KR100303104B1

KR100303104B1 - 비드의 질량이 감소된 타이어

Info

Publication number: KR100303104B1
Application number: KR1019950009030A
Authority: KR
Inventors: 에모리이.호지즈
Original assignee: 폴 겔리; 미쉐린 러쉐르슈 에 떼크니크 에스.에이.
Priority date: 1994-04-18
Filing date: 1995-04-18
Publication date: 2001-11-22
Anticipated expiration: 2015-04-18
Also published as: KR950031557A; JP3270273B2; DE69501282T2; HK1008737A1; EP0678404B1; CA2139478C; JPH07285305A; DE69501282D1; ES2112573T3; BR9501600A; US5526863A; CA2139478A1; EP0678404A1

Abstract

본 발명에 따른 공기식 래디얼 타이어는 감소된 비드 질량과 개선된 구름 저항을 갖는다. 이 타이어는 수직 방향의 하중을 지탱하고 타이어 내구성을 유지하는 타이어의 능력을 5%이하 정도로만 감소시키면서 상기 목적을 달성할 수 있다. 비드 영역은, 실질적으로 일정 두께 부분과 테이퍼 부분을 구비한 에이팩스 부분으로부터 반경 방향 외부로 연장하는 형상화된 비드 충전재를 갖는다. 외측 충전재 스트립은 비드 코어 근처의 림플랜지의 반경 방향 내부에 있는 지점으로부터 타이어의 중간 높이 근처의 지점까지 외부로 연장한다. 이로 인하여, 타이어는 더 작은 표준 구성 부품들을 갖지만 매우 효율적인 하중 지지 능력과 내구성을 갖게 된다. 일실시예로서 외측 충전재 스트립은 비드 충전재의 반경 이상으로 반경 방향 외부로 연장한다. 동일한 효과를 갖는 실시예로서, 비드 충전재는 외측 충전재 스트립의 반경 이상으로 반경 방향 외부로 연장한다. 전체 비드 질량은 15% 정도 감소되며, 본 발명에 따른 감소 비드 질량을 갖는 타이어에 있어서 구름 저항은 5% 정도 감소된다.

Description

비드의 질량이 감소된 타이어

제 1 도는 본 발명에 따른 차량용 래디얼 타이어의 절반을 도시한 단면도.

제 2 도는 종래의 타이어에서의 하부 측벽과 비드의 배열을 도시한 부분 단면도.

제 3 도는 본 발명의 한 실시예에 따른 타이어에서의 하부 측벽과 비드의 배열을 도시한 부분 단면도.

제 4 도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 타이어에서의 하부 측벽과 비드의 배열을 도시한 부분 단면도.

제 5 도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 타이어에서의 하부 측벽과 비드의 배열을 도시한 부분 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 타이어 12 : 트레드

20 : 비드 24 : 내측 충전재 부분

26 : 외측 충전재 스트립 60 : 카카스 플라이

70 : 림 80 : 벨트 패키지

[기술분야]

본 발명은 소형 및 중형 차량에 이용되는 공기식 래디얼 타이어(radia1 pneunutic tire)에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 하중 지지 능력(1oad supporting capability)에 거의 영향을 미치지 않고서도 비드 질량(bead mass)과 구름 저항(rolling resistance)을 감소시키기 위한 하부 측벽(lower sidewall)과 비드 영역을 설계하는 것에 관한 것이다.

[종래기술]

차량에서 소비되는 연료량을 절감하고자 하는 지속적인 관심에 따라 차량의 질량을 감소시킬 필요가 생졌다. 이러한 질량 감소는 타이어를 포함한 차량의 모든 부품들에 해당된다. 그러나 차량들은 이전보다 훨씬 더 빠르게 주행하고 더욱 무거운 하중을 지지하며 더 큰 속도하에서 코너링을 수행하고 있다. 따라서, 타이어의 질량 감소에 대한 필요성은 더욱 커졌지만, 동일 크기의 타이어에 대하여 이전의 지지 하중 이상을 지지해야 하는 필요성이 존재하게 되었다. 문제는 타이어의 질량 감소가 일반적으로 하중 지지 능력의 감소를 유발한다는 것이다. 또 다른 중요한 필요성으로서는 타이어의 구름 저항을 감소시키는 것이다. 구름 저항은 연료 소비에 직접 관련되고, 일반적으로 타이어의 질량이 감소함에 따라 구름 저항은 감소한다.

타이어에서 수년동안 질량 증가에 영향을 미쳐온 부분은 하부 측벽과 비드 영역이다. 비드들은 하중을 지면과 접촉하는 타이어의 접점으로부터 차량의 림으로 전달한다. 현재의 차량들은 그들의 힘과 기동성(maneuverability)으로 인하여 수직 및 측방향 하중을 타이어로부터 림에 더욱 효율적으로 전달할 필요성을 갖고 있다. 더 큰 하중을 지지하기 위해 그리고 더 효율적으로 지지하기 위해 보조 구성 부품들이 추가되는 것은 물론이고, 원래의 구성 부품들도 더욱 커짐으로써 측벽과 비드의 질량이 더욱 커진다. 더욱 커진 구성 부품들 중 하나는 비드 충전재(bead filler)이며, 또한 보조 구성 부품으로는 큰 외측 비드 충전재 스트립이 있다. 더욱 커지고 있는 비드 질량에 대한 이러한 경향은 미국특허 제 1,918,539 호와, 제 3,052,275 호와, 제 4,872,497 호와, 제 5,085,260 호에 의해 예시되어 있다.

미국특허 제 1,918,539 호는 감소된 타이어의 하중 지지력에 저항하기 위해 요구되는 더욱 작은 구조적인 구성 부품들로 인해 매우 작은 비드 질량을 갖는 타이어를 예시하고 있다. 비드 코어(bead core)는 이 비드 코어를 둘러싸고 있는 크로스 조직 직물 커버(cross-woven fabric cover)와, 코드 직물(cord fabric)로 된 중간층을 갖는다. 이 비드 코어는, 아마도 1931년의 타이어 하중 지지력의 경우에 적합했었을 것이다.

