KR102408591B1

KR102408591B1 - 에어리스 타이어

Info

Publication number: KR102408591B1
Application number: KR1020160134096A
Authority: KR
Inventors: 와코 이와무라; 마코토 스기야
Original assignee: 스미토모 고무 코교 카부시키카이샤
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2016-10-17
Publication date: 2022-06-15
Also published as: EP3159184B1; CN106965628A; KR20170047170A; EP3159184A1; US20170113491A1; CN106965628B; US10155416B2; JP2017081198A; JP6604139B2

Abstract

구름 저항이 작은 에어리스 타이어를 제공한다.
접지면(2a)을 갖는 원통형의 트레드 링(2)을 구비한 에어리스 타이어이다. 트레드 링(2)은, 내부에 보강체(6)를 갖는다. 보강체(6)는, 타이어 둘레 방향으로 환형인 제1 보강 코드층(7)과, 제1 보강 코드층(7)의 타이어 반경 방향 내측에 배치되며 또한 타이어 둘레 방향으로 환형인 제2 보강 코드층(8)과, 엘라스토머로 이루어지며 또한 제1 보강 코드층(7)과 제2 보강 코드층(8) 사이에 배치된 전단층(9)을 갖는다. 전단층(9)은, 30℃에서의 손실 탄젠트(tanδ) 및 전단 탄성률(Ee)(단위: ㎫)이, 아래의 식 (1) 및 (2), 즉
tanδ≤0.06…(1)
Ee/tanδ≥1500…(2)
를 만족시키는 제1 부분(10)과, 제1 부분(10)과는 상이한 재료로 이루어지는 제2 부분(11)을 포함한다.

Description

에어리스 타이어{AIRLESS TIRE}

본 발명은, 고압 공기를 이용하지 않고 구조 부재에 의해 하중을 지지할 수 있는 에어리스 타이어(airless tire)에 관한 것이다.

최근, 에어리스 타이어가 여러 가지 제안되어 있다. 에어리스 타이어는, 고압 공기를 이용하지 않고 자체의 구조 부재에 의해 하중을 지지할 수 있다. 따라서, 에어리스 타이어는, 펑크(puncture)가 발생하지 않는다고 하는 이점을 갖는다.

특허문헌 1: 일본 특허 제4852767호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 제4914211호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 제4855646호 공보

그런데, 발명자들의 여러 가지 실험의 결과, 에어리스 타이어는, 동일 사이즈의 공기 타이어에 비하면, 구름 저항이 크며, 약 2.5배에 달하는 경우가 있다. 큰 구름 저항의 원인의 하나로서, 에어리스 타이어의 트레드 링에 배치된 엘라스토머로 이루어지는 전단층의 에너지 손실을 들 수 있다. 이러한 에너지 손실은, 전단층, 나아가서는 트레드 링을 발열시킨다. 고온이 된 트레드 링은, 내구성이 저하될 우려가 있다. 또한, 에어리스 타이어의 큰 구름 저항은, 차량의 연비 악화로도 이어진다.

본 발명은 이상과 같은 실정을 감안하여 안출된 것으로, 구름 저항을 저감할 수 있는 에어리스 타이어를 제공하는 것을 주된 목적으로 하고 있다.

본 발명은, 접지면을 갖는 원통형의 트레드 링과, 상기 트레드 링의 반경 방향 내측에 배치되며 또한 차축에 고정되는 허브부와, 상기 트레드 링과 상기 허브를 연결하는 스포크를 구비한 에어리스 타이어로서, 상기 트레드 링은, 내부에 보강체를 가지고, 상기 보강체는, 타이어 둘레 방향으로 신장되는 환형의 제1 보강 코드층과, 상기 제1 보강 코드층의 타이어 반경 방향 내측에 배치되며 또한 타이어 둘레 방향으로 신장되는 환형의 제2 보강 코드층과, 엘라스토머로 이루어지며 또한 상기 제1 보강 코드층과 상기 제2 보강 코드층 사이에 배치된 전단층을 가지고, 상기 전단층은, 30℃에서의 손실 탄젠트(tanδ) 및 전단 탄성률(Ee)(단위: ㎫)이, 아래의 식 (1) 및 (2), 즉

tanδ≤0.06…(1)

Ee/tanδ≥1500…(2)

를 만족시키는 제1 부분과, 상기 제1 부분과는 상이한 재료로 이루어지는 제2 부분을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 양태에서, 상기 제1 부분은, 상기 전단층의 타이어 축 방향의 중앙 영역에 배치되어 있고, 상기 제2 부분은, 상기 제1 부분의 타이어 축 방향의 양측에 배치되어도 좋다.

본 발명의 다른 양태에서, 상기 제1 부분의 타이어 축 방향의 폭은, 상기 전단층의 타이어 축 방향의 최대폭의 10％∼70％인 청구항 1 또는 2에 기재된 에어리스 타이어이다.

