CN103298629A - 充气轮胎 - Google Patents

Abstract

该轮胎的特征在于，优化了位于轮胎径向最外侧的增强层的形状。

Description

充气轮胎

技术领域

本发明涉及一种充气轮胎，特别是涉及一种能够增强耐不均匀磨损性的乘用车用充气轮胎。

背景技术

通常，充气轮胎具有如下结构：胎冠部以胎面部的半径从中央区域朝向肩侧部变小的方式弯曲。

由于轮胎宽度方向上的这种半径差，当轮胎滚动时，在轮胎宽度方向上产生滚动速度差。特别地，在中央区域和肩侧部之间该滚动速度差变得很明显，且在轮胎宽度方向上周向剪切力变得不均匀。

特别地，肩侧部处在制动方向上产生大的剪切力。由于该剪切力，在肩侧部处的胎面橡胶中产生磨损，导致局部磨损、即不均匀磨损。

此外，当负载施加于具有上述半径差的轮胎时，在宽度方向上的外侧、特别是在接地边缘处接触压力增大，这也是产生不均匀磨损的另外一种原因。

另外，如图1所示，在充气轮胎中，胎面部1和胎侧部2典型地以具有角度的方式接合。因此，从胎侧部2作用于轮胎接地区域的力产生在宽度方向上将带束3向内推挤的力。因此，剪切力在宽度方向上作用于胎面部1，使得橡胶在宽度方向上遭受剪切变形，这是在接地边缘处产生磨损的另外一个主要原因。在诸如缺气保用轮胎（Run flat tire）等具有高刚性侧部的轮胎中，该问题尤其明显。

另外，出于对稳定性和耐磨性的考虑，在轮胎中典型地调整外倾角，且轮胎以多个外倾角被安装。

特别地，当外倾角大时，带束上的上述力明显地增大，因此导致了上述不均匀磨损的产生。

此外，当轮胎被施加重负载或具有低的内压时加速了不均匀磨损也是已知的。

为了解决这些问题，例如专利文献1披露了一种用于通过改变轮胎的胎冠部的形状使得上述半径差减小而抑制不均匀磨损的技术。

引用列表

专利文献

专利文献1：JP2001138712A

发明内容

然而，如专利文献1披露的发明中那样，通过改变胎冠部的形状来减小半径差也增加了肩侧部的接地长度，导致降低了诸如舒适性和稳定性等性能特征的问题。

因此，存在对不改变胎冠部的形状而抑制局部轮胎磨损的方法的需求。

基于上述问题构思了本发明，本发明的目的在于提供一种具有增强的耐不均匀磨损性的充气轮胎。

为了实现上述目的，本发明人用心地研究了用于抑制橡胶在周向和宽度方向上的上述剪切变形的方法。

结果，本发明人首先发现：在轮胎径向上的最外增强层的轮胎宽度方向上的至少一个半部设置在轮胎径向上向外突出弯曲的部分，能够缩短径向上的最外增强层和胎面外轮廓线之间的间隔，减小轮胎周向上的剪切力和增强轮胎的耐不均匀磨损性。

在彻底地研究橡胶在宽度方向上的剪切变形的原因之后，发明人还发现了：除了向内推挤带束的上述力之外，在轮胎径向上的最外增强层和轮胎接地区域之间的压缩力也是引起橡胶在宽度方向上剪切变形的原因。

然后发明人发现了：以从弯曲部的顶部到最外增强层的边缘沿轮胎径向向内延伸的方式成形最外增强层，允许通过改变由于最外增强层和轮胎接地区域之间的上述压缩力导致的橡胶的变形运动而抑制橡胶在宽度方向上的剪切变形。

换句话说，发明人发现：使从轮胎赤道面到接地边缘附近的胎面变薄且使从接地边缘附近到最外增强层的边缘的宽度方向上的位置的胎面变厚，允许抑制橡胶在宽度方向上的上述剪切变形。

本发明基于上述发现，且其主要特征如下：

（1）一种充气轮胎，其包括：一对胎圈部；在所述一对胎圈部之间环状地延伸的胎体；以及依次布置于所述胎体的胎冠部的径向外侧的多个增强层和胎面，其中，当所述轮胎被安装于标准轮辋且被施加5%的标准内压时，所述多个增强层中的位于轮胎径向最外侧的最外增强层的轮胎宽度方向上的至少一个半部包括弯曲部，所述弯曲部在轮胎径向上向外突出地弯曲，所述最外增强层从所述弯曲部的顶部到所述最外增强层的边缘在轮胎径向上向内延伸。