미국특허 제 3,052,275 호에는 비드에 추가되어야 할 보조 구성 부품들이 예시되어 있다. 각 비드의 주위에는 카카스 층(carcass layer)들이 고정되어 있으며, 각각의 비드 코어 위에는 에이팩스 충전재(apex filler)가 부가되고, 외측 충전 스트립도 또한 카카스 플라이(carcass ply)들의 외부에 부가되어 있다. 그러한 미국특허 제 3,052,275 호의 타이어는 1962년의 타이어 하중에 따른 비드에서의 플라이 이탈(ply separation)에 대한 저항을 개선한 것이었다.

미국특허 제 4,872,497 호에 기재된 타이어는 더욱 작은 에이팩스 충전재를 따라 비교적 큰 외측 충전재 스트립을 부가함으로써 비드 영역에서의 내구성을 개선한 것이었다. 에이팩스 충전재의 상대적인 크기는 1989년 특허에서의 차량의 림플랜지(rim flange)의 높이에 관련된다.

미국특허 제 5,085,260 호의 중형 래디얼 타이어는 비드 코어의 주위에서 턴 업(turn up)된 다수의 카카스 층들을 따라 배치된 좀 더 작은 에이팩스 충전재를 기재하고 있다. 림플랜지의 높이와 관련한 카카스 턴업부의 길이와 비드 코어의 위치가 비드를 보강하기 위해 이용된다. 각 카카스 층의 종단점들의 정확한 배치는 1992년 특허에서 중요하다.

비드들을 보강하고 내구성을 개선하기 위해 비드들에 흔히 부가되는 또 다른 구성 부품들은 미국특허 제 4,726,408 호와, 제 4,779,659 호와, 제 5,007,472 호에 기재되어 있다. 그러한 구성 부품들로는 비드 코어의 둘레의 부가적인 직물 보강 플라이(textile reinforced ply)와, 외측 충전재 스트립을 지지하기 위한 직물 보강 코드 층과, 다층 외측 충전재 스트립이 있다. 이 구성 부품들은 충분한 강도와 내구성을 갖는 비교적 작은 비드를 제공할 수 있게 한다. 그러나 이 구성 부품들은 제조하기에 매우 복잡한 비드 구조를 형성하며, 그들의 사용에 있어서 타이어의 균일성을 보장하기 위해 극도로 세심한 주의를 필요로 한다. 또한 적절한 강도와 내구성을 가지며 용이하게 제조할 수 있는 비교적 작은 비드를 가질 필요성은 여전히 남아 있다. 제조비의 절감을 위해 표준 구성 부품과 표준 제조 기술을 이용할 수 있는 능력이 중요하다.

타이어의 하부 측벽과 비드에서 표준 구성 부품들의 형태와 크기의 변화는 더 큰 힘과 모멘트에 견딜 수 있는 능력에 영향을 미칠 수 있다. 용이하게 변형할 수 있는 구성 부품들 중의 하나는 비드 충전재이다. 미국특허 제 4,640,329 호와, 제 4,766,940 호와, 제 5,048,584 호에서 비드 충전재는 측벽까지 반경 방향으로 연장되어 있다. 그러한 연장은 가로 방향 및 반경 방향으로 타이어의 하중 지지 능력을 개선시킨다.

미국특허 제 4,640,329 호의 오토바이용 타이어는 이 타이어의 측벽 부분까지 연장되어 있으며 두께가 점진적으로 감소된 경질 비드 충전재를 갖는다. 이 타이어는 가로 방향으로의 강성을 향상시킬 것이 요구되며 트레드의 그루브들에서는 크랙(crack)에 저항하여야 한다.

미국특허 제 4,766,940 호의 비드 충전재는 중간 측벽 단부 위치까지 연장되고 비드 코어로부터 그 단부위치까지 점진적으로 감소하는 두께를 갖는다. 보강코드를 포함하는 보조 층이 비드 충전재에 대해 밀접하게 부착되어 타이어의 조향 안정성(측방향 힘: the steering stability)을 향상시킨다. 또한 미국특허 제 5,048,584 호의 비드 충전재는 타이어의 중간 측벽 영역까지 반경 방향으로 연장되어 있다. 적어도 2세트 이상의 비드 보강층들이 부가되어 비드의 내구성을 향상시킨다. 또한 이 타이어에는 보강층들을 분할하기 위해 외측 충전재 스트립이 이용된다.

이러한 변화에도 불구하고, 동일 차량 하중을 지탱하는 능력을 해치지 않고도, 그리고 부가적인 보강층들이나 다른 비표준적 타이어 구성 부품들을 요구하지 않고도 질량을 줄일 수 있는 하부 측벽과 비드 구조를 가져야 할 필요성은 여전히 남아 있다. 또한 타이어의 구름 저항을 낮춰야 할 필요성도 공존한다. 이러한 필요성들은 제조 방법의 제한된 변화와 추가 비용을 최소화하면서 충족되어야 한다.

[발명의 개요]

본 발명의 목적은 타이어의 하중 지지 능력을 회생시키지 않고도 하부 측벽과 비드 영역으로부터 재료의 일부를 제거하여 타이어의 전체 질량을 감소시키기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 높은 에너지 소산 특성(energy dissipation characteristics)을 갖는 재료 부분을 제거함으로써 타이어의 구름 저항을 감소시키기 위한 것이다. 이것은 상술한 첫 번째 목적과 마찬가지로 타이어의 하부 측벽과 비드 영역에서 일부 구성 부품들을 위한 재료 특성을 보다 양호하게 선택하고 질량을 감소시킴으로써 이루어진다.

