타이어의 카커스 제조장치{An apparatus for manufacturing the carcass ot tire}

본 발명은 타이어 제조시 타이어의 내압을 유지하기 위하여 코드(Cord)로 나이팅(Knitting)하여 형성되는 카커스(Carcass)에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 카커스의 제조장치를 자동화하여 제조비용의 절감과 생산성 및 성능향상에 기여하도록 한 타이어의 카커스 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 타이어는 내부에 에어가 충진되어 있어 차량에 장착된 상태에서 여러 방향의 외력을 지지하고, 외력을 전달하는 작용을 한다.

또한, 지면과 접촉하여 차체의 하중과 중량을 지지하고, 엔진의 구동력을 노면에 전달하며, 노면으로 부터 받는 충격을 흡수 완화시켜 차체를 보호하는 역할을 하게 되고, 브레이크의 제동력을 노면에 전달하여 안전한 주행을 보장한다.

도 1과 도 2는 일반적인 타이어(200)의 구조를 나타낸 단면도와 일부절결 사시도이다.

도시한 바와 같이 타이어(200)는 가장 외측에 노면과 직접 접촉하는 두꺼운 고무층의 트레드부(201)가 형성되어 있고, 이 트레드부에는 노면과의 마찰계수를 확보하고 방향성을 유지하기 위한 트레드홈(Groove, 202)이 여러 가지 형태로 형성되어 있다.

또한, 타이어(200)의 내측에는 금속재의 림(204)과 이 림에 끼워지는 비교적뚜꺼운 고무층의 비드부(203)가 형성되어 있고, 이 림은 충분한 강도를 갖는 금속재로 형성되어 자동차의 동력을 타이어에 전달하게 된다.

이 외에도, 림(204)에는 타이어의 내부에 공기를 주입하기 위한 공기 주입용 밸브가 설치되어 있고, 고무층의 내부에는 타이어에 인성 및 장력을 부여하기 위한 복수개의 비드 와이어(207)와 트레드 벨트(208) 및 보강재인 카커스(206)가 매설되어 있다.

이중, 접지면 역할을 하는 트레드부(201)는 주행시 가장 마모가 심하게 발생하는 부분으로, 그 내부에는 전술한 카커스(206)와 트레드 벨트(208)가 매설되어 있다.

상기의 트레드 벨트(208) 및 카커스(206)를 설치하는 이유는, 자동차가 주행하는 도중 지면과 접촉하는 과정에서 이물질에 의한 타이어의 손상이 발생할 경우, 내부에 주입된 압축공기의 급격한 누설을 방지하고, 탑승자의 안전을 유지하기 위함이다.

이중, 트레드 벨트(208)는 통상 타이어(200)의 트레드부(201) 내부에 서로 다른 두겹의 스틸 와이어를 "X"자 형태로 조밀하게 매설하여서 형성된 것으로, 타이어의 특성에 따라 두겹의 엇갈림 각이 달라지며, 타이어의 제조시 형성하게 된다.

이를 위하여 타이어 제조시 지면과 접촉하는 트레드부의 내부에 두겹의 스틸 와이어를 "X"자 형태로 매설하여 트레드 벨트(208)를 형성해 주는 것이다.

그리고, 카커스(206)는 타이어(200)의 고무층 내부에 설치되어 타이어의 내압을 유지하기 위한 것으로, 충분한 강도를 갖는 층으로 형성된다.

이 카커스(206)는 그 단면이 원형이 아닌 타이어의 형상으로 되어 있으나, 카커스 자체의 단면은 폐쇄된 단면이 아닌 양측의 비드부에서 끝나는 말발굽형으로 되어 있다.

통상, 카커스(206)는 주행도중 타이어의 강성을 유지하고 찌그러짐을 방지하기 위하여 타이어의 제조시 코드로 나이팅 작업을 실시하여 형성하게 되며, 코드의 강성유지를 위하여 실시하는 나이팅 작업에는 여러 가지 방법이 있다.

