KR100637852B1 - 2륜차량용고횡곡률타이어 - Google Patents

Abstract

2륜 차량용 고횡곡률 타이어는 타이어(1)의 적도면(x-x)에 대해 경사진 방향을 따라 위치가 정해지고 실질적으로 서로 평행한 보강 코드(8,9)가 구비된 적어도 하나의 플라이(3,4)를 포함하는 카커스 구조체(2)와, 탄성 재료로 만들어진 시트(11)가 구비된 반경방향 내측층에 의해 형성된 벨트 구조체(10)와, 타이어의 적도면에 대해 실질적으로 0도의 각도로 감긴 코드(14)의 축방향으로 나란히 배열된 다수개의 둘레방향 코일(14a)이 구비된 반경방향 외측층을 구비한다. 상기 타이어(1)는 직선 범위 및 곡선에서의 노면 거동(road behavior), 마모 균일성(wear regularity), 양호한 킬로미터의 항복(yield) 및 가벼운 무게의 최적의 성능에 유리하게 관련되어 있다.

Description

2륜 차량용 고횡곡률 타이어

전체적인 관점에서, 본 발명은 2륜 차량용 고횡곡률(high transverse-curvature) 타이어에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 무거운 무게를 갖는 소위 고성능 투어링(touring) 모터바이크(motor-bike)에서 바람직하게 비한정적으로 사용가능한 타이어에 관한 것이다.

2륜 차량용 타이어의 제조 분야에서, 특히, 1000cm³을 초과하는 광범위한(swept) 부피, 무거운 무게 및 높은 토르크(torque)를 갖는 소위 투어링 모터바이크를 갖추기 위해 의도된 타이어의 제조 분야에서, 높은 속도, 킬로미터의 항복, 마모 균일성 및 균형, 직선 범위 및 곡선에서의 노면 거동, 그리고 가벼운 무게에서 차량의 안정성의 견지에서 보다 높은 성능을 제공할 필요성이 점점 더 지적되고 있다.

이러한 필요성을 충족시키기 위해 2륜 차량용 타이어가 카커스 구조체와 가능한 중간 구조체(브레이커(breaker)로 오랜 기간 동안 제조되어 왔으며, 횡-플라이 카커스(cross-ply carcass)로 알려져 있는 카커스 구조체는 타이어의 적도면에 대해 대칭적으로 경사진 코드가 보강된 고무처리된 직물지의 한쌍의 플라이를 구비하고, 중간 구조는 타이어의 적도면에 대하여 각도로 배열된 코드가 구비된 고무처리된 직물지(fabric)의 스트립 쌍으로 구현된다.

이러한 타이어 구조는 모터 바이크의 매우 규칙적인 곡선 움직임을 보장할 수 있지만 이러한 타입의 타이어의 사용은 높은 속도에서 차량의 안정성 문제를 초래했고 특히 당해 기술분야에서 "청킹(chunking)"이란 용어로 언급되는 현상에 따라 고무의 대부분의 제거와 주로 연계된 트레드의 불규칙적인 마모 문제를 초래했다.

이러한 문제점을 방지하기 위한 시도로, 소위 래디칼형의 카커스 구조체를 구비하는 타이어, 즉 타이어의 적도면에 대하여 대략 수직인 보강 코드로 구비된 타이어를 사용하는 것이 제안되었고, 카커스 구조체에는 타이어의 적도면에 대하여 소정 각도로 위치된 코드가 구비되는 고무처리의 직물지로 만들어진 적어도 한쌍의 스트립 이 둘레방향으로 위치가 정해지고 0도 코드(zero-degree cords)란 용어로 당해 기술분야에서 알려진 것으로서, 바람직하게는 금속으로 만들어져서 감기는 코드가 구비된 고무처리된 직물지로 만들어지는 적어도 한쌍의 스트립을 구비하는 벨트 구조체가 동축상으로 결합된다.

래디칼형 카커스가 구비된 타이어들은 청킹 현상의 실질적인 제거와 함께 직선코스를 따른 높은 속도에서 차량의 승차감 및 안정성에 관한 상황을 당해 기술분야에서 숙련된 기술을 가진 사람에 의해 상기 타이어가 최고 제품으로 고려되는 범위로 개선시켰지만 무거운 무게 및 고성능을 갖는 소위 투어링 모터바이크에서 사용하기에는 적절하지 않았다.

실제로, 래디칼형의 카커스를 갖는 타이어가 갖추어진 모터바이크는 곡선을 따라 주행하는 동안 특히 바람직하지 않은 부유(floatation) 효과에 놓이기 쉬우며, "푸딩 효과(pudding effect)"란 용어로도 알려져 있는 이러한 부유 효과는 모터바이크로 하여금 쉽게 감쇠되지 않고(damped) 어떤 경우에는 자기증폭될 수도 있는 동요 현상 (swaying phenomenon)을 경험하게 한다. 극도의 조건에서, 이러한 현상은 운전자들로 하여금 차량의 제어능력을 상실하게 만들 수도 있어 해로운 결과를 초래할 수 있다.

본 발명에 따르면, 출원인은 높은 속도, 킬로미터의 항복, 마모 균일성 및 균형, 직선 범위 및 곡선에서의 노면 거동, 그리고 가벼운 무게에서 차량의 안정성의 견지에서 적절한 성능을 달성하는 문제가 타이어의 적도면에 대해 경사진 보강 코드가 구비된 적어도 하나의 플라이를 갖는 카커스 구조체를 다수개의 0도 코드를 구비하는 반경방향 외측층과 탄성 재료로 만들어진 적어도 하나의 시트를 구비하는 반경방향 내측층을 포함하는 벨트 구조체와 결합함으로써 해결될 수 있다는 것을 이해했다.

즉, 출원인은 래디칼형 카커스, 즉 경사진 보강 코드가 갖추어진 카커스가 탄성 재료로 만들어진 시트를 삽입함으로써 0도 코드를 구비하는 벨트층으로부터 적절히 분리된다는 것을 전제로 당해 기술분야에서 숙련된 기술을 가진 사람에 의해 만장일치로 유용한 기술의 최고로 간주되는 바로 그 구조인 래디칼형 카커스의 사용을 포기함으로써 상기 문제점이 효과적으로 해결될 수 있다는 사실을 인식하게 되었다.

