DE102011090057A1

DE102011090057A1 - Luftreifen und Verfahren zur Herstellung eines Luftreifens

Info

Publication number: DE102011090057A1
Application number: DE102011090057A
Authority: DE
Inventors: Atsushi Tanno; Noboru Takada; Yuji Sato; Jun Matsuda; Yuji Kodama; Susumu Imamiya
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2012-06-28
Also published as: US9156314B2; CN102555675A; US20120160387A1; CN102555675B

Abstract

Es wird eine Struktur bereitgestellt, durch die der Rollwiderstand eines Luftreifens 1 verringert wird. Dazu weist der Luftreifen 1 Folgendes auf: eine zylindrische ringförmige Struktur 10, eine Kautschukschicht 11, aus der ein Laufflächenabschnitt wird und die entlang einer Umfangsrichtung der ringförmigen Struktur 10 auf einer Außenseite 10so der ringförmigen Struktur 10 vorhanden ist, und einen Karkassenabschnitt 12, der mit Kautschuk bedeckte Fasern aufweist und an beiden Seiten in einer Richtung parallel zu einer Mittelachse (Y-Achse) einer zylindrischen Struktur 2, die die ringförmige Struktur 10 und die Kautschukschicht 11 aufweist, bereitgestellt wird. In einer Meridianquerschnittsansicht der Struktur 2 weisen eine Außenseite 11so der Kautschukschicht 11 und die Außenseite 10so der ringförmigen Struktur 10 die gleiche Form auf.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Luftreifen.
Hintergrund
Das Verringern des Rollwiderstands eines Luftreifens ist nützlich im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs. Es existieren Verfahren zum Verringern des Rollwiderstands eines Reifens, wie z. B. die Verwendung einer Silica-Kautschukmischung für die Lauffläche.
Dokumente des Standes der Technik

Nichtpatentdokument 1: Recent Technical Trends in Tires, Akimasa DOI, Journal of the Society of Rubber Industry, Sep. 1998, Bd. 71, S. 588–594

Zusammenfassung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem: Während das Verfahren zum Verringern des Rollwiderstands von Luftreifen, das im Nichtpatentdokument 1 beschrieben wurde, eine Verbesserung des Materials bereitstellt, ist es ebenfalls möglich, den Rollwiderstand durch Modifizieren der Struktur des Luftreifens zu verringern. In Anbetracht des Vorgenannten besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Struktur bereitzustellen, durch die der Rollwiderstand eines Luftreifens verringert wird.
Mittel zum Lösen des Problems: Ein Mittel zum Lösen des vorstehend beschriebenen Problems ist ein Luftreifen, der Folgendes aufweist: eine zylindrische ringförmige Struktur mit einer Mehrzahl von Durchgangslöchern; eine Kautschukschicht, die ein Laufflächenabschnitt wird und die entlang einer Umfangsrichtung der ringförmigen Struktur auf einer Außenseite der ringförmigen Struktur vorhanden ist; und einen Karkassenabschnitt, der mit Kautschuk bedeckte Fasern aufweist und der wenigstens an beiden Seiten in einer Richtung parallel zur Mittelachse der zylindrischen Struktur, die die ringförmige Struktur und die Kautschukschicht aufweist, vorgesehen ist.
Ein Mittel zum Lösen des vorstehend beschriebenen Problems ist ein Luftreifen, der Folgendes aufweist: eine zylindrische ringförmige Struktur mit einer Mehrzahl von Durchgangslöchern; eine Kautschukschicht, die ein Laufflächenabschnitt wird und die entlang einer Umfangsrichtung der ringförmigen Struktur auf einer Außenseite der ringförmigen Struktur vorhanden ist; eine Rille, die auf einer Außenseite in Radialrichtung der Kautschukschicht vorhanden ist; und einen Karkassenabschnitt, der mit Kautschuk bedeckte Fasern aufweist und der auf mindestens beiden Seiten in einer Richtung parallel zu einer Mittelachse der zylindrischen Struktur, die die ringförmige Struktur und die Kautschukschicht aufweist, vorgesehen ist. Ein Öffnungsverhältnis der Durchgangslöcher in mindestens einem Bereich, in dem die Rille bereitgestellt ist, ist kleiner als in einem Bereich in der Nähe des Bereichs, in dem die Rille bereitgestellt ist.
Mit dem vorstehend beschriebenen Mittel beträgt ein Anteil einer Gesamtheit der Öffnungsfläche der Durchgangslöcher relativ zu einer Oberfläche der Außenseite in Radialrichtung in einem Fall, bei dem die ringförmige Struktur die Durchgangslöcher nicht aufweist, vorzugsweise nicht weniger als 1% und nicht mehr als 30% in einem Bereich in der Nähe einer Umfangsrille und nicht weniger als 0,5% und nicht mehr als 15% in einem Bereich, in dem die Umfangsrille bereitgestellt ist.
Mit dem vorstehend beschriebenen Mittel beträgt eine Querschnittsfläche eines der Durchgangslöcher vorzugsweise nicht weniger als 0,1 mm² und nicht mehr als 100 mm².
Mit dem vorstehend beschriebenen Mittel beträgt eine Summe der Fläche der Durchgangslöcher vorzugsweise nicht weniger als 0,5% und nicht mehr als 30% der Oberfläche der Außenseite in Radialrichtung der ringförmigen Struktur.
Bei dem vorstehend beschriebenen Mittel verlaufen die Außenseite der Kautschukschicht und die Außenseite der ringförmigen Struktur, außer einem Rillenabschnitt der Kautschukschicht, vorzugsweise parallel zur Mittelachse.
Bei dem vorstehend beschriebenen Mittel ist die ringförmige Struktur vorzugsweise weiter außen in einer radialen Richtung der Struktur angeordnet als der Karkassenabschnitt.
Bei dem vorstehend beschriebenen Mittel ist die ringförmige Struktur vorzugsweise ein Metall.
Bei dem vorstehend beschriebenen Mittel beträgt eine Abmessung in der parallel zur Mittelachse verlaufenden Richtung der ringförmigen Struktur vorzugsweise nicht weniger als 50% und nicht mehr als 95% der Gesamtbreite in der parallel zur Mittelachse verlaufenden Richtung des Luftreifens.
Ein Mittel zum Lösen des vorstehend beschriebenen Problems besteht in einem Verfahren zur Herstellung eines Luftreifens, wobei der Luftreifen eine Kautschukschicht aufweist, aus der ein Laufflächenabschnitt wird und die an einer Außenseite einer zylindrischen und ringförmigen Struktur vorgesehen ist. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Bereitstellen einer zylindrischen ringförmigen Struktur, die eine Mehrzahl von Durchgangslöchern aufweist und wobei ein Öffnungsverhältnis der Durchgangslöcher in einem Bereich des Laufflächenabschnitts, in dem eine Rille bereitgestellt ist, kleiner ist als in einem Bereich in der Nähe des Bereichs, in dem die Rille bereitgestellt ist; Herstellen eines Reifenrohlings durch Auftragen von unvulkanisiertem Kautschuk auf eine Außenseite in Radialrichtung bzw. auf eine Innenseite in Radialrichtung der ringförmigen Struktur; und Leiten des Kautschuks auf der Innenseite in Radialrichtung der ringförmigen Struktur durch die Durchgangslöcher zur Außenseite in Radialrichtung durch Anlegen von Druck und Wärme an den Reifenrohling von der Innenseite in Reifenradialrichtung des Reifenrohlings, nachdem der Reifenrohling in eine Vulkanisierform gesetzt wurde.
Wirkung der Erfindung: Die vorliegende Erfindung kann eine Struktur bereitstellen, durch die der Rollwiderstand eines Luftreifens verringert wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Meridianquerschnittsansicht eines Reifens gemäß einer ersten Ausführungsform.
2-1 ist eine perspektivische Ansicht einer ringförmigen Struktur im Reifen gemäß der ersten Ausführungsform.
2-2 ist eine Draufsicht der ringförmigen Struktur im Reifen gemäß der ersten Ausführungsform.
3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Karkassenabschnitts im Reifen gemäß der ersten Ausführungsform.
4 ist eine Meridianquerschnittsansicht der ringförmigen Struktur und einer Kautschukschicht.
5-1 ist eine Zeichnung, die ein Modifikationsbeispiel der ringförmigen Struktur im Reifen gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
5-2 ist eine Zeichnung, die ein Modifikationsbeispiel der ringförmigen Struktur im Reifen gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
5-3 ist eine Draufsicht, die ein Modifikationsbeispiel einer ringförmigen Struktur mit Vertiefungen und Vorsprüngen an beiden Rändern in Breitenrichtung veranschaulicht.
5-4 ist eine Draufsicht, die ein Modifikationsbeispiel einer ringförmigen Struktur mit Vertiefungen und Vorsprüngen an beiden Rändern in Breitenrichtung veranschaulicht.
6 ist eine Zeichnung, die ein Modifikationsbeispiel der ringförmigen Struktur im Reifen gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
7 ist eine Zeichnung, die ein Modifikationsbeispiel der ringförmigen Struktur im Reifen gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
8 ist eine Zeichnung, die ein Modifikationsbeispiel der ringförmigen Struktur im Reifen gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
9 ist eine Zeichnung, die ein Modifikationsbeispiel der ringförmigen Struktur im Reifen gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
10 ist eine Zeichnung, die ein Modifikationsbeispiel der ringförmigen Struktur im Reifen gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
11 ist eine Erläuterungszeichnung zum Berechnen eines Öffnungsverhältnisses der Durchgangslöcher.
12 ist eine Erläuterungszeichnung zum Berechnen des Öffnungsverhältnisses der Durchgangslöcher.
13 ist eine Erläuterungszeichnung zum Berechnen des Öffnungsverhältnisses der Durchgangslöcher.
14 ist eine Erläuterungszeichnung zum Berechnen des Öffnungsverhältnisses der Durchgangslöcher.
15 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Öffnungsverhältnis und dem Bruchkraftverhältnis zeigt.
16-1 ist eine perspektivische Ansicht einer ringförmigen Struktur im Reifen gemäß einer zweiten Ausführungsform.
16-2 ist eine perspektivische Ansicht eines Modifikationsbeispiels der ringförmigen Struktur im Reifen enthaltenen gemäß der zweiten Ausführungsform.
17 ist eine Erläuterungszeichnung, die eine Verteilung der Durchgangslöcher der ringförmigen Struktur im Reifen gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
18 ist eine Erläuterungszeichnung, die eine Verteilung der Durchgangslöcher der ringförmigen Struktur im Reifen gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
19 ist eine Erläuterungszeichnung, die eine Verteilung der Durchgangslöcher der ringförmigen Struktur im Reifen gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
20 ist eine Erläuterungszeichnung, die eine Verteilung der Durchgangslöcher der ringförmigen Struktur im Reifen gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
21 ist eine Draufsicht, die ein Modifikationsbeispiel der ringförmigen Struktur im Reifen gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
22 ist eine Draufsicht, die ein Modifikationsbeispiel der ringförmigen Struktur im Reifen gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
23-1 ist eine schematische Darstellung, die einen Zustand veranschaulicht, in dem der Reifen in einer Vulkanisierform vulkanisiert wird.
23-2 ist eine schematische Darstellung, die einen Zustand veranschaulicht, in dem der Reifen in einer Vulkanisierform vulkanisiert wird.
