CN100475560C - 充气轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种充气轮胎，该充气轮胎通过改进轮胎结构来抑制道路噪声的产生而谋求减少车内声音，并且还可以提高高速行驶时的操纵稳定性，还有助于提高高速耐久性。该充气轮胎具有形成为环状的胎面部、与该面部的两侧相连的一对胎侧部、和胎圈部，并具有跨越分别埋设于一对胎圈部内的胎圈芯之间而延长的帘布层。在帘布层的内侧的、胎面部的中心部附近的至少一部分上配置有100%拉伸时的弹性模量为1.0MPa～30MPa、厚度为2.0mm～5.0mm的橡胶层。

Description

充气轮胎

技术领域

本发明涉及一种充气轮胎(以下也简称为轮胎)，具体地说，涉及一种车内声音小、高速行驶时的操纵稳定性和高速耐久性优良的充气轮胎。

背景技术

通常，充气轮胎在行驶时以各种方式振动。其中，特别是160Hz～200Hz附近的振动(道路噪声)对于驾驶员来说会听到很刺耳的噪音。这些振动是由汽车的结构、悬架结构、车轮结构、轮胎结构等各种因素综合而成的结果产生的。例如，公知的有：对160Hz～200Hz的振动而言，噪音因车辆的不同而或大或小。但通常，噪音的频率存在于160Hz～200Hz，该情况是由轮胎和车轮引起的也是事实。

根据近年来的研究，有这样的报告：车内声音的160Hz附近的振动主要起因于轮胎车轮系统绕轮胎行进方向的轴旋转的振动。例如，在非专利文献1中明确报告：160Hz的振动与轮胎绕行进方向的轴在左右方向震动模式一致。即，可以认为：相对于图2(a)所示的无振动的状态，在(b)所示的160Hz～200Hz的震动模式中，轮胎20是沿逆时针方向振动，车轮21是沿顺时针方向振动，减震器22是沿逆时针方向振动。

对此，以往，由汽车厂商进行了提高悬架系统的刚性来抑制振动的尝试。可是，道路噪声并不限于160Hz，在所有频带都存在问题。可以认为：在这样的情况下，由于难以对所有频带改进汽车方面，所以通过改进轮胎来谋求解决问题是比较合适的。因此，迄今为止，有关轮胎的改进技术也有各种提案。

例如，在专利文献1中记载有如下的带有充气轮辋的轮胎：以规定厚度和安装范围，将由与轮辋重量相比足够轻的发泡聚胺酯等构成的平板状构件配设在胎面部的内周壁面与胎圈部间的轮辋外周面的双方或任意一方，由此实现了道路噪声的降低。另外，在专利文献2中记载有如下的充气轮胎：将损耗角正切值大于轮胎的其他橡胶件的制震用橡胶构件配置在与胎面部对应的轮胎内周面和/或胎圈钢丝的周边部，由此降低了道路噪声和振动，提高了舒适性能。

另外，作为充气轮胎的改良技术，例如，在专利文献3中记载有如下的充气轮胎：在轮胎内表面配置断裂延伸率大于等于900％、断裂时的拉伸强度大于等于15MPa的橡胶状薄膜，由此不需要在车外的扎破修理作业，并且不会随之产生重量增加、舒适性变差，实现了防止漏气。并且，在专利文献4中记载有如下的充气轮胎：在帘布层与内衬层橡胶之间设置具有使厚度在胎面中央区域减小的变化部的、厚度为1.5～2.0mm的绝缘橡胶，由此在维持了耐久性的同时实现了轻量化。

专利文献1：日本特开昭63-275404号公报(权利要求书等)

专利文献2：日本特开平4-365605号公报(权利要求书等)

专利文献3：日本特开2003-154823号公报(权利要求书等)

专利文献4：日本特开2002-178714号公报(权利要求书等)

