KR100267278B1 - 타이어 비드부 보강용 인덴티드 강선 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 타이어의 비드부에 매입되어 비드부의 보강이 이루어지도록 하는 타이어 비드부 보강용 인덴티드 강선에 관한 것이다.

본 발명의 타이어 비드부 보강용 강선은 강선의 표면부에 요홈부를 형성하여 표면적이 증대되도록 한 구조로서, 이때 상기 요홈부는 강선의 전체 표면부에 걸쳐 인접하는 요홈부간에 서로 일정한 간격을 유지한 상태로 균일하게 배열되거나 강선의 길이방향을 따라 나선상으로 연속되게 형성되며, 이러한 요홈부는 비드와이어의 제조공정중 신선단계에서 중간신선기의 권취기 부위에 장착된 인덴트 치구에 의해서 형성된다.

본 발명의 타이어 비드부 보강용 인덴티드 강선은 그 표면부에 형성된 요홈부에 의해서 표면적의 확대가 이루어지게 되고, 그에따라 타이어 비드부에의 매입시 타이어 고무와 강선간의 접착면적이 증대되어 강선과 타이어 고무간의 접착력 향상을 통한 타이어의 내구성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

타이어 비드부 보강용 인덴티드 강선

본 발명은 각종 차량용 타이어의 비드(Bead)부 보강용 강선에 관한 것으로, 보다 자세하게는 원형 단면으로 이루어진 강선의 표면에 요홈부를 형성하여 표면적을 증가시킴으로써 타이어 고무와의 접촉면적 확대에 의한 고무접착력의 향상과 함께 강선의 표면 요홈부 내부에 채워진 고무와 강선간의 요철결합에 의해 양자간의 결합이 보다 견고하게 유지되도록 함으로써 타이어의 내구성이 증대되도록 한 타이어 비드부 보강용 인덴티드 강선에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 타이어는 도1에 도시된 바와같이, 차량의 림부(도면 미도시) 외주면에 밀착결합되는 비드부(B)와, 차량의 주행시 노면에 직접 접촉하는 트래드부(T)와, 이들 사이에서 측벽부를 구성하는 솔더부(S) 및 사이드월부(C)로 이루어지며, 이러한 형상으로 이루어진 타이어의 각 부는 강도의 보강을 위한 방편으로 트래드부(T)의 내부에는 스틸코드(s)가 매입되고, 비드부(B)에는 원형단면의 강선이 코일형태로 권회된 비드부 보강용 강선(b)이 매입되며 전체 단면부를 따라서는 카카스(c)가 매입되는 구조를 취하고 있다.

한편, 차량용 타이어는 차량의 주행중에 타이어에 가해지는 반복적인 압축,인장 하중과 외부충격등에 의해서 타이어 고무와 그 내부에 매입된 강도보강재 사이의 결합력 약화가 초래되고 심한 경우에는 강도보강재와 타이어 고무간의 분리(separation)현상이 일어나게 됨으로써 타이어의 내구성이 떨어지게 되므로, 타이어 고무와 강도보강재간의 접착력은 타이어의 내구성을 결정짓는 결정적인 인자의 하나로 작용하고 있다.

타이어의 비드부 내부에 매입되어 비드부의 보강을 위해 사용되는 비드부 보강용 강선(이하, 비드와이어라 한다.) 역시도 비드부 내부에 매입되었을 때 그 주위의 고무와 강한 접착력을 유지하도록 하는 특성을 구비할 것이 요구되고 있는 바, 이러한 비드 와이어의 고무와의 접착성 향상과 관련된 종래의 기술을 살펴보면 다음과 같다.

통상적으로 비드와이어는 원형 단면을 갖는 고탄소 강선으로서 그 표면에 구리(Cu)와 주석(Sn)의 합금(청동합금)이 피복되어진 구조로서, 이때 상기 청동합금층은 고무와의 접착성을 향상시키는 것으로 알려져 있으며, 여태까지의 비드와이어 접착성 향상과 관련된 기술은 거의 상기 표면도금층의 개선에 주목하여 개발이 이루어져 왔다.

비드와이어의 표면도금층 형성기술과 관련하여 국내 특허공보 제3543호(공고번호 : 94-1347)에는 비드와이어의 표면에 대하여 1차로 구리무전해 도금을 행한 후 그 위에 2차로 주석 또는 청동으로 무전해 도금을 함으로써 타이어 고무와의 접착성에 영향을 미치는 도금층의 극표면부에 높은 주석함량을 나타내도록 한 비드와이어 제조방법이 개시되어 있다.

