CN1781739A - 充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种充气轮胎，其包括由缠绕体(10)形成的胎侧橡胶(3G)，在缠绕体(10)中，橡胶条带(P)沿轮胎的圆周方向螺旋缠绕。缠绕体(10)包括：内橡胶层(11)，其通过将橡胶条带(P)从胎圈朝胎面螺旋缠绕而形成且具有一个其宽度(Wi)为条带宽度(Wg)的30％到90％的重叠部分；以及外橡胶层(12)，其通过将橡胶条带(P)从胎面朝胎圈螺旋缠绕而形成且具有一个其宽度(Wo)为条带宽度(Wg)的20％或更少的重叠部分。

Description

充气轮胎
技术领域
本发明涉及一种充气轮胎，其中胎侧橡胶由缠绕体形成，橡胶条带绕该缠绕体沿轮胎圆周方向缠绕。
背景技术
近年来，提出了通过利用沿圆周方向螺旋缠绕带状未硫化橡胶条带(a)而形成的缠绕体(b)来形成诸如胎面橡胶、胎侧橡胶和内衬橡胶之类的各种橡胶材料(g)，如图10中示意性示出的。图10中，橡胶材料(g)是胎侧橡胶。
由于在通过该方法形成橡胶材料(b)中不需要使用大型的橡胶挤压机，工厂里的设备是小型化的。此外，改变轮胎种类时所需的橡胶挤压机的喷嘴更换操作和橡胶挤压机的调整操作变得不再必要，在生产多品种少量化的轮胎的轮胎工业中，这种缠绕方法具有很大的优点。
然而，在通过这种缠绕方法所形成的橡胶材料(g)中，相邻橡胶条带(a)之间的重叠部分(S)的强度变差，即使在硫化和成形之后也是如此，并且重叠部分(S)露出橡胶材料(g)的外表面。因此，在轮胎变形时具有大的表面变形的橡胶材料(g)——比如胎侧橡胶中，存在如下问题：重叠部分的露出点(Q)往往会发生龟裂，并且轮胎的耐用性将变差。由于相邻橡胶条带(a)的重叠宽度大，所形成的露出点(Q)的数目增多，因此更为严重地产生龟裂。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种在呈现所述缠绕方法优点的同时能够有效抑制胎侧外表面上的龟裂的产生的充气轮胎。
为了实现上述目的，权利要求1所述的本发明提供一种充气轮胎，其包括：胎体，其由胎面部分经过胎侧部分延伸至胎圈部分的胎圈芯，以及
位于胎体外侧并且形成胎侧部分的外表面的胎侧橡胶，其中
胎侧橡胶由通过沿圆周方向缠绕条带宽度为5到50mm、条带厚度Tg为0.5到3.0mm的带状橡胶条带所形成的缠绕体而形成，
缠绕体包括一个内橡胶层和一个外橡胶层，
所述内橡胶层设置在轮胎轴向内侧，该内橡胶层通过将橡胶条带从胎圈朝胎面螺旋缠绕而形成并具有一个为条带宽度的30％到90％的重叠部分，
所述外橡胶层覆盖内橡胶层并且形成胎侧部分的外表面，该外橡胶层通过将橡胶条带从胎面朝胎圈螺旋缠绕而形成且具有一个其宽度Wo为条带宽度Wg的20％或更少的重叠部分。
通过该方式，形成胎侧橡胶的缠绕体由橡胶条带重叠宽度大的内橡胶层以及重叠宽度小的的外橡胶层形成，对内橡胶层中橡胶条带的缠绕方向以及外橡胶层中的橡胶条带的缠绕方向进行了限定。因此，可以有效地抑制胎侧外表面中的龟裂的产生。
附图说明
图1是示出本发明的充气轮胎的一个实施方式的截面图；
图2是示出用于该轮胎的橡胶条带的截面图；
图3是示出内橡胶层的形成状态的示意性截面图；
图4是示出外橡胶层的形成状态的示意性截面图；
图5是用于说明SOT结构中的生胎的形成方法的截面图；