상기 코드의 강성은 고무의 강성 보다 휠씬 커서 내압에 의한 응력을 거의 부담하게 된다.

카커스(206)의 역할은 전술한 바와 같이 타이어의 내압을 유지하기 위한 압력용기로서, 타이어는 항상 용기의 벽을 늘려서 파열시키려는 장력을 받고 있고, 이 내압에 의한 장력은 정해진 방향이 있는 것이 아니라 모든 방향으로 작용하기 때문에 이러한 장력에 견디기 위해서는 충분한 강도를 갖는 재료를 사용하여 형성해 주어야만 한다.

또한, 카커스(206)를 구성하는 코드는 모든 장력을 견디어 내야 하기 때문에 굴곡이나 압축저항이 없는 재료에서는 특수한 구조를 가져야만 이러한 장력에 견딜수 있다.

카커스(206)의 재료로 유기물을 가로, 세로로 엮어서 사용한 것이 있으나, 이러한 타이어는 가로, 세로로 구성된 코드(실)의 교차점에서 마찰과 발열이 발생하여 절단되기 때문에 수명이 매우 짧다.

따라서, 코드와 코드 사이의 교차점에서 마찰이 발생하지 않는 형상으로 제조하는 것이 바람직하다.

타이어에서 카커스를 구성하고 있는 코드는 일측의 비드 와이어(207)에서 반대쪽에 설치된 비드 와이어 사이를 최단거리로 연결하여 타이어의 주행방향을 기준으로 할 때 그 단면을 연속적으로 연결한 것이다.

때문에, 타이어의 원주방향의 강도는 코드와 코드 사이의 고무에 의해서만 유지되는 관계로 에어를 충진시키면 코드와 코드 사이의 고무층이 신장되어 펼쳐지게 된다.

타이어의 원주방향의 강도를 유지하기 위하여 트레드부(201)와 카커스(206)의 중간에 여러층으로 삽입된 부재가 바로 트레드 벨트(208)이다.

이 트레드 벨트는 유기재료, 화이버 그래스(Fiber-Grass), 스틸 등의 코드를 사용하고, 타이어의 원주방향으로 배치시켜 고무를 포함한 단단한 구조로 형성되어 있다.

그런데, 종래 타이어의 제조는 대량생산을 목적으로 한 것이기 때문에 제조공정의 세분화 및 설비의 자동화는 어느 정도 이루어져 있으나, 이들 제조설비는 대형화 되어 있고, 복잡한 단점이 있다.

또한, 이러한 설비를 이용하여 타이어를 제조하기 위해서는 넓은 면적의 공장과 복합한 대형 자동화 설비의 구비 및 다수의 작업인원이 필요하여 제조원가가 높아지는 문제점이 있다.

즉, 종래 타이어 제조시 카커스(206)의 나이팅 작업을 살펴보면, 먼저 직물제직공장의 래피아 제직기에 의해서 2600개의 경사(사의 간격은 1.0mm)에 30mm간격의 위사를 제직하고, 제직된 직물을 250℃로 가열하여 강성을 증대시킨 후 타이어 제조공장으로 보낸다.

공급된 직물을 타이어에 카커스로 설치하기 위한 직물의 재단과 부착 시스템을 살펴보면, 먼저 제작하는 타이어(200)의 원주길이에 맞게 길이와 폭으로 직물을 재단하여 인너 라이너(Innerliner) 위에 부착한 후 타이어를 제작한다.

이때, 제직된 직물을 카커스(206)로 사용하므로 경사와 위사로 엮어진 직물은 주행시 타이어에 가해지는 가압력과 충격에 의해 경사 및 위사로 구성된 코드의 교차점에서 마찰과 발열이 발생하여 절단되기 때문에 수명이 매우 짧다.

