타이어{TIRE}
본 발명은 타이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일반적인 도로 환경에서뿐만 아니라 오프로드 등 다양한 환경에서도 사용이 가능한 타이어에 관한 것이다.
타이어는 차량의 운행 목적에 따라 다양한 성능을 충족시키기 위해 다양한 형상의 트레드를 갖는다. 이러한 트레드 패턴 디자인은 차량의 구동력과 제동력뿐 아니라, 승차감과 소음, 배수 능력에 큰 영향을 미친다. 예를 들어, 스포츠 주행을 위한 온로드용 타이어는 접지면적을 최대한 확보할 수 있는 형상을 가지도록 디자인되고, 오프로드용 타이어는 트랙션을 증가시킬 수 있는 블록 타입의 형상으로 디자인이 되고 있다. 또한, 스노우용 타이어는 스노우 성능 극대화를 위한 특이 형상의 커프(kerf) 디자인을 사용한다. 또한, 최근에는 다양한 환경에서 사용이 가능한 복합적 특성을 가진 타이어를 개발하려는 시도가 진행되고 있다.
본 발명은 온로드 및 오프로드 등 다양한 도로 환경에 동시에 적용이 가능한 타이어를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 타이어는, 림(rim), 림을 감싸며 장착되는 비드(bead), 비드에 연결되는 사이드 월(side wall), 사이드 월의 상부에 형성되며 곡률이 변화하도록 신축성을 가지는 재질로 이루어지는 서브트레드(sub-tread) 및 서브트레드의 곡률 변화에 따라 서로 간의 간격이 변화하도록 서브트레드 상에 배치되는 다수의 트레드 블록(tread blocks)을 포함한다. 서브트레드는 타이어의 내부압력의 변화에 따라 곡률이 변화할 수 있으며, 림은 타이어의 체적이 변화할 수 있도록 가변 폭을 가질 수 있다. 림은 림을 형성하는 원기둥의 양 밑면에 배치되는 전면부와 후면부를 포함하며, 타이어는 전면부와 후면부의 사이에 배치되어 림의 폭을 조절하도록 구동되는 림폭 조절장치를 더 포함할 수 있다. 림폭 조절장치는 스프링을 포함하는 기계장치 또는 유압시스템으로 이루어질 수 있다. 림은 다수의 트레드 블록 간의 간격이 최소화되는 온로드 모드를 구현하기 위한 제1 폭과 다수의 트레드 블록들 간의 간격이 최대화되는 오프로드 모드를 구현하기 위한 제1 폭보다 작은 제2 폭을 가질 수 있다. 온로드 모드에서, 타이어는 제1 직경을 가지며, 오프로드 모드에서, 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 가지며, 제2 직경은 상기 제1 직경의 1.4 배 이하일 수 있다. 또한, 타이어는 온로드 모드에서, 1.5 내지 2.8 Bar의 내부압력을 가지며, 오프로드 모드에서, 2.8 내지 3.6 Bar의 내부압력을 가질 수 있다. 트레드 블록은 육각기둥의 형상을 갖질 수 있으며, 온로드 모드에서, 트레드 블록은 트레드 블록을 둘러싸는 6개의 인접한 트레드 블록들 중 4개의 트레드 블록들과 접하고, 2개의 트레드 블록들과 소정의 간격을 가지도록 배열되며, 오프로드 모드에서, 트레드 블록을 둘러싸는 6개의 인접한 트레드 블록들 모두와 소정의 간격을 두도록 배열될 수 있다. 서브트레드는 80 내지 90의 경도(hardness), 110 내지 125 kgf/cm 2 의 300% 모듈러스(modulus), 600 % 이상의 연신율(elongation) 및 125 kgf/cm 2 이상의 인장강도(tensile strength)의 물성을 갖는 조성물로 형성될 수 있다.
본 발명은 일반적인 도로 환경 및 사막 또는 머드와 같은 오프로드 환경에 모두 적용이 가능한 타이어를 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 타이어는 온로드 모드에서 타이어의 접지면적이 증대되고 차고가 낮아져 고속 주행 안정성이 높아지는 효과가 있다. 본 발명에 따른 타이어는 오프로드 모드에서 트랙션, 브레이킹 성능이 향상되고, 차고가 높아져 차량의 하부 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1과 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 타이어의 단면도이다.
도 3과 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 타이어의 사시도이다.
도 5와 도 6은 각각 도 3 및 도 4의 트레드 블록을 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 1 및 도 2의 림폭 조절장치를 예시한 측면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어의 실시예를 상세하게 설명한다. 도 1과 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 타이어(100)를 나타낸 단면도로서, 각각 온로드 모드(on-road mode)와 오프로드 모드(off-road)에서의 모습을 나타낸다. 본 발명의 실시예에 따른 타이어(100)는 스포츠 주행을 위한 온로드 모드와 사막이나 머드 조건에서 최적 성능을 발휘할 수 있는 오프로드 모드의 구현이 가능하도록 구성된다. 본 실시예에 따른 타이어는 공기입 타이어(pneumatic tire)일 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 타이어(100)는 림(10, rim), 비드(20, bead), 사이드 월(30, side wall), 서브트레드(40, sub-tread) 및 다수의 트레드 블록(50, tread blocks)을 포함한다. 비드(20)는 림(10)을 감싸며 장착되는 부분이며, 사이드 월(30)은 비드(20)에 연결되며 타이어(100)의 측면을 구성한다. 서브트레드(40)는 사이드 월(30)의 상부에 형성되며, 곡률이 변화하도록 신축성을 가지는 재질로 이루어진다. 본 실시예에서 서브트레드(40)는 림폭의 변화 및 그에 따른 타이어(100)의 내부압력의 변화에 따라 그 곡률이 변화하도록 구성된다. 서브트레드(40)는 타이어(100) 내압 증가에 따라 표면적이 증가할 수 있도록 신축성이 큰 특성을 갖는 조성물을 적용하는 것이 바람직하다. 서브트레드(40)의 조성물은 외부 조건에서의 피로(fatigue) 및 응력(stress)을 최소화하는 것이 바람직하며, 특히, 내열노화성, 고온에서의 사용 조건에서도 내열성이 우수한 특성을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 조건을 만족하도록 서브트레드(40)는 일례로, 80 내지 90의 경도(hardness), 110 내지 125 kgf/cm 2 의 300% 모듈러스(modulus), 600 % 이상의 연신율(elongation) 및 125 kgf/cm 2 이상의 인장강도(tensile strength)의 물성을 갖는 고무 조성물로 형성될 수 있다. 트레드 블록(50)은 도로의 표면과 접촉하는 부분으로, 서브트레드(40)의 곡률 변화에 따라 서로 간의 간격이 변화하도록 서브트레드(40) 상에 배치된다. 도 1에 도시한 바와 같이, 온로드 모드에서 트레드 블록(50)은 인접한 트레드 블록(50)에 밀착되도록 배열된다. 트레드 블록(50)은 타이어(100)가 그 고유의 특성을 발휘할 수 있도록 캡트레드 고무 조성물(captread rubber compound)로 이루어질 수 있다. 국제 공용규격에 따라 특정 사이즈의 타이어는 특정 사이즈의 림폭을 사용하도록 제한된다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 타이어(100)는 림폭이 변경될 수 있는 림(10)을 가지며, 림폭의 변경에 따라 타이어(100)의 패턴 형상을 변경하여 사용 조건에 최적인 타이어(100) 트레드 형상을 갖도록 한다. 본 실시예에 따른 림(10)은 림(10)을 형성하는 원기둥의 양 밑면에 배치되는 전면부(12)와 후면부(14)를 포함하며, 타이어(100)는 림(10)의 전면부(12)와 후면부(14)의 사이에 배치되어 림폭(W1, W2)을 조절하도록 구동되는 림폭 조절장치(60)를 더 포함한다. 림폭 조절장치(60)는 스프링을 포함하는 기계장치 또는 유압시스템으로 이루어질 수 있으며, 림폭 조절장치의 상세한 예시는 후술한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 림(10)은 다수의 트레드 블록(50)들 간의 간격이 최소화되는 온로드 모드를 구현하기 위한 제1 폭(W1)을 가지며, 도 2에 도시한 바와 같이, 트레드 블록(50) 간의 간격이 최대화되는 오프로드 모드(off-road mode)를 구현하기 위한 제1 폭(W1)보다 작은 제2 폭(W2)을 가지도록 그 폭이 조절된다. 이때, 도 1과 같이, 림(10)이 제1 폭(W1)을 가지는 경우, 서브트레드(40)는 곡률이 거의 없는 평평한 층의 형상을 가지고, 서브트레드(40) 위에 배치된 트레드 블록(50)들은 서로 밀착되거나 그 간격이 최소화된 상태를 가지게 된다. 이에 따라 온로드 모드에서 타이어(100)는 접지면적을 증대시키고, 블록 강성을 높여 고속 주행 안정성을 높여 줄 수 있다. 또한, SH(Section Height)가 작아져 차량의 무게 중심을 낮춰 코너링 성능을 향상시킬 수 있다. 반면, 도 2와 같이, 림폭이 제2 폭(W2)으로 작아지면 타이어(100)의 내부체적은 감소하고, 부피와 압력에 관한 보일의 법칙에 따라 내압은 증가하게 된다. 내압의 증가에 의해 서브트레드(40)는 팽창하여 일정한 곡률을 갖는 라운드 형상이 된다. 이에 따라 서브트레드(40)에 배열된 각 트레드 블록(50) 간의 간격은 커지고, 타이어(100)의 표면에는 트레드 블록(50) 간의 간격에 의한 그루브가 형성된다. 이와 같이 형성되는 그루브에 의해 타이어(100)는 오프로드 또는 머드 환경에 적합한 형상으로 변경된다. 이와 같은 오픈 블록 형상의 패턴은 오프로드에서 패턴 블록에 의한 키킹 혹은 저항성을 증대시킴으로써 트랙션 및 브레이킹 성능을 향상시켜준다. 또한 타이어(100)의 SH가 커져 차량의 차고(ride hight)가 높아지게 되는 데, 이로 인하여 오프로드 조건하에서 챠량 하부의 손상을 방지하는 효과를 얻을 수 있다. 이하에서는 도 3 내지 도 6을 참고하여, 각 모드에서 본 실시예에 따른 타이어가 가지는 특성에 대하여 상세하게 설명한다. 도 3과 도 4는 각각 온로드 모드와 오프로드 모드에서의 타이어의 형상을 나타낸 사시도이다. 전술한 바와 같이, 림폭이 감소되는 경우, 온로드 모드에서 평평한 형상을 가지는 서브트레드가 곡률을 가지는 라운드 형상이 되어 오프로드 모드에서 타이어는 온로드 모드에서 보다 큰 직경을 가지게 된다. 도 3에 도시한 바와 같이, 온로드 모드에서 타이어는 제1 직경[A]을 가지며, 도 4에 도시한 바와 같이, 오프로드 모드에서, 제1 직경[A]보다 큰 제2 직경[B]을 갖는다. 이때, 지나친 차고의 변화에 따른 운행 안정성 문제 및 서브트레드 재질의 바람직한 연신율 등을 고려할 때, 제2 직경[B]은 제1 직경[A]의 1.4 배 이하인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 타이어는 온로드 모드에서, 1.5 내지 2.8 Bar의 내부압력을 가지며, 오프로드 모드에서, 2.8 내지 3.6 Bar의 내부압력을 가질 수 있다. 이와 같은 압력의 증가에 의해 오프로드 모드에서 서브트레드는 곡률을 갖는 형상으로 변경될 수 있다. 도 5와 도 6은 각각 온로드 모드와 오프로드 모드에서의 트레드 블록을 나타낸다. 본 실시예에서 트레드 블록은 육각기둥의 형상을 갖도록 구성될 수 있다. 트레드 블록이 육각형의 단면을 갖게 됨에 따라 하나의 트레드 블록은 6개의 인접한 트레드 블록에 의해 둘러싸이게 된다. 이때, 도 5에 도시한 바와 같이, 온로드 모드에서는, 하나의 트레드 블록은 이를 둘러싸는 6개의 트레드 블록들 중 4개의 트레드 블록들과 접하고, 서로 대향 배치되는 나머지 2개의 트레드 블록들과 소정의 간격을 가지도록 배열된다. 이러한 배치에 따라, 온로드 모드에서 타이어의 접지력을 높일 수 있게 된다. 또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 오프로드 모드에서, 트레드 블록은 트레드 블록을 둘러싸는 6개의 인접한 트레드 블록들 모두와 소정의 간격을 두도록 배열되어 그 간격에 의해 오프로드 모드에 적합한 그루브가 형성될 수 있도록 한다. 그러나 본 발명이 상기한 트레드 블록의 형상에 한정되는 것은 아니며, 트레드 블록의 형상 및 배열은 필요한 용도 및 목적에 따라 다양한 형상으로 구현될 수 있다. 도 7은 림폭 조절장치를 예시한 것으로, 본 실시예에 따른 림폭 조절장치(60)은 스프링(62)을 포함한 기계장치로 구성된다. 이하에서 도 7을 참고하여 림폭 조절장치(60)의 구성에 대하여 상세하게 설명한다. 림의 전면부(12)와 후면부(14) 사이에는 스프링(62)으로 탄성 지지된 스프링 댐퍼(64)가 연결된다. 스프링 댐퍼(64)에는 종동 베벨기어(66)가 장착되고, 종동 베벨기어(66)는 가동 베벨기어(68)에 맞물린다. 가동 베벨기어(68)의 축은 스크류 회전축(72)과 나사 체결방식으로 맞물리도록 구성된다. 이에 따라 스크류 회전축(70)의 회전에 의해 가동 베벨기어(68)에 맞물린 종동 베벨기어(66)가 구동하여 스프링 댐퍼(64)를 구동시켜 림(10)의 전면부(12)와 후면부(14) 사이의 길이를 조절하도록 구성된다. 또한, 스크류 회전축(70)의 스톱퍼 핀(76)은 림에 고정되는 지지대(72)의 간격홈(74)들에 선택적으로 맞추어 고정됨으로써 림폭이 소정의 값으로 조절된 후 림폭을 고정 시키게 된다. 상기와 같은 구성을 가지는 림폭 조절장치(60)에서, 스크류보다 상세한 림폭 조절방법은 본 명세서의 선행문헌으로 표시한 등록특허 제1347172호에 개시된 내용에 따를 수 있다. 그러나 본 발명이 이와 같은 구조의 림폭 조절장치에 한정되는 것은 아니며, 전술한 바와 같이 림폭의 조절은 유압 혹은 전기제어 시스템을 통해서도 가능하다. 상기한 본 발명의 실시예에 따른 타이어는 온로드와 오프로드 모드 모두를 동시에 제공하게 되므로 소비자에게 최적 성능의 타이어를 제공하면서도, 도로 환경에 따라 별도로 타이어를 교체할 필요가 없게 되므로 경제적인 효율성도 증대시킬 수 있다. 이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 림 20: 비드
30: 사이드 월 40: 서브트레드
50: 트레드 블록 60: 림폭 조절장치 |
