KR20230023294A - Non-pneumatic tire with reduced tread deformation - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 트레드의 변형을 저감한 비공기입 타이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 하중에 의해 접지시 변형되는 트레드의 강성을 구조적으로 보강한 비공기입 타이어에 관한 것이다.The present invention relates to a non-pneumatic tire in which deformation of a tread is reduced, and more particularly, to a non-pneumatic tire in which the rigidity of a tread that is deformed upon contact with a load is structurally reinforced.
최근 활발하게 연구되고 있는 비공기입 타이어(Non pneumatic tire)는 고압의 공기로 채워지는 밀폐공간인 내강을 형성하지 않고, 차체의 하중을 구조적으로 지지하며 노면의 충격을 완충하도록 고안된 타이어를 말한다.A non-pneumatic tire, which has been actively researched recently, refers to a tire designed to structurally support the load of a vehicle body and absorb shock from a road surface without forming a lumen, which is a sealed space filled with high-pressure air.
이러한 종래 비공기입 타이어(10)는, 일반적으로 도 5에 도시된 바와 같이 차축에 연결되는 휠의 외주면 둘레에 결합되는 결합부(110)과, 결합부에서 방사상으로 연장형성되는 복수의 스포크(130)와, 스포크의 방사상 단부에 결합되어 노면에 접지되며 변형되는 링형의 트레드부(120) 등으로 구성될 수 있다.Such a conventional
상술한 구조의 종래 비공기입 타이어(10)가 차체의 하중을 지지할 때 상부에 위치한 스포크(130)에는 인장력이 가해지고, 하부에 위치한 스포크(130)에는 압축력이 각각 가해지게 되는데, 이로 인해 차체의 하중은 복수의 스포크(130)를 통해 분산 지지될 수 있고, 노면으로부터의 충격 또한 완충될 수 있게 된다.When the conventional
한편, 스포크(130)에 의한 작용과는 별도로, 트레드부(120)는, 타이어의 회전시 노면의 의해 눌려 휨 변형되는데, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 스포크(130)가 하중의 연직방향 또는 노면에 수직인 방향과 나란하게 위치하게 될 때, 노면으로 인한 변형이 최소가 된다. On the other hand, apart from the action by the
그리고 트레드부(120)는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 스포크(130)가 하중의 연직방향 또는 노면에 수직인 방향으로부터 멀어질수록, 노면으로 인한 변형이 최대가 되는 사인파 형상의 변형을 노면을 기준으로 반복하게 된다.And, as shown in (a) of FIG. 5, the
이렇게 스포크(130)의 지지여부에 따라 노면에 대하여 일정한 주기로 휨 변형을 반복하는 트레드부(120)는, 타이어의 회전 즉, 주행시 상하 진동을 발생시킴에 따라 차량의 승차감 성능은 물론, 유니포미티(Uniformity) 성능, 조향 성능 또는 주행시 소음 등을 발생시키는 문제점이 있었다.In this way, depending on whether or not the
따라서, 비공기입 타이어 기술에서 트레드부(120)의 변형량을 줄여 타이어의 성능과 승차감을 개선하고, 주행시 발생하는 소음 등을 저감시키는 기술은 매우 중요한 이슈로 취급되고 있다.Therefore, in non-pneumatic tire technology, technology for reducing the amount of deformation of the
일례로, 대한민국공개특허 제10-2017-0047166호(공개일: 2017년 05월04일)는, 스포크 내단측보다 스포크 외단측의 압축 강성(Sr)을 증대시켜 타이어 주행시 스포크의 외단측에 생기는 변형을 상대적으로 저감시키는 기술을 제시하고 있다.For example, Korean Patent Publication No. 10-2017-0047166 (published on May 4, 2017) increases the compression stiffness (Sr) of the spoke outer end side than the spoke inner end side, resulting in A technique for relatively reducing deformation is presented.
위와 같은 선행기술은, 타이어의 승차감과 내구성을 일부 향상시키는 장점이 있으나, 스포크에 대한 형상이나 강성에만 한정하여 타이어의 변형을 저감시키는 기술을 개시하고 있을 뿐이고, 트레드부의 조성, 형상 또는 구조적 측면에서의 개선이나 보완은 전혀 제시하지 못하고 있어 이에 대한 연구나 개발이 필요한 실정이다.The prior art as described above has the advantage of partially improving the ride comfort and durability of the tire, but only discloses a technology for reducing deformation of the tire by limiting only to the shape or stiffness of the spoke, and in terms of the composition, shape or structure of the tread part Since improvement or supplementation is not suggested at all, it is necessary to research or develop it.
