KR20160107448A - 비공기입 타이어 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비공기입 타이어에 관한 것으로서, 트레드; 트레드와 차축 연결부 사이에 메쉬 구조로 형성되어 트레드면을 따라 전달되는 하중을 지지하는 스포크부;를 포함하며, 차축 연결부는 트레드 또는 스포크부 중 적어도 하나와 동일한 재질로 형성된다.
본 발명에 따르면, 타이어의 트레드 또는 스포크와 동일한 재질로 사용하여 타이어와 차축 연결부의 접합면에서 발생할 수 있는 계면파괴 및 분리현상을 방지할 수 있으며, 차량의 하중을 지지하는 스포크부가 트레드와 일체로 형성되어 내피로성이 향상되어 내구성이 증대되어 안정적인 주행이 가능하다.

Description

비공기입 타이어{Non-pneumatic tire}
본 발명은 비공기입 타이어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기압을 사용하지 않으면서 타이어의 안정적인 주행성능을 유지할 수 있는 비공기입 타이어에 관한 것이다.
타이어는 공기압의 주입여부에 따라 공기압 타이어, 비공기입 타이어, 및 솔리드 타이어 등으로 분류할 수 있다.
일반적으로 승용차 및 특수목적을 제외한 대부분의 자동차는 공기압 타이어가 사용되고 있다. 공기압 타이어는 구조가 복잡하고 타이어 내부의 공기압을 수시로 점검해야 하며, 주행 중 외부물질에 의한 충격 또는 관통으로 타이어의가 손상되는 경우 주행 안정성에 문제를 유발할 수 있다.
솔리드 타이어는 타이어에 공기가 충진되지 않고 전체가 고무만으로 된 타이어로서, 견고하지만 진동 흡수가 미흡하여 중장비나 특수 차량에 한정적으로 사용되고 있다.
비공기입식 타이어는 공기압식 타이어와는 다르게 압축공기를 전혀 이용하지 않기 때문에 공기압 손실 또는 타이어 펑크로 (flat tire)으로 인한 사고에 대해 안전한 측면이 있다. 또한, 비공기입식 타이어의 제조공정은 공기입 타이어 비하여 단순하고 공기입 타이어에서 발생할 수 있는 스탠딩 웨이브(standing wave) 현상을 방지하고 회전저항을 개선할 수 있는 이점이 있다.
비공기입 타이어로는 특허공개번호 제2004-0027984호의 '무공압 타이어'가 개시된 바 있다. 특허공개번호 제2004-0027984호는 보강된 환형 밴드와, 휠 또는 허브간의 부하력을 인장된 상태에서 전달하는 다수의 웹 스포크를 포함하는 것으로서, 환형 밴드 및 웹 스포크의 탄성력을 이용하여 노면으로부터의 충격을 흡수하고 웹 스포크 구조를 이용하여 차량의 하중을 지지할 수 있다.
그러나 특허공개번호 제2004-0027984호는 금속 재질의 휠에 고무 재질의 타이어가 장착되는 구조로서, 휠이 외부물체와 충돌하여 휠의 변형 및 깨짐으로 인하여 서로 이질적인 재료로 결합된 타이어와 휠의 접합면에서 계면 파괴 및 분리에 대한 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은 휠을 대체적용하는 차축 연결부의 재질을 타이어의 트레드 또는 스포크와 동일한 재질로 사용하여 타이어와 차축 연결부의 접합면에서 발생할 수 있는 계면파괴 및 분리현상을 방지할 수 있는 비공기입 타이어를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 차량의 하중을 지지하는 스포크부가 트레드와 차축 연결부 사이에서 메쉬 형상으로 형성되며, 트레드와 일체로 형성되어 내피로성이 향상된 비공기입 타이어를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어는, 트레드; 차축에 연결되는 차축 연결부; 및 트레드와 차축 연결부 사이에 메쉬 구조로 형성되어 트레드면을 따라 전달되는 하중을 지지하는 스포크부;를 포함하며,
차축 연결부는 트레드 또는 스포크부 중 적어도 하나와 동일한 재질로 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어의 메쉬구조는 차축 연결부의 외측에서 트레드 내측면의 공간을 일정간격으로 분할하는 복수의 원형 보강벽이 형성되고, 차축 중심에서 분할된 공간에 방사형으로 배열되는 복수의 충격 흡수층이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어의 충격 흡수층은 분할된 공간의 일측면에서 분할된 공간의 타측면으로 연장형성되는 한쌍의 제1 하중지지벽; 및한쌍의 제1 하중지지벽의 종단에서 분할된 공간의 타측면에 꼭지점이 형성되도록 연장형성되는 제2 하중지지벽을 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어의 충격 흡수층은 한쌍의 제1 하중지지벽의 종단을 서로 연결하여 제1 하중지지벽과 제2 하중지지벽을 보강하는 격벽을 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어는 트레드와 스포크부가 일체형으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어의 스포크부는 노출되는 표면이 엠보싱 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어의 