KR102231290B1 - 소음 저감 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소음 저감 타이어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 타이어 트레드층에 위치하는 이너라이너 내측 면에 배치된 부직포 흡음재층을 포함하고, 상기 부직포 흡음재층은 두께가 5 내지 60 mm이고, 면밀도가 100 내지 1000 gsm인 부직포를 포함하는 것인 소음 저감 타이어에 관한 것이다.

Description

소음 저감 타이어{TIRE FOR REDUCING TIRE NOISE}

본 발명은 소음 저감 타이어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 부직포 흡음재층을 타이어 트레드층에 위치하는 이너라이너 내측 면에 배치하여, 차량 주행에 따른 타이어 회전 시에 타이어 내부에 충전된 공기의 진동에 의해 발생되는 공명 소음에너지 및 이에 따른 발생 주파수를 변경시켜 타이어 소음을 효과적으로 감소시킬 수 있는 소음 저감 타이어에 관한 것이다.

타이어 내부에서의 공명음은 타이어 내부에서 발생하는 소음으로, 최근 차량 및 타이어 업체에서 이 소음에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 소음은 공기가 주입된 타이어의 경우, 거친 노면 주행시 불규칙한 노면의 형상으로 인하여 타이어 내부의 압력변화가 하나의 원인이 되어 차량 경로를 통해 전달되며, 차 실내에서 날카로운 피크를 가지는 음으로 발생하기 때문에 운전자에게 불쾌감을 주고 승차감을 감소시키는 원인이 된다. 최근에는 차량기술 자체의 발전 및 전기를 동력으로 하는 차량 및 하이브리드 차량의 발전으로 인해, 타이어의 소음이 차량소음 대비 두드러지는 상황이 되었다.

이러한 타이어 내부에서 발생하는 소음을 저감하기 위하여 그동안 다양한 시도들이 있었다. 노면과의 소음을 줄이기 위하여 타이어 트레드 패턴의 형태나 피치를 조정하거나, 타이어 내부에 유기고분자 소재의 발포체를 부착하거나, 혹은 캡플라이의 소재로 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 코드를 적용하여 소음을 줄이고자 하는 시도들이 있었다.

하지만, 타이어 트레드 패턴의 형태와 피치를 조정하는 방식은 이미 널리 알려진 노면-타이어 상의 소음을 줄이는 방법이며, 캡플라이의 소재를 PEN으로 적용하는 방식은 투입 비용대비 효과가 크지 않아 현재는 사장된 기술이다.

최근에는 타이어 내부에 부착물들을 적용하고 있으나, 발포체를 적용하는 기술은 특정 타이어 메이커에서 특허를 선점하고 있으므로, 타사에서는 적용이 쉽지 않은 상황이다.

대한민국 공개특허공보 제10-2013-0018578호(2013.02.25.)

따라서 본 발명의 목적은, 타이어의 소음 중 타이어 내부의 공기 진동으로 발생되는 공명음을 저감시키기 위한 것으로서, 타이어 내부에 부직포 흡음재층을 적용하여 공명 발생의 원인이 되는 소음에너지 및 이에 따라 발생되는 주파수를 변경시켜 타이어 내부 소음을 효과적으로 저감시킬 수 있는 소음 저감 타이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 타이어 트레드층에 위치하는 이너라이너 내측 면에 배치된 부직포 흡음재층을 포함하고, 상기 부직포 흡음재층은, 두께가 5 내지 60 mm이고, 면밀도가 100 내지 1000 gsm인 부직포를 포함하는 것인 소음 저감 타이어를 제공한다.

상기 소음 저감 타이어에 있어서, 상기 부직포 흡음재층은, 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리에스터, 폴리아미드, 아크릴, 폴리비닐알코올 및 폴리올레핀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 섬유로 제조될 수 있다.

