專利名稱：充氣輪胎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及充氣輪胎，尤其是涉及雪地輪胎(studless tire)，特別是涉及一種防止帶層分離故障(separation failture)或斷裂的技術(shù)，它通過抑制較低內(nèi)壓下行駛的輪胎面的折進(jìn)(buckling)來實現(xiàn)。
背景技術(shù)：
如果輪胎在負(fù)荷行駛時被釘子或者其他的尖銳的物品穿過輪胎面，其內(nèi)部壓力會逐漸減少，輪胎面的折進(jìn)會導(dǎo)致帶層的分離故障，這樣就會因為輪胎面橡膠的剝落而有爆炸或者類似的危險、帶層的損壞等。
特別地，當(dāng)輪胎在很低的內(nèi)部壓力狀態(tài)下在低摩擦系數(shù)的路面(比如舊瀝青路面、石鋪路面等具有較低表面粗糙度)跑時，輪胎面的折進(jìn)是顯著的。在本發(fā)明中，如圖1a橫向剖面圖所示，輪胎面的橫向中心部位從路面向上升起，使輪胎面折進(jìn)成一個反向“V”字的形狀，這樣，在這個折進(jìn)部分就特別容易發(fā)生帶層分離故障、破裂等故障。
如圖1b所示的赤道面(equatorial plane)剖面圖，即使在輪胎面的圓周方向也會發(fā)生類似的結(jié)果，輪胎面接觸地面的區(qū)域在負(fù)載部位周圍的圓周方向受到壓縮，結(jié)果增加了輪胎面中央部分的升高趨勢。
根據(jù)這種折進(jìn)現(xiàn)象，主要位于外周部分的輪胎面橡膠受到輪胎面中央部分兩側(cè)和圓周方向的壓迫形成形狀改變。
為此目的，當(dāng)使用不容易發(fā)生形狀改變和具有較高彈性體積系數(shù)的橡膠制作輪胎面時，可以通過高彈性體積系數(shù)有效地抑制圖1a所示的輪胎面折進(jìn)變形，從而顯著地控制帶層的分離故障、破損等。附帶地，當(dāng)輪胎面橡膠具有大于5Gpa的彈性體積系數(shù)時，即使輪胎內(nèi)部的壓力降低到10kPa，它也仍然可以跑200km。
但是，當(dāng)輪胎面橡膠具有小于4Gpa的彈性體積系數(shù)時，通常用于雪地胎(studless tire)，上述的反向“V”字彎曲變形不能得到充分的抑制，因而輪胎內(nèi)部的壓力降低到10kPa時，它再跑200km是不可能的。
另一方面，抑制這種折進(jìn)的常規(guī)技術(shù)在日本專利JP-A-6-191243中有所披露，其國際公開號是WO97/01452。
在前面的輪胎中，在輻射骨架的圓周部分的外周設(shè)計了含有至少兩個交錯繩層的帶子和繞在其外周的有機纖維繩“帽子”，沿著骨架的內(nèi)面設(shè)計了側(cè)面全區(qū)域的月牙狀的橡膠增強層，并且在帶子和“帽子”之間有一個扣系結(jié)構(gòu)，它含有至少一個由多條垂直于輪胎赤道面的繩子組成的層。通過這種扣系結(jié)構(gòu)可以抑制這種縮放行為，相互交錯的帶層繩子形成菱形狀，并在輪胎面的寬度方向伸展，而在輪胎面發(fā)生的上述折進(jìn)程度則得到減弱。
在后面的國際公開號是WO97/01452的輪胎中，包括一些金屬繩層的帶層和輪胎面連續(xù)地排布在輻射骨架圓周的外周，位于骨架內(nèi)側(cè)的內(nèi)周面的橡膠加強層承載了一部分重量，并且具有具有月牙的形狀，輔助的橡膠纖維繩層位于骨架和帶層之間，結(jié)果這些有機纖維繩和骨架繩、帶層以及中心赤道面形成三明治狀。輔助層位于輪胎面折進(jìn)彎曲的中軸外側(cè)，以通過輔助層的強度阻力加強輪胎面的彎曲強度，從而抑制折進(jìn)變形。
