專利名稱：充氣輪胎及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及抑制在結(jié)冰或潮濕等容易打滑的路面轉(zhuǎn)彎時(shí)的橫向滑動(dòng)、提高操作穩(wěn)定性的充氣輪胎。
背景技術(shù)：
在例如無釘防滑輪胎等的冬用輪胎中，為了提高在結(jié)冰路面的行駛性能(以下稱作冰上性能)，必須增加路面開槽摩擦和粘接摩擦。為此，長(zhǎng)期以來為提高胎面橡膠對(duì)結(jié)冰路面的摩擦系數(shù)，嘗試著種種的研究。
作為研究之一，有人建議在胎面橡膠中摻入短纖維的同時(shí)，把此短纖維取向成輪胎的半徑方向(胎面橡膠的厚度方向)。這個(gè)建議，其優(yōu)點(diǎn)在于，通過將短纖維取向?yàn)榘霃椒较?，在提高路面開槽能力的同時(shí)，由于能確保跟蹤路面細(xì)小凹凸的在厚度方向的柔軟度，也改善了粘接摩擦力，從而能大幅度提高冰上性能。
但是，伴隨近年車輛的高性能化、高輸出化等情況，為了進(jìn)一步提高冰上性能，特別是為了防止打滑事故，強(qiáng)烈要求抑制轉(zhuǎn)彎時(shí)的橫向滑動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的第1目的在于，使摻合在胎面橡膠中的短纖維向輪胎半徑方向外方、向車輛外側(cè)傾斜，并且使在車輛外側(cè)的著地端的短纖維的傾斜角度α1比輪胎赤道上的短纖維的傾斜角度α2大，以此為基本，提供能大幅度抑制轉(zhuǎn)彎時(shí)的橫向滑動(dòng)、提高在容易打滑的路面的操縱穩(wěn)定性的充氣輪胎。
此外，本發(fā)明的第2目的在于，基本上采用將短纖維取向成寬度方向的長(zhǎng)帶狀的橡膠條帶，提供能簡(jiǎn)單地形成上述充氣輪胎的制造方法。
本權(quán)利要求書中第1項(xiàng)發(fā)明為充氣輪胎，其特征在于，形成胎面部的胎面橡膠，具有由橡膠中含有短纖維的短纖維摻合橡膠構(gòu)成、并且在形成胎面的短纖維摻合橡膠部的同時(shí)，至少在車輛安裝時(shí)在位于車輛外側(cè)的外著地端和輪胎赤道之間的區(qū)域中，上述短纖維向輪胎半徑方向的外方、向車輛外側(cè)實(shí)際上按角度α傾斜地取向，且上述外著地端上的短纖維的上述角度α1比輪胎赤道上的短纖維的上述角度α2大。
此時(shí)，將上述角度α1取30～60°范圍、將角度α2取10～35°范圍較為理想。此外，最好是，車輛安裝時(shí)位于車輛內(nèi)側(cè)的內(nèi)著地端上的短纖維的上述角度α3取0～15°范圍、并且比輪胎赤道上的上述角度α2小。此外，最好是，將上述胎面上的上述短纖維摻合橡膠部的輪胎軸向外緣從上述著地端到輪胎軸向外側(cè)隔開距離L，并將此距離設(shè)為輪胎寬度的0.05～0.15倍。另外，在上述短纖維摻合橡膠部的輪胎軸向外緣與上述著地端之間的區(qū)域中，相對(duì)胎面切線的半徑方向的β角度最好在45～90°范圍內(nèi)。
另外，權(quán)利要求書中第6項(xiàng)發(fā)明是上述充氣橡膠輪胎的制造方法，具特征在于，上述短纖維摻合橡膠部是利用將寬度Wa為5～50mm、厚度Ta為0.5～3.0mm的長(zhǎng)帶狀的橡膠條帶在圓柱形滾筒上螺旋狀地卷繞成的條帶卷繞體而形成，同時(shí)，上述橡膠條帶，實(shí)際上是將短纖維向?qū)挾确较蛉∠蚨纬?，并且把該橡膠條帶從車輛外側(cè)向車輛內(nèi)側(cè)進(jìn)行螺旋狀卷繞。
工業(yè)方面應(yīng)用的可能性如上所述，本發(fā)明的充氣輪胎，要使摻入在胎面橡膠中的短纖維向輪胎半徑方向外方、向車輛外側(cè)傾斜，而且將車輛外側(cè)的著地端上的短纖維的傾斜角度α1設(shè)定得比輪胎赤道上的短纖維的傾斜角度α2大。因此，能大幅度抑制轉(zhuǎn)彎時(shí)的橫向滑動(dòng)、提高在容易打滑的路面上的操縱穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)特別適用于無釘防滑輪胎等的冬季使用的輪胎。


