KR20190072261A - 공기입 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 트레드부에 배치된 트레드부 카카스에 트레드부 카카스 코드가 구비되고, 비드부에 배치된 비드부 카카스에 비드부 카카스 코드가 구비되고, 트레드부의 하단 및 상기 비드부의 상단 사이의 사이드부 굴신 영역에 턴업 전 사이드부 카카스가 배치되며, 턴업 전 사이드부 카카스에 턴업 전 사이드부 카카스 코드가 구비되는 공기입 타이어로서, 턴업 전 사이드부 카카스 코드는, 트레드부 카카스 코드 및 비드부 카카스 코드보다 강도가 큰 카카스 코드를 포함한다.

Description

공기입 타이어{PNEUMATIC TIRE}

본 발명은 공기입 타이어의 중량 증가를 최소화하고 조종안정성을 향상시킨 공기입 타이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적어도 하나 이상의 카카스를 구비한 공기입 타이어의 사이드부 굴신영역에 비굴신영역 보다 강도가 큰 카카스 코드를 구비하여 사이드부 강성을 보강한 공기입 타이어에 관한 것이다.

통상적으로, 타이어는 내부에 채워지는 공기에 의해 자동차의 전체 중량을 받쳐주고, 내부 공기압이 완충작용을 하여 노면으로부터 차량에 가해지는 충격을 흡수하며, 노면과 타이어의 마찰에 의해 자동차의 기본적인 주행, 정지, 방향 전환을 가능하게 한다.

이러한 작용은 타이어의 엘라스토머(Elastomer)화합물과 도로의 거친 표면 사이의 마찰에 의해 생긴다. 타이어는 양호한 운전 특성을 제공하고, 안락하고 부드러운 승차감과 긴 주행 수명을 제공할 수 있도록 다양한 도로 조건에 맞도록 설계되어야 한다. 더욱이, 타이어가 비정상적인 운전 조건, 즉, 타이어가 최적 도로면 이하에서 과도한 속도로 구동될 때나, 주변 온도가 혹한 또는 혹서에 이를 때에도 유지되어야 한다. 타이어의 성능은 타이어 구조의 몇 가지 특징에 의존한다. 타이어의 기계적인 특징 중 하나로서, 타이어 사이드부 상에 제공된 카카스 (Carcass)를 들 수가 있다. 카카스는 타이어의 원주방향과 횡단 방향 양방향으로 배치되어 전체적인 틀 역할을 하고, 비드 와이어를 감싸고 있는 일련의 구조로 이루어져 있다.

또한, 카카스는 연신율(elongation)이 좋은 섬유 코드(Fabric cord)가 일정 각도로 배치되어 접착성이 우수한 고무로 토핑(Topping)되어 성형된 그린케이스의 (Green Case) 강성을 유지하는 뼈대 역할을 하며, 자동차의 조향에 따른 휠과 비드부의 비틀림(Torsional Force)을 트레드부로 전달하여 타이어의 코너링 및 조종 안정성을 향상시키는 역할을 한다. 조종 안정성 향상을 위하여 사이드부의 강성에 영향을 미치는 반제품 내지 고무량 증가, 추가적인 보강재를 구비해야 하지만 타이어 중량 내지 제조원가 증가될 수 있다.

이에 타이어의 중량 증가를 최소화하고 조종안정성을 향상시킬 수 있는 기술이 요구되고 있다.

특허문헌 : 국내 공개특허 10-2005-0047407호 (2005. 05. 20. 공개)

본 발명은 공기입 타이어의 사이드부 굴신영역에 비굴신영역(트레드부, 비드부)보다 강도가 더 큰 카카스 코드를 구비하여 사이드부 강성을 향상시킨 공기입 타이어를 제공하고자 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 트레드부에 배치된 트레드부 카카스에 트레드부 카카스 코드가 구비되고, 비드부에 배치된 비드부 카카스에 비드부 카카스 코드가 구비되고, 상기 트레드부의 하단 및 상기 비드부의 상단 사이의 사이드부 굴신 영역에 턴업 전 사이드부 카카스가 배치되며, 상기 턴업 전 사이드부 카카스에 턴업 전 사이드부 카카스 코드가 구비되는 공기입 타이어로서, 상기 턴업 전 사이드부 카카스 코드는, 상기 트레드부 카카스 코드 및 상기 비드부 카카스 코드보다 강도가 큰 카카스 코드를 포함할 수 있다.

