KR100533410B1 - 타이어 - Google Patents

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KR100533410B1
KR100533410B1 KR10-1999-7011016A KR19997011016A KR100533410B1 KR 100533410 B1 KR100533410 B1 KR 100533410B1 KR 19997011016 A KR19997011016 A KR 19997011016A KR 100533410 B1 KR100533410 B1 KR 100533410B1
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Abstract

본 발명의 런플랫 래디얼 플라이 공기 타이어(10)는 적어도 2개의 측벽 충전물 또는 삽입물(42, 46)로 보강된 한쌍의 측벽(20)을 구비한 카커스(30)와, 적어도 2개의 코드 보강 플라이(38, 40) 및 비드 코어(26)를 구비한다. 카커스는 하나 이상의 보강 벨트(36)를 구비한다. 각 측벽은 코드로 보강된 적어도 하나의 플라이(38, 40)를 구비하며, 코드는 적어도 10 GPa 인 탄성 계수(E)를 갖는다. 적어도 하나의 플라이는 비드 코어(26) 둘레에 감긴 접어올린 단부(32)을 갖는다. 제 2 플라이(38 또는 40)는 다른 플라이의 코드의 X 보다 큰 탄성 계수(E)를 갖는 실질적으로 비신장성의 코드로 보강된다. 제 2 플라이(38 또는 40)는 측벽(20)에서 제 2 충전물 또는 삽입물에 의해 제 1 플라이(38 또는 40)로부터 이격된다.

Description

타이어{RUNFLAT TIRE WITH IMPROVED CARCASS}
본 발명은 타이어에 관한 것으로, 특히 비팽창상태로 사용하는 것이 가능한 공기 타이어에 관한 것이다. 타이어 카커스 구조는 종래의 타이어의 승차 성능에 필적할만 하며 런플랫형 타이어와 관련된 정상 하중 부가의 단점이 없이 제조될 수 있다.
공기 런플랫 타이어(runflat tire), 즉 비팽창상태로 사용가능한 타이어에 대해 각종 타이어 구조가 제안되어 왔다. "밴디드 타이어(banded tire)"란 명칭의 미국 특허 제 4,111,249 호에 개시된 한가지 접근법은 트레드(tread)의 바로 아래에 트레드 만큼 폭이 넓은 후프 또는 환상 밴드를 제공하는 것이었다. 타이어 구조체의 나머지 부분과 함께 이 후프는 비팽창 상태에서 차량의 중량을 지지한다. 이러한 밴디드 타이어는 비팽창 상태에서도 플라이 코드(ply cord)가 실제로 팽팽하게 되었다.
다른 접근법은 타이어 측벽의 단면 두께를 증가시키는 것에 의해 측벽을 단순히 강화시키는 것이었다. 이러한 타이어는 비팽창 상태로 작동될 때 플라이 코드 및 측벽을 압축 상태로 배치한다. 측벽 부재를 강화하기 위해 다량의 고무가 필요하기 때문에, 열 발생이 타이어 손상의 주요인이다. 이것은 특히 타이어가 비팽창상태에서 고속으로 장시간 작동될 때 실제로 발생된다. 피렐리(Pirelli)의 유럽 특허 공개 제 0 475 258 A1 호에 그러한 타이어가 개시되어 있다.
본 출원의 발명자 중 일부에 의한 굿이어 특허가, 처음으로 상업적으로 승인된 런플랫 공기 레디얼 플라이 타이어, 상표명 Eagle GSC-EMT 타이어를 개시하였다. 이러한 타이어는 1994 년형 코베트(Corvette)사 자동차에서 옵션 설비로서 승인되었다. 미국 특허 제 5,368,082 호는 강도를 개선시키기 위한 특수 측벽 삽입물의 사용을 개시하였다. 이러한 비팽창 타이어의 경우, 800 lb의 하중을 지지하기 위해서는 타이어마다 대략 6 파운드의 중량 추가가 요구되었다. 이러한 런플랫 타이어에는 매우 낮은 종횡비(aspect ratio)가 채택되었다. 이러한 초기의 발명은 종래의 시도보다 우수하기는 했지만 타이어의 개당 중량이 크다는 단점을 여전히 가지고 있었고, 이러한 단점은 보조 타이어 및 타이어 잭(jack)을 제거하여야 보상될 수 있었다. 이러한 중량의 핸디캡은 엔지니어가 대형 호화 투어링 세단용의 높은 종횡비의 타이어를 제조하려 할 때 더욱 문제가 되었다. 고급 자동차의 비팽창 타이어에 요구되는 지지 중량은 약 1400 lbs의 부하였다. 종횡비가 55% 내지 65%의 범위 내 또는 그 이상인 이러한 측벽 확장 타이어는 40%의 종횡비를 갖는 초기 코베트형 런플랫 타이어와 비교하여 그 작동 부하가 수 배로 증가된다는 의미를 갖는다. 이러한 증가된 부하로 인해 측벽 및 전체 타이어는 승차감과 타협되는 한계까지 보강되어야만 하였으나, 고급 차량의 소유자라면 런플랫의 성능을 위해 승차감을 희생시키지 않으려 한다. 따라서, 승차감 또는 성능의 저하가 없는 런플랫 타이어를 제공하는 것이 공학적 요구 사항이 되어 왔다. 매우 강한 서스펜션 성능형 자동차에 있어서는, 더 안락한 승차 특성을 갖는 고급 세단에 비해 이러한 타이어가 용이하게 제공될 수 있었다. 소형 트럭 및 스포츠카의 경우, 승차감 성능에 그렇게 의미를 두지는 않으나, 딱딱한 승차감의 수용으로부터 부드러운 고급형 승차감까지의 런플랫 타이어 시장을 제공한다.
런플랫 타이어의 개발에 있어서 마찬가지로 중요한 설계 고려사항은 비팽창 타이어가 림(rim)상에 안착된 상태로 남아 있도록 확보하는 것이다. 비드 구속 장치뿐만 아니라 특수 림을 사용하여 브릿지스톤 익스피디어(Bridgestone Expedia) S-01 런플랫 A/M 타이어와 같은 이러한 요건을 달성하기 위한 해결책이 개발되었다. 변형예로, 상표명 이글 GSC-EMT 타이어는 추가의 비드 구속 장치를 필요로 함이 없이 타이어가 표준 림상에 기능하는 것을 가능하게 하는 새로운 비드 구조를 이용하였다.
월터 엘 윌라드 2세(Walter L Willard Jr.)의 2개의 미국 특허 제 5,427,166 호 및 제 5,511,599 호는 측벽에 제 3 플라이를 추가하고 또 제 3 삽입물을 추가하여 오어(Oare) 등의 미국 특허 제 5,368,082 호의 것보다 타이어의 런플랫 성능을 더욱 개선시킨 미쉐린(Michelin) 타이어를 개시하고 있다. 상기 특허는 타이어의 비팽창상태에서 발생되는 부하 관계중 일부를 논의하며, 상기 미국 특허 제 5,368,082 호의 개념을 추가 수의 플라이 및 삽입물에 적용할 수 있다는 것을 증명한다.
후자의 런플랫 타이어의 시도는 미국 특허 출원 08/391,746 호에 개시되어 있는바, 상기 미국 특허 출원은 높은 종횡비의 타이어에 타이어의 트레드 벨트 패키지 바로 아래에 배치된 부하 지지 비드 코어의 사용을 제공한다. 또한, 그러한 개념을 갖는 대부분의 발명자들은 최초의 코베트 EM 타이어의 최초 설계 팀의 일원이다. 그러한 접근법은 부하 지지 및 승차면에서 매우 유망하기는 하지만, 정상 팽창 상태에서 다소 높은 좌우요동 저항을 나타냈다.
더 나중의 미국 특허 제 5,535,800 호는 래디얼 플라이와 조합하여 광범위한 타이어 용도에 있어서 우수한 런플랫 성능을 제공할 수 있는 탄성중합체 피복 복합 리브의 사용을 개시하고 있다.
발명의 목적은 타이어의 중량 및 좌우요동 저항을 상당히 증가시키거나 또는 전체 주행 성능을 감소시킴이 없이 런플랫 주행이 제한된 타이어를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 발명의 개념을 다양한 변형 카커스 구조에 적용하는 것이다.
발명의 요약
타이어(10)는 트레드(12), 벨트 구조체(36) 및 카커스(30)를 구비한다. 상기 카커스(30)는 적어도 10 GPa인 것이 바람직한 X의 최소 계수(E)를 갖는 코드(41)로 보강된 적어도 하나의 플라이(38 또는 40)를 각각 갖는 한쌍의 측벽(20)을 구비한다. 적어도 하나의 플라이(38)는 한쌍의 신장불가능한 비드 코어 둘레에 감긴 한쌍의 접어올린 단부(turnup end)를 갖는다. 각 측벽 구조체(20)는 제 1 플라이(38)의 방사방향 내측의 적어도 하나의 삽입물(42)과, 적어도 비드 코어(26)까지 연장된 제 2 플라이(40)를 구비하며, 상기 제 2 플라이는 측벽(20)내에서 제 2 삽입물(46)에 의해 제 1 플라이(38)로부터 이격된다. 적어도 하나의 플라이(38 또는 40)는 다른 플라이의 계수(X)보다 큰 계수를 갖는 실질적으로 신장불가능한 코드로 보강된다.
타이어(10)는 장착될 때 낮은 계수(X)의 코드로 보강된 플라이보다 높은 계수의 코드로 보강된 플라이에 가장 근접한 측벽 구조체(20)의 중립 만곡축(A)을 갖는다.
바람직한 실시예에 있어서, 제 1 플라이(38)는 폴리에스터, 나일론, 레이온 또는 아라미드의 합성 또는 직물 코드를 구비하는 반면, 제 2 플라이(40)는 아라미드 또는 금속 코드를 구비하며, 가장 바람직하게는 강재 코드를 구비한다.
제 1 및 제 2 삽입물(42, 46)은 팽창 주행 성능을 향상시킴과 아울러 런플랫 내구성을 확보하기 위해 선택된 단면 형상과 재료 특성을 갖는 탄성중합체인 것이 바람직하다. 삽입물(42, 46)은 코드(41, 43) 또는 짧은 파이버로 보강될 수 있다.
본 발명의 개념은 3개 이상의 플라이 및 3개 이상의 삽입물을 구비한 타이어(10)에 적용될 수 있다.
"플라이(ply)"라는 용어는 하나의 비드 코어(26)로부터 반대의 비드 코어까지 연장되지 않는 코드 보강 삽입물을 포함하는 것을 의미한다. 적어도 하나의 플라이(38 또는 40)는 하나의 비드 코어(26)로부터 반대의 비드 코어(26), 바람직하게는 래디얼 플라이 까지 연장되어야 한다. 이러한 제 2 플라이는 비드 코어(26)로부터 벨트 구조체(36)의 하나 이상의 보강 벨트(50, 51)의 측방향 바로 아래까지 연장될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 높은 탄성 계수의 코드(43)를 구비한 플라이(40)는 제 1 플라이(38)의 방사방향 외측에 있다. 변형 실시예에 있어서, 플라이(40)는 낮은 계수(X)의 코드(41)로 보강되는 반면, 플라이(38)는 높은 계수의 코드(43)로 보강되고 그리고 다른 제 1 플라이(40)의 반사방향 내측에 있다.
양자의 플라이(38, 40)는 연속적일 필요는 없다. 예를 들면, 양자의 플라이는 비드 코어(26)로부터 벨트 연부(36) 바로 내부까지 연장되어야 한다.
