KR20200022621A - 경량화 공기입 타이어 - Google Patents

경량화 공기입 타이어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 필름 인너라이너를 구비한 경량화 공기입 타이어를 개시한다.
본 발명에 따르는 필름 인너라이너를 구비한 경량화 공기입 타이어는 트레드, 벨트, 카카스, 인너라이너, 비드, 에이펙스를 포함하는 타이어에 있어서, 상기 인너라이너는 고무접착액이 코팅된 필름으로 타이어 성형드럼을 감싸서 인너라이너 필름의 양단부를 겹친 부분이 20 ~ 100㎜ 되도록 겹쳐져 구비되고, 상기 카카스는 비드를 감싸며 턴업하여 벨트의 하부에 이르는 것을 특징으로 하는데, 이에 의할 때, 카카스(Carcass) 턴업(Turn-up)위치를 변경시켜 경량화 타이어에 인너라이너 필름을 이용하여 발생할 수 있는 덴트(Dent) 및 벌지(Bulge)를 개선 할 수 있으며, 중량 감소 및 타이어의 전체적인 강성 및 핸들링 성능을 개선시키고, 요철에 의한 타이어의 파손에 대한 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한 림접촉면의 프로파일을 변형하여 제동시 타이어가 자동차 림과의 접촉부족으로 슬립(slip)이 발생하는 것을 억제하여 제동안정성을 높일 수 있다.

Description

경량화 공기입 타이어{Pneumatic low weight tire}
본 발명은 경량화 공기입 타이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인너라이너 필름을 사용하는 동시에 카카스의 턴업(Turn-up) 위치 및 림 접촉면의 비드부 프로파일(profile)을 변형시켜 중량 감소 및 타이어의 전체적인 강성을 확보하고, 핸들링 성능을 개선시키며, 요철에 의한 타이어의 파손에 대한 안정성을 향상 및 자동차의 림과 타이어의 슬립을 억제하는 경량화 공기입 타이어에 관한 것이다.
종래의 래디얼 타이어(Radial Tire)의 구조는 캡트레드(Cap Tread), 하부트레드(Under Tread), 캡플라이(Capply), 벨트(Belt), 카카스(Carcass), 인너라이너(Innerliner), 비드필러(Beadfiller), 비드(Bead) 등의 구성요소를 포함하게 된다.
이러한 래디얼 타이어의 연비를 향상시키기 위해 중량을 절감시키는 방법으로는 트레드부와 사이드부의 각 구성요소의 고무 게이지를 줄여 타이어의 전체적인 중량을 낮추는 방법을 사용하고 있다.
그러나 이렇듯이 고무 게이지를 줄이는 것만으로 중량을 절감시킬 경우 타이어 강성 및 핸들링, 조정 안정성이 떨어지는 문제가 있으며, 특히 사이드의 고무 게이지가 얇을 경우 타이어 외관상에서 사이드 표면이 들어가 보이는 덴트(Dent)와 튀어나와 보이는 벌지(Bulge) 현상이 부각되어 최근 이슈가 되고 있는 타이어의 안전성 및 소비자의 불안감 조성을 유발시키는 문제가 발생될 수 있다.
일반적으로 튜브리스(tube-less) 타이어는 차량 운행 과정에서 내측의 공기가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해 카카서 내층에 기밀성이 높은 인너라이너가 적층하게 된다.
이러한 인너라이너의 기밀성을 향상을 위해 부틸 고무 또는 할로 부틸고무 등의 고무 성분들을 주성분으로 하는 인너라이너가 사용되었는데 부틸 고무는 가격이 비싸고 두껍게 적용해야만 기능을 발휘 할 수 있는데, 부틸 고무의 두께가 증가할수록 최종 타이어의 두께 및 중량이 증가하고 자동차의 연비가 저하되는 문제점을 동시에 야기한다.
