KR20170117334A - 전단 밴드 및 비-공압 타이어 - Google Patents

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KR20170117334A
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프란체스코 스포르텔리
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더 굿이어 타이어 앤드 러버 캄파니
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Abstract

비-공압 타이어는 그라운드 접촉 환형 트레드 부분; 전단 밴드; 및 상기 전단 밴드와 허브 사이에 위치한 연결 웨브를 포함한다. 상기 전단 밴드는 바람직하게는 제 1 및 제 2 층을 갖는 3차원 스페이서 직물로 구성되며, 제 1 및 제 2 층은 비-신축성인 보강 부재를 갖는다.

Description

전단 밴드 및 비-공압 타이어{SHEAR BAND AND NON-PNEUMATIC TIRE}
본 발명은 일반적으로 차량용 타이어 및 비-공압 타이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전단 밴드 및 비-공압 타이어에 관한 것이다.
공압 타이어는 1세기 이상 동안 차량 이동성을 위해 선택된 해결책이었다. 공압 타이어는 인장(tensile) 구조물이다. 공압 타이어는 공압 타이어를 오늘날 그렇게 지배적으로 만든 적어도 4가지 특성을 갖는다. 공압 타이어는 모든 타이어 구조가 하중 전달에 관여하고 있기 때문에 하중을 전달할 때 효율적이다. 공압 타이어는 또한 접촉 압력이 낮아 차량의 하중 분포로 인한 도로 마모가 적기 때문에 바람직하다. 공압 타이어는 또한 강성이 낮아 치량에서 편안한 승차감을 보장한다. 공압 타이어의 가장 큰 단점은 압축 가스가 필요하다는 점이다. 기존의 공압 타이어는 팽창 압력이 완전히 손실된 후에는 쓸모없게 된다.
팽창 압력 없이 작동하도록 설계된 타이어는 공압 타이어와 관련된 많은 문제점 및 절충을 제거할 수 있다. 압력 유지관리 또는 압력 모니터링이 필요 없다. 현재까지 솔리드(solid) 타이어 또는 다른 엘라스토머 구조물과 같은 구조적으로 지지되는 타이어는 종래의 공압 타이어에서 요구되는 수준의 성능을 제공하지 못했다. 공압 타이어와 같은 성능을 전달하는 구조적으로 지지된 타이어 해결은 바람직한 개선이 될 것이다.
비-공압 타이어는 전형적으로 부하 전달 효율에 의해 정의된다. "하부 로더(bottom loader)"는 본질적으로 허브(hub) 아래의 구조 부분에 하중의 대부분을 전달하는 견고한 구조이다. "상부 로더(top loader)"는 모든 구조물이 하중 운반에 관여하도록 설계된다. 따라서 상부 로더가 하부 로더보다 높은 하중 전달 효율을 가지므로 질량이 덜 나가는 설계가 가능하다.
전단 밴드의 목적은 지면과의 접촉으로부터 스포크(spoke)의 장력을 통하거나 또는 웨브(web)를 허브에 연결하는 것을 통해 하중을 전달하여 상부 하중 구조를 생성하는 것이다. 전단 밴드가 변형되는 경우, 변형의 바람직한 형태는 굽힘에 대한 전단이다. 전단 변형 모드는 전단 밴드의 외부 부분에 위치한 비-신축성 멤브레인으로 인해 발생한다. 종래의 비-공압 타이어는 전형적으로 2개 이상의 비-신축성 벨트 또는 멤브레인 층 사이에 샌드위치된 고무 물질로 제조된 전단 밴드를 갖는다. 이러한 유형의 구조에 대한 단점은 고무를 사용하는 것이 비-공압 타이어의 비용 및 중량을 상당히 증가시킨다는 점이다. 고무의 사용에 대한 또 다른 단점은 특히 전단 밴드에서 열이 발생한다는 점이다. 또한, 전단 밴드의 고무는 전단력이 부드러워야 하므로 원하는 화합물을 찾기가 어렵다.
