KR20010013458A - 경량 섬유 유리 벨트 레이디얼 타이어 - Google Patents

Abstract

매우 경량의 타이어(10)는 적어도 하나의 레이디얼 플라이(38)와, 아라미드, 레이온, PEN, PET 및 PVA의 그룹으로부터 선택된 코드(80)를 갖는 오버레이(59)에 의해 덮여진 섬유 유리 벨트 구조체(36)를 갖는다. 타이어(10)는 매우 얇거나 또는 감소된 두께(t)의 언더트레드(13)를 갖는다. 타이어(10)는 케이싱 구조체와 감소된 고무 질량의 조합에 기인한 매우 낮은 구름 저항을 갖도록 제조될 수 있다.

Description

경량 섬유 유리 벨트 레이디얼 타이어{LIGHT WEIGHT FIBERGLASS BELTED RADIAL TIRE}

종래로부터 타이어 설계자들은 타이어가 겪게되는 가혹한 운행 조건에 견딜 수 있는 매우 내구적인 케이싱 구조를 형성하기 위한 시도를 해오고 있다.

초기에 타이어는 매우 무거웠으며 많은 층 또는 플라이의 바이어스 코드를 적용하였다. 그 주목적은 단순히 공기를 보유하여 펑크 또는 수축을 방지하기 위한 것이었다.

보다 내구적이며 보다 우수한 타이어 구조를 개발하기 위한 끊임없는 연구 과정을 통해, 새로운 재질 및 보다 우수한 디자인이 개발되었다.

레이디얼 타이어의 도입은 하나의 카커스 플라이와 같은 소수의 카커스 플라이를 갖는 타이어를 개발할 수 있도록 하였다. 플라이는 벨트 구조체에 의해 반경방향으로 내포되었다. 타이어의 내구성을 향상시키기 위해 이들 벨트 구조체는 주로 스틸로 보강되도록 발전되었다. 스틸 보강 구조체는 매우 내구적인 구조체를 제공한다.

이러한 스틸 벨트 타이어는 사용 의욕을 불러일으키는 많은 장점을 가진다. 스틸 코드는 그의 물리적 특성이 열에 민감하지 않아서, 타이어의 작동 온도에 관계없이 거의 일정하다. 스틸 코드는 실질적으로 연장가능하며, 코드는 매우 우수한 내피로성을 갖는 미세한 필라멘트에 의해 고강도를 갖도록 제조될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이들 스틸 코드를 노출되지 않게 또는 구조적으로 에지가 분리되지 않게 유지하기 위한 시도로, 타이어내의 스틸 코드 벨트가, 일반적으로 언더트레드(undertread)로 지칭되는 영역내, 벨트층 자체내 및 벨트 에지의 영역내에서 벨트 바로 위의 고무 두께를 부가할 필요를 발생시키고 있다. 또한, 유리 보강 코드는 4 gr/데니르를 갖는 벨트에 사용된 스틸 코드에 비해 10 gr/데니르의 강인성을 갖는다.

스틸 벨트 레이디얼 타이어는 실제로 트레드 영역 및 타이어의 숄더에 보다 많은 고무를 사용함으로써 무겁다. 엄밀히 말하면, 이들 영역에서 타이어의 트레드 마모 성능 및 구름 저항에 대한 민감성의 대부분이 가장 높아야 한다. 이 영역에 고무가 많을수록 히스테리시스가 크게 발생하며 주행 상태하의 온도가 높다.

현재의 타이어 설계자의 목적은 자동차 연료 소비를 낮게 하는 타이어를 개발하는 것이다. 이것은 타이어의 핸들링 성능 및 트레드 마모를 증가시키면서 저 질량 및 저 회전 관성을 갖는 차가운 주행 타이어를 개발함으로써 달성될 수 있다. 설계자는 또한, 균일한 마모를 달성하기 위해 타이의 풋프린트와 트레드의 접촉 패치가 균일한 압력 분포를 갖도록 해야 한다.

매우 낮은 편평률을 갖는 고성능 타이어의 도래에 의해, 나이론 또는 아라미드의 합성 코드의 오버레이(overlay)를 갖는 벨트 구조체를 사용하는 것이 일반적이다. 또한 고속 성능을 달성하기 위해, 트레드 두께는 최소로 유지되고 있다. 두꺼운 트레드 질량은 고속시 타이어로부터 벗어나려고 한다. 공지된 타이어의 설계 한계에 대해 이들 타이어가 강요될 때, 설계자들은 타이어의 전체 파라미터를 다시 고려해야 했다. 일부 경우에, 이것은 당해 기술분야에서 과거에 사용되었지만 그 결과 포기되었던 개념(concept)으로 다시 돌아가 재분석을 하고 상이한 경로를 연구하는 것을 의미한다.

지금까지 설계자들이 관심을 가졌던 하나의 접근은 벨트용으로 매우 우수한 재료임에도 불구하고 저렴한 스틸 벨트가 도입되었을 때 관심이 떨어진 섬유 유리 벨트의 사용이었다. 섬유 유리 벨트의 주 몰락 원인은 내구성의 결여였다.

1970년대의 바이어스 타이어에 있어서, 섬유 유리 브레이커의 사용이 기술적 관심의 대상이었다. 1973년 10월 2일자로 요시다 등에 허여된 미국 특허 제 3,762,458 호에는, "내열성, 치수 안정성 및 탄성률에서 유리가 유기 섬유 코드보다 우수하며, 고무가 유리 코드로 보강되어 공기 타이어의 크레이커층으로 사용되는 경우, 타이어는 여러 특성에서 우수하며, 특히 내마모성(노면 테스트) 및 코너링 파워에서 우수하다"고 기재되어 있다.

요시다 등은 섬유 유리가 브레이커 코드로 사용되는데 불리한 이유에 대해 상세히 파고든다. 그는 섬유 유리 브레이커의 사용의 3가지 심각한 결점을 언급한다.

