WO2015012501A1

WO2015012501A1 - 비공기압 바퀴

Info

Publication number: WO2015012501A1
Application number: PCT/KR2014/005800
Authority: WO
Inventors: 유화열; 황윤철
Original assignee: 주식회사 스마트캐스터
Priority date: 2013-07-25
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2015-01-29

Abstract

본 발명은 비공기압 바퀴에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비공기압 바퀴에 구비되는 스포크(spoke)의 형상 개선을 통해 하중 및 응력 분산 효과를 향상시킴으로써 진동을 감소시키고, 스포크부의 사이에 결합되는 지지부재에 의해 구조적으로 강한 강성을 갖도록 함으로써 내구성을 향상시킬 수 있도록 하는 비공기압 바퀴에 관한 것이다. 본 발명은 외륜, 내륜 및 외륜과 내륜의 사이에 형성되는 스포크부를 포함하는 비공기압 바퀴에 있어서, 상기 스포크부의 사이에는 스포크부의 팽창을 제한하기 위한 지지부재가 결합된 것을 특징으로 한다.

Description

비공기압 바퀴

본 발명은 비공기압 바퀴에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비공기압 바퀴에 구비되는 스포크(spoke)의 형상 개선을 통해 하중 및 응력 분산 효과를 향상시킴으로써 진동을 감소시키고, 스포크부의 사이에 결합되는 지지부재에 의해 구조적으로 강한 강성을 갖도록 함으로써 내구성을 향상시킬 수 있도록 하는 비공기압 바퀴에 관한 것이다.

일반적으로, 비공기압 바퀴는 기존의 공기압 바퀴 또는 타이어와는 다르게 스포크(spoke)를 이용하여 공기압의 역할을 대체할 수 있도록 하는 새로운 형식의 바퀴로, 압축공기를 사용하지 않으므로 주행 중 펑크 또는 공기압 저하로 인한 사고의 발생을 예방할 수 있는 장점을 갖는다.

또한, 비공기압 바퀴는 보통 사용되는 재료의 개수가 더 적고, 그 구조적인 설계가 단순할 뿐만 아니라, 공기가 존재하지 않는 우주에서도 사용이 가능하므로 최근 들어 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다.

이와 같은 비공기압 바퀴의 일실시예로 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0063616호에는 비공기압 타이어가 게재되어 있는데, 그 주요 기술적 구성은 도 1에 나타낸 바와 같이, 지면에 접지되는 트레드부(11)와; 이 트레드부(11)를 지지하는 환형 밴드부(12); 이 환형 밴드부(12)와 반경방향으로 이격되어 차량 허브(13)에 장착되는 휠 부(14)와; 이 휠 부(14)와 환형밴드부(12) 사이에 구비된 다수의 스포크부(15)를 포함하는 비공기압 타이어에 있어서, 상기 스포크부(15)가 휠 부(14)의 외주면에서 소정 곡률로 겹쳐서 연장형성된 복수의 아치형 스포크부(15a)와, 이 아치형 스포크부(15a)의 외주면과 환형 밴드부(12)의 내주면 사이에서 반경방향으로 연결된 직선형 스포크부(15b)로 이루어진 것에 그 특징이 있다.

즉, 상기 구성은 아치형 스포크부(15a)가 원주상으로 복수개로 배열되어 하중 지지력을 향상시켜, 타이어의 압축시 좌굴을 방지할 수 있도록 구성된 것에 특징이 있으나, 타이어가 압력 또는 충격을 받는 경우 변형의 정도가 심해 주행안정성이 저하되고, 타이어가 원상태로 복귀되기 까지 소요되는 시간도 오래 걸리게 되는 문제점이 있다.

또한, 이러한 문제점을 해결하기 위한 종래 기술로 대한민국 등록특허공보 제10-1032001호에는 에어리스 타이어가 게재되어 있는데, 그 주요 기술적 구성은 도 2에 나타낸 바와 같이, 스포크 완충부(30)가, 지면접촉부(10)에서 회전축고정부(20)를 향해 연장되어 있고 복수 개의 돌출부(31a, 31b, 32a, 32b)를 가지며 방사형으로 배열되어 있는 복수 개의 방사형격벽(31, 32) 및 상기 배열된 방사형격벽(31, 32) 사이에 위치되어 복수 개의 방사형격벽(31, 32)을 연결하되, 각각의 방사형격벽(31, 32)에 형성된 돌출부(31a, 31b, 32a, 32b)가 서로 반대 방향을 향하고 있는 지점간을 연결하는 복수 개의 연결격벽(33, 34)을 통해 복수 개의 공간을 갖는 오제틱 구조를 이루면서 상기 지면접촉부(10)와 회전축고정부(20)를 연결하고 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성은 돌출부(31a, 31b, 32a, 32b) 사이에 연결격벽(33, 34)을 일체로 형성하여 타이어가 압력이나 충격 등으로 인해 변형됨에 있어 타이어로서의 기능을 온전히 수행할 수 있을 정도로만 변형되고, 압력이나 충격이 제거되었을 때 원래의 형태로 복원되는 복원력이 향상될 수 있도록 구성된 것에 특징이 있으나, 연결격벽(33,34)이 방사형격벽(31,32)에 일체로 형성되어 있어 타이어가 압력 또는 충격을 받는 경우 연결격벽(33,34)에서는 반복교대응력(repeated alternating stress)을 받게 되어 피로(fatigue)에 의해 내구성이 떨어지게 되고, 반복하중에 의해 소성변형이 발생될 우려가 있는 등의 문제점이 있다.

