KR102581110B1 - 에어리스 타이어 - Google Patents

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KR102581110B1
KR102581110B1 KR1020160131167A KR20160131167A KR102581110B1 KR 102581110 B1 KR102581110 B1 KR 102581110B1 KR 1020160131167 A KR1020160131167 A KR 1020160131167A KR 20160131167 A KR20160131167 A KR 20160131167A KR 102581110 B1 KR102581110 B1 KR 102581110B1
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와코 이와무라
마코토 스기야
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스미토모 고무 코교 카부시키카이샤
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Abstract

내구성이 우수한 에어리스 타이어에 관한 것이다.
탄성체로 이루어지고 접지면(2a)을 갖는 원통형의 트레드 링(2)과, 트레드 링(2)의 타이어 반경 방향 내측에 배치되며 또한 차축에 고정되는 실질적으로 비신장성 재료로 이루어지는 허브부(3)와, 탄성 재료로 이루어지며 또한 트레드 링(2)과 허브부(3)를 연결하기 위한 복수의 스포크(4)를 구비한 에어리스 타이어(1)이다. 각 스포크(4)는, 트레드 링(2)측에 고정된 외단(6)과, 허브부(3)측에 고정된 내단(7)을 갖는다. 외단(6) 및 내단(7)은, 모두, 타이어 축 방향에 대하여 비스듬하게 신장되어 있다. 스포크(4)의 외단(6)측의 압축 강성(Sr)은, 스포크의 내단(7)측의 압축 강성(Sh)보다 크다.

Description

에어리스 타이어{AIRLESS TIRE}
본 발명은 고압 공기를 이용하는 일 없이, 자체의 구조에 의해 하중을 지지할 수 있는 에어리스 타이어(airless tire)에 관한 것이다.
최근, 하기 특허문헌 1 내지 4 등에 의해, 에어리스 타이어가 여러 가지 제안되어 있다. 에어리스 타이어는, 고압 공기를 이용하는 일 없이, 자체의 구조에 의해 하중을 지지할 수 있다. 따라서, 에어리스 타이어는, 펑크(puncture)가 발생하지 않는다는 이점을 갖는다.
도 6에는 전형적인 에어리스 타이어(100)의 측면도가 제시되어 있다. 에어리스 타이어(100)는, 탄성체로 이루어지고 접지면을 갖는 원통형의 트레드 링(102)과, 트레드 링(102)의 반경 방향 내측에 배치되며 또한 차축(104)에 고정되는 금속제의 허브부(106)와, 트레드 링(102)과 허브부(106)를 연결하기 위한 복수의 스포크(108)를 구비하고 있다. 각 스포크(108)는, 예컨대, 비교적 유연한 엘라스토머 재료로 이루어지며, 트레드 링(102)측에 고정된 외단(108a)과, 허브부(106)측에 고정된 내단(108b)을 갖는다. 이 예에서, 각 스포크(108)는, 타이어에 하중이 인가되지 않는 상태에 있어서, 타이어 방사면(110)[타이어 회전축(CL)을 포함하는 평면]을 따라 직선형으로 신장되어 있다.
이와 같은 에어리스 타이어(100)에서는, 트레드 링(102)의 강성이 타이어 둘레 방향으로 불균일해진다. 예컨대, 트레드 링(102) 중, 스포크(108)의 외단(108a)이 접속되어 있는 부분은, 스포크(108)가 접속되어 있지 않은 부분보다 높은 강성을 갖고 있다. 바꾸어 말하면, 이러한 종류의 에어리스 타이어(100)는, 트레드 링(102)의 강성이 큰 부분 및 작은 부분이 교대로 접지하기 때문에, 주행 시에 진동이 발생하여, 승차감이 나쁘다고 하는 결점이 있었다.
상기 결점을 해소하기 위해, 도 7의 (a) 및 (b)에 나타내는 것과 같은 에어리스 타이어(200)가 하기 특허문헌 4에서 제안되어 있다. 이 에어리스 타이어(200)는, 도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 트레드 링(202)과 허브부(206)를 연결하기 위한 스포크(208)가, 타이어 방사면(110)에 대하여 각도(θ)로 비스듬하게 기울어져 있다. 이러한 스포크(208)는, 타이어 방사면(110)을 따른 스포크에 비해서, 트레드 링(202)의 강성이 타이어 둘레 방향으로 급격하게 변화하는 것을 방지하여, 전술한 바와 같은 주행 중의 진동을 방지하여, 우수한 승차감을 제공한다고 하는 효과가 기대되고 있다.
