타이어의 발달사

[스토리]

타이어의 발달사

자동차의 기술적인 발달과 더불어 타이어 또한 우수한 성능의 제품이 많이 출시되고 있습니다.타이어는 공기압력을 유지하는 튜브와 타이어로 구성되어 있는데 타이어는 레이온과 나일론 등의 섬유에 양질의 고무를 입혀서 이것을 겹쳐 유황을 가하여 틀 속에서 성형한 것입니다.요즘 승용차에 사용하는 타이어는 튜브가 없는 타이어(tubless tire)타이어를 많이 사용하고 있습니다.

1) 카아카스(타이어 골격부)

카아가스는 타이어의 뼈대가 되는 중요한 부분이며, 고압의 공기에 견디고 하중이나 충격에 변형되면서 완충작용을 하여야 하기 때문에 목면 또는 레이온이나 나일론 코드를 여러층 엇갈리게 겹쳐 내열성 고무로 접착시킨 구조로 되어 있습니다.

2) 비이드(림과 접촉되는부분)

타이어와 휠의 림이 접촉되는 부분으로 내부에는 와이어로 월둘레 방향으로 들어가 있습니다.

이이트 와이어는 피아노 선에 고무를 입힌 구조로 되어 있으며 와이어가 서로 접촉하여 손상되는 것을 막고, 비이드 부분의 늘어남을 방지하여 타이어가 휠의 림에서 벗어나지 않도록 하는 역확을 합니다.

3) 브레이커

카아카스와 트레이드 사이에 있는 부분을 브레이커라고 하는데 외부의 충력을 흡수하고 트레드에 생긴 상처가 카아카스에 미치는 것을 방지하는 역할을 합니다.

4) 트레드(직접 노면과 접촉되는 부분)

트레드는 노면과 직접 접촉되는 부분으로 내부의 카아카스와 브레이커를 보호하기위해 내마모성이 큰 고무층으로 되어 있습니다.트레드에는 노면과 미끄러짐을 방지하고 방열을 위한 홈이 파여있는데 이러한 홈은 타이어의 특성에 맞게 여러가지 페턴이 있습니다.

최근들어 승용차에는 타이어에 튜브가 없는 방식의 타이어를 사용하고 있습니다.튜브가 없는 타이어는 자체에 기밀성을 주어 타이어와 림이 직접 공기 압력을 유지하게 한 것입니다.특징으로는 못 등에 찔려도 공기가 급격히 새지 않고 튜브가 없어 펑크수리가 쉽습니다.

림의 일부분이 타이어 속의 공기와 접속하기 때문에 주행 중 방열이 잘됩니다. 하지만 림이 변형되면 변형된 틈 사이로 공기가 세어나오기 쉽고 공기 압력이 너무 낮게 되면 림과의 접촉이 불량해 공기가 새기 쉽습니다.

수막현상

자동차가 물이 고인 노면을 고속으로 주행할 경우 타이어의 트레이드가 물을 완전히 밀어내지 못하고 물위에 떠올라 노면과 타이어의 마찰이 없는 상태가 되는데 이런 현상을 수막현상이라고 합니다.

타이어에 수막히 형성되어 저항이 없게 되면 제동에 문제가 있기 때문에 빗길에 자동차가 미끄러지는원인이 되기도 합니다.이러한 현상을 방지하기 위해서는 트레드의 마모가 적은 타이어를 사용하고 타이어 압력도 높여줍니다.또한 빗길에서는 고속주행을 자제하는 것이 무엇보다도 중요합니다.

스탠팅 웨이브 현상

고속주행시 트레드가 받는 원심력과 타이어 내부의 공기압력에 의하여 타이어가 지면에서 떨어진 직후에 볼록한 변형이 생기게 됩니다.이 부분이 파형되어 타이어의 원주 방향으로 전달되는 현상을 스탠딩 웨이브라고 합니다. 스탠딩웨이브가 발생하면 진행방향으로 저항이 급증하고 타이어 내부에 많은 열이 발생하게 되어 이러한 상태로 계속 주행하게 되면 타이어는 원심력을 견디지 못하고 파손이 됩니다.스탠팅 웨이브는 고속주행시 일어나는 현상인데 이를 방지하기 위해서는 타이어의 공기압을 표준 공기압보다 10~30% 정도 높여주어야 합니다.

