CN105008144B - 充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够在不增大轮胎重量的情况下，抑制操纵稳定性的降低和耐侧切性的降低中的至少一者并且减小空腔共振声音的充气轮胎。该充气轮胎的特征在于，扁平率AS为55％或更小，短纤维固定于轮胎内周面的如下区域：该区域的至少一部分包括轮胎内周面的与胎侧部最大宽度位置对应的位置，并且胎侧部最大宽度位置的轮胎厚度与胎圈芯宽度BW和扁平率AS之间的关系为，胎侧部最大宽度位置的轮胎厚度为BW×(1‑AS)或更小。

Description

充气轮胎
技术领域
本发明涉及充气轮胎。
背景技术
已知充气轮胎由于其结构而展现出由轮胎内部的圆管的长度所引起的空腔共振现象(cavity resonance phenomenon)。此外，充气轮胎不管其类型如何，根据充气轮胎的周长而产生具有在200Hz至270Hz范围的空腔共振频率的噪音，并且该噪音是令人不愉快的车室内噪音的主要成因。
如上所述，由于轮胎内部的空气的共鸣是车室内噪音的产生要因，所以就改良方法而言，用于吸收轮胎内部的噪音的方法是有效的。传统上提出的方法的示例包括：如专利文献1中所记载的在轮胎内周面上粘接短纤维的技术。
近年来，出于改善机动车的燃料效率的观点，存在减轻轮胎的重量的需求。为实现轮胎的重量减轻，应该降低以下对象中的一种：胎侧部的规格(厚度)；胎圈填胶的高度；胎体帘布层的数量；以及胎体帘布层折返的高度等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-82387号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，为了实现轮胎的重量减轻而减小胎侧部的规格(厚度)、胎圈填胶的高度、帘布层的数量以及胎体帘布层折返的高度等造成轮胎刚性的降低，并导致操纵稳定性的降低以及抵抗诸如夹切(pinch cut)等的侧切的强度的降低。
因此，提供本发明的如下充气轮胎会是有用的：该充气轮胎能够在不显著增大轮胎重量的情况下，抑制操纵稳定性的降低和抑制耐侧切性(side cut resistance)的降低中的至少一方并且减小空腔共振声音。
用于解决问题的方案
本发明的充气轮胎具有55％或更小的扁平率AS，其中，短纤维固定于轮胎内周面的如下区域：该区域的至少一部分包括轮胎内周面的与胎侧部最大宽度位置对应的位置，并且所述胎侧部最大宽度位置的轮胎厚度与胎圈芯宽度BW和所述扁平率AS之间的关系为，所述胎侧部最大宽度位置的轮胎厚度为BW×(1-AS)或更小。
本发明所使用的“宽度”和“宽度方向”分别指轮胎宽度方向上的距离或长度和轮胎的宽度方向。对于本发明的充气轮胎，当将轮胎与适用轮辋组装时在充填了规定内压且未施加载荷的状态下测量“扁平率”和各部分的尺寸等。上述“适用轮辋”是指根据轮胎大小通过以下标准规定的标准轮辋(以下轮胎轮辋协会(TRA)的年鉴(YEAR BOOK)中的“设计轮辋(Design Rim)”和以下欧洲轮胎轮辋技术组织(ETRTO)的标准手册(STANDARD MANUAL)中的“测量轮辋(Measuring Rim)”，“规定内压”是指根据最大载荷能力通过以下标准规定的空气压力，“最大载荷能力”是指根据以下标准允许轮胎承受的最大质量。所述标准是由轮胎制造或使用的地域中所用的有效工业标准限定的，例如，***合众国的“轮胎轮辋协会(THE TIRE AND RIM ASSOCIATION INC.)(TRA)”的“年鉴(YEAR BOOK)”，欧洲的“欧洲轮胎轮辋技术组织(The European Tire and Rim Technical Organization)(ETRO)”，和日本的“日本汽车轮胎制造者协会(JATMA)”的“JATMA年鉴(JATMA YEAR BOOK)”。
