KR20210140961A - 고강성 에이팩스 및 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명의 타이어(100)는 사이드 월(Side Wall)(110-1)과 비드(Bead)(160)의 사이에 위치된 고무 조성물(3)의 비드 보강성을 카본(5)으로 강화하여 타이어 횡강성 지지 효과가 높아지도록 하는 고강성 에이팩스(1)를 포함함으로써 카본(5)의 탄소나노섬유 특성이 비드(160)의 성부부위에 대한 보강성을 강화시켜주고, 특히 탄소나노섬유를 연속적인 용수철 꼬임 구조로 하면서 일부 구간에 용수철 꼬임 가닥 간격을 좁혀 집중화시킴으로써 보다 강화된 비드부 보강성으로 타이어 핸들링 성능이 크게 향상되는 특징을 갖는다.

Description

고강성 에이팩스 및 타이어{High Stiffness Type Apex and Tire Thereof}

본 발명은 에이팩스(Apex)에 관한 것으로, 특히 탄소나노섬유의 강성으로 고무의 비드 보강성을 강화시킨 에이팩스가 적용된 타이어에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 타이어는 에이팩스(Apex)를 구성요소로 적용함으로써 에이팩스의 비드 보강성 효과로 타이어의 횡강성에 대한 지지 역할을 강화하여 준다.

일례로 상기 타이어는 가장 외주에 구비되어 노면과 접촉하는 트레드, 측면을 이루는 사이드 월, 골격을 이루는 카카스, 타이어와 림을 결합시켜 주는 비드, 비드의 상부에 대한 보강성으로 비드 강성 부여와 함께 충격 흡수가 이루어지는 에이팩스를 포함한다.

특히 상기 에이팩스는 고무를 주성분으로 하는 고무조성물로 고무 특성을 향상시켜줌으로써 고무만으로 약한 보강성을 개선시켜 준다.

이와 같이 상기 에이팩스가 고무 조성물로 하여 구성되면, 비드부 강성을 증가시켜 타이어의 핸들링 성능을 개선시키는 효과를 강화하면서 타이어 중량 낮춤을 추가적인 효과로 갖는 장점이 있다.

일본공개특허 JP 2017-159903 A

하지만, 상기 고무 타입 에이팩스는 고무를 단일 조성물로 함으로써 그 성능의 개량이 이루어지더라도 고무 재질의 한계로 인해 어느 정도 성능 개선에 그칠 수밖에 없다.

그러므로 상기 고무 타입 에이팩스는 고무가 갖는 원천적인 재료의 특성을 벗어나기는 어려워 핸들링 성능 개선을 위해 요구되는 보다 뛰어난 성능개량에 적합하지 않은 한계가 있다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 카본의 강성으로 타이어 측면에 대한 비드 보강성이 강화되고, 특히 카본을 탄소나노섬유로 하여 연속된 꼬임 구조의 용수철 형상으로 비드 보강성이 강화됨으로써 타이어의 핸들링 성능 향상에 고무 조성물의 물성 한계를 극복한 고강성 에이팩스 및 타이어의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에이팩스는 고무를 주성분으로 하여 타이어 측면에 대한 비드 보강성을 갖는 고무 조성물. 및 상기 비드 보강성을 탄소나노섬유로 강화시켜 타이어 횡강성 지지 효과를 높여 주는 카본이 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 탄소나노섬유의 위치는 상기 고무 조성물의 내부이고, 상기 탄소나노섬유는 탄소나노섬유 가닥으로 이루어지며, 상기 탄소나노섬유 가닥의 배열패턴은 상기 고무 조성물의 단면에 맞춘 형상으로 이루어진다.

바람직한 실시예로서, 상기 탄소나노섬유는 용수철 형상 꼬임 구조로 이루어진다.

바람직한 실시예로서, 상기 용수철 형상 꼬임 구조는 탄소나노섬유 길이에서 용수철 꼬임 간격 차이를 갖고, 상기 용수철 꼬임 간격 차이는 용수철 꼬임 가닥의 간격 좁힘으로 형성되며, 상기 간격 좁힘은 상기 고무 조성물의 비드 보강성 강화 위치를 형성한다.

