KR100431373B1

KR100431373B1 - 스틸코오드 및 이것을 사용한 공기타이어

Info

Publication number: KR100431373B1
Application number: KR1019960017923A
Authority: KR
Inventors: 요시카즈 가네코; 나오히코 오바나
Original assignee: 가부시키가이샤 브리지스톤
Priority date: 1995-05-26
Filing date: 1996-05-25
Publication date: 2004-08-18
Also published as: US5873962A; EP0744490A3; US5806296A; ES2202415T3; US5822973A; DE69629076T2; KR960040691A; EP0744490A2; EP0744490B1; DE69629076D1

Abstract

본 발명은 탄소함유량이 0.70중량% 이상인 고무보강용 스틸코오드선재로 신선가공을 하여 직경이 0.10∼0.40mm, 또 강도가 3000N/㎟ 이상인 강소선으로 만들고, 이 강소선의 여러 가닥을 합쳐 꼬아 스틸코오드로 만든 것이다. 또 본 발명은 스틸코오드의 꼬임을 풀어 얻은 나선형상으로 성형된 강소선의 나선곡선률반경(R₀)과, 이 강소선의 나선내측부분에 있어서 표층을 용해제거했을 때의 나선의 곡률반경(R₁)과의 비[(R₁/R₀) × 100]가 100 미만인 것을 특징으로 하는, 내식성이 뛰어난 고무보강용 스틸코오드를 공기타이어의 코오드보강부재에 사용한 것이다.

Description

스틸코오드 및 이것을 사용한 공기타이어

본 발명은 타이어 보강용 스틸코오드 및 이것을 사용한 공기타이어에 관한 것으로, 더 상세히 말하자면 타이어의 카카스(carcass)부 및 벨트의 보강에 사용되며, 경량화와 함께 내구성을 개선한 스틸코오드 및 이것을 사용한 공기타이어에 관한 것이다.

근래 지구환경보호의 시점에서 차량의 저연비화를 목표로 하여 타이어에 있어서도 경량화가 추진되고 있어, 타이어의 보강재인 스틸코오드에서는 강도를 크게 하여 타이어보강을 유지하면서 사용량을 감소시키는 시도가 이루어지고 있다. 그러나 한편으로 스틸코오드를 구성하는 강소선의 단위단면적당 인장강도를 크게 늘리면 내피로성이 저하된다는 사실이 널리 알려져 있다.

내피로성을 개선하기 위해 지금까지 몇 가지 제안이 이루어지고 있다. 예를들면 일본국 특개평5-71084호 공보에 있어서의 스틸와이어에서는, 탄소량이 0.6% 이상인 고탄소강선재의 도금후, 신선(伸線)공정의 마지막에 어프로치각이 8도 이하인 인발다이스(drawing dies)를 사용하여 와이어표면의 잔류응력을 X선회석법(回析法)으로 구하고, 구하여진 잔류응력의 값이 축방향에 있어서 (인장측에서) 45kg/㎟ 이하로 하는 것이 제안되고 있다.

또 일본국 특개소57-149578호 공보의 금속와이어는 외표면의 잔류응력을 압축상태로, 또 균일하게 분산시킴으로써 기계적 피로특성이 뛰어난 와이어를 얻을 수 있다고 되어 있다.

그리고 내부식피로성이 뛰어난 스틸코오드를 얻기 위해 원료가 되는 선재에 내부식성을 부여하는 원소를 첨가한 합금강선재를 사용하거나, 스틸코오드 내부에 고무를 침입시킴으로써 스틸필라멘트와 수분의 접촉을 억제하는 것이 시도되고 있다.

상기한 일본국 특개평5-71084호 공보에서 제안되고 있는, 신선시에 스틸와이어 표면의 잔류인장응력을 절감하는 방법에서는, 이들 스틸와이어를 합쳐서 꼴때의 소성변형에 의해 스틸코오드의 꼬임을 풀어 얻어진 강소선이 나선형으로 성형된 나선중심과 대면한 내측면에 상대적으로 인장측의 잔류응력이 발생하여 내부식피로성에 대해 효과를 얻을 수 없다고 하는 문제점이 있다.

또 예를 들면 일본국 특개소57-149578호 공보에서 제안되고 있는 방법에서는 주로 스틸코오드의 원주외표면 전역에 잔류압축응력을 부여하도록 처리하기 위해 강소선의 나선중심과 대면한 내면측과는 반대의 외면측에 주로 잔류압축응력이 부여되어 고무가 침입하기 어려운 스틸코오드 내부에 있어서 내부식피로성의 향상에 대해서는 기대할만한 효과를 얻을 수 없다는 문제점이 있다. 왜냐하면 강소선에 나선형으로 성형함으로써 나선외측에는 내부식피로성에 대해 충분한 잔류압축응력이 발생하고 있으므로 그 이상의 가공은 불필요하기 때문이다.

한편, 내식성을 부여하기 위해 원소를 첨가하는 방법에서는 선재의 가격이 높아지거나 신선성이 저하되는 문제가 있다.

그리고 스틸코오드의 내부에 고무를 침입시켜 감소선과 수분의 접촉을 회피하는 내식성의 개선법은 고무의 침입이 충분하지 않으면 효과를 얻지 못하고, 비록 고무의 침입이 충분했다고 해도 접착이 불충분하면 강소선과 고무와의 계면에 빈 틈이 생겨 내식성이 저하되는 문제점이 있다.

또 습식연속 신선가공에 있어서 신선다이스 단수(段數)를 늘리고, 또 각 다이스에서의 감면률(다이스의 구멍 단면적의 감소하는 비율)을 작게 하여 신선시의 발열을 억제함으로써 고강도 고연성의 세경강선을 제조하는 방법이 일본국 특개평3-104821호 공보에서 제안되고 있다. 또 탄소함유량이 0.90∼0.95중량%이고, 크롬함유량이 1.10∼0.40중량%인 탄소강을 원료로 한 스틸코오드를 타이어의 보강에 사용함으로써 타이어의 내구성을 유지하여 경량화하는 제안이 일본국 특개평4-126605호 공보에서 제안되고 있다. 그런데 타이어를 경량화하기 위해서는 사용하는부재의 양을 절감함으로써 달성할 수 있지만, 그만큼 강도가 저하되어 내구성의 저하를 초래할 우려가 있음은 부인할 수 없다.

