KR101327927B1

KR101327927B1 - 비공기압 타이어

Info

Publication number: KR101327927B1
Application number: KR1020110146274A
Authority: KR
Inventors: 배종학
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2031-12-29
Also published as: CN103350608B; EP2610073A2; EP2610073B1; KR20130077526A; CN103350608A; JP2013139253A; JP5539479B2; EP2610073A3; US20130167990A1

Abstract

본 발명에 따른 비공기압 타이어는, 타이어 트레드부가 구비되는 외측 원통부와 차량의 바퀴축과 연결되는 내측 원통부 및 상기 외측 원통부와 상기 내측 원통부 사이를 연결하면서, 상기 차량의 주행시 노면에 연속적으로 지지되어 소음 및 진동이 감소토록 구성되는 소음진동방지형 스포크를 포함하여 구성되고, 이와 같은 본 발명에 의하면 스포크가 사선으로 배치되어, 차량 주행시 스포크가 노면과 연속적으로 지지됨으로써, 불연속적인 소음 및 진동 발생을 저감시키고 승차감을 개선하며, 종래의 비공기압 타이어에는 없는 수평력(lateral force)을 설계자에 의해 필요에 따라 설계가 가능하므로 도로의 구조에 의한 쏠림 현상에 대한 제어를 가능하게 하고, 종래의 공기압 타이어의 벨트의 각도, 방향에 따른 수평력도 스포크의 각도 및 길이를 이용하여 설계할 수 있게 하는 효과가 있다.

Description

비공기압 타이어{NON-PNEUMATIC TIRE}

본 발명은 자동차용 타이어에 관한 것으로, 특히, 타이어 내부에 공기를 넣지 아니하는 비공기압 타이어에 관한 것이다.

비공기압 타이어가 하중을 지지할 때 상부에 위치한 스포크는 인장력을 받게되고 반대로 하부에 위치한 스포크는 압축력을 받게 된다,

도 1은 종래기술에 따른 비공기압 타이어(2)를 개략적으로 도시한 것으로, 스포크(10)에서 인장력을 받는 상부에 대하여 나타나 있으나 동일한 문제가 지면과 닫는 하부에서도 발생한다.

구체적으로, 스포크(10)와 접촉하고 있는 외부의 원통형 밴드(20)에는 스포크와는 반대 방향으로 동일한 힘이 가해지게 되며, 이 힘에 의해서 밴드의 형상에 변형이 도시된 바와 같이 발생하게 된다.

이러한 변형은 타이어 유니포미티(Uniformity) 성능 및 PRO(Radial Run Out) 성능을 크게 저해할 뿐만 아니라 차량의 승차감 성능에 막대한 영향을 끼치게 된다.

또한, 종래기술에 따른 비공기압 타이어(2)에서는 차량 주행시 스포크(10)가 노면과 일직선상으로 만나 충격이 동시에 전달되기 때문에 큰 소음 및 진동이 불연속적으로 발생할 수 있다.

따라서, 이와 같은 변형량을 줄여 성능 및 승차감을 개선하고, 주행시 발생하는 소음 및 진동을 감소시킬 수 있는 스포크 형상을 가진 비공기압 타이어를 개발하는 것은 매우 중요한 과제라고 할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서 그 목적 측면은, 차량의 주행에 따라 발생하는 비공기압 타이어의 변형량을 감소시킴으로써, 주행시 발생하는 소음 및 진동을 감소시키고, 또한 타이어의 성능 및 차량의 승차감을 개선할 수 있는 형상을 가진 스포크가 구비된 비공기압 타이어를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 측면으로서 본 발명은, 타이어트레드부가 구비되는 외측 원통부와 차량의 바퀴축과 연결되는 내측 원통부 및 상기 외측 원통부와 상기 내측 원통부 사이를 연결하면서, 상기 차량의 주행시 노면에 연속적으로 지지되어 소음 및 진동이 감소토록 구성되는 소음진동방지형 스포크를 포함하여 구성된 비공기압 타이어를 제공한다.

바람직하게는, 상기 소음진동방지형 스포크는, 상기 외측 원통부와 상기 내측 원통부를 연결하는 복수의 스포크날개로 구성되되, 상기 복수의 스포크날개는, 상기 바퀴축의 축방향에 경사지게 형성된다.

더 바람직하게는, 상기 복수의 스포크날개는, 상기 외측 원통부의 내주면과 상기 내측 원통부의 외주면에 수직하게 연결된다.