이러한 카커스의 제조방법은 타이어의 강성을 유지하기 위하여

첫째, 별도의 제직공장과 제직설비를 보유하고 있어야 하고,

둘째, 제직된 직물을 정해진 규격별로 절단하여 타이어의 표면에 설치하더라도 균일한 간격으로 설치하기가 곤란하고, 이로 인해 주행시 내압을 균일하게 흡수하지 못한다.

셋째, 정렬된 나이팅 코드는 경사와 위사로 구성된 코드의 교차점에서 마찰과 발열에 의해 절단되기 때문에 타이어의 수명이 매우 짧다.

넷째, 작업이 이루어지는 설비에는 공정의 진행상황을 체크하는 작업자의 배치가 요구된다.

따라서, 이러한 종래의 제조장치는 어느 정도 자동화는 이루어져 있으나, 설비 자체가 대형이고, 제작하기 어려운 관계로 비용의 과다지출과 함께 설비의 설치에 따른 넓은 설치공간이 필요하여 제조원가의 상승과 생산성 및 품질저하를 일으키는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 그 기술적인 과제는 소형이고, 위상의 제직이 없는 카커스의 나이팅 장치를 제공함에 있다.

본 발명에 의한 나이팅 장치는 제직공정과 공장이 필요치 않고, 카커스 코드로 나이팅 작업을 수행하므로 타이어의 제조시 전공정을 매우 단순화할수 있을 뿐만 아니라 이 장치를 이용할 경우 좁은 공간에서 간단하게 타이어의 제조에서 코드로 나이팅 작업을 할수 있으므로 제조비용의 절감과 생산성 및 성능향상에 기여하게 된다.

도 1 및 도 2는 일반적인 타이어의 구조를 나타낸 단면도

도 3은 본 발명의 전체 구성을 나타낸 정면도

도 4는 본 발명의 측면도

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 프레임 20 : 가이드

21 : 가이드 레일 30 : 니들 이송부

31 : 가이드 블록 32 : 스핀들

33 : 니들 40 : 회전축

50 : 훅크부 51 : 훅크

60 : 타이어 드럼 70 : 코드

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명은 타이어의 내부에 일정한 간격으로 카커스를 형성할수 있도록 한 것이다.

이를 위하여 1개의 코드선으로 타이어의 표면에 일정한 간격으로 왕복운동시켜 카커스를 수행하기 위한 나이팅 작업을 수행하는 것으로, 토러스 드럼공정에서 타이어 형상을 먼저 형성한 뒤 그 위에 나이팅 작업을 수행하게 된다.

본 발명의 나이팅 장치는 타이어 홀딩장치와 구동장치가 요구되고, 나이팅을 위한 코드의 이송장치, 공급장치 및 부착장치가 요구된다.

이 장치를 이용하여 타이어를 제작할 경우 카커스를 일정한 간격으로 배열할수 있고, 카커스를 가로지르는 위사가 배치되지 않아 코드선의 교차점에서 발열이발생하지 않으므로 타이어의 내구성 증대와 강성증대에 기여할수 있다.

이하에서 본 발명을 첨부된 실시예의 도면에 의거 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 전체 구성을 나타낸 정면도이고, 도 4는 측면도를 나타낸 것이다.

도시한 바와 같이 본 발명의 나이팅 장치는 복수개의 형강을 조립하여 만든 틀체로서 장치 전체를 견고하게 지지하는 프레임(10)과;

상기 프레임의 일측 상단에 수평으로 설치되며 가이드 레일(21)을 구비하는 외팔보 형상의 가이드(20)와;

상기 가이드 레일을 따라 수평이송이 가능한 가이드 블록(31)과, 이 가이드 블록에 수직이송이 가능하게 설치된 스핀들(32)의 단부에 설치되어 타이어 코드(70)를 잡아주는 니들(33)로 구성되는 니들 이송부(30)와;

상기 프레임(10)의 가이드(20) 하부에 수평으로 회전 가능하게 설치되며 카커스를 제조하고자 하는 타이어 드럼(60)이 장착되는 회전축(40) 및;

상기 프레임에 설치되어 회전축의 타이어 드럼에 코드를 고정시켜 주는 훅크부(50); 로 구성된다.