但是，所有的這些輪胎的目標(biāo)都是在通常的具有較大摩擦系數(shù)的路面上跑，所以它們用于一般不會造成折進(jìn)的條件，并且輪胎面具有較高的彈性體積系數(shù)，因而這種折進(jìn)現(xiàn)象本身就不嚴(yán)重。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠充分抑制輪胎面折進(jìn)、從而抑制帶層的分離故障、破裂等的充氣輪胎，它是通過提高阻力和與通常在雪地胎輪胎面發(fā)生反向“V”字彎曲變形的橡膠不同的方法來實現(xiàn)的，雪地胎經(jīng)常在雪地或結(jié)冰的低摩擦系數(shù)的路面上跑，具有相對較低的彈性體積系數(shù)，以確保在路面的抓著力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的充氣輪胎包括一個輪胎面，一對與輪胎面相連的側(cè)面部分，與每一個側(cè)面部分的內(nèi)周邊相連的支撐部分，一個輻射骨架，它含有一個或多個在卷邊核心之間延伸的骨架褶，這些骨架褶安排在各自的支撐部分以加強這些區(qū)域，一條帶子，它含有兩個或多個加強輪胎面的位于輻射骨架周圍皇冠外周部分的帶層，這些層的繩子彼此交錯，一個橡膠加強層，它位于沿著輻射骨架內(nèi)側(cè)面部分的區(qū)域，并且在其交叉區(qū)域具有月牙的形狀，其中形成輪胎的觸地面的輪胎面橡膠具有的彈性體積系數(shù)不超過4GPa，它通常用于雪地輪胎，以及一個附加帶層，其繩子相對于輪胎赤道面的角度大于帶層繩子的角度，位于帶子的外周部分，并且輪胎面寬度方向的壓縮剛性比帶層的要高2倍或者更高。而且，在附加帶層以及這里使用的帶層中的術(shù)語“輪胎面寬度方向的壓縮剛性”是指，輪胎面圓周方向上單位寬度的帶層對抗輪胎面寬度方向壓力的剛性。
例如，當(dāng)在結(jié)冰路面等低摩擦力的路面上跑時，隨著輪胎內(nèi)壓的降低，輪胎觸地面的肩部傾向于在寬度方向上打滑，這樣就很容易發(fā)生前述的折進(jìn)現(xiàn)象。另一方面，雪地輪胎具有低彈性體積系數(shù)，不會產(chǎn)生對抗折進(jìn)的較大阻力，隨著輪胎內(nèi)壓的降低，輪胎面的寬度中央部分會從路面上升起。
但是，在本發(fā)明中，安排在帶層外周的附加帶層的作用是支撐反向“V”字彎曲變形和有效地控制這種彎曲。這種彎曲抗力可以通過使附加帶層中的繩子相對于輪胎赤道面的角度大于帶層中繩子的角度來得到提高，以達(dá)到輪胎面寬度方向附加帶層的繩子延伸方向，所以即使路面的摩擦系數(shù)較低，也可以有效地控制由于輪胎內(nèi)壓降低導(dǎo)致的輪胎面折進(jìn)現(xiàn)象，從而顯著地消除帶層的分離故障、破裂等。
而且，根據(jù)本發(fā)明，輪胎面寬度方向的附加帶層壓縮剛性要比帶層的高2倍或更高，由此，在冰雪路面的輪胎肩部滑行位移可以得到充分的限制，以更有效地防止折進(jìn)現(xiàn)象的發(fā)生。
在本發(fā)明中，附加帶層優(yōu)選地由高剛性的鋼絲繩制成，以對抗輪胎面寬度方向的壓力。尤其是，該繩子優(yōu)選地具有單絞結(jié)構(gòu)，比如1×N或1+N，并且其彈性壓縮系數(shù)不低于10GPa。
附加帶層也優(yōu)選地直接安排在帶子外周，與帶子外層的“帽子”臨近，該“帽子”由一層或多層螺旋結(jié)構(gòu)的有機纖維繩子在輪胎面的圓周方向延伸制成。
也就是說，如果附加帶層臨近帽子的外周側(cè)，帶層與附加帶層之間的距離就較大，而限制帶層變形的力就較小，從而抑制反向“V”字彎曲變形的力也較小。
如果附加帶層中的繩子沿著帶層最外層的繩子相對于輪胎赤道面的方向延伸，則所謂的“褶掌舵”(ply steer)會減小，從而顯著控制輪胎的滾動阻力的增加；如果附加帶層中的繩子以與帶層最外層的繩子相對于輪胎赤道面的方向相反的方向延伸，輪胎面的剛性可以提高，以有效地抑制折進(jìn)現(xiàn)象的發(fā)生。
而且，為了更好地體現(xiàn)附加帶層的功能，附加帶層中的繩子相對于輪胎赤道面的角度較佳的是在40～90°的范圍內(nèi)。當(dāng)其角度小于40°時，不足以提供與帶層繩子的20～30°一般延伸角度的差異，因而也不能提供對抗輪胎寬度方向壓力的高剛性；當(dāng)其角度超過90°時，附加帶層中繩子相對于輪胎赤道面的延伸方向則與上述情況相反。
附加帶層的寬度也較佳的是在帶層寬度30～120％的范圍內(nèi)。
當(dāng)寬度小于30％時，對反向“V”字彎曲變形的支撐作用不夠充分，而當(dāng)其超過120％時，抑制反向“V”字彎曲變形的效果不大，反而會造成輪胎重量的增加。
