KR101502154B1

KR101502154B1 - 비공기압 바퀴

Info

Publication number: KR101502154B1
Application number: KR1020130030578A
Authority: KR
Inventors: 유화열; 황윤철; 박용필
Original assignee: 유화열; 황윤철; 박용필
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2015-03-13
Also published as: KR20140115690A

Abstract

본 발명은 비공기압 바퀴에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비공기압 바퀴에 구비되는 스포크(spoke)의 사이에 지지부재를 착탈 가능하도록 끼움 결합시킴으로써 기존 비공기압 바퀴의 장점을 유지하면서도 바퀴에 가해지는 하중을 원주방향으로 분산시킬 수 있도록 하여 쿠션 기능을 향상시킬 수 있도록 함과 동시에 내구성을 향상시킬 수 있도록 하는 비공기압 바퀴에 관한 것이다.
본 발명은 외륜, 내륜 및 외륜과 내륜의 사이에 연결 설치되는 스포크부를 포함하는 비공기압 바퀴에 있어서, 상기 스포크부의 사이에는 스포크부의 팽창을 제한하기 위한 지지부재가 삽입 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

비공기압 바퀴 {Non-pneumatic wheels}

본 발명은 비공기압 바퀴에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비공기압 바퀴에 구비되는 스포크(spoke)의 사이에 지지부재를 착탈 가능하도록 끼움 결합시킴으로써 기존 비공기압 바퀴의 장점을 유지하면서도 바퀴에 가해지는 하중을 원주방향으로 분산시킬 수 있도록 하여 쿠션 기능을 향상시킬 수 있도록 함과 동시에 내구성을 향상시킬 수 있도록 하는 비공기압 바퀴에 관한 것이다.

일반적으로, 비공기압 바퀴는 기존의 공기압 바퀴 또는 타이어와는 다르게 스포크(spoke)를 이용하여 공기압의 역할을 대체할 수 있도록 하는 새로운 형식의 바퀴로, 압축공기를 사용하지 않으므로 주행 중 펑크 또는 공기압 저하로 인한 사고의 발생을 예방할 수 있는 장점을 갖는다.

또한, 비공기압 바퀴는 보통 사용되는 재료의 개수가 더 적고, 그 구조적인 설계가 단순할 뿐만 아니라, 공기가 존재하지 않는 우주에서도 사용이 가능하므로 최근 들어 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다.

이와 같은 비공기압 바퀴의 일실시예로 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0063616호에는 비공기압 타이어가 게재되어 있는데, 그 주요 기술적 구성은 도 1에 나타낸 바와 같이, 지면에 접지되는 트레드부(11)와; 이 트레드부(11)를 지지하는 환형 밴드부(12); 이 환형 밴드부(12)와 반경방향으로 이격되어 차량 허브(13)에 장착되는 휠 부(14)와; 이 휠 부(14)와 환형밴드부(12) 사이에 구비된 다수의 스포크부(15)를 포함하는 비공기압 타이어에 있어서, 상기 스포크부(15)가 휠 부(14)의 외주면에서 소정 곡률로 겹쳐서 연장형성된 복수의 아치형 스포크부(15a)와, 이 아치형 스포크부(15a)의 외주면과 환형 밴드부(12)의 내주면 사이에서 반경방향으로 연결된 직선형 스포크부(15b)로 이루어진 것에 그 특징이 있다.

즉, 상기 구성은 아치형 스포크부(15a)가 원주상으로 복수개로 배열되어 하중 지지력을 향상시켜, 타이어의 압축시 좌굴을 방지할 수 있도록 구성된 것에 특징이 있으나, 타이어가 압력 또는 충격을 받는 경우 변형의 정도가 심해 주행안정성이 저하되고, 타이어가 원상태로 복귀되기 까지 소요되는 시간도 오래 걸리게 되는 문제점이 있다.