"첫째로, 자동차가 주행할 때, 노면 상태로 인하여 타이어의 동적 벤딩 변형 및 충격 변형이 발생하여, 유리 코드가 파손 또는 뭉그러진다.

둘째로, 일반적으로 못, 유리 조각 및 자갈과 같은 이물질이 타이어내로 침투되어 타이어를 사용하는 동안, 특히 사용 종료시에 그 브레이커층에 닿는다. 이 경우에, 타이어가 나일론, 레이온, 폴리에스테르 및 비닐론 (폴리비닐 알콜) 섬유 증과 같은 통상적인 유기 섬유로 이루어진 브레이커층을 갖는다면, 이물질이 침투된 부분에서만 타이어의 파손이 일어난다. 이에 비해, 타이어가 유리 코드 브레이커층을 갖는다면, 유리 코드는 침투된 이물질에 의해 뭉그러지며, 유리 코드의 파손은 유리 코드 브레이커층을 따라 이어진다. 이것은 심각한 문제의 원인이다.

이러한 결함을 해결하기 위해, 유리 코드 브레이커층의 트레드측상에 나일론 코드와 같은 유기 섬유 코드를 배열하는 것이 시도되고 있다. 그러나, 지금까지 만족할 만한 결과가 얻어지지 않았다.

유리 섬유의 상기 결함에 부가하여, 본 발명자는 유리 코드에만 특유하며 유기 섬유 코드에는 발생하지 않는 유리 섬유의 제 3 의 결함을 발견하였다.

상세히 설명하면, 타이어의 가황처리 단계에서, 다음의 단계가 수행될 것이다. 즉, 타이어는 고온 고압하에서 가황처리되며 그 뒤 상온 및 대기압하의 분위기로 꺼내진다. 그 뒤 치수의 안정화를 위해 타이어의 내측에 고압의 공기 압력이 인가된다. 타이어가 상온의 분위기내로 꺼내지는 경우, 타이어의 보강재로 사용되는 즉, 브레이커의 내측상에 배열된 카커스내에 사용되는, 레이온, 나일론, 비닐론 및 폴리에스테르 섬유 증과 같은, 유리 섬유이외의 유기 섬유로 이루어진 코드는 크게 수축된다. 그 결과, 고무 피복 유기 섬유 코드층(카커스)에 바로 인접하게 배열된 유리 코드 브레이커가 격렬하게 압축되어 브레이커의 유리 코드를 구성하는 유리 필라멘트가 그 강인성을 감소시키도록 압축되어 자동차가 주행하는 동안 파손된다.

예를 들면, 유기 섬유 코드와 유리 코드 브레이커로 보강된 2종류의 카커스층으로 이루어진 타이어에 있어서, 카커스측에 배열된 유리 코드 브레이커층을 구성하는 유리 코드는 트레드측에 배열된 다른 유리 코드 브레이커층을 구성하는 유리 코드보다 강인성이 떨어진다.

또한, 상이한 수축성을 갖는 유기 섬유 코드, 예를 들면, 나일론 코드 또는 레이온 코드가 카커스 코드로 사용되는 경우, 보다 큰 수축성을 갖는 나일론 코드는 레이온 코드보다 유리 코드의 강인성을 감소시킨다.

또한, 고무 피복 나일론 코드층과 같은 고무 피복 나일론 코드층이 유리 코드 브레이커의 트레드측에 배열되는 종래의 바이어스 벨트 타이어의 가황처리에 있어서, 상기 현상이 유리 코드 브레이커와 고무 피복 유기 섬유 코드층 사이에 발생하며, 그에 의해 유리 필라멘트가 파손된다. 이 때문에, 타이어가 냉각되는 경우, 상기 유기 섬유 코드는 상당히 수축된다."

이러한 3가지 결점은, 요시다 등이 주장하는 바에 의하면 이하에 기술하는 바와 같이 해결되었다.

"유리 코드 브레이커층을 갖는 타이어의 상기 3가지 결점 가운데, 첫변째 결점은 본 발명자에 의해 이미 해결되었다. 즉, 유리 코드의 벤딩 변형 및 충격 변형을 감소시키기 위해, 짧게 절단된 섬유 보강 고무층이 유리 코드 브레이커층의 트레드측에 배열된다. 두 번째 결점 즉, 이물질에 대한 플런저 저항의 문제를 해결하기 위해, 본 발명자는 유리 코드 브레이커층의 츠레드측의 짧게 절단된 섬유 보강 고무층의 배열이 고무만의 층 또는 고무 피복 코드층의 배열보다 큰 효과를 나타냄을 확인하였다.

또한, 세 번째 결점을 해결하기 위해, 본 발명자는 다음의 구성이 보다 효과적임을 발견하였다. 즉, 유리 코드 브레이커층이 고수축성을 갖는 유기 섬유 코드에 바로 인접하게 배열되지 않으며, 저수축성을 가지므로 유기 섬유 코드의 수축을 유리 코드 브레이커층에 전달하지 않는 층이 고무 피복 유기 섬유 코드층(카커스)과 유리 코드 브레이커층 사이에 배열된다."

따라서, 요시다 등은 바이어스 타이어에의 섬유 유리 브레이커의 사용을 존속시키려고 시도하였다.

레이디얼 타이어에 섬유 유리 벨트를 사용하는 것은 보다 도전적이었다. 프랑스 소재의 크리스챤 엠. 엘. 엘. 부르셔 드 카본(Christian M. L. L. Bourcier de Carbon)의 미국 특허에서, 드 카본은 "레이디얼 카커스 타이어는 본질적으로, 반경방향(트레드 표면에 수직한 방향)으로 가요적이지만 종방향 및 횡방향으로 큰 강인성을 갖는 보강체를 포함하는 비신장성 벨트와 조합하여, 커버의 중심 평면내에서 직선인 만곡된 부재로 구성된 레이디얼 카커스를 포함하며, 비신장성 벨트는 내압에 의해서 자동적으로 인장되어 공기 타이어가 정지되어 어떠한 붕괴 하중도 받지 않는 경우에도, 카커스의 만곡된 부재에 대한 상당한 적도방향 바인딩 효과를 갖는다."

