(57)【要約】本発明に係るタイヤ用スタッドは、セラミックから製造されることによって焼結過程を改善して残留応力を下げつつも、亀裂治癒を通じてセラミックの強度を回復させる特性を有する。また、焼結時に焼結助剤や有機酸化物をさらに添加することによって耐摩耗性を向上させて路面との摩擦力を常に一定に保つことができ、耐用年数を大きく増やすことができる。【選択図】図１
2021501725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部;
前記本体部の下端に位置する支持部;及び
前記本体部の上端に位置し、一面が本体部の中心側に一定以上陥没して形成された締結部;
を含み、
前記本体部、支持部及び締結部は、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、及びコーディエライトから選択される１つまたは２つ以上のセラミックを金型に投入した後、焼結して製造されることを特徴とする、タイヤ用スタッド。
【請求項２】
前記セラミックは、酸化アルミニウム５０ないし８５重量％、及び酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、及びコーディエライトから選択される１つまたは２つ以上を１５ないし５０％混合したことを特徴とする、請求項１に記載のタイヤ用スタッド。
【請求項３】
前記セラミック１００重量部に対してランタンアルミニウム酸化物、イットリウムアルミニウム酸化物、レニウムアルミニウム酸化物、サマリウムアルミニウム酸化物、ネオジムアルミニウム酸化物、イットリウム酸化物、及びスカンジウム酸化物から選択されるいずれか１つまたは２つ以上の焼結助剤０．１ないし５重量部をさらに添加することを特徴とする、請求項２に記載のタイヤ用スタッド。
【請求項４】
前記のセラミックは、平均粒径が０．１ないし５０μｍであることを特徴とする、請求項１に記載のタイヤ用スタッド。
【請求項５】
前記本体部、支持部及び締結部は、セラミックを金型に投入した後、１ないし５０ＭＰａの圧力下で１５００ないし２０００℃の温度で１ないし３時間焼結して製造されることを特徴とする、請求項１に記載のタイヤ用スタッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤ用スタッド及びその製造方法に関し、詳細には、自動車のタイヤ内に一部分が露出されるように挿入されて凍結した雪や氷の上、雨や雪の降る道などで四季を通じて走行が可能であり、特に、安全性の面で滑り止め作用が常に維持されつつ、それ自体の物理的強度を向上させたタイヤ用スタッド及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
使用者らが運行する車両は、多くの部品で構成されており、そのうちタイヤは、実質的に車両の駆動に大きな影響を与え、特に、使用者の安全を確保するための核心部品の１つと言える。特に、産業の発展により物流の移動増加、個人の業務量などの増加による移動量の増加やレジャー生活の増加による自動車の運行量はますます増える傾向にある。
【０００３】
一方、タイヤは路面との摩擦を通じて走行の安全を維持することができるが、路面状態に応じて運転者の意図による走行制御がなされない場合、つまり、タイヤが路面上で望み通りに制御されない時、車両及び走行者の安定性が問題になることがある。特に、氷や雪の上、雨の降る道などにおける車両の走行時、タイヤの制御を通じた安定性の向上には限界がある。
【０００４】
このように、季節によって発生し得る車両の滑りを防ぎ、安定した制動及びハンドリング性能を確保するためにいくつかの方法が提案されており、スタッドタイヤ（ｓｔｕｄ  ｔｉｒｅ）もそのうちの一つである。
【０００５】
スタッドタイヤとは、タイヤのトレッド部に特殊な形態のリベット（ｒｉｖｅｔ）を打ち込んだタイヤで、１９６０年代からノルウェー、スウェーデン、フィンランドのような北欧地方で普及し始めた。特に、昼間の暖かな気温のせいで積雪路面が溶け、温度降下によって夜間に再び結氷するなったり、降雨後に急降下した温度によって道路が凍結する場合、摩擦係数の低下により非常に滑るため、トレッドのパターンだけでは十分な制動及びハンドリング性能を確保することができない。
【０００６】
スタッドタイヤに備えられるスタッドは、車両の走行時に路面と直接摩擦して接地力及び摩擦力を高める一種のリベットとして、その特性上、高い剛性が要求される。しかし、走行速度、運転者の走行習慣、路面の状態など様々な条件によってスタッドの形態が変形したり離脱される場合が多く、これはタイヤの接地力及び摩擦力の低下を招くだけでなく、タイヤ自体の破損の原因として作用することもある。特に、車両の走行方向に沿ってタイヤ自体の慣性と噛み合ってタイヤの特定部分に応力集中が発生する場合、タイヤ自体の剛性が低下し、タイヤ及びスタッドの特定部分に異常摩耗が発生することもあるが、このような問題点を解決したスタッドは、これまで開発されなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
