KR100351262B1 - 중하중용 공기입 래디얼 타이어 - Google Patents

Abstract

타이어의 외곽 치수에는 변화가 없으면서, 내구성 및 이상마모방지, 마모수명 향상, 그리고 소음의 절감등 여러 성능을 동시에 개선하기 위해 트레드부 그루브(groove)의 위치, 각도 및 형상, 리브(rib)의 배열방법, 커프(KERF)의 구조와 형상 그리고 트레드 몰드의 측면을 고속주행에 적합하도록 성능을 향상시킨 중하중용 공기입 래디얼 타이어이다.

Description

중하중용 공기입 래디얼 타이어 {Pneumatic radial tire for heavy duty}

본 발명은 고속으로 주행하는 버스 등을 위한 중하중용 공기입 래디얼 타이어에 관한 것으로, 타이어의 트레드부 그루브의 위치 및 형상, 리브의 배열방법, 커프(KERF)의 구조와 형상, 트레드 몰드의 측면 등이 고속주행에 적합하도록 된 중하중용 공기입 래디얼 타이어에 관한 것이다.

고속으로 주행하는 버스용 타이어는 가장 우선적으로 좋은 내구성을 가져서 고속주행시 승객을 안전하게 탑승시켜야 한다. 고속주행용 타이어에 대한 대부분의 설계에 있어서는 내구성을 가장 우선시하고 이에 관심이 집중되었으나, 버스의 고급화와 고출력화 및 안락한 승차감 등을 위해서는 내구성 이외의 성능들도 중요한 문제로 대두되고 있다.

본 발명의 목적은 트레드 패턴 및 트레드 몰드의 구조를 변경시켜 내구성의 향상 및 이상마모의 방지 등을 성취할 수 있도록 된 고속주행하는 버스 등을 위한 중하중용 공기입 래디얼 타이어를 제공하는 것이다.

특히, 타이어의 외형적인 치수에는 변화가 없이 공기 주입시 트레드부 반지름이 10.2 내지 20.3cm 증가하게 하여, 고속주행시 숄더부의 운동량을 감소시켜서 타이어의 내구성을 7%정도 향상시키고, 트레드부의 접지폭 방향에서 접지압을 균일하게 만들어서 전체 마찰에너지를 감소시켜 트레드부의 마모량을 종래 타이어보다 약 12% 감소시킴으로써, 타이어의 수명을 연장시킴과 더불어, 불규칙적인 이상마모를 방지할 수 있도록 된 중하중용 공기입 래디얼 타이어를 제공하는 데에 그 목적이 있다. 이로써, 본 발명에 따른 타이어를 장착한 버스가 다양한 노면, 예컨대 일반 시내도로, 고속도로, 국도 등에서 고속으로 주행할 때 타이어의 마모 발생량이 줄어들게 되어 전체 타이어의 수명이 개선되면서 승객을 안전하게 운송할 수 있는 한편, 승객의 안락감에 영향을 미치는 소음도 감소되어 편안한 여행을 도모할 수 있게 하기 위함이다.

도 1은 본 발명에 따른 중하중용 공기입 래디얼 타이어의 트레드 패턴의 일부를 도시한 형상도이고,

도 2는 도 1에 도시된 메인 그루브(main groove)의 부분확대도,

도 3은 도 1에 도시된 보조 그루브의 부분확대도,

도 4는 도 1에 도시된 숄더러그의 부분확대도,

도 5는 숄더러그의 부분단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 ----- 메인 그루브, 2 ----- 중심부의 보조 그루브,

3 ----- 숄더부의 보조 그루브, 4 ----- 숄더러그(shoulder lug),

11 ----- 메인 그루브의 측벽, 15 ----- 중심리브(rib),

22 ----- 중심리브커프(KERF),

25 ------ 중간리브, 33 ----- 숄더리브커프,

35 ------ 숄더리브, 44 ----- 숄더커프,

55 ----- 지그재그형상의 1/2 피치길이,

66, 77, 88 ----- 계단의 길이, PL ----- 피치길이.