따라서, 본 발명은

a) 서로 평행하고 타이어의 적도면에 대해 경사진 방향을 따라 위치가 정해진 보강 코드로 구비된 적어도 하나의 플라이를 포함하는 카커스 구조체와;

b) 카커스 구조체 주위로 동축상으로 뻗쳐있고:

i) 탄성 재료로 만들어진 적어도 하나의 시트를 구비하는 반경방향 내측층과;

ii) 타이어의 적도면에 대해 실질적으로 0도의 각도로 둘레방향으로 감긴 적어도 하나의 늘어나지 않는 코드의 축방향으로 나란히 배열된 다수개의 둘레방향 코일을 포함하는 반경방향 외측층을 포함하는 벨트 구조체와;

c) 벨트 구조체 주위로 동축상으로 뻗쳐있는 트레드(tread)를 구비하는 타이어를 제공한다.

본 발명에 따르면, 출원인은 카커스 구조체와 벨트 구조체의 0도 코드가 구비된 반경방향 외측층 사이에 탄성 재료로 만들어진 시트를 삽입함으로써 카커스 구조체에 의해 타이어에 부여된 노면 유지 (road holding) 및 곡선 안정성의 바람직한 특징과 벨트 구조체의 0도 코드 층에 의해 타이어에 부여된 직선 도로에서 고속 차량의 편암함, 마모 균일성 및 균형, 그리고 안정성의 바람직한 특징을 동시에 달성할 수 있다는 것이 예상외로 발견했다.

특히, 출원인은 탄성 재료로 만들어진 상기 시트가 카커스 구조체와 벨트 구조체의 0도 코드로 하여금 실질적으로 서로 독립적인 상기 효과를 발휘하도록 하여 0도 코드가 배치되어 있는 카커스 구조체의 보강 코드를 손상시키는 것을 방지할 수 있도록 한다.

카커스 구조체의 구조적 특징으로 인해, 본 발명의 타이어는 모터바이크에 영향을 미치는 원심력의 추력 (centrifugal thrust)을 균형을 이루게 하기에 매우 충분한 높은 캠버(camber) 추력을 발생시킬 수 있어 매우 균등한 곡선 움직임을 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 또한 타이어에 의해 발생된 캠버 추력과 이동방향(drift) 추력은 타이어의 적도면에 대하여 적절한 각도로 왕관모양으로 형성하는 보강 코드로 구비된 하나 이상의 카커스 플라이를 벨트의 0도 코드를 포함하는 반경방향 외측층과 결합하여 증가된다는 것이 발견되었다.

이러한 특징으로 인해, 상기의 구조를 갖는 한쌍의 타이어가 갖추어진 모터바이크는 중립 운전의 바람직한 특징을 보여줌으로써 운전자가 차량을 간단히 경사지게 하여 차량의 자세를 고치지 않고 특히 핸들바의 조향 각도를 고치지 않고 곡선 궤도를 주행할 수 있다는 것이 주시되었다.

또한, 횡-플라이 카커스는 타이어 횡단 강도(strength) 및 곡선 안정성의 바람직한 특징을 제공하는 한편 상기 벨트 구조체는 타이어 치수 안정성, 방향 안정성 및 낮은 에너지 흡수를 제공하여 청킹 현상의 실질적인 사라짐과 낮은 회전(rolling) 저항을 동시에 달성하게 된다는 것이 발견되었다.

특히, 0도 코드가 구비된 반경방향 외측층의 벨트 구조체의 존재는 타이어의 모든 동작 조건에서 타이어의 지면 접촉 면적 즉 지면과의 접촉 면적과 방향 안정성 둘다를 증가시킨다는 것이 주시되었다.

이러한 특징으로 인해, 지면상의 긁힘(scraping)으로 인한 응력과 트레드의 고무 성분에서 히스테리시스(hysteresis), 분산(dissipation)으로 인한 응력이 모두 감소되고, 그 결과 주행시 생기는 원심력에 기인하는 타이어의 과열은 벨트 구조체의 0도 코드가 구비된 반경방향 외측층의 신장불능(inextensibility)에 의해 대항을 받아서 실질적으로 감소된다.

카커스 구조체 및 벨트 구조체의 그러한 조합의 채택은 타이어 무게를 감소시키는데 기여함으로써 부유되지 않은 질량(non-suspended masses)으로 인한 관성의 견지에서 모든 결과적인 이점을 가져온다.

바람직하게는 카커스 구조체의 플라이에 포함된 보강 코드는 레이온, 나일론, 폴리에틸렌 나프탈렌 2,6 디카르복실레이트 (PEN) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET)를 포함하는 그룹으로부터 선택된 재료의 높은 모듈(modulus) 섬유를 구비하여 구성된다.

바람직하게는, 카커스 구조체의 플라이에 포함된 보강 코드는 타이어의 적도면에서 측정되고 타이어의 적도면에 대해 25°내지 70°범위의 왕관 각도를 형성한다.

이러한 방식으로, 타이어의 최적의 곡선 움직임이 주시되어 적절한 캠버 추력의 발생을 가져왔다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따르면, 타이어의 카커스 구조체는 적어도 한 쌍의 중첩된 플라이를 구비하며, 플라이 각각은 서로 평행하고, 인접 플라이의 코드에 대해 타이어의 적도면에 대해 경사지고, 대향하고 바람직하게는 대칭을 이루는 방향에 따라 위치가 정해진 보강 코드가 구비된다.

바람직하게는, 카커스 플라이에 포함된 보강 코드는 반경방향의 인접 플라이의 보강 코드의 재료와는 다른 재료로 만들어진다.

그러한 경우에, 외측을 향해 반경방향으로 진행함에 따라 증가하는 모듈(modulus)을 갖는 재료들을 선택하는 것이 바람직하고: 그렇게 함에 있어서, 벨트 구조체에 의해 수행된 원심력으로 인한 추력을 포함하는 효과에서 추가의 바람직한 증가가 주시되었다.

