KR101885027B1 - 중하중용 광폭 타이어 - Google Patents

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배성렬
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Abstract

본 발명은 중하중용 광폭타이어에 관한 것이다.
본 발명의 중하중용 광폭타이어는 노면에 접지하는 트레드; 타이어의 골격을 이루는 카카스; 트레드와 카카스의 사이에 배치되는 벨트층;으로 포함하며, 벨트층은 카카스에서 트레드 쪽으로 순차적으로 적층되는 제1벨트 내지 제4벨트로 이루어지고, 제1벨트는 증폭벨트를 포함하며, 제2벨트는 광폭 나선형코일 벨트로 되어 있다.
본 발명은 4층 벨트구조로 하면서 나선형 코일의 적층순서를 변경하고 폭을 증대시킨 광폭 나선형코일 벨트 및 증폭벨트를 통해, 중량이 과도하게 증가하는 것, 과도한 발열이 발생하는 것 및 내구성이 저하되는 것이 방지되며, 접지 중앙부의 접지 길이를 더욱 증대시키고 벨트층 끝단의 내구성을 더욱 향상시키는 효과가 있다.

Description

중하중용 광폭 타이어{Ultra Super Single Tire for heavy duty}
본 발명은 중하중용 광폭 타이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 접지 중앙부의 접지 길이를 증대시키고 벨트층 끝단의 내구성을 향상시키는 중하중용 광폭 타이어에 관한 것이다.
중하중용 타이어는 복륜으로 사용되는 타이어를 단륜으로 대체하는 광폭 타이어(USS : Ultra Super Single)가 사용되고 있다. 타이어가 광폭화 됨에 따라 접지 형상(footprint shape)이 불안정하게 되어 타이어의 성능이 저하되는 문제점이 있다. 즉, 중하중용 타이어는 도 1에서 도시되는 바와 같이, 트레드 접지의 중앙부(C)가 오목해지는 현상과 숄더측 접지장(SFL)이 증가하게 되어 조정의 안정성, 벨트 내구성의 저하 및 이상 마모가 발생하는 문제점이 있었다. 특히 접지 중앙부의 강성저하로 인한 들뜸현상이 발생하고 트레드부의 공기분담율 증가에 따른 벨트 사고가 주요 문제점으로 발생하였다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위해 트레드 중앙부 접지장은 증가시키고 숄더측 접지장을 감소시키는 기술이 개발되었다. 즉, 한국공개특허공보 제10-2011-0049422호에 개시되는 바와 같은 트레드의 중앙부에 러버 시트(rubber sheet)를 삽입하는 기술, 트레드의 중앙부의 고무 두께를 증가시키는 기술, 타이어의 트레드 부분에 무한 코일(infinite coil)을 삽입하는 기술 및 트레드 중앙 부분에 파형 벨트(waved belt)를 삽입하는 기술이 제안된 바 있다.
또한, 도2에 도시한 바와 같이 종래 나선형코일 벨트(13)가 카카스(C) 상에 제3층으로 포함된 5층 벨트(4벨트+S벨트)(10) 구조가 개시되어 있다. 나선형코일 벨트(13)는 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 벨트 드럼(13a)에 한 가닥의 와이어(13b)가 연속적으로 감긴 구조의 벨트로서, 도3의 (b)에 도시한 바와 같은 시트형태로 가공되어 와이어가 절단된 구조를 가지는 시트형 벨트(23)와 구별된다.
그런데 트레드의 중앙부에 러버 시트를 삽입하는 기술은 타이어의 중량을 과도하게 증가시키고, 과도한 발열이 발생하게 하고, 타이어의 내구성을 저하시키며, 효과가 미미한 문제점이 있다. 그리고 트레드의 중앙부의 고무 두께를 증가시키는 기술은 타이어의 중량을 증가시키고, 효과가 미미한 문제점이 있다.
그리고 타이어의 트레드 부분에 나선형 코일을 삽입하는 기술은 효과가 미미한 문제점이 있다. 도 2의 나선형코일 벨트가 구비된 구조에서는 벨트 내구와 접지 형상을 향상시키기는 하였으나 공기압 분담율이 증가함에 따라 벨트부의 내구성이 저하되는 문제점이 있다. 도 2의 나선형 코일 벨트가 구비된 구조는 5층 벨트 구조이지만, 실제적으로는 벨트 끝단의 경우 4층 벨트 구조와 차이가 없기 때문에 위험도는 오히려 증대하는 문제가 발생하였다.
