CN101341036B - 胎圈帘线和车辆轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种胎圈帘线9，其包含环形芯10和在所述环形芯10周围螺旋状地卷绕多匝而成为一层的侧线11。所述环形芯10由其中包括两根捻合的芯线12的绞合线13构成。各芯线的线径基本上相同。形成所述环形芯10的各芯线12的端面是焊接在一起的。所述侧线11在所述环形芯10上的卷绕方向优选与所述芯线12的捻向相反。

Description

胎圈帘线和车辆轮胎

技术领域

本发明涉及胎圈帘线(其用作(例如)车辆轮胎的胎圈部分的增强材料)和车辆轮胎。

背景技术

例如，在专利文献1和2中公开的胎圈帘线已知为这样一种胎圈帘线，其可用作车辆轮胎的胎圈部分的增强材料。专利文献1中公开的胎圈帘线包括芯线和多根围绕该芯线分布并捻合的侧线。专利文献2中公开的胎圈帘线包括环状多匝卷绕并捻合的钢丝，而没有芯丝介入其中。

专利文献1：日本未审查专利申请公开No.5-163686

专利文献2：日本未审查专利申请公开No.9-273088

发明内容

本发明所要解决的问题

但是，上述常规技术存在以下问题：在专利文献1中，芯线和侧线由具有相同直径的相同材料构成，因此在卷绕侧线时，芯线对由此产生的张力缺少刚度并因此发生变形。而且，由于芯线是单根线而侧线是捻合在一起的，因此芯线和侧线在外部负荷下的伸长率是不同的，使得芯线的伸长小于侧线的伸长。因此，例如在车辆轮胎成型后，难以将胎圈帘线置于轮辋的外周部中。另外，芯线在早期容易破断或疲劳，进而降低了芯线的寿命。

在专利文献2中，由于没有用于卷绕丝线的基材，因此很难令人满意地卷绕丝线。同样，随着丝线的匝数的增加，胎圈帘线的结构变得不稳定，由于丝线落入丝线的相邻匝之间的间隙内，因此每匝丝线的长度容易发生变化。因此，每匝丝线在外部负荷下的伸长率是不同的，进而引起与专利文献1相同的问题：很难将胎圈帘线置于车辆轮胎的轮辋的外周部中。

本发明提供一种能够使环形芯和侧线在外部负荷下具有相同的伸长率的胎圈帘线和车辆轮胎。

解决问题的手段

本发明的胎圈帘线包括环形芯和呈螺旋状地卷绕在所述环形芯周围的侧线，其中所述环形芯由其中包括多根捻合的芯线的绞合线构成。

在本发明中，其中包括多根捻合的芯线的绞合线形成为环状，以形成环形芯，因此与单根线结构的环形芯相比，这种环形芯更容易伸长。在这种情况下，通过改变各芯线的捻距，可以合适地控制环形芯的伸长率。因此，当将外部负荷施加于胎圈帘线时，环形芯的伸长率变得接近于侧线的伸长率，进而增加了环形芯和侧线之间的一体性，并提高了胎圈帘线的总体伸长特性。

优选满足下列式子：

[式子1]

$\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{d_{\mathrm{ci}}}^4\≥{d_o}^4$

其中n为芯线的数量，d_ci为芯线的直径，d_o为侧线的直径。

由于侧线卷绕在环形芯的周围，因此要求环形芯具有一定程度的刚度。因此发明人经过多次试验和失败，反复研究了环形芯和侧线的抗弯刚度和侧线的卷绕能力。结果推导出上述式子。即，如果构成环形芯的芯线和侧线的材料主要成分相同，那么这两种线的抗弯刚度都与弯矩成比例，并且与线径的四次方成比例。环形芯的抗弯刚度也与芯线的数量成比例。因此，为了保证侧线的卷绕能力，环形芯的抗弯刚度优选等于或大于侧线的抗弯刚度。

另外，多根芯线优选具有基本上相同的线径。通过专用的捻股机来形成其中包括多根捻合的芯线的绞合线。在这种情况中，当芯线具有基本上相同的线径时，可以抑制各芯线中固有的残余扭转随时间的变化，进而降低当形成环形芯时环形芯的残留应力，稳定环形芯的形状。因此，在随后进行的将侧线螺旋状地卷绕在环形芯周围以形成胎圈帘线的步骤中，对侧线的卷绕不会造成不利的影响，从而使胎圈帘线的形状稳定。表述“基本上相同的线径”是包括以下情况的概念：两根线的线径完全相同的情况以及两根线的线径稍微不同(例如，差8％或更小)的情况。