이때, 상기 사이드부 굴신 영역에 추가적인 강성 보강을 위하여 턴업 후 사이드부 카카스가 배치되며, 상기 턴업 후 사이드부 카카스에 턴업 후 사이드부카카스 코드가 구비되고, 상기 턴업 후 사이드부카카스 코드는, 상기 트레드부 카카스 코드 및 상기 비드부 카카스 코드보다 강도가 큰 카카스 코드를 포함할 수 있다.

또한, 상기 턴업 전 사이드부 카카스 코드, 상기 턴업 후 사이드부 카카스 코드, 상기 트레드부 카카스 코드 및 상기 비드부 카카스 코드의 강도는,

하기의 식 1을 통해 도출되고,

<식 1>

카카스 코드 강도 = 카카스 코드 1가닥 당 Breaking Force × 1 Inch당 카카스 코드 가닥수(EPI:End Per Inch)

또한, 상기 턴업 후 사이드부 카카스 코드의 강도는 상기 턴업 전 사이드부 카카스 코드의 강도 보다 이상(≥≥)이거나, 상기 턴업 전 사이드부 카카스 코드의 강도는 상기 턴업 후 사이드부 카카스 코드의 강도 보다 이상(≥)일 수 있다.

또한, 상기 각 부의 카카스 코드 직경은 0.6mm보다 크고 1.0mm보다 작은 직경 범위를 만족할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 사이드부 굴신영역에 배치된 턴업 전/후 사이드부 카카스 코드 강도를 트레드부 내지 비드부 카카스 코드 강도보다 크게 설계함으로써, 사이드부 강성을 보강하여 조종안정성을 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예들은 사이드부 구조 보강을 위하여 패브릭 보강재 내지 카카스 장수를 추가하는 종래 기술에 비하여, 타이어의 중량 증가를 최소화할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기입 타이어를 도시한 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기입 타이어의 카카스 코드 각도가 도면의 우측상방향으로 구비되고 턴업 후 사이드부 카카스가 있는 구조에서의 카카스 각부를 도시한 전개도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기입 타이어의 카카스 코드 각도가 도면의 우측하방향으로 구비되고 턴업 후 사이드부 카카스가 있는 구조에서의 카카스 각부를 도시한 전개도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기입 타이어의 카카스 코드 각도가 도면의 우측상방향으로 구비되고 턴업 후 사이드부 카카스가 없는 구조에서의 카카스 각부를 도시한 전개도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기입 타이어의 카카스 코드 각도가 도면의 우측하방향으로 구비되고 턴업 후 사이드부 카카스가 없는 구조에서의 카카스 각부를 도시한 전개도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기입 타이어의 트레드부 카카스를 도시한 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기입 타이어의 턴업 전 사이드부의 카카스를 도시한 측단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기입 타이어의 비드부의 카카스를 도시한 측단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기입 타이어의 턴업 후 사이드부의 카카스를 도시한 측단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용에 대하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 측면(aspects) 중 하나이며, 하기의 설명은 본 발명에 대한 상세한 기술의 일부를 이룰 수 있다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 관한 구체적인 설명은 본 발명을 명료하게 하기 위해 생략할 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 포함할 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명을 하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

그리고 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성 요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성 요소들을 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결되어'있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기입 타이어를 도시한 종단면도이고, 도 2 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기입 타이어의 카카스 코드 각도가 각각 도면의 우측 상/하방향으로 구비되고 턴업 후 사이드부 카카스가 있는 구조에서의 카카스 각부를 도시한 전개도이고, 도 4 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기입 타이어의 카카스 코드 각도가 각각 도면의 우측 상/하방향으로 구비되고 턴업 후 사이드부 카카스가 없는 구조에서의 카카스 각부를 도시한 전개도이며, 도 6 내지 도 9는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 공기입 타이어의 트레드부, 턴업 전 사이드부, 비드부, 턴업 후 사이드부 카카스 코드를 도시한 측단면도이다.