韓国特許第１０−１０７１０４６（２０１１年０９月２９日）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような問題点を解決するために案出されたものであり、詳細には、自動車のタイヤ内に一部分が露出されるように挿入されて凍結した雪や 氷の上、雨や雪の降る道などで四季を通じて走行が可能であり、特に、安全性の面で滑り止め作用が常に維持されつつ、それ自体の物理的強度を向上させたタイヤ用スタッド及びその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、本体部;前記本体部の下端に位置する支持部;及び前記本体部の上端に位置し、一面が本体部の中心側に一定以上陥没して形成された締結部;を含み、前記本体部、支持部及び締結部は、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、及びコーディエライトから選択される１つまたは２つ以上のセラミックを金型に投入した後、焼結して製造されることを特徴とするタイヤ用スタッドを提供する。
【００１０】
本発明の一実施例において、前記セラミックは、酸化アルミニウム５０ないし８５重量％、及び酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、及びコーディエライトから選択される１つまたは２つ以上を１５ないし５０％混合したことを特徴とする。
【００１１】
本発明の一実施例において、前記セラミック１００重量部に対してランタンアルミニウム酸化物、イットリウムアルミニウム酸化物、レニウムアルミニウム酸化物、サマリウムアルミニウム酸化物、ネオジムアルミニウム酸化物、イットリウム酸化物、及びスカンジウム酸化物から選択されるいずれか１つまたは２つ以上の焼結助剤０．１ないし５重量部をさらに添加することを特徴とする。
【００１２】
本発明の一実施例において、前記セラミックは、平均粒径が０．１ないし５０μｍであることを特徴とする。
【００１３】
本発明の一実施例において、前記本体部、支持部及び締結部は、セラミックを金型に投入した後、１ないし５０ＭＰａの圧力下で１５００ないし２０００℃の温度で１ないし３時間焼結して製造されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るタイヤ用スタッドは、上記のような組成を有するセラミックから製造されることによって焼結過程を改善して残留応力を下げつつも、亀裂治癒を通じてセラミックの強度を回復させる特性を有する。また、焼結時に焼結助剤及び有機酸化物をさらに添加することによって耐摩耗性を向上させて路面との摩擦力を常に一定に維持することができ、耐久年数を大きく増やすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１はピン部が脱離したタイヤ用スタッドの斜視図である。
【図２】図２はピン部が結合されたタイヤ用スタッドの斜視図である。
【図３】図３はタイヤ用スタッドが挿入されたタイヤの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、具体例を参照して本発明に係るタイヤ用スタッドの製造方法を詳細に説明する。下で紹介される具体例は、当業者に本発明の思想が十分に伝達されることができるようにするために、例として提供されるものである。
【００１７】
したがって、本発明は、以下に提示される具体例に限定されず、他の形態で具体化されることもあり、以下に提示される具体例は、本発明の思想を明確にするために記載されたものに過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１８】
この時、使用される技術用語及び科学用語において他の定義がない場合は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が通常的に理解している意味を有し、下記の説明で本発明の要旨を不要に曖昧にし得る公知の機能や構成に対する説明は省略する。
【００１９】
