자전거 타이어
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1. 개요
자전거 타이어는 자전거 바퀴에 장착되어 노면과 접촉하는 고무 부품으로, 자전거의 주행 성능과 안전에 중요한 역할을 한다. 최초의 자전거 타이어는 철판이었으나, 1888년 존 보이드 던롭에 의해 공기 주입식 타이어가 발명되면서 획기적인 발전을 이루었다. 타이어는 클린처, 튜블러, 튜브리스, 공기 주입식 타이어가 아닌 타이어 등 다양한 종류가 있으며, 림에 부착하는 방식과 튜브 유무에 따라 구분된다. 타이어는 케이싱, 트레드, 비드 등으로 구성되며, 펑크 방지 기술, 구름 저항 감소 기술 등 다양한 기술이 적용되어 성능을 향상시킨다. 자전거 타이어의 크기는 ISO 5775 표준에 따라 표기되며, 다양한 사이즈가 존재한다.
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| 자전거 타이어 |
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2. 역사
자전거 타이어는 자전거 림에 부착하는 방식에 따라 크게 세 가지로 나뉜다.
최초의 자전거 타이어는 초기 자전거인 '''빌라서피드''' 바퀴에 달린 철판이었다.[3] 이후 페니파딩에 통고무 타이어가 쓰이기 시작했고,[4] 승차감을 높이기 위해 속을 비워 보기도 했다.[6] "고무 바퀴"에 대한 최초의 특허는 1868년 클레망 아데르에게 수여되었다.[5]
1887년 스코틀랜드의 존 보이드 던롭은 아들의 자전거에 달아줄 공기 주입식 타이어를 만들었는데, 울퉁불퉁한 길을 달리던 아들이 두통을 앓았기 때문이었다. (던롭의 특허는 동료 스코틀랜드인 로버트 윌리엄 톰슨의 선행 기술로 인해 나중에 무효 처리되었다.) 던롭은 “마모에 저항하고 탄력성을 유지하면서 찢어지지 않는 타이어”로 특허를 받아,[7] 1889년 던롭 공기압축 타이어 주식회사(Dunlop Rubber)를 세웠다. 1890년에는 두꺼운 캔버스 천을 고무에 덧대어 구멍 나는 것을 줄여, 자전거는 더욱 빨리 달릴 수 있게 되었다.
1891년에는 에두아르 미슐랭이 탈착식 타이어를 선보였다. 이제 아교 대신 조임틀로 테에 붙일 수 있게 되었으며, 속에 있는 튜브를 바꾸거나 구멍을 때울 때에도 쉽게 떼어 낼 수 있게 되었다.[1]
3. 종류
공기 주입식 타이어가 아닌 타이어도 존재하는데, 1869년부터 자전거에 사용되었다.[19][20] 펑크 문제를 해결하기 위해 지속적으로 개발되고 있으며, 현대적인 예로는 BriTek의 Energy Return Wheel,[21] 브리지스톤의 공기 없는 자전거 타이어,[22] 모바이크에 장착된 타이어 등이 있다. 폴리우레탄[24][25][26][27][28] 또는 미세 기포 폼[29]으로 만들어진 솔리드 타이어도 펑크 방지를 위해 사용되지만, 승차감이 떨어진다는 단점이 있다.[30]
3. 1. 클린처 (Clincher)
대부분의 자전거 타이어와 바퀴테는 클린처 방식이다. 클린처(clincher)는 구부려 박는다는 뜻으로, 이 타이어에는 테의 플랜지에 걸리도록 철심이나 케블라 섬유 돌기가 있다. 안에 있는 튜브에 공기를 넣으면 타이어의 형태를 유지시켜 주고, 더욱 확실히 서로 물릴 수 있도록 만든다. 이 구조는 튜브에 구멍이 나더라도 쉽게 바꿀 수 있다.[107] 튜블러보다 간편하기 때문에 현재 주류 타입이며, 로드 레이스, 트랙 레이스 등의 일부 경기용 자전거를 제외하면 대부분이 클린처이다.
클린처 타이어는 튜브와 타이어가 분리되어 있으며, 타이어 비드를 림 안쪽 홈에 걸고 튜브를 팽창시켜 비드가 림에 밀착되는 방식이다. 튜블러와 달리 타이어는 림에 걸어 고정되어 있을 뿐이므로 탈착이 간단하고, 접착제를 사용하지 않아 타이어 장착 후 바로 주행할 수 있다. 펑크 시 튜브를 꺼내 고무 패치로 구멍을 막으면 되므로 수리가 용이하고, 타이어와 튜브 재사용이 가능해 경제적이다. 또한, 타이어 자체도 비교적 저렴하고, 단면 형태가 사각형에 가까워 그립력이 높다는 장점도 있다.
하지만 림의 사이드월과 노면 사이에 타이어와 튜브가 강하게 끼이면서 구멍이 생기는 "림 펑크"가 발생하기 쉽다. 이때 튜브에는 뱀이 문 것처럼 두 개의 구멍이 나란히 생겨 "스네이크 바이트"라는 별명이 있다. 또한, 림에 타이어 장착 불량이나 충격으로 타이어가 림에서 벗어나면 튜브가 밖으로 부풀어 터질 수 있다. 튜브 파열은 림 펑크보다 발생 확률이 낮지만, 공기압을 높이면 옆으로 넓어지려는 특성 때문에 림 강도를 높여야 해서 튜블러용 림보다 무거워지는 경우가 많다.
클린처 타이어에는 "비드"라고 불리는 타이어 양쪽 끝의 융기가 있는데, 이는 타이어를 림에 걸어 고정하는 부분이다.[107] 비드에는 철선이 매립되어 있었지만, 최근 스포츠 사이클에서는 더 가벼운 케블라 와이어가 매립되는 경우가 많다. 접을 수 없고 타이어 단독으로 원형을 유지하면 철선, 부드럽게 접을 수 있으면 케블라이다.
