KR102258392B1 - 마모 상태 알림 공기입타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마모 상태 알림 공기입타이어를 개시한다.
본 발명에 따르는 마모 상태 알림 공기입타이어는 타이어의 노면과 직접 맞닿는 트레드부와, 타이어의 골격을 이루는 카카스층과, 타이어의 옆부분으로 카카스층을 보호하고 유연한 굴신운동을 하는 사이드월부와 상기 트레드부의 가장자리부터 사이드월의 윗부분인 숄더부로 이루어진 공기입 타이어에 있어서, 상기 트레드부에는 열전도부가 포함되고, 상기 트레드부와 카카스층과의 사이에 열전특성을 가진 벨트층을 마련한 것을 특징으로 하는데 이에 의할 때, 타이어에 마모됨에 따라 트레드에서 발생되는 열의 변화에 의하여 발전되는 전력량에 의하여 운전자에게 타이어의 마모상태를 알려주어 과도한 마모로 인한 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.

Description

마모 상태 알림 공기입타이어{Pneumatic tire indicating wear condition}

본 발명은 하는 마모상태 알림 공기입타이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 타이어에 마모됨에 따라 트레드에서 발생되는 열의 변화에 의하여 발전되는 전력량에 의하여 운전자에게 타이어의 마모상태를 알려주어 과도한 마모로 인한 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 마모상태 알림 공기입타이어에 관한 것이다.

통상, 내부의 공기압으로 지면과 차량 자체사이에서 차량의 하중을 지지하는 방식인 공기입타이어를 장착한 차량의 운전자는 타이어의 마모상태에 관한 인식이나 관리가 미흡하여 교체시기를 도과함으로써 연료 에너지의 효율성을 저하시키고, 심한 경우에 타이어의 세퍼레이션, 버스트 등과 같은 사고를 유발시키기도 한다.

이에 따라 차량 운전자는 주행 전에 타이어의 마모상태를 수시로 점검할 필요가 있는데, 이를 위해서는 별도의 점검장치나 차량 수리 전문가에게 의뢰하여야 하는 등 일상에서 용이한 일이 아니다.

본 출원인에 의하여 대한민국등록특허공보 제1741915호를 통하여 열전현상으로 공기압을 측정하는 발명을 개시한바 있다.

이러한 열전효과는 제백효과, 펠티에 효과, 톰슨 효과의 세가지 열과 전기의 상관 현상을 총칭하여 열전 효과라 하는데, 두 종류의 금속선을 접속해서 폐회로를 만들고 그 두 접합부를 서로 다른 온도로 유지하면 회로에 전류가 흐르는 현상이 있다.

이러한 금속선의 조합에 의해서는 전류의 방향이 변하며, 이 현상은 1821년에 독일의 Zeebeck이 실험적으로 발견한 것이므로 제벡효과라 하기도 하는데, 제벡효과는 회로에 열기전력이 발생하는 것과 관련이 있는 것으로, 두 접합부의 온도차가 작을 때 기전력은 이에 비례한다.

또한, 반대로 두 종류의 금속선을 접속해서 전류를 흘리면 접점에서 주울열 이외의 열의 발생 및 흡수가 일어나고, 이 현상은 1834년에 프랑스의 Peltier에 의해 발견되었으므로 펠티에 효과라 하기도 하는데, 펠티에 효과는 금속 내에 전류가 흐를 때 열류가 함께 흐르고, 양 금속에서 열류가 상등하지 않기 때문에 접속면에서 열의 발생 또는 흡수가 일어나는 것처럼 보인다고 해석되고 있다.

열의 발생과 흡수는 가역적이어서 한 쪽이 발열하면, 다른 쪽은 흡열하며 전류의 발생을 반대로 하면 그 반대가 된다.

그리고 한 종류의 금속선이라도 선에 온도차가 있으면 전류를 흘렸을 때 선 내에서 주울열 이외에 열의 발생 또는 흡수가 일어나는 것이 1851년 영국의 Thomson에 의해 발견되었으므로 이 현상을 톰슨효과라 한다.

열역학의 제1, 제2, 제3법칙을 사용하면 위의 세 가지 현상 사이에는 밀접한 관계가 있다는 것이 톰슨에 의해서 명백하게 밝혀졌다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 타이어에 마모됨에 따라 트레드에서 발생되는 열의 변화에 의하여 발전되는 전력량에 의하여 운전자에게 타이어의 마모상태를 알려주어 과도한 마모로 인한 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 마모상태 알림 공기입타이어를 제공하는 것이다.