也优选的是，侧线在环形芯上的卷绕方向与多根芯线的捻向相反。在这种情况下，当将侧线螺旋状地卷绕在环形芯周围以形成胎圈帘线时，侧线很少落入环形芯的股(芯线之间的间隔)间。因此可以保持侧线的卷绕能力。

另外，优选的是，形成环形芯的各芯线的端面是分别焊接在一起的。在这种情况下，可以在不增加芯线的接合部分的直径的情况下容易地获得不易破断的环形芯。因此，环形芯中不会形成直径增加的部分，从而可以提高侧线在环形芯上的卷绕能力。

各芯线的扭捻角优选为5.0°至18.5°。当各芯线的扭捻角为5.0°或更大时，可以抑制当芯线的端面被焊接时，芯线的末端之间出现分离，进而提高芯线的焊接加工能力。当各芯线的扭捻角为18.5°或更小时，可以抑制环形芯的过度伸长。因此，即使将外部负荷施加于胎圈帘线时，也可以维持环形芯和侧线之间的一体性。

芯线的材料优选为合金钢，该合金钢包含0.08质量％至0.27质量％的C、0.30质量％至2.00质量％的Si、0.50质量％至2.00质量％的Mn、以及0.20质量％至2.00质量％的Cr；并且还包含Al、Nb、Ti和V中的至少一种物质，其含量为0.001质量％至0.100质量％；其余由Fe和不可避免的杂质构成。在这种情况下，可以提高各芯线的端面之间的焊接能力，同时抑制环形芯的破断强度的降低。

芯线的材料可以是含有0.28质量％至0.56质量％的C的碳钢。在这种情况下，可能充分保证芯线所需要的强度和在各芯线的端面被焊接在一起后芯线的延伸性。

本发明的车辆轮胎包括嵌入胎圈部分中的上述胎圈帘线。

如上所述，通过使用上述胎圈帘线，当将外部负荷施加于胎圈帘线时，环形芯的伸长率接近侧线的伸长率，因此增加了环形芯和侧线之间的一体性，进而提高了胎圈帘线的总的伸长特性。因此，胎圈帘线可以容易地嵌入胎圈部分中。

本发明的优点

根据本发明，在外部负荷下环形芯和侧线的伸长率可以是相同的。结果，胎圈帘线可以容易地沿着径向方向向外延伸，因此在车辆轮胎成型后，可以容易地将胎圈帘线置于轮辋的外周部中。同样，可以抑制环形芯的早期破断，从而使得可以提高环形芯的寿命。

附图简要说明

[图1]图1是示出包括根据本发明的实施方案的胎圈帘线的车辆轮胎的剖视图。

[图2]图2是图1所示的胎圈帘线的立体图。

[图3]图3是图2所示的胎圈帘线的局部放大立体图。

[图4]图4是图2所示的胎圈帘线的剖视图。

[图5]图5是图3所示的绞合线的局部放大立体图。

[图6]图6是图3所示的连接部件的前剖视图。

[图7]图7是用于形成图3所示的绞合线的捻股机的结构的示意图。

[图8]图8是侧线螺旋状地卷绕在图3所示的环形芯周围的状态的示意图。

[图9]图9是用于将侧线螺旋状地卷绕在图3所示的环形芯周围的绕线机的结构的示意图。

[图10]图10是示出使用图9所示的绕线机将侧线卷绕在环形芯周围的过程的示意图。

[图11]图11是示出作为图3所示的胎圈帘线的变形例的局部放大立体图。

[图12]图12是示出另一个作为图3所示的胎圈帘线的变形例的局部放大立体图。

符号说明

1车辆轮胎，6胎圈部分，9胎圈帘线，10环形芯，11侧线，12芯线，13绞合线。

本发明的最佳实施方式

下面将参照附图详细描述根据本发明的优选实施方案的胎圈帘线和车辆轮胎。在附图中，相同或相当的部件用相同的参考标号表示，重复的描述忽略。

图1是示出包括根据本发明的实施方案的胎圈帘线的车辆轮胎的剖视图。在图1中，车辆轮胎1包括其上设置有轮辋3的轮胎本体2。轮胎本体2具有胎面部分4、一对侧壁5(所述侧壁从胎面部分4的两端沿着轮胎的径向方向向内延伸)以及一对待嵌入到轮辋3中的胎圈部分6。

