KR101623280B1 - 개량된 벨트 구조 및 그를 포함하는 중하중용 공기입 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어의 트레드의 저부에 설치되는 타이어의 벨트 구조로서, 벨트층과 트레드부 사이에서 타이어의 트레드의 중심부가 지면에 닿을 때 지렛대 역할을 하여 숄더 쪽의 코드를 지면으로 밀어주는, 벨트의 양쪽의 숄더측에 타이어의 원주 방향을 따라서 형성되는 한 쌍의 레버 코드(Lever Cord)를 구비하는 것을 특징으로 하는 개량된 벨트 구조 및 그를 포함하는 중하중용 공기입 타이어에 관한 것으로, 본 발명에 따른 중하중용 공기입 타이어는 타이어에 하중이 가해질 때 레버 코드를 이용하여 레버 코드가 지렛대 역할을 하여 벨트의 움직이는 방향을 바꿈으로써 타이어의 접지 형상을 변화시켜 타이어의 슬립을 줄이고 편마모를 억제함으로써 타이어의 수명 성능 및 안전성을 향상시킬 수 있다.

Description

개량된 벨트 구조 및 그를 포함하는 중하중용 공기입 타이어{IMPROVED BELT STRUCTURE AND PNEUMATIC TIRE FOR TRUCK AND BUS COMPRISING THE SAME}

본 발명은 개량된 벨트 구조 및 그를 포함하는 중하중용 공기입 타이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 타이어에 하중이 가해질 때 레버 코드를 이용하여 벨트의 움직이는 방향을 바꿈으로써 타이어의 접지형상을 변화시켜 타이어의 슬립을 줄이고 편마모를 억제할 수 있는 개량된 벨트 구조 및 그를 포함하는 중하중용 공기입 타이어에 관한 것이다.

일반적으로 중하중용 타이어는 높은 내압 및 높은 하중에 의한 타이어의 외적 팽창을 억제하여 일정한 외경을 유지시키기 위하여 강성이 큰 스틸코드 층의 벨트(1)(2)(3)(4)를 여러 층 보강하여 사용하게 된다. 이때 각 스틸 코드는 타이어의 원주 방향에 대하여 약 15 내지 60도 정도의 각도를 갖는데 약간의 외경 성장이나 하중을 받아 종 변형을 하는 경우에 이 코드가 원주 방향의 중심선을 기준으로 회전하려는 힘을 갖게 된다. 이때 회전하려는 힘으로 해서 각 벨트 층간에 전단력이 발생하게 되고, 이 전단력이 각 벨트 층간의 접착력 보다 크게 되거나 이 전단력 및 타이어의 운동 에너지에 의해 발생되는 열로 인해 코드 주위의 고무 물성이 저하되어 코드와 분리되기 시작하면서 타이어가 터지는 사고로 악화된다.

따라서 벨트 층간 전단력이 가장 크게 나타나는 벨트 단말부의 움직임을 억제할 수 있다면 벨트 사고로 인한 타이어의 수명 저하를 어느 정도 방지할 수 있을 것이다. 또 저편평 타이어에서 나타나는 접지 형상의 특징으로 양측 숄더부가 내압 작용 시에 중앙 부분 보다 성장량이 더욱 커지기 때문에 숄더부 접지 길이가 중앙부 대비 길게 나타나고 이 부위의 접지 압도 중앙부보다 크게 되어 불균형으로 인한 이상 마모 발생 가능성이 커진다.

또한 종래의 타이어의 접지압 분포 면에서 중앙부 보다 숄더부가 높아지고 따라서 중앙부와 숄더부의 마모 량이 차이가 나는 이상 마모가 발생하기 쉽고 숄더부의 운동 에너지가 증가하여 숄더부에 축적되는 열 에너지가 증가하게 된다. 이는 이 부위의 고무 물성의 저하를 촉진하여 타이어 내부 코드의 조기 노출을 초래하게 되고 벨트 말단부의 사고를 촉진하게 되는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 타이어 벨트 구조를 개선함으로써 타이어의 숄더측 슬립에 의해 발생하는 편마모를 억제하여 벨트 말단부의 사고를 예방하고 타이어의 내구성을 향상시킬 수 있는 타이어의 개량된 벨트 구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 개량된 벨트 구조를 포함하여 편마모가 감소되고 내구성 및 안전성을 향상시킨 중하중용 공기입 타이어를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은,

타이어의 트레드의 저부에 설치되는 타이어의 벨트 구조로서, 벨트층과 트레드부 사이에서 타이어의 트레드의 중심부가 지면에 닿을 때 지렛대 역할을 하여 숄더 쪽의 코드를 지면으로 밀어주는 양쪽의 숄더측에 타이어의 원주 방향을 따라서 형성되는 한 쌍의 레버 코드(Lever Cord)를 구비하는 것을 특징으로 하는 벨트 구조에 관한 것이다.

