CN1966253B - 轮胎橡胶构件的制造方法及充气轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轮胎橡胶构件的制造方法，其包括缠绕步骤，其中橡胶条带绕待缠绕体的表面螺旋缠绕并重叠，由此形成橡胶条带绕其重叠的轮胎橡胶构件。多个排气槽形成在橡胶条带的至少一个表面上。每个排气槽都以相对于所述橡胶条带的纵向方向成20度至90度的角度θ延伸，排气槽的最大槽宽为0.3mm至3.0mm，而其最大槽深为0.1mm至3.0mm。

Description

轮胎橡胶构件的制造方法及充气轮胎

技术领域

本发明涉及一种轮胎橡胶构件的制造方法，其通过重叠并螺旋地缠绕橡胶条带来形成诸如胎面橡胶及胎侧橡胶等的轮胎橡胶构件，且本发明还涉及一种使用上述橡胶构件硫化形成的充气轮胎。

背景技术

在充气轮胎中，各个部分需要不同特性，因此，充气轮胎由诸如胎面橡胶、胎侧橡胶、钳紧橡胶、带束层隔离橡胶以及内衬橡胶等各种具有不同成份及横截面形状的橡胶构件制成。通常，各个橡胶构件以将橡胶挤压机挤压出的具有希望横截面形状的宽挤压件绕成型鼓等缠绕一圈的形式在胎坯形成步骤中形成。

近年来，如图11A所示，提出了所谓条带缠绕系统，其中带状橡胶条带(a)绕诸如成型鼓等的圆柱形待缠绕体(d)的表面缠绕并同时沿轴向方向移动待缠绕体的位置(例如，参见日本早期公开专利公开号2000-94542、日本早期公开专利公开号2002-160508、以及日本早期公开专利公开号2002-79590)。这样，可以在诸如橡胶构件(c)的待缠绕体(d)上直接形成大致具有希望横截面形状的条带缠绕体(b)。图11示出了其中橡胶构件(c)是胎面橡胶的情况。根据该条带缠绕系统，不必保持宽的挤压件作为半成品胶料。因此，可以提高轮胎制造效率，并可以节省空间。当制造量较低且需要制造很多种不同轮胎时，该系统具有极大的优势。

但是，当橡胶构件(c)通过该条带缠绕系统形成时，如图11B以放大尺寸所示，在所缠绕的橡胶条带(a，a)之间以及橡胶条带(a)与待缠绕体(d)之间形成缝隙(e)。因此，在硫化成形之后，易于在缝隙(e)内残留空气，进而轮胎的质量会劣化。

发明内容

以多个空气排放槽以预定角度布置在橡胶条带的表面上的技术为基础，本发明的目的在于提供一种轮胎橡胶构件的制造方法，其能够有效地防止空气残留在缝隙内并同时确保条带缠绕系统的优势，并能够保持高质量的轮胎。本发明的另一个目的在于提供一种充气轮胎。

为了实现上述目的，根据第一方面的本发明提供了一种轮胎橡胶构件的制造方法，其包括形成所述橡胶构件的缠绕步骤，其中通过在圆柱形待缠绕体上重叠并螺旋缠绕所述橡胶条带且同时随着所述待缠绕体的转动而将所述橡胶条带从所述待缠绕体的轴向方向的一侧向另一侧移动来重叠所述橡胶条带，其中，

在所述橡胶条带的至少其中一个表面上布置能够排出所述重叠的橡胶条带之间的空气的多个排气槽，且

每个所述排气槽相对于所述橡胶条带的纵向方向成20度至90度的角度θ，并在所述橡胶条带的侧边之间延伸，所述排气槽的最大宽度为0.3mm至3.0mm，且所述排气槽的最大深度为0.1mm至3.0mm。

