KR100399667B1 - 카커스 고정용 원주 케이블을 갖는 타이어 - Google Patents

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Abstract

카커스 보강요소(1)의 고정은 연결 고무 혼합물(3)을 삽입한 상태에서 원주 케이블(2)에 의해 보장된다. 원주 케이블(2)은 하나 이상의 나선을 형성하는 여러 회전 내에 배치된다. 상기 원주 케이블은 4% 이상의 작동 연신율 Af= Ae+ Ap을 가진다. 이 작동 연신율은 "케이블" 효과의 특정 연신율 As를 포함하지 않는다. 케이블(2)의 최대 응력(Rm)은 양호하게도 2000MPa 이다. 케이블은 조합하여 회복 어닐링 처리의 특징을 가지며 또 점착 코팅에 의해 미리 개별적으로 덮힌 와이어를 구비하는 케이블에서 직접 수행되는 열처리를 받는다.

Description

카커스 고정용 원주 케이블을 갖는 타이어{Tire having circumferential cables for anchoring the carcass}
본 발명은 타이어에 관한 것으로서, 특히 타이어 비드(tire bead)의 디자인에 관한 것이다.
타이어 비드의 목적은 알려져 있으며, 즉 타이어가 장착되는 림에 타이어를 확고히 "고정(hooking)"시키는데 있다. 이를 위해서, 카커스 케이블(carcass cable)들은 모두 다 비드의 하부에 도달하고, 그 하부에 확고하게 고정되어 카커스가 동작시의 응력에 대한 내성을 갖도록 되어 있다.
최근에, 새로운 형식의 비드가 유럽 특허 출원 제 0582196호에 제안되었다. 이 비드는 비드 와이어 주위에 카커스를 둥글게 마는(turn-up : 이하 '턴업'이라고 함) 종래 방식이 아니다. 그 대신에 고정 위치에서 카커스 보강요소(carcass reinforcing element)들이 하나 이상의 얼라인먼트(alignment)로서 배열되어 있다. 상기 요소들의 조립체를 공간에 배열함에 있어서, 요소들은 각각의 얼라인먼트에서 타이어의 회전축선과 일치하는 축선을 갖는 대략 부분 절두 원추체의 모양을 가진다. 카커스 보강 요소들은 예를 들어 나선형 케이블 권선에 의해 형성된 원주 보강요소들의 적어도 하나의 파일(pile)에 의해 측방에서 경계가 형성된다. 또한, 적절한 연결 고무 혼합물은 서로 직각으로 향하고 있는 보강 요소들 사이로의 힘의 전달을 확고히 한다.
본 출원인이 실시한 시험에서, 그와 같은 비드 구조는 승용차 타이어 뿐만 아니라 다른 분야의 타이어에서 격렬하게 사용될 경우 발생하는 응력을 훌륭하게 견디는 것으로 나타났다. 타이어의 적절한 사용으로 인하여 발생하는 응력에 더하여, 또한 타이어는 계속적인 사용을 위한 재장착에 수반되는 불확실한 횟수의 제거작업에 대한 내성을 가져야만 한다.
타이어가 바퀴에 장착될 때, 비드에 단단하게 조여질수록 타이어가 림에서 벗겨지는 경향이 적어질 것이다. 클램핑(clamping)은 비드의 방사상 최하부에 위치한 고무의 압축력으로서, 대응하는 림의 시트(seat)의 방사상 외면에 압력을 가한다. 림과 타이어 사이에 제동 토크 또는 구동 토크를 전달하기 위해서 일정 수준의 클램핑이 필요하다. 상기 클램핑은 타이어 자체의 성질(비드의 기하학적 모양, 비드에 사용된 재료의 강도)에 의존할 뿐만 아니라 또한 림 자체의 기하학적 모양에도 의존한다.
그러나, 클램핑이 크면 클수록 타이어를 장착 또는 해체(dismounting)하는 어려움이 더 커진다. 특히 해체시 림의 플랜지 수준의 비드 상에 또는 상기 플랜지 바로 위에 더 큰 힘(림에서의 클램핑의 함수)을 가하게 된다. 상기 힘은 회전축선과 평행하게 향하고, 항상 푸시바(push bar) 또는 레버에 의해 국부적으로 적용된다. 이와 같은 공구들은 타이어 비드의 변형을 일으킨다. 이러한 변형은 매우 커질 수도 있다. 이것은 해체의 제 1 단계로서, 이 단계의 목적은 림 플랜지로부터 비드를 제거함으로써 비드 시트에서 비드를 떼어내는, 즉, 비드를 비드 시트에서 떨어지게 하는 것이다. 상기 제 1 단계에서 타이어 비드는 국부적이지만 아주 큰 스트레칭력을 받는다.
여기서 레버는 대체로 림 플랜지에 걸쳐 비드에 힘을 가하는데 사용된다. 실제로, 단일 부재로 형성된 타이어의 경우(이것은 승용차 및 밴에 사용되는 타이어의 일반적인 경우이다), 림의 형상은 주변 길이를 증가시키지 않는 비드의 타원형으로 인해 장착 및 해체가 가능하도록 설계되어 있다. 이것은 주로 림의 측방에서 경계를 형성하는 동시에 비드의 장착 위치를 한정하는 플랜지의 디자인 및 중앙 장착구(central mounting well)의 디자인을 결정한다. 이와 같은 제 2 단계에서, 비드는 전체적으로 제 1 단계 중에 일어나는 응력보다는 덜 불리한 변형을 당한다.