도 1은 미국 특허 제 5,368,082 호에 개시된 종래 기술의 타이어(100)에 따라 제조된 종래 기술의 런플랫 타이어의 단면도,
도 2a는 본 발명의 바람직한 2 실시예의 타이어의 트레드 숄더, 측벽 및 비드 영역의 확대 부분 단면도,
도 2b는 본 발명의 변형 실시예의 타이어의 트레드 숄더, 측벽 및 비드 영역의 확대 부분 단면도로서, 높은 계수의 코드(43)를 방사방향 내부 플라이(38)내에 배치한 것을 도시한 도면,
도 3a, 3b 및 3c는 도 1의 종래 기술의 측벽 구조와 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예의 측벽 구조를 각각 도시한 도면으로서, 각 도면에 있어서 중립 만곡축(A-A)은 점선으로 도시됨,
도 4는 삽입물(42) 또는 복수의 삽입물(46)이 코드로 보강된 변형 실시예의 도면,
도 5는 삽입물(42) 또는 삽입물(46)이 짧은 파이버로 채워진 변형 실시예의 도면,
도 6a 및 도 6b는 상이한 계수의 코드를 갖는 복합 재료의 도면,
도 7은 비드 코어(26A)가 연장되고 하부 측벽(20)의 아펙스(48) 및 코드 보강부(52, 53)는 제거된 상태의 변형 실시예의 도면,
도 8a는 코드 보강 삽입물(80)이 플라이(40)의 방사방향 외측에 배치된 변형 실시예의 도면이며, 도 8b는 삽입물(80)이 2개의 충전물 사이에 개재된 변형 실시예의 도면,
도 9는 2개의 삽입물과 3개의 플라이를 도시한 변형 실시예,
도 10은 3개의 삽입물과 3개의 플라이를 도시한 변형 실시예,
도 11a는 비드 코어(26)로부터 비드 코어(26)까지 연장된 하나의 플라이(38)와 제 2 플라이(40)로서 기능하는 코드 보강물을 갖는 삽입물(40)을 도시한 변형 실시예,
도 11b는 도 11a와 유사하지만, 연장된 비드 코어를 갖는 실시예의 도면.
용어 정의
"종횡비(aspect raio)"는 단면 높이 대 단면 폭의 비를 의미한다.
"축방향(axial)" 및 "축방향으로(axially)"는 타이어의 회전축에 평행한 선 또는 방향을 의미한다.
"비드(bead)" 또는 "비드 코어(bead core)"는 일반적으로 환상 신장 부재를 포함하는 타이어의 부분을 의미하는 것으로, 방사방향 내측 비드는 플라이 코드로 둘러싸인 림에 타이어를 고정시키는 것을 수반하며, 플리퍼, 치퍼, 아펙스 또는 충전물, 가드 및 차퍼와 같은 기타 보강 요소를 갖거나 또는 갖지 않은 상태로 성형된다.
"벨트 구조체(belt construction)" 또는 "보강 벨트(reinforcing belt)"는 트레드 하부에 배치되고 비드에 고정되지 않으며 타이어의 적도 평면에 대해 17°내지 27°범위의 좌우 코드 각도를 갖는 평행한 코드, 직물 또는 부직포의 적어도 2개의 환상층 또는 플라이를 의미한다.
"원주방향(circumferential)"이란 용어는 축방향에 직교하는 환상 트레드의 표면의 주변을 따라 연장된 선 또는 방향을 의미한다.
"카커스(carcass)"는 비드를 제외한 벨트 구조체, 트레드 및 언더트레드로부터 이격된 타이어 구조체를 의미한다.
"케이싱(casing)"은 카커스, 벨트 구조체, 비드, 측벽 및 트레드와 언더트레드를 제외한 타이어의 모든 기타 요소를 의미한다.
"차퍼(chafer)"는 비드의 외부 둘레에 배치되어 코드 플라이를 림으로부터 보호하고 림 위에 가요성을 분배하는 재료의 좁은 스트립을 의미한다.
"코드(cord)"는 타이어의 플라이를 구성하는 보강 스트랜드중 하나를 의미한다.
"적도 평면(EP)"은 타이어의 회전축에 직교하고 그의 트레드의 중심을 통과하는 평면을 의미한다.
"풋프린트(footprint)"는 제로(0)의 속도에서 정상 부하 및 압력하에서 타이어 트레드와 평탄한 표면과의 접촉 패치 또는 접촉 영역을 의미한다.
"내부라이너(innerliner)"는 튜브 없는 타이어의 내측 표면을 형성하고 그리고 타이어 내부에 팽창 유체를 수용하는 탄성중합체 또는 기타 물질의 층 또는 층들을 의미한다.
"정상 팽창 압력"은 타이어의 사용 상태에 대해 적합한 표준 기구에 의해 지정된 특수 설계 팽창 압력 및 부하를 의미한다.
"정상 부하"는 타이어의 사용 상태에 대해 적합한 표준 기구에 의해 지정된 특수 설계 팽창 압력 및 부하를 의미한다.
"플라이(ply)"는 고무로 피복된 평행한 코드의 층을 의미한다.
"방사방향(radial)" 및 "방사방향으로(radially)"는 반경을 따라 타이어의 회전축을 향하거나 또는 회전축으로부터 멀어지는 방향을 의미한다.
"래디얼 플라이 타이어(radial ply tire)"는 벨트로 되거나 또는 원주방향으로 구속된 공기 타이어를 의미하는 것으로, 적어도 하나의 플라이는 타이어의 적도 평면에 대해 65°내지 90°의 코드 각도로 배치된 비드로부터 비드로 연장된 코드를 구비한다.
"섹션 높이"는 그의 적도 평면에서 공칭 림 직경으로부터 타이어의 외부 직경까지의 방사방향 거리를 의미한다.
"섹션 폭"은 24시간동안 정상 압력에서 부하는 걸리지 않은 상태로 팽창될 때와 팽창 후에 타이어의 축에 평행한 그의 측벽의 외부 사이의 최대 직선 거리를 의미하며, 라벨표시, 장식 또는 보호 밴드로 인한 측벽의 높이는 제외한다.
"숄더(shoulder)"는 트레드 연부 바로 아래의 측벽의 상부를 의미한다.
"측벽"은 트레드와 밴드 사이의 타이어의 부분을 의미한다.
"트레드 폭"은 축방향으로, 즉 타이어의 회전축에 평행한 평면내의 트레드 표면의 아크 길이를 의미한다.
도 1 및 도 3a를 참조하면, 미국 특허 제 5,368,082 호에 따라 제조된 종래 기술의 타이어(100)의 단면의 일부분이 도시되어 있다. 이 타이어(100)는 트레드(120), 벨트 구조체(360), 한쌍의 측벽부(180, 200), 한쌍의 비드부(220, 220') 및 카커스 보강 구조체(300)를 구비하는 승용차용 타이어이다. 카커스(300)는 제 1 플라이(380) 및 제 2 플라이(400), 라이너(350), 한쌍의 비드(260, 260') 및 한쌍의 비드 충전물(480, 480'), 한쌍의 제 1 삽입 충전물(420, 420'), 한쌍의 제 2 삽입 충전물(460, 460')을 구비하며, 한쌍의 제 1 삽입 충전물(420, 420')은 라이너(350)와 제 1 플라이(380) 사이에 배치되고, 한쌍의 제 2 삽입 충전물(460, 460')은 제 1 플라이(380)와 제 2 플라이(400) 사이에 배치된다. 이러한 카커스 구조체(300)는 타이어(100)에 제한된 런플랫 능력을 부여한다.
본 명세서에 사용되는 런플랫(runflat)이라는 용어는 타이어가 비팽창상태로 작동될 때 타이어 구조체만이 차량을 지지할 정도로 충분히 강하며, 타이어의 측벽 및 내부 표면은 타이어의 파손을 방지하기 위해 어떠한 내부 장치도 필요로 함이 없이 붕괴되거나 휘어지지 않는 것을 의미한다.
전형적인 공기 타이어는 팽창되지 않고 작동되면 차량의 하중을 지지할 때 붕괴된다.
도 3a로부터 잘 알 수 있는 바와 같이, 타이어(100)의 측벽 영역의 구조적 보강부는, 특히 최대 섹션 폭으로부터 숄더 외측으로 방사방향으로 전체 측벽의 두께를 상당히 증가시킨다. 이러한 종래 기술에 의하면, 숄더와 통합되는 전체 측벽의 두께가 최대 섹션 폭에서 측정할 때의 전체 측벽의 두께의 적어도 100%, 바람직하게는 125% 이어야 한다. 이것은 비팽창상태에서 부하를 충분히 지지하는데 필요한 것으로 생각되었다. 전형적인 P275/40ZR17 타이어의 삽입물의 중량은 약 6.0 lb이었다. 제 1 삽입물(420, 420')은 0.30 인치(7.6㎜)의 최대 게이지 두께를 가지며, 제 2 삽입물(460, 460')은 0.17 인치(4.3㎜)의 최대 게이지 두께를 갖는다. 이러한 최초의 종래 기술의 개념을 높은 종횡비의 P235/55R17 타이어에 사용하면 삽입물의 중량이 약 6.8 파운드로 증가되고, 제 1 삽입물의 게이지 두께가 약 0.3 인치인 반면 제 2 삽입물의 최대 게이지 두께는 0.2 인치였다.
도면에 표시된 참조 번호는 명세서에 언급한 것과 동일하다. 이 특허 출원 및 도 2a, 3b, 3c 내지 도 11b에 도시된 여러 실시예들의 설명을 위해, 각각은 유사한 구성요소에 동일 참조 번호를 사용한다. 이 구조체들은 위치 또는 양이 다른 동일한 구성요소를 기본적으로 사용하여 발명의 개념을 실행할 수 있는 변형 구조체를 제공한다.
본 발명에 따른 타이어(10)는 독창적인 측벽 구조체(20)를 사용한다. 도 2a, 2b에 도시된 타이어(10)는 승용차용 래디얼 타이어 또는 소형 트럭용 타이어이며, 이 타이어(10)는 트레드(12)의 측방향 연부(14, 16)의 숄더부에서 종단되는 지면 접촉 트레드부(12)를 구비한다. 한쌍의 측벽부(20)가 트레드의 측방향 연부(14, 16)로부터 각각 연장되고, 신장불가능한 환상 비드 코어(26)를 각각 구비한 한쌍의 비드 영역(22)에서 종단되며, 그리고 벨트 구조체(36) 바로 아래의 말단부로 방사방향 외측으로 연장된다. 타이어(10)는 비드 영역(22)으로부터 하나의 측벽부(20), 트레드부(12), 반대 측벽부(20)를 통해 비드 영역(22)으로 연장된 카커스 보강 구조체(30)를 더 구비한다. 적어도 하나의 플라이(38)의 카커스 보강 구조체(30)의 접어올린 단부(32)는 비드 코어(26) 둘레에 각각 감겨 있다. 타이어(10)는 튜브 없는 형식인 경우 타이어(10)의 내부 표면을 형성하는 통상의 내부 라이너(35)를 구비할 수도 있다. 트레드부(12) 아래의 카커스 보강 구조체(30)의 방사방향 외부면 둘레에 원주방향으로 트레드 보강 벨트 구조체(36)가 배치된다. 도시된 특정 실시예에 있어서, 벨트 구조체(36)는 2개의 절단 벨트 플라이(50, 51)를 포함하며, 이 벨트 플라이(50, 51)의 코드는 타이어의 중간원주방향의 중앙평면에 대해 약 23°의 각도로 배향된다.
벨트 플라이(50)의 코드는 중간 원주방향의 중앙평면에 대해 벨트 플라이(51)의 코드로부터 반대 방향으로 배치된다. 그러나, 벨트 구조체(36)는 어떤 소망의 형태의 임의의 수의 벨트 플라이를 포함할 수도 있고, 코드는 어떤 소망의 각도로 배치될 수도 있다. 벨트 구조체(36)는 비팽창상태에서 타이어의 작동중에 노면으로부터 트레드의 상승을 최소화하기 위하여 벨트 폭을 가로질러 측방향 강도를 제공한다. 도시된 실시예에 있어서, 이것은 강, 바람직하게는 강재 케이블 구조의 벨트 플라이(50, 51)의 코드를 제조하는 것에 의해서 달성된다.
도 2a에 도시된 바와 같은 바람직한 실시예의 카커스 보강 구조체(30)는 적어도 2개의 보강 플라이 구조체(38, 40)를 포함한다. 도시된 특별한 실시예에 있어서, 방사방향 내측 제 1 보강 플라이 구조체(38)와 방사방향 외측 제 2 보강 플라이 구조체(40)가 제공된다. 상기 각 구조체(38, 40)는 코드(41 또는 43)를 각각 구비한 한층의 평행 코드를 구비하는 것이 바람직하다. 보강 플라이 구조체(38, 40)의 코드(41, 43)는 타이어(10)의 중간 원주방향 중간 평면(CP)에 대해 적어도 75°의 각도로 배향된다. 도시된 특별한 실시예에 있어서, 코드(41, 43)는 중간 원주방향 중앙평면(CP)에 대해 약 90°의 각도로 배향된다. 코드(41, 43)는, 고무 물품의 코드 보강부, 예를 들면 비한정적으로 아라미드, 레이온 나일론 및 폴리에스터, 강에 주로 이용되는 임의의 재료로 제조될 수도 있다.