공기압은 잘 맞는지 확인한다.

공기압 부족하면 타이어에 열이 많이 발생하며 공기압이 너무 과하면 타이어가 항상 긴장상태가 되어브레이크를 밟았을 때 미끄러지기 쉽습니다.

공기압은 자동차 제조회사의 사용자메뉴얼을 기준으로 해서 사용조건에 따라 반드시 조정되어야 합니다.

- 마모한계(남은 홈 깊이 1.6mm)이하인 타이어는 없는지 확인

마모한계 이하인 타이어를 사용하면 제동거리가 길어져 미끄러지기 쉽고 고속주행에서 쉽게 파열될 수도 있습니다.

- 스페어 타이어는 이상이 없는지 확인한다.

스페어 타이어는 필요할 때 즉시 사용할 수 있도록 평소에 공기압, 손상유무, 마모상태 등을 필히 점검해야 하며, 노후된 타이어는 절대 사용해서는 안됩니다.

- 휠의 손상은 없는지 확인한다.

손상된 휠은 공기압이 빠져 사고의 원인이 되며 타이어 하중분포가 불균일하게 되어 파열되기 쉽습니다.

출발전 반드시 타이어 외관상태 및 공기압 점검을 생활화 하면서 소리가 날 정도로 급발진, 급회전 등 무리한 운전은 삼가해야 합니다. 노면의 요철이 심한 곳에서는 감속을 하고 주행중에 이상을 느꼈을 경우 안전한 장소에 정차하여 원인을 확인하고 운행 하세요.또한 장시간 고속도로를 운행하면 타이어 내부 온도가 올라가서 노화가 촉진되므로 운행거리 200Km이내나, 2시간 운행 후 한번식 휴식을 취하는 것이 좋습니다.

타이어의 발달

자동차의 가장 기본적인 기능인 '달리기, 멈추기, 회전하기'를 보다 잘 해내기 위해서 없어서는 안될 주요 부품, 타이어.

나무 또는 철로 만든 바퀴에서 통고무와 공기주입식 타이어로, 그리고 여러 가지 무늬를 넣어 미끄럼을 방지하는 오늘날의 타이어에 이르기까지 다양한 형태로 발전해 온 타이어의 역사에 대해 알아보자.

1. 통고무 타이어 (Solid Rubber Tire) ~ 1900년

최초의 타이어는 고무만으로 만들어진 통고무 타이어로서 나무나 철로 만들어진 바퀴에 통고무를 덧댄 초기 타이어를 시작으로 휠과 허브를 제외한 둥근 테두리가 단단한 통고무로 덮인 타이어가 널리 이용되었다. 세계 최초의 가솔린 자동차인 벤츠 1호차에도 이 통고무 타이어가 적용되었다.

승차감은 거칠었으나 펑크가 잘 나지 않아 공기주입 타이어가 등장한 후에도 오랫동안 장거리용 트럭 등에 사용되었다.

2. 공기 주입식 타이어(Cushion Tire) 1895년 ~

공기 주입식 타이어는 영국의 로버트 윌리엄 톰슨에 의해 발명되어 존 보이드 던롭에 의해 실용화되었으며, 프랑스의 미쉐린에 의해 그 가치를 인정받은 당시로서는 타이어의 혁명이라 불리는 기술이었다.

톰슨이 발명한 초기 공기 주입식 타이어는 고무 타이어에 공기가 들어있는 튜브를 넣는 방식으로 통고무 타이어에 비해 승차감은 월등히 좋아졌으나, 70개 이상의 볼트를 사용하는 등 수공제작비가 너무 비싸 실용화되지는 못했다.