타이어의 디자이너는 특히 클램핑을 제어함으로써 얻어지는 안전성(제거에 대한 낮은 감도)과 장착/해체의 용이성 사이에 양호한 타협점을 달성하고자 노력하고 있다. 다소 모순된 이러한 조건과 제조를 단순화하며 재료의 무게를 제한하기 위한 욕구를 만족시키는 것이 본 발명의 목적이다.
더욱 상세하게는, 본 발명의 한가지 목적은 주의를 덜 기울이면서 특히 부적절한 공구로서 해체를 실시하더라도 상기 유럽 특허 출원 제 0582196호에 기술된 비드 구조체를 해체시키는 능력을 향상시키는데 있다. 이 경우, 해체의 제 1 단계 중에, 험프(hump)에 의해 유지되는 비드의 접촉점은 실질적으로 그 접촉점(도 3)을 중심으로 한 회전을 겪게 되는데, 그 이유는 이와 같은 형식의 비드는 방사상 평면에서 회전시에 오히려 휘어지기 쉽기 때문이다. 이와 같은 회전이, 도 3에 도시된 바와 같이, 비드를 흔들리게 할 정도로 연장하면, 원주 케이블(2)의 나선(helix)의 일부분이 심한 연신(elongation)을 경험한다. 이때의 연신율은 축방향의 외부 파일(4)의 최하부 나선(40)의 경우에 약 3%에 도달한다. 극단적인 경우에, 상기 연신율은 해체 공구의 압력으로 인하여 국부적 변형과 결합하고, 해체는 하나 이상의 나선에서 케이블의 파손을 일으킬 수 있다.
특히, 본 발명은 타이어의 성능을 저하시키는 일 없이 타이어의 재사용을 가능하게 하면서 동시에 여러 번의 해체를 허용하기 위한 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 타이어 비드의 2가지 변경예의 방사상 단면도.
도 3은 타이어의 해체 상태에서 비드의 회전을 도시하는 도면.
도 4는 케이블의 특성을 나타내는 여러가지 연신율을 도시하는 그래프.
도 5는 타이어 비드에 사용되는 보강요소의 특성을 도시하는 그래프.
도 6 및 도 7은 본 발명의 변경예의 도면.
도 8은 타이어의 해체 상태에서 회전 응력을 받은 비드의 또 하나의 변경예의 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 카커스 보강요소 2 : 원주 케이블
3 : 연결 고무 혼합물 4, 5 : 파일(pile)
본 발명에 의하면, 타이어는 비드에서 종결되는 측벽을 가지고, 상기 비드는 림에 장착 가능하도록 설계되고, 상기 타이어는 측벽을 통과하여 비드와 결합하는 카커스 보강요소를 구비하며, 상기 비드들 중 적어도 하나는:
비드의 방사상 하부로부터 측벽을 향해 연장하는 카커스 보강요소들과,
상기 카커스 보강요소들에 의해 측방에서 경계를 형성하며, 또한 4% 이상의 작동 연신율 Af= Ae+ Ap을 갖는 원주 케이블의 적어도 하나의 파일(pile), 및
상기 원주 케이블과 카커스 보강요소들 사이에 배열된 연결 고무 혼합물을 포함한다.
도 4는 응력-변형 곡선을 도시한다. 먼저 연신율(As)이 "케이블" 효과의 특별한 연신율인 것에 주의하기 바란다. 이 연신율은 와이어가 견인시에 균일한 응력을 받기 전 케이블의 와이어와 함께 클램핑을 나타내고 있다. 다음에, 이 그래프에서는 가소성 연신율(Ap) 및 마지막의 탄성 연신율(Ae)을 나타낼 수 있다.
본 발명을 설명하기 위해서, 여기서 발명자는 작동 연신율 Af= Ae+ Ap의 개념을 설명하고자 한다. 상기 작동 연신율(operational elongation rate)은 "케이블" 효과의 특별한 연신율(As)을 포함하지 않는다.
최대 응력(Rm)은 아래 식으로 결정된다.
여기서 Fm은 최대 힘이고, ρ는 문제시되는 재료의 밀도(사용한 강에서는 7.8g/cm3), M/L 은 사용한 케이블의 직선상 무게이다.
최대 응력(Rm)은 2000MPa 보다 큰 것이 좋으며, 2200MPa 보다 크면 더욱 유리하며, 이것이 비드를 가능한 가볍게 제작할 수 있도록 만들고, 경량성 자체는 성능계수로서 타이어의 원가를 제한하는데 기여한다.
본 발명은 제한받지 않는 타이어 비드의 특정한 실시예를 도시한 첨부한 도면을 참고하여 기재한 아래 설명으로부터 명백히 이해될 것이다.
도 1 및 도 2는 카커스 보강요소(1) 및 원주 케이블(2)을 포함하는 비드를 도시하고 있다.
본 명세서에서, "스레드(thread)"라는 용어는 압출, 드로잉 또는 압연 작업 또는 이와 동등한 작업으로부터 만들어지는 모노필라멘트를 위한 것이다. 케이블은 여러개의 얇은 스레드들의 조립체이다. 강철 스레드의 경우, 와이어는 약 0.05mm 내지 0.8mm 사이의 직경을 갖는 와이어에 관련된다. 본 명세서는 당업자에게 널리 공지된 바 있는 그와 같은 조립체를 제조하기 위한 수많은 여러 방법들을 모두 포함하지는 않는다. 상기 "케이블"이란 용어는 스레드 조립체의 모든 방식(예를 들어, 스트랜드, 트위스트, 또는 적절한 케이블)에 차별없이 언급된다.