프레임(10)은 복수개의 형강을 조립하여 만든 틀체로서 본 발명의 장치 전체를 견고히 지지하게 된다.

외팔보 형상의 가이드(20)는 프레임의 상단 일측에 수평으로 설치되며 그 상하단에는 길이 방햐의 가이드 레일(21)이 부착된다.

니들 이송부(30)는 가이드 블록(31)의 수평이송을 고속, 정밀하게 하기 위하여 LM류의 가이드(20)를 사용하고, 수직이송을 위해서는 모터의 반복회전에 의한 데드 포인트(Dead point)를 제거하기 위하여 더블링크(Double link) 구조를 채택한다.여기서, LM(Linear Motion)가이드(20)는 일반적으로 직선운동 시스템의 가이드 용도로 사용되는 기계부품으로서, 자동화기계, 공작기계 및 산업기계 등에서 직선 이송운동에서 많이 활용되고 있다. 또 LM 가이드(20)는 가공된 평면상에 볼트로 장착시키며 글리어런스(Clearance)가 없고, 고도의 주행 정밀도가 얻어지는 유니트구조로서 다 용도로 사용되고 있다. 특히, 치부면이 좋지 않더라도 LM가이드(20)를 사용하면 기계전체의 정도가 크게 향상되며 부드러운 직선운동이 얻어지고, LM가이드(20) 수명에는 영향을 주지 않는다. 직선우동시스템은 레일면 사이에 볼 혹은 로울러등의 전동체를 넣어서 구름운동을 시키므로 마찰저항이 미끄럼 운동에 비하여 1/20 ∼ 1/40으로 감소한다. 그리고, 기동 마찰이 작기 때문에 스틱 슬립이 생기지 않아서 서브-미크론(Sub-micron)의 이송도 가능하다. 또한, 직선운동시스템의 마찰저항은 직선운동시스템의 형식, 윤활제의 점성저항, 직선 운동 시스템에 걸리는 하중, 운동속도 등에 의하여 변화된다.

상기 니들 이송부의 수평이송은 타이밀 벨트 및 LM가이드(20), 가이드 블록(31)이 일정한 속도로 이송할수 있도록 힘을 가하는 구동장치를 구비한다.

타이어 코드(70)는 니들 이송부(30)에 의해 연속적으로 공급된다.

회전축(40)은 가이드(20) 하부의 프레임(10)에 수평으로 설치되어 회전 가능토록 베어링 하우징으로 지지되며, 별도의 회전장치에 의해 미소 회전하게 된다.

상기 회전축에는 회전축을 저속으로 회전시키기 위한 감속기 및 구동모터와, 타이어 드럼을 홀딩 및 릴리스(Release)하기 위한 장치, 코드(70)를 타이어 드럼(60)의 측면에 부착하는 롤러를 구비한다.

훅크부(50)는 프레임(10)의 회전축(40) 상부에 설치되며 타이어 드럼(60)에 코드를 고정시켜 주는 훅크(51)를 구비한다.

상기 훅크(51)는 니들 이송부(30)가 방향을 바꾸기 위하여 정지하였을 때 코드(70)를 잡아주는 역할을 하게 된다.

상기 훅크는 회전축에 장착되는 타이어 드럼의 양측에 설치된다.

그리고, 니들 이송부(30)가 수평으로 이송할 때 그 이송거리를 스캐닝하여 스핀들(32)의 상하작동을 제어하게 된다.

또한, 도시하지 않은 제어부에서는 상기의 각 부분을 제어하여 작동을 원할하게 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 타이어 드럼(60)을 회전축(50)에 장착한 상태에서 미소 회전시킨다.

