KR20200069005A - 소음 저감 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소음 저감 타이어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 타이어 내부 트레드층에 위치하는 이너라이너 내측 면에, 산과 골이 형성된 주름구조 형태의 부직포 흡음재층을 포함하고, 상기 부직포 흡음재층의 상기 산과 골은, 타이어 내부 원주 방향으로 서로 반복적으로 교차하여 위치하며, 상기 부직포 흡음재층의 골 부분들은 상기 이너라이너 내측 면에 부착되어 있고, 상기 부직포 흡음재층은 타이어 내부 원주 방향으로 연속적으로 연결되어 최종적으로는 상기 이너라이너 내측 면에 부착된 골 부분의 시작점과 끝점이 만나거나 근거리 내에서 마주보도록 위치하고 있는 소음 저감 타이어에 관한 것이다.

Description

소음 저감 타이어{TIRE FOR REDUCING TIRE NOISE}

본 발명은 소음 저감 타이어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주름구조 형태의 소음 저감용 부직포 흡음재층을 타이어 내부의 이너라이너에 부착하여, 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 내부의 공명소음을 저감하기 위하여 그 동안 다양한 시도들이 있었다. 노면과의 소음을 줄이기 위하여 트레드 패턴의 피치를 조정하거나, 타이어 내부에 고분자소재의 발포체를 부착하거나, 혹은 캡플라이의 소재로 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 코드를 이용하여 소음을 줄이고자 하는 시도들이 있었다.

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

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

따라서 본 발명의 목적은, 타이어의 소음 중 타이어 내부의 공기 진동으로 발생되는 공명음을 저감시키기 위한 것으로서, 타이어 내부에 특정 구조를 갖는 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.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따른 소음 저감 타이어는, 타이어 내부 트레드층에 위치하는 이너라이너 내측 면에, 산과 골이 형성된 주름구조 형태의 부직포 흡음재층을 포함하고, 상기 부직포 흡음재층의 상기 산과 골은, 타이어 내부 원주 방향으로 서로 반복적으로 교차하여 위치하며, 상기 부직포 흡음재층의 골 부분들은 상기 이너라이너 내측 면에 부착되어 있고, 상기 부직포 흡음재층은 타이어 내부 원주 방향으로 연속적으로 연결되어 최종적으로는 상기 이너라이너 내측 면에 부착된 골 부분의 시작점과 끝점이 만나거나 근거리 내에서 마주보도록 위치하고 있다.

여기서, 상기 부직포 흡음재층은, 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리에스터, 폴리아미드, 아크릴, 폴리비닐알코올 및 폴리올레핀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 섬유로 제조된 것일 수 있다.

그리고, 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 non-woven fabric), 스테치본드 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 포함하는 것일 수 있다.

그리고, 상기 부직포 흡음재층의 두께는 1 mm 이상, 30 mm 미만일 수 있다.

그리고, 상기 부직포 흡음재층의 산과 골의 높이 차이는 5 mm 내지 150 mm일 수 있다.

그리고, 상기 부직포 흡음재층의 폭은 타이어 트레드 폭의 1/3 이상이고, 상기 타이어 트레드 폭을 초과하지 않는 것일 수 있다.

또한, 상기 부직포 흡음재층은, 서로 다른 종류의 2 이상의 부직포가 적층된 것일 수 있다.

그리고, 상기 이너라이너 내측 면과, 상기 주름구조 형태의 부직포 흡음재층 사이에 형성되며, 상기 이너라이너 내측 면과 밀착하여 부착된 부직포층을 더 포함하고, 상기 부직포 흡음재층의 골 부분들은, 상기 이너라이너 내측 면 대신에, 상기 부직포층에 부착되어 있는 것일 수 있다.

