KR101399731B1 - 중하중용 타이어의 카카스 휨 방지 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스틸 카카스와 스틸 체퍼 사이에 스틸 카카스와 스틸 체퍼와의 상호작용을 감쇄시켜주는 완충 고무 시트를 삽입함으로써 카카스의 휨을 최소화할 수 있는 중하중용 타이어의 카카스 휨 방지 구조에 관한 것으로, 본 발명에 따른 중하중용 타이어의 카카스 휨 방지 구조는 비드의 강성을 향상시키는 스틸 체퍼의 역할을 유지하면서 카카스의 휨을 최소화시켜 레디얼 타이어의 장점을 100% 발휘할 수 있는 효과가 있다.

Description

중하중용 타이어의 카카스 휨 방지 구조{STRUCTURE TO PREVENT CARCASS CORD WAVE ON TBR TIRE}

본 발명은 중하중용 타이어의 카카스 휨 방지 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스틸 카카스와 스틸 체퍼 사이에 스틸 카카스와 스틸 체퍼와의 상호작용을 감쇄시켜주는 완충 고무 시트를 삽입함으로써 카카스의 휨을 최소화할 수 있는 카카스 휨 방지 구조에 관한 것이다.

카카스(Carcass)는 타이어의 기본적인 골격을 이루는 것으로, 지면으로부터의 운동을 감쇄시켜 지면의 충격이 직접 비드부에 가해지지 않도록 완충하는 역할을 한다. 한편 중하중용 타이어에 있어서, 과거의 바이어스(Bias) 타이어에서 레디얼(Radial) 타이어로 진화하면서 타이어의 뼈대 구조를 이루는 카카스가 타이어의 원주방향에 대하여 수직하게 설계된다.

이러한 스틸 카카스/레디얼 구조는 타이어의 균일한 접지압을 유지하여 내마모성, 제동 및 조종안정성이 우수하고, 유연한 사이드(Side) 구조로 인하여 회전저항이 적은 장점이 있다. 또한 주행시 내부 마찰을 적게 하여 방열성이 우수하므로 내구 성능 향상에도 기여한다.

그러나, TBR(Truck and Bus Radial) 중하중용 타이어는 원주방향으로 회전하며 그린(Green) 타이어(가류전 타이어)를 제조하기 때문에 각운동량에 의한 힘, 스티칭 압력과 같은 외력이 제조공정의 타이어에 가해지게 되고 이로 인하여 처음에 의도한대로 타이어의 뼈대를 이루는 스틸 카카스가 원주방향에 수직하게 제조되지 못하게 된다.

특히 여러 부재가 결합되어 성형되는 비드(Bead)부에서는 카카스가 비드를 중심으로 턴업(Turn-up) 되는데 90°를 갖는 카카스와 예각을 갖는 압연 보조물이 결합된 상태에서 여려 외력이 가해지게 되면 카카스의 휨(wave)을 크게 유발하게 된다. 이로 인하여 비드의 내구성을 결정하는 주요 인자를 설계자가 컨트롤하기 힘들어 진다. 또한 카카스의 웨이브(wave)는 주행 중 내압에 의해 다시 펴지려는 경향이 있고 이는 카카스 코드의 스트레인(Strain) 값을 키워 내구를 저하시키는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 비드의 강성을 향상시키는 스틸 체퍼(steel chafer)의 역할을 유지하면서 카카스의 휨을 최소화할 수 있는 중하중용 타이어의 카카스 휨 방지 구조를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은, 스틸 카카스와 스틸 체퍼 사이에 스틸 카카스와 스틸 체퍼와의 상호작용을 감쇄시켜주는 완충 고무 시트를 삽입하여 카카스의 휨을 최소화하는 중하중용 타이어의 카카스 휨 방지 구조에 관한 것이다.

