KR20020060995A - 구조적으로 지탱되는 탄성 타이어 - Google Patents

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Abstract

내부 공기압 없이 하중을 지탱하는 탄성 타이어(100)는 지면 접촉 트레드부(110)와, 상기 트레드부로부터 반경방향 내향으로 연장되며 타이어의 구름 중에 휠(10)에 대한 고정을 유지하도록 채택된 비드부(160)에 고정된 사이드월부(150)를 포함한다. 보강 환형 밴드는 트레드부의 반경방향 내측에 배치된다. 밴드는 탄성 전단층(120)과, 탄성 전단층의 반경방향 내측에 부착된 제 1 멤브레인(130) 및 탄성 전단층의 반경방향 외측에 부착된 제 2 멤브레인(140)을 포함한다. 상기 멤브레인의 각각은, 타이어의 지면 접촉부가 하중 하에 멤브레인의 일정한 길이를 유지하면서 전단층에서의 전단 스트레인에 의해 평탄한 접촉 영역으로 변형되도록 상기 전단층의 전단 계수 보다 충분히 큰 종방향 인장 계수를 갖는다.

Description

구조적으로 지탱되는 탄성 타이어{Structurally supported resilient tire}
공압식 타이어는 1세기 이상 차량의 이동성을 위한 선택의 해결책이 되어 왔다. 현대의 벨트식 래디얼 카카스 공압식 타이어는 적당한 수직 및 측방향 콤플라이언스를 허용하면서, 인가된 하중을 지탱하기 위한 효과적인 수단을 제공하는 훌륭한 제품이다. 공압식 타이어는 주로 타이어 캐비티 내의 내부 공기압의 작용에 의해 그의 기계적 특성을 얻는다. 팽창압에 대한 반작용은 벨트와 카카스 부품에 정확한 강도를 제공한다. 팽창압은 공압식 타이어의 가장 중요한 설계 파라미터 중 하나이다. 불행하게도, 팽창압이 고정되어 있는 경우, 공압식 타이어의 설계자는 타이어의 수직 강성을 변경하는데 제한된 융통성을 갖는다.
공압식 타이어로부터 최상의 성능을 얻기 위해 양호한 압력 유지가 요구된다. 특정 압력 미만의 팽창압은 연료 소비의 손실을 초래할 수 있다. 가장 중요한 것은 종래의 공압식 타이어는 팽창압의 완전한 손실 후에 매우 사용이 제한될 수 있다는 것이다. 다수의 타이어 제조업자들은 타이어로부터 공기압의 완전한 손실 후의 차량의 연속적인 이동성에 대해 제안해 왔다. 상업적으로 이용 가능한 펑크 주행 가능한 타이어(runflat tire) 해결책은, 수축 상태의 작동 중에 사이드월이 압축 상태에서 하중 지탱 부재로서 작용할 수 있도록 부가된 사이드월 보강재 또는 필러를 구비하는 공압식 타이어이다. 이러한 부가된 보강재는 종종 높은 타이어 질량 및 감소된 주행감의 단점들을 초래한다. 펑크 주행성을 제공하기 위한 다른 시도로서 크라운 부분에 본질적으로 환형의 보강 밴드를 사용한다. 이러한 해결책에서는, 트레드 부분의 강도는, 부분적으로는 환형 보강 밴드의 고유 특성으로부터, 그리고 부분적으로는 팽창압에 대한 반작용으로부터 기인한다. 또 다른 해결책은 휠에 부착된 2차의 내부 지탱 구조체에 의존한다. 이러한 지탱부는 장착 조립체의 질량을 증가시키며, 장착 곤란성을 증가시키거나 다부품 림의 사용을 필요로 할 수 있다. 이러한 해결책 모두는 기타 공압식 타이어 구조를 혼합한 형태이며, 팽창 또는 수축 상태 어디에도 최적화되지 않는 설계 타협점을 강구해야 한다. 게다가, 이러한 펑크 주행 타이어 해결책은 팽창압이 추천 범위 외에 있는 경우 팽창압을 모니터링하여 차량 운전자에게 통지하는 수단의 사용을 필요로한다.
팽창압의 도움 없이 작동하도록 설계된 타이어는 공압식 타이어와 관련된 다수의 문제점 및 타협점을 제거한다. 상기 타이어에는 단 하나의 작동 상태, 즉 비팽창 상태만이 존재한다. 압력 유지 및 압력 모니터링 모두가 필요하지 않다. 종래의 솔리드 타이어 또는 다른 탄성 구조체와 같은 구조적으로 지탱되는 탄성 타이어는 종래의 공압식 타이어로부터 기대되는 레벨의 성능을 제공하지 않는다. 공압식 타이어의 성능을 갖는 구조적으로 지탱되는 탄성 타이어 해결책이 요구된다.
본 발명은 내부 공기압의 도움 없이 타이어의 구조적 부품에 의해 차량의 하중을 지탱할 수 있는 탄성 타이어에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 타이어의 단면도.
도 2a는 종래의 균질 밴드에 대한 지면 반력을 도시하는 개략도.
도 2b는 본 발명의 환형 밴드에 대한 지면 반력을 도시하는 개략도.
도 3a는 적도면에서의 하중 지탱 기구를 도시하는 본 발명의 하중을 받은 타이어의 개략도.
도 3b는 자오면에서의 하중 지탱 기구를 도시하는 본 발명의 하중을 받은 타이어의 개략도.
도 4는 아치형 멤브레인을 갖는 본 발명에 따른 타이어의 단면도.
도 5a는 적도면에서의 반편향 강성을 도시하는 도면.
도 5b는 적도면에서의 반평향 강성을 도시하는 도면.
도 6은 파형 제 2 멤브레인을 갖는 본 발명에 따른 타이어의 단면도.
도 7은 도 6에 도시한 실시예의 변형예에 해당하는 본 발명의 타이어의 단면도.
도 8은 도 6에 도시한 실시예의 다른 변형예에 해당하는 본 발명의 타이어의 단면도.
도 9는 본 발명에 따른 타이어에 있어서의 접촉 영역, 접촉 압력 및 수직 하중 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 10은 본 발명에 따른 타이어에 있어서의 접촉 압력, 수직 강성 및 반편향 강성 사이의 관계를 도시하는 그래프.
본 발명에 따른 구조적으로 지탱되는 탄성 타이어는 내부 공기압에 의한 지탱 없이, 트레드, 사이드월 및 비드부의 구조적 특성에 의해서만 하중을 지탱한다. 구조적으로 지탱되는 탄성 타이어의 트레드부는 사이드월 및 비드부 없이 볼 때, 보강 환형 밴드로서 나타난다. 보강 환형 밴드는 타이어 자오면 및 적도면 모두의 굽힘에 저항하는 강도를 갖는다. 자오면은 회전축이 자오면에 완전히 위치되는 상태로 타이어를 관통한다. 적도면은 타이어 회전축에 수직으로 통과하며 타이어 구조를 2등분한다.
