KR20230162334A - 접지력이 향상된 비공기입 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시 예는 트레드부 및 스포크부의 형상을 가변하여 접지력이 향상된 비공기입 타이어를 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 접지력이 향상된 비공기입 타이어는 지면과 접촉하며, 링형상으로 형성되는 트레드부; 일단이 상기 트레드부와 결합하며, 스포크를 복수개 구비하는 스포크부; 상기 스포크부의 타단과 결합하며, 타이어를 지지하는 림부;를 포함한다.

Description

접지력이 향상된 비공기입 타이어{NON-PNEUMATIC TIRE WITH IMPROVED GROUND CONTACT CHARACTERISTIC}

본 발명은 접지력이 향상된 비공기입 타이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 트레드부 및 스포크부의 형상을 가변하여 접지력이 향상된 비공기입 타이어에 관한 것이다.

일반적으로 타이어는 차량에 장착되어 자동차의 하중 지지, 노면 충격 완화, 차량 구동 및 제동, 차량 진행방향 전환 및 유지 등의 기능을 한다. 그러나 이러한 역할 중 구동 및 제동, 진행방향의 전환 및 유지와 같은 동적인 성능 구현을 위해서는 어떠한 상황에서도 지면과 접하는 접지면적을 구비하는 타이어 구조 연구가 필수 적이다.

종래의 공기입 타이어는 유체(공기)의 압력용기 구조를 이용하여 주행중 차량의 다양한 변화에 대응하여, 타이어 성능의 기본이 되는 지면과의 접지면적을 구현할 수 있다.

공기입 타이어는 하중의 증가에 따라 접지장과 접지폭이 달라지지만 비공기입 타이어는 하중 증가에 따라 접지장만 증가하며 접지폭이 달라질 수 없는 구조로 형성되어 있어 공기입 타이어의 정특성 값을 기준으로 설계할 시 많은 차이가 발생하는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제 10-2183211호(발명의 명칭: 비공기압 타이어)에는 량의 차축에 고정되는 휠의 외주면을 따라 결합되는 카카스플라이와, 상기 카카스플라이 외주면을 따라 형성되어 외력에 대응하여 탄성 변형되게 일정 간격으로 형성되는 다수의 완충부가 구비된 스포크와, 상기 스포크의 외주면을 따라 형성되는 고무층과, 상기 고무층의 외주면을 따라 트레드가 형성되는 타이어 본체를 구비하고 있다.

그러나 이러한 장치는, 스포크를 중심으로 타이어의 접지면적을 구현할 시 원기둥을 일정 폭으로 잘라놓은 형태로 형성되어 정면에서 봤을 때 직사각형 형태의 프로파일을 구비할 수 있다.

이 경우, 직진 주행에서는 용이하게 주행하나 차량의 선회 시 트레드 엣지가 횡력에 의해 접지 안쪽으로 말려 들어가는 문제점이 있으며, 트레드 엣지와 인접한 접지부에서 좌굴이 발생하여 차량 컨트롤이 되지 않는 문제점이 있다.

따라서, 하중의 증가에 따라 접지장과 접지폭이 달라지고, 차량 주행중 선회 등 동적인 상태에서 접지면적을 확보하며, 차량 선회 시 트레드 엣지를 접지면 내로 끌어들이지 않아 접지부의 좌굴을 방지하는 비공기입 타이어가 필요하다.

