KR20170009508A - 비공기 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외주 면에 다수의 돌기가 이격되어 형성되어 있고, 상기 외주 면 양 끝 부분에는 각각 원주 방향으로 상기 돌기의 높이보다 낮게 지지대가 형성되어 있는 트레드를 구비함으로써 노면이 고르지 못한 곳에서도 지면에 대응하여 접지하고, 응력을 고르게 분산시킴으로써 부하지지능력과 주행성능 및 승차감을 향상시킨 비공기 타이어에 관한 것이다.

Description

비공기 타이어{non-pneumatic tire}

본 발명은 표면에 돌기가 형성된 비공기 타이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 트레드의 표면에 다수의 돌기가 배열되어 노면이 고르지 못한 곳에서도 지면에 대응하여 접지하고, 응력을 고르게 분산시킴으로써 부하지지능력과 주행성능 및 승차감을 향상시킨 비공기 타이어에 관한 것이다.

기존의 타이어는 타이어 내측 또는 타이어 내측의 튜브에 공기가 주입되어 공기압으로 타이어를 팽창시킨 공기입 타이어가 주를 이루고 있었다. 하지만 장기간 운행에 따른 내부 공기가 누설되어 주기적으로 내부 공기를 충진하여야 하고, 또한 주행 중 펑크가 발생하는 경우 사고로 이어질 수 있고, 수리 또한 어려운 여러 문제점을 내포하고 있다.

이러한 문제를 피하기 위해, 최근에는 비공기 타이어를 사용하는 경우가 늘어나고 있다. 하지만 비공기 타이어는 탄성이 약하여 노면이 고르지 못한 곳에서는 지면과의 접지능력이 떨어지고, 진동이 발생하여 승차감이 저하된다. 또, 응력이 일부분에 집중되어 마모나 반제품이 분리되는 세퍼레이션 현상이 일어날 수 있는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 종래에는 타이어의 림 또는 휠 부분의 구조에 초점을 맞추어 탄성 변형률을 높이고, 응력을 분산시키거나 압축력을 인장력으로 변환하여 지지하는 등의 노력이 있어왔다. 유럽 공개특허 제 02139701 호에 개시된 발명은 “인장력에 기반한 비공기식 타이어”로써 타이어의 내부가 허니컴 구조를 형성하고 있다. 그러나 이렇게 타이어의 내부 구조를 변경하여 응력을 분산시키거나 탄성 변형률을 높이는 것은 한계가 있다. 타이어의 내구성이 떨어지고, 허니컴 구조와 같이 중간에 빈 공간이 형성되어 있는 경우, 진동은 여전히 발생하는 문제점이 있기 때문이다.

본 발명은 종래기술의 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 림 또는 휠 부분의 구조를 변형하는 것이 아닌 트레드의 외주면의 구조를 변경함으로써, 타이어의 내구성을 확보함과 동시에 응력을 분산시키고, 접지능력을 향상시킴으로써 부하지지능력과 주행성능 및 진동을 감쇄하는 비공기 타이어를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 비공기 타이어는 두께가 있는 환 형태이고, 외주 면에 다수의 돌기가 이격되어 형성되어 있고, 외주 면 양 끝 부분에는 각각 원주 방향으로 돌기의 높이보다 낮게 지지대가 형성되어 있는 트레드와 트레드의 방사상 내측에 위치하고, 트레드를 고정하는 림을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 두께가 있는 환 형태이고, 외주 면에 다수의 돌기가 이격되어 배치되어 있고, 외주 면 양 끝 부분에는 각각 원주방향으로 돌기의 높이보다 낮게 지지대가 형성되어 있는 트레드와 트레드의 방사상 내측에 배치되고, 트레드의 내측 면을 따라 외주 면이 결합되어 트레드를 고정하는 환형 림과 림의 방사상 내측에 림과 이격되어 배치되고, 차량의 바퀴축과 연결되는 휠과 림의 원주 방향에 걸쳐 형성되어 있고, 림의 방사상 내측으로 연장되어 림과 휠을 연결하는 다수의 스포크를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 다수의 돌기는 원주 방향과 축 방향으로 열을 맞추어 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.