본 발명의 목적은, 스포크에 의해 직접 지지받지 못하는 회전구간에서 트레드의 강성을 구조적으로 보완할 수 있는 형상을 부가하여 하중에 의해 접지시 변형되는 트레드의 변형 폭을 줄임으로써 타이어 성능을 개선할 수 있는 비공기입 타이어를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to improve tire performance by reducing the deformation width of the tread, which is deformed when grounded by a load, by adding a shape capable of structurally supplementing the rigidity of the tread in a rotational section that is not directly supported by spokes. It is to provide a non-pneumatic tire with
상기 목적은, 차량의 차축에 연결되는 휠에 체결되는 링형의 결합부; 상기 결합부의 반경방향 외측에 구비되어 노면에 접지되는 링형의 트레드부; 상기 결합부의 둘레를 따라 방사상으로 배치되며 상기 결합부와 상기 트레드부 간을 연결하여 상기 트레드부를 지지하는 복수의 스포크; 및 인접한 상기 스포크 사이에서 접지에 따라 변형되는 상기 트레드부의 이음밴드에 대한 강성 보강을 위해, 상기 이음밴드의 단면 이차모멘트를 증대하는 형상으로 상기 이음밴드에 부설되는 보강부를 포함하는 것을 특징으로 하는 트레드의 변형을 저감한 비공기입 타이어에 의해 달성된다.The above object is a ring-shaped coupling portion fastened to a wheel connected to an axle of a vehicle; a ring-shaped tread portion provided on a radially outer side of the coupling portion and grounded to a road surface; a plurality of spokes disposed radially along the circumference of the coupling portion and connecting the coupling portion and the tread portion to support the tread portion; And a reinforcing part installed on the joint band in a shape to increase the cross-sectional moment of inertia of the joint band in order to reinforce the rigidity of the joint band of the tread portion deformed according to the ground between the adjacent spokes Tread characterized in that it comprises a reinforcement portion This is achieved by a non-pneumatic tire that reduces the deformation of
상기 보강부는, 상기 이음밴드의 내주면에서 상기 결합부를 향하며 타이어의 폭방향을 따라 볼록하게 돌출되어 상기 이음밴드의 단면 이차모멘트를 증대시키는 제1 보강체를 포함할 수 있다.The reinforcing part may include a first reinforcing member that protrudes convexly along the width direction of the tire toward the coupling part from the inner circumferential surface of the joint band to increase the moment of inertia of cross section of the joint band.
상기 보강부는, 상기 이음밴드의 양측면에서 타이어의 폭방향으로 볼록하게 돌출되어 상기 이음밴드의 단면 이차모멘트를 증대시키는 제2 보강체를 더 포함할 수 있다.The reinforcing part may further include a second reinforcing member protruding convexly in the width direction of the tire from both side surfaces of the joint band to increase a moment of inertia of cross section of the joint band.
상기 보강부는, 상기 트레드부에 대한 강성증대와 방열을 위해, 상기 트레드부의 내측에 인서트되어 상기 트레드부와 일체로 성형되는 그래핀보강막을 포함할 수 있다.The reinforcing part may include a graphene reinforcement film inserted into the tread part and integrally molded with the tread part in order to increase rigidity of the tread part and to dissipate heat.
상기 그래핀보강막은, 제1 수지층; 상기 제1 수지층 상에 구비되는 그래핀층; 및 상기 그래핀층 상에 구비되는 제2 수지층을 포함하는 경량의 막구조로 이루어질 수 있다.The graphene-reinforced film may include a first resin layer; A graphene layer provided on the first resin layer; And it may be made of a lightweight film structure including a second resin layer provided on the graphene layer.
본 발명에 의하면, 인접한 스포크 사이에서 접지에 따라 변형되는 트레드부 의 이음밴드에 대한 단면 이차모멘트를 증대하는 형상으로 이루어진 보강부가 이음밴드에 각각 부설되어 이음밴드 자체의 강성을 보강함에 따라, 스포크의 형상이나 강성과 무관하게 트레드부 자체의 변형 및 진동이 억제될 수 있고, 차량의 승차감, 타이어의 유니포미티, 조향 및 내구 성능 등이 향상될 수 있으며, 주행시 소음발생과 발열이 저감될 수 있게 된다.According to the present invention, as the reinforcing parts formed in the shape of increasing the cross-sectional moment of inertia with respect to the joint band of the tread portion deformed according to the ground between adjacent spokes are attached to the joint band to reinforce the stiffness of the joint band itself, the spokes Deformation and vibration of the tread part itself can be suppressed regardless of shape or rigidity, vehicle riding comfort, tire uniformity, steering and durability performance can be improved, and noise generation and heat generation can be reduced while driving. do.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 트레드의 변형을 저감한 비공기입 타이어의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 비공기입 타이어의 원주방향에 따른 일부분 단면도 및 차축에 나란한 일부분 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 스포크와 이음밴드의 두께에 따라 이음밴드가 변형되는 양태를 각각 대비하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 1에 도시된 비공기입 타이어의 주행시 노면에서 이음밴드가 변형되는 양태를 연속적으로 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 보강부가 배제된 종래의 비공기입 타이어의 주행시 노면에서 이음밴드가 변형되는 양태를 연속적으로 나타낸 그래프이다.1 is a perspective view of a non-pneumatic tire with reduced tread deformation according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view along the circumference of the pneumatic tire shown in FIG. 1 and a partial cross-sectional view parallel to the axle.
