KR100980836B1 - 불규칙한 내부기공을 갖는 폼 타이어의 제조방법 및 폼 타이어의 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자전거 타이어에 관한 것으로서 더욱 상세히는 EVA등의 열가소성 수지를 발포 성형하여 에어 튜브를 내장하지 않고도 소정의 에어쿠션기능을 발휘 할 수 있도록 한 저밀도 기공형 구조의 폼타이어(foam Tire)를 제공하려는 것이다.
본 발명의 폼 타이어는 기공밀도를 상기와 같이 내외 차등화 셀(Cell) 구조로 변화를 주어 종래의 균일한 기공밀도로 구성된 타이어의 구성보다 타이어의 전체적인 신축탄력을 향상 내지 보다 강화시켜 에어튜브 내장 타이어와 같은 물리적 상품특성을 확보할 수 있도록 함으로써, 기존의 공업용 타이어에 적용은 물론이고, 고급형 자전거 타이어 등에도 폭넓게 적용할 수 있는 우수한 산업적 효과를 갖게 되는 것이다.

Description

불규칙한 내부기공을 갖는 폼 타이어의 제조방법 및 폼 타이어의 구조{Method for manufacturing an air-holed foam tire and structure thereof}

본 발명은 자전거 타이어에 관한 것으로서 더욱 상세히는 EVA등의 열가소성 수지를 발포 성형하여 에어 튜브를 내장하지 않고도 소정의 에어쿠션기능을 발휘할 수 있도록 한 저밀도 기공형 구조의 폼 타이어(foam tire)를 제공하려는 것이다.

지금까지의 자전거 타이어, 화물운반용 케스트 타이어 등은 외부의 고무타이어만으로는 하중에 의한 완충탄력이 부족하므로 대부분 내부에 에어튜브를 별도로 내장하여 에어쿠션기능에 의한 타이어 기능을 달성하고 있다.

그러나 이러한 에어튜브식 타이어는 복잡한 구조관계상 제작 코스트면에서 고가이고, 사용중 외부의 손상요인에 의해 튜브가 파손되는 기구적 안전성면에서 불리하며, 내장튜브의 재질 특성상 내구성이 단기적인 단점이 따른다.

본 발명은 이러한 튜브 내장식 타이어와는 달리 발포성 수지제로서 에어튜브가 없는 폼 타이어를 구성하되, 기존의 에어튜브가 내장된 구성과 거의 동일한 에어완충 효과를 자체적으로 보유할 수 있도록 폼 타이어의 내부구조를 기존의 단순 발포형에 비해 크게 개선한 것이다.

열가소성 수지를 이용하여 발포사출방식으로 폼 타이어를 구성하는 투브레스(Tubeless) 타이어는 종래에도 각 케스트용, 공업용 타이어나 완구자전거용 타이어, 휠체어용 타이어 등 여러 가지 용도에서 적용되고 있는 실정이나 이러한 종래의 폼 타이어의 구조는 발포밀도가 전체적으로 균일한 상태이므로 완충효과가 미흡하고 용도에 따라서 완충력의 조절이 어려운 구조상의 단점이 있었다.

본 발명은 이에 착안하여 폼 타이어의 기공 형성구조를 내부와 외부가 서로 다르게 형성함으로써 기존의 폼 타이어와는 차원이 다른 양호한 완충효과를 갖는 새로운 폼 타이어를 제공할 수 있도록 한 것이다.

본 발명의 과제 해결수단은 상기한 기공밀도가 전체적으로 균일한 폼 타이어와는 달리 타이어의 지면접지면인 외부는 기공밀도가 미세하고 치밀하여 소정의 내마모성, 내충격성, 내구성을 확보하게 되고, 외력의 영향이 미치지 아니하는 내부층은 기공밀도가 낮고 다공성 공실구조가 불규칙적인 배열로 형성되어 종래의 에어튜브 내장형 타이어가 갖는 양호한 신축탄력을 확보할 수 있도록 한 것이다.

본 발명의 폼 타이어는 기공밀도를 상기와 같이 내외 차등화 셀(Cell) 구조로 변화를 주어 종래의 균일한 기공밀도로 구성된 타이어의 구성보다 타이어의 전체적인 신축탄력을 향상 내지 보다 강화시켜 에어튜브 내장 타이어와 같은 물리적 상품특성을 확보할 수 있도록 함으로써, 기존의 공업용 타이어에 적용은 물론이고, 고급형 자전거 타이어 등에도 폭넓게 적용할 수 있는 우수한 산업적 효과를 갖게 되는 것이다.

도 1은 일반적인 타이어의 구성예시도
도 2는 기존 타이어의 단면구성도
도 3은 본 발명 타이어의 단면 구성도
도 4는 본 발명의 실제품의 단면도를 보인 사진

도 1은 자전거 타이어를 비롯한 통상의 타이어이고, 도 2는 기존의 타이어를 단면으로 나타낸 것이며, 도 3은 본 발명의 방법에 의해 제조된 타이어의 단면을 확대하여 나타낸 것이며, 도 4는 본 발명의 실제품을 일부 절단하여 단면도를 보인 사진이다.

기존의 타이어(1)는 발포성 수지를 금형 케비티 전체용량에 부합하는 100%용량으로 사출 압입하여 제품을 성형한 다음, 금형을 순간적으로 개방함으로써 열가소성 수지 내에 혼입된 발포제의 순간 발포기능에 의하여 스펀지상의 다공체로서 팽창성형이 이루어져 제품이 완성된다.

이와 같이 제조되는 종래의 폼 타이어는 도 2와 같이 단면 조직상 기공밀도가 전체적으로 균일한 발포체의 조직을 형성하게 된다.

본 발명은 이와 같은 종래의 사출 발포 공법을 그대로 이용하되 금형 케비티 용량에 맞추어 사출 내입하는 발포수지원료 즉 컴파운드 재료를 전체 케비티 용량보다 적은량으로 조정하여 내입 사출한 후 발포 사출이 이루어지도록 함에 특징이 있다.

이를 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

제1공정: 원료 컴파운드의 제조.

EVA등의 열가소성 수지 원료에 소정의 발포제, 가교제, 안료등 부재료를 첨가하여 일정한 입도(粒度)의 원료 컴파운드를 제조한다

상기 컴파운드 재료는 타이어의 물성치에 부합하도록 원료의 선택, 발포제의 용량조정, 가교제의 배합비조정등을 시행하여 최적의 원료 컴파운드를 제조하며 또한 금형의 형태용량에 따라 원료 컴파운드의 입자크기(입도)등을 적의 선택하여 조성한다.

제2공정: 금형에 컴파운드 재료 공급.

타이어 제조금형에 사출기의 사출노즐을 통하여 공급하는 컴파운드 재료용량을 금형의 전체 케비티용량(100%) 보다 5~50% 정도 적은 용량 즉 컴파운드 재료를 금형 케비티 용량의 70~90%에 해당하도록 적게 사출압입하여 타이어 제품을 발포 사출한다. 상기와 같이 컴파운드 재료를 케비티 전체용량보다 미리 계산된 용량으로 감량 공급하여 사출발포하게 되면 금형 내에서 발포제에 의한 발포 기포 등이 강력한 금형압을 사방으로 전달받게되어 도 3에 보는 바와 같이 타이어의 표층부(A)는 치밀한 기공층이 이루어지고 중간층(B)는 중간 기공층이 이루어지며, 타이어의 중앙부는 대기공층(C)이 형성되는 다층기공(多層氣孔)조직을 이루게 된다.

따라서 외부에 내마모성과 내충격성 내후성을 담당하는 타이어 표층부(A)는 경도가 높은 안정화된 기층부(基層部)를 이루어 소정의 타이어 경도와 내마모력을 유지하는 한편 내측으로 갈수록 기공의 크기가 확대된 대기공층(C)을 형성하게 되므로 이 대기공층(C)은 타이어로서 요구되는 탄성 기공층의 기능을 발휘하여 종래 에어튜브 내입 타이어와 같은 양호한 완충성, 충격부하에 대한 복원성을 발휘하게 되는 것이다.

이와 같은 조직물성이 갖는 역할은 다음과 같은 상품특성을 가진다.

① 폼 타이어를 사출 발포성형함에 있어서 특별한 물리적인 내부 장치가 없이 사출 발포과정에서 자연스럽게 미세기공층인 표층부(A)조직과 중간기공층인 중간층(B)과 내부에 대기공층(C)이 형성된다.

② 상기 공정에 형성된 미세기공층인 표층부(A)는 타이어의 접지 내마모성 강도를 확보하게 되고 내부의 중간층(B), 대기공층(C)은 소정의 공기압을 지니는 에어팩의 기능을 발휘하여 종래의 에어튜브 내입형 타이어에 손색이 없는 신축탄력, 완충탄력을 발휘함으로써 타이어의 양호한 상품성을 그대로 확보하게 된다.

③ 금형에 내입하는 컴파운드 재료의 용량이 10~30% 절약되는 만큼 전체적인 재료 소요가 감소되어 재료원가 비용면에서 그만큼 저렴한 경제성을 확보한다.

④ 내부에 형성되는 중간층(B)및 대기공층(C)의 기공형성 구조는 불규칙 배열이기는 하지만 대략 기공직경이 30-50mm 정도범위로서 벌집과 같은 에어셀(Air Cell)구조를 이루어 이 기공들이 에어쿠션의 기능을 수행하여 양호한 완충기능을 발휘하였다.

⑤ 실제 타이어로서 일반 산업용 케스트 타이어 및 자전거 타이어에 사용한 결과 노면의 악조건 속에서도 양호한 완충 및 탄성강도를 유지하여 우수한 상품성을 발휘하였다.

1: 타이어
A:표층부 B:중간층
C:대기공층

Claims (3)

1. 고무, EVA등의 열가소성 합성수지 원료에 발포제, 가교제, 안료 등 첨가제를 혼합하여 원료 컴파운드를 제조한 다음 이를 사출발포, 프레스 발포 등의 방법으로 발포시켜 제품을 제조하는 통상의 폼 타이어의 제조공정에 있어서,
   발포성형금형에 상기 컴파운드 재료를 공급할 시 금형전체용량에 대하여 컴파운드 재료용량을 70~95%정도의 용량으로 투입하여 발포성형함을 특징으로 하는 불규칙한 내부기공을 갖는 폼 타이어의 제조방법.
   
2. 타이어의 구성이 외부층은 규칙적인 셀(Cell) 구조를 가진 고밀도 층으로 구성되고 내부층은 기공직경이 30~50mm정도의 불규칙한 발포기공 셀(Cell)의 구조를 갖는 폼 타이어의 구성.
   
3. 제2항에 있어서,
   외부의 고밀도층과 내부의 저밀도층 사이에 기공직경 20~30mm정도의 중간 밀도층을 갖도록 한 폼 타이어의 구성.

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