TWI606939B - Tire structure and its manufacturing method - Google Patents

Description

輪胎構造及其製造方法

本發明涉及一種輪胎及其製造方法，特別是一種在輪胎發生爆胎後，可以支撐輪胎繼續安全地行駛一段路程的輪胎構造及其製造方法。

輪胎是指在各種車輛或機械上裝配的接地滾動的圓環形彈性橡膠製品。它通常安裝在金屬輪圈上(輪圈又稱輪轂)，輪胎能支承車身，緩衝外界衝擊，實現與路面間的接觸並保證車輛的行駛性能。目前大部份的輪胎皆為充氣式輪胎，與實心輪胎相較，充氣式輪胎除了重量較輕之外，還可以提供乘客更佳的舒適性及緩衝減震的效果，但是充氣式輪胎若是在車輛行駛途中受損則會發生爆胎，嚴重影響車輛行駛的穩定性及安全，因此，如何減少車輛因為輪胎爆胎所造成的傷害，一直是輪胎製造商努力克服的問題。

在已公開的中國發明專利申請案，公開號CN 1931614 A，提出了一種汽車輪胎爆胎安全保險裝置，其在外胎內設中心線呈弧形、截面為小於外胎內徑的圓柱體形硬泡沫塑料塊，它們首尾相對組成可置於外胎內的圓環，在上述每塊硬泡沫塑料塊外面設有將其包覆的纖維層，其上塗有粘結劑，該位於外胎內的海綿體包裹在纖維層外面並與其粘結在一起；從而在汽車爆胎後仍可延續行駛一段路程。

目前使用於車輛上，係有一種失壓續跑胎(Run-flat tire)，或 稱防爆輪胎，這種輪胎強化了與輪圈結合端的胎壁，可在喪失原有胎壓之後，仍可讓安裝此種輪胎的車輛以一定速度內，行駛數十公里至一兩百公里，而讓駕駛人找到可修理或更換輪胎的店家；惟前述失壓續跑胎的缺點在於該強化的胎壁及與其一體成型的胎面，又硬又重，舒適性不佳，抓地力差且較同規格同等級的輪胎貴，再者，該失壓續跑胎於零胎壓情況下行駛時，係以其堅硬的胎壁接觸地面，致遇到坑洞時，會直接衝擊輪圈而造成其損壞，因此，使用上仍有其缺點而有必要加以改進。

但行駛在路面上的輪胎，卻因為種種原因造成爆胎，人們通過諸多方式來避免輪胎爆胎或使爆胎的輪胎依然能夠繼續行駛一段路程，但至今為止仍然沒有很好的解決方案。

本發明的目的之一在解決傳統充氣式輪胎在爆胎後所造成的問題。

為了實現上述目的，本發明提出的輪胎構造及其製造方法，具有構造精簡、製造成本低同時兼具使用舒適性，並且能在輪胎發生爆胎之後可以支撐輪胎繼續安全地行駛一段路程的優點及功效。

本發明輪胎構造的一實施例，包括：輪圈和包覆在輪圈外周緣的胎體，胎體和輪圈之間具有中空的內腔，在內腔中置入具有複數獨立氣孔的至少一發泡彈性體。

在本發明的一實施例，其中的發泡彈性體為環繞於輪圈的橡塑膠條。

在本發明的一實施例，其中的發泡彈性體為設置於胎體之內 腔中的複數個橡塑膠球。

在本發明的一實施例，其中的發泡彈性體的截面形狀為圓形或橢圓形。

在本發明的一實施例，其中胎體的內腔包括一內胎胎體，所述的發泡彈性體設置於內胎胎體之中。

在本發明的一實施例，其中輪胎在常態使用時，發泡彈性體的複數獨立氣孔中的氣壓與胎體的內腔中的氣壓保持平衡，發泡彈性體占胎體之內腔的截面積的30%~90%。

在本發明的一實施例，其中輪胎的胎體發生爆胎後，發泡彈性體的體積膨脹為壓力平衡狀態的1.2~4倍。

在本發明的一方面包括所述輪胎構造的製造方法，包括：製備具有複數獨立氣孔的發泡彈性體；在輪圈的外周緣包覆具有中空的內腔的胎體；以及在胎體的內腔中置入具有複數獨立氣孔的至少一發泡彈性體。