상기한 종래의 기술에 있어서, 신선다이스의 단수를 늘려 신선하는 방법은 신선작업성이 저하되는 문제가 있고, 한편 스틸코오드의 원료가 되는 탄소강성분을 특별한 것으로 하면 고가의 스틸코오드가 되어 실용적이지 못하다.

또한 종래부터 트럭·버스용 공기타이어의 카카스부에는 인장강도가 2750∼3150N/㎟ 정도의 강소선에 의한 3 + 9 × 0.23 + 1의 2층꼬임 구조, 혹은 3 + 9 + 15 + 0.175 + 1의 3층꼬임 구조로 한 스틸코오드가 주로 사용되고 있다. 그러나 타이어의 경량화를 위해 스틸코오드지름을 작게 한 3 + 9 × 0.21구조로 하면, 타이어강도를 확보하기 위해 스틸코오드의 박아넣는 가닥수를 증가시킬 필요가 있어, 그 결과 카카스의 스틸코오드 인접간격이 너무 좁아져서 카카스플라이 접힘단부의 고장이 증가하는 문제가 있다.

그리고 타이어는 때로 노면의 돌기물 혹은 측벽의 돌기물 등에 의해 스틸코오드 근처에까지 달하는 손상을 입는 일이 있고, 이 손상된 부분을 통해 수분이 침입하여 강소선을 부식시켜 타이어의 내구성을 저하시키는 경우가 있다. 이에 대해서는 외층을 구성하는 강소선의 가닥수를 줄여, 소선 사이에 고무가 스틸코오드 내부에까지 비집고 들어갈 수 있는 틈을 만듦으로써 강소선의 부식을 절감시키는 방법이 알려져 있지만, 고무가 틈새에 충분히 침입해 있지 않으면 만족할만한 효과를 얻을 수 없다는 문제점이 있었다. 또 비록 고무의 침입이 충분했다고 해도 고무에 포함된 수분에 의해 강소선의 내부식피로성이 반드시 충분한 것은 아니라고 하는문제점이 있었다.

본 발명은 이상과 같은 구성을 갖고 있는 것으로서, 강소선의 강도를 높이면 내부식피로성이 저하되는 것은 널리 알려져 있지만, 본 발명에서는 고강도 강소선의 내부식피로성을 개선하기 위해서는 강소선의 나선내측 표층잔류인장응력을 작게 하면 된다는 것을 발견한 것이다.

본 발명에 있어서, 고무보강용 스틸코오드 선재의 탄소함유량은 0.7중량%, 이상이다. 그 이유는 고무물품의 경량화를 꾀하기 위해 소선의 강도를 3000N/㎟ 이상으로 할 필요가 있기 때문이다.

또 강소선의 직경을 0.10mm 내지 0.40mm의 범위로 규정한다. 그 이유는 0.10mm 미만은 신선공정에서의 작업이 저하되고, 0.40mm를 넘으면 강소선의 기계적 피로성이 저하되기 때문이다.

합쳐 꼰 스틸코오드의 꼬임을 풀면 나선형상을 한 여러 가닥의 강소선이 되는데, 이것은 직선의 강소선을 스틸코오드로 만드는 연선(燃線)공정에 있어서 소성변형을 강소선에 부여하기 위함이다.

이하에 본 발명의 실시예에 대해 도면을 적절히 참조하여 설명한다.

제1실시예에서는 중량%로 C ; 0.81%, Si ; 0.23%, Mn : 0.49%, P ; 0.006%, S ; 0.008%의 성분을 가진 보통탄소강으로 직경이 5.5mm의 스틸코오드 선재를 건식신선하여 원하는 직경으로 만든 후, 페이턴팅(patenting)처리 및 브라스도금을 하여 습식신선에 의해 진왜(眞歪) 3.8의 신선가공을 함으로써 직경 0.21mm, 인장 강도 3695N/㎟의 강소선을 제조했다. 또한 이때 신선후의 강소선에 장력을 부여하면서 반복굽힘을 부여하여 강소선 표층부의 인장잔류응력을 절감하는 것이 바람직하다.

연선은 원통형 연선기에 의해 통상적인 방법으로 스틸코오드로 만들지만, 본 발명에서는 스틸코오드를 교정롤러에 통과시킬 때 스틸코오드에 장력을 부여하여, 예를 들면 3 + 8 × 0.21mm의 코오드에서는 450N/코오드의 장력을 부여하여 스틸코오드를 구성하는 강소선의 나선내측 인장잔류응력을 절감시켰다. 연선기는 원통형에 한정되는 것이 아니고 번처연선기를 사용할 수도 있다.

또 상기 이 실시예에 관한 스틸코오드를 카카스플라이에 사용한 타이어를 시작(試作)했다. 제3도는 공기타이어의 단면도로서, 도면중 1은 벨트, 2는 카카스, 3은 비이드이다. 타이어의 크기는 11R 22.5·14PR이고, 카카스플라이의 코오드를 박아넣은 수는 31.5가닥/5cm이다.

제조한 스틸코오드 및 시작한 타이어의 특성을 다음 페이지 이하의 표1, 표2, 표3에 정리하여 나타낸다. 표1에 있어서, 스틸코오드의 각 구조는 종래예 1은 제1도의 구조, 비교예 1은 3 + 9 + 15의 구조, 실시예 A∼F는 각각 제8도∼제13도에 도시한 구조의 것이다. 또 표2에 있어서, 스틸코오드의 각 구조는 종래예 2는 제2도의 구조, 비교예 2는 3 + 9의 구조, 실시예 G∼L은 각각 제7도∼제12도에 도시한 구조의 것이다. 그리고 표3에 있어서, 스틸코오드의 각 구조는 종래예 3은 제2도의 구조, 비교예 3의 구조는 제2도에 도시한 구조, 실시예 M∼Q는 각각 제6도∼제10도에 도시한 구조의 것이다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

스틸코오드의 간격은 타이어의 비이드(3) 부근의 카카스코오드 접힘부에서 측정하고, 또 스틸코오드 사용중량은 종래예를 100으로 하여 타이어의 카카스(2) 속에 매설된 스틸코오드(10)의 중량을 지수표시하고 있어 수치가 작을수록 경량화의 면에서 뛰어나다.