환형 밴드와 평탄면의 접촉은 지면과 접촉하는 타이어와 유사하다. 최종 반작용은 하중을 받은 타이어의 지면 접촉 응력과 유사하다. 균질 재료로 구성된 강성 환형 밴드에서, 평형 및 굽힘 모멘트 요구를 만족시키는 압력 분포는 한 단부를 도 2a에 도시한 접촉 영역의 각각의 단부에 위치한 한 쌍의 집중력으로 형성된다. 이 형태에서, 환형 밴드의 전단 변형은 발생하지 않는다. 그러나, 환형 밴드가 전단 변형을 일으키는 구조체를 포함하면, 최종 압력 분포는 실질적으로 균일하다.
본 발명에 따른 구조적으로 지탱되는 탄성 타이어는 트레드부와, 상기 트레드부로부터 타이어 축을 향해 반경방향으로 연장되는 사이드월부, 및 상기 타이어를 휠에 고정하기 위해 상기 사이드월부의 반경방향 내부 단부에 위치되는 비드부를 구비한다. 상기 트레드, 사이드월, 및 비드부는 공압식 타이어와 유사한 중공의 환형 공간을 형성한다. 본 발명에 따르면, 환형 밴드는 트레드부의 반경방향 내측에 배치되며, 환형 밴드는 탄성 전단층과, 상기 탄성 전단층의 반경방향 내측에 부착된 제 1 멤브레인, 및 상기 탄성 전단층의 반경방향 외측에 부착된 제 2 멤브레인을 포함한다. 적합하게는, 상기 멤브레인들은 탄성 코팅층에 매립된 본질적으로 비팽창성의 코드 보강재의 중첩층을 포함한다. 상기 멤브레인들은, 외부 인가된 하중 하에서 멤브레인들의 본질적으로 일정한 길이를 유지하면서 지면 접촉 트레드부가 원형에서 평탄한 형상으로 변형되도록, 탄성 전단층의 탄성 전단 계수 보다 충분히 큰 종방향 탄성 인장 계수를 갖는다. 상기 멤브레인들의 상대 변위는 전단층의 전단에 의해 발생된다.
이러한 효과는 도 2b에 개략적으로 도시한다. 도 2b에 도시한 바와 같이, 상술한 변형 특성을 갖는 환형 밴드를 사용하지 않는 다른 타이어와 비교할 때 접촉 영역의 길이 전체에 걸쳐 보다 균일한 지면 접촉 압력이 유리하다. 환형 밴드는 하중 지탱 부재로서 작용하기에 충분히 높은 적도면에서의 종방향 굽힘 강성 및 타이어의 자오면에서의 횡단 방향 강성을 갖도록 내부 팽창압에 의존하지 않는다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 환형 밴드의 횡단 방향 반경, 즉 자오면에서의 곡률 반경은 접촉 영역에서의 환형 밴드의 종방향 좌굴에 대항하도록 외부 트레드면의 횡단 방향 반경 보다 작다.
본 발명에 따른 구조는 유리하게는 타이어 설계자가 접촉 압력에 무관하게 타이어의 수직 강성을 조절할 수 있게 한다. 종래의 공압식 타이어에서는, 대조적으로 지면 접촉 압력과 타이어 수직 강성은 밀접한 관계가 있다.
타이어 사이드월은 휠에서 환형 밴드에 의해 지탱되는 하중에 반동하여, 차량의 질량을 지탱하는 필수 구조를 제공한다. 종래의 공압식 타이어에서, 하중 지탱은, 접촉 영역의 중심부에서 최소 사이드월 인장이 발생하며 접촉 영역에 대향하는 자오면에서 최대 사이드월 인장이 발생하는, 타이어 사이드월의 인장의 차이에 의해 제공된다. 도 3a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 구조적으로 지탱되는 탄성 타이어는 접촉 영역 외측의 자오면에 대한 사이드월의 인장에 의해 하중을 지탱한다. 최적의 하중 지탱은 사이드월이 인장시에 높은 유효 반경방향 강성을 가지며 압축시에 낮은 유효 반경방향 강성을 가질 때 얻어진다. 이러한 조건들이 만족되면, 휠은 타이어의 상부 부분으로부터 현수되었다고 말할 수 있다. 게다가, 최적의 하중 지탱 상태에서, 사이드월은 직선형 프로파일 및 반경방향으로 배향된 보강 부재를 갖는다.
하중 하에서의 수직 방향 변형에 대한 저항인 본 발명의 타이어의 수직 강성은 타이어의 반편향 강성(counterdeflection stiffness)에 의해 상당한 정도로 영향을 받을 수 있다. 반평향 강성은 지면 접촉되지 않는 부분의 변형에 대한 타이어의 저항의 척도이다. 타이어의 반편향은 휠 축의 소정의 수직방향 변위를 허용하며, 타이어의 수직 강성을 효과적으로 감소시킨다. 타이어의 반편향 강성을 조절하는 것은 타이어의 수직 강성을 조절한다.
본 발명의 타이어가 높은 각속도로 회전할 때, 구심력이 환형 밴드에 발생한다. 상기 힘은 환형 밴드를 반경방향 외향으로 팽창시키는 경향이 있는 원주방향응력을 발생시킨다. 환형 밴드의 팽창은 사이드월의 높은 유효 반경방향 강성에 의해 저지된다. 이러한 구심력이 지면 접촉 영역에 발생하지 않기 때문에, 최종 결과는 수직 상향력이 되며, 이는 인가된 하중의 일부를 지탱하도록 작용하며 타이어의 유효 수직 강성을 증가시킨다. 구심력, 따라서 타이어의 유효 수직 강성은 속도가 증가함에 따라 증가되며, 따라서 타이어의 편향은 속도가 증가함에 따라 감소된다. 감소된 편향은 타이어의 열 발생을 감소시키며 고속 성능을 향상시킨다.
하중이 가해질 때 본 발명의 타이어의 사이드월에 발생한 인장은 팽창되며 하중을 받은 공압식 타이어의 사이드월 인장 보다 상당히 작다. 도 1을 참조하면, 비드부(160)는, 팽창압에 의존하지 않고 림(10) 상의 적절한 장착을 허용하며 타이어의 사용 중에 비드부의 적절한 장착을 유지하는 다수의 비드 구조 중 임의의 하나를 사용할 수 있다. 이러한 조건에 부합하는 비드 구조의 예는 본원에 참조로서 관련되는 드류 등의 미국 특허 제 5,785,781호에 개시되어 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 구조적으로 지탱되는 탄성 타이어는 지면 접촉 트레드부와, 상기 트레드부로부터 반경방향 내향으로 연장되며 타이어의 구름 중에 휠에 대한 고정을 유지하도록 채택된 비드부에 고정된 사이드월부, 및 트레드부의 반경방향 내측에 배치된 보강 환형 밴드를 포함하며, 상기 밴드는 탄성 전단층과, 상기 탄성 전단층의 반경방향 내측에 부착된 제 1 멤브레인 및 탄성 전단층의 반경방향 외측에 부착된 제 2 멤브레인을 포함하며, 상기 제 2 멤브레인은 반경방향 파형의 진폭과 축방향 파형의 파장을 갖는 파형을 갖는다.
