KR0134085B1

KR0134085B1 - 공기압식 레이디얼 타이어

Info

Publication number: KR0134085B1
Application number: KR1019900007275A
Authority: KR
Inventors: 기요시 이께하라; 기요히또 가와사끼
Original assignee: 이에이리 아끼라; 가부시끼가이샤 브리지스톤
Priority date: 1989-05-22
Filing date: 1990-05-21
Publication date: 1998-04-18
Also published as: CA2016915A1; US5311917A; ES2045807T3; EP0399795A1; JPH02306801A; DE69003011D1; CA2016915C; KR900017811A; US5396942A; EP0399795B1; JP3045732B2; DE69003011T2

Abstract

내용없음.

Description

공기압식 레이디얼 타이어

제1도 내지 제6도는 본 발명에 따른 벨트 보강제로서의 강철 코드(steel cord)의 여러가지 실시예의 개략 단면도.

제7도는 트럭 및 버스용 공기압식 레이디얼 타이어의 부분 단면도.

제8도는 마모저항(fretting resistance)치를 도시한 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 코어 2 : 외장(sheath)

3 : 나선 필라멘트 4 : 레이디얼 타이어

5 : 비이드부 6 : 측벽부

7 : 쇼울더부(shoulder portion) 8 : 트레드부(tread portion)

9 : 비이드 와이어(bead wire) 10 : 카아커스 가닥(carcass ply)

11 : 벨트부 12 : 비마모부

13 : 마모부

본 발명은 공기압식 레이디얼 타이어에 관한 것으로서, 특히 트럭 및 버스에 사용하기 위한 공기압식 레이디얼 타이어에 관한 것이다.

트럭 및 버스에 사용하기 위한 종래의 레이디얼 타이어로는 각각이 타이어 중심선에 대해서 비교적 작은 경사각으로 배열된 강철 코드를 포함하며, 이들 층들의 코드들이 서로 교차하는 3개 이상의 고무처리된 코드층으로 된 벨트와, 타이어 중심선에 대체로 수직으로 배열된 코드를 포함하는 1개 이상의 고무처리된 코드 가닥(cord ply)으로 구성된 카아커스를 포함하는 타이어가 있다.

그러나, 벨트의 보강재로서 코드를 사용하는 타이어에 있어서는, 벨트 끝에서의 분리결합(BES)이 재생 및 안정성에 문제를 유발한다는 문제점이 있다.

본 발명자들은 상기 문제점을 유발하는 메카니즘을 연구하였고 이에 따라 주행중에 벨트층의 반복된 변형, 특히 측력(side force)의 발생시에 벨트층의 면의 변형으로 인한 벨트층의 단부에 있는 코드단을 둘러싸는 고무에 균열이 발생하며, 이 균열이 커져서 인접 코드에서 발생한 다른 균열과 연결되어 분리결합(separation failure)을 일으킴을 확인했다.

더우기, 본 발명자들은 BES 발생과 벨트층 구조의 여러 요소와의 관계에 대해서 연구하였고, 이에 따라 벨트층을 보강하는 강철 코드 그 자체의 굽힘 강도와 인접하는 코드들 사이의 거리가 BES의 크기 및 발생 시간에 영향을 미친다는 것을 확인하였다.

즉, 강철코드 자체의 굽힘강도는 코드단에서의 균열성장에의 영향을 미치고, 인접 코드를 사이의 거리는 균열을 서로 용이하게 연결하는데 영향을 미친다.

이와 같은 BES의 발생을 방지하기 위해서, 본 발명자들은 이전에 일본 실용신안공개 제61-206695호에서 강철코드를 구성하는 필라멘트의 지름을 0.32-0.42mm 정도로 제한하므로서 강철코드의 굽힘강도를 크게한 것을 제안했다.

상기 공개공보에 따르면, 강철코드는 중심의 기본구조물(이후로 코어로 약칭)과, 고무 침투성(rubber penetrability)을 향상시키기 위해 외장내의 필라멘트의 비틀림 방향과 코어내의 필라멘트의 비틀림 방향이 반대되도록 코어를 둘러싼 동심축층(이후로 외장(sheath)으로 약칭)으로 구성된다. 그러나 코어의 필라멘트는 점으로서 외장의 필라멘트와 접촉하게 되고 이에 따라 마모피로(fretting fatigue)에 대한 저항력이 개선될 여지가 아직 있다.

