KR20220045899A - 비공기압 타이어 하중의 탐지를 위한 시스템 - Google Patents

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웨슬리 글렌 시글러
조셉 카민 레티에리
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더 굿이어 타이어 앤드 러버 캄파니
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Abstract

비공기압 타이어 하중의 탐지를 위한 시스템은 비공기압 타이어를 포함한다. 비공기압 타이어는 환형 접지 트레드, 중앙 림, 림과 트레드 사이에 배치된 적어도 하나의 스포크 디스크를 포함한다. 스포크 디스크는 중앙 림 상에 장착된 내측 링, 외측 링, 및 내측 링과 외측 링 사이에서 반경방향으로 연장되는 복수의 스포크를 포함한다. 스포크 디스크의 외측 링과 트레드 사이에 전단 밴드가 배치된다. 스포크 디스크의 스포크의 아웃보드 표면 상에 플랜지가 배치된다. 스포크 디스크의 복수의 스포크의 아웃보드 표면 상에서 플랜지의 반경방향 외측에 표시 수단이 형성된다. 플랜지는 타이어가 과부하 상태에 있거나 또는 타이어의 교체가 필요한 경우 표시 수단과 상호 작용한다.

Description

비공기압 타이어 하중의 탐지를 위한 시스템{SYSTEM FOR DETECTION OF NON-PNEUMATIC TIRE LOADING}
본 발명의 비공기압 타이어(non-pneumatic tire)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 비공기압 타이어의 조건 또는 상태의 측정에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 타이어에 과부하가 걸렸는지 또는 타이어의 유효 수명이 거의 다 되었는지를 결정하기 위해 비공기압 타이어의 하중을 탐지하기 위한 시스템에 관한 것이다.
종래에, 공기압 타이어가 폭넓게 채용되었다. 그러한 타이어는 림(rim) 상에 장착되는 한 쌍의 비드(bead)를 포함한다. 사이드월 쌍의 각각은 각자의 비드로부터 접지 트레드(ground-contacting tread)까지 연장된다. 림, 사이드월 및 트레드는 공기로 팽창되는 내부를 한정한다.
공기압의 유지와 같은 종래의 공기압 타이어와 관련된 문제를 해결하기 위해, 비공기압 타이어가 개발되었다. 비공기압 타이어는 내부 공동에 공기 없이 작동하도록 설계된다. 많은 유형의 비공기압 타이어는 통상적으로 강철 또는 다른 금속으로 제조되는 림과 접지 트레드 사이에서 연장되는 폴리머 웨빙(webbing)을 포함한다. 폴리머 웨빙은 가요성이며, 타이어가 힘을 흡수하거나 및/또는 힘을 분배할 때 휘어진다.
비공기압 타이어에 과부하가 걸린 경우, 폴리머 웨빙은 과도하게 휘어질 수도 있으며, 이는 웨빙 및/또는 타이어의 다른 구성요소에 손상을 가할 수도 있다. 또한, 비공기압 타이어가 낡음에 따라, 폴리머 웨빙의 물리적 특성이 악화되고, 이는 또한 작동 중에 타이어에 하중이 가해질 때 웨빙 및/또는 타이어의 다른 구성요소의 손상을 초래할 수도 있다.
그 결과, 타이어에 과부하가 걸렸는지 또는 타이어의 유효 수명이 거의 다 되었는지를 결정하기 위해 비공기압 타이어의 하중을 탐지하는 시스템에 대한 필요가 관련 기술 분야에 존재한다.
본 발명의 예시적인 실시예의 태양에 따르면, 비공기압 타이어 하중의 탐지를 위한 시스템은 비공기압 타이어를 포함한다. 비공기압 타이어는 환형 접지 트레드, 중앙 림, 림과 트레드 사이에 배치된 적어도 하나의 스포크 디스크― 스포크 디스크는 중앙 림 상에 장착된 내측 링, 외측 링, 및 내측 링과 외측 링 사이에서 반경방향으로 연장되는 복수의 스포크를 포함함 ―, 및 스포크 디스크의 외측 링과 트레드 사이에 배치된 전단 밴드(shear band)를 포함한다. 스포크 디스크의 복수의 스포크의 아웃보드 표면(outboard surface) 상에 플랜지가 배치된다. 스포크 디스크의 복수의 스포크의 아웃보드 표면 상에서 플랜지의 반경방향 외측에 표시 수단이 형성된다. 플랜지는 타이어에 과부하가 걸린 상태이거나 또는 타이어의 교체가 필요한 경우 표시 수단과 상호 작용한다.
본 발명에 대해 첨부 도면을 참조하여 예시로서 설명할 것이다.
도 1은 비공기압 타이어 하중의 탐지를 위한 시스템의 예시적인 실시예의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 시스템의 일부의 입면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 시스템의 다른 부분의 입면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 시스템의 입면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 시스템의 일부의 분해도이다.
도 6은 도 1에 도시된 시스템의 일부의 단편적인 확대 사시도이다.
도 7은 도 1에 도시된 시스템의 스포크 디스크의 일부의 단편적인 개략도이다.
도 8은 도 1에 도시된 시스템의 다른 태양의 단편적인 확대 사시도이다.
도면 전체에 걸쳐서 유사한 도면부호는 유사한 부분을 지칭한다.
축방향으로 또는 축방향이란 용어는 타이어의 회전축에 평행하게 연장되는 방향을 지칭하고, 반경방향으로 또는 반경방향이란 용어는 타이어의 회전축에 수직으로 연장되는 방향을 지칭하며, 둘레방향으로 또는 둘레방향이란 용어는 타이어의 회전 방향에 평행하게 연장되는 방향을 지칭한다. 또한, 아웃보드(outboard)란 용어는 차량에 장착될 때의 타이어의 축방향 외측 표면을 지칭하며, 인보드(inboard)란 용어는 차량에 장착될 때의 타이어의 축방향 내측 표면을 지칭한다.
비공기압 타이어 하중의 탐지를 위한 시스템의 예시적인 실시예가 도 1 내지 도 8에 도시되어 있으며, 개략적으로 50으로 표시된다. 도 1 내지 도 5를 참조하면, 시스템(50)은 비공기압 타이어(10)를 포함한다. 비공기압 타이어(10)는 반경방향 외측의 접지 트레드(12), 전단 밴드(14), 하나 이상의 스포크 디스크(18) 및 중앙 림(20)을 포함한다. 트레드(12)는 복수의 종방향 지향 홈(longitudinally-oriented groove)를 포함하고, 이들 홈 사이에는 종방향 트레드 리브(longitudinal tread rib)가 형성된다. 리브들은 또한 타이어(10)의 특정한 설계 및/도는 용도 요건에 적합한 트레드 패턴을 형성하도록 홈들에 의해 횡방향으로 또는 종방향으로 분할될 수도 있다. 트레드 홈은 타이어의 의도된 용도에 부합하는 임의의 깊이를 가질 수 있으며, 트레드(12)는 다양한 조건에서 타이어(10)의 성능을 향상시키기 위해 요구되는 리브, 블록, 러그(lug), 홈 및 사이프(sipe)와 같은 요소들을 포함할 수도 있다.
바람직하게, 전단 밴드(14)는 환형이며, 트레드(12)의 반경방향 내측에, 그리고 스포크 디스크(18)의 반경방향 외측에 위치한다. 스포크 디스크(18)는 상이한 구성들을 포함할 수도 있다. 각각의 스포크 디스크(18)에 대한 예시적인 구성은 내측 링(24)과 외측 링(26) 사이에서 반경방향으로 연장되는 복수의 스포크(22)를 포함한다. 각 스포크(22)는 접합부(32)에서 적어도 하나의 반경방향 외측 스포크 부재(30)와 교차하는 적어도 하나의 반경방향 내측 스포크 부재(28)를 포함할 수도 있다.
