KR102371395B1 - 비공기입 타이어 및 그 제조 방법 - Google Patents

비공기입 타이어 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102371395B1
KR102371395B1 KR1020190177340A KR20190177340A KR102371395B1 KR 102371395 B1 KR102371395 B1 KR 102371395B1 KR 1020190177340 A KR1020190177340 A KR 1020190177340A KR 20190177340 A KR20190177340 A KR 20190177340A KR 102371395 B1 KR102371395 B1 KR 102371395B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
elastic layer
openings
pneumatic tire
circumferential surface
axle
Prior art date
Application number
KR1020190177340A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210084864A (ko
Inventor
김도년
이광제
Original Assignee
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to KR1020190177340A priority Critical patent/KR102371395B1/ko
Publication of KR20210084864A publication Critical patent/KR20210084864A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102371395B1 publication Critical patent/KR102371395B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C7/00—Non-inflatable or solid tyres
    • B60C7/10—Non-inflatable or solid tyres characterised by means for increasing resiliency
    • B60C7/102—Tyres built-up with separate rubber parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D30/00—Producing pneumatic or solid tyres or parts thereof
    • B29D30/0061—Accessories, details or auxiliary operations not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D30/00—Producing pneumatic or solid tyres or parts thereof
    • B29D30/02—Solid tyres ; Moulds therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C7/00—Non-inflatable or solid tyres
    • B60C7/10—Non-inflatable or solid tyres characterised by means for increasing resiliency
    • B60C7/107—Non-inflatable or solid tyres characterised by means for increasing resiliency comprising lateral openings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C2200/00—Tyres specially adapted for particular applications
    • B60C2200/04—Tyres specially adapted for particular applications for road vehicles, e.g. passenger cars

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Tires In General (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 비공기입 타이어는, 차축에 결합되는 고리 형상의 내주면; 내주면으로부터 반경 방향으로 이격되게 마련되고, 지면에 접촉하는 고리 형상의 외주면; 내주면과 외주면 사이에 형성되고, 내주면과 외주면을 서로 연결하며, 탄성을 갖는 탄성층; 및 차축에 평행한 방향을 따라 탄성층을 관통하도록 형성된 복수 개의 개구를 포함하고, 복수 개의 개구는, 탄성층에 하중이 가해지면 좌굴이 발생하여 탄성층이 음의 푸아송비를 갖도록 오그제틱 패턴으로 형성된다.