표면으로부터 3% 깊이에서의 곡률변화는 타이어속의 카카스코오드 1가닥을 선택하여 스틸코오드(10)의 꼬임을 풀어 나선형상으로 성형된 강소선(10A)(제4도 참조)으로 만들고, 최외층(시스)을 구성하는 강소선(10A')에 대해 100mm의 길이로 절단하여 길이방향을 향해 반원주에 에나멜을 바른 다음, 이어서 50% 초산수 용액에 담가 에나멜을 바르지 않은 반원주측을 선지름의 3% 길이까지 용해하여 그 때의 강소선(10A')의 움직임을 측정했다.

측정은 제4도∼제5도에 도시한 바와 같으며, 도면중 R₀는 나선내측의 표층부 제거전의 나선곡률반경(mm)이고, R₁은 나선내측표층부 제거후의 나선곡률반경(mm)이다.

고무페네성은 타이어속의 카카스코오드 1가닥을 선택하여 스틸코오드(10)의 전장에 걸쳐 코어의 표면에 피복되어 있는 고무의 정도를 관찰해서, 90∼100%이면 ◎, 80∼89%이면 ○, 79% 이하를 x로 평가했다. 또한 80% 이상이면 실용상 문제는 없다.

파단하중유지율은 각 시험타이어를 회전시험(drum test)에 의해 JIS정규내압 및 하중하에서 20만km 주행시킨 후, 타이어로부터 카카스코오드를 채취하여 그 파단하중을 측정해서 시험전의 스틸코오드(10)에 비율로 나타낸 것이다.

내부식피로성은 각 시험타이어의 림(rim)조립시에 타이어의 안쪽라이너(inner liner)의 내측에 튜우브를 배치하고, 안쪽라이너와 튜우브 사이에 300㎖의 물을 넣고 봉하여 각 시험타이어를 JIS 정규내압 및 정규하중의 조건하에서의 회전시험에 있어서 카카스코오드 절단(CBU; 카카스 부레이킹 업의 약자)고장에 이르기까지의 수명(주행거리)에 의해 평가했다. 또 종래예의 주행거리를 100으로 하여 지수표시하고 있고, 지수가 클수록 내부식피로성이 뛰어나다.

이하, 본 발명의 제1실시예에 관한 타이어보강용 스틸코오드(10)에 대해 더욱 상세히 설명한다. 스틸코오드(10)의 원료가 되는 탄소강의 탄소함유량을 0.70중량% 이상으로 한정했지만, 이것은 강소선(10A)의 인장강도를 3400∼3900N/㎟으로 하기 위함이며, 바람직하게는 탄소함유량을 0.85중량%, 이하로 함으로써 페이턴팅시의 초적(初積)시멘타이트의 생성을 억제하여 강소선의 연성을 확보하는 것이 용이하게 된다. 또 본 발명에서 사용하는 탄소강은 가격의 상승을 억제하기 위해 보통탄소강을 사용하는 것이 바람직하다.

또 강소선(10A)의 직경을 0.15∼0.25mm로 한정했는데 그 이유는 0.15mm 미만에서는 강소선의 인장강도는 상승하지만 신선에서의 생산성이 저하되어 비경제적이고, 0.25mm를 넘으면 반복굽힘피로성이 악화됨과 동시에 스틸코오드(10)의 굽힘강성이 너무 커져서 타이어성형시의 가공성, 특히 비이드(3)의 성형성이 어려워진다.

그리고 강소선(10A)의 인장강도를 측정했지만, 이것은 3400N/㎟ 미만에서는 스틸코오드 파단하중을 유지하는 것이 어려워, 타이어강도를 유지하여 경량화할 수없다. 또 강소선의 인장강도가 3900N/㎟를 넘으면 신선생산성이 저하된다든가, 얻어진 강소선의 연성이 부족해질 우려가 있어 타이어의 경정회수(更正回數)의 저하가 염려된다.

본 발명에 사용하는 코어, 시스의 강소선의 직경은 동일하게 할 필요는 없지만, 동일하게 함으로써 생산성을 높일 수 있다.

그리고 스틸코오드(10)의 구조를, 코어를 구성하는 강소선의 가닥수(M)를 1∼4가닥, 시스를 구성하는 강소선의 가닥수(N)를 M+(2∼5)가닥으로 한 2층꼬임 스틸코오드, 또는 상기 2층꼬임 스틸코오드의 외주에 N+(2∼5)가닥의 강소선을 배치한 3층 꼬임 스틸코오드로 했다. 이것은 고무의 침입성을 만족시키면서 내피로성에서도 불리하지 않은 꼬임형태로 하기 위함과, 스틸코오드 단면내의 소선충전률을 향상시킴에 따라 필요한 코오드파단하중을 가능한 한 작은 스틸코오드지름으로 얻기 위함이다. 따라서 코어를 구성하는 강소선의 가닥수는 내부에 공간을 갖지 않는 1가닥 또는 2가닥, 혹은 내부공간이 작은 3가닥으로 하는 것이 바람직하다.

제14도에 도시한 스틸코오드(1)의 시스(코어 이외의 외주에 감은 모든 시스를 가리킨다)를 구성하는 인접한 강소선(이하 시스소선이라 부른다)(10A') 사이의 틈의 평균치(d)를 0.02(mm)≤d≤강소선지름 x 1.5(mm)의 범위로 한 것은 인접하는 시스소선(10A') 사이의 틈의 평균치(d)가 0.02mm 미만에서는 타이어 가황시에 코어 근처의 내부에까지 고무를 침입시키는 것이 어렵고, 또 강소선지름 x 1.5를 넘는 틈으로 하면 시스소선(10A')의 배치에 혼란이 생겨 내피로성이 저하되고, 스틸코오드(10) 외접원 단면내의 강소선(10A)의 충전률이 낮아 스틸코오드 파단하중이 부족하거나 스틸코오드지름이 커지며, 스틸코오드·고무복합체의 두께가 커져 타이어의 경량화에 불리하게 작용한다.