这里，“标准轮辋”指具有在预定的工业标准中列出的适当尺寸的规范轮辋（或者“规定轮辋”、“推荐轮辋”）。标准内压指对应于用于具有在相同的标准中列出的适当尺寸的单个车轮的最大负载（最大负载能力）的气压。

以下描述的最大外加负载指用于具有在相同的标准中列出的适当尺寸的单个车轮的最大负载（最大负载能力）。

工业标准由制造或使用轮胎的地区的有效标准来确定，诸如美国的“美国轮胎轮辋协会年鉴”（包括设计指南），欧洲的“欧洲轮胎轮辋技术组织标准手册”和日本的日本汽车轮胎制造协会的“JATMA年鉴”。

根据（1）所述的充气轮胎，其中，沿着轮胎宽度方向，所述最外增强层和所述胎面的外轮廓线之间的轮胎径向上的间隔从轮胎赤道面到所述弯曲部的顶部逐渐减小，且从所述弯曲部的顶部到最外带束边缘逐渐增加。

根据（1）所述的充气轮胎，其中，当所述轮胎被安装于标准轮辋、被施加标准内压且承受最大外加负载的80%的负载时，沿着轮胎接地区域的最大宽度的每个边缘被定义为接地边缘，所述最外增强层和所述胎面的外轮廓线之间的轮胎径向上的间隔满足如下关系：

0.3≤d2/d1<1和

1<d3/d2≤1.5

其中，在轮胎赤道面处所述间隔为d1mm，在所述最外增强层的顶部处所述间隔为d2mm，在所述最外增强层的边缘处所述间隔为d3mm。

根据（1）所述的充气轮胎，其中，所述弯曲部在轮胎宽度方向上的宽度是包括所述弯曲部的轮胎宽度方向上的所述半部内的所述最外增强层在轮胎宽度方向上的宽度的15%至100%。

根据本发明，能够提供一种平衡轮胎磨损寿命与轮胎的耐不均匀磨损性的充气轮胎。

附图说明

下面将参考附图对本发明进行进一步的描述，其中：

图1是宽度方向上的示意性截面图，示出了轮胎宽度方向上的剪切力；

图2是宽度方向上的截面图，示出了根据本发明的实施方式的充气轮胎；

图3是宽度方向上的截面图，示出了根据本发明的实施方式的充气轮胎；

图4是宽度方向上的截面图，示出了根据本发明的实施方式的充气轮胎；

图5是宽度方向上的截面图，示出了根据本发明的实施方式的充气轮胎；

图6是宽度方向上的截面图，示出了比较例2的充气轮胎；

图7是宽度方向上的截面图，示出了比较例1的充气轮胎；且

图8是宽度方向上的截面图，示出了传统例的充气轮胎。

具体实施方式

以下参考附图详细描述根据本发明的乘用车用充气轮胎（以下简称为轮胎）。

图2是宽度方向上的截面图，示出了根据本发明的实施方式的充气轮胎，示意性地示出了以5%的标准内压和没有施加负载的方式安装于标准轮辋的轮胎。

如图2所示，根据本发明的轮胎设置有一对胎圈部4、在胎圈部4之间环状地延伸的胎体5以及在轮胎径向上依次布置于胎体5的外侧的多个增强层6和胎面7。在图2的示例中示出了三个增强层6。

在图2的示例中，增强层6为覆盖有橡胶的带束帘线形成的带束层，带束帘线与轮胎周向成45°-70°（优选为60°-70°）的角度地延伸。

如图2所示，在根据本发明的轮胎的增强层6中，轮胎径向上的最外带束层6a在被轮胎宽度方向上的截面图中的轮胎赤道面CL分成的两个半部中的至少一个半部中包括在轮胎径向上向外突出弯曲的部分6b（以下简称为弯曲部）。