Description

비공기입 타이어 및 그 제조 방법{NON-PNEUMATIC TIRE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 비공기입 타이어 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래의 일반적인 타이어들은 내부의 공기압을 유지하기 위해 지속적인 관리가 요구되고, 펑크가 발생하는 경우 기능을 상실해버리는 문제가 있다. 또한, 종래의 타이어들은 제조 공정이 복잡하고, 제조 시 많은 오염물질이 배출되어 환경에 악영향을 미치는 문제도 있다. 이에 공기를 주입하지 않고도 주행이 가능한 비공기입 타이어가 개발되고 있다. 비공기입 타이어는 크게 스포크 타입(Spoke type) 타이어와 네트워크 타입(Network type) 타이어로 구분되는데, 종래의 비공기입 타이어들의 경우 지지 가능한 하중에 한계가 있거나, 하중이 접지부에 집중되어 승차감이 떨어지고 소음이나 진동이 발생하는 등의 문제가 있다.
본 발명은 전술한 문제들 중 적어도 어느 하나를 해결하기 위한 것으로, 충분한 하중을 지탱할 수 있으면서도, 승차감이 뛰어나고 소음이나 진동의 발생을 최소화할 수 있는 비공기입 타이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 넓은 설계 범위 내에서 목표로 하는 성질을 갖는 비공기입 타이어를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 예에서, 비공기입 타이어는, 차축에 결합되는 고리 형상의 내주면; 내주면으로부터 반경 방향으로 이격되게 마련되고, 지면에 접촉하는 고리 형상의 외주면; 내주면과 외주면 사이에 형성되고, 내주면과 외주면을 서로 연결하며, 탄성을 갖는 탄성층; 및 차축에 평행한 방향을 따라 탄성층을 관통하도록 형성된 복수 개의 개구를 포함하고, 복수 개의 개구는, 탄성층에 하중이 가해지면 좌굴이 발생하여 탄성층이 음의 푸아송비를 갖도록 오그제틱 패턴으로 형성된다.
다른 예에서, 복수 개의 개구는, 원주 방향을 따라 나열되어 하나의 층을 형성하고, 반경 방향을 따라 나열되어 다층 구조를 형성할 수 있다.
또 다른 예에서, 복수 개의 개구는, 반경 방향을 향할수록 그 크기가 점차 커지도록 형성될 수 있다.
또 다른 예에서, 복수 개의 개구가 형성하는 층의 개수에 대한 설계값에 따라, 탄성층의 수직 강성이 소정 범위 내에서 조절될 수 있다.
또 다른 예에서, 탄성층은, 차축으로부터 반경 방향으로 연장되고, 차축을 중심으로 등각도 간격으로 마련된 복수 개의 반경선과, 탄성층 내에서 반경 방향을 따라 등간격으로 이격되게 마련된 복수 개의 원주선에 의해 구획되는 복수 개의 유닛 셀을 구비하고, 복수 개의 개구는, 복수 개의 유닛 셀 내부에 형성될 수 있다.
또 다른 예에서, 어느 하나의 유닛 셀의 크기에 대한 해당 유닛 셀 내부에 형성된 개구의 크기의 비율을 패턴 면적비라고 정의할 때, 복수 개의 개구는, 패턴 면적비가 모든 유닛 셀에 대하여 동일하게 형성될 수 있다.
또 다른 예에서, 어느 하나의 유닛 셀의 크기에 대한 해당 유닛 셀 내부에 형성된 개구의 크기의 비율을 패턴 면적비라고 정의할 때, 패턴 면적비에 대한 설계값에 따라, 탄성층의 수직 강성이 소정 범위 내에서 조절될 수 있다.
또 다른 예에서, 복수 개의 유닛 셀은 탄성 층 내에서 반경 방향을 따라 복수 개의 층을 갖도록 형성되고, 층의 개수에 대한 설계값에 따라, 탄성층의 수직 강성이 소정 범위 내에서 조절될 수 있다.
또 다른 예에서, 복수 개의 개구 중 적어도 어느 하나에 충전된 충전부재를 더 포함하고, 충전부재가 충전된 개구의 개수, 충전부재가 충전된 개구의 위치 및 충전부재의 재료 중 적어도 어느 하나를 조절하는 것에 의해, 탄성층의 수직 강성이 소정 범위 내에서 조절될 수 있다.
또 다른 예에서, 복수 개의 개구는 원형으로 형성될 수 있다.
또 다른 예에서, 복수 개의 개구 중 적어도 일부는, 타원형으로 형성되고, 타원형으로 형성되는 개구의 개수에 대한 설계값에 따라, 탄성층의 수직 강성이 소정 범위 내에서 조절될 수 있다.
또 다른 예에서, 탄성층에서 개구가 형성되어 있지 않은 영역에 형성되고, 탄성층을 관통하도록 형성된 관통공을 더 포함하고, 관통공의 개수, 형상, 위치에 대한 설계값에 따라, 탄성층의 수직 강성이 소정 범위 내에서 조절될 수 있다.
