KR20170069160A - 구조적으로 지지된 타이어 - Google Patents

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KR20170069160A
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제임스 알프레드 이세 벤징
다니엘 레이 다우닝
조셉 카민 레티에리
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더 굿이어 타이어 앤드 러버 캄파니
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Abstract

구조적으로 지지된 타이어는 지면 접촉 환형 트레드 부분, 타이어에 대한 하중을 지지하기 위한 환형 후프 구조체, 차량 림에 부착하기 위한 수단, 및 제 1 축방향 제한부에 고정된 플라이 구조체를 포함하고, 이 플라이 구조체는 후프 구조체와 트레드 부분 사이에서 반경 방향 외향으로 연장되고, 후프 구조체와 트레드 부분 사이로부터 제 2 축방향 제한부까지 반경 방향 내향으로 추가로 연장된다. 플라이 구조체는 제 1 축방향 제한부 및 제 2 축방향 제한부 양자에 고정된다. 트레드 부분은 플라이 구조체의 반경 방향 외부면에 고정된다. 후프 구조체는 플라이 구조체의 반경 방향 내부면에 고정된다.

Description

구조적으로 지지된 타이어{STRUCTURALLY SUPPORTED TIRE}
본 발명은 일반적으로 차량 타이어 및 휠(wheel)에 관한 것이며, 더 구체적으로는 비-공기 타이어/휠 조립체에 관한 것이다.
공기 타이어는 1세기가 넘도록 차량 이동성을 위해 선택되는 해법이었다. 현대의 벨트형 반경 방향 카커스(carcass)의 공기 타이어는 인가된 하중을 지지하면서, 적당한 수직의 및 측방향의 컴플라이언스(compliance)를 허용하기 위한 효율적인 수단을 제공하는 현저한 제품이다. 공기 타이어는 타이어 공동(cavity) 내의 주로 내부 공기압의 작용으로 인해 기계적 속성을 얻는다. 팽창 압력에 대한 반응은 벨트 및 카카스 구성 요소에 대한 강성을 수정한다. 그 다음에, 팽창 압력은 공기 타이어를 위한 가장 중요한 설계 파라미터 중 하나이다.
양호한 압력 유지(pressure maintenance)는 공기 타이어로부터 최상의 성능을 얻는데 요구된다. 명시된 이하의 팽창 압력은 연비 향상(fuel economy)의 손실을 초래할 수 있다. 가장 중요한 것은 종래의 공기 타이어가 팽창 압력의 완전한 손실 후에, 매우 제한되어 사용될 수 있다는 것이다. 많은 타이어 구조체는 타이어로부터 공기압의 완전한 손실 후의 차량의 지속적인 기동성(mobility)을 위해 제안되어 왔다. 상업적으로 이용가능한 런플랫(runflat) 타이어 해결책은 디플레이티드 작동(deflated operation) 동안에 측벽이 압축 시에 하중 지지 부재로서 작용하게 하는 추가의 측벽 보강부 또는 필터를 구비하는 공기 타이어이다. 보통, 이러한 추가의 보강부는 보다 큰 타이어 질량 및 감소된 체감 승차감의 단점을 초래한다. 런플랫 능력을 제공하려는 다양한 시도는 타이어 크라운 부분에서 본질적으로 환형의 보강 밴드를 이용한다. 이러한 해결책에 있어서, 트레드 부분의 강성은 부분적으로는 환형 보강 밴드의 고유 특성으로부터, 부분적으로는 팽창 압력에 대한 반응으로부터 발생한다. 또다른 해결책은 휠에 부착된 2차적인 내부 지지 구조체를 필요로 한다. 이러한 지지체는 장착된 조립체에 질량을 부가하고 장착 어려움을 향상시키거나, 또는 다수 피스 림(multiple piece rim)의 사용을 필요로 할 수도 있다. 모든 이러한 접근은 다른 공기 타이어 구조체의 혼합물(hybrid)이고, 인플레이티드(inflated) 또는 디플레이티드 상태에 대해 최적이 아닌 디자인 타협을 겪는다. 게다가 이러한 런플랫 해결책은 타이어 팽창 압력을 모니터링하고, 차량 오퍼레이터에게 팽창 압력이 권장된 제한 외에 있는 경우를 알려주는 일부 수단의 사용을 필요로 한다.
팽창 압력 없이도 작동하도록 설계된 타이어는 공기 타이어와 연관된 문제 및 타협 중 많은 것을 제거할 수 있다. 압력 유지도 압력 모니터링도 필요하지 않다. 솔리드 타이어(solid tire) 또는 다른 탄성중합체 구조체와 같은 구조적으로 지지된 타이어는 지금까지 종래의 공기 타이어로부터 요구되는 성능의 수준을 제공하지 않았다. 공기 타이어-유사 성능을 산출하는 구조적으로 지지된 타이어 해법이 원하는 개선일 것이다.
본 발명에 따른 구조적으로 지지된 타이어는 지면 접촉 환형 트레드 부분과, 타이어에 대한 하중을 지지하기 위한 환형 후프 구조체와, 차량 림에 부착하기 위한 수단과, 제 1 축방향 제한부에 고정되고, 후프 구조체와 트레드 부분 사이에서 반경 방향 외향으로 연장되며, 후프 구조체와 트레드 부분 사이로부터 제 2 축방향 제한부까지 반경 방향 내향으로 추가로 연장되는 플라이 구조체를 포함한다. 플라이 구조체는 제 1 축방향 제한부 및 제 2 축방향 제한부 양자에 고정된다. 트레드 부분은 플라이 구조체의 반경 방향 외부면에 고정된다. 후프 구조체는 플라이 구조체의 반경 방향 내부면에 고정된다.
타이어의 다른 관점에 따르면, 플라이 구조체의 내부 반경부는 플라이 구조체의 일부를 각각 포착하는 2개의 기계적인 클램프를 통해 차량 림에 부착된다.
타이어의 또다른 관점에 따르면, 플라이 구조체의 내부 반경부는 기계적인 클램프를 통해 차량 림에 부착되고, 플라이 구조체가 주위에 절첩되는 링을 추가함으로써 클램핑력이 강화된다.
타이어의 또다른 관점에 따르면, 제 1 축방향 제한부와 제 2 축방향 제한부 사이의 축방향 거리는 조정 기구에 의해 감소되고, 그에 따라 축방향 거리는 트레드 부분의 축방향 폭보다 작다.
타이어의 또다른 관점에 따르면, 후프 구조체는 다층으로 구성되어 이 다층 사이에서의 전단 변형을 허용한다.
타이어의 또다른 관점에 따르면, 후프 구조체는 타이어의 원주 방향에 대해 -5° 내지 +5° 사이의 각도로 연장되는 보강 코드의 제 1 층을 포함한다.
타이어의 또다른 관점에 따르면, 후프 구조체는 타이어의 원주 방향에 대해 -5° 내지 +5° 사이의 각도로 연장되는 보강 강철 코드의 제 2 층을 포함한다.
타이어의 또다른 관점에 따르면, 후프 구조체는 제 1 층과 제 2 층 사이의 전단 변형을 흡수하기 위한 탄성 구조의 제 3 층을 포함한다.
타이어의 또다른 관점에 따르면, 제 3 층은 균질 폴리머 재료로 구성된다.
본 발명에 따른 구조적으로 지지된 타이어 및 림 조립체는 지면 접촉 환형 트레드 부분과, 타이어에 대한 하중을 지지하기 위한 환형 후프 구조체와, 차량 림에 부착하기 위한 수단과, 차량 림의 제 1 축방향 제한부에 고정되고, 반경 방향 외향으로 후프 구조체의 인접부로 연장되며, 후프 구조체의 인접부로부터 차량 림의 제 2 축방향 제한부까지 반경 방향 내향으로 추가로 연장되는 플라이 구조체를 포함하고, 이 플라이 구조체는 차량 림의 제 1 축방향 제한부 및 차량 림의 제 2 축방향 제한부 양자에 고정되고, 트레드 부분은 후프 구조체의 근방에 고정된다.
본 발명에 따른 구조적으로 지지된 타이어 및 림 조립체의 다른 관점에 따르면, 플라이 구조체는 차량 림과 후프 구조체의 인접 위치 사이에서 연장되는 복수의 스트립재를 포함한다.
본 발명에 따른 구조적으로 지지된 타이어 및 림 조립체의 또다른 관점에 따르면, 플라이 구조체는 차량 림과 후프 구조체의 인접 위치 사이에서 반복적으로 연장되는 단일의 스트립재로 구성된다.
본 발명에 따른 구조적으로 지지된 타이어 및 림 조립체의 또다른 관점에 따르면, 후프 구조체는 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층을 구비하는 시어 밴드를 규정한다. 제 1 및 제 2 층은 타이어의 원주 방향에 대해 -5° 내지 +5° 사이의 각도로 연장되는 보강 코드를 구비한다.
본 발명에 따른 구조적으로 지지된 타이어 및 림 조립체의 또다른 관점에 따르면, 제 3 층은 제 1 층과 제 2 층 사이의 전단 변형을 흡수하기 위한 탄성 구조를 갖는다.
본 발명에 따른 다른 구조적으로 지지된 타이어는 지면 접촉 환형 트레드 부분과, 타이어에 대한 하중을 지지하기 위한 환형 후프 구조체와, 차량 림에 부착하기 위한 수단과, 제 1 축방향 제한부에 고정되고, 반경 방향 외향으로 후프 구조체의 인접부로 연장되며, 후프 구조체의 인접부로부터 제 2 축방향 제한부까지 반경 방향 내향으로 추가로 연장되는 플라이 구조체와, 제 1 축방향 제한부와 제 2 축방향 제한부 사이의 축방향 거리를 달라지게 하기 위한 조정 기구(adjustment mechanism)를 포함하고, 플라이 구조체는 제 1 축방향 제한부 및 제 2 축방향 제한부 양자에 고정되고, 트레드 부분은 후프 구조체의 근방에 고정된다.
