KR20230134632A - 다중비드필러를 가지는 공기입 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는 주행 중의 타이어의 지면 접촉 영역과 지면 비접촉 형영의 변형의 차이에 의해 비드부 내에 집중되는 변형 및 응력 집중으로 인한 비드부 내부 파손을 감소시킬 수 있도록 하기 위해, 비드부(140)가 비드코어(141)와, 상기 비드코어(141)를 감싼 후 턴업되어 중첩되는 카카스(50)와, 상기 카카스(50)의 외측 방향에 두 개 이상의 서로 다른 강성의 비드필러로 적층 형성되는 다중비드필러(143) 및 상기 다중비드필러(143)의 외측에 적층되는 러버채퍼(60)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다중비드필러를 가지는 공기입 타이어를 제공한다.

Description

다중비드필러를 가지는 공기입 타이어{Pneumatic tire with multi bead filler}

본 발명은 차량용 타이어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 내구성 향상을 위한 다중비드필러를 가지는 공기입 타이어에 관한 것이다.

도 1은 종래기술의 공기이 타이어(1)의 단면도이고, 도 2는 종래기술의 타이어(1)가 주행을 위한 회전에 의해 지면과 닿지 않는 부분(2)과 지면에 닿는 부분(3)이 반복적으로 나타나는 경우(3)의 비드부(40)의 상세 구성을 나타내는 비드부(40)의 단면도이며, 도 3은 종래기술의 비드부(40)의 카카스(50)와 러버채퍼(60)의 계면 파괴를 나타내는 도면이다.

도 1과 같이, 일반적인 공기입 타이어(1)는 캡플라이부(Cap Plies), 벨트부(belt), 카카스부(Carcass), 비드와이어(Bead Wire)로 구성되는 비드코어(Bead Core), 비드 필러(Bead Filler), 비드번들(Bead Bundle) 등을 포함하여, 트레드부(Tread)(10), 숄더부(shoulder)(20), 사이드월부(sidewall)(30) 및 비드부(bead)(40)를 포함하여 구성된다. 그리고 도 3의 (a)의 파손부(70)가 발생한 비드부의 단면 사진이고, 도 3의 (b)는 파손부(70)가 발생한 러버채퍼(또는 '림 쿠션')(60)와 카카스 토핑 고무(53)의 접촉 계면을 개략적으로 나타내는 도면이다.

상기 구성 중 상기 비드부(40)는 중심에 설치된 다수의 비드와이어로 구성되는 비드코어(41)와 비드코어 주위를 감싼 경질의 고무와 합성인장 고무와 비드 필러(43) 및 턴업되면서 상기 비드코어(41)와 비드필러(43)를 감싼 후 말단부 영역이 턴업 이전의 카카스와 서로 중첩되어 지지력을 제공하는 카카스(50) 및 카카스(50)의 외측면에 부착되면서 림(5)의 림플랜지(7)에 접촉되는 면을 형성하는 러버채퍼(60)를 포함하여 구성된다. 상술한 구성의 비드부(40)는 림(Rim)(5)의 림플랜지(7)와 접촉하는 부분으로 코트지의 끝부분을 감아주며 타이어(1)를 림(5)에 장착시키는 역할을 한다. 또한, 상기 비드부(40)는 타이어에 부가된 하중을 지지하고 제동 시 토크를 전달하는 역할도 한다.

상기 구성의 비드부(40)에서 상기 러버채퍼(60)는, 도 2와 같이, 타이어가 림(5)의 림플랜지(7)에 결합되어 장착되는 경우 차량의 양측 방향인 외측 부분 및 저면이 림플랜지(7)와 맞닿는다. 이 후, 차량 운행 시에는 도 2의 3과 같이 지면과 접촉하는 타이어 영역의 러버채퍼(60)는 차량의 하중에 의해 대변형이 발생한다. 그리고 도 2의 2와 같이 지면과 접촉하지 않는 타이어의 영역의 러버채퍼(60)는 공기압에 의한 소변형만이 발생한다. 타이어가 회전하기 때문에 상기 러버채퍼(60)의 대변형 및 소변형은 타이어 전체 영역에서 순차적이며 지속적으로 반복되고 이는 타이어에 주기적으로 반복되는 피로 하중이 지속적으로 작용함을 의미한다. 이러한 피로 하중은 림플랜지(7) 주변의 카카스 코드(51) 및 카카스 토핑 고무(53)에 변형률과 응력을 집중시킨다. 따라서 이러한 피로 하중은 도 3과 같이 타이어 비드부 내부에서 발생하는 파손(파손부(70))의 원인이 된다. 고하중 차량에 장착되는 타이어의 경우는 피로 하중의 가혹도가 증가하여 타이어 비드부(40)의 내부에서 파손이 더욱 빈번히 발생한다.