본 발명자가 "보강요소"라고 언급한 것은, 요소가 실모양(filiform)과 같이 제공되는 경우 요소의 경로가 어떻게 진행되는가 그리고 요소의 재료가 어떤 것인가에 관계없이, 근본적으로 케이블과 모노필라멘트에 대해 언급하는 것을 의미한다. 예를 들어, 레이욘 또는 아라미드의 케이블은 이런 범주에 들어간다.
카커스 보강요소(1)는 금속 또는 비금속 케이블 또는 모노필라멘트로서 구성될 수 있다. 카커스 보강요소(1)의 고정은 연결 고무 혼합물(3)을 삽입한 원주 케이블(2)에 의해 실시된다. 상기 혼합물은 "MS" 혼합물이 바람직하고, 이의 구성은 표 1 다음에 설명한 항목 6에 주어져 있다. 원주 케이블(2)은 하나 이상의 나선을 형성하는 여러 턴(turn)으로서 배열되어 있다. 더 상세한 것은 상기 유럽 특허 출원 제 0582196호에서 이와 같은 방식의 비드를 참고할 수 있다. 다음에 상기 케이블(2)은 도 1 및 도 2에서 비드의 오른쪽 원안에 확대하여 도시한 여러개의 스레드(21)의 조립으로 구성된다.
예를 들어, 테를 두르지 않은(unhooped)(2+7)0.28 케이블을 사용할 수 있다. 이 케이블은 역방향으로 다함께 꼬인 7 스레드 와이어의 한 층에 의해 둘러싸인 2 트위스트 스레드로 구성된 코어로 형성되어 있다. 그러나, 조립체의 정확한 모델은 본 발명을 실시하는데 있어서 중요하지 않다. 다른 한편, 본 출원인이 실시한 시험에서는 어떤 강철 케이블을 사용하였는가가 중요하다는 점에 주목하였다.
도 5는 종래 케이블(곡선 C)과, 본 발명에 의한 케이블(곡선 I)과 종래 형식의 비드 와이어(곡선 T)에 대한 응력-변형 그래프를 도시하고 있다. 일반적인 실례를 들면, 비드 와이어를 형성하기 위해 종래 방식으로 사용된 형식의 권선 조직을 설명하고 있는 미국 특허 제 5,010,938호에 대해 언급할 수 있다. 이것은 비드 와이어의 여러개의 인접한 나선을 감음으로써 만들어진다. "비드 와이어"는 0.8mm 이상의 큰 직경을 갖는 강철 와이어이다. 상기 비드 와이어는 주로 연신율이 큰 와이어이고, 약 2000MPa(도 5의 곡선 T 참조)의 최대 응력(Rm)을 가진다. 여기서 총연신율(At)에 대응하는 작동 연신율은 높아서 약 6%에 속한다.
곡선 C 는 타이어의 경화 후 트레드 플라이에서 현재 사용된 강철 케이블의 특성을 나타낸다. 약 2% 의 작동 연신율(Af)뿐만 아니라 케이블 효과의 낮은 특수 연신율에 주목할 수 있고, 따라서 사용한 케이블의 구조의 특수 연신율에 주목할 수 있다. 파열은 3000MPa에 달하는 고응력 수준(Rm)에서 발생한다.
본 발명은 상기 유럽 특허출원 제 0582196호에 기술된 비드 구조의 장점을 유지하면서 동시에 연속적인 해체에 대해 높은 저항력을 얻기 위한 것이다. 더 나아가서, 본 발명은 사용하고자 하는 재료의 양을 제한하는 최대 응력의 재료를 사용하면서 동시에 해체에 대해 상기 저항력을 얻는 것을 제안하고, 또한 타이어를 가볍게 한다. 케이블의 사용 결과로서, 본 발명의 또 하나의 장점은 비드 와이어와 같이 직경이 큰 와이어보다는 케이블로 작업하기가 더 쉽기 때문에 타이어의 제조를 더욱 용이하게 한다는 점에 있다.
본 발명은 보강요소의 파일(4)을 형성하기 위해 특수한 케이블(2)을 사용할 것을 제안한다. 이와 같은 케이블은 적어도 종래 비드 와이어의 최대 응력과 동일하거나 오히려 더 높은 최대 응력과, 종래 케이블에 의해 나타나는 연신율보다 더 큰 연신율을 가진다.
다음에, 이와 같은 케이블을 특별한 열처리에 의해 얻을 수 있는 방법에 대해 설명하기로 한다.
작동 연신율(Af)의 변화에 관한 열처리는 화학적 구성 및 강철 와이어의 가공 경화율의 함수와, 열처리의 지속시간 및 온도의 함수의 영향을 받는다. 작동 연신율(Af)에서 매우 중요한 증가를 달성하기 위해서, 사용한 와이어의 가공 경화율(ε)이 3.5 내지 4 사이의 값보다 작게 유지되고, 정확한 제한값이 강철 와이어의 화학적 구성물에 의존하는 것이 바람직하다. 상기 경화율(ε)은 방정식 ε = ln(So/Sf)에 의해 정해지고, 여기서 So는 가공 경화하기 이전의 와이어 단면적이고, Sf는 가공 경화한 후의 와이어 단면적이다.
