KR20210122695A - 전단 밴드 - Google Patents

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KR20210122695A
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fabric layer
tread
shear
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KR1020210040187A
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프란체스코 스포텔리
Original Assignee
더 굿이어 타이어 앤드 러버 캄파니
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Abstract

타이어용 전단 밴드는, 타이어 주위에 둘레방향으로 연장되는 제 1 패브릭 층, 타이어 주위에 둘레방향으로 연장되는 제 2 패브릭 층, 및 제 1 패브릭 층과 제 2 패브릭 층 사이에 반경방향으로 삽입된 스페이서 층을 포함한다. 제 1 패브릭 층 및 제 2 패브릭 층 각각은 멀티필라멘트 얀으로 구성된다. 스페이서 층은 모노필라멘트 얀으로 구성된다.

Description

전단 밴드{SHEAR BAND}
본 발명은 비공압 타이어(non-pneumatic tire), 공압 타이어 및/또는 다른 기술에서 사용하기 위한 개선된 전단 밴드(shear band)를 제공한다.
하나의 종래 예는 내부 공기압 없이 부하를 지지하는, 구조적으로 지지된 탄성 타이어에 관한 것이다. 이러한 비공압 타이어는 지면 접촉 부분, 및 트레드 부분으로부터 반경방향 내측으로 연장되며 휠/타이어의 회전 동안 휠에 고정된 상태로 유지되도록 구성된 비드 부분 내에 고정되는 측벽 부분을 포함한다. 보강된 환형 전단 밴드가 트레드 부분의 반경방향 내측에 배치된다. 이 전단 밴드는 적어도 하나의 전단 층(shear layer), 전단 층의 반경방향 내측 범위에 고착된 제 1 막(membrane), 및 전단 층의 반경방향 외측 범위에 고착된 제 2 막을 포함한다. 각각의 막은 전단 층의 동적 전단 탄성 계수(dynamic shear modulus)보다 충분히 큰 종방향 인장 탄성 계수(longitudinal tensile modulus)를 가지므로, 하중이 가해지면 타이어의 지면 접촉 부분은 막들의 일정한 길이를 유지하면서도 전단 층내의 전단 변형을 통해 평평한 접촉 영역으로 변형된다. 막들의 상대 변위는 실질적으로 전단 층 내의 전단 변형에 의해 발생한다.
다른 종래의 비공압 타이어는 외부 환형 전단 밴드, 및 전단 밴드를 횡으로 가로질러서 그리고 전단 밴드로부터 반경방향 내측으로 연장되며 휠 또는 허브에 고정되어 있는 복수의 웨브 스포크(web spoke)를 포함한다. 전단 밴드는 환형 전단 층, 전단 층의 반경방향 내측 범위에 고착된 제 1 막, 및 전단 층의 반경방향 외측 범위에 고착된 제 2 막을 포함한다. 하중이 가해지면, 이 전단 밴드는 전단 밴드의 전단 변형을 포함하는 메커니즘을 통해 지면과의 접촉 영역에서 변형된다.
상술한 바와 같이, 전단 밴드는 타이어에서의 바람직한 성능 상의 이점을 제공할 수도 있다. 후술하는 바와 같이, 본 발명에 따른 전단 밴드는 타이어의 수행 능력을 더욱 향상시킬 수도 있다. 전단 밴드에 대한 이러한 개량된 구조는 공압 타이어, 비공압 타이어 및 다른 제품들에도 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 타이어용 전단 밴드는, 타이어 주위에 둘레방향으로 연장되는 제 1 패브릭 층(fabric layer), 타이어 주위에 둘레방향으로 연장되는 제 2 패브릭 층, 및 제 1 패브릭 층과 제 2 패브릭 층 사이에 반경방향으로 삽입된 스페이서 층(spacer layer)을 포함한다. 제 1 패브릭 층 및 제 2 패브릭 층 각각은 멀티필라멘트 얀(multifilament yarn)으로 구성된다. 스페이서 층은 모노필라멘트 얀(monofilament yarn)으로 구성된다.
전단 밴드의 다른 태양에 따르면, 제 1 패브릭 층은 스페이서 층에 고정된다.
전단 밴드의 또 다른 태양에 따르면, 제 2 패브릭 층은 스페이서 층에 고정된다.
전단 밴드의 또 다른 태양에 따르면, 제 1 고무 층이 제 1 패브릭 층의 반경방향 외측 표면에 고정된다.
전단 밴드의 또 다른 태양에 따르면, 제 2 고무 층이 제 2 패브릭 층의 반경방향 내측 표면에 고정된다.
전단 밴드의 또 다른 태양에 따르면, 제 1 패브릭 층은 오직 멀티필라멘트 얀만을 포함한다.
전단 밴드의 또 다른 태양에 따르면, 제 2 패브릭 층은 오직 멀티필라멘트 얀만을 포함한다.
전단 밴드의 또 다른 태양에 따르면, 스페이서 층은 오직 모노필라멘트 얀만을 포함한다.