在本發明之製造方法的一實施例，其中製備具有複數獨立氣孔的發泡彈性體的步驟，包括：調製發泡彈性體的材料，所述發泡彈性體的材料係為一種均勻混合物，所述均勻混合物的組成包含：占均勻混合物之重量百分比50%的橡塑膠高分子材料、25%的補強劑、15%的軟化油和5%的加工助劑；以及成型步驟，將所述發泡彈性體的材料成型為具有複數獨立氣孔的發泡彈性體。

在本發明之製造方法的一實施例，其中具有複數獨立氣孔的 發泡彈性體包括：由三元乙丙橡膠和矽橡膠其中任一種製成的發泡彈性體。

在本發明之製造方法的一實施例，其中的成型步驟包含將所述發泡彈性體的材料成型為可環繞於輪圈的橡塑膠條。

在本發明之製造方法的一實施例，包括將所述發泡彈性體的材料通過擠出成型和連續加硫的製程成型為橡塑膠條，以及裁剪橡塑膠條並且接合為可環繞於輪圈的橡塑膠條。

在本發明之製造方法的一實施例，包括將所述發泡彈性體的材料通過模壓成型製程成型為可環繞於輪圈的橡塑膠條。

在本發明之製造方法的一實施例，其中的成型步驟包含將所述發泡彈性體的材料成型為橡塑膠球。

由上述本發明的內容可以瞭解，本發明提出的一種輪胎構造及其製造方法，具有構造精簡、製造成本低同時兼具使用舒適性，並且能在輪胎發生爆胎之後可以支撐輪胎繼續安全地行駛一段路程的優點及功效。

有關本發明的具體實施方式及其技術特點和功效，下文將配合圖式說明如下。

10‧‧‧輪圈

11‧‧‧氣門嘴

20‧‧‧胎體

21‧‧‧內腔

30‧‧‧發泡彈性體

40‧‧‧內胎胎體

第1圖，為本發明輪胎構造的一實施例的斷面構造圖。

第2圖，為第1圖之實施例構造的使用示意圖，繪示發泡彈性體在置入胎體的內腔，尚未對胎體的內腔進行充氣時的斷面構造圖。

第3圖，為第2圖之實施例構造的使用示意圖，繪示發泡彈性體在置入 胎體的內腔，並且對胎體的內腔進行充氣完成之初期的斷面構造圖。

第4圖，為第3圖之實施例構造的使用示意圖，繪示胎體的內腔在完成充氣後一段時間，發泡彈性體的複數獨立氣孔中的氣壓與胎體的內腔中的氣壓保持平衡，達到壓力平衡狀態時的斷面構造圖。

第5圖，為第4圖之實施例構造的使用示意圖，繪示輪胎的胎體發生爆胎之後，發泡彈性體膨脹並且支撐胎體的構造斷面圖。

第6圖，為本發明輪胎構造的另一實施例的斷面構造圖。

第7圖，為本發明輪胎構造的另一實施例的斷面構造圖。

第8圖，為本發明輪胎構造的另一實施例的斷面構造圖。

首先請參閱第1圖，本發明輪胎構造的一實施例，包括：輪圈10和包覆在輪圈10之外周緣的胎體20，胎體20和輪圈10之間具有中空的內腔21，在內腔21中置入具有複數獨立氣孔的至少一發泡彈性體30。

在本發明的一實施例，發泡彈性體30是由三元乙丙橡膠和矽橡膠其中任一種材質製成的橡塑膠條。其中三元乙丙是乙烯、丙烯和非共軛二烯烴的三元共聚物，矽橡膠是指主鏈由矽和氧原子交替構成，矽原子上通常連有兩個有機基團的橡膠。普通的矽橡膠主要由含甲基和少量乙烯基的矽氧鏈節組成。苯基的引入可提高矽橡膠的耐高、低溫性能，三氟丙基及氰基的引入則可提高矽橡膠的耐溫及耐油性能。矽橡膠的耐熱性能也很突出，在180℃下可長期工作，稍高於200℃也能承受數周或更長時間仍有彈性，暫態可耐300℃以上的高溫。在本發明的其他實施例，具有複數獨立氣孔的發泡彈性體30還可以是其它的高分子材料通過發泡製程製成的。

