KR20190058446A - 환형 측벽 오목부를 갖춘 공기 타이어 - Google Patents

Abstract

공기 타이어는 2 개의 견부 영역(34) 옆에 있는 비-신축성 트레드(30) 및 타이어를 휠에 장착하기 위한 2 개의 비-신축성 비드 영역(36)을 가지며, 각각의 비드 영역은 측벽을 통해 대응하는 비드 영역에 연결된다. 각각의 측벽은 비드 영역(36) 중 하나로부터 편향 영역(40)으로의 타이어 폭에 대해 내측으로 연장하는 제 1 부분(38) 및 편향 영역(40)으로부터 견부 영역(34) 중 대응하는 하나의 견부 영역으로 타이어 폭에 대해 외측으로 연장하는 제 2 부분(42)을 가진다. 비-신축성의 둘레 제한 구성(44, 46, 56) 및 반경 방향 보강 구조물(48, 50, 52)이 각각의 측벽의 제 1 부분(38)과 관련됨으로써, 제 1 부분(38)의 반경 방향 고정을 제한하고 비드 영역(36)과 견부 영역(34) 사이의 환형 오목부를 유지한다.

Description

환형 측벽 오목부를 갖춘 공기 타이어

본 발명은 공기 타이어에 관한 것으로, 특히, 환형 측벽 오목부를 갖춘 공기 타이어에 관한 것이다.

도 1a에 예시된 바와 같이, 종래의 공기 타이어(200)는 일반적으로, 기저부 표면과 맞물리는 트레드(202), 타이어를 휠(206)에 장착하기 위한 두 개의 비드(204), 및 각각 비드 중 하나로부터 트레드의 대응 측으로 연장하는 두 개의 측벽(208)을 가진다. 측벽은 보통 약간 볼록하고 주로 평면-내 장력(in-plane tension)을 통한 내부 압력과 지지 하중에 의해 신축되는 "다이어프램(diaphragm)"으로서 주로 작동한다. 측벽은 전형적으로 평면-내 압축을 견딜 수 있는 능력이 거의 없으며, (예를 들어, 과하중 또는 공기압의 감소를 통해)측벽의 수직 높이가 감소하는 경우에, 측벽은 도 1b에 예시된 바와 같이 외측으로 붕괴되는 경향이 있다. 이러한 상태에서, 타이어는 횡력에 대한 안정성을 크게 감소시켜, 롤링 운동을 통해 측면 변위량(210)을 갖는 도 1c의 형태로 쉽게 변형된다.

PCT 특허 출원 공보 WO 2013/014676 A1 호(이하, "'676 공보"로 지칭됨)에서 제안된 공기 타이어 구조는 (참조 번호가 괄호 안에 병기되는 '676 공보의 도 6a에 대응하는)도 2의 부분도에 도시된 바와 같은 타이어를 제공하며, 여기서 측벽은 반경 방향 내측 원추형 표면(150)과 반경 방향 외측 원추형 표면(130) 사이에 환형 오목부를 한정하는 V-형상의 횡단면 프로파일을 가진다. 제안된 V-형상의 측벽의 기하학적 형상은 높은 하중 및/또는 낮은 작동 압력하에서 트레드 접촉을 유지하는 동시에, 측면 안정성을 유지하는 다양한 장점을 제공한다.

V-형상의 카커스(carcass) 측벽을 밖으로 밀어내는 내부 공기압 하에서 V-형상의 기하학적 형상을 유지하기 위해서, '676 공보는 반경 방향으로 강성인 내부 및 외부 원추형 표면(130, 150)을 사용하여 이들 사이에 쐐기("밸브 잠금(valve lock-up)") 효과를 발생한다. 대부분의 측벽을 반경 방향으로 강성화하기 위해서, 비교적 두껍고 무거운 측벽 구조가 사용되는데, 이는 쐐기("밸브 잠금") 효과를 얻기 위해 내부 및 외부 원추체를 따라 상당한 강성이 요구되기 때문이다. 게다가, 반경 방향으로 강성인 내부 및 외부 원추체들 사이의 굴곡은 비교적 국소적인 전이 영역에서 발생하여, 비교적 많은 양의 편향을 고무의 제한된 좁은 구역에 집중시킴으로써, 열 및/또는 고무 피로를 잠재적으로 발생시킨다.

본 발명은 환형 측벽 오목부를 갖춘 공기 타이어에 관한 것이다.

본 발명의 실시예의 교시에 따라서, (a) 타이어 축을 둘러싸고 2 개의 견부 영역(shoulder region)들 사이로 연장하는 실질적으로 비-신축성인 트레드; (b) 타이어를 휠에 장착하기 위한 2 개의 비-신축성 비드 영역; (c) 비드 영역 중 하나로부터 편향 영역으로의 타이어 폭에 대해 내측으로 연장하는 제 1 부분 및 편향 영역으로부터 견부 영역 중 대응하는 하나의 견부 영역으로 타이어 폭에 대해 외측으로 연장하는 제 2 부분을 각각 포함하는 2 개의 측벽; (d) 각각의 측벽의 제 1 부분과 관련되고 타이어 축을 둘러싸는 실질적으로 비-신축성인 둘레 제한 구성; 및 (e) 각각의 측벽의 제 1 부분과 관련되고 측벽의 제 1 부분의 반경 방향 굴곡을 제한하도록 구성된 반경 방향 보강 구조물을 포함하는 공기 타이어가 제공되며, 둘레 제한 구성 및 반경 방향 보강 구조물은 공기 타이어가 휠에 장착되어 팽창될 때, 각각의 측벽이 비드 영역과 견부 영역 사이에 환형 오목부를 유지하도록 구성된다.

본 발명의 실시예의 다른 특징에 따라서, 둘레 제한 구성은 측벽에 통합된 적어도 하나의 스레드의 배열을 포함한다.