전단 밴드의 또 다른 태양에 따르면, 제 1 패브릭 층은 육각형의 빈 공간들을 갖는 패턴을 형성한다.
전단 밴드의 또 다른 태양에 따르면, 제 2 패브릭 층은 육각형의 빈 공간들을 갖는 패턴을 형성한다.
본 발명에 따른 방법은 타이어용 전단 밴드를 구성하거나 또는 제조한다. 본 방법은 멀티필라멘트로 제 1 패브릭 층을 한정하는 단계; 제 1 고무 층을 제 1 패브릭 층에 고정하는 단계; 멀티필라멘트로 제 2 패브릭 층을 한정하는 단계; 제 2 고무 층을 제 1 패브릭 층에 고정하는 단계; 모노필라멘트로 스페이서 층을 한정하는 단계; 제 1 패브릭 층을 스페이서 층의 제 1 부분에 고정하는 단계; 및 제 2 패브릭 층을 스페이서 층의 제 2 부분에 고정하는 단계를 포함한다.
본 방법의 다른 태양에 따르면, 추가 단계는 스페이서 층의 제 1 부분을 제 1 패브릭 층에 편직(knitting)하는 단계를 포함한다.
본 방법의 또 다른 태양에 따르면, 추가 단계는 스페이서 층의 제 2 부분을 제 2 패브릭 층에 편직하는 단계를 포함한다.
본 방법의 또 다른 태양에 따르면, 추가 단계는 스페이서 층의 제 1 부분을 제 1 패브릭 층에 직조(weaving)하는 단계를 포함한다.
본 방법의 또 다른 태양에 따르면, 추가 단계는 스페이서 층의 제 2 부분을 제 2 패브릭 층에 직조하는 단계를 포함한다.
정의
본 명세서 및 청구범위에서 사용된 바와 같이:
"고착(adhering)"은 접착제, 용접, 마찰, 기계적 결합, 융합 및/또는 다른 결합 방법에 의해 한 물품을 다른 물품에 접합시키는 것을 의미한다.
"아펙스(apex)"는 비드 코어 위에, 그리고 플라이와 턴업 플라이 사이에 반경방향으로 위치된 탄성중합체 필러를 의미한다.
"환형"은 링과 같이 형성된 것을 의미한다.
"아라미드(aramid)" 및 "방향족 폴리아미드(aromatic polyamide)" 둘 모두는 섬유 형성 물질이 아미드 결합의 적어도 85%가 2개에 방향 고리(aromatic ring)에 직접 부착되어 있는 합성 방향족 폴리아미드의 장쇄로 일반적으로 인식되는 제조된 섬유를 의미한다. 아라미드 또는 방향족 폴리아미드의 대표적인 것은 폴리(p-페닐렌테레프탈아미드)이다.
"편평비(aspect ratio)"는 타이어 단면 폭에 대한 타이어 단면 높이의 비율을 의미한다. 예컨대, 편평비는 하중이 걸리지 않고 정상 압력에서 팽창되었을 때의 타이어 측벽들의 외면 사이의 최대 축방향 거리를, 백분율로 표현하기 위해 100%를 곱한 것일 수도 있다. 편평비가 낮다는 것은 편평비가 65 이하인 타이어를 의미할 수도 있다.
"비드 단면의 편평비"는 비드 단면의 폭에 대한 비드 단면의 높이의 비율을 의미한다.
"비대칭형 트레드(asymmetric tread)"는 타이어의 중심 평면 또는 적도면(EP)에 대해 대칭이 아닌 트레드 패턴을 갖는 트레드를 의미한다.
"축방향" 및 "축방향으로"는 타이어의 회전축에 평행한 선 또는 방향을 지칭한다.
"비드(bead)"는 플리퍼(flipper), 치퍼(chipper), 아펙스, 토우 가드(toe guard) 및 체이퍼(chafer)와 같은 다른 보강 요소의 유무에 관계 없이 설계 림(rim)에 끼워 맞춰지도록 성형되며 플라이 코드로 감싸여 있는 환형 인장 부재를 포함하는 타이어의 부분을 의미한다.
"벨트 구조체(belt structure)"는 트레드 아래에 놓이고 비드에 고정되지 않으며 또한 타이어의 적도면에 대해 경사진 코드를 갖는, 직조 또는 부직조의 평행 코드들의 적어도 2개의 환상 층 또는 플라이를 의미한다. 벨트 구조체는 비교적 작은 각도로 경사진 평행 코드들의 플라이를 또한 포함하며, 이는 제한 층으로서 작용한다.
"바이어스 타이어(bias tire)"(크로스 플라이)는 카커스 플라이(carcass ply) 내의 보강 코드가 타이어의 적도면(EP)에 대해 약 25° 내지 65°의 각도로 비드로부터 비드로 타이어를 가로질러 대각선으로 연장되는 타이어를 의미한다. 다수의 플라이가 존재하는 경우, 플라이 코드들은 층마다 서로 번갈아 가며 반대 각도로 연장된다.