非专利文献1：用有限元素模型得出的道路噪声的悬架振动解析；社团法人汽车技术协会学术讲演会前印刷集No.65-00、中村明等3人(丰田汽车(股份公司))。

发明内容

然而，关于通过改进轮胎来谋求减少车内声音的降低的技术，还不能说进行了充分的研究，仍在寻求不损失其他性能而能更有效地降低车内声音的技术。

因此，本发明的目的在于提供一种如下的充气轮胎：通过改进轮胎结构，抑制道路噪声而谋求减少车内声音，并且可以提高高速行驶时的操纵稳定性，更有助于高速耐久性的提高。

本发明人为了解决上述问题，通过精心研究，结果有发现并完成本发明，即通过使用规定的构件来增加胎面部分的重量，可以抑制悬架、轮胎和车轮主要在160Hz附近的共振振动，由此能够减少车内声音，而且不会损失操纵稳定性和高速耐久性。

即，本发明的充气轮胎具有形成为环状的胎面部、与该胎面部两侧连接的一对胎侧部、和胎圈部，并具有跨越分别埋设于上述一对胎圈部内的胎圈芯之间而延伸的帘布层，其特征在于：在上述帘布层的内侧的、上述胎面部的中心部附近的至少一部分上配置有100％拉伸时的弹性模量为1.0MPa～30MPa、厚度为2.0mm～5.0mm的橡胶层；最佳是使上述橡胶层的中心部处的厚度比两端部处的厚度厚。

另外，本发明的另一充气轮胎是这样的充气轮胎：具有形成为环状的胎面部、与该胎面部的两侧连接的一对胎侧部、和胎圈部，并具有跨越分别埋设于该一对胎圈部内的胎圈芯之间而延伸的帘布层，该帘布层由2层以上的分帘布层构成，其特征在于：在上述2个以上的分帘布层间的、上述胎面部的中心部附近的至少一部分上配置有100％拉伸时的弹性模量为1.0MPa～30MPa、厚度为2.0mm～5.0mm的橡胶层。

在本发明中，在轮胎的宽度方向上，在与胎面宽度相同或比其窄的范围配置上述橡胶层，特别是优选在胎面宽度的60％～90％范围配置上述橡胶层。

另外，在本发明中，所谓“胎面宽度”是指胎面接地端间的轴线方向的距离，所谓“胎面接地端”是指下述所示的轮辋、载荷、内部压力条件下的接地形状处的最大宽端、接地端。在此，所谓“轮辋”是下面标准中记载的适用尺寸的标准轮辋(或“许用轮辋(Approved Rim)”、“推荐轮辋(Recommended Rim)”)，所谓“载荷”是与下述标准中记载的适用尺寸的单轮的最大载荷(最大负荷能力)，所谓“内压”是与下述标准中记载的适用尺寸的单轮的最大载荷(最大负荷能力)对应的空气压。另外，所谓“标准”是由轮胎生产或使用地区中有效的产业标准所确定的。例如，在美国是“轮胎和轮辋协会公司年鉴(The Tire and RimAssociation Inc.Year Book)”；在欧洲是“欧洲轮胎和轮辋技术组织标准手册(The European Tire and Rim TechnicalOrganization Standards Manual)”；在日本是由日本汽车轮胎协会的“日本年鉴(JATMA Year Book)”所规定的标准。

采用本发明，通过在上述规定的部位配置橡胶层，可以有效地抑制道路噪声中成为问题的160Hz～200Hz附近的悬架系统与轮胎与车轮的共振振动，由此能够大幅度地减少车内声音。并且，通过使橡胶层在中央部处的厚度大于在两端部处厚度，可以使高速行驶时的轮胎的接地形状变理想，可以提高高速行驶时的操向性能，并且能够提高高速耐久性。

另外，如上所述，在上述专利文献3中，虽然记载有在轮胎内表面配置规定的橡胶状薄膜的充气轮胎，但为了防止轮胎扎破时的漏气，这样的橡胶状薄膜的断裂延伸率必须为900％以上，对此，由于本发明的橡胶层是如后述那样以增加重量为目的，所以不需要这样高的断裂延伸率，例如设想可以使用断裂延伸率为小于等于700％左右的材料，在这点上，本发明与专利文献3是不同的。另外，虽然在专利文献4中记载了分帘布层与内衬垫橡胶之间设有规定的绝缘橡胶的充气轮胎，但是这样的绝缘橡胶是在胎面中央区域的厚度实际上接近于零，其技术思想与在胎面部的中心部附近配置橡胶层为重要的本发明不同。