레이디얼 타이어 벨트 구조체의 문제에 대한 드 카본의 해결책은 약 1㎜의 폭을 갖는 평탄화된 코드의 사용이었다. 매우 평탄화된 코드는 약 45° 내지 60°의 횡단각(cross angle)으로 배향된 스틸 플라스틱 또는 유리 섬유로 제조된다. 쉽게 인지되는 바와 같이, 이러한 해결책은 매우 복잡하여 그 복잡성과 현재의 보다 단순한 스틸 벨트로 인해 궁극적으로 상업적인 관심을 끌지 못했다.

본 발명은, 가황처리, 냉각 및 그 후의 재팽창 동안 야기된 열수축차가 유리 코드에 전달되지 않도록 함으로써 유리 코드가 제조중 손상되지 않도록 하는 다른 구성요소와의 조합하여 섬유 유리가 적용되는 경우, 섬유 유리 벨트의 사용이 다시 상업적으로 적합하게 될 수 있음을 보여준다. 섬유 유리 벨트는 상업적으로 적합할 뿐만 아니라 타이어 중량과 감소된 구름 저항의 견지에서 상당한 장점적 개선을 제공할 수 있다.

발명의 요약

매우 경량이며 낮은 구름 저항(rolling resistance)을 나타내는 레이디얼 타이어는 0.2 내지 0.8 범위의 편평률을 갖는다. 타이어(10)는 한 쌍의 평행한 환상 비드 코어(26)와, 적어도 하나가 상기 비드 코어(26) 주위에 감기는 하나 이상의 레이디얼 카커스 플라이(38)와, 타이어(10)의 크라운 영역내에서 상기 하나 이상의 레이디얼 카커스 플라이(38)의 반경방향 외측으로 배치된 벨트 구조체(36)와, 상기 벨트 구조체(36)의 폭과 거의 일치하는 폭을 갖는 오버레이(59)를 포함한다. 트레드(12)는 상기 오버레이(59)의 반경방향 외측으로 배치되며 측벽(20)이 트레드(12)와 상기 비드(26) 사이에 배치된다.

오버레이(59)는 필라멘트 또는 코드(70)를 가지며, 코드(70)는 비교적 비열수축성인 것이 바람직한 재료의 그룹으로부터 선택된다. 상기 그룹은 탄성중합체에 묻힌 레이온, PET, 아라미드, PEN, 또는 PVA이다. 벨트 구조체(36)는 16° 내지 28°의 범위, 바람직하게는 약 22°의 코드각을 갖는 두 개의 섬유 유리 코드 보강층(50, 51)로 제조된다. 이들 층은 접혀진 측방향 에지를 요구하지 않는 단일 절단 층이다.

오버레이(59)는 벨트 구조체(36)의 반경방향 외측으로 그에 인접하게 나선형으로 감기는 것이 바람직하다. 오버레이(59)는 폭이 ½인치 내지 1½인치이며 그내에 묻힌 4 내지 45개의 평행한 보강 필라멘트 또는 코드(70)를 갖는 연속 스트립의 보강 테이프로 제조된다.

바람직한 실시예에 있어서, 접혀진 코드(70)는 아라미드이지만, 레이온, PEN, PET 또는 PVA와 같은 고인장강도, 저열수축성의 코드가 또한 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 타이어(10)는 매우 얇은 언더트레드(13)를 가지며, 이 언더트레드(13)는 오버레이(59)의 코드(70)의 반경방향 외측 표면으로부터 원주방향 그루브의 전체 깊이까지 측정된다. 언더트레드(13)의 두께(t)는 2㎜ 미민이며, 1㎜ 이상이 바람직하다.

핸들링 성능을 향상시키기 위해, 타이어(10)는 각각의 비드 코드(26)의 반경방향 외측으로 연장하며 플라이(38)에 인접한 단단한 아펙스(apex)(46)를 적용한다. 아펙스(46)는 50 이상의 쇼어 D 경도를 갖는다.

측방향 안정성을 향상시키기 위해, 타이어(10)는 각각의 측벽(20)에 하나씩 두 개의 측벽 인서트를 채용할 수 있다. 각각의 측벽 인서트는 두 층(52, 53)의 바이어스 코드 보강체를 갖는다. 제 1 층(52)의 코드는 제 2 층(53)의 코드와 동일하게 그러나 그에 대향하게 배향되며, 두 층(52, 53)은 카커스 플라이(38)의 아펙스(46)와 턴업(turnup)(32) 사이에 개재된다. 각 층의 코드는 반경방향에 대해 25° 내지 60°의 각도로 배향된다. 바람직하게는, 제 1 및 제 2 층(52, 53)은 반경방향 내측 단부(54)와 반경방향 외측 단부(55)를 가지며, 일 층의 양 단부(54, 55)는 대향 층의 양 단부(54, 55)에 대해 지그재그 형태로 배치된다. 일 층의 반경방향 외측 단부(55)는 타이어 단면 높이(SH)의 거의 중간에 즉 도시된 위치(h)에 위치된다.

타이어(10)는 또한 벨트 에지 아래에 놓이며 타이어(10)의 단면 높이(SH)의 약 절반까지 연장하는 소음 감쇠 검스트립(gumstrip)(42)을 갖는다.

전술된 신규한 조합을 사용하는 타이어(10)는 종래의 타이어에 비해 매우 경량으로 제조될 수 있다.

본 발명의 타이어(10)는 우수한 성능, 특히 매우 낮은 구름 저항의 부가된 장점에 의해 핸들링에 적합하다.

본 발명은 공기 타이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 0.8 미만의 편평률을 갖는 경량의 레이디얼 플라이 타이어에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 타이어(10)의 단면도이다.

정의

"편평률"은 단면 폭에 대한 단면 높이의 비를 의미한다.

"축방향" 및 "축방향으로"는 타이어의 회전축에 평행한 라인 또는 방향을 의미한다.

