专利名称：充气轮胎及其安装方法
技术领域：
本发明涉及对泄气保用轮胎在由于低胎压或刺破而在泄气条件下连续行驶期间的泄气保用耐久性的有效改进，且不会牺牲其它特性例如在以正常内压进行正常行驶期间的驾乘舒适性。
背景技术：
当轮胎在由低胎压或刺破引起的泄气条件下连续使用时，轮胎胎侧部分的下沉量和变形变得大于在普通设计压力条件下的下沉量和变形，因此轮胎损坏往往提早出现。观察一般轮胎的损坏状态，发现胎侧部分的大变形容易引起位于轮胎内表面上的各部分之间的反复接触，从而导致轮胎的磨损和断口，或者它容易使轮胎与轮辋分离，并且胎圈部分出现大的坍陷变形。
为了解决这种损坏问题，已知的泄气保用轮胎是一种具有刚度增强的胎侧部分或者具有专门制造的胎圈和轮辋的轮胎。
从对泄气保用轮胎的损坏状态的进一步检查中发现，轮胎胎侧部分的下沉量和变形即使在其刚度被提高以防止轮胎内的接触的轮胎中也变得大于在普通设计压力条件下的下沉量和变形，并且应力集中在变为损坏核心的轮胎的最大宽度位置上或其附近。
已经提出了用于抑制损坏核心出现的方法，其中将橡胶层叠在多层胎体帘布层之间或者将具有特定形状的增强橡胶设置在胎体的内表面上(例如参见JP 2000-168319A、JP 2000-52724A和JP2000-190715A)。但是所有这些方法都会导致重量增大或生产效率降低。另外，在正常内压条件下进行正常行驶期间的沿轮胎的径向方向上的刚度，即所谓的纵向弹簧刚度系数增大，从而容易使驾乘舒适性下降。因此，难以有效地改善泄气保用耐久性。
同时，在位于车辆行驶的所谓车行道和专用于行人的所谓人行道之间的边界上通常设有用于分清边界线的标志线或台阶。对于后面的情况，往往设置所谓的路缘石。
在车辆经由车行道进出房屋或者将它停放在路边上时，其轮胎可能撞击在路缘石上。在该情况中，已经弯曲很大的胎侧部分夹在路缘石和轮辋之间，从而产生断口，这在最差的情况中导致戳破。另外，低断面轮胎的轮辋容易与路缘石直接接触，从而轮辋的外表面容易被损坏，并且因此会大大损伤外观或者轮缘会破裂。
为了防止轮胎和其轮辋由于与障碍物(例如路缘石)接触而受损，在许多情况中在轮胎的胎侧部分上、尤其在轮胎的最大宽度位置和胎圈部分之间设有轮辋保护部分，它也被简称为轮辋保护件。
轮辋保护部分的设置主要用来防止轮胎的外表面在轮胎在正常内压下使用时与上述路缘石直接接触，或者用来改善其美观性(例如轮胎的外观)。
本发明致力于作为用来尤其是在正常内压下常规行驶期间使纵向弹簧刚度系数的增加最小的同时改善泄气保用耐久性手段的上述轮辋保护部分，并且发现优化轮辋保护件对于该目的是有用的。
在例如JP 11-157311A、JP 53-138106A和JP 2002-59713A中披露了具有用于除了防止在胎侧部分的外表面上形成断口或防止轮缘受损之外的目的的轮辋保护部分的传统轮胎。
在JP 11-157311A中所披露的轮胎涉及在泄气保用状态中的行驶特性的提高以及胎圈部分耐久性的改进。在该轮胎中，将由相对柔软的橡胶构成的轮辋防滑层设在轮辋保护部分的轮缘的上部彼此相对的位置处，并且轮辋保护部分的剩余部分由硬质橡胶构成。但是，对构成该轮胎的轮辋保护部分的橡胶没有与构成胎侧部分的外表皮橡胶相关的规定。虽然这种构造对于改善泄气保用耐久性有一些效果，但是它不能在更恶劣的泄气条件(例如包含侧面力的情况下)提供足够的泄气保用耐久性。
在JP 53-138106A中所披露的轮胎旨在在泄气行驶期间保持足够的耐受负荷(withstand load)和耐久性，并且不会出现例如轮辋滑移这种事故。在该轮胎中，形状为圆形的高刚度增强构件(伪胎圈)被嵌入在轮辋保护部分中。但是，该伪胎圈的设置不是用来抑制胎侧部分的下沉量。另外，该轮胎具有这样一个问题，其中在泄气行驶期间夹在轮缘和伪胎圈之间的胎圈部分的橡胶部分容易反复并且很大程度上变形，从而变为损坏的核心。而且，在普通内压下的纵向弹簧刚度系数增大，因此会降低驾乘舒适性。
在JP2002-59713A中所披露的轮胎旨在改善低油耗和胎侧的抗切割性(cutting resistance)，且驾乘舒适性不会降低。该轮胎的轮辋保护件由其中分散有由有机纤维制成的短纤维的橡胶构成。但是，该轮胎是通过施加正常内压来使用的充气轮胎，而不是通过设置轮辋保护部分而改善泄气保用耐久性的充气轮胎。
鉴于上述方面，迄今为止还不存在这样一种泄气保用轮胎的技术方案，即，它能够在泄气行驶期间有效地增大纵向弹簧刚度系数并因而明显改善泄气保用耐久性，同时通过优化轮辋保护部分使在正常内压下进行正常驾驶期间纵向弹簧刚度系数的增大保持最小。
发明内容
本发明的目的在于提供这样一种泄气保用轮胎，即，它通过优化轮辋保护部分从而在由于低胎压或戳穿而在泄气条件下连续行驶期间具有有效改善的泄气保用耐久性，同时不会牺牲其它特性，尤其例如在正常内压下进行常规驾驶期间的驾乘舒适性，所述轮辋保护部分也被称为轮辋保护件并且被设置在轮胎的胎侧部分的外表面上用来防止轮胎和其轮辋由于与障碍物(例如路缘石)接触而受损。
为了实现上述目的，本发明的第一方面为一种泄气保用轮胎，它包括一带束层，它由铺设在胎体的胎冠部分和胎面部分之间的至少一层涂覆有橡胶的帘线层构成，所述胎体由在其中嵌入有胎圈芯的一对胎圈部分上呈环形延伸的至少一层帘布层、从胎圈部分沿径向向外延伸的一对胎侧部分以及越过胎侧部分延伸的胎面部分构成；一增强橡胶，它具有大体上为月牙形截面形状并且布置在至少胎侧部分的内表面侧处；以及一环形轮辋保护部分，该部分沿着轮胎宽度方向向外伸出并且在其中将轮胎施加在标准轮辋上的状态中布置在紧接着位于轮缘上方的轮胎的外表面位置处，该轮胎其特征在于，轮辋保护部分由硬质橡胶形成，而且该硬质橡胶的100％模量不小于3.0MPa，并且在构成胎侧部分的外表皮橡胶的模量的两至五倍的范围内。
