KR20180025728A - 비공기입 타이어 - Google Patents

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KR20180025728A
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 서로 이격되는 내측 밴드 및 외측 밴드를 포함하는 비공기입 타이어를 제공할 수 있고, 상기 비공기입 타이어는, 내측 밴드 및 외측 밴드를 포함하고, 상기 외측 밴드는 상기 내측 밴드와 이격되며 상기 내측 밴드의 외주면을 감싸도록 구비되는 밴드부; 및 상기 내측 밴드와 상기 외측 밴드 사이에 구비되는 스포크부;를 포함하고, 상기 스포크부는, 원주방향 일측으로 볼록하게 절곡되는 제1 굴곡부, 및 상기 제1 굴곡부와 연결되고, 원주방향 타측으로 볼록하게 절곡되는 제2 굴곡부를 포함한다.

Description

비공기입 타이어{NON PNEUMATIC TIRE}
본 발명은 비공기입 타이어에 관한 것이다.
타이어는 소형 차량부터 중장비 차량까지 다양한 차량의 휠에 장착되어 차량의 하중을 지지하는 기능과 차량의 동력을 지면에 전달하는 동력전달 기능 및 차량 주행 시 발생되는 지면으로부터의 진동, 충격 등을 완충하는 기능을 수행한다.
기존 공기입 타이어의 경우 내부에 공기압이 구비되어 충돌, 굴신에 대한 완충 작용이 우수한 효과가 있다. 다만, 외부 물질에 의한 찔림이나 충격 등으로 타이어가 파손되는 경우 내부 공기압이 유지되지 않으므로 타이어로서 기능을 수행하기 어렵다. 더하여, 주행 중 타이어가 파손되는 경우 차량의 핸들링, 제동능력을 저하시켜 안전 문제를 유발할 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 내부의 공기 충진을 필요로 하지 않는 비공기입 타이어가 개발되었다. 비공기입 타이어의 경우, 기존 공기입 타이어의 내부 공기압이 수행하는 기능을 수행하기 위해 트레드와 휠 사이에 스포크가 구비된다.
이러한 비공기입 타이어는 스포크의 구조 및 형상에 의해 완충효과, 주행능력 등이 결정되며 일반적으로 저속 차량 또는 특수목적 차량에 적용되었다. 따라서 다양한 차량환경에서도 적용가능한 범용 스포크 구조 및 이를 포함하는 비공기입 타이어에 대한 연구가 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 범용적으로 사용 가능한 비공기입 타이어를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 내측 밴드 및 외측 밴드를 포함하고, 상기 외측 밴드는 상기 내측 밴드와 이격되며 상기 내측 밴드의 외주면을 감싸도록 구비되는 밴드부; 및 상기 내측 밴드와 상기 외측 밴드 사이에 구비되는 스포크부;를 포함하고, 상기 스포크부는, 원주방향 일측으로 볼록하게 절곡되는 제1 굴곡부, 및 상기 제1 굴곡부와 연결되고, 원주방향 타측으로 볼록하게 절곡되는 제2 굴곡부를 포함하는, 비공기입 타이어가 제공될 수 있다.
또한, 상기 스포크부는 복수 개로 구비되고, 복수 개의 상기 스포크부는 원주 방향을 따라 서로 이격되어 배치되는, 비공기입 타이어가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 굴곡부는 하중을 받을 때 원주방향 일측으로 더 볼록하게 절곡되고, 상기 제2 굴곡부는 하중을 받을 때 원주방향 타측으로 더 볼록하게 절곡되도록 구성되는, 비공기입 타이어가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 굴곡부와 상기 제2 굴곡부는 연속적인 곡선을 형성하도록 연결되는, 비공기입 타이어가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 굴곡부와 상기 제2 굴곡부가 연결되는 지점과 상기 외측 밴드 사이의 반경방향으로의 거리는, 상기 내측 밴드와 상기 외측 밴드 사이의 반경방향으로의 거리의 40% 이상 60%이하인, 비공기입 타이어가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 굴곡부는 원주방향 일측으로 볼록하게 절곡되는 원호를 형성하고, 상기 제2 굴곡부는 원주방향 타측으로 볼록하게 절곡되는 원호를 형성하며, 상기 제1 굴곡부의 상기 원호는 20mm 이상 35mm 이하의 곡률 반경을 가지고, 상기 제2 굴곡부의 상기 원호는 20mm 이상 35mm 이하의 곡률 반경을 가지는, 비공기입 타이어가 제공될 수 있다.