ISO 5775 표준은 자전거테를 다음과 같이 규정하고 있다.
전통적으로 클린처 테는 직선형이었으나, 1970년대에는 타이어가 걸리는 속선(bead)을 잡아주는 여러 가지 모양의 고리(크로셰)가 개발되어 높은 압력을 견딜 수 있게 되었다.[10][11][12]
클린처 타이어는 림과의 조립 방법에 따라 WO(Wired On), HE(Hocked Edge), BE(Beaded Edge)의 3가지로 분류된다.
일부 클린처 타이어는 튜브리스 시스템에서 튜브 없이 사용할 수 있다. 일반적인 튜브리스 타이어는 타이어와 휠 림 사이의 밀봉을 최대화하도록 설계된 밀폐된 측벽과 비드를 가지고 있다.
3. 2. 튜블러 (Tubular)
튜블러(관형)는 튜브가 토러스 모양의 타이어 속에 바느질되어 있는 형태로, 림에 접착제로 부착하는 방식이다. 림 단면 가운데가 움푹 들어가 있어서 플랜지 대신 타이어 돌기 부분이 들어가 결합되는 구조이다.[109] 주로 경주 자전거, 도로 자전거, 트랙 자전거에 사용되며 매우 가볍다.
튜블러 타이어는 고무 튜브를 자루 모양의 천(카커스 또는 케이싱)으로 꿰매고, 접지면의 트레드 부분에 고무를 씌운 형태이다.[109] 튜브를 튼튼한 고무 원주형 커버(케이싱)로 감싼 것이라고 생각하면 된다. 전용 "파이프 림"에 장착한다.
초기 세이프티 자전거에 사용된 가장 오래된 타이어 형태이지만, 현재는 로드 레이스나 트랙 레이스 경기용, 일부 상급자나 애호가들이 주로 사용한다. 실업팀 로드 레이스에서는 선수 90% 이상이 시합용으로 튜블러를 사용한다.
카커스 부분은 면이나 케블라 섬유와 같은 합성 섬유를 사용하며, 일부 고급품은 비단을 사용한다. 휠의 림에는 림 시멘트라고 불리는 접착제나 전용 양면 테이프를 사용하여 부착한다.[109]
튜블러는 단순한 구조 덕분에 림과 타이어 자체가 가볍고, 승차감이 부드럽다. 림의 타이어 접촉부에 날카로운 각이 없어 펑크의 주된 원인 중 하나인 림 찍힘 펑크(스네이크 바이트)가 거의 발생하지 않아 펑크가 잘 나지 않는다. 또한 구조상 단면의 진원도가 높아 코너링의 거동을 파악하기 쉽다는 장점도 있다. 초기 투르 드 프랑스에서는 선수들이 펑크가 나면 튜블러 타이어를 이빨로 물어뜯어 떼어내기도 했다.
튜블러의 단점은 수리 및 교체가 번거롭고, 비용이 많이 든다는 것이다. 펑크 수리가 매우 번거롭고, 수리해도 초기 성능을 복원하기 어렵기 때문에 사실상 일회용이다. 림 시멘트를 사용하는 경우, 타이어 교체 시 접착 강도가 올라갈 때까지 기다려야 한다.[109]
최근에는 림 시멘트 대신 전용 양면 테이프를 사용하는 경우가 많아 타이어 교체 시간이 단축되었다. 또한, 실란트라는 펑크 방지제를 미리 주입하면 펑크 방지 성능이 더욱 개선되어 비용 절감 효과와 함께 클린처에는 없는 승차감을 얻을 수 있어 애호가가 늘어나는 추세이다.
3. 3. 튜브리스 (Tubeless)
튜브리스 타이어는 튜브가 없는 방식으로, 낮은 공기압에서도 펑크가 잘 나지 않아 주로 산악 자전거에 쓰인다.[15] 튜브리스 타이어는 타이어 비드가 튜브리스 림에 맞물리도록 특별히 설계되어 클린처 타이어와 유사하게 작동하지만, 튜브는 없다. 공기는 타이어 안으로 직접 주입되며, 일단 림에 "고정"되면 시스템은 밀폐된다. 액체 실런트는 밀봉 성능을 향상시키고 펑크로 인한 누출을 막기 위해 튜브리스 타이어에 자주 주입된다.
튜브리스 셋업에서는 튜브가 아닌 타이어의 카커스에 구멍이 나야 펑크가 발생하기 때문에 핀치 플랫(pinch flat)이 덜 발생한다는 장점이 있다. 하지만 타이어에 가해지는 과도한 측면력이나 물체와의 강한 충돌로 인한 림/타이어의 변형으로 인해 비드 락이 손상되면 공기가 새어 나올 수 있다는 단점도 있다.
튜브리스 타이어는 튜브리스 호환 림이 필요하며, 튜브리스 호환 림은 스포크가 연결되는 부분에서 공기가 새어 나가지 않도록 하고 타이어 비드가 장착될 수 있도록 다른 모양의 홈을 가지고 있다.
튜브리스는 2006년 이후 보급되고 있는 제3의 유형으로, 클린처에서 튜브를 제거한 것이라고 할 수 있다. 클린처와 다른 점은, 공기가 새지 않도록 림의 뒷면에는 스포크 구멍이 전혀 없고, 밸브는 림에 직접 장착되어 밀봉되어 있다는 점이다. 튜브리스 타이어는 클린처 타이어와 외관이 매우 비슷하지만, 가장 안쪽에는 공기를 유지하기 위해 튜브에 해당하는 부틸 고무 층이 추가되어 있으며, 비드 부분이 더 밀폐성이 높은 형태를 하고 있다. 하지만 기본적인 구조는 클린처와 큰 차이가 없기 때문에, 많은 튜브리스용 휠은 밸브를 제거하고 안에 튜브를 넣어 클린처로 사용할 수 있다(이 유형의 휠은 2WAY-FIT이라고 불린다).
