KR950008368B1 - 비공기압 타이어 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

비공기압 타이어

제1도는 본 발명에 따른 비공기압 타이어의 정면도,

제2도는 제1도의 A-A'선에 따른 단면도,

제3도는 제1도의 B-B'선에 따른 단면도,

제4도는 본 발명에 따른 비공기압 타이어의 몰드성형 단면도(A-A'선 기준),

제5도는 본 발명에 따른 비공기압 타이어의 몰드성형 단면도(B-B'선 기준),

제6도는 본 발명에 따른 비공기압 타이어의 다른 형태의 단면도,

제7도는 본 발명에 따른 비공기압 타이어와 종래 비공기압 타이어에 있어서 동일굽힘량에 대한 하중지지 그래프,

제8도 내지 제13도는 본 발명에 따른 비공기압 타이어의 타실시예도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 비공기압 타이어 2 : 내부 원통부재

3 : 외부 원통부재 4 : 스포크부재

5 : 웨브 5' : 원뿔형 공간부

6 : 트레드고무 7 : 휠림

8 : 상측몰드 9 : 하측몰드

10,11,12,13 : 주형판 14 : 휠캡

15 : 볼트 16 : 낌쇠

17 : 원주몰드 40 : 주입구

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

일반적으로, 핑크나 불시의 타이어 사고가 발생될 때까지 차량의 트렁크에 계속 보관되어지는 보조 타이어(일명 스페어 타이어(SPARE TIRE))는 차량의 연료절감을 위해 가벼워야 하고 트렁크내에서 차지하는 면적이 적어야 하며, 또한 장기간 보관하더라도 공기가 빠져나가지 않음으로서 비상시 보조 타이어로서의 기능을 다할 수 있는 것이라야 한다.

그러나 실제 문제로서 현재 승용차에 사용되고 있는 보조타이어는 공기압 타이어가 대부분이기 때문에 상기와 같은 보조타이어의 요구특성의 견지에서 본다면 그 사용에 제약이 있게 된다.

따라서 장기간 보관시에 공기누출의 염려가 전혀 없고, 노면의 위험물에 의한 타이어 펑크등의 우려가 없으며, 공기압 보조타이어보다 가볍고 면적을 적게 차지하는 비공기압 타이어의 개발이 요청되고 있다.

이러한 요청과 관련하여 종래 연구되거나 실용화된 공기압 타이어로는 예컨대, CA 1,095,101과 US 4,164,251호에 개시된 바와 같은 솔리드 형태와 US 4,235,270, CA 1,239,854, US 4,832,098, US 4,921,029, US 4,945,962에 개시된 바와 같은 구조적 형태의 비공기압 타이어가 있다.

상기 구조적 형태의 비공기압 타이어는 그 측면부에 어느정도 각도 법위(15°∼17°)를 가지면서 타이어의 내, 외부 원통부재 사이에서 일정한 간격으로 배치 성형된 스포크(SPOKE)부재와 차축방향으로 일정한 폭을 가지면서 타이어의 내, 외부 원통을 원주방향으로 연속되게 연결하는 웨브(WEB) 형태로 이루어져 있으며, EP 0,353,006에서는 내, 외부 원통부재 사이에 일정 간격을 유지하면서 일정각도 범위를 갖도록 배치된 스포크부재 만으로 구성된 비공기압 타이어가 개시되어 있다.

그런데 상기와 같은 비공기압 타이어에 있어서는 스포크부재와 스포크부재 사이에 비 지지공간이 존재하고 스포크부재에 의한 지지공간이 불연속적으로 이루어지는, 즉 비 지지공간의 존재가 스포크부재의 끝부분에서 급격히 변화함으로써 차량의 주행시 쇼울더부에서의 불규칙한 변형이 생기며, 이로 인해 승차감이 저하되고 소음이 심하게 발생하는 문제점이 생긴다.

