KR100552578B1 - 타이어 보강용 스틸 코드 및 타이어 - Google Patents

Abstract

타이어의 벨트부 양측 가장자리 근방에서 복수회 감아서 배열 설치하는, 선 직경이 0.20∼0.45 ㎜의 소선을 4 내지 7개 꼬아 만든 1×n 구조의 타이어 보강용 스틸 코드(1, 10)로서, 이 스틸 코드가 대략 나선 형상 또는 대략 평면상 파형 경향을 가지며, 또한, JIS B7721에 의한 인장 시험에 있어서, 50N의 인장 하중을 부하했을 때의 신장율이 1.2∼2.0％이고, 파형 경향이 소거되어 코드가 실질적으로 직선 형상으로 될 때의 인장 하중이 50∼250N의 범위 내이다. 제로 도(度) 벨트 코드로서 타이어에 매입될 경우, 타이어 성형 시의 가황 처리에 있어서 타이어의 직경 방향으로의 팽창에 추종하여 적당히 신장되고, 타이어 성형 후에는 신장 특성이 작고, 타이어의 고속 연속 회전에 의한 타이어의 직경 방향으로의 팽창을 억제할 수 있다.

Description

타이어 보강용 스틸 코드 및 타이어{TIRE REINFORCING STEEL CORD AND TIRE}

본 발명은 자동차용 타이어, 특히 트럭, 버스 등의 중하중 용(重荷重用) 타이어의 보강재로서 사용되는 타이어 보강용 스틸 코드, 및 그것을 사용한 타이어에 관한 것이다.

타이어의 보강에는 나일론, 폴리에스테르, 아라미드 섬유 등의 공업용 섬유나 스틸(steel)을 소재로 하는 세선(細線)을 복수개 꼬아 만든, 소위 타이어 코드가 사용되고 있다.

상기 타이어 코드에 의해 보강되는 부분은, 도 3에 나타내는 바와 같이 타이어 원(圓)의 중심으로부터 측벽을 지지하고 방사선상으로 카카스(carcass)부 보강 코드(카카스 코드)(30)가 배열되는 카카스부와, 벨트부 보강 코드(벨트 코드)(20)가 타이어 원주 방향으로 나무통의 「테」와 같이 배치되는 벨트부이다. 그리고, 승용차용 타이어에서는 벨트부에 스틸 코드가, 카카스부에는 공업용 섬유 코드가 사용되며, 트럭, 버스용의 중하중 용 타이어에 있어서는, 카카스부, 벨트부 모두 스틸 코드가 사용되는 것이 일반적이다.

그런데, 상기 벨트부 및 카카스부의 보강에 추가해서, 도 4에 나타내는 바와 같이, 벨트부 양측(兩側) 가장자리 근방에서, 타이어의 회전에 따르는 방향으로 타이어 보강용 코드 A를 복수회 감아서 배열 설치한 타이어가 개발되어 있다. 이 타이어 보강용 코드 A는 벨트부 보강 코드(벨트 코드)(20)나 카카스부 보강 코드(카카스 코드)(30)와 같이 타이어의 회전 방향에 대하여 각도를 가지고 배열 설치하는 코드와 달리, 타이어의 회전 방향에 따라 감기 때문에, 제로(zero)도(度) 벨트 코드라고 불리며, 주행시의 노면과 타이어의 마찰에 의해 발생하는 열, 혹은 타이어의 고속 회전에 의한 원심력으로, 타이어가 직경 방향으로 팽창하는 것을 억제하기 위해서 배열 설치되는 것이다. 이 타이어 보강용 코드 A에는 공업용 섬유 코드가 사용되고 있다.

그러나, 최근에, 고속 도로가 보급된 결과, 장거리 트럭 수송, 혹은 장거리 버스가 급증함에 따라서, 트럭, 버스의 고속 운전 시간이 급격하게 증대하고, 또한 고속 운전에 따른 타이어의 고속 회전에 의한 노면과의 마찰 저항에 의해, 발열량 및 타이어에 걸리는 원심력이 증대하여, 타이어의 직경 방향으로의 팽창력이 증대되었다.