胎體20一般為橡膠材質，第1圖中繪示的是一般無內胎的胎體20的一種典型構造但並非用於限制胎體20的實施方式。輪圈10通常具有一氣門嘴11可以和內腔21相通，以便通過氣門嘴11對內腔21進行充氣。在本發明的一實施例，其中的發泡彈性體30是一種環繞於輪圈10的橡塑膠條，其中發泡彈性體30的截面形狀較佳的是圓形或橢圓形。在本發明的其他實施例，發泡彈性體30的截面形狀也可以是其他與內腔21的截面形狀適配的形狀。

在本發明輪胎構造的一實施例，置入胎體20的內腔21之中的發泡彈性體30是至少一條環繞於輪圈10的橡塑膠條(見第1圖)；在本發明輪胎構造的另一實施例，置入胎體20的發泡彈性體30是二條或以上環繞於輪圈10的橡塑膠條(見第6圖)。

在本發明輪胎構造的另一實施例，胎體20也可以是一種具有內胎的胎體20，如第7圖繪示，其中胎體20的內腔21包括一內胎胎體40，所述的發泡彈性體30設置於內胎胎體40之中，內胎胎體40同樣地可以通過氣門嘴11來進行充氣。

請參閱第8圖，是本發明輪胎構造的另一種實施例，其中的發泡彈性體30是設置於胎體20之內腔21中的複數個橡塑膠球，換言之，在第8圖所繪示的實施例是以複數個橡塑膠球替代前述環繞於輪圈10的橡塑膠條。其中橡塑膠球和橡塑膠條兩者只是形狀不同而已，除此之外，橡塑膠球和橡塑膠條都是具有複數獨立氣孔的發泡彈性體30。同樣地，複數個橡塑膠球也可以裝設於具有內胎的胎體20，具體而言是將複數個橡塑膠球置入內胎胎體40，在輪胎運轉過程中會與胎體20的內壁形成摩擦，相對來 說，環繞於輪圈的橡塑膠條則可避免了摩擦，使用壽命更長、更穩定。

依據本發明提出的輪胎的構造，其作用方式及功能說明如下。對於已經製造完成的輪胎構造，在輪胎未充氣時，將此具有複數獨立氣孔的發泡彈性體30或內有發泡彈性體30的內胎胎體40，放入胎體20與輪圈10之間的內腔21，此時發泡彈性體30是鬆動狀態，從而便於組裝，值得注意的是在未對內腔21或是內胎胎體40進行充氣時，如第2圖所示，發泡彈性體30的複數獨立氣孔中的氣壓與胎體20的內腔21或是內胎胎體40中的氣壓保持平衡，在本發明的一較佳實施例，其中發泡彈性體30占胎體之內腔的截面積的30%~90%。

本發明的輪胎構造完成上述的組裝後，以正常方式經由氣門嘴11充入高壓氣體，此時發泡彈性體30被高壓氣體壓縮變形而體積縮小，如第3圖所示，此時即可正常使用輪胎；輪胎在車輛行駛或停止時，由於胎體20的內腔21中一直保持有高壓氣體，此時被壓縮的發泡彈性體30由於具有氣體滲透性，發泡彈性體30內部的複數獨立氣孔因為高壓氣體的滲入，會使得發泡彈性體30內部的複數獨立氣孔中的氣壓與胎體20的內腔21或是內胎胎體40中的高壓氣體的氣壓一致而達到壓力平衡狀態，如第4圖所示，從而使得發泡彈性體30回復原有的形狀或體積，使得發泡彈性體30內部的複數獨立氣孔內的氣壓與內腔21或是內胎胎體40內的氣壓保持一致的高壓狀態，此時即形成具有許多個獨立的高壓氣孔於發泡彈性體30的內部。當輪胎的胎體20瞬間洩氣或爆胎時，原本存於胎體20的內腔21或是內胎胎體40中的高壓氣體泄出胎體20之外，使得胎體20的內腔21或是內胎胎體40中的氣壓下降，由於發泡彈性體30的複數獨立氣孔內的氣壓大於大氣壓力， 因為壓力差的作用將會使得發泡彈性體30快速膨脹，此時發泡彈性體30的體積迅速變大並充滿於輪胎的內腔21或是內胎胎體40之中，藉由膨脹的發泡彈性體30支撐輪胎的胎體20，如第5圖所示，由於發泡彈性體30具有緩慢的氣體滲透性，發泡彈性體30的複數獨立氣孔內的高壓氣體需要一段時間才能完全滲出，從而使得輪胎的胎體20能在發泡彈性體30的支撐下繼續安全地行駛一段路程。

