KR102566447B1 - 레인드롭 형상의 그루브 구조를 갖는 공기입 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레인드롭 형상의 그루브 구조를 갖는 공기입 타이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 트레드 외측에서 내측을 향해 그루브 폭이 확장되도록 이루어지는 레인드롭 형상의 그루브 구조를 갖는 공기입 타이어에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원주방향을 따라 인입 형성된 그루브를 포함하는 타이어 트레드 구조에 있어서, 상기 그루브는, 트레드 표면으로부터 반경방향으로 연장 형성되는 서브그루브와, 상기 서브그루브의 일단으로부터 연장 형성되며, 내부에 소정의 공간을 형성하는 캐비티를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

레인드롭 형상의 그루브 구조를 갖는 공기입 타이어{Pneumatic tire having a raindrop-shaped groove structure}

본 발명은 레인드롭 형상의 그루브 구조를 갖는 공기입 타이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 트레드 외측에서 내측을 향해 그루브 폭이 확장되도록 이루어지는 레인드롭 형상의 그루브 구조를 갖는 공기입 타이어에 관한 것이다.

본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.

일반적인 공기입 타이어뿐만 아니라 버스나 트럭에 사용되는 중하중용 공기입 타이어의 경우, 내부에 공기를 주입할 수 있는 내부공간을 형성하면서 트레드부를 중심으로 타이어의 폭방향에 따라 양측으로 숄더부, 사이드월 및 비드부를 포함하여 구성된다. 이러한 타이어의 구성 중에서, 상기 트레드부는 그루브와 블럭, 사이프로 이루어진 고무층에 해당하며, 타이어에서 지면에 직접적으로 접촉하는 유일한 부분으로 차체의 하중을 지지해주는 역할을 하며, 차체의 하중을 지속적으로 받기 때문에 마찰성능, 배수성능, 소음성능, 내피로성 등에 강해야 하고, 외부충격으로부터 충분히 견딜 수 있어야 한다.

여기서, 트레드에 형성된 그루브는, 주행방향인 트레드 원주방향을 따라 길게 파인 홈에 해당하고, 빗길에서 안전한 제동을 위해 배수성을 높이기 위한 패턴으로 설계된다. 여기서, 상기 그루브의 폭이 넓을수록 빗길에서 주행성능이 좋아지지만 과도하게 넓으면 제동력과 코너링 성능이 약해지게 되는데, 젖은 노면에서의 성능 강화를 위하여, 배수성을 높이는 것과 동시에 접지력이나 제동력 성능을 높이는 그루브와 사이프의 최적화된 디자인 설계가 지속적으로 이루어지고 있다.

지면에 접촉하는 트레드 부분은 차량 주행 시 반복적인 회전 및 조향으로 원주(Circumferential)방향 및 횡(Lateral)방향으로 힘을 받게 되는데, 마모 초기에는 이러한 회전 및 굴신운동으로 트레드에 변형이 발생하여 변형에너지 손실이 발생하게 되고 회전저항 성능이 하락하지만, 그루브의 존재로 제동성능은 유지될 수 있다. 그러나 마모 후반으로 갈수록 잔존 그루브의 부재와 트레드 무게 감소로 젖은 노면에서의 제동성능이 떨어지고, 회전저항 성능이 마모 초반에 비해 상승한다. 이는, 회전저항과 젖은 노면에서의 제동성능이 trade off관계를 갖기 때문에 이러한 성능 차이를 극복하기 위해 레인드롭 형상의 그루브 구조가 필요하게 되었다.

이에 대하여, 대한민국 등록특허 제10-2006-0105853호에서는, "적어도 하나

의 트레드 요소는 사이프(sipe)의 반경방향 외측부의 적어도 일부에서 삼차원 외관을 갖는 일정 폭 사이프로부터 상기 트레드 형상을 기초로 보다 폭이 넓은 그루브로 이전되는 사이프를 갖는 트레드"를 개시한다. 여기서, 반경방향 내측 사이프의 폭(Wi)은 반경방향 외측 사이프의 폭(Wo)보다 적어도 2.5배 큰 폭을 갖는 것을 특징으로 하는데, 상기 폭(Wi)을 적용하게 되면 배수성능을 위한 폭이 너무 좁고 그루브의 깊이(Do)가 상당히 낮아 마모 후반 시점에서 원하는 제동성능을 확보하기 어렵다는 문제점이 존재한다.