바람직하게는, 카커스 플라이의 보강 코드에 의해 형성된 왕관 각도가 감소함에 따라 그린(green) 상태의 탄성 재료의 접착 특성을 실질적으로 변경하지 않고 신축(stretchability) 특성을 증가시키기에 적절한 결합 수단을 포함하는 적어도 하나의 시트를 상기 카커스 플라이 사이에 삽입하기가 편리해질 수 있고 상기 시트는 탄성 재료로 만들어진다.

이러한 방식으로, 타이어의 회전(rolling)시 카커스 플라이 사이에 발생된 티어링 응력(tearing stresses)을 흡수할 수 있다.

바람직하게는, 상기 결합 수단은 "Kevlar-pulp" 또는 "Twaron-pulp"(Kevlar 및 Twaron은 각각 Dupont사 및 Akzo사의 등록된 상표)로 상업적으로 알려진 소위 아라미드(aramid) 펄프 (폴리-파라페닐렌-테레프탈라미드 (poly-paraphenylene-terephtalamide)의 짧고 가는 섬유(short fibrillated fibers))를 포함한다.

바람직하게는, 상기 짧고 가는 섬유는 고무의 무게에 의한 각 100 부분 단위의 무게에 의해 1 내지 10 부분 (phr) 범위내의 양으로 상기 시트를 구성하는 탄성 재료에 포함되며, 0.1mm 내지 2.5mm 범위내의 길이를 갖는다.

바람직하게는, 탄성 재료로 만들어진 상기 시트는 0.075 내지 0.5mm 범위내의 두께를 갖는다.

본 발명에 따르면, 카커스 구조체 주위로 동축상으로 뻗쳐있는 벨트 구조체는 탄성 재료로 만들어진 적어도 하나의 시트를 포함하는 반경방향 내측층을 구비한다.

상기한 바와 같이, 상기 시트는 구조적, 기능적 관점에서 카커스 구조체를 벨트 구조체의 0도 코드를 포함하는 층으로부터 분리하기에 적절한 요소로서 작용하고, 특히 상기 벨트 구조체가 그의 해방에 있는 카커스 구조체의 피로파단의 원인으로 되는 보강 코드를 손상시키는 것을 방지할 수 있도록 한다.

상기 분리 작용을 최적화하기 위해, 탄성 재료로 만들어진 상기 시트는 0.5 내지 3mm 범위내의 두께를 가지며 더 바람직하게는 1 내지 3mm 범위내의 두께를 갖는다.

또한, 바람직하게는 탄성 재료로 만들어진 상기 시트는 그린 상태에서 탄성 재료의 접착 특성을 실질적으로 변경하지 않고 신축 특성을 증가시키기에 적합한 결합 수단을 포함한다.

바람직하게는, 상기 결합 수단은 "Kevlar-pulp" 또는 "Twaron-pulp" (Kevlar 및 Twaron은 각각 Dupont사 및 Akzo사의 등록된 상표이다)로 알려진 소위 아라미드(aramid) 펄프 (폴리-파라페닐렌-테레프탈라미드 (poly-paraphenylene-terephtalamide)의 짧고 가는 섬유)를 포함한다.

바람직하게는, 상기 짧고 가는 섬유는 상기 시트를 구성하는 탄성 재료에 1과 10 phr 사이에 포함된 양으로 포함되며, 0.1mm 내지 2.5mm 범위내의 길이를 갖는다.

바람직하게는, 상기 짧고 가는 섬유는 예를 들어 지지 요소가 타이어 제조 방법시 받는 힘의 주된 방향에 따라 캘린더가공(calendering) 동작에 의해 예비로 위치가 정해진다(preoriented). 그러한 방향은 보통 타이어의 둘레방향이고 상기 예비방향(preorientation) 동작은 타이어 제조시 상기 시트를 캘린더가공하여 바람직하게 수행된다.

상기 아라미드 펄프로 보강된 탄성 재료는 0.6 내지 3 MPa 범위내의 인장 응력에서 50%의 신장에 따라 그린 상태에서 3 내지 7 MPa 범위내의 파괴(break) 인장 응력을 가지는 한편 아라미드 펄프가 없는 동일한 탄성 재료는 0.2 내지 0.5 MPa 범위내의 인장 응력에서 50%의 신장에 따라 그린 상태에서 1 내지 2 MPa 범위 내의 파괴 인장 응력을 갖는다.

바람직하게는, 벨트 구조체의 반경방향 내측층의 시트를 구성하는 재료는 상기 시트가 부착되어야 하는 요소의 탄성 매트릭스와 가능한한 유사한 탄성 매트릭스를 얻을 수 있도록 30 내지 70 phr 범위내의 양으로 카본-블랙을 함유하고 당해 기술 분야에서 알려진 보통의 성분 (가소제(plasticizer), 보호제(protecting agent), 항분해제(antidegradation agent), 가황제(vulcanizers))으로 채워진 천연 고무 원료 성분이다.

상기에서 언급된 바와 같이, 벨트 구조체의 반경방향 외측층은 적어도 하나의 늘어나지 않는 코드의 축방향으로 나란히 배열된 다수개의 둘레방향 코일을 구비하며, 상기 코드는 타이어의 적도면에 대해 실질적으로 0도의 각도로 둘레방향으로 감기며 보통 "0도 코드" 란 용어로 당해 기술분야에서 알려져 있다.

바람직하게는 벨트 구조체의 반경방향 외측층의 코드 또는 0도 코드는 탄소 함량이 높은 강 와이어로 이루어진 고신장 금속 코드이다.

또한, 0도 코드는 아라미드로 만들어진 직물 코드가 될 수 있다.

모터바이크의 뒷바퀴에 장착될 타이어를 제조할 때, 타이어 적도면에 대해 실질적으로 0의 각도로 배열된 코드 코일은 바람직하게 벨트 구조체의 축방향으로의 횡방향 전개폭에 걸쳐 일정한 밀도로 분포된다.