상기 소음 저감 타이어에 있어서, 상기 부직포 흡음재층은, 스펀본드 부직포(spun-bonded non-woven fabric), 스펀레이스 부직포(spunlace non-woven fabric), 멜트블로운 부직포(melt-blown non-woven fabric), 열융착 부직포(thermally bonded non-woven fabric), 건식적층 부직포(dry laying non-woven fabric), 니들펀칭 부직포(needle punching nonwoven fabric), 스티치본드 부직포(stich bond non-woven fabric) 및 케미칼본드 부직포(chemical bond non-woven fabric)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 부직포를 포함할 수 있다.

상기 소음 저감 타이어에 있어서, 상기 부직포 흡음재층은, 섬도가 0.5 내지 100 denier인 섬유로 제조될 수 있다.

상기 소음 저감 타이어에 있어서, 상기 부직포 흡음재층의 폭은 타이어 트레드 폭의 1/3 이상이고, 상기 타이어 트레드 폭을 초과하지 않을 수 있다.

상기 소음 저감 타이어에 있어서, 상기 부직포 흡음재층은, 서로 다른 종류의 2 이상의 부직포가 적층될 수 있다.

상기 소음 저감 타이어에 있어서, 상기 부직포 흡음재층은 타이어 내부 원주 방향으로 연속적으로 연결되어 최종적으로는 상기 이너라이너 내측 면에 부착된 상기 부직포 흡음재층의 시작점과 끝점이 만나거나 근거리 내에서 마주보도록 위치할 수 있다.

본 발명에 따르면, 타이어 내부에 부직포 흡음재층을 적용함으로써, 공명 발생의 원인이 되는 소음에너지 및 이에 따라 발생되는 주파수를 변경시켜 타이어 내부 소음을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소음 저감 타이어의 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 소음 저감 타이어의 측단면도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

본 발명의 구성 요소를 설명함에 있어, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.

본 발명을 설명함에 있어, 정도의 용어 '약', '실질적으로', '정도' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소음 저감 타이어의 측단면도이고, 도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 소음 저감 타이어의 측단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 소음 저감 타이어는, 타이어 트레드층(1)에 위치하는 이너라이너 내측 면에 배치된 부직포 흡음재층(2)을 포함하고, 상기 부직포 흡음재층(2)은, 두께가 5 내지 60 mm이고, 면밀도가 100 내지 1000 gsm인 부직포를 포함하고 있다.

본 발명에 따르면, 타이어 내부에 일정 범위의 두께와 면밀도를 가지는 부직포를 포함하는 부직포 흡음재층(2)을 적용함으로써, 타이어가 주행시 노면과의 진동으로 발생하는 소음에너지 및 이에 따라 발생되는 여러 대역의 주파수들을 변경시켜 타이어 내부 소음을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

종래의 흡음용 발포체와 비교해볼 때, 타이어 내적의 최소 20% 이상을 차지하도록 부직포 흡음재층을 부착해야 할 것으로 생각할 수 있는데, 부직포는 발포체만큼의 경량 소재가 아니기 때문에, 타이어 내적의 20% 수준으로 부착하게 되면 타이어의 전체 중량이 증가하게 되어 문제가 될 수 있다.

이러한 문제점을 해결하고자 본 발명에서는, 상기 부직포 흡음재층(2)에 포함되는 부직포의 두께와 면밀도를 한정하였다.

상기 부직포의 두께는 5 mm 이상, 10 mm 이상, 20 mm 이상, 또는 30 mm 이상일 수 있으며, 상기 부직포의 두께가 5 mm 미만일 될 경우 타이어 소음을 충분히 흡수하지 못할 수 있다. 또한, 상기 부직포의 두께는 60 mm 이하, 55 mm 이하, 50 mm 이하, 또는 40 mmm 이하일 수 있으며, 상기 부직포의 두께가 60 mm를 초과하는 경우 소음 흡수에는 유리하지만, 타이어 중량이 크게 증가하여 연비가 감소할 수 있다.

상기 부직포의 면밀도는 100 gsm 이상, 150 gsm 이상, 200 gsm 이상, 또는 300 gsm 이상일 수 있으며, 상기 부직포의 면밀도가 100 gms 미만일 경우 흡음성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 부직포의 면밀도는 1000 gsm 이하, 800 gsm 이하, 600 gsm 이하, 또는 500 gsm 이하일 수 있으며, 상기 부직포의 면밀도가 1000 gsm을 초과하는 경우 타이어의 중량이 증가하고 회전저항이 감소하는 문제가 발생할 수 있다.