본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 타이어의 노면과 직접 맞닿는 트레드부와, 타이어의 골격을 이루는 카카스층과, 타이어의 옆부분으로 카카스층을 보호하고 유연한 굴신운동을 하는 사이드월부와 상기 트레드부의 가장자리부터 사이드월의 윗부분인 숄더부로 이루어진 공기입 타이어에 있어서, 상기 트레드부에는 열전도부가 포함되고, 상기 트레드부와 카카스층과의 사이에 열전특성을 가진 벨트층을 마련한 것을 특징으로 하는 마모 상태 알림 공기입타이어를 제공한다.

본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 열전도부는 트레드부의 블럭으로 연장부를 구비한 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 연장부는 마모한계선보다 상부에 위치하는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 벨트층은 P형반도체로 코팅된 스틸코드가 복수개로 상호 이격되어 고무재나 플라스틱재의 제1베이스부로 고정된 P형벨트층과, 상기 P형벨트층과 엇갈려 부착되도록, N형반도체로 코팅된 스틸코드가 복수개로 상호 이격되어 고무재나 플라스틱재의 제2베이스부로 고정된 N형벨트층을 포함하는 것일 수 있다.

본 발명에 따르는 마모상태 알림 공기입타이어에 의하면, 타이어에 마모됨에 따라 트레드에서 발생되는 열의 변화에 의하여 발전되는 전력량에 의하여 운전자에게 타이어의 마모상태를 알려주어 과도한 마모로 인한 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따르는 타이어의 상부단면도이고,
도 2는 본 발명의 P형벨트층의 단면을 나타낸 그림이며,
도 3은 본 발명의 N형벨트층의 단면을 나타낸 그림이고,
도 4는 도 2, 3의 P형벨트층와 N형벨트층를 상호 엇갈리게 배치한 형상을 표현한 그림이며,
도 5는 본 발명의 트레드부의 단면을 나타낸 것으로, 일 실시예에 따르는 마모한계선, 열전도부, P형벨트층, N형벨트층을 나타내는 그림이고,
도 6은 본 발명의 트레드부의 단면을 나타낸 것으로, 다른 실시예에 따르는 열전도부, P형벨트층, N형벨트층을 나타내는 그림이다.

이하에서는 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 하고, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 통상의 기술자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 한다.

아울러, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하며, 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따르는 타이어의 상부단면도이고, 도 2는 본 발명의 P형벨트층의 단면을 나타낸 그림이며, 도 3은 본 발명의 N형벨트층의 단면을 나타낸 그림이고, 도 4는 도 2, 3의 P형벨트층와 N형벨트층를 상호 엇갈리게 배치한 형상을 표현한 그림이며, 도 5는 본 발명의 트레드부의 단면을 나타낸 것으로, 일 실시예에 따르는 마모한계선, 열전도부, P형벨트층, N형벨트층을 나타내는 그림이고, 도 6은 본 발명의 트레드부의 단면을 나타낸 것으로, 다른 실시예에 따르는 열전도부, P형벨트층, N형벨트층을 나타내는 그림인데 이를 참조하여 본 발명을 설명한다.

본 발명에 따르는 공기입타이어(100)는 타이어의 노면과 직접 맞닿는 트레드부(110)와, 타이어의 골격을 이루는 카카스층(8)과, 타이어의 옆부분으로 카카스층을 보호하고 유연한 굴신운동을 하는 사이드월부(120)와 상기 트레드부의 가장자리부터 사이드월의 윗부분인 숄더부(130)로 이루어진 공기입 타이어에 있어서, 상기 트레드부에는 열전도부(112)가 포함되고, 상기 트레드부와 카카스층과의 사이에 열전특성을 가진 벨트층(140)을 마련한 것을 특징으로 한다.

상기 타이어(100)는 통상적인 트레드부(110)와 사이드월부(120), 그리고 숄더부(130)를 구비하면 족하고, 다양한 타이어 종류중에 공기압에 의하여 작동되는 타이어가 바람직한데, 이러한 타이어는 적정한 공기압이 유지될 때 승차감이나 타이어 내구성을 확보할 수 있다.

이러한 타이어는 열전특성을 가진 벨트층(140)을 구비하여 타이어 내부에서 발생되는 열을 소모시키며 발전된 전력으로 타이어의 마모상태를 운전자에게 알려줄 수 있다.

여기서, 상기 열전도부(112)는 트레브부(110)의 블럭(110')과 그루브(110")의 하부에 위치할 수 있으며, 마모한계선의 하부에 위치하는 것이 바람직한데, 그 이유는 특이한 상황에서 마모한계선보다 먼저 열전도부가 마모되어 알림 역할에 문제가 생길 수 있기 때문이다.

또한, 상기 열전도부(112)는 트레드부의 블럭(110')으로 연장부(114)를 구비한 것일 수 있는데, 열전도부의 기저부(113)가 블럭의 마모에 따라 열전도량이나 열전도속도의 민감도가 낮아질 수 있으므로, 연장부를 기저부로부터 트레드부의 블럭으로 연장된 연장부를 두어 민감도를 향상시킬 수 있다.