每个所述排气槽包括延伸而穿透所述橡胶条带的一个或更多个排气孔。

附图说明

因为本发明具有上述结构，故可以有效地减少残留在橡胶条带之间以及橡胶条带与成型鼓之间的空气，同时确保条带缠绕系统的优势，并可以保持较高质量的轮胎。

图1是使用按本发明的制造方法制造的轮胎橡胶构件的充气轮胎的实施方式的截面图；

图2是当轮胎橡胶构件是胎面橡胶时的截面图；

图3是示出了橡胶条带以及排气槽的平面图及截面图；

图4是用于说明排气槽的效果的立体图；

图5是示出了排气槽的横截面形状的截面图；

图6是用于说明槽形成步骤的侧视图；

图7A至图7C是用于说明在槽形成步骤中如何形成排气槽的截面图；

图8A至图8E是用于说明橡胶条带的其他截面形状的截面图；

图9A至图9D是用于说明橡胶条带的其他横截面形状的截面图；

图10是用于说明当橡胶条带呈两侧渐缩形状时的排气槽的截面图；及

图11A及图11B是用于说明现有技术的问题的截面图。

具体实施方式

将结合图示示例对本发明的实施方式进行说明。

图1是示出使用按本发明的制造方法制造的轮胎橡胶构件硫化形成的充气轮胎的一个示例的截面图。在图1中，充气轮胎1包括：多种具有不同橡胶成份的橡胶构件G；以及包括形成轮胎的骨架的胎体6及径向布置在胎体6外侧的带束层7的帘线加强层。

胎体6包括一个或更多个(在本示例中为一个)胎体帘布层6A，在其上胎体帘线以相对于轮胎的周向方向成70至90度的角度布置。在该示例中，胎体帘布层6A包括经过胎侧部3从胎面部2延伸至胎圈部4的胎圈芯5的帘布层主体6a、以及连接至帘布层主体6a的两侧并绕胎圈芯5折叠的帘布层折回部6b。

带束层7包括两个或更多个(在本示例中为两个)相对于轮胎周向方向成呈10度至35度的角度布置的带束帘布层7A及7B。在带束层7中，带束层帘线在帘布层之间相交叉，因此带束层刚性得到提高且胎面部2获得有力地加强。带束层7可设置有带9，其中带帘线沿轮胎周向方向布置以改善高速行驶性能。

此外，轮胎橡胶构件G包括胎面橡胶G1、胎侧橡胶G2、内衬橡胶G3、钳紧橡胶G4、带束层隔离橡胶G5以及胎圈三角胶芯橡胶G6。胎面橡胶G1布置在胎面部2内，并形成接地表面。胎侧橡胶G2布置在胎侧部3内，并形成轮胎的外侧表面。内衬橡胶G3布置在胎体6的内侧，并形成胎腔表面。钳紧橡胶G4布置在胎圈部4内，形成胎圈的外表面并防止轮辋偏离。带束层隔离橡胶G5布置在带束层7的两端与胎体6之间，并保护带束层的外端。胎圈三角胶芯橡胶G6从胎圈芯5径向向外延伸，并加强胎圈部4。

轮胎橡胶构件G1至G6中的至少一者由条带缠绕系统形成。如图2所示，在条带缠绕系统中，在伴随待缠绕体30的转动将橡胶条带从待缠绕体的轴向方向的一侧向另一侧移动的同时，将硫化的橡胶条带10绕圆柱形待缠绕体30的表面螺旋地缠绕并重叠，由此形成作为橡胶条带10的缠绕体的轮胎橡胶构件G。

图2示出了其中橡胶条带10以重叠的方式绕待缠绕体30的表面缠绕以形成胎面橡胶G1的情况。在该示例中，待缠绕体30包括圆柱形的成型鼓D、以及依次形成在成型鼓D的外周上的带束层7及带9。具体地，在图2中，使用了两个橡胶条带10A及10B，并随着待缠绕体30旋转，在使橡胶条带从轮胎赤道C向轮胎轴向右侧移动的同时，将橡胶条带10A以重叠方式螺旋缠绕，而在使橡胶条带从轮胎赤道C向轮胎轴向左侧移动的同时，将另一橡胶条10B以重叠方式螺旋缠绕。即，在本示例中，橡胶条带10A从接近轮胎赤道C的轴向一侧F1朝向另一侧F2(轮胎轴向方向上的右侧)位移，而另一橡胶条带10B从接近轮胎赤道C的轴向一侧F1朝向另一侧F2(轮胎轴向方向上的左侧)位移。

接下来，在条带缠绕系统中，在所缠绕的橡胶条带10与10之间以及所缠绕的橡胶条带10与待缠绕体30之间形成缝隙e。因此，在硫化之后，存在空气残留在缝隙e内而损害轮胎的问题，因而轮胎的质量劣化。

