KR20010022933A - 소비형 브릿지를 갖는 타이어 - Google Patents

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KR20010022933A
KR20010022933A KR1020007001538A KR20007001538A KR20010022933A KR 20010022933 A KR20010022933 A KR 20010022933A KR 1020007001538 A KR1020007001538 A KR 1020007001538A KR 20007001538 A KR20007001538 A KR 20007001538A KR 20010022933 A KR20010022933 A KR 20010022933A
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circumferential
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KR1020007001538A
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래두레쉬로버트시프리앙
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폴 겔리
미쉐린 러쉐르슈 에 떼크니크 에스.에이.
미첼 롤리에르
소시에떼 드 테크놀로지 미쉐린
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Abstract

본 발명은 종방향 리브들을 분할하며 축방향으로 이격된 복수의 종방향 그루브를 포함하고 있는 트레드부를 갖는 공기 타이어에 관한 것이다. 상기 리브들 중에서 적어도 하나의 리브상에는, 제 1 랜드부와 제 2 랜드부를 형성하기 위하여 횡방향 그루브나 절삭부가 원주방향으로 반복해서 배치되며, 여기서 제 1 랜드부는 제 2 랜드부의 원주방향 길이보다 더 긴 원주방향 길이를 갖는 블록들을 포함한다. 상기 제 2 랜드부는 트랙션을 향상시키며 타이어의 사용기간동안 원치 않는 표면 변형을 최소화할 수 있는 소비형 브릿지로서 작용한다.

Description

소비형 브릿지를 갖는 타이어{Tire having sacrificial bridging}
습기 상태의 트랙션과, 습기 상태의 그립(grip)과, 브레이킹 성능 등을 향상시키기 위하여, 래디얼 공기 타이어는 원주방향으로 연장하는 종방향 또는 지그재그 그루브를 구비한 트레드를 가지며, 또한 한층 더 우수한 트랙션을 위하여, 횡방향 그루브는 원주방향 그루브를 축방향으로 연결하여 블록을 형성한다. 트랙션 성능을 양호한 상태로 유지하기 위하여, 타이어 트레드의 사용기간동안 계속해서 횡방향 그루브나 절삭부가 존재할 필요가 있다. 불행히도, 이를 위해서 타이어는 횡방향 그루브를 가져야 하는 데, 이 횡방향 그루브의 깊이는 실질적으로 종방향 그루브의 깊이와 동일하다. 도 1a와 도 1b에서는 도면부호 100으로 표시한 참조용 타이어를 도시하며, 이 도면들은 각각 타이어 트레드부를 완전하게 도시한 전면도와 평면도이다. 이 실시예에서, 트레드 블록(20)들은 실질적으로 완전한 깊이의 횡방향 그루브(30)에 의해 원주방향으로 분리되어 있다. 보통, 도시한 타이어 트레드들은 차량의 구동축상에서 사용되며 만족스러운 습기 상태의 트랙션 성능을 갖지만, 트레드 강도의 감소로 인하여 "힐-앤드-토우(heel-and-toe)" 또는 "톱니(sawtooth)" 프로파일이나 트레드 블록의 함몰과 같은 트레드 표면 변형을 유발하는 것으로 알려져 있다. 이러한 변형은, 시각적으로 불만족스러운 타이어의 외양이나 트레드에 의해 발생된 진동으로 인한 불편한 승차감 중 어느 한쪽에 의해서 원인이 되는 사용자의 불만을 초래한다. 상기 불만 요인들 중 어느 한 가지가 발생되면, 사용자는 타이어가 자신의 고유 수명을 다하기 전에 타이어를 교체할 수도 있다.
표면 변형이나 트랙션 성능 사이에서 일종의 타협점을 찾기 위하여, 타이어는 블록(20)을 한정할 수 있는 횡방향 그루브를 갖도록 설계되어 왔으며, 도 2a에 도시한 타이어(200)의 일실시예에서는 횡방향 그루브(30)의 깊이 d가 종방향 그루브의 깊이 h보다 실질적으로 더 얕다. 제 1 블록(20)의 에지(22)와 제 2 블록(20)의 에지(21)에 의해 경계지워진 트레드의 랜드부는 보통 "브릿지(bridge)"로서 언급된다. d/h의 값이 "0"에 가까우면, 타이어의 트랙션은 불량할 것이며, d/h 값이 "1"에 접근하면 타이어는 표면 변형이 전개되면서 트레드의 고유 수명을 단축시킬 것이다. 타이어 트레드는 트레드 깊이 h에 대한 그루브 깊이 d의 비율 R1=d/h가 약 0.1:1 내지 0.2:1 사이에 있도록 설계될 때 만족스러운 결과를 얻을 수 있다. 그러나 불행히도, 타이어는 사용기간동안 마모, 피로 등과 같은 요인들에 의해 트레드 고무의 손실을 겪게된다. 결과적으로 도 2a에 도시한 바와 같은 트레드 모양을 갖는 타이어, 즉 낮은 횡방향 그루브를 갖는 타이어는 비율 d/h가 계속해서 감소되어 결국에는 "0"의 값에 도달하는 식으로 마모될 것이다. d/h가 "0"에 접근할 때 상기 타이어의 단점은 상술한 바와 같은 습기 상태의 그립 및 브레이킹 성능 등과 같은 성능 손실을 갖는다는 것이다.
