KR20170117337A - 비-공압 타이어 - Google Patents
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Abstract
그라운드 접촉 환형 트레드 부분 및 전단 밴드를 포함하는 비-공압 타이어가 기재되며, 이때 상기 전단 밴드는 제 1 및 제 2 비-신축성 층으로 형성되고, 제 1 및 제 2 비-신축성 층 사이에는 저 모듈러스 물질이 위치한다. 상기 비-공압 타이어는 상기 전단 밴드와 허브 사이에 위치된 연결 웨브를 추가로 포함하며, 이때 상기 연결 웨브는 내측 링으로부터 외측 링으로 연장되는 하나 이상의 스포크로 형성되고, 상기 하나 이상의 스포크는 3차원 스페이서 구조로 보강된 물질로 형성된다.
Description
본 발명은 일반적으로 차량용 타이어 및 비-공압 타이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 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 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 저 모듈러스(modulus) 물질이 위치하고, 상기 연결 웨브는 내측 링으로부터 외측 링으로 연장되는 하나 이상의 스포크로 형성되고, 하나 이상의 스포크는 3차원 스페이서 구조로 보강된 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 저 모듈러스 물질이 위치하며, 상기 연결 웨브는 내측 링으로부터 외측 링으로 연장되는 하나 이상의 스포크로 형성되고, 상기 하나 이상의 스포크는 3차원 스페이서 구조로 보강된 물질로 형성되고, 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 저 모듈러스 물질이 위치하고, 상기 연결 웨브는 내측 링으로부터 외측 링으로 연장되는 하나 이상의 스포크로 형성되고, 상기 하나 이상의 스포크는 3차원 스페이서 구조로 보강된 물질로 형성되고, 상기 스포크는 원주 방향으로 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 저 모듈러스 물질이 위치하고, 상기 연결 웨브는 내측 링으로부터 외측 링으로 연장되는 하나 이상의 스포크로 형성되고, 하나 이상의 스포크는 3차원 스페이서 구조로 보강된 물질로 형성되고, 원주 방향으로 연속하는 연결 웨브를 더 포함한다.
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 저 모듈러스 물질이 위치하고, 상기 연결 웨브는 내측 링으로부터 외측 링으로 연장되는 하나 이상의 스포크로 형성되고, 하나 이상의 스포크는 3차원 스페이서 구조로 보강된 물질로 형성되고, 원주 방향으로 연속하는 연결 웨브를 더 포함하며, 원주 방향으로 연속하는 연결 웨브는 축 방향의 강성보다 반경 방향으로 더 높은 강성을 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 저 모듈러스 물질이 위치하고, 상기 연결 웨브는 내측 링으로부터 외측 링으로 연장되는 하나 이상의 스포크로 형성되고, 하나 이상의 스포크는 3차원 스페이서 구조로 보강된 물질로 형성되고, 반경 방향 스포크는 반경 방향의 강성보다 축 방향으로 더 높은 강성을 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 저 모듈러스 물질이 위치하고, 상기 연결 웨브는 내측 링으로부터 외측 링으로 연장되는 하나 이상의 스포크로 형성되고, 하나 이상의 스포크는 3차원 스페이서 구조로 보강된 물질로 형성되고, 상기 연결 부재는 비-공압 타이어의 원주 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 저 모듈러스 물질이 위치하고, 상기 연결 웨브는 내측 링으로부터 외측 링으로 연장되는 하나 이상의 스포크로 형성되고, 하나 이상의 스포크는 3차원 스페이서 구조로 보강된 물질로 형성되고, 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 저 모듈러스 물질이 위치하고, 상기 연결 웨브는 내측 링으로부터 외측 링으로 연장되는 하나 이상의 스포크로 형성되고, 하나 이상의 스포크는 3차원 스페이서 구조로 보강된 물질로 형성되고, 상기 연결 부재는 비-공압 타이어의 축 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 저 모듈러스 물질이 위치하고, 상기 연결 웨브는 내측 링으로부터 외측 링으로 연장되는 하나 이상의 스포크로 형성되고, 하나 이상의 스포크는 3차원 스페이서 구조로 보강된 물질로 형성되고, 상기 연결 부재는 3 내지 25 mm 범위의 소정의 높이를 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 저 모듈러스 물질이 위치하고, 상기 연결 웨브는 내측 링으로부터 외측 링으로 연장되는 하나 이상의 스포크로 형성되고, 하나 이상의 스포크는 3차원 스페이서 구조로 보강된 물질로 형성되고, 상기 제 1 및 제 2 물질 층은 편직된다(knitted).
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 저 모듈러스 물질이 위치하고, 상기 연결 웨브는 내측 링으로부터 외측 링으로 연장되는 하나 이상의 스포크로 형성되고, 하나 이상의 스포크는 3차원 스페이서 구조로 보강된 물질로 형성되고, 제 1 및 제 2 물질 층은 직조된다(woven).