본 발명의 또 다른 목적은 비드 영역에 보조 구성 부품들을 추가함으로써, 그리고 구성 부품들의 크기를 증가시킴으로써 좀더 무거운 하중을 지탱하기 위해 타이어의 질량을 증가시키던 종래의 경향인 상술한 단점을 극복하기 위한 것이다.

본 발명의 타이어는 차량의 수직 작업을 통해 차량의 림위에 용이하게 장착된다. 이 타이어는 승용차와 경트럭 등올 포함하는 많은 차량에 대해 유용하다. 또한 이 타이어는 지면과 접촉하는 트레드 부분과 이 트레드를 지지하기 위해 트레드의 안쪽에 배치된 벨트 패키지(belt package)를 갖는다. 이 타이어는 벨트 패키지의 측단부로부터 반경 방향의 안쪽으로 각각 연장하는 한 쌍의 측벽부들을 갖는다. 한 쌍의 비드들은 각각 하나의 비드 코어를 가지며 각각의 측벽부의 반경 방향의 안쪽에 배치된다.

본 발명의 타이어는 또한 비드로부터 비드까지 연장하는 벨트 패키지의 안쪽에 배치된 외측 카카스 플라이도 갖는다. 외측 카카스 플라이는 각각의 비드 코어에 인접한 각 단부에서 종단된다. 내측 카카스는 외측 카카스 플라이의 안쪽에 배치되며 비드로부터 비드까지 연장한다. 내측 카카스 플라이의 각 단부는 각각의 비드 코어를 부분적으로 둘러싸고 림플랜지의 바깥쪽의 단부점까지 반경 방향 외부로 연장한다. 인너라이너 플라이(innerliner ply)는 타이어의 내측 카카스 플라이의 안쪽에 배치되며 타이어의 내면을 형성한다.

각 비드의 단일 비드 충전재 부분은 비드 코어의 반경 방향 바깥쪽에서 에이팩스 부분을 이루는 제 1 부분과, 이 에이팩스 부분의 반경 방향 바깥쪽에서 일정 두께 부분을 이루는 제 2 부분과, 이 일정 두께 부분의 반경 방향 바깥쪽에서 테이퍼 부분을 이루는 제 3 부분을 갖는다. 비드 충전재는 동일 비드 기준선(bead reference)으로부터 반경 방향 바깥쪽으로, 즉 이 비드 기준선으로부터 타이어의 반경 방향 높이의 적어도 30% 이상인 거리만큼 연장한다.

각 비드에서 타이어의 외측 충전재 스트립은 카카스 플라이들과 비드 충전재 부분의 바깥쪽에 축방향으로 배치되어 있다. 외측 충전재 스트립은 림플랜지의 반경 방향 안쪽에 있는 하단부점으로부터 비드 기준선의 반경 방향 바깥쪽에 있는 상단부점까지 반경 방향 바깥쪽으로 일정한 거리, 즉 비드 기준선으로부터 타이어의 반경 방향 높이의 적어도 40% 이상인 거리만큼 연장한다.

본 발명의 한 실시예의 구조상의 특징은 비드 충전재 부분이 비드 기준선으로부터 반경 방향으로 일정한 거리, 즉 카카스 턴업부의 반경 방향의 범위보다는 크고 외측 충전재 스트립의 반경 방향 범위보다는 작은 거리만큼 연장한다.

본 발명의 또 다른 실시예는 외측 충전재 스트립이 비드 기준선으로부터 일정 거리, 즉 카카스 턴업부의 반경 방향 범위보다는 크고 비드 충전재 부분의 반경 방향 범위보다는 작은 거리만큼 연장하는 구조를 갖는다.

본 발명의 상기 및 기타의 특징은 첨부한 도면과 다음의 상세한 설명을 통하여 당업자에게는 명백할 것이다.

제 1 도에는 본 발명에 따른 타이어가 도시되어 있다. 이 타이어(10)는 차량의 주행 중에 지면과 접촉하는 트레드(12)를 갖는다. 벨트 패키지(80)는 트레드의 지지를 보조하며 타이어(10) 상에 가해지는 수직 및 측방향 하중에 대해 저항한다. 두 개의 측벽 부분(40)은 타이어의 각 축방향 측부(82)에서 벨트 패키지(80)와 트레드(12)를 비드(20)와 연결한다. 제 1 도에서는 타이어(10)의 절반만이 타이어 원주상의 중간면(M:midcircumferential plane)에 관련해서 도시되어 있다. 림(70)상에 장착되었을 때의 타이어(10)는 회전축(A)의 둘레로 회전하여 지면 접촉시에 차량을 운동시키게 한다.

이 타이어는 비드 기준선(D) 위로 일정한 전체 높이(H)를 가지며, 비드 기준선은 회전축(A)으로부터 일정한 반경 방향 거리에 위치한 회전축에 대해 평행하다. 비드 코어(22)는 차량 운행 중에 림(70) 상에서 타이어의 지지를 보조한다. 비드 기준선(D)은 비드 코어(22)의 반경 방향으로 가장 안쪽에 위치한 표면에 대해 접해 있다.

내측 및 외측 반경 방향 카카스 플라이(60)는 한쪽 비드 코어(22)로부터 축 방향으로 이격된 다른쪽 비드 코어(도시 안됨)까지 축방향 및 반경 방향으로 연장한다. 외측 카카스 플라이는 비드 코어에 인접한 지점에서 종단되고, 내측 카카스 플라이는 비드 코어(22)를 부분적으로 둘러싸며, 비드 기준선(D) 위로 일정 반경 방향 거리(C)까지 턴업되어 있다. 인너라이너 플라이(14)는 타이어가 이 타이어의 내부 공동(15)속에 공기를 보유하는 것을 보조하며 타이어(10)의 내면(16)을 형성 한다. 각 카카스 플라이에서 평행 보강 부재들은 플라이들간에 서로 교차하고 타이어 원주상의 중간면(M)으로부터 약 75도 내지 90도의 각도로 반경 방향으로 배치되어 있다. 카카스 보강 부재들은 당업계에서 표준 금속 물질이나 직물로 되어 있다.