그러므로 본 발명의 목적은 상기에서 언급된 문제를 해결하고 벨트단분리에 대한 개선된 저항력(BES 저항력)과 내구성 및 타이어의 재생성질을 갖는 공기압식 레이디얼 타이어를 제공하는 것이다.

상기 언급된 마모피로는, 코드를 구성하는 코어 및 외장내의 필라멘트의 비틀림 방향이 서로 반대이기 때문에, 코어와 외장의 필라멘트가 점으로서 서로 접촉하여 표면 압력을 국부적으로 높이고 또한 코드의 변형에서 상대운동이 크게 된다는 사실에 기인한 것이다. 이 목적을 위하여, 본 발명자들은 코어와 외장내의 필라멘트를 같은 방향으로 비틀므로써 마모 피로에 대한 저항력이 개선될 수 있다고 가정했었다. 그러나 비틀림 구조가 같은 방향일 경우에는 고무 침투성이 약해지고 주행동안 코어가 쉽게 외장으로부터 튀어나와 타이어 튜브에 펑크를 내게 되는 문제가 있다. 이러한 문제들을 해결하기 위하여 코어의 운동을 방지하도록 고무를 코어내에 완전히 관통시킬 필요가 있다.

상기의 상황하에서, 본 발명자들은 연구를 거듭한 결과 상기 목적은 강철코드의 코어 및 외장을 같은 방향으로 비틈과 동시에 강철 코드를 구성하는 필라멘트의 총 굽힘강도와 강철코드의 인장강도를 각각 소정의 범위내에 둠으로써 달성될 수 있음을 발견했다. 이로서 본 발명은 완성되었다.

본 발명에 따라서, 대체로 타이어의 방사 방향으로 배열된 코드들을 포함하는 카아커스 가닥과, 상기 카아커스 가닥에 대해 중첩되고 또한 가각의 벨트층이 타이어 중심선에 대해 5-20°의 코드 각으로 배열된 강철 코드들을 포함하는 복수의 벨트층으로 구성된 벨트를 포함하고, (a) 상기 강철코드가 2개의 강철 필라멘트로 구성된 코어와 상기 코어를 둘러싸고 6개 내지 8개의 강철 필라멘트로 구성된 하나의 외장을 포함하는 2층 구조물로 되어 있으며, 상기 코어의 비틀림 방향이 상기 외장의 비틀림 방향과 같으며 다음의 관계식을 만족하고 :

0.22≤Dc≤0.44(mm),

0.22≤Ds≤0.50(mm),

12≤Ps≤22(mm),

2.0≤Ps/Pc≤4.0(mm)

여기서 Dc는 코어에서의 강철 필라멘트의 지름, Pc는 코어의 비틀림 피치, Ds는 외장에서의 강철 필라멘트의 지름, 그리고 Ps는 외장의 비틀림 피치.

(b) 상기 강철코드가 다음의 방정식으로부터 게산하여 100kg.mm 이상인 굽힘강도 B를 갖고 :

B=1.3×∑₁B₁=1.3×∑₁(πD₁ ⁴/64)×20,000

여기서 B₁는 각 강철 필라멘트의 굽힘강도, D₁는 각 강철 릴라멘트의 지름.

(c) 상기 강철 코드가 다음 관계식을 만족하는 인장강도 s(kgf)를 갖고 :

S≥110×(0.6＋D)

여기서 D는 강철코드의 지름, 그리고

(d) 상기 강철코드는 인접 코드들 사이의 거리 G가 상기 벨트층에서 0.6-2.0mm 범위내에 있도록 배열된 것을 특징으로 하는 공기압식 레이디얼 타이어가 제공된다.

