KR100305503B1

KR100305503B1 - 타이어 보강용 스틸코드 및 이를 적용한 공기입 래디얼타이어

Info

Publication number: KR100305503B1
Application number: KR1019990025400A
Authority: KR
Inventors: 한용식
Original assignee: 조충환; 한국타이어 주식회사
Priority date: 1999-06-29
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2001-09-24
Also published as: EP1067236A2; KR20010004691A; US6442922B1; JP2001011785A; EP1067236A3

Abstract

본 발명은 타이어의 강성보강을 위한 스틸코드 및 이를 적용한 공기입 래디얼타이어에 관한 것으로, 3개의 필라멘트(2a)로 구성된 제1층 코아(2)와, 7개 또는 8개의 필라멘트(3a)로 구성되어 제1층 코아(2)를 감싸는 제2층 코아(3)로 이루어지되, 제1층 코아(2)와 제2층 코아(3)의 꼬임방향이 동일한 타이어 보강용 스틸코드에 있어서, 상기 제1층 코아(2)와 제2층 코아(3)의 꼬임주기가 동일한 구조로 되어, 스틸코드의 제조공정이 단순화되고, 고무침투성의 향상으로 인해 타이어에 적용시 내구성이 향상되도록 된 것이다.

Description

타이어 보강용 스틸코드 및 이를 적용한 공기입 래디얼타이어{A steel cord for tire and a radial tire using the same}

본 발명은 타이어의 강성보강을 위한 스틸코드 및 이를 적용한 공기입 래디얼타이어에 관한 것으로, 특히 3개의 필라멘트로 구성된 제1층 코아와, 7개 또는 8개의 필라멘트로 구성되어 제1층 코아를 감싸는 제2층 코아로 이루어진 스틸코드에 있어서, 제1층 코아 및 제2층 코아의 꼬임방향과 꼬임주기를 일치시켜서, 스틸코드의 제조공정이 단순화되고, 고무침투성의 향상으로 인해 타이어에 적용시 내구성이 향상되도록 하는 타이어 보강용 스틸코드 및 이를 적용한 공기입 래디얼타이어에 관한 것이다.

일반적으로 트럭이나 버스에 이용되는 타이어용 스틸코드로는 다수의 필라멘트가 꼬여진 제1층 코아 및, 다수의 필라멘트가 제1층 코아를 감싸면서 일체로 되도록 꼬여진 제2층 코아로 이루어진 2층형 스틸코드와; 다수의 필라멘트가 상기 2층형 스틸코아를 감싸면서 꼬여진 제3층 코아와, 1개의 필라멘트가 제3층 코아를 감싸면서 꼬여진 랩핑코아로 이루어진 랩핑 처리된 3층형 스틸코드가 주로 이용되고 있는데, 상기 2층형 스틸코드는 타이어의 벨트부 보강코드로 주로 적용되고, 상기 랩핑 처리된 3층형 스틸코드는 타이어의 카카스부 보강코드로 주로 적용된다.

상기 종래 2층형 스틸코드의 제조방법을 일예를 들어 개략적으로 설명해 보면, 우선 3개의 필라멘트를 좌·우중 어느 한쪽방향으로 꼬아서 제1층 코아를 제조한 후, 7개 또는 8개의 필라멘트를 제1층 코아의 꼬임방향과 반대방향으로 꼬면서 제1층 코아와 꼬임주기(길이)를 틀리게 하여 제2층 코아를 제조하되, 제2층 코아가 제1층 코아를 감싸며 일체되도록 하여 2층형 스틸코드를 완성한다. 이러한 3+7구조, 또는 3+8구조의 2층형 스틸코드는 제1층 코아 및 제2층 코아의 필라멘트의 지름이 0.30∼0.38㎜범위를 만족하는 것이 일반적이다.

그러나, 이러한 2층형 스틸코드는 꼬임방향과 꼬임주기가 달리되어 있어서, 제1층 코아 및 제2층 코아들 간에 접촉부위가 작게 된다. 즉 제1층 코아의 필라멘트와 제2층 코아의 필라멘트가 서로 점접촉(Point contact)된다. 따라서, 상기 종래 2층형 스틸코드가 타이어에 적용된 이후, 외력에 의해 타이어가 반복적으로 굴곡되면, 프레팅 피로(Fretting fatigue ; 필라멘트들 간의 기계적인 마찰과, 외부로부터 침투되는 수분이나 염분 등에 의해 화학적인 부식이 동시에 발생되는 현상)가 크게 발생되므로, 2층형 스틸코드 및 이를 적용한 타이어의 내구성이 크게 저하되는 문제가 발생되었다.

