KR20110038297A - 마찰증강섬유 이식형 스터드리스 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 빙설노면(눈길이나 빙판길)이나 젖은 노면에서의 타이어 주행안전성(제동, 견인, 조향)을 향상시킬 수 있는 마찰증강섬유 이식형 스터드리스 타이어에 관한 것이다.

본 발명에 따른 마찰증강섬유 이식형 스터드리스 타이어는, 타이어 주행시에 발생하는 노면과 트레드 사이의 마찰저항을 증대시킬 수 있는 마찰증강섬유(200)가 트레드부(100)의 접지면적의 3%∼50% 범위에 걸쳐 이식되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 트레드부(100)가 점점 마모됨에 따라, 시각적으로 다른 색상이 나타나도록 상기 마찰증강섬유(200)에 둘 이상의 서로 다른 색상을 부여할 경우, 이 마찰증강섬유(200)가 나타내는 색상을 보고 타이어의 교체시기를 가늠할 수 있으므로, 이 마찰증강섬유(200)가 마모 인디케이터(indicator)로서의 역할까지 수행할 수 있다.

타이어, 트레드, 스터드리스, 마찰증강섬유, 이식, 눈길, 빙판길, 젖은 노면, 제동특성, 주행특성

Description

마찰증강섬유 이식형 스터드리스 타이어{Studless tire implanting friction reinforcing fibers on the tread of the tire to improve traction and braking properties}

본 발명은 노면(路面)과의 마찰을 증가시킬 수 있는 섬유를 타이어 트레드부에 이식해 상기 섬유가 노면과 마찰하도록 함으로써, 이 섬유에 의해, 빙설노면(눈길이나 빙판길)이나 젖은 노면에서의 타이어 주행안전성(제동, 견인, 조향)을 향상시킬 수 있는 마찰증강섬유 이식형 스터드리스 타이어에 관한 것이다.

타이어는 여러 기준에 따라 분류할 수 있지만, 계절에 따라 분류할 경우, 사계절용(all season tire), 여름용(summer tire), 겨울용(snow tire) 타이어로 구분할 수 있다.

이와 같이 계절별로 타이어의 종류를 구분하는 이유는, 타이어 설계 및 제작시, 트레드부의 물성이나 패턴 등이 특정 계절에 맞게 최적화되기 때문이다.

따라서 운전자가 그 계절에 맞는 타이어를 선택해서 사용할 경우, 차량의 제동이나 조향 등이 의도된 대로 발휘되어 운전자의 안전을 도모할 수 있다.

하지만, 계절이 변할 때마다 타이어를 교체한다는 것은 번거로운 일이며, 비 용 부담도 만만치가 않다.

이 때문에, 겨울에 그다지 눈이 많이 오지 않는 지역에서는 겨울임에도 사계절용 타이어나 심지어 여름용 타이어를 장착한 채 주행하는 운전자들이 있는데, 기상이변이 자주 발생하는 요즘 같은 시기에는 위험천만한 일이 아닐 수 없다.

여기서, 상술한 겨울용 타이어는, 빙설노면에서의 타이어의 미끄러짐을 방지하기 위한 금속제 스파이크가 트레드부에 설치되어 있는가 아닌가에 따라, 일반적으로, 스터드 타이어(스파이크 타이어)와 스터드리스 타이어로 구분하고 있다.

본 발명과 대비할만한 종래의 기술로서, 타이어용 트레드 고무조성물에 파이버를 첨가하여, 빙설노면에서의 타이어 주행성능을 개선하려고 하였던 공개특허 제2006-0059394호, 공개특허 제2006-0053519호, 등록특허 제0171270호, 등록특허 제0100394호 등이 있다.

먼저, 공개특허 제2006-0059394호에는 말단에 OH기(基)가 도입된 저분자량의 부타디엔 폴리머와 셀룰로오스 파이버를 적용한 스터드리스 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것이 개시되어 있는데, 이 공개특허에서는 부타디엔 폴리머 말단의 OH기와 셀룰로오스 파이버 표면의 OH기 사이에 수소결합을 유도하여 셀룰로오스 파이버의 고무조성물 내에서의 분산성을 향상시킴으로써, 스터드리스 타이어 트레드용 고무조성물의 스노우(snow) 성능과 아이스(ice) 성능을 향상시키고자 하였다.