附图说明

图1是本发明的一较佳例子的充气轮胎的剖视图。

图2(a)是表示无振动状态下的轮胎和车轮附近的说明图，(b)是表示160Hz～200Hz震动模式下的轮胎和车轮附近的说明图。

图3是表示160Hz～200Hz震动模式下的本发明的轮胎和车轮附近的说明图。

图4(a)是以往例的供试轮胎的剖视图，(b)是以往例的供试轮胎在时速40km/h情况下的接地形状，(c)是以往例的供试轮胎在时速180km/h情况下的接地形状。

图5(a)是实施例1的供试轮胎的剖视图，(b)是实施例1的供试轮胎在时速40km/h情况下的接地形状，(c)是实施例1的供试轮胎在时速180km/h情况下的接地形状。

图6(a)是实施例2的供试轮胎的剖视图，(b)是实施例2的供试轮胎在时速40km/h情况下的接地形状，(c)是实施例2的供试轮胎在时速180km/h情况下的接地形状。

附图标记说明

1 胎圈芯，

2 帘布层，

3、3B、3C 橡胶层，

4 带束层，

5 胎面橡胶层，

6 直槽，

10、10A～10C 充气轮胎，

11 胎面部，

12 胎侧部，

13 胎圈部，

21 车轮，

22 减震器，

P  车轮的轴中心。

具体实施方式

下面，详细说明本发明的最佳实施方式。

图1是表示本发明的一较佳例子的充气轮胎的剖视图。如图所示，本发明的充气轮胎10具有形成为环状的胎面部11、与该胎面部11两侧相连的一对胎侧部12和胎圈部13，并具有跨越分别埋设于一对胎圈部13内的胎圈芯1之间并延伸的帘布层2。

在本发明中，如图所示，在轮胎10的胎面部11的内侧配置有橡胶层3。橡胶层3的配置部位有必要为帘布层2的内侧，另外，在帘布层是由2层以上的分帘布层构成的情况下，橡胶层3的配置部位可以在2层以上的分帘布层之间。其理由如下所述。

采用本发明的轮胎10，由于重量随着橡胶层3的配置而增加，因此可以增加轮胎和车轮的惯性矩，由此有效抑制图3所示的充气轮胎10与车轮21的旋转震动模式，其结果，可以实现车内声音的降低。在此，在该情况下，越是在远离车轮21的轴中心P、即旋转中心的部位增加重量，越能有助于增加惯性矩。从而，从使惯性矩增大而不易振动的机理来看，将重量配置在胎面部比将重量配置在胎侧部更有效。

在轮胎中，胎面部11具有将帘布层(分帘布层)2、带束层4和胎面橡胶层5层叠起来的结构，这其中，当对胎面橡胶层5追加作为配重的橡胶时，胎面的厚度增加，胎面部11在轮胎转向时容易陷入，从而使操纵稳定性恶化。另外，当在胎面橡胶层进一步增加橡胶时，轮胎每当旋转时就会压扁于路面，变形的橡胶量增大，有可能增大滚动阻力。即，可以认为：通过在胎面橡胶层5追加橡胶来谋求增加重量是不理想的。

其次，还考虑到在带束层与带束层之间增加橡胶，但由于层叠着的带束层4是因互相交错而发挥刚性的，所以当在该部位追加橡胶时，就会扩大互相交错的带束层彼此的距离，容易使带束层彼此的相对位置变形，其结果，由交错层产生的带束层的刚度显著降低。即，当在第1层带束层与第2层带束层之间追加橡胶(即、第1层带束层与第2层带束层的距离变大)时，因为带束层间的橡胶变形，所以交错层的刚性会降低，从而轮胎的操纵稳定性降低。在第1层(内侧)带束层与帘布层2之间配置橡胶的情况也是同样，由于交错层的刚性会降低，所以不理想。

