KR20190132851A - 공기입타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기입타이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공명소음(Cavity Resonance Noise)을 저감한 공기입타이어에 관한 것이다. 본 발명은 트레드부(100)와 사이드월부(200) 및 비드부(300)를 포함하여 구성되는 공기입타이어에 있어서, 공기입타이어의 내부에 타이어의 단면을 횡방향으로 내분하는 차음막(400)이 설치되는 공기입타이어를 제공한다.

Description

공기입타이어{A PNEUMATIC TIRE}

본 발명은 공기입타이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공명소음(Cavity Resonance Noise)을 저감한 공기입타이어에 관한 것이다.

타이어와 휠에 의해 형성된 밀폐 공간 내부의 압력 변화로 인해 날카로운 피크를 가지는 공진 소음이 발생하는데 이를 공명소음(Cavity Resonance Noise)라고 한다(보통 200~250Hz 주파수 영역에서 발생). 노면에 의한 가진력이 타이어를 통해 내부 공기를 가진하고 이러한 성분이 차축으로 전달되어 실내 소음으로 발생 되는 것이다. 이러한 소음은 운전자에게 큰 불쾌감을 안겨 주어 자동차 회사에서도 앞다투어 이러한공명소음을 없애려 애를 쓰고 있다. 최근들어 저소음(Silent) 타이어 기술이 급 부상 하는 이유이기도 하다. 저소음타이어는 타이어 내부에 폴리우체탄폼(polyurethane foam)을 이너라이너(I/L) 에 부착하여 타이어와 림(Rim)에 의해 형성되는 밀폐 공간의 영역을 줄이고, 외부 가진에 따른 공기 흐름을 흡수하여 결과적으로 공명소음을 저감하는 타이어이다. 저소음 타이어는 폼(Foam)을 이너라이너(I/L)에 부착하기 위한 본딩(bonding) 역할의 재질이 필요하고, 폼을 부착하여야 하기 때문에 고비용과 시간이 소요 되며 타이어 전체 중량도 높아지게 된다. 본 발명의 기술을 적용하게 되면 저비용으로도 유사한 효과를 얻을 수 있다.

이하, 공명소음 저감에 관한 종래기술들을 살펴본다. 하기 종래기술에서의 식별부호는 본원발명과는 무관하다.

대한민국 등록특허 제10-1779879호 '타이어 공명소음 저감장치'는 타이어 공명소음 저감장치에 관한 것으로서, 림; 상기 림과 연결되며, 내면이 상기 림의 방사방향을 따라 상기 림으로부터 이격되는 타이어; 상기 림의 외주면에 장착되며, 상기 타이어의 회전시 일단부는 상기 림에 연결되고 타단부는 상기 타이어의 원주방향으로 회동하여 상기 림과 상기 타이어 사이의 공간 일부 또는 전부를 차단하는 차단부;를 포함하는 타이어 공명소음 저감장치가 제공된다.

즉, 제10-1779879호의 구성은 림; 상기 림과 연결되며, 내면이 상기 림의 방사방향을 따라 상기 림으로부터 이격되는 타이어; 상기 림의 외주면에 장착되며, 상기 타이어의 회전시 일단부는 상기 림에 연결되고 타단부는 상기 타이어의 원주방향으로 회동하여 상기 림과 상기 타이어 사이의 공간 일부 또는 전부를 차단하는 차단부; 및 상기 타이어의 정지시 상기 차단부의 타단부를 상기 림 측으로 복원시키는 복원부;를 포함하되, 상기 차단부는, 상기 타이어가 회전시 상기 타단부가 원심력에 의해 상기 타단부의 상면이 타이어 내면과 접촉되도록 구성되고, 상기 복원부는, 상기 림 외주면에 장착되는 제1자성체;와, 상기 제1자성체와 반대 극성을 가지며 상기 차단부의 하면에 장착되되, 상기 제1자성체와 선택적으로 접촉되는 제2자성체로 구성되는 것을 특징으로 한다.

대한민국 등록특허 제10-1327930호 '공명소음을 저감한 래디알 타이어'는 공명소음을 저감한 래디알 타이어(Radial tire)에 관한 것으로, 이를 위해 노면과 접촉하는 트레드(1)와, 타이어의 골격을 이루는 카카스(2), 타이어의 측면을 이루는 사이드월(3), 상기 트레드(1)와 사이드월(3) 사이에 배치되는 숄더부(4), 타이어를 림에 부착하기 위한 비드부(5) 및, 타이어 내부의 공기가 외부로 방출되는 것을 방지하는 이너라이너(6)를 구비하여 이루어진 래디알 타이어에 있어서, 상기 숄더부(4)에 대응하는 타이어 내부의 이너라이너(6)에는 타이어의 원주방향을 따라 좌우 공기층(7)이 형성되도록 브리지 고무(8)의 양단이 에지 연결고무(9)들에 의해 보유 지지되어 이너라이너(6)에 부착된 구조로 되어 있다. 제10-1327930호 는 노면과 접촉하는 트레드(1)와, 타이어의 골격을 이루는 카카스(2), 상기 타이어의 측면을 이루는 사이드월(3), 상기 트레드(1)와 사이드월(3) 사이에 배치되는 숄더부(4), 상기 타이어를 림에 부착하기 위한 비드부(5) 및, 상기 타이어 내부의 공기가 외부로 방출되는 것을 방지하는 이너라이너(6)를 구비하여 이루어진 래디알 타이어에 있어서, 상기 숄더부(4)에 대응하는 타이어 내부의 이너라이너(6)에는 타이어의 원주방향을 따라 좌우 공기층(7)이 형성되도록 브리지 고무(8)의 양단이 에지 연결고무(9)들에 의해 보유 지지되어 상기 이너라이너(6)에 부착 설치되고, 상기 브리지 고무(8)의 두께(t)는 인너라이너(6)의 두께와 동일한 두께를 가지며, 상기 숄더부(4)가 노면과 충돌시 발생되는 충격량을 완화시켜 공진량을 감소시켜 공명소음을 감소시키기 위하여 숄더부(4)의 반대쪽 이너라이너(6)에 형성된 공기층(7)의 압력이 타이어와 림 사이의 공기압에 비해 낮게 설정함을 특징으로 하는 공명소음을 저감한 래디알 타이어를 제공한다.

대한민국 등록특허 제10-1779879호 '타이어 공명소음 저감장치' (공고일자 2017년09월19일) 대한민국 등록특허 제10-1327930호 '공명소음을 저감한 래디알 타이어' (공고일자 2013년11월13일)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 폼부착 등의 중량이 크고 부착이 용이하지 아니한 구성을 배제하면서도 효과적으로 공명소음(Cavity Resonance Noise)을 저감한 공기입타이어를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 트레드부(100)와 사이드월부(200) 및 비드부(300)를 포함하여 구성되는 공기입타이어에 있어서, 공기입타이어의 내부에 타이어의 단면을 횡방향으로 내분하는 차음막(400)이 설치되는 공기입타이어를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명은 타이어 내부에 다수의 공동을 포함한 차음막을 설치하여 외부에서 들어오는 가진력에 따른 공명소음의 공명주파수 분리 함으로써 효과적으로 감소 시킬수 있다.

특히, 패턴과 관련된 공기역학적 요인에 기인하는 1kHz 이상 대역에서는 2dBA 이상 개선되는 효과를 기대할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도1은 본 발명의 요부발췌단면도이다.
도2는 본 발명의 요부발췌단면사시도이다.
도3은 공명소음의 원리를 설명하기 위한 설명도이다.
도4는 본 발명의 공명소음저감 원리를 설명하기 위한 설명도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 공명소음을 저감시키기 위한 공기입타이어에 관한 것으로서, 트레드부(100)와 사이드월부(200) 및 비드부(300)를 포함하여 구성되는 공기입타이어에 있어서, 공기입타이어의 내부에 타이어의 단면을 횡방향으로 내분하는 차음막(400)이 설치되는 공기입타이어를 제공한다.

상기 차음막(400)에는 공기의 소통을 위한 통공(410)이 형성되는 것이 바람직하다. 상기 통공(410)의 형태는 원 또는 다각형의 형상으로 형성될 수 있다. 상기 통공(410)은 차음막(400)으로 분할되는 공간 간의 압력차를 없애주며, 타이어의 공기 주입시 공기의 소통이 단절되는 것을 방지한다.

또한, 상기 차음막(400)은 타이어의 이너라이너(500)와 동일한 재질인 것이 바람직하다. 상기 재질로서 부틸계 또는 폴리이소프렌계 합성고무가 적용되는 것이 바람직하다. 상기 차음막(400)은 타이어를 가류하여 성형한 후, 타이어 내측의 이너라이너(500)에 부착하여 형성될 수 있다.