이에 대해, 공개특허 제2006-0053519호에는 폴리 파라페닐렌 테레프탈아미드 섬유(폴리 아라미드 섬유)를 첨가한 스터드리스 스노우타이어 트레드용 고무조성물 에 관한 것이 개시되어 있는데, 이 공개특허에서는, 폴리 아라미드계 섬유가 갖는 높은 탄성계수(Young's Modulus)와 인장강도로 인해, 일반적인 단섬유나 천연섬유를 적용한 종래 스터드리스 스노우타이어 트레드용 고무조성물의 문제점인 이상 마모와 편마모를 예방함과 동시에, 빙상에서의 제동특성을 향상시키고자 하였다.

그러나 앞서 언급한 2가지 종래 기술은, 배합단계에서 파이버를 첨가하는 방식이기 때문에, 고무조성물의 분산성이 하락하는 문제가 있으며, 이로 인해 트레드의 치수 안정성과 표면 특성이 하락하는 문제점이 있다.

한편, 본 출원인의 선출원 등록특허 제0171270호 및 등록특허 제0100394호에 개시된 것처럼, 트레드용 고무조성물의 스노우/아이스 성능을 향상시키기 위해서는 고무조성물 속의 파이버가 지면에 대해 수직방향으로 배향되거나 아예 방향성이 없는 것이 효과적이지만, 상술한 종래의 기술에 의하면, 트레드의 압출과정 중에, 고무조성물 속의 파이버가 지면에 대해 평행한 방향으로 배향되어 버리므로, 원하는 성능을 기대하기가 어렵다는 단점이 있다.

[특허문헌정보]

1. 공개특허 제2006-0059394호(한국타이어, 스터드리스 타이어 트레드용 고무 조성물)

2. 공개특허 제2006-0053519호(한국타이어, 스터드리스 스노우타이어 트레드용 고무조성물)

3. 등록특허 제0171270호(금호타이어, 타이어 트레드부의 성능 개선 방법)

4. 등록특허 제0100394호(금호산업, 수직 배향된 단섬유로 보강된 트레드 및 그 제조방법)

본 발명은 종래 구성의 스터드리스 타이어가 갖고 있던 문제점, 즉 노면과 트레드 사이의 마찰력을 증대시키기 위해 도입한 마찰증강섬유(파이버)가 트레드를 압출할 때 지면에 평행한 방향으로 배향해 버림으로써, 빙설노면에서의 타이어 제동특성이 원하는 수준에 도달하지 못해, 타이어의 주행안전성이 하락하는 문제점을 해결할 수 있는 마찰증강섬유 이식형 스터드리스 타이어를 제공함에 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상술한 목적(작용·효과) 외에, 상기 마찰증강섬유가 마모 인디케이터(indicator)로서의 역할을 수행할 수 있도록 한 마찰증강섬유 이식형 스터드리스 타이어를 제공함에 목적이 있다.

이상과 같은 목적이 달성될 수 있는 본 발명에 의한 마찰증강섬유 이식형 스터드리스 타이어는, 리브, 러그, 리브-러그, 블록, 비대칭 중의 어느 한 패턴이 트레드부에 부여되는 타이어에 있어서, 빙설노면에서의 주행안전성을 향상시키기 위해, 노면과의 마찰저항을 증대시키는 마찰증강섬유가 상기 트레드부의 접지면적의 3%∼50% 범위에 걸쳐 이식되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 운전자가 타이어의 교체시기를 가늠할 수 있게 하는 마모 인디케이터로서의 역할을 수행할 수 있도록 상기 마찰증강섬유에는 적어도 둘 이상의 서로 다른 색상이 부여되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 트레드부는 종래와 마찬가지로, 캡 트레드와 언더 트레드를 포함 하여 구성되며, 마찰증강섬유의 전체 길이의 1/2지점이 캡 트레드와 언더 트레드의 경계면 사이에 끼워진 형태로 이식되거나, 캡 트레드의 내부에 들이박힌 형태로 이식되거나, 캡 트레드를 지나 언더 트레드의 내부에 들이박힌 형태로 이식되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 마찰증강섬유로서, 유기섬유나 무기섬유가 모두 사용 가능하다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 마찰증강섬유 이식형 스터드리스 타이어에 의하면, 마찰증강섬유가 트레드부에 이식될 때 노면(路面)에 대해 수직인 방향으로 이식되므로, 단섬유나 천연섬유를 분산시킨 고무조성물로 만든 종래 구성의 스터드리스 타이어와 비교했을 때, 빙설노면과 젖은 노면에서의 타이어 제동특성 및 견인특성은 본 발명에 따른 마찰증강섬유 이식형 스터드리스 타이어가 훨씬 우수하다.

또한, 본 발명의 마찰증강섬유 이식형 스터드리스 타이어는, 적어도 둘 이상의 다른 색상이 마찰증강섬유에 부여될 수 있으므로, 운전자는 트레드부와 함께 점점 마모되는 마찰증강섬유의 색상 변화를 보고 타이어 교체시기를 인지할 수 있다.

