KR101375379B1 - 듀얼 벨트 코드 각을 갖는 공기입 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 이중 벨트 각을 적용하여 응력이 집중되는 숄더부의 강성을 높이고, 승차감, 조종안정성을 높이고, 소음을 저감할 수 있는 등, 성능을 유지하면서 내구 성능을 개선한 듀얼 벨트 코드 각을 갖는 공기입 타이어에 관한 것으로서, 상세하게는, 차량의 캠버 각에 따라, 이중 벨트 각을 적용하여 타이어의 내구 성능을 향상시킨 듀얼 벨트 코드 각을 갖는 공기입 타이어에 관한 것이다.

Description

듀얼 벨트 코드 각을 갖는 공기입 타이어{pneumatic tire with dual belt cord angle}

본 발명은 공기입 타이어에 관한 것으로서, 상세하게는, 이중 벨트 각을 적용하여, 응력이 집중되는 숄더부의 강성을 높이고, 승차감, 조종안정성을 높이고, 소음을 저감할 수 있는 등, 타이어의 여러 가지 성능을 유지하면서 내구 성능을 개선한 듀얼 벨트 코드 각을 갖는 공기입 타이어에 관한 것이다.

더 구체적으로, 본 발명은 차량의 캠버 각(camber angle)에 따라 이중 벨트 각을 적용하여 타이어의 내구 성능을 향상시키되, 타이어 원주방향의 중심선을 기준으로 제1 벨트의 각(α, β)과 제2 벨트의 각(α, β)은 같고, 방향은 서로 반대로 되어 대칭을 이루는 듀얼 벨트 코드 각을 갖는 공기입 타이어에 관한 것이다.

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

이러한 작용은 타이어의 엘라스토머 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 디자인되어야 한다.

이러한 특성은 또한, 타이어가 비정상적인 운전 조건, 즉, 타이어가 최적 도로면 이하에서 과도한 속도로 구동될 때나, 주변 온도가 혹서 또는 혹한에 이를 때에도 유지되어야만 한다.

타이어의 성능은, 타이어 구조의 몇 가지 특징에 의존한다.

타이어의 기계적인 특징 중 하나로서, 타이어 트레드 밴드 상에 제공된 트레드 패턴을 들 수가 있다.

트레드 패턴은, 트레드 밴드를 원주방향과 횡단방향 양방향으로 교차시키고 트레드 밴드에서 별개의 고형 블록과 리브를 한정하는 일련의 그루브로 이루어져 있다.

이러한 블록과 리브는 특정한 패턴을 형성할 수 있도록 배치된다. 또한, 이 패턴은 주행 환경, 즉, 건조한 도로와 습한 도로 또는 설상 또는 빙판 조건에서 최적의 운전 안전성을 보장할 수 있어야 한다.

이를 위해, 트레드 아래에는, 강성이 큰 스틸 코드가 일정 각도로 배치된 벨트가 놓이는데, 이때의 벨트 각(엄밀하게는 벨트 코드 각)은, 타이어의 직진성, 횡방향 스프링 강성 등의 특성에 영향을 미치므로, 타이어 설계 및 제조상 중요한 설계요소이다.

종래의 타이어 벨트의 중심부 각도는 22° 내지 28°이고, 양 끝단의 각도는 타이어 원주방향의 센터 라인을 중심으로 10° 내지 16° 사이를 유지하고 있다(특허문헌 1 참조). 통상적으로, 이러한 벨트 각을 줄이면, 단위길이당 코드 수가 늘어, 타이어의 강성이 커지게 된다.

로드 노이즈(road noise)는, 거친 노면을 주행할 때 생기는 노면과 차량 바퀴(예를 들면 타이어) 사이의 마찰음 또는 충격음으로서, 모든 속도에서 발생하며, 등속 또는 감속으로, 가능한 한 주변 소음을 차단하여 시험하며, 소음의 크기와 음색의 차이 정도를 평가한다.