상기 파형 멤브레인은 환형 밴드 및 외부 트레드면의 횡단반향 반경의 제한없이 지면 접촉 영역에서의 환형 밴드의 압축 좌굴에 저항한다. 트레드 그루브가 파형의 최소부, 즉 트레드를 향해 오목한 멤브레인의 부분과 일치하면, 상기 그루브는 종래의 타이어의 그루브 보다 깊을 수 있으며, 따라서 타이어의 수막 현상(hydroplaning) 저항을 향상시킨다.
다른 실시예에 따르면, 구조적으로 지탱되는 탄성 타이어는 지면 접촉 트레드부와, 상기 트레드부로부터 반경방향 내향으로 연장되며 타이어의 구름 중에 휠에 대한 고정을 유지하도록 채택된 비드부에 고정되는 사이드월부, 및 상기 트레드부의 반경방향 내측에 배치된 보강 환형 밴드를 포함하며, 상기 밴드는 탄성 전단층과, 상기 탄성 전단층의 반경방향 내측에 부착된 제 1 멤브레인 및 상기 탄성 전단층의 반경방향 외측에 부착된 제 2 멤브레인을 포함하며, 인장시에 사이드월부의 유효 반경방향 강성에 대한 적도면에서의 타이어의 밴드의 종방향 강성의 비는 100:1 미만이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 구조적으로 지탱되는 탄성 타이어는 지면 접촉 트레드부와, 상기 트레드부로부터 반경방향 내향으로 연장되며 타이어의 구름 중에 휠에 대한 고정을 유지하도록 채택된 비드부에 고정된 사이드월부, 및 상기 트레드부의 반경방향 내측에 고정된 보강 환형 밴드를 포함하며, 상기 밴드는 탄성 전단층과, 상기 탄성 전단층의 반경방향 내측에 부착된 제 1 멤브레인 및 상기 탄성 전단층의 반경방향 외측에 부착된 제 2 멤브레인을 포함하며, 상기 사이드월부는 본질적으로 인장시에 비팽창성이며 압축 좌굴에 대한 저항이 없으며, 외부 인가 하중은 지면과 접촉하는 영역에서 사이드월로부터의 수직 하중 지탱 없이 지면과 접촉하지 않는 타이어의 영역의 사이드월부의 인장력에 의해 실질적으로 지탱된다.
본 발명에 따르면, 종방향 강성 멤브레인들 사이에 탄성 전단층을 갖는 보강 환형 밴드를 구비하는 구조적으로 지탱되는 탄성 타이어를 제조하는 방법에 있어서, 지면 접촉 압력과 타이어 반경을 선택하는 단계와, 탄성 전단층을 결정하기 위해 상기 타이어 반경에 상기 지면 접촉 압력을 곱하는 단계와, 탄성 전단 계수와 두께의 적이 전단층 팩터와 동일하도록, 탄성 전단 계수와 두께를 갖는 전단층 재료를 선택하는 단계와, 상기 탄성 전단 계수의 적어도 100배인 탄성 인장 계수를 갖는 멤브레인들을 선택하는 단계, 및 지면 접촉 트레드부를 조립하는 단계를 포함하며, 상기 보강 환형 밴드는 상기 트레드부의 반경방향 내측에 배치되며, 제 1 멤브레인이 상기 탄성 전단층의 반경방향 내측에 부착되며, 제 2 멤브레인이 상기 탄성 전단층의 반경방향 외측에 부착되며, 사이드월부가 상기 트레드부로부터 반경방향 내향으로 연장되며 휠에 대한 고정을 위한 비드부에 고정된다.
본 발명은 하기의 상세한 설명과 첨부 도면을 참조하여 보다 양호하게 이해할 수 있을 것이다.
하기의 용어들은 본 명세서에서 다음과 같이 정의된다.
"적도면(Equatorial Plane)"은 타이어의 중심선을 통과하는 타이어의 회전축에 수직인 평면을 의미한다.
"자오면(Meridian Plane)"은 타이어의 회전축에 평행하며 상기 축으로부터 반경방향 외향으로 연장되는 평면을 의미한다.
탄성 재료의 "계수(Modulus)"는 ASTM 표준 시험 방법 D412에 따라 측정된 10% 연신율에서의 탄성 인장 계수를 의미한다.
멤브레인의 "계수"는 멤브레인의 유효 두께에 곱한 원주방향의 1% 연신율에서의 탄성 인장 계수를 의미한다. 상기 계수는 종래의 타이어 스틸 벨트 재료에 대해서 하기의 수학식 1에 의해 계산될 수 있다. 상기 계수는 프라임(') 부호로 표시한다.
탄성 재료의 "전단 계수(Shear Modulus)"는 탄성 전단 계수를 의미하며 10% 연신율에서 측정된 탄성 인장 계수의 1/3에 해당하는 것으로 규정한다.
"히스테리시스(Hysteresis)"는 25℃에서 10% 동적 전단 스트레인에서 측정된 동적 손실 탄젠트를 의미한다.
본 발명에 따른 구조적을 지탱되는 탄성 타이어는 도 1, 도 4, 도 6, 도 7 및 도 8에 도시한다. 구조적으로 지탱된다는 것은 가스 팽창압의 지탱 없이 하중을 지탱하는 타이어를 의미한다. 구조적으로 지탱되는 탄성 타이어의 다수의 변형예에 기재된 구조는 유사한 기본 구성 요소를 사용한다. 도면에 기재한 도면 부호는 각각의 변형예에 있어서 일정한 패턴을 따른다.
도 1에 도시한 타이어(100)는 지면 접촉 트레드부(110)와, 트레드부(110)로부터 반경방향 내향으로 연장되는 사이드월부(150), 및 상기 사이드월부의 단부에 위치한 비드부(160)를 구비한다. 비드부(160)는 타이어(100)를 휠(10)에 고정한다. 트레드부(110), 사이드월부(150), 및 비드부(160)는 중공의 환형 공간(105)을 형성한다.
보강 환형 밴드는 트레드부(110)의 반경방향 내측에 배치된다. 도 1에 도시한 실시예에서, 환형 밴드는 탄성 전단층(120)과, 상기 탄성 전단층(120)의 반경방향 최내측부에 부착된 보강층(131, 132)을 갖는 제 1 멤브레인(130), 및 상기 탄성 전단층(120)의 반경방향 최외측부에 부착된 보강층(141, 142)을 갖는 제 2 멤브레인(140)을 포함한다.