카커스 코드(41, 43)에 대해, 나일론 6, 나일론 6-6, 레이온, 폴리에스터 또는 고 탄성 계수의 코드와 같은 2.5 - 15 GPa 범위의 탄성 계수를 갖는 유기 섬유 코드가 통상적으로 사용된다. 840 내지 1,890 데니어 섬유 코드가 사용되는 경우, 그러한 코드는 35 내지 60 코드/5㎝의 밀도에서 10 내지 50 kgf/㎠의 100% 탄성 계수를 갖는 고무에 매립되는 것이 바람직하다.
다른 높은 탄성 계수 파이버는 아라미드, 비닐론, 펜 피트(pen pit), 카본 파이버, 폴리아미드를 포함한다. 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 적어도 2개의 플라이 구조체(38, 40) 또는 하나의 플라이 및 코드 보강 삽입물(80)내의 코드는 상이한 코드 탄성 계수를 가져야만 한다. 예를 들면, 하나의 코드(41)가 10 GPa의 탄성 계수를 갖는다면, 다른 카커스 플라이 또는 카커스 삽입물은 10 GPa 이상의 탄성 계수를 갖는 코드를 가져야만 한다.
바람직하게는, 코드는 고무와의 높은 점착 특성 및 높은 내열성을 갖는 재료로 제조되거나 또는 그러한 재료로 피복된다. 도시된 특별한 실시예에 있어서, 코드(41)는 레이온으로 제조된다. 코드(41)는 X의 공칭 탄성 계수와 Y%의 연신율을 갖는다. 바람직한 레이온 코드(41)는 6 내지 15GPa 범위의 X값과 10 내지 20% 범위의 연신율을 갖는다.
제 2 플라이(40)는 실질적으로는 신장불가능한 것이 바람직한 코드(43)를 구비하며, 이 코드(43)는 합성 금속, 보다 바람직하게는 금속, 가장 바람직하게는 고인장 강도의 강이다. 코드(43)는 X 이상, 바람직하게는 X의 수배의 탄성 계수를 갖는다. 강재 코드(43)의 경우에 있어서, 탄성 계수는 150 GPa 이상이다. 그러한 강도를 달성하는 한 방법은 본원에 참고로 인용되는 미국 특허 제 4,960,473 호 및 제 5,066,455 호에 개시된 적절한 공정 및 합금을 Ni, Fe, Cr, Nb, Si, Mo, Mn, Cu, Co, V 및 B와 통합하는 것이다. 바람직한 화학물질을 아래에 중량 %로 열거한다.
C 0.7 내지 1.0
Mn 0.30 내지 0.05
Si 0.10 내지 0.3
Cr 0 내지 0.4
V 0 내지 0.1
Cu 0 내지 0.5
Ni 0 내지 0.5
Co 0 내지 0.1
나머지는 철 및 잔류물
그 후, 결과적인 로드를 적절한 인장 강도로 인발한다.
카커스(30)에 사용하기 위한 코드(43)는 하나(단일 필라멘트) 내지 복수의 필라멘트를 포함할 수도 있다. 코드(43)의 전체 필라멘트의 수는 1 내지 30일 수도 있다. 바람직하게는, 코드(43)당 필라멘트의 수는 6 내지 7이다. 각 필라멘트(9)의 개별 직경(D)은 적어도 2,000 내지 5,000 MPa, 바람직하게는 약 3,000 MPa의 인장 강도를 갖는 각 필라멘트에 대해 0.10 내지 0.30㎜인 것이 일반적이다.
강재 코드(43)의 다른 임계적 특성은 코드내의 각 필라멘트의 전체 신장량이 25㎝의 게이지 길이에 걸쳐 적어도 2%이어야 한다는 것이다. 전체 신장은 ASTM A-370-92에 따라 측정된다. 바람직하게는, 코드의 전체 신장은 약 2% 내지 약 4%이다. 특히 바람직한 신장의 범위는 약 2.2% 내지 약 3.0%이다.
코드에 사용되는 필라멘트에 대해 강의 비틀림 값은 와이어의 직경의 200배인 게이지 길이로 적어도 20 회전이어야 한다. 일반적으로, 비틀림값의 범위는 약 20 내지 약 100 회전이다. 바람직하게는, 비틀림 값의 범위는 약 30 내지 약 80 회전이며, 약 35 내지 약 65의 범위가 특히 바람직하다. 비틀림값은 와이어의 직경의 200배의 시험 길이를 갖는 ASTM 시험 방법 E-558-83에 따라 결정된다.
카커스 플라이(30 또는 40)에 사용하기 위한 다수의 특정 금속 코드(43) 구조가 있다. 특정 코드 구조의 대표적 예는 1x, 2x, 3x, 4x, 5x, 6x, 7x, 8x, 11x, 12x, 1+2, 1+4, 1+5, 1+6, 1+7, 1+8, 2+1, 3+1, 5+1, 6+1, 11+1, 12+1, 2+7, 2+7+1, 3+9, 1+5+1 및 1+6+1 또는 3+9+1을 포함하며, 외부 랩 필라멘트는 0.15㎜의 필라멘트 직경을 기준으로 2,500MPa 또는 그 이상의 인장 강도를 가질 수도 있다. 필라멘트 직경을 포함하는 가장 바람직한 코드 구조는 3x0.18, 1+5x0.18, 1+6x0.18, 2+7x0.18, 2+7x0.18+1x0.15, 3+9x0.18+1x0.15, 3+9x0.18, 3x0.20+9x0.18 및 3x0.20+9x0.18+1x0.15이다. 상기 코드 명칭은 당업자라면 이해할 수 있다. 예를 들면, 2x, 3x, 4x, 5x와 같은 표시는 필라멘트의 다발, 즉 3개의 필라멘트, 3개의 필라멘트, 4개의 필라멘트 등을 의미한다. 1+2 및 1+4와 같은 표시는, 예를 들면 2개 또는 4개의 필라멘트에 의해 감긴 단일 필라멘트를 나타낸다.
카커스 플라이(38 또는 40)는 타이어의 적도 평면에서 측정할 때 1인치당 약 5 내지 약 100개(1㎝당 2 내지 39개)의 단부를 갖도록 배열된 전술한 강재 코드를 구비한다. 바람직하게는, 코드의 층은 적도 평면에서 1인치당 약 7 내지 약 60개(1㎝당 2.7 내지 24개)의 단부를 갖도록 배열된다. 전술한 1인치당 단부의 계산은 코드의 직경, 코드의 강도의 범위, 카커스 플라이(38 또는 40)의 실제 강도 요건의 범위를 기준으로 한다. 예를 들면, 1인치당 단부의 수가 많으면, 소정 강도에 대해 적은 직경의 코드를 사용하지만, 반대로 1인치당 단부의 수가 적으면 동일 강도에 대해 큰 직경의 와이어를 사용한다. 변형예로, 소정 직경의 코드를 사용하고자 한다면, 코드의 강도에 따라 1인치당 단부의 수를 결정하여야 할 것이다.
카커스 플라이(38 또는 40)의 금속 코드(43)는 본 발명에 따른 타이어(10)가 래디얼(radial)로 통칭되는 타이어이도록 배향된다.
카커스 플라이의 강재 코드는 타이어의 적도 평면(EP)과 75°내지 105°범위의 각도로 교차한다. 바람직하게는, 강재 코드는 82°내지 98°의 각도로 교차한다. 바람직한 범위는 89°내지 91°이다.
플라이(38 또는 40)는 1.2㎜ 미만의 코드 직경(C)을 갖는 복수의 미세 직경 코드(43)를 구비한다. 코드(43)는 비한정적으로 1+5x0.18㎜ 또는 3x0.18㎜를 포함하는 전술한 코드 중 어느 하나 또는 약 0.25㎜, 바람직하게는 0.175㎜의 직경을 갖는 모노필라멘트일 수 있다. 이러한 코드(43)는 적어도 2,000MPa의 최소 인장 강도 및 2.0% 이상의 신장, 바람직하게는 3,000MPa 이상의 인장 강도와 2.5% 이상의 신장을 갖는 필라멘트를 구비하는 것이 바람직한 것으로 간주된다.
변형예로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 플라이(38)를 갖는 측벽 구조체는 X 이상의 높은 탄성 계수의 코드(43)를 구비할 수 있고, 플라이(40)는 낮은 탄성 계수(X)의 코드(41)를 구비할 수 있다. 그러한 적용에 있어서, 측벽은 도 3c에 도시된 바와 같은 구조를 가질 것이다. 각 구조의 이점은 이하 상세히 설명할 것이다. 제 1 및 제 2 보강 플라이 구조체(38, 40)는 바람직하게 단일 플라이 층을 포함하고 있으나, 어떠한 수의 카커스 플라이도 사용될 수 있다.
도 2a에 더 도시된 바와 같이, 제 1 플라이 구조체(38)는 각 비드 코어(26) 둘레에 각각 감긴 한쌍의 접어올린 단부(32)를 구비한다. 제 2 플라이(40)의 단부(34)는 비드 코어(26)에 근접하며 그리고 비드 코어(26) 위에서 비드 코어(26)의 양쪽에 인접하게 방사방향으로 종단되거나 또는 비드 코어(26) 둘레에 감길 수 있고 그리고 도시된 바와 같이 제 1 플라이(38)의 접어올린 단부(32) 아래에서 방사방향으로 종단된다. 제 1 플라이(38)의 접어올린 단부(32)는 타이어(10)의 최대 섹션의 방사방향 위치에 근접하여 타이어의 공칭 림 직경 위에서 방사방향 거리(E)로 종단된다. 바람직한 실시예에 있어서, 접어올린 단부(32)는 최대 섹션 폭의 방사방향 위치로부터 타이어의 섹션 높이의 20% 내에 배치되며, 최대 섹션 폭의 방사방향 높이에서 종단되는 것이 가장 바람직하다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 타이어(10)의 비드 영역(22)은 실질적으로 신장불가능한 제 1 및 제 2 환상 비드 코어(26)를 각각 구비한다. 이 비드 코어(26)는 비드 와이어의 방사방향 최내측 표면에 접하는 가상 표면에 의해 규정되는 평탄한 기부면(27)을 각각 갖는다. 평탄한 기부면(27)은 한쌍의 연부(28, 29)와 그 연부 사이의 폭(BW)을 갖는다. 이 비드 코어(26)는 연부(28)로부터 방사방향으로 연장된 축방향 제 1 내부면(23)과 연부(29)로부터 방사방향으로 연장된 축방향 제 2 외부면(25)을 갖는다. 제 1 내부면(23)과 평탄한 기부면(27)은 예각(α)을 형성한다. 제 2 외부면(25)과 평탄한 기부면(27)은 예각(β)을 형성한다. 각도(α)는 각도(β)보다 크거나 동일하다. 바람직한 실시예에 있어서, 각도(α)는 각도(β)와 거의 동일하다.
비드 코어(26)는 제 1 내부면(23)과 제 2 외부면(25) 사이에 각각 연장된 방사방향 외부면(31)을 추가로 구비할 수도 있다. 방사방향 외부면(31)은 최대 높이(BH)를 갖는다. 높이(BH)는 기부의 폭(BW)보다 작다. 표면(23, 25, 27, 31)에 의해 규정되는 단면은 이등변 삼각형의 형태인 것이 바람직하다. 코어(26, 26')의 강도는 도시된 바와 같이 림위의 비팽창 타이어의 비드를 구속하기에 충분하기 때문에 삼각형 단면의 상부는 필요하지 않다.
비드 코어는 연속적으로 감긴 단일 또는 모노필라멘트 강재 와이어로 구성되는 것이 바람직하다. 이 와이어는 모노 또는 멀티필라멘트의 평탄한 와이어일 수도 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 직경이 0.050 인치인 와이어가 8, 7, 6, 4, 2 와이어의 방사방향 내측에서 방사방향 외측으로 층상으로 각각 감긴다.
제 1 및 제 2 비드 코어(26)의 평탄한 기부면은 회전축에 대해 경사지는 것이 바람직하며, 비드의 성형부의 바닥도 이와 유사하게 경사지는 것이 바람직하다. 바람직한 각도는 회전축에 대해 약 10°이고, 보다 바람직하게는 약 10.5°이다. 비드 영역의 경사도는 타이어의 밀봉을 도우며, 종래의 림의 비드 시트 플랜지의 경사도의 약 2배이고, 그리고 조립을 용이하게 하며 또 비드가 림상에 안착되도록 돕는 것으로 생각된다.