대신에, 모터-바이크의 바퀴에 장착될 타이어를 제조할 때, 타이어 적도면에 대해 실질적으로 0의 각도로 배열된 코드 코일은 바람직하게 벨트 구조체의 축방향으로의 횡방향 전개폭에 걸쳐 가변 밀도로 분포된다.

본 발명의 마지막 실시예에 따르면, 코드 코일의 분포 밀도는 바람직하게 기설정 관계에 따라서, 적도면에서부터 끝단을 향하여 층을 따라 점진적으로 변화하고, 타이어 적도면의 양측에 위치한 영역에서 15 코드/cm를 넘지 않는 값을 갖는다.

이러한 방식으로, 험한 지면에 기인한 변수를 흡수하고 줄일 수 있도록 중간부분이 유연하며, 동시에 미끄럼 추력(slip thrust)을 높일 수 있도록 측부를 따라서 단단한 벨트 구조체를 바람직하게 얻을 수 있다.

출원인의 실험에 따르면, 상기 관계가 다음과 같이 표현될 수 있다.

여기서,

No는 벨트 구조체에서 적도면의 양측에 위치한 단위 폭(unitary width), 예를 들면 1cm의 단일 값의 중앙 부분내에 배치된 코드 코일의 개수;

R은 상기 중앙 부분의 중심과 타이어 회전축 사이의 거리;

r은 벨트 구조체의 상기 반경방향 외측층의 끝단과 적도면(x-x) 사이에 위치된 소정 단위부분의 중심과 타이어 회전축 사이의 거리;

K는 구성 재료, 코드의 형성, 코드 주위의 고무 양, 그리고 상기 단위 부분에 있는 벨트 구조체의 반경방향 내측층 부분의 무게를 고려한 매개 변수로서, 기준 값에서 벗어난 왕관 윤곽(crown profile)을 따라 분포된 벨트 구조체의 반경방향 내측층의 구조적 특징 및 재료 타입의 변수에 따라 변화한다.

만약 모든 코드가 그 형성이 동일하고 또한 연결된 재료 모두가 층에 걸쳐 동일하다면 상기 매개변수 K는 실질적으로 1에 가까운 값을 갖거나, 벨트 구조체의 주변 전개폭을 따라 배치된 보강 요소의 재료 및 그 형성의 변수에 따라 다른 값을 갖는다.

그러한 관계에 따른 코드 분포로 인해, 타이어를 사용할 때 가해진 원심력의 결과로서 벨트 구조체에 작용하는 응력이 균일하게 됨은 물론 축 방향을 따라 필수적인 차별 강도가 확보된다.

당해 기술분야에서 숙련된 기술을 가진 사람은, 상기의 디자인 변수에 따라서, 제어된 소정의 방식으로 상기 코드의 밀도를 변화시킴으로써, 주행 중인 타이어의 벨트 구조체에서의 응력 균일성 및 축 방향을 따라 차별화된 강도를 동시에 얻을 수 있는 다른 관계를 분명히 발견하게 될 것이다.

얇아지는 정도가 최대가 되는, 적도면의 양측에 위치한 부분의 0도 코드 밀도에 관해서 말하자면, 이 밀도는 바람직하게 8 코드/cm를 넘지 않고 보다 바람직하게는 3 내지 6 코드/cm 범위에 포함된다.

상기 부분의 폭은 바람직하게 벨트의 축방향 전개부의 10% 에서 30% 까지 변화한다.

편리하게, 상기 중심 부분의 코드 양은 타이어 어깨부분에 가까이 있는 코드 양의 60% 내지 80% 범위내에 포함된 값과 같고, 여기서 상기 코드의 밀도는 바람직하게 10코드/cm를 넘지 않으며 보다 바람직하게는 6 내지 8 코드/cm 범위내에 포함된다.

도 1에서, (1)은 이륜 차량용 고횡곡률 타이어, 특히 소위 "투어링(touring)" 타입의 고성능 모터바이크에 장착되는 타이어를 나타낸다.

알려진 바와 같이, 타이어의 횡곡률의 정도는, 트레드의 양쪽 끝단(C)을 지나는 라인 b-b에서부터 트레드 왕관의 거리 ht(적도면 (x-x)을 따라 측정된)와 상기 양쪽 끝단사이의 타이어 현(chord)을 따라 측정된 거리 wt사이의 일반적으로 "캠버(camber)"라고 알려져 있는 비율의 특정치에 의해 정의된다.

만약 양쪽 트레드 끝단이 예를 들어 도 1의 C로 표시된 에지와 같은 정확한 기준이 없어서 쉽게 확인될 수 없다면, 타이어 최대 현의 값은 거리 wt로 추정될 수 있다.

타이어(1)는 대향 측면 에지(2a, 2b)가 각각의 비드 코어(5) 주위에 말린 적어도 하나의 카커스 플라이를 포함하는 카커스 구조체(2)를 구비하고 있다.

비드 코어(5)의 외주변 에지상에는 탄성 충전재(filling)(6)가 도포되어 카커스 구조체(2) 및 상응하는 카커스 구조체의 말려있는 측면 에지(2a, 2b)사이에 한정된 공간을 채운다.

알려진 바와 같이, 비드 코어(5) 및 충전재(6)를 구비하는 타이어 영역은 (7)로 포괄적으로 표시되고, 도시되지 않은 해당 마운팅 림(mounting rim)에 타이어(1)를 고정시키기 위한 소위 비드(bead)라는 것을 형성한다.

바람직한 실시예에 따르면, 카커스 구조체(2)는 두 개의 반경방향의 내측 및 반경방향의 외측 카커스 플라이(3, 4)를 구비하는데, 상기 플라이는 본질적으로 하나의 탄성 재료, 예를 들어 천연 고무 원료의 재료로 만들어진 시트로 구성되고, 다수의 보강 코드(8, 9)를 포함한다 (도 2).

바람직하게는, 상기 보강 코드는 본질적으로 서로 평행하고 각 플라이에서 경사 방향에 따라 위치가 정해지고, 타이어(1)의 적도면 (x-x)에 대해 인접 플라이의 코드에 대해서는 반대방향으로 되어 있다.