Figure 3 is a graph showing the shape of the deformation of the joint band according to the thickness of the spoke and joint band shown in Figure 1, respectively, in contrast.
FIG. 4 is a graph continuously showing how a joint band is deformed on a road surface when the non-pneumatic tire shown in FIG. 1 is driven.
5 is a graph continuously showing the deformation of the joint band on the road surface during driving of the conventional non-pneumatic tire excluding the reinforcing part of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing the present invention, descriptions of already known functions or configurations will be omitted to clarify the gist of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 트레드의 변형을 저감한 비공기입 타이어의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 비공기입 타이어의 원주방향에 따른 일부분 단면도 및 차축에 나란한 일부분 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 스포크와 이음밴드의 두께에 따라 이음밴드가 변형되는 양태를 각각 대비하여 나타낸 그래프이고, 도 4는 도 1에 도시된 비공기입 타이어의 주행시 노면에서 이음밴드가 변형되는 양태를 연속적으로 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명의 보강부가 배제된 종래의 비공기입 타이어의 주행시 노면에서 이음밴드가 변형되는 양태를 연속적으로 나타낸 그래프이다.1 is a perspective view of a non-pneumatic tire with reduced tread deformation according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial cross-sectional view along the circumferential direction and a partial cross-sectional view parallel to the axle of the non-pneumatic tire shown in FIG. 3 is a graph showing the deformation of the joint band according to the thickness of the spoke and joint band shown in FIG. 1 in contrast, and FIG. 4 is the deformation of the joint band on the road surface during driving of the non-pneumatic tire shown in FIG. 1 5 is a graph continuously showing how the joint band is deformed on the road surface during driving of a conventional non-pneumatic tire excluding the reinforcing part of the present invention.
도면에 나타난 X, Y, Z 축은 권리의 한정의 용도가 아닌 설명의 편의를 위해서 임의로 정한 것으로, X축이 타이어의 전후방향을 지시하고, Y축은 타이어의 좌우 폭방향을 지시하며, Z축은 타이어의 상하방향을 지시하는 것으로 정의한다. 이하에서 설명되는 각 방향은 이와 다르게 특별히 한정하는 경우를 제외하고, 이에 기초한 것이다.The X, Y, and Z axes shown in the drawings are arbitrarily determined for convenience of description, not for limitation of rights. The X axis indicates the front and rear direction of the tire, the Y axis indicates the left and right width direction of the tire, and the Z axis indicates the tire It is defined as indicating the up-down direction of . Each direction described below is based on this, except for cases specifically limited otherwise.
본 발명에 따른 트레드의 변형을 저감한 비공기입 타이어(100)는, 궁극적으로 비공기입 타이어(100)가 장착된 차량의 승차감, 타이어의 유니포미티, 조향 및 내구 성능 등을 향상시키고, 주행시 소음발생과 발열을 저감하기 위해 안출된 발명이다.The
이러한 본 발명은, 스포크(130)의 형상이나 강성과 무관하게 트레드부(120)를 구성하는 이음밴드(122)의 단면 이차모멘트를 증대시키는 형상의 보강부(140)를 통해 트레드부(120) 자체의 변형 및 진동을 억제함으로써, 상술한 목적을 구현하게 된다.The present invention, regardless of the shape or stiffness of the
상술한 목적을 구체적으로 구현하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 비공기입 타이어(100)는, 도 1 등에 도시된 바와 같이, 결합부(110), 트레드부(120), 스포크(130) 및 보강부(140) 등을 포함하여 구성될 수 있다.In order to specifically implement the above object, the
위에 언급한 각 구성들을 이하에서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Each of the components mentioned above will be described in detail below.