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 저 모듈러스 물질이 위치하고, 상기 연결 웨브는 내측 링으로부터 외측 링으로 연장되는 하나 이상의 스포크로 형성되고, 하나 이상의 스포크는 삼차원 스페이서 구조로 보강된 물질로 형성되고, 상기 제 1 및 제 2 물질 층은 부직된(nonwoven) 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 저 모듈러스 물질이 위치하고, 상기 연결 웨브는 내측 링으로부터 외측 링으로 연장되는 하나 이상의 스포크로 형성되고, 하나 이상의 스포크는 삼차원 스페이서 구조로 보강된 물질로 형성되고, 제 1 및 제 2 물질 층은 5% 내지 75% 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 저 모듈러스 물질이 위치하고, 상기 연결 웨브는 내측 링으로부터 외측 링으로 연장되는 하나 이상의 스포크로 형성되고, 하나 이상의 스포크는 삼차원 스페이서 구조로 보강된 물질로 형성되고, 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 저 모듈러스 물질이 위치하고, 상기 연결 웨브는 내측 링으로부터 외측 링으로 연장되는 하나 이상의 스포크로 형성되고, 하나 이상의 스포크는 삼차원 스페이서 구조로 보강된 물질로 형성되고, 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 저 모듈러스 물질이 위치하고, 상기 연결 웨브는 내측 링으로부터 외측 링으로 연장되는 하나 이상의 스포크로 형성되고, 하나 이상의 스포크는 삼차원 스페이서 구조로 보강된 물질로 형성되고, 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 저 모듈러스 물질이 위치하고, 상기 연결 웨브는 내측 링으로부터 외측 링으로 연장되는 하나 이상의 스포크로 형성되고, 하나 이상의 스포크는 삼차원 스페이서 구조로 보강된 물질로 형성되고, 상기 연결 부재는 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 저 모듈러스 물질이 위치하고, 상기 연결 웨브는 내측 링으로부터 외측 링으로 연장되는 하나 이상의 스포크로 형성되고, 하나 이상의 스포크는 삼차원 스페이서 구조로 보강된 물질로 형성되고, 상기 연결 부재는 제 1 및 제 2 물질 층에 대해 각을 이룬다.
본 발명은 하기의 설명 및 첨부된 도면을 참조함으로써 더욱 잘 이해될 것이다:
도 1은 본 발명의 비-공압 타이어의 제 1 실시양태의 단면도이다.
도 2a는 스포크가 제거되고 원주 방향 연결 웨브만이 도시된 비-공압 타이어의 사시도이다.
도 2b는 도 1의 단면도이다.
도 3a는 개방형 3차원 직물 구조의 제 1 실시양태의 사시도이고, 도 3b는 예시적인 단면 구성이다.
도 4a는 폐쇄형 3차원 직물 구조의 제 2 실시양태의 사시도이고, 도 4b는 예시적인 폐쇄형 구성이다.
도 5 내지 11은 본 발명에서 사용하기에 적합한 예시적인 3차원 직물 구조의 사시도이다.
도 12는 풋프린트에서 압축되는 비-공압 타이어의 일부분의 측면도이다.
도 13은 본 발명의 스포크의 부분 절삭도이다.
도 14는 힘 F로부터 전단 밴드 상의 변형을 측정하기 위한 변수를 보여주는 모식도이다.
도 1은 본 발명의 비-공압 타이어의 제 1 실시양태의 단면도이다.
도 2a는 스포크가 제거되고 원주 방향 연결 웨브만이 도시된 비-공압 타이어의 사시도이다.
도 2b는 도 1의 단면도이다.
도 3a는 개방형 3차원 직물 구조의 제 1 실시양태의 사시도이고, 도 3b는 예시적인 단면 구성이다.
도 4a는 폐쇄형 3차원 직물 구조의 제 2 실시양태의 사시도이고, 도 4b는 예시적인 폐쇄형 구성이다.
도 5 내지 11은 본 발명에서 사용하기에 적합한 예시적인 3차원 직물 구조의 사시도이다.
도 12는 풋프린트에서 압축되는 비-공압 타이어의 일부분의 측면도이다.
도 13은 본 발명의 스포크의 부분 절삭도이다.
도 14는 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 층 또는 보강재가 약 25 Ksi보다 큰 신축 강성을 갖는 것을 의미한다.
"편직(knitted)"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.
"샌드위치 직물"은 얀 또는 다른 편직물 층에 의해 서로 연결된 독립적으로 함께 편직된 2개의 외부 층으로 구성된 3차원 직물 구조를 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 예가 도 1에 도시되어 있다. 본 발명의 타이어는 반경 방향 외측 그라운드 맞물림 트레드(도시 생략), 전단 밴드(300) 및 연결 웨브(500)를 포함한다. 연결 웨브(500)는 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 인장 하중하에서 강성 구조로 설계된다. 이렇게 하면 풋프린트 영역이 아닌 나머지 연결 웨브가 하중을 운반할 수 있게 한다. 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 것이다.