따라서, 공기 팽창에 대한 필요성의 단점 없이 공압 타이어의 모든 특징을 갖는 개선된 비-공압 타이어가 요망된다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 3차원 스페이서 구조를 포함하는 전단 밴드를 제공하며, 이때 상기 3차원 스페이서 구조는 제 1 및 제 2 물질 층으로 형성되고, 각각의 물질 층은 제 1 방향으로 연장되는 제 1 보강 부재 및 제 2 방향으로 연장되는 제 2 보강 부재를 가지며, 각각의 물질 층은 제 3 방향으로 연장되는 복수의 연결 보강 부재에 의해 서로 연결된다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 3차원 스페이서 구조를 포함하는 전단 밴드를 제공하며, 이때 3차원 스페이서 구조는 제 1 및 제 2 물질 층으로 형성되고, 각각의 물질 층은 제 1 방향으로 연장되는 제 1 보강 부재 및 제 2 방향으로 연장되는 제 2 보강 부재를 가지며, 각각의 물질 층은 제 3 방향으로 연장되는 복수의 연결 보강 부재에 의해 서로 연결되고, 제 1 방향은 전단 밴드의 원주 방향에 맞추어 정렬된다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 3차원 스페이서 구조를 포함하는 전단 밴드를 제공하며, 이때 3차원 스페이서 구조는 제 1 및 제 2 물질 층으로 형성되고, 각각의 물질 층은 제 1 방향으로 연장되는 제 1 보강 부재 및 제 2 방향으로 연장되는 제 2 보강 부재를 가지며, 각각의 물질 층은 제 3 방향으로 연장되는 복수의 연결 보강 부재에 의해 서로 연결되고, 제 1 보강 부재는 비-신축성이다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 3차원 스페이서 구조를 포함하는 전단 밴드를 제공하며, 이때 3차원 스페이서 구조는 제 1 및 제 2 물질 층으로 형성되고, 각각의 물질 층은 제 1 방향으로 연장되는 제 1 보강 부재 및 제 2 방향으로 연장되는 제 2 보강 부재를 가지며, 각각의 물질 층은 제 3 방향으로 연장되는 복수의 연결 보강 부재에 의해 서로 연결되고, 제 1 층 및 제 2 층은 서로에 대해 평행하다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 3차원 스페이서 구조를 포함하는 전단 밴드를 제공하며, 이때 3차원 스페이서 구조는 제 1 및 제 2 물질 층으로 형성되고, 각각의 물질 층은 제 1 방향으로 연장되는 제 1 보강 부재 및 제 2 방향으로 연장되는 제 2 보강 부재를 가지며, 각각의 물질 층은 제 3 방향으로 연장되는 복수의 연결 보강 부재에 의해 서로 연결되고, 상기 연결 보강 부재는 제 3 방향으로 연장되고, 제 3 방향은 전단 밴드의 반경 방향에 맞추어 정렬된다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 3차원 스페이서 구조를 포함하는 전단 밴드를 제공하며, 이때 3차원 스페이서 구조는 제 1 및 제 2 물질 층으로 형성되고, 각각의 물질 층은 제 1 방향으로 연장되는 제 1 보강 부재 및 제 2 방향으로 연장되는 제 2 보강 부재를 가지며, 각각의 물질 층은 제 3 방향으로 연장되는 복수의 연결 보강 부재에 의해 서로 연결되고, 제 1 및 제 2 층은 2 내지 15 mm 범위의 거리(Z)만큼 떨어져 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 3차원 스페이서 구조를 포함하는 전단 밴드를 제공하며, 이때 3차원 스페이서 구조는 제 1 및 제 2 물질 층으로 형성되고, 각각의 물질 층은 제 1 방향으로 연장되는 제 1 보강 부재 및 제 2 방향으로 연장되는 제 2 보강 부재를 가지며, 각각의 물질 층은 제 3 방향으로 연장되는 복수의 연결 보강 부재에 의해 서로 연결되고, 제 1 및 제 2 층은 3 내지 8 mm 범위의 거리(Z)만큼 떨어져 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 3차원 스페이서 구조를 포함하는 전단 밴드를 제공하며, 이때 3차원 스페이서 구조는 제 1 및 제 2 물질 층으로 형성되고, 각각의 물질 층은 제 1 방향으로 연장되는 제 1 보강 부재 및 제 2 방향으로 연장되는 제 2 보강 부재를 가지며, 각각의 물질 층은 제 3 방향으로 연장되는 복수의 연결 보강 부재에 의해 서로 연결되고, 제 1 및 제 2 층은 4 내지 6 mm 범위의 거리(Z)만큼 떨어져 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 3차원 스페이서 구조를 포함하는 전단 밴드를 제공하며, 이때 3차원 스페이서 구조는 제 1 및 제 2 물질 층으로 형성되고, 각각의 물질 층은 제 1 방향으로 연장되는 제 1 보강 부재 및 제 2 방향으로 연장되는 제 2 보강 부재를 가지며, 각각의 물질 층은 제 3 방향으로 연장되는 복수의 연결 보강 부재에 의해 서로 연결되고, 제 1 및 제 2 물질 층은 편직된다(knitted).
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 3차원 스페이서 구조를 포함하는 전단 밴드를 제공하며, 이때 3차원 스페이서 구조는 제 1 및 제 2 물질 층으로 형성되고, 각각의 물질 층은 제 1 방향으로 연장되는 제 1 보강 부재 및 제 2 방향으로 연장되는 제 2 보강 부재를 가지며, 각각의 물질 층은 제 3 방향으로 연장되는 복수의 연결 보강 부재에 의해 서로 연결되고, 제 1 및 제 2 물질 층은 직조된다(woven).