而且，為了控制由于附加帶層導(dǎo)致的輪胎重量的增加在較低水平，使用較低重量的有機纖維繩來制作骨架褶是有效的。


圖1是說明常規(guī)輪胎發(fā)生折進(jìn)的一個實施例的圖示。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的輪胎實施例的一半的寬度方向截面圖。
圖3是說明附加帶層作用的圖解截面圖。
圖4是彈性體積系數(shù)的測量裝置示意圖。
具體實施例方式
在圖2所示的本發(fā)明的一個實施例中，數(shù)字1是輪胎面，數(shù)字2是從輪胎面1的側(cè)面部分在輻射方向向內(nèi)連續(xù)延伸的側(cè)面部分，數(shù)字3是側(cè)面部分2的內(nèi)側(cè)外圍在輻射方向連續(xù)的支撐部分。
輻射骨架5在嵌入各自的支撐部分3之間的支撐核心4之間環(huán)形延伸，以加強上述的1、2、3部分，輻射骨架5包含至少一個骨架褶，輻射骨架5的側(cè)面部分圍繞支撐核心4在輻射方向向外突出到較高水平。帶子8也包含至少兩個或多個含有繩子(比如鋼絲繩、芳香尼龍纖維繩等)的層，這些繩子在層之間彼此交錯，在圖中的兩個帶層6、7安排在輻射骨架5的皇冠部分的外圍側(cè)。而且，例如，層9、10的具有沿輪胎圓周方向延伸的螺旋狀結(jié)構(gòu)的有機纖維繩子的“帽子”安排在帶子8的外層一側(cè)。另外，在交錯部分呈月牙狀的橡膠加強層11在輻射骨架5的內(nèi)側(cè)全部覆蓋了側(cè)面部分2。
而且，形成輪胎觸地面的輪胎面橡膠的彈性體積系數(shù)不超過4GPa，而附加帶層13直接安排在帶子8的外周位置，即位于圖示實施例的帽子9、10的內(nèi)周側(cè)，較佳的，在輪胎赤道面E的帶子寬度W的30～120％的范圍內(nèi)。構(gòu)成附加帶層13的繩子，優(yōu)選的是鋼絲繩，相對于赤道面E的延伸角度大于帶層6、7中的繩子的角度。而且，附加帶層13在輪胎面寬度方向的剛性是帶層6、7的2倍或更高。
例如，由于帶層6、7各自中的繩子，鋼絲、芳香尼龍纖維繩等，一般是以相對于輪胎赤道面E大約20～30°的角度相互反方向延伸，附加帶層13中的繩子相對于輪胎赤道面E的優(yōu)選角度是40～90°。本例中，附加帶層中的繩子的延伸方向可以與帶層7最外層中的繩子的延伸方向相同或者不同。
更佳的，骨架褶用有機纖維繩制成。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的輪胎，當(dāng)在荷載、內(nèi)壓降低狀態(tài)情況下在低摩擦系數(shù)的路面上跑時，如圖3所示，使用鋼絲制成的具有高抗壓剛性的附加帶層13的繩子相對于輪胎赤道面E具有較大角度，可以作為支撐結(jié)構(gòu)來對抗輪胎面1的中央部位從路面向上升起的外部壓力和彎曲，以有效控制輪胎面1的彎曲變形，從而帶層6、7的分離故障、破裂等問題得到有效控制，并可以防止較長的時間。
實施例實施例和對比例中的每一個輪胎大小都是245/40R18，并且都有圖2所示的結(jié)構(gòu)，尺寸如表1所示，其中使用低損、高剛性橡膠制成的橡膠加強層的最大厚度是8mm，帽子的兩層都是由尼龍纖維繩制成，內(nèi)側(cè)帶層的寬度是200mm，外側(cè)帶層的寬度是190mm，附加帶層的寬度是180mm，它們裝在一個18×8JJ的邊緣，充氣至空氣壓力為230kPa或0kPa。至于在冰路上的駕駛穩(wěn)定性，無論是否跑到了200km，在內(nèi)部壓力降低時輪胎面的升起量和跑平穩(wěn)的持久性都可以達(dá)到而不會出現(xiàn)問題，當(dāng)輪胎內(nèi)部壓力為0kPa、載重4.81kN、速度89km/h時，測試的結(jié)果如表1所示。
在表1中，輪胎面橡膠的彈性體積系數(shù)通過荷載W和位移之間的關(guān)系計算出，輪胎面橡膠的測試片22設(shè)定在金屬套21中，金屬套21的內(nèi)徑為14mm、高度為28mm，其間沒有空隙，如圖4a所示，金屬套21連接在壓力測試機23上，如圖4b所示，在測試片22的上面和下面以0.6mm/min的速度加重W，通激光位移尺24測量測試片的變形量。