본 발명에 따른 공기압식 레이디얼 타이어에 대하여 이하에서 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따르면, 강철코드는 코드 대칭, 내부 압력 유지 성질 및 필라멘트 이탈방지의 관점에서, 2개의 강철 필라멘트로 이루어진 코어와 이 코어를 둘러싸고 6개 내지 8개의 강철 필라멘트로 이루어진 외장으로 구성되어 있다. 코어용 강철 필라멘트의 수가 3개일때는, 코어의 중심내로 고무가 관통하지 않은 부분이 발생하며 이에 따라 타이어에 외부 손상이 가하여졌을때 이 부분을 따라 물이 스며들어 부식이 확산되기 쉽다. 게다가 코어용 강철 필라멘트의 수가 4개 이상일 때는 대칭을 유지하기가 어렵고 또한 응력의 분배는 코드의 변형으로 불균일하게 되어 피로 저항이 감소하게 된다. 반면에 외장용 강철 필라멘트의 수가 6개보다 작을 때는, 만일 이것이 내부 압력을 유지하기 위해 필요한 강도를 제공하려고 한다면 강철 필라멘트의 지름은 크게 되어야만 하고 이에 따라 피로 저항이 감소한다. 반면에 외장용 강철 필라멘트의 수가 8개를 초과한다면 코드 내부로의 고무 관통성이 나빠지며 강철 필라멘트가 이탈할 위험이 있다.

만족할만한 내부 압력의 유지성질을 얻기 위하여, Dc 및 Ds가 각각 0.22mm 이상인 것이 바람직하다. 만일 Dc가 0.44mm를 초과하거나 또는 Ds가 0.50mm를 초과한다면 피로저항이 바람직하지 않게 감소한다. 또한 효율적인 강도를 얻기 위해서, 외장의 비틀림 피치 Ps가 12mm 이상인 것이 바람직하다. 만일 비틀림 피치가 22mm를 초과한다면 코드 성질이 나빠져 작업 능률이 저하된다. 더우기 코어와 외장사이의 인장지지균형(tension bearing balance)을 유지하면서 효과적인 강도를 얻기 위해서는 Ps대 코어의 비틀림 피치 Pc비가 다음의 관계식을 만족하는 것이 좋다 :

1.0≤Ps/Pc≤4.0

강철 필라멘트의 수가 적을 때 내부 압력의 유지성질을 만족스럽게 제공하기 위해서는 강철 필라멘트의 인장강도를 향상시키는 것이 바람직하다. 이 목적을 위해서는, 강철필라멘트의 탄소함량이 중량비로 0.80-0.90범위내에 있는 것이 바람직하다.

상술한 것처럼, 본 발명에 따른 강철코드는 코어와 단일 외장의 2층 구조물을 갖고 있다. 이 경우에 코어의 비틀림 방향이 외장의 비틀림 방향과 동일할 것이 요구되며 이로서 마모로 인한 코드의 피로가 방지된다. 상기 강철코드의 외장이 외부주위에 외장의 비틀림 방향과 반대방향으로 나선 필라멘트(spiral filament)를 감음으로써 유사한 결과가 얻어진다.

본 발명에 따르면, 강철코드의 굽힘강도 B가 100kg.mm²이상으로 제한된 이유는 B가 100kg.mm²보다 작을때 주행동안 코드의 균열확대가 커져서 BES 저항력을 향상시키는 효과가 얻어질 수 없다는 사실에 있다.

본 발명에 따른 강철 코드에서는 인장강도 S가 다음 관계식을 만족시킬 필요가 있다 :

S≥110×(0.6＋D)

그 이유는 상기 관계식이 만족될때 충분한 내부 압력이 먼저 유지되기 때문이다. 강철코드가 불량한 도로에서 무거운 짐을 실은 트럭 및 버스 타이어에 사용될 때는 다음의 관계식을 만족시키는 것이 좋다 :

S≥130×(0.6＋D)

코드의 상기 인장강도 S는 감소비를 94% 이상의 적당한 값으로 조절하면서 중량비로 0.80-0.90의 탄소함량을 갖는 고탄소강을 인발함으로써 얻어진다.

