CN117881552A - 充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种充气轮胎，该充气轮胎具备由有机纤维帘线构成的带束增强层，并且能够在维持耐久性的同时提高通常行驶时及环形路线行驶时的驾驶稳定性。配置于胎面部上胎体层的外周侧的两层带束层(7)由裸线径为0.30mm以上且0.45mm以下的单线钢丝构成，配置于带束层(7)的外周侧的带束增强层(8)由有机纤维帘线构成，该有机纤维帘线由聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维构成并且2.0cN/dtex负载时的中间伸长率为2.0％～4.0％，带束增强层(8)的轮胎宽度方向的终端(Ec)配置于内侧带束层(7A)的轮胎宽度方向的终端(Eb1)与外侧带束层(7B)的轮胎宽度方向的终端(Eb2)之间。

Description

充气轮胎
技术领域
本发明涉及一种具备由有机纤维帘线构成的带束增强层的充气轮胎，更详细而言，涉及一种能够在维持耐久性的同时提高通常行驶时及环形路线行驶时的驾驶稳定性的充气轮胎。
背景技术
在充气轮胎中，在一对胎圈部之间架设有胎体层，在胎面部的胎体层的外周侧配置有多层带束层，进一步地，在带束层的外周侧配置有包含沿轮胎周向呈螺旋状卷绕的多根有机纤维帘线的带束增强层。此种带束增强层抑制高速行驶时的带束端部的翘起，因此有助于高速耐久性的改善。
作为在此种带束增强层中使用的有机纤维帘线，虽然主流使用的是尼龙纤维帘线，但仍提议了使用与尼龙纤维帘线相比弹性较高且廉价的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维帘线(以下，称为PET纤维帘线)(例如，参照专利文献1)。然而，PET纤维帘线的弹性模量(刚性)具有温度依赖性，在环形路线行驶那样的超高速行驶时，有可能会降低弹性模量(刚性)而降低驾驶稳定性。因此，具备由PET纤维帘线构成的带束增强层的充气轮胎要求提高耐久性、通常行驶时及环形路线行驶时的驾驶稳定性的对策。
并且，具备多层带束层和由PET纤维帘线构成的带束增强层的充气轮胎存在如下问题：在位于轮胎径向最内侧的带束层的轮胎宽度方向的端部，行驶时的潜在应变较大，从而在带束层与带束增强层之间容易发生分离。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2001-63312号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的在于提供一种充气轮胎，该充气轮胎具备由有机纤维帘线构成的带束增强层，并且能够在维持耐久性的同时提高通常行驶时及环形路线行驶时的驾驶稳定性。
解决问题的技术手段
用于达成上述目的的本发明的充气轮胎具备沿轮胎周向延伸而呈环状的胎面部、配置于该胎面部的两侧的一对侧壁部、以及配置于这些侧壁部的轮胎径向内侧的一对胎圈部，在所述一对胎圈部之间架设有胎体层，且具有配置于所述胎面部上的所述胎体层的外周侧的两层带束层和配置于所述带束层的外周侧的带束增强层，其特征在于，构成所述带束层的带束帘线是裸线径为0.30mm以上且0.45mm以下的单线钢丝，构成所述带束增强层的带束增强帘线是由聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维构成的有机纤维帘线，所述带束增强帘线在2.0cN/dtex负载时的中间伸长率为2.0％～4.0％，所述带束增强层的轮胎宽度方向的终端配置于所述带束层中位于轮胎径向内侧的内侧带束层的轮胎宽度方向的终端与所述带束层中位于轮胎径向外侧的外侧带束层的轮胎宽度方向的终端之间。