바람직하게, 타이어(10)는 적어도 2개의 스포크 디스크(18)를 포함하고, 최대 8개까지의 스포크 디스크를 포함한다. 보다 바람직하게, 타이어(10)는 2개 내지 4개의 스포크 디스크(18)를 포함한다. 타이어(10)는, 특정한 설계 상의 고려사항에 의해 좌우되는 바와 같이, 스포크 디스크(18)의 상이한 조합들, 스포크 디스크의 상이한 구성들, 및 스포크 디스크의 서로에 대한 상이한 회전 방향들을 포함할 수도 있다.
이런 식으로, 비공기압 타이어(10)는 스포크 디스크들(18)이 중앙 림의 외측 표면(34)을 따라 동심으로 그리고 축방향으로 배치되어 있는 중앙 림(20)을 포함한다. 스포크 디스크(18)는 바람직하게는 각 스포크 디스크의 반경방향 최내측 표면(36)과 림(20)의 반경방향 외측 표면(34) 사이의 접착제 결합을 통해 림(20)과 결합한다. 전단 밴드(14)는 축방향으로 배치된 스포크 디스크들(18) 위에 동심으로 배치된다. 바람직하게는, 전단 밴드(14)는 전단 밴드(14)의 반경방향 최내측 표면(38)과 각 스포크 디스크(18)의 반경방향 최외측 표면(40) 사이의 접촉제 결합을 통해 스포크 디스크(18)와 결합한다. 트레드(12)는 반경방향으로 전단 밴드(14) 위에 놓이고, 바람직하게는 탄성중합체 조성물의 동시 경화(co-curing)를 통해 전단 밴드에 접합된다.
바람직하게는, 아웃보드 스포크 디스크(18)의 스포크(22)의 아웃보드 표면(52)(도 6) 상에 플랜지 디스크(42)가 배치되며, 플랜지를 림(20)에 고정하고 아웃보드 스포크 디스크의 아웃보드 측에 덮개를 제공하기 위해 플랜지의 아웃보드 쪽에 허브캡(hubcap)(44)이 배치된다. 플랜지(42)와 허브캡(44)은 2개의 별도의 구성요소일 수 있으며, 또는 단일의 일체형 구성요소일 수도 있다.
비공기압 타이어(10)는 본 발명과 동일한 양수인, 즉 더 굿이어 타이어 앤드 러버 캄파니 소유의 미국 특허 출원 공개 공보 제 2017/0368879 호에 충실히 기재되어 있으며, 이는 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.
이제 도 6 및 도 7을 참조하면, 시스템(50)은 타이어 하중의 탐지를 위해 타이어(10)에 통합된 특징부를 포함한다. 예컨대, 시스템(50)은 시각적 표시기를 통합할 수도 있다. 보다 구체적으로, 아웃보드 스포크 디스크(18) 상의 선택된 스포크(22)는 아웃보드 표면(52)을 포함한다. 선택된 스포크(22)의 아웃보드 표면(52) 상에서 또는 아웃보드 표면(52) 내에서 플랜지(42)의 반경방향 외측에 표시 수단(54)이 형성될 수도 있다. 표시 수단(54)의 제 1 예는 선택된 스포크(22)의 아웃보드 표면(52) 내에 형성된 특징부(54a)를 포함한다. 특징부(54a)는 노치(notch)로 도시되어 있으며 편의성을 위해 노치로 지칭될 것이지만, 돌출부로 형성될 수도 있다. 노치(54a)는 선택된 스포크(22)의 아웃보드 표면(52)을 따라 어느 곳에든 형성될 수 있지만, 바람직한 위치는 선택된 스포크의 반경방향 외측 부재(30) 내이다.
