KR20240041593A - 타이어의 광폭 접지를 유도하는 공기입 타이어용 휠 림 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량이 고속 주행시 휠 림이 팽창하여 공기입 타이어의 접지 면적을 증대시켜, 주행 안정성 및 제동 성능을 향상시키는 공기입 타이어용 휠 림에 관한 것으로, 타이어와 결합되는 휠 림 부근에 열팽창이 서로 다른 두 재질을 적용하여 바이메탈부를 형성하므로서 열팽창에 의해 휠 림 끝단부의 바이메탈부가 바깥 방향으로 휘어져 타이어 숄더부 접지 면적을 증가시키며, 이를 위해 바이메탈부가 열팽창률이 상대적으로 높은 제1 금속판과 열팽창률이 상대적으로 낮은 제2 금속판이 중첩되어 이루어진다.

Description

타이어의 광폭 접지를 유도하는 공기입 타이어용 휠 림{Wheel rims for pneumatic tires that induce wide grounding of the tire}

본 발명은 차량이 고속 주행시 타이어 접지 면적을 늘려서 주행 및 제동 성능을 향상시킬 수 있는 타이어용 휠 림을 구비한 공기입 타이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 타이어와 결합되는 타이어용 휠 림 부분에 열팽창이 다른 두 재질을 적용하여 차량이 고속 주행이나 잦은 제동으로 인해 열 발생시, 타이어 휠 림의 끝부분이 바깥쪽으로 휘어져 타이어 숄더 부분의 접지 면적을 증대하여 주행 및 제동 성능을 향상시킬 수 있도록 한 공기입 타이어용 휠 림에 관한 것이다.

일반적으로 공기입 타이어는 타이어 원주 방향과 수직한 코드의 특성으로 낮은 편평비를 구현할 수 있고, 상대적으로 큰 횡방향 강성을 가지므로 조종성과 안정성이 우수해 고속 주행에 적합하다. 또한 공기입 타이어는 승차감, 연비 및 내마모성 면에서 바이어스 타이어에 비하여 장점을 가지므로, 승용차 등 중소형 차량에 널리 사용되고 있다.

이와 같은 타이어의 접지 성능은 발진성, 내슬립성, 선회성 등 조종성에 직접 영향을 미치며, 무엇보다 안전성과 직결되어 타이어 개발에 중요한 요소이다. 이러한 공기입 타이어는 트레드면 외곽 부분의 곡률반경을 다수의 구간에 따라 달리 설정하는 기술이 많이 개발되고 있다.

그러나 트레드 형상을 개선하더라도 타이어의 공기압, 적재에 따른 차량의 하중, 차량의 가감속 및 선회에 따른 타이어의 변형이나 고속 주행에 따른 타이어의 발열 등에 의하여 지면에 접하는 트레드의 접지 형상이 변형될 소지가 많다.

일반적으로 타이어의 주행 및 제동성능은 타이어의 높이(Series)가 낮을수록 또는 접지 면적이 넓을수록 좋다. 따라서 고속 주행시 접지 면적이 증대되면 주행 안정성이 좋아지며 제동거리도 짧아진다.

또한 차량이 고속 주행시 타이어의 굴신 운동과 제동 슬립(Slip)으로 인해 타이어와 결합되는 림부분에 열이 발생한다.

이 때문에 도 1에 도시된 바와 같이 장시간 고속 주행 시에 노면과의 충돌 및 사이드월의 반복적인 굴신에 의하여 공기입 타이어(100)의 온도가 상승되면, 타이어(100)의 주된 구성인 고무의 점탄성 변화, 공기압 변화 등에 따라 지면에 접하는 트레드의 접지 형상이 설계 의도와 달리 변형된다. 또한, 고속 주행 시 원구심력과 원심력에 의해 원주 방향으로 팽창하고, 축 방향으로 수축하게 되어 노면에서부터 차량의 무게중심이 높아져 차량의 조종 응답성이 저하되는 문제점이 있었다. 이러한 트레드의 형상 변형은 접지 성능을 해치는 것으로, 조종성과 안정성에 악영향을 가져오게 되는 문제점이 있게 된다.