도 1 내지 9에 도시된 바와 같이, 공기입 타이어(10)는 트레드부 카카스(110) 및 트레드부 카카스 코드(111)를 포함하며 노면에 접지되는 트레드부(100)와, 비드부 카카스(310) 및 비드부 카카스 코드(311)를 포함하며 타이어 림에 안착되어 차량의 하중을 지탱하고 조향력을 전달하는 비드부(300)와, 턴업 전 사이드부 카카스(210) 및 턴업 전 사이드부 카카스 코드(211) 내지 턴업 후 사이드부 카카스(220) 및 턴업 후 사이드부 카카스 코드(221)를 포함하며 트레드부(100)와 비드부(300) 사이에서 조향력을 전달하며 굴신 운동을 하는 사이드부(200)로 구성된다.

한편, 트레드부(100)는 트레드부 카카스 코드(111)에 토핑(Topping)되도록 접착성이 우수한 고무 재질의 트레드부 카카스 토핑 고무(112)를 포함할 수 있고, 비드부(300)는 비드부 카카스 코드(311)에 비드부 카카스 토핑 고무(312)를 포함할 수 있다. 그리고 사이드부(200)는 턴업 전 사이드부 카카스 코드(211)에 토핑되는 턴업 전 사이드부 카카스 토핑 고무(212)과, 턴업 후 사이드부 카카스 코드(221)에 토핑되는 턴업 후 사이드부 카카스 토핑 고무(222)를 포함할 수 있다.

여기서, 굴신 영역(H2)은 단면 높이(H1) 내에서 트레드부(100)의 하단과 비드부(300)의 상단 사이의 범위로 이해될 수 있으며, 상기의 트레드부(100) 및 비드부(300)의 구성은 통상의 공기입 타이어에 적용되는 트레드부 및 비드부의 구성과 대응되므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공기입 타이어에서 사이드부(200)는, 턴업 전 사이드부 카카스(210)만을 포함하거나, 턴업 전 사이드부 카카스(210) 및 턴업 후 사이드부 카카스(220)를 동시에 구비한 구조를 포함할 수 있다.

또한, 턴업 전 사이드부 카카스 코드(211) 및 턴업 후 사이드부 카카스 코드(221)의 강도는, 사이드부(200)의 강성을 보강하여 조종안정성을 향상시키기 위하여, 트레드부 카카스 코드(111) 및 비드부 카카스 코드(311)의 강도보다 더 크게 설계되는 것이 바람직하다.

이때, 카카스 코드의 강도는 하기의 식 1을 통해 도출될 수 있다.

<식 1>

카카스 코드 강도 = 카카스 코드 1가닥 당 Breaking Force x 1 Inch당 카카스 코드 가닥수(EPI:End Per Inch)

이하, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 각부의 카카스 코드의 강도 변화와 턴업 후 사이드부 카카스(220)의 유무에 따른 조종안정성과의 관계를 표 1 을 참조하여 설명하기로 한다.

표 1 은 사이드부(200)의 턴업 전 사이드부 카카스 코드(211) 및 턴업 후 사이드부 카카스 코드(221) 강도 변화와, 턴업 후 사이드부 카카스(220)의 유무에 따른 타이어 성능 예측 해석 결과를 도시한 표이다. Cornering Coefficient는 Slip Angle 변화에 대한 Lateral Force의 변화량으로 수치가 클수록 조종안정성이 향상되며, Aligning Torque Coefficient는 Slip Angle 변화에 대한 Aligning Moment의 변화량으로 수치가 작을수록 조정안정성이 향상된다.