また、下で紹介される図面は、当業者に本発明の思想が十分に伝達されることができるようにするために、例として提供されるものである。したがって、本発明は、以下に提示される図面に限定されず、他の形態で具体化されることもあり、以下に提示される図面は、本発明の思想を明確にするために誇張されて示されることがある。また、明細書全体にかけて同一の参照番号は同一の構成要素を示す。
【００２０】
また、明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される単数形態は、文脈で特別に指示がない限り、複数の形態も含むものとして意図し得る。
【００２１】
また、本発明の構成要素を説明するにあたって、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）などの用語を使用することがある。このような用語は、その構成要素を他の構成要素と区別するためのものに過ぎず、その用語によって当該構成要素の本質や次例または順序などが限定されない。ある構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」または「接続」されたと記載された場合、その構成要素は、その他の構成要素に直接連結されるか、または接続されることがあるが、各構成要素間にまた別の構成要素が「連結」、「結合」または「接続」される場合もあることを理解されたい。
【００２２】
本発明に係るスタッド１００は、タイヤに適用されるものとして、１つ以上のスタッドがタイヤに挿入されて一部面を露出した形態で備えられてもよい。また、前記スタッドは、スノータイヤ、一般タイヤ、オールシーズン用タイヤなど使用者の必要に応じて多様なタイヤに適用されることができる。
【００２３】
前記スタッドが備えられたタイヤは、一般タイヤ及びスノータイヤと比較して摩擦係数が高いため、滑る雪や雨が降る道及び氷上でも安全に運転することができ、制動距離が短いため、事故を未然に防ぐことができる。また、路面をとらえる力が強いため、旋回性能に優れ、チェーンを巻いたタイヤに比べて牽引力及び発進力が良好な特性を有する。
【００２４】
本発明は、上記のようなスタッドの長所は生かしつつも、スタッドの短所である外力による破損、磨耗、変形などを防ぎ、スタッドがタイヤから容易に離脱することを防ぐために案出されたものとして、セラミックの焼結条件及び焼結添加剤を通じて焼結過程を改善して残留応力を下げつつも、亀裂治癒を通じてセラミックの強度を回復させる特性を発現することができる。
【００２５】
本発明に係るスタッド１００は、本体部１１０、本体部の下端に位置する支持部１２０、及び前記本体部の上端に一面が本体部の中心側に一定以上陥没して形成された締結部１３０を含んでもよい（図１及び図２）。
【００２６】
前記本体部１１０は、スタッドの中心をなす部材でもよい。本体部は、スタッドの剛性を維持し、路面からタイヤに伝わる衝撃を一定以上に吸収する役割も果たすものとして、上端及び下端にそれぞれ締結部と支持部を備える。
【００２７】
前記本体部は、大きさ、形態などを限定せず、一例として、前記本体部は、円筒状でもよい。また、前記本体部は、一端の幅よりも高さがより高い棒状でもよい。
【００２８】
前記本体部の好ましい一例として、幅は１ないし２００ｍｍ、高さは１ないし２００ｍｍであることが好ましい。前記範囲でタイヤとの密着力が向上され、スタッドがタイヤから離脱したり、圧力により破損、移動、回転されることを防ぐことができる。
【００２９】
また、前記本体部は、必要に応じて外側面に外径から拡径されて一定の面積を有するフランジ部（未図示）をさらに備えてもよい。前記フランジ部は、前記スタッドがタイヤとより強力に結合されるようにするためのものとして、他にも前記本体部に接着層やワイヤなどをさらに備えてタイヤとスタッドの結合力を増大させてもよい。
【００３０】
前記支持部１２０は、本体部の面のうち下端面に位置するものとして、前記締結部と対向する面に位置してもよい。前記支持部は、スタッドがタイヤに挿入された時、タイヤの最も内側に位置するものとして、前記スタッド１００がタイヤ２００から離脱することを防ぐ役割をする。
【００３１】
前記支持部は、大きさ及び形態を限定するものではなく、一例として、幅は１ないし２００ｍｍ、高さは１ないし１００ｍｍであることが好ましい。ただし、前記支持部は、タイヤとの結合力をさらに高めるために、好ましくは前記本体部よりも幅広であることが好ましい。
【００３２】
また、前記支持部は、必要に応じて１つまたは複数の突出部材（未図示）を一面以上の面にさらに備えてもよい。前記突出部材は、タイヤとの密着特性を改善するためのものとして、特に、タイヤを装着した車両のコーナリング時にスタッドに加わる力を効果的に分散、支えてスタッドの破損や脱離を防ぎ、安定してタイヤ内に位置するようにすることができる。
【００３３】