또한, 상기 구성은 바퀴의 표면에 수직방향으로 작용하는 하중에 대한 지지력이 약하므로 상대적으로 큰 수직하중을 받는 제품에는 사용이 어렵게 되어 사용이 제한적인 문제점이 있다.

또한, 종래의 비공기압 바퀴들은 모두 일체로 형성되어 있어 스포크부가 횡방향 팽창과 수축을 반복하게 되므로 내구성이 떨어지게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 외륜과 내륜의 사이에 형성되는 스포크부의 형상을 개선하여 하중 및 응력 분산 효과를 향상시키고 그에 따라 구동시 발생하는 진동 및 소음을 저감시킬 수 있도록 하는 비공기압 바퀴를 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 내륜과 스포크부의 사이에 지지부재를 결합하여 구조적으로 강한 강성을 갖도록 함으로써 내구성을 향상시킬 수 있는 비공기압 바퀴를 제공함에 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 지지부재에 의해 스포크부의 횡방향 팽창을 제한하여 바퀴의 구동방향으로 발생되는 하중을 수직방향, 즉 원주방향으로 분산시킬 수 있게 되어 구동저항을 줄이고, 쿠션기능을 향상시킬 수 있도록 함과 동시에 구동시 발생되는 진동 및 소음을 저감시킬 수 있도록 하는 비공기압 바퀴를 제공함에 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,

외륜, 내륜 및 외륜과 내륜의 사이에 형성되는 스포크부를 포함하는 비공기압 바퀴에 있어서, 상기 스포크부의 사이에는 스포크부의 팽창을 제한하기 위한 지지부재가 결합된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 스포크부는 내륜의 외주면에 수직방향으로 연결되는 하중전달부와, 상기 하중전달부와 외륜의 내주면 사이에 절곡 형성되는 탄성변형부로 구성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 탄성변형부는 하중전달부에 연결되어 폐쇄된 다각형 또는 원형으로 이루어지는 제1탄성변형부와, 상기 제1탄성변형부와 외륜의 내주면 사이에 벌집 형상으로 형성되는 제2탄성변형부로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1탄성변형부와 하중전달부 사이의 연결부에는 원형 또는 다각형으로 이루어지는 링부재가 구비된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 하중전달부에는 하나 이상의 지지돌기가 돌출 형성된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 지지부재는 바퀴의 양 측면으로부터 내륜을 감싸도록 결합되는 제1 및 제2지지부재로 구성된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제1 및 제2지지부재는 내륜의 외주면을 감싸는 형태로 결합되는 덮개부와, 상기 덮개부로부터 연장 형성되어 스포크부에 가해지는 수직 방향 하중을 지지하는 하중지지부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 내륜의 외주면에는 회전방지부가 돌출 형성되고, 상기 덮개부에는 회전방지부가 삽입 결합되는 회전방지홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내륜의 외주면에는 걸림턱이 형성되고, 상기 덮개부에는 걸림턱에 걸림 결합되는 걸림편이 돌출 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 하중지지부의 단부에는 스포크부의 사이에 연결 설치되는 팽창제한부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 덮개부와 하중지지부 사이의 연결부에는 하중분산부가 형성된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 지지부재는 스포크부 사이를 지지하는 제1 및 제2헤드부와, 상기 제1 및 제2헤드부의 사이에 연결 설치되는 연결부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제1 및 제2헤드부는 서로 대칭형으로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 및 제2헤드부와 연결부의 양 측면 중앙에는 결합홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제1 및 제2헤드부와 연결부는 이웃하는 스포크부의 사이에 접촉되도록 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 외륜과 내륜의 사이에 형성되는 스포크부의 형상을 개선하여 하중 및 응력 분산 효과를 향상시키고 그에 따라 구동시 발생하는 진동 및 소음을 저감시킬 수 있도록 하는 뛰어난 효과를 갖는다.

또한, 본 발명에 따르면 내륜과 스포크부의 사이에 지지부재를 결합하여 구조적으로 강한 강성을 갖도록 함으로써 내구성을 향상시킬 수 있는 효과를 추가로 갖는다.

또한, 본 발명에 따르면 지지부재에 의해 스포크부의 횡방향 팽창을 제한하여 바퀴의 구동방향으로 발생되는 하중을 수직방향, 즉 원주방향으로 분산시킬 수 있게 되어 구동저항을 줄이고, 쿠션기능을 향상시킬 수 있도록 함과 동시에 구동시 발생되는 진동 및 소음을 저감시킬 수 있는 효과를 추가로 갖는다.