또한, 이러한 문제점을 해결하기 위한 종래 기술로 대한민국 등록특허공보 제10-1032001호에는 에어리스 타이어가 게재되어 있는데, 그 주요 기술적 구성은 도 2에 나타낸 바와 같이, 스포크 완충부(30)가, 지면접촉부(10)에서 회전축고정부(20)를 향해 연장되어 있고 복수 개의 돌출부(31a, 31b, 32a, 32b)를 가지며 방사형으로 배열되어 있는 복수 개의 방사형격벽(31, 32) 및 상기 배열된 방사형격벽(31, 32) 사이에 위치되어 복수 개의 방사형격벽(31, 32)을 연결하되, 각각의 방사형격벽(31, 32)에 형성된 돌출부(31a, 31b, 32a, 32b)가 서로 반대 방향을 향하고 있는 지점간을 연결하는 복수 개의 연결격벽(33, 34)을 통해 복수 개의 공간을 갖는 오제틱 구조를 이루면서 상기 지면접촉부(10)와 회전축고정부(20)를 연결하고 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성은 돌출부(31a, 31b, 32a, 32b) 사이에 연결격벽(33, 34)을 일체로 형성하여 타이어가 압력이나 충격 등으로 인해 변형됨에 있어 타이어로서의 기능을 온전히 수행할 수 있을 정도로만 변형되고, 압력이나 충격이 제거되었을 때 원래의 형태로 복원되는 복원력이 향상될 수 있도록 구성된 것에 특징이 있으나, 연결격벽(33,34)이 방사형격벽(31,32)에 일체로 형성되어 있어 타이어가 압력 또는 충격을 받는 경우 연결격벽(33,34)에서는 반복교대응력(repeated alternating stress)을 받게 되어 피로(fatigue)에 의해 내구성이 떨어지게 되고, 반복하중에 의해 소성변형이 발생될 우려가 있는 등의 문제점이 있다.

또한, 상기 구성은 그 형상이 복잡하여 제조비용이 많이 소요되고, 연결격벽(33,34)이 방사형격벽(31,32)에 일체로 형성되어 있으므로 그 사용이 제한적인 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 비공기압 바퀴에 구비되는 스포크부의 사이에 지지부재를 착탈 가능하도록 끼움 결합시킴으로써 기존 비공기압 바퀴의 장점을 유지하면서도 바퀴에 가해지는 하중을 원주방향으로 분산시킬 수 있도록 하여 쿠션 기능을 향상시킬 수 있도록 함과 동시에 내구성을 향상시킬 수 있도록 하는 비공기압 바퀴를 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 스포크의 사이에 삽입 설치되는 지지부재에 의해 탄성변형부의 팽창을 제한함으로써 바퀴의 구동방향으로 발생되는 하중을 수직방향, 즉 원주방향으로 분산시킬 수 있게 되어 구동저항을 줄일 수 있도록 하는 비공기압 바퀴를 제공함에 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,

외륜, 내륜 및 외륜과 내륜의 사이에 연결 설치되는 스포크부를 포함하는 비공기압 바퀴에 있어서, 상기 스포크부의 사이에는 스포크부의 팽창을 제한하기 위한 지지부재가 삽입 설치되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 스포크부는 내륜의 외주면에 수직방향으로 연결되는 하중전달부와, 상기 하중전달부와 외륜의 내주면 사이에 S자형으로 절곡 형성되는 탄성변형부로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 탄성변형부는 서로 반대 방향으로 절곡 형성되는 제1부재와 제2부재로 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 지지부재는 제1부재와 제2부재 사이의 간격이 최대가 되는 곳에 삽입 설치된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1부재와 제2부재의 사이에는 하나 이상의 교차점이 형성되고, 상기 교차점에는 걸림부재가 돌출 형성되며, 상기 지지부재에는 걸림부재에 끼움 결합되는 결합홀이 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 지지부재는 양측 가장자리 부분의 폭이 넓고, 중앙 부분의 폭이 좁은 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 내륜과 외륜 사이의 양측면부에 결합되는 덮개부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 내륜의 외주면에는 걸림턱이 형성되고, 상기 덮개부재에는 걸림턱에 걸림 결합되는 걸림편이 돌출 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 스포크부의 사이에 스포크부의 팽창을 제한하는 지지부재를 착탈 가능하도록 끼움 결합하여 바퀴에 가해지는 하중을 원주방향으로 분산시킬 수 있도록 함으로써 탄성이 발생되는 범위가 보다 넓게 형성되도록 하여 바퀴의 쿠션효과를 극대화시킬 수 있는 뛰어난 효과를 갖는다.

또한, 본 발명에 따르면 바퀴의 쿠션 효과를 극대화함으로써 바퀴의 구동시 발생되는 진동 및 소음을 저감시킬 수 있는 효과를 추가로 갖는다.