본 발명의 다른 양태에서, 상기 제1 부분의 타이어 축 방향의 폭은, 상기 전단층의 타이어 축 방향의 최대폭의 10％∼20％가 되어도 좋다.

본 발명의 다른 양태에서, 상기 제1 부분은, 적어도 상기 제1 보강 코드층 또는 상기 제2 보강 코드층 중 적어도 한쪽에 접하도록 배치되어도 좋다.

본 발명의 다른 양태에서, 상기 제1 부분은, 상기 제1 보강 코드층 또는 상기 제2 보강 코드층 양자 모두에 접하도록 배치되어도 좋다.

본 발명의 다른 양태에서, 상기 제1 부분의 두께는 2.0 ㎜ 이상이 되어도 좋다.

본 발명의 다른 양태에서, 상기 제1 부분은 과산화물 가류된 고무이고, 상기 제2 부분은 유황 가류된 고무여도 좋다.

본 발명의 에어리스 타이어는, 전단층을 구비한 트레드 링을 가지고, 전단층의 적어도 일부는, 30℃에서의 손실 탄젠트(tanδ) 및 전단 탄성률(Ee)(단위: ㎫)이, 아래의 식 (1) 및 (2), 즉

tanδ≤0.06…(1)

Ee/tanδ≥1500…(2)

를 만족시키는 제1 부분에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이러한 에어리스 타이어는 전단층의 제1 부분에 의해, 구름 저항을 작게 할 수 있다. 또한, 제1 부분에 의해, 트레드 링의 발열에 의한 내구성의 악화나, 차량의 연비 성능의 악화를 방지할 수 있다. 또한, 전단층의 일부는, 제1 부분과는 상이한 재료로 이루어지는 제2 부분으로 구성된다. 따라서, 제2 부분은, 제1 부분과는 상이한 물성을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 에어리스 타이어의 전체 사시도이다.
도 2는 도 1의 에어리스 타이어의 트레드 링의 사시도이다.
도 3은 도 1의 A-A 부분 단면도이다.
도 4는 도 3의 주요부 확대도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 에어리스 타이어의 트레드 링의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 에어리스 타이어의 트레드 링의 단면도이다.

이하, 본 발명의 일 실시형태가 도면에 기초하여 상세하게 설명된다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 에어리스 타이어(1)는, 접지면(2a)을 갖는 원통형의 트레드 링(2)과, 트레드 링(2)의 반경 방향 내측에 배치되며 또한 차축에 고정되는 허브부(3)와, 트레드 링(2)과 허브부(3)를 연결하는 복수의 스포크(4)를 구비하고 있다. 이 실시형태에서는, 예컨대, 승용차용으로 설계된 에어리스 타이어가 제시되어 있다.

허브부(3)는, 차축에 고정되는 디스크부(3a)와, 디스크부(3a)의 외주에 형성되어 원주 방향으로 신장되는 원통부(3b)를 포함하고 있다. 허브부(3)는, 종래의 타이어 휠과 마찬가지로, 예컨대, 스틸, 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금 등의 금속 재료에 의해 형성될 수 있다.

각 스포크(4)는, 판형의 형상을 이루며, 타이어 둘레 방향에 복수로 마련되어 있다. 특별히 한정되는 것이 아니지만, 스포크(4)는, 폴리우레탄 등의 고분자 재료에 의한 주형 성형체에 의해 형성된다. 예컨대, 금형 내에, 미리 트레드 링(2)과 허브부(3)가 배치되고, 이들을 연결하도록, 금형 내에 고분자 재료가 충전된다. 고분자 재료가 경화됨으로써, 트레드 링(2)과 허브부(3)를 연결하는 스포크(4)가 형성된다. 또한, 스포크(4)의 형상에 대해서는, 도시된 양태 이외에도, 여러 가지 양태가 채용될 수 있는 것은 물론이다.

도 2는 트레드 링(2)의 단체(單體)의 사시도(일부 파단도)이고, 도 3은 도 1의 A-A선 단면도를 각각 나타내고 있다. 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 트레드 링(2)은, 트레드 고무부(5)와, 그 타이어 반경 방향 내측에 배치된 보강체(6)를 포함하고 있고, 단면은 대체로 가로로 긴 직사각형 형상으로 구성되어 있다.

트레드 고무부(5)는, 보강체(6)의 주위를 덮도록 배치되어 있고, 그 타이어 반경 방향의 외면은, 접지면(2a)을 구성하고 있다. 트레드 고무부(5)는, 접지면(2a)을 구성하기 때문에, 노면에 대한 마찰력이나 내마모성이 우수한 유황 가류된 고무 조성물이 적합하게 채용될 수 있다. 바람직한 양태에서, 타이어의 웨트 성능(wet performance)을 높이기 위해, 트레드 고무부(5)에는, 홈, 오목부, 또한 트레드 링(2)을 관통하는 구멍(모두 도시 생략) 등이 각종 패턴으로 형성될 수 있다.

보강체(6)는, 타이어 둘레 방향으로 신장되는 환형의 제1 보강 코드층(7)과, 제1 보강 코드층(7)의 타이어 반경 방향 내측에 배치되며 또한 타이어 둘레 방향으로 신장되는 환형의 제2 보강 코드층(8)과, 엘라스토머로 이루어지며 또한 제1 보강 코드층(7)과 제2 보강 코드층(8) 사이에 배치된 전단층(9)을 갖는다. 제1 보강 코드층(7) 및 제2 보강 코드층(8)에 의해, 트레드 링(2)의 형상이 유지되며, 에어리스 타이어(1)에 작용하는 하중이 지지된다.

제1 보강 코드층(7)은, 예컨대, 복수의 코드 플라이에 의해 구성되어 있다. 본 실시형태의 제1 보강 코드층(7)은, 외측 플라이(7A)와, 그 내측에 배치된 내측 플라이(7B)를 포함하도록 구성되어 있다. 이들은, 실질적으로 같은, 타이어 축 방향의 폭을 갖는다. 본 실시형태에 있어서, 제1 보강 코드층(7)의 최대폭(BW)은, 트레드 링(2)의 폭(TW)보다 작게 설정되어 있고, 바람직하게는, 트레드 링(2)의 폭(TW)의 70％∼95％ 정도로 설정될 수 있다. 이러한 제1 보강 코드층(7)은, 접지면(2a)의 강성을 효과적으로 높일 수 있다.

외측 플라이(7A) 및 내측 플라이(7B)는, 실질적으로 평행하게 보강 코드(7C)를 배열한 코드 배열체와, 이 코드 배열체를 피복하는 토핑 고무로 이루어지는 코드 플라이로 구성되어 있다. 보강 코드(7C)로서는, 예컨대, 스틸 코드가 적합하게 채용된다. 대안으로, 강도 및 탄성률이 높은 아라미드, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등으로 이루어지는 유기 섬유 코드가 이용되어도 좋다.

외측 플라이(7A)의 보강 코드(7C) 및 내측 플라이(7B)의 보강 코드(7C)는, 타이어 둘레 방향에 대하여 동일한 경사 각도(예컨대, 15도∼65도)로 배열되어 있지만, 경사의 방향이 서로 반대로 되어 있다. 이에 의해, 제1 보강 코드층(7)의 타이어 둘레 방향 강성, 타이어 축 방향 강성 및 비틀림 강성이 밸런스 좋게 향상되어, 트레드 링(2)을 효과적으로 보강할 수 있다. 따라서, 에어리스 타이어(1)에 슬립각이 부여되었을 때, 제1 보강 코드층(7)은, 공기 타이어의 벨트 코드 보강층과 마찬가지로, 트레드 고무부(5)의 면내 비틀림에 대하여 높은 저항을 나타내며, 코너링 파워를 발생시켜 우수한 선회 성능을 제공할 수 있다.

제2 보강 코드층(8)은, 적어도 1장의 코드 플라이(8A)에 의해 구성되어 있다. 바람직한 양태에서, 제2 보강 코드층(8)은, 제1 보강 코드층(7)보다 적은 코드 플라이로 구성된다. 본 실시형태에서, 제2 보강 코드층(8)은, 1장의 코드 플라이(8A)로 구성되어 있다. 코드 플라이(8A)의 최대폭(BW)도, 트레드 링(2)의 폭(TW)보다 작게 설정되어 있고, 바람직하게는, 트레드 링(2)의 폭의 70％∼95％ 정도로 설정될 수 있다. 본 실시형태에서, 코드 플라이(8A)의 최대폭은, 외측 플라이(7A)[및 내측 플라이(7B)]의 최대폭(BW)과 실질적으로 같다. 이러한 제2 보강 코드층(8)은, 트레드 링(2)의 강성을 유지하면서 타이어의 질량을 경감시키는 데 도움이 된다.

본 실시형태에 있어서, 제2 보강 코드층(8)의 코드 플라이(8A)는, 타이어 둘레 방향과 평행하게 배열된 보강 코드(8C)를 갖는다. 여기서, 타이어 둘레 방향과 평행하게 배열된 보강 코드(8C)란, 보강 코드(8C)의 길이 방향과 타이어 둘레 방향이 이루는 각도(θ)가 0°±5°인 것을 포함한다. 이러한 제2 보강 코드층(8)의 코드 플라이(8A)에도, 예컨대, 스틸 코드가 적합하게 채용되지만, 아라미드, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 모듈러스(modulus)가 높은 유기 섬유 코드가 이용되어도 좋다.

제2 보강 코드층(8)에 의해, 트레드 링(2)의 타이어 둘레 방향의 강성이 효과적으로 향상된다. 이에 의해, 차량의 감속 시 및 가속 시에 있어서, 트레드 링(2)의 접지면(2a)의 형상이 안정되고, 나아가서는, 브레이크 성능이나 트랙션 성능이 향상된다. 또한, 타이어 둘레 방향으로 평행하게 배열된 보강 코드(8C)를 갖는 제2 보강 코드층(8)은, 단일층에 의한 경량화를 도모하면서, 타이어 둘레 방향선에 대한 대칭성을 확보할 수 있다.

보강체(6)는, 코드 플라이의 보강 코드(7C 및 8C)의 인장 탄성률에 비해서 충분히 부드러운 전단층(9)을, 제1 보강 코드층(7)과 제2 보강 코드층(8) 사이에 끼운 샌드위치 구조를 구비하고 있다. 이러한 보강체(6)는, 타이어 주행 시, 트레드 링(2)이 받는 하중의 일부를, 제1 보강 코드층(7) 및 제2 보강 코드층(8)의 타이어 둘레 방향의 인장 탄성력에 의해 지지할 수 있어, 하중 지지 능력을 효과적으로 높여 트레드 링(2)의 변형량을 억제할 수 있다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 전단층(9)은, 엘라스토머로 이루어지고, 제1 부분(10) 및 제2 부분(11)으로 구성되어 있다. 본 명세서에 있어서, 「엘라스토머」란, 상온 부근에서 고무 탄성을 나타내는 모든 고분자 물질의 총칭이며, 대표적인 것으로서, 가황 고무 및 수지를 포함하는 개념이다.

에어리스 타이어(1)의 조종 안정성을 유지하면서 구름 저항을 저감하기 위해, 전단층(9)의 제1 부분(10)은, 30℃에서의 손실 탄젠트(tanδ) 및 전단 탄성률(Ee)(단위: ㎫)이, 아래의 식 (1) 및 (2), 즉

tanδ≤0.06…(1)

Ee/tanδ≥1500…(2)

를 만족시키는 것을 특징으로 한다.

에어리스 타이어(1)의 구름 저항을 줄이기 위해, 제1 부분(10)의 에너지 손실을 줄이는 것은 유효하다. 그것을 위해서는, 전단층(9)의 제1 부분(10)으로서, 식 (1)로 특정되는 바와 같이, 30℃에서의 손실 탄젠트(tanδ)가 0.06 이하, 보다 바람직하게는 0.05 이하의 저발열성을 나타내는 것이 적합하다.

한편, 유황 가류된 고무에 있어서, 손실 탄젠트(tanδ)가 작은 고무는, 전단 탄성률(Ee)도 작은 경향이 있다. 이러한 경우, 손실 탄젠트(tanδ)를 줄일 수 있었다고 해도, 전단층(9)의 변형량은 증가하고, 나아가서는, 구름 저항을 충분히 줄일 수 없는 경향이 있다. 따라서, 에어리스 타이어(1)의 구름 저항을 줄이기 위해서는, 단순히 손실 탄젠트(tanδ)를 한정하는 것만으로는 충분하지 않으며, 전단 탄성률(Ee)과 손실 탄젠트(tanδ)의 비(Ee/tanδ)를 일정 범위로 유지하는 것이 중요하다. 이러한 관점에서, 본 발명에서는, 식 (2)에 따라, 제1 부분의 30℃에서의 전단 탄성률(Ee)(단위: ㎫) 및 손실 탄젠트(tanδ)의 비(Ee/tanδ)가 1500(단위 ㎫) 이상, 보다 바람직하게는 2000 이상이 된다. 이러한 규정을 만족시킴으로써, 에어리스 타이어(1)의 구름 저항을, 충분히 줄일 수 있게 된다.

여기서, 전단층(9)을 구성하는 엘라스토머의 손실 탄젠트(tanδ)는, JIS-K6394에 준거하여, 점탄성 스펙트로미터를 이용하여, 초기 변형 10％, 동적 변형 ±1％, 주파수 10 ㎐, 인장의 변형 모드의 조건에서 측정된 값이다. 또한, 시험편은, 트레드 링(2)으로부터 절취하여 만들 수 있다.

또한, 엘라스토머의 전단 탄성률(Ee)은, JIS K6251에 준거하여, 신장 2.00％에 있어서 측정된 정적인 인장 탄성률을, 1/3배한 값이 된다. 또한 시험편은, 가류 후의 트레드 링(2)으로부터 절취하여 만들 수 있다.

제1 부분(10)에는, 상기 식 (1) 및 (2)를 만족시키는 한, 특별히 한정되지 않는 여러 가지 재료가 이용될 수 있다. 본 발명자가 연구한 결과, 예컨대, α,β-불포화 카르복실산 금속염을 가교제로 한 부타디엔계의 고무 조성물 A는, 상기 식 (1) 및 (2)를 만족시키는 재료의 일례로서 적합한 것이 판명되었다. 표 1에는, 고무 조성물 A의 배합예를 나타낸다.

이 고무 조성물 A는, 부타디엔 고무(BR)의 함유율이 10 질량％∼100 질량％인 고무 성분 100 질량부에 대하여, α,β-불포화 카르복실산 금속염을 10 질량부∼80 질량부 함유하고, 또한, 과산화물을 함유한다. 이 고무 조성물 A는, BR과 α,β-불포화 카르복실산 금속염이, 과산화물을 개시제로 하여 공가교하며, 이에 의해 유황 가류의 고무 재료에서는 어렵던 고탄성 그리고 또한 저발열성이 달성된다.

상기 고무 성분은, 100 질량부 중에, BR을 10 질량％∼100 질량％ 포함한다. BR을 다른 고무와 혼합하여 이용하는 경우, 혼합용 고무로서는, 예컨대, 천연 고무(NR), 스티렌부타디엔 고무(SBR), 이소프렌 고무(IR), 클로로프렌 고무(CR), 스티렌이소프렌부타디엔 고무(SIBR), 스티렌이소프렌 고무(SIR) 또는 에폭시화 천연 고무(ENR) 등을 들 수 있고, 이들을 단독으로, 혹은 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다. 그 중에서도, 저발열성이 우수하다고 하는 이유에서, NR이 바람직하다.

BR의 함유율은 10 질량％ 이상이며, 바람직하게는 20 질량％ 이상이다. BR의 함유율이 10 질량％를 하회하면, 저발열 특성이 충분히 얻어지지 않는 경향이 있다. 또한, BR의 함유율이 100 질량％인 경우, 강도가 저하하는 경향이 있고, 그 때문에 BR의 함유율은, 바람직하게는 90 질량％ 이하, 더욱 바람직하게는 80 질량％ 이하가 된다.

공가교제로서는, 예컨대, 아크릴산, 메타크릴산, 말레산, 푸마르산, 이타콘산 등의 α,β-불포화 카르복실산의 금속염이 채용된다. 특히, 내구성이 우수하기 때문에, 아크릴산 금속염 또는 메타크릴산 금속염이 바람직하고, 메타크릴산 금속염이 특히 바람직하다. 또한 α,β-불포화 카르복실산 금속염 중의 금속으로서는, 아연, 나트륨, 마그네슘, 칼슘 또는 알루미늄 등을 들 수 있고, 충분한 경도를 얻을 수 있다고 하는 이유에서, 아연이 바람직하다.

공가교제(α,β-불포화 카르복실산 금속염)의 함유량은, 고무 성분 100 질량부에 대하여 10 질량부∼80 질량부이다. 공가교제의 함유량이 10 질량부를 하회하면, 충분한 가교 밀도가 얻어지지 않을 우려가 있다. 또한, 공가교제의 함유량이 80 질량부를 넘으면, 가황 고무 조성물이 지나치게 딱딱해지며 강도가 저하될 우려가 있다. 이러한 관점에서, 공가교제의 함유량은, 12 질량부 이상이 바람직하지만, 50 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 35 질량부 이하이다.

상기 과산화물로서는, 예컨대, 벤조일퍼옥사이드, 디쿠밀퍼옥사이드, 디-t-부틸퍼옥사이드, t-부틸쿠밀퍼옥사이드, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 쿠멘하이드로퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥산, t-부틸퍼옥시벤젠, 2,4-디클로로벤조일퍼옥사이드, 1,1-디-t-부틸퍼옥시-3,3,5-트리메틸시클로헥산, n-부틸-4,4-디-t-부틸퍼옥시발레레이트 등을 들 수 있으며, 이들은, 단독으로 이용하여도 좋고, 2종 이상을 조합하여 이용하여도 좋다. 그 중에서도, 디쿠밀퍼옥사이드가 바람직하다.

과산화물의 함유량은, 고무 성분 100 질량부에 대하여 0.1 질량부∼6.0 질량부가 바람직하다. 과산화물의 함유량이 0.1 질량부를 하회하면, 가황 고무 조성물로서 충분한 경도가 얻어지지 않는 경향이 있다. 또한, 과산화물의 함유량이 6 질량부를 넘으면, 가교 밀도가 과다해져 강도가 저하하는 경향이 있다. 이러한 관점에서, 과산화물의 함유량은, 바람직하게는 0.2 질량부∼2 질량부인 것이 보다 바람직하다.

고무 조성물 A는, 보강용의 충전제를 함유하여도 좋다. 충전제로서는, 예컨대, 카본 블랙, 실리카, 탄산칼슘, 클레이, 탈크, 알루미나, 수산화알루미늄 등을 들 수 있지만, 특히 카본 블랙이 바람직하다. 상기 보강용의 충전제를 함유하는 경우, 충전제의 함유량은, 고무 성분 100 질량부에 대하여, 예컨대, 90 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 50 질량부 이하이다. 보강용 충전제의 함유량이 90 질량부를 넘는 경우, 우수한 저발열 특성이 얻어지지 않을 우려가 있다.

고무 조성물 A에는, 상기 고무 성분, 공가교제(α,β-불포화 카르복실산 금속염), 과산화물 및 보강용 충전제 이외에도, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서, 통상 타이어 공업에서 사용되는 배합제, 예컨대, 산화아연, 왁스, 스테아린산, 오일, 노화 방지제 및 가류 촉진제 등이 함유되어도 좋다.

고무 조성물 A는, 공가교제(α,β-불포화 카르복실산 금속염)를 포함하기 때문에, 유황이나 유황 화합물 등의 가류제는 포함하지 않는다. 그러나, 전단층(9)이 제1 보강 코드층(7) 또는 제2 보강 코드층(8)과 접촉하고 있는 경우, 가류 시에, 제1 보강 코드층(7) 또는 제2 보강 코드층(8)의 토핑 고무에 포함되는 유황이, 전단층(9)으로 이행하여, 전단층(9)의 물성을 변화시킬 우려가 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 도 4에 확대하여 나타내는 바와 같이, 제1 보강 코드층(7)과 전단층(9) 사이에 그리고 제2 보강 코드층(8)과 전단층(9) 사이에, 각각 유황의 이행을 방해하기 위한 인슐레이션층(13)을 개재시키는 것이 바람직하다.

인슐레이션층(13)은, 유황의 이행 억제와 접착성의 효과를 발휘할 수 있는 것이면, 특별히 한정되는 것이 아니지만, 바람직하게는, 접착제[예컨대, 상품명 「켐록」 6100∼6254(로드사 제조)]가 적합하다. 인슐레이션층(13)의 두께도 특별히 한정되는 것이 아니지만, 충분한 접착력을 얻기 위해, 바람직하게는 3 ㎛∼100 ㎛, 보다 바람직하게는 7 ㎛∼50 ㎛가 된다.

도 3으로 되돌아가서, 본 실시형태에 있어서, 제1 부분(10)은, 적어도, 전단층(9)의 타이어 축 방향의 중앙 영역에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 전단층(9)의 중앙 영역은, 특히, 주행 중에 변형이 크고, 발열·축열하기 쉽기 때문에, 이 영역에 제1 부분(10)을 배치함으로써, 전단층(9)의 온도 상승을 억제하고, 나아가서는, 내구성을 향상시킬 수 있다. 바람직한 양태에서는, 전단층(9)의 중앙 영역으로서, 전단층(9)의 폭 방향의 중앙 위치를 중심으로 하며, 전단층(9)의 타이어 축 방향의 최대폭의 10％의 영역이 적어도 포함된다. 전단층(9) 중에서 제1 부분(10)이 차지하는 비율을 늘림으로써, 에어리스 타이어(1)의 구름 저항을 줄일 수 있다.

한편, 본 실시형태의 제1 부분(10)은, 과산화물 가류된 고무로 이루어지지만, 이러한 종류의 고무는, 유황 가류되는 트레드 고무부에 비하면, 반응 속도가 빠르고, 체적 팽창이 선행하는 경향이 있다. 또한, 과산화물 가류된 고무는, 유황 가류의 고무 조성물에 비해서 신장이 작으며 또한 취약하다고 하는 경향이 있다. 이 때문에, 전단층(9) 전체가 제1 부분(10)으로 구성되어 있는 경우, 트레드 링의 가류 성형 중에, 제1 부분(10)이, 예컨대, 저항이 비교적 작은 트레드 링의 측면으로부터 타이어 외부에 노출되는 성형 불량이나, 주행 중의 응력에 의해 파단이 생길 우려가 있다.

전술한 바와 같은 실정을 감안하여, 본 실시형태의 전단층(9)은, 제1 부분(10)과, 제1 부분(10)과는 상이한 재료로 이루어지는 제2 부분(11)을 포함하여 구성되어 있다. 이에 의해, 제1 부분(10)의 체적을 상대적으로 줄이고, 예컨대, 전술한 바와 같은 성형 불량이나 내구성의 악화를 억제할 수 있다.

바람직한 양태에서, 제2 부분(11)은, 제1 부분(10)의 타이어 축 방향의 양측에 배치된다. 이에 의해, 트레드 링(2)의 가류 성형 시, 제1 부분(10)이 트레드 링의 측면으로부터 외부에 노출되는 문제점을 억제할 수 있다.

제2 부분(11)을 구성하는 재료는, 제1 부분(10)을 구성하고 있는 재료와 상이한 것이면, 특별히 한정되는 것이 아니지만, 바람직하게는, 유황 가류된 고무로 이루어진다. 유황 가류된 고무는, 과산화물 가류된 고무에 비해서, 파단 시의 신장이 크다. 따라서, 제2 부분(11)은, 주행 시의 전단층(9)의 전단 변형을 흡수하여, 제1 부분(10)에서의 파단 등을 효과적으로 억제할 수 있다. 제2 부분(11)을 구성하는 유황 가류된 고무로서는, 예컨대, 고무 폴리머로서, 천연 고무를 포함하며, 폴리부타디엔을 포함하지 않는 것이 바람직하다. 그와 같은 고무 조성물의 일례를 표 2에 나타낸다. 단, 제2 부분(11)의 재료는, 이러한 구체적인 재료로 한정되는 것이 아니다.