먼저, 결합부(110)는, 일반적인 공기입 타이어의 비드에 대응하여 차량의 차축(Ax)에 연결된 휠에 체결되는 구성요소로서, 휠에 대한 견고한 체결을 위해 경량의 강철, 알루미늄합금, 마그네슘합금 등과 같은 비신축성 금속 소재를 소정 두께의 링형상 내지 원통형상으로 제작하여 이루어질 수 있다.First, the
이러한 결합부(110)는, 고강도, 고내열성의 비신축성/신축성 합성수지 또는 고무 소재를 소정 두께의 링형상 내지 원통형상으로 제작하여 이루어질 수도 있음은 물론이다. Of course, the
휠과 결합부(110) 간의 체결은, 끼움결합, 걸림결합, 나사결합, 클램핑결합 등과 같은 다양한 체결방식을 매개로 이루어질 수 있다.Fastening between the wheel and the
트레드부(120)는, 상술한 결합부(110)의 반경방향 외측에 구비되어 노면(G)에 접지되는 링형의 구성요소로서, 기존의 공기입 타이어의 트레드층과 유사하게 소정의 보강용 코드를 심재로 하여 압연 또는 압출성형한 내마모성의 고무층을 링형상 내지 원통형상으로 가공하여 이루어질 수 있다.The
이러한 트레드부(120)는, 후술할 스포크(130)를 기준으로 서로 인접한 스포크(130) 사이에 배치되는 이음밴드(122)가 연속적으로 연결되어 링형상을 이루고, 노면(G)에 접지되는 외측의 접지면(120a)과, 그 반대면인 내측의 내주면(120b)과, 접지면(120a)과 내주면(120b)을 측면에서 연결하는 측방면으로 구성될 수 있다.In this
이때, 트레드부(120)의 접지면(120a)에는, 도면에 구체적으로 도시하지 않았지만, 타이어의 원주방향 홈인 종그루브, 종그루브에 교차하며 타이어의 폭방향으로 형성되어 배수기능을 하는 홈인 횡그루브, 종그루브와 횡그루브에 의해 구획되어 노면(G)과 접하는 돌출부를 이루는 블록, 유연성을 부여하기 위해 블록에 형성되는 좁은 홈인 사이프, 방열을 위해 쇼울더 주변에 함몰형성된 딤플 등이 기존의 공기입 타이어의 트레드 패턴과 유사하게 다양한 양태로 형성될 수 있다.At this time, on the
한편, 트레드부(120)의 이음밴드(122)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 후술할 스포크(130)와 지면과의 위치에 따라 타이어의 회전시 노면(G)의 의해 눌려 휨 변형되며 비공기입 타이어(100)의 상하 진동을 발생시키는 구성요소이다.On the other hand, as shown in FIG. 4, the
이러한 이음밴드(122)는, 주행중 스포크(130)가 하중의 연직방향 또는 노면(G)에 수직인 방향과 나란하게 위치하게 될 때(도 4의 (b) 참조), 노면(G)으로 인한 변형이 최소가 되고, 스포크(130)가 하중의 연직방향 또는 노면(G)에 수직인 방향으로부터 멀어질수록(도 4의 (a) 참조), 스포크(130)에 의해 지지되지 못하여 노면(G)으로 인한 변형이 최대가 되는 사인파 형상의 변형을 노면(G) 기준으로 반복하게 된다.These
따라서 후술할 보강부(140)를 통해 이러한 이음밴드(122)의 상하 진동 폭을 효과적으로 저감시키는 것이 필요하다.Therefore, it is necessary to effectively reduce the vertical vibration width of the
스포크(130)는, 상술한 결합부(110)와 트레드부(120) 간을 연결하여 휠을 기준으로 상술한 트레드부(120)가 일정하게 지지되도록 하는 구성요소로서, 결합부(110)의 둘레를 따라 복수 개가 방사상으로 배치되어 이루어질 수 있다.The
이러한 스포크(130)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상술한 트레드부(120)에 대한 견고한 지지를 위해 결합부(110) 및 트레드부(120)의 폭 길이에 각각 대응하는 판형상으로 이루어질 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 2 , these
이때, 차체의 하중이 방사상으로 배치된 스포크(130)에 인가되면, 차체의 하중은, 도 4에 도시된 바와 같이, 하부에 위치한 스포크(130)에는 압축력으로, 상부에 위치한 스포크(130)에는 인장력으로 각각 분산되어 지지되고, 주행중 노면(G)으로부터의 충격도 압축력과 인장력으로 각각 분산되며 완충될 수 있게 된다.At this time, when the load of the vehicle body is applied to the radially arranged
상술한 바와 같이 스포크(130)에 대한 압축과 인장이 원활하게 이루어지도록 하기 위해, 스포크(130)는, 고강도, 고내열성의 신축성 합성수지 또는 고무 소재를 소정 두께의 판형상으로 제작하여 이루어질 수 있다As described above, in order to smoothly perform compression and tension of the
여기서 스포크(130)는, 상술한 결합부(110)와 트레드부(120)가 인서트된 타이어 성형금형에 상술한 합성수지나 고무를 용융시킨 성형액을 소정의 압력으로 충전한 후 경화시킴으로써 결합부(110) 및 트레드부(120)와 일체화된 형태로 제작될 수 있다.Here, the
또한, 스포크(130)는, 상술한 바와 같이 타이어 성형금형을 이용한 사출성형방식이 아니라 별도로 각각 제작된 후 결합부(110)의 외주면 및 트레드부(120)의 내주면(120b)에 도포된 소정의 접착물질의 접착력을 이용하여 결합부(110) 및 트레드부(120)와 결합될 수 있다.In addition, as described above, the
