KR100497980B1 - 회전저항이 감소된 승용차용 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전저항이 감소된 승용차용 타이어에 관한 것으로서 보다 상세하게는 조종안정성과 횡방향 강성을 유지하면서 회전저항을 감소시킨 승용차용 타이어에 관한 것이다.

본 발명은 에이펙스 상부에 카카스플라이 둘레방향과 같은 방향의 유기섬유 코드를 구비하여 조종안정성 및 횡방향 강성 특성의 하락 없이 회전저항이 감소된 승용차용 타이어의 제공을 목적으로 한다.

본 발명에서 유기섬유 코드 위치는 타이어 단면 높이(SH)에 대하여 SH의 50∼75% 길이가 되도록 한다.

Description

회전저항이 감소된 승용차용 타이어{Low rolling resistance tire for passenger car}

본 발명은 회전저항이 감소된 승용차용 타이어에 관한 것으로서 보다 상세하게는 조종안정성과 횡방향 강성을 유지하면서 회전저항을 감소시킨 승용차용 타이어에 관한 것이다.

일반적으로 타이어는 크게 트레드, 사이드월 및 비드부의 3가지 구성부위로 이루어지며, 기타 구성요소들로서 트레드, 사이드월 및 비드부를 보강해주는 벨트, 에이팩스, 카카스플라이 등이 있다.

타이어 회전저항은 하기의 식(1)과 같이 도식화 할 수 있으며, 반복적인 변형을 받고 있는 고무재료의 히스테리시스(hysterisis) 특성 때문에 발생한다.

...식(1)

상기 식(1)으로 나타낼 수 있는 타이어 회전저항을 개선하기 위해서는 (1)타이어 각부에 작용하는 변형(ε)을 줄여주거나, (2)낮은 히스테리시스(tanδ) 특성을 가진 재료를 사용하거나, (3)타이어 각 부위에서 사용하고 있는 고무재료의 체적비율(V)을 감소시키는 방법이 있다.

이중 타이어를 구성하고 있는 부위에 따른 체적비율 및 회전저항 영향도는 일반적으로 하기의 표 1과 같이 나타낼 수 있다.

표 1. 타이어 부위에 따른 체적비율 및 회전저항 영향도

타이어 부위	체적비율(%)	회전저항 영향도(%)
트레드	29	41
사이드월	21	14
비드	7	11
카카스 플라이	16	11
기타	29	15

상기의 표 1에서 보면 트레드 부위는 타이어에서 체적비율이 가장 많은 부위로서 49%의 회전저항 영향도를 가지며, 사이드월 부위는 14%, 비드는 11%, 카카스 플라이는 11%, 벨트를 포함하는 기타 부위는 약 15%의 회전저항 영향도를 보이고 있다.

종래 회전저항을 개선하기 위한 방법으로 에이펙스의 높이를 낮추어 후술하는 타이어 지름방향의 강성을 저하시키는 방법이 있다.

타이어의 강성은 타이어 지름방향의 타이어 상하 움직임에 대한 지름방향 강성, 타이어의 좌우 방향 움직임에 대한 횡방향 강성, 타이어 회전방향 움직임에 대한 둘레방향 강성으로 구분할 수 있다. 횡방향 강성은 타이어의 조종안정성에 기여하고, 둘레방향 강성은 타이어의 제동력 및 구동력의 전달과 관련이 있으며, 지름방향 강성은 타이어의 회전저항과 승차감에 관련이 있다.

타이어 지름방향 강성이 감소되면 타이어 회전저항에 영향도가 가장 큰 트레드(벨트 끝단부 포함)에 작용하는 변형이 줄어 회전저항을 감소시킬 수 있다. 그러나 지름방향 강성을 낮추게 되면 횡방향 강성도 같이 낮아져 조종안정성을 약화시킨다. 이러한 단점을 해결하기 위해 종래 타이어에서는 유기섬유 또는 스틸코드층을 비드코어 외주 및 에이펙스 외측에 구비하여 횡방향 강성을 유지하고자 하였다. 그러나 이 경우 횡방향 강성과 지름방향의 강성도 같이 증가하여 회전저항을 낮추기 위한 효과가 감소하는 문제가 있다.

본 발명은 에이펙스 상부에 카카스플라이 둘레방향과 같은 방향의 유기섬유 코드를 구비하여 조종안정성 및 횡방향 강성 특성의 하락 없이 회전저항이 감소된 승용차용 타이어의 제공을 목적으로 한다.

본 발명은 공지의 승용차용 타이어에 있어서, 에이펙스 상부에 카카스플라이 원주둘레방향 즉 타이어의 원주둘레방향과 동일한 방향을 가지는 유기섬유 코드가 판형태로 층을 이루어 카카스플라이층과 싸이드월 사이에 삽입된 형태로 구비되어 타이어의 회전저항을 감소시킨 것을 특징으로 한다.

