KR101270386B1

KR101270386B1 - 비공기식 자동차용 타이어

Info

Publication number: KR101270386B1
Application number: KR1020077028412A
Authority: KR
Inventors: 마이클 문; 모리스 콘
Original assignee: 뉴 테크 타이어 엘엘씨
Priority date: 2005-05-06
Filing date: 2006-05-08
Publication date: 2013-06-05
Also published as: MX2007013822A; TR200707597T1; IL187176A0; AU2006244115B2; WO2006122107A3; EP1968809A4; WO2006122107A2; BRPI0611446A8; JP2008542086A; CA2607253A1; EG26111A; EP1968809B1; CA2607253C; US20060249236A1; EP2420394A1; NZ563867A; PL1968809T3; EP1968809A2; EP2420394B1; JP4987855B2

Abstract

차량용 비공기식 타이어는 탄성 재료로 제조되는 본체, 및 접지면으로 기능하는 원주방향 연장형 크라운 부분과 상기 크라운 부분에 접합되는 원주방향 연장형 사이드월을 갖는다. 상기 크라운 부분과 사이드월 내에는 복합 재료로 제조되는 복수의 반경방향-연장되고 원주방향-이격된 복합 만곡 스프링이 적어도 부분적으로 매립된다. 만곡 스프링은 타이어 본체의 비드 내에서 종료되는 단부를 갖는다. 상기 복합 만곡 스프링의 반경방향 외측에는 고강도 저신장 재료로 구성된 원주방향 연장형 벨트가 배치된다.

크라운 부분, 사이드월, 비드, 만곡 스프링, 벨트, 완충기

Description

비공기식 자동차용 타이어{NON-PNEUMATIC VEHICLE TIRE}

본 발명은 일반적으로 자동차용 타이어에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 비공기식(non-pneumatic) 자동차용 타이어에 관한 것이다.

오늘날 차량에 사용되는 타이어는 일반적으로 공기식 타이어이다. 이러한 타이어에서는, 타이어에 작용하는 하중을 감당하기 위해 내부 공기압이 필요하다. 내부 공기압으로 작동하는 자동차용 타이어는 실제로 양호하게 기능하지만, 중대한 결점을 안고 있다. 이러한 결점에는 복잡한 구조 설계뿐 아니라, 공도(public road)에서의 사용 중에 펑크가 나는 경우의 안전 문제도 포함된다.

무공기(airless) 또는 비공기식 타이어 설계는 종래에도 존재한다. 예를 들어, 벤슨(Benson)의 미국 특허 제1,610,238호에는, 타이어 주위에 아치형 또는 C-형 스프링이 반경방향으로 배치되는 무공기 자동차용 타이어가 개시되어 있다. 타이어의 원주 주위에 연장되는 링형 와이어는 타이어의 크라운 부분에 배치된 C-형 스프링의 부분에 형성된 루프를 통해서 꿰어진다. C-형 스프링의 단부는 타이어의 비드(bead) 부분에서 링 내로 굴곡된다. 타이어의 비드와 직경이 동일한 한 쌍의 링-형상 스프링은 C-형 스프링의 단부 상에 링을 통해서 하나씩 꿰어진다.

유사한 반경방향-배치된 판 스프링(leaf spring)이 미첼(Mitchell)의 미국 특허 제1,113,036호에 기재되어 있다. 그러나, 이 해결책에서의 C-형 판 스프링은 타이어의 크라운 부분에 루프를 갖고 있지 않다.

왈튼(Walton)의 미국 특허 제1,471,580호에 따르면, 원형 단면의 와이어로 제조된 스프링은 두 개의 대칭 배치된 반원으로 형성되며, 터널형 배치가 이루어지도록 타이어 내에 반경방향으로 배치된다. 각 스프링의 양 단부에는 원 형태의 폴드백(fold-back)이 제공된다. 비드-링(bead-ring) 역할을 하는 스틸 와이어는 상기 원형 폴드백을 통해서 꿰어진다. 원주 방향으로, 반경방향 스프링은 쌍으로 속박(tie-up)된다. 이 해결책에서, 타이어는 필요한 하중 지지능력(loadability)을 확보하도록 가압된다.

상기 종래 타이어의 단점은, 각 스프링의 크라운 부분이 편평하기 때문에 또한 큰 변형, 스프링 피로 및 파괴로 인해 각각의 타이어가 대략 450 lb(204 kg)에 걸친 하중을 부담하기에 부적합하다는 점이다. 이러한 구조의 자동차용 타이어의 다른 결점은 이 타이어가 저속(최대 25 내지 35 mph(시속 40 내지 56 km))으로 주행하는 차량에만 사용될 수 있다는 점이다. 보다 큰 하중이나 속도에서는, 자동차용 타이어의 온도는 커다란 스프링 변형으로 인해 175 내지 195℉(79.4 내지 90.5℃)의 허용 온도 한계를 상당히 초과한다. 따라서, 고무 재료가 매우 빠르게 낡아짐으로써 추가 사용을 위해서는 부적합하다. 상기 종래 타이어의 추가적인 단점은 그 높은 프로파일로 인해 안정성 특징이 낮다는 점이다. 이는 오늘날의 고속 차량 에 있어서 그 안전한 작동을 불가능하게 만든다.

