CN1418781A

CN1418781A - 充气子午轮胎

Info

Publication number: CN1418781A
Application number: CN02149969A
Authority: CN
Inventors: 南伸明; 松本忠雄
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2001-11-08
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2003-05-21
Anticipated expiration: 2022-11-08
Also published as: DE60210191D1; DE60210191T2; US20030116250A1; EP1310385B1; US20060231186A1; EP1310385A3; EP1310385A2; CN100398343C

Abstract

一种充气子午轮胎，在轮胎的胎圈部设有一个短纤维加强橡胶层，沿着一个三角胶条橡胶的侧面并从胎圈芯至比三角胶条橡胶的半径方向外端更低的高度位置延伸。该短纤维加强橡胶层由对橡胶100重量部配合有短纤维10～30重量部后的短纤维构成，且使该短纤维向轮胎周向进行定向。

Description

充气子午轮胎

技术领域

本发明涉及在三角胶条橡胶的侧面上通过配设短纤维加强橡胶层而使耐久性和乘坐舒适性不会恶化并提高操纵稳定性的充气子午轮胎。

背景技术

近年来，随着汽车的高输出功率化及高性能化，对轮胎也强烈要求高的乘坐舒适性及提高操纵稳定性。

另一方面，在充气子午轮胎中，已经知道通过增加轮胎横刚性而能提高操纵稳定性。因此，以往，将使用钢丝绳及有机纤维绳的绳加强层设置在从胎圈部至胎侧部，可提高胎侧面的弯曲刚性。

但是，这样的绳加强层的使用，会伴随有轮胎纵刚性的增加，从而导致乘坐舒适性的恶化。再者绳加强层，容易使应力集中于其端部。尤其对于将轮胎扁平率减至55％以下、而谋求增大接地宽度及接地面积的高性能轮胎，在采用上述绳加强层的场合，由于胎侧部的柔软区域变窄而应力集中变得显著，就有进一步损害耐久性的倾向。

这里，本发明者着眼于左右操纵稳定性的，不仅有轮胎横刚性，回转方向的扭转刚性(即周向刚性)也有很大的影响这一事实，作出下列提案，即通过将短纤维沿轮胎周向定向，将既维持较低的轮胎半径方向的复弹性模数又大幅加强周向的复弹性模数的短纤维加强橡胶层，沿三角胶条橡胶的侧面进行配置而不使其突出。并且，研究判明了由此可有效地提高轮胎的扭转刚性，提高操纵稳定性，并能将轮胎纵刚性维持得较低。

也就是说，本发明的目的在于，将使短纤维向轮胎周向定向的短纤维加强橡胶层沿三角胶条橡胶的侧面进行配置作为基本，提供耐久性及乘坐舒适性不会恶化并使操纵稳定性提高的充气子午轮胎。

发明内容

本申请权利要求1的发明，是一种充气子午轮胎，具有：从胎面部经过胎侧部至胎圈部的胎圈芯的胎体、从上述胎圈芯的半径方向外面向轮胎半径方向外方延伸成前细状的三角胶条橡胶，其特征在于，

在胎面部上，配设有沿上述三角胶条橡胶的侧面、并从上述胎圈芯至比三角胶条橡胶的半径方向外方端更向内方的高度位置在半径方向延伸的短纤维加强橡胶层，并且，上述短纤维加强橡胶层，由对于橡胶100重量部配合有短纤维10～30重量部后的短纤维构成，且使其短纤维向轮胎周向进行定向。

如上所述的本发明，由于沿三角胶条橡胶的侧面配设了使短纤维向轮胎周向进行定向的短纤维加强橡胶层，故能不使耐久性和乘坐舒适性恶化而提高操纵稳定性。

附图说明

图1是表示本发明的充气子午轮胎的一实施例的剖视图。

图2是表示将胎圈部与短纤维加强橡胶层一起放大的剖视图。

图3是表示将加强筋放大的剖视图。

图4是表示根据短纤维的配合量，周向和半径方向的复弹性模数Ea*、Eb*变化的一例的线图

图5是表示将短纤维加强橡胶层的另一实施例放大的剖视图。

图6是对里边的短纤维加强橡胶层的效果之一进行夸张表示的斜视图。

图7是表示将短纤维加强橡胶层的又一实施例放大的剖视图。

图8是对表1的比较例进行说明的线图。

具体实施方式

以下，对本发明的一实施形态结合图示例进行说明。图1所示的子午剖视图例示了本发明的充气子午轮胎的轮胎扁平率为55％以下的高性能轿车用轮胎的情况。图2，是将胎圈部放大表示的剖视图。