圖1為本發(fā)明中一個(gè)實(shí)施例輪胎的剖面圖。
圖2(A)(B)為說明本發(fā)明的作用和效果的線圖。
圖3為把外著地端附近區(qū)域放大顯示的局部剖面圖。
圖4為說明外縱向主槽剖面形狀的剖面圖。
圖5為說明橡膠條帶的立體圖。
圖6為說明利用橡膠條帶制造胎面橡膠的方法的線圖。
圖7為說明橡膠條帶形成方法一例的線圖。
具體實(shí)施例方式
以下，用圖示例說明實(shí)施本發(fā)明的一種形態(tài)。
圖1表示本發(fā)明充氣輪胎1構(gòu)成客車用無釘防滑輪胎時(shí)的子午線剖面。
在圖1中，充氣輪胎1通過包括從胎面部2經(jīng)側(cè)壁部3至胎邊部4的胎邊中心5的輪胎胎體6和配置在此輪胎胎體6的半徑方向外側(cè)且胎面部2的內(nèi)方的帶層7在內(nèi)的軟線層而增加強(qiáng)度。
上述輪胎胎體6相對(duì)輪胎圓周方向、例如按75～90°的角度排列1片以上的輪胎胎體軟線，在本例中由1片輪胎胎體層片6A形成，其兩端在上述胎邊中心5的周圍折返夾牢。此外上述帶層7，將軟鋼絲等高強(qiáng)度的帶層軟線相對(duì)輪胎的圓周方向、例如按10～35°的角度排列2片以上，在本例中由2片帶層層片7A、7B構(gòu)成，借助各帶層軟線在層片間的互相交錯(cuò)，形成堅(jiān)固的構(gòu)架結(jié)構(gòu)，對(duì)胎面部2的加強(qiáng)起到環(huán)箍效果。
接著，通過具有構(gòu)成胎面2S的短纖維摻合橡膠部10來形成構(gòu)成上述胎面部2的胎面橡膠G。在本例中例示了胎面橡膠G形成胎面2S的面罩橡膠層G1和其半徑方向內(nèi)側(cè)的基底橡膠層G2的2層結(jié)構(gòu)的情況，此面罩橡膠層G1相當(dāng)于上述短纖維摻合橡膠部10。
此處，上述短纖維摻合橡膠部10，由在橡膠中含有短纖維f的短纖維摻合橡膠組成，作為這種短纖維摻合橡膠，適合采用對(duì)橡膠成分為100重量部配合直徑10～100μm、且長(zhǎng)度50～1000μm的短纖維f為5～40重量部的短纖維摻合橡膠。
作為上述短纖維f可采用例如玻璃纖維，石墨纖維、鋁須、聚酯、尼龍、維尼龍、芳香族聚酰胺等有機(jī)、無機(jī)的短纖維f，而從混煉中的分散、混煉產(chǎn)生的最佳形狀化、加硫成型時(shí)在加硫溫度下軟化少并且路面開槽效果優(yōu)良來看，最好是玻璃纖維、石墨纖維等的無機(jī)短纖維f。
而在本發(fā)明中，為了抑制在容易打滑的路面上轉(zhuǎn)彎時(shí)的橫向滑動(dòng)，至少車輛安裝時(shí)在位于車輛外側(cè)的外著地端Eo和赤道C之間的區(qū)域Y1(以下，有時(shí)稱作外側(cè)著地區(qū)域Y1)中，使上述短纖維f向輪胎半徑方向外方、向車輛外側(cè)實(shí)際上按角度α作傾斜取向。而這傾斜取向的角度α從輪胎的赤道C向外著地端Eo增加，據(jù)此將在上述外著地端Eo上的短纖維f的角度α1設(shè)定成比在輪胎赤道C上短纖維f的上述角度α2大(α1＞α2)。
再有，短纖維f向輪胎半徑方向外方、向車輛外側(cè)實(shí)際上的傾斜取向意味著短纖維f中65％以上的短纖維f都作了上述傾斜取向。而且，有時(shí)把短纖維的上述傾斜取向稱為向外的傾斜取向，與此相反有時(shí)把向輪胎半徑方向外方、向車輛內(nèi)側(cè)傾斜的短纖維傾斜取向稱為向內(nèi)的傾斜取向。
特別在本例中，例示了短纖維f遍及短纖維摻合橡膠部10的大致整個(gè)區(qū)域、并作上述向外傾斜取向的情況，此時(shí)傾斜取向的上述角度α，在車輛安裝時(shí)從位于車輛內(nèi)側(cè)的內(nèi)著地端Ei向外著地端Eo增加。即在上述內(nèi)著地端中的短纖維f的角度α3，作成比在輪胎赤道C中的上述角度α2小(α1＞α2＞α3)。