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 3차원 스페이서 구조를 포함하는 전단 밴드를 제공하며, 이때 3차원 스페이서 구조는 제 1 및 제 2 물질 층으로 형성되고, 각각의 물질 층은 제 1 방향으로 연장되는 제 1 보강 부재 및 제 2 방향으로 연장되는 제 2 보강 부재를 가지며, 각각의 물질 층은 제 3 방향으로 연장되는 복수의 연결 보강 부재에 의해 서로 연결되고, 상기 연결 부재는 곡선형(curved)이다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 3차원 스페이서 구조를 포함하는 전단 밴드를 제공하며, 이때 3차원 스페이서 구조는 제 1 및 제 2 물질 층으로 형성되고, 각각의 물질 층은 제 1 방향으로 연장되는 제 1 보강 부재 및 제 2 방향으로 연장되는 제 2 보강 부재를 가지며, 각각의 물질 층은 제 3 방향으로 연장되는 복수의 연결 보강 부재에 의해 서로 연결되고, 상기 3차원 스페이서 구조는 팽창(auxetic) 물질로 형성된다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 3차원 스페이서 구조를 포함하는 전단 밴드를 제공하며, 이때 3차원 스페이서 구조는 제 1 및 제 2 물질 층으로 형성되고, 각각의 물질 층은 제 1 방향으로 연장되는 제 1 보강 부재 및 제 2 방향으로 연장되는 제 2 보강 부재를 가지며, 각각의 물질 층은 제 3 방향으로 연장되는 복수의 연결 보강 부재에 의해 서로 연결되고, 상기 연결 부재는 제 1 및 제 2 세트로 더 나누어지며, 상기 제 1 세트는 상기 제 2 세트에 대해 교차된다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 3차원 스페이서 구조를 포함하는 전단 밴드를 제공하며, 이때 3차원 스페이서 구조는 제 1 및 제 2 물질 층으로 형성되고, 각각의 물질 층은 제 1 방향으로 연장되는 제 1 보강 부재 및 제 2 방향으로 연장되는 제 2 보강 부재를 가지며, 각각의 물질 층은 제 3 방향으로 연장되는 복수의 연결 보강 부재에 의해 서로 연결되고, 상기 연결 부재는 제 1 및 제 2 물질 층에 수직이다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 3차원 스페이서 구조를 포함하는 전단 밴드를 제공하며, 이때 3차원 스페이서 구조는 제 1 및 제 2 물질 층으로 형성되고, 각각의 물질 층은 제 1 방향으로 연장되는 제 1 보강 부재 및 제 2 방향으로 연장되는 제 2 보강 부재를 가지며, 각각의 물질 층은 제 3 방향으로 연장되는 복수의 연결 보강 부재에 의해 서로 연결되고, 상기 연결 부재는 제 1 및 제 2 물질 층에 대해 각을 이룬다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 3차원 스페이서 구조를 포함하는 전단 밴드를 제공하며, 이때 3차원 스페이서 구조는 제 1 및 제 2 물질 층으로 형성되고, 각각의 물질 층은 제 1 방향으로 연장되는 제 1 보강 부재 및 제 2 방향으로 연장되는 제 2 보강 부재를 가지며, 각각의 물질 층은 제 3 방향으로 연장되는 복수의 연결 보강 부재에 의해 서로 연결되고, 전단 밴드의 측 방향 단부는 테이퍼링되어(tapered), 전단 밴드의 중심의 반경 방향 두께가 전단 밴드의 외측 단부에서의 두께보다 크다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 3차원 스페이서 구조를 포함하는 전단 밴드를 제공하며, 이때 3차원 스페이서 구조는 제 1 및 제 2 물질 층으로 형성되고, 각각의 물질 층은 제 1 방향으로 연장되는 제 1 보강 부재 및 제 2 방향으로 연장되는 제 2 보강 부재를 가지며, 각각의 물질 층은 제 3 방향으로 연장되는 복수의 연결 보강 부재에 의해 서로 연결되고, 상기 3차원 스페이서 구조는 축 방향 폭을 가지며, 상기 연결 부재는 상기 3차원 스페이서 구조의 전체 축 방향 폭을 연장하지 않는다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 3차원 스페이서 구조를 포함하는 전단 밴드를 제공하며, 이때 3차원 스페이서 구조는 제 1 및 제 2 물질 층으로 형성되고, 각각의 물질 층은 제 1 방향으로 연장되는 제 1 보강 부재 및 제 2 방향으로 연장되는 제 2 보강 부재를 가지며, 각각의 물질 층은 제 3 방향으로 연장되는 복수의 연결 보강 부재에 의해 서로 연결되고, 상기 연결 부재의 축 방향 폭(W)은 3차원 스페이서 구조의 축 방향 폭보다 작다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 그라운드 접촉 환형 트레드 부분, 전단 밴드 및 상기 전단 밴드와 허브 사이에 위치된 연결 웨브를 포함하는 비-공압 타이어를 제공하고, 이때 상기 전단 밴드는 제 1 및 제 2 비-신축성 층으로 형성되고, 제 1 및 제 2 비-신축성 층 사이에는 3차원 스페이서 구조가 위치한다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 그라운드 접촉 환형 트레드 부분, 전단 밴드 및 상기 전단 밴드와 허브 사이에 위치된 연결 웨브를 포함하는 비-공압 타이어를 제공하며, 이때 전단 밴드는 제 1 및 제 2 비-신축성 층으로 형성되고, 제 1 및 제 2 비-신축성 층 사이에는 3차원 스페이서 구조가 위치하며, 상기 3차원 스페이서 구조는 복수의 연결 부재에 의해 상호 연결되는 제 1 및 제 2 물질 층으로 형성된다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 그라운드 접촉 환형 트레드 부분, 전단 밴드 및 상기 전단 밴드와 허브 사이에 위치된 연결 웨브를 포함하는 비-공압 타이어를 제공하며, 이때 전단 밴드는 제 1 및 제 2 비-신축성 층으로 형성되고, 제 1 및 제 2 비-신축성 층 사이에는 3차원 스페이서 구조가 위치하고, 상기 연결 부재는 비-공압 타이어의 반경 방향에 맞추어 정렬된다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 그라운드 접촉 환형 트레드 부분, 전단 밴드 및 상기 전단 밴드와 허브 사이에 위치된 연결 웨브를 포함하는 비-공압 타이어를 제공하며, 이때 전단 밴드는 