바람직한 실시예로서, 상기 고무 조성물은 고무 100 중량부에 대하여 폴리카보네이트 5~30 중량부를 포함한다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어는 고무의 100 중량부에 대하여 폴리카보네이트의 5~30 중량부로 이루어져 사이드 월과 비드의 사이에 위치된 고무 조성물에 카본이 구비되며, 상기 카본에 의한 상기 고무 조성물의 비드 보강성 강화로 타이어 횡강성 지지 효과를 높여주는 에이팩스가 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 고무 조성물은 상기 사이드 월 쪽을 꼭지 점으로 하면서 상기 비드 쪽을 밑변으로 하는 삼각 단면 형상으로 이루어지고, 상기 카본은 상기 삼각 단면 형상의 내부에 구비된다.

바람직한 실시예로서, 상기 카본은 용수철 형상 꼬임 구조의 탄소나노섬유로 이루어진다.

바람직한 실시예로서, 상기 용수철 형상 꼬임 구조는 상기 사이드 월쪽에서 상기 비드 쪽으로 갈수록 용수철 꼬임 간격을 좁게 형성되거나 또는 상기 비드 쪽에서 상기 사이드 월 쪽으로 갈수록 용수철 꼬임 간격을 좁게 형성해 주거나 또는 상기 사이드 월과 상기 비드 사이에서 용수철 꼬임 간격을 좁게 형성해 준다.

이러한 본 발명의 타이어에 적용된 고강성 에이팩스는 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.

첫째, 탄소 나노 섬유의 물성으로 에이팩스에 요구되는 성능 개량이 용이하다. 둘째, 에이팩스가 고무의 원천적인 재료 특성 한계를 벗어남으로써 획기적인 핸들링 성능 개량이 용이하다. 셋째, 에이팩스의 탄소 나노 섬유를 용수철 형태로 하여 비드를 통해 에이팩스에 가해지는 자동차의 수직하중에 대해 충분한 굴신 작용을 할 수 있도록 함으로써 자동차의 승차감 저해를 예방할 수 있다. 넷째, 용수철 형태 탄소 나노 섬유의 에이팩스로 타이어 횡력이 높아짐으로써 타이어의 핸들링 성능 향상이 획기적으로 이루어질 수 있다. 다섯째, 카본과 고무의 친유성에 기인한 탄소나노섬유의 높은 결합력으로 섬유와 고무간의 분리를 예방함으로써 에이팩스의 높은 내구성 확보가 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 고강성 에이팩스의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 고강성 에이팩스에 적용된 스프링 형상 카본 레이아웃의 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 고강성 에이팩스에 적용된 카본이 역삼각 형상 또는 마름모꼴 형상으로 변형된 예이고, 도 4는 본 발명에 따른 고강성 에이팩스가 적용된 타이어의 예이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1 및 도 2는 타이어(100)에 적용된 에이팩스(1)를 예시한다.

도 1을 참조하면, 상기 에이팩스(1)는 고무 조성물(3)과 함께 카본(5)으로 이루어져 타이어(100)의 림 직경(Rim diameter)(즉, 타이어 내경) 부위로 타이어 측면을 형성한다.

일례로 상기 에이팩스(Apex)(1)는 상기 고무 조성물(3)이 에이팩스 형상을 삼각 단면 형상으로 이루어지고, 상기 카본(5)이 고무 조성물(3)의 내부로 위치되어 고무의 원천적인 재료 특성 한계를 카본 재료 특성으로 보강된다.

특히 상기 고무 조성물(3)은 폴리카보네이트를 통해 고무만으로 약한 보강성이 보강되도록 고무 100 중량부에 대하여 폴리카보네이트 5 내지 30 중량부를 포함한다. 또한 상기 카본(5)은 탄소나노섬유의 가닥으로 이루어지고, 상기 탄소나노섬유의 가닥은 고무 조성물(3)의 삼각 단면 형상에 맞춰 고무 조성물 내부를 삼각 단면 형상으로 채워준다.

구체적으로 상기 탄소나노섬유는 고무 조성물(3)의 삼각 단면 형상 중 꼭지 점을 이루는 상부 엔드(7)에서 밑변을 이루는 하부 엔드(9)에 도달되는 연속된 형태로 이어지면서 꼬임간격이 에이팩스 상단에서 하단으로 갈수록 좁아지는 용수철 형상 꼬임 구조로 이루어진다. 이 경우 상기 에이팩스 상단은 타이어(100)의 가장 외주에 구비되어 노면과 접촉하는 트레드 측면을 이루는 사이드 월Side Wall)(도 4 참조)쪽 방향(즉, +y 축 방향)으로 에이팩스(1)의 상부 엔드(7)를 의미하고, 상기 에이팩스 하단은 타이어(100)와 림을 결합시켜 주는 비드(Bead)(도 4 참조) 쪽 방향(즉, -y 축 방향)으로 에이팩스(1)의 하부 엔드(9)를 의미한다.