또한, 상기 종래의 2층형 스틸코드는 제1층 코아 및 제2층 코아의 꼬임방향 및/또는 꼬임주기가 서로 다르게 되어 있어서, 제조시 제1층 코아와 제2층 코아를 별도의 공정으로 따로 꼬아야 하므로, 생산성이 저하되고, 제품비용이 증가되는 문제가 발생되었다.

한편, 상기 종래 랩핑 처리된 3층형 스틸코드는 3+9+15+W(Wrapping)구조가 일반적이므로, 이의 제조방법을 개략적으로 설명해 보면, 우선 3개의 필라멘트를 좌·우중 어느 한쪽방향으로 꼬아서 제1층 코아를 형성하고, 9개의 필라멘트를 제1층 코아와 동일한 방향으로 꼬면서 제1층 코아와 꼬임주기를 달리하여 제2층 코아를 형성시키되, 제2층 코아가 제1층 코아를 감싸며 일체되도록 한 후, 15개의 필라멘트를 제1·2층 코아와 반대방향으로 꼬면서 제2층 코아와 꼬임주기를 다르게 하여 제3층 코아를 형성하되, 제3층 코아가 제2층 코아를 감싸며 일체되도록 하고, 1개의 필라멘트를 제3층 코아와 반대방향으로 꼬면서 소정의 꼬임주기로 랩핑 코아를 형성시키되, 랩핑 코아가 제3층 코아를 감싸며 일체되도록 하여, 랩핑 처리된 3층형 스틸코드를 완성한다. 통상 제1·2·3층 코아의 각 필라멘트 직경은 0.175∼0.250㎜범위내에서 동일하고, 랩핑 코아는 필요에 따라 그 직경을 달리한다.

이와 같이 랩핑 처리된 3층형 스틸코드는 다수의 필라멘트에 의해 고강력이고, 랩핑 처리에 의해 각 필라멘트간의 결속력이 크므로, 트럭이나 버스와 같은 대형 타이어의 카카스나 벨트부의 보강용 스틸코드로 주로 사용되고 있지만, 랩핑 처리된 3층형 스틸코드도 상기 2층형 스틸코드의 경우와 마찬가지로 제1·2·3층 코아의 꼬임방향 및/또는 꼬임주기가 서로 다르게 되어 있으므로, 프레팅 피로(Fretting fatigue)가 크게 발생되어 랩핑 처리된 스틸코드 및 이를 적용한 타이어의 내구성이 크게 저하되고, 또한 제1·2·3층 코아 및 랩핑 코아를 별도의 공정으로 따로 꼬아야 하므로 생산성이 저하되고, 제품비용이 증가되는 문제가 발생되었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위하여 발명된 것으로, 내구성이 향상되어 제품수명이 연장되고, 제조공정이 단순화되어 생산성이 향상되도록 하는 타이어 보강용 스틸코드 및 이를 적용한 공기입 래디얼타이어를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스틸코드의 일예를 도시한 도면으로서, 2층형 스틸코드의 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 스틸코드의 다른 일예를 도시한 도면으로서, 랩핑 처리된 2층형 스틸코드의 단면도이다.

1 ; 스틸코드, 2 ; 제1층 코아,

2 ; 제2층 코아, 3 ; 랩핑 코아,

2a,3a,4a ; 필라멘트.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 3개의 필라멘트로 구성된 제1층 코아와, 7개 또는 8개의 필라멘트로 구성되어 제1층 코아를 감싸는 제2층 코아로 이루어지되, 제1층 코아와 제2층 코아의 꼬임방향이 동일한 타이어 보강용 스틸코드에 있어서, 상기 제1층 코아와 제2층 코아의 꼬임주기가 동일한 것을 특징으로 하는 구조로 되어 있다.