서보틱스(Subotics)에 의해 본 출원인에게 공동 양도된 미국 특허 제6,374,887호의 목적은, 스틸과 같은 재료로 바람직하게 제조되어 타이어 내부에 반경방향으로 배치되는 아치형 판 스프링으로 보강된 비공기식 자동차용 타이어가다. 이 타이어는 접지면을 포함하는 크라운 부분, 및 숄더 부분을 거쳐서 상기 크라운 부분에 접합되는 두 개의 사이드월(sidewall)을 특징으로 한다. 두 개의 사이드월은 휠 림(wheel rim)에 클램핑되는 비드에서 종료된다. 크라운 부분, 사이드월 및 비드는, 아치형 판 스프링에 의해 지지되고 탄성 재료로 제조된 리브(rib)에 의해 함께 유지된다. 판 스프링의 단부는 비드에 가요적으로 매립되며, 전체 자동차용 타이어는 예비-응력인가된(pre-stressed) 상태에서 휠 림에 장착된다.

그러나, 서보틱스의 '887 특허의 비공기식 타이어의 단점은, 판 스프링이 타이어의 고무 본체에 조립되지 않기 때문에 강화 리브가 작동 중에 판 스프링 상에서 미끄러진다는 점이다. 그로인해 발생하는 마찰은 열을 발생시킨다. 이 결과 타이어가 사용 중에 상당히 가열된다. 또한, 판 스프링 단부가 비드 내에 가요적으로 매립되기 때문에, 타이어 비드 역시 타이어의 상당한 변형으로 인해 작동 중에 상당히 가열된다. 또한, 타이어의 고 하중 하에서, 스프링 단부가 비드의 고무 재료 내에 압입된다. 그 결과, 스프링의 비드 단부가 상호 이격되며, 스프링의 크라운 부분에서 절첩형 피크 변형이 발생된다. 이들 피크 변형은 단지 짧은 시간의 작동 이후에 스프링을 파괴시키는 결과를 초래한다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래 자동차용 타이어의 상기 단점들을 제거하거 나 적어도 감소시키고 내마모성, 하중 지지능력, 속도 및 측방 안정성이 높은 비공기식 자동차용 타이어를 제공하는 것이다.

상기 및 기타 목적과 이점들은 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명은 차량용 비공기식 타이어에 관한 것이다. 본 발명은 스프링을 구비하는 종래 자동차용 타이어의 단점이 주로 판 스프링의 형상, 재료 및 배치에 기인하고 또한 타이어의 고무 본체와의 접합 방식에 기인한다는 사실에 대한 인식에 기초하고 있다.

본 발명의 자동차용 타이어는 본체가 탄성 재료, 바람직하게는 고무 또는 폴리우레탄으로 제조되는 것을 특징으로 한다. 상기 본체는 접지면을 포함하는 크라운 부분, 및 숄더 부분을 거쳐서 상기 크라운 부분에 접합되고 비드에서 종료되는 두 개의 사이드월을 갖는다. 반경방향으로 배치되는 만곡(curved) 스프링은 원주방향으로 상호 특정 거리 이격되도록 배치되고, 하나의 비드에서 다른 비드로 연장된다. 타이어를 림 상에 설치하는 도중에 비드가 림의 플랜지를 넘도록 신장되므로 타이어의 비드는 종래 차량 휠의 림의 플랜지 내에 인장에 의해 고정된다. 본 발명에 따르면, 만곡 스프링은 적어도 크라운 부분을 따라서 타이어 본체에 매립된다.

본 발명의 비공기식 타이어의 일 실시예에서, 하나의 비드에서 다른 비드로 0≤ t≤ π의 각도 범위에서의 만곡 스프링의 형상은 X, Y 축을 갖는 직교 좌표계에서 x = a·cos t and y = b·sin t의 방정식으로 기술될 수 있다. 이 형상은 반타원형이며, 여기에서 반타원은 하기 타원들에 의해 결정되는 범위 내에 있으며:

(7/8)a ≥ b ≥ (l/2)

여기에서, a는 타원의 장축의 절반이고 b는 타원의 단축의 절반이다.

이상적인 경우에 b = (2/3)a 이다.

만곡 스프링의 내측으로 구부러진 단부와 직교 좌표계의 X축 사이의 각도, α는 최소한 대략 8°인 것이 바람직하거나, 또는 타이어의 비드에 끼워지는 휠 림 부분과 휠 림의 회전축 사이의 각도와 동일한 것이 바람직하다.

