充气轮胎的制作方法
【专利摘要】本充气轮胎通过胎面部、一对胎侧部和一对胎圈部接合而成，并设置有由在埋设于胎圈部内的一对胎圈芯之间环状延伸的帘布层主体部(6a)和从帘布层主体部(6a)延伸且绕着各胎圈芯从轮胎宽度方向内侧向外侧卷绕的卷绕部(6b)构成的至少一个帘布层的胎体，该充气轮胎进一步包括在从轮辋分离点(F)到胎侧部的轮胎最大宽度位置(P1)的轮胎外表面中向轮胎宽度方向内侧凹陷的凹部(7)，在未组装到轮辋上的非轮辋组装状态下的轮胎宽度方向的截面中，从限定了凹部(7)的轮胎外表面的轮胎径向最内侧点(7a)到沿着轮胎外表面的周面向轮胎径向外侧离开8mm周面长度的点的范围被限定为轮胎径向最内侧区域，当通过利用最小二乘法使得构成轮胎径向最内侧区域的曲线与圆弧近似的情况下从圆弧的曲率中心(C)向帘布层主体部(6a)的向轮胎宽度方向外侧凸起的部分所引的法线(m)与帘布层主体部的交点为(A)，并且以通过曲率中心(C)且与轮胎转动轴线平行的基准线(n)与帘布层主体部(6a)的交点为(B)的状态下，作为连接两点(A、B)的直线(q)与基准线(n)形成的交点(A)的仰角(α)为40°至60°，且圆弧的曲率半径为5mm至80mm。
【专利说明】充气轮胎
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种充气轮胎，其通过将胎圈部附近的胎侧胶的一部分挖空而设置有 凹部使得重量减轻。
【背景技术】
[0002] 近年来，出于环境的考虑以及从经济性的观点出发，要求改善汽车的燃料效率。在 该背景下，期望降低轮胎的滚动阻力。因此，减轻轮胎的结构组成部件和各构件的重量。
[0003] 特别地，减轻轮胎重量的一个有效方式是减少橡胶的使用量。例如，已经提出降低 胎圈填胶的高度或者使胎圈填胶变薄。然而当通过使用较少胎圈填胶来减少胎圈部中的橡 胶使用量时，胎圈部的刚性急剧劣化，使得难以确保操纵稳定性。
[0004] 另一方面，关于使用大量橡胶所在的胎圈部附近的胎侧胶，专利文献1提出了在 轮胎的外侧面（lateral surface)上挖出凹部以便通过凹部的体积来减少橡胶量并减轻轮 胎重量。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献 1 :W0 2009/051260
【发明内容】
[0008] 发明要解决的问题
[0009] 然而，在该结构中，凹部附近的刚性劣化，使得必须确保操纵稳定性。关于这一点， 专利文献1中公开的技术试图通过在胎体外侧进一步设置一个以上帘线加强层来确保侧 刚性（side rigidity)以维持良好的操纵稳定性。然而该途径会减弱使轮胎的重量减轻的 期望的效果。
[0010] 于是，在通过在胎圈部附近的胎侧胶中设置凹部来减轻轮胎重量的状态下，重要 的是同时维持高水平的操纵稳定性。
[0011] 因此，本发明的目的是提供一种使减轻重量与操纵稳定性和耐久性兼容的充气轮 胎。
[0012] 用于解决问题的方案
[0013] 在研究在胎圈部附近的胎侧胶中设置有凹部的充气轮胎中的操纵稳定性被损害 的原因时，发明人发现主要原因是轮胎的侧刚性劣化，致使当横向力被施加至轮胎时更加 容易发生以凹部为起点的胎侧部的倒塌变形。