상기 부직포 흡음재층(2)에 포함되는 부직포의 두께와 면밀도가 상기 범위를 가지게 되면 타이어가 주행시 노면과의 진동으로 발생하는 소음에너지 및 이에 따라 발생되는 여러 대역의 주파수들을 변경시켜 타이어 내부 소음을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 즉, 상기 부직포가 가지고 있는 공극(Pore)들에 의하여 소리에너지가 흩어지게 되고, 부직포를 이루는 섬유소재들 자체가 소리에너지를 흡수하여 열에너지 등으로 전환되어 소음을 차단하게 되는 것이다.

여기서, 상기 부직포 흡음재층(2)은, 면, 마, 레이온 등의 셀룰로오스; 셀룰로오스 아세테이트; 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 폴리부틸렌테레프탈렌(PBT), 지방족 폴리에스터(aliphatic polyester) 등의 폴리에스터; 나일론 6, 나일론 46, 나일론 66, 파라-아라미드(p-aramid), 메타-아라미드(m-aramid) 등의 폴리아미드; 폴리아크릴로니트릴(PVN), 모다크릴(modacrylic) 등의 아크릴; 폴리비닐알코올(PVA); 및 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 섬유로 제조된 것일 수 있다.

한편, 부직포는 제조 공법에 따라서 습식 부직포(wet-laid non-woven fabric)와 건식 부직포(dry-laid non-woven fabric)로 구분되며, 습식 부직포는 스펀본드 부직포(spun-bonded non-woven fabric), 스펀레이스 부직포(spunlace non-woven fabric), 멜트블로운 부직포(melt-blown non-woven fabric), 열융착 부직포(thermally bonded non-woven fabric) 등으로 구분되고, 건식 부직포는 건식적층 부직포(dry laying non-woven fabric), 니들펀칭 부직포(needle punching non-woven fabric), 스티치본드 부직포(stich bond non-woven fabric), 케미칼본드 부직포(chemical bond non-woven fabric) 등으로 구분된다.

본 발명의 부직포 흡음재층(2)은 길이가 1 ~ 15 cm 인 섬유로 제조될 수 있으며, 섬도가 0.5 내지 100 denier인 섬유로 제조될 수 있다.

본 발명의 부직포 흡음재층(2)은 전술한 부직포 제조 공법 중 어떠한 방식으로도 제조가 가능하며, 제조 공법에 제한이 없지만, 좀 더 구체적으로 설명하면, 스펀본드 또는 멜트블로운 등의 방사법을 통해 방사와 동시에 매트를 얻을 수도 있고, 카딩(carding) 공정을 통해 스테이플 섬유(staple fiber)로 매트를 얻을 수도 있으며, Wet-laid 방식과 Air-laid 방식으로 매트를 얻을 수도 있다. 얻어진 매트는 스펀 레이스, 열융착(Hot air through, 초음파, 마이크로파), 니들펀칭, 스티칭(마리와트) 등을 이용하여 본 발명의 부직포 흡음재층을 제조할 수 있다.

예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필라멘트를 텍스쳐링 가공하여 크림프를 부여한 다음, 약 5 cm 정도로 절단하고, 여기에 용융 온도가 약 200 ℃ 정도인 Low melting 폴리에스터 섬유를 약 1 ~ 10 중량% 혼입하여 서로 다른 종류의 섬유가 균일하게 혼입할 수 있도록 혼섬 공정을 선행할 수 있다. 상기 혼섬 공정에 의하면 단일 섬유뿐만 아니라 서로 다른 종류의 섬유를 균일하게 혼합할 수 있으며, 이후 카딩 공정을 통해 일정한 두께와 섬유 밀도를 갖는 웹을 형성할 수 있다. 카딩 공정을 통해 제조되는 1차 웹은 두께가 얇기 때문에 상기 웹이 형성되는 길이 방향을 기준으로 상기 웹을 각각 엇갈리게 적층하여 원하는 두께의 웹을 얻을 수 있으며, 웹을 엇갈리게 적층하게 되면 일방향으로만 적층하는 경우보다 추후 부직포에 분포되는 웹 상의 섬유의 균일도가 증가하여 웹의 적층 효과가 향상되어 인장강도와 연신율 등의 물성이 향상될 수 있다. 이렇게 얻어진 웹은 Air Through 공정을 통하여 약 200 ~ 250 ℃ 사이의 열풍을 받게 되면, Low melting 폴리에스터 섬유가 융해하여 다른 섬유들의 바인더(Binder) 역할을 하게 되어 부직포 흡음재층을 제조할 수 있다.