또한, 도 7의 (b)은 트레드 링(202)을 내주면측에서 본 전개도이며, 상하 방향이 타이어 둘레 방향에 대응하고 있다. 도 7의 (b)로부터 분명한 바와 같이, 이러한 예의 에어리스 타이어에 있어서는, 트레드 링(202)의 원주 방향에 있어서, 항상, 스포크(208)가 노면과 접지[실제로는, 트레드 링(202)을 통해 접지]하도록 구성되어 있다. 따라서, 이 경우의 에어리스 타이어(200)는, 전술한 바와 같은 주행 중의 진동을 더욱 효과적으로 방지하여, 우수한 승차감을 제공한다고 하는 효과가 기대되고 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 제4852767호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 제4914211호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 제4855646호 공보 특허문헌 4: 일본 특허 제5539479호 공보
에어리스 타이어의 부하 주행 중, 각 스포크는, 신장 및 굽힘을 반복한다. 예컨대, 도 6으로 되돌아가면, 트레드 링(102)의 접지면의 바로 위에 위치하는 스포크(108)에는, 상대적으로 큰 굽힘이 작용하는 한편, 허브부(106)의 바로 위에 위치하는 스포크는, 수직 하중을 받는 허브부(106)에 의해 상대적으로 크게 늘어나는 것이 이해된다. 따라서, 스포크에는, 주로, 굽힘 및 인장의 반복 변형에 견딜 수 있는 구조가 필요하다.
또한, 도 8의 (a)에는 에어리스 타이어(200)의 무부하 시의 부분 측면도가 나타내어져 있고, 도 8의 (b)에는 수직 하중을 받아 접지한 상태가 나타내어져 있다. 도 8의 (a)와 같이, 무부하 시에, 트레드 링(202)에 비스듬하게 연결된 스포크(208)의 외단(208a)은, 트레드 링(202)의 원호형 내주면 형상을 따른 원호형을 나타낸다. 한편, 도 8의 (b)와 같이, 하중을 받아 트레드 링(202)이 노면에 접지한 경우, 그 접지면의 바로 위의 위치에 있어서, 스포크(208)의 외단(208a)은, 평평하게 된 트레드 링(202)의 내주면을 따르도록 직선형으로 변화한다. 이때, 스포크(208)의 외단(208a)측의 부분에는 굽힘 변형이 생기고, 그 변형량은, 둘레 방향의 중앙부 부근에서 가장 크며, 양단부를 향하여 서서히 작아진다.
한편, 에어리스 타이어(200)의 허브부(206)는, 실질적으로 변형되지 않는 금속 재료로 형성되어 있다. 따라서, 허브부(206)측에 고정되어 있는 스포크(208)의 내단(208b)측의 부분은, 단순히 길이가 줄어드는 방향으로 구부려질 뿐이다.
이상과 같이, 승차감을 향상시키기 위해, 타이어 방사면에 대하여 경사지도록 배치된 스포크를 갖는 에어리스 타이어에서는, 그 스포크의 타이어 반경 방향의 외단측에 변형이 집중되기 쉬워, 그 부분을 기점으로 하여 조기에 손상이 생긴다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 이상과 같은 실정을 감안하여 안출된 것으로, 스포크의 내구성을 향상시키는 것이 가능한 에어리스 타이어를 제공하는 것을 주된 목적으로 하고 있다.
본 발명은 에어리스 타이어로서, 탄성체로 이루어지고 접지면을 갖는 원통형의 트레드 링과, 상기 트레드 링의 타이어 반경 방향 내측에 배치되며 또한 차축에 고정되는 실질적으로 비신장성 재료로 이루어지는 허브부와, 탄성 재료로 이루어지며 또한 상기 트레드 링과 상기 허브부를 연결하기 위한 복수의 스포크를 구비하고 있고, 상기 각 스포크는, 상기 트레드 링측에 고정된 외단과, 상기 허브부측에 고정된 내단을 가지며, 상기 외단 및 상기 내단은, 모두, 타이어 축 방향에 대하여 비스듬하게 신장되고, 상기 스포크의 상기 외단측의 압축 강성(Sr)은, 상기 스포크의 상기 내단측의 압축 강성(Sh)보다 큰 것인 에어리스 타이어이다.
본 발명의 다른 양태에서는, 상기 압축 강성의 비(Sh/Sr)가 0.95 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 양태에서는, 상기 압축 강성의 비(Sh/Sr)가 0.20∼0.95인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 양태에서는, 각 스포크에 있어서, 상기 외단으로부터 상기 내단까지의 실길이(實長; Ls)가, 상기 외단으로부터 상기 내단까지의 최단 거리(Ld)의 1.01배∼1.10배인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 양태에서는, 상기 스포크의 상기 외단측의 두께(tr)는, 상기 스포크의 상기 내단측의 두께(th)보다 크게 될 수 있다. 이 경우, 스포크의 상기 외단측의 두께(tr)는, 상기 스포크의 상기 내단측의 두께(th)의 1.2배 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 양태에서는, 상기 스포크의 타이어 반경 방향을 따른 횡단면에 있어서, 상기 스포크의 상기 내단측의 곡률 반경(Rh)이, 상기 스포크의 상기 외단측의 곡률 반경(Rr)보다 작은 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 양태에서, 각 스포크의 상기 외단 및 상기 내단은, 타이어 회전축을 통과하는 동일 방사 방향선 상에 마련되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 양태에서, 각 스포크의 상기 외단측의 상기 방사 방향선에 대한 경사 각도가, 상기 내단측의 상기 방사 방향선에 대한 경사 각도보다 작은 것이 바람직하다.
타이어 방사면에 대하여 비스듬하게 기울어진 스포크를 갖는 에어리스 타이어에 있어서, 하중 부하 시의 스포크의 주된 변형은, 타이어의 휨량에 따른 변형이다. 또한, 스포크의 외단측에 대해서는, 접지 시, 원호형의 외단이 직선형이 되는 변형이 더 가해진다. 한편, 허브부측인 스포크의 내단측의 변형은, 기본적으로는, 상기 휨량에 의한 변형뿐이다. 따라서, 종래의 에어리스 타이어의 스포크에 생기는 변형은, 내단측보다 외단측에서 보다 커지는 경향이 있다. 스포크의 내구성은, 이러한 변형의 반복에 의한 변형 및 그에 의한 발열에 지배된다. 따라서, 스포크의 내구성을 높이기 위해서는, 스포크에 국소적으로 큰 변형이 생기지 않도록, 변형을 극력 분산시키는 것이 중요하다.
본 발명의 에어리스 타이어는, 스포크의 외단측의 압축 강성(Sr)이, 스포크의 내단측의 압축 강성(Sh)보다 크게 구성되어 있다. 이에 의해, 타이어 주행 시, 스포크의 외단측에 생기는 변형을 상대적으로 저감시키는 한편, 스포크의 내단측에 생기는 변형을 상대적으로 증가시킬 수 있다. 이에 의해, 타이어 주행 중에 각 스포크에 작용하는 변형이 분산 내지 균일화되고, 나아가서는, 스포크의 내구성이 향상된다.
이상과 같은 작용에 의해, 경사진 스포크를 갖는 본 발명의 에어리스 타이어는, 우수한 승차감을 유지하면서, 내구성을 대폭 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 에어리스 타이어의 전체 측면도이다.
도 2는 도 1의 에어리스 타이어의 부분 사시도이다.
도 3은 스포크의 단면도이다.
도 4의 (a)는 스포크의 외단측의 압축 강성을 설명하기 위한 단면도이고, (b)는 스포크의 내단측의 압축 강성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 스포크의 다른 실시형태를 나타내는 단면도이다.
도 6은 종래의 에어리스 타이어의 측면도이다.
도 7의 (a)는 종래의 에어리스 타이어의 사시도이고, (b)는 그 트레드 링을 내주면측에서 본 전개도이다.
도 8의 (a)는 도 7의 에어리스 타이어의 무부하 상태의 부분 측면도이고, (b)는 그 접지 상태의 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시형태가 도면에 기초하여 상세하게 설명된다.
도 1은 본 실시형태의 에어리스 타이어(1)의 전체 측면도이고, 도 2는 그 부분 사시도를 나타내고 있다. 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 에어리스 타이어(1)는, 탄성체로 이루어지는 원통형의 트레드 링(2)과, 트레드 링(2)의 타이어 반경 방향 내측에 배치되는 허브부(3)와, 탄성 재료로 이루어지며 또한 트레드 링(2)과 허브부(3)를 연결하기 위한 복수의 스포크(4)를 구비하고 있다. 이 실시형태에서는, 예컨대, 승용차용으로 설계된 에어리스 타이어가 제시되어 있지만, 본 발명은 모든 차량용 타이어에 적용된다.
트레드 링(2)은, 연속한 환형체로서, 노면에 접지하는 접지면(2a)과, 그 반대측의 면인 내주면(2b)을 갖는다. 트레드 링(2)은, 예컨대, 내마모성이 우수한 고무와, 그 내부에 배치된 코드 보강층을 포함하여 구성될 수 있다. 이들 세부사항에 대해서는, 관례에 따라 여러 가지 양태가 채용된다. 도 1의 측면도로부터 이해되는 바와 같이, 접지면(2a) 및 내주면(2b)은, 모두 원통면으로서 형성되어 있다. 접지면(2a)에는, 홈, 오목부, 그리고 또한 관통 구멍 등, 노면의 물을 타이어의 외부로 배출하기 위한 각종 패턴이 제공될 수 있다.