"비드" 또는 "비드 코어"는 대체로 환상 인장 부재를 포함하는 타이어의 부분을 의미하며, 반경방향 내측 비드는 타이어를 림에 지지하는데 관련되며, 플라이 코드에 의해 감겨지고, 플립퍼(flipper), 치퍼(chipper), 아펙스(apex) 또는 필러(filler), 토 가드(toe guard) 및 체이퍼(chafer)와 같은 다른 보강 요소를 갖거나 또는 갖지 않도록 형성된다.

"벨트 구조체" 또는 "보강 벨트"는 직조되거나 또는 직조되지 않고, 트레드 아래에 놓이고, 비드에 고정되지 않고 타이어의 적도면에 대해 17° 내지 27° 범위의 좌우 코드각을 갖는, 적어도 두 개의 환상 층 또는 플라이의 평행한 코드를 의미한다.

"원주방향"은 축방향에 수직한 환상 트레드의 표면의 외주부를 따라 연장하는 라인 또는 방향을 의미한다.

"카커스"는 벨트 구조체, 트레드 및 언더트레드와 별개인 타이어 구조체를 의미하며, 비드를 포함한다.

"케이싱"은 트레드 및 언더트레드를 제외한 타이어의 카커스, 벨트 구조체, 비드 측벽 및 다른 모든 구성요소를 의미한다.

"체이퍼"는 림으로부터 코드 플라이를 보호하여 림 위로 플렉싱(flexing)을 분포시키기 위해 비드의 외측 주위에 배치된 좁은 스트립의 재료를 지칭한다.

"코드"는 타이어의 플라이를 구성하는 보강 스트랜드 중 하나를 의미한다.

"적도면(Equatorial Plane: EP)은 타이어의 회전축에 수직하며 트레드의 중심을 통과하는 평면을 의미한다.

"풋프린트"는 정지상태에서, 또한 정상 하중 및 압력하에서 편평한 표면과 접촉하는 타이어 트레드의 접촉 패치 또는 영역을 의미한다.

"내측 라이너"는 튜브리스(tubeless) 타이어의 내측 표면을 형성하며 타이어내에 팽창 유체를 내포하는 탄성중합체 또는 다른 재료의 층 또는 층들을 의미한다.

"정상 팽창 압력"은 타이어의 서비스 조건에 대해 적합한 표준 협회에 의해 설정된 특정 설계 팽창 압력 및 하중을 의미한다.

"플라이"는 고무가 피복된 평행한 코드의 층을 의미한다.

"반경방향" 및 "반경방향으로"는 방사상으로 타이어의 회전축을 향하거나 또는 그로부터 멀어지는 방향을 의미한다.

"레이디얼 플라이 타이어"는 적어도 하나의 플라이가 타이어의 적도면에 대해 65° 내지 90° 사이의 코드각으로 놓이며 비드 사이에서 연장하는 코드를 갖는 벨트형 또는 원주방향으로 제한된 공기 타이어(belted or circumferentially-restricted pneumatic tire)를 의미한다.

"단면 높이"는 타이어의 적도면에서 공칭 림 직경으로부터 타이어의 외경까지의 반경방향 거리를 의미한다.

"단면 폭"은, 타이어가 24시간동안 정상 압력으로 팽창된 후 무하중 상태에서 측정한 타이어의 축에 평행한 측벽의 외측 사이의 최대 직선 거리이며, 이 때 라벨, 장식 또는 보호 밴드로 인한 측벽의 증가는 배제한다.

"숄더"는 트레드 에지 바로 아래의 측벽의 상부를 의미한다.

"트레드 폭"은 축방향의 즉, 타이어의 회전축에 평행한 평면내의 트레드 표면의 호길이를 의미한다.

본 발명의 상세한 설명

본 발명에 따른 타이어(10)는 독특한 구조를 채용한다. 도 1에 도시된 바와 같은 타이어(10)는 승용차 또는 경트럭용의 레이디얼 타이어이다. 타이어(10)는 각각 트레드(12)의 측면 에지(14, 16)에 있는 숄더부에서 종지되는 지면-결합 트레드부(12)를 갖는다. 한 쌍의 측벽부(20)가 각각 트레드 측면 에지(14, 16)로부터 연장하여 환상의 비신장성 비드 코어(26)를 각각 갖는 한 쌍의 비드 영역(22)에서 종지된다. 타이어(10)는 또한 카커스 보강 구조체(30)를 구비하며, 카커스 보강 구조체(30)는 비드 영역(22)으로부터 일 측벽부(20), 트레드부(12), 반대측 측벽부(20)를 지나 비드 영역(22)으로 연장한다. 적어도 하나의 반경방향 블라이(38) 카커스 보강 구조체(30)의 턴업 단부(32)는 비드 코어(26) 주위로 감기며 끝 단부(33)로 반경방향 외측으로 연장한다. 턴업(32)은 도 1의 실시예에서 최대 단면 폭의 반경방향 위치 부근에서 끝날 수 있다. 타이어(10)가 튜브리스형인 경우, 타이어(10)는 타이어(10)의 내주 표면을 형성하는 종래의 내측 라이너(35)를 포함할 수 있다. 양호한 타이어(10)에 있어서, 내측 라이너(35)는 100% 브롬브틸(bromobutyl)로 제조된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 타이어(10)는, 비드 코어(26) 주위로 감겨지고 최대 단면 직경의 반경방향 위치(h) 부근에 위치된 높은 턴업 단부(33)로 연장하는 단일의 합성 플라이를 채용할 수 있다. 트레드부(12) 아래에 카커스 보강 구조체(30)의 반경방향 외측 표면 주위로 원주방향으로 배치된 것은 트레드 보강 벨트 구조체(36)이다. 도시된 특정 실시예에 있어서, 벨트 구조체(36)는 두 개의 절단 벨트 플라이(50, 51)를 포함하며 벨트 플라이(50, 51)의 코드(80)는 타이어의 중간-원주방향 중앙면에 대해 약 22°의 각도로 배향된다.

