带有三维切口的充气轮胎的制作方法

1.本发明涉及带有三维切口的充气轮胎，更具体而言，涉及一种用于提高雪地性能的带有三维切口的充气轮胎。


背景技术：

2.充气轮胎包括：构成轮胎的内部的气密层；层叠于气密层的外部的胎体帘布层；层叠于胎体帘布层外部的带束层；层叠于带束层外部的胎面；构成轮胎的两侧部的胎侧；以及与胎侧结合的胎圈。
3.另外，为实现接地力、排水力、制动力、噪音分散等，在与路面接触的胎面形成特定形状的花纹，并且根据该花纹的形状，会对雨路、雪路还有操作性能给予较大影响，这是开发轮胎的主要因素。切口(kerf)是指在胎面花纹块上主要以1mm以下的较细宽度横向深深切割的凹槽，使接地面均匀，提高接地力，同时起到缓冲作用而提供舒适的乘坐感。另外，起到加快排水而增加驱动力和制动力的功能。
4.近来，花纹设计趋势是相比简约设计和外观更以性能为主而进行设计。为提高轮胎性能，花纹性能技术被细分化且以细微范围发生变化。
5.另外，在雪地轮胎的情况下，在路面上旋转时，通过切口产生的边缘效应来进行驱动以及制动，从而能够确保移动时的雪地性能。
6.为实现边缘效应而用在雪地轮胎的切口，其胎面橡胶花纹块的刚性下降，从而成为导致干(dry)路面上的轮胎性能降低的原因。为此，增加了三维切口的应用，以改善在轮胎表面上的竖直方向上被切口限制的性能，确保花纹块的刚性。通常，就应用于雪地轮胎的切口而言，由于在雪地轮胎驱动时发生花纹块过度倾倒现象，或者发生前端部分(leading part，最先与路面接触的部分)沿着轮胎的移动方向卷入的现象，从而时常发生与路面摩擦的摩擦力减少现象。
7.胎面花纹块在驱动时在花纹块前端部分发生边缘效应，在刹车时则在花纹块后端部分(tailing part，最后与路面接触的部分)发生边缘效应，因此与花纹块内部的其他部分相比发生接地压力增加的现象。在路面与轮胎之间形成水膜以及雪层而导致摩擦系数降低的条件下，如果接地压力增加，则会破坏水膜以及雪层，从而起到提高摩擦系数的作用。但现有的切口结构随着切口密度的增加而导致花纹块的刚性降低，而且随着花纹块滑动的增加以及接地面的增加而使接地压力下降，导致边缘效应降低，所以存在无法对过湿(wet)以及雪地(snow)性能产生影响或发生异常磨损现象。
8.专利文献1：韩国授权专利公报第10
‑
1739506号(2017.05.18.)
9.专利文献2：韩国授权专利公报第10
‑
1711130号(2017.02.22.)


技术实现要素：

10.为解决如上所述的问题，本发明的目的在于提供一种带有三维切口的充气轮胎，将三维切口的上表面具有波纹形状且三维切口的侧面具有梯形形状的三维切口插入轮胎
胎面的切口凹槽中而提高雪地性能。
11.另外，为解决如上所述的问题，本发明的目的在于提供一种带有三维切口的充气轮胎，至少一个三维切口插入至少一个切口凹槽中且紧贴并固定在至少一个花纹块之间，由此产生花纹块间的互锁(interlocking)现象，从而提高轮胎的接地力、操作以及刹车性能。
12.本发明所要解决的技术问题并不限定于上文中提到的技术问题，本领域技术人员可以根据下面的描述来得知未提及的其他技术问题。
13.为实现如上所述的目的，本发明的结构提供了一种带有三维切口的充气轮胎，其特征在于，包括：至少一个三维切口，以及轮胎，包括胎面以及形成于所述胎面的侧面的胎肩；所述胎面包括：至少一个沟槽，朝向所述胎面的中心凹陷且沿着所述轮胎的周长方向形成，至少一个切口凹槽，朝向所述胎面的中心凹陷且沿着所述轮胎的中心轴方向形成，以及至少一个花纹块，被所述至少一个沟槽和所述至少一个切口凹槽划分；所述至少一个三维切口插入所述至少一个切口凹槽中且紧贴并固定于所述至少一个花纹块之间。
14.在本发明的实施例中，其特征在于，所述三维切口包括：水平部，包括呈平板形状的至少一个水平部件，凹陷部，包括具有规定曲率且在所述周长方向的一方向上凹陷形成的至少一个凹陷部件，以及凸出部，包括具有规定曲率且在所述周长方向的另一方向上突出形成的至少一个凸出部件；所述水平部、所述凹陷部以及所述凸出部连续连结。
15.在本发明的实施例中，其特征在于，所述水平部包括：第一水平部件，位于所述切口凹槽的一侧内部，第二水平部件，与所述第一水平部件结合，第三水平部件，位于所述切口凹槽的另一侧内部，以及第四水平部件，与所述第三水平部件结合；所述水平部紧贴并固定于所述至少一个花纹块中彼此相邻的一对花纹块之间。
16.在本发明的实施例中，其特征在于，所述凹陷部包括：第一凹陷部件，与所述第一水平部件连结，以及第二凹陷部件，与所述第二水平部件连结且与所述第一凹陷部件结合；所述凸出部包括：第一凸出部件，与所述第一凹陷部件连结，以及第二凸出部件，与所述第二凹陷部件连结且与所述第一凸出部件结合；所述第一水平部件、所述第一凹陷部件及所述第一凸出部件依次连结且所述第二水平部件、所述第二凹陷部件及所述第二凸出部件依次连结，所述第一凹陷部件、所述第二凹陷部件的两端之间的最短距离与所述第一凸出部件、所述第二凸出部件的两端之间的最短距离相同。
