KR102602882B1 - Non-pneumatic tire with reduced tread deformation - Google Patents
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Abstract
트레드의 변형을 저감한 비공기입 타이어가 개시된다. 본 발명에 따른 트레드의 변형을 저감한 비공기입 타이어는, 차량의 차축에 연결되는 휠에 체결되는 링형의 결합부; 상기 결합부의 반경방향 외측에 구비되어 노면에 접지되는 링형의 트레드부; 상기 결합부의 둘레를 따라 방사상으로 배치되며 상기 결합부와 상기 트레드부 간을 연결하여 상기 트레드부를 지지하는 복수의 스포크; 및 인접한 상기 스포크 사이에서 접지에 따라 변형되는 상기 트레드부의 이음밴드에 대한 강성 보강을 위해, 상기 이음밴드의 단면 이차모멘트를 증대하는 형상으로 상기 이음밴드에 부설되는 보강부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 인접한 스포크 사이에서 접지에 따라 변형되는 트레드부 의 이음밴드에 대한 단면 이차모멘트를 증대하는 형상으로 이루어진 보강부가 이음밴드에 각각 부설되어 이음밴드 자체의 강성을 보강함에 따라, 스포크의 형상이나 강성과 무관하게 트레드부 자체의 변형 및 진동이 억제될 수 있고, 차량의 승차감, 타이어의 유니포미티, 조향 및 내구 성능 등이 향상될 수 있으며, 주행시 소음발생과 발열이 저감될 수 있게 된다.A non-pneumatic tire with reduced tread deformation is disclosed. A non-pneumatic tire with reduced tread deformation according to the present invention includes a ring-shaped coupling part fastened to a wheel connected to the axle of a vehicle; a ring-shaped tread portion provided on a radial outer side of the coupling portion and grounded to the road surface; a plurality of spokes disposed radially along the circumference of the coupling portion and connecting the coupling portion and the tread portion to support the tread portion; and a reinforcing part installed on the joint band in a shape to increase the secondary moment of section of the joint band in order to reinforce the rigidity of the joint band of the tread portion that is deformed by grounding between the adjacent spokes. According to the present invention, reinforcing parts in a shape that increases the secondary moment of section with respect to the joint band of the tread portion that is deformed by grounding between adjacent spokes are installed on each joint band to reinforce the rigidity of the joint band itself, thereby increasing the stiffness of the joint band. Regardless of shape or rigidity, deformation and vibration of the tread itself can be suppressed, vehicle ride comfort, tire uniformity, steering and durability performance, etc. can be improved, and noise generation and heat generation can be reduced while driving. do.
Description
본 발명은, 트레드의 변형을 저감한 비공기입 타이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 하중에 의해 접지시 변형되는 트레드의 강성을 구조적으로 보강한 비공기입 타이어에 관한 것이다.The present invention relates to a non-pneumatic tire with reduced tread deformation, and more specifically, to a non-pneumatic tire with structural reinforcement of the rigidity of the tread, which is deformed when grounded by a load.
최근 활발하게 연구되고 있는 비공기입 타이어(Non pneumatic tire)는 고압의 공기로 채워지는 밀폐공간인 내강을 형성하지 않고, 차체의 하중을 구조적으로 지지하며 노면의 충격을 완충하도록 고안된 타이어를 말한다.Non-pneumatic tires, which are being actively studied recently, are tires designed to structurally support the load of the vehicle body and cushion the impact of the road surface without forming a lumen, which is an enclosed space filled with high-pressure air.
이러한 종래 비공기입 타이어(10)는, 일반적으로 도 5에 도시된 바와 같이 차축에 연결되는 휠의 외주면 둘레에 결합되는 결합부(110)과, 결합부에서 방사상으로 연장형성되는 복수의 스포크(130)와, 스포크의 방사상 단부에 결합되어 노면에 접지되며 변형되는 링형의 트레드부(120) 등으로 구성될 수 있다.This conventional
상술한 구조의 종래 비공기입 타이어(10)가 차체의 하중을 지지할 때 상부에 위치한 스포크(130)에는 인장력이 가해지고, 하부에 위치한 스포크(130)에는 압축력이 각각 가해지게 되는데, 이로 인해 차체의 하중은 복수의 스포크(130)를 통해 분산 지지될 수 있고, 노면으로부터의 충격 또한 완충될 수 있게 된다.When the conventional
한편, 스포크(130)에 의한 작용과는 별도로, 트레드부(120)는, 타이어의 회전시 노면의 의해 눌려 휨 변형되는데, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 스포크(130)가 하중의 연직방향 또는 노면에 수직인 방향과 나란하게 위치하게 될 때, 노면으로 인한 변형이 최소가 된다. Meanwhile, apart from the action by the
그리고 트레드부(120)는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 스포크(130)가 하중의 연직방향 또는 노면에 수직인 방향으로부터 멀어질수록, 노면으로 인한 변형이 최대가 되는 사인파 형상의 변형을 노면을 기준으로 반복하게 된다.And, as shown in (a) of FIG. 5, the
이렇게 스포크(130)의 지지여부에 따라 노면에 대하여 일정한 주기로 휨 변형을 반복하는 트레드부(120)는, 타이어의 회전 즉, 주행시 상하 진동을 발생시킴에 따라 차량의 승차감 성능은 물론, 유니포미티(Uniformity) 성능, 조향 성능 또는 주행시 소음 등을 발생시키는 문제점이 있었다.In this way, the
따라서, 비공기입 타이어 기술에서 트레드부(120)의 변형량을 줄여 타이어의 성능과 승차감을 개선하고, 주행시 발생하는 소음 등을 저감시키는 기술은 매우 중요한 이슈로 취급되고 있다.Therefore, in non-pneumatic tire technology, technology to improve tire performance and ride comfort by reducing the amount of deformation of the
일례로, 대한민국공개특허 제10-2017-0047166호(공개일: 2017년 05월04일)는, 스포크 내단측보다 스포크 외단측의 압축 강성(Sr)을 증대시켜 타이어 주행시 스포크의 외단측에 생기는 변형을 상대적으로 저감시키는 기술을 제시하고 있다.For example, Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0047166 (publication date: May 4, 2017) increases the compression stiffness (Sr) on the outer side of the spoke than on the inner side of the spoke, thereby preventing damage to the outer side of the spoke when the tire is driven. A technology to relatively reduce deformation is proposed.