그리고, 본원인에 의해 선출원된 국내 특허공보3671호(공고번호 : 96-6595)에는 모재 강선의 도금전에 약산성 수용액중에서 활성화 처리를 행한 후 구리와 주석의 함량이 적절하게 조절된 도금조에서의 도금을 통해서 청동합금 도금층중의 주석함량이 20% 이상으로 유지되도록 한 비드와이어 제조방법이 알려져 있으며, 비드와이어의 표면도금층과 관련된 또 다른 종래기술의 하나로 국내 특허 제140853호에는 습식침적도금법에 의해 청동동시도금 또는 청동이중도금을 한 후 모재 강선의 신선공정을 행함에 의해 도금층을 치밀화시켜 비드와이어와 타이어 고무간의 접착성 개선을 도모한 기술이 개시되어 있다.

한편, 상기의 비드와이어 표면도금층 개선에 관한 종래의 기술들은 모두 원형단면으로 이루어진 강선의 표면부에 형성되는 도금층에서 고무와의 접착성 향상에 기여하는 인자로서의 도금층의 특정조성과 관련된 것으로서 한정된 표면적을 갖는 강선의 표면에 대하여 그 위에 피복되는 도금층의 조성을 변화시켜 타이어 고무와의 접착성을 향상시키는 데는 한계가 따르고 있다.

그리고, 상기의 종래 강선표면의 도금층과 관련된 기술에서는 적절한 도금층의 형성을 위해 강선에 대한 전처리, 도금액의 성분조정, 도금조의 분위기 제어 및 도금속도의 적절한 제어등과 같은 세심한 주위가 요구되고, 또한 이들 공정의 수행에 많은 설비 및 숙련도가 요구되는 문제점이 지적되고 있다.

따라서, 본 발명의 발명자는 상기 종래의 비드와이어의 고무와의 접착성 향상을 위한 기술에서 나타나고 있는 문제점과 한계를 극복하기 위한 방편으로, 강선의 표면부에 형성되는 도금층이 아닌 타이어 고무와의 관계에서 접착성에 일차적으로 영향을 미치는 인자로서의 강선 표면과 고무간의 접착면적에 주목하여 비드부 보강용 강선 자체의 표면부 형상에 변화를 가함에 의해서 비드와이어의 접착성 개선을 시도하였으며, 그 결과로 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은 원형 단면으로 이루어진 강선의 표면부에 요홈부(indented site)를 형성하여 표면적을 증가시킴으로써 타이어 고무와의 접촉면적 확대에 의한 비드와이어와 고무간의 접착력이 향상되도록 하고, 이에 더하여 강선의 표면 요홈부 내부에 채워진 고무와 강선 요홈부간의 요철결합에 의해 두 부재 사이의 접합상태가 보다 견고하게 유지되도록 함으로써 강선과 타이어 고무가 강력한 접착상태를 유지하고 또한 그 접합상태가 오래도록 지속되도록 하여 타이어의 내구성 증대가 이루어지도록 한 타이어 비드부 보강용 인덴티드 강선을 제공하는 데 목적을 두고 있다.

도1은 타이어의 개략적인 단면구조도.

도2는 본 발명의 일실시예 인덴티드 강선에 대한 정면도.

도3은 도2의 A-A선 단면도.

도4는 본 발명의 다른 실시예 인덴티드 강선에 대한 정면도.

도5는 도4의 A-A선 단면도.

도6은 본 발명의 인덴티드 강선이 타이어 고무에 매입된 상태를 보인 단면도.

(( 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ))

1,1'. 강선 2,2'. 요홈부

3. 타이어 고무

본 발명의 상기 목적은 원형단면을 갖는 타이어 비드부 보강용 강선의 표면부에 소정의 깊이와 폭을 갖는 요홈부를 일정한 간격으로 형성한 구조에 의해서 달성된다.

이때, 상기 강선의 표면부에 형성되는 요홈부의 구체적인 형태는 인접하는 요홈부와는 일정한 간격을 두고 형성되는 원형, 타원형 및 다각형을 비롯한 다양한 형태로서 그 깊이는 강선의 본래 직경을 감안하여 강선의 강도 및 굽힘력등의 물리적 특성을 저하시키지 않으면서 강선의 표면적을 증대시킬 수 있는 적절한 범위를 유지하도록 하여야 한다.