在图2的示例中，在宽度方向上的仅一个半部中，最外带束层6a的整个半部在轮胎径向上向外突出弯曲。

最外带束层6a从弯曲部6b的顶部6c到最外增强层6a的边缘6d在轮胎径向上向内延伸。

这里，在轮胎宽度方向上的截面图中，当观察轮胎径向上的最外增强层的形状时，“在轮胎径向上向外突出弯曲的部分”指曲率中心比最外增强层靠轮胎径向内侧的整个弯曲部分。

换句话说，曲率中心比最外增强层靠轮胎径向外侧的部分和不具有有限的曲率的部分被排除在外。

如由图2中的虚线所表示的，代表胎面7的不具有任何诸如凹槽等凸凹的表面的假想线——即对应于胎面表面的线沿着胎面7的表面在宽度方向上向外延伸而得到的线被命名为胎面外轮廓线TL。

在根据本发明的轮胎中，上述半部中的最外带束层6a和胎面外轮廓线TL之间的轮胎径向上的间隔在轮胎宽度方向上从轮胎赤道面CL到弯曲部6b的顶部6c减小，且从弯曲部6b的顶部6c到最外带束边缘6d增大。

在根据本发明的轮胎中，重要的是，轮胎径向上的最外增强层的轮胎宽度方向上的至少一个半部如此地包括在轮胎径向上向外突出弯曲的弯曲部，并且最外增强层从弯曲部的顶部到最外增强层的边缘沿轮胎径向向内延伸。

以下描述了本发明的作用效果。

根据本发明的轮胎，首先，由于最外增强层包括突出弯曲部，因此最外增强层和胎面表面之间的间隔在轮胎宽度方向上的外侧处减小。

因此，由最外增强层和胎面之间的相对移位引起的周向剪切力减小，从而抑制了轮胎宽度方向上的外侧处的局部磨损。

此外，通过用于最外增强层的上述形状，最外带束层和胎面外轮廓线之间的轮胎径向上的间隔在弯曲部的顶部处小，且从弯曲部的顶部到最外带束边缘变大。

因此对于胎面橡胶来说，难以从宽度方向上的外侧朝向内侧移动，借此抑制了胎面橡胶被从宽度方向上的外侧朝向内侧推挤而导致的宽度方向上的剪切变形，该推挤由最外增强层和胎面之间的上述压缩应力而产生。

根据本发明，因此能够抑制引起不均匀磨损的在周向上和宽度方向上的胎面橡胶的剪切变形，从而增强轮胎的耐不均匀磨损性。

也能够在带束边缘、即轮胎宽度方向上最容易磨损的位置处保证胎面宽度，借此延长了磨损寿命。

这里，并不对最外增强层的弯曲部进行特别限制。例如，橡胶可以布置在胎体的径向外侧，从而使得整个带束弯曲。可选择地，例如弯曲部可通过将胎体的折返端在最外增强层的边缘附近定位在最外增强层的径向向侧而形成。

图3是宽度方向上的截面图，示出了根据本发明的另一个实施方式的轮胎。

如图3所示，在本发明的轮胎中，可以使最外增强层6a的轮胎宽度方向上的一个半部的仅一部分弯曲。

同样在这种情况下，如图2所示的轮胎一样，在该半部中最外增强层和胎面表面之间的间隔在轮胎宽度方向上的外侧减小。此外，在轮胎宽度方向上的外侧，轮胎径向上距离胎面外轮廓线的间隔减小。因此，能够增强耐不均匀磨损性和增加磨损寿命。

图4是宽度方向上的截面图，示出了根据本发明的再一个实施方式的轮胎。

图4所示的轮胎不同于图2所示的轮胎的地方在于，轮胎径向上的最外增强层为带束增强层8a。

在图4的示例中，带束增强层8a由大致在轮胎周向上延伸并且覆盖有橡胶的帘线形成。

当最外增强层为如图4所示的轮胎中的带束增强层时，通过与最外增强层为带束层时同样的作用效果，也能够增强耐不均匀磨损性和增加磨损寿命。

图5是宽度方向上的截面图，示出了根据本发明的又一个实施方式的轮胎。

图5所示的轮胎不同于图2所示的轮胎的地方在于，在从轮胎赤道面CL到顶部6c的范围中包括在轮胎径向上向内突出弯曲的部分。

同样通过图5所示的轮胎，如图2所示的轮胎一样，在上述半部中最外增强层和胎面表面之间的间隔在轮胎宽度方向上的外侧减小。此外，在轮胎宽度方向上的外侧，轮胎径向上距离胎面外轮廓线的间隔减小。因此，局部磨损减小，允许提高耐不均匀磨损性和增加磨损寿命。

