“형태는 기능을 따른다. Form follows function”. 미국 마천루를 이끌었던 시카고파 대표 건축가 루이스 설리번이 한 말이다. 디자인이나 건축이 아름다움을 추구하기 앞서 기능에 의해 형태가 결정되어야 한다는 말이다. 다만 건축에만 해당하는 것이 아니라 물체의 형태를 결정짓는 디자인에도 다수 적용될 수 있다. 그렇다고 심미적인 요소를 배제해야한다는 뜻은 아니며, 물체의 기본적인 형태는 기능을 따르되, 그 이후의 요소는 심미성을 따른다고 볼 수 있다. 이제는 기술로써 해결하지 못하는 형태는 많지 않을 정도로 기술이 발전하여, 기능을 위한 디자인이라면 많은 것을 보완할 수 있다. 그 중에 정말 기능이 중요한 것에는 “타이어"를 예로 들 수 있을 것이다. 

타이어는 차량의 심미적 완성도는 높이고, 사용자(운전자 혹은 소유자)의 심리적 만족감을 높이는데 주요한 역할을 하는 요소이다. 그러면서도 이동 중 승차감과 안전성을 보장하는데 굉장히 중요한 역할을 하는 자동차의 부품 중 하나이다. 따라서 타이어는 기능에 우선순위를 둔, 그러면서도 디자인의 심미적 역할도 비중을 높게 차지하는 제품이라고 할수 있다. CMF(Color, Material, Finishing) 중 Material에 가까운 패턴(pattern)에 조금 더 집중해보도록 한다. 

타이어는 아래와 같은 구조 및 기능을 가진다.

• 트레드 Tread: 노면과 직접 맞닿는 부분. 타이어 내부의 카카스와 벨트층을 보호하기 위해 절상, 충격에 대해 강하고 또한 타이어의 주행 수명을 연장하기 위해 내마모성이 강한 고무를 사용한다.

• 카카스 Carcass: 타이어의 골격부를 의미하며 타이어에 있어 가장 중요한 부분이다. 타이어 코드지로 된 포층 전체를 카카스라고 한다. 카카스는 타이어 내부의 공기압 및 하중, 충격에 견디는 역할을 한다.

• 브레이커 또는 벨트 Breaker or Belt: 트레드와 카카스 사이에 삽입된 층으로, 외부로부터 받는 충격을 완화하고, 트레드의 갈라짐이나 외상이 직접 카카스에 도달하는 것을 방지함과 동시에 고무층과 카카스의 분리를 방히자는 역할을 한다. 벨트는 래디얼 타이어에 있어서 트레드와 카카스 사이에 원주 방향으로 놓여진 강력한 보강대이며, 카카스를 강하게 죄여 트레드부의 강성을 높여준다. 

• 사이드월 Sidewall: 타이어측면부에 위치하며 타이어의 숄더와 비드부 사이에 해당하는 부분으로서 카카스를 보호하고 유연한 굴신운동을 함으로써 승차감을 좋게 한다. 이 부분에는 타이어의 종류, 사이즈, 구조, 패턴, 제조회사, 상표명 등 여러가지 문자가 표시되어 있다. 

• 숄더 Shoulder: 타이어 어깨부를 의미하며, 트레드와 사이드월 사이에 위치하고 구조상 고무의 두께가 가장 뚜껍기 때문에 주행 중 내부에서 발생하는 열을 쉽게 발산시킬 수 있도록 설계된다. 

• 비드 Bead: 림과 접촉하는 부분으로 코드지의 끝 부분을 감아주어 타이어를 림(Rim)에 장착시키는 역할을 하는 비드는 비드와이어(Bead wire), 코어(Core), 고무 및 후리퍼(Flipper) 등으로 구성되어 있다. 일반적으로 림에 대해 약간의 죄임을 주어 주행 중 타이어의 공기압이 급격히 감소될 경우에도 타이어가 림에서 빠지지 않도록 설계되어 있다. 