벨트 플라이(50)의 코드는 중간-원주방향 중앙면과 대향하는 방향으로 또한 벨트 플라이(51)의 코드(80)의 방향과는 반대로 배치된다. 그러나, 벨트 구조체(36)는 임의의 수의 벨트 플라이를 포함할 수 있으며 코드는 임의의 소망 각도로 바람직하게는 18° 내지 26°의 범위로 배치될 수 있다. 층(50, 51)의 중요한 특징은 각 층(50, 51)이 단일 절단 층이며 접혀진 에지를 갖지 않는다는 것이다. 벨트 구조체(36)는 타이어(10)의 작동중 노면으로부터 트레드(12)의 상승을 최소화하도록 벨트 폭에 걸쳐 측방향 강성을 제공한다. 도시된 실시예에 있어서, 이것은 벨트 플라이(50, 51)의 코드(80)를 섬유 유리 및 바람직하게는 15 내지 25 EPI의 밀도 구조를 갖는 섬유 유리 6601Tex로 제조함으로써 달성된다.

카커스 보강 구조체(30)는 적어도 하나의 보강 플라이 구조체(38)를 포함한다. 도 1에 도시된 특정 실시예에 있어서, 반경방향 외측 플라이 턴업(32)을 갖는 보강 플라이 구조체(38)가 제공되어 있으며, 이러한 플라이 구조체(38)는 일 층의 평행한 코드를 갖는 것이 바람직하다. 보강 플라이 구조체(38)의 코드(41)는 타이어(10)의 중간-원주방향 중앙면(CP)에 대해 적어도 75°의 각도로 배향된다. 도시된 특정 실시예에 있어서, 코드(41)는 중간-원주방향 중앙면(CP)에 대해 약 90°의 각도로 배향된다. 코드(41)는 코드 보강 고무 제품으로 통상적으로 사용되는 재료로 제조될 수 있으며, 이러한 재료의 예로는, 레이온, 나일론 및 폴리에스테르, 아라미드 또는 스틸을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 코드는 고무에 의한 고접착성 및 고내열성을 갖는 재료로 제조된다.

카커스 코드(41)에 대해서, 나일론 6, 나일론 6-6, 레이온, 폴리에스테르 또는 높은 모듈러스 코드와 같은 250 내지 600 kgf/㎟ 범위의 탄성률을 갖는 유기 섬유 코드가 일반적으로 사용된다. 340 내지 2100 dTex의 경우에, 이러한 섬유 코드가 17 내지 30 EPI의 밀도로 사용되는 것이 바람직하다.

다른 높은 모듈러스 섬유로는 아라미드, 비닐론, PEN, PET, PVA, 카본 섬유, 유리 섬유, 폴리아미드를 들 수 있다. 대안적으로, 우수한 내피로성을 발휘하는 미세한 직경의 필라멘트를 갖는 고인장강도의 스틸로 제도된 스틸 코드가 사용될 수 있다. 도시된 특정 실시예에 있어서, 코드(41)는 레이온으로 제조된다. 코드(41)는 X의 모듈러스(E)와 Y의 신장률을 갖는다. 양호한 레이온 코드(41)는 적어도 10GPa까지의 범위의 X값과 특정 재료의 코드에서 일반적으로 알려진 범위의 신장률을 갖는다.

도 1에 도시된 바와 같이, 타이어(10)의 비드 영역(22)은 각각 실질적으로 비신장성인 환상의 제 1 및 제 2 비드 코어(26)를 갖는다.

비드 코어는 연속적으로 감겨진 단일의 또는 단일 필라멘트의 강선으로 구조되는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에 있어서, 0.038인치(0.97㎜) 직경의 고인장 강선이 반경방향 내측의 4개의 층과 반경방향 외측의 4개의 층으로 감겨져서, 4X4 구조를 형성한다.

비드부(22)와 측벽부(20)의 반경방향 내부내에 위치된 것은 카커스 플라이 보강 구조체(38)와 턴업 단부(32) 사이에 각각 배치된 고 모듈러스 탄성중합체 아펙스 인서트(46)이다. 탄성중합체 아펙스 인서트(46)는 각각 비드 코어(26)의 반경방향 외측부로부터 측벽부내로 위로 연장하여 단면 폭이 점차적으로 감소한다. 탄성중합체 인서트(46)는, 도 1에 도시된 바와 같은 위치(h)에서의 타이어의 최대 단면 폭의 반경방향 내측으로, 소정 거리(G)만큼 떨어진 반경방향 외측 단부에서 종지된다. 도시된 특정 실시예에 있어서, 탄성중합체 아펙스 인서트(46)는 각각의 비드 코어(26)로부터 타이어 단면 높이의 약 25%의 거리(G)까지 각각 연장한다.

본 발명의 목적을 위해, 타이어의 최대 단면 높이(SH)는 타이어의 공칭 림 직경(NRD)으로부터 타이어의 트레드부의 반경방향 최외측부까지 측정된 반경방향 거리로 간주된다. 또한, 본 발명의 목적을 위해, 공칭 림 직경은 그 사이즈에 의해 지정되는 바와 같은 타이어의 직경이다.

본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 비드 영역(22)은 또한 아펙스 인서트(46)와 플라이 턴업 단부(32) 사이에 위치된 적어도 하나의 코드 보강 부재(52, 53)를 포함한다. 코드 보강 부재 또는 부재들(52, 53)은 제 1 단부(54)와 제 2 단부(55)를 갖는다. 제 1 단부(54)는 제 2 단부의 축방향 및 반경방향 내측에 있다. 코드 보강 부재 또는 부재들(52, 53)은 타이어(10)의 회전축으로부터의 반경방향 거리가 그 제 1 단부(54)로부터의 거리의 함수로 증가한다. 도 1에 도시된 실시예에 있어서, 코드 보강 부재는 약 4㎝의 폭을 갖는 두 개의 부품(52, 53)을 포함한다. 축방향 내측 부품(52)은 반경방향으로 제 1 및 제 2 비드 코어(26)에 또는 그 바로 위에 있는 반경방향 내측 단부(54)를 갖는다. 축방향 외측 부품(53)은 비드 코어(26)의 외측 표면의 반경방향 외측으로 약 1㎝만큼 떨어진 반경방향 내측 단부를 갖는다. 축방향 내측 및 외측 부품(52, 53)은 레이온, 나일론, 아라미드 또는 스틸제의 코드 보강체를 갖는 것이 바람직하며, 바람직한 실시예에 있어서, 나일론 1400/2dTex가 사용되었다. 코드 보강 부재(53)의 제 2 단부(55)는 비드 코어(26) 및 제 1 플라이(38)의 턴업 단부(32)의 말단(33)의 반경방향 외측에 위치되며, 이것은 공칭 비드 직경으로부터 측정할 때 반경방향으로 단면 높이(SH)의 적어도 50% 떨어진 거리에 위치된다.