因此，为了消除缝隙e内的空气，如图3所示，在橡胶条带10的至少一个表面S上形成在与橡胶条10的纵向方向相交的方向上延伸的多个排气槽11。在该示例中，为了加强排气效果，橡胶条带10的两个表面Sf及Sr均形成有排气槽11，且形成在一个表面Sf上的排气槽11f以及形成在另一表面Sr上的排气槽11r基本上形成在相同的位置。每个排气槽11都形成有一个或更多个排气孔12，该排气孔12穿过橡胶条带10并在厚度方向上延伸。

通过该结构，可以将缝隙e内的空气通过排气槽11从橡胶条带10的侧边10E排放到外面，并且通过排气槽11的空气可从排气孔12穿过橡胶条带10的相对表面直接排放。即，当结合使用排气槽11及排气孔12时，通过其相互作用可复合地形成多个排气流动通路，进而可大大改善排气性能。

当排气槽11形成在橡胶条带10的两个表面Sf及Sr上时，可以将形成在两个表面Sf及Sr上的排气槽11的数量减少一半，而同时维持相同水平的排气性能。因此，可以减小排气槽11暴露至缠绕体的表面的变化。因此，可以防止诸如排气槽11的痕迹残留在硫化轮胎的表面上等的外观的劣化。特别是当形成在一个表面Sf上的排气槽11f与形成在另一表面Sr上的排气槽11r形成在相同位置时，可以采用下述槽形成步骤。因此，带来槽形成步骤的数量可被减半、对槽形成设备的结构及控制可被简化等很多优势。当还使用了排气孔12时，排气孔12的两端在排气槽11f及11r中开口。因此，即使当橡胶条带10重叠时，排气孔12的开口也不会封闭且排气效果也不会劣化，进而可维持较高可靠性及较高排气性能。

这里，可适用具有厚度T为0.7至4.0mm、宽度W是厚度T的10到20倍的盘形横长横截面的橡胶条带作为橡胶条带10。在本示例中，为方便起见，使用了具有矩形横截面形状的橡胶条带。但是，如图8及图9所示，优选橡胶条带包括：最厚部35，其在宽度方向上的中央侧具有厚度T的最大值Tmax；渐缩部36，其厚度在最厚部35的两侧上朝向侧边10E逐步减小，且两侧均为渐缩的。使用这种橡胶条带可减小缝隙e本身。优选的两侧渐缩形状的示例是：

<1>梯形形状10a及10b(图8A及图8B)，其中最厚部35具有预定宽度，且最厚部35在其两侧设置有斜面；

<2>近似梯形形状10c、10d及10i(图8C、8D及图8E)，其中渐缩部36的斜面由凸弧表面或凹弧表面替代；及

<3>半弧形形状10e及10f(图9A及图9B)以及弧形形状10g及10h(图9C及图9D)，其中最厚部35为点的形式，且具有弧形表面的渐缩部36连续地形成在最厚部35的两侧上。

在两侧均为渐缩形状的情况下，厚度的最大值Tmax，即最大厚度Tmax处于0.7至4.0mm的范围内。在矩形横截面形状的情况下，消除了渐缩部36，仅利用最厚部35形成橡胶条带10。

排气槽11具有相对于橡胶条带的纵向方向成20度至90度的角度θ，并在橡胶条带10的侧边10E与10E之间连续延伸。该角度θ可以是90°。在此情况下，具有空气可以最短距离朝向侧边10E排放的优势。

但是，考虑到以下因素，优选地角度θ小于90度。此时，优选地排气槽11朝向缠绕后侧从轴向上的上述另一侧F2向上述一侧F1倾斜。

如图4概念性示出的，在将橡胶条带10从轴向上的一侧F1朝向另一侧F2移动的同时，随着待缠绕体30转动而将橡胶条带10螺旋地缠绕并重叠。缝隙e内的空气通过排气槽11，从橡胶条带10的上述另一侧F2的侧边10E2沿面对上述一侧F1的侧边10E1的方向排放。此时，因为橡胶条带10连续地从一侧F1向另一侧F2连续移动，故橡胶条带10的另一侧F2的侧边10E2位于缠绕体的径向内侧的较深位置处，且一侧F1的侧边10E1位于侧边10E1暴露至缠绕体的外表面的一侧上。因此，当处于倾斜方向时，排气流动通路形成为其中排气方向变为“从缠绕体的内侧至缠绕体的表面”。因此，缠绕体内的空气排放至外部，且可在该状态下缠绕橡胶条带10并有效地防止在内部残留空气。