다른 한편, 현재 사용되고 있는 공업용 섬유는 강도가 낮기 때문에, 이 팽창력에 대응할 수 없게 되었다.

상기 문제를 해결하기 위해서, 공업용 섬유 코드에 대신해서 스틸 코드를 제로 도(度) 벨트 코드에 사용하는 것을 생각할 수 있다. 스틸 코드는 공업용 섬유 코드에 비해 상당히 강도가 높으므로, 타이어 고속 회전시의 팽창을 억제할 수 있다. 그러나, 스틸 코드는 신장 특성이 낮다는 결점이 있으며, 이것이 타이어의 제조에 있어서 큰 문제를 유발한다. 즉, 타이어 제조에 있어서는, 고온과 고압력에 의한 성형 처리(소위, 가황 처리)가 실행되지만, 이 때 타이어는 직경 방향으로 팽창된다. 벨트부, 카카스부에 배열 설치된 스틸 코드는 단부(端部)가 절단된 양단(兩端) 프리(free)의 상태에서 배열 설치되고, 또한 공업용 섬유 코드는 어느 정도의 신장 특성을 가지고 있기 때문에, 상기 성형 처리시의 타이어의 팽창에 추종(追從)할 수 있다. 그러나, 코드 자신의 신장 특성이 낮은 스틸 코드를 제로 도 벨트 코드에 사용하면, 이 스틸 코드는 타이어의 회전 방향을 따라 절단되는 일없이 몇 주(周)라도 감을 수 있으므로, 타이어의 직경 방향의 팽창에 대하여 추종할 수 없다. 따라서, 타이어의 가황 성형 후, 본래 도 5A에 나타낸 S 위치에 머무르지 않으면 안 되는 제로 도 벨트 코드(40)가, 도 5B에 나타내는 바와 같이 타이어의 내측으로 떨어져 들어간 상태로 타이어가 성형되고 만다. 이렇게 되면 타이어가 변형되는 동시에, 본래의 목적인 고속 회전시의 타이어의 팽창을 억제하는 효과를 기대할 수 없다.

본 발명은 상기 문제를 감안해서 이루어진 것으로, 트럭, 버스 등의 중하중 용 타이어의 제로 도 벨트 코드로 타이어에 매입(埋入)되는 스틸 코드로서, 타이어 성형시의 가황 처리에서는, 타이어의 직경 방향으로의 팽창에 추종할 수 있는 적당한 신장 특성을 갖는 동시에, 타이어 성형 후에는 신장 특성이 작아져서, 타이어의 고속 연속 회전에 의한 타이어의 직경 방향으로의 팽창을 억제할 수 있는 스틸 코드를 제공하는 것을 과제로 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 코드는 타이어의 벨트부 양쪽 가장자리 근방에서 복수회 감아서 배열 설치하는 선(線) 직경이 0.20∼0.45mm의 소선(素線)을 4∼7개 꼬아 만든 1×n 구조의 스틸 코드로서, 이 스틸 코드가 대략 나선 형상 또는 대략 평면 상에서 파형 경향을 가지며, 또한, JIS(Japanese Industrial Standards) B7721에 의한 인장 시험에 있어서, 50N의 인장 하중을 부하 했을 때의 신장율이 1.2∼2.0％이고, 파형 경향이 소거되어 코드가 실질적으로 직선 형상으로 될 때의 인장 하중이 50∼250N의 범위 내인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 스틸 코드는, 그 자신이 파형 경향을 가지고 있으므로, 저하중 시의 신장 특성이 우수하고, 가황 처리시의 타이어의 팽창에 대하여 스틸 코드는 신장하여 대응하며, 또 다른 한편, 가황 처리 후(타이어 성형 완료 후)에는 스틸 코드의 파형 경향이 거의 소거되어 실질적으로 직선 형상으로 되기 때문에, 타이어의 고속 회전 시에 발생하는 발열 혹은 원심력에 의한 타이어의 팽창을 억제할 수 있다.

그런데, 상기 구성에 의한 수치 한정은 하기의 이유에 따른다.

