KR101999109B1 - 공기압 유지 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기압 유지 타이어에 관한 것으로써, 특히, 레귤레이터의 제2유입구와 제2배출구 사이에 체크밸브가 배치되어, 타이어의 내압을 유지하면서 펌핑력을 극대화하여 효과적으로 공기를 타이어 내부로 유입시킬 수 있는 공기압 유지 타이어에 관한 것이다.

Description

공기압 유지 타이어{Tire with self-inflation device}

본 발명은 공기압 유지 타이어에 관한 것으로써, 특히, 레귤레이터의 제2유입구와 제2배출구 사이에 체크밸브가 배치되는 공기압 유지 타이어에 관한 것이다.

일반적으로 타이어와 림의 조립체는 시간의 경과에 따라 자연적으로 미소량의 공기가 누설된다.

만약 타이어가 적정 공기압보다 낮을 경우 차량의 핸들링, 제동, 구동 성능의 저하가 초래된다.

이러한 문제를 해결하기 위해 타이어 압력 감지 시스템(TPMS)이 제시되었다. 하지만 종래의 타이어 압력 감지 시스템은, 타이어 압력이 소정 압력 이하로 낮아질 경우 단순히 운전자에게 경고만 해주기 때문에, 정비소까지 주행 중 여전히 주행 사고의 위험이 상존하고, 운전자의 개입이 필요하다는 문제점이 있었다.

타이어 압력 감지 시스템에서 더 나아가 타이어 압력 감소시 운전자의 개입을 요하지 않는 적극적인 타이어 안전장치 개발의 필요성이 제기된 바 있다. 이러한 타이어 안전장치로 공기압을 스스로 유지하는 공기압 유지 타이어(Self-Inflation Tire)가 있다.

공기압 유지 타이어는 공기압이 부족한 경우 타이어의 굽힘과 튜브의 운동에 의해 공기압을 보충하여 공기압을 일정하게 유지한다.

미국등록특허 8,042,586호에는 타이어의 굽힘운동을 이용하여 타이어 단면의 중앙의 내면 또는 타이어 단면의 상부의 외면 또는 타이어 단면의 하부 외면에 튜브가 설치되는 공기압 유지 타이어가 개시되어 있다. 또한, 미국등록특허 8,042,586호에는 타이어의 굽힘운동에 의해 튜브와 휠을 접촉시키도록 타이어 단면의 하부 외면에 튜브가 설치되는 공기압 유지 타이어가 개시되어 있다.

미국등록특허 8,113,254호에는 두 개의 환형 튜브가 T자형 인렛장치와 아웃렛 장치에 의해 연결되는 공기압 유지 타이어가 개시되어 있다. 이러한 종래의 공기압 유지 타이어는 아웃렛 장치에 볼로 이루어진 밸브를 구비하여, 공기압이 일정하게 유지된다.

그러나, 이러한 종래의 공기압 유지 타이어는 타이어 내부로 공기를 유입시킬 때 펌핑력이 타이어의 내압에 의해 손실이 생기는 문제점이 있다.

유럽등록특허 1,648,721호 미국등록특허 8,042,586호 미국등록특허 8,113,254호 미국등록특허 9,205,714호 미국등록특허 8,573,270호

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 타이어의 내압을 유지하면서 펌핑력을 극대화하여 효과적으로 공기를 타이어 내부로 유입시킬 수 있는 공기압 유지 타이어를 제공하는데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공기압 유지 타이어는, 타이어와, 상기 타이어에 설치되는 튜브와, 상기 튜브와 연결되어 상기 타이어의 공기압을 조절하는 레귤레이터를 포함하며, 상기 레귤레이터에는 외기가 유입되는 제1유입구와, 상기 튜브의 일단에 연통되는 제1배출구와, 상기 튜브의 타단에 연통되는 제2유입구와, 상기 타이어의 캐비티와 연통되는 제2배출구가 형성되며, 상기 제2유입구와 상기 제2배출구 사이에 체크밸브가 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 체크밸브는 유동방향으로는 휘고, 역방향으로는 휘지 않는 막을 포함할 수 있다.

상기 제1유입구에는 제1유입구 체크밸브가 설치될 수 있다.

상기 체크밸브는 상기 제2유입구에 설치될 수 있다.

상기 타이어에는 상기 튜브가 삽입되는 제1홈이 형성되며, 상기 튜브의 외측단은 상기 타이어의 외측단보다 내측에 배치될 수 있다.

상기 제1홈은 상기 타이어의 사이드부 외측에 형성될 수 있다.

상기 타이어에는 상기 제1홈보다 내측에 배치되는 제2홈이 형성되고, 상기 제2홈은 상기 제1홈에 연통될 수 있다.

상기 제2홈은 내측을 향할수록 상하폭이 작아지도록 형성될 수 있다.

상기 제2홈의 최대 상하폭은 상기 제1홈의 최대 상하폭보다 작을 수 있다.

상기 타이어에는 상기 제1홈보다 외측에 배치되는 제3홈이 형성되고, 상기 제3홈은 상기 제1홈에 연통될 수 있다.