로드 노이즈는, 거친 노면 주행시, 트레드부에서 사이드월부, 사이드월부에서 차량 서스펜션(suspension)을 타고 전달되는 구조적인 소음인데, 숄더부의 강성이 커지면, 트레드부에서 사이드월부로 전달되는 진동이 커져, 타이어의 캐비티 레저넌스(Resonance)를 증폭시키므로, 로드 노이즈에 불리할 수밖에 없다. 즉, 벨트 코드 각이 감소하여 단위길이당 코드 수가 증가하면, 타이어 강성은 커지지만, 로드 노이즈도 커져 승차감이 떨어지는 것이다.

또, 종래에는 대다수 차량의 캠버 각이 (+)이기 때문에, 차량 하중이나 선회시의 응력이 외측 숄더부에 집중되어 타이어 블록의 강성을 높게 설계하는 것이 일반적이다. 하지만, 최근에는 마이너스 캠버 각이 적용된 고출력의 수입 차량 및 국산 대형 차량의 증가로 인해, 타이어 내구 성능이 중요하게 여겨지며, 특히 문제가 되는 부분이 차량 내측 숄더부의 응력 집중 현상이다.

벨트는 스틸 코드(Steel Cord)에 접착성과 내발열성이 강한 고무를 압연하여 만들어지고, 지면과 접지되는 트레드부의 강성을 향상시키는 역할을 한다.

이러한 벨트를 단일로 사용하면, 차량의 캠버 각에 따라, 차량 내측 혹은 외측 방향의 숄더부에 하중이 집중되어, 층간(層間) 세퍼레이션(separation)이 발생하는 문제가 생긴다.

즉, 단일 벨트 각을 적용하면, 차량의 캠버 각에 따라, 차량 내측 혹은 외측 방향의 숄더부에 하중이 집중되면서 벨트 세퍼레이션이 발생하는 것이다.

한국 공개특허공보 공개번호 2003-0047292

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 개발된 것으로, 이중 벨트 각을 적용하여, 응력이 집중되는 숄더부의 강성을 높이고, 승차감, 조종안정성을 높이고, 소음을 저감할 수 있는 등, 성능을 유지하면서 내구 성능을 개선한, 듀얼 벨트 코드 각을 갖는 공기입 타이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차량의 캠버 각에 따라 이중 벨트 각을 적용하여 타이어의 내구 성능을 향상시킨 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 타이어는, 제1 벨트와 제2 벨트를 포함하고, 타이어 원주방향의 중심선을 기준으로, 제1 벨트의 각(α, β)과 제2 벨트의 각(α, β)은 같고, 방향은 서로 반대로 되어, 대칭을 이루는 것이 바람직하다.

또한, 도 3에 예시하는 바와 같이, 본 발명에 의한 타이어에서, 제1 벨트의 폭(B)은 B₁+ B₂이고, 대칭형 방향성 타이어(Symmetric, Directional Tire)의 경우, B₁과 B₂는 같고, 비대칭형 타이어(Asymetric Tire)의 경우, 트레드부의 센터, 미들, 숄더 블록의 구간 설정에 따라, 0.4B≤B₁≤0.6B 범위인 것이 바람직하다. 여기서, B₁은, 제1 벨트에서 타이어 원주방향의 중심선에 대해 각도 α를 이루는 스틸 코드 부분이 배치된 벨트 폭이고, B₂는, 제1 벨트에서 타이어 원주방향의 중심선에 대해 각도 β를 이루는 스틸 코드 부분이 배치된 벨트 폭이다.

또한, 도 4에 예시하는 바와 같이, 제2 벨트의 폭(b)은 b₁+ b₂이고, 대칭형 방향성 타이어(Symmetric, Directional Tire)의 경우, b₁과 b₂는 같고, 비대칭형 타이어(Asymetric Tire)의 경우, 트레드부의 센터, 미들, 숄더 블록의 구간 설정에 따라 0.4b≤b₁≤0.6b 범위인 것이 바람직하다. 여기서, b₁은, 제2 벨트에서 타이어 원주방향의 중심선에 대해 각도 α를 이루는 스틸 코드 부분이 배치된 벨트 폭이고, b₂는, 제2 벨트에서 타이어 원주방향의 중심선에 대해 각도 β를 이루는 스틸 코드 부분이 배치된 벨트 폭이다.

