KR20220125881A - 소음 저감을 위한 에어포켓을 구비하는 타이어 - Google Patents

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KR20220125881A
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한국타이어앤테크놀로지 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시 예는 주행 중 타이어에서 발생되는 소음을 최소화시키기 위하여, 타이어에 헬름홀츠 공명기 원리를 적용시키는 기술을 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 소음 저감을 위한 에어포켓을 구비하는 타이어는, 트레드의 표면으로부터 내부를 향해 연장되게 타공되어 형성되고, 타이어의 소음에 의한 공기 진동을 통과시키는 홀; 및 트레드의 내부에 형성된 공간으로써, 홀을 통과한 공기 진동 주파수를 위상변이시키는 에어포켓;을 포함한다.

Description

소음 저감을 위한 에어포켓을 구비하는 타이어 {TIRE WITH AIR POCKETS FOR NOISE REDUCTION}
본 발명은 소음 저감을 위한 에어포켓을 구비하는 타이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 주행 중 타이어에서 발생되는 소음을 최소화시키기 위하여, 타이어에 헬름홀츠 공명기 원리를 적용시키는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 바퀴를 굴려 주행하는 차량에서는 소음이 발생하며, 운전 중에 차량의 내외부로부터 들려오는 엔진음, 풍절음(바람 소리) 등의 소음은 운전자와 탑승자에게 거슬리는 소리일 수 있다. 이에 방음재, 흡음재 등을 타이어에 적용하여 소음을 차단하는 작업이 지속적으로 수행되어 왔다.
최근 환경부에서는 2019년 유럽 연합에서 시행 중인 타이어 소음 성능 표시 제도를 도입한다고 하였으며, 이의 시행에 대응하여 차량 주행 중의 소음을 감소시키기 위한 다양한 연구 개발이 진행되고 있다. 종래에는 엔진 등 차량 내부의 소음 발생 요인을 제거하는데 집중하였으나, 최근에는 타이어와 같이 차량의 외부에 발생하는 소음을 최소화하기 위하여 타이어 등의 제품 개발 초기 단계부터 저소음 신기술을 적용하는 사례가 증가하고 있다.
타이어에서 발생하는 소음으로는, 공기를 밀어내는 소음, 내부 공기층의 압력 변동에 의한 공명음, 그루브에 의한 공기 역학적 소음, 공기를 빨아들이는 소음, 홈에 의한 소음, 헬름홀츠(Helmholtz) 공진에 의한 소음 등이 있다.
종래기술에서는 타이어의 내부에 흡음재 등을 삽입하여 타이어 내부 공기층의 압력 변동에 의한 공명음이 흡음되도록 하는 방식, 트레드의 커프 각도를 변화시켜 타이어와 노면 사이에서 발생하는 공기 흐름의 속도를 감소시키는 방식, 타이어의 메인 그루브 내 공기 흐름을 방해하는 스토퍼(stopper) 형석의 조형물을 설치하는 방식 등이 이용되었다.
다만, 상기와 같은 종래기술을 이용하는 경우, 타이어의 내부에 흡음재를 설치하면 타이어의 생산 시 추가 공정이 필요하여 생산 시간과 비용이 증가한다는 문제가 있고, 타이어의 커프의 각도를 변화시키는 것은 소음을 감소시키는데 한계가 있으며, 타이어의 메인 그루브에 스토퍼를 설치 시에는 이물질이 끼워지는 등의 부작용이 발생할 수 있다.
대한민국 등록특허 제10-2127660호(발명의 명칭: 흡음재와 차음막을 이용한 공명소음 저감 공기입 타이어)에서는, 트레드부(100)와 사이드월부(200) 및 비드부(300)를 포함하여 구성되는 공기입 타이어에 있어서, 상기 공기입 타이어 내부의 상기 트레드부(100) 내측면에 부착되는 흡음재(350); 및 상기 공기입 타이어의 내부에서 타이어의 단면을 상기 흡음재(350)와 함께 내분하도록 상기 흡음재(350)에 의해 고정 지지되는 차음막(400);을 포함하는 공기입 타이어가 개시되어 있다.