본 발명의 실시예의 다른 특징에 따라서, 반경 방향 보강 구조물은 측벽에 통합된 보강 요소의 배열을 포함한다.

본 발명의 실시예의 다른 특징에 따라서, 반경 방향 보강 구조물은 고무 기질 내에 고정된 복수의 반경 방향으로 정렬된 스틸 와이어 층을 포함한다.

본 발명의 실시예의 다른 특징에 따라서, 반경 방향 보강 구조물은 측벽의 제 1 부분의 외부 표면과 접촉하게 배치되는 외부 보강 요소의 배열을 포함한다.

본 발명의 실시예의 다른 특징에 따라서, 둘레 제한 구성은 반경 방향 보강 구조물과 통합된 적어도 하나의 스레드의 배열을 포함한다.

본 발명의 실시예의 다른 특징에 따라서, 측벽의 제 2 부분의 구역의 적어도 일부분 및 바람직하게 대부분은 다이어프램-형 벽 구조물을 가진다.

본 발명의 실시예의 다른 특징에 따라서, 측벽의 제 2 부분의 구역의 적어도 일부분 및 바람직하게 대부분은 반경 방향에 대해 경사진 각도로 지향된 스레드를 포함한 대각선 플라이를 포함한다.

본 발명의 타이어가 "레이디얼" 타이어("radial" tire) 또는 "바이어스" 타이어("bias" tire)(때때로, "다이애거널" 타이어("diagonal" tire)로 공지됨)의 종래 정의에 적합하지 않지만, 본 발명의 특히 가장 바람직한 실시예에서, 반경 방향 플라이(ply)가 타이어의 횡단면을 따라 좌우로, 즉 비드에서 비드로 연장함에 유의해야 한다. 반경 방향 플라이는 연속적인 플라이일 수 있거나 이들 사이에 약간 중첩된 여러 개의 플라이를 포함할 수 있다. 용어 반경 방향을 지칭할 때, 이는 정확한 반경 방향, 즉 둘레 방향에 대해 90°를 지칭할 수 있지만, 정확한 반경 방향으로부터 최대 약 5 %까지 변화하는 플라이 방향이 또한 전형적으로 "반경 방향"으로 간주된다는 것을 또한 이해해야 한다.

본 발명의 타이어의 다양한 구성요소는 본 명세서에서 "실질적으로 비-신축성"으로 지칭된다. 이러한 문구는 압력 및 하중의 정상 작동 범위에 걸쳐서 재료의 임의의 신축이 약 5 % 이하, 바람직하게 3 % 이하로 제한되고 전형적으로는 무시할 만한 요소를 지칭하는 것으로 본 명세서의 설명 및 청구범위에서 사용된다. 이러한 실질적으로 비-신축성의 특성은 대부분의 타이어 트레드 및 타이어 비드와 같은 다양한 종래의 타이어 구성요소의 공통 요건이며, 본 명세서에서 유사한 의미로 사용된다. 정상적인 작동 범위를 벗어나는 경우에, 더 큰 변화가 몇몇 경우에, 예를 들어 재료의 초기 인장 중에 발생할 수 있다.

용어 "스레드(thread)"는 일반적으로 장력을 견디기 위해 배치된 임의의 가요성 섬유, 필라멘트, 코드, 와이어 또는 케이블을 지칭하는데 본 명세서에서 사용된다. 이와 같이 정의된 스레드는 독립형 금속 케이블부터, 다양한 플라이 또는 "브레이커(breaker)" 구조물의 일부로서 고무 기질 내에 배치된 미세한 스레드에 이르기까지 다양할 수 있다.

용어 "오목한" 또는 "오목부"는 표면의 한 영역으로부터 표면의 다른 영역으로 그려진 직선이 표면 외부의 자유 공간을 통과하는 임의의 그리고 모든 표면의 기하학적 형상을 지칭하는데 본 명세서에서 사용된다. 이와 같이 정의된 용어는 임의의 특정 형상 또는 오목부에 대한 대칭을 의미하지 않는다. "환형 오목부"로서 지칭되는 곳에서, 이는 오목부가 축을 중심으로 연속적으로 연장하지만 원형 대칭을 요구하지 않음을 나타낸다. (전형적으로, 타이어는 장착되지 않을 때 원형 대칭에 가깝지만 하중을 지지할 때 대칭에서 벗어날 것이다.)

본 발명은 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서 본 명세서에서 설명된다.
전술한 도 1a 내지 도 1c는 각각, 정상 팽창 상태, 부분 수축 상태 및 횡하중 하의 부분 수축 상태의 종래의 레이디얼 타이어를 통해 취한 개략적인 횡단면도이며,
전술한 도 2는 원래의 참조 번호를 사용한 PCT 특허 출원 공보 WO 2013/014676 A1 호의 도 6a의 복사 도면이며,
도 3은 휠의 림에 부착된 본 발명의 실시예의 교시에 따라 구성되고 작동되는 타이어의 등각도이며,
도 4a는 도 3의 타이어 및 림의 측면도이며,
도 4b는 휠의 축을 관통하는 수직면을 따라 취한, 도 3의 타이어 및 림을 통해 취한 횡단면도이며,
도 5a 및 도 5b는 각각, 도 2의 종래 기술의 타이어와 본 발명의 교시에 따른 도 3의 타이어의 작동 원리를 비교하는 개략적인 부분 등각도이며,
도 6은 도 3의 타이어 및 림의 부분 절단된 등각도이며,
도 7은 Ⅶ로 지정된 도 4b의 영역의 확대도이며,
도 8a 및 도 8b는 각각, 완전 팽창 상태 및 부분 팽창 상태(또는 무거운 하중 상태)로 도시된 휠에 장착되고 지면과 접촉하는 도 3의 타이어의 측면도이며,
도 9a 내지 도 9c는 각각, 타이어 축에 평행한 수직 평면에서 도 3의 타이어 및 림의 하부 부분을 통해 취한 정상 팽창 상태, 부분 수축 상태 및 횡 하중하의 부분 수축 상태의 개략적인 횡단면도이며,
도 10a는 스프링-형 강화 요소를 예시하는, 본 발명의 변형 실시예에 따른 타이어의 부분 절단 등각도이며,
도 10b는 X로 지정된 도 10a의 영역의 확대도이며,
도 11은 외부 반경 방향 보강 구조물(강화 배열체)의 사용을 예시하는, 본 발명의 다른 변형 실시예에 따른 타이어의 부분 절단 등각도이며,
도 12는 도 11의 타이어의 한쪽을 통해 취한 횡단면도이며,
도 13a는 타이어가 두 개의 별도로 제작된 구성요소로 세분된 본 발명의 다른 변형 실시예에 따른 타이어 및 휠 림의 한쪽을 통해 취한 횡단면도이며,
도 13b는 Ⅷ로 지정된 도 13a 영역의 확대도이며,
도 14a 및 도 14b는 각각, 기하학적 형태의 외측으로의 반전에 대한 기계적 제한을 갖거나 갖지 않는 횡단면 형태의 6 개의 변으로 형성될 수 있는 다각형 형태를 예시하는 개략적인 기하학적 구성이다.

