합성 비드 코어를 구비한 공기 타이어

타이어는 일반적으로 적어도 하나의 카거스 플라이를 구비한 카커스 구조체체와, 상기 카커스 구조체체의 반경방향 외부 위치에 있는 트래드 밴드와, 상기 카커스 구조체체와 상기 트래드 벤드 사이에 개입된 벨트 구조체를 구비한다. 타이어는 일반적으로 축방향으로 마주보는 위치로 상기 카커스 구조체에 부착되는 한 쌍의 사이드월(sidewalls)을 더 구비한다. 적어도 하나의 카커스 플라이의 단부들은 뒤로 접혀지거나 2개의 환경강화요소, 즉, 소위 "비드 코어들"에 고정되며, 비드 코어를 구비하는 타이어 영역은 "타이어 비드"로 알려져 있다. 일반적으로, 비드 코어의 반경방향 외부 위치에, 타이어 비드는 통상적으로 "비드 충진제(bead filling)" 또는 "비드 에이펙스(bead apex)"라고 하는 엘라스토머 삽입물을 더 구비하며, 상기 엘라스토머 삽입물은 실질적으로 삼각형 횡단면을 가지고 각각의 비드 코어로부터 반경방향 바깥으로 뻗어 있다. 타이어 비드와 특히 상기 타이어 비드의 비드 코어는 일반적으로 복수의 기능들을 수행하도록 요구된다. 먼저, 비드 코어는 타이어 팽창압력과 타이어 곡률비에 비례하는 길이방향 스트레스를 받는 타이어 카커스 코드를 타이어 비드에 고정시키는 기능을 수행한다. 카커스 코드는 원심력, 측면 추력(lateral trusts) 및/또는 주행간 타이어에 작용하는 토크로 인한 길이방향 스트레스와 토션 스트레스를 또한 받게 된다. 더욱이, 비드 코어는 타이어를 각각의 휠 림에 고정시키는 기능을 수행하여, 이에 의해, 튜브리스 타이어의 경우, 타이어와 휠 림 간에 밀봉효과를 보장하며, 상기 휠 림은 비드 장착 위치와 일치하게 형성되고 일반적으로 타이어 비드에 대한 지지기반으로서 작동하는 2개의 실질적인 원추형 동축면들을 구비한다. 상기 동축면들은 일반적으로 비드의 축상 외부면을 지지하는, 반경방향 외부로 돌출한, 플랜지에서 종료되며, 팽창압력에 의해 상기 플랜지에 대하여 비드가 접한다. 비드 코어와 합동인 비드 시트(bead seat)의 원추형 형태에 의해 비드를 시트로의 적절한 위치지정이 보장된다. 비드 코어는 각각의 휠 림에 대한 타이어의 끼움 동작동안 발생한 당면한 변형을 견디도록 요구된다. 실제로, 비드 코어의 반경방향 내부 환형면의 직경은 림 플랜지의 반경방향 외부 직경보다 더 작고, 일단 타이어 비드가 림의 각각의 비드 시트에 위치되고, 플랜지 위로 옮겨진 후에, 플랜지의 축방향 내부면에 대하여 비드 시트의 분기면을 따라 팽창 유체의 압력에 의해 밀려지도록 선택된다. 일반적으로, 각 림상의 타이어의 끼움은 타이어 일부가 플랜지로 옮겨질 수 있도록 타이어 비드의 변형(타원형)으로 개시된다. 연이어, 타이어 비드의 나머지가 플랜지로 완전히 옮겨져 비드가 가장 가까운 비드 시트에 위치되어 진다. 그리고 나서, 비드는 림의 중앙 홈에 안착되도록 마주보는 비드 시트를 향해 축방향으로 밀어진다. 이런 식으로, 비드가 상술한 중앙 홈 내부에 위치된 후, 타이어의 적도면은 타원형에 의해 (그리고 이에 따라 각각의 비드 코어의 타원형에 의해) 반대쪽 비드들도 또한 플랜지로 옮겨져 대응하는 비트 시트에 위치되도록 림의 적도면에 대해 기울어질 수 있다. 마지막으로, 타이어는 양 비드들이 플랜지의 축방향 내부면들에 대하여 접하도록 팽창된다. 비드 코어의 강도로 인해, 타이어를 림에/림으로부터 끼움/제거 공정은 비드 코어를 변형시키기에 충분한 힘을 가하여 실질적으로 원형에서 타원형으로 형태를 변경하여, 상술한 바와 같이, 비드를 플랜지로 옮길 수 있는 레버의 사용을 필요로 한다. 그러나, 비드 코어를 형성하는 세장요소들(elongated elements)에 대해 작동하는 레버들의 사용으로 인해 특히 바람직하지 못한 상기 세장요소들의 탄성변형 한계가 국소적으로 초과될 수 있으며, 이는 타이어의 주행동안 비드 코어의 구조적 강도 특성에 악영향을 끼칠 수 있고, 어떤 경우에는, 타이어 비드 코어의 신장된 요소들 중 하나 이상의 파열이 또한 발생할 수 있기 때문이다. 대개 비드 코어는 강철 코어로 형성된다. 그러나, 다른 재료가 해당기술분야에 제안되었다. US 5,198,050은 공기 타이어의 비드부와 사이드월부를 강화하기 위한 환형 밴드를 갖는 공기 타이어를 개시하고 있다. 