KR100436949B1 - 타이어의크라운보강재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 래디얼 카카스 보강재(1)를 구비한 타이어에 관한 것으로서, 이 타이어는 비신축성 케이블로 제작된 적어도 두 개의 워킹 크라운 플라이(32, 34)들을 포항하는 크라운 보강재(3)를 가지며, 여기서 인접한 플라이들의 케이블은 서로 교차하는 방향으로 놓여 있으며 원주 방향에 대해 10 내지 45°의 각으로 놓여 있다. 원주 방향에 대해 45°이상의 각으로 놓여 있는 비신축성 케이블로 구성된 플라이는 없으며, 원주 방향에 대해 거의 평행하게 놓여 있는 금속 부품들로 구성된 축방향연장 보조 플라이(33)는 반경 방향으로 워킹 플라이(32, 34)들 사이에 정렬되고 가장 넓은 워킹 크라운 플라이의 축방향 폭(L₃₂, L₃₄)보다 적어도 1.05배 더 큰 축방향폭(L₃₃)을 갖는다.

Description

타이어의 크라운 보강재

여기에 개재하지는 않았지만, 프랑스 특허출원 제 94/15 736호는 상술한 바와 같은 타이어에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 "중화물 차량"-형태의 타이어에 관한 것이며, 이 타이어의 최대 축방향 폭(S)에 대한 림 위쪽의 높이(H)의 비율은 0.60 이하이다. 상기 출원서에서는, 이러한 타이어의 크라운 보강재의 수명과 또한 타이어의 트래드(tread)의 균일 마모 성능을 향상시키기 위하여, 상기 보강제로서, 타이어의 원주 방향에 대해 적어도 60°의 각을 이루고 있는 비신축성 케이블로 형성된 축방향 연속 플라이와 그리고 원주 방향에 대해 거의 평행하게 방향 설정된 금속 부품으로 된 플라이의 결합물(combined presence)과 이 결합물은 두 개의 워킹 크라운 플라이들 사이에 반경 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 크라운 보강재의 구조 제작을 필요로 한다.

미국 특허 제 4,688,615 호에서는 수 개의 케이블들이 타이어의 원주 방향에 대해 5°내지 60°의 각을 이루며 나란히 배열되어 있는 제 1 플라이 및 제 2 플라이로 구성된 크라운 보강재를 구비한 래디얼 타이어에 관한 것이다. 상기의 두 플라이 사이에는 타이어의 원주 방향을 따른 케이블로 이루어진 제 3 플라이가 있는데, 상기의 케이블들은 제 1 플라이 및 제 2 플라이의 케이블들과 직경이 거의 같은 반면, 제 1 플라이 및 제 2 플라이의 케이블보다 인장 응력이 작은 부품들로 제작되므로써 인장 응력을 최소화하여, 제 3 플라이의 경우에 교차형 케이블로 이루어진 플라이보다 신장력이 좋으며, 최대 폭을 가진 플라이보다 폭이 좁은 편이다.

본 발명은, 각 비드 내에서 적어도 하나의 비드 와이어(bead wire)에 부착되는 래디얼 카카스 보강재(radial carcass reinforcement)를 구비하며 적어도 두 개의 소위 워킹 플라이(working ply)들에 의하여 형성된 크라운 보강재(crown reinforcement)를 포함하는 타이어에 관한 것으로서, 이 워킹 플라이들은 포개져 있으며 각 플라이 내에서 서로 평행한 와이어나 케이블들로 제작되고, 여기서 이 와이어나 케이블들은 타이어의 원주 방향에 대해 절대값으로서 45°이하의 각으로 형성된다.

도 1은 본 발명에 따른 크라운 보강재를 자오선 구역에서 바라본 도면.

이러한 구조 제작의 목적은 워킹 플라이들의 가장자리에 퍼져 원주 방향 케이블로 이루어진 보조 플라이의 폭이 워킹 플라이들의 폭보다 작아지게 하는 작용 온도(operating temperature)를 감소시키기 위한 것이다.