前記突出部材は、位置、形態、個数を限定せず、さらに突出部材が複数備えられる場合、突出部材間の間隔を限定しない。具体的な例として、前記突出部材は、支持部と隣接する一端から他端に行くほど幅が狭くなる円錐状の形状を有してもよく、複数の突出部材は、常に同一の間隔で離隔されてもよい。
【００３４】
前記締結部１３０は、前記スタッド１００とピン部１４０を結合させるためのものとして、図１のように、前記本体部上端のうち支持部と対向する一面に本体部中心側に一定以上陥没して形成されてもよい。
【００３５】
前記締結部は、前記ピン部との結合力を向上させるために、内側面に前記ピン部と結合可能な形態の締結手段をさらに備えてもよい。前記締結手段の一例としては、ネジ山、結合ピン、磁石などを挙げることができ、このうちネジ山が最も優れた結合力があるため好ましい。
【００３６】
前記締結部は、形態及び大きさを限定するものではなく、幅は１ないし２００ｍｍ、高さは１ないし１００ｍｍであることが好ましい。前記範囲を満たす場合、スタッドがタイヤから離脱したり、圧力により破損、移動、回転されることを防ぐことができる。
【００３７】
前記ピン部１４０は、タイヤの加硫モールド内に備えられ、前記ピン部１４０に本発明のセラミックスタッド１００の締結部１３０を嵌めて固定させ、タイヤ加硫工程を遂行した後、タイヤと加硫モールドを脱着すると、前記セラミックスタッド１００は、タイヤトレッドのブロック部分に打ち込まれて出るようになる（図３）。
【００３８】
本発明は、多数のスタッド１００がタイヤに挿入されて締結部１３０を露出した形態で製造されることで摩擦係数が高いため、滑る雪や雨が降る道及び氷上でも安全に運転することができ、制動距離が短いため、事故を未然に防ぐことができる。また、路面をとらえる力が強いため、旋回性能が優れており、チェーンを巻いたタイヤに比べて牽引力及び発進力が良好な特性を有する。
【００３９】
なお、本発明のスタッドは、セラミックの成分を差別化して焼結条件を改善することで外力による破損、磨耗、変形などが最小化され、スタッドがタイヤから容易に離脱しないため、長期間安定して使用することができる。
【００４０】
本発明に係るタイヤ用スタッドは、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、及びコーディエライトから選択される１つまたは２つ以上のセラミックを金型に投入した後、焼結して製造することを特徴とする。
【００４１】
本発明において、前記セラミックは、前記本体部、支持部及び締結部を形成するベース物質として、物理的な剛性に優れており、耐薬品性、耐腐食性、耐熱性などが高いため好ましい。
【００４２】
本発明で使用可能なセラミックの例として、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、ケイ素窒化アルミニウム（ＳｉＡｌＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、及びコーディエライト（Ａｌ２Ｏ３・ＭｇＯ・ＳｉＯ２）などから選択されるいずれか１つまたは２つ以上を含んでもよい。
【００４３】
前記セラミックとして、好ましくは、酸化アルミニウムに酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、及びコーディエライトから選択されるいずれか１つまたは２つ以上を混合することが好ましい。これは一般的に酸化アルミニウムが他のセラミックと比較して焼結性が良く、耐酸化性に優れ、比較的安価であるという長所があるが、強度、引張特性、高温における機械的物性が他のセラミックに比べて劣る短所があり、特に、摩擦によって高温が発生するスタッドの特性上、酸化アルミニウムのみを使用することは適さないので、他のセラミックを混合して使用することが好ましい。特に、酸化アルミニウムに炭化ケイ素を混合する場合、粒子の焼結過程で粒子の成長が抑制されて強度が向上され、非常に優れた亀裂治癒の特性を示すため好ましい。
【００４４】
前記セラミックの組成として、好ましくは、酸化アルミニウム５０ないし８５重量％、及び酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、及びコーディエライトから選択される１つまたは２つ以上を１５ないし５０％混合することが好ましく、より好ましくは、酸化アルミニウム６０ないし８０重量％、及び炭化ケイ素２０ないし４０重量％を混合することが強度低下を防ぎ、亀裂治癒特性が向上されて好ましい。
【００４５】
本発明で前記セラミックは、平均粒径が０．１ないし５０μｍであることがよい。粒径が前記範囲を満たない場合、凝集性が強いためセラミック粒子が不均一に成長する可能性があり、前記範囲を超える場合は焼結、成形時に緻密化が劣るスタッドが製造される可能性がある。