1. 한국 특허등록 제10-1289574호(2013.07.24 공고)

본 발명은 마모 후반의 젖은 노면 제동 성능을 보완하기 위하여, 레인드롭 형상의 그루브 구조에 있어서 그루브 내의 폭과 길이 및 각도를 적절히 설정함으로써 제동 성능 및 배수 성능이 우수한 타이어 트레드 구조를 제공하고자 한다.

또한, 상술한 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있음은 자명하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 원주방향을 따라 인입 형성된 그루브를 포함하는 타이어 트레드 구조에 있어서, 상기 그루브는, 트레드 표면으로부터 반경방향으로 연장 형성되는 서브그루브와, 상기 서브그루브의 일단으로부터 연장 형성되며, 내부에 소정의 공간을 형성하는 캐비티를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 서브그루브는 반경방향을 향할수록 폭이 확장되어, 그루브 전체가 레인드롭 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 서브그루브는, 상기 캐비티의 우측 상단으로부터 타이어의 원주방향을 따라 연장 형성되는 제1서브그루브와, 상기 캐비티의 좌측 상단으로부터 타이어의 원주방향을 따라 연장 형성되는 제2서브그루브 및 상기 제1서브그루브와 제2서브그루브를 상호 연결하도록 원주방향에서 사선으로 연장 형성되는 제3서브그루브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 서브그루브의 중심축을 기준으로 캐비티 상부와 이루는 각도(Ai)는 30 내지 65°로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 서브그루브의 폭(WRo)에 대한 캐비티의 폭(WRi)의 비율인 WRi/WRo는 12 내지 28로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 그루브의 전체 길이(Do)에 대한 캐비티의 길이(Di)의 비율인 Di/Do는 0.4 내지 0.8로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 트레드 표면에서 반경방향을 향해 그루브 폭이 확장되는 레인드롭 형상을 가짐으로써 배수성능이 증가하고 수막현상을 제거하여 젖은 노면 제동 성능을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 그루브 내의 폭과 길이에 대한 최적의 비율을 제시함으로써 추가적인 제동 성능을 향상시킬 수 있고, 캐비티 상부각도를 한정함으로써 몰드에서의 타이어 인출이 용이하다는 장점이 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드 구조의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드 구조에 있어서, 서브그루브와 캐비티를 포함한 그루브 형태를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드 구조의 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어 트레드 구조의 평면도.
도 5는 도 4의 섹션 A-A 내지 C-C에 대한 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 타이어 트레드 구조의 구성, 동작 및 작용효과에 대하여 살펴본다. 참고로, 이하 도면에서, 각 구성요소는 편의 및 명확성을 위하여 생략되거나 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 반영하는 것은 아니다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭하며 개별 도면에서 동일 구성에 대한 도면 부호는 생략하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 원주방향을 따라 인입 형성된 그루브(10)를 포함하는 타이어 트레드 구조에 있어서, 상기 그루브(10)는, 트레드 표면으로부터 반경방향으로 연장 형성되는 서브그루브(11)와, 상기 서브그루브(11)의 일단으로부터 연장 형성되며, 내부에 소정의 공간을 형성하는 캐비티(12)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 그루브(10)는 트레드의 원주방향을 따라 홈이 형성된 구조를 가질 수 있으며, 상기 그루브(10)는 빗길 주행중에 타이어와 노면 사이에 유입되는 물을 배출하여 수막현상이 발생하지 않도록 방지하고, 접지력을 높여 주행성능을 강화하는 것이 중요하다. 이러한 그루브(10)를 포함한 트레드 구조의 최적화를 위하여, 본 발명에서 개시하는 그루브(10)는 트레드 표면으로부터 반경방향으로 연장되는 서브그루브(11)와 소정의 공간이 형성된 캐비티(12)를 포함하도록 이루어질 수 있다. 상기 서브그루브(11)는 트레드 외측 표면으로부터 내측을 향해 소정의 폭을 가지며 연장 형성될 수 있으며, 일정한 폭을 유지하며 연장될 수도 있고 하부를 향해 폭이 확장되는 구조를 가질 수도 있다.