상술한 비드부(40) 파손의 대부분은 도 3과 같이, 림플랜지(7)와 타이어의 러버채퍼(60)의 계면에서 발생한다. 파손이 발생하는 상기 러버채퍼(60)의 계면은 도 3의 (a) 및 (b)와 같이 응력이 집중되는 카카스 코드(51)를 감싸는 카카스 토핑 고무(53)와 러버채퍼(60)의 접촉 계면 부위 등을 포함하게 된다.

따라서 타이어의 주행에 따른 지면과 접촉되는 영역 및 접촉되지 않는 영역의 하중 차이에 의한 대변형 및 소변형에 의한 림플랜지(7)와 러버채퍼(60)가 맞닿는 위치의 비드부(40) 내부의 변형률 및 응력 집중을 감소시켜, 비드부 내부의 파손을 발생을 감소시킬 수 있도록 하는 비드부 구조를 가지는 타이어가 요구된다.

일본 등록특허 제5814049호(2013.03.21. 공개)

따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 타이어의 주행에 따른 지면과 접촉되는 영역 및 접촉되지 않는 영역의 하중 차이에 의한 대변형 및 소변형에 의해 림플랜지(7)와 러버채퍼(60)가 맞닿는 위치의 응력 집중을 감소시켜 해당 영역에 위치되는 비드부(40) 내부의 파손을 방지할 수 있도록 내구성 향상을 시키는 다중비드필러를 가지는 공기입 타이어를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 트레드부(10)와 숄더부(20)와 사이드월부(30) 및 비드부(140)를 포함하고, 상기 비드부(140)는, 비드코어(141)와, 상기 비드코어(141)를 감싼 후 턴업되어 중첩되는 카카스(50)와, 상기 카카스(50)의 외측 방향에 두 개 이상의 서로 다른 강성의 비드필러로 적층 형성되는 다중비드필러(143) 및 상기 다중비드필러(143)의 외측에 적층되는 러버채퍼(60)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다중비드필러를 가지는 공기입 타이어를 제공한다.

상기 다중비드필러(143)는, 상기 카카스(50)의 외측의 상기 사이드월부 끝단(31)부터 비드코어 외측 상부 카카스(55)까지 외측 방향으로 순차적으로 적층되어, 단면이 세로 방향으로 배치되도록 적층 형성될 수 있다.

상기 다중비드필러(143)는, 상기 카카스(50)의 외측에서 상기 사이드월부 끝단(31)에서 비드코어 외측 상부 카카스(55)까지 외측으로 순차적으로 적층되는 제1 비드필러(145)와 제2 비드필러(147)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1 비드필러(145)의 강성은 10 내지 17 MPa 범위 이고, 상기 제2 비드필러(147)의 강성은 42 내지 50 MPa 범위일 수 있다.

상기 비드부(140)는, 상기 비드코어(141)의 상부에서 턴업되어 서로 대향되는 카카스(50)의 사이 영역에 비드필러가 없도록 구성될 수 있다.

상기 러버채퍼(60)는, 상기 다중비드필러(143)의 외측에서 사이드월부 끝단(31)에서 비드토우(145)까지 적층 형성될 수 있다.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따르는 공기입 타이어는 추가 구성되는 다중비드필러(143)에 의해, 주행 시의 회전에 의한 비드부(40)의 최대 변형 에너지와 하중 방향의 변형을 종래기술의 공기입 타이어에 비해 현저히 감소시켜, 비드부(40)의 카카스(50)의 외측에 적층 형성되는 다중비드필러(143)와 카카스(50)의 계면 및 다중비드필러(143)와 러버채퍼(60)의 계면 등의 비드부(40)의 내부 영역에서의 응력 집중을 분산시켜 비드부(40)의 내부에서의 파손 발생을 최소화하는 효과를 제공한다.