상기 제3홈의 최대 상하폭은 상기 제1홈의 최대 상하폭보다 작을 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 공기압 유지 타이어에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

레귤레이터의 제2유입구와 제2배출구 사이에 체크밸브가 배치되어, 타이어의 내압을 유지하면서 펌핑력을 극대화하여 효과적으로 공기를 타이어 내부로 유입시킬 수 있다. 또한, 타이어의 내압이 상기 튜브 내부에 가해지는 것이 방지되므로 상기 튜브가 보호되고 상기 튜브의 수명이 향상된다.

상기 체크밸브는 유동방향으로는 휘고, 역방향으로는 휘지 않는 막을 포함하여, 장치의 부피가 작아지는 이점이 있다.

상기 체크밸브는 상기 제2유입구에 설치되어, 타이어의 내압이 설정된 압력보다 높을 경우에는 타이어의 내압에 의해 레귤레이터의 피스톤이 원활하게 이동될 수 있다.

상기 타이어에는 상기 튜브가 삽입되는 제1홈이 형성되며, 상기 튜브의 외측단은 상기 타이어의 외측단보다 내측에 배치되어, 상기 튜브가 상기 타이어로부터 이탈되는 것이 방지된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 공기압 유지 타이어 개략도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 공기압 유지 타이어의 레귤레이터 사시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 공기압 유지 타이어의 레귤레이터를 분리하여 전방에서 본 사시도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 공기압 유지 타이어의 레귤레이터를 분리하여 후방에서 본 사시도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 공기압 유지 타이어의 레귤레이터 단면도(외기가 유입되는 상태).
도 6은 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 공기압 유지 타이어의 레귤레이터와 종래의 레귤레이터의 성능비교를 나타내는 그래프.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 공기압 유지 타이어의 레귤레이터 단면도(외기의 유입이 차단된 상태).
도 8은 본 발명의 바람직한 실시례의 공기압 유지 타이어의 단면도.
도 9는 튜브 위치에 따른 공기압 증가 성능 비교도.
도 10과 도 11은 도 8의 일부 확대 단면도.
도 12는 사이드부의 두께 증가에 따른 소음 성능 비교도.
도 13은 종래기술의 타이어의 단면도.
도 14는 본 발명의 다른 실시례에 따른 공기압 유지 타이어의 일부 확대 단면도.
도 15는 본 발명의 바람직한 실시례에서 레귤레이터가 튜브에 결합한 경우의 단면도.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

참고적으로, 이하에서 설명될 본 발명의 구성들 중 종래기술과 동일한 구성에 대해서는 전술한 종래기술을 참조하기로 하고 별도의 상세한 설명은 생략한다.

어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 좀더 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90도회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시례의 공기압 유지 타이어는, 타이어(10)와, 상기 타이어(10)에 설치되는 튜브(40)와, 상기 튜브(40)와 연결되어 상기 타이어(10)의 공기압을 조절하는 레귤레이터(100)를 포함하며, 상기 레귤레이터(100)에는 외기가 유입되는 제1유입구(101)와, 상기 튜브(40)의 일단에 연통되는 제1배출구(102)와, 상기 튜브(40)의 타단에 연통되는 제2유입구(103)와, 상기 타이어(10)의 캐비티(19)와 연통되는 제2배출구가 형성되며, 상기 제2유입구(103)와 상기 제2배출구 사이에 체크밸브(190)가 배치되는 것을 특징으로 한다.

튜브(40)는 타이어(10)가 회전할 때 사이드부(15)의 굴신 운동에 의해 압축 작용을 한다.

레귤레이터(100)는 타이어(10)의 사이드부(15)의 외측에 타이어(10)의 접선 방향으로 배치된다.

레귤레이터(100)는 레귤레이터 본체(110)와, 레귤레이터 본체(110)의 우측에 설치되는 제1연결부재(130)와, 레귤레이터 본체(110)의 좌측에 설치되는 제2연결부재(140)와, 레귤레이터 본체(110)의 하부에 설치되는 관부재(150)를 포함한다. 이하 레귤레이터(100)를 설명할 때 상하방향은 차량의 폭방향을 의미하고, 좌우방향은 타이어(10)의 접선 방향을 의미한다.

레귤레이터 본체(110)는 대략 직육면체 형상으로 형성된다.

레귤레이터 본체(110)에는 제1유로가 좌우방향으로 관통되게 형성된다.

레귤레이터 본체(110)의 상부에는 상기 제1유로에 연통되게 제1유입구(101)가 상하방향으로 형성된다. 상부가 개방된 제1유입구(101)를 통해서 외기가 상기 제1유로로 유입된다. 레귤레이터 본체(110)의 제1유입구(101)에는 외부에서 유입되는 공기를 필터링하는 필터(111)가 설치된다. 또한, 제1유입구(101)에는 제1유입구 체크밸브(180)가 설치된다. 제1유입구 체크밸브(180)는 필터(111) 하부에 배치된다. 따라서, 외부 공기는 필터(111)와 제1유입구 체크밸브(180)를 순차적으로 통과한 후에 상기 제1유로로 유입된다. 제1유입구 체크밸브(180)는 레귤레이터 본체(110) 내부의 공기가 제1유입구(101)를 통해 외부로 배출되는 것을 방지한다.

제1유입구 체크밸브(180)는 유동방향으로 휘고, 역방향으로는 휘지 않는 막(181)과, 막(181)을 지지하는 막 지지부(182)를 포함한다.