즉, 스틸 코드의 소선 직경을 0.20∼0.45 mm로 한 것은, 0.20 mm 미만에서는 충분한 강력(强力)을 얻을 수 없고, 필요한 코드 강력을 얻기 위해서, 소선 개수를 증가시킬 필요가 생겨 비용이 높아지게 되며, 다른 한편, 0.45 mm 보다 굵으면 강성이 지나치게 높아져서 타이어 성능이 저하하기 때문이다.

또한, 1×n 구조의 단층 꼬임으로 한정한 것은, 1번 꼬임이 가능해서, n + m 구조의 2번 꼬임 구조 보다 생산 비용을 낮게 억제할 수 있기 때문이다. 소선 개수 4∼7개는 단층 꼬임이 가능한 한계 개수이다.

또한, JIS B7721에 의한 인장 시험에 있어서, 50N의 인장 하중을 부하했을 때의 신장율을 1.2∼2.0％로 한 것은, 1.2％ 미만에서는 신장율이 지나치게 작아서 가황 시의 팽창에 대응할 수 없고, 코드를 원하는 벨트부 근방에 그대로 둘 수 없기 때문이며, 또다른 한편, 2.0％를 넘으면 반대로 신장율이 지나치게 커서 타이어 성형 후에도 파형 경향이 잔존하게 되어, 타이어 고속 회전 시의 팽창을 억제하는 효과가 얻어질 수 없기 때문이다.

또한, 파형 경향이 소거되어 코드가 실질적으로 직선 형상으로 되는 인장 하중이 50∼250N의 범위 내로 한 것은, 50N 미만에서는 가황 처리 도중(타이어 팽창 도중)에 코드에 시행된 파형 경향이 신장되어 버린 상태가 되기 때문에, 원하는 위치에 코드를 그대로 둘 수 없어, 타이어가 변형되어 버리게 된다. 또다른 한편, 250N을 넘으면 가황 처리 후에도 코드에 파형 경향이 잔존하기 때문에, 타이어의 고속 회전 시의 팽창을 억제할 수 없기 때문이다.

그런데, 본 발명의 구성에 있어서의 「파형 경향이 소거되어 코드가 실질적으로 직선 형상으로 될 때」는 육안에 의해 확인할 수 있지만, 인장 시험에 의한 하중-신장 그래프로부터도 판단할 수 있다. 이하에서, 인장 시험으로부터 판단하는 방법에 대해서 도 6을 참조해서 설명한다.

코드의 하중-신장 그래프는, 보통 JIS B7721에 의한 바의 인장 시험기로, 코드의 양단을 회전하지 않도록 고정하고, 그 후 서서히 코드에 장력을 가해, 절단에 이르기까지의 경과를, 세로 축에 인장 하중, 가로 축에 신장을 취해서 기록한 것을 말한다. 이 때, 신장을 측정하는 데에는, 인장 시험기에 부속된 자기(自記) 기록계에 의한 수단과, 코드상의 일정 거리에 표시를 하고, 이 표시의 이동량을 판독해서 구하는 수단이 있지만, 이하는 전자의 자기 기록계에 의한 것이다.

도 6은, 파형 경향을 갖는 스틸 코드의, 상기 자기 기록계에 기록된 하중-신장 그래프의 예를 나타낸 것이다.

파형 경향을 갖는 스틸 코드를 인장 시험 했을 때의 하중-신장의 관계는, 도 6에 나타난 바와 같이, 하중이 작은 영역에서 완만한 경사의 거의 2차 곡선(A)이 되고, 하중이 증가함에 따라, 하중과 신장이 비례 관계를 보이는 직선(B)으로 되며, 더욱 하중이 증가해서 항복점을 거쳐서 절단된다.

상기 하중이 작은 영역에서 완만한 경사의 2차 곡선을 나타내는 것은, 스틸 코드의 조임과 파형 경향이 직선 형상으로 신장하는 것에 기인한다.

즉, 인장 하중이 부하되어 있지 않을 때의 스틸 코드는, 조밀 구조(클로즈드 타입)는 아니고, 소선끼리가 충분히 접촉하고 있지 않다. 이 스틸 코드에 인장 하중이 작용하면, 소선끼리가 충분히 접촉하도록 조여가며, 이 때 스틸 코드는 신장된다. 또한 파형 경향을 가지므로, 이 파형 경향이 직선 형상으로 되도록 신장된다. 이것들은 작은 하중으로써 일어나기 때문에, 이것들이 합쳐져서 하중이 작은 영역에서 완만한 경사의 2차 곡선(A)을 나타내는 것이다.

