KR20030025966A - 저 회전저항 승용차용 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저 회전저항 승용차용 타이어에 관한 것으로서, 타이어 트레드(10)의 폭 방향 중앙부(4)로부터 숄더부(3)까지의 부분을 이종(異種) 재질을 가지는 고무 컴파운드로 형성하되, 중앙부(4)에서 숄더부(3)로 갈수록 tanδ(|로딩시 탄성계수-언로딩시 탄성계수|/로딩시 탄성계수) 값이 낮아지는 구성을 특징으로 하므로, 승차감을 유지하면서 타이어의 회전저항을 최소로 할 수 있다.

Description

저 회전저항 승용차용 타이어{Passenger Car Tire with Low Rolling Resistance}

본 발명은 저 회전저항 승용차용 타이어에 관한 것으로서, 특히 시간에 따른 타이어의 반복적 내부 변형으로 인한 열적 손실을 저감함으로써 회전저항을 크게 줄인 승용차용 타이어에 관한 것이다.

자동차 주행시의 저항으로는 회전저항, 가속저항, 등판저항 및 공기저항 등 여러 종류가 있다. 이 중, 회전저항은 타이어와 노면 사이에서의 에너지 손실에 관한 것으로서, 입력된 에너지중에서 열 등으로 전환되는 에너지의 손실량에 관한 것이다.

그리고, 이 회전저항은 타이어 변형에 의한 내부손실, 타이어와 노면 사이의 미끄러짐에 의한 마찰손실 및 공기저항에 의한 손실 등으로 나뉘어진다. 본 발명은 이중에서 특히 타이어 변형에 의한 내부손실을 저감하기 위해 안출된 것이다. 이 내부손실의 원리에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

자동차의 주행시, 타이어는 자동차의 자중이나 노면의 불규칙성으로부터 반복적인 변형을 받게 된다. 상기 타이어에 동적 하중이 반복될 경우(로딩 및 언로딩)에는, 타이어 내부의 응력-변형률은 시간에 따라 도 2(b)와 같은 곡선을 따르게 된다. 로딩과 언로딩시 그 경로가 일치하지 않는 것은, 가해진 하중에 대하여 일부가 열 등으로 전환되어 발산되기 때문이다. 따라서, 동일한 하중 조건에 대하여 상기 응력-변형률 곡선으로 둘러싸인 내부의 면적이 클 수록 손실은 크고, 이에 따라 회전저항(F_R)도 커지게 된다. 통상, 이와 같은 관계의 회전저항을 도 2(a) 및도 2(b)를 참조하여 표현하면 아래식과 같다.

여기서, (tanδ= |로딩시 탄성계수-언로딩시 탄성계수|/로딩시 탄성계수)이며, 도 2(a)에서와 같이, 반복 하중 작용시 소재 내부의 응력과 변형률의 위상차( δ)의 tangent값이라고도 할 수 있다. 즉, 일반적으로 탄성 능력이 좋은 소재가 tanδ값이 작고, 이 값이 작을수록 회전저항이 작다고 할 수 있다. 또한, 상기 식에서 ε₀는 변형률이고 V는 변형이 일어나는 영역의 체적이다.

통상, 타이어의 구성요소 중에서 회전저항을 악화시키는데 가장 크게 기여하는 부분은 트레드부인 것으로 알려져 있으며, 이를 다른 부분(도 3 참조)과 구체적으로 대비하여 보면 다음 표 1과 같다.

위의 표 1에서와 같이, 트레드부는 타이어에서 단일 부위로 차지하는 체적이 가장 큰 부분이며, 동시에 다른 부분에 비해 가장 큰 회전저항에 대한 영향도(대략 49%)를 가지고 있다. 따라서, 트레드부를 어떻게 적절히 설계하느냐에 따라 회전저항의 크기가 크게 좌우될 수 있는 것이다.

도 4에서와 같이, 종래에는 타이어 폭방향으로 각각 동일한 소재로 구성된 캡 트레드부(1)와 언더 트레드부(2)로 트레드부를 구성하고, 상기 캡 트레드부(1)는 통상적인 소재를 사용하고 상기 언더 트레드부(2)를 방열 특성이 좋으면서 탄성이 우수한 소재를 사용하는 동시에, 상기 캡 트레드부(1)에 대하여 언더 트레드부(2)의 영역을 증대시킴으로써 회전저항을 줄일 수 있었다. 그러나, 이 경우에는 언더 트레드부(2)의 영역이 그루브(groove)를 초과할 수는 없기 때문에, 그 영역의 크기를 증대시키는데는 한계가 있을 수밖에 없었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 발명의 목적은 승차감을 유지하면서 회전저항을 최소로 할 수 있는 승용차용 타이어를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 타이어 트레드의 재료구성을 나타내는 단면도이고,

도 2(a)는 타이어 트레드의 시간에 따른 응력과 변형율의 각각의 양상을 나타내는 그래프이고,

도 2(b)는 타이어 트레드의 반복적인 로딩 및 언로딩에 따른 응력-변형율 곡선을 나타내는 그래프이고,

도 3은 타이어의 일반적인 구성을 나타내는 단면도이고,

도 4는 종래 타이어 트레드의 재료구성을 나타내는 단면도이다.

※주요 도면부호의 설명

1... 캡 트레드부

2... 언더 트레드부

3... 트레드의 숄더부

4... 트레드의 중앙부

10... 타이어 트레드

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 타이어 트레드의 폭 방향 중앙부로부터 숄더부까지의 부분을 이종(異種) 재질을 가지는 복수의 고무 컴파운드로 형성하되, 중앙부에서 숄더부로 갈수록 tanδ(|하중시 탄성계수-하중해제시 탄성계수|/하중시 탄성계수) 값을 낮게 한 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 숄더부는 tanδ≤0.1의 고무소재로 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성한 것은, 트레드 전체에 대하여 tanδ의 값이 낮은 소재를 사용할 경우에는 다른 특성, 예컨대 승차감 등이 떨어질 가능성이 있기 때문이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 설명한다.

도 1에서와 같이, 본 발명에 따른 타이어의 트레드(10)는, 폭 방향 중앙부(4)로부터 숄더부(3)까지 복수로 분리된 이종(異種) 재질의 고무 컴파운드로 형성된다. 단, 중앙부(4)에서 숄더부(3)로 갈수록 tanδ(|로딩시 탄성계수-언로딩시 탄성계수|/로딩시 탄성계수) 값이 낮아지도록 한 것을 특징으로 한다.

이는, 트레드부 중에서도 특히 숄더부(3)가 타이어에서 가장 두꺼운 부분이면서 벨트 단부(端部)가 위치하는 곳이므로, 재료의 이질성 및 동적 변형에 의해 열이 심하게 발생, 축적될 가능성이 높아 큰 에너지 손실(회전저항)이 유발되는 부분이기 때문에, 이 부분을 탄성 성능이 좋은 소재로 구성하는 것이 바람직하기 때문이다. 이와 같이 구성하는 경우, 중앙부(4)에서는 종래의 재질과 유사하므로 승차감을 유지할 수 있는 동시에, 숄더부(3) 쪽으로 갈수록 tanδ가 낮아지도록 구성되어 있기 때문에 부분적으로 회전저항을 줄이는데 기여할 수 있게 된다. 특히, 특히, 상기 숄더부(3)는 tanδ≤0.1의 고무소재로 구성되는 것이 바람직하다.

본 실시예는 타이어 폭 중앙에 대하여 대칭인 패턴에 대하여 설명하였지만, 비대칭 패턴에도 적용할 수 있음은 물론이다.

상기한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 자동차의 승차감을 저하시키지 않으면서 타이어의 회전저항을 최소로 할 수 있다는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 타이어 트레드(10)의 폭 방향 중앙부(4)로부터 숄더부(3)까지의 부분을 이종(異種) 재질을 가지는 고무 컴파운드로 형성하고, 중앙부(4)에서 숄더부(3)로 갈수록 tanδ(|로딩시 탄성계수-언로딩시 탄성계수|/로딩시 탄성계수) 값이 낮아지는 구성을 특징으로 하는 저 회전저항 승용차용 타이어.
2. 제1항에 있어서,

   상기 숄더부는 tanδ≤0.1의 고무소재로 구성된 것을 특징으로 하는 저 회전저항 승용차용 타이어.