KR100293800B1 - 안전 공기 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단면 높이가 5인치 이상이고, 한 쌍의 초생달형 탄성 중합체 보강 부재가 내측 라이너와 측벽 사이에서 트레드 쇼울더와 인접한 곳으로부터 타이어의 비드 필러의 정점까지 연장되는 형식의 안전 공기 타이어에 관한 것이다. 한 쌍의 바이어스 보강 플라이가 타이어의 탄성 중합체 보강 부재와 측벽 사이에 위치하여 타이어 측벽을 따라 트레드 쇼울더와 인접한 곳에서부터 몸체 플라이의 최상부 턴-업 단부 아래까지 연장된다. 탄성 중합체 보강 부재는 비드 필러와 조성이 비슷하고, 히스테리시스 값은 0.03 내지 0.11로 낮고, 탄성 계수는 2600psi 내지 2800psi로 높으며, 쇼어 A경도는 85내지 91의 범위이다. 탄성 중합체 보강 부재는 보강 바이어스 플라이와 조합되어 단면 높이가 높은 타이어가 미팽창 상태에서 비교적 먼 거리를 고속으로 주행할 수 있도록 하고, 현재까지의 단면 높이가 낮은 빵꾸 주행 타이어의 성능을 개선시킨다.

Description

안전 공기 타이어

제1도는 본 발명에 의한 펑크 주행 안전 타이(runflat safety tire)의 부분 절제 파단 사시도.

제2도는 제1도의 타이어의 수직 단면도.

제3도는 턴-업 단부(turn-up end)가 높고, 보강 바이어스 플라이(bias ply)가 몸체 플라이의 외측에 위치한 제2도에 도시된 형식의 개량된 안전 타이어 한쪽 측면의 확대 파단 단면도.

제4도는 몸체 플라이의 턴-업 단부가 낮은 제3도와 유사한 단면도.

제5도는 턴-업 단부가 높고, 보강 바이어스 플라이가 측벽 몸체 플라이의 내측에 위치한 제3도와 유사한 단면도.

제6도는 몸체 플라이의 턴-업 단부가 낮은 제5도와 유사한 단면도.

제7도는 본 발명에 의한 개량된 안전 타이어와, 2개의 다른 펑크 주행 안전 타이어를 비교한 그래프.

제8도는 제7도에 도시된 변형율(strain) 곡선 성분의 기준점을 보여 주는 타이어의 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 타이어 2 : 트레드

3 : 트레드 쇼울더 4 : 측벽

6 : 비드(bead) 7 : 내측 라이너

8,9 : 몸체 플라이 10 : 턴-업 단부

14 : 비드 필러 21 : 탄성 중합체 보강 부재

25 : 보강 플라이

본 발명은 공기 타이어, 특히 주행 중 타이어에 펑크(puncture)가 나더라도 타이어의 수리나 교체가 가능할 때까지 정상적인 도로 주행 상태에서 비교적 높은 속도로 비교적 먼 거리를 타이어가 차량의 하중을 견딜 수 있는 강성을 가진 안전 공기 타이어에 관한 것이다. 바람직하기로는 본 발명은 단면 높이가 5인치 이상인 고측면(high profile) 안전 타이어에 관한 것이다.

펑크가 나거나 비교적 고속으로 장시간 주행했을 때 압축공기가 빠져 나가 타이어가 비팽창 또는 팽창 부족 상태로 주행할 때, 차량 운전자가 타이어를 수리하거나 교체할 수 있는 적절한 장소까지 차량을 운전할 수 있도록 하는 여러 가지 타이어 구조가 최근 개발되었다. 펑크 주행 타이어(run flat tire)로 불리는 이러한 타이어중의 몇몇은 특정 조건 및 특정 형식의 타이어 구조에서 성공적이었다. 이러한 펑크 주행 타이어는 대부분 내부 공기 압력이 완전히 상실되었을 때에도 차량 중량을 지지할 수 있도록 타이어의 측벽에 비교적 강성이 있는 탄성 중합체 재료의 보강층이나 부재를 존치시켜 펑크 주행 능력을 확보하였다.

종래 기술에 의한 여러 가지 펑크 주행 타이어 구조의 예는 다음 특허에 기재되어 있다.

미국 특허 제3,911,987호에는 공기 압력이 거의 없거나 전혀 없더라도 잠깐 동안 타이어가 팽창된 상태로 유지될 수 있도록 내측이 탄성 중합체로 보강된 저측면 오토바이 타이어가 기재되어 있다. 보강층의 쇼어 에이 경도(Shore A hardness)는 적어도 45, 바람직하기로는 60 내지 90이며, 2개의 타이어 몸체 카커스 플라이 외측이나 2 카커스 플라이 사이에 위치한다. 이 탄성 보강재는 측벽과 보강층의 유효 경도가 급격히 변하지 않도록 단면 두께가 변하게 구성된다.