부재(52, 53)의 코드는 반경방향에 대해 25° 내지 75°의 범위의, 바람직하게는 55°의 사잇각을 형성하도록 경사지는 것이 바람직하다. 두 부재가 적용되는 경우, 코드각은 동일하게 또한 대향되게 배치되는 것이 바람직하다. 코드 보강 부재(52, 53)는 본 발명의 타이어(10)의 핸들링 특성을 개선한다. 부재(52, 53)는 자동차가 오버스티어(oversteer)되는 경향, 팽창되지 않은 상태로 또는 적절히 팽창되지 않은 상태로 구동되는 종래의 타이어에 발생되는 중요한 문제를 감소시킨다.

직물 보강 부재(61)가 타이어(10)의 비드 영역(22)에 부가될 수 있다. 직물 보강 부재는 제 1 및 제 2 단부(62, 63)를 갖는다. 부재는 제 1 플라이(38) 및 비드 코어(26) 주위로 감겨진다. 제 1 및 제 2 단부(62, 63)는 비드 코어(26) 위로 또한 그 외측으로 반경방향으로 연장한다.

바람직한 실시예에 따른 타이어(10)의 측벽부(20)는 한 쌍의 제 1 소음 감쇠 필러(42)를 갖는다. 제 1 소음 감쇠 필러(42)는 내측 라이너(35)와 보강 플라이(38) 사이에 적용된다. 제 1 필러(42)는 타이어(10)의 숄더부내의 각 벨트 에지 하측으로부터 보강 부재 단부(55)의 반경방향 내측으로 연장한다. 도 1에 도시된 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에서 도시된 바와 같이, 측벽부(20)는 각각 제 1 소음 감쇠 필러(42)와 아펙스 인서트(46)를 포함한다. 제 1 필러(42)는 상술한 바와 같이 위치된다. 아펙스 인서트(46)는 각각 제 1 플라이(38)와 플라이(38)의 턴업 단부(32) 사이에 위치된다.

본 발명의 목적을 위해, 타이어의 최대 단면 폭(SW)은 타이어의 축방향 외측 표면으로부터 타이어의 회전축에 평행하게 측정되는데, 표시, 장식 등은 배제한다. 또한, 본 발명의 목적을 위해, 트레드 폭은, 정격 하중에서, 최대 표준 팽창 압력으로 팽창되며, 그 설계 적용 휠상에 장착된 타이어의 풋프린트로부터 측정될 때, 타이어의 적도면(EP)에 수직하게 타이어를 가로지르는 축방향 거리이다.

도 1에 도시된 타이어(10)는 트레드 보강 벨트 구조체(36) 주위에 배치된 직물 오버레이 층(59)을 갖는다. 예를 들면, PEN, PET, PVA, 레이온 또는 아라미드 코드를 갖는 이상적으로 나선형으로 감겨진 두 개의 플라이 층이 각각의 보강 벨트 구조체(36) 위에 배치될 수 있으며, 그 측방향 단부는 벨트 구조체(36)의 측방향 단부를 지나 연장한다. 대안적으로, 나선형으로 감겨진 단일 층의 직물이 오버레이로 적용될 수 있다. 바람직한 실시예의 타이어(10)는 플렉스텐(flexten) 1670/3 또는 보다 바람직하게는 1100/2dTex의 나선형으로 감겨진 아라미드 코드(70)를 적용하였다. 아라미드 재료는 나일론보다 실질적으로 큰 탄성률을 가지므로 두 층의 나일론보다 강한 타이어 보강체를 형성한다. 고열수축성를 나타내는 나일론은 벨트(50, 51)의 섬유 유리 코드(80)를 손상시킬 수 있기 때문에 회피되어야 한다. 출원인은 고속도 능력의 증가가 적어도 14 EPI, 바람직하게는 약 17 EPI를 갖는 단일의 아라미드 오버레이를 갖는 타이어에서 달성될 수 있다는 것을 발견하였다. 일반적으로, 승용차 타이어에 아라미드를 사용하는 것을 회피되는데, 이는 부분적으로 아라미드가 승용차 타이어의 비교적 얇은 측벽을 통한 소리를 공명시키는 열악한 소음 특성을 나타내는 사실에 기인한다. 본 발명의 타이어는 타이어에서 발생하는 소음을 현저히 줄이는 소음 감쇠 인서트(42)를 측벽에 적용한다. 이들 소음 감쇠 측벽(20)은 소음을 부적합한 정로로 발생시키기 않고 아라미드 오버레이를 사용할 수 있게 한다.

오버레이(59)의 코드(80)는 대안적으로 레이온, PET, PEN 또는 PVA로 제조될 수 있다. 240dTex 내지 2200dTex의 밀도를 갖는 PEN 필라멘트가 적용될 수 있다. 보다 바람직하게는 4 내지 12 tpi, 바람직하게는 7Z/9S의 실과 코드 트위스트를 갖는 1440/2dTex가 적용될 수 있다.