輪胎面在冰面上的升起量也通過測量停在冰面上并填充石膏的輪胎面表面的形狀來進(jìn)行評價。
表1




如表1所示，實施例1-4中的所有輪胎在寬度方向的壓縮剛性比不低于2，輪胎面的彈性體積系數(shù)不高于4GPa，可以充分減少輪胎面在冰面上的升起量，并在輪胎內(nèi)壓充足時充分確保在冰雪路面上的駕駛穩(wěn)定性，在內(nèi)壓降至0Pa在冰雪路面上也能實現(xiàn)良好的駕駛穩(wěn)定性，也能達(dá)到良好的平穩(wěn)駕駛持久性。
工業(yè)應(yīng)用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明，輪胎面橡膠的彈性體積系數(shù)可以象雪地輪胎一樣減小，并且可以有效的抑制輪胎面部分的折進(jìn)，以充分防止帶層分離故障、破裂等的發(fā)生。
權(quán)利要求
1.一種充氣輪胎，其特征在于，它包括一個輪胎面，一對與輪胎面相連的側(cè)面部分，一個支撐部分，它與每一個側(cè)面部分的內(nèi)周邊相連，一個輻射骨架，它含有一個或多個在卷邊核心之間延伸的骨架褶，這些骨架褶安排在各自的支撐部分以加強這些區(qū)域，一條帶子，它含有兩個或多個加強輪胎面的位于輻射骨架周圍皇冠外周部分的帶層，這些層的繩子彼此交錯，一個橡膠加強層，它位于沿著輻射骨架內(nèi)側(cè)面部分的區(qū)域，并且在其交叉區(qū)域具有月牙的形狀，其中形成輪胎的觸地面的輪胎面橡膠具有的彈性體積系數(shù)不超過4GPa，它通常用于雪地輪胎，以及一個附加帶層，其繩子相對于輪胎赤道面的角度大于帶層繩子的角度，位于帶子的外周部分，并且輪胎面寬度方向的壓縮剛性比帶層的要高2倍或者更高。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充氣輪胎，其中附加帶層用鋼絲繩制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的充氣輪胎，其中附加帶層的位置接近帶子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任意一項所述的充氣輪胎，其中附加帶層的繩子相對于輪胎赤道面的延伸方向與帶層最外層的方向相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任意一項所述的充氣輪胎，其中附加帶層的繩子相對于輪胎赤道面的延伸方向與帶層最外層的方向相反。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任意一項所述的充氣輪胎，其中附加帶層的繩子相對于輪胎赤道面的角度在40～90°范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任意一項所述的充氣輪胎，其中附加帶層的寬度在帶子寬度的30～120％范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7中任意一項所述的充氣輪胎，其中骨架褶是用有機纖維繩子制成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種充氣輪胎，其輪胎面橡膠的彈性體積系數(shù)小，輪胎面的反向“V”字彎曲變形得到有效抑制，有效地防止了帶層分離故障、破裂等，它含有一個輻射骨架、一條帶子(它含有兩個或多個加強輪胎面的位于輻射骨架周圍皇冠外周部分的帶層，這些層的繩子彼此交錯)、一個橡膠加強層(它在交叉區(qū)域具有月牙的形狀，形成輪胎的觸地面的輪胎面橡膠具有的彈性體積系數(shù)不超過4GPa)、一個附加帶層(其繩子相對于輪胎赤道面的角度大于帶層繩子的角度，位于帶子的外周部分，并且輪胎面寬度方向的壓縮剛性比帶層的要高2倍或者更高)。
文檔編號B60C17/00GK1514776SQ0280298
公開日2004年7月21日 申請日期2002年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月17日
發(fā)明者河野好秀, 黑川真 申請人:普利司通株式會社