또한, 상기 외측 밴드는 반경방향으로 1mm이상 10mm이하의 두께를 가지는, 비공기입 타이어가 제공될 수 있다.
또한, 상기 내측 밴드는 반경방향으로 1mm이상 10mm이하의 두께를 가지는, 비공기입 타이어가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 굴곡부 및 상기 제2 굴곡부는 3mm이상 10mm이하의 두께를 가지고, 상기 제1 굴곡부는 내측 단부에서 외측 단부로 연장될수록 두께가 얇아지며, 상기 제2 굴곡부는 내측 단부에서 외측 단부로 연장될수록 두께가 두꺼워지는, 비공기입 타이어가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어는 하중 지지 능력, 주행 성능, 굴신 능력 및 내구성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어의 개략 사시도이다.
도 2는 도 1의 비공기입 타이어의 측면도이다.
도 3은 도 2의 A부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어에 하중이 가해진 경우의 접지압 분포를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어에 하중이 가해진 경우 변형량을 개략적으로 도시한 단면도이다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
한편, 이하에서 서술하는 '반경방향(Radial direction; r)'은 타이어의 반경방향을 의미하고, '축방향(Axial direction; a)'은 반경방향과 직교하고 타이어의 회전축과 평행한 방향을 의미한다. 축방향은 타이어의 회전축 중심을 반드시 지나는 것은 아니며, 타이어의 회전축 방향과 나란한 방향을 포함한다. 또한, '원주방향(Circumferential direction; c)'은 타이어의 외주면을 따르는 방향으로서, 반경방향과 수직인 방향을 의미한다. 이러한 원주 방향은 타이어의 측면에서 보았을 때, 시계방향 및 반시계방향 중 어느 하나일 수 있다. 한편, 특별한 언급이 없다면, 상기 방향들은 양의 방향 및 음의 방향 모두를 포괄한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어의 구성에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어의 개략 사시도이고, 도 2는 도 1의 비공기입 타이어의 측면도이며, 도 3은 도 2의 A부분 확대도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어(1)는 밴드부(10) 및 스포크부(20)를 포함할 수 있다.
밴드부(10)는 비공기입 타이어의 전체적인 외형에 대응하는 형상일 수 있다. 이러한 밴드부(10)는, 예를 들어, 원형의 실린더 형상으로 구비될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 밴드부(10)는 후술하는 스포크부(20)와 일체로 형성될 수 있다.
밴드부(10)는 소정의 폭을 가지고 양단부가 연결된 띠 형상의 내측 밴드(11) 및 외측 밴드(12)를 포함할 수 있다. 외측 밴드(12)는 내측 밴드(11)와 반경방향(r)으로 이격되며 내측 밴드(11)의 외주면을 감쌀 수 있다.
내측 밴드(11)의 내주면에는 림(rim, 미도시)이 결합될 수 있다. 따라서, 내측 밴드(11)의 형상은 림(rim)의 형상에 대응하여 다양하게 변경 가능하다. 이러한 내측 밴드(11)는 반경방향(r)으로 1mm이상 10mm 이하의 두께를 가질 수 있다.
외측 밴드(12)는 내측 밴드(11)와 소정거리 이격되어 내측 밴드(11)를 감싸도록 구비될 수 있다. 다시 말해, 외측 밴드(12)의 내주면과 내측 밴드(11)의 외주면은 서로 대향할 수 있다. 한편, 외측 밴드(12)와 내측 밴드(11)는 후술할 스포크부(20)에 의해 연결될 수 있다. 이러한 외측 밴드(12)는 반경방향(r)으로 1mm이상 10mm 이하의 두께를 가질 수 있다.
외측 밴드(12)의 외주면에는 쉐어 밴드(13)가 구비될 수 있다. 쉐어 밴드(13)는 외측 밴드(12)에 대응하는 형상으로 외측 밴드(12)의 원주방향을 따라 배치될 수 있다.
쉐어 밴드(13)는 비공기입 타이어(1)에 작용하는 초기 응력을 1차적으로 완화시키는 역할을 할 수 있으며, 탄소섬유를 포함하는 복합재나 스틸 코드를 포함하는 복합재를 사용하여 1개 이상의 층(layer)으로 제작될 수 있다. 예를 들어, 쉐어 밴드(13)는 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)로 제조되거나 공기입 타이어에 사용되는 스틸 코드 벨트로 구성된 1개 이상의 층으로 제조될 수 있다.
쉐어 밴드(13)의 외주면에는 트레드(30)가 구비될 수 있다. 트레드(30)는 비공기입 타이어(1)의 최외측에 배치되며 지면과 직접적으로 접촉될 수 있다. 트레드(30)는 당업계에서 통용되는 다양한 구조가 채택될 수 있다.
스포크부(20)는 내측 밴드(11)와 외측 밴드(12) 사이에 구비될 수 있다. 이러한 스포크부(20)는 열가소성 엘라스토머(Thermo Plastic Elastomer, TPE)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스포크부(20)는 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머(Thermo Plastic Polyester Elastomer, TPEE), 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머(Thermo Plastic Polyurethane Elastomer, TPU), 열가소성 올레핀 엘라스토머(Thermo Plastic Olefinic Elastomer, TPO), 열가소성 아마이드 엘라스토머(Thermo Plastic Polyamide Elastomer, TPAE)등을 포함할 수 있다. 스포크부(20)는 내측 밴드(11)와 외측 밴드(12)를 연결하는 지지대 역할을 할 수 있다. 또한, 스포크부(20)는 비공기입 타이어(1)에 가해지는 충격을 분산 및 흡수함으로써 완충재 역할을 할 수 있으며, 비공기입 타이어(1)가 결합되는 임의의 차량의 하중을 지지하는 역할을 수행할 수 있다. 이처럼 스포크부(20)는 충격 완화역할 및 하중 지지 역할을 수행하기 때문에 충격 완화역할 및 하중 지지역할에 적합한 기구적 구성이 요구된다.
이러한 스포크부(20)는 복수 개로 구비될 수 있으며, 축방향(a)에서 그 단면을 보았을 때, 내측 밴드(11)와 외측 밴드(12) 사이에서 소정의 패턴을 형성하도록 구성될 수 있다. 이러한 복수 개의 스포크부(20)는 소정의 간격으로 서로 이격되어 구비될 수 있다. 예를 들어, 스포크부(20)는 60개 이상, 80개 이하로 제공될 수 있으며, 스포크부(20)의 개수가 증가할수록 비공기입 타이어(1)의 강성이 증가하여, 높은 하중에 대한 지지능력도 증가할 수 있다.
이러한 스포크부(20)는 제1 굴곡부(110) 및 제2 굴곡부(120)를 포함할 수 있다. 제1 굴곡부(110)는 원주방향(c) 일측을 향해 볼록하게 절곡되도록 형성되며, 내측 밴드(11) 측에 구비될 수 있다. 제2 굴곡부(120)는 원주방향(c) 타측을 향해 볼록하게 절곡되도록 형성되며, 외측 밴드(12) 측에 구비될 수 있다. 타이어(1)를 축방향(a)에서 보았을 때, 제1 굴곡부(110)가 절곡된 방향과 제2 굴곡부(120)가 절곡된 방향은 반대이다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 굴곡부(110)는 원주방향(c) 일측을 따라 반시계방향으로 볼록하게 절곡될 수 있고, 제2 굴곡부(120)는 원주방향(c) 타측을 따라 시계방향으로 볼록하게 절곡될 수 있다. 다시 말해, 스포크부(20)는 제1 굴곡부(110)와 제2 굴곡부(120)를 가짐으로써 축방향(a)에서 보았을 때, 'S'자 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 복수 개의 스포크부(20) 사이에 형성되는 공간(s)도 'S'자 형상을 가질 수 있다.
스포크부(20)가 하중을 받을 때, 제1 굴곡부(110)가 원주방향(c) 일측으로 더 볼록하게 절곡되고, 제2 굴곡부(120)가 원주방향(c) 타측으로 더 볼록하게 절곡되도록 구성될 수 있다.
제1 굴곡부(110)와 제2 굴곡부(120)는 소정의 곡률 반경을 가지는 원호로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 굴곡부(110)는 20mm 이상 35mm 이하의 곡률반경(r1)을 가지는 원호일 수 있고, 제2 굴곡부(120)는 20mm 이상 35mm 이하의 곡률반경(r2)을 가지는 원호일 수 있다.
또한, 제1 굴곡부(110)와 제2 굴곡부(120)는 소정의 두께를 가지도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 굴곡부(110)의 내측 단부에서 외측 단부 방향으로 두께(t1)가 점점 작아지는 형상을 가질 수 있으며, 제1 굴곡부(110)의 두께(t1)가 변형되는 범위는 3mm이상 10mm이하일 수 있다. 또한, 제2 굴곡부(120)는 내측 단부에서 외측 단부 방향으로 두께(t2)가 일정하거나 점점 증가하는 형상을 가질 수 있으며, 제2 굴곡부(120)의 두께(t2)가 변형되는 범위는 3mm이상 10mm이하일 수 있다. 이 경우, 제1 굴곡부(110)의 외측 단부와 제2 굴곡부(120)의 내측 단부는 동일한 두께를 가지도록 구성될 수 있다. 한편, 본 실시예 및 이에 따른 도면에서는 제1 굴곡부(110)와 제2 굴곡부(120)의 두께가 반경방향(r)을 따라 변화하는 것으로 나타내었으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 굴곡부(110)와 제2 굴곡부(120)는 반경방향으로 동일한 두께를 가지도록 구성되는 것도 가능하다.
이러한 제1 굴곡부(110)와 제2 굴곡부(120)는 서로 연결될 수 있다. 다시 말해, 제1 굴곡부(110)의 내측 단부는 내측 밴드(11)와 연결되고 외측 단부는 제2 굴곡부(120)와 연결될 수 있다. 또한, 제2 굴곡부(120)의 내측 단부는 제1 굴곡부(110)와 연결되고 외측 단부는 외측 밴드(12)에 연결될 수 있다. 제1 굴곡부(110)와 제2 굴곡부(120)의 연결부는 변곡점의 형태를 가질 수 있다. 다시 말해, 제1 굴곡부(110)와 제2 굴곡부(120)는 연결부는 모서리를 형성하지 않고, 연속적인 곡선의 형태로 연결될 수 있다. 제1 굴곡부(110)와 제2 굴곡부(120)가 연결되는 지점과 외측 밴드(12) 사이의 반경방향(r)으로의 거리(d1)는, 내측 밴드(11)와 외측 밴드(12) 사이의 반경방향(r)으로의 거리(d0)의 40%이상 60%이하로 구성될 수 있다.
이하, 이러한 구성을 가지는 비공기입 타이어의 작용 및 효과에 대하여 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어에 하중이 가해진 경우의 접지압 분포를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어에 하중이 가해진 경우 변형량을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 비공기입 타이어와 지면이 직접적으로 접촉하는 부분(빨간색 영역)과, 이러한 직접 접촉부의 주변부(연두색 영역)에도 하중이 전달됨으로써 전체적으로 넓은 영역에서 비공기입 타이어에 가해지는 하중이 지지될 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1 굴곡부(110)와 제2 굴곡부(120)은 양자 간의 연결점(절점)을 중심으로 서로 반대 방향으로 굴곡부가 휘어진다. 지면과 먼 스포크부(20)의 굴곡부가 휘어지는 정도가 지면과 가까운 스포크부(20)의 굴곡부가 휘어지는 정도 보다 보다 약하므로, 하중이 가해질 때 제1 굴곡부(110)는 제2 굴곡부(120)보다 덜 휘어진다. 이처럼 복수 개의 스포크부(20)에서 굴신이 이루어지면서 주행 시 발생되는 지면으로부터의 진동, 충격 등을 완화하는 기능을 수행한다. 또한, 외측 밴드(12) 및 쉐어 밴드(13)의 적용으로 지면과 가까운 스포크부(20)에 변위가 집중되지 않을 수 있다. 다시 말해, 양 측면의 스포크부(20)뿐만 아니라 비공기입 타이어 상부까지 변위를 전달하는 역할을 함으로써 응력 및 변위가 분산되어 내구력을 향상 시킬 수 있다.