트레드 부분(200)은 그루브를 갖지 않을 수도 있고, 그 사이에 본질적으로 종 방향 트레드 리브(rib)를 형성하는 다수의 길이 방향으로 배향된 트레드 그루브를 가질 수 있다. 리브는 특정 차량 적용례의 사용 요건에 적합한 트레드 패턴을 형성하기 위해 횡 방향 또는 종 방향으로 더 분할될 수 있다. 트레드 그루브는 타이어의 의도된 용도와 일치하는 임의의 깊이를 가질 수 있다. 타이어 트레드(200)는 다양한 조건에서 타이어의 성능을 향상시키기 위해 요구되는 바와 같이 리브, 블록(block), 러그(lug), 그루브(groove) 및 사이프(sipe)와 같은 요소를 포함할 수 있다.
전단 밴드
전단 밴드(300)는 바람직하게는 타이어 트레드(200)의 반경 방향 내측에 위치된다. 트레드 고무 층(210)은 전단 밴드의 반경 방향 외측 표면에 부착된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전단 밴드는 평행하게 배열된 2개의 비-신축성 층(310,320)으로 구성되며, 여기서 층(310,320)은 고무층(330)에 의해 분리된다. 각각의 비-신축성 층(310,320)은 엘라스토머상 코팅에 매립된 평행한 비-신축성 보강 코드로 형성될 수 있다. 보강 코드는 스틸, 아라미드, 나일론 또는 다른 비-신축성 구조일 수 있다. 제 1 보강 엘라스토머 층(310)에서, 보강 코드(311)는 바람직하게는 타이어 적도면에 대하여 0° 내지 약 +/- 10° 범위의 각도(Φ)로 배향된다. 제 2 보강 엘라스토머 층(320)에서, 보강 코드(321)는 바람직하게는 타이어 적도면에 대하여 0° 내지 약 +/- 10° 범위의 각도(Φ)로 배향된다. 바람직하게는, 제 1 층의 각도(Φ)는 제 2 층의 보강 코드의 각도(φ)의 반대 방향이다. 즉, 제 1 보강 엘라스토머 층에서의 각도는 +Φ이고 제 2 보강 엘라스토머 층에서의 각도는 -φ이다.
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 14에 도시되어 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 시험편의 상부 표면은 측면 방향 힘 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 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.
본 발명은 본원에 개시된 전단 밴드 구조에 제한되지 않고, 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 갖는 임의의 구조를 포함할 수 있다. 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 반경 방향 연결 웨브(500)를 더 포함한다. 연결 웨브는 내부 허브(512)로부터 전단 밴드(514)의 내부 반경으로 연장되는 원주 방향으로 정렬된 복수의 스포크(510)를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 스포크(510)는 반경 방향으로 배향되는 것이 바람직하다.
반경 방향 연결 웨브(500)는 수직 또는 반경 방향 변형에 대한 저항이 낮고 타이어의 측면 변형에 대한 더 큰 저항을 갖는다. 더 높은 구조적 강성을 주기 위해 배향은 반대 방향이다.
스포크는 곡선 또는 직선일 수 있다. 바람직하게는, 비-공압 타이어는 두 세트의 원주 방향으로 정렬된 스포크(510)를 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 스포크(510)는 비-공압 타이어의 축 방향 두께(AW)보다 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.
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 도 12에 도시된 바와 같이 변형되어 하중 베어링에 0 또는 무의미한 압축력을 공급한다. 스포크의 주된 하중은 압축이 아닌 장력과 전단력이다.
상기 스포크는 도 1에 도시된 바와 같은 직사각형 단면을 가지나, 직사각형 단면으로 제한되지 않으며, 원형, 정사각형, 타원형 등일 수 있다.
스포크는 바람직하게는 고무 또는 열가소성 엘라스토머와 같은 탄성 물질로 형성된다. 스포크는 예를 들어 도 3a에 도시된 바와 같이 3차원 스페이서 구조로 보강되는 것이 바람직하다. 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. 도 3a에 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. 보강 부재 또는 보강 연결 부재는 하나 이상의 얀, 와이어, 하나 이상의 필라멘트, 하나 이상의 섬유 또는 하나 이상의 보강 코드를 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 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 700 내지 1000 g/㎡ 범위의 밀도를 가질 수 있다. 3차원 직물 구조(400)의 압축 강성은 150 내지 300 kPa, 더욱 바람직하게는 150 내지 200 kPa의 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.