미국 특허 제3,949,798호에는 타이어 측벽의 몸체 플라이 카커스와 내측 라이너 사이에 보강 고무 삽입 스트립을 가진 저측면 타이어용 펑크 주행 타이어 구조가 기재되어 있다.

미국 특허 제3,954,131호에는 타이어 내에 공기가 전혀 또는 거의 없더라도 타이어가 잠시 이용될 수 있도록 측벽에 탄성 중합체 내부 보강층을 가진 안전 타이어가 기재되어 있다. 제4도의 탄성 중합체 측면 보강층은 두께가 다양하고 타이어 카커스의 외측에 위치한다.

미국 특허 제4,067,372호에는 타이어의 유연한 부분에 강성을 추가시키기 위하여 경질 고무로 형성되어 몸체 카커스 플라이 및 타이어 비드 고무 삽입재와 조합되는 내부 보강층을 측벽에 가진 래디얼 공기 타이어가 기재되어 있다. 몸체 카커스 플라이는 고무 삽입재 외측에 위치하고 여러 가지 코드 직물 래디얼 플라이로 형성되어 타이어의 비드 부위 전체에 걸쳐 연장된다.

미국 특허 제4,202,393호에는 탄성 필러(filler)와 이 탄성 필러를 완전히 둘러싸는 보강 플라이로 구성되는 측별 보강층을 가져 펑크 주행 조건을 충족시킬 수 있는 저측면 오토바이 타이어가 기재되어 있다.

미국 특허 제4,203,481호에는 고 탄성 계수, 저 히스테리시스(hysteresis)고무 조성물로 만들어져 타이어의 보강 카커스 플라이의 내측에 위치한 보강 삽입재를 가진 펑크 주행 타이어 구조가 기재되어 있다.

미국 특허 제4,216,405호에는 타이어가 팽창되지 않은 상태에서 차량 중량을 지지할 수 있는데 요구되는 강성을 내기 위하여, 타이어 측벽의 내측 라이너와 몸체 플라이 카커스 사이에 장착된 특수 구조의 고무 삽입재를 가진 저측면 타이어용의 또다른 펑크 주행 타이어 구조가 기재되어 있다.

미국 특허 제4,265,288호에는 요구되는 펑크 주행 강성이 유지되도록 측벽에 장착된 고무 삽입재를 가진 안전 공기 타이어가 기재되어 있다. 이 고무 삽입재의 JIS 경도는 70이상이고, 인장 강도는 10㎏/㎠ 이하이며, 던롭 트립소미터(Dunlop tripsometer) 경도가 65% 이상이다.

미국 특허 제4,287,924호에는 측벽 보강 부재를 가진 다른 펑크 주행 안전 타이어가 기재되어 있다. 이들 부재는 2부분으로 구성되는데, 하나는 경도 등급(hardness rating)이 70이상으로서, 80 내지 95인 다른 하나보다 유연하다. 이들 부강 부재는 타이어의 카커스 플라이 내에 수용되고, 지지 부재의 2부분 사이에는 가장 두꺼운 부위에서의 가열 문제를 해소시키기 위하여 열 전도층이 위치한다.

미국 특허 제4,365,659호에는 열 축적이 낮은 고무로 제작되어 타이어의 내측 보호층과 외측 카커스 플라이 사이에 위치하는 측벽 보강재를 가진 펑크 주행 안전 타이어가 기재되어 있다.

미국 특허 제4,917,164호에는 공기 압력이 전혀 또는 거의 없는 상태로 잠시 주행할 수 있도록 측벽에 초생달형 보강층을 가진 타이어가 기재되어 있다. 이 보강층은 쇼어 A경도가 65 내지 85이고 두께가 변하며 타이어의 내측 라이너와 카커스 플라이 사이에 위치한다. 보강 부재의 벽 두께는 1내지 12㎜이다.

미국 특허 제4,929,684호에는 성능이 개선되고 취급이 용이하도록 측벽의 강성이 높은 공기 타이어가 기재되어 있다. 이 강성은 별도의 탄성 중합체 삽입재를 이용하지 않고, 측벽 조성물에 의하여 직접 달성된다.

영국 특허 GB 2 138 367호에는 미팽창 상태에서 주행할 수 있는 측벽 강성을 부여하기 위하여 ISO 경도가 37미만이고, 특정 열 안정성을 갖는 탄성 중합체 삽입재가 2래디얼 카커스 몸체 플라이 사이에 장착되어 펑크 주행 능력을 가진 공기 타이어가 기재되어 있다.