또, 돌기가 이격되어 형성되어 있는 간격은 0.5-1mm인 것을 특징으로 한다.

또, 돌기의 높이는 5-10mm인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 노면이 고르지 못한 곳이나 Mud and Snow 주행 시 지면에 대응하여 접지하고, 응력을 고르게 분산시킴으로써 하중지지능력이 향상되고 직진성과 제동성이 높은 동시에 진동을 감쇄시켜 안정된 승차감을 확보할 수 있는 비공기 타이어를 제공한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 비공기 타이어를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 비공기 타이어의 트레드를 확대하여 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 비공기 타이어의 트레드를 A-A'선으로 절단한 면을 개략적으로 도시한 절단부 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 비공기 타이어가 집중하중을 받는 경우 트레드를 A-A'선으로 절단한 면을 개략적으로 도시한 절단부 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 비공기 타이어를 개략적으로 도시한 사시도이다.

본 발명에 따른 비공기 타이어(100)는 트레드(104)와 연결부재(102)로 구성되어 있다.

트레드(104)는 두께가 있는 환 형태이고, 외주 면에 다수의 돌기(106)가 이격되어 형성되어 있다. 외주 면 양끝 부분에는 각각 돌기(106)의 높이보다 낮은 지지대(108)가 원주 방향을 따라 형성되어 있다.

트레드(104)의 두께는 비공기 타이어(100)가 장착되는 차량의 무게에 따라 달라진다. 공기입 타이어의 경우 타이어의 내부의 공기에 의해서 자동차의 중량을 받쳐주게 되지만, 비공기 타이어의 경우 탄성이 강한 트레드(104)의 두께를 두껍게 하여 자동차의 중량을 받쳐야하기 때문에 중하중용 비공기 타이어(100)로 갈수록 트레드(104)의 두께가 두꺼워 진다.

트레드(104)의 재질은 돌기(106)보다 강도가 높은 고무로 형성되어야 한다. 기본적으로 탄성에 의한 변형보다는 구조적 형상을 유지하고 있어야 하기 때문이다. 본 발명에서 트레드(104)가 두껍게 표현되었지만, 통상의 기술자의 설계변경에 따라 기존 “허니컴 구조 등”과 같이 타이어의 중량을 경량화하기 위한 구조적 형상을 가진 공지의 림들에 결합 될 수 있고, 이 경우에는 두께가 얇아질 수 있다.

돌기(106)는 기본적으로 컬럼형태(columnar)를 가진다. 바람직하게는 타이어의 경 방향 외측 선단부가 테이퍼 형상일 수 있고, 더 바람직하게는 유선형일 수 있다. 일반적으로는 선단부의 형태가 유선형인 경우 노면과의 접지 능력을 향상시킬 수 있고, 노면 상태가 불량한 경우라도 이에 대응하여 탄성변형을 일으킬 수 때문에 완충능력과 마찰에 의한 주행성능을 향상시킬 수 있다. 그러나 경우에 따라서는 선단부가 각진 경우가 유리한 경우도 있다. 예를 들어, Mud and Snow주행 시에는 선단부가 각진 경우가 주행에 유리하다. 노면과 상호 작용하여 마찰되는 부분이 늘어나고 미끄러지지 않기 때문이다.

돌기(106)는 촘촘하게 배치되어 있어야 하고 적정 높이를 가져야 한다. 바람직하게는 돌기(106)의 높이는 5-10mm 이고, 각각의 돌기(106)는 0.5-1mm 만큼 이격되어 형성된다.(돌기의 배치가 불규칙한 경우에 간격은 최소 간격을 의미) 높이가 10mm 이상인 경우에는 좌굴하중에 의해 항복하거나 휘어지지 않고 눌리게 되어 본래의 기능을 수행할 수 없으며, 5mm이하인 경우에는 주행상황에 대응하여 변형할 수 없기 때문이다.