또한, 본 발명의 마찰증강섬유 이식형 스터드리스 타이어는, 실(絲) 형태로 된 마찰증강섬유가 마치 바느질하듯 트레드부의 캡 트레드와 언더 트레드의 경계면 사이에 끼워진 형태로 이식되거나, 와이어 브러시와 비슷한 형태로, 즉, 마찰증강섬유의 전체 길이의 1/2지점이 캡 트레드의 내부에 들이박힌 형태로 이식되거나, 아예 캡 트레드를 관통하여 상기 1/2지점이 언더 트레드의 내부에 들이박힌 형태로 이식되어 있다. 따라서 트레드부와 노면의 접지시, 그 사이에 끼인 마찰증강섬유가 트레드부로부터 뽑혀 나가는 일이 없다.

또한, 본 발명의 마찰증강섬유 이식형 스터드리스 타이어는, 트레드용 고무조성물에 섬유를 포함시키지 않으므로, 트레드의 치수 안정성을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도 1을 참조하여, 본 발명의 각(各) 실시예에 따른 마찰증강섬유 이식형 스터드리스 타이어에 대해 설명한다.

여기서, 이하에서 설명되는 2가지 실시예는 본 발명의 기술내용이 더 용이하게 이해될 수 있도록 제시한 것뿐이므로, 본 발명의 권리범위가 이하의 실시예로만 한정되는 것은 아니다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 마찰증강섬유 이식형 스터드리스 타이어는, 마찰증강섬유(200)의 전체 길이의 대략 1/2지점이 트레드부(100)의 캡 트레드(110)와 언더 트레드(120)의 경계면 사이에 끼워진 형태로 이식(implanting)된 것을 특징으로 한다. 이 마찰증강섬유(200)는 트레드부(100)의 패턴을 형성하는 블록 또는 리브(111)의 표면 전체 또는 그 표면의 일부에만 이식되는데, 이때 바람직하게는 트레드부(100)의 전체 접지면적의 3%∼50% 범위에 걸쳐 이식된다.

또한, 배수성능의 하락을 방지하기 위해, 상기 트레드부(100)의 패턴을 형성하는 그루브 내에는 마찰증강섬유(200)를 이식하지 않는다.

또한, 도 1의 원형 내에 확대해서 나타낸 것처럼, 상기 마찰증강섬유(200)는 노면과 접지하는 캡 트레드(110)의 표면으로부터 일정 깊이마다 서로 다른 색상이 부여되어 있다. 따라서, 캡 트레드(110)가 어느 정도 마모되면, 이 캡 트레드(110)의 표면에서 볼 수 있는 마찰증강섬유(200)의 색상이 그 전과는 다른 색상이 되므로, 운전자가 색상의 변화를 통해 타이어의 교체 시기를 가늠할 수 있다.

상기 마찰증강섬유(200)의 이식 작업은 캡 트레드(110)의 압출 후에 실시하며, 이식 작업의 종료 이후에 캡 트레드(110)와 언더 트레드(120)를 서로 접합해서 트레드부(100)로 일체화한다.

이와 달리, 본 발명의 제2 실시예에 따른 마찰증강섬유 이식형 스터드리스 타이어는, 도 2에 도시된 바와 같이, 마찰증강섬유(200)의 전체 길이의 대략 1/2지점이 캡 트레드(110)의 내부에 들이박힌 형태로 이식된 것을 특징으로 한다.

이러한 구성은, 예컨대, 일정 길이로 절단한 마찰증강섬유(200)를 "Ⅴ" 형태로 캡 트레드(110)에 이식하거나, 길이가 일정치 않은 마찰증강섬유(200)를 "Ⅴ" 형태로 캡 트레드(110)에 이식한 후 그 끝 부분을 동일 높이로 잘라서 얻어지는데, 이는 '와이어 브러시'의 제조공정과 비슷하다. 한편, 도 2에서는, 캡 트레드(110)에 이식된 마찰증강섬유(200)가 극단적인 "Ⅴ" 형태로 도시되어 있지만, 타이어를 가황하는 과정에서 연화(軟化)된 캡 트레드용 고무조성물이 마찰증강섬유(200)의 절곡 부위로 흘러들어가 이식과정에서 생긴 틈새를 메우기 때문에, 실제로는 마찰증강섬유(200)의 끝 부분이 트레드부(100)의 표면에 대해 거의 수직을 이루게 된다. 게다가 마찰증강섬유(200)의 절곡 부위로 흘러든 캡 트레드용 고무조성물은 상기 마찰증강섬유(200)의 절곡 부위를 강하게 붙들어 잡기 때문에, 마찰증강섬 유(200)가 캡 트레드(110)로부터 뽑혀 나가는 일은 생기지 않는다.