이상의 특허에 기재된 펑크 주행 타이어 구조 중 다수가 특정 용도에서는 성공적이었지만, 이들은 모두 단면 높이가 5인치 이하인 저측면 타이어에 해당되고, 일반적으로 고성능 차량이나 오토바이를 위한 것이며 미팽창 타이어를 지지하는데 거의 전적으로 탄성 중합체 삽입재에 의존한다. 또, 이들 고성능 타이어와 오토바이 타이어는 단면 높이가 높은 타이어를 이용하는 대형 차량이 감당하는 무거운 중량에 비하여 비교적 가벼운 하중만을 감당할 수 있다.

여태까지는, 타이어가 팽창되지 않은 상태에서 비교적 먼 거리를 비교적 빠른 속도로 주행할 수 있도록 타이어를 적절히 지지하는데 필요한 비교적 큰 측벽 보강 부재로 인하여, 단면 높이가 5인치 이상인 고측면 타이어용 펑크 주행 타이어를 제공하는데 성공하지 못하였다. 비교적 큰 고무 삽입재는 타이어의 중량을 받아 들일 수 없는 한계까지 증가시키고, 타이어의 승차감을 악화시킨다. 단면 높이가 높은 타이어에서 타이어의 중량을 감소시키고, 승차감을 개선시키기 위하여 이들 비교적 큰 측벽 삽입재 재료의 양이나 종류를 변화시키면, 펑크 주행 상태에서 타이어 변형이 증가하여 삽입재 내에 과도한 열이 발생하여 타이어를 급속히 손상시키므로, 일반적인 도로 속도에서는 대부분의 승용차에 이용되는 이런 타이어에 필요한 펑크 주행 성능을 발휘하지 못하게 된다.

그러므로, 저측면 펑크 주행 타이어의 제조에 현재 이용되는 다양한 구조나 기술로 여태까지 단면 높이가 5인치 이상인 고측면 타이어로서 안전 공기 타이어 또는 펑크 주행 타이어의 필요성이 대두되었다. 이러한 안전 타이어에서 요구되는 측벽 강성은 저측면 펑크 주행 타이어 구조를 개선시키기도 하는 탄성 중합체 삽입재와 보강 바이어스 플라이 스트립의 조합에 의하여 달성된다.

본 발명의 목적은 승차감과 차량의 안전에 큰 영향을 미치지 않고, 예를 들면 50mph, 100마일의 비교적 빠른 속도로 비교적 먼 거리를 차량이 주행할 수 있는 만족스러운 펑크 주행 능력을 가진 안전 타이어 구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 타이어의 중량과 그 승차감에 큰 영향을 미치지 않고, 단면 높이가 5인치 이상인 고측면 안전 공기 타이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 추가적 제작 단계나 공정이 거의 필요없이 일반적 제조 기술로 제작될 수 있어 요구되는 펑크 주행 능력을 발휘하면서도 타이어의 원가 증가가 최소로 되는 안전 공기 타이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 타이어의 중량을 크게 증가시키지 않고, 고측면 타이어의 과열과 이에 따른 손성을 방지하면서, 펑크 주행 상태에서 차량을 지지하는데 필요한 보강 효과를 달성하기 위하여 탄성 계수가 높고 히스테리시스(hysteresis)가 낮으며 충분한 강성과 경도를 가진 조성물로 이루어져 타이어의 측벽 내에 위치하는 탄성 중합체 보강 단편을 이용한 개량된 안전 공기 타이어를 제공하는 것으로, 이는 공지의 저측면 펑크 주행 타이어 구조로는 불가능하였던 것이다.

본 발명의 다른 목적은 바이어스 코드(bias cord) 재료의 보가 스트립이 타이어의 측벽과 탄성 중합체 보강 부재 사이에 장착되어 측벽의 카커스 몸체 플라이와 접촉하고, 이 스트립이 타이어 트레드(tread) 부위의 보강 벨트 아래로부터 타이어 측벽을 따라 몸체 플라이의 턴-업 단부를 지나 연장되어 탄성 중합체 보강 부재와 함께 요구되는 펑크 주행 능력을 달성시키는 개량된 안전 공기 타이어를 제공하는 것이다.

상기 목적 및 장점은 본 발명의 개량된 안전 공기 타이어 구조에 의하여 달성되는 데, 그 특징은 트레드(tread), 한 쌍의 측벽, 한 쌍의 비드 필러(bead filler), 턴-업 단부(turn-up end)를 가진 몸체 플라이(body ply), 내측 라이너를 가진 형식의 안전 공기 타이어에 있어서, 대체로 초생달형인 한 쌍의 탄성 중합체 보강 부재가 내측 라이너와 몸체 플라이 사이에 고정되어 트레드로부터 적어도 비드 필러까지 연장되고; 한 쌍의 보강 플라이가 탄성 중합체 보강 부재와 측벽 사이에 위치하여 트레드로부터 몸체 플라이의 턴-업 단부까지 연장된다는 것이다.