본 발명의 일 구현예에 따른 카카스 휨 방지 구조에 있어서, 상기 완충 고무 시트는 스틸 카카스와 스틸 체퍼가 접촉하는 전 구간에 걸쳐 삽입되거나, 비드 베이스 시작점에서 카카스 턴업 끝 지점까지의 구간에 걸쳐 삽입되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 카카스 휨 방지 구조에 있어서, 상기 완충 고무 시트는 도 2에 도시된 바와 같은 프로파일을 가지며, 비드 베이스부에 삽입되는 구간 D는 비드 폭보다 20% 이상 길게 형성되고, 두께는 2.5~5.0 mm 범위인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 카카스 휨 방지 구조에 있어서, 상기 구간 D의 물성은 스틸 체퍼 토핑 고무의 물성 100을 기준으로 내피로도 125 이상, 점탄성 120 이상, Tan∂ 110 이상이며, 구간 D를 제외한 나머지 부분의 재질은 스틸 체퍼의 토핑 고무와 동일하고, 스틸 체퍼의 끝단이 위치하는 I 지점의 두께는 2.5~5.0 mm 범위인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 중하중용 타이어의 카카스 휨 방지 구조는 비드의 강성을 향상시키는 스틸 체퍼의 역할을 유지하면서 카카스의 휨을 최소화시켜 레디얼 타이어의 장점을 100% 발휘할 수 있는 효과가 있다.

또한, 비드 내구의 주요 인자인 카카스 턴업 높이(turn-up height)를 설계 의도에 맞게 균일하게 유지할 수 있고 카카스 끝단의 스트레인 값을 최소화하여 비드 내구 감소 인자를 제거할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 중하중용 타이어의 카카스 휨 방지 구조는, 균일한 접지압을 유지하고 조종 안정성을 향상시키며 uniformity(균일성)를 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 중하중용 타이어에 있어서 비드를 보강하기 위하여 카카스에 스틸 체퍼를 덧댄 타이어의 부분 단면 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 중하중용 타이어의 카카스 휨 방지 구조에 사용된 완충 고무 시트의 프로파일이다.
도 3은 본 발명에 따른 완충 고무 시트가 삽입된 중하중용 타이어의 부분 단면 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 완충 고무 시트의 각 구간을 도시한 사진이다.
도 5a는 본 발명에 따른 완충 고무 시트를 적용한 타이어에서 카카스의 휨을 도시한 사진이고, 도 5b는 완충 고무 시트를 적용하지 않은 타이어의 카카스 휨을 도시한 사진이다.

이하, 본 발명의 바람직한 구현예에 대하여 첨부된 도면 등을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 스틸 카카스와 스틸 체퍼 사이에 스틸 카카스와 스틸 체퍼와의 상호작용을 감쇄시켜주는 완충 고무 시트를 삽입함으로써 카카스의 휨을 최소화할 수 있는 중하중용 타이어의 카카스 휨 방지 구조에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 중하중용 타이어에 있어서 비드를 보강하기 위하여 카카스(10)에 스틸 체퍼(20)를 덧댄 타이어의 부분 단면 사진이다. 중하중용 TBR 타이어에서는 비드 보강재로서 스틸 체퍼나 나일론 체퍼를 주로 사용하게 되는데, 강성이 강한 스틸 체퍼가 카카스와 결합할 경우 나일론 체퍼보다 더 큰 카카스 휨(Carcass Wave)을 발생시킨다. 하지만 대부분의 중하중용 타이어에 있어서는 비드부에 스틸 재질의 압연물을 카카스에 덧대어 비드 강성을 향상 시키는 방법을 채택하고 있으며 이 방법은 효과적이다.

중하중용 타이어는 스틸 카카스 턴업 구조이고 성형공정의 턴업시 각도를 갖는 스틸 체퍼의 스틸 구조물에 탄성에너지가 쌓이게 되고 이 에너지가 운동에너지로 바뀌면서 필연적으로 이웃해 있는 부재에 에너지가 가해지며 구조적 변형을 가하게 된다. 즉, 에너지를 흡수하지 않으면 상호작용에 의해서 스틸 구조물이 휘게 된다.

본 발명은 이러한 코드(Cord) 변형 에너지의 흡수재에 관한 것이다. 도 2는 본 발명에 따른 중하중용 타이어의 카카스 휨 방지 구조에 사용된 완충 고무 시트의 프로파일이고, 도 3 및 도4는 상기 완충 고무 시트가 삽입된 중하중용 타이어의 부분 단면 사진이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 중하중용 타이어의 카카스 휨 방지 구조는 스틸 카카스(10)와 스틸 체퍼(20) 사이에 스틸 카카스(10)와 스틸 체퍼(20)와의 상호작용을 감쇄시켜주는 완충 고무 시트(100)를 삽입하여 이루어진다.

이때 상기 완충 고무 시트(100)는 스틸 카카스(10)와 스틸 체퍼(20)가 접촉하는 전 구간에 걸쳐 삽입되거나, 도 3에 도시된 바와 같이 베이스 시작점에서 카카스 턴업 끝 지점까지의 구간에 걸쳐 삽입될 수도 있다. 상기 완충 고무 시트(100)는 카카스(10)와 스틸 체퍼(20)가 접촉하는 전 구역에 설계되어야 그 효과가 극대화 되지만, 비드 바닥에서부터 카카스가 턴업되는 끝까지 설계하여도 그 효과는 70% 이상이 된다.

기존의 성형공정에서 코드 변형은 스틸 체퍼와 카카스 접촉부위 전반에서 발생하지만 가장 많은 변형에너지가 발생하는 부위는 비드 베이스부이다. 따라서 효과적인 변형에너지 흡수를 위하여 비드 베이스부(E)에 특성화된 고무 물성 및 프로파일(Profile)을 설계할 필요가 있으며 이에 대한 프로파일이 도 2에 도시되어 있다. "E"부위는 효과적인 에너지 흡수를 위하여 아래의 조건을 만족할 필요가 있다. 즉, 카카스(10) 및 스틸 체퍼(20)의 토핑(Topping) 고무보다 내피로도와 점탄성은 높고, Tan∂는 낮춰야 하며 그 정도는 다음과 같다.

구분	내피로도	점탄성	Tan∂	비고
스틸 체퍼의 토핑 고무	100	100	100
완충고무시트의 비드 베이스부	125	115	110	Min값

완충 고무 시트(100)는 일정수준의 두께를 유지하여야 그 효과가 나타나고, 두께가 너무 두꺼우면 비드 강성을 높여주는 스틸 체퍼의 효과가 저감되기 때문에 적절한 프로파일을 갖도록 설계해야 한다

본 발명의 일 구현예에 따른 카카스 휨 방지 구조에 있어서, 비드 베이스부에 삽입되는 구간 D는 비드 코어의 구조에 따라 결정되며 6각 비드 또는 4각 비드의 폭보다 최소 20% 이상 길게 형성되고, 두께는 규격에 따라 2.5~5.0 mm 범위인 것이 바람직하다.

도 2를 참조하면, "A"와 "C"는 각 각 "D"와 "B"의 60% 이상으로 설계하는 것이 바람직하다. "H"와 "G"는 스틸 체퍼(20)의 턴업 높이에 의해서 결정되며 게이지(Gage)의 변화는 완만한 경사를 이루어야 한다. "E" 부위를 제외한 부분의 물성은 카카스(10)와 스틸 체퍼(20)의 토핑 고무와 같게 하되, 스틸 체퍼(20)의 끝단이 위치하는 "I"의 두께는 2.5mm~5mm 범위가 바람직하며, 최적값은 3.5mm이다. 기본적으로 "H"부를 포함하여 스틸 체퍼(20)와 카카스(10) 접촉부위를 모두 포함하되, "H"부위는 생략할 수도 있다.