此處，在車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于離心力作用，在轉(zhuǎn)彎半徑方向外側(cè)的輪胎、特別是在該輪胎外側(cè)的著地區(qū)域Y1上有一個(gè)大橫向力F起作用，如圖2所示，胎面部2與筆直前進(jìn)時(shí)的形狀j相比，變形成倒向外側(cè)的方向。此時(shí)，倘若在短纖維f向輪胎半徑方向取向時(shí)，如圖2(B)所示，在轉(zhuǎn)彎時(shí)、這些短纖維f也倒向外側(cè)。即由于對(duì)于橫向力F作用于短纖維f退讓的方向，造成對(duì)橫向滑動(dòng)的抑制效果不充分的情況。
對(duì)此，如本實(shí)施形態(tài)，短纖維f在作向外傾斜取向時(shí)，如圖2(A)所示，轉(zhuǎn)彎時(shí)短纖維f會(huì)豎起來，對(duì)路面在深的角度或扎進(jìn)方向起作用，因此對(duì)橫向滑動(dòng)有很大的阻力功能，可發(fā)揮優(yōu)良的橫向滑動(dòng)抑制效果。
另外，之所以使上述傾斜取向的角度α從內(nèi)著地端Ei向外著地端Eo增加是由于在轉(zhuǎn)彎時(shí)作用的橫向力F從內(nèi)著地端Ei向外著地端Eo增加的緣故，通過與此橫向力F相應(yīng)地變化角度α，一邊可高度確保在筆直前進(jìn)時(shí)與路面的摩擦力、即制動(dòng)·起步性能，一邊還可有效地發(fā)揮轉(zhuǎn)彎時(shí)的橫向滑動(dòng)的抑制效果。
特別是將上述角度α1設(shè)在30～60°范圍，將上述角度α2設(shè)在10～35°范圍，并將上述角度α3設(shè)在0～15°范圍，從上述制動(dòng)·起步性能和橫向滑動(dòng)抑制效果的觀點(diǎn)來看是合理的。上述角度α1、α2、α3如分別超過60°、35°、15°，不僅僅使橫向滑動(dòng)抑制效果超過最大限度，而且使制動(dòng)·起步性能下降等而對(duì)操作穩(wěn)定性不利。此外，上述角度α1、α2、α3分別小于30°、15°、0°時(shí)，就變得不能充分得到橫向滑動(dòng)抑制效果。
此時(shí)，將上述角度的差α1-α2設(shè)為5～25°，將差α2-α3設(shè)為5～20°，這從工藝上便于加工的觀點(diǎn)看較為合理。
另外，上述角度α1，α2，α3的值分別意味以外著地端Eo、輪胎赤道C及內(nèi)著地端Ei為中心，在取樣后的單位體積1cm3的短纖維摻合橡膠中含有的短纖維f的傾斜角度的平均值。
接著，在轉(zhuǎn)彎時(shí)由于上述胎面部2倒向外側(cè)，輪胎軸向外側(cè)的胎面2S部分與外著地端Eo相比估計(jì)也著地。因此在本例中，為進(jìn)一步提高橫向滑動(dòng)的抑制效果，如圖3所示，使在胎面2S上的上述短纖維摻合橡膠部10的輪胎軸向外緣10E比上述著地端Eo更位于輪胎軸向外側(cè)，使此外緣10E與著地端Eo的距離L的區(qū)域Y2構(gòu)成為準(zhǔn)著地區(qū)域Y2。
此時(shí)，上述距離L在輪胎寬度W的0.05～0.15倍的范圍內(nèi)較為合理，在不足0.05倍時(shí)準(zhǔn)著地區(qū)域Y2過小，進(jìn)一步提高橫向滑動(dòng)抑制效果估計(jì)較難。反之如超過0.15倍時(shí)，則上述準(zhǔn)著地區(qū)域Y2不必要地過于變大等、從而對(duì)成本不利。此外，上述距離L、輪胎寬W為處于上述標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下輪胎上的值。