본 발명에 따른, 비드의 질량이 감소된 타이어를 얻기 위해 필요한 두 개의 중요 구성 부품들은 비드 충전재 부분(24)과 외측 충전재 스트립(26)이다. 비드 충전재 부분(24)은 본 발명의 목적을 달성하기 위해 두께가 감소된 단일 형상 구성 부품이다. 외측 충전재 스트립(26)은 타이어내에서 타이어의 하중 지지 능력을 회생시키지 않는 형태와 위치를 갖는다. 이 주요 구성 부품의 좀 더 상세한 설명은 본 명세서의 다음 부분에서 이루어질 것이다.

구름 저항은 타이어가 지면과 접촉하면서 굴러갈 때, 타이어의 모든 구성 부품들의 응력-변형률 사이클 당 에너지 손실에 대해 직접적으로 관련이 있다. 이 주기적 에너지 손실과 이에 따른 구름 저항은, 그러한 에너지 손실에 관련된 질량을 감소시킴으로써, 그리고 낮은 에너지 손실 특성을 갖는 물질을 타이어에 이용함으로써 감소될 수 있다. 본 발명의 타이어(10)의 구름 저항의 감소는 하부 측벽과 비드 영역에서의 전체 질량을 감소시킴으로써 이루어진다. 구름 저항을 감소시키기 위한 재료 특성의 선택에 관한 것도 본 발명의 범위내에 해당한다. 비드 충전재 부분(24)과 외측 충전재 스트립(26)의 최적의 재료 특성은 타이어의 자유 구름(낮은 구름 저항)을 억제하는 더욱 작은 저항력을 얻음에 있어서 필수적이다. 그러한 두 곳의 구성 부품들의 성질을 이하에 기재한다.

본 발명의 타이어(10)에 포함되어 있는 구성 부품들에 사용되는 여러 가지 재료들이 당업계에 공지되어 있다. 트레드(12)는 마모와 마멸 및 노화에 대해 내구성이 있고 응력 사이클동안 에너지 손실이 상당히 낮은 고무 트레드 합성물로 이루어진다. 벨트 패키지(80)는 플라이들간에 서로 교차하는 각각의 플라이에서 평행 보강 부재들을 구비한 적어도 2개 이상의 벨트 플라이들을 갖는다. 벨트 보강 부재들은 당업계에서 표준 금속 물질이나 직물로 이루어질 수 있다. 측벽 고무(44)와 인너라이너 플라이(14)도 당업계에서 적절한 임의의 물질로 이루어질 수 있다. 비드 코어(22)는 림(70) 상에 얹혀 있는 타이어(10)를 유지하기 위해 림의 둘레로 연장하고 타이어의 후프내에 원주 방향으로 배치된 케이블이나 한 묶음의 와이어들인 강철 재료로 이루어진다. 비드 시트 고무(21)는 림(70)과 접촉하는 경계부를 제공하고 당업계에서 적절한 표준 비드 시트 물질로 이루어진다. 그러한 비드 시트 고무는 측벽의 하부내에 반경 방향 바깥쪽으로 연장하고 비드 코어(22)의 축방향의 내부에 있는 인너라이너 플라이(14)와 경계를 이룬다. 또한, 비드 시트 고무(21)는 특정 위치 요건을 위해 각각 공지되어 있는 고무 성분들의 조합물일 수도 있다.

본 발명의 하부 측벽과 비드 영역들은 제 2 도에 도시된 종래 타이어의 하부 측벽과 비드 영역을 대체한 것이다. 이러한 종래의 타이어(30)는 경트럭에 사용되며, 하중 지지를 돕기 위해 표준 구성 부품들에 비드 플리퍼(38:bead flipper)가 추가되어 있다. 두 개의 카카스 플라이(60)는 에이팩스 비드 충전재(34)에서 분할되어 에이팩스 충전재(34)의 축방향 양 측부에서 반경 방향 내부로 연장한다. 내측 카카스 플라이는 비드 코어(32)의 둘레로 턴업되고 비드 기준선(D)으로부터 일정 거리(CP)만큼 반경 방향 외부로 연장한다. 에이팩스 충전재(34)는 비드 기준선(D)으로부터 일정 거리(FD)만큼 반경 방향 외부로 연장한다. 또한, 이러한 종래의 타이어(30)는 차량으로부터의 하중을 지지하기 위해 외측 충전재 스트립(36)이 요구되기도 한다.

제 3 도와 제 4 도는 본 발명의 타이어의 비드 질량이 종래의 타이어(30)와 어떻게 비교되는지를 도시한다. 비교를 위해, 내면(18)은 제 2 도에 도시된 바와 같은 종래의 타이어(30)보다 큰 외피(envelope)를 제시한다.

제 3 도에는 본 발명의 일실시예에 따른 타이어의 좀 더 작은 하부 측벽과 비드 영역을 도시한다. 외측 카카스 플라이(62)는 비드 충전재 부분(24)의 안쪽에 반경 방향 내부로 연장하고, 비드 코어(22)에 인접해서 종단된다. 내측 카카스 플라이(64)는 비드 충전재 부분(24)의 안쪽에 반경 방향 내부로 연장하고 비드 코어(22)를 부분적으로 에워싸도록 그 둘레에 감겨 있으며 비드 충전재 부분(24)의 외부에서 턴업되어 있다. 카카스 플라이 턴업부(66)는 단부점(67)으로부터 일정 거리(C)만큼 비드 기준선(D)의 반경 방향 외부로 연장한다. 바람직한 거리(C)는 종래 타이어(제 2 도)의 거리(CP)와 거의 동일하게 결정된다. 단부점(67)에 대한 바람직한 거리(C)는 타이어 높이(H : 제 1 도)의 약 25%이다.

