KR20150048255A

KR20150048255A - 타이어의 트레드 블록 구조

Info

Publication number: KR20150048255A
Application number: KR1020130126500A
Authority: KR
Inventors: 홍창효
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2015-05-07
Also published as: EP2865544B1; JP2017124825A; CN104553621B; US20150107736A1; JP6173992B2; JP2015081079A; CN104553621A; EP2865544A1

Abstract

본 발명은 트레드 블록의 외면에서 내면으로 다른 물성의 고무(트레드 콘)를 기둥 형태로 형성함으로써 블록 강성을 컨트롤할 수 있는 타이어의 트레드 블록 구조에 관한 것으로, 상기 트레드 블록 구조의 트레드 콘은 블록 내 가류 온도를 이원화함으로써 고무의 가교 정도를 변화시켜 형성하며, 본 발명의 트레드 블록 구조는 트레드 블록 내에 존재하는 이형질의 고무 기둥(트레드 콘)이 하중 및 타이어 회전에 의해 트레드 블록이 변형하고 복원될 때, 기존의 구조와 같은 볼륨(Volume)을 가진 블록 형상에서 다른 강성을 유도할 수 있으며, 이는 타이어가 가진 여러 성능지표 중 트레이드-오프되는 성능을 최소화하며 원하는 강성-성능을 이끌어내는 효과가 있다.

Description

타이어의 트레드 블록 구조{TREAD BLOCK STRUCTURE OF A PNEUMATIC TIRE}

본 발명은 타이어의 트레드 블록 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 트레드 블록의 외면에서 내면으로 다른 물성의 고무(트레드 콘)를 기둥 형태로 형성함으로써 블록 강성을 컨트롤할 수 있는 타이어의 트레드 블록 구조에 관한 것이다.

공기입 타이어는 일반적으로 타이어의 내부를 구성하는 인너라이너와, 인너라이너의 외주에 적층되는 바디 플라이와, 바디 플라이의 외주에 적층되는 벨트와, 벨트의 외주에 적층되어 실질적으로 지면과 접촉하는 트레드와, 타이어의 양쪽 측부를 구성하는 양쪽 사이드월과, 휠에 결합되어 공기압을 유지하는 양쪽 비드를 포함하여 이루어진다.

이 중 트레드는 노면과 직접 접촉하는 두꺼운 고무 층으로 되어 있으며, 내부의 카카스 및 벨트층을 보호하기 위해 절상/충격에 대해 강하고 또한 타이어의 주행 수명을 늘이기 위해 내마모성이 강한 고무를 채용한다. 도 1은 이러한 종래의 타이어 트레드 블록의 일 예를 도시한 이미지 사진이다.

한편 기존의 타이어는 트레드부(Tread)의 블록(Block)을 1종 혹은 다종의 '층'을 가진 고무로 구성하여 구동력 및 제동력을 전달하도록 설계되어 있다. 이 트레드부를 구성하는 고무는 하중 및 타이어 회전에 의해 변형하고 복원되며 그 변형에 저항하는 강성에 따라 구동력 및 제동력 (이하 트랙션(Traction))과 코너링 포스(Cornering force) 등 타이어 성능에 영향이 발생하는 특성을 가지고 있다.