시스템(50)에서, 플랜지(42)는 외주부(56)를 포함한다. 플랜지 외주부(56)와 선택된 노치(54a) 사이에 반경방향 간격(60)이 연장된다. 플랜지 외주부(56)를 따른 지점(58)은 노치들(54a) 중 각각 하나에 가장 가깝다. 이런 식으로, 각각의 노치(54a)는 플랜지 외주부(56)를 따른 각자의 지점(58)을 가질 것이다. 각각의 노치(54a)와 플랜지 외주부(56)를 따른 각자의 지점(58) 사이에 반경방향 간격(60)이 형성된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 타이어(10)에 하중이 가해짐에 따라, 접촉 패치(contact patch) 또는 풋프린트(footprint)(62)가 형성되는데, 이는 소정 시간 동안 지면(64)과 접촉하는 트레드(12)의 부분이다. 타이어(10)에 가해지는 하중은 풋프린트(62)에 근접한 스포크(22)를 압축시키는 경향이 있으며, 이에 의해, 선택된 노치(54a)와 플랜지 외주부(56)를 따른 이들 각자의 지점(58) 사이의 반경방향 간격(60)을 감소시킨다. 타이어(10)가 적절한 하중 상태에 있는 경우, 즉, 타이어(10)에 과부하가 걸리지 않았거나 또는 타이어(10)의 교체가 필요하지 않은 경우, 각각의 노치(54a)는 가시적인 상태를 유지한다. 타이어(10)에 과부하가 걸렸거나 또는 타이어(10)의 교체가 필요한 경우, 스포크(22)의 압축에 의해 반경방향 간격(60)이 제거되어, 노치(54a)는 플랜지(42)에 의해 부분적으로 덮이거나 완전히 덮인다.
따라서, 시스템(50)은 타이어(10)에 과부하가 걸릴 때 적어도 하나의 선택된 노치(54a)와 플랜지(42) 상의 각자의 지점(58) 사이의 간격(60)이 제거되는 표시기를 제공한다. 선택된 노치(54a)가 플랜지(42)에 의해 덮여서 가시적이지 않으면, 타이어(10)가 설치된 차량은 모든 노치가 다시 가시적일 때까지 하중을 제거할 수 있으며 이에 의해 타이어를 적절한 하중 상태로 복귀시킨다. 시스템(50)은 또한 타이어(10)의 유효 수명이 거의 다 되었을 때 적어도 하나의 선택된 노치(54a)와 플랜지(42) 상의 각자의 지점(58) 사이의 간격(60)이 제거되는 표시기를 제공한다. 선택된 노치(54a)가 플랜지(42)에 의해 덮여서 가시적이지 않으면, 타이어(10)가 교체될 수 있다.
대안적으로, 표시 수단(54)은 스포크의 색상과 대비되는 색상으로, 선택된 스포크(22)의 아웃보드 표면(52) 상에 형성된 하나 이상의 점과 같은 다른 시각적 표시기를 포함할 수도 있다. 상술한 바와 같이, 타이어(10)에 과부하가 걸리거나 또는 타이어(10)의 유효 수명이 거의 다 되었을 때, 반경방향 간격(60)이 제거되어, 하나 이상의 점이 플랜지(42)에 의해 부분적으로 덮이거나 또는 완전히 덮인다. 선택된 점이 가시적이지 않으면, 타이어(10)가 설치된 차량은 모든 점이 다시 가시적일 때까지 하중을 제거함으로써 타이어를 적절한 하중 상태로 복귀시킬 수 있으며, 또는 타이어가 교체될 수 있다.
다른 대안예로서, 시스템(50)은 청각적 표시기를 통합할 수도 있다. 예컨대, 청각적 표시기를 위한 표시 수단(54)은 선택된 스포크(22)의 아웃보드 표면(52) 상에서 플랜지(42)의 반경방향 외측에 형성되며 축방향 외측으로 돌출하는 하나 이상의 돌출부를 포함할 수도 있다. 상술한 바와 같이, 타이어(10)에 과부하가 걸리거나 또는 타이어(10)의 유효 수명이 거의 다 되었을 때, 반경방향 간격(60)이 제거되어, 하나 이상의 돌출부가 플랜지(42)와 접촉함으로써, 타이어의 작동 중에 청각적 신호를 제공하기 위해 소리를 낸다. 청각적 신호가 발생되면, 타이어(10)가 설치된 차량은 더이상 신호가 방출되지 않을 때까지 하중을 제거함으로써 타이어를 적절한 하중 상태로 복귀시킬 수 있으며, 또는 타이어가 교체될 수 있다.