이때, 접착물질은, 결합부(110) 및 트레드부(120)에 대한 견고한 접착을 위해 스포크(130)와 실질적으로 동일한 소재로 이루어질 수 있다.In this case, the adhesive material may be made of substantially the same material as that of the
한편, 동일한 소재로 제작되는 스포크(130)는 결합부(110)를 따라 배치되는 스포크(130)의 개수가 증가하거나 스포크(130)의 두께(t)가 두꺼워질수록, 더욱 큰 하중의 차체를 지지할 수 있고, 보다 큰 노면 충격을 완충할 수 있게 된다.Meanwhile, as the number of
보강부(140)는, 인접한 스포크(130) 사이에서 접지에 따라 완만한 호 형상에서 평평한 판상으로 변형(도 4의 (a) 참조)되는 트레드부(120) 이음밴드(122)의 강성을 보강하기 위해 이음밴드(122)에 부대하여 형성되는 구성요소로서, 이음밴드(122)의 단면 이차모멘트를 증대하는 형상으로 이루어질 수 있다.The reinforcing
여기서 이음밴드(122)의 단면 이차모멘트(IAx)는, 차축(Ax)과 나란한 이음밴드(122)의 단면을 기준으로 휨 변형 또는 처짐에 대한 저항을 예측하기 위한 관성모멘트를 말한다.Here, the second moment of inertia (I Ax ) of the
이때, 이음밴드(122)의 단면 이차모멘트(IAx)는, 물리적으로 이음밴드(122)의 휨 변형(이에 대응하는 외팔보의 변형()과 반비례 관계로 볼 수 있으므로, 이음밴드(122)의 단면 이차모멘트(IAx) 값이 커지게 되면(구조적으로 안정하게 됨) 이음밴드(122)의 휨 변형이 억제된다고 할 수 있는 것이다.At this time, the cross-sectional moment of inertia (I Ax ) of the
이러한 이음밴드(122)의 단면 이차모멘트(IAx)는, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 이음밴드(122)의 중심선을 기준으로 한 단면 이차모멘트(Io = (b*h3)/12)를 실제 회전의 중심인 차축(Ax)에 대하여 평행축 정리하여, 수학식 IAx = Io + A*D로 표현할 수 있다. 이때, A는 직사각형태로 이루어진 이음밴드(122)의 단면적(A = b*h)을 의미하고, D는 이음밴드(122)의 중심선과 차축(Ax) 간의 이격거리를 말한다.The cross-sectional moment of inertia (I Ax ) of the
즉, 위와 같이 이음밴드(122)에 대한 단면 이차모멘트(IAx)를 표현한 수학식에 따르면, 이음밴드(122)에 대한 단면 이차모멘트(IAx)는, 도 2의 (b)에 도시된 이음밴드(122) 단면의 가로길이(b)와 높이(h)에 각각 비례하는 것으로 이해될 수 있으므로, 각각(b,h)을 선택적으로 증대하게 되면, 결국 이음밴드(122)에 대한 휨 변형이 억제될 수 있는 것이다.That is, according to the equation expressing the cross-sectional moment of inertia (I Ax ) for the
따라서 본 발명의 실시예에 따른 보강부(140)는, 이음밴드(122)의 가로길이(b)와 높이(h)를 각각 확장시키는 형상의 제1 보강체(142) 및 제2 보강체(144)를 선택적으로 이음밴드(122)에 형성하여 이루어지게 된다.Therefore, the reinforcing
여기서 제1 보강체(142)는, 이음밴드(122) 단면의 높이(h)에 대한 확장을 통해 이음밴드(122)의 단면 이차모멘트를 증대시키는 구성요소로서, 이음밴드(122)의 내주면에서 상술한 결합부(110)를 향하며 타이어의 폭방향을 따라 볼록하게 돌출된 구조로 이루어지게 된다.Here, the first reinforcing
이때, 이음밴드(122) 단면의 높이(h)를 전체적으로 증대한 것이 아니라 중앙부를 볼록하게 형성한 이유는, 상술한 스포크(130)로부터 지지되지 못하여 변형되기 쉬운 이음밴드(122)의 중앙부에 대한 변형을 집중적으로 억제하면서도 타이어의 경량화를 도모하기 위한 것이다.At this time, the reason why the central portion is convex rather than the overall increase in the height (h) of the cross section of the
제2 보강체(144)는, 이음밴드 단면의 가로길이(b)에 대한 확장을 통해 이음밴드(122)의 단면 이차모멘트를 증대시키는 구성요소로서, 이음밴드(122)의 양측면에서 타이어의 폭방향으로 볼록하게 돌출된 구조로 이루어지게 된다.The second reinforcing
이때, 이음밴드(122) 단면의 가로길이(b)를 전체적으로 증대한 것이 아니라 중앙부를 볼록하게 형성한 이유는, 제1 보강체(142)와 마찬가지로 상술한 스포크(130)로부터 지지되지 못하여 변형되기 쉬운 이음밴드(122)의 중앙부에 대한 변형을 집중적으로 억제하면서도 타이어의 경량화를 도모하기 위한 것이다.At this time, the reason why the horizontal length (b) of the cross section of the
상술한 바와 같은 제1 보강체(142) 및 제2 보강체(144)는, 상술한 트레드부(120)에 대한 압연 또는 압출성형시 함께 일체로 성형하여 형성되거나, 트레드부(120)보다 높은 강성을 갖는 소재로 미리 제작한 후 상술한 트레드부(120)에 접착물질을 이용하여 접합될 수 있다.The first reinforcing
또한, 상술한 바와 같은 제1 보강체(142) 및 제2 보강체(144)는, 어느 하나를 선택하여 이음밴드(122)에 형성하거나, 모두를 함께 형성하거나, 또는 볼록한 돌출정도를 조절하는 방식으로 이음밴드(122)에 대한 변형 억제의 정도를 다양하게 변경할 수 있다.In addition, the first reinforcing