그리고 타이어의 벨트층에 파형 벨트를 덧대는 기술은 운행 중 파형 벨트가 불필요하게 움직여 타이어의 내구성을 저하시키는 문제점이 있다.
한국공개특허공보 제10-2011-0049422호(공개일자: 2011년 5월 12일)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 4층 벨트구조로 하면서 나선형 코일의 적층순서를 변경하고 폭을 증대시킨 광폭 나선형 코일 벨트 및 증폭벨트를 통해, 접지 중앙부의 접지 길이를 더욱 증대시키고 벨트층 끝단의 내구성을 더욱 향상시키는 중하중용 광폭 타이어를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 중하중용 광폭타이어는 노면에 접지하는 트레드; 타이어의 골격을 이루는 카카스; 트레드와 카카스의 사이에 배치되는 벨트층;으로 포함하며, 벨트층은 카카스에서 트레드 쪽으로 순차적으로 적층되는 제1벨트 내지 제4벨트로 이루어지고, 제1벨트는 증폭벨트를 포함하며, 제2벨트는 광폭 나선형코일 벨트인 것을 특징으로 한다.
S1을 제3벨트의 끝단과 광폭 나선형코일 벨트(제2벨트) 끝단의 단차이고, S2를 광폭 나선형코일 벨트(제2벨트) 끝단과 증폭벨트 끝단의 단차이고, EBw를 증폭벨트의 폭이라고 할 때, 7.5mm≤S1≤15mm 이고, 20mm≤S2 이며, 20mm≤EBw를 만족한다.
제1벨트의 제1주벨트의 끝단부 기울기 각도는 50도±5도의 범위이고, 광폭 나선형코일 벨트(제2벨트)의 끝단부 기울기 각도는 0도이며, 제3벨트의 끝단부 및 제4벨트의 끝단부 각 기울기 각도는 18도 ± 5도의 범위이다.
증폭벨트의 기울기 각도는 제1벨트의 제1주벨트의 끝단부 기울기 각도와 상이하다. 증폭벨트의 기울기 각도는 10도 ± 5도의 범위이다.
상기와 같은 본 발명에 따른 중하중용 광폭 타이어에 의하면, 4층 벨트구조로 하면서 나선형 코일의 적층순서를 변경하고 폭을 증대시킨 광폭 나선형 코일 벨트 및 증폭벨트를 통해, 중량이 과도하게 증가하는 것, 과도한 발열이 발생하는 것 및 내구성이 저하되는 것이 방지되며, 접지 중앙부의 접지 길이를 더욱 증대시키고 벨트층 끝단의 내구성을 더욱 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 종래의 중하중용 타이어의 광폭화에 따른 접지 형상과 굴곡 형상을 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 나선형코일 벨트가 제3층으로 포함된 5층 벨트(4벨트+S벨트) 구조의 타이어를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3의 (a)는 도 2의 나선형코일 벨트를 나타내는 모식도이고, 도 3의 (b)는 종래 시트형 벨트를 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 광폭 나선형코일 벨트와 증폭벨트가 구비된 벨트 구조의 타이어를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 벨트 적층 구조를 설명하기 위한 트레드의 일측을 단면으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 광폭 나선형코일 벨트를 설명하기 위한 설명도이다.
도 7은 도 2의 벨트 구조(종래)와 그 나선형코일 벨트의 위치를 변경한 변형 벨트 구조에 대해 전단변형율 분포를 비교하여 나타낸 비교표이다.
도 8은 도 2의 벨트 구조(종래)와 도 4의 벨트 구조(본 발명)의 벨트층간의 전단변형율 분포를 비교하여 나타낸 비교표이다.
도 9는 도 2의 벨트 구조(종래)와 도 4의 벨트 구조(본 발명)의 접지형상을 비교하여 나타내는 비교표이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 광폭 나선형코일 벨트와 증폭벨트가 구비된 벨트 구조의 타이어를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4의 벨트 적층 구조를 설명하기 위한 트레드의 일측을 단면으로 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 중하중용 광폭타이어(100)는 노면에 접지하는 트레드(110), 타이어의 골격을 이루는 카카스(120), 트레드(110)와 카카스(120)의 사이에 배치되는 벨트층(130)을 포함한다.
트레드(110)는 지면(노면)에 접지하는 부분으로서 고무 재질로 형성된다.