튜브리스 타이어의 가장 큰 장점은 펑크 방지 성능이 높다는 것이다. 구조상 림 파손 펑크는 발생하지 않는다. 이물질이 꽂혀 펑크가 난 경우에도, 클린처 튜브처럼 큰 구멍이나 찢어짐이 생기기 어렵고 급격한 감압이 일어나지 않아, 몇 km는 그대로 주행할 수 있다. 타이어 안쪽은 튜브와 같은 소재이므로, 패치를 직접 붙여 펑크 수리도 가능하다. 또한 튜브가 없기 때문에, 약간이지만 주행 저항이 작아진다. 단점으로는, 제품 라인업이 아직 적기 때문에 휠, 타이어 모두 선택의 폭이 좁다. 튜브리스 대응 휠은 일반적으로 고가이다. 비드가 딱딱하여 타이어 탈착에 약간의 숙련이 필요하다는 점이 꼽힌다.
림 파손 펑크가 일어나지 않는다는 특성으로 인해, 클린처 타이어로는 불가능했던 저압에서의 주행이 가능해졌고, 이 장점을 활용할 수 있는 산악 자전거 경기에서 점유율을 넓히며 주류가 되어가고 있다. 저압으로 할 수 있는 튜브리스 타이어는 기존 클린처 타이어보다 그립이 향상된다. 최근, 로드바이크용 튜브리스 타이어도 시판되었다. 2010년 8월 시점에서는 시마노, 캄파놀로, 풀크럼, 케인 크릭, 코리마, 에이클래스에서 대응 휠을, IRC와 허친슨[110]에서 타이어를 출시하고 있다.
4. 구조
자전거 타이어는 도로와 접촉하는 표면에 천 케이싱(또는 카커스)에 고무를 함침시키고, 트레드라고 하는 고무를 추가하여 구성된다. 클린처의 경우, 케이싱은 각 가장자리에 하나씩 두 개의 비드를 감싼다.
튜블러 타이어는 고무 이너 튜브를 자루 모양의 천(카커스 또는 케이싱)으로 꿰매고, 접지면의 트레드 부분에 고무를 씌운 것이다.[109] 자전거 튜브를 더욱 튼튼한 고무 원주형 커버(케이싱)로 감쌌다고 생각하면 된다. 전용 "파이프 림"(성형된 환상 금속 파이프의 림)에 장착한다.
초기 세이프티 자전거에 사용된 가장 오래된 형태지만, 현재는 로드 레이스나 트랙 레이스 경기용, 일부 상급자나 애호가들이 주로 사용한다. 실업팀 로드 레이스에서는 선수 90% 이상이 시합용으로 튜블러를 사용한다.
카커스 부분은 면, 케블라 섬유, 비단(고급품) 등이 사용된다. 휠의 림에는 림 시멘트(접착제)나 전용 양면 테이프를 사용하여 부착한다.[109] 단순한 구조로 림과 타이어 자체가 가볍고, 승차감이 부드러우며, 림의 타이어 접촉부에 날카로운 각이 없어 림 찍힘 펑크(스네이크 바이트)가 거의 발생하지 않아 펑크가 잘 나지 않는다. 또한 구조상 단면의 진원도가 높아 코너링 거동을 파악하기 쉽다. 초기 투르 드 프랑스에서는 튜블러 타이어만 선택 가능했고, 서포트 카 없이 고장을 자력으로 수리해야 했기 때문에, 펑크가 나면 타이어를 이빨로 물어뜯어 떼어낸 선수도 있었다.
튜블러의 단점은 수리 및 교체가 번거롭고, 런닝 코스트가 높다는 것이다. 펑크 수리가 매우 번거로우며(펑크 위치 확인→림 테이프 제거→봉합사 제거→튜브 꺼내 패치 부착→튜브 복귀 및 봉합→림 테이프 부착), 수리해도 초기 성능 복원이 어려워 사실상 일회용이다. 림 시멘트 사용 시, 타이어 교체 후 접착 강도가 올라갈 때까지 기다려야 한다.[109] 최근에는 봉제선이 보이지 않는 심리스도 존재하지만, 펑크 수리가 불가능하므로 실란트 등으로 예방해야 한다.
최근에는 림 시멘트 대신 전용 양면 테이프를 사용하는 경우가 많아져 타이어 교체 시간이 단축되었다. 실란트(펑크 방지제)를 사전에 주입하면 펑크 방지 성능이 더욱 개선되어 런닝 코스트 절감과 클린처에 없는 승차감으로 애호가가 늘어나는 추세다. 클린처 림용 튜블러 타이어도 존재하지만, 림 내폭에 제한이 있고 승차감은 클린처에 가깝다. 튜블러 타이어는 장착 시 림 시멘트나 전용 테이프가 필요하지만, 클린처 림용은 필요 없고 튜브가 없어 장착 시 튜브를 끼울 필요도 없다.
클린처 타이어는 타이어와 튜브가 별도로 되어 있어 튜블러보다 간편하여 현재 주류를 이룬다. 로드 레이스, 트랙 레이스 등 일부 경기용 자전거를 제외하면 대부분 클린처이다. 전용 "WO(와이어드 온) 림"에 장착하며, 파이프 림과는 일부 양용형 외에는 호환되지 않는다.