본 발명에 따르면, 강철코드는 인접 코드들 사이의 거리 G가 벨트층에서 0.6-2.0mm의 범위내에 있도록 배열될 필요가 있다. G가 0.6mm보다 작을 때는 인접한 코드들 주위에 발생한 균열은 서로 연결되기 쉬우며 따라서 BES가 발생되기 쉽다. 반면에 G가 2.0mm를 초과하면 벨트의 강도가 감소하여 타이어의 조향성(steering property)과 마모 저항력이 나빠진다. 그리고 G는 이하의 방정식으로 표현될 수 있다.

G=50/T-D

여기서 T는 5cm당 코드의 최종 카운터이며, D는 코드 지름이다.

충분한 고무판통성을 제공하기 위하여는, 외장의 필라멘트 지름 Ds대 코어의 필라멘트 지름 Dc의 비를 다음의 관계식으로 설정함으로써 외장의 강철 필라멘트 사이에 틈을 유지하는 것이 바람직하다 :

외장용 강철 필라멘트의 수가 6개일때, Ds/Dc≤1.65 ;

외장용 강철 필라멘트의 수가 7개일때, Ds/Dc≤1.15 ; 그리고

외장용 강철 필라멘트의 수가 8개일때, Ds/Dc≤0.9

본 발명에 따른 강철 코드의 실시예는 제1도 내지 제6도에 도시되어 있다. 제1도에는 동일한 지름을 갖는 2개의 강철 필라멘트로 이루어진 2층구조의 코어(1)와 코어의 강철필라멘트 지름보다 더 큰 지름을 갖는 6개의 강철 필라멘트로 이루어진 외장(2)을 갖는 강철 코드가 도시되어 있다.

제2도에는 동일한 지름을 갖는 2개의 강철 필라멘트로 이루어진 코어(1)와 코어에서와 같은 지름을 갖는 7개의 강철 필라멘트로 이루어진 외장(2)을 포함하는 2층 구조물로 된 강철코드가 도시되어 있다. 제3도에는 동일한 지름을 갖는 2개의 강철 필라멘트로 이루어진 코어(1)와 코어의 강철 필라멘트의 지름보다 작은 지름을 갖는 8개의 강철 필라멘트로 이루어진 외장(2)을 포함하는 2층 구조물로 된 강철 코드가 도시되어 있다.

제4도 내지 제6도에는 제1도 내지 제3도의 수정 실시예가 도시되어 있는데, 여기서 나선 필라멘트(3)는 각각 강철코드를 주위를 둘러싼다.

이하의 실시예들은 본 발명의 실예로서 주어진 것이며 본 발명이 이들에 한정되지는 않는다.

제7도에 도시된 것과 같은 1000R20의 타이어 치수를 갖는 트럭 및 버스용의 여러가지 레이디얼 타이어(4)가 준비되며, 이들 타이어의 고무 관통성, 마모 깊이 및 BES 저항력이 평가된다. 제7도에서, 도면부호 5는 바이드부, 도면부호 6은 측벽부, 도면부호 7은 쇼울더부, 도면부호 8은 트레드부, 도면부호 9는 비이드 와이어, 도면부호 10은 카이커스 가닥 그리고 도면부호 11은 벨트부이다. 이들 타이어에서, 벨트부(11)의 코드 최종 카운트는 충분한 내부 압력을 유지하기 위하여 필요한 5cm당 5500kg의 강도로 설정된다.

단지 코어만을 남기도록 새 타이어에서 빼낸 강철코드로부터 외장의 강철 필라멘트를 제거하고 난뒤 현미경 사진으로 코어 표면의 고무 코팅비를 측정하여 평가된 고무 관통성은 A가 60% 이상, B가 35-60%, 그리고 C가 35%이하이었다. 고무 관통성은 보통 목적의 사용조건에서는 B 평가이상이고, 엄격한 사용조건에서는 A 평가이상일 필요가 있으며 반면에 고무관통성이 C 평가이하일 때에는 코어 이탈 및 손상부분으로 물이 침투함으로 인하여 분리결함이 발생하기 쉽다.

마모에 대한 저항력은 다음과 같이 평가된다. 먼저, 타이어를 실제로 100,000km 이상 주행시켰다. 그후, 코드를 주행타이어의 벨트층에서 빼내고 코팅 고무를 용제로 제거하고 그후 강철 필라멘트를 하나씩 분리시켰다.

