KR101325396B1 - 차량용 타이어의 트레드 및 그를 포함하는 차량용 타이어 - Google Patents

차량용 타이어의 트레드 및 그를 포함하는 차량용 타이어 Download PDF

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KR101325396B1
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Abstract

본 발명은 3종 이상의 엘라스토머 소재를 사용하여 하드니스의 배열을 메인 그루브 아래쪽에 가장 낮게 적용한 차량용 타이어의 트레드 및 그를 포함하는 차량용 타이어에 관한 것으로, 본 발명의 트레드를 포함하는 타이어는 내크랙성이 우수할뿐만 아니라 지면과 닿는 부분의 타이어 강성이 높아지게 되므로 타이어의 핸들링 및 브레이킹 성능이 전반적으로 향상되며, 회전성능이 향상되어 차량의 연비 성능도 우수한 이점을 갖는다.

Description

차량용 타이어의 트레드 및 그를 포함하는 차량용 타이어{TREAD STRUCTURE FOR VEHICLE TIRE AND VEHICLE TIRE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 차량용 타이어의 트레드 및 그를 포함하는 차량용 타이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3종 이상의 하드니스가 상이한 엘라스토머 소재를 사용하여 하드니스의 배열을 메인 그루브 아래 쪽에 가장 낮게 적용한 차량용 타이어의 트레드 및 그를 포함하는 차량용 타이어에 관한 것이다.
일반적으로 타이어는 노면과 접촉되는 트레드부를 갖추고 있는데, 이 트레드부는 타이어 주행시 순차적으로 노면과 접촉되면서 자동차의 중량을 받쳐주며, 차의 필요한 모든 힘이 트레드 접지부를 통하여 전달되고 작용되어지게 된다.
이러한 중요한 기능을 담당하는 트레드부는 차가 주행할 때 지면과 접촉하여 타이어의 성능을 좌우하는 캡 트레드(cap tread), 캡 트레드와 보강벨트의 접착력을 높게해 주는 써브 트레드(sub tread), 싸이드월(sidewall) 고무와 접착력을 높게 해주는 트레드 윙(Wing)으로 구성된다. 기존의 대부분의 트레드는
이러한 세 부분으로 구성되는 트레드로 제조되어 왔다.
최근에는 타이어의 설계/제조 기술 향상 및 소비자의 요구 성능 조건이 높아지면서 써브 트레드가 없는 새로운 구조의 타이어들도 출시되고 있다.
또한, 타이어의 메인 그루브(main groove)부의 강성을 높게 하여 주행시 타이어의 변형을 최소화하여 타이어의 성능을 높여주는 타이어 구조가 국내 특허 출원 제2006-7013091호, 동2006-7013006호 등에 개시되어 있다.
그러나 그루브 부분의 트레드의 강성이 강하면 성능은 향상될 수 있지만 메인 그루브의 바닥면 부분에 응력이 집중되어 그루브 크렉(Crack)이 발생하기 쉬운 단점이 있다. 또한 그루브 바닥 부분에 응력이 집중되면서 많은 열이 발생하므로 타이어 성능 중 차량의 연비에 영향을 미치는 회전 저항의 성능이 불량해지는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 타이어 메인 그루브부의 내크랙성이 향상되어, 타이어의 회전저항 성능 및 핸들링 및 브레이킹 성능이 우수한 타이어 트레드를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은
하나 이상의 메인 그루브를 포함하는 타이어용 트레드로서, 상기 트레드는
메인 그루브의 아래쪽에 위치하고 제1 엘라스토머 소재로 구성되는 제1 트레드 요소;
상기 제1 트레드 요소에 접하여 메인 그루브의 측면을 구성하고, 제2 엘라스토머 소재로 구성된 제2 트레드 요소; 및
상기 제1 트레드 요소 및 상기 제2 트레드 요소의 측면 에지에 인접하여 메인 그루브의 양 측면에 형성되고, 제3 엘라스토머 소재로 구성된 제3 트레드 요소를 포함하고,
상기 제1 엘라스토머 소재의 하드니스(a)는 상기 제2 엘라스토머 소재의 하드니스(b) 및 상기 제3 엘라스토머 소재의 하드니스(c) 보다 작고, 상기 제2 엘라스토머 소재의 하드니스(b)는 상기 제3 엘라스토머 소재의 하드니스(c) 보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 차량용 타이어 트레드에 관한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은 트레드의 구조와 위와 같은 차량용 타이어에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 타이어의 트레드부의 메인 그루브의 내크랙성이 향상되고, 그 결과로 그루브 바닥 부분에 응력이 집중되는 현상이 개선되어 회전저항 성능이 개선되어 차량의 연비를 개선할 수 있는 타이어를 제공할 수 있다.