허브부(3)는, 공기 타이어에 장착되는 소위 휠 림에 해당하는 부분으로서, 도시하지 않는 차축에 고정된다. 허브부(3)는, 예컨대, 스틸, 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금 등 실질적으로 비신장성의 재료로 구성되어 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 스포크(4)는, 타이어 둘레 방향에 복수 마련되어 있다. 도 2로부터 이해되는 바와 같이, 각 스포크(4)는 판형의 형상을 가지고 있다. 도 2에 있어서, 스포크(4)의 타이어 반경 방향을 따른 횡단면이 엷게 착색되어 나타내어져 있다. 본 실시형태에 있어서, 스포크(4)는, 열 경화성 수지, 보다 구체적으로는 폴리우레탄 수지에 의한 주형 성형체에 의해 형성된다. 예컨대, 금형 내에, 미리 트레드 링(2)과 허브부(3)가 배치되고, 이들을 연결하도록, 금형 내에 열 경화성 수지가 충전된다. 가열에 의해 고분자 재료가 경화함으로써, 트레드 링(2)과 허브부(3)를 연결하는 스포크(4)가 성형된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서, 트레드 링(2)의 내주면(2b) 및 허브부(3)의 외주면(3a)에는, 타이어 둘레 방향으로 환형으로 연속하는 접착층(5)이 형성되어 있다. 본 실시형태의 접착층(5)은, 예컨대, 각 스포크(4)와 실질적으로 동일한 재료로 형성되어 있다. 이러한 접착층(5)은, 각 스포크(4)의 외단(6) 및 내단(7)을, 각각 트레드 링(2) 및 허브부(3)에, 보다 강고하게 연결시킬 수 있다. 본 실시형태의 접착층(5)은, 예컨대, 1 ㎜∼3 ㎜ 정도의 두께로 형성되어 있다.
각 스포크(4)는, 트레드 링(2)측에 고정된 외단(6)과, 허브부(3)측에 고정된 내단(7)을 갖는다.
본 실시형태와 같이, 스포크(4)가, 접착층(5)(도 1에 나타냄)을 통해, 트레드 링(2)에 고착되어 있는 경우, 스포크(4)의 외단(6)은, 접착층(5)을 제외한 단부(단부면)로서 정의된다. 마찬가지로, 스포크(4)의 내단(7)은, 접착층(5)을 제외한 단부(단부면)로서 정의된다.
본 실시형태와 같이, 스포크(4)와 접착층(5)이 일체적으로 연결되어 있는 경우, 스포크(4)가 마련되지 않는 접착층(5)의 표면을 가상적으로 또한 매끄럽게 이음으로써, 스포크(4)의 외단(6) 및 내단(7)을 확정할 수 있다.
도 2로부터 분명한 바와 같이, 스포크(4)의 외단(6) 및 내단(7)은, 모두, 타이어 폭 방향의 일단측으로부터 타단측으로, 타이어 축 방향에 대하여 비스듬하게 신장되어 있다. 스포크(4)의 외단(6)은, 타이어 회전축(CL)을 포함하는 타이어 방사면(110)에 대하여, 각도(θ1)로 기울어져 있다. 마찬가지로, 스포크(4)의 내단(7)은, 타이어 회전축(CL)을 포함하는 타이어 방사면(110)에 대하여, 외단(6)과 동일한 방향으로 각도(θ2)로 기울어져 있다. 이러한 기울어진 스포크(4)는, 타이어 둘레 방향에서의 트레드 링(2)의 강성 변화를 완화하며, 타이어 주행 중의 진동을 억제하여, 우수한 승차감을 제공하는 데 도움이 된다.
에어리스 타이어(1)의 횡강성을 유지하면서 승차감을 충분히 높이기 위해, 상기 스포크(4)의 각 각도(θ1 및 θ2)는, 바람직하게는 10도∼70도 정도가 바람직하다. 본 실시형태에서, 상기 각도(θ1)는, 각도(θ2)와 실질적으로 동일하다고 되어 있지만, 이러한 양태에 한정되는 것은 아니다.
또한, 스포크(4)의 타이어 둘레 방향의 배치 피치가, 예컨대, 스포크(4)의 타이어 둘레 방향의 길이 이하로 된 경우, 각 스포크(4)가, 트레드 링(2)을 통해, 도중에 끊기는 일 없이 연속적으로 지면에 접지할 수 있다. 이러한 에어리스 타이어(1)는, 더욱 우수한 승차감을 제공할 수 있다.