따라서, 열전도부의 기저부(113)은 마모한계선(TWI)의 하부에 연장부(114)는 마모한계선의 상부로 연장된 형태가 바람직하다.

이러한 열전도부는 탄소나노튜브(Multiwall CNT, Single Wall CNT), 그래핀등 타이어 트레드고무와 상용성이 있는 열전도 재료를 사용할 수 있다.

한편, 상기 트레드부(110)와 카카스층(8)과의 사이에 열전특성을 가진 벨트층(140)을 마련하고 있는데, 상기 벨트층(140)은 적층된 순서대로 1벨트층(1), 2벨트층(2), 3벨트층(3), 4벨트층(4)로 통상적으로 4개층을 포함할 수 있다.

상기 벨트층(140)은 P형반도체로 코팅된 스틸코드(P)가 복수개로 상호 이격되어 고무재나 플라스틱재의 제1베이스부(1B)로 고정된 P형벨트층(142)과, 상기 P형벨트층과 엇갈려 부착되도록, N형반도체로 코팅된 스틸코드(N)가 복수개로 상호 이격되어 고무재나 플라스틱재의 제2베이스부(2B)로 고정된 N형벨트층(144)을 포함하는 것인데, 앞서 본 바와 같이, 4개의 벨트층(1, 2, 3, 4)을 구비하는 경우에는 P형벨트층(142), N형벨트층(144), P형벨트층(142), N형벨트층(144)의 순서로 하거나, N형벨트층(144), P형벨트층(142), N형벨트층(144), P형벨트층(142)의 순서로 배열할 수 있을 뿐만 아니라, 트레드부(110)에서 전달되는 열에 발전이 용이하도록 트레드부에 가까운 3, 4벨트층(3, 4)에만 P형벨트층(142), N형벨트층(144) 또는 N형벨트층(144), P형벨트층(142)으로 적층하여 구비할 수 있다.

이러한 P형이나 N형반도체 물질은 기상 증착법이나 액상 도금법 또는 코팅법등 공지된 방법에 의하여 적층할 수 있고, 바람직하게는 P반도체로 BixSbyTez(x,y,z는 정수)를, N형반도체로 BiaTebSec(a,b,c는 정수)를 사용할 수 있다.

상기 P형벨트층(142)은 P형반도체로 코팅된 스틸코드(P)를 복수개 이격시켜 배열된 형태를 갖는데, 이러한 스틸코드는 일정간격이 이격된 채로 고무재나 플라스틱재를 포함하는 제1베이스부(1B)로 토핑(topping)하고 건조시켜 형태를 유지할 수 있다.

마찬가지로 상기 N형벨트층(144)은 N형반도체로 코팅된 스틸코드(N)를 복수개 이격시켜 배열된 형태를 갖는데, 이러한 스틸코드는 일정간격이 이격된 채로 고무재나 플라스틱재를 포함하는 제2베이스부(2B)로 토핑(topping)하고 건조시켜 형태를 유지할 수 있다.

또한 상기 스틸코드(P, N)의 전류경로를 형성하기 위하여, 상기 P형벨트층(142)의 적어도 일단부에 제1박막층(미도시)를 두어 열발전된 전류의 통전 경로를 형성할 수 있고, N형벨트층(144)도 그 일단부에 제2박막층(미도시)을 두어 전류의 통전경로로 사용할 수 있다.

다시 말하면, 복수개의 스틸코드(P, N)의 적어도 일 단부에 제1,2박막층으로 통전경로를 형성시켜 전극의 단자로 사용할 수 있다.

이러한 제1, 2박막층은 통전성을 구비한 금속재를 사용할 수 있고, 유연성을 확보하기 위하여 박막(thin layer)으로 구비할 수 있으며, 스틸코드와의 통전을 위한 접합은 스틸코드(P, N)의 단부에 밀착시킨 상태에서 고무재나 플라스틱재로 토핑하여 건조하여 전기적 통전상태 유지하거나 일반적인 솔더링(solding)을 이용할 수 있다.

따라서, 상기 스틸코드(P, N)들을 직렬 또는 병렬로 회로를 구성할 수 있어, 차량운행중 도로면과의 마찰로 인하여 발생된 열에 의하여 발전을 하게 되며, 발전된 전력은 제어부(미도시)로 송전되어 전력을 저장하고 소모할 수 있는데, 이러한 제어부는 축전부, 무선송신부(블루투스(bluetooth)나 와이파이(wifi)와 같은 무선수신모듈로 송수신 가능), 디스플레이부를 포함하고 있어, 축전부에 의하여 발전된 전력을 저장하고, 무선송신부를 통하여 마모된 정도에 따라 생산된 전력량을 디스플레이부를 통해 운전자가 인식하도록 표시할 수 있다.