이 같은 점을 감안하여 한국 등록특허 10-1876326호(2018. 07. 03. 등록)에서 바이메탈이 비드필러 내부에 위치하여 종래 타이어들보다 사이드월부의 성능 변화에 영향을 주지 않도록 하고, 일반적인 주행 조건 시 종래의 타이어 성능을 만족하면서, 동시에 고속 주행 시에 차량의 무게중심을 낮춰 조종 응답성을 개선할 수 있는 공기입 타이어를 제공하고 있다.

도 2는 바이메탈을 구비한 상기 선행기술의 공기입 타이어를 도시한 것으로, 공기입 타이어(100)의 비드 필러(110)의 중간부에 제1금속판(121)과 제2금속판(122)으로 형성된 바이메탈(120)을 삽입 설치하여 차량의 고속 주행 시 노면과의 마찰 및 굴신 운동에 의한 상승 온도를 통하여 상기 바이메탈이 삽입된 비드 필러가 타이어의 축방향으로 팽창되도록 변형하여 구성됨으로서, 타이어의 변형량을 최소화하여 차량의 조종 응답성이 높아지게 되도록 하고 있다.

그러나 상기한 구조의 선행기술은 제1금속판(121)과 제2금속판(122)으로 형성된 바이메탈(120)이 비드 필러(110)의 중간부에 삽입하도록 제조하여야 하므로 제조 공정이 매우 복잡하여 타이어 제작원가가 증대되며, 또한 바이메탈(120)이 팽창하는 중에 금속판(121,122)의 끝단부들이 타이어 조직의 접촉부에 팽창 압력을 가하게 되는 과정에 타이어 조직에 크랙 등의 손상을 가져와 고속 주행 중 타이어 파손이라는 치명적인 위험을 초해할 수 있다는 문제가 있다.

또한 비드 필러(110)의 바깥을 금속재인 타이어 휠 림이 감싸고 있어, 바이메탈(120)이 바깥측으로 팽창을 일으킬 때 타이어 휠 림이 팽창을 방해하는 부재로 작용하여 충분한 팽창 효과를 보기 어렵다는 문제도 있다.

한국 등록특허 10-1876326호(2018. 07. 03. 등록)

타이어의 접지면적이 좁을수록 승차감과 소음에는 유리하나, 주행성능과 제동에는 불리하다. 이러한 상반되는 성능 문제 때문에 타이어 접지 면적 설계시 일부 성능은 하락할 수밖에 없다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 넓은 접지 면적을 필요할 때에는 타이어의 광폭 접지를 유도하여 주행 및 제동 성능을 향상시키고 평상시에는 접지 면적을 최적화하여 구름저항 및 소음 성능을 향상시킬 수 있는 공기입 타이어용 휠 림을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 고속 주행 시 타이어의 팽창을 유도하는 부재가 타이어 조직에 국부적 가압력을 가하여 타이어의 손상을 유발하게 되는 일이 없으며, 타이어의 팽창을 방해하지 않고 충분한 열팽창을 유도하여 주행 속도에 맞게 타이어의 성능을 최적으로 유지할 수 있도록 한 공기입 타이어용 휠 림을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 차량과 타이어를 결합하는 휠 림에 있어서, 타이어와 맞물리는 휠 림 부분에 열팽창률이 서로 다른 두 재료를 결합하여 제작한 바이메탈부를 형성한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 상기한 바이메탈부의 두 재료는 상대적으로 높은 제1 금속판과 열팽창률이 상대적으로 낮은 제2 금속판이 중첩되어 이루어지되, 상기 제1 금속판이 타이어 측에 접합되게 위치하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 금속판은 니켈과 망간 및 철의 합금 또는 니켈과 망간 및 구리의 합금으로 이루어지고, 상기 제2 금속판은 구리와 아연의 합금 또는 니켈, 철, 몰리브덴, 알루미늄 중에서 선택되는 2 이상 성분의 합금재 또는 니켈, 구리, 철, 망간, 알루미늄 중에서 선택된 단일 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 상기 제1 및 제2 금속판은 각각 제작 후 용접을 통해 부착하거나, 전기도금방식을 적용하여 제작한다.

