비공기식 자동차용 타이어 document_id A220623023080

오늘날 차량에 사용되는 타이어는 일반적으로 공기식 타이어이다. 이러한 타이어에서는, 타이어에 작용하는 하중을 감당하기 위해 내부 공기압이 필요하다. 내부 공기압으로 작동하는 자동차용 타이어는 실제로 양호하게 기능하지만, 중대한 결점을 안고 있다. 이러한 결점에는 복잡한 구조 설계뿐 아니라, 공도(public road)에서의 사용 중에 펑크가 나는 경우의 안전 문제도 포함된다. 무공기(airless) 또는 비공기식 타이어 설계는 종래에도 존재한다. 예를 들어, 벤슨(Benson)의 미국 특허 제1,610,238호에는, 타이어 주위에 아치형 또는 C-형 스프링이 반경방향으로 배치되는 무공기 자동차용 타이어가 개시되어 있다. 타이어의 원주 주위에 연장되는 링형 와이어는 타이어의 크라운 부분에 배치된 C-형 스프링의 부분에 형성된 루프를 통해서 꿰어진다. C-형 스프링의 단부는 타이어의 비드(bead) 부분에서 링 내로 굴곡된다. 타이어의 비드와 직경이 동일한 한 쌍의 링-형상 스프링은 C-형 스프링의 단부 상에 링을 통해서 하나씩 꿰어진다. 유사한 반경방향-배치된 판 스프링(leaf spring)이 미첼(Mitchell)의 미국 특허 제1,113,036호에 기재되어 있다. 그러나, 이 해결책에서의 C-형 판 스프링은 타이어의 크라운 부분에 루프를 갖고 있지 않다. 왈튼(Walton)의 미국 특허 제1,471,580호에 따르면, 원형 단면의 와이어로 제조된 스프링은 두 개의 대칭 배치된 반원으로 형성되며, 터널형 배치가 이루어지도록 타이어 내에 반경방향으로 배치된다. 각 스프링의 양 단부에는 원 형태의 폴드백(fold-back)이 제공된다. 비드-링(bead-ring) 역할을 하는 스틸 와이어는 상기 원형 폴드백을 통해서 꿰어진다. 원주 방향으로, 반경방향 스프링은 쌍으로 속박(tie-up)된다. 이 해결책에서, 타이어는 필요한 하중 지지능력(loadability)을 확보하도록 가압된다. 상기 종래 타이어의 단점은, 각 스프링의 크라운 부분이 편평하기 때문에 또한 큰 변형, 스프링 피로 및 파괴로 인해 각각의 타이어가 대략 450 lb(204 kg)에 걸친 하중을 부담하기에 부적합하다는 점이다. 이러한 구조의 자동차용 타이어의 다른 결점은 이 타이어가 저속(최대 25 내지 35 mph(시속 40 내지 56 km))으로 주행하는 차량에만 사용될 수 있다는 점이다. 보다 큰 하중이나 속도에서는, 자동차용 타이어의 온도는 커다란 스프링 변형으로 인해 175 내지 195℉(79.4 내지 90.5℃)의 허용 온도 한계를 상당히 초과한다. 따라서, 고무 재료가 매우 빠르게 낡아짐으로써 추가 사용을 위해서는 부적합하다. 상기 종래 타이어의 추가적인 단점은 그 높은 프로파일로 인해 안정성 특징이 낮다는 점이다. 이는 오늘날의 고속 차량에 있어서 그 안전한 작동을 불가능하게 만든다. 서보틱스(Subotics)에 의해 본 출원인에게 공동 양도된 미국 특허 제6,374,887호의 목적은, 스틸과 같은 재료로 바람직하게 제조되어 타이어 내부에 반경방향으로 배치되는 아치형 판 스프링으로 보강된 비공기식 자동차용 타이어가다. 이 타이어는 접지면을 포함하는 크라운 부분, 및 숄더 부분을 거쳐서 상기 크라운 부분에 접합되는 두 개의 사이드월(sidewall)을 특징으로 한다. 두 개의 사이드월은 휠 림(wheel rim)에 클램핑되는 비드에서 종료된다. 크라운 부분, 사이드월 및 비드는, 아치형 판 스프링에 의해 지지되고 탄성 재료로 제조된 리브(rib)에 의해 함께 유지된다. 판 스프링의 단부는 비드에 가요적으로 매립되며, 전체 자동차용 타이어는 예비-응력인가된(pre-stressed) 상태에서 휠 림에 장착된다. 그러나, 서보틱스의 '887 특허의 비공기식 타이어의 단점은, 판 스프링이 타이어의 고무 본체에 조립되지 않기 때문에 강화 리브가 작동 중에 판 스프링 상에서 미끄러진다는 점이다. 그로인해 발생하는 마찰은 열을 발생시킨다. 이 결과 타이어가 사용 중에 상당히 가열된다. 또한, 판 스프링 단부가 비드 내에 가요적으로 매립되기 때문에, 타이어 비드 역시 타이어의 상당한 변형으로 인해 작동 중에 상당히 가열된다. 또한, 타이어의 고 하중 하에서, 스프링 단부가 비드의 고무 재료 내에 압입된다. 그 결과, 스프링의 비드 단부가 상호 이격되며, 스프링의 크라운 부분에서 절첩형 피크 변형이 발생된다. 이들 피크 변형은 단지 짧은 시간의 작동 이후에 스프링을 파괴시키는 결과를 초래한다. 따라서, 본 발명의 목적은 종래 자동차용 타이어의 상기 단점들을 제거하거나 적어도 감소시키고 내마모성, 하중 지지능력, 속도 및 측방 안정성이 높은 비공기식 자동차용 타이어를 제공하는 것이다. 상기 및 기타 목적과 이점들은 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.