따라서 타이어 업계에서는 이점에 주안하여 트레드 블록 강성을 컨트롤함으로써 타이어 성능을 향상시키려는 노력을 꾸준히 시도하고 있지만, 높은 스키드 깊이(Skid depth)를 적용하는 경우 마모성능은 향상되지만 강성이 저하되어 트랙션 성능과 코너링 성능이 낮게 나타나는 트레이드-오프(Trade-off) 경향이 나타나는 등 기존의 트레드 블록 구조 구성으로는 여러 성능지표를 동시에 만족시키는 '트레드 블록 강성 컨트롤을 통한 타이어 성능향상기술' 확보에 근원적인 한계가 존재한다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 타이어의 트레드 블록 강성을 컨트롤함으로써 타이어의 여러 성능 중 트레이드-오프된는 성능을 최소화함으로서 원하는 강성-성능을 이끌어낼 수 있는 타이어의 트레드 블록 구조를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은, 트레드 블록의 외면에서 내면으로 다른 물성의 고무(트레드 콘)를 기둥 형태로 형성함으로써 블록 강성을 컨트롤할 수 있는 타이어의 트레드 블록 구조에 관한 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 트레드 블록 구조의 트레드 콘은 블록 내 가류 온도를 이원화함으로써 고무의 가교 정도를 변화시켜 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 타이어의 트레드 블록 구조에 있어서, 상기 트레드 콘의 단면 형상은 원형, 사각형, 삼각형, 다이아몬드형 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있으며, 트레드 블록 내에서 트레드 콘의 배치 위치는 랜덤 방식, 또는 트레드 콘들 사이에 일정한 거리 및 간격을 유지하면서 배치될 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 타이어의 트레드 블록 구조에 있어서, 트레드 블록 내에서 상기 트레드콘이 차지하는 부피는 트레드 블록 전체 부피의 10~80%인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 타이어의 트레드 블록 구조는, 트레드 블록 내에 존재하는 이형질의 고무 기둥(트레드 콘)이 하중 및 타이어 회전에 의해 트레드 블록이 변형하고 복원될 때, 기존의 구조와 같은 볼륨(Volume)을 가진 블록 형상에서 다른 강성을 유도할 수 있게 한다.

또한 이는 타이어가 가진 여러 성능지표 중 트레이드-오프되는 성능을 최소화하며 원하는 강성-성능을 이끌어내는 효과가 있다.

도 1은 기존 타이어 트레드 블록의 일 예시적 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 타이어의 트레드 블록 구조의 형성 방법을 도시한 예시적 이미지 사진이다.

이하, 본 발명의 바람직한 구현예에 대하여 첨부된 도면 등을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 트레드 블록의 외면에서 내면으로 다른 물성의 고무를 기둥 형태로 형성함으로써 블록 강성을 컨트롤할 수 있는 타이어의 트레드 블록 구조에 관한 것이다. 이때 트레드 블록 내에 존재하는 이형질의 고무 기둥(트레드 콘)이 하중 및 타이어 회전에 의해 트레드 블록이 변형하고 복원될 때, 기존의 구조와 같은 볼륨(Volume)을 가진 블록 형상에서 다른 강성을 유도할 수 있게 한다. 또한 이는 타이어가 가진 여러 성능지표 중 트레이드-오프되는 성능을 최소화하며 원하는 강성-성능을 이끌어낼 수 있도록 한다.

상기 이형질의 고무기둥을 형성하는 방법으로는 블록 내 가류 온도를 이원적으로 적용하여 고무의 가교(Cross-link) 정도를 변화시키고 이 변화가 모듈러스(Modulus) 및 tanD 변화를 초래하는 방안에 의하여 형성할 수 있다.

일반적으로 타이어는 여러가지 고무 및 약품을 첨가하여 혼합시킨 고무를 압출, 압연공정 등을 통해 반제품화한 후, 성형공정에서 각종 반제품을 접착하여 완성된 모양으로 그린 타이어를 성형하고, 성형공정에서 완성된 그린 타이어를 타이어 가류 몰드에 넣고 내, 외측에서 일련의 열과 압력증기를 가하여 배합된 고무를 화학적으로 결합시키는 타이어 가류 공정을 통해서 제조한다.