차축 연결부는 차축에 연결되는 관통홀; 관통홀을 중심으로 방사방향으로 형성되는 복수의 보조 관통홀; 및 보조 관통홀 사이에 배치되어 차축의 회전 시 발생하는 열을 발산하는 열발산홀;을 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어의 관통홀은 관통홀에 삽입되어 차축의 회전으로 인한 마찰력으로부터 상기 차축 연결부를 보호하기 위하여 원형관을 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어의 보조 관통홀은 보조 관통홀에 삽입되어 차축의 회전으로 인한 마찰력으로부터 차축 연결부를 보호하기 위하여 제2 원형관을 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어는 차축 연결부에서 스포크부의 노출면을 방사 방향으로 감싸도록 형성되는 복수의 보강부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 비공기입 타이어는 휠을 대체적용하는 차축 연결부의 재질을 타이어의 트레드 또는 스포크와 동일한 재질로 사용하여 타이어와 차축 연결부의 접합면에서 발생할 수 있는 계면파괴 및 분리현상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 비공기입 타이어는 차량의 하중을 지지하는 스포크부가 트레드와 차축 연결부 사이에서 메쉬 형상으로 형성되고, 트레드와 일체로 형성되어 내피로성이 향상되어 안정적인 주행이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어의 차축 연결부 상세도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어의 A - A 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어에 보강부가 구비된 사시도이다.
도 5는 도 4를 B방향에서 바라본 측면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어의 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어의 차축 연결부 상세도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어의 A - A 단면도이다.
도 1내지 도3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어는 트레드(100), 차축 연결부(200) 및 스포크부(300)를 포함한다.
트레드(100)는 주행시 도로에 접하는 면으로서, 구르부(110)가 형성되어 조정 안정성, 견인력, 제동성 및 배수성 등을 향상시킬 수 있다. 본 실시예에서 구르부(110)는 노면과의 접촉면을 따라 일방향으로 홈이 형성되었으나 타이어의 조정 안정성, 견인력, 제동성 및 배수성을 향상시킬 수 있는 다양한 형성이 적용될 수 있다.
차축 연결부(200)는 차축에 직접 연결되는 것으로서 휠을 필요로 하지 않으며 휠을 대체하여 적용되는 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 관통홀(210), 보조 관통홀(220) 및 열발산홀(230)을 구비한다.
관통홀(210)은 차축에 연결되며, 차축에서 전달되는 구동력이 전달된다. 보조 관통홀(220)은 관통홀(210)을 중심으로 방사방향으로 형성되며, 차축에 보조로 연결되어 차축 연결부(200)가 차축에서 흔들리지 않고 견고하게 고정되도록 할 수 있다.
열발산홀(230)은 관통홀(210)의 축을 중심으로 방사방향으로 보조 관통홀(220) 사이에 배치될 수 있다. 열발산홀(230)은 타이어가 회전시 관통홀(210)의 연결축을 중심으로 발생하는 열이 외부로 소산될 수 있도록 한다. 또한 열발산홀(230)은 내주면에 주름이 형성될 수 있다. 내주면에 형성된 주름은 표면적이 증가되어 열을 빠르게 소산시킬 수 있다. 본 실시예에서 열발산홀(230)은 사다리꼴 형상으로 형성되었으나 사각형, 원형 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있는 것으로서 그 형상이 이에 제한되는 것은 아니다.
차축 연결부(200)는 트레드(100) 또는 후술하는 스포크부(300) 중 적어도 하나와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 차축 연결부(200)는 휠에서 일반적으로 사용되는 철, 알루미늄 등과 같은 금속성분으로 이루어지는 것이 아니라 트레드(100) 또는 스포크부(300)를 이루는 소재와 동일하게 형성된다. 즉, 트레드(100) 또는 스포크부(300)에 일반적으로 사용되는 고무재질로 형성되는 것이 바람직하다.
특히 차축 연결부(200)는 스포크부(300)와 동일한 소재로 이루어짐에 따라, 차축 연결부(200)와 스포크부(300)의 접합면에 이질층이 형성되지 않는다. 이로 인하여 차축 연결부(200)와 스포크부(300)는 서로의 접합면을 견고하게 결합할 수 있어 계면파괴 및 분리현상을 방지할 수 있다.