发明效果
本发明人发现，在充气轮胎中，通过采用由具有规定裸线径的单线钢丝构成的带束层和由高刚性的有机纤维帘线构成的带束增强层，能够在维持耐久性的同时提高通常行驶时及环形路线行驶时的驾驶稳定性，进一步了解到，通过对其带束增强层的轮胎宽度方向的终端位置进行设计，能够提高上述轮胎性能的改善效果，从而完成了本发明。
即，如上所述，在本发明中，带束增强层中使用由2.0cN/dtex负载时的伸长率为2.0％～4.0％且刚性较高的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维(PET纤维)构成的有机纤维帘线，因此能够提高通常行驶时的驾驶稳定性。另外，通过该带束增强层能够有效地抑制高速行驶时的带束端部的翘起，因此也能够提高高速耐久性。另一方面，由于带束层中使用单线钢丝，因此能够抑制带束帘线的伸长，并且能够使带束层变薄，因此即使在环形路线行驶那样的超高速行驶时也能够抑制发热。因此，能够防止带束增强层(PET纤维帘线)的弹性模量(刚性)的降低，从而能够良好地确保超高速行驶时的驾驶稳定性。进一步地，通过使带束增强层的轮胎宽度方向的终端配置于位于带束层的轮胎径向内侧的内侧带束层的轮胎宽度方向的终端与位于带束层的轮胎径向外侧的外侧带束层的轮胎宽度方向的终端之间，能够抑制外侧带束层的轮胎宽度方向的端部处的应力集中，同时能够抑制带束增强层与内侧带束层之间的剪切应力，因此能够改善针对带束边缘分离的耐久性。
在本发明的充气轮胎中，带束增强层的轮胎宽度方向的两终端之间的宽度Wc、内侧带束层的轮胎宽度方向的两终端之间的宽度Wb1和外侧带束层的轮胎宽度方向的两终端之间的宽度Wb2优选为满足0.20≤(Wc-Wb2)/(Wb1-Wb2)≤0.80的关系，更优选为满足0.40≤(Wc-Wb2)/(Wb1-Wb2)≤0.60的关系。由此，能够抑制外侧带束层的轮胎宽度方向的端部处的应力集中，同时能够抑制带束增强层与内侧带束层之间的剪切应力，因此能够更有效地防止带束边缘分离。
附图说明
图1是示出由本发明的实施方式构成的充气径向轮胎的子午线剖面图。
图2是示意性地示出带束层(单线钢丝)的配置的说明图。
图3是示意性地示出带束层和带束增强层的各终端的配置的说明图。
具体实施方式
以下，参考附图，对本发明的构成详细地进行说明。
如图1所示，本发明的充气轮胎具备：胎面部1、配置于该胎面部1的两侧的一对侧壁部2、以及配置于侧壁部2的轮胎径向内侧的一对胎圈部3。在图1中，附图标记CL表示轮胎赤道。图1是子午线剖面图，因此虽未显示，但胎面部1、侧壁部2以及胎圈部3分别沿轮胎周向延伸而形成环状，由此构成充气轮胎的圆环形的基本结构。以下，使用图1所作的说明基本上是基于图示的子午线剖面形状，但各轮胎构成构件均沿轮胎周向延伸而形成环状。
在图示的示例中，于胎面部1的外表面形成有多条(图示示例中为4条)沿轮胎周向延伸的主槽，但主槽的条数并不特别限定。此外，除了主槽以外，还可以形成包括沿轮胎宽度方向延伸的横纹槽的各种槽、刀槽花纹。
左右一对胎圈部3之间架设有包含沿轮胎径向延伸的多条增强帘线的至少一层(在图示的例子中为一层)胎体层4。各胎圈部3中埋设有胎圈芯5，在该胎圈芯5的外周上配置有截面大致呈三角形的胎边芯6。胎体层4围绕胎圈芯5从轮胎宽度方向内侧向外侧折回。由此，胎圈芯5和胎边芯6被胎体层4的主体部(从胎面部1经由各侧壁部2到各胎圈部3的部分)和折回部(各胎圈部3中围绕胎圈芯5折回并向各侧壁部的两侧延伸的部分)包裹。
另一方面，在胎面部1上的胎体层4的外周侧埋设有两层带束层7。即，带束层7由位于轮胎径向内侧的内侧带束层7A和位于轮胎径向外侧的外侧带束层7B构成。内侧带束层7A的宽度大于外侧带束层7B的宽度。各带束层7被配置为包含相对于轮胎周向倾斜的多条带束帘线7c，并且带束帘线7c在层间相互交叉。在这些带束层7中，带束帘线7c相对于轮胎周向的倾斜角度例如被设定在10°～40°的范围内。