한편, 스포크부(20)는 복수 개가 구비되고, 복수 개의 스포크부(20)는 반경 방향을 따라 배열될 수 있으며, 이러한 스포크부(20)의 사이에는 공간(s)이 형성될 수 있다. 또한, 스포크부(20)는 S자 형상을 가지도록 제1 굴곡부(110)와 제2 굴곡부(120)를 포함할 수 있다. 이러한 스포크부(20)가 하중을 받을 때, 제1 굴곡부(110)가 원주방향 일측으로 더 볼록하게 절곡되고, 제2 굴곡부(120)가 원주방향 타측으로 더 볼록하게 절곡될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어(1)는 이러한 스포크부(20) 사이의 공간(s)과 굴곡부에 의해 하중 지지 능력, 완충효과 및 복원 능력이 향상될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명의 속하는 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
1: 비공기입 타이어 10: 밴드부
11: 내측 밴드 12: 외측 밴드
13: 쉐어 밴드 20: 스포크부
30: 트레드 110: 제1 굴곡부
120: 제2 굴곡부 S: 스포크부 사이 공간

Claims (9)

  1. 내측 밴드 및 외측 밴드를 포함하고, 상기 외측 밴드는 상기 내측 밴드와 이격되며 상기 내측 밴드의 외주면을 감싸도록 구비되는 밴드부; 및
    상기 내측 밴드와 상기 외측 밴드 사이에 구비되는 스포크부;를 포함하고,
    상기 스포크부는,
    원주방향 일측으로 볼록하게 절곡되는 제1 굴곡부, 및
    상기 제1 굴곡부와 연결되고, 원주방향 타측으로 볼록하게 절곡되는 제2 굴곡부를 포함하는, 비공기입 타이어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스포크부는 복수 개로 구비되고, 복수 개의 상기 스포크부는 원주 방향을 따라 서로 이격되어 배치되는, 비공기입 타이어.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 굴곡부는 하중을 받을 때 원주방향 일측으로 더 볼록하게 절곡되고, 상기 제2 굴곡부는 하중을 받을 때 원주방향 타측으로 더 볼록하게 절곡되도록 구성되는, 비공기입 타이어.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 굴곡부와 상기 제2 굴곡부는 연속적인 곡선을 형성하도록 연결되는, 비공기입 타이어.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 굴곡부와 상기 제2 굴곡부가 연결되는 지점과 상기 외측 밴드 사이의 반경방향으로의 거리는, 상기 내측 밴드와 상기 외측 밴드 사이의 반경방향으로의 거리의 40% 이상 60%이하인, 비공기입 타이어.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 굴곡부는 원주방향 일측으로 볼록하게 절곡되는 원호를 형성하고, 상기 제2 굴곡부는 원주방향 타측으로 볼록하게 절곡되는 원호를 형성하며,
    상기 제1 굴곡부의 상기 원호는 20mm 이상 35mm 이하의 곡률 반경을 가지고,
    상기 제2 굴곡부의 상기 원호는 20mm 이상 35mm 이하의 곡률 반경을 가지는, 비공기입 타이어.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 외측 밴드는 반경방향으로 1mm이상 10mm이하의 두께를 가지는, 비공기입 타이어.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 밴드는 반경방향으로 1mm이상 10mm이하의 두께를 가지는, 비공기입 타이어.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 굴곡부 및 상기 제2 굴곡부는 3mm이상 10mm이하의 두께를 가지고,
    상기 제1 굴곡부는 내측 단부에서 외측 단부로 연장될수록 두께가 얇아지며,
    상기 제2 굴곡부는 내측 단부에서 외측 단부로 연장될수록 두께가 두꺼워지는, 비공기입 타이어.
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