본 발명에 따른 타이어(10)의 비드 충전재 부분(24)은 3개의 상이한 부분들을 갖는다. 비드 충전재 부분(24)은 에이팩스 부분인 제 1 부분(241)과, 거의 일정한 두께를 갖는 부분인 제 2 부분(242)과, 테이퍼진 부분인 제 3 부분(243)을 갖는 단일 구성 부품(a single component)이다. 에이팩스 부분인 제 1 부분(241)은 비드 기준선으로부터 반경 방향 외부로 일정 거리(Fl)만큼 연장한다. 이 거리(F1)는 타이어(10)의 반경 방향 높이(H : 제 1 도)의 10 내지 15% 범위내에 있으면 양호하다. 거의 일정한 두께를 갖는 부분(242)인 제 2 부분은 비드 기준선(D)으로부터 반경 방향 외부로 일정 거리(F2)만큼 연장한다. 거의 일정한 두께를 갖는 부분(242)의 반경 방향 범위, 즉 길이는 F2-F1이다. 테이퍼 부분인 제 3 부분(243)은 단부점(25)에 대해 비드 기준선(D)으로부터 일정한 거리(F)만큼 반경 방향의 바깥쪽으로 연장한다. 테이퍼 부분인 제 2 부분(243)의 반경 방향 범위, 즉 길이는 F-F2 이다. 거의 일정한 두께를 갖는 부분인 제 2 부분(242)의 반경 방향 길이(F2-F1)는 비드 충전재 부분(24)의 반경 방향 길이(F)의 약 30% 내지 약 45%의 범위내에 있다. 비드 기준선(D)으로부터 일정 거리(F)에 있는 비드 충전재 부분(24)의 반경 방향 길이를 위한 바람직한 범위는 적어도 30% 이상이지만 타이어(10)의 반경 방향 높이(H)의 약 50%이하이다. 그러한 반경 방향 길이(F)가 반경 방향 높이(H)의 약 45%이면 양호하다.

비드 충전재 부분(24)에서 일정 두께 부분인 제 2 부분(242)의 두께(T)는 비드 질량이 감소되어도 적절한 강도를 제공하도록 선택된다. 타이어(10) 제작을 위해 사용되는 재료의 허용 응력 범위를 초과하지 않고도 양호한 강성을 얻기 위해 본 발명에 따른 타이어의 컴퓨터 모델링이 사용된다. 이 모델들은 실제 시험에 의해 검증된다. 일정 두께 부분(242)을 위해 산출된 최적의 두께(T)는 약 0.60mm 내지 약 1.60mm의 범위내이며, 예를 들어 LT 225/75R16 타이어의 크기를 위한 최적치는 0.80mm이다.

제 3 도에는 본 발명의 타이어(10)에서 중요한 외측 충전재 스트립(26)이 도시되어 있다. 이 외측 충전재 스트립(26)의 위치 및 반경 방향의 크기는 차량 하중을 지탱하기 위해 타이어의 하부 측벽과 비드에 대해 필요한 구조적 지지부를 제공하도록 결정된다. 외측 충전재 스트립(26)은 단부점(28)으로부터 림(70: 제 1 도)의 플랜지(72)의 반경 방향 내부로, 그리고 상단부점(27)에 대해 반경 방향 외부로 연장한다. 비드 기준선(D)으로부터 상단부점(27)의 반경 방향 길이(L)는 비드 기준선(D)으로부터 타이어의 높이(H)의 약 65% 정도이다. 비드 기준선(D)으로 부터 외측 충전재 스트립(26)의 바람직한 외측 반경 방향 길이(L)는 타이어(10)의 높이(H)의 약 50%이다.

비드 충전재 부분(24)의 단부점(25)의 상대적 반경 방향 위치는 카카스 플라이 턴업부(66)의 단부점(67)의 반경 방향 외부와, 외측 충전재 스트립(26)의 상단 부점(27)의 반경 방향 내부에 있다. 단부점(25,67,27)들을 분리하는 반경 방향의 거리는 본 발명의 타이어(10)에 있어서는 적어도 5mm이상이다.

비드 충전재 부분(24)과 외측 충전재 스트립(26)은 비교적 단단한 고무 합성물로 만들어진다. 타이어의 반경 방향 및 측방향 강성은 비드 충전재 부분(24)과 외측 충전재 스트립(26)을 위한 비교적 높은 탄성 계수를 갖는 물질에 의해 증가된다. 비드 충전재 부분(24)과 외측 충전재 스트립(26)의 물질을 위한 100% 단위 변형률에서의 탄성 계수가 약 10 MPa 정도로 높은 값이면 타이어의 강성을 향상시키기 위해 이용될 수 있다. 이 물질은 약 95 정도의 쇼어경도(shore A hardness)를 갖는다. 타이어(10)에 있어서 강성뿐만 아니라 승차감과 조작성의 인자들도 중요하다. 그러므로, 비드 충전재 부분(24)과 외측 충전재 스트립(26) 물질에 있어서의 100% 단위 변형률에서의 탄성 계수가 약 4 MPa 정도로 낮은 값이면 강성과 승차감 및 조작성간에 균형을 얻을 수 있도록 이용될 수 있다. 이러한 낮은 탄성 계수를 갖는 물질은 약 75 정도의 쇼어경도를 갖는다.