본 발명은 환형 측벽 오목부를 갖춘 공기 타이어에 관한 것이다.

본 발명에 따른 타이어의 원리 및 작동은 도면 및 첨부된 설명을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다.

이제 도면을 참조하면, 도 3a 내지 도 13b는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 구성되고 작동되는 공기 타이어의 다수의 변형 실시예를 예시한다. 일반적으로 이들 변형 실시예를 참조하면, 본 발명의 공기 타이어는 실질적으로 비-신축성 트레드(30)를 포함하여, 타이어 축(32) 주위로 연장하는 지면 접촉 프로파일을 제공한다. 트레드(30)는 견부 영역(34)에 의해 각각의 측에 위치된다. 타이어는 또한, 휠에 타이어를 장착하기 위한 2 개의 비-신축성 비드 영역(36)을 특징으로 한다. 2 개의 측벽은 비드 영역(36)과 대응 견부 영역(34) 사이로 연장한다. 각각의 측벽은 비드 영역(36) 중 하나로부터 편향 영역(40)까지 타이어의 폭에 대해 안쪽으로 연장하는 제 1 부분(38), 및 편향 영역(40)으로부터 견부 영역(34) 중 대응하는 하나의 영역까지 타이어의 폭에 대해 바깥쪽으로 연장하는 제 2 부분(42)을 포함한다. 따라서, 각각의 측벽의 전체 형태는 비드 영역(36)과 견부 영역(34) 사이에 환형 오목부를 나타낸다.

이러한 맥락에서, 용어 "축(axis)"은 타이어가 끼워 맞춰지는 휠의 회전축에 대응하는, 미변형시 타이어의 중심축을 지칭하는데 사용되지만, 타이어가 변형되어 더 이상 원형 대칭에 가깝지 않을 때조차도 그러한 기준선을 직관적으로 지칭하는데 사용됨에 유의해야 한다. 유사하게, 타이어의 트레드 및 다양한 다른 특징은 이들이 원형 대칭을 가질 것을 요구함이 없이 축 주위에 폐 루프를 형성하는 경우 축을 포위하는 것으로 지칭된다. 전형적으로, 그러한 요소는 (트레드 패턴, 보강 요소 등과 같은 다양한 반복 패턴 이외의)타이어의 미변형 상태에서 원형 대칭에 아주 가깝지만 타이어의 변형 동안 대칭으로부터 벗어난다.

환형 측벽 공동을 갖춘 본 발명의 타이어의 형태는 전형적으로 (위에서 논의 된 도 1a 내지 도 1c의 것과 같은)그러한 환형 측벽 공동이 없는 종래의 공기 타이어에 대한 다수의 장점 중 하나 이상을 제공한다. 특히, 도 1a 및 도 1b에 예시된 표준 타이어의 변형 동안, (무거운 하중 및/또는 감소된 내부 압력을 통한)수직 변위량(ΔV)에 의해 유발되는 전체 변형은 단일 각도(α)로 적용되며, 그 단일 각도에서 측벽은 둘로 접히기 시작하여 "정상적인" 팽창 상태에서 극심한 변형을 일으킨다. 대조적으로, 도 9a 및 도 9b에 예시된 바와 같은 본 발명에 따른 타이어의 동등한 수직 변위량(△V)이 벨로우즈 구조를 효과적으로 형성하는 3 개의 미리 형성된 각도들 사이에 분포되어, 덜 극심한 형상 변화를 유도한다. 환언하면, 평탄한 표면을 구부리거나 변형시키는 것과 '아코디언(accordion)-형'과 같은 표면을 구부리거나 변형시키는 것을 비교할 수 있다.

형태의 차이는 또한 횡하중의 측면에서 뚜렷한 장점을 제공한다. 측면 방향을 따라(도 3의 축(32)을 따라) 타이어에 하중이 가해지면, 휠 림은 압축에 의해 제 1 부분("내부 원추체")(38)에 힘을 전달하며(제 1 부분은 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 반경 방향으로 보강되며), 따라서, 제 2 부분("외부 원추체")(42)을 따라 장력을 통한 힘을 전달한다. 트레드(30)가 지면에 대해 가압되고 보강 플라이 및 비교적 두꺼운 고무 트레드 특징부로 자체적으로 보강되기 때문에, 실질적으로 지면에 대한 마찰에 의해 고정되어 견부 영역(34)을 또한 고정시킨다. 따라서, 외부 원추체(42)는 내부 원추체(38)의 단부에 있는 편향 영역(40)과 견부 영역(34) 사이에서 신축됨으로써, 도 9c에 예시된 바와 같이 내부 원추체(38) 및 그에 따른 휠 림과 차량을 추가 측면 변위로부터 억제한다. 측면 변위량(ΔL)은 전형적으로 측면 타이어 변형에 의해 카커스의 용적이 감소되므로 공기압에 의해 추가로 제한되며, 공기량이 일정하게 유지되기 때문에 그의 압력은 측면 변형에 따라 증가하며, 따라서 타이어 카커스를 그의 원래의 대칭 형상 쪽으로 다시 밀친다. 그러나, 특히 감소된 공기압의 경우에, 횡력은 주로 타이어의 측벽, 더 구체적으로는 내부 원추체(34)의 압축과 외부 원추체(42)의 장력에 대항하여, 포함된 공기압과는 무관하게 상당한 측면 강성을 타이어에 제공한다.