但是，如果角度θ变的小于20度，则排气流动通路的长度会变的过长，劣化了排气效能，并存在空气残留在排气流动通道内的不利可能性。因此，优选地，角度θ的下限为25度或更高。角度θ的上限值为90度。如上所述，为了使排气方向为“从缠绕体的内侧至缠绕体的表面”，优选地，角度θ的上限值为70度或更小，更优选地为65度或更小。

优选地，排气槽11与11之间沿橡胶条带的纵向方向的间距P处于40至200mm的范围内，且如果间距P超过200mm，则倾向于残留空气。如果间距P小于40mm，则品质过度而超过必要，且倾向于强度劣化。

如图5所示，在排气槽11中，其槽宽Wg的最大值Wg1(最大宽度Wg1)设定在0.3至3.0mm的范围内，且其槽深Hg的最大值Hg1(最大深度Hg1)设定在0.1至3.0mm的范围内。

当橡胶条带10具有矩形横截面形状时，从侧边10E1至侧边10E2的槽宽Wg及槽深Hg是恒定的。即，恒定槽宽Wg及恒定槽深Hg形成最大宽度Wg1及最大深度Hg1。当最大宽度Wg1超过3.0mm且最大深度Hg1超过3.0mm时，槽容积变的过大，由此，在硫化成形时导致橡胶流动不足，进而产生排气槽11的痕迹残留而成为瑕疵的问题。相反，如果最大宽度Wg1小于0.3mm且最大深度Hg1小于0.1mm，则不能充分发挥排气效能。

以下，将说明用于在橡胶条带10的两个表面Sf及Sr上的相同位置形成排气槽11f及11r的槽形成步骤的一个示例。如图6所示，槽形成步骤是用于通过使挤压形成最终横截面形状(即，橡胶条带10的外轮廓形状)的条带基体20可在槽形成设备22的辊22U与22L之间通过而同时在两个表面Sf及Sr上形成排气槽11f及11r的步骤，其中，槽形成设备22具有图案形成辊22U和平滑辊22L，图案形成辊22U的外周表面上有用于形成排气槽的槽形成肋，平滑辊22L的外周表面是平滑表面。

更具体而言，在槽形成设备22中，图案形成辊22U与平滑辊22L之间的缝隙与橡胶条带10的厚度T(即，条带基体20的厚度T)大体相同，且槽形成肋21的突起高度h大于其中一个排气槽11f的槽深Hg并大于排气槽11f与11r两者的槽深Hg的总合。如图7A所示，槽形成肋21通过使条带基体20在辊22U与22L之间通过而进入条带基体20，且由此在其中一个表面Sf上产生压入变形K1。在此时，如图7B所示，在槽形成肋21与平滑辊22L之间的橡胶部分内产生力图恢复压入变形K1的应力J。如图7C所示，当槽形成肋21通过时，压入变形K1的一部分通过应力J而恢复，且在与压入变形K1的相同位置处在另一表面Sr上产生槽状恢复变形K2。如果以此方式应用利用了槽形成设备22的槽形成步骤，则可以于大体相同位置处在条带基体20的两个表面Sf及Sr上同时形成排气槽11f及11r。此时，优选地，排气槽11的底部为弧形。

图案形成辊22U设置有孔形成装置25，该孔形成装置25保持用于从槽形成肋21的顶端以伸缩形式形成排气孔12的打孔针24。

如图6所示，孔形成装置25包括一个或更多个(在本示例中为四个)滑板28，该滑板28由安装在图案形成辊22U的内壁上的导引销27支撑，使得滑板28可径向地向内向、向外平行移动。每个滑板28都被安装为使得打孔针24的顶端径向向外取向。滑板28通过装配在导引销27上的诸如盘簧的弹性构件而径向地向内偏压，且这样使得打孔针24可总是缩回到槽形成肋21的前端的径向内侧而停止备用。不转动的凸轮29布置在图案形成辊22U的腔内，凸轮部29A抵靠滑板28，打孔针24被下推，进而凸轮29从槽形成肋21的前端突出。