이하 첨부도면을 중심으로 본 발명을 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 회전저항이 감소된 승용차용 타이어의 부분단면도이다. 본원발명의 타이어는 도 1에서처럼 타이어 회전저항을 감소시키기 위해 에이펙스 높이를 낮추고, 에이펙스 높이의 감소에 따라 상대적으로 저하되는 타이어의 횡방향 강성을 보완하기 위해 에이펙스 상부에 카카스 플라이층과 둘레방향이 동일한 유기섬유 코드를 구비한다.

상기에서 유기섬유 코드는 폴리에스터, 레이욘, 유리섬유 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.

본 발명에서 유기섬유 코드는 두께 2mm 이하, 폭 25∼50mm이고, 800∼1500d/2로 20∼30개/inch의 특성을 갖고 도 2에 도시된 바와 같이 상기와 같은 구성으로 된 본 발명의 유기섬유 코드는 판 형태를 취하고, 카카스 플라이층(3)과 사이드 월 사이에 층을 이루어 삽입된 형태로 형성된다.

본 발명에서 유기섬유 코드 두께가 2mm 초과하면 사이드월의 두께가 증가하여 지름강성이 증가하기 때문에 좋지 않다. 또한 유기섬유 코드 폭이 25mm 미만이면 목적하는 횡방향 강성을 얻지 못하여, 50mm 초과하면 횡방향 강성이 상대적으로 강하게 되어 본 발명에서 사용하는 유기섬유 코드는 두께 2mm 이하, 폭 25∼50mm를 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 에이펙스 상부에 구비된 유기섬유 코드는 타이어 단면높이(SH)에 대하여 에이팩스(2)의 하부측에 형성된 타이어의 비드부 즉 타이어의 하단부를 기점으로 SH의 50%가 되는 위치에서 부터 SH의 75%가 되는 위치 까지 위치하여 형성된다. 또한 유기섬유 코드 하부의 에이펙스는 타이어의 하단부를 기점으로 SH의 20%의 높이 이하의 높이에 위치한다. 일반적으로 타이어 횡방향 강성을 보완하기 위해서 보강재는 SH의 50%높이 내지 SH의 70%높이 정도로 설정하여 사용하기 때문에 본 발명에서 유기섬유 코드의 높이 위치가 SH의 50% 미만이거나, SH의 75%의 높이를 초과하면 횡방향 강성의 보강효과를 얻지 못하므로 유기섬유 코드는 타이어의 하단부를 기점으로 SH의 50% 높이 내지 75%의 높이 사이에 위치하는 것이 바람직하다. 또한 에이펙스의 높이 위치가 SH의 20% 초과하면 회전저항을 감소시키는 효과를 얻기 어려우므로 본 발명에서 에이펙스는 SH의 20% 이하에 위치하는 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명의 유기섬유 코드층 구조를 대략적으로 나타내고 있다.

도 2와 같이 유기섬유 코드가 카카스 플라이층의 원주 둘레방향 즉 타이어의 원주둘레방향과 같은 방향으로 배열되어 있어 타이어 사이드월의 굽힘변형에는 크게 영향을 주지 않으면서 타이어의 횡방향 또는 원주둘레방향 강성은 증가시킨다. 수직으로 배열된 유기섬유 코드에는 타이어의 상하방향 변형에 따라 유기섬유 코드상의 장력(T_상하방향)에 영향을 미치지 않기 때문에 사이드월부의 굽힘변형이 증가하지 않는다. 타이어의 횡방향 또는 둘레방향의 변형이 작용하는 경우에 유기섬유 코드상에 장력(T_코드방향)이 증가하여 타이어의 횡방향 또는 타이어 원주 둘레방향의 강성을 증가시키는 것이다.즉 층을 이루는 상기 유기섬유 코드는 도 2에 도시된 바와 같이 각 섬유가닥이 타이어의 횡방향 또는 타이어의 원주둘레방향(T_코드방향)으로 길게 배열되고, 여러 가닥의 섬유가 타이어의 상하방향(T_상하방향)으로 수직배열되므로, 유기섬유 코드의 삽입으로 인하여 타이어의 상하방향 변형(사이드 월부의 굽힘변형)에 아무런 변화가 없으나, 타이어의 원주둘레방향 또는 타이어의 횡방향 변형이 생기면 각 섬유가닥에 변형을 유발하여 이 때 각 섬유가닥에 변형에 저항하는 힘이 작용되어 유기섬유 코드상에 타이어의 횡방향 또는 원주둘레방향으로 강성이 증가되는 것이다.

한편 도 2에서 사이드월은 유기섬유 코드층 바깥의 고무층을 지칭한다.

이하 본 발명을 다음의 비교예 및 실시예에 의하여 설명하고자 한다. 하기의 비교예 및 실시예는 본 발명의 일예로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.

<비교예>

도 3과 같이 유기섬유 코드(1)를 비드코어(4) 외주 및 에이펙스(2) 외측에 구비하여 횡방향 강성과 원주둘레방향 강성을 증가시켜 175/70R13 승용차용 공기입 래디알 타이어에 적용하였다. 이 타이어의 회전저항 및 횡방향 강성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.

상기에서 에이펙스 높이는 타이어 단면높이(SH)에 대하여 20%가 되도록 하였다.

유기섬유 코드는 폴리에스터로서 두께 2mm, 폭 50mm 이고, 1000d/2로 30개/inch의 특성을 가진 것을 사용하였다.

한편 회전저항은 67" 드럼상에서 주행방향에 반대방향으로 작용하는 힘을 측정하여 타이어가 주행중에 소모하는 에너지를 평가하는 방법으로 측정하였다. 횡방향강성은 타이어 접지면을 횡방향으로 이동시킬 때 작용하는 힘을 측정하는 방법으로 측정하였다.

<실시예>

도 1과 같이 유기섬유 코드(1)를 에이펙스(2) 상부에 구비하여 횡방향 강성과 원주둘레방향 강성을 증가시켜 175/70R13 승용차용 공기입 래디알 타이어에 적용하였다. 이 타이어의 회전저항 및 횡방향 강성은 상기 비교예에서 언급한 방법을 이용하여 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.

상기에서 에이펙스 위치는 타이어 단면높이(SH)에 대하여 20%의 길이가 되도록 하였으며, 유기섬유 코드 위치는 에이펙스 상부로부터 SH에 대하여 45%의 길이가 되도록 하였다.

유기섬유 코드는 폴리에스터로서 두께 2mm, 폭 50mm, 카카스 플라이(3) 둘레방향과 동일한 방향을 가지며, 1000d/2로 30개/inch의 특성을 가진 것을 사용하였다.

표 2. 비교예 및 실시예 타이어의 특성

항목	비교예	실시예
회전저항	100*	94
횡방향 강성	100	103
지름방향 강성	100	97

* 비교예 값을 100으로 하였을 때 실시예 값을 나타내었으며, 회전저항은 수치가 적을수록 우수하며, 횡방향 강성은 수치가 높을수록 우수함을 의미하고, 지름방향 강성은 낮을수록 회전저항 및 승차감 측면에 우수함을 의미한다.

상기의 비교예 및 실시예의 결과에서처럼 에이펙스 상부에 유기섬유 코드가 구비된 본 발명의 승용차용 타이어는 종래 유기섬유 코드를 비드코어 외주 및 에이펙스 외측에 구비한 타이어에 비하여 회전저항 및 횡방향 강성이 우수함을 알 수 있다.

도 1은 본 발명의 타이어를 나타낸 부분단면도이다.

도 2는 본 발명의 유기섬유 코드층 구조를 대략적으로 나타낸 것이다.

도 3은 종래 타이어의 부분단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 유기섬유 코드 2 : 에이펙스

3 : 카카스 플라이 SH : 타이어 단면 높이

Claims (5)

1. 공지의 승용차용 타이어에 있어서,

   에이펙스 상부에 카카스 둘레방향인 타이어의 원주둘레방향과 같은 방향의 유기섬유 코드가 층을 이루어 카카스층과 싸이드월 사이에 삽입된 형태로 구비되어 회전저항이 감소된 승용차용 타이어
2. 제 1항에 있어서, 유기섬유 코드는 폴리에스터, 레이욘, 유리섬유 중에서 선택된 어느 하나 임을 특징으로 하는 회전저항이 감소된 승용차용 타이어
3. 제 1항에 있어서, 유기섬유 코드는 두께 2mm 이하, 폭 25∼50mm, 800∼1500d/2로 20∼30개/inch의 특성을 포함함을 특징으로 하는 회전저항이 감소된 승용차용 타이어
4. 제 1항에 있어서, 유기섬유 코드의 형성위치는 타이어 하단부를 기점으로 타이어 단면높이(SH)에 대하여 SH의 50%높이에서 SH의 75%높이 까지 형성된 것을 특징으로 하는 회전저항이 감소된 승용차용 타이어
5. 제 1항에 있어서, 에이펙스의 높이는 타이어 단면높이(SH)에 대하여 타이어의 하단부를 기점으로 하여 SH의 20% 높이 이하 임을 특징으로 하는 회전저항이 감소된 승용차용 타이어