如图1所示，充气子午轮胎1具有：从胎面部2经过胎侧部3至胎圈部4的胎圈芯5的胎体6、配设在胎面部2的内方且上述胎体6的半径方向外侧的皮带层7。并在上述胎圈部4中，设有从上述胎圈芯5的半径方向外面向轮胎半径方向外方竖立的三角胶条橡胶8。

上述皮带层7，由将高弹性的皮带绳相对轮胎周向以例如10～35°的角度排列2片以上、在本例中为2片的皮带层7A、7B构成。各皮带层7A、7B，其皮带绳通过在层间互相交错而提高皮带刚性、使胎面部2的大致整个宽度具有束紧效应而牢固地加强。作为皮带绳，适宜使用钢丝绳、或与之匹敌的例如芳香族聚酰胺纤维等的高定伸的有机纤维绳。

又，在本例中，例示了以提高对于上述皮带层7的约束力并改善高速耐久性为目的、在皮带层7的外侧配置带层的情况。该带层9，具有相对轮胎周向以例如5°以下的角度螺旋卷绕的带绳，至少覆盖上述皮带层7的轮胎轴向外端部而延伸。

又，上述胎体6，由将胎体绳以相对轮胎周向为75～90°的角度排列1片以上、在本例中为1片的胎体层6A形成。该胎体层6A，在跨越上述胎圈芯5、5之间的本体部6a的两端上，一体地具有围绕上述胎圈芯5的从内向外折返的折返部6b。作为胎体绳，除了使用尼龙、人造丝、聚脂、芳香族聚酰胺等的有机纤维绳以外，还可适宜使用钢丝绳，但从轻量化的观点看，最好使用有机纤维绳。

接着，上述三角胶条橡胶8，通过胎体层6A的上述本体部6a与折返部6b之间向轮胎半径方向外方延伸形成前细状的剖面三角形。在本例中，为了确保作为高性能轮胎必须的轮胎刚性，将其半径方向外方端8e的轮胎周缘基准线BL的高度h1作成轮胎剖面高度HT的0.25～0.5倍的范围。又，对于三角胶条橡胶8，使用复弹性模数E*为35～60Mpa的高弹性橡胶。又，胎侧部橡胶的复弹性模数，通常为2.5～6Mpa。

并且，在本发明中，在这样的轮胎1中，为了在不使耐久性及乘坐舒适性恶化的前提下提高操纵稳定性，而在胎圈部4中设置短纤维加强橡胶层10。

又，在图1～3中，例示上述短纤维加强橡胶层10，是由沿上述三角胶条橡胶8的轮胎轴向外侧面延伸的外边的短纤维加强橡胶层10o构成的情况。

该短纤维加强橡胶层10，如图2所示，实际上是具有一定的橡胶厚度t的薄的橡胶层，沿上述三角胶条橡胶8的侧面，并从上述胎圈芯5至比三角胶条橡胶8的上述外方端8e更内方的高度位置在半径方向延伸。

又，上述短纤维加强橡胶层10，由对于橡胶100重量部将短纤维10～30重量部配合的短纤维配合橡胶构成，并使该短纤维向轮胎周向进行定向。又，所谓“向轮胎周向进行定向”，是指90％以上的短纤维以轮胎周向为中心向±20度以内的角度范围定向的意思。

通过该短纤维的定向，如图4所示，上述短纤维加强橡胶层10，既抑制其半径方向的复弹性模数Eb*的上升、同时又能大幅度增加轮胎周向的复弹性模数Ea*，可将其Ea*/Eb*的比值提高至例如10以上。又，图4，显示周向和半径方向的复弹性模数Ea·Eb*根据短纤维的配合量而变化的一例。