通常，如果胎侧部最大宽度位置的厚度为BW×(1-AS)或更小，则侧部的刚性低，因此操纵稳定性和耐侧切性方面的性能不足。在本发明中，在该部分处固定短纤维，并通过由用于固定的粘接剂形成的粘接剂层提高刚性，结果，能够防止操纵稳定性和耐侧切性的降低。另外，这些短纤维被布置在当将轮胎组装到轮辋时所形成的空气室的内表面，并且这些短纤维发挥出噪音吸收效果从而抑制空腔共振声音的产生。利用具有55％或更小的扁平率的充气轮胎能够确实地获得上述效果。
在本发明的充气轮胎的一个实施方式中，所述短纤维固定于轮胎内周面的如下区域的至少一部分：该区域为从与所述胎侧部最大宽度位置对应的位置到胎圈芯的轮胎径向外侧端部的区域，并且胎圈填胶高度为25mm或更低。
本发明所使用的“高度”是指轮胎径向上的距离或高度。
通过将胎圈填胶高度设为25mm或更低，能够有助于轮胎的轻量化。然而，这样做，可能造成操纵稳定性和耐侧切性的降低。因此，在这种情况下，优选地将短纤维固定到从胎侧部最大宽度位置到胎圈侧的区域以增强刚性。由于从胎侧部最大宽度位置到胎圈侧的区域的操纵稳定性的贡献特别大，所以期望提高这些部分的刚性。
本发明的充气轮胎的另一个实施方式在胎面部中包括由一层或多层带束层构成的带束，其中，所述短纤维固定于轮胎内周面的如下区域的至少一部分：该区域为从所述胎侧部最大宽度位置到带束的轮胎宽度方向外侧端部的区域，并且在该区域中的最小轮胎厚度为10mm或更小。
如这里所使用的，“轮胎厚度”是指，在与适用轮辋组装的轮胎充填了规定内压且未被施加载荷的状态下轮胎宽度方向截面、在待测量的轮胎内周面的位置或区域中沿垂直于轮胎内周面的方向测量的轮胎厚度。
通过将从最大宽度位置到带束的轮胎宽度方向外侧端部的区域中的最小轮胎厚度设为10mm或更小，能够有助于轮胎轻量化。然而，这样做，可能造成耐侧切性和操纵稳定性的降低。因此，在这种情况下，优选将短纤维固定到从最大宽度位置到带束的轮胎宽度方向外侧端部的区域中，以增强刚性。由于从胎侧部最大宽度位置到带束的轮胎宽度方向外侧端部的区域的耐侧切性的贡献特别大，所以期望提高这些部分的刚性。
发明的效果
能够提供如下的充气轮胎：该充气轮胎能够在不增大轮胎重量的情况下，抑制操纵稳定性的降低和耐侧切性的降低，并且减小空腔共振声音。
附图说明
图1是根据本发明的充气轮胎的一个实施方式的轮胎宽度方向截面图。
图2是根据本发明的充气轮胎的一个实施方式的胎圈部附近的轮胎宽度方向截面图。
图3是示出空腔共振测量用装置及其原理的示意图。
图4是示出实施例1和比较例1、比较例2的轮胎的空腔共振的测量结果的图。
图5是示出耐侧切性试验用的装置的示意图。
具体实施方式
发明人关注了如下事实：在具有固定于轮胎内周面的短纤维以便抑制轮胎内的空腔共振的轮胎中，特别是由于固定短纤维的粘接剂层的存在，使短纤维固定部的刚性提高；此外，发明人发现：特别是具有55％或更小的扁平率的充气轮胎，通过布置该固定部，能够减小由于为了减轻轮胎的重量而降低胎侧部的规格(厚度)、胎圈填胶的高度、胎体帘布层的数量以及胎体帘布层折返的高度等造成的轮胎刚性的降低以及可能由于轮胎刚性的降低所导致的操纵稳定性的降低和耐侧切性的降低；并完成了本发明。
以下，参照附图详细说明本发明。图1是根据本发明的充气轮胎的一个实施方式的轮胎宽度方向截面图。图1所示的充气轮胎具有：一对胎圈部1；一对胎侧部2；胎面部3，其与各胎侧部2相连；胎体4，其包括用于加强胎圈部1、胎侧部2和胎面部3的、在上述一对胎圈部1之间环状延伸的一层胎体帘布层；带束5，其包括布置在胎面部3中的胎体4的轮胎径向外侧的两层带束层；单层的带束加强层6，其布置在带束5的轮胎径向外侧；胎圈填胶8，其布置在各胎圈部1内埋设的胎圈芯7的轮胎径向外侧；以及内衬层9，其布置在胎体4的轮胎内周面侧。
图1和图2示出了与适用轮辋组装的轮胎，其充填了规定内压且未被施加载荷。
图1中示出的示例的胎体4包括单层的胎体帘布层并且具有主体部和折返部，其中，主体部在一对胎圈芯7之间环状地延伸，折返部从轮胎宽度方向内侧朝向轮胎宽度方向外侧并接着朝向轮胎径向外侧绕着各胎圈芯7卷绕。然而，胎体4的帘布层的数量和结构不限于本发明的充气轮胎的前述示例中的数量和结构。在图1所示的示例的充气轮胎中，胎圈填胶8布置在胎体的主体部和各折返部之间。