그 후, 아일랜드의 수의사였던 던롭이 자전거에 적용시켜 본격적인 실용화 단계에 이르게 되었으며, 이를 프랑스의 미쉐린 형재가 더욱 간편한 분해식으로 발전시켜 자동차 경주(1895년 파리~보르도)에 선보임으로써 자동차용 공기주입식 타이어가 본격적으로 양산되게 되었다.

3. 트레드 타이어 (Tread Tire) 1905 ~

초창기 타이어들은 접지면이 매끈매끈해서 눈이나 비오는 길에서 미끄러지는 것은 당연했다. 이같은 단점을 보완하기 위해 자동차 출력의 증강과 함께 미끄럼 방지를 위한 다양한 트레드 패턴이 고안되었다.

단순한 모양이지만, 자동차 타이어에 본격적으로 패턴이 적용되기 시작한 것은 1908년 경이었다.

4.벌룬 타이어 (Balloon Tire) 1923 ~

안전성과 연비가 나빠지는 문제를 제외한다면 타이어의 공기압이 낮을수록 승차감은 좋다. 승차감을 강조했던 당시의 시대 흐름 상, 타이어는 저압화되었고 드디어 1923년 미국의 파이어스톤社는 벌룬 타이어를 만들어냈다.

자동차 대량생산의 선두인 포드 모델 T에는 타이어 단면 형상이 원에 가까운 편평율 100%에 앞바퀴 공기압이 1.9kg/㎠으로 낮게 설정된 타이어가 장착되었다. 1930년대에 들어오면서 트레드(타이어가 노면과 접하는 부분의 고무층으로 대개 패턴이 새겨져 있음) 폭은 다시 넓어지며, 주행 안전성과 고속 내구성, 내마모성 개선을 위해 수퍼 벌룬 타이어가 만들어졌고 편평율은 95%가 되었다. 1950년대에 들어서면서 편평율은 86%, 60년대는 82%, 70년대 65%를 나타내게 되며 그에 따라 내압도 차례로 내려가 1985년 이후로는 1.7kg/㎠(≒24.18PSI)로 낮아지게 되었다.

5. 래디얼 플라이 타이어 (Radial Ply Tire) 1946 ~

타이어 코드(타이어의 플라이를 구성하기 위해 꼬은 섬유나 금속선)를 교착시켜 겹쳐 만드는 바이어스 타이어에 비해 래디얼 타이어는 타이어 원주 방향에 직각으로 코드를 배열하는 구조로 노면 저항이 적어져 연료를 절약할 수 있으며, 타이어의 수명도 연장되었다. 1913년 처음 발명된 이 타이어는 당시의 낮은 기술수준으로 실현되지 못하다가 1929년 미쉐린社에 의해 바이어스 타이어에 스틸 코드를 채용함으로써 성공하지만, 1946년에 이르러서야 특허를 받고 생산을 개시해 유럽을 중심으로 양산되었다.

미국의 경우 타이어 제조업체들이 기존 설비의 전면 교체에 따른 자금 문제로 생산하지 못하다가 1970년대 초 포드 자동차가 유럽산 래디얼 타이어를 기본으로 장착하게 되자 기계 설비를 갖추게 되었다.

6. 튜브리스 타이어 (Tubeless Tire) 1945 ~

튜브를 사용하지 않는 대신 타이어 속에 직접 공기를 넣고 타이어 안쪽에 '이너라이너'라 불리는 통기성이 낮은 특수고무를 붙이는 튜브리스 타이어는 1903년 미국의 굿리치社에 의해 발명되었다.

타이어의 중량 감소와 주행 중 못이 박혀도 이너라이너가 상처 구멍을 막아 급격하게 공기가 빠지는 것을 막는 이 새로운 기술은 타이어 기술의 발달과 함께 1948년에 이르러서야 양산되었다.

7. 레이싱 슬릭 타이어 (Racing Slick Tire)

현재 경주용차에 주로 사용되는 이 타이어는 비가 오지 않는 맑은 날씨용으로 트레드가 없어 '슬릭'이라 부르며 도로와 닿는 면적이 넓고 접지력이 우수하다.

그 외에도 1980년대 들어 자동차의 고성능화에 대응해 타이어 제조업체들은 고성능 타이어 개발에 매진해왔으며, 타이어의 편평율도 60시리즈를 중심으로 65, 60, 55, 50 등으로 다양해짐과 동시에 트레드도 비대칭 패턴, 레이싱 라이크 패턴이 개발되는 등, 고객의 취향에 따라 다양한 타이어가 만들어지고 있다.

공기압 타이어와 스포크식 타이어 

유BC220년경 중국대륙을 통일한 진시황은 수레의 폭을 8천(약 2m)으로 통일하고 이를 오후 동궤라 불렀다. 진시황은 동궤에 맞추어 수레를 만들지 않으면 벌을 내렸으며 길도 이 폭에 맞도록 닦게 했다. 따라서 앞 수레가 지나간 자국 즉, 철을 따라 수레를 몰아야만 제대로 갈 수 있었다. 전철을 밟는다는 말은 여기에서 유래된 것이다.

최초의 자동차 경주에 출전한 공기압 타이어

오늘날 사용되고 있는 공기압 타이어는 1845년영국의 성직자 로버트 윌리엄 톰슨 목사가 발명했다. 톰슨은 고무 코팅된 천으로 튜브를 만들어 겉을 가죽으로 싼 다음 공기를 주입한 타이어를 개발했다. 그러나 톰슨의 가죽 타이어는 승차감은 좋았지만 내구성이 떨어져 널리 사용되지 못하고 특허기간을 넘기고 말았다. 이후 1890년대까지 다시 쇠 바퀴와나무 바퀴에 통고무를 씌어 사용하는 시대가 이어졌다

1888년 봄, 스코틀랜드의 수의사 존 보이드는 자전거를 타고 놀던 아들이 딱딱한 바퀴때문에 엉덩이가 아프다는 말을 듣고 부드러운 고무튜브를 만든 뒤 공기를 주입하고 겉을 경화 고무로 둘러싼 타이어를 개발했다. 이듬해인 1889년 던롭의 공기압 타이어 특허권을 인수한 하베이 드 크로는 던롭 고무회사를 설립하고 자전거 타이어를 만들기 시작했다. 이것이 바로 최초의 공기압타이어이다.

(그림) 1889년 다임러가 개발한 최초의 가솔린 자동차, 자전거용 공기압 타이어를 달았다.

철의 발견으로 탄생한 스포크식

철의 발견으로 인류는 온갖 도구를 만들어 새로운 문명을 이루었다. 그 중 톱과 망치는 통나무 바퀴를 혁신시켰다. 쉽게 마모되어 잘 파손되는 통나무 바퀴의 수명을 연장시키고 승차감을 향상시키기 위해 톱으로 나무를 둥굴게 잘라 테를 만들고, 나무를 깎아 살과 살을 지지하는 중심인 통을 만들어 이들을 조합한 스포크식 나무 바퀴를 개발한 것이다. 스포크식 나무 바퀴를 처음 사용한 민족은 서아시아의 핫타이족으로 BC 3000년경의 일이다. 이후 바퀴 제조기술은 동아시아로 널리 전파되어 은나라에서는 수레 전체를 뜻하는 차와 바퀴를 가리키는 륜자등 수레에 관련된 글자가 생겨나기 시작했다. BC 1200년경 주나라시대에는 다양한 용도를 지닌 스포크식 나무 바퀴가 널리 사용되었으며 바퀴 테를 나타내는 망등의 전용글자도 생겨났다.