즉, 상기와 같은 비공기압 타이어에 있어서는 그 주행시 스포크부재가 존재하는 쇼율더부에서는 수직의 접지하중에 대하여 굽힘량이 적은 반면 스포크부재에 의해 지지되지 않는 공간부에서는 그 굽힘량이 커지기 때문에 이러한 상대적인 굽힘량의 차이에 의해 승차감이 저하되고 소음이 발생되는 문제가 생기는 것이다.

또한, 소포크부재의 접지하중에 대한 응력의 분포가 급격히 변화하는 변곡점이 존재한다는 사실, 즉 내, 외부 원통부재 사이에 등간격으로 형성되는 스포크부재가 그 내, 외부 원통부재와 모서리를 이루면서 만나고 또한 내부 원통부재로부터 외부 원통부재까지의 수직높이에 따라 그 스포크부재의 두께의 크기가 직선적으로 변화됨으로 인하여 차량주행시 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 되며, 승차감 저하 및 소음의 문제점이 있는 외에 상기 변곡점 부위에 차량 주행중 반복되는 굴신에 의한 피로하중이 집중적으로 작용하여 상기 변곡점 부위가 균열의 초기점으로 된다는 문제점이 있게 된다.

이에 본 출원은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 1991.11.22.자 특허출원 제20985호 및 1991.12.10.자 특허출원 제22574호에서 스포크부재 없이 웨브부재만으로 구성된 비공기압 타이어에 대하여 개신한 바 있고, 또한 1992.2.12.자 특허출원 제2061호에서는 상기 두 선원과는 다르게 웨브부재없이 스포크부재만으로 구성된 비공기압 타이어에 대하여 개시한 바 있다.

이에 본원은 본 출원인의 상기 세개의 선출원 특허의 장점을 수용함과 아울러 종래 비공기압 타이어의 웨브부재로만 이루어진 구성과 1992.2.12.자 특허출원 제2016호 비공기압 타이어의 스포크부재로만 이루어진 구성을 통합한 구성의 스포크부재와 웨브부재로 구성되어 상기에서 지적한 바와 같은 종래 비공기압 타이어의 문제점을 해결할 수 있도록 스포크부재와 웨브부재의 구조 및 재료특성 그리고 이를 제조하기 위한 장치 및 방법을 안출한 것이다.

본 발명에 따른 비공기압 타이어는 트레드 하부에 배치되는 내, 외부 원통부재 사이에 차축방향 방사상으로 삽입설치되어 접지하중을 지지하는 스포크부재가 그 스포크부재와 스포크부재 사이에 차축방향으로 뚫린 빈 공간부 내지 이와 유사한 곡선형 공간부의 잔여부분에 의해 구성되는 타이어에 있어서, 상기 빈 공간부 내지 이와 유사한 곡선형의 빈 공간부에 이 공간부를 분리하는 웨브부재를 설치하는 데에 특징이 있다.

상기 웨브부재는 차축방향을 기준으로 90°∼45°범위의 각 변위를 갖는다.

또한 본 발명에 따른 타이어에는 제1도의 B-B'부분 및 제5도에 도시된 바와 같이 상기 스포크부재의 후육부(厚肉部)에 설치된 삼각뿔형이나 원뿔형 공간부내에서 상기 웨브부재와 동일한 구성의 보조웨브가 설치되며, 이 웨브부재도 차축방향을 기준으로 90°∼45°의 각 변위를 갖는다. 이렇게 함으로써 반복되는 굴신에 의한 피로하중이 작용하더라도 특정부위에서 타이어의 초기 균열이 일어나는 현상이 방지됨과 아울러 하중 지지능력을 배가하며, 스포크의 접지하중에 대한 응력이 상대적으로 균등하게 분배됨으로써 승차감 및 소음특성이 향상되며 주행에 따른 스포크부재 내부에 발생되는 열이 인접공간부 원주면을 따라 신속하고 균등하게 방출된다는 잇점을 갖게 된다.

