KR940010619B1 - 비공기압 타이어 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

비공기압 타이어

제 1 도는 본 발명에 따른 비공기압 타이어의 정면도.

제 2 도는 제 1 도의 A-A'선에 따른 단면도.

제 3 도는 제 1 도의 B-B'선에 따른 단면도.

제 4 도는 본 발명에 따른 비공기압 타이어의 모울드성형 단면도(A-A'선 기준).

제 5 도는 본 발명에 따른 비공기압 타이어의 모울드성형 단면도(B-B'선 기준).

제 6 도 내지 제 8 도는 본 발명에 따른 비공기압 타이어에 있어서의 휠 및 휠캡구성도.

제 9 도는 본 발명에 따른 비공기압 타이어와 종래 비공기압 타이어에 있어서 동일 굽힘량에 대한 하중지지 그래프.

제 10 도 내지 제 15 도는 본 발명에 따른 비공기압 타이어의 타실시예도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 비공기압 타이어 2 : 내부원통부재

3 : 외부원통부재 4 : 스포크부재

5 : 원통형 공간부 5' : 원뿔대형공간부

6 : 트레드고무 7 : 휠림

8 : 상측모울드 9 : 하측모울드

10, 11, 12, 13 : 주형판 14 : 휠캡

15, 16 : 볼트 17 : 음각톱니

18 : 양각톱니

본 발명은 비공기압 타이어, 특히 공기압 타이어와 유사한 내하중성 및 승차감과 운전성을 갖고 있음으로써 비상시 공기압 타이어와 대체하여 사용할 수 있는 비공기압 타이어에 관한 것이며, 또한 본 발명은 차축을 중심으로 일정한 폭이 있는 내, 외부원통부재 및 이들 원통부재 사이에 삽입성형되어 접지하중을 지지하는 스포크부재 만으로 구성되는 비공기압 타이어의 구조적, 재료적 특성 및 그 제조방법과 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 펑크나 불시의 타이어 사고가 발생될 때가지 차량의 트렁크에 계속 보관되어지는 보조 타이어(일명 스페어 타이어(SPARE TIRE))는 차량의 연료절감을 위해 가벼워야 하고 트렁크 내에서 차지하는 면적이 적어야 하며, 또한 장기간 보관하더라도 공기가 빠져나가지 않음으로써 비상시 보조 타이어로서의 기능을 다할 수 있는 것이어야 한다.

그러나 실제 문제로서 현재 승용차에 사용되고 있는 보조 타이어는 통상의 공기압 타이어가 대부분이기 때문에 상기와 같은 보조 타이어의 요구 특성의 견지에서 본다면 그 사용에 제약이 있게 된다.

따라서 장시간 보관시에도 공기누출의 염려가 전혀 없고 노면의 위험물에 의한 타이어 펑크 등의 우려가 없으며 공기압 보조 타이어보다 가볍고 면적을 적게 차지하는 비공기압 타이어의 개발이 요청되고 있다.

이러한 요청과 관련하여 종래 연구되거나 실용화 된 비공기압 타이어로는 예컨대, CA 1,095,101과 US4,164,251에 개시된 바와 같은 솔리드 형태와 US 4,235,270, CA 1,239,854, US 4,832,098, 4,921,029, 4,945,962에 개시된 바와 같은 구조적 형태의 비공기압 타이어가 있다. 상기 구조적 형태의 비공기압 타이어는 그 측면부에 어느정도 각도 범위를 가지면서 타이어의 내, 외부원통부재 사이에서 일정한 간격으로 배치 성형된 스포크(SPOKE)부재와 차축방향으로 일정한 폭을 가지면서 타이어의 내, 외부원통을 원주방향으로 연속되게 연결하는 웨브(WEB)부태로 이루어져 있으며, EP 0,053,006에서는 내, 외부원통부재 사이에 일정간격을 유지하면서 일정 각도 범위를 갖도록 배치된 스포크부재 만으로 구성된 비공기압 타이어가 개시되어 있다.

