KR100422205B1 - 모터사이클용 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터사이클이 곡주로(曲走路)를 주행할 때 타이어가 미끄러지는 것을 방지하고, 더욱 빠르고 안전하게 곡주로를 주파할 수 있는 모터사이클용 타이어의 구조에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 바른 자세로 직주로를 주행할 때는 물론 옆으로 비스듬히 기울은 자세로 곡주로를 주행할 때 타이어의 접지부면(接地部面)을 최대한 넓게 하고, 타이어에 작용하는 중력(압력)을 이용하여 마찰력을 향상시키는 구조를 타이어 접지부에 적용하여 곡주로를 주행할 때 원심력 등에 의하여 옆으로 미끄러지려는 것을 극복하는 구조를 특징으로 한 것이다.

본 발명은 승리의 관건이 되는 모터사이클 경주의 곡주로 주행에서, 바퀴가 미끄러져 넘어지는 것이나 미끄러지지 않기 위하여 조심스럽게 주행함으로서 경주에서 뒤쳐지는 것을 방지하고, 승차자는 미끄러져 넘어질 때 신체에 손상을 입는 사고를 예방하고 경주에서 좋은 성적을 올림으로서 주파기록 단축을 제고시킬 수 있다.

Description

모터사이클용 타이어{No-skid tire for motorcycle}

본 발명은 모터사이클 타이어의 접지면을 넓게 하여 마찰력을 높임으로써 곡주로를 주행할 때 원심력에 의하여 모터사이클의 바퀴가 노면을 미끄러져 나가면서 쓰러지는 것을 방지하기 위한 타이어 구조에 관한 것이다.

타이어는 차량이나 우마차 등의 휠에 취부되어 운반체의 이동에서 발생하는 미끄럼마찰(滑摩擦 Sliding fiction)을 훨씬 작은 구름마찰(回轉摩擦 Rolling friction)로 변환하여 작은 출력으로도 차량 등의 주행을 용이하게 하기 위하여 이용되는 것으로서 고무 또는 쇠로 만들어지며, 고무제 타이어는 그 내부에 공기를 압축 주입한 튜브(Tube)를 장착하는 것, 튜브 없이 타이어 내부에 직접 공기를 압축 충전하는 래디얼 타이어(Radial-ply tire)와 통고무로 제작된 것 등이 있으며, 승용과 화물운반용 차량용으로는 탄력성과 승차감이 우수하고 구름마찰도 극소한 래디얼 타이어가 주로 이용되며, 하부 접지면은 편평하게 구성하는 것이 최근의 추세이다. 접지면이 편평하면 접지하는 면적이 넓어지며 추진력과 제동력이 향상되므로 속도를 올리거나 긴급히 정차하려 할 때 매우 유익하다.

타이어의 형상은 2륜(二輪) 차량과 3륜(三輪) 이상 다륜(多輪) 차량의 주행상태가 다르므로 이에 맞추어 형상도 약간 상이하다. 즉 2륜 차량은 곡주로를 주행할 때 차체가 옆으로 기울이 지므로 타이어의 형상도 이에 맞추어 설계·제작되지만 다륜 차량은 차체나 타이어가 2륜 차량처럼 옆으로 기울어지지 않으므로 타이어의 형상이 2륜 차량과는 같지 아니하다.

차량이 주행할 때 그 차량에 장착된 엔진의 출력이 바퀴까지 이르는 과정에서 각 접촉부위의 마찰로 일부 출력이 감쇠 되고 나머지 엔진 출력이 바퀴에 전달되었을 때 바퀴는 미끄럼마찰을 이용하여 차량을 전진 또는 후진으로 움직이게 하는데, 이렇게 전달된 추진력을 최대한으로 발휘할 수 있도록 하기 위하여 다륜 차량에서는 타이어의 하부 접지면(Bottom tread)의 형상이 편평하고 넓으며 숄더(shoulder)부에서 림(Rim)까지의 사이드 월(Side wall)은 짧게 설계·제작되므로 그 단면도의 전체적인 형상은 '둥근 사각형'이다. 그러나 2륜 차량인 모터사이클의 타이어는 제1도와 같이 그 단면도의 전체적인 형상은 둥굴고 하부 접지면은 약간 타원형이며 숄더부는 원호의 형상인데, 이는 모터사이클이 곡주로를 주행할 때 직립 자세로 주행하면 관성에 의하여 곡주로의 외측으로 쓰러지기 쉬우므로 이를 방지하기 위하여 곡주로 내측으로 기울어지면서 주행하게 되고, 이때 타이어는 숄더부가 접지하여 주행하게 되므로 접지면의 형상이 다륜(多輪) 차량의 숄더부와 같이 '둥근 사각형'의 모서리 모양과는 다른 구조로 설계·제작되기 때문이다.