이러한 제1 보강체(142) 및 제2 보강체(144)의 효과는 도 4의 본 발명과 도 5에 도시된 종래의 비공기입 타이어(10) 간 이음밴드(122)의 변형의 폭을 상호 대비하여 보면, 쉽고 명확하게 알 수 있다.The effect of the first reinforcing
이상에서 살펴본 보강부(140)를 통해 이음밴드(122)의 변형이 억제되는 효과를 도 3을 참조하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.The effect of suppressing deformation of the
우선, 도 3의 (a)에 따르면, 동일한 두께의 이음밴드(122)에 대하여 본 발명에 따른 스포크(130)의 두께(t)가 3.5mm에서 5.0mm로 두꺼워지는 경우, 이음밴드(122)는 변형의 폭(정도)이 감소됨을 알 수 있는데, 이는 스포크(130)의 두께(t)가 두꺼울수록 넓은 범위에서 이음밴드(122)가 스포크(130)에 의해 지지되기 때문이다.First, according to (a) of FIG. 3, when the thickness t of the
그리고 도 3의 (b)에 따르면, 본 발명에 따른 제1 보강체(142)를 0.0mm(제1 보강체(142)를 형성하지 않은 경우) 내지 2.0mm의 두께로 형성하여 이음밴드(122)의 단면 높이(h)를 확장하게 되면, 이음밴드(122)의 변형의 폭(정도)이 도 3의 (a) 경우보다 급격하게 감소됨을 알 수 있는데, 이는 이음밴드(122)의 중앙부가 돌출되는 정도(이음밴드(122)의 단면 이차모멘트를 증대하는 형상임)에 비례하여 이음밴드(122)의 변형이 효과적으로 억제되기 때문인 것으로 이해될 수 있다.And according to (b) of FIG. 3, the first reinforcing
다만, 제1 보강체(142)는 2.0mm의 돌출높이(R)에서 이음밴드(122)의 변형을 가장 효율적으로 억제하는 반면에 2.0mm를 초과하게 되면 타이어의 경량화를 저해할 수 있고, 변형을 억제하는 효율의 저하가 발생할 수 있다.However, while the first reinforcing
그리고 본 발명에 따른 스포크(130)의 두께(t)를 5.0mm에서 3.5mm의 순서로 얇게 하면서 제1 보강체(142)를 0.0mm에서 2.0mm의 순서로 형성한 경우의 도 3의 (c)에 따르면, 스포크(130)의 두께(t)에 의한 것보다 제1 보강체(142)의 돌출높이(R)에 의한 이음밴드(122)의 변형 억제가 더욱 지배적이고 효율적임을 알 수 있다.In addition, in the case of forming the first reinforcing
이러한 결과는, 스포크(130)의 두께(t)를 얇게 하면서도 제1 보강체(142)(또는 제2 보강체(144))의 돌출높이(R)를 적절하게 증가시키게 되면 타이어의 경량화와 함께 트레드부(120) 자체의 변형 및 진동을 효과적으로 억제할 수 있어 비공기입 타이어(100)의 성능향상에 단초가 될 수 있음을 보여준다.These results are obtained by appropriately increasing the protruding height R of the first reinforcing member 142 (or the second reinforcing member 144) while thinning the thickness t of the
한편, 보강부(140)는, 상술한 바와 같이 이음밴드(122) 단면의 높이(h)나 가로길이(b)를 확장하는 제1 보강체(142) 및 제2 보강체(144)와 달리, 트레드부(120)의 내측에 인서트되어 트레드부(120)와 일체로 성형되는 그래핀보강막(150)을 포함하여 이루어질 수 있다.On the other hand, the reinforcing
본 발명의 실시예에 따른 그래핀보강막(150)은, 트레드부(120)에 대한 강성증대와 방열을 위해 경량의 막구조로 이루어지는 구성요소로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 수지층(152), 그래핀층(154) 및 제2 수지층(156) 등을 포함하여 구성될 수 있다.The graphene-reinforced
여기서 제1 수지층(152)은, 후술할 그래핀층(154)의 일면에서 그래핀층(154)과 견고한 결합력을 형성하며 일체를 이루게 되는 얇은 막형상의 구성요소이다.Here, the
이러한 제1 수지층(152)을 형성하는 고분자는, 그래핀층(154)을 형성하도록 배열된 그래핀 소재(GM) 사이로 침투하며 그래핀 소재(GM)와 화학결합(공유결합)을 이룸으로써, 그래핀층(154)의 일면에 대한 보호 기능을 수행하게 되고, 그래핀층(154)에 의해 발휘되는 기계적 물성을 보완하는 기능을 수행하게 된다.The polymer forming the
제1 수지층(152)을 형성하게 되는 고분자는, 타이어 제조시 가해지는 열이나 압력에 녹지 않는 용융점을 갖고, 유연성과 질긴 강성을 갖는 고분자 합성수지라면 특별하게 제한되지 않지만, PET(Polyethylene Terephthalate), PPS(Polyphenylene Sulfide), PSU(Polysulfone), PEEK(Polyetheretherketone), PES(Polyethersulfone), PPA(Polyphthalamide), PEI(Polyetherimide), TPI(Thermoplastic Polyimide) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The polymer forming the