본 발명에 의하면, 상기 바이메탈부의 적용 구간은 내측 전체에 적용되거나 또는 부분적으로 적용한다,

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 바이메탈부를 부분적으로 적용 시 휠 림 전체 폭 길이에 30% 이상 적용한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제2 금속판은 휠 림의 본체와 단일 몸체로 형성한다.

본 발명은 차량이 고속 주행시 열팽창에 의해 타이어용 휠 림 폭의 증대로 타이어의 접지 면적을 증가시켜 주행 안전성 및 제동 성능을 향상시키는 효과가 있으며, 이때 휠 림의 바이메탈부가 바깥으로 휘어져 팽창하게 되므로 공기입 타이어 팽창에 방해되지 않는다.

또한 평소 저속 주행시에는 접지 면적 축소로 구름저항(RR) 및 소음(NVH) 성능 향상되는 효과도 있다.

도 1은 일반적인 공기입 타이어의 저속 및 고속 주행 시 타이어의 접지 변형 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 공기입 타이어의 비드 필러의 중간부에 바이메탈을 삽입 설치한 종래 공기입 타이어의 운전 상태에 따른 타이어 팽창 및 수축을 보여주는 도면이다.
도 3은 공기입 타이어/휠 림 조립체를 나타낸 부분 단면 사시도이다.
도 4은 일반적인 공기입 타이어와 본 발명의 휠 림이 체결된 공기입 타이어/휠 림 조립체의 단면 형상으로 고속 주행시 휠 림 및 타이어 형상의 변화되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 공기입 타이어와 본 발명에 의한 휠 림이 결합되는 부분의 확대 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

예컨대, 실시예들은 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있기 때문에 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

또한 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니기 때문에 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니될 것이다.

본 명세서에서, 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

따라서 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 공기입 타이어를 상세히 설명한다.

도 3은 공기입 타이어(2)를 타이어용 휠 림(1)[이하에서는, 간단하게 "휠 림"으로 표기함]의 둘레에 장착하고 있는 타이어/휠 림 조립체(3)의 전체 사시도이며, 도 4는 본 발명의 공기입 타이어의 실시 태양의 일례를 나타내는 타이어의 부분 단면 개략도로서, 타이어와 체결된 휠 림에 열팽창이 서로 다른 두 재질을 결합한 바이메탈부를 휠 림의 단부에 형성한 모습을 나타낸 도면이며, 도 5는 휠 림의 바이메탈부의 확대도이다.

공기입 타이어(2)는 바람직하기는 승용차용의 튜브리스 타입 레이디얼 타이어로서, 공기입 타이어(2)는 트레드부(2a)와, 트레드부(2a)의 양단으로부터 타이어의 반경 방향 내측으로 연장되는 한 쌍의 사이드월부(2b, 2b)와, 사이드월부의 내측 단부에 마련된 좌우 한 쌍의 비드부(2c, 2c)를 구비한다. 공기입 타이어(2)는, 비드부(2c, 2c)에 매설된 비드 코어(2d, 2d) 사이에서 트로이달 형상으로 연장되는 레이디얼 구조의 카커스(2e)와, 카커스(2e)의 반경 방향 외측이면서 트레드부(2a)의 내부에 배치된 벨트층(2f)을 포함하고 있다.

휠 림(1)은 림부(1A)와 디스크부(1B)를 일체로 구비하고, 강, 마그네슘 합금, 또는 알루미늄 합금과 같은 금속재료로 구성된다.

상기 림부(1A)는, 림 본체(5)와 이 림 본체(5)의 양측에 연속해서 마련된 플랜지(6)를 구비한다.