스틸코오드(10)의 꼬임을 풀면 제18도에 도시한 나선형상을 한 여러 가닥의 강소선(10A)을 얻을 수 있는데, 이것은 직선의 강소선을 스틸코오드로 하는 연선 공정에 있어서 강소선에 소성변형을 주기 위함으로, 이로 인해 신선공정에서 강소선의 표면인장잔류응력을 절감해도 연선공정에서 강소선의 나선내측에 최대인장잔류응력이 발생하여 내부식피로성이 저하되는 것을 발견함으로써 스틸코오드로 만든 강소선의 나선내측의 표층인장잔류응력을 작게 하면 스틸코오드의 내부식피로성을 개선할 수 있는 발명에 이르게 된 것이다.

타이어보강용 스틸코오드에 있어서는 타이어가 차량에 장착되어 주행할 때 반복굽힘을 받아 스틸코오드를 구성하는 강소선끼리 마찰마모되는 마손부식(fretting)을 발생시켜 더욱 부식피로하기 쉽게 된다. 이 때문에 바람직하게는 강소선의 표면으로부터 소선직경의 5%까지의 깊이범위에서 인장잔류응력을 작게하는 것이고, 더 바람직하게는 강소선의 표면으로부터 소선직경의 10% 깊이까지의 인장잔류응력을 작게하는 것이 좋다.

또 본 발명에서는 시스를 구성하는 강소선의 성형률 S(다음에 정의함)을 80 - 110%로 한다. 이것은 80% 이하에서는 시스 강소선의 프레팅이 크게 되어 타이어의 장기간 사용시에 스틸코오드의 파단하중이 저하한다. 한편 110% 이사에서는 시스 강소선의 배치에 곤란함이 생겨 내피로성이 저하함과 아울러 스틸코오드 직경이 크게되고(스틸코오드, 고무 복합체의 두께가 커지고) 타이어의 경량화에 불리하기때문이다.

여기서 Wn : 제21도, 제22도에 도시한 제n번째의 시스층의 강소선(10A)을 풀었을때의 나선직경 (실측치)

Dn : 스틸코오드로서 짜였을때의 제n시스층의 나선직경 즉 제n시스층의 나선직경 즉 제n시스층의 시스직경(이론치)(Dn = Do + 2 πd)

Do : 코어직경(Do = d + d/sin [2π/2Nn]

d : 강소선 직경.

Nn : 제n시스층의 강소선수

로 하면 예를들어 제n번째의 시스층에 사용한 강소선의 성형률(Sn)은

또, 종래 스틸코오드(10)의 최외측에 감고 있었던 1가닥의 래핑와이어(10B)(제1, 2도 참조)를 사용하지 않음으로써 시스소선(10A')과 래핑와이어(10B)의 마손부식을 방지할 수 있기 때문에 타이어를 장기간 사용해도 스틸코오드 파단하중의 저하를 매우 적게 할 수 있고, 또 스틸코오드의 직경이 작아지기 때문에 타이어의 경량화에 유리하게 작용하게 된다.

타이어로 성형되기 전의 고무입힌 스틸코오드·고무복합체의 50mm폭당 복합체의 파단하중에 대해 스틸코오드 지름을 D로 하면, (50x코오드파단하중)/복합체파단하중-1.1≤D(mm)≤(50x코오드파단하중)/복합체파단하중-0.4로 한 것은 타이어의 비이드(3) 부근의 스틸코오드 간격(D)(제15도 참조)을 0.4∼1.1mm의 범위로 하기 위함으로서, 이 범위로 규정함으로써 카카스부의 내구성을 향상시킬 수 있다.

즉, 거의 평행하게 배열된 스틸코오드 사이의 고무의 길이가 0.4mm 미만에서는 타이어주행시 카카스부에 가해지는 응력에 대해 고무의 전단(剪斷)응력이 너무 커져서 스틸코오드 사이의 고무에 균열이 발생하기 쉬워지고, 스틸코오드·고무 사이의 접착파괴도 일어나기 쉽게 된다. 한편, 1.1mm를 넘으면 타이어에 공기를 충전했을 때 스틸코오드 사이의 고무가 부풀어올라 고무에 가해지는 부담이 커짐과 동시에 타이어주행시 고무의 발열이 커지기 때문에 고속내구성이 저하된다.

더 바람직하게는, 타이어의 비이드부 부근의 스틸코오드의 간격을 0.6 내지 0.9mm의 범위로 하기 위해 스틸코오드의 직경(D)을 [(50x코오드파단하중)/복합체파단하중]-0.9D(mm)[(50x 코오드파단하중)/복합체파단하중]-0.6으로 하는 것이 바람직하다.

다음으로 본 발명의 제2실시예에 대해 설명한다.

이 제2실시예에서는 탄소함유량이 0.8중량%인 탄소강으로 이루어진 직경 0.23mm에서 강도가 3800N/㎟ 강소선을, 피치 6mm의 나선형상으로 성형된 3가닥의 강소선을 코어로 하고, 피치 12mm의 나선형으로 성형된 9가닥의 강소선을 코어의 주위에 감으며, 또 그 외측에 1가닥의 강소선을 감은(3+9+1)구조의 스틸코오드를 연선기에 의해 제조했다.

그런데 여기서 스틸코오드의 꼬임을 풀어 얻은 강소선의 나선내측에 있어서길이방향의 인장잔류응력을 작게 하기 위해서는 강소선의 탄성한계응력을 σ₁로 하고, 나선형상으로 성형된 강소선의 직경방향에 있어서의 단면내 모든 것에 압축소성이 생기지 않는 응력을 σ₂로 하며, 나선내측의 최대잔류인장응력을 σ₃으로 했을 경우, σ₃+ σ₂- σ₁>0의 관계를 만족시키도록 처리한다. 이 처리에 의해 σ₃+ σ₂- σ₁>0의 범위에 있는 강소선의 부분은 소성변형이 생기게 된다. 이것을 제16도에 따라 다시 설명한다.

