KR20010053607A - 최적화된 카카스 경로를 구비한 런플랫 타이어 - Google Patents

최적화된 카카스 경로를 구비한 런플랫 타이어 Download PDF

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KR20010053607A
KR20010053607A KR1020017001075A KR20017001075A KR20010053607A KR 20010053607 A KR20010053607 A KR 20010053607A KR 1020017001075 A KR1020017001075 A KR 1020017001075A KR 20017001075 A KR20017001075 A KR 20017001075A KR 20010053607 A KR20010053607 A KR 20010053607A
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로저캐리 코트렐
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폴 겔리
미쉐린 러쉐르슈 에 떼크니크 에스.에이.
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Abstract

본 발명의 타이어는 타이어의 비드부와 측벽의 인장응력의 크기를 최대로 하도록 설계된 최외부 카카스의 최적화 경로를 가진다. 본 발명은 공기 수축상태 동안에 비드를 설치림 상에서 유지하고 카카스 또는 카카스들을 비드에 고정하기 위해 비드부에 개별 보강 구조물을 제공하고, 상기 고정 보강물은 원하는 카카스 프로파일의 유지관리작업을 용이하게 한다.

Description

최적화된 카카스 경로를 구비한 런플랫 타이어{Runflat tire having optimized carcass path}
공기 런플랫 타이어, 즉, 공기 팽창상태에서 정상적으로 작동하고 공기 수축상태에서도 제한된 동작을 할 수 있는 타이어에 대해서는 다양한 타이어 구성이 제안되어 왔다. 상기 타이어 구성들은 일반적으로 각 비드에 배열된 하나 이상의 비드 와이어 주위에서 턴(turn)하는 하나 이상의 일반적인 반경방향의 카카스로 형성된다. 공기 수축상태에서도 원하는 동작을 하기 위해서, 상기 많은 타이어들은 측벽을 부가로 사용하며, 이러한 측벽들은 카카스와 타이어 내부 라이너(innerliner) 사이에 또는 카카스 사이에 보조 고무층을 형성함으로써, 보강되거나 두껍게 형성된다. 이러한 기준 타이어의 보기는 도 1에 도시되어 있다.
런플랫 타이어가 공기 수축 상태의 동안에 림 상에 안착되어 있는 것이 중요하다. 기계식 비드 록과, 특수한 림 프로파일 또는 연장된 횡단면의 비드 와이어 번들을 포함하는 많은 해결방안이 제안되었다. 도 1에 도시된 바와 같이, 최근의 예에서, 연장 비드 와이어 번들은 카카스에서 전개된 장력을 극복하고 공기 수축동안 비드를 림 시트에서 유지하기 위해, 비드의 카카스를 고정하도록 작용한다. 이러한 이중 작용은 설계고려사항에서 필요로 한다.
비드 와이어 주위에서 턴업(turn up)된 카카스를 갖는 타이어는 하나 이상의 카카스의 턴업부의 반경방향의 최상부 구역에서 반드시 불연속부를 가진다. 턴업부가 타이어 횡단면의 자오선 축선의 외부에 축방향으로 배치될 때, 타이어의 부하로 인한 비드부의 변형 때문에, 턴업부는 압축 응력 상태로 놓인다. 이 압축 상태와 상기 불연속 부분으로 인하여 설계 제한사항이 발생하고 그 결과 공기 팽창상태와 공기 수축상태 사이에서 기능상의 절충방안으로 귀결된다.
오어(Oare) 씨등의 미국 특허 제 5,263,526호와 윌러드(Willard) 씨의 미국 특허 제 5,511,599호는 하나 이상의 카카스가 비드 와이어 주위에서 턴업되는 다중 카카스를 갖는 런플랫 타이어에 관한 것이다. 상기 특허들은 카카스 불연속성을 처리하기 위해서 다른 설계 해결방안을 공개한다. 오어 씨등은 모두 비드 와이어 주위에서 턴업되는 두 코드 보강 카카스를 갖는 타이어를 공개한다. 하나 이상의 카카스 턴업부는 타이어 적도(tire equator)로 반경방향으로 연장되며, 하부 측벽부는 다중 보강 플라이를 포함한다. 여기서, 타이어 적도는 최대폭의 지점에 대응하는 반경방향 위치 또는 타이어의 외부면의 축방향 크기를 정의한다. 빌러드는 한 카카스가 비드의 반경방향 및 축방향의 내부 구역에서 종결되는 3개의 코드 보강 카카스를 구비한 타이어를 공개하며, 제 2 카카스는 하부 측벽의 축방향 외부 부분의 제 3 카카스에 의해서 중첩되고 비드 주위에서 턴업된다. 이 특허는 비드 구조의 축방향 외부 측부의 상기 위치로 인하여 턴업부에서 압축 응력을 피할 수 없다. 따라서, 비드 영역의 제작물의 구성 및 기하학적 형태는 상기 제작물이 인장 압축 순환응력에 영향을 받을 때, 양호한 내구성을 갖도록 조절되어야 한다. 그러므로, 이러한 제한사항을 극복한 타이어는 전체적으로 양호한 수준의 공기 팽창기능 및 공기 수축기능을 나타낸다.
본 발명은 타이어, 특히 공기 수축 상태에서도 계속해서 주행할 수 있는 공기 타이어에 관한 것이다.
도 1은 회전 축선을 통해서 자오선면을 따라 절취한 기준 타이어의 부분 횡단면도.
도 2는 회전 축선을 통해서 자오선면을 따라 절취한, 본 발명의 양호한 실시예에 대응하는 런플랫 타이어의 부분 횡단면도.
도 3a는 명확한 도시를 위해서 일부 타이어 요소를 생략하였으며, 회전 축선을 통해서 자오선면을 따라 절취한, 본 발명의 양호한 실시예에 대응하는 런플랫 타이어의 부분 횡단면도.
도 3b는 명확한 도시를 위해서 일부 타이어 요소를 생략하였으며, 타이어의 측벽부의 카카스 프로파일을 세부적으로 도시하는, 도 3a에 도시된 타이어의 확대도.