다음은, 약 3mm 깊이의 횡방향 그루브와 약 20.5mm의 트레드 깊이를 갖는 신규 타이어(200)에 대해 고속도로 운전 조건하의 테스트를 실시한 결과이다. 이러한 d/h의 진행과정을 도 2b에 도시한 테스트 결과로 설명하며, 여기서 도 2b는 타이어의 단면도로서 원주방향 위치에 대한 측정된 트레드 깊이를 도시한다. 54,000km의 주행후에, 트레드 깊이는 트레드상의 어느 곳이든 약 17mm로 감소하며, d/h 비율은 거의 "0"에 접근한다. 이 경우에 보통, 타이어는 표면 변형이 시작되었기 때문에 보다는 트랙션의 손실이 감지되었기 때문에 교체된다. 이러한 역기능을 줄이기 위해서, 흔히 타이어 설계자는 보조 사이프(additional sipe)를 추가하거나 복잡한 블록 형태를 이용하지만, 이것은 상태를 개선한다기 보다는 표면 변형 및/또는 칩핑(chipping)이나 균열(tearing)을 추가로 발생시킬 수도 있다. 따라서, 트레드의 사용기간동안 최적의 d/h 비율을 유지할 수 있는 타이어 트레드 설계가 필요하다.
본 발명은, 습기 상태의 트랙션(wet traction) 및 브레이킹 성능(braking performance)과 같은 타이어의 성능을 감소시키지 않고도 사용자 불만의 원인이 되는 트레드 표면 변형(tread surface anomaly)을 줄일 수 있는 차량용 래디얼 공기 타이어(radial pneumatic vehicle tire)에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 종방향 리브들을 분할하며 축방향으로 이격된 복수의 종방향 그루브들을 갖는 공기 타이어에 관한 것이다. 상기 리브들 중에서 적어도 하나의 리브상에는, 원주방향으로 횡방향 그루브나 절삭부(cut)가 반복해서 배치되어, 제 1 랜드부(land portion)와 제 2 랜드부를 형성하는 데, 여기서 제 1 랜드부는 제 2 랜드부의 원주방향 길이보다 더 긴 원주방향 길이를 갖는 블록을 포함한다.
도 1a는 완전한 깊이의 횡방향 그루브를 갖는 참조용 래디얼 공기 타이어(100)를 도시한 사시도.
도 1b는 도 1a에 나타낸 참조용 래디얼 공기 타이어(100)의 트레드부를 도시한 평면도.
도 2a는 부분 깊이의 횡방향 그루브를 갖는 참조용 래디얼 공기 타이어(200)의 트레드부를 도시한 평면도.
도 2b는 도 2a에 나타낸 참조용 래디얼 공기 타이어(200)의 트레드부를 도시한 단면도.
도 2c는 도 2a에 나타낸 트레드부를 갖는 타이어 주위의 원주 위치 대 트레드 깊이를 도시한 그래프.
도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 해당하는 래디얼 공기 타이어(300)의 트레드부를 도시한 평면도.
도 3b는 도 3a에 나타낸 트레드부의 중심선을 따라 도시하며, 또한 명확한 도시를 위하여 그루브 에지 사이프들을 제거한 채로 도시한 단면도.
도 3c는 도 3a에 나타낸 트레드부를 갖는 타이어 주위의 원주 위치 대 트레드 깊이를 도시한 그래프(R은 회전방향).
도 4a와 도 4b는 경사 절삭부의 가능한 형상을 나타낸 래디얼 공기 타이어(300)의 트레드부를 도시한 단면도(R은 회전방향).
도 5a는 본 발명의 제 3 실시예에 해당하는 래디얼 공기 타이어(400)의 트레드부를 도시한 평면도.
도 5b는 본 발명의 제 3 실시예에 해당하는 래디얼 공기 타이어의 트레드부를 부분적으로 도시한 사시도.
도 6a는 도 5a에 나타낸 트레드부의 중심선을 따라 도시하며, 또한 지그재그 프로파일을 갖는 제 1 절삭부를 도시한 단면도.
도 6b는 도 5a에 나타낸 트레드부의 중심선을 따라 도시하며, 또한 정현파 곡선 프로파일을 갖는 제 1 절삭부를 도시한 단면도.
도 7a는 도 5a에 나타낸 트레드부의 중심선을 따라 도시하며, 또한 곡선 프로파일을 갖는 제 2 절삭부를 도시한 단면도.
도 7b는 도 5a에 나타낸 트레드부의 중심선을 따라 도시하며, 또한 모따기 프로파일을 갖는 제 2 절삭부를 도시한 단면도.
본 발명의 목적은 습기 상태에서 우수한 트랙션 성능을 유지하며 표면 변형이 없는 개선된 래디얼 공기 타이어를 제공하는 것이다. 이 목적은 리브를 형성하는 복수의 종방향 그루브들을 갖는 타이어의 트레드부에 의해 달성되며, 이 리브들 중 적어도 하나는 교호적 랜드부(alternating land portion)를 형성하기 위한 협폭의 횡방향 그루브나 절삭부들에 의해 절개되는 데, 여기서 제 1 랜드부는 제 2 랜드부보다 더 길다.