비드 영역(22)과 측벽부(20)의 방사방향 내측부의 내부에서 고탄성계수의 탄성중합체 삽입물(48)이 카커스 플라이 보강 구조체(38)와 접어올린 단부(32) 사이에 각각 배치된다. 탄성중합체 삽입물(48)은 비드 코어(26)의 방사방향 외측부로부터 단면 폭이 점차 감소되는 측벽내로 상부로 연장된다. 탄성중합체 삽입물(48)은 타이어의 섹션 높이(SH)의 적어도 25%의 공칭 림 직경(NRD : nominal rim diameter)으로부터 소정 거리(D)로 방사방향 외부에서 종단된다. 도시된 특별한 실시예에 있어서, 탄성중합체 삽입물(48)은 공칭 림 직경(NRD)으로부터 최대 섹션 높이(SH)의 약 40%의 거리로 방사방향 외부로 연장된다. 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 타이어의 최대 섹션 높이(SH)는 타이어의 공칭 림 직경(NRD)으로부터 타이어의 트레드부의 방사방향 최외측부까지 측정된 방사방향 거리로 간주될 것이다. 또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 공칭 림 직경은 그의 사이즈로 지정한 바와 같이 타이어의 직경일 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 비드 영역(22)은 삽입물(48)과 플라이의 접어올린 단부(32) 사이에 배치된 적어도 하나의 코드 보강 부재(52, 53)를 추가로 포함한다. 코드 보강 부재(52, 53)는 제 1 말단부(54) 및 제 2 말단부(55)를 갖는다. 제 1 말단부(54)는 제 2 말단부(55)의 축방향 및 방사방향의 내측에 위치한다. 코드 보강 부재(52, 53)는 제 1 말단부(54)으로부터 거리의 함수로서 타이어(10)의 회전축으로부터 방사방향 거리로 증가한다. 도 2a 또는 도 2b에 있어서, 코드 보강 부재는 폭이 약 4㎝인 2개의 요소(52, 53)를 포함한다. 축방향 외부 요소(52)는 제 1 및 제 2 비드 코어(26)의 외부 연부(29)의 방사방향 위에 있는 방사방향 내측 말단부(54)를 갖는다. 축방향 내부 부재(53)는 비드 코어(26)의 외부 연부(29)의 방사방향 외부 1cm 위치에 있는 방사방향 내측 말단부를 갖는다. 축방향 내부 및 외부 요소(52, 53)는 레이온, 나일론, 아라미드 또는 강재 코드 보강물을 구비하는 것이 바람직하다. 코드 보강 부재의 제 2 말단부(55)는 비드 코어(26)의 방사방향 외측에 그리고 제 1 플라이(38)의 접어올린 단부(32)의 종단부의 방사방향 내측에 배치된다.
부재(52, 53)의 코드는 방사방향에 대해 25°내지 75°의 범위, 바람직하게는 30°의 각도를 형성하여 경사지는 것이 바람직하다. 2개의 부재를 사용하는 경우, 코드 각도는 동일하지만 반대방향으로 배치되는 것이 바람직하다. 코드 보강 부재(52, 53)는 본 발명의 비팽창 타이어를 구비한 자동차의 취급 특성을 개선시킨다. 부재(52, 53)는 종래의 타이어가 비팽창 상태 또는 저팽창된 상태에서 구동될 때 직면하는 중대한 문제점인 자동차의 오버스티어(oversteer) 경향을 크게 감소시킨다.
섬유 보강 부재(61)를 타이어(10)의 비드 영역(22)에 첨가할 수도 있다. 이 섬유 보강 부재(61)는 제 1 및 제 2 말단부(62, 63)를 구비한다. 이 부재는 플라이(38) 및 비드 코어(26) 둘레에 감겨 있다. 제 1 및 제 2 말단부(62, 63)는 비드 코어(26)의 위와 외부로 방사방향으로 연장된다.
측벽부(20)는 제 1 충전물(42)을 구비한다. 제 1 충전물(42)은 내부라이너(35)와 제 1 보강 플라이(38) 사이에 사용된다. 제 1 충전물(42)은 각 비드 영역(22)으로부터 보강 벨트 구조체(36) 근처 또는 그 아래로 방사방향으로 연장된다. 도 2b 및 3c에 도시된 바와 같은 바람직한 제 2 실시예에 있어서, 측벽부(20)는 제 1 충전물(42) 및 제 2 충전물(46)을 각각 구비한다. 제 1 충전물(42)은 전술한 바와 같이 위치설정된다. 제 2 충전물(46)은 제 1 플라이(38)와 상기 플라이(38)의 접어올린 단부(32) 사이에 각각 배치된다. 제 2 충전물(46)은 각 비드 영역(22)으로부터 벨트 보강 구조체(36) 아래로 방사방향 외부로 연장된다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 타이어의 최대 섹션 폭(SW)은 표시물, 장식물 등을 제외한 타이어의 축방향 외부면으로부터 타이어의 회전축에 평행하게 측정한다. 또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 트레드의 폭은 평가된 부하에서 최대 표준 팽창 압력으로 팽창되고 타이어용으로 설계된 휠상에 장착된 타이어의 풋프린트로부터 측정할 때 타이어의 적도 평면(EP)에 직교하는 타이어를 가로지르는 축방향 거리이다. 도 2b의 특히 바람직한 실시예에 있어서, 제 1 충전물(42)은 타이어의 최대 섹션 폭의 대략 방사방향에 정렬된 위치(h)에서 최대 섹션 높이(SH)의 약 3%의 최대 두께(B)를 각각 갖는다.
제 2 충전물(46)은 타이어의 최대 섹션 폭 위의 방사방향 위치에서 타이어(10)의 최대 섹션 높이의 적어도 1.5%의 최대 두께(C)를 갖는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에 있어서, 탄성중합체 제 2 충전물(46)은 섹션 높이(SH)의 약 75%의 방사방향 위치에서 타이어의 최대 높이(SH)의 약 1.5%의 두께(C)를 각각 갖는다. 예를 들면, P275/40ZR17 사이즈의 고성능 타이어에 있어서, 타이어의 두께(C)는 0.08 인치(2㎜)이다. 타이어의 최대 섹션 폭의 위치와 대략 방사방향으로 정렬된 위치(h)에서, 제 2 충전물의 두께는 0.05 인치(1.3㎜)이다.
비드 코어(26)로부터 최대 섹션 폭(SW)의 방사방향 위치로 선행하는 탄성중합체 충전물(42, 46, 48)의 조합체의 전체 단면 두께는 일정한 것이 바람직하다. 측벽 및 카커스의 전체 두께는 약 0.45 인치(11.5㎜)이며, 타이어의 최대 섹션 폭(SW)에서 측정할 때 전체 측벽 두께의 약 200%인 측방향 트레드 연부(14, 16) 근처의 숄더내로 통합되는 영역에서 전체 두께(F)로 증가된다. 바람직하게는, 타이어의 숄더 영역에서 측벽의 전체 두께(F)는 최대 섹션 폭(SW)에서 전체 측벽 두께의 적어도 125%, 보다 바람직하게는 적어도 150%이다. 이 비율은 측벽이 전술한 유형의 런플랫 타이어보다 상당히 얇은 것을 의미한다.
종래의 고성능 타이어에서와 같이, 여러 실시예의 도면에 도시된 타이어는 트레드 보강 벨트 구조체(36) 둘레에 배치된 섬유 오버레이 층(59)의 적용에 의해서 타이어의 고속 성능을 향상시킬 수도 있다. 예를 들면, 나일론 또는 아라미드 코드를 구비한 2개의 플라이 층을 각 보강 벨트 구조체(36) 위쪽에 배치할 수도 있는 바, 그의 측방향 말단부는 벨트 구조체(36)의 측방향 말단부를 지나 연장된다. 변형예로, 나선형으로 감긴 아라미드 보강 섬유의 단일 층을 오버레이로 사용할 수 있다. 아라미드 재료는 나일론보다 탄성 계수가 상당히 높으므로 결과적으로 2층의 나일론보다 강한 타이어 보강이 이루어진다. 본 발명의 출원인들은 아라미드 오버레이의 단일 층을 갖는 타이어에서 고속 성능의 10% 이상 증가를 달성할 수 있다는 것을 발견하였다. 일반적으로, 아라미드 재료가 승용차 타이어의 비교적 얇은 측벽을 통해 공명이 울리는 불량한 소음 특성을 나타낸다는 사실에 부분적으로 기인하여 그러한 아라미드 재료를 승용차 타이어 용도에 사용하는 것은 회피된다. 본 발명의 타이어는 타이어 발생 소음을 현저하게 감쇠시키는 보강 측벽을 사용한다. 소음 감쇠 측벽은 허용불가능한 소음 레벨을 발생시킴이 없이 아라미드 오버레이의 사용을 허용한다.
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 타이어는 접어올린 단부(32)를 갖는 플라이(38)를 구비함과 아울러 플라이(40)는 비드 코어(26)에 인접하게 단순히 종단될 수 있고, 변형예로, 타이어는 도 1의 종래 기술의 터이어에서와 같이 그리고 도 2a에 도시된 바와 같이 접어올린 단부를 갖는 양측 플라이를 갖는 구성으로 설계될 수 있다.
제 1 충전 삽입물(42)은 탄성중합체 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 제 1 충전물은 비팽창 압력 상태로 작동될 때 타이어의 측벽이 붕괴되는 것을 실제로 방지하며, 삽입물은 약 50의 비교적 유연한 쇼어 A 경도로부터 약 85의 매우 단단한 쇼어 A 경도까지 다양한 범위의 쇼어 A 경도를 가질 수 있으며, 재료의 형상 및 단면 윤곽은 주행 성능을 확보할 수 있도록 수정되고, 측벽의 탄성율은 허용가능하다. 재료가 강할수록 단면은 대체로 얇아진다.
제 2 충전물(46)은 제 1 삽입 충전물(42)에 비해 동일하거나 또는 상이한 재료의 물리적 특성으로 될 수 있다. 이것은 단단한 제 2 충전물과 유연한 제 1 충전물의 조합뿐만 아니라 단단한 제 1 충전물과 유연한 제 2 충전물의 조합을 의미한다. 제 2 충전물(46)의 탄성중합체 재료의 쇼어 A 경도 범위는 마찬가지로 50 내지 85이다.
도시된 바와 같은 제 2 충전물(46)은 탄성중합체 재료로 제조된다. 이러한 충전 삽입물(46)은 2개 이상의 플라이를 카커스 구조체에 사용하는 경우에 인접 플라이들 사이에 개재된 복수의 삽입물에 사용될 수 있다.
변형예로, 삽입물(42, 46)은 자체적으로 코드 보강된 것일 수도 있으며, 도 4의 실시예에 있어서 인접한 충전물(46)을 사용하는 것이 이로운 것으로 간주된다. 충전물로 보강된 복수의 인접 코드(41, 43)는 방사방향 외측 말단부가 벨트 구조체 아래에서 종단되는 반면 방사방향 내측 말단부는 비드 코어(26)에 인접하게 그 위에서 종단되거나 또는 플라이와 유사하게 비드 코어(26) 둘레에 감기도록 위치설정될 수 있다. 변형예로, 삽입물(46)은 도 5에 도시된 바와 같이 짧은 파이버로 채워질 수도 있으며, 이러한 파이버는 적어도 45°의 각도로 배향되어 삽입물의 방사방향 및 측방향 강도를 향상시키는 것이 바람직하고, 파이버는 방사방향으로 배향되는 것이 바람직하다. 코드(41, 43) 또는 짧은 파이버(82)는 레이온, 폴리에스터 또는 아라미드와 같은 직물 또는 합성 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 이러한 코드(41, 43) 또는 짧은 파이버(82)는 바이어스 각도, 바람직하게는 적어도 45°로 방사방향으로 배향되거나 위치설정될 수 있지만, 원주방향으로 연장되지는 않아야 한다.
제 2 충전물(46)은 비보강될 때 인접 플라이(38, 40) 사이에서 스페이서로서 작용한다. 플라이의 접어올린 단부의 코드는 타이어가 비팽창상태로 작동될 때 장력 상태에 놓인다. 또한, 충전물(46)은 보강될 경우 측벽 지지 구조체에 기여한다.