크라운 부분 상의 만곡 스프링은, 동적 특성이 양호한 두 개의 고강도, 저신장(low stretch) 벨트 삽입체에 의해 둘러싸인다. 이들 벨트는 고무 내에 완전히 조립되며, 스프링의 반경방향 외측에 배치된다.

투피스의 착탈식 휠 림에 사용하기에 적합한 본 발명의 비공기식 타이어의 제 2 실시예는, 벨트가 생략되고 만곡 스프링의 단부가 측면도시에서 수평-방향으로 C-형상을 특징으로 한다는 점을 제외하고 제 1 실시예와 동일한 구조를 특징으로 하는 바, C-형상으로 형성되는 네스트(nest)에서 비드의 고무 본체에 비드-링이 매립된다. 원형 비드-링은 고강도 스틸, 고무에 매립된 원형 만곡된 스트랜드형 스프링강 와이어, 또는 흑연이나 유리섬유로 보강될 수 있는 KEVLAR로 제조되는 것이 바람직하다.

본 발명의 비공기식 타이어의 제 3 실시예에서는, 복수의 반경방향-연장되고 원주방향-이격된 복합-만곡 스프링이 타이어 본체의 크라운 부분과 제 1 및 제 2 사이드월 내에 적어도 부분적으로 매립되며, 상기 복합-만곡 스프링의 각각은 타이어 본체의 제 1 비드 내에서 종료되는 제 1 단부와 타이어 본체의 제 2 비드 내에서 종료되는 제 2 단부를 갖는다. 고강도 및 저신장 재료로 구성된 원주방향 연장형 벨트는 복수의 만곡 스프링의 반경방향 외측에 이를 둘러싸도록 배치된다.

이들 스프링은 복합 재료로 구성되며, 각각의 스프링은 대체로 S-형상인 제 1 사이드월과 대체로 역S-형상인 제 2 사이드월을 구비한다. 보다 구체적으로, 각 스프링의 사이드월은 상부 및 하부 사이드월 부분을 구비하는 바, 상부 사이드월 부분은 타이어의 반경방향 평면에 대해 볼록하고 하부 사이드월 부분은 타이어의 반경방향 평면에 대해 오목하다. 각각의 스프링은 또한 차량 휠의 림에 대해 볼록한 정점(top) 부분과, 대체로 수평축을 따라서 놓이도록 편평한 단부 부분을 구비한다. 원주방향 연장형 완충기(snubber)는 탄성 재료로 제조되며, 타이어의 본체에 의해 둘러싸이도록 차량 휠의 림과 결합하도록 구성된다.

만곡 스프링의 표면은 접착을 촉진하는 특정 재료, 바람직하게는 2성분 CHEMOSIL 용액으로 처리되는 것이 바람직하거나, 또는 만곡 스프링의 표면에 구리 코팅이 적용될 수도 있다. 또한, 접지면 아래의 만곡 스프링을 스틸 벨트 또는 KEVLAR 직물과 같은 고무-코팅된 강화 재료로 커버하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 자동차용 타이어는 트럭, 군용 차량, 카 등을 포함하는 모든 차량에 유리하게 사용될 수 있다.

청구범위 및 첨부도면과 더불어, 본 발명의 실시예에 대해 후술하는 상세한 설명은 본 발명의 특징 및 범위에 대한 보다 완전한 이해를 제공한다.

도 1은 원피스(one-piece) 휠 림에 장착된 본 발명의 자동차용 타이어의 제 1 실시예의 단면도,

도 2는 투피스(two-piece) 휠 림에 장착된 본 발명의 자동차용 타이어의 제2 실시예의 단면도,

도 3은 도 1의 타이어의 만곡 스프링의 형상을 도시하는 도면,

도 4는 도 1의 타이어의 외주 주위에서 취한 단면도,

도 5는 도 2의 타이어의 만곡 스프링의 형상을 도시하는 도면,

도 6은 도 1의 타이어의 사시 단면도,

도 7은 원피스 휠 림에 장착된 본 발명의 자동차용 타이어의 제 3 실시예의 단면도,

도 8은 접착제 및 강화 재료가 스프링에 도포된 도 7의 타이어의 사시 단면도.

본 발명의 자동차용 타이어의 제 1 실시예가 도 1에 단면 도시되어 있다. 본체(1)는 (다이-캐스팅, 이송 성형(transfer molding) 또는 사출 성형 등에 의해) 고무 또는 폴리우레탄과 같은 탄성 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 이하 설명 에서는 타이어 본체 재료가 고무라고 가정할 것이나, 다른 재료가 사용될 수도 있음을 알아야 한다. 타이어 본체(1)는 접지면이 제공된 원주방향 연장형 크라운 부분(1.1), 및 숄더 부분(1.2)을 거쳐서 상기 크라운 부분에 접합되고 원주방향 연장형 비드(1.4)에서 종료되는 두 개의 원주방향 연장형 인접 사이드월(1.3)을 구비한다. 자동차용 타이어의 비드(1.4)는 원피스 휠 림(5)에 클램핑된다.