변형에너지는 비드 베이스부인 "E"부위에서 가장 크며 그 다음으로 "I" 부분이다, 이 부위들의 두께는 최소 2.5mm 이상이 되어야 하며, 그 외의 프로파일 게이지는 급격하지 않게 점진적인 증가/감소 양상을 보이는 것이 좋다. 이는 비드부 전반적인 강성 컨트롤과 에너지 분산, 그리고 반제품 간의 단차 개선을 위함이다.

도 5a는 본 발명에 따른 완충 고무 시트를 적용한 타이어에서 카카스의 휨을 도시한 사진이고, 도 5b는 완충 고무 시트를 적용하지 않은 타이어의 카카스 휨을 도시한 사진이다. 도 5a 내지 도 5b를 참조하면, 본 발명에 따른 완충 고무 시트(100)을 타이어에 적용할 경우 미 사용시보다 카카스 코드 웨이브(wave)가 220% 이상 감소되고 카카스와 스틸 체퍼가 접촉하는 전 구간에 삽입할 경우 웨이브가 제로(Zero)화 될 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 따른 중하중용 타이어의 카카스 휨 방지 구조는 비드의 강성을 향상시키는 스틸 체퍼의 역할을 유지하면서 카카스의 휨을 최소화시켜 레디얼 타이어의 장점을 100% 발휘할 수 있는 효과가 있다.

뿐만 아니라, 비드 내구의 주요 인자인 카카스 턴업 높이(turn-up height)를 설계 의도에 맞게 균일하게 유지할 수 있고 카카스 끝단의 스트레인 값을 최소화하여 비드 내구 감소 인자를 제거할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 중하중용 타이어의 카카스 휨 방지 구조는, 균일한 접지압을 유지하고 조종 안정성을 향상시키며 uniformity(균일성)를 향상시키는 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나 본 발명은 상술한 구현예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 많은 변형이 가능함은 자명할 것이다.

10 : 스틸 카카스
20 : 스틸 체퍼
100 : 완충 고무 시트

Claims (6)

1. 스틸 카카스와 스틸 체퍼 사이에 스틸 카카스와 스틸 체퍼와의 상호작용을 감쇄시켜주는 완충 고무 시트를 삽입하되,
   상기 완충 고무 시트는 비드 베이스에 삽입되는 구간 D가 가장 두꺼우며 양쪽 끝 부분은 외측으로 완만한 경사를 이루면서 점차로 얇아지는 프로파일을 가지는 것을 특징으로 하는 중하중용 타이어의 카카스 휨 방지 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 완충 고무 시트는 스틸 카카스와 스틸 체퍼가 접촉하는 전 구간에 걸쳐 삽입되거나, 비드 베이스 시작점에서 카카스 턴업 끝 지점까지의 구간에 걸쳐 삽입되는 것을 특징으로 하는 중하중용 타이어의 카카스 휨 방지 구조.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 비드 베이스부에 삽입되는 구간 D는 비드 폭보다 20% 이상 길게 형성되며, 두께는 2.5~5.0 mm 범위인 것을 특징으로 하는 중하중용 타이어의 카카스 휨 방지 구조.
5. 제4항에 있어서, 상기 구간 D의 물성은 스틸 체퍼 토핑 고무의 물성 100을 기준으로 내피로도 125 이상, 점탄성 120 이상, Tan∂ 110 이상인 것을 특징으로 하는 중하중용 타이어의 카카스 휨 방지 구조.
6. 제1항에 있어서, 비드 베이스부에 삽입되는 구간 D를 제외한 나머지 부분의 재질은 스틸 체퍼의 토핑 고무와 동일하며, 스틸 체퍼의 끝단이 위치하는 I 지점의 두께는 2.5~5.0 mm 범위인 것을 특징으로 하는 중하중용 타이어의 카카스 휨 방지 구조.

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