그런데 상기와 같은 형태의 비공기압 타이어에 있어서는 스포크부재의 접지하중에 대한 응력의 분포가 급격히 변화하는 변곡점이 존재한다는 사실, 즉 내, 외부원통부재 사이에 등간격으로 형성되는 스포크부재가 그 내, 외부원통부재와 모서리를 이루면서 만나고 또한 내부원통부재로부터 외부원통부재까지의 수직높이에 따라 그 스포크 부재의 두께의 크기가 직선적으로 변화됨으로 인하여 차량 주행시 스포크부재가 갖는 접지하중에 대한 응력의 분포가 원주방향에 따라 일정치 않을 뿐만 아니라 그 응력분포의 변화가 급격하게 나타나는 변곡점이 존재한다는 사실로 인하여 스포크 부재에 불규칙한 변형이 생기게 되고 승차감이 저하되며 소음이 심하게 발생하는 문제점이 있는 외에 특히 상기 변곡점 부위, 예컨대 스포크부재와 내, 외부원통부재가 각도를 이루어 만나는 모서리 부위에서 차량 주행중 반복되는 굴신에 의한 피로하중이 집중적으로 작용하게 됨으로써 상기 변곡점 부위가 타이어 균열의 초기점으로 된다는 문제점이 있게 된다.

이에 본 출원인은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 1991.11.12자 특허출원 제20985호 및 1991.12.10자 특허출원 제22574호에서 특히 스포크부재 없이 웨브부재 만으로 구성된 비공기압 타이어에 대하여 개시한 바 있거니와 본원은 이들 선 특허출원과는 달리 웨브부재 없이 스포크부재 만으로 구성되되 상기에서 지적한 바와 같은 종래 스포크부재로 구성되는 비공기압 타이어의 문제점을 해소할 수 있도록 그 스포크부재의 구조 및 재료특성 그리고 이를 제조하기 위한 장치 및 방법을 안출한 것이다.

본 발명에 따른 비공기압 타이어에 있어서 내, 외부원통부재 사이에 차축방향 방사상으로 삽입 설치되어 접지하중을 지지하는 스포크(SPOKE)부재는 그 스포크부재와 스포크부재 사이에 차축방향으로 뚫린 빈 공간부가 원통형 내지 이와 유사한 곡선형으로 이루어지도록 구성함으로써 종래 비공기압 타이어에 있어서의 스포크부재와는 달리 내, 외부원통부재와 결로 각을 두어 접하지 않도록 구성된다는 점에 특징이 있다.

즉 본 발명에 따른 비공기압 타이어에 있어서의 스포크부재는 그 높이방향에 따라 살펴볼 때, 중간 높이에서 그 두께가 가장 적고, 내, 외부원통부재쪽으로 가까이 갈수록 그 두께가 점차 커지도록 구성되되 그 변화률은 직선 변화를 이루지 않고 완만한 곡선변화를 이루도록 하며 인접 스포크는 상기 원통형 공간부의 상하부 원주면을 따라 부드럽게 서로 연결됨으로써 차량 주행시 접지하중에 대한 스포크부재의 급격한 웅력변화의 발생이 배제되도록 구성된다는 점에 특징이 있으며, 이렇게 구성함으로써 반복되는 굴신에 의한 피로하중이 작용하더라도 특정부위에서 타이어의 초기 균열이 일어나는 현상이 방지되고 스포크의 접지하중에 대한 응력이 상대적으로 균등하게 분배됨으로써 승차감 및 소음 특성이 향상되며 주행에 따른 스포크부재 내부에 발생되는 열이 인접 공간부 원주면을 따라 신속하고 균등하게 방출된다는 잇점을 갖게 된다.