위와 같은 선행기술은, 타이어의 승차감과 내구성을 일부 향상시키는 장점이 있으나, 스포크에 대한 형상이나 강성에만 한정하여 타이어의 변형을 저감시키는 기술을 개시하고 있을 뿐이고, 트레드부의 조성, 형상 또는 구조적 측면에서의 개선이나 보완은 전혀 제시하지 못하고 있어 이에 대한 연구나 개발이 필요한 실정이다.The above prior art has the advantage of partially improving the ride comfort and durability of the tire, but only discloses a technology to reduce deformation of the tire by limiting it to the shape or rigidity of the spokes, and is limited to the shape and rigidity of the spokes, and is limited to the composition, shape, or structural aspects of the tread portion. Since no improvement or supplementation has been proposed, research or development is needed.
본 발명의 목적은, 스포크에 의해 직접 지지받지 못하는 회전구간에서 트레드의 강성을 구조적으로 보완할 수 있는 형상을 부가하여 하중에 의해 접지시 변형되는 트레드의 변형 폭을 줄임으로써 타이어 성능을 개선할 수 있는 비공기입 타이어를 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to improve tire performance by reducing the extent of deformation of the tread when grounded by a load by adding a shape that can structurally supplement the rigidity of the tread in a rotation section that is not directly supported by spokes. The purpose is to provide non-pneumatic tires.
상기 목적은, 차량의 차축에 연결되는 휠에 체결되는 링형의 결합부; 상기 결합부의 반경방향 외측에 구비되어 노면에 접지되는 링형의 트레드부; 상기 결합부의 둘레를 따라 방사상으로 배치되며 상기 결합부와 상기 트레드부 간을 연결하여 상기 트레드부를 지지하는 복수의 스포크; 및 인접한 상기 스포크 사이에서 접지에 따라 변형되는 상기 트레드부의 이음밴드에 대한 강성 보강을 위해, 상기 이음밴드의 단면 이차모멘트를 증대하는 형상으로 상기 이음밴드에 부설되는 보강부를 포함하는 것을 특징으로 하는 트레드의 변형을 저감한 비공기입 타이어에 의해 달성된다.The above purpose is to include a ring-shaped coupling part fastened to a wheel connected to the axle of a vehicle; a ring-shaped tread portion provided on a radial outer side of the coupling portion and grounded to the road surface; a plurality of spokes disposed radially along the circumference of the coupling portion and connecting the coupling portion and the tread portion to support the tread portion; And a tread comprising a reinforcing part installed on the joint band in a shape to increase the secondary moment of section of the joint band in order to reinforce the rigidity of the joint band of the tread portion that is deformed by grounding between the adjacent spokes. This is achieved by using non-pneumatic tires that reduce deformation.
상기 보강부는, 상기 이음밴드의 내주면에서 상기 결합부를 향하며 타이어의 폭방향을 따라 볼록하게 돌출되어 상기 이음밴드의 단면 이차모멘트를 증대시키는 제1 보강체를 포함할 수 있다.The reinforcement portion may include a first reinforcing member that protrudes convexly along the width direction of the tire from the inner peripheral surface of the joint band toward the coupling portion and increases the cross-sectional secondary moment of the joint band.
상기 보강부는, 상기 이음밴드의 양측면에서 타이어의 폭방향으로 볼록하게 돌출되어 상기 이음밴드의 단면 이차모멘트를 증대시키는 제2 보강체를 더 포함할 수 있다.The reinforcement portion may further include a second reinforcement body that protrudes convexly in the width direction of the tire from both sides of the joint band to increase the cross-sectional secondary moment of the joint band.
상기 보강부는, 상기 트레드부에 대한 강성증대와 방열을 위해, 상기 트레드부의 내측에 인서트되어 상기 트레드부와 일체로 성형되는 그래핀보강막을 포함할 수 있다.The reinforcement part may include a graphene reinforcement film that is inserted into the inside of the tread part and formed integrally with the tread part in order to increase the rigidity of the tread part and dissipate heat.
상기 그래핀보강막은, 제1 수지층; 상기 제1 수지층 상에 구비되는 그래핀층; 및 상기 그래핀층 상에 구비되는 제2 수지층을 포함하는 경량의 막구조로 이루어질 수 있다.The graphene reinforcement film includes: a first resin layer; A graphene layer provided on the first resin layer; and a second resin layer provided on the graphene layer.