대한민국 등록특허 제 10-2183211호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 비공기입타이어의 차량 주행중 동적인 상태에서 접지면적을 확보하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은, 공기입 타이어와 유사하게 거동하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 지면과 접촉하며, 링형상으로 형성되는 트레드부; 일단이 상기 트레드부와 결합하며, 스포크를 복수개 구비하는 스포크부; 상기 스포크부의 타단과 결합하며, 타이어를 지지하는 림부;를 포함하고, 상기 스포크의 폭은 상기 림부로부터 상기 트레드부 방향으로 가변하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 타이어는, 상기 림부의 외주면과 상기 스포크부의 내주면이 접촉하는 제1접촉면; 및 상기 스포크부의 외주면과 상기 트레드부의 내주면이 접촉하는 제2접촉면;을 구비할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 스포크부는, 축방향으로부터 평행한 방향으로 형성되는 제1접촉면의 폭보다 제2접촉면의 폭이 더 넓게 형성 될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 스포크부는, 축방향으로부터 수직한 방향으로 형성되는 상기 스포크부의 측면인 사이드월;이 오목한 형상으로 형성되는 곡부를 구비할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 스포크부는, 축방향으로부터 수직한 방향으로 형성되는 상기 스포크부의 측면인 사이드월;이 오목한 형상으로 형성되는 곡부를 구비할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 트레드부는, 상기 트레드부의 중심선으로부터 좌우가 대칭으로 형성 될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 스포크부는, 타이어의 회전 방향으로 휘어져 형성 될 수 있다.

상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 트레드부에 곡부를 형성하고 스포크부의 형상을 변화하여 비공기입타이어의 차량 주행중 선회 등 동적인 상태에서 접지면적을 확보하는 장점이 있다.

또한 본 발명의 효과는, 차량 선회 시 트레드 엣지를 접지면 내로 끌어들이지 않아 접지부의 좌굴을 방지하는 장점이 있다.

또한 본 발명의 효과는, 하중 변화에 따라 접지장과 접지촉이 동시에 변경 가능하여 공기입 타이어와 비슷한 정특성 값을 가지는 장점이 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 접지력이 향상된 비공기입 타이어의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 접지력이 향상된 비공기입 타이어의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비공기입 타이어의 하부 단면 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비공기입 타이어의 스포크의 사이드월의 형상에 따른 접지면적 도면이다.
도 5은 본 발명의 일 실시 예에 따른 트레드부에 곡부를 구비한 비공기입 타이어의 스포크의 사이드월의 형상에 따른 접지면적 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 접지력이 향상된 비공기입 타이어의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 접지력이 향상된 비공기입 타이어의 정면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비공기입 타이어의 스포크의 사이드월의 형상에 따른 접지면적 도면이고, 도 4은 본 발명의 일 실시 예에 따른 트레드부(100)에 곡부를 구비한 비공기입 타이어의 스포크의 사이드월의 형상에 따른 접지면적 도면도이다.

도1 내지 도2에서 보는 바와 같이, 접지력이 향상된 비공기입 타이어는, 지면과 접촉하며, 링형상으로 형성되는 트레드부(100), 일단이 트레드부(100)와 결합하며, 스포크를 복수개 구비하는 스포크부(200), 스포크부(200)의 타단과 결합하며, 타이어를 지지하는 림부(300)를 구비할 수 있다.

여기서, 타이어에 부하 하중을 부하 했을 때 트레드부(100)의 외주면은 지면과 접촉할 시 트레드부(100)와 지면이 접촉하는 면을 접지면이라 할 수 있고, 접지면의 최대폭을 접지폭이라 할 수 있으며, 트레드부(100) 내주면으로부터 접지면 방향으로 수직하게 형성되는 폭은 접지장이라 할 수 있다.

트레드부(100)는 링형상으로 형성되며, 스포크부(200)를 둘러싸며 형성될 수 있다. 트레드부(100)의 재질은 천연고무, 합성고무, 가황고무, 실리카 등에서 선택되는 어느 한가지 이상의 물질로 형성될 수 있다.

트레드부(100)는, 트레드부(100) 외주면으로부터 외부를 향하여 볼록한 형상으로 형성되는 곡부를 구비할 수 있다. 이로 인해, 타이어의 선회 시 트레드의 좌측 및 우측 모서리를 접지면 내로 끌어들이지 않아, 차량 캠버 변화에 대응하여 하중 변화에 따라 접지장과 접지폭을 동시에 변화 시킬 수 있다.