在根据本发明的轮胎中，如图2所示的轮胎一样，最外增强层和胎面外轮廓线TL之间的轮胎径向上的间隔优选为从轮胎赤道面CL到弯曲部6b的顶部6c逐渐减小，且从弯曲部6b的顶部6c到最外带束边缘逐渐增加。原因是，为了减小周向剪切力，使得该间隔从轮胎赤道面CL到弯曲部6b的顶部6c逐渐减小，从而最外增强层的周向长度逐渐增加是有效的，而为了抑制由于上述压缩力导致的橡胶的变形，使间隔从顶部6c到最外带束边缘逐渐增加是更有效的。

如图2所示，最外增强层6a和胎面外轮廓线TL之间的轮胎径向上的间隔优选满足关系式：

0.3≤d2/d1<1和

1<d3/d2≤1.5

其中，沿着轮胎的宽度方向，在轮胎赤道面CL处间隔为d1mm，在顶部6c处间隔为d2mm，且在最外增强层的宽度方向边缘6d处间隔为d3mm。

原因是，当在顶部区域设置凹槽时，将d2/d1设置为0.3或更大能够保证凹槽的深度和保证磨损寿命。

另一方面，将d2/d1设置为小于1允许较大程度地减小由最外增强层和胎面之间的相对移位引起的上述周向剪切力。

此外，将d3/d2设置为大于1允许较大程度地抑制由于上述压缩应力导致的胎面橡胶的宽度方向的剪切变形，而将d3/d2设置为1.5或更小能够保证最外带束的边缘处的耐久性。

当轮胎安装于标准轮辋、被施加标准内压且承受80%的最大外加负载时，沿着轮胎接地区域的最大宽度的每个边缘被定义为接地边缘E。当轮胎安装于标准轮辋、被施加标准内压且承受80%的最大外加负载时，接地宽度被定义为轮胎接地区域的宽度方向上的最大宽度。

弯曲部6b的顶部6c在宽度方向上的位置优选为比胎面半宽的中点（即1/4点）靠近宽度方向上的外侧，且位于在内侧距接地边缘E接地宽度的一半的5%或更多的位置处。

通过将顶部6c定位成比胎面半宽的中点靠宽度方向上的外侧，最外增强层和胎面表面之间的间隔在轮胎宽度方向上的外侧比在胎面半宽的中点处小。

此外，最外增强层和胎面外轮廓线之间的轮胎径向上的间隔在轮胎宽度方向上的外侧比胎面半宽的中点处小。

因此，能够在容易产生局部磨损的地方抑制橡胶在周向上和宽度方向上的剪切变形，借此进一步地增强了耐不均匀磨损性。

另一方面，通过将顶部6c定位于在内侧距接地边缘E接地宽度的一半的5%或更多的位置处，能够使得该位置的宽度方向外侧的胎面橡胶更厚，因此抑制橡胶从宽度方向上的外侧朝向内侧的上述移位。

请注意，为了加厚胎面橡胶，最外增强层优选为至少从在内侧距接地边缘E接地宽度的一半的5%或更多的位置到在宽度方向外侧距接地边缘E接地宽度的5%的位置在轮胎径向上向内延伸。这是由于，通过在移位特别大的位置处抑制橡胶从宽度方向上的外侧朝向内侧的上述移位能够有效地增强耐不均匀磨损性。

此外，弯曲部6b在轮胎宽度方向上的宽度优选为该弯曲部所在的轮胎宽度方向上的半部内的最外增强层6a的轮胎宽度方向上的宽度的15%-100%。

原因是，15%或更大的值带来通过带束的交叉缩减周向剪切力的效果。

此外，根据本发明的轮胎优选以如下方式安装于车辆上：上述最外增强层中的弯曲部至少位于接触长度由于外倾角延伸所在的一侧，即位于从侧部朝向胎面部推挤的上述力强大的半部。

换句话说，在正的外倾角的情况下，轮胎优选以如下方式安装于车辆上：上述最外增强层中的弯曲部至少位于安装于车辆的轮胎的外侧。

相反地，在负的外倾角的情况下，轮胎优选以如下方式安装于车辆上：上述最外增强层中的弯曲部至少位于安装于车辆的轮胎的内侧。

原因是，这种构造更有效地抑制胎面橡胶的宽度方向上的剪切变形，借此允许增强轮胎的耐不均匀磨损性。

示例

为了核实本发明的效果，制造了根据本发明的轮胎的样本和作为比较例的轮胎的样本，并进行测试以评估轮胎的耐不均匀磨损性和磨损寿命。

首先，作为发明例1和2，制造具有如下结构的轮胎：如图2和3所示，最外带束层的轮胎宽度方向上的一个半部在径向上向外突出弯曲，顶部位于在宽度方向上从接地边缘E向内胎面宽度的20%的位置处，从顶部到最外带束层的宽度方向上的外边缘在径向上向内延伸。

在发明例1的轮胎中，胎面外轮廓线和最外带束层之间的距离沿着轮胎宽度方向从轮胎赤道面CL到顶部位置逐渐减小，而发明例2的轮胎包括距离保持不变而不逐渐减小的部分。

关于发明例1和2中最外增强层和胎面外轮廓线之间的轮胎径向上的间隔，上述比值满足：d2/d1=0.7，且d3/d2=1.2。

在发明例1中，最外带束层中的弯曲部在轮胎宽度方向上的宽度是该弯曲部所在的半部中的最外带束层在轮胎宽度方向上的宽度的100%，在发明例2中，最外带束层中的弯曲部在轮胎宽度方向上的宽度是该弯曲部所在的半部中的最外带束层在轮胎宽度方向上的宽度的40%。

作为发明例3和发明例5-10，制造了仅与发明例1的轮胎在上述比值d2/d1和d3/d2上不同的轮胎。

此外，作为发明例4和发明例11，制造了仅与发明例2的轮胎在最外带束层中的弯曲部在轮胎宽度方向上的宽度上不同的轮胎。

表1列出了这些轮胎的规格。

制造具有分别在图7和6中示出的结构的轮胎作为比较例1和比较例2。

不同于发明例1和发明例2的轮胎，在比较例1和比较例2的轮胎中，最外带束层并不在轮胎径向上向外弯曲。因此，最外增强层和胎面表面之间的间隔并不在接地边缘附近减小。在比较例1中，在最外带束层的宽度方向上的一个半部中，宽度方向上的外侧边缘并不在轮胎径向上向内延伸。

此外，制造了具有在图8中示出的结构的轮胎作为传统例。在传统例的轮胎中，最外带束层并不在径向上延伸。

表1列出了每个轮胎的规格。

在表1中，“弯曲部的宽度（%）”是指最外带束层中的弯曲部在轮胎宽度方向上的宽度与弯曲部所在的半部中的最外带束层在轮胎宽度方向上的宽度的比值。

比较例2的d2值是在轮胎宽度方向上的与发明例1测量d2的宽度方向上的位置相同的位置处测量的值。

表1

请注意，如在图中所示，每个轮胎除了最外带束层之外具有典型的传统结构。此外，每个轮胎的最外增强层为带束层。

如图所示，在发明例1-11和比较例1-2的轮胎中，胎面轮廓线和最外带束层之间的间隔在由轮胎赤道面CL分割而成的轮胎宽度方向上两个半部中的一个半部中是恒定的，且在另一个半部的一部分中沿着宽度方向变化。

对轮胎的耐不均匀磨损性进行如下评估。

耐不均匀磨损性

具有245/45ZR18尺寸的上述轮胎被安装于标准轮辋，且施加290kPa的内压。

然后6kN的负载被施加于每个轮胎，且当以3m/min的速度滚动轮胎时，测量胎面边缘处的摩擦能E1和胎面中央部的摩擦能E2。然后计算出比值E1/E2。

请注意，安装发明例、比较例和传统例的轮胎的车辆车轮被调整为具有负的外倾角。根据胎面观测装置，设置了2.7°的外倾角。

根据发明例和比较例的轮胎被安装于车辆，从而使得在最外带束层中，在径向上向外突出弯曲的部分和径向向内延伸的部分位于安装于车辆的轮胎的内侧。

表2列出了评估结果，在表2中，表示E1/E2的数值为传统例为100时的指数。值越大，耐不均匀磨损性越好。

表2

	耐不均匀磨损性
		发明例1	196
发明例2	167
		发明例3	167
发明例4	104
		发明例5	130
发明例6	146
		发明例7	200
发明例8	211
		发明例9	103
发明例10	118
		发明例11	109
比较例1	80
		比较例2	87
传统例	100