또한 타이어 내의 작용 온도의 감소는 "중화물 차량" 타이어의 제조업자들에게 주된 관심사이기 때문에, 편평비(H/S)가 얼마이든지간에, 본 출원인의 연구는 그들에게 효과적이며 경제적인 해결책을 제시하였다.

래디얼 카카스 보강재를 구비하며, 원주 방향에 대하여 10°내지 45°사이의 각으로 형성된 비신축성 케이블로 이루어지고 제 1 플라이와 제 2 플라이가 서로 교차하는 적어도 두 개의 워킹 크라운 플라이들을 포함한 크라운 보강재를 갖는 본발명에 따른 타이어는, 원주 방향에 대해 45°이상의 각을 형성하는 비신축성 케이블로 이루어진 임의의 플라이 대신에 원주 방향에 대해 거의 평행하게 방향 설정된 금속성 부품으로 형성된 축방향 연속 보조 플라이가 반경 방향으로 워킹 플라이들사이에 배치되며, 이 보조 플라이는 카카스 보강재의 축방향 최대 폭(S_o)에 대해 적어도 50%의 축방향 폭을 가지며 가장 넓은 워킹 크라운 플라이의 축방향 폭에 대해 적어도 1.05배와 같으며 상기의 보조 플라이의 케이블의 직경이 워킹 크라운 플라이의 케이블에 비해 더 큰 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 보조 플라이는 가장 넓은 워킹 크라운 플라이의 폭에 대해 적어도 1.1배와 같은 축방향 폭을 가질 것이다.

설명한 그리고 청구된 장치는 소위 트라이앵글레이션 플라이(triangulation ply)를 필요로 하지 않고도 작용 온도에 관해 실질적인 이득을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 게다가 예상외로 보조 플라이의 케이블의 안전 계수를 증가시키며, 여기서 케이블의 안전 계수는 취부된 타이어에서 운행 동안 가해진 최대 인장력에 대한 인장력을 받는 타이어의 파단력의 비율이다. 일정한 안전 계수에서는, 보조 플라이의 중량과 비용이 효과적으로 감소될 수 있다.

0.70 이하의 편평비(H/S)를 갖는 타이어에 특히 적합하며 원주 방향 부품으로 이루어진 보조 플라이를 이용하는 한 가지 이로운 방식은, 형상화 부재(profiled member)를 삽입하지 않고도 제 1 워킹 크라운 플라이를 카카스 보강재에 평행하게 정렬할 수 있도록, 제 1 워킹 크라운 플라이의 아래에 놓여 있는 카카스 보강제의 자오선 곡률과 거의 같은 자오선 곡률을 부여하여 구성된다. 그리하여 보조 플라이에는 거의 삼각형 형상의 적절한 형상화 부재에 의하여 제 1 워킹 플라이로부터 분리되어 거의 제로인 곡률이 제공된다.

"비신축성 케이블"이란 케이블의 파단 하중의 25%에서 측정된 0.5% 이하의 상대 신장율을 갖는, 이를테면 강철 케이블과 같은 케이블을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

원주 방향에 대해 거의 평행하게 방향 설정된 금속성 부품들은 상기 방향에 대해 0°를 중심으로 +2.5°와 -2.5°의 범위 내의 각도를 형성하는 부품들이다.

보조 플라이의 보강재 부품들은 인장 응력 하에서 신장에 대해 매우 큰 강도를 부여하여 낮은 신장을 나타내는 비신축성 금속 케이블일 수도 있다. 보조 플라이의 신축 강도는 크라운 보강재의 워킹 플라이의 단위 길이당 강도의 0.3배 내지 1.3배일 수도 있다.

강화 부품들로 이루어진 플라이의 단위 길이당 신장에 대한 강도는 주어진 상대 신장율(ε)을 얻기 위해 필요한 플라이의 단위 폭당 상기 부품들의 방향에서 가해진 인장력으로부터 구하여, 이것은 수학식 R = dF/dε로 표시되며, 여기서 R은 상기 플라이의 강도를, dF/dε는 상대 신장율에 대한 플라이의 단위 폭당 인장력의 도함수를 나타내며, ε는 0.5%이고, 또는, 수학식로 표시되며, 여기서 p는 상기 플라이의 강화 부품들 사이의 피치를, dF/dε는 상대 신장율에 대한 강화부품당 인장력의 도함수를 나타낸다.