이에 미국합중국특허공개공보 2012-0222795(2012.9.6)에서는 고무층을 덧대어 인너라이너 필름의 양 끝단을 결합하여 타이어 팽창시 조인트 부분이 벌어지는 문제를 해결하려 하고 있으나, 조인트 부위에서 오버랩과 스트립 고무의 두께가 더해져 2~4배까지 두꺼워지고 원주방향으로 물성차이를 가져 유니포미티에 악영향을 끼치게 되고 결국 승차감 하락, 소음 증가의 문제를 유발시키고 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상기 기술한 문제점을 해결하기 위하여 인너라이너 필름을 사용하는 동시에 카카스의 턴업(Turn-up) 위치 및 림 접촉면의 비드부 프로파일(profile)을 변형시켜 중량 감소 및 타이어의 전체적인 강성을 확보하고, 핸들링 성능을 개선시키며, 요철에 의한 타이어의 파손에 대한 안정성을 향상 및 자동차의 림과 타이어의 슬립을 억제하는 경량화 공기입 타이어를 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 트레드, 벨트, 카카스, 인너라이너, 비드, 에이펙스를 포함하는 타이어에 있어서, 상기 인너라이너는 고무접착액이 코팅된 필름으로 타이어 성형드럼을 감싸서 인너라이너 필름의 양단부를 겹친 부분이 20 ~ 100㎜ 되도록 겹쳐져 구비되고, 상기 카카스는 비드를 감싸며 턴업하여 벨트의 하부에 이르는 것을 특징으로 하는 필름 인너라이너를 구비한 경량화 공기입 타이어를 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 고무접착액은 탄소수 16~22개의 탄화수소계 용제, 탄소수 6~8개의 탄화수소계 용제, 원료고무, 변성 지방산, 페놀계수지, 유황, 레조시놀-포름알테히드 레진, 실리카 함유 HMMM레진을 포함하는 것일 수 있다.
아울러, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 인너라이너 필름은 열가소성 엘라스토머 조성물 시트인 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 인너라이너 필름의 겹친 부분이 트레드 하부, 비드 또는 에이펙스 내면에 배치되는 것일 수 있다.
아울러, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 카카스는 벨트의 하부로 5 내지 20㎜ 진입하도록 연장된 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 비드의 비드경과 타이어 림 내측경을 표준규격보다 작게 형성한 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 카카스(Carcass) 턴업(Turn-up)위치를 변경시켜 경량화 타이어에 인너라이너 필름을 이용하여 발생할 수 있는 덴트(Dent) 및 벌지(Bulge)를 개선 할 수 있으며, 중량 감소 및 타이어의 전체적인 강성 및 핸들링 성능을 개선시키고, 요철에 의한 타이어의 파손에 대한 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한 림접촉면의 프로파일을 변형하여 제동시 타이어가 자동차 림과의 접촉부족으로 슬립(Slip)이 발생하는 것을 억제하여 제동안정성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따르는 타이어의 우측상반단면도이고,
도 2는 도 1의 I 부분을 확대한 그림이며,
도 3은 본 발명의 인너라이너가 성형되어 양 단부가 겹쳐진 형상의 일부 평면과 단면을 나타낸 그림이고,
도 4는 본 발명의 비드경과 타이어 림 부위 내측경이 표준보다 작게 형성된 형상을 단면적으로 보여주는 그림이다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따르는 타이어의 우측상반단면도이고, 도 2는 도 1의 I 부분을 확대한 그림이며, 도 3은 본 발명의 인너라이너가 성형되어 양 단부가 겹쳐진 형상의 일부 평면과 단면을 나타낸 그림이고, 도 4는 본 발명의 비드 하부고무의 두께가 표준보다 두꺼운 형상을 단면적으로 보여주는 그림인데, 이를 참고한다.
본 발명에 따르는 필름 인너라이너를 구비한 경량화 공기입 타이어(100)은 트레드(12), 벨트(16), 카카스(11), 인너라이너(2), 비드(13), 에이펙스(15)를 포함하는 타이어에 있어서, 상기 인너라이너(2)는 고무접착액(2')이 코팅된 필름으로 타이어 성형드럼을 감싸서 인너라이너 필름의 양단부를 겹친 부분(OA)이 20 ~ 100㎜가 되도록 겹쳐져 구비되고, 상기 카카스(11)는 비드(13)를 감싸며 턴업하여 벨트(16)의 하부에 이르는 것을 특징으로 한다.
이러한 타이어(100)는 벨트의 상부에 적층되는 캡플라이(17)를 더 구비할 수 있다.
상기 인너라이너(2)는 고무접착액(2')을 도포한 채 겹쳐져 겹친 부분(OA)을 형성하게 되는데, 그 길이가 20 ~ 100㎜가 바람직하며 만일 20㎜ 미만이면, 겹쳐 부착된 계면에서 분리, 박리가 발생할 우려가 있고, 반대로 100㎜를 초과하면, 내구성, 내공기투과성의 향상의 이익보다 유니포미티 손실이 더 클 수 있다.