또한, 본 발명에 따르면 스포크의 사이에 삽입 설치되는 지지부재에 의해 탄성변형부의 팽창을 제한함으로써 바퀴의 구동방향으로 발생되는 하중을 수직방향, 즉 원주방향으로 분산시킬 수 있게 되어 구동저항을 줄일 수 있는 효과를 추가로 갖는다.

또한, 본 발명에 따르면 스포크부의 사이에 삽입 설치되는 지지부재를 착탈이 가능하도록 구성하여 선택적으로 사용할 수 있으므로 캐스터용 바퀴, 자동차용 타이어 및 철도 차륜 등 다양한 분야에 적용할 수 있는 효과를 추가로 갖는다.

도 1은 종래의 비공기압 타이어를 나타낸 정면도.
도 2는 종래의 에어리스 타이어를 나타낸 정면도.
도 3은 본 발명에 따른 비공기압 바퀴의 일실시예를 나타낸 분리 사시도.
도 4는 도 3에 나타낸 본 발명 중 지지부재가 바퀴에 결합된 모습을 나타낸 정면도.
도 5는 도 3에 나타낸 본 발명 중 지지부재를 나타낸 정면도.
도 6은 본 발명에 따른 비공기압 바퀴의 다른 실시예를 나타낸 분리 사시도.
도 7은 도 6에 나타낸 본 발명이 결합된 모습을 나타낸 정면도.
도 8은 본 발명에 따른 비공기압 바퀴의 또 다른 실시예를 나타낸 정면도.
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 비공기압 바퀴의 구조해석 결과를 나타낸 도면.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 비공기압 바퀴의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 비공기압 바퀴의 일실시예를 나타낸 분리 사시도이고, 도 4는 도 3에 나타낸 본 발명 중 지지부재가 바퀴에 결합된 모습을 나타낸 정면도이며, 도 5는 도 3에 나타낸 본 발명 중 지지부재를 나타낸 정면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 비공기압 바퀴의 다른 실시예를 나타낸 분리 사시도이며, 도 7은 도 6에 나타낸 본 발명이 결합된 모습을 나타낸 정면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 비공기압 바퀴의 또 다른 실시예를 나타낸 정면도이며, 도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 비공기압 바퀴의 구조해석 결과를 나타낸 도면이다.

본 발명은 비공기압 바퀴에 구비되는 스포크(spoke)의 사이에 지지부재를 착탈 가능하도록 끼움 결합시킴으로써 기존 비공기압 바퀴의 장점을 유지하면서도 바퀴에 가해지는 하중을 원주방향으로 지지할 수 있도록 하여 진동 및 구동저항을 감소시킬 수 있도록 함과 동시에 내구성을 향상시킬 수 있도록 하는 비공기압 바퀴(100)에 관한 것으로, 그 구성은 도 3에 나타낸 바와 같이, 크게 외륜(110), 내륜(120), 스포크부(130) 및 지지부재(140)를 포함하여 이루어진다.

보다 상세히 설명하면, 상기 외륜(110)은 지면에 접촉되는 것으로 일정한 두께와 폭을 갖는 원통 형상으로 이루어진다.

다음, 상기 내륜(120)은 외륜(110)의 내측에 동심원 상으로 설치되는 것으로, 외륜(110)과 마찬가지로 일정한 두께와 폭을 갖는 원통 형상으로 이루어져 그 내측으로 바퀴(100)를 회전시킬 수 있도록 하는 회전축(미도시)이 삽입 결합된다.

다음, 상기 스포크부(130)는 외륜(110)과 내륜(120)의 사이에 연결 설치되어 바퀴(100)의 구동시 가해지는 충격을 완화시키는 역할을 하는 것으로, 외륜(110)의 내주면과 내륜(120)의 외주면 사이에 연결 설치되는 다수 개의 부재들로 이루어진다.

이때, 상기 스포크부(130)는 하중전달부(132)와 탄성변형부(134)로 구성되는데, 상기 하중전달부(132)는 내륜(120)의 외주면에 수직방향으로 연결 설치되어 바퀴(100)의 구동시 외륜(110)으로부터 전해져 오는 하중을 중심축 방향, 즉 내륜(120) 방향으로 전달하는 역할을 하는 것이고, 상기 탄성변형부(134)는 하중전달부(132)와 외륜(110)의 내주면 사이에 연결 설치되어 외륜(110)으로부터 전달되는 하중을 수평방향 및 하중전달부(132) 방향으로 전달함과 동시에 하중이 제거되었을 때 바퀴(100)의 형상이 원상태로 복귀될 수 있도록 탄성을 제공하는 역할을 하는 것이다.