这样，短纤维加强橡胶层10，使轮胎周向的复弹性模数Ea大幅度增加。从而，能有效地提高轮胎的周向刚性、即提高轮胎旋转时的扭转刚性，提高操纵稳定性。另一方面，如图4所示，由于能基本上避免对半径方向的复弹性模数Eb*的影响，故能将轮胎纵刚性保持得较低，而能抑制乘坐舒适性的降低。因此，上述轮胎周向的复弹性模数Ea*必须比三角胶条橡胶的复弹性模数E*大(Ea*＞E*)、且半径方向的复弹性模数Eb*必须比三角胶条橡胶的复弹性模数E*小(Eb*＜E*)。

又，为了提高上述操纵稳定性和更显著地发挥抑制乘坐舒适性降低的效果，将上述Ea*/Eb*之比值作成10～30较好。当该Ea*/Eb*比小于10时，操纵稳定性的提高效果不充分，尤其驾驶盘响应性有降低的倾向。又，当Ea*/Eb*比大于30时，技术难度增加，除了导致对生产率及生产成本不利外，还存在橡胶强度降低的倾向。因此，上述Ea*/Eb*比为15～25就更好。

又，上述轮胎半径方向的复弹性模数Eb*，较好的是在10MPa以下，从乘坐舒适性考虑，为5MPa以下更好。

又，复弹性模数，使用日本岩本制作所(株)制造的粘弹性光谱仪进行测定，将温度70℃、频率10Hz、初期变形10％、动变形±1％作为测定条件。

这里，短纤维，利用挤出机或轧辊将短纤维配合橡胶挤出成片状时，有向挤出方向定向的倾向。利用这一点，能使短纤维加强橡胶层10的短纤维向上述周向进行定向。但是，当短纤维加强橡胶层10的上述厚度t大于2.0mm时，出现短纤维的定向性恶化等现象、就难以确保上述Ea*/Eb*比为10以上。其结果，操纵稳定性的提高效果变小，且轮胎重量也增加而使滚动阻力增大。又，因厚度t小于0.3mm，材料过分薄而不能发挥加强效果，且其操作较难对生产性不利。由于这样的理由，上述厚度t，为0.3～2.0mm较好，为0.3～1.5更好。

接着，作为上述短纤维配合橡胶的橡胶基材，例如使用将天然橡胶(NR)、苯乙烯·丁二烯橡胶(SBR)、丁二烯橡胶(BR)、异戊二烯橡胶(IR)等的二烯类橡胶的一种或多种进行组合的橡胶为合适。

又，作为上述短纤维，例如，除了尼龙、聚脂、芳香族聚酰胺、人造丝、维尼纶、棉织品、纤维素树脂、结晶性聚丁二烯等的有机纤维以外，还可以列举金属纤维、单晶纤维、硼玻璃纤维等的无机纤维，这一些既可以单独使用，也可以将2种以上组合地使用。而为了提高与橡胶基材的黏结性，还可以对短纤维进行适当的表面处理为好。

又，上述短纤维的平均纤维长度L，为20μm以上较好，尤其最好为50～5000μm。又，平均纤维长度L与纤维直径D之纵横比L/D，为10以上较好，尤其最好为20～500。在该平均纤维长度L小于20μm及纵横比L/D小于10时，即使在对短纤维高精度地进行定向的情况下，也不能在复弹性模数Ea*、Eb*之间确保足够的差值。其结果，就难以兼顾操纵稳定性的提高和抑制乘坐舒适性的降低。相反地，在平均纤维长度L大于5000μm及纵横比L/D大于500时，短纤维的定向性本身降低，同样难以对两者进行兼顾。

又，短纤维的配合量，必须为10～30重量部、在小于10重量部时加强效果较差、就不能确保必需的轮胎周向的复弹性模数Ea*。因此，不能发挥提高操纵稳定性的效果。相反地，当大于30重量部时，即使在高精度地对短纤维进行定向的情况下，也存在半径方向的复弹性模数Ea*上升的倾向而使乘坐舒适性降低。又，未加硫橡胶的黏度增加而使加工性也降低。

又，在上述短纤维配合橡胶中，上述橡胶基材还可配合碳黑，作为该碳黑，可适当使用碘吸附量为30～90mg/g的材料。在碘吸附量小于30mg/g的碳黑中，橡胶加强性降低，强度、耐切割性都差，相反地，当大于90mg/g时，因发热性变高而导致滚动阻力的恶化。