위에 특별히 언급된 다양한 내열성 수지는, 타이어의 규격, 용도 또는 타이어의 사용환경 등에 따라 필요한 물성을 구현하기 위해 어느 하나를 선택하여 제1 수지층(152)의 제조에 사용될 수 있고, 둘 이상을 적절히 혼합하여 제1 수지층(152)의 제조에 사용될 수도 있다The various heat-resistant resins specifically mentioned above may be selected and used in the manufacture of the
그래핀층(154)은, 열전도율이 낮은 종래 트레드의 발열문제를 해소하면서 트레드부(120)를 견고히 지지하며 변형을 억제하기 위해 도입된 구성요소로서, 상술한 제1 수지층(152) 상에 단층으로 구비될 수 있다.The
여기서 그래핀층(154)을 형성하게 되는 그래핀(graphene) 소재는, 탄소 원자들이 육각형의 격자 즉, 벌집구조(honeycomb structure)를 이루며 2차원 평면 구조를 형성하는 차세대 신소재로서, 수㎚에서 수십㎛ 두께로 얇고 가벼우면서도 강철보다 200배 이상 강하고, 전기전도성 및 열전도성이 아주 우수하며, 탄성도 뛰어난 물리적, 화학적 특성이 있다.Here, the graphene material forming the
이러한 특출한 물리, 화학적 특성으로 인해 그래핀 소재(GM)는, 비행기나 자동차, 건축자재, 의료산업 분야 등과 같은 다양한 분야에서 활발한 연구개발이 진행되고 있다.Due to these exceptional physical and chemical properties, graphene material (GM) is being actively researched and developed in various fields such as airplanes, automobiles, building materials, and medical industries.
상술한 그래핀 소재(GM)는 주재료가 되는 흑연 결정에 대한 물리적 또는 화학적 박리법을 통해 추출되거나, 탄소 전구체를 이용한 증기증착법을 통해 얻어질 수 있다.The above-described graphene material (GM) may be extracted through a physical or chemical exfoliation method for a graphite crystal serving as a main material, or may be obtained through a vapor deposition method using a carbon precursor.
본 발명에 따른 그래핀층(154)은, 위와 같이 다양한 그래핀 제조법에 의해 추출된 그래핀 소재(GM)가 메틸피롤리돈(N-Methyl-2-pyrrolidone) 또는 물 등과 같은 용제에 확산 또는 용해되어 이루어진 분산액(D)을 에어로졸 형태로 분사하는 초음파 스프레이장치(미도시)에 의해 단층으로 형성될 수 있다.In the
제2 수지층(156)은, 상술한 제1 수지층(152)의 반대편인 그래핀층(154)의 타면에서 그래핀층(154)과 견고한 결합력을 형성하며 일체를 이루게 되는 얇은 막형상의 구성요소이다.The
이러한 제2 수지층(156)을 형성하는 고분자는, 그래핀층(154)을 형성하도록 배열된 그래핀 소재(GM) 사이로 침투하여 그래핀 소재(GM)와 화학결합(공유결합)을 이룸으로써, 그래핀층(154)의 타면에 대한 보호기능을 수행하게 되고, 그래핀층(154)에 의해 발휘되는 기계적 물성을 보완하는 기능을 수행하게 된다.The polymer forming the
제2 수지층(156)을 형성하게 되는 고분자는, 상술한 제1 수지층(152)과 마찬가지로, 타이어 제조시 가해지는 열이나 압력에 녹지 않는 용융점을 갖고, 유연성과 질긴 강성을 갖는 고분자 합성수지라면 특별하게 제한되지 않는다.If the polymer forming the
따라서 타이어의 규격, 용도 또는 타이어의 사용환경 등에 따라 필요한 물성을 구현하기 위해 앞서 언급된 내열성 수지 중 어느 하나를 선택하여 제2 수지층(156)의 제조에 사용될 수 있고, 둘 이상을 적절히 혼합하여 제2 수지층(156)의 제조에 사용될 수도 있다.Therefore, in order to implement necessary physical properties according to tire specifications, usage, or tire usage environment, any one of the above-mentioned heat-resistant resins may be selected and used in the manufacture of the
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.In the foregoing, although specific embodiments of the present invention have been described and shown, the present invention is not limited to the described embodiments, and it is common knowledge in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. It is self-evident to those who have Therefore, such modifications or variations should not be individually understood from the technical spirit or viewpoint of the present invention, and modified embodiments should fall within the scope of the claims of the present invention.