제16도의 (A)는 설명을 알기 쉽게 하기 위해 신선에 수반되는 잔류응력은 무시되어 있지만, 연선에 수반되는 잔류응력을 모식적으로 도시한 응력분포도로서, 꼬임을 푼 강소선은 나선형으로 성형되어 있다. 이 제16도(A)에 있어서, 나선형의 내측표층부에 최대의 잔류인장응력이 있는 것을 도시하고 있다. 제16도의 (B)는 강소선에 직경방향의 단면내 모든 것에 압축소성이 생기지 않는 응력을 가했을 때의 응력분포도로서, 강소선표면으로부터 L₁의 깊이까지가 σ₃+ σ₂- σ₁>0를 만족시키고 있는 범위이다. 또 제16도의 (C)는 응력 σ₂를 제거했을 때의 잔류응력을 도시한 도면이다. 또한 이들 제16도(A)∼(C)중 세로축은 응력상태, 가로축은 강소선의 직경을 도시한 것이며, 또 X∼Z는 각각 강소선의 나선내측, 중심, 나선외측을 나타낸다.

또 스틸코오드를 구성하고 있는 나선형상으로 성형된 강소선(10A)의 나선내측의 잔류응력분포를 계산에 의해 구했다.

이어서 σ₃+ σ₂- σ₁>0의 관계를 만족시키도록 스틸코오드를 제17도에 도시한 장치로 처리함으로써 강소선(10A)의 나선내측 표층부의 최대잔류인장응력을 소요 깊이까지 절감했다.

제17도의 장력부하장치(20A, 20B)는 스틸코오드(10)에 장력을 부여하기 위한 것으로, 자유롭게 장력부하를 설정할 수 있는 기구로 되어 있다. 30은 스틸 코오드(10)에 굽힘을 부여하는 굽힘장치로 여러 개의 롤러(30A)를 갈지자형상으로 배치한 것으로서, 스틸코오드(10)의 굽힘량을 자유롭게 변화시킬 수 있도록 되어 있다. 40은 스틸코오드(10)를 감는 장치이다. 장력부하장치(20A, 20B) 사이의 스틸코오드(10)의 장력은 장력부하장치(20A)에 의해 자유롭게 조정할 수 있는 구조로 되어 있고, 굽힘장치(30)는 스틸코오드(10)에 장력이 가해져 있지 않았을때에는 소성변형이 일어나지 않는 롤지름과 맞물림깊이로 조정하여 탄성역에 있어서만 굽힘가공이 가해지도록 한다. 이 조정은 앞에 기술한 σ₃+ σ₂- σ₁의 관계, 즉 σ₃+ σ₂- σ₁>0에 의해 원하는 깊이까지 잔류응력을 절감할 수 있도록 스틸코오드(10)에 대해 1000N/㎟(실시예 R), 1300N/㎟(실시예 S), 1500N/㎟(실시예 T)의 장력을 가했다.

또한 비교예로서 신선후, 반복굽힘가공에 의해 강소선표층의 잔류인장응력을 절감하고 나서 연선했다(비교예 4). 그리고 스틸코오드(10)로 한 후에 나선 내측에 인장잔류응력을 절감하기 위해 장력부하장치(20A, 20B)에서의 스틸코오드(10)의 장력을 500N/㎟로 하고, 롤러에 의한 굽힘가공의 조정에 의해 처리하는 것도 스틸코오드(10)의 나선내측이 아니라 나선외측에 잔류압축응력을 부여하는 처리를 했다(비교예 5).

상기의 실시예 R∼T의 3종 및 비교예 4, 5의 2종의 스틸코오드(10)를 사용하여 각각 카카스플라이를 만들고, 이들 카카스플라이(코오드 박아넣는 가닥수 : 30.28가닥/5cm)를 사용한 공기레이디얼타이어(타이어 크기 11R 22.5, 14PR) 5종을 시작했다.

이와 같이 하여 제조한 스틸코오드(10)의 꼬임을 풀어 나선형상으로 성형된 강소선(10A)으로 분해하고, 이들 강소선(10A)의 내측시스를 구성하는 시스강소선(10A')에 대해 100mm 길이로 절단하여 시스소선(10A')의 길이방향, 또 반원주에 에나멜을 칠한 후 초산 50%수용액에 담아, 에나멜을 칠하지 않은 반원주측을 소정의 두께까지 용해시켜, 그 때의 연속적인 시스소선(10A')의 움직임을 측정했다. 측정은 시스소선(10A')의 나선내측이 용해될 때의 곡률반경의 움직임과, 시스소선 100mm 전체에 대한 움직임의 양자에 대해서 했다. 전자에 있어서의 측정은 앞의 제1실시예에 있어서의 제4, 5도에 도시한 바와 같다. 또 후자에 있어서의 측정은 제18도에 도시한 바와 같으며, P측으로 이동한 경우를 -, Q측으로 이동한 경우를 +로 한다.

내부식피로성의 평가는, 타이어로부터 100mm의 길이로 잘라낸 스틸코오드를 소량의 초산이온 및 황산이온을 포함한 중성의 수용액에 담가, 도시하지 않은 굽힘피로시험기에 의해 매분 1000회전의 속도로 회전시키고, 또 이 회전시에 스틸 코오드(10) 자체에 300N/㎟의 반복굽힘응력을 부여하여 강소선(10A)이 파단에 이를 때까지의 회전수를 기록했다. 결과를 다음 페이지의 표4에 나타낸다.

표4에서는 비교예 4의 파단에 이르기까지의 회전수를 100으로 하여 지수표시하고 있고, 숫자가 클수록 내부식피로성이 뛰어난 것을 나타내고 있다.

또한 비교예 4의 스틸코오드(10)는 신선후, 반복굽힘가공에 의해 직선의 강소선표층의 잔류인장응력을 절감한 다음 연선한 것으로, 연선에 의해 잔류인장응력의 절감효과가 희미해진 것을 나타내고 있다. 비교예 5는 스틸코오드(10)로 만든 후에 잔류인장응력을 줄이기 위하여 장력부하장치(20A, 20B)에 의한 장력을 500N/㎟로 하고, 롤러(30A)에 의한 굽힘가공의 조정에 의해 스틸코오드(10)의 원주전면에 잔류압축응력을 부여하는 처리를 한 것인데, 강소선(10A)의 100mm 전체의 이동은 잔류응력이 압축의 동작을 하지만, 강소선(10A)에 성형된 나선내측의 잔류인장응력은 절감되어 있지 않다는 것을 나타낸다.