도 1은 종래기술의 공기이 타이어(1)의 단면도이다.
도 2는 종래기술의 타이어(1)가 주행을 위한 회전에 의해 지면과 닿지 않는 부분(2)과 지면에 닿는 부분(3)이 반복적으로 나타나는 경우(3)의 비드부(40)의 상세 구성을 나타내는 비드부(40)의 단면도이다.
도 3은 종래기술의 비드부(40)의 카카스(50)와 러버채퍼(60)의 계면 파괴를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 공기입 타이어의 다중비드필러(143)로 구성되는 비드부(140)의 단면도이다.
도 5는 종래기술의 단일 종류의 비드필러가 적용된 비드부(A)와 본 발명의 실시예의 다중비드필러(143)가 적용된 비드부(140)(B)의 단면도(a), 변형에너지 등고선(b) 및 변형에너지 등고선의 색상 별 크기(c)를 나타내는 도면이다.
도 6은 종래기술의 단일 종류의 비드필러가 적용된 비드부(a)와 본 발명의 실시예의 다중비드필러(143)가 적용된 비드부(140)(b)에서 측정된 변형에너지 그래프이다.
도 7은 종래기술의 단일 종류의 비드필러가 적용된 비드부(a)와 본 발명의 실시예의 다중비드필러(143)가 적용된 비드부(140)(b)에서 측정된 하중 방향 변형 그래프이다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 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. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예의 공기입 타이어의 다중비드필러(143)로 구성되는 비드부(140)의 단면도이다.

도 1 및 도 4와 같이, 본 발명의 일 실시예의 공기입 타이어는 트레드부(10)와 숄더부(20)와 사이드월부(30) 및 비드부(140)를 포함하고, 상기 비드부(140)는, 비드코어(141)와, 상기 비드코어(141)를 감싼 후 턴업되어 중첩되는 카카스(50)와, 상기 카카스(50)의 외측 방향에 두 개 이상의 서로 다른 강성의 비드필러로 적층 형성되는 다중비드필러(143) 및 상기 다중비드필러(143)의 외측에 적층되는 러버채퍼(60)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 여기서 상기 카카스(50)의 외측 방향 등의 외측 방향은 차량에 장착된 타이어의 차량 양측으로 노출되는 면을 향하는 방향을 의미 한다.

상기 다중비드필러(143)는, 상기 카카스(50)의 외측에서 상기 사이드월부 끝단(31)에서 비드코어 외측 상부 카카스(55)까지 외측으로 순차적으로 적층되는 것에 의해 단면이 도 4와 같이 세로 방향으로 배치되도록 적층 형성될 수 있다.

또한 상기 다중비드필러(143)를 구성하는 서로 다른 비드필러들의 강성을 조절하는 것에 의해 상기 다중비드필러(143) 전체의 강성을 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다중비드필러(143)는 3개 이상으로도 구성될 수 있으나, 적층수를 최소화하도록 도 4와 같이 상기 카카스(50)의 외측의 상기 사이드월부 끝단(31)부터 비드코어 외측 상부 카카스(55)까지 외측 방향으로 순차적으로 적층되는 제1 비드필러(145)와 제2 비드필러(147)를 포함하여 구성될 수도 있다.

상기 제1 비드필러(145)의 강성은 10 내지 17 MPa 범위 이고, 상기 제2 비드필러(147)의 강성은 42 내지 50 MPa 범위일 수 있다.

상기 비드부(140)는, 상기 비드코어(141)의 상부에서 턴업되어 서로 대향되는 카카스(50)의 사이 영역에 비드필러가 없도록 구성될 수 있다.

상기 러버채퍼(60)는, 상기 다중비드필러(143)의 외측에서 사이드월부 끝단(31)에서 비드토우(145)까지 적층 형성될 수 있다.

상술한 본 발명의 실시예에 따른 다중비드필러(143)를 가지는 타이어의 비드부(140) 내부 파손 감소 성능의 측정을 위해, 표1의 조건을 가지는 다중비드필러(143)가 적용된 타이어를 이용한 유한 요소 해석 실험을 수행하였다.

도 5는 종래기술의 단일 종류의 비드필러가 적용된 비드부가 적용된 타이(A)와 본 발명의 실시예의 다중비드필러(143)가 적용된 타이어 비드부(140)(B)의 단면도(a), 변형에너지 등고선(b) 및 변형에너지 등고선의 색상 별 크기(c)를 나타내는 도면이고, 도 6은 종래기술의 단일 종류의 비드필러가 적용된 타이어의 비드부(a)와 본 발명의 실시예의 다중비드필러(143)가 적용된 타이어의 비드부(140)(b)에서 측정된 변형에너지 그래프이며, 도 7은 종래기술의 단일 종류의 비드필러가 적용된 비드부(a)와 본 발명의 실시예의 다중비드필러(143)가 적용된 비드부(140)(b)에서 측정된 하중 방향 변형 그래프이다.