因为孔形成装置25保持打孔针24使得打孔针24可突入槽形成肋21的顶端以及从其缩回，故可以将打孔针24以大体相对于条带基体20成直角的角度穿刺，且可将由于孔形成操作而在橡胶条带10内产生的损害抑制到最小程度。

穿刺条带基体20的打孔针24的针部分的最大厚度优选为0.5mm或更大，且排气槽11的最大宽度Wg1优选地处于25％至100％的范围内。优选地，其下限值为最大宽度Wg1的30％或更大，更优选地为40％或更大。如果最大厚度小于0.5mm或小于最大宽度Wg1的25％，则排气孔12的直径会过小，由此排气效果不充分。相反，如果其超过最大宽度Wg1的100％，则橡胶条带10的强度劣化，且当施加了张力时，会在缠绕操作期间产生裂缝且橡胶条带会被切割为两段。

这种槽形成设备22的结构简单，且对条带基体20的加工步骤的数量少，因此可以提高产能。因为排气槽11f及11r两者均可形成于精确位置，当各辊形成有槽形成肋时，不需要辊之间的复杂控制，进而还可简化控制装置。

当采用了该槽形成步骤时，在恢复变形K2的一侧的表面Sr上的排气槽11r的槽容积V2不可避免地变得小于在压入变形K1的一侧的表面Sf上的排气槽11f的槽容积V1，但可以增大槽容积V2/V1的比至50％至90％的范围。如果在每个排气槽11f及11r中的最大宽度Wg1处于0.3至3.0mm的范围内且最大深度Hg1处于0.1至3.0mm的范围内，则在槽容积的比V2/V1处于50％至90％的范围内时可以充分发挥排气性能。在技术上难以通过槽形成步骤将V2/V1比设定至90％或更高，而如果V2/V1比低于50％，则会劣化排气效果。

当采用该槽形成步骤时，如果橡胶条带10的厚度过大，则恢复变形K2变的不充分，进而不能形成具有所需槽深Hg的排气槽11r。因此，优选地，厚度T为4.0mm或更小。如果厚度T过薄，缠绕数量增加，则轮胎橡胶构件G的产能降低，因此，下限值优选地为0.7mm或更大。为了发挥排气效能，需要橡胶条带10具有一定的刚性，且为此目的，优选地将厚度T与宽度W的比W/T设定在10至20的范围内。

接下来，将说明橡胶条带10的横截面为如图8及图9所示的两侧渐缩形状的情况。将说明图8A中示出的梯形形状10a的情况作为代表。如图10所示，在橡胶条带10中，厚度朝向两侧边10E逐渐减小的渐缩部36连续地形成在最厚部35的两侧。在此情况下，在最厚部35处，排气槽11f及11r延伸至最大深度Hg1。在渐缩部36中，排气槽11f及11r中每一个的槽深Hg朝向两侧边10E逐渐减小，且排气槽终止于向内离开侧边10E一距离L0的位置处。这是因为，当排气槽11一直形成到侧边10E时，切割强度会被大大降低，进而存在橡胶会从该弱化部分被切断的不利可能性。但是，如果距离L0超过2.0mm，则变的难以从侧边10E排放空气。因此，优选地，距离L0大于0mm且小于2.0mm。在这种两侧渐缩形状的情况下，可采用该槽形成步骤。

在本发明中，也可以通过缠绕橡胶条带10(未示出)来形成除胎面橡胶G1之外的各种其他轮胎橡胶构件G。当形成轮胎外表面或胎腔表面的诸如胎面橡胶G1、胎侧橡胶G2、钳紧橡胶G4或内衬橡胶G3的轮胎橡胶构件G通过缠绕橡胶条带10形成时，可以减少残留在轮胎外表面与硫化模具之间以及轮胎的胎腔表面与囊状物之间的空气，且还可以改善外观品质。

尽管已经详细描述了本发明的优选实施方式，但本发明不限于上述图示示例，本发明可修改为各种形式并实施。

示例

试制了其中胎面橡胶利用具有表1所示的规格的橡胶条带形成的充气轮胎(轮胎尺寸215/45ZR17)。在各个试制轮胎中，对比并评估了因残留空气导致的缺陷的产生状况。当排气槽11的倾斜角度小于90度时，排气槽11朝向缠绕的后侧从轴向方向上的另一侧F2向一侧F1倾斜。表1中未示出的其他规格均相同。

<缺陷产生状况>

(残留空气)：对每个实施方式都准备了一百个试制轮胎，目测检查了由残留在胎面中的空气导致的变形，并评估了具有变形的轮胎的数量。

(瑕疵的产生)：对每个实施方式都准备了一百个试制轮胎，目测检查了由残留空气或排气槽导致的胎面表面上的瑕疵，并评估了具有瑕疵的轮胎的数量。

从与示例1的对比以及示例3与9之间的对比可看出，当不存在排气孔时，优选地在橡胶条带的两个表面上形成排气槽以抑制缺陷。当不存在排气孔时，对于抑制缺陷来说，排气槽的角度θ为90度是不充分的。如从示例1、4、6及7之间的对比可看出，为了抑制缺陷，角度θ优选地小至75度、65度或45度。

如从示例22至26可看出的，排气孔对排气效果的影响极高。因此，当存在排气孔时，即使当排气槽仅形成在橡胶条带的一个表面上及角度θ为90度时也可发挥充分的排气效果，且可极大地抑制缺陷。

Claims (8)

1.一种轮胎橡胶构件的制造方法，其包括形成所述橡胶构件的缠绕步骤，其中通过在圆柱形的待缠绕体上重叠并螺旋缠绕橡胶条带并同时将所述橡胶条带从所述待缠绕体的轴向上的一侧向另一侧移动来重叠所述橡胶条带；其中

在所述橡胶条带的至少其中一个表面上布置能够排出所述重叠的橡胶条带之间的空气的多个排气槽，

每个所述排气槽相对于所述橡胶条带的纵向方向成20度至90度的角度θ，并在所述橡胶条带的侧边之间延伸，所述排气槽的最大宽度为0.3mm至3.0mm，且所述排气槽的最大深度为0.1mm至3.0mm，并且

每个所述排气槽包括延伸而穿透所述橡胶条带的一个或更多个排气孔。

2.如权利要求1所述的轮胎橡胶构件的制造方法，其中

所述角度θ为20度至70度，且所述排气槽朝向所述橡胶条带的缠绕后侧从所述轴向上的另一侧向所述一侧倾斜。

3.如权利要求1所述的轮胎橡胶构件的制造方法，其中

所述橡胶条带分别在其中一个表面及另一表面上设置有排气槽，且所述一个表面上的排气槽形成在与所述另一表面上的排气槽基本相同的位置。

4.如权利要求3所述的轮胎橡胶构件的制造方法，其中

形成在所述橡胶条带的所述另一表面上的排气槽的槽容积V2为形成在所述一个表面上的排气槽的槽容积V1的50％至90％。

5.如权利要求1所述的轮胎橡胶构件的制造方法，其中

所述排气槽在所述橡胶条带的纵向方向上以彼此间40mm至200mm的间距P布置。

6.如权利要求1所述的轮胎橡胶构件的制造方法，其中

所述橡胶条带包括：最厚部，位于厚度变得最大的宽度方向的中央侧；以及，渐缩部，其连接至所述最厚部的两侧且其厚度朝向其两侧缘逐渐减小；所述排气槽在所述最厚部中延伸至最大槽深，且在所述渐缩部中所述槽深朝向两侧缘逐渐减小。

7.如权利要求1所述的轮胎橡胶构件的制造方法，还包括

槽形成步骤，其中允许以最终横截面形状挤压的条带基体在图案形成辊与平滑辊之间通过，其中，所述图案形成辊在其外周表面上以突起形式设置有用于形成所述排气槽的槽形成肋，且所述平滑辊具有平滑外周表面，其中

在所述槽形成步骤中，橡胶被推压并由于所述槽形成肋被压入所述条带基体而变形，且压入变形的一部分随后恢复，使得同时在所述条带基体的两个表面上的大体相同位置处形成排气槽。

8.一种充气轮胎，其中，该充气轮胎通过对使用由根据权利要求1所述的制造方法而获得的轮胎橡胶构件的胎坯进行硫化而形成。

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