차축 연결부(200)는 관통홀(210)에 삽입되어 차축의 회전으로 인한 마찰력으로부터 차축 연결부(200)를 보호하기 위하여 제1 원형관(211)을 구비할 수 있다. 제1 원형관(211)은 차축으로부터 동력을 전달받게 되므로 금속재질로 형성되는 것이 바람직하지만 그 재질이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 보조 관통홀(220)은 보조 관통홀(220)에 삽입되어 차축의 회전으로 인한 마찰력으로부터 차축 연결부(220)를 보호하기 위하여 제2 원형관(221)을 구비할 수 있다.
스포크부(200)는 트레드(100)와 차축 연결부(200) 사이에 메쉬(mesh) 구조로 형성되어 타이어가 주행면을 따라 주행할 때 트레드(100)에 전달되는 하중을 지지하는 역할을 한다. 스포크부(200)는 트레드(100)와 일체형으로 형성되므로 트레드(100)와 동일한 재질로 형성될 수 있다.
메쉬 구조는 차축 연결부(200)의 외주면에서 트레드(100) 내주면의 공간을 일정간격으로 분할하는 복수의 원형 보강벽(310)을 이용하여 차축 연결부(200)의 외측에서 트레드(100) 사이에서 동심원으로 형성된다. 이렇게 각각 분할된 공간(327)에는 관통홀(210)의 축을 중심으로 방사형으로 배열되는 복수의 충격 흡수층(320)이 형성된다.
충격 흡수층(320)은 도 3에 도시된 바와 같이, 분할된 공간(327)의 내측 원주면(310a)에서 외측 원주면(310b)의 방향으로 연장형성되는 한쌍의 제1 하중지지벽(321)이 형성되고, 한쌍의 제1 하중지지벽(321)의 종단에서 외측 원주면(310b)에 닿도록 연장형성되는 제2 하중지지벽(322)을 구비한다. 제2 하중지지벽(322)은 외측 원주면(310b)에 꼭지점이 형성되도록 연장형성된다. 따라서 충격 흡수층(320) 트레드(100)에서 전달되는 하중을 제2 하중지지벽(322)에서 제1 하중지지벽(321)으로 전달할 수 있다.
충격 흡수층(320)은 한쌍의 제1 하중지지벽의 종단을 서로 연결하여 제1 하중지지벽(321)과 제2 하중지지벽(322)을 보강하는 격벽(323)을 구비할 수 있다. 격벽(323)은 제1 하중지지벽(321)과 제2 하중지지벽(322)을 동시에 지지하는 역할을 하며 충격을 흡수할 수 있는 공간(325, 326)을 형성시켜 하중 저항 성능을 증대시킬 수 있다. 또한, 격벽(323)은 제1 하중지지벽(321)과 제2 하중지지벽(322)이 합성 거동할 수 있도록 하며, 충격 흡수층(320)의 변형 발생을 최소화하여 형상이 유지되도록 할 수 있다.
충격 흡수층(320)은 서로 이웃하는 제1 하중지지벽(321)을 연결하는 연결벽(324)을 구비할 수 있다. 연결벽(324)은 방사방향으로 배열된 복수의 충격 흡수층(320)이 동심원 내에서 합성 거동할 수 있도록 한다. 따라서 연결벽(324)은 충격 흡수층(320)에 전달되는 하중을 이웃하는 충격 흡수층(320)에 전달하여 충격 흡수층(320)의 국부적인 손상을 방지할 수 있다.
스포크부(300)는 도 1에 도시된 바와 같이, 노출되는 표면이 엠보싱(330) 형상으로 형성될 수도 있다. 표면이 엠보싱(330) 형상으로 형성되면, 표면이 막혀있으므로 이물질 등이 충격 흡수층(320)의 내부에 끼워지는 것을 방지하여 충격 흡수층(320)이 파손되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 엠보싱(330) 표면은 표면적이 넓게 형성되므로 스포크부(300) 내부에서 발생하는 열을 빠르게 발산하여 소산할 수 있다. 이로 인해 스포크부(300)는 내부 온도변화의 차이가 감소되어 온도 차에 의한 타이어의 물성변화를 방지하여 내구성능이 증대된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어에 보강부가 구비된 사시도이며, 도 5는 도 4를 B방향에서 바라본 측면도이다.
도 4내지 도5를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어는 차축 연결부(200)에서 스포크부(300)의 노출면을 방사방향으로 감싸도록 형성되는 복수의 보강부(400)를 더 포함할 수 있다.