튜블러와 달리 림에 걸어 고정되어 있어 탈착이 간단하고, 접착제를 사용하지 않아 장착 후 바로 주행 가능하다. 펑크 시 튜브를 꺼내 고무 패치로 구멍을 막으면 되므로 교환·수리가 용이하고 유지 보수성이 뛰어나며, 타이어·튜브 재사용이 가능하여 경제적이다. 타이어 자체도 비교적 저렴하고, 단면 형태가 튜블러보다 사각형에 가까워 그립력이 높다.
단점은 림의 사이드월과 노면 사이에 타이어와 튜브가 강하게 끼이는 림 펑크(스네이크 바이트)가 발생하기 쉽다는 것이다. 또한 타이어 장착 불량이나 충격으로 타이어가 림에서 벗어날 때 튜브가 밖으로 부풀어 터질 수 있지만, 림 펑크에 비해 발생 확률은 매우 작다. 공기압을 높이면 옆으로 넓어지려는 힘 때문에 림 강도를 높여야 하므로, 튜블러용 림보다 무거운 경우가 많다.
클린처 타이어는 림과의 조립 방법에 따라 WO(Wired On), HE(Hocked Edge), BE(Beaded Edge)의 세 가지로 분류된다.
| 종류 | 설명 | 규격 | 사용처 |
|---|---|---|---|
| WO (와이어드 온) | 영국, 프랑스 규격. 좁은 의미로는 영국 규격을 WO, 프랑스 규격은 클린처라고 부르기도 한다. 비드부 형태는 같지만, 사이즈 표기가 다르다. 영국 규격은 inch×inch 분수 표기(예: 26×1-3/8), 프랑스 규격은 mm×mm 표기(예: 700×23c)이다. | 경쾌차는 WO 영국 규격, 로드바이크·트랙 레이서 및 많은 크로스바이크는 WO 프랑스 규격이다. (※ 23c의 c는 단위가 아니라 림 외경 규격 a·b·c·d 중 c) | |
| HE (훅드 에지) | 미국 규격. WO와 비드부 형태가 달라 호환되지 않는다. 같은 인치 수라도 WO보다 작다. 표준 폭이 2.125인치지만, 실용상 너무 굵어 표준보다 얇은 타이어가 많다. 사이즈는 inch×inch 소수점 표기(예: 26×1.75). | 산악 자전거, BMX, 접이식 자전거, 소형차, 어린이차 | |
| BE (비디드 에지) | 걸치는 부분 아래쪽에 귀가 있어 타이어 장착 시 튜브를 감싸는 형태. 통칭 "귀 달린 타이어". 림 펑크에 강하고 하중이나 험로에 강하지만 무겁다. 사이즈는 WO 영국 규격과 같은 inch×inch 분수 표기. | 현재는 드문 타입으로, 오래된 운반 용도 차량(실용차, 리어카 등) |
튜블리스는 2006년 이후 보급되는 제3의 유형으로, 클린처에서 튜브를 제거한 것이다. 림 뒷면에 스포크 구멍이 없고, 밸브는 림에 직접 장착되어 밀봉된다. 튜블리스 타이어는 클린처와 외관이 비슷하지만, 안쪽에 공기 유지를 위한 부틸 고무 층이 있고, 비드 부분이 더 밀폐성이 높다. 기본 구조는 클린처와 큰 차이가 없어, 많은 튜블리스용 휠은 밸브를 제거하고 튜브를 넣어 클린처로 사용 가능하다(2WAY-FIT).
가장 큰 장점은 펑크 방지 성능이 높다는 것이다. 구조상 림 파손 펑크가 발생하지 않고, 이물질이 꽂혀도 큰 구멍이나 찢어짐이 생기기 어려워 급격한 감압이 일어나지 않아 몇 km는 주행 가능하다. 타이어 안쪽은 튜브와 같은 소재이므로 패치를 붙여 펑크 수리가 가능하다. 튜브가 없어 주행 저항이 약간 작아진다. 단점은 제품 라인업이 적어 휠, 타이어 선택의 폭이 좁고, 튜블리스 대응 휠은 일반적으로 고가이며, 비드가 딱딱하여 타이어 탈착에 숙련이 필요하다는 것이다.
림 파손 펑크가 발생하지 않아 클린처로는 불가능했던 저압 주행이 가능해져 산악 자전거 경기에서 점유율을 넓히며 주류가 되고 있다. 저압 주행은 그립을 향상시킨다. 최근 로드바이크용 튜블리스 타이어도 시판되었으며, 2010년 8월 기준 시마노, 캄파놀로, 풀크럼, 케인 크릭, 코리마, 에이클래스에서 대응 휠을, IRC와 허친슨[110]에서 타이어를 출시하고 있다.
튜브는 클린처 타이어 특유의 부품으로, 타이어 내부 공기 유지를 위한 튜브와 같은 도넛 모양 고무 풍선이다. 밸브를 통해 공기를 채울 수 있으며, 부틸 고무, 라텍스, 폴리우레탄 등으로 만들어진다. 튜브는 타이어 측과 림 측에 접해 있지만, 림 측 스포크 돌출물로 인해 펑크가 발생할 수 있어 림 테이프(림 플랩, 훈도시)를 붙여 방지한다.
공기 유지력이 높고 저렴하며 내한성이 높은 부틸 고무가 가장 널리 사용되지만, 경기용 자전거에서는 가벼운 라텍스 고무나 폴리우레탄 수지가 사용되기도 한다. 이들은 가볍고 유연하지만 공기가 새기 쉽고, 공기압을 자주 점검해야 하며, 내구성도 떨어진다.