为了提高高速耐久性及降低道路噪音，在带束层7的外周侧设有带束增强层8。带束增强层8包含沿轮胎周向取向的带束增强帘线。在带束增强层8中，带束加强帘线相对于轮胎周向的角度例如被设定为0°～5°。在本发明中，带束增强层8必须包含覆盖整个构成带束层7的外侧带束层7B的全覆盖层。可选地，带束增强层8还可以局部覆盖该全覆盖层的轮胎宽度方向的两端部的方式制成包含一对边缘覆盖层的构成。带束增强层8通过将至少一根带束增强帘线对齐并用涂层橡胶覆盖的带材沿着轮胎周向呈螺旋状卷绕而构成为好，特别理想的是制成无接缝结构。
由于本发明涉及构成上述带束层7的带束帘线和构成带束增强层8的带束增强帘线，因此轮胎整体的基本结构不限于上述结构。
在本发明中，如图2(a)和图2(b)所示，构成带束层7的带束帘线7c不是由捻合多根裸线而成的加捻帘线构成，而是由钢制单线钢丝构成。该单线钢丝的裸线径为0.30mm以上，优选为0.32mm以上。如此，通过在带束层7中使用单线钢丝，能够抑制带束帘线7c的伸长，并且能够使带束层7变薄，因此即使在环形路线行驶那样的超高速行驶时也能够抑制发热。需要说明的是，从使带束层7变薄的观点而言，单线钢丝的裸线径为0.45mm以下，优选为0.40mm以下为好。
在由单线钢丝构成带束层7时，可如图2(a)所示般间隔一根来排列单根钢丝，也可如图2(b)所示般将多根(在图中为两根)单线钢丝对齐，并间隔对齐的多根数量来进行排列。此时，单线钢丝彼此之间的间隔(各对齐的多根之间的间隔)优选为设定为例如0.30mm～1.80mm。
关于单线钢丝，只要满足上述裸线径便不对具体结构进行特别限定。例如，可以采用绕钢丝轴施加扭转而成的单线钢丝(扭转单线)、截面为扁平形状的单线钢丝(扁平单线)、成形为螺旋状的单线钢丝(螺旋单线)、成形为平面波形状的单线钢丝(二维波纹单线)等可用于充气轮胎的各种单线钢丝。
如果将单线钢丝的单位质量(g/m)与在与单线钢丝的长度方向正交的方向上每50mm宽度的单线钢丝的疏密程度(根/50mm)的乘积定义为钢丝量，则该钢丝量优选为在50～280的范围内为好。由此，带束层7的结构变得良好，因此有利于在维持耐久性的同时提高驾驶稳定性。如果钢丝量小于50，则单线钢丝在带束层7中所占的比例降低，因此有可能降低驾驶稳定性。如果金属线量超过280，则有可能发生带束边缘分离。
在本发明中，作为构成带束增强层8的带束增强帘线，使用2.0cN/dtex负载时的伸长率为2.0％～4.0、优选为2.6％～3.4％的聚酯纤维帘线。作为聚酯纤维，可以举例示出聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维(PET纤维)。需要说明的是，在本发明中，2.0cN/dtex负载时的伸长率是依据JIS-L1017的“化纤轮胎帘线试验方法”，在夹持间隔250mm、拉伸速度300±20mm/分钟的条件下实施拉伸试验，并在2.0cN/dtex负载时所测得的样品帘线的伸长率(％)。
在上述充气轮胎中，如图3所示，带束增强层8的轮胎宽度方向的终端Ec配置于轮胎赤道CL的两侧且内侧带束层7A的轮胎宽度方向的终端Eb1与外侧带束层7B的轮胎宽度方向的终端Eb2之间。即，带束增强层8的轮胎宽度方向的终端Ec被配置为从外侧带束层7B的终端Eb2向轮胎宽度方向外侧突出，并且被配置于不到达内侧带束层7A的端末Eb1而在较该终端更靠轮胎宽度方向内侧的位置处。此时，内侧带束层7A的两终端Eb1之间的宽度Wb1最宽，带束增强层8的两终端Ec之间的宽度Wc第二宽，外侧带束层7B的两终端Eb2之间的宽度Wb2最窄。带束增强层8的终端Ec特别优选为配置在轮胎赤道CL的两侧且内侧带束层7A的终端Eb1与外侧带束层7B的终端Eb2的中间位置的近旁。需要说明的是，从外侧带束层7B的终端Eb2向轮胎宽度方向外侧突出的带束增强层8的突出部沿轮胎径向弯曲并与内侧带束层7A邻接。
