KR20120080807A - 구조적 지지형 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 구조적 지지형 타이어로서, 상기 타이어의 외부 면에 해당하는 트레드(101), 상기 트레드의 반경 방향 내측에 접착되고, 타이어의 휠(103) 사이에 타이어의 중간 골격을 이루는 프레임(102)으로서, 휠과 상기 트레드 사이의 측면을, 속 빈 기둥 형태로 관통하는, 다수의 삽입 개구(108)를 포함하는 프레임(102); 및 상기 프레임 내 삽입 개구에 장착(tightly fitting)되는 탄성체 모듈(104)로서, 공기압 타이어 내의 공기압에 의해 얻어진 탄성력을 가지는, 탄성체 모듈(104)로 이뤄지며, 상기 탄성체 모듈이 교체 가능하도록 프레임 내 개구에 영구적 접착되어 있지 않고, 상기 프레임 내 개구에는, 상기 탄성체 모듈이 상기 프레임 내 개구에 물리적으로 고정되기 위한, 고정부(105)를 포함하는, 구조적 지지형 타이어에 관한 것이다.

Description

구조적 지지형 타이어 {A STRUCTURALLY SUPPORTED TIRE}

본 발명은, 비공압 타이어로서, 트레드, 프레임, 프레임 내에 다수 장착되고 분리가능한 탄성체 모듈로 이뤄진, 구조적 지지형 타이어에 관한 것이다. 특히, 다수의 분리가능한 탄성체 모듈은 필요시 교체 가능하도록 구성된, 구조적 지지형 타이어에 관한 것이다.

현재 통상의 타이어는 공압 타이어이다. 즉, 튜브 형태의 타이어 내부에 공기로 채워져 있고, 타이어에 필요한 탄성력을 상기 공기 압력으로부터 전달받는 방법이다. 이러한, 타이어는 부하 지지, 노면 충격 흡수, 및 힘 전달(가속, 정지, 및 조향)에 우수한 만족도를 제공해 준다. 또한, 자전거, 모터 사이클, 자동차, 및 트럭에서 사용하기에 적합한, 능력들을 가진다.

그러나, 이러한 통상적인 타이어는 알려진 바와 같이, 타이어 외면의 파열, 및 날카로운 물질로의 찔림에 의해, 공기압이 빠지는(펑크) 문제점이 많았다. 이러한 타이어의 대안으로 솔리드 타이어(solid tire)들, 스프링 타이어들 및 쿠션 타이어들이 선보이고 있었지만, 이런 대안적 타이어들은 부하 지지를 위하여 지면 접촉 부분의 압축에만 의지하기 때문에, 공압 타이어들의 성능 이점들이 결여되어 있는 단점이 있었다.

즉, 공압타이어의 단점을 극복하고, 공압타이어 만큼 또는 그 이상의 성능 이점을 제공하기 위한, 대안으로, 미쉐린 러쉐르슈 에 떼크니크 에스.에이.가 권리를 가지는 2010년 6월 25일에 등록된 등록 번호 10-0967531 (비공압 타이어)가 개발되었다. 이러한 비공압 타이어는 공압타이어의 단점을 극복하였고, 공압타이어와 같은 또는 그 이상의 성능 이점을 제공하였다고 평가받고 있다. 그러나, 상기 특허의 비공압타이어는 공압 타이어의 공기가 충전된 튜브에 의해 제공되는 기능을, 웨브 스포크(web spoke)를 사용하고 있는데, 웨브 스포크의 파열 또는 불능에 따라, 타이어 전체를 교체해야 하는 단점을 가지고 있다.

본원 발명은, 상기 언급된 특허의 비공압 타이어에서 웨브 스포크의 파열시 타이어 전체를 교체하지 아니하도록 탄성체 모듈을 도입하여 타이어에서 파열된 탄성체 모듈만을 교체하도록 하여 교체의 용이성을 제공하고, 공압타이어의 성능 이점을 가지며, 공압타이어의 단점이 완전히 극복된, 새로운 형태의 비공압 타이어를 제공한다.

본 발명은 구조적 지지형 타이어로서, 타이어 휠(103), 상기 타이어의 외부 면에 해당하는 트레드(101), 상기 트레드의 반경 방향 내측에 부착되고, 타이어의 휠(103) 사이에 타이어의 중간 골격을 이루는 프레임(102)으로서, 휠과 상기 트레드 사이의, 타이어의 회전 축과 수직인 두 개의 측면을, 속 빈 기둥 형태로 관통하는, 다수의 삽입 개구(108)를 포함하는 프레임(102); 및 상기 프레임 내 삽입 개구(108)에 장착(tightly fitting)되는 탄성체 모듈(104)로서, 타이어의 압축 저항을 가지는, 탄성체 모듈(104)로 이뤄지며, 상기 프레임 내 개구에, 상기 탄성체 모듈이 상기 프레임 내 개구에 물리적으로 고정되기 위한, 고정부(105)를 포함하며, 상기 탄성체 모듈이 교체 가능하게 상기 프레임 내 개구에 결합되어 있는, 구조적 지지형 타이어에 관한 것이다.