또한, 제1 벨트의 폭(B)은 차량 림(Rim)이 15인치 이하일 경우 100 내지 190㎜이고, 16인치 이상일 경우 130 내지 360㎜이며, 제1 벨트 폭(B)과 제2 벨트 폭(b)의 차는 10㎜≤ B-b≤10㎜±5.0㎜ 범위인 것이 바람직하다.

또한, 바람직하게는, 본 발명의 타이어는 (-)캠버 각 적용 차량일 경우 19°≤α≤24°, 24°≤β≤28°이고, (+)캠버 각 적용 차량일 경우 24°≤α≤28°, 19°≤β≤24°인 것이다.

본 발명은 차량의 캠버 각에 따라 이중 벨트 각을 적용하여 응력이 집중되는 숄더부의 강성을 높일 수 있음은 물론, 승차감, 조종안정성을 높였으며, 소음을 저감하는 효과가 있다.

도 1은 공기입 타이어의 벨트의 위치를 나타내기 위한 횡단면도.
도 2는 본 발명에 따른 이중 벨트 각을 적용한 벨트의 구조를 도식화하여 나타낸 구상도.
도 3은 본 발명에 따른 제1 벨트를 나타내는 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 제2 벨트를 나타내는 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 제1 벨트와 제2 벨트의 적층상태를 나타내는 평면도.
도 6은 벨트 코드 각에 따른 굽힘 강성(bending stiffness)의 모의실험 결과를 나타내는 그래프.
도 7은 벨트 코드 각에 따른 비틀림 강성(torsional stiffness)의 모의실험 결과를 나타내는 그래프.
도 8은 벨트 코드 각과 굽힘 강성의 상관 관계를 나타내는 막대 그래프.
도 9는 벨트 코드 각과 비틀림 강성의 상관 관계를 나타내는 막대 그래프.

이하, 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 대해, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기서 설명하는 실시예로 한정되지 않는다.

본 발명은 숄더부의 강성을 높일 수 있음은 물론, 승차감, 조종안정성을 높였으며, 소음을 저감할 수 있게 하기 위한 것으로서, 도 2에 도시한 바와 같이, 차량의 캠버 각에 따라 이중 벨트 각을 적용한 것이 특징이다.

이러한 본 발명에 따른 타이어는, 도 1에 도시한 바와 같이, 통상의 타이어와 동일 유사한 구조를 갖는 것으로서, 지면과 접지하는 부위로 내마모성이 강한 고무로 만들어진 중앙의 트레드부를 중심으로, 양측에 숄더부(31, 32)를 구비하고 있으며, 트레드부로부터 숄더부로 이어진 부분에는 벨트를 구비하고 있다.

도 1에서, 숄더부(31)는 차량 내측 방향의 숄더부이고, 숄더부(32)는 차량 외측 방향의 숄더부이다.

벨트는 트레드부 아래에 위치하며, 주행시, 트레드부의 강성을 유지시키는 역할을 하는 것으로서, 스틸 코드(11, 12, 21, 22)를 구비하고 있다.

벨트의 종류와 코드의 각도를 변경하여 적용하였을 때 벨트에 작용하는 하중 분포를 분석하여 내구 성능 향상과의 상관 관계를 도출하였다.

도 6 및 7에 도시한 바와 같이, 2가지 벨트에, 각각 21°, 24°, 27°의 벨트 코드 각을 적용하여, 벨트에 작용하는 굽힘, 비틀림 강성을 모의실험하였다.

실험 결과는, 도 8 및 9에 도시한 바와 같이, 벨트 각이 작아질수록 굽힘 강성은 약 30%, 비틀림 강성은 약 40% 향상됨을 확인할 수 있었다.