막(181)은 제1유입구(101)의 수평단면형상에 대응되도록 원판형상으로 형성된다. 막(181)은 유압에 의해 휘어질 수 있도록 플랙서블하고 탄성변형 가능한 소재로 형성된다.

막(181)은 필터(111) 하부에 배치된다.

막 지지부(182)는 막(181) 하부에 배치된다. 레귤레이터 본체(110)에는 막 지지부(182)가 안착되는 체크밸브 안착홈과 필터(111)가 안착되는 필터 안착홈이 형성된다. 상기 체크밸브 안착홈과 상기 필터 안착홈은 제1유입구(101)에 연통되도록 형성된다. 상기 체크밸브 안착홈은 상기 필터 안착홈보다 직경이 작도록 형성된다.

막 지지부(182)는 중앙에 배치되어 상부(막에 근접한 방향)로 돌출되게 형성되는 돌출부(184)와, 돌출부(184)를 둘러싸는 림부(185)와, 돌출부(184)와 림부(185)를 연결하는 암부(183)를 포함한다.

돌출부(184)는 막(181)의 중심부의 하부에 배치되어 막(181)의 중심부를 지지한다.

암부(183)의 상단의 높이는 돌출부(184)의 상단의 높이보다 낮게 형성된다. 따라서, 암부(183)는 막(181)과 이격되게 배치된다. 이러한 이격공간으로 인해 막(181)의 가장자리는 탄성변형될 수 있다.

암부(183)는 복수 개 구비되며, 복수 개의 암부(183) 사이에 공기가 통과하는 구멍이 상하방향으로 관통되게 형성된다.

이러한 제1유입구 체크밸브(180)의 막(181)은 필터(111)를 통과한 외부 공기에 의해 가장자리가 아래로 휘게 되어 막(181)의 끝단과 림부(185)의 내벽 사이에 공간이 형성된다. 이러한 공간을 통해 외부 공기가 상기 제1유로로 유입된다.

반대로 상기 제1유로의 공기가 막(181)을 누르게 되면 막(181)은 필터(111)에 의해 지지되어 평평하게 펼쳐지게 되어 제1유입구(101)를 막게 된다. 따라서, 상기 제1유로의 공기는 외부로 나가지 않게 된다.

제1연결부재(130)는 사각형의 판형상으로 형성되며, 중심부에 튜브(40)의 일단(41)에 연통되는 제1배출구(102)가 좌우방향으로 관통되게 형성된다. 제1유입구(101)를 통해 유입된 외기는 제1배출구(102)을 통해 배출된다. 제1연결부재(130)의 좌측에는 레귤레이터 본체(110)를 향하도록 끼움 돌출부가 좌측으로 돌출되게 형성된다. 끼움 돌출부는 제1배출구(102)를 둘러싸도록 형성되며, 상기 제1유로의 우측단에 끼워진다. 제1연결부재(130)의 좌측면(레귤레이터 본체와 맞닿는 면)에는 끼움 돌출부를 둘러싸도록 실링부재가 안착되는 실링부재 안착홈이 형성되어 있다. 또한, 제1연결부재(130)의 연결본체(131)에는 볼트 등이 체결될 수 있도록 체결공이 복수 개 좌우방향으로 관통되어 형성된다. 상기 체결공은 제1연결부재(130)의 각 모서리에 근접하게 배치된다. 제1연결부재(130)의 우측면에는 제1튜브 연결부(132)가 우측으로 돌출되도록 형성된다. 제1튜브 연결부(132)는 제1배출구(102)에 연통되도록 형성된다. 제1튜브 연결부(132)는 튜브(40)의 일단(41)의 내부에 삽입된다.

따라서, 제1유입구(101)로 유입된 외기는 상기 제1유로를 거쳐 제1연결부재(130)의 제1배출구(102)로 배출된다. 제1배출구(102)로 배출된 외기는 튜브(40)로 유입된다.

제2연결부재(140)의 연결본체(141)는 판형상으로 형성되며, 중심부에 상기 제1유로의 좌측 및 튜브(40)의 타단(42)에 연통되는 제2유입구(103)가 좌우방향으로 관통되어 형성된다. 제2연결부재(140)의 우측에는 레귤레이터 본체(110)를 향하도록 끼움 돌출부가 우측으로 돌출되게 형성된다. 상기 끼움 돌출부는 제2유입구(103)를 둘러싸도록 형성되며, 상기 제1유로의 좌측단에 끼워진다. 제2연결부재(140)의 우측면(레귤레이터 본체와 맞닿는 면)에는 상기 끼움 돌출부를 둘러싸도록 실링부재가 안착되는 실링부재 안착홈이 형성되어 있다. 또한, 제2연결부재(140)에는 볼트 등이 체결될 수 있도록 체결공이 복수 개 좌우방향으로 관통되어 형성된다. 제2연결부재(140)의 좌측에는 제2튜브 연결부(142)가 우측으로 돌출되게 형성된다. 제2튜브 연결부(142)는 튜브(40)의 타단(42)의 내부에 삽입된다.

제2유입구(103)와 상기 제2배출구 사이에 체크밸브(190)가 배치된다.

체크밸브(190)는 제2유입구(103)에 설치된다.