그 후, 하중이 증가하여, 스틸 코드가 조이고, 파형 경향이 소거되어, 이 스틸 코드가 직선 형상으로 되었을 때, 하중-신장 그래프는 직선 형상(B)으로 된다.

이상으로부터, 코드가 실질적으로 직선 형상으로 될 때의 하중은, 신장이 작 은 영역에서 완만한 경사의 2차 곡선(A)으로부터 직선(B)으로 변하는 변곡점(H)의 하중이다.

그런데, 상기 구성에 있어서 대략 나선 형상의 파형 경향의 경향을 따르는 방향은, 꼬임 방향과 역방향인 것이 바람직하다. 이것은 이하의 이유에 의한다.

즉, 상기 구성의 스틸 코드는 이웃이 되는 소선끼리가 완만한 조임을 한, 소위 클로즈드 타입(closed type)의 스틸 코드이다. 이 스틸 코드에 파형 경향을 부여할 때, 꼬는 방향과 역방향으로 비틀기를 해서 파형 경향을 부여하면, 꼬임을 푸는 방향으로 비틀어서 스틸 코드의 각각의 소선 사이에 고무가 더욱 침입하는 간극을 형성할 수 있기 때문이다. 그런데, 본 발명의 구성에 있어서의 「대략 나선 형상」이라는 것은, 원형 이외의 타원 형상이나 트랙 형상도 포함한다.

본 발명의 스틸 코드는, 이 스틸 코드에 가한 파형 경향을 특정함으로써, 적절한 신장 특성을 가지며, 타이어 제조시의 가황 처리에서, 타이어의 팽창에 추종해서 코드 환(環)의 직경이 증가하도록 신장하므로, 소망하는 벨트부 근방에 상기 코드 환을 그대로 둘 수 있다. 게다가 가황 후에는, 스틸 코드는 파형 경향이 다 늘어나 거의 직선 형상으로 되어 고무와 일체 구조가 되고, 강도도 높아지므로, 타이어의 고속 회전시의 팽창을 억제할 수 있다.

도 1A는 본 발명의 제 1실시예를 나타내는 코드의 개략 평면도.

도 1B는 도 1A에 있어서의 선 1B-1B에 따르는 단면도.

도 2A는 본 발명의 제 2실시예를 나타내는 코드의 개략 평면도.

도 2B는 도 2A에 있어서의 선 2B-2B에 따르는 단면도.

도 3은 종래의 타이어 구조를 나타내는 개략 단면 사시도.

도 4는 벨트부 근방을 공업용 섬유로서 보강한 종래의 다른 타이어의 구조 예를 나타내는 개략 단면 사시도.

도 5A는, 타이어의 제로 도 벨트 코드가 위치하는 장소의 모식적인 단면도.

도 5B는 타이어의 제로 도 벨트 코드가 타이어의 벨트 코드의 내측에 떨어져 들어간 상태를 나타내는, 모식적인 단면도.

도 6은 파형 경향을 갖는 스틸 코드의 하중-신장 특성을 나타내는 도면.

이하에서, 본 발명의 실시예를 도면을 참조해서 설명한다.

도 1A, 도 1B는 본 발명의 제 1실시예를 나타내는 코드의 개략 평면도 및 단면도이다. 도 1A, 도 1B에 나타내는 스틸 코드(1)는, 선 직경 0.20∼0.45 mm의 소선을 4∼7개 꼰 1×n 구조의 스틸 코드이며, 스틸 코드(1) 자체가 대략 나선 형상의 파형 경향을 가지고[파형 경향 피치(pitch) P, 꼬임 피치 p, 외관상의 코드 외경 D], 게다가 JIS B7721에 의한 인장 시험에 있어서, 스틸 코드(1)에 50N의 인장 하중을 부하했을 때의 신장율이 1.2∼2.0％이며, 파형 경향이 소거되어 스틸 코드(1)가 실질적으로 직선 형상으로 될 때의 인장 하중이 50∼250N의 범위 내이다.