도 1은 종래의 비공기압 타이어를 나타낸 정면도.

도 2는 종래의 에어리스 타이어를 나타낸 정면도.

도 3은 본 발명에 따른 비공기압 바퀴의 제1실시예를 나타낸 사시도.

도 4는 도 3에 나타낸 본 발명의 분리 사시도.

도 5는 도 3에 나타낸 본 발명의 정면도.

도 6은 본 발명에 따른 비공기압 바퀴의 제2실시예를 나타낸 사시도.

도 7은 도 6에 나타낸 본 발명의 분리 사시도.

도 8은 도 6에 나타낸 본 발명의 정면도.

도 9는 본 발명에 따른 비공기압 바퀴의 제3실시예를 나타낸 사시도.

도 10은 도 9에 나타낸 본 발명의 분리 사시도.

도 11은 도 9에 나타낸 본 발명의 정면도.

도 12는 도 9에 나타낸 본 발명에 따른 비공기압 바퀴의 구조해석 결과를 나타낸 도면.

도 13은 본 발명에 따른 비공기압 바퀴의 제4실시예를 나타낸 사시도.

도 14는 도 13에 나타낸 비공기압 바퀴를 나타낸 분리 사시도.

도 15는 도 13에 나타낸 비공기압 바퀴 중 지지부재를 나타낸 사시도.

도 16의 (a),(b)는 진동시험에 사용된 본 발명에 따른 비공기압 바퀴와 일반 비공기압 바퀴를 비교하여 나타낸 도면.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 비공기압 바퀴의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 비공기압 바퀴의 제1실시예를 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3에 나타낸 본 발명의 분리 사시도이며, 도 5는 도 3에 나타낸 본 발명의 정면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 비공기압 바퀴의 제2실시예를 나타낸 사시도이며, 도 7은 도 6에 나타낸 본 발명의 분리 사시도이고, 도 8은 도 6에 나타낸 본 발명의 정면도이며, 도 9는 본 발명에 따른 비공기압 바퀴의 제3실시예를 나타낸 사시도이고, 도 10은 도 9에 나타낸 본 발명의 분리 사시도이며, 도 11은 도 9에 나타낸 본 발명의 정면도이고, 도 12는 도 9에 나타낸 본 발명에 따른 비공기압 바퀴의 구조해석 결과를 나타낸 도면이다.

본 발명은 스포크(spoke)부(130)의 형상 개선을 통해 하중 및 응력 분산 효과를 향상시킴으로써 진동을 감소시키고, 내륜(120)과 스포크부(130)의 사이에 결합되는 지지부재(140)에 의해 구조적으로 강한 강성을 갖도록 함으로써 내구성을 향상시킬 수 있도록 하는 비공기압 바퀴(100)에 관한 것으로, 그 구성은 도 3에 나타낸 바와 같이, 크게 외륜(110), 내륜(120), 스포크부(130) 및 지지부재(140)를 포함하여 이루어진다.

보다 상세히 설명하면, 상기 외륜(110)은 지면에 접촉되는 것으로 일정한 두께와 폭을 갖는 원통 형상으로 이루어진다.

다음, 상기 내륜(120)은 외륜(110)의 내측에 동심원 상으로 설치되는 것으로, 외륜(110)과 마찬가지로 일정한 두께와 폭을 갖는 원통 형상으로 이루어져 그 내측으로 바퀴(100)를 회전시킬 수 있도록 하는 회전축(미도시)이 삽입 결합된다.

다음, 상기 스포크부(130)는 외륜(110)과 내륜(120)의 사이에 형성되어 바퀴(100)의 구동시 가해지는 충격을 완화시키는 역할을 하는 것으로, 외륜(110)의 내주면과 내륜(120)의 외주면 사이에 연결 설치되는 다수 개의 부재들로 이루어진다.

이때, 상기 스포크부(130)는 하중전달부(132)와 탄성변형부(134)로 구성되는데, 상기 하중전달부(132)는 내륜(120)의 외주면에 수직방향으로 연결 설치되어 바퀴(100)의 구동시 외륜(110)으로부터 전해져 오는 하중을 중심축 방향, 즉 내륜(120) 방향으로 전달하는 역할을 하는 것이고, 상기 탄성변형부(134)는 하중전달부(132)와 외륜(110)의 내주면 사이에 연결 설치되어 외륜(110)으로부터 전달되는 하중을 수평방향 및 하중전달부(132) 방향으로 전달함과 동시에 하중이 제거되었을 때 바퀴(100)의 형상이 원상태로 복귀될 수 있도록 탄성을 제공하는 역할을 하는 것이다.

즉, 상기 탄성변형부(134)는 하중전달부(132)와 외륜(110)의 내주면 사이에 다양한 형상으로 절곡 형성되어 외륜(110)에 하중이 가해지는 경우 압축되면서 하중을 경감시킴과 동시에 수평방향과 수직방향으로 하중을 분산하여 전달함으로써 바퀴(100)에 작용하는 응력분포가 고르게 나타나도록 하여 내구성을 향상시키고, 진동 및 소음발생을 저감시킬 수 있게 되는 것이다.