다른 타이어의 다른 관점에 따르면, 조정 기구는 나사형 볼트와, 이 나사형 볼트와 나사 결합하는 적어도 2개의 너트를 포함한다.
본 발명에 따른 방법은 하중을 비-공기적으로 지지한다. 본 방법은 단일 플라이 구조체를 차량 림에 고정하는 단계와, 단일 플라이 구조체를 차량 림에 클램핑하는 단계와, 단일 플라이 구조체를 차량 림으로부터 후프 구조체의 반경 방향 외부면으로 연장시키는 단계와, 단일 플라이 구조체를 후프 구조체의 반경 방향 외부면으로부터 차량 림으로 추가로 연장시키는 단계와, 단일 플라이 구조체를 차량 림에 고정시키는 단계와, 후프 구조체의 후프 압축력 및 플라이 구조체의 일부의 인장력에 의해 하중을 지지하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 추가의 단계는 후프 구조체에 걸쳐서 플라이 구조체를 스트레칭하는 것을 포함한다.
본 방법의 또다른 관점에 따르면, 추가의 단계는 차량 림의 제 1 부분과 차량 림의 제 2 부분 사이의 축방향 거리를 감소시키고, 그에 따라 축방향 거리는 트레드 부분의 축방향 폭보다 작은 것을 포함한다.
본 방법의 또다른 관점에 따르면, 추가의 단계는 플라이 구조체를 후프 구조체의 반경 방향 외부면에 부착시키는 것을 포함한다.
본 방법의 또다른 관점에 따르면, 추가의 단계는 트레드 부분을 플라이 구조체의 반경 방향 외부면에 부착하는 것을 포함한다.
하기의 설명 및 첨부 도면에 대한 참조를 통해 본 발명이 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 타이어/휠 조립체의 개략적인 단면도,
도 2는 하나의 층 플라이를 갖는, 도 1의 "2-2"선을 따라 취해진 개략적인 정면도,
도 3은 본 발명에 따른 다른 타이어/휠 조립체의 개략적인 단면도,
도 4는 2개의 층 플라이를 갖는 도 3의 "4-4"선을 따라 취해진 개략적인 정면도.
정의
하기의 용어는 본 설명을 위해 하기와 같이 정의된다.
"적도 평면(Equatorial Plane)"은 타이어의 중심선을 통과하는 타이어의 회전축에 수직인 평면을 의미한다.
"자오선 평면(Meridian Plane)"은 타이어의 회전축에 평행하고 상기 축으로부터 반경방향 외향으로 연장되는 평면을 의미한다.
시어 밴드의 "전단 강성(shear stiffness)"(GA). 전단 강성(GA)은 이하에 도시된 바와 같이, 그리고 이하의 방정식에 나타낸 바와 같이 힘(F)으로부터 길이(L)의 시어 밴드 상의 편향(ΔX)을 측정함으로써 결정될 수도 있다:
GA=F*L/ΔX
Figure pat00001
시어 밴드의 "굽힘 강성(bending stiffness)"(EI). 굽힘 강성(EI)은 3점 굽힘 시험을 사용하여 비임 역학으로부터 결정될 수도 있다. EI는 2개의 롤러 지지체 상에 놓여 있고 비임의 중앙에서 인가되는 집중된 하중에 처해 있는 비임의 경우를 나타낸다. 굽힘 강성(EI)은 하기의 방정식으로부터 결정된다: EI = PL3/48* ΔX, 여기서 P는 하중이고, L은 비임 길이이고, ΔX는 편향이다.
시어 밴드의 "신장성 강성(extensible stiffness)"(EA). 신장성 강성(EA)은 시어 밴드의 원주 방향으로 인장력을 인가하고 길이의 변화를 측정함으로써 결정된다.
"히스테리시스(Hysteresis)"는 10% 동적 전단 변형률 및 25℃에서 측정된 동적 손실 탄젠트를 의미한다.
본 발명의 예의 상세한 설명
종래의 구조적으로 지지된 타이어는 가스 팽창 압력의 지지 없이 하중을 지지할 수도 있다. 이러한 타이어는 지면 접촉 트레드 부분, 이 트레드 부분으로부터 반경 방향 내향으로 연장되는 측벽 부분, 및 이 측벽 부분의 단부에서의 비드 부분을 구비할 수도 있다. 비드 부분은 타이어를 차량 휠에 고정할 수도 있다. 트레드 부분, 측벽 부분 및 비드 부분은 중공의 환형 공간을 규정할 수도 있다. 대안적으로, 비드 부분 및 트레드 부분은 많은 상이한 기하학적 형상으로 구성될 수도 있는 종래의 연결 웨브에 의해 반경 방향으로 연결될 수도 있다. 이러한 기하학적 형상은 복수의 반경 방향 스포크 또는 육각형과 같은 다각형의 네트워크를 포함할 수도 있다.
하나의 종래의 구조적으로 지지된 타이어는 연결 웨브 또는 이에 부착된 측벽 부분을 구비할 수도 있다. 이러한 연결 웨브 또는 측벽 구조체는 제 1 멤브레인의 반경 방향 내향 측부를 넘어서 반경 방향으로 연장되지 않는다. 이러한 부착은 접착 본드를 통해 달성될 수도 있다. 이러한 타이어의 제 1 및 제 2 멤브레인 및 중간 시어 층이 함께 상당한 후프 압축 강성(hoop compression stiffness)을 가지기 때문에, 연결 웨브 또는 측벽 부분과 제 1 멤브레인의 반경 방향 내향 측부 사이의 인터페이스는 타이어가 하중(예를 들면, 다수의 하중 사이클 등) 하에서 회전될 때, 이 인터페이스에서 접착 본드를 저하 또는 손상시키는 경향이 있는 상당한 전단 응력에 반드시 노출될 수도 있다.
그러나, 본 발명에 따르면, 연결 웨브 또는 측벽 부분 또는 플라이 구조체는 후프 구조체의 반경 방향 외향으로 연장될 수도 있다. 대안적으로, 연결 웨브 또는 측벽 부분 또는 플라이 구조체는 후프 구조체의 제 1 및 제 2 멤브레인 사이, 또는 제 2 및 제 3 멤브레인 사이에서 반경 방향으로 연장될 수도 있다. 이러한 구조는 경화 단계, 결합(cohesion), 및/또는 접착에 의해 함께 고정될 수도 있다. 후프 구조체 내에서 반경 방향으로 연결 웨브 또는 측벽 부분 또는 플라이 구조체를 위치설정하는 것에 의해, 층(layer)의 인터페이스는 종래의 타이어에 의해 발생하는 전단 응력을 손상시키는 것을 유리하게 제거 및/또는 매우 경감시키지 않을 수도 있다.
연결 웨브 또는 측벽 부분 또는 플라이 구조체는 반경 방향에 또는 반경 방향 근처에 배향된 기본적으로 신장 불가능한 코드에 의해 보강될 수도 있다. 측벽 부분의 힘/연장 특성은, 스트링(string)에서의 인장의 증가가 스트링의 최소 신율(minimal elongation)을 생성하는 것과 같이, 인장력이 연결 웨브 또는 측벽 부분 또는 플라이 구조체의 최소 신율을 생성하도록 할 수도 있다. 예를 들어, 연결 웨브 또는 측벽 부분 또는 플라이 구조는 인장 시에 높은 강성을 갖지만, 압축 시에 매우 낮은 강성을 가질 수도 있다.
연결 웨브 또는 측벽 부분 또는 플라이 구조체는 기본적으로 인장 시에 신장 불가능하고, 기본적으로 압축 및/또는 버클링(buckling)에 대한 저항이 없을 수도 있다. 이런 조건 하에서, 외부적으로 인가된 하중은 축 아래의 구역에서의 수직 인장력 없이, 축 위의 구역에서의 연결 웨브 또는 측벽 부분 또는 플라이 구조체의 수직 인장력에 의해 실질적으로 지지될 수도 있다. 수직 강성은 하중 하에 있을 때의 수직 변향에 저항하는 타이어의 능력에 관련될 수도 있다. 본 발명에 따른 타이어 또는 조립체는 공기 지지체(pneumatic support)를 필요로 하지 않으므로, 압력의 갑작스러운 손실로 인한 공기압 유지 또는 성능 손실을 필요로 하지 않는다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 구조적으로 지지된 타이어(10)는 지면 접촉 환형 트레드 부분(20), 타이어 상의 하중을 지지하기 위한 후프 구조체(30), 및 림(10)의 외부 반경의 제 1 축방향 한정부에 고정된 플라이 구조체(60)를 포함할 수도 있고, 이 플라이 구조체(60)는 반경 방향 내향으로 그리고 후프 구조체와 트레드 부분 사이에서 연장되고, 후프 구조체와 트레드 부분 사이로부터, 림의 외부 반경의 제 2 축방향 제한부까지 반경 방향 내향으로 추가로 연장된다. 트레드 부분(20)은 플라이 구조체(60)의 반경 방향 외부면(62)에 고정될 수도 있다. 후프 구조체(30)는 플라이 구조체(60)의 반경 방향 내부면(64)에 고정될 수도 있다. 림(1)에 대한 플라이 구조체(60)의 부착은 많은 방법으로 달성될 수도 있다. 예를 들어, 차량 림(1)은 제 1 클램프(3) 및 제 2 클램프(5)를 구비할 수도 있다. 제 1 클램프(3)는 플라이 구조체(60)의 제 1 부분(65)을 압착 및 고정할 수도 있다. 제 2 클램프(5)는 플라이 구조체(60)의 제 2 부분(66)을 압착 및 고정할 수도 있다.