도 3c는 명확한 도시를 위해서 일부 타이어 요소를 생략하였으며, 타이어의 비드부와 하부 측벽의 카카스 프로파일을 세부적으로 도시하는, 도 3a에 도시된 타이어의 확대도.
도 4는 엘라스토머 비드 충전재의 증착을 도시하며, 회전 축선을 통해서 자오선면을 따라 절취한, 본 발명에 따른 런플랫 타이어의 비드부와 하부 측벽의 확대도.
도 5a는 두 카카스를 구비하며, 회전 축선을 통해서 자오선면을 따라 절취한, 본 발명의 제 2 실시예에 대응하는 런플랫 타이어의 부분 횡단면도.
도 5b는 비드에서 공통 원주 방향의 얼라인먼트를 갖는 두 카카스를 구비하며, 회전 축선을 통해서 자오선면을 따라 절취한, 본 발명의 제 2 실시예에 대응하는 런플랫 타이어의 비드부의 부분 횡단면도.
도 6은 3개의 카카스를 구비하며, 회전 축선을 통해서 자오선면을 따라 절취한, 본 발명의 제 3 실시예에 대응하는 런플랫 타이어의 부분 횡단면도.
도 7은 제 2 및 제 3 카카스층의 공통 원주방향의 증착물을 도시하는, 본 발명의 제 3 실시예에 대응하는 런플랫 타이어의 비드부의 확대 투시도.
본 발명의 타이어는 타이어의 비드부와 측벽의 인장응력의 크기를 최대로 하도록 설계된 독특한 최외부 카카스의 최적화 경로를 가진다. 본 발명은 공기 수축상태 동안에 비드를 설치림 상에서 유지하고 카카스 또는 카카스들을 비드에 고정하기 위해 비드부를 부가로 제공하고, 상기 카카스 고정작업은 원하는 카카스 프로파일의 유지관리작업을 용이하게 한다.
트래드부와 결합하는 측벽부에 의해서 각각 반경방향의 상부로 연장되며 타이어 디자인의 설치림 상에 설치되는 베이스를 구비한 비드에서, 타이어의 각 측부에 고정된 하나 이상의 축방향의 최외부 카카스를 포함하는 본 발명에 따른 타이어에 있어서,
중간 기준 프로파일은 타이어의 축방향의 최외면과 축방향의 최내면 사이의 중간 위치에 대응하는 지점의 위치에 의해서 규정되고,
설치림의 1/2의 공칭 반경과 동일한 반경방향의 좌표와 설치림의 1/2 공칭 폭과 동일한 축방향의 좌표를 갖는 상기 비드의 림 기준점(R)이 규정되고,
비드 기준점(Z)은 타이어의 최외면과 상기 림 기준점의 반경방향의 좌표로부터 반경방향의 외부로 오프셋된 수평선과의 교차부로써 규정되고,
트래드 기준점(N)은 타이어의 측벽부와 트래드 사이의 접합부에서 타이어의 최외면 상에 규정되고,
측벽 기준점(P)은 상기 기준점(Z,N) 사이에 위치되고 타이어의 측벽의 최외면 상에 규정되고,
상기 하나 이상의 축방향의 최외부 카카스는 상기 측벽 기준점(P)과 상기 트래드 기준점(N) 사이의 반경방향의 위치에 대한 상기 중간 기준 프로파일의 축방향의 외부에 배치되고,
상기 하나 이상의 축방향의 최외부 카카스는 상기 기준점(Z)과 상기 기준점(P) 사이에서 반경방향의 위치를 갖는 점(Q)에서 상기 중간 기준 프로파일과 교차하고, 그 후에 상기 점(Q)의 내측에서 반경방향 위치에 대한 상기 중간 기준 프로파일의 내부에 축방향으로 배치되고,
상기 하나 이상의 축방향의 최외부 카카스의 각 축방향의 좌표는 상기 측벽 기준점(P)의 내측에서 각 반경방향 위치에 대해서 대응하는 독특한 반경방향의 좌표를 가지고,
상기 타이어는 상기 하나 이상의 카카스를 비드에서 고정하기 위한 제 1 비드 보강물과 비드를 공기 수축상태에서 설치림 상에서 유지하기 위한 제 2 비드 보강물을 부가로 포함한다.
상기 기재된 본 발명은 적어도 축방향의 최외부 카카스가 트래드부와 타이어 측벽부와의 접합부에서 적어도 한 지점으로부터 타이어의 최내면과 최외면 사이의 중간 위치의 외부와 비드 위의 명시된 지점으로 축방향으로 먼저 통과하고 그 후에 중간 프로파일의 내부로 통과하도록 규정된 독특한 카카스 경로를 공개한다. 이 방식에서, 축방향의 최외부 카카스의 인장 응력의 크기는 타이어의 측벽과 비드부를 통해서 극대화된다. 카카스는 차량의 공기 팽창상태 또는 공기 수축상태에서 작동하는 동안, 카카스에서 전개된 장력을 극복하기 위해서, 카카스와 측방향으로 인접하는 보강물에 의해서 비드에서 고정된다. 비드에 보강물을 고정하는 상기 카카스는 본질적인 원주방향의 배향 코드 또는 코드를 갖는 또는 코드가 없는 다른 보강물을 포함할 수 있다. 단지 공기 팽창상태에서 사용하는 것을 목적으로 계발된 종래 타이어와 비교할 때, 공기 수축상태에서도 작동하는 것을 목적으로 하는 타이어는 공기 수축상태에서 작동하는 동안에 설치림 상에서의 비드의 유지를 보장하기 위해서, 추가의 설계 제한사항이 요구된다. 본 발명은 공기 수축상태에서 작동하는 동안 타이어 설치림 상에서 비드를 적절하게 유지하고 표준 프로파일 림 상에서 타이어를 용이하게 설치할 수 있도록, 미리 규정된 기하학적 형태의 보강물을 고정하는 카카스의 축방향의 외부에 배치된 제 2 비드 보강물을 도입한다. 본 발명의 비드 유지 보강물은 차량이 작동하는 동안 응력 및 온도를 극복하기에 적당한 재료, 즉, 원주방향의 배향 코드 또는 필라멘트, 금속성 케이블, 엘라스토머 재료, 섬유 보강 수직 매트릭스 및 그 유사물 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예에서, 타이어는 공기 팽창상태 또는 공기 수축상태에서 작동하는 동안 팽창력이 존재하는 카카스의 비드부와 측벽의 크기가 극대화되도록, 타이어 두께의 중간 축선에 대한 원리에 순응하는 타이어 측벽 및 비드에 경로를 갖는 단일의 반경방향의 배향 코드 보강 카카스를 가진다. 하나 이상의 초승달 모양의 보강 부재들은 타이어 측벽들이 공기 수축상태에서 작동하는 동안 차량 힘 및 모멘트를 지지할 수 있도록, 타이어의 축방향의 최내면과 카카스 사이의 타이어 측벽에 배치된다. 각 비드에 카카스를 고정하기 위해서, 카카스는 카카스와 원주방향의 배향 카카스 고정 코드 사이에서 놓여진 고무층을 포함하는 원주방향의 배향 코드의 하나 이상의 와인딩부 옆의 축방향으로 하나 이상의 측부 상에 접한다. 비드 유지 보강물은 카카스와 카카스 고정 보강물의 축방향의 외부에 위치한다. 엘라스토머 비드 충전재는 타이어의 축방향의 최외면과 카카스 사이의 축방향과 비드 유지 보강물의 반경방향의 외부에 놓여진다.