Ax: 차축
G: 노면
10: 종래의 비공기입 타이어
100: 트레드의 변형을 저감한 비공기입 타이어
110: 결합부
120: 트레드부
120a,120b: 접지면, 내주면
122: 이음밴드
130: 스포크
t: 스포크의 두께
140: 보강부
142: 제1 보강체
144: 제2 보강체
R: 보강부의 돌출높이
150: 그래핀보강막
152: 제1 수지층
154: 그래핀층
156: 제2 수지층Ax: Axle
G: road surface
10: conventional pneumatic tire
100: non-pneumatic tire with reduced tread deformation
110: coupling part
120: tread part
120a, 120b: ground plane, inner circumferential surface
122: Eum band
130: spoke
t: the thickness of the spoke
140: reinforcement part
142: first reinforcing body
144: second reinforcing body
R: Protruding height of the reinforcement part
150: graphene reinforcement film
152: first resin layer
154: graphene layer
156: second resin layer
Claims (5)
상기 결합부의 반경방향 외측에 구비되어 노면에 접지되는 링형의 트레드부;
상기 결합부의 둘레를 따라 방사상으로 배치되며 상기 결합부와 상기 트레드부 간을 연결하여 상기 트레드부를 지지하는 복수의 스포크; 및
인접한 상기 스포크 사이에서 접지에 따라 변형되는 상기 트레드부의 이음밴드에 대한 강성 보강을 위해, 상기 이음밴드의 단면 이차모멘트를 증대하는 형상으로 상기 이음밴드에 부설되는 보강부를 포함하는 것을 특징으로 하는 트레드의 변형을 저감한 비공기입 타이어.A ring-shaped coupling portion fastened to a wheel connected to an axle of a vehicle;
a ring-shaped tread portion provided on a radially outer side of the coupling portion and grounded to a road surface;
a plurality of spokes disposed radially along the circumference of the coupling portion and connecting the coupling portion and the tread portion to support the tread portion; and
In order to reinforce the rigidity of the joint band of the tread portion deformed according to the ground between the adjacent spokes, the tread characterized in that it comprises a reinforcing portion attached to the joint band in a shape to increase the moment of secondary moment of cross section of the joint band Non-pneumatic tire with reduced deformation.
상기 보강부는,
상기 이음밴드의 내주면에서 상기 결합부를 향하며 타이어의 폭방향을 따라 볼록하게 돌출되어 상기 이음밴드의 단면 이차모멘트를 증대시키는 제1 보강체를 포함하는 것을 특징으로 하는 트레드의 변형을 저감한 비공기입 타이어.According to claim 1,
The reinforcement part,
A non-pneumatic tire with reduced deformation of the tread, characterized in that it comprises a first reinforcing body that protrudes convexly along the width direction of the tire from the inner circumferential surface of the joint band toward the coupling part to increase the moment of secondary moment of cross section of the joint band. .
상기 보강부는,
상기 이음밴드의 양측면에서 타이어의 폭방향으로 볼록하게 돌출되어 상기 이음밴드의 단면 이차모멘트를 증대시키는 제2 보강체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트레드의 변형을 저감한 비공기입 타이어.According to claim 2,
The reinforcement part,
The non-pneumatic tire with reduced deformation of the tread, characterized in that it further comprises a second reinforcing member protruding convexly in the width direction of the joint band from both sides of the joint band to increase the moment of secondary moment of cross section of the joint band.
상기 보강부는,
상기 트레드부에 대한 강성증대와 방열을 위해, 상기 트레드부의 내측에 인서트되어 상기 트레드부와 일체로 성형되는 그래핀보강막을 포함하는 것을 특징으로 하는 트레드의 변형을 저감한 비공기입 타이어.According to claim 1,
The reinforcement part,
A non-pneumatic tire with reduced deformation of the tread, characterized in that it comprises a graphene reinforcing film inserted inside the tread part and integrally molded with the tread part to increase rigidity and heat radiation to the tread part.
상기 그래핀보강막은,
제1 수지층;
상기 제1 수지층 상에 구비되는 그래핀층; 및
상기 그래핀층 상에 구비되는 제2 수지층을 포함하는 경량의 막구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 트레드의 변형을 저감한 비공기입 타이어.According to claim 4,
The graphene reinforced film,
A first resin layer;
A graphene layer provided on the first resin layer; and
A non-pneumatic tire with reduced tread deformation, characterized in that it is made of a lightweight film structure including a second resin layer provided on the graphene layer.
Priority Applications (1)
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