트레드부(100)는, 트레드부(100)의 중심선으로부터 좌우가 대칭으로 형성될 수 있으며 이로 인해 타이어의 직선 및 선회 주행 시 타이어가 기울어지지 않고 지면과 평행하게 주행할 수 있다.

스포크부(200)는, 타이어의 원주 방향을 따라 배치되는 복수개의 스포크로 형성되며, 축방향으로부터 수직한 방향으로 형성되는 스포크부(200)의 측면인 사이드윌(210)을 구비할 수 있다.

스포크부(200)는, 스포크부(200)의 내주면과 림부(300)의 외주면이 접촉하는 제1접촉면(220), 스포크부(200)의 외주면과 트레드부(100) 내주면이 접촉하여 형성하는 제2접촉면(110)을 구비할 수 있다. 스포크부(200)는, 축방향으로부터 평행한 방향으로 형성되는 제1접촉면(220)의 폭보다 제2접촉면(110)의 폭이 더 넓게 형성될 수 있다.

스포크부(200)에 위치하는 복수개의 스포크는, 타이어의 회전 방향으로 휘어져 형성될 수 있으며 이로 인해 비공기입 타이어의 내구성이 향상되어 타이어의 탄성력이 향상될 수 있다.

스포크부(200)는, 사이드윌(210)이 내부방향으로 오목하게 형성되어 곡부를 구비할 수 있다. 이로 인해, 형상 및 보이드 비율을 조정하여 기존 공기입 타이어의 정특성과 유사한 값을 유도할 수 있다.

림부(300)는, 원통 형상으로 형성될 수 있으며, 림부(300)의 재질은 철, 알루미늄, 카본 및 마그네슘 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질로 형성될 수 있고, 림부(300)는 구동부에서 형성되는 구동력을 타이어에 전달할 수 있다.

도3은 도2의 a의 단면의 일부에 의해 확대한 확대도로, 비교의 용의를 위하여 a의 하부를 도시하였다. 접지력이 향상된 비공기입 타이어의 a에 대한 단면 현상은 직사각형 또는 다각형 형상으로 형성될 수 있다.

제1실시예에 있어서 도3(a)는 비공기입 타이어의 a에 대한 단면 현상으로, 축방향으로부터 평행한 방향으로 형성되는 제1접촉면(220)의 폭보다 제2접촉면(110)의 폭이 더 넓게 형성되어 a에 대한 단면 현상이 사다리꼴 모양으로 형성 될 수 있다.

제2실시예에 있어서 도3(b)는 비공기입 타이어의 a에 대한 단면 현상으로, 축방향으로부터 평행한 방향으로 형성되는 제1접촉면(220)의 폭보다 제2접촉면(110)의 폭이 더 넓게 형성되어 a에 대한 단면 현상이 사다리꼴 모양으로 형성 될 수 있으며, 제1접촉면(220)의 모서리 일단과 제2접촉면(110)의 모서리의 일단 및 제1접촉면(220)의 타단과 제2접촉면(110)의 타단과 결합하는 사이드윌(210)이, 사이드윌(210) 내부방향으로 오목하게 형성되는 곡부를 구비한 형상으로 형성될 수 있다.

제3실시예에 있어서 도3(c)는 비공기입 타이어의 a에 대한 단면 현상으로, 축방향으로부터 평행한 방향으로 형성되는 제1접촉면(220)의 폭보다 제2접촉면(110)의 폭이 더 넓게 형성되어 단면 현상이 사다리꼴 모양으로 형성될 수 있으며, 트레드부(100)는, 트레드부(100) 외주면으로부터 외부를 향하여 볼록한 형상으로 형성되는 곡부를 구비할 수 있다.

제4실시예에 있어서 도3(d)는 비공기입 타이어의 a에 대한 단면 현상으로, 축방향으로부터 평행한 방향으로 형성되는 제1접촉면(220)의 폭보다 제2접촉면(110)의 폭이 더 넓게 형성되어 a에 대한 단면 현상이 사다리꼴 모양으로 형성 될 수 있으며, 제1접촉면(220)의 모서리 일단과 제2접촉면(110)의 모서리의 일단 및 제1접촉면(220)의 타단과 제2접촉면(110)의 타단과 결합하는 사이드윌(210)이, 사이드윌(210) 내부방향으로 오목하게 형성되는 곡부를 구비한 형상으로 형성될 수 있고, 트레드부(100)는 트레드부(100) 외주면으로부터 외부를 향하여 볼록한 형상으로 형성되는 곡부를 구비할 수 있다.

도4는 비공기입 타이어의 스포크의 사이드월의 형상에 따른 접지면적 도면으로, 여기서 CPRESS는 접촉압력을 의미한다. 도4는 비교의 용이성을 위하여 비스듬히 확대하여 도시하였다. 도4(b) 및 도4(c)의 경우 유한요소 해석을 위하여 공간을 제약하여 양측면에 벽의 형상이 형성되었을 수 있다.

도4(a)는 도2의 (a)에 대한 단면 현상이 직사각형 형상인 비공기입 타이어에 대한 접지면적을 나타낸 도면으로, 타이어와 지면이 만나는 접지면적이 타이어의 폭보다 좁으며 접지면적이 직사각형 형태로 구현되고, 이로 인해 접지면적 중앙부에 높은 접촉압이 형성되는 것을 볼 수 있다.

도4(b)는 도2의 (a)에 대한 단면 현상이 도3(a)와 같을 시, 비공기입 타이어의 대한 접지면적을 나타낸 도면으로, 타이어와 지면이 만나는 접지면적이 도4(a)에 비하여 라운드한 형태로 구현되고, 이로 인해 접지면적에 낮은 접촉압이 형성되는 것을 볼 수 있다.

도4(c)는 도2의 (a)에 대한 단면 현상이 도3(b)와 같을 시, 비공기입 타이어의 대한 접지면적을 나타낸 도면으로, 타이어와 지면이 만나는 접지면적이 도4(b)에 비하여 라운드한 형태로 구현되고, 이로 인해 접지면적에 낮은 접촉압이 형성되는 것을 볼 수 있다.

도4(a), 도4(b) 및 도4(c)를 비교했을 시, 도4(a)보다 도4(b)가 더욱 라운드한 형태로 형성되어 접지면적이 향상됨을 볼 수 있고, 도4(b)보다 도4(c)가 더욱 라운드한 형태로 형성되어 접지면적이 향상되는 것을 것을 볼 수 있다.

이로 인해 비공기입 타이어의 제1접촉면(220)과 제2접촉면(110)이 같은 경우보다 제2접촉면(110)이 제1접촉면(220)이 큰 경우 타이어와 지면의 접지면적이 향상되고, 사이드윌(210)이 내부방향으로 오목하게 형성되어 곡부를 구비할 시 타이어와 지면의 접지면적이 향상됨을 볼 수 있다. 또한, 스포크의 형상 및 보이드의 비율을 조정하여 기존 공기입 타이어의 정특성의 값과 유사한 값을 유도할 수 있다.

도5는 트레드부(100)에 곡부를 구비한 비공기입 타이어의 스포크 사이드월의 형상에 따른 접지면적을 도시한 도면으로, 여기서 CPRESS는 접촉압력을 의미한다. 도5는 비교의 용이성을 위하여 비스듬히 확대하여 도시하였다. 도5(b) 및 도5(c)의 경우 유한요소 해석을 위하여 공간을 제약하여 양측면에 벽의 형상이 형성될 수 있다.