즉, 상기 탄성변형부(134)는 하중전달부(132)와 외륜(110)의 내주면 사이에 S자 형상으로 절곡 형성되어 외륜(110)에 하중이 가해지는 경우 압축되면서 하중을 경감시킴과 동시에 수평방향과 수직방향으로 하중을 분산하여 전달함으로써 바퀴(100)에 작용하는 응력분포가 고르게 나타나도록 하여 내구성을 향상시키고, 진동 및 소음발생을 저감시킬 수 있게 되는 것이다.

또한, 하나의 하중전달부(132)에는 두 개의 탄성변형부(134)가 연결 설치됨으로써, 바퀴(100)에 가해지는 하중에 대한 지지력을 향상시킬 수 있도록 함과 동시에 하중 분산 효과를 향상시킬 수 있도록 구성되어 있다.

즉, 상기 탄성변형부(134)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 서로 반대 방향으로 절곡 형성되는 S자 형상의 제1부재(134a)와

자 형상의 제2부재(134b)(바퀴(100)의 아래쪽 부분 기준)로 분리 구성되어 제1부재(134a)와 제2부재(134b)의 일측 단부가 하중전달부(132)에서 만나도록 형성됨으로써 바퀴(100)의 구동시 가해지는 하중에 대한 충격 흡수력, 지지력 및 하중 분산 효과를 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

이때, 본 발명에 따른 비공기압 바퀴(100)의 다른 실시예에 의하면, 도 6에 나타낸 바와 같이, 제1부재(134a)와 제2부재(134b)의 사이에 교차점(136)이 형성되도록 함으로써 바퀴(100)의 구동시 가해지는 하중에 대한 충격 흡수력, 지지력 및 하중 분산 효과를 보다 더 향상시킬 수 있도록 구성할 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 비공기압 바퀴(100)의 또 다른 실시예에 의하면, 도 8에 나타낸 바와 같이, 제1부재(134a)와 제2부재(134b)의 사이에 두 개의 교차점(136)이 형성되도록 함으로써 바퀴(100)의 구동시 발생되는 쿠션 효과가 보다 향상되도록 구성할 수도 있으며, 도시하지는 않았지만 바퀴(100)의 크기에 따라 제1부재(134a)와 제2부재(134b)의 사이에 다수 개의 교차점(136)이 형성될 수 있도록 제1부재(134a)와 제2부재(134b)의 형상을 변형시킬 수도 있음은 물론이다.

다음, 상기 지지부재(140)는 스포크부(130)의 사이에 원주 방향으로 착탈 가능하도록 삽입 설치되어 스포크부(130)의 팽창을 제한함으로써 바퀴(100)에 가해지는 하중을 원주방향(수평방향)으로 전달할 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.

보다 상세히 설명하면, 상기 지지부재(140)는 스포크부(130)의 탄성변형부(134) 사이에 삽입 설치되는 것으로, 바퀴(100)에 하중이 가해지는 경우 탄성변형부(134)가 압축되는 것은 허용하지만 탄성변형부(134)가 팽창되는 것은 제한함으로써 바퀴(100)에 가해지는 하중이 수평방향 즉, 원주방향을 따라 분산되도록 하는 것이다.

즉, 바퀴(100)의 중심축에서 지면에 수직한 방향으로 하중이 작용하는 경우, 바퀴(100)의 지면과 접촉되는 부분은 압축되는데, 이때 하중이 가해지는 방향과 수직을 이루는 방향 즉, 도 4에서의 좌,우측 방향은 일반적으로 팽창하려는 경향을 보이게 된다.

이때, 바퀴(100)의 좌,우측 방향이 팽창하기 위해서는 외륜(110)과 내륜(120)의 사이에 연결 설치된 스포크부(130), 즉 탄성변형부(134)가 팽창하여야 하지만, 탄성변형부(134)의 사이에 삽입 설치된 지지부재(140)에 의해 탄성변형부(134)의 팽창이 제한되므로 탄성변형부(134)를 팽창시키려는 힘, 즉 반경방향의 힘은 원주방향으로 분산되고, 그에 따라 바퀴(100)에서 탄성이 발생되는 범위가 보다 넓게 형성되어 바퀴(100) 전체가 스프링의 역할을 할 수 있게 되므로 쿠션 기능이 월등히 향상될 수 있는 것이다.