该碳黑的配合量，相对上述橡胶基材100重量部来说，为40重量部以下较好，最好为20～30重量部。当大于40重量部时，橡胶的发热性变高而使滚动阻力恶化。又，对于短纤维配合橡胶，除了上述短纤维及碳黑以外，还可适当配合作为添加剂的油、防老化剂、石蜡、加硫促进剂等的以往的轮胎橡胶用的添加剂。

又，上述短纤维加强橡胶层10，其半径方向外端e1，由于控制在比三角胶条橡胶的上述外方端8e更处于半径方向上的内方，故应力集中得到缓和，可防止耐久性的恶化。尤其，将外端el与外方端8e之间的半径方向距离L1作成3mm以上较好，从提高耐久性的观点看，作成5mm以上更好。

又，上述外端el的离胎圈芯5的高度Ha，最好为轮胎剖面高度HT的0.1～0.25倍，在小于0.1倍时，不能充分发挥提高操纵稳定性的效果，相反地，若大于0.25倍就会对乘坐舒适性不利。

又，在上述短纤维加强橡胶层10中，如本例所示，最好从其内端e2至外端e1大致呈直线状地延伸，由此，可更有效地提高扭转刚性。又，上述所谓“大致直线状”，使指通过短纤维加强橡胶层10的内端e2、外端e1、及其中点的三点圆弧的直径为100mm以上的意思。又，上述内端e2，将离胎圈芯5的半径方向的距离K最好作成3mm以下，尽量使其接近上述外面5S。

上述短纤维加强橡胶层10，被配设成夹于上述三角胶条橡胶8与胎体6之间。因此，加硫成型时的橡胶流动被抑制，可确保橡胶厚度t均一。又，在将短纤维加强橡胶层10配设在上述三角胶条橡胶8与胎体6之间以外的部位时，橡胶厚度t部分地变化，该处成为强度的薄弱处，存在损害耐久性的倾向。

又，上述短纤维加强橡胶层10，在本例所示外边的短纤维加强橡胶层10的场合，最好作成如下的结构。即，如图3所示，将从外边的短纤维加强橡胶层10的内端e2至轮胎内面的最短距离的厚度TLi与至轮胎外面的最短距离的厚度TLo之比TLi/TLo作成1.0～7.0，并最好将从上述外端e1至轮胎内面的厚度TUi与至轮胎外面的厚度TUo之比TUi/TUo作成0.3～1.0。

通过这样的构成，就容易将外边的短纤维加强橡胶层10形成大致直线状。又，在胎圈部4中由于作成胎圈部外侧面的封夹橡胶4G，是比三角胶条橡胶8有较低的弹性，故轮胎弯曲变形的中立线，向轮胎半径方向外侧移行至轮胎轴向内侧。因此，由于将上述TLi/TLo比、及TUi/TUo比作成上述范围，故外边的短纤维加强橡胶层10接近上述轮胎弯曲变形的中立线侧。因此，作用于外边的短纤维加强橡胶层10上的弯曲应力减小、对于耐久性和乘坐舒适性就更有利。

又，在本例中，例示了为了防止在轮胎跑气行驶时轮缘脱开，在胎侧部3的外面设有防止轮缘脱开的加强筋11的情况。该加强筋11，如图3所示，由向轮胎轴向外方最突出并具有最大厚度的中央部11M、和从5中央部11M向半径方向内外使厚度渐减而延伸的内、外的倾斜部11U、11L构成大致的梯形。又，加强筋11，被形成于离开轮缘凸缘的凸缘分离点PO更向半径方向外侧的位置。

在设置这样的加强筋11的轮胎中，在比上述中央部11M的最大厚度点Q更向半径方向的内侧，弯曲变形的应力容易集中，是容易成为故障原因的部位。因此，从耐久性的观点看，对于从上述最大厚度点Q向轮胎内面往下的厚度方向线J，最好将上述外边的短纤维加强橡胶层10的外端e1与半径方向内方隔开3mm以上的距离U。又，同样地，从耐久性的观点看，上述三角胶条橡胶8的外方端8e，最好位于比厚度方向线J更向半径方向外侧、或如本例中位于比中央部11M更向半径方向外侧。