本发明的第二方面具有与第一方面相同的基本结构，并且其特征在于，由包含增强元件的橡胶构成的至少一层复合增强层被布置在靠近轮辋保护部分的至少一部分圆周表面的位置处。
本发明的第三方面具有与第一方面相同的基本结构，并且其特征在于，至少一部分轮辋保护部分由硬质橡胶形成，该硬质橡胶的100％模量不小于3.0MPa，而且在构成胎侧部分的外表皮橡胶的模量的两至五倍的范围内，并且由包含增强元件的橡胶构成的至少一层复合增强层被布置在轮辋保护部分内或者被布置在靠近轮辋保护部分的至少一部分圆周表面的位置处。
该第三方面的轮辋保护部分优选地具有位于沿轮胎宽度方向的内侧中并且由硬质橡胶构成的内橡胶部分以及位于沿轮胎宽度方向上的外侧中并且由柔软的橡胶构成的外橡胶部分。
在该情况中，构成内橡胶部分的硬质橡胶优选地具有不小于3.0MPa的100％模量，并且构成外橡胶部分的柔软橡胶优选地具有小于3.0MPa的100％模量。内橡胶部分相对于整个轮辋保护部分的体积百分比优选地不小于40％。内橡胶部分优选地通过使橡胶胎圈包布朝着径向向外方向延伸来形成，并且外橡胶部分优选地通过使构成胎侧部分的外表皮橡胶朝着径向向内方向延伸来形成。而且，将复合增强层优选地设置在内和外橡胶部分之间。
在第二和第三方面中，优选的是(i)构成复合增强层的增强元件为非织织物；(ii)构成复合增强层的增强元件为其纤维直径为0.01-1mm并且纤维长度不小于1mm的长丝纤维；和/或(iii)复合增强层如此设置，即，它包绕在轮辋保护部分的外圆周表面上。
在第一、第二和第三方面中，优选的是将其中帘线与轮胎的圆周方向平行地延伸的一对窄的增强带束层设置在每个都覆盖该带束层的端部的位置处，并且沿着轮胎的宽度方向从胎面宽度端部位置至窄增强带束层的内端位置测量出的距离不小于胎面宽度的1/4。另外，当在胎面部分上设置多个沿着轮胎圆周方向延伸的纵向主花纹沟时，窄的增强带束层优选地如此设置，即，其沿轮胎宽度方向的内端从在轮胎宽度方向的最外侧纵向主花纹沟的宽度中心线向内铺设。
另外，在第一、第二和第三方面中，轮胎优选为包括一胎体的充气轮胎，该胎体具有在其中嵌入有胎圈芯的一对胎圈部分上呈环形延伸的至少一层帘布层、从胎圈部分沿径向向外延伸的一对胎侧部分以及延伸越过胎侧部分的胎面部分。该轮胎安装在调准轮辋(regulatedrim)上并且充有给定的气压。在轮胎/车轮组件在空载条件下沿着轮胎宽度方向剖开的横截面中，沿着轮胎宽度方向向外伸出的环形的轮辋保护部分被设置在轮胎外表面上的特定区域内，该区域从在外表面上的轮胎最大宽度位置延伸至与轮缘的外表面接触的外表面的最高位置。当画出一圆弧以确定轮胎最大宽度位置和轮缘的外表面并且假设该圆弧为近似特定区域(除了轮辋保护部分之外)的外表面的轮廓的参考圆弧，则在该特定区域内在与参考圆弧垂直的多条法线上所测量出的轮胎厚度的最小值与最大值的比值优选地为0.8至1.0，并且作为在参考圆弧和从参考圆弧画出的法线上测量出的轮辋保护部分的顶面之间的距离，轮辋保护部分的最大高度优选地为在与最大高度相同的法线上测量出的轮胎厚度的0.52-1.40倍。
如在这里所使用的一样，术语“调准轮辋”和“给定气压”分别指的是JATMA(日本汽车轮胎制造商协会)YEAR BOOK(2002)所规定的标准轮辋和与最大负载能力(最大气压)对应的气压。
将轮辋保护部分的最大高度优选地限制为在相同法线上测量出的轮胎厚度的0.58-1.20倍，该范围比上述范围更窄。
通过将轮辋保护部分沿着轮胎宽度方向截取的横截面除以轮辋保护部分的底部在参考圆弧上的长度而获得的轮辋保护部分的平均高度优选地为不小于轮辋保护部分的最大高度的0.6倍并且小于该最大高度的1.0倍。
轮辋保护部分优选地具有大体上梯形或大体上三角形的截面形状。在前面的情况中，更优选的是，轮辋保护部分的顶面形成平面和/或轮辋保护部分的顶面在沿着轮胎宽度方向截取的横截面中的长度为上述底部长度的0.14至0.90倍。
在轮胎的外表面和轮辋保护部分的外圆周表面之间的边界部分优选地形成一平滑曲线。
增强橡胶优选地具有不小于4MPa的100％模量。
另外，构成胎体的多层帘布层中的至少一层帘布层优选地包括选自6-尼龙、66-尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、人造丝、聚萘二甲酸乙二醇酯和芳族聚酰胺的有机纤维帘线。
附图的简要说明
图1为根据本发明第一方面的泄气保用轮胎的左半部的剖视图；图2为在假设轮胎胎侧部分的特定区域为笔直条(straight beam)的情况下的示意图；图3为在假设胎侧部分的特定区域和设在整个特定区域上的轮辋保护部分为笔直条的情况下的示意图；图4为在假设胎侧部分的特定区域和只设置在位于特定区域的固定部分侧处的部分上的轮辋保护部分为笔直条的情况下的示意图；图5为根据本发明第二方面的泄气保用轮胎的左半部的剖视图；图6为根据本发明第三方面的泄气保用轮胎的包括轮辋保护部分在内的主要部分的剖视图；图7为根据本发明第三方面的另一个泄气保用轮胎的包括轮辋保护部分在内的主要部分的剖视图；图8显示出另一个实施方案；图9显示出又一个实施方案；图10显示出再一个实施方案；