이제 첨부도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 중하중용 공기입 래디얼 타이어를 자세히 설명한다.

도 1은, 본 발명에 따른 중하중용 공기입 래디얼 타이어의 트레드 패턴의 형상도로서, 주행방향으로 하는 트레드부의 중심에 중심부의 보조 그루브(2)가 놓이고, 그 양측면으로 중심리브(15)를 사이에 두고 2개의 지그재그형상인 메인 그루브(1)가 배치되며, 상기 메인 그루브(1)에서 타이어의 외측으로 중간리브(25)를 두며 중심부의 보조 그루브(2)와 동일한 형상을 가진 숄더부의 보조 그루브(3)를 구비하고, 타이어의 외측에 숄더러그(4)를 구비한다. 또한, 타이어 트레드부의중심에서 서로 대칭적인 형상을 가지도록 모든 부재들은 배치된다.

상기 메인 그루브(1)는 지그재그형상으로 구성되는 데, 이는 건조하고 습한 상황에서도 타이어의 성능을 향상시키기 위함이며, 이 지그재그형상의 피치길이(pitch length,이하 PL)는 각각의 피치별로 1/2 내지 1/3 PL이 적합하며, 상기 메인 그루브(1)의 폭은 트레드폭(tread width)의 5 내지 9%로 유지하고, 트레드부 내구성에 영향을 미치는 그루브(1)의 깊이는 전체 직경의 1.02 내지 2.05% 정도가 적합하다.

특히, 빗길 주행중에서 사용할 때, 2개의 메인 그루브(1)와 중심부 및 양 숄더리브부에 배치된 보조 그루브(2,3)는 빗길에서 배수성과 습식트랙션(wet traction)을 유지시켜주며, 빗길에서의 성능은 그루브의 수를 많게 하고 접지면적을 줄이면 좋은 효과를 얻을 수 있는 반면에, 건조한 상태에서는 역효과가 발생하므로 그루브의 수와 접지면적은 매우 중요하다. 고속버스 사용조건에 적합하도록 접지율을 80 내지 85% 되도록 트레드부의 중심에 2개의 메인 그루브(1)를 구비하였으며, 이 타이어의 접지율이 80% 이하에서는 노면이 건조한 상태일 경우 트랙션, 제동성능 및 전체 마모수명이 현저하게 저하되기 때문에 본 발명의 타이어는 기본적인 접지율을 80 내지 90%, 바람직하기로는 82 내지 87%가 접지되도록 설계한다.

본 발명의 트레드부 패턴의 PL은 대(大)PL, 중(中)PL, 그리고 소(小)PL의 서로 다른 3종류의 피치로 이루어지며, 이 PL은 대(大)PL은 전체직경의 3 내지 6%, 중(中)PL은 전체직경의 2 내지 5%, 그리고 소(小)PL은 전체직경의 1.5 내지 4%로 이루어지고, 각각의 PL이 기술된 범위를 벗어나게 되면 원주상 강성의 불균일을 초래하여 이상마모현상이 일어나게 되며, 고속주행시에 소음을 최적화하고 피치간의 강성의 균일화를 이루기 위해서 피치의 수는 81 내지 86개 정도가 적합하다.

본 발명에 따른 타이어는 각각의 메인 그루브(1)와 보조 그루브(2,3)들 사이에 중심리브(15), 중간리브(25) 및 숄더리브(35)를 구비하여서, 타이어의 균일한 마모를 발생시키기 위해서 접지압이 균일하게 유지되도록 하는 트레드부상에 각 리브의 강성폭비가 접지폭 방향으로의 접지압에 밀접한 영향을 끼치므로, 중심리브(15)의 폭은 전체 리브폭의 총합의 26 내지 33%, 중간리브(25)의 폭은 전체 리브폭의 총합의 24 내지 29%이고, 숄더리브(35)의 폭은 전체 리브폭의 총합의 38 내지 48%로 설정하여, 적절한 접지압을 유지시켜서 이상마모 방지 및 절대마모를 증가시킨다.

더욱이, 균일한 접지압의 분포와 이상마모의 방지를 위해 트레드 몰드에 있어서는 중심부와 숄더부의 거리의 차를 전체직경의 0.41 내지 1.25%가 바람직하며, 거리의 차가 0.41% 이하일 경우 사각형의 접지형상이 되므로 접지폭 방향으로 좌굴현상이 발생할 가능성이 있고, 반면에 거리의 차가 1.25% 이상일 경우에는 원형의 접지형상이 되어서 내구성이 약화되고 이상마모의 발생할 가능성이 있다.

도 2는 도 1에 도시된 메인 그루브(1)의 부분확대도로서, 메인 그루브(1)의 측벽(11)의 형상은 도면에 도시된 것처럼 계단형상으로 구성되며, 지그재그형상의 피치내에서 주행시 그루브의 측벽(11)을 따라 발생하는 이상마모현상을 감소시키기 위해서 계단형상을 구비하여 측벽(11)의 단면적을 극대화시켰으며, 각 계단의 길이(66,77,88)는 PL/2 내지 PL/5가 적합하다. 상기 계단형상은 그루브(1)의 최대깊이까지 설치하여, 리브(rib)타입의 패턴에서 마모 중기 이후 발생하는 미끄럼현상을 방지하고 마모 말기까지 트랙션을 유지시켜 준다.

상기 메인 그루브(1)의 지그재그된 각도는 31 내지 34°를 유지하고, 이 각도 범위보다 작으면 트랙션이 약화되며, 이 범위보다 크면 습식성능이 취약해진다. 추가적으로, 트레드의 2개의 메인 그루브(1)사이와 메인 그루브(1) 외측에는 각각의 보조 그루브(2,3)가 배치되며, 보조 그루브(2,3)도 메인 그루브(1)와 유사하게 지그재그형상을 유지하지만, 메인 그루브(1)의 측벽(11)은 계단형상으로 구성되어 계단의 수는 지그재그 피치의 1/2 길이(55)에 3개의 계단(66,77,88)형으로 배치된다.

도 3은 도 1에 도시된 보조 그루브(2,3)의 확대도로서, 더욱 상세하게는 메인 그루브(1)와 유사한 지그재그형상으로 된 중심부의 보조 그루브(2)와 숄더부의 보조 그루브(3)로 이루어지고, 앞에서 전술된 메인 그루브(1)는 3개의 계단(66,77,88)형으로 구성되는 반면에, 보조 그루브(2,3)내에서는 2개의 계단만으로 구성된다. 이는 보조 그루브(2,3)의 폭이 트레드 폭의 0.5 내지 2% 정도로 매우 좁으므로 너무 많은 지그재그 및 계단형상을 구비하면 보조 그루브(2)의 선단이 찢기는 현상이 발생할 수 있고, 전반적으로 메인 그루브(1)와 PL이 동일하게 구성됨으로써 주행시 전 원주상으로 강성의 불균일을 극소화시켜 전체적으로 균일한 마모와 국부적인 이상마모를 억제할 수 있다.

특별하게는, 타이어가 주행중일 때 지면에 닿는 트레드의 운동량이 트레드 중심부와 숄더에 따라 다르기 때문에 중심부의 보조 그루브(2)와 숄더부의 보조 그루브(3)의 깊이를 다르게 한다. 중심부와 숄더부의 보조 그루브(2,3)의 깊이를 동일하게 유지하면 운동 및 변형량이 많은 숄더부에서는 인접한 리브 부위 운동과 변형이 중심부보다 커지게 되어 균일한 접지압이 유지되지 않으며 균일한 마모가 일어나지 않는다. 따라서, 중심부의 보조 그루브(2) 깊이는 메인 그루브(1) 깊이의 85 내지 96%로 하고, 숄더부의 보조 그루브(3) 깊이는 메인 그루브(1)의 55 내지 70% 정도로 깊이의 차를 두며, 전 원주를 통해 동일한 깊이로 배치하지 않고 원주를 통해 깊이가 다르게 만들어서, 트레드부가 지면에 접지시 변형량 및 접지압이 균일하도록 한다.

상기 보조 그루브(2,3)들의 폭이 상대적으로 매우 좁기 때문에, 그 깊이를 원주상에 일정하게 하면 그루브의 각도가 직각에 가깝게 구성되어 인접한 리브에 상당한 크기의 압력과 미끄럼이 생길 경우, 그루브의 밑면에 크랙(crack)이 발생할 수 있다.

더욱이, 숄더부의 보조 그루브(3)는 중심에 비하여 변형량이 커지므로 숄더부측의 리브가 벌어져서, 숄더부의 비정상적인 변형 및 마모를 유발하여서 고속주행시 타이어의 성능에 나쁜 결과를 초래한다. 보조 그루브(2,3)의 측벽에는 트랙션의 성능을 유지하고 미끄럼을 방지하며 리브사이의 강성을 균일하게 하기 위해서 커프(22,33)를 설치하며, 상기 보조 그루브(2,3)에서 커프의 길이는 보조 그루브(2,3)의 피치높이의 80%를 넘으면, 근접한 리브간의 강성이 불균일을 유발하고, 지그재그형상의 그루브에 설치된 커프가 굽거나 각도를 가질 경우에 타이어 진행방향상 상기 커프의 전후로 불균일한 리브의 강성을 유발시켜 이상마모의 원인이되므로 직선형으로 한다. 따라서, 상기 보조 그루브(2,3)의 커프(22,33)는 직선으로 구성되며, 길이는 보조 그루브(2,3)의 지그재그 높이의 70%로 구성되고, 보조 그루브 커프(22,33)의 깊이는 보조 그루브(2,3) 깊이의 70 내지 80%를 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 계단형 측벽에 작은 커프를 설치할 경우, 주행시 메인 그루브(1)의 측면의 강성을 지나치게 약화시켜 그루브측벽으로 부터 각종 이상마모의 원인을 제공하고 차량의 저속주행시 그루브측벽의 고무가 쉽게 떨어지는 경향이 있으므로, 계단형 측벽에는 커프를 설치하지 않는다.

도 4에 도시된 바와 같이, 마모의 초기부터 완전 마모가 될 때까지 각종 트랙션의 성능, 제동성능, 미끄럼방지 그리고 숄더부의 이상마모 등을 방지하는 숄더러그(4)는 지그재그 그루브의 중앙에 숄더러그(4)의 중심이 일치하도록 고안하고 보조 그루브의 지그재그횟수만큼 숄더러그(4)의 수가 설치되어 기하학적인 리브의 형상과 강성이 균일하게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 숄더러그(4)의 부분단면도로서, 상기 숄더러그(4)의 수와 리브의 기하학적인 형상 뿐만 아니라 자체의 깊이 및 측면형상도 중요하다. 이 숄더로그(4)와 트레드의 표면반경의 각도가 10°이하가 되면 주행시 타이어가 크랙되거나 찢어지는 현상이 일어나는 반면에, 각도가 너무 크면 숄더러그(4)의 폭이 증가하여 숄더부의 불균일한 강성의 원인이 된다. 바람직하기로는, 숄더러그(4)의 폭은 PL의 10 내지 30%로 구성되며, 벽면의 각도는 25 내지 45°사이에서 유지하여 숄더러그 크랙 방지 및 이상마모를 방지할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 타이어의 외곽에 특별한 크기의 변화없이 고속주행시 타이어에 영향을 끼치는 내구성은 물론, 이상마모의 개선 효과 및 마모량을 감소시켜서 타이어의 수명을 연장할 수 있으며, 소음을 감소시켜서 탑승자 및 안전 운전에 좋은 효과를 기대할 수 있다.

