KR20160109795A - 비공기압 바퀴 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2단 구조를 갖는 외륜 및 이를 이용한 비공기압 바퀴에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비공기압 바퀴를 구성하는 외륜을 서로 다른 재질로 이루어지는 2단 구조로 형성하여 구조적 강도를 향상시켜 지지하중을 향상시킬 수 있도록 하면서도 하중의 분산효과를 극대화 시킬 수 있도록 하는 2단 구조를 갖는 외륜 및 이를 이용한 비공기압 바퀴에 관한 것이다.
본 발명은 비공기압 바퀴용 외륜에 있어서, 지면에 접촉되고 내측면에 결합부가 돌출 형성된 지면접촉부와, 상기 지면접촉부와 일정거리 이격되도록 하여 결합부에 결합되는 내륜결합부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

2단 구조를 갖는 외륜 및 이를 이용한 비공기압 바퀴{Outer wheel with two stage structure and Non-pneumatic wheels with two stage outer wheels}

본 발명은 2단 구조를 갖는 외륜 및 이를 이용한 비공기압 바퀴에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비공기압 바퀴를 구성하는 외륜을 서로 다른 재질로 이루어지는 2단 구조로 형성하여 구조적 강도를 향상시켜 지지하중을 향상시킬 수 있도록 하면서도 하중의 분산효과를 극대화 시킬 수 있도록 하는 2단 구조를 갖는 외륜 및 이를 이용한 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 등록특허공보 제10-1032001호에는 에어리스 타이어가 게재되어 있는데, 그 주요 기술적 구성은 도 1에 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 복잡한 형상의 비공기압 바퀴가 일체로 형성되어 있어, 제조비용 및 유지보수 비용이 많이 소요되고, 제조시 불량이 발생할 확률이 높다는 문제점이 있다.

또한, 상기 구성은 외륜의 역할을 하는 지면접촉부(10)와 내륜의 역할을 하는 회전축고정부(20)의 구성이 단일 링 형상으로 이루어져 있어 구조적 강성이 약하므로 그 사용이 제한적인 단점이 있다.

이러한 문제점들을 해결하기 위한 종래기술로 대한민국 등록특허공보 제10-1492815호에는 고하중 비공기식 타이어 및 그 제조방법이 게재되어 있는데, 그 주요 기술적 구성은 자동차 및 중장비의 차축에 결합되는 휠;과 상기 휠의 외주면에 일체형으로 결합되고, 노면과 접촉하는 외주면에 일체로 형성되는 싱글트래드와 상기 싱글트래드와 인접하게 형성되는 더블트래드와 상기 싱글트래드와 더블트래드의 사이에 형성되는 이격홈과 측면부에 내측으로 함몰되게 형성되는 완충홀로 구성되는 타이어로 구성되는 것을 특징으로 하는 비공기식 타이어와, 고무 또는 합성고무를 시트형태로 가공하여 고무시트를 준비하는 원재료를 준비하는 준비단계; 휠에 원재료를 부착하기 위하여 접착제를 도포하는 단계; 접착제가 도포된 휠에 시트형태의 고무시트를 권취하는 단계; 고무시트가 권취된 휠의 고무를 연화시켜 가공을 위한 물성을 향상시키고, 이격된 고무시트간에 열에 의한 접착 력을 증대시키기 위해 열을 가하는 소성하는 단계; 고무시트가 권취된 휠을 몰드에 내삽하여 성형하는 단계를 포함하여 구성되는 고하중용 비공기압 타이어의 제조방법에 그 특징이 있다.

상기 종래기술은 고하중을 지지할 수 있도록 하는 비공기압 타이어 및 그 제조방법에 특징이 있으나, 타이어의 구성 및 제조과정이 너무 복잡하여 제조에 시간 및 비용이 너무 많이 소요된다는 문제점이 있다.

또한, 상기 종래기술은 휠과 타이어가 일체로 형성되므로, 사용과정에서 충격을 흡수하는 기능 및 하중을 분산시키는 기능 등이 발휘되기 어렵고, 일부 부품 파손시 타이어 전체를 교환하여야 한다는 문제점도 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 비공기압 바퀴를 구성하는 외륜을 서로 다른 재질로 이루어지는 2단 구조로 형성하여 구조적 강도를 향상시킴으로써 지지하중을 향상시킬 수 있도록 하는 2단 구조를 갖는 외륜 및 이를 이용한 비공기압 바퀴를 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 외륜과 내륜 사이의 결합부에 2중 또는 3중의 공간부를 형성하여 외륜의 변형을 어느 정도 허용함으로써 외륜이 자체적으로 스프링의 역할을 하도록 하여 쿠션기능을 향상시킬 수 있도록 하는 2단 구조를 갖는 외륜 및 이를 이용한 비공기압 바퀴를 제공함에 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 외륜의 내측에 결합되는 내륜에 의해 외륜의 팽창을 제한함과 바퀴의 구동시 발생되는 하중을 바퀴의 원주 방향으로 고르게 분산시킬 수 있도록 하여 바퀴의 내구성을 향상시킬 수 있도록 하는 2단 구조를 갖는 외륜 및 이를 이용한 비공기압 바퀴를 제공함에 또 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 외륜과 내륜을 분리 구성함으로써 조립 및 분해가 가능하도록 하여 제조가 보다 용이하도록 함과 동시에 제품의 불량률을 낮추고, 제조 및 유지 보수 비용을 줄일 수 있는 2단 구조를 갖는 외륜 및 이를 이용한 비공기압 바퀴를 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,