그러므로 상기 에이팩스(Apex)(1)는 카본(5)의 특성으로 고무가 갖는 원천적인 재료의 특성을 벗어난 비드 상부측 보강성을 가짐으로써 비드 강성 부여와 함께 충격 흡수 성능을 높여 핸들링 성능 개선을 위해 요구되는 보다 뛰어난 성능 개량이 이루어진 고강성 에이팩스로 특징된다.

도 2를 참조하면, 상기 에이팩스(1)를 특징짓는 상기 용수철 형상 꼬임 구조는 고무 조성물(3)의 전체크기를 100%의 비드 에이팩스 길이(H)로 하여 상부구간(A), 중간구간(B) 및 하부구간(C)으로 구획되는 카본 레이아웃으로 이루어진다.

일례로 상기 용수철 형상 꼬임 구조는 비드 에이팩스 길이(H)에서 꼬임가닥수를 7개로 형성할 때, 상기 상부구간(A)은 2개의 꼬임가닥수를 비드 에이팩스 길이(H) 대비 약 15~20% 크기에 맞춘 꼬임 간격을 형성하고, 상기 중간구간(B)은 3개의 꼬임가닥수를 비드 에이팩스 길이(H) 대비 약 65~75% 크기에 맞춘 꼬임 간격을 형성하며, 상기 하부구간(C)은 2개의 꼬임가닥수를 비드 에이팩스 길이(H) 대비 약 10~15% 크기에 맞춘 꼬임 간격을 형성하여 준다.

그러므로 상기 용수철 형상 꼬임 구조는 상부구간(A)과 중간구간(B) 및 하부구간(C)으로 갈수록 넓은 폭 넓이(T)(즉, x축 방향)를 갖는 삼각단면 형상이면서 상부구간(A)과 중간구간(B) 대비 하부구간(C)에서 좁은 꼬임 간격으로 꼬임가닥수의 집중화가 이루어진다.

그 결과 상기 에이팩스(1)는 용수철 형상 꼬임 구조를 하부강성 용수철 구조로 에이팩스 상단 대비 에이팩스 하단에서 상대적으로 높은 강성을 가짐으로써 비드 상부측에서 비드 보강성이 보다 높게 형성될 수 있도록 한다.

한편, 도 3은 상기 에이팩스(1)에 적용된 카본(5)의 형상을 변형함으로써 상대적으로 높은 강성을 갖는 에이팩스 보강성 부위가 적절하게 위치 변경되는 예를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 상기 카본(5)의 형상 변형은 탄소나노섬유를 역삼각 단면 형상으로 한 제1 변형 카본(5-1) 또는 마름모꼴 단면 형상으로 한 제2 변형 카본(5-2)을 적용 할 수 있다.

일례로 상기 제1 변형 카본(5-1)의 탄소나노섬유의 역삼각 단면 형상은 좁은 꼬임 간격으로 꼬임가닥수의 집중화가 이루어지는 위치를 상부구간(A)과 중간구간(B) 및 하부구간(C) 중 상부구간(A)에 형성한다. 이 경우 상기 상부구간(A)과 상기 중간구간(B) 및 상기 하부구간(C)의 비율은 도 2의 하부강성 용수철 구조와 동일하나 반면, 꼬임가닥수의 개수는 7개로 동일하나 상부구간(A)에 대한 강성 보강성 측면에서 상부구간(A)의 꼬임가닥수를 증가시켜 8개 이상으로 할 수 도 있다.

그러므로 상기 에이팩스(1)는 용수철 형상 꼬임 구조를 상부강성 용수철 구조로 에이팩스 하단 대비 에이팩스 상단에서 상대적으로 높은 강성을 가짐으로써 사이드 월측에서 비드 보강성이 보다 높게 형성될 수 있도록 한다.