• 이너라이너 Inner liner: 타이어 내부의 튜브를 대신하여, 공기 밀폐성이 우수한 고무층으로 되어 있다. 튜브라고도 한다. 보통 합성고무인 부틸(Butyl)고무나 폴리이소프렌(Poluisoprene) 계통의 고무 성분으로 구성되어 있으며, 타이어 내의 공기를 유지시켜주는 역할을 담당한다. 

• 박막 고무층: 공기가 나가지 않는 부분

• 림: 타이어와 링을 고정하는 곳

• 튜브: 타이어 공기압을 조절해주는 곳

* 위 타이어 구조는 한국타이어에서 발췌 (www.hankooktire.com) 

타이어의 구조 (출처: hankooktire.com)

보통 타이어의 자동차 운전자에게는 위 타이어의 구조중 타이어의 내부를 구성하는 부분보다는 외관 부분에서 다른 차이점을 느낄 수 있다. 특히 트레드(Tread)의 패턴은 배수, 제동력, 주행 안전, 견인력, 안정적인 코너링, 미끄럼 방지와 같이 주행중 안전에 필요한 역할을 담당하여 패턴에 따라 이러한 기능을 담당한다. 

여기서 특이점은 타이어 트레드 패턴이 없는 타이어도 있는가? 라는 질문에 ‘있다'고 할 수 있다. 타이어 트레드 패턴은 고무 소재의 접지력 외의 위 다른 기능은 모두 할수 없기에, 빠른 속도가 중요한 레이싱카에 적합하다. 레이싱카 타이어는 패턴이 없거나 밋밋한 편이며, 이는 오로지 접지력에만 집중하여 만든 특수한 타이어로써 특수한 노면에서만 사용 가능하다. 즉, 눈이나 비, 흙, 장애물과 같은 다양한 여건에 해당하는 일반적인 도로에서는 사용이 위험하다.

타이어 트레드 구조

 그루브 Groove: 굵은 홈으로 배수의 역할을 담당한다.

• 사이프 혹은 커프 Sipe or Kerf: 얇고 작은 홈을 의미하며 접지력을 높여주는 역할을 한다.

• 블록 Block: 그루브와 사이프가 만나 형성하는 것을 말한다.

그루브의 경우 자동차의 조종 안정성, 제동성, 견인력 등에 영향을 미치므로 그루브 폭이 넓을수록 빗길 주행 능력이 높아지지만 너무 넓다면 제동력과 코너링 성능이 저하된다.

사이프의 경우 각 블록의 강성을 분산시키는 역할을 가지고 있으며 소음과 승차감에 영향을 미치고, 눈길 등에서 주행을 할때 눈을 찍어 미는 역할도 하기 때문에 촘촘할수록 눈길에서의 접지력이 좋아진다. 윈터 타이어에 이런 사이프가 많이 있는 편이다. 

트레드 패턴의 종류

• 리브형 패턴: 타이어가 구르는 방향으로 직선이나 파도 모양의 세로형 무늬를 뜻하며 조향, 배수, 고속 주행에 용이하고 회전저항과 발열이 적다.

• 러그형 패턴: 타이어가 구르는 방향과 직각으로 새겨진 가로형 무늬를 뜻하며 구동력이나 제동력, 방열 성능이 좋다.

• 리브-러그형 패턴: 구르는 방향으로 세로무늬 리브형과 가로무늬 러그형을 조합한 것으로 트레드의 양쪽 끝 숄더 부분에 러그형으로 구동력을, 중앙 부분에 리브형으로 주행 안전성을 갖추게 된다.

• 사각이나 육각 등 블럭 형태의 블록형 패턴: 견인력이 강하고 미끄러짐이 적다. 

 

 

러그형/리브형/러그-리브형 트레드 타이어 (출처: www.hankooktire.com)

 

 

러그형 패턴은 트럭, 버스, 건설 장비 차량 등에 많이 보인다. 비포장 흙길에서 작업을 많이 하고 이동이 많기 때문에 구동력과 제동력을 높인 러그형 패턴을 적용하고, 대신 일반 도로에서는 고속 주행시 소음이 많이 발생하며 연비가 낮은 단점이 있다. 