비공기압 바퀴용 외륜에 있어서, 지면에 접촉되고 내측면에 결합부가 돌출 형성된 지면접촉부와, 상기 지면접촉부와 일정거리 이격되도록 하여 결합부에 결합되는 내륜결합부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 지면접촉부는 비금속재질로 이루어지고, 상기 내륜결합부는 금속재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 결합부에는 삽입홈이 형성되고, 상기 내륜결합부의 외측면에는 삽입홈에 끼움 결합되는 돌출부가 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 비공기압 바퀴용 외륜에 있어서, 상기 외륜은 지면에 접촉되는 지면접촉부와, 상기 지면접촉부의 내측에 동심원 형상으로 형성되는 내륜결합부 및 상기 지면접촉부와 내륜결합부 사이를 연결하는 연결부를 포함하여 구성되고, 상기 내륜결합부의 내측면은 외륜의 중심을 향해 볼록한 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 비공기압 바퀴는, 외륜과 내륜을 포함하여 구성되는 비공기압 바퀴에 있어서, 상기 외륜은 지면에 접촉되는 비금속재질의 지면접촉부와, 상기 지면접촉부와 일정거리 이격되도록 하여 지면접촉부의 내측에 결합되는 금속재질의 내륜결합부를 포함하는 2단 구조로 이루어지고, 상기 내륜은 외륜의 내측에 착탈 가능하도록 결합되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 내륜결합부의 외측면에는 돌출부가 형성되고, 상기 지면접촉부의 내측면에는 돌출부가 삽입 결합되는 삽입홈이 형성된 결합부가 돌출 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 지면접촉부와 내륜결합부는 동일한 폭을 갖도록 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 내륜은 외륜의 양 측면으로부터 결합되는 제1 및 제2내륜으로 분리 구성되어 외륜에 착탈 가능하도록 결합된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제1 및 제2내륜은 중심부에 관통 형성되는 바퀴축 결합부와, 상기 바퀴축 결합부의 외측에 돌출 형성되어 제1 및 제2내륜이 서로 체결되도록 하는 내륜체결부와, 상기 내륜체결부의 외측에 형성되어 외륜에 결합되는 외륜결합부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 내륜체결부에는 체결홀이 형성되고, 상기 체결홀에 삽입 결합되는 체결수단에 의해 제1 및 제2내륜이 서로 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 외륜결합부는 내륜체결부의 외측에 형성되는 링 형상의 지지부와, 상기 지지부의 외측에 형성되어 외륜의 내륜결합부가 삽입되는 삽입홈 및 상기 삽입홈의 외측에 절곡 형성되어 지면접촉부와 내륜결합부의 사이에 결합되는 절곡부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 상기 내륜결합부의 외측면과 절곡부의 내측면 사이에는 제1공간부가 형성되고, 내륜결합부의 내측면과 지지부의 외측면 사이에는 제2공간부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 지면접촉부의 내측면과 절곡부의 외측면의 사이에는 제3공간부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 외륜과 내륜을 포함하여 구성되는 비공기압 바퀴에 있어서, 상기 외륜의 내측에는 내륜결합부가 돌출 형성되고, 상기 내륜은 체결수단에 의해 서로 결합되는 제1 및 제2내륜으로 분리 구성되며, 상기 제1 및 제2내륜의 가장자리에는 내륜결합부가 삽입되는 삽입홈이 형성되고, 상기 내륜결합부와 삽입홈의 사이에는 제1 및 제2공간부가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 비공기압 바퀴를 구성하는 외륜을 서로 다른 재질로 이루어지는 2단 구조로 형성하여 구조적 강도를 향상시킴으로써 지지하중을 향상시킬 수 있도록 하는 뛰어난 효과를 갖는다.

또한, 본 발명에 따르면 외륜과 내륜 사이의 결합부에 형성되는 2중 또는 3중의 공간부에 의해 외륜의 변형을 어느 정도 허용하여 외륜이 자체적으로 스프링의 역할을 하도록 함으로써 쿠션기능을 향상시킬 수 있도록 하고, 그에 따라 바퀴의 구동시 지면으로부터 발생되는 구동저항을 흡수할 수 있도록 하여 바퀴의 소음 및 진동을 줄일 수 있도록 하는 효과를 추가로 갖는다.