스포크(4)가, 타이어 방사면(110)에 대하여 비스듬하게 배치되는 것, 그리고 트레드 링(2)의 내주면(2b)이 원통면인 것으로부터, 스포크(4)의 외단(6)은, 타이어 반경 방향 외측으로 볼록해지는 원호형면과 같이 형성된다. 한편, 스포크(4)가, 타이어 방사면(110)에 대하여 비스듬히 배치되는 것, 그리고 허브부(3)의 외주면(3a)이 원통면인 것으로부터, 스포크(4)의 내단(7)은, 오목 원호면으로 형성된다.
본 실시형태에서, 스포크(4)의 외단(6)측의 압축 강성(Sr)은, 스포크(4)의 내단(7)측의 압축 강성(Sh)보다 크게 설정되어 있다. 배경기술에서 서술한 바와 같이, 스포크(4)에는, 자체의 휨에 의한 굽힘이 생기지만, 스포크(4)의 외단(6)측에 대해서는, 원호형면의 외단(6)이 직선형이 되는 변형이 더 가해진다. 한편, 허브부(3)측인 스포크(4)의 내단(7)측의 변형은, 기본적으로는, 상기 휨량에 의한 변형뿐이다. 따라서, 스포크(4)에 생기는 변형은, 내단(7)측보다 외단(6)측에서 보다 커지는 경향이 있다. 한편, 스포크의 내구성을 높이기 위해서는, 스포크(4)에 국소적으로 큰 변형이 생기지 않도록, 변형을 극력 분산시키는 것이 중요하다.
본 실시형태의 에어리스 타이어(1)는, 전술한 바와 같이, 스포크(4)의 외단(6)측의 압축 강성(Sr)이, 스포크(4)의 내단(7)측의 압축 강성(Sh)보다 크게 구성되어 있다. 타이어 주행 시, 스포크(4)의 외단(6)측이 접지하여 평평하게 휠 때, 스포크(4)의 내단(7)측에 생기는 변형을, 종래에 비해서 증가시킴으로써, 스포크(4)의 외단(6)측의 휨을 상대적으로 저감시킬 수 있다. 이에 의해, 타이어 주행 중에 각 스포크(4)에 작용하는 변형이 분산 내지 균일화되고, 나아가서는, 스포크(4)의 내구성이 향상된다. 즉, 본 실시형태의 에어리스 타이어(1)는, 경사진 스포크(4)에 의한 우수한 승차감을 유지하면서, 내구성을 대폭 향상시킬 수 있다.
도 3에는, 도 2에 나타낸 스포크(4)의 타이어 반경 방향을 따른 횡단면도(도 2에서 엷게 착색되어 있는 부분)가 나타내어져 있다. 본 실시형태에 있어서, 스포크(4)의 외단(6) 및 내단(7)은, 타이어 회전축(CL)을 통과하는 동일 방사 방향선(11) 상에 마련되어 있다. 이러한 스포크(4)도, 타이어 주행 중의 진동, 특히 탄젠셜 포스 바리에이션(TFV; tangential force variation)이나 래터럴 포스 바리에이션(LFV; lateral force variation)을 향상시키는 데 있어서 유효하다.
각 스포크(4)의 외단(6)측의 압축 강성(Sr)은, 에어리스 타이어(1)의 무부하 상태에 있어서, 스포크(4)의 외단(6)으로부터 타이어 방사 방향 내측으로 거리(A)까지의 외단측 부분(8)의 압축 강성으로 정의된다. 마찬가지로, 스포크(4)의 내단(7)측의 압축 강성(Sh)은, 스포크(4)의 내단(7)으로부터 방사 방향 외측으로 거리(B)까지의 내단측 부분(9)의 압축 강성으로 정의된다. 거리(A 및 B)는, 각각, 스포크(4)의 방사 방향의 길이[이 예에서는, 도 3의 스포크 최단 거리(Ld)에 일치]의 20％가 된다. 이 부분이, 특히, 스포크의 단부측의 강성으로서의 기여가 크기 때문이다.
외단측 부분(8) 및 내단측 부분(9) 각각의 압축 강성은, 다음과 같이 측정된다. 우선, 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 스포크(4)로부터 외단측 부분(8) 및 내단측 부분(9)이 절취된다. 각 외단측 부분(8) 및 내단측 부분(9)의 양단은, 이들이 사용되는 형상(무부하 시의 형상)을 유지한 채로 지그(10, 10)에 고정된다. 다음에, 지그(10)에, 도 3의 방사 방향선(11)을 따른 방향의 하중(W)을 작용시켜, 각 부분(8 및 9)의 방사 방향선(11)을 따른 휨량(δ)이 측정된다. 그리고, 하중(W)과 휨량(δ)의 비(W/δ)에 의해, 외단측 부분(8) 및 내단측 부분(9) 각각의 압축 강성이 얻어진다.