이하 본 발명에 따른 비공기압 타이어의 구성을 첨부도면에 의거 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 비공기압 타이어는 제 1 도에 도시한 바와 같이 휠림(7) ; 휠림의 외주면에 형성된 실린더 형태의 내부원통부재(2) ; 상기 내부원통부재와 그 차축을 동심으로 하는 실린더 형태의 외부원통부재(3) ; 상기 내, 외부원통부재 사이에서 이들 내 외부원통부재를 서로 연결하면서 원주방향을 따라 일정간격으로 배치 성형된 스포크부재(4), 그리고 상기 외부원통부재의 외주면에 부착 성형된 타이어 트레드(6)로 구성되며, 특히 상기 내부원통부재(2)및 외부원통부재(3)사이에 일정 간격으로 배치 성형되는 스포크부재(4)의 구성에 다음과 같은 특징을 두고 있다.

즉, 본 발명에 따른 비공기압 타이어는 제 1 도 및 제 2 도에 도시된 바와 같이 내부원통부재(2)의 바깥쪽 표면부(2a)와 외부원통부재(3)의 안쪽 표면부(3a)사이의 거리를 지름으로 하여 차축방향으로 뚫린 원통형 공간부(5)내지 소경부(5a)를 서로 마주 대하는 대칭형의 원뿔대형 공간부(5')가 원주방향 등간격으로 형성되는데 본 발명에 따른 비공기압 타이어에 있어서의 스포크부재(4)는 내, 외 원통부재 사이에서 상기 공간부(5,5`)를 제외한 잔여부분에 일정의 탄성물질이 채워짐으로써 형성된다.

따라서 본 발명에 따른 비공기압 타이어에 있어서의 스포크부재(4)는 종래 비공기압 타이어에 있어서의 스포크부재와는 달리 그 상하부에서 내, 외부 원통부재와 결코 각을 두어 접하지 않으며, 그 높이에 따른 두께의 변화에 있어서도 중간부분에서 최소두께로 되고 내, 외부원통부재(2, 3)속으로 접근 할수록 그 두께가 점차 커지게 되되 그 두께의 변화율이 부드러운 곡선변화를 이루기 때문에 차량 주행시 접지하중에 대한 스포크부재(4)의 응력의 분포는 종래의 비공기압 타이어에 비해 상대적으로 균등하게 배분되게 되며, 또한 반복되는 굴신에 의한 피로하중이 작용하더라도 특정부분이 균열의 초기점이 되는 현상은 생기지 않게 되는 것이다.

상기와 같은 구성에 있어서 스포크부재 사이의 공간부의 형상을 차축방향으로 그 직경이 일정한 원통형 공간부(5)로 구성하여도 상기와 같은 잇점을 갖는 비공기압 타이어를 얻을 수 있지만 특히 소경부(5a)를 서로 마주 대하는 좌우대칭의 원뿔대형 공간부(5')로 구성할 경우에는 상기와 같은 잇점이 있는 외에 투 피스 모울드(two-piece mold)에 의해 제조되는 성형공정에 있어서 상기 공간부를 형성하기 위한 원뿔대형의 주형판(10,11)을 타이어로부터 인출하기 쉬울 뿐만 아니라 스포크부재의 양쇼올더부에서의 단면 2 차 모멘트의 크기를 줄임으로서 타이어의 코너링성능, 조종성능을 높일 수 있다는 잇점도 얻게 된다.

이때 상기 원뿔대형 공간부(5')의 타이어 양측면에 나타난 원의 직경(D1)에 대한 타이어 중심부의 원의 직경(D2)의 비율(D2/D1)은 0〈D2/D1〈1의 범위로서 타이어의 성능에 따라 적정하게 선택될 수 있다.