림 본체(5)는, 공기입 타이어(2)의 비드부(2c, 2c)가 착좌되는 좌우 한 쌍의 시트부(5a)와, 홈 형상을 갖고 둘레 방향으로 연장되는 웰부(5b)를 갖는다.

시트부(5a)는 회전축 방향으로 림 본체(5)의 양단에 설치되어 있다. 웰부(5b)는 시트부(5a)들 사이에 형성되어 있고, 공기입 타이어(2)가 탈착될 때에, 비드부(2c, 2c)가 시트부(5a)에 안착되도록 구성되어 있다.

플랜지(6)는 시트부(5a)에 장착된 공기입 타이어(2)에 있어서 비드부(2c, 2c)의 축방향 외면을 따라 타이어의 폭방향 외측으로 연장된다.

림부(1A)는, 실질적으로 동일한 단면 형상을 유지하면서 둘레 방향으로 연속하는 원통 형상을 갖는다.

도 4 및 도 5에 도시한 것과 같이 휠 림(1)의 플랜지(6) 및 시트부(5a)에 걸친 단부 부분에는 바이메탈부(B)가 형성되며, 이 바이메탈부(B)는 열팽창 계수가 상이한 두 개의 금속으로 이루어져 림 본체(5)를 포함하여 구성된 휠 림(1)이 열을 받게 되면 열팽창 계수의 차이에 따라 일측(바깥쪽)으로 휘어지는 변형을 가져오게 되며, 공기입 타이어(2)는 도 4의 점선 도시처럼 팽창을 일으키게 된다.

상기 바이메탈부(B)는 제1 금속판(9)과 제2 금속판(10)로 구성되며, 제1 금속판(9)이 제2 금속판(10)보다 열팽창 계수가 크게 형성되며, 상기 제1 금속판(9)이 타이어의 비드부(2c, 2c)에 접하여 위치되며, 제2 금속판(10)은 이격된 바깥측에 위치하게 설계된다.

상기 제2 금속판(10)은 휠 림(1)의 본체(5)와 일체로 형성되며(따라서 제2 금속판(10)은 본체(5)의 일단부 몸체이다), 그 단부 내측에 상기 제1 금속판(9)을 적층 접합시켜 형성하며, 바이메탈부(B)를 형성하는 제 1 금속판(9)과 제 2 금속판(10)은 내구성과 내식성이 우수한 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

예를 들어, 제1 금속판(9)은 니켈(Ni)과 망간(Mn) 및 철(Fe)의 합금 또는 니켈(Ni)과 망간(Mn) 및 구리(Cu)의 합금으로 이루어지고, 제2 금속판(10)은 니켈(Ni)과 철(Fe)의 합금으로 이루어질 수 있다.

그러나 제1 금속판(9)과 제2 금속판(10)은 반드시 상기 재질로 형성되어야만 하는 것은 아니며, 바이메탈 나이프의 기능을 수행할 수 있도록 열팽창률의 차이만 있다면 제1 금속판(9)과 제2 금속판(10)으로 어떠한 재질의 금속이라도 사용할 수 있다.

그리고 상기 제1 및 제2 금속판(9,10)은 각각 제작 후 용접을 통해 부착하거나, 전기도금방식을 적용하여 제작하게 되며, 상기 바이메탈부(B)의 적용 구간은 휠 림 내측 전체에 적용되거나 또는 부분적으로 적용되며, 부분적으로 적용하는 경우 휠 림(1) 전체 폭 길이에 30% 이상 적용하는 것이 바람직하다.

