CN113543986A

CN113543986A - 充气轮胎

Info

Publication number: CN113543986A
Application number: CN202080019419.5A
Authority: CN
Inventors: 安藤宽太
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2019-10-08
Filing date: 2020-09-15
Publication date: 2021-10-22
Also published as: EP4043239A4; JP6992792B2; EP4043239A1; US20230070678A1; WO2021070582A1; JP2021059258A

Abstract

一种可以在确保轮胎接地形状稳定性的同时，谋求生产效率的提高，并且提高材料循环利用性的充气轮胎。在轮胎内腔面1H与轮胎接地面1S之间，具有由热塑性树脂形成的胎面增强构件4。在与轮胎赤道C平行的任意的基准线X上，胎面增强构件4的厚度中心点4P与轮胎内腔面1H之间在轮胎径向上的距离L1处于从轮胎内腔面1H至轮胎接地面1S之间在轮胎径向上的距离L0的50～95％的范围内。

Description

充气轮胎

技术领域

本发明涉及由热塑性树脂构成胎面增强构件的充气轮胎。

背景技术

传统的充气轮胎中，通过使用硫化橡胶和有机纤维或钢纤维等帘线材料，得以确保轮胎的基本特性。然而，硫化橡胶存在难以进行材料循环利用的问题。除此以外，帘线材料、特别是胎体帘线的使用，存在使制造工艺复杂、使制造成本增加的问题。

因此，在下述专利文献1中，有人提出了一种由热塑性树脂形成轮胎骨架部件的无胎体(carcassless)轮胎的方案。轮胎骨架部件具有：一对胎圈部、从一对胎圈部延伸出的一对胎侧部、连接一对胎侧部的胎冠部。此外，在胎冠部上配置有由硫化橡胶形成的胎面。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本专利第6138695号公报

发明内容

[发明所要解决的课题]

但是，上述提案的轮胎中，作为胎面增强构件，使用将钢帘线(steel cord)等增强帘线卷绕成螺旋状的帘线层。

因此，在制造轮胎时，需要在轮胎骨架部件的外周面上卷绕增强帘线的工序，存在生产效率下降的问题。此外，由于增强帘线中使用钢帘线等，因此存在不能充分提高材料循环利用性的问题。

本发明的课题是提供一种充气轮胎，以由热塑性树脂构成胎面增强构件、并且限定胎面增强构件的形成位置为基本，可以在确保轮胎接地形状稳定性的同时，谋取生产效率的提高，并且提高材料循环利用性。

[用于解决课题的手段]

本发明是一种充气轮胎，

所述充气轮胎包含配置在轮胎内腔面与轮胎接地面之间的胎面增强构件，

所述胎面增强构件由热塑性树脂形成，

在横跨所述胎面增强构件并且与轮胎赤道平行的任意的基准线上，

所述胎面增强构件的厚度中心点与所述轮胎内腔面之间在轮胎径向上的距离L1处于从所述轮胎内腔面至所述轮胎接地面之间在轮胎径向上的距离L0的50～95％的范围内。

本发明涉及的充气轮胎中，优选地，所述充气轮胎具有包含一对胎圈部、一对胎侧壁部、连接所述一对胎侧壁部的底胎面部的环状轮胎骨架部件，

所述底胎面部的轮胎径向内表面形成所述轮胎内腔面，在轮胎径向外表面上配设有所述胎面增强构件。

本发明涉及的充气轮胎中，优选地，所述轮胎骨架部件由相同或多种热塑性树脂形成。

本发明涉及的充气轮胎中，优选地，在所述胎面增强构件的轮胎径向外侧，具有形成所述轮胎接地面的胎面接地构件，所述胎面接地构件由硫化橡胶或热塑性树脂形成。

本发明涉及的充气轮胎中，优选地，形成所述胎面增强构件的热塑性树脂的拉伸弹性模量为1000MPa以上。

本发明涉及的充气轮胎中，优选地，形成所述轮胎骨架部件的热塑性树脂的拉伸弹性模量为30～200MPa以下。

本发明涉及的充气轮胎中，优选地，所述胎面增强构件在所述热塑性树脂内含有纤维状填料。

本发明涉及的充气轮胎中，优选地，所述填料沿轮胎周向取向。

[发明的效果]