17.在本发明的实施例中，其特征在于，所述凸出部包括：第三凸出部件，与所述第三水平部件连结，以及第四凸出部件，与所述第四水平部件连结且与所述第三凸出部件结合；所述凹陷部包括：第三凹陷部件，与所述第三凸出部件连结，以及第四凹陷部件，与所述第四凸出部件连结且与所述第三凹陷部件结合；所述第三水平部件、所述第三凸出部件及所述第三凹陷部件依次连结且所述第四水平部件、所述第四凸出部件及所述第四凹陷部件依次连结，所述第三凹陷部件、所述第四凹陷部件的两端之间的最短距离与所述第三凸出部件及所述第四凸出部件的两端之间的最短距离相同。
18.在本发明的实施例中，其特征在于，与所述第一水平部件、所述第二水平部件连结的所述第一凹陷部件、所述第二凹陷部件的一端至所述第一凸出部件、所述第二凸出部件的另一端的最短距离为5mm至12mm。
19.在本发明的实施例中，其特征在于，所述三维切口的厚度为0.2至0.4mm。
20.在本发明的实施例中，其特征在于，与所述胎面的表面平行的所述三维切口的上表面具有交替弯曲至少一次的波纹形状。
21.在本发明的实施例中，其特征在于，与所述至少一个花纹块平行的所述三维切口的侧面具有交替弯曲至少一次的梯形形状，所述三维切口的侧面中的凹陷部分的一端至所述三维切口的侧面中的突出部分的一端的最短距离为2mm至3mm。
22.根据上述结构，本发明的效果为：通过将三维切口的上表面具有波纹形状且三维切口的侧面具有梯形形状的三维切口插入轮胎胎面的切口凹槽而提高雪地性能。
23.另外，根据上述结构，本发明的效果为至少一个三维切口插入至少一个切口凹槽中且紧贴并固定于至少一个花纹块之间，由此产生花纹块间的互锁(interlocking)现象，从而能够提高轮胎的接地力，操作以及刹车性能。
24.本发明的效果并不限定于上述效果，应理解为包括能够根据本发明的说明书及权利要求书中记载的发明推导出的所有效果。
附图说明
25.图1是示出本发明的一实施例的带有三维切口的充气轮胎的一方向上的立体图。
26.图2是将图1的s区域放大示出的局部细节图。
27.图3是沿图2的a
‑
b线的剖视图。
28.图4的(a)、(b)是示出本发明的一实施例的带有三维切口的充气轮胎的三维切口形状的立体图。
29.图5的(a)、(b)、(c)、(d)是示出本发明的一实施例的带有三维切口的充气轮胎的三维切口实际形状的立体图。
30.附图标记说明
31.10：轮胎轮毂
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11：轮辋
32.12：轮盘
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13：轮辐
33.100：三维切口
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110：水平部
34.111：第一水平部件
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112：第二水平部件
35.113：第三水平部件
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114：第四水平部件
36.120：凹陷部
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121：第一凹陷部件
37.122：第二凹陷部件
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123：第三凹陷部件
38.124：第四凹陷部件
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130：凸出部
39.131：第一凸出部件
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132：第二凸出部件
40.133：第三凸出部件
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134：第四凸出部件
41.200：轮胎
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210：胎面
42.211：沟槽
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212：切口凹槽
43.213：花纹块