반경방향의 내측 카커스 플라이(3)의 보강 코드(8)는 나일론, 레이온 또는 PEN의 직물 섬유로 구성되고, 타이어(1)의 적도면 (x-x)에 대해 약 50˚의 각(α₁)을 형성한다.

반경방향의 외측 카커스 플라이(4)의 보강 코드(9)는 레이온 직물 섬유로 구성되고, 반경방향의 내측 플라이(3)의 코드(8)에 대해서 반대 방향으로 경사져서, 타이어(1)의 적도면 (x-x)에 대해 약 50˚의 각(α₂)을 형성한다.

바람직한 실시예에 따르면, 카커스 구조체(2)는 또한 카커스 구조체의 말려있는 측면 에지(2a, 2b)에 대해서 축방향의 외측 위치에서 보강 직물 재료로 만들어진 스트립(13)을 구비한다.

특히, 스트립(13)은 비드 코어(5)의 반경방향의 내측 에지로부터 말려있는 측면 에지(2a, 2b)의 적어도 자유단까지 그리고 바람직하게는 상기 자유단을 약간 넘어 반경방향으로 뻗쳐져 있고, 금속 또는 예를 들어 나일론, 레이온 또는 아라미드(aramid)와 같은 직물 재료로 만들어진 보강 코드를 포함한다.

바람직하게는, 그러한 보강 코드는 서로 평행하고, 그리고 경사진 방향에 따라, 바람직하게는 상기 스트립(13)에 인접한 측면의 말린 에지(2a, 2b)의 반경방향의 외부 플라이(4)의 보강 코드(9)에 대해서 반대 방향으로 위치가 정해지고, 상기 보강 코드는 타이어(1)의 반경방향에 대해 20˚와 50˚사이에 포함되는 각을 형성한다.

벨트 구조체(10)는, 반경방향 내측 층 및 반경방향 외측 층을 구비하고 상기 카커스 구조체(2)에 동축상으로 결합되며, 이때, 상기 두 층 모두는 상기 벨트 구조체의 보강 요소를 포함하고 있다.

특히, 벨트 구조체(10)의 반경방향 내측층은 탄성 재료, 바람직하게는 직물 및 금속 섬유, 섬유 유리 또는 짧고 가는 아라미드 섬유를 포함하는 균일하게 분산된 섬유질 보강 충전재를 포함하는 탄성 재료로 만들어진 시트(11)로 구성되어 있다.

그리고 벨트 구조체(10)의 반경방향 외측층은 축방향으로 나란히 배치된 둘레방향 코일(14a)으로 구성되어 있다.

편리하게는, 시트(11)는 "Kevlar-pulp" 또는 "Twaron-pulp" (Kevlar 및 Twaron은 각각 Dupont사 및 Akzo사의 등록된 상표이다)로 상업적으로 알려진 소위 아라미드(aramid) 펄프 (폴리-파라페닐렌-테레프탈라미드의 짧고 가는 섬유) 또는 그에 상응하는 탄성 재료의 접착 특성을 실질적으로 변경하지 않고 그린 상태에서 탄성 재료의 신축 특성과 기계적 강도 특성을 증가시키기에 적합한 결합 수단을 보강 섬유질 충전재로서 포함한다.

사실상, 탄성 재료 조성물에 분산된 아라미드 섬유의 존재로, 시트(11)는 타이어 제조 공정시 상기 시트에 야기된 영구적인 세팅의 결과로 찢어지는 일(laceration) 없이 예를 들어 0.5-3 mm 두께의 아주 얇은 시트의 형태를 취할 수 있다.

특히, 그린 엘라스토머의 조성물내에 1 내지 10 phr (고무의 100 부분 당 중량에 의한 부분) 범위내의 양으로 아라미드 펄프를 포함하고 0.1 내지 2.5 mm 범위 내의 길이를 갖는 섬유를 사용함으로써 최선의 결과가 달성된다는 것이 발견되었다.

타이어(1) 제조 공정시 시트(11)에 가해진 기계적 응력에 대한 내성은 캘린더가공을 통해 상기 시트의 모양을 형성함으로써 더 증가될 수 있어, 아라미드 섬유는 바람직한 방향을 따라 예비로 위치가 정해진다. 그러한 바람직한 방향은 적어도 상술된 타이어의 사용 유형에 있어서 캘린더가공 기계에서 나오는 시트의 종방향과 일치하는 보통 타이어의 둘레방향이다.

벨트 구조체(10)의 반경방향의 외측층은 코드(14) 또는 수본(바람직하게는 2본 내지 5본) 테이프로 된 둘레방향 코일(14a)을 축방향으로 나란히 배열하여 형성되고, 상기 둘레방향 코일은 벨트 구조체(10) 일단에서 타단까지 나선형으로 감기고 둘레방향으로 늘어나지 않는다.

여기서 항상 코드로 언급되는 것에 대해 명확히 설명하면, 텍스트가 허락할 때마다. 이 용어 코드는 개별적인 초기 와이어이거나 꼬이지 않은 얀(yarns)을 나타내는 것이다.

또한, 벨트 구조체(10)의 주변 전개폭을 따라 일정한 권선(winding) 피치는 어느 경우에서도, 카커스 구조체(2)의 곡률로 인해 축방향을 따라 가변적인 밀도로 설치된다.

상기 배열에 따르면, 코드(14)는 타이어(1)의 적도면 (x-x)에 대해서 그 위치와 관련하여 보통 "0도" 배열이라고 불리는, 타이어의 회전 방향에 따라 실질적으로 위치가 정해진 다수개의 둘레방향 코일(14a)을 형성한다.

바람직하게는, 코드 코일(14a)은 후방 타이어의 경우에는 일정하고 전방 타이어의 경우에는 가변적인 기설정된 피치에 따라 시트(11)에 감긴다.

후자(전방 타이어)의 경우, 코드 코일(14a)의 밀도는 하기에 더 명확히 나타나는 바와 같이 중심에서 벨트 구조체(10)의 끝단쪽으로 증가한다.

저절로 감는 것(coiling)과 피치 가변성은 0과 다른 감는 각도를 포함하지만, 이러한 각도는 여전히 작기 때문에 실질적으로 항상 0도와 같다고 간주된다.

바람직한 실시예에서, 상기 코드(14)는 잘 알려진 고신장(HE) 금속 코드이고, 그것의 이용과 특징은 예를 들어 동 출원인의 유럽 특허 제0 461 464호에서 이미 광범위하게 설명되었다.

더욱 상세하게는, 그러한 코드는 1 내지 5, 바람직하게는 3 내지 4의 일정한 수의 스트랜드(strands)로 구성되며, 각각의 스트랜드는 2 내지 14, 바라직하게는 4 내지 10의 일정한 수의 개별 와이어로 구성되고, 0.10 mm보다 더 큰 직경, 바람직하게는 0.12 내지 0.35 mm 범위내의 직경을 갖는다. 스트랜드의 와이어 및 코드의 스트랜드는 상기 와이어 및 스트랜드와 같거나 또는 다른 권선 피치에 따라 동일한 방향으로 함께 헬리컬하게(helically) 감긴다.

바람직하게는, 그러한 코드(14)는 고탄소(HT) 함량 강 와이어, 즉, 탄소 함량이 0.9%보다 높은 강 와이어로 만들어진다. 특히, 상기 출원인에 의해 마련된 특정 원형에서, 벨트 구조체(10)의 반경방향 외측층의 헬리컬 감기는 벨트 구조체의 일단에서 타단까지 나선형으로 이루어진 3x4x0,20 HE·HT로 알려진 단일 코드(14)로 구성되었고: 상기 설명은 각각 스트랜드와 같은 방향으로 감긴 네 개의 초기 와이어로 이루어진 세 개의 스트랜드로 형성되고 0.20mm의 직경을 가지는 금속 코드를 정의하고; 알려진 바와 같이, 약어 HE는 "고신장"를 의미하고 약어 HT는 "고인장" 강을 의미한다.

그러한 코드는 4% 내지 8% 범위내에 최종 신장, 그리고 인장 응력에 대해 소위 "스프링 거동(spring behavior)"으로 잘 알려진 전형적인 거동(behavior)을 가진다.

-반면에, 바람직한- 이러한 움직임으로 인해, 가황화하기 전에 그린 타이어에 0도 감기의 예압(pre-loading) 조건을 바람직하게 제어할 수 있다.

이것은 예를 들어 어셈블리 드럼 상에 미리 배열된 벨트 구조체(10)의 반경방향의 내측층 주위에 약간의 응력을 가하는 동안 코드(들)를 감음으로써 편리하게 실행될 수 있다.

명확히 설명하면, 금속 코드의 바람직한 사용은, 본 발명의 목적을 위해, 다른 코드의 사용, 특히 Dupont사의 등록 상표인, Kevlar로 상업적으로 알려진 아라미드 섬유로 만든 공지의 직물 코드의 사용을 배제하지 않는다.

상기한 바와 같이, 모터바이크의 앞바퀴에 장착되기에 적합한 타이어가 제조될 때, 코드 코일(14a)의 분포 두께는 벨트 구조체(10)의 외측층을 따라, 타이어(1)의 적도면 (x-x)에서 타이어의 대향하는 어깨 부분(F, G)를 향해, 바람직하게는 기설정된 관계에 따라 점차 변하는 것이 바람직하다.

특히 바람직한 실시예에서, 상기 관계는 벨트 구조체(10)의 축방향으로의 횡방향 전개폭을 따라 대체로 일정한 값으로 단일의 부분의 중심 및 타이어(1)의 회전축 사이의 거리의 제곱에 따른 일정한 값의 단일의 부분내에 배열된 코드(14)의 코일(14a)의 대량 생산을 계속 유지하여, 타이어가 회전하는 동안, 각각의 상기 부분에서 결과적으로 발생하는 원심력이 모두 같은 값을 가짐으로써, 벨트 구조체(10)의 일단에서 타단까지 균일한 응력 상태를 일으키도록 한다.

바람직하게, 코드(14)의 코일(14a)이 분포되는 것에 따른 축의 밀도는 하기 식에 의해 결정된다:

여기서:

- No는 적도면 (x-x)의 양측에 위치된 단위 폭, 예를 들어 1cm의 중앙 부분 내에 배치된 코드(14)의 코일(14a)의 개수이고;

- R은 벨트 구조체(10)의 반경방향 외측층의 상기 중심부의 중심과 타이어(1)의 회전 축 사이의 거리이고;

- r은 벨트 구조체(10)의 반경방향 외측층의 중심 및 끝단과 적도면(x-x) 사이에 위치된 소정의 단일부분(또는 단위 폭 부분) 중의 중심과 타이어(1)의 회전 축 사이의 거리이고;

- K는 코드(14)의 구성 재료 및 형태, 코드(14) 주위의 고무의 양, 그리고 상기 단일의 부분에서 벨트 구조체(10)의 반경방향 내측층(11)의 무게를 고려한 매개 변수로서, 기준값으로부터 벗어나는 왕관 윤곽을 따라 반경방향의 내측층(11)의 재료 타입 및 구조적 특징의 변수에 따라 변할 수 있다.

이러한 매개 변수 K는 만약 코드(14)가 같은 형태를 가지고, 모든 연관된 재료가 층 전체에 동일하다면 실질적으로 1에 가까운 값을 가지고, 벨트 구조체(10)의 주변 전개부를 따라 분포된 보강 요소의 재료 및 형태의 변화에 따라 상이한 값을 가질 수 있다.

오로지 실시예에 의해서, 0도 코드를 포함하는 층은 중심 위치에서 (아라미드의) 직물 코드를 포함하고 인접한 측부에서 금속 코드(HE)를 포함하도록 고안될 수 있으며, 그 반대 경우를 포함하는 것도 생각할 수 있다.

분명히, 당해 기술분야에서 숙련된 기술을 가진 사람은 변하기 쉬운 상기 디자인에 따라, 축방향을 따라 구별된 강도 그리고 주행중인 타이어의 벨트 구조체에서의 응력 균일성이 제어된 소정 방법으로 상기 코드(14)의 두께를 변화시킴으로써 동시에 달성되도록 하는 다른 관계를 발견할 수 있다.

최대로 얇아지는 적도 영역(E)에서 0도 코드의 밀도에 대해서, 상기 밀도는 바람직하게는 8보다 크지 않고, 더욱 바람직하게는 3 내지 6 코드/cm 범위내에 포함된다.

상기 적도 영역(E)의 폭은 벨트 구조체(10)의 축방향의 전개폭의 10% 및 30% 사이에 포함되는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 상기 적도 영역(E)에서의 코드(14)의 양은 타이어(1)의 어깨 부분(F, G)에 가까운 코드의 양의 100% 내지 80% 범위내의 값과 동일하고, 여기서 상기 코드의 두께는 바람직하게는 10 보다 크지 않고, 더욱 바람직하게는 10 내지 8 코드/cm 범위내이다.

타이어(1)가 지면에 접촉하도록 함으로써 트레드(15)는 상기에서 설명된 벨트 구조체(10)에 공지 방법으로 부착된다.

이어서 상기 트레드(15)는 공지 방법으로, 모두 (16)으로 표시되고, 도 1에 단지 몇 개만이 보여지는 다수의 홈(17)사이에 정의된 다수개의 블록을 포함하는 적당한 트레드 패턴으로 성형된다.

도 3에 도시된 또다른 실시예에 따르면, 타이어(1)는 카커스 플라이(3,4) 사이에 삽입된 탄성 재료로 만들어진 제 2 시트(12)를 더 구비할 수도 있다.

이러한 방식으로, 타이어(1)의 회전시 카커스 구조체(2)의 플라이(3,4) 사이에 발생된 전단 응력 (shear stresses)을 흡수할 수 있다.

또한, 이 경우에 그리고 시트(11)를 참조하여 설명된 바와 동일한 방식으로, 시트(12)는 직물 및 금속 섬유, 섬유 유리 또는 짧고 가는 아라미드 섬유를 포함하는 그룹에서 선택된 재료로 만들어진 균일하게 분산된 보강 섬유질 충전재를 포함하는 것이 바람직하다.

편리하게는, 시트(12)는 "Kevlar-pulp" 또는 "Twaron-pulp" (Kevlar 및 Twaron은 각각 Dupont사 및 Akzo사의 등록된 상표이다)로 상업적으로 알려진 소위 아라미드(aramid) 펄프 (폴리-파라페닐렌-테레프탈라미드의 짧고 가는 섬유) 또는 그에 상응하는 탄성 재료의 접착 특성을 실질적으로 변경하지 않고 그린 상태에서 탄성 재료의 신축 특성과 기계적 강도 특성을 증가시키기에 적합한 결합 수단을 보강 섬유질 충전재로서 포함한다.

사실상, 탄성 재료 조성물에 분산된 아라미드 섬유의 존재로, 시트(12)는 타이어 제조 공정시 상기 시트에 야기된 영구적인 세팅의 결과로 찢어지는 일 없이 예를 들어 0.075-0.5 mm 두께의 아주 얇은 시트의 형태를 취할 수 있다는 것이 발견되었다.

또한, 이 경우 그린 엘라스토머의 조성물내에 1과 10 phr (고무의 100 부분 당 중량에 의한 부분) 사이에 포함된 양으로 아라미드 펄프를 포함하고 0.1 및 2.5 mm사이에 포함된 길이를 갖는 섬유를 사용함으로써 최선의 결과가 달성된다는 것이 발견되었다.

본 발명의 타이어에 의해 달성된 품질 개선을 평가하기 위해서, 한 세트의 시험이 본 발명의 타이어와 동일한 용도와 상이한 구조를 가진 공지된 타입의 타이어와 비교함으로써 실행되었다.

더욱 상세하게는, 상술된 본 발명의 타이어는 공지된 타입의 다음의 타이어 쌍과 비교하기 위해, 소위 "투어링" 타입의 모터 사이클의 앞 뒤 바퀴에 장착되었다:

1) 횡-플라이 카커스(a cross-plies carcass)와, 타이어의 적도면에 비례하는 각도로 앞 뒤 바퀴에 배치된 코드를 갖는 고무처리된 직물 스트립 쌍들로 구성된 벨트 구조체가 구비된 한쌍의 제 1 타이어 Model Metzeler ME1의(형태 A);

2) 2a) 반경방향의 카커스 및 0도 코드의 감기를 포함하는 벨트 구조체가 제공된 후방 타이어 Model Metzeler MEZ2와;

2b) 반경방향의 카커스 및 타이어의 적도면에 비례하는 각도로 위치된 코드를 가진 고무처리된 직물의 스트립 쌍으로 구성된 벨트 구조체가 제공된 전방 타이어 Model Metzeler MEZ2를 구비하는 한쌍의 제 2 타이어(형태 B).

시험에 사용된 모터 바이크의 특성은 다음과 같다:

- 모델 : BMW 투어링

- 전방 타이어

크기 : 120/70-B17 58V

팽창압 : 2.5 bar

림 : 3.50˝

- 후방 타이어

크기 : 160/70-B17 79V

팽창압 : 2.9 bar

림 : 4.50˝

시험은 주행 특성의 주요 매개 변수의 품질 레벨, 특히 카커스 구조체/벨트 구조체 어셈블리의 구성에 의존하는 것을 평가하는 것으로, 각 고려된 매개 변수에서 0 내지 10 범위에 포함된 마크를 지정하였다.

하기의 표 1은 시험 결과를 나타낸다.

[표 1]

상기 표의 결과를 검사하여 종래의 것과 비교함으로써 본 발명에 따른 타이어에 의해 달성된 개선이 바로 분명하게 나타난다.

그 이외에, 향상된 결과가 시험용 모터 바이크에 사용하기 위해 설계된 타이어에 대한 무게 감소와 함께 달성되었다는 것이 지적되어야 한다. 상기 무게 감소는 부유되지 않은 질량에 의한 관성 감소 및 그에 따른 차량 핸들링에 유리하도록 전방 타이어의 경우에 약 0.2kg으로 후방 타이어의 경우에는 약 0.5kg으로 평가될 수 있다.