카카스(120)는 강도가 높은 합성 섬유로 형성된 여러 장의 코드지가 겹쳐져 형성된 것으로서 타이어의 골격을 형성한다.
벨트층(130)은 트레드(110)와 카카스(120) 사이에 배치되며, 카카스(120)에서 트레드(110) 쪽으로 순차적으로 제1벨트(131), 제2벨트(132), 제3벨트(133) 및 제4벨트(134)로 배치되어 이루어진다. 제1벨트(131)는 제1주벨트(131a)와 증폭벨트(131b : Extended Belt)로 이루어지며, 제2벨트(132)는 광폭 나선형코일 벨트(WSC, Wide Spiral-Coil Belt)로 되어 있다.
증폭벨트(131b)는 제1주벨트(131a)와 동일 또는 유사한 소재로서, 제1주벨트(131a)에서 폭의 길이만 연장된 벨트이다. 광폭 나선형코일 벨트(WSC)는 도6에 도시한 바와 같이 벨트가 나선형코일로 제조되는 경우(도 3의 a 참조), 하층의 벨트층(#1 Belt)이 상층의 나선형코일을 지지해야 하기 때문에 단차가 필요하게 된다. 이와 같이 하층의 벨트층(#1 Belt) 보다 폭이 넓게 된 것이 광폭 나선형코일 벨트(WSC)이고, 하층의 벨트층에서 상층의 나선형코일을 지지하기 위해서 폭이 증가된 부분을 증폭벨트(Extender Belt)라고 한다.
도 5에서, S1을 제3벨트(133)의 끝단과 광폭 나선형코일 벨트(제2벨트, 132) 끝단의 단차이고, S2를 광폭 나선형코일 벨트(제2벨트, 132) 끝단과 증폭벨트(131b) 끝단의 단차이고, EBw를 증폭벨트(131b)의 폭이다. 그 치수범위는 7.5mm≤S1≤15mm 이고, 20mm≤S2 이며, 20mm≤EBw를 만족하는 범위로 한다. TW/2는 트레드의 반폭(Half Tread Width)이다.
제1벨트(131)의 제1주벨트(131a)의 끝단부에서 타이어의 회전축과 평행한 축선을 기준으로 기울어진 기울기 각도는 50도±5도의 범위이고, 광폭 나선형코일 벨트(제2벨트, 132)의 끝단부에서 타이어의 회전축과 평행한 축선을 기준으로 기울어진 기울기 각도는 0도이며, 제3벨트(133)의 끝단부 및 제4벨트(134)의 끝단부에서 타이어의 회전축과 평행한 축선을 기준으로 기울어진 각각의 기울기 각도는 18도 ± 5도의 범위이다.
증폭벨트(131b)가 타이어의 회전축과 평행한 축선을 기준으로 타이어의 중심방향으로 기울어진 기울기 각도는 제1벨트(131)의 제1주벨트(131a)의 끝단부에서 타이어의 회전축과 평행한 축선을 기준으로 타이어의 중심방향으로 기울어진 기울기 각도와 상이하며, 증폭벨트(131b)가 타이어의 회전축과 평행한 축선을 기준으로 기울어진 기울기 각도는 10도 ± 5도의 범위이다.
도 7은 도 2의 벨트 구조(종래)와 그 나선형코일 벨트의 위치를 변경한 변형 벨트 구조에 대해 전산해석으로 전단변형율 분포를 비교하여 나타낸 비교표이다. 도 7에서는 내압시와 하중시에 벨트층 끝단에 발생하는 전단변형율을 나타내고 있다.
변형 1은 나선형코일 벨트(13)가 카카스(C) 상에 제1층으로 포함된 5층 벨트(4벨트+S벨트)구조이고, 변형 2는 나선형코일 벨트(13)가 카카스(C) 상에 제2층으로 포함된 5층 벨트(4벨트+S벨트)구조이며, 변형 3는 나선형코일 벨트(13)가 카카스(C) 상에 제4층으로 포함된 5층 벨트(4벨트+S벨트)구조이고, 변형 4는 나선형코일 벨트(13)가 카카스(C) 상에 제5층으로 포함된 5층 벨트(4벨트+S벨트)구조이다. 나타난 바와 같이 벨트층 끝단에 발생하는 전단변형률(ISS : Interlaminar Shear Strain)은 적층순서에 따른 변화가 크지 않음을 알 수 있다.