이렇게 제조된 부직포는 텍스쳐링 가공으로 섬유에 크림프가 부여되었기 때문에, 상대적으로 벌키(Bulky)한 구조를 가질 수 있다. 전술한 바와 같이 본 발명에서 사용하는 섬유는 섬도가 약 0.5 ~ 100 denier 수준이다. 상기 섬도가 0.5 denier 미만인 경우에는 비표면적이 늘어나 동일 중량에서 흡음 성능이 높아질 수 있겠지만 섬유 자체의 스티프니스(Stiffness)가 낮아 주행 중 타이어의 원심력에 의하여 벌키성이 사라질 수가 있다. 반면, 상기 섬도가 100 denier를 초과하면 스티프니스가 높아 주행 중 타이어 내에서 원심력에 의한 형태 변형이 될 가능성은 감소되나 비표면적이 낮아지기 때문에 동일 중량에서 흡음 성능이 저조할 수 있다.

그리고, 상기 부직포 흡음재층(2)의 폭은 타이어 트레드 폭의 1/3 이상, 상기 타이어 트레드 폭을 초과하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 부직포 흡음재층의 폭이 타이어 트레드 폭의 1/3 미만이면, 흡음 및 차음성능이 충분하지 않아 바람직하지 않고, 트레드 폭을 초과하게 되면, 부직포 흡음재층(2)을 부착하는 작업성의 문제와 효율적인 측면에서 바람직하지 않다.

한편, 상기 부직포 흡음재층(2)은, 하나의 종류가 아니라 서로 다른 종류의 2 이상의 부직포들(21, 22)이 적층된 것일 수 있다. 예를 들면, 2 mm 두께의 스펀 본드 부직포와 50 mm 두께의 에어쓰루(air through) 부직포를 적층하여 사용할 수도 있는데, 이처럼 종류가 서로 다른 부직포들을 사용하게 되면, 각 층의 섬유 굵기와 벌키성이 다르기 때문에, 흡음할 수 있는 주파수 대역을 더욱 넓힐 수 있는 장점이 있다. 이때, 2 이상의 부직포들을 적층하는 방법으로는, 열융착(초음파, 마이크로웨이브 등), 접착제 도포 또는 스티칭 등을 이용할 수 있다.

상기 부직포 흡음재층(2)은 작업성 및 주행 중 원심력에 의한 변형을 막기 위해 타이어 트레드층(1)에 위치하는 이너라이너 내측 면에 트레드층(1)과 평행하게 부착하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 부직포 흡음재층(2)은 타이어 내부 원주 방향으로 연속적으로 연결되어 최종적으로는 상기 이너라이너 내측 면에 부착된 상기 부직포 흡음재층(2)의 시작점과 끝점이 만나거나 근거리 내에서 마주보도록 위치하고 있는 것이 바람직하다.

한편, 부직포 흡음재층(2)을 타이어 이너라이너 내측 면에 부착할 때, 시아노 아크릴계 접착제를 사용하거나, 합성고무 계열의 접착제, 또는 아크릴계 수지 접착제 등을 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 접착제의 종류를 한정하지 않는다.