另一方面，在帘布层2的内侧配置橡胶的方式从交错层完全不受影响的方面来看是优良的。在该情况下，由于胎面橡胶层5的橡胶厚度也不变化，所以不会损失轮胎原有的性能。另外，对在分帘布层与分帘布层之间追加橡胶的情况而言，通常，在子午线轮胎为主流的今天，大多以相同的帘布层角度(由于是子午线轮胎，所以相对于圆周方向为90度)设置2层分帘布层，而由于分帘布层彼此不交错，所以不会担心使胎面部的刚性降低。

基于以上原因，橡胶层3的配置部位是以配置在帘布层2的内侧为原则，在分帘布层为2层以上时，橡胶层3配置部位也可以在分帘布层与分帘布层之间。

另外，橡胶层3有必要配置在胎面部11的中心部附近的至少一部分上，但优选沿轮胎宽度方向在与胎面宽度相同或比它窄的范围内进行配置。当配置橡胶层3的范围比胎面宽度还宽时，将橡胶一直粘贴到胎侧部分，但由于胎侧部分在轮胎滚动时的变形大，所以当在该部分粘贴橡胶时，已粘贴上的橡胶因较大地变形而发热，轮胎容易从胎侧部分开始破坏。与此相反，在将橡胶层3配置在胎面部分的情况下，因配置了带束层4而刚性非常高，所以越靠近侧面部分，其变形就越大。另外，如上所述，由于在远离车轮轴中心P的部位增加重量对增加惯性矩的帮助很大，所以在胎面部11的帘布层2的内侧在与胎面宽度相同或比它窄的范围内配置橡胶层3为最佳。具体地说，例如可以在胎面宽度的60％～90％的范围内进行配置。

橡胶层3的100％拉伸时的弹性模量为1.0MPa～30MPa、优选为1.5MPa～10.0MPa。当100％拉伸时的弹性模量不足1.0MPa时，橡胶层3过软，硫化成型时难以被气囊压住而保持规定的形状；另一方面，当其超过30MPa时，橡胶层3过硬，胎面部的面外弯曲刚性增高，使接地面积减小而导致操纵稳定性的恶化。另外，橡胶层3的厚度有必要为2mm以上，当不足2mm时，因配置橡胶层3而产生的重量增加比例小，很难获得减少道路噪声的效果。另外，通常，在帘布层2的内侧配置有内衬层(未图示)，内衬层的厚度通常为0.5mm左右，所以如果追加了0.5mm左右厚度的橡胶就和以往一样几乎不能期待什么效果。从而，为了获得充分的效果，有必要至少追加2mm厚度的橡胶。另外，当配置厚度超过5mm的橡胶层3时，轮胎变得过重，轮胎的重量增加所引起的操纵响应性能的恶化很明显，从而使操纵稳定性变差。因而，有必要使橡胶层3的厚度为5mm以下。优选为通过配置厚度为2.0mm～3.0mm左右的橡胶层3，可以获得更好的效果。另外，在设有内衬层的情况下，本发明的橡胶层也可以配置在帘布层的内侧或外侧中任意一方。

另外，特别是从高速行驶时的操纵稳定性方面考虑，使胎面中心部附近的橡胶层3的厚度大于胎面端部的厚度更为合适。通常，当轮胎高速旋转时，由于离心力的影响、特别是轮胎的胎肩部分较大地向轮胎半径方向外侧鼓起。因此，轮胎的接地形状在低速旋转时为理想的长方形，而在150km/h以上的高速旋转时，因胎肩部分向轮胎半径方向外侧鼓起变形而变为蝴蝶型。即，由于胎肩部分向轮胎半径方向外侧鼓起，因此胎肩的接地长度伸长，胎肩的接地压力也容易变高。如果是这样的接地形状，则操纵稳定性变差，另外，由于胎肩部分承受负担，因此轮胎容易从胎肩部分开始破坏。在高速滚动时也与低速滚动时一样，接地形状为近似长方形是比较理想的。

