KR101400007B1 - 접지성능을 향상시킨 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어의 발열에도 불구하고 지면과의 높은 접지성능을 발휘하는 타이어에 관한 것으로, 타이어가 발열함에 따라 타이어의 측면부를 트레드의 폭 방향으로 돌출시키는 보강재를 포함하는 접지성능을 향상시킨 타이어를 제시한다. 이로써, 타이어의 온도가 상승함에 따라 보강재가 타이어의 측면부를 횡 방향으로 확장시켜 트레드의 평편도를 개선하여 조정성, 안전성이 증대되는 효과를 갖는다.

Description

접지성능을 향상시킨 타이어{Tire improving the tire grip}

본 발명은 타이어의 발열에도 불구하고 지면과의 높은 접지성능을 발휘하는 타이어에 관한 것이다.

래디얼 타이어는 바이어스 타이어에 비하여 타이어 원주 방향과 수직한 코드의 특성으로 바이어스 타이어보다 낮은 평편비를 구현할 수 있고, 상대적으로 큰 횡방향 강성을 가지므로 조종성과 안정성이 우수해 고속 주행에 적합하다. 또한 래디얼 타이어는 승차감, 연비 및 내마모성 면에서 바이어스 타이어에 비하여 장점을 가지므로, 승용차 등 중소형 차량에 널리 사용되고 있다.

타이어의 접지 성능은 발진성, 내슬립성, 선회성 등 조종성에 직접 영향을 미치며, 무엇보다 안전성과 직결되어 타이어 개발에 중요한 요소이다. 일례로 대한민국 공개특허 제2004-0043973호, (공개일 : 2004.05.27)에는 래디얼 타이어의 트레드면 외곽 부분의 곡률반경을 다수의 구간에 따라 달리 설정하는 기술이 개시되어 있다.

트레드 형상을 개선하더라도 타이어의 공기압, 적재에 따른 차량의 하중, 차량의 가감속 및 선회에 따른 타이어의 변형이나 고속 주행에 따른 타이어의 발열 등에 의하여 지면에 접하는 트레드의 접지 형상이 변형될 소지가 많다.

특히 장시간 고속 주행 시에 노면과의 충돌 및 사이드월의 반복적인 굴신에 의하여 타이어의 온도가 상승되면, 타이어의 주된 구성인 고무의 점탄성 변화, 공기압 변화 등에 따라 지면에 접하는 트레드의 접지 형상이 설계 의도와 달리 변형된다. 이러한 트레드의 형상 변형은 접지 성능을 해치는 것으로, 조종성과 안정성에 악영향을 가져온다.

본 발명은 전술된 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 타이어가 발열하더라도 설계시 의도하였던 타이어의 접지 성능을 발휘할 수 있게 하기 위한 것이다. 구체적으로 타이어 발열 시에도 트레드의 곡률반경을 가능한 유지하도록 하기 위한 것이다.

상기 과제를 위하여 본 발명은 실시예로, 타이어가 발열함에 따라 타이어의 측면부를 트레드의 폭 방향으로 돌출시키는 보강재를 포함하는 접지성능을 향상시킨 타이어를 제시한다.

여기서, 보강재의 일례는 타이어의 측면을 따라 이종 금속판이 중첩된 바이메탈이다. 나아가, 바이메탈은 상기 측면부에 내장된 카카스 직간접적으로 연결되어, 보강재의 변형이 타이어 측면부에 효과적으로 전달되도록 할 수 있다. 또 바이메탈은 타이어 높이의 10 % 내지 90% 지점에 위치할 수 있다. 또한, 금속판들의 열팽창계수는 5 % 내지 100 %의 차이가 있을 수 있다.

또한, 타이어의 양 측면부에 내장되어 있고, 온도가 상승함에 따라 형상이 가변되어 양 상기 측면부를 서로 멀어지게 하는 보강재를 포함하는 접지성능을 향상시킨 타이어를 제시한다.

여기서, 상기 보강재는 상기 타이어의 측면을 따라 이종 금속판이 중첩된 바이메탈이고, 이 바이메탈은 상기 측면부 둘레를 따라 원형 고리로 형성될 수 있다.