如此，通过将由特定裸线径的单线钢丝构成的带束层7和由具有特定物性的有机纤维帘线构成的带束增强层8组合使用，本发明的充气轮胎能够在维持耐久性的同时提高通常行驶时及环形路线行驶时的驾驶稳定性。即，通过在带束增强层8中使用具有上述物性且具有较高刚性的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维(PET纤维)，能够提高通常行驶时的驾驶稳定性。另外，通过该带束增强层8能够有效地抑制高速行驶时的带束端部的翘起，因此也能够提高高速耐久性。另一方面，通过在带束层7中使用上述单线钢丝，能够抑制带束帘线7c的伸长，并且使带束层7变薄，因此即使在环形路线行驶那样的超高速行驶时也能够抑制发热。因此，能够防止带束增强层8(PET纤维帘线)的弹性模量(刚性)的降低，从而能够良好地确保超高速行驶时的驾驶稳定性。进一步地，通过将带束增强层8的终端Ec配置于内侧带束层7A的终端Eb1与外侧带束层7B的终端Eb2之间，能够抑制外侧带束层7B的轮胎宽度方向的端部处的应力集中，并且能够抑制带束增强层8与内侧带束层7A之间的剪切应力，因此能够改善针对带束边缘分离的耐久性。
此时，如果使用加捻帘线而非单线钢丝来作为构成带束层7的带束帘线，则有可能使带束帘线发生因加捻结构所引起的伸长，而且无法实现带束层7的薄化，因此无法获得上述效果。如果单线钢丝的裸线径小于0.30mm，则单线钢丝过细而无法充分确保钢丝自身的耐久性，从而有降低驾驶稳定性的倾向。如果单线钢丝的裸线径超过0.45mm，则与使用传统的加捻帘线的情形相比，无法使带束层7变得足够薄，并且容易发生分离。另外，如果构成带束增强层8的有机纤维帘线在2.0cN/dtex负载时的伸长率小于2.0％，则刚性过高，因此在带束层7与带束增强层8之间剪切应力增大，抗分离耐久性降低。如果构成带束增强层8的有机纤维帘线在2.0cN/dtex负载时的伸长率超过4.0％，则带束增强层8的刚性降低，难以获得良好的驾驶稳定性。
另外，如果带束增强层8的终端Ec位于较内侧带束层7A的终端Eb1更靠轮胎宽度方向外侧之位置处，则在带束增强层8与内侧带束层7A之间会产生剪切应力，容易发生分离。另一方面，如果带束增强层8的终端Ec位于较外侧带束层7B的终端Eb2更靠轮胎宽度方向内侧之位置处，则应力会集中在外侧带束层7B的轮胎宽度方向的端部，从而在内侧带束层7A与外侧带束层7B的层间容易发生分离。
在上述充气轮胎中，带束增强层8的宽度Wc、内侧带束层7A的宽度Wb1和外侧带束层7B的宽度Wb2优选为满足0.20≤(Wc-Wb2)/(Wb1-Wb2)≤0.80的关系，更优选为满足0.40≤(Wc-Wb2)/(Wb1-Wb2)≤0.60的关系。由上述关系式得出的计算值越接近零，意味着带束增强层8的终端Ec越接近外侧带束层7B的终端Eb2，由上述关系式得出的计算值越接近1.0，意味着带束增强层8的终端Ec越接近内侧带束层7A的终端Eb1。通过将带束增强层8、内侧带束层7A和外侧带束层7B设定为满足上述关系，能够抑制外侧带束层7B的轮胎宽度方向的端部处的应力集中，同时能够抑制带束增强层8与内侧带束层7A之间的剪切应力，因此能够更有效地防止带束边缘分离。