제2연결부재(140)의 끼움 돌출부에는 체크밸브(190)가 안착되는 체크밸브 안착홈이 형성된다. 상기 체크밸브 안착홈은 제2유입구(103)에 연통된다.

체크밸브(190)는 막(191)과, 막(191)을 지지하는 막 지지부(192)를 포함한다.

막(191)은 막 지지부(192)의 좌측에 배치된다.

체크밸브(190)는 전술한 제1유입구 체크밸브(180)와 동일한 구성을 갖도록 형성되므로, 이에 대한 더욱 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이러한 체크밸브(190)의 막(191)은 제2유입구(103)로 유입된 공기(검정색 화살표)에 의해 가장자리가 우측(유동방향)으로 휘게 되어 막(191)의 끝단과 막 지지부(192)의 림부의 내벽 사이에 공간이 형성된다. 이러한 공간을 통해 공기가 레귤레이터 본체(110)의 상기 제1유로로 유입된다.

반대로 타이어(10)의 내부의 공기(흰색 화살표)가 막(191)을 누르게 되면 막(191)은 제2연결부재(140)에 의해 지지되어 평평하게 펼쳐지게 되어 제2유입구(103)를 막게 된다. 따라서, 타이어(10)의 내부의 공기는 튜브(40)로 유입되지 않는다.

즉, 체크밸브(190)는 튜브(40)에서 타이어(10) 내부로의 공기 흐름(유동방향)은 허용하되, 타이어(10) 내부에서 튜브(40)로의 공기 흐름(역방향)은 허용하지 않는다.

이로 인해, 타이어(10)의 내압이 튜브(40) 내부에 가해지는 것이 방지되므로 펌핑력을 극대화할 수 있다.

도 6의 그래프에는 체크밸브(190)의 유무에 따른 타이어 내부의 공기압 변화를 비교한 실험 결과가 나타나 있다. 도 6에서 파란색은 본 실시례와 같이 체크밸브(190)가 있는 레귤레이터(100)를 구비할 경우를 나타내고, 빨간색은 종래와 같이 체크밸브가 없는 레귤레이터를 구비한 경우를 나타낸다. 이러한 실험은 일반운전자가 80kph 속도로 연간20,000km 주행하는 것으로 가정하여 타이어 단품으로 수행되었다. 도 6에 나타난 바와 같이, 체크밸브(190)를 구비한 경우에는 1시간에 타이어 내부의 공기압이 33psi까지 올라가는 반면에 체크밸브를 구비하지 않은 경우에는 1시간에 타이어 내부의 공기압이 30psi미만까지 올라갔다. 또한, 체크밸브(190)를 구비한 경우의 타이어 내부의 공기압 향상 속도가 체크밸브를 구비하지 않은 경우보다 빠른 것으로 나타났다.

레귤레이터 본체(110)의 하부에는 관부재(150)가 삽입되는 삽입공이 형성된다. 상기 삽입공은 하부가 개방되도록 형성되며, 상기 제1유로에 연통되게 형성된다. 상기 삽입공은 제1유입구(101)보다 좌측에 배치된다. 나아가, 레귤레이터 본체(110)의 내부에는 관부재(150)의 상단이 끼워지는 관부재 끼움공이 형성된다. 이러한 관부재 끼움공으로 인해 관부재(150)가 안정적으로 고정된 상태를 유지할 수 있다. 관부재(150)는 원통형상으로 형성된다. 관부재(150)에는 상하방향으로 제1관통공(151)이 관통되게 형성된다. 관부재(150)는 이하 서술되는 사이드부(15)를 관통하도록 설치된다. 관부재(150)의 하단(104)은 타이어 캐비티(19)의 내부에 배치된다. 따라서, 제1관통공(151)은 타이어 캐비티(19)와 연통되는 제2배출구 역할을 한다.

관부재(150)에는 제2관통공(152)이 좌우방향으로 관통되게 형성된다. 제2관통공(152)은 제1관통공(151)에 연통된다. 제2관통공(152)의 중심선은 제2유입구(103)의 중심선과 동일 또는 유사하도록 배치된다. 제2관통공(152)은 제2유입구(103)에 연통된다. 관부재(150)의 외주면에는 플랜지(154)가 형성된다. 플랜지(154)는 제2관통공(152)보다 하부에 배치된다. 레귤레이터 본체(110)의 하면에는 플랜지(154)가 안착되는 플랜지 안착홈이 형성된다. 또한, 레귤레이터 본체(110)에는 상기 플랜지 안착홈에 연통되도록 실링부재 안착홈이 형성된다. 따라서, 상기 실링부재는 플랜지(154)와 레귤레이터 본체(110) 사이에 배치된다.

레귤레이터 본체(110)의 내부에는 공기압을 조절하는 피스톤(160)이 좌우방향으로 슬라이딩가능하게 설치된다. 피스톤(160)은 상기 제1유로에 배치된다. 피스톤(160)은 봉 형상의 피스톤 본체와, 상기 피스톤 본체의 끝단(좌측단)에 형성된 피스톤 머리부(161)를 포함한다. 피스톤 머리부(161)는 제1유입구(101)와 관부재(150)의 제1관통공(151) 사이에 배치되어, 제1유입구(101)와 제1관통공(151) 사이를 막는다. 즉, 피스톤 머리부(161)는 상기 제1유로를 두 부분으로 분리한다. 상기 피스톤 본체의 자유단(우측단)에는 제1연결부재(130)의 제1배출구(102)에 삽입되는 돌기가 우측으로 돌출되어 형성된다. 타이어(10)의 공기압이 설정된 공기압보다 클 때, 상기 피스톤 본체는 제1배출구(102)을 막아서, 외부 공기가 타이어 캐비티(19)로 유입되지 않도록 한다.