모터사이클용 타이어가 단순히 직주로 주행시의 하부 접지면을 넓게 하기 위하여 적정한 수준보다 낮은 공기압으로 주행하면 접지면이 넓어지기는 하나 접지압이 비정상적으로 숄더부에 편중되어 양 가장자리가 마모되며, 노면과 접지부의 움직임이 커져 전체의 마모를 촉진시키고, 접지면의 중앙부는 장시간 찌그러진 채 주행하면서 노면과 마찰하므로 타이어의 피로화 현상이 빨리 온다. 또한 타이어에 열이 많이 발생하여 고무와 코드 등의 내부 소재가 분리되고, 코드의 절단으로 타이어가 파열될 위험이 있다. 적정 수준보다 낮은 공기압으로 곡주로를 주행할 때에도같은 현상이 발생한다. 따라서 적정 수준의 공기압으로 직주로와 곡주로를 주행하면서 타이어의 접지면을 크게 할 수 있어야 안전하고 빠른 주행을 할 수 있게 된다.

그런데 종래의 모터사이클용 타이어는 그 단면도가 제1도와 같이 대체적으로 원형이기 때문에 직주로에서는 물론 곡주로를 주행할 때에도 접지면이 매우 좁아 곡주로 주행에서 미끄러져 넘어지는 사고가 빈발하고 있으며, 이로 인하여 승차자의 신체 손상과 차체의 파손 등 손실이 따르고 있는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 주된 목적은 타이어의 접지면을 크게 하여 접지력을 향상시킴으로서 모터사이클이 직주로나 곡주로를 빠른 속도로 주행할 수 있도록 하며, 특히 곡주로를 주행할 때 미끄러지는 사고가 빈발하는 문제점을 해결하기 위하여 종래의 타이어를 변형하여 하부 및 좌·우측 접지면(경사면)을 편평하게 하고 마찰력을 제고하는 트레드 패턴을 적용하며, 특히 모터사이클 경주에서는 본 발명의 향상된 마찰력을 이용하여 곡주로를 좀 더 빨리 주파함으로써 경주에서 좋은 성적을 올리도록 하는데 기여를 하기 위하여 안출된 것이다.

제1도는 종래의 모터사이클용 타이어를 나타낸 단면도

제2도는 제1도의 타이어가 곡주로를 주행 할 때의 단면도

제3도는 본 발명의 실시예에 따른 모터사이클용 타이어의 단면도

제4도는 제3도의 타이어가 곡주로를 주행할 때의 단면도

제5도는 본 발명의 실시예에 따른 타이어의 사시도

제6도 한 질점이 곡선운동을 할 때 발생하는 각 힘의 방향 예시도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 … 타이어(Tire) 본체 2 … 하부 접지면(Tread)

3 … 숄더(Shoulder) 4 … 사이드 월(Side wall)

5, 6, 7, 8 … 철심(Metal Core) 9 … 그루브(Groove)

10 … 좌측 접지면(경사면 Left slanting tread)

11 … 우측 접지면(경사면 Right slanting tread)

12 … 방형(方形) 패턴 13 … 파형(波形) 패턴

14 … 토 가드(Toe guard) 15 … 내면(Liner)

16 … 림(Rim) 17 … 휠(Wheel)