또한 본 고안에 따른 비공기압 타이어에 있어서의 스포크부재(4)는 그 중간 높이에서 두께가 가장 작기 때문에 이에 작용되는 집중응력을 보다 잘 분산시킬 수 있도록 하기 위하여 제 1 도의 B-B'부분 및 제 3 도에 도시된 바와 같이 상기 스포크부재의 상하부에 형성된 후육부(厚肉部)내에 모서리를 마주 대하는 상, 하대칭형의 삼각뿔형 공간부(5")를 부가적으로 형성할 수 있으며 이러한 삼각뿔형 공간부의 구성에 의해 약10%정도의 응력분산 효과를 얻을 수 있게 된다(실험결과 상기 삼각뿔형 공간부가 없을 경우 스포크 중간 높이의 응력의 크기는 245PSI임에 반하여 이 공간부를 부가적으로 구성함으로써 동부위에서의 응력의 크기를 210PSI로 낮출 수 있음이 확인되었다).

본 발명에 따른 비공기압 타이어(1)에 있어서는 외부원통부재(3)의 폭(W1)에 대한 내부원통부재(2)의 차축방향폭(W2)의 비율(W2/W1)이 0.5≤W2/W1≤1범위가 되도록 구성하는 것이 상기 원뿔대형 공간부(5')의 측면부 및 중심부의 원의 직경의 비율(D2/D1)의 변화와 함께 코너링성, 주행성능을 향상시키는 데에 그 상승작용을 할 수 있도록 한다는 측면에서 바람직하다.

본 발명에 따른 비공기압 타이어(1)의 주조모울드는 제 4 도 및 제 5 도에 도시된 바와 같이 상, 하측모울드(8,9)로 이루어진 일종의 투 피스 모올드(two-piece mold)로 구성되며 상기 상, 하측모울드(8, 9)에는 타이어의 측면의 형태변화에 따라 교체하여 사용할 수 있고 또한 상기 공간부의 형태를 결정지을 수 있도록 원통형, 원뿔대형 또는 삼가뿔형 등의 주형판(10,11,12,13)이 볼트(15)등을 통해 체결되어 진다.

본 발명에 따른 비공기압 타이어(1)는 상기와 같이 구성된 각 모울드 및 주형판을 소정의 위치에 체결시킨 후 상측모울드(8)양측에 구비된 주형구를 통해 준비된 액상의 탄성물질을 주입하여, 내, 외부원통부재 및 스포크부재를 일체적으로 성형, 경화시킨 후 상기 상, 하측모울드를 제거함으로써 완성된다. 이때 상기 주입되는 탄성물질은 폴리우레탄 또는 디엔(DIENE)류의 천연 및 합성고무 또는 직경이 0.1에서 100마이크론이고 편평비(직경/길이)가 70%이상인 절단된 섬유질이 1∼50%섞인 합성수지 중에서 선택될 수 있되 그 물성은 쇼어경도 65A-70D, 압축 모듈러스(형상계수 : 0.5, 10%압축)가 100에서 3500kg/㎠의 범주를 포함하며 로스피로시험기(ROSS FLEX CRACKING MACHINE)에서 10,000회 이상에서 균열이 진전되지 않아야 한다.

상기에서 섬유질로는 폴리에스터섬유, 케블라섬유, 폐비단섬유중에서 선택될 수 있으며 합성수지는 폴리우레탄, 열가소성수지, 엔지니어링 플라스틱 중에서 선택된다.

제 6 도는 사용되는 휠림(7)을 도시한 것으로써 제 8 도의 휠캡(14)과 조립할 수 있도록 장치한다. 이 휠캡(14)은 휠림(7)의 차축방향 내, 외측에 한쌍을 이루도록 하고 차축의 내측의 휠캡을 미리 휠림에 장착하여 비공기압 타이어를 주형 제작후에 주형구에 묻어있는 탄성물질을 처리하고 휠림의 차축방향으로 외측에 휠캡을 조립하여 주행중 타이어에 가해지는 측면방향에서의 힘에 의해 타이어가 휠림으로부터 이탈되는 것을 방지하도록 한다. 휠림에 휠캡을 조립할때 휠림의 음각의 톱니(17)와 휠캡의 양각의 톱니(18)를 맞춘 다음 휠림의 원주방향으로 패인 홈(19)을 따라 휠캡을 돌린 후 휠캡이 휠림에서 빠져 나오지 않도록 볼트(16)를 고정시킨다.

본 발명에 따른 비공기압 타이어에 대한 바람직한 제조공정의 실시예를 기술하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 비공기압 타이어는 쇼아경도가 72A이며 인장강도가 200kg/㎠이상이 되도록 천연고무와 합성고무를 혼합한 재질의 타이어 트레드부(6)와 휠림(7)을 휠림의 차축방향에서 내측에 휠캡(14)을 끼워 일정의 주형판이 체결된 상, 하주조모울드(8, 9)에 장착하되 이들 트레드(6)와 휠림(7)표면에는 접착제를 도포하여 이후 주조될 액상 폴리우레탄과 접착될 수 있도록 한다.

타이어의 몸체로 사용되는 반응 혼합물은 프리 NCO%가 6.32이고 평형아민(AMINE)은 665인, 톨루엔-디이소시안네이트(TD1)와 폴리-테트라-메틸렌-에텔글리콜(PIMEC) (분자량 : 약 1,500-2,000)의프리폴리머와 4,4'-메틸렌-비스-2-클로로아닐린(MOCA)인 경화제를 무게비로 1/0.18로 혼합된 폴리우레탄으로 이루어진다.

상기 프리폴리머인 TDI-PIMEG는 프리폴리머 내에 있는 공기와 수분을 진공으로 뽑아내는데 용이하고 주조하기 쉽도록 점도를 떨어뜨리기 위해 70℃로 가열하고 MOCA는 120℃까지 가열하여 이 두 물질을 교반기에서 혼합한 후, 미리 70℃로 예열한 상, 하모울드의 주형구를 통해 주입한다.

상기 폴리우레탄으로 채워진 이 모울드는 100℃의 오븐에서 30분 동안 경화되며, 후에 상측모울드를 열어 성형된 환형타이어를 인출하고, 이 타이어를 다시 70℃에서 16시간 후경화를 시킴으로서 완성된다.

본 발명에 따른 비공기압 타이어에 있어서의 트레드(6)고무의 패턴은, 외부원통부재와 스포크부재 사이에 형성된 공간 부위에 대응하는 트레드에는 블록(6a)이 일정한 형태를 갖도록 배열되고 외부원통부재(3)와 스포크부재(4)가 접하는 부위에 대응하는 트레드 부위에는 홈(6b)이 파이도록 함으로써 트레드 접지면에 걸리는 접지압이 균일하게 한다.

제 9 도는 종래의 비공기압 타이어와 본 발명에 따른 비공기압 타이어에 대해 차축을 기준으로 수직하중을 가하였을 때 접지면의 굽힘량을 나타낸 그래프로서, 단면높이가 동일한 제품에 있어서 5mm를 굽혔을 때, 첫째, 종래의 내, 외부원통부재와 스포크부재와 웨브부재가 있는 비공기압 타이어(K)는 455kg을 지지하였으며, 둘째, 내, 외부원통부재와 차축과 수직으로 원주방향으로 일정한 간격을 유지하며 설치되어 있고, 공간형태가 사각형태의 얇은 두께의 스포크부재만으로 구성된 비공기압 타이어 (L)는 130kg밖에 지지하지 못한 반면 세째, 본 발명에 따른 비공기압 타이어(M)에서는 430kg까지 지지할 수 있었다.

상기와 같이 내, 외부원통부재와 스포크부재만으로 형성된 비공기압 타이어는 스포크부재와 차축에 수직방향으로 설치된 웨브부재와 스포크부재로 구성된 종래의 비공기압 타이어에 비해 회전시 코너링성능과 승차감이 우수함을 보여주고 있다

제 10 도에서부터 제 15 도까지는 내, 외부원통부재와 일정의 곡면을 갖는 스포크부재만으로 이루어진 비공기압 타이어의 여러 형태의 실시예를 도시한 것으로써 본원 발명이 특징으로 하는 스포크부재의 균일한 접지능력, 특정 부위에서의 과도한 응력집중의 방지효과, 승차감, 코너링성능의 향상 등을 공통으로 달성할 수 있는 구조인 것이다.