이 방식은, 캡 트레드와 언더 트레드와 윙이 일체로 압출되어 제작된 트레드부에 적용하기가 좋은 방식이다.

한편, 상술한 2가지 실시예의 경우에는, 마찰증강섬유(200)로서 폴리 아라미드 섬유를 사용하였지만, 이와 다른 소재, 예컨대, 나일론, PBO, 폴리에스테르, 셀룰로오스, 라이오셀(lyocell) 등을 사용해도 무방하다.

성능시험

본 발명에 따른 마찰증강섬유 이식형 스터드리스 타이어의 성능(견인성과 제동성)을 평가하기 위해, 3개의 시험용 타이어를 제작해서 동일조건 하에 실험을 행하였는데, 아래 표에 나타나 있는 시험용 타이어 중 비교예 1은 마찰증강섬유를 혼합하지 않은 고무조성물로 제작한 트레드부를 가진 타이어이고, 비교예 1과 대비되는 비교예 2는 폴리 아라미드 섬유가 혼합된 고무조성물로 제작한 트레드부를 가진 타이어로서 마찰증강섬유인 폴리 아라미드 섬유가 트레드부 전체 중량에 대해 5 중량부 혼합되어 있는 타이어이며, 비교예 1과 대비되는 실시예 1은 본 발명에 따른 마찰증강섬유 이식형 스터드리스 타이어로서 트레드부(100)에 이식한 폴리 아라미드 섬유의 양이 트레드부 전체 중량에 대해 5 중량부(트레드부의 전체 접지면적의 약 30%)를 차지하는 타이어이다.

구분	비교예 1	비교예 2	실시예 1
트레드 구조	마찰증강섬유 없음	마찰증강섬유 혼입	마찰증강섬유 이식
빙설노면에서의 견인성	100	102	116
빙설노면에서의 제동성	100	104	112
젖은 노면에서의 제동성	100	101	109

상기 표에서, 각(各) 수치는 비교예 1을 100으로 했을 때의 상대 수치이다.

상기 표로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 마찰증강섬유 이식형 스터드리스 타이어는, 종래 구성의 스터드리스 타이어에 비해, 빙설노면과 젖은 노면에서의 제동성 및 견인성이 우수하다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마찰증강섬유 이식형 스터드리스 타이어의 단면도.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 마찰증강섬유 이식형 스터드리스 타이어의 단면도

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

100...트레드부(tread part)

110...캡 트레드(cap tread)

111...블록(block) 또는 리브(rib)

120...언더 트레드(under tread)

200...마찰증강섬유(friction reinforcing fiber)

Claims (5)

1. 리브, 러그, 리브-러그, 블록, 비대칭 중의 어느 한 패턴이 트레드부(100)에 부여되는 타이어에 있어서,

   상기 트레드부(100)는,

   빙설노면에서의 주행안전성을 향상시키기 위해, 노면과의 마찰저항을 증대시키는 마찰증강섬유(200)가 상기 트레드부(100)의 접지면적의 3%∼50% 범위에 걸쳐 이식되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰증강섬유 이식형 스터드리스 타이어.
2. 제1항에 있어서,

   상기 마찰증강섬유(200)는,

   타이어 교체시기를 인지할 수 있게 하는 마모 인디케이터(indicator)로서의 역할을 수행할 수 있도록, 적어도 둘 이상의 다른 색상이 부여되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰증강섬유 이식형 스터드리스 타이어.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 트레드부(100)는 캡 트레드(110)와 언더 트레드(120)를 포함하며,

   상기 마찰증강섬유(200)는 상기 마찰증강섬유(200)의 전체 길이의 1/2지점이 상기 캡 트레드(110)와 상기 언더 트레드(120)의 경계면 사이에 끼워진 형태로 이식되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰증강섬유 이식형 스터드리스 타이어.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 트레드부(100)는 캡 트레드(110)와 언더 트레드(120)를 포함하며,

   상기 마찰증강섬유(200)는 상기 마찰증강섬유(200)의 전체 길이의 1/2지점이 상기 캡 트레드(110)의 내부에 들이박힌 형태로 이식되거나, 상기 캡 트레드(110)를 지나 상기 언더 트레드(120)의 내부에 들이박힌 형태로 이식되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰증강섬유 이식형 스터드리스 타이어.
5. 제4항에 있어서,

   상기 마찰증강섬유(200)는 유기섬유 또는 무기섬유인 것을 특징으로 하는 마찰증강섬유 이식형 스터드리스 타이어.

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