타이어를 위한 강철 보강재는 견인에 대해 높은 저항력을 가지며 또 고무에 대해 양호한 점착성을 가진다는 것이 알려져 있다. 상기 저항력은 당업자에게 널리 공지된 공정, 예를 들어 와이어 드로잉(wire-drawing)에 의하여 강철 와이어를 형성함으로써 구해진다. 얇은 와이어에서 수행되는 이와 같은 작업은 와이어 드로잉 윤활제를 필요로 한다. 타이어에 적용함에 있어서, 상기 와이어 드로잉 윤활제는 강철 와이어에 고무의 점착을 용이하게 하기 위하여 강철 와이어에 증착된 종래의 점착 코팅(일반적으로 황동)에 의해 형성된다. 하나의 변경예로서, 점착 코팅은 Cu, Zn 및 Ni 을 기초로 한 합금에 의해 형성될 수 있고, 또는 그밖에 와이어 드로잉 윤활제로서 작용하면서도 고무에 대한 점착성을 양호하게 하는 어떠한 코팅에 의해서도 형성될 수 있다. 여러개의 와이어가 합체되어서 케이블을 형성할 수 있다. 이와 같은 방법에서는, 보강재가 점착 코팅으로 덮힌 가공 경화된 강철 와이어로 구성된다. 상기 보강재는 조립체 및/또는 구성물 와이어(도 5의 곡선 C)의 낮은 연성을 특징으로 한다.
연성을 증가시키기 위해 가공 경화 후에 실시되는 열처리에 대해서는 널리 공지되어 있다. 코팅 작업(예를 들어, 황동 코팅)은 대체로 그 코팅을 손상시키지 않도록 상기 열처리 이후에 실시된다.
예를 들어, 프랑스 특허 제 2152078호는 구조물의 변경에 의해 연성을 향상시키는 수단을 설명하고 있다. 이 특허는 템퍼링된 마르텐사이트 구조를 갖는 재료를 얻기 위한 방법에 대해 설명하고 있다. 상기 프랑스 특허 제 2152078호에서, 약 800℃의 온도 수준을 초과하고 있다. 황동 코팅은 이와 같은 형식의 열처리 이후에만 증착될 수 있는데, 그 이유는 그밖의 도달 온도에서는 황동 코팅이 파괴되었고, 또한 상기 보강재가 고무에 점착되지 않아서 타이어에서 사용될 수 없었기 때문이다. 다음에 상기 특허는 실제로 마르텐사이트인 구조에서 담금질(quenching)되는 템퍼링 열처리를 설명하고 있다. 게다가, 템퍼링이 납의 용해조에서 실시되기 때문에 세척 작업이 필요하고, 이것은 세척이 꼬인 케이블에서 실행하기가 매우 어려운 작업이기 때문에, 사람이 모노필라멘트(단일 와이어)가 아니라 케이블과 같은 조립체에 그와 같은 공정을 적용하고자 할 경우 상당한 문제점을 갖게 되었다. 마지막으로, 종래의 황동 코팅은 재료가 연성이 불충분하기 때문에 템퍼링 이전에 증착될 수는 없다. 이와 같은 코팅이 템퍼링 이후에 증착되면, 황동 코팅의 동질성을 보장하기가 어렵다. 따라서, 상기 특허는 고무에서 케이블의 점착을 보존하기 위한 해결책으로서는 충분하지 않다.
본 발명에 의하여, 특히 유익한 것으로 입증되어 있는 여러가지 제조방법이 제안되어 있다. 이와 같은 방법들은 그 자체가 흥미가 있는 것으로서, 0.7% 내지 0.9% 사이의 탄소함량을 갖는 강철 와이어로 제조된 케이블에 양호하게 적용된다.
여기서 5초 이하의 기간 동안에 400℃ 내지 500℃ 사이의 온도에서 줄 효과(Joule effect; 이하 "JE"라고 함)에 의한 열처리에 대해 설명한다. 지시된 시간은 가열 시간이고, 이 시간에는 냉각 시간을 포함하지 않는다. 또한 정적 대류(이하 "CV"라고 함)에 의한 열처리를 인용할 수 있는데, 이와 같은 대류는 바람직하게도 420℃ 이하의 온도에서 보호 분위기(protective atmosphere)하에 실시되고, 이 경우에 그 다음에 이어지는 냉각은 그 자체가 보호 분위기하에서 실시된다. 더 나아가서, 전도(이하 "IN"라고 함)에 의한 열처리를 인용할 수 있는데, 온도는 400℃ 내지 550℃ 사이에 있고, 가열 시간은 1초 이하가 된다.
또한, 코팅의 붕괴(예를 들어, 황동의 산화)를 가능한 많이 제한하기 위하여 보호 분위기하에서 JE 또는 IN에 의한 열처리를 실시할 수도 있다. 이와 같은 경우에는, 케이블을 냉각 중에 보호 분위기하에서 유지하는 것이 바람직하다. 보호 분위기의 사용에 대한 추가 또는 변경으로서, 그와 같은 모든 열처리를 위해 공지된 바와 같이 산세척 작업(pickling operation)을 한 후 물로 세정하고 건조시킬 수 있다.
본 발명은 조합하여 아래 특성을 갖는 열처리에까지 연장하여 적용한다. 이것은 저온에서 실시되는 회복 어닐링 처리이다. 그에 따라 어떠한 경우에도 Ac1(강의 결정 구조의 변태에 해당하는 온도)보다 낮은 온도, 바람직하게는 대체로 250℃ 보다 크면서 550℃ 이하의 온도가 되어야 함을 이해해야 한다. 또한 이것은 점착코팅에 의해 개별적으로 덮힌 와이어를 구비하는 케이블에 직접 실시하는 처리법이다.