상기 내용과 관련하여, 보조 플라이는 소위 반탄성 연속 강철 케이블(semi-elastic continuous steel cable), 즉 파단시에 2% 내지 6% 사이의 상대 신장율을 갖는 케이블로 형성될 수도 있다. 이들 케이블들은 워킹 크라운 플라이들과 보조 플라이 사이에서의 원주 방향 인장력의 적당한 분포에 알맞는 강도 레벨을 얻을 수 있게 한다. 상기 케이블들은 편의상 "바이모듈라(bimodular)", 다시 말하면 낮은 신장율에 대해서는 거의 일정한 완만한 기울기를, 높은 신장율에 대해서는 가파른 기울기를 갖는 상대 신장율의 함수로써 표현되는 인장 응력 곡선을 갖는다. 2% 이하의 신장율을 위하여 경화 전의 매우 낮은 모듈은 타이어가 경화하는 동안 보조 플라이의 원주 방향 성장을 증가시킨다.

또한 보조 플라이는, 강철로 제작되며 원주 방향으로 방향 설정되고 플라이의 원주 방향 길이보다 훨씬 짧은 길이를 갖는 부분품들을 형성하도록 절단된 금속 케이블로 형성될 수도 있으며, 이 부분품들 사이의 절단면들은 서로에 대하여 원주 방향으로 상쇄된다. 이러한 실시예는 절단되지 않은 동일 플라이로 제작된 플라이의 강도보다 낮은, 보조 플라이에 원하는 강도를 간단히 부여할 수 있게 한다.

바람직하게는, 보조 플라이에 사용된 케이블들은 워킹 플라이에 사용된 케이블의 직경보다 더 큰 직경을 가질 것이다.

본 발명에 따른 크라운 보강재는, 강철로 제작된 금속성 탄성 케이블로 형성되며, 반경 방향으로 가장 바깥쪽에 위치한 워킹 크라운 플라이의 케이블들로 형성된 각도와 거의 동일한 각도로 원주 방향에 대해 방향 설정된 소위 보호용 크라운 플라이로 마무리될 것이며, 이 보호용 크라운 플라이의 축방향 폭은 반경 방향으로가장 바깥쪽에 위치한 워킹 플라이의 축방향 폭과 적어도 동일하다.

본 발명의 특징들과 장점들은, 실시예의 일례를 제한하지 않는 방식으로 도면과 관련된 다음 설명으로 더 잘 이해할 수 있을 것이다.

315/80R22.5X 치수를 갖는 타이어(P)는 0.8의 편평비(H/S)를 가지며, 여기서 H는 타이어의 장착림(mounting rim) 위의 타이어(P)의 높이이며, S는 타이어의 최대 축방향 폭이다. 상기 타이어(P)는 각 비드 내에서 적어도 하나의 비드 와이어에 위로 꺾임(upturn)을 형성하여 장착되며 금속 케이블로 이루어진 하나의 플라이에 의하여 형성된 래디얼 카카스 보강재(1)를 포함한다. 카카스 보강재(1)는 다음과 같이 반경 방향으로 내부에서 외부로 형성된 크라운 보강재(3)에 의하여 둘러싸인다.