[표 4]

연선은 원통형 연선기에 의해 통상적인 방법으로 스틸코오드(10)로 만들어 교정롤러무리에 통과시킬 때 스틸코오드(10)에 장력을 부여하지만, 본 발명에서는 이 때 스틸코오드(10)의 꼬임을 풀어 얻은 나선형상으로 성형된 강소선(10A)의 나선곡률반경(R₀)(제4도 참조)과 이 강소선의 나선내측부분에 있어서의 표층을 용해제거했을 때의 나선곡률반경(R₁)(제5도 참조)과의 비, (R₁/(R₀)x 100이 86 이상 100 미만을 충족시키는 장력을 장력부가장치에 의하여 부여한다.

예를들면 3 + 9 × 0.21mm의 코오드에서는 500N/코오드의 장력을 부여하여 스틸코오드(10)를 구성하는 나선내측의 인장잔류응력을 절감시켰다. 또 번처 연선기에 의해서는 직선의 강소선끼리 합쳐 꼴 때의 장력을 터빈으로 비틀 때의 장력보다 크게 함으로써도 강소선(10A)의 나선내측의 인장잔류응력을 절감할 수 있다. 이 경우 원통형 연선기와 같이 교정롤러 통과시에 장력을 부여하는 일 없이 강소선(10A)의 나선내측의 인장잔류응력을 절감할 수 있다. 또 타이어에서의 내부식피로성의 평가는 이들 시험타이어의 림조립시 타이어의 안쪽라이너의 내측에 튜우브를 배치하고, 안쪽라이너와 튜우브 사이에 300㎖의 물을 넣고 봉하여 각 시험타이어의 회전시험에 있어서 코오드절단(CBU)고장에 이르기까지의 수명(주행거리)에 의해 평가했다.

표4에서는 비교예 4의 주행거리를 100으로 하여 지수표시하고 있고, 숫자가 클수록 내부식피로성이 뛰어남을 나타내고 있다. 또한 이들 시험타이어는 내압 8kg/㎠로 하고, 다시 JIS100%하중을 부하시켰다. 또 주행속도거리는 시속 60km/h이다.

또한 코어와 시스에서의 강소선의 나선내측표층부 용해시의 나선곡률반경의 변화, 강소선 100mm길이 전체의 이동은 양자 모두 같은 결과를 얻었다.

이상과 같이 본 발명의 스틸코오드(10)를 사용한 공기타이어의 내구성이 뛰어나다는 것은 분명하다.

또한 본 발명의 실시예에서는 공기레이디얼타이어의 카카스(2)에 사용한 예에서 설명했지만, 공기레이디얼타이어의 벨트(1)나 벨트보호층, 사이드프로텍트플라이, 혹은 비이드(3)의 보강층에, 그리고 공기바이어스타이어에 있어서는 벨트나 사이드 보강층으로서 사용함으로써 타이어의 내구성을 개선할 수 있음은 분명하다.

본 발명에서는 공기타이어용 스틸코오드의 탄소함유량을 0.7중량% 이상으로 규정했는데, 그 이유는 타이어의 경량화를 꾀하기 위해 강소선(10A)의 강도를 3000N/㎟ 이상으로 할 필요가 있기 때문이다.

또 강소선(10A)의 직경을 0.10mm 내지 0.40mm의 범위로 규정한 이유는 0.10 mm 미만에서는 신선공정에서의 작업성이 저하되고, 0.40mm를 넘으면 강소선(10A)의 기계적 내피로성이 저하되기 때문이다.

그런데 합쳐 꼰 스틸코오드(10)의 꼬임을 풀면 나선형상을 한 여러 가닥의 강소선(10A)이 되는데, 이것은 직선의 강소선을 스틸코오드로 만드는 연선공정에 있어서 소성변형을 강소선에 부여하기 위함이다. 신선공정에서 강소선의 표면잔류인장응력을 절감해도 연선공정에서 강소선의 나선내측에 최대잔류인장응력이 발생함으로써 고무가 침입하기 어려운 코오드 내부, 즉 강소선의 나선내측이 부식환경하에 처하게 되어 부식피로하기 쉽게 된다.

본 발명의 요지는 스틸코오드(10)를 구성하는 강소선(10A)의 연선공정에 의한 강소선(10A)의 나선내측에 있어서의 표층잔류인장응력을 절감함에 있고, 이로써 일본국 특개평5-71084호 공보에 제안되어 있는 신선공정에 있어서 직선의 강소선에 표층의 잔류인장응력을 절감하는 방법도 병용할 수 있다.

타이어는 차량에 장착되어 주행할 때 반복굽힘을 받음으로써 스틸코오드(10)를 구성하는 강소선(10A)끼리 마찰마모되는 마손부식이 발생하여 더욱 부식하기 쉽게 된다. 이 때문에 바람직하게는 강소선(10A)의 표면으로부터 강소선 직경의 5%깊이까지의 범위에서 잔류인장응력을 작게 하는 것이고, 더 바람직하게는강소선(10A)의 표면으로부터 강소선 직경의 10%깊이까지의 잔류인장응력을 작게 하는 것이 좋다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 고무보강용 스틸코오드를 구성하는 강소선(10A)의 나선내측 표층부의 잔류인장응력을 절감했기 때문에 스틸코오드(10)의 내부식피로성이 향상되어 부식환경하에서 사용되는 고무물품의 내구성을 대폭 개선한 유용한 발명이며, 또 이 발명의 스틸코오드(10)는 고강도이기 때문에 사용량이 적으며 고무물품의 경량화를 꾀할 수 있음과 동시에 내구성도 개선할 수 있다고 하는 매우 유용한 발명이다.