온도 제한은 실제로 가열 시간 및 방법에 의존한다. 케이블에 기여하는 에너지는 실질적으로 모든 열처리에 대해 동일하여야 한다. 주어진 온도는 케이블의 표면에 도달한 온도이다. 이와 같은 온도들은 예를 들어 써모비젼(thermovision)이나 또는 가능하면 접촉 게이지에 의해 측정될 수 있다. 이러한 온도들은 열처리 중에 또는 실시상 다른 방법으로 행하기가 어려울 때 열처리 후에 기록된다. 이것은 IN 열처리에 대해 주어진 값에 관해서도 마찬가지이다.
열처리는 타이어를 위한 충분한 수준열처리 후에 적어도 약 2000MPa과 동등한 최대 응력(Rm)에서 견인에 대한 저항을 유지하면서 또한 고무에 점착할 충분한 능력을 유지하면서 케이블의 작동 연신율(Af)을 약 4% 이상의 값으로 만든다. 도 5의 곡선 I 는 그와 같은 케이블의 전형적 특성을 나타낸다. 주어진 값이 "케이블" 효과의 특정 연신율(As)을 포함하지 않기 때문에 작동 연신율의 추가에 관심이 있다는 것을 명백히 나타내고 있다. 이제 추가한 작동 연신율은 동일한 재료로 제조된 케이블의 구조에 의존하지 않고, 반드시 열처리에 의존한다.
사용한 와이어는 대체로 고탄소 함량(0.4% C 와 1.0% C 사이)의 가공 경화된 강이고, 가능하면 당업자에게는 잘 알려진 바와 같이 특별히 필요한 어떤 성질을 증가시키기 위하여 망간 및 규소와 같은 종래 원소를 포함하고, 게다가 소량의 불순물을 포함한다. 최종 직경으로 형성하는 것은 예를 들어 와이어 드로잉과 같은 어떤 공정에 의해 실시될 수 있다. 와이어는 적절한 짜집기 방법(적절한 트위스팅 또는 케이블링)에 의해 케이블을 형성하도록 짜집기될 수 있다.
처리된 케이블은 가공 경화 및 템퍼링된 기본 와이어로 형성된다. 케이블에 관한 열처리(즉, 짜집기 후)는 단일 작업에서 동시에 모든 와이어를 처리할 수 있도록 만든다.
다음의 실예에는 사용한 공정 및 구해진 결과가 설명되어 있다. 모든 경우에, 반드시 펄라이트의 가공 경화된 황동코팅강 와이어는 테를 두르지 않은 케이블로 구성되어 사용된다. 강의 무게에 관하여 주어진 정확한 화학적 구성은 : 탄소 0.81%, 망간 0.54%, 규소 0.25%, 인 0.01%, 황 0.01%, 크롬 0.11%, 니켈 0.03%, 구리 0.01%, 알루미늄 0.005% 및 질소 0.003% 이다.
실예 1: (2+7)0.28 케이블에서의 줄 효과에 의한 열처리.
원리는 보호 분위기(예를 들어, 질소 및 수소의 혼합물)하에서 이동 중에 연속적으로 줄 효과에 의해 케이블을 가열하는 것이다. 가열 시간은 약 2.7초이다. 처리 온도는 450℃이다. 가열 후 케이블은 보호 분위기(N2, H2)에서 냉각되고, 다음에 코일로서 감긴다. 이 (2+7)0.28 케이블은 아래의 성질을 가진다.
(2+7)0.28 Rm(MPa) △Rm(%) Af(%) adh 시험 △adh(%)시험 adh MS △adh(%)MS
LTHT 실시전 2920 2.8 78 90
JE/N2, H2 2497 -14 5.0 56 -28 93 +3
상기 실예에서 아래 사항에 주의하기 바란다.
1. LTHT 는 "저온 열처리"를 말한다.
2. 점착도 값(adh)은 케이블이 매설되는 블록을 형성하는 고무 혼합물과 케이블 사이의 결합의 질에 관한 것이고, 어셈블리는 이와 같은 방법으로 시험 견본을 구성하기 위하여 상기 블록의 외부에 케이블의 일부분을 돌출시킨 채로 경화되고, 주어진 값들은 고무에서 케이블을 끌어당기기 위해 필요한 힘을 측정한 것이다.
3. 모든 편차(△)는 비교 가능한 해석에 의해 다른 해결책의 분류를 가능하게 하기 위하여 백분율로 나타내었다.
4. 고무에 점착되는 케이블 본래의 능력은 케이블 및 매트릭스가 분리되는 힘을 관찰함으로써 상기 시험 견본에서 실험으로 조사되었다.
5. 상기 "시험" 항목은 70 이상의 적절한 쇼오 A 경도를 얻기 위하여 보강 충전재를 첨가한 100% 천연고무(NR)와, 5% 내지 8% 사이의 큰 황 농축물과, 0.3% 내지 0.4%(이 백분율은 탄성 중합체의 총무게를 기준으로 하여 주어져 있다) 사이의 높은 코발트 농축물을 구비하는 소위 시험 혼합물 매트릭스에 해당하고, 케이블에 점착되는 능력에 관하여 이 혼합물은 케이블에서 황동코팅의 화학적 변화에 매우 민감하다.