도시된 바와 같은 아펙스 인서트 필러(46)는 하나 또는 둘 또는 그 이상의 별개의 탄성중합체 재료로 제조될 수 있다. 바람직한 실시예는 비드 코어(26)로부터 연장하는 아펙스 인서트(46)에 오직 하나의 복합물 또는 재료를 적용하였다. 양호한 아펙스 인서트 재료는 매우 단단하며, 50 이상, 바람직하게는 50 내지 55의 쇼어 D 경도를 갖는다. 인서트(46)의 경도는, 최소량의 재료가 아펙스 인서트(46)를 형성하는데 사용될 수 있도록 하는 고경도를 달성하는 일반적으로 공지된 혼합 과정에 혼합된 가교결합된 보강 수지에 의해 달성되었다.

인서트(46)는 대안적으로 인서트의 반경방향 및 측방향 강성을 향상시키도록 적어도 45°의 각도로 배향되는 것이 바람직한 짧은 섬유로 로딩될 수 있으며, 섬유는 반경방향으로 배향되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 짧은 섬유는 레이온, 나일론, 폴리에스테르 또는 아라미드와 같은 직물 또는 합성 재료로 제조된다. 이들 짧은 섬유는 바람직하게는 적어도 45°의 바이어스 각도로 반경방향으로 배향 또는 위치될 수 있지만, 원주방향으로 연장하여서는 안된다.

림 플랜지에 인접한 카커스 구조체(30)의 반경방향 외측의 하부 비드 영역에서의 타이어(10)의 체이핑(chafing)이, 특히 완전 팽창되지 않은 상태의 타이어를 사용하는 동안, 단단한 고무 체이퍼부(60)를 제공함으로써 최소화될 수 있다.

벨트 구조체(36)는 바람직하게는 15 내지 25 EPI의 밀도의 성유 유리 660/1Tex를 사용한 벨트(50, 51)를 갖는다. 벨트(50, 51)는 일반적으로 트레드 호길이(arc width)로 지칭되는 몰드 트레드 코드 폭의 약 98%의 폭을 갖는다.

타이어(10)의 성능 및 경량 특징을 더욱 향상시키기 위해, 트레드(12)는 최소 게이지 또는 두께(t)의 언더트레드(13)를 갖도록 구조되었다. 통상적으로, 고성능 승용차 타이어를 위해, 언더트레드는 2 내지 5㎜로 감소된다. 본 발명의 타이어는 도 1에 도시된 바와 같이 오버레이(59)의 반경방향 외측 코드(70)로부터 전체 깊이의 원주방향 그루브의 바닥부까지 측정될 때 2㎜ 미만, 바람직하게는 약 1㎜의 언더트레드를 갖는다.

본 발명의 타이어(10)에서 아라미드 벨트(50, 51)를 갖는 타이어를 성형할 때 생성되는 고유 응력이 감소되도록 하기 위해, 몰드가 트레드에서 넓고 편평하게 되어야 함이 판명되었다. 315㎜의 트레드 반경과 141㎜의 트레드 코드 폭이 적합한 결과를 갖는 것으로 평가되었다. 195/65R15 91V의 타이어 사이즈에 있어서, 914㎜의 트레드 반경과 152㎜의 트레드 코드 폭이 가장 뛰어난 결과를 나타내었다. 본 발명자는 약 125㎜ 이상의 트레드 코드 폭에 대해 300㎜ 이상의 편평한 타이어 반경이 적합한 결과를 나타내리라 믿는다. 보다 바람직하게는, 트레드 반경(R)은 150㎜ 이상의 트레드 코드 폭에 대해 500㎜ 이상이어야 하고, 가장 바람직하게는, 트레드 반경(R)은 적어도 750㎜이어야 한다. 이러한 넓은 편평한 트레드 호는, 벨트 코드(80)가 최소 열수축 변형을 겪도록 하는데, 이러한 열수축 변형은 카커스 플라이(38)에 인접한 플라이(51)의 코드에 손상을 줄 수 있다. 이것은 낮은 열수축의 플라이 코드(41)와 유사하게 낮은 열수축의 오버레이(59)과 조합하여, 섬유 유리 벨트(50, 51)가 열팽창 및 열수축에 견딜 수 있도록 타이어(10)가 제조되고 사용될 수 있음을 의미한다.

195/65R15 91V를 갖는 테스트 타이어가 종래의 스틸 벨트를 갖도록 제조되었으며 타이어의 중량은 9.4kg이었다. 본 발명에 따라 제조된 동일한 사이즈의 타이어는 7.2kg의 중량을 가지며, 타이어(10)의 회전에 따른 상술된 본 발명의 개념을 적용하는 경우의 중량은 6.9 내지 7.4kg 범위를 나타내었다.

이러한 중량의 감소는 종래의 기술에 비해 가장 장점적인 개선인데, 이는 중량 감소가 타이어의 운동 에너지 분포를 감소시켜 병진 및 회전 운동 에너지를 모두 감소시키고 따라서 연료 소비를 줄이기 때문이다.

또한, 스프링으로 지지되지 않은 타이어 질량의 감소는 자동차 제조자가 감소된 중량 부품을 갖는 서스펜션을 재설계하도록하여 자동차 중량, 성능 및 핸들링을 개선한다.

본 발명의 타이어는 동일한 몰드에서 동일한 트레드 복합물을 갖도록 제조된 종래 구조에 비해 10%의 구름 저항 개선을 초래하였다.

타이어(10)의 표준 마모 테스트에서 종래의 구조에 비해 0 내지 10%의 트레드 마모 개선이 관찰되었다. 타이어(10)는 휠 위치 마모에 보다 덜 민감함이 관측되었다. 가벼운 하중을 받을 때 스티어링 위치의 숄더 마모 및 후측 휠 위치의 중심선 마모는 종래의 타이어에 비해 본 발명의 타이어(10)에서 매우 적음이 밝혀졌다.

본 발명의 타이어의 플랫 스폿(flatspotting)은 교란없는 주행을 회복하는데 요구되는 시간량의 견지에서 종래 타이어에 비해 매우 많이 개선되었다. 플랫 스폿은 일반적으로 주행후 자동차가 주차되어 가열된 타이어가 냉각됨으로써 구조체가 국부적으로 평평해진 케이싱 구조를 가질 때 발생하는 상태이다.