도 8을 참조하면, 시스템(50)은 센서 기반 표시기를 통합할 수도 있다. 예컨대, 센서 기반 표시기를 위한 표시 수단(54)은 근접 센서, 또는 자기 센서(70)를 위한 자석(54b)을 포함할 수도 있다. 스포크(22) 중 선택된 하나의 아웃보드 표면(52) 상에서 또는 그 근처에서 플랜지(42)의 반경방향 외측에 보스(boss) 구조체(68)가 형성될 수 있으며, 바람직하게는 자석(54b)이 보스 구조체 내에 배치된다. 자기 센서(70)는 예로서 도시되어 있으며, 바람직하게는 플랜지(42)에 장착되는데, 플랜지(42)는 센서를 수용하기 위한 개구부(66)를 갖도록 형성될 수도 있다. 상술한 바와 마찬가지로, 타이어(10)에 과부하가 걸리거나 또는 타이어(10)의 유효 수명이 거의 다 되었을 때, 반경방향 간격(60)이 제거되어, 플랜지(42)와 자기 센서(70)는 자석(54b)과 축방향으로 근접하게 된다.
자기 센서(70)가 자석(54b)과 근접하게 될 때, 센서는 바람직하게는 경보를 발한다. 이런 식으로, 타이어(10)에 과부하가 걸리면, 타이어가 설치된 차량은 센서(70)가 더이상 자석(54b)에 근접하지 않을 때까지 하중을 제거할 수 있으며, 이에 의해 타이어를 적절한 하중 상태로 복귀시키고, 센서에 의해 발생한 경보를 중단시킨다. 타이어(10)의 유효 수명이 거의 다 되었고 경보가 발생한 경우, 타이어가 교체될 수 있다.
센서(70)는, 공기압 타이어를 위한 타이어 압력 모니터링 시스템과 유사하게 작동하는 시스템과 같은, 타이어(10)가 장착된 차량의 모니터링 또는 제어 시스템에 전자적으로 연결됨으로써, 차량의 운전자에게 경보를 보내게 할 수도 있다. 또한, 센서(70)는 전자적 모니터링 또는 관리 시스템에 의해 원격으로 모니터링됨으로써, 플리트 매니저(fleet manager)에게 타이어(10)가 과부하 상태에 있거나 타이어(10)의 교체가 필요하다는 경보를 발할 수도 있다.
이런 식으로, 비공기압 타이어 하중의 탐지를 위한 시스템(50)은 타이어에 과부하가 걸려서 차량의 하중을 줄일 필요가 있는지, 그리고 타이어의 유효 수명이 거의 다 되어서 타이어를 교체할 필요가 있는지를 결정하기 위해 비공기압 타이어(10)의 하중을 탐지한다. 시스템(50)은 아웃보드 스포크 디스크(18)의 스포크의 아웃보드 표면(52) 상에 배치된 플랜지(42)를 포함하며, 이는 선택된 스포크의 아웃보드 표면 상에서 플랜지의 반경방향 외측에 형성된 표시 수단(54)과 상호 작용한다.
표시 수단(54)은, 타이어(10)가 과부하 상태에 있거나 또는 타이어(10)의 유효 수명이 거의 다 되었을 때 시각적 표시기를 제공하는 노치(54a) 또는 착색점과 같은 시각적 수단을 포함할 수도 있다. 대안적으로, 표시 수단(54)은, 타이어(10)가 과부하 상태에 있거나 또는 타이어(10)의 유효 수명이 거의 다 되었을 때 청각적 신호를 제공하는 돌출부와 같은 청각적 수단을 포함할 수도 있다. 표시 수단(54)은 또한 근접 센서, 또는 자기 센서(70)와 상호 작용하는 자석과 같은 센서 수단(54b)을 포함할 수도 있는데, 이는 타이어(10)가 과부하 상태에 있거나 또는 타이어(10)의 유효 수명이 거의 다 되었을 때 경보를 발한다.