[0014] 关于在胎圈部附近的胎侧胶中设置有凹部的充气轮胎中确保高水平的操纵稳定 性的方法，发明人接着发现，从抑制胎侧部的上述倒塌变形的观点出发，通过根据限定了凹 部的轮廓的圆的曲率来设定胎体线能够确保轮胎的侧刚性。换言之，发明人通过如下发现 完成了本发明：通过根据凹部的曲率来设定胎体线，当轮胎充填有空气时在从胎圈部到胎 侧部的区域中轮胎内的空气向宽度方向外侧推动轮胎内表面所使用的合力增大，并且从胎 圈部到胎侧部的刚性升高，由此抑制了胎侧部的倒塌。
[0015] 换言之，本发明的概要如下。
[0016] -种充气轮胎，其由胎面部、一对胎侧部和一对胎圈部相连而成，该充气轮胎包 括：胎体，其包括由帘布层主体部和卷绕部形成的至少一个帘布层，帘布层主体部在分别埋 设于胎圈部内的一对胎圈芯之间环状地延伸，卷绕部从该帘布层主体部开始延伸并且绕着 各胎圈芯从轮胎宽度方向内侧向外侧卷绕；以及凹部，其在从轮辋分离点到胎侧部的轮胎 最大宽度位置的轮胎外表面向轮胎宽度方向内侧凹陷，其中，
[0017] 在充气轮胎未组装到轮辋的非轮辋组装状态下的轮胎宽度方向截面中，当轮胎径 向最内侧区域被限定为：从限定了凹部的轮胎外表面的轮胎径向最内侧点到沿着轮胎外表 面的周面向轮胎径向外侧离开8_周面长度的点的范围时，通过利用最小二乘法使得该轮 胎径向最内侧区域所成的曲线与圆弧近似的情况下该圆弧的曲率中心C向帘布层主体部 的向轮胎宽度方向外侧凸起的部分所引的法线与该帘布层主体部的交点为交点A，并且通 过曲率中心C且与轮胎转动轴线平行的基准线与帘布层主体部的交点为交点B，在连接交 点A与交点B两点的直线与基准线形成的交点A的仰角为40°?60°，并且圆弧的曲率半 径为5_?80mm。
[0018] 发明的效果
[0019] 根据本发明，能够提供一种充气轮胎，其通过在胎圈部附近的胎侧胶中设置凹部 来充分实现减轻重量同时确保优异的操纵稳定性和耐久性。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1是根据本发明的充气轮胎的轮胎宽度方向截面图。
[0021] 图2示出了在图1中示出的根据本发明的充气轮胎的轮胎宽度方向截面图的半 部。
[0022] 图3A示出了具有由多个圆弧限定的凹部的、根据本发明的充气轮胎的轮胎宽度 方向截面图的半部。
[0023] 图3B是具有由多个圆弧限定的凹部的、根据本发明的充气轮胎的轮胎宽度方向 的示意性部分截面图。
[0024] 图4示出了当充填内压时轮胎内表面上的从轮胎内侧向轮胎宽度方向外侧的空 气的合力，其中（a)示出了根据本发明的充气轮胎，（b)示出了传统的充气轮胎。
[0025] 图5是根据本发明的充气轮胎的轮胎宽度方向截面图。
【具体实施方式】
[0026] 参照附图，下面详细说明根据本发明的充气轮胎。图1是根据本发明的充气轮胎 的轮胎宽度方向截面图。图2示出了在图1中示出的根据本发明的充气轮胎的轮胎宽度方 向截面图的半部。图3A示出了具有由多个圆弧限定的凹部的、根据本发明的充气轮胎的轮 胎宽度方向截面图的半部。图3B是具有由多个圆弧限定的凹部的、根据本发明的充气轮胎 的轮胎宽度方向的示意性部分截面图。图4示出了当充填内压时轮胎内表面上的从轮胎内 侧向轮胎宽度方向外侧的空气的合力，其中（a)示出了根据本发明的充气轮胎，（b)示出了 传统的充气轮胎。图5是根据本发明的充气轮胎的轮胎宽度方向截面图。