图6是用于说明通过缠绕而变形的胎侧橡胶的立体图；
图7是示出橡胶条带在成形机上的缠绕方向的示意性截面图；
图8(A)是用于说明TOS结构中的生胎的形成方法的截面图，而图8(B)是示出此时橡胶条带在成形机上的缠绕方向的示意性截面图；
图9是胎侧外表面上所产生的张力扭曲的分布图；以及
图10是用于说明现有技术的问题的截面图。
具体实施方式
本发明的实施方式将通过实施例进行解释。图1是本发明的充气轮胎用于客车的子午线轮胎时的截面视图。
图1中，充气轮胎1包括：胎体6，其从胎面部分2经过胎侧部分3延伸至胎圈部分4的胎圈芯5；以及带束层7，其位于胎体6的径向外侧、胎面部分2的径向内部。
胎体6由一个或多个胎体帘布层6A构成，其中，胎体帘线相对于轮胎圆周方向成例如70°到90°的角度设置。胎体帘布层6A连续设置有卷起部分6b，该卷起部分从轮胎轴向内侧向外侧绕胎圈芯5卷起，并且固定在延伸于胎圈芯5和5之间的帘布层主体6a的两侧。一加强胎圈的胎圈三角胶芯8设置于帘布层主体6a和卷起部分6b之间。胎圈三角胶芯8从胎圈芯5径向向外延伸。
带束层7包括多个(在该实施例中为两个)带束帘布层7A和7B，其中带束层帘线相对于轮胎圆周方向例如成10°至35°的角度设置。带束层帘线在各帘布层之间彼此交叉。这样，带束层的刚性得到增强，并且胎面部分2由于箍紧效应而得以坚固地加强。
本发明中，形成胎侧部分3的胎侧橡胶3G由缠绕体10形成，带状橡胶条带P沿圆周方向绕该缠绕体成螺旋状缠绕。缠绕体10包括一个设置于轮胎轴向内部的内橡胶层11以及一个形成胎侧部分3的外表面3S的外橡胶层12。外橡胶层12覆盖内橡胶层11，
该实施例中，是胎侧橡胶3G的径向外端覆盖形成胎面部分2的胎面橡胶2G的轮胎轴向外端的所谓的SOT(胎侧在胎面之上)结构。或者，可以是胎侧橡胶3G的径向外端由胎面部分2的轮胎轴向外端覆盖的所谓的TOS(胎面在胎侧之上)结构。
如图2中以放大比例所示的，橡胶条带P是薄且窄的条带，其条带宽度Wg为5到50mm，条带厚度Tg为0.5到3.0mm。如果条带宽度Wg小于5mm，形成缠绕体10时所需的缠绕数量增加，可操作性变差。如果条带宽度Wg超过50mm，则难以获得所希望的形状。如果条带厚度Tg小于0.5mm，则该厚度太薄且条带在缠绕操作过程中可能会被切断而难以进行缠绕操作。如果条带厚度Tg超过3.0mm，缠绕体10的外表面上所产生的锯齿状波形的凹凸过大。由于在硫化成形时橡胶流不足，凹凸保留而成为缺陷，并且这可能造成龟裂。
接着，如图3中示意性示出的，缠绕体10的内橡胶层11通过螺旋缠绕橡胶条带P而形成，并使得重叠部分P的宽度Wi为条带宽度Wg的30％到90％。此时，重要的是橡胶条带P的缠绕方向为在轮胎状态下时橡胶条带P从胎圈部分4朝胎面部分2顺序缠绕的方向。即重要的是第一缠绕橡胶条带P的径向外边缘由下一橡胶条带P所覆盖。
内橡胶层11形成缠绕体10的主体部分。因此，为了将缠绕体10形成为接近于所希望的成品截面K的形状，内橡胶层11也形成为具有对应于成品截面的轮廓形状。因此，内橡胶层11中，为了使内橡胶层11形成为对应于成品截面形状的轮廓形状，在使重叠宽度Wi在30％到90％的范围内适当改变的同时缠绕橡胶条带P。如果重叠宽度Wi在条带宽度Wg的30％到90％范围之外，则难以获得所希望的轮廓形状，并且成形的精确度往往会变差。