보다 상세히 설명하면, 상기 탄성변형부(134)는 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 제1탄성변형부(134a)와 제2탄성변형부(134b)를 포함하여 구성될 수 있는데, 상기 제1탄성변형부(134a)는 폐쇄된 원형 또는 다각형 형상으로 이루어져 제2탄성변형부(134b) 또는 내륜(120)으로부터 하중전달부(132)를 통해 전달되는 하중에 의해 압축되면서 하중을 분산시키는 역할을 하는 것이고, 상기 제2탄성변형부(134b)는 제1탄성변형부(134a)와 외륜(110)의 내주면 사이에 벌집 형상으로 형성되어 제1탄성변형부(134a) 또는 외륜(110)으로부터 전달되는 하중에 의해 탄성 변형되어 하중을 분산시키는 역할을 하는 것이다.

한편, 도 6 내지 도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 비공기압 바퀴(100)의 제2실시예에 따르면, 상기 제1탄성변형부(134a)와 하중전달부(132) 사이의 연결부에는 원형 또는 다각형의 형상으로 이루어지는 링부재(134c)가 구비될 수도 있는데, 상기 링부재(134c)는 제1탄성변형부(134a)에서의 하중 분산 효과를 향상시킬 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.

다음, 상기 하중전달부(132)에는 하나 이상의 지지돌기(132a)가 돌출 형성될 수 있는데, 상기 지지돌기(132a)는 하중전달부(132)를 통해 전달되는 하중에 의해 하중전달부(132)가 변형을 일으키지 않도록 지지하는 역할을 하는 것이다.

즉, 예기치 못한 사고의 발생 등으로 인해 바퀴(100)에 갑자기 큰 하중이 발생되는 경우 하중전달부(132)가 변형을 일으킬 수 있는데, 하중전달부(132)가 변형되는 경우 전체적으로 바퀴(100)가 제기능을 수행하지 못하게 될 우려가 있으므로 도 4 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 하중전달부(132)에 하나 이상의 지지돌기(132a)를 돌출시킴으로써 하중전달부(132)에서 견딜 수 있는 하중을 증가시킴으로써 하중전달부(132)의 변형을 방지하게 되는 것이다.

이때, 도 5 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 상기 지지돌기(132a)가 후술할 지지부재(140)의 하중분산부(144b)에 의해 지지되도록 구성할 경우 하중전달부(132)에서 변형 없이 견딜 수 있는 하중을 극대화할 수 있게 된다.

다음, 상기 지지부재(140)는 내륜(120)과 스포크부(130)의 사이에 결합되어 바퀴(100)에 가해지는 수직방향 하중을 지지함과 동시에 스포크부(130)의 팽창을 제한함으로써 바퀴(100)에 가해지는 하중을 원주방향(수평방향)으로 전달할 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.

보다 상세히 설명하면, 상기 지지부재(140)는 바퀴(100)의 양 측면으로부터 내륜(120)의 외주면을 감싸도록 결합되는 제1지지부재(140a)와 제2지지부재(140b)로 분리 구성되는데, 상기 제1 및 제2지지부재(140a,140b)는 각각 내륜(120)의 외주면을 감싸는 형태로 결합되는 덮개부(142)와, 상기 덮개부(142)로부터 외측으로 연장 형성되어 스포크부(130)에 가해지는 수직 방향 하중을 지지함과 동시에 스포크부(130)의 팽창을 제한하는 하중지지부(144)를 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 제1 및 제2지지부재(140a,140b)는 후술할 덮개부(142)의 걸림편(142a)이 서로 엇갈리도록 형성되는 것을 제외하고는 동일한 구조를 갖도록 구성되어 있으므로 이하에서는 제1지지부재(140a)의 구성을 기준으로 설명하기로 한다.

상기 덮개부(142)는 중공의 원통 형상으로 이루어져 내륜(120)의 외주면을 감싸도록 하여 결합되는 것으로, 내륜(120)과 스포크부(130)의 연결부에 형성되는 공간부 내측으로 이물질이 투입되는 것을 방지함과 동시에 내륜(120)에 가해지는 하중에 의해 내륜(120)이 변형을 일으키지 않도록 보강하는 역할을 하는 것이다.

즉, 바퀴(100)의 구동 도중 상대적으로 공간이 좁은 내륜(120)과 스포크부(130)의 연결부 사이에 이물질이 투입되어 걸리게 되는 경우, 스포크부(130)의 형상이 변형되거나 바퀴(100)의 구동 성능이 떨어지게 되므로 이를 방지하기 위하여 내륜(120) 및 내륜(120)과 스포크부(130) 사이의 연결부를 감쌀 수 있도록 덮개부(142)를 형성시키는 것이다.

또한, 상기 덮개부(142)는 내륜(120)의 외주면을 감싸도록 결합되므로 내륜(120)에 가해지는 하중에 의해 내륜(120)이 변형되지 않도록 지지함으로써 내륜(120)의 내구성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

이때, 상기 내륜(120)의 외주면에는 걸림턱(122)이 형성되는데, 상기 걸림턱(122)은 지지부재(140)의 덮개부(142)를 고정시키는 역할을 하는 것이다.