트레드부(110)는 그루브를 갖지 않거나, 그 사이에 본질적으로 종방향 트레드 리브(116)를 형성하는 복수의 종방향으로 배향된 트레드 그루브(115)를 가질 수 있다. 리브(116)는 특정 차량 적용의 사용 조건에 채택되는 트레드 패턴을 형성하도록 횡단방향 또는 종방향으로 부가로 분할될 수 있다. 트레드 그루브(115)는 타이어의 용도에 적합한 임의의 두께를 가질 수 있다. 제 2 멤브레인(140)은 트레드부의 절단부 및 소형
관통부로부터 제 2 멤브레인의 구조를 보호하도록 충분한 거리만큼 트레드 그루브의 저부로부터 반경방향 내향으로 편향된다. 편향 거리는 타이어의 용도에 따라 증가되거나 감소된다. 예를 들면, 대형 트럭은 통상 약 5 내지 7mm의 편향 거리를 사용한다.
제 1 멤브레인(130) 및 제 2 멤브레인(140)의 층들의 각각은 탄성 코팅부에 매립된 본질적으로 비팽창성 코드 보강재를 포함한다. 탄성 재료로 구성된 타이어에 있어서, 멤브레인(130, 140)은 탄성 재료의 가황에 의해 전단층(120)에 부착된다. 멤브레인(130, 140)이 임의의 적합한 화학 방법 또는 접착 본딩 또는 기계적 고정 방법에 의해 전단층(120)에 부착되는 것도 본 발명의 범주 내에 있다.
모노필라먼트 또는 스틸의 코드, 아라미드 또는 다른 높은 계수의 직물과 같은 상기 층들(131, 132; 141, 142)의 보강 소자는 종래의 타이어에서 타이어 벨트 보강재로서 사용되기에 적합하다. 본원에 개시된 타이어에 있어서, 보강재는 0.28mm 직경의 4개의 와이어(4×0.28)의 스틸 코드이다. 본원에 개시된 본 발명의 변형예는 멤브레인 각각에 대해 코드 보강층을 갖지만, 환형 밴드에 요구되는 인장 강성, 굽힘 강성 및 압축 좌굴 저항에 대한 조건에 부합하는 임의의 재료가 멤브레인에 사용될 수 있다. 즉, 멤브레인 구조는 균질 재료, 파이버 보강 매트릭스 또는 이산 보강 소자를 갖는 층과 같은 다수의 대체품 중 임의의 하나일 수 있다.
제 1 멤브레인(130)에서, 층(131, 132)은 타이어 적도면에 대해 각도(α)로 배향된 본질적으로 평행한 코드들을 가지며, 각각의 층의 코드들은 대향 방위를 갖는다. 즉, 층(131)의 각도는 +α이며 층(132)의 각도는 -α이다. 제 2 멤브레인(140)에서도 유사하게, 층(141, 142)은 적도면에 대해 각각 +β 및 -β의 각도로 배향된 본질적으로 평행한 코드를 갖는다. 이 경우, 인접한 층들 사이의 코드의 협각(included angle)은 특정 각도(α 또는 β)의 두 배이다. 각도(α, β)는 통상 약 10°내지 45°범위에 있다. 그러나, 멤브레인 내의 층 쌍들의 코드가 상호 동일하며 대향 각도로 배향되는 것이 요구되지는 않는다. 예를 들면, 층 쌍들의 코드가 타이어 적도면에 대해 비대칭이면 바람직할 수 있다.
층들(131, 132; 141, 142) 각각의 코드는 통상 약 20MPa의 전단 계수를 갖는탄성 코팅층에 매립된다. 코팅층의 전단 계수는, 환형 밴드의 변형이 전단층(120) 내의 전단 변형에 의해 주로 발생하는 것을 보장하도록 전단층(120)의 전단 계수 보다 큰 것이 적합하다.
탄성 전단층(120)의 전단 계수(G)와 멤브레인(130, 140)의 유효 종방향 인장 계수(E'membrane)는 인가된 하중 하에서 환형 밴드의 변형을 조절한다. 종래의 타이어 벨트 재료를 사용하는 멤브레인의 유효 인장 계수(E'membrane)는 하기의 수학식 1에 의해 계산될 수 있다.
여기서, Erubber= 탄성 코팅 재료의 인장 계수
P = 코드 방향에 수직으로 측정된 코드 간격(코드 중심선 간격)
D = 코드 직경
ν = 탄성 코팅 재료의 프와송 비
α = 적도면에 대한 코드 각도
t = 인접한 층들의 케이블 사이의 고무 두께.
E'membrane은 멤브레인의 유효 두께에 멤브레인의 탄성 계수를 곱한 값임을 주목하라. 비(E'membrane/G)가 비교적 낮으면, 하중 하에서의 환형 밴드의 변형은 도 2에 도시한 바와 같이 불균일한 지면 접촉 압력을 발생시키며 균질 밴드의 변형에근사한다. 반면에, 비(E'membrane/G)가 충분히 높으면, 하중 하에서의 환형 밴드의 변형은 멤브레인의 종방향 팽창 또는 압축이 거의 없이 전단층의 전단 변형에 의해 발생한다. 따라서, 지면 접촉 압력은 도 2b에 도시한 예와 같이 실질적으로 균일하다.
본 발명에 따르면, 멤브레인의 종방향 인장 계수(E'membrane)와 전단층의 전단 계수(G)의 비는 적어도 약 100:1, 적합하게는 적어도 약 1000:1이다. 본원에 개시한 각도를 가지며 4×0.28 코드를 사용하는 코드 보강층을 포함하는 멤브레인에 있어서, 전단층(120)의 요구 전단 계수는 약 3MPa 내지 약 20MPa이다. 하중 하에서의 구름 중에 전단층(120)의 반복적인 변형은 사용되는 재료의 히스테리 특성에 기인하는 에너지 소산을 발생시킨다. 타이어의 전체 열 발생은 상기 에너지 소산 및 전단층의 두께의 함수이다. 따라서, 종래의 재료를 사용하는 소정의 타이어 설계에서, 전단층의 히스테리시스는 연속 사용시에 타이어에 있어서 약 130℃ 미만의 타이어 작동 온도를 유지하도록 지정되어야 한다.