본 발명의 타이어(10)의 또 다른 실시예가 제 4 도에 도시되어 있다. 그러한 실시예는 외측 카카스 플라이(62)의 위치를 제외하고는 제 3 도에 도시된 실시예와 유사하다. 이 실시예에서는 외측 카카스 플라이(62)가 비드 충전재 부분(24)의 축방향의 최외측과 내측 카카스 플라이 턴업부(66)에 배치된다. 외측 카카스 플라이는 비드 코어의 축방향의 최외측에 있는 비드 코어(22)에 인접한 단부점(69)에 대해 반경 방향 내부로 연장한다. 외측 카카스 플라이(62)의 중간 부분(68)은 비드 충전재 부분(24)의 반경 방향 최외각 부분(244)과 접촉하고 있다. 이 실시예는 여기에 포함된 일례에서 알 수 있는 바와 같이 제 3 도에 도시된 실시예와 거의 동일한 성능을 갖는다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는 제 5 도에 도시된 바와 같이 비드 충전재 부분(24)의 외부로 반경 방향 길이가 외측 충전재 스트립(26)의 외부로 반경 방향 길이보다 더 크다. 기본적으로, 이 두 개의 구성 부품들, 즉 비드 충전재 부분(24)과 외측 충전재 스트립(26)의 반경 방향 길이는 본 발명의 타이어(10)로 도시된 다른 실시예에 비해서 이 실시예에서는 서로 바뀌어 있다. 외측 카카스 플라이(62)는 본 실시예에서는 비드 충전재 부분(24)의 안쪽에 반경 방향 내부로 연장하고 비드 코어(22)에 인접한 단부점(63)에서 종단된다. 내측 카카스 플라이(64)는 비드 충전재 부분(24)의 안쪽에 반경 방향 내부로 연장하고 비드 코어(22)의 둘레에 부분적으로 감겨 있다. 내측 카카스 플라이(64)는 비드 기준선(D)으로부터 반경 방향 외부로 일정 거리(C)에 있는 단부점(67)까지 연장하는 턴업부(66)를 갖는다. 단부점(67)까지의 바람직한 거리(C)는 타이어의 높이(H: 제 1 도)의 약 25%이다.

또한, 제 5 도에 도시된 실시예에서의 비드 충전재 부분(24)도 에이팩스 부분인 제 1 부분(241)과, 거의 일정한 두께를 갖는 부분인 제 2 부분(242)과, 테이퍼 부분인 제 3 부분(243)으로 된 3부분을 갖는다. 제 1 부분(241)의 반경 방향 외부 거리(F1)는 비드 기준선(D)으로부터 타이어(90)의 외부로 반경 방향 높이(H)의 약 10% 내지 약 15%이다. 제 2 부분(242)은 반경 방향 외부로 일정 거리(F2)만큼 연장하고, 반경 방향 길이(F2-Fl)는 비드 기준선(D)으로부터의 비드 충전재 부분(24)의 반경 방향 전장(F)의 약 50% 내지 약 65%의 범위내에 있다. 비드 충전재 부분(24)의 반경 방향 전장(F)은 타이어(90)의 반경 방향 높이(H)의 40%이상이고 65%이하이다. 비드 충전재 부분(24)의 반경 방향 전장(F)이 타이어 높이(H)의 약 50% 이면 양호하다. 테이퍼 부분인 제 3 부분(243)은 반경 방향 외부로 단부점(25)을 향해 가면서 두께가 감소한다.

일정 두께 부분인 제 2 부분(242)의 두께(T)는 약 0.60mm 내지 1.60mm의 범위내에 있다. 가장 양호한 두께(T)는 약 0.80mm이다.

제 5 도에 도시된 외측 충전재 스트립(26)은 비드 기준선(D)으로부터 반경 방향으로 일정 길이(L)만큼 반경 방향 외부로 상단부점(27)까지 연장한다. 본 실시예에 있어서 상기 길이(L)는 타이어 높이(H:제 1 도)의 30%이상이고 50%이하이다. 가장 양호한 길이(L)는 타이어 높이(H)의 약 45%이다. 외측 충전재 스트립(26)의 하단부점(28)은 림(70)의 플랜지(72)의 반경 방향 내부에 있다. 본 실시예에 따른 타이어(90)의 또 다른 구성 부품은 제 1 도와 제 3 도에 도시된 타이어(10)에서와 거의 동일하다. 제 5 도에 도시된 실시에는 거의 일정한 두께를 갖는 부분인 제 2 부분(242)이 연장된 비드 충전재 부분(24)과 또 다른 하중 상태에 잘견딜 수 있거나 또 다른 타이어 크기에 좀 더 적합해질 수 있게 반경 방향으로 길이가 거의 동일하게 감소된 외측 충전재 스트립(26)을 갖는다.

여기에서 설명된 본 발명에 따른 타이어는 종래의 타이어보다 훨씬 작은 질량의 비드를 갖는다. 제 3 도의 점선은 본 발명의 타이어(10)의 내면에 대한 제 2 도의 종래 타이어(30)의 내면(18)의 상대적 위치를 도시한다. 종래 타이어(30)의 내면(18)을 본 발명의 타이어(10)의 내면(16)에 대해 도시한 제 4 도에 도시된 타이어의 실시예에서도 등일한 비교가 이루어질 수 있다. 제 3 도와 제 4 도에 도시한 바와 같이 하부 측벽과 비드 영역의 전체 질량의 감소는 15% 정도까지 이루어질 수 있다. 이 정도의 큰 감소는 타이어 산업에서는 대단한 것이다.

[실시예]

제 2 도(종래 실시예) 및 제 3 도와 제 4 도(본 발명의 실시예)에 도시한 바와 같은 타이어들을 제조하고, 이 타이어들을 측정 및 테스트하여 상대적 질량과, 구름 저항과, 반경 방향 강성과, 코너링 강성(cornering stiffness)과, 동적 탄성률(dynamic spring rate)과, 고속 내구성(high speed endurance)과, 승차감 및 조작성을 결정한다. 각각의 테스트를 위해, 미국 오하이오주 코플레이에 소재하는 타이어와 림을 위한 협의체(T＆RA)에 의해 결정된 표준 LT 225/75R16 크기를 갖는 경트럭용 타이어를 선택한다. 타이어 A는 제 2 도에 도시된 구조를 갖는 종래 실시예의 타이어이다. 타이어 B는 제 3 도에 도시된 타이어이고 타이어 C는 제 4 도에 도시된 타이어이다. 다음 표는 각각의 특성이나 성능의 기준치를 100 으로 한 종래 타이어에 비교한 것이다. 외측 충전재 스트립(26,36) 뿐만 아니라 비드 총전재 부분(24,34)의 탄성 게수도 100% 단위 변형률에서 4.6 MPa이고 쇼어경도는 예시적 테스트 타이어들에 있어서 78이다.