[0027] 图1是处于轮胎未组装到轮辋上的非组装状态的根据本发明的充气轮胎1 (以下 称作"轮胎"）的轮胎宽度方向截面图。
[0028] 轮胎1设置有胎面部2、一对胎侧部3、3和一对胎圈部4、4。轮胎1还设置有胎体 6,胎体6包括由帘布层主体部6a和卷绕部6b形成的至少一个帘布层，帘布层主体部6a在 分别埋设在胎圈部4、4内的一对胎圈芯5、5之间环状地延伸，并且卷绕部6b从帘布层主体 部6a开始延伸并且从轮胎宽度方向内侧向外侧围绕胎圈芯5、5卷绕。
[0029] 轮胎1还包括在胎侧部3上的从轮辋分离点F到轮胎最大宽度位置匕的轮胎径 向区域内的凹部7。当轮胎1被组装到适用轮辋上、充填根据轮胎尺寸规定的标准最大内 压并且无负载时，那么轮辋分离点F是指轮胎的外侧面从与轮辋凸缘接触的状态分离所在 的点。适用轮辋是指由轮胎生产地或使用地使用的有效的工业标准根据轮胎尺寸规定的轮 辋，标准诸如是日本的"JATMA (日本机动车轮胎制造者协会）年鉴"、欧洲的"ETRT0 (欧洲 轮胎和轮辋技术组织）标准手册"和美国的"TRA(轮胎轮辋协会）年鉴"等。胎侧部3的 轮胎最大宽度位置匕是指胎侧部3的轮胎宽度方向的最外侧端。以全部被包含在轮辋分 离点F与轮胎最大宽度位置匕之间的轮胎径向区域中的轮胎外表面上的方式设置凹部7， 并且通过挖空轮胎1以创建向轮胎宽度方向内侧的凹陷来形成凹部7。换言之，凹部由至少 一个圆弧形成，圆弧的中心在胎侧部的外表面的宽度方向外侧并且从中心观察时该圆弧向 宽度方向内侧凸出。
[0030] 凹部7的形状具有比构成胎侧部3的胎侧胶靠轮胎宽度方向外侧的中心C且由单 一圆的圆弧或多个圆的圆弧的组合限定。
[0031] 图2示出了在图1中示出的轮胎1的半部。在该示例中，凹部7的形状由形成具 有中心q和50mm的曲率半径的圆札的圆弧限定。
[0032] 另一方面，在图3A中的示例中，通过形成如下两个圆弧来限定凹部7的形状：具有 中心C 2和30mm的曲率半径r2的圆R2的圆弧，和具有中心C3和400mm的曲率半径r 3的圆 R3的圆弧。
[0033] 在图3B中示出的示例中，具有中心C2的圆R2在具有中心C 3的圆R3中内切，并且 凹部7的形状如此由多个圆的圆弧的组合限定。
[0034] 注意，在图2和图3A中，轮辋分离点F与分别由圆札和圆R2限定的凹部7分离， 艮P，在轮辋分离点F与圆Ri或圆R 2之间也存在外表面（S卩，在轮辋分离点F与下面说明的 凹部7的轮胎径向最内侧端7a之间存在外表面），并且外表面被描绘成朝向轮胎内侧弯曲。 在本发明中，该外表面未包含在凹部7内。
[0035] 在上下文中，凹部的轮胎径向最内侧区域被限定为从凹部7的轮胎径向最内侧点 7a到沿着凹部7的周面向轮胎径向外侧离开8_周面长度的点的范围。当通过利用最小二 乘法使得用于限定凹部7的轮胎径向最内侧区域的曲线与圆弧近似时，根据本发明的轮胎 中重要的是圆弧的曲率半径r为5mm至80mm。