한편, 상기 겹친 부분(OA)에 적층되는 카카스(11)는 타 영역에 비하여 돌출되게 되므로, 사이드월부(14)에 위치하면 사이드월 고무의 두께에 따라 버지나 덴트가 생길 수 있으므로 이 겹칩부분이 사이드월부(14)가 아닌 트레드(12) 하부나 비드, 에이펙스 내면에 배치되는 것이 바람직하다
또한, 상기 고무접착액(2')은 탄소수 16~22개의 탄화수소계 용제, 탄소수 6~8개의 탄화수소계 용제, 원료고무, 변성 지방산, 페놀계수지, 유황, 레조시놀-포름알테히드 레진, 실리카 함유 HMMM레진을 포함할 수 있는데, 상기 탄소수 16~22개의 탄화수소계 용제는 헤카데칸, 헵타데칸 또는 옥타데칸일 수 있으며, 상기 탄소수 6~8개의 탄화수소계 용제는 사이클로헥산, 사이클로헥사논, n-헥산, 디메틸카보네이트 또는 햅탄일 수 있고, 상기 원료고무는 라텍스, 천연고무 또는 합성고무를 사용할 수 있으며, 또한 상기 페놀계수지, 레조시놀-포름알테히드 레진는 점착수지로 사용되며, 상기 실리카 함유 HMMM레진으로는 멜라민 수지로서 헥사-메톡시-미틸-멜라민 수지와 실리카를 혼합하여 사용할 수 있다.
아울러, 상기 인너라이너 필름(2)에 도포하게 되며, 상기 인너라이너필름은 폴리아미드 수지 또는, 폴리아미드수지와 엘라스토머의 혼합물을 시트로 성형된 것일 수 있으며, 이러한 인너라이너 필름과 고무접착액의 도포 공정성이나 부착성 향상을 위하여 레조시놀-포르말린-라텍스(RFL)을 그 사이에 개재시킬 수 있다.
한편, 상기 카카스(11)는 벨트(16)의 하부로 5 내지 20㎜ 진입하도록 연장될 수 있는데, 만일 5㎜ 미만이면, 공정상 발생될 수 있는 편차에 의하여 벨트 하부로 카카스 단부가 진입하지 못한 채 그 사이 공간, 즉 노치(notch) 같은 형상이 발생되고 타이어 내구성이 하락할 수 있으며, 반대로 20㎜을 초과하면, 중량이 증가하게 되어 불이익하고, 벨트 형상이 웨이빙(waving) 형상이 되어 품위가 열악해질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르는 타이어(100)는 고무량이 감소되어 특히 사이드월부(14) 고무가 감소되어 자동차 휠에 장착이 어렵고, 장착후 타이어의 슬립(slip)이 발생될 수도 있으며, 중량 감소로 인하여 타이어와 림과의 접촉압이 낮아지게 되므로, 상기 비드(13)의 비드경과 함께 타이어 림 부위 내측경을 표준규격보다 작게 형성할 수 있다.
즉, ETRTO(developed by the European Tyre and Rim Technical Organization) 및 TRA(The Tire and Rim Association)에서 규정하는 표준 림의 규격 및 타이어 치수를 인용하면, 16인치 타이어를 제조한다고 가정하면 16인치 표준 Rim Diameter는 405.6mm로 명시되어있는데, 본 발명에 따르는 타이어는 자동차의 휠 림(Rim)과의 접촉부족으로 슬립(Slip)이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 비드(13) 경 및 Rim Diameter를 표준 Rim Diameter(13b)의 프로파일에 비해 2 내지 4 mm 작게 형성된 Rim Diameter(13a)로 가짐에 따라 타이어와 림과의 접촉압을 확보하고, 이에 따라 제동시 슬립(slip)을 방지할 수 있다.
실시예
폴리아이드계, 폴리에스테르계, 엘라스토머 공중합체를 함유한 인너라이너 필름(코오롱, 오메가필름)상 RFL을 접착층을 도포하고, 그 위로 탄소수가 16~22개인 탄화수소계 용제 35~45 중량%, 탄소수가 6~8개인 탄화수소계 용제 35~45 중량%, 천연고무 5~10 중량%, 변성 지방산 1~3 중량%, 페놀계 수지 1~3 중량%, 유황 3~10 중량%, 레조시놀-포름알데히드 레진 1~2 중량% 및 실리카가 포함된 HMMM 레진 1~4 중량%가 포함된 고무접착액을 두께 10내지 100㎛로 도포하고 성형드럼에서 50㎜ 겹쳐지게 성형하고, 카카스 단부가 턴업(Turn-up)되어 벨트 하부에서 트레드 중심 쪽으로 5 내지 20 mm 연장하여 205/55 R16 규격의 타이어를 제조하였으며, 비드(13)경 및 Rim Diameter를 표준 Rim Diameter(13b)의 프로파일에 비해 2 내지 4 mm 작게 형성된 Rim Diameter(13a)로 비드부 프로파일을 설계하여 본 발명에 따르는 타이어를 타이어를 제조하였다.
비교예1
실시예와 같이 필름 인너라이너를 사용하고, 카카스 한장을 사용하여 단부가 턴업되어, 비드(13)과 비드필러(15) 중간에 위치하도록 하고 비드(13)경 및 Rim Diameter를 표준 Rim Diameter(13b)의 프로파일을 가지는 타이어를 제조하였다.