在图1所示的示例的充气轮胎的胎面部3中，包括两层带束层的带束5布置在胎体4的冠部的轮胎径向外侧。带束层通常是覆盖有橡胶的钢帘线层，并且相对于轮胎赤道面E倾斜地延伸。图1所示的示例的两层带束层以构成一层带束层的钢帘线与构成另一层带束层的钢帘线相对于轮胎赤道面E交叉的方式层叠，从而一起构成带束5。虽然图1所示的带束5包括两层带束层，但是在本发明的充气轮胎中，构成带束5的带束层的数量可以是三层或更多层。虽然图1所示的充气轮胎具有布置在带束5的轮胎径向外侧的、不具有钢帘线的单层的带束加强层6，但是在本发明的充气轮胎中，可以不具有带束加强层6，或者可以具有两层或更多层的带束加强层6。
在本发明的充气轮胎中，后述的短纤维10固定于如下区域：该区域的至少一部分包括与最大宽度位置11对应的位置，在该最大宽度位置11处轮胎内周面的胎侧部具有最大宽度MW。通过将短纤维施加到上述轮胎内周面的至少一部分，能够减小空腔共振。
本发明的充气轮胎的胎侧部中的最大宽度位置11的轮胎厚度(以下也称为“规格”)与胎圈芯宽度BW以及轮胎扁平率AS之间的关系为：该最大宽度位置11的轮胎厚度为BW×(1-AS)或更小。本发明的充气轮胎的扁平率AS为0.55(55％)或更小，更优选地为0.35至0.55。在0.55(55％)或更小的扁平率AS的情况下，能够确实地获得通过施加后述的短纤维固定部而获得的刚性改善效果。通过将胎侧部的规格设定为满足上述表达式的厚度，能够使固定短纤维之前的轮胎重量足够轻。但是，如果就此为止，可能会引起由轮胎刚性降低导致的操纵稳定性和耐侧切性的降低，因此，需要在轮胎内周面的如下区域的至少一部分中施加短纤维固定部：该区域的至少一部分包括在轮胎内周面中的与胎侧部最大宽度位置11对应的位置。
本发明的充气轮胎的胎圈填胶高度BH优选地为25mm或更低，特别优选地为15mm至25mm。通过将胎圈填胶高度设为25mm或更低，相比于一般的市售轮胎，能够确实地减轻固定短纤维之前的轮胎重量。但是，如果就此为止，存在轮胎的胎圈周围的刚性降低的风险，特别会造成操纵稳定性的降低。在这种情况下，优选地将短纤维固定部应用到轮胎内周面的从轮胎内周面的与胎侧部最大宽度位置11对应的位置到胎圈芯的轮胎径向外侧端部的区域(图1中的区域U)的至少一部分。
在本发明的充气轮胎中，从胎侧部最大宽度位置11到带束5的轮胎宽度方向外侧端部的区域(图1中的区域D)中的最小轮胎厚度优选地为10mm或更小，特别优选地为6mm至10mm。通过将该区域中的最小轮胎厚度设定为10mm或更小，相比于一般的市售轮胎，能够确实地减轻固定短纤维之前的轮胎重量。但是，如果就此为止，可能会使特别是轮胎的耐侧切性降低，因此，在这种情况下，需要将短纤维固定部施加到区域D的轮胎内周面的至少一部分中。
如图2所示，本发明的充气轮胎的胎侧部最大宽度位置11处的胎体帘布层的数量优选地为3层或更少。通过减少帘布层的数量，能够减轻轮胎重量。
在图2示出的示例的充气轮胎中，为了进一步增强减小空腔共振声音的效果，将短纤维10固定至胎面部3的轮胎内周面。但是，在期望抑制重量增加的场合，可以省略将短纤维固定于该部分。
短纤维固定层中使用的短纤维10的示例包括有机合成纤维、无机纤维、再生纤维和天然纤维等的短纤维。有机合成纤维的示例包括由以下材料制成的纤维：诸如聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯等的聚烯烃；诸如尼龙等的脂肪族聚酰胺；诸如凯芙拉(Kevlar)等的芳香族聚酰胺；诸如聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚丁二酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯等的聚酯；间同立构1,2-聚丁二烯；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物；聚苯乙烯；以及这些聚合物的共聚物。无机纤维的示例包括碳纤维和玻璃纤维等。再生纤维的示例包括人造丝和铜氨纤维等。天然纤维的示例包括棉、丝和羊毛等。