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

본 발명에 따른 비공기압 타이어는 제1도에 도시한 바와 같이, 휠림(7) ; 휠림의 외주면에 형성된 실린더 형태의 내부 원통부재(2) ; 상기 내부 원통부재와 그 차축을 동심으로 하는 실린더 형태의 외부 원통부재(3) ; 상기 내, 외부 원통부재 사이에서 이들 내, 외부 원통부재를 서로 연결하면서 원주방향으로 따라 일정 간격으로 배치되는 스포크부재(4) ; 상기 스포크부재(4) 사이에서 차축방향으로 뚫린 원뿔형 공간부 중심에 위치하는 웨브(5) ; 그리고 상기 외부 원통부재의 외주면에 부착 성형된 타이어 트레드(6)로 구성되며, 특히 원뿔형 공간부 축방향 중심에 위치하는 웨브(5)는 원뿔형 공간부가 축방향 중심에서 원뿔형으로 관통된 것을 두 부분으로 나누어 주며 차축방향을 기준으로 90°∼45°범위의 각을 이루어 구성되는 특징이 있다.

전술된 설명에서 타이어 성능에 따라 양쪽 사이드의 스포크를 정대칭(일직선)에서 스포크간의 피치(스포크와 스포크 중심간의 거리)의 반피치씩 비틀어 설치할 수 있다.

또한 타이머에 미치는 하중을 분산하기 위해 상기 스포크부재의 상하부에 원뿔형, 삼각뿔형 등의 모서리가 지지않는 공간부(5")를 형성하고, 이 공간부(5")의 중심에 보조웨브(5A)를 설치하고, 이 보조웨브(5A)가 차축방향을 기준으로 90°∼45°의 범위에서 조절가능하게 한다.

상기 트레드(6)의 하부 가장자리에는 라운드진 볼록부(6A)를 형성하고 이에 접하는 외부 원통부재의 가장자리는 라운드진 오목부(3b)를 형성하여 서로 맞물리게 함으로써 트레드(6)가 타이어에서 이탈되는 것을 방지하는데 도움을 줄 수 있다.

또한 상기 트레드(6)의 내부표면에 원주방향이나 차축방향 혹은 이 두 방향으로 홈(6B)을 형성하여 접촉면적을 늘린 홈부분이 걸림돌 역할을 하여 축방향의 외력에 의해 타이어에서 트레드의 박리현상을 최소화한다.

상기 구성에서 각 모서리는 라운드를 주어 응력의 분산을 도모한다.

본 발명의 다른 구성으로 제6도(a)와 같이 중앙부의 웨브외에 각 측면에 웨브가 형성되어 총 3개의 웨브가 있을 수 있으며, 제6도(b)와 같이 중심에 위치한 하나의 웨브 좌우측에 형성된 원뿔형 공간부가 서로 대칭에서 벗어나 엇갈리게 구성할 수 있으며, 제6도(c)에는 웨브를 타이어의 한쪽 측면에 구성한 것이 도시되어 있으며, 제6도(d)에는 타이어의 원주상 좌우측으로 웨브를 번갈아 가며 구성한 것이 도시되어 있다.

상기와 같은 구성에 있어서, 원뿔형 공간부는 중심부 원(웨브(5)의 직경(D₂)이 측면 원의 직경(D₁)보다 작게되어 원뿔형 주형판(10,11)을 타이어로부터 인출하기 쉬울 뿐만 아니라 스포크부재의 양 숄더부에서의 단면 2차 모멘트의 크기를 줄임으로써 타이어의 코너링 성능, 조정성능을 높일 수 있다는 잇점도 얻게 된다.

이때, 상기 원뿔형 공간부 양측면에 나타난 원의 직경(D₁)에 대한 타이어 중심부 원(웨브)의 직경(D₂)의 비율(D₂/D₁)은 0<D₂/D₁<1의 범위로서 타이어의 성능에 따라 적정하게 선택될 수 있다.

본 발명에 따른 비공기압 타이어(1)에 있어서는 외부 원통부재(3)의 폭(W₁)에 대한 내부 원통부재(2)의 차축방향폭(W₂)의 비율(W₂/W₁)이 0.5≤W₂/W₁≤1의 범위가 되도록 구성하는 것이 원뿔형 공간부 양측면에 나타난 원의 직경(D₁)에 대한 타이어 중심부원(D₂)의 비율(D₂/D₁)의 변화와 함께 코너링성, 주행성능을 향상시키는 데에 그 상승작용을 할 수 있다는 측면에서 바람직하다.