6. 상기 "MS" 항목은 유럽 특허 제 0582196호를 참고로 하여 위에서 설명한 양호한 혼합물에 해당한다. 다시 말하면, 상기 혼합물은 단독으로 사용되거나 또는 폴리부타디엔(PB)과 혼합되는 스티렌/부타디렌 고무(SBR 합성 탄성 중합체)를 포함하고, 상기 SBR 은 -70℃ 내지 -30℃ 사이의 유리 전이 온도(Tg)를 가지고, 상기 PB는 -40℃ 내지 -10℃ 사이의 Tg를 가지고, 상기 합성 탄성 중합체(들)는 탄성 중합체 무게의 적어도 40%의 전체 비율로 사용되고, 나머지는 천연고무로서 형성되어 있다. 문제가 되는 Tg는 미분 열분석에 의해 측정되었다. 바람직하게도 -48℃ 의 Tg를 갖는 50% SBR 용액과, 50% NR 을 포함하고, 70 이상의 적절한 쇼어 A 경도를 얻기 위하여 보강 충전재 및 수지를 첨가한 혼합물이 사용되었다. 양호하게도, 황동 코팅된 와이어에 혼합물의 양호한 결합을 달성하기 위하여, 탄성 중합체의 총무게에서 5% 내지 8% 사이의 큰 황농축물이 사용되고, 코발트는 탄성 중합체의 총무게에서 약 0.2% 의 양이 사용되었다.
실예 2: 산세척법(DECA)을 수반한 (2+7)0.28 케이블에서 CV에 의한 처리.
케이블은 정적 대류형 노(회복 어닐링 노)에서 제어된 보호 분위기하에서 예를 들어 6% 수소를 포함한 수소 첨가된 질소 분위기하에서 처리된다. 케이블은 3-1/2 시간 동안 350℃ 로 가열된다. 다음에, 이와 동일한 온도에서 30분 동안 유지되고, 그 후 3 시간 동안 실온에서 냉각된다. 그 다음에 코일을 풀어서 매우 낮은 함량(약 4%)의 오르토인산(orthophosphoric acid) 또는 황산의 배스(bath) 내로 케이블을 통과시킨다. 이와 같은 산세척 배스에서의 지속 시간은 약 2초이다. 배스는 대기온도를 유지한다. 구해진 특성은 아래와 같다.
(2+7)0.28 Rm(MPa) △Rm(%) Af(%) adh 시험 △adh(%)시험 adh MS △adh(%)MS
LTHT 실시전 2920 2.8 78 90
CV+DECA 2443 -1.6 5.4 67 -14 85 -6
실예 3: (2+7)0.28 케이블에서 IN에 의한 처리.
이동하는 케이블은 보호 분위기(분류된 NH3또는 N2, H2)하에서 전도에 의해 가열된다. 회복 어닐링은 약 40cm 의 길이에 걸쳐 유도전류를 흘려 보냄으로써 발생되는 전자기 전도에 의해 실시되고, 처리 속도는 변할 수 있으며(예를 들어 80m/min), 이 시스템은 케이블에 대해 동질성의 열처리를 얻도록 조절된다. 케이블의 표면과 인덕터의 출구에서 나타난 온도는 450℃ 에 속한다. 구해진 특성은 다음과 같다.
(2+7)0.28 Rm(MPa) △Rm(%) Af(%) adh 시험 △adh(%)시험 adh MS △adh(%)MS
LTHT 실시전 2920 2.8 78 90
IN/N2, H2 2524 -14 5.4 39 -50 86 -4
실예 4: 보호 분위기 하에서 (3+8)0.35 케이블에서 줄 효과에 의한 처리.
(2+7)0.28 Rm(MPa) △Rm(%) Af(%) adh 시험 △adh(%)시험 adh MS △adh(%)MS
LTHT 실시전 2537 3.09 90 85
JE/N2, H2 2410 -5 5.31 68 -24 101 +19
상기 실예의 분석은 케이블에서 고무의 점착의 절대값이 사용한 고무 혼합물의 화학식에 의존한다는 것에 주의하도록 한다. 따라서 연결 고무(3)를 위해 사용된 혼합물의 화학식에 의존하는 열처리 때문에 점착 코팅을 다소 변경시킬 수 있다.
상기 MS 혼합물이 사용되면, 상기 혼합물로 구해진 점착 성능이 저온 열처리 상태에서 코팅의 화학적 성질의 변경에 별도 민감하지 않기 때문에 더 크게 감소시킬 수 있다("시험" 혼합물에 대해 언급한 것의 70% 정도). 그러나, 바람직하게는 시험 혼합물에 비해 50% 이하로 감소된 용액만이 사용될 것이다. 상기 모든 실예들에서 특히 실예 3에서, MS 혼합물이 가장 불리한 경우에 감소량이 낮은 수준에서 포함하는 최선의 능력을 제공한다는 것에 주목할 수 있다. 그러나, 다른 형식의 혼합물도 형성될 수 있었고, 이와 같은 마지막 주의가 제한받지는 않는다. 열처리를 실시하기 위한 다른 조건이 사용될 수 있었는데 즉, 어떤 경우에 점착도의 더 작은 감소량에 도달할 것이며, 이것은 층(3)을 위해 상기 "시험" 혼합물을 사용할 수 있게 하거나, 또는 MS 혼합물보다 점착에 대해 더 불리한 다른 혼합물을 사용할 수 있다.