또한, 본 발명에 따르면 외륜의 내측에 결합되는 내륜에 의해 외륜의 팽창을 제한함과 바퀴의 구동시 발생되는 하중을 바퀴의 원주 방향으로 고르게 분산시킬 수 있도록 하여 바퀴의 내구성을 향상시킬 수 있도록 하는 효과를 추가로 갖는다.

또한, 본 발명에 따르면 외륜과 내륜을 분리 구성함으로써 조립 및 분해가 가능하도록 하여 제조가 보다 용이하도록 함과 동시에 제품의 불량률을 낮출 수 있고, 제조 및 유지 보수 비용을 저감시킬 수 있는 효과를 추가로 갖는다.

도 1은 종래의 에어리스 타이어를 나타낸 정면도.
도 2는 본 발명에 따른 2단 구조를 갖는 외륜의 일실시예를 나타낸 사시도.
도 3은 도 2에 나타낸 외륜의 측단면도.
도 4는 본 발명에 따른 2단 구조를 갖는 외륜의 다른 실시예를 나타낸 사시도.
도 5는 도 4에 나타낸 외륜의 측단면도.
도 6은 본 발명에 따른 2단 구조를 갖는 외륜과 종래의 단층 구조로 이루어진 외륜에 가해지는 외력에 따른 변형 정도를 비교하여 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 비공기압 바퀴를 나타낸 사시도.
도 8은 도 7에 나타낸 본 발명의 분리 사시도.
도 9는 도 7에 나타낸 본 발명의 측단면도.
도 10은 본 발명에 따른 비공기압 바퀴의 다른 실시예를 나타낸 측단면도.
도 11의 (a) ~ (c)는 본 발명에 따른 비공기압 바퀴에 가해지는 하중에 따른 응력 분포에 대한 테스트 결과를 기존 일체형 바퀴와 비교하여 나타낸 도면.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 2단 구조를 갖는 외륜 및 이를 이용한 비공기압 바퀴의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 2단 구조를 갖는 외륜의 일실시예를 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2에 나타낸 외륜의 측단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 2단 구조를 갖는 외륜의 다른 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4에 나타낸 외륜의 측단면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 2단 구조를 갖는 외륜과 종래의 단층 구조로 이루어진 외륜에 가해지는 외력에 따른 변형 정도를 비교하여 나타낸 그래프이고, 도 7은 본 발명에 따른 비공기압 바퀴를 나타낸 사시도이고, 도 8은 도 7에 나타낸 본 발명의 분리 사시도이며, 도 9는 도 7에 나타낸 본 발명의 측단면도이고, 도 10은 본 발명에 따른 비공기압 바퀴의 다른 실시예를 나타낸 측단면도이며, 도 11의 (a) ~ (c)는 본 발명에 따른 비공기압 바퀴에 가해지는 하중에 따른 응력 분포에 대한 테스트 결과를 기존 일체형 바퀴와 비교하여 나타낸 도면이다.

본 발명은 비공기압 바퀴를 구성하는 외륜을 서로 다른 재질로 이루어지는 2단 구조로 형성하여 구조적 강도를 향상시켜 지지하중을 향상시킬 수 있도록 하면서도 하중의 분산효과를 극대화 시킬 수 있도록 하는 2단 구조를 갖는 외륜 및 이를 이용한 비공기압 바퀴(1)에 관한 것으로, 먼저 본 발명에 따른 2단 구조를 갖는 외륜(100)의 일실시예는 도 2에 나타낸 바와 같이, 2단으로 구성되는 지면접촉부(110)와 내륜결합부(120)를 포함하여 구성된 것에 그 특징이 있다.

보다 상세히 설명하면, 상기 지면접촉부(110)는 바퀴(1)의 구동시 지면에 접촉되는 부분으로 소정의 두께와 폭을 갖는 중공의 링 형상으로 이루어진다.

이때, 상기 지면접촉부(110)에는 결합부(112)가 일체로 형성되는데, 상기 결합부(112)는 지면접촉부(110)의 내측면에 돌출 형성되어 내륜결합부(120)의 양측 가장자리부가 지면접촉부(110)로부터 일정 거리 이격되도록 하여 후술할 내륜(200)이 이격된 공간 사이로 결합될 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.

즉, 상기 결합부(112)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 지면접촉부(110)의 폭보다 좁게 돌출 형성되어, 결합부(112)의 양측으로 지면접촉부(110)와 내륜결합부(120) 사이에 공간부가 형성될 수 있도록 구성되어 있고, 상기 공간부를 통해 후술할 내륜(200)이 결합된다.

다음, 상기 내륜결합부(120)는 지면접촉부(110)의 결합부(112)에 결합될 수 있도록 하여 지면접촉부(110)와 동심원을 이루는 링 형상으로 이루어지는 것으로, 외륜(100)의 내측으로 내륜(200)이 결합될 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.