반면 상기 제2 변형 카본(5-2)의 탄소나노섬유의 마름모꼴 단면 형상은 좁은 꼬임 간격으로 꼬임가닥수의 집중화가 이루어지는 위치를 상부구간(A)과 중간구간(B) 및 하부구간(C) 중 중간구간(B)에 형성한다. 이 경우 상기 상부구간(A)과 상기 중간구간(B) 및 상기 하부구간(C)의 비율은 도 2의 하부강성 용수철 구조와 동일하나 반면, 꼬임가닥수의 개수는 7개로 동일하나 중간구간(B)에 대한 강성 보강성 측면에서 중간구간(B)의 꼬임가닥수를 증가시켜 8개 이상으로 할 수 도 있다.

그러므로 상기 에이팩스(1)는 용수철 형상 꼬임 구조를 중간강성 용수철 구조로 에이팩스 상/하단 대비 에이팩스 중간에서 상대적으로 높은 강성을 가짐으로써 사이드 월측과 비드 상부측 사이에서 비드 보강성이 보다 높게 형성될 수 있도록 한다.

한편 도 4는 본 발명에 따른 고강성 에이팩스(1)가 적용된 타이어(100)의 예이다.

도시된 바와 같이, 상기 타이어(100)는 에이팩스(1), 트레드(Tread)(110), 사이드 월(Side Wall)(110-1), 캡 플라이(Cap Ply)(120), 스틸 벨트(Steel Belt)(130), 바디 플라이(Body Ply)(140), 이너 라이너(Inner Liber)(150) 및 비드(Bead)(160)를 포함한다.

일례로 상기 에이팩스(1)는 비드 에이팩스로서, 강성 높은 조성물(Compound Material) 구성되어 타이어(100)의 좌/우 양쪽 측면부 강성을 결정하면서 승차감 및 안전성에 결정적인 역할을 하여 준다. 상기 사이드 월(110-1)은 타이어(100)의 좌/우 양 측면에서 에이팩스(1)의 상부와 맞닿아 외부의 충격으로부터 보호 작용과 함께 핸들 조정의 입력(Input)을 비드(160)를 거쳐 트레드(110)에 전달하는 기능을 한다. 상기 비드(160)는 스틸 와이어(Steel Wire(로 구성되어 타이어(100)와 림(Rim)(또는 휠(Whee))을 고정하여 준다.

일례로 상기 트레드(110)는 자동차 제동력을 노면에 전달하는 기능을 한다. 상기 캡 플라이(120)는 고속 주행 시 스틸 벨트(130)에 대한 변형을 억제하면서 스틸 벨트(130)의 반복적 벨트(Belt) 변형으로 인한 분리(Separation)를 방지하여 준다. 상기 스틸 벨트(130)는 타이어(100)의 강도를 높여 [내구성을 유지해 주면서 노면으로부터의 충격으로 바디 플라이(140)를 보호하여 준다. 상기 바디 플라이(140)는 타이어(100)의 골격을 이루는 뼈대 역할을 하는 카카스(Carcass)로서 공기압을 유지하여 외부 하중을 지지하여 준다. 상기 이너 라이너(150)는 내부 공기압의 기밀을 유지하여 준다.

그러므로 상기 에이팩스(1), 상기 트레드(110), 상기 사이드 월(110-1), 상기 캡 플라이(120), 상기 스틸 벨트(130), 상기 바디 플라이(140), 상기 이너 라이너(150) 및 상기 비드(160)는 통상적인 타이어 구성요소로 그 작용 및 효과가 일반적인 타이어에서 요구되는 성능과 동일하다.

그러나 상기 에이팩스(1)는 도 1 내지 도 3에서 기술된 바와 같이 고무 조성물(3)과 함께 카본(5)으로 이루어지고, 특히 상기 카본(5)은 탄소나노섬유(의 용수철 형상 꼬임 구조(도 1 참조)로 이루어져 하부강성 용수철 구조(도 2 참조), 상부강성 용수철 구조 또는 중간강성 용수철 구조(도 3 참조) 중 어느 하나로 형성됨으로써 고무의 원천적인 재료 특성을 벗어나기는 어려운 기존의 고무 타입 에이팩스가 핸들링 성능 개선에 불리한 점을 모두 해소하는 차이가 있다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 타이어(100)는 사이드 월(Side Wall)(110-1)과 비드(Bead)(160)의 사이에 위치된 고무 조성물(3)의 비드 보강성을 카본(5)으로 강화하여 타이어 횡강성 지지 효과가 높아지도록 하는 고강성 에이팩스(1)를 포함함으로써 카본(5)의 탄소나노섬유 특성이 비드(160)의 성부부위에 대한 보강성을 강화시켜주고, 특히 탄소나노섬유를 연속적인 용수철 꼬임 구조로 하면서 일부 구간에 용수철 꼬임 가닥 간격을 좁혀 집중화시킴으로써 보다 강화된 비드부 보강성으로 타이어 핸들링 성능이 크게 향상된다.