즉, 도 4 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 덮개부(142)의 내측에 걸림편(142a)을 돌출 형성하고, 상기 걸림편(142a)의 단부에 걸림턱(122)에 걸림 결합되는 단턱부(142a')를 형성시킴으로써 덮개부(142)를 내륜(120)의 일측면으로부터 슬라이드 결합시키는 경우 걸림편(142a)의 단턱부(142a')가 내륜(120)의 걸림턱(122)에 걸림 결합되도록 함으로써 덮개부(142)가 내륜(120)으로부터 이탈되지 않도록 하는 것이다.

그리고, 상기 내륜(120)의 외주면에는 하나 이상의 회전방지부(124)가 돌출 형성되고, 상기 덮개부(142)에는 회전방지부(124)가 삽입 결합되는 회전방지홈(142b)이 형성되는데, 상기 회전방지부(124)와 회전방지홈(142b) 또한 지지부재(140)의 덮개부(142)를 고정시키는 역할을 하는 것이다.

즉, 상기 내륜(120)의 외주면에 돌출 형성되는 다수 개의 회전방지부(124)가 덮개부(142)에 형성되는 회전방지홈(142b)에 삽입 결합되는 경우, 내륜(120)과 지지부재(140)의 덮개부(142)가 일체가 되어 동시에 회전하게 되므로, 내륜(120)과 지지부재(140) 사이의 결합력을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

다음, 상기 하중지지부(144)는 덮개부(142)로부터 외측으로 연장 형성되어 스포크부(130)의 사이에 위치함으로써 스포크부(130)에 가해지는 수직 방향 하중을 지지함과 동시에 스포크부(130)의 팽창을 제한하는 역할을 하는 것으로, 바퀴(100)의 중심을 향해 방사상으로 다수 개가 형성된다.

즉, 상기 하중지지부(144)는 외부로부터 바퀴(100)에 하중이 가해지는 방향으로 스포크부(130)의 사이에 위치되도록 형성됨으로써 바퀴(100) 및 스포크부(130)에 가해지는 수직 방향 하중을 지지할 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기 하중지지부(144)의 단부에는 스포크부(130)의 탄성변형부(134) 사이에 연결 설치되는 팽창제한부(144a)가 형성되는데, 상기 팽창제한부(144a)는 탄성변형부(134)의 횡방향 팽창을 제한함으로서 탄성변형부(134)에 가해지는 하중을 원주방향으로 분산시키는 역할을 하는 것이다.

보다 상세히 설명하면, 상기 스포크부(130)에 하중이 작용하여 탄성변형부(134)가 압축되는 경우 탄성변형부(134)가 횡방향으로 팽창하게 되면, 탄성변형부(134) 횡방향 팽창에 하중이 사용되므로 하중 분산이 제대로 일어나지 않게 되는데, 이때 상기 팽창제한부(144a)에 의해 탄성변형부(134)의 횡방향 팽창을 제한하게 되면, 탄성변형부(134)의 횡방향 팽창에 사용되는 하중이 원주방향으로 분산되므로 바퀴(100)의 내구성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

이때, 상기 팽창제한부(144a)는 도 5, 도 8 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 다양한 형상으로 형성될 수 있는데, 먼저 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 팽창제한부(144a)가 제2탄성변형부(134b)의 내측으로 삽입되도록 하여 제2탄성변형부(134b)의 가장자리로부터 일정거리 이격되도록 형성되는 경우에는 제2탄성변형부(134b)의 횡방향 팽창을 어느 정도 허용하여 바퀴(100)의 쿠션기능을 향상시킴과 동시에 팽창제한부(144a)의 상단부가 제2탄성변형부(134b)를 지지할 수 있도록 구성되어 구조적인 강도를 향상시킬 수 있도록 구성된 것에 특징이 있다.

또한, 본 발명에 따른 비공기압 바퀴(100)의 제3실시예에 해당되는 도 9 내지 도 11에 나타낸 바와 같이, 상기 팽창제한부(144a)가 탄성변형부(134)의 사이에 밀착되도록 형성된 경우에는 탄성변형부(134)의 횡방향 팽창을 제한함으로써 하중 분산 효과를 극대화시킨 것에 특징이 있는 것이고, 도 8에 나타낸 바와 같이, 상기 팽창제한부(144a)의 일부가 탄성변형부(134)의 사이에 밀착되고, 일부는 어느 정도 이격되도록 형성된 경우에는 바퀴(100)의 쿠션기능을 어느 정도 향상시키면서 탄성변형부(134)의 횡방향 팽창을 일부 제한함으로써 하중 분산 효과를 가질 수 있도록 구성된 것에 특징이 있는 것이다.