또, 각각의 돌기(106)의 간격이 0.5mm이하인 경우에는 돌기(106)의 변형에 한계가 있어 독립적으로 거동하지 않고 일체로서 형성되어 있는 부재와 같이 거동하기 때문에 바람직하지 않으며, 1mm이상인 경우에는 각각 서로에 의해 지지될 수 없기 때문에 외력에 완전히 항복하게 되어 지지기능 등을 수행할 수 없다.

바람직하게, 다수의 돌기(106)는 원주 방향과 축 방향으로 열을 맞추어 배열될 수 있다. 격자형으로 배열되는 것이 균일성(uniformity)을 향상시킬 수 있어 모든 상태의 노면에 대응할 수 있기 때문이다.

돌기(106)는 트레드(104)나 후술하는 지지대(108)의 강도보다 낮은 강도를 가지는 고무재질로 형성될 수 있다. 돌기(106)는 공기입 타이어의 내부 공기와 비슷한 역할을 수행하는 것이기 때문에 낮은 강도를 가지더라도 노면의 상황에 맞추어 탄성변형을 일으켜야 하고, 완충(spring) 작용을 수행해야하기 때문이다.

지지대(108)는 도 2, 3에 도시된 바와 같이 돌기(106)의 높이보다 낮아야 한다. 왜냐하면 돌기(106)는 일반적인 주행상태에서 축력 또는 축력을 포함하는 외력을 받으면 좌굴변형을 일으키게 되는데 이 경우 자유단인 선단부가 가장 큰 변형을 일으키며 휘어지고, 이웃하는 다른 돌기(106)들에게 영향을 미쳐 서로 동일하거나 유사한 방향으로 휘어져 접하게 되고, 최종적으로는 외주면의 양 끝 단부에 형성된 지지대(108)에 의해 지지되는바 지지대(108)의 높이가 돌기(106)의 높이보다 더 크거나 같으면 지지대(108)에 접하는 돌기(106)가 눌리거나 최초 돌기(106)가 휘어진 방향과 다른 방향으로 휘어지기 때문에 응력이 불규칙하게 분포되어 집중되기 때문이다. 또, 지지대(108)가 돌기(106)의 높이보다 높으면, 외력이나 자중이 바로 지지대(108)로 집중되어 전달됨은 자명하다.

연결부재(102)는 트레드(104)와 결합되어 트레드(104)를 고정, 지지하고, 차량의 바퀴축(미도시)과 연결된다.

바람직하게 연결부재(102)는 트레드(104)의 방사상 내측에 배치되고, 트레드(104)의 내측 면을 따라 외주 면이 결합되어 상기 트레드를 지지하는 환형 림;과 림의 방사상 내측에 이격되어 배치되고, 차량의 바퀴축과 연결되는 휠;과 림의 원주 방향에 걸쳐 형성되어 있고, 림의 방사상 내측으로 연장되어 림과 휠을 연결하는 다수의 스포크;를 포함할 수 있다. 이는 기본적인 공지의 형상이며 당해 발명의 기술적 특징을 해치지 않는 범위에서 여러 공지의 연결부재가 결합될 수 있다.

이하, 비공기 타이어(100)의 작용과 효과에 대하여 설명한다.

본 발명의 기술적 특징은 트레드(104)의 외주면에 무수한 돌기(106)가 형성되어 있고, 양 끝에는 지지대(108)가 형성되어 있는 것이므로 이에 대해 자세히 설명한다.

일반적으로 트레드의 표면에 주행성능의 향상이나 미끄러운 노면에 대응할 수 있도록 그르부나 사이프가 형성되는 경우가 많이 있다. 이에 반해 본 발명은 공기입 타이어와 비교하여 탄성이 약하여 노면이 고르지 못한 곳에서는 지면과의 접지능력이 떨어지고, 진동이 발생하여 승차감이 저하되며, 또, 응력이 일부분에 집중되어 마모나 반제품이 분리되는 세퍼레이션 현상이 일어날 있는 비공기 타이어의 단점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 비공기 타이어(100)의 표면에 무수한 돌기(106)와 지지대(108)를 형성하여 마치 공기입 타이어의 내부 공기와 같은 작용과 효과를 발휘하도록 설계한 것으로, 기존의 트레드 표면의 그르부나 사이프 형상과는 차원을 달리한다.