또한, 이러한 2층형 스틸코드가 타이어의 카카스와 체파부 및 벨트부중 적어도 어느 하나의 보강용 스틸코드로 적용되어진 것을 특징으로 하는 공기입 래디얼 타이어이다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 스틸코드의 일예를 도시한 도면로서, 2층형 스틸코드의 단면도인 바, 이에 의하면 본 발명에 따른 2층형 스틸코드(1)는, 3개의 필라멘트(2a)로 구성된 제1층 코아(2)와, 8개(또는 7개)의 필라멘트(3a)로 구성된 제2층 코아(3)로 이루어지되, 제2층 코아(3)가 제1층 코아(2)를 감싸면서 일체되고, 제1층 코아(2)와 제2층 코아(3)의 꼬임방향과 꼬임주기는 동일하게 되어 있다. 상기 제1·2층 코아(2,3)를 구성하는 필라멘트들(2a,3a)의 직경은 각 층내에서 동일하고, 0.15∼0.40㎜범위를 만족하며, 제1층 코아(2)의 필라멘트(2a) 직경은 제2층 코아(3)의 필라멘트(3a) 직경의 0.8∼1.2배이고, 또한 꼬임주기는 제2층 코아(3)를구성하는 필라멘트(2a,3a) 직경의 20∼100배로 한다.

상기 도 1에 도시된 2층형 스틸코드(1)의 제조방법은, 3개의 필라멘트(2a)를 꼬아서 제1층 코아(2)를 형성하고, 8개(또는 7개)의 필라멘트(3a)를 꼬아서 제2층 코아(3)를 형성하되, 상기 제1층 코아(2) 및 제2층 코아(3)의 꼬임방향과 꼬임주기를 동일하게 하여 하나의 공정으로 제1·2층 코아(2,3)를 형성시켜서 2층형 스틸코드(1)를 완성한다.

또한, 도 2는 본 발명에 따른 스틸코드의 다른 일예를 도시한 도면으로서, 랩핑 처리된 2층형 스틸코드의 단면도인 바, 이에 의하면 본 발명에 따른 랩핑 처리된 2층형 스틸코드(1)는, 3개의 필라멘트(2a)로 구성된 제1층 코아(2)와, 8개(또는 7개)의 필라멘트(3a)로 구성된 제2층 코아(3)로 이루어지되, 제2층 코아(3)가 제1층 코아(2)를 감싸면서 일체되고, 제1층 코아(2)와 제2층 코아(3)의 꼬임방향과 꼬임주기는 동일하게 되어 있으며, 제2층 코아(3)의 외주면에 임의의 꼬임주기를 갖는 1개의 필라멘트(4a)로 구성된 랩핑 코아(4)가 제1·2층 코아(2,3)의 꼬임방향과 반대방향으로 꼬여져서 일체되어 있다. 여기서 제1·2층 코아(2,3)를 구성하는 필라멘트들(2a,3a)의 직경 및 이들의 관계는, 상기 랩핑 처리되지 않은 2층형 스틸코드의 경우와 동일하고, 상기 랩핑 코아(4)의 필라멘트(4a)는 2∼10㎜의 꼬임주기로 하는 것이 적당하다.

상기 도 2에 도시된 랩핑 처리된 2층형 스틸코드(1)의 제조방법은, 3개의 필라멘트(2a)를 꼬아서 제1층 코아(2)를 형성하고, 8개(또는 7개)의 필라멘트(3a)를꼬아서 제2층 코아(3)를 형성하되, 상기 제1층 코아(2) 및 제2층 코아(3)의 꼬임방향과 꼬임주기를 동일하게 하여 하나의 공정으로 제1·2층 코아(2,3)를 형성한 후, 임의의 지름을 갖는 1개의 필라멘트(4a)를 제1·2층 코아(2,3)의 꼬임방향과 반대방향으로 꼬아서 랩핑 코아(4)를 형성하되, 랩핑 코아(4)가 제2층 코아(3)를 감싸며 일체되도록 하여 랩핑 처리된 2층형 스틸코드(1)를 완성한다.

도 1 및 도 2의 실시예에 있어서, 랩핑 코아(4)를 제외한 제1·2층 코아(2,3)의 필라멘트(2a,3a)는 카본이 0.70∼1.20 중량% 함유된 카본스틸을 인발가공(Drawing)한 후, 그 표면에 황동, 청동, 동, 아연이나, 황동에 니켈, 또는 황동에 코발트가 함유된 합금을 0.01∼5.00㎛ 두께로 도금한 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 제1·2층 코아(2,3)의 필라멘트(2a,3a) 표면을 도금처리하면, 이들 필라멘트(2a,3a)와 고무 간의 상호 접착력이 크게 증가되는 잇점이 있다.

한편, 상기 제2층 코아(3)는 이를 구성하는 필라멘트(3a)의 수를 임의로 변경할 수 있지만, 각 필라멘트들의 직경관계나, 고무의 침투성 등의 제반문제를 고려해 볼 때, 본 실시예와 같이 7개 또는 8개로 하는 것이 적절하다.