한편, 도 5 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 상기 하중지지부(144)의 하단 즉, 덮개부(142)와 하중지지부(144) 사이의 연결부에는 하중분산부(144b)가 형성되는데, 상기 하중분산부(144b)는 하중지지부(144)에 전해지는 수직하중을 분산시키는 역할을 함과 동시에 스포크부(130)의 하중전달부(132)를 통해 전달되는 하중을 지지하는 역할을 하는 것이다.

보다 상세히 설명하면, 상기 하중분산부(144b)는 하중지지부(144)의 하단부에 분기되어 덮개부(142)에 연결 설치됨으로써 하중지지부(144)에 전해지는 수직하중을 분산시킬 수 있도록 구성된 것으로, 하중분산부(144b)의 양측 상단부에는 스포크부(130)의 하중전달부(132)에 돌출 형성된 지지돌기(132a)가 걸림 결합되므로, 상기 하중전달부(132)를 통해 전달되는 하중 또한 하중분산부(144b)에 의해 지지될 수 있게 된다.

이와 같은 하중분산부(144b)는 도 3 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 덮개부(142)와 일체가 되도록 형성될 수도 있고, 도 6 내지 도 8에 나타낸 바와 같이, 덮개부(142)와 하중분산부(144b)의 사이에 공간부가 형성되도록 구성될 수도 있다.

한편, 본 발명에 따른 비공기압 바퀴(100)의 성능을 테스트하기 위하여 2차원 평면변형(Plain Strain) 조건하에서 구조해석을 실시하였다.

구조해석 소프트웨어로는 ABAQUS v10.1을 사용하였으며, 도 9 내지 도 11에 도시된 제3실시예를 간소화된 모델을 기준으로 하여 바퀴(100)의 중심 부분에서 지면을 향해 수직 방향으로 하중을 부여하였고, 바퀴(100)의 재질로는 내구성 및 내마모성이 우수하고, 인장강도가 뛰어나며 신축성 즉 탄성이 좋은 Nylon 6을 사용하였다.

또한, 도 12는 바퀴(100)의 중심부에 25kg의 수직하중을 부가하였을 때의 응력 분포를 나타낸 것으로, 바퀴(100)의 외륜(110) 및 하부의 탄성변형부(134)에서 응력이 집중적으로 분포되어 있으나, 전술한 탄성변형부(134) 및 지지부재(140)의 하중지지부(144)의 역할로 인해 하중이 바퀴(100)에 전체적으로 분산되어 바퀴(100)의 상부에서까지 응력 분포가 나타나는 것을 확인할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 제4실시예에 해당하는 비공기압 바퀴(200)를 상세히 설명하기로 한다.

도 13은 본 발명에 따른 비공기압 바퀴의 제4실시예를 나타낸 사시도이고, 도 14는 도 13에 나타낸 비공기압 바퀴를 나타낸 분리 사시도이며, 도 15는 도 13에 나타낸 비공기압 바퀴 중 지지부재를 나타낸 사시도이고, 도 16의 (a),(b)는 진동시험에 사용된 본 발명에 따른 비공기압 바퀴와 일반 비공기압 바퀴를 비교하여 나타낸 도면이다

먼저 본 발명의 제4실시예에 따른 비공기압 바퀴(200)는 스포크부(230)의 사이에 삽입 설치되는 지지부재(240)가, 도 15에 나타낸 바와 같이, 크게 제1헤드부(242)와 제2헤드부(244) 및 연결부(246)를 포함하여 이루어진다.

보다 상세히 설명하면, 상기 제1 및 제2헤드부(242,244)는 비공기압 바퀴(200)의 스포크부(230) 사이에 삽입 설치되는 것으로, 후술할 연결부(246)와 함께 스포크부(230)의 횡방향, 즉 하중이 가해지는 방향으로부터 수직방향으로의 팽창을 제한하는 역할을 하게 된다.

즉, 상기 제1헤드부(242)의 하부면(242b)은 'S'자 형상으로 절곡 형성된 스포크부(230)의 상부면에 밀착되고, 상기 제2헤드부(244)의 상부면(244a)은 스포크부(230)의 하부면에 밀착되어, 제1 및 제2헤드부(242,244)가 스포크부(230)를 감싸는 형상으로 결합됨으로써 바퀴(200)에 하중이 가해지는 경우에도 스포크부(230)의 횡방향 팽창이 이루어지지 않도록 제한하는 것이다.

또한, 상기 제1 및 제2헤드부(242,244)는 이웃하는 스포크부(230)의 사이에 접촉되도록 형성되어 스포크부(230)의 구조적 강성을 향상시키는 역할을 하게 된다.

다음, 상기 연결부(246)는 제1헤드부(242)와 제2헤드부(244)의 사이에 연결 설치되는 것으로, 연결부(246) 또한 이웃하는 스포크부(230)의 사이에 접촉되도록 형성되어 스포크부(230)의 횡방향 팽창을 제한하게 된다.