상기와 같이 트레드 블록의 변형을 방지하여 트레드 블록의 강성을 향상시키는 동시에 자동차의 핸들링 성능도 향상시키는 효과를 갖는다. 또한 트레드부의 메인 그루브의 특성을 개선하면 자동차의 브레이킹 시의 타이어의 트레드 블록의 변형을 방지하여 자동차의 브레이킹 성능 및 주행 성능도 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.
도 1는 일반적인 타이어의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예의 타이어 트레드의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예의 타이어 트레드의 단면도이다.
도 4는 도 3의 타이어 트레드의 확대단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예의 타이어 트레드의 확대단면도이다.
이하에서 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 도면 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙여 설명한다.
일반적으로 타이어는, 도 1에 도시된 바와 같이, 타이어의 내주를 구성하는 인너라이너(1), 상기 인너라이너(1)의 외주면에 적층되는 카카스(2), 상기 카카스(2)의 외주면에 적어도 1층 이상 적층되는 벨트(3), 상기 벨트 (3)의 외주면에 적층되어 상기 벨트(3)를 고정하는 풀 캡플라이(4), 상기 풀 캡플라이(4)의 외주면에 적층되어 실질적으로 지면에 접촉하는 트레드층(5), 타이어의 양쪽 측면을 구성하는 한 쌍의 사이드월(6) 및 휠에 결합되어 타이어 내부의 공기압을 유지하는 한 쌍의 비드(7)를 포함하여 구성된다.
이러한 타이어에 있어서, 상기 트레드층(5)은 타이어가 노면에 접촉하는 부분의 고무층인 캡 트레드, 내부의 코드층과 캡 트레드 사이에 위치하는 고무층인 서브 트레드 및 캡 트레드와 사이드월과의 경계면에 위치하여 내 크랙성을 향상시킴과 동시에 이들 간의 접착성을 높이는 역할을 담당하는 윙 트레드로 구성된다.
본 발명에서는 타이어의 메인 그루브 부분의 트레드 컴파운드 구성을 회전 저항 성능 및 그루브 크렉에 방지에 유리하도록 세분화하고, 서로 다른 컴파운드의 경계면에서의 크렉을 방지하기 위해 경계면의 형상을 구체화하였다.
도 2는 본 발명의 일실시예의 타이어 트레드의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예의 타이어 트레드의 단면도이며, 도 4는 도 3의 타이어 트레드의 확대단면도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일실시예의 차량용 타이어의 트레드는
하나 이상의 메인 그루브를 포함하는 타이어용 트레드로서, 상기 트레드는
a) 메인 그루브의 아래쪽에 위치하고 제1 엘라스토머 소재로 구성되는 제1 트레드 요소(10);
b) 상기 제1 트레드 요소에 접하여 메인 그루브의 측면을 구성하고, 제2 엘라스토머 소재로 구성된 제2 트레드 요소(20); 및
c) 상기 제1 트레드 요소(10) 및 상기 제2 트레드 요소(20)의 측면 에지에 인접하여 메인 그루브(52)의 양 측면에 형성되고, 제3 엘라스토머 소재로 구성된 제3 트레드 요소(30)를 포함하고,
상기 제1 엘라스토머 소재의 하드니스(a)는 상기 제2 엘라스토머 소재의 하드니스(b) 및 상기 제3 엘라스토머 소재의 하드니스(c) 보다 작고, 상기 제2 엘라스토머 소재의 하드니스(b)는 상기 제3 엘라스토머 소재의 하드니스(c) 보다 작거나 같다.