另外，在本例中，為了進(jìn)一步在轉(zhuǎn)彎時(shí)使上述準(zhǔn)著地區(qū)域Y2容易著地，將準(zhǔn)著地區(qū)域Y2的相對(duì)胎面2S的切線的半徑方向的角度β設(shè)為45～90度的范圍。此β角度不足45度時(shí)，上述準(zhǔn)著地區(qū)域Y2著地變難，或者由于著地壓力變小，要使橫向滑動(dòng)抑制效果的提高估計(jì)較難。再有，上述β角度從外著地端Eo到外緣10E逐步減小。
另外，在本例中，在上述外側(cè)著地區(qū)域Y1上，配置沿外著地端Eo包括延伸到輪胎圓周方向的外縱向主槽20在內(nèi)的縱向主槽。此時(shí)，如圖4所示，在上述外縱向主槽20的槽截面中，輪胎赤道側(cè)的槽壁21由從槽底傾斜延伸的第1槽壁21A和從其半徑方向外端以比上述第1槽壁21A更急劇地傾斜延伸到胎面2S的第2槽壁21B形成彎曲面。
再有，與第1槽壁21A的相對(duì)胎面2S的法線的角度θ1為以往的5～25度的范圍，第2槽壁21B的角度θ2比上述角度θ1小，而且要盡可能小，例如最理想為0度。另外，從第2槽壁21B的胎面2S的高度La，取縱向主槽20槽深H的0.2～0.5倍較為理想。此第2槽壁21B由于與路面的關(guān)系加大，可期待作為橫向滑動(dòng)的阻力，通過與上述短纖維的傾斜取向相結(jié)合，能進(jìn)一步提高橫向滑動(dòng)的抑制效果。
以下，對(duì)這種具有傾斜取向的短纖維摻合橡膠部10的充氣輪胎的制造方法進(jìn)行說明。首先，上述短纖維摻合橡膠部10，如圖5、圖6所示，用寬度Wa為5～50mm、厚度Ta為0.5～3.0mm長(zhǎng)帶狀的橡膠條帶30構(gòu)成。
具體地說，在圓柱形滾筒上把此橡膠條帶30呈螺旋狀卷繞，形成與短纖維摻合橡膠部10的加工剖面形狀接近的條帶卷繞體31。本例中，此條帶卷繞體31在使用橡膠擠出機(jī)等擠出成形后的基底橡膠層G2所用的基體32上形成。再有，所謂加工剖面形狀指形成輪胎的毛坯面罩層時(shí)所要求的剖面形狀，與加硫后精加工輪胎上的剖面形狀不一樣。
此處，重要的是，上述橡膠條帶30，如圖5將短纖維f實(shí)際上是向?qū)挾确较蛉∠?。另外，所謂短纖維f實(shí)際上向?qū)挾确较蛉∠蚴侵?5％以上、最好是90％以上的短纖維f相對(duì)寬度方向按0±15度以內(nèi)的角度γ進(jìn)行取向。這種橡膠條帶30，例如圖7所示，通過將用橡膠擠出機(jī)等擠出成厚度為Ta的管狀的擠出體33按寬度Wa螺旋狀連續(xù)地進(jìn)行切斷可以得到。
而且，把短纖維f向?qū)挾确较蛉∠虻纳鲜鱿鹉z條帶30，通過從車輛外側(cè)向車輛內(nèi)側(cè)依次不斷地進(jìn)行螺旋卷繞，形成上述條帶卷繞體31。此時(shí)，由于橡膠條帶30自身向輪胎半徑方向外方、向車輛外側(cè)傾斜，所以上述短纖維也同樣向外傾斜地取向。
另外，除了在上述條帶卷繞體31上形成上述短纖維摻合橡膠部10之外，其它實(shí)際上是與以往的制造方法同樣的，通過在金屬模具內(nèi)對(duì)使用此條帶卷繞體31的毛坯面罩層進(jìn)行加硫成型，來形成上述充氣輪胎1。
以上，對(duì)本發(fā)明特別理想的實(shí)施形態(tài)作了詳述，可是本發(fā)明并不限定于圖示的實(shí)施形態(tài)，可通過改變成各種的形態(tài)加以實(shí)施。即由于本發(fā)明的充氣輪胎1不僅對(duì)結(jié)冰路面、而且對(duì)潮濕路面等的橫向滑動(dòng)也能抑制，例如不僅僅用于無釘防滑輪胎和積雪防滑輪胎等冬季用輪胎，也能用于四季通用輪胎甚至夏季用的輪胎。此外，除了客車輪胎之外、還可用作為小型卡車輪胎、重負(fù)載用輪胎等各種種類的不同輪胎。
根據(jù)表1的規(guī)格，試制具有圖1所示結(jié)構(gòu)的客車用輪胎(尺寸205/65R15)，同時(shí)測(cè)試各供試輪胎在結(jié)冰路面上的耐橫向滑動(dòng)性能(轉(zhuǎn)彎性能)及制動(dòng)·起步性能(筆直前進(jìn)性能)后，互相進(jìn)行比較。另外，面罩橡膠層的橡膠組成如表2所示。