本发明的充气轮胎中，胎面增强构件由热塑性树脂形成。由此，不需要卷绕增强帘线的工序等，可以在提高材料循环利用性的同时谋取生产效率的提高。

另外，由热塑性树脂形成胎面增强构件时，与使用钢帘线等增强帘线的情况相比，束缚力劣化，因此轮胎接地形状的稳定性降低，导致对行驶性能产生不利影响的倾向。对此，本发明中，将胎面增强构件的厚度中心点与轮胎内腔面之间在轮胎径向上的距离L1限定在从轮胎内腔面至轮胎接地面之间在轮胎径向上的距离L0的50～95％的范围内。即，将胎面增强构件配置在靠近轮胎接地面。

由此，在由热塑性树脂形成胎面增强构件的同时，可以确保轮胎接地形状的稳定性，降低对行驶性能的不良影响。

附图说明

[图1]显示本发明的充气轮胎的一个实施例的截面图。

[图2]放大显示胎圈部的截面图。

[图3]胎面部与胎面增强构件同时放大显示的截面图。

[图4](a)～(c)是显示充气轮胎的制造方法的概念图。

[附图标记]

1 充气轮胎

1H 轮胎内腔面

1S 轮胎接地面

2 轮胎骨架部件

3 胎面接地构件

4 胎面增强构件

4P 中心点

5 胎圈部

6 胎侧壁部

7 底胎面部

C 轮胎赤道

X 基准线

具体实施方式

以下详细说明本发明的实施方式。

如图1所示，本实施方式的充气轮胎1(以下有时简称为轮胎1)包含配置在轮胎内腔面1H与轮胎接地面1S之间的胎面增强构件4，该胎面增强构件4由热塑性树脂构成。

具体地，本例的轮胎1包括：具有轮胎内腔面1H的环状轮胎骨架部件2、具有轮胎接地面1S的胎面接地构件3、以及配置在该轮胎骨架部件2的底胎面部7和胎面接地构件3之间的胎面增强构件4。

在本例中，示出了充气轮胎1为乘用车用轮胎的情况。但是并不限定于此，例如可以用于自动二轮车用、轻型货车用、大型货车用等各种类别的轮胎。

轮胎骨架部件2包括：一对胎圈部5、从一对胎圈部5起向轮胎径向外侧延伸的一对胎侧壁部6、连接一对胎侧壁部6的底胎面部7。底胎面部7的轮胎径向内表面形成所述轮胎内腔面1H。

胎圈部5是在轮辋组装时与轮辋R嵌合的部位。胎侧壁部6是构成轮胎1的侧部的部位，其在向着轮胎轴向外侧呈凸出的圆弧状弯曲的同时、向轮胎径向外侧延伸。底胎面部7是支撑胎面接地构件3的部位，连接所述胎侧壁部6的轮胎径向外端部间。

轮胎骨架部件2由相同或多种热塑性树脂形成。轮胎骨架部件2由相同热塑性树脂形成是指，胎圈部5、胎侧壁部6和底胎面部7由相同的热塑性树脂构成。另外，由多种热塑性树脂构成是指，例如，胎圈部5、胎侧壁部6和底胎面部7由不同的热塑性树脂构成。

在本例中，一对胎侧壁部6和底胎面部7由第2热塑性树脂M2构成。此外，还示出了一对胎圈部5由第3热塑性树脂M3构成的情况。

换言之，轮胎骨架部件2包括由第2热塑性树脂M2形成的第1基体8A和由第3热塑性树脂M3形成的第2基体8B。而且，第1基体8A形成一对胎侧壁部6和底胎面部7。另外，第2基体8B形成一对胎圈部5。

如图2所示，从提高第1基体8A与第2基体8B之间的结合强度考虑，优选地，第1基体8A与第2基体8B之间的边界面K相对于轮胎轴向线倾斜。特别优选地，轮胎骨架部件2的外表面与边界面K之间的交点Po同轮胎骨架部件2的内表面与边界面K之间的交点Pi相比，位于更靠近轮胎径向的内侧。由此，由于减少第2基体8B的外表面的露出面积，因此有助于抑制伴随轮胎变形的裂纹等损伤。

优选地，交点Po与胎圈基线BL之间在轮胎径向上的高度hb处于轮辋边缘(rimflange)高度hf的1.0～3.0倍的范围内。低于1.0倍时，难以充分提高操纵稳定性。相反，超过3.0倍时，不仅会减小抑制裂纹等损伤的效果，还会对乘坐舒适性造成不利影响。轮辋边缘高度hf被定义为，轮辋边缘Rf的顶部与胎圈基线BL之间在轮胎径向上的高度。