본 발명의 제 2 실시예에서, 타이어는 둘 이상의 카카스를 구비하며, 제 1 카카스는 제 2 카카스로부터 축방향 및 반경방향의 외부에 배치된다. 최외부 카카스의 경로는 양호한 실시예의 최대 장력 프로파일에 적합하다. 이 실시예는 둘 이상의 초승달 모양의 보강 부재를 구비하며, 제 1 초승달 모양의 보강 부재는 제 1 카카스와 제 2 카카스 사이에 배치되고 제 2 초승달 모양의 보강 부재는 타이어의 반경방향의 최내면과 제 2 카카스 사이에 배치된다. 비드 영역에서, 두 카카스는 공통의 원주방향의 얼라인먼트를 가지며 또는 인접 원접방향의 얼라인먼트를 따를 수 있다. 카카스는 각 카카스에 축방향으로 접하는 본질적인 원주방향의 배향 코드의 하나 이상의 와인딩부에 의해서 비드에서 고정된다. 제 1 실시예와 같이, 비드 유지 보강물과 엘라스토머 충전재 고무가 사용된다.
본 발명의 제 3 실시예에서, 타이어는 셋 이상의 카카스를 구비하며, 제 1 카카스는 제 2 및 제 3 카카스로부터 축방향 및 반경방향의 외부에 배치되며, 제 3카카스는 제 2 카카스로부터 축방향의 내부에 배치된다. 적어도 최외부 카카스의 경로는 양호한 실시예의 것과 유사한 최대 장력 프로파일에 적합하다. 이 실시예는 셋 이상의 초승달 모양의 보강 부재를 구비하며, 상기 보강 부재들중에서 제 1 초승달 모양의 보강 부재는 제 1 카카스와 제 2 카카스 사이에 배치되고 상기 보강 부재들중에서 제 2 초승달 모양의 보강 부재는 제 2 및 제 3 카카스 사이에 배치되며, 상기 보강 부재들중에서 제 3 초승달 모양의 보강 부재는 타이어의 반경방향의 최내면과 제 3 카카스 사이에 배치된다. 카카스들은 각 카카스에 축방향으로 접하는 본질적인 원주방향의 배향 코드의 하나 이상의 와인딩부에 의해서 비드에서 고정된다. 이 실시예에서, 제 2 및 제 3 카카스는 비드 영역에서 공통 원주방향의 얼라인먼트를 가지며 각 제 2 및 제 3 카카스 층의 코드 밀도는 제 1 카카스 층의 코드 밀도 보다 낮다. 다른 방식으로, 3개의 카카스의 각각은 각 코드 밀도가 서로 독립한 인접 원접방향의 얼라인먼트를 따를 수 있다. 제 1 실시예와 같이, 비드 유지 보강물과 엘라스토머 충전재 고무가 사용된다.
타이어가 림 상에 설치되어서 지면에 대해서 놓여질 때, 특히 공기 수축상태에서 주행하는 동안에, 상기 타이어는 변형될 수 있고, 이것은 카카스 또는 카카스들에서 전개된 장력을 증가시키거나 또는 감소시킨다. 종래 설계의 경우에 있어서, 카카스 턴업 또는 하나 이상의 카카스는 축방향으로 놓여져서, 상기 기술된 변형으로 인하여 카카스가 압축 응력상태에 놓인다. 이 압축응력 상태는 어떤 위치에서 카카스 프로파일이 카카스 프로파일이 중간 축선의 곡률의 원점과 카카스 구조의 중간 굽힘 축선 사이에 놓여질 때, 발생할 수 있다. 반대로, 중간 축선과 곡률의 원점으로부터 축방향 및 반경방향의 외부로 놓여지는 프로파일은 타이어가 변형되는 동안 증가된 장력에 영향을 받는다. 타이어 카카스 보강을 위해 사용된 일반적인 재료는 순환 압축응력 보다 순환 인장응력에 대해서 더욱 높은 내구성을 가진다. 도 1에 도시된 타이어(20)에서, 구르는 동안, 특히 공기수축상태에서 주행하는 동안, 타이어가 변형되면, 카카스는 최안쪽 카카스(12)의 적어도 타이어의 상부 측벽부 또는 최외부 카카스(10)의 하부 측벽부 또는 제 2 카카스(11)의 턴업부에서 압축 응력을 받게 된다. 압축 응력이 상기 영역에서 감소되면, 특히, 공기 수축상태에서 사용하는 동안, 타이어의 내구성이 증가된다. 다른 방식으로, 압축 응력이 상기 영역에서 감소하면, 타이어 성능이 개선되고 및 타이어 질량이 감소되는 큰 장점을 가지고, 인장상태에서 사용하기에 최적으로 된 카카스 보강 재료를 사용할 수 있다.