도 3b에 도시한 타이어(300)의 도면부호들에 따라서, 이하에서 제 1 랜드부는 트레드 블록(20)으로서 언급할 것이며 제 2 랜드부는 소비형 브릿지(sacrificial bridge: 30)로서 언급할 것이다. 본 발명의 목적은 비율 R1=d/h의 값이 "0"이 되지 않도록 유지하는 것이다. 이 목적을 수행하기 위해서, 소비형 브릿지는 인접한 트레드 블록(20)들로부터 분리(decouple)되어야 한다. 이러한 분리는 협폭의 횡방향 그루브나 절삭부(40, 50)들에 의해 얻어질 수 있다. 제 1 블록(20)의 트레일링 에지(trailing edge: 22)와 소비형 브릿지(30)의 리딩 에지(leading edge: 31) 사이에는 절삭부(40)가 위치한다. 리딩 에지와 트레일링 에지는 타이어의 회전 방향에 대해 상대적으로 정의되는 데, 이때 리딩 에지(21)는 타이어의 회전동안 지면과 접하게 되는 블록(20)상의 초기 지점을 가리키며, 트레일링 에지(22)는 타이어의 회전동안 지면과 접하는 블록(20)상의 최종 지점을 가리킨다. 소비형 브릿지(30)는 절삭부(40, 50)들에 의해 원주방향으로 경계지워지며 또한 원주방향 그루브(10)에 의해 측방향으로 경계지워진다. 절삭부(40, 50)의 깊이 h1과 소비형 브릿지(30)의 높이 h2는 적재상태의 타이어 회전시 소비형 브릿지(30)의 표면(33)이 지면과 접촉할 때 측정된 수치이다. 상술한 바와 같은 설계의 일실시예로서 도 3a에 타이어(300)를 평면도로서 도시한다.
적재상태로 회전할 때 표면(33)이 지면과 접촉하기 때문에, 지면과의 접촉동안 소비형 브릿지(30)에는 종방향 전단력(longitudinal shearing force)이 가해진다. 이러한 전단력은 소비형 브릿지의 고무 소비율(mm/km 단위로 측정)이 d/h 비율을 유지할 수 있을 정도로 충분히 생성되어야 한다. 참조용 타이어에서 발견할 수 있는 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명자는 최적 상태의 전단력과 이에 따른 고무 소비율이 일정 범위의 R1=d/h, R2=h1/h 값과 블록 길이 L1에 대한 소비형 브릿지의 길이 L2의 비율, 즉 R3=L2/L1값에서만 얻어질 수 있다는 것을 밝혀냈다. 이러한 매개변수들은 각자의 최적 범위 내에 있을 때, 트레드의 사용기간 내내 d/h 비율이 유지될 것이다.
이하에서, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명과 실시예를 설명한다.
블록형 타이어를 장착한 차량이 고속도로를 주행할 때, 타이어의 카카스와 벨트 구조물은 평평해지고 트레드 블록 부품들은 압착되는 데, 이로 인하여 타이어와 도로의 접지면에서 표면 전단 응력이 발전한다. 트레드 표면은 벨트 구조물의 위치보다 반경방향으로 바깥쪽 위치에 배치되기 때문에, 평평한 표면과의 접촉 회전시 대략 처음 절반의 접촉동안 전진 방향으로 그리고 이후 절반의 접촉동안 후진 방향으로 타이어와 도로의 접지면에서 접선 응력이 발생한다. 블록이나 블록 형태의 트레드를 갖는 타이어에서는, 팽창한 타이어에 가해진 수직 하중에 의한 트레드 고무의 수직 압축 스트레인(vertical compressive strain)으로 인하여 한 세트의 제 2 응력이 발생된다. 이러한 한 세트의 제 2 응력은 먼저 지면과 접촉하는 블록의 횡방향 에지에서 전진 방향으로 작용하며, 마지막으로 지면과 접촉하는 블록의 횡방향 에지에서 후진 방향으로 작용한다. 이들 횡방향 에지들은 각각 도 3b에 도시한 블록(20)의 리딩 에지(21)와 트레일링 에지(22)로서 언급된다. 두 세트의 응력들은 최종 트레드 고무 소비율로써 블록 표면상에서 동시에 작용하는 데, 이때 고무 소비율은 블록 표면을 가로질러 불균일할 수 있다. 특히, 트레드 고무 소비율은 블록의 트레일링 에지(22)에서 또는 이 에지 근처에서 최대값을 갖는다. 이러한 불균일한 트레드 고무 소비율에 따른 트레드 표면 프로파일은 보통 "힐-앤드-토우"와 "톱니" 프로파일로서 알려져 있다. 이후, 나중 단계에서 그러한 트레드 표면 프로파일로 인하여 인접한 블록들에 비해 일부 트레드 블록이 급속하게 침하를 초래할 수 있고 이로써 타이어의 조기 교체를 필요로 할 수도 있다.
본 발명에서는 트레드 블록들 사이에 소비형 브릿지가 제공된다. 소비형 브릿지가 존재하므로써 만족할 만한 트랙션 성능을 유지하면서, 동시에 원치 않는 "힐-앤드-토우"나 "톱니"를 최소화할 수 있다. 본 발명에 따른 상기 목적을 달성하기 위하여, 래디얼 공기 타이어는 다음과 같은 트레드부를 갖는 데, 즉 이 트레드부는, (a) 타이어의 트레드부에서 깊이 h를 가지며 축방향으로 이격된 복수의 원주방향 그루브를 포함하고, (b) 상기 원주방향 그루브들 중 두 개의 그루브들 사이에서 랜드부상에 형성된 적어도 하나의 리브를 포함하며, (c) 상기 리브들 중 적어도 하나의 리브상에서 원주방향으로 일정하게 이격되어 배치되며 원주방향 그루브의 깊이 h보다 얕은 깊이 h1을 갖는 복수의 횡방향 그루브를 포함하며, 교호적인 쌍(alternating pair)을 이루는 상기 횡방향 그루브들은 원주방향 길이 L1을 갖는 제 1 랜드부와, 이 제 1 랜드부에 원주방향으로 인접한하며 원주방향 길이 L2를 갖는 제 2 랜드부로 구성되며, 여기서 상기 제 1 랜드부와 제 2 랜드부의 길이 L1과 L2의 비율은 0.25:1 ≤ L2/L1≤ 0.50:1이며, (d) 상기 제 2 랜드부는 제 1 랜드부로부터 일정거리 d만큼 반경방향 안쪽으로 분리된다. 트레드 블록의 길이에 대한 소비형 브릿지의 길이의 비율과 소비형 브릿지의 리딩 에지와 트레일링 에지에서 절삭부의 깊이와 폭의 비율을 적절히 선택하므로써, 트레드의 사용기간 내내 원하는 효과를 유지할 수 있다.