Claims (7)

1. 트레드부 중심에 지그재그형상을 한 2개의 메인 그루브(1)를 구비하고, 이들 메인 그루브(1)사이에 유사한 지그재그형상을 갖춘 중심부의 보조 그루브(2)와, 이 보조 그루브(2)에 대해 상기 메인 그루브(1)를 맞은 편에 중심부 보조 그루브와 동일한 형상의 숄더부의 보조 그루브(3)가 배치되는 한편, 이들 그루브(1,2,3) 사이에 중심리브(15), 중간리브(25) 및 숄더리브(35)가 형성되어 있는, 중하중용 공기입 래디얼 타이어에 있어서,

   대피치의 길이를 전체직경의 3 내지 6%, 중피치의 길이를 전체직경의 2 내지 5%, 소피치의 길이를 전체직경의 1.5 내지 4%가 되도록 구성하며, 상기 지그재그형상인 메인 그루브(1)의 측벽(11)은 길이가 피치/2 내지 피치/5에 이르는 계단형상으로 구비되고, 이 계단형 측벽에는 커프를 설치하지 않는 한편, 상기 보조 그루브들(2,3)은 숄더러그(4)의 중심선과 일치하게 직선형 커프가 형성된 것을 특징으로 하는 중하중용 공기입 래디얼 타이어.
2. 제 1항에 있어서, 상기 메인 그루브(1)의 지그재그형상의 각도는 31 내지 34°가 되는 것을 특징으로 하는 중하중용 공기입 래디얼 타이어.
3. 제 1항에 있어서, 상기 메인 그루브(1)에 근접하게 배치된 보조 그루브(2,3)는 메인 그루브(1)와 동일한 피치길이(PL)와 주기를 가지되, 상기 보조 그루브(2,3)의 계단수는 메인 그루브(1)와 다르게 구비하는 것을 특징으로 하는 중하중용 공기입 래디얼 타이어.
4. 제 1항에 있어서, 상기 보조 그루브(2,3)의 측벽에는 직선형 커프(22,33)를 설치한 구조로서 직선커프의 길이는 보조 그루브의 피치높이의 60 내지 80% 으로 구성되며, 커프의 깊이는 보조 그루브 깊이의 70 내지 80% 으로 구성되는 것을 특징으로 하는 중하중용 공기입 래디얼 타이어.
5. 제 4항에 있어서, 상기 중심부의 보조 그루브(2)의 깊이는 메인 그루브(1)의 깊이의 85 내지 96%로 구성되며, 숄더부에 설치되는 보조 그루브(3)의 깊이는 중심부의 보조 그루브의 깊이의 55 내지 70% 되도록 구성시키며 각각의 보조 그루브(2,3)는 동일한 깊이를 갖지 않고 원주상으로 깊이가 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 중하중용 공기입 래디얼 타이어.
6. 제 1항에 있어서, 상기 중심리브(15)의 폭은 전체 리브폭의 총합의 26 내지33%로 배치하고, 상기 중간리브(25)의 폭은 전체 리브폭의 총합의 24 내지 29%로, 상기 숄더리브(35)의 폭을 전체 리브폭의 총합의 38 내지 48%로 배치하고, 중심부와 숄더부의 거리의 차이가 전체 직경의 0.41 내지 1.25%가 되도록 설계된 중하중용 공기입 래디얼 타이어.
7. 제 1항에 있어서, 숄더러그(4)의 밑면 각도는 25 내지 45°로 구성시키며, 숄더러그(4)의 설치위치는 보조 그루브(2,3)의 지그재그형상의 중심과 일치하도록 배치된 것을 특징으로 하는 중하중용 공기입 래디얼 타이어.