대안적으로, 제 1 클램프(3)는 플라이 구조체(60)의 제 1 부분(65) 및 제 1 링(도시되지 않음) 양자를 압착 및 고정할 수도 있고, 따라서, (예를 들면, 종래의 비드 구조체와 같이) 제 1 링이 신장 불가능하게 될 필요를 제거한다. 제 2 클램프(5)는 플라이 구조체(60)의 제 2 부분(66) 및 제 2 링(도시되지 않음) 양자를 압착 및 고정할 수도 있고, 따라서, (예를 들면, 종래의 비드 구조체와 같이) 제 2 링이 신장 불가능하게 될 필요를 제거한다. 그러므로, 사용되는 경우, 비-하중 베어링 제 1 및 제 2 링은 매우 저가의 폴리머 O-링과 같은 저가의 재료일 수도 있다. 또한, 접착제 및 기계적 파스너(4, 6)(예를 들면, 볼트 등)는 또한, 플라이 구조체의 제 1 및 제 2 부분(65, 66)을 압착/고정, 및/또는 제 1 및 제 2 부분(65, 66)에 대한 부착을 보충하는데 사용될 수도 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 플라이 구조체(60)는 제 1 클램프(3)로부터 반경 방향 외향으로, 후프 구조체(30)의 주위로 그리고 제 2 클램프(5)로 연장되는 스트립재(70)에 의해 규정될 수도 있다. 이하에 설명되는 바와 같이, 스트립(70)은 큰 인장 하중 및 매우 작은 압축 하중을 지탱할 수 있는 층상(layered)의 보강된 플라이 재료일 수도 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다른 구조적으로 지지된 타이어(110)는 지면 접촉 환형 트레드 부분(120), 타이어 상의 하중을 지지하기 위한 후프 구조체(130), 및 림(1)의 외부 반경의 하나의 축방향 제한부에 고정된 플라이 구조체(160)를 포함할 수도 있고, 후프 구조체와 트레드 부분 사이에서 반경 방향 외향으로 연장되고, 후프 구조체와 트레드 부분 사이로부터 림의 외부 반경의 제 2 축방향 제한부까지 반경 방향 내향으로 추가로 연장된다. 트레드 부분(120)은 플라이 구조체(160)의 반경 방향 외부면(162)에 고정될 수도 있다. 후프 구조체(130)는 플라이 구조체(160)의 반경 방향 내부면(164)에 고정될 수도 있다. 림(1)에 대한 플라이 구조체(160)의 부착은 많은 방법으로 달성될 수도 있다. 예를 들어, 차량 림(1)은 제 1 클램프(103) 및 제 2 클램프(105)를 구비할 수도 있다. 제 1 클램프(103)는 플라이 구조체(160)의 제 1 부분(165)을 압착 및 고정할 수도 있다. 제 2 클램프(105)는 플라이 구조체(160)의 제 2 부분(166)을 압착 및 고정할 수도 있다.
대안적으로, 제 1 클램프(103)는 플라이 구조체(160)의 제 1 부분(165) 및 제 1 링(도시되지 않음) 양자를 압착 및 고정할 수도 있고, 따라서, (예를 들면, 종래의 비드 구조체와 같이) 제 1 링이 신장 불가능하게 될 필요를 제거한다. 제 2 클램프(105)는 플라이 구조체(160)의 제 2 부분(166) 및 제 2 링(도시되지 않음) 양자를 압착 및 고정할 수도 있고, 따라서, (예를 들면, 종래의 비드 구조체와 같이) 제 2 링이 신장 불가능하게 될 필요를 제거한다. 그러므로, 사용되는 경우, 제 1 및 제 2 링은 매우 저가의 폴리머 O-링과 같은 저가의 재료일 수도 있다. 또한, 접착제 및 기계적 파스너(104, 106)(예를 들면, 볼트 등)는 또한, 플라이 구조체(160)의 제 1 및 제 2 부분(165, 166)을 압착/고정, 및/또는 제 1 및 제 2 부분(165, 166)에 대한 부착을 보충하는데 사용될 수도 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 플라이 구조체(160)는 스트립재(170)에 의해 규정될 수도 있다. 일례의 스트립(170)은 스트립(170)의 제 1 단부(172)로부터 제 1 클램프(103)로 연장될 수도 있다. 그 다음에, 일례의 스트립(170)은 자체적으로 뒤로 절첩되고, 반경 방향 외향으로, 후프 구조체(130) 주위로 그리고 제 2 클램프(105)로 연장될 수도 있다. 그 다음에, 일례의 스트립(170)은 스스로 뒤로 절첩되고, 후프 구조체(130)를 너머서 반경 방향 외향으로, 그리고 일례의 스트립(170)의 제 2 단부(174)로 연장된다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 갭(176)은 스트립(170)의 단부(172, 174)에 의해 규정될 수도 있다. 대안적으로, 플라이 구조체(160)는 전체 플라이 구조체(160)에 대한 단부(172, 174) 사이에 단일의 갭(176)만을 남기는 플라이 재료의 단일의 스트립(170)으로 구성될 수도 있다. 이하에 설명되는 바와 같이, 스트립(170)은 큰 인장 하중 및 매우 작은 압축 하중을 지탱할 수 있는 층상의 보강된 플라이 재료일 수도 있다.