Claims (11)

1. 트레드 하부에 배치되는 내, 외부원통부재(2)(3)가 차축방향으로 일정한 폭을 가지며, 이들 사이에 원주방향으로 연결된 일정간격의 스포크부재(4)들 만으로 접지하중을 지지케 한 비공기압 타이어에 있어서, 내, 외부원통부재(2)(3)사이에 설치되는 상기 스포크부재(4)가 축방향의 타이어 중심에서 보아 원뿔대형공간부(5`)가 서로 대칭되게 일정 간격으로 뚫려지고 남은 잔여부분에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
2. 제 1 항에 있어서, 내, 외부원통부재(2)(3)의 중심선을 기준으로 스포크부재(4)의 상하부 후육부내에 모서리가 서로 대향하는 상, 하대칭형의 삼각뿔형 공간부(5')가 부가적으로 형성됨을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 비공기압 타이어의 몸체는 탄성체인 폴리우레탄, 디엔류의 천연 및 합성고무, 직경이 0.1에서 100마이크론(MICRON)이며 편평비(직경/길이)가 70%이상인 절단된 섬유질이 전체의 1%에서 50%섞인 합성수지 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
4. 제 3 항에 있어서, 탄성체 재료는 쇼아경도가 65A내지 70D이며, 압축 모듈러스는 형상계수 0.5, 10% 압축에서 100내지 3,500kg/㎠이고, 로스피로시험기(ROSS FLEX CRACKING MACHINE)에서 10,000회 이상에서도 균열이 없는 것으로 함을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 외부원통부재(3)의 축방향의 폭(W1)에 대한 내부원통부재(2)의 축방향의 폭(W2)의 비율이 0.5≤W2/W1≤1인 것을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
6. 제 1 항에 있어서, 스포크부재(4)사이에 형성되는 공간부(5')의 타이어 측면에 나타나는 원의 직경(D1)에 대한 타이어 중심부의 원의 직경(D2)의 비율이 0〈D2/D1〈1인 것을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 외부원통부재(3)와 스포크부재(4)사이에 형성된 공간부위에 대응하는 트레드 부위에는 블록(6a)이 일정한 형태를 갖도록 배열되며, 외부원통부재(3)와 스포크부재(4)가 접한 부위에 대응하는 트레드 부위에는 홈(6b)이 형성된 것을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
8. 제 1 항에 있어서, 비공기압 타이어의 트레드고무로 천연고무나 합성고무중 하나를 단독으로 사용하거나 천연고무와 합성고무를 혼합하여 사용함을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
9. 비공기압 타이어를 장착하여 차축에 연결하는 휠림의 내부원통부재(2)와 접하는 부분에 원주방향이나 축방향, 혹은 이들 두 방향으로 홈(19)을 파고 휠림(7)의 약 측면에는 타이어가 이탈되는 것을 방지하기 위해서 휠캡(14)을 조립하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
10. 제 9 항에서, 휠림(7)에 휠캡(4)을 조립하기 위해 휠캡(4)에 양각의 톱니(18)가 형성되고, 휠림(7)에 음각의 톱니(17)가 형성되며 이들 부품이 결합되어진 후 원주방향으로 패인 홈(19)을 따라 휠캡(14)이 돌려져 볼트나 쐐기(16)에 의해 고정된 비공기압 타이어.
11. 제 3 항에 있어서, 섬유질은 폴리에스터섬유, 케블라섬유, 폐비단섬유중 어느 하나로 하고 합성수지는 폴리우레탄, 열가소성수지, 엔지니어링 플라스틱 중 어느 하나로 함을 특징으로 하는 비공기압 타이어.