[0036] 原因在于，如果曲率半径r小于5mm，那么曲率太大，并且归因于轮胎的挠曲而产 生的压缩应力容易变得集中，这可能导致表面上的橡胶起皱或龟裂。相反，如果曲率半径超 过80_，那么曲率小，使得难以在从轮辋分离点F到轮胎最大宽度位置Pi的区域中挖空足 够的胎侧胶。
[0037] 通过在从轮辋分离点F到轮胎最大宽度位置Pi的胎侧胶区域中如此地设置凹部 7,能够省略等于凹部7的体积的橡胶材料量，由此使轮胎的重量减轻并且结果是使轮胎的 滚动阻力降低。
[0038] 在本发明中，除了上述结构之外，重要的是：连接交点A与交点B的直线q与通过 圆弧的曲率中心C且与轮胎转动轴线平行的基准线η之间形成的交点A的仰角（angle of elevation) α为40°至60°，其中，通过利用最小二乘法使得用于限定凹部7的轮胎径向 最内侧区域的曲线与圆弧近似，交点Α是帘布层主体部6a与从圆弧的曲率中心C向帘布层 主体部6a的向轮胎宽度方向外侧凸起的部分所引的法线m的交点，并且交点B是帘布层主 体部6a与基准线η的交点。
[0039] 这里，曲率中心C在图2中示出的示例中是圆札的中心Q，并且在图3Α中示出的 示例中是圆r 2的中心c2。
[0040] 如上所述，当在从轮辋分离点F到轮胎最大宽度位置Pi的胎侧胶中设置了凹部7 时，能够减轻轮胎的重量。另一方面，轮胎的侧刚性劣化，引起操纵稳定性的劣化。换言之， 通过形成凹部7,从胎圈部到胎侧部的刚性劣化，使得特别是当施加横向力时轮胎形状容易 变化。结果，在轮胎宽度方向上失去平衡，导致操纵稳定性的劣化。
[0041] 因此，在胎圈部附近的胎侧胶内具有凹部的充气轮胎中，本发明通过将从曲率中 心C测量的在基准线η与连接交点A和交点B的直线q之间形成的交点A的仰角α设定 为40°到60°，改善了轮胎的侧刚性并且获得了良好的操纵稳定性。如图4的（a)所示， 从胎圈部4延伸至胎侧部3的胎体的帘布层主体部6a与图4的（b)中示出的传统充气轮 胎11的胎体的帘布层主体部16a相比，距离轮胎转动轴线的上升角度更大并且从胎圈部到 胎侧部的胎体线的曲率更小。换言之，当轮胎1充填有空气时，从胎圈部到胎侧部的区域中 的在内压中的向轮胎宽度方向外侧的成分的比例变得比传统轮胎中的大，并且由于轮胎内 空气的向轮胎宽度方向外侧推动轮胎内表面的合力增大，因此轮胎的侧刚性增大。结果，即 使当胎侧胶中设置有凹部7时，也能够抑制轮胎1中胎侧部3的倒塌变形，整体上使得确保 了良好的操纵稳定性。
[0042] 在设定仰角α时，重要的是将上述曲率中心C用作基准。原因在于，当为了减轻 重量而在胎圈部中设置凹部时，胎侧部以使得包括了交点Α的胎圈部以交点Β为中心朝向 曲率中心C变形的方式倒塌。
[0043] 如此地将基准线η与连接交点A和交点B的直线q之间形成的交点A的仰角α 设定为40°到60°的原因在于，胎侧部3上的从轮辋分离点F到轮胎最大宽度位置Pi的 区域中的轮胎内表面的曲率减小，并且从轮胎内侧向宽度方向外侧推动该区域的合力充分 地增大，使得侧刚性增大。相反，如果仰角α超过60°，则归因于胎圈部中的发热而使得 耐久性受到影响。此外，如果仰角α超过60°，则必须使带束端下方区域附近的胎体的曲 率半径增大，以便确保能有效地抑制充填内压时胎侧部的倒塌的截面形状。然而，在该情况 中，仅胎体与带束接触的部分在轮胎中心附近，并且归因于横向力的反复输入，可能在该部 分处发生剥尚。