另一方面，外橡胶层12是用于覆盖内橡胶层11的外表面的覆盖层，优选地，外橡胶层12形成为具有基本上恒定厚度的片状形式。因此，如图4中示意性示出的，在外橡胶层12中，缠绕橡胶条带P并同时使重叠部分的宽度Wo为条带宽度Wg的20％或更少。这样，外橡胶层12形成为具有基本上恒定厚度的薄片状覆盖层。重要的是，此时橡胶条带P的缠绕方向与内橡胶层11的缠绕方向相反，即，在轮胎状态下，橡胶条带P从胎面部分2朝胎圈部分4缠绕。换言之，重要的是橡胶条带P的径向内边缘朝着使该边缘由下一条带P覆盖的方向缠绕。
外橡胶层12以此方式覆盖内橡胶层11的外表面。因此，可以覆盖和保护橡胶条带的重叠部分Si的露出点Qi，并且防止由露出点Qi开始发生龟裂。在外橡胶层12本身中，其重叠宽度Wo较小。因此，可以大大减少橡胶条带的重叠部分So所形成的露出点Qo的数量。因而，可以大大减少由露出点Qo开始所产生的龟裂的发生频率。如果重叠宽度Wo超过条带宽度Wg的20％，龟裂发生的减少效果不充分。重叠宽度Wo的下限值是1.0mm或更大，更优选地是2.0mm或更大。如果重叠宽度Wo小于1.0mm，则存在由于硫化和成形时的拉伸而使重叠部分露出的不利之处。
本发明中，橡胶条带P的缠绕方向规定为：内橡胶层11从胎圈部分4朝胎面部分2缠绕，而外橡胶层12从胎面部分2朝胎圈部分4缠绕。这样，由于以下原因，龟裂发生的减少效果进一步得以增强。
在SOT结构的情况下，如图5中示意性示出的，当形成生胎时，胎侧橡胶3G和胎体帘布层6A在成形机F上顺序形成圆筒状。在胎圈芯5设置到胎体帘布层6A两端之后，胎体帘布层6A在胎圈芯5和5之间膨胀(成形)成环面形。然后，将环面形胎体帘布层6A推抵单独准备好的胎面环20(包括胎圈橡胶2g和带束层7)，从而一体结合这些构件。然后，胎侧橡胶3G与胎体帘布层6A的两端一起绕胎圈芯5缠绕，使胎侧橡胶3G压抵并且粘合到环面形胎体帘布层6A的侧表面上。这样，形成了未硫化的生胎。图中的标号4G代表形成胎圈部分4的外膜的箝紧橡胶，而标号21和22代表位于成形机F上的囊状件。
如图6中示意性示出的，胎侧橡胶3G在其绕胎圈芯5缠绕时从圆筒状变形成圆盘状。此时，在圆筒体的成形机轴向上的外端Eo(该圆盘状的径向外端Eo)处，该圆筒体承受很强的圆周方向上的张力。因此，当胎侧橡胶3G由橡胶条带P的缠绕体10制成时，外端Eo的橡胶条带P部分会发生位置偏移，并且橡胶条带中会发生缠绕混乱或粘合破坏。
然而，根据本发明，橡胶条带P的缠绕方向规定为：内橡胶层11从胎圈部分4朝胎面部分2缠绕，而外橡胶层12从胎面部分2朝胎圈部分4缠绕。如图7中示意性示出的，橡胶条带P在成形机F上的缠绕方向规定为：内橡胶层11从外端Eo朝内端Ei缠绕，而外橡胶层12从内端Ei朝外端Eo缠绕。在该实施方式中，第二、第三......缠绕部分顺序重叠在成为外端Eo的内橡胶层11的橡胶条带P的缠绕起始端11e上，且该外端Eo被压在所述缠绕部分和囊状件22之间，进而外端Eo的运动受到牢固地限制。成为外端Eo的外橡胶层12的橡胶条带P的缠绕终结端12e被压在内橡胶层11和囊状件22之间，进而其运动受到牢固地限制。因此，橡胶条带缠绕时的缠绕混乱和粘合破坏得以有效地抑制。