도 1에 도시한 타이어는 트레드부(110), 제 1 멤브레인(130) 및 제 2 멤브레인(140)을 위한 평탄한 횡단방향 프로파일을 갖는다. 접촉 영역(C)에서의 환형 밴드의 부분에서의 스트레인은 도 3a를 참조하여 이해할 수 있는 바와 같이 제 2 멤브레인(140)을 위한 압축성을 갖는다. 타이어의 수직방향 편향이 증가함에 따라, 접촉 길이(C)는, 제 2 멤브레인(140)에서의 압축 응력이 임계 좌굴 응력을 초과하고 멤브레인의 종방향 좌굴이 발생하도록 증가한다. 상기 좌굴 현상은 접촉 영역의 종방향 연장 섹션이 감소된 접촉 압력을 갖도록 한다. 지면 접촉 영역의 길이 전체에 걸친 보다 균일한 지면 접촉 압력은 멤브레인의 좌굴이 방지될 때 얻어진다. 만곡된 횡단방향 섹션을 갖는 멤브레인은 접촉 영역에서의 좌굴에 보다 양호하게 저항한다.
도 4에 도시한 본 발명의 변형예에서, 타이어(200)는 전단층(220), 제 1 멤브레인(230), 및 트레드부(210)의 반경방향 최외측면의 횡단방향 반경 보다 작은 횡단 방향 반경을 갖는 제 2 멤브레인(240)을 갖는다. 도 4에 도시한 곡률은 도시를 위해 과장되게 도시되어 있다. 트레드면과 승객용 차량 타이어의 지면 사이의 접촉 압력의 최적화는 제 2 멤브레인(240)의 횡단방향 반경이 적어도 500mm이며 트레드부(210)의 반경방향 최외측면의 횡단방향 반경이 적어도 1000mm이도록 제안된다.
멤브레인의 종방향 인장 계수(E'membrane)와 전단층의 전단 계수(G)에 대한 상술한 조건이 부합되고 전단층에서의 전단에 의해 환형 밴드가 변형될 때, 하기의 수학식 2에 의해 전단 계수(G)와 전단층 두께(h)의 값을 규정하기 위한 유리한 관계가 형성된다.
여기서, Peff= 미리 결정된 지면 접촉 압력
G = 층(120)의 전단 계수
h = 층(120)의 두께
R = 제 2 멤브레인의 반경방향 위치.
Peff및 R은 타이어의 용도에 따라 선택되는 설계 파라미터이다. 다음, 수학식 2는, 상기 전단층의 반경방향 두께와 전단층의 탄성 전단 계수의 적(product)이 제 2 멤브레인의 최외측부의 반경방향 위치와 미리 결정된 지면 접촉 압력의 적과 대략 동일한 것을 제안한다. 도 9는 접촉 압력의 넓은 범위에 걸친 관계를 도시하는 그래프이며, 다수의 다양한 적용에서의 전단층 특성을 평가하는데 사용될 수 있다.
상기 관계는 본 발명에 따른 타이어를 설계하는데 유리하다. 예를 들면, 승객용 차량에 사용되는 타이어를 설계하기 위해, 설계자는 1.5 내지 2.5 DaN/cm2의 설계 접촉 압력(Peff)과, 약 335mm의 반경(R)을 갖는 타이어 사이즈를 선택할 수 있다. 상기 값들을 곱함으로써, 50.25 내지 83.75DaN/cm의 "전단층 팩터"가 결정될 수 있으며, 이는 전단층 재료 두께와 전단 계수를 지정하는데 사용될 수 있다. 이 경우, 약 3MPa 내지 약 10MPa의 범위의 전단 계수에서, 전단층의 두께(h)는 적어도 5mm, 적합하게는 약 10mm 내지 약 20mm이다.
본 발명의 타이어는 도 3a 및 도 3b에 도시한 방식으로 인가 하중을 지탱한다. 카카스 부재는 영역(A)에서 인장(T) 상태에 있으며, 접촉 영역(B, C)에서 압축 상태에 있다. 도 1을 재차 참조하면, 사이드월부(150)의 적합한 기하학적 형상은 타이어 자오면에서 볼 때 트레드부(110)와 비드부(160) 사이로 직선으로 연장된다. 상기 사이드월부는 도 1에 도시한 바와 같이 트레드로부터 림으로 외향으로 경사질 수 있으며, 또는 직선을 유지하는한 내향으로 경사질 수 있다.
도 1의 타이어(100)에서, 사이드월부(150)는 반경방향을 따라 배향된 본질적으로 비팽창성 코드에 의해 보강된다. 사이드월부(150)의 힘/연신율 특성은, 팽팽한 스트링에서의 인장의 증가와 유사하게 인장력이 사이드월의 최소 연신율을 발생시키도록 형성된다. 비교해 보면, 종래의 공압식 타이어의 만곡된 사이드월이 비팽창 상태에서 인장 하에 위치되면, 인장력은 초기에 곡선을 직선화하게 되며, 따라서 사이드월을 신장시킨다. 만곡된 사이드월이 직선화된 후에만, 사이드월의 인장이 증가된다.
도 3a 및 도 3b를 참조하여 이해할 수 있는 바와 같이, 효과적인 하중 지탱은 인장시에 높은 강성을 갖지만 압축시에 낮은 강성을 갖는 사이드월부를 가짐으로써 얻어진다. 본 발명의 타이어는, 외부 인가 하중이 지면과 접촉하지 않는 사이드월부(150)의 영역(A)에서의 인장력에 의해 실질적으로 지탱되도록, 압축시의 유효 반경방향 강성 보다 충분히 큰 인장시의 유효 반경방향 강성을 갖는 사이드월부를 갖는다. 사이드월부의 유효 반경방향 강성은 사이드월의 전체 반경방향 범위와 관련된 인장 또는 압축 특성을 의미한다. 이는 예를 들면, 사이드월의 응력을 받지 않은 기하학적 형상을 유시하는 사이드월로부터의 샘플을 제거하고, 그 후 표준 인장 시험 장치에서 시험함으로써 측정될 수 있다. 공압식 타이어에서 발견되는 바와 같은 만곡된 사이드월은 사이드월의 곡률에 관계되는 인장 강성을 가지며, 따라서 본질적으로 직선인 본 발명의 타이어의 사이드월의 인장 강성 보다 낮을 수있다.
사이드월부는 압축 좌굴에 대한 저항 없이 인장시에 본질적으로 비팽창성을 갖는다. 이 상태에서, 외부 인가 하중은 지면과 접촉하는 영역의 사이드월부에 의한 수직 하중 지탱 없이 지면과 접촉하지 않는 타이어의 영역에서 상기 사이드월부의 인장력에 의해 실질적으로 지탱된다.
사이드월 압축 강성 조건은 사이드월부가 타이어의 반경방향 섹션 높이의 10% 미만의 축방향 두께를 갖는 경우에 부합될 수 있다.