도 1의 랩핑 처리되지 않은 2층형 스틸코드는 루우프 테스터(Loop tester)에 의한 탄성율(Elasticity)이 95%이상이므로, 타이어의 벨트부 보강코드와 같이 높은 탄성율을 필요로 하는 것에 적용하는 것이 바람직하고, 도 2의 랩핑 처리된 2층형 스틸코드는 루우프 테스터에 의한 탄성율이 대략 80% 수준이므로, 타이어의 카카스부 보강코드와 같이 70∼90%의 탄성율을 필요로 하는 것에 적용하는 것이 바람직하다.

아래 표 1은 종래의 랩핑 처리된 3층형 스틸코드(R1) 및 랩핑 처리되지 않은 2층형 스틸코드(R2)와, 본 발명의 랩핑 처리되지 않은 2층형 스틸코드(C1) 및 랩핑 처리된 2층형 스틸코드(C2)의 물성을 비교 분석한 것으로서, 꼬임방향, 꼬임주기 등을 비롯한 상세한 제조사양도 표시되어 있는 바, 이를 참조해 보면 본 발명에 따른 스틸코드는 기계적 특성과, 각 노화조건에서의 고무에 대한 접착력에 있어서, 종래의 스틸코드와 동등한 수준을 유지한다는 것을 명확히 알 수 있다.

또한, 아래 표 2는 종래 스틸코드를 적용한 공기입 래디얼타이어와, 본 발명에 따른 스틸코드를 적용한 공기입 래디얼타이어의 제조 사양에 따른 특성을 나타낸 것으로, 실험에 이용된 타이어는 덤프트럭에 주로 사용되는 11.00R20 16PR 규격의 공기입 래디얼타이어로서 트레드의 패턴이 동일하고, 카카스 및 벨트를 제외한 모든 사양이 동일하며, 카카스 및 벨트에 있어서도 본 발명에 따른 공기입 래디얼타이어에 한하여 고무 토핑(Topping)시 시트의 두께 및 단위폭당 코드배열 가닥수만 변경하고, 카카스 및 벨트의 폭, 길이, 코드 각도 등은 동일하게 하였다. 또한 이 실차 마모시험에 이용된 차량은 15톤 덤프트럭이다.

·K ; 종래 3+9+15(0.22)+W 규격의 스틸코드(R1 ; 표 1참조)를 1매의 카카스에 적용하고, 종래 3(0.20)+6(0.35) 규격의 스틸코드를 제1벨트(타이어의 원주 중심쪽)에 적용하며, 종래 3+8(0.35) 규격의 스틸코드를 제2·3벨트에 적용하고, 종래 3x7(0.22) 규격의 고신율 스틸코드를 제4벨트에 적용한 종래 공기입 래디얼타이어,

·T1 ; 종래 공기입 래디얼타이어(K)에 있어서, 제2·3벨트의 스틸코드를 본 발명에 따른 3+8(0.35) 규격의 스틸코드(C1)로 변경한 본 발명에 따른 공기입 래디얼타이어의 제1실시예,

·T2 ; 종래 공기입 래디얼타이어(K)에 있어서, 카카스의 스틸코드를 본 발명에 따른 3+8(0.28)+W 규격의 스틸코드(C2)로 변경한 본 발명에 따른 공기입 래디얼타이어의 제2실시예,

·T3 ; 종래 공기입 래디얼타이어(K)에 있어서, 제2·3벨트의 스틸코드를 본 발명에 따른 3+8(0.35) 규격의 스틸코드(C1)로 변경하고, 카카스의 스틸코드를 본 발명에 따른 3+8(0.28)+W 규격의 스틸코드(C2)로 변경한 본 발명에 따른 공기입 래디얼 타이어의 제3실시예.

상기 표 2를 참조해 보면, 본 발명의 제1실시예(T1)은 종래 공기입 래디얼타이어(K)와 동등한 수준의 특성을 유지하고, 또한 제2·3실시예(T2,T3)는 기타 타이어의 특성에 있어서는 종래 공기입 래디얼타이어(K)와 동등한 수준을 유지하면서, 회전저항이 양호하고, 벨트 및 카카스부의 중량 감소로 인해 타이어 본당 중량이 1.22∼1.26㎏ 정도 감소된다는 것을 명백히 알 수 있다.