그리고, 본 발명의 강선 표면부에 형성되는 요홈부는 인접하는 요홈부들이 서로 떨어져 독립적으로 형성되는 형태 이외에 강선의 표면부를 따라 전길이에 걸쳐 나선형으로 연속되게 형성된 구조를 취할 수도 있다.

다시말하면, 본 발명의 강선 표면부에 형성되는 요홈부는 소정의 깊이와 폭을 갖는 홈부가 나선형으로 형성되도록 함으로써 요홈부가 강선의 전길이에 걸쳐 연결된 구조를 취하게 되는데, 이때 나선형 요홈부는 일정한 피치를 갖는 단일 나선형이나 2조의 나선형 요홈부가 연속된 2중 나선구조를 비롯한 다양한 변형이 가능할 것이다.

한편, 상기 본 발명의 타이어 비드부 보강용 강선에서 요홈부의 형성은 소재 강선을 가공하여 비드와이어로 제작하는 일련의 공정, 즉 소재 강선의 산세 → 열처리(파텐팅)→ 신선 →탈지 →표면 도금층 형성으로 이루어지는 일반적인 비드와이어 제작공정중 중간신선기의 권취기 부위에 요홈부 형성을 위한 인덴트 치구를 부착장착하여 강선이 인덴트 치구를 통과하는 과정에서 강선의 표면부에 연속적으로 요홈부가 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에따른 작용효과에 대한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

먼저, 도2는 본 발명의 일실시예 인덴티드 강선에 대한 정면도이고, 도3은 도2의 A-A선 단면도로서, 도시된 바와같이 본 발명의 인덴티드 강선은 원형단면으로 이루어진 강선(1)의 표면부에 타원형의 요홈부(2)가 서로 일정한 간격을 두고 형성된 구조로 이루어져 있다.

이때, 상기 요홈부(2)는 강선의 표면부로부터 안쪽을 향하는 호형의 만곡면을 이루고 있으며, 요홈부(2)간의 배치 및 간격은 강선(1)의 길이방향을 따라 일정한 간격을 두고 직선상으로 4조의 요홈부(2)가 형성됨에 있어 그 각조의 요홈부(2)는 서로 90°의 각도를 유지하는 한편 강선(2)의 원주방향으로 인접하는 요홈부(2)간에는 서로 엇갈리게 배열된 구조를 취하고 있다.

이때, 상기 요홈부(2)의 깊이(d)는 강선(1)의 자체 강도 및 굽힘력을 저하시키지 않는 범위로서 강선의 표면적이 증대되도록 하는 적절한 깊이가 유지될 수 있는 범위로 형성하는 것이 바람직하며, 요홈부(2)의 단위면적당 형성갯수와 단위 요홈부(2)의 크기 역시 상기의 원칙에 의거하여 적절하게 설계되도록 하는 것이 유리하다.

그리고, 본 실시예에서의 요홈부(2)는 타원형으로 형성되어 있으나, 그 구체적인 형상은 이에 국한되지 않으며 원형이나 다각형을 비롯한 다양한 형태로의 변형이 가능하다.

다음, 도4 및 도5는 본 발명의 다른 실시예 인덴티드 강선의 구조를 보인 것으로, 도시된 바의 실시예 인덴티드 강선은 강선(2')의 표면부에 일정폭을 갖는 나선상의 요홈부(2')가 강선의 길이방향을 따라 연속적으로 형성된 구조임을 알 수 있다.

상기 나선상 요홈부(2')간의 간격(f)과 요홈부의 깊이(d')는 전번 실시예에서와 마찬가지로 강선의 표면적 증대와 강선의 물리적 특성저하 방지가 적절하게 조화되는 범위내에서 변화가 가능할 것이다.

한편, 상기의 실시예에서는 단일 나선형 구조의 요홈부(2')로 구성되어 있으나 동일한 피치를 갖는 2조의 나선상 요홈부가 서로 엇갈리게 교차하면서 진행하는 2중 나선형 요홈부를 비롯한 다양한 형태의 나선상 요홈부로의 변형실시가 가능할 것이다.

상기와 같은 요홈부(2)(2')는 소재 강선을 비드와이어로 제작하는 일련의 공정중 중간신선기의 권취기 부위에 장착되는 인덴트 치구에 의해서 형성되어지며, 이와같이 요홈부(2)(2')가 형성된 강선(1)(1')은 후속되는 최종 신선공정 및 표면도금층 형성공정등을 거쳐 비드와이어로 제작된다.