도 1, 도 4 및 도 6에 도시하듯이, 자동차용 타이어 본체(1)는 반경방향-연장되는 만곡 스프링(2)을 수용한다. 만곡 스프링(2)의 재료는 통상 섬유-보강된(fiber-reinforced) 플라스틱 또는 파이버글래스로 알려져 있는 열가소성 매트릭스(matrix:母材) 및 유리 섬유 보강 복합물인 것이 바람직하다. 상기 매트릭스는 마일라(MYLAR)로도 알려져 있는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 또는 폴리에스테르인 것이 바람직하다. 다른 열가소성수지, 에폭시, 비닐 에스테르 또는 기타 열경화성수지도 매트릭스 재료로서 사용될 수 있다. 유리 섬유에 대한 대체물로서, ZYLON 섬유 또는 케블라(KEVLAR) 섬유가 사용될 수도 있다. 복합 구조물에 대한 대체물로서, 만곡 스프링은 흑연 또는 유리 섬유 보강재를 구비한 단일층 또는 복수층 스프링강, 흑연 또는 KEVLAR로 제조될 수도 있다.

도 1 및 도 6에 도시하듯이, 만곡 스프링(2) 위의 크라운 부분(1.1)에는 한 쌍의 벨트 삽입체(3)가 매립된다. 벨트 위의 크라운 부분(도 1에서 8로 도시된 부분)에는 타이어 트레드 패턴이 제공된다. 벨트(3)는 고강도 저신장 재료로 제조되어야 한다. 벨트(3)의 재료는 스틸이 바람직하지만, 대안적으로 특정 고강도의 고무부착 직물(rubbered fabric)일 수도 있다. 벨트(3)는 또한 대안적으로, 크라운 부분(1.1)의 원주방향 축에 대해 최소 10°의 각도로 배치되는 스틸 코드 또는 KEVLAR를 함유한 직물로 제조될 수도 있다. KEVLAR 직물은 자동차용 타이어(1)가 휠 림(5) 상에 예비-응력부여식으로 장착될 수 있게 한다. 이는 높은 각운동량(angular momentum)으로 인해 제동 중에 팽창을 방지함으로써 고속 주행 시에 비드(1.4)가 휠 림(5) 상에서 미끄러지지 않게 한다. 벨트 삽입체와 만곡 스프링 사이의 고무층의 두께는 1 mm 이상이어야 한다.

도 1 및 도 6에 도시하듯이, 만곡 스프링(2)의 단부(4)는 접어꺾인다. 만곡 스프링의 접어꺾인 단부(4)는 휠 림(5)에 얹혀진다. 이를 위해 휠 림(5) 상에는 홈이 제공된다.

만곡 스프링(2)은 비드(1.4)에서, 사이드월(1.3)의 내측에서, 또한 크라운 부분(1.1)의 내부 섹션(6)에서 고무로 피복된다. 보다 양호한 열전도성을 확보하기 위해, 만곡 스프링(2)은 숄더 부분(1.2)의 내부 섹션(7)에서 아래가 피복되지 않은 상태로 남아있을 수 있다. 도 6을 참조하여 더 자세히 설명하듯이, 만곡 스프링(2)은 또한, 고무 내에 적절하게 끼워지는 것을 촉진하기 위해 보다 양호한 금속-고무 접착(또는 스프링이 그렇게 만들어지는 경우에는 복합체 또는 파이버글래스-고무 접착)을 보장하는 재료로 코팅되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 자동차용 타이어의 제 2 실시예가 도 2에 단면 도시되어 있으며, 도면부호 1.5로 지칭된다. 제 2 실시예의 자동차용 타이어는 원피스 또는 투피스 차량 휠 림(12, 13)에 장착될 수 있다. 도 2에 도시하듯이, 만곡 스프링(2.1)의 단부는 편평한(수평 배향) C-형상으로 구부러진다. 양 타이어 비 드(1.6) 내에서 C-형 스프링 단부에 의해 형성되는 네스트에는 비드-링(9)이 배치된다. 비드-링은 고강도 저신장 재료, 바람직하게는 스틸 와이어로 제조되어야 한다. 접어꺾인 만곡 스프링(2.1)의 발 부분(foot part)(10)는 휠 림에 얹혀지며, 스프링의 전도된 선단(11)은 비드 링(9)이 비드(1.6)로부터 미끄러져 빠져나가는 것을 방지한다. 비드 링(9)과 만곡 스프링(2.1)은 모두 타이어의 고무에 완전히 매립된다. 자동차용 타이어(1.5)의 내부에서, 만곡 스프링(2.1)은 공기 수분과 접촉하지 않도록 고무층(14)으로 커버된다. 따라서 만곡 스프링(2.1)의 산화가 방지된다.