이는 측면 안정성이 주로 공기압에 의존하는 표준 타이어와 대비되며, 결과적으로 타이어는 도 1c에 도시된 바와 같이 본 발명의 타이어보다 동일한 횡력 하에서 상당히 더 많이 변형될 것이다.

측벽에 전술한 환형 공동을 유지하기 위해서, 본 발명의 타이어 카커스의 외피는 이론적으로 타이어 카커스에 의해 포위될 수 있는 것보다 더 작은 용적을 한정한다. 환언하면, 팽창된 타이어의 내부 용적은 타이어 카커스의 고무의 탄성 변형에 의해 제공되기보다는 기계적 제약에 의해 제한된다.

이러한 정의를 개략적으로 예시하기 위해서, 도 14a 및 도 14b는 상당히 상이한 용적을 갖는 2 개의 유사한 외피의 횡단면에 대략적으로 대응하는 2 개의 기하학적 구성의 예이다. 더 구체적으로, 도 14a 및 도 14b는 모두 '6 개의 변을 갖는 형상'(2 개의 변('A') 및 4 개의 변('B'))을 도시하며, 여기서 도 14b는 도 14a보다 상당히 더 큰 횡단면적을 한정한다. 6 개의 변을 갖는 형상에서 변들이 비-신축성이면, 정상 상태 하에서 도 14a에서와 같은 가요성 외피는 팽창시 도 14b에서와 같은 더 큰 용적을 한정하도록 변형되는 경향이 있는데, 이는 압축된 가스가 더 높은 압력 상태로부터 더 낮은 압력 상태로 용적을 팽창시키기 위해 바깥쪽으로 힘을 가하기 때문이다.

본 발명의 교시에 따라서, 대략 V 형상의 측벽 형태에 대응하는 측벽에 환형 공동을 갖춘 구속된 용적의 팽창 형태를 유지하여, 개선된 반경 방향 이동성(평균 반경으로부터 압축 및 약간의 확장)을 제공함으로써 측면 변형에 대한 상대적인 강성을 유지하면서 수직 하중에 대응하는 반경 방향 변형을 수용하는 것이 바람직하다.

측벽 주위에 V 형상의 오목부를 갖춘 형태를 유지하기 위한 일군의 해결책은 도 2를 참조하여 위에서 논의된 바와 같이 전술한 WO 2013/014676 A1 호에 설명된다. 도 5a는 기하학적 형상을 억제하기 위해 그에 사용되는 작동 원리를 더욱 명확하게 예시한다. 그 경우에, 기하학적 형상은 반경 방향으로 강성인 대각 원추형 표면, 내부 원추체(150) 및 외부 원추체(130)를 사용함으로써 유지되며, 이는 2 개의 반경 방향으로 보강된 수렴 표면들 사이의 쐐기 효과로 인해 V 형상의 외측으로의 반전에 저항한다. (도 5a는 이러한 작동 원리를 예시하기 위해 새로 그려졌음에 유의해야 한다. 이러한 도면의 내용은 새로운 것으로, 도면의 어떤 부분도 그 내용이 '676 공보에 의해 명시적으로 교시되는 정도를 제외하고는 종래 기술로서 인정되지 않는다.) 위의 쐐기 효과에 대한 의존성은 내부 및 외부 원추체 모두가 반경 방향 굽힘에 대해 상당한 강성을 갖도록 형성되며, 하중이 발생하는 조건하에서 임의의 굽힘이 원추체의 말단 및 원추체의 접합부에 있는 국소 영역일 것을 요구한다.

본 발명의 교시에 따라서, 특정 경우에는 도 5b에 예시된 바와 같이, 전술한 쐐기 효과를 제공하는데 충분히 본질적으로 강화되지 않은 가요성 재료로 측벽 오목부의 반경 방향 외측 부분의 적어도 일부분, 즉 외부 원추체(42)를 형성함으로써 추가의 장점이 제공될 수 있다는 것을 발견했다. 이는 큰 수직 편향을 더 양호하게 수용할 수 있는 비교적 얇고 가요성이 있는 재료의 사용을 허용한다.

본 발명의 이러한 양태에 따른 반경 방향 버클링(buckling)을 방지하기 위해 외부 원추체(42)의 본래 강성의 결핍은 타이어 외피가 외측으로 반전하는 것을 억제하고 그의 더 큰 디폴트(default) 용적, 즉 도 14b에 개략적으로 예시된 바와 같은 "벌룬 아웃(ballooning out)으로 신장되는 것에 대한 대안적인 접근법을 요구한다.

따라서, 본 발명의 특정한 특히 바람직한 실시예에 따라서, 측벽의 제 1 부분( "내부 원추체")(38)의 외측으로의 반전은 다음, 즉

- 각각의 측벽의 제 1 부분(38)과 관련된 실질적으로 비-신축성 둘레 제한 구성, 및

- 각각의 측벽의 제 1 부분(38)과 관련된 반경 방향의 보강 구조로서, 반경 방향 보강 구조는 측벽의 제 1 부분(38)의 반경 방향 굴곡을 제한하는 구성을 조합함으로써 달성된다.