수직 강성은 하중 하에서 편향에 저항하는 타이어의 능력과 관계된다. 타이어의 수직 강성은 지면과 접촉하지 않는 타이어의 부분의 반작용, 즉 타이어의 "반편향"에 의해 강하게 영향을 받는다. 도 5a 및 도 5b는 이러한 현상을 과장되게 도시한다. 타이어가 하중(L) 하에 있을 때, 지면 접촉 영역(C)을 형성하는 양(f)만큼 편향된다. 이러한 설명의 목적으로, 도 5a 및 도 5b의 프레임은 타이어 축(A)을 일정한 위치에 유지하며 축을 향하여 상향으로 지면을 이동시킨다. 수직 편향(f)은 하중(L)에 비례하며, 이로부터 타이어의 수직 강성(Kv)이 유도될 수 있다. 환형 밴드는 일정한 길이를 유지하도록 요구하기 때문에, 접촉하지 않는 타이어의 부분은 도면에 점선으로 나타낸 바와 같이, 접촉 영역(C)으로부터 이격되어 시프트되거나 반편향된다. 반편향량(λ)는 또한 하중(L)에 비례하며, 따라서 반편향 강성(Kλ)이 얻어질 수 있다. 반편향 강성(Kλ)은 지면과 접촉하지 않는 타이어 보강 코드가 하중을 받는 방법과 관련되며, 횡단방향 및 원주방향 구조적 상호 작용 모두에 관련되는 것으로 이해해야 한다.
반편향은 축이 고정된 상태로 하중(F) 하에 타이어를 위치시키고 접촉 영역에 대향하는 트레드면의 편향 및 접촉 영역에서의 타이어의 편향(f) 모두를 측정함으로써 직접 측정될 수 있다. 반편향 강성은 반편향량(λ)에 의해 하중(F)을 나눔으로써 결정된다.
실제로, 반편향 강성(Kλ)은 타이어의 수직 강성을 실질적으로 조절하며, 따라서 타이어의 휠 축의 하중 하의 편향을 조절한다. 반편향 강성(Kλ)은 도 5a에 도시한 바와 같이 접촉 영역의 길이를 결정한다. 낮은 편향 강성은 환형 밴드를 하중 하에 수직으로 이동할 수 있게 하며, 따라서 상기 편향에서의 하중 용량을 감소시킨다. 따라서, 높은 반편향 강성을 갖는 타이어는 비교적 적은 반편향 및 긴 접촉 영역을 가지며, 그 결과 보다 큰 하중을 지탱할 수 있다.
도 10은 타이어의 수직 강성과 반편향 강성(Kλ)의 근사 관계를 도시하는 그래프이다. 도 10은 본 발명에 의해 사용 가능한 수직 강성 및 접촉 압력에 무관하게 도시되어 있으며, 공압식 타이어에 사용 불가능한 설계 융통성을 허용한다. 수축된 공압식 타이어는 통상 0.1DaN/mm2미만의 단위 접촉 영역 당 반편향 강성을 갖는다. 이와는 대조적으로, 본 발명에 따른 타이어는 0.1DaN/mm2의 범위의 접촉 영역 당 반편향 강성을 갖도록 설계될 수 있다.
유리하게는, 도 9와 조합된 도 10을 참조하여 임의의 제안된 적용을 위한 개시 설계 파라미터를 선택할 수 있다. 접촉 압력, 수직 하중 및 접촉 압력이 도 9를 사용하여 선택되면, 타이어를 위한 수직 강성 특성은 도 10을 사용하여 결정될 수 있다. 도 10으로부터 얻어진 반편향 강성(Kλ)을 위한 소정 근사값에 의해, 설계자는 예를 들면 상기 강성을 성취하기 위한 구조를 지정하기 위해 사용 가능한 분석 도구, 유한 요소 해석을 사용할 수 있다. 타이어의 제조 및 시험을 포함하는 부가의 작업이 설계 파라미터를 확립할 수 있다.
반편향 강성(Kλ)은 다수의 방법으로 변경될 수 있다. 이러한 강성을 조절하는데 사용되는 몇몇 설계 파라미터는 카카스 코드 계수 및 밀도, 사이드월 높이, 카카스 코드의 탄성 코팅부의 계수, 카카스와 환형 밴드 사이의 결합부의 기하학적 형상, 결합 고무의 계수, 환형 밴드 멤브레인의 압축 계수, 전단층의 두께, 타이어 직경, 및 환형 밴드의 폭을 포함한다.
수직 강성은 소정의 타이어의 하중 지탱 능력을 최적화하도록 조절될 수 있다. 선택적으로, 수직 강성은 소정의 레벨의 수직 강성을 유지하면서 감소된 접촉 압력 또는 타이어 질량을 위한 감소된 두께의 환형 밴드를 제공하도록 조절될 수 있다.
본 발명의 타이어의 수직 강성은 또한 환형 밴드 및 사이드월부 상의 구심력의 작용에 의해 영향을 받을 수 있다. 구르는 타이어의 속도가 증가함에 따라, 구심력이 발생한다. 종래의 래디얼 타이어에서, 구심력은 타이어 작동 온도를 증가시킬 수 있다. 이와는 반대로, 본 발명의 타이어는 상기 동일한 힘으로부터 발생하는 기대하지 않은 장점을 얻을 수 있다. 본 발명의 타이어가 인가된 하중 하에서 회전될 때, 구심력은 환형 밴드를 원주방향으로 팽창시키며 사이드월부에 부가의 인장을 유도한다. 접촉하지 않는 타이어의 범위(도 3a의 영역 A)에 있어서의 반경방향 강성 사이드월은 이러한 구심력에 저항한다. 이는 타이어의 유효 수직 강성을 증가시키며 정적인 비회전 상태에 대한 타이어의 반경방향 편향을 감소시키도록 작용하는 상향 합력을 발생시킨다. 이러한 결과는 타이어 적도면에서의 밴드의 종방향 강성(2·E'membrane)과 인장시의 사이드월부의 유효 강성의 비가 100:1 미만인 경우 상당한 정도로 얻어진다.
도 4에 도시한 타이어(200)의 사양에 부합하는 승객용 차량 용도로 설계된 타이어는 종래의 제조 프로세스 및 재료를 사용하여 실시되도록 감소되고 있다. 이러한 결과를 표 1에 요약한다.
주관적 평가에 있어서, 시험용 공압식 타이어 1은 추천된 냉간 타이어 압력으로 팽창되며, 시험용 공압식 타이어 2는 본 발명에 따라 제조된 타이어에 상당하는 수직 강성을 성취할 수 있는 압력으로 팽창된다.
타이어(200)의 사양에 부합되는 타이어는 접촉 구역의 종방향 중심선을 따라 포지티브 또는 구동인, 그리고 접촉 구역의 측방향 에지를 따라 네가티브 또는 제동인 종방향 접촉 응력의 평균값을 갖는 경향이 있다. 이 차이는 환형 밴드의 중심선과 측방향 에지 사이의 구름 반경의 차이에 기인한다. 타이어 성능(특히 마모)에 대한 적합한 결과는 종방향 응력이 중심선과 측방향 에지 사이에서 양호하게 평형화될 때 얻어진다.