1)耐橫向滑動(dòng)性能(轉(zhuǎn)彎性能)在輪圈(6JJ×15)、內(nèi)壓(220kPa)的條件下，把供試輪胎裝于車輛(2000CC/FR車)的4輪上，在氣溫0±1℃環(huán)境下的冰面(路面溫度-3±1℃)上以40km/h的速度按轉(zhuǎn)彎半徑25m作轉(zhuǎn)彎行駛。根據(jù)駕駛員的感覺評(píng)價(jià)，用以往例子為100的指數(shù)表示此時(shí)的耐橫向滑動(dòng)的性能。指數(shù)大的表示良好。
2)制動(dòng)·起步性能(筆直前進(jìn)性能)在上述冰面上重復(fù)起步、加速、制動(dòng)。根據(jù)駕駛員的感覺評(píng)價(jià)用以往例子作為100的指數(shù)表示制動(dòng)·起步性能。指數(shù)大的表示良好。
表1

表2

加硫后橡膠硬度(硬度計(jì)A硬度)43度如表所示，實(shí)施例中的輪胎能大幅度提高耐橫向滑動(dòng)的性能，可以確認(rèn)在容易打滑的路面上可提高操縱穩(wěn)定性。特別是實(shí)施例1～3的數(shù)據(jù)可一邊確保高的制動(dòng)·起步性能、一邊能發(fā)揮優(yōu)良的耐橫向滑動(dòng)性能。
權(quán)利要求
1.一種充氣輪胎，其特征在于，構(gòu)成胎面部的胎面橡膠具有由在橡膠中含有短纖維的短纖維摻合橡膠構(gòu)成、且在形成胎面的短纖維摻合橡膠部的同時(shí)，至少在車輛安裝時(shí)位于車輛外側(cè)的外著地端與輪胎赤道之間的區(qū)域，所述短纖維向輪胎半徑方向外方、向車輛外側(cè)實(shí)際上用角度α傾斜地取向，而且所述外著地端上的短纖維的所述角度α1，比在輪胎赤道上的短纖維的所述角度α2大。
2.如權(quán)利要求1所述的充氣輪胎，其特征在于，所述角度α1在30～60°的范圍內(nèi)，并且所述角度α2在10～35°的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1或2任一所述的充氣輪胎，其特征在于，在車輛安裝時(shí)位于車輛內(nèi)側(cè)的內(nèi)著地端上的短纖維的所述角度α3在0～15°的范圍內(nèi)，并且比在輪胎赤道上的所述角度α2小。
4.如權(quán)利要求1～3中任一所述的充氣輪胎，其特征在于，在所述胎面上的所述短纖維摻合橡膠部的輪胎軸向外緣，有從所述著地端到輪胎軸向外側(cè)的間隔距離L，此距離L為輪胎寬度的0.05～0.15倍。
5.如權(quán)利要求1～4中任一所述的充氣輪胎，其特征在于，在所述短纖維摻合橡膠部的輪胎軸向外緣與上述著地端之間的區(qū)域中，與胎面切線的半徑方向相對(duì)的角度β在45～90°的范圍內(nèi)。
6.一種如權(quán)利要求1～5中任一所述充氣輪胎的制造方法，其特征在于，將寬度Wa為5～50mm、厚度Ta為0.5～3.0mm的長(zhǎng)帶狀的橡膠條帶通過在圓柱形滾筒上螺旋狀地卷繞而成的條帶卷繞體形成所述短纖維摻合橡膠部，所述橡膠條帶，實(shí)際上將短纖維向?qū)挾确较蛉∠蚨纬?，并且將該橡膠條帶從車輛外側(cè)向車輛內(nèi)側(cè)進(jìn)行螺旋卷繞。
全文摘要
本發(fā)明為一種充氣輪胎，其胎面橡膠(G)具有構(gòu)成著地面的短纖維摻合橡膠部(10)。在車輛安裝時(shí)位于車輛外側(cè)的外著地端(E
文檔編號(hào)B29D30/60GK1492810SQ0280547
公開日2004年4月28日 申請(qǐng)日期2002年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月27日
發(fā)明者池田育嗣 申請(qǐng)人:住友橡膠工業(yè)株式會(huì)社