도 3a 및 도 3b, 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 타이어의 여러 가지 실시예를 도시한다. 이들 실시예에서, 타이어의 트레드부를 가로질러 규칙적인 축방향 간격만큼 복수의 원주방향 그루브(10)들이 배치된다. 원주방향 그루브들의 개수와 축방향에서의 특정 위치는 타이어의 사용 목적에 따라서 결정된다. 원주방향 그루브(10)는 반경방향으로 깊이 h를 갖는다. 인접한 원주방향 그루브들 사이에는 복수의 리브들이 형성된다. 이들 실시예에서, 리브들은 원주방향으로 이격된 복수의 절삭부(40, 50)들에 의해 횡방향으로 분할된다. 제 1 랜드부, 즉 블록(20)은 타이어의 트레드부 중에서 반경방향으로 가장 바깥쪽 위치의 표면을 갖는다. 블록(20)은 원주방향으로 길이 L1을 가지며 반경방향 높이 h는 원주방향 그루브(10)의 깊이와 동일하다. 제 2 랜드부, 즉 소비형 브릿지(30)는 블록(20)의 표면으로부터 반경방향 안쪽으로 거리 d만큼 이격된 표면(33)을 갖는다. 소비형 브릿지(30)의 표면(33)은 원주방향으로 측정할 때 길이 L2를 갖는다. 절삭부(40, 50)들은 트레드 표면으로부터 반경방향 안쪽으로 측정할 때 깊이 h1을 가지며, 타이어의 원주방향으로 측정할 때 각각 폭 w1과 w2를 갖는다. 비록 본 발명은 불균등한 깊이와 다른 형태를 갖는 절삭부(40, 50)를 포함하지만, 도면에서 절삭부(40, 50)는 깊이 h1을 갖는 곧은 래디얼 절삭부로서 도시된다.
본 발명에 따른 타이어가 Tire and Rim 협회의 권장사항에 따라 림상에 장착되어 팽창 및 적재될 때, 지면에 대항하여 타이어가 회전하므로써 블록(20)에는 상술한 전단응력이 발생된다. 트레드 고무의 압착으로 인하여 절삭부(40, 50)들의 반경방향 벽들은 서로 접근하게 되는 데, 소비형 브릿지(30)를 배치하므로써 이 소비형 브릿지(30)는 상술한 전단력의 작용에 대항하여 인접한 트레드 블록(30)들을 지지하는 작용을 하게 되어 블록의 표면을 가로지르는 트레드 고무의 소비를 균일하게 유지하도록 개선시킬 수 있다. 또한, 소비형 브릿지(30)의 랜드부(33)에도 유사한 응력 메카니즘이 가해진다. 절삭부(40, 50)가 존재하기 때문에, 소비형 브릿지는 전단 변형을 겪지 않게 되며 함몰 간격 d를 유지할 수 있는 고무 소비율을 갖는다. 만약 랜드부가 전단 변형에 대하여 불충분한 저항을 가질 정도로 소비형 브릿지(30)의 크기가 특정하게 설정된다면, 브릿지 표면(33)으로부터의 고무 소비율은 블록(20)으로부터의 고무 소비율보다 낮아질 것이다. 이 경우에, 낮은 서비스 마일(service mile)에서도 함몰 간격 d는 사라지고 d/h 비율은 "0"에 접근하게 된다.
도 3a는 본 발명에 따른 타이어의 제 1 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 블록(20)은 협폭의 반경방향 절삭부(40, 50)에 의해 블록(20)들 사이에 형성된 소비형 브릿지를 구비한 원주방향 그루브들 사이의 리브에 형성된다. 소비형 브릿지(30)들은 타이어의 원주를 따라 규칙적인 간격으로 배치된다. 도 3a에서 블록(20)은 균일한 길이 L1로 도시한다. 비록 L1이 일련의 독립된 블록 피치 길이들을 갖도록 복수의 여러 가지 독립값을 가질 수도 있지만, 길이 L1은 보통 타이어 원주의 약 1.0% 내지 1.4% 범위를 갖는다. 본 발명에 따라서, 보통은 원치 않는 타이어 소음을 최소화하기 위해 L1의 실제값과 일련의 독립 피치들이 결정된다. 소비형 브릿지(30)는 도 3a에 도시한 바와 같은 타이어의 회전 방향에 대한 교차각(β)을 갖는 곧은 에지(31, 32)들로 도시된다. 바람직하게는, 상기 교차각(β)은 약 60o내지 약 90o의 범위이다. 본 발명은 교호적인 지그재그나 곡선 형태를 취할 수도 있는 에지(31, 32)를 포함한다.
여기에 기술한 본 발명은, 트랙션 성능과 타이어 수명 사이의 타협점을 개선할 필요가 있는 공기 타이어의 모든 종류에 대해서 이로울 수 있다. 본 발명에 의해 가능한 개선점을 설명하기 위해서, 중형 트럭에 사용되는 275/80R22.5 래디얼 타이어에 대해 제 1 실시예에 따른 3가지 다른 설계형상을 준비한 후, 6×4 중형 트럭의 구동축상에 장착하여 고속도로에서 주행시킨다. 상기 설계형상은 각각 한 쌍의 시험 타이어에 준비한다. 시험동안, 트레드 표면 변형 형태뿐만 아니라 트레드 깊이와 트레드 표면의 프로파일을 측정한다. 표 1에 3가지 설계형상과 표준 타이어의 사양을 기록한다.