"편조 튜브(braided tube)"는 통상 3개 이상의 성분 스트랜드가 그 길이에 걸쳐서 규칙적인 대각 패턴을 형성하는 코드/필라멘트/스트랜드(strand)/스트립(strip)을 포함하는 튜브형 구조체를 의미한다. 튜브 구조체는 몇 개의 스트랜드를 함께 엮거나 직조함으로써 형성된 좁은 로프형 밴드일 수도 있다. 편조는 교차 스트립들이 대각선 형태로 함께 배치된 인터레이스 패브릭 튜브(interlaced fabric tube)를 생성하고 그에 의해 좁은 튜브형 패브릭 스트립을 형성하며, 이는 평평한 튜브 스트립 및/또는 층을 형성하도록 평평해질 수도 있다.
"브레이커(breaker)"는 타이어의 적도면(EP)에 대해 카커스 플라이 내의 평행 보강 코드와 동일한 각도를 갖는 평행 보강 코드의 적어도 2개의 환형 층 또는 플라이를 의미한다. 브레이커는 통상적으로 바이어스 타이어와 관련된다.
"케이블"은 2개 이상의 플라이드 얀(plied yarn)을 함께 꼬음으로써 형성된 코드를 의미한다.
"카커스"는 플라이 위의 측벽 고무, 벨트 구조체, 트레드 및 언더트레드를 제외하지만 비드를 포함하는 타이어 구조체를 의미한다.
"케이싱(casing)"은 트레드 및 언더트레드를 제외한 타이어의 카커스, 벨트 구조체, 비드, 측벽 및 모든 기타 구성요소, 즉 전체 타이어를 의미한다.
"치퍼(chipper)"는 비드 영역 내에 위치된 패브릭 또는 강철 코드의 좁은 밴드를 지칭하는데, 이의 기능은 비드 영역을 보강하고 또한 측벽의 반경방향 최내측 부분을 안정화시키는 것이다.
"둘레방향" 및 "둘레방향으로"는 적도면(EP)에 평행하고 축방향에 수직인 환형 타이어의 표면의 둘레를 따라 연장되는 선 또는 방향을 의미하는데, 이는 또한 횡단면에서 볼 때 그 반경이 트레드의 축방향 곡률을 규정하는 인접한 원형 곡선들의 세트의 방향을 지칭할 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "복합재(composite)"는 2개 이상의 층으로 구성되는 것을 의미한다.
"코드"는 타이어의 보강 구조체를 구성하는 보강 스트랜드(reinforcement strand) 중 하나를 의미한다.
"코드 각도"는 적도면(EP)에 대해 코드에 의해 형성되는, 타이어의 평면도에서의 좌측 또는 우측의 예각을 의미한다. "코드 각도"는 경화되지만 팽창되지 않은 타이어에서 측정된다.
"코드 꼬임(cord twist)"은 코드의 각 얀이 얀의 단위 길이당 소정의 턴(turn) 수(통상적으로 인치당 턴(turns per inch; TPI) 또는 미터당 턴(TPM)으로 표현됨)로 함께 꼬인 성분 필라멘트들을 가지며 또한 얀들이 코드의 단위 길이당 소정의 턴 수로 함께 꼬여 있는 것을 의미한다. 꼬임의 방향은 얀 또는 코드를 수직으로 유지했을 때 얀 또는 코드의 나선의 경사 방향을 나타낸다. 나선의 기울기가 문자 "S"의 기울기의 방향과 일치하면, 꼬임은 "S" 또는 "좌측"이라고 한다. 나선의 기울기가 문자 "Z"의 기울기의 방향과 일치하면, 꼬임은 "Z" 또는 "우측"이라고 한다. "S" 또는 "좌측" 꼬임 방향은 "Z" 또는 "우측" 꼬임과 반대 방향인 것으로 이해된다. "얀 꼬임"는 얀이 코드에 통합되기 전에 얀에 부여되는 꼬임을 의미하는 것으로 이해되며, "코드 꼬임"은 2개 이상의 얀이 서로 함께 꼬여서 코드를 형성할 때 부여되는 꼬임을 의미하는 것으로 이해된다. "데시텍스(dtex)"는 얀에 꼬임이 부여되기 전의 얀의 10,000미터의 그램 중량을 의미하는 것으로 이해된다.
"컷 벨트 플라이(cut belt ply)"는 트레드 폭 미만의 폭을 갖는 벨트를 지칭하며, 이는 타이어의 크라운 영역 내에서 카커스 플라이 위에 평평하게 놓인다.
"크라운(crown)"은 타이어 트레드의 근방에 있는 타이어의 부분을 의미한다.
"데니어"는 9,000미터당 그램 중량을 의미한다(선형 밀도를 표현하는 단위임). "데시텍스(Dtex)"는 10,000미터당 그램 중량을 의미한다.
"밀도"는 단위 길이당 중량을 의미한다.
"동적 전단 탄성 계수"는 ASTM D5992에 따라 측정된 전단 탄성 계수를 의미한다.