본 발명에 의하면, 인접한 스포크 사이에서 접지에 따라 변형되는 트레드부 의 이음밴드에 대한 단면 이차모멘트를 증대하는 형상으로 이루어진 보강부가 이음밴드에 각각 부설되어 이음밴드 자체의 강성을 보강함에 따라, 스포크의 형상이나 강성과 무관하게 트레드부 자체의 변형 및 진동이 억제될 수 있고, 차량의 승차감, 타이어의 유니포미티, 조향 및 내구 성능 등이 향상될 수 있으며, 주행시 소음발생과 발열이 저감될 수 있게 된다.According to the present invention, reinforcing parts in a shape that increases the secondary moment of section with respect to the joint band of the tread portion that is deformed by grounding between adjacent spokes are installed on each joint band to reinforce the rigidity of the joint band itself, thereby increasing the stiffness of the joint band. Regardless of shape or rigidity, deformation and vibration of the tread itself can be suppressed, vehicle ride comfort, tire uniformity, steering and durability performance, etc. can be improved, and noise generation and heat generation can be reduced while driving. do.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 트레드의 변형을 저감한 비공기입 타이어의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 비공기입 타이어의 원주방향에 따른 일부분 단면도 및 차축에 나란한 일부분 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 스포크와 이음밴드의 두께에 따라 이음밴드가 변형되는 양태를 각각 대비하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 1에 도시된 비공기입 타이어의 주행시 노면에서 이음밴드가 변형되는 양태를 연속적으로 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 보강부가 배제된 종래의 비공기입 타이어의 주행시 노면에서 이음밴드가 변형되는 양태를 연속적으로 나타낸 그래프이다.Figure 1 is a perspective view of a non-pneumatic tire with reduced tread deformation according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view along the circumferential direction and a partial cross-sectional view parallel to the axle of the non-pneumatic tire shown in FIG. 1.
Figure 3 is a graph showing the deformation of the joint band according to the thickness of the spoke and joint band shown in Figure 1, respectively.
FIG. 4 is a continuous graph showing the manner in which the joint band is deformed on the road surface when the non-pneumatic tire shown in FIG. 1 is driven.
Figure 5 is a graph continuously showing the manner in which the joint band is deformed on the road surface when a conventional non-pneumatic tire excluding the reinforcing part of the present invention is driven.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, in describing the present invention, descriptions of already known functions or configurations will be omitted to make the gist of the present invention clear.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 트레드의 변형을 저감한 비공기입 타이어의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 비공기입 타이어의 원주방향에 따른 일부분 단면도 및 차축에 나란한 일부분 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 스포크와 이음밴드의 두께에 따라 이음밴드가 변형되는 양태를 각각 대비하여 나타낸 그래프이고, 도 4는 도 1에 도시된 비공기입 타이어의 주행시 노면에서 이음밴드가 변형되는 양태를 연속적으로 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명의 보강부가 배제된 종래의 비공기입 타이어의 주행시 노면에서 이음밴드가 변형되는 양태를 연속적으로 나타낸 그래프이다.Figure 1 is a perspective view of a non-pneumatic tire with reduced tread deformation according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 is a partial cross-sectional view along the circumferential direction and a partial cross-sectional view parallel to the axle of the non-pneumatic tire shown in Figure 1. 3 is a graph showing the deformation of the joint band according to the thickness of the spoke and joint band shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a graph showing the deformation of the joint band on the road surface when the non-pneumatic tire shown in FIG. 1 is driven. is a graph continuously showing, and Figure 5 is a graph continuously showing the manner in which the joint band is deformed on the road surface when a conventional non-pneumatic tire excluding the reinforcement portion of the present invention is driven.
도면에 나타난 X, Y, Z 축은 권리의 한정의 용도가 아닌 설명의 편의를 위해서 임의로 정한 것으로, X축이 타이어의 전후방향을 지시하고, Y축은 타이어의 좌우 폭방향을 지시하며, Z축은 타이어의 상하방향을 지시하는 것으로 정의한다. 이하에서 설명되는 각 방향은 이와 다르게 특별히 한정하는 경우를 제외하고, 이에 기초한 것이다.The X, Y, and Z axes shown in the drawing are arbitrarily determined for convenience of explanation and not for the purpose of limiting rights. The It is defined as indicating the upward and downward direction. Each direction described below is based on this, except where otherwise specifically limited.
본 발명에 따른 트레드의 변형을 저감한 비공기입 타이어(100)는, 궁극적으로 비공기입 타이어(100)가 장착된 차량의 승차감, 타이어의 유니포미티, 조향 및 내구 성능 등을 향상시키고, 주행시 소음발생과 발열을 저감하기 위해 안출된 발명이다.The
이러한 본 발명은, 스포크(130)의 형상이나 강성과 무관하게 트레드부(120)를 구성하는 이음밴드(122)의 단면 이차모멘트를 증대시키는 형상의 보강부(140)를 통해 트레드부(120) 자체의 변형 및 진동을 억제함으로써, 상술한 목적을 구현하게 된다.In this invention, the
상술한 목적을 구체적으로 구현하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 비공기입 타이어(100)는, 도 1 등에 도시된 바와 같이, 결합부(110), 트레드부(120), 스포크(130) 및 보강부(140) 등을 포함하여 구성될 수 있다.In order to specifically implement the above-described purpose, the
위에 언급한 각 구성들을 이하에서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Each of the configurations mentioned above will be described in detail below.