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213a：第一花纹块
44.213b：第二花纹块
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220：胎肩
具体实施方式
45.下面，参照附图对本发明进行说明。但本发明可以以各种不同的方式来实现，因此
并不限定于这里说明的实施例。并且，为了明确说明本发明，附图中省略了与说明无关的部分，在说明书全文中，对详细的部分标注了相似的附图标记。
46.在说明书全文中，描述为某一部分与另一部分“连结(连接、接触、结合)”时，不仅包括“直接连结”的情况，还包括它们之间隔着其他部件“间接连结”的情况。另外，在描述为某一部分“包括”某一结构要素时，若无相反记载，则表示并不排除其他结构要素，可以进一步具备其他结构要素。
47.在说明书中使用的术语仅仅是为了说明特定实施例而使用的，并不旨于限定本发明。在上下文中没有明确表示其他含义时，单数的表述包括复数的表述。在本说明书中，“包括”或“具有”等术语是为了表示说明书中记载的特征、数字、步骤、动作、结构要素、部件或它们的组合是存在的，不应理解为排除了一个或更多的特征、数字、步骤、动作、结构要素、部件或它们的组合的存在或可附加性。
48.下面，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。
49.图1是示出本发明的一实施例的带有三维切口的充气轮胎的一方向上的立体图。
50.首先，对插入有三维切口100的轮胎200以及支撑轮胎200的轮胎轮毂(tire wheel)10进行说明。
51.参照图1，轮胎200包括胎面210以及形成在胎面210侧面的胎肩220。另外，图1中虽未示出，但轮胎200中可以形成有带束层、气密层、冠带层、胎体、胎圈等，上述结构要素属于公知常识，故省略具体说明书。
52.胎面210包括沟槽211、切口凹槽212以及花纹块213。
53.沟槽211朝向胎面210的中心凹陷，且沿着轮胎200的周长方向形成，由此发挥排水功能，并且如图1所示，形成有至少一个(图1中为3个)沟槽211。
54.切口凹槽212朝向胎面210的中心凹陷，且沿轮胎200的中心轴方向形成。以图1为基准，若胎面210沿纵向形成，则切口凹槽212沿横向形成，且如图1所示，形成有至少一个(图1中为36个)切口凹槽212。
55.另外，切口凹槽212的形状并不限定于图1所示的形状，以能够将后述的三维切口100插入其中而紧贴于至少一个花纹块213的方式对应地形成。
56.为此，至少一个花纹块213的侧面可以与三维切口100的侧面平行的方式与至少一个花纹块213平行地形成。
57.花纹块213被至少一个沟槽211和至少一个切口凹槽212划分，如图1所示，形成有至少一个(图1中为18个，第一花纹块和第二花纹块这种翼状花纹块为57个)花纹块213。
58.花纹块213通过与路面接触而产生的摩擦力，使车辆停止。
59.在本发明中，为便于说明，将彼此相邻的花纹块中任意一对花纹块用附图标记来明示。
60.上述的任意一对花纹块是第一花纹块213a以及第二花纹块213b。
61.第一花纹块213a和第二花纹块213b被沟槽211以及切口凹槽212划分，由此第一花纹块213a和第二花纹块213b分隔的距离为与形成有切口凹槽212的部分相应的距离。
62.胎肩220形成在胎面210的侧部，在轮胎200安装于轮胎轮毂10时，胎肩220紧贴于轮胎轮毂10。
63.参照图1，轮胎轮毂10包括：两侧开放的圆筒形状的轮辋11；位于轮辋11的中央部
的轮盘12；以及将轮辋11和轮盘12连结的至少一个轮辐(spoke)13。
64.下面，参照图1至图5对本发明的一实施例的带有三维切口的充气轮胎进行说明。
65.参照图1，本发明的一实施例的带有三维切口的充气轮胎包括三维切口100以及轮胎200。
66.三维切口100插入于彼此相邻的一对花纹块之间形成的切口凹槽212而固定，且形成有至少一个，以能够插入至少一个切口凹槽212中。
67.上述的至少一个三维切口100插入至少一个切口凹槽212中且紧贴并固定于至少一个花纹块213之间，由此花纹块之间产生互锁(interlocking)现象，提高轮胎200的接地力、操作以及刹车性能。
68.该三维切口100通过利用不锈钢(sus304、sus301、sus420j2、sus630)材料中的任意一种并加以弯曲而制得。除上述的不锈钢材料之外，三维切口100还可以通过将马氏体时效钢、sus630以及ti粉末中的任意一种3d打印而制得。
69.另外，三维切口100根据形状所产生的摩擦力也不同，对此的具体说明将在后面描述。
70.为此，三维切口100包括水平部110、凹陷部120以及凸出部130。
71.图2是将图1的s区域放大示出的局部细节图。