더 바람직하게는, 상기 복수의 스포크날개는, 상기 차량의 주행시 상기 타이어를 통해 지면에 지지되는 일측이 전후의 스포크날개에서 이어지도록 형성된다.

더 바람직하게는, 상기 복수의 스포크날개는, 상기 바퀴축의 축방향을 따라 둘 이상의 경사패턴으로 형성된다.

더 바람직하게는, 상기 복수의 스포크날개는, 상기 바퀴축의 축방향을 따라 두 개의 경사패턴으로 형성되되, 서로 반대방향으로 경사지게 형성된다.

더 바람직하게는, 상기 둘 이상의 경사패턴으로 형성된 복수의 스포크날개에 의해 발생하는 상기 차량에 대한 외측방향 수평력 및 내측방향 수평력은

로 계산되고, 상기 차량의 쏠림 특성을 나타내는 CON값은

에 의해 구해지되, 여기서 Wo, Wi는 스포크날개의 타이어 폭방향으로의 폭, θ₁, θ₂는 스포크날개의 상기 바퀴축의 축방향에 대한 각도, No, Ni는 스포크날개의 개수, 그리고 k1, k2는 경사패턴의 개수

이와 같은 본 발명에 따른 비공기압 타이어에 의하면, 스포크가 사선으로 배치되어, 차량 주행시 스포크가 노면에 연속적으로 지지됨으로써, 불연속적인 소음 및 진동 발생을 저감시키고 승차감을 개선할 수 있는 효과가 있다.

또한, 종래의 비공기압 타이어에는 없는 수평력(lateral force)을 설계자가 필요에 따라 설계가 가능하므로 도로의 구조에 의한 쏠림 현상에 대한 제어를 할 수 있는 효과가 있다.

한편, 종래의 공기압 타이어의 벨트의 각도, 방향에 따른 수평력에 대해서도 설계자가 스포크의 각도 및 길이를 조절함으로써 용이하게 설계할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 비공기압 타이어를 도시한 사시도
도 2의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 비공기압 타이어를 도시한 사시도 및 이를 개략적으로 도시한 정면도
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명에 다른 실시예에 따른 비공기압 타이어를 도시한 사시도

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 비공기압 타이어를 상세하게 설명한다.

도 2 및 3은 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 비공기압 타이어(1)를 개략적으로 나타낸다.

본 발명에 따른 비공기압 타이어(1)는 크게 타이어 트레드부가 구비되는 외측 원통부(100), 차량의 바퀴축과 연결되는 내측 원통부(200) 및 외측 원통부와 내측 원통부를 연결토록 제공되는 소음진동방지형 스포크(300)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 소음진동방지형 스포크(300)는 차량의 주행시 외측 원통부(100)를 매개로 노면에 연속적으로 지지되어 소음 및 진동이 감소토록 구성될 수 있다.

즉, 종래기술에 따른 비공기압 타이어는 상기 배경기술에서 설명한 바와 같이 차량의 주행시 노면에 단속적으로 지지되어 큰 소음 및 진동이 발생하는 문제가 있었다.

이에, 본 발명에서는 차량의 주행시 소음진동방지형 스포크(300)가 노면에 연속적으로 지지되도록 구성함으로써 소음 및 진동을 현저히 저감시킨 것이다.

도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 이러한 소음진동형 스포크는 외측 원통부(100)와 내측 원통부(200)를 연결하는 복수의 스포크날개(310)로 구성되되, 상기 복수의 스포크날개는 바퀴축의 축방향에 경사지게 형성될 수 있다.

구체적으로, 도 2에 도시된 일 실시예를 참조하면, 스포크날개(310)는 일측에서 외측 원통부(100)의 내주면과 연결되고 타측에서 내측 원통부(200)의 외주면에 연결될 수 있다.

이때, 스포크날개(310)는 일측 또는 타측을 따르는 방향이 바퀴축에 평행한 방향(또는 타이어 폭방향)과 이루는 각도(θ₁)가 소정 범위, 예를 들어 10~80도 사이의 값을 갖도록 설계될 수 있다.

즉, 스포크날개(310)의 일측과 타측을 제외한 나머지 측면을 외측과 내측이라고 한 경우, 외측에서 내측으로의 방향이 상기 축방향에 대해 경사지게 형성될 수 있다. 다시 말해, 스포크날개(310)의 일면이 상기 축방향에 대해 경사지게 형성될 수 있다.

