KR102127669B1 - 비공기입 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어에 관한 것으로서 공기압을 사용하지 않으면서 공기입 타이어와 유사한 핸들링성능을 가지면서 파라메트릭 구조를 적용하여 차량의 하중을 지지하고 승차감을 개선하는 비공기입 타이어에 관한 것이다. 본 발명은 지면과 접촉하는 트레드부(100)와, 차축과 연결되는 림부(300) 및 림부(300)와 트레드부(100) 사이의 구조적 지지역할을 하는 스포크부(200)를 포함하는 비공기입타이어에 있어서, 상기 스포크부(200)는 상기 림부(300)에 외접하는 단일폐곡선의 종단면을 갖는 스포크(210)들이 타이어의 중심(O)을 기준으로 원형배열되어 형성되는 것을 특징으로 하는 비공기입타이어를 제공한다.

Description

비공기입 타이어{A NON-PNEUMATIC TIRE}

본 발명은 타이어에 관한 것으로서 공기압을 사용하지 않으면서 공기입 타이어와 유사한 핸들링성능을 가지면서 파라메트릭 구조를 적용하여 차량의 하중을 지지하고 승차감을 개선하는 비공기입 타이어에 관한 것이다.

일반적으로 사용되는 타이어들은 구조에 따라 래디얼 타이어, 바이어스 타이어, 그리고 솔리드 타이어 등으로 분류할 수 있는데 그 중에서 승용차 및 특수목적을 제외한 자동차에는 대부분 래디얼 타이어 즉, 공기압 (또는 공기입) 타이어가 사용되고 있다. 그러나 이러한 공기압 타이어는 구조가 복잡한데다 제조공정수가 8단계 등으로 많으며 또한 이에 따른 유해물질 배출량이 무시되지 못할 정도일 뿐더러 공기압 타이어의 성능발휘 및 안전성에 절대적으로 중요한 공기압을 수시로 점검해야 하는 관리의 불편함과 주행 중 외부물질에 의한 찔림과 충격으로 타이어가 파손될 수 있는 안전성의 문제가 항상 내재되어 있는 것이 사실이다.

하지만 비공기입 타이어는, 이러한 공기압 타이어와 달리, 소재와 공정의 단순화를 통해 생산비용을 크게 절감할 수 있을뿐더러 에너지 사용량 및 유해물질 발생량을 현저히 절감할 수 있는 새로운 개념의 공정과 구조로 이루어진 타이어로 공기압의 부족 등으로 인해 야기될 수 있는 문제점으로부터 벗어날 수 있는 큰 이점을 가지고 있다. 뿐만 아니라 공기입타이어에서 발생되는 스탠딩 웨이브 (standing wave) 형상을 방지할 수 있으며 회전저항을 크게 개선할 수 있는 이점을 가지고 있다.

비공기입식 타이어는 종래의 공기입식 타이어와는 완전히 다른 구조로 이루어져 있으며, 공기입식과 달리 압축공기를 전혀 이용하지 않는 설계방식이기 때문에 공기압 손실 또는 부족함 (flat tire)으로 인하여 주행 중에 발생될 수 있는 사고의 위험으로부터 자유롭다.

비공기입식 타이어는 종래에도 존재해왔다. 아주 오래 전의 마차바퀴, 자전거바퀴 외에 최근의 사례를 들면 대한민국 특허출원 2006-0051513호의 경우 타이어의 부하를 여러 겹의 스테이플을 포함한 다수의 지지부재로 지지하는 기술이며, 대한민국 특허출원 2008-0038274호의 경우 탄성 재료로 제조되는 본체 및 접지면으로 기능하는 원주방향 연장형 크라운 부분과 그에 접합되는 연장형 사이드월로 구성된 기술이다. 또한, 타이어의 부하를 지지하는 보강된 환형밴드와, 휠 또는 허브간의 부하력을 인장된 상태에서 전달하는 다수의 웹 스포크를 포함하는 비공기압식 타이어가 대한민국 특허출원 2004-0027984호로써 알려진 바 있다. 최근에는 허니컴 형태의 완충부를 통해 완충작용을 하고 타이어에 가해지는 압력을 받쳐주도록 된 에어리스 타이어 (출원번호 10-2010-0090015) 기술도 소개되었다.