둘레 제한 구성과 반경 방향 보강 구조의 결합은 함께, 제 1 부분(38)의 외측으로의 반전을 방지함으로써, 타이어가 휠에 장착되어 팽창될 때 비드 영역과 견부 영역 사이에 환형 오목부를 갖춘 타이어의 원하는 형태를 유지한다.

타이어의 측벽에 일체화된 구조로서 모두 실시된, 둘레 제한 구성 및 반경 방향 보강 구조의 비-제한적이지만 특히 바람직한 제 1 실시예가 도 5b 내지 도 9c에 가장 잘 도시되어 있다.

따라서, 본 발명의 특정한 특히 바람직한 실시예는 측벽에 일체화된 적어도 하나의 스레드의 배열로서 둘레 제한 구성을 실시한다. 스레드는 내부 원추체(42) 주위로 연장하고 얼마나 많은 각도(α1)가 증가될 수 있는 지를 제한하도록 배치되는 가요성이 있고 비-신축성인 원주 방향 케이블 또는 벨트(44)(도 5b, 도 6 및 도 7에 가장 잘 도시됨)를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 둘레 제한 구성은 보강 플라이로서 측벽 재료 내부에 통합된 더 미세한 스레드(46)의 기질을 포함할 수 있다. 둘레 제한 특성은 제로 각도 둘레 정렬 플라이, 더 바람직하게, 대향하는 각도 편향을 갖춘 연속 층에 대각선으로 정렬된 플라이의 조합을 사용함으로써 부여될 수 있다. 강성 고무 기질에 그러한 플라이의 고정은 그러한 구조가 종래의 타이어 트레드에서 사용되는 바와 같이 "브레이커(breaker)"로서 일반적으로 지칭되는 타이어 디자인 분야에서 공지된 바와 같이, 둘레 제한 구성에 요구되는 실질적으로 비-신축성 특성을 제공하는데 효과적이다.

원주 방향 벨트(44) 및/또는 브레이커는 각도(α1)에 특정 제한을 부과하지 않고, 오히려 내부 원추체(42)의 그 영역에서 전체 원주를 제한한다. 결과적으로, 내부 원추체의 일부분이 반경 방향 내측으로 편향되면, 내부 원추체의 다른 영역은 전형적으로 벨트(44)의 평균 반경을 초과하여 외측으로 확장한다. 이는 차례로, 타이어의 트레드 부분이 그들의 미-왜곡된(또는 평균) 반경 방향 위치를 벗어나 바깥쪽으로 확산하게 함으로써, 트레드가 확장된 구역 위의 기저부 표면과의 접촉을 유지할 수 있는 능력을 향상시킨다. 제시의 용이성을 위해서, 예가 도 8b에 제시될 것이며, 도 8b에서 시계 문자판 상의 시간 방향의 측면에서 타이어 주위의 영역에 대한 참조가 이루어졌으며, 여기서 12시는 타이어의 최상부를 지칭하는 반면에, 축 아래의 바닥 측은 6 시로서 지칭할 것이다. 도 8b에 예시된 바와 같이, 수직 압축을 겪는 "6 시 방향"에 있는 트레드 영역(30)은 평균 반경(R₀)으로부터 감소된 축으로부터의 감소된 거리(D₁)까지의 그의 거리를 갖는 반면에, 접지 접촉 공간("5 시" 및 "7 시" 방향)의 말단 근처의 인접한 영역은 축(D₂)으로부터 약간 증가된 거리를 나타낸다. 어떠한 방식으로든 본 발명을 제한함이 없이, 평균 반경으로부터 약간 외측으로 이동하는 트레드의 이러한 능력은 일반적으로 감압 및/또는 고하중에서 작동하는 기존의 타이어를 괴롭히는, 접촉 공간 내에서 트레드의 내측 버클링을 나타냄이 없이 도시된 바와 같은 변형을 수용하는 타이어의 능력에 기여한다고 여겨진다.

둘레 제한 구성에 의해 부과되는 원주에 대한 전반적인 제한은 기계적 지지를 위해 제 2 부분(42)에 의존함이 없이 제 1 부분(내부 원추체)(38)의 외측으로의 반전을 방지하는데 충분하다. 이는 타이어의 훨씬 더 가요성 있는 외부 부분과 특히 제 2 부분(42)의 사용을 허용하여, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 제 2 부분(42)이 바람직하게, 제 1 부분(38)의 단부에 있는 굴곡 영역(40)과 트레드(30)의 에지에 있는 견부 영역(34) 사이에서 신축되는 다이어프램으로서 역할을 하여, 그에 따른 장점을 제공한다.

이러한 구조의 전반적인 효과는 전형적으로 높은 측면 강성을 유지하면서 다른 접근법보다 상당히 더 높은 수직 편향을 견딜 수 있는 측벽 프로파일이다.

본 발명의 특정한 특히 바람직한 실시예에 따라서 각각의 측벽의 제 1 부분(38)과 관련된 반경 방향의 보강 구조와 관련하여, 이는 각각의 측벽의 제 1 부분(38) 내에 반경 방향으로 정렬된 강화 요소(48)를 통합함으로써 실시된다. 이러한 문맥에서 용어 "반경 방향"은 타이어의 중심축(32)을 포함하는 평면 내에 놓이는 방향을 지칭한다. 강화 요소(48)는 반경 방향으로 정렬되는 가장 긴 치수를 가지지만, 전형적으로 횡단 치수가 좁은 방향으로 "반경 방향으로 정렬된다". "반경 방향 굴곡"은 축에 평행한 시선 방향을 따라 본 초기의 원형 형상에 대한 형상 변화와 관련된 "원주 방향 굴곡"과 대조적으로, 중심축(32)을 통과하는 횡단면에서 본 바와 같은 형상 변화를 지칭한다. 강화 요소(48)는 금속, 다양한 중합체, 목재, 복합 재료 및/또는 적합한 기계적 특성을 가지는 임의의 다른 재료의 삽입물과 같은 비교적 강성 재료의 성형 블록일 수 있다.