한편, 상기 지지부재(240)의 형상은 스포크부(230)의 형상에 따라 다양하게 형성될 수 있으나, 스포크부(230)와의 접촉 면적을 넓힐 수 있도록 하기 위하여 제1헤드부(242)와 제2헤드부(244)가 서로 대칭을 이루는 "I"자 형상으로 형성시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 및 제2헤드부(242,244)와 연결부(246)의 양 측면 중앙부에는 결합홈(248)이 형성되는데, 상기 결합홈(248)은 후술할 스포크부(230)에 형성되는 결합돌부(230a)와 결합되어 비공기압 바퀴(200)의 구동시 지지부재(240)가 흔들리지 않도록 고정시키는 역할을 하는 것이다.

한편, 본 발명에 따른 비공기압 바퀴(200)의 제4실시예는 도 13 및 도 14에 나타낸 바와 같이, 크게 외륜(210), 내륜(220) 및 스포크부(230)를 포함하여 구성되는데, 상기 스포크부(230)의 사이에 전술한 지지부재(240)가 삽입 결합된 것을 특징으로 한다.

보다 상세히 설명하면, 상기 외륜(210)은 지면에 접촉되는 것으로 일정한 두께와 폭을 갖는 원통 형상으로 이루어진다.

다음, 상기 내륜(220)은 외륜(210)의 내측에 동심원 상으로 설치되는 것으로, 외륜(210)과 마찬가지로 일정한 두께와 폭을 갖는 원통 형상으로 이루어져 그 내측으로 바퀴(200)를 회전시킬 수 있도록 하는 회전축(미도시)이 삽입 결합된다.

다음, 상기 스포크부(230)는 외륜(210)과 내륜(220)의 사이에 형성되어 바퀴(200)의 구동시 가해지는 충격을 완화시키는 역할을 하는 것으로, 외륜(210)의 내주면과 내륜(220)의 외주면 사이에 연결 설치되는 다수 개의 부재들로 이루어진다.

이때, 상기 스포크부(230)는 하중전달부(232)와 탄성변형부(234)로 구성되는데, 상기 하중전달부(232)는 내륜(220)의 외주면에 수직방향으로 연결 설치되어 바퀴(200)의 구동시 외륜(210)으로부터 전해져 오는 하중을 중심축 방향, 즉 내륜(220) 방향으로 전달하는 역할을 하는 것이고, 상기 탄성변형부(234)는 하중전달부(232)와 외륜(210)의 내주면 사이에 연결 설치되어 외륜(210)으로부터 전달되는 하중을 수평방향 및 하중전달부(232) 방향으로 전달함과 동시에 하중이 제거되었을 때 바퀴(200)의 형상이 원상태로 복귀될 수 있도록 탄성을 제공하는 역할을 하는 것이다.

즉, 상기 탄성변형부(234)는 하중전달부(232)와 외륜(210)의 내주면 사이에 다양한 형상으로 절곡 형성되어 외륜(210)에 하중이 가해지는 경우 압축되면서 하중을 경감시킴과 동시에 수평방향과 수직방향으로 하중을 분산하여 전달함으로써 바퀴(200)에 작용하는 응력분포가 고르게 나타나도록 하여 내구성을 향상시키고, 진동 및 소음발생을 저감시킬 수 있게 되는 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 비공기압 바퀴(200)의 제4실시예에 적용되는 지지부재(240)는 이웃하는 탄성변형부(234)의 사이에 삽입 설치되는 것으로, 탄성변형부(234)를 외측에서 감싸는 형태로 결합되어 탄성변형부(234)의 횡방향 팽창을 제한하게 된다.

또한, 상기 탄성변형부(234)의 중앙 부분에는 지지부재(240)의 결합홈(248)에 끼움 결합되는 결합돌부(230a)가 돌출 형성되어 지지부재(240)를 탄성변형부(234)의 사이로 억지끼움 등의 방식에 의해 슬라이드 결합시키는 경우 결합돌부(230a)가 결합홈(248)에 삽입 결합될 수 있도록 구성되어 있다.

한편, 본 발명에 따른 비공기압 바퀴(200)의 제4실시예를 일반 비공기압 바퀴(50)와 비교하기 위하여 진동시험을 실시하였는데, 시험에 사용된 비공기압 바퀴(200, 50)는 도 16의 (a),(b)에 나타낸 바와 같이, 동일한 크기로 이루어져 있다.

보다 상세히 설명하면, 외경 100mm, 내경 28mm, 폭 33mm인 두 비공기압 바퀴(200, 50) 4개를 적재중량 20kg인 대차의 하부에 각각 장착한 후, 동일 구간의 아스팔트 도로를 20m/13sec의 속도로 이동시켜 비공기압 바퀴(200, 50)에 각각 가해지는 진동값을 측정한 결과를 아래 표 1에 나타내었다.

표 1

회수	시험대상	시험결과	단위
1	팽창방지부재가 결합된 비공기압 바퀴(200)	75.514	RMS(dB)
1	일반 비공기압 바퀴(50)	93.786
2	팽창방지부재가 결합된 비공기압 바퀴(200)	75.743
2	일반 비공기압 바퀴(50)	115.52

상기 표 1은 본 발명에 따른 비공기압 바퀴(200)의 제4실시예와 일반 비공기압 바퀴(50)의 진동시험결과를 RMS(Root Mean Square)값으로 나타낸 것으로, 본 발명에 따른 비공기압 바퀴(200)의 경우 일반 비공기압 바퀴(50)에 비해 주행시의 진동이 30% 이상 감소된 것을 확인할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 비공기압 바퀴(200)의 경우 시험에 따른 진동의 편차가 크지 않은 것으로 보아 보다 안정적인 주행이 가능한 것을 확인할 수 있다.