[0044] 在本发明中，重要的是胎体6包括被从轮胎宽度方向内侧向外侧绕着胎圈芯5、5 卷绕的卷绕部6b、6b。
[0045] 通过如此地绕着胎圈芯5卷绕胎体6,能够使由曲率中心C绘制的圆弧的开始位置 更靠近轮辋分离点F，由此极大地有助于橡胶使用的减少并且使得胎体6难以脱开。
[0046] 在直线q与基准线η之间形成的交点A的仰角α优选为50°至60°。
[0047] 原因在于，通过将仰角α设定在上述数值范围，充分地增大了从轮胎内侧向宽度 方向外侧推动胎侧部3的从轮辋分离点F到轮胎最大宽度位置匕的区域的合力，使得侧刚 性得到改善。结果，甚至能够获得更好的操纵稳定性。
[0048] 如图5所示，胎体6的轮胎宽度方向最大宽度W6优选地是一对胎踵8、8之间的胎 踵间距离W 8的115%至135%，并且胎体的轮胎宽度方向最外侧端P2优选地位于轮胎径向 区域S内，该区域S在从胎体6的轮胎径向最内侧端P 3向轮胎径向外侧离开胎体高度Η的 45%的距离的轮胎径向位置与从胎体的轮胎径向最内侧端Ρ3向轮胎径向外侧离开胎体高 度Η的60%的距离的轮胎径向位置之间。
[0049] 原因在于，如果W6超过W8的135%，则更多的胎圈部装到轮辋凸缘上，这会使胎圈 的耐久性恶化，而如果W 6小于W8的115%，则轮胎的空气容积减小，导致可能引起整个轮胎 耐久性问题的轮胎负载能力的下降。
[0050] 胎体6的轮胎宽度方向最大宽度^是帘布层主体部6a、6a的轮胎宽度方向最外侧 端P 2、P2之间的轮胎宽度方向距离。胎踵间距离W8是一对胎圈部4、4的胎踵8、8之间的轮 胎宽度方向距离并且与如上述JATMA等的标准中列出的适用轮辋的宽度对应。胎体的高度 Η是与轮胎转动轴线平行且通过轮胎径向最内侧端匕的直线和与轮胎转动轴线平行且通过 轮胎径向最外侧端Ρ4的直线之间的轮胎径向距离。
[0051] 尽管图5示出了胎体6由一个帘布层形成的示例，但是除非另有规定，否则由胎体 规定的尺寸是从胎体的帘布层主体部的帘线中心开始测量的。
[0052] 此外，尽管未示出，但是当胎体6由多个帘布层形成时，上述规定的尺寸沿着假想 的胎体中心线，该假想的胎体中心线为通过胎体的轮胎宽度方向最内侧的帘布层主体部的 帘线中心线与胎体的轮胎宽度方向最外侧的帘布层主体部的帘线中心线之间的宽度方向 中央的线。
[0053] 如上所述，通过如此地增大胎体的从胎圈部4延伸至胎侧部3的帘布层主体部6a 的与平行于轮胎转动轴线的线所成的上升角度，能够改善轮胎的侧刚性，并且能够确保良 好的操纵稳定性。
[0054] 从上面的观点出发，根据本发明的充气轮胎1的扁平率优选地为60到80。此外， 在轮胎组装到适用轮辋上并充填最大空气压力的状态下，轮胎宽度方向最外侧端P 2处的胎 体6a的轮廓优选地由具有50mm至120mm的曲率半径r4的圆弧限定。
[0055] 如图5所示，胎侧部3的厚度X优选地在轮胎径向区域S内是恒定的，该区域S在 从胎体的轮胎径向最内侧端P 3向轮胎径向外侧离开胎体高度Η的45%的距离的轮胎径向 位置与从胎体的轮胎径向最内侧端Ρ3向轮胎径向外侧离开胎体高度Η的60%的距离的轮 胎径向位置之间，并且在区域S中，胎侧部3的厚度X优选地为3. 0_至5. 0_。