먼저, 결합부(110)는, 일반적인 공기입 타이어의 비드에 대응하여 차량의 차축(Ax)에 연결된 휠에 체결되는 구성요소로서, 휠에 대한 견고한 체결을 위해 경량의 강철, 알루미늄합금, 마그네슘합금 등과 같은 비신축성 금속 소재를 소정 두께의 링형상 내지 원통형상으로 제작하여 이루어질 수 있다.First, the
이러한 결합부(110)는, 고강도, 고내열성의 비신축성/신축성 합성수지 또는 고무 소재를 소정 두께의 링형상 내지 원통형상으로 제작하여 이루어질 수도 있음은 물론이다. Of course, this
휠과 결합부(110) 간의 체결은, 끼움결합, 걸림결합, 나사결합, 클램핑결합 등과 같은 다양한 체결방식을 매개로 이루어질 수 있다.The connection between the wheel and the
트레드부(120)는, 상술한 결합부(110)의 반경방향 외측에 구비되어 노면(G)에 접지되는 링형의 구성요소로서, 기존의 공기입 타이어의 트레드층과 유사하게 소정의 보강용 코드를 심재로 하여 압연 또는 압출성형한 내마모성의 고무층을 링형상 내지 원통형상으로 가공하여 이루어질 수 있다.The
이러한 트레드부(120)는, 후술할 스포크(130)를 기준으로 서로 인접한 스포크(130) 사이에 배치되는 이음밴드(122)가 연속적으로 연결되어 링형상을 이루고, 노면(G)에 접지되는 외측의 접지면(120a)과, 그 반대면인 내측의 내주면(120b)과, 접지면(120a)과 내주면(120b)을 측면에서 연결하는 측방면으로 구성될 수 있다.This
이때, 트레드부(120)의 접지면(120a)에는, 도면에 구체적으로 도시하지 않았지만, 타이어의 원주방향 홈인 종그루브, 종그루브에 교차하며 타이어의 폭방향으로 형성되어 배수기능을 하는 홈인 횡그루브, 종그루브와 횡그루브에 의해 구획되어 노면(G)과 접하는 돌출부를 이루는 블록, 유연성을 부여하기 위해 블록에 형성되는 좁은 홈인 사이프, 방열을 위해 쇼울더 주변에 함몰형성된 딤플 등이 기존의 공기입 타이어의 트레드 패턴과 유사하게 다양한 양태로 형성될 수 있다.At this time, the
한편, 트레드부(120)의 이음밴드(122)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 후술할 스포크(130)와 지면과의 위치에 따라 타이어의 회전시 노면(G)의 의해 눌려 휨 변형되며 비공기입 타이어(100)의 상하 진동을 발생시키는 구성요소이다.Meanwhile, as shown in FIG. 4, the
이러한 이음밴드(122)는, 주행중 스포크(130)가 하중의 연직방향 또는 노면(G)에 수직인 방향과 나란하게 위치하게 될 때(도 4의 (b) 참조), 노면(G)으로 인한 변형이 최소가 되고, 스포크(130)가 하중의 연직방향 또는 노면(G)에 수직인 방향으로부터 멀어질수록(도 4의 (a) 참조), 스포크(130)에 의해 지지되지 못하여 노면(G)으로 인한 변형이 최대가 되는 사인파 형상의 변형을 노면(G) 기준으로 반복하게 된다.This
따라서 후술할 보강부(140)를 통해 이러한 이음밴드(122)의 상하 진동 폭을 효과적으로 저감시키는 것이 필요하다.Therefore, it is necessary to effectively reduce the vertical vibration width of the
스포크(130)는, 상술한 결합부(110)와 트레드부(120) 간을 연결하여 휠을 기준으로 상술한 트레드부(120)가 일정하게 지지되도록 하는 구성요소로서, 결합부(110)의 둘레를 따라 복수 개가 방사상으로 배치되어 이루어질 수 있다.The
이러한 스포크(130)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상술한 트레드부(120)에 대한 견고한 지지를 위해 결합부(110) 및 트레드부(120)의 폭 길이에 각각 대응하는 판형상으로 이루어질 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 2, the
이때, 차체의 하중이 방사상으로 배치된 스포크(130)에 인가되면, 차체의 하중은, 도 4에 도시된 바와 같이, 하부에 위치한 스포크(130)에는 압축력으로, 상부에 위치한 스포크(130)에는 인장력으로 각각 분산되어 지지되고, 주행중 노면(G)으로부터의 충격도 압축력과 인장력으로 각각 분산되며 완충될 수 있게 된다.At this time, when the load of the car body is applied to the radially arranged
상술한 바와 같이 스포크(130)에 대한 압축과 인장이 원활하게 이루어지도록 하기 위해, 스포크(130)는, 고강도, 고내열성의 신축성 합성수지 또는 고무 소재를 소정 두께의 판형상으로 제작하여 이루어질 수 있다In order to ensure smooth compression and tension of the
여기서 스포크(130)는, 상술한 결합부(110)와 트레드부(120)가 인서트된 타이어 성형금형에 상술한 합성수지나 고무를 용융시킨 성형액을 소정의 압력으로 충전한 후 경화시킴으로써 결합부(110) 및 트레드부(120)와 일체화된 형태로 제작될 수 있다.Here, the
또한, 스포크(130)는, 상술한 바와 같이 타이어 성형금형을 이용한 사출성형방식이 아니라 별도로 각각 제작된 후 결합부(110)의 외주면 및 트레드부(120)의 내주면(120b)에 도포된 소정의 접착물질의 접착력을 이용하여 결합부(110) 및 트레드부(120)와 결합될 수 있다.In addition, the