도 3은 X, Y축을 갖는 직교 좌표계에서 자동차용 타이어(1)의 단면에 위치하는 도 1의 만곡 스프링의 형상을 도시한다. 도 1의 스프링(2)에 대한 코멘트는 도 2의 스프링(2.1)에도 적용된다. 도 3에서는 반타원(15)에 의해 Y축 상에 정의되고 만곡 스프링(2)의 형상을 묘사하는 지점 b가 이상적으로 지점 b'와 b" 사이에 있음을 알 수 있으며, 여기에서

지점 b'는 조건 (b' = 1/2·a)을 충족하는 반타원(17)에 의해 Y축 상에 한정되고,

지점 b"는 조건 (b" = 7/8·a)을 충족하는 반타원(16)에 의해 Y축 상에 한정된다.

반타원(15, 16, 17)은 지점 a에서 X축과 교차하는 바, 2a는 타원의 장축이고, 2b, 2b', 2b"는 타원의 단축이다.

따라서 0≤ t≤π(0 - 180°)의 각도 범위에서의 만곡 스프링(2)의 윤곽은 X, Y축을 갖는 직교 좌표계에서 방정식 x = a·cos t 및 y = b·sin t에 의해 정의되고 하기 조건을 충족하는 타원에 대응하며:

7/8·a≥ b≥ 1/2·a

여기에서 a는 타원의 장축의 절반이고, b는 타원의 단축의 절반이다.

이상적인 경우에는 b = (2/3)a 이다.

도 3의 제 1 실시예에서 도시했듯이, 본 발명의 자동차용 타이어의 제 1 및 제 2 실시예에서, 자동차용 타이어(1)의 숄더 부분(1.2)은 자동차용 타이어(1)의 비드(1.4)보다 인자(factor) k = 2a/100·5 mm만큼 넓을 수 있으며, 여기에서 비드(1.4) 사이 거리는 단일 비드 플러스(2a)를 커버하는 고무층 두께의 두 배에 해당된다.

만곡 스프링(2)의 단부(및 도 2에서는 스프링(2.1)의 발 부분(10))는 도 3에 도시하듯이 최소 α= 8°의 커브로 제조된다. 그 결과, (도 2에서의 스프링(2.1)의 발 부분(10)의) X축과 만곡 스프링 단부(4)와 사이의 각도는 적어도 8°이다.

제 1 및 제 2 실시예의 자동차용 타이어의 충격 흡수는 스프링(2 또는 2.1)의 형상 변화로 인해 이루어진다. 그 반타원형 프로파일로 인해, 하중 도중의 스프링의 형상 변화는 만곡 스프링(2 또는 2.1)의 전체 길이를 따라서 균일하게 분포된다. 즉, 파괴를 초래하게 될 응력 피크가 전혀 발생하지 않는다. 그 결과, 반경방향 또는 대각선 코드 구조물의 동적 수명과 유사하거나 그보다 우수한 동적 수명이 확보될 수 있다.

비드부(1.4, 1.6)를 커버하는 얇은 고무층은 자동차용 타이어(1, 1.5)의 비 드(1.4, 1.6)가 각각 휠 림(5; 12, 13) 상에서 미끄러지는 것을 방해 또는 방지하기 위한 접착력을 제공한다. 고무층은 자동차용 타이어의 충격 흡수에 있어서 어떤 역할을 하지 못한다.

도 4는 자동차용 타이어(1)에서의 만곡 스프링(2)의 배치를 도시한다. 도 1의 스프링(2)과 타이어(1)에 대한 코멘트는 도 2의 스프링(2.1)과 타이어(1.5)에도 적용된다. 만곡 스프링(2)의 두께, 크라운 부분(1.1)에서 측정되는 그 폭(A) 및 원주방향 간격(C), 비드(1.4)에서 측정되는 거리(B)는 자동차용 타이어(1)의 크기뿐 아니라 자동차용 타이어(1)로부터 기대되는 특성에 상당히 의존한다. 고무의 동적 특성을 고려하면, 간격(C) 및 치수(A)는 각각 최소 10 mm여야 하며, 거리(B)는 최소 2 mm여야 한다. 일 예로서, 15인치 직경의 자동차용 타이어의 속도가 대략 95mph(시속 153km)이고 그 하중이 대략 880 파운드(399 kg)이면, 두께 2 mm의 스프링강 재료에 있어서, 만곡 스프링(2)의 치수(A)는 최소 20mm여야 하며 만곡 스프링(C) 사이의 간격은 최소 15 mm여야 한다.