이 같은 본 발명의 휠 림(1)을 공기입 타이어(2)에 적용 시, 차량이 고속으로 주행하게 되면 지면과의 마찰로 열이 발생하여 그 발생된 열이 휠 림(1)에 전이되며, 이에 따라 발생된 열로 인해 휠 림(1) 끝단부의 바이메탈부(B)가 제1 및 제2 금속판(9,10)의 열팽창율의 차이로 휘어지게 되는 데, 이때 내측에 위치하는 제1 금속판(9)의 열팽창율이 그 바깥쪽에 적층 접합된 제2 금속판(10)보다 커서 바이메탈부(B)는 바깥 방향으로 팽창(확장)하게 되며(도 4에서 바깥 방향을 향한 화살표 표시, 도시된 상태에서는 우측 방향을 향한 화살표가 팽창 방향을 나타내며, 이에 따라 공기입 타이어가 점선 도시 상태와 같이 팽창하게 된다), 그로 인해 타이어(2)의 접지 면적의 증가하게 되는 것이다.

한편, 차량이 저속으로 속도가 낮아지면 열 발생이 줄어들고 휠 림(1)의 바이메탈부(B)는 다시 원래의 형태로 수축 회복하여 타이어(2)의 접지 면적이 줄어들고(수축하면 플랜지(6) 지름이 작아지게 되며, 공기입 타이어는 도 4의 실선 도시 상태로 복귀한다), 이로 인해 RR 및 소음 성능이 향상된다.

이상에서 설명된 본 발명의 공기입 타이어용 휠 림(1)의 실시예는 예시적인 것에 불과하므로, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 더 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 본 발명은 실시형태에서 설명한 구성과 실질적으로 동일한 구성을 포함한다. 실질적으로 동일한 구성이란, 예를 들면, 기능, 방법 및 결과가 동일한 구성, 혹은 목적 및 효과가 동일한 구성이다. 또한, 본 발명은 실시형태에서 설명한 구성의 본질적이지 않은 부분을 대체한 구성을 포함한다. 또한, 본 발명은 실시형태에서 설명한 구성과 동일한 작용 효과를 나타내는 구성 또는 동일한 목적을 달성할 수 있는 구성을 포함한다. 또한, 본 발명은 실시형태에서 설명한 구성에 공지기술을 부가한 구성을 포함한다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1: 타이어용 휠 림
1A: 림부
1B: 디스크부
2: 공기입 타이어
3: 타이어/림 조립체
5: 림 본체
5a: 시트부
5b: 웰부(well portion)
6: 플랜지
9: 제1 금속판
10: 제2 금속판

Claims (7)

1. 차량과 공기입 타이어를 결합하는 휠 림에 있어서, 공기입 타이어와 맞물리는 휠 림 부분에 열팽창률이 서로 다른 두 재료를 결합하여 제작한 바이메탈부를 형성한 것을 특징으로 하는 공기입 타이어용 휠 림.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기한 바이메탈부의 두 재료는 상대적으로 높은 제1 금속판과 열팽창률이 상대적으로 낮은 제2 금속판이 중첩되어 이루어지되, 상기 제1 금속판이 타이어 측에 접합되게 위치하는 것을 특징으로 하는 공기입 타이어용 휠 림.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 금속판은 니켈과 망간 및 철의 합금 또는 니켈과 망간 및 구리의 합금으로 이루어지고,
   상기 제2 금속판은 구리와 아연의 합금 또는 니켈, 철, 몰리브덴, 알루미늄 중에서 선택되는 2 이상 성분의 합금재 또는 니켈, 구리, 철, 망간, 알루미늄 중에서 선택된 단일 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기입 타이어용 휠 림.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 금속판은 각각 제작 후 용접을 통해 부착하거나, 전기도금방식을 적용하여 제작하는 것을 특징으로 하는 공기입 타이어용 휠 림.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 바이메탈부의 적용 구간은 내측 전체에 적용되거나 또는 부분적으로 적용되는 것을 특징으로 하는 공기입 타이어용 휠 림.
   
6. 제5항에 있어서, 상기 바이메탈부를 부분적으로 적용 시 휠 림 전체 폭 길이에 30% 이상 적용하는 것을 특징으로 하는 공기입 타이어용 휠 림.
   
7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2 금속판은 휠 림의 본체와 단일 몸체로 형성되는 것을 특징으로 하는 공기입 타이어용 휠 림.
   
   
   
   
   

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