胎体7和多层带8也埋设在轮胎本体2的内部。胎体7被设置为使其通过每个侧壁5从胎面部分4伸长至每个胎圈部分6。胎体7的两端在每个胎圈部分6处弯曲。多层带8设置在胎面部分4中在胎体7的沿轮胎径向方向的外侧上。

在每个胎圈部分6中，埋设环状胎圈帘线9，使其沿着轮胎的圆周方向延伸。胎圈帘线9是用于增强胎圈部分6的增强材料，其被设置成与胎体7的折叠部分7a相啮合。

图2是胎圈帘线9的立体图，图3是胎圈帘线9的局部放大立体图，图4是胎圈帘线9的放大剖视图。在每幅附图中，胎圈帘线9包括环形芯10和在环形芯10周围螺旋状地卷绕成一层的侧线11。

环形芯10由其中包括两根捻合的芯线12的绞合线13形成。当环形芯10具有绞合结构时，可以容易地使环形芯10获得一定伸长率。各芯线12的直径相同。

形成环形芯10的各芯线12的两个端面通过焊接彼此结合在一起。在这种情况下，可以在不引起芯线12的接合部分的直径增加的情况下，容易地将芯线12的两个端面结合。由芯线12构成的绞合线13的扭捻角α(参照图5)优选为5.0°至18.5°。

芯线12由合金钢线构成。芯线12的材料包含(例如)下列物质：0.08质量％至0.27质量％的C、0.30质量％至2.00质量％的Si、0.50质量％至2.00质量％的Mn、0.20质量％至2.00质量％的Cr；并且还包含Al、Nb、Ti和V中的至少一种物质，其含量为0.001质量％至0.100质量％；其余由Fe和不可避免的杂质构成。在具有这种组成的情况下，提高了各芯线12的两个端面的焊接能力，进而增加了环形芯10的破断强度。如果需要，将各芯线12的表面用黄铜(Cu-Zn合金)等进行镀敷。

另外，芯线12可由包含0.28质量％至0.56质量％的C的碳钢构成。当这种碳钢被用作芯线12的材料时，就可能充分地保证芯线12所需要的强度以及在各芯线12的两个端面被焊接后芯线12的延伸性。在这种情况下，如果需要，将各芯线12的表面用黄铜等进行镀敷。

侧线11在环形芯10的周围呈螺旋状地卷绕多匝。侧线11的材料为含有0.7质量％或更高的C的高碳钢线。将侧线11的表面用黄铜等进行镀敷。

侧线11在环形芯10上的卷绕方向优选与芯线12的捻向相反。在这种情况下，当将侧线11卷绕在环形芯10周围时，可以抑制侧线11落入环形芯10的股(芯线12之间的空隙)间，从而可以降低对侧线11在环形芯10周围的卷绕能力的影响。

决定侧线11在环形芯10周围的卷绕能力的一个因素为环形芯10和侧线11之间的抗弯刚度的差。为了合适地确定它们之间的抗弯刚度的差，芯线12和侧线11的线径之间的关系用下式表示：

[式子2]

$\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{d_{\mathrm{ci}}}^4\≥{d_o}^4$

其中n为芯线12的数量；d_ci为芯线12的线径；d_o为侧线11的线径。

当满足上述关系式时，尽管芯线12的线径d_ci小于侧线11的线径d_o，但是环形芯10的抗弯刚度等于或高于侧线11的抗弯刚度，进而使侧线11容易地呈螺旋状卷绕在环形芯10的周围。

侧线11的卷绕前端11a通过基本上为圆柱状的连接部件14与卷绕末端11b连接(参照图3)。如图6所示，连接部件14在两个端部具有一对连接用凹部15，侧线11的卷绕前端11a和卷绕末端11b分别插入所述端部中。每个连接用凹部15的横截面为圆形。可以使用套管作为连接部件14。