본 발명에 따른 비공기압 타이어(1)의 주조몰드는 제4도 및 제5도에 도시된 바와 같이, 상, 하측몰드(8,9)로 이루어진 일종의 투 피스 몰드(two-piece mold)와 타이어 원주방향의 형태를 결정짓는 원주몰드(17)로 구성되며, 상기 상, 하측몰드(8,9)에는 타이어 측면의 변화형태에 따라 교체하여 사용할 수 있고, 또한 상기 공간부의 형태를 결정지을 수 있도록 원통형, 원뿔형, 삼각뿔형 등의 주형판(10,11,12,13)이 볼트(15)등을 통해 체결되어진다.

그리고, 상기 원주몰드(17)의 양쪽 혹은 한쪽 사이드에는 타이어의 축방향의 폭조정을 용이하도록 하는 낌쇠(16)를 둔다.

본 발명에 따른 비공기압 타이어(1)는 상기와 같이 구성된 각 몰드 및 주형판을 소정의 위치에 체결시킨 후 상측몰드 양측에 구비된 주형구(40)을 통해 준비된 액상의 탄성물질을 주입하여 내, 외부 원통부재와 스포크부재 및 웨브부재를 일체적으로 성형, 경화시킨 후 상측몰드(8)만 들어올린 후 성형된 타이어를 인출함으로써 완성된다.

이때 상기에 주입되는 탄성물질은 폴리우레탄 또는 디엔(DIENE)류의 천연 및 합성고무, 합성수지 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, 압출모듈러스(형상계수 : 0.5, 10% 압축)가 100에서 3500kg/㎠의 범주를 포함하며 로스 피로시험기(ROSS FLEX CRACKING MACHINE)에서 10,000회 이상에서 균열이 진전되지 않아야 한다.

또 외부 원통부재(3)에 결합되는 타이어 트레드(6)는 천연고무나 합성고무를 단독으로 사용하거나 천연고무와 합성고무를 혼합한 고무를 사용하여 쇼어경도가 55A∼85A 범위에 있으며 인장강도가 200kg/㎠ 이상의 물성을 가져야 한다.

본 발명에 따른 비공기압 타이어에 대한 바람직한 제조공정이 실시의 예를 기술하면 다음과 같다.

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

타이어의 몸체로 사용되는 반응혼합물은 프리 NCO%가 6.32이고 평형아민(AMINE)은 665인, 톨루엔-디이소시안네이트(TDI)와 폴리-테트라-메틸렌-에텐글리콜(PTMEG)(분자량 : 약 1,500∼2,000)의 프리폴리머와 4,4'-메틸렌-비스-2-클로로아닐린(MOCA)인 경화제를 무게비로 1/0.18로 혼합된 탄성폴리우레탄으로 이루어진다.

상기 프리폴리머인 TDI-PTMEG는 프리폴리머내에 있는 공기와 수분을 진공으로 뽑아내는데 유리하고 주조하기 쉽도록 점도를 떨어뜨리기 위해 70℃로 가열하고 MOCA는 120℃까지 가열하여 이 두 물질을 교반기에서 혼합한 후, 미리 70℃로 예열한 상, 하 몰드의 주입구(40)를 통해 주입한다.

상기 폴리우레탄으로 채워진 이 몰드는 100℃의 오븐에서 30분 동안 경화되며, 후에 상측 몰드를 열어 타이어를 인출하고 이 타이어를 다시 70℃에서 16시간후 경화를 시킴으로써 완성된다.

제7도는 종래의 비공기압 타이어와 본 발명에 따른 비공기압 타이어에 대해 차축을 기준으로 수직하중을 가하였을때 접지면의 굽힘면을 나타낸 그래프로서, 단면높이가 동일한 제품에 있어, 5mm를 굽혔을때, 첫째, 종래의 내, 외부 원통부재와 스포크부재와 웨브부재가 있는 비공기압 타이어(K)는 455kg을 지지한 반면 본 발명에 따른 비공기압 타이어(L)에서는 490kg까지 지지할 수 있었다.