본 발명의 일 구현예에 따른 벨트 구조에 있어서, 상기 레버 코드는 폭이 좁은 보강 벨트 위에 설치되며, 상기 보강 벨트의 외측 단부에는 원주방향을 따라서 벨트 에지 스트립(Belt Edge Strip)이 구비되고, 상기 보강 벨트는 스틸 벨트로 구성될 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 벨트 구조에 있어서, 상기 레버 코드는 블록 또는 리브 중앙 쪽에 배치되며, 복수 가닥의 코드를 꼬아서 구성하거나 1+n 구조의 코드일 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은 개량된 구조의 벨트층을 포함하는 중하중용 공기입 타이어에 관한 것이다.

본 발명의 다양한 실시예의 개량된 벨트 구조는 타이어에 하중이 가해질 때 레버 코드를 이용하여 벨트의 움직이는 방향을 바꿈으로써 타이어의 접지 형상을 변화시켜 타이어의 슬립을 줄이고 편마모를 억제하는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 개량된 벨트 구조를 채용하는 중하중용 공기입 타이어는 레버 코드에 의해서 접지 형상을 캔디형으로 형상 변형이 가능하게 되어 특별히 프로파일(Profile) 수정에 의한 몰드(Mold) 개조를 거치지 않고도 타이어의 수명 성능 및 안전성을 개량할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 중하중용 공기입 타이어의 일부 절개 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 개량된 벨트 구조를 포함하는 중하중용 공기입 타이어의 개략측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 벨트 구조의 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 레버 코드가 힘의 적용에 따라 벨트층의 움직임 및 접지 형상에 영향을 주는 현상을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 5a-b는 본 발명에 따른 레버 코드를 이용한 힘의 전달 방향 및 크기를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 6은 타이어의 여러 접지 형상을 도시한 도면이다.
도 7(a)-(b)는 본 발명의 다양한 실시예의 벨트 구조에 사용되는 레버 코드의 단면도이다.

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

본 발명을 설명하기에 앞서 본 명세서에서 사용되는 용어들의 정의들을 설명한다.

본원에서 "축방향"이라는 용어는 타이어의 회전축에 대해 평행한 방향을 의미하고, "원주방향"이라는 용어는 축방향에 대해 직각인 트레드의 표면의 주변을 따라 연장하는 방향을 의미하며, "방사 방향(radial direction)"이라는 용어는 타이어의 회전축에 대해 직각인 방향을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 중하중용 공기입 타이어의 일부 절개 사시도이고, 도 2는 본 발명의 개량된 벨트 구조를 포함하는 중하중용 공기입 타이어의 개략단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예의 벨트 구조의 평면도이다.

도 1을 참조하면, 타이어는 타이어의 트레드 부분을 형성하는 원주방향 트레드를 포함하고, 다수의 벨트층들(20)이 타이어의 트레드 부분에서, 원주방향 트레드부(30) 아래에 배치된다. 예시된 중하중용 타이어의 경우 4개의 벨트를 도시하지만, 단일의 벨트 또는 4개 미만의 벨트가 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예의 개량된 벨트 구조는 타이어의 트레드부(30)의 저부에 설치되는 타이어의 벨트 구조로서, 벨트층(20)과 트레드부(30) 사이에서 타이어의 트레드의 중심부가 지면에 닿을 때 지렛대 역할을 하여 숄더 쪽의 코드를 지면으로 밀어주는 양쪽의 숄더측에 타이어의 원주 방향을 따라서 형성되는 한 쌍의 레버 코드(Lever Cord)(50)를 포함한다.

도 4는 본 발명에 따른 레버 코드가 힘의 적용에 따라 벨트층의 움직임 및 접지형상에 영향을 주는 현상을 모식적으로 도시한 도면이며, 도 5a-b는 레버 코드를 이용한 힘의 전달 방향 및 크기를 개념적으로 도시한 도면이다.