일실시예에서, 환형 밴드는 복수의 필라멘트들을 구비하고, 상기 복수의 필라멘터들은 바람직하게는 강철, 유리섬유, 탄소, 폴리에스테르, 및 가장 바람직하게는 아라미드로 구성된 그룹으로부터 취해진 재료로 만들어 진다. US 4,823,857은 비금속 매트릭스 재료가 들어 있는 섬유 합성물을 각각 구비하는 적어도 2개의 반경방향 중첩층을 포함하는 타이어용 환형 비드부재를 개시하고 있다. 섬유는 바람직하게는 유리섬유, 아라미드 섬유, 탄소섬유, 폴리아미드 섬유 및 금속섬유로 구성된 그룹으로부터 선택된다. US 5,307,853은 강철코드와 방향성 폴리아미드 코드를 포함하는 타이어 비드를 개시하고 있으며, 상기 강철코드는 상기 타이어 비드의 횡단부내에 위치해 있고, 방향성 폴리아미드 코드는 비드 횡다면의 외부에 위치해 있다. US 4,320,791은, 공기 타이어의 구조 구성요소로서, 금속 재료와는 다른 유기 또는 무기 섬유로 제조된 가느다란 비드 요소(slender bead element)를 구비하고, 적어도 105㎏/㎠의 높은 탄성계수(modulus)를 갖는 비드부재를 구비하는 공기 타이어를 개시하고 있다. 종래의 강철 와이어에 대한 대체물로서, 아라미드 섬유와 같은 고탄성계수의 유기섬유 및 탄소섬유와 같은 고탄성계수 무기섬유가 높은 비강도(specific strength)와 높은 비탄성계수(specific modulus)를 갖는 가느다란 비드 요소 또는 코드로 사용된다. JP 6286426은 방향성 폴리아미드 섬유 코드로 형성된 수지 섬유에 들어 있게 형성된 섬유수지 복합재료 코드로 구성된 비드 강화부재를 갖는 공기 래디얼 타이어를 개시하고 있다. JP 4133807은 비드부가 비금속 섬유 재료로 만들어진 요소 라인을 환형으로 권선함으로써 제조된 비드 코어로 강화된 타이어를 개시하고 있다. JP 57066007은 타이어 비드용 복합 물질이 소정의 탄성계수를 갖는 비드 섬유와 소정 경도의 탄성계수를 갖는 기지상(matrix phase)으로 만들어지는 방법을 개시하고 있다. 비드 섬유는 탄성계수가 105㎏/㎠ 이상인 유기물질이나 무기 비금속 고탄성계수 섬유로 만들어 진다. 상술한 기능 이외에, 비드 코어는 차량의 가감속 동안 림으로부터 타이어까지 토크(견인토크(traction torque) 및 제동토크(braking torque))의 전달을 보장하도록 요구된다. 따라서, 타이어를 림에 고정시키는 것은 장착 림에 대해 타이어가 미끄러지는 것을 방지하는데 적합해야 할 것을 요구한다. 임의의 차량(승객차량, 트럭, 오토바이)에 중요한 이러한 태양은 특히 고성능(HP) 및 초고성능(UHP) 타이어의 경우에 특히 중요하며, 이들 타이어는 일반적으로 고속 주행속도(예컨대, 200㎞/h 이상) 및/또는 갑작스러우며 문제가 되는 가속/감속들이 일반적으로 발생하도록 야기되는 극한의 운전조건에 필요한는 고출력 차량용으로 설계된 것이다. 본 출원인은 챠량에 의해(예컨대, 엔진 또는 엔진의 브레이크에 의해) 발생된 토크가 림 상의 타이어의 어떠한 실질적인 미끄러짐도 발생함이 없이 림에서 타이어로 전달될 수 있도록 림에 대한 타이어 비드의 고정을 높여야 할 필요성을 인식했다. 본 출원인은 요즈음 고출력 차량의 자동차 시장의 출현이 상당히 증가하고 있기 때문에 림에 단단히 고정되고 상기 당면한 토크들을 수용할 수 있는 공기 타이어가 훨씬 더 요구되고 있음을 주목했다. 특히, 본 출원인은 타이어 비드를 림에 고정시키는 역할을 하는 비드 반경방향 힘(bead radial force)을 높이는 한편, 상술한 복수의 다른 기능들이 악영향을 받지 않도록 보장해야 할 필요성을 인식했다. 보다 상세하게, 본 출원인은 가해진 스트레스를 견디기에 필요한 강도를 보장하고, 타이어를 림에 끼우기 좋게 보장하도록 비드부의 내면 외주부에 대한 필요한 치수 정확도를 보장하면서, 림에 대한 타이어 비드의 체결력(hooping force)을 높일 수 있는 비드 코어를 타이어에 제공해야 할 필요성을 인식했다. 상세하게, 본 출원인은 타이어 비드의 기계적 저항(타이어 비드의 구조적 무결성)에 악영향을 주지 않고도 림에 대한 타이어의 고정과, 이에 따라 사용동안 안전도 뿐만 아니라 타이어 균일성(예컨대, 타이어의 기하학적 치수의 규칙성, 반경방향으로 타이어의 강도, 및 원주방향을 따라 타이어 질량의 균일한 분포)을 향상시키는 비드 코어를 제공해야 할 필요성을 인식했다. 더욱이, 본 출원인은, 특히 고출력 차량들이 고려되는 경우, 구름 저항(rolling resistance)과 같이 타이어 성능에 현저하게 영향을 끼치는 점에서 비드 코어 구조가 전체 타이어 무게를 줄이는데 기여할 수 있는 타이어를 제공해야 할 필요성을 인식했다.