도시된 바와 같이, 타이어가 비팽창 압력하에서 접히는 경우, 혹은 팽창되는 경우라 하더라도, 측벽은 방사방향 외부 코드(41 또는 43)를 장력 상태에 두는 한편, 타이어가 수축되거나 또는 기울어지는 경우에 코드(41, 43)를 국부적으로 압축시키려고 하는 하향 부하를 받을 때 방사방향 내부 코드(41 또는 43)를 장력 상태에 둔다.이러한 부하 특성은 본 발명의 타이어(10)에 대하여 도 1의 종래 기술의 타이어(100)의 구조에서 그리고 미국 특허 제 5,368,082 호에 개시한 것과 동일하다. 하나의 플라이 구조체의 코드가 다른 플라이 구조체와는 상이한, 바람직하게는 상당히 다른 탄성 계수를 갖도록 코드(41, 43)의 탄성 계수를 변화시키는 것에 의해, 런플랫 내구성의 상당한 증가는 도 3b의 바람직한 실시예의 타이어(10)에서 증명된 바와 같은 주행 성능 개선의 부가된 이점에 의해 달성된다.
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전술한 바와 같이 타이어(10)는 타이어 설계자로 하여금, 부드럽고 고급스러운 느낌 내지 보다 강하고 보다 고성능인 느낌을 획득하기 위하여, 타이어의 특정 설계 특징을 조정할 수 있도록 한다. 또한, 전술한 독창적인 조합에 의해 타이어를 지금까지 실행되었던 것보다 높은 종횡비를 갖도록 제작할 수 있다. 독창적인 특성의 조합은 설계자가 연장된 런플랫 성능 또는 타이어 중량 감소 가운데 어느 것이라도 선택할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명의 개념의 양호한 이해를 위해서, 복합 시험 표본 구조체(45)를 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 구성하였다. 단순화를 위해서, 고무층들 전체는 동일한 특성을 갖는 동일 유형으로 하였다. 보강 평행 코드(41)는 3.1㎜의 깊이(D1)에 배치하였고 그리고 13 GPa의 탄성계수와 30회의 인치당 말단(epi)를 갖는 레이온 코드로 하였다. 보강 평행 코드(43)는 18 epi에서 1+5x0.18㎜의 강재 코드였고, 레이온 코드(41)에 평행하게 배향되었으며, 그리고 레이온 코드(41)로부터 6.34㎜의 거리(D2)로 이격되었다. 또한, 강재 코드(42)는 표본(45)의 바닥으로부터 8.32㎜의 거리(D3)로 이격되었다. 표본(45)은 하중점에서 152.4㎜의 시험 경간(test span) 또는 길이와 38㎜의 폭을 가졌다. 두께는 합계 D1, D2, D3이었다.
장방형 시험 표본(45)은 도 6a에 도시된 바와 같이 먼저 장착하고 10㎜의 편차에서 64N(뉴튼)의 부하가 기록되었다. 그 후, 표본(45)을 도 6b에 도시된 바와 같이 배치하였고, 상부를 뒤집고 바닥을 10㎜의 최종 편차로 배치하는데 136N의 부하가 요구되었다. 제 2 시험 표본은 제 1 시험 표본과 동일하였지만, 2층의 레이온 코드(41)만이 도 6a에 도시된 바와 같이 배치되었고, 결과적인 부하는 단지 20N이었다.
전체 레이온 플라이 표본(45)은 2개의 레이온 플라이를 갖는 도 1에 도시된 종래 기술의 런플랫 측벽 구조체와 유사하다. 이 시험은 상당히 상이한 탄성 계수의 2층의 코드를 구비한 복합물이 부하의 방향에 따라 만곡 강도에 상당한 차이가 있다는 것을 입증한다. 부하의 방향에 의존하여 코드(41, 43)의 신장 또는 압축을 발생시키는 도 6a 및 도 6b의 부하가 적용되었다.
그후에 이러한 원리를 P235/55R17 사이즈의 시험용 타이어에 적용하고자 시도하였다. 플라이(380, 400)에 레이온 코드만을 구비한 종래 기술의 타이어인 도 1 및 도 3a의 타이어(100)를 제어용 타이어로 사용하였다. 도 3b의 구조와 동일한 구조 및 사이즈의 타이어를 시험하였다. 플라이(40)의 코드(43)는 종래 기술의 타이어의 플라이(380)와 동일한 플라이(38)의 레이온 코드(41)의 방사방향 외부에 18 epi를 갖는 1+5x0.18㎜ 강재 코드였다. 모든 다른 구성 재료는 제어용 타이어(100) 및 제 1 시험용 타이어(10)에 대해 동일하였다. 레이온 플라이 제어용 타이어(100)는 26 psi에서 1,516 파운드/인치의 유효 탄성율을 가졌으며, 35psi에서는 1,787 파운드/인치의 탄성율 가졌다. 제 1 시험용 타이어는 26 psi에서 1,541 lbs/in의 팽창 탄성율을 가졌으며, 35 psi에서 1,816 lbs/in의 탄성율을 가졌다. 0 psi의 팽창에서, 제 1 시험용 타이어의 탄성율은 773 ibs/in 이었다. 제 2 시험용 타이어는 도 3c에 도시된 바와 같이 레이온 코드(41)가 플라이(40)에 배치되고 그리고 플라이(38)의 강재 코드(43)의 방사방향 외측에 위치하도록 구성되었다. 이러한 제 2 시험용 타이어는 26 psi 및 35 psi에서 각각 1,557 및 1,847의 탄성율을 가졌다. 0의 팽창에서, 제 2 시험용 타이어의 탄성율은 789 lbs/in 이었다.
그 후, 2개의 각각의 시험용 타이어 및 제어용 타이어를 1,000 파운드의 부하에서 실험실내 시험하였다. 각 타이어는 시험후에 파괴되었다. 모든 레이온 제어용 타이어는 33.7 및 32.8 마일에서 파괴되었다. 제 1 강재 및 레이온 코드 시험용 타이어는 48.5 및 51.7 마일에서 파괴되었다. 제 2 레이온 및 강재 코드 시험용 타이어는 32.4 및 28.4 마일까지 런플랫 주행하였다.
시험 결과는 본 발명의 개념을 사용하여 타이어의 란플랫 주행 성능을 향상시킬 수 있다는 것을 나타낸다. 시험 결과는 런플랫 주행의 향상이 다른 성능 특성만큼 중요한 것으로 고려되지 않는다면 타이어의 중량이 감소될 수 있다는 것을 추가로 입증한다.
놀랍게도, 제 2 시험용 타이어의 불량한 런플랫 성능은 강재 코드(43)가 압축 하중 상태로 배치되지만 코드의 국부적 좌굴을 방지하는 삽입물에 부분적으로 가인하여 생존하므로 잠재적으로는 매우 고무적인 것으로 간주되었다. 본 출원인은 강재 코드의 직경이 증가될 수 있으며, 그에 따라 강은 콘크리트에 사용되는 리바 강(rebar steel)과 유사하게 타이어를 지지하는 것이 가능한 압축 보강 부재와 같이 작용할 것으로 생각한다. 타이어는 팽창될 때 유연한 주행으로 조정되지만 비팽창 주행시에 압축 상태의 큰 직경의 강재 코드는 낮은 탄성 계수의 방사방향 외부 코드(41)를 도울 수 있다. 강재 코드의 명확한 이점은 타이어가 비팽창 상태로 회전할 때 열이 발생됨에 따라 합성 코드는 연화되며 늘어나는 반면 강재 코드는 실제로 열의 영향을 받지 않는다는 것이다. 이것은 고무 보강부(42, 46)가 퇴화될 때까지 런플랫 타이어의 성능이 잠재적으로 유지될 수 있다는 것을 의미한다. 이 시간은 합성 코드가 신장되기 시작하여 타이어의 붕괴를 야기시킬 때보다 상당히 더 길 수 있다.
2개의 강재 코드(43) 보강 플라이(38, 40)를 사용하는 것은 런플랫 성능을 달성하기 위한 초기의 시도로 평가되었다. 이 타이어는 매우 높은 탄성률을 가지며, 벨트 아래의 위치에서 방사방향 내측 플라이의 압축 코드 파괴에 대하여 약간의 문제점을 제기하였다. 강재 코드에 비해서 신장가능한 합성 또는 직물 코드를 사용하면 2개의 플라이(38, 40)의 코드(41, 43)에 대해 방사방향 위치 선택과 관계없이 그러한 문제점을 제거할 수 있다. 또한, 주행 성능은 타이어의 탄성율에 의해 검증되는 바와 같이 허용가능한 한계내에서 양호하게 된다.
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명자는 방사방향의 얇은 플라이(38)에 강재 코드(43)를 사용하는 것이 강재 코드 플라이가 방사방향 외부 플라이(40)인 경우보다 더욱 이로울 수도 있는 것으로 생각한다. 그 이유는 고무내에 매립된 강재 코드(43)가 타이어가 공기 없이 작동될 때 측벽을 강화하는 압축 하중 지지 부재와 같이 작용하는 동안 탄성율을 더욱 낮출 수 있기 때문이다. 고무로 포위된 강재 코드는 굴곡이 매우 제한되지만, 추가의 측벽 부하를 지지하는 것이 가능하다.
또한, 코드(80) 또는 짧은 파이버(82)로 보강된 삽입물을 사용하면, 추가의 압축 강도를 제공하여 런플랫 성능을 향상시킬 수 있다.
당연히, 플라이들간의 코드 탄성 계수의 차이는 이러한 극적인 결과를 달성하는데 있어서 필수적인 요인인 것으로 간주된다.
도 3a에 도시된 바와 같은 측벽(200)은 종래 기술의 레이온 플라이 구조체에 대해 점선으로 도시한 만곡축(A)을 갖는다. 이러한 만곡축(A)은 실질적으로 삽입 충전물(460)의 중앙에 배치된다.
도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 타이어(10)의 측벽(20)은 높은 탄성 계수의 코드(43)에 근접한 만곡축(A)을 갖는다. 코드(43)는 실질적으로 신장불가능하고 그리고 높은 탄성 계수의 코드(43)와는 대조적으로 신장가능한 낮은 탄성 계수의 코드(41)로부터 이격되어 있다.
이상적으로, 팽창 상태에서 타이어(10)의 탄성률은 유사한 용도에 사용되는 종래의 비 런플랫 공기 타이어의 탄성율로부터 현저하게 변화되지 않아야 한다. 런플랫 타이어가 비팽창 상태에서 작동될 때, 탄성률은 타이어가 죄굴되거나 또는 붕괴되는 것을 방지하기에 충분할 정도이어야 한다.
타이어의 런플랫 성능은 보강 플라이 구조체(38, 40)의 각 층의 플라이코트에 탄성중합체 삽입물(42, 46)과 실질적으로 유사한 물리적 특성을 갖는 탄성중합체 재료를 제공하는 것에 의해 더욱 향상될 수도 있다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 섬유층의 플라이코트는 소망의 형상으로 절단되기 전에 패브릭에 가해지고 그리고 타이어 구성 드럼상에서 타이어에 가해지는 비가황 탄성중합체 재료의 층이다. 많은 용도에 있어서, 플라이 층용 플라이코트로서 사용되는 탄성중합체 재료는 보강 충전물(42, 46)에 사용되는 탄성중합체 재료와 유사하다.실제로, 전술한 공기 타이어 구조에 대하여 본 발명에 이용되는 하나 또는 그 이상의 플라이 구조체(38, 40)에 대해 제 1 충전물(42), 제 2 충전물(46) 및 플라이 코트의 고무 합성물은 본 발명에서 그들의 효용을 향상시키는 물리적 특성을 특징으로 하는 것이 바람직하며, 이러한 물리적 특성은 공기 타이어의 측벽에 통상적으로 이용되는 고무 합성물의 특성과는 총괄적으로 다른 것이라 생각된다. 특히 플라이(38 및/또는 40)와 제 1 및 제 2 삽입물(42, 46)의 조합은 상이하거나 혹은 유사한 고강성의 조합을 갖는 반면 본질적으로는 후술하는 낮은 히스테리시스 특성을 갖는다.
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바람직하게는, 본 명세서의 설명은 본 발명의 실행에 있어서 하나 이상의 플라이 구조체(30, 40)의 플라이 코트에 관한 것이기는 하지만, 본원에 언급하는 플라이코트는 그러한 플라이중 하나만이 사용되지 않는 한, 양자의 플라이(38, 40)의 플라이코트에 관한 것이다.