接着，如图5所示，也可以形成使上述短纤维加强橡胶层10沿上述三角胶条橡胶8的轮胎轴向内侧面而延伸的里边的短纤维加强橡胶层10i。

在这样的场合，可提高(车辆曲线行驶时的)转向力，与上述扭转刚性互相结合、可发挥更优越的操纵稳定性。其理由为，如图6夸张地所示，是当一个大的横向力F作用于胎圈部4使其向轮胎轴向内方弯曲时，三角胶条橡胶8的内侧面侧受拉伸、外侧面侧受压缩的缘故。因此，在成为拉伸侧的内侧面侧设置短纤维加强橡胶层10，可比设置在外侧面侧一方时更具有有效的抗力，能提高转向力。

又，如图7所示，也可由上述外边的短纤维加强橡胶层10o和里边的短纤维加强橡胶层10i的双方来形成上述短纤维加强橡胶层10。

这时，若使上述里面、外面短纤维加强橡胶层10i、10o的各外端e1i、e1o的高度位置过分接近时，因应力集中而呈耐久性降低的倾向。因此，在本例中，将上述外端e1i控制成比上述外端e1o更向半径方向内方而使成为终端，可谋求应力的分散。其理由，是由于里边的短纤维加强橡胶层10i的一方，比外边的短纤维加强橡胶层10o更位于远离轮胎弯曲变形的中立线、而对弯曲刚性影响较大的缘故。因此，降低上述外端e1i，对乘坐舒适性是有利的。

又，为了维持上述耐久性，最好将上述外端e1i、e1o之间的半径方向的距离L2作成5mm以上，又，出于同样的目的，最好将上述外端e1o与三角胶条橡胶8的上述外方端8e之间的半径方向距离L3作成3mm以上。

又，如果外边的短纤维加强橡胶层10o的上述高度Hao，是在轮胎剖面高度HT的0.1～0.25倍的范围，也可以将里边的短纤维加强橡胶层10i的高度Hai的下限值减少至HT的0.08倍。

又，上述短纤维加强橡胶层10所起的上述作用效果，如同本例，对轮胎扁平率为30～55％的高性能轮胎能具有有效的功能，但本发明不限于图示的实施形态，可变形为各种形态实施。[实施例]

轮胎尺寸为215/45ZR17，并根据表1的规格试作构成图1所示的结构的轮胎，且对各试供轮胎的操纵稳定性和乘坐舒适性进行了试验。又，在比较例1中，大致如图8所示，将钢丝绳的绳加强层设置成从三角胶条橡胶的外方端突出的状态。又，用于实施例1～3的短纤维加强橡胶层的橡胶组成是相同的，其规格示于表2。

试验方法如下。(1)操纵稳定性：

·在轮胎轮缘(17×7JJ)、内压(200kPa)的条件下，将轮胎装在轿车车辆(日本国产FR轿车、排气量为2500cc)的全轮上、以120km/H的速度在干燥的沥青路面上高速行驶，对直进稳定性和变换行车线的稳定性由驾驶员的感官来评价，用以往例为100的指数进行表示。指数大的一方为良好。

·使用同一试验车辆，在潮湿的沥青路面上以80km/H的速度行驶，对包括此时直进稳定性和变换行车线变换的稳定性的操纵稳定性整体由驾驶员的感官来评价，用以往例为100的指数表示。指数大的一方为良好。(2)乘坐舒适性：

·使用同一试验车辆，对在沥青路面(好的路面)上行驶时的乘坐舒适性由驾驶员的感官来评价，用以往例为100的指数来表示。指数大的一方为良好。

·使用同一试验车辆，对在恶劣路面(差的路面)上行驶时的乘坐舒适性由驾驶员的感官来评价，用以往例为100的指数表示。指数大的一方为良好。表1(PS3255)

	以往例	比较例1	实施例1	实施例2	实施例3
	以往例	比较例1	实施例1	实施例2	实施例3	胎圈结构三角胶条橡胶·高度h1(mm)(h1/HT)·复弹性模数(MPa)绳加强层的有无·绳的材质里边的短纤维加强橡胶层的有无·厚度t(mm)·高度Ha(mm)(Ha/HT比)·距离L1(mm)外边的短纤维加强橡胶层的有无·厚度t(mm)·高度Ha(mm)(Ha/HT比)·距离L2(mm)·距离L3(mm)操纵稳定性·直进稳定性·变换行车线稳定性·湿路操纵稳定性乘坐舒适性·好的路面·差的路面	-420.4530无-无----无-----100100100100100	图8320.3430有钢无----无-----1151151059090	图2420.4530无-无----有2.0200.21-5115110105100105	图5420.4530无-有2.0200.2115无-----110105105105105	图7420.4530无-有2.0100.10525有2.0200.21105120115110100100