如图8(A)中所示，在TOS结构的情况下，例如缠绕体10以内橡胶层11及外橡胶层12的顺序形成于绕成形机F缠绕的圆筒状胎体帘布层6A的外侧上。然后，缠绕体10膨胀成环面状，并且胎面环20粘合到胎体帘布层6A上。同样，在这种情况下，橡胶条带P在成形机F上的缠绕方向规定为：内橡胶层11是从成形机轴向方向上的外端Eo朝内端Ei缠绕，而外橡胶层是从内端Ei朝外端Eo缠绕。在这种情况下，当缠绕体10膨胀成环面状时，其在内端Ei处承受很高的圆周方向的张力，但是成为内端Ei的内橡胶层11的橡胶条带P的缠绕起始端11e被压在外橡胶层12和胎体帘布层6A之间，进而其运动受到牢固限制。第二以及随后的缠绕部分顺序地重叠在成为内端Ei的外橡胶层12的缠绕终结端12e上，进而其运动受到牢固限制。因此在TOS结构的情况下，像SOT结构，可以有效抑制橡胶条带的缠绕混乱和粘合破坏。
根据本发明，在SOT结构和TOS结构中的任一结构下，内橡胶层11和外橡胶层12的缠绕方向彼此相反。因此，内橡胶层11的橡胶条带P和外橡胶层12的橡胶条带P彼此交叉，并且重叠部分Si和So相互加强。与径向外边缘相比，橡胶条带P的径向内边缘承受较小张力，并且该内边缘易于松弛，因此该部分易于成为薄弱部分。然而根据本发明，外橡胶层12的橡胶条带P的内边缘顺序压抵于下一个橡胶条带P的外边缘并受到保护。因此，通过其增效作用，龟裂减少效果有望得以进一步增强。
接着，在硫化和成形之后，胎侧橡胶3G中的内橡胶层11的橡胶硬度Hsi比外橡胶层的橡胶硬度Hso较高，优选地，Hsi比Hso较大。这是因为如果内橡胶层11的橡胶硬度Hsi较大，轮胎刚度就得到增强。这样，可以减少胎侧部分3的变形量，增强龟裂抑制效果，还增强了驾驶稳定性。像传统的轮胎一样，外橡胶层12的橡胶硬度Hso优选在40到60°的范围内。如果橡胶硬度Hso超过60°，防龟裂性能变差，而如果橡胶硬度Hso小于40°，抗切断性能不充分。如果内橡胶层11的橡胶硬度Hsi过大，乘坐舒适性变差。因此，优选地，橡胶硬度之差(Hsi-Hso)是10度或更小，更优选地是5度或更少。橡胶硬度Hsi和橡胶硬度Hso指的是在温度25℃下基于JIS-K6253所测量的A型硬度计下的橡胶硬度。
为了稳定驾驶操作，还优选地使用其中混合有短纤维的短纤维混合橡胶作为内橡胶层11。优选地，短纤维沿轮胎的圆周方向定向。这样，在将轮胎竖直刚性抑制到一较低水平的同时，使圆周方向上的轮胎刚性可得以增强。即，在抑制乘坐舒适性变差的同时，可以有效地增强轮胎转动时的扭转刚性，并且增强驾驶稳定性。在此，“沿轮胎的圆周方向定向”指90％或更多的短纤维在相对于轮胎圆周方向成±20°角的角度范围内定向。
短纤维材料的例子是诸如尼龙、聚酯、芳族聚酰胺、人造丝、维尼纶、棉织物、纤维素树脂、晶状聚丁二烯等的有机纤维，或诸如金属纤维、须晶、硼和玻璃纤维等的无机纤维。这些材料可以单独或组合使用。要混合的短纤维量优选为3到30phr。如果量小于3phr，则增强效果不能有效发挥，而如果量超过30phr，则防龟裂性能将变差。优选地，该量的下限值为4phr或更高，更优选的是10phr或更高，而其上限值是25phr，更优选地是20phr。
其次，存在由于轮胎变形时胎侧外表面3S上所发生的轮胎径向上的张力扭曲ε较大而易于在胎侧外表面3S上发生龟裂的倾向。
因此，在该实施例中，将施加常规负载时胎侧外表面3S上所产生的轮胎径向上的张力扭曲ε(如图9中所示)处的最大扭曲位置定义为Qε，在最大扭曲位置Qε周围的轮胎截面高度H(图1中所示)的20％的区域Yε内，外橡胶层12的重叠宽度Wo设置为条带宽度Wg的10％或更少。