도 2A, 도 2B는, 본 발명의 제 2실시예를 나타내고, 파형 곡선이 파고(波高) H를 갖는 대략 평면 형상의 것(2차원파)이며, 이것의 스틸 코드(10)는 상기 제 1실시예와 마찬가지로, 스틸 코드(10)에 50N의 인장 하중을 부하했을 때의 신장율이 1.2∼2.0％이고, 파형 경향이 소거되어 스틸 코드(10)가 실질적으로 직선 형상으로 될 때의 인장 하중이 50∼250N의 범위 내이다.

또한, 도 2B에 있어서의 파고 H는 2차원파에 있어서의 진폭을 의미한다.

이어서 본 발명의 스틸 코드의 구체예를 설명한다.

강철 종류가 JIS에 있어서의 SWRS82A 상당인 선 직경 5.5 mm의 선재에, 파텐팅(patenting), 신선(伸線) 가공을 반복하여, 표면에 황동 도금을 실시한 후, 신선 가공해서 선 직경이 0.20∼0.45 mm로 완료하고, 이것들을 4∼7개 꼬이게 한 후, 대략 나선 형상의 파형 경향을 가해서 파형 경향을 갖는 스틸 코드를 제조하였다.

또한, 코드에 대략 나선 형상의 파형 경향을 가하는 수단으로서는, 공급되는 스틸 코드를 축심(軸芯)으로 하여서 회전하는 경향 부여 장치에 의해서 경향을 부여하는 방법이 있다.

또한, 대략 평면상의 파형 경향을 실시하는 수단으로서는, 상기의 대략 나선 형상의 파형 경향을 실시한 후, 이것을 롤러 등으로써 압압(押壓)해서 얻는 방법이나, 기어 등에 맞물리게 하는 방법이 있다.

본 발명의 스틸 코드는, 고속 회전하는 경향 부여 장치 상에 설치한 3개의 핀(pin) 사이에 스틸 코드를 통과시켜서 제조하였다. 외관상 외경 및 피치의 조정은, 경향 부여 핀의 직경이나 간격, 압입 정도나 코드의 장력 및 경향 부여 장치의 회전수를 다양하게 선택해서 결정하였다.

본 발명의 스틸 코드는, 상기의 구성이기 때문에, 적당한 신장 특성 및 강도를 가지며, 타이어 제조시의 가황 처리에 있어서의 타이어의 팽창에 추종해서 코드 환이 직경이 증가하도록 신장되므로, 소망하는 벨트부 근방에 이 코드 환을 그대로 둘 수 있고, 게다가, 타이어 성형 후에는 신장 특성이 작아지므로, 타이어의 고속 연속 회전에 의한 타이어의 직경 방향 팽창을 억제할 수 있다.

본 발명의 스틸 코드를 트럭이나 버스의 중하중 용 타이어에 사용했을 경우, 타이어의 형태 보존성을 높이고, 수명을 현저하게 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 타이어의 벨트부 양측 가장자리 근방에서 복수회 감아서 배열 설치하는, 선 직경이 0.20∼0.45 ㎜의 소선(素線)을 4 내지 7개 꼬아 만든 1×n 구조의 스틸 코드(1, 10)로서, 이 스틸 코드는 그 형상이 나선상 또는 평면상의 파형(波形)으로 형성되고, 또한, JIS B7721에 의한 인장 시험에 있어서, 50N의 인장 하중을 부하했을 때의 신장율이 1.2∼2.0％이고, 파형이 소거되어 코드가 직선상으로 될 때의 인장 하중이 50∼250N의 범위 내인 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드.
2. 제1항에 있어서, 나선상의 파형의 부여 방향이, 꼬임 방향과 역방향인 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 스틸 코드는 소선(素線)을 꼬아 만든 후에 상기 파형이 가해진 것을 특징으로 하는 타이어 보강용 스틸 코드.
5. 상기 제1항, 제2항 또는 제4항에 기재된 타이어 보강용 스틸 코드를 사용한 것을 특징으로 하는 타이어.

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