도 5a를 참고하면, 레버 코드를 사용하지 않은 일반적인 타이어의 경우 지면과 닿아 하중이 작용할 때 벨트로 가해지는 힘(F)은 한쪽 방향으로만 작용하여, 숄더부(70)이 마찰을 일으키지 못하고 슬립이 발생한다. 이에 비해서 본 발명의 벨트 구조에 있어서는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 레버 코드(40)를 사용하여 힘(F)의 방향을 바꾸고 이로 인해 타이어의 숄더부(70)가 지면에 닿을 수 있게 된다. 결과적으로 도 4에 비교 도시된 바와 같이, 센터부 보다 숄더부의 접지장의 길이가 짧은 기존 타이어에 비해 레버 코드를 사용한 본 발명에 따른 타이어의 경우 숄더쪽 접지장의 길이가 길어져 슬립 현상이 억제되는 효과를 얻을 수 있다.

타이어의 접지형상은 트레드부의 강성에 의해 좌우된다. 타이어의 프로파일을 라운드하게 설계한다고 하여도 숄더부의 강성을 올려준다면 접지형상은 사각 또는 캔디형으로 변형이 된다(도 6 참조). 이러한 접지형상은 사용 조건에 따라 요구되는 형상이 결정된다. 일반적으로 고속도로를 많이 주행하는 화물차의 경우 사각형보단 캔디형의 접지형상을 선호한다. 그 이유는 사각형의 경우 센터부의 마모가 빠를 경우 콘케이브(Concave) 형상이 심해지기 때문이다. 콘케이브 형상이 심해지게 되면 센터부의 조기 마모로 인한 파열(Burst)이나 그루브 크랙(Groove Crack)에 불리하게 된다.

이러한 관점에서 기존의 타이어의 벨트 구조는 트레드부 강성을 위해 스플릿 벨트(Split Belt)를 사용하는데, 이러한 기존의 벨트 구조에 비해서, 본 발명의 벨트 구조는 레버 코드를 이용해서 원하는 위치의 접지장을 변화시킬 수 있다. 예를 들어 라운드한 접지형상의 타이어에 기존과 동일한 스플릿 벨트를 사용할 경우 접지형상은 사각이 되지만, 본 발명에서와 같이 레버 코드를 사용하면 특별히 프로파일 수정에 의한 몰드 개조와 같은 작업을 거치지 않고도 캔디형 (도 6(a))으로 접지 형상 변형이 가능하게 된다.

본 발명의 일 구현예에 따른 개량된 벨트 구조에 있어서, 상기 레버 코드(50)는 그루브 크랙의 위험성을 피하기 위하여 트레드 블록(35) 또는 리브 중앙 쪽에 배치되는 것이 바람직하다. 타이어에는 타이어 트레드(30)의 센터라인을 따라 타이어의 원주방향으로 연속적으로 형성되는 센터 리브와, 타이어의 양 숄더부에 각각 형성되고 횡그루브에 의해 구획되는 복수 개의 트레드 블럭들을 갖는 숄더 리브와, 상기 센터 리브와 상기 숄더 리브 사이에 배치되고 횡그루브에 의해 구획되는 복수 개의 블록들을 갖는 미들 리브가 있는데, 상기 레버 코드(50)는 트레드 블록(35) 또는 리브 중앙 쪽에 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 레버 코드(50)를 구성하는 코드의 구성은, 단선(單線)이어도 좋고 연선(撚線)이어도 좋다. 도 7에 도시된 바와 같이, 단연(單撚) 코드 및 층연(層撚) 코드가, 레버코드(50)에 이용될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 레버 코드(50)는 강성을 유지하기 위하여 3 가닥 이상의 복수의 코드를 꼬아서 구성하거나 중심의 코어 코드를 감싸는 여러 가닥의 코드로 구성될 수 있다. 즉, 1 본의 심선 외주면을 n(n=5∼8) 본의 측선이 감싸는 1+n 구조를 가진 스틸 코드일 수 있다. 이때 상기 레버 코드(50)의 직경은 0.20 ~ 0.35 mm 범위인 것이 바람직하다. 직경이 0.20 mm 미만이면 강도가 약해 주행 시 끊어질 수 있고, 0.35 mm를 초과하면 강도가 너무 강해져 타이어에 하중과 공기압이 적용 시 타이어 성장을 막을 수 있다.

본 발명에 따른 레버 코드(50)는 보강 벨트(40) 위에 설치될 수 있다. 이때 상기 보강 벨트(40)는 타이어의 연비 성능 향상 측면에서 폭이 좁은 것이 바람직하다. 상기 보강 벨트(40)의 폭은 25 ? 내지 30 ?의 범위 내일 수 있다. 조종 안정성의 관점에서, 보강 벨트(40)의 폭은 25 ㎜ 이상이 바람직하고, 연비 및 승차감의 관점에서, 폭은 30 ㎜ 이하가 특히 바람직하다.