表2(PS3255)

短纤维加强橡胶的·复弹性模数Ea*(MPa)·复弹性模数Eb*(MPa)(Ea*/Eb*)·短纤维的定向·短纤维的材质·短纤维的配合量·平均纤维长度L(μm)·纤维直径D(μm)(L/D比)

70514周向芳香族聚酰胺30500μm10μm50

Claims

1、一种充气子午轮胎，具有：从胎面部经胎侧部至胎圈部的胎圈芯的胎体、和从上述胎圈芯的半径方向外面向轮胎半径方向外方延伸成前细状的三角胶条橡胶，其特征在于，

在胎圈部上，沿上述三角胶条橡胶的侧面，并从上述胎圈芯至比三角胶条橡胶的半径方向外方端更向内方的高度位置在半径方向延伸的短纤维加强橡胶层，

并且，上述短纤维加强橡胶层，由对橡胶100重量部配合有短纤维10～30重量部后的短纤维构成，且使短纤维向轮胎周向进行定向。

2、如权利要求1所述的充气子午轮胎，其特征在于，上述短纤维加强橡胶层，其厚度为0.3～2.0mm。

3、如权利要求1所述的充气子午轮胎，其特征在于，上述短纤维为，将平均纤维长度L作成20μm～5000μm，且将该平均纤维长度L与纤维直径D之纵横比L/D作成10～500。

4、如权利要求1所述的充气子午轮胎，其特征在于，上述短纤维加强橡胶层，使其轮胎周向的复弹性模数Ea*比三角胶条橡胶的复弹性模数E*大、且半径方向的复弹性模数Eb*比三角胶条橡胶的复弹性模数E*小，同时将上述复弹性模数Ea*与Eb*之比Ea*/Eb*作成10～30。

5、如权利要求1所述的充气子午轮胎，其特征在于，上述短纤维加强橡胶层，将上述半径方向的复弹性模数Eb*作成10MPa以下。

6、如权利要求1所述的充气子午轮胎，其特征在于，上述短纤维加强橡胶层，将其半径方向外端与三角胶条橡胶的半径方向外方端之间的半径方向距离作成3mm以上。

7、如权利要求1所述的充气子午轮胎，其特征在于，上述短纤维加强橡胶层，将距离其半径方向外端的胎圈芯的高度Ha作成轮胎剖面高度HT的0.1～0.25倍。

8、如权利要求1所述的充气子午轮胎，其特征在于，上述短纤维加强橡胶层，由沿上述三角胶条橡胶的轮胎轴向外侧面延伸的外边的短纤维加强橡胶层构成。

9、如权利要求1所述的充气子午轮胎，其特征在于，上述短纤维加强橡胶层，由沿上述三角胶条橡胶的轮胎轴向内侧面延伸的里边的短纤维加强橡胶层构成。

10、如权利要求1所述的充气子午轮胎，其特征在于，上述短纤维加强橡胶层，由沿上述三角胶条橡胶的轮胎轴向外侧延伸的外边的短纤维加强橡胶层、和沿轮胎轴向内侧面延伸的里边的短纤维加强橡胶层构成。

11、如权利要求8所述的充气子午轮胎，其特征在于，上述短纤维加强橡胶层，将从其半径方向内端至轮胎内面的最短距离的厚度TLi与至轮胎外面的最短距离的厚度TLo之比TLi/TLo作成1.0～7.0，并将从其半径方向外端至轮胎内面的厚度TUi与至轮胎外面的厚度TUo之比TUi/TUo作成0.3～1.0。

12、如权利要求10所述的充气子午轮胎，其特征在于，上述里边的短纤维加强橡胶层的半径方向外端，位于比外边的短纤维加强橡胶层的半径方向外端更向半径方向内方。

13、如权利要求10所述的充气子午轮胎，其特征在于，将上述里、外边的短纤维加强橡胶层的外端间的半径方向的距离，作成5mm以上。