상기 표는 본 발명의 타이어 B와 타이어 C에서 4 내지 5%의 질량 감소가 있음을 알 수 있다. 구름 저항은 본 발명의 타이어 B와 타이어 C에서 3% 감소된다. 구름 저항은 경트럭의 경우에 1%정도의 연료 절감 효과를 낼 수 있다. 차량으로부터의 반경 방향 및 측방향(코너링시) 하중을 지탱하기 위한 본 발명의 타이어 B와 타이어 C의 능력은 경도값에서 단지 3 내지 5%정도의 감소만 있음이 확인된다. 동적 탄성률의 비교에서도 같은 결과가 얻어진다. 본 발명의 타이어 B와 타이어 C의 내구성은 고속 내구성의 비교에 의해 측정되었으며 그것은 2 내지 5%의 감소를 보인다. 그러한 요소들에서 단지 2 내지 5%의 감소만 측정된 것은 타이어 산업의 대부분의 용도에서 대단하지 않다. 그러므로, 하중 지지 능력 및 내구성이나 성능을 거의 희생시키지 않는 것으로 확인되었다. 다른 크기의 타이어에서 실시된 유사한 시험도 그러한 희생없이 개선이 이루어짐을 나타냈다. 제 5 도의 타이어의 실시예도 시험되었고 비교용 타이어 A에 비해서 거의 대등한 경도와 내구성 및 승차감이나 조작성을 가지면서 질량과 구름 저항의 측면에서의 유사한 개선 효과를 보였다.

질량과 구름 저항의 크기에서의 상대적 변화들은 강성과 내구성 크기의 상대적 변화(3% 내지 5%)와 거의 같다. 이러한 퍼센트 변화는 당업계에서 달성하기 어려운 것으로 알려져 있고 경제적 차량 운행(연료소모율)이라는 측면에서 매우 중요한 것이다. 본 발명에 따른 타이어의 강성 및 고속 한계(내구성)에서의 3 내지 5%의 감소는 대부분의 운전자들에게 감지되지 않을 것이다. 실제로, 일부 운전자들은 반경 방향의 강성 감소에 기인한 승차감의 변화를 선호할 수도 있다.

타이어 C(제 4 도)의 승차감과 조작성은 비교예인 타이어 A(제 2 도)보다 다소 양호하다. 선택적으로, 타이어 B(제 3 도)의 승차감과 조작성은 비교예인 타이어 A보다 다소 열악하다. 3개의 타이어(A, B, C) 모두의 상대적 성능에서 승차감과 조작성은 거의 같다.

당업계의 기술자는 상술한 본 발명의 바람직한 실시예로부터 개선과 변형이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그러한 개선과 변형은 청구범위의 범위를 벗어나지 않는다.