여기에서 본 발명에 따른 타이어 블록 구조는, 도 2에 도시된 바와 같이 온도1과 온도2로 표현되는 다른 수준의 가류 온도를 동일 동일 블록 내에서 제공함으로써 동일 블록 내에서 다른 물성을 가진 고무가 상존하는 트레드 콘을 포함하는 블록 구조를 형성할 수 있게 된다. 일반적으로 가류 온도가 높을수록 가교도 (Cross-link)는 작아지고 이에 따라 모듈러스는 증가하며 tanD는 작아지는 현상이 나타난다. 따라서 본 발명에 따른 트레드 블록 구조에 있어서는, 이 현상을 적절히 적용함으로써 동일 볼륨, 동일 고무를 적용했음에도 불구하고 블록 내에 다른 물성을 구성할 수 있는 효과를 얻을 수 있으며 이를 통해 전체 블록의 강성을 원하는 방향으로 설계할 수 있다.

이때 다른 수준의 가류 온도를 동일 블록 내에 제공하는 방법으로는 이에 한정되는 것은 아니나 예를 들어 [도 2]의 온도2 영역에 해당하는 영역의 Mold 금속을 기존 Mold 영역과 다른 금속으로 제작하여 열전도도가 다르도록 함으로써 동일 열입량을 제공하면서 다른 온도를 Mold 표면에 구현하는 방법을 생각할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 타이어의 트레드 블록 구조에 있어서, 트레드 블록 내에서 상기 트레드콘이 차지하는 부피는 트레드 블록 전체 부피의 10~80%인 것이 바람직하다. 트레드콘의 부피가 10% 미만이면 트레드콘으로 얻는 강성 조절 효과가 미미한 문제가 있으며, 80%를 초과하면 트레드콘에 의한 강성 조절 효과로 보기 어렵고 전체 고무 물성 변화에 따른 강성변화로 판단되는 문제가 있다.

아래의 그래프는 본 발명에 따른 트레드 블록 구조의 강성 컨트롤 효과를 시뮬레이션한 결과를 도시한 것이다.

* 트레드 블록 사이즈 : 폭 26mm, 길이 30.5mm, 깊이 6.8mm

* 트레드 콘 사이즈 : 직경 14mm

* 메쉬 사이즈 : 1mm x 1mm

* Solver : Abaqus 6.10.1

* 물성 (초탄성-Neo Hooke)

- 트레드 블록 : C10:3, D1:0.001

- 트레드 콘 1 : C10:3, D1:0.002

- 트레드 콘 2 : C10:3, D1:0.003

- 트레드 콘 3 : C10:4, D1:0.002

- 트레드 콘 4 : C10:4.5, D1:0.001

C10, D1은 불변량 급수식에서 논의되는 Material coefficient로서 시험으로 얻어진 S-S Curve 물성에 대해 정의하는 이론식의 상수로 자세한 설명은 생략한다.

상기 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 타이어의 트레드 블록 구조는 동일 볼륨 구조에서 트레드 콘이 적용된 경우 트레드 콘의 물성에 따라 강성이 변화함을 확인할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나 본 발명은 상술한 구현예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 많은 변형이 가능함은 자명할 것이다.

Claims

타이어의 트레드 블록 구조로서, 상기 트레드 블록 구조는 트레드 블록의 외면에서 내면으로 다른 물성의 고무(트레드 콘)를 기둥 형태로 형성함으로써 블록 강성을 컨트롤할 수 있는 것을 특징으로 하는 타이어의 트레드 블록 구조.
제1항에 있어서, 상기 트레드 블록 구조의 트레드 콘은 블록 내 가류 온도를 이원화함으로써 고무의 가교 정도를 변화시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 타이어의 트레드 블록 구조.
제1항에 있어서, 상기 트레드 콘의 단면 형상은 원형, 사각형, 삼각형, 다이아몬드형 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 타이어의 트레드 블록 구조.
제1항에 있어서, 트레드 블록 내에서 상기 트레드 콘의 배치 위치는 랜덤 방식, 또는 트레드콘들 사이에 일정한 거리 및 간격을 유지하면서 배치되는 것을 특징으로 하는 타이어의 트레드 블록 구조.
제1항에 있어서, 트레드 블록 내에서 상기 트레드콘이 차지하는 부피는 트레드 블록 전체 부피의 10~80%인 것을 특징으로 하는 타이어의 트레드 블록 구조.