KR101301124B1 - 조종 안정성과 내구성을 향상시킨 공기입 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기입 타이어를 제조하는 성형공정에서 토러스(Torus) 성형드럼을 사용하여 1매 또는 그 이상으로 이루어진 카카스와 비드부가 힘을 효율적으로 전달할 수 있도록 최적의 구조를 가짐으로써 비드부의 강성이 개선되어 조종 안정성과 내구성을 향상시킨 공기입 타이어에 관한 것으로, 이를 위해 본 발명은 트레드와 사이드월(2) 및 비드부까지 연장 배치되는 1자형 카카스(1)를 갖는 공기입 타이어에 있어서, 카카스의 내측 카카스와 비드부의 힘 전달이 효율적으로 이루어질 수 있도록 하기 위한 내측 비드와이어(4)가 위치하고, 타이어의 비드부에서 가장 취약한 부분을 보완하여 변형을 감소시키기 위한 외측 비드와이어(5)가 위치한다.
비드와이어(4,5)에 의해 비드부를 구성하는 고무는 변형이 감소하여 발열이 감소되며, 내구성능이 향상된다. 또한, 비드와이어(5)에 의해 취약부분이 보강되어 강성이 증가되므로 조종 안정성이 향상된 공기입 타이어를 제공하게 된다.

Description

조종 안정성과 내구성을 향상시킨 공기입 타이어{Pneumatic tire}

본 발명은 토러스(Torus) 성형드럼을 이용하여 공기입 타이어를 제조하는 방법에서 1매 이상의 카카스가 최적의 형상을 유지하고, 비드부가 카카스와의 힘 전달이 효율적으로 이루어질 수 있도록 최적의 구조를 가지도록 이루어진 조종 안정성과 내구성을 향상시킨 공기입 타이어에 관한 것이다.

차량용 공기입 타이어를 제조하는 성형공정은 모든 반제품 구성재료를 성형드럼에서 순차적으로 조립하여 그린타이어를 만드는 공정이다. 반제품들을 조립하는 과정에서 일부 구성요소들은 심한 변형을 거치게 되고, 이로 인해 완성품에서 타이어 품질에 좋지 않은 영향을 끼칠 수 있다.

이러한 문제를 개선하기 위한 대안으로 기존의 그린타이어 제조방법과 다른, 완성타이어의 내부형상과 비슷한 외형을 가진 반제품들의 변형을 최소화시키는 토러스 성형드럼(Torus Building Drum)을 이용하여 그린타이어를 제조하여 왔으며, 이러한 제조방법에 의해 제조되는 다양한 구조를 갖는 공기입 타이어들이 개발되었다.

예를 들어, 도 1에 도시된 종래 공기입 타이어는 노면에 직접 접지하면서 벨트와 보강벨트를 포함하는 트레드와, 사이드월(203) 및, 트레드의 벨트 안쪽에 위치하면서 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지 연결되는 1매 또는 그 이상의 매수를 갖는 카카스(204)를 구비하여 이루어진 공기입 타이어의 비드부(202)에서 카카스(204)가 비드와이어(205)와 비드필러(207) 사이에 위치하여 비드부를 형성시킨 구조로 되어 있었다.

그러나 이와 같은 구조의 종래 공기입 타이어는 비드부(202)에서 카카스(204)의 형상을 적정하게 유지하기 어려우며, 카카스(204)가 일정간격으로 엇갈리게 배열되므로 구간별 장력의 차이에 따른 비드부의 내구성이 떨어지는 단점을 지니고 있었다(공개특허 제10-2010-0041089호 참조).

종래 도 1과 같은 비드부 구조를 갖는 타이어에서 포인트 C 위치는 카카스(204)가 비드부(202)와 결합을 시작하는 위치로서 재료 모듈러서(Modulus)의 변화(고무 → 스틸)가 심해 응력이 집중되고, 또한, 카카스(204)를 통해 전달되는 힘이 비드부(202)로 전달되는 영역이 좁아 이 부분에서 고무의 과도한 변형을 유발시킨다. 이에 따라 포인트 C에서의 응력집중과 비드부(202)를 구성하는 고무의 과도한 변형은 타이어의 내구성을 크게 저하시킬 수 있다.

또한, 타이어의 비드부에서 내구성이 가장 취약한 림플랜지(Rim flange) 부분에 비드와이어를 위치시키는 구조는 종래 제안된 바 없는데, 이는 이 부분에 위치한 비드와이어로 인한 보강 효과보다 응력집중으로 인한 내구성 저하를 우려했기 때문으로 추정된다.

이에 본 발명은 종래 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 토러스(Torus) 성형드럼을 이용한 1매 이상의 카카스 층을 갖는 공기입 타이어를 제조하는 방법에서, 비드부에서 카카스가 최적의 형상을 유지하고, 비드부가 카카스와의 힘 전달이 효율적으로 이루어질 수 있도록 비드부의 가장 취약한 부분을 효과적으로 설계하여 비드부의 강성을 향상시킴으로써 완성타이어의 조종 안정성과 내구성을 향상시킨 공기입 타이어를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 트레드와 사이드월 및 비드부까지 연장 배치되는 1매형 카카스를 가진 공기입 타이어에서, 비드부의 1매형 카카스의 내측으로 카카스와의 힘 전달이 효율적으로 이루어질 수 있도록 하기 위한 비드와이어들이 비드필러에 의해 감싸져 카카스의 내·외측에 분포하여 위치한다.

상기 카카스의 내외측에 분포하는 비드와이어는 림베이스(Rim base)부분에서부터 림플랜지(Rim flange) 부분까지 넓게 분포한다. 이는 카카스와 비드와이어가 접하는 면을 넓게 확보하여 카카스를 통해 전달되는 힘이 비드와이어에 효율적으로 전달되게 하여 비드부 고무의 변형을 감소시키는데 기여한다.

또한, 본 발명은 카카스와 비드와이어가 접하는 면적을 극대화하기 위해 내·외측 비드와이어를 엇갈려 위치시키되, 특히 상기 외측 비드와이어를 내측 비드와이어보다 림플랜지 부분으로 이격시켜 위치시키며, 상기 외측 비드와이어는 림플랜지 부분까지 위치하여 타이어 비드부의 가장 취약부분인 림플랜지 부분을 직접 보강하는 역할을 한다.

또한, 상기 비드와이어는 림베이스 부분에서는 조밀하게 분포하고 림플랜지 부분에서는 이격되게 분포시키는 것이 중요하다. 이는 타이어가 회전운동을 하는 경우, 변형이 작은 부분에서는 조밀하게 분포된 비드와이어가 비드부를 충분히 구속하여 타이어를 안정적으로 지지하고, 변형이 큰 부분에서는 비드와이어가 이격되게 분포하여 유연성을 확보하면서 조정안정성을 향상시키기 위한 타이어의 횡강성을 향상시키는데 직접적으로 기여한다.

본 발명은 타이어 비드부에서 카카스와 비드와이어 간의 힘이 효율적으로 전달되어 이 부분에서의 고무의 변형이 감소되도록 유도하는 것과, 비드부에서 가장 취약한 플랜지부를 직접 보강하여 타이어 비드부의 내구성과 조정 안정성을 향상시키는 것으로 종래 비드부 설계기술과 차별화된다.

본 발명에 의해 제조된 공기입 타이어는 비드부에서 카카스와 비드부의 힘 전달이 효율적으로 이루어지므로 내구성과 조정 안정성이 향상되며, 특정 부분만이 힘 전달에 기여하는 종래의 구조와 차별화된다. 그리고 비드부의 가장 취약부분이 효과적으로 보강되어 비드부 전체가 힘 전달에 기여하게 되므로 사용 중 비드부에 가해지는 손상의 정도를 완화시켜 줄 수 있다.

또한 본 발명은 비드부와 카카스와 힘의 전달이 이루어지는 영역을 확대하여 설계함으로써 카카스와 고무의 변형에 의한 손상을 완화시키므로 비드부에서 발생하는 비드부 사고 중 비드부 박리(Separation)를 방지하는데 크게 기여할 수 있으며, 향상된 타이어의 조종 안정성과 내구성을 구현하는 핵심 구성요소인 내측에 위치한 비드와이어는 카카스와 비드부의 힘 전달이 효율적으로 이루어질 수 있도록 하며, 외측의 비드와이어는 비드부의 취약성을 보강하여 주행 중 타이어의 변형을 감소시킴과 더불어 카카스와 비드부의 힘의 전달의 효율성을 향상시킨다.

도 1은 종래 토러스 성형드럼으로 제조되는 공기입 타이어의 부분 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 공기입 타이어의 부분 단면도,
도 3은 도 2에 제안된 타이어의 구조에서 카카스 2매를 적용한 본 발명에 따른 공기입 타이어의 다른 실시예를 보여주는 부분 단면도이다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 공기입 타이어에서 비드부와 사이드월부 만을 나타낸 타이어의 부분확대 단면도이다.

본 발명에서는 1매 또는 2매의 카카스(1,1a) 만이 설치된 공기입 타이어를 도시하여 설명하였지만, 상기 카카스가 3매 이상이 중첩되어 사용되는 경우에도 동일한 구조로 적용됨을 미리 밝힌다.

본 발명은 트레드와 사이드월(2) 및 비드부(10)까지 연장 배치되는 1매의 카카스(1)와 상기 카카스(1)와 동일 경사각도(θ)로 가지면서 이 카카스 내외측으로 내외측 비드와이어(4,5)가 배치되어 이루어진 공기입 타이어에 있어서, 상기 내외측 비드와이어(4,5)들은 카카스(1)의 내외측에서 서로 엇갈려 위치하되, 상기 내측 비드와이어(4)는 비드토우(9)로부터 수직방향으로 거리(h1)에 의해 위치 결정되며, 이 비드 토우(9) 쪽에서는 조밀하게 배치되면서 사이드월(2) 쪽으로는 이격 간격(S1)으로 배치되고, 상기 외측 비드와이어(5)는 내측 비드와이어(4)와 대응 위치되는 부분에서는 조밀하게 배치되면서 사이드월(2) 쪽으로는 이격 간격(S2)을 갖도록 배치되어 이루어진 구조로 되어 있다.

즉, 본 발명은 트레드와 사이드월(2) 및 비드부(10)까지 연장 배치되는 1매의 카카스(1)를 갖는 공기입 타이어에 있어서, 비드부(10)의 카카스(1) 내외측으로 내외측 비드와이어(4,5)들이 내외측 비드필러(7)로 감싸져 배치되고, 이너라이너(3)와 림쿠션부(6)가 이를 감싸아 타이어의 비드부(10)를 형성한다.

본 발명에서는 카카스(1)의 내측에 카카스(1)와 비드부(10) 간의 힘이 효율적으로 전달될 수 있도록 하기 위해 내측 비드와이어(4)를 위치시킨다. 이 내측 비드와이어(4)는 일정한 폭(W1), 간격(S1)과 각도(θ)를 가지며, 비드 토우(9; Bead Toe)로부터 수직방향으로의 거리(h1)에 의해 위치를 결정할 수 있다.

상기 카카스(1)의 외측에 위치한 외측 비드와이어(5)는 취약부분에 위치하여 주행조건에 의한 비드부(10)의 변형을 감소시키는데 직접적으로 기여한다. 또한 카카스(1)와 비드부(10)의 힘이 효과적으로 전달될 수 있도록 하기 위해 일정한 폭(W2)을 갖고 외측 비드와이어(5)들이 분포하며, 이 외측 비드와이어(5)는 도 2에 도시된 바와 같이 폭(W2), 높이(h2), 간격(S2)에 의해 설계된다.

상기 외측 비드와이어(5)의 배열 각도는 카카스와 평행한 각도를 기준으로 하며, 이는 타이어의 종류와 사용조건에 따라 다르게 적용될 수 있고, 상기 내측 비드와이어(4)와 엇갈려 위치한다. 이는 카카스(1)와 비드와이어(4,5) 간의 접하는 면적을 증가시켜 힘이 효율적으로 전달되어 이 부분의 고무의 변형을 감소시킴으로써 비드부(10)의 내구성을 향상시키기 위함이다.

상기 내·외측 비드와이어(4,5)의 간격 S1과 S2는 림에 장착되는 림베이스(Rim base)부분에서는 조밀하게 분포하고, 림플랜지(Rim flange)부분에서는 이격되게 분포한다. 이는 타이어의 회전시 변형이 작은 부분에서는 비드부(10)를 강하게 구속하여 타이어를 안정적으로 지지하며, 변형이 큰 부분에서는 유연성을 확보함과 동시에 취약부분인 림플랜지 부분을 직접 보강하여 횡강성을 증가시켜 내구성과 조정 안정성을 향상시킨다.