다수의 웹 스포크를 포함하는 비공기입식 타이어의 경우 하중의 지탱을, 트레드부에 존재하는 구조보강재와 더불어, 웹 스포크가 갖는 인장력에 의해서만 이루어진다고 소개되고 있다, 그러나 하중의 지탱이 인장력에 의해서만 이루어지는 경우보다 인장력과 압축력에 의해 이루어지는 경우가 보다 안정되고 적절한 접지면적을 유도할 수 있을 뿐더러 이에 의한 조종성, 제동력 및 승차감 등의 차량성능을 극대화 할 수 있어 보다 더 향상된 차량성능을 기대할 수 있게 된다.

본 발명은 최근 기술로 소개된 비공기압 타이어 (대한민국 등록특허 제10-1725229호) 스포크에 비하여 파라메트릭 디자인 방법을 활용하여 도출된 독창적인 스포크 구조와 트레드부에 존재하는 구조보강재의 형태가 튜브 형태 (hollow type) 또는 코드 형태 (fiber type)를 갖는 것을 특징으로 하고 있다. 또한 스포크들이 접점을 이루고 있어서 타이어로서의 강성 및 내구성 향상이 우수한 구조를 특징으로 하고 있다. 특히, 파라메트릭 디자인에 의해서 도출된 스포크 구조는 타이어 회전방향에 대해서 좌우 비대칭 및 빗면으로 되어있어서 코너링시 접지면적 (contact area) 감소를 막아줄 뿐더러 핸들링 (handling) 성능을 향상시킬 수 있으며 또한 튜브 형태의 구조보강재가 적용시 주행 중에 진동 흡수력이 뛰어나서 승차감 (ride comfort) 성능을 향상시킬 수 있는 것을 장점으로 하는 특성을 지닌 '비공기입 타이어에 관한 것이다.

대한민국 공개특허 제10-2006-0051513호 대한민국 공개특허 제10-2008-0038274호 대한민국 공개특허 제2004-0027984호 대한민국 특허출원 제10-2010-0090015호 대한민국 등록특허 제10-1725229호

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 충분한 하중 지지력을 확보하고, 코너링시 접지면적의 손실을 최소화하는 비공기입타이어를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 지면과 접촉하는 트레드부(100)와, 차축과 연결되는 림부(300) 및 림부(300)와 트레드부(100) 사이의 구조적 지지역할을 하는 스포크부(200)를 포함하는 비공기입타이어에 있어서, 상기 스포크부(200)는 상기 림부(300)에 외접하는 단일폐곡선의 종단면을 갖는 스포크(210)들이 타이어의 중심(O)을 기준으로 원형배열되어 형성되는 것을 특징으로 하는 비공기입타이어를 제공한다.

본 발명의 비공기입타이어는 스포크부에 파라메트릭구조를 이용한 것으로서, 차제 하중에 대한 충분한 지지력을 확보하고, 주행 중 진동을 흡수하여 승차감을 개선시키며, 코너링시 접지면적의 손실을 최소화하는 비공기입 타이어를 제공한다. 본 발명의 비공기입타이어는 공기를 주입하지 아니하는 비공기입타이어이므로 펑크의 우려가 없다.

즉, 본 발명의 파라메트릭 스포크 구조는 내측과 외측이 비대칭으로 형성되어 코너링시 핸들링 성능을 향상시켜주며, 파라메트릭 구조는 스코프부의 강성조절이 용이하여 최적의 승차감을 제공할 수 있다. 또한, 상기 파라메트릭 구조는 공기입타이어와 유사한 유선형 프로파일을 형성할 수 있어 공기흐름을 원활하게 하여 공기저항을 감쇄시켜주는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 본 발명은 원통형의 구조보강재를 부가함으로써 스포크의 변형을 최소화하고 내구성을 증진시키는 효과를 기대할 수 있다.

즉, 본 발명은 구조적으로 차량의 하중을 지지하는 타이어의 코너링시 핸들링 성능 및 진동 흡수에 유리한 구조보강재 구조를 적용하고 활용하여 조종성 및 승차감을 향상시키고자 하는 비공기입 타이어의 실차성능을 향상시키는 것이다. 본 발명은 종래의 기술에서 언급된 스포크에 비하여 비대칭형 스포크 구조를 가지며 또한 튜브 형태의 구조보강재 구조를 가지고 있어서 비공기입 타이어로서 구조적 강성을 충분히 확보할 수 있다. 또한, 핸들링 특성 및 승차감 특성의 조화를 극대화 할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 비공기입타이어의 측면도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 비공기입타이어의 단일폐곡선의 종단면을 갖는 스포크가 스포크부를 형성하는 것을 설명하는 설명도이다.
도 4는 본 발명의 비공기입타이어의 요부발췌 사시도이다.
도 5는 본 발명의 비공기입타이어의 구조보강재층의 보강튜브의 요부사시도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 비공기입타이어의 측면도이다. 본 발명은 타이어에 관한 것으로서 공기압을 사용하지 않으면서 공기입 타이어와 유사한 핸들링성능을 가지면서 파라메트릭 구조를 적용하여 차량의 하중을 지지하고 승차감을 개선하는 비공기입 타이어에 관한 것이다. 본 발명은 지면과 접촉하는 트레드부(100)와, 차축과 연결되는 림부(300) 및 림부(300)와 트레드부(100) 사이의 구조적 지지역할을 하는 스포크부(200)를 포함하는 비공기입타이어에 있어서, 상기 스포크부(200)는 상기 림부(300)에 외접하는 단일폐곡선의 종단면을 갖는 스포크(210)들이 타이어의 중심(O)을 기준으로 원형배열되어 형성되는 비공기입타이어를 제공한다.

상기의 단일폐곡선의 종단면을 갖는 스포크(210)들이 타이어의 중심(O)을 기준으로 원형배열되는 형태는 파라메트릭(parametric)구조를 이루게 되며, 가해지는 하중을 균일하게 분산시키게 된다. 파라메트릭 디자인은 구조적으로 스포크의 시작부분과 끝나는 부분이 서로 연결되어 있어 주행시 최적의 커브(Curve)를 형성하고 스포크 내의 밀도 조절을 통해 승차감(Comfort 성능)을 극대화 할 수 있는 장점이 있다.

도2 및 도3은 본 발명의 비공기입타이어의 단일폐곡선의 종단면을 갖는 스포크가 스포크부를 형성하는 것을 설명하는 설명도이다. 도2에 도시된 바와 같이, 상기 스포크부(200)의 단일폐곡선의 종단면을 갖는 스포크 (210)는 상기 림부(300)에 대하여 2개의 접점(211, 212)을 갖는 오뚜기 형상을 적용할 수 있다. 이 경우, 상기 스포크부(200)의 단일폐곡선의 종단면을 갖는 스포크 (210)는 7~21개가 타이어의 중심(O)을 기준으로 원형배열되어 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 도3에 도시된 바와 같이 상기 스포크부(200)의 단일폐곡선의 종단면을 갖는 스포크 (210)는 상기 림부(300)에 대하여 3개의 접점(213, 214, 215)을 갖는 구성을 취할 수 있다. 이러한 경우, 상기 스포크부(200)의 단일폐곡선의 종단면을 갖는 스포크 (210)는 4~21개가 타이어의 중심(O)을 기준으로 원형배열되어 형성되는 것이 바람직하다. 단일폐곡선의 종단면을 갖는 스포크 (210)의 개수가 적을 경우 트레드부(100) 쪽에서 불균일한 프로파일이 형성되어 타이어의 유니포미티를 해하게 되며, 단일폐곡선의 종단면을 갖는 스포크 (210)의 개수가 많을 경우에는 각 단일폐곡선의 종단면을 갖는 스포크 (210)가 이루는 내부공간의 개수가 지나치게 증가하여 형태변형 후 다시 원상복귀의 속도가 늦어지게 된다. 이러한 경우, 주행시 차량이 균형이 불안정하게되어 큰 사고를 유발할 수 있다.

단일폐곡선의 종단면을 갖는 스포크 (210)의 림부(300)에 대한 접점의 수가 더욱 많은 형상도 가능하나, 위의 두 경우의 배수인 경우와 차이가 없어 무의미하다.

