KR20150017146A - 비공기압 타이어 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기압을 사용하지 않는 비공기압 타이어에 관한 것으로, 특히 벨트층, 이너라이너 등을 사용하지 않고 카카스를 대신하여 굴신운동을 하고 충격 흡수가 가능한 부재를 사용함으로써 타이어에 있어 타이어 펑크 상황이 발생하더라도 안정성을 확보할 수 있는 비공기압 타이어에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 노면에 접지하는 트레드부(210)와, 상기 트레드부(210)의 밑면에서 트레드부와 접하여 충격 흡수가 가능한 충격흡수 부재층(220), 상기 트레드부(210)와 충격흡수 부재층(220) 사이에서 분리(Separation)현상을 방지하기 위한 트레드부에 결합되는 외측 결합 케이블(250), 공기를 사용하지 않는 비공기압 타이어에 있어 비드부(290)가 휠(280)의 림에 고정되도록 하는 림 안착 조임 케이블(230), 충격흡수 부재층(220)에 연결되어 카카스를 형성하는 내측 결합 케이블(260), 림이 안착되는 림 취부(270)와 하중 조건하에서 공기압을 대신하여 굴신운동이 가능한 탄성 능력이 있는 사이드월부(240)와 휠(280)로 이루어진 구조로 되어 있다.

Description

비공기압 타이어{Non pneumatic tire}
본 발명은 비공기압 타이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기압 타이어와 유사한 성능을 갖추면서 그 구조적 구성 성분들과 함께 차량의 하중을 지지할 수 있도록 이루어진 비공기압 타이어에 관한 것이다.
일반적으로 자동차, 오토바이, 산업용 장비에 사용되는 타이어는 공기압 타이어이다. 이러한 타이어는 작용하는 하중을 견디기 위해 내부 공기압을 필요로 한다. 내부 공기압을 포함하여 작동하는 타이어는 실제 타이어의 대부분을 차지하고 양호하게 작동하고 있지만, 중대한 결점을 포함하고 있다. 이러한 결점을 안고 있는 공기압 구조의 타이어는 구조가 복잡할 뿐만 아니라 주행상태에서 타이어 펑크(tire blowout)가 발생하여 사고를 야기할 수 있는 안전 문제를 내포하고 있다.
그러나 공기압을 이용하지 않는 비공기압 타이어는 통상적인 공기압을 이용한 타이어와는 다르게 탄성체의 이용방법을 달리하는 메커니즘을 채용하고 있으며 압축공기를 전혀 이용하지 않는 설계방식을 채용하고 있다. 따라서 펑크의 위험으로부터 자유롭고, 구조설계에서 휠의 림으로부터 전달되는 비드부, 사이드월부, 숄더부, 트레드부 등에서 발생되는 소음 진동학적, 차량 진동학적, 유체역학적 역할, 기능 및 특성별로 단순화하고 강화 설계할 수 있기 때문에 타이어의 기능과 목적을 최적화할 수 있어 현재 활발히 연구되고 있는 분야이기도 하다.
최근까지 개발된 종래 비공기압 타이어를 중심으로 검토해 보면, 타이어의 부하를 지지하는 보강된 환형밴드와, 휠 또는 허브 간의 부하력을 인장된 상태에서 전달하는 다수의 웹 스포크를 포함하는 비공기식 타이어가 대한민국 특허출원 제2004-0027984호로써 알려진바 있고, 타이어의 부하를 여러 겹의 스테이플을 포함한 다수의 지지부재로 지지하는 기술로 이루어진 대한민국 특허출원 제2006-0051513호가 제공된 바 있으며, 탄성 재료로 제조되는 본체 및 접지면으로 기능하는 원주방향 연장형 크라운 부분과 그에 접합되는 연장형 사이드월로 구성된 대한민국 특허출원 제2008-0038274호, 안쪽 스포크와 바깥쪽 스포크가 2단으로 이루어지면서 1공간 내지는 2공간에 젤 타입의 오일댐퍼로 구성된 대한민국 특허출원 제2013-0046186호가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 비공기압 타이어가 가지는 한계점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 구조적으로 탄성을 가지는 나선형 스프링을 사용함으로써 차량의 하중을 지지하여 타이어의 조종성 향상뿐만 아니라, 주행 안정성을 개선시키며, 탄성 나선형 스프링과 만곡부를 이루는 초탄성 스프링 부재를 사용함으로써 지면으로부터의 충격을 흡수할 수 있도록 이루어진 비공기압 타이어를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 초탄성 혹은 의탄성 특성을 가지는 재료를 사용한 비공기압 타이어에 관한 것으로서,
본 발명에 따르는 타이어는 복수의 나선형 스프링과 일반적인 형태의 스프링 부재층을 포함하며, 내측 횡방향과 종방향 각각의 나선형 스프링은 일반형태의 스프링과 상호 연결되어 일반형태의 스프링이 이탈하는 것을 방지하고, 나선형 스프링은 적어도 다른 하나의 나선형 스프링과 연결됨으로써 타이어의 전체 원주둘레로 연장되는 원환 구조물을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 예에 따르면, 내측 횡방향 초탄성 케이블은 림 안착 조임 케이블에 일정한 간격으로 연속하는 구조로 고정되며, 비공기압 타이어의 최내측 림 안착 조임 케이블이 원주방향으로 연장되는 구조를 형성하여 환형 림을 갖는 휠에 고정한다.
본 발명에 따르면, 내측 횡방형 초탄성 케이블은 림 안착 조임 케이블을 감싸며 휠의 림부에 직접 연결되어 공기압 타이어에서의 카카스의 역할을 대신하여 플라이층(ply)을 형성한다.
본 발명의 또 다른 예에 따르면, 종방향 초탄성 케이블은 원주방향으로 연장되어 환형의 타이어 구조체를 형성한다.
본 발명의 또 다른 예에 따르면, 초탄성 보강지지 케이블은 종방향과 횡방향으로 서로 교차한다.
본 발명의 또 다른 예에 따르면, 충격흡수 부재층은 일정한 간격을 유지하고 있으며, 종방향과 횡방향으로 연속적으로 분포하고 있다.
본 발명의 또 다른 예에 따르면, 일정한 간격으로 위치한 외측 충격흡수 부재층 상면에 결합케이블이 존재하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 비공기압 타이어는 구조적으로 차량의 하중을 지지하는 타이어의 내구성 및 조정성을 향상시키는 비공기압 타이어로써, 하중을 지탱하는 기존 타이어의 카카스-공기압 구조물을 대신하여 초탄성 케이블을 사용함으로써, 공기압을 사용하지 않아 타이어 펑크 상황이 발생하더라도 안전성을 확보할 수 있는 타이어이다.
또한, 기존에 벨트부가 위치한 구조부에 충격흡수 부재층을 채용함으로써, 노면으로부터 전달되는 압력과 충격을 잘 분산시키며, 승차감 및 접지력의 향상을 도모할 수 있도록 되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 비공기압 타이어를 나타낸 측면 개략도,
도 2는 도 1의 부분 확대 개략도,
도 3은 초탄성 케이블과 충격흡수 부재층의 결합상태를 보여주는 상면 부분확대 개략도,
도 4는 도 3에서 부분 확대 사시도,
도 5는 초탄성 케이블과 충격흡수 부재층의 결합상태 측면 확대 개략도,
도 6은 충격흡수 부재층의 예시로서 스프링 확대 사시도,
도 7은 초탄성 케이블 확대 사시도,
도 8 (A) ~ (C)는 본 발명에 따른 비공기압 타이어의 하중 조건별 상태를 보여주는 비공기압 타이어의 정면 개략 사시도들,
도 9 (D) ~ (F)는 하중 조건별 상태에서의 내부 변형상태를 보여주는 타이어의 부분 단면도들이다.
이하에서는 첨부도면 및 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 참고로, 하기 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기압 타이어를 나타낸 측면 개략도이며, 도 2는 도 1의 부분 확대 개략도이다.