본 발명의 상기 탄성체 모듈은, 속빈 원통형 형상을 갖는다. 이러한 탄성체 모듈은 속빈 원통형 형상 그 자체일 수 있거나, 또는 원통형 내부에 상기 트레드를 가로질러 횡으로 연장하고 반경 방향 내측으로 연장하는 다수의 웨브 스포크를 포함할 수도 있으며, 또는 다공성 속이 찬 원통형 모듈이거나, 또는 공기로 채워진 원통형 공기 주머니일 수 있다.

상기의 구성을 가진 본 발명의 구조적 지지형 타이어는, 탄성체 모듈의 파손 여부를 쉽게 외관으로 파악가능한 이점이 있으며, 상기 파손 또는 교체가 필요한 탄성체 모듈은 상기 타이어로부터 제거될 수 있고, 또한 새로운 탄성체 모듈을 장착할 수 있는, 즉 탄성체 모듈의 교체가 쉽다는 이점이 있고, 또한 종래의 비공압 타이어의 경우 웨브 스포크의 파손시 타이어 전체를 교체해야 했지만, 본 발명에서는 파손된 탄성체 모듈만 교체하면 된다는 추가적인 이점을 갖는다. 나아가, 새로운 탄성체 모듈이 없는 상황에서도, 상기와 같은 공기 주머니를 이용하여 상기 탄성체 모듈을 대체할 수 있다. 이 경우, 속이 빈 탄성체 모듈의 경우에는 탄성체 모듈이 파손된 경우에 탄성체 모듈 자체를 교체하거나 또는 공기주머니로 대체하지 아니하고 직접 공기주머니를 파손된 속 빈 탄성체 모듈 안에 끼움으로서 임시적으로 이용될 수 있을 것이다.

본원 발명은, 종래의 구조적 지지형 타이어의 장점을 가지면서, 종래의 구조적 지지형 타이어의 지지부(웨브 스포크)의 파손에 의해서도, 파손된 모듈만을 변경 또는 교체할 수 있는 구성을 제공하여서, 타이어 전체를 교체해야하는 종래의 문제점을 해소하였다.

도 1은 본 발명의 타이어의 구성들이 조립되기 전의 모습을 예시하는, 도면이다.
도 2는 본 발명의 타이어의 회전축을 통과하고 회전축을 포함하는 평면에 의해 절단된 단면도를 보여준다.
도 3은 본 발명의 타이어가 자동차에 장착된 예시도이다.
도 4a-e는 본 발명의 탄성체 모듈의 다양한 형태를 예시하는 도면이다.
도 4f-g는 본 발명의 탄성체 모듈 대신 사용될 수 있는 공기 주머니를 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 웨브 스포크를 교체 가능하게 끼울 수 있는 예시를 도시하는 도면이다.

본 발명에 따른 구조적 지지형 탄성 타이어가 도 1에 도시되어 있다. 구조적 지지형 타이어는 타이어가 가스 팽창 압력의 지지 없이 그 구조적 구성부품들에 의해 압축(부하)에 저항(지지)하는 타이어이다. 이러한 구조적 지지형 타이어가 자동차에 장착되어 있는 예시적인 모습은 도 3에서 볼 수 있다.

도 1에서 보는 바와 같이, 지면에 접촉하는 부분으로서 트레드(101)가 있다. 상기 트레드의 재질은, 통상의 타이어의 지면에 접촉하는 면에 사용되는 재질이다. 이 내부에 타이어 코드와 같은 보강 재료를 추가로 포함할 수 있다. 또한 필요에 따라, 지면에 접촉하는 부분은 다양한 형태의 홈을 가질 수 있다(도면에 도시되어 있지 않음).

상기 트레드는 상기 트레드의 내측면에, 프레임(102)과 접하여 있다. 상기 트레드와 상기 프레임의 내측면은 접착제에 의해 결합되어 있을 수 있다. 또는, 두 구성은 물리적으로 결합되어 고정되어 있을 수 있다. 또는, 언급된 두 가지 모두의 결합 방식에 의해 결합되어 있을 수 있다. 물리적 결합의 방법은 예를 들어, 도 2에서 예시된 바와 같이, 상기 프레임의 외측면에 돌기 또는 홈을 가지고, 여기에 장착(tightly fitting)되는 홈 또는 돌기가 상기 트레드의 내측면에 있어, 돌기와 홈이 장착되는 물리적 결합으로 이뤄질 수 있다.