이와 같이, 복수의 스포크날개(310)가 경사지게 또는 사선으로 구비되면, 차량의 주행시 타이어가 회전하면서 각각의 스포크날개는 일측에서 사선방향을 따라 노면에 연속적으로 지지될 수 있다.

상세하게는, 도면상 차량이 앞에서 뒤로 주행한다고 가정해보면, 비공기압 타이어(1)는 시계방향으로 회전하게 된다.

이때, 각각의 스포크날개(310)는 우측 하방으로 기울어져 있으므로, 각각의 스포크날개는 좌측 부분부터 노면에 지지되기 시작하여, 사선방향을 따라 연속적으로 지지되다가, 우측 부분에서 지지가 끝나게 된다.

이에 따라, 각각의 스포크날개(310)에 의해 연속적으로 지지되는 동안에는, 충격이 단속적으로 발생하지 않으므로, 이로 인한 소음 및 진동이 감소하고 따라서 승차감이 향상되게 된다.

또한, 스포크날개(310)를 사선으로 적용하게 되면, 사선의 스포크날개로 의해 수평력(lateral force)이 발생하게 되는데, 이를 이용하면 현재의 도로 구조상의 쏠림 현상을 해결할 수 있고, 또한 원하는 폭, 스포크날개의 각도 및 개수를 이용하여 바람직한 수평력을 설계할 수 있다.

한편, 복수의 스포크날개는 도면에 평행한 형태로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다. 즉, 복수의 스포크날개는 평행하지 않게 형성될 수 있고, 예를 들어 지그재그 형태로 형성될 수도 있다.

바람직하게는, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 복수의 스포크날개(310)는, 외측 원통부(100)의 내주면과 내측 원통부(200)의 외주면에 수직하게 연결될 수 있다.

즉, 비공기압 타이어(1)가 노면에 지지될 때 소음진동방지형 스포크(300)는 이러한 지지력을 잘 전달하여 분산시키면서 지지력에 대한 강성을 갖고 있어야 한다.

이에, 본 발명에서는 비공기압 타이어(1)가 노면에 지지될 때, 소음진동방지형 스포크(300)가 노면에 수직하도록 구성한 것이다. 상세하게는, 스포크날개(310)가 내측 원통부(200)에 연결되는 지점들에서의 접면에 대해 스포크날개의 각도(θ₂)는 직각이다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 스포크날개(310)는, 차량의 주행시 타이어를 통해 지면에 지지되는 일측이 전후의 스포크날개에서 이어지도록 형성될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 종래기술에서와 달리 차량의 주행시 스포크가 노면에 연속적으로 지지되도록 구성한 것으로, 이를 위해서는 각각의 스포크날개 자체에서 뿐만 아니라 복수의 스포크날개(310)에서 이어져 지지되도록 구성하는 것이 바람직하다.

구체적으로, 상기한 바와 같이 비공기압 타이어(1)가 시계방향으로 회전하는 경우에, 복수의 스포크날개(310)에 의한 노면 지지가 선행하는 스포크날개의 좌측 부분에서 우측 부분으로 이어지고, 이 우측 부분에서 후행하는 스포크날개의 좌측 부분으로 이어지도록 구성될 수 있다.

즉, 선행하는 스포크날개의 우측 부분과 후행하는 스포크날개의 좌측 부분이 원주방향으로 떨어져 있지 않고, 이어지도록 형성될 수 있다.

다시 말해, 비공기압 타이어(1)의 정면을 고려해보면, 선행하는 스포크날개의 우측 부분의 높이와 후행하는 스포크날개의 좌측 부분의 높이 사이에 갭이 형성되지 않도록 설계하는 것이 바람직하다.

이를 위해, 선행하는 스포크날개의 우측 부분이 후행하는 스포크날개의 좌측 부분이 겹쳐지는 영역을 형성하여, 노면에 지지시 상기 우측 부분과 좌측 분이 동시에 지지되도록 형성할 수 있다.

바람직하게는, 재료비용 등의 경제성 및 스포크의 일정한 지지를 고려하여, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 선행하는 스포크날개의 우측 부분의 높이와 후행하는 스포크날개의 좌측 부분의 높이가 같도록 형성될 수 있다.

이에 따라, 선행하는 스포크날개가 노면과 떨어지는 순간, 후행하는 스포크날개가 지면과 바로 만나게 되어, 연속적으로 지지하게 된다.