튜브는 자전거 주행으로 닳는 소모품이다. 타이어가 구르면 접지면에서 변형되고, 내부 튜브와 타이어가 마찰하여 튜브가 얇아져 공기 누출이나 펑크가 발생한다. 이를 방지하기 위해 타이어 내면에 활석 가루(탈크 파우더)를 발라 미끄럼을 좋게 하기도 한다. 공기압이 낮으면 타이어 변형량이 커져 튜브 마모가 빨라지므로, 림 펀처 펑크 방지를 위해서라도 적정 공기압 유지가 중요하다. 적정 공기압은 타이어 옆면에 〇〇PSI, 〇BAR 등으로 표시되어 있으며, 프렌치/슈레더 밸브는 공기압 게이지가 있는 자전거용 공기 주입기로, 던롭 밸브는 슈레더 밸브 변환 어댑터를 사용해 공기압을 측정하며 공기를 채울 수 있다.
현재는 튜브 부분이 우레탄 소재로 된 펑크 방지 튜브도 존재한다.
4. 1. 케이싱 (Casing)
자전거 타이어 케이싱은 천으로 만들어지며, 일반적으로는 나일론을 사용하지만 면과 실크도 사용된 적이 있다. 케이싱은 내부 공기압을 유지하기 위해 필요한 인장 저항을 제공하는 동시에 지면 표면에 맞춰 유연성을 유지한다. 천의 실 개수는 타이어의 무게와 성능에 영향을 미치는데, 실 개수가 높을수록 승차감은 향상되고 구름 저항은 감소하지만, 내구성과 펑크 저항은 떨어진다.[36]대부분의 자전거 타이어 내부 섬유는 서로 엮이지 않고, 마모와 구름 저항을 줄이기 위해 개별 겹으로 유지된다. 또한 일반적으로 대각선으로 배치되어 바이어스 플라이를 형성한다.[36]
4. 2. 트레드 (Tread)
트레드는 접지력을 제공하고 케이싱을 마모로부터 보호하기 위해 지면과 접촉하는 타이어의 부분이다.
; 컴파운드
트레드는 천연 고무와 합성 고무로 만들어지며, 카본 블랙과 실리카와 같은 충전재가 포함되어 색상을 낸다.[38] 충전재의 종류와 양은 마모, 접지력(젖은 노면 및 건조 노면), 구름 저항 및 비용과 같은 특성을 기반으로 선택된다. 오일과 윤활제가 연화제로 첨가될 수 있으며,[1] 황과 산화 아연은 가황을 촉진한다.[1] 일부 타이어는 중앙 부분이 더 튼튼하고 가장자리가 더 접지력이 좋은 이중 컴파운드 트레드를 가진다.[39] 많은 현대 타이어는 다양한 색상 또는 색상의 조합으로 트레드를 사용할 수 있다.[40][41] 도로 자전거 경주용 타이어는 앞면과 뒷면에 서로 다른 트레드 컴파운드를 사용하여 개발되었으며, 앞쪽은 더 많은 접지력을 제공하고 뒤쪽은 구름 저항을 줄이려고 시도한다.[42]
; 패턴
트레드는 매끄럽거나 슬릭에서 돌출된 형태까지 다양한 패턴을 가지고 있다. 매끄러운 트레드는 트레드 패턴이 접지력 향상에 거의 도움이 되지 않거나 전혀 도움이 되지 않는 도로 주행에 사용된다.[43] 그러나 많은 슬릭 타이어는 젖은 노면에서 미끄러울 것이라는 흔한 오해 때문에 가벼운 트레드 패턴을 가지고 있다. 돌출된 트레드는 트레드 질감이 부드러운 표면에서의 접지력 향상에 도움이 될 수 있는 오프로드 사용을 위한 것이다. 많은 트레드는 전방향성이지만, 일부는 단방향성이며 특정 방향으로 장착하도록 설계되었다. 특히 산악 자전거용 타이어의 경우 앞바퀴 또는 뒷바퀴용으로 설계된 트레드가 있다.[44] 작은 딤플이 있는 특수 트레드 패턴은 공기 저항을 줄이기 위해 개발되었다.[45]
; 프로파일
트레드의 프로파일은 일반적으로 원형이며, 내부 케이싱의 모양과 일치하여 자전거가 회전하거나 균형을 잡기 위해 기울어질 때 타이어가 옆으로 굴러갈 수 있다. 더 각진 프로파일은 휠리 자전거와 같이 산악 자전거 타이어와 자동차 경주용 슬릭 타이어처럼 보이도록 설계된 특이한 타이어에 사용되기도 한다.[46]
4. 3. 비드 (Bead)
대부분의 자전거 타이어와 바퀴테는 클린처 방식이다. 클린처(clincher)는 구부려 박는다는 뜻으로, 이 타이어에는 테의 플랜지에 걸리도록 철심이나 케블라 섬유 돌기가 있다. 안에 있는 튜브에 공기를 넣으면 타이어의 형태를 유지시켜 주고, 더욱 확실히 서로 물릴 수 있도록 만든다. 이 구조는 튜브에 구멍이 나더라도 쉽게 바꿀 수 있다.[47]클린처 타이어의 비드는 내부 공기압으로 인해 타이어가 림에서 벗어나는 것을 방지하기 위해 거의 늘어나지 않는 재질로 만들어져야 한다.
; 와이어
강철 와이어 비드는 저렴한 타이어에 사용된다. 접을 수는 없지만, 종종 세 개의 작은 고리로 꼬아 보관할 수 있다.
; 케블라
케블라 비드는 고가의 타이어에 사용되며, "접이식"이라고도 불린다. 스트레이트 사이드월 림에는 사용하면 안 되는데, 림에서 터져 나올 수 있기 때문이다.
클린처 타이어에는 "비드"라고 불리는 타이어 양쪽 끝의 융기가 있으며, 이것은 타이어를 림에 걸어 고정하는 부분이다.[107] 이 비드의 융기에는 기존에는 모두 철선이 매립되었지만, 최근 스포츠 사이클에서는 더 가벼운 케블라 와이어가 매립되는 경우가 많아졌다. 어느 쪽이 매립되어 있는지는 쉽게 판별할 수 있다. 접을 수 없고, 타이어 단독으로도 원형을 유지하고 있으면 철선, 부드럽게 접을 수 있는 것은 케블라이다.