비교예2
실시예와 같이 필름 인너라이너를 사용하고, 카카스 두장을 사용하여 첫번째 카카스는 단부가 턴업되어, 비드(13)과 비드필러(15) 중간에 위치하도록 하였으며, 두번째 카카스는 단부가 턴업되어 비드필러(15) 끝지점에서 트레드 방향쪽으로 10mm 더 위쪽에 위치하도록 하고, 비드(13)경 및 Rim Diameter를 표준 Rim Diameter(13b)의 프로파일을 가지는 타이어를 제조하였다.
비교예3
비드(13)경 및 Rim Diameter를 표준 Rim Diameter(13b)의 프로파일을 설정한 것을 제외하고는 실시예와 같이 하여 타이어를 제조하였다.
실험예
실시예와 비교예에 의한 타이어에 대하여 내구력, RRC, VSR, Bead Compression등 사내평가, Ride & Handling, CBU, Slippage등 실차평가를 진행하기 위하여 표1, 표2에 나타낸 방법으로 평가하여 그 결과를 도 1~6, 표 1, 2에 나타내었다.
비교예1 비교예2 비교예3 실시예
중량 6.67 6.87 6.72 6.74
Deflect(%) 97 101 100 100
VSR(%) 97 102 100 100
ECE-R30
(ECE 법규 내구력 평가)		 Pass Pass Pass Pass
DOT 139 High Speed
(속도내구력)		 Pass Pass Pass Pass
DOT 139 Endurance
(부하내구력)		 Pass Pass Pass Pass
RR(ISO 28580) 89 90 99 100
Bead Unseating
(비드 이탈 성능 측정)		 94 94 94 100
Bead Compression
(비드 압착 상태 측정)		 Fail Fail Fail Pass
* Deflect : 하중에 의한 굴신 된 양 (적을 수록 사이드 강성이 우수)
* VSR: Vertical Spring rate(높을 수록 사이드 강성이 우수)
* Pass : 합격, Fail : 불합격
비교예1 비교예2 비교예3 실시예
Ride(%) 97 94 93 100
Handling(%) 97 101 99 100
Steering(%) 100 101 97 100
C.B.U Fail Pass Pass Pass
Slippage Fail Fail Fail Pass
* C.B.U : Cord Brake Up (외부충격에 의한 코드절상)
* Slippage : 시험법에 따라 타이어 휠 림과 타이어의 슬립량을 측정하는 평가
표 1,2를 참조하면, 본 발명에 따르는 실시예가 중량을 비교예2와 같이 두장의 카카스를 사용하여 중량이 증가되는 대신 한장의 카카스를 사용하므로써, 중량 감소와 함께 동등한 타이어의 강성과 외부충격에 의한 코드절상을 방지하는 안정성, 핸들링 성능을 확보하는 것을 볼 수 있다.
또한 표준 Rim Diameter(13b)의 프로파일에 비해 2 내지 4 mm 작게 형성된 Rim Diameter(13a)로 비드부 프로파일을 형성함으로써, 타이어와 림과의 접촉압을 확보하고 이에 따라 제동시 슬립(slip)을 방지하여 경량화 타이어를 개선하며 그 특성이 우수함을 알 수 있다.
2 : 인너라이너, 2' : 고무접착액,
11 : 카카스, 12 : 트레드,
13 : 비드, 14 : 사이드월부,
15 : 에이펙스, 16 : 벨트,
17 : 캡플라이

Claims (4)

  1. 트레드, 벨트, 카카스, 인너라이너, 비드, 에이펙스를 포함하는 타이어에 있어서,
    상기 인너라이너는 고무접착액이 코팅된 필름으로 타이어 성형드럼을 감싸서 인너라이너 필름의 양단부를 겹친 부분이 20 ~ 100㎜ 되도록 겹쳐져 구비되고,
    상기 카카스는 비드를 감싸며 턴업하여 벨트의 하부에 이르는 것을 특징으로 하는 필름 인너라이너를 구비한 경량화 공기입 타이어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 인너라이너 필름의 겹친 부분이 트레드 하부, 비드 또는 에이펙스 내면에 배치되는 것을 특징으로 하는 필름 인너라이너를 구비한 경량화 공기입 타이어.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 카카스는 벨트의 하부로 5 내지 20㎜ 진입하도록 연장된 것을 특징으로 하는 필름 인너라이너를 구비한 경량화 공기입 타이어.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 비드의 비드경과 타이어 림 내측경을 표준규격보다 작게 형성한 것을 특징으로 하는 필름 인너라이너를 구비한 경량화 공기입 타이어.
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