본 발명의 적합한 변형예는 도 6에 도시하며, 여기서 타이어(300)는 반경방향에서의 파형의 진폭과, 축방향에서의 파형의 파장을 갖는 파형 제 2 멤브레인을 갖는다. 파형의 진폭은 멤브레인의 최대 및 최소 반경방향 범위 사이의 차이로서 규정된다. 파형의 파장은 멤브레인의 연속적인 반경방향 최대부 사이의 축방향 거리로서 규정된다. 파형 제 2 멤브레인은 도 4의 타이어(200)의 아치형 멤브레인과 유사한 접촉 구역에서의 압축에 의한 좌굴에 저항한다. 외부 인가 하중에 의한 상기 제 2 멤브레인의 본질적으로 원형에서 평탄형으로의 변형은 상기 제 2 멤브레인의 종방향 좌굴 없이 발생하며 지면 접촉 영역의 길이에 걸쳐 상기 지면 접촉 트레드부의 본질적으로 균일한 지면 접촉 압력을 유지한다. 좌굴에 저항하는 파형 멤브레인의 유효성은 전체 횡단방향 곡률과 무관하다. 따라서, 타이어(300)가, 좌굴에 대한 저항에 무관하게 지면 접촉 응력을 최적화하도록 지정될 수 있는 횡단방향 곡률 반경을 갖는 제 2 멤브레인(340)을 구비할 수 있다. 적합하게는, 제 2 멤브레인(340)은 2 내지 4 사이클의 파형을 가지며, 트레드부(310)의 구름 트레드 폭의 약 20% 내지 약 50%의 파형의 파장을 갖는다. 파형의 진폭은 적합하게는 최대 전단층 두께의 약 20% 내지 50% 사이이며, 일정하거나 가변적인 진폭일 수 있다. 전단층(320)은 타이어(100, 200)의 층(120, 220) 각각에 대해 수학식 2에 의해 규정된 일정한 두께의 전단층과 동일한 평균 두께를 갖는다.
파형 제 2 멤브레인의 변형예는 도 6, 도 7 및 도 8에 도시하며, 여기서 상기 파형 제 2 멤브레인은 각각 두 개, 4개 또는 5개의 마루(crest)를 갖는다. 본 변형예에서, 마루는 각각의 트레드 리브 내에 측방향으로 배치되지만, 마루의 수는 트레드 리브의 수의 함수일 필요는 없으며, 또한 타이어가 종방향 리브를 가질 필요도 없다. 본 발명은 슬릭 타이어(slick tire) 또는 그루브를 갖지 않는 다른 고무 제품에 동일하게 적용될 수 있다. 타이어(300)가 파형의 최소부의 반경방향 외측에 배치된 적어도 하나의 트레드 그루브(315)를 갖는 경우, 그루브는 종래의 타이어의 공칭 트레드 깊이에 비해 증가된 깊이를 가질 수 있다. 이 경우, 공칭이라는 용어는 미국 오하이오주의 코플리 타이어 앤드 림 협회에 의해 규정된 타이어의 특정 분류에 있어서의 표준 트레드를 의미한다. 타이어(300, 400, 500)으로 도시된 변형예에서, 적어도 하나의 트레드 그루브는 공칭 트레드 깊이의 적어도 120%의 깊이를 갖는다.
본 출원인은 다수의 다른 변형이 상기 명세서의 이해로부터 당 기술 분야의 숙련자들에게 이루어질 수 있다는 것을 이해한다. 이러한 변형 및 다른 변경은 하기의 청구범위에 의해 한정된 본 발명의 정신 및 범주 내에 있다.

Claims (30)

  1. 지면 접촉 트레드부와, 상기 트레드부로부터 반경방향 내향으로 연장되며 타이어의 구름 중에 휠에 대한 고정을 유지하도록 채택된 비드부에 고정된 사이드월 및, 상기 트레드부의 반경방향 내측에 배치된 보강 환형 밴드를 포함하며,
    상기 밴드는 탄성 전단층과, 상기 탄성 전단층의 반경방향 내측에 부착된 제 1 멤브레인 및 상기 탄성 전단층의 반경방향 외측에 부착된 제 2 멤브레인을 포함하며,
    상기 각각의 멤브레인은, 상기 지면 접촉 트레드부의 외부 인가 하중에 의한 원형으로부터 평탄형으로의 변형이 상기 멤브레인들의 일정한 길이를 유지하며 상기 멤브레인들의 상대 변위가 상기 전단층에서의 전단에 의해 발생하도록, 상기 전단층의 전단 계수 보다 충분히 큰 종방향 탄성 인장 계수를 갖는, 구조적으로 지탱되는 탄성 타이어.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 멤브레인들 중 하나의 종방향 인장 계수와 상기 전단층의 전단 계수의 비는 적어도 100:1인 타이어.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 멤브레인들 중 하나의 종방향 인장 계수와 상기 전단층의 전단 계수의 비는 적어도 1000:1인 타이어.
  4. 제 1 항에 있어서, 단위 접촉 영역 폭당 반편향 강성은 0.1DaN/mm2이상인 타이어.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전단층의 탄성 전단 계수와 상기 전단층의 반경방향 두께의 적은 미리 결정된 지면 접촉 압력과 상기 제 2 멤브레인의 최외측부의 미리 결정된 반경방향 위치의 적과 동일한 타이어.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 전단층은 적어도 5mm의 반경방향 두께를 갖는 타이어.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전단층은 10mm 내지 20mm의 반경방향 두께를 갖는 타이어.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성 전단층은 3MPa 내지 20MPa의 탄성 전단 계수를 갖는 타이어.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 멤브레인 각각은 상기 전단층의 탄성 전단 계수와 적어도 동일한 탄성 전단 계수를 갖는 탄성 코팅층에 매립된 비팽창성 코드 보강재의 층을 포함하는 타이어.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 멤브레인의 코드 보강재는 타이어 원주방향과 10°내지 45°의 각도를 형성하는 타이어.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 멤브레인은 상기 트레드부의 반경방향 최외측면의 횡단방향 곡률 반경 보다 작은 횡단방향 곡률 반경을 갖는 아치형 횡단방향 프로파일을 갖는 타이어.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 트레드부의 반경방향 최외측면은 적어도 1000mm의 횡단방향 곡률 반경을 갖는 타이어.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 멤브레인은 적어도 500mm의 횡단방향 곡률 반경을 갖는 타이어.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 트레드부는 적어도 하나의 트레드 그루브를 갖는 타이어.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 멤브레인은 반경방향에서의 파형의 진폭과 축방향에서의 파형의 파장을 갖는 파형을 갖는 타이어.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 2 멤브레인의 파형의 진폭은 상기 전단층의 최대 두께의 20% 내지 50%인 타이어.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 제 2 멤브레인은 상기 멤브레인의 축방향 범위 내에 일정한 진폭을 갖는 타이어.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 제 2 멤브레인은 상기 트레드부의 구름 트레드 폭의 20% 내지 50%의 파형의 파장을 갖는 타이어.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 트레드부는 공칭 트레드 깊이의 적어도 120%의 트레드 깊이를 갖는 적어도 하나의 그루브를 갖는 타이어.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 사이드월부는 압축시의 유효 반경방향 강성 보다 큰 인장시의 유효 반경방향 강성을 갖는 타이어.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 사이드월부는 인장시에 비팽창성이며 압축 좌굴에 대한 저항이 없는 타이어.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 사이드월부는 반경방향 부재에 의해 보강되는 타이어.
  23. 제 20 항에 있어서, 상기 사이드월부는 타이어 자오면에서 직선형인 타이어.
  24. 제 20 항에 있어서, 상기 사이드월부는 상기 타이어의 반경방향 섹션 높이의 10%인 최대 두께를 갖는 타이어.
  25. 제 1 항에 있어서, 적도면에서의 상기 타이어의 환형 밴드의 종방향 강성과 인장시의 상기 사이드월부의 유효 반경방향 강성의 비는 100:1 미만인 타이어.
  26. 지면 접촉 트레드부와, 상기 트레드부로부터 반경방향 내향으로 연장되며 타이어의 구름 중에 휠에 대한 고정을 유지하도록 채택된 비드부에 고정된 사이드월 및, 상기 트레드부의 반경방향 내측에 배치된 보강 환형 밴드를 포함하며,
    상기 밴드는 탄성 전단층과, 상기 탄성 전단층의 반경방향 내측에 부착된 제 1 멤브레인 및 상기 탄성 전단층의 반경방향 외측에 부착된 제 2 멤브레인을 포함하며,
    상기 각각의 멤브레인은 상기 전단층의 전단 계수의 적어도 100배인 종방향 인장 계수를 갖는, 구조적으로 지탱되는 탄성 타이어.
  27. 지면 접촉 트레드부와, 상기 트레드부로부터 반경방향 내향으로 연장되며 타이어의 구름 중에 휠에 대한 고정을 유지하도록 채택된 비드부에 고정된 사이드월부, 및 상기 트레드부의 반경방향 내측에 배치된 보강 환형 밴드를 포함하며,
    상기 밴드는 탄성 전단층과, 상기 탄성 전단층의 반경방향 내측에 부착된 제 1 멤브레인 및 상기 탄성 전단층의 반경방향 외측에 부착된 제 2 멤브레인을 포함하며,
    상기 제 2 멤브레인은 반경방향에서의 파형의 진폭과 축방향에서의 파형의 파장을 갖는 파형을 가지며,
    상기 제 2 멤브레인의 외부 인가 하중에 의한 원형에서 평탄형으로의 번형은 상기 제 2 멤브레인의 종방향 좌굴 없이 발생되며 지면 접촉 영역의 길이 전체에 걸쳐 상기 지면 접촉 트레드부의 균일한 지면 접촉 압력을 유지하는, 구조적으로 지탱되는 탄성 타이어.
  28. 지면 접촉 트레드부와, 상기 트레드부로부터 반경방향 내향으로 연장되며 타이어의 구름 중에 휠에 대한 고정을 유지하도록 채택된 비드부에 고정된 사이드월부, 및 상기 트레드부의 반경방향 내측에 배치된 보강 환형 밴드를 포함하며,
    상기 밴드는 탄성 전단층과, 상기 탄성 전단층의 반경방향 내측에 부착된 제 1 멤브레인 및 상기 탄성 전단층의 반경방향 외측에 부착된 제 2 멤브레인을 포함하며,
    상기 환형 밴드의 타이어 적도면에서의 종방향 강성과 인장시의 상기 사이드월부의 유효 반경방향 강성의 비는 100:1 미만이며,
    상기 타이어의 인가된 하중 하에서의 회전은 상기 환형 밴드의 원주방향 팽창을 발생시키며 상기 사이드월부에 부가의 인장을 유도하며 비회전 상태에 대한 상기 타이어의 반경방향 편향을 감소시키며, 상기 타이어의 인가된 하중 하에서의 회전은 상기 환형 밴드의 원주방향 팽창을 발생시키며 상기 사이드월부에 부가의 인장을 유도하며 비회전 상태에 대한 상기 타이어의 반경방향 편향을 감소시키는, 구조적으로 지탱되는 탄성 타이어.
  29. 지면 접촉 트레드부와, 상기 트레드부로부터 반경방향 내향으로 연장되며 타이어의 구름 중에 휠에 대한 고정을 유지하도록 채택된 비드부에 고정된 사이드월부, 및 상기 트레드부의 반경방향 내측에 배치된 보강 환형 밴드를 포함하며,
    상기 밴드는 탄성 전단층과, 상기 탄성 전단층의 반경방향 내측에 부착된 제 1 멤브레인 및 상기 탄성 전단층의 반경방향 외측에 부착된 제 2 멤브레인을 포함하며,
    상기 사이드월부는 인장시에 비팽창성이며 압축 좌굴에 대한 저항이 없으며,
    외부 인가 하중은 지면과 접촉하는 영역에서의 사이드월부에 의한 수직 하중 지탱 없이 지면과 접촉하지 않는 타이어의 영역에서의 상기 사이드월부에서의 인장력에 의해 지탱되는, 구조적으로 지탱되는 탄성 타이어.
  30. 종방향 강성 멤브레인들 사이에 탄성 전단층을 갖는 보강 환형 밴드를 구비하는 구조적으로 지탱되는 탄성 타이어 제조 방법에 있어서,
    지면 접촉 압력과 타이어 반경을 선택하는 단계와,
    탄성 전단층을 결정하기 위해 상기 타이어 반경에 상기 지면 접촉 압력을 곱하는 단계와,
    탄성 전단 계수와 두께의 적이 전단층 팩터와 동일하도록, 탄성 전단 계수와 두께를 갖는 전단층 재료를 선택하는 단계와,
    상기 탄성 전단 계수의 적어도 100배인 탄성 인장 계수를 갖는 멤브레인들을 선택하는 단계, 및
    지면 접촉 트레드부를 조립하는 단계를 포함하며,
    상기 보강 환형 밴드는 상기 트레드부의 반경방향 내측에 배치되며, 제 1 멤브레인이 상기 탄성 전단층의 반경방향 내측에 부착되며, 제 2 멤브레인이 상기 탄성 전단층의 반경방향 외측에 부착되며, 사이드월부가 상기 트레드부로부터 반경방향 내향으로 연장되며 휠에 대한 고정을 위한 비드부에 고정되는, 구조적으로 지탱되는 탄성 타이어 제조 방법.
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