또한, 상기와 같은 힘의 분산은 바퀴(100)가 진행하는 방향으로의 힘을 수직한 방향 즉, 원주 방향으로 분산시키는 것을 의미하는 것이므로 바퀴(100) 구동시에 발생되는 구동저항을 줄일 수 있음을 의미한다.

한편, 상기 지지부재(140)는 탄성변형부(134)를 구성하는 제1부재(134a)와 제2부재(134b) 사이의 거리가 최대가 되는 곳에 삽입 설치되는 것이 바람직한데, 그 이유는 제1부재(134a)와 제2부재(134b) 사이의 거리가 최대가 되는 부분이 하중을 가장 많이 받는 부분, 즉 탄성 변형을 발생시키는 부분이므로, 제1부재(134a)와 제2부재(134b) 사이의 거리가 최대가 되는 곳에 지지부재(140)를 삽입 설치하여야 전술한 탄성변형부(134)의 팽창 제한 효과를 극대화시킬 수 있기 때문이다.

또한, 상기 지지부재(140)는 탄성변형부(134)의 사이에 원주 방향, 즉 하중이 가해지는 방향과 수직을 이루는 방향으로 삽입 설치되는 것이므로 바퀴(100)에 하중이 가해지는 경우 지지부재(140) 자체가 하중을 지지하는 역할 및 하중을 원주방향으로 분산시키는 역할을 하게 된다.

그리고, 상기 제1부재(134a) 및 제2부재(134b)와 지지부재(140)는 서로 일체로 형성된 것이 아니므로, 상기와 같이 바퀴(100)의 중심부에서 지면에 수직한 방향으로 하중이 가해지는 경우, 하중이 가해지는 방향에 위치된 제1부재(134a)와 제2부재(134b)는 지지부재(140)에 의해 구속되지 않게 되고, 그에 따라 하중을 어느 정도 회피할 수 있게 되어 내구성을 향상시킬 수 있게 됨은 물론, 탄성변형부(134)의 자유로운 압축으로 인한 바퀴(100)의 쿠션 기능 향상 효과를 얻을 수 있게 된다.

이때, 상기 지지부재(140)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 서로 이웃하는 제1부재(134a)와 제2부재(134b) 사이의 거리가 최대가 되는 곳에 이중 구조로 삽입 설치될 수도 있고, 도 6에 나타낸 바와 같이, 제1부재(134a)와 제2부재(134b)의 사이에 하나의 교차점(136)이 존재하는 경우에는 상기 교차점(136)에 의해 형성되는 폐쇄된 공간부 내측의 제1부재(134a)와 제2부재(134b) 사이의 거리가 최대가 되는 곳에만 삽입 설치될 수도 있다.

또한, 도시하지는 않았지만, 상기 지지부재(140)는 착탈이 가능한 구조이므로 필요에 따라 제1부재(134a)와 제2부재(134b) 사이의 거리가 최대가 되는 곳 중 일부에만 지지부재(140)를 삽입 설치할 수도 있고, 상기 지지부재(140)를 제1부재(134a)와 제2부재(134b) 사이의 교차점(136)에 의해 형성된 폐쇄된 공간부 내측에 채워지는 탄성 충진재 등으로 대체할 수도 있음은 물론이다.

한편, 상기 지지부재(140)는 도 5에 나타낸 바와 같이, 양측 가장자리 부분의 폭이 넓고 중앙 부분의 폭이 좁게 형성되는 것이 바람직한데, 그 이유는 바퀴(100)의 구동과정에서 지지부재(140)의 이탈을 방지하기 위함이다.

즉, 바퀴(100)에 작용하는 하중에 의해 탄성변형부(134)가 압축되는 경우, 제1부재(134a)와 제2부재(134b)의 사이에 삽입 설치된 지지부재(140)가 이탈될 우려가 있으므로, 탄성변형부(134)의 양측 가장자리부의 폭을 중앙 부분보다 넓게 형성시킴으로써 탄성변형부(134)가 어느 정도 압축되더라도 지지부재(140)가 이탈되지 않도록 하는 것이다.