이때, 타이어 코드(70)는 니들 이송부(30)에 의하여 연속적으로 공급된다.

이와 같은 상태에서 니들 이송부(30)의 스핀들(32)이 하강하면, 롤러가 코드(70)를 잡고 당겨서 타이어 드럼(80)의 외부 표면과 오목부 까지 부착한다.

니들 이송부(30)는 스핀들(32)이 하강한 상태에서 진행 방향으로 더 이송하여 정지할 때 훅크(51)가 스핀들(32)의 니들(33) 끝에 있는 코드(70)를 잡으며, 이때 타이어 드럼(60)은 미소량을 회전하고, 니들 이송부는 반대 방향으로 이송하기 시작한다.

이때, 니들 이송부(30)의 스핀들(32)이 하강한 상태에서 역방향으로 이송할 때 센싱(Sencing)에 의해 롤러가 코드(70)를 잡으면, 스핀들이 상승하기 시작하고, 롤러는 타이어 드럼의 오목부와 측면에 코드를 부착한다.

그리고, 니들 이송부(30)가 진행 방향으로 더 이송하여 가는 도중에 센싱에 의하여 스핀들이 하강하면, 측면의 롤러가 코드를 잡고 당겨서 타이어 드럼의 외부표면과 오목부 까지 부착하고, 니들 이송부는 스핀들이 하강한 상태에서 진행 방향으로 더 이송하여 정지할 때 훅크(51)가 스핀들의 니들 끝에 있는 코드를 잡으며, 이때 타이어 드럼은 미소량을 회전하고, 니들 이송부는 반대 방향으로 작동하기 시작한다.

이때, 니들 이송부의 스핀들이 하강한 상태에서 정방향으로 이송할 때 센싱에 의해 롤러가 코드를 잡으면, 스핀들이 상승하기 시작하고, 롤러는 타이어 드럼의 오목부와 측면에 코드를 부착한다.

니들 이송부는 정방향으로 이송하는 도중에 센싱에 의하여 스핀들이 하강하기 시작한다.

본 발명은 이러한 동작이 반복되어 코드(70)를 나이팅하게 된다.

즉, 니들 이송부(30)가 도 3의 A-〉B-〉A를 반복적으로 이송하면서 타이어 코드를 타이어 드럼에 부착하며, 이때 타이어 드럼의 표면에는 점도가 높은 얇은 고무가 부착되어 잇어 타이어 드럼의 표면과 코드 간의 미끄럼은 발생하지 않는다.

또한, 훅크(51)는 니들 이송부가 "A"와 "B"위치에 도착하면서 곧바로 "A"위치로 되돌아 갈 때 생기는 코드의 탈락현상을 방지하여 코드를 타이어 드럼의 양쪽 끝단에 부착하게 된다.

상기 훅크(51)가 구비된 훅크장치(50)는 "A", "B"위치에 설치되어 있기 때문에 연속적인 나이팅이 가능하다.

이상에서 설명한 본 발명은 카커스가 내장된 타이어를 제조하기 위하여

첫째, 타이어 드럼의 표면에 카커스 나이팅 작업을 위한 코드선의 이송, 공급, 정렬 및 부착하는 작업공정이 단순하고, 장치의 구조가 간단하다.

둘째, 장치가 소형이어서 제작 및 설비비용이 적게 든다.

셋째, 설치공간이 적으며, 이동이 용이하다.

넷째, 자동차 생산공장의 가까운 거리 적은 공간에서 신속하게 제조 및 공급하여 장거리 운반에 따른 물류비용이 절감된다.

다섯째, 타이어의 제조원가 절감과 품질 및 생산성 향상에 기여할수 있다.

따라서, 이러한 장치를 사용할 경우 종래의 방법에서 문제시 되고 있는 카커스의 배열상태와 카커스를 가로지르는 위사가 배치되자 않아 타이어의 성능 및 내구력을 증대시킬수 있는 것이다.