進一步的，為了設計合理，減少發泡彈性體與輪胎內壁面的摩擦，在本發明的一實施例，其中輪胎在常態使用時(已充入高壓氣體且達壓力平衡狀態)，發泡彈性體30的複數獨立氣孔中的氣壓與胎體20的內腔21中的氣壓保持平衡，發泡彈性體30占胎體20之內腔21的截面積的30%~90%。在本發明的一實施例，其中輪胎的胎體20發生爆胎後，發泡彈性體20的體積膨脹為壓力平衡狀態的1.2~4倍。發泡彈性體30可通過不同材料的選擇來決定其與胎體20的內腔21中的面積的占比，通常情況下，當輪胎的胎體20爆胎時，發泡彈性體30膨脹後的體積需要保證被支撐起的胎體20的外徑在原輪胎直徑的一定範圍內，所述的範圍一般為原輪胎直徑的80%-120%。

在本發明的一實施例中，當使用三元乙丙橡膠製成發泡彈性體30，氣體滲透率中等，在胎體20的內腔21或是內胎胎體40中充入高壓氣體的氣壓為50PSI，約需15天90%的高壓氣體可以滲透入發泡彈性體30的複數獨立氣孔內。

在本發明的另一實施例中，當使用矽橡膠製成發泡彈性體30，由於矽橡膠氣體透過率高，在胎體20的內腔21或是內胎胎體40中充入 高壓氣體的氣壓為50PSI，約需1天95%的高壓氣體就可以滲透入發泡彈性體30的複數獨立氣孔內。

由於具有複數獨立氣孔的發泡彈性體30具有緩慢的氣體滲透特性，高壓氣體滲入複數獨立氣孔的時間長短同等於排出高壓氣體時間長短。因此可根據具體使用場合(輪胎的胎體20爆胎後需要能夠維持多久的時間繼續行駛)來決定相應輪胎中採用何種材料製成發泡彈性體30。

進一步的，上述高壓氣體滲入發泡彈性體30的複數獨立氣孔的時間是一天到二十天。高壓氣體滲入複數獨立氣孔時間長短同等於複數獨立氣孔排出高壓氣體時間長短，但由於在輪胎使用過程中車輛重量的作用，會加速高壓氣體的滲出，因此需要至少確保發泡彈性體在車體重量作用下的高壓空氣滲出時間是一小時到四十八小時。

進一步的，在本發明的一方面包括所述輪胎構造的製造方法，包括：1.製備具有複數獨立氣孔的發泡彈性體30；2.在輪圈10的外周緣包覆具有中空的內腔21的胎體20；以及3.在胎體20的內腔21中置入具有複數獨立氣孔的至少一發泡彈性體30。

在本發明之製造方法的一實施例，其中製備具有複數獨立氣孔的發泡彈性體30的步驟，包括：(A)調製發泡彈性體30的材料，所述發泡彈性體30的材料係為一種均勻混合物，所述均勻混合物的組成包含：占均勻混合物之重量百分比50%的橡塑膠高分子材料、25%的補強劑、15%的軟化油和5%的加工助劑；以及 (B)成型步驟，將所述發泡彈性體30的材料成型為具有複數獨立氣孔的發泡彈性體30。

在本發明之製造方法的一實施例，其中的橡塑膠高分子材料包括：三元乙丙橡膠和矽橡膠其中任一種。

在本發明之製造方法的一實施例，其中的(B)成型步驟包含將所述發泡彈性體30的材料成型為可環繞於輪圈10的橡塑膠條。其中一種實施方式是將發泡彈性體30的材料通過擠出成型，並在200℃連續加硫的製程成型為橡塑膠條，再按照需要的長度裁剪橡塑膠條並且接合為可環繞於輪圈10的橡塑膠條。在本發明的另一實施例，其中的(B)成型步驟也可以在150℃下以第一次模壓製程加硫定型，然後在170℃下以第二次加硫發泡製程定型，從而製成橡塑膠條或是橡塑膠球。