다음, 본 발명에 따른 복수의 스포크날개(310)는, 바퀴축의 축방향을 따라 둘 이상의 경사패턴으로 형성될 수 있다. 즉, 둘 이상의 경사패턴이 타이어의 폭방향으로 경사지게 나란히 이격되어 배열되어 형성될 수 있다.

도 3에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 비공기압 타이어(1')를 참조하면, 복수의 스포크날개(310)는 바퀴축의 축방향을 따라 두 개의 경사패턴으로 형성되되 서로 반대방향으로 경사지게 형성될 수 있다.

구체적으로, 스포크날개(310)는 좌측과 우측에 서로 반대방향으로 기울어진 두 개의 경사패턴으로 형성된다.

여기서, 도면상 차량이 앞에서 뒤로 주행하여 비공기압 타이어(1')가 시계방향으로 회전한다고 가정해보면, 우측 스포크날개(310a)는 우측 아래로 경사져 있어 우측 방향 수평력(Xa)이 발생하고, 좌측 스포크날개(310b)는 좌측 아래로 경사져 있어 좌측 방향 수평력(Xb)이 발생한다.

이때, 우측과 좌측의 스포크날개(310a)(310b)의 각각의 개수, 각도 및 폭을 적절히 선택함으로써 기존의 공기압 타이어의 벨트의 각도에 따른 수평력과 제조상 나타나는 예측 불가능한 편차에 의한 수평력을 설계자가 임의로 조절할 수 있게 된다.

또한, 이와 같이 간단한 설계 변경에 의해 내수용과 수출용 타이어의 제조가 가능하며, 타이어가 아닌 차량 쏠림 특성을 설계를 통해 제어가 가능하게 된다.

이러한 효과를 다음의 식들을 이용하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 이때, 우측과 좌측의 스포크날개(310a)(310b)를 분리하여 개략적으로 도시한 도 3의 (b)를 참조한다.

(1)

(2)

(3)

여기서, Xa 및 Xb는 각각 우측과 좌측의 경사패턴을 가진 스포크날개(310a)(310b)에 의한 외측방향 및 내측방향 수평력의 상대적인 크기를, Wa 및 Wb는 각 스포크날개의 타이어 폭방향으로의 폭을, θa 및 θb는 각 스포크날개와 타이어 폭방향 사이의 각도를, Na 및 Nb는 각 스포크날개의 개수를, 그리고 CON(conicity)값은 당업계에서 차량의 쏠림 특성을 나타낸다.

구체적으로, 식 (1)은 우측 경사패턴을 가진 스포크날개(310a)에 의한 수평력(Xa)의 상대적인 크기에 대한 것으로, 이는 우측 스포크날개의 폭(Wa), 각도(θa) 및 개수(Na)에 의해 결정될 수 있다.

마찬가지로, 식 (2)는 좌측 경사패턴을 가진 스포크날개(310b)에 의한 수평력(Xb)의 상대적인 크기에 대한 것으로, 이는 좌측 스포크날개의 폭(Wb), 각도(θb) 및 개수(Nb)에 의해 결정될 수 있다.

그리고, 식 (3)은 CON값에 대한 것으로, 식 (1) 및 (2)로부터 구해진 각각의 수평력(Xa)(Xb)의 차를 평균함으로써 결정될 수 있다.

즉, 설계자는 우측과 좌측의 경사패턴을 가진 스포크날개(310a)(310b)의 폭(Wa)(Wb), 각도(θa)(θb) 및 개수(Na)(Nb) 중에서 적어도 하나의 변수를 적절히 조절함으로써, 각 스포크날개에 의한 원하는 수평력(Xa)(Xb)을 얻을 수 있다.

나아가, 이를 이용하여 설계자는 원하는 CON값을 갖는, 즉 원하는 쏠림 특성을 갖는 비공기압 타이어를 용이하게 설계할 수 있다.

상기 식들을 이용하여, 둘 이상의 경사패턴을 가진 복수의 스포크날개에 의해 발생하는 외측방향 수평력(Xo), 내측방향 수평력(Xi) 및 이에 따른 쏠림 특성(CON값)에 대한 식을 일반화하면 다음과 같다.

먼저, 대략 일 방향으로 경사진 적어도 하나의 경사패턴으로 형성된 복수의 스포크날개에 의해 발생하는 차량의 외측방향 수평력(Xo)은

(4)

로 계산될 수 있다. 그리고, 상기 경사패턴과 대략 반대 방향으로 경사진 적어도 하나의 경사패턴으로 형성된 스포크날개에 의해 발생하는 차량의 내측방향 수평력(Xi)은

(5)

로 계산될 수 있으며, 이들은 각 수평력의 상대적인 크기를 나타낸다.