【００４６】
また、前記セラミックは、焼結特性をさらに向上させるために１つ以上の焼結促進剤をさらに含んでもよい。前記焼結促進剤は、希土類金属、アルカリ土類金属、アルミニウムの酸化物、フッ化物、塩化物などが使用可能であり、このうちランタンアルミニウム酸化物、イットリウムアルミニウム酸化物、レニウムアルミニウム酸化物、サマリウムアルミニウム酸化物、ネオジムアルミニウム酸化物、イットリウム酸化物、及びスカンジウム酸化物から選択されるいずれか１つまたは２つ以上の希土類酸化物を使用することが好ましい。特に、前記希土類酸化物のうちイットリウム酸化物の場合、酸化アルミニウム粉末と液状反応によって酸化アルミニウムの焼結を促進させることができて好ましい。
【００４７】
前記焼結促進剤は、セラミック１００重量部に対して０．１ないし５重量部混合することが好ましい。０．１重量部を満たずに添加する場合、焼結促進剤の添加による焼結特性の向上が好適に発現されず、５重量部を超えて添加する場合、液状反応が過剰に行われて結晶化が急速に進み、機械的物性が低下する可能性がある。
【００４８】
また、前記焼結促進剤以外にも、１つ以上の焼結助剤をさらに含むこともあるが、例えば、ホウ酸、四ホウ酸リチウム、酸化ホウ素、ホウ酸アンモニウムなどの融点６００℃以下のホウ素化合物や、有機過酸化物、無機過酸化物及び無機酸から選択されるいずれか１つまたは以上の酸化剤を含んでもよい。
【００４９】
前記ホウ素化合物は、セラミック粒子間の分散特性を向上させることができ、前記酸化剤は、前記セラミック粒子の表面にコーティングされてセラミック粒子の凝集を抑制し、分散特性を向上させて結果的に均一なセラミック粒子の成長を誘導する。したがって、製造されるスタッドの機械的物性を大幅に向上させることができて好ましい。特に、酸化剤の場合、焼結過程で除去されるが、酸化剤の燃焼にもかかわらずセラミック粒子の分散状態を維持させるためより好ましい。
【００５０】
前記酸化剤のうち有機過酸化物の例として、過酸化ジイソブチリル、クメンパーオキシネオデカノエート、１，１，３，３−テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート、ジ−ｎ−プロピルパーオキシジカーボネート、ｔｅｒｔ−アミルパーオキシネオデカノエート、ジ−（２−エチルヘキシル）パーオキシジカーボネート、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート、ジ−ｎ−ブチルパーオキシジカーボネート、１、１，３，３−テトラメチルブチルパーオキシピバレート、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシネオヘプタノエート、ｔｅｒｔ−アミルパーオキシピバレート、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシピバレート、ジ−（３，５，５−トリメチルヘキサノイル）パーオキシド、ｔｅｒｔ−ブチル−パーオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシイソブチレート、１，１−ジ−（ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、１，１−ジ−（ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ）−シクロヘキサン、ｔｅｒｔ−ブチル−パーオキシ−３，５，５−トリメチルヘキサノエート、２，２−ジ−（ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ）−ブタン、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシアセテート、２，５−ジメチル−２，５−ジ（２−エチルヘキサノイルパーオキシ）−ヘキサン、１，１，３，３−テトラメチルブチル−パーオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｔｅｒｔ−アミル−パーオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシジエチルアセテート、ｔｅｒｔ−アミル−パーオキシ−２−エチルヘキシルカーボネート、ｔｅｒｔ−ブチル−パーオキシ−２−エチルヘキシルカーボネート、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、ジ−ｔｅｒｔアミルパーオキシド、２，５−ジメチル−２，５−ジ−（ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ）−ヘキサン、ｔｅｒｔ−ブチルクミルパーオキシド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシド、３、６，９−トリエチル−３，６，９−トリメチル−１，４，７−トリパーオキソナン、ジ−イソプロピルベンゼンモノヒドロパーオキシド、ｐ−メンタンヒドロパーオキシド、クメンヒドロパーオキシド、過酸化ジクミル、及び１，１，３，３−テトラメチルブチルヒドロパーオキシドなどを挙げることができる。