여기서, 상기 서브그루브(11)의 폭이 좁을수록 리브 사이의 간격이 좁아지게 되므로 리브 강성을 최대로 확보할 수 있으어, 서브그루브(11)의 트레드 표면쪽 폭을 최대한 좁게 적용함으로써 리브강성을 증가시키고 변형에너지 손실을 감소시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 서브그루브(11)가 하부로 연장된 일단에서부터 소정의 공간을 형성하면서 연장 형성된 캐비티(12)를 더 포함할 수 있다. 상기 캐비티(12)는 도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 서브그루브(11)보다 큰 폭을 가지고 연장 형성되되, 내부에 소정의 공간을 형성함으로써 배수성능을 향상시킬 수 있다. 상기 캐비티(12)의 단면은 도 2에 도시된 바와 같이 팔각형 형상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 사각형이나 육각형 등 내부공간을 형성하기 위한 다양한 형상으로 이루어질 수 있으며, 특히 서브그루브(11)로부터 연장된 캐비티(12)의 상부 경사각을 형성하기 위하여 레인드롭 형상으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 서브그루브(11)는 반경방향을 향할수록 폭이 확장되어, 그루브(10) 전체가 레인드롭 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 서브그루브(11)는 일정한 폭을 유지하면서 연장되어 캐비티(12)와 연결될 수 있으나, 트레드 표면으로부터 캐비티(12)를 향할수록 폭이 확장되는 구조를 가지게 되면서 일종의 레인드롭 형상으로 이루어질 수 있다. 이렇게 형성된 그루브(10)를 통해 마모 후반에도 젖은 노면 제동력의 손실을 감소시킬 수 있게 된다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 서브그루브(11)는, 상기 캐비티(12)의 우측 상단으로부터 타이어의 원주방향을 따라 연장 형성되는 제1서브그루브(111)와, 상기 캐비티(12)의 좌측 상단으로부터 타이어의 원주방향을 따라 연장 형성되는 제2서브그루브(113) 및 상기 제1서브그루브(111)와 제2서브그루브(113)를 상호 연결하도록 원주방향에서 사선으로 연장 형성되는 제3서브그루브(115)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 서브그루브(11)는 원주방향을 따라 3가지 방식으로 연장 형성될 수 있는데, 캐비티(12)를 중심으로 우측 상단으로부터 상부로 연장 형성되는 제1서브그루브(111), 좌측 상단으로 연장 형성되는 제2서브그루브(113) 및 제1서브그루브(111)와 제2서브그루브(113)을 상호 연결하는 제3서브그루브(115)가 서로 연결되는 구조를 가질 수 있다. 종래, 타이어 원주방향을 따라 일직선으로 연장 형성되는 그루브의 경우 횡방향 리브 강성이 약해지고 그에 따라 회전저항 성능이 감소한다는 단점이 있었다.