상술된 바와 같이, 타이어(10 또는 110)는 후프 구조체, 또는 시어 밴드(30 또는 130) 및 플라이 구조체(60 또는 160)를 포함할 수도 있다. 플라이 구조체(60 또는 160)는 종래의 비드 직경으로 만들어질 수도 있고, 그 다음에, 시어 밴드(30 또는 130)에 걸쳐서 스트레칭(stretch up)될 수도 있다. 플라이 구조체(60 또는 160)의 경로는 시어 밴드(30 또는 130)의 반경 방향 최외부 부분으로부터 반경 방향 내향으로 연장될 수도 있다. 이는 시어 밴드(30 또는 130)로의 측방향 힘을 제공하도록 플라이 코드를 보강하는 것을 허용하고, 또한, 플라이 구조체(60 또는 160)의 반경 방향 외부 부분과 시어 밴드의 반경 방향 내부 부분 사이의 임의의 갭의 부분을 채우는 것을 허용할 수도 있다. θ각은 플라이 구조체(60 또는 160)에서의 인장력을 조정하도록 변경될 수도 있고, 또한, 타이어(10 또는 110) 전체의 측방향 강성을 향상 및/또는 조정할 수도 있다. 또한, θ각은 0도, 또는 소망되는 경우에 심지어 마이너스(도시되지 않음)일 수도 있다. 따라서, θ각은 임의의 종래의 구조적으로 지지된, 비-공기 또는 공기 타이어에 부족한 중요한 조정 파라미터를 제공한다.
본 발명에 따른 방법은 하중을 비-공기적으로 지지할 수도 있다. 본 방법은 단일 플라이 구조체(60, 160)를 차량 림(1)에 고정하는 단계와, 단일 플라이 구조체를 차량 림에 클램핑하는 단계와, 단일 플라이 구조체(60, 160)를 후프 구조체(30 또는 130)의 반경 방향 외부면(62, 162)으로 연장시키는 단계와, 단일 플라이 구조체(60, 160)를 후프 구조체(30, 130)의 반경 방향 외부면(62, 162)으로부터 차량 림(1)으로 추가로 연장시키는 단계와, 단일 플라이 구조체(60, 160)를 차량 림(1)에 고정시키는 단계와, 후프 구조체(30, 130)의 후프 압축력 및 플라이 구조체(60, 160)의 일부의 인장력에 의해 하중을 지지하는 단계를 포함할 수도 있다.
보강된 환형 밴드 또는 후프 구조체(30, 130)는 트레드 부분(20, 120)의 반경 방향 내향으로 배치될 수도 있다. 환형 밴드(30, 130)는 탄성중합체 시어 층과, 이 탄성중합체 시어 층의 반경 방향 최내부 범위에 부착된 보강 층을 구비하는 제 1 멤브레인과, 탄성중합체 시어 층의 반경 방향 최외부 범위에 부착된 보강 층을 구비하는 제 2 멤브레인을 포함할 수도 있다. 트레드 부분(20, 120)은 홈을 갖지 않을 수 있거나, 사이에 본질적으로 종방향의 트레드 리브(rib)를 형성하는 복수의 종방향으로 배향된 트레드 홈을 가질 수 있다. 리브는 특정 차량 응용의 사용 요건에 적합한 트레드 패턴을 형성하도록 횡방향으로 또는 종방향으로 추가로 분할될 수 있다. 트레드 홈은 타이어의 의도된 사용과 일치하는 임의의 깊이를 가질 수 있다.
제 2 멤브레인은 트레드 홈의 하부로부터 반경 방향 내향으로 트레드 부분(20, 120)의 커팅부(cut) 및 소형 관통부(penetration)로부터 제 2 멤브레인의 구조체를 보호하기에 충분한 거리만큼 오프셋될 수도 있다.
오프셋 거리는 타이어(10, 110)의 의도된 사용에 따라 증가 또는 감소될 수도 있다. 예를 들어, 대형 트럭 타이어는 약 5㎜ 내지 7㎜의 오프셋 거리를 사용할 수도 있다.
제 1 및 제 2 멤브레인의 각각의 층은 기본적으로 탄성중합체 코팅 내에 매설된 신장 불가능한 보강 코드를 포함할 수도 있다. 탄성중합체 재료로 구성된 타이어에 대해서, 멤브레인은 탄성중합체 재료의 가황(vulcanization)에 의해 시어 층에 부착될 수도 있다. 멤브레인은 화학적 또는 접착 본딩 또는 기계적 고정의 임의의 다른 적합한 방법에 의해 시어 층에 부착될 수도 있다.