본 발명에 따른 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 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

1. 제조예 : 타이어의 제조

225/45R17 규격 타이어(한국타이어사제)를 선정하였다. 비교예는 부직포 흡음재층을 포함하지 않는 현용의 타이어이고, 실시예 1 내지 4는, 아래의 표 1에 기재된 조건을 만족하는 부직포 흡음재층이 타이어 트레드층에 위치하는 이너라이너 내측에 부착된 타이어들이다.

구분	비교예	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
부직포 종류	미적용	PET 스펀본드	PET 에어쓰루(카딩)	PET 스펀본드 + PET 에어쓰루(카딩)	PET 에어쓰루(카딩)
섬도(denier)	-	5	5	5+5	5
부직포 두께(mm)	-	5	30	35(5+30)	40
부직포 면밀도(gsm)	-	150	300	450	400
Tire 중량 (kg)	10.0	10.05	10.1	10.15	10.12
부직포 폭(mm)	-	160	160	160	160

2. 시험예 : 타이어 소음 평가

상기 제조예에서 제조된 타이어를 정규 림에 장착한 후, 정규 공기압 조건의 차량으로 거친 노면 주행조건에서 60 km/h 속도로 주행 시, 20 ~ 500 Hz 소음 범위에서의 타이어 소음과 회전저항을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.

구분	비교예	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
Peak dB (60km/h, rough road)	68	67	64	62	63
RRc(index)	1000	1000	1000	1000	1000

비교예의 경우 68 peak dB로 측정되었지만, 부직포 흡음재층을 포함하는 실시예들은 각각 67 dB, 64 dB, 62 dB, 63 dB로 측정되어, 부직포 흡음재층 적용으로 인해 타이어 소음이 저감되었음을 확인할 수 있다. 또한, 부직포 흡음재층을 적용함으로 타이어의 중량은 소폭 증가하였으나, 이에 따른 회전저항의 차이는 거의 없음을 확인하였다.

한편, 부직포 흡음재층의 두께가 두꺼울수록 소음이 작게 측정된 것으로 보아, 부직포 흡음재층이 두꺼워질수록 흡음 효과가 크다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 3의 소음이 가장 작게 측정된 것으로 보아, 한 종류의 부직포를 사용하는 것보다는 2종의 부직포를 접합하여 사용하는 것이 더욱 효율적이라는 것을 확인할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예 및 실험예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 트레드층 2: 부직포 흡음재층

Claims (7)

1. 타이어 트레드층에 위치하는 이너라이너 내측 면에 배치된 부직포 흡음재층을 포함하고,
   상기 부직포 흡음재층은 스펀본드 부직포와 에어쓰루 부직포가 적층되어 이루어지고, 두께가 5 내지 60 mm이고, 면밀도가 100 내지 1000 gsm인 부직포를 포함하며,
   상기 에어쓰루 부직포는 크림프가 부여된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필라멘트를 절단하고, 상기 절단된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트에 폴리에스터 섬유를 균일하게 혼합한 후 카딩 공정을 통해 웹을 형성하고, 상기 형성된 복수의 웹을 엇갈리게 적층시킨 후 상기 적층된 웹에 열풍을 공급하여 상기 폴리에스터 섬유를 용융시켜 제조된 것을 특징으로 하는 소음 저감 타이어.
2. 제1항에 있어서,
   상기 부직포 흡음재층은, 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리에스터, 폴리아미드, 아크릴, 폴리비닐알코올 및 폴리올레핀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 섬유로 제조된 것을 특징으로 하는 소음 저감 타이어.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 부직포 흡음재층은, 섬도가 0.5 내지 100 denier인 섬유로 제조된 것을 특징으로 하는 소음 저감 타이어.
5. 제1항에 있어서,
   상기 부직포 흡음재층의 폭은 타이어 트레드 폭의 1/3 이상이고, 상기 타이어 트레드 폭을 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 소음 저감 타이어.
6. 삭제
7. 제1항, 제2항, 제4항, 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 부직포 흡음재층은 타이어 내부 원주 방향으로 연속적으로 연결되어 최종적으로는 상기 이너라이너 내측 면에 부착된 상기 부직포 흡음재층의 시작점과 끝점이 만나거나 이격되어 위치하고 있는 소음 저감 타이어.
   

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