这是因为：如图9中所示的张力扭曲分布——其中该张力扭曲分布通过在改变距胎圈基线BL的高度的时测量施加常规负载时胎侧外表面3S中所发生的轮胎径向上的张力扭曲ε而获得，最大扭曲位置Qε位于支持部位的附近，并且张力扭曲ε主要发生在最大扭曲位置Qε周围的区域Yε内。因此，至少在该区域Yε内，通过将重叠宽度Wo设定为条带宽度Wg的10％或更少并且通过进一步减少要形成的露出点Qo的数量，可更加有效地抑制龟裂。
基于相同的理由，优选地使橡胶条带P的重叠部分So的露出点Qo的位置在轮胎径向上偏离最大扭曲位置Qε。这样，可以有效地抑制龟裂。
在此，“施加常规负载时”指轮胎组装到常规轮辋上，并且施加常规内压和常规负载。此外，“常规轮辋”是通过一包括轮胎所基于的标准的标准体统为每一轮胎所确定轮辋，并且该常规轮辋是在JATMA中的标准轮辋，TRA中的“设计轮辋(Design Rim)”，ETRTO中的“测量轮辋(Measuring Rim)”。此外，“常规内压”指通过一标准为每个轮胎所确定的空气压力。“常规内压”在JATMA中是最大空气压力，在TRA中是“各种冷充气压力下的轮胎负载极限值(Tire load limits at various coldinflation pressures)”中所描述的最大值，而在ETRTO中是“充气压力(Inflation Pressure)”。当轮胎用于客车时，常规内压是180kpa。此外，“常规负载”是通过该标准为每个轮胎所确定的负载，在JATMA中是最大负载能力，在TRA中是“各种冷充气压力下的轮胎负载极限值(Tire loadlimits at various cold inflation pressures)”中所描述的最大值，是在ETRTO中的“负载能力(Load Capacity)”乘以0.88所得的负载。
尽管对本发明的具体优选实施方式进行了详细的说明，本发明不应限制于所示出的实施方式，本发明可以进行各种修改并实施。
实施例
根据表1中示出的规格试制具有如图1中所示结构并且轮胎尺寸为195/55R15的轮胎。评估试制的轮胎的防龟裂性能、驾驶稳定性以及乘坐舒适性。成品轮胎的子午线截面中的每个橡胶条带的重叠宽度在轮胎圆周方向的四个位置处进行测量，并且以其求得的平均值作为表中的重叠宽度Wi和Wo。
(1)防龟裂性能
将试制的轮胎保存在80℃的烘干炉内12天。然后，在轮辋(15×6JJ)、内压(200kpa)以及负载(常规负载的150％的负载)的情况下，使轮胎以50km/h在鼓状件上行驶，并且以比较实施例设定为100的指数评估直到胎侧外表面上发生龟裂时的行驶时间。值越大，防龟裂性能越佳。
(2)驾驶稳定性，乘坐舒适性
在轮辋(15×6JJ)、内压(200kpa)的情况下，将试制的轮胎安装到车辆(1600cc，FF型车辆)的所有车轮上，使车辆在干燥的铺设测试跑道上行驶，通过驾驶者的感觉评估以1到10的分数表示驾驶稳定性和乘坐舒适性，其中将比较实施例1的相应参数设定为6。指数越高，结果越佳。
表1
 比较实施例1  比较实施例2  比较实施例3   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5