대한민국 등록특허 제10-2127660호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 주행 중 타이어에서 발생되는 소음을 최소화시키기 위하여, 타이어에 헬름홀츠 공명기 원리를 적용시키는 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.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 블록과 그루브를 구비하는 트레드가 포함된 타이어에 있어서, 상기 트레드의 표면으로부터 내부를 향해 연장되게 타공되어 형성되고, 상기 타이어의 소음에 의한 공기 진동을 통과시키는 홀; 및 상기 트레드의 내부에 형성된 공간으로써, 상기 홀을 통과한 공기 진동 주파수를 위상변이시키는 에어포켓;을 포함하고, 상기 홀과 상기 에어포켓에 의해 상기 타이어의 소음에 의한 공기 진동이 흡수 공진 후 간섭을 통해 소멸되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 에어포켓의 단면 형상은, 원형 또는 타원형일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 홀은 관의 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 홀은 상기 블록의 측면으로부터 상기 블록의 내부를 향해 연장되게 타공되어 형성되고, 상기 에어포켓은 상기 블록의 내부에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 홀은 상기 에어포켓의 양 측에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 홀 및 상기 에어포켓은, 상기 블록에 구비된 커프와 연결될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 홀은 상기 그루브의 바닥면으로부터 상기 트레드의 내부를 향해 연장되게 타공되어 형성되고, 상기 에어포켓은 상기 트레드의 내부에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 홀은 상기 트레드의 표면을 따라 복수 개 배치되어 형성될 수 있다.
상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 타이어에 단순한 형상의 홀과 에어포켓을 형성시켜 베이스트랩(Bass Trap)의 기능이 구현됨으로써, 타이어의 주행 중 발생하는 소음을 효과적으로 감소시킬 수 있다는 것이다.
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.
도 1은 헬름홀츠 공명기 원리의 설명을 위한 이미지이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 홀과 에어포켓이 형성된 블록에 대한 정면도와 측면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 홀과 에어포켓이 형성된 블록에 대한 정면도와 측면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 홀과 에어포켓이 형성된 트레드에 대한 단면도와 평면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 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 실시 예를 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 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 헬름홀츠(Helmhiltz) 공명기 원리의 설명을 위한 이미지이다. 본 발명의 타이어는, 공기를 공명 주파수에서 공진시켜 소리를 흡수하는 장치인 헬름홀츠 공명기의 원리를 이용하여 타이어의 소음을 흡음하는 방식으로 소음을 감소시키기 위한 타이어로써, 도 1에서 보는 바와 같이, 헬름홀츠 공명기에서는 홀을 통과한 공기 진동이 홀과 연결된 공명 공간으로 들어오면 해당 공기 진동의 파형에 대한 새로운 역상 형태의 공기 진동으로 변하여 산출되어, 즉, 공기 진동 주파수에 대한 위상변이가 발생하여 산출되어, 공기 진동이 간섭을 통해 상쇄 소멸하게 될 수 있다.
헬름홀츠 공명기에 의해 흡음되는 특정 주파수는, 하기의 [수식 1]에 의해 정의될 수 있다.
[수식 1]
Figure pat00001
여기서, f는 상기의 특정 주파수이고, v는 소리의 속도이며, V는 홀과 연결된 공명 공간의 부피이고, L은 홀의 길이이며, A는 홀 입구의 면적이다.
[수식 1]에 의하면, 홀의 입구 면적(A)이 좁을수록, 홀의 길이(L)가 길수록, 공명 공간의 부피(V)가 클수록, 공기 진동(소리)의 특정 주파수는 낮아질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 홀(110)과 에어포켓(120)이 형성된 블록(10)에 대한 정면도와 측면도이다. 여기서, 도 2의 (a)는 홀(110)과 에어포켓(120)이 형성된 블록(10)에 대한 정면도이고, 도 2의 (b)는 홀(110)과 에어포켓(120)이 형성된 블록(10)에 대한 측면도이다.