상기 프레임은 도 1에서 보는 바와 같이, 타이어 회전 축과 평행한 방향으로, 상기 프레임의 외측면이 관통되어 있다. 상기 프레임의 재질은, 예를 들어, 천연 및 인조 고무들, 폴리우레탄, 발포 고무 및 발포 폴리우레탄, 분절 코폴리에스터(segmented copolyester), 및 나일론의 블록 공중합체와 같은, 탄성을 가지는 물질일 수 있다. 본 상기 프레임은 탄성체 모듈의 타이어 내의 안정적 지지 및 고정을 위한 틀의 역할을 수행한다.

탄성체 모듈(104)은 상기 프레임 내 개구에 장착(tightly fitting)될 수 있다. 탄성체 모듈은 상기 프레임 내 삽입 개구에 영속적으로 결합되어 있는 것이 아니고 물리적으로 고정되어 있는 것이다. 필요에 따라 장착된 탄성체 모듈을 제거하고 새로운 탄성체 모듈로 교체할 수 있다. 탄성체 모듈은 상기 프레임 내 삽입 개구(108)에 장착될 수 있는 모양을 가진다. 즉, 도 1에서 예시된 바와 같이, 상기 삽입 개구의 모양이 원통형이므로, 상기 탄성체 모듈의 모양은 외형적으로 원통형이다. 상기 탄성체 모듈은, 속이 찬 다공성 원통형 기둥(도 4e를 참고)일 수 있으며, 또는 그 내부에, 웨브 스포크(107)를 가질 수 있다. 웨브 스포크의 다양한 모양에 대해서는 도 4a-4d를 참고할 수 있고, 이러한 도면의 웨브 스포크의 모양은 특정 실시예에 불과하며 본 발명의 웨브 스포크의 모양은 이러한 모양에 한정되는 것은 아니다.

상기 탄성체 모듈은 압축 저항을 견딜 수 있는 구성 및 물질로 이뤄질 것이다. 마찬가지로 웨브 스포크를 가지는 탄성체는 이러한 압축 저항을 견딜 수 있는 스포크의 모양, 배열 및 물질일 것이다. 즉, 상기 탄성체 모듈은, 종래의 공압 타이어 내의 공기와 같은 역할을 하는 것이다. 상기 웨브 스포크는 스포크의 두께의 증가, 또는 스포크 개수의 증가로 이의 압축성 저항에 대한 지지력을 증가시킬 수 있다. 특정 웨브 스포크의 두께 및 개수 또는 모양은 차량의 특정 필요 조건들에 일치하도록 선택될 수 있다. 상기 웨브 스포크는 탄성체 모듈과 일체형일 수 있고, 접착되어 있는 형태, 또는 끼워져 있는 형태 일 수 있다. 이러한 웨브 스포크의 탄성체 모듈과의 끼움 형태의 예시는 도 5를 참고할 수 있다. 도 5에서 보는 것과 같이, 웨브 스포크는 탄성체 모듈에서 교체 가능하게 또는 제거 가능하게 끼워져 있는 형상을 가질 수 있다.

탄성체 모듈(104)은, 앞서 설명한 바와 같이, 차량 운행시 필요한 압축 저항을 가질 것이다. 예를 들어, 약 10 내지 100㎫의 높은 인장 계수를 가지는 물질로 형성된다. 탄성체 모듈(104) 및 웨브 스포크(107)는 필요하다면 보강될 수 있다. 탄성체 모듈(104)은 또한, 30%까지 스트레인된(strained) 후에 본래의 길이로 복귀하고 탄성체 모듈(104)이 4%까지 스트레인될 때 일정한 응력을 나타내는 탄성 거동을 나타내야 한다. 또한, 관련 작동 조건에서 0.1 이하의 tanΔ를 구비한 물질을 가지는 것이 필요하다. 예를 들어, 현재 시판중인 고무 또는 폴리우레탄 물질은 이러한 요구 조건을 만족하는 것으로 증명하였다. 본 발명자들은 미국, 코네티컷, 미들버리의 Crompton Corporation의 Uniroyal Chemical division으로부터 Vibrathane B836 브랜드 우레탄이 탄성체 모듈(104)에 적절하였다는 것을 알았다.

