KR100393887B1 - 강화된 벨트 밴드를 갖춘 타이어 - Google Patents

Abstract

특히 자동차에 적합한 상기의 타이어에는 소정의 순서로 서로 번갈아 배치되는 각기 다른 물질로 만들어진 일련의 제 1 및 제 2 코드(7a, 7b, 8a, 8b)로 각각 구성된 벨트 스트립(7, 8)이 제공된다.

예를 들어 아라미드로 만들어지는 일련의 제 2 코드(7b, 8b)는 길이방향에서의 인장 하중을 지지하기 위해 철제로 만들어진 일련의 제 1 코드(7a, 8a)와 구성된다.

반대로, 아라미드 코드(7b, 8b)는 압축 하중에 대해 철제 코드(7a, 8a) 보다 큰 탄력성을 구비하고 있다.

상기 코드(7a, 7b, 8a, 8b)를 형성하는 탄성 중합체는 예로 강화 섬유, 짧은 아라미드 섬유 또는 아라미드 펄프로 충전되고, 좌굴 응력의 영향에 의해 금속제 코드(7a, 8a)의 파손을 방지하기 위해 15에서 50 MPa 사이의 탄성계수를 구비하고 있다.

Description

강화된 벨트 밴드를 갖춘 타이어

본 발명은 강화된 벨트 밴드를 갖춘 타이어에 관한 것으로서, 상기 타이어는: 타이어의 원주 안쪽 엣지 가까이에 각기 배열된 대응 비드 코어(3)에 감겨진 대향하는 원주 엣지를 구비한 적어도 하나의 카커스 플라이(2)와; 상기 카커스 플라이(2) 둘레를 둘러싸고, 일련의 제1의 질긴 코드(7a, 8a)와 소정의 순서에 따라 상기 일련의 제1의 질긴 코드(7a, 8a)와 번갈아 배치되어 있는 일련의 제2의 질긴 코드(7b, 8b)를 포함하여 일체화된 탄성 물질층을 구비하고 있으며, 상기 일련의 제1, 2의 질긴 코드 중 적어도 하나에 속하는 코드는 압축 스트레인에 대한 저항력보다 인장 스트레인에 대한 저항력이 큰 적어도 하나의 벨트 스트립(7, 8)과; 상기 벨트 스트립(7, 8) 둘레를 둘러싼 트레드 밴드(6)를 구비하고 있다.

특히, 본 발명에 따른 타이어는 예를 들어 저 구름저항 및/또는 기타 유형의 타이어 제조에 효과적으로 사용될 수 있는 혁신적인 해결책이 존재할 수도 있는 고성능 자동차에 사용하는 데 목적이 있다.

실제로 현대의 차륜용 타이어는 대응하는 비드 코어에 감겨진 대향하는 측 엣지를 가진 적어도 하나의 플라이로 형성된 레이디얼형의 카커스로 구성된 것이 알려져 있는데, 상기 비드 코어는 상기 타이어 비드 가까이에 배치된 탄성 물질에 일체로 포함된다.

벨트 강화재 또는 벨트 밴드는 카커스 플라이 둘레로 부착되고, 통상 하나 또는 그 이상으로 상호 포개지는 벨트 스트립으로 이루어지며, 벨트 스트립 각각은 측대 측의 관계로 병렬로 배치된 일련의 코드로 형성되어 탄성 물질층에 일체로 포함되며 타이어의 원주 방향에 대하여 소정의 각도로 배향된다.

트레드 밴드는 벨트 강화재 둘레에 부착되고, 트레드 밴드를 통해 타이어가 노면에 접촉하게 된다.

상기에서 언급한 바와 같이, 타이어의 기하학적 안정성과 구조적 저항력을 보장받기 위해서 벨트 강화재는 특히 자동차가 고속으로 주행시 발생되는 원심력의 영향 및 타이어의 팽창압력의 영향에 의해서 발생되는 타이어의 원주연장방향으로의 높은 인장 응력을 견딜 수 있어야만 한다는 점이 지적되어져 왔다.

상기의 전제에 기초하여, 최근 들어 특히 고성능 자동차 타이어의 제조 분야에서 벨트 강화재의 이용이 폭넓게 확대되고 있으며, 이 분야에서 철제 코드를 구비한 제 1 스트립이 아라미드와 같은 섬유제 물질로 만들어진 제 2 스트립 코드에 포개지는 구조가 널리 사용되고 있다. 아라미드 스트립을 사용함으로써, 벨트 밴드는 인장 하중과 유연성에서 탁월한 특성을 갖추게 되었으며, 동시에 중량이 감소되는 이점이 있는데, 중량의 감소는 고속 주행시 원심력을 감소시키는데 결정적이다.

타이어 제조 공정 중의 형상 안정성의 문제뿐 아니라 미끄럼 스러스트(slip thrusts) 및 스티어링 각도와 관련하여 비대칭 거동을 보여주는 상기 사양에 따라 제작된 벨트 밴드를 구비한 타이어에서 찾아볼 수 있는 제반 문제점을 제거하기 위해, 벨트 스트립이 이른바 "복합형(hybrid)" 코드로 강화된 벨트 밴드가 또한 제안되어 왔으며, 상기 복합형 코드는 금속 선재와 섬유사가 적절하게 함께 꼬여져 이루어지는데, 한편으로 상기 복합형 코드는 섬유사와 금속 선재가 동시에 다루어진다는 점에서 제조 공정상 상당히 복잡한 공정을 갖추어야 한다.

각각의 벨트 스트립이 병렬로 배치되고 소정의 순서에 따라 서로 번갈아 배치되는 금속제 코드와 섬유 코드로 이루어져 있는 벨트 밴드의 이용이 또한 제시되어져 왔다.

이와 같은 해결책은 미국특허 4,073,330에 기술되어 있으며, 상기 특허에서는 섬유제 코드는 적어도 35 GPa(Giga Pascal) 정도 내지는 여하튼 금속제 코드에 필적하는 인장 응력에서의 연신 계수를 구비한 나일론, 아라미드 또는 유리섬유로 구성될 수 있다는 점이 지적되어 있다.

특히 미끄럼 스러스트 및 내피로성에 대한 반응 능력과 관련하여 타이어의 거동 특성을 개선시키기 위해서, 임의로 분산되거나 바람직한 방향에 따라 배향된 강화 섬유 충전제를 함유한 혼합물을 사용하는 타이어의 일부 부품 제조에 대해 심사숙고 해보는 점도 반드시 주목해야할 사항이다. 이와 관련하여 미국특허 4,871,004에서는 강화섬유로 충전된 혼합물을 사용하여 만들어진 여러 가지 타이어 부품들이 개시되어 있다.

상기의 해결방안을 통해, 이와 같이 충전된 혼합물의 탄성계수는 50 MPa(Mega Pascal) 정도의 값까지 증가될 수 있고, 이로써 섬유 충전재 도입 이외의 다른 방법을 채택함으로써 얻어진 고탄성계수의 혼합물에서는 비교적 그 값이 낮은 물질의 내피로성을 크게 향상시키게 된다.

타이어의 거동 특성 및 타이어 부품의 내피로성의 개선과 관련하여 이와 같이 중요한 결과가 얻어져 왔다. 경우에 따라서는 미국특허 4,949,770에 개시되어 있는 바와 같이, 아라미드로 만들어지고 적절하게 배향된 섬유 충전재는 벨트 스트립에 통상 배치된 코드를 대체할 수 있음이 밝혀졌다.

금속제 또는 섬유제 코드 중 어느 것이 구비된 벨트 스트립에서도 또한 섬유강화충전재를 사용함으로써 긍정적인 결과가 얻어졌다.

본 발명에 따르면, 벨트 스트립을 만드는데 있어서, 순서대로 번갈아 배치된 금속제 및 섬유제 코드의 제1 및 제2 시리즈와 결합하는 아라미드 섬유 또는 이와 동등한 수단으로 채워진 혼합물을 사용함으로써, 타이어 전체의 작동 거동의 개선에 더하여 압축 응력에 의해 야기되는 좌굴 하중(buckling load)의 영향 하에서의 금속제 코드 파손에 대한 모든 위험성이 완전히 제거될 수 있다는 점을 알게 되었다.

따라서, 하나의 예시에서 볼 수 있듯이, 본 발명은 강화된 벨트 밴드를 구비한 타이어에 관한 것으로, 상기 밴드의 탄성 물질이 탄성 물질에 15에서 50 MPa 사이에 포함되는 탄성계수를 부여하는 섬유제 강화수단으로 채워지는 것을 특징으로 하고 있다.

보다 상세하게 말해서, 섬유제 강화수단이 1에서 10 phr 사이에 포함된 양으로 탄성 물질에 일체로 포함되고, 임의의 방향으로 분포되거나 또는 상기 코드의 길이방향에 대하여 0° 에서 90° 사이의 각도를 형성하는 바람직한 방향으로 배향되는 짧은 섬유상 아라미드 섬유로 이루어짐으로써, 상기 코드의 길이방향에서 검출 가능한 탄성계수와 상기 길이방향과 수직인 방향에서 검출 가능한 탄성계수 사이의 소정의 비율값을 벨트 스트립이 구비하는 것이 바람직하다.

섬유제 강화수단으로 채워진 탄성 물질이 0.06에서 0.2 사이에 포함된 히스테리시스 손실계수를 반드시 구비해야 한다는 점이 또한 제안된다.

탄성물질이 2에서 6 phr 사이의 양으로 유황을 함유하고, 성형 레진이 0.5에서 3 phr 사이에 포함된 양으로 레조르시놀(resorcinol)을 함유하며, 메틸렌 도너 첨가제가 1에서 8 phr 사이에 포함된 양으로 헥사메틸렌 테트라민으로 이루어지는 것이 바람직하다.

두번째 예시에서, 본 발명은 각기 다른 물질로 형성되고 소정의 순서에 따라 서로 번갈아 배치되는 일련의 제1 및 제2 코드로 각각 이루어지는 섬유 스트립으로 만들어진 벨트 강화재가 제공된 타이어에 관한 것으로, 일련의 제2 코드는 코드 자체의 길이방향 신장과 평행하게 해당 벨트 스트립에 작용하는 견인 하중의 적어도 20%를 견딘다.

일련의 제2 코드의 인장하에서의 연신 계수들간의 비율은 일련의 제 1코드의 인장하에서의 연신 계수의 50%와 적어도 동등하다.

바람직한 해결방안으로, 일련의 제1 필드는 철로 만들어지고, 일련의 제2 코드는 dTex(deciTex)가 1000에서 4000 사이인 아라미드 또는 dTex가 1000에서 5000 사이인 유리섬유로 만들어진다.

일련의 제2 코드에 속하는 각각의 코드는 일련의 제1 코드에 속하는 두 개의 코드 중간에 배치되고 상기 일련의 제1 및 제2 코드 각각에 속하는 코드의 양 사이의 비율은 어떠한 경우에 있어서도 20%에서 80% 사이에 포함되는 것이 바람직하다. 일련의 제1 코드에 속하는 코드는 예를 들어 1×3, 1×4, 2+2, 2+7의 각기 다른 구성으로 함께 꼬여진, 직경이 0.10에서 0.40 사이에 포함되는 금속선재로 만들어진다.

이는, 일곱 개의 기초 선재가 크라운 모양으로 둘레에 감기는 두 개 선재의 코어 가닥, 또는 네 개 기초 선재의 단일 가닥(1×4), 또는 두 개의 기초선재(2+2)로 각각 이루어지면서 서로 함께 꼬여진 두 개의 가닥으로 코드가 구성될 수 있는 이점이 있다는 것을 의미한다.

아울러 일련의 제2 코드의 코드직경이 일련의 제1 코드의 코드 직경값의 20%에 가까운 것이 바람직하다.

상기의 코드는 dm당 50에서 150사(絲) 사이에 포함된 두께로 분포되어, 해당 벨트 스트립 전체 체적의 20%에서 80% 사이에 포함된 체적을 가진다.

바람직한 해결방안으로, 카커스 플라이를 둘러싸는 제1 벨트 스트립이 제1 벨트 스트립을 둘러싸는 제2 벨트 스트립과 함께 구비되며, 상기 벨트 스트립 각각은 일련의 제1 및 제2 강화 코드로 이루어진다.

제1 벨트 스트립이 5 mm에서 10 mm 사이에 포함된 양으로 제2 벨트 스트립의 대향하는 측 엣지로부터 대칭적으로 돌출하는 것이 바람직하다.

아울러 제1 및 제2 벨트 스트립 각각에 속하는 코드는 타이어 원주방향에 대하여 15° 에서 45° 사이에 포함된 각도로 서로 반대 방향으로 대칭적으로 기울어진다.

본 발명에 따른 타이어는, 제2 벨트 스트립 둘레를 둘러싸고 타이어의 원주방향에 대하여 0° 에서 10° 사이에 포함된 기울기로 배치된 열수축성 물질의 코드로 이루어지는 적어도 하나의 보조 벨트 스트립을 포함하는 것이 바람직하다.

제1 실시예에서, 상기의 보조 벨트 스트립은 벨트 스트립의 전체 폭에 걸쳐확장되어, 5 mm에서 10 mm 사이에 포함된 양으로 제1 벨트 스트립의 대향하는 측 엣지로부터 대칭적으로 돌출한다.

제2 실시예에서, 상기 보조 벨트 스트립은 제1 및 제2 벨트 스트립의 해당 측 엣지와 각각 중첩되는 최소한 두 개의 리본형 부분을 포함하며, 상기 리본형 부분의 각각이 5에서 10 mm 사이에 포함된 양으로 제1 벨트 스트립의 엣지로부터 옆으로 돌출하고, 제2 벨트 스트립 폭의 20% 정도 양으로 제2 벨트 스트립에 중첩된다.

본 발명에 따른 특징 및 효과는 본 발명에 따른 벨트 강화재를 구비한 타이어의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명에서 보다 분명하게 기술한다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 강화된 벨트 밴드를 구비한 타이어는 참조번호 1로 표기된다.

타이어(1)는 레이디얼형의 적어도 하나의 카커스 플라이(2)를 구비하며, 카커스 플라이(2)는 상호 측 대 측 관계에 있는 탄성중합체의 층에 일체로 포함되고 타이어(1) 회전축에 대하여 방사상으로 배치된 각각의 평면에 대체로 놓여지는 복수개의 코드로 이루어진다. 카커스 플라이(2)는 타이어의 원주안쪽 엣지를 형성하는 해당 비드(4) 내에 일체로 포함되는 한 쌍의 비드 코어(3) 둘레에 접혀 있는 단부 엣지(2a)를 가지고 있다.

카커스 플라이(2)를 둘러싸고 있는 벨트 밴드 또는 벨트 강화재(5)는 타이어의 지면과의 접촉을 매개하는 트레드밴드(6)에 의해 다시 한정된다.

필요한 기하학적 안정성 및 구조적 강도를 타이어에 제공하는 기능의 벨트밴드(5)는, 측 대 측 관계로 병렬로 배치되고 첨부한 도면에서는 식별되지 않는 탄성층에 일체로 포함되는 복수개의 코드(7a, 7b, 8a, 8b)로 각각 이루어진 한 개 또는 그 이상의 벨트 스트립(7, 8)을 포함한다.

보다 상세하게는, 본 발명에 따른 타이어에 있어서, 제1 벨트 스트립(7) 및 제2 벨트 스트립(8)이 제공되는 것이 바람직한 해결방안이며, 상기의 스트립들은 상호 포개지도록 배치되고 타이어의 원주방향에 대하여 대칭적으로 기울어진 방향들로 배향된 각각의 코드(7b, 8a, 8b)를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명이 목적에 따라, 타이어(1)의 길이방향과 상기 코드(7a, 7b, 8a, 8b) 각각에 의해 형성된 각 α는 15° 에서 45°, 바람직하게는 18° 에서 25° 사이에 포함된다.

또한, 카커스 플라이(2)와 직접 접촉하도록 배치된 제1 벨트 스트립(7)은 5에서 10 mm 사이에 포함된 "S" 양을 제2 벨트 스트립(8)의 대향하는 측 엣지로부터 대칭적으로 돌출하여야 한다.

본 발명의 바람직한 해결방안에 따라, 벨트 밴드는 타이어(1)의 원주방향에 대하여 0° 에서 10° 사이에 포함된 기울기로 배치된, 예를 들어 나일론과 같은 열수축성 물질로 된 코드를 구비한 적어도 하나의 보조 벨트 스트립(9)을 더 포함하는 것이 바람직하다.

제1도에 도시한 실시예에서, 상기 보조 벨트 스트립(9)은 밑줄 쳐진 벨트 스트립(7, 8)의 전체 폭에 걸쳐 확장되며, 바람직하게는 5에서 10 mm 사이에 포함된 "S' " 양으로, 제1 벨트 스트립(7)의 대향하는 측 엣지로부터 대칭적으로 돌출한다.

제3도에 도시한 실시예에서, 상기 보조 벨트 스트립(9)은 제1 및 제2 벨트 스트립(7, 8)의 해당 측 엣지에 각각 중첩되면서 리본형 부분으로 이루어져 있다. 제3도에 분명하게 도시된 바와 같이, 보조 벨트 스트립(9)의 각각의 리본형 부분은 5에서 10 mm 사이에 포함된 "S' " 양으로 제1 벨트 스트립(7)의 엣지로부터 옆으로 돌출하며, 상기 제2 스트립(8) 폭의 10%에서 30% 사이에 포함된 "S" " 양으로 제2 벨트 스트립(8)에 중첩된다.

스트립(9)과 스트립을 형성하는 두 개의 리본형 부분은 개별적인 코드, 또는 상기 열수축성 물질로 된 복수개의 코드(바람직하게는 3 내지 5 코드)로 이루어지는 테잎을 측 대 측으로 배치된 복수개의 코일에 따라 아래에 놓여진 스트립(7, 8)상에 나선형으로 둘러쌈으로써 이루어지는 것이 바람직할 수 있다.

벨트 스트립(7, 8)의 각각에 배열된 코드(7a, 7b, 8a, 8b)가 적어도 각기 다른 두 개의 유형인 것이 바람직하다. 특히, 상기 벨트 스트립(7, 8) 각각을 형성하는 탄성 물질층에서는, 일련의 제1 질긴 코드(7a, 8a) 및 일련의 제2 질긴 코드(7b, 8b)가 일체로 포함되어야 하고, 일련의 제2 코드가 일련의 제1 코드의 물질과는 다른 물질로 만들어지고 소정의 순서에 따라 일련의 제1 코드의 코드와 번갈아 배치되는 것이 바람직하다. 아울러 일련의 제1 및 제2 코드 중 적어도 하나에 속한 코드(7a, 8a)는 압축 변형에 대한 저항보다 더 큰 인장 변형에 대한 저항을 구비하도록 제공된다. 일련의 제1 코드의 코드(7a, 8a)가 철제로 만들어지고 일련의 제2 코드의 코드(7b, 8b)가 일련의 제1 코드의 코드와 번갈아 배치되면서 바람직하게는 아라미드 또는 유리섬유로 만들어진, 높은 계수의 섬유로 만들어지는 것이 바람직하다.

일련의 제1 코드에 속한 철제 코드(7a, 8a)가 타이어 회전에 의해 생기는 원심력과 타이어의 팽창압력의 효과로 벨트 밴드(5)에 야기되는 견인력을 견디고, 타이어가 부착되는 휠에 작용하는 수직 하중의 영향으로 야기된 압축력에 바람직하게 대응하는 이중 기능을 수행한다. 반대로 일련의 제2 코드에 속하는 코드(7b, 8b)는 견인력에 대한 저항에 관해서는 일련의 제1 코드의 코드와 협력하지만 압축 응력에 대한 의미있는 저항은 제공하지 않는다.

따라서 탁월한 구조적 강도가 벨트 밴드(5)와 타이어(1)에 부여되며, 특히 고속주행으로부터 야기되는 원심 응력과 관련하여 타이어의 주행 안락성이 또한 향상되며 아울러 타이어 자체의 중량도 감소된다.

상기의 실시예들에 있어서, 최상의 결과는 함께 꼬여진 가닥으로 형성된 컨피규레이션에 따라 일련의 제1 코드와 관련하여 0.10 mm에서 0.40 mm 사이에 포함된 직경의 기초선재로 이루어진 코드(7a, 8a)를 사용함으로써 얻어진다. 예를 들어 2+2 컨피규레이션에서 두 개의 가닥은 두 개의 기초선재로 각각 형성되며, 2+7 컨피규레이션에서 일곱 개의 부가적인 선재는 두 개의 선재로 이루어진 코어 가닥을 둘러싸게 된다. 결국 당업자는 구체적인 요구 조건에 따라 일련의 제1 코드의 상기 코드를 위한 최적의 구성을 매 경우마다 용이하게 선택할 수가 있다.

한편 일련의 제2 코드에 속하는 코드(7b, 8b)는 dTex가 유리섬유의 경우에 1000에서 5000 사이 그리고 아라미드의 경우 1000에서 4000 사이에 포함되며, 금속제 코드(7a, 8a)의 직경에 대한 비율은 0.8에서 1.2 사이에 포함된다.

상기 코드(7a, 8a, 7b, 8b) 탄성계수와 직경간의 비율값은 상기 두 개의 코드 유형간 최적의 하중 분배를 얻는데 결정적이며, 금속제 코드(7a, 8a)는 섬유코드(7b, 8b)와 비교하여 너무 많은 피로를 가져서는 절대 안되고 반대의 경우도 마찬가지이다. 실제로 벨트 스트립(7, 8)의 양호한 작동을 얻는데 필요조건은 상기 모든 코드(7a, 8a, 7b, 8b)가 견인에 대해 동일 거동을 반드시 갖는 조건이다. 이와 관련하여 또한 코드를 번갈아 배치하는 순서는 광범위한 범위내에서 변화될 수 있다. 1 : 1 배치가 바람직한 반면, 벨트 스트립에서의 섬유의 양과 금속의 양 간의 비율은 0.20에서 0.80 사이에 포함되는 것이 바람직하다.

아울러 섬유 및 금속제 코드의 탄성계수와 직경에 대한 신중한 선택으로 벨트 스트립의 제조를 위한 생산 공정이 용이하게 될 뿐만 아니라 각각의 벨트 스트립(7, 8) 단면에서 코드 분배의 탁월한 균질성과 아울러 반제품의 양호한 전체 고무화 및 개별적 스트립간의 탄성 물질에 대한 양호한 침투성이 보장된다.

상기 변수의 최적화를 통해 금속제 코드(7a, 8a)의 직경과 관련하여 벨트 스트립의 두께에 효과적인 제한이 부여됨으로써, 미끄럼 스러스트와 특히 관련하여 주행상의 타이어 거동을 향상시키는 높은 전단 강성과 주행 안락성을 향상시킨 탁월한 휨 강성을 동시에 벨트 밴드에 부여하게 된다.

또한 일련의 제1 및 제2 코드에 속한 코드(7a, 7b, 8a, 8b)가 50에서 150 dm/사(絲) 사이에 포함된 두께 또는 밀도에 따라 반드시 분배되어 각각의 벨트 스트립(7, 8)에서 상기 벨트 스트립의 전체 체적의 20%에서 80% 사이에 포함된 체적을 갖도록 제공되는 것이 바람직하다.

코드를 만드는데 쓰인 물질들과 코드의 구조특성이 타이어에 맞는 요건 및 별도용도에 따라 변화될 수 있음은 분명하다.

예를 들어, 일련의 제1 코드의 철제 코드(7a, 8a)와 결합된 일련의 제2 코드의 코드(7b, 8b)는 유리섬유로 이루어질 수 있고, dTex가 예를 들어 1000과 5000 사이이다.

일련의 제1 코드에 속하는 코드(7a, 8a)는 아라미드로 만들어질 수 있으며, 일련의 제2 코드에 속하는 코드(7b, 8b)는 유리섬유로 만들어질 수 있다.

그러나 상기 물질의 선택 및 각 코드(7a, 7b, 8a, 8b)의 구조특성이, 가해지는 연신 하에서 비교적 응력을 덜 받는 예컨대 일련의 제2 코드에 속한 코드가 코드의 길이방향과 평형하게 해당 벨트 스트립에 작용하는 견인 하중의 적어도 20%를 지지하도록 이루어지는 것이 바람직하다.

아울러 일련의 제2 코드의 인장 하에서의 연신 계수가 일련의 제 1코드의 인장하에서의 연신 개수의 50%와 적어도 동등해야 한다.

본 발명에 따르면, 본 출원인은 압축에 대한 저항력이 작은 섬유제 코드(7b, 8b)가 존재할 때 금속제 코드만으로 만들어진 종래의 벨트 스트립에 비하여 훨씬 얇아진 각 벨트 스트립(7, 8)의 금속제 코드(7a, 8a)는 압축 응력으로 인한 좌굴 하중의 영향을 특히 강하게 받는다는 점을 직관적으로 감지하여 이를 검증하였다.

실제로 종래 벨트 스트립에서는 측 대 측 관계로 연속적으로 배치된 금속제 코드들이 상호 구조적 안정성을 서로 보장하면서 결합되는 반면, 본 발명의 타이어에서는 인장 응력과 관련해서만 의미있는 강도를 가지는 섬유제 코드의 낮아진 견고성이 금속제 코드(7a, 8a)를 능률적으로 구속 또는 유지시키기에 부적합 한 것으로 나타난다.

상기의 사실은 종래 기술에 따라 만들어진 타이어가 불충분한 승차 안락감, 낮은 방향 인정성 및 불충분한 미끄럼 스러스트로 야기되는 여러 가지 거동상의 문제와 또한 상기 강화코드의 초기 손상으로 인해 지속성과 관련된 문제와 더불어 벨트 스트립의 강화코드상의 탄성 물질이 분리되면서 발생하는 피로 문제로 나타나는 사실로 확인되었다.

따라서 본 출원인은 피로와 초기 손상에 따른 상기 문제의 실제 원인이 스트립의 두께가 얇아서 코드에 가해지는 좌골 하중을 이와 같은 코드가 크게 느끼기 때문에 금속제 코드가 파손되었다고 생각하였다. 결과적으로 금속제 로드의 구조적 구부러짐은 섬유제 코드의 손상 및 파괴를 야기시켰고 이에 따른 테스트 조건에 따라 제공된 종래 티이어에서 손상에 대한 본질적 원인이 발견되었다.

본 발명에 따라, 본 출원인은 15에서 50 MPa 사이에 포함된 탄성계수를 탄성 물질에 부여할 수 있는 섬유제 강화수단을 코드(7a, 8a, 7b, 8b)를 포함하여 일체화된 탄성 중합체에 충전하는 문제에 착안하였고, 이 방법에서 금속제 코드(7a, 8a)의 효율적인 구조적 안정성이 종래에는 생각할 수 없을 정도로 크게 얻어진 사실을 확인하였으며, 알려진 대로 대략 200 GPa 정도인 상기 코드의 계수가 강화섬유 충전으로 탄성 물질에 부여될 수 있는 계수보다 매우 크다는 사실을 확인하였다.

본 발명에 따르면, 섬유제 강화수단이 강화 아라미드 섬유로 이루어지는 것이 바람직하며, 1에서 10 phr 사이에 포함된 양에 따라 혼합물로 구성된 Kevlar-Pulp 또는 Twaron-Pulp(여기에서 Kevlar는 Du Pont사의 등록상표명이고, Twaron은 Akzo사의 등록상표명임)로 잘 알려진 "아라미드 펄프"라는 이름으로 상품화한 짧은 섬유상 아라미드 섬유가 보다 바람직하다.

상기의 섬유는 0.06에서 0.2 사이에 포함되는, 전문용어로는 "tg δ"로 알려진 히스테리시스 손실 계수를 탄성 물질에 부여하는 것이 바람직하다.

조건에 따라서, 강화섬유는 임의의 방향으로 혼합물에 분포될 수 있고 또는 예컨대 생산단계 중 혼합물에 대하여 수행되는 소성 신장 공정(plastic stretching process)에 의해 상기 코드(7a, 8a, 7b, 8b)의 길이방향에 대해 0° 에서 90° 사이에 포함된 각도값에 따라 바람직한 방향을 설정할 수 있다. 상기 각도값의 선택은 코드가 길이방향 및 상기 길이방향에 수직인 방향으로 각각의 벨트 스트립에서 검출 가능한 탄성계수들간의 비율값에 영향을 미친다. 따라서 코드(7a, 8a, 7b, 8b)에 강화섬유의 방향을 적절하게 선택함으로써 타이어에 적절한 거동 특성을 부여할 수 있다.

각각의 벨트 스트립(7, 8)의 탄성 물질이 2에서 6 phr 사이에 포함된 양의 유황을 반드시 함유하도록 또한 제공된다. 유황이 많이 함유되는 것은 특히 브래스코팅(brass-coated)일 경우 금속제 코드에 혼합물이 잘 성형되도록 보장하는데 중요하다.

그러나 거꾸로 유황이 있음으로 인해 섬유제 코드에의 탄성 중합체의 성형특성에 좋지 않는 영향을 미치게 된다. 상기의 문제를 해결하기 위해 탄성 물질은 본질적으로 메틸렌 도너와 같은 적절한 성형 레진 및 적절한 첨가제를 또한 함유해야 한다.

성형 레진이 0.5에서 3 phr 사이에 포함된 양의, 바람직하게는 1 phr 정도의 레조르시놀로 이루어지는 것이 바람직한 해결 방안이며, 한편 메틸렌 도너 첨가제는 1에서 8 phr 사이에 포함된 양의, 바람직하게는 1.4 phr 정도의 헥사메틸렌 테트라민으로 이루어지는 것이 바람직한 해결 방안이다.

각각의 벨트 스트립(7, 8)에 속한 코드(7a, 8a, 7b, 8b)의 상호 측 대 측 관계로의 조립은 코드의 상호 안정화를 얻기 위해서 씨실을 사용하지 않아도 되는 이점이 있는 기존의 캘린더링 공정에 의해 이루어지는 것이 바람직한데, 이는 타이어 완성시 상기 씨실 각각이 벨트 밴드 내에서 바람직하지 못한 우선적인 습기전파경로로 되어 결과적으로 금속제 코드(7a, 8a)에서 부식이 촉발되는 잠재적인 위험이 될 수 있기 때문이다.

상기에서 언급했듯이, 사이즈 195/65 R15로 본 발명에 따라 만들어진 타이어 벨트 밴드의 구조특성은 다음과 같다(제1도 참조).

- 벨트 강화재(5)는 각각 두께가 1.15 mm인 두 개의 벨트 스트립(7, 8)을 구비한다.

- 각각의 벨트 스트립(7, 8)은 두 개의 섬유제 코드(7b, 8b) 사이에 각각 삽입된 금속제 코드(7a, 8a)를 가지고, 또한 두 개의 금속제 코드(7a, 8a) 사이에 각각 삽입된 섬유제 코드(7b, 8b)를 가진다.

- 각각의 벨트 스트립(7, 8)의 코드(7a, 8a, 7b, 8b)는 대칭적으로 교차하는 방향을 형성하여, 타이어의 적도면에 대하여 23° 의 각 "α"를 형성한다.

- 아라미드 섬유제 코드(7b, 8b)는 dTex가 1670/2이다.

- 각각의 금속재 코드(2×4)(7a, 8a)는 직경 0.22 mm의 네 개의 기초 선재로 각각 이루어진 두 가닥으로 형성된다.

- 각각의 벨트 스트립(7, 8)의 탄성 물질 내의 코드의 두께는 98이며, 섬유제 코드(7b, 8b) 및 금속제 코드(7a, 8a) 사이에 고르게 분배된다.

- 탄성물질은 레조르시놀로 이루어진 성형 레진을 함유하고, "tg δ"가 0.12, 탄성계수가 26이다.

본 발명은 종래 기술에서는 기대하지 않은 효과를 얻는 점이 확인되었다.

본 발명에 따른 벨트 스트립(7, 8)에 가해진 인장 및 압축 응력에 대한 선택적 거동이 특히 고성능 자동차에 적합한 타이어에 관련하여 작동 거동에서 중대한 향상을 이루어낸다는 점은 주목해야 한다.

이와 관련하여 이런 형태의 용도로 구상된 종래의 타이어에서는 매우 큰 원심력을 견딜 필요성으로 타이어 구조가 지나치게 비대해지며, 이로 인해 압축 응력에 대한 타이어의 강성이 지나치게 커지게 된다는 점을 알게 된다.

이와 같은 상황으로 인해 고속시에 승차 안정성에 대한 문제를 초래하는 타이어의 지면접촉영역에서 지나치게 제한을 받게 된 것이다.

반대로 본 발명의 타이어에서, 섬유제 코드(7b, 8b)의 삽입을 통해 얻어진 압축하에서의 강성의 감소로 인해 또한 적절한 지면접촉영역을 가져야 하는 스포츠카에 특히 맞는 타이어가 제작될 수 있으며, 주행안정성 및 안전, 편안함의 여러 가지 효과를 얻을 수 있다.

아울러, 금속제 및 섬유제 코드는 대칭되게 서로 반대방향으로 배향되고 두 개의 벨트 스트립 사이에 골고루 분배됨으로써 미끄럼 스러스트 및/또는 스티어링 각도와 관련한 어떠한 동작상의 불균형도 제거될 수 있다. 인접한 금속제 코드들 사이에 한정된 각각의 섬유제 코드는 타이어 사용 및 생산 중에 예컨대 열수축성 벨트 스트립이 가류 단계에서 겪게 되는 수축 때문에 야기되는 압축 응력의 영향에 의한 비정상적인 변형의 위험으로부터 적절히 보호된다.

한편 금속제 코드는 벨트 스트립을 형성하는 탄성 물질에 분산되어 있는 강화섬유의 존재 덕분에 타이어 사용 중에 일어나는 좌골 하중의 효과로 변형 및/또는 휨에 따른 모든 위험에서 효과적으로 보호된다. 실제로 금속제 코드(7a, 8a)를 둘러싸는 탄성 중합체에 포함된 아라미드 섬유는 코드 자체를 위한 홀딩자켓(holding jackct) 또는 보호피복의 일종을 구성한다고 생각되며, 타이어의 세장(細長)계수를 감소시키고 또한 잘 구부러지지 않으면서 좌굴 하중 하에서 작동할 수 있게 한다.

본 발명의 착상에 대하여 여러 가지 변형 및 수정이 이루어질 수 있으며, 이 모든 변형 및 수정은 후술하는 특허청구범위의 범위 내에 포함됨은 명백하다.

제 1 도는 본 발명에 따라 제작된 타이어의 단면 사시도

제 2 도는 제 1 도의 타이어에 제공된 벨트 강화재를 형성하는 부품의 상호 배열을 표시한 평면도

제 3 도는 본 발명에 따른 타이어의 다른 실시예의 단면 사시도

제 4 도는 제 3 도의 타이어에 제공된 벨트 강화재 부품의 상호 배열을 표시한 평면도

*도면의 주요 부분에 대한 설명*

1 : 타이어 2 : 카커스 플라이

3 : 비트 코어 4 : 비드

5 : 벨트 강화재 6 : 트레드 밴드

7, 8 : 벨트 스트립 7a, 8a : 금속제의 일련의 제 1 코드

7b, 8b : 아라미드제의 일련의 제 2 코드

9 : 보조 벨트 스트립

Claims (20)

1. 타이어의 원주 안쪽 엣지 가까이에 각기 배열된 대응 비드 코어(3)에 감겨진 대향하는 원주 엣지를 구비한 적어도 하나의 카커스 플라이(2)와;

   상기 카커스 플라이(2) 둘레를 둘러싸고, 일련의 제1의 질긴 코드(7a, 8a)와 소정의 순서에 따라 상기 일련의 제1의 질긴 코드(7a, 8a)와 번갈아 배치되어 있는 일련의 제2의 질긴 코드(7b, 8b)를 포함하여 일체화된 탄성 물질층을 구비하고 있으며, 상기 일련의 제1, 2의 질긴 코드 중 적어도 하나에 속하는 코드는 압축 스트레인에 대한 저항력보다 인장 스트레인에 대한 저항력이 큰 적어도 하나의 벨트 스트립(7, 8)과;

   상기 벨트 스트립(7, 8) 둘레를 둘러싼 트레드 밴드(6)를 갖춘 타이어에 있어서,

   상기 탄성 물질의 층이 15 - 50MPa 사이의 탄성계수를 탄성 물질에 부여하기 위해 섬유제 강화 수단으로 채워지는 것을 특징으로 하는 강화 벨트를 갖춘 타이어.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 섬유제 강화수단이 강화 아라미드 섬유로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강화 벨트를 갖춘 타이어.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 섬유제 강화수단은 상기 코드(7a, 8a, 7b, 8b)의 길이방향 연장부에 대해서 0° 에서 90° 사이에 포함되는 각도값을 형성하는 바람직한 방향으로 배향되어서 상기 코드의 길이방향 연장 방향과 상기 코드에 직각 방향에서의 탄성계수 사이의 소정의 비율 값을 상기 벨트 스트립에 부여할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 강화 벨트를 갖춘 타이어.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 섬유제 강화수단이 1에서 10 phr 사이의 양으로 탄성 물질에 일체로 포함되는 것을 특징으로 하는 강화 벨트를 갖춘 타이어.
5. 제 1 항에 있어서,

   섬유제 강화수단으로 채워진 상기 탄성 물질이 0.06에서 0.2 사이의 히스테리시스 손실 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 강화 벨트를 갖춘 타이어.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 탄성 물질이 2에서 6 phr 사이의 양으로 유황을 포함하는 것을 특징으로 하는 강화 벨트를 갖춘 타이어.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 탄성 물질이 0.5에서 3 phr 사이의 양으로 성형 레진(bodying resin)을 함유하는 것을 특징으로 하는 강화 벨트를 갖춘 타이어.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 탄성 물질이 1에서 8 phr 사이의 양으로 메틸렌 도너(donor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화 벨트를 갖춘 타이어.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 타이어가 카커스 플라이(2)를 둘러싼 제 1 벨트 스트립(7)과 제 1 벨트 스트립(7)을 둘러싼 제 2 벨트 스트립(8)으로 구성되며, 상기 벨트 스트립(7, 8) 각각이 각기 다른 물질의 상기 일련의 제 1 및 제 2 코드(7a, 7b, 8a, 8b)로 구성되는 것을 특징으로 하는 강화 벨트를 갖춘 타이어.
10. 제 9 항에 있어서,

    일련의 제 1 코드(7a, 8a)가 금속으로 만들어지고, 일련의 제 2 코드(7b, 8b)가 아라미드로 만들어지는 것을 특징으로 하는 강화 벨트를 갖춘 타이어.
11. 제 10 항에 있어서,

    일련의 제 2 코드(7b, 8b)의 dTex가 1000에서 4000 사이인 것을 특징으로 하는 강화 벨트를 갖춘 타이어.
12. 제 10 항에 있어서,

    일련의 제 2 코드에 속하는 각각의 코드(7b, 8b)가 일련의 제 1 코드에 속하는 두 개의 코드(7a, 8a) 중간에 위치하는 것을 특징으로 하는 강화 벨트를 갖춘 타이어.
13. 제 10 항에 있어서,

    일련의 제 1 코드에 속하는 각각의 코드(7a, 8a)가 함께 꼬인 두 가닥의 섬유로 이루어지고, 각 섬유 가닥은 네 개의 기초 선재로 구성되는 것을 특징으로 하는 강화 벨트를 갖춘 타이어.
14. 제 9 항에 있어서,

    상기 일련의 제 1 및 제 2 코드(7a, 8a, 7b, 8b)가 50에서 150 사(絲)/dm 사이에 포함된 두께 또는 밀도로 분포되는 것을 특징으로 하는 강화 벨트를 갖춘 타이어.
15. 제 9 항에 있어서,

    상기 일련의 제 1 및 제 2 코드(7a, 8a, 7b, 8b)가 해당 벨트 스트립의 전체 체적의 20%에서 80% 사이에 포함된 체적을 가지는 것을 특징으로 하는 강화 벨트를 갖춘 타이어.
16. 제 9 항에 있어서,

    상기 타이어가 타이어의 원주방향에 대하여 0° 에서 10° 사이의 기울기로 배치된 열 수축가능 물질의 코드로 이루어지고, 제 2 벨트 스트립(8) 둘레로 둘러싸는 적어도 하나의 보조 벨트 스트립(9)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 강화 벨트를 갖춘 타이어.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 보조 벨트 스트립(9)이 제 1 및 제 2 벨트 스트립(7, 8)의 해당 측 엣지에 각각 중첩되는 적어도 두 개의 리본형 부분으로 이루어지고, 상기 리본형의 부분 각각이 상기 제 2 스트립(8) 폭의 10%에서 30% 사이에 포함된 양으로 제 2 벨트 스트립에 중첩되어 있는 것을 특징으로 하는 강화 벨트를 갖춘 타이어.
18. 제 9 항에 있어서,

    일련의 제 2 코드(7b, 8b)의 인장시 연신 계수가 일련의 제 1 코드(7a, 8a)의 인장시 연신 계수의 50%와 적어도 동등한 것을 특징으로 하는 강화 벨트를 갖춘 타이어.
19. 제 9 항에 있어서,

    상기 일련의 제 1 및 제 2 코드 각각에 속하는 코드 양 간의 비율이 0.2에서0.8 사이인 것을 특징으로 하는 강화 벨트를 갖춘 타이어.
20. 제 9 항에 있어서,

    일련의 제 1 코드(7a, 8a)가 철제로 만들어지고, 일련의 제 2 코드(7b, 8b)가 유리섬유로 만들어지는 것을 특징으로 하는 강화 벨트를 갖춘 타이어.