如表2所示，发明例1-11的轮胎都具有比传统例和比较例1-2的轮胎好的耐不均匀磨损性。

在发明例1中，最外增强层和胎面外轮廓线之间的轮胎径向上的间隔沿着轮胎的宽度方向从轮胎赤道面到弯曲部的顶部逐渐减小，且从弯曲部的顶部到最外带束边缘逐渐增加，且表2示出了发明例1具有比发明例2更好的耐不均匀磨损性。

接着，进行评估发明例9-10的磨损寿命的测试。

进行如下的磨损寿命评估。

磨损寿命

具有245/45ZR18尺寸的上述轮胎被安装于标准轮辋，且施加290kPa的内压。

然后6kN的负载被施加于每个轮胎，当以3m/min的速度滚动轮胎时，测量胎面边缘处的摩擦能E1。

计算轮胎宽度方向上最外的凹槽的深度与摩擦能E1的比值，以发明例9的轮胎的比值为100，以指数评估磨损寿命。指数越大，磨损寿命越长。

表3列出了评估结果。

表3

	磨损寿命
		发明例9	100
发明例10	135

表3示出了比值d2/d1得到优化的发明例10具有比发明例9更好的磨损寿命。

接着，对发明例7和8进行评估带束耐久性的测试。利用HSP耐久性测试评估带束耐久性。设置外倾角为2°，每20分钟将速度加速10km/h，且带束耐久性被评估为发生故障时的速度。

表4列出了评估结果。在表4中，带束耐久性表示为发明例8的值为100时的指数，值越大，性能越好。

表4

	带束耐久性
		发明例7	121
发明例8	100

表4示出了比值d3/d2得到优化的发明例7的轮胎具有比发明例8更好的带束耐久性。

此外，表2示出了最外带束层中的弯曲部的宽度得到优化的发明例2和11具有比发明例4更好的耐不均匀磨损性。

附图标记列表

1：胎面部

2：胎侧部

3：带束

4：胎圈部

5：胎体

6：增强层

7：胎面

Claims (4)

1.一种充气轮胎，其包括：一对胎圈部；在所述一对胎圈部之间环状地延伸的胎体；以及依次布置于所述胎体的胎冠部的径向外侧的多个增强层和胎面，其中

当所述轮胎被安装于标准轮辋且被施加5%的标准内压时，所述多个增强层中的位于轮胎径向最外侧的最外增强层的轮胎宽度方向上的至少一个半部包括弯曲部，所述弯曲部在轮胎径向上向外突出地弯曲，所述最外增强层从所述弯曲部的顶部到所述最外增强层的边缘在轮胎径向上向内延伸。

2.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，沿着轮胎宽度方向，所述最外增强层和所述胎面的外轮廓线之间的轮胎径向上的间隔从轮胎赤道面到所述弯曲部的顶部逐渐减小，且从所述弯曲部的顶部到最外带束边缘逐渐增加。

3.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，当所述轮胎被安装于标准轮辋、被施加标准内压且承受最大外加负载的80%的负载时，沿着轮胎接地区域的最大宽度的每个边缘被定义为接地边缘，

所述最外增强层和所述胎面的外轮廓线之间的轮胎径向上的间隔满足如下关系：

0.3≤d2/d1<1和

1<d3/d2≤1.5

其中，在轮胎赤道面处所述间隔为d1mm，在所述最外增强层的顶部处所述间隔为d2mm，在所述最外增强层的边缘处所述间隔为d3mm。

4.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述弯曲部在轮胎宽度方向上的宽度是包括所述弯曲部的轮胎宽度方向上的所述半部内的所述最外增强层在轮胎宽度方向上的宽度的15%至100%。

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