가장 중요하게, 본 발명의 타이어는 전술된 우수한 내구성을 가지며, 플런저 테스트, 고속 V 테스트, 노면 내구성 카커스 피로 테스트, 외부 탄성측정 테스트(outdoor resiliometer), 커브 충돌 테스트, 노면 플런저 테스트 및 국부적으로 요구되는 DOT 및 ECE R30 검증 테스트를 통과하였다.

본 발명을 설명할 목적으로 특정한 대표적 실시예 및 상세가 개시되었지만, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게는 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈함없이 다양한 변경 및 변형이 행해질 수 있음이 분명할 것이다.

Claims (20)

1. 0.2 내지 0.8 범위의 편평률을 갖는 레이디얼 플라이 공기 타이어에 있어서,

   한 쌍의 평행한 환상 비드 코어와, 적어도 하나가 상기 비드 코어 주위에 감기는 한 쌍의 턴업을 갖는 하나 이상의 레이디얼 카커스 플라이와, 타이어의 크라운 영역내에서 상기 하나 이상의 레이디얼 카커스 플라이의 반경방향 외측으로 배치된 벨트 구조체와, 상기 벨트 구조체의 폭과 거의 일치하는 폭을 갖는 오버레이와, 상기 오버레이의 반경방향 외측으로 배치되는 트레드와, 상기 트레드와 상기 비드 사이에 배치된 측벽을 포함하며, 상기 오버레이는 보강 필라멘트 또는 코드를 포함하며, 상기 코드는 탄성중합체에 묻힌 레이온, PET, 아라미드, PEN 또는 PVA 재료의 그룹으로부터 선택되며, 상기 벨트 구조체는 18° 내지 26° 범위의 코드각을 갖는 두 개의 섬유 유리 코드 보강층으로 제조되는

   레이디얼 플라이 공기 타이어.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 오버레이는 상기 벨트 구조체의 반경방향 외측으로 나선형으로 감기며, 폭이 ½인치 내지 1½인치이고 그내에 묻힌 4 내지 45개의 평행한 보강 필라멘트 또는 코드를 갖는 연속 스트립의 보강 테이프를 포함하는

   레이디얼 플라이 공기 타이어.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 보강 필라멘트는 240dTex 내지 2200dTex의 밀도를 갖는 PEN 필라멘트인

   레이디얼 플라이 공기 타이어.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 PEN 보강 코드는 5 내지 10의 트위스트 멀티플라이어(twist multiplier)를 갖는

   레이디얼 플라이 공기 타이어.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 PEN 보강체는 4 내지 12tpi의 실 및 코드 트위스트를 갖는 1440/2dTex 코드인

   레이디얼 플라이 공기 타이어.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 오버레이의 보강 필라멘트는 아라미드인

   레이디얼 플라이 공기 타이어.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 오버레이의 보강 필라멘트는 플렉스텐(flexten) 1100/2dTex인

   레이디얼 플라이 공기 타이어.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 필라멘트는 약 15 내지 30의 인치당 단부수(EPI)를 갖는

   레이디얼 플라이 공기 타이어.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 트레드는 상기 오버레이의 코드의 반경방향 외측 표면으로부터 원주방향 그루브의 전체 깊이까지 측정된 언더트레드를 가지며, 상기 언더트레드는 2㎜ 미만의 평균 두께를 갖는

   레이디얼 플라이 공기 타이어.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 언더트레드는 약 1㎜의 두께를 갖는

    레이디얼 플라이 공기 타이어.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 각각의 비드 코어 위로 상기 플라이에 인접하게 반경방향 외측으로 연장하는 아펙스를 추가로 포함하며, 상기 아펙스는 50 이상의 쇼어 D 경도를 갖는

    레이디얼 플라이 공기 타이어.
12. 제 10 항에 있어서,

    상기 각 측벽내에 하나씩 두 개의 인서트를 추가로 포함하며, 각각의 인서트는 바이어스 코드에 의해 보강된 두 개의 탄성중합체 층으로, 제 1 층은 제 2 층과 동일하지만 대향하게 배향되며, 상기 두 개의 층은 상기 아펙스와 카커스 플라이의 턴업 사이에 개재되는

    레이디얼 플라이 공기 타이어.
13. 제 11 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 층은 25° 내지 60°의 바이어스 코드각을 갖는

    레이디얼 플라이 공기 타이어.
14. 제 12 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 층은 각각 반경방향 내측 단부와 반경방향 외측 단부를 가지며, 일 층의 양 단부는 반대층의 양 단부에 대해 지그재그로 배치되며, 일 층의 반경방향 외측 단부는 타이어의 단면 높이의 절반 부근에 위치되는

    레이디얼 플라이 공기 타이어.
15. 제 1 항에 있어서,

    내측 라이너와 소음 감쇠 탄성중합체 인서트를 추가로 포함하며, 상기 인서트는 벨트 에지 아래에서 상기 내측 라이너와 상기 플라이 사이에 놓이며 타이어의 단면 높이의 약 50%까지 연장하는

    레이디얼 플라이 공기 타이어.
16. 제 1 항에 있어서,

    상기 카커스 플라이는 레이온제의 반경방향 코드를 갖는

    레이디얼 플라이 공기 타이어.
17. 제 1 항에 있어서,

    상기 카커스 플라이는 나일론제의 반경방향 코드를 갖는

    레이디얼 플라이 공기 타이어.
18. 제 1 항에 있어서,

    상기 카커스 플라이는 PEN제의 반경방향 코드를 갖는

    레이디얼 플라이 공기 타이어.
19. 제 1 항에 있어서,

    상기 카커스 플라이는 아라미드제의 반경방향 코드를 갖는

    레이디얼 플라이 공기 타이어.
20. 제 1 항에 있어서,

    상기 카커스 플라이는 반경방향 스틸 코드를 갖는

    레이디얼 플라이 공기 타이어.