도 10a 및 도 10b는 반경 방향으로 정렬된 보강 요소, 예를 들어 스틸 와이어가 측벽의 제 1 부분(38)과의 통합을 위해 타이어의 일부 또는 전부의 주위로 연장하는 연속적인 스프링-형 요소(50)를 형성하도록 연결 부분에 의해 상호 연결되는 반경 방향 보강 구조의 추가 실시예를 예시한다. 반경 방향의 강화 효과는 주로 반경 방향으로 연장하는 부분에 의해 제공되는 반면에, 이들 부분의 상호 연결은 주로 타이어의 생산 과정 중에 요소의 위치 설정을 용이하게 할 뿐만 아니라, 예리한 에지를 예방하고 고무 기질과의 더 양호한 통합 및 접합을 얻는데 도움을 주는 역할을 한다.

이제, 도 11 및 도 12를 참조하면, 이들은 반경 방향 보강 구조가 측벽의 제 1 부분(38)의 외부 표면과 접촉하게 배치된 외부 보강 요소의 배열을 사용하여 실시되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 타이어의 추가 실시예를 예시한다. 특히, 본 명세서에 예시된 바와 같은 실시예에서, 반경 방향 보강은 외부 리브(52)의 어레이에 의해 제공된다. 리브(52)는 바람직하게, 보강 와이어(54)에 의해 그들의 내측에, 즉 휠 림에 더 가깝게 연결되며, 그들의 에지는 카커스로부터 측면으로 멀어지게 이동하는 것이 림에 의해 방지된다. 리브(52)의 반경 방향 최외측 말단은 외부 원주 방향 굴곡 벨트(56)에 의해 구속됨으로써, 팽창시 리브의 내부 표면과 맞물리는 제 1 부분(38)의 둘레 제한 구성을 또한 제공한다. 리브(52)는 바람직하게 비교적 높은 강성을 가지며, 따라서 전술한 일체형 지지체와 동일한 방식으로 예리한 회전의 경우에 또는 측면 경사로 구동하는 동안에 차량 하중하에서 전개될 수 있는 횡력을 지탱할 것이다. 이러한 실시예는 반복적인 사용을 위한 보강 구조를 유지하면서 비교적 간단하고 가벼운 내부 고무 카커스의 선택적인 교체를 허용할 뿐만 아니라 제작 및 비용 감소에서 간소화의 장점을 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 타이어의 실시예의 추가 예가 도 13a 및 도 13b에 예시된다. 이러한 경우에, 타이어는 비드 영역(36) 및 제 1 부분(38)을 제공하는 내부 부분(60)과 견부(34) 및 트레드(30)와 일체인 제 2 부분(42)을 제공하는 외부 부분(62)으로 분할된다. 타이어의 모든 특성은 바람직하게, 설명된 바와 같은 이전의 실시예와 유사하게 유지되지만, 이 변형예는 예를 들어, 타이어의 상이한 부분에 대해 상이한 제조 방법을 허용하여, 양호한 정확도를 달성하기 위해 내부 부분(60)을 위한 폐쇄 몰드의 프레스 경화를 사용하게 하면서, 타이어의 나머지 부분에 대해서도 스팀 블래더 경화(steam bladder curing)에 기초한 전통적인 타이어 경화 방법을 여전히 사용하게 한다.

도 13a의 타이어의 두 부분들 사이의 기계적 상호 연결을 실시하기 위한 하나의 비-제한적인 예가 도 13b의 확대도에 가장 잘 도시되어 있다. 이러한 경우에, 추가의 원주 방향 굴곡 벨트(64)는 제 2 부분(62)과 일체화되고 원주 방향 굴곡 벨트(44)와 중첩 관계로 위치된다. 타이어 내부의 공기압이 타이어 외피를 가압하여 그의 용적을 증가시키면, 내부 원주 방향 벨트(64)는 원주 방향 굴곡 벨트(44)에 의해 제한/억제되며, 압력이 증가함에 따라 두 부분(60 및 62)은 함께 점점 더 조여지게 된다. 이러한 접근법은 단지 다수의 가능한 접근법 중 하나일 뿐이며, 예를 들어 공동 경화 또는 경화, 스티칭 또는 리벳팅 후 화학 반응 또는 특정 접착제를 사용한 접합과 같은, 두 부분을 기계적으로 상호 연결하기 위한 많은 다른 접근법이 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다.

제 1 부분(60)은 제 2 부분(62)보다 생산 비용이 더 비싸지만 타이어 사용 중에는 덜 마모 될 가능성이 크다. 두 부분 사이의 상호 연결이 기계적으로 그리고 가역적으로 실시되는 경우에, 이러한 실시예는 다른 부분이 교체될 필요가 있기 전에 하나의 부분(예컨대, 트레드(30))이 마모 또는 손상된 경우에 타이어의 단지 일부분만을 교체하는 것이 허용될 수 있다.

위의 모든 실시예에 따라서, 특정한 특히 바람직한 실시예는 다이아프램-형 벽 구조로서 실시되는 제 2 부분("외부 원추체")(42)의 대부분의 구역을 가진다. 용어 "다이아프램-형(diaphragm-like)"은 설명 및 청구범위에서 인장력을 견디지만 평면-내 압축력 하에서 비교적 쉽게 붕괴되는 구조를 지칭하기 위해 본 명세서에서 사용된다. 예를 들어, 전형적인 경우에, 다이어프램-형 측벽은 그 자체로 붕괴되거나 접힘이 없이 지지될 수 있는 평면-내 압축력보다 적어도 한자릿수 더 큰 인가된 평면-내 장력을 견딜 수 있다. 전술한 다양한 실시예에 따른 외측 방향으로의 반전에 대한 제 1 부분("내부 원추체")(38)의 저항은 제 2 부분(42)에 대한 얇고 가요성 있는 측벽 재료의 사용을 용이하게 하도록 제 2 부분(42)에 대한 두께 및/또한 강성 요건의 감소를 가능하게 함으로써, 굴곡, 내부 가열 및 마모율에 대한 저항을 또한 감소시킨다. 결과적인 구조는 또한, 횡하중 하에서 타이어의 측면 안정성을 유지하면서 감소된 내부 압력하에서 작동하거나 내부 공기압 없이 "평탄하게" 주행할 수 있는 향상된 기능을 가진다. 특정한 비-한정적인 예에서, 비드 영역(36)으로부터 트레드(30)의 수직 거리를 감소시키는데 충분한 수직 하중하에서, 제 2 부분(42)은 제 1 곡률 뒤에 반대의 제 2 곡률이 따라오는 도 9b에 가장 잘 도시된 바와 같이 연속적인 곡률을 채택함으로써, "S-형상의" 횡단면 형태로서 본 명세서에서 지칭되는 것을 형성한다. 용어 "S-형상의"는 2 차 도함수가 부호를 변화시키는 곡선 형태에 대응하는, 곡률의 방향이 한 방향으로부터 반대 방향으로 변화하는 임의의 형태를 지칭하는데 본 명세서에서 사용된다.

특정한 바람직한 실시예에서 제 2 부분(42)은 편향 영역(40)으로부터 견부 영역(34)으로 토크/힘을 전달하기 위해 반경 방향에 대해 경사진 각도로 지향된 스레드를 포함하는 대각선 플라이를 그의 구역의 대부분에 걸쳐 포함한다. 이들 대각선 플라이는 타이어로부터 차량 휠에 매달리는 하중을 더 양호하게 지탱할 뿐만 아니라 구동 및 제동 토크의 전달을 위해 특정 실시예에서 중요할 수 있다. 플라이는 가장 바람직하게, "바이어스 플라이(bias plies)"로서 또한 지칭될 수 있는 2 개의 대향하는 나선 방향으로 이루어짐으로써, 비드 영역(36)으로부터 제 1 부분(38) 및 제 2 부분(42)을 통해 견부(34)와 트레드(30)로 넓은 범위의 작동 조건하에서 효과적인 토크 및 힘 전달을 제공한다.

모든 다른 측면에서, 본 발명의 다양한 실시예를 실시하는데 사용되는 특징, 재료 및 제조 공정은 당업계에서 사용되는 종래의 특징, 재료 및 제조 공정과 유사하다. 따라서, 예를 들어, 비드 영역(36) 및 견부 영역(34)과 트레드(30)의 구조는 전형적으로, 모든 것이 당업계에 공지된 바와 같이 바람직하게, 비드 및 트레드에 요구되는 다양한 구조를 형성하기 위해 함께 경화되는 다양한 상이한 고무 층을 갖춘 다양한 플라이와 보강재를 사용하는 종래의 래이디얼 타이어 구조와 유사하다.

본 발명의 타이어는 보통 강철로 만들어진 전형적인 표준 타이어 림이며 강성 표면으로 간주되어야 하는 림(70)을 갖춘 휠에 장착된다. 림은 차량으로부터 타이어를 통해 지면(72)으로 수직 하중, 횡하중 및 구동/제동 토크를 전달한다. 림은 타이어에 끼워 맞춰질 때 타이어에 의해 운반되는 하중을 지지하는 공기 챔버(74)의 일부이다.

본 발명의 타이어의 특정 실시예에 대한 다수의 전형적으로 바람직한 추가의 특징은 도 7의 확대 횡단면도에 가장 잘 도시되어 있다. 비드 영역(36)은 전형적으로, 비드 와이어(bead wire)(76)를 포함하며, 비드 와이어는 보통 폐쇄된 일정한 원주의 비-신축성 링을 형성하도록 여러 번 권취된 스틸 와이어로 형성된다. 타이어 구조의 층은 전형적으로, 무-튜브 타이어의 내부 표면으로서 일반적으로 사용되는 낮은 공기 투과성을 갖는 내부 라이너 고무 층(78)을 포함한다.

타이어 구조의 다른 층은 바람직하게, 방향성 섬유 또는 스틸 코드로 형성된 카커스 반경 방향 플라이(80)를 포함하며, 코드의 방향은 플라이가 반경 방향으로 신축되지 않도록 코드가 반경 방향을 따라 놓이는 방향이다. 카커스 반경 방향 플라이는 바람직하게, 비드에서 비드로 전체 타이어 반경 방향 측면을 따라 연장한다. 특정 경우에, 이러한 반경 방향 플라이는 전술한 바와 같은 추가의 반경 방향 플라이 및/또는 다양한 대각선 플라이를 포함할 수 있는 추가 플라이(82)에 의해 카커스의 전부 또는 일부 주위에 보충된다. 추가의 플라이는 또한, 타이어 제작 중에 원주 방향 벨트(44)를 제자리에 고정하는 기능을 수행할 수 있다.

특정 실시예에서, 편향 영역(40)에 고무 리브(84)의 세트를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 리브(84)는 영역(40)의 편향을 원하는 최소 반경으로 제한하는 지지체로서 작용함으로써, 그렇지 않으면 고무 및 플라이에 가해지는 국소 응력을 초래하여 한계점에 도달하게 할 가능성이 있는, 공기 챔버(74) 내부의 압력의 영향하에서 측벽의 조밀한(작은 반경) 접힘을 방지하는데 도움을 준다.

특정한 바람직한 경우에, 견부 영역(34)은 전형적으로, 원주 방향 벨트(44) 및 비드 와이어(76)와 유사한 스틸 와이어 또는 직물, 폴리에스테르 또는 아라미드/KEVLAR® 등의 코드로 만들어진 벨트인 원주 방향 견부 벨트(86)에 의해 보강된다. 원주 방향 견부 벨트(86)는 바람직하게, 원주 방향으로 높은 가요성을 갖도록 실시되지만, 공기압에 의해 가해지는 힘 하에서 견부 영역(34)의 직경을 제한하는 것을 돕는다. 견부 벨트(86)는 통상적으로, 트레드를 가로질러 연장하는 반경 방향에 평행하게 지향된 섬유로 형성된 견부 벨트 랩(88)에 의해 제자리에 고정될 수 있다. 트레드(30)는 바람직하게 다수의 브레이커 벨트(90)에 의해 추가로 보강되며, 브레이커 벨트는 원주 방향에 전형적으로 평행하거나 비교적 작은 경사로 지향된 스틸 코드 또는 다른 재료/섬유, 예컨대 나일론, 폴리에스테르-나일론 또는 다른 섬유로 만들어진 벨트이다. 몇몇 실시예에서, 브레이커 벨트(90)는 원주 방향에 대해 반대 방향으로, 예를 들어 ± 20°의 각도로 경사진 연속적인 플라이 층에 의해 형성된다. 브레이커 벨트(90)는 원주 방향으로 비교적 높은 가요성을 가진다. 즉, 타이어가 하중하에서 수직 방향으로 편향될 때 낮은 저항을 제공하지만 트레드(30) 주위로 원주 방향으로 연장하는 비-신축성 영역을 형성한다. 몇몇 실시예에서, 하나 이상의 추가의 반경 방향 벨트가 또한, 측면 방향으로 트레드(30)의 강성을 증가시키는데 사용될 수 있다.

트레드(30)는 바람직하게, 타이어로부터 지면(72)으로 토크를 전달하도록 구성된 고무로 만들어진다. 트레드의 디자인은 타이어 사양에 따라 변할 수 있고 포장 도로에서의 라벨(ravel) 중에 배수를 용이하게 하거나 부드러운 토양에서의 여행 중에 높은 그립(grip)을 얻는 기능을 포함할 수 있다.

첨부된 청구범위가 다중 종속항 없이 작성되었다면, 이는 단지, 그러한 다중 종속항을 허용하지 않는 관련법의 공식 요건을 수용하기 위해 작성된 것이다. 청주범위를 다중 종속항으로 작성함으로써 암시될 수 있는 특징의 모든 가능한 조합이 명시적으로 예상되고 본 발명의 일부로서 간주되어야 함을 유의해야 한다.

위의 설명은 단지 예로서 제공되는 것으로 의도되며, 많은 다른 실시예가 첨부된 청구범위에서 정의된 바와 같은 본 발명의 범주 내에서 가능하다는 것을 이해할 것이다.

Claims (10)

1. 공기 타이어로서,
   (a) 타이어 축을 둘러싸고 2 개의 견부 영역들 사이로 연장하는 실질적으로 비-신축성인 트레드;
   (b) 타이어를 휠에 장착하기 위한 2 개의 비-신축성 비드 영역;
   (c) 상기 비드 영역 중 하나로부터 편향 영역으로의 타이어 폭에 대해 내측으로 연장하는 제 1 부분 및 상기 편향 영역으로부터 상기 견부 영역 중 대응하는 하나의 견부 영역으로 타이어 폭에 대해 외측으로 연장하는 제 2 부분을 각각 포함하는 2 개의 측벽;
   (d) 각각의 상기 측벽의 상기 제 1 부분과 관련되고 상기 타이어 축을 둘러싸는 실질적으로 비-신축성인 둘레 제한 구성; 및
   (e) 각각의 상기 측벽의 상기 제 1 부분과 관련되고 상기 측벽의 상기 제 1 부분의 반경 방향 굴곡을 제한하도록 구성된 반경 방향 보강 구조물을 포함하며,
   상기 둘레 제한 구성 및 상기 반경 방향 보강 구조물은 공기 타이어가 휠에 장착되어 팽창될 때, 각각의 상기 측벽이 상기 비드 영역과 상기 견부 영역 사이에 환형 오목부를 유지하도록 구성되는
   공기 타이어.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 둘레 제한 구성은 상기 측벽에 통합된 적어도 하나의 스레드의 배열을 포함하는
   공기 타이어.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 반경 방향 보강 구조물은 상기 측벽에 통합된 보강 요소의 배열을 포함하는
   공기 타이어.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 반경 방향 보강 구조물은 고무 기질 내에 고정된 복수의 반경 방향으로 정렬된 스틸 와이어 층을 포함하는
   공기 타이어.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 반경 방향 보강 구조물은 상기 측벽의 상기 제 1 부분의 외부 표면과 접촉하게 배치되는 외부 보강 요소의 배열을 포함하는
   공기 타이어.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 둘레 제한 구성은 상기 반경 방향 보강 구조물과 통합된 적어도 하나의 스레드의 배열을 포함하는
   공기 타이어.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 측벽의 상기 제 2 부분의 구역의 적어도 일부는 다이어프램-형 벽 구조물을 가지는
   공기 타이어.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 측벽의 상기 제 2 부분의 구역의 대부분은 다이어프램-형 벽 구조물을 가지는
   공기 타이어.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 측벽의 상기 제 2 부분의 구역의 적어도 일부는 반경 방향에 대해 경사진 각도로 지향된 스레드를 포함한 대각선 플라이를 포함하는
   공기 타이어.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 측벽의 상기 제 2 부분의 구역의 대부분은 반경 방향에 대해 경사진 각도로 지향된 스레드를 포함한 대각선 플라이를 포함하는
    공기 타이어.
    

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