"탄성중합체"는 변형 후에 크기와 형상을 회복할 수 있는 탄성 재료를 의미한다.
"파단 연신율(elongation at break)"은 ASTM D412-98a에 의해 측정되고 주위 온도가 아닌 100℃에서 수행된 인장 신율을 의미한다.
"적도면(EP)"은 타이어의 회전축에 수직이고 타이어의 트레드의 중심을 통과하는 평면, 또는 트레드의 둘레방향의 중심선을 포함하는 평면을 의미한다.
"변화 트레드 패턴(evolving tread pattern)"은 도로와 접촉하도록 의도된 트레드 패턴의 주행면이 노면에 대한 타이어의 주행으로 인한 트레드의 마모에 따라 변화하는 트레드 패턴을 의미하고, 변화는 트레드의 마모 정도에 관계 없이 타이어의 전체 사용/마모 기간 동안 실질적으로 변하지 않고 유지되는 접착 및 핸들링 성능을 얻기 위해 타이어를 설계할 때 미리 결정된다.
"패브릭(fabric)"은 본질적으로 단방향으로 연장된 코드의 망상 조직을 의미하는데, 이들 코드는 꼬일 수 있으며 또한 고 탄성 계수 재료로 된 복수의 다양한 필라멘트(역시 꼬일 수 있음)로 구성된다.
"섬유"는 필라멘트의 기본 요소를 형성하는 천연 또는 인조의 단위 물질이고, 그 직경 또는 폭의 적어도 100배의 길이를 갖는 것을 특징으로 한다.
"필라멘트 번수(filament count)"는 얀을 이루는 필라멘트의 개수를 의미한다. 예컨대, 1000 데니어 폴리에스테르에는 대략 190개의 필라멘트가 있다.
"플리퍼"는 강도를 위한 그리고 비드 와이어를 타이어 본체 내에 결속하기 위한 비드 와이어 둘레의 보강 패브릭을 말한다.
"풋프린트(footprint)"는 제로 속도에서 그리고 정상 하중 및 압력 하에서 평평한 표면을 갖는 타이어 트레드의 접촉 패치 또는 접촉 영역을 의미한다.
"게이지"는 일반적으로 측정치 및 구체적으로는 두께 측정치를 말한다.
"홈(groove)"은 직선, 곡선 또는 지그재그 방식으로 트레드 주위에 둘레방향으로 또는 측방향으로 연장될 수도 있는 트레드 내의 기다란 간극 영역을 의미한다. 때때로, 둘레방향으로 및 측방향으로 연장되는 홈들은 공통 부분을 갖는다. "홈 폭"은 홈 또는 홈 부분에 의해 점유된 트레드의 면적을 이러한 홈 또는 홈 부분의 길이로 나눈 것일 수도 있고, 따라서, 홈 폭은 그 길이에 걸친 평균 폭일 수도 있다. 홈은 타이어 내에 변화하는 깊이를 가질 수도 있다. 홈의 깊이는 트레드의 둘레 주위로 달라질 수도 있고, 또는 하나의 홈의 깊이는 일정하지만 타이어 내의 다른 홈의 깊이와는 상이할 수도 있다. 이러한 좁거나 넓은 홈이, 이들이 상호 연결하는 넓은 둘레방향 홈에 비해, 실질적으로 감소된 깊이를 갖는 경우, 이들은 관련 트레드 구역 내에서 리브(rib)와 같은 특징을 유지하는 경향이 있는 "타이 바아(tie bar)"를 형성하는 것으로 간주될 수도 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 홈은 타이어 접촉 패치 또는 풋프린트 내에서 개방된 채로 유지되기에 충분히 넓은 폭을 갖도록 의도된다.
"고 장력 강(high tensile steel; HT)"은 0.2㎜ 필라멘트 직경에서 적어도 3400㎫의 인장 강도를 갖는 탄소강을 의미한다.
"히스테리시스(hysteresis)"는 동적 손실 탄젠트(dynamic loss tangent)(예컨대, 최대 탄젠트 델타)를 의미한다. 재료의 동적 특성은 ASTM D5992에 따라 MTS 831 탄성중합체 테스트 시스템에서 측정된다. 80℃에서 10Hz의 주파수로 교류 단일 정현파 전단 응력을 받은 경화 재료의 샘플(4㎜의 두께, 400㎟의 단면의 원통형 시험편)의 반응이 기록되었다. 스캐닝은 0.1% 내지 50%(외향 사이클), 이어서 50% 내지 0.1%(리턴 사이클)의 변형 진폭으로 수행된다. ㎫ 단위의 최대 전단 탄성 계수 Gmax 및 손실 각도 탄젠트 델타의 최대 탄젠트 값(최대 탄젠트 델타)은 외향 사이클 동안 결정된다.
"내측"은 타이어의 내부 쪽을 의미하고, "외측"은 타이어의 외부 쪽을 의미한다.