이를 극복하기 위하여, 상기 캐비티(12)의 중심축을 기준으로 상부 우측에 연장형성된 제1서브그루브(111)가 원주방향을 따라 소정길이 연장 형성된 후, 캐비티(12)의 상부 좌측방향으로 경사지도록 제3서브그루브(115)가 연장 형성되고, 상기 제3서브그루브(115)의 끝단에서 캐비티(12)의 좌측 상단에서 연장 형성되는 제2서브그루브(113)가 연결되면서, 일종의 지그재그 방식으로 배치될 수 있다. 상기 제1서브그루브(111) 내지 제3서브그루브(115)를 하나의 세트로 하여 타이어 원주방향을 따라 반복 형성하여 상부에서 바라본 단면이 반복해서 이어진 사다리꼴 형상을 갖도록 함으로써 횡방향 리브강성을 확보할 수 있으며, 회전저항 성능을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 도 4 내지 도 5에 도시된 도면을 참고하여, 상기 제1서브그루브(111)와 제2서브그루브(113)의 폭에 비하여 제3서브그루브(115)의 폭을 더 크게 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 4에서 SEC.A-A 부분이 제1서브그루브(111)에 해당하는 영역이고, SEC.B-B 부분이 제3서브그루브(115), SEC.C-C 부분이 제2서브그루브(113)에 해당하는 부분인데, 제1서브그루브(111) 및 제2서브그루브(113)의 폭에 비하여 제3서브그루브(115)의 폭이 상대적으로 크게 형성될 수 있다. 이는, 타이어 마모 양상을 점검하기 위한 홈이며, 타이어 교체 주기를 수시로 점검하여 발생할 수 있는 사고를 미연에 방지할 수 있다는 점에서 중요하다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 서브그루브의 폭(WRo)에 대한 캐비티의 폭(WRi)의 비율인 WRi/WRo는 12 내지 28로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 레인드롭 형상의 그루브(10)에서 서브그루브(11)의 폭을 WRo라고 하고, 캐비티(12)의 폭을 WRi라고 정의하였을 때, 서브그루브(11)와 캐비티(12)의 폭의 비율인 WRi/WRo은 12 내지 28 사이로 이루어짐이 바람직하다.

상기 WRo는 폭이 좁을수록 RR 개선효과가 좋으며 제작 가능한 최소한의 두께(이하 실험에서는 WRo를 0.5mm로 적용하였다)를 적용하여 트레드 블럭 간의 간섭을 높여 변형에너지 손실을 줄이게 된다. 또한, 캐비티(12)는 배수성능을 높여 젖은 노면에서의 제동력을 향상시킬 필요가 있는데, 타이어 마모 초반에는 젖은 노면 제동 성능이 높고 회전저항 성능이 낮지만, 마모 후반시점에서는 회전저항 성능이 높고 젖은 노면에서의 제동 성능은 하락하게 된다.

이하, [표 1]에서는 서브그루브(11)의 폭(WRo)을 일정하게 유지한 상태에서 캐비티(12)의 폭(WRi)을 다르게 적용하였을 때의 마모 후반의 젖은 노면 제동 성능을 나타낸 표로, 값이 클수록 우수한 성능을 가지는 것이다.

	비교예1	비교예2	비교예3	실험예1	실험예2	실험예3	실험예4	실험예5	비교예4	비교예5	비교예6
WRi	1.25	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20
WRo	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
Wri/WRo	2.5	4	8	12	16	20	24	28	32	36	40
젖은 노면 제동 성능	100%	100%	100%	105%	106%	106%	107%	107%	98%	97%	96%

상기 [표 1]에 나타난 바와 같이, 비교예 1 내지 비교예 3에서 WRi/WRo가 2.5 내지 8로 이루어졌을 때의 젖은 노면 제동 성능을 평가한 결과가 100%로 유지되었고, 비교예 4 내지 비교예 6에서 WRi/WRo의 비율이 32 내지 40이었을 때에는 트레드 블럭의 강성이 약화되어 지면과의 접지력이 저하됨으로써 제동성능이 감소하게 되고, 그 평가결과는 100% 아래인 96~98%로 하락한 것을 알 수 있다. 또한, 서브그루브의 폭(WRo)이 0.5mm로 유지된 상태에서 캐비티의 폭(WRi)이 6 내지 14로 달리 적용된 경우의 실험예 1 내지 5에서는 배수성능의 향상으로 수막현상을 차단하여 순차적인 제동성능이 좋아짐으로써 젖은 노면 제동 성능이 105~107%로 크게 향상된 것을 알 수 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 서브그루브(11)의 중심축을 기준으로 캐비티(12) 상부와 이루는 각도(Ai)는 30 내지 65°로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 3에 도시된 도면에서, 서브그루브(11)의 중심축과 캐비티(12) 상부면이 이루는 각도(Ai)는 30 내지 65°로 이루어지는 것이 바람직한데, 이는 가류 후 몰드에서 타이어 인출 시 캐비티(12)에서 발생하는 변형에너지를 방지하기 위함이다.