한편, 표 2에서와 같이 본 발명에 따른 스틸코드를 공기입 래디얼타이어의 카카스나 체파부 또는 벨트부에 적용하기 위해, 고무 토핑시 아래의 수학식 1을 만족하는 것이 바람직하다.

n ≥ 0.6 / (0.27d1*d1 + 0.73d2*d2),

t = (D + 0.1) ∼ (D + 2.4),

·n ; 고무 토핑(Topping)시 폭 1인치 당 스틸코드의 가닥수,

·t ; 본 발명에 따른 스틸코드를 포함한 시트의 두께(㎜),

·d1 ; 본 발명에 따른 스틸코드에 있어서, 제1층 코아(2)의 필라멘트 직경(㎜),

·d2 ; 본 발명에 따른 스틸코드에 있어서, 제2층 코아(2)의 필라멘트 직경(㎜),

·D ; 본 발명에 따른 스틸코드의 직경(㎜ ; 랩핑 처리된 경우 랩핑 코아를 포함한 값)

이상 상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 종래 3+7이나, 3+8 규격의 2층형 스틸코드에 있어서, 제1층 코아 및 제2층 코아의 꼬임방향과 꼬임주기를 동일하게 하여 하나의 공정으로 제1·2층 코아를 형성하므로, 제조공정수가 절감되어 생산성이 향상되고, 또한 제1층 코아 및 제2층 코아가 보다 긴밀하게 접촉되어, 즉 제1층 코아의 필라멘트와 제2층 코아의 필라멘트가 보다 긴밀하게 선접촉되어, 프레팅 피로 현상이 감소되므로, 스틸코드 및 이를 적용한 공기입 래디얼타이어의 내구성이 향상되는 효과가 있다.

한편, 본 발명에 따른 스틸코드를 공기입 래디얼타이어에 적용할 경우, 기타타이어의 특성은 대체로 유지되면서, 타이어 본당 1.22∼1.26㎏의 중량이 절감되고, 또한 제품비용을 낮출 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 앞서 언급한 바와 같은 실시예에 한정되지 않고 이하의 청구범위를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변형 실시될 수 있음은 물론이다.

Claims

3개의 필라멘트(2a)로 구성된 제1층 코아(2)와, 7개 또는 8개의 필라멘트(3a)로 구성되어 제1층 코아(2)를 감싸는 제2층 코아(3)로 이루어지되, 제1층 코아(2)와 제2층 코아(3)의 꼬임방향이 동일한 타이어 보강용 스틸코드에 있어서,

상기 제1층 코아(2)와 제2층 코아(3)의 꼬임주기가 동일하게 되어 있으며, 상기 제1층 코아(2)를 구성하는 필라멘트(2a)들의 직경(d1)은 제2층 코아(3)를 구성하는 필라멘트(3a)들의 직경(d2)의 0.8∼1.2배이면서, 이들 필라멘트(2a,3a)의 직경(d1,d2)은 0.15∼0.40㎜범위를 만족하고, 제1·2층 코아(2,3)의 꼬임주기는 제2층 코아(3)를 구성하는 필라멘트 직경(d2)의 20∼100배인 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸코드.
제 1항에 있어서, 상기 제2층 코아(3)의 외주면을 감싸는 1개의 필라멘트(4a)로 구성된 랩핑 코아(4)가 구비되되, 랩핑 코아(4)의 꼬임방향이 제1·2층 코아(2,3)의 꼬임방향과 반대로 되어 있고, 상기 랩핑 코아(4)의 꼬임주기는 2∼10㎜범위인 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸코드.
상기 제 1항 또는 제 2항에 기재된 스틸코드를 카카스부나 체파부 또는 벨트부에 적용하기 위해 스틸코드에 고무 토핑시,

n ≥ 0.6 / (0.27*d1*d1 + 0.73*d2*d2),

t = (D + 0.1) ∼ (D + 2.4)

{여기서 n ; 고무 토핑(Topping)시 폭 1인치 당 스틸코드의 가닥수, t ; 본 발명에 따른 스틸코드를 포함한 시트의 두께(㎜), d1 ; 본 발명에 따른 스틸코드에 있어서, 제1층 코아(2)의 필라멘트 직경(㎜), d2 ; 본 발명에 따른 스틸코드에 있어서, 제2층 코아(2)의 필라멘트 직경(㎜), D ; 본 발명에 따른 스틸코드의 직경(㎜ ; 랩핑 처리된 경우 랩핑 코아를 포함한 값)},

을 만족하는 것을 특징으로 하는 공기입 래디얼 타이어.