본 발명의 타이어는 종래 런플랫 설계와 비교하여 카카스의 압축 응력이 감소된 설계사양을 가지며, 이러한 결과는 부하상태에서 타이어의 변형이 타이어의 비드부와 측벽 모두에서 카카스 장력을 증가시키도록 작용하게 배치된 최외부 카카스 경로를 가짐으로써 얻을 수 있다. 또한, 이러한 결과는 비드에서 카카스를 고정하는데 대한 편견 없이 얻어진다. 상기 측벽부의 최외부 카카스 경로는 카카스가 자오면의 중간 굽힘 축선의 외부로 축방향으로 배치되고, 비드부에서 카카스가 굽힘의 중간 축선의 내부로 축방향으로 배치되도록 구성된다. 측벽과 비드부의 접합부 부근의 위치에서, 카카스 프로파일은 굽힘의 중간 축선을 교차한다. 교차점의 축방향 및 반경방향 위치는 굽힘 변환영역에 대응한다. 변환 영역으로부터 반경방향의 외부인 측벽부에서, 타이어의 구부러짐은 카카스 층의 곡률을 더욱 증가시키는 경향이 있다. 상기 변환영역으로부터 반경방향의 내부인 하부 측벽 및 비드부에서, 카카스 층의 곡률은 비드부가 설치 림 플랜지의 프로파일에 대해서 굽혀지도록 구속될 때, 다시 증가한다.
본 발명의 타이어는 비드를 림 상에서 유지하고 비드에서 카카스를 고정하기 위해 개별 구조를 제공한다. 본 발명의 상기 단일 비드 구조는 모든 카카스가 중간 축선으로부터 가능한 축방향의 내부로 멀리 위치하게 배치된 비드 영역의 경로를 가지는 것을 보장하면서, 동시에 공기 수축상태에서 사용하는 동안 림 상에서 비드를 적절하게 유지할 수 있는 비드 구조를 가지도록, 타이어 설계자에게 더욱 큰 설계 융통성을 허용한다.
도 2는 본 발명에 따라 제조된 타이어(100)를 도시한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 타이어(100)는 트래드부의 측방 에지의 숄더부(105)에서 종결되는 지면 결합 트래드부(101)를 구비한 승용차용 타이어이다. 측벽부(106)는 숄더부(105)로부터 비드부(107)로 반경방향의 내부로 연장된다. 타이어(100)는 트래드부(101)로부터 측벽부(106)를 통해서 비드부(107)로 연장되는 카카스(110)를 부가로 구비한다. 카카스(110)는 레이온, 폴리에스테르, 강철, 아라미드 또는 타이어 카카스 보강물로 사용하기에 적당한 다른 재료와 같이, 본질적인 반경방향의 배향 코드에 의해서 보강된다. 강철 또는 아라미드와 같이 가장 큰 장력을 갖는 카카스 보강물은 단일 카카스를 갖는 타이어에서 사용하기에 양호하다. 상기 재료는 본원에 공개된 어떤 실시예에 대해서 적합하며, 타이어(100)는 공기 확산을 견디는 타이어의 내면(108)을 형성하는 다른 재료 또는 종래 내부라이너(innerliner)를 포함할 수 있다. 트래드부(101)의 반경방향의 내부 및 카카스(110)의 반경방향의 외부에는 트래드 보강 구조가 배치된다. 도 2에 도시된 실시예에서, 트래드 보강물은 타이어의 중간 원주면에 대한 코드 배향 각도를 가지는 둘 이상의 보강 벨트(103,104)를 포함한다. 벨트(103)는 코드 보강물이 비록, 반드시 동일한 각도로 배향될 필요는 없지만, 벨트(104) 보강물에 반대 방향으로 배향되도록 배치된다. 적어도 제 3 트래드 보강물(102)은 벨트(103)의 반경방향의 외부로 배치되고 본질적인 원주방향의 배향 코드에 의해서 보강된다.
카카스(110)의 반경방향의 내부 구역은 비드 코어 또는 다른 비드 보강물 주위에서 턴업되지 않고 비드부(107)에서 종결된다. 즉, 카카스(110)의 프로파일을 한정하는 각 축방향 좌표는 타이어의 적도 위치보다 못한 각 반경방향 위치에 대한 독특한 반경방향 위치를 가진다. 카카스(110)는 이 카카스(110)를 하나 이상의 측부 상에 측방향으로 인접시키는 원주방향의 배향 코드의 하나 이상의 와인딩부에 의해서 비드부(107)에서 고정된다. 여기에서, 비드부에서 "고정된다"는 것은 종래 비드 코어 주위에 감기는 것 대신에, 카카스 보강 코드를 코드 와인딩부에 측방향으로 부착시킴으로써, 공기 팽창상태 또는 공기 수축상태에서 타이어를 사용하는 동안, 카카스(110)에서 전개된 장력을 코드 와인딩부(141 또는 142)가 견디어 낼 수 있다는 것을 의미한다. 다른 방식으로 비드부에서 카카스 층을 증착 또는 고정하는 카카스는 참고로 본원에서 합체된 하르벨라우 씨 등에게 허여된 미국 특허 제 5,660,656 호에 공개되어 있다. 본질적인 원주방향의 배향 코드의 보충 와인딩부(145)는 공기 팽창상태 및 공기 수축상태에서 타이어를 사용하는 동안 타이어 설치림 상에서 비드를 유지하기 위해서, 카카스(110)의 축방향의 외부에 배치된다. 도 2에 도시된 실시예에서, 측벽부(106)는 카카스(110)와 타이어의 최내부면(108) 사이에서 축방향으로 배치된 3개의 초승달 모양의 보강 부재(131,132,133)로 구성된다. 초승달 모양의 보강 부재(131,132,133)는 동일한 또는 다른 고무 조성을 포함할 수 있지만, 탄성 계수가 8MPa와 14MPa 사이에 있는 것이 양호하다. 만약, 동일한 조성의 고무가 사용된다면, 타이어(100)는 단지 단일의 초승달 모양의 보강 부재(도시생략)만을 가질 것이다. 본원에서 공개된 재료 특성에 대하여, 탄성 계수는 10% 신장의 탄성 인장 계수를 의미한다.