또한, 본 발명은 도4에서 도시된 바와 같이, 상기 단일폐곡선의 종단면을 갖는 스포크 (210)는 축방향의 단면이 경사지게 형성되는 구성을 제공한다. 이러한 구성에 따라 스포크부(200)의 구조는 내측과 외측이 비대칭이 되는 구조를 갖게 된다. 이는 코너링시 핸들링 성능을 향상시켜주는 효과를 기대할 수 있게 한다.

또한, 본 발명은 이에 나아가, 상기 트레드부(100)의 저부에 구조보강재층(110)이 설치되는 구성을 제공한다. 상기 구조보강재층(110)은 보강튜브(111)들이 축을 따라 1~3회 층을 이루며 감겨져 형성되는 보강튜브(111)의 집합체로 구성된다. 이러한 구성은 하나의 튜브가 휠 축을 따라 감아 생성되는 파이프 구조가 된다. 서로 다른 방향의 결을 가진 구조체가 겹쳐져 구성됨에 따라 내구성 및 유니포미티(Uniformity)를 향상시키게 된다. 도5는 본 발명의 비공기입타이어의 구조보강재층의 보강튜브의 요부사시도이다. 도5에 도시된 바와 같이, 보강튜브(111)는 직경이 더욱 작은 튜브들이 꼬여져 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 스포크만으로 전반적인 성능을 조절하는 종래의 기술과는 달리 본 발명의 2내지 3단의 원통형 구조보강재층(110)은 스포크부(200)의 변형을 최소화하고 트레드부(100)의 성능을 능동적으로 조절이 가능하게 한다. 따라서, 운전 모드에 따라 강성이 요구되는 고속주행모드(Sporty)나 승차감향상모드(Comfort) 등의 성능 조절이 가능하다

상술한 내용과 같이, 본 발명은 구조적으로 차량의 하중을 지지하는 타이어의 코너링시 핸들링 성능 및 진동 흡수에 유리한 구조보강재 구조를 적용하고 활용하여 조종성 및 승차감을 향상시킨다. 본 발명은 비공기입 타이어로서 충분한 구조적 강성을 가지고 있어 차량의 하중을 충분히 지탱할 수 있을 뿐만 아니라 핸들링 특성 및 승차감 특성의 조화를 극대화 할 수 있는 것이다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 트레드부
110: 구조보강재층
111: 보강튜브
200: 스포크부
210: 단일폐곡선의 종단면을 갖는 스포크
211~215: 접점
300: 림부

Claims (8)

1. 지면과 접촉하는 트레드부(100)와, 차축과 연결되는 림부(300) 및 림부(300)와 트레드부(100) 사이의 구조적 지지역할을 하는 스포크부(200)를 포함하는 비공기입타이어에 있어서,
   상기 스포크부(200)는 상기 림부(300)에 외접하는 단일폐곡선의 종단면을 갖는 스포크(210)들이 타이어의 중심(O)을 기준으로 원형배열되며,
   상기 단일폐곡선의 종단면을 갖는 스포크 (210)는 축방향의 단면이 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 비공기입타이어.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 스포크부(200)의 단일폐곡선의 종단면을 갖는 스포크 (210)는 상기 림부(300)에 대하여 2개의 접점(211, 212)을 갖는 것을 특징으로 하는 비공기입타이어.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 스포크부(200)의 단일폐곡선의 종단면을 갖는 스포크 (210)는 7~21개가 타이어의 중심(O)을 기준으로 원형배열되어 형성되는 것을 특징으로 하는 비공기입타이어.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 스포크부(200)의 단일폐곡선의 종단면을 갖는 스포크 (210)는 상기 림부(300)에 대하여 3개의 접점(213, 214, 215)을 갖는 것을 특징으로 하는 비공기입타이어.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 스포크부(200)의 단일폐곡선의 종단면을 갖는 스포크 (210)는 4~21개가 타이어의 중심(O)을 기준으로 원형배열되어 형성되는 것을 특징으로 하는 비공기입타이어.
   
6. 삭제
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 트레드부(100)의 저부에 구조보강재층(110)이 설치되는 것을 특징으로 하는 비공기입타이어.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 구조보강재층(110)은 보강튜브(111)들이 축을 따라 1~3회 감겨져 형성되는 보강튜브(111)의 집합체인 것을 특징으로 하는 비공기입타이어.
   

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