在本发明的充气轮胎中，在短纤维被固定于轮胎内周面的区域中优选地以500根纤维/cm2或更高的密度布置短纤维。在此情况下，能够确实地获得减小空腔共振声音的效果。出于获得更好的减小空腔共振声音的效果的观点，更优选地以1000根纤维/cm2或更高的密度布置短纤维，特别优选地以1000根纤维/cm2以上且20000根纤维/cm2以下的密度布置短纤维。
在本发明的充气轮胎的另一个优选示例中，短纤维的平均长度为0.5mm至10mm。通过将短纤维的长度设定为0.5mm或更长，能够充分地获得减小空腔共振声音的效果。另一方面，通过将短纤维的平均长度设定为10mm或更短，能够避免短纤维间的缠结导致不能充分展现吸音效果的问题。出于与上述相同的观点，短纤维的平均长度特别优选为2mm到8mm。
固定短纤维的面积优选为轮胎内周面的面积的25％或更多，特别优选为轮胎内周面的面积的50％或更多，更为优选地为轮胎内周面的面积的70％或更多。通过将短纤维固定面积比率设定为50％或更多，能够确实地减小空腔共振声音。
在本发明的充气轮胎的又一个优选示例中，短纤维的平均直径为1μm至500μm。这样，抑制了短纤维的制造过程中的线断裂，能够抑制短纤维的生产率降低。另外，能够抑制由轮胎重量增加造成的滚动阻力的增加，并抑制安装了轮胎的车辆的燃料消耗率的降低。
在本发明的充气轮胎中，短纤维的长度(L)与直径(D)的比(L/D)优选地在5≤L/D≤2000的范围。在短纤维的长度与直径的比(L/D)不足5的情况下，减小空腔共振声音的效果小。另一方面，在短纤维的长度相对于直径的比(L/D)超过2000的情况下，会在短纤维间造成缠结并导致不能充分展现吸音效果。
在本发明的充气轮胎中，优选地，固定短纤维的区域包括多层短纤维固定层并且该多层短纤维固定层被彼此独立地固定。通过非连续地布置固定短纤维的区域，即使短纤维固定层脱落，也能将脱落的范围保持为非常小，从而能够维持空腔共振抑制效果。
本发明的充气轮胎的制造包括涂布工序和粘接工序，其中：在涂布工序中，向如下区域涂布粘接剂，该区域中的至少一部分包括与胎侧部具有最大宽度MW的最大宽度位置11对应的位置；在粘接工序中，将短纤维粘接至涂布了粘接剂的部位。这种制造的特征在于在内周面中利用短纤维和粘接剂形成了短纤维固定层。利用该制造方法，能够有效地制造能够抑制空腔共振声音的产生的充气轮胎。
不特别地限制所使用的粘接剂，可以使用任何粘接剂。聚氨酯树脂粘接剂、丙烯酸类树脂粘接剂和环氧树脂粘接剂等均适用。所形成的粘接剂层的厚度也没有特别的限制，只要其不超过短纤维的长度即可。优选50μm至500μm的厚度。
在本发明的充气轮胎的制造方法中，短纤维10优选地在涂布工序之后、即在粘接工序中通过静电植毛加工粘接至轮胎内周面。短纤维10能够通过各种方法粘接至轮胎内周面。但是，通过应用静电植毛加工，能够容易地在短纤维10立设于轮胎内周面的状态下将短纤维10固定至轮胎内周面，并且能够有效地制造可以获得吸音效果的充气轮胎。
静电植毛加工是使短纤维带电并通过静电力将短纤维垂直地植毛到预先涂布了粘接剂的物体上的技术。因此，静电植毛加工能够将短纤维均匀地植毛到具有复杂形状的物体表面，并且静电植毛加工适于将短纤维10植毛到具有三维曲率的轮胎内周面。
上述本发明的充气轮胎通常与轮辋组装并作为轮胎-轮辋组件安装于期望车辆以便进行使用。为了进一步增强减小空腔共振声音的效果，可以将上述短纤维固定至轮辋的一部分或全部。
实施例
虽然以下将参照实施例更详细地说明本发明，但以下实施例并不以任何方式限制本发明。
<实施例1至实施例3>
在通常市售的尺寸255/35R20的轮胎的基础上，通过减小胎侧部最大宽度位置和上述区域D以及胎圈填胶高度BH的规格，制备如表1所示的减轻了轮胎重量的轮胎。使用粘接剂将由尼龙制成的短纤维固定于重量减轻的轮胎的整个内周面。短纤维固定区域中的短纤维被设定如下：密度为2000根短纤维/cm2；平均长度为4mm；平均直径为50μm；并且短纤维固定面积比率为100％。使用聚氨酯树脂系粘接剂作为粘接剂，形成的粘接剂层的平均膜厚为250μm。
除了将短纤维仅布置在上述区域U之外，实施例2所用的试样轮胎以与实施例1相同的方式制造。