또한, 도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 홀(110)과 에어포켓(120)이 형성된 블록(10)에 대한 정면도와 측면도이다. 여기서, 도 3의 (a)는 홀(110)과 에어포켓(120)이 형성된 블록(10)에 대한 정면도이고, 도 3의 (b)는 홀(110)과 에어포켓(120)이 형성된 블록(10)에 대한 측면도이다.
그리고, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 홀(110)과 에어포켓(120)이 형성된 트레드(1)에 대한 단면도와 평면도이다. 여기서, 도 4의 (a)는 홀(110)과 에어포켓(120)이 형성된 트레드(1)에 대한 단면도이고, 도 4의 (b)는 홀(110)과 에어포켓(120)이 형성된 트레드(1)의 일 부위에 대한 평면도이다.
도 2 내지 도 4에서 보는 바와 같이, 블록(10)과 그루브(20)를 구비하는 트레드(1)가 포함된 본 발명의 타이어는, 트레드(1)의 표면으로부터 내부를 향해 연장되게 타공되어 형성되고, 타이어의 소음에 의한 공기 진동을 통과시키는 홀(110); 및 트레드(1)의 내부에 형성된 공간으로써, 홀(110)을 통과한 공기 진동 주파수를 위상변이시키는 에어포켓(120);을 포함한다.
그리고, 홀(110)과 에어포켓(120)에 의해 타이어의 소음에 의한 공기 진동이 흡수 공진 후 간섭을 통해 소멸될 수 있다. 구체적으로, 상기와 같은 헬름홀츠 공명기 원리에 의해, 홀(110)과 에어포켓(120)이 형성된 블록(10) 및 그루브(20)가 타이어의 소음을 흡음하는 베이스트랩(Bass Trap)의 기능을 수행할 수 있다. 즉, 홀(110)과 에어포켓(120)이 형성된 블록(10) 및 그루브(20)에 의해 특정 주파수를 구비하는 타이어의 소음이 흡수 공진 후 간섭을 통해 상쇄되어 흡음되는 것일 수 있다.
에어포켓(120)의 단면 형상은, 원형 또는 타원형일 수 있다. 그리고, 홀(110)은 관의 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 에어포켓(120)의 부피가 홀(110)의 부피보다 크게 형성될 수 있으며, 이에 따라, 에어포켓(120)은 상기된 공명 공간의 기능을 수행할 수 있다. 이에 더하여, 홀(110)을 통과한 공기가 에어포켓(120)으로 유동하여 분산됨으로써, 공기 진동이 분산되어 소음이 감소하는 효과도 구현될 수 있다.
홀(110)은 블록(10)의 측면으로부터 블록(10)의 내부를 향해 연장되게 타공되어 형성되고, 에어포켓(120)은 블록(10)의 내부에 형성될 수 있다. 이에 따라, 에어포켓(120)은 블록(10)의 표면 또는 그루브(20)의 바닥면으로부터 이격되어 블록(10)의 내부 또는 그루브(20) 바닥의 내부에 형성될 수 있으므로, 홀(110)과 에어포켓(120)에 의해 트레드(1) 내부에 공간이 형성되더라도, 블록(10)과 그루브(20)를 구비하는 트레드(1)의 내구성 저하를 방지할 수 있다.
홀(110)과 에어포켓(120)의 형성에 대한 일 실시 예로써, 도 2에서 보는 바와 같이, 하나의 홀(110)이 블록(10)의 측면으로부터 블록(10)의 내부를 향해 연장되게 타공되어 형성되고, 이와 같이 형성된 하나의 홀(110)이 블록(10)의 내부에 형성된 에어포켓(120)과 연결될 수 있다.
홀(110)과 에어포켓(120)의 형성에 대한 다른 실시 예로써, 도 3에서 보는 바와 같이, 홀(110)은 에어포켓(120)의 양 측에 형성될 수 있다. 그리고, 홀(110) 및 에어포켓(120)은, 블록(10)에 구비된 커프(11)와 연결될 수 있다.