제 1 및 제 2 멤브레인의 보강 코드는 강철, 아라미드, 및/또는 다른 고 모듈러스 텍스타일(high modulus textile)의 단일섬유(monofilament) 또는 코드와 같은 적합한 타이어 벨트 보강재일 수도 있다. 예를 들어, 보강 코드는 0.28㎜ 직경의 4개의 와이어(4×0.28)의 강철 코드일 수도 있다. 보강 코드가 각각의 멤브레인에 대해 달라질 수도 있지만, 환형 밴드에 의해 요구되는 인장 강성, 굽힘 강성 및 압축 버클링 저항에 대한 필요조건을 충족하는 임의의 적합한 재료가 멤브레인을 위해 채용될 수도 있다. 또한, 멤브레인 구조체는 균일 재료, 섬유 강화 매트릭스(fiber reinforced matrix), 또는 별개의 보강 요소(예를 들면, 단섬유, 나노튜브 등)를 구비하는 층(layer)일 수도 있다.
제 1 멤브레인에 있어서, 층은 타이어 적도 평면에 대한 각도로 배향된 기본적으로 병렬 코드를 구비할 수도 있고, 각각의 인접한 층의 코드는 대향 배향을 가질 수도 있다. 이는, 하나의 층에서는 +α각, 그리고 다른 인접한 층에서는, -α각이다. 유사하게, 제 2 멤브레인에 대해서, 층은 적도 평면에 대해 +β각 그리고 -β각으로 각각 배향된 기본적으로 병렬 코드를 구비할 수도 있다. α각 및 β각은 약 -5° 내지 약 +5°의 범위 내에 있을 수도 있다. 대안적으로, 멤브레인 내에서 인접한 층의 코드는 동일 각 및 대향 각으로 배향되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 인접한 층의 코드가 타이어 적도 평면에 대해 비대칭인 것이 바람직할 수도 있다. 각각의 층의 코드는 약 20㎫의 전단 모듈러스를 갖는 탄성중합체 코팅 층 내에 매설될 수도 있다. 환형 밴드의 변형은 주로 시어 층 내에서의 전단 변형에 의한 것이도록, 코팅 층의 전단 모듈러스는 시어 층의 전단 모듈러스보다 클 수도 있다.
타이어 향상의 수직 편향이 증가함에 따라, 제 2 멤브레인의 압축 응력이 임계 버클링(buckling)을 초과하고, 제 2 멤브레인의 종방향 버클링이 발생할 수도 있도록, 접촉 길이 또는 풋프린트는 증가할 수도 있다. 이러한 버클링 현상은 풋프린트 구역의 종방향으로 연장되는 섹션이 감소된 접지 압력(contact pressure)을 갖게 할 수도 있다. 풋프린트의 길이 전체에 걸친 보다 균일한 접지 압력(ground contact pressure)은 멤브레인의 버클링이 경감 및/또는 회피될 때에 얻어질 수도 있다.
후프 구조체(30, 130)는 이 후프 구조체의 후프 압축력에 의해 적절한 하중을 지지할 수 있는 한, 상술된 환형 밴드, 환상체(annular), 금속, 폴리머, 고무, 강화 고무, 또는 섬유의 균질의 후프, 및/또는 대체 강철 코드 플라이 또는 필라멘트 플라이, 및 고무 시어 층의 다층 구조체와 유사할 수도 있다. 타이어(10, 110)가 완전히 구성되면, 후프 구조체(30, 130)는 타이어의 전체 구조(예를 들면, 마찰, 기계적 구속 등)에 의해, 또는 접착제에 의해 플라이 구조체(60, 160)의 반경 방향 내부면(64, 164)에 고정될 수도 있다. 이것은, 연결 구조체가 플라이, 가압 공기 및 플라이의 조합, 스포크, 또는 다른 웨브 형상부이더라도, 후프 구조체가 오로지 연결 구조체의 반경 방향 외부면에 연결되는 종래의 공기 및 비-공기 타이어와 상이하다. 본 발명에 따른 타이어(10, 110)에 의해, 플라이 구조체(60, 160)와 후프 구조체(30, 130) 사이의 인터페이스가 압축 시에, 인장 플라이 하중이 가장 큰 풋프린트(예를 들면, 타이어의 상부)로부터 180도로 있다.
시어 밴드(30, 130)의 재료는 15㎫ 내지 80㎫, 또는 40㎫ 내지 60㎫의 범위 내에 있는 전단 모듈러스를 가질 수도 있다. 전단 모듈러스는 순수 전단 변형 시험을 이용하고, 응력 및 변형(strain)을 기록하며 생성된 응력-변형 곡선의 경사를 결정하여 규정된다. 이는 최대 EI 및 최소 GA에 바람직할 수도 있다. 종래의 타이어에 대한 GA/EI의 허용가능한 비는 0.01 내지 20.0 사이일 수도 있다. 그러나, 본 발명에 따른 시어 밴드(30, 130)에 대한 GA/EI의 허용가능한 비는 0.02 내지 100.0, 또는 21.0 내지 100.0 사이, 또는 1.0 내지 50.0 사이일 수도 있다.