在本例中，在所述第2基体8B内，配置有圆环状的胎圈芯10，以提高与轮辋R之间的嵌合力。作为胎圈芯10，可适当采用条带胎圈(tape bead)结构和单卷绕(single wind)结构。在条带胎圈(tape bead)结构中，将相互平行拉齐的胎圈线材(bead wire)排列体用橡胶或热塑性树脂材料贴胶(topping)而成的带状体、从径向内侧向外侧卷绕成涡旋状，由此形成胎圈芯10。在单卷绕(single wind)结构中，1根胎圈线材被连续卷绕成螺旋状且多列多段，由此形成胎圈芯10。作为胎圈线材，适宜采用钢帘线(steel cord)，但也可采用有机纤维帘线。此外，还可根据轮胎的类别等，去除胎圈芯10。

如图1所示，胎面增强构件4配置在底胎面部7的轮胎径向外表面上。另外，在胎面增强构件4的轮胎径向外侧，配置有胎面接地构件3。

胎面接地构件3是与路面接地的部位，轮胎径向外表面形成所述轮胎接地面1S。在轮胎接地面1S上，以各种花纹图案形成有用于提高湿性能的胎面沟9。

胎面接地构件3可以由硫化橡胶或热塑性树脂形成。但是，基于提高材料循环利用性的观点，优选由热塑性树脂形成胎面接地构件3。

胎面接地构件3中使用热塑性树脂的情况下，基于提高对路面的跟随性、提高抓地的观点，优选地，由第1热塑性树脂M1构成胎面接地构件3，该第1热塑性树脂M1的拉伸弹性模量E1小于第2、第3热塑性树脂M2、M3各自的拉伸弹性模量E2、E3。

拉伸弹性模量E2、E3优选在30～200MPa的范围内，低于30Mpa时，轮胎骨架部件2自身的刚性不充分，难以确保操纵稳定性。相反，超过200MPa时，轮胎的纵刚性会过大，导致乘坐舒适性下降。另外，基于兼顾操纵稳定性和乘坐舒适性的观点，进一步优选E2<E3。拉伸弹性模量是依照JIS K7161的“塑料-拉伸特性的求法”中记载的试验方法测定的值。

如图3所示，胎面增强构件4由热塑性树脂形成，在本例中，形成为由第4热塑性树脂M4形成的树脂增强层15，该第4热塑性树脂M4与第1至第3热塑性树脂M1～M3不同。

第4热塑性树脂M4的拉伸弹性模量E4大于上述拉伸弹性模量E1～E3。在胎面增强构件4中，通过箍效应(タガ効果)束缚底胎面部7，谋求轮胎的接地形状的稳定化。因此，第4热塑性树脂M4的拉伸弹性模量E4优选为1000MPa以上，进一步优选为2000MPa以上。另外，基于抑制损伤的观点，第4热塑性树脂M4的拉伸强度优选为200MPa以上。

此外，为了提高由胎面增强构件4产生的箍效应，优选在第4热塑性树脂M4内包含纤维状的填料，另外，进一步优选地，使填料沿轮胎周向取向。

作为适宜的填料，可举出碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、纤维素纳米纤维(CNF)、纤维素纳米晶体(CNC)等，这些可单独或组合使用。

使用此种第4热塑性树脂M4时，与使用钢帘线等增强帘线形成胎面增强构件的情况相比，轮胎接地形状的稳定性会降低，导致对行驶性能产生不良影响的倾向。

因此，将胎面增强构件4配置为靠近轮胎接地面1S。具体地，如图3所示，在横跨胎面增强构件4、与轮胎赤道C平行延伸的任意的基准线X上，满足以下条件。

即，在所述基准线X上，胎面增强构件4的厚度中心点4P与轮胎内腔面1H之间在轮胎径向上的距离L1处于从轮胎内腔面1H至轮胎接地面1S之间在轮胎径向上的距离L0的50～95％的范围内。

通过此种结构，底胎面部7的厚度增加，并且将该底胎面部7束缚在接近轮胎接地面1S的位置。由此，可以确保轮胎接地形状的稳定性，维持高的行驶性能，特别是操纵稳定性。另外，距离L1低于距离L0的50％时，不能充分发挥确保接地形状稳定性的效果。相反，超过95％时，难以形成胎面沟9并难以确保磨损寿命。基于此种观点，距离L1的下限优选为距离L0的55％以上，另外，上限优选为70％以下。

另外，优选地，从轮胎赤道C向轮胎轴向外侧，L1/L0的比值逐渐增加。

本申请中，“热塑性树脂”包括热塑性弹性体。“热塑性树脂”是指，材料随着温度上升而软化、流动、冷却后成为较硬且具有强度的状态的高分子化合物。“热塑性弹性体”具有下述特征：材料随着温度上升而软化、流动、冷却后成为较硬且具有强度的状态，且具有橡胶状弹性。