카카스(110)의 양호한 경로는 도 3a, 3b, 3c에 도시된 바와 같이, 타이어의 비드부와 측벽의 단면을 참고하여 규정될 것이다. 상기 기재된 바와 같이, 카카스 인장응력의 최대 크기는 카카스가 카카스 구조의 중간 굽힘 축선의 외부에 놓일 때, 얻어진다. 여기서, "외부에"는 중간 축선의 곡률 반경의 원점을 가리킨다. 명시된 카카스 경로에 대해서, 굽힘의 중간 축선 위치는 타이어의 최외면 및 최내면 사이의 중간 위치에 대응하는 지점의 위치를 포함하는 중간 기준 프로파일(150)에 의해서 접근된다.
타이어(100)의 최외면의 3개 기준점(N,Z,P)은 도 3a,3b,3c에 도시된다. 제 4 기준점(Q)은 기준 프로파일(150)을 갖는 카카스 프로파일(110)의 교차점을 함수적으로 규정한다. 제 5 기준점(R)은 설치림의 공칭 림 직경(D)과 공칭 림 폭(W)의 함수로써 림 기준점을 규정한다. 림 기준점(R)은 도 1에 도시된 바와 같이, 타이어 회전의 축선으로부터 측정된 반경방향의 좌표(D/2)와 타이어 적도면으로부터 측정된 축방향 좌표(W/2)를 가진다. 기준점(N,Z,P,R)의 공간 위치는 오하이오, 코플리 소재의 타이어 및 림 협회에 의해서 규정된 바와 같이, 공칭 압력으로 팽창되고 림 상에 설치된 타이어의 경우에 대해서 규정된다. 트래드 기준점(N)은 타이어(100)의 측벽부와 트래드 사이의 교차부에 위치된다. 트래드 기준점(N)의 위치는 타이어의 최외면에 대한 접선이 수평면에 대해서 30 도의 각도를 이루는 축방향 및 반경방향 위치로 규정된다. 도 3c에서, 비드 기준점(Z)은 설치림의 공칭 반경으로부터의 거리(HZ)에서 반경방향으로 오프셋된 수평선과 타이어(100)의 축방향의 최외부 구역의 교차부로서 규정된다. 비드 기준점(Z)의 반경방향 위치는 림 플랜지의 반경방향의 최외부 구역으로부터 반경방향의 외부로 측정된 약 5mm 내지 7mm의 갭 간격으로 규정된다. 따라서, 타이어 및 림 협회의 경우에 대해서, "J" 림 프로파일은 17.5mm +/-1mm의 림 플랜지 높이를 규정하며, 오프셋 거리(HZ)는 약 21.5mm 내지 약 25.5mm이다. 도면에 도시된 특정 타이어 설계에 대해서, 기준점(Z)은 비드부에서 오목 프로파일을 갖는 타이어 측벽부와 볼록한 최외면의 교차부에 의해서 형성된 정점에 대응한다. 기준점(Z)과 기준점(N) 사이의 곡선 거리는 측벽부(106)의 길이(L)를 규정한다.
측벽 기준점(P)은 비드 기준점(Z)과 트래드 기준점(N) 사이의 약 중간부의 영역의 측벽부(106)에 위치한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 측벽부(106)의 두께와 측벽의 카카스(110)의 위치는 상기 영역에서 상대적으로 불변이다. 측벽 기준점(P)은 타이어의 최외면을 따라서 측정된 비드 기준점(Z)으로부터의 곡선 거리(A) 만큼 이동하며, 상기 곡선 거리(A)는 일반적으로 전체 측벽 길이의 약 45% 내지 약 65% 사이이다. 기준점(P)에서, t2≤tp/2가 되도록, 양호하게는 t2가 tp의 약 8% 내지 25%가 되도록, 타이어(100)는 축방향 두께(tp)를 가지며 카카스(110)는 타이어의 외면으로부터 축방향의 내부로 측정된 축방향 위치(t2)를 가진다. 비드 기준점(Z)에서, t3≤tz/2가 되도록, 양호하게는 t3가 tz의 약 60% 내지 80%가 되도록, 타이어(100)는 축방향 두께(tz)를 가지며 카카스(110)는 타이어의 외면으로부터 축방향의 내부로 측정된 축방향 위치(t3)를 가진다. 림 기준점(R)에서, t1≤tB/2가 되도록, 양호하게는 t1가 tB의 약 55% 내지 85%가 되도록, 타이어(100)는 축방향 두께(tB)를 가지며 카카스(110)는 타이어의 최외면으로부터 축방향의 내부로 측정된 축방향 위치(t1)를 가진다.
타이어가 부하 상태에서 주행함으로써 구부러질 때, 특히 공기수축 상태에서 주행하여 과도한 구부러짐이 발생할 때, 비드 및 하부 측벽부의 변형은 림 플랜지를 갖는 타이어 구조의 상호작용에 의해서 제어된다. 림으로부터의 더욱 큰 반경방향의 거리에서, 타이어 변형은 측벽부에서의 굽힘작용으로 제어된다. 기준점(Q)은 상기 두 모드 사이의 변이점을 규정한다. 기준점(Q)의 위치는 비드 기준점(Z)에 대응하는 영역에서 카카스(110)의 축방향 위치(t3)의 함수이다. 도 3c에서, 기준점(Q)은 비드 기준점(Z)의 원점과 반경(RZ)을 구비한 원호(160)와 중간 기준 프로파일(150)과의 교차부에 위치한다. 반경(RZ)은 t3의 약 90% 내지 120%이며, 양호하게는 RZ은 t3의 약 100%이다. 카카스 경로(110)의 규정 요소는 상기 기술되어 있다.