상기 무선송신부는 차량에 구비된 블루투스(bluetooth)나 와이파이(wifi)와 같은 무선수신모듈로 마모정도 정보 신호를 보내게 되며, 이때 차량에서의 신호처리는 차량에 탑재된 컴퓨터(ECM, ECU)가 송신모듈로부터 신호를 수신하면 마모상태 신호를 디지탈 신호를 변형하여, 차량에 구비된 운전조작패널(UP)상 화면이나 소리로 운전자에게 마모상태를 알릴 수 있다.

한편, 타이어의 마모상태의 정보를 분리해서 나타낼 수 있는데, 예를 들어, 타이어 둘레를 따라 중심영역(C)와 양 테두리영역(R, L)을 구별하여, 그 하부에 위치하는 열전도부(112), P, N형벨트층(142, 144)를 배열할 수 있다.

즉, 중심영역에는 중심열전도부에 해당하는 연장부(114b)와 기저부(113b)가 구비되고, 양 테두리영역에는 주변열전도부에 해당하는 연장부(114a)와 기저부(113a), 그리고 연장부(114c)와 기저부(113c)을 분리하여 배치할 수 있다.

또한 상기 중심열전도부, 주변열전도부로 부터 전달되는 열에 의하여 발전할 수 있도록 각각 중심P, N형벨트층(140b), 양 테두리영역에는 주변P, N형벨트층(140a), 주변P, N형벨트층(140c)을 구비할 수 있는데, 중심P, N형벨트층(140b)과 양 테두리영역을 이루는 P, N형벨트층(140a, 140b, 140c)들 사이는 빈공간이나 고무로 채울수도 있으나, 해당 영역에는 P형반도체나 N형반도체를 코팅하지 아니함으로써 발전량을 조절할 수 있다.

따라서 만일 L에 해당하는 주변영역이 편마모로 많이 닳은 경우라면 열전도도가 증가하므로 해당 P, N형벨트층(140a)에서 발전량이 커지고 상대적으로 R에 해당하는 P, N형벨트층(140c)의 발전량이 작을 것이므로, 이를 판단하는 제어부에서 운전자에게 편마모상태를 알릴 수 있다.

1벨트층 1, 2벨트층 2,
3벨트층 3, 4벨트층 4,
카카스층 8, 타이어 100,
트레드부 110, 블럭 110',
그루브 110", 열전도부 112,
기저부 113, 113a, 113b, 113c,
연장부 114, 114a, 114b, 114c,
사이드월부 120, 숄더부 130,
벨트층 140, 140a, 140b, 140c,
P형벨트층 142, N형벨트층 144,
마모한계선 TWI, 제1베이스부 1B,
제2베이스부 2B, 중심영역 C,
테두리영역 R, L.

Claims (5)

1. 타이어의 노면과 직접 맞닿는 트레드부와, 타이어의 골격을 이루는 카카스층과, 타이어의 옆부분으로 카카스층을 보호하고 유연한 굴신운동을 하는 사이드월부와 상기 트레드부의 가장자리부터 사이드월의 윗부분인 숄더부로 이루어진 공기입 타이어에 있어서,
   상기 트레드부에는 열전도부가 포함되고,
   상기 트레드부와 카카스층과의 사이에 열전특성을 가진 벨트층을 마련한 것이며,
   트레드에서 발생되는 열의 변화에 의하여 발전되는 전력량으로부터 타이어의 마모상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 마모 상태 알림 공기입타이어.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 열전도부는 트레드부의 블럭으로 연장부를 구비한 것을 특징으로 하는 마모 상태 알림 공기입타이어.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 연장부는 마모한계선보다 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 마모 상태 알림 공기입타이어.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 벨트층은 P형반도체로 코팅된 스틸코드가 복수개로 상호 이격되어 고무재나 플라스틱재의 제1베이스부로 고정된 P형벨트층과,
   상기 P형벨트층과 엇갈려 부착되도록, N형반도체로 코팅된 스틸코드가 복수개로 상호 이격되어 고무재나 플라스틱재의 제2베이스부로 고정된 N형벨트층을 포함하는 것을 특징으로 하는 마모 상태 알림 공기입타이어.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 타이어의 마모상태 판단 시 타이어 둘레를 따라 중심영역과 양 테두리영역을 구별하도록 그 하부에 위치하는 열전도부, P, N형벨트층를 배열하여 타이어 마모상태의 정보를 분리해서 나타내는 것을 특징으로 하는 마모 상태 알림 공기입타이어.

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