즉, 상기 내륜결합부(120)는 지면접촉부(110)의 결합부(112)에 결합되는 것으로, 내륜결합부(120)의 외측면에는 상기 결합부(112)에 형성되는 삽입홈(112a)에 끼움 결합되는 돌출부(122)가 형성되어 있다.

보다 상세히 설명하면, 상기 지면접촉부(110)와 내륜결합부(120)의 결합력을 향상시킬 수 있도록 하기 위하여 지면접촉부(110)의 결합부(112)에 삽입홈(112a)을 형성하고, 상기 내륜결합부(120)의 외측면에는 삽입홈(112a)에 끼움 결합되는 돌출부(122)를 형성시킴으로써 지면접촉부(110)와 내륜결합부(120)의 결합 면적을 증가시킬 수 있도록 구성된 것이다.

이때, 상기 지면접촉부(110)는 탄성을 갖는 비금속재질로 이루어지고, 상기 내륜결합부(120)는 금속재질로 이루어져 외륜(100)의 구조적 강성을 향상시킬 수 있도록 구성되어 있다.

즉, 상기 지면접촉부(110)는 바퀴(1)에 가해지는 충격을 흡수함과 동시에 바퀴(1)에 탄성력을 제공하여 쿠션기능을 부여할 수 있도록 탄성을 갖는 비금속재질로 형성하고, 상기 내륜결합부(120)는 바퀴(1)의 구조적 강도를 향상시켜 지지 가능한 하중 범위를 증가시킬 수 있도록 하기 위하여 금속재질로 형성하게 되는 것이다.

그리고, 상기 지면접촉부(110)와 내륜결합부(120)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 그 폭이 서로 동일하도록 형성되는 것이 바람직한데, 그 이유는 바퀴(1)의 구동 도중 외륜(100)에 가해지는 수직방향을 제외한 방향으로부터 가해지는 하중을 보다 안정적으로 지지할 수 있도록 함과 동시에 후술할 내륜(200)이 결합되어 사용되는 경우 바퀴(1) 구동의 안정성을 향상시킬 수 있도록 하기 위함이다.

따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 외륜(100)의 일실시예에 의하면, 서로 다른 재질로 이루어지는 2단 구조의 구성으로 인해 외륜(100) 및 바퀴(1)의 전체적인 구조적 강도를 향상시킬 수 있음은 물론 2단 구조, 즉 지면접촉부(110)와 내륜결합부(120) 사이의 결합 면적을 증가시킴으로써 지면접촉부(110)와 내륜결합부(120)가 서로 이종(異種) 재질로 이루어진 경우에도 성형이나 접합 등의 결합방식에 의해 견고한 결합이 이루어질 수 있도록 구성된 것에 그 특징이 있는 것이다.

다음, 도 4는 본 발명에 따른 2단 구조를 갖는 외륜(100')의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 지면접촉부(110')와 내륜결합부(120') 및 연결부(130')를 포함하여 구성되는데, 상기 지면접촉부(110')는 바퀴(1)의 구동시 지면에 접촉되는 부분으로 소정의 두께와 폭을 갖는 중공의 링 형상으로 이루어진다.

다음, 상기 내륜결합부(120')는 지면접촉부(110')의 내측으로 일정 거리 이격되도록 하여 지면접촉부(110')와 동심원을 이루는 링 형상으로 이루어지는 것으로, 외륜(100')의 내측으로 내륜(200)이 결합될 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.

이때, 상기 내륜결합부(120')의 내측면은 도 5에 나타낸 바와 같이, 외륜(100')의 중심을 향해 볼록한 형상으로 형성되는데, 이러한 경우 평면 형상으로 이루어지는 내륜결합부(120')의 내측면 형상에 비해, 고하중을 지지할 수 있음은 물론 원주방향을 따라 전해지는 하중의 분산 효과 및 쿠션 효과 또한 상승하게 되어 외륜(100')이 지지 가능한 하중 범위를 현저히 증가시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 연결부(130')는 지면접촉부(110')와 내륜결합부(120')의 사이에 형성되는 것으로, 본 발명에 따른 외륜(100')이 지면접촉부(110')와 내륜결합부(120')의 2단 구조로 이루어질 수 있도록 지면접촉부(110')와 내륜결합부(120')를 연결하는 역할을 하는 것이다.