나아가, 레귤레이터 본체(110)의 내부에는 피스톤(160)과 레귤레이터(100) 사이에 배치되는 스프링(170)이 배치된다. 스프링(170)은 코일 스프링으로 구비된다. 스프링(170)은 상기 피스톤 본체를 둘러싸도록 배치된다. 스프링(170)의 일단(우측단)은 제1연결부재(130)의 끼움 돌출부에 의해 지지되고, 타단(좌측단)은 피스톤 머리부(161)에 의해 지지된다. 스프링(170)의 장력보다 타이어(10)의 공기압이 커지면 타이어(10)의 공기압에 의해 스프링(170)이 수축되어 피스톤(160)이 우측으로 이동하게 된다. 이로 인해 피스톤(160)이 제1배출구(102)를 막게 되면 외부 공기가 타이어 캐비티(19)로 유입되지 않게 된다. 이러한 스프링(170)의 상수에 의해 타이어(10)의 기본 공기압이 설정된다.

이하, 전술한 구성을 갖는 본 실시례의 작용을 설명한다.

타이어(10)의 공기압이 설정된 공기압보다 작을 때에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 타이어(10)의 굴신 운동에 의해 외부 공기가 제1유입구(101)로 유입되어 제1배출구(102)로 배출된다.

제1배출구(102)로 배출된 공기는 튜브(40)의 일단(41)으로 유입되어, 타단(42)으로 배출된다.

튜브(40)에서 배출된 공기는 제2유입구(103)를 통해 유입되어 체크밸브(190)를 통과한 후에 관부재(150)의 제2관통공(152)으로 유입되어 제1관통공(151)으로 배출된다.

제1관통공(151)에서 배출된 공기는 타이어 캐비티(19)로 유입된다.

타이어(10)의 공기압이 미리 설정된 공기압보다 클 때에는, 도 7에 도시된 바와 같이, 타이어(10)의 공기압에 의해 피스톤(160)이 우측으로 이동되어 피스톤(160)이 제1배출구(102)을 막는다.

이로 인해, 외부 공기는 타이어 캐비티(19)로 유입되지 않게 된다.

본 실시례의 공기압 유지 타이어에서 전술한 레귤레이터(100)를 적용한 타이어(10)의 구조는 다음과 같다.

도 8은 사이드부(15)를 보강한 본 실시례의 타이어(10)의 단면도를 도시한 것이며, 참고로 도 13은 사이드부(15)를 보강하지 않은 종래기술에 의한 타이어의 단면도를 도시한 것이다.

이하의 설명에서 사용하는 용어는 다음과 같이 정의된다.

트레드(Tread)부(11)는 타이어(10)가 노면과 직접 접촉하며, 접지면을 형성하는 부분을 의미한다.

트레드부(11)의 하부에는 타이어(10)의 골격을 이루는 바디플라이(Body Fly)(12)가 위치한다.

바디플라이(12)는 타이어(10) 내부의 공기압, 하중 및 충격에 견디는 타이어(10)의 뼈대를 이루는 부분으로, 카카스라 부르기도 한다.

바디플라이(12)는 전방향에서 내압에 의한 장력이 작용하므로 이러한 장력을 유지하기 위해 주로 나일론, 폴리에스터(polyester), 레이온(rayon) 등의 재질로 이루어진 코드를 구비하게 된다.

이러한 다수의 직물코드가 일정간격으로 배열되고 상하로 얇은 고무시트가 코팅됨으로써 코드지를 형성하게 된다.

트레드부(11)와 바디플라이(12) 사이에는 다수 개의 벨트층을 적층하여 이루어진 벨트부(13)가 위치한다.

벨트부의 끝단(13a)에는 캡플라이(17)가 위치한다.

캡플라이(17)는 벨트부의 끝단(13a)을 덮는 구조로 되어 있으며, 다층 구조를 갖는 벨트의 분리 이탈을 방지하는 역할을 한다.

한편, 바디플라이(12) 내측에는 공기의 누출을 방지하는 인너라이너(Inner Liner)(14)가 위치한다.

한편, 타이어(10)의 골격을 이루는 바디플라이(12)를 보호하며 유연한 굴신운동을 하도록 하는 사이드부(15)가 타이어(10)의 측면에 위치한다.

한편, 본 실시례에서의 타이어 굴신운동은 타이어(10)가 노면과의 접촉에 의해 접지면에서 눌려 접힌 후 다시 펴지는 상하 방향 운동을 의미한다.

이러한 사이드부(15)는 트레드부(11)와 비드부(16)를 연결한다.

비드부(16)는 타이어(10)를 림에 장착시키는 부분을 말한다.

타이어 캐비티(19)는 트레드부(11)의 내면과 사이드부(15)의 내면과 림(Rim, 미도시)의 외면에 의해 형성된 공간을 말한다.