자명하게도, 당해 기술분야에서 숙련된 기술을 가진 사람은 특정 및 부수적 적용 요구조건에 만족하도록 상기 발명의 변형 및 변화를 도입할 수 있으며, 그러한 변형 및 변화는 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된 바와 같이 보호 범위내에 해당한다.

도 1은 본 발명에 따른 타이어의 횡단면도

도 2는 도 1에 보인 타이어의 카커스 및 벨트 구조체의 일부를 간단히 개략적으로 보여주는 평면도

도 3은 본 발명 타이어의 또다른 실시예에 따른 카커스 및 벨트 구조체의 일부를 간단히 개략적으로 보여주는 평면도

Claims (11)

1. (a) 카커스 구조체(2)와,

   (b) 상기 카커스 구조체(2) 둘레에 동축상으로 뻗쳐있는 벨트 구조체(10)와,

   (c) 상기 벨트 구조체(10) 둘레에 동축상으로 뻗쳐있는 트레드(15)를 구비하고,

   상기 카커스 구조체(2)는

   (a1) 각각의 카커스 플라이(3,4)내에 서로 평행하게 보강 코드(8,9)가 각각 설치되어 있고, 타이어의 적도면(x-x)에 대하여 각각의 카커스 플라이(3,4)내에서 경사진 방향에 따라 방향결정되며, 인접 카커스 플라이(3,4)와는 반대방향으로 되어 있는 적어도 한 쌍의 중첩된 카커스 플라이(3,4)와,

   (a2) 상기 카커스 플라이(3,4) 사이에 끼워져 있는 탄성 재료로 만들어진 시트(11)를 포함하고,

   상기 벨트 구조체(10)는

   (b1) 탄성 재료로 만들어지는 적어도 하나의 시트(12)를 구비하는 반경방향의 내측층과,

   (b2) 타이어의 적도면(x-x)에 대해 0°의 각도에서 둘레방향으로 감겨진 적어도 하나의 늘어나지 않는 코드를 나란하게 축방향으로 배치된 복수의 둘레방향 코일(14a)을 가진 반경방향 외측층과,

   를 구비함을 특징으로 하는 2륜 차량용 고횡곡률 타이어.
2. 제 1항에 있어서, 상기 카커스 구조체 (2)의 적어도 하나의 플라이(3,4)에 포함된 보강 코드(8,9)는 타이어의 적도면(x-x)에 대해 25°내지 75°범위의 왕관 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 2륜 차량용 고횡곡률 타이어.
3. 제 1항에 있어서, 상기 카커스 플라이(3,4)에 내장된 보강 코드(8,9)는 반경방향의 인접 카커스 플라이 (3,4)의 보강 코드(8,9)의 재료와는 다른 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 2륜 차량용 고횡곡률 타이어.
4. 제 1항에 있어서, 상기 카커스 플라이(3,4) 사이에 삽입된 탄성 재료로 만들어진 상기 시트(12)는 그 접착 특성을 변경하지 않고 신축 특성을 증가시키기에 적합한 결합 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 2륜 차량용 고횡곡률 타이어.
5. 제 1항에 있어서, 벨트 구조체(10)의 반경방향 내측층의 탄성 재료로 만들어진 상기 적어도 하나의 시트(11)는 그 접착 특성을 변경하지 않고 신축 특성을 증가시키시에 적합한 결합 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 2륜 차량용 고횡곡률 타이어.
6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 상기 결합 수단은 아라미드 펄프를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 2륜 차량용 고횡곡률 타이어.
7. 제 1항에 있어서, 벨트 구조체(10)의 탄성 재료로 만들어진 상기 적어도 하나의 시트(11)는 0.5 내지 3mm 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 2륜 차량용 고횡곡률 타이어.
8. 제 1항에 있어서, 타이어의 적도면(x-x)에 대해 0°의 각도로 배열된 상기 코드 코일(14a)은 상기 벨트 구조체(10)의 축방향에서의 횡방향 전개폭에 걸쳐 일정한 밀도로 분포되는 것을 특징으로 하는 2륜 차량용 고횡곡률 타이어.
9. 제 1항에 있어서, 타이어의 적도면(x-x)에 대해 0°의 각도로 배열된 상기 코드 코일(14a)은 상기 벨트 구조체(10)의 축방향에서의 횡방향 전개폭에 걸쳐 가변적인 밀도로 분포되는 것을 특징으로 하는 2륜 차량용 고횡곡률 타이어.
10. 제 9항에 있어서, 상기 코드 코일(14a)의 밀도는 상기 적도면(x-x)으로부터 벨트 구조체(10)의 끝단을 향해 점차적으로 증가하고 상기 밀도는 적도면(x-x)의 양 측에 위치된 부분에서 15 코드/cm보다 크지 않은 값을 갖는 것을 특징으로 하는 2륜 차량용 고횡곡률 타이어.
11. 제 10항에 있어서, 상기 코드 코일(14a)이 분포되는 밀도는 다음 관계식에 의해 결정되고:

    여기서,

    No는 적도면의 양측에 위치한 단위 폭(unitary width)의 중심 부분내에 배치된 코드 코일(14a)의 개수이고;

    R은 상기 중앙 부분의 중심과 타이어 회전축 사이의 거리이고;

    r은 벨트 구조체(10)의 상기 반경방향 외측층의 끝단과 적도면(x-x) 사이에 위치된 소정 단위 부분의 중심과 타이어 회전축 사이의 거리이고;

    K는 코드(14)의 구성재료 및 배열, 코드(14) 주위의 고무의 양, 그리고 상기 단위 부분에 있는 벨트 구조체(10)의 반경방향 내측층(11)의 무게를 고려한 매개변수로서, 기준 값에서 벗어난 왕관 윤곽(crown profile)을 따라 분포된 벨트 구조체(10)의 반경방향 내측층(11)의 구조적 특징 및 재료 종류의 변화에 따라 가변적인 것을 특징으로 하는 2륜 차량용 고횡곡률 타이어.