상기와 같이 내, 외부 원통부재와 스포크부재와 웨브부재가 있는 종래 비공기압 타이어에 비해 본 발명에 따른 비공기압 타이어는 하중에 대한 스포크의 유무에 대한 타이어의 변위량을 줄임으로 인해 승차감의 우수함을 보여주고 있다.

제8도에서부터 제13도까지는 내, 외부 원통부재와 일정한 곡면을 갖는 스포크부재 그리고 웨브부재로 이루어진 비공기압 타이어의 여러 형태의 실시예를 도시한 것으로써 본원 발명에 따른 비공기압 타이어를 스포크부재의 균일한 접지능력, 특정 부위에서의 과도한 응력집중의 방지효과, 승차감 향상, 코너링 성능의 향상과 하중 지지능력 향상 등의 효과를 공통으로 달성할 수 있는 구조인 것이다.

Claims (10)

1. 타이어 몸체의 일부분인 트레드 하부에 배치되는 내, 외부 원통부재가 차축방향으로 일정한 폭을 가지며, 이들 사이에 원주방향으로 연결된 스포크부재와 웨브부재로 접지하중을 지지케한 비공기압 타이어에 있어서, 내, 외부 원통부재 사이에 설치되는 상기 스포크부재가 축방향의 타이어 중심에서 보아 원뿔형 공간부가 원주방향 일정간격으로 형성되고 남은 잔여부분에 의해 이루어지고, 웨브부재는 상기 원뿔형 공간부내에 형성되는 것을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
2. 제1항에 있어서, 상기 웨브부재가 원뿔형 공간부의 축방향 중심에 공간부를 양분하게 형성되는 것을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
3. 제1항에 또는 제2항에 있어서, 내, 외부 원통부재의 중심선을 기준으로 스포크부재의 상하부 후육부 내에 서로 대향하는 상, 하 대칭형의 모서리 지지않는 원뿔형 또는 삼각뿔의 공간부를 형성하고 이것의 중심에 보조 웨브부재를 설치함을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
4. 제3항에 있어서, 웨브부재와 보조 웨브부재가 차축방향을 기준으로 90°∼45°의 각 범위를 가짐을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
5. 제1항에 있어서, 웨브부재가 타이어의 중앙과 중앙과 양사이드에 하나씩 총 3개의 웨브로 구성됨을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
6. 제1항에 있어서, 웨브부재가 타이어의 일측면만 또는 원주방향을 따라 일측면과 타측면을 번갈아 가며 구성됨을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
7. 제1항에 있어서, 양쪽 사이드의 스포크를 정대칭(일직선)에서 스포크간의 피치(스포크 중심간의 거리)의 반피치씩 타이어 축방향 중심을 기준으로 비틀어진 형태로 됨을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
8. 제1항 내지 제2항 또는 제5항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 트레드의 하부 가장자리를 라운드지게 볼록하게 하고 하부에는 홈을 형성하며, 이에 접착되는 외부 원통부재에는 상기 트레드 형상과 반대되는 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
9. 제8항에 있어서, 비공기압 타이어의 몸체는 탄성체인 폴리우레탄, 디엔류 및 천연 및 합성고무와 합성수지 또는 직경이 0.1 내지 100마이크론이며, 편평비(직경/길이)가 70% 이상인 절단된 섬유질이 전체의 1%에서 50% 섞인 합성수지중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
10. 제9항에 있어서, 탄성체 재료는 쇼어경도가 65A에서 70D이며, 압축모듈러스는 형상계수 0.5, 10% 압축에서 100에서 3,500kg/㎠이고, 로스 피로시험기(ROSS FLEX CRACKING MACHINE)에서 10,000회 이상에 서로 균열이 없는 것을 특징으로 하는 비공기압 타이어.