5. 기술
자전거 타이어 기술은 펑크 방지와 구름 저항 감소를 중심으로 발전해왔다.
튜브리스 타이어는 낮은 공기압에서도 펑크가 잘 나지 않아 산악 자전거에 주로 쓰이며, 일부 타이어는 펑크 방지를 위해 트레드와 케이싱 사이에 추가 레이어를 포함하기도 한다.[50]
구름 저항은 수직 하중, 공기압, 타이어 폭, 휠 직경, 타이어 재료 및 방법, 표면 거칠기, 속도 등 여러 요인의 복잡한 함수로, 구름 저항 계수는 0.002에서 0.010까지 다양하다.[1][95][96] 수직 하중, 표면 거칠기, 속도가 증가하면 구름 저항도 증가하는 경향이 있다.[1][97] 반면, 공기압 증가(제한 범위 내), 넓은 타이어,[98] 큰 직경의 휠,[99] 얇은 케이싱, 탄성 있는 트레드 재료는 구름 저항을 감소시키는 경향이 있다.
올덴부르크 대학교 연구에 따르면, 너비 47mm, 공기압 300kPa인 슈발베 스탠다드 GW HS 159 타이어는 휠 직경에 따라 구름 저항이 달라진다:[100]
| ISO 사이즈 | 타이어 직경 (mm) | Crr |
|---|---|---|
| 47-305 | 351 | 0.00614 |
| 47-406 | 452 | 0.00455 |
| 47-507 | 553 | 0.00408 |
| 47-559 | 605 | 0.00332 |
| 47-622 | 668 | 0.00336 |
연구 결과에 따르면 Crr은 공기압 및 휠 직경에 반비례한다. 공기압을 높이면 타이어 변형이 줄어 구름 저항이 감소하지만, 거친 표면에서는 진동이 증가하여 에너지 소모가 커질 수 있다.[101]
일부 타이어는 딤플 트레드 패턴 외에도, 타이어 측벽과 휠 림 사이 틈을 덮는 "날개"를 추가하여 공기 저항을 줄이기도 한다.[56]
5. 1. 펑크 방지 기술
튜브리스 타이어는 튜브가 없는 방식으로, 낮은 공기압에서도 펑크가 잘 나지 않아 주로 산악 자전거에 쓰인다. 일부 타이어는 트레드와 케이싱 사이에 펑크 방지를 위한 추가 레이어를 포함하기도 하는데, 이는 구름 저항을 높이는 요인이 되기도 한다.[50]튜블리스 타이어는 2006년 이후 보급되기 시작한 방식으로, 클린처 타이어에서 튜브를 제거한 형태이다. 클린처 타이어와 달리 림 뒷면에 스포크 구멍이 없고, 밸브는 림에 직접 장착되어 밀봉된다. 튜블리스 타이어는 안쪽에 공기 유지를 위한 부틸 고무 층이 있고, 비드 부분의 밀폐성이 더 높다. 많은 튜블리스용 휠은 밸브를 제거하고 튜브를 넣어 클린처 타이어로도 사용할 수 있다(2WAY-FIT).
튜블리스 타이어의 장점은 다음과 같다.
- 구조상 림 펑크가 발생하지 않는다.
- 이물질에 의한 펑크 시에도 급격한 공기압 감소가 적어, 일정 거리를 주행할 수 있다.
- 타이어 안쪽에 패치를 붙여 펑크 수리가 가능하다.
- 튜브가 없어 주행 저항이 약간 작다.
단점으로는 제품 선택의 폭이 좁고, 튜블리스 대응 휠이 비싸며, 타이어 탈착에 숙련이 필요하다는 점 등이 있다.
림 펑크가 나지 않는 특성 덕분에 튜블리스 타이어는 저압 주행이 가능해 산악 자전거 경기에서 점유율을 높여가고 있다. 최근에는 로드바이크용 튜블리스 타이어도 출시되고 있으며, 2010년 8월 기준으로 시마노, 캄파놀로 등의 회사에서 대응 휠을, IRC와 허친슨[110]에서 타이어를 출시하고 있다.
5. 2. 구름 저항 감소 기술
구름 저항은 수직 하중, 공기압, 타이어 폭, 휠 직경, 타이어를 구성하는 재료 및 방법, 타이어가 구르는 표면의 거칠기, 타이어가 구르는 속도의 복잡한 함수이다.[1] 구름 저항 계수는 0.002에서 0.010까지 다양할 수 있으며,[1][95][96] 수직 하중, 표면 거칠기 및 속도에 따라 증가하는 것으로 나타났다.[1][97] 반대로, 공기압 증가(제한 범위 내에서), 더 넓은 타이어(동일한 압력 및 동일한 재료 및 구조의 더 좁은 타이어와 비교하여),[98] 더 큰 직경의 휠,[99] 더 얇은 케이싱 레이어 및 더 탄성이 있는 트레드 재료는 모두 구름 저항을 감소시키는 경향이 있다.올덴부르크 대학교의 연구에 따르면 너비가 모두 47 mm이고 공기압이 300kPa인 슈발베 스탠다드 GW HS 159 타이어는 다양한 직경의 림에 맞춰 제작되었으며 다음과 같은 구름 저항을 보였다:[100]
| ISO 사이즈 | 타이어 직경 (mm) | Crr |
|---|---|---|
| 47-305 | 351 | 0.00614 |
| 47-406 | 452 | 0.00455 |
| 47-507 | 553 | 0.00408 |
| 47-559 | 605 | 0.00332 |
| 47-622 | 668 | 0.00336 |
인용된 논문의 저자는 제시된 데이터를 기반으로 Crr이 공기압 및 휠 직경에 반비례한다고 결론지었다.