스포크(4)의 상기 압축 강성의 비(Sh/Sr)는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 0.95 이하, 더욱 바람직하게는 0.90 이하가 된다. 이에 의해, 타이어 주행 시에 스포크(4)에 작용하는 변형을 내단(7)측에 의해 효과적으로 분산시킬 수 있다는 점에서 바람직하다. 상기 압축 강성의 비(Sh/Sr)의 하한값에 대해서도, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 지나치게 작으면, 타이어 주행 시에 스포크(4)에 작용하는 변형이 내단(7)측에 집중될 우려가 있기 때문에, 바람직하게는 0.05 이상, 보다 바람직하게는 0.10 이상, 더욱 바람직하게는 0.20 이상이 바람직하다.
스포크(4)의 외단(6)측의 압축 강성(Sr) 및 내단(7)측의 압축 강성(Sh)을 조절하는 수단으로서는, 여러 가지 양태를 들 수 있다.
도 3의 실시형태에서는, 하나의 예로서, 스포크(4)의 외단측 부분(8)이, 방사 방향을 따라 배치되는 한편, 스포크(4)의 내단측 부분(9)이, 방사 방향에 대하여 보다 크게 경사지도록 배치된 양태가 나타내어져 있다. 이에 의해, 스포크(4)에 압축 하중이 작용하였을 때에, 외단측 부분(8)은 휘어지기 어려워지는 한편, 내단측 부분(9)은, 휘어지기 쉽게 구성될 수 있다. 도 3에 나타내는 실시형태에서, 전체 형상으로서, 스포크(4)는, 외단(6)으로부터 방사 방향을 따라 거의 직선으로 신장된 후, 타이어 둘레 방향의 일방측으로 매끄럽게 볼록해지도록 만곡되어 내단(7)에 이르고 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 각 스포크(4)에 있어서, 외단(6)으로부터 내단(7)까지의 실길이(형상을 따라 측정되는 길이; Ls)는, 외단(6)으로부터 내단(7)까지의 최단 거리(Ld)보다 크게 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 예컨대, 타이어 회전 중에, 허브부(3)의 바로 위에 위치하는 스포크(4)에 하중을 지지하기 위한 신장 길이를 부여할 수 있다. 이러한 작용을 확실하게 발휘시키기 위해, 스포크(4)의 실길이(Ls)는, 상기 최단 거리(Ld)의 1.01배 이상인 것이 바람직하다. 한편, 스포크(4)의 실길이(Ls)가 과도하게 커지면, 타이어 회전 중에, 허브부(3)의 바로 위에 위치하는 스포크(4)가 하중을 지지할 수 없을 우려가 있다. 이러한 관점에서, 스포크(4)의 실길이(Ls)는, 상기 최단 거리(Ld)의 1.10배 이하인 것이 바람직하다.
본 실시형태에서, 스포크(4)의 외단(6)측의 두께(tr)는, 스포크(4)의 내단(7)측의 두께(th)와 실질적으로 같게 설정되어 있다(0.8≤tr/th≤1.2). 그러나, 스포크(4)의 외단(6)측의 압축 강성(Sr) 및 내단(7)측의 압축 강성(Sh)을 조절하는 다른 수단으로서, 스포크(4)의 외단(6)측의 두께(tr)가, 스포크(4)의 내단(7)측의 두께(th)보다 크게 되어도 좋다.
스포크(4)의 두께를 바꾸어 강성을 조정하는 수단은, 상기 양태와 병용되어도 좋고, 별개 독립적으로 채용되어도 좋다. 이러한 양태에 의해서도, 스포크(4)의 외단(6)측의 압축 강성(Sr)을, 스포크(4)의 내단(7)측의 압축 강성(Sh)보다 크게 설정할 수 있다. 각 두께(tr, th)는, 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 스포크(4)로부터 절취된 각 부분(8 및 9)의 평균 두께로서 정의되고, 트레드 링(2) 또는 허브부(3)와의 경계 부분에, 모따기 등이 마련되어 있는 것 같은 경우, 이들의 모따기를 제외한 두께로서 정의된다.
한편, 스포크(4)의 두께를 상이하게 하여 압축 강성을 조절하는 것 같은 경우, 설정된 두께에 따라서는, 두께(th)가 작은 내단(7)측에 있어서, 내구성의 악화가 생길 우려가 있다. 따라서, 바람직한 양태로서, 스포크(4)의 외단(6)측의 두께(tr)는, 스포크(4)의 내단(7)측의 두께(th)의 1.2배 이하인 것이 바람직하다.