이때, 접착물질은, 결합부(110) 및 트레드부(120)에 대한 견고한 접착을 위해 스포크(130)와 실질적으로 동일한 소재로 이루어질 수 있다.At this time, the adhesive material may be made of substantially the same material as the
한편, 동일한 소재로 제작되는 스포크(130)는 결합부(110)를 따라 배치되는 스포크(130)의 개수가 증가하거나 스포크(130)의 두께(t)가 두꺼워질수록, 더욱 큰 하중의 차체를 지지할 수 있고, 보다 큰 노면 충격을 완충할 수 있게 된다.On the other hand, the
보강부(140)는, 인접한 스포크(130) 사이에서 접지에 따라 완만한 호 형상에서 평평한 판상으로 변형(도 4의 (a) 참조)되는 트레드부(120) 이음밴드(122)의 강성을 보강하기 위해 이음밴드(122)에 부대하여 형성되는 구성요소로서, 이음밴드(122)의 단면 이차모멘트를 증대하는 형상으로 이루어질 수 있다.The reinforcing
여기서 이음밴드(122)의 단면 이차모멘트(IAx)는, 차축(Ax)과 나란한 이음밴드(122)의 단면을 기준으로 휨 변형 또는 처짐에 대한 저항을 예측하기 위한 관성모멘트를 말한다.Here, the cross-sectional secondary moment (I Ax ) of the
이때, 이음밴드(122)의 단면 이차모멘트(IAx)는, 물리적으로 이음밴드(122)의 휨 변형(이에 대응하는 외팔보의 변형()과 반비례 관계로 볼 수 있으므로, 이음밴드(122)의 단면 이차모멘트(IAx) 값이 커지게 되면(구조적으로 안정하게 됨) 이음밴드(122)의 휨 변형이 억제된다고 할 수 있는 것이다.At this time, the secondary moment of section (I Ax ) of the
이러한 이음밴드(122)의 단면 이차모멘트(IAx)는, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 이음밴드(122)의 중심선을 기준으로 한 단면 이차모멘트(Io = (b*h3)/12)를 실제 회전의 중심인 차축(Ax)에 대하여 평행축 정리하여, 수학식 IAx = Io + A*D로 표현할 수 있다. 이때, A는 직사각형태로 이루어진 이음밴드(122)의 단면적(A = b*h)을 의미하고, D는 이음밴드(122)의 중심선과 차축(Ax) 간의 이격거리를 말한다.As shown in (b) of FIG. 2, the cross-sectional secondary moment (I Ax ) of this
즉, 위와 같이 이음밴드(122)에 대한 단면 이차모멘트(IAx)를 표현한 수학식에 따르면, 이음밴드(122)에 대한 단면 이차모멘트(IAx)는, 도 2의 (b)에 도시된 이음밴드(122) 단면의 가로길이(b)와 높이(h)에 각각 비례하는 것으로 이해될 수 있으므로, 각각(b,h)을 선택적으로 증대하게 되면, 결국 이음밴드(122)에 대한 휨 변형이 억제될 수 있는 것이다.That is, according to the equation expressing the secondary moment of section (I Ax ) for the
따라서 본 발명의 실시예에 따른 보강부(140)는, 이음밴드(122)의 가로길이(b)와 높이(h)를 각각 확장시키는 형상의 제1 보강체(142) 및 제2 보강체(144)를 선택적으로 이음밴드(122)에 형성하여 이루어지게 된다.Therefore, the
여기서 제1 보강체(142)는, 이음밴드(122) 단면의 높이(h)에 대한 확장을 통해 이음밴드(122)의 단면 이차모멘트를 증대시키는 구성요소로서, 이음밴드(122)의 내주면에서 상술한 결합부(110)를 향하며 타이어의 폭방향을 따라 볼록하게 돌출된 구조로 이루어지게 된다.Here, the
이때, 이음밴드(122) 단면의 높이(h)를 전체적으로 증대한 것이 아니라 중앙부를 볼록하게 형성한 이유는, 상술한 스포크(130)로부터 지지되지 못하여 변형되기 쉬운 이음밴드(122)의 중앙부에 대한 변형을 집중적으로 억제하면서도 타이어의 경량화를 도모하기 위한 것이다.At this time, the reason why the height (h) of the cross section of the
제2 보강체(144)는, 이음밴드 단면의 가로길이(b)에 대한 확장을 통해 이음밴드(122)의 단면 이차모멘트를 증대시키는 구성요소로서, 이음밴드(122)의 양측면에서 타이어의 폭방향으로 볼록하게 돌출된 구조로 이루어지게 된다.The
이때, 이음밴드(122) 단면의 가로길이(b)를 전체적으로 증대한 것이 아니라 중앙부를 볼록하게 형성한 이유는, 제1 보강체(142)와 마찬가지로 상술한 스포크(130)로부터 지지되지 못하여 변형되기 쉬운 이음밴드(122)의 중앙부에 대한 변형을 집중적으로 억제하면서도 타이어의 경량화를 도모하기 위한 것이다.At this time, the reason why the horizontal length (b) of the cross section of the
상술한 바와 같은 제1 보강체(142) 및 제2 보강체(144)는, 상술한 트레드부(120)에 대한 압연 또는 압출성형시 함께 일체로 성형하여 형성되거나, 트레드부(120)보다 높은 강성을 갖는 소재로 미리 제작한 후 상술한 트레드부(120)에 접착물질을 이용하여 접합될 수 있다.The first reinforcing
또한, 상술한 바와 같은 제1 보강체(142) 및 제2 보강체(144)는, 어느 하나를 선택하여 이음밴드(122)에 형성하거나, 모두를 함께 형성하거나, 또는 볼록한 돌출정도를 조절하는 방식으로 이음밴드(122)에 대한 변형 억제의 정도를 다양하게 변경할 수 있다.In addition, the first reinforcing
이러한 제1 보강체(142) 및 제2 보강체(144)의 효과는 도 4의 본 발명과 도 5에 도시된 종래의 비공기입 타이어(10) 간 이음밴드(122)의 변형의 폭을 상호 대비하여 보면, 쉽고 명확하게 알 수 있다.The effect of the first reinforcing
이상에서 살펴본 보강부(140)를 통해 이음밴드(122)의 변형이 억제되는 효과를 도 3을 참조하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.The effect of suppressing deformation of the
우선, 도 3의 (a)에 따르면, 동일한 두께의 이음밴드(122)에 대하여 본 발명에 따른 스포크(130)의 두께(t)가 3.5mm에서 5.0mm로 두꺼워지는 경우, 이음밴드(122)는 변형의 폭(정도)이 감소됨을 알 수 있는데, 이는 스포크(130)의 두께(t)가 두꺼울수록 넓은 범위에서 이음밴드(122)가 스포크(130)에 의해 지지되기 때문이다.First, according to (a) of FIG. 3, when the thickness (t) of the
그리고 도 3의 (b)에 따르면, 본 발명에 따른 제1 보강체(142)를 0.0mm(제1 보강체(142)를 형성하지 않은 경우) 내지 2.0mm의 두께로 형성하여 이음밴드(122)의 단면 높이(h)를 확장하게 되면, 이음밴드(122)의 변형의 폭(정도)이 도 3의 (a) 경우보다 급격하게 감소됨을 알 수 있는데, 이는 이음밴드(122)의 중앙부가 돌출되는 정도(이음밴드(122)의 단면 이차모멘트를 증대하는 형상임)에 비례하여 이음밴드(122)의 변형이 효과적으로 억제되기 때문인 것으로 이해될 수 있다.And according to (b) of FIG. 3, the first reinforcing
다만, 제1 보강체(142)는 2.0mm의 돌출높이(R)에서 이음밴드(122)의 변형을 가장 효율적으로 억제하는 반면에 2.0mm를 초과하게 되면 타이어의 경량화를 저해할 수 있고, 변형을 억제하는 효율의 저하가 발생할 수 있다.However, while the
그리고 본 발명에 따른 스포크(130)의 두께(t)를 5.0mm에서 3.5mm의 순서로 얇게 하면서 제1 보강체(142)를 0.0mm에서 2.0mm의 순서로 형성한 경우의 도 3의 (c)에 따르면, 스포크(130)의 두께(t)에 의한 것보다 제1 보강체(142)의 돌출높이(R)에 의한 이음밴드(122)의 변형 억제가 더욱 지배적이고 효율적임을 알 수 있다.And, the thickness (t) of the
이러한 결과는, 스포크(130)의 두께(t)를 얇게 하면서도 제1 보강체(142)(또는 제2 보강체(144))의 돌출높이(R)를 적절하게 증가시키게 되면 타이어의 경량화와 함께 트레드부(120) 자체의 변형 및 진동을 효과적으로 억제할 수 있어 비공기입 타이어(100)의 성능향상에 단초가 될 수 있음을 보여준다.These results show that if the protrusion height (R) of the first reinforcing body 142 (or the second reinforcing body 144) is appropriately increased while thinning the thickness (t) of the
한편, 보강부(140)는, 상술한 바와 같이 이음밴드(122) 단면의 높이(h)나 가로길이(b)를 확장하는 제1 보강체(142) 및 제2 보강체(144)와 달리, 트레드부(120)의 내측에 인서트되어 트레드부(120)와 일체로 성형되는 그래핀보강막(150)을 포함하여 이루어질 수 있다.Meanwhile, the
본 발명의 실시예에 따른 그래핀보강막(150)은, 트레드부(120)에 대한 강성증대와 방열을 위해 경량의 막구조로 이루어지는 구성요소로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 수지층(152), 그래핀층(154) 및 제2 수지층(156) 등을 포함하여 구성될 수 있다.The
여기서 제1 수지층(152)은, 후술할 그래핀층(154)의 일면에서 그래핀층(154)과 견고한 결합력을 형성하며 일체를 이루게 되는 얇은 막형상의 구성요소이다.Here, the
이러한 제1 수지층(152)을 형성하는 고분자는, 그래핀층(154)을 형성하도록 배열된 그래핀 소재(GM) 사이로 침투하며 그래핀 소재(GM)와 화학결합(공유결합)을 이룸으로써, 그래핀층(154)의 일면에 대한 보호 기능을 수행하게 되고, 그래핀층(154)에 의해 발휘되는 기계적 물성을 보완하는 기능을 수행하게 된다.The polymer forming the
제1 수지층(152)을 형성하게 되는 고분자는, 타이어 제조시 가해지는 열이나 압력에 녹지 않는 용융점을 갖고, 유연성과 질긴 강성을 갖는 고분자 합성수지라면 특별하게 제한되지 않지만, PET(Polyethylene Terephthalate), PPS(Polyphenylene Sulfide), PSU(Polysulfone), PEEK(Polyetheretherketone), PES(Polyethersulfone), PPA(Polyphthalamide), PEI(Polyetherimide), TPI(Thermoplastic Polyimide) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The polymer forming the
위에 특별히 언급된 다양한 내열성 수지는, 타이어의 규격, 용도 또는 타이어의 사용환경 등에 따라 필요한 물성을 구현하기 위해 어느 하나를 선택하여 제1 수지층(152)의 제조에 사용될 수 있고, 둘 이상을 적절히 혼합하여 제1 수지층(152)의 제조에 사용될 수도 있다The various heat-resistant resins specifically mentioned above can be used in the production of the
그래핀층(154)은, 열전도율이 낮은 종래 트레드의 발열문제를 해소하면서 트레드부(120)를 견고히 지지하며 변형을 억제하기 위해 도입된 구성요소로서, 상술한 제1 수지층(152) 상에 단층으로 구비될 수 있다.The
여기서 그래핀층(154)을 형성하게 되는 그래핀(graphene) 소재는, 탄소 원자들이 육각형의 격자 즉, 벌집구조(honeycomb structure)를 이루며 2차원 평면 구조를 형성하는 차세대 신소재로서, 수㎚에서 수십㎛ 두께로 얇고 가벼우면서도 강철보다 200배 이상 강하고, 전기전도성 및 열전도성이 아주 우수하며, 탄성도 뛰어난 물리적, 화학적 특성이 있다.Here, the graphene material that forms the
이러한 특출한 물리, 화학적 특성으로 인해 그래핀 소재(GM)는, 비행기나 자동차, 건축자재, 의료산업 분야 등과 같은 다양한 분야에서 활발한 연구개발이 진행되고 있다.Due to these exceptional physical and chemical properties, graphene material (GM) is being actively researched and developed in various fields such as airplanes, automobiles, building materials, and the medical industry.
상술한 그래핀 소재(GM)는 주재료가 되는 흑연 결정에 대한 물리적 또는 화학적 박리법을 통해 추출되거나, 탄소 전구체를 이용한 증기증착법을 통해 얻어질 수 있다.The graphene material (GM) described above can be extracted through physical or chemical exfoliation of graphite crystals, which are the main material, or obtained through vapor deposition using a carbon precursor.
본 발명에 따른 그래핀층(154)은, 위와 같이 다양한 그래핀 제조법에 의해 추출된 그래핀 소재(GM)가 메틸피롤리돈(N-Methyl-2-pyrrolidone) 또는 물 등과 같은 용제에 확산 또는 용해되어 이루어진 분산액(D)을 에어로졸 형태로 분사하는 초음파 스프레이장치(미도시)에 의해 단층으로 형성될 수 있다.The
제2 수지층(156)은, 상술한 제1 수지층(152)의 반대편인 그래핀층(154)의 타면에서 그래핀층(154)과 견고한 결합력을 형성하며 일체를 이루게 되는 얇은 막형상의 구성요소이다.The
이러한 제2 수지층(156)을 형성하는 고분자는, 그래핀층(154)을 형성하도록 배열된 그래핀 소재(GM) 사이로 침투하여 그래핀 소재(GM)와 화학결합(공유결합)을 이룸으로써, 그래핀층(154)의 타면에 대한 보호기능을 수행하게 되고, 그래핀층(154)에 의해 발휘되는 기계적 물성을 보완하는 기능을 수행하게 된다.The polymer forming this
제2 수지층(156)을 형성하게 되는 고분자는, 상술한 제1 수지층(152)과 마찬가지로, 타이어 제조시 가해지는 열이나 압력에 녹지 않는 용융점을 갖고, 유연성과 질긴 강성을 갖는 고분자 합성수지라면 특별하게 제한되지 않는다.The polymer forming the
따라서 타이어의 규격, 용도 또는 타이어의 사용환경 등에 따라 필요한 물성을 구현하기 위해 앞서 언급된 내열성 수지 중 어느 하나를 선택하여 제2 수지층(156)의 제조에 사용될 수 있고, 둘 이상을 적절히 혼합하여 제2 수지층(156)의 제조에 사용될 수도 있다.Therefore, in order to implement the necessary physical properties according to the tire standard, purpose, or usage environment of the tire, any one of the heat-resistant resins mentioned above can be selected and used to manufacture the
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.Although specific embodiments of the present invention have been described and shown above, it is known in the art that the present invention is not limited to the described embodiments, and that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. This is self-evident to those who have it. Accordingly, such modifications or variations should not be understood individually from the technical idea or viewpoint of the present invention, and the modified embodiments should be regarded as falling within the scope of the claims of the present invention.
Ax: 차축
G: 노면
10: 종래의 비공기입 타이어
100: 트레드의 변형을 저감한 비공기입 타이어
110: 결합부
120: 트레드부
120a,120b: 접지면, 내주면
122: 이음밴드
130: 스포크
t: 스포크의 두께
140: 보강부
142: 제1 보강체
144: 제2 보강체
R: 보강부의 돌출높이
150: 그래핀보강막
152: 제1 수지층
154: 그래핀층
156: 제2 수지층Ax: axle
G: road surface
10: Conventional non-pneumatic tires
100: Non-pneumatic tire with reduced tread deformation
110: coupling part
120: Tread part
120a, 120b: ground plane, inner peripheral surface
122: joint band
130: spoke
t: Thickness of spoke
140: reinforcement part
142: first reinforcement
144: second reinforcement
R: Protrusion height of reinforcement part
150: Graphene reinforcement film
152: first resin layer
154: Graphene layer
156: second resin layer
Claims (5)
상기 결합부의 반경방향 외측에 구비되어 노면에 접지되는 링형의 트레드부;
상기 결합부의 둘레를 따라 방사상으로 배치되며 상기 결합부와 상기 트레드부 간을 연결하여 상기 트레드부를 지지하는 복수의 스포크; 및
인접한 상기 스포크 사이에서 접지에 따라 변형되는 상기 트레드부의 이음밴드에 대한 강성 보강을 위해, 상기 이음밴드의 단면 이차모멘트를 증대하는 형상으로 상기 이음밴드에 부설되는 보강부를 포함하되,
상기 보강부는,
상기 이음밴드 단면의 높이(h)에 대한 확장을 통해 상기 이음밴드의 단면 이차모멘트가 증대되도록, 상기 이음밴드의 내주면에서 상기 결합부를 향하며 타이어의 폭방향을 따라 볼록하게 돌출되어 상기 이음밴드의 중앙부에 대한 변형을 억제하는 제1 보강체; 및
상기 이음밴드 단면의 가로길이(b)에 대한 확장을 통해 상기 이음밴드의 단면 이차모멘트가 증대되도록, 상기 이음밴드의 양측면에서 타이어의 폭방향으로 볼록하게 돌출되어 상기 이음밴드의 중앙부에 대한 변형을 억제하는 제2 보강체를 포함하는 것을 특징으로 하는 트레드의 변형을 저감한 비공기입 타이어.A ring-shaped coupling part fastened to a wheel connected to the axle of a vehicle;
a ring-shaped tread portion provided on a radial outer side of the coupling portion and grounded to the road surface;
a plurality of spokes disposed radially along the circumference of the coupling portion and connecting the coupling portion and the tread portion to support the tread portion; and
In order to reinforce the rigidity of the joint band of the tread portion that is deformed by grounding between the adjacent spokes, a reinforcing portion is installed on the joint band in a shape to increase the secondary moment of section of the joint band,
The reinforcement part,
The central portion of the joint band protrudes convexly along the width direction of the tire from the inner circumferential surface of the joint band toward the coupling portion so that the cross-sectional secondary moment of the joint band increases through expansion of the cross-sectional height (h) of the joint band. A first reinforcement that suppresses deformation; and
The cross-section of the joint band protrudes convexly in the width direction of the tire on both sides of the joint band to increase the cross-sectional secondary moment of the joint band through the expansion of the horizontal length (b) of the cross-section of the joint band, thereby causing deformation of the central portion of the joint band. A non-pneumatic tire with reduced tread deformation, comprising a second reinforcing member for suppressing tread deformation.
상기 제1 보강체 및 상기 제2 보강체는,
상기 트레드부에 대한 압연 또는 압출성형시 함께 일체로 성형되거나,
상기 트레드부보다 높은 강성을 갖는 소재로 미리 제작된 후 상기 트레드부에 접착물질을 이용하여 접합되어 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 트레드의 변형을 저감한 비공기입 타이어.According to paragraph 1,
The first reinforcement and the second reinforcement,
When rolling or extruding the tread portion, it is integrally formed together,
A non-pneumatic tire with reduced deformation of the tread, characterized in that it is pre-manufactured from a material having higher rigidity than the tread portion and then joined to the tread portion using an adhesive material to form an integral piece.
상기 보강부는,
상기 트레드부에 대한 강성증대와 방열을 위해, 상기 트레드부의 내측에 인서트되어 상기 트레드부와 일체로 성형되는 그래핀보강막을 포함하는 것을 특징으로 하는 트레드의 변형을 저감한 비공기입 타이어.According to paragraph 1,
The reinforcement part,
A non-pneumatic tire that reduces deformation of the tread, comprising a graphene reinforcement film inserted into the inside of the tread part and molded integrally with the tread part to increase the rigidity and dissipate heat of the tread part.
상기 그래핀보강막은,
제1 수지층;
상기 제1 수지층 상에 구비되는 그래핀층; 및
상기 그래핀층 상에 구비되는 제2 수지층을 포함하는 경량의 막구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 트레드의 변형을 저감한 비공기입 타이어.According to paragraph 4,
The graphene reinforcement film,
first resin layer;
A graphene layer provided on the first resin layer; and
A non-pneumatic tire with reduced tread deformation, characterized in that it is made of a lightweight membrane structure including a second resin layer provided on the graphene layer.
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KR1020210105285A KR102602882B1 (en) | 2021-08-10 | 2021-08-10 | Non-pneumatic tire with reduced tread deformation |
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KR20230023294A KR20230023294A (en) | 2023-02-17 |
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