다른 실시예로, 상기 보강재는 상기 타이어의 측면을 따라 이종 금속판이 중첩된 바이메탈이고, 이 바이메탈은 상기 측면부 둘레를 따라 복수의 조각편으로 분할될 수 있다. 나아가, 이 조각편들은 열팽창에 따른 상호 간섭을 배제하도록 서로 이격될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 타이어의 온도가 상승함에 따라 보강재가 타이어의 측면부를 횡 방향으로 확장시켜 트레드의 평편도를 개선하게 된다. 따라서 타이어의 발열에 따른 악조건에도 불구하고 접지성능의 향상을 가져와 조정성, 안전성이 증대되는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 타이어의 일부 분해도.
도 2는 도 1에 도시된 실시예의 일부 단면도.
도 3은 도 2의 실시예에 채용된 보강재의 일부 사시도.
도 4는 도 1에 도시된 실시예의 사용 상태를 나타낸 도면으로,
(a)는 타이어의 발열 전의 부분 단면도이고,
(b)는 타이어가 발열된 상태의 부분 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 타이어의 일부 분해도.
도 6은 도 5의 실시예에 채용된 보강재의 일부 정면도.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 따른, 접지성능을 향상시킨 타이어의 구성, 기능 및 작용을 설명한다. 단, 이하의 실시예들에서 유사하거나 동일한 구성요소에 대한 도면번호는 통일하여 사용한다. 또한 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

도 1과 도 2에는 본 발명의 실시예에 따른 접지성능을 향상시킨 타이어가 도시되어 있다.

본 발명의 실시예에 따른 타이어(1)는 고속 주행 등에 의해 발열되면, 상승된 온도에 따라 타이어(1)의 측면부(1a)를 트레드(11)의 폭 방향(111)으로 돌출시키는 보강재(2)를 포함한다.

보강재(2)는 타이어(1)의 측면부를 따라 연속적인 원형 고리 띠의 형상을 갖는다. 보강재는 타이어의 양 측면부에 서로 대칭적으로 구비된다.

도면에서 보강재(2)는 타이어 사이드월(12)에 해당되는 부위에 위치된다. 구체적으로, 보강재(2)는 타이어 높이(H)를 100 %로 할 때에 비드 베이스(131)로부터 10 % 내지 90% 지점에 위치하는 것이다.

또한 보강재(2)는 타이어의 측면부(1a) 곡면 형상에 따라 외부에서 바라보았을 때에 볼록한 판 형상이다. 다시 말해, 타이어(1)의 반경 방향에서 측면부(1a)는 완만한 곡면을 형성하고 있으며, 보강재(2)는 이 곡면에 사실상 동일한 곡면을 갖는다.

나아가 보강재(2)는 사이드월(12)을 이루는 타이어 고무(121) 안에 매립되어 있다.

도면에서 보강재(2)는 카카스 엣지부를 따라 카카스(14)에 연결되어 있다. 보강재는 카카스(14)에 직접 부착되거나, 카카스와 이격되더라도 카카스와 보강재 사이에 개재되는 타이어 고무를 매개로 카카스와 연결되어 있다. 이와 달리 보강재는 타이어의 내측면에 부착될 수 있다.

도 2와 도 3을 참고하여 실시예에 따른 보강재를 구체적으로 설명한다.

보강재(2)는 온도에 따라 그 형상이 변경되는 부재로, 타이어 온도의 상승에 따라 변형되면서 타이어(1)의 측면부(1a)를 타이어 외부 방향으로 확장시키는 것이다. 이러한 측면부(1a)의 벌어짐 작용은 숄더(15)와 트레드(11)에 까지 영향을 미쳐, 결국 트레드(11)의 평편도를 개선하는 효과를 가져오는 것이다.

보강재는 이하에서 설명되는 바이메탈, 온도 상승에 따라 팽창하고 냉각에 의해 복원되는 에어패드 등일 수 있다.

본 실시예에서 보강재(2)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 열팽창률이 서로 다른 이종(異種) 금속판들이 중첩된 바이메탈이다.

이하에서 이종의 금속판들의 구분 용이성을 위하여, 타이어의 내부와 가깝게 위치하는 금속판을 제1금속판(21)이라 하고, 제1금속판(21)에 접합되어 있으며 타이어의 외부와 가깝게 위치하는 금속판을 제2금속판(22)이라 한다.

제1금속판(21)의 팽창률은 제2금속판(22)의 팽창률보다 작은 것이다. 따라서 타이어의 발열시 내측에 위치한 제2금속판(22)이 제1금속판(22)보다 크게 열팽창하면서 보강재의 굴곡이 변형된다.