"이너라이너(innerliner)"는 튜브리스 타이어(tubeless tire)의 내면을 형성하고 또한 타이어 내에 팽창 유체를 함유하는 탄성중합체 또는 다른 재료의 층 또는 층들을 의미한다.
"인보드 측부(inboard side)"는 타이어가 휠에 장착되고 그 휠이 차량에 장착될 때 차량에 가장 가까운 타이어의 측부를 의미한다.
"편직(knitting)"이란 텍스타일(textile) 또는 패브릭을 만들기 위해 얀을 조작하는 방법을 의미한다. 편직은 스티치(stitch)라고 불리는 다수의 얀의 루프를 일렬로 또는 관으로 만들 수도 있다. 편직된 패브릭은 서로 맞물린 루프들의 다수의 연속적인 열로 이루어질 수도 있다.
"LASE"는 특정 연신율에서의 하중이다.
"측방향(lateral)"은 축방향을 의미한다.
"레이 길이(lay length)"는 꼬인 필라멘트 또는 스트랜드가 다른 필라멘트 또는 스트랜드 주위로 360° 회전하기 위해 이동하는 거리를 의미한다.
"하중 범위"는 미국 타이어 및 림 협회(The Tire and Rim Association, Inc.)의 표에 규정되어 있는 바와 같은 특정 유형의 서비스에서 사용되는 소정 타이어에 대한 하중 및 팽창 한계를 의미한다.
시험편의 "탄성 계수(modulus)"는 시험편의 유효 두께가 곱해진, 타이어의 둘레방향으로의 1% 연신율에서의 인장 탄성 계수를 의미한다.
"메가 장력 강(mega tensile steel; MT)"은 0.20㎜ 필라멘트 직경에서 적어도 4500㎫의 인장 강도를 갖는 탄소강을 의미한다.
"자오면(meridian plane)"은 타이어의 회전축에 평행하며 회전축으로부터 반경방향 외측으로 연장되는 평면을 의미한다.
"순 접촉 면적(net contact area)"은 트레드의 전체 둘레 주위에서 측정된, 규정된 경계 에지부들 사이의 지면 접촉 요소의 총 면적을 의미한다.
"순 대 총 비(net-to-gross ratio)"는 트레드의 전체 둘레 주위의 트레드의 측방향 에지들 사이의 지면 접촉 트레드 요소의 총 면적을, 측방향 에지부들 사이의 트레드의 전체 둘레의 총 면적으로 나눈 것을 의미한다.
"무지향성 트레드(non-directional tread)"는 바람직한 전진 방향을 갖지 않으며, 트레드 패턴이 바람직한 이동 방향과 정렬되는 것을 보장하기 위해 특정 휠 위치 또는 위치들에서 차량 상에 위치될 필요가 없는 트레드를 의미한다. 반대로, 지향성 트레드 패턴은 특정 휠 위치 설정을 필요로 하는 바람직한 이동 방향을 갖는다.
"정상 하중(normal load)"은 타이어에 대한 서비스 조건에 대해 적절한 표준 협회에 의해 설정되는 특정 설계 팽창 압력 및 하중을 의미한다.
"일반 장력 강(normal tensile steel; NT)은 0.20㎜의 필라멘트 직경에서 적어도 2800㎫의 인장 강도를 갖는 탄소강을 의미한다.
"아웃보드 측부(outboard side)"는 타이어가 휠에 장착되고 그 휠이 차량에 장착될 때 차량에서 가장 멀리 떨어진 타이어의 측부를 의미한다.
"플라이"는 반경방향으로 배치되어 있거나 그렇지 않으면 평행한 고무-코팅된 코드의 코드-보강 층을 의미한다.
"반경방향" 및 "반경방향으로"는 방사상으로 타이어의 회전축을 향하는 또는 그로부터 멀어지는 방향을 의미한다.
"반경방향 플라이 구조체"는 하나 이상의 카커스 플라이, 또는 적어도 하나의 플라이가 타이어의 적도면(EP)에 대해 65° 내지 90°의 각도로 배향된 보강 코드를 갖는 것을 의미한다.
"레이디얼 플라이 타이어(radial ply tire)"는 적어도 하나의 플라이가 비드로부터 비드로 연장되는 코드를 가지며 플라이가 타이어의 적도면(EP)에 대해 65° 내지 90°의 코드 각도로 놓여 있는 벨티드(belted) 또는 둘레방향 제한식 공압 타이어를 의미한다.
"리브(rib)"는 적어도 하나의 둘레방향 홈 및 제 2의, 이러한 홈 또는 측방향 에지에 의해 한정되는 트레드 상의 둘레방향으로 연장되는 고무 스트립을 의미하는데, 스트립은 측방향으로 전체-깊이 홈들에 의해 나뉘지 않는다.
"리벳"은 층 내의 코드들 사이의 개방 공간을 의미한다.
"단면 높이"는 타이어의 적도면(EP)에서의 타이어의 공칭 림 직경으로부터 외경까지의 반경방향 거리를 의미한다.