需要说明的是，内侧带束层7A的轮胎宽度方向的两终端Eb1之间的宽度Wb1、外侧带束层7B的轮胎宽度方向的两终端Eb2之间的宽度Wb2以及带束增强层8的轮胎宽度方向的两终端Ec之间的宽度Wc是将轮胎的胎面部剥离并将轮胎的周长等分为三部分的3个位置处分别测得的各部件的宽度[mm]的平均值。
此处，当带束增强层8的终端Ec接近内侧带束层7A的终端Eb1时，即，由上述关系式算出的计算值大于0.80时，在带束增强层8与内侧带束层7A之间会产生剪切应力，从而有发生分离的倾向。另一方面，当带束增强层8的终端Ec接近外侧带束层7B的终端Eb2时，即，由上述关系式算出的计算值小于0.20时，应力会集中在外侧带束层7B的轮胎宽度方向的端部，从而于内侧带束层7A与外侧带束层7B的层间有发生分离的倾向。
为了获得具有如上所述的物性的带束增强帘线(PET纤维帘线)，例如优化浸渍处理为好。即，优选为在压延工序之前，对带束增强帘线(PET纤维帘线)进行粘接剂浸渍处理，但在二浴处理后的标准化工序中，将环境温度设定在210℃～250℃的范围内，将帘线张力设定在2.2×10-2N/tex～6.7×10-2N/tex的范围内。由此，能够对带束增强帘线(PET纤维帘线)赋予如上所述的所需的物性。如果标准化工序中的帘线张力小于2.2×10-2N/tex，则帘线弹性模量降低，驾驶稳定性降低，相反，如果大于6.7×10-2N/tex，则帘线弹性模量提高，从而容易发生分离。
虽示出了在上述充气轮胎中带束增强层8为单层的示例，但本发明并不限定于此，带束增强层8也可由多层构成。此时，针对覆盖整个外侧带束层7B的带束增强层8中具有最大宽度的层，应对该层的轮胎宽度方向的端部Ec适用上述之本发明的结构。
实施例
制作传统例1、比较例1至4以及实施例1至4的轮胎，这些轮胎的轮胎尺寸为235/40R18，具有图1例示的基本结构，并且将构成带束层的带束帘线的结构、裸线径(帘线直径)、构成带束增强层的有机纤维帘线中所用的有机纤维的种类、有机纤维帘线在2.0cN/dtex负载时的伸长率、带束层与带束增强层的宽度的关系如表1那样进行不同的设计。
在任一示例中，带束增强层具有无接缝结构，该无接缝结构是将一根有机纤维帘线(尼龙66纤维帘线或PET纤维帘线)对齐并用涂层橡胶覆盖而成的带材沿轮胎周向呈螺旋状卷绕而成。带材中的帘线植入密度为50根/50mm。另外，关于有机纤维帘线(尼龙66纤维帘线或PET纤维帘线)，在传统例1中具有1400dtex/2的结构，在其他示例中具有1100dtex/2的结构。另外，在比较例1至4和实施例1至4中，带束层的宽度(Wb1、Wb2)相同，但带束增强层的宽度(Wc)不同。
在表1的“有机纤维的种类”栏中，将为尼龙66纤维帘线的情形表示为“N66”，将为PET纤维帘线的情形表示为“PET”。另外，在表1的“带束层与带束增强层的宽度的关系”栏中，示出了通过公式(Wc-Wb2)/(Wb1-Wb2)得出的计算值。该比较例1的计算值(1.10)意味着带束增强层的终端位置较内侧带束层的终端位置更靠轮胎宽度方向外侧处，比较例2的计算值(-0.10)意味着带束增强层的终端位置较外侧带束层的终端位置更靠轮胎宽度方向内侧处。
针对这些试验轮胎，通过下述评估方法对通常行驶时的驾驶稳定性、环形路线行驶时的驾驶稳定性、轮胎耐久性进行评估，并将其结果整合示于表1中。
驾驶稳定性(通常行驶时、环形路线行驶时)：
将各试验轮胎组装在轮辋尺寸为18×8J的车轮上，并安装在试验车辆上(排量3000cc)，将气压设定为230kPa，并在速度30km/h～100km/h(通常行驶时)和速度100km/h～270km/h(环形路线行驶时)这两种条件下，由五名测试驾驶员在由摊铺路构成的测试跑道上对驾驶稳定性进行感官评价。评估结果分别采用将传统例1的结果设为3分(参考)的5分制进行评分，并示出5名测试驾驶员的平均评分。该评分越大，意味着高速行驶时的驾驶稳定性越优异。