因而，在本发明中，优选使配置在帘布层2的内侧的橡胶层3的厚度在中心部分厚，在两端部的胎肩部分薄。由此，可以使中心部分的重量增大而提高离心力，使中心部分较大地向轮胎半径方向外侧鼓起。另一方面，胎肩部分的橡胶层3薄而离心力小，其结果，相对而言，在高速行驶时，中心部分比肩部分容易向轮胎半径方向外侧鼓起。由此，可以解决迄今为止成为问题的以往的轮胎的如下问题：在高速旋转时，胎肩部分向轮胎半径方向外侧鼓起变形大，接地形状成为蝴蝶型。并且，通过只在中心部分配置橡胶层3，也可通过使中心部分处的重量比胎肩部分的重量大，来获得和上述同样效果，从而可以同时提高高速行驶时的操纵稳定性能和高速耐久性能。

另外，作为用于橡胶层3的橡胶，不受特别的限制，只要是通常轮胎中使用的橡胶，不论使用哪种橡胶都可以。例如，可以举出丙烯腈-丁二烯共聚物橡胶(NBR)、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶(NSBR)、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、丁二烯橡胶(BR)、天然橡胶(NR)、聚异戊二烯橡胶(IR)、苯乙烯异戊二烯橡胶(SIR)、苯乙烯异戊二烯丁二烯橡胶(SIBR)、丁基橡胶(IIR)、卤化丁基橡胶(Hal-IIR)等。

在本发明中，只是在规定部位配置上述规定的橡胶层3这一点很重要，至于其他的轮胎结构和构成构件、材质等，可以按照常用的方法适当选定，并不受特别的限制。例如，在本发明的轮胎的胎面部11的表面形成有适当的胎面花纹，另外，在帘布层2的在胎圈芯1间延伸的主体部、与在胎圈芯1周围折返的折返部之间配置有从胎圈芯1朝向轮胎径向外侧的、大致沿径向延伸的硬化剂。

实施例

下面，使用图4～图6所示的、型号为PSR185/60R14的充气轮胎，示出本发明的具体效果。

以往例

图4(a)所示的轮胎10A由2层的聚酰胺(ナイロン(注册商标))(第2层帘布层未图示)分帘布层2(相对于圆周方向为90度)、2层的钢丝带束4(相对于圆周方向以24度相互交错)、和1组的尼龙层(未图示)构成，在胎面部分具有4条直槽6。轮胎10A是典型的以往的轿车用轮胎，其胎面的宽度为185mm。

实施例1

对图4(a)所示的轮胎10A，将厚度3mm、宽度120mm的橡胶层3B粘贴到2层分帘布层中内侧的分帘布层2的内侧的、对应于胎面部11的部分而制作出的轮胎就是图5(a)所示的轮胎10B。粘贴着的橡胶层3B是由与分帘布层的贴胶用胶料同类的橡胶构成，100％拉伸时的弹性模量为2.0MPa。

实施例2

另外，与轮胎10B同样，图6(a)所示的轮胎10C是将橡胶层3C粘贴在胎面部11的帘布层2的内侧而制作出的。橡胶层3C的100％拉伸时的弹性模量为2.0MPa。橡胶层3C的宽度为140mm，但其厚度在中心部与胎肩部(两端部)不同，在以中心部为中心的宽60mm的范围内的厚度为4mm，而其他部分的厚度为2mm。另外，轮胎10B和轮胎10C的重量都比轮胎10A增加例如约1公斤。

(车内声音的测定)

对这些各供试轮胎10A～10C测定了行驶中的车内声音。所使用的车辆是通常的排气量为1800cc的轿车，前悬架形式为撑杆式悬架系统。将各供试轮胎安装在该车辆上，测定了以时速60km/h在普通道路上行驶时的车内声音。

测定的结果，在170Hz附近存在峰值频率。当使以往例的轮胎10A的170H z附近的声压级为100时，实施例1的轮胎10B的170Hz附近的峰值频率的声压级下降到了70。另外，实施例2的轮胎10C的170Hz附近的峰值频率的声压级下降到了68。根据结果，可以确认：通过将橡胶层3粘贴配置在帘布层2上，可以抑制作为悬架系统、车轮和轮胎的震动模式的160Hz～200Hz附近的振动。

(操纵试验)