상기 시험 결과로부터, 본 실시예에 따른 타이어는 만족할 만한 함몰 간격을 유지할 수 있으며 따라서 144,000km(90,000miles)이상의 d/h를 유지한다. 표 1에 도시한 결과는 단지 설계 변수의 임의의 조합만으로 상기 정도의 성능을 얻을 수 있음을 명백히 나타내고 있다. 실시예 1-1과 1-2에서, 모든 매개변수는 초기 함몰 간격 d를 제외하고 동일하다. 그럼에도 불구하고, d/h가 "0"이 될 때까지의 마일리지는 80,000km(50,000miles) 정도이다. 실시예 1-3은 144,000km (90,000miles)의 우수한 성능을 나타낸다. 이 실시예에서, 비율 R3=L2/L1은 0.42:1을 갖는다.
상기 데이터에서는 효과적인 R3범위가 0.25:1 ≤ L2/L1≤0.50:1임을 알 수 있으며, 바람직하게는 R3은 약 0.40:1 내지 0.50:1 이상보다 더 큰 값을 갖는 것을 보여준다. 0.25:1보다 작은 R3의 값은 함몰 간격 d를 유지하면서 고무 소비율의 실질적인 개선을 보여주기에는 불충분한 소비형 브릿지를 초래할 것이다. 반대로, 0.50:1보다 더 큰 R3의 값은 블록(20)들의 전체 표면적이 적당한 견인력을 제공하기에는 불충분하거나 트레드 고무 소비율을 가속시킬 것이다.
상기 시험에서, R1=d/h 비율은 0.10 내지 0.15 범위에서 변화하며, 효과적인 범위는 0.10:1 ≤ R1≤ 0.20:1임을 알 수 있다. 바람직하게는, R1은 약 0.15:1이다. 표 1에 도시한 모든 실시예에서, 절삭부(40, 50)의 깊이는 트레드 깊이 h와 동일한 데, 다시 말하면 R2=1.00:1이다. 그러나, 중형 트럭의 사용자는 종종 트레드가 남아 있음에도 불구하고 습관적으로 타이어를 교체한다. 이것은 절삭부(40, 50)를 트레드 깊이 h보다 더 얕게 유지하지만, 모든 경우에 실제 사용기간 내내 만족할 만한 습기 상태의 트랙션 성능을 유지하기 위해서 적어도 트레드 깊이 h의 75%를 갖는 h1을 필요로 한다. 이로 인하여 0.75 ≤ R2≤ 1.00의 사양이 가능하며, 바람직하게는 R2는 약 1.00이다. 절삭부(40, 50)의 폭은 동일하며 본 실시예에서는 0.5mm이다. 폭 w1및 w2는 약 0.2mm 내지 약 2mm의 범위에서 효과적이다. 바람직하게는, 폭 w1및 w2는 약 0.5mm 내지 약 1mm 사이이다. 불행히도, 협폭 절삭부(40, 50)의 바닥에 집중된 응력은 타이어를 조기에 교체하는 원인이 되는 크랙킹(cracking)을 발생시킬 수 있다. 이러한 응력 집중을 감소시키기 위해서, 절삭부(40, 50)는 그루브의 바닥에서 약 1mm의 최소 반경을 필요로 한다. 이러한 응력 집중을 감소시키기 위한 수단으로서, 그루브 에지 사이프뿐만 아니라 절삭부(40, 50)들을 반경방향으로 가장 안쪽에서 확대하여 도시한다.
표 1과 도 2c에 도시한 바와 같은 차량 시험 결과는, 함몰 간격 d가 블록(30)의 리딩 에지에 인접하여 양호하게 유지되지만 트레일링 에지에 인접한 곳에서는 상당하게 감소되었음을 알 수 있다. 소비형 브릿지를 배치하므로써 얻어진 개선된 성능에도 불구하고, 블록(20)의 트레드 고무 소비 프로파일은 톱니 형태를 나타내는 경향이 있다. 트레드의 사용기간 내내 블록(20)의 높이를 더 균일하게 원하는 정도로 개선하기 위한 방법으로서, 트레드 표면으로부터 수직한 외측에 대하여 절삭부(40, 50)들 중 적어도 하나를 기울어지게 하는 방법이 있다.
본 발명의 제 2 실시예를 도 4a와 도 4b에 도시하며, 여기서 절삭부(40, 50)는 트레드 표면으로부터 수직한 외측에 대하여 기울어질 수도 있다. 이 경우에, 절삭부(40, 50)의 축은 각각 트레드 표면으로부터 수직한 외측에 대하여 경사각 α1, α2를 갖는다. 각도 α는, 그루브 축이 도 4a와 도 4b에 도시한 바와 같이 타이어 회전 방향으로 또는 이와 반대로 회전될 때 양각(positive angle)을 이룬다. 도 4a에 도시한 제 1 실시예에서는 절삭부(40)만이 -15o≤ α1≤ -5o의 범위로 기울어지며, 바람직하게 α1은 약 -7o내지 약 -10o사이에 존재한다. 다른 실시예(도시 안함)에서는, 절삭부(50)만이 -15o≤ α2≤ -5o의 범위로 기울어지며, 바람직하게는 α2는 약 -7o내지 약 -10o사이에 존재한다. 도 4b에 도시한 실시예에 있어서, 양 절삭부(40, 50)들이 기울어져 있으며 α1과 α2는 음의 값을 갖는다. 도 4b의 실시예에서, 그루브의 기울기는 -15o≤ α1또는 α2≤ -5o의 범위 이상이 효과적일 수 있으며, 바람직하게는 α1과 α2는 약 -7o와 약 -10o사이에 존재한다. 절삭부(40, 50)를 기울어지게 함으로써 타이어를 직향시킬 수가 있는 데, 다시 말하면 바람직한 회전 방향으로 회전시킬 수 있다. 이것을 도 4a와 도 4b에서 R로 표시한다. 또한, 이러한 바람직한 회전 방향은 타이어상에 화살표로 표시하는 것이 관례적이다.