본 발명은 또한 비공기압 타이어(10)의 하중을 탐지하는 방법을 포함한다. 본 방법은 위에 제시되며 도 1 내지 도 8에 나타낸 설명에 따른 단계들을 포함한다.
비공기압 타이어 하중의 탐지를 위한 상술한 시스템(50)의 구조는, 본 발명의 전제적인 개념 또는 작용에 영향을 미치는 일 없이 변경 또는 재배열될 수 있으며, 또는 통상의 기술자에게 알려진 구성요소들을 생략하거나 추가할 수도 있음을 이해해야 한다.
본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었다. 본 설명을 숙독하고 이해할 때 잠재적인 수정예 및 변경예가 다른 사람들에게 착안될 것이다. 그러한 모든 수정예 및 변경예는 첨부된 특허청구범위에 기재된 본 발명, 또는 그 균등물의 범위 내에 포함됨을 이해해야 한다.

Claims (5)

  1. 비공기압 타이어 하중의 탐지를 위한 시스템에 있어서,
    비공기압 타이어― 상기 비공기압 타이어는,
    환형 접지 트레드,
    중앙 림,
    상기 림과 상기 트레드 사이에 배치된 적어도 하나의 스포크 디스크― 상기 적어도 하나의 스포크 디스크는 상기 중앙 림 상에 장착된 내측 링, 외측 링, 및 상기 내측 링과 상기 외측 링 사이에서 반경방향으로 연장되는 복수의 스포크를 포함함 ―, 및
    상기 적어도 하나의 스포크 디스크의 외측 링과 상기 트레드 사이에 배치된 전단 밴드(shear band)를 포함함 ―;
    상기 적어도 하나의 스포크 디스크의 복수의 스포크의 아웃보드 표면(outboard surface) 상에 배치된 플랜지; 및
    상기 적어도 하나의 스포크 디스크의 복수의 스포크의 아웃보드 표면 상에서 상기 플랜지의 반경방향 외측에 형성된 표시 수단을 포함하고,
    상기 플랜지는 상기 타이어가 과부하 상태에 있거나 또는 상기 타이어의 교체가 필요한 경우 상기 표시 수단과 상호 작용하는 것을 특징으로 하는
    비공기압 타이어 하중 탐지용 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스포크 디스크는 복수의 스포크 디스크를 포함하고, 상기 플랜지는 상기 스포크 디스크 중 아웃보드 쪽 스포크 디스크의 복수의 스포크의 아웃보드 표면 상에 배치되며, 상기 표시 수단은 상기 스포크 디스크 중 상기 아웃보드 쪽 스포크 디스크의 복수의 스포크의 아웃보드 표면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는
    비공기압 타이어 하중 탐지용 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 표시 수단과 상기 플랜지의 주변부를 따른 각자의 지점 사이에 반경방향 간격이 형성되고, 상기 타이어에 과부하가 걸리거나 또는 상기 타이어의 교체가 필요한 경우 상기 반경방향 간격이 제거되는 것을 특징으로 하는
    비공기압 타이어 하중 탐지용 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 표시 수단은 상기 타이어가 과부하 상태에 있거나 또는 상기 타이어의 교체가 필요한 경우 시각적 표시기를 제공하는 시각적 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는
    비공기압 타이어 하중 탐지용 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 표시 수단은 상기 타이어가 과부하 상태에 있거나 또는 상기 타이어의 교체가 필요한 경우 청각적 신호를 제공하는 청각적 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는
    비공기압 타이어 하중 탐지용 시스템.
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