일례로 제1금속판(21)은 제2금속판(22)에 비해 상대적으로 열팽창율이 작은 니켈- 철-합금이 사용되고, 제2금속판(22)은 제1금속판(21)에 비해 상대적으로 열팽창율이 큰 니켈-망간-철 합금, 니켈-몰리브덴-철 합금 또는 니켈-망간-구리 합금 등으로 이루어질 수 있다.

그러나 제1금속판(21) 또는 제2금속판(22)은 상기 열거한 예에 한정되지 아니한다.

이때, 제1금속판(21)과 제2금속판(22)의 열팽창계수의 차이는 5 % 내지 100 %일 수 있다. 만일 제1금속판(21)과 제2금속판(22)의 열팽창계수의 차이가 5 % 미만인 경우에는 통상적인 고속도로 주행시 예상되는 타이어의 발열 온도인 섭씨 80도 이하에서 보강재(2)의 충분한 변형이 이루어지지 못하여 트레드의 평편도 개선이 거의 이루어지지 못하는 문제가 있게 된다. 한편, 제1,2금속판의 열팽창계수의 차이가 100 %를 초과하는 경우에는 측면부를 형성하는 타이어 고무가 크게 변형되는 보강재를 충분히 고정하지 못하게 되어 보강재가 측면부에서 이탈되면서 내구성이 크게 저하되는 문제가 있게 된다.

도 4에는 본 발명의 실시예에 따른 타이어의 사용상태가 도시되어 있다. 도 4의 (a)는 상온에서의 타이어 단면도이고, 같은 도면의 (b)는 고속 주행 등을 원인으로 발열된 상태의 타이어 단면도이다. 또한 높낮이의 대비를 용이하게 하고자 같은 부분에 수평 보조선들을 도시하였다.

(a)에서 보강재(2)는 카카스 엣지부의 곡면에 따라 완만하게 휘어진 단면을 가지며 측면부(1a)에 내장되어 있다.

(b)에서 타이어(1)가 발열됨에 따라 보강재(2)의 금속판들이 열팽창하여 (a)의 보강재(2)에 대비하여 더욱 굴곡지게 변형되어 있다.

도면에 채워진 블록화살표(A1)로 표시한 바와 같이 곡률 변형에 따라 보강재(2)의 상단부와 하단부는 타이어의 내부를 향하여 가압하되, 중간부분은 타이어의 외부를 향하여 돌출된다. 이러한 보강재의 변형으로 측면부는, 빈 블록화살표(A2)로 표시한 바와 같이 더욱 굴곡지며 타이어의 외부를 향하여 돌출된다.

타이어(1)의 양 측면부는 열팽창에 따라 변형된 보강재(2)에 의해 서로 멀어지게 된다(D1 < D2). 또한 이러한 측면부(1a)의 변형은 숄더(15)를 통하여 트레드(11)에 전달되어 트레드의 폭 방향 양단부를 당기며 트레드를 하강(A3)시켜 트레드를 평편화시키게 된다.

보강재(2)와 설치 높이에 따라 이러한 측면부(1a)의 돌출 효과는 달라진다. 다시 도 2를 참고하면, 보강재(2) 하단부가 비드 베이스(131)를 기준으로 타이어 높이(H)의 10 % 미만에 위치하는 경우에는 휠의 림부에 위치가 고정되는 비드부(13)에 보강재(2)가 지나치게 가까워진다. 따라서 보강재(2)의 변형은 강성이 큰 비드부의 변형 저항 때문에 측면부(1a)에 미치는 영향이 매우 적어져 실질적인 타이어의 횡 방향 확장을 가져오지 못하게 된다.

또한 보강재(2)가 타이어 높이(H)의 90 %를 초과하여 높게 위치되는 경우에는 보강재(2)가 강성이 큰 숄더(15)에 지나치게 가까워진다. 따라서 보강재의 변형이 측면부(1a)에 충분히 반영되지 못하여 측면부(1a) 돌출 작용이 거의 없게 된다.

또한, 타이어 높이(H)의 10% 미만의 지점과 90%를 초과하는 지점은 응력이 집중되는 지점이다. 보강재(2)가 타이어 높이(H)의 10% 미만 또는 90% 초과 지점에 위치하는 경우, 타이어의 내구성이 크게 저하될 우려가 있다.

이러한 점을 고려할 때에, 전술한 바와 같이, 보강재(2)는 비드 베이스(131)를 기준으로 타이어 높이(H)의 10 % 내지 90 %의 지점에 위치하는 것이 좋다.