도 8은 도 2의 벨트 구조(종래)와 도 4의 벨트 구조(본 발명)의 벨트층간의 전단변형율 분포를 전산해석으로 비교하여 나타낸 비교표이고, 도 9는 도 2의 벨트 구조(종래)와 도 4의 벨트 구조(본 발명)의 접지형상을 전산해석으로 비교하여 나타내는 비교표이다. 도 8 및 도 9에서 본 발명의 예의 S1은 10mm, S2는 10mm, EBw는 10mm로 하고, 제1벨트(131)의 제1주벨트(131a) 끝단부 기울기 각도는 50도로 하고, 광폭 나선형코일 벨트(제2벨트, 132)의 끝단부 기울기 각도는 0도로 하며, 제3벨트(133)의 끝단부 및 제4벨트(134)의 끝단부 각각의 기울기 각도는 18도로 하고, 증폭벨트(131b)의 기울기 각도는 10도로 한 벨트구조로 실험한 결과이다(도 5 참조).
도 8에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예(도 4)의 구조에서는 종래 예(도2)의 구조에 비해 벨트 끝단에 발생하는 전단변형율이 77%가량 감소하였음을 알 수 있다. 이와 같이 도 7에 나타난 바와 같이 종래 벨트 끝단에 발생하던 전단변형율이 본 발명의 실시예에서는 거의 발생하지 않음을 할 수 있다.
그리고, 도 9에 나타낸 바와 같이 종래예에 비해 본 발명의 실시예에서는 숄더측의 접지장이 감소하는 것을 알 수 있다. 한편, 실제 광폭 타이어를 제조하여 실험을 하는 경우에는 전산해석에 비해 접지장이 크게 증가하는 현상이 발생하는 본 발명의 구조를 적용하는 경우 숄더측의 접지장을 최소화시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 중하중용 광폭타이어 110: 트레드
120: 카카스 130: 벨트층
131: 제1벨트 131a: 제1주벨트
131b: 증폭벨트 132: 광폭 나선형코일 벨트(제2벨트)
133: 제3벨트 134: 제4벨트
S1: 제3벨트의 끝단과 광폭 나선형코일 벨트 끝단의 단차
S2: 광폭 나선형코일 벨트 끝단과 증폭벨트 끝단의 단차
EBw: 증폭벨트의 폭 TW/2: 트레드의 반폭

Claims (5)

  1. 노면에 접지하는 트레드; 타이어의 골격을 이루는 카카스; 상기 트레드와 상기 카카스의 사이에 배치되는 벨트층;을 포함하며,
    상기 벨트층은 상기 카카스에서 상기 트레드 쪽으로 순차적으로 적층되는 제1벨트와 제2벨트와 제3벨트와 제4벨트로 이루어지고,
    상기 제1벨트는 증폭벨트를 포함하며,
    상기 제2벨트는 광폭 나선형코일 벨트이고,
    S1은 상기 제3벨트의 끝단과 상기 광폭 나선형코일 벨트(제2벨트) 끝단의 단차이고, S2는 상기 광폭 나선형코일 벨트(제2벨트) 끝단과 상기 증폭 벨트 끝단의 단차이고, EBw를 상기 증폭벨트의 폭이라고 할 때,
    7.5mm≤S1≤15mm 이고, 20mm≤S2 이며, 20mm≤EBw를 만족하며,
    상기 제1벨트의 제1주벨트의 끝단부에서 타이어의 회전축과 평행한 축선을 기준으로 기울어진 기울기 각도는 50도±5도의 범위이고,
    상기 광폭 나선형코일 벨트(제2벨트)의끝단부에서 타이어의 회전축과 평행한 축선을 기준으로 기울어진 기울기 각도는 0도이며,
    상기 제3벨트의 끝단부 및 상기 제4벨트의 끝단부에서 타이어의 회전축과 평행한 축선을 기준으로 기울어진 각각의 기울기 각도는 18도 ± 5도의 범위이고,
    상기 증폭벨트에서 타이어의 회전축과 평행한 축선을 기준으로 타이어의 중심방향으로 기울어진 기울기 각도는
    상기 제1벨트의 제1주벨트의 끝단부에서 타이어의 회전축과 평행한 축선을 기준으로 타이어의 중심방향으로 기울어진 기울기 각도와 상이한 것을 특징으로 하는 중하중용 광폭타이어.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 증폭벨트에서 타이어의 회전축과 평행한 축선을 기준으로 기울어진 기울기 각도는 10도 ±5도의 범위인 것을 특징으로 하는 중하중용 광폭타이어.
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