도 5는 하중 하에서 자동차용 타이어(1.5)의 만곡 스프링(2.1)과 고무 본체의 변형을 도시한다. 도 2의 타이어(1.5) 및 스프링(2.1)에 대한 코멘트는 도 1의 타이어(1) 및 스프링(2)에도 적용된다. 도 5에서는, 하중 하에서 반타원형 만곡 스프링(2.1)의 치수 b가, 크라운 부분에서의 그 높이는 치수 "b"로 감소되지만 만곡 스프링(2.1)의 비드(1.6)의 위치는 변하지 않는 상태로 유지되도록 곡률(19)로 변형됨을 알 수 있다. 그 결과, 접지면의 볼록면(18)은 평면(20)으로 변형된다.

도 6에 도시하듯이, (도 1의) 만곡 스프링(2)의 표면은 타이어 본체의 고무 에 대한 양호한 접착을 보장하기 위해 2성분 CHEMOSIL 용액(21)으로 처리되는 것이 바람직하다. 또한, 접지면 아래의 부분에서, 스프링(2)은 고무부착 KEVLAR 직물(22)과 같은 강화 재료로 커버되는 것이 바람직하다. 도 2의 스프링(2.1)에 대해서도 똑같이 말할 수 있다. 만곡 스프링(2)의 위 또는 반경방향 외측에서, 전술했듯이, 벨트 삽입체(3)는 고속 주행 중에 휠 림(5)에 대한 자동차용 타이어(1)의 접착을 보장하도록 배치된다.

본 발명의 자동차용 타이어의 제 3 실시예가 도 7 및 도 8에 도시되어 있다. 제 1 및 제 2 실시예에서처럼, 본체(30)는 (다이-캐스팅, 이송 성형 또는 사출 성형 등에 의해) 고무 또는 폴리우레탄과 같은 탄성 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 타이어 본체(30)는 접지면이 제공된 원주방향 연장형 크라운 부분(30.1), 및 숄더 부분(30.2)을 거쳐서 상기 크라운 부분에 접합되고 원주방향 연장형 비드(30.4)에서 종료되는 두 개의 원주방향 연장형 인접 사이드월(30.3)을 구비한다. 자동차용 타이어의 비드(30.4)는 원피스 휠 림(35)에 클램핑된다. 원피스 림을 도시했지만, 본 발명의 타이어의 제 3 실시예는 투피스 휠 림에 장착될 수도 있다.

도 7 및 도 8에서 32로 도시하듯이, 자동차용 타이어 본체(30)는 반경방향-연장되는 복합-만곡 스프링(32)을 수용한다. 각각의 스프링은 크라운 부분 또는 정점 부분(32.1), 숄더 부분 또는 상부 사이드월 부분(32.2), 하부 사이드월 부분(32.3), 및 단부 부분(32.4)을 구비한다. 도 7 및 도 8에 도시하듯이, 스프링(32.1)의 정점 부분은 차량 휠 림(35)에 대해 약간 볼록하다. 스프링(32.2)의 상부 사이드월 부분은 도 7에서 39로 도시되는 타이어의 반경방향 평면에 대해 외 측으로 볼록하다. 스프링(32.3)의 하부 사이드월 부분은 반경방향 평면(39)에 대해 내측으로 오목하다. 그 결과, 스프링은 S자형 및 역 S자형 사이드월을 특징으로 한다. 스프링(34)의 단부는 수평축을 따라서 배치되도록 대체로 편평하며, 자동차용 타이어 상의 하중을 원주방향으로 분포시키도록 림(35)의 편평 섹션에 지지된다. 스프링(32)은 긴 피로 수명을 촉진하도록 응력 집중을 회피하기 위해 편평 단부를 제외하고는 원형 또는 직선형 섹션을 갖지 않는 연속형 곡선으로 형성된다. 스프링의 두께 및 폭은 변할 수 있지만, 예로서 4mm의 두께와 10mm의 폭을 가질 수 있다.

타이어(30.4)의 비드에는 선택적으로 도 2에서 9로 도시된 방식으로, 스틸이나 복합체 비드 링이 제공될 수 있다. 스프링(32)의 비드(34)는 이러한 실시예에서 비드 링과 결합된다.

복합-만곡 스프링(32)의 재료는 통상 섬유-보강된 플라스틱 또는 파이버글래스로 알려져 있는 열가소성 매트릭스 및 유리 섬유 보강 복합물인 것이 바람직하다. 상기 매트릭스는 MYLAR로도 알려져 있는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 또는 폴리에스테르인 것이 바람직하다. 다른 열가소성수지, 에폭시, 비닐 에스테르 또는 기타 열경화성수지도 매트릭스 재료로서 사용될 수 있다. 유리 섬유에 대한 대체물로서, ZYLON 섬유 또는 KEVLAR 섬유가 사용될 수도 있다. 복합 구조물에 대한 대체물로서, 복합-만곡 스프링(32)은 흑연 또는 유리 섬유 보강재를 구비한 단일층 또는 복수층 스프링강, 흑연 또는 KEVLAR로 제조될 수도 있다.