본 출원인이 그 원리를 적용시키기 가장 적합하다고 생각되는 본 발명의 한 가지 바람직한 실시예가 다음에 기재되고 도면에 나타나 있으며, 특허 청구 범위에 상세히 지적되어 있다.

도면 전체를 통하여 유사한 부재에는 유사한 부호가 부여되어 있다.

본 발명의 개량된 안전 타이어는 전체가 부호(1)로 표시되어 제1, 2도에 가장 잘 도시되어 있다. 타이어(1)에는 한 쌍의 측벽(4)과, 인접한 트레드 쇼울더(3)까지 연장되는 트레드부(2)가 포함되는데, 이 측벽은 축방향 외측 쇼울더(3)로부터 전체가 부호(6)으로 표시되는 한 쌍의 비드부까지 반경 방향으로 연장된다. 전형적인 공기 타이어와 마찬가지로 타이어의 내부에는 타이어의 카커스를 이루는 하나 또는 그 이상의 몸체 플라이(8, 9)와 조합되고, 공기 불투과성이 높은 재료로 된 내측 라이너(7)가 포함된다. 몸체 플라이(8, 9)는 비드부(6) 둘레로 연장되어 각각 턴-업 단부(10, 11)에서 끝나며, 일반적으로 얇은 고무 피복과 함께 캘린더링(calendering)된다. 각 비드부(6)는 공지의 환상 비드 와이어(13)와 일반적으로 삼각형인 비드 필러(14)로 구성된다. 바람직하기로는 내마모성 고무 스트립(16)이 완성된 타이어와 결합되어 타이어가 장착될 차륜 림의 각 플랜지와 인접한 곳에 위치하게 된다.

일반적인 와이어 보강 트레드 플라이 벨트(12) 및/또는 바이어스 직물 스트립(17, 18)이 몸체 카커스 플라이(8, 9)와 트레드부(2) 사이에 위치한다. 이들 타이어 부재는 일부가 타이어 측벽을 구성하도록 일체로 형성된 내외측 고무 케이싱 내에 수용된다. 타이어 단면 높이는 부호(H)로 표시되며, 본 발명의 한 가지 특징에 의하면 그 높이가 적어도 5인치 또는 그 이상으로, 전체를 통하여 고 윤곽 타이어(high profile tire)로 지칭된다. P 225/60 R 16과 같은 승용 타이어 표기법에서 225는 타이어의 단면 폭을 ㎜로 나타낸 것이고, 16은 차륜 직경을 인치로 나타낸 것이며, 60은 단면 폭에 대한 단면 높이의 비율을 %로 나타낸 것이다.

앞서 기술된 타이어 구조는 본 발명의 개념에 영향을 미치지 않고 변경될 수 있고, 이는 일반적 공기 타이어의 구조를 설명한 것으로 앞으로 기술될 여러 가지 개량사항과 결합되어 본 발명의 개량된 안전 타이어를 이룬다.

본 발명에 의하면 한 쌍의 초생달형 탄성 중합체 보강 부재(21)가 내측 라이너(7)와 몸체 플라이(8, 9) 사이에 장착되어, 트레드부(2)의 인접한 트레드 쇼울더(3)로부터 타이어 측벽을 따라 비드 필러(14)의 정점 가까이 약간 낮은 위치까지 연장된다.

또, 본 발명에 의하면 한 쌍의 바이어스 보강 스트립 또는 플라이(25)가 제2-4도의 제1실시예에서 측벽(4)과 몸체 카커스 플라이(8, 9) 사이에 위치하고, 플라이(25)가 타이어의 측벽을 따라 비드 필러(14)의 정점(22)보다 낮은 위치까지 연장된다. 제3도에는 몸체 플라이(8, 9) 각각에 대하여 높은 턴-업 몸체 플라이 단부(19, 20)를 가진 타이어가 도시되어 있다.

제3도에 도시된 바와 같이, 바이어스 보강 스트립(25)은 적어도 하나의 벨트(12)와 같은 트레드 보강 벨트의 아래로부터 적어도 몸체 플라이(8)의 가장 높은 턴-업 단부(19) 아래까지 연장된다. 필요하다면 스트립(25)은 본 발명의 개념에 영향을 미치지 않고 트레드 보강 스트립의 더 아래로부터 양 턴-업 단부를 더 지나서까지 연장될 수 있다. 스트립(25)가 트레드 벨트 중 하나의 외측 단부와 몸체 플라이 중 하나의 가장 높은 턴-업 단부를 지나서까지 사이에 연장되기만 하면, 이는 본 발명의 요구되는 장점을 제공하기에 충분하게 타이어의 나머지 부분과 연결된다.

스트립(25)은 스트립(25)의 전체 길이에 걸쳐 몸체 플라이(9)와 접촉한다. 이 접촉 및 이에 따른 스트립(25)의 캘린더링된 코드 재료와 몸체 플라이(9) 사이의 상호 작용으로, 타이어가 펑크 주행 상태일 때, 이들 사이의 전단 하중에 의하여 측벽의 강성을 증가시킨다. 이 구조로 타이어의 공기가 빠지는 즉시 이상 기술된 바람직한 실시예의 보강 스트립(25)에 장력이 작용한다.

제4도에는 몸체 플라이(8, 9)가 낮은 턴-업 단부(19A, 20A)를 가진 타이어 측벽에 부호(25A)로 표시된 바이어스 플라이 스트립이 장착되는 개량된 실시예(28)가 도시되어 있다. 이 구조에서는 스트립(25A)이 나머지 타이어 부재 내로 결속되도록 최상부의 턴-업 단부(19A)를 지나 연장될 때까지 측벽(4)를 따라 제3도의 제1실시예보다 더 연장된다. 이 때에도 스트립(25A)은 종래의 펑크 주행 타이어 구조에서 달성될 수 있으리라고 생각되지 않는 요구되는 강성 증가가 달성되도록 그 전체 길이에 걸쳐 몸체 플라이(9)와 접촉한다.

스트립(25)은 공지의 몸체 플라이 또는 카커스 재료로 이루어지는데, 다시 말해서 여기에는 탄성 중합체 재료 내에 들어있는 균일하게 배치된 보가 코드가 포함된다.

바람직한 실시예에서 스트립(25)은 EPI가 인치당 22 단부이고, 840/2 데니어(denier)의 66 나일론으로 구성되며, 몸체 플라이(8, 9)처럼 스트랜드 둘레에 얇은 고무 피복이 형성되도록 캘린더링된다. 이 코드는 본 발명의 개념에 영향을 미치지 않고 폴리에스터나 다른 합성 섬유, 또는 강철 등으로 이루어질 수 있다. 이들 코드는 몸체 카커스 플라이(8, 9)의 코드 방향을 기준으로 -60°에서 60°사이로 경사지는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 특징에 의하면 탄성 중합체 보강 부재(21)로 형성되는 조성물은 탄성 계수가 높고, 히스테리시스가 낮으며, 특정 쇼어 A경도 범위를 가진다. 탄성 계수는 1800psi 내지 4000psi가 적절하고, 바람직한 범위는 2600psi 내지 2800psi이며, 바람직한 실시예에서는 약 2700psi이다. 이들 탄성 계수는 펑크 주행상태의 값으로 15% 변형율 범위에서 측정하였다. 또, 바람직한 경도 범위는 쇼어 A경도(Shore A hardness)로 80 내지 97, 바람직하기로는 85 내지 91이고, 바람직한 실시예에서는 88이었다. 마찬가지로, 212℉, 10㎐에서 측정한 히스테리시스 값은 탄젠트 델타(Tangent Delta)가 0.03 내지 0.20이고, 바람직한 범위는 0.03 내지 0.11이다. 그러나, 앞서 언급된 탄성 계수와 경도 범위를 함께 고려할 때, 가장 바람직한 결과를 얻을 수 있는 탄젠트 델타의 범위는 0.03 내지 0.07이다.

이러한 특성을 가진 조성물의 한 가지 예는 폴리이소프렌 0 내지 65중량부, 고 스티렌 수지 25 내지 35중량부, SBR(스티렌 부타디엔 고무) 마스터배취(masterbatch), 폴리부타디엔 0 내지 65중량부로 총계 100중량부; 고무 100중량부당 50 내지 60중량부의 보강 필러, 고무 100중량부당 적어도 5중량부의 황으로 이루어질 수 있다. 이 조성물은 본 출원인에게 양도되어 계류중인 미국 특허 제∼∼∼∼호에 상세히 기술되어 있고, 그 내용은 본 명세서에 참고로 인용된다.

앞서 언급된 특징을 갖는 보강 부재를 형성시키면, 가장 만족할만한 결과를 얻고, 현재까지는 가장 효율적인 펑크 주행 특성을 가져, 타이어의 중력을 과도하게 증가시키지 않고, 정상 팽창 상태에서 승차 특성에 영향을 미치지 않으면서 요구되는 펑크 주행 특성을 제공한다. 뿐만 아니라, 비드 필러(14)는 앞서 언급된 측벽 보강 부재(21)와 동일한 특성 범위를 갖는 조성물로 형성되는 것이 바람직하다는 것도 발견되었다.

본 발명의 다른 개량된 실시예는 제5도에 전체가 부호(30)으로 표시되어 있다.

실시예(30)은 바이어스 보강 스트립(25B)이 몸체 플라이(8, 9)의 외측에 위치하는 대신 탄성 중합체 보강 부재(21)와 최내측 몸체 플라이(8) 사이에 위치한다는 것을 제외하면 제3, 4도의 실시예(1, 28)와 유사하다. 보강 스트립(25B)은 제5도에 도시되어 있고, 몸체 플라이(8, 9)는 각각 비교적 높은 턴-업 단부(19B, 20B)를 가진다. 이 구조에서 바이어스 보강 스트립(25B)은 트레드 벨트(12)의 최외측 단부 아래에서부터 최상부 턴-업 단부(19B) 아래 사이로 연장될 수 있기 충분할 정도로만 비교적 짧은 길이를 갖는다. 필요하다면 스트립(25B)이 측벽을 따라 더 연장될 수도 있지만, 이로 인한 장점은 증가된 중량에 의하여 상쇄될 우려가 많다. 앞서 언급된 바와 같이 스트립(25B)은 몸체 플라이(8)와 접촉하는 것이 바람직하다.

제6도에는 실시예(30)과 유사한 실시예(31)가 도시되어 있는데, 바이어스 스트립(25B)는 몸체 플라이(8)와 탄성 중합체 스트립(21) 사이에 위치하여 플라이(8)과 접촉한다. 제6도에는 턴-업 단부(19C, 20C)가 비드 필러(14)를 따라 짧은 거리만 연장되어 바이어스 플라이 스트립(25C)이 최상부 턴-업 단부(19C)보다 아래로 연장되도록 더 길어야 하는, 낮은 몸체 플라이 턴-업 구조가 도시되어 있다.

보강 스트립(25, 25A)의 위치에 관한 바람직한 구조는, 특정 용도에서는 제5, 6도에 도시된 바와 같이 보강 스트립이 탄성 중합체 보강 부재(21)와 몸체 플라이(8, 9) 사이에 위치하는 것이 필요할 경우도 있지만, 제2-4도에 도시된 바와 같이 몸체 플라이(8, 9)의 외측에 위치하는 것이다. 그러나, 이 2가지 구조 모두 보강 스트립과 인접 몸체 플라이 사이의 접촉을 유지시켜 앞서 언급된 본 발명의 장점을 달성할 수 있다. 이미 기술된 바와 같이 몸체 플라이와 보강 스트립은 고무 또는 유사한 재질로 얇게 피복시키는 것이 바람직하다.

앞서 기술된 특징의 조합, 특히, 요구되는 강도와 강성을 달성하기 위한 높은 탄성 계수와 경도를 가지며 적절한 열의 방산을 위하여 히스테리시스가 낮은 재료로 된 탄성 중합체 보강 부재(21)의 구성과 보강 바이어스 플라이 스트립(25)의 조합에 의하여 단면 높이가 낮은 타이어를 위한 개량된 펑크 주행 특성을 가진 타이어 구조를 제공할 뿐만 아니라, 단면 높이가 높은 타이어도 펑크 주행 특성을 가진 구조로 할 수 있다. 이 타이어는 특히 단면 높이가 높은 타이어에 작용하는 높은 원주 방향 응력을 견딜 수 있는데, 이는 종래의 펑크 주행 타이어 구조로는 불가능하다. 또, 본 발명의 타이어는 탄성 중합체 보강 부재와 보강 바이어스 스트립을 공지의 타이어 제조 드럼에 수동이나 자동으로 부가시키는 추가적 공정을 결합시켜 공지의 타이어 제조 방법으로 제작될 수 있다. 이로 인하여 추가적인 고가의 제작 설비가 불필요해지고, 가장 중요한 점은 중량이 비교적 적게 증가하고, 일반적인 팽창 주행 상태의 승차감에 뚜렷한 변화 없이 안전 타이어를 제공한다는 것이다.

종래의 기술로도 단면 높이가 5인치 또는 그 이상으로 높은 펑크 주행 타이어로서 충분한 측벽 보강과 강성을 달성할 수 있지만, 이에 따른 타이어의 중량 증가가 과도하여 승차감이 불만족스러워 일반적인 타이어 용도로는 부적합하다. 그러나, 본 발명은 앞서 언급된 바와 같이 보강 바이어스 스트립(25)과 조합된 특정 탄성 중합체 보강 부재(21)를 이용하여 원하는 결과를 얻을 수 있다. 마찬가지로, 트레드 보가 벨트의 최외측 단부 아래로부터 몸체 플라이의 최상부 턴-업 단부까지 연장되면서 인접 몸체 플라이와 접촉하는 보강 스트립(25)을 사용하여 단면 높이가 낮은 타이어에 대해서도 바람직한 결과를 얻을 수 있다.

도시된 바와 같이, 탄성 중합체 보강 부재(21)와 보강 스트립(25)의 한 단부는 트레드 보강 벨트의 최외측 단부 아래 내측으로 위치하고, 보강 부재(21)의 대향 단부는 비드 필러(14)의 정점(22) 약간 아래에서 이와 인접하게 된다. 이 구조로 보강 부재(21)는 트레드와 비드 필러 사이에, 바이어스 스트립(25)은 트레드와 몸체 플라이(들) 사이에 결속된다.

제8도에 도시된 바와 같은 타이어의 궤적을 가준점으로 잡아 유한 요소 예측법을 이용하여 2가지 다른 펑크 주행 안전 타이어 구조와 비교할 때 개량된 안전 타이어에 의하여 달성되는 결과가 제7도에 도시되어 있다. 이점쇄선(32)은 보강 스트립(25)을 이용하지 않고 측벽에 탄성 중합체 보강 부재만 장착된 단면 높이가 5인치 이상의 고측면 펑크 주행 타이어를 나타낸다. 도시된 바와 같이 타이어가 회전하는 동안 뚜렷한 원주 방향 변형율 차이가 존재하는데, 이는 점(33과 34) 사이의 가파른 경사로 표시된다. 이같이 큰 원주 방향 변형율은 타이어에 과도한 열을 축적시켜 이를 일찍 손상시킨다.

실선(36)은 보강 스트립(25)없이 탄성 중합체 보강 부재만 장착된 단면 높이가 5인치 미만의 저측면 펑크 주행 타이어를 나타낸다. 도시된 바와 같이 점(37과 38)사이에 연장된 선의 경사로 표시되는 타이어 특정 지점의 1회전당 발생하는 변형율 성분은 이점쇄선(32)으로 표시된 고단면 타이어보다 현저히 작아 특정 용도에 적합한 개량된 펑크 주행 타이어를 제공한다. 그러나, 선(32, 36)으로 나타난 바와 같이 기본적 타이어 구조와 동일한 특성의 탄성 중합체 부재(21)를 유지하므로써 저측면 타이어보다 고측변 타이어에 현저히 큰 원주 방향 변형율 성분이 발생하여 선(32)으로 표시된 것처럼 고측면 타이어가 비교적 빨리 과열되어 손상된다.

파선(40)은 선(32)로 표시된 것과 유사하지만 보강 부재(21)의 형성에 앞서 기술된 탄성 중합체 조성물을 보강 스트립(25)과 조합하여 이용한 본 발명의 고측면 타이어에 생기는 변형율 분포를 보여준다. 도시된 바와 같이, 점(41과 42) 사이로 연장된 선의 경사로 표시되는 원주 방향 변형율 성분은 선(36)으로 표시되는 저단면 타이어에서보다 작고, 선(32)로 표시되는 스트립이 없는 고단면 타이어에서보다 훨씬 작다.

본 발명의 개량된 타이어 구조에 의하여 달성되는 결과와 유효성을 확인하기 위하여, 상기 3가지 타이어에 대한 원주 방향 변형율 유한 요소 예측에 추가하여 도로상태에서 다양한 펑크 주행 타이어에 대하여 도로 시험을 행하였다. 그 결과, 실제 사용시 요구되는 결과가 확인되었다.

특히, 각각의 전방 차축 하중이 2400 파운드이고 후방 차축 하중이 2000 파운드인 2군의 225/60R16 타이어를 시험하였다. 5마일마다 길이 100피트, 폭 12피트의 굴곡 차선을 설치하고, 이 굴곡 차선의 최대 횡방향 G하중이 속도 50mph에서 0.6 내지 0.75가 되도록 하여 펑크 주행 시험을 하였다. 제1군 시험 타이어는 측벽에 탄성 중합체 보강 부재만 결합된 종래의 펑크 주행 타이어였다. 이 펑크 주행 도로시험에서 제1군은 전륜 타이어가 80마일에서, 후륜 타이어는 단 30마일 후에 손상되었다.

제2군의 타이어는 제1군과 동일한 구조이지만, 제2-4도를 참조하여 앞서 설명된 것처럼 바이어스 보강 스트립(25)의 쌍이 측벽에 포함된다. 이 제2군의 타이어를 100마일 펑크 주행 도로 시험 후 분리한 바, 기능이 유지되었다. 제2군의 전륜 또는 후륜 타이어는 어느 것도 100마닐 도로 시험 후 손상에 의해 분리된 것은 없다. 그러므로, 상술한 바와 같이 보강 스트립(25)을 측벽에 결합시켜 얻어지는 본 발명의 타이어에 의한 개량된 결과를 시험에 의하여 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 개량된 안전 타이어 구조는, 펑크나거나 팽창되지 않은 상태에서 비교적 높은 속도로 비교적 긴 거리를 주행할 수 있고, 재료비 및 제작비가 비교적 적게 증가되면서 공지의 제조 공정으로 제작될 수 있으며, 타이어 정상 주행 상태의 승차감이나 전체 중량에 실질적으로 영향을 미치지 않는 펑크 주행 타이어를 제공하며, 이 결과는 기본적으로 단면 높이가 5인치 이하인 저측면 공기 타이어에 이용되던 종래 기술의 펑크 주행 타이어로는 달성할 수 없다.