图11显示出另一个实施方案；图12显示出又一个实施方案；图13显示出再一个实施方案；图14显示出另一个实施方案；图15为一说明图，显示出传统泄气保用轮胎在泄气行驶期间的变形状态；图16为一说明图，显示出根据本发明的泄气保用轮胎在泄气行驶期间的变形状态的示例；图17显示出另一个实施方案；图18为当在图17中所示的泄气保用轮胎的胎侧部分展开时轮辋保护部分的剖视图；以及图19为传统轮胎(传统实施例)的左半部的剖视图。
优选实施方案图1为根据本发明第一方面的泄气保用轮胎的左半部的剖视图。在图1中所示的泄气保用轮胎1设有一胎体7，它由在其中嵌入有胎圈芯2的一对胎圈部分3(只显示出其中一个)上环形延伸的至少一层帘布层(在图1中为两层帘布层6a、6b)构成从胎圈部分3沿径向向外延伸的一对胎侧部分4(只显示出其中一个)以及延伸跨过这些胎侧部分4的一胎面部分5。
在胎体6的胎冠部分和胎面部分5之间设有由至少一层帘线层构成的带束层8，在图1中为两层帘线层8a、8b。另外，将具有大体上月牙形截面形状的增强橡胶11至少设置在胎侧部分4的内表面侧上，并且使其位于胎体的内表面7a和跨过胎圈部分3的内衬层10之间且在图1中紧接着位于带束层8的端部下面。这样，轮胎具有所谓的增强胎侧型泄气保用轮胎的结构。
另外，虽然在图1中所示的轮胎1在胎面部分5上设有沿着轮胎的圆周方向延伸的四条纵向主花纹沟12a、12b(只显示出其中两条主花纹沟)，但是主花纹沟12a、12b的数量可以改变，并且必要时可以按照各种结构设置其它胎面花纹沟，例如未示出的横向花纹沟和倾斜花纹沟。
而且，沿着轮胎宽度方向向外伸出的环形轮辋保护部分13在其中将轮胎施加在标准轮辋R上的状态中布置在紧接着轮缘Rf上方的外表面位置处。
本发明的结构特征在于优化设在轮胎1的胎侧部分4的外表面4a上的轮辋保护部分13，以便防止轮胎1和/或轮辋R由于与障碍物(例如路缘石)接触而受损。更具体地说，在第一方面中，轮辋保护部分13由硬质橡胶形成，并且该硬质橡胶的100％模量不小于3.0MPa，并且为构成胎侧部分4的外表皮橡胶14的100％模量的两至五倍。在第二方面中，由包含增强元件的橡胶构成的至少一层复合增强层16被布置在靠近轮辋保护部分13的至少一部分圆周表面15的位置处。在第三方面中，至少一部分轮辋保护部分13由硬质橡胶形成，该硬质橡胶的100％模量不小于3.0MPa，并且为构成胎侧部分4的外表皮橡胶的100％模量的两至五倍，而且由包含增强元件的橡胶构成的至少一层复合增强层16被布置在轮辋保护部分13内或者布置在靠近轮辋保护部分13的至少一部分圆周表面的位置处。
通过上述结构，本发明的第一、第二和第三方面可以改善在由于低胎压或戳穿而导致的泄气条件下连续行驶期间的泄气保用耐久性，且不会牺牲其它特征，例如在正常内压下进行常规驾驶期间的驾乘舒适性。
下面将对如何将上述结构应用于本发明及其操作进行说明。
本发明人详细分析了在由于低胎压或戳穿而导致的泄气状态下进行连续行驶而破损的轮胎的状况。结果，已经发现在胎侧部分刚度增强的增强胎侧型泄气保用轮胎中，轮胎损坏很少由其中轮辋部分离开轮辋的所谓的胎圈脱位引起，但是典型的损坏模式如上所述为从轮胎的最大宽度位置和其相邻部分开始的破坏。这种破坏看起来似乎是因为轮胎的胎侧部分的下沉量和变形大于在普通设计的内压条件下的下沉量和变形而引起的。
从胎面部分到胎肩垫胶(buttress)部分设有具有高刚度的带束层并且测量厚度(gauge thickness)较大，从而刚度较高。胎圈部分也具有高刚度，因为它除了高刚度填充胶条和翻转的胎体帘布层之外还设有增强构件，例如胎圈包布。然而，胎侧部分、尤其在轮胎的最大宽度位置及其附近处由少量构件形成并且具有较小的测量厚度，从而刚度变得相对较低。在普通的轮胎中，轮胎的内表面由于胎侧部分刚度不足而反复相互接触，从而导致轮胎损坏。在增强胎侧型泄气保用轮胎中，虽然防止了内表面相互接触，但是在最大宽度位置及其附近处的变形量保持较大，因此在那里仍然出现损坏。
因此，为了改善泄气保用耐久性，同时使轮胎重量的增大和生产率的降低最小化，重要的是，在没有在延伸跨过胎肩垫胶部分和胎圈部分的胎侧部分处形成刚度相对较小的地方同时保持整个轮胎刚度的情况下构成该轮胎，从而降低了在最大宽度位置及其附近处的下沉量和变形。
考虑轮胎的变形，假设接触着地面的胎面表面和轮辋接合部分为固定部分。但是，本发明人另外研究了抑制在轮胎最大宽度位置处的变形，并且发现通过提高作为变形根部的固定部分的刚度来间接抑制在最大宽度位置处的变形比直接增大在最大宽度位置处的测量厚度来提高刚度更有效。在该情况中，固定部分的附近部分为临近胎面部分和胎圈部分的胎肩垫胶部分。本发明人获得了这样一个构思，即，提高其中装配在轮辋上的胎圈部分附近部分的刚度(该轮辋的刚度明显高于轮胎的刚度)可以有效抑制在最大宽度方向上的变形。另外，增加在胎肩垫胶部分而且尤其是最大宽度部分处的测量厚度会导致更大的刚度和惯性质量，这会降低驾乘舒适性。相反，增大测量厚度被认为能够导致这些负面效果。
本发明人研究了用于有效提高在作为固定部分的胎圈部分的根部(附近部分)处的刚度的方法并且发现优化被称为轮辋保护件并且设在轮胎胎侧部分的外表面上的轮辋保护部分13以便防止轮胎和轮辋由于与障碍物(例如路缘石)接触而受损可以明显增大胎圈部分3的弯曲刚度，从而有效地抑制胎侧部分4在泄气行驶期间的下沉量和变形，由此几乎不会造成轮胎损坏。