일반적으로 모터사이클에서의 미끄럼마찰은 도로와 타이어의 접촉면의 요철(凹凸)이나 양쪽면에 존재하는 접착력이 작용하여 미끄러지려는 타이어를 미끄러지지 않게 하려고 하는 현상으로 나타나며, 이와 같은 마찰력은 미끄러지려는 힘에 비례해서 강해진다. 그러나 어느 정도 이상 미끄러지려는 힘이 세어지면 반발하는마찰력은 그 이상 세어지지 않고 모터사이클은 미끄러지기 시작한다. 이와 같이 그 이상 세어지지 않고 미끄러지기 직전의 이른바 최대마찰(最大摩擦)이 세면 셀수록 미끄럼마찰도 세어지고 미끄러짐은 감소한다. 환언하면 도로나 타이어의 접촉면에 따르는 마찰력은 그 면의 최대마찰력보다 작은 것이다. 최대마찰력을 Q, 모터사이클과 승차자의 중력질량을 N 이라 하면

Q = kN (k : 정지마찰계수. 면의 성질에 따라 다름)

이라는 식이 성립한다. 실제에 있어서 모터사이클은 곡주로를 따라 움직이고 있으므로 N에는 중력질량 이외에 관성질량이 포함되어 있다. 그런데 미끄러져 넘어진다는 것을 살펴 보면, 참조 도면 제6도에서

m : 모터사이클과 승차자의 무게

v : 모터사이클의 속도

r : 곡주로의 곡률 반경

이라 할 때 곡주로상의 한 점 P에서는

F = mv²/r

라는 구심력(Centripetal force) F가 작용하며 이 질점은 곡선운동을 하는 매순간 바깥쪽을 향해 중심에서 멀어지려는 이른바 원심력(Centrifugal force)이라는 가상적인 힘 f를 받는데, 이는 질점에 작용하여 가속도를 생기게 하는 외력 (원운동의 경우에는 구심력)에 대한 반작용이라고 생각할 수 있으며, 따라서 구심력과 크기가 같고 방향이 반대이다. 이 질점이 위치 P에서 받는 미끄럼마찰의 정지마찰계수를 k라 하면, 이 때의 정지마찰계수는 미끄럼을 일으키는 운동마찰계수보다 작으며, 이 질점이 곡선운동에서 이탈하는 것은 최대마찰력 Q = kN 보다 원심력 f가 클 때이므로, 역으로 미끄러지지 않기 위해서는 최대마찰력이 원심력보다 커야 한다. 즉 원심력 f는 구심력 F와 크기가 같으므로, 미끄럼마찰의 정지마찰계수를 k라 할 때;

kN > mv²/r

로써 한 질점이 곡선운동을 하는 매 순간마다 작용하는 정지마찰력이 그 순간의 원심력보다 크게 하면 미끄럼을 방지할 수 있는 것이다. 지금 위치 P에서 이 질점에 최대마찰력 이상의 외력(일반적으로 원심력을 뜻하며 노면의 형상이나 기타 풍력이나 충돌 등의 돌발적인 외력은 여기서 고려치 않기로 함.)이 작용하면 이 질점은 궤도를 이탈하면서 P₁의 위치로 이동한다. P₁의 위치는 원심력의 크기와 질점의 속도에 의해 결정된다. 도 6에서 속도의 크기는 접선 벡터이고, 원심력은 법선 벡터로 나타나며, 이 두 벡터의 합성이 상기 질점이 위치 P에서 미끄러질 때의 방향을 나타낸다.

따라서 모터사이클이 곡선 주행의 매순간 미끄러지지 않기 위해서 정지 마찰력, 즉 최대마찰력을 원심력보다 크게 해야 된다. 상기 식에서 최대마찰력 Q를 크게 하려면 N을 크게 하거나 마찰계수 k를 크게 해야 한다. 그런데 모터사이클의 중력질량 N은 고정되어 있으므로 면의 성질에 따라 달라지는 정지마찰계수 k를 최대한 크게 해야 된다. 정지마찰계수를 크게 하기 위하여 목적에 부합하는 요철을 마찰면에 적용하는데 있어서 공용(公用)의 도로보다는 사적 소유의 모터사이클 타이어에 합목적적 형상을 적용하는 것이 합리적이다. 이를 위해 모터사이클 타이어의 접지면을 크게 하고 또한 상기 접지면에 마찰력을 극대화할 수 있는 패턴을 적용해야 한다. 위 식에서 k를 크게 하는 것이 바로 하부 접지면(Tread)과 좌·우측 접지면(경사면)의 폭을 넓게하고, 그루브를 이용하여 마찰력 증대에 적합한 패턴을 적용하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 모터사이클용 타이어는 접지면을 넓게 하기 위하여 하부 접지면(Tread)과 좌·우측 접지면(경사면)을 모두 편평하게 하고, 타이어 내면(Liner)은 타이어 형상에 따라 만곡되게 하여, 각(角)이 진 모서리 부위가 접지면 중앙부위보다 두껍게 하였으며, 상기 각이진 부위의 본체 내부에는 단면의 모양이 이등변 삼각형인 철심을 그 꼭지점이 각이진 모서리 부위에 오도록 동위(同位)로 배근하는 한편, 하부 접지면(Tread)과 좌·우측 접지면(경사면)의 패턴은 각각 추진력과 정지력, 미끄럼 마찰력을 더욱 양호하게 발휘할 수 있는 형상을 적용한 것을 특징으로 한 것이다.