특히, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 전술한 충전물(42, 46)의 양자는 높은 정도의 강성을 가지면서도 또한 그러한 정도의 강성에 대해 비교적 낮은 히스테리시스를 갖는 것으로 평가되었다. 이것은 보강 코드(41, 43)의 탄성 계수의 변화의 이점을 충분히 인정하는 것을 가능하게 하였다.
충전물(42, 46)에 대한 고무 합성물의 강성은 타이어 측벽의 강성 및 치수 안정성에 대해 바람직하다.
플라이(38, 40)중 하나 이상의 플라이 코트에 대한 고무 합성물의 강성은 그의 측벽을 포함하는 타이어 카커스의 전체의 치수 안정성에 대해 바람직하다. 왜냐하면, 그것은 타이어의 양측 측벽부를 통해 그리고 크라운부를 가로질러 연장되기 때문이다.
그러나, 공기 타이어에서 높은 정도의 강성을 갖는 고무는, 특히 고무의 강성이 그의 카본 블랙 함량을 단순히 증가시키는 다소 종래의 방법에 의해 달성되는 경우, 서비스 상황에서(하중상태에서 및/또는 내부 팽창 압력이 없이 주행하는 차량의 타이어로서 작동함) 과도한 내부 열을 발생시킬 것으로 예상된다. 고무 합성물내에서 그러한 내부 열 발생은 통상적으로 단단한 고무 및 관련 타이어 구조체의 온도 증가를 초래하여, 타이어의 유효 수명에 잠재적으로 해로울 수 있다.
고무 합성물의 히스테리시스는 서비스 상태에서 내부 열을 발생시키는 경향의 기준이 된다. 비교해서 설명하면, 낮은 히스테리시스 특성을 갖는 고무는 상당히 높은 히스테리시스 특성을 갖는 다른 비교할만한 고무 합성물보다 서비스 상황에서 적은 내부 열을 발생시킨다. 따라서, 일측면에 있어서, 충전물(42, 46)의 고무 합성물과 하나 이상의 플라이(38, 40)의 플라이코트에 대해 비교적 낮은 히스테리시스가 바람직하다.
히스테리시스(hysteresis)란 가해진 일에 의해 재료(예를 들면: 경화된 고무 합성물)에 소비된 열에너지를 의미하는 용어로서, 고무 합성물의 낮은 히스테리시스는 비교적 높은 반향과, 비교적 낮은 내부 마찰과, 비교적 낮은 손실 계수 특성값으로 표시된다.
따라서, 하나 또는 그 이상의 충전물(42, 46) 및 플라이(38, 40)용 플라이코트를 위한 고무 합성물은 비교적 높은 강성 및 낮은 히스테리시스 특성 양쪽 모두를 갖는 것이 중요하다.하나 또는 그 이상의 플라이(38, 40)용 플라이코트뿐만 아니라 충전물(42, 46)을 위한 고무 합성물의 하기의 선택된 소망 특성은 다음의 표 1에 요약된다.
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특 성 충전물 플라이 코드
경도(쇼어 A)2 50 - 85 50 - 85
계수(100%) MPa3 5 - 7 4 - 6
정 압축(static compression)1 0.1 - 0.15 0.15 - 0.2
열 축적(heat buildup)(℃)1 <30 <30
저온 리바운드(약 23℃)4 55 - 70 55 - 70
100℃에서 E'(MPa) 10 - 15 10 - 15
100℃에서 E"(MPa) 0.5 - 1.5 1 - 1.5
1. 굿리치 플렉소미터(Goodrich Flexometer) Test-ASTM 시험 번호 D623
2. 쇼어 경도(Shore Hardness) Test-ASTM 시험 번호 D2240
3. 인장 계수(Tension Modulus) Test-ASTM 시험 번호 D412
4. 쯔윅 리바운드(Zwick Rebound) 시험-DIN 53512
표시된 경도 특성은 독창적인 플라이 구조의 사용에 의해 허용되는 적절한 고무 경도의 연장 범위인 것으로 간주된다.
100% 계수로 표시된 계수 특성은 경화된 고무가 그의 파괴점에서 비교적 낮은 극한 신장을 갖기 때문에 300% 계수 대신에 이용된다. 그러한 경화된 고무는 단단한 것으로 간주된다.
플렉소미터상에서 측정한 표시된 정 압축 특성은 경화된 고무의 비교적 높은 강성의 다른 표시이다.
표시된 E' 특성은 재료(예를 들면: 경화된 고무 합성물)의 강성을 나타내는 점탄성 특성의 저장 또는 탄성 계수 성분의 계수이다.
표시된 E" 특성은 재료(예를 들면: 경화된 고무 합성물)의 히스테리시스 특성의 손실 또는 점성 계수 성분의 계수이다.
고무 합성물의 강성 및 히스테리시스 특성을 나타내는 E' 및 E" 특성은 고무의 그러한 특성에 숙련된 자에게 공지되어 있다.
표시된 열 축적값은 굿리치 플렉소미터(ATSM D623)로 측정되며 재료(예를 들면: 경화된 고무 합성물)내부 열 발생을 나타낸다.
약 23℃(실온)로 표시된 저온 리바운드 시험 특성은 쯔윅 리바운드 시험(DIN 53512)으로 측정되며 재료(예를 들면: 경화된 고무 합성물)의 탄성을 나타낸다.
따라서, 표 1에 도시된 특성들은 그러한 강성을 갖는 고무에 대해 비교적 높은 강성, 적절한 경도 및 비교적 낮은 히스테리시스를 갖는 경화된 고무 합성물을 나타낸다.
낮은 히스테리시스는 비교적 낮은 열 축적, 낮은 E" 및 높은 리바운드 특성으로 증명되며, 수리시에 비교적 낮은 내부 열 축적 갖도록 소망되는 고무 합성물에 필수적인 것으로 간주된다.
다양한 타이어 성분의 혼합에 있어서, 비교적 높은 불포화 디엔계 고무인 것이 바람직한 각종 고무를 사용할 수도 있다. 그러한 고무의 대표적인 예는 그것에 한정되지 않을 수도 있지만, 스티렌 부타디엔(styrene-butadiene) 고무, 천연 고무, 시스 1,4 및 3,4-폴리이소프렌(polyisoprene) 고무, 시스 1,4 및 비닐 1,2-폴리부타디엔(polybutadiene) 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔(acrylonitrile- butadiene) 고무, 스티렌-이소프렌-부타디엔 고무 및 스티렌-이소프렌 고무이다.충전물(42, 46)과 하나 이상의 플라이(38, 40)의 플라이코트에 대한 고무 합성물의 바람직한 각종 고무는 천연 1,4-폴리이소프렌 고무, 이소프렌/부타디엔 고무 및 시스 1,4-폴리부타디엔 고무이다.
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고무의 바람직한 화합물 및 합성물은 충전물에 대해서는 천연 시스 1,4-폴리이소프렌 고무 및 시스 1,4-폴리부타디엔 고무이고, 플라이코트에 대해서는 천연 시스 1,4-폴리부타디엔 고무 및 이소프렌/부타디엔 공중합체 고무이다.
바람직한 실행에 있어서, 100 중량부(parts by weight)의 고무를 기준으로, (A) 충전물은 약 60 내지 100, 바람직하게는 약 60 내지 90 중량부의 천연 고무와, 따라서 약 40 까지, 바람직하게는 약 40 내지 약 10 중량부의 시스 1,4 폴리부타디엔 고무와 이소프렌/부타디엔 고무중 적어도 하나, 바람직하게는 시스 1,4-폴리부타디엔 고무(상기 이소프렌/부타디엔 고무를 사용할 경우 이것은 최대 20 중량부를 나타낸다)로 이루어지고, (B) 상기 플라이코트는 100 까지, 바람직하게는 약 80 내지 약 100, 보다 바람직하게는 약 80 내지 95 중량부의 천연 고무와, 따라서 약 100 까지, 바람직하게는 약 20 까지, 보다 바람직하게는 약 20 내지 약 5 중량부의 이소프렌/부타디엔 공중합체 고무와 시스 1,4폴리부타디엔 고무중 적어도 하나, 바람직하게는 이소프렌/폴리부타디엔 고무(상기 이소프렌/부타디엔 공중합체 고무에서 이소프렌대 부타디엔의 비는 약 40/60 내지 약 60/40의 범위에 있다)로 이루어진다.
또한, 약 5 내지 약 15 중량부와 같은 소량의 하나 이상의 유기 용액 중합 조제 고무를 상기 충전물 및/또는 플라이코트에 대해 전술한 천연 고무와, 시스 1,4 폴리부타디엔 고무 및/또는 이소프렌/부타디엔 고무 합성물에 포함시킬 수도 있고, 그러한 부가적 고무의 옵션 및 선택은 과도한 시험을 수행함이 없이 고무 합성 기술의 숙련자에 의해 이루어질 수 있다는 것은 본 발명의 내용 및 범위에 속하는 것으로 간주된다.
따라서, 그러한 상황에 있어서, 충전물 및 플라이코트 고무의 설명은 경화된 고무 합성물의 전술한 물리적 특성의 변수가 충족되는 한 소량의 그러한 용액 중합 조제 일라스토머(elastomer)를 첨가할 수 있다는 의미를 갖는 "포함하는 (comprising)" 방식으로 이루어진다. 그러한 고무 화합은 과도한 시험 없이 고무 화합 기술분야의 당업자에게 숙지되어 있는 것으로 간주된다.
반드시 거기에 한정되지는 않지만, 그러한 의도되는 다른 용액 조제 고무는 스티렌/부타디엔과, 3,4-폴리이소프렌, 스티렌/이소프렌/부타디엔 테르폴리머 (terpolymer) 및 중간 비닐 폴리부타디엔(medium vinyl polybutadiene)과 같은 하나 이상의 이소프렌 및 부타디엔의 폴리머이다.
당업자는 플라이(38)에 대해 제 1 및 제 2 삽입물(42, 46) 뿐만 아니라 플라이코트(들)를 포함하는 공기 타이어의 구성요소의 고무 화합물을 대체로 고무 화합 기술분야에 공지된 방법으로 화합할 수 있다는 것을 용이하게 이해하여야 한다. 이러한 화합 방법은 각종 가황처리가능한 구성요소 고무와 각종 상용 첨가물을 혼합하는 것과 같은 고무 화합 기술에 일반적으로 공지되어 있는 방법이며, 그러한 첨가물로는, 예를 들면 황, 활성제, 억제제 및 촉진제와 같은 경화 보조제와, 고무 처리 오일, 점착 부여 수지를 포함하는 수지, 실리카 및 가소화제와 같은 처리 첨가제(processing additives)와, 충전물과, 안료와, 톨유(tall oil) 수지, 산화 아연, 왁스, 산화방지제 및 항오존제와 같은 물질 또는 스테아르산(stearic acid)과, 소화제와, 카본 블랙과 같은 보강재가 있다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 가황가능한 물질 및 가황처리된 물질의 의도하는 사용에 따라, 전술한 임의의 첨가물을 선택하여 통상의 양으로 사용한다.
본 발명에 사용되는 명시된 삽입물 및 플라이코트에 소망되는 고강성의 고무에 대해 약 40 내지 최대 약 70 phr의 카본 블랙이 바람직하기는 하지만, 카본 블랙의 전형적인 첨가물은 디엔 고무(diene rubber)의 약 30 내지 약 100 중량부를 포함한다. 수지는 사용되는 경우라면 점착 부여제 수지 및 강성 수지를 포함하고, 점착 부여제 수지 및 강성 수지는 사용되는 경우라면 반응성 페놀 포름알데히드 수지 및 리조르시놀 (resorcinol) 또는 리조르시놀 헥사메틸렌 테트라민(resorcinol and hexamethylene tetramine)으로 구성된 경화제 수지와 비반응성 페놀 포름 알데히드 점착 부여 수지를 포함한다. 이렇게 사용되는 수지의 전형적인 양은 총괄적으로 약 1 내지 10 phr을 포함하며, 이때 점착부여제 수지는 사용된다면 최소 약 1 phr이고 경화제 수지는 사용된다면 최소 약 3 phr이다. 그러한 수지는 때로는 페놀 포름알데히드형 수지로 불릴 수도 있다. 처리 보조제의 전형적인 양은 약 4 내지 약 10.0 phr를 포함한다. 실리카가 사용되는 경우 약 5 내지 15 phr가 바람직하고 실리카 결합제의 양은 사용되는 경우 실리카의 부재당 약 0.05 내지 약 0.25 중량부를 포함하기는 하나, 사용되는 실리카의 전형적인 양은 약 5 내지 약 50 phr을 포함한다. 대표적인 실리카는 예를 들어 수화 비결정질 실리카일 수도 있다. 대표적인 결합제는 예를 들어 DeGussa, AG로부터 제조되는 이기작용성 황 함유 유기 실란(bifunctional sulfur containing organo silane), 예를 들면 비스-(3-트리에톡시-실릴프로필) 테트라설파이드[bis-(3-triethoxy-silypropyl) tetrasulfide], 비스-(3-트리메톡시-실릴프로필) 테트라설파이드[bis-(3-trimethoxy-silylpropyl) tetrasulfide] 및 비스-(3-트리메톡시-실릴프로필) 테트라설파이드 그래프티드 실리카[bis-(3-trimethoxy-silylpropyl) tetrasulfide grafted silica] 등이 있다. 산화방지제의 전형적인 양은 약 1 내지 약 5 phr를 포함한다. 대표적인 산화방지제는 예를 들어 디페닐-p-페닐렌디아민(diphenyl-p-phenylenediamine)과, 1978년 반데어빌트 루버 핸드북(Vanderbilt Rubber Handbook) 제 344-346 페이지에 개시된 것과 같은 기타 물질일 수도 있다. 적절한 오존방지제 및 왁스, 특히 마이크로결정 왁스는 1978년 반데어빌트 루버 핸드북 제 346-347 페이지에 도시된 유형일 수도 있다. 항이온제의 전형적인 양은 약 1 내지 약 5 phr이다. 스테아르산 및/또는 톨유 패티산(tall oil fatty acid)의 전형적인 양은 약 1 내지 약 3 phr를 포함할 수도 있다. 산화 아연의 전형적인 양은 약 2 내지 약 8 또는 10 phr를 포함한다. 왁스의 전형적인 양은 약 1 내지 약 5 phr를 포함한다. 펩타이저의 전형적인 양은 약 0.1 내지 약 1 phr이다. 전술한 첨가물의 존재 및 상대적 양은, 주로 타이어 트레드에서 수지의 특수 합성물을 가황처리가능한 합성물로 이용하는 것에 관한 본 발명의 일측면이 아니다.
가황은 가황제의 존재하에 수행된다. 적합한 가황제의 예는 원소 황(유리 황)[elemental sulfur(free sulfur)] 또는 황 부여 가황제, 예를 들면 아민 디설파이드(amine disulfide), 중합체 폴리설파이드(polymeric polysulfide) 또는 황 올레핀 내전(sulfur olefin adduct)을 포함한다. 바람직하게는, 가황제는 자연 황이다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 가황제는 약 0.5 내지 약 8 phr 범위의 양으로 사용되며, 본 발명에 사용하기에 소망되는 단단한 고무에 대해서는 약 3 내지 약 5 phr의 범위가 바람직하다.촉진제를 사용하여 가황에 필요한 시간 및/또는 온도를 제어하고 그리고 가황의 특성을 개선시킨다. 일실시예에 있어서, 단일의 촉진제 시스템, 즉 주 촉진제를 사용할 수도 있다. 통상적으로, 주요 촉진제는 약 0.5 내지 약 3 phr 범위의 양으로 사용된다.
다른 실시예에 있어서, 가황의 특성을 활성화시키고 또 개선시키기 위해서, 제 1 촉진제는 대체로 다량(약 0.5 내지 약 2 phr)으로 사용되고 제 2 촉진제는 대체로 소량(약 0.05 내지 역 0.50 phr)으로 사용되는 둘 이상의 촉진제의 조합을 사용할 수 있다. 그러한 촉진제의 조합은 역사적으로 황 경화 고무의 최종 특성의 상승 효과를 제공하는 것으로 알려져 왔으며, 때로는 하나의 촉진제만을 사용하는 경우보다 다소 양호하다. 부가하여, 정상 가공 온도에 의해 영향을 덜 받지만 정상 가황 온도에서 안정적인 경화를 제공하는 지연 작용 촉진제를 사용할 수도 있다. 촉진제의 대표적인 예는 아민, 다이설파이드, 구아니딘(guanidine), 티오우레아(thiourea), 타이아졸(thiazoles), 타이우람(thiurams), 설펜아미드(sulfen amide), 디티오카바메이트(dithiocarbamate), 잔틴산염(xanthate)을 포함한다. 바람직하게는, 제 1 촉진제는 설펜아미드이다. 제 2 촉진제를 사용하는 경우, 제 2 설펜아미드 촉진제를 사용할 수도 있으나, 제 2 촉진제는 구아니딘, 디티오카바메이트 또는 타이우람 화합물인 것이 바람직하다. 본 발명의 실행에 있어서, 하나, 때로는 둘, 또는 그 이상의 촉진제가 높은 강성의 고무에 바람직하다.
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타이어는 당업자에게 명확하게 이해될 다양한 방법으로 제조되고 성형되며 몰딩될 수 있다.
논의한 바와 같이, 시험 타이어(10) 및 종래 기술의 타이어(100)는 종래 기술의 특허에 개시된 바와 같은 플라이 코트 및 삽입물의 물리적 특성을 이용하여 제조될 수 있다. 본 발명의 타이어(10)는 상이한 물리적 특성의 다양한 범위의 재료를 사용하는 것으로 의도되며, 충전물(42, 46, 48) 및 플라이(38, 40)의 플라이코트는 각각 명확히 상이할 수도 있고 그리고 소망의 주행, 취급 및 필요한 런플랫 성능에 대해 선택될 수도 있다. 다시말하면, 설계자는 소망의 타이어 성능을 달성하기 위해 재료를 개별적으로 선택적으로 조정할 수 있다. 이러한 타이어의 본 발명에 대한 기여를 이해하는 것을 돕기 위하여, 높은 탄성 계수의 코드(43)를 제외하면 제어용 타이어(100)와 시험용 타이어(10) 사이에서 재료는 동일하였다.
실시예 1
하기에 제공된 고무 합성물은 표 1에 예시된 특성의 범주에 들어오는 고무 합성물의 예로 의도된다.
준비된 고무 합성물은 종래의 고무 혼합 공정으로 혼합된다. 고무 합성물은 도 2에 도시된 재료들로 구성되는데, 표 2는 삽입물(42, 46)과 하나 또는 그 이상의 플라이(38, 40)용 플라이코트(들)로 사용하도록 의도될 수 있는 고무 합성물을 나타낸다. 재료의 표시된 양은 본 실시예의 도시를 위해 끝수 없이 표시되었다.
중량부
재 료 플라이코트 충전물
천연 고무1 90 80
이소프렌/부타디엔 고무2 10 0
폴리부타디엔(시스 1,4-)고무3 0 20
카본 블랙 55 55
실리카&커플러 6 6
산화 아연 5 8
촉진제(설펜아미드형) 4 2
황[인솔(insol) w/20% 오일] 2 4
총괄적으로는 약 5 중량부이고 각각은 최소 약 1 중량부인 통상적인 양의 고무 처리 오일 및 톨유 패티 산; 항분해제; 약 6 phr 양의 주로 페놀포름알데히드형 점착 부여 및 경화 수지; 실리카 및 실리카용 결합제를 플라이코트 샘플용인 2개의 촉진제 및 충전 고무 합성물 샘플용인 하나의 촉진제와 함께 사용한다.1. 시스 1,4-폴리이소프렌형
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2. 약 1:1의 이소프렌 대 부타디엔의 비를 갖는 공중합체
3. 높은 1,4 폴리부타디엔 고무
고무 합성물은 약 150℃에서 약 20분간 성형되고 경화된다.
본 발명의 실행에 있어서, 하나 이상의 충전물(42, 46) 및 하나 이상의 플라이(38, 40)의 플라이코트의 고무 합성물은 비교적 매우 강하고 적당히 단단하며 낮은 히스테리시스를 갖는 것이 중요한 것으로 간주된다.
또한, 하나 이상의 플라이(38, 40)의 플라이코트의 고무 합성물에 대한 충전물(42, 46)의 고무 합성물은 약간 강하고 약간 단단하며 양자의 고무 합성물은 비교적 낮은 히스테리시스를 갖는 것이 바람직하다.
표 1에서 고무 합성물의 표시된 물리적 특성은 그의 표본에 대한 것이며 결과적인 타이어 구성요소(충전물 및 플라이)를 포함하는 치수는 타이어의 측벽 및 카커스의 전체 강성 및 치수 안정성에 기여하는 요인으로서 고려할 필요가 있다는 것을 인식하는 것이 중요하다.
충전물(42, 46)의 고무 합성물의 강성은 전술한 플라이 코트의 고무 합성물의 강성보다 다소 큰 것이 중요한 것으로 간주된다. 왜냐하면, 그들은 섬유 보강 플라이의 일부가 아니기 때문이며, 그리고 그들의 강성 특성을 어느 정도 최대화하는 것이 소망되기 때문이다.
전술한 충전물의 고무 합성물에 대한 히스테리시스 또는 "E" 및 열 축적값은 섬유 보강 플라이의 얇은 치수에 대비한 충전물의 용적으로 인해 전술한 플라이코트의 고무 합성물의 그것보다 다소 낮은 것이 바람직하다.
특히 비팽창상태에서 타이어의 작동중에 단단한 고무 차퍼부(60)를 제공하는 것에 의해, 림 플랜지에 인접한 카커스 구조체(30)의 방사방향 외부의 하측 비드 영역에서 타이어의 마모(chafing)가 최소화될 수도 있다.
도 7 내지 도 10은 본 발명을 실행하는 변형 실시예를 도시한 것이다.
도 7에 있어서, 독창적인 연장된 비드 코어(26A)가 도시되어 있다. 이 비드 코어(26A)는 타이어의 측벽(20)에 사용될 때 코드 보강 및 단단한 탄성중합체 아펙스의 필요성을 제거한다. 이 비드 코어(26)는 비드 코어(26)와 유사한 매우 폭이 넓은 하부 단면을 갖기는 하지만, 대체로 삼각형 형상으로 되거나 또는 테이퍼를 이루는 것과 아울러 타이어의 설계 림에 장착될 때 측방향 외부로 약간 외팔보처럼 형성되고 그리고 림 플랜지 위로 연장되는 방사방향 외측부를 갖는다.
이 비드(26A)는 전술한 바와 같이 구성될 때 측방향 부하 및 압축 부하에 저항하는 매우 강한 스프링처럼 작용한다. 이것은 타이어의 비드를 안착 상태로 효과적으로 유지시키는 것을 가능하게 함과 아울러 타이어 설계자가 여러 하부 측벽 보강 부재를 제거할 수 있게 한다.
타이어의 용도에 의존하여, 비드 코어(26 또는 26A)는 매우 높은 부하 요구가 있을 때의 원형, 장방형 또는 평행한 표면 단면의 강의 단일 또는 복수 필라멘트로 제조될 수 있거나, 또는 변형예로, 복합물의 수지에 매립된 재료의 합성 코드로 보강된 복합 재료로 제조될 수 있다. 예를 들면, 비드는 유리 섬유 또는 강 또는 직물 코드로 보강된 에폭시 또는 기타 중합체, 가요성이 높으면서도 실질적으로 신장불가능한 흑연 또는 기타 복합 구조체로부터 제조될 수 있다. 명백히 이해할 수 있는 바와 같이, 비드 코어(26A)를 사용하면 하부 측벽에 비드 충전물(48) 및 코드 보강부(52, 53)가 필요하지 않다. 이것은 런플랫 타이어(10)의 제조를 단순하게 한다.
도시된 바와 같이, 도 7의 타이어는 종래 기술의 타이어(100)에서 언급한 바와 같은 구조를 사용할 수 있거나 또는 전술한 바와 같은 본 발명의 타이어중 어떤 것과도 조합하여 사용될 수 있다.
도 8a에 있어서, 도 2a 또는 도 2b의 타이어는 플라이(40)의 방사방향 외부에 코드 보강 삽입물(80)과 그리고 자체적으로 비보강 탄성중합체이거나 코드로 보강되거나 짧은 파이어로 보강될 수 있는 기타 삽입물(46)을 단순히 첨가하는 것에 의해 수정될 수 있다. 도시된 바와 같이, 이러한 삽입물은 측벽에서 플라이로서 작용한다. 왜냐하면, 그 말단이 벨트 구조체(51)의 바로 밑에서 종단되는 벨트(36)까지 그리고 비드 코어(26)의 방사방향 내부로 연장되며, 비드 코어는 도시된 바와 같이 비드 및 플라이(38, 40) 둘레에 감기거나 또는 플라이의 턴업부에 의해 감긴 말단부를 갖기 때문이다. 도시된 바와 같이 사용될 때 삽입물은 섬유 치퍼(chipper)(61)를 대체할 수 있다. 이러한 구조의 이점은 가득 찬 플라이를 요구함이 없이 추가의 부하 지지를 얻을 수 있다는 것이다. 변형예로, 삽입물(80)은 도 8b에 도시된 바와 같이 2개의 충전물(46)과 플라이(38, 40) 사이에 개재될 수 있다.
도 9에 있어서, 다른 실시예는 2개의 삽입물(42, 46)을 갖는 3개의 플라이(38, 39, 40)의 사용을 도시하고 있다. 도 10은 플라이(38, 39, 40) 및 삽입물(42, 46A, 46B)이 사용될 수 있는 구조를 도시한 것이다. 모든 경우에 있어서, 하나의 플라이(40)가 다른 플라이(38, 39)의 탄성계수보다 상당히 큰 탄성계수를 갖는 코드를 구비한다면 런플랫 성능은 개선된 것으로 간주된다. 부가하여, 앞서 언급한 바와 같이 사용되는 플라이(38, 39, 40) 중 어느 것이라도 다른 플라이에 비해서 높은 탄성계수의 코드(43)를 가질 수 있다.
도 11a에 있어서, 비용면에서 매우 효율적인 런플랫 타이어가 개시되는 바, 이 타이어(10A)는 비드 코어(26)로부터 비드 코어(26)로 연장된 단 하나의 플라이(38)를 구비한다. 이 플라이는 각 비드 코어(26) 둘레에 감긴 접어올린 단부(32)를 구비하며 벨트(36) 바로 아래에서 종단된다. 이 플라이(38)와 접어올린 단부(32) 사이에 삽입물 또는 탄성중합체 충전물(46A, 46B) 및 코드 보강 삽입물(80)이 개재된다. 방사방향 외부 삽입물(46B)은 벨트 구조체로부터 비드 코어(26)까지 연장된다. 이 삽입물(46B)은 다른 실시예의 비드 충전물(48)을 배제하나 앞서 언급한 코드 보강부(52, 53)를 사용하여 하부 측벽 및 비드부(22)의 필요한 하부 측벽 강성을 제공한다.
변형예로, 도 7의 연장된 비드 코어(26A)는 도 11b에 도시된 바와 같은 코드 보강부(52, 53)의 사용을 배제하는 것에 의해서 사용될 수 있다. 이 타이어(10A)는 동시 계류중인 특허 출원에서 발명의 명칭 "저비용 런플랫 타이어(A LOW COST RUNFLAT TIRE)"로 개시되어 있다. 비교적 높거나 낮은 탄성 계수의 코드를 갖는 플라이(38)와 함께 코드(41 또는 43)를 갖는 삽입물(80)을 사용하면 이러한 개념을 전술한 본 발명의 개녑과 직접 양립가능하게할 수 있다. 플라이(38)는 바람직하게는 강재의 높은 탄성계수의 코드(43)를 가지거나 또는 합성 또는 직물의 낮은 탄성계수의 코드를 가질 수도 있다. 변형예로, 삽입물(80)은 코드(41, 43) 중 어느 하나를 사용할 수 있고, 바람직하게는 플라이(38)와는 다른 탄성계수를 갖는 코드를 사용한다.
다양한 타이어 카커스 구조에 의해 이해할 수 있는 바와 같이, 타이어 설계자는 이러한 런플랫 타이어를 선택적으로 설계할 수 있는 다양한 개념을 얻게 된다. 타이어를 수정하는 것에 의해서 승용차, 소형 트럭 및 밴형 차량의 전체 범위에 대해 런플랫 타이어를 상업적으로 실행가능하게 할 수 있는 성능 특성 및 제조 비용의 범위를 달성할 수 있다.
본 발명의 타이어(10)는 다른 독창적인 능력을 제시한다. 부하를 가한 상태에서 상이한 % 연신율(Y41, Y43)을 갖는 코드(41, 43)를 선택하는 것에 의해서, 타이어 카커스는 정상 부하의 팽창시에는 단일 플라이의 주행감을 제공하지만 타이어가 비팽창하에서 작동될 때는 2개의 타이어가 측벽 구조체(20)를 능동적으로 지지하여 매우 양호한 쌍의 부하 지지 복합 구조체를 형성하는 2개의 래디얼 플라이(38, 40)를 사용할 수 있다.
이러한 특성을 보다 잘 이해하기 위해서, 타이어 엔지니어와 같은 당업자는 방사방향 내부 플라이(38)가 벨트 구조체(36)와 비드 코어(26 또는 26A) 사이의 측벽에서 짧은 유효 코드 길이를 갖는다는 것을 인식하여야만 한다. 도 2a의 타이어에 있어서, 플라이(38)가 플라이(40)의 코드(43)보다 더욱 신장가능한 코드(41)를 구비하여 그에따라 코드 길이에 걸친 신장량이 다른 코드(43)를 팽창하에서 부하를 공유할 수 있게 하기에 충분하도록 한다면, 부하 지지 관계는 L41, L43로 표시되고, 코드의 신장량 또는 그의 % 연신율은 Y41, Y43로 표시되며, 및 코드 간격은 EPI로 표시된다. 여기서, L41은 유효 코드(41)의 길이이고, L43은 유효 코드(43)의 길이이며, ΔL41 및 ΔL43은 정상 부하 및 팽창시에 각 코드의 코드 길이의 변화를 나타낸다. 이 관계는 코드(41)의 길이 및 신장이 다른 코드(43)의 길이(L41)와 동일하거나 또는 그보다 커서 양측 플라이(38, 40)는 길이 상수의 상이한 비를 조정하는 것에 의해 부하의 일부를 지지할 수 있거나 또는 부하의 양이 이들 플라이(38, 40)에 대해 형성될 수 있다. 이러한 최초의 코드 길이의 차이는 삽입물(46)의 두께에 의해 부분적으로 달성된다. 이제 도 2b를 참조하면, 코드(43)가 실질적으로 신장불가능하면, 외부 플라이 코드(41)는 신장가능하더라도 정상 팽창 및 부하상태에서 그다지 큰 장력을 받지 않을 것이다. 이것이 의미하는 것은 타이어(10)가, 부하가 방사방향 내부 플라이(38)에 의해 지지되고, 방사방향 외부 플라이(40)는 격심한 편차하에서 또는 타이어(10)가 비팽창상태로 작동될 때 동적 충격 하중만을 받는다는, 정상 부하 및 팽창상태의 관계를 충족시킨다는 것이다. 이러한 개념의 이점은 타이어(10)의 주행성 및 조종성이 플라이(38)에 의해 주로 결정된다는 것이다. 이러한 관계는 코드가 동일 재료로 제조되지만 타이어 기술 분야의 당업자에게 용이하게 공지된 필라멘트, 피치, 회전 및 권선의 수, 코드 구조의 권선, 코드 구조의 기술에 기인하여 상이한 연신율(Y)을 제공하도록 구성되는 경우에도 유효하다.
알 수 있는 바와 같이, 타이어의 런플랫 동력학적 특성은 상이한 신장계수 또는 상이한 % 연신율을 사용하는 것에 의해 향상될 수 있다. 결과적인 만곡축(A)은 도 3b 및 도 3C에 도시되어 있으며, 여기서 만곡축은 전술한 이유 때문에 작은 % 연신율(Y)을 갖는 플라이(38 또는 40)에 근접할 것이다.
본 발명의 설명을 위하여 임의의 대표적 실시예 및 상세한 설명을 개시하였으나, 당업자는 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어남이 없이 다영한 변화 및 수정을 가할 수 있다는 것을 명확히 이해할 것이다.

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  33. 트레드, 벨트 구조체, 상기 트레드 및 상기 벨트 구조체의 방사방향 내측의 카커스를 구비한 타이어에 있어서,
    상기 카커스는,
    한쌍의 대향하는 비신장성의 비드 코어와,
    상기 벨트 구조체의 방사방향 내측에 위치하고, 하나의 비드 코어로부터 반대쪽의 비드 코어까지 연장되며, 탄성계수(E)를 갖는 코드로 보강되는 적어도 하나의 제 1 플라이와,
    상기 트레드로부터 방사방향 내측으로 각각 연장되는 한쌍의 측벽 구조체로서, 상기 각 측벽 구조체는, 상기 적어도 하나의 제 1 플라이의 방사방향 내측에 위치되는 적어도 하나의 제 1 런플랫 삽입물과, 제 2 런플랫 삽입물과, 상기 제 2 런플랫 삽입물에 의해 상기 적어도 하나의 제 1 플라이로부터 이격되고, 상기 적어도 하나의 제 1 플라이의 코드와는 상이한 탄성계수(E)를 갖는 코드로 보강되는 제 2 플라이를 구비하는, 상기 한쌍의 측벽 구조체를 포함하고;
    상기 적어도 하나의 제 1 플라이의 코드는 탄성계수(E)를 갖는 한편, 상기 제 2 플라이의 코드는 적어도 제 1 플라이의 코드의 탄성계수(E)보다 큰 탄성계수(E)를 갖는
    타이어.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 제 2 플라이의 코드는 거의 비신장성인
    타이어.
  35. 제 33 항에 있어서,
    상기 제 2 플라이는 각 비드 코어로부터 연장되고, 상기 벨트 구조체의 아래 및 상기 적어도 하나의 제 2 플라이의 위에 방사방향으로 개재되는
    타이어.
  36. 트레드, 벨트 구조체, 상기 트레드 및 상기 벨트 구조체의 방사방향 내측의 카커스를 구비한 타이어에 있어서,
    상기 카커스는,
    탄성계수(E)를 갖는 코드로 보강되는 적어도 하나의 제 1 플라이로서, 한쌍의 비신장성의 비드 코어 주위에 감긴 한쌍의 단부를 갖는, 상기 적어도 하나의 제 1 플라이와,
    상기 트레드로부터 방사방향 내측으로 연장되는 한쌍의 측벽 구조체로서, 상기 각 측벽 구조체가 상기 적어도 하나의 제 1 플라이의 방사방향 내측에 위치되는 적어도 하나의 제 1 런플랫 삽입물과, 각각의 비드 코어까지 연장되고 상기 측벽 구조체 내에서 제 2 런플랫 삽입물에 의해 상기 적어도 하나의 제 1 플라이로부터 이격되며, 적어도 하나의 제 1 플라이의 코드의 탄성계수(E)보다 큰 거의 비신장성의 코드로 보강된 제 2 플라이 구조체를 구비하는, 상기 한쌍의 측벽 구조체를 포함하는
    타이어.
  37. 트레드, 벨트 구조체, 상기 트레드 및 상기 벨트 구조체의 방사방향 내측의 카커스를 구비한 타이어에 있어서,
    상기 카커스는,
    한쌍의 비신장성의 비드 코어와,
    선택된 값(Y)보다 큰 % 연신율을 갖는 코드로 보강되며, 적어도 상기 비드 코어까지 연장되는 한쌍의 단부를 갖는 적어도 하나의 제 1 플라이와,
    상기 트레드로부터 방사방향 내측으로 연장된 한쌍의 측벽 구조체로서, 상기 각 측벽 구조체가, 상기 적어도 하나의 제 1 플라이의 방사방향 내측에 위치되는 적어도 하나의 제 1 런플랫 삽입물과, 제 2 런플랫 삽입물과, 상기 벨트 구조체의 방사방향 내측으로부터 상기 비드 코어까지 방사방향 내측으로 연장되고 상기 제 2 런플랫 삽입물에 의해 상기 적어도 하나의 제 1 플라이로부터 이격되며 선택된 값(Y)과 동일한 % 연신율을 갖는 코드로 보강되는 제 2 플라이를 구비하는, 상기 한쌍의 측벽 구조체를 포함하고;
    상기 플라이중 적어도 하나는 각각의 비드 코어 둘레에 감긴 접어올린 단부를 구비하고, 방사방향 외측으로 연장되는
    타이어.
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