스포크(4)의 외단(6)측의 압축 강성(Sr) 및 내단(7)측의 압축 강성(Sh)을 조절하는 또 다른 수단으로서, 도 4의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 스포크(4)의 타이어 반경 방향에 따른 횡단면에 있어서, 스포크(4)의 내단(7)측[내단측 부분(9)]의 곡률 반경(Rh)이, 스포크(4)의 외단(6)측[외단측 부분(8)]의 곡률 반경(Rr)보다 작게 설정된다. 이 수단은, 전술한 각 양태와 병용되어도 좋고, 별개 독립적으로 채용되어도 좋다.
상기 곡률 반경이 큰 경우, 그 부분의 내압축 강성이 높여지는 한편, 상기 곡률 반경이 작은 경우, 그 부분을 기점으로 하여 휘어지기 쉬워진다. 도 4의 (a)에서는, 외단측 부분(8)의 곡률 반경(Rr)은 거의 무한대이고, 내단측 부분(9)은 일방측으로만 볼록해지는 곡률을 가지며, 또한 그 곡률 반경(Rh)은 곡률 반경(Rr)보다 작게 설정되어 있다. 또한, 외단측 부분(8) 또는 내단측 부분(9)에 있어서, 곡률 반경이 연속적으로 변화하는 경우, 상기 곡률 반경(Rr 또는 Rh)은, 그 부분의 양단(20, 20)과 이들 사이의 중간부(30)의 3점을 통과하는 단일 원호를 이용하여 특정된다.
도 5에는, 다른 실시형태의 스포크(4)의 타이어 반경 방향을 따른 횡단면이 나타내어져 있다. 도 5에 나타내는 실시형태에서, 전체 형상으로서, 스포크(4)는, 외단(6)으로부터 방사 방향을 따라서 거의 직선으로 신장된 후, 타이어 둘레 방향의 일방측으로 매끄럽게 볼록해지도록 만곡되는 제1 만곡부(13)와, 타이어 둘레 방향의 타방측으로 매끄럽게 볼록해지도록 만곡되는 제2 만곡부(14)를 가지고 내단(7)에 이르고 있다. 이러한 실시형태의 스포크(4)는, 외단(6)측의 압축 강성(Sr)이 내단(7)측의 압축 강성(Sh)보다 크게 설정된다.
상세한 도시는 하지 않지만, 예컨대, 도 5의 스포크의 횡단면 형상에 있어서, 방사 방향으로 신장되는 직선 부분을 제거한 S자형의 횡단면 형상이 채용되어도 좋다. 이 경우, 2개의 만곡부(13과 14)에서, 곡률 반경 또는 두께를 바꿈으로써, 각각의 압축 강성을 조정할 수 있다.
이상, 본 발명의 특히 바람직한 실시형태에 대해서 상세하게 서술하였지만, 본 발명은 도시된 실시형태에 한정되는 일 없이, 여러 가지 양태로 변형하여 실시할 수 있다. 특히, 스포크(4)의 구채적 형상에 대해서는, 본 발명의 요지인 스포크(4)의 외단(6)측의 압축 강성(Sr)이 내단(7)측의 압축 강성(Sh)보다 큰 것이면, 모든 양태가 포함되는 것이다.
실시예
도 1∼4의 기본 구조를 이루는 에어리스 타이어(타이어 사이즈 125/80R13에 해당하는 타이어)가 시험 제작되어, 내구성, 타이어 중량 및 TFV가 테스트되었다. 각 타이어 모두 스포크 이외의 구성은 실질적으로 동일 사양으로 되어 있었다. 스포크는, 우레탄 수지(열 경화성 수지)에 의한 주형 성형법에 따라, 접착층을 통해 트레드 링 및 허브부와 일체 성형되었다. 주된 공통 사양은, 다음과 같다.
스포크의 최단 거리(Ld): 80 ㎜
스포크의 내단측의 두께(th): 3 ㎜
스포크의 각도(θ1, θ2): 20도
테스트 방법은, 다음과 같다.
<내구성>
FMVSS109에 준거하여, 각 테스트 타이어가, 하중 1.5 kN 아래, 드럼 시험기 상을 주행하여, 타이어가 고장나기까지의 주행 시간이 측정되었다. 결과는, 비교예 1의 주행 시간을 100으로 하는 지수이며, 수치가 클수록 양호한 것을 나타낸다.