본 발명에 따르면, 타이어 내부에 주름구조 형태의 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 일 실시예에 따른 소음 저감 타이어의 부직포 흡음재층을 펼친 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소음 저감 타이어의 내부 단면을 보여주는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소음 저감 타이어의 측단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소음 저감 타이어의 부직포 흡음재층을 펼친 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소음 저감 타이어의 내부 단면을 보여주는 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 소음 저감 타이어는, 타이어 내부 트레드층(1)에 위치하는 이너라이너 내측 면에, 산과 골이 형성된 주름구조 형태의 부직포 흡음재층(2)을 포함하고, 상기 부직포 흡음재층(2)의 상기 산과 골은, 타이어 내부 원주 방향으로 서로 반복적으로 교차하여 위치하며, 상기 부직포 흡음재층(2)의 골 부분들은 상기 이너라이너 내측 면에 부착되어 있고, 상기 부직포 흡음재층(2)은 타이어 내부 원주 방향으로 연속적으로 연결되어 최종적으로는 상기 이너라이너 내측 면에 부착된 골 부분의 시작점과 끝점이 만나거나 근거리 내에서 마주보도록 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 타이어 내부에 주름구조 형태의 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, 부직포를 이너라이너 내측 면에 완전히 접촉하도록 부착하지 않고, 산과 골이 형성된 주름구조 형태가 되도록 하여, 골 부분들은 이너라이너 내측 면에 부착되도록 하고, 산 부분들은 부착시키지 않고 이격되도록 하였다. 이처럼, 주름구조 형태의 부직포 흡음재층(2)을 적용하면, 부직포의 전체 두께를 두껍게 하지 않더라도, 부직포 흡음재층(2)의 벌키성을 더욱 높이게 되어 흡음효과를 극대화할 수 있다. 또한, 상기 주름구조의 산 부분들에서는 터널형태를 구성하게 되므로, 회전하는 타이어 내에서 소음이 난류들로 분산될 수 있게 된다. 나아가, 부직포 자체의 특성으로도 흡음이 가능한데, 부직포가 가지고 있는 공극(Pore)들에 의하여 소리에너지가 흩어지게 되고, 부직포를 이루는 섬유소재들 자체가 소리에너지를 흡수하여 열에너지 등으로 전환되어 소음을 차단하게 된다.

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), 스테치본드 부직포(stich bond non-woven fabric), 케미칼본드 부직포(chemical bond non-woven fabric) 등으로 구분된다.

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.

그리고, 상기 부직포 흡음재층(2)의 두께는 1 mm 이상, 30 mm 미만일 수 있다. 이때, 상기 두께가 1 mm 미만인 경우, 타이어 소음을 충분히 흡수하지 못할 수 있고, 30 mm 이상인 경우, 타이어 소음 흡수에는 유리하지만, 타이어 중량이 크게 증가할 수 있어 바람직하지 않다.

그리고, 상기 부직포 흡음재층(2)의 산과 골의 높이 차이는 5 mm 내지 150 mm일 수 있는데, 상기 수치범위 미만이면 주름구조 형태로 인한 소음 저감 효과를 충분히 발휘할 수 없고, 상기 수치범위를 초과하면, 타이어가 주행 시, 부직포 흡음재층의 변형이 크게 발생할 수 있기 때문에 바람직하지 않다.

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 부직포가 적층된 것일 수 있다. 예를 들면, 1 mm 두께의 스펀 본드 부직포와 20 mm 두께의 에어쓰루(air through) 부직포를 적층하여 사용할 수도 있는데, 이처럼 종류가 서로 다른 부직포를 사용하게 되면, 각 층의 섬유 굵기와 벌키성이 다르기 때문에, 흡음할 수 있는 주파수 대역을 더욱 넓힐 수 있는 장점이 있다. 이때, 2 이상의 부직포를 적층하는 방법으로는, 열융착(초음파, 마이크로웨이브 등), 접착제 도포 또는 스티칭 등을 이용할 수 있다.

한편, 본 발명의 소음 저감 타이어는, 상기 이너라이너 내측 면과, 상기 주름구조 형태의 부직포 흡음재층(2) 사이에 형성되며, 상기 이너라이너 내측 면과 밀착하여 부착된 부직포층(3)을 더 포함할 수 있고, 이때, 상기 부직포 흡음재층(2)의 골 부분들은, 상기 이너라이너 내측 면 대신에, 상기 부직포층(3)에 부착되어 있는 것일 수 있다.

상기 부직포층(3)은 전술한 부직포 흡음재층(2)과 동일한 재료와 방식으로 제조될 수 있다. 그리고, 상기 부직포층(3)과 상기 부직포 흡음재층(2)이 타이어에 함께 적용되는 경우, 동일한 소재 및 동일한 두께의 부직포층(3)과 부직포 흡음재층(2)이 사용될 수도 있지만, 서로 다른 소재 및 서로 다른 두께의 부직포층(3)과 부직포 흡음재층(2)이 사용될 수도 있다.

이때, 부직포층(3)과 부직포 흡음재층(2)을 접합할 때, 열융착(초음파, 마이크로웨이브 등), 접착제 도포 또는 스티칭 등의 방식을 이용할 수 있다.

그리고, 부직포층(3)과 부직포 흡음재층(2)을 함께 적용하는 경우, 하부에 위치하는 부직포층(3)은 타이어 트레드 원주길이와 대응되도록 투입하고, 상부에 위치하는 부직포 흡음재층(2)은 하부의 부직포층(3)보다 길도록 투입한다. 그 후, 부직포 흡음재층(2)을 부직포층(3)에 접합시킬 때, 접합부분과 비접합부분이 서로 반복적으로 형성되도록 접합시킴으로써, 상기 부직포 흡음재층(2)이 주름구조 형태를 가질 수 있게 된다. 또한, 상기 방식 이외에도, 주름구조 형태가 부여되어 있는 부직포 흡음재층(2)을 적용할 수도 있다.

한편, 상기 부직포층(3) 또는 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 3은, 아래의 표 1에 기재된 조건을 만족하는 부직포 흡음재층이 타이어 내부의 트레드 안쪽에 부착된 타이어들이다.

구분	비교예	실시예 1	실시예 2	실시예 3
규격	225/45R17	225/45R17	225/45R17	225/45R17
부직포 종류	미적용	PET 스펀본드	PET 스펀본드 + PP 에어쓰루 부직포	PET 스펀본드 + PP 멜트블로운 부직포
부직포 두께(mm)	-	5	15	10
부직포 면밀도(gsm)	-	50	100	70
부직포 주름 높이(mm)	-	20	20	20
부직포 주름 간격(mm)	-	50	50	50
부직포 폭(mm)	-	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 시의 타이어 소음을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.

구분	비교예	실시예 1	실시예 2	실시예 3
Peak dB (60km/h, rough road)	68	66	63	65

비교예의 경우 68 peak dB로 측정되었지만, 부직포 흡음재층을 포함하는 실시예들은 각각 66 dB, 63 dB, 65 dB로 측정되어, 부직포 흡음재층 적용으로 인해 타이어 소음이 저감되었음을 확인할 수 있다.

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

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

1: 트레드층 2: 부직포 흡음재층
3: 부직포층

Claims (8)

1. 타이어 내부 트레드층에 위치하는 이너라이너 내측 면에, 산과 골이 형성된 주름구조 형태의 부직포 흡음재층을 포함하고,
   상기 부직포 흡음재층의 상기 산과 골은, 타이어 내부 원주 방향으로 서로 반복적으로 교차하여 위치하며,
   상기 부직포 흡음재층의 골 부분들은 상기 이너라이너 내측 면에 부착되어 있고,
   상기 부직포 흡음재층은 타이어 내부 원주 방향으로 연속적으로 연결되어 최종적으로는 상기 이너라이너 내측 면에 부착된 골 부분의 시작점과 끝점이 만나거나 근거리 내에서 마주보도록 위치하고 있는 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. 제1항에 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 non-woven fabric), 스테치본드 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 포함하는 것을 특징으로 하는 소음 저감 타이어.
4. 제1항에 있어서,
   상기 부직포 흡음재층의 두께는 1 mm 이상, 30 mm 미만인 것을 특징으로 하는 소음 저감 타이어.
5. 제1항에 있어서,
   상기 부직포 흡음재층의 산과 골의 높이 차이는 5 mm 내지 150 mm인 것을 특징으로 하는 소음 저감 타이어.
6. 제1항에 있어서,
   상기 부직포 흡음재층의 폭은 타이어 트레드 폭의 1/3 이상이고, 상기 타이어 트레드 폭을 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 소음 저감 타이어.
7. 제1항에 있어서,
   상기 부직포 흡음재층은, 서로 다른 종류의 2 이상의 부직포가 적층된 것을 특징으로 하는 소음 저감 타이어.
8. 제1항에 있어서,
   상기 이너라이너 내측 면과, 상기 주름구조 형태의 부직포 흡음재층 사이에 형성되며, 상기 이너라이너 내측 면과 밀착하여 부착된 부직포층을 더 포함하고,
   상기 부직포 흡음재층의 골 부분들은, 상기 이너라이너 내측 면 대신에, 상기 부직포층에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 소음 저감 타이어.

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