상기 보강 벨트(40)의 위치는 타이어에 하중과 공기압이 가해질 때 지면에 닿는 부분을 확실히 설정하여 숄더쪽 트레드 블록의 아래에 배치되는 것이 바람직하다. 이는 보강 벨트(40)가 그루브 쪽으로 가게 되면 언드 트레드 게이지(Under Tread Gauge)의 부족으로 그루브 크랙(Groove Crack)이 발생할 수 있기 때문이다. 상기 보강 벨트(40)는 반드시 이에 한정되는 것은 아니나 스틸 벨트로 이루어질 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 보강 벨트(40)의 외측(숄더측) 단부에는 보강 벨트(40)가 움직일 때 유연성 및 내부 세퍼레이션을 억제하기 위해 원주 방향을 따라서 벨트 에지 스트립(Belt Edge Strip, 60)을 포함할 수 있다. 상기 벨트 에지 스트립(60)은 고무 등과 같은 공지의 재질을 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 양상은 타이어에 하중이 가해질 때 레버 코드를 이용하여 레버 코드가 지렛대 역할을 하여 벨트의 움직이는 방향을 바꿈으로써 타이어의 접지 형상을 변화시켜 타이어의 슬립을 줄이고 편마모를 억제할 수 있는 중하중용 공기입 타이어에 관한 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 중하중용 공기입 타이어는, 카카스(10), 복수의 벨트층(20) 및 트레드부(30)를 포함하며, 상기 벨트층(20)과 트레드부(30) 사이에서 양쪽의 숄더측에 원주방향을 따라 한 쌍의 레버 코드(50)를 구비한다.

중하중용 차량의 경우 스틸 벨트(20)가 사용이 되는데 각 벨트는 위치에 따라 기능이 정해져 있다. 일반적으로 제1 벨트(20a)의 경우 내구성, 내편마모성 및 조종안정성에 영향을 미치며, 제2 벨트(20b) 및 제3 벨트(20c)의 경우 트레드부(30) 의 주강성을 높이고 카카스(10)의 강도 유지를 주목적으로 한다. 또한 제4 벨트(20d)는 노상 장애물에 의한 충격이나 외상으로부터 제2 및 제3 벨트(20b, 20c)를 보호하는 역할을 한다. 이와 같이 기존의 중하중용 타이어에서의 제4 벨트(20d)는 외부로부터 제2 및 제3 벨트(20b, 20c)를 보호하는 역할을 하였으나, 본 발명에서는 이에 더하여 타이어의 접지형상을 변화시켜 편마모를 억제하는 역할을 담당한다.

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 : 카카스 20 : 벨트층
30 : 트레드부 40 : 보강 벨트
50 : 레버 코드 60 : 벨트 에지 스트립

Claims (8)

1. 타이어의 트레드의 저부에 설치되는 타이어의 벨트 구조로서, 벨트층과 트레드부 사이에서 타이어의 트레드의 중심부가 지면에 닿을 때 지렛대 역할을 하여 숄더 쪽의 코드를 지면으로 밀어주는, 벨트의 양쪽의 숄더 측에 타이어의 원주 방향을 따라서 형성되는 한 쌍의 레버 코드(Lever Cord)를 구비하고,
   상기 레버 코드의 하단에는 벨트층 보다 폭이 좁은 보강 벨트가 추가로 배치되고, 상기 보강 벨트의 외측 단부에는 원주방향을 따라서 벨트 에지 스트립(Belt Edge Strip)이 구비되며, 상기 레버 코드는 복수의 코드를 꼬아 구성한 코드이거나 1 본의 심선 외주면을 n (n=5∼8) 본의 측선이 감싸는 1+n 구조의 코드이고, 상기 레버 코드의 직경은 0.20 ~0.35 mm인 것을 특징으로 하는 벨트 구조.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 보강 벨트는 스틸 벨트이고, 보강 벨트의 폭은 25 ㎜ 내지 30 ㎜인 것을 특징으로 하는 벨트 구조.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 레버 코드는 블록 또는 리브 중앙 쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 벨트 구조.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 트레드와 사이드월 및 비드부로 구성되며, 트레드 저부에 벨트층이 설치되고 벨트층의 저부에 카카스가 설치되는 중하중용 타이어에 있어서, 상기 벨트층이 제1항, 제4항, 제5항 중 어느 하나의 항의 벨트 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 중하중용 공기입 타이어.

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