타이어 내부에서 공기압이 가해지면 타이어가 원주방향으로 성장하게 되는데 변형이 가장 큰 부분 중 한 곳이 트레드의 메인 그루브 바닥면의 직경(Radius) 부분이며, 차량 주행 시에도 마찬가지이다. 따라서 본 발명에서는 트레드를 제1 트레드 요소(10), 제2 트레드 요소(20) 및 제3 트레드 요소(30)의 세 가지로 구성하고, 각각의 트레드 요소를 구성하는 엘라스토머 소재의 하드니스를 요구되는 물성에 적합하게 3 가지로 구성하였다. 세 가지 엘라스토머 소재의 하드니스는 a < b ≤ c의 조건을 만족시킨다.
일례로, 상기 제1 엘라스토머 소재의 하드니스(a)는 Shore A 하드니스가 10 ~ 40이고, 제2 엘라스토머 소재의 하드니스(b)는 20 ~ 50이며, 상기 제3 엘라스토머 소재의 하드니스(c)는 30 ~60이다.
바람이 많이 불 때 굵은 나무가 부러지고, 대나무같이 유연한 나무는 부러지지 않듯이, 트레드부의 이러한 거동에서 변형이 가장 많은 부위의 하드니스가 강하면 변형이 큰 부분에서 크렉이 발생할 확률이 높아지게 된다.
위와 같이 각각의 트레드 요소의 엘라스토머 소재를 위와 같이 배열하면 내크랙성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 지면과 닿는 부분의 타이어 강성이 높아지게 되므로 타이어의 핸들링 및 브레이킹 성능이 전반적으로 향상되며, 지면과 닿지는 않지만 변형이 많이 되는 제1 트레드 요소(10) 부분에서의 발열이 낮아지게 되어 열발생에 의한 에너지 손실이 줄어들게 되어 차량의 연비에 큰 영향을 미치는 회전저항 성능이 향상된다.
한편, 제 3 트레드 요소(30)에는 타이어의 핸들링 성능을 극대화하기 위하여 하드니스가 가장 강한 제3 엘라스토머 소재를 사용하지만, 제1 트레드 요소의 제1 엘라스토머 소재와의 하드니스 차이가 너무 많이 나게 되면 이 또한 그루브 크렉의 발생 원인이 될 수 있다. 따라서 본 발명의 다른 실시예에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 트레드 요소(10)와 제3 트레드 요소 사이의 경계면에 각도(θ)를 주어 타이어 거동시 경계면에서의 변형을 최소화할 수 있다. 즉, 본 발명의 차량용 타이어 트레드의 상기 제1 트레드 요소(10)와 제3 트레드 요소(3)의 경계면은 소정의 각도(θ)로 경사지게 구성될 수 있다.
상기 제1 트레드 요소(10)와 상기 제3 트레드 요소(30) 사이의 경계면의 타이어 둘레 방향에 대한 경사각(θ)은 1 내지 60도의 범위 내일 수 있다. 상기 경사 각도가 60도를 초과하면, 제3 트레드 요소와 제1 트레드 요소를 세분하는 효과가 미흡해진다.
본 발명의 다른 실시예에서는 제1 트레드 요소(10)과 제3 트레드 요소(30)의 타이어 둘레 방향에 대한 경사 방향이 양 측면에서 상이하게 구성될 수 있다. 한 쌍의 경계면 가운데 하나의 타이어 둘레에 대한 경사 방향은 역방향의 경사방향이어도 좋다. 즉, 하나의 그루브 내의 상기 제1 트레드 요소(10)와 상기 제3 트레드 요소(30)의 경사진 두 개의 경계면 가운데 하나는 타이어의 둘레 방향에 대한 경사각(θ1)이 1 내지 60도의 범위 내이고, 다른 하나의 경계면의 타이어의 둘레 방향에 대한 경사각(θ2)은 -60도 내지 -1도의 범위 내로 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 제3 트레드 요소의 하단 부분에 하드니스가 상이한 서브 트레드(미도시)가 추가로 포함되고, 이러한 서브 트레드를 구성하는 제4 엘라스토머 소재의 하드니스(d)는 제2 트레드 요소(20)를 구성하는 제2 엘라스토머 소재의 하드니스(b) 보다 크고, 상기 제3 트레드 요소(30)를 구성하는 제3 엘라스토머 소재의 하드니스(c) 보다 작다.