또 본 발명은 높은 인장강도를 가진 강소선(10A)으로 이루어진 2층꼬임 혹은 3층꼬임의 스틸코오드(10)로서, 시스를 강소선(10A') 사이에 틈을 만들고 또 강소선(10A)의 나선내측 표층부의 인장잔류응력을 절감하며, 또한 스틸코오드(10)에는 래핑와이어를 하지 않았기 때문에 반복굽힘후의 코오드 파단하중유지율이 향상되어 내부식피로성도 향상된 스틸코오드(10)가 되었다. 이 스틸코오드(10)를 사용한 차량용 타이어에 있어서는 그 내구성을 향상시켜 타이어의 경량화에 의한 차량의 연비성을 개선할 수 있기 때문에 자원의 절약 및 자연환경의 보호에 매우 유용한 차량용 공기타이어를 제공할 수 있다.

또 본 발명은 공기타이어 보강용 스틸코오드(10)를 구성하는 강소선(10A)의 나선내측 표층부의 잔류인장응력을 절감했기 때문에 스틸코오드(10)의 내부식피로성은 향상되어 공기타이어의 내구성을 대폭 개선한 유용한 발명이며, 또한 본 발명에 적용되는 스틸코오드(10)는 고강도이기 때문에 타이어의 경량화를 꾀할 수 있음과 동시에 내구성도 개선할 수 있다고 하는 매우 유용한 발명이다.

또 본 발명에 관한 스틸코오드(10)는 타이어에의 적용에 대해 설명해왔지만, 물론 이에 한정되는 것은 아니고 고무크로울러 등에의 적용도 가능하다.

제1도는 종래의 3 + 9 + 15 + 1구조의 스틸코오드 단면도.

제2도는 종래의 3 + 9 + 1구조의 스틸코오드 단면도.

제3도는 공기타이어의 단면도.

제4도는 스틸코오드의 꼬임을 푼 강소선(鋼索線)의 나선을 도시한 설명도.

제5도는 스틸코오드의 꼬임을 푼 강소선의 나선을 도시한 것으로, 이 꼬임을 풀어 나선내측 표층부를 용해한 후의 설명도.

제6도는 본 발명의 1 + 5구조의 스틸코오드 단면도.

제7도는 본 발명의 2 + 7구조의 스틸코오드 단면도.

제8도는 본 발명의 3 + 8구조의 스틸코오드 단면도.

제9도는 본 발명의 4 + 9구조의 스틸코오드 단면도.

제10도는 본 발명의 1 + 5 + 10구조의 스틸코오드 단면도.

제11도는 본 발명의 2 + 7 + 12구조의 스틸코오드 단면도.

제12도는 본 발명의 3 + 8 +13구조의 스틸코오드 단면도.

제13도는 본 발명의 4 + 9 + 14구조의 스틸코오드 단면도.

제14도는 시스(sheath)소선 사이의 틈을 도시한 단면도.

제15도는 스틸코오드의 간격을 도시한 단면도.

제16도는 스틸코오드를 구성하는 강소선의 직경방향 횡단면에 의한 응력분포를 도시한 모식도.

제17도는 본 발명의 스틸코오드를 제조하기 위한 부분도.

제18도는 스틸코오드의 꼬임을 푼 나선형상 강소선 100mm의 선단의 이동량을 도시한 도면.

제19도는 스틸코오드를 반복굽힘에 의한 조정에 의해 잔류응력이 절감되는 부분을 도시한 도면.

제20도는 제19도의 A-A 선 단면도.

제21도는 시스 성형률을 설명하기 위한 꼬임을 푼 강소선의 측면도.

제22도는 제21도에 도시한 강소선의 정면도.

Claims

탄소함유량이 0.70중량% 이상인 고무보강용 스틸코오드 선재로 신선가공을 하여 직경이 0.10∼0.40mm, 또 강도가 3000N/㎟ 이상의 강소선으로 만들고, 이 강소선의 여러 가닥을 합쳐 꼬아 스틸코오드로 만든 것으로서, 이 스틸코오드의 꼬임을 풀어 얻은 나선형상으로 성형된 것을 가진 강소선의 나선곡선률반경(R₀)과 이 강소선의 나선내측부분에 있어서의 표층을 용해제거했을 때의 나선의 곡률반경(R₁)과의 비 (R₁/R₀) x 100 이 86 이상 100 미만인 것을 특징으로 하는 스틸코오드.
제1항에 있어서,

상기 표층이 강소선의 표면으로부터 강소선의 직경의 5%에 상당하는 표면으로부터의 깊이까지의 범위인 것을 특징으로 하는 스틸코오드.
제1항에 있어서,

상기 표층이 강소선의 표면으로부터 강소선의 직경의 10%에 상당하는 표면으로부터의 깊이까지의 범위인 것을 특징으로 하는 스틸코오드.
탄소함유량이 0.70중량% 이상, 직경이 0.15∼0.25mm, 인장강도가 3400∼3900N/㎟의 범위에 있는 강소선을, 코어를 구성하는 강소선의 가닥수(M)가 1∼4가닥, 코어를 둘러싼 시스를 구성하는 강소선의 가닥수(N)가 M + (2∼5)가닥으로 한 M + N구조의 2층꼬임 스틸코오드, 또는 상기의 2층꼬임 스틸코오드의 외주에 다시 P가닥의 강소선을 감고, P를 N + (2∼5)로 한 M + N + P구조의 3층꼬임 스틸코오드로서, 시스를 구성하는 인접강소선 사이의 틈의 평균치가 0.02mm 이상 그리고 강소선 직경의 1.5배 이하이며, 시스를 구성하는 강소선의 성형률(preqorm) 즉 스틸코오드로서 짜였을때의 강소선의 나선직경의 이론치에 대한 꼬임을 풀고 1가닥씩 흩어지게 했을때의 나선직경이 비율은 80∼110%로 함으로써 시스의 외주에 래핑와이어를 위치시키지 않는 구조로 하여, 상기 스틸코오드의 꼬임을 풀어 얻은 나선형상으로 성형된 강소선의 나선곡률반경(R₀)과, 이 강소선의 나선내측부분에 있어서의 표층을 용해제거했을 때의 곡률반경(R₁)과의 비, (R₁/R₀) x 100 이 86 이상 100 미만인 것을 특징으로 하는 스틸코오드.
제4항에 있어서,