轮胎耐久性：
将各试验轮胎组装在轮辋尺寸为18×8J的车轮上，于230kPa的内压下封入氧气，并将其保留在室温保持为60℃的腔室内2周，然后释放内部的氧气，于160kPa的内压下填充空气。使用转鼓表面平滑、直径为1707mm的钢制转鼓试验机，将该预处理后的试验轮胎在环境温度38±3℃、行驶速度50km/hr、侧偏角0±3°、最大载荷70±40％变化的条件下，以0.083Hz的方波改变载荷和侧偏角，行驶100小时、5000km。行驶后，将轮胎切开，测定带束宽度方向端部向宽度方向的分离长度[mm]。使用测定值的倒数，以将传统例1设为100的指数来表示评价结果。该指数值越大，意味着分离长度越小，对带束边缘分离的耐久性越优异。
[表1]
由表1可判断出，与作为参考的传统例1相比，实施例1至4的轮胎在维持轮胎耐久性的同时提高通常行驶时的驾驶稳定性及环形路线行驶时的驾驶稳定性，使这些性能高度兼顾。
另一方面，在比较例1中，带束增强层的终端位置较内侧带束层的终端位置更靠轮胎宽度方向外侧处，因此在带束增强层与内侧带束层之间会产生剪切应力，从而发生分离，由此导致轮胎耐久性降低。在比较例2中，带束增强层的终端位置较外侧带束层的终端位置更靠轮胎宽度方向内侧处，因此应力会集中在外侧带束层的轮胎宽度方向的端部，从而在内侧带束层与外侧带束层的层间发生分离，由此导致轮胎耐久性降低。比较例3中，2.0cN/dtex负载时的伸长率较小，带束增强层的刚性过高，因此在带束层与带束增强层之间会发生分离，导致轮胎耐久性降低。比较例4中，2.0cN/dtex负载时的伸长率较大，带束增强层的刚性过低，因此使得通常行驶时的驾驶稳定性及环形路线行驶时的驾驶稳定性降低。
符号说明
1：胎面部
2：侧壁部
3：胎圈部
4：胎体层
5：胎圈芯
6：胎边芯
7：带束层
7A：内侧带束层
7B：外侧带束层
7c：带束帘线
8：带束增强层
CL：轮胎赤道
E：终端
W：宽度

Claims (3)

1.一种充气轮胎，所述充气轮胎具备沿轮胎周向延伸而呈环状的胎面部、配置于所述胎面部的两侧的一对侧壁部、以及配置于这些侧壁部的轮胎径向内侧的一对胎圈部，在所述一对胎圈部之间架设有胎体层，且具有配置于所述胎面部上的所述胎体层的外周侧的两层带束层和配置于所述带束层的外周侧的带束增强层，其特征在于，构成所述带束层的带束帘线是裸线径为0.30mm以上且0.45mm以下的单线钢丝，构成所述带束增强层的带束增强帘线是由聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维构成的有机纤维帘线，所述带束增强帘线在2.0cN/dtex负载时的中间伸长率为2.0％～4.0％，所述带束增强层的轮胎宽度方向的终端配置于所述带束层中位于轮胎径向内侧的内侧带束层的轮胎宽度方向的终端与所述带束层中位于轮胎径向外侧的外侧带束层的轮胎宽度方向的终端之间。
2.根据权利要求1中所述的充气轮胎，其特征在于，所述带束增强层的轮胎宽度方向的两终端之间的宽度Wc、所述内侧带束层的轮胎宽度方向的两终端之间的宽度Wb1和所述外侧带束层的轮胎宽度方向的两终端之间的宽度Wb2满足0.20≤(Wc-Wb2)/(Wb1-Wb2)≤0.80的关系。
3.根据权利要求1中所述的充气轮胎，其特征在于，所述带束增强层的轮胎宽度方向的两终端之间的宽度Wc、所述内侧带束层的轮胎宽度方向的两终端之间的宽度Wb1和所述外侧带束层的轮胎宽度方向的两终端之间的宽度Wb2满足0.40≤(Wc-Wb2)/(Wb1-Wb2)≤0.60的关系。
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