본 발명에 따른 제 3 실시예에서, 즉 도 5a 및 도 5b에 도시한 타이어(400)에 있어서, 소비형 브릿지의 슬라이딩(sliding)은 제 1 실시예에서 사용된 폭에 비해 제 2 절삭부(50)의 폭을 증가시키므로써 증가된다. 이 실시예의 다른 장점으로서는 소비형 브릿지의 증가된 슬라이딩이 소비형 브릿지의 초기 고무 소비율을 가속시킨다는 것이다. 이로써 트레드의 소비형 브릿지는 초기에 함몰 간격을 갖지 않는 데(d/h=0), 이의 가능한 장점으로서는 트레드 표면 변형의 초기 출현을 추가로 억제하는 한편, 그 후에 d/h값이 "0"이 되지 않도록 발전시킨다는 것이다. 따라서 사용중인 타이어의 수명과 트랙션이 증가할 수 있다. 타이어의 사용기간면에서, 소비 부분으로서의 트레드 표면적을 지나치게 넓게 갖는 것은 바람직하지 않다. 따라서 타이어(400)는, 제 1 블록(30)의 트레일링 에지 근처에서 폭 w1의 제 1 협폭 절삭부(40)를 가지며, 제 2 블록(30)의 리딩 에지 근처에서 폭 w2의 제 2 협폭 절삭부(50)를 갖는다. 이때 트레드 깊이 h는 약 20mm이며 절삭부(50)의 폭 w2는 약 1 내지 10mm이다. 절삭부(50)의 폭을 증가시키게 되면 전체 트레드의 강도를 감소시키며, 반대로 트레드 고무 소비율에 영향을 미칠 수 있다. 결과적으로, 절삭부(50)의 폭은 1mm ≤ w2≤ 3mm의 범위로 유지하는 것이 바람직하다. 절삭부(50)의 폭을 증가시키므로써 소비형 브릿지(30)는 타이어의 수명동안 함몰을 더 오랫동안 발전 및 유지할 수 있다. 협폭 절삭부(40)의 폭 w1은 바람직하게는 0.2mm 내지 1mm의 범위로 유지한다.
소비형 브릿지의 중요한 기능은 블록(30)의 압착 하중에 의해 발생된 전단응력을 감소시키는 것이다. 방금 설명한 제 3 실시예에서, 제 2 절삭부(50)를 확대하면 블록(30)의 트레일링 에지(22)에서 강도의 손실을 이끄는 소비형 브릿지에 대한 보강 효과를 감소시키게 된다. 소비형 브릿지(30)의 리딩 에지(31)와 블록(30)의 트레일링 에지(22)를 "록킹(locking)"하도록 제 1 절삭부(40)를 형성하므로써, 상기의 손실 강도의 일부를 되찾는 데 이롭다. 이것은 도 6a에 도시한 바와 같은 지그재그와, 도 6b에 도시한 바와 같은 정현파 곡선과, 또는 반경방향으로 유사한 파형 형태를 갖는 제 1 절삭부(40)로써 수행될 수 있다. 록킹 효과를 얻기 위해서 상당한 정도의 파형이 필요하며, 바람직하게는 트레드의 크기 h내에서 적어도 하나의 파형 사이클로써 4mm 내지 8mm의 파형 진폭이 필요하다. 이 실시예에서, 소비형 리브는 이전 실시예들보다 더 오랫동안 전단 변형을 겪을 것으로 예상되므로, 전단 변형의 증가와 국부적인 응력 집중으로 인하여 협폭 절삭부(40)는 절삭부(40)의 하부에서 고무의 크래킹을 초래할 수도 있다. 이러한 역기능으로부터 타이어를 보호하기 위하여, 절삭부(40)는 폭 w1보다 약 2배 내지 5배 길게 확장된 단면으로 형성된다. 한편, 본 실시예에서 함몰 간격 d는 초기에 "0"으로 설정되는 것이 바람직하지만, 또한 제 1 실시예에서 밝힌 바와 같이 초기에 "0"이 아닌 값도 만족스럽다. 따라서, h=20mm에 대해서 0 ≤ d ≤ 4로 정의되는 비율 R1은 0 ≤ R1≤ 0.20:1이 될 것이며, 이때 d는 신규 타이어에 있어서 "0"이 바람직하다.