72.水平部110紧贴并固定于至少一个花纹块213中彼此相邻的一对花纹块213a与213b之间。
73.参照图2，水平部110包括呈平板形状的至少一个水平部件即第一水平部件111、第二水平部件112、第三水平部件113以及第四水平部件114。
74.第一水平部件111呈平板形状，且位于切口凹槽212的一侧内部。
75.第二水平部件112具有与第一水平部件111相同的形状以及大小，且第二水平部件112与第一水平部件111结合。
76.第三水平部件113呈平板形状，且具有与第一水平部件111、第二水平部件112相同的形状以及大小，且第三水平部件113位于切口凹槽212的另一侧内部。
77.第四水平部件114具有与第三水平部件113相同的形状以及大小，且第四水平部件114与第三水平部件113结合。
78.以图2为基准，上述的第一水平部件111及第二水平部件112位于左侧，第三水平部件113及第四水平部件114位于右侧。
79.凹陷部120具有规定的曲率，且在轮胎200的周长方向的一方向上凹陷形成。这种凹陷部120包括至少一个凹陷部件即第一凹陷部件121、第二凹陷部件122、第三凹陷部件123以及第四凹陷部件124。
80.如图2所示，第一凹陷部件121与第一水平部件111连结。更具体而言，第一凹陷部件121的一侧与第一水平部件111的另一侧连结，第一凹陷部件121的另一侧与第一凸出部件131的一侧连结。
81.另外，如图2所示，第一凹陷部件121向下以规定曲率凹陷形成。
82.此时，第一凹陷部件121的半径r1优选为6.6021mm，但并不限定于此。
83.第二凹陷部件122与第二水平部件112连结，且与第一凹陷部件121结合。具体而言，第二凹陷部件122的一侧与第二水平部件112的另一侧连结，第二凹陷部件122的另一侧
与第二凸出部件132的一侧连结。
84.另外，如图2所示，第二凹陷部件122向下以规定曲率凹陷形成。
85.如图2所示，第三凹陷部件123与第三凸出部件133连结。另外，如图2所示，第三凹陷部件123向下以规定曲率凹陷形成。
86.此时，第三凹陷部件123的半径r1与第一凹陷部件121同样优选为6.6021mm，但不限定于此。
87.第四凹陷部件124与第四凸出部件134连结，且与第三凹陷部件123结合。另外，如图2所示，第四凹陷部件124向下以规定曲率凹陷形成。
88.与上述的胎面210的表面平行的三维切口100的上表面具有交替弯曲至少一次的波纹形状。
89.具体而言，上述的第一凹陷部件121及第二凹陷部件122、第一凸出部件131及第二凸出部件132、第三凹陷部件123及第四凹陷部件124以及第三凸出部件133及第四凸出部件134依次结合，由此在整体上具有如图2所示的波纹形状。
90.图3是沿图2的a
‑
b线的剖视图。
91.与至少一个花纹块213平行的三维切口100的侧面具有至少一次交替弯曲的梯形形状。
92.关于上述特征，作为示例在图3中示出了形成在第一花纹块213a和第二花纹块213b之间的第三凹陷部件123、第四凹陷部件124，并基于此进行详细说明。
93.三维切口100的厚度f为0.2至0.4mm，优选为0.4mm。在图3则对应于第三凹陷部件123及第四凹陷部件124的厚度f，此外也同样适用于第一水平部件111及第二水平部件112、第三水平部件113及第四水平部件114、第一凹陷部件123及第二凹陷部件124、第一凸出部件131及第二凸出部件132、第三凸出部件133及第四凸出部件134的厚度f。
94.另外，从三维切口100的凹陷的部分的一端到三维切口100的突出的部分的一端的最短距离j j是图3中示出的第三凹陷部件123及第四凹陷部件124的两端之间的最短距离j的2倍，其为2mm至3mm，优选为2.4mm。
95.另外，图3中第三凹陷部件123及第四凹陷部件124的深度g为7mm。
96.而且，第四凹陷部件124的弯曲部分的半径r2为0.4mm，以图3为基准，左右方向的水平线和第三凹陷部件123的切线之间的角为30度。
97.凸出部130包括具有规定的曲率且向轮胎200的周长方向的另一方向突出形成的至少一个凸出部件131、132、133。
98.凸出部130包括第一凸出部件131、第二凸出部件132、第三凸出部件133以及第四凸出部件134。
99.第一凸出部件131与第一凹陷部件121连结。具体而言，第一凸出部件131的一侧与第一凹陷部件121的另一侧连结，第一凸出部件131的另一侧与第三凹陷部件123的一侧连续连结。
100.另外，第一凸出部件131以具有规定曲率的方式形成。
101.第二凸出部件132与第二凹陷部件122连结，且与第一凸出部件131结合。具体而言，第二凸出部件132的一侧与第二凹陷部件122的另一侧连结，第二凸出部件132的另一侧与第四凹陷部件124的一侧连续连结。