  内橡胶层·橡胶条带··宽度Wg(mm)··厚度Tg(mm)··重叠宽度Wi(％)··缠绕方向(＊1)··橡胶硬度(度)··有或无短纤维外橡胶层·橡胶条带··宽度Wg(mm)··厚度Tg(mm)··重叠宽度Wi(％)··缠绕方向(＊1)··橡胶硬度(度)··有或无短纤维防龟裂性能驾驶稳定性乘坐舒适性 201.081B→T57无201.081B→T57无10066 201.081B→T57无201.032B→T57无10566 201.081B→T57无201.011B→T57无13966 201.081B→T57无201.011T→B57无16366 201.081B→T59无201.011T→B57无16575.5 201.081B→T59无201.011T→B55无17876 201.081B→T60有(15phr)201.011T→B55无17586 201.081B→T60有(15phr)201.011T→B60有(15phr)15285
＊1)B→T指橡胶条带从胎圈朝胎面缠绕
    T→B指橡胶条带从胎面朝胎圈缠绕
可确定的是，在实施例轮胎的情况下(其中规定了橡胶条带的缠绕方向)，防龟裂性能得到有效地增强。尤其是在内橡胶层的橡胶硬度Hsi设得大于外橡胶层的橡胶硬度Hso时，且短纤维至少混合在内橡胶层中时，可确定的是，驾驶稳定性得到增强并同时进一步增强了防龟裂性能。

Claims (6)

1、一种充气轮胎，其包括：胎体，其由胎面部分经过胎侧部分延伸至胎圈部分的胎圈芯，以及
位于所述胎体的外侧并形成胎侧部分的外表面的胎侧橡胶，其中
所述胎侧橡胶由通过沿圆周方向缠绕一带状橡胶条带所形成的缠绕体而形成，其中该带状橡胶条带的条带宽度Wg为5到50毫米且条带厚度Tg为0.5到3.0毫米，
所述缠绕体包括一个内橡胶层和一个外橡胶层，
所述内橡胶层设置在轮胎轴向内侧，且该内橡胶层通过将橡胶条带从胎圈朝胎面螺旋缠绕而形成且具有一个为条带宽度的30％到90％的重叠部分，
所述外橡胶层覆盖内橡胶层并且形成胎侧部分的外表面，该外橡胶层通过将橡胶条带从胎面朝胎圈螺旋缠绕而形成且具有一个其宽度Wo为条带宽度Wg的20％或更少的重叠部分。
2、如权利要求1所述的充气轮胎，其中，内橡胶层的橡胶硬度Hsi等于或高于外橡胶层的橡胶硬度Hso。
3、如权利要求1或2所述的充气轮胎，其中，所述内橡胶层包括其中混合有短纤维的短纤维混合橡胶。
4、如权利要求3所述的充气轮胎，其中，短纤维沿轮胎的圆周方向定向。
5、如权利要求1到4中任一项所述的充气轮胎，其中，外橡胶层的橡胶条带重叠部分露出于胎侧部分外表面的位置在轮胎径向上偏离于最大扭曲位置，该最大扭曲位置是在轮胎组装到常规轮辋上、充入常规内压并且施加有常规负载的状态下，胎侧部分的外表面中所产生的轮胎径向上的张力扭曲ε达到最大的位置。
6、如权利要求1到5中任一项所述的充气轮胎，其中，在轮胎截面高度H的20％的宽度区域内，外橡胶层中的橡胶条带的重叠宽度Wo是条带宽度Wg的10％或更少，且所述区域以最大扭曲位置为中心，该最大扭曲位置是在轮胎组装到常规轮辋上、充入常规内压并且施加有常规负载的状态下，胎侧部分的外表面中所产生的轮胎径向上的张力扭曲ε达到最大的位置。
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