도 7a는 본 발명의 제 3 실시예의 또 다른 일례를 도시한 것으로서, 여기서 제 2 절삭부(50)는 트레드 표면으로부터 이 절삭부(50)의 하부까지 연속해서 폭이 변화하는 연속 가변 폭을 갖는다. 이 경우에, w2는 반경방향으로 가장 바깥쪽 위치에서 측정된다. 도 7a에 도시한 형태는 곡선이며, 따라서 약 절반 정도의 트레드 깊이에서, 절삭부(50)의 폭은 실질적으로 협폭 절삭부(40)의 폭과 동일하다. 이러한 방법을 통하여, 소비형 브릿지의 보강 효과를 보상하면서 함몰 간격 d와 R1의 양호한 값은 타이어의 사용기간동안 유지된다. 절삭부(50)의 다른 형태를 도 7b에 도시하며, 여기서 절삭부는 트레드 표면으로부터 반경방향으로 안쪽에 있으며 트레드 깊이의 약 절반 정도 위치에 배치된 지점까지 실질적인 직선으로 테이퍼진다. 이러한 변환 지점으로부터 하부(51)까지 폭은 실질적으로 일정하며, 바람직하게는 협폭 절삭부(40)의 폭과 동일하다. 도 7a와 도 7b에 도시한 양 실시예에 있어서, 바람직하게는 응력 크랙 형성을 억제하기 위해서 절삭부 바닥의 확대부(51)가 배치된다. 본 발명의 제 2 실시예에서 설명한 바와 같이, 표면 변형의 형성은 제 1 절삭부(40)와 제 2 절삭부(50) 중 어느 하나 또는 이들 모두의 기울어짐에 의해 억제될 수 있다. 이 일례에서, 또한 도 4a와 도 4b에 도시한 경사 절삭부의 배치는 제 3 실시예에서도 적용된다.

Claims (33)

  1. 트레드부를 갖는 차량용 래디얼 공기 타이어에 있어서,
    (a) 타이어의 트레드부에서 깊이 h를 가지며 축방향으로 이격된 복수의 원주방향 그루브들을 포함하며,
    (b) 상기 원주방향 그루브들 중 두 개의 그루브들 사이에서 랜드부에 의해 형성된 하나 이상의 리브를 포함하고,
    (c) 상기 원주방향 그루브들의 깊이 h를 초과하지 않는 깊이 h1을 가지며 리브들 중 하나 이상의 리브상에서 원주방향으로 일정간격 이격되어 배치되는 복수의 횡방향 협폭 그루브들을 포함하고, 교호적인 쌍을 이루는 상기 횡방향 그루브들은 원주방향 길이 L2를 갖는 제 2 랜드부에 원주방향으로 인접하며 원주방향 길이 L1을 갖는 제 1 랜드부를 한정하며, 상기 제 1 랜드부의 길이 L1에 대한 제 2 랜드부의 길이 L2의 비율은 0.25:1 ≤ L2/L1≤ 0.50:1이며,
    (d) 상기 제 2 랜드부는 제 1 랜드부로부터 반경방향 안쪽으로 거리 d만큼 오프셋되는 타이어.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 랜드부의 길이 L1은 타이어 원주의 약 1.0% 내지 1.4%를 이루는 타이어.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 원주방향 그루브의 깊이 h에 대한 횡방향 협폭 그루브의 깊이 h1의 비율은 약 0.75:1 내지 약 1.00:1 사이를 이루는 타이어.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 협폭 그루브의 폭은 약 0.2mm 내지 2mm인 타이어.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 협폭 그루브의 폭은 약 0.5 내지 약 1mm인 타이어.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 협폭 그루브의 폭은 약 0.5mm인 타이어.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 원주방향 그룹의 깊이 h에 대한 함몰 간격 d의 비율은 0.10:1 ≤ d/h ≤ 0.20:1인 타이어.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 함몰 간격 d는 약 2 내지 4mm인 타이어.
  9. 트레드부를 갖는 차량용 래디얼 공기 타이어에 있어서,
    (a) 상기 타이어의 트레드부에서 깊이 h를 가지며 축방향으로 이격된 복수의 원주방향 그루브들을 포함하며,
    (b) 상기 원주방향 그루브들 중 두 개의 그루브들 사이에서 랜드부에 의해 형성된 하나 이상의 리브를 포함하고,
    (c) 상기 원주방향 그루브의 깊이 h를 초과하지 않는 깊이 h1을 가지며 리브들 중 하나 이상의 리브상에서 원주방향으로 일정간격 이격되어 배치되는 복수의 횡방향 협폭 그루브들을 포함하고, 교호적인 쌍을 이루는 상기 횡방향 그루브들은 원주방향 길이 L2를 갖는 제 2 랜드부에 원주방향으로 인접하며 원주방향 길이 L1을 갖는 제 1 랜드부를 한정하며, 상기 제 1 랜드부의 길이 L1에 대한 제 2 랜드부의 길이 L2의 비율은 0.25:1 ≤ L2/L1≤ 0.50:1이며,
    (d) 상기 제 2 랜드부는 제 1 랜드부로부터 함몰 간격 d만큼 반경방향 안쪽으로 오프셋되며,
    (e) 상기 협폭 그루브들 중 하나 이상은 반경방향 바깥쪽에 대하여 기울어진 각도를 갖는 타이어.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 랜드부의 리딩 에지에 배치된 제 1 협폭 그루브는 반경방향 바깥쪽에 대하여 약 -5o내지 약 -15o의 경사각을 가진 타이어.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 랜드부의 트레일링 에지에 배치된 제 2 협폭 그루브는 반경방향 바깥쪽에 대하여 약 -5o내지 약 -15o의 경사각을 가진 타이어.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 랜드부의 리딩 에지에 배치된 제 1 협폭 그루브는 반경방향 바깥쪽에 대하여 약 -5o내지 약 -15o의 경사각을 가지며,
    상기 제 2 랜드부의 트레일링 에지에 배치된 제 2 협폭 그루브는 반경방향 바깥쪽에 대하여 약 -5o내지 약 -15o의 각도로 기울어진 타이어.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 협폭 그루브와 제 2 협폭 그루브는 반경방향 바깥쪽에 대하여 약 -7o내지 약 -10o의 경사각을 가진 타이어.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 랜드부의 길이 L1은 타이어 원주의 약 1.0% 내지 1.4%인 타이어.