도 2는, 본 발명의 타이어의 단면도이다. 이 단면은 회전축을 포함하는 일면에 의해 이뤄진 단면이다. 도 2를 통해, 트레드(101), 프레임(102), 탄성체 모듈(104), 및 휠(103)의 결합 관계를 이해할 수 있다. 도 2에서 보는 바와 같이, 탄성체 모듈(104)은 프레임(102) 내의 삽입 개구(108)에 장착되어 있다. 상기 탄성체 모듈은 화학적 접착제 등에 의해 영구적으로 결합되어 있는 것이 아닌, 물리적으로 개구 내에 장착 및 고정되어 있는 것이다. 상기 탄성체 모듈의 삽입 개구 내의 물리적 장착 및 고정을 위해, 고정부를 가질 수 있다. 상기 고정부의 예시로서 도 2에 도시된 바와 같이, 프레임 내 원기둥 형 개구의 원기둥의 양끝 원주에 따라 형성된, 반지름 안쪽 방향으로 돌출되어 있는 돌출부(105)를 가질 수 있다. 상기 돌출부의 돌출 높이는, 차량의 운행에 따라 발생되는 타이어의 압착에 따른 변형시 상기 탄성체 모듈이 상기 개구 내에서 이탈되지 않을 정도의 높이이다. 이 높이는 타이어의 폭과 요구되는 타이어의 변형 정도에 따라 당업자는 적절히 선택할 수 있을 것이다. 이러한 예시적 구성에 따라, 상기 탄성체 모듈은 개구 내에 정확하게 장착되어 물리적으로 고정될 수 있을 것이다.

이러한 구성에 의해, 탄성체 모듈의 교체를 가능하게 한다. 차량 운행중 탄성체 모듈의 파열 시, 새로운 탄성체 모듈로 교체될 수 있다. 새로운 탄성체 모듈이 없는 경우, 임시방편으로, 필요에 따라 교체가 필요한 장착된 탄성체 모듈을 제거하고, 임시로 공기 팽창에 의해 상기 프레임 내 개구에 장착될 수 있는 공기 주머니를 이용할 수 있다. 이러한 공기 주머니의 예로서, 도 4f-4g를 참고할 수 있다. 도 4f-4g에서 도시된 공기 주머니의 예도 탄성체 모듈과 마찬가지로 예시적인 것에 불과하다. 탄성체 모듈이 제거된 비어 있는 프레임 내 개구에, 상기 임시 공기 주머니를 넣고, 공기를 채워 임시방편으로 차량 운행을 계속할 수 있다. 이 경우, 탄성체 모듈이 속 빈 탄성체 형상(도 4a)인 경우에는 파손된 탄성체 모듈을 제거하지 아니하고 그 내부에 직접 공기주머니를 끼움으로서 임시적으로 사용이 가능하다. 예를 들어 못 등이 탄성체 모듈에 박혀서 탄성체 모듈이 파손된 경우, 못 등을 제거하고, 파손된 탄성체 모듈 내에 공기 주머니를 넣음으로써 탄성체 모듈 자체의 교체 없이 계속하여 주행이 가능할 수 있다.

또한, 프레임(102)에는 다수개의 탄성체 모듈(104)이 장착되어 있으므로, 예를 들어 1-2개의 탄성체 모듈이 파손되더라도 모듈은 그 좌우의 모듈 및 프레임의 지지를 받고 있는 상태이므로, 모듈이 1개 정도 파손되더라도 정속 주행이 가능할 것이다.

한편, 본 발명의 타이어는, 모듈이 공기 주머니가 아닌 탄성체로 이루어져 있을 경우, 못과 같은 이물질로 모듈이 쉽게 파괴되지 않는다는 장점을 추가로 포함할 수 있다.

이상에서는 예시적으로 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 당업자는 하기의 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 취지로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (2)

1. 구조적 지지형 타이어로서,
   상기 타이어의 외부 면에 해당하는 트레드(101);
   상기 트레드의 반경 방향 내측에 부착되고, 타이어의 휠(103) 사이에 타이어의 중간 골격을 이루는 프레임(102)으로서, 휠과 상기 트레드 사이의, 타이어의 회전 축과 수직인 프레임(102)의 두 개의 측면을, 속 빈 기둥 형태로 관통하는, 다수의 삽입 개구(108)를 포함하는 프레임(102); 및
   상기 프레임 내 삽입 개구(108)에 장착(tightly fitting)되는 탄성체 모듈(104)로서, 타이어의 압축 저항을 가지는, 탄성체 모듈(104)로 이뤄지며,
   상기 프레임 내 삽입 개구(108)에서, 상기 탄성체 모듈이 상기 프레임 내 개구에 물리적으로 고정되기 위한, 고정부(105)를 포함하며,
   상기 탄성체 모듈이 교체 가능하게 상기 프레임 내 개구에 결합되어 있는,
   구조적 지지형 타이어.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 탄성체 모듈은,
   - 속 빈 원통형 형상을 갖고, 원통형 내부에 상기 트레드를 가로질러 횡으로 연장하고 반경 방향 내측으로 연장하는 다수의 웨브 스포크(web spoke; 107)를 포함 또는 미포함하거나,
   - 속이 찬 다공성 원통형 모듈이거나,
   - 공기로 채워진 원통형 공기 주머니인,
   구조적 지지형 타이어.
   

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