반경 방향 스포크는 스포크가 반경 방향 변형에 대한 저항성이 낮고 타이어의 측면 방향 변형에 대한 저항력이 높도록 설계된다. 따라서, 반경 방향 스포크가도 3 내지 11에 도시된 3 차원 스페이서 구조로 보강되는 경우, 3차원 스페이서 구조(380, 480, 580, 780, 890)의 교차 부재는 타이어의 축 방향에 맞추어 정렬되고 반경 방향에 수직인 것이 바람직하며, 층(460, 470)은 바람직하게는 반경 방향 스포크의 반경 방향으로 배향된다. 역시 도 13 참조.
도 5 내지 7은 교차 부재(480, 490)의 다양한 상이한 구성을 도시하고, 교차 부재가 직물 층(460, 470)에 수직일 필요는 없다는 것을 추가로 예시한다.
3차원 구조의 다른 실시양태(500)가 도 8에 도시되어 있으며, 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.
3차원 구조의 다른 실시양태(700)가 도 9 내지 10에 도시되어 있으며, 제 1 직조 직물 층(760) 및 제 2 직조 직물 층(770)을 포함한다. 제 1 및 제 2 층은 다수의 교차 부재(780)에 의해 함께 결합된다. 제 1 및 제 2 층(760, 770)은 개방형 셀 구조를 갖는다.
3차원 구조의 다른 실시양태(800)가 도 11에 도시되어 있다. 3차원 구조의 제 7 실시양태(800)는 2개 이상의 데크(deck) 층(810, 820)을 포함한다. 제 7 실시양태(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(89)에 의해 함께 결합된다. 제 2 및 중간 층(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.
반경 방향 스포크는 각각 3차원 스페이서 구조의 2개의 층으로 형성될 수 있으며, 이러한 구조는 상이한 형상을 가지고 동일하거나 상이한 방향으로 정렬된 교차 부재를 갖는다.
상기 임의의 실시양태들이 조합될 수 있다. 예를 들어, 교차 부재는 다양한 조합으로 곡선형이거나 각지거나, 직각 또는 "8"의 형상일 수 있다. 3차원 구조는 상이한 방위로 전술한 바와 같이 다양한 교차 부재의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 상술한 실시양태들 중 임의의 것은 연성 물질로 채워질 수 있다.
원주 연결
웨브
비-공압 타이어는 추가로 원주 방향 연결 웨브(600)를 형성하는 하나 이상의 원주 방향 링을 포함할 수 있다. 원주 방향 연결 웨브는 하나 이상의 원주 방향 링의 형태일 수 있다. 반경 방향 연결 웨브의 반대쪽에서, 원주 방향 링은 수직 또는 반경 방향 변형에 대한 큰 저항과 측면 변형에 대한 낮은 저항을 가져야 한다. 이들의 강성은 그 형상에 따라 다를 것이다.
원주 방향 연결 웨브(600)는 반경 방향으로 강성이 되게 설계된다. 원주 방향 연결 웨브는 3차원 스페이서 구조로 보강되는 것이 바람직하다. 따라서, 원주 방향 연결 웨브(600)가 도 3 내지 11에 도시된 바와 같은 3차원 스페이서 구조로 보강되는 경우, 3차원 스페이서 구조의 교차 부재(380, 480, 580, 780, 890)는 타이어의 반경 방향에 맞추어 정렬된다.
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 결과는 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)
- 그라운드 접촉 환형 트레드(tread) 부분;
전단 밴드(shear band); 및
상기 전단 밴드와 허브(hub) 사이에 위치된 연결 웨브(web)
를 포함하는 비-공압 타이어(non-pneumatic tire)로서, 이때
상기 전단 밴드는 제 1 및 제 2 비-신축성 층으로 형성되고, 제 1 및 제 2 비-신축성 층 사이에는 저 모듈러스(modulus) 물질이 위치하고,
상기 연결 웨브는, 내측 링으로부터 외측 링으로 연장되는 하나 이상의 스포크(spoke)로 형성되고,
상기 하나 이상의 스포크는, 3차원 스페이서 구조로 보강된 물질로 형성된, 비-공압 타이어. - 제 1 항에 있어서,
상기 3차원 스페이서 구조가, 복수의 연결 부재에 의해 상호 연결되는 제 1 및 제 2 물질 층으로 형성된 것을 특징으로 하는, 비-공압 타이어. - 제 1 항에 있어서,
상기 스포크가 원주 방향으로 열을 지어(in row) 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는, 비-공압 타이어. - 제 1 항에 있어서,
원주 방향으로 연속하는 연결 웨브를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 비-공압 타이어. - 제 4 항에 있어서,
상기 원주 방향으로 연속하는 연결 웨브가 축 방향의 강성보다 반경 방향으로 더 높은 강성을 갖는 것을 특징으로 하는, 비-공압 타이어.
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