도6은 상기 도5에 도시된 인덴티드 강선(2')이 최종신선 및 표면도금층 형성을 거쳐 비드와이어로 제작되어 타이어의 비드부에 매입된 상태의 단면도로서, 도시된 바와같이 타이어 고무(3)중에 매입된 강선(2')은 그 표면부에서 타이어 고무(3)와 접착계면을 형성함에 있어 요홈부(2')에서는 타이어 고무(3)가 요홈부 내부로 채워지는 구조를 취함에 따라 그만큼 접착면적의 확대가 이루어지게 된다.

또한, 본 발명의 인덴티드 강선(1)(1')에서는 상기한 바와같이 강선 표면부의 요홈부(2)(2')는 그 내부로 채워진 타이어 고무(3)와 요철결합을 이루고 있음에 따라 차량의 주행에 의해 타이어의 비드부로 하중이나 응력이 전달되어 강선(1)(1')과 타이어 고무(3)간의 접착계면을 서로 분리시키려는 외력이 가해지는 경우 상기의 요철결합구조에 기인한 양 부재의 상호 괘지작용에 의해 어느 한 부재의 상대적인 이동이 억제되므로 타이어 고무(3)와 강선(1)(1')간의 분리현상의 발생이 최소화된다.

본 발명의 실시예는 다음과 같다.

먼저, 시편의 소재로 0.82% C, 0.24% Si, 0.51% Mn, 0.010% P, 0.08% S, 0.03% Cu, 0.019% Al 및 잔여철로 이루어진 조성성부분을 갖는 직경 5.5mm의 선재에 대하여 산세 및 표면 피막처리를 한 후 1차 신선을 하였다.

다음, 1차 신선된 선재를 파텐팅 처리 및 표면 피막처리를 행한 후 중간신선을 행하는 과정에서 중간신선기의 권취기 부위에 인덴트 치구를 부착하여 표면에 요홈부가 형성되도록 하였다.

상기 표면부에 요홈부가 형성된 강선은 최종 직경이 1.83mm가 되도록 신선한 후 직선화 처리 및 탈지처리를 행한 후 최종공정으로 화학 청동도금(Cu/Sn)을 하여 본 발명의 실시예 강선 시편을 마련하였다.

상기의 과정을 통하여 본 발명의 실시예 시편을 제조함에 있어서, 중간신선기의 권취기 부위에 장착되는 인덴트 치구를 달리하여 실시예1의 시편은 도2에 도시된 것과 같이 강선의 표면부에 타원형의 요홈부가 균일하게 배열되도록 하였으며, 실시예2의 시편은 도4에 도시된 것과 같이 강선의 길이방향을 따라 그 표면부에 나선형 요홈부가 연속되게 형성되도록 하였다.

한편, 상기 본 발명의 실시예 시편들과의 특성 비교를 위하여 실시예 시편의 제작공정과 동일한 과정을 수행하여 강선을 제작함에 있어 단지 인덴트 성형공정만을 생략함으로써 통상의 타이어 비드부 보강용 강선으로서의 비교예 시편을 제작하였다. 즉, 비교예 시편은 표면부의 요홈부 형성유무를 제외한 강선의 조성, 표면도금층 및 최종직경등이 상기 실시예 시편들과 동일하다.

상기 본 발명의 실시예 시편과 비교예 시편의 고무접착력과 고무부착율을 측정하였으며, 이때 고무접착력은 아래와 같은 배합조성을 갖는 고무판 두장 사이에 강선을 위치시킨 상태에서 가류시켜 고무와 강선의 복합체로 제작한 후 이 복합체 시편을 인장시험기에 장착하여 ASTM D1871 시험방법에 따라 고무판 사이에 접착된 강선이 고무로부터 이탈하는 시점의 인장하중을 강선의 고무 접착력으로 평가하였다.

그리고, 고무 접착력은 초기 및 열화 후의 두 가지 경우에 대하여 측정하였는 바, 열화방법은 복합체 시편을 85℃, 95% RH(상대습도)로 유지되는 항온 항습기에서 14일간 유지시킨 후, 접착강도와 고무부착율을 평가하는 습윤열화를 실시하였다. 상기 고무부착율은 복합체 시편에서 분리된 강선의 표면을 덮고 있는 고무의 량을 측정한 상대적인 비교치이다.