본 발명의 비교예와 실시예 1 내지 실시예 2의 해석 결과를 통해, 턴업 후 사이드부 카카스(220)를 구비하지 않을 경우, Cornering Coefficient가 작아지고 Aligning Torque Coefficient가 커지며, 턴업 전 사이드부 카카스(210)만 구비된 구조에서 턴업 전 사이드부 카카스 강도를 증가시킬 경우, Cornering Coefficient가 커지고 Aligning Torque Coefficient가 작아지는 것을 알 수 있다.

또한, 비교예와 실시예 1, 실시예 2 대비 실시예 3 ~ 실시예 5의 해석 결과를 통해, 턴업 후 사이드부 카카스(220)를 구비하고 턴업 전 사이드부 카카스 코드(211) 및 턴업 후 사이드부 카카스 코드(221)의 강도를 6% 보강하였을 때, 3.7% ~ 8.1% 수준으로 조종안정성이 향상될 수 있음을 알 수 있다.

또한, 실시예 5와 실시예 6의 해석 결과를 통해, 트레드부 카카스 코드(111) 및 비드부 카카스 코드(311)의 강도를 6% 보강하였을 때 조종안정성 증가폭이 0.3% 수준으로 턴업 전 사이드부 카카스 코드(211) 턴업 후 사이드부 카카스 코드(221) 강도 보강 대비 성능 향상 효과가 미미함을 할 수 있다.

또한, 실시예 7 ~ 실시예 10의 해석 결과를 통해, 턴업 전 사이드부 카카스 코드(211) 및 턴업 후 사이드부 카카스 코드(221)의 강도를 14% ~ 207% 보강하였을 때, 11.7% ~ 24.6% 수준으로 조종안정성이 향상될 수 있음을 알 수 있다.

여기서, 카카스 코드 강도 보강 시, 아래의 표 2에서와 같이 카카스 코드의 직경이 0.6mm보다 작으면 완제품 중량은 절감시킬 수 있으나, 공기입 타이어의 Load Index(하중지수)에 따른 최소한의 강성이 확보할 수 없어 완제품 내구성능이 저하될 수 있다. 또한, 아래의 표 3 에서와 같이, 카카스 코드의 직경이 1.0mm보다 크면 조종안정성은 향상되나 중량 증가 및 완제품 내구성능이 저하될 수 있다.

구분(직경)	0.4	0.45	0.5	0.55	0.6	0.65	0.7
카카스 코드 강도	86%	90%	95%	98%	100%	102%	105%
완제품 내구성능	70%	73%	85%	94%	100%	106%	115%
완제품 중량	88%	91%	94%	97%	100%	103%	106%

구분(직경)	1.0	1.05	1.1	1.15	1.2
카카스 코드 강도	100%	102%	105%	108%	110%
완제품 내구성능	100%	99%	98%	97%	98%
완제품 중량	100%	103%	106%	109%	112%

상술한 바와 같이, 사이드부(200)의 강성을 보강하여 조종안정성을 향상시키기 위해, 상기 굴신 영역(H2) 내에 턴업 전 사이드부 카카스 코드 (211) 및 턴업 후 사이드부 카카스 코드(221)의 강도는, 트레드부 카카스 코드(111) 및 비드부 카카스 코드(311)의 강도보다 더 크게 설계되는 것이 바람직하며, 각각의 카카스 코드 강도는 아래의 식 2 , 식 3을 만족하도록 설계하는 것이 바람직하다.