본 발명은 비공기압 타이어로서, 노면에 접지하는 트레드부(210)와, 상기 트레드부(210)의 밑면에서 트레드부와 접하여 충격흡수가 가능한 충격흡수 부재층(220), 상기 트레드부(210)와 충격흡수 부재층(220) 사이에서 분리(Separation)현상을 방지하기 위한 트레드부에 결합되는 외측 결합 케이블(250), 공기를 사용하지 않는 비공기압 타이어에 있어 비드부(290)가 휠(280)의 림에 고정되도록 하는 림 안착 조임 케이블(230), 충격흡수 부재층(220)에 연결되어 카카스를 형성하는 내측 결합 케이블(260), 림이 안착되는 림 취부(270)와 하중 조건하에서 공기압을 대신하여 굴신운동이 가능한 탄성능력이 있는 사이드월부(240)와 휠(280)로 이루어진 구조로 되어 있다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 비공기압 타이어는 트레드부(210), 충격흡수 부재층(220), 림 안착 조임 케이블(230), 사이드월부(240), 외측 결합케이블(250), 내측 결합케이블(260), 림 취부(270), 휠(280) 등을 포함한다.
그리고 상기 충격흡수 부재층(220)은 상기 트레드부(210) 하단에 위치하며, 등간격, 등각도를 이뤄서 타이어의 원환을 따라 일정하게 배치된다. 이때 상기 충격흡수 부재층(220)의 안정된 구조형성을 위해 충격흡수 부재층(220)을 등간격, 등각도로 고정할 수 있게 외측 결합 케이블(250)을 채용한다. 또한, 상기 충격흡수 부재층(220)은 트레드부(210)와 충격흡수 부재층(220)간에 발생할 수 있는 분리현상을 미연에 방지하기 위해 고무와 친화력이 우수한 섬유코드 내지는 금속코드, 유리섬유, 탄소 섬유 등의 신소재가 사용될 수 있다.
한편, 상기 내측 결합 케이블(260)은 고강도인 초탄성 합금으로써, 일반적으로 철계 형상기업합금(Fe-Ni-Co-Ti)에서 티탄을 알루미늄으로 대체한 후 다양한 종류의 원소를 첨가해 가공 열처리하여 실온에서 초탄성을 나타내는 다결정체 합금이다. 이 합금은 800Mpa 이상의 높은 초탄성 응력을 가지는데, 에너지 손실이 거의 없이 하중 하에서 탄성적으로 변형할 수 있는 성질이 있으며, 탄성 한도를 넘어서는 초고하중으로 인해 탄성 한도를 벗어나 소성변형이 일어나더라도 상온상태에서 형상복원이 되는 이미 알려진 합금이다. 그러나 초탄성 합금은 한 예시이며, 강성이 뛰어나고 탄력이 우수한 금속 내지는 신소재 재질을 사용함으로써, 초탄성 합금에 상응하는 효과를 볼 수도 있다.
도 2의 상기 림 안착 조임 케이블(230)은 공기를 사용하지 않는 비공기압 타이어에 있어 비드부(290)가 휠(280)의 림에 고정되도록 한다. 차량에 있어 반복하중과 급가속과 급감속에 따른 비드-림부에 고하중-고토크 상태에서도 상호 간에 이탈하지 않을 정도 이상의 장력을 제공하고, 조임-풀림 장치를 통해 케이블의 장력조절이 가능하도록 하며 탈착이 용이하도록 한다.
또한, 비공기압 타이어의 경우 대구경의 휠을 사용하여 타이어의 편평비는 UHPT(초고성능 타이어) 이상으로 작아지게 된다. 따라서 비포장 도로과 같은 악조건에서는 휠(280) 부위 손상을 방지하기 위한 방안이 모색되어야 하고, 이를 실현하기 위해 고무층이 림 부위를 감싸도록 림 취부(270)를 둔다.
도 3은 초탄성 케이블과 충격흡수 부재층(220)의 결합상태 상면 개략도이며, 횡방향 초탄성 케이블(260.1)은 충격흡수 부재층(220)과 연결된 후 연장되어 비공기압 타이어에서의 카카스부를 구성하게 된다. 카카스부를 구성하는 횡방향 초탄성 케이블(260.1)의 끝단은 비드부(290)와 연결될 수 있고,
종방향 초탄성 케이블(260)과 횡방향 초탄성 케이블(260.1), 충격흡수 부재층(220)의 결합체인 충격흡수 부재층 케이블 복합체(310)를 도 3과 도 4를 참고하면, 상기 충격흡수 부재층을 횡방향과 종방향 각각의 케이블(260, 260.1)들이 교차하며 고정할 수 있다.
한편, 도 5는 초탄성 케이블과 충격흡수 부재층(260)의 결합상태 측면 개략도의 예시를 나타낸 것으로서, 도 5를 참조하면, 충격흡수 부재층(260)는 일정한 간격으로 배열된 스프링 또는 충격흡수재(100)의 형태를 가질 수 있으며, 충격흡수 부재의 재질 및 특성에 따라 부재 간극에 고무가 인슐레이션 되거나 충격흡수 부재층을 보강하거나, 효과를 극대화할 수 있는 다른 특성을 보이는 소재가 인슐레이션 될 수 있다. 또한, 충격흡수 부재의 길이는 타이어의 횡방향과 종방향이 가지는 곡면의 형태나 특성에 따라서 그 길이가 달라질 수 있으며, 그 두께 또한 달라질 수 있다.
도 7을 참조하면, 내측 결합 케이블(260)과 횡방향 초탄성 케이블(260.1)은 3차원의 나선형태를 가질 수 있으며 피치가 가지는 각도(θ)는 타이어의 편평비 내지는 트레드 넓이에 따른 종속변수로써 케이블의 두께, 재질에 따라 달라질 수 있다.
도 8의 (A)~(C)는 하중 조건을 도시한 것이며, 도 9(D)~(F)는 하중 조건별 타이어의 일반적 거동을 나타낸 사시도 이다. 도 8과 도 9를 참조하여 설명하면, 무부하 상태에서는 충격흡수 부재 및 부재층의 변화가 없으며, 카카스부의 변화도 없다. 일정한 하중이 주어졌을 때는 지면에서 전해지는 반작용 하중에 반하여, 충격흡수 부재층에서 1차 하중을 지지하고 사이드월부의 초탄성 케이블이 2차 하중을 지지하며, 하중 지지에 대한 비율은 차량의 요구성능에 따라 튜닝할 수 있다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징들을 변경하지 않고서 다른 구체적인 다양한 형태로 실시할 수 있는 것이므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
그리고 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 특정되는 것이며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 충격흡수부, 210 : 트레드,
220 : 충격흡수 부재층, 230 : 림 안착 조임 케이블,
240 : 사이드월, 250 : 외측 결합 케이블,
260 : 내측 결합 케이블, 2 60.1 : 횡방향 케이블(사이드월부),
270 : 림 취부, 280 : 휠,
310 : 충격흡수 부재층 케이블 복합체.

Claims (7)

  1. 노면에 접지하는 트레드부와 상기 트레드부를 보유 지지하는 휠을 갖추어 이루어진 비공기압 타이어에 있어서,
    상기 트레드부(210)의 밑면에서 트레드부와 접하여 충격흡수가 가능한 충격흡수 부재층(220), 상기 트레드부(210)와 충격흡수 부재층(220) 사이에서 분리(Separation)현상을 방지하기 위한 트레드부에 결합되는 외측 결합 케이블(250), 공기를 사용하지 않는 비공기압 타이어에 있어 비드부(290)가 휠(280)의 림에 고정되도록 하는 림 안착 조임 케이블(230), 충격흡수 부재층(220)에 연결되어 카카스를 형성하는 내측 결합 케이블(260), 림이 안착되는 림 취부(270)와 하중 조건하에서 공기압을 대신하여 굴신운동이 가능한 탄성 능력이 있는 사이드월부(240)와 휠(280)로 이루어진 것을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 충격흡수 부재층은 스프링 형태 내지는 고강도-저신장 흡수부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 내측 결합 케이블은 스프링 형태의 탄성 케이블을 가지는 것을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 내측 결합 케이블은 림 안착 조임 케이블에 일정한 간격으로 연속하는 구조로 되어있고, 최내측 림 안착 조임 케이블이 원주방향으로 연장되는 구조를 형성하여 환형 림을 갖는 휠에 고정되는 것을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
  5. 제 1항 내지는 2항에 있어서,
    상기 충격흡수 부재층은 일정한 간격을 유지하고 있으며, 종방향과 횡방향으로 연속적으로 분포하고 있는 것을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
  6. 청구항 5항에 있어서,
    상기 일정한 간격으로 위치한 충격흡수 부재층 상면에 내측 결합케이블이 존재하는 것을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
  7. 제 4항에 있어서,
    내측 결합 케이블은 림 안착 조임 케이블을 감싸며 휠의 림에 직접 연결되어 공기압 타이어에서의 카카스의 역할을 대신하여 플라이층을 형성하는 것을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
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