- 강철로 제작되며 22°의 각도(α)만큼 방향 설정된 비신축성 금속 케이블들로 형성되며, 반경 방향으로 카카스 보강재(1)에 인접하고 평행하며, 자오선 곡률(1/r)이 아래에 놓인 카카스 보강재(1)의 자오선 곡률(1/r₁)과 거의 동일하며, 상기 케이블들이 카카스 플라이의 각 케이블들과 고무 혼합(rubber mix)의 일정 두께만큼 분리되는 제 1 워킹 크라운 플라이(32)에 의하여 둘러싸이며,

- 강철로 제작된 비신축성 금속 부품들로 형성된 보조 플라이(33)에 의하여둘러싸이며, 여기서 상기 보조 플라이는 제 1 워킹 크라운 플라이(32)를 둘러싸며, 제 1 워킹 크라운 플라이의 축방향 외부 가장자리들은 거의 삼각형 형상의 단면으로 이루어진 형상화 부재(4)에 의하여 원주 방향 부품들의 보조 플라이(33)로부터 분리되며, 플라이(32)와 플라이(33) 사이의 고무의 두께(e₂)는 플라이(32)의 축방향 외부 단부에서 측정되어 2mm와 거의 동일하며, 상기 비신축성 금속 부품들의 원주 방향 길이는 플라이(33)의 원주 방향 길이의 1/6과 거의 동일하며, 이 부품들은 0°로 방향 설정된다.

- 그리고 나서 제 1 플라이(32)의 케이블들과 동일하며 원주 방향에 대하여 각도(β)를 형성하고 22°의 각도(α)와는 동일(그러나 가능하면 상기 각도(α)와는 다르게)하지만 반대 방향으로 배치된 금속 케이블들로 형성된 제 2 워킹 크라운 플라이(34)에 의하여 둘러싸이며,

- 그리고 마지막으로, 강철로 제작되며 각도(β)와 동일 방향 및 동일 각도(그러나 가능하면 다른 각도)로 이루어진 각도(θ)만큼 원주 방향에 대해 방향 설정되며 파단시 적어도 4%의 상대 신장을 갖는 케이블인 소위 탄성 금속 케이블로 이루어지며, 소위 보호용 플라이로 불리는 마지막 플라이(35)에 의하여 둘러싸인다.

제 1 워킹 플라이(32)의 축방향 폭(L₃₂)은 카카스 보강재(1)의 중앙 부분의 단면의 최대 축방향 폭(S_o)의 0.5배, 즉 160mm이며, 종래 형상의 타이어에 비교하여, 이 경우에서는 235mm인 트래드의 폭보다 훨씬 작다. 제 2 워킹 플라이(34)의 축방향 폭(L₃₄)은 폭(L₃₂)과 동일하다. 보조 플라이(33)의 축방향 폭(L₃₃)은 190mm이며, 이것은 0.6S_o로 표시한다. 사실, 보조 플라이(33)의 폭(L₃₃)은 가장 넓은 워킹 플라이의 폭(L₃₂(L₃₄))보다 훨씬 더 크다. 보호용 플라이로서 언급된 마지막 크라운 플라이(35)는 워킹 크라운 플라이의 폭(L₃₄)보다 약간 더 큰 165mm의 폭(L₃₅)을 갖는다.

워킹 플라이(32 또는 34)의 신축에 대한 강도는, 그들이 플라이의 폭 전체에 걸쳐 비신축적이며 연속한 강철로 제작된 동일 비후프형 9.28 금속 케이블로 형성되기 때문에 이 경우에는 동일하며, 동일 피치, 즉 케이블들 사이가 동일 공간(상기 케이블들에 수직하게 측정됨)으로 배치된 상기 케이블들은 바람직하게는 0.5%의 상대 신장률에서 4000daN/mm보다 더 크며 이 경우에는 5500daN/mm이다. 보조 플라이(33)에 관한 한, 0.5%의 상대 신장률에 대해 그것의 신축에 대한 강도는 워킹 크라운 플라이의 신축에 대한 강도에 비해 0.91배이며, 이 경우에 플라이(33)는 강철로 제작된 비후프형 27.23 금속 케이블로 형성되어, 케이블의 단면이 플라이의 원주 길이의 17%와 동일한 플라이의 원주 길이를 가지며, 거기서 0.5%의 상대 신장률에 대해 5000daN/mm의 신축에 대한 강도를 부여하도록 절단된다.

또한 보조 플라이(33)는 소위 "바이모듈라" 케이블로 형성될 수도 있다. 플라이(33)의 임의의 탄성이 불카누스형 몰드(vulcanisation mould) 내에서 타이어를 형성하는 동안 유용하기 때문에, 신축에 대해 낮은 탄젠트 모듈(tangent modulus), 예를 들어 0% 내지 1% 상대 신장률에 대해 1000daN/mm²이하를 갖는 케이블과, 신축에 대한 모듈, 이를테면 2% 이상의 상대 신장률에 대해 8000daN/mm²보다 큰 케이블이 사용될 수 있다.

제 2 변형에 따른 상술한 타이어는 8.5bar의 팽창 압력과 100km/h의 속도에 대해 4000kg의 하중 하에서 시험된다. 워킹 크라운 플라이들의 단부에서의 온도를 측정하므로써, 이 영역에서 100°이상까지 도달했던 고온이 예상외로 25°로 나타나 작용 온도와 관련하여 이득이 있음을 알 수 있다.

Claims (6)

1. 원주 방향에 대해 10°내지 45°사이의 각을 형성하는 비신축성 케이블로 이루어진 적어도 두 개의 워킹 크라운 플라이(32, 34)를 포함하며, 하나의 플라이는 다음 플라이와 교차하는 크라운 보강재(3)를 갖는 래디얼 카카스 보강재(1)를 구비한 타이어에 있어서,

   원주 방향에 대해 45°이상의 각을 형성하는 비신축성 케이블로 이루어진 임의의 플라이 대신에, 원주 방향에 대해 거의 평행하게 방향 설정된 금속 부품들로 형성된 축방향 연장 보조 플라이(33)가 반경 방향으로 워킹 플라이(32, 34)들 사이에 배치되며, 카카스 보강재의 축방향 최대 폭(S_o)의 적어도 50%의 축방향 폭(L₃₃)을 가지며, 가장 넓은 워킹 크라운 플라이(L₃₂, L₃₄)의 축방향 폭의 적어도 1.05배와 같으며, 상기의 보조 플라이(33)의 케이블의 직경이 워킹 크라운 플라이(32, 34)의 케이블에 비해 더 큰 것을 특징으로 하는 타이어.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 보조 플라이(33)의 폭(L₃₃)은 가장 넓은 워킹 크라운 플라이의 축방향 폭의 적어도 1.1배와 같은 것을 특징으로 하는 타이어.
3. 제 1 항에 있어서, 제 1 워킹 크라운 플라이(32)는 아래 놓여 있는 카카스 보강재(1)의 자오선 곡률(1/r₁)과 거의 같은 자오선 곡률(1/r)을 가지며, 그 결과상기 제 1 워킹 크라운 플라이(32)는 상기 카카스 보강재(1)와 평행하게 정렬되며, 형상화 부재(3)가 워킹 플라이(32)의 가장자리와 보조 플라이(33) 사이에 삽입되며, 이 형상화 부재(3)의 곡률 반경은 거의 "0"인 것을 특징으로 하는 타이어.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 크라운 보강재(3)는, 반경 방향으로 마지막 워킹 플라이(34) 위에 위치되며, 탄성의 금속 케이블로 형성되며, 축방향 폭(L₃₅)이 반경 방향으로 가장 바깥쪽에 놓인 워킹 플라이의 축방향폭(L₃₄)에 적어도 동일한 소위 보호용 연속 플라이(35)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 플라이(33)는 강철로 제작된 비신축성 금속 케이블들로 형성되며, 플라이의 원주보다 훨씬 짧은 길이 부분을 형성하도록 절단되며, 이 부분들의 절단면들이 축방향으로 서로 상쇄되는 것을 특징으로 하는 타이어.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 플라이(33)는 강철로 제작된 금속성 연속 케이블로 형성되며, 가류(curing)전에, 저신장율에 대해서는 완만하면서 또한 거의 일정한 경사를 가지며 고신장율에 대해서는 급경사를 갖는 상대 신장률의 함수로서 인장 응력을 나타내는 곡선을 갖는 것을 특징으로 하는 타이어.