또 다른 예에서, 비공기입 타이어의 제조 방법은, 차축에 결합되는 고리 형상의 내주면과, 내주면으로부터 반경 방향으로 이격되게 마련되고, 지면에 접촉하는 고리 형상의 외주면과, 내주면과 외주면 사이에 형성되고, 내주면과 외주면을 서로 연결하며, 탄성을 갖는 탄성층 및 차축에 평행한 방향을 따라 탄성층을 관통하도록 형성된 복수 개의 개구를 포함하는 비공기입 타이어의 제조 방법으로서, 목표로 하는 비공기입 타이어의 형상을 설계하는 설계 단계와, 설계 단계에서 설계된 형상에 기초해서 비공기입 타이어를 제작하는 제작 단계를 포함하고, 설계 단계는, 탄성층에 하중이 가해지면 좌굴이 발생하여 탄성층이 음의 푸아송비를 갖도록, 복수 개의 개구가 오그제틱 패턴으로 설계된 기준 구조를 설계하는 기준 설계 단계를 포함한다.
또 다른 예에서, 기준 구조는, 복수 개의 개구가, 원주 방향을 따라 나열되어 하나의 층을 형성하고, 반경 방향을 따라 나열되어 다층 구조를 형성한 구조이고, 설계 단계는, 층의 개수를 변경하면서 탄성층의 수직 강성을 소정 범위 내에서 변경시키는 제1 해석 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 예에서, 탄성층은, 차축으로부터 반경 방향으로 연장되고, 차축을 중심으로 등각도 간격으로 마련된 복수 개의 반경선과, 탄성층 내에서 반경 방향을 따라 등간격으로 이격되게 마련된 복수 개의 원주선에 의해 구획되는 복수 개의 유닛 셀을 구비하고, 복수 개의 개구는, 복수 개의 유닛 셀 내부에 형성되며, 설계 단계는, 어느 하나의 유닛 셀의 크기에 대한 해당 유닛 셀 내부에 형성된 개구의 크기의 비율을 패턴 면적비라고 정의할 때, 패턴 면적비를 변경하면서 탄성층의 수직 강성을 소정 범위 내에서 변경시키는 제2 해석 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 복수 개의 개구가 오그제틱 패턴으로 형성됨으로써 하중이 접지부에 집중되는 것이 방지되어 하중에 대한 저항력이 향상되고, 진동이나 소음이 발생하는 것이 방지된다.
또한, 본 발명에 의하면, 차량이 장애물을 넘을 때, 탄성층의 수직 방향 변위량이 커져 상하 방향으로의 변동량이 감소되므로, 승차감이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 복수 개의 개구가 형성하는 층의 개수 또는 패턴 면적비를 변경시킴으로써 넓은 설계 범위에서 목표하는 성질을 갖는 비공기입 타이어를 간편하게 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어를 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어에 수직 하중이 가해졌을 때의 형태 변화 및 응력 분포를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2의 A영역을 확대하여 나타낸 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어의 수직 강성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어에 하중이 가해졌을 때의 하중 분포를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
[비공기입 타이어의 구성]
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어를 나타내는 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어를 나타내는 측면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어에 수직 하중이 가해졌을 때의 형태 변화 및 응력 분포를 나타내는 도면이다. 도 4는 도 2의 A영역을 확대하여 나타낸 확대도이다. 이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어의 구성에 대하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어는 내주면(110), 외주면(120), 탄성층(130) 및 개구(140)를 포함한다.
내주면(110)은 차축에 결합되는 부분을 말한다. 보다 구체적으로, 차축에 결합된 차량의 헤드 드럼에 결합되는 부분을 말한다. 내주면(110)은 고리 형상으로 형성되고, 차축에 평행한 방향을 따라 일정한 폭을 갖는다.
외주면(120)은 타이어가 노면에 접촉하는 부분, 즉 타이어의 트레드부를 말한다. 외주면(120) 역시 고리 형상으로 형성되고, 내주면(110)으로부터 반경 방향으로 이격되게 마련된다. 이하에서 반경 방향이란 차축의 회전 중심으로부터 방사상으로 연장되는 방향을 의미한다. 외주면(120) 역시 차축에 평행한 방향(z)을 따라 일정한 폭을 갖는다. 내주면(110)과 외주면(120)의 직경, 폭 및 재료는 비공기입 타이어가 사용될 차량의 종류에 따라 적절하게 변경될 수 있다.
탄성층(130)은 내주면(110)과 외주면(120) 사이에 형성되어, 내주면(110)과 외주면(120)을 서로 연결한다. 탄성층(130)은 타이어에 하중이 가해졌을 때 그 하중을 흡수할 수 있도록 탄성을 갖는 재료로 형성된다.
복수 개의 개구(140)는 비공기입 타이어의 스포크로서 기능한다. 복수 개의 개구(140)는 차축에 평행한 방향을 따라 탄성층(130)을 관통하도록 형성된다. 본 실시예에서는 각각의 개구(140)가 원형으로 형성된 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
복수 개의 개구(140)는 닫힌 곡면인 탄성층(130) 내에서 오그제틱(auxetic) 패턴으로 형성된다. 오그제틱이란 수평 방향의 변형율을 수직 방향의 변형율로 나눈 값을 의미하는 포아송비(Poisson`s ratio)가 음수인 성질을 의미한다.
보다 구체적으로, 어떤 물질에 수직 방향으로 힘이 가해져 수직 방향(y)에 따른 길이가 감소할 때, 수평 방향(x)에 따른 길이도 감소하는 경우 오그제틱 물질이라고 한다. 본 실시예에 따른 비공기입 타이어는, 도 3의 (a)에 도시된 것과 같이 탄성층(130)에 수직 방향(y)으로 하중이 가해지면, 도 3의 (b) 및 (c)에 도시된 것과 같이 수직 방향(y)에 따른 길이가 감소함과 함께 수평 방향(x)에 따른 길이도 감소하는 것을 볼 수 있다.
즉, 복수 개의 개구(140)는, 탄성층(130)에 수직 방향(y)의 하중이 가해지면, 복수 개의 개구(140)에 의해 형성된 탄성층(130)의 나머지 부분들에 좌굴(buckling)이 발생하여 탄성층(130)이 접지부 부근에서 음의 푸아송비를 갖도록 오그제틱 패턴으로 형성된다.
보다 구체적으로, 도 3 및 도 4를 참조하면, 비공기입 타이어에 수직 방향(y)의 하중이 가해졌을 때, 도 3의 (b) 및 (c)에 도시된 것과 같이 탄성층(130)에는 변형이 발생하고, 탄성층(130)의 변형을 설명하면, 유닛 셀(135) 내부에 형성된 개구(140)와 이 유닛 셀(135)과 인접한 다른 유닛 셀(135) 내부에 형성된 개구(140) 사이의 영역에서 좌굴이 발생하게 된다. 또한, 유닛 셀(135) 내부에 형성된 개구(140)와 이 유닛 셀(135)의 대각선 방향에 위치하는 다른 유닛 셀(135) 내부에 형성된 개구(140) 사이의 영역에서 회전이 발생하게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어의 수직 강성을 나타내는 그래프이다. 도 5에서 파란색 선은 좌굴이 발생하는 경우를 나타내고, 빨간색 선은 좌굴이 발생하지 않는 경우를 나타낸다. 즉, 종래의 타이어와 같이 하중이 가해짐에 따라 좌굴이 발생하지 않는 경우 수직 강성은 선형적으로 구현된다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어의 경우, 가해지는 수직 방향(y)의 하중이 점차 커지는 경우, 수직 강성은 선형적으로 구현되다가, 좌굴이 발생하는 순간 수직 강성이 작아지게 되므로, 수직 강성 패턴이 비선형적으로 구현된다.
또한, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어에 하중이 가해졌을 때의 하중 분포를 나타내는 도면이다. 도 6의 (a)는 좌굴이 발생하지 않는 경우를 나타내고, 도 6의 (b)는 좌굴이 발생하는 경우를 나타낸다.
도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래의 비공기입 타이어들의 경우 타이어에 하중이 가해지면 접지부에 그 하중이 집중되어 진동이나 소음이 발생하고 승차감이 악화되는 문제가 있었다. 그러나 본 발명에 따른 비공기입 타이어의 경우, 접지부에 하중이 집중될 때, 좌굴 현상에 의해 하중이 접지부 이외의 지역으로 분산될 수 있고, 하중에 대한 저항력이 향상되어 진동이나 소음이 발생하는 것도 억제할 수 있다.
또한, 차량이 비포장 도로를 주행하거나 단턱과 같은 장애물을 넘을 때에는 상대적으로 더 큰 수직 하중이 가해지는데, 이때는 좌굴 정도가 더 심해져 탄성층(130)의 수직 방향 변위량도 커지게 된다(도 3의 (c) 참조). 다시 말해서, 차량의 상하 방향에 따른 흔들림을 탄성층(130)이 흡수하는 효과가 나타나 승차감이 향상될 수 있다.
또한, 복수 개의 개구(140)는 탄성층(130)을 관통시키는 간단한 공정을 통해 형성할 수 있으므로, 제조가 간편하고 제조 시 버려지는 자원을 최소화하여 친환경적일 수 있다.
한편, 이러한 비공기입 타이어는 타이어가 적용될 차량의 무게나 차량이 이용되는 환경 등에 따라 타이어가 갖는 성질이 적절하게 변경될 필요가 있다. 즉, 각각의 사용 상태에 따라 적절한 수직 강성을 갖는 비공기입 타이어를 용이하게 설계할 수 있어야 한다. 즉, 어느 정도의 하중이 가해졌을 때 좌굴이 발생하는지 그 설계 범위를 용이하게 조절할 수 있어야 한다. 그리고 이러한 설계 범위는 넓을수록 유리하다. 이하에서는 도 2 및 도 4를 참조하여 다양한 사용례에 대응되는 성질을 갖는 비공기입 타이어를 넓은 설계 범위 내에서 형성하기 위한 개구(140)의 형태에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 복수 개의 개구(140)는 원주 방향을 따라 나열되어 하나의 층을 형성하고, 반경 방향을 따라 나열되어 다층 구조를 형성한다.
보다 구체적으로, 도 4를 참조하면, 탄성층(130)에는 복수 개의 반경선(131)과 복수 개의 원주선(132)에 의해 구획되는 가상의 유닛 셀(135)이 형성되어 있다. 반경선(131)은 차축으로부터 반경 방향으로 연장되고, 차축을 중심으로 등각도 간격으로 마련된 가상의 선을 말하고, 원주선(132)은 탄성층(130) 내에서 반경 방향을 따라 등간격으로 이격되게 마련된 가상의 선을 말한다. 반경선(131)과 원주선(132)은 서로 교차하면서 유닛 셀(135)을 형성한다. 그리고 복수 개의 개구(140)는 복수 개의 유닛 셀(135) 각각의 내부에 형성될 수 있다.
한편, 탄성층(130)은 고리형의 닫힌 곡면을 가지고 있으므로, 각각의 유닛 셀(135)은 말단이 절단된 부채꼴 형상을 가지고, 그 크기는 반경 방향을 향할수록 크게 형성되어 있다. 또한, 복수 개의 개구(140) 역시 반경 방향을 향할수록 그 크기가 점차 커지도록 형성될 수 있다.
이때, 복수 개의 개구(140)가 형성하는 층의 개수에 대한 설계값을 변경하는 것에 의해, 탄성층(130), 즉 비공기입 타이어의 수직 강성을 소정 범위 내에서 조절할 수 있다. 보다 구체적으로, 복수 개의 개구(140)가 오그제틱 패턴으로 형성된 상태에서, 층의 개수를 증감시키는 것만으로 비공기입 타이어의 수직 강성을 소정 범위 내에서 간단하게 조절할 수 있다.
타이어의 수직 강성은 각 층의 개수를 달리하는 시뮬레이션 해석을 통해 측정할 수 있고, 층의 개수를 조절하면서 패턴을 설계한 후, 시뮬레이션을 통해 확정된 패턴에 따라 탄성층에 개구(140)만 관통 형성하면 되므로, 제조 공정이 매우 간편해진다.
또는, 복수 개의 개구(140)의 패턴 면적비에 대한 설계를 변경하는 것에 의해 탄성층(130)의 수직 강성을 소정 범위 내에서 조절할 수 있다. 패턴 면적비란, 유닛 셀(135)의 크기에 대한 해당 유닛 셀(135) 내부에 형성된 개구(140)의 크기의 비율을 의미한다. 복수 개의 개구(140)는 패턴 면적비가 모든 유닛 셀(135)에 대하여 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 패턴 면적비를 조절하는 것과 유사한 방식으로, 탄성층(130)에서 개구(140)가 형성되어 있지 않은 영역에 별도의 관통공(미도시)을 형성함으로써 탄성층(130)의 수직 강성을 조절할 수도 있다. 관통공이 형성되는 위치, 관통공의 개수, 형상 등을 조절함으로써 수직 강성을 넓은 설계 범위 내에서 조절할 수 있다.
또는, 좌굴이 발생하게 하는 하중값을 조절하기 위해서, 적어도 일부의 개구(140)는 미리 좌굴이 형성되어 있는 형상으로 형성할 수도 있다(pre-buckling). 즉, 도 3의 (b) 또는 (c)에 도시된 것과 같이, 예를 들어 타원형으로 개구(140)를 형성하는 경우, 원형으로 형성된 경우에 비해 작은 하중만으로도 좌굴이 발생하도록 유도할 수 있다. 이와 같이 개구의 형상을 변경하는 것에 의해, 탄성층(130)의 수직 강성을 원하는 범위 내에서 조절할 수 있다. 한편, 좌굴이 발생하게 하는 하중값을 조절할 수 있는 형상이라면 그 형상은 특별히 한정되지 않는다.
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어는, 복수 개의 개구(140) 내에 충전된 충전부재(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 충전부재는 복수 개의 개구(140) 중 적어도 어느 하나에 충전됨으로써 수직 하중을 받았을 때 좌굴되는 정도가 조절될 수 있고, 이에 따라 탄성층(130)의 수직 강성이 조절될 수 있다. 충전부재가 충전된 개구(140)의 개수, 충전부재가 충전된 개구(140)의 위치 및 충전부재의 재료 중 적어도 어느 하나를 조절하는 것에 의해 탄성층(130)의 수직 강성을 조절할 수 있다.
한편, 이상의 설명에서는 비공기입 타이어의 수직 강성을 원하는 범위 내에서 변경시킬 수 있다고 하였으나, 복수 개의 개구(140)의 형상, 층의 개수, 패턴 면적비 등을 변경함으로써, 수직 방향(y) 및 차축 방향(z)에 각각 직교하는 방향인 수평 방향(x)의 하중에 대한 수평 강성, 차축 방향(z)의 하중에 대한 축 방향 강성, 타이어의 회전 방향(r)의 비틀림 하중에 대한 비틀림 강성도 조절될 수 있다(도 1 참조).
[비공기입 타이어의 제조 방법]
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 실시예에 따른 비공기입 타이어의 제조 방법은 설계 단계와 제작 단계를 포함한다. 설계 단계는 목표로 하는 비공기입 타이어의 형상을 컴퓨터 시뮬레이션 또는 실험을 통해 설계하는 단계이고, 제작 단계는 설계 단계에서 설계된 형상에 기초해서 실제로 비공기입 타이어 제품을 제작하는 단계이다.
설계 단계는 설정 단계와 해석 단계를 포함한다. 설정 단계는 목표로 하는 타이어의 크기, 타이어가 지지하고자 하는 차량의 기본 하중에 따른 목표 하중, 타이어의 제작에 사용될 재료 등을 설정하는 단계이다. 그리고 해석 단계는 설정 단계에서 정해진 목표값을 만족하는 범위 내에서, 타이어의 형상을 바꿔가며 세부적인 수치를 결정하는 단계이다.
먼저, 설정 단계에서는 내주면(110) 및 외주면(120)의 직경을 결정하고, 내주면(110), 탄성층(130) 및 외측면(120)에 사용될 재료를 결정하여, 그 물성치를 시뮬레이션 해석을 위한 프로그램에 입력한다. 타이어가 지지하고자 하는 목표 하중도 프로그램에 입력된다.
해석 단계에서는 먼저 비교 대상이 되는 어느 하나의 기준 구조를 설계하고, 그 구조에 기초한 구조역학적 해석을 실시한다. 보다 구체적으로, 탄성층(130)에 하중이 가해지면 좌굴이 발생하여 탄성층(130)이 음의 포아송비를 갖도록, 복수 개의 개구(140)가 오그제틱 패턴으로 형성된 어느 하나의 기준 구조를 설계한다(기준 설계 단계). 그리고 이 기준 구조를 기초로 하여 타이어의 수직 하중을 시뮬레이션 해석 또는 실험을 통해 측정한다.
예를 들어, 기준 구조는, 복수 개의 개구(140)가 원주 방향을 따라 나열되어 하나의 층을 형성하고, 반경 방향으로 나열되어 다층 구조를 형성하는 구조일 수 있다. 이때 복수 개의 개구(140)는 복수 개의 반경선(131)과 원주선(132)에 의해 구획되는 복수 개의 유닛 셀(135) 내에 형성될 수 있다.
그리고 해석 단계에서는 복수 개의 개구(140)가 형성하는 층의 개수를 변경하면서 수직 강성을 소정 범위 내에서 변경시키면서, 목표값에 근사한 층의 개수를 결정한다(제1 해석 단계). 또는, 해석 단계에서는 복수 개의 개구(140)에 대한 패턴 면적비를 변경하면서 수직 강성을 소정 범위 내에서 변경시키면서, 목표값에 근사한 패턴 면적비를 결정한다(제2 해석 단계). 복수 개의 개구(140)가 형성하는 층의 개수 또는 패턴 면적비를 변경시키는 간단한 설계를 통해 넓은 설계 범위에서 목표로 하는 성질을 갖는 비공기입 타이어를 형성할 수 있다.
제작 단계에서는 이러한 설계 단계에서 결정된 형상 및 수치에 기초해서 실제로 제품을 제조하고, 실제 제품을 이용하여 실험을 통해 검증을 진행한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 내주면
120: 외주면
130: 탄성층
131: 반경선
132: 원주선
135: 유닛 셀
140: 개구

Claims (15)

  1. 차축에 결합되는 고리 형상의 내주면;
    상기 내주면으로부터 반경 방향으로 이격되게 마련되고, 지면에 접촉하는 고리 형상의 외주면;
    상기 내주면과 상기 외주면 사이에 형성되고, 상기 내주면과 상기 외주면을 서로 연결하며, 탄성을 갖는 탄성층; 및
    상기 차축에 평행한 방향을 따라 상기 탄성층을 관통하도록 형성된 복수 개의 개구를 포함하고,
    상기 복수 개의 개구는, 상기 탄성층에 하중이 가해지면 좌굴이 발생하여 상기 탄성층이 음의 푸아송비를 갖도록 오그제틱 패턴으로 형성되고,
    상기 탄성층은, 상기 차축으로부터 반경 방향으로 연장되고, 상기 차축을 중심으로 등각도 간격으로 마련된 복수 개의 반경선과, 상기 탄성층 내에서 반경 방향을 따라 등간격으로 이격되게 마련된 복수 개의 원주선에 의해 구획되는 복수 개의 유닛 셀을 구비하고,
    상기 복수 개의 개구는, 상기 복수 개의 유닛 셀 내부에 형성되는, 비공기입 타이어.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 개구는, 원주 방향을 따라 나열되어 하나의 층을 형성하고, 반경 방향을 따라 나열되어 다층 구조를 형성하는, 비공기입 타이어.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수 개의 개구는, 반경 방향을 향할수록 그 크기가 점차 커지도록 형성되는, 비공기입 타이어.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수 개의 개구가 형성하는 층의 개수에 대한 설계값에 따라, 상기 탄성층의 수직 강성이 소정 범위 내에서 조절되는, 비공기입 타이어.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 비공기입 타이어에 수직 방향의 하중이 가해졌을 때, 상기 복수 개의 유닛 셀 각각은, 상기 유닛 셀 내부에 형성된 개구와 인접한 유닛 셀 내부에 형성된 개구 사이의 영역에서 좌굴이 발생하고, 상기 유닛 셀 내부에 형성된 개구와 상기 유닛 셀의 대각선 방향에 위치하는 유닛 셀 내부에 형성된 개구 사이의 영역에서 회전이 발생하는, 비공기입 타이어.
  6. 제1항에 있어서,
    어느 하나의 상기 유닛 셀의 크기에 대한 해당 유닛 셀 내부에 형성된 상기 개구의 크기의 비율을 패턴 면적비라고 정의할 때,
    상기 복수 개의 개구는, 상기 패턴 면적비가 모든 상기 유닛 셀에 대하여 동일하게 형성된, 비공기입 타이어.
  7. 제1항에 있어서,
    어느 하나의 상기 유닛 셀의 크기에 대한 해당 유닛 셀 내부에 형성된 상기 개구의 크기의 비율을 패턴 면적비라고 정의할 때,
    상기 패턴 면적비에 대한 설계값에 따라, 상기 탄성층의 수직 강성이 소정 범위 내에서 조절되는, 비공기입 타이어.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수 개의 유닛 셀은 상기 탄성 층 내에서 반경 방향을 따라 복수 개의 층을 갖도록 형성되고,
    상기 층의 개수에 대한 설계값에 따라, 상기 탄성층의 수직 강성이 소정 범위 내에서 조절되는, 비공기입 타이어.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 개구 중 적어도 어느 하나에 충전된 충전부재를 더 포함하고,
    상기 충전부재가 충전된 상기 개구의 개수, 상기 충전부재가 충전된 상기 개구의 위치 및 상기 충전부재의 재료 중 적어도 어느 하나를 조절하는 것에 의해, 상기 탄성층의 수직 강성이 소정 범위 내에서 조절되는, 비공기입 타이어.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 개구는 원형으로 형성되는, 비공기입 타이어.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 개구 중 적어도 일부는, 타원형으로 형성되고,
    타원형으로 형성되는 상기 개구의 개수에 대한 설계값에 따라, 상기 탄성층의 수직 강성이 소정 범위 내에서 조절되는, 비공기입 타이어.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 탄성층에서 상기 개구가 형성되어 있지 않은 영역에 형성되고, 상기 탄성층을 관통하도록 형성된 관통공을 더 포함하고,
    상기 관통공의 개수, 형상, 위치에 대한 설계값에 따라, 상기 탄성층의 수직 강성이 소정 범위 내에서 조절되는, 비공기입 타이어.
  13. 차축에 결합되는 고리 형상의 내주면과, 상기 내주면으로부터 반경 방향으로 이격되게 마련되고, 지면에 접촉하는 고리 형상의 외주면과, 상기 내주면과 상기 외주면 사이에 형성되고, 상기 내주면과 상기 외주면을 서로 연결하며, 탄성을 갖는 탄성층 및 상기 차축에 평행한 방향을 따라 상기 탄성층을 관통하도록 형성된 복수 개의 개구를 포함하는 비공기입 타이어의 제조 방법으로서,
    목표로 하는 상기 비공기입 타이어의 형상을 설계하는 설계 단계와,
    상기 설계 단계에서 설계된 형상에 기초해서 상기 비공기입 타이어를 제작하는 제작 단계를 포함하고,
    상기 설계 단계는, 상기 탄성층에 하중이 가해지면 좌굴이 발생하여 상기 탄성층이 음의 푸아송비를 갖도록, 상기 복수 개의 개구가 오그제틱 패턴으로 설계된 기준 구조를 설계하는 기준 설계 단계를 포함하고,
    상기 탄성층은, 상기 차축으로부터 반경 방향으로 연장되고, 상기 차축을 중심으로 등각도 간격으로 마련된 복수 개의 반경선과, 상기 탄성층 내에서 반경 방향을 따라 등간격으로 이격되게 마련된 복수 개의 원주선에 의해 구획되는 복수 개의 유닛 셀을 구비하고,
    상기 복수 개의 개구는, 상기 복수 개의 유닛 셀 내부에 형성되는, 비공기입 타이어의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 기준 구조는, 상기 복수 개의 개구가, 원주 방향을 따라 나열되어 하나의 층을 형성하고, 반경 방향을 따라 나열되어 다층 구조를 형성한 구조이고,
    상기 설계 단계는, 상기 층의 개수를 변경하면서 상기 탄성층의 수직 강성을 소정 범위 내에서 변경시키는 제1 해석 단계를 포함하는, 비공기입 타이어의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 설계 단계는, 어느 하나의 상기 유닛 셀의 크기에 대한 해당 유닛 셀 내부에 형성된 상기 개구의 크기의 비율을 패턴 면적비라고 정의할 때, 상기 패턴 면적비를 변경하면서 상기 탄성층의 수직 강성을 소정 범위 내에서 변경시키는 제2 해석 단계를 포함하는, 비공기입 타이어의 제조 방법.
KR1020190177340A 2019-12-30 2019-12-30 비공기입 타이어 및 그 제조 방법 KR102371395B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190177340A KR102371395B1 (ko) 2019-12-30 2019-12-30 비공기입 타이어 및 그 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190177340A KR102371395B1 (ko) 2019-12-30 2019-12-30 비공기입 타이어 및 그 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210084864A KR20210084864A (ko) 2021-07-08
KR102371395B1 true KR102371395B1 (ko) 2022-03-07