고무의 배합조성 1

폴리이소프렌 100 중량부

산화아연 10

지방산 3

아민산화방지제 1

설펜아미드형 촉진제 1.2

황 3

코발트화합물 3

카본블랙 65

가공오일 4.6

상기 본 발명의 실시예 시편과 비교예에 대한 고무 접착력( 초기/습윤열화 후)과 고무부착율의 측정결과는 아래의 표1과 같다.

구 분	고무 접착력 (kgf)	고무부착율 (%)
	초 기	습윤열화	초 기	습윤열화
실시예1	122	110	115	100
실시예2	125	112	110	100
비교예	100	92	100	85

상기 표1에서 고무접착력과 고무부착율의 측정값은 비교예의 초기 고무접착력 및 고무부착율을 100으로 하여 이에대한 상대적인 비교치를 나타낸 것이다.

한편, 본 발명의 타이어 비드부 보강용 강선이 고무의 조성변화에 따라 고무접착력과 고무부착율에서 어떠한 변화가 있는가를 알아보기 위하여 아래와 같이 그 조성을 달리하는 고무조성으로 이루어진 복합체 시편을 제작하여 고무접착력과 고무부착율에 대한 시험을 행하였으며, 그 시험 결과는 아래의 표2와 같다.

고무의 배합조성 2

폴리이소프렌 100 중량부

산화아연 10

지방산 3

아민산화방지제 2

설펜아미드형 촉진제 0.8

황 4.5

코발트화합물 1

카본블랙 55

가공오일 9

구 분	고무 접착력 (kgf)	고무부착율 (%)
	초 기	습윤열화	초 기	습윤열화
실시예1	115	95	110	100
실시예2	112	89	110	95
비교예	100	79	100	80

상기 고무의 배합조성 1과 2는 일반적으로 사용되어오고 있는 타이어 타이어 고무이다.

상기 표1과 표2를 통하여 본 발명의 실시예 강선이 종래의 강선(비교예)에 비하여 고무접착성 및 고무부착율에서 약 10 -20% 가량 특성의 향상이 이루어졌음을 알 수 있고, 그러한 특성의 향상은 비드와이어가 매입되어 사용되는 타이어 고무의 조성에 상관없이 발휘되고 있음을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와같이, 본 발명의 타이어 비드부 보강용 인덴티드 강선은 그 표면부에 형성된 요홈부에 의해서 표면적의 확대가 이루어지게 되고, 그에따라 타이어 비드부에의 매입시 타이어 고무와 강선간의 접착면적이 증대되어 강선과 타이어 고무간의 접착력 향상을 통한 타이어의 내구성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명의 타이어 비드부 보강용 강선은 타이어의 비드부에의 매입시 강선의 표면부에 형성된 요홈부 내부로 타이어 고무가 채워져 상호 걸어물림 구조를 이루기 때문에 차량주행중에 타이어의 비드부로 외력이나 응력이 전달되어 강선과 타이어 고무간의 접착계면에서 이들 두 부재의 상대적인 이동에 의한 분리현상이 일어나려는 것을 억제시킴으로써 비드와이어의 시효접착성 향상을 기대할 수 있다.

또한, 본 발명은 원형단면으로 이루어진 비드와이어의 형상을 그대로 유지하면서 강선의 신선단계에서 인덴트 치구를 통해서 표면부에 요홈부를 형성함에 따라 요홈부 형성을 위한 설비나 제조공정의 복잡화를 초래함이 없이 손쉽게 인덴티드 비드와이어를 제작할 수 있다는 장점도 아울러 지니고 있다.

Claims (3)

1. 타이어 비드부 보강용 강선에 있어서, 원형단면을 갖는 강선의 표면부에 요홈부가 형성되어 이루어짐을 특징으로 하는 타이어 비드부 보강용 인덴티드 강선.
2. 제1항에 있어서, 상기 요홈부는 강선의 표면부 전체 외주면에 걸쳐 인접하는 요홈부와 일정한 간격을 유지한 상태로 균일하게 형성됨을 특징으로 하는 타이어 비드부 보강용 인덴티드 강선.
3. 제1항에 있어서, 상기 요홈부는 강선의 길이방향을 따라 연속되는 나선상 요홈부로 이루어짐을 특징으로 하는 타이어 비드부 보강용 인덴티드 강선.