但是，当轮辋保护部分13仅仅由硬质橡胶形成以提高胎圈部分3的刚度时，纵向弹簧刚度系数尤其在正常内压条件下增大，从而导致轮胎均匀性以及驾乘舒适性和振动特性降低。因此，重要的是，要如此优化轮辋保护部分13，即，可以有效地施加提高胎圈部分3的根部的弯曲刚度的功能。
为了简化起见，如图2所示那样，在从最大宽度部分17到轮胎外表面的接触着轮缘的外表面18的最高部分19的特定区域20上的侧面部分(其径向长度为L)切下一周向单位长度(例如，10mm)。假设在包括胎体帘布层和填充胶条在内的特定区域20处的侧面部分为具有一致厚度t的均匀笔直条。在如图3所示一样其中将轮辋保护部分13设置在厚度为h的上述笔直条的整个区域L上的情况中以及在如图4所示一样其中轮辋保护部分13的体积保持相同并且设在其长度为上述笔直条的从厚度为kh的该笔直条的固定端开始的长度的1/k倍的区域L/k上(其中k为大于1的数字)的情况中研究弯曲刚度。
假设该条的每个部分具有相同的性能，则可以将弯曲刚度看作几何惯性矩。通过适当地近似和简化构造公式，获得了如下在层叠状态中的所述条的几何惯性矩I0＝(1/12)t3I1＝(1/12)t3+(1/12)h3+{(t+h)/2}2hI2＝(1/12)t3+(1/12)(kh)3+{(t+kh)/2}2kh当轮胎由于负载而下沉和变形时，弯曲力矩M作用在轮胎的最大宽度位置上，从而沿轮胎轴向的起鼓量(坍陷量)δ如下δ1＝(M/2EI1)(L/k)2+(M/2EI0)(L-L/k)2+(M/2EI1)(L-L/k)(L/k)δ2＝(M/2EI2)L2f(t，h，k)＝δ1-δ2使用这些关系式并且判断在如图3中所示那样其中凸起部(轮辋保护部分)设在整个条上的情况中以及在如图4中所示那样其中在保持体积相同的同时将它设在一部分条上的情况中在这些变形之间的大小关系，从而获得以下关系g(t，h，k)＝(1/k2){I0I2+2(k-1)+I1I2(k-1)2-I0I1k2}本发明人还通过进行替代j＝h/t并且使厚度无量纲化来进行数值分析，并且发现通过如图4中所示的窄而厚的轮辋保护部分13B可以比通过如图3中所示的宽的薄的轮辋保护部分13A更加有效地抑制下沉量和变形。
由于上述估计结果是通过将轮胎的一部分侧面部分模型化为就材料强度而言的简单形式而获得的，所以本发明人试验制造并且测试了根据上述构思的轮胎。然后，他们致力于研究对轮辋保护部分的优化，它可以在轮辋保护部分的受限体积(重量)下有效抑制胎侧部分的变形并且可以发挥改善的耐久性。
因此，通过以下方式可以在不牺牲其它特性(尤其例如在正常内压下进行常规驾驶期间的驾乘舒适性)的情况下成功而有效地改善在由于低胎压或戳穿而导致泄气条件下连续行驶的期间泄气保用耐久性，即，根据第一方面用硬质橡胶形成轮辋保护部分13并且使该硬质橡胶的100％模量不小于3.0MPa且处于构成胎侧部分4的外表皮橡胶14的100％模量的两至五倍范围内，或者根据第二方面将由包含增强元件的橡胶构成的至少一个复合增强层16布置在靠近轮辋保护部分13的至少一部分圆周表面15附近的位置处，或者根据第三方面用硬质橡胶形成轮辋保护部分13、使该硬质橡胶的100％模量不小于3.0MPa且处于构成胎侧部分4的外表皮橡胶的100％模量的两至五倍范围内，并且将由包含增强元件的橡胶构成的至少一层复合增强层16布置在轮辋保护部分13内或者布置在靠近轮辋保护部分13的至少一部分圆周表面的位置处。
在第一方面中构成轮辋保护部分13的硬质橡胶的100％模量不小于3.0MPa的原因在于，通过将100％模量设定为不小于3.0MPa以便能够降低在泄气行驶期间轮胎胎侧部分的局部变形、尤其是增强橡胶11的周向剪切变形，从而使轮辋保护部分13几乎不会变形。另外，增大轮辋保护部分13的刚度在正常内压下对轮胎的纵向弹簧刚度系数的影响小于增强橡胶11对其的影响，从而这种轮胎在正常内压下进行常规行驶期间与具有等同泄气保用耐久性的传统轮胎相比具有更低的纵向弹簧刚度(轮胎的周向刚度)和更好的驾乘舒适性。
但是单独的上述第一方面的结构在耐久性方面不够。因此，为了降低由于构成胎侧部分的外表皮橡胶和构成轮辋保护部分的橡胶的橡胶性能而导致的例如分离的危险，同时充分发挥本发明的效果，在第一方面中必须使构成轮辋保护部分的硬质橡胶的100％模量为构成胎侧部分的外表皮橡胶的100％模量的两至五倍。也就是说，可以通过将构成轮辋保护部分的硬质橡胶的100％模量限制在构成胎侧部分的外表皮橡胶的100％模量的两至五倍来最优化在正常内压下的驾乘舒适性和泄气行驶耐久性之间的平衡。
在第二方面中，与第一方面不同，如图5中所示，构成轮辋保护部分13的橡胶不受限制。相反，将由包含增强元件的橡胶构成的至少一层复合增强层16布置在靠近轮辋保护部分13的至少一部分圆周表面15的位置处。也就是说，虽然设在侧面部分处的橡胶受到压缩并且趋向于向外表皮外侧或轮胎的其它部分运动，该运动为所谓的起鼓变形，当侧面部分大大弯曲时，可以防止橡胶的膨胀并且因此可以有效地抑制在泄气保用条件下的纵向弹簧刚度系数。因此，第二方面的轮胎可以发挥与第一方面相同的效果。要指出的是，复合增强层16的布置在正常内压下进行常规行驶期间在纵向弹簧刚度系数方面的作用很小，因此可以保持在正常行驶下良好的驾乘舒适性。如在这里所使用的一样，术语“轮辋保护部分的圆周表面”指的是如图1中所示那样的轮辋保护部分13的外圆周表面15a和内圆周表面15b。