주행시 비드부(16)는 상기 림에 의한 충격을 많이 받는 부분이므로, 비드부(16)가 받는 충격을 완화시키기 위해 비드부(16)를 감싸는 에이펙스(Apex)(18)가 형성된다.

한편, 림프로텍터(20)는 상기 림과 체결되는 부위로 상기 림에 인접하여 주행 중 발열 또는 브레이크 디스크에서 발생한 고온의 열이 전달되므로, 열에 의한 고무의 인장강도 및 강성의 변화가 적도록 내열성이 우수해야 하고 상기 림의 외부 물리적 충격에 의한 파손, 스크래치 등을 줄여주는 역할을 한다.

본 실시례의 공기압 유지 타이어에서 튜브(40)는 다음의 설명과 같이 위치함이 바람직하다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시례의 공기압 유지 타이어는 주행시 타이어의 굴신이 가장 크게 발생하는 사이드부(15)의 외측(15a)에 튜브(40)가 위치한다. 즉, 타이어 캐비티(19)의 반대편에 튜브(40)가 위치한다.

도 9는 튜브(40) 위치에 따른 공기압 증가 성능을 비교한 것으로 사이드부(15)에 위치한 경우가 공기압 증가에 유리하다는 것을 나타낸다.

즉, 튜브 재질과 관계없이 비드부(16)에 튜브(40)가 위치하는 것보다 사이드부(15), 더욱 구체적으로 사이드부(15)의 외측(15a)에 튜브(40)가 위치할 때 타이어 캐비티(19)로의 공기 주입 성능이 우수함을 알 수 있다.

튜브(40)는 벨트부의 끝단(13a)과 에이펙스(apex)의 끝단(18a) 사이에 위치함이 바람직하다.

참고로 에이펙스(18)는 비드부(16)를 감싸며 비드부(16)가 받는 충격을 완화시키는 부분을 말하며, 일반적으로 에이펙스(18)의 끝단(18a)과 벨트부의 끝단(13a)은 타이어의 주요 파손 부위라고 볼 수 있다.

한편 에이펙스(18)는 비드부(16)를 보호하고 타이어의 사이드부(15)를 지탱하는 바디플라이(12)에 감싸져 있으며 고무재료 중 고강성의 특징을 갖는다.

즉, 에이펙스(18)의 끝단(18a)도 마찬가지로 바디플라이(12)와의 이종재료 간 접합 및 고강성 재료 특성에 따라 에이펙스(apex)의 끝단(18a)의 유동이 열에너지로 변환되어 열이 집중하게 됨에 따라 파손에 취약한 부위가 된다.

따라서, 본 실시례에서는 튜브(40)의 내구성 확보를 위해 타이어의 주요 파손 부위(즉, 에이펙스의 끝단(18a)과 벨트부의 끝단(13a))를 회피하여 벨트부의 끝단(13a)과 에이펙스(apex)(18)의 사이에 튜브(40)를 배치한다.

타이어(10)가 회전하는 경우 사이드부(15)의 굴신 운동에 의해 튜브(40)가 공기 압축 작용을 하는 과정은 다음과 같다.

사이드부(15)의 굴신 운동에 따라 튜브(40)에 반경 방향으로 힘이 가해진다. 이로 인해 튜브(40) 내의 공기가 압축된다.

한편 타이어(10)가 노면 접촉하며 주행중일 때 주행방향의 반대편에 위치하는 튜브(40)에는 순간 진공이 되어 부압이 발생하며, 외기가 레귤레이터(100)를 통해 튜브(40)로 들어간다.

타이어(10)에는 튜브(40)가 삽입되는 홈(35)이 원주 방향으로 형성된다. 튜브(40)는 홈(35)에 삽입되어 타이어(10)에 설치된다. 이로 인해, 굴신 운동시 홈(35) 내면의 상면 및 하면에 의해 튜브(40)가 압축 작용을 한다. 즉, 트레드(11)가 지면에 접촉할 때 타이어(10)의 굴신운동에 의해 홈(35)의 상면 및 하면도 굴신운동이 발생하고 상면 및 하면의 변위 차이에 의해 튜브(40)가 압축하게 된다.

구체적으로 사이드부(15)의 외측(15a)의 일부를 파서 홈(35)을 형성한다.

홈(35)의 원주 길이는 사이드부(15)의 원주 보다 약간 작게 형성함이 바람직하며, 구체적으로 레귤레이터(100)의 길이만큼 감소시키는 것이 바람직하다.

홈(35)에 의한 내구성 저하를 방지하기 위해 사이드부(15)의 전체 또는 일부의 두께를 증가시킬 필요가 있다. 즉, 사이드부(15)의 외측에는 보강부가 형성되고, 상기 보강부에 홈(35)을 형성한다. 상기 보강부는 림프로텍터(20)보다 외측으로 더 돌출될 수 있다. 즉, 종래의 타이어에서 최외곽부라 할 수 있는 림프로텍터(20)보다 홈(35)의 상부(35a) 및 홈의 하부(35b)가 사이드부(15)의 외측(15a)으로 더 돌출된다.

홈(35)은 아래와 같이 두 가지 예로 형성할 수 있다.