설치림에서의 비드의 유지 동작과 설치작업의 용이성은 도 3에 도시된 바와 같이, 비드부를 확대한 것에서, 카카스 고정 보강물(141 및/또는 142)로부터 축방향의 외부로 배치된 비드 유지 보강물(145)의 함수이다. 이 실시예에서, 비드 유지 보강물(145)은 고무에 끼워진 본질적인 원주방향의 배향 코드의 하나 이상의 와인딩부를 포함한다. 타이어의 이 실시예는 고무에 끼워진 강철 코드를 구비하며, 이 경우에, 고무 혼합물은 70 이상의 쇼어 A 경도를 가지는 것이 양호하다. 그러나, 본 발명은 폐쇄 팩 강철 요소, 엘라스토머 재료 또는 다른 방안으로 탄소 또는 열가소성 또는 열경화성 수직 매트릭스에 끼워진 아라미드 섬유와 같은 다른 보강 재료를 사용할 수 있다는 것도 포함한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 카카스(110)의 축방향의 외부에 배치된 엘라스토머 충전재(134)는 측벽(106)의 반경방향의 내부와 비드부(107) 내에 위치한다. 상기 충전재(134)는 점차적으로 그 축방향의 단면 폭이 감소하면서 비드 유지 보강물(145)의 반경방향의 외부 구역으로부터 측벽(106) 안으로 반경방향의 상부로 연장된다. 상기 충전재(134)는 림 기준점 위의 반경방향의 거리(H1) 만큼 연장되며, 상기 거리(H1)는 양호하게는 림 기준점(R)과 점(Q) 사이의 반경방향의 거리의 약 130% 내지 170%이다. 상기 실시예에서, 거리(H1)는 더욱 양호하게는 림 기준점(R)과 점(Q) 사이의 반경방향의 거리의 약 150%이다. 비드 충전재(134)는 약 60MPa의 탄성 계수를 갖는 엘라스토머 재료를 함유하며 엘라스토머에 있는 보충 보강물을 포함할 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에서, 도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 타이어(200)는 둘 이상의 카카스(210,211)를 포함한다. 카카스(210)는 본 발명의 제 1 실시예에 기재된 바와 같이, 타이어(100)의 카카스(110)와 유사한 경로를 가진다. 제 2 카카스(211)는 제 1 카카스(210)로부터 축방향의 내부에 놓여지며 타이어의 내면(208)과 카카스(210) 사이의 대략 중간부를 추적하는 측벽(206)의 프로파일을 가진다. 도 5a를 검토해 보면, 측벽부(206)의 제 2 카카스(211)의 프로파일이 기준점(P)으로부터 반경방향의 외부인 상부 측벽부에 있는 타이어(200)의 중간 축선과 대략 일치한다는 것을 알 수 있다. 제 1 초승달 모양의 보강 부재(231)는 제 1 카카스(210)와 제 2 카카스(211) 사이에 놓여지며, 제 2 초승달 모양의 보강 부재(232)는 타이어의 최내면(208)과 제 2 카카스(211) 사이에 놓여진다. 비드부(207)의 반경방향의 최내부 구역에서, 제 2 카카스(211)는 제 1 카카스(210)와 인접한 원주방향의 얼라인먼트를 가진다. 이 실시예에서, 카카스(210,211)는 원주방향의 코드 보강물(241,242,243)의 각각의 제 1, 제 2, 제 3 와인딩부에 의해서 비드에서 고정된다. 원주방향의 코드 보강물의 상기 와인딩부들은 도 5a에 도시된 바와 같이, 카카스(210,211)에 대해서 축방향으로 배치된다. 비드를 림 상에서 유지하는 작업과 설치작업의 용이성을 확실하게 개선하기 위해, 비드 유지 보강물(245)은 보강 와인딩부(242)의 축방향의 외부에 배치된다. 엘라스토머 비드 충전재(234)는 제 1 카카스(210)의 반경방향의 외부와 비드 유지 보강물(245)의 반경방향의 외부에 배치된다. 충전재(234)는 점차적으로 축방향의 단면 폭이 감소되면서 비드 유지 보강물(245)의 반경방향의 외부 구역으로부터 측벽(206) 안으로 반경방향의 상부로 연장된다. 제 1 실시예에 대해서 명시된 카카스 보강 재료는 상기 두 카카스 타이어에 대해서 사용될 수 있지만, 카카스에 대해서 반드시 동일한 재료일 필요는 없다.
도 5b는 제 1 및 제 2 카카스가 비드의 공통 원주방향의 얼라인먼트를 가지는 상기 실시예의 변형체를 도시한다. 여기서, 제 1 카카스(210)는 제 1 실시예의 타이어(100)에 대해서 동일한 인장 최대 프로파일을 가질 수 있다. 상기 변형체에서. 카카스(210,211)는 원주방향의 코드 보강물의 적어도 와인딩부(241,242)에 의해서 비드에서 고정된다.
본 발명의 상기 실시예에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 타이어(300)는 3개의 카카스(310,311,312)를 가진다. 제 1 카카스(310)는 축방향의 최외부에 배치되며 제 1 실시예에 대해서 기술된 설명에 따른 측벽부(306)의 경로를 가진다. 제 2 및 제 3 카카스(311,312)는 제 1 카카스(310)의 축방향의 내부에 각각 배치된다. 그와 같이, 제 3 초승달 모양의 보강 부재(331,332,333)는 타이어(300)의 최내면(308)과 제 3 카카스(312) 사이와 제 2 및 제 3 카카스(311,312) 사이에 각각 배치될 수 있다. 비드에서 제 3 카카스를 고정하는 기능은 제 2 및 제 3 카카스의 반경방향의 최내부 구역을 비드의 공통 원주방향으로 정렬되게 배치함으로써, 상기 실시예에서 충족된다. 고정 영역의 코드 밀도는 적당한 부착작업 및 비드의 내구성에 필요한 최대 코드 밀도에 의해서 고정된다. 따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 각 제 2 카카스(311)와 제 3 카카스(312)에서 코드 밀도는 고정 영역의 전체 코드 밀도 보다 적다. 예를 들어, 만약, 카카스(311,312)가 변환 코드에 의해서 각각 형성된다면, 그때, 각 카카스의 평균 밀도는 고정 영역의 1/2 밀도일 것이다. 상기 구조는 비드에서 축방향 두께가 감소되고 전체 질량이 낮아지는 유리한 결과를 제공한다. 다른 코드 밀도를 갖는 다른 구성도 가능하다. 예를 들어, 제 2 및 제 3 카카스는 비드에서 공통 원주방향의 얼라인먼트를 갖지 않으면서 감소된 코드 밀도를 가질 수 있다. 제 1 실시예에 대해서 명시된 카카스 보강 재료도 역시 상기 3개의 카카스 타이어에 대해서 사용될 수 있지만, 카카스에 대해서 반드시 동일한 재료일 필요는 없다.