考虑到行驶时所需的弹性、制造时的成形性等，在轮胎骨架部件2和胎面接地构件3中适宜使用热塑性弹性体，在胎面增强构件4中适宜使用不具有橡胶状弹性的热塑性树脂。

作为热塑性弹性体，可举出聚酰胺系热塑性弹性体、聚酯系热塑性弹性体、聚氨酯系热塑性弹性体、聚苯乙烯系热塑性弹性体、聚烯烃系热塑性弹性体，这些可单独或组合使用。

接着，显示实施方式的轮胎1的制造方法的一例。如图4(a)～(c)中概念性所示，本例的制造方法包括：

·形成将底胎面部7、胎面增强构件4与胎面接地构件3一体化而得的第1轮胎基部1A的工序S1，

·形成将胎侧壁部6、胎圈部5与胎圈芯10一体化而得的一对第2轮胎基部1B的工序S2，

·将第1轮胎基部1A与第2轮胎基部1B接合、形成轮胎1的工序S3。

在工序S1中，向型腔(cavity)内射出第1热塑性树脂M1、第2热塑性树脂M2、第4热塑性树脂M4，进行复合成形，由此形成第1轮胎基部1A。

在工序S2中，预先形成胎圈芯10后，向设置有该胎圈芯10的型腔内射出第2热塑性树脂M2和第3热塑性树脂M3，进行复合成形，由此形成第2轮胎基部1B。

在工序S3中，通过热熔融或使用粘合剂，将第1轮胎基部1A和第2轮胎基部1B接合。作为粘合剂，可适宜使用例如，东亚合成株式会社制造的Aronalpha EXTRA 2000(注册商标)或Henkel Japan株式会社制造的LOCTITE 401J(注册商标)等。

以上详述了本发明特别优选的实施方式，但是本发明不限定于图示的实施方式，可以变形为各种方式而实施。

实施例

为了确认本发明的效果，进行具有图1所示结构的乘用车用轮胎(195/65R15)根据表1的规格试制时的接地宽度和生产性的估计。

在比较例1中，除了胎面增强构件是将钢帘线螺旋状卷绕而得的帘线增强层之外，其余实质上与实施例为相同的结构。在比较例和实施例中，在内压空气填充前，轮胎截面的轮廓形状彼此相同。另外，在实施例中，在胎面增强构件中添加有由玻璃纤维形成的填料。

<接地宽度>

通过基于有限元法(Finite Element Method)的模拟，计算在正规轮辋(15×6JJ)、正规内压(230kPa)、正规载荷(3.43kN)的条件下、将轮胎与路面垂直接地时的接地面的轮胎轴向上的宽度(接地宽度)。结果以比较例1为10的指数进行表示。数值越大，则接地形状的稳定性越优异。

<生产性>

轮胎的生产性以比较例1为10的指数进行表示。数值越大，则生产性越优异。

[表1]

表1中使用的热塑性树脂如表2所示。

[表2]

如表1所示，可以确认实施例能够在确保接地形状稳定性的同时提高生产效率。此外，通过用热塑性树脂形成胎面增强构件，还可以有助于提高材料循环利用性。

Claims

1.一种充气轮胎，其特征在于，

包含配置在轮胎内腔面与轮胎接地面之间的胎面增强构件，

所述胎面增强构件由热塑性树脂形成，

2.根据权利要求1所述的充气轮胎，其中，充气轮胎具有包含一对胎圈部、一对胎侧壁部、连接所述一对胎侧壁部的底胎面部的环状轮胎骨架部件，

3.根据权利要求1或2所述的充气轮胎，其中，所述轮胎骨架部件由相同或多种热塑性树脂形成。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的充气轮胎，其中，在所述胎面增强构件的轮胎径向外侧，具有形成所述轮胎接地面的胎面接地构件，

所述胎面接地构件由硫化橡胶或热塑性树脂形成。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的充气轮胎，其中，形成所述胎面增强构件的热塑性树脂的拉伸弹性模量为1000MPa以上。

6.根据权利要求3～5中任一项所述的充气轮胎，其中，形成所述轮胎骨架部件的热塑性树脂的拉伸弹性模量为30～200MPa以下。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的充气轮胎，其中，所述胎面增强构件在所述热塑性树脂内含有纤维状填料。

8.根据权利要求7所述的充气轮胎，其中，所述填料沿轮胎周向取向。