도5(a)는 도2의 (a)에 대한 단면 현상이 직사각형 형상이고 트레드에 곡부를 구비한 비공기입 타이어에 대한 접지면적을 나타낸 도면으로, 접지면적이 타원와 사각형 중간의 형태로 구현되는 것을 볼 수 있다.

도5(b)는 도2의 (a)에 대한 단면 현상이 도3(c)와 같을 시, 비공기입 타이어의 대한 접지면적을 나타낸 도면으로, 타이어와 지면이 만나는 접지면적이 도5(a)에 비하여 라운드한 형태로 구현되는 것을 볼 수 있다.

도5(c)는 도2의 (a)에 대한 단면 현상이 도3(d)와 같을 시, 비공기입 타이어의 대한 접지면적을 나타낸 도면으로, 타이어와 지면이 만나는 접지면적이 도5(a)에 비하여 라운드한 형태로 구현되는 것을 볼 수 있다.

도4 및 도5의 트레드부(100)와 지면과의 접촉면적의 형상을 비교했을 시, 트레드에 곡부를 구비할 시 접촉면적의 형상이 라운드한 형상으로 형성되는 것을 볼 수 있다. 이로 인해, 트레드에 곡부를 구비할 시 트레드 엣지를 접지면 내로 끌어들이는 문제점을 해결할 수 있고, 차량의 캠버 변화에 대응할 수 있으며 하중 변화에 따라 접지장과 접지폭을 동시에 변화시킬 수 있다.

이러한 접지력이 향상된 비공기입 타이어는, 트레드부(100)에 곡부를 형성하고 스포크부(200)의 형상을 변화하여 비공기입타이어의 차량 주행중 선회 등 동적인 상태에서 접지면적을 확보하고, 차량 선회 시 트레드 엣지를 접지면 내로 끌어들이지 않아 접지부의 좌굴을 방지하며, 하중 변화에 따라 접지장과 접지촉이 동시에 변경 가능하여 공기입 타이어와 비슷한 정특성 값을 가지는 장점이 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 트레드부 110 : 제2접촉면
200 : 스포크부 210 : 사이드윌
220 : 제1접촉면 300 : 림부

Claims (7)

1. 지면과 접촉하며, 링형상으로 형성되는 트레드부;
   일단이 상기 트레드부와 결합하며, 스포크를 복수개 구비하는 스포크부;
   상기 스포크부의 타단과 결합하며, 타이어를 지지하는 림부;를 포함하고
   상기 스포크의 폭은, 축으로부터 수직하며 상기 스포크의 길이 방향으로 형성되는 수직변위에 따라 상이한 것을 특징으로 하는 접지력이 향상된 비공기입 타이어.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 타이어는,
   상기 림부의 외주면과 상기 스포크부의 내주면이 접촉하는 제1접촉면; 및
   상기 스포크부의 외주면과 상기 트레드부의 내주면이 접촉하는 제2접촉면;을 구비하는 것을 특징으로 하는 접지력이 향상된 비공기입 타이어.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 스포크부는, 축방향으로부터 평행한 방향으로 형성되는 제1접촉면의 폭보다 제2접촉면의 폭이 더 넓은 것을 특징으로 하는 접지력이 향상된 비공기입 타이어.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 스포크부는,
   축방향으로부터 수직한 방향으로 형성되는 상기 스포크부의 측면인 사이드월;이 오목한 형상으로 형성되는 곡부를 구비한 것을 특징으로 하는 접지력이 향상된 비공기입 타이어.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 트레드부는, 상기 트레드부 외주면 외부를 향하여 볼록한 형상으로 형성되는 곡부를 구비하는 것을 특징으로 하는 접지력이 향상된 비공기입 타이어.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 트레드부는, 상기 트레드부의 중심선으로부터 좌우가 대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 접지력이 향상된 비공기입 타이어.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 스포크부는, 타이어의 회전 방향으로 휘어져 형성되는 것을 특징으로 하는 접지력이 향상된 비공기입 타이어.
   
   

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