102.此时，第二凸出部件132以具有规定曲率的方式形成，第二凸出部件132的半径r1与第一凹陷部件121、第三凹陷部件123同样优选为6.6021mm，但不限定于此。
103.第三凸出部件133与第三凹陷部件123连结。具体而言，第三凸出部件133的一侧与第三凹陷部件123的另一侧连结，第三凸出部件133的另一侧与第三水平部件113的一侧连续连结。
104.另外，第三凸出部件133以具有规定曲率的方式形成。
105.第四凸出部件134与第四凹陷部件124连结，且与第三凸出部件133结合。具体而言，第四凸出部件134的一侧与第四凹陷部件124的另一侧连结，第四凸出部件134的另一侧与第四水平部件114的一侧连续连结。
106.上述的水平部110、凹陷部120以及凸出部130连续连结。具体而言，第一水平部件111及第二水平部件112、第一凹陷部件121及第二凹陷部件122、以及第一凸出部件131及第二凸出部件132依次连结，第一凹陷部件121及第二凹陷部件122的两端之间的最短距离d1与第一凸出部件131及第二凸出部件132的两端之间的最短距离d2相同且均为5.5mm。
107.另外，第三水平部件113及第四水平部件114、第三凸出部件133及第四凸出部件134、第三凹陷部件123及第四凹陷部件124依次连结，第三凹陷部件123及第四凹陷部件124的两端之间的最短距离d3与第三凸出部件133及第四凸出部件134的两端之间的最短距离d4相同且均为5.5mm。
108.而且，与第一水平部件111及第二水平部件112连结的第一凹陷部件121及第二凹陷部件122的一端到第一凸出部件131及第二凸出部件132的另一端的最短距离d1 d2为5mm至12mm，优选为11mm。
109.另外，与第三水平部件113及第四水平部件114连结的第三凸出部件133及第四凸出部件134的另一端至第三凹陷部件123及第四凹陷部件124的一端的最短距离d3 d4为5mm至12mm，优选为11mm。
110.图4的(a)、(b)是示出本发明的一实施例的带有三维切口的充气轮胎的三维切口形状的立体图。图5的(a)、(b)、(c)、(d)是示出本发明的一实施例的带有三维切口的充气轮胎的三维切口实际形状的立体图。
111.本发明的三维切口100使得用在轮胎200的胎面210上形成的花纹上的花纹块213之间产生互锁(interlocking)现象，以提高轮胎200的接地力、操作以及刹车性能，会根据其形状而产生不同的摩擦力。
112.为此，在本发明中，通过将三维切口100的形状采用z字形(zigzag)形状、梯形(trapezoid)形状、波纹(wave)形状等进行试验，其中，图4的(a)、(b)示出了z字形形状以及梯形形状的三维切口100。
113.图5中示出的是，为了在应用于轮胎之前根据三维切口100形状来评价摩擦力而制作的z字形(zigzag)形状、梯形(trapezoid)形状、波纹
‑
梯形(wave
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trapezoid)形状、半梯形(semi
‑
trapezoid)形状的三维切口。
114.图5的(a)示出轮胎200的胎面210表面以z字形(zigzag)形状设计且从胎面表面沿着深度方向以z字形(zigzag)形状设计的三维切口，图5的(b)示出轮胎200的胎面210表面以梯形(trapezoid)形状设计且从胎面210表面沿着深度方向以梯形(trapezoid)形状设计的三维切口，图5的(c)是示出轮胎200的胎面210表面以波纹(wave)形状设计且从胎面210
表面沿着深度方向以梯形(trapezoid)形状设计的三维切口，图5的(d)示出轮胎200的胎面210表面以梯形(trapezoid)形状设计且从胎面210表面沿着深度方向以半梯形(semi
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trapezoid)形状设计的三维切口。
115.将上述的试验结果记载于表1和表2。
116.[表1]
[0117][0118]
表1中，图5的(a)z字形(zigzag)形状、(b)梯形(trapezoid)形状、(c)波纹
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梯形(wave
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trapezoid)形状、(d)半梯形(trapezoid