공기입 타이어에 집중하중이 발생하는 경우 내부 공기압의 완충(spring) 작용에 의해 하중을 흡수하여 승차감을 양호하게 하고, 높은 탄성에 의해 트레드의 형상이 변형되기 때문에 표면에 고르게 마찰력이 형성되어 주행, 정지, 방향전환 시 문제가 발생하지 않는다. 하지만 비공기 타이어의 경우에는 내부에 공기층이 형성되어 있지 않으므로, 집중하중을 받는 부분에서 응력이 분산되지 않아 마모와 세퍼레이션 현상이 발생하기 쉽고, 진동에 의해 불량한 승차감과 주행능력에 문제가 발생하게 된다.

하지만 본 발명에 의하면 도 4에서 도시하는 바와 같이 비공기 타이어(100)가 집중하중을 받는 경우에도 집중하중을 받는 부분의 돌기(106)가 휘어져 이웃하는 돌기에 하중을 전달하며 지지되게 되고, 이러한 현상의 연쇄작용에 의해 최종적으로 최 외곽 돌기(106)는 지지대(108)에 하중을 전달하며 지지된다. 즉, 집중하중에 의해서 최초 축 하중을 받은 돌기(106)는 좌굴 현상에 의해 휘어지고, 이웃하는 돌기(106)에 의해 지지되므로 축 하중이 전단하중 및 기타 하중의 형태로 변형되어 전달하게 되고, 이러한 현상의 연쇄작용에 의해 최종적으로 지지대(108)까지 하중을 전달하여 응력의 분포가 균일하게 이루어진다.

또, 돌기(106)는 노면의 상황에 대응하여 독립적으로 거동하는 작용을 하므로, 접지면적이 늘어나게 되어 마찰력이 발생하는 부분이 늘어 주행능력이 향상된다. 나아가 방향전환을 하는 경우 전환하는 방향과 반대방향으로 연속적인 변형률을 가지며 즉, 탄성변형을 하면서 휘어지기 때문에 부드러운 전환이 이루어진다.

또, Mud and Snow 주행 시 표면이 매끄러운 타이어보다 지면과 접하는 부분이 증가하므로 직진성, 제동성 등이 향상될 수 있다.

또, 돌기(106)가 변형됨에 따라 탄성 거동을 할 수 있으므로, 일반적인 비공기 타이어와 달리 주행 시 차량의 바퀴축이 요동하지 않아 승차감이 향상된다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시형태에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시형태에 국한되어 정해져서는 안 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 비공기 타이어 102: 연결부재
104: 트레드 106: 돌기
108: 지지대

Claims (5)

1. 환 형태이고, 외주 면에 다수의 돌기가 이격되어 형성되어 있고, 상기 외주 면 양 끝 부분에는 각각 상기 돌기의 높이보다 낮은 지지대가 원주 방향을 따라 형성되어 있는 트레드;
   상기 트레드의 방사상 내측에 위치하고, 상기 트레드와 결합되어 지지하고, 차량의 바퀴축과 연결되는 연결부재를 포함하는 비공기 타이어.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 연결부재는 상기 트레드의 방사상 내측에 배치되고, 상기 트레드의 내측 면을 따라 외주 면이 결합되어 상기 트레드를 지지하는 환형 림;
   상기 림의 방사상 내측에 상기 림과 이격되어 배치되고, 상기 차량의 바퀴축과 연결되는 휠;
   상기 림의 원주 방향에 걸쳐 형성되어 있고, 상기 림의 방사상 내측으로 연장되어 상기 림과 상기 휠을 연결하는 다수의 스포크를 포함하는 것을 특징으로 하는 비공기 타이어.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 다수의 돌기는 원주 방향과 축 방향으로 열을 맞추어 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 비공기 타이어.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 돌기가 이격되어 형성되어 있는 간격은 0.5-1mm인 것을 특징으로 하는 비공기 타이어.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 돌기의 높이는 5-10mm인 것을 특징으로 하는 비공기 타이어.

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