이하 [표 2]에서는 서브그루브(11)의 중심축과 캐비티(12) 상부면이 이루는 각도(Ai)에 따른 변형에너지의 평가결과를 나타낸다. 변형에너지가 적을수록 양호한 수치를 나타내는데, 상기 각도(Ai)가 15°인 비교예7에서는 캐비티 형상이 불리해져 캐비티(12)의 상단부와 하단부가 접하는 좌측부에서 크게 변형에너지가 상승(105%)된 것을 확인하였으며, 90°인 비교예8에서는 캐비티(12) 상부에서의 변형에너지 상승(108%)을 보인것에 비하여, 실험예6 내지 실험예8에서와 같이 각도(Ai)를 30°~ 65°로 한정한 경우에 변형에너지가 100~101%를 보이면서, 해당 각도범위 내에서의 변형에너지가 소폭 감소한 것을 알 수 있다.

	비교예7	실험예6	실험예7	실험예8	비교예8
Ai	15	30	45	65	90
Strain Energy	105%	100%	101%	101%	108%

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 그루브(10)의 전체 길이(Do)에 대한 캐비티(12)의 길이(Di)의 비율인 Di/Do는 0.4 내지 0.8로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 [표 3]에서는 그루브(10)의 전체 길이(Do)에 대한 캐비티(12)의 수직방향 길이(Di)의 비율에 따른 젖은 노면 제동 성능의 평가 결과를 도시한다.

	비교예9	실험예9	실험예10	실험예11	비교예10
Di	2	4	6	8	10
Do	10	10	10	10	10
Di/Do	0.2	0.4	0.6	0.8	1.0
젖은 노면 제동 성능	100%	104%	105%	106%	99%

[표 3]에 도시된 바와 같이, 비교예9 또는 비교예 10에서의 Di/Do의 비율이 0.2인 경우 배수성능이 감소하면서 마모 후반의 제동성능이 하락하게 된다는 문제점이 있으며, 1.0을 넘어가게 되면 트레드 블럭 간의 간섭 및 강성 저하로 마모 초반 회전저항이 감소한다는 문제점이 있다. 그와 비해, Di/Do의 비율이 0.4~0.8인 경우 젖은 노면 제동 성능이 104~106%인 우수한 값을 가지는 것을 알 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 그루브
11 : 서브그루브
111 : 제1서브그루브
113 : 제2서브그루브
115 : 제3서브그루브
12 : 캐비티

Claims (6)

1. 원주방향을 따라 인입 형성된 그루브를 포함하는 타이어 트레드 구조에 있어서,
   상기 그루브는,
   트레드 표면으로부터 반경방향으로 연장 형성되는 서브그루브와,
   상기 서브그루브의 일단으로부터 연장 형성되며, 내부에 소정의 공간을 형성하는 캐비티를 포함하고,
   상기 서브그루브는,
   상기 캐비티의 우측 상단으로부터 타이어의 원주방향을 따라 연장 형성되는 제1서브그루브와,
   상기 캐비티의 좌측 상단으로부터 타이어의 원주방향을 따라 연장 형성되는 제2서브그루브 및
   상기 제1서브그루브와 제2서브그루브를 상호 연결하도록 원주방향에서 사선으로 연장 형성되는 제3서브그루브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 구조.
2. 제1항에 있어서,
   상기 서브그루브는 반경방향을 향할수록 폭이 확장되어, 그루브 전체가 레인드롭 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 구조.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 서브그루브의 중심축을 기준으로 캐비티 상부와 이루는 각도(Ai)는 30 내지 65°로 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 구조.
5. 제1항에 있어서,
   상기 서브그루브의 폭(WRo)에 대한 캐비티의 폭(WRi)의 비율인 WRi/WRo는 12 내지 28로 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 구조.
6. 제1항에 있어서,
   상기 그루브의 전체 길이(Do)에 대한 캐비티의 길이(Di)의 비율인 Di/Do는 0.4 내지 0.8로 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이어 트레드 구조.

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