공기압을 높이면 타이어 변형이 줄어들어 구름 저항이 감소하는 경향이 있지만, 거친 표면에서는 공기압을 높이면 자전거와 라이더가 겪는 진동이 증가하는 경향이 있으며, 여기서 해당 에너지는 완벽하게 비탄성적인 변형에서 소산된다. 따라서 관련된 무수한 요인에 따라 공기압을 높이면 총 에너지 소모가 증가하고 속도가 느려지거나 에너지 소비가 더 높아질 수 있다.[101]
위에서 언급한 딤플 트레드 패턴 외에도, 적어도 한 종류의 타이어는 타이어 측벽과 휠 림 사이의 틈을 덮어 공기 저항을 줄이는 추가적인 "날개"를 가지고 있다.[56]
6. 밸브
밸브는 공기를 주입하는 부분의 밸브이다. 총 5종류가 있으며, 그중 일본에서 일반적으로 볼 수 있는 것은 JIS D 9422 "자전거용 타이어 밸브"에 규정된 영·미·불식의 3종류가 주요하다. 각 밸브에 맞는 공기 주입기를 사용하지 않으면 제대로 주입할 수 없다. 공기 주입기 중에는 여러 밸브에 대응하는 것도 많다. 또한 밸브 간 변환 어댑터도 200JPY 정도에 판매되고 있다.
; 영식 밸브 (우즈 밸브, 던롭 밸브) 던롭 밸브 (Woods valve, Hollands valve, English valve)
: 스코틀랜드의 발명가 존 보이드 던롭의 이름을 따 던롭 밸브라고도 불린다. 일본에서는 생활 자전거를 중심으로 가장 널리 보급된 밸브. 높은 공기압에는 대응할 수 없고 공기 누출도 쉽지만 밸브의 수리는 용이하다. 하지만, 벌레 고무라고 불리는 가는 고무 튜브의 밸브가 열화되기 쉽고, 열화가 진행되면 급속하게 공기 누출이 일어나기 때문에 정기적으로 교환이 필요하다. 벌레 고무를 사용하지 않는 개량형 "슈퍼 밸브"라는 제품도 출시되고 있다.
; 미식 밸브 (슈레이더 밸브) 슈레이더 밸브 (Auto, Moto, American valve)
: 독일계 미국인 발명가 August Schrader|오거스트 슈레이더영어의 이름을 따 슈레이더 밸브라고도 불린다. 주로 산악 자전거나 BMX 등 격렬한 라이딩을 상정한 자전거에 채용된다. 일반 자전거나 산악 자전거를 기반으로 한 하이브리드 자전거에도 많이 사용된다. 구조가 단순하고 취급하기 쉽다. 또한 튼튼하고 공기도 잘 새지 않지만 약간 무겁다. 자동차나 모터사이클과 공통이므로, 그들에 공기를 주입할 수 있는 설비가 있으면 기본적으로 공용 가능하다. 밸브 외경이 영식과 같기 때문에 영식 밸브 장착 차량과 상호 교환이 가능한 외에, 앞서 언급한 영식 밸브의 밸브 코어 부분을 교환함으로써 미식으로 할 수 있는 "에어 체크 어댑터"라는 상품도 존재한다.
; 불식 밸브 (프렌치 밸브, 프레스타 밸브) 프레스타 밸브 (Sclaverand valve, French valve)
: 로드 바이크나 하이브리드 자전거, XC용 산악 자전거 등 레이스용 자전거에 많이 사용된다. 튜블러 타이어도 대부분 이 타입이다. 고압 주입이 가능하다. 끝부분의 작은 너트를 풀고 일단 밀어 넣어 밸브를 연 후 주입한다. 경량이지만 구조적으로 가냘프다.
; 경륜 밸브
: 기본적인 구조는 영식과 같지만, 가늘다. 경륜용 튜블러 타이어에 사용된다. 경륜차를 기반으로 하고 있기 때문에 픽시 자전거에도 그대로 사용되는 경우가 있다.
; 이탈리안 밸브 (레지나 밸브)
: 외관은 불식과 비슷하지만, 밸브가 나사로 고정되어 있어 분리하여 교환할 수 있게 되어 있다. 유럽 (이탈리아, 독일 등)의 일반 자전거에서 볼 수 있지만, 일본 국내에서는 거의 볼 수 없다.
미식 밸브와 불식 밸브는 그 구조상 전용 압력계를 사용하여 공기압을 측정할 수 있다 (미식이라면 자동차용 게이지를 사용할 수 있지만, 소형 자동차용 게이지는 최대 500kPa (약 73psi) 정도까지밖에 측정할 수 없기 때문에, 이 이상의 고압 타이어의 경우에는 사용할 수 없다). 이 때문에, 공기압의 조정·관리가 용이하기 때문에, 경기·스포츠용 자전거의 대부분에는 미식 또는 불식 중 하나의 밸브가 채용되고 있다.