  15. 제 9 항에 있어서, 상기 원주방향 그루브의 깊이 h에 대한 횡방향 협폭 그루브의 깊이의 비율은 약 0.75:1 내지 약 1.00:1인 타이어.
  16. 제 9 항에 있어서, 상기 협폭 그루브의 폭은 약 0.2mm 내지 약 2mm인 타이어.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 협폭 그루브의 폭은 약 0.5mm 내지 1mm인 타이어.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 협폭 그루브의 폭은 약 0.5mm인 타이어.
  19. 제 9 항에 있어서, 상기 원주방향 그루브의 폭 h에 대한 함몰 간격 d의 비율은 0.10:1 ≤ d/h ≤ 0.20:1인 타이어.
  20. 제 9 항에 있어서, 상기 함몰 간격 d는 약 2mm 내지 약 4mm인 타이어.
  21. 트레드부를 갖는 타이어에 있어서,
    (a) 상기 타이어의 트레드부에서 깊이 h를 가지며 축방향으로 이격된 복수의 원주방향 그루브들을 포함하며,
    (b) 상기 원주방향 그루브들 중 두 개의 그루브들 사이에서 랜드부에 의해 형성된 하나 이상의 리브를 포함하고,
    (c) 상기 리브들 중 하나 이상의 리브상에서 원주방향으로 일정간격 이격되어 배치되며 원주방향 그루브의 깊이 h를 초과하지 않는 깊이 h1을 갖는 복수의 횡방향 협폭 그루브를 포함하고, 교호적인 쌍을 이루는 상기 횡방향 그루브들은 원주방향 길이 L2를 갖는 제 2 랜드부에 원주방향으로 인접하도록 원주방향 길이 L1을 갖는 제 1 랜드부를 한정하며, 상기 제 1 랜드부의 길이 L1에 대한 제 2 랜드부의 길이 L2의 비율은 0.25:1 ≤ L2/L1≤ 0.50:1이며,
    (d) 상기 제 2 랜드부의 리딩 에지에 배치된 횡방향 협폭 그루브의 제 1 쌍은 w1의 폭과 h1의 깊이를 가지며, 상기 제 2 랜드부의 트레일링 에지에 배치된 횡방향 협폭 그루브의 제 2 쌍은 w2의 폭과 h2의 깊이를 가지며, 이때 상기 폭 w2는 폭 w1과 적어도 동일한 타이어.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 깊이 h1및 h2는 실질적으로 동일한 타이어.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 제 1 협폭 그루브의 폭 w1은 약 0.2mm 내지 1mm이며, 상기 제 2 협폭 그루브의 폭 w2는 약 1mm 내지 약 10mm인 타이어.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 제 1 협폭 그루브의 폭 w1는 약 0.5mm인 타이어.
  25. 제 23 항에 있어서, 상기 제 2 협폭 그루브의 폭 w2는 약 1mm 내지 약 3mm인 타이어.
  26. 제 21 항에 있어서, 상기 제 1 협폭 그루브는 타이어의 원주방향으로 물결 모양의 단면 형상을 가지며, 이 물결 모양의 단면 형상은 약 4mm 내지 약 8mm의 진폭을 가지며 하나 이상의 물결 사이클을 갖는 타이어.
  27. 제 21 항에 있어서, 상기 제 2 협폭 그루브는 연속 가변 그루브 폭을 가지며, 이 그루브 폭은 반경방향 위치에서 트레드 표면과 일치하는 최대값을 가지며 또한 반경방향 안쪽 거리로 제 2 협폭 그루브의 깊이 h2와 거의 동일한 최소값을 갖는 타이어.
  28. 제 21 항에 있어서, 상기 제 2 협폭 그루브 폭은 제 1 가변 폭 부분과 제 2 일정 폭 부분으로 구성되며,
    상기 제 1 가변 폭 부분은 제 2 협폭 그루브 깊이의 약 절반정도의 거리만큼 트레드 표면으로부터 반경방향 안쪽으로 연장하며, 트레드 표면에서 최대폭과 제 1 가변 폭 부분의 반경방향 가장 안쪽에서 최소폭을 가지며,
    상기 제 2 일정 폭 부분은 상기 최소폭과 동일하며 제 1 부분의 반경방향 가장 안쪽으로부터 제 2 협폭 그루브의 반경방향 안쪽까지 연장하는 타이어.
  29. 제 21 항에 있어서, 상기 제 1 협폭 그루브들 중 하나 이상의 그루브는 반경방향 바깥쪽에 대하여 경사각을 갖는 타이어.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 제 1 협폭 그루브는 반경방향 바깥쪽에 대하여 약 -5o내지 약 -15o의 경사각을 갖는 타이어.
  31. 제 29 항에 있어서, 상기 제 2 협폭 그루브는 반경방향 바깥쪽에 대하여 약 -5o내지 약 -15o의 경사각을 갖는 타이어.
  32. 제 29 항에 있어서, 상기 제 1 협폭 그루브는 반경방향 바깥쪽에 대하여 약 -5o내지 약 -15o의 경사각을 가지며, 제 2 협폭 그루브는 반경방향 바깥쪽에 대하여 약 -5o내지 약 -15o의 경사각을 갖는 타이어.
  33. 제 29 항에 있어서, 상기 제 1 협폭 그루브와 제 2 협폭 그루브는 반경방향 바깥쪽에 대하여 약 -7o내지 약 -10o의 경사각을 갖는 타이어.
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