이와 같은 본 발명에 따른 바람직한 모터사이클용 타이어의 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의한 타이어는 제3도와 같이, 타이어의 하부 접지면(Tread) (2), 좌측 접지면(경사면 Left slanting tread) (10)과 우측 접지면(경사면 Right slanting tread) (11)을 편평하게 하며, 내면(Liner) (15)은 타이어의 형상에 따라 만곡의 구조로 되어 있어, 좌측 접지면의 양단(5, 6의 위치)과 우측 접지면의 양단(7, 8의 위치)의 타이어 본체는 상기 접지면들의 중앙부보다두꺼우며 그 단면이 삼각형을 이루게 되는데, 이 부위에 단면의 모양이 이등변 삼각형인 철심(5, 6, 7, 8)을 그 꼭지점이 하부접지면과 좌(우)측접지면이 만나는 모서리에 오도록 동위(同位)로 배근한다. 이와 같은 방법으로 접지면을 넓게 하는 한편 접지면의 마찰력을 향상시키기 위하여 다음과 같은 패턴을 접지면에 적용한다.

바람직한 실시예의 사시도를 나타낸 제5도를 참조하면 하부 접지면(2)에는 원주에 대하여 횡으로 패턴을 배열하고, 좌측 접지면(경사면) (10)과 우측 접지면(경사면) (11)의 양단(兩端 Both side)에는 격자 모양의 방형(方形) 패턴(12)을 주연에 따라 배열하며, 상기 양단의 방형 패턴의 열과 열 사이에는 물결 모양의 파형(波形) 패턴(13)을 원주에 따라 배설한다. 타이어의 규격과 기타 제조자의 사명(社名) 등은 좌측 접지면 (또는 우측 접지면)과 림 사이의 사이드 월에 표기한다. 실제에 있어서 하부 접지면에 횡으로 배열되는 패턴으로는 접지력(Grip)이 우수한 오늬 무늬(Herring-bone pattern)가 고속 주행용 차량 타이어의 트레드 패턴으로 많이 채택되고 있는데, 곡주로를 주행할 때 미끄럼을 방지하는데는 도움이 되지 않으므로 숄더부에는 이 패턴이 채택되지 않고 있다.

상기와 같은 본 발명의 타이어 구조는 모터사이클이 직주로를 직립하여 주행할 때에는 하부 접지면이 지면에 접하는데, 종래의 모터사이클 타이어의 접지면이 타원형으로 이루어져 있어 하부 접지면 중앙부만 집중적으로 접지되는데 반해 본 발명에서는 편평하게 설계된 하부 접지면의 전면(全面)에 걸쳐 접지하게 되므로 미끄럼마찰과 엔진의 추진력, 그리고 제동력 등의 효과도 더욱 향상되며, 이 때 타이어 본체에 매설되어 있는, 단면 형상이 이등변 삼각형인 철심(6 과 7)의 긴 변에는중력(압력)이 고루 작용하므로 좌측 철심(6)의 좌단에서 우측 철심(7)의 우단까지의 길이(도면에서 호) 에 작용하는 압력이 압축되어 하부 접지면에 작용하게 되므로 실제의 접지력은 더욱 높아진다.