실시례1)

홈(35)의 직경은 6mm로 형성되며, 개구부가 형성된 홈(35)의 입구는 3mm로 형성한다. 홈(35)의 위치는 림프로텍터(20)로부터 홈의 중심(35c)까지 9mm의 거리를 갖도록 이루어진다. 이때 사이드부(15)의 두께 증가는 기존 두께보다 6 mm 증가시킨다.

실시례2)

홈(35)의 깊이를 8mm로 형성하며, 이때 홈(35)의 높이는 4mm, 개구부가 형성된 홈(35)의 입구는 2mm로 형성한다. 이때 사이드부(15)의 두께 증가는 기존 두께보다 8 mm 증가시킨다.

이와 같이 사이드부(15)의 두께를 증가시킬 경우, 주 굴신 영역이라고 할 수 있는 사이드부(15)의 댐핑 증가로 타이어의 소음 성능이 향상될 뿐만 아니라, 승차감도 향상되는 장점을 도모할 수 있다.

도 12는 사이드부(15) 두께 증가로 인한 소음성능이 향상된 시험결과를 보여주고 있으며 사이드부(15) 댐핑 증가로 인해 부밍 영역의 소음이 약 2dB가 저감됨을 나타낸다.

또한, 사이드부(15)의 외측(15a) 방향으로 살짝 돌출된 홈의 하부(35b)는 휠(미도시)을 보호하는 프로텍터의 역할을 할 수 있다.

한편, 종래기술의 타이어의 단면도를 도시한 도 13의 경우, 타이어의 최외곽부는 림프로텍터(20)가 된다. 따라서, 홈(35)의 형성 가능한 구간(도 13의 화살표로 도시된 거리)은 림프로텍터(20)의 접선인 도 13의 실선과 바디플라이(12)의 최외곽부의 접선인 점선 사이로 볼 수 있다. 사이드부(15)를 보강하지 않은 경우, 홈(35)의 형성이 가능한 구간이 본 발명 대비하여 작게 형성됨을 알 수 있다.

또한 홈(35)의 깊이는 타이어 내측 부위와 동일 선상에 있는 타이어 최외곽부에서 바디플라이(12)를 포함하는 두께를 제외한 나머지 구간(도 8의 화살표로 도시된 거리)에 최소 50%~최대 90% 사이에 해당하는 깊이를 가진다.

여기서 타이어 최외곽부는 종래 대비 사이드부(15)의 외측(15a)으로 돌출한 (35)의 상부(35a) 및 홈의 하부(35b)를 의미한다.

본 발명의 실시례와 같이 홈(35)의 깊이를 타이어 내측 부위와 동일 선상에 있는 타이어 최외곽부에서 바디플라이(12)를 포함하는 두께(도 8의 점선)를 제외한 나머지 구간(도 8의 화살표로 도시된 거리)의 최소 50% 이상으로 형성할 경우 튜브(40)의 중심점이 타이어의 외곽으로 벗어나지 않아 튜브(40)의 압축 성능에 영향을 미치지 않는다.

또한, 홈(35)의 깊이를 타이어 내측 부위와 동일 선상에 있는 타이어 최외곽부에서 바디플라이(12)를 포함하는 두께(도 8의 점선)를 제외한 나머지 구간(도 8의 화살표로 도시된 거리)의 최대 90%로 형성할 경우, 코드 노출에 의한 타이어 파손을 방지할 수 있다.

튜브(40)의 압축 성능을 위해 튜브(40)의 중심점은 타이어 최외곽부에서의 접선(도 8의 실선)을 넘지 않는 위치에 존재한다.

본 발명의 실시례에서 홈(35)의 형성 가능한 구간(도 8의 화살표로 도시된 거리)은 도 8의 실선과 도 8의 점선 사이로 볼 수 있다.

전술한 바와 다르게, 도 14에 도시된 바와 같이, 타이어(10)에는 형성된 튜브(40)가 삽입되는 제1홈(35')이 형성되며, 외력이 가해지지 않을 때 튜브(40)의 외측단은 타이어(10)의 외측단보다 내측에 배치될 수 있다. 즉, 제1홈(35')은 타이어(10)의 외측단으로부터 이격되게 배치된다. 이로 인해, 공기압이 커지더라도 튜브(40)가 타이어(10)로부터 이탈되는 것이 방지된다.

제1홈(35')은 전술한 바와 같이 타이어(10)의 사이드부(15') 외측에 형성된다.

타이어(10)에는 제1홈(35')보다 내측에 배치되는 제2홈(36)이 형성되고, 제1홈(35')보다 외측에 배치되는 제3홈(37)이 형성된다.

제2홈(36)과 제3홈(37)은 제1홈(35')에 연통된다.

제1홈(35')은 단면형상이 타원형이 되도록 형성될 수 있다.

제1홈(35')과 제2홈(36)과 제3홈(37)은 중심이 동일선상에 배치되도록 형성된다.

제2홈(36)은 내측을 향할수록 상하폭이 작아지도록 형성된다. 여기에서 상하는 타이어의 반경방향을 의미한다. 제2홈(36)은 타이어 압축시 내측에서 외측으로 압축이 원활하게 이루어지도록 구성한다.

제2홈(36)의 최대 상하폭(w2)은 제1홈(35')의 최대 상하폭(w1)보다 작다.