결과적으로 본 발명의 개량된 안전 공기 타이어가 단순해지고, 앞서 열거된 모든 목적을 달성하는, 효과적이고, 안전하며, 염가의 효율적인 타이어가 제공되며, 종래 타이어의 난점과 문제를 제거하고, 이 분야에서 새로운 결과를 얻는다.

이상의 설명에서 일부 용어들은 이해를 돕고 간결 명료하게 하기 위하여 이용되었지만, 이들은 단지 설명을 위한 것으로 종래 기술의 요구 조건을 넘는 불필요한 제한을 가해서는 안되며 폭넓게 해석되어야 한다.

또, 본 발명의 설명과 도면은 단지 예를 든 것이므로, 본 발명의 범위는 이들 세부 사항으로 제한되지 않는다.

이상 본 발명의 원리와 관점, 개량된 안전 공기 타이어의 구성 및 사용 방법, 구조적 특징과 장점, 새롭고 유용한 결과가 기술되었고, 새롭고 유용한 구조, 장치, 부재, 배치, 부품 및 조합이 첨부 특허 청구의 범위에 기재되어 있다.

Claims (14)

1. 트레드(tread), 한 쌍의 측벽, 한 쌍의 비드 필러(bead filler), 턴-업 단부(turn-up end)를 가진 몸체 플라이(body ply), 내측 라이너를 가진 형식의 안전 공기 타이어에 있어서, 초생달형인 한 쌍의 탄성 중합체 보강 부재가 내측 라이너와 몸체 플라이 사이에 고정되어 트레드로부터 비드 필러까지 연장되고; 한 쌍의 보강 플라이가 탄성 중합체 보강 부재와 측벽 사이에 위치하여 트레드로부터 몸체 플라이의 턴-업 단부까지 연장되는 것을 특징으로 하는 개량된 안전공기 타이어.
2. 제1항에 있어서, 보강 플라이가 측벽과 몸체 플라이 사이에 위치한 것을 특징으로 하는 타이어
3. 제1항에 있어서, 보강 플라이가 몸체 플라이와 탄성 중합체 보강 부재 사이에 위치한 것을 특징으로 하는 타이어.
4. 제1항에 있어서, 트레드가 한 쌍의 쇼울더까지 연장되고; 탄성 중합체 보강 부재와 보강 플라이가 트레드 쇼울더의 내부까지 연장되는 것을 특징으로 하는 타이어.
5. 제1항에 있어서, 보강 플라이에 보강 코드가 포함된 것을 특징으로 하는 타이어.
6. 제5항에 있어서, 몸체 플라이에 보강 코드가 포함되고; 보강 플라이의 코드가 몸체 플라이 코드에 대하여 -60°내지 60°의 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 타이어.
7. 제1항에 있어서, 탄성 중합체 보강 부재가 비드 필러와 동일한 조성물로 된 것을 특징으로 하는 타이어.
8. 제1항에 있어서, 탄성 중합체 보강 부재의 히스테리시스 값은 212℉, 10㎐에서 0.03 내지 0.20의 범위인 것을 특징으로 하는 타이어.
9. 제1항에 있어서, 탄성 중합체 보강 부재의 쇼어 A 경도가 80 내지 97인 것을 특징으로 하는 타이어.
10. 제1항에 있어서, 약 15%의 변형율 범위로 펑크 주행 상태에서 측정한 탄성 중합체 보강 부재의 탄성 계수가 1800psi 내지 4000psi인 것을 특징으로 하는 타이어.
11. 제1항에 있어서, 약 15%의 변형율 범위로 펑크 주행 상태에서 측정한 탄성 중합체 보강 부재의 탄성 계수가 2600psi 내지 2800psi인 것을 특징으로 하는 타이어.
12. 제1항에 있어서, 타이어의 단면 높이가 5인치 이상인 것을 특징으로 하는 타이어.
13. 제1항에 있어서, 보강 플라이가 몸체 플라이와 접촉하는 것을 특징으로 하는 타이어.
14. 제1항에 있어서, 보강 플라이가 고무로 얇게 피복된 것을 특징으로 하는 타이어.