또한, 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 제1부재(134a)와 제2부재(134b)의 사이에 교차점(136)이 형성된 경우에는 교차점(136) 부위에 걸림부재(136a)를 돌출 형성하고, 지지부재(140)의 내측에 상기 걸림부재(136a)에 끼움 결합되는 결합홀(142)을 형성시킴으로써 지지부재(140)가 제1부재(134a)와 제2부재(134b)의 사이에서 이탈되는 것을 원천적으로 방지할 수도 있다.

한편, 도 3에 나타낸 바와 같이, 바퀴(100)의 양 측면부에는 덮개부재(150)가 결합될 수 있는데, 상기 덮개부재(150)는 내륜(120)과 외륜(110) 사이의 양 측면부에 결합되어 내륜(120)과 외륜(110) 사이에 형성되는 공간부 내측으로 이물질이 투입되는 것을 방지하는 역할을 하는 것이다.

즉, 바퀴(100)의 구동 도중 내륜(120)과 외륜(110) 사이의 공간부, 특히 스포크부(130)의 사이에 이물질이 투입되어 걸리게 되는 경우, 스포크부(130)의 형상이 변형되거나 바퀴(100)의 구동 성능이 떨어지게 되므로 이를 방지하기 위하여 내륜(120)과 외륜(110) 사이의 양 측면부에 덮개부재(150)를 결합시키는 것이다.

이때, 상기 덮개부재(150)의 결합 방법으로는 다양한 방법이 사용될 수 있으나, 본 발명에서는 덮개부재(150)의 탈착이 용이하도록 하기 위하여 내륜(120)의 외주면에 걸림턱(122)을 형성하고, 덮개부재(150)에는 걸림편(152)을 돌출 형성하여, 상기 걸림편(152)의 단부에 형성되는 단턱부(152a)가 걸림턱(122)에 걸림 결합될 수 있도록 구성하였다.

한편, 본 발명에 따른 비공기압 바퀴(100)의 성능을 테스트하기 위하여 2차원 평면변형(Plain Strain) 조건하에서 구조해석을 실시하였다.

구조해석 소프트웨어로는 ABAQUS v10.1을 사용하였으며, 도 6 및 도 7에 도시된 실시예를 기준으로 하여 바퀴(100)의 중심 부분에서 지면을 향해 수직 방향으로 하중을 부여하였고, 바퀴(100)의 재질로는 내구성 및 내마모성이 우수하고, 인장강도가 뛰어나며 신축성 즉 탄성이 좋은 Nylon 6을 사용하였다.

먼저, 도 9는 바퀴(100)의 중심부에 각각 1kg, 5kg, 6kg, 60kg, 100kg의 하중을 부가하였을 때의 구조해석 결과 즉, 응력의 분포를 무부하상태와 비교하여 나타낸 것으로, 상대적으로 작은 크기의 하중이 부가되었을 때 응력의 분포가 바퀴(100)에 고르게 분포된 것을 확인할 수 있다.

즉, 제1부재(134a)와 제2부재(134b)의 삽입 설치된 지지부재(140)에 의해 하중이 원주방향을 따라 분산되므로 하중이 바퀴(100)의 상부까지 전달되어 바퀴(100) 전체가 탄성체의 역할을 하게 되어 뛰어난 쿠션 기능을 보이는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 작은 크기의 하중이 부가되었을 때 바퀴(100)의 양 측면보다는 바퀴(100)의 상,하부에 하중이 주로 분포되는 것을 확인할 수 있는데, 이는 상기 지지부재(140)가 탄성변형부(134)의 팽창을 제한하기 때문에 나타나는 결과로서, 바퀴(100)의 양 측면에서는 하중을 지지하기 보다는 주로 원주방향으로 분산시키는 것을 알 수 있고, 그에 따라 바퀴(100) 구동시에 발생되는 구동저항을 줄일 수 있음을 확인할 수 있다.

반면, 상대적으로 큰 크기의 하중이 부가되었을 때는 응력의 분포가 바퀴(100)의 하부에 집중된 것으로 보여지는데, 이는 부가되는 하중이 커지게 되면 원주방향으로 분산되는 하중의 크기보다 바퀴(100)의 하부에 작용하는 하중의 크기가 상대적으로 많이 크기 때문에 응력의 분포가 잘 표현되지 않은 것으로, 실제로 최대 응력이 발생되는 부분인 탄성변형부(134)의 절곡부 즉, 제1부재(134a) 및 제2부재(134b)와 지지부재(140) 사이의 접촉지점을 자세히 살펴보면, 바퀴(100)의 상부까지 하중이 전달되어 응력이 분포함을 확인할 수 있다.