에어리스 타이어(1)의 구름 저항을 줄이면서, 생산성이나 내구성을 유지하기 위해, 제1 부분(10)의 타이어 축 방향의 폭(W)은, 전단층(9)의 타이어 축 방향의 최대폭(SW)의 70％ 이하, 보다 바람직하게는 50％ 이하, 더욱 바람직하게는 40％ 이하, 특히 바람직하게는 20％ 이하가 된다. 한편, 제1 부분(10)의 타이어 축 방향의 폭(W)이, 전단층(9)의 타이어 축 방향의 최대폭(SW)의 20％ 미만이 되면, 구름 저항의 저감 효과가 충분히 얻어지지 않을 우려가 있다. 또한, 전단층(9)의 최대폭(SW)은, 적어도, 제1 보강 코드층(7)의 최대폭(BW)과 동일한 것이 바람직하다.

전단층(9)의 제1 부분(10)은, 적어도 제1 보강 코드층(7) 또는 제2 보강 코드층(8) 중 한쪽에 접하도록 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이들 부분은, 온도가 상승하기 쉽기 때문이다. 본 실시형태의 제1 부분(10)은, 제1 보강 코드층(7) 및 제2 보강 코드층(8) 양자 모두에 접하도록 배치되어 있다. 제1 부분(10)은, 제1 보강 코드층 또는 상기 제2 보강 코드층 중 한쪽에만 접하는 양태여도 좋다. 이 경우, 도 5의 실시형태에서 나타내는 바와 같이, 제2 보강 코드층(8)에만 접하도록 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이 부분이 가장 온도가 상승하기 쉽기 때문이다.

제1 부분(10)의 두께(t)는, 특별히 한정되는 것이 아니지만, 지나치게 작으면, 구름 저항의 저감 효과가 충분히 얻어지지 않을 우려가 있다. 제1 부분(10)의 두께(t)는, 바람직하게는 2.0 ㎜ 이상, 보다 바람직하게는 2.0 ㎜∼10 ㎜ 정도가 된다.

도 6에는 본 발명의 에어리스 타이어의 트레드 링(2)의 다른 실시형태의 단면도가 제시되어 있다. 도 6의 실시형태에서는, 트레드 링에, 관통 구멍(15)이 마련되어 있다. 관통 구멍(15)은, 젖은 노면을 주행할 때의 배수성을 대폭 향상시킬 수 있다. 도 6의 실시형태에서는, 타이어 적도(C)의 각 측에 있어서, 관통 구멍(15)이 타이어 둘레 방향으로 이격하여 마련되어 있다.

보강 코드의 부식 등을 방지하기 위해, 트레드 링(2)에 관통 구멍(15)이 형성되어 있는 경우, 보강체(6)는, 이 관통 구멍(15)을 피한 위치에 배치되어야 한다. 본 실시형태에서, 보강체(6)는, 관통 구멍(15)에 의해 구분된 트레드 링(2)의 중앙 영역, 좌측 영역 및 우측 영역에 각각 대응하도록, 중앙 보강체(7M), 좌측 보강체(7L) 및 우측 보강체(7R)로 분할되어 구성된다. 그리고, 이 실시형태에서는, 전단층(9)으로서, 중앙 보강체(7M)에 제1 부분(10)이 이용되는 한편, 좌측 보강체(7L) 및 우측 보강체(7R)에 제2 부분(11)이 이용되고 있다. 이러한 실시형태에 있어서도, 전술한 작용을 기대할 수 있다.

이상, 본 발명의 특히 바람직한 실시형태에 대해서 상세하게 서술하였지만, 본 발명은 도시된 실시형태에 한정되는 일 없이, 여러 가지 양태로 변형하여 실시할 수 있다.

실시예

도 1∼도 4의 기본 구조를 이루는 에어리스 타이어(타이어 사이즈 125/80R13에 상당하는 타이어)가 시험 제작되고, 구름 저항, 내구성 및 생산성이 테스트되었다. 각 타이어 모두 트레드 링의 전단층 이외에는 실질적으로 동일 사양으로 마련되었다. 스포크는, 우레탄 수지(열 경화성 수지)에 의한 주형 성형법에 따라, 트레드 링 및 허브부와 일체 성형되었다. 주된 공통 사양은, 다음과 같다.

<제1 보강 코드층>

·플라이수: 2장

·보강 코드: 스틸 코드

·코드의 각도: (타이어 적도에 대해) +21도/-21도

<제2 보강 코드층>

·플라이수: 1장

·보강 코드: 스틸 코드

·코드의 각도: (타이어 적도에 대해) 0도

<인슐레이션층>

·접착제: 켐록 6125(로드사 제조), 10 ㎛

또한, 실시예 7에서만, 전단층(9)의 타이어 반경 방향 내측면을, 제2 보강 코드층으로부터 이격시켰다.