여기서, 2개의 홀(110)이 하나의 블록(10)의 양 측면으로부터 블록(10)의 내부를 향해 각각 연장되게 타공되어 형성되고, 이와 같이 형성된 2개의 홀(110)이 블록(10)의 내부에 형성된 에어포켓(120)과 연결될 수 있다.
상기와 같은 경우, 타이어의 소음에 의해 그루브(20)를 따라 전달되는 공기 진동이 홀(110)을 통해 에어포켓(120)으로 전달되고, 상기와 같은 헬름홀츠 공명기 원리에 의해 공기 진동의 흡수가 수행될 수 있다. 여기서, 커프(11)를 통해서도 에어포켓(120)으로 공기 진동이 전달될 수 있고, 홀(110)과 에어포켓(120)에 의해 타이어의 소음이 감소되는 원리와 동일한 원리로 커프(11)를 통과한 공기 진동이 흡수되어 타이어의 소음 감소 효율을 증대시킬 수 있다.
그리고, 상기와 같이 커프(11)와 홀(110) 및 에어포켓(120)이 연결되는 경우, 타이어 주행 중 커프(11)로 스며든 물은 커프(11)를 통과하여 홀(110)과 에어포켓(120)으로 전달되고, 블록(10)이 노면과 접촉되어 블록(10)에 압력이 제공되면, 에어포켓(120)도 압력을 제공받아 일시적으로 에어포켓(120)과 홀(110)에 수용된 물이 분출되어 타이어의 외부로 배수될 수 있다. 즉, 상기와 같은 구조에 의해 타이어의 배수 기능도 향상될 수 있는 것이다.
또한, 상기와 같이 커프(11)와 홀(110) 및 에어포켓(120)이 연결되는 경우, 타이어 주행 중 블록(10)이 노면과 접촉되어 블록(10)에 압력이 제공되면, 블록(10)의 중앙 부위에 가장 높은 압력이 제공되게 되고, 에어포켓(120)도 압력을 제공받아 마치 스포이드 작동 같은 원리로 에어포켓(120)이 눌리면서 에어포켓(120)에 수용된 공기가 홀(110)을 통해 그루브(20)로 분사되고, 이에 따라 블록(10)과 그루브(20) 주위의 공기 유동이 변하게 되어 공기 진동 주파수가 변하게 되면서 타이어의 소음이 감소될 수 있다.
홀(110)과 에어포켓(120)의 형성에 대한 또 다른 실시 예로써, 도 4에서 보는 바와 같이, 홀(110)은 그루브(20)의 바닥면으로부터 트레드(1)의 내부를 향해 연장되게 타공되어 형성되고, 에어포켓(120)은 트레드(1)의 내부에 형성될 수 있다. 구체적으로, 에어포켓(120)은 그루브(20)의 바닥면 하부에 형성될 수 있다.
상기와 같이 블록(10)의 측면에 홀(110)이 형성되어 에어포켓(120)과 연결되는 경우와 마찬가지로, 타이어의 소음에 의해 그루브(20)를 따라 전달되는 공기 진동이 홀(110)을 통해 에어포켓(120)으로 전달되고, 상기와 같은 헬름홀츠 공명기 원리에 의해 공기 진동의 흡수가 수행될 수 있다.
홀(110)은 트레드(1)의 표면을 따라 복수 개 배치되어 형성될 수 있다. 구체적으로, 도 2에서 보는 바와 같이, 블록(10)의 측면에 복수 개의 홀이 형성되고 각각의 홀(110)과 연결되는 에어포켓(120)이 형성될 수 있으며, 도 4에서 보는 바와 같이, 그루브(20)의 바닥면에 복수 개의 홀이 형성되고 각각의 홀(110)과 연결되는 에어포켓(120)이 형성될 수 있다. 마찬가지로, 도 2와 같이 블록(10)에서 커프(11)와 홀(110) 및 에어포켓(120)이 연결되는 경우에도, 복수 개의 커프 각각에 홀(110)과 에어포켓(120)이 연결되게 형성될 수도 있다. 이에 따라, 복수 개의 홀과 에어포켓(120)에 의해 타이어 전체에서 베이스트랩의 기능이 구현될 수 있으며, 결과적으로, 타이어 소음의 감소 효과가 극대화될 수 있는 것이다.