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semi trapezoid)形状是利用sus304板材并加以弯曲(bending)而制作的样品，基于此分别评价了摩擦力。首先，在干(dry)状态下，三维切口100的摩擦力的大小为波纹
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梯形(wave
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trapezoid)形状>z字形(zigzag)形状＝半梯形(trapezoid
‑
semi trapezoid)形状>梯形(trapezoid)形状，可以确认在波纹
‑
梯形形状时产生的摩擦力最大。
[0119]
接下来，在湿(wet)状态下，三维切口100的摩擦力的大小为波纹
‑
梯形(wave
‑
trapezoid)形状＝梯形(trapezoid)形状＝z字形(zigzag)形状>半梯形(trapezoid
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semi trapezoid)形状，可以确认在半梯形形状时产生的摩擦力最小。
[0120]
最后，在雪地(snow)状态下，三维切口100的摩擦力的大小为梯形(trapezoid)形状>z字形(zigzag)形状>波纹
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梯形(wave
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trapezoid)形状>半梯形(trapezoid
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semi trapezoid)形状，在梯形形状时产生的摩擦力最大。
[0121]
由评价摩擦力的结果可知，具有z字形(zigzag)形状和梯形(trapezoid)形状时摩擦力较大，但由于形状复杂，导致在利用sus304材料加以弯曲(bending)制造时，不合格率较高。
[0122]
另外，由制造波纹
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梯形(wave
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trapezoid)形状和半梯形(trapezoid
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semi trapezoid)形状而评价设计上的刚性的结果可知，波纹
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梯形(wave
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trapezoid)形状的刚性比半梯形(trapezoid
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semi trapezoid)形状的刚性高约5％左右，故决定将波纹
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梯形(wave
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trapezoid)形状的三维切口用于模具。
[0123]
[表2]
[0124] 一般切口三维切口(波纹
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梯形)雪地操作100108雪地刹车100107.4雪地加速100105.3
[0125]
表2中评价了雪地性能，此时将轮胎200制作成了全天候(all season)的235/45r18v。由性能评价结果可知，雪地操作(snow handling)比一般切口提高了8％，雪地刹车(snow braking)比一般切口提高了7.4％，雪地加速(snow acceleration)比一般切口提高了5.3％。
[0126]
上述的本发明的说明仅仅是示例，本领域技术人员能够理解在不改变本发明的技术构思或必要特征的情况下容易变形成其他具体方式。因此应理解，上文中描述的实施例在所有方面都是示例性的，并不旨于限定。例如，以一体型进行说明的各结构要素可以以分散的方式实施，同样，以分散形式说明的各结构要素也可以以结合的方式来实施。
[0127]
本发明的范围通过随附的权利要求书来体现，能够根据权利要求书的含义及范围还有等同概念导出的所有变更或变形方式均属于本发明的范围。