"단면 폭"은, 라벨 표시, 장식 또는 보호 밴드로 인한 측벽의 융기부를 제외하고, 타이어가 24시간 동안 정상 압력에서 하중 없이 팽창되었을 때와 그 후의 타이어 측벽들의 외면 사이의 최대 선형 거리(타이어의 축선에 평행한 거리임)를 의미한다.
"자기 지지식 런플랫(self-supporting run-flat)"은 타이어가 제한된 기간 동안 제한된 속도로 비팽창 상태에서 작동될 때 타이어 구조체만이 차량 하중을 지지하기에 충분히 강한 구조체를 갖는 종류의 타이어를 의미한다. 이러한 타이어의 측벽과 내면은 타이어 구조체만으로 인해(예컨대, 내부 구조체 없음) 스스로 붕괴되거나 좌굴되지 않을 수 있다.
"측벽 인서트(sidewall insert)"는 타이어의 측벽 영역에 위치되는 탄성중합체 또는 코드 보강재를 의미한다. 측벽 인서트는 타이어의 외면을 형성하는 외측벽 고무 및 카커스 보강 플라이에 대한 부가물일 수도 있다.
"측벽"은 트레드와 비드 사이의 타이어 부분을 의미한다.
"사이프(sipe)" 또는 "절개부(incision)"는 트레드면을 세분하고 견인력을 향상시키는 타이어의 트레드 요소 내에 성형된 작은 슬롯을 의미하고, 사이프는, 홈과 구별되는 바와 같이, 접촉 패치 또는 풋프린트 내에 있을 때 폐쇄되도록 설계될 수도 있다.
"스프링 레이트(spring rate)"은 소정 압력에서의 하중 처짐 곡선(load deflection curve)의 기울기로 나타낸 타이어의 강성을 의미한다.
"강성비(stiffness ratio)"는 제어 벨트 구조체의 강성 값을 다른 벨트 구조체의 강성 값으로 나눈 것을 의미하는데, 여기서의 강성 값들은 코드의 양단부를 고정된 단부들 사이의 중앙에서의 하중에 의해 지지하고 휘게 하는 고정 3점 굽힘 시험으로 결정된다.
"초 장력 강(super tensile steel; ST)"은 0.20㎜ 필라멘트 직경에서 적어도 3650㎫의 인장 강도를 갖는 탄소강을 의미한다.
"인성(tenacity)"은 변형되지 않은 시편의 단위 선밀도당 힘(gm/tex 또는 gm/denier)으로 표현된 응력을 의미한다.
"인장 응력"은 힘/단면적으로 표현된 힘이다. psi 단위의 강도 = 12,800 × 비중 × 데니어당 그램 단위의 인성.
코드에 대한 "장력"은 mN/tex로 표현되는 코드에 작용하는 힘을 의미한다.
"토우 가드"는 타이어에 있어서 각 비드의 축방향 내측에 있는, 둘레방향으로 배치된 탄성중합체 림-접촉 부분을 지칭한다.
"트레드"는, 타이어 케이싱에 접합될 때, 타이어가 정상적으로 팽창되고 정상 하중 하에 있을 때 도로와 접촉하게 되는 타이어의 부분을 포함하는 성형된 고무 부품을 의미한다.
"트레드 요소" 또는 "견인 요소(traction element)"는 리브 또는 블록 요소를 의미한다.
"트레드 폭"은 타이어의 회전축을 포함하는 평면 내에서의 트레드면의 원호 길이를 의미한다.
"인치당 턴" 또는 TPI는 코드의 각각의 인치 길이에 대한 코드 꼬임의 턴을 의미한다.
"턴업 엔드(turnup end)"는 주위에 플라이가 감싸여 있는 비드로부터 상향(즉, 반경방향 외측)으로 뒤집힌 카커스 플라이의 부분을 의미한다.
"울트라 장력 강(ultra tensile steel; UT)"은 0.20㎜의 필라멘트 직경에서 적어도 4000㎫의 인장 강도를 갖는 탄소강을 의미한다.
"수직 처짐(vertical deflection)"은 타이어가 하중 하에서 변형되는 양을 의미한다.
"직조(weaving)"는 패브릭 또는 층을 형성하기 위해 별개의 두 세트의 얀 또는 스레드(thread)가 직각으로 서로 얽히는 텍스타일 제조 방법을 의미한다. 종방향의 얀 또는 스레드는 경사(warf)로 불릴 수 있으며, 측방향 얀 또는 스레드는 위사(weft) 또는 씨실로 불릴 수도 있다.
"휠" 또는 "허브"는 타이어를 지지하고 차량의 차축에 장착하기 위한 구조체를 의미한다.
"얀(yarn)"은 텍스타일 섬유 또는 필라멘트의 연속적인 스트랜드에 대한 일반적인 용어이다. 얀은, (1) 함께 꼬인 다수의 섬유, (2) 꼬임 없이 함께 놓인 다수의 필라멘트, (3) 일정 정도 꼬인 상태로 함께 놓인 다수의 필라멘트, (4) 꼬임 있는 또는 꼬임 없는 단일 필라멘트(모노필라멘트), 및 (5) 꼬임 있는 또는 꼬임 없는 재료의 좁은 스트립의 형태로 나타난다.