도 5는 본 발명의 실시예의 타이어의 비드부(140) 내부의 변형 에너지 분포를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 림플랜지(7)와 닿는 변형이 가장 큰 부분에서 카카스 토핑 고무(53)에 변형 에너지가 집중된다. 그리고 본 발명의 실시예에 다중비드필러(143)가 적용된 타이어의 해석 결과(B)에서 알 수 있는 바와 같이, 종래 기술의 단일 비드필러가 적용된 타이어의 결과(A)와 대비하여 변형 에너지 수준이 낮고, 변형 에너지 집중도도 완화됨을 확인하였다.

도 6의 본 발명의 실시예에 다중비드필러(143)가 적용된 타이어의 해석 결과(B)와 종래 기술의 단일 비드필러가 적용된 타이어의 결과(A)의 대비에서와 같이, 본 발명의 다중비드필러(143)가 적용된 타이어(b)가 종래기술의 단일비드필러가 적용된 타이어(a)에 비해 최대 변형 에너지 값이 11% 감소되는 것을 확인하였다. 이 경우, 상기 제1 비드필러(145)의 강성을 조절하는 경우 추가적인 감소가 가능하다.

도 7은 본 발명의 다중비드필러(143)가 적용된 타이어(b)가 종래기술의 단일비드필러가 적용된 타이어(a)의 강성 수준을 확인하기 위해 하중 방향의 변형을 비교한 결과, 하중 방향의 변형은 약 0.52mm 차이가 나며 변형 증가 폭은 약 1.7% 감소한 것을 확인하였다.

상술한 구성의 본 발명의 실시예의 다중비드필러(143)는 승용차용 PCR 타이어, 레이싱카, 전기자동차 등 다양한 차량의 타이어에 적용될 수 있다.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

1: 공기입 타이어
2: 타이어가 지면과 닿은 경우 비드부 형상
3: 타이어가 지면에 닿지 않은 경우 비드부 형상
5: 림
7: 림플랜지
10: 트레드부
20: 숄더부
30: 사이드월부
31: 사이드월부 끝단
40, 140: 비드부
41, 141: 비드코어
43: 비드필러
50: 카카스
51: 카카스코드
53: 카카스토핑고무
55: 비드코어 외측 상부 카카스
60: 러버채퍼
70: 파손부
143: 다중 비드 필러
145: 제1비드필러
147: 제2비드필러

Claims (5)

1. 트레드부(10)와 숄더부(20)와 사이드월부(30) 및 비드부(140)를 포함하고,
   상기 비드부(140)는,
   비드코어(141)와, 상기 비드코어(141)를 감싼 후 턴업되어 중첩되는 카카스(50)와, 상기 카카스(50)의 외측 방향에 두 개 이상의 서로 다른 강성의 비드필러로 적층 형성되는 다중비드필러(143) 및 상기 다중비드필러(143)의 외측에 적층되는 러버채퍼(60)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다중비드필러를 가지는 공기입 타이어.
2. 제1항에 있어서, 상기 다중비드필러(143)는,
   상기 카카스(50)의 외측의 상기 사이드월부 끝단(31)부터 비드코어 외측 상부 카카스(55)까지 외측 방향으로 순차적으로 적층되어, 단면이 세로 방향으로 배치되도록 적층 형성 되는 것을 특징으로 하는 다중비드필러를 가지는 공기입 타이어.
3. 제1항에 있어서, 상기 다중비드필러(143)는,
   상기 카카스(50)의 외측에서 상기 사이드월부 끝단(31)에서 비드코어 외측 상부 카카스(55)까지 외측으로 순차적으로 적층되는 제1 비드필러(145)와 제2 비드필러(147)를 포함하여 구성 되는 것을 특징으로 하는 다중비드필러를 가지는 공기입 타이어.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 비드필러(145)의 강성은 10 내지 17 MPa 범위 이고, 상기 제2 비드필러(147)의 강성은 42 내지 50 MPa 범위인 것을 특징으로 하는 다중비드필러를 가지는 공기입 타이어.
5. 제1항에 있어서, 상기 비드부(140)는,
   상기 비드코어(141)의 상부에서 턴업되어 서로 대향되는 카카스(50)의 사이 영역에 비드필러가 없도록 구성 되는 것을 특징으로 하는 다중비드필러를 가지는 공기입 타이어.