결론적으로, 본 발명은 와이어 케이블을 준비하는 방법을 제안하고 있는데, 이 방법에서는 먼저 강과 고무 사이의 점착을 유리하게 만드는 점착 코팅으로 덮힌 가공 경화된 강철 와이어로 제조된 케이블에서 시작하여, 상기 케이블이 작동 연신율(Af)을 4% 이상의 값으로 만드는 것과 같은 방법으로 미리 선택된 기간 동안에 250℃ 내지 Ac1사이의 온도에서 회복 어닐링 열처리를 받으며, 이와 같은 준비 전후에 "시험" 고무 혼합물에 점착하는 케이블의 능력을 제어함으로써 관찰된 감소량이 70% 이하가 되는 처리방법을 사용하고 있다.
상기 처리방법은 LTHT 에 이어서 일어나는 강철 와이어의 산세척법이거나, LTHT 중에 충분한 보호 분위기를 선택하고 그 다음에 냉각시키는 방법이거나 또는 이와 동등한 효과를 내는 어떤 다른 방법일 수도 있다.
본 발명에 의하여, 고무와 금속 사이에 양호한 점착이 보존된다. 게다가, 해체시에 중요한 응력이 발생하는 경우, 케이블(2)은 탄성 한계를 초과하지만 파괴 한계 이하에서 유지된다. 그러므로 케이블은 국부적인 힘이 초기 탄성 한계를 지나서 케이블에서 일어날지라도 탄성행동의 영역을 유지한다. 실질적인 잔류 신장이 해체에 의해 응력을 받은 영역에 남아 있더라도(2 내지 3%의 범위에서), 케이블 나선(2)의 전체 주변과 관련된 이러한 신장이 1/1000 의 범위에 속하는 값만을 나타내며, 이것은 새로운 장착 후에 림에서 타이어의 양호한 성능에 어떤 방해도 일으키지 않는다.
이와 같은 방법으로 생산된 타이어의 사용시에 상기 값은 타이어가 그 수명 중에 경험할 수 있는 소수의 해체 및 장착 사이클에 의해 변경되지는 않고, 탄성 한계를 초과하는 신장이 각각의 해체시에 일어날지라도 이런 신장은 우리가 살펴본 바와 같이 아주 작은 길이의 케이블에만 관련되고, 또한 이런 신장이 중첩된 나선의 작은 부분에서만 발생하며, 바람직하게도 파일의 경우에 비드의 외측에서 축방향으로 일어난다.
상기 설명에서는 카커스 보강요소의 고정을 보장하는 원주 보강재로서 연신율이 큰 특정 케이블을 사용할 것을 제안하고 있다. 아래에서는 비드의 구조(architecture)를 위한 기하학적 작도법과 타협할 것을 제안한다. 상기 작도법은 위에서 규정한 방식의 케이블이나 또는 이와 같은 방식과는 관계없는 그밖의 케이블과 조합하여 사용될 수 있다. 따라서 이와 같은 작도법은 사용되는 원주 보강요소가 무엇이든지 사용 가능하고, 텍스타일 케이블(textile cable)이나 또는 단일 필라멘트 보강재의 성질 및 기하학적 모양이 어떠하든지 텍스타일 케이블이나 또는 단일 필라멘트 보강재에 의해 상기 케이블(2)이 대체되더라고 그러한 작도법은 사용 가능하다. 바람직하게도 원주 보강요소는 보다 큰 신장성(elongatability)을 가져야 한다는 것에 주목하기 바란다. 만일 비드 와이어(금속 모노필라멘트)가 사용되면, 비드 와이어는 연신율이 큰 와이어이다(예를 들어 도 5의 곡선 T 를 참조).
예를 들어, 비드의 치수 및/또는 재료의 선택이 비드를 비교적 크게 만들면, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 축방향에서 최외곽에 위치한 파일(5) 하부를 방사상 위로 이동시키는 것이 유익하다. 따라서, 원주 보강요소(2)의 적어도 2개의 파일이 카커스 보강요소의 측방에서 경계를 형성하면, 상기 파일(5)의 방사상 최하부와 인접한 파일(4)의 방사상 최하부 사이에 방사상 스태거(radial stagger)가 존재한다. 또한 상기 스태거는 타이어의 해체시에 케이블의 응력을 제한하는 역할을 한다. 각각의 파일의 방사상 최하부는 양호하게도 축방향으로 내측에 인접한 파일의 방사상 최하부에 대해 가로 방향 위로 이동된다.
동일한 선을 따라서, 각 파일(41, 42, 43)(도 8)의 최하부 나선은, 타이어의 틸팅(tilting)시에 타이어가 손상 받지 않고 견딜 수 있는 수준까지 케이블의 신장을 제한하는 값 이상으로 직경이 증가하지 않도록 하는 그러한 방사상 수준에 배치된다. 다시 말하면, 가장 많은 응력을 받는 나선의 과다한 장력은 약간 남게 된다. 관련된 나선의 주변의 증가가 도 8에서 직경의 증가로서 나타날 수 있는 것과는 비례하지 않는다는 것에 주목하기 바란다. 실제로, 변형은 문제가 되는 나선의 전체 코스에는 동일하게 관련되어 있지 않다는 것을 위에서 설명하였다. 타이어의 틸팅을 발생시키는 응력은 국부적 응력이다. 또한 비드가 그 위치(도 8 및 도 3에서 중앙 위치)에 놓일 때, 그 위치는 특히 그 순간에 비교적 얇은 두께에 작용하는 전단 응력의 효과를 받아서 변형되며, 상기 전단 응력은 다른 나선들이 겪고 있는 연장을 제한한다.