另外，如果硬质橡胶的100％模量的优化和复合增强层16的布置两者都如在第三方面中那样得到满足，则可以通过其合成效果进一步改善泄气保用耐久性。在第三方面中，在图5中的所有轮辋保护部分13由硬质橡胶形成。橡胶通常为不可压缩材料，它在变形时几乎不改变其体积，并且公知的是橡胶和增强层的结合与单独使用橡胶相比，由于其合成效果所以可以显著提高压缩刚度。因此，当轮辋保护部分13形成有由硬质橡胶构成并且位于轮胎宽度方向内侧的内橡胶部分31和由柔软的橡胶构成并且位于轮胎宽度方向外侧的外橡胶部分32时，可以通过复合增强层防止内橡胶部分的变形，从而提高整个轮辋保护部分的刚度，并且可以防止由于大的碰撞而导致的外橡胶部分撕碎以及由于轮辋的轻微刮蹭而导致的复合增强层暴露，从而保持了轮胎的外观。另外，当轮辋保护部分13具有上述结构时，同时提高了轮胎的横向刚度，由此改善了转弯性能。
构成内橡胶部分31的硬质橡胶优选地具有不小于3.0MPa的100％模量，并且构成外橡胶部分32的柔软橡胶优选地具有小于3.0MPa的100％模量。如果构成内橡胶部分31的硬质橡胶的100％模量不小于3.0MPa，则轮辋保护部分13几乎不变形。如果构成外橡胶部分32的柔软橡胶的100％模量小于3.0MPa，则即使在轮辋保护部分与路缘石等刮蹭或接触时也能够提高防止复合增强层暴露出的效果。
而且，内橡胶部分31相对于整个轮辋保护部分13的体积比优选地不小于40％，因为这样可以充分确保轮辋保护部分13的刚度并且即使在施加大碰撞的情况下也几乎不变形。
内橡胶部分31优选地通过使橡胶胎圈包布33朝着径向向外方向延伸来形成，并且外橡胶部分32优选地通过使构成胎侧部分3的外表皮橡胶14朝着径向向内方向延伸来形成。通过这些结构，不必增加任何新的构件，从而改善了生产率。
复合增强层16优选地布置在内橡胶部分31和外橡胶部分32之间。通过将复合增强层16布置在内橡胶部分31附近，可以更有效地抑制内橡胶部分31的变形，从而可以进一步提高轮辋保护部分13的压缩刚度，并且当在轮胎制造过程中层压它们时，由于可以将复合增强层16布置在内橡胶部分31和外橡胶部分32之间，所以该布置变得更容易。
如果内橡胶部分31的截面形状为复杂形状，例如如图6中所示一样与轮辋保护部分13的截面形状大体类似的形状，则构成复合增强层16的增强元件优选地为非织织物。当构成复合增强层16的增强元件由非织织物形成时，该复合增强层16可以很容易地改变其形状以适应不规则截面形状，因此其布置变得更容易。关于该非织织物，可以采用芳族聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等。
图7显示出在其中将轮胎安装在轮辋上的状态中的根据本发明第三方面的另一个充气轮胎的主要部分。如图7所示，当内橡胶部分31的截面形状简单时，构成复合增强层16的增强元件优选地为钢或有机帘线。当内橡胶部分31的截面形状具有少量凹穴和凸起时，采用钢或有机帘线的复合增强层甚至可以很容易被布置并且此外抑制内橡胶部分31的体积变形的效果大于非织织物的所述效果。
虽然图6和7显示出其中复合增强层16在胎侧部分4中延伸的实施方案，但是复合增强层16可以只是嵌入在靠近内橡胶部分31的外表面的至少一部分的位置中而不必在胎侧部分4中延伸。
构成复合增强层16的增强元件可以与在涂覆有橡胶的帘线层中的帘线类似地沿着特定方向排列。但是，就材料科学而言，优选使用没有各向异性的非织织物来有效地提高弯曲和扭转刚度。另外，构成复合增强层16的增强元件优选为其纤维直径为0.01-1mm并且其纤维长度不小于1mm的长丝纤维，例如芳族聚酰胺纤维或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维，并且最好为具有高刚度的芳族聚酰胺纤维。
可以将复合增强层16布置在靠近轮辋保护部分13的至少一部分圆周表面15的位置处。优选如此设置该复合增强层16，从而例如如图5所示那样，它包绕在轮辋保护部分13的外圆周表面15a上，以便有效地抑制在泄气行驶期间下沉时橡胶的膨胀变形。但是，它可以如图8所示那样只是设置在轮辋保护部分13的上外表面上，或者如图9所示那样只是设置在轮辋保护部分13的下外表面上，或者如图10所示那样只是设置在轮辋保护部分13的内表面15b上。
如在这里所使用的一样，将复合增强层设置成包绕在轮辋保护部分13的外表面15a上具体指的是，复合增强层的增强元件的设置位置位于相对于与轮辋保护件高度hmax的70％对应的位置的外表面侧并且位于外圆周表面15a的位置和与之距离3mm的范围内并且处于轮辋保护部分中的位置之间。可以将复合增强层16自身设在轮辋保护部分13的外圆周表面15a上，或者可以嵌入在轮辋保护部分13中。
当要求复合增强层16能防止由于胎圈的外表面和轮辋之间接触而导致的损坏时，该层可以在轮辋保护部分13的圆周表面15和接触着轮辋R的胎圈部分的外表面上延伸，如图11-13中所示。另外，在其中将复合增强层16设置在轮辋保护部分13的外表面15a上并且需要改善轮胎的外观、抗大气腐蚀性能等的情况中，可以设置橡胶层21来覆盖复合增强层，如图14中所示。