이하에서 상기 차음막(400)의 공명소음 저감원리를 설명한다. 도3은 공명소음의 원리를 설명하기 위한 설명도이다. 공명소음의 특성을 수식으로 표현하면 하기의 식과 같다.

식) fi=iV/L

fi : 1차 공명주파수(Hz)

V: 음속(m/s)

L: 관길이(m)

즉, 공명주파수는 관길이(L)에 영향을 받고 있음을 알 수 있다. 종래의 타이어에서 상기 관길이(L)는 도3에 도시된 바와 같이, 타이어 내부 공간의 중앙까지의 반지름을 구하고 원주를 계산하여 구할 수 있다.

본 발명은 외부 가진력은 배제할 수 없기 때문에 공명소음을 감소시키기 위해서 상기 공명주파수를 분할시키는 것을 골자로 한다.

차음막(400)에 의해 분할되어 형성된 상, 하의 공간은 도1에서 도시된 바와 같이, 각각의 중심부(a, b)를 가지며, 이에 따라 도4에서 도시된 바와 ?이, 외측의 공간부의 L=Ra가 되고, 내측 공간부의 L=Rb가 된다. 즉, 내측과 외측의 공간부는 상이한 L을 가지게 되므로 공명주파수는 2개로 분리되게 되며, 서로 상쇄간섭을 통하여 공명소음이 저감되는 효과를 기대할 수 있는 것이다. 상쇄간섭을 위하여 상기 차음막(400)은 사이드월부(200) 높이의 1/2에 설치되는 것이 바람직하다.

예로써, 265/45R20 규격의 종래의 타이어의 경우, 앞서 언급한 수식에 의해 공명주파수를 구할 수 있다.

- 섹션높이(Section Height) : 265 x 45/100 = 119.3mm

- 공동의 직경(Radius of cavity) : (SH+20inch x 25.4)/2 = 313.6mm

- 공명 주파수 : 340x1000/(313.6x2xp) = 172.5Hz

상기의 규격의 타이어에서 본 발명의 차음막을 설치 하는 경우, 공동의 직경이 2개가 되며 (Ra, Rb), 이에 따른 공명 주파수를 계산하면 아래와 같다. (차음막은 섹션높이(SH)의 절반 높이에 설치 한다고 가정한다.)

- Ra : 20inch x 25.4/2 + 119.3x3/4 = 343.475

- Rb : 20inch x 25.4/2 + 119.3/4 = 283.825

- a 영역 공명주파수 : 340x1000/(343.475x2xp) = 157.5Hz

- b 영역 공명주파수 : 340x1000/(283.825x2xp) = 190.7Hz

본 출원인은 265/45R20 규격의 타이어에 있어서, 상기의 실시에서와 같이 157.5Hz 및 190.7Hz로의 주파수 분리를 통하여 60km/h 및 80km/h속도에서 1kHz 이상의 대역의 2dBA이상의 개선됨을 시험으로 확인할 수 있었다.

즉, 상술한 바와 같이, 상기와 같이 공명주파수가 2개로 분리됨으로써 공명소음을 저감시킬 수 있다. 필요에 따라 공명주파수를 2개 이상으로 분리해야할 경우, 2개 이상의 차음막(400)을 설치할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 트레드부
200: 사이드월부
300: 비드부
400: 차음막

Claims (7)

1. 트레드부(100)와 사이드월부(200) 및 비드부(300)를 포함하여 구성되는 공기입타이어에 있어서,
   공기입타이어의 내부에 타이어의 단면을 횡방향으로 내분하는 차음막(400)이 설치되는 것을 특징으로 하는 공기입타이어.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 차음막(400)에는 공기의 소통을 위한 통공(410)이 형성되는 것을 특징으로 하는 공기입타이어.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 차음막(400)은 타이어의 이너라이너(500)와 동일한 재질인 것을 특징으로 하는 공기입타이어.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 통공(410)의 형태는 원 또는 다각형의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 공기입타이어.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 차음막(400)은 사이드월부(200) 높이의 1/2에 설치되는 것을 특징으로 하는 공기입타이어.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 차음막(400)은 타이어를 가류하여 성형한 후, 타이어 내측의 이너라이너(500)에 부착하여 형성된 것을 특징으로 하는 공기입타이어.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 차음막(400)은 2개 이상인 것을 특징으로 하는 공기입타이어.
   

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