또 다른 관점에서, 사람이 마주칠 수 있는 제품의 경도가 다르더라도 비드의 기하학적 모양을 더욱 정확하게 고려할 수 있다. 도 6 및 도 7에는 총거리(e1및 e2)가 나타나 있는데, e1은 림의 시트(또는 적용 가능하면 그 연장부)와 접촉하게 되는 비드 표면의 최하부 나선 사이에서의 방사상 거리이고, e2는 타이어의 내부 공간의 측면 즉 축방향 내측과 결합하는 측면에서 비드 표면으로부터 최하부 턴 사이에서 축방향에서의 거리이다. 문제가 되는 나선이 손상을 주는 과다한 장력을 겪지 않도록 하기 위하여, 일차 평가에서(즉, 세그먼트를 따라 횡단한 다른 제품의 경도는 도 6 및 도 7에서 e1및 e2로 표시된 것으로 가정한다) e2는 e1보다 작거나 같다는 것을 조언하는 바이다. 다른 성분들의 정확한 성질을 더욱 정확하게 고려하고, 또 e1j가 비드의 방사상 하부면으로부터 모든(any) 파일의 방사상 최하부 나선을 방사상으로 분리하는 각 제품의 두께이고, e2i가 비드의 축방향 내부면으로부터 모든 파일의 방사상 최하부의 나선을 방사상으로 분리하는 각 제품의 두께이고, G1j및 G2i가 각각 제품의 유효한 영률이라고 할 때, 디자인을 위한 기준은 다음과 같이 표현될 수 있다.
따라서, 파일(4 또는 5)의 각 나선은 타이어의 틸팅시에 그 장력 수준이 감소하고, 클램핑의 수준을 감소시키며 또 해체를 용이하게 하는 구조를 제안한다. 제안한 법칙은 실험에 의한 것이다. 요구한 결과는 비드가 경사져 있는 동안에 비드는 어떤 해로운 신장을 경험하지 않는다는 것이다. 비드가 자신의 시트를 떠나자마자, 비드는 시트가 보다 넓은 원통형 영역(외부를 향해 축방향으로 양호하게 이동한 림)에 의해 빈번하게 연장되는 바퀴의 축방향 내측면에서 조차도 팽창한다. 따라서, 틸팅 중에 각각의 나선이 회전시에 응력을 받지 않는 비드에서 기준 위치 위에 있는 방사상 위치로 지나가지 않게 되는 것이 필수적인 일이다(도 8).
본 발명에 의하여, 고무와 금속 사이에 양호한 점착이 보존된다. 게다가, 해체시에 중요한 응력이 일어나는 경우, 케이블(2)은 탄성한계를 초과하지만 파괴 한계 이하에서 유지된다. 그러므로 케이블은 지역적 힘이 초기 탄성 한계를 지나서 케이블에서 일어날지라도 탄성행동의 영역을 유지한다. 실질적인 잔류 신장이 해체에 의해 응력을 받은 영역에 남아 있더라도(2 내지 3%의 범위에서), 케이블 헬릭스(2)의 전체 주변에 관련된 이러한 신장이 1000에서 1의 범위에 속하는 값만을 나타내며, 이것은 새로운 장착 후에 림에서 타이어의 양호한 성능에 어떤 방해도 일으키지 않는다.

Claims (3)

  1. 림에 장착되도록 설계된 비드에서 종결되는 측벽과, 상기 측벽을 통과하여 비드들과 결합하는 카커스 보강재를 구비하는 타이어에 있어서,
    상기 비드들 중 적어도 하나는,
    비드의 방사상 하부로부터 측벽을 향해 연장하는 카커스 보강요소들; 및
    상기 카커스 보강요소들의 측방에서 경계를 형성하는 원주 보강요소들의 적어도 2개의 파일을 포함하며,
    축방향으로 최외곽에 위치한 파일의 방사상 최하부는 축방향으로 내측에 인접한 파일의 방사상 최하부보다 방사상으로 높게 위치하는 타이어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 파일의 방사상 최하부는 축방향 내측에 인접한 파일의 방사상 최하부에 대해 방사상으로 높게 위치하는 타이어.
  3. 림에 장착되도록 설계된 비드에서 종결되는 측벽과, 상기 측벽을 통과하여 비드들과 결합하는 카커스 보강재를 구비하는 타이어에 있어서,
    상기 비드들 중 적어도 하나는,
    비드의 방사상 하부로부터 측벽을 향해 연장하는 카커스 보강요소들과;
    상기 카커스 보강요소들의 측방에서 경계를 형성하는 원주 보강요소들의 적어도 2개의 파일; 및
    다음의 관계식 :
    을 만족시키는 재료{여기서, e1j는 비드의 방사상 하부면으로부터 모든 파일의 방사상 최하부의 나선을 방사상으로 분리하는 각 제품의 두께이고, e2i는 비드의 축방향 내부면으로부터 모든 파일의 방사상 최하부의 나선을 방사상으로 분리하는 각 제품의 두께이고, G1j및 G2i는 각각 제품의 유효한 영률(Young's modulus)}를 포함하는 타이어.
KR1020010006086A 1995-06-29 2001-02-08 카커스 고정용 원주 케이블을 갖는 타이어 KR100399667B1 (ko)

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