통상의 기술자에 대한 본 발명의 예들의 완전하고 가능한 개시가 첨부 도면을 참조하여 본 명세서에 기재된다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 전단 밴드의 일부에 대한 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 일부의 개략적인 평면도이다.
도 3은 완전한 전단 밴드의 도 1의 "3-3" 선을 따라 취한 개략 단면도이다.
도 4는 완전한 전단 밴드의 도 1의 "4-4" 선을 따라 취한 개략 단면도이다.
도면 전반에 걸쳐서 유사한 부호는 유사한 부분을 지칭한다.
이제, 하나 이상의 예가 도면에 도시되어 있는 본 발명의 예들에 대해 상세히 언급할 것이다. 이들 예는 미국 특허 제 10,071,603 호의 예시적인 타이어에서 기술된 바와 같이 타이어에서 사용될 수 있는데, 상기 공보는 인용에 의해 그 전체가 본 명세서에 포함된다. 각 예는 본 발명의 설명으로서 제공되며, 본 발명을 한정할 의도는 아니다. 예컨대, 일 예의 일부로서 예시 또는 기술된 특징들은 다른 예와 함께 사용되어 또 다른 제 3 예를 만들 수도 있다. 본 발명은 이들 및 다른 수정예 및 변형예를 포함할 의도이다. 논의를 위한 목적으로 하나 이상의 도면에는 예시적인 타이어의 일부만이 도시될 수도 있음에 유의해야 한다. 본 명세서에 개시된 교시를 이용하는 통상의 기술자는 동일한 또는 실질적으로 유사한 특징들이 예시적인 타이어의 다른 부분에서 반복될 수 있음을 이해할 것이다.
본 발명은 예컨대 비공압 타이어, 공압 타이어 및/또는 다른 기술을 포함하는 다양한 제품에 사용될 수 있는 개량된 전단 밴드를 제공한다. 개량된 전단 밴드는 편직된 개별 층들로 이루어진 복합재로서 구성될 수 있으며, 이어서 이들 층은, 본 명세서에 기술된 바와 같은 특정 방식으로 결합될 때, 바람직하게는 오직 하나의 개별 재료로 구성된 전단 밴드로부터 얻을 수도 있는 것들을 초과하는 총 물리적 특징 및 성능 특성을 제공할 수 있는, 특정한 물리적 특징을 갖는 특정 재료로 구성될 수도 있다. 단지 예로서, 구름 저항(rolling resistance) 및 타이어 설계 유연성에서의 개선을 얻을 수도 있다.
본 발명에 따르면, 종래 고무 합성물의 전단 밴드 재료는 본 명세서에 기술된 바와 같이 초경량 3차원 편직물 층으로 대체될 수도 있다. 다른 응용예에서, 컴퓨터화된 위사 및 경사 기계는 물리적, 열적, 및/또는 기계적 특성이 개선된 3차원 텍스타일을 전개할 수도 있다. 이들 텍스타일은 항공 우주 산업, 자동차 산업, 지반 공학 관련 산업, 해양 산업, 의료 산업 및/또는 다른 응용 가능한 산업에서 이용될 수 있다. 이러한 텍스타일 군 내에서, 3차원 편직물은 상호 연결되지만 스페이서 층에 의해 이격된 상태로 유지되는 2개의 독립적인 정상 층 및 바닥 층(스킨(skin)이라고도 함)의 구조를 한정할 수도 있다. 이러한 유형의 구조는 위편(weft knitting) 또는 경편(warp knitting)에 의해 제조될 수 있는데, 경편이 가장 일반적이다. 편직 사이클 중에, 정상 층 및 바닥 층은 이중 바늘 기계를 이용하여 동시에 편직될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 편직된 멀티필라멘트 얀이 정상 층 및 바닥 층을 한정할 수 있는 반면에, 모노필라멘트 얀(또는 플라이)이 스페이서 층을 한정할 수도 있다. 전단 밴드는 정상 층에 고정된 제 1 고무 층, 및 바닥 층에 고정된 제 2 고무 층을 추가로 포함할 수도 있다. 전단 밴드는 폴리우레탄 또는 유사한 섬유와 같은 재료에 의해 간격을 두고 분할될 수도 있다. 전단 밴드의 두께는 7.0㎜ 내지 10.0㎜일 수도 있다. 정상 층 및 바닥 층의 멀티필라멘트 얀과 스페이서 층의 모노필라멘트 얀은 폴리에스테르 또는 다른 적절한 재료로 형성될 수도 있다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 예시적인 전단 밴드(10)는 제 1 정상 고무 층(11)(도 3 및 도 4), 제 1 정상 고무 층에 고정된 제 1 정상 패브릭 층(21), 제 2 바닥 고무 층(12)(도 3 및 도 4), 제 2 바닥 고무 층에 고정된 제 2 바닥 패브릭 층(22), 및 제 1 정상 패브릭 층과 제 2 바닥 패브릭 층을 반경방향으로 상호 연결하는 스페이서 층(30)을 포함할 수도 있다. 층(11, 12, 21, 22, 30)은 탄성 폴리우레탄 및/또는 다른 적절한 재료의 종방향 스페이서 섹션(40)에 의해 규칙적인 부분들로 분할될 수도 있다.