복합-만곡 스프링은 후속 열성형(subsequent thermoforming)에 의한 돌출에 의해 제조되는 것이 바람직하다. 스프링을 열성형하기 전에 스프링 몰드에는 박리층(peel ply) 텍스쳐드 필름이 적용되는 것이 바람직하다. 열성형 중에, 열가소성 매트릭스 재료는 박리층의 보이드, 크랙 및 공동에 유입되어 광택면을 방지하고 표면 조도를 높여서 스프링의 표면에 차후 도포될 재료와의 접합을 촉진한다.

타이어는 이송 성형에 의해 제조되는 것이 바람직하다. 도 8에 도시하듯이, 이송 성형 이전에 스프링 표면에 CHEMLOK 접착제(44)가 도포되는 것이 바람직하며, 상기 접착제는 고무의 인열 강도보다 높은 접착 강도를 제공하여 접착 실패를 방지하기 위해 고무가 스프링의 표면 상에 직접 가황처리될 수 있게 한다. 또한, 접지면 아래 부분에서, 스프링(32)은 스틸 벨팅 또는 고무부착된 KEVLAR 직물(42)과 같은 강화 재료로 커버되는 것이 바람직하다.

도 7 및 도 8에 도시하듯이, 타이어는 림(35) 상에 배치되어 이를 원주방향으로 둘러싸도록 배치되는 링-형상 완충기(41)를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 완충기는 임의의 탄성중합체 또는 고무로 구성될 수 있지만, 폴리우레탄 발포체와 가튼 열가소성 발포체로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 완충기는 차량이 도로 장해물을 만나거나 과적되는 경우에 스프링(32)이 그 탄성 한도를 넘어서 변형되는 것을 방지한다.

제 1 실시예에서와 같이, 본 발명의 타이어의 제 3 실시예는 복합-만곡 스프링(32)의 크라운 부분(30.1)에 매립되는 한 쌍의 벨트 삽입체(33)를 구비하는 것이 바람직하다. 도 7에서 38로 도시되는, 벨트 위의 크라운 부분에는 타이어 트레드 패턴이 제공된다. 벨트(33)는 고강도 및 저신장 재료로 구성되어야 한다. 벨 트(33)의 재료는 스틸이 바람직하지만, 대안적으로 일부 고강도 고무부착된 직물일 수도 있다. 벨트(33)는 또한 대안적으로, 크라운 부분(30.1)의 원주방향 축에 대해 최소 10°의 각도로 배치되는 KEVLAR 또는 스틸 코드를 수용하는 직물로 구성될 수도 있다. 적어도 2 mm의 두께를 갖는 고무층이 벨트 삽입체와 만곡 스프링 사이에 존재해야 한다. 벨트(33)는 고속 주행 중에 휠 림(35)에 대한 자동차용 타이어(30)의 접착을 보장하도록 도와준다.

제 3 실시예의 자동차용 타이어(30)에서의 만곡 스프링의 배치는 도 4와 관련해서도 기술될 수 있다. 복합-만곡 스프링(32)의 두께, 크라운 부분(30.1)에서 측정되는 그 폭(A) 및 원주방향 간격(C), 비드(30.4)에서 측정되는 거리(B)는 자동차용 타이어(30)의 크기뿐 아니라 자동차용 타이어(30)로부터 기대되는 특성에 상당히 의존한다. 고무의 동적 특성을 고려하면, 간격(C) 및 치수(A)는 각각 최소 10 mm여야 하며, 거리(B)는 최소 2 mm여야 한다.

본 발명에 따른 자동차용 타이어의 상당한 이점에는 이하의 것들이 포함된다:

자동차용 타이어가 내부 압력을 갖지 않고 그로인해 주행 특성을 저하시키게 될 공기 이탈이 전혀 없기 때문에 펑크가 난 경우의 전체적인 안정성.

제조 공정이 양호하게 자동화될 수 있으며, 제조 품질이 신뢰성있다.

타이어 공기압의 감시/제어가 불필요하며 스페어 타이어가 필요치 않다.

본 발명에 따른 자동차용 타이어의 제조를 위한 필요 에너지가 일반적으로 종래 타이어에 비해 낮다. 그 결과, 환형 재해가 덜 초래된다.

공기식 타이어에 비해 구름 저항이 낮고 연료 효율이 높다.

본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 기술하고 설명하였으나, 당업자라면 청구범위에 의해 그 범위가 한정되는 발명의 정신 내에서 변화 및 수정이 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다.