제3홈(37)의 상하폭은 제3홈(37)의 내측과 제3홈(37)의 외측이 동일하도록 일정하게 형성된다.

제3홈(37)의 최대 상하폭(w3)은 상기 제1홈(35')의 최대 상하폭(w1)보다 작다. 제3홈(37)의 최대 상하폭(w3)은 제2홈(36)의 최대 상하폭(w2)보다 크다.

제1홈(35')의 차량(타이어) 폭방향 길이는 제2홈(36) 및 제3홈(37)의 차량 폭방향 길이보다 길다. 제2홈(36)의 차량 폭방향 길이는 제3홈(37)의 차량 폭방향 길이보다 짧다.

한편 튜브(40)와 레귤레이터(100)의 연결에 있어 튜브(40) 내의 공기 유동을 방해하는 유동 적체 구간인 Stacking Point 회피가 필요하다.

유동 적체 구간인 Stacking Point가 발생하면 튜브(40)의 굴신운동을 통한 공기의 공급이 타이어 캐비티(19) 내부로 원활하게 이루어지지 않는다.

이하에서는 유동 적체 구간인 Stacking Point 현상을 방지 내지는 감소시키고자 다음과 같은 실시례를 제안한다.

제1튜브 연결부(132)에는 튜브(40)의 일단(41)이 연결된다.

튜브(40) 중 제1튜브 연결부(132)와 홈(35)에 삽입된 튜브(40) 사이를 튜브의 제1체결부(41a)라 정의한다.

Stacking Point 현상을 방지하고자 튜브의 제1체결부(41a)가 타이어 캐비티(19)를 향해 내측으로 굴곡되는 각도(A)는 레귤레이터(100)의 중심(도 8에서의 일점 쇄선)을 기준으로 90도보다 작은 것을 만족한다.

제2튜브 연결부(142)에는 튜브(40)의 타단(42)이 연결된다.

튜브(40) 중 제2튜브 연결부(142)와 홈(35)에 삽입된 튜브(40) 사이를 튜브의 제2체결부(42a)라 정의한다.

Stacking Point 현상을 방지하고자 튜브의 제2체결부(42a)가 타이어 캐비티(19)를 향해 내측으로 굴곡되는 각도(B)는 레귤레이터(100)의 중심(도 15에서의 일점 쇄선)을 기준으로 90도보다 작은 것을 만족한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시례를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
10: 타이어
11: 트레드부 12: 바디플라이
13: 벨트부 15: 사이드부
16: 비드부 18: 에이펙스
19: 타이어 캐비티 20: 림프로텍터
35: 홈 35c : 홈의 중심
40: 튜브 41: 일단
41a: 튜브의 제1체결부 42: 타단
42a: 튜브의 제2체결부 100: 레귤레이터
101: 제1유입구 102: 제1배출구
103: 제2유입구 104: 하단
110: 레귤레이터 본체 111: 필터
130: 제1연결부재 131: 연결본체
132: 제1튜브 연결부 140: 제2연결부재
141: 연결본체 142: 제2튜브 연결부
150: 관부재 151: 제1관통공
152: 제2관통공 154: 플랜지
160: 피스톤 161: 피스톤 머리부
170: 스프링
180: 제1유입구 체크밸브 181, 191: 막
182, 192: 막 지지부 183: 암부
184: 돌출부 185: 림부
190: 체크밸브

Claims (11)

1. 타이어;
   상기 타이어에 설치되는 튜브;
   상기 튜브와 연결되어 상기 타이어의 공기압을 조절하는 레귤레이터를 포함하며,
   상기 타이어에는 상기 튜브가 삽입되는 제1홈이 형성되며,
   상기 제1홈의 내외측에 각각 제2홈과 제3홈이 연통되게 형성되며, 상기 제1홈은 단면형상이 타원형으로 형성되고, 상기 제2홈은 내측으로 향할수록 상하폭이 작아지며, 상기 제3홈의 상하폭은 상기 제3홈의 내측과 외측이 동일하면서 상기 제1홈의 최대상하폭보다 작은 것을 특징으로 하는 공기압 유지 타이어.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 레귤레이터에는 외기가 유입되는 제1유입구와, 상기 튜브의 일단에 연통되는 제1배출구와, 상기 튜브의 타단에 연통되는 제2유입구와, 상기 타이어의 캐비티와 연통되는 제2배출구가 형성되며,
   상기 제2유입구와 상기 제2배출구 사이에 체크밸브가 배치되고,
   상기 체크밸브는 유동방향으로는 휘고, 역방향으로는 휘지 않는 막을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압 유지 타이어.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1유입구에는 제1유입구 체크밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 공기압 유지 타이어.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 체크밸브는 상기 제2유입구에 설치되는 것을 특징으로 하는 공기압 유지 타이어.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 튜브의 외측단은 상기 타이어의 외측단보다 내측에 배치되는 것을 특징으로 하는 공기압 유지 타이어.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제1홈은 상기 타이어의 사이드부 외측에 형성되는 것을 특징으로 하는 공기압 유지 타이어.
7. 삭제
8. 삭제
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2홈의 최대 상하폭은 상기 제1홈의 최대 상하폭보다 작은 것을 특징으로 하는 공기압 유지 타이어.
10. 삭제
11. 삭제

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