제 1 정상 패브릭 층(21) 및 제 2 바닥 패브릭 층(22)은 적절한 재료의 멀티필라멘트 얀으로 구성될 수도 있다. 멀티필라멘트 얀은 이들이 꼬임의 삽입에 의해 감겨진 경우를 제외하고 곧게 뻗어 있는 평행한 열들로 정렬되는 연속적인 필라멘트로 구성될 수 있으며, 얀에 균일하고 매끄러운 외관 및 잔털이 없는 외관을 부여한다. 대부분의 필라멘트는 사이징(sizing)을 필요로 하지 않을 수도 있다. 그러나, 사이징은 이들의 효율을 15% 내지 20% 더 개선할 수도 있다. 사이징은 얀의 마찰 저항을 향상시킬 수 있으며, 필라멘트들을 접합하여, 직조 전에 얀에 존재하는, 또는 직조 중에 끊어질 수도 있는 임의의 끊어진 필라멘트들의 박리 및 혼입을 방지할 수도 있다. 이를 달성하기 위해, 선택된 크기의 필라멘트들은 필라멘트들을 응집시키기 위해 충분히 섬유에 고착될 수도 있다. 멀티필라멘트 얀은 중량을 줄이기 위해 빈 공간(23)(도 1 및 도 2)을 갖는 패턴을 형성할 수도 있다. 빈 공간(23)은 육각형(도 1 및 도 2), 정사각형, 직교형(orthogonal), 구각형, 삼각형 등과 같이 임의의 적절한 형상일 수도 있다.
스페이서 층(30)은 적절한 재료의 모노필라멘트 얀으로 구성될 수도 있다. 모노필라멘트 얀은 단일 중실 필라멘트로 구성될 수도 있다. 모노필라멘트 얀은 단면이 원형이며 중실일 수도 있다. 필라멘트의 형상은 비원형 필라멘트, 중공 필라멘트 및/또는 다른 형상의 모노필라멘트를 형성하도록 바뀔 수도 있다. 모노필라멘트 얀의 직경 범위는 100.0㎛ 내지 20000.0㎛일 수도 있다. 모노필라멘트 얀의 예는 낚시줄, 치실, 스포츠 라켓 줄, 칫솔모, 및/또는 다른 적절한 용도를 포함할 수도 있다. 중공 모노필라멘트는 부드러운 재봉실 응용예에서 사용될 수 있는 반면에, 탄성중합체 모노필라멘트는 스페이서 층(30)과 같은 압력 층의 응용예에서 찾아볼 수 있다. 스페이서 층(30)의 모노필라멘트는 모노필라멘트를 패브릭 층에 직접 편직 또는 직조하는 것과 같은 임의의 적절한 방식으로 패브릭 층(21, 22)에 부착될 수도 있다.
통상의 기술자는 본 개시 및 하기의 청구범위에 속하는 본 발명의 수 많은 예들이 만들어 질 수도 있음을 이해할 것이다. 본 발명은 통상의 기술자에 의해 결정되는 바와 같이 첨부된 청구항 및 이들의 균등물의 범위 내에 속하는, 본 명세서에 기재된 예들에 대해 이루어질 수 있는 다양한 변형예를 포함하는 것을 이해해야만 한다.

Claims (5)

  1. 타이어용 전단 밴드(shear band)에 있어서,
    타이어 주위에 둘레방향으로 연장되는 제 1 패브릭 층(fabric layer);
    타이어 주위에 둘레방향으로 연장되는 제 2 패브릭 층; 및
    상기 제 1 패브릭 층과 상기 제 2 패브릭 층 사이에 반경방향으로 삽입된 스페이서 층(spacer layer)을 포함하고,
    상기 제 1 패브릭 층 및 상기 제 2 패브릭 층 각각은 멀티필라멘트 얀(multifilament yarn)으로 구성되며, 상기 스페이서 층은 모노필라멘트 얀(monofilament yarn)으로 구성되는 것을 특징으로 하는
    타이어용 전단 밴드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 패브릭 층은 상기 스페이서 층에 고정되는 것을 특징으로 하는
    타이어용 전단 밴드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 패브릭 층은 상기 스페이서 층에 고정되는 것을 특징으로 하는
    타이어용 전단 밴드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 패브릭 층의 반경방향 외측 표면에 고정된 제 1 고무 층을 더 포함하는
    타이어용 전단 밴드.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 패브릭 층의 반경방향 내측 표면에 고정된 제 2 고무 층을 더 포함하는
    타이어용 전단 밴드.
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