【００５１】
前記酸化剤のうち無機過酸化物の例として、過酸化水素、過酸化アンモニウム、過酸化モノメチルアンモニウム、過酸化ジメチルアンモニウム、過酸化トリメチルアンモニウム、過酸化モノエチルアンモニウム、過酸化ジエチルアンモニウム、過酸化トリエチルアンモニウム、過酸化モノプロピルアンモニウム、過酸化ジプロピルアンモニウム、過酸化トリプロピルアンモニウム、過酸化モノイソプロピルアンモニウム、過酸化ジイソプロピルアンモニウム、過酸化トリイソプロピルアンモニウム、過酸化モノブチルアンモニウム、過酸化ジブチルアンモニウム、過酸化トリブチルアンモニウム、過酸化リチウム、過酸化ナトリウム、過酸化カリウム、過酸化マグネシウム、過酸化カルシウム、過酸化バリウム、過ホウ酸アンモニウム、過ホウ酸リチウム、過ホウ酸カリウム及び過ホウ酸ナトリウムなどを挙げることができる。
【００５２】
前記酸化剤のうち無機酸の例として、酸素を含む無機酸としてリン酸などを挙げることができる。
【００５３】
前記焼結助剤は、全体セラミック１００重量部に対して０．０１ないし１重量部含まれていることが好ましい。０．０１重量部満たずに添加する場合、焼結助剤添加による物性の向上効果が好適に発現されず、１重量部を超えて添加する場合、焼結時に焼結助剤の除去によってスタッド内部に空隙が形成され、これにより、圧縮強度が大幅に低下する可能性がある。
【００５４】
前記タイヤ用スタッドは、前記のようなセラミックを焼結して製造することができる。このとき、セラミック粒子は、焼結過程において高温での表面及び界面エネルギーの減少により物質移動の駆動力として作用して緻密化がなされ、粒子の成長が促進されるようになる。
【００５５】
本発明において、前記タイヤ用スタッド製造時における焼結方法は限定しておらず、常圧焼結、加圧焼結、スパークプラズマ焼結、反応焼結のすべてが適用可能である。常圧焼結は、通常の焼結方法として、成形体を大気圧の空気あるいは不活性ガス雰囲気で高温で熱処理して緻密化する方法であり、加圧焼結は焼結体の外部から圧力を加えて緻密化する方法である。スパークプラズマ焼結は、焼結体に圧力を加えると同時に、高電流のパルスを流すことによって低温で緻密化する方法であり、反応焼結は、焼結過程中に外部から焼結体の内部に物質の移動を誘導して緻密化する方法である。
【００５６】
本発明において、前記焼結方法として、より好ましくは加圧焼結法を使用することが好ましい。前記加圧焼結の例として、セラミック粉末をカーボンモールドに充填した後、炭素ピストンを使用するか、ガス圧を通じて焼結体表面に圧力を加える。この場合、物質移動が促進されて常圧焼結よりも相対的に低温で緻密化が行われることができる。
【００５７】
本発明において、前記焼結条件として、詳細には１ないし５０ＭＰａの圧力下で１５００ないし２０００℃の温度で１ないし３時間焼結することが好ましい。前記条件でセラミック粒子の移動、焼結助剤の凝集防止及び均一な分散促進、物質移動促進がなされ、はるかに均一な状態のスタッドが製造されることができる。
【００５８】
本発明に係るタイヤ用スタッドは、前記ピン部と結合してタイヤに挿入されてもよい。この時、製造方法は限定されない、例えば、
ａ）タイヤ加硫モールド内側に雌ネジで備えられた締結部を製造する段階、
ｂ）上部は雄ネジで製造され、下部は円筒状平面である円筒棒形状のピン部を製造する段階、
ｃ）前記締結部に前記ピン部の雄ネジを締結する段階、
ｄ）前記ピン部の下部にセラミックスタッドを嵌めて固定させる段階、及び
ｅ）タイヤ加硫工程を遂行する段階
を含んで行うことができる。
【００５９】
本発明に基づいて製造されたタイヤ用スタッドは、地面との反復摩擦効果を通じて優れた制動性を有し、セラミックの焼結条件及び焼結添加剤を通じて焼結過程を改善して残留応力を下げつつも、外力による破損、磨耗、変形などを防ぐだけでなく、亀裂治癒を通じてセラミックの強度を回復させる特性を発現することができる。
【００６０】
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。ただし、下記実施例及び比較例は、本発明の実施形態の一つとして、本発明は下記実施例により制限されるものではない。