각각의 강철 필라멘트에 대한 인장강도를 측정한 후에 필라멘트의 균열면을 현미경에 놓고 현미경사진을 찍어 얻으며, 모눈종이를 이 현미경 사진위에 놓고 마모에 일어나지 않은 부분을 따라서 원을 그렸다. 이로부터 제8도에 도시된 바와 같이 마모가 발생하지 않은 부분(12)에 대해 ㎛단위로 마모부(13)의 양 h를 측정하였다. 그리고 마모량은 10개의 코드의 평균치로 나타내었다.

표1a에서 마모 저항력은 제어타이어가 100인 지수로 나타내었다. 지수가 클수록 마모량이 작다.

벨트단에서 연결된 균열이 허용되지 않을때(X) 주행후에 타이어를 절단하여 그 내부를 관찰함으로써 BES 저항력이 평가되었다.

표1b에 그 측정결과들이 나타나 있다.

표 1의 시험결과로부터 알 수 있듯이 본 발명에 따른 레이디얼 타이어에서는, 벨트보강재로서의 강철코드의 고무 관통성이 양호하며, 마모 저항력이 상당히 향상되고, BES 저항력이 우수하므로, 내구성 및 재생성에서 우수한 효과가 충분히 나타난다.

Claims

대체로 타이어의 방사 방향에 배열된 코드들을 포함하는 카아커스 가닥과, 상기 카아커스 가닥 주위에 중첩되고 또한 각각이 타이어의 중심선에 대해 5∼20°의 코드각으로 배열된 강철코드들을 포함하는 복수의 벨트층으로 구성된 벨트를 포함하고, (a) 상기 강철코드가 2개의 강철 필라멘트로 구성된 코어와 상기 코어를 둘러싸고 6개 내지 8개의 강철 필라멘트로 구성된 하나의 외장을 포함하는 2층 구조물을 가지며, 상기 코어의 비틀림 방향이 상기 외장의 비틀림 방향과 같으며, 다음의 관계식을 만족하고 :

0.22≤Dc≤0.44(mm),

0.22≤Ds≤0.50(mm),

12≤Ps≤22(mm),

1.0≤Ps/Pc≤4.0(mm)

여기서 Dc는 코어에서의 강철 필라멘트의 지름, Pc는 코어의 비틀림 피치, Ds는 외장에서의 강철 필라멘트의 지름, 그리고 Ps는 외장의 피치, (b) 상기 강철코드가 다음의 방정식으로부터 계산하여 100kg.mm 이상인 굽힘강도 B를 갖고 :

B=1.3×∑₁B₁=1.3×∑₁(πD₁ ⁴/64)×20,000

여기서 B₁는 각 강철 필라멘트의 강도, D₁는 각 강철 필라멘트의 지름, (C) 상기 강철코드가 다음 관계식을 만족하는 인장강도 S(kgf)를 갖고 :

S≥110×(0.6＋D)

여기서 D는 강철코드이 지름이고, 그리고 (d) 상기 강철코드는 인접 코드들 사이의 거리 G가 상기 벨트층에서 0.6∼2.0㎜ 범위내에서 있도록 배열된 것을 특징으로 하는 공기압식 레이디얼 타이어.
제1항에 있어서, 상기 강철코드가 상기 외장의 비틀림 방향과 반대방향으로 나선 필라멘트에 의해 둘러싸여진 것을 특징으로 하는 공기압식 레이디얼 타이어.
제1항에 있어서, 상기 인장강도 S가 다음의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 공기압식 레이디얼 타이어.

S≥130×(0.6＋D)
제1항에 있어서, 상기 강철코드가 상기 외장용 강철 필라멘트의 수가 6개일때, 다음의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 공기압식 레이디얼 타이어.

Ds/Dc≤1.65
제1항에 있어서, 상기 강철코드가 상기 외장용 강철 필라멘트의 수가 7개일때, 다음의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 공기압식 레이디얼 타이어.

Ds/Dc≤1.15
제1항에 있어서, 상기 강철코드가 상기 의장용 강철 필라멘트의 수가 8개일때, 다음의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 공기압식 레이디얼 타이어.Ds/Dc≤0.9