비드 주위에서 턴업된 카카스를 갖는 종래 타이어도 역시 보충 카카스에서 감소된 코드 밀도를 가질 수 있다. 그러나, 상기 종래의 타이어들은 고무처리된 직물성 조직의 다중층을 겹쳐놓음으로써 구성되기 때문에, 비드에서 카카스의 공통 원주방향의 얼라인먼트를 가지지 않는다. 이러한 결과는 축방향 두께가 증가된 비드이며, 여기서, 제 1 카카스층은 최외부 카카스의 양호한 경로를 얻을 수 없는 정도까지, 비드에서 축방향의 외부로 이동한다.
본 발명의 제 2 및 제 3 카카스가 공통의 원주방향의 얼라인먼트를 가지면, 모든 카카스 층은 상기 공통의 원주방향의 얼라인먼트가 없는 타이어에서 보다 더욱 크게 축방향의 내부로 배치될 수 있다. 제 2 및 제 3 카카스는 원주방향의 코드 보강물(341,342)의 각각의 와인딩부에 측방향으로 인접한다. 제 1 카카스의 반경방향의 최내부 구역의 증착은 도 6에 도시된 바와 같이, 원주방향의 코드 보강물(342,343)의 와인딩부에 의해서 축방향으로 인접한다. 비드부(306)는 비드 유지 보강물(345)과 비드 충전재(334)를 포함할 수 있다.

Claims (24)

  1. 트래드부와 결합하는 측벽부에 의해서 각각 반경방향의 상부로 연장되며 타이어 디자인의 설치림 상에 설치되는 베이스를 구비한 비드에서, 타이어의 각 측부에 고정된 하나 이상의 축방향의 최외부 카카스를 포함하는 타이어에 있어서,
    중간 기준 프로파일은 타이어의 축방향의 최외면과 축방향의 최내면 사이의 중간 위치에 대응하는 지점의 위치에 의해서 규정되고,
    설치림의 1/2의 공칭 반경과 동일한 반경방향의 좌표와 설치림의 1/2 공칭 폭과 동일한 축방향의 좌표를 갖는 상기 비드의 림 기준점(R)이 규정되고,
    비드 기준점(Z)은 타이어의 최외면과 상기 림 기준점의 반경방향의 좌표로부터 반경방향의 외부로 오프셋된 수평선과의 교차부로써 규정되고,
    트래드 기준점(N)은 타이어의 측벽부와 트래드 사이의 접합부에서 타이어의 최외면 상에 규정되고,
    측벽 기준점(P)은 상기 기준점(Z,N) 사이에 위치되고 타이어의 측벽의 최외면 상에 규정되고,
    상기 하나 이상의 축방향의 최외부 카카스는 상기 측벽 기준점(P)과 상기 트래드 기준점(N) 사이의 반경방향의 위치에 대한 상기 중간 기준 프로파일의 축방향의 외부에 배치되고,
    상기 하나 이상의 축방향의 최외부 카카스는 상기 기준점(Z)과 상기 기준점(P) 사이에서 반경방향의 위치를 갖는 점(Q)에서 상기 중간 기준 프로파일과 교차하고, 그 후에 상기 점(Q)의 내측에서 반경방향 위치에 대한 상기 중간 기준 프로파일의 내부에 축방향으로 배치되고,
    상기 하나 이상의 축방향의 최외부 카카스의 각 축방향의 좌표는 상기 측벽 기준점(P)의 내측에서 각 반경방향 위치에 대해서 대응하는 독특한 반경방향의 좌표를 가지고,
    상기 타이어는 상기 하나 이상의 카카스를 비드에서 고정하기 위한 제 1 비드 보강물과 비드를 공기 수축상태에서 설치림 상에서 유지하기 위한 제 2 비드 보강물을 부가로 포함하는 타이어.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 측벽 기준점(P)은 상기 비드 기준점(Z)과 상기 트래드 기준점(N) 사이의 곡선 거리의 약 45% 내지 약 65%인 타이어.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 타이어의 최외면으로부터 축방향의 내부로 측정된 상기 측벽 기준점(P)에서의 상기 최외부 카카스의 축방향 위치는 상기 타이어의 축방향의 최내면과 축방향의 최외면 사이의 전체 거리의 약 8% 내지 약 25%인 타이어.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 비드 기준점(Z)의 반경방향의 위치는 림 기준점(R)으로부터 반경방향의 외부로 21.5mm 내지 25.5mm 사이에 있는 타이어.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 비드 기준점(Z)에서 상기 최외부 카카스의 축방향 위치는 상기 타이어의 최외면으로부터 축방향의 내부로 측정된, 상기 타이어의 축방향의 최내면과 축방향의 최외면 사이의 전체 거리의 약 60% 내지 약 80% 인 타이어.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 점(Q)은 상기 비드 기준점(Z)에서 측정된 상기 최외부 카카스의 축방향의 위치와 상기 타이어의 최외면 사이의 축방향 거리의 약 90% 내지 약 120% 사이의 반경과 상기 비드 기준점(Z)에서의 원점을 가지는 원호와 상기 중간 기준 프로파일의 교차부에 위치하는 타이어.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 기준점(R)에서의 상기 최외부 카카스의 축방향 위치는 상기 타이어의 최외면으로부터 축방향으로 내부로 측정된, 상기 타이어의 축방향의 최내면과 축방향의 최외면 사이의 전체 두께의 약 55% 내지 약 85% 사이에 있는 타이어.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 비드 보강물은 하나 이상의 측부 상의 하나 이상의 카카스와 축방향으로 인접하고, 타이어의 공기 팽창상태와 공기 수축상태에서 사용하는 동안 카카스에서 전개된 장력을 수용하는 원주방향의 배향 코드의 하나 이상의 와인딩부를 포함하는 타이어.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 비드 보강물은 상기 하나 이상의 카카스와 상기 제 1 비드 보강물의 축방향의 외부로 배치되고 70 이상의 쇼어 A 경도를 갖는 고무 혼합물에 끼워진 본질적인 원주방향의 배향 코드의 하나 이상의 와인딩부를 구비하는 타이어.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 비드는 상기 하나 이상의 카카스의 축방향의 외부에 배치된 하나 이상의 엘라스토머 충전재를 부가로 포함하고, 상기 충전재는 상기 림 기준점(R) 위의 반경방향의 최외부 구역의 거리와 상기 제 1 비드 보강물의 반경방향의 최내부 구역을 가지며, 상기 충전재는 약 60 MPa의 탄성계수를 갖는 타이어.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 충전재의 반경방향의 최외부 구역은 상기 림 기준점(R)과 상기 점(Q) 사이의 반경방향의 거리의 약 130% 내지 170% 사이에 있는 타이어.