在具有上述结构的胎圈帘线9中，构成环形芯10的各芯线12的线径d_ci为(例如)0.95mm。另外，各芯线12的捻向为Z捻向，各芯线12的捻距为(例如)12.5mm，扭捻角α为(例如)13.4°。芯线12的材料为合金钢，其组成包含(例如)：0.17质量％的C、0.93质量％的Si、1.50质量％的Mn、0.41质量％的Cr、0.08质量％的Ti和0.03质量％的Al。芯线12的材料可以为碳钢，其组成包含(例如)：0.51质量％的C、0.22质量％的Si、0.46质量％的Mn、0.014质量％的P和0.006质量％的S。

侧线11的线径d_o为(例如)1.10mm。另外，侧线11围绕环形芯10沿S方向卷绕8匝。侧线11的材料的组成含有(例如)：0.83质量％的C、0.19质量％的Si和0.51质量％的Mn。

接下来描述制造胎圈帘线9的方法。首先，使用图7所示的捻股机16制造环形芯10。

具体地说，从两个放线筒17上解绕下来的各芯线12穿过引导板18的引导孔被转移至捻股端口模头19。芯线12在捻股端口模头19中被螺旋状捻合在一起，以获得具有双线绞合结构的绞合线13。绞合线13通过多个辊20和收线绞盘21卷绕在卷筒22上。

然后，绞合线13从卷筒22上解绕，切成预定的长度，然后使构成绞合线13的各芯线12的两端接近并加热焊接在一起。结果获得了含有绞合线13的环形芯10。

当如上所述绞合线13被形成为使得构成绞合线13的各芯线12的扭捻角α(参照图5)为5.0°或更大时，各芯线12的两端基本上没有分离，从而可以容易地进行焊接芯线12。

当使用捻股机16制造绞合线13，各芯线12的直径不同时，各芯线12间固有的残余扭转的平衡随着时间的变化而被打破，使得在绞合线13中具有残留应力。结果，所得绞合线13的线性容易变差。在这种情况下，环形芯10的形状稳定性降低，因此可能影响随后进行的侧线11的卷绕(下面描述)。在这个实施方案中，由于各芯线12的直径相同，各芯线12之间基本上不存在固有的残余扭转的差异。因此，不管时间如何变化，绞合线13的残余扭转是稳定的，进而获得具有优异的线性的绞合线13，并因此使环形芯10的形状稳定。因此基本上不会对侧线11的卷绕造成不利影响。

然后，如图8所示，使用图9所示的绕线机23将侧线11在环形芯10的周围螺旋状地卷绕多匝。

绕线机23具有驱动单元24和供应单元25。驱动单元24包括多个夹送辊26a和26b(所述夹送辊使环形芯10在圆周方向上旋转)，以及置于夹送辊26a和26b上部的夹具部分27(当夹紧时所述夹具部分用于对环形芯10进行引导)。如图10所示，夹具部分27包括辊27a和27b，所述辊使环形芯10在圆周方向上旋转，同时通过垂直夹紧环形芯10而防止其从侧面滑出。

供应单元25包括横杆28、沿着横杆28滑动的移动台29和通过支架30设置在移动台29上部的供应盘31，所述供应盘用于卷绕侧线11。如图10所述，供应盘31可以在垂直于横杆28的伸长方向(图中所示的Y方向)上移动。

当使用绕线机23将侧线11卷绕在环形芯10的周围时，首先将侧线11从设置于环形芯10的外侧区域的供应盘31上解绕，并使用粘合剂胶带等将侧线11的卷绕前端11a临时结合到环形芯10上。然后，环形芯10在圆周方向上旋转，从而开始将侧线11卷绕在环形芯10的周围。

具体地说，首先如图10(a)和10(b)所示，供应盘31在X方向上从位于环形芯10外侧区域的初始位置移动至环形芯10的内侧区域(参照图9中的点划线)。然后如图10(b)和10(c)所示，供应盘31在Y方向上穿过环形芯10的平面而移动。然后如图10(c)和10(d)所示，供应盘31在X方向上远离环形芯10而移动，并返回到图10(a)所示的初始位置。重复该步骤以将侧线11在环形芯10周围螺旋状地卷绕多匝。

然后，侧线11的卷绕前端11a和卷绕末端11b分别插入到连接部件14的连接用凹部15中，以通过连接部件14使侧线11的卷绕前端11a和卷绕末端11b彼此连接。结果完成了如图2所示的胎圈帘线9。