도 1에서, 스틸 코드(Steel Cord)(11)는 제1 벨트에서 타이어 원주방향의 중심선에 대해 각도 α를 이루는 스틸 코드 부분이고, 스틸 코드(12)는 제1 벨트에서 타이어 원주방향의 중심선에 대해 각도 β를 이루는 스틸 코드 부분이고, 스틸 코드(21)는 제2 벨트에서 타이어 원주방향의 중심선에 대해 각도 α를 이루는 스틸 코드 부분이며, 스틸 코드(22)는 제2 벨트에서 타이어 원주방향의 중심선에 대해 각도 β를 이루는 스틸 코드 부분이다.

도면부호 33은 벨트 토핑 고무로, 스틸 코드와 압연되어 벨트를 이룬다.

숄더부(31, 32)로부터 연장되어 사이드월부(41, 42)가 더 형성되어 있으며, 이 사이드월부가 림에 결합된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 타이어는 전술한 바와 같이, 제1 벨트와 제2 벨트를 포함하고, 타이어 원주방향의 중심선을 기준으로, 제1 벨트의 각(α, β)과 제2 벨트의 각(α, β)은 같고, 방향은 서로 반대로 되어, 대칭을 이룬다.

도 3에 도시한 바와 같이, 이러한 타이어에서 제1 벨트의 폭(B)은 B₁+ B₂이다. 제1 벨트의 폭(B)은 타이어 종류에 따라 달라질 수 있는데, 대칭형 방향성 타이어(Symmetric, Directional Tire)의 경우, B₁과 B₂는 같고, 비대칭형 타이어(Asymetric Tire)의 경우, 트레드부의 센터, 미들, 숄더 블록의 구간 설정에 따라 0.4B≤B₁≤0.6B 범위로 제작할 수 있다.

제2 벨트의 폭(b)은 도 4에 도시한 바와 같이, ETRTO(The European Tyre and Rim Technical Organisation) 규정에 따라, b₁+ b₂이고, 대칭형 방향성 타이어의 경우에 b₁과 b₂는 같고, 비대칭형 타이어의 경우에 트레드부의 센터, 미들, 숄더 블록의 구간 설정에 따라 0.4b≤b₁≤0.6b 범위가 될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 타이어는 제1 벨트의 폭이 림의 크기에 따라 달라질 수 있는 것으로서, 차량 림(Rim)이 15인치 이하일 경우 100 내지 190㎜이고, 16인치 이상일 경우 130 내지 360㎜이며, 제1 벨트 폭과 제2 벨트 폭의 차는 10㎜≤B-b≤10㎜±5.0㎜ 범위가 바람직하다.

또한, 벨트 내부의 차량 내측 방향(Inside)에 위치한 스틸 코드 부분이 타이어 원주방향의 중심선과 이루는 내각(α)과, 벨트 내부의 차량 외측 방향(Outside)에 위치한 스틸 코드 부분이 타이어 원주방향의 중심선과 이루는 내각(β)의 바람직한 예는, 캠버 각에 따라 달라질 수 있다. 즉, (-)캠버 각 적용 차량일 경우 19°≤α≤24°, 24°≤β≤28°이고, (+)캠버 각 적용 차량일 경우 24°≤α≤28°, 19°≤β≤24°인 것이 바람직하다.

도 5에 도시한 바와 같이, 제1 벨트와 제2 벨트의 코드 각(α, β)은 타이어 원주방향의 중심선을 중심으로 대칭이다. 공정편차를 고려할 때 제1 벨트 폭(B)과 제2 벨트 폭(b)의 차이는 10㎜±5.0㎜이다.

(-)캠버 각이 적용된 차량에는 도 5와 같은 구조의 벨트를 적용하는데, 모의실험 결과에 따르면, 내측(INSIDE) 숄더부의 강성이 커지고 내구 성능이 향상된다.