상기 표층이 강소선의 표면으로부터 강소선의 직경의 5%에 상당하는 표면으로부터의 깊이까지의 범위인 것을 특징으로 하는 스틸코오드.
제4항에 있어서,

상기 표층이 강소선의 표면으로부터 강소선의 직경의 10%에 상당하는 표면으로부터의 깊이까지의 범위인 것을 특징으로 하는 스틸코오드.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

강소선의 탄소함유량이 0.7 내지 0.85중량%인 것을 특징으로 하는 스틸코오드.
제4항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서,

스틸코오드의 직경(D)은 강소선의 가닥수(N)와 강소선의 직경(d)으로 결정되며, 또 타이어에 성형되기 전에 고무를 입힌 스틸코드, 고무 복합체의 50mm 폭(단위폭)당의 복합체의 파단하중을 X, 코드의 파단하중을 Y로 할때에 이 스틸코드의 직경(D)이 다음식

를 충족하도록 선택한 것을 특징으로 하는 스틸코오드.
제4항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서,

상기 스틸코오드의 직경 D는 수 N에 의존하고, 상기 스틸코오드와 함께 형성되는 상기 강소선의 직경 d는 직경D가 다음식 (50Y/X) - 0.9 ≤ D ≤ (50Y/X) - 0.6을 만족하도록 선택되며, 식중 X는 타이어로 성형되기전 고무가 입혀진 스틸코오드와 고무의 복합물의 50mm폭(단위폭) 당 브레이킹 강도를 나타내고, Y는 스틸코오드의 강도를 각각 나타내는 것을 특징으로 하는 스틸코오드.
탄소함유향 0.70중량% 이상의 고무보강용 스틸코오드 선재로 신선가공하여 직경이 0.10∼0.40mm, 또 강도가 3000N/㎟ 이상인 강소선으로 만들고, 이 강소선의 여러 가닥을 합쳐 꼬아 스틸코오드로 만든 것으로서, 이 스틸코오드의 꼬임을 풀어 얻은 나선형상으로 성형된 강소선의 나선곡률반경(R₀)과 이 강소선의 나선내측부분에 있어서의 표층을 용해제거했을 때의 나선의 곡률반경(R₁)과의 비[(R₁/R₀) x 100]가 86 이상 100 미만인 것을 특징으로 하는 내식성이 뛰어난 스틸코오드를 타이어의 일부에 사용한 것을 특징으로 하는 공기타이어.
제10항에 있어서,

상기 표층이 강소선의 표면으로부터 강소선의 직경의 5%에 상당하는 표면으로부터의 깊이까지의 범위인 것을 특징으로 하는 공기타이어.
제10항에 있어서,

상기 표층이 강소선의 표면으로부터 강소선의 직경의 10%에 상당하는 표면으로 부터의 깊이까지의 범위인 것을 특징으로 하는 공기 타이어.
탄소함류량이 0.70중량% 이상, 직경이 0.15∼0.25mm, 인장강도가 3400∼3900N/㎟의 범위에 있는 강소선을, 코어를 구성하는 강소선의 가닥수(M)가 1∼4가닥, 코어를 둘러싼 시스를 구성하는 강소선의 가닥수(N)가 M + (2∼5)가닥으로 한 M + N구조의 2층꼬임 스틸코오드 또는 상기의 2층꼬임 스틸코오드의 외주에 다시 P가닥의 강소선을 감고, P를 N+(2∼5)로 한 M + N + P구조의 3층꼬임 스틸코오드로서, 시스를 구성하는 인접강소선 사이의 틈의 평균치가 0.02mm 이상 그리고 강소선 직경의 1.5배 이하이며, 시스를 구성하는 강소선의 성형률은 80∼110%로 함으로써 시스의 외주에 래핑와이어를 위치시키지 않는 구조로 하여, 상기 스틸코오드의 꼬임을 풀어 얻은 나선형상으로 성형된 강소선의 나선곡률반경(R₀)과, 이 강소선의 나선내측부분에 있어서 표층을 용해제거했을 때의 나선의 곡률반경(R₁)과의 비, (R₁/R₀) x 100 이 86 이상 100 미만인 것을 특징으로 하는 스틸코오드를 사용한 공기타이어.
제13항에 있어서,

상기 스틸코오드를 카카스부의 보강에 사용한 것을 특징으로 하는 공기타이어.
제13항에 있어서,

상기 표층이 강소선의 표면으로부터 강소선의 직경의 5%에 상당하는 표면으로부터의 깊이까지의 범위인 것을 특징으로 하는 공기타이어.
제13항에 있어서,

상기 표층이 강소선의 표면으로부터 강소선의 직경의 10%에 상당하는 표면으로부터의 깊이까지의 범위인 것을 특징으로 하는 공기타이어.
제13항에 있어서,

강소선의 탄소함유량이 0.7 내지 0.85중량%인 것을 특징으로 하는 공기타이어.
제13항에 있어서,

상기 스틸코오드의 직경 D는 수 N에 의존하고, 상기 스틸코오드와 함께 형성되는 상기 강소선의 직경 d는 직경D가 다음식 (50Y/X) - 1.1 ≤ D ≤ (50Y/X) - 0.4을 만족하도록 선택되며, 식중 X는 타이어로 성형되기전 고무가 입혀진 스틸코오드와 고무의 복합물의 50mm폭(단위폭) 당 브레이킹 강도를 나타내고, Y는 스틸코오드의 강도를 각각 나타내는 것을 특징으로 하는 공기타이어.
제13항에 있어서,

상기 스틸코오드의 직경 D는 수 N에 의존하고, 상기 스틸코오드와 함께 형성되는 상기 강소선의 직경 d는 직경D가 다음식 (50Y/X) - 0.9 ≤ D ≤ (50Y/X) - 0.6을 만족하도록 선택되며, 식중 X는 타이어로 성형되기전 고무가 입혀진 스틸코오드와 고무의 복합물의 50mm폭(단위폭) 당 브레이킹 강도를 나타내고, Y는 스틸코오드의 강도를 각각 나타내는 것을 특징으로 하는 공기타이어.