또한, 전단층의 제2 부분은, 디엔계 고무를 이용한 유황 가류의 고무 조성물 B가 이용되어 카본 블랙 및 유황의 함유량의 조정에 의해, 전단 탄성률(Ee) 및 손실 탄젠트(tanδ)를 변화시켰다. 또한, 제1 부분에는, 표 1을 기본 조성으로 한 고무 조성물 A가 이용되어, α,β-불포화 카르복실산 금속염의 함유량의 조정에 의해, 전단 탄성률(Ee) 및 손실 탄젠트(tanδ)를 변화시켰다. 테스트 방법은, 다음과 같다.

<구름 저항>

구름 저항 시험기를 이용하여, 속도 40 ㎞/h, 하중 1.5 kN의 조건(다른 조건은 JASO에 준거)에서 측정한 구름 저항을, 아래의 식으로, 계수화하였다. 수치가 작은 쪽이 양호하다.

구름 저항 계수=구름 저항/하중×10⁴

<내구성>

드럼 시험기를 이용하여 각 에어리스 타이어를 주행시켜, 타이어가 파괴되기까지의 주행 시간이 측정되었다. 결과는, 비교예 3의 주행 시간을 100으로 하는 지수이며, 수치가 클수록 양호한 것을 나타낸다.

하중: 1.5 kN

주행 속도: 60 ㎞/h

슬립각: 0도

<생산성>

트레드 링 단체(單體)를 가류 성형한 후, 해체하여, 제1 부분의 마무리 정밀도를 육안으로 관찰·평가하였다. 그리고, 제1 부분이 규격 외인 것을 성형 불량으로 하여, 비불량률이 측정되었다. 결과는, 비교예 2의 비불량률을 100으로 하는 지수이며, 수치가 클수록 양호한 것을 나타낸다.

테스트의 결과는 표 3에 나타낸다.

표 3에 나타내는 바와 같이, 실시예의 타이어는, 내구성이나 생산성을 희생시키는 일 없이, 구름 저항을 줄이고 있는 것을 확인할 수 있었다.

1 에어리스 타이어
2 트레드 링
3 허브부
4 스포크
6 보강체
7 제1 보강 코드층
8 제2 보강 코드층
9 전단층
10 제1 부분
11 제2 부분

Claims

접지면을 갖는 원통형의 트레드 링과, 상기 트레드 링의 반경 방향 내측에 배치되며 또한 차축에 고정되는 허브부와, 상기 트레드 링과 상기 허브부를 연결하는 스포크를 구비한 에어리스 타이어로서,
상기 트레드 링은, 내부에 보강체를 가지고,
상기 보강체는, 타이어 둘레 방향으로 신장되는 환형의 제1 보강 코드층과, 상기 제1 보강 코드층의 타이어 반경 방향 내측에 배치되며 또한 타이어 둘레 방향으로 신장되는 환형의 제2 보강 코드층과, 엘라스토머로 이루어지며 또한 상기 제1 보강 코드층과 상기 제2 보강 코드층 사이에 배치된 전단층을 가지고,
상기 전단층은, 30℃에서의 손실 탄젠트(tanδ) 및 전단 탄성률(Ee)(단위: ㎫)이, 아래의 식 (1) 및 (2), 즉
tanδ≤0.06…(1)
Ee/tanδ≥1500…(2)
를 만족시키는 제1 부분과, 상기 제1 부분과는 상이한 재료로 이루어지는 제2 부분을 포함하고,
상기 제1 부분은 과산화물 가류된 고무이고, 상기 제2 부분은 유황 가류된 고무인 것을 특징으로 하는 에어리스 타이어.
제1항에 있어서, 상기 제1 부분은, 상기 전단층의 타이어 축 방향의 중앙 영역에 배치되어 있고, 상기 제2 부분은, 상기 제1 부분의 타이어 축 방향의 양측에 배치되어 있는 것인 에어리스 타이어.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 부분의 타이어 축 방향의 폭은, 상기 전단층의 타이어 축 방향의 최대폭의 10％∼70％인 것인 에어리스 타이어.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 부분의 타이어 축 방향의 폭은, 상기 전단층의 타이어 축 방향의 최대폭의 10％∼20％인 것인 에어리스 타이어.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 부분은, 적어도 상기 제1 보강 코드층 및 상기 제2 보강 코드층 중 적어도 한쪽에 접하도록 배치되어 있는 것인 에어리스 타이어.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 부분은, 상기 제1 보강 코드층 및 상기 제2 보강 코드층 양자 모두에 접하도록 배치되어 있는 것인 에어리스 타이어.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 부분의 두께는 2.0 ㎜ 이상인 것인 에어리스 타이어.
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