보강부(400)는 차축 연결부(200)에서 스포크부(300)의 외주면을 향해 연장형성되는 프레임(410)과 프레임(410)의 종단에서 가지형으로 분기되어 형성되는 가지형프레임(420)을 구비할 수 있다. 가지형프레임(420)은 외주면에 복수의 홀(421)이 형성되어 스포크부(300)로부터 발산되는 열을 통과시켜 소산시킬 수 있다.
보강부(400)는 도4 내지 5에 도시된 바와 같이, 프레임(410) 또는 기지형프레임(420)의 테두리에 색상을 적용하여 디자인적 요소를 강화할 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기입 타이어와 종래의 비공기 타이어의 정특성 성능평가인 실제 접촉 면적(Actual contact area), 변위(Displacement)와, 동특성 성능평가인 회전저항 성능평가 및 회전 전후의 온도 차이인 발열에 대한 시험 결과를 표1에 기재하였으며, 이에 대해 비교 설명한다.
실시예의 비공기입 타이어는 접지면적이 작으면서 수직하중에 대한 변형이 작은 것으로 나타나 종래의 비공기입 타이어에 비하여 변형 저항 성능이 우수한 것으로 나타났으며, 발열 정도는 종래의 비공기입 타이어에 비하여 동등수준인 것으로 나타났다.
또한, 실시예의 비공기입 타이어의 회전저항 성능 (Rolling resistance coefficient)은 종래의 비공기입 타이어보다 크게 나타나 성능이 우수한 것으로 나타났다. 회전저항 성능은 저항 값 개념이므로서 Index 수치가 높을 수록 연비성능이 좋은 것을 의미한다.
종래의 비공기입 타이어 실시예의 비공기입 타이어
Actual contact area (cm2, Index) 100 98
Displacement (mm) 18 13
발열(회전 전후 온도차) 20 20.3
회전저항 (RRc, Index) 100 110
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 트레드 110 : 구르부
200 : 차축 연결부 210 : 관통훌
220 : 보조 관통홀 230 : 열발산홀
300 : 스포크부 310 : 원형 보강벽
320 : 충격흡수층 330 : 엠보싱

Claims (10)

  1. 트레드;
    차축에 연결되는 차축 연결부; 및
    상기 트레드와 상기 차축 연결부 사이에 메쉬구조로 형성되어 상기 트레드 면을 따라 전달되는 하중을 지지하는 스포크부;를 포함하며,
    상기 차축 연결부는,
    상기 트레드 또는 상기 스포크부 중 적어도 하나와 동일한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 비공기입 타이어.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메쉬구조는,
    상기 차축 연결부의 외주면에서 상기 트레드 내주면의 공간을 일정간격으로 분할하는 복수의 원형 보강벽이 형성되고,
    상기 차축 중심에서 상기 분할된 공간에 방사형으로 배열되는 복수의 충격 흡수층이 형성되는 것을 특징으로 하는 비공기입 타이어.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 충격 흡수층은,
    상기 분할된 공간의 내측 원주면에서 상기 분할된 공간의 외측 외주면으로 연장형성되는 한쌍의 제1 하중지지벽; 및
    상기 한쌍의 제1 하중지지벽의 종단에서 상기 외측 원주면에 꼭지점이 형성되도록 연장형성되는 제2 하중지지벽;을 구비하는 것을 특징으로 하는 비공기입 타이어.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 충격 흡수층은,
    상기 한쌍의 제1 하중지지벽의 종단을 서로 연결하여 상기 제1 하중지지벽과 상기 제2 하중지지벽을 보강하는 격벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 비공기입 타이어.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 트레드와 상기 스포크부는 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 비공기입 타이어.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스포크부는,
    노출되는 표면이 엠보싱 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 비공기입 타이어.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 차축 연결부는,
    상기 차축에 연결되는 관통홀;
    상기 관통홀을 중심으로 방사방향으로 형성되는 복수의 보조 관통홀; 및
    상기 보조 관통홀 사이에 배치되어 상기 차축의 회전 시 발생하는 열을 발산하는 열발산홀;을 구비하는 것을 특징으로 하는 비공기입 타이어.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 관통홀은
    상기 관통홀에 삽입되어 상기 차축의 회전으로 인한 마찰력으로부터 상기 차축 연결부를 보호하기 위하여 제1 원형관을 구비하는 것을 특징으로 하는 비공기입 타이어.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 보조 관통홀은,
    상기 보조 관통홀에 삽입되어 상기 차축의 회전으로 인한 마찰력으로부터 상기 차축 연결부를 보호하기 위하여 제2 원형관을 구비하는 것을 특징으로 하는 비공기입 타이어.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 차축 연결부에서 상기 스포크부의 노출면을 방사 방향으로 감싸도록 형성되는 복수의 보강부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비공기입 타이어.
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