7. 타이어 사이즈 표기
자전거 타이어는 미니벨로에 사용되는 6인치부터 코커 타이어의 투어링 외발자전거용 910mm, 롤러 스키용 125mm, 설리 빅 팻 래리용 119mm까지 40종류 이상 존재한다.[66][67]
타이어 직경은 림 직경과 일치해야 하지만, 타이어 폭은 림 폭에 적합한 범위 내에 있어야 하며, 프레임, 브레이크, 펜더 등에서 허용하는 간격을 초과하지 않아야 한다.[65]
ISO 5775에 의해 정의된 현대적인 타이어 크기 표기법(ETRTO, 예: "37-622") 외에도 영국식(인치, 예: "28 × 1 5/8 × 1 3/8") 및 프랑스식(미터법, 예: "700×35C") 표기법이 여전히 사용되지만, 이들은 모호할 수 있다.[65]
7. 1. ETRTO (European Tyre and Rim Technical Organisation)
ETRTO (에토르토, European Tyre and Rim Technical Organisation영어，유럽 타이어 및 림 기술 기구)는 자전거 타이어 규격의 난립으로 인해 어떤 타이어가 어떤 림에 적합한지 판단하기 어려워지자, 이를 해결하기 위해 만들어진 통일 기준이다. 클린처 타이어에서 주로 사용되며, ETRTO 표기는 타이어 폭과 비드 직경(림에 끼워지는 부분의 직경)을 하이픈(-)으로 구분하여 표기한다.예를 들어,
- WO 26×1 3/8은 ETRTO 표기에서 37-590으로 표기된다.
- 26인치 HE 26×1.75는 47-559로 표기된다.
- 700×23c는 23-622로 표기된다.
자전거 타이어를 교체할 때 ETRTO 표기가 동일하다면 서로 호환 가능하다. 제조 회사에 따라 비드 직경 표기가 1mm 정도 차이 나는 경우(예: 16인치 HE의 305와 306)에도 장착 가능한 경우가 많다. 하지만 림의 모양이 HE인지 WO인지에 따라 걸림 부분의 모양이 다르므로 주의해야 한다.
현대적인 타이어 크기 표기법(예: "37-622")은 관련 림 크기 표기법(예: "622×19C")과 함께 국제 표준 ISO 5775에 의해 정의된다.[65]
7. 2. 기타 표기법
현대적인 타이어 크기 표기법(예: "37-622", ETRTO라고도 함)은 ISO 5775에 의해 정의된다. 이전의 영국식(인치, 예: "28 × × ") 및 프랑스식(미터법, 예: "700×35C") 표기법도 여전히 사용되지만 모호할 수 있다.[65] 타이어의 직경은 림의 직경과 일치해야 하지만, 타이어의 폭은 림의 폭에 적합한 폭 범위 내에 있어야 한다.[65]미니벨로에 사용되는 6인치 사이즈부터 36인치 사이즈까지 40종류 이상의 자전거 타이어가 존재한다.
타이어 사이즈는 외경과 타이어 폭으로 표기된다. 예를 들어 26×1 3/8로 표기된 타이어는 영국 규격의 26인치 사이즈로 타이어 폭이 1 3/8인치(약 35mm)가 된다. HE 타이어는 타이어 폭이 소수점 표기된다. 예를 들어, 26×1.75라는 타이어는 HE 규격의 26인치 사이즈(영국 규격보다 외경으로 40mm 정도 작음)로 타이어 폭이 1.75인치라는 뜻이다.
분수 표기, 소수 표기 간의 구분은 일본 국내에서 볼 수 있는 주요 제품에만 적용된다. 유럽의 일부(독일, 네덜란드)에서는 소수점 표기가 영국 규격, 분수 표기가 미국 규격이다.
| 인치 표시 | 프랑스식 | 국제식 (ETRTO) | 비드 경 |
|---|---|---|---|
| 26×1 3/8 | 650A | 590 | 590 |
| 26×1 1/2 | 650B | 584 | 584 |
| 26×1 3/4 | 650C | 571 | 571 |
| 27×1 1/4 | none | 630 | 630 |
| 28×1 3/8 | 700A | 642 | 642 |
| 28×1 1/2 | 700B | 635 | 635 |
| 28×1 3/4 (28×1 5/8) | 700C | 622 | 622 |
프랑스 규격은 타이어 외경을 밀리미터로 표시하며,[111] 대응하는 타이어의 두께를 나타내는 기호 A, B, C라는 첨자를 붙여 표기한다. 첨자는 분류의 편의상 붙여진 것으로, 대략 "1 3/8가 A 사이즈, 1 1/2가 B 사이즈, 1 3/4가 C 사이즈[112]"라고 되어 있지만, 예외도 있다. 영국식 인치 표시와 마찬가지로 먼저 타이어 외경을 정해두었기 때문에 표기 A→B→C로 두꺼워질수록 림의 외경 및 타이어 비드경이 작아진다. 예를 들어 28인치≒711.2밀리미터 즉 (28×25밀리미터) 외형 700의 경우, A 사이즈의 비드경은 642밀리미터, B 사이즈의 비드경은 635밀리미터, C 사이즈의 비드경은 622밀리미터이다.
그러나 유럽에서도 700A 사이즈 사용례는 거의 없으며, B 사이즈 사용례도 일부 국가를 제외하고는 거의 없다. 그리고 C 사이즈용 림에 얇거나 두꺼운 타이어가 사용되면서, 두께 숫자를 덧붙여 표기한다. 예를 들어 700×23C(700C-23으로 표기하기도 한다)라는 표시는 700C 사이즈(림의 끼움 부분 직경이 622mm)에 타이어 폭 23mm라는 뜻이다.
자전거 타이어 규격이 난립하여 어떤 타이어가 어떤 림에 적합한지 표기만으로는 판단하기 어려워졌다. 그래서 클린처 타이어에서는 '''ETRTO''' (European Tyre and Rim Technical Organisation|유럽 타이어 및 림 기술 기구영어)의 통일 기준에 따른 사이즈가 병기되게 되었다.
ETRTO 표기에서는 타이어 폭을 앞에, 타이어의 비드 직경(림에 끼워지는 부분의 직경)을 하이픈으로 구분하여 표기한다. 앞서 언급한 WO 26×1 3/8은 ETRTO에서 37-590, 26인치 HE 26×1.75는 47-559, 700×23c는 23-622가 된다.
자전거 타이어를 교체할 때 ETRTO 표기가 같다면 교체할 수 있다.
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