除了将短纤维仅布置在上述区域D之外，实施例3所用的试样轮胎以与实施例1相同的方式制造。
<比较例1和比较例2>
表1中所示通常市售的尺寸255/35R20的轮胎用作为比较例1。除了短纤维完全没有固定以外，比较例2所用的试样轮胎以与实施例相同的方式制造。
对于实施例1至实施例3和比较例1以及比较例2的各轮胎，空腔共振、操纵稳定性和耐侧切性评价如下。
<空腔共振>
各试样轮胎均与8.5J-20的轮辋组装，并且在260kPa的充填内压、5.0kN的轮胎载荷质量和80km/h时速的条件下，使用包括图3所示的具有1.7m直径的铁板表面的铁制鼓的鼓试验机使轮胎滚动，使用车轮力传感器测量并评价所产生的上下方向上的轮胎轴力。图4中示出了结果的频谱(frequency spectrum)。在图4的频谱中示出了：由于210Hz的波峰较低，所以减小了更多的轮胎空腔共振声音。根据表4的频谱，获得了各试样轮胎与比较例1的轮胎相比的波峰减小量(dB)。
<操纵稳定性>
对使用平带型试验机测量的CP(转向力(cornering power))进行评价，以作为支配车辆的操纵特性的轮胎转向特性指标。各试样轮胎均与8.5J-20的轮辋组装，在260kPa的轮胎充填内压、5.0kN的载荷质量和80km/h时速的条件下使用平带型试验机使轮胎滚动，施加±0度、0.5度和1度的偏行角(slip angle)以测量轮胎处产生的应力，并且求得0度时的倾斜程度(kgf/deg)。具有1.5kN/deg或更大的CP时，认为操纵稳定性是充分的。
<耐侧切性>
各试样轮胎均与8.5J-20的轮辋组装，施加压力直到内压达到260MPa，并且使用钟摆型试验机将钟摆以90度的摆动角θ打击到试样轮胎上，该钟摆型试验机具有如图5所示的50mm的打击器形状R(打击面的半径)、1830mm(6ft)的摆长L和60.55kg的钟摆重量M。SA角/CA角(SA角：偏行角(轮胎赤道面和钟摆移动面所成的角度)，CA角：外倾角(轮胎面和垂直于地面的表面所成的角度))为0度/5度。对于各轮胎，观察有无破损出现。
【表1】
对于图4中210Hz附近观察到的波峰，在实施例1至实施例3的轮胎中，相对于比较例1获得了3dB至5dB的较大的减小效果。另外，相比于比较例2的重量减轻的轮胎，尽管实施例1至实施例3的重量与比较例2的重量基本上相同这一事实，但是在实施例1中改善了操纵稳定性和耐侧切性这二者，在实施例2中改善了操纵稳定性，在实施例3中改善了耐侧切性。
附图标记说明
1…胎圈部；1A…胎圈部的轮胎径向内侧端部；2…胎侧部；3…胎面部；4…胎体；5…带束；6…带束加强层；7…胎圈芯；8…胎圈填胶；9…内衬层；10…短纤维；11…最大宽度位置；MW…胎侧部的最大宽度；BW…胎圈芯部的宽度；BH…胎圈填胶高度；E…轮胎赤道面；U…从胎侧部最大宽度位置到胎圈芯的轮胎径向外侧端部的区域；D…从胎侧部最大宽度位置到带束的宽度方向外侧端部的区域。

Claims (3)

1.一种充气轮胎，其具有55％或更小的扁平率AS，其中，
短纤维固定于轮胎内周面的如下区域：该区域的至少一部分包括轮胎内周面的与胎侧部最大宽度位置对应的位置，并且
所述胎侧部最大宽度位置的轮胎厚度与胎圈芯宽度BW和所述扁平率AS之间的关系为，所述胎侧部最大宽度位置的轮胎厚度为BW×(1-AS)或更小。
2.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，
所述短纤维固定于轮胎内周面的如下区域的至少一部分：该区域为从轮胎内周面的与所述胎侧部最大宽度位置对应的位置到胎圈芯的轮胎径向外侧端部的区域，并且
胎圈填胶高度为25mm或更低。
3.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述充气轮胎在胎面部中包括由一层或多层带束层构成的带束，其中，
所述短纤维固定于如下区域的至少一部分：该区域为从所述胎侧部最大宽度位置到带束的轮胎宽度方向外侧端部的区域，并且
在该区域中的最小轮胎厚度为10mm或更小。
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