본 발명의 다른 양상은 이상에서 설명한 트레드를 포함하는 타이어에 관한 것이다. 이러한 타이어는 타이어의 내주를 구성하는 인너라이너(1), 상기 인너라이너(1)의 외주면에 적층되는 카카스(2), 상기 카카스(2)의 외주면에 적어도 1층 이상 적층되는 벨트(3), 상기 벨트 (3)의 외주면에 적층되어 상기 벨트(3)를 고정하는 풀 캡플라이(4), 상기 풀 캡플라이(4)의 외주면에 적층되어 실질적으로 지면에 접촉하는 트레드층(5), 타이어의 양쪽 측면을 구성하는 한 쌍의 사이드월(6) 및 휠에 결합되어 타이어 내부의 공기압을 유지하는 한 쌍의 비드(7)를 포함하는 공기입 타이어로서, 상기 트레드층이 하나 이상의 메인 그루브를 포함하고,
메인 그루브의 아래쪽에 위치하고 제1 엘라스토머 소재로 구성되는 하나 이상의 제1 트레드 요소들(10);
상기 제1 트레드 요소에 접하여 메인 그루브의 측면을 구성하고, 제2 엘라스토머 소재로 구성된 하나 이상의 제2 트레드 요소들(20); 및
상기 제1 트레드 요소 및 상기 제2 트레드 요소의 측면 에지에 인접하여 메인 그루브의 양 측면에 형성되고, 제3 엘라스토머 소재로 구성된 하나 이상의 제3 트레드 요소들(30)을 포함하고, 상기 제1 엘라스토머 소재의 하드니스(a)는 상기 제2 엘라스토머 소재의 하드니스(b) 및 상기 제3 엘라스토머 소재의 하드니스(c) 보다 작고, 상기 제2 엘라스토머 소재의 하드니스(b)는 상기 제3 엘라스토머 소재의 하드니스(c) 보다 작거나 같다.
이상과 같이 본 발명의 차량용 타이어 트레드는 메인 그루브 부분의 트레드 컴파운드 구성을 회전 저항 성능 및 그루브 크랙 방지에 유리하도록 개량하여 타이어의 핸들링 및 제동능력을 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.
이하에서 실시예를 들어 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명할 것이나, 이들은 단지 예시를 위한 것으로 본 발명이 이들 실시예에 의해서 제한되는 것은 아니다.
실시예
타이어 사이즈를 195/60R15로 공통으로 하고, 도 2 또는 도 3의 트레드 구조에 있어서, 제1 트레드 요소, 제2 트레드 요소 및 제3 트레드 요소를 구성하는 엘라스토머 소재들의 하드니스와 경사각 θ를 표 1과 같이 설정한 본 발명의 타이어(실시예 1 내지 5)와 비교예의 타이어(비교예 1 내지 4)를 각각 제작하였다. 이들 각 시험타이어를 림사이즈 15×6JJ의 림에 장착하고, 공기압을 220kPa로 하여, 배기량 1.8리터의 차량에 장착하고, 이하에 제시하는 측정방법에 의해, 조종 안정성, 및 젖은 노면에서의 제동 성능을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
[물성 평가 방법]
-조종 안정성
건조로 테스트코스에서, 테스트 드라이버에 의한 필링(feeling)시험을 실시하고, 그 결과를 종래 타이어를 100으로 하는 지수치로 나타내었다. 이 값이 클수록 조종 안정성이 우수하다.