이하, 홀(110)과 에어포켓(120)의 수치를 설정하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 제1단계에서, 타이어를 주행시켜 타이어에서 발생되는 소음의 주파수를 측정할 수 있다. 그리고, 제2단계에서, 상기된 [수식 1]에서 특정 주사수 값으로 타이어 소음의 주파수를 대입시키고, 블록(10)의 내부 또는 그루브(20)의 바닥면 하부에 형성 가능한 에어포켓(120)의 부피를 결정할 수 있다.
상기된 제2단계에서, 에어포켓(120)의 부피를 결정하는 경우, 블록(10) 또는 트레드(1)의 내구성을 고려하여, 블록(10)의 측면 또는 그루브(20)의 바닥면으로부터 에어포켓(120)이 이격되는 거리는 에어포켓(120)의 내측면에 형성된 두 점의 길이 중 최장 길이보다 길게 형성될 수 있다.
다음으로, 제3단계에서, 블록(10)의 측면 또는 그루브(20)의 바닥면에서 홀(110)의 배치를 고려하여 홀(110)의 단면적을 설정하고, 홀(110)의 길이를 결정할 수 있다. 그리고, 제4단계에서, 홀(110)과 에어포켓(120)이 형성된 타이어를 주행시켜 발생되는 소음에 대한 측정을 수행할 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 실시 예들은 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.
1: 트레드
10 : 블록
11 : 커프
20 : 그루브
110 : 홀
120 : 에어포켓

Claims (8)

  1. 블록과 그루브를 구비하는 트레드가 포함된 타이어에 있어서,
    상기 트레드의 표면으로부터 내부를 향해 연장되게 타공되어 형성되고, 상기 타이어의 소음에 의한 공기 진동을 통과시키는 홀; 및
    상기 트레드의 내부에 형성된 공간으로써, 상기 홀을 통과한 공기 진동 주파수를 위상변이시키는 에어포켓;을 포함하고,
    상기 홀과 상기 에어포켓에 의해 상기 타이어의 소음에 의한 공기 진동이 흡수 공진 후 간섭을 통해 소멸되는 것을 특징으로 하는 소음 저감을 위한 에어포켓을 구비하는 타이어.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 에어포켓의 단면 형상은, 원형 또는 타원형인 것을 특징으로 하는 소음 저감을 위한 에어포켓을 구비하는 타이어.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 홀은 관의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 소음 저감을 위한 에어포켓을 구비하는 타이어.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 홀은 상기 블록의 측면으로부터 상기 블록의 내부를 향해 연장되게 타공되어 형성되고, 상기 에어포켓은 상기 블록의 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 소음 저감을 위한 에어포켓을 구비하는 타이어.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 홀은 상기 에어포켓의 양 측에 형성되는 것을 특징으로 하는 소음 저감을 위한 에어포켓을 구비하는 타이어.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 홀 및 상기 에어포켓은, 상기 블록에 구비된 커프와 연결되는 것을 특징으로 하는 소음 저감을 위한 에어포켓을 구비하는 타이어.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 홀은 상기 그루브의 바닥면으로부터 상기 트레드의 내부를 향해 연장되게 타공되어 형성되고, 상기 에어포켓은 상기 트레드의 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 소음 저감을 위한 에어포켓을 구비하는 타이어.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 홀은 상기 트레드의 표면을 따라 복수 개 배치되어 형성되는 것을 특징으로 하는 소음 저감을 위한 에어포켓을 구비하는 타이어.
KR1020210029353A 2021-03-05 2021-03-05 소음 저감을 위한 에어포켓을 구비하는 타이어 KR20220125881A (ko)

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