Family

ID=76893285

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190177340A KR102371395B1 (ko) 2019-12-30 2019-12-30 비공기입 타이어 및 그 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102371395B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240085085A (ko) 2022-12-07 2024-06-14 한국타이어앤테크놀로지 주식회사 비공기입 타이어

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007137858A2 (en) * 2006-05-31 2007-12-06 Terramark Markencreation Gmbh Airless tire for vehicles
JP2016113102A (ja) * 2014-12-17 2016-06-23 東洋ゴム工業株式会社 非空気圧タイヤ
KR101852305B1 (ko) * 2017-08-24 2018-04-25 국방기술품질원 스포크 및 이를 이용한 비공기입 타이어

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130073362A (ko) * 2011-12-23 2013-07-03 최현환 적층된 원형 튜브체인을 이용한 무공기 타이어

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007137858A2 (en) * 2006-05-31 2007-12-06 Terramark Markencreation Gmbh Airless tire for vehicles
JP2016113102A (ja) * 2014-12-17 2016-06-23 東洋ゴム工業株式会社 非空気圧タイヤ
KR101852305B1 (ko) * 2017-08-24 2018-04-25 국방기술품질원 스포크 및 이를 이용한 비공기입 타이어

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240085085A (ko) 2022-12-07 2024-06-14 한국타이어앤테크놀로지 주식회사 비공기입 타이어

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210084864A (ko) 2021-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6942931B2 (ja) 不定剛性を有するエアレスタイヤ構造
EP2801485B1 (en) Airless tire
US7523773B2 (en) Non-pneumatic wheel
KR101528686B1 (ko) 비공압 타이어
US9205706B2 (en) Tire with noise-reducing tread pattern
US11235616B2 (en) Method of mounting a non-pneumatic tire onto a hub
JP2017081281A (ja) エアレスタイヤ
KR102371395B1 (ko) 비공기입 타이어 및 그 제조 방법
EP3863866B1 (en) Nonpneumatic tire having multiple shear hoops
JP5519167B2 (ja) 空気入りタイヤ
US20050028914A1 (en) Solid rubber tire
EP3768525B1 (en) Solid tyre provided with cushioning holes,
JP2018047892A (ja) 重荷重用タイヤ及びトレッド
KR101722715B1 (ko) 비공기입 타이어
CN210911898U (zh) 一种实心轮胎及使用该实心轮胎的车轮
KR102656639B1 (ko) 비공기입 타이어
KR102187804B1 (ko) 블록형 보강 구성을 구비하는 비공기입 타이어
CA1306410C (en) Non-pneumatic tire with vibration reducing features

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant