KR101442218B1 - 차량용 공기입 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 공기입 타이어에 관한 것으로, 구체적으로는 비드 플랜지의 구조를 개선하여 비드 플랜지와 림 플랜지 간의 접촉압력을 줄임으로써, 비드 플랜지 중 림 플랜지와의 접촉지점에 집중되던 응력을 분산 및 최소화 시킴에 따라 해당 지점의 크랙발생 현상을 방지할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.
그리고 볼록곡면부와 오목곡면부의 구조적 수치범위를 한정함에 따라 생산성에 영향을 미치지 않도록 하면서도 충분한 응력 분산효과를 얻을 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.

Description

차량용 공기입 타이어{A TIRE FOR CAR}

본 발명은 차량용 공기입 타이어에 관한 것으로, 특히 타이어 비드부 중 림 플랜지와 접촉되는 지점의 구조를 개선함으로써 해당 지점의 응력집중에 의한 크랙발생 현상을 최소화 할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 공기입 타이어는 둘레에 지면과 맞닿는 부분인 트레드부가 형성되고 트레드부로부터 연장된 양측 면에는 사이드월(sidewall)이 형성되며 양 사이드월의 단부에는 림과 직접적인 접촉이 이루어지는 비드부(bead)가 형성된 구조를 갖는다.

그런데 종래의 비드부는 림 과의 접촉구간 중 림 플랜지의 내측면에 접촉되는 지점(이하 '비드 플랜지'라 함)의 접촉압력이 타 구간에 비해 상대적으로 높게 형성되고,

이로 인해 [도 1b]와 같이 해당 지점의 응력 집중도가 높게 형성(.(빨강색 계열일수록 접촉압력이 큼)되고 이로 인해 [도 1a]와 같이 해당 접촉지점에서 고무의 크랙 발생이 빈번하게 발생된다.

따라서 이는 결국 타이어 전체의 파열의 원인이 되어 비드 플랜지와 림 플랜지 간의 접촉 간극을 형성시키거나 비드 플랜지와 림 플랜지 사이에 별도의 보강부재를 형성시키는 등의 방안이 제안되어 있다.

하지만 이러한 종래 기술들은 해당 구조의 구현을 위해 구조변경 범위가 큼으로, 생산에 어려움이 따를 뿐만 아니라 별도 보강부재와 비드 플랜지 간의 접촉압력 상승 현상을 해소할 수 없는 단점이 있다.

한국공개특허 10-2003-0043239호(공개일자 2003.06.02)

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로,

비드 플랜지부의 구조를 개선하여 비드 플랜지와 림 플랜지 간의 접촉압력을 줄임으로써, 비드 플랜지에 집중되던 응력을 분산 및 최소화 시킴에 따라 해당 지점의 크랙발생 현상을 방지할 수 있도록 한 차량용 공기입 타이어를 제공하고자 한다.

그리고 기존에 비해 비드 플랜지의 개선 구조를 간소화 시킴으로써 생산성에 영향을 미치지 않도록 하면서도 충분한 응력 분산효과를 얻을 수 있도록 한 차량용 공기입 타이어를 제공하고자 한다.

이를 위해 제안된 본 발명은,

지면과 맞닿는 트레드, 상기 트레드의 양 단부로부터 연장된 사이드월, 상기 사이드월의 단부에 형성된 비드부 및 상기 비드부에 의해 둘러싸여 있는 림을 포함하고,

상기 비드부 중 상기 림의 플랜지 내측면에 접촉되는 비드 플랜지에는 외측을 향해 돌출된 형태의 볼록곡면부 및 상기 볼록곡면부에서 연장되어 상기 비드 플랜지의 외표면과 연결된 오목곡면부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 볼록곡면부의 최대 돌출 높이(b)은 상기 비드 플랜지의 외표면으로부터 0.5mm 내지1.5mm일 수 있다.

이때 상기 볼록곡면부의 곡률 반지름(R1)은 7mm 내지 12mm일 수 있다.

그리고 상기 볼록곡면부의 비드 바닥면 돌출 시작점은 상기 비드 플랜지가 시작되는 지점으로부터 직선방향으로 3mm 내지 8mm 떨어진 지점에 형성될 수 있다.

또한 상기 오목곡면부의 형성구간은 상기 볼록곡면부에서 상기 비드 플랜지의 외표면을 향해 반지름이 15mm 내지 25mm인 곡선으로 연결된다.

이러한 실시예를 갖는 본 발명은,

기본적으로 비드 플랜지 중 림 플랜지의 내측면과 접촉되는 지점에 볼록곡면부와 오목곡면부로 이루어진 곡면부를 형성시킴에 따라, 해당 접촉지점의 면적이 기존에 비해 넓어져, 결국 해당 접촉지점에 작용되는 응력의 분산효과를 얻을 수 있으므로 응력 집중에 따른 크랙 발생 현상을 최소화 할 수 있는 효과를 갖게 된다.

또한 이렇게 볼록곡면부와 오목곡면부가 일체로 연속적으로 형성됨에 따라 해당 지점의 접촉면적이 더욱 넓어지게 됨으로, 응력분산효과를 최대화 시킬 수 있는 효과도 갖게 된다.

그리고 이렇게 볼록곡면부와 오목곡면부의 돌출 폭과 함몰 폭 및 형성 구간 등의 구조적 치수범위를 설정함에 따라, 다양한 타이어 규격에 적합한 수치에 맞게 해당 곡면부의 규격 치수를 정확히 선택 적용할 수 있으므로, 다양한 종류의 타이어에 손쉽게 적용할 수 있는 장점도 갖게 된다.

도1a는 종래 비드부 중 림 플랜지 내측지점과의 접촉지점에 크랙 현상이 발생된 상태의 사진
도1b는 종래 비드부 중 림 플랜지 내측지점과의 접촉지점에 응력이 집중된 상태의 응력분포도
도2는 타이어의 기본구조를 나타낸 일부 확대 개략도
도3은 비드 플랜지에 볼록곡면부와 오목곡면부가 형성되어 있는 상태의 확대 단면도
도4는 본 발명에 의한 비드 플랜지의 응력분포 상태를 나타낸 해석 결과 사진

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

그러면 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 공기입 타이어에 대하여 [도 2] 내지 [도 4]를 참조하여 설명하도록 한다.

[도 2]는 본 발명의 한 실시 예에 따른 타이어의 기본구조를 나타낸 일부 확대 단면도이고 [도 3]은 보강부재와 비드 플랜지에 볼록곡면부와 오목곡면부가 형성된 상태의 확대 단면도이며 [도 4]은 볼록곡면부와 오목곡면부에 의한 응력집중 개선 상태를 나타낸 그림이다.

먼저 본 발명에 의한 공기입 타이어는 기본적으로 지면과 직접 접촉되는 트레드(1)와 트레드(1)의 양측으로부터 순차적으로 연장된 숄더부(2), 사이드월(3), 비드부(4) 및 비드부(4)를 포함한 위 구조의 지지체 역할을 하는 림(5)을 포함한다.

이때 타이어의 굴신운동과정에서 트레드(1)에 가해진 하중은 숄더부(2)와 사이드월(3)을 거친 후 비드부(4)로 최종 전달된다.

이때 비드부(4)는 내측 둘레면이 림(5) 양측 테두리의 림 플랜지(5-1) 사이 구간을 감싸는 형태로 위치되고, 비드부(4)의 양측에 형성된 비드 플랜지(4-1)의 하부면이 림 플랜지(5-1)의 내측면과 맞닿은 상태로 위치된다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 비드 플랜지(4-1)은 비드부의 바닥면(4-2)으로 부터 외측표면을 향해 연장된 구간이 되고, 비드 플랜지(4-1) 중 림 플랜지(5-1) 내측면과 맞닿는 지점은 비드 플랜지(4-1) 중 비드부 바닥면(4-2)과의 경계구간이 된다.

즉 이렇게 비드 플랜지(4-1) 중 림 플랜지(5-1)의 내측면과 접촉되는 지점이 비드부에 가해진 응력의 집중지점이 되는 것이다.

이때 본 발명에서는 이러한 비드 플랜지(4-1) 중 림 플랜지(5-1)의 내측면과 접촉되는 지점에 곡면부(10)를 형성시킨다.

곡면부(10)는 비드 플랜지(4-1) 중 림 플랜지(5-1)의 내측면과 접촉되는 지점에 집중되는 접촉압력을 최소화 시켜 해당 지점에 작용되는 응력의 분산 기능을 하는 것으로, 다시 볼록곡면부(12)와 오목곡면부(14)로 나뉘어 구성된다.

먼저 볼록곡면부(12)는 후술하는 오목곡면부(14)와 더불어 접촉지점의 실제 응력분산 기능을 하는 부분으로, 비드부(4) 중 림 플랜지(5-1)과의 접촉지점, 즉 비드부(4)의 바닥면과 비드 플랜지(4-1) 간 경계지점 구간에 형성되되, 외측을 향해 볼록하게 돔 형태로 돌출된 구조로 형성된다.

이러한 볼록곡면부(12)는 일단부가 비드부(4)의 바닥면과 일체로 연결된 상태에서 외측을 향해 돔 형태로 돌출되는데, 이때 볼록곡면부(12)의 형성 곡률 반경(R1)은 비드부(4)의 바닥면과 연결된 단부로부터 시작하여 약 7mm 내지 12mm가 되도록 형성된다.

그리고 이 상태에서 볼록곡면부(12) 중 최대 돌출 높이(b)는 비드 플랜지(4-1)의 표면으로부터 약 0.5mm 내지 1.5mm정도가 되도록 형성된다.

또한 볼록곡면부(12)의 돌출 시작 위치에서 최대 돌출 지점까지의 거리인 a는 비드부 바닥면(4-2)과 볼록곡면부(12)간 경계지점으로부터 약 3mm 내지 8mm가 되는 구조를 갖는다.

이렇게 볼록곡면부(12)가 형성됨에 따라 해당 지점의 두께는 결국 볼록곡면부(12)의 돌출폭 만큼 두꺼워진 상태가 되어 해당 지점의 강도가 그만큼 증가된다.

또한 볼록곡면부(12) 표면 전체가 림 플랜지(5-1)의 내측면과 접촉되기 때문에 그만큼 기존에 비해 비드부 중 림 플랜지(5-1) 내측면과 접촉되는 구간의 접촉면적이 증가되고, 이는 결국 해당 접촉지점의 접촉압력의 분산효과 및 응력 분산효과를 얻게 된다.

이러한 볼록곡면부(12)와 함께 곡면부(10)를 구성하는 오목곡면부(14)는 볼록곡면부(12)와 함께 림 플랜지(5-1)와의 접촉지점에서 응력분산 효과 증대 기능을 하는 것으로, 기본적으로 볼록곡면부(12)로부터 일체로 연장된 구간에 형성된다.

즉 일단부가 볼록곡면부(12)의 단부에 일체로 연결된 상태에서 내측을 향해 홈 형태로 함몰된 형태이고 타단부는 비드 플랜지(4-1)의 표면에 일체로 연결된 형태로 형성된다.

이때 오목곡면부(14)에 형성되는 곡선의 반지름(R2)은 약 15mm 내지 25mm로 비드 플랜지(4-1)과 접선으로 만나도록 형성하여 오목곡면부(14)의 최대 함몰깊이는 볼록곡면부(12)의 돌출폭(B)와 동일한 상태가 된다.

이처럼 본 발명에서는 비드 플랜지(4-1) 중 림 플랜지(5-1) 내측면과 접촉되는 지점이 볼록곡면부(12)와 오목곡면부에 의해 굴곡진 상태가 되는 것이다.

이 상태에서 볼록곡면부(12)와 오목곡면부(14) 전체가 림 플랜지(5-1)의 내측면에 접촉된 상태가 되는데,

위에서 설명한 것처럼 볼록곡면부(12)와 오목곡면부(14)의 굴곡 구조에 의해 기존에 비해 림 플랜지(5-1) 내측면과의 접촉면적이 최대화 되고, 이로 인해 해당 접촉구간에서의 접촉압력이 감소되어, 결국 해당 지점에 작용되는 응력이 볼록곡면부(12)와 오목곡면부(14) 전체 구간에 걸쳐 분산되는 효과를 갖게 된다.

참고로 위에서 언급한 볼록곡면부(12)의 돌출폭(B)와 형성면적(R1) 및 오목곡면부(14)의 형성면적(R2)과 함몰깊이 등은 위 수치들에 반드시 한정되지 않고 타이어 규격 등에 따라 변화가 가능할 것이다.

반면 이렇게 볼록곡면부와 오목곡면부의 구조적 수치 범위를 한정시킴에 따라 각각의 규격 타이어에 적합한 적정 데이터를 적용할 수 있으므로, 타이어 제작이 용이한 장점도 갖게 된다.

실험결과 이렇게 비드 플랜지(4-1) 중 림 플랜지(5-1)의 내측면에 접촉되는 지점에 볼록곡면부(12)와 오목곡면부(14)를 적용할 경우 [도 4]와 같이 기존의 구조에 비해 접촉지점에서의 접촉압력이 분산되어 응력집중도가 낮아지는 효과를 발휘하였다.(빨강색 계열일수록 접촉부의 응력이 크고 녹색에서 파란색 계열일수록 응력이 작음)

이처럼 본 발명은 비드 플랜지 중 림 플랜지의 내측면에 개선된 곡면구조를 적용시킴으로써 곡면구조에 의한 접촉면적 증대로 인해 접촉압력을 줄일 수 있도록 하고, 이로 인해 해당 접촉지점에 작용되는 응력의 분산효과를 얻도록 함으로써 응력집중에 의한 크랙 발생현상을 방지하도록 함을 가장 큰 특징으로 한다.

또한 볼록곡면부와 오목곡면부가 연속적으로 형성됨에 따라 그만큼 접촉면적이 더욱 배가되고, 그만큼 응력 분산효과를 높일 수 있도록 함을 또 다른 특징으로 한다.

더불어 볼록곡면부와 오목곡면부의 구조적 수치를 한정함에 따라 각 규격별 타이어마다 적합한 규격의 볼록곡면부 및 오목곡면부를 적절히 선택 적용시킬 수 있으므로 효율적인 생산에 기여할 수 있도록 한 점도 특징이라 할 수 있다.

이상 설명한 본 발명은 당업자에 의해 다양하게 변형 및 조합되어 실시될 수 있으나, 이러한 변형 및 조합이 비드부 중 림 플랜지의 내측면에 접촉되는 지점에 곡면부를 형성시켜 해당 지점의 접촉압력을 분산시킴으로써 해당 지점에서 발생되던 크랙 현상을 최소화 할 수 있도록 한 구성 및 목적과 관련이 있을 경우에는 본 발명의 보호범위에 포함되는 것으로 판단되어야 한다.

1 : 트레드 2 : 숄더부
3 : 사이드월 4 : 비드부
4-1 : 비드 플랜지 4-2 : 비드부 바닥면
5 : 림 5-1 : 림 플랜지
10 : 곡면부 12 : 볼록곡면부
14 : 오목곡면부

Claims (5)

1. 지면과 맞닿는 트레드, 상기 트레드의 양 단부로부터 연장된 사이드월, 상기 사이드월의 단부에 형성된 비드부 및 상기 비드부에 의해 둘러싸여 있는 림을 포함하고,
   상기 비드부 중 상기 림의 플랜지 내측면에 접촉되는 비드 플랜지에는 외측을 향해 돌출된 형태의 볼록곡면부 및 상기 볼록곡면부에서 연장되어 상기 비드 플랜지의 외표면과 연결된 오목곡면부
   가 형성되어 있고,
   상기 볼록곡면부의 최대 돌출 높이는,
   상기 비드 플랜지의 외표면으로부터 0.5mm 내지1.5mm이며,
   상기 볼록곡면부의 형성 구간 곡선의 반지름은 7mm 내지 12mm이고,
   상기 볼록곡면부의 최대 돌출지점은,
   상기 비드부의 바닥면으로부터 상기 비드 플랜지가 시작되는 지점으로부터 직선방향으로 3mm 내지 8mm 떨어진 지점에 형성되며,
   상기 오목곡면부의 형성구간은,
   상기 볼록곡면부의 최대 돌출지점으로부터 상기 비드 플랜지의 외표면을 향해 반지름이 15mm 내지 25mm인 곡선으로 구성된
   차량용 공기입 타이어.
   
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