其次，将各供试轮胎10A～10C分别安装在车辆上之后，进行了高速行驶时的操纵试验。在试验道路上，由熟练的驾驶员以150km/h的高速行驶来进行试验，通过改变车道来评价车辆的反应性能和操纵性能。其结果，在以10分为满分的评价中，轮胎10A为6分(以往例)，轮胎10B为7分(实施例1)，轮胎10C为8分(实施例2)。数值越大的操纵性能越好。

(接地形状的评价)

另外，测定了各供试轮胎的高速滚动时的接地形状。接地形状的测定是这样进行的：通过挖出试验道路的路面的一部分而制作深度1.5m的坑，用玻璃板盖住其坑，从坑中透过玻璃板拍摄轮胎的接地形状。拍摄轮胎通过玻璃板正上方瞬间而评价正在接地的部分的形状。该测定是对时速40km/h的情况和时速180km/h情况这2个条件进行的。分别在图(b)(时速40km/h的情况)和图(c)(时速180km/h的情况)中表示其结果。

如图4(b)～图6(b)所示，在时速40km/h的情况下，哪一个轮胎都是相同的长方形的接地形状。另一方面，如图4(c)所示，在时速180km/h的高速行使的情况下，在以往例的轮胎10A中，其胎肩部分较大地向轮胎半径方向外侧鼓起，接地形状变形为蝴蝶型。与此相反，图5(c)所示的实施例1的轮胎10B稍微变为蝴蝶型，是比以往例还要接近于长方形的接地形状。另外，对于图6(c)所示的实施例2的轮胎10C，接地形状为长方形，与时速40km/h的情况几乎相同。根据以上试验，可以认为：改善了高速行驶时的操纵性能的原因是在帘布层2的内侧配置了橡胶层3，使离心力在胎面中心部分增大，可以防止接地形状变为蝴蝶型。

(高速耐久性的评价)

然后，对每一个供试轮胎10A～10C，在室内评价了轮胎的高速耐久性。在直径3m的滚筒上安装1个轮胎，在用5kN的载荷推它，外倾角度为0度、偏离角度为1度的条件下，使它以时速100km/h进行滚动。如果能以时速100km/h行驶10分钟，就使时速增大10km/h、即使它以时速110km/h行驶，另外，10分钟期间轮胎未损坏就再增加10km/h的速度。这样，使轮胎的速度每次增加10k m/h，检测出了轮胎被破坏时的速度。该破坏时的速度越大，则高速耐久性就越高。检测的结果，如果将以往例的轮胎10A的高速耐久性作为指数100，则实施例1的轮胎10B为110、实施例2的轮胎10C为115。由此可以确认：实施例的轮胎10B和轮胎10C的高速耐久性能优良。

Claims (4)

1.一种充气轮胎，该充气轮胎具有形成为环状的胎面部、与该胎面部的两侧相连的一对胎侧部、和胎圈部，并具有跨越分别埋设于该一对胎圈部内的胎圈芯之间而延伸的帘布层，其特征在于，

在上述帘布层的内侧的、上述胎面部的中心部附近的至少一部分上配置有100％拉伸时的弹性模量为1.0MPa～30MPa、厚度为2.0mm～5.0mm的橡胶层；

上述橡胶层的中心部处的厚度比两端部处的厚度厚。

2.一种充气轮胎，该充气轮胎具有形成为环状的胎面部、与该胎面部的两侧相连的一对胎侧部、和胎圈部，并具有跨越分别埋设于该一对胎圈部内的胎圈芯之间而延伸的帘布层，该帘布层由2层以上的分帘布层构成，其特征在于，

在上述2层以上的分帘布层间的、上述胎面部的中心部附近的至少一部分上配置有100％拉伸时的弹性模量为1.0MPa～30MPa、厚度为2.0mm～5.0mm的橡胶层。

3.根据权利要求1或2所述的充气轮胎，其特征在于，

在轮胎宽度方向上，在与胎面宽度相同或比胎面宽度窄的范围内配置上述橡胶层。

4.根据权利要求2所述的充气轮胎，其特征在于，

在轮胎宽度方向上，在胎面宽度的60％～90％范围内配置上述橡胶层。

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