<타이어 중량>
에어리스 타이어 1개당 중량이 측정되었다. 결과는, 비교예 1의 중량을 100으로 하는 지수이며, 수치가 작을수록 양호한 것을 나타낸다.
<TFV>
유니포미티 시험기를 이용하여, 이하의 조건으로, 탄젠셜 포스 바리에이션(TFV)이 측정되었다. 결과는, 비교예 2의 TFV를 100으로 하는 지수이며, 수치가 작을수록 양호한 것을 나타낸다.
테스트의 결과는 표 1에 나타낸다. 또한, 표 1 중, 실시예 1∼3은, 스포크의 압축 강성비(Sh/Sr)가 변하지 않도록, 스포크의 길이비가 조절되었다. 또한, 실시예 4-5, 6-7에서는, 스포크의 내단측 및 외단측의 경사를 바꿈으로써, 스포크의 압축 강성비(Sh/Sr)를 변화시켰다.
Figure 112016098222622-pat00001
표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예의 타이어는, TFV를 작게 유지하면서, 생산성을 희생시키는 일 없이 또는 내구성을 향상시키면서도, 구름 저항을 저감시키고 있는 것을 확인할 수 있었다.
1 에어리스 타이어
2 트레드 링
3 허브부
4 스포크

Claims (9)

  1. 에어리스 타이어(airless tire)로서,
    탄성체로 이루어지고 접지면을 갖는 원통형의 트레드 링과,
    상기 트레드 링의 타이어 반경 방향 내측에 배치되며 또한 차축에 고정되는 비신장성 재료로 이루어지는 허브부와,
    탄성 재료로 이루어지며 또한 상기 트레드 링과 상기 허브부를 연결하기 위한 복수의 스포크
    를 구비하고,
    각 스포크는, 상기 트레드 링측에 고정된 외단과, 상기 허브부측에 고정된 내단을 가지며,
    상기 외단 및 상기 내단은, 모두, 타이어 축 방향에 대하여 비스듬하게 신장되어 있고,
    상기 스포크의 상기 외단측의 압축 강성(Sr)은, 상기 스포크의 상기 내단측의 압축 강성(Sh)보다 크고,
    상기 스포크의 타이어 반경 방향을 따른 횡단면에 있어서, 상기 스포크의 상기 내단측의 곡률 반경(Rh)은, 상기 스포크의 상기 외단측의 곡률 반경(Rr)보다 작은 것인 에어리스 타이어.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압축 강성의 비(Sh/Sr)가 0.95 이하인 것인 에어리스 타이어.
  3. 제1항에 있어서, 상기 압축 강성의 비(Sh/Sr)가 0.20∼0.95인 것인 에어리스 타이어.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 각 스포크에 있어서, 상기 외단으로부터 상기 내단까지의 실길이(實長; Ls)는, 상기 외단으로부터 상기 내단까지의 최단 거리(Ld)의 1.01배∼1.10배인 것인 에어리스 타이어.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스포크의 상기 외단측의 두께(tr)는, 상기 스포크의 상기 내단측의 두께(th)보다 큰 것인 에어리스 타이어.
  6. 제5항에 있어서, 상기 스포크의 상기 외단측의 두께(tr)는, 상기 스포크의 상기 내단측의 두께(th)의 1.2배 이하인 것인 에어리스 타이어.
  7. 삭제
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 각 스포크의 상기 외단 및 상기 내단은, 타이어 회전축을 통과하는 동일한 방사 방향선 상에 마련되어 있는 것인 에어리스 타이어.
  9. 에어리스 타이어로서,
    탄성체로 이루어지고 접지면을 갖는 원통형의 트레드 링과,
    상기 트레드 링의 타이어 반경 방향 내측에 배치되며 또한 차축에 고정되는 비신장성 재료로 이루어지는 허브부와,
    탄성 재료로 이루어지며 또한 상기 트레드 링과 상기 허브부를 연결하기 위한 복수의 스포크
    를 구비하고,
    각 스포크는, 상기 트레드 링측에 고정된 외단과, 상기 허브부측에 고정된 내단을 가지며,
    상기 외단 및 상기 내단은, 모두, 타이어 축 방향에 대하여 비스듬하게 신장되어 있고,
    상기 스포크의 상기 외단측의 압축 강성(Sr)은, 상기 스포크의 상기 내단측의 압축 강성(Sh)보다 크고,
    각 스포크의 상기 외단 및 상기 내단은, 타이어 회전축을 통과하는 동일한 방사 방향선 상에 마련되어 있고,
    각 스포크의 상기 외단측의 상기 방사 방향선에 대한 경사 각도가, 상기 내단측의 상기 방사 방향선에 대한 경사 각도보다 작은 것인 에어리스 타이어.
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