제 1 및 제 2 비-신축성 층으로 형성되고, 제 1 및 제 2 비-신축성 층 사이에는 3차원 스페이서 구조가 위치하고, 상기 제 1 및 제 2 층은 2 내지 25 mm 범위의 거리(Z)만큼 떨어져 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 그라운드 접촉 환형 트레드 부분, 전단 밴드 및 상기 전단 밴드와 허브 사이에 위치된 연결 웨브를 포함하는 비-공압 타이어를 제공하며, 이때 전단 밴드는 제 1 및 제 2 비-신축성 층으로 형성되고, 제 1 및 제 2 비-신축성 층 사이에는 3차원 스페이서 구조가 위치하고, 상기 제 1 및 제 2 층은 3 내지 10 mm, 더욱 바람직하게는 5 내지 10 mm 범위의 거리(Z)만큼 떨어져 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 그라운드 접촉 환형 트레드 부분, 전단 밴드 및 상기 전단 밴드와 허브 사이에 위치된 연결 웨브를 포함하는 비-공압 타이어를 제공하며, 이때 전단 밴드는 제 1 및 제 2 비-신축성 층으로 형성되고, 제 1 및 제 2 비-신축성 층 사이에는 3차원 스페이서 구조가 위치하고, 상기 제 1 및 제 2 층은 4 내지 6 mm 범위의 거리(Z)만큼 떨어져 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 그라운드 접촉 환형 트레드 부분, 전단 밴드 및 상기 전단 밴드와 허브 사이에 위치된 연결 웨브를 포함하는 비-공압 타이어를 제공하며, 이때 전단 밴드는 제 1 및 제 2 비-신축성 층으로 형성되고, 제 1 및 제 2 비-신축성 층 사이에는 3차원 스페이서 구조가 위치하고, 상기 제 1 및 제 2 물질 층은 편직된다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 그라운드 접촉 환형 트레드 부분, 전단 밴드 및 상기 전단 밴드와 허브 사이에 위치된 연결 웨브를 포함하는 비-공압 타이어를 제공하며, 이때 전단 밴드는 제 1 및 제 2 비-신축성 층으로 형성되고, 제 1 및 제 2 비-신축성 층 사이에는 3차원 스페이서 구조가 위치하고, 상기 제 1 및 제 2 물질 층은 직조된다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 그라운드 접촉 환형 트레드 부분, 전단 밴드 및 상기 전단 밴드와 허브 사이에 위치된 연결 웨브를 포함하는 비-공압 타이어를 제공하며, 이때 전단 밴드는 제 1 및 제 2 비-신축성 층으로 형성되고, 제 1 및 제 2 비-신축성 층 사이에는 3차원 스페이서 구조가 위치하고, 상기 제 1 및 제 2 물질 층은 30 내지 70% 범위의 자유 영역을 갖는다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 그라운드 접촉 환형 트레드 부분, 전단 밴드 및 상기 전단 밴드와 허브 사이에 위치된 연결 웨브를 포함하는 비-공압 타이어를 제공하며, 이때 전단 밴드는 제 1 및 제 2 비-신축성 층으로 형성되고, 제 1 및 제 2 비-신축성 층 사이에는 3차원 스페이서 구조가 위치하고, 상기 연결 부재는 곡선형이다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 그라운드 접촉 환형 트레드 부분, 전단 밴드 및 상기 전단 밴드와 허브 사이에 위치된 연결 웨브를 포함하는 비-공압 타이어를 제공하며, 이때 전단 밴드는 제 1 및 제 2 비-신축성 층으로 형성되고, 제 1 및 제 2 비-신축성 층 사이에는 3차원 스페이서 구조가 위치하고, 상기 3차원 스페이서 구조는 팽창 물질로 형성된다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 그라운드 접촉 환형 트레드 부분, 전단 밴드 및 상기 전단 밴드와 허브 사이에 위치된 연결 웨브를 포함하는 비-공압 타이어를 제공하며, 이때 전단 밴드는 제 1 및 제 2 비-신축성 층으로 형성되고, 제 1 및 제 2 비-신축성 층 사이에는 3차원 스페이서 구조가 위치하고, 상기 연결 부재는 제 1 및 제 2 세트로 더 나누어지며, 상기 제 1 세트는 상기 제 2 세트에 대해 교차된다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 그라운드 접촉 환형 트레드 부분, 전단 밴드 및 상기 전단 밴드와 허브 사이에 위치된 연결 웨브를 포함하는 비-공압 타이어를 제공하며, 이때 전단 밴드는 제 1 및 제 2 비-신축성 층으로 형성되고, 제 1 및 제 2 비-신축성 층 사이에는 3차원 스페이서 구조가 위치하고, 상기 연결 부재는 상기 제 1 및 제 2 물질 층에 수직이다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 그라운드 접촉 환형 트레드 부분, 전단 밴드 및 상기 전단 밴드와 허브 사이에 위치된 연결 웨브를 포함하는 비-공압 타이어를 제공하며, 이때 전단 밴드는 제 1 및 제 2 비-신축성 층으로 형성되고, 제 1 및 제 2 비-신축성 층 사이에는 3차원 스페이서 구조가 위치하고, 상기 연결 부재는 제 1 및 제 2 물질 층에 대해 각을 이룬다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 그라운드 접촉 환형 트레드 부분, 전단 밴드 및 상기 전단 밴드와 허브 사이에 위치된 연결 웨브를 포함하는 비-공압 타이어를 제공하며, 이때 전단 밴드는 제 1 및 제 2 비-신축성 층으로 형성되고, 제 1 및 제 2 비-신축성 층 사이에는 3차원 스페이서 구조가 위치하고, 상기 제 1 및 제 2 물질 층은 부직된 것이다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 그라운드 접촉 환형 트레드 부분, 전단 밴드 및 상기 전단 밴드와 허브 사이에 위치된 연결 웨브를 포함하는 비-공압 타이어를 제공하며, 이때 전단 밴드는 제 1 및 제 2 비-신축성 층으로 형성되고, 제 1 및 제 2 비-신축성 층 사이에는 3차원 스페이서 구조가 위치하고, 상기 전단 밴드의 측 방향 단부는 테이퍼링되어, 상기 전단 밴드의 중심의 반경 방향 두께가 상기 전단 밴드의 외측 단부에서의 두께보다 크다.
본 발명은 하기의 설명 및 첨부된 도면을 참조함으로써 더욱 잘 이해될 것이다:
도 1은 본 발명의 비-공압 타이어의 제 1 실시양태의 사시도이다.
도 2a는 전단 밴드 및 외측 트레드의 제 1 실시양태의 단면도이다.
도 2b는 전단 밴드 및 외측 트레드의 제 1 실시양태의 변형례의 단면도이다.
도 3a는 개방형 3차원 직물 구조의 제 1 실시양태의 사시도이고, 도 3b는 교차-부재의 다양한 가능한 구성을 도시한다.
도 4a는 폐쇄형 3차원 직물 구조의 제 2 실시양태의 사시도이고, 도 4b는 직물 교차-부재의 다양한 가능한 구성을 예시한다.
도 5는 3차원 직물 구조물의 제 3 실시양태의 사시도이다.
도 6은 3차원 직물 구조물의 제 4 실시양태의 사시도이다.
도 7은 3차원 직물 구조물의 제 5 실시양태의 사시도이다.
도 8은 3차원 직물 구조물의 제 6 실시양태의 사시도이다.
도 9는 3차원 직물 구조물의 제 7 실시양태의 사시도이다.
도 10은 3차원 직물 구조물의 제 8 실시양태의 사시도이다.
도 11은 3차원 직물 구조물의 제 9 실시양태의 사시도이다.
도 12는 힘 F로부터 전단 밴드 상의 변형을 측정하기 위한 변수를 보여주는 모식도이다.
정의
이하의 용어들은 본원 설명을 위해 다음과 같이 정의된다.
"팽창 물질"은 음의 포아송(Poisson) 비를 갖는 물질을 의미한다.
"적도면"은 타이어의 중심선을 통과하는 타이어의 회전축에 수직인 평면을 의미한다.
"자유 영역"은 DIN EN 14971에 따라 직물의 개방 정도를 나타내는 척도이며 얀(yarn)으로 덮히지 않은 직물 평면의 면적량이다. 이는 직물의 견고성을 시각적으로 측정한 것으로, 직물의 6인치 x 6인치 정사각형 샘플을 통과하는 광 테이블로부터의 광의 전자적 이미지를 취하고 측정된 광의 강도를 백색 픽셀의 강도와 비교함으로써 결정된다.
"비-신축성"은 주어진 층이 약 25 Ksi보다 큰 신축 강성을 갖는 것을 의미한다.
"편직"은 경사 니트(warp knit) 및 위사 니트(weft knit)와 같은 바늘 또는 와이어에 의해 하나 이상의 얀의 일련의 루프를 인터로킹(interlocking)함으로써 생성 가능한 구조물을 포함하는 것을 의미한다.
"3차원 스페이서 구조"는 제 1 및 제 2 방향으로 연장되는 보강 부재(예컨대, 얀, 필라멘트 또는 섬유)를 갖는 직물의 2개의 외층으로 구성된 3차원 구조를 의미하며, 상기 2개의 외층은 소정의 제 3 방향으로 연장되는 보강 부재(얀, 필라멘트 또는 섬유) 또는 다른 편물 층에 의해 함께 연결된다. "개방형" 3차원 스페이서 구조는 제 1 직물 층과 제 2 직물 층을 연결하는 개별적인 파일(pile) 섬유 또는 보강재로 구성된다. "폐쇄형" 3차원 구조는 제 1 층과 제 2 층을 연결하는 직물 파일을 이용한다.
"직조된"은 바스켓과 같이 곡물을 담기 위해 직각으로 서로 교차하는 다수의 얀에 의해 생성된 구조를 포함하는 것을 의미한다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 비-공압 타이어(100)의 제 1 실시양태가 도 1에 도시되어 있다. 본 발명의 타이어는 반경 방향 외측 그라운드 맞물림 트레드(200), 전단 밴드(300) 및 연결 웨브(500)를 포함한다. 타이어 트레드(200)는 다양한 조건에서 타이어의 성능을 향상시키기 위해 요구되는 바와 같이 리브(rib), 블록(block), 러그(lug), 그루브(groove) 및 사이프(sipe)와 같은 요소를 포함할 수 있다. 연결 웨브(500)는 허브(512) 상에 장착되며, 아래에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이 상이한 디자인을 가질 수 있다. 본 발명의 비-공압 타이어는 상부 하중 구조로 설계되어 전단 밴드(300)와 연결 웨브(500)가 하중을 효율적으로 운반한다. 전단 밴드(300) 및 연결 웨브는 전단 밴드의 강성이 타이어의 스프링 속도(spring rate)와 직접적으로 관련되도록 설계된다. 연결 웨브는 타이어 풋프린트(footprint)가 비틀어지거나 변형되고 압축 하중을 압축시키거나 운반하지 않는 장력하에서 강성 구조로 설계된다. 이렇게 하면 풋프린트 영역이 아닌 나머지 연결 웨브가 하중을 운반할 수 있어 매우 하중 효율적인 구조로 된다. 도로 장애물을 극복하기 위해 전단 밴드가 구부러지도록 하는 것이 바람직하다. 대략적인 하중 분배는 하중의 약 90 내지 100%가 전단 밴드와 연결 웨브의 상부 부분에 의해 전달되어 연결 웨브의 하부 부분이 거의 0의 하중, 바람직하게는 10% 미만의 하중을 전달하도록 하는 것이 바람직하다.
전단 밴드
전단 밴드(300)는 바람직하게는 타이어 트레드(200)의 반경 방향 내측에 위치되고 그라운드와 접촉하는 타이어의 바닥으로부터 스포크 및 허브로 하중을 전달하여 상부 하중 구조를 형성하는 기능을 하는 환형 구조이다. 환형 구조(300)는 변형의 바람직한 형태가 굽힘에 대한 전단이기 때문에 전단 밴드라고 불린다.
전단 밴드(300)의 제 1 실시양태는 도 2a에 도시되어 있으며, 도 3a에 도시 된 개방형 3차원 스페이서 구조(400)로 구성된다. 3차원 스페이서 구조(400)는 제 1 검 고무 층과 제 2 검 고무 층(332, 334) 사이에 위치될 수 있다(축척대로 표시되지 않음). 검 고무(332, 334)는 원하는 만큼 두꺼울 수 있다. 3차원 스페이서 구조(400)는 제 1 및 제 2 직물 층(460, 470)을 갖는 유형의 구조이며, 각각의 직물 층은 제 1 또는 위사 방향으로 연장되는 복수의 제 1 보강 부재(462) 및 제 2 또는 경사 방향으로 연장되는 복수의 제 2 보강 부재(464)로 형성된다. 제 1 및 제 2 보강 부재(462, 464)는 도시된 바와 같이 서로 수직이거나 또는 원하는 각도로 교차될 수 있다. 도시된 바와 같이, 보강 부재(462)는 보강 부재(464)와 인터레이싱되거나(interlaced) 섞여짜인다(interwoven). 제 1 및 제 2 보강 층은 편직, 직조, 부직, 인터레이싱 또는 비-인터레이싱될 수 있다. 제 1 및 제 2 직물 층(462, 464)은 바람직하게는 서로에 대해 평행하게 배향되고 제 3 또는 파일 치수로 연장되는 보강 연결 부재(480, 490)에 의해 서로 상호연결된다. 연결 층들(460, 470) 사이의 수직 거리 또는 3차원 구조의 Z 방향 치수는 약 2 mm 내지 약 25 mm, 더욱 바람직하게는 약 3 mm 내지 10 mm, 더욱더 바람직하게는 5 mm 내지 10 mm의 범위이다.
3차원 스페이서 구조(400)는 도 3b에 도시된 바와 같이 보강 연결 부재의 상이한 배치를 가질 수 있다.
3차원 직물 구조(400)는 제 1 및 제 2 층(460, 470)이 축 방향과 평행한 관계로 정렬되도록 전단 밴드 내에 배향되는 것이 바람직하다. 3차원 직물 구조(400)는 바람직하게는 비-공압 타이어의 반경 방향에 맞추어 정렬되는 실질적인 Z 치수 두께를 갖는다. 따라서 개방형 3차원 직물 구조(400)는 개방 셀(495)을 형성하는 복수의 연결 부재(480, 490)를 포함한다. 제 1 실시양태의 개방 셀(495)은 비어있다.
본원에서 사용되는 보강 부재 또는 보강 연결 부재는 얀, 와이어, 필라멘트, 섬유 또는 보강 코드 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 보강 부재 또는 보강용 교차-부재는 유리 섬유, 탄소 섬유, 현무암 섬유, 유기 섬유, 나일론, 아라미드, 폴리에스터, 스틸 또는 금속 와이어, 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 3차원 스페이서의 제 1 및 제 2 층(460, 470)의 보강 부재(464)는 바람직하게는 타이어 원주 방향에 맞추어 정렬되는 아라미드, 스틸, 폴리에스터 또는 이들의 블렌드와 같은 비-신축성 보강재를 포함할 수 있다. 상기 비-신축성 보강재(464)는 타이어 적도 면에 대하여 +/- 15도 이하, 더욱 바람직하게는 타이어 적도 면에 대해 +/- 10도 이하로 배향될 수 있다.
바람직하게는, 3차원 직물 구조(400) 및/또는 보강 부재는, 고무 성분에 대한 접착력을 돕기 위해 직물, 섬유 및 텍스타일 코드에 적용하기 위해 타이어 산업에서 사용되는 널리 공지된 레조르시놀-폼알데하이드 수지/부타디엔-스티렌-비닐 피리딘 삼원공중합체 라텍스 또는 이의 부타디엔/스티렌 고무 라텍스와의 블렌드인 RFL 접착제(예를 들어, 미국 특허 제 4,356,219 호 참조)로 처리된다. 보강 부재는 단일 단부 침지된 부재일 수 있다(즉, 단일 보강 부재는 RFL 접착제 또는 접착 촉진제에 침지된다).
3차원 직물 구조(400)는 DIN 12127에 의해 측정시 700 내지 1000 g/㎡ 범위의 밀도를 가질 수 있다. 3차원 직물 구조(400)의 압축 강성은 DIN/ISO 33861에 의해 측정시 50 내지 600 kPa의 범위일 수 있고, 더욱 바람직하게는 100 내지 250 kPa의 범위일 수 있다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 3차원 스페이서 구조는 축 방향 폭(L)을 갖는다. 교차-부재를 갖는 3차원 스페이서 구조 부분은 축 방향 폭(W)을 가지며, 여기서 W는 L보다 작다. 3차원 스페이서 구조는 각각의 측면 단부에서 축 방향 폭(X)을 갖는 공동(481)을 갖는다. 공동(481)의 폭(X)은 숄더(shoulder) 영역에서 타이어의 강성을 조정하기 위해 원하는 만큼 조정될 수 있다. 공동은 도 2a에 도시된 바와 같이 비어 있거나, 또는 도 2b에 도시된 바와 같이 100%까지 채워질 수 있다. 공동을 채우는 물질의 공동 폭 및 강성은 타이어 강성을 조정하기 위해 원하는 대로 선택될 수 있다. X는 스페이서 구조의 축 방향 폭(L)의 0 내지 12%의 범위일 수 있다.
도 3b에 도시된 보강 연결 부재(480)의 축 방향 간격(S)은 또한 전단 밴드의 강성을 제어하기 위해 조정될 수 있다. 간격(S)은 3 mm 내지 8 mm의 범위일 수 있다.
전단 밴드의 전술한 실시양태 중 임의의 것은 도 4a에 도시된 3차원 구조를 이용할 수 있다. 도 4a에 도시된 3차원 구조(350)는 직물의 제 1 편직 또는 직조 층(360) 및 직물의 제 2 편직 또는 직조 층(340)을 포함한다. 제 1 층 및 제 2 층은 복수의 교차 부재(380)에 의해 함께 결합된다. 교차 부재(380)는 90도 각도로 제 1 및 제 2 직조 층에 연결된다. 제 1 및 제 2 직조 층(360, 340)은 바람직하게는 축 방향에 평행하게 배향된다. 교차 부재(380)가 밀착-니트(close-knit) 직물이고 "관통형"이 아니기 때문에 3차원 스페이서 구조(350)는 폐쇄형 구조의 예이다. 3차원 스페이서 구조(350)는 도 4b에 도시된 바와 같이 가변적인 연결 길이, 다중 층, 가변적인 연결 각 및 단일 축 곡률을 가질 수 있다.
전단 밴드의 전술한 실시양태 중 임의의 것은 교차 부재(480, 490)의 다양한 상이한 구성을 도시하는 도 5 내지 7에 도시된 3차원 구조를 이용할 수 있다.
전술한 전단 밴드의 실시양태 중 임의의 것은 도 8에 도시된 3차원 구조를 이용할 수 있다. 3차원 구조(500)는 제 1 직조 직물 층(560) 및 제 2 직조 직물 층(570)을 포함한다. 제 1 및 제 2 층은 "8"의 형상으로 형성된 복수의 교차 부재(580)에 의해 함께 결합된다.
전술한 전단 밴드의 실시양태 중 임의의 것은 도 9 또는 10에 도시된 3차원 구조를 이용할 수 있다. 도 9의 3차원 구조(700)는 제 1 니트 직물 층(760) 및 제 2 니트 직물 층(770)을 포함한다. 제 1 및 제 2 층은 복수의 편직 스페이서 쓰레드(knitted spacing thread)(780)에 의해 함께 결합된다. 제 1 및 제 2 층(760, 770)은 각각 다수의 메쉬(mesh)에 의해 형성된 개구를 가지며, 채널은 니트 직물 층들 사이에 형성되고 스페이서 쓰레드가 없다.
전술한 전단 밴드의 실시양태 중 임의의 것은 도 11에 도시된 3차원 구조를 이용할 수 있다. 3차원 구조(800)는 2개 이상의 데크(deck) 층(810, 820)을 포함한다. 3차원 구조(800)는 제 1 직조 직물 층(860), 제 2 직조 직물 층(870) 및 중간 직조 층(880)을 갖는다. 제 1 및 중간 층(860, 880)은 복수의 교차 부재(890)에 의해 함께 결합된다. 제 2 및 중간층(870, 880)은 또한 복수의 교차 부재(895)에 의해 함께 결합된다. 교차 부재(890, 895)는 도 4 내지 8에 도시된 바와 같이 각을 이루거나 곡선형일 수 있다.
전술한 3차원 직물 구조의 실시양태 중 임의의 것은 DIN 12127에 의해 측정시 700 내지 1000 g/㎡ 범위의 밀도를 가질 수 있다. 임의의 3차원 직물 구조의 압축 강성은 DIN/ISO 33861에 의해 측정시 50 내지 600 kPa 범위, 더욱 바람직하게는 100 내지 250 kPa 범위일 수 있다.
또한, 전단 밴드의 측 방향 단부가 테이퍼링되도록 하여 전단 밴드의 중심의 반경 방향 두께가 전단 밴드의 외측 단부에서의 두께보다 크게 하는 것이 바람직하다.
전단 밴드 특성
전단 밴드는 전체 전단 강성(GA)을 갖는다. 전단 강성(GA)은 전단 밴드에서 취한 대표적인 시험편의 변형을 측정하여 결정할 수 있다. 이와 관련된 변수를 보여주는 모식도가 도 12에 도시되어 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 시험편의 상부 표면은 횡력 F를 받는다. 시험편은 전단 밴드로부터 취한 전단 밴드와 동일한 반경 방향 두께를 갖는 대표적인 샘플이다. 이어서, 전단 강성(GA)을 다음 식으로부터 계산한다:
GA = F*L/ΔX, 여기서 F는 전단 하중이고, L은 전단 층 두께이고, ΔX는 전단 변형도이다.
전단 밴드는 전체 굽힘 강성(EI)을 갖는다. 굽힘 강성(EI)은 3점 굽힘 시험을 사용하는 빔 역학으로부터 결정될 수 있다. 이는 2개의 롤러 지지대에 있는 빔의 경우를 나타내며 빔의 가운데에 하중이 집중된다. 굽힘 강성(EI)은 다음 식으로부터 결정된다: EI = PL3/48*ΔX, 여기서 P는 하중이고, L은 빔 길이이고, ΔX는 변형도이다.
전단 밴드의 굽힘 강성(EI)을 최대화하고 전단 밴드 강성(GA)을 최소화하는 것이 바람직하다. GA/EI의 허용가능한 비율은 0.01 내지 20이며 이상적인 범위는 0.01 내지 5이다. EA는 전단 밴드의 신축성 강성이며 인장력을 적용하고 길이 변화를 측정하여 실험적으로 결정된다. 전단 밴드의 EI에 대한 EA의 비율은 0.02 내지 100의 범위에서 1 내지 50의 이상적인 범위에서 허용된다.
전단 밴드(300)는 바람직하게는 15 내지 30% 범위의 최대 전단 변형률을 견딜 수 있다.
전단 밴드는 바람직하게는 0.01 내지 20 범위의 GA/EI, 또는 0.02 내지 100 범위의 EA/EI 비, 또는 20 내지 2000 범위의 스프링 속도 및 이들의 임의의 조합을 갖는다. 더욱 바람직하게는, 전단 밴드는 0.01 내지 5의 GA/EI 비 또는 1 내지 50의 EA/EI 비 또는 170 lb/in의 스프링 속도 및 이들의 임의의 하위 조합을 갖는다. 타이어 트레드는 바람직하게는 전단 밴드 주위로 감싸져 있으며, 바람직하게는 전단 밴드에 일체로 성형된다.
연결 웨브
본 발명의 비-공압 타이어는 도 1에 도시된 바와 같은 연결 웨브(500)를 더 포함한다. 연결 웨브는 내부 반경에서 외부 반경으로 연장되는 원주 방향으로 정렬된 복수의 스포크(510)를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 스포크는 반경 방향으로 배향되는 것이 바람직하다. 스포크는 곡선 또는 직선일 수 있다. 바람직하게는, 비-공압 타이어는 두 세트의 원주 방향으로 정렬된 스포크를 포함한다. 스포크는 상이한 횡단면 설계를 가질 수 있다. 스포크는 전단 층으로부터 전달된 하중을 전달하는 기능을 한다. 스포크는 기본적으로 장력과 전단력 하에서 로딩하고, 압축시 하중이 없다. 본원에 기재된 바와 같이 각각의 스포크는 비-공압 타이어의 축 방향 두께(AW)보다 실질적으로 작은 축 방향 두께(A)를 갖는다. 전술한 각각의 스포크는
본원에 기재된 각각의 스포크는 비 공기압 타이어의 축 방향 두께 AW보다 실질적으로 작은 축 방향 두께(A)를 갖는다. 축 방향 두께(A)는 AW의 5 내지 20%, 더욱 바람직하게는 5 내지 10% AW의 범위에 있다. 1개 초과의 디스크를 사용하는 경우, 각각의 디스크의 축 방향 두께는 다를 수도 있고 동일할 수도 있다.
스포크(510)는 반경 방향으로 연장되는 것이 바람직하다. 스포크(510)는 반경 방향으로 팽창 또는 변형되도록 설계된다. 비-공압 타이어가 로딩되는 경우, 스포크는 실질적으로 압축 저항이 없는 접촉 패치를 통과할 때 변형되어 하중 베어링에 0 또는 무의미한 압축력을 공급한다. 스포크의 주된 하중은 압축이 아닌 장력과 전단력이다.
스포크는 바람직하게는 고무 또는 열가소성 엘라스토머와 같은 탄성 물질로 형성된다. 반경 방향 스포크는 스포크가 반경 방향 변형에 대한 저항성이 낮고 타이어의 측면 방향 변형에 대한 저항력이 높도록 설계된다.
선택된 물질이 열가소성 엘라스토머인 경우, 다음 특성을 갖는 것이 바람직하다. 디스크 물질의 인장 모듈러스(영률)는 ISO 527-1/-2 표준 시험 방법을 사용하여 바람직하게는 45 MPa 내지 650 MPa 범위, 더욱 바람직하게는 85 MPa 내지 300 MPa 범위이다. 유리 전이 온도는 -25℃ 미만, 더욱 바람직하게는 -35℃ 미만이다. 파단시 항복 변형률은 30% 초과, 더욱 바람직하게는 40% 초과이다. 파단 신율은 항복 변형률 이상, 더욱 바람직하게는 200% 초과이다. 열 변형 온도는 0.45 MPa 하에서 40℃ 초과, 더욱 바람직하게는 0.45 MPa 하에서 50℃ 초과이다. 23℃에서 ISO 179/ISO 180 시험 방법을 사용하여 아이조드(Izod) 및 샤르피(Charpy) 노치 시험에 대한 파단 결과가 없다. 디스크에 적합한 두 가지 물질은 디에스엠 프로덕츠(DSM Products)에서 시판 중이며 아니텔(ARNITEL) PL 420H 및 아니텔 PL461이라는 상표명으로 판매된다.
출원인은 많은 다른 변형이 상기 명세서를 읽음으로써 당업자에게 명백하다는 것을 이해한다. 이러한 변형 및 다른 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 취지 및 범주 내에 있다.

Claims (5)

  1. 3차원 스페이서(spacer) 구조를 포함하는 전단 밴드(shear band)로서,
    상기 3차원 스페이서 구조가 제 1 물질 층 및 제 2 물질 층으로 형성되고,
    각각의 물질 층이, 제 1 방향으로 연장되는 제 1 보강 부재 및 제 2 방향으로 연장되는 제 2 보강 부재를 가지며,
    각각의 물질 층이, 제 3 방향으로 연장되는 복수의 연결 보강 부재에 의해 서로 연결된 것을 특징으로 하는, 전단 밴드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 방향이 상기 전단 밴드의 원주 방향에 맞추어 정렬된 것을 특징으로 하는, 전단 밴드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 보강 부재가 비-신축성(inextensible)인 것을 특징으로 하는, 전단 밴드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 층이 서로에 대해 평행한 것을 특징으로 하는, 전단 밴드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결 보강 부재가 제 3 방향으로 연장되고, 상기 제 3 방향이 상기 전단 밴드의 반경 방향에 맞추어 정렬된 것을 특징으로 하는, 전단 밴드.
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