Claims

차량용 비공기식 타이어에 있어서,

(a) 접지면으로 기능하는 원주방향 연장형 크라운 부분(crown portion) 및 상기 크라운 부분에 접합되는 원주방향 연장형 제 1 및 제 2 사이드월(side wall)을 가지며 탄성 재료로 제조되는 타이어 본체로서, 상기 원주방향 연장형 제 1 및 제 2 사이드월은 각각 원주방향 연장형 제 1 및 제 2 비드에서 종단되고, 상기 제 1 및 제 2 비드는 차량 휠의 림의 플랜지 내에 고정되도록 구성되는 타이어 본체, 및

(b) 상기 타이어 본체의 상기 크라운 부분과 상기 제 1 및 제 2 사이드월 내에 적어도 부분적으로 매립되는 반경방향으로 연장되고 원주방향으로 이격된 복수의 복합 만곡 스프링으로서, 그 각각은 타이어 본체의 제 1 비드 내에 매립되는 제 1 단부, 타이어 본체의 제 2 비드 내에 매립되는 제 2 단부, 대체로 S-형상인 제 1 사이드월, 및 대체로 역S-형상인 제 2 사이드월을 갖는 복수의 복합 만곡 스프링을 포함하고,

각 스프링의 사이드월 각각은 상부 및 하부 사이드월 부분을 가지며, 상부 사이드월 부분은 타이어의 반경방향 평면에 대해 볼록하고, 하부 사이드월 부분은 타이어의 반경방향 평면에 대해 오목한

비공기식 타이어.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 복합 만곡 스프링의 반경방향 외측에 배치되어 상기 복수의 복합 만곡 스프링을 둘러싸도록 배치되는 원주방향 연장형 벨트를 추가로 포함하는

비공기식 타이어.
제 2 항에 있어서,

상기 벨트는 강으로 구성되는

비공기식 타이어.
제 2 항에 있어서,

상기 벨트는 섬유-보강된 직물로 구성되는

비공기식 타이어.
제 1 항에 있어서,

상기 스프링은 복합 재료로 구성되는

비공기식 타이어.
제 5 항에 있어서,

상기 스프링의 복합 재료는 열가소성 매트릭스 및 유리 섬유 보강 복합체인

비공기식 타이어.
제 1 항에 있어서,

상기 스프링은 강으로 구성되는

비공기식 타이어.
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제 1 항에 있어서,

각각의 스프링은 차량 휠의 림에 대해 볼록한 정점 부분을 구비하는

비공기식 타이어.
삭제
제 1 항에 있어서,

각 스프링의 제 1 및 제 2 단부는 수평 축을 따라서 놓이도록 편평한

비공기식 타이어.
제 1 항에 있어서,

차량 휠의 림과 결합하며 타이어의 본체에 의해 둘러싸이도록 구성된 탄성 재료로 제조된 원주방향 연장형 완충기를 추가로 포함하는

비공기식 타이어.
제 1 항에 있어서,

상기 복합 만곡 스프링의 표면은 타이어의 본체에 대한 스프링의 접착을 향상시키도록 처리되는

비공기식 타이어.
차량용 비공기식 타이어에 있어서,

(a) 접지면으로 기능하는 원주방향 연장형 크라운 부분 및 상기 크라운 부분에 접합되는 원주방향 연장형 제 1 및 제 2 사이드월을 가지며 탄성 재료로 제조되는 타이어 본체로서, 상기 원주방향 연장형 제 1 및 제 2 사이드월은 각각 원주방향 연장형 제 1 및 제 2 비드에서 종단되고, 상기 제 1 및 제 2 비드는 차량 휠의 림의 플랜지 내에 고정되도록 구성되는 타이어 본체, 및

(b) 상기 타이어 본체의 상기 크라운 부분과 상기 제 1 및 제 2 사이드월 내에 적어도 부분적으로 매립되는 반경방향으로 연장되고 원주방향으로 이격된 복수의 복합 만곡 스프링으로서, 그 각각은 타이어 본체의 제 1 비드 내에서 축방향으로 연장되는 제 1 단부, 타이어 본체의 제 2 비드 내에서 축방향으로 연장되는 제 2 단부, 대체로 S-형상인 제 1 사이드월, 및 대체로 역S-형상인 제 2 사이드월을 갖는 복수의 복합 만곡 스프링을 포함하고,

각 스프링의 사이드월 각각은 상부 및 하부 사이드월 부분을 가지며, 상부 사이드월 부분은 타이어의 반경방향 평면에 대해 볼록하고, 하부 사이드월 부분은 타이어의 반경방향 평면에 대해 오목한

비공기식 타이어.
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제 5 항에 있어서,

상기 복합 재료는 섬유 보강 재료를 구비한 열경화성 매트릭스인

비공기식 타이어.
제 1 항에 있어서,

타이어의 본체에 의해 둘러싸이도록 차량 휠의 림과 결합하도록 구성된 탄성 재료로 제조된 원주방향 연장형 완충기를 추가로 포함하는

비공기식 타이어.