【００６１】
下記実施例及び比較例を通じて製造された試験片の物性を次のとおり測定した。
【００６２】
（表面亀裂及び強度変化）
ビッカース硬度器（ＴＶＫ、５０３０、Ｉｎｄｅｎｔｅｃ、ＵＫ）を利用して試験片表面の中央部に導入した。この時、圧入荷重は２４．５及び１９６Ｎとし、導入後、１３００℃の温度で１時間進行し、熱処理環境による亀裂治癒効果を調べるために、１×１０−４ｔｏｒｒの真空雰囲気及び空気中で実施した。この時、５℃／ｍｉｎの昇温速度を適用し、冷却時に反応炉を冷却した。この過程を１ｃｙｃｌｅとして３回反復した。
【００６３】
表面亀裂は、電界放出型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）で観察し、熱処理前後の亀裂の長さを測定し（単位：μｍ）、その比（熱処理後／熱処理前）を計算し、強度の評価のための３点曲げ試験は、材料万能試験機（ＭＩＣＲＯ３５０、ｌｏａｄｃｅｌｌ５００Ｋｇ、Ｔｅｓｔｏｍｅｔｒｉｃ、ＵＫ）を利用し、ｃｒｏｓｓｈｅａｄ  ｓｐｅｅｄは０．５ｍｍ／ｍｉｎ、ｓｐａｎ長さは１６ｍｍとして常温で実施した。
【００６４】
（実施例１）
平均粒径０．３μｍの酸化アルミニウム（Ｂｕｅｈｌｅｒ、ＵＳＡ）と０．５μｍ炭化ケイ素（Ｍａｒｋｅｔｅｃｈ、ＵＳＡ）をセラミック素材として使用し、それぞれの添加量を７０重量％、３０重量％とした。それぞれの粉末は、アルコールに混合して４８時間ボールミル（ｂａｌｌ  ｍｉｌｌ）処理を行い、ボールミルが終わった混合物は完全に乾燥させて１００ｍｅｓｈの篩で漉した。用意された混合物は、黒鉛モールド（ｇｒａｐｈｉｔｅ  ｍｏｌｄ）に入れて１，８００℃で３５ＭＰａの圧力で１時間加圧焼結して試験片を完成した。完成された試験片の表面を鏡面研磨した後、試験片の物性を測定して表１に記載した。
【００６５】
（実施例２）
セラミック素材の混合時の焼結促進剤として、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を全体セラミック１００重量部に対して３重量部をさらに混合したことを除いて実施例１と同一の方法で試験片を製造した。製造された試験片の物性を測定して表１に記載した。
【００６６】
（実施例３）
前記実施例２でセラミック素材混合時の焼結助剤として、ホウ酸アンモニウムを０．０５重量部をさらに混合したことを除いて同一の方法で試験片を製造した。製造された試験片の物性を測定して表１に記載した。
【００６７】
（実施例４）
前記実施例３でセラミック素材の混合時における焼結助剤としてのホウ酸アンモニウムと過酸化ジイソブチリルを１：１重量比で混合したものを全体セラミック１００重量部に対して０．１重量部をさらに混合したことを除いて同一の方法で試験片を製造した。製造された試験片の物性を測定して表１に記載した。
【００６８】
（実施例５）
前記実施例１で酸化アルミニウムと炭化ケイ素の含量をそれぞれ９０重量％、１０重量％に調節したことを除いて同一の方法で試験片を製造した。製造された試験片の物性を測定して下記表１に記載した。
【００６９】
（実施例６）
前記実施例１で焼結時、常圧及び１２００℃で行われたことを除いて同一の方法で試験片を製造した。製造された試験片の物性を測定して下記表１に記載した。
【００７０】
【表１】
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【００７１】
上記表１のように、本発明に基づいて製造されたタイヤ用スタッドは、機械的物性を満たしつつ、表面の亀裂の治癒特性を達成することが分かる。特に、焼結促進剤をさらに添加した実施例２は、実施例１に比べて熱処理後の亀裂の除去速度が優れていることが分かり、焼結助剤をさらに添加した実施例３及び４は他の実施例に比べて表面の亀裂の治癒特性は維持しながらも、荷重にかかわらず初期強度と熱処理後の強度が飛躍的に上昇することが分かる。
【００７２】
これとは異なり、酸化アルミニウムと炭化ケイ素の含量をそれぞれ９０重量％、１０重量％に調節した実施例５や焼結温度が他の実施例よりも低い実施例６は、すべて表面亀裂がそのまま残っており、初期強度と熱処理後の強度も他の実施例に比べて不十分であることが確認できた。
【符号の説明】
【００７３】
１００：スタッド
１１０：本体部
１２０：支持部
１２１：突出部材
１３０：締結部
１４０：ピン部
２００：タイヤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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