在车辆轮胎1成型后，将如上所述制造的胎圈帘线9置于胎圈部分6中。

在这个实施方案中，其中包括两根捻合的芯线12的绞合线13用于环形芯10，并且确定了芯线12的线径d_ci和侧线11的线径d_o以满足上述表达式(A)。因此在保证了环形芯10的伸长率的同时保证了环形芯10的抗弯刚度。因此，环形芯10的伸长率可以接近于侧线11的伸长率。通过合适地控制形成环形芯10的绞合线13的捻距(扭捻角α)，使得环形芯10的伸长率可以与侧线11的伸长率相同。在这种情况下，可以使胎圈帘线9在径向方向上的伸长最小化，因此胎圈帘线9的直径的增加也最小化。

另外，环形芯10容易伸长，进而可以防止环形芯10在早期的破断或疲劳。因此，可以提高环形芯10和胎圈帘线9的耐久性。

在这种情况下，如上所述绞合线13被形成为使得各芯线12的扭捻角α为18.5°或更小，因此不会使环形芯10过度伸长。因此，当胎圈帘线9被置于胎圈部分6中时，可以保持环形芯10和侧线11之间的一体性，由此使胎圈帘线9更容易被置入。

另外，由于侧线11卷绕在其抗弯刚度等于侧线11的抗弯刚度的环形芯10的周围，因此可以充分地实现侧线11的自动卷绕，并且可以获得具有稳定的形状和结构的胎圈帘线9。

图11示出了这种实施方案的胎圈帘线9的变形例。在该附图中，环形芯10由其中包括3根捻合的芯线12的绞合线13构成。

在这个例子中，各芯线12的线径d_ci为(例如)1.0mm。另外，各芯线12的捻向为Z方向，各芯线12的捻距为(例如)20.0mm，扭捻角α为(例如)10.3°。侧线11的线径d_o为(例如)1.3mm。另外，侧线11在S方向上围绕环形芯10卷绕8匝。

图12示出了这种实施方案的胎圈帘线9的另一个变形例。在该附图中，环形芯10由其中包括4根捻合的芯线12的绞合线13构成。

在这个例子中，各芯线12的线径d_ci为(例如)0.95mm。另外，各芯线12的捻向为Z方向，各芯线12的捻距为(例如)20.0mm，扭捻角α为(例如)11.9°。侧线11的线径d_o为(例如)1.3mm。另外，侧线11在S方向上围绕环形芯10卷绕8匝。

本发明并不限于上述实施方案。例如，在实施方案中，其中包括2至4根捻合的芯线12的绞合线13被用于环形芯10。然而，可以在满足刚度关系的范围内使用其中包括5根或更多的捻合的芯线12的绞合线13。

尽管在实施方案中，侧线11围绕环形芯10螺旋状地卷绕为一层，但是侧线11可围绕环形芯10螺旋状地卷绕为多层。

Claims (8)

1.一种胎圈帘线，其包含环形芯和螺旋状地卷绕在所述环形芯周围的侧线，其中所述环形芯由其中包括多根捻合的芯线的绞合线形成，并且所述各芯线的扭捻角为5.0°至18.5°。

2.根据权利要求1的胎圈帘线，其中满足下列式子A：

$\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{d_{\mathrm{ci}}}^4\≥{d_o}^4$ ...(式A)

其中n为所述芯线的数量，d_ci为所述芯线的直径，d_o为所述侧线的直径。

3.根据权利要求1的胎圈帘线，其中多根所述芯线的直径基本上相同。

4.根据权利要求1的胎圈帘线，其中所述侧线在所述环形芯上的卷绕方向与多根所述芯线的捻向相反。

5.根据权利要求1的胎圈帘线，其中形成所述环形芯的各芯线的端面是分别焊接在一起的。

6.根据权利要求1的胎圈帘线，其中所述芯线的材料为合金钢，该合金钢包含0.08质量％至0.27质量％的C、0.30质量％至2.00质量％的Si、0.50质量％至2.00质量％的Mn、以及0.20质量％至2.00质量％的Cr；并且还包含Al、Nb、Ti和V中的至少一种，其含量为0.001质量％至0.100质量％；其余由Fe和不可避免的杂质构成。

7.根据权利要求1的胎圈帘线，其中所述芯线的材料为包含0.28质量％至0.56质量％的C的碳钢。

8.一种车辆轮胎，其包含其中嵌入有权利要求1所限定的胎圈帘线的胎圈部分。

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