从改善高速耐久性等的观点看，可以设置至少一个覆盖带束层8的整个外表面的宽的增强带束层22，并且可以在覆盖带束层8的每个端部的位置处布置至少一对窄的增强带束层在图5中为两对窄增强带束层23a、23b(其中帘线与轮胎的圆周方向平行地延伸)。在该情况中，对于窄增强带束层23a、23b的至少一对窄增强带束层23b而言，从减小增强橡胶11的应变观点看，沿着轮胎宽度方向从胎面端部位置25到带束层23b的内端位置24测量出的距离X优选地不小于胎面宽度W的1/4。也就是说，在传统的泄气保用轮胎中，如图15中所示那样在泄气行驶期间翘曲(提升变形)趋向于出现在临近位于增强橡胶附近的胎肩垫胶的胎面部分中。可以通过将沿着轮胎宽度方向从胎面端部25到带束层23b的内端位置24测量出的距离X设定为不小于胎面宽度W的1/4来防止出现这种翘曲，由此进一步改善泄气保用耐久性。
另外，当在胎面部分5上设置沿着轮胎圆周方向延伸的多条纵向主花纹沟时，容易出现如图15所示的以轮胎宽度方向上的最外侧纵向主花纹沟12b的位置作为其开始位置的局部弯曲变形。在该情况中，当将窄增强带束层23b的内端24设置在沿着轮胎宽度方向的最外侧纵向主花纹沟12b的花纹沟中央位置26内侧时，这种弯曲变形几乎不会出现，从而进一步改善了泄气保用耐久性。
通常认为从胎肩垫胶部分到胎圈部分没有任何明显差异的均匀标准分布在轮胎的基本构造方面是理想的。但是本发明人发现，当将更多橡胶施加在具有大体上均匀的标准分布的轮胎上以改善耐久性时，不是通过在没有任何特别原因的情况下均匀地增大整个测量厚度，而是通过集中地增大主要部分的测量厚度，从而有效地改善耐久性。结果，本发明人还发现，当沿着轮胎宽度方向向外伸出的环形的轮辋保护部分13如此设置在从位于外表面4a上的轮胎最大宽度位置17延伸至与轮缘的外表面18接触的外表面的最高位置19(其最大高度hmax相对于轮胎厚度t具有给定比例)的轮胎的外表面4a上的特定区域20内时，可以抑制轮胎侧面部分的下沉量和变形，从而有效地改善耐久性。也就是说，在位于上述特定区域20内的轮胎厚度t尽可能均匀的条件下，并且更具体地说当画出一圆弧以限定出轮胎最大宽度位置17和轮缘的外表面18的范围并且假设该圆弧为近似特定区域20(除了轮辋保护部分13之外)的外表面4a的轮廓的参考圆弧C时，在特定区域20内在多条与参考圆弧C垂直的法线上测量出的轮胎厚度t的最小值对最大值的比值为0.8至1.0，并且作为沿着从参考圆弧画出的法线m测量出的在参考圆弧C和轮辋保护部分13的顶面28之间的距离的轮辋保护部分的最大高度hmax优选为在相同法线上测量出的轮胎厚度的0.52-1.40倍。通过这些结构，可以抑制轮胎的侧面部分的下沉量和变形，以进一步改善耐久性。当轮辋保护部分13的最大高度hmax小于轮胎厚度t的0.52倍时，改善耐久性的效果较小。另一方面，当它超过轮胎厚度t的1.40倍时，下沉量和变形保持相同，但是耐久性可能降低。
假设轮辋保护部分13的体积保持恒定，则将轮辋保护部分13的最大高度hmax限制为在相同法线上测量出的轮胎厚度t的0.58-1.20倍的范围内可以进一步改善耐久性。轮辋保护部分13的横截面积在沿轮胎宽度方向的截面中看时优选地为0.4-1.5cm2(0.4×10-4-1.5×10-4m2)。
如图18所示，通过将沿着轮胎宽度方向截取的横截面中的轮辋保护部分13的横截面积S除以轮辋保护部分13的底部29在参考圆弧C上的长度B而获得的轮辋保护部分13的平均高度ha优选地为不小于轮辋保护部分的最大高度的0.6倍并且小于该最大高度的1.0倍。
在本发明中，重要的是要优化轮辋保护部分13的高度(厚度)分布。为了使轮辋保护部分的布置直接有助于弯曲刚度的增大，要求在轮辋保护部分13的高度较低处的薄壁部分尽可能少。为此，轮辋保护部分13的平均高度ha优选地不小于轮辋保护部分13的最大高度hmax的0.6倍。另外，轮辋保护部分13的平均高度ha优选地小于轮辋保护部分13的最大高度hmax的1.0倍，因为在底部29的长度B大于轮辋保护部分13的顶面28的长度T时可以发挥更大的增大刚度的效果。
轮辋保护部分13优选地具有大体上为梯形的截面形状(图17)或者大体上为三角形的截面形状(图1)。当轮辋保护部分13具有大体上为梯形的截面形状时，轮辋保护部分13的顶面28优选为平坦的形状并且轮辋保护部分13在沿着轮胎宽度方向的截面中的顶面的长度T最好在底部的长度B的0.14至0.90倍的范围内。如果它小于0.14倍，则该梯形的上边较小，因此条的作用变得更小。另一方面，如果它超过0.90倍，则在侧面部分和轮辋保护部分之间延伸的外表线不能形成一直线，从而存在产生裂纹的危险。
在外表面4a和轮辋保护部分13的外圆周表面15a之间的边界部分30优选地形成为平滑的曲线，因为应力趋向于集中在其上。
其100％模量不小于4MPa的增强橡胶11在普通内压下确保驾乘舒适性方面是优选的，因为它赋予增强橡胶相对较薄的测量厚度。
另外，构成胎体7的多层帘布层的至少一层优选地包括选自由6-尼龙、66-尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、人造丝、聚萘二甲酸乙二醇酯和芳族聚酰胺构成的组中的有机纤维帘线，以便防止胎体帘线在泄气行驶期间弯折。
虽然上面已经对本发明的示例性实施方案进行了说明，但是在不脱离由所附权利要求限定的本发明范围的情况下可以进行许多变化和改进。例如，本发明通过优化轮辋保护件减小了增强橡胶的局部变形，从而通过使用比传统橡胶更柔软的增强橡胶可以改善在正常内压下进行常规行驶期间的驾乘舒适性，或者可以通过减小增强橡胶的厚度来降低轮胎的重量。
实施例试验制出根据本发明的充气轮胎并且评估它们的性能。下面将进行详细说明。
(试验轮胎)各实施例的轮胎是增强胎侧型轮胎，轮胎的尺寸是215/45ZR17，其参数如表1所示。在这些轮胎的每一个中，胎体由一层翻转的胎体帘布层构成，带束层由两层涂覆有橡胶的帘线层构成，其中这两层帘线层如此叠置，即，使帘线相对于轮胎圆周方向向下倾斜26度并且在这些层之间相交，增强带束层为一宽的增强带束层和两个窄的增强带束层，在胎面部分上设有四条纵向主花纹沟，并且成对窄增强带束层被布置成其内端设置在纵向主花纹沟的宽度中心位置沿着轮胎宽度方向的内侧。在实施例11的轮胎中，轮辋保护部分具有由其100％模量为6.0MPa的硬质橡胶构成的内橡胶部分和由其100％模量为1.6MPa的柔软橡胶构成的外橡胶部分，内橡胶部分相对于外橡胶部分的体积比为50∶50，并且复合增强层布置在内和外橡胶部分之间。这些轮胎的其它结构与用于客车的普通泄气保用轮胎(充气轮胎)类似。
(评估)将上述试验轮胎装配在标准轮辋上，并且在内压为0kPa(相对压力)、负载为4.17kN并且行驶速度为90km/h的试验条件下进行鼓上运行试验。测量出直到轮胎破裂的行驶距离，并且由测量出的距离评价出泄气保用耐久性。在内压为230kPa并且负载为3.7kN下计算出纵向弹簧刚度系数，并且由计算出的刚度系数评估出在正常内压下进行常规行驶期间的驾乘舒适性。为了参考，还对轮胎重量和轮辋保护部分的外观进行评估。按照以下方式进行轮辋保护部分的外观评估将上述试验轮胎装配在标准轮辋上以形成轮胎/车轮组件，然后将它们安装在试验车辆上；施加230kPa(相对压力)的内压和4.17kN的负载；使这些车辆以10km/h的速度行驶，从而使试验轮胎以75度角撞击在设置在道路上的10cm高的路缘石上；然后在视觉上观察轮缘的损坏和轮辋保护部分的外观。
在表1中显示出评估结果。表1中的结果由指标值表示，其中将传统实施例的轮胎的结果设定为100。结果越大，则泄气保用耐久性越好。结果越小，驾乘舒适性和重量越好。将轮辋保护部分的外观评估为三个等级A、B和C。A为最好结果，而C为最差结果。
表1
表1(续)
从在表1中所示的结果中可以看出，所有实施例均具有泄气保用耐久性、在常规行驶期间的驾乘舒适性和轮胎重量的优异的总平衡性能。另外，实施例1-4和9-11的轮胎其轮辋保护部分可保持良好的外观。
工业实用性根据本发明，可以提供这样一种泄气保用轮胎，即，它在由于低胎压或戳穿而导致的泄气条件下连续行驶期间具有有效改善的泄气保用耐久性，并且不会牺牲其它特性，例如在正常内压下进行常规行驶期间的驾乘舒适性。
权利要求
1.一种泄气保用轮胎，它包括一带束层，它由铺设在胎体的胎冠部分和胎面部分之间的至少一层涂覆有橡胶的帘线层构成，所述胎体由在其中嵌入有胎圈芯的一对胎圈部分上呈环形地延伸的至少一层帘布层、从胎圈部分沿径向向外延伸的一对胎侧部分以及一越过胎侧部分延伸的胎面部分构成；一增强橡胶，它具有基本上为月牙形的截面形状并且被布置在至少胎侧部分的内表面侧处；以及一环形的轮辋保护部分，该部分沿着轮胎宽度方向向外伸出并且在其中将轮胎施加在标准轮辋上的状态中布置在紧位于轮缘上方的轮胎的外表面位置处，该轮胎其特征在于，所述轮辋保护部分由硬质橡胶形成，以及该硬质橡胶的100％模量不小于3.0MPa，并且在构成胎侧部分的外表皮橡胶的100％模量的两至五倍的范围内。
2.一种泄气保用轮胎，它包括一带束层，它由铺设在胎体的胎冠部分和胎面部分之间的至少一层涂覆有橡胶的帘线层构成，所述胎体由在其中嵌入有胎圈芯的一对胎圈部分上呈环形地延伸的至少一层帘布层、从胎圈部分沿径向向外延伸的一对胎侧部分以及一越过胎侧部分延伸的胎面部分构成；一增强橡胶，它具有基本上为月牙形的截面形状并且被布置在至少胎侧部分的内表面侧处；以及一环形的轮辋保护部分，该部分沿着轮胎宽度方向向外伸出并且在其中将轮胎施加在标准轮辋上的状态中布置在紧位于轮缘上方的轮胎的外表面位置处，该轮胎其特征在于，将由包含增强元件的橡胶构成的至少一层复合增强层布置在靠近轮辋保护部分的至少一部分圆周表面的位置处。
3.一种泄气保用轮胎，它包括一带束层，它由铺设在胎体的胎冠部分和胎面部分之间的至少一层涂覆有橡胶的帘线层构成，所述胎体由在其中嵌入有胎圈芯的一对胎圈部分上呈环形地延伸的至少一层帘布层、从胎圈部分沿径向向外延伸的一对胎侧部分以及一越过胎侧部分延伸的胎面部分构成；一增强橡胶，它具有基本上为月牙形的截面形状并且被布置在至少胎侧部分的内表面侧处；以及一环形的轮辋保护部分，该部分沿着轮胎宽度方向向外伸出并且在其中将轮胎施加在标准轮辋上的状态中布置在紧位于轮缘上方的轮胎的外表面位置处，该轮胎其特征在于，至少一部分轮辋保护部分由硬质橡胶形成，该硬质橡胶的100％模量不小于3.0MPa，并且在构成胎侧部分的外表皮橡胶的100％模量的两至五倍的范围内，以及将由包含增强元件的橡胶构成的至少一层复合增强层布置在轮辋保护部分内或者布置在靠近轮辋保护部分的至少一部分圆周表面的位置处。
4.如权利要求3所述的泄气保用轮胎，其特征在于，所述轮辋保护部分具有沿轮胎宽度方向位于内侧并且由硬质橡胶构成的内橡胶部分以及沿轮胎宽度方向位于外侧并且由柔软橡胶构成的外橡胶部分。