-젖은 노면에서의 제동 성능
습윤로 테스트코스에서, 시속 1OOkm/h로부터 제동을 부여하고, 정지하기까지의 제동거리를 5회 측정하였다. 그 5회의 제동거리의 평균치로부터 젖은 노면에서의 제동 성능을 평가하여, 그 결과를 종래 타이어를 100으로 하는 지수치로 나타내었다. 이 값이 클수록, 젖은 노면에서의 제동 성능(접지력)이 우수하다.
a b c θ 조종안정성 젖은노면 접지력
실시예 1 40 50 60 0 101 108
실시예 2 10 20 30 0 103 108
실시예 3 25 35 45 10 105 106
실시예 4 30 40 60 20 106 104
실시예 5 15 35 55 50 106 102
비교예 1 40 40 40 - 99 109
비교예 2 20 10 30 - 106 98
비교예 3 10 30 20 - 98 108
비교예 4 50 40 30 - 98 99
상기 표 1로부터, 본 발명의 트레드를 적용한 타이어는 조종 안정성 및 젖은 노면에서의 접지력을 모두 개선할 수 있음을 알 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하였지만, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: 인너라이너 2: 카카스
3: 벨트 4: 풀 캡플라이
5: 트레드층 51: 트레드 블록
52: 그루브 6: 사이드 월
7: 비드 10: 제1 트레드 요소
20: 제2 트레드 요소 30: 제3 트레드 요소

Claims (6)

  1. 하나 이상의 메인 그루브를 포함하는 타이어용 트레드로서, 상기 트레드는
    메인 그루브의 아래쪽에 위치하고 제1 엘라스토머 소재로 구성되는 제1 트레드 요소;
    상기 제1 트레드 요소에 접하여 메인 그루브의 측면을 구성하고, 제2 엘라스토머 소재로 구성된 제2 트레드 요소; 및
    상기 제1 트레드 요소 및 상기 제2 트레드 요소의 측면 에지에 인접하여 메인 그루브의 양 측면에 형성되고, 제3 엘라스토머 소재로 구성된 제3 트레드 요소를 포함하고,
    상기 제1 엘라스토머 소재의 하드니스(a)는 상기 제2 엘라스토머 소재의 하드니스(b) 및 상기 제3 엘라스토머 소재의 하드니스(c) 보다 작고, 상기 제2 엘라스토머 소재의 하드니스(b)는 상기 제3 엘라스토머 소재의 하드니스(c) 보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 차량용 타이어 트레드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 트레드 요소와 제3 트레드 요소의 경계면은 소정의 각도로 경사진 것을 특징으로 하는 차량용 타이어 트레드.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 트레드 요소와 상기 제3 트레드 요소의 경사진 경계면의 타이어의 둘레 방향에 대한 경사각(θ)이 1 내지 60도의 범위 내인 것을 특징으로 하는 차량용 타이어 트레드.
  4. 제1항에 있어서, 하나의 그루브 내의 상기 제1 트레드 요소와 상기 제3 트레드 요소의 경사진 두 개의 경계면 가운데 하나는 타이어의 둘레 방향에 대한 경사각(θ1)이 1 내지 60도의 범위 내이고, 다른 하나의 경계면의 타이어의 둘레 방향에 대한 경사각(θ2)은 -60도 내지 -1도의 범위 내인 것을 특징으로 하는 차량용 타이어 트레드.
  5. 제1항에 있어서, 상기 트레드는 상기 제2 트레드 요소 하단에 하드니스가 상이한 서브 트레드를 추가로 포함하고, 상기 서브 트레드를 구성하는 제4 엘라스토머 소재의 하드니스(d)는 상기 제2 트레드 요소를 구성하는 제3 엘라스토머 소재의 하드니스(b) 보다 크고, 상기 제3 트레드 요소를 구성하는 제3 엘라스토머의 하드니스(c) 보다 작은 것을 특징으로 하는 차량용 타이어 트레드.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항의 트레드를 포함하는 차량용 타이어.
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