1 : 에이팩스(Apex)
3 : 고무 조성물 5 : 카본
5-1.5-2 : 제1,2 변형 카본 7 : 상부 엔드
9 : 하부 엔드
100 : 타이어
110 : 트레드(Tread) 110-1 : 사이드 월(Side Wall)
120 : 캡 플라이(Cap Ply) 130 : 스틸 벨트(Steel Belt)
140 : 바디 플라이(Body Ply) 150 : 이너 라이너(Inner Liber)
160 : 비드(Bead)

Claims (17)

1. 고무를 주성분으로 하여 타이어 측면에 대한 비드 보강성을 갖는 고무 조성물. 및
   상기 비드 보강성을 탄소나노섬유로 강화시켜 타이어 횡강성 지지 효과를 높여 주는 카본;
   이 포함되는 것을 특징으로 하는 에이팩스.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 탄소나노섬유의 위치는 상기 고무 조성물의 내부인 것을 특징으로 하는 에이팩스.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 탄소나노섬유는 탄소나노섬유 가닥으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에이팩스.
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 탄소나노섬유 가닥의 배열패턴은 상기 고무 조성물의 단면에 맞춘 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에이팩스.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 탄소나노섬유는 용수철 형상 꼬임 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에이팩스.
   
6. 청구항 5에 있어서, 상기 용수철 형상 꼬임 구조는 탄소나노섬유 길이에서 용수철 꼬임 간격 차이를 갖는 것을 특징으로 하는 에이팩스.
   
7. 청구항 6에 있어서, 상기 용수철 꼬임 간격 차이는 용수철 꼬임 가닥의 간격 좁힘으로 형성되는 것을 특징으로 하는 에이팩스.
   
8. 청구항 7에 있어서, 상기 간격 좁힘은 상기 고무 조성물(3)의 비드 보강성 강화 위치로 형성되는 것을 특징으로 하는 에이팩스.
   
9. 청구항 1에 있어서, 상기 고무 조성물은 상기 고무의 100 중량부에 대하여 폴리카보네이트의 5~30 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에이팩스.
   
10. 사이드 월(Side Wall)과 비드(Bead)의 사이에 위치된 고무 조성물에 카본이 구비되며, 상기 카본에 의한 상기 고무 조성물의 비드 보강성 강화로 타이어 횡강성 지지 효과를 높여주는 에이팩스;
    가 포함되는 것을 특징으로 하는 타이어.
    
11. 청구항 10에 있어서, 상기 고무 조성물은 상기 사이드 월 쪽을 꼭지 점으로 하면서 상기 비드 쪽을 밑변으로 하는 삼각 단면 형상으로 이루어지고, 상기 카본은 상기 삼각 단면 형상의 내부에 구비되는 것을 특징으로 하는 타이어.
    
12. 청구항 11에 있어서, 상기 카본은 탄소나노섬유로 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이어.
    
13. 청구항 12에 있어서, 상기 탄소나노섬유는 용수철 형상 꼬임 구조인 것을 특징으로 하는 타이어.
    
14. 청구항 13에 있어서, 상기 용수철 형상 꼬임 구조는 상기 사이드 월 쪽에서 상기 비드 쪽으로 갈수록 용수철 꼬임 간격을 좁게 형성해 주는 것을 특징으로 하는 타이어.
    
15. 청구항 13에 있어서, 상기 용수철 형상 꼬임 구조는 상기 비드 쪽에서 상기 사이드 월 쪽으로 갈수록 용수철 꼬임 간격을 좁게 형성해 주는 것을 특징으로 하는 타이어.
    
16. 청구항 13에 있어서, 상기 용수철 형상 꼬임 구조는 상기 사이드 월과 상기 비드 사이에서 용수철 꼬임 간격을 좁게 형성해 주는 것을 특징으로 하는 타이어.
    
17. 청구항 10에 있어서, 상기 고무 조성물은 고무의 100 중량부에 대하여 폴리카보네이트의 5~30 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어.

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