24-1 ist eine schematische Darstellung, die einen Zustand veranschaulicht, in dem der Reifen in einer Vulkanisierform vulkanisiert wird.
24-2 ist eine schematische Darstellung, die einen Zustand veranschaulicht, in dem der Reifen in einer Vulkanisierform vulkanisiert wird.
25-1 ist eine schematische Darstellung, die einen Zustand veranschaulicht, in dem der Reifen in einer Vulkanisierform vulkanisiert wird.
25-2 ist eine schematische Darstellung, die einen Zustand veranschaulicht, in dem der Reifen in einer Vulkanisierform vulkanisiert wird.
26-1 ist eine schematische Darstellung, die einen Zustand veranschaulicht, in dem der Reifen in einer Vulkanisierform vulkanisiert wird.
26-2 ist eine schematische Darstellung, die einen Zustand veranschaulicht, in dem der Reifen in einer Vulkanisierform vulkanisiert wird.
27 ist ein Flussschema, das die Schritte eines Verfahrens zum Herstellen der ringförmigen Struktur im Reifen veranschaulicht.
28-1 ist eine Erläuterungszeichnung, die einen Schritt des Verfahrens zum Herstellen der ringförmigen Struktur veranschaulicht.
28-2 ist eine Erläuterungszeichnung, die einen Schritt des Verfahrens zum Herstellen der ringförmigen Struktur veranschaulicht.
28-3 ist eine Erläuterungszeichnung, die einen Schritt des Verfahrens zum Herstellen der ringförmigen Struktur veranschaulicht.
28-4 ist eine Querschnittansicht, die die Dicke eines geschweißten Abschnitts darstellt.
Detaillierte Beschreibung
Im Folgenden wird eine Form (Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die in der Ausführungsform aufgeführte Beschreibung beschränkt. Des Weiteren schließen die nachfolgend beschriebenen Bestandteile diejenigen Bestandteile mit ein, die von einem Fachmann leicht abgeleitet werden können, sowie Bestandteile, die im Wesentlichen identisch mit den hier beschriebenen sind. Außerdem können die nachstehend beschriebenen Bestandteile nach Bedarf miteinander kombiniert werden.
Erste Ausführungsform
Wird die exzentrische Verformung bis zu ihrem Grenzwert erhöht, um den Rollwiderstand eines Luftreifens (nachfolgend je nach Notwendigkeit als ”Reifen” bezeichnet) zu verringern, nimmt der Bodenkontaktbereich zwischen dem Reifen und einer Straßenoberfläche ab und der Bodenkontaktdruck wird erhöht. Demzufolge nimmt der viskoelastische Energieverlust aufgrund von Verformungen eines Laufflächenabschnitts zu, was wiederum einen erhöhten Rollwiderstand nach sich zieht. Die Erfinder richteten ihre Aufmerksamkeit auf diesen Punkt und versuchten, durch Sicherstellen des Bodenkontaktbereichs zwischen Reifen und Straßenoberfläche sowie durch Beibehalten einer exzentrischen Verformung den Rollwiderstand zu verringern und die Lenkstabilität zu erhöhen. Die exzentrische Verformung ist eine eindimensionale Verformungsart, bei der ein Laufflächenring (Zenitbereich) des Reifens senkrecht verlagert wird, während die runde Form des Reifens beibehalten wird. Zum Sicherstellen des Bodenkontaktbereichs zwischen dem Reifen und der Straßenoberfläche sowie zum Beibehalten einer exzentrischen Verformung wird bei dem Reifen in dieser Ausführung beispielsweise eine Struktur verwendet, die eine zylindrische ringförmige Struktur aufweist, welche aus einer dünnen Metallplatte hergestellt wird. Entlang einer Umfangsrichtung wird an einer Außenseite der ringförmigen Struktur eine Kautschukschicht bereitgestellt. Diese Kautschukschicht bildet den Laufflächenabschnitt des Reifens.
1 ist eine Meridianquerschnittsansicht eines Reifens gemäß der ersten Ausführungsform. 2-1 ist eine perspektivische Ansicht einer ringförmigen Struktur im Reifen gemäß der ersten Ausführungsform. 2-2 ist eine Draufsicht der ringförmigen Struktur im Reifen gemäß der ersten Ausführungsform. 3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Karkassenabschnitts im Reifen gemäß der ersten Ausführungsform. Wie in 1 dargestellt, ist der Reifen 1 eine ringförmige Struktur. Eine Achse, die durch den Mittelpunkt der ringförmigen Struktur verläuft, ist eine Mittelachse (Y-Achse) des Reifens 1. Bei Gebrauch ist das Innere des Reifens 1 mit Luft befüllt.
Der Reifen 1 dreht sich, wobei die Mittelachse (Y-Achse) als Drehachse dient. Die Y-Achse ist die Mittelachse und die Drehachse von Reifen 1. Eine X-Achse ist eine senkrecht zur Y-Achse (der Mittelachse (Drehachse) des Reifens 1) verlaufende Achse und verläuft parallel zu einer Straßenoberfläche, mit der Reifen 1 Bodenkontakt hat. Eine Z-Achse ist eine senkrecht zur Y-Achse und zur X-Achse verlaufende Achse. Eine Breitenrichtung des Reifens 1 ist eine parallel zur Y-Achse verlaufende Richtung. Eine Radialrichtung von Reifen 1 ist eine Richtung, die die Y-Achse kreuzt und senkrecht zur Y-Achse verläuft. Außerdem ist eine Umfangsrichtung, die an der Y-Achse zentriert ist, eine Umfangsrichtung des Luftreifens 1 (die durch den Pfeil „CR” in 1 angezeigte Richtung).
Wie in 1 dargestellt, weist der Reifen 1 eine zylindrische ringförmige Struktur 10, eine Kautschukschicht 11 und einen Karkassenabschnitt 12 auf. Die ringförmige Struktur 10 ist ein zylindrisches Element. Die Kautschukschicht 11 ist entlang der Umfangsrichtung der ringförmigen Struktur 10 an einer Außenseite 10so der ringförmigen Struktur 10 vorhanden und bildet den Laufflächenabschnitt von Reifen 1. Wie in 3 dargestellt, weist der Karkassenabschnitt 12 Fasern 12F, die mit Kautschuk 12R bedeckt sind, auf. In dieser Ausführungsform ist, wie in 1 dargestellt, der Karkassenabschnitt 12 an einer Innenseite in Radialrichtung der ringförmigen Struktur 10 vorhanden und verbindet beide Wulstabschnitte 13. Anders ausgedrückt ist der Karkassenabschnitt 12 zwischen beiden Wulstabschnitten 13 und 13 durchgängig. Es ist zu beachten, dass, obgleich der Karkassenabschnitt 12 an beiden Seiten in Breitenrichtung der ringförmigen Struktur 10 vorhanden ist, der Karkassenabschnitt 12 zwischen den beiden Wulstabschnitten 13 und 13 nicht durchgängig sein muss. Daher ist es, wie in 3 dargestellt, ausreichend, wenn der Karkassenabschnitt 12 an beiden Seiten in der Richtung (der Breitenrichtung) parallel zur Mittelachse (Y-Achse) der zylindrischen Struktur 2 vorhanden ist, die mindestens die ringförmige Struktur 10 und den Kautschukschicht 11 aufweist.
Beim Reifen 1 weisen, in einem Meridianquerschnitt von Struktur 2, eine Außenseite 11so (Laufflächenoberfläche des Reifens 1) der Kautschukschicht 11 und die Außenseite 10so der ringförmigen Struktur 10 vorzugsweise die gleiche Form auf und sind parallel (einschließlich Abmaß und Toleranz) ausgenommen Abschnitte, bei denen eine Rille S in der Laufflächenoberfläche gebildet wird.
Die in 2-1 dargestellte ringförmige Struktur 10 ist eine Metallstruktur. Anders ausgedrückt ist die ringförmige Struktur 10 aus einem Metallmaterial gefertigt. Das für die ringförmige Struktur 10 verwendete Metallmaterial weist vorzugsweise eine Zugfestigkeit von nicht weniger als 450 N/m² und nicht mehr als 2.500 N/m² auf, mehr bevorzugt nicht weniger als 600 N/m² und nicht mehr als 2.400 N/m² und mehr bevorzugt nicht weniger als 800 N/m² und nicht mehr als 2.300 N/m². Wenn die Zugfestigkeit innerhalb des vorstehend beschriebenen Bereichs liegt, kann eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit der ringförmigen Struktur 10 sichergestellt und eine erforderliche Zähigkeit gewährleistet werden. Demzufolge kann eine ausreichende Druckwiderstandsleistung der ringförmigen Struktur 10 sichergestellt werden. Es ist ausreichend, dass die Zugfestigkeit des Metallmaterials, welches für die ringförmige Struktur 10 verwendet werden kann, innerhalb des vorstehend beschriebenen Bereichs liegt, vorzugsweise jedoch wird Federstahl, hochfester Stahl, Edelstahl oder Titan (einschließlich Titanlegierungen) verwendet. Von diesen wird Edelstahl bevorzugt, weil Edelstahl eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist und Edelstahl mit einer Zugfestigkeit innerhalb des vorstehend beschriebenen Bereichs einfach herzustellen ist.
Ein Druckwiderstandsparameter wird als Produkt aus der Zugfestigkeit (MPa) und der Dicke (mm) der ringförmigen Struktur 10 definiert. Der Druckwiderstandsparameter ist ein Parameter, mit dem Widerstand gegenüber dem Innendruck des Gases, mit dem der Reifen 1 befüllt ist, gemessen wird. Der Druckwiderstandsparameter wird so eingestellt, dass er nicht weniger als 200 und nicht mehr als 1.700 beträgt und vorzugsweise nicht weniger als 250 und nicht mehr als 1.600. Liegt er innerhalb dieses Bereichs, kann der maximale Gebrauchsdruck von Reifen 1 sichergestellt und Sicherheit ausreichend gewährleistet werden. Außerdem ist es innerhalb des vorstehend beschriebenen Bereichs nicht erforderlich, die Dicke der ringförmigen Struktur 10 zu erhöhen, und es ist ebenfalls nicht erforderlich, ein Material mit hoher Bruchfestigkeit zu verwenden, wie dies bei der Massenherstellung bevorzugt wird. Eine Beständigkeit gegenüber wiederholtem Biegen kann für die ringförmige Struktur 10 sichergestellt werden, weil es nicht erforderlich ist, die Dicke der ringförmigen Struktur 10 zu erhöhen. Außerdem können die ringförmige Struktur 10 und der Reifen 1 zu geringen Kosten hergestellt werden, weil es nicht erforderlich ist, ein Material mit hoher Bruchfestigkeit zu verwenden. Bei Verwendung für einen Pkw beträgt der Druckwiderstandsparameter vorzugsweise nicht weniger als 200 und nicht mehr als 1.000 und mehr bevorzugt nicht weniger als 250 und nicht mehr als 950. Bei Verwendung als ein Lkw-/Busreifen (LB-Reifen) beträgt der Druckwiderstandsparameter vorzugsweise nicht weniger als 500 und nicht mehr als 1.700, und mehr bevorzugt nicht weniger als 600 und nicht mehr als 1.600.
Bei der Herstellung der ringförmigen Struktur 10 aus Edelstahl wird vorzugsweise ein martensitischer Edelstahl der Klasse JIS G4303 eingesetzt oder aber ferritischer Edelstahl, austenitischer Edelstahl, austenitisch-ferritischer Zweiphasen-Edelstahl, oder ausscheidungsgehärteter Edelstahl. Durch die Verwendung eines solchen Edelstahls wird eine ringförmige Struktur 10 mit überragender Zugfestigkeit und Zähigkeit erzielt. Außerdem wird von den vorstehend beschriebenen Edelstahlen der ausscheidungsgehärtete Edelstahl (SUS631 bzw. SUS632J1) mehr bevorzugt.
Wie in 2-1 und 2-2 dargestellt, weist die ringförmige Struktur 10 eine Mehrzahl von Durchgangslöchern 10H auf, die eine Innenumfangsoberfläche und einen Außenumfang davon durchdringen. Die Kautschukschicht 11 ist an der Außenseite in der Radialrichtung und/oder der Innenseite in Reifenradialrichtung der ringförmigen Struktur 10 angebracht. Die Kautschukschicht 11 ist mittels chemischer Bindung mit der ringförmigen Struktur 10 an der ringförmigen Struktur 10 angebracht. Die Durchgangslöcher 10H stellen eine Wirkung des Verstärkens der physikalischen Bindung zwischen der ringförmigen Struktur 10 und der Kautschukschicht 11 bereit. Dadurch wird die Bindungsstärke mit der ringförmigen Struktur 10 durch chemische und physikalische Wirkungen (Verankerungswirkungen) erhöht, und infolgedessen wird die ringförmige Struktur 10 zuverlässig mit der Kautschukschicht 11 befestigt. Dies führt zu einer verbesserten Haltbarkeit des Reifens 1.
Eine Querschnittsfläche eines der Durchgangslöcher 10H beträgt vorzugsweise nicht weniger als 0,1 mm² und nicht mehr als 100 mm², mehr bevorzugt nicht weniger als 0,12 mm² und nicht mehr als 80 mm² und noch mehr bevorzugt nicht weniger als 0,15 mm² und nicht mehr als 70 mm². Wenn sie innerhalb dieses Bereichs liegt, werden Ungleichmäßigkeiten im Karkassenabschnitt 12 unterdrückt, und es kann Adhäsionsbindung, insbesondere chemische Bindung, ausreichend eingesetzt werden. Wenn sie innerhalb des vorstehend beschriebenen Bereichs liegt, ist zudem die vorstehend beschriebene physikalische Wirkung, insbesondere die Verankerungswirkung, am effektivsten. Aufgrund dieser Wirkungen kann die Bindung zwischen der ringförmigen Struktur 10 und der Kautschukschicht 11 verstärkt werden.
Hinsichtlich der Form der Durchgangslöcher 10H liegen keine Beschränkungen vor, jedoch wird eine kreisförmige oder elliptische Form bevorzugt (in dieser Ausführungsform ist die Form kreisförmig). Außerdem beträgt ein Äquivalentdurchmesser 4 × A/C der Durchgangslöcher 10H (wobei C eine Umfangslänge der Durchgangslöcher 10H ist und A die Öffnungsfläche der Durchgangslöcher 10H ist) vorzugsweise nicht weniger als 0,5 mm und nicht mehr als 10 mm. Die Durchgangslöcher 10H haben mehr bevorzugt eine kreisförmige Form und einen Durchmesser von nicht weniger als 1,0 mm und nicht mehr als 8,0 mm. Wenn innerhalb dieses Bereichs, können physikalische und chemische Bindung effektiv verwendet werden, und deshalb ist die Bindung zwischen der ringförmigen Struktur 10 und der Kautschukschicht 11 stärker. Wie nachstehend beschrieben, müssen der Äquivalentdurchmesser oder der Durchmesser aller Durchgangslöcher 10H nicht gleich sein.
Eine Summe der Fläche der Durchgangslöcher 10H beträgt vorzugsweise nicht weniger als 0,5% und nicht mehr als 30%, mehr bevorzugt nicht weniger als 1,0% und nicht mehr als 20% und noch mehr bevorzugt nicht weniger als 1,5% und nicht mehr als 15% einer Oberfläche der Außenseite in Radialrichtung der ringförmigen Struktur 10. Wenn sie innerhalb dieses Bereichs liegt, kann die Festigkeit der ringförmigen Struktur 10 sichergestellt werden, während physikalische und chemische Bindung effektiv verwendet werden. Infolgedessen ist die Bindung zwischen der ringförmigen Struktur 10 und der Kautschukschicht 11 stärker und die notwendige Steifigkeit der ringförmigen Struktur 10 kann sichergestellt werden. Wie nachstehend beschrieben, kann der Abstand der Durchgangslöcher 10H gleich oder ungleich sein. Durch die Verwendung einer solchen Konfiguration kann die Aufstandsfläche des Reifens 1 gesteuert werden.
Die ringförmige Struktur 10 kann durch Zusammenfügen der kurzen Seiten eines rechteckigen Plattenmaterials, in das die Mehrzahl von Durchgangslöcher 10H gestanzt wurde, und anschließendes Verschweißen hergestellt werden. Somit kann die ringförmige Struktur 10 auf vergleichsweise einfache Art hergestellt werden. Es ist zu beachten, dass das Verfahren zum Herstellen der ringförmigen Struktur 10 nicht darauf beschränkt ist und die ringförmige Struktur 10 zum Beispiel durch Bilden einer Mehrzahl von Löchern im Außenumfangsabschnitt eines Zylinders und anschließendes Fräsen des Inneren des Zylinders hergestellt werden kann.
Die Außenseite 10so der ringförmigen Struktur 10 und die Innenseite 11si der Kautschukschicht 11 berühren einander. In dieser Ausführungsform werden die ringförmige Struktur 10 und die Kautschukschicht 11 unter Verwendung von beispielsweise einem Klebstoff befestigt. Durch eine solche Struktur kann Kraft zwischen der ringförmigen Struktur 10 und der Kautschukschicht 11 gegenseitig übertragen werden. Mittel zum Befestigen der ringförmigen Struktur 10 und der Kautschukschicht 11 sind nicht auf Klebstoffe beschränkt. Außerdem liegt die ringförmige Struktur 10 vorzugsweise nicht zur Außenseite in Radialrichtung der Kautschukschicht frei. Eine solche Konfiguration führt dazu, dass die ringförmige Struktur 10 und die Kautschukschicht 11 zuverlässiger befestigt sind. Außerdem kann die ringförmige Struktur 10 in der Kautschukschicht 11 eingebettet sein. In einem solchen Fall können die ringförmige Struktur 10 und die Kautschukschicht 11 zuverlässiger miteinander verbunden werden.
Die Kautschukschicht 11 weist ein Kautschukmaterial, das einen Synthesekautschuk, einen Naturkautschuk oder eine Mischung davon aufweist, und Kohlenstoff, SiO₂ oder dergleichen auf, welches als verstärkendes Material zum Kautschukmaterial hinzugefügt wird. Die Kautschukschicht 11 ist eine endlose bandähnliche Struktur. Wie in 1 dargestellt, weist in dieser Ausführungsform die Kautschukschicht 11 eine Mehrzahl von Rillen (Hauptrillen) S in einer Außenseite 11so auf. Die Kautschukschicht 11 kann auch Stollenrillen zusätzlich zu den Rillen S aufweisen.
Der Karkassenabschnitt 12 ist ein verstärkendes Element, das zusammen mit der ringförmigen Struktur 10 als Druckbehälter während des Befüllens des Reifens 1 mit Luft dient. Der Karkassenabschnitt 12 und die ringförmige Struktur 10 stützen die Last, die auf die Reifen 1 aufgrund des Innendrucks der Luft, die das Innere des Reifens 1 ausfüllt, einwirkt, und sie halten den dynamischen Kräften stand, die auf den Reifen 1 während der Fahrt einwirken. In dieser Ausführungsform ist eine Innenseele 14 an einer Innenseite des Karkassenabschnitts 12 von Reifen 1 vorhanden. Die Innenseele 14 unterdrückt ein Entweichen der Luft, die das Innere des Reifens 1 ausfüllt. Jedes Ende des Karkassenabschnitts 12 weist einen Wulstabschnitt 13 auf seiner Innenseite in Radialrichtung auf. Die Wulstabschnitte 13 passen mit einer Felge eines Rads, an dem der Reifen 1 angebracht ist, zusammen. Es ist zu beachten, dass der Karkassenabschnitt 12 mechanisch mit der Felge des Rads verbunden werden kann.
4 ist eine Meridianquerschnittsansicht der ringförmigen Struktur 10 und der Kautschukschicht 11. Ein Elastizitätsmodul der ringförmigen Struktur 10 beträgt vorzugsweise nicht weniger als 70 GPa und nicht mehr als 250 GPa, und mehr bevorzugt nicht weniger als 80 GPa und nicht mehr als 230 GPa. Außerdem beträgt eine Dicke tm der ringförmigen Struktur 10 vorzugsweise nicht weniger als 0,1 mm und nicht mehr als 0,8 mm. Wenn die Werte innerhalb dieses Bereichs liegen, kann eine Beständigkeit gegenüber wiederholtem Biegen sichergestellt werden, während gleichzeitig die Druckwiderstandsleistung gewährleistet wird. Ein Produkt aus dem Elastizitätsmodul und der Dicke tm der ringförmigen Struktur 10 (als ”Steifigkeitsparameter” bezeichnet) beträgt vorzugsweise nicht weniger als 10 und nicht mehr als 500, und mehr bevorzugt nicht weniger als 15 und nicht mehr als 400.
Durch ein Konfigurieren des Steifigkeitsparameters solcherart, dass er innerhalb des vorstehend beschriebenen Bereichs liegt, wird die Steifigkeit der ringförmigen Struktur 10 im Meridianquerschnitt erhöht. Aufgrund dessen werden, wenn der Reifen 1 mit Luft befüllt ist und wenn der Reifen 1 in Bodenkontakt mit einer Straßenoberfläche kommt, Verformungen, welche durch die ringförmige Struktur 10 in Meridianquerschnitt der Kautschukschicht 11 (Laufflächenabschnitt) entstehen, unterdrückt. Daher wird ein viskoelastischer Energieverlust des Reifens 1 aufgrund der Verformungen unterdrückt. Außerdem wird durch ein Konfigurieren des Steifigkeitsparameters solcherart, dass er innerhalb des vorstehend beschriebenen Bereichs liegt, die Steifigkeit der ringförmigen Struktur 10 in Radialrichtung verringert. Demzufolge wird der Laufflächenabschnitt von Reifen 1 in einem Bodenkontaktabschnitt zwischen Reifen 1 und der Straßenoberfläche biegsam verformt, genau wie bei herkömmlichen Luftreifen. Durch eine solche Funktion wird der Reifen 1 exzentrisch verformt, während lokale Konzentrationen an Belastung und Beanspruchung im Bodenkontaktabschnitt vermieden werden und daher eine Belastung im Bodenkontaktabschnitt verteilt werden kann. Aufgrund dessen werden lokale Verformungen der Kautschukschicht 11 im Bodenkontaktabschnitt unterdrückt, was dazu führt, dass der Bodenkontaktbereich des Reifens 1 sichergestellt und der Rollwiderstand verringert wird.
Außerdem kann beim Reifen 1, aufgrund der hohen Steifigkeit der ringförmigen Struktur 10 innerhalb der Ebene und da der Bodenkontaktbereich der Kautschukschicht 11 sichergestellt ist, die Bodenkontaktlänge in Umfangsrichtung sichergestellt werden. Somit nehmen die Seitenkräfte, welche durch das Einwirken eines Ruderwinkels entstehen, zu. Demzufolge kann der Reifen 1 eine hohe Kurvensteifigkeit erzielen. Außerdem wird, wenn die ringförmige Struktur 10 aus Metall hergestellt ist, der Großteil der Luft, mit dem das Innere des Reifens 1 gefüllt ist, nicht durch die ringförmige Struktur 10 entweichen. Dies ist von Vorteil, da hierdurch der Luftdruck von Reifen 1 besser geregelt werden kann. Somit kann eine Abnahme an Luftdruck des Reifens 1 selbst dann unterdrückt werden, wenn der Reifen 1 so verwendet wird, dass der Reifen 1 über einen längeren Zeitraum hinweg nicht mit Luft befüllt wird.
Der Abstand tr (Dicke der Kautschukschicht 11) zwischen der Außenseite 10so der ringförmigen Struktur 10 und der Außenseite 11so der Kautschukschicht 11 beträgt vorzugsweise nicht weniger als 3 mm und nicht mehr als 20 mm. Indem der Abstand tr so konfiguriert wird, dass er innerhalb eines solchen Bereichs liegt, kann übermäßige Verformung der Kautschukschicht 11 in den Kurven unterdrückt werden, während gleichzeitig der Fahrkomfort gewährleistet wird. Die Richtung parallel zur Mittelachse (Y-Achse) der ringförmigen Struktur 10 oder, mit anderen Worten, eine Abmessung Wm (Breite der ringförmigen Struktur) in Breitenrichtung der ringförmigen Struktur 10 beträgt vorzugsweise nicht weniger als 50% (W × 0,5) und nicht mehr als 95% (W × 0,95) der Gesamtbreite (in einem Zustand, in dem der Reifen 1 auf einem Rad mit einer von JATMA festgelegten Felgenbreite montiert und auf 300 kPa mit Luft befüllt wurde) in der Richtung parallel zur Mittelachse (Y-Achse) des Reifens 1, der in 1 dargestellt ist. Wenn Wm kleiner als W × 0,5 ist, ist die Steifigkeit in dem Meridianquerschnitt der ringförmigen Struktur 10 ungenügend, was zu einer Reduzierung des Bereichs führt, der die exzentrische Verformung in Bezug auf die Reifenbreite aufrechterhält. Demzufolge kann der Effekt einer Verringerung des Rollwiderstands gemindert werden und die Kurvensteifigkeit abnehmen. Des Weiteren können, wenn Wm W × 0,95 übersteigt, am Laufflächenabschnitt Stauchverformungen in Richtung der Mittelachse (Y-Achse) der ringförmigen Struktur 10 während des Bodenkontakts auftreten und dies kann zur Verformung der ringförmigen Struktur 10 führen. Indem Wm so konfiguriert wird, dass W × 0,5 ≤ Wm ≤ W × 0,95, kann die Kurvensteifigkeit beibehalten werden, während der Rollwiderstand verringert wird, und außerdem kann Verformung der ringförmigen Struktur 10 unterdrückt werden.
Bei dem Reifen 1 weist in dem in 1 dargestellten Meridianquerschnitt die Außenseite 11so der Kautschukschicht 11 bzw., anders ausgedrückt, das Profil der Laufflächenoberfläche ausgenommen die Abschnitte, in denen die Rille S geformt wird (in diesem Fall die Hauptrillen Sc), vorzugsweise die gleiche Form auf wie die Außenseite 10so der ringförmigen Struktur 10. Aufgrund einer solchen Konfiguration wird, wenn der Reifen 1 in Bodenkontakt kommt oder rollt, die Kautschukschicht 11 (Laufflächenabschnitt) und die ringförmige Struktur 10 auf im Wesentlichen gleiche Weise verformt. Daher wird Verformung der Kautschukschicht 11 des Reifens 1 verringert, was zu einer Abnahme des viskoelastischen Energieverlusts und einer weiteren Senkung des Rollwiderstands führt.
Wenn die Außenseite 11so der Kautschukschicht 11 und die Außenseite 10so der ringförmigen Struktur 10 nach außen in Radialrichtung des Reifens 1 ragen, oder alternativ nach innen in Radialrichtung des Reifens 1 ragen, wird die Druckverteilung im Bodenkontaktabschnitt des Reifens 1 ungleichmäßig. Demzufolge können lokale Konzentrationen an Belastung und Beanspruchung im Bodenkontaktabschnitt erzeugt werden können und lokale Verformung der Kautschukschicht 11 können im Bodenkontaktabschnitt auftreten. In dieser Ausführungsform weisen beim Reifen 1, wie in 3 dargestellt, die Außenseite 11so der Kautschukschicht 11 (die Laufflächenoberfläche des Reifens 1) und die Außenseite 10so der ringförmigen Struktur 10 die gleiche Form auf (vorzugsweise parallel) und sind außerdem vorzugsweise parallel (einschließlich Abmaß und Toleranz) zur Mittelachse (Y-Achse) der Kautschukschicht 11 und der ringförmigen Struktur 10 (d. h., der Struktur 2). Durch eine solche Struktur kann der Bodenkontaktabschnitt des Reifens 1 so konfiguriert werden, dass er im Wesentlichen flach ist. Beim Reifen 1 ist die Druckverteilung im Bodenkontaktabschnitt einheitlich und daher werden lokale Konzentrationen an Belastung und Beanspruchung im Bodenkontaktabschnitt unterdrückt und lokale Verformung der Kautschukschicht 11 im Bodenkontaktabschnitt unterdrückt. Demzufolge wird eine Senkung des viskoelastischen Energieverlusts erzielt und somit ebenfalls eine Verringerung des Rollwiderstands von Reifen 1. Außerdem wird beim Reifen 1 lokale Verformung der Kautschukschicht 11 im Bodenkontaktabschnitt unterdrückt, und daher kann der Bodenkontaktbereich sichergestellt sowie gleichzeitig die Bodenkontaktlänge in Reifenumfangsrichtung gewährleistet werden. Somit kann beim Reifen 1 auch die Kurvensteifigkeit sichergestellt werden.
In dieser Ausführungsform liegen hinsichtlich der Form der Kautschukschicht 11 im Meridianquerschnitt keine besonderen Einschränkungen vor, vorausgesetzt, dass die Außenseite 11so der Kautschukschicht 11 und die Außenseite 10so der ringförmigen Struktur 10 parallel zur Mittelachse (Y-Achse) verlaufen. Zum Beispiel kann die Form der Kautschukschicht 11 im Meridianquerschnitt eine Trapezform oder eine Parallelogrammform aufweisen. Ist die Form der Kautschukschicht 11 im Meridianquerschnitt trapezförmig, dann kann eine obere oder untere Grundseite des Trapezes die Außenseite 11so der Kautschukschicht 11 sein. In beiden Fällen reicht es aus, wenn nur der Abschnitt der ringförmigen Struktur 10 parallel zum Profil der Laufflächenoberfläche von Reifen 1 verläuft (außer den Abschnitten, in denen die Rille geformt ist). Nachfolgend werden Modifikationsbeispiele der ringförmigen Struktur 10 beschrieben.
Modifikationsbeispiele der ringförmigen Struktur
5-1 und 5-2 sind Zeichnungen, die ein Modifikationsbeispiel der ringförmigen Struktur im Reifen gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulichen. 5-2 ist eine Draufsicht der ringförmigen Struktur; Pfeil C gibt die Umfangsrichtung einer ringförmigen Struktur 10a an; und W gibt die Breitenrichtung (Selbige nachstehend) an. Bei der vorstehend beschriebenen ringförmigen Struktur 10 des Reifens 1 sind beide Ränder auf den Seiten in Breitenrichtung so ausgebildet, dass sie gerade sind, jedoch, wie bei der ringförmigen Struktur 10a dieses Modifikationsbeispiels, können beide Ränder auf den Seiten in Breitenrichtung mit Vertiefungen und Vorsprüngen 10T in einer Sägezahnform versehen sein. Die in 3 dargestellte Kautschukschicht ist an der Außenseite in Radialrichtung der ringförmigen Struktur 10a angebracht, wobei die Vertiefungen und Vorsprünge 10T dazu dienen, die Bindung zwischen der ringförmigen Struktur 10a und der Kautschukschicht 11 zu stärken. Insbesondere verstärken die Vertiefungen und Vorsprünge 10T die physikalische Bindung und erhöhen die Kontaktfläche mit der Kautschukschicht 11. Infolgedessen kann die Klebkraft zwischen der Kautschukschicht 11 und der ringförmigen Struktur 10a erhöht werden. Deshalb wird die ringförmige Struktur 10a mit den Vertiefungen und Vorsprüngen 10T bevorzugt, weil die Bindung mit der Kautschukschicht 11 zuverlässiger ist und die Haltbarkeit verbessert wird. Außerdem können die Vertiefungen und Vorsprünge 10T die auf beide Ränder in Breitenrichtung der ringförmigen Struktur 10a einwirkende Druckspannung abschwächen und deshalb kann ein Nachgeben in der Umfangsrichtung des Bodenkontaktabschnitts des Reifens 1 unterdrückt werden. Dies führt zu einer längeren Haltbarkeit des Reifens 1. Die Vertiefungen und Vorsprünge 10T können einen gleichmäßigen Abstand aufweisen, jedoch weisen die Vertiefungen und Vorsprünge 10T, wenn gleichmäßige Oberwellen erzeugt werden, vorzugsweise einen ungleichmäßigen Abstand auf.
5-3 und 5-4 sind Draufsichten, die ein Modifikationsbeispiel einer ringförmigen Struktur mit Vertiefungen und Vorsprüngen an beiden Rändern in Breitenrichtung veranschaulichen. Wie in einer in 5-3 dargestellten ringförmigen Struktur 10a' können Vertiefungen und Vorsprünge 10T' aus kontinuierlichen Halbkreisen gebildet werden. Abhängig vom Material des Karkassenabschnitts 12 oder der Kautschukschicht 11 des Reifens 1 kann ein Rand der Sägezahnform dazu führen, dass sich im Karkassenabschnitt 12 oder in der Kautschukschicht 11 (durch die Schneidewirkung) während des Gebrauchs über einen verlängerten Zeitraum hinweg mechanische Spannungen aufgrund von Verformungen ansammeln, die auftreten, wenn der Reifen 1 rollt. Infolgedessen kann die Haltbarkeit des Karkassenabschnitts 12 oder der Kautschukschicht 11 abnehmen. In einem solchen Fall werden die in 5-3 dargestellten Vertiefungen und Vorsprünge 10T' bevorzugt.
Außerdem können, wie in der in 5-4 dargestellten ringförmigen Struktur 10a'', Vertiefungen und Vorsprünge 10T'' eine wellenartige Form aufweisen. Wenn mit einer Abnahme in der Haltbarkeit der ringförmigen Struktur 10a aufgrund des wiederholten Biegens zu rechnen ist, weil die Vertiefungen der Vertiefungen und Vorsprünge 10T (z. B. Täler), die eine Sägezahnform wie die in 5-2 dargestellte aufweisen, scharf sind (variierend abhängig vom Material und der Dicke der ringförmigen Struktur 10a), werden zudem die in 5-4 dargestellten Vertiefungen und Vorsprünge 10T'' bevorzugt.
6 bis 10 sind Zeichnungen, die Modifikationsbeispiele der ringförmigen Struktur im Reifen gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulichen. Diese ringförmigen Strukturen werden vorzugsweise auf Grundlage der vom Reifen abverlangten Eigenschaften zum Gebrauch ausgewählt. In einer ringförmigen Struktur 10b, die in 6 dargestellt ist, ist eine Mehrzahl der Durchgangslöchern 10H in Breitenrichtung (der durch den Pfeil „H” angegebenen Richtung) angeordnet, und eine Mehrzahl der Durchgangslöcher 10H ist versetzt in der Umfangsrichtung (der durch Pfeil „C” angegebenen Richtung) angeordnet. Im Vergleich zu der ringförmigen Struktur 10 von 2-2 kann der Abstand zwischen den Durchgangslöchern 10H (Abstand zwischen sechs benachbarten Löchern) in der ringförmigen Struktur 10b gleichmäßig ausgebildet werden. Deshalb kann eine maximale Dichte der Durchgangslöcher 10H, bei ebener Betrachtung, erreicht werden. Wenn größere Adhäsionsfestigkeit gewünscht wird, wird die ringförmige Struktur 10b bevorzugt.
Der Anordnungsabstand der Mehrzahl von Durchgangslöcher 10H ist größer in Breitenrichtung als in Umfangsrichtung in einer ringförmigen Struktur 10c, die in 7 dargestellt ist. Diese ringförmige Struktur 10c ist geeignet, wenn eine größere Biegesteifigkeit in Breitenrichtung gewünscht wird. Wenn zum Beispiel die Biegesteifigkeit in einer Laufflächenquerschnittsrichtung erhöht wird, werden Straßengeräusche im mittleren Frequenzbereich (um 300 Hz) reduziert.
Deshalb ist die ringförmige Struktur 10c geeignet, wenn reduzierte Straßengeräusche im mittleren Frequenzbereich gewünscht werden.
Der Anordnungsabstand der Mehrzahl von Durchgangslöcher 10H ist in Umfangsrichtung größer als in Breitenrichtung in einer ringförmigen Struktur 10d, die in 8 dargestellt ist, was ein Gegenteil von der Anordnung in der in 7 dargestellten ringförmigen Struktur 10c ist. Die ringförmige Struktur 10d ist geeignet, wenn größere Biegesteifigkeit in Umfangsrichtung gewünscht wird. Wenn zum Beispiel die Umfangsrichtungs-Biegesteifigkeit der Lauffläche erhöht wird, wird die Lenkstabilität verbessert. Deshalb ist die ringförmige Struktur 10d geeignet, wenn verbesserte Lenkstabilität gewünscht wird.
Der Anordnungsabstand der Mehrzahl von Durchgangslöcher 10H ist in Umfangsrichtung konstant und variiert in Breitenrichtung in einer ringförmigen Struktur 10e, die in 9 dargestellt ist. Genauer gesagt nimmt bei der ringförmigen Struktur 10e der Abstand der Mehrzahl von Durchgangslöchern 10H allmählich von den Außenseiten in Breitenrichtung zur Mitte in Breitenrichtung zu. Zum Beispiel in Fällen, bei denen die Abnutzung des Reifens 1 fortschreitet und eine Tendenz zur Schulterabnutzung besteht (relativ gesehen werden Schulterabschnitte zuerst abgenutzt), wird die Dicke des Laufflächenkautschuks (der Kautschukschicht 11) in der Breitenrichtung ungleichmäßig. Deshalb kann in einem Querschnitt des Bodenkontaktabschnitts die ringförmige Struktur nicht imstande sein, parallel zur Mittelachse (der Y-Achse) zu bleiben und dies kann zu einer Abnahme der Haltbarkeit des Laufflächenkautschuks führen. Im Vergleich zu der ringförmigen Struktur 10 von 2-2 wurde die Biegesteifigkeit der Randabschnitte (d. h. der Schulterabschnitte des Reifens 1) in der ringförmigen Struktur 10e gesenkt. Deshalb weist im Vergleich zur ringförmigen Struktur 10 von 2-2 die ringförmige Struktur 10e eine niedrigere Biegesteifigkeit auf, und kann somit flexibel den Schwankungen in der Dickenabmessung des Laufflächenkautschuks (der Kautschukschicht 11) folgen. Infolgedessen kann eine Abnahme der Haltbarkeit des Laufflächenkautschuks wirksam unterdrückt werden. Außerdem können bei der ringförmigen Struktur 10e die Durchgangslöcher 10H sparsam im Mittelabschnitt und dicht im Schulterabschnitt angeordnet sein, sodass sowohl ein Penetrationsverhältnis (nachstehend beschrieben) aufrechterhalten werden kann und Abnahmen in der Haltbarkeit des Laufflächenkautschuks, die durch Schwankungen in der Dickenabmessung hervorgerufen werden, unterdrückt werden kann.
Der Durchmesser oder Äquivalentdurchmesser der Mehrzahl von Durchgangslöchern 10H variiert abhängig von der Position der Durchgangslöcher 10H in Breitenrichtung in einer ringförmigen Struktur 10f, die in 10 dargestellt ist. Genauer gesagt nimmt bei der ringförmigen Struktur 10f der Durchmesser oder Äquivalentdurchmesser der Mehrzahl von Durchgangslöchern 10H allmählich von den Außenseiten in Breitenrichtung zur Mitte in Breitenrichtung ab. Die ringförmige Struktur 10f kann die Wirkungen der ringförmigen Struktur 10e von 9 aufzeigen, indem der Durchmesser der Durchgangslöcher 10H und nicht die Dichte der Durchgangslöcher 10H geändert wird. Die ringförmige Struktur 10f ist geeignet, wenn im Schulterabschnitt eine größere Adhäsionsfestigkeit als bei der ringförmigen Struktur 10e von 9 gewünscht wird.
11 bis 14 sind Erläuterungszeichnungen zum Berechnen eines Öffnungsverhältnisses der Durchgangslöcher. 15 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Öffnungsverhältnis und dem Bruchkraftverhältnis zeigt. Nachfolgend wird das Öffnungsverhältnis der Durchgangslöcher 10H von der ringförmigen Struktur 10 beschrieben. Die in 2 dargestellte ringförmige Struktur 10 weist die Durchgangslöcher 10H auf und in diesem Fall wird an die Querschnittsfläche S (berechnet durch Multiplizieren eines Abstands zwischen benachbarten Durchgangslöchern 10H und 10H mit einer Dicke der ringförmigen Struktur 10) eine Zugkraft F angelegt. Von diesem Abschnitt wird erwartet, dass er aufgrund der Zugkraft F bricht. Wie in 12 dargestellt, ist ein Einheitenabschnitt 10U durch ein Durchgangsloch 10H und die acht Durchgangslöcher 10H, die das Durchgangsloch 10H umgeben, definiert. Der Einheitenabschnitt 10U wird zum Berechnen der Bruchfestigkeit in Fällen, in denen die ringförmige Struktur 10 die Durchgangslöcher 10H nicht aufweist, und in Fällen, in denen die ringförmige Struktur 10 die Durchgangslöcher 10H aufweist, verwendet. Wenn der Abstand zwischen benachbarten Durchgangslöchern 10H „b” ist und ein Radius der Durchgangslöcher 10H „r” ist, ist der Einheitenabschnitt 10U ein quadratischer Bereich, wobei 2 × (b + r) = L eine Länge einer Seite des quadratischen Bereichs ausdrückt.
Die Beziehung zwischen einem Querschnittsflächenverhältnis der erwarteten Bruchebene und dem Öffnungsverhältnis (Flächenverhältnis in Bezug auf einen Zustand, in dem die Durchgangslöcher 10H nicht bereitgestellt sind) in dem Einheitenabschnitt 10U wurde gesucht. Es ist zu beachten, dass angenommen wurde, dass die Bruchkraft proportional zur Querschnittsfläche S sein würde. In jedem der Einheitenabschnitte 10U von 13 und 14 wurde eine Dicke der Platte als „t” definiert. Wenn die Durchgangslöcher 10H nicht vorhanden sind (13), kann die mechanische Spannung σL der Bruchebene durch Formel (1) ausgedrückt werden. Wenn die Durchgangslöcher 10H vorhanden sind (14), kann die mechanische Spannung σB der Bruchebene durch Formel (2) ausgedrückt werden. „B” ist als 2 × b = L – 2 × r = L – 2 × √(α/π) definiert. „α” ist das Öffnungsverhältnis und ist als π²/L² definiert. σL = F/(L × t) (1) σB = F/(B × t) (2)
Das Bruchkraftverhältnis σL/σB ist als B/L = 1 – 2 × √(α/π) definiert. Diese Beziehung ist in 15 dargestellt. Aus 15 geht hervor, dass, wenn das Öffnungsverhältnis α 20% übersteigt, die Bruchkraft (das Bruchkraftverhältnis) kleiner als oder gleich die Hälfte ist, und es besteht ein Risiko, dass die Leistung als Druckbehälter der ringförmigen Struktur 10 nicht ausreichend wird. In diesem Fall ist es notwendig, die Dicke der ringförmigen Struktur 10 zu erhöhen, jedoch nimmt dabei die Haltbarkeit bei wiederholter Biegeverformung ab. Deshalb ist das Öffnungsverhältnis α der ringförmigen Struktur 10 mit den Durchgangslöchern 10H vorzugsweise auf nicht mehr als 20% beschränkt.
Wie vorstehend beschrieben, weist der Luftreifen gemäß dieser Ausführungsform eine ringförmige Struktur mit einem Steifigkeitsparameter (definiert als das Produkt aus dem Elastizitätsmodul und der Dicke), der nicht weniger als 10 und nicht mehr als 500 beträgt, und eine an der Außenseite der ringförmigen Struktur angeordnete Kautschukschicht auf. Durch eine solche Struktur wird der Reifen dieser Ausführungsform exzentrisch verformt, während lokale Konzentrationen an Belastung und Beanspruchung der Kautschukschicht im Bodenkontaktabschnitt vermieden werden, und daher kann eine Belastung im Bodenkontaktabschnitt verteilt werden. Demzufolge wird beim Reifen dieser Ausführungsform lokale Verformung der Kautschukschicht im Bodenkontaktabschnitt unterdrückt und daher werden Konzentrationen an Belastung und Beanspruchung im Bodenkontaktabschnitt verteilt und der Rollwiderstand verringert. Daher kann bei dieser Ausführungsform eine Struktur bereitgestellt werden, durch die der Rollwiderstand eines Luftreifens verringert wird. Des Weiteren kann durch Verwendung einer ringförmigen Struktur mit einer Zugfestigkeit von nicht weniger als 450 N/m² und nicht mehr als 2.500 N/m² eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit der ringförmigen Struktur sichergestellt und eine erforderliche Zähigkeit gewährleistet werden. Demzufolge kann eine ausreichende Druckwiderstandsleistung der ringförmigen Struktur sichergestellt werden.
Da die Kautschukschicht und die ringförmige Struktur aufgrund der in der ringförmigen Struktur bereitgestellten Durchgangslöcher verbunden werden, wird zudem physikalische Bindung zusätzlich zu chemischer Bindung verwendet, um die zwei Bestandteile zuverlässig und fest mit einander zu befestigen. Infolgedessen wird die Haltbarkeit des Luftreifens gemäß dieser Ausführungsform verbessert. Außerdem kann aufgrund der vorstehend beschriebenen Struktur bei dem Luftreifen gemäß dieser Ausführungsform bei Abnutzung der Kautschukschicht die Kautschukschicht von der ringförmigen Struktur entfernt und eine neue Kautschukschicht an die ringförmige Struktur angebracht werden. Daher wird eine Runderneuerung erleichtert. Bei dem Luftreifen gemäß dieser Ausführungsform können, vorausgesetzt, es sind liegen keine Defekte vor, die Karkasse und die ringförmige Struktur mehrere Male verwendet werden. Demzufolge werden Abfallprodukte reduziert und die Umweltbelastung ist geringer. Außerdem wird bei dem Luftreifen gemäß dieser Ausführungsform die ringförmige Struktur hergestellt, indem ein plattenähnliches Element in eine zylindrische Form gebracht und die ringförmige Struktur so angeordnet wird, dass sie den luftgefüllten Bereich umgibt. Daher verhindert bei dem Luftreifen gemäß dieser Ausführungsform die ringförmige Struktur ein Eindringen von Fremdkörpern aus der Straßenkontaktoberfläche (Außenseite der Kautschukschicht) in den luftgefüllten Bereich. Daher weist der Luftreifen gemäß dieser Ausführungsform den Vorteil auf, nicht anfällig für Reifenlöcher zu sein.
Produkte, die mit der gleichen Konfiguration wie der in dieser Ausführungsform beschriebenen versehen sind, stellen dieselben Funktionen und Wirkungen bereit wie die von dieser Ausführungsform bereitgestellten. Des Weiteren kann die Konfiguration dieser Ausführungsform nach Bedarf wie nachstehend beschrieben angewendet werden.
Zweite Ausführungsform
16-1 ist eine perspektivische Ansicht einer ringförmigen Struktur im Reifen gemäß der zweiten Ausführungsform. 16-2 ist eine perspektivische Ansicht eines Modifikationsbeispiels der ringförmigen Struktur im Reifen gemäß der zweiten Ausführungsform. Die Verteilung der Durchgangslöcher 10H in einer ringförmigen Struktur 10g dieser Ausführungsform und einer ringförmigen Struktur 10h eines Modifikationsbeispiels davon unterscheidet sich in der Position. In dieser Ausführungsform ist die ringförmige Struktur 10g nicht auf das in 16-1 dargestellte Beispiel beschränkt. Zum Beispiel können, wie bei der in 16-2 dargestellten ringförmigen Struktur 10h, Vertiefungen und Vorsprünge 10T mit einer Sägezahnform auf beiden Seiten in Breitenrichtung der ringförmigen Struktur 10g bereitgestellt sein. Die in 4 dargestellte Kautschukschicht ist an der Außenseite in Radialrichtung der ringförmigen Struktur 10g angebracht, wobei die Vertiefungen und Vorsprünge 10T dazu dienen, die Bindung zwischen der ringförmigen Struktur 10h und der Kautschukschicht 11 zu verstärken. Daher ist es vorzuziehen, dass die ringförmige Struktur 10h mit den Vertiefungen und Vorsprüngen 10T versehen wird, weil die ringförmige Struktur 10h und die Kautschukschicht 11 hierdurch zuverlässiger befestigt werden und die Haltbarkeit erhöht wird. Außerdem können die Vertiefungen und Vorsprünge 10T die auf beide Ränder in Breitenrichtung der ringförmigen Struktur 10h einwirkende Druckspannung abschwächen, und deshalb kann ein Nachgeben in Umfangsrichtung des Bodenkontaktabschnitts des Reifens 1 unterdrückt werden. Dies führt zu einer längeren Haltbarkeit des Reifens 1. Die Vertiefungen und Vorsprünge 10T können einen gleichmäßigen Abstand aufweisen, jedoch weisen die Vertiefungen und Vorsprünge 10T, wenn gleichmäßige Oberwellen erzeugt werden, vorzugsweise einen ungleichmäßigen Abstand auf.
17 bis 20 sind Erläuterungszeichnungen, die Verteilungen der Durchgangslöcher der ringförmigen Struktur im Reifen gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulichen. In den Zeichnungen steht „W” für die Breitenrichtung der ringförmigen Struktur und „C” für die Umfangsrichtung (wie auch in den folgenden Beispielen). In dieser Ausführungsform ist bei der ringförmigen Struktur 10g mindestens das Öffnungsverhältnis der Durchgangslöcher 10H in einem Bereich As (Rillenbereich), wo eine Rille (Hauptrille Sc in den Beispielen, die in 17 und 18 dargestellt sind) bereitgestellt ist, niedriger als das in einem Bereich NAs (Rillennähe-Bereich) in der Nähe der Rille. Der in 17 dargestellte Reifen 1g ist ein Beispiel mit drei Hauptrillen (Umfangsrillen) Sc, und der in 18 dargestellte Reifen 1g ist ein Beispiel mit vier Hauptrillen Sc. Der in 19 dargestellte Reifen 1g ist ein Beispiel mit vier Hauptrillen (Umfangsrillen) Sc und einer Mehrzahl von Stollenrillen Sr auf beiden Seiten in Breitenrichtung. Der in 20 dargestellte Reifen 1g ist ein Beispiel mit vier Hauptrillen Sc und einer Mehrzahl von Stollenrillen Sr auf beiden Seiten in Breitenrichtung und in einem Mittelabschnitt. In diesen Beispielen sind die Durchgangslöcher 10H nicht im Rillenbereich As der ringförmigen Struktur 10g bereitgestellt, sondern die Durchgangslöcher 10H sind im Rillennähe-Bereich NAs bereitgestellt. Infolgedessen ist das Öffnungsverhältnis der Durchgangslöcher 10H im Rillenbereich As der ringförmigen Struktur 10g kleiner als das im Rillennähe-Bereich NAs.
Generell weisen Abschnitte von Reifen, in denen Rillen bereitgestellt sind, eine geringe Biegesteifigkeit auf. In dieser Ausführungsform sind bei der ringförmigen Struktur 10g die Durchgangslöcher 10H unter den Rillen nicht bereitgestellt oder sind reduziert, oder mit anderen Worten ist das Öffnungsverhältnis der Durchgangslöcher 10H im Rillenbereich As so konfiguriert, dass es kleiner ist als das im Rillennähe-Bereich NAs. Deshalb kann die Biegesteifigkeit des Rillenbereichs As so erhöht werden, dass es größer ist als das im Rillennähe-Bereich NAs. Infolgedessen können Ungleichmäßigkeiten in der Biegesteifigkeit über die Gesamtheit des Reifens 1g unterdrückt werden und die Haltbarkeit und Fahrstabilität können verbessert werden. Der Schwankungsbetrag im Öffnungsverhältnis ist vorzugsweise wie gewünscht auf Grundlage der zu verbessernden Eigenschaften des Reifens eingestellt.
Wenn die Durchgangslöcher 10H im Rillenbereich As angeordnet sind, wird Kautschuk, der zum Laufflächenabschnitt wird, von Vorsprüngen der Vulkanisierform, die den Rillen entsprechen, eingedrückt und infolgedessen fließt der Kautschuk nach innen in Reifenradialrichtung der ringförmigen Struktur 10g, was zu Vulkanisierungsfehlern führen kann. Durch solches Konfigurieren des Öffnungsverhältnisses der Durchgangslöcher 10H im Rillenbereich As, dass es kleiner ist als das im Rillennähe-Bereich NAs, kann verhindert werden, dass der Kautschuk nach innen in Radialrichtung der ringförmigen Struktur 10g fließt.
Demzufolge können Vulkanisierungsfehler unterdrückt werden, und deshalb können die Qualität und die Ausbeute des hergestellten Reifens 1g verbessert werden.
Es ist zu beachten, dass das Öffnungsverhältnis auch in der Nähe des Rillenbereichs vorzugsweise niedriger ist und nicht nur im Rillenbereich As oder im Bereich unter der Rille (d. h. dem projektierten Bereich der Rille auf der ringförmigen Struktur 10g). Wenn die Rille eine Hauptrille Sc ist, ist die Nähe des Rillenbereichs As ein Bereich mit einer Breite gleich einer Summe einer Breite der Hauptrille Sc und maximal 15 mm auf jeder Seite in Breitenrichtung davon. Wenn die Rille eine Stollenrille Sr ist, ist die Nähe des Rillenbereichs As ein Bereich mit einer Breite gleich einer Summe einer Breite der Stollenrille Sr und maximal 10 mm auf jeder Seite in Breitenrichtung davon.
Bei der ringförmigen Struktur 10g beträgt ein Anteil einer Gesamtheit der Öffnungsfläche der Durchgangslöcher 10H relativ zu einer Oberfläche der Außenseite in Radialrichtung in einem Fall, bei dem die ringförmige Struktur 10g die Durchgangslöcher 10H nicht aufweist, nicht weniger als 1% und nicht mehr als 30% in einem Bereich in der Nähe einer Umfangsrille oder einer Hauptrille Sc (Rillennähe-Bereich NAs) und nicht weniger als 0,5% und nicht mehr als 15% in einem Bereich, in dem die Hauptrille Sc bereitgestellt ist (Rillenbereich As). Wenn der Rillennähe-Bereich NAs der Hauptrille Sc innerhalb dieses Bereichs liegt, kann die Bindung zwischen der ringförmigen Struktur 10g und der Kautschukschicht 11 verstärkt werden, während die Wirkung der Verbesserung der Biegesteifigkeit der ringförmigen Struktur 10 aufrechterhalten wird. Infolgedessen können die Leistung und die Haltbarkeit des Reifens 1g sichergestellt werden.
21 und 22 sind Draufsichten, die ein Modifikationsbeispiel der ringförmigen Struktur im Reifen gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulichen. 21 veranschaulicht eine ringförmige Struktur 10i, die einem Reifen mit nur den Hauptrillen Sc entspricht. 22 veranschaulicht eine ringförmige Struktur 10j, die einem Reifen mit sowohl den Hauptrillen Sc als auch den Stollenrillen Sr entspricht. Der Anordnungsabstand der Durchgangslöcher 10H in den ringförmigen Strukturen 10i und 10j ist gleich, jedoch ist die Fläche der Durchgangslöcher 10H im Rillenbereich As kleiner als die Fläche der Durchgangslöcher 10H im Rillennähe-Bereich NAs. Somit ist das Öffnungsverhältnis der Durchgangslöcher 10H im Rillenbereich As der ringförmigen Strukturen 10i und 10j kleiner als das im Rillennähe-Bereich NAs. Bei dieser Konfiguration können dieselben Funktionen und Wirkungen erzielt werden, die von der vorstehend beschriebenen ringförmigen Struktur 10g bereitgestellt werden.
Diese Ausführungsform kann dieselben Funktionen und Wirkungen bereitstellen wie die von der ersten Ausführungsform bereitgestellten. In dieser Ausführungsform ist zudem bei der ringförmigen Struktur das Öffnungsverhältnis der Durchgangslöcher in mindestens einem Bereich, der dem Bereich entspricht, in dem die Rillen im Laufflächenabschnitt des Reifens bereitgestellt sind, kleiner als das in einem Bereich, der einem Bereich in der Nähe des Bereichs, in dem die Rillen im Laufflächenabschnitt bereitgestellt sind, entspricht. Somit werden bei dem Reifen gemäß dieser Ausführungsform Abnahmen in der Biegesteifigkeit in Abschnitten, in denen die Rillen bereitgestellt sind, unterdrückt und die Leistung und die Haltbarkeit des Reifens kann sichergestellt werden.
Dritte Ausführungsform
In der dritten Ausführungsform werden Zustände beim Vulkanisieren bei der Herstellung des Luftreifens gemäß der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform beschrieben. 23-1 bis 26-2 sind schematische Darstellungen, die Zustände beim Vulkanisieren eines Reifens in einer Vulkanisierform veranschaulichen. Diese Zeichnungen werden verwendet, um ein Verfahren zum Herstellen des Luftreifens gemäß dieser Ausführungsform zu beschreiben. Nachstehend wird der Reifen 1 gemäß der ersten Ausführungsform als ein Beispiel verwendet, der Reifen gemäß der zweiten Ausführungsform ist jedoch gleich.
Zunächst wird eine zylindrische ringförmige Struktur 10 (siehe 2-1) mit einer Mehrzahl von Durchgangslöchern 10H bereitgestellt. Als Nächstes wird unvulkanisierter Kautschuk auf einer Außenseite in Radialrichtung bzw. auf einer Innenseite in Radialrichtung der ringförmigen Struktur 10 angeordnet und ein Reifenrohling wird hergestellt. Ein zweiter Kautschuk 21, der auf der Innenseite in Reifenradialrichtung angeordnet wird, ist Kautschuk, der hauptsächlich für den Zweck der Adhäsion an der ringförmigen Struktur 10 verwendet wird. Wie in 23-1 dargestellt, ist der Reifenrohling ein Laminat, das aus einem ersten Kautschuk 20 (unvulkanisiert), dem zweiten Kautschuk 21 (unvulkanisiert), der ringförmigen Struktur 10, einer Karkasse 22 (unvulkanisiert) und einer Innenseele 23 (unvulkanisiert) besteht. Beim Vulkanisieren wird der Reifenrohling in eine Vulkanisierform 25 gesetzt. Der erste Kautschuk 20 und der zweite Kautschuk 21 werden nach der Vulkanisierung die in 1 dargestellte Kautschukschicht 11. Der erste Kautschuk 20 und der zweite Kautschuk 21 stehen über die Mehrzahl von Durchgangslöchern 10H der ringförmigen Struktur 10 in Kontakt.
In diesem Zustand wird der Reifenrohling durch Anlegen von Druck P an das Laminat von der Seite der Innenseele 23 zur Vulkanisierform 25 hin mithilfe von einem Vulkanisierungsbalg oder dergleichen gepresst und erwärmt. Da der Elastizitätsmodul der ringförmigen Struktur 10 hoch ist, tritt Quellung in Radialrichtung aufgrund des Vulkanisierungsdrucks nicht leicht auf. Beim Anlegen von Druck an das Laminat geht daher der Druck von dem Vulkanisierungsbalg oder dergleichen von der Seite der Innenseele 23 nicht leicht durch den ersten Kautschuk 20, der der Laufflächenabschnitt wird, hindurch, und es können Vulkanisierungsfehler oder dergleichen auftreten. In dieser Ausführungsform ist der zweite Kautschuk 21 auf der Innenseite in Reifenradialrichtung der ringförmigen Struktur 10 angeordnet und, wie in 23-2 dargestellt, gelangt aufgrund des Drucks von dem Vulkanisierungsbalg oder dergleichen der zweite Kautschuk 21 durch die Durchgangslöcher 10H der ringförmigen Struktur 10. Des Weiteren kann aufgrund des Pressens auf der Außenseite in Radialrichtung der ringförmigen Struktur 10 Druck an den ersten Kautschuk 20, der der Laufflächenabschnitt wird, angelegt werden. Demzufolge können Vulkanisierungsfehler und dergleichen unterdrückt werden und die Qualität und die Ausbeute des hergestellten Reifens 1 können verbessert werden. Außerdem gelangt beim Vulkanisieren der zweite Kautschuk 21 durch die Durchgangslöcher 10H der ringförmigen Struktur 10 und wird an den ersten Kautschuk 20 gebunden. Demzufolge können bei der ringförmigen Struktur 10 der erste Kautschuk 20 und der zweite Kautschuk 21 aufgrund der Verankerungswirkung des zweiten Kautschuks 21, der durch die Durchgangslöcher 10H geleitet wurde, stark gebunden werden. Bei diesem Verfahren wird der zweite Kautschuk 21, der hauptsächlich für den Zweck der Adhäsion verwendet wird, nur auf einer Fläche der Innenseite in Reifenradialrichtung der ringförmigen Struktur 10 angeordnet und die Vulkanisierung wird so durchgeführt, dass die ringförmige Struktur 10 zwischen adhäsiven Kautschukschichten angeordnet ist. Bei diesem Verfahren ist die Zusammensetzung des zweiten Kautschuks 21 vorzugsweise eine, die eine hervorragende Adhäsion mit der ringförmigen Struktur 10 aufweist.
23-1 und 23-2 veranschaulichen Beispiele, bei denen ein Teil des zweiten Kautschuks 21 durch die Durchgangslöcher 10H gelangt und zur Seite des ersten Kautschuks 20 wandert, wobei nach der Vulkanisierung die ringförmige Struktur 10 zwischen dem ersten Kautschuk 20 und dem zweiten Kautschuk 21 angeordnet ist. 24-1 und 24-2 veranschaulichen Beispiele, bei denen der gesamte zweite Kautschuk 21 durch die Durchgangslöcher 10H gelangt und zur Seite des ersten Kautschuks 20 wandert, wobei nach der Vulkanisierung die ringförmige Struktur 10 zwischen dem ersten Kautschuk 20 und der Karkasse 22 angeordnet ist. Hier kann die Menge des zweiten Kautschuks 21, der wandert, eingestellt werden, indem eine Dicke des zweiten Kautschuks 21 oder der Druck P beim Vulkanisieren eingestellt werden. Wie vorstehend beschrieben, kann die Dicke der Kautschukschicht, die zwischen der ringförmigen Struktur 10 und der Karkasse 22 vorliegt, relativ leicht eingestellt werden, weil die ringförmige Struktur 10 die Durchgangslöcher 10H aufweist. Bei diesem Verfahren ist der zweite Kautschuk 21, der hauptsächlich für den Zweck des Erleichterns der Adhäsion mit der ringförmigen Struktur 10 verwendet wird, nur auf einer Fläche der Innenseite in Reifenradialrichtung der ringförmigen Struktur 10 angeordnet, und die Vulkanisierung wird so durchgeführt, dass der zweite Kautschuk 21 zur Außenseite in Radialrichtung der ringförmigen Struktur 10 wandert. Bei diesem Verfahren kann der Reifen 1 leichter werden, weil die Dicke des zweiten Kautschuks 21 reduziert werden kann.
25-1 und 25-2 veranschaulichen ein Beispiel, bei dem die ringförmige Struktur 10 vor der Vulkanisierung in dem zweiten Kautschuk 21 eingebettet wird und dann die Vulkanisierung durchgeführt wird. Insbesondere kann der zweite Kautschuk 21 auf der Innenseite in Reifenradialrichtung und der Außenseite in Radialrichtung der ringförmigen Struktur 10 angeordnet sein. Dieses Verfahren ist geeignet, wenn vermieden werden soll, dass der erste Kautschuk 20 die Außenseite in Radialrichtung der ringförmigen Struktur 10 berührt und darauf verbleibt. Außerdem ist bei diesem Verfahren die Adhäsionsfestigkeit zwischen der ringförmigen Struktur 10 und dem zweiten Kautschuk 21 am größten. 26-1 und 26-2 veranschaulichen ein Beispiel, bei dem die ringförmige Struktur 10 in den ersten Kautschuk 20 eingebettet wird und die Karkasse 22 auf der Innenseite in Reifenradialrichtung des ersten Kautschuks 20 angeordnet wird, ohne den zweiten Kautschuk 21 zu verwenden, und danach eine Vulkanisierung durchgeführt wird. Insbesondere wird die Vulkanisierung nach dem Anordnen des ersten Kautschuks 20 auf der Außenseite in Radialrichtung und der Innenseite in Radialrichtung der ringförmigen Struktur 10 durchgeführt. Bei diesem Verfahren können die Herstellungskosten reduziert werden, weil die Arten des verwendeten Kautschuks nicht zunehmen.
Vierte Ausführungsform
In der vierten Ausführungsform wird ein Verfahren zum Herstellen der vorstehend beschriebenen ringförmigen Struktur beschrieben. 27 ist ein Flussschema, das Schritte eines Verfahrens zum Herstellen der ringförmigen Struktur im Reifen veranschaulicht. 28-1 bis 28-3 sind Erläuterungszeichnungen, welche Schritte des Verfahrens zur Herstellung der ringförmigen Struktur veranschaulichen. 28-4 ist eine Querschnittansicht, die die Dicke eines geschweißten Abschnitts darstellt. 28-4 veranschaulicht einen Querschnitt des Plattenmaterials auf einer Ebene senkrecht zu einer Plattenfläche des Plattenmaterials. Nachstehend werden der Reifen 1 und die ringförmige Struktur 10 gemäß der ersten Ausführungsform als Beispiele verwendet, der Reifen gemäß der zweiten Ausführungsform ist jedoch gleich.
Bei der Herstellung der ringförmigen Struktur 10 wird zuerst, wie in 28-1 dargestellt, ein Plattenmaterial 30, das bei ebener Betrachtung eine rechteckige Form aufweist und das Vorsprünge 32 aufweist, die nach außen in einer Richtung parallel zu einer Querrichtung ragen, an den Seiten beider Ränder 30TL und 30TL in Längsrichtung (die durch den Pfeil „C” in 28-1 angezeigte Richtung) an beiden Rändern 30TS und 30TS in Querrichtung (die durch den Pfeil „S” in 28-1 angezeigte Richtung) ausgebildet (Schritt S101, 28-1). Bei ebener Betrachtung entsprechen beide Ränder 30TS und 30TS in der Querrichtung den langen Seiten des rechteckigen Plattenmaterials 30. Außerdem entsprechen bei ebener Betrachtung beide Ränder 30TL und 30TL in der Längsrichtung den kurzen Seiten des rechteckigen Plattenmaterials 30. Das Plattenmaterial 30 kann beispielweise durch das Schneiden eines großen Metallplattenelements erzielt werden. In dieser Ausführungsform weist das Plattenmaterial 30 eine Mehrzahl von Durchgangslöchern 30H auf.
Anschließend werden beide Ränder 30TL und 30TL des Plattenmaterials 30 in Längsrichtung aneinandergrenzend zusammengefügt und miteinander verschweißt (Schritt S102, 28-2). Beide Ränder 30TL und 30TL in Längsrichtung verlaufen vorzugsweise senkrecht zur Längsrichtung des Plattenmaterials 30 (der durch den Pfeil „C” in 28-2 angegebenen Richtung). Bei einer solchen Konfiguration kann, wenn ein wiederholtes Biegen in dem geschweißten Abschnitt aufgrund wiederholter Verformung der ringförmigen Struktur 10 in Radialrichtung auftritt, eine Abnahme in der Beständigkeit der ringförmigen Struktur 10 unterdrückt werden, weil die Länge des geschweißten Abschnitts, an dem das wiederholte Biegen auftritt, verkürzt werden kann. Demzufolge kann bei Verwendung der ringförmigen Struktur 10 im Reifen 1 eine Abnahme in der Beständigkeit unterdrückt werden.
Zu den anwendbaren Schweißverfahren zählen das Gasschweißen (Oxyacetylen-Schweißen), Bogenschweißen, TIG-Schweißen (Wolfram-Inertgas-Schweißen), Plasmaschweißen, MIG-Schweißen (Metall-Inertgas-Schweißen), Elektro-Schlacke-Schweißen, Elektronenstrahlschweißen, Laserstrahlschweißen, Ultraschallschweißen und dergleichen. Somit kann die ringförmige Struktur 10 leicht durch das Verschweißen beider Kanten des Plattenmaterials hergestellt werden. Es ist zu beachten, dass nach dem Schweißvorgang das Plattenmaterial 20 einer Wärme- und/oder Ziehbehandlung unterzogen werden kann. Aufgrund dessen kann die Festigkeit der hergestellten ringförmigen Struktur 10 erhöht werden. Beispielsweise ist bei der Verwendung von ausscheidungsgehärtetem Edelstahl ein Beispiel für die Wärmebehandlung eine Behandlung, bei der das Plattenmaterial 20 60 Minuten lang bei 500°C erhitzt wird. Hinsichtlich der Wärmebehandlungs-Bedingungen liegen jedoch keinerlei Einschränkungen vor, und diese können je nach Notwendigkeit entsprechend den erwünschten Eigenschaften abgeändert werden.
Anschließend werden nach dem Schweißen die Vorsprünge 32 entfernt und die in 2-1 dargestellte ringförmige Struktur 10 wird erzielt (Schritt S103, 28-3). Die Wärmebehandlung und dergleichen der ringförmigen Struktur 10 wird vorzugsweise durchgeführt, nachdem die Vorsprünge 32 des verschweißten zylindrischen Plattenmaterials 30 abgeschnitten wurden. Da die Festigkeit des verschweißten zylindrischen Plattenmaterial 30 (ringförmige Struktur 10) aufgrund der Wärmebehandlung oder dergleichen erhöht wird, können die Vorsprünge 32 leichter vor dem Durchführen der Wärmebehandlung oder dergleichen abgeschnitten werden. Nach dem Erzielen der ringförmigen Struktur 10 werden die Kautschukschicht 11 und der Karkassenabschnitt 12, dargestellt in 3, an die ringförmige Struktur 10 angebracht und die Wulstabschnitte 13 werden im Karkassenabschnitt 12 bereitgestellt. Somit wird ein Reifenrohling hergestellt (Schritt S104). Anschließend wird der Reifenrohling vulkanisiert (Schritt S105) und der in 1 dargestellte Reifen 1 ist fertiggestellt. Es ist zu beachten, dass das Verfahren zur Herstellung der ringförmigen Struktur 10 nicht auf das vorstehend beschriebene Beispiel beschränkt ist. Beispielsweise kann die ringförmige Struktur 10 durch das Schneiden eines Zylinders hergestellt werden, oder die ringförmige Struktur 10 kann alternativ durch ein Spritzgussverfahren hergestellt werden.
Die ringförmige Struktur 10 weist einen geschweißten Abschnitt 10W wie in 28-3 dargestellt auf. Wie in 28-4 dargestellt, kann der geschweißte Abschnitt 10W eine Dicke aufweisen, die größer ist als die Dicke seiner umgebenden Bereiche. Eine Dicke t in einem Bereich des geschweißten Abschnitts 10W, außer an dem geschweißten Abschnitt 10W selbst, beträgt nicht weniger als 0,1 mm und nicht mehr als 0,8 mm und vorzugsweise nicht weniger als 0,15 mm und nicht mehr als 0,7 mm. Außerdem beträgt die Dicke des Abschnitts des geschweißten Abschnitts 10W, die größer ist als die Dicke seiner umgebenden Bereiche, nicht mehr als das 1,3-fache und vorzugsweise nicht mehr als das 1,2-fache der Dicke der umgebenden Bereiche. Wenn die Werte innerhalb dieses Bereichs liegen, kann eine Beständigkeit gegenüber wiederholtem Biegen sichergestellt werden, während gleichzeitig die Druckwiderstandsleistung gewährleistet wird. Der Bereich „außer an dem geschweißten Abschnitt 10W selbst” bezieht sich auf die Dicke des Plattenmaterials 20 vor dem Schweißen und bezieht sich in der ringförmigen Struktur 10 auf Bereiche außer dem geschweißten Abschnitt 10W, die eine gleichmäßig Dicke aufweisen.
In dieser Ausführungsform wird nach dem Aneinanderschweißen des Plattenmaterials 30 vorzugsweise das geschweißte zylindrische Plattenmaterial 30 einer Wärmebehandlung unterzogen und/oder das geschweißte zylindrische Plattenmaterial 30 wird einem Ziehvorgang in Axialrichtung des Zylinders unterzogen. Aufgrund einer solchen Behandlung können die Materialeigenschaften des geschweißten Abschnitts (metallographische Struktur), die durch den Schweißvorgang geändert wurden, so angepasst werden, dass sie denen des nicht geschweißten Abschnitts ähneln und demzufolge die Bruchfestigkeit am geschweißten Abschnitt erhöht wird. Es ist zu beachten, dass während des Durchführens der vorstehend beschriebenen Verfahren eine Mehrzahl an ringförmigen Strukturen 10 gleichzeitig hergestellt werden kann durch: Herstellen eines langen, zylindrischen Materials, indem ein Plattenmaterial mit einer großen Breitenrichtungsabmessung geschweißt wird; Unterziehen des erlangten Zylinders den vorstehend beschriebenen Behandlungen; und anschließendes Schneiden des Zylinders lotrecht zu einer Achse desselben an der ringförmigen Strukturbreite Wm (Gürtelbreite).
Bezugszeichenliste

1, 1a, 1b, 1c, 101, 101a: Luftreifen (Reifen)
2: Struktur
2S: Beide Seiten
10, 10a, 110, 110a: ringförmige Struktur
10so, 110so, 110soa: Außenseite
10si: Innenseite
10T: Vertiefungen und Vorsprünge
11, 111, 111a: Kautschukschicht
11so, 111so, 111so: Außenseite
11si: Innenseite
12, 12a, 12b, 12c: Karkassenabschnitt
12F: Faser
12R: Kautschuk
13: Reifenwulstabschnitt
13h: Fersenabschnitt
14: Innenseele
Sc: Hauptrille (Umfangsrille)
Sr: Stollenrille

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Recent Technical Trends in Tires, Akimasa DOI, Journal of the Society of Rubber Industry, Sep. 1998, Bd. 71, S. 588–594 [0003]
JIS G4303 [0064]

Claims

Luftreifen, aufweisend eine zylindrische ringförmige Struktur, die eine Mehrzahl von Durchgangslöchern aufweist, eine Kautschukschicht, aus der ein Laufflächenabschnitt wird, der entlang einer Umfangsrichtung der ringförmigen Struktur an einer Außenseite der ringförmigen Struktur bereitgestellt wird, und einen Karkassenabschnitt, der mit Kautschuk bedeckte Fasern aufweist und der zumindest an beiden Seiten in einer Richtung parallel zu einer Mittelachse der zylindrischen Struktur, die die ringförmige Struktur und die Kautschukschicht aufweist, vorhanden ist.
Luftreifen, aufweisend eine zylindrische ringförmige Struktur, die eine Mehrzahl von Durchgangslöchern aufweist, eine Kautschukschicht, aus der ein Laufflächenabschnitt wird, der entlang einer Umfangsrichtung der ringförmigen Struktur an einer Außenseite der ringförmigen Struktur bereitgestellt wird, eine Rille, die an einer Außenseite in Radialrichtung der Kautschukschicht bereitgestellt wird, und einen Karkassenabschnitt, der mit Kautschuk bedeckte Fasern aufweist und der zumindest an beiden Seiten in einer Richtung parallel zu einer Mittelachse der zylindrischen Struktur, die die ringförmige Struktur und die Kautschukschicht aufweist, vorhanden ist, wobei ein Öffnungsverhältnis der Durchgangslöcher in mindestens einem Bereich, in dem die Rille bereitgestellt ist, kleiner ist als in einem Bereich in der Nähe des Bereichs, in dem die Rille bereitgestellt ist.
Luftreifen gemäß Anspruch 2, wobei ein Anteil einer Gesamtheit der Öffnungsfläche der Durchgangslöcher relativ zu einer Oberfläche der Außenseite in Radialrichtung in einem Fall, bei dem die ringförmige Struktur die Durchgangslöcher nicht aufweist, nicht weniger als 1% und nicht mehr als 30% in einem Bereich in der Nähe einer Umfangsrille und nicht weniger als 0,5% und nicht mehr als 15% in einem Bereich, in dem die Umfangsrille bereitgestellt ist, beträgt.
Luftreifen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Querschnittsfläche eines der Durchgangslöcher nicht weniger als 0,1 mm² und nicht mehr als 100 mm² beträgt.
Luftreifen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Summe der Fläche der Durchgangslöcher nicht weniger als 0,5% und nicht mehr als 30% der Oberfläche der Außenseite in Radialrichtung der ringförmigen Struktur beträgt.
Luftreifen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Außenseite der Kautschukschicht und die Außenseite der ringförmigen Struktur, außer einem Rillenabschnitt der Kautschukschicht, parallel zur Mittelachse verlaufen.
Luftreifen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die ringförmige Struktur weiter außen in Radialrichtung der Struktur angebracht ist als der Karkassenabschnitt.
Luftreifen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die ringförmige Struktur ein Metall ist.
Luftreifen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Abmessung in der parallel zur Mittelachse verlaufenden Richtung der ringförmigen Struktur vorzugsweise mindestens 50% und höchstens 95% der Gesamtbreite in der parallel zur Mittelachse verlaufenden Richtung des Luftreifens beträgt.
Verfahren zum Herstellen eines Luftreifens, wobei der Luftreifen eine Kautschukschicht aufweist, aus der ein Laufflächenabschnitt wird und die an einer Außenseite einer zylindrischen ringförmigen Struktur bereitgestellt wird, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Erzielen einer zylindrischen ringförmigen Struktur, die eine Mehrzahl von Durchgangslöchern aufweist und wobei ein Öffnungsverhältnis der Durchgangslöcher in einem Bereich des Laufflächenabschnitts, in dem eine Rille bereitgestellt ist, kleiner ist als das in einem Bereich in der Nähe des Bereichs, in dem die Rille bereitgestellt ist; Herstellen eines Reifenrohlings durch Anordnen von unvulkanisiertem Kautschuk auf einer Außenseite in Radialrichtung bzw. auf einer Innenseite in Radialrichtung der ringförmigen Struktur, und Leiten des Kautschuks auf der Innenseite in Radialrichtung der ringförmigen Struktur durch die Durchgangslöcher zur Außenseite in Radialrichtung durch Anlegen von Druck und Wärme an den Reifenrohling von der Innenseite in Reifenradialrichtung des Reifenrohlings nach dem Einsetzen des Reifenrohlings in eine Vulkanisierform.