즉, 바퀴(1)에 하중이 가해질 경우 바퀴(1) 전체로 힘이 분산되도록 하는 비공기압 바퀴(1)의 기능이 제대로 구현될 수 있도록 하기 위해서는 바퀴(1)의 구조가 튼튼하여야 하므로 외륜(100)의 두께를 두껍게 하거나, 외륜(100)을 구성하는 재질의 경도를 높게 하거나, 외륜(100')의 내측에 별도의 보강부재를 삽입하는 등의 방법을 사용하여야 하지만, 상기와 같은 방법들은 바퀴(1)의 쿠션기능을 저하시키고, 비공기압 바퀴(1)의 생산을 위한 재료비가 많이 소요되는 등의 단점을 갖는 것임에 비해, 본 발명에서는 전술한 바와 같이 외륜(100')을 지면접촉부(110')와 내륜결합부(120')로 분리 구성되는 2단 구조로 형성함으로써 추가적인 구성 없이도 비공기압 바퀴(1)의 구조적 강성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

이때, 상기 연결부(130')는 도 4에 나타낸 바와 같이, 서로 일정거리 이격되도록 하여 지면접촉부(110')와 내륜결합부(120')의 사이에 연결되도록 형성되는 다수의 스포크(132')로 구성될 수도 있는데, 상기와 같이 연결부(130')를 다수의 스포크(132')로 구성하는 경우, 지면접촉부(110')와 내륜결합부(120')의 사이에 다수의 공간부가 형성되어 외륜(100')의 구조적 강성을 향상시키면서도 바퀴(1)의 쿠션기능을 향상시키고 재료비를 저감시킬 수 있는 장점이 있다.

한편, 도 6의 (a) ~ (c)는 본 발명에 따른 2단 구조를 갖는 외륜(100)과 종래의 단층 구조로 이루어진 외륜(100)에 가해지는 외력에 따른 변형 정도를 비교하여 나타낸 것으로, 도 4의 (c)에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 2단 구조를 갖는 외륜(100)의 경우 종래의 단층 구조로 이루어진 외륜에 비해, 하중을 견디는 힘이 두 배 이상으로 커지게 되고, 그에 따른 변형 정도는 절반 이하로 떨어지게 되므로 추가적인 보강구조나 보강부재 없이도 외륜(100)의 구조적 강성을 현저히 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

또한, 전술한 실시예들과 같이 외륜(100)을 비금속재질의 지면접촉부(110)와 금속재질의 내륜결합부(120)로 구성하는 경우와, 외륜(100')의 내륜결합부(120') 내측면 형상을 중심을 향해 볼록한 형상으로 형성하는 경우 외륜(100,100')의 구조적 강성을 더더욱 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 2단 구조로 이루어진 외륜을 이용한 비공기압 바퀴(1)(이하, '비공기압 바퀴(1)'라 함)는 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 전술한 2단 구조로 이루어진 외륜(100)과, 상기 외륜(100)의 내측으로 착탈 가능하도록 결합되는 내륜(200)을 포함하여 구성된다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 전술한 2단 구조를 갖는 외륜(100,100') 중 제1실시예에 해당하는 외륜(100)을 기준으로 하여 설명하기로 한다.

보다 상세히 설명하면, 상기 내륜(200)은 외륜(100)의 내측에 착탈 가능하도록 결합되어 외륜(100)을 지지함과 동시에 내측으로 바퀴축이 결합될 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 외륜(100)의 내측에 동심원 상으로 설치된다.

이때, 후술하겠지만, 상기 내륜(200)의 직경은 외륜(100)의 내경에 비해 크게 형성되어 외륜(100)과 내륜(200)의 결합부 사이에 공간부가 형성되도록 함으로써 외륜(100)이 자체적으로 스프링의 역할, 즉 쿠션기능을 발휘할 수 있도록 구성되어 있다.

한편, 상기 내륜(200)은 외륜(100)의 양 측면으로부터 각각 결합되는 제1내륜(200a)과 제2내륜(200b)으로 분리 구성될 수 있는데, 이는 내륜(200)과 외륜(100)의 결합 및 분리가 보다 용이하게 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.

이때, 상기 제1 및 제2내륜(200a,200b)은 각각 바퀴축 결합부(210), 내륜체결부(220) 및 외륜결합부(230)를 포함하여 구성되는데, 상기 제1 및 제2내륜(200a,200b)은 후술할 내륜체결부(220)의 체결홀(222)의 형상이 서로 엇갈리도록 형성되는 것을 제외하고는 동일한 구조를 갖도록 구성되어 있으므로 이하에서는 도 8에 도시된 제2내륜(200b)의 구성을 기준으로 설명하기로 한다.

먼저, 상기 바퀴축 결합부(210)는 내측으로 바퀴(1)를 구동시키는 바퀴축(미도시)이 삽입 결합될 수 있도록 하는 것으로 제2내륜(200b)의 중심부에 관통 형성된다.

다음, 상기 내륜체결부(220)는 바퀴축 결합부(210)의 외측에 돌출 형성되어 제1 및 제2내륜(200a,200b)이 서로 결합될 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 상기 제1 및 제2내륜(200a,200b)의 내륜체결부(220)에는 볼트 등의 체결수단이 삽입 설치되는 체결홀(222)이 관통 형성된다.