Claims

차량의 림(rim)상에 장착하기 위한타이어에 있어서, 지면에 접촉하는 트레드(tread) 부분과, 상기 트레드 부분보다 안쪽에 배치되어 이 트레드 부분을 지지하는 벨트 패키지(belt package)와, 상기 벨트 패키지의 측부 가장자리로부터 반경 방향 내부로 각각 연장하는 한 쌍의 측벽 부분과, 상기 각 측벽 부분의 반경 방향 내부에 배치되고 비드 코어(bead core)를 각각 갖는 한 쌍의 비드와, 상기 벨트 패키지의 내부에 위치되며, 비드로부터 비드까지 연장하여 각 단부가 각각의 비드 코어에 인접해서 종단되는 외측 카카스 플라이(outer carcass ply)와, 상기 외측 카카스 플라이의 내부에 위치되며, 비드로부터 비드까지 연장하여 각 단부가 각 비드 코어를 부분적으로 둘러싸며 림플랜지의 반경 방향 외부에 위치된 단부점까지 반경 방향 외부로 연장하는 카카스 턴업부(turn-up portion)를 갖는 내측 카카스 플라이와, 상기 타이어의 내면을 형성하는 내측 카카스 플라이의 내부에 배치된 인너라이너 플라아(innerliner ply)와, 상기 비드 코어의 반경 방향 외부에 있는 에이팩스 부분(apex part)인 제 1 부분과, 상기 에이팩스 부분의 반경 방향 외부에 있으며 거의 일정한 두께를 갖는 부분인 제 2 부분과, 상기 일정 두께 부분의 반경 방향 외부에 있는 테이퍼 부분(tapered part)인 제 3 부분을 각각 가지며, 타이어의 반경 방향 높이의 적어도 30%의 거리에 걸쳐 비드 기준선으로부터 반경 방향 외부로 연장하는 비드의 단일 비드 충전재 부분(single filler portion)과, 상기 카카스 플라이들과 비드 충전재 부분의 축방향 외부에 위치되며, 림플랜지의 반경 방향 내부에 있는 하단부점으로부터 타이어 반경 방향 높이의 적어도 40%의 거리에 걸쳐 비드 기준선의 반경 방향 외부에 놓인 상단부점까지 반경 방향 외부로 연장하는 외측 충전재 스트립(outer filler strip)을 포함하는 타이어.
제 1 항에 있어서, 상기 비드 충전재 부분은, 외측 충전재 스트립의 길이보다 작고 카카스 턴업부들의 길이보다 길게 비드 기준선으로부터 반경 방향으로 연장하는 타이어.
제 2 항에 있어서, 상기 비드 충전재 부분은, 타이어의 반경 방향 높이의 약 50% 정도에 걸쳐 단부점까지 비드 기준선 위로 반경 방향으로 연장하는 타이어.
제 2 항에 있어서, 상기 각 외측 충전재 스트립의 상단부점은, 타이어의 반경 방향 높이의 약 65% 정도에 걸쳐 반경 방향으로 비드 기준선 위로 연장하는 타이어.
제 1 항에 있어서, 상기 각 비드 충전재 부분에서 일정 두께를 갖는 제 2 부분은, 비드 충전재 부분이 비드 기준선 위로 연장하는 전체 반경 방향 길이의 약 30 내지 약 45%인 반경 방향 길이를 갖는 타이어.
제 1항에 있어서, 상기 각 비드 충전재 부분에서 일정 두께를 갖는 제 2 부분의 두께는 약 0.60mm 내지 약 1.60mm의 범위내에 있는 타이어.
제 6 항에 있어서, 상기 각 비드 충전재 부분에서 일정 두께를 갖는 제 2 부분의 두께는 약 0.80mm인 타이어.
제 1 항에 있어서, 상기 비드 충전재 부분들은, 약 4 내지 10 MPa 범위의 100% 단위 변형률에서의 탄성 계수와 약 75 내지 95 범위의 쇼어경도(shore A hardness)를 갖는 고무 물질로 이루어진 타이어.
제 1 항에 있어서, 상기 외측 충전재 스트립들은, 약 4 내지 10 MPa 범위의 100% 단위 변형률에서의 탄성 계수와 약 75 내지 95 범위의 쇼어경도를 갖는 고무 물질로 이루어지는 타이어.
제 1 항에 있어서, 상기 외측 카카스 플라이는, 각 측벽과 비드에서 비드 충전재 부분과 접촉하고 이 비드 충전재 부분의 내부에 축방향으로 배치되는 타이어.
제 1 항에 있어서, 상기 외측 카카스 플라이는, 각 측벽과 비드에서 카카스 턴업부 및 비드 충전재 부분과 접촉하고, 이 비드 충전재 부분의 외부에 배치되는 타이어.
승용차의 림상에 장착하기 위한 타이어에 있어서, 지면에 접촉하는 트레드 부분과, 상기 트레드 부분보다 안쪽에 배치되어 이 트레드 부분을 지지하는 벨트 패키지와, 상기 벨트 패키지의 측부 가장자리로부터 반경 방향 내부로 각각 연장하는 한 쌍의 측벽 부분과, 상기 각 측벽 부분의 반경 방향 내부에 배치되고, 비드 코어를 각각 갖는 한 쌍의 비드와, 상기 벨트 패키지의 내부에 위치되며, 비드로부터 비드까지 연장하여 각 단부가 각각의 비드 코어에 인접해서 종단되는 외측 카카스 플라이와, 상기 외측 카카스 플라이의 내부에 위치되며, 비드로부터 비드까지 연장하여 각 단부가 각 비드 코어를 부분적으로 둘러싸며 림플랜지의 반경 방향 외부에 위치된 단부점까지 반경 방향 외부로 연장하는 카카스 턴업부를 갖는 내측 카카스 플라이와, 상기 타이어의 내면을 형성하는 내측 카카스 플라이의 내부에 배치된 인너라이너 플라이와, 상기 비드 코어의 반경 방향 외부에 있는 에이팩스 부분인 제 1 부분과, 상기 에이팩스 부분의 반경 방향 외부에 있으며 거의 일겅한 두께를 갗는 부분인 제 2 부분과, 상기 일정 두께 부분의 반경 방향 외부에 있는 테이퍼 부분인 제 3 부분을 가지며, 타이어의 반경 방향 높이의 적어도 40%의 거리에 걸쳐 비드 기준선으로부터 반경 방향 외부로 연장하는 각 비드와 측벽의 단일 비드 충전재 부분과, 상기 카카스 플라이들과 비드 충전재 부분의 축방향 외부에 각각 위치되며, 림플랜지의 반경 방향 내부에 있는 하단부점으로부터 타이어 반경 방향 높이의 적어도 30%의 거리에 걸쳐 비드 기준선의 반경 방향 외부에 놓인 상단부점까지 반경 방향 외부로 연장하는 한 쌍의 외측 충전재 스트립을 포함하는 타이어.
제 12 항에 있어서, 상기 외측 충전재 스트립은, 비드 충전재 부분의 길이보다 작고 카카스 턴업부들의 길이보다 길게 비드 기준선으로부터의 반경 방향으로 연장하는 타이어.
제 13 항에 있어서, 상기 비드 충전재 부분은, 타이어의 반경 방향 높이의 약 65% 정도에 걸쳐 단부점까지 비드 기준선 위로 반경 방향으로 연장하는 타이어.
제 13 항에 있어서, 상기 각 외측 충전재 스트립의 상단부점은, 타이어의 반경 방향 높이의 약 50% 정도에 걸쳐 비드 기준선 위로 반경 방향으로 연장하는

것을 특징으로 하는 타이어.
제 12 항에 있어서, 상기 각 비드 충전재 부분에서 일정 두께를 갖는 제 2 부분은, 비드 충전재 부분이 비드 기준선 위로 연장하는 전체 반경 방향 길이의 약 50 내지 약 65%인 반경 방향 길이를 갖는 타이어.
제 12 항에 있어서, 상기 각 비드 충전재 부분에서 일정 두께를 갖는 제 2 부분의 두께는 약 0.60mm 내지 약 1.60mm의 범위내에 있는 타이어.
제 17 항에 있어서, 상기 각 비드 총전재 부분에서 일정 두께를 갖는 제 2 부분의 두께는 약 0.80mm인 타이어.