유코드

Claims (5)

1. 벨트 및 인너라이너 사이에 위치하는 카카스를 포함하는 친환경 자동차용 공기입 타이어로서,
   상기 카카스는 중공부가 형성된 복수의 필라멘트로 이루어진 섬유코드를 포함하고,
   상기 카카스는 중공부가 없는 복수의 필라멘트로 이루어진 섬유코드 A와 중공부가 있는 복수의 필라멘트로 이루어진 섬유코드 B가 일정 비율로 혼재되되,
   상기

   

   의 값은 0.02 내지 0.23 인 것을 특징으로 하는 친환경 자동차용 공기입 타이어.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 섬유코드는 폴리에스터(polyester) 수지로 이루어지고,
   상기 섬유코드에 2.6 g/d 하중을 가하는 경우, 초기 탄성율은 2 내지 6 %를 가지며 강성이 5 내지 9 g/d 인 것을 특징으로 하는 친환경 자동차용 공기입 타이어.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 필라멘트의 전체 단면적 대비 중공부 단면적은 5 내지 20 %인 것을 특징으로 하는 친환경 자동차용 공기입 타이어.
   
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 중공부가 있는 복수의 필라멘트로 이루어진 섬유코드 B는 카카스 1인치 당 1 내지 9 개가 사용되는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차용 공기입 타이어.

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