따라서, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 비공기압 바퀴(100,200)의 다양한 실시예에 의하면, 외륜(110)과 내륜(120)의 사이에 형성되는 스포크부(130)의 형상을 개선하여 하중 및 응력 분산 효과를 향상시키고 그에 따라 구동시 발생하는 진동 및 소음을 저감시킬 수 있고, 스포크부(130,230)의 사이에 지지부재(140,240)를 결합하여 구조적으로 강한 강성을 갖도록 함으로써 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 지지부재(140,240)에 의해 스포크부(130,230)의 횡방향 팽창을 제한하여 바퀴의 구동방향으로 발생되는 하중을 수직방향, 즉 원주방향으로 분산시킬 수 있게 되어 구동저항을 줄이고, 쿠션기능을 향상시킬 수 있음은 물론 구동시 발생되는 진동 및 소음을 저감시킬 수 있는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.

전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명에 따른 비공기압 바퀴를 캐스터용 바퀴, 자동차용 타이어 및 철도 차륜 등 다양한 분야에 적용할 수 있는 등 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

Claims

외륜(110,210), 내륜(120,220) 및 외륜(110,210)과 내륜(120,220)의 사이에 형성되는 스포크부(130,230)를 포함하는 비공기압 바퀴(100,200)에 있어서,

상기 스포크부(130,230)의 사이에는 스포크부(130,230)의 팽창을 제한하기 위한 지지부재(140,240)가 결합된 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴(100,200).
제 1항에 있어서,

상기 스포크부(130,230)는 내륜(120,220)의 외주면에 수직방향으로 연결되는 하중전달부(132,232)와, 상기 하중전달부(132,232)와 외륜(110,210)의 내주면 사이에 절곡 형성되는 탄성변형부(134,234)로 구성된 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴(100,200).
제 2항에 있어서,

상기 탄성변형부(134)는 하중전달부(132)에 연결되어 폐쇄된 다각형 또는 원형으로 이루어지는 제1탄성변형부(134a)와, 상기 제1탄성변형부(134a)와 외륜(110)의 내주면 사이에 벌집 형상으로 형성되는 제2탄성변형부(134b)로 구성된 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴(100).
제 3항에 있어서,

상기 제1탄성변형부(134a)와 하중전달부(132) 사이의 연결부에는 원형 또는 다각형으로 이루어지는 링부재(134c)가 구비된 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴(100).
제 2항에 있어서,

상기 하중전달부(132)에는 하나 이상의 지지돌기(132a)가 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴.
제 1항에 있어서,

상기 지지부재(140)는 바퀴(100)의 양 측면으로부터 내륜(120)을 감싸도록 결합되는 제1 및 제2지지부재(140a,140b)로 구성된 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴(100).
제 6항에 있어서,

상기 제1 및 제2지지부재(140a,140b)는 내륜(120)의 외주면을 감싸는 형태로 결합되는 덮개부(142)와, 상기 덮개부(142)로부터 연장 형성되어 스포크부(130)에 가해지는 수직 방향 하중을 지지하는 하중지지부(144)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴(100).
제 7항에 있어서,

상기 내륜(120)의 외주면에는 회전방지부(124)가 돌출 형성되고, 상기 덮개부(142)에는 회전방지부(124)가 삽입 결합되는 회전방지홈(142b)이 형성된 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴(100).
제 7항에 있어서,

상기 내륜(120)의 외주면에는 걸림턱(122)이 형성되고, 상기 덮개부(142)에는 걸림턱(122)에 걸림 결합되는 걸림편(142a)이 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴(100).
제 7항에 있어서,

상기 하중지지부(144)의 단부에는 스포크부(130)의 사이에 연결 설치되는 팽창제한부(144a)가 형성된 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴(100).
제 7항에 있어서,

상기 덮개부(142)와 하중지지부(144) 사이의 연결부에는 하중분산부(144b)가 형성된 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴(100).
제 1항에 있어서,

상기 지지부재(240)는 스포크부(230) 사이를 지지하는 제1 및 제2헤드부(242,244)와, 상기 제1 및 제2헤드부(242,244)의 사이에 연결 설치되는 연결부(246)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴(200).
제 12항에 있어서,

상기 제1 및 제2헤드부(242,244)는 서로 대칭형으로 형성된 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴(200).
제 12항에 있어서,

상기 제1 및 제2헤드부(242,244)와 연결부(246)의 양 측면 중앙에는 결합홈(248)이 형성된 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴(200).
제 1항에 있어서,

상기 제1 및 제2헤드부(242,244)와 연결부는 이웃하는 스포크부(230)의 사이에 접촉되도록 형성된 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴(200).