充气轮胎 |
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| 申请号 | CN201480041782.1 | 申请日 | 2014-07-22 | 公开(公告)号 | CN105492222A | 公开(公告)日 | 2016-04-13 |
| 申请人 | 株式会社普利司通; | 发明人 | 大贯厚; 桥本雅之; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种 充气轮胎 ，其重量更轻而不损失 胎圈 部中的耐久性。充气轮胎的骨架是至少一个其中 钢 丝帘线被 橡胶 覆盖 的 胎体 帘布层。钢丝帘线的帘线直径表示为d(mm)和构成钢丝帘线的钢单丝的拉伸强度表示为T(MPa)，满足下式示出的关系：a1T-b1>d>a2T+b2(式中，a1是3.65×10-4mm/MPa，b1是0.42mm，a2是-8.00×10-5mm/MPa，和b2是0.78mm)，钢单丝的拉伸强度T是大于3000MPa且小于4000MPa，和 胎体帘布层 中的钢丝帘线的 胎圈芯 下的埋入根数E是大于12根/25mm且小于38根/25mm。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种充气轮胎，其包括至少一层包括覆盖有橡胶的钢丝帘线的胎体帘布层作为骨架，其中 |
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| 说明书全文 | 充气轮胎技术领域背景技术[0002] 近年来，为降低环境负担，降低轮胎的重量还有用于轮胎的材料的量已经变成重要的事项。为处理该事项，当假定降低用于当作轮胎的骨架构件的胎体帘布层的材料的量时，必要的是维持胎体帘布层中给定的轮胎强度，转而增加胎体帘布层帘线的拉伸强度，即，它们的每单位截面面积的拉伸断裂强度。 [0004] 作为与对用于轮胎的胎体帘布层帘线的改良相关的技术，例如，专利文献1公开了橡胶产品补强用钢丝帘线，其包括由3根钢单丝制成的帘线、由印刷有波纹图案的9根钢单丝制成的第一鞘、和由印刷有波纹图案的15根钢单丝制成的第二鞘。专利文献2公开了充气轮胎，其胎体通过具有芯和鞘并且不具有外缠丝的钢丝帘线补强，所述芯各自包括多根钢单丝，所述鞘各自是通过将具与芯的钢单丝相同的直径的多根钢单丝沿相同方向加捻在一起而形成的并且配置在芯周围，所述外缠丝卷绕在鞘周围并且束缚鞘的钢单丝。钢丝帘线中，3根有规定的直径和拉伸强度的钢单丝用于芯，和8根这样的钢单丝用于鞘。 [0005] 现有技术文献 [0006] 专利文献 [0009] 发明要解决的问题 [0010] 如上所述，为减少用于胎体帘布层的材料的量，必要的是增大胎体帘布层帘线的每单位面积的拉伸强度。然而，随着拉伸强度增大，帘线变得更易受剪切变形的伤害，所述剪切变形响应于沿纵向垂直的方向的输入由于钢产品的脆化而发生。这降低在胎圈芯与胎体帘布层帘线之间的接触部中的帘线拉伸断裂强度，导致由于帘线断裂而造成的轮胎故障率更高。 [0011] 为解决该问题，耐久性通过将由例如硬橡胶或有机纤维而制成的构件介入胎圈芯与胎体帘布层之间来改善。然而，这导致重量更重。因此，已确定的技术要求其通过减少用于胎体帘布层的材料的量得到更轻重量的轮胎而不劣化胎圈部的耐久性。 [0012] 本发明的目的是解决上述问题，并且提供其重量减轻而不劣化胎圈部的耐久性的充气轮胎。 [0013] 为得到更轻重量的轮胎而不降低在传统多层加捻的钢丝帘线中的胎体帘布层的强度，高拉伸单丝的使用对减少钢的使用量是有效的。然而，因为尤其是具有小到0.20mm以下的线材直径的单丝倾向于在制造过程中断线，高拉伸的帘线难以使用。 [0014] 鉴于此，本发明的另一目的是通过将用于胎体帘布层的多层加捻的钢丝帘线精制而提供具有充分的胎体强度和轻量化二者且同时改善胎体帘布层的耐久性和抑制在制造过程中的断线的充气轮胎。 [0015] 用于解决问题的方案 [0016] 本发明的发明人进行密集研究，并且得出结论上述问题可以通过基于与用于钢丝帘线的钢单丝(钢线材)的拉伸强度的关系限定用于胎体帘布层的钢丝帘线的帘线直径，并且限定钢单丝的拉伸强度和钢丝帘线的每单位宽度的埋入根数在规定范围内来解决。本发明人因此完成了本发明。 [0017] 更具体地，本发明提供包括至少一层包括覆盖有橡胶的钢丝帘线的胎体帘布层作为骨架的充气轮胎，其中 [0018] 使d(mm)作为所述钢丝帘线的帘线直径和T(MPa)作为形成所述钢丝帘线的钢单丝的拉伸强度，满足以下关系： [0019] a1T-b1>d>a2T+b2 [0020] (其中a1是3.65×10-4mm/MPa，b1是0.42mm，a2是-8.00×10-5mm/MPa，和b2是0.78mm)，并且所述钢单丝的拉伸强度T是大于3000MPa且小于4000MPa，和所述胎体帘布层中的钢丝帘线的胎圈芯下的埋入根数E是大于12根/25mm且小于38根/25mm。 [0021] 本发明中，钢单丝的拉伸强度T优选为大于3200MPa且小于3800MPa。此外，本发明中，钢丝帘线的埋入根数E优选为大于14根/25mm且小于30根/25mm。 [0022] 此外，本发明中，还优选的是钢丝帘线应包括通过将具有0.15至0.20mm的线材直径和3140至3630MPa的拉伸强度T的钢单丝以包括芯和鞘的3+8结构和3+9结构中之一加捻在一起而形成的两层加捻的帘线，和卷绕在所述鞘周围且束缚所述鞘的外缠丝应不包括在所述钢丝帘线内。 [0023] 发明的效果 [0024] 根据本发明，前述构成实现了其轻量化而不劣化胎圈部的耐久性的充气轮胎。 [0026] 图1为说明根据本发明的充气轮胎的实例的宽度方向一侧的截面图。 [0027] 图2的(a)和(b)各自说明根据本发明的钢丝帘线的优选实例的截面图。 [0028] 图3为示出在传统实例中的钢丝帘线的截面图。 [0029] 图4为用于解释根据实施例的钢丝帘线的磨耗深度的测量方法的图。 具体实施方式[0030] 本发明的实施方案以下将参考附图来详细地描述。 [0031] 图1为说明根据本发明的充气轮胎的实例的宽度方向一侧的截面图。如图1中所示的，根据本发明的轮胎包括左右一对胎圈部1、从胎圈部1沿轮胎径向向外延伸的侧壁部2和将两个侧壁部2连接在一起的胎面部3。根据本发明的轮胎进一步具有跨过分别嵌入一对胎圈部1中的一对胎圈芯4以环形状延伸的胎体5作为骨架，并且包括至少2个(在图1中示出的实例中，4个)沿轮胎径向在胎体5的冠部的外侧的带束层6。 [0032] 本发明中，重要的是胎体5应至少一个具有覆盖有橡胶的钢丝帘线的胎体帘布层制成，并且形成胎体帘布层的钢丝帘线应满足以下规定的条件。 [0033] 使d(mm)作为用于上述胎体帘布层的钢丝帘线的帘线直径和T(MPa(N/mm2))作为形成钢丝帘线的钢单丝的拉伸强度，根据本发明的轮胎需要满足以下关系： [0034] a1T-b1>d>a2T+b2 [0035] (其中a1是3.65×10-4mm/MPa，b1是0.42mm，a2是-8.00×10-5mm/MPa，和b2是0.78mm)。关于在上述不等式中的帘线直径的上下限，由于太大的帘线直径因厚的帘线而在重量方面是不利的，并且帘线直径在拉伸强度减少时需要增加以维持充分的拉伸断裂强度，依赖于这两个极限之间的平衡指定在拉伸强度减少时增加帘线直径的需要。使得这两个极限落在满足上述不等式的范围内，甚至当重量可以通过增加拉伸强度T来减少时，也防止了胎圈部中的轮胎故障，因而实现了胎圈部的耐久性和轻量化。这是因为减少帘线直径使得可以减少当使用时从胎圈芯接受到的沿与帘线的纵向垂直的方向的输入，由此维持胎圈部的耐久性。传统上难以制造高拉伸的帘线，即使可以制造这样的帘线，因为它们易于受到沿与帘线的纵向垂直的方向的输入的伤害，胎圈部的耐久性也降低。此外，埋入根数需要增加以确保小直径帘线的给定的轮胎强度，并且这劣化生产性，因此很少研究帘线直径的减少。 [0036] 传统地，使用具有大于通过上述拉伸强度T指定的范围的帘线直径的钢丝帘线。然而，在该情况下，由于来自胎圈芯的沿与帘线的纵向垂直的方向的输入大，通过增加拉伸强度来实现轻量化的尝试劣化胎圈部的耐久性，并且要求重量更重来满足胎圈部的耐久性。因此，充分的胎圈部的耐久性和轻量化不能同时实现。另一方面，具有小于上述范围的帘线直径的钢丝帘线太薄以致于不能确保充分的帘线拉伸断裂强度，因而使得不能确保由轮胎所要求的强度。 [0037] 另外，本发明中，上述钢单丝的拉伸强度T需要为大于3000MPa且小于4000MPa、和更优选大于3200MPa且小于3800MPa。当钢单丝的拉伸强度T为3000MPa以下时，要求相对大量的钢用于确保给定的强度，因而使得难以实现重量更轻的轮胎。另一方面，包括具有4000MPa以上的拉伸强度T的钢单丝的帘线难以制造，因此是不实用的。 [0038] 此外，本发明中，胎体帘布层中的钢丝帘线的在胎圈芯4下的埋入根数E需要为大于12根/25mm且小于38根/25mm、和更优选大于14根/25mm且小于30根/25mm。胎体帘布层中的钢丝帘线的在胎圈芯4下的埋入根数这里意味着图1中示出的胎体帘布层的折返区域5a中的埋入根数。当埋入根数E为12根/25mm以下时，不能确保所要求的轮胎强度。另一方面，当埋入根数E为38根/25mm以上时，胎体帘布层帘线在胎体帘布层与胎圈芯之间的接触部中相互接触，因而降低胎圈部的耐久性。 [0039] 本发明中，由于重要的仅是满足上述规定条件的钢丝帘线应当应用于胎体帘布层，因此除了该重要点之外的钢丝帘线的具体构成、轮胎构成的细节和各构件的材料等不特别限定，并且可以从传统已知的那些中酌情选择性地规定。 [0040] 用于本发明中的上述钢丝帘线的帘线直径d优选为例如，0.50至0.80mm。此外，用于本发明中的上述钢丝帘线的具体结构的实例可以包括3+9和3+8结构。 [0041] 特别地，本发明中，优选采用通过将具有0.15至0.20mm的线材直径和3140至3630MPa(320至370kgf/mm2)的拉伸强度T的钢单丝以包括芯和鞘的3+8或3+9结构加捻在一起而形成双层加捻的帘线。 [0042] 在该情况下，钢单丝的直径减少导致挠曲应变较小从而改善胎体帘布层的耐久性，并且在适当范围内的具有高拉伸强度的钢单丝的使用使得可以确保给定的胎体强度并实现轻量化，伴随着对在制造过程中的断线的担心较少。此外，具有两层加捻结构：3+8或3+9结构的钢丝帘线的使用也允许帘线直径小和用于胎体帘布层中的橡胶的量减少，并且这在实现轻量化的轮胎方面是优选的。 [0043] 当钢单丝具有大于0.20mm的线材直径时，单丝更倾向于断线并且胎体帘布层的耐久性相对低，因为挠曲应变相对高。另一方面，当钢单丝具有小于0.15mm的线材直径时，断线很可能在制造过程中发生。这里注意到关键是使用具有0.15至0.20mm的小的线材直径的钢单丝。尤其是当本发明应用于侧壁部中出现高应变的轮胎扁平率(profile)约70％的偏平轮胎(low-profile tire)时，优选使用具有0.15至0.175mm的小的线材直径的单丝来抑制单丝断线。 [0044] 在具有3+8或3+9结构的且通过使用具有0.15至0.20mm的小的线材直径的钢单丝形成的帘线中，当钢单丝的拉伸强度小于3140MPa时，给定的胎体强度的确保和重量更轻的轮胎的制造不能同时实现，而当该拉伸强度高于3630MPa时断线更可能在制造过程中发生。 [0045] 图2(a)和(b)各自说明根据本发明的钢丝帘线的优选实例的截面图。图2(a)中示出的钢丝帘线通过借助于将由加捻9根鞘单丝12在一起形成的鞘22配置在由加捻3根芯单丝11在一起形成的芯21周围来形成。图2(b)中示出的钢丝帘线除了使用8根鞘单丝12以外，具有与图2(a)中示出的钢丝帘线相同的结构。 [0046] 如图2中所示，根据本发明优选实施方案的钢丝帘线，如在具有图3中示出的传统结构的帘线中一样，不包括卷绕在鞘22周围并且束缚鞘22的外缠丝13。通过将外缠丝不包括在钢丝帘线中可以抑制磨耗，从而保持帘线强度高，转而保持帘线断裂寿命长，由此进一步改善胎体帘布层的耐久性。 [0047] 在本发明的优选实施方案中，当使用至少两个胎体帘布层时，需要满足根据本发明的上述条件的钢丝帘线用于所有的帘布层来得到预期的效果。 [0048] 本发明中，需要设置至少1个胎体帘布层，但是可以配置2个以上的胎体帘布层，并且如图1中所示的，胎体帘布层典型地从轮胎内侧至外侧围绕胎圈芯4折返并且锁定。此外，带束层6通过用橡胶覆盖以相对于轮胎周向为例如，15至55°的角度平行排列的多根钢丝帘线来形成，并且至少2个带束层通常与它们之间的至少一层交替排列，尽管4个带束层在图1中示出的实例中使用。 [0049] 另外，如图1中所示的轮胎中，胎面图案酌情形成于胎面部3的表面上，并且气密层(未示出)形成于最内层中。此外，惰性气体如氮气、或常规的或已经进行氧分压的改变的空气可以用作用于填充轮胎的气体。本发明尤其在将其应用于在如卡车和公共汽车等重载车辆中使用的重载充气轮胎时是有用的。 [0050] 实施例 [0051] 本发明以下将参考实施例来更详细地描述。 [0052] 胎体帘布层中的埋入根数在下文中意味着的胎圈芯下的埋入根数。 [0053] (实施例1) [0054] 具有11R22.5的尺寸的重载轮胎通过将钢丝帘线按照下表中示出的条件应用至一个胎体帘布层来制造。四个带束层(材料：钢丝帘线)以相对于轮胎周向为+50°、+20°、-20°和-20°的角度从在轮胎径向的内侧起依次配置。 [0055] <钢丝帘线的总重量> [0056] 用于各实施例和比较例中的胎体帘线每单位面积中包含的钢丝帘线的总重量进行评价，并且通过假定根据实施例1-1的钢丝帘线的总重量为100的指数来表示。数值越小，重量越轻，且结果越好。 [0057] <钢丝帘线的总强度> [0058] 用于各实施例和比较例中的钢丝帘线的总的拉伸断裂强度进行评价，并且通过假定根据实施例1-1的钢丝帘线的总的拉伸断裂强度为100的指数来表示。数值越大，拉伸断裂强度越高，且结果越好。 [0059] <胎圈部的耐久性> [0060] 胎圈部的耐久性对根据各实施例和比较例的待测试的轮胎进行评价。更具体地，将液压施加至安装有轮辋的轮胎直至轮胎破裂，并且检查单丝断线在故障之后于接近胎圈芯的胎体帘线中是否发生。结果是对于没有线材断线表示为○，对于线材或帘线断线表示为×。 [0061] <帘线生产性> [0062] 用于各实施例和比较例中的钢丝帘线的生产性基于在线材制造的最终线材拉拔过程中于制造100,000m线材时出现的断线数量来评价。结果是对于小于1根断线/100,000m表示为○，对于1根以上断线/100,000m表示为×。 [0063] 这些结果在下表中一起显示出。 [0064] [表1] [0065] [0066] [表2] [0067] [0068] [表3] [0069] [0070] [表4] [0071] [0072] 如在上述表中显示的，在其中满足根据本发明的规定条件的钢丝帘线用于胎体帘布层的各实施例中，证实了通过保持帘线重量轻而不劣化帘线的总拉伸断裂强度或胎圈部的耐久性来确保轻量性。此外，用于各实施例中的帘线在生产性方面也是优异的。 [0073] (实施例2) [0074] 具有11R22.5 14PR的尺寸的卡车子午线轮胎通过将钢丝帘线按照下表中示出的条件应用至胎体帘布层来制造。仅使用一个胎体帘布层。4个带束层以相对于轮胎周向为+50°、+20°、-20°和-20°的角度从在轮胎径向的内侧起依次配置。胎体强度通过假定根据比较例2-1的轮胎的胎体强度为100的指数来表示。 [0075] <用于胎体帘布层的钢丝帘线的量> [0076] 每单位面积的胎体帘布层中包含的钢丝帘线的量对各实施例、比较例和参考例中的轮胎进行评价，并且通过假定根据比较例2-1的钢丝帘线的量为100的指数来表示。数值越小，重量越轻，且结果越好。 [0077] <在通常条件下转鼓运行后的帘线强度保持率> [0078] 对各实施例、比较例和参考例中的轮胎在60km/h的速度、8kgf/cm2的内部压力、和JIS 100％的负荷下进行100,000-km转鼓运行试验，10根胎体帘线从运行之后的各轮胎中取出。对这10根胎体帘线使用Instron拉伸测试仪测量断裂强度，将所测量的断裂强度的平均值除以对从在各制造例和比较例的新轮胎中的同样部位取出的10根帘线类似获得的断裂强度的平均值，并且将以百分率计的商值定义为帘线强度保持率(％)。数值越接近100，保持率越高，且结果越好。 [0079] <在通常条件下转鼓运行后的胎圈部中的磨耗深度> [0080] 对各实施例、比较例和参考例中的轮胎在60km/h的速度、8kgf/cm2的内部压力、和JIS 100％的负荷下进行100,000-km转鼓运行试验，并且1根胎体帘线从运行之后的各轮胎的胎体中取出。测量由于胎圈芯与在胎圈芯的折返部中的钢丝帘线之间的接触而引起的胎体帘线的鞘单丝12的磨耗深度的最大值d(μm)(参见图4)。数值越小，磨耗量越少，且结果越好。 [0081] <在大弯曲条件下转鼓运行后的单丝断裂率> [0082] 对各实施例、比较例和参考例中的轮胎在60km/h的速度、1kgf/cm2的内部压力、和JIS 40％的负荷下进行运行超过200,000-km或知道故障发生的转鼓运行试验，并且10根胎体帘线从运行之后的各轮胎的胎体中取出。计数在这10根胎体帘线中破损的单丝的数量，将其除以对应于10根帘线的单丝总数量，并且将以百分率计的商值定义为单丝断裂率(％)。数值越小，单丝断裂的量越少，且结果越好。 [0083] <侧面切割(side-cut)试验后的单丝断裂率> [0084] 对各实施例、比较例和参考例中的轮胎在60km/h的速度、8kgf/cm2的内部压力、和JIS 100％的负荷下进行其中对着模拟路牙的方形木料自轮胎的胎肩部起撞击侧壁部的侧面切割试验，并且10根胎体帘线从运行之后的各轮胎的胎体中取出。计数在这10根胎体帘线中破损的单丝的数量，将其除以对应于10根帘线的单丝总数量，并且将以百分率计的商值定义为单丝断裂率(％)。数值越小，单丝断裂的量越少，且结果越好。 [0085] <制造过程中的断线性> [0086] 对用于各实施例、比较例和参考例的钢单丝评价制造过程中的断线性。结果对于持续的制造是可行的且没有断线的水平由◎表示，对于持续的制造是可行的水平由○表示，和对于持续的制造由于很多断线而是不可行的水平由×表示。 [0087] 这些结果在下表中一起显示出。 [0088] [表5] [0089] [0090] [表6] [0091] [0092] [表7] [0093] [0094] [表8] [0095] [0096] 如在上述表中显示的，在根据各实施例的待试验的轮胎中，所述轮胎使用通过加捻线材直径为0.15至0.20mm和拉伸强度为3140至3630MPa(N/mm2)的钢单丝形成的钢丝帘线且具有3+9结构的胎体帘布层，证实了对于所有评价项目均获得了良好的结果。 [0097] [表9] [0098] [0099] [表10] [0100] [0101] [表11] [0102] [0103] 如在上述表中显示的，在根据各实施例的待试验的轮胎中，所述轮胎使用通过加2 捻线材直径为0.15至0.20mm和拉伸强度为3140至3630MPa(N/mm )的钢单丝形成的钢丝帘线且具有3+8结构的胎体帘布层，证实了对于所有评价项目均获得了良好的结果。 [0104] 附图标记说明 [0105] 1，胎圈部；2，侧壁部；3，胎面部；4，胎圈芯；5，胎体；6，带束层；11，芯单丝；12，鞘单丝；13，外缠丝；21，芯；22，鞘。 |
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