α : 벨트 내부의 차량 내측 방향에 위치한 스틸 코드가 타이어 원주방향의 중심선과 이루는 내각(內角)
β : 벨트 내부의 차량 외측 방향에 위치한 스틸 코드가 타이어 원주방향의 중심선과 이루는 내각
11 : 제 1 벨트에서 타이어 원주방향의 중심선과 각도 α를 이루는 스틸 코드 부분
12 : 제 1 벨트에서 타이어 원주방향의 중심선과 각도 β를 이루는 스틸 코드 부분
21 : 제 2 벨트에서 타이어 원주방향의 중심선과 각도 α를 이루는 스틸 코드 부분
22 : 제 2 벨트에서 타이어 원주방향의 중심선과 각도 β를 이루는 스틸 코드 부분
31 : 차량 내측 방향의 숄더부(Inside)
32 : 차량 외측 방향의 숄더부(Outside)
33 : 벨트 토핑 고무
41 : 차량 내측 방향의 사이드월부(Side-wall)
42 : 차량 외측 방향의 사이드월부(Side-wall)
B : 제1 벨트 폭
B₁: 제1 벨트에서 타이어 원주방향의 중심선과 각도 α를 이루는 스틸 코드 부분이 배치된 벨트 폭
B₂: 제1 벨트에서 타이어 원주방향의 중심선과 각도 β를 이루는 스틸 코드 부분이 배치된 벨트 폭
b : 제2 벨트 폭
b₁: 제2 벨트에서 타이어 원주방향의 중심선과 각도 α를 이루는 스틸 코드 부분이 배치된 벨트 폭
b₂: 제 2 벨트에서 타이어 원주방향의 중심선과 각도 β를 이루는 스틸 코드 부분이 배치된 벨트 폭

Claims (6)

1. 차량의 캠버 각에 따라 이중 벨트 각을 적용하여 타이어의 내구 성능을 향상시킨 공기입 타이어에 있어서,
   상기 공기입 타이어는,
   제1 벨트와 제2 벨트를 포함하며,
   타이어 원주방향의 중심선을 기준으로, 제1 벨트의 각(α, β)과 제2 벨트의 각(α, β)은 같고, 방향은 서로 반대로 되어, 대칭을 이루고,
   제1 벨트의 폭(B)은,
   타이어 원주방향의 중심선에 대해 각도 α를 이루는 스틸 코드 부분이 배치된 벨트 폭(B₁)과, 타이어 원주방향의 중심선에 대해 각도 β를 이루는 스틸 코드 부분이 배치된 벨트 폭(B₂)의 합과 같고,
   대칭형 방향성 타이어(Symmetric, Directional Tire)의 경우, B₁과 B₂는 같고,
   비대칭형 타이어(Asymetric Tire)의 경우, 트레드부의 센터, 미들, 숄더 블록의 구간 설정에 따라 0.4B≤B₁≤0.6B 범위인 것을 특징으로 하는 듀얼 벨트 코드 각을 갖는 공기입 타이어.
2. 제1항에 있어서,
   제2 벨트의 폭(b)은,
   타이어 원주방향의 중심선에 대해 각도 α를 이루는 스틸 코드 부분이 배치된 벨트 폭(b₁)과, 타이어 원주방향의 중심선에 대해 각도 β를 이루는 스틸 코드 부분이 배치된 벨트 폭(b₂)의 합과 같고,
   대칭형 방향성 타이어의 경우, b₁과 b₂는 같고,
   비대칭형 타이어의 경우, 트레드부의 센터, 미들, 숄더 블록의 구간 설정에 따라 0.4b≤b₁≤0.6b 범위인 것을 특징으로 하는 듀얼 벨트 코드 각을 갖는 공기입 타이어.
3. 제2항에 있어서,
   제1 벨트의 폭은,
   차량 림(Rim)이 15인치 이하일 경우, 100 내지 190㎜이고, 16인치 이상일 경우 130 내지 360㎜이며,
   제1 벨트 폭과 제2 벨트 폭의 차는 10㎜≤B-b≤10㎜±5.0㎜ 범위인 것을 특징으로 하는 듀얼 벨트 코드 각을 갖는 공기입 타이어.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   (-)캠버 각 적용 차량일 경우 19°≤α≤24°, 24°≤β≤28°이고,
   (+)캠버 각 적용 차량일 경우 24°≤α≤28°, 19°≤β≤24°인 것을 특징으로 하는 듀얼 벨트 코드 각을 갖는 공기입 타이어.
5. 삭제
6. 삭제

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