雖然本發明已透過上述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之請求項所界定者為準。

10‧‧‧輪圈

11‧‧‧氣門嘴

20‧‧‧胎體

21‧‧‧內腔

30‧‧‧發泡彈性體

Claims (16)

1. 一種輪胎構造，包括：一輪圈和包覆在該輪圈外周緣的一胎體，該胎體和該輪圈之間具有中空的內腔，在該內腔中置入具有複數獨立氣孔的至少一發泡彈性體，該發泡彈性體具有氣體滲透性，該發泡彈性體內部的該複數獨立氣孔中的氣壓與該胎體的該內腔中的高壓氣體的氣壓達到壓力平衡狀態。
2. 如請求項1所述的輪胎構造，其中該發泡彈性體為環繞於該輪圈的橡塑膠條。
3. 如請求項1所述的輪胎構造，其中該發泡彈性體為設置於該胎體之該內腔中的複數個橡塑膠球。
4. 如請求項1所述的輪胎構造，其中該發泡彈性體的截面形狀為圓形或橢圓形。
5. 如請求項1所述的輪胎構造，其中該胎體的該內腔包括一內胎胎體，該發泡彈性體設置於該內胎胎體之中，該高壓氣體充填於該內胎貽體中。
6. 如請求項5所述的輪胎構造，其中該發泡彈性體為橡塑膠條或複數個橡塑膠球。
7. 如請求項1所述的輪胎構造，其中該發泡彈性體的複數獨立氣孔中的氣壓與該胎體的該內腔中的氣壓達到壓力平衡狀態時，該發泡彈性體占該胎體之該內腔的截面積的30%~90%。
8. 如請求項7所述的輪胎構造，其中該胎體發生爆胎後，該發泡彈性體的體積膨脹為該壓力平衡狀態時的1.2~4倍。
9. 一種輪胎構造的製造方法，包括 製備具有複數獨立氣孔的發泡彈性體，該發泡彈性體具有氣體滲透性；在輪圈的外周緣包覆具有中空的內腔的胎體；以及在該胎體的該內腔中置入至少一個該發泡彈性體，該發泡彈性體內部的該複數獨立氣孔中的氣壓與該胎體的該內腔中的高壓氣體的氣壓達到壓力平衡狀態。
10. 如請求項9所述輪胎構造的製造方法，其中該製備具有複數獨立氣孔的發泡彈性體的步驟，包括：調製該發泡彈性體的材料，該發泡彈性體的材料為一種均勻混合物，該均勻混合物的組成包含：占該均勻混合物之重量百分比50%的橡塑膠高分子材料、25%的補強劑、15%的軟化油和5%的加工助劑；以及成型步驟，將該發泡彈性體的材料成型為該發泡彈性體。
11. 如請求項10所述輪胎構造的製造方法，其中該橡塑膠高分子材料包括：三元乙丙橡膠和矽橡膠其中的任一種。
12. 如請求項10所述輪胎構造的製造方法，其中該成型步驟包含將該發泡彈性體的材料成型為可環繞於該輪圈的橡塑膠條。
13. 如請求項12所述輪胎構造的製造方法，其中包括將該發泡彈性體的材料通過擠出成型和連續加硫的製程成型為一橡塑膠條，以及裁剪該橡塑膠條並且接合為可環繞於該輪圈的該橡塑膠條。
14. 如請求項12所述輪胎構造的製造方法，其中包括將該發泡彈性體的材料通過模壓成型製程成型為可環繞於該輪圈的該橡塑膠條。
15. 如請求項9所述輪胎構造的製造方法，其中包括在該胎體的該內腔置入一內胎胎體，該發泡彈性體設置於該內胎胎體之中，該高壓氣體充填於 該內胎貽體中。
16. 如請求項15所述輪胎構造的製造方法，其中該成型步驟包含將該發泡彈性體的材料成型為橡塑膠球，再將該橡塑膠球置於該內胎胎體之中。