즉, 상기 체결홀(222)은 제1 및 제2내륜(200a,200b)의 내륜체결부(220)에 각각 관통 형성되어, 볼트 등의 체결수단에 의해 제1 및 제2내륜(200a,200b)이 결합될 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 체결홀(222)에는 체결수단의 결합을 위한 암나사(미도시)가 형성될 수도 있다.

본 발명에서는 상기 내륜체결부(220)의 형상을 이웃하는 내륜체결부(220) 사이의 각도가 90도가 되도록, 즉 바퀴축 결합부(210)로부터 열십자(+) 형태로 돌출되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 이웃하는 내륜체결부(220) 사이의 각도가 60도, 45도, 30도 등이 되도록 구성될 수도 있음은 물론이다.

다음, 상기 외륜결합부(230)는 내륜체결부(220)의 외측에 형성되어 제1 및 제2내륜(200a,200b)이 외륜(100)과 결합될 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 지지부(232), 삽입홈(234) 및 절곡부(236)를 포함하여 이루어진다.

보다 상세히 설명하면, 상기 지지부(232)는 내륜체결부(220)의 외측에 링 형상으로 형성되어 외륜(100)으로부터 전달되는 하중을 지지함과 동시에 원주방향으로 분산시킬 수 있도록 하는 역할을 하는 것이고, 상기 삽입홈(234)은 지지부(232)의 외측에 형성되어 그 내측으로 외륜(100)의 내륜결합부(120)가 삽입될 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.

또한, 상기 절곡부(236)는 삽입홈(234)의 외측 단부로부터 안쪽으로 절곡 형성되어 외륜(100)의 지면접촉부(110)와 내륜결합부(120)의 사이에 결합됨으로써 외륜(100)의 이탈을 방지하는 역할을 하는 것이다.

보다 상세히 설명하면, 상기 삽입홈(234)과 절곡부(236)는 제1 및 제2내륜(200a,200b)이 외륜(100)에 결합될 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 도 9에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2내륜(200a,200b)에 각각 형성된 삽입홈(234)에 의해 형성되는 공간부에 외륜(100)의 내륜결합부(120)가 삽입되고, 제1 및 제2내륜(200a,200b)에 각각 형성된 절곡부(236)는 외륜(100)의 내륜결합부(120) 외측에 위치되도록 하여 그 단부가 외륜(100)의 지면접촉부(110)에 돌출 형성된 결합부(112)의 외측면에 밀착되도록 결합되어 외륜(100)의 이탈을 방지할 수 있게 된다.

이때, 상기 내륜결합부(120)의 외측면과 삽입홈(234), 즉 절곡부(236)의 내측면 사이에는 제1공간부(250)가 형성되고, 내륜결합부(120)의 내측면과 삽입홈(234) 즉, 지지부(232)의 외측면 사이에는 제2공간부(260)가 형성되는데, 상기 제1 및 제2공간부(250,260)는 외륜(100)이 내륜(200)과의 결합된 상태에서 유동할 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.

즉, 비공기압 바퀴(1)의 구동시 발생되는 하중에 의해 외륜(100)이 내륜(200)과 결합된 상태에서도 자체적으로 변형될 수 있도록 하여 외륜(100)이 스프링과 같은 작용을 할 수 있도록 함으로써 비공기압 바퀴(1)의 전체적인 쿠션기능을 향상시킬 수 있도록 구성된 것이다.

상기와 같은 구성에 의해 비공기압 바퀴(1)의 쿠션 기능이 향상되는 경우 구동시 발생되는 소음 및 진동이 저감되는 효과를 추가로 갖게 된다.

또한, 상기 절곡부(236)는 외륜(100)의 일정 크기 이상의 팽창, 즉 제1공간부(250)의 높이에 해당하는 크기 이상의 팽창을 제한함으로써 바퀴(1)에 가해지는 하중을 원주 방향으로 분산시킬 수 있도록 구성되어 있다.

예를 들어, 바퀴(1)에 지면과 수직한 방향으로의 힘이 작용할 경우 바퀴(1)에 압축력이 작용하게 되어 바퀴(1)의 높이는 줄어들게 되고, 그에 따라 바퀴(1)의 폭은 증가하는 방향으로 변형이 일어나게 되는데, 외륜(100)의 내륜결합부(120) 외측에 결합된 제1 및 제2내륜(200a,200b)의 절곡부(236)에 의해 바퀴(1)의 폭이 증가하는 방향으로의 외륜(100)의 변형이 제한되고, 그에 따라 외륜(100)을 변형시키려는 힘이 제1 및 제2내륜(200a,200b)의 절곡부(236)와 외륜(100)의 내륜결합부(120) 및 지면접촉부(110)의 결합부(112)를 통해 원주 방향으로 분산됨과 동시에 바퀴(1)의 탄성력으로 작용하게 되어 바퀴(1)의 쿠션기능을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