모터사이클이 곡주로로 진입하면서 차체가 기울어지면 이에 따라 타이어의 접지면의 위치도 이동하게 된다. 좌회전하는 곡주로의 경우 초기 차체가 좌측으로 기울기 시작할 때에는 타이어의 접지부위는 하부 접지면(2)과 좌측 접지면(10)의 모서리 부위 즉 철심(6)의 위치가 되며, 차체가 더 기울어짐에 따라 접지면의 중심부가 좌측 접지면(10)으로 이동하고, 접지면의 중심부가 이동하는 과정에서 약간 함입되었던 모서리 부위는 접지면의 중심부가 좌측 접지면으로 이동함에 따라 복원된다. 모터사이클이 곡주로에 진입한 후에는 차체가 더 기울어지면서 좌측 접지면(10)의 전면(全面)이 접지하게 된다. 종래의 타이어에서는 모터사이클이 곡주로를 주행할 때는 숄더부가 접지하게 되는데 이 숄더부의 타이어 형상은 원호(圓弧)이므로 접지면이 매우 협소함은 전술한 바와 같거니와, 본 발명에서는 편평한 좌측 접지면이 접지하므로 접지압도 높을 뿐만 아니라, 실제의 접지압은 좌측 접지면(10)의 양단(5와 6의 부위)에 매설된 철심과 그 사이의 내면에 걸쳐 작용하는 압력, 즉 죄측 철심(5)의 좌단에서 우측 철심(6)의 우단까지의 길이에 작용하는 압력이 압축되어 좌측 접지면에 작용하게 되므로 접지효과가 더욱 높아진다. 이런 현상은 우회전하는 곡주로에서도 우측 접지면(11)과 그 양단에 있는 철심(7과 8)에서도 동일하게 나타난다.

직주로를 주행할 때의 접지면의 패턴은 진행방향에 대하여 횡(橫)으로 배열되어 있으므로 패턴의 각 모서리 부위에 의하여 추진력과 제동력이 잘 발현될 수 있다. 좌회전의 곡주로 주행시 모터사이클이 좌측으로 기울어지면서 좌측 접지면이 접지할 때 좌측 접지면의 양단에 2열로 배열된 격자 모양의 방형 패턴의 상변과 하변은 미끄럼을 방지하는 효과를 나타내고 방형 패턴의 두 측변은 추진력과 제동력을 발휘하는 역할을 하게 된다. 또한 상기 2열로 배열되어 있는 방형 패턴의 사이에 있는 파형 패턴은 미끄럼을 방지하는데 효과를 발휘한다. 따라서 곡주로 주행에서 가장 위험한 미끄러짐을 최대한 방지할 수 있는 구조를 제공하는 것이 된다.

본 발명은 모터사이클용 타이어의 각 접지면을 넓게 하므로서 직주로를 주행할 때에는 물론 곡주로에서도 안전하고 빠르게 주행할 수 있도록 하는 구조를 제공해 준다. 특히 모터사이클 경주에서는 곡주로 주행에서 순위가 변동되며, 미끄러져 넘어지는 것도 대부분 곡주로에서 발생하므로 곡주로를 빠르고 안전하게 주파하는 것이 모터사이클 경주에서 가장 중요한 요점이다.

따라서 모터사이클 경주에서는 본 발명의 미끄럼 방지 장치를 적용한 타이어를 모터사이클에 장착함으로써 사고 발생을 감소하고 기록 단축을 기할 수 있게 된다.

Claims (1)

1. 모터사이클의 휠에 취부하고 휠과의 사이에 공기를 주입하는 모터사이클용 타이어에 있어서,

   하부 접지면(Tread), 좌측 접지면(Lt. slanting tread), 우측 접지면(Rt. slanting tread)은 편평(扁平)하게 형성하고, 내면(Liner)은 타이어의 형상에 따라 만곡(彎曲)되게 형성하며, 좌측 접지면의 양단 (5)와 (6), 우측 접지면의 양단 (7)과 (8)에는 단면의 형상이 삼각형인 철심(鐵心)을 동위(同位)로 배근하며, 하부 접지면에는 원주에 대하여 횡으로 패턴을 배열하고, 좌측 접지면과 우측 접지면의 양단에는 격자 모양의 소형 방형(方形) 패턴(12)을 주연에 따라 배열하고, 상기 방형 패턴의 열과 열 사이에는 파형(波形) 패턴(13)을 원주에 따라 배설한 모터사이클용 타이어