  12. 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 초승달 모양의 보강 부재는 상기 타이어의 최내면과 상기 카카스 사이에 배치되며, 상기 하나 이상의 초승달 모양의 보강 부재는 약 8MPa 내지 약 14MPa 사이의 탄성 계수를 가지는 타이어.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 카카스로부터 축방향의 내부에 배치되고 제 1 및 제 2 초승달 모양의 보강 부재를 구비한 제 2 카카스를 포함하며, 상기 제 1 초승달 모양의 보강 부재는 상기 제 1 카카스와 상기 제 2 카카스 사이에 배치되며, 상기 제 2 초승달 모양의 보강 부재는 상기 제 2 카카스와 상기 타이어의 최내면 사이에 배치되는 타이어.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 카카스는 비드에서 공통 원주방향의 얼라인먼트를 가지는 타이어.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 초승달 모양의 보강 부재는 약 8 MPa 내지 약 14MPa 사이의 탄성 계수를 가지는 타이어.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 제 2 초승달 모양의 보강 부재로부터 축방향의 내부에 배치되고 상기 제 3 카카스와 상기 타이어의 최내면 사이에 배치된 제 3 초승달 모양의 보강 부재를 구비하는 제 3 카카스를 부가로 포함하는 타이어.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제 3 초승달 모양의 보강 부재는 약 8 MPa 내지 약 14MPa 사이의 탄성 계수를 가지는 타이어.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 제 2 및 제 3 카카스는 비드에서 공통의 원주방향의 얼라인먼트를 가지는 타이어.
  19. 제 13 항에 있어서, 상기 제 2 카카스와 상기 제 3 카카스 모두의 원주방향의 코드 밀도는 상기 제 1 카카스의 원주방향의 코드 밀도 보다 작은 타이어.
  20. 제 13 항에 있어서, 상기 제 2 카카스와 상기 제 3 카카스 모두의 원주 방향의 코드 밀도는 상기 제 1 카카스의 원주방향의 코드 밀도의 1/2과 같은 타이어.
  21. 트래드부와 결합하는 측벽부에 의해서 각각 반경방향의 상부로 연장되며 타이어 디자인의 설치림 상에 설치되는 베이스를 구비한 비드에서, 타이어의 각 측부에 고정된 적어도 제 1, 제 2, 제 3 카카스층을 포함하는 타이어에 있어서,
    중간 기준 프로파일은 타이어의 축방향의 최외면과 축방향의 최내면 사이의 중간 위치에 대응하는 지점의 위치에 의해서 규정되고,
    설치림의 1/2의 공칭 반경과 동일한 반경방향의 좌표와 설치림의 1/2 공칭 폭과 동일한 축방향의 좌표를 갖는 상기 비드의 림 기준점(R)이 규정되고,
    비드 기준점(Z)은 타이어의 최외면과 상기 림 기준점의 반경방향의 좌표로부터 반경방향의 외부로 오프셋된 수평선과의 교차부로써 규정되고,
    트래드 기준점(N)은 타이어의 측벽부와 트래드 사이의 접합부에서 타이어의 최외면 상에 규정되고,
    측벽 기준점(P)은 상기 기준점(Z,N) 사이에 위치되고 타이어의 측벽의 최외면 상에 규정되고,
    상기 제 1 카카스는 상기 측벽 기준점(P)과 상기 트래드 기준점(N) 사이의 반경방향의 위치에 대해서 상기 중간 기준 프로파일의 축방향의 외부와 상기 제 2 및 제 3 카카스의 축방향의 외부에 배치되고,
    상기 제 1 카카스는 상기 기준점(Z)과 상기 기준점(P) 사이에서 반경방향의 위치를 갖는 점(Q)에서 상기 중간 기준 프로파일과 교차하고, 그 후에 상기 점(Q)의 내측에서 반경방향 위치에 대한 상기 중간 기준 프로파일의 내부에 축방향으로 배치되고,
    상기 카카스의 축방향의 각 축방향의 좌표는 상기 기준점(P)의 내측에서 각 반경방향 위치에 대해서 대응하는 독특한 반경방향의 좌표를 가지고,
    상기 제 2 및 제 3 카카스 층은 상기 제 1 카카스 층의 축방향의 내부에 배치되어 비드에서 공통의 원주방향의 얼라인먼트를 가지고,
    상기 타이어는 적어도 제 1, 제 2 및 제 3 초승달 모양의 보강 부재를 부가로 포함하며, 상기 제 1 초승달 모양의 보강 부재는 상기 제 1 카카스와 상기 제 2 카카스 사이에 배치되고, 상기 제 2 초승달 모양의 보강 부재는 상기 제 2 카카스와 상기 제 3 카카스 사이에 배치되며 상기 제 3 초승달 모양의 보강 부재의 최내면은 상기 제 3 카카스와 상기 타이어의 최내면 사이에 배치되는 타이어.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 제 2 카카스와 상기 제 3 카카스 모두의 원주방향의 코드 밀도는 상기 제 1 카카스의 원주방향의 코드 밀도 보다 작은 타이어.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 제 2 카카스와 상기 제 3 카카스 모두의 원주 방향의 코드 밀도는 상기 제 1 카카스의 원주방향의 코드 밀도의 1/2과 같은 타이어.
  24. 제 21 항에 있어서, 상기 초승달 모양의 보강 부재들은 약 8 MPa 내지 약 14MPa 사이의 탄성 계수를 가지는 타이어.
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