타이어(1)의 온도가 다시 상온으로 냉각되면 보강재(2)는 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 원래의 형상으로 복귀되며, 그에 따라 측면부도 원래의 위치로 복원된다.

도 5와 도 6은 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 접지성능을 향상시킨 타이어에 채용된 보강재는 이하 설명되는 내용에 저촉되지 않는다면 전술된 실시예에 설명한 기술적 특징을 그대로 갖는다.

다른 실시예에 따른 보강재(2)는 타이어(1)의 측면 둘레를 따라 형성되는 바이메탈이고, 이 바이메탈은 여러 개의 조각편(23)으로 나뉘어 있다. 도 5에서 조각편들(23)은 타이어(1)의 양 측면 둘레를 따라 서로 대칭되어 있으며, 어느 한 측면을 둘레를 따라 배열된 조각편들(23)은 서로 이격되어 있다.

도 6을 참고하면, 조각편들(23)은 열팽창함에 따라 면적이 증대하더라도 서로 접촉하지 아니할 정도로 이격되어 있다. 도면에서 점선으로 표시한 부분은 상온에서의 조각편이다. 복수개로 나뉜 조각편(23)은 열팽창시 이웃하는 조각편(23)에 간섭되지 아니면서, 각 조각편(23)의 부피 중심을 기준으로 열팽창하게 된다.

전술된 실시예에서 연속된 원형 고리로 형성된 보강재(도 1의 2 참고)는 열팽창시에 원형 고리 자체의 직경이 증가하게 되는데, 도 5에서 제시한 실시예는 실질적인 이러한 직경 증가가 없게 된다.

나아가, 도시를 생략하였으나 이웃하는 조각편의 사이에는 완충고무가 개재될 수 있다. 개재된 완충고무는 타이어 측면부를 형성하는 고무보다 연질일 수 있다. 완충고무는 타이어의 발열시 수축하여 조각편의 원활한 열팽창이 이루어지도록 공간을 제공하게 된다.

본 발명의 실시예들에 따른 보강재는 타이어의 온도에 탄성적으로 변형되며 타이어의 측면부를 횡방향으로 확장시켜, 결과적으로 트레드가 평편하게 작용한다. 이와 같이 타이어 온도에 따른 트레드의 평편화 작용으로, 타이어가 쉽게 발열되는 고속 주행시 타이어의 접지성능이 향상되고, 조종성 및 안정성이 증대된다.

1 : 타이어 1a : 측면부
11 : 트레드 111 : 폭 방향 12 : 사이드월
121 : 타이어 고무 13 : 비드부 131 : 비드 베이스
14 : 카카스 15 : 숄더 H : 타이어 높이
2 : 보강재 21 : 제1금속판 22 : 제2금속판 23 : 조각편

Claims (9)

1. 타이어가 발열함에 따라 타이어의 측면부를 트레드의 폭 방향으로 돌출시키는 보강재를 포함하며,
   상기 보강재는 상기 타이어의 측면을 따라 이종 금속판이 중첩된 바이메탈이고,
   상기 바이메탈은 상기 측면부 둘레를 따라 복수의 조각편으로 나뉘어져 있으며,
   상기 조각편 사이에는 완충고무가 개재되어 있는 접지성능을 향상시킨 타이어.
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 바이메탈은 상기 측면부에 내장된 카카스에 연결되어 있는 접지성능을 향상시킨 타이어.
4. 제1항에서,
   상기 바이메탈은 타이어 높이의 10 % 내지 90% 지점에 위치하는 접지성능을 향상시킨 타이어.
5. 제1항에서,
   상기 금속판들의 열팽창계수는 5 % 내지 100 %의 차이가 있는 접지성능을 향상시킨 타이어.
6. 타이어의 양 측면부에 내장되어 있고, 온도가 상승함에 따라 형상이 가변되어 양 상기 측면부를 서로 멀어지게 벌리는 보강재를 포함하며,
   상기 보강재는 상기 타이어의 측면을 따라 이종 금속판이 중첩된 바이메탈이고,
   상기 바이메탈은 상기 측면부 둘레를 따라 원형 고리로 형성됨과 동시에,
   상기 바이메탈은 상기 측면부 둘레를 따라 복수의 조각편으로 나뉘어져 있으며,
   상기 조각편 사이에는 완충고무가 개재되어 있는 접지성능을 향상시킨 타이어.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제6항에서,
   상기 조각편들은 열팽창에 따른 상호 간섭을 배제하도록 서로 이격되어 있는 접지성능을 향상시킨 타이어.

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