5.如权利要求4所述的泄气保用轮胎，其特征在于，构成内橡胶部分的硬质橡胶具有不小于3.0MPa的100％模量，并且构成外橡胶部分的柔软橡胶具有小于3.0MPa的100％模量。
6.如权利要求4或5所述的泄气保用轮胎，其特征在于，所述内橡胶部分相对于整个轮辋保护部分的体积百分比不小于40％。
7.如权利要求4、5或6所述的泄气保用轮胎，其特征在于，所述内橡胶部分通过使橡胶胎圈包布朝着径向向外方向延伸来形成，并且外橡胶部分通过使构成胎侧部分的外表皮橡胶朝着径向向内方向延伸来形成。
8.如权利要求4-7中任一项所述的泄气保用轮胎，其特征在于，所述复合增强层被设置在内和外橡胶部分之间。
9.如权利要求2-8中任一项所述的泄气保用轮胎，其特征在于，构成复合增强层的增强元件为非织织物。
10.如权利要求2-9中任一项所述的泄气保用轮胎，其特征在于，构成复合增强层的增强元件为其纤维直径为0.01-1mm并且纤维长度不小于1mm的长丝纤维。
11.如权利要求2-10中任一项所述的泄气保用轮胎，其特征在于将复合增强层设置成使它包绕在轮辋保护部分的外圆周表面上。
12.如权利要求1-11中任一项所述的泄气保用轮胎，其特征在于，其中帘线与轮胎的圆周方向平行地延伸的一对窄增强带束层被设置在每个都覆盖该带束层的端部的位置处，并且沿着轮胎的宽度方向从胎面宽度端部位置至窄增强带束层的内端位置测量出的距离不小于胎面宽度的1/4。
13.如权利要求12所述的泄气保用轮胎，其特征在于，在胎面部分上设置多个沿着轮胎圆周方向延伸的纵向主花纹沟，并且将窄增强带束层优选地设置成使其沿轮胎宽度方向的内端相对于沿轮胎宽度方向的最外侧纵向主花纹沟的宽度中心线位于内侧。
14.如权利要求1-13中任一项所述的泄气保用轮胎，其特征在于，将所述轮胎安装在调准轮辋上而且充有给定的气压，并且在轮胎/车轮组件在空载条件下沿着轮胎宽度方向剖开的横截面中，将所述轮辋保护部分设置在位于轮胎外表面上的特定区域内，该区域从在外表面上的轮胎最大宽度位置延伸至与轮缘的外表面接触的外表面的最高位置，画出一圆弧以确定出轮胎最大宽度位置和轮缘的外表面，并且假设该圆弧为近似所述特定区域(除了轮辋保护部分之外)的外表面的轮廓的参考圆弧，在所述特定区域内、在与参考圆弧垂直的多条法线上测量出的轮胎厚度的最小值与最大值之比优选地在0.8至1.0的范围内，并且作为在参考圆弧和从参考圆弧画出的法线上所测量出的轮辋保护部分的顶面之间的距离，轮辋保护部分的最大高度优选地为在与最大高度相同的法线上测量出的轮胎厚度的0.52-1.40倍。
15.如权利要求14所述的泄气保用轮胎，其特征在于，所述轮辋保护部分的最大高度为在相同法线上测量出的轮胎厚度的0.58-1.20倍。
16.如权利要求14或15所述的泄气保用轮胎，其特征在于，通过将沿着轮胎宽度方向截取的横截面中的轮辋保护部分的横截面积除以轮辋保护部分的底部在参考圆弧上的长度而获得的轮辋保护部分的平均高度不小于轮辋保护部分的最大高度的0.6倍并且小于该最大高度的1.0倍。
17.如权利要求14、15或16所述的泄气保用轮胎，其特征在于，所述轮辋保护部分具有基本上为梯形的截面形状。
18.如权利要求17所述的泄气保用轮胎，其特征在于，所述轮辋保护部分的顶面形成一平面。
19.如权利要求18所述的泄气保用轮胎，其特征在于，所述轮辋保护部分的顶面在沿着轮胎宽度方向截取的横截面中的长度为上述底部长度的0.14至0.90倍。
20.如权利要求14、15或16所述的泄气保用轮胎，其特征在于，所述轮辋保护部分具有大体上为三角形的截面形状。
21.如权利要求1-20中任一项所述的泄气保用轮胎，其特征在于，在轮胎的外表面和轮辋保护部分的外圆周表面之间的边界部分形成一平滑的曲线。
22.如权利要求1-21中任一项所述的泄气保用轮胎，其特征在于，所述增强橡胶具有不小于4MPa的100％模量。
23.如权利要求1-22中任一项所述的泄气保用轮胎，其特征在于，构成胎体的多层帘布层中的至少一层包括选自由6-尼龙、66-尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、人造丝、聚萘二甲酸乙二醇酯和芳族聚酰胺组成的组中的有机纤维帘线。
全文摘要
一种泄气保用轮胎，它能够有效地改善泄气保用耐久性而不会牺牲在正常内压下进行常规行驶期间的驾乘舒适性，根据第一方面的泄气保用轮胎其特征在于将由至少一层涂覆有橡胶的帘线层构成的带束层(8)安装在胎体(7)的胎冠部分和胎面部分(5)之间，所述胎体由至少一层呈环形地延伸的胎圈部分(3)、胎侧部分(4)和胎面部分(5)构成；增强橡胶(11)，它具有基本上为月牙形形状并且被安装在胎侧部分(4)的至少内表面侧处；以及环形的轮辋保护部分(13)，它朝着轮胎的横向外侧伸出并且被布置在轮胎的紧位于轮缘(Rf)上方的外表面位置处，其特征在于，轮辋保护部分(13)由硬质橡胶形成，并且该硬质橡胶的100％模量大于等于3.0MPa，并且在构成胎侧部分(4)的外表皮橡胶(14)的100％模量的两至五倍的范围内。
文档编号B60C15/02GK1774349SQ20048001000
公开日2006年5月17日 申请日期2004年3月12日 优先权日2003年3月14日
发明者前原大祐, 随行裕吾, 饭田广之 申请人:株式会社普利司通