이는 도 11의 (a) ~ (c)에 나타낸 본 발명에 따른 비공기압 바퀴(1)에 가해지는 하중에 따른 응력 분포에 대한 테스트 결과를 통해서도 확인될 수 있는 것으로, 도 11의 (a)에 나타낸 본 발명에 따른 비공기압 바퀴(1)의 경우, 바퀴(1)에 가해지는 하중이 증가할수록 원주 방향으로 분산되는 응력의 크기가 커지게 되어 바퀴(1)의 특정 부분에 집중 하중이 발생되는 것을 방지할 수 있게 되고, 바퀴(1) 전체에 하중이 분산되는 것을 확인할 수 있는 것임에 비해, 도 11의 (b)에 나타낸 종래의 일체형 바퀴의 경우 바퀴에 가해지는 하중이 증가하게 되더라도, 하중의 분산이 제대로 이루어지지 않아 바퀴의 특정 부분 즉, 바퀴축의 하부에 연결되는 축 부위에만 하중이 집중되므로 내구성이 떨어지게 되는 것이다.

또한, 도 11의 (c)에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 비공기압 바퀴(1)의 경우 종래의 일체형 바퀴에 비해 하중 변화에 따른 변위 변화가 현저하게 크게 나타나는 것으로 보아 바퀴(1)의 쿠션 기능 또한 종래에 비해 현저히 향상되었음을 확인할 수 있다.

한편, 도 9에 나타낸 바와 같이, 상기 외륜(100)의 지면접촉부(110) 내측면과 제1 및 제2내륜(200a,200b)의 절곡부(236) 외측면의 사이에는 제3공간부(150)가 형성되는데, 상기 제3공간부(150)는 바퀴(1)의 구동시 발생되는 하중에 의한 외륜(100)의 수축을 어느 정도 허용함으로써 바퀴(1)의 쿠션 기능을 향상시킬 수 있도록 함과 동시에 바퀴(1)의 구동시 지면으로부터 발생되는 구동저항을 흡수할 수 있도록 하여 바퀴(1)의 진동을 줄이고 내구성을 향상시킬 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.

한편, 도 10에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 비공기압 바퀴(1)의 다른 실시예에 따르면, 상기 외륜(100)이 지면접촉부(110)와 내륜결합부(120)의 2단 구조로 이루어지되, 상기 내륜결합부(120)의 양 측면이 지면접촉부(110)의 외측으로 돌출되도록 형성되어, 제1 및 제2내륜(200a,200b)에 각각 형성된 삽입홈(234)의 내측으로 삽입될 수 있도록 구성되어 있다.

이때, 상기 제1 및 제2내륜(200a,200b)은 볼트 등의 체결수단에 의해 서로 결합되는 것으로, 그 세부적인 구성 및 상기 외륜(100)의 내륜결합부(120)와 제1 및 제2내륜(200a,200b)의 삽입홈(234)의 사이에는 제1 및 제2공간부(250,260)가 형성되어 외륜(100)이 자체적으로 스프링의 역할을 할 수 있도록 하는 구성 등은 전술한 실시예에서의 구성과 동일하므로 세부적인 설명을 생략하기로 한다.

따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 2단 구조를 갖는 외륜(100,100') 및 이를 이용한 비공기압 바퀴(1)에 의하면, 비공기압 바퀴(1)를 구성하는 외륜(100)을 서로 다른 재질로 이루어지는 2단 구조로 형성하여 구조적 강도를 향상시킴으로써 지지하중을 향상시킬 수 있고, 외륜(100)과 내륜(200) 사이의 결합부에 형성되는 2중 또는 3중의 공간부에 의해 외륜(100)의 변형을 어느 정도 허용하여 외륜(100)이 자체적으로 스프링의 역할을 하도록 함으로써 쿠션기능을 향상시킬 수 있도록 하고, 그에 따라 바퀴(1)의 구동시 지면으로부터 발생되는 구동저항을 흡수할 수 있도록 하여 바퀴(1)의 소음 및 진동을 줄일 수 있도록 할 뿐만 아니라, 외륜(100)의 내측에 결합되는 내륜(200)에 의해 외륜(100)의 팽창을 제한하여 바퀴(1)의 구동시 발생되는 하중을 바퀴(1)의 원주 방향으로 고르게 분산시킬 수 있음은 물론, 외륜(100)과 내륜(200)을 분리 구성함으로써 조립 및 분해가 가능하도록 하여 제조가 보다 용이하도록 함과 동시에 제품의 불량률을 낮출 수 있고, 제조 및 유지 보수 비용을 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 바퀴(1)를 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.

본 발명은 2단 구조를 갖는 외륜 및 이를 이용한 비공기압 바퀴에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비공기압 바퀴를 구성하는 외륜을 서로 다른 재질로 이루어지는 2단 구조로 형성하여 구조적 강도를 향상시켜 지지하중을 향상시킬 수 있도록 하면서도 하중의 분산효과를 극대화 시킬 수 있도록 하는 2단 구조를 갖는 외륜 및 이를 이용한 비공기압 바퀴에 관한 것이다.