트레드 부분(20, 120)은 접착제에 의해 플라이 구조체(60)의 반경 방향 외부면(62, 162)에 고정될 수도 있다. 후프 구조체(30, 130)는 소망되는 바와 같이, 만곡된 트레드 부분(20, 120)을 생성하는 오목, 또는 도넛 형상(toroidal shape)을 가질 수도 있다. 이에 의해, 후프 구조체(30, 130) 및 플라이 구조체(60, 160)는 대기로 개방 및/또는 비가압(unpressurized)될 수도 있고, 안될 수도 있는 공동(68, 168)을 규정할 수도 있다. 트레드 부분(20, 120)이 사용으로 적합하게 마모되었을 때, 전체 차량 림/타이어 조립체(1, 10, 110)는 조립된 채로 있으면서, 트레드 부분의 나머지가 연마(ground down)되고, 종래의 리트레딩(retreading) 프로세스와 유사한 새로운 트레드 부분으로 대체된다.
상술된 바와 같이, 차량 림(1)은 클램프(3, 5, 103, 105) 사이의 축방향 거리를 조정하는 능력을 가질 수도 있다. 이러한 조정은 클램프(3, 5, 103, 105)와 후프 구조체(30, 130) 사이의 플라이 구조체(60, 160)의 인장력 및 각도를 달라지게 할 수도 있어서, 이에 의해, 하중 하에서 회전하는 동안에 타이어(10, 110)의 풋프린트 특성을 달라지게 한다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 클램프(3, 5, 103, 105) 사이의 축방향 거리를 위한 조정 기구(201)는 플라이 구조체(30, 130)의 부분(65, 66 또는 165, 166) 중 하나와 각각 관련된 2개의 부분(235, 245) 사이의 축방향 길이를 달라지게 하기 위한 나사형 볼트(211) 및 4개의 너트(222)를 포함할 수도 있다. 2개의 부분(235, 245)은 차량 림(1)의 일부일 수도 있고, 아닐 수도 있다.
또한, 적합한 대안의 조정 기구가 또한 사용될 수도 있다. 클램프(3, 5, 103, 105) 사이의 축방향 거리를 위한 다른 조정 기구는 나사형 볼트(211)를, 타이어(10, 110)의 회전축에 작동적으로 연결된 피스톤/실린더 조립체로 대체하는 것을 포함할 수도 있다. 피스톤/실린더 조립체는 클램프(3, 5, 103, 105) 사이의 임의의 소망된 축방향 거리보다 긴 길이를 가질 수도 있다. 피스톤/실린더 조립체의 단부는 클램프(3, 5, 103, 105) 사이의 축방향 거리를 제어하기 위한 링을 각각 나사 결합할 수도 있다.
대안적으로, 피스톤/실린더 조립체의 일단부는 차량 프레임에 부착된 타단부를 갖는 클램프(3, 5, 103, 105) 중 하나 근처의 차량 림(1)에 회전적으로 부착(예를 들면, 용접, 접착제, 볼트 결합 등)될 수도 있다.
상기 명세서를 읽고서 많은 다른 변형이 당업자에게 명백하다는 것을 본 출원인은 이해한다. 이러한 변형 및 다른 변형은 하기의 첨부된 특허청구범위에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위 내에 있다.

Claims (5)

  1. 구조적으로 지지된 타이어에 있어서,
    지면 접촉 환형 트레드 부분과,
    상기 타이어에 대한 하중을 지지하기 위한 환형 후프 구조체와,
    차량 림에 부착하기 위한 수단과,
    제 1 축방향 제한부에 고정되고, 상기 후프 구조체와 상기 트레드 부분 사이에서 반경 방향 외향으로 연장되며, 상기 후프 구조체와 상기 트레드 부분 사이로부터 제 2 축방향 제한부까지 반경 방향 내향으로 추가로 연장되는 플라이 구조체를 포함하며,
    상기 플라이 구조체는 상기 제 1 축방향 제한부 및 제 2 축방향 제한부 양자에 고정되고, 상기 트레드 부분은 상기 플라이 구조체의 반경 방향 외부면에 고정되며, 상기 후프 구조체는 상기 플라이 구조체의 반경 방향 내부면에 고정되는 것을 특징으로 하는
    구조적으로 지지된 타이어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라이 구조체의 내부 반경부는 상기 플라이 구조체의 일부를 각각 포착하는 2개의 기계적인 클램프를 통해 상기 차량 림에 부착되는 것을 특징으로 하는
    구조적으로 지지된 타이어.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라이 구조체의 내부 반경부는 기계적인 클램프를 통해 상기 차량 림에 부착되고, 상기 플라이 구조체가 주위에 절첩되는 링을 추가함으로써 클램핑력이 강화되는 것을 특징으로 하는
    구조적으로 지지된 타이어.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 축방향 제한부와 상기 제 2 축방향 제한부 사이의 축방향 거리는 조정 기구에 의해 감소되고, 그에 따라 상기 축방향 거리는 상기 트레드 부분의 축방향 폭보다 작은 것을 특징으로 하는
    구조적으로 지지된 타이어.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 후프 구조체는 다층으로 구성되어 상기 다층 사이에서의 전단 변형을 허용하는 것을 특징으로 하는
    구조적으로 지지된 타이어.
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