리브형 패턴의 타이어는 조종 안전성과 승차감을 높이고 진동을 줄여주어 일반도로에서 많이 주행하는 승용차에서 흔히 볼 수 있다. 하지만 다른 패턴에 비해 제동력과 구동력이 낮은 단점이 있다.  

리브-러그형 타이어는 위 두가지를 합친 것으로, 조종 안전성을 가지면서도 고속 주행시 소음을 잡은 타이어 패턴이다. 그 외에도 V형을 가진 타이어 패턴은 배수성능이 좋아 빗길에서 주행능력이 높고, 고속 주행시 조종 안전성도 높은 장점이 있다. 따라서 고속 운전이 잦은 승용차나 레이싱에 적합한 타이어이지만 겨울에는 적합하지 않다. 

그 외에도 중심 그루브를 기준으로 양쪽의 패턴이 다른 비대칭 패턴이 있다. 이는 코너링할때 타이어 바깥쪽으로 쏠리는 줄여주기 위해 바깥쪽의 접지력을 강하게 만듦으로써 안전성을 높인 것으로 접지력이 강하고 견인력과 제동력이 높아 고성능 승용차에 많이 사용하고 있다. 하지만 비대칭인 만큼 타이어 위치 교환을 해주어야 한다는 점이 단점으로 꼽힌다. 

타이어는 기능성이 강조되는 제품이기 때문에 그 기능을 중심으로 외관을 디자인하는 경우가 대부분이다. 그럼에도 기능을 강화하면서도 디자인을 통해 가치를 높이는 노력을 기울이고 있다. 한국 3대 타이어 회사인 한국타이어, 넥센타이어, 금호타이어에서는 타이어 디자인으로 디자인 어워드를 수상한 사례가 있다. 

2014년 한국타이어는 디자인 이노베이션 2014 프로젝트로 독일 포츠하임 대학과 공동 연구로 개발한 Boostrac 타이어가 있다. 지구 온난화를 고려하여 사막과 같은 모래 지형에서 최상의 성능을 발휘할 수 있도록 가변형 트레드 블록 구조로 설계하고 최상의 트랙션 성능과 입체적 접지력을 구현하도록 디자인한 것이 특징으로 국내 기업 최초로 레드닷 어워드 디자인 콘셉트 전체 1위 대상을 수상하였다.  

한국타이어 디자인 어워드 수상작 Boostrac (출처: www.hankooktire.com)

 

넥센타이어는 레이싱용 타이어인 엔페라(N’Fera) SUR4’와 전용 타이어 로디안(Roadian) At Pro rRA8로 레드닷 디자인 어워드에서 본상을 수상했고, 컨셉타이어인 Green Hive와 고급 세단용 타이어 엔페라(N’fera) SU1이 A 디자인 어워드에서 은상을 수상했다. 

넥센타이어 수상작 (www.nexentire.com)

금호타이어는 실란트 타이어(Sealant Tire)와 솔루스(SOLUS) HA 31이 한국 굿 디자인 어워드에서 각각 한국디자인진흥원장상과 본상을 수상하고, 엑스타(ECSTA) PS91과 트럭, 버스용 타이어인 KRA50으로 미국 굿 디자인 어워드에서 본상을 수상했다. 이 타이어는 편마모가 최소화되도록 설계되어, 블록의 좌우 흔들림을 줄이는 센터블록 디자인과 번개 모양을 모티브로 한 트레드 디자인이 특징이다. 

한국타이어 디자인 어워드 수상작 (www.kumhotire.co.kr)

기능을 위한, 특히 주행속도에 그에 따른 안전성 확보를 위한 타이어 디자인은 우리 일상생활에서 인식하지 못하지만 중요한 역할을 하는 디자인 영역의 하나이다. 단순히 소재와 튼튼한 내구성을 통한 안전성 확보가 아닌, 체계적이고 과학적인 접근을 통한 디자인 설계가 숨어 있는 CMF의 한 소재로 볼 수 있을것이다.

계윤선(국내)

yoonsunkye@naver.com

한국과학기술원 미래전략대학원 지식재산 박사 수료

한국과학기술원 산업디자인 석사 졸업

(현) 현대자동차 AI 연구소 서비스 기획자

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