또한, 상기 비드부(10)에서 카카스(1)의 각도는 일반적으로 외측 비드와이어(5)의 각도와 유사하게 위치시키며, 카카스(1)의 끝단 부분에서의 연장선이 타이어 단면의 외곽선과 만나는 점(d)이 비드 베이스라인 외곽선(8)에 이격되는 구조가 바람직하다. 이는 카카스(1)가 비드부(10)와 힘을 전달하는 과정에서 카카스(1)의 연장선과 외곽선이 만나는 점(d)이 이 비드 베이스라인 외곽선(8)에 위치할 경우, 비드부(10)와 림과의 안정적 접촉을 저해하여 타이어의 성능을 저하시킬 우려가 있기 때문이다.

한편, 상기 카카스(1)의 내외측으로 배치되는 내외측 비드와이어(4,5)는 한 층으로만 되어 있는데, 필요에 따라 2층 또는 여러 층으로 배치되어도 앞서 설명한 방식과 동일하게 적용될 수 있다.

여기서 상기 비드와이어(4,5)는 직경이 0.2 ~ 05.mm인 가는 와이어들을 여러 가닥 꼬아서 1.0 ~ 3.0mm의 유효 직경을 갖는 와이어로 만들어지는 것이 바람직하다.

한편, 도 3은 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 공기입 타이어의 부분 단면도로서, 이 실시예에서는 상기 카카스(1)가 2매의 카카스(1a)로 배치된 것 이외에는 도 2의 앞선 실시예와 동일한 구조를 갖기에 자세한 설명을 생략한다.

1,1a : 카카스, 2 : 사이드월,
3 : 인너라이너, 4 : 내측 비드와이어,
5 : 외측 비드와이어, 6 : 림 쿠션부,
7 : 비드필러, 8 : 비드 베이스라인 외곽선,
9 : 비드토우(Bead Toe), 10 : 비드부.

Claims (5)

1. 트레드와 사이드월(2) 및 비드부(10)까지 연장 배치되는 1매의 카카스(1)와 상기 카카스(1)와 동일 경사각도(θ)로 가지면서 이 카카스 내외측으로 내외측 비드와이어(4,5)가 배치되어 이루어진 공기입 타이어에 있어서,
   상기 내외측 비드와이어(4,5)들은 카카스(1)의 내외측에서 서로 엇갈려 위치하되, 상기 내측 비드와이어(4)는 비드토우(9)로부터 수직방향으로 거리(h1)에 의해 위치 결정되며, 이 비드 토우(9) 쪽에서는 조밀한 간격(S1)으로 배치되면서 사이드월(2) 쪽으로는 보다 넓은 간격(S2)으로 배치되고, 상기 외측 비드와이어(5)는 내측 비드와이어(4)와 대응 위치되는 부분에서는 조밀한 간격(S1)으로 배치되면서 사이드월(2) 쪽으로는 넓은 간격(S2)을 갖도록 배치된 것을 특징으로 조정 안정성과 내구성을 향상시킨 공기입 타이어.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 내외측 비드와이어(4,5)는 직경이 0.2 ~ 0.5mm의 와이어를 여러 가닥을 꼬아서 1.0 ~ 3.0mm의 유효직경을 갖는 하나의 와이어로 만들어지는 것을 특징으로 하는 조종 안정성과 내구성을 향상시키는 공기입 타이어.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 카카스(1)의 끝단부분에서 이 카카스(1)의 연장선은 타이어 단면의 비드 베이스라인 외곽선(8)과 만나는 점(d)에 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 조종 안정성과 내구성을 향상시킨 공기입 타이어.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 카카스(1)는 2매의 카카스(1a) 또는 그 이상의 카카스로 적용될 수 있는 것을 특징으로 하는 조종 안정성과 내구성을 향상시킨 공기입 타이어.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 카카스(1)의 내외측으로 배치되는 내외측 비드와이어(4,5) 각각은 2층 또는 여러 층으로 구성될 수 있는 것을 특징으로 하는 조종 안정성과 내구성을 향상시킨 공기입 타이어.

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