<식 2> 턴업 전 사이드부 카카스(211)만 구비한 구조의 경우,

트레드부/비드부 카카스 코드(111, 311) 강도 ＜ 턴업 전 사이드부 카카스 코드(211) 강도

<식 3> 턴업 전 사이드부 카카스(211) 및 턴업 후 사이드부 카카스(221)를 구비한 구조의 경우,

트레드부/비드부 카카스 코드(111, 311) 강도 ＜ 턴업 전 사이드부 카카스 코드(211) 강도 ≤≤ 턴업 후 사이드부 카카스 코드(221) 강도, 또는

트레드부/비드부 카카스 코드(111, 311) 강도 ＜ 턴업 후 사이드부 카카스 코드(221) 강도 ≤≤ 턴업 전 사이드부 카카스 코드(211) 강도

아울러, 공기입 타이어의 조종안정성 목표치에 따라 카카스 코드 직경은 0.6mm보다 크고 1.0mm보다 작은 직경 범위에서, 카카스 코드 EPI(End Per Inch)와 카카스 코드의 Breaking Force를 다양하게 구성하여 패브릭 보강재 내지 카카스 장수를 추가하는 종래 기술에 비하여, 타이어의 중량 증가를 최소화할 수 있는 장점을 갖는다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성 요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시 형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것으로 이해해서는 안되며, 이러한 변형된 실시예는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술 사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.

10:공기입 타이어 100:트레드부
110:트레드부 카카스 111:트레드부 카카스 코드
112:트레드부 카카스 토핑 고무 200:사이드부
210:턴업 전 사이드부 카카스 211:턴업 전 사이드부 카카스 코드
212:턴업 전 사이드부 카카스 토핑 고무 220:턴업 후 사이드부 카카스
221:턴업 후 사이드부 카카스 코드 222:턴업 후 사이드부 카카스 토핑 고무
300: 비드부 310: 비드부 카카스
311 :비드부 카카스 코드 312 :비드부 카카스 토핑 고무
H₁: 단면 높이 H₂: 사이드부 굴신 영역
CA: 카카스 코드 각도

Claims (5)

1. 트레드부(100)에 배치된 트레드부 카카스(110)에 트레드부 카카스 코드(111)가 구비되고, 비드부(300)에 배치된 비드부 카카스(310)에 비드부 카카스 코드(311)가 구비되고, 상기 트레드부(100)의 하단 및 상기 비드부(300)의 상단 사이의 사이드부 굴신 영역(H2)에 턴업 전 사이드부 카카스(210)가 배치되며, 상기 턴업 전 사이드부 카카스(210)에 턴업 전 사이드부 카카스 코드(211)가 구비되는 공기입 타이어로서,
   상기 턴업 전 사이드부 카카스 코드(211)는,
   상기 트레드부 카카스 코드(111) 및 상기 비드부 카카스 코드(311)보다 강도가 큰 카카스 코드를 포함하는 공기입 타이어.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 사이드부 굴신 영역(H2)에 추가적인 강성 보강을 위하여 턴업 후 사이드부 카카스(220)가 배치되며, 상기 턴업 후 사이드부 카카스(220)에 턴업 후 사이드부 카카스 코드(221)가 구비되고,
   상기 턴업 후 사이드부 카카스 코드(221)는,
   상기 트레드부 카카스 코드(111) 및 상기 비드부 카카스 코드(311)보다 강도가 큰 카카스 코드를 포함하는 공기입 타이어.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 턴업 전 사이드부 카카스 코드(211), 상기 턴업 후 사이드부 카카스 코드(221), 상기 트레드부 카카스 코드(111) 및 상기 비드부 카카스 코드(311)의 강도는,
   하기의 식 1 을 통해 도출되는 공기입 타이어.
   <식 1>
   카카스 코드 강도 = 카카스 코드 1가닥 당 Breaking Force × 1 Inch당 카카스 코드 가닥수(EPI:End Per Inch)
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 턴업 후 사이드부 카카스 코드(221)의 강도는
   상기 턴업 전 사이드부 카카스 코드(211)의 강도 보다 이상(≥)이거나,
   상기 턴업 전 사이드부 카카스 코드(211)의 강도는
   상기 턴업 후 사이드부 카카스 코드(221)의 강도 보다 이상(≥)인 공기입 타이어.
5. 제 1 항 내지 제 3 항에 있어서,
   상기 각 부의 카카스 코드 직경은
   0.6mm보다 크고 1.0mm보다 작은 직경 범위를 만족하는 공기입 타이어.

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