BC 220년경 중국대륙을 통일한 진시황은 수레의 폭을 8척(약 2m)으로 통일하고 이를 동궤라 불렀다. 진시황은 동궤에 맞추어 수레를 만들지 않으면 벌을 내렸으며 길도 이 폭에 맞도록 닦게했다. 따라서 앞 수레가 지나간 자국 즉, 철을 따라 수레를 몰아야만 제대로 갈수 있었다. 전철을 밟는 다는 말은 여기에서 유래된 것이다. 동궤는 적군이 처들어 올 경우 궤가 맞지 않아쉽게 달리지 못하게 함으로써 적을 물리치는 역활도 했다. 춘추전국시대에 이르러 비로서 수레에 철제 부품이 사용되어 바퀴가 더욱 튼튼해졌다. BC 3세기경 연나라의 침략을 받아 피난을 가던 진나라의 전단이라는 족장은 마차 옆으로 길게 튀어나온 차축을 잘라내고 그 부분과 나무 바퀴 테에 쇠 덮게를 씌웠다. 수레가 부딪치면서 굴대가 서로 걸려 부러지거나 바퀴가 부서져 제대로 달릴 수 없었기 때문이다. 굴대를 잘라 냄으로써 기동성을 살린 전단의 부족들은 안전하게 피난지에 도착할 수 있었다.

(그림) 1860년의 증기자동차에 사용된 통고무 바퀴

천연고무의 발견

천연고무를 처음으로 만들어 사용한 이들은 라틴아메리카의 인디언들이다. 이탈리아의 항해가 크리스토퍼 콜롬부스는 남아메리카를 탐험하다가 인디언 아이들이 땅에서 톡톡 튀어오르는 작은 공을 가지고 놀고 있는 것을 보았다. 이 공은 나무에서 나오는 진의 일종인 라덱스를 굳혀 만든 것으로 물이 세지 않고 질긴 데다 탄성이 강하고 가벼웠다. 호기심 어린 눈으로 이를 지켜보던 콜롬부스 일행은 이 공을 가지고 이탈리아로 돌아와 유럽에 고무를 전파시켰다.

천연고무는 처음에는 라덱스를 그대로 응고시켜 사용하다가 1768년 프랑스의 화학자 맥커가 에테르로 고무를 용해하는 법을 발견하면서 그 용도가 차츰 넓어졌다. 에테르에 녹은 고무액을 천에 여러 번 칠한 후 건조시키면 물이 새거나 스며들지 않는 방수포로 변했다. 여기서 갖가지 고무제품들이 개발됐다.

영국의 행코크는 1843년 천연고무를 유황에 담근 다음 열을 가해 탄성이 뛰어나고 천연고무보다 단단한 새로운 고무를 만들어냈다. 그러나 이것을 마차 바퀴용으로 사용하기에는 적당치 못했다. 행코크는 이 고무제조방식을 불과 대장간의 신인 벌카누스의 이름을 따서 벌카니제이션(Vulcanisation)이라 했다.

피곤하다는 뜻에서 생긴 타이어(Tire)

스포크식 나무 바퀴는 18세기까지 큰 변화 없이 수레와 마차에 이용되어 오다가 영국의 제임스 와트가 증기엔진을 발명하면서 수레의 발전에 큰영향을 미쳤다. 1769년 프랑스군의 공병 장교 니콜라 조제프 퀴뇨가 증기엔진을 탑재한 최초의 자동차를 발명한 이래 타이어는 급속도로 발전했다. 퀴뇨가 개발한 최초의 자동차는 삼륜차로서 구동륜인 한개의 앞바퀴는 테와 살 그리고 허브를 모두 쇠로 만들었고, 뒤쪽의 두바퀴만 쇠로 테를 씌운 스포크식 나무 바퀴였다. 1814년 영국의 조지 스티븐은 증기엔진 기관차를 개발하는데 성공했다. 그리고 1845년 영국의 스톡턴과 달링턴 사이에 증기 기관차가 첫 운행을 시작했다. 스틴븐은 증기 기관차의 여러 부품 중 가장 고된 일을 하는 큼직한 쇠바퀴가 무척 피곤할 것이라 생각, 바퀴를 타이어(Tire)라고 불렀다고 한다. 타이어의 명칭은 여기에서 유래되었다.