또한, 도 10은 바퀴(100)의 중심부에 200kg의 수직하중을 부가하였을 때의 응력 분포를 나타낸 것으로, 하단부 응력 분포를 살펴보면 지지부재(140)의 양측 단부가 제1부재(134a)와 제2부재(134b)로부터 이격된 상태를 보이는 것을 확인할 수 있다.

즉, 지지부재(140)가 탄성변형부(134)의 압축을 제한하지 않으므로 하중이 작용하는 방향으로의 압축 변위가 보다 커지게 되고, 그에 따른 하중이 작용하는 방향과 수직을 이루는 방향으로의 팽창은 지지부재(140)에 의해 제한되므로 전체적으로 보다 우수한 쿠션 기능을 보일 수 있게 되는 것이다.

실제로, 바퀴(100)의 중심축에 25kg, 50kg, 100kg 및 200kg의 수직하중을 부가하였을 때, 압축 변위는 각각 0.27mm, 0.46mm, 0.82mm 및 1.5mm의 압축이 발생됨을 확인할 수 있었다.

그리고, 도 10의 상단부 응력 분포에서는 전술한 바와 같이, 탄성변형부(134)의 절곡부 즉, 제1부재(134a) 및 제2부재(134b)와 지지부재(140) 사이의 접촉지점에서 응력이 분포하고 있음을 확인할 수 있다.

따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 비공기압 바퀴(100)에 의하면 스포크부(130)의 사이에 스포크부(130)의 팽창을 제한하는 지지부재(140)를 착탈 가능하도록 끼움 결합하여 바퀴(100)에 가해지는 하중을 원주방향으로 분산시킬 수 있도록 함으로써 탄성이 발생되는 범위가 보다 넓게 형성되도록 하여 바퀴(100)의 쿠션효과를 극대화시킬 수 있고, 그에 따라 바퀴(100)의 구동시 발생되는 진동 및 소음을 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 스포크의 사이에 삽입 설치되는 지지부재(140)에 의해 탄성변형부(134)의 팽창을 제한함으로써 바퀴(100)의 구동방향으로 발생되는 하중을 수직방향, 즉 원주방향으로 분산시킬 수 있게 되어 구동저항을 줄일 수 있는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.

전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명에 따른 비공기압 바퀴를 캐스터용 바퀴, 자동차용 타이어 및 철도 차륜 등 다양한 분야에 적용할 수 있는 등 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

100 : (비공기압) 바퀴 110 : 외륜
120 : 내륜 122 : 걸림턱
130 : 스포크부 132 : 하중전달부
134 : 탄성변형부 134a : 제1부재
134b : 제2부재 136 : 교차점
136a : 걸림부재 140 : 지지부재
142 : 결합홀 150 : 덮개부재
152 : 걸림편 152a : 단턱부

Claims

외륜, 내륜 및 외륜과 내륜의 사이에 연결 설치되는 스포크부를 포함하는 비공기압 바퀴에 있어서,
상기 스포크부는 내륜의 외주면에 수직방향으로 연결되는 하중전달부와, 상기 하중전달부와 외륜의 내주면 사이에 S자형으로 절곡 형성되는 탄성변형부로 구성되고,
상기 스포크부의 사이에는 스포크부의 팽창을 제한하기 위한 지지부재가 원주 방향으로 착탈 가능하도록 삽입 설치되되,
상기 탄성변형부는 서로 반대 방향으로 절곡 형성되는 제1부재와 제2부재로 구성되고,
상기 제1부재와 제2부재의 사이에는 하나 이상의 교차점이 형성되며, 상기 교차점에는 걸림부재가 돌출 형성되고, 상기 지지부재에는 걸림부재에 끼움 결합되는 결합홀이 형성된 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴.
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제 1항에 있어서,
상기 지지부재는 제1부재와 제2부재 사이의 간격이 최대가 되는 곳에 삽입 설치된 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴.
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제 1항에 있어서,
상기 지지부재는 양측 가장자리 부분의 폭이 넓고, 중앙 부분의 폭이 좁은 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴.
제 1항에 있어서,
상기 내륜과 외륜 사이의 양측면부에 결합되는 덮개부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴.
제 7항에 있어서,
상기 내륜의 외주면에는 걸림턱이 형성되고, 상기 덮개부재에는 걸림턱에 걸림 결합되는 걸림편이 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴.