DE69825669T2

DE69825669T2 - Luftreifen

Info

Publication number: DE69825669T2
Application number: DE1998625669
Authority: DE
Inventors: Kazunori Kodaira-shi Shinohara; Hiroaki Chuo-ku Nishikawa; Koujiro Chuo-ku Yamaguchi
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1997-06-02
Filing date: 1998-06-02
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2018-06-03
Also published as: EP0882606A3; DE69825669D1; JPH10329506A; EP0882606B1; JP4171531B2; EP0882606A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Luftreifen, der hervorragende Wasserabführeigenschaften aufweist, ohne durch die Fahrbedingungen oder den Verschleißzustand beeinträchtigt zu werden.
Es wurde bereits erkannt, dass zur Verbesserung der Fahreigenschaften eines Reifens auf einer rutschigen Straßenoberfläche, was seit einigen Jahren ein Problem darstellt, sowie auf einer vereisten oder verschneiten Straßenoberfläche, auf der leicht eine Wasserschicht erzeugt wird, es wirksam es, wenn der Reibungskoeffizient (μ) gegenüber der Straßenoberfläche durch Entfernen der Wasserschicht verbessert wird.
Weiterhin wurde erkannt, dass es zur Entfernung einer Wasserschicht wirksam ist, einem Laufflächenmuster, welches Lamellen aufweist, die eine Wasserabführwirkung haben, in den Stegabschnitten der die Straße berührenden Oberfläche eines Reifens, ein Laufflächengummi (1) vorzusehen, welches eine Wasserabführwirkung infolge einer großen Anzahl an sehr kleinen, konkaven Abschnitten aufweist, die durch kugelförmige, geschlossene Zellen gebildet werden (vgl. die offengelegte japanische Patentanmeldung (JP-A) Nr. 62-283001), oder ein Laufflächengummi (2), das eine Wasserabführwirkung infolge einer großen Anzahl sehr kleiner, konkaver Abschnitte zeigt, die durch Aufschäumen und kurze Fasern gebildet werden (vgl. die japanische offengelegte Patentanmeldung (JP-A) Nr. 4-110212).
Weiterhin wurde in Bezug auf die Verbesserung des Reibungskoeffizienten (μ) eines fabrikneuen Reifens, auf welchem keine Zellen erscheinen, erkannt, dass eine große Anzahl an sehr schmalen Rillen auf der Straßenberührungsoberfläche eines Stegabschnitts vorgesehen werden kann (vgl. die offengelegte japanische Patentanmeldung (JP-A) Nr. 7-186633).
Bei dem voranstehend geschilderten, herkömmlichen Verfahren treten jedoch folgende Nachteile auf.
Im Falle eines geschäumten Gummis, der nur durch geschlossene Zellen gebildet wird (vgl. den voranstehend geschilderten Laufflächengummi (1)), kann kein ausreichender Wasserabführeffekt erzielt werden, und kann keine wesentliche Verbesserung der Leistung des Reifens auf vereisten und verschneiten Straßen erreicht werden.
Im Falle eines Gummis, bei dem eine Kombination aus Schaum und kurzen Fasern vorhanden ist (vgl. den voranstehend geschilderten Laufflächengummi (2)), hängt die Ausbildung eines Wasserabführkanals von dem Abrieb oder dem Herunterfallen kurzer Fasern ab. Aus diesem Grund sind in Bezug auf die Fahrbedingungen oder den Verschleißzustand der Reifen beträchtliche Unterschiede vorhanden, und wird darüber hinaus die Abriebfestigkeit beeinträchtigt.
Im Falle eines Reifens, bei dem eine große Anzahl an sehr schmalen Rillen auf der Straßenberührungsoberfläche eines Steges vorhanden ist, ist dann, wenn der Reifen verschlissen ist, und hierdurch die schmalen Rillen verschwunden sind, kein länglicher Wasserabführkanal vorhanden, was dazu führt, dass eine wirksame Abführung von Wasser unmöglich wird.
Die Patentanmeldung EP 0 826 522 , ein Dokument zum Stand der Technik gemäß Art. 54(3) EPÜ, beschreibt einen Luftreifen, bei welchem mehrere Rillen, die mehrere Stegabschnitte festlegen, in einer Laufflächen-Straßenberührungsoberfläche vorhanden ist, und zahlreiche Lamellen, die nach innen in Radialrichtung des Reifens verlaufen, in den Stegabschnitten vorhanden sind; wobei ein gesamtes, negatives Verhältnis N der Straßenberührungsoberfläche auf einen Bereich von 25% bis 65% eingestellt ist, eine Tiefe D jeder der Rillen auf 5 mm oder mehr eingestellt ist, eine Tiefe Sd jeder der Lamellen vorgegeben ist durch D × (0,1 < α < 1,0), und ein Laufflächengummi eine große Anzahl an länglichen, geschlossenen Zellen enthält, die jeweils durch eine aus Kunstharz hergestellte Schutzschicht abgedeckt sind.
Angesichts der voranstehend geschilderten Umstände besteht ein Ziel in der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Luftreifens, der hervorragende Wasserabführeigenschaften aufweist, ohne durch die Fahrbedingungen oder den Verschleißzustand des Reifens beeinflusst zu werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Luftreifen zur Verfügung gestellt, bei dem mehrere Rillen, welche mehrere Stegabschnitte festlegen, in einer Laufflächen-Straßenberührungsoberfläche vorgesehen sind, und mehrere Lamellen, die sich einwärts in Radialrichtung des Reifens erstrecken, in den Stegabschnitten vorgesehen sind; wobei ein gesamtes, negatives Verhältnis N der Straßenberührungsoberfläche auf den Bereich von 25% bis 65% eingestellt ist, eine Tiefe D jeder der Rillen auf 5 mm oder mehr eingestellt ist, eine Tiefe Sd jeder der Lamellen gegeben ist durch D × α (0,1 < α < 1,0), und ein Laufflächengummi eine große Anzahl an länglichen, geschlossenen Zellen aufweist, von denen jede durch eine aus Harz bestehende Schutzschicht abgedeckt ist; und wobei die Traktionsrandkomponentendichte E der Straßenberührungsoberfläche des Stegabschnitts der Lauffläche im Bereich von 0,1 bis 0,3 liegt.
Als nächstes wird der Betriebsablauf bei dem Luftreifen gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Der voranstehend geschilderte Luftreifen weist mehrere Stegabschnitte auf, die in dem Laufflächen-Straßenberührungsoberflächenabschnitt durch mehrere Rillen ausgebildet werden, die jeweils eine Tiefe D von 5 mm oder mehr aufweisen. Diese Stegabschnitte greifen in eine schneebedeckte Oberfläche ein, und daher kann eine gute Leistung des Reifens auf Schnee erhalten werden. Wenn die Tiefe D geringer ist als 5 mm, kann jedoch eine ausreichende Leistung des Reifens auf Schnee nicht erzielt werden.
Weiter ermöglichen die mehreren Lamellen, die in den Stegabschnitten vorhanden sind, das Abführen der Wasserschicht zwischen dem Reifen und der verschneiten oder vereisten Straßenoberfläche, und ermöglichen die Ränder der Lamellen ein Zerschneiden der Wasserschicht. Daher wird der Kontakt mit der Straße verbessert.
Andererseits ist es erforderlich, um die Fahrleistungen auf verschneiten und vereisten Straßenoberflächen zu verbessern, die einen niedrigen Reibungskoeffizienten (μ) aufweisen, und bei denen eine Wasserschicht entstehen kann, wirksam die Wasserschicht, die auf der Straßenberührungsoberfläche des Reifens erzeugt wird, zu entfernen.
Bei dem Luftreifen gemäß der Erfindung sind die länglichen, geschlossenen Zellen, die als der Wasserabführkanal dienen, normalerweise im Laufflächengummi vorhanden. Daher bilden sich längliche, konkave Abschnitte aufeinanderfolgend bis zur letzten Verschleißstufe, und kann der Effekt des Entfernens und Abführens von Wasser konstant erzielt werden, ohne durch den Verschleißzustand beeinflusst zu werden.
Die länglichen, geschlossenen Zellen sind jeweils dadurch verstärkt, dass sie von einer aus Harz bestehenden Schutzschicht abgedeckt sind, und die Leistung des Reifens auf Eis und Schnee kann verbessert werden, ohne dass die Verschleißfestigkeit und die Eigenschaften in Bezug auf einen ungleichförmigen Verschleiß beeinträchtigt werden.
Zusätzlich verhindert die aus Harz bestehende Schutzschicht ein Zerquetschen der länglichen, geschlossenen Zellen, so dass der Effekt des Abführens und Entfernens von Wasser auch bei Einwirkung einer schweren Belastung aufrechterhalten werden kann.
Wenn das gesamte negative Verhältnis N des Straßenberührungsoberflächenabschnitts kleiner als 25% ist, kann ein Wasserabführeffekt auf einer nassen Straßenoberfläche und die Fähigkeit, auf einer mit Schnee bedeckten Straßenoberfläche zu fahren, nicht erhalten werden.
Wenn andererseits das gesamte negative Verhältnis N des Straßenberührungsoberflächenabschnitts 65% überschreitet, wird die Straßenberührungsoberfläche des Reifens extrem klein. Aus diesem Grund nimmt die Kraft, mit welcher der Reifen in die Straßenoberfläche greift, ab, und wird das Fahrverhalten verschlechtert.
Das gesamte negative Verhältnis N der Straßenberührungsoberfläche ist vorzugsweise auf den Bereich von 28% bis 45% eingestellt.
Weiterhin ist, wenn die Tiefe Sd der Lamelle geringer ist als 0,1 D, ist das Volumen der Lamelle nicht dazu ausreichend, eine Wasserschicht zu entfernen, und tritt kein Wasserabführeffekt auf.
Wenn die Tiefe Sd der Lamelle 1,0 D überschreitet, nimmt die Steifigkeit des Laufflächen-Stegabschnitts drastisch ab, und biegt sich der Stegabschnitt flach, wenn auf ihn eine Belastung einwirkt. Aus diesem Grund nimmt die Straßenberührungsoberfläche des Reifens wesentlich ab, und geht jeder verbesserte Leistungeffekt verloren.
Es ist mehr zu bevorzugen, dass 0,5 < α < 1,0 gilt.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
1 eine Querschnittsansicht eines Luftreifens gemäß einer Ausführungsform, bei welcher die vorliegende Erfindung eingesetzt wird;
2 eine Aufsicht auf die Lauffläche des Luftreifens gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine vergrößerte Querschnittsansicht der Lauffläche entlang einer Lamelle;
4 eine vergrößerte Aufsicht auf die Lauffläche;
5 eine vergrößerte Querschnittsansicht der Lauffläche;
6 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer äußeren Gummischicht;
7 eine Perspektivansicht eines länglichen Harzes;
8 eine erläuternde Darstellung zur Verdeutlichung des Prinzips der Ausrichtung der Richtungen der länglichen Harze;
9A bis 9D Darstellungen zur Erläuterung eines Vorgangs, bei welchem eine längliche, geschlossene Zelle hergestellt wird;
10 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Temperatur (Vulkanisierzeit) und der Viskosität von Gummi bzw. Harz zeigt; und
11 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer verschlissenen, äußeren Gummischicht.
Zuerst erfolgt eine Beschreibung eines Luftreifens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 11.
Wie in 1 gezeigt, weist ein Luftreifen 10 (Größe: 185/70R14) gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Mantel 1 und eine Lauffläche 12 auf, welche die Außenseite einer Oberseite 2 des Mantels 1 in Radialrichtung des Reifens zwischen Schultern 3 abdeckt.
Der Mantel 1 weist ein Paar von Wülsten 4 auf, eine torusförmige Karkasse 5, die aus gummibeschichtetem Kord besteht, und sich von einem Wulst 4 zu dem anderen Wulst 4 erstreckt, und einen bekannten, nicht ausdehnbaren Gürtel 6, der an der Außenseite der Karkasse 5 in Radialrichtung des Reifens gegen den Bereich der Oberseite 2 angeordnet ist, und sich in Umfangsrichtung des Reifens erstreckt. Weiterhin ist eine Seitenwand 7, die aus normalem Gummi mit hervorragender Elastizität besteht, an der Außenseite des Mantels 1 in Axialrichtung des Reifens vorgesehen.
Der Luftreifen 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Reifen für den Gebrauch im Winter (ein so genannter Reifen ohne Spikes). Wie in 2 gezeigt, weist die Lauffläche 12 fünf Umfangsrillen 14 auf, sowie zwei Rippen 15, die auf beiden Seiten der Äquatorialebene CL des Reifens zwischen einer Umfangsrille 14, die auf der Äquatorialebene CL des Reifens vorhanden ist, und Umfangsrillen 14 angeordnet sind, die an beiden Seiten der voranstehend erwähnten Umfangsnut 14 vorgesehen sind, und sich entlang der Umfangsrichtung des Reifens erstrecken.
Weiterhin sind Querrillen 16 auf beiden Seiten der Rippen 15 vorgesehen, die sich in Querrichtung des Reifens erstrecken (also in der durch den Pfeil B angedeuteten Richtung), und werden hier durch mehrere Blöcke 18 zwischen den Querrillen 16 und den Umfangsrillen 14 gebildet.
Mehrere Lamellen 19 sind in jeder der Rippen 15 und jedem der Blöcke 18 so vorgesehen, dass sie im wesentlichen in Querrichtung des Reifens verlaufen.
Der Luftreifen, bei welchem die vorliegende Erfindung eingesetzt wird, weist vorzugsweise einen Aufbau mit Abdeckung und Basis auf. Wie in 1 gezeigt, weist die Lauffläche 12 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Laufflächen-Straßenberührungsoberfläche auf, die aus zwei Gummischichten besteht, nämlich einer äußeren Gummischicht (einer so genannten Abdeckgummischicht) 12A, die an der Außenseite in Radialrichtung des Reifens so angeordnet ist, dass sie eine Straßenoberfläche berührt, sowie eine innere Gummischicht (eine so genannte Basisgummischicht) 12B, die an der Innenseite in Radialrichtung des Reifens angeordnet ist. Die Lauffläche 12 weist weiterhin Seitengummiabschnitte 12C auf, die an beiden Seiten der Laufflächen-Straßenberührungsoberfläche in Querrichtung des Reifens vorhanden sind.
Ein negatives Verhältnis N der Laufflächen-Straßenberührungsoberfläche des Luftreifens 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beträgt 33% (0,33).
Die Tiefe D jeder der Umfangsrillen 14 und der Querrillen 16 beträgt 9,3 mm (siehe 3).
Die Traktionsrandkomponentendichte E der Straßenberührungsoberfläche des Stegabschnitts der Lauffläche liegt im Bereich von 0,1 bis 0,3, und bevorzugt von 0,17 bis 0,27. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Mittelwert der Traktionsrandkomponentendichte E der Straßenberührungsoberfläche des Stegabschnitts einer Lauffläche gleich 0,24. Hierbei gilt E = e/((1 – N)·W), wobei e einen Wert angibt, den man durch Dividieren der Gesamtsumme der Randkomponenten in Querrichtung des Reifens der Straßenberührungsoberfläche der Stegabschnitte (der Rippen 15 und der Blöcke 18) innerhalb eines Musterabstands P und der Summe der Komponenten in Querrichtung der Lamellen 19, die auf der Straßenberührungsoberfläche der Stegabschnitte vorgesehen sind, durch die Länge eines Musterabstands P (vgl. 2) erhält, wobei W die Breite der Lauffläche angibt, die eine Straßenoberfläche berührt, was eine anwendbare Größe darstellt in 1990JATMA, und unter den Bedingungen des Einwirkens einer Last von 85% der maximalen Belastungskapazität bei dem Ply Rating eingestellt ist, wobei der Reifen auf einen Innendruck von 75% des maximalen Luftdrucks entsprechend der maximalen Belastungskapazität gefüllt wird.
Das Verhältnis zwischen der Breite Wb eines Stegabschnitts und der Gesamtbreite Ws der Lamelle, die innerhalb des Stegabschnitts vorgesehen ist, also Ws/Wb), ist vorzugsweise auf den Bereich von 0,6 bis 1,0 eingestellt. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind, vorausgesetzt, dass wie in 4 gezeigt, die Breite der Rippe 15 gleich Wb1 ist, die Gesamtbreite der Lamelle 19 in der Rippe 15 Ws1, die Gesamtbreite des Blocks 18 benachbart der Rippe 15 Wb2, die Gesamtbreite der Lamelle 19, die in dem Block 18 benachbart zur Rippe 15 vorgesehen ist, Ws2, die Gesamtbreite des Blocks 18 an der Seite der Schulter Wb3, und die Gesamtbreite der Lamelle 19 in dem Block 18 an der Seite der Schulter Ws3, folgende Verhältnisse vorhanden:
Ws1/Wb1 = 1,0; Ws2/Wb2 = 0,7; und Ws3/Wb3 = 0,76.
Die Härte der äußeren Gummischicht 12A ist vorzugsweise geringer als jene der inneren Gummischicht 12B. Es ist vorzuziehen, dass die JIS-Gummihärte (0°C) der äußeren Gummischicht 12A auf den Bereich von 40 bis 60 Grad eingestellt ist, und die JIS-Gummihärte (0°C) der inneren Gummischicht 12B im Bereich von 55 bis 70 Grad. Die Dicke T1 (vgl. 3) der inneren Gummischicht 12B ist vorzugsweise so gewählt, dass gilt: 0,3 < t1/T < 0,6 (T gibt die Gesamtdicke der Lauffläche an).
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird normaler, ungeschäumter Gummi als die innere Gummischicht 12B verwendet, und ist die JIS-Gummihärte (0°C) der äußeren Gummischicht 12B bzw. der inneren Gummischicht 12B auf 48 Grad bzw. 62 Grad eingestellt.
Wie in 3 gezeigt, beträgt die Dicke T1 der inneren Gummischicht 12B 6,3 mm (t1 = T × 0,55: Gesamtdicke der Lauffläche = 11,5 mm).
Weiterhin ist ein Abschnitt der Lamelle 19, insbesondere jener Endabschnitt, der sich zur Rille hin öffnet, vorzugsweise flach ausgebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Lamellen 19, die in dem Block 18 neben der Rippe 15 vorgesehen sind, mit der Umfangsrille 19 nur an ihrem einen Ende verbunden, und sind die Endabschnitte der Lamelle 19 als flache Lamellenabschnitte 19A ausgebildet. Wenn hierbei die Tiefe der flachen Lamellenabschnitte 19A mit d bezeichnet wird, und die Breite der flachen Lamellenabschnitte 19A durch Ws, dann ist vorzuziehen, dass gilt: d = Sd × β (wobei 0,15 < β < 0,45) sowie ws = Ws < γ (mit 0 < γ < 0,6).
Weiterhin sind die Lamellen 19 vorzugsweise in die innere Gummischicht 12b eingeschnitten, und ist die Tiefe des Schnittes HN der Lamellen 19 in der inneren Gummischicht 12B vorzugsweise so gewählt, dass gilt: 0,08 < HN/Sd < 0,7 (Sd gibt die maximale Tiefe der Lamellen an).
Bei der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Tiefe Sd der Lamelle 19 6,9 mm (= D × 0,74), beträgt die Tiefe d der flachen Lamellenabschnitte 19A 2 mm (Sd × 0,22), beträgt die Breite ws der flachen Lamellenabschnitte 19A 2 mm (ws = WS2 × 0,4 bis 0,06), und beträgt die Tiefe des Schnittes HN in der inneren Gummischicht 12B 1,7 mm (HN/Sd = 0,24).
Wie in 6 gezeigt, besteht die äußere Gummischicht 12A aus geschäumtem Gummi, der eine große Anzahl an im wesentlichen kugelförmigen, geschlossenen Zellen 22 enthält, und eine große Anzahl an länglichen, geschlossenen Zellen 24, die jeweils vollständig durch eine Schutzschicht 26 aus Harz verstärkt sind.
In der äußeren Gummischicht 12A sind die länglichen, geschlossenen Zellen 24, die durch die Schutzschicht 26 verstärkt werden, im wesentlichen in Umfangsrichtung des Reifens orientiert (also in jenen Richtungen, die durch den Doppelpfeil A in 5 angedeutet sind).
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung der äußeren Gummischicht 12A des Luftreifens 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Als Gummibestandteil, der für die Gummizusammensetzung verwendet wird, welche die äußere Gummischicht 12A bildet, wird vorzugsweise ein solcher verwendet, der eine Glasübergangstemperatur von –60°C oder weniger aufweist. Diese Glasübergangstemperatur ermöglicht es der äußeren Gummischicht 12A der Lauffläche 12, eine ausreichende Gummielastizität im Niedertemperaturbereich beizubehalten, so dass eine zufriedenstellende Reifenleistung auf Eis erhalten werden kann.
Weiterhin weist die Gummizusammensetzung zur Ausbildung der äußeren Gummischicht 12A vorzugsweise zumindest eine Art von Gummi auf, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Naturgummi und Kunstgummi auf Dienbasis besteht.
Kunstgummis auf Dienbasis umfassen Styrolbutadiencopolymer, Cis-1,4-Polyisopren, Cis-1,4-Polybutadien, und dergleichen.
Unter diesen wird Cis-1,4-Polybutadien vorzugsweise angesichts seiner niedrigen Glasübergangstemperatur und eines großen Effekts in Bezug auf die Verbesserung der Reifenleistung auf Eis eingesetzt, und ist Polybutadien mit einem Cis-Prozentsatzanteil von 90% oder mehr besonders bevorzugt.
Damit Zellen in der äußeren Gummischicht 12A ausgebildet werden, sind ein Schaummittel und Schaumhilfsmittel in der Gummizusammensetzung enthalten.
Beispiele für das Schaummittel umfassen Dinitrosopentamethylentetraamid (DPT), Azodicarbonamido (ADCA), Dinitrosopentastyroltetramin- und Benzolsuphonylhydrazid-Derivate, Oxybisbenzolsulphonylhydrazid (OBSH), und dergleichen. Unter diesen ist Azodicarbonamido (ADCA) angesichts seiner Herstellungseigenschaften vorzuziehen.
Als Schaumhilfsmittel werden vorzugsweise eingesetzt Harnstoff, Zinkstearat, Zinkbenzolsulfininsäure, Zinkweiß, und dergleichen, die normalerweise zur Herstellung geschäumter Erzeugnisse verwendet werden.
Das Schaummittel und die Schaumhilfsmittel können jeweils andere Bestandteile als die voranstehend genannten enthalten.
Weiterhin umfasst die Gummizusammensetzung, zusätzlich zu den voranstehend geschilderten Gummibestandteilen, Kohlenstoffruß, Silikat, ein Silankupplungsmittel, Verarbeitungsöl, ein Vulkanisiermittel, einen Vulkanisierbeschleuniger, und dergleichen. Weiterhin sind auch üblicherweise in der Gummiindustrie eingesetzte Zusatzstoffe vorhanden, beispielsweise ein Antioxidationsmittel, Zinkoxid, Stearinsäure, und ein Antiozonmittel.
Beim Refiningvorgang (Knetvorgang) der voranstehend geschilderten Gummizusammensetzung werden längliche Harze 32 wie in 7 gezeigt so geknetet, dass sie gleichmäßig verteilt werden.
Hierbei ist das bei der vorliegenden Ausführungsform verwendete Harz 32 ein thermoplastisches Harz, dessen Viskosität niedriger ist als jene der Gummimatrix bei dem Reifenvulkanisiervorgang.
Normalerweise ist die Viskosität vor dem Schmelzen einer Harzphase erheblich höher als die Viskosität der Kreuzvernetzung (Maximalwert) der Gummimatrix. Sobald die Harzphase geschmolzen ist, nimmt jedoch deren Viskosität stark ab. Vom Anfang bis zum Ende des Reifenvulkanisiervorgangs nimmt die Viskosität der Gummimatrix infolge der Kreuzvernetzungsreaktion zu. Während dieses Vorgangs wird die Phase des länglichen Harzes geschmolzen, und nimmt die Viskosität der Harzphase, die hierdurch drastisch höher geworden ist, entgegengesetzt zur Viskosität der Gummimatrix (unter Kreuzvernetzung) relativ ab.
Die "Gummimatrix", die hier erwähnt wird, bezeichnet den Gummianteil, der nicht das Harz 32 enthält.
Eine wesentliche Bedingung, um die länglichen, geschlossenen Zellen 24 zu erhalten, die vollständig durch die Schutzschicht 26 verstärkt werden, besteht darin, dass dann, wenn das in dem Gummi enthaltene Harz 32 ein kristallines Polymer ist, der Schmelzpunkt des kristallinen Polymers kleiner oder gleich der maximalen Vulkanisiertemperatur ist.
Die länglichen, geschlossenen Zellen 24, die durch die Schutzschicht 26 verstärkt werden, werden unter Nutzung eines Zustandes ausgebildet, in welchem das Harz 32 geschmolzen ist, infolge der durch das Vulkanisieren erzeugten Wärme, so dass seine Viskosität niedriger wird als jene der Gummimatrix, und Gas, das von einem Schaummittel erzeugt wird, das vorher in den Gummi eingegeben wurde, wird in dem Gummi verteilt oder löst sich dort auf, und bewegt sich so, dass es sich in der Innenseite des geschmolzenen Harzes 32 konzentriert, welches in dem gesamten Gummi die niedrigste Viskosität aufweist.
Daher ist es wesentlich, dass dann, wenn das Harz 32 ein kristallines Polymer ist, sein Schmelzpunkt auf die maximale Vulkanisiertemperatur des Laufflächenabschnitts oder niedriger eingestellt ist. Weiterhin ist mit der hier erwähnten "maximalen Vulkanisiertemperatur des Laufflächenabschnitts" die maximale Temperatur des Laufflächenabschnitts während jenes Zeitraums gemeint, in welchem ein Reifen in eine Form eingegeben wird, aus der Form entnommen wird, und sich abgekühlt hat.
Die Gummiviskosität liegt im Bereich von 30 bis 100 der Mooney-Viskosität.
Die Schmelzviskosität des Harzes 32 hängt von dem Schmelzpunkt (im Falle kristallinen Polymers) und dem Molekulargewicht ab.
Es ist vorzuziehen, dass der Schmelzpunkt des Harzes 32 niedriger ist als die maximale Vulkanisiertemperatur eines zu verwendenden Gummis. Der Grund hierfür besteht darin, dass je niedriger der Schmelzpunkt des Harzes 32 im Vergleich zur maximalen Vulkanisiertemperatur des Gummis ist, desto früher in dem Vulkanisiervorgang das Harz 32 geschmolzen wird, was in dem Gummi erzeugtem Gas ermöglicht, einfach in das Harz 32 einzudringen.
Wenn der Schmelzpunkt des Harzes 32 zu nahe an der maximalen Vulkanisiertemperatur des Gummis liegt, ist das Harz 32 in der letzten Stufe des Vulkanisiervorgangs immer noch geschmolzen. Zu diesem Zeitpunkt tritt bei der Gummimatrix bereits eine Kreuzvernetzung mit dort aufgenommenem Gas auf, was es für das Gas schwierig macht, in das geschmolzene Harz 32 einzudringen, und hierdurch die längliche, geschlossene Zelle 24 auszubilden.
Wenn andererseits der Schmelzpunkt des Harzes 32 extrem niedrig ist, wird das Harz 32 bereits durch die Wärme geschmolzen, die beim Kneten des Gummis auftritt, und nimmt die Viskosität des Harzes 32 ab. Aus diesem Grund werden die Harze 32 miteinander in der Knetstufe verschmolzen, was zu einer Beeinträchtigung der Verteilbarkeit der Harze 32 in dem Gummi führt, was nicht erwünscht ist. Weiterhin kann, wenn der Schmelzpunkt des Harzes 32 übermäßig gering ist, die längliche Form des Harzes 32 in der Knetstufe nicht beibehalten werden, und wird das Harz 32 auf mehrere Abschnitte unterteilt, oder wird alternativ das Harz 32 mikroskopisch dispergiert, wenn es in dem Gummi geschmolzen wird.
Daher muss der Schmelzpunkt des Harzes 32 innerhalb des Bereiches der voranstehend geschilderten Grundlagen liegen, und muss darüber hinaus auf eine Temperatur eingestellt sein, die niedriger ist als die maximale Vulkanisiertemperatur des Gummis, um 10°C oder mehr, vorzugsweise um 20°C oder mehr, und noch bevorzugter um 30°C oder mehr.
Die Vulkanisiertemperatur von Gummi in dieser Industrie beträgt maximal etwa 190°C, und daher muss, wenn die maximale Vulkanisiertemperatur auf 190°C eingestellt ist, der Schmelzpunkt des Harzes 32 auf 190°C oder weniger eingestellt sein, bevorzugt auf 180°C oder weniger, und noch bevorzugter auf 170°C oder weniger.
Weiterhin ist unter Berücksichtigung des Gummiknetvorgangs der Schmelzpunkt des Harzes 32 vorzugsweise so gewählt, dass er höher ist als die Maximaltemperatur zum Zeitpunkt des Knetens, um 5°C oder mehr, bevorzugt um 10°C oder mehr, und noch bevorzugter um 20°C oder mehr. Nimmt man an, dass die Maximaltemperatur in dem Gummiknetvorgang auf etwa 95°C eingestellt ist, so wird der Schmelzpunkt des Harzes 32 auf 100°C oder mehr eingestellt, bevorzugter auf 105°C oder mehr, und noch bevorzugter auf 115°C oder mehr.
Bekanntlich ist, selbst wenn das Harz 32 aus demselben Material besteht, mit wachsendem Molekulargewicht die Schmelzviskosität bei einer bestimmten Temperatur desto höher. Um die länglichen, geschlossenen Zellen 24 zu erhalten, muss daher das Molekulargewicht in einem solchen Bereich liegen, dass die Viskosität des Harzes 32 so gewählt ist, dass sie nicht höher wird als die Fließviskosität des Gummis bei der maximalen Vulkanisiertemperatur des Laufflächengummis.
Als Ergebnis von Versuchen stellte sich im Falle einer Gummizusammensetzung heraus, in die längliches Polyethylen mit einem Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht von 1 bis 2 × 10⁵ oder so ähnlich hineingemischt wurde, dass die länglichen, geschlossenen Zellen 24 durch Vulkanisieren ausgebildet wurden. Im Falle einer Gummizusammensetzung mit Polyethylen mit einem sehr hohen Molekulargewicht, mit einem Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht von 7 × 10⁵ oder mehr, konzentriert sich jedoch innerhalb des Gummis erzeugtes Gas nicht im Inneren des Polyethylens, und wurde das längliche Polyethylen nicht hohl ausgebildet. Es wird angenommen, dass die voranstehenden Ergebnisse durch die Differenz der Schmelzviskositäten infolge der Differenz der Molekulargewichte hervorgerufen wurden.
Wenn andererseits das Molekulargewicht extrem niedrig ist, wird die Viskosität des Harzes 32 in der Gummiknetstufe beeinträchtigt, und werden die Harze 32 miteinander verschmolzen, was eine Beeinträchtigung der Verteilbarkeit des Harzes in dem Gummi hervorruft, was unerwünscht ist.
Das Molekulargewicht des Harzes 32, das bei der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, hängt von der chemischen Zusammensetzung des Materials und dem Verzweigungszustand der Molekülkette ab, und ist daher nicht auf die voranstehend geschilderten Werte beschränkt. Allerdings muss das Molekulargewicht des Harzes 32 so ausgewählt sein, dass es in einem geeigneten Bereich entsprechend dem ausgewählten Material Liegt.
Mit dem voranstehend erwähnten Schmelzpunkt ist eine Schmelzspitzenwerttemperatur gemeint, die unter Verwendung eines Messgeräts DSC des Typs 910 gemessen wurde, das von Du Pont (USA) hergestellt wird, unter den Bedingungen einer Temperaturanstiegsrate von 10°C/min und eines Probengewichtes von 5 mg.
Voranstehend erfolgte eine Beschreibung der thermischen Eigenschaften des Harzes 32, die bei der vorliegenden Ausführungsform benötigt werden, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein kristallines Polymer mit einem Schmelzpunkt beschränkt. Soweit die länglichen, geschlossenen Zellen 24 mit der Schutzschicht 26 aus dem Harz 32 ausgebildet werden, vorgesehen im äußeren Umfangsbereich, kann das Harz 32 ein nicht kristallines Polymer sein.
Selbst wenn das Harz 32 ein nicht kristallines Polymer ist, besteht eine wesentliche Bedingung darin, dass bei dem Vulkanisiervorgang die Viskosität des Harzes 32 niedriger wird als jene des Gummis, bis die Temperatur des Laufflächengummis die maximale Vulkanisiertemperatur erreicht, und keine Verschmelzung der Harze 32 bei der Gummiknettemperatur auftritt, was zu einer hervorragenden Verteilbarkeit führt. Das Material und das Molekulargewicht des Harzes 32 werden so ausgewählt, dass die voranstehend geschilderten Anforderungen erfüllt werden.
Spezielle Beispiele für ein kristallines Polymerharz 32 umfassen Polyethylen (PE, Schmelzpunkt: 135°C), Polypropylen (PP, Schmelzpunkt: 167°C), Polybutylen (Schmelzpunkt: 129°C), Polybutylensuccinat (Schmelzpunkt: 115°C), Polyethylensuccinat (Schmelzpunkt: 105°C), ein Einzelzusammensetzungspolymer, beispielsweise ein syndiotaktisches 1,2-Polybutadien (SPB, Schmelzpunkt: 130°C), sowie ein Material, dessen Schmelzpunkt auf den geeigneten Bereich durch Copolymerisation, Mischung oder dergleichen eingestellt ist. Weiterhin kann ein Zusatzstoff bei jedem dieser Harzmaterialien eingesetzt werden.
Spezielle Beispiele für ein nicht kristallines Polymerharz 32 umfassen Polymethylmethacrylat, Acrylonitrilbutadienstyrol (ABS), Polystyrol, und dergleichen.
Soweit das Harz 32 die voranstehend geschilderten Anforderungen erfüllt, können andere Materialien als die voranstehend beschriebenen Beispiele als das Harz 32 eingesetzt werden. Weiterhin ist das zu verteilende Harz 32 nicht auf einen Typ beschränkt, und können auch mehrere Arten von Harz 32 verteilt werden.
Wenn beispielsweise die maximale Vulkanisiertemperatur des Luftreifens 10 gleich 175°C ist, kann Polyethylen (Schmelzpunkt: 135°C) als das Harz 32 verwendet werden. Weiterhin können Polyethylen (Schmelzpunkt: 135°C) und Polypropylen (Schmelzpunkt: 167°C) beide verteilt werden.
Wie in 8 gezeigt wird, wenn eine Rohgummizusammensetzung 36, welche die gekneteten, länglichen Harze 32 enthält, aus einer Düse 38 eines Extruders extrudiert wird, der einen Kanal aufweist, dessen Querschnittsfläche zum Ausgang hin abnimmt, die Orientierung der Harze 32, also die Längsrichtungen der Harze 32, allmählich vergleichmäßigt entlang der Extrusionsrichtung (also der durch den Pfeil C in 6 angedeuteten Richtung). Wenn die Harze 32 aus der Düse 38 hinausgelangen, sind die Längsrichtungen der Harze 32 in Extrusionsrichtung vergleichmäßigt, und danach wird die gürtelförmige Gummizusammensetzung 36, die aus der Düse 38 extrudiert wurde, auf eine gewünschte Länge geschnitten, und kann die geschnittene Gummizusammensetzung 36 als das Gummimaterial der äußeren Gummischicht 12A eingesetzt werden.
Das Ausmaß, in welchem die Längsrichtungen der Harze 32 ausgerichtet werden, variiert in Abhängigkeit von der Rate, mit welcher die Querschnittsfläche des Kanals abnimmt, der Extrusionsrate, der Viskosität des Gummis, und dergleichen.
Damit die länglichen Harze 32 in einer gewünschten Richtung angeordnet werden können, also in der Extrudierrichtung, ist es wesentlich, das Fließvermögen des Gummis innerhalb eines begrenzten Temperaturbereiches zu steuern. Anders ausgedrückt können, durch Einsetzen eines die Bearbeitbarkeit verbessernden Mittels wie beispielsweise Öl und flüssiges Polymer zur Gummizusammensetzung, um die Viskosität der Gummimatrix zu verringern, und hierdurch das Fließvermögen des Gummis zu verbessern, die Harze 32 extrem gut extrudiert werden, selbst unter der Einschränkung, eine Extrusionstemperatur aufrechterhalten zu müssen, die gleich dem Schmelzpunkt der länglichen Harze 32 oder geringer ist, so dass die länglichen Harze 32 ideal entlang der Extrusionsrichtung ausgerichtet werden können.
Auf solche Art und Weise, dass die äußere Gummischicht 12A im Zustand eines gürtelförmigen Rohgummis, hergestellt aus der so erhaltenen Gummizusammensetzung, auf die innere Gummischicht 12B aus Rohgummi aufgebracht wird, die vorher auf der Oberseite eines Reifenmantelrohlings aufgebracht wurde, und Vulkanisierformen hiermit in einer vorbestimmten Form durchgeführt wird, bei einer vorbestimmten Temperatur, und einem vorbestimmten Druck, kann der Luftreifen 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgebildet werden.
Damit die länglichen, geschlossenen Zellen 24, die an der Innenseite der Querrichtung des Reifens vorgesehen sind, in Umfangsrichtung des Reifens orientiert sind, und die länglichen, geschlossenen Zellen 24, die an der Außenseite der Querrichtung des Reifens vorgesehen sind, in Querrichtung des Reifens orientiert sind, wird die voranstehend geschilderte Rohgummizusammensetzung an der Innenseite der Querrichtung des Reifens so angebracht, dass die länglichen Harze 32 in Umfangsrichtung des Reifens orientiert sind, und wird die voranstehend beschriebene Rohgummizusammensetzung so an der Außenseite der Querrichtung des Reifens angebracht, dass die länglichen Harze 32 in Querrichtung des Reifens orientiert sind.
Wenn die rohe äußere Gummischicht 12A in der Form erwärmt wird, wie in 9A gezeigt, beginnt infolge eines Schäummittels die Erzeugung von Gas 34.
Wenn die rohe äußere Gummischicht 12A erwärmt wird, um ein Schmelzen (oder Erweichen) des Harzes 32 zu ermöglichen, und die Viskosität des Harzes 32 niedriger wird als jene der Gummimatrix (siehe 10), wie in 9B gezeigt, bewegt sich das um die Harze 32 herum erzeugte Gas 34 in die geschmolzenen Harze 32 hinein. Schließlich verbinden sich Luftblasen des Gases 34, das sich in die geschmolzenen Harze 32 bewegt, miteinander, zur Ausbildung eines länglichen Raums, und bleibt darin Gas vorhanden, das an einem von den Harzen 32 getrennten Ort erzeugt wurde.
Die äußere Gummischicht 12A nach ihrer Abkühlung wird zu einem geschäumten Gummi, in welchem kugelförmige, geschlossene Zellen 22 und längliche, geschlossene Zellen 24, die jeweils durch die Schutzschicht 26 aus dem Harz 32 verstärkt sind, dessen Außenumfangsabschnitt verfestigt ist, vorgesehen sind (siehe die 9C und 9D).
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung des Betriebs bei der vorliegenden Ausführungsform.
Wenn mit dem Luftreifen 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Fahrversuch durchgeführt wird, wie in 11 gezeigt, treten konkave Abschnitte 22A, gebildet durch die im wesentlichen kugelförmigen, geschlossenen Zellen 22, und rillenförmige, konkave Abschnitte 24A, gebildet durch die länglichen, geschlossenen Zellen 24, auf der Straßenberührungsoberfläche der Lauffläche 12 auf.
Wenn mit dem Luftreifen 10 ein Fahrversuch auf Eis durchgeführt wird, wird eine Wasserschicht zwischen dem Reifen und der Eisoberfläche infolge des Berührungsdrucks und der Reibungswärme erzeugt. Eine große Anzahl an konkaven Abschnitten 22A und 24A, die auf der Straßenberührungsoberfläche der Lauffläche 12 vorgesehen sind, ermöglichen jedoch ein schnelles Abführen und Entfernen von Wasser (Wasserschicht) auf der Straßenberührungsoberfläche. Weiterhin dienen die rillenförmigen, konkaven Abschnitte 24A, die auf der Straßenberührungsoberfläche auftreten, als Wasserabführkanäle, um Wasser auf der Straßenberührungsoberfläche wirksamer als die kugelförmigen, geschlossenen Zellen 22 zu entfernen.
Da die rillenförmigen, konkaven Abschnitte 24A so ausgebildet sind, dass ihr Außenumfangsabschnitt durch die Schutzschicht 26 verstärkt wird, welche härter ist als die Gummimatrix, neigt ein konkaver Abschnitt 24A nicht dazu, sich selbst bei Einwirkung einer starken Belastung zu verformen, und kann konstant hohe Wasserabführ- und Entfernungseigenschaften aufrechterhalten, ohne durch eine Änderung der Belastung beeinflusst zu werden.
Weiterhin ermöglicht der Luftreifen 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine weitere Verbesserung der Reibungskraft zwischen dem Reifen und der Straßenoberfläche, auf Grundlage der Schutzschicht 26, die zur Straßenberührungsoberfläche hin freiliegt, und so arbeitet, dass sie die Straßenoberfläche kratzt.
Bei dem Verfahren zur Herstellung des Luftreifens 10, der durch die vorliegende Ausführungsform zur Verfügung gestellt wird, kann das längliche Harz 32 hohl ausgebildet werden, selbst unter den Bedingungen einer hohen Temperatur und eines hohen Drucks beim Vulkanisierformen, und können längliche, geschlossene Zellen 24, verstärkt durch die Schutzschicht 26, verlässlich ausgebildet werden, die ausreichende Wasserabführ- und Entfernungseigenschaften ermöglichen.
In dem Abschnitt aus geschäumtem Gummi, der die äußere Gummischicht 12A bildet, ist ein Gesamtexpansionsverhältnis Vs, welches das Expansionsverhältnis Vs1 der kugelförmigen, geschlossenen Zellen 22 und das Expansionsverhältnis Vs2 der länglichen, geschlossenen Zellen 24 vereinigt, vorzugsweise auf den Bereich von 3 bis 40% eingestellt, und vorzugsweise auf 5 bis 35%. Das Gesamtexpansionsverhältnis Vs des geschäumten Gummis wird durch folgenden Ausdruck angegeben:
Vs = (ρ₀/ρ₁ – 1) × 100 (%), wobei ρ₁ die Dichte (g/cm³) des geschäumten Gummis angibt, und ρ₀ die Dichte (g/cm³) des Feststoffanteils des geschäumten Gummis.
Wenn das gesamte Expansionsverhältnis Vs kleiner als 3% ist, können ein ausreichendes Wasserabführen und -entfernen nicht erreicht werden, infolge des unzureichenden Volumens konkaver Abschnitte im Vergleich zur erzeugten Wasserschicht, so dass eine Verbesserung der Reifenleistung auf Eis nicht erwartet werden kann.
Wenn das Gesamtexpansionsverhältnis Vs 40% überschreitet, kann eine ausreichende Verbesserung der Reifenleistung auf Eis erhalten werden. Da zu viele Hohlräume in dem Gummi vorhanden sind, nimmt jedoch die Dauerfestigkeit der Zusammensetzung stark ab, was in Bezug auf die Lebensdauer nicht erwünscht ist.
Wenn das Gesamtexpansionsverhältnis Vs auf den Bereich von 3 bis 40% eingestellt ist, ist es wesentlich, dass die länglichen, geschlossenen Zellen 24 bis 10% oder mehr bei dem Gesamtexpansionsverhältnis Vs ausmachen. Bei weniger als 10% ist die Anzahl geeigneter, länglicher Wasserkanäle gering, und werden die Auswirkungen, wenn nur die kugelförmigen, geschlossenen Zellen vorhanden sind, verringert.
Der mittlere Durchmesser des länglichen Harzes 32 beträgt tatsächlich 2,3 bis 400 μm. Der Grund hierfür besteht darin, dass bei den allgemeinen Herstellungsbedingungen des Vulkanisierens von Reifen der mittlere Durchmesser des Harzes 32 in einer Stufe, bevor die länglichen, geschlossenen Zellen 24 hohl ausgebildet werden, auf den Bereich von etwa 2,3 bis 400 μm eingestellt ist, so dass der Hohlraumdurchmesser der gewünschten, länglichen, geschlossenen Zellen 24 im fertiggestellten Zustand von 20 bis 500 μm beträgt.
Der mittlere Hohlraumdurchmesser D (also der Innendurchmesser der Schutzschicht 26; vgl. 6) der länglichen, geschlossenen Zellen 24 ist vorzugsweise auf den Bereich von 20 bis 500 μm eingestellt.
Wenn der mittlere Hohlraumdurchmesser D der länglichen, geschlossenen Zellen 24 kleiner ist als 20 μm, nehmen die Wasserabführ- und Entfernungseigenschaften ab, was nicht erwünscht ist. Wenn andererseits der mittlere Hohlraumdurchmesser D der länglichen, geschlossenen Zellen 24 den Wert von 500 μm überschreitet, wird die Schnittfestigkeit beeinträchtigt, tritt ein Bruch von Blöcken auf, und wird darüber hinaus die Verschleißfestigkeit auf einer trockenen Straßenoberfläche beeinträchtigt, was nicht erwünscht ist.
Das Verhältnis zwischen der maximalen Länge L jeder länglichen, geschlossenen Zelle 24 und dem mittleren Hohlraumdurchmesser D, also L/D, beträgt vorzugsweise 3 oder mehr.
Wenn das Verhältnis L/D auf 3 oder mehr eingestellt ist, werden die rillenförmigen, konkaven Abschnitte 24A, die auf einer verschlissenen Gummioberfläche auftauchen, länger und werden mit hoher Kapazität ausgebildet, wenn der mittlere Hohlraumdurchmesser D auf den voranstehend erwähnten, optimalen Bereich eingestellt ist, was das Abführen und Entfernen einer großen Menge an Wasser ermöglicht. Insbesondere die rillenförmigen, konkaven Abschnitte 24A, deren Enden mit den Umfangsrillen 14, den Querrillen 16, den Lamellen 19, oder dergleichen verbunden sind, ermöglichen das Abführen von aufgenommenen Wasser in die Umfangsrillen 14, die Querrillen 16, und die Lamellen 19.
Bei dem voranstehend geschilderten Luftreifen 10 sind die länglichen, geschlossenen Rillen 24 so orientiert, dass ihre Längsrichtung mit der Umfangsrichtung des Reifens zusammenfällt. Jedoch können einige der länglichen, geschlossenen Zellen 24 entlang anderen Richtungen als der voranstehend geschilderten Richtung angeordnet sein, aus mit der Herstellung zusammenhängenden Gründen.
Die voranstehend geschilderten Luftreifen 10 werden jeweils für so genannte Personenkraftfahrzeuge eingesetzt, jedoch lässt sich die vorliegende Erfindung ebenfalls bei anderen Reifen als Reifen für ein Personenkraftfahrzeug einsetzen, beispielsweise bei Reifen für Lastkraftfahrzeuge, Busse, oder dergleichen.
Weiterhin ist zwar bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform die Vulkanisiertemperatur auf 175°C eingestellt, jedoch kann die Vulkanisiertemperatur in geeigneter Art und Weise variiert werden, abhängig von dem Gummimaterial, der Art des Reifens, und dergleichen.
Um ein Zusammenfallen der länglichen, geschlossenen Zellen 24 zu verhindern, ist es wesentlich, ein Haftvermögen zwischen der Schutzschicht 26 und deren Matrixgummi in der Umgebung bereitzustellen. Das Polyethylen und dergleichen, das bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, wurde geschmolzen, und haftet daher an dem Gummi in einem bestimmten Ausmaß an. Um das Haftvermögen zwischen der Schutzschicht 26 und dem Matrixgummi noch weiter zu verbessern, ist beispielsweise ein Verfahren vorhanden, bei welchem bei dem Harz 32 eine Oberflächenbehandlung durchgeführt wird, wobei das Verfahren umfasst, bei dem Harz 32 einen Bestandteil vorzusehen, der das Haftvermögen an Gummi verbessert, und dergleichen.
Bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform werden die länglichen Harze 32 zusammen mit einem Gummimaterial und dergleichen geknetet, ohne geschmolzen zu werden, werden die gekneteten Harze 32 aus der Düse eines Extruders extrudiert, dessen Querschnittsfläche zur Düse hin abnimmt, und wird hierdurch eine Gummizusammensetzung erzeugt, welche die länglichen Harze 32 aufweist, die so angeordnet sind, dass deren Längsrichtung mit der Extrudierrichtung übereinstimmt. Allerdings kann eine entsprechende Gummizusammensetzung auch ebenso unter Verwendung eines anderen Verfahrens hergestellt werden.
Wenn beispielsweise körnchenförmige Harze zusammen mit Gummimaterialien und dergleichen geknetet werden, und aus der Düse eines Extruders in einem solchen Zustand extrudiert werden, dass deren Temperatur beim Extrudieren so eingestellt ist, dass die Harze geschmolzen werden oder erweicht werden können, wird die Gummizusammensetzung extrudiert, während die geschmolzenen oder erweichten Harze allmählich in der Extrudierrichtung gelängt werden. Wenn die Gummizusammensetzung aus der Düse extrudiert wird, werden die Harze so ausgebildet, dass sie so gelängt werden, dass ihre Längsrichtung mit der Extrudierrichtung übereinstimmt.
Um die Auswirkungen der vorliegenden Erfindung zu bestätigen, wurden Reifen entsprechend Vergleichsbeispielen 1 und 2 sowie ein Reifen gemäß Ausführungsform 1 hergestellt, und wurden Fahrversuche zur Feststellung der Leistung im Schnee, der Bremsleistung auf Eis, der Traktionslast auf Eis, und des Fahrverhaltens auf Eis für jeden der voranstehend geschilderten Reifen durchgeführt, und wurden die Ergebnisse miteinander verglichen.
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung der Reifen gemäß Ausführungsbeispielen 1, 2, und der Ausführungsform 1.
Die Größe jedes dieser Reifen ist 185/70R14.
Der Reifen gemäß Ausführungsform 1 wies einen Aufbau auf, wie er bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform angegeben wurde (vgl. die 1 bis 6). Der Reifen gemäß Vergleichsbeispiel 1 wies dasselbe Muster auf wie der Reifen gemäß Ausführungsform 1, abgesehen davon, dass der Laufflächengummi keine länglichen, geschlossenen Zellen 24 aufwies, sondern nur kugelförmige, geschlossene Zellen. Der Reifen gemäß Vergleichsbeispiel 2 ist so ausgebildet, dass der Laufflächengummi keine länglichen, geschlossenen Zellen 24 aufwies, und kugelförmige, geschlossene Zellen sowie kurze Polyesterfasern aufwies.
Als nächstes werden andere Vorgaben und das Testverfahren für jeden der Reifen beschrieben.
Volumenverhältnis kugelförmiger, geschlossener Zellen zu länglichen, geschlossenen Zellen
Es wird ein Blockstück aus der Reifenlauffläche ausgeschnitten, und die zu untersuchende Oberfläche wird durch ein scharfes Rasiermesser entlang einer Richtung senkrecht zur Umfangsrichtung des Reifens sowie entlang der Richtung senkrecht zur Laufflächenoberfläche geschnitten. Die abgeschnittene Probe wurde bei einer Vergrößerung von 100 unter Verwendung eines Abtastelektronenmikroskops photographiert. Der zu photographierende Abschnitt wurde durch statistische Abtastung ausgewählt. Dann werden in dem Photo des geschnittenen Abschnitts ein Abschnitt der kugelförmigen, geschlossenen Zellen und ein Abschnitt der länglichen, geschlossenen Zellen, die jeweils eine Harz-Schutzschicht aufweisen, voneinander getrennt, werden jeweilige Bereiche der beiden Abschnitte der geschlossenen Zellen gemessen, und wird das Flächenverhältnis zwischen den kugelförmigen, geschlossenen Zellen, und den länglichen, geschlossenen Zellen in einem festen Bereich berechnet. Die voranstehend geschilderte Messung wird zehn Mal durchgeführt, dann wird ein Flächenverhältnis-Mittelwert erhalten, und als Volumenverhältnis der kugelförmigen, geschlossenen Zellen zu den länglichen, geschlossenen Zellen festgelegt.
Härte
Die vulkanisierte Gummizusammensetzung wurde bei 0°C entsprechend JIS K6301 gemessen.
Mittlerer Innendurchmesser der länglichen, geschlossenen Zellen
Die Gesamtfläche der länglichen, geschlossenen Zellen, gemessen wie voranstehend angegeben, wird durch die Anzahl der beobachteten länglichen, geschlossenen Zellen geteilt, und hierdurch wird eine gemittelte Querschnittsfläche für jede geschlossene Zelle erhalten. Der Durchmesser der länglichen, geschlossenen Zelle, unter der Annahme, dass deren Querschnitt vollständig kreisförmig ist, wird mit folgender Formel berechnet.
Innendurchmesser der länglichen, geschlossenen Zelle = (Querschnittsfläche für jede geschlossene Zelle ÷ π)^0,5 × 2.
Die voranstehend geschilderte Messung wird zehn Mal durchgeführt, und deren Mittelwert wird als der gemittelte Innendurchmesser der länglichen, geschlossenen Zellen bestimmt.
Der Wert L/D ist jener Wert, der dadurch erhalten wird, dass die Länge kurzer Fasern durch den Innendurchmesser geteilt wird, der sich aus der voranstehenden Messung ergibt. Die Länge der länglichen, geschlossenen Zellen kann tatsächlich dadurch gemessen werden, dass Proben für jede geschlossene Zelle abgeschnitten werden, jedoch treten bei dieser Messung zahlreiche Fehler auf. Daher wird entsprechend der voranstehend angegebenen Festlegung ausgegangen.
Dicke der Harzschicht, welche die länglichen, geschlossenen Zellen bildet
Die abgeschnittene Probe, die bei der voranstehend geschilderten Messung verwendet wird, wird eingesetzt und mit einem Abtastelektronenmikroskop photographiert, das auf hohe Verstärkung eingestellt ist, was eine Messung der Dicke des Harzes ermöglicht, wobei die Dicke an vier Orten auf jeder länglichen, geschlossenen Zelle gemessen wird. Die Messung wird für jede von 40 länglichen, geschlossenen Zellen durchgeführt, und der Mittelwert dieser Messungen wird als die Dicke der Schutzschicht der länglichen, geschlossenen Zellen festgelegt.
Es wurde ein Fahrzeugversuch so durchgeführt, dass der zu untersuchende Reifen, mit einem Innendruck von 200 kPa, auf einem Kraftfahrzeug mit 1600 cc angebracht wurde, das in Japan hergestellt wurde (und zwei Insassen befördert). Jedes Versuchsverfahren wird nachstehend geschildert.
Reifenleistung auf Schnee
Es wurde eine Gesamtermittlung der Bremsleistung, der Beschleunigungsleistung, der Stabilität beim Geradeausfahren, der Eigenschaften beim Kurvenfahren, und das Verhalten auf Steigungen bei einer schneebedeckten Versuchsstraße durchgeführt (Bewertung durch den Versuchsfahrer). Die Ergebnisse sind als Indexzahlen dargestellt, wobei die Ergebnisse des Reifens gemäß Vergleichsbeispiel 1 auf 100 gesetzt werden, wobei die Leistung auf Schnee desto besser ist, je größer der numerische Wert ist.
Bremsleistung auf Eis
Die Bremsentfernung beim Fahren des Fahrzeugs mit einer Geschwindigkeit von 20 km/h auf einer vereisten Oberfläche, bei vollständiger Bremsung, wurde gemessen. Der Kehrwert der Anhalteentfernung ist als Indexzahl angegeben, wobei deren Wert bei dem Reifen des Vergleichsbeispiels 1 auf 100 gesetzt wird, und die Bremsleistung auf Eis desto besser, je größer der numerische Wert ist.
Traktionsleistung auf Eis
Es wurde die Beschleunigungszeit vom Start im Stillstand bis zur Zurücklegung einer Entfernung von 20 m auf einer vereisten Oberfläche gemessen. Der Kehrwert der Beschleunigungszeit ist als Indexzahl angegeben, wobei dessen Wert für den Reifen des Vergleichsbeispiels 1 auf 100 gesetzt ist, und die Traktionsleistung desto besser ist, je höher der numerische Wert ist.
Fahrgefühl auf Eis
Es wurde eine Gesamtbeurteilung der Bremsleistung, der Beschleunigungsleistung, des Geradeausfahrens, und der Eigenschaften beim Kurvenfahren auf einer eisbedeckten Versuchsstraße durchgeführt (Bewertung durch den Versuchsfahrer). Die Ergebnisse sind als Indexzahl dargestellt, wobei der Reifen des Vergleichsbeispiels 1 auf den Wert von 100 gesetzt wird, und das Fahrgefühl auf Eis desto besser ist, je größer der numerische Wert ist.
Vorgaben und Testergebnisse jedes Reifens sind in der nachstehend angegebenen Tabelle 1 aufgeführt.
TABELLE 1
TABELLE 1 (Fortsetzung)
In der voranstehenden Tabelle 1 bezeichnen die erste, geschlossene Zelle und die zweite, geschlossene Zelle in der Zusammensetzung aus vulkanisiertem Gummi die kugelförmige, geschlossene Zelle bzw. die längliche, geschlossene Zelle, die anhand der voranstehend geschilderten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden.
Cis-1,4-Polybutadien: BR01, hergestellt von JSR
Kohlenstoffruß: Asahi Carbon N110
Silikat: Nipsl AQ, hergestellt von NIPPON SILICA INDUSTRIAL COMPANY, LTD.
Silankupplungsmittel: Si69, hergestellt von DEGUSSA
Antioxidationsmittel: N-(1,3-Dimethylbutyl)-N-Phenyl-P-Phenylendiamin
Vulkanisationsbeschleuniger: N-Cyclohexyl-2-Benzthiazyl-1-Sulfenamid
Schaummittel DPT: Cellular D, hergestellt von EIWA CHEMICAL INDUSTRIAL CO., LTD.
Schaumbeschleuniger (auf Grundlage von Harnstoff): Cellupaste K5, hergestellt von EIWA CHEMICAL INDUSTRIAL CO., LTD.
Thermoplastisches Harz: PE (Polyethylen)
Aus den in der voranstehenden Tabelle 1 angegebenen Versuchsergebnissen wird deutlich, dass der Reifen gemäß Ausführungsform 1, bei welcher die vorliegende Erfindung eingesetzt wird, eine verbesserte Bremsleistung auf Eis aufweist, eine verbesserte Traktionsleistung auf Eis, und ein verbessertes Fahrgefühl bei Eis, als die Reifen gemäß den Vergleichsbeispielen 1 und 2.
Wie voranstehend erwähnt weist der Luftreifen gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem voranstehend geschilderten Aufbau in der Hinsicht hervorragende Auswirkungen auf, dass die Wasserentfernungseigenschaften wirksam auftreten, ohne durch den Fahrzustand oder den Verschleißzustand des Reifens beeinflusst zu werden, wobei die Leistung des Reifens auf Schnee und Eis wesentlich verbessert werden kann.

Claims

Luftreifen (10), bei welchem mehrere Rillen (14, 16), die mehrere Stegabschnitte (15, 18) festlegen, in einer Laufflächen-Straßenberührungsoberfläche vorgesehen sind, und mehrere Lamellen (19), die sich nach einwärts in Radialrichtung des Reifens erstrecken, in den Stegabschnitten vorgesehen sind; wobei ein gesamtes, negatives Verhältnis N der Straßenberührungsoberfläche auf einen Bereich von 25% bis 65% eingestellt ist, die Tiefe jeder der Nuten (14, 16) auf 5 mm oder mehr eingestellt ist, die Tiefe Sd jeder der Lamellen (19) gegeben ist durch D × α (0,1 < α < 1,0), und ein Laufflächengummi (12) eine große Anzahl an länglichen, geschlossenen Zellen (24) aufweist, der durch eine aus Harz bestehende Schutzschicht (26) abgedeckt ist; und wobei die Traktionsrandkomponentendichte E der Straßenberührungsoberfläche des Stegabschnitts der Lauffläche im Bereich von 0,1 bis 0,3 liegt.
Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen, geschlossenen Zellen (24) jeweils in Umfangsrichtung des Reifens ausgerichtet sind.
Luftreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gesamte Expansionsverhältnis der geschlossenen Zellen (22, 24) auf den Bereich von 3% bis 40% eingestellt ist, und das Expansionsverhältnis der länglichen, geschlossenen Zellen (24) 10% oder mehr des gesamten Expansionsverhältnisses beträgt.
Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der maximalen Länge L jeder der länglichen, geschlossenen Zellen (24) zum mittleren Hohlraumdurchmesser D, nämlich L/D, 3 oder mehr beträgt.
Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz ein thermoplastisches Harz ist.
Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz eine Viskosität aufweist, die niedriger ist als jene einer Gummimatrix in einem Reifenvulkanisiervorgang.
Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn das Harz ein kristallines Polymer ist, dessen Schmelzpunkt auf die maximale Vulkanisiertemperatur des Laufflächengummis oder weniger eingestellt ist.
Luftreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz Polyethylen ist.
Luftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rillen (14, 16), die mehrere Stegabschnitte (15, 18) festlegen, in einer Laufflächen-Straßenberührungsoberfläche vorgesehen sind, und mehrere Lamellen (19), die sich nach innen in Radialrichtung des Reifens sowie in Querrichtung des Reifens erstrecken, in den Stegabschnitten vorgesehen sind; wobei ein gesamtes, negatives Verhältnis N der Straßenberührungsoberfläche auf einen Bereich von 25% bis 65% eingestellt ist, eine Tiefe D jeder der Rillen (14, 16) auf 5 mm oder mehr eingestellt ist, eine Tiefe Sd jeder der Lamellen (19) gegeben ist durch D × α (0,1 < α < 1,0), und ein Laufflächengummi (12) eine große Anzahl an länglichen, geschlossenen Zellen (24) aufweist, die jeweils in der Umfangsrichtung des Reifens orientiert sind, und von einer Schutzschicht (26) abgedeckt sind, die aus Harz besteht; das Laufflächengummi ein gesamtes Expansionsverhältnis von 3% bis 40% aufweist; das Expansionsverhältnis der länglichen, geschlossenen Zellen (24) 10% oder mehr des gesamten Expansionsverhältnisses beträgt; das Verhältnis der maximalen Länge L jeder der länglichen, geschlossenen Zellen (24) zum mittleren Hohlraumdurchmesser D, nämlich L/D, 3 oder mehr beträgt; das Harz ein thermoplastisches Harz ist, das eine Viskosität aufweist, die niedriger ist als jene einer Gummimatrix in einem Reifenvulkanisiervorgang; und die Traktionsrandkomponentendichte E der Straßenberührungsoberfläche des Stegabschnitts der Lauffläche im Bereich von 0,1 bis 0,3 liegt.