1 : (비공기압) 바퀴 100,100' : 외륜
110,110' : 지면접촉부 112 : 결합부
112a : 삽입홈 120,120' : 내륜결합부
122 : 돌출부 130' : 연결부
150 : 제3공간부 200 : 내륜
200a : 제1내륜 200b : 제2내륜
210 : 바퀴축 결합부 220 : 내륜체결부
222 : 체결홀 230 : 외륜결합부
232 : 지지부 234 : 삽입홈
236 : 절곡부 250 : 제1공간부
260 : 제2공간부

Claims (14)

1. 비공기압 바퀴용 외륜에 있어서,
   지면에 접촉되고 내측면에 결합부가 돌출 형성된 지면접촉부와, 상기 지면접촉부와 일정거리 이격되도록 하여 결합부에 결합되는 내륜결합부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 2단 구조를 갖는 외륜.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 지면접촉부는 비금속재질로 이루어지고, 상기 내륜결합부는 금속재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 2단 구조를 갖는 외륜.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 결합부에는 삽입홈이 형성되고, 상기 내륜결합부의 외측면에는 삽입홈에 끼움 결합되는 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 2단 구조를 갖는 외륜.
   
4. 비공기압 바퀴용 외륜에 있어서,
   상기 외륜은 지면에 접촉되는 지면접촉부와, 상기 지면접촉부의 내측에 동심원 형상으로 형성되는 내륜결합부 및 상기 지면접촉부와 내륜결합부 사이를 연결하는 연결부를 포함하여 구성되고,
   상기 내륜결합부의 내측면은 외륜의 중심을 향해 볼록한 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 2단 구조를 갖는 외륜.
   
5. 외륜과 내륜을 포함하여 구성되는 비공기압 바퀴에 있어서,
   상기 외륜은 지면에 접촉되는 비금속재질의 지면접촉부와, 상기 지면접촉부와 일정거리 이격되도록 하여 지면접촉부의 내측에 결합되는 금속재질의 내륜결합부를 포함하는 2단 구조로 이루어지고,
   상기 내륜은 외륜의 내측에 착탈 가능하도록 결합되는 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 내륜결합부의 외측면에는 돌출부가 형성되고, 상기 지면접촉부의 내측면에는 돌출부가 삽입 결합되는 삽입홈이 형성된 결합부가 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴.
   
7. 제 5항에 있어서,
   상기 지면접촉부와 내륜결합부는 동일한 폭을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴.
   
8. 제 5항에 있어서,
   상기 내륜은 외륜의 양 측면으로부터 결합되는 제1 및 제2내륜으로 분리 구성되어 외륜에 착탈 가능하도록 결합된 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 제1 및 제2내륜은 중심부에 관통 형성되는 바퀴축 결합부와, 상기 바퀴축 결합부의 외측에 돌출 형성되어 제1 및 제2내륜이 서로 체결되도록 하는 내륜체결부와, 상기 내륜체결부의 외측에 형성되어 외륜에 결합되는 외륜결합부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴.
   
10. 제 9항에 있어서,
    상기 내륜체결부에는 체결홀이 형성되고, 상기 체결홀에 삽입 결합되는 체결수단에 의해 제1 및 제2내륜이 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴.
    
11. 제 9항에 있어서,
    상기 외륜결합부는 내륜체결부의 외측에 형성되는 링 형상의 지지부와, 상기 지지부의 외측에 형성되어 외륜의 내륜결합부가 삽입되는 삽입홈 및 상기 삽입홈의 외측에 절곡 형성되어 지면접촉부와 내륜결합부의 사이에 결합되는 절곡부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴.
    
12. 제 11항에 있어서,
    상기 내륜결합부의 외측면과 절곡부의 내측면 사이에는 제1공간부가 형성되고, 내륜결합부의 내측면과 지지부의 외측면 사이에는 제2공간부가 형성된 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴.
    
13. 제 11항에 있어서,
    상기 지면접촉부의 내측면과 절곡부의 외측면의 사이에는 제3공간부가 형성된 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴.
    
14. 외륜과 내륜을 포함하여 구성되는 비공기압 바퀴에 있어서,
    상기 외륜의 내측에는 내륜결합부가 돌출 형성되고,
    상기 내륜은 체결수단에 의해 서로 결합되는 제1 및 제2내륜으로 분리 구성되며,
    상기 제1 및 제2내륜의 가장자리에는 내륜결합부가 삽입되는 삽입홈이 형성되고, 상기 내륜결합부와 삽입홈의 사이에는 제1 및 제2공간부가 형성된 것을 특징으로 하는 비공기압 바퀴.
    
    
    
    

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