다음, 차량의 쏠림 특성을 나타내는 CON값은

(6)

에 의해 구해지되, 여기서 Wo, Wi는 스포크날개의 타이어 폭방향으로의 폭, θ₁, θ₂는 스포크날개의 상기 바퀴축의 축방향에 대한 각도, No, Ni는 스포크날개의 개수, 그리고 k1, k2는 경사패턴의 개수(또는 종류)이다.

구체적으로, 각각의 수평력(Xo)(Xi)은 스포크날개의 폭 및 개수에 비례한다. 또한, 각각의 수평력은 스포크날개의 각도에 대한 cos값에 반비례한다. 즉, 각각의 수평력(Xo)(Xi)은은 스포크날개의 각도가 커짐에 따라 커진다.

그리고, 상기한 바와 마찬가지로, 각각의 값들을 조정하고 식 (4) 및 (5)를 이용하여 각각의 수평력(Xo)(Xi) 크기를 결정할 수 있다. 다음, 이렇게 구해진 각각의 수평력(Xo)(Xi)으로부터 식 (6)을 이용하여 차량이 원하는 CON값을 갖도록 설계할 수 있다.

여기서, 상기 식들은 복수의 스포크날개가 둘 이상의 경사패턴일 때를 전제로 나타내고 있으나, 하나의 경사패턴일 때로 확장하여 적용될 수 있음은 물론이다.

또한, 이와 같은 방법으로 타이어의 PRAT(Plysteer Residual Aligning Torque, 플라이스티어 잔류복원 토크)값을 조절할 수도 있다.

한편, 이 외의 다른 실시예에 따른 비공기압 타이어(1')에 대한 구체적인 내용은 상기 일 실시예에 따른 비공기압 타이어(1)에 대한 설명과 동일하다.

본 발명은 지금까지 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

1, 1' ... 비공기압 타이어 100 ... 외측 원통부
200 ... 내측 원통부 300 ... 소음진동방지형 스포크
310, 310a, 310b ... 스포크날개 Na, Nb ... 스포크날개 개수
Wa, Wb ... 스포크날개 폭 Xa, Xb ... 스포크날개 수평력
θ₁, θa, θb ... 스포크날개 각도
θ₂ ... 스포크날개와 내측 원통부 사이의 각도

Claims

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타이어 트레드부가 구비되는 외측 원통부(100)와 차량의 바퀴축과 연결되는 내측 원통부(200); 와 상기 외측 원통부(100)와 상기 내측 원통부(200) 사이를 연결하면서, 차량의 주행시 노면에 연속적으로 지지되어 소음 및 진동이 감소하도록 복수의 스포크날개(310)로 구성된 스포크(300);를 포함하는 비공기압 타이어에 있어서,
상기 복수의 스포크날개(310)는, 차량의 주행시 노면에 대한 지지가, 선행하는 스포크날개(310)의 우측 부분이 후행하는 스포크날개(310)의 좌측 부분과 겹쳐지는 영역을 매개로 연속적으로 이어지도록, 인접한 스포크날개(310)들이 바퀴축의 축방향을 따라 경사지게 나란히 이격되어 배열된 둘 이상의 경사패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
제5항에 있어서,
상기 둘 이상의 경사패턴으로 형성된 복수의 스포크날개(310)는, 상기 바퀴축의 축방향을 따라 서로 반대방향으로 경사지게 나란히 이격되어 배열된 우측 및 좌측 스포크날개(310a, 130b)로 이루어진 것을 특징으로 하는 비공기압 타이어.
제5항에 있어서,
상기 둘 이상의 경사패턴으로 형성된 복수의 스포크날개(130)에 의해 발생하는 차량에 대한 외측방향 수평력(Xo) 및 내측방향 수평력(Xi)은,

로 계산되고, 상기 차량의 쏠림 특성을 나타내는 CON값은

에 의해 구해지되, 여기서 Wo, Wi는 스포크날개의 타이어 폭방향으로의 폭, θ₁, θ₂는 스포크날개의 상기 바퀴축의 축방향에 대한 각도, No, Ni는 스포크날개의 개수, 그리고 k1, k2는 경사패턴의 개수인 것을 특징으로 하는 비공기압 타이어.