[0056] 在上下文中，胎侧部的厚度X是从胎侧部3中的帘布层主体部6a的帘线中心到轮 胎外表面的最小距离。具体地，参见图5,厚度X是从胎体的帘布层主体部6a的轮胎宽度方 向最外侧端P 2向帘布层主体部6a所引的法线与轮胎外表面之间的交点、这里是轮胎最大 宽度位置Pi的距离。
[0057] 在根据本发明的轮胎中，如图4的（a)所示，内压中的向轮胎宽度方向外侧的成分 的比例比传统轮胎中的大。于是，通过将胎侧部设定为在区域S中的厚度是恒定的，能够均 匀地接收向轮胎宽度方向外侧的力。结果，能够获得良好的操纵稳定性。注意，当考虑到归 因于内压引起的力的稳定接收和归因于来自外侧的损伤或发热引起的耐久性的劣化时，胎 侧部3的在区域S中的厚度X优选地为3. Omm至5. Omm。
[0058] 凹部7的轮胎径向最内侧端7a优选地位于轮辋分离点F处的轮胎径向位置与从 轮辋分离点F向轮胎径向外侧离开10_距离的轮胎径向位置之间的轮胎径向区域内。
[0059] 通过将最内侧端7a设定在从轮辋分离点F向轮胎径向外侧离开0mm至10mm的范 围内，能够充分地减少胎圈部周围的橡胶使用量，由此允许在维持合适的轮胎刚性的状态 下减轻重量。
[0060] 实施例
[0061] 接下来，生产发明例轮胎1至发明例轮胎3,其具有275/80R22. 5的轮胎尺寸且如 图1所示在从轮辋分离点到轮胎最大宽度位置的区域内具有凹部、交点A的仰角为40°到 60°。在表1中列出了规格。
[0062] 还生产比较例轮胎1至比较例轮胎6,其具有与发明例轮胎1同样的凹部并且具有 表1中列出的规格。注意，轮胎重量减少量（kg)是相对于不具有凹部的轮胎的减少量，即 与凹部对应的橡胶重量（kg)。
[0063] [表 1]
[0064]
【权利要求】
1. 一种充气轮胎，所述充气轮胎由胎面部、一对胎侧部和一对胎圈部相连而成，所述充 气轮胎包括：胎体，所述胎体包括由帘布层主体部和卷绕部形成的至少一个帘布层，所述帘 布层主体部在分别埋设于所述胎圈部内的一对胎圈芯之间环状地延伸，所述卷绕部从该帘 布层主体部开始延伸并且绕着各胎圈芯从轮胎宽度方向内侧向外侧卷绕；以及凹部，所述 凹部在从轮辋分离点到所述胎侧部的轮胎最大宽度位置的轮胎外表面向轮胎宽度方向内 侧凹陷，其中， 在所述充气轮胎未组装到轮辋的非轮辋组装状态下的轮胎宽度方向截面中，当轮胎径 向最内侧区域被限定为：从限定了所述凹部的所述轮胎外表面的轮胎径向最内侧点到沿着 所述轮胎外表面的周面向轮胎径向外侧离开8_周面长度的点的范围时，通过利用最小二 乘法使得该轮胎径向最内侧区域所成的曲线与圆弧近似的情况下该圆弧的曲率中心C向 所述帘布层主体部的向轮胎宽度方向外侧凸起的部分所引的法线与该帘布层主体部的交 点为交点A，并且通过所述曲率中心C且与轮胎转动轴线平行的基准线与所述帘布层主体 部的交点为交点B，在连接交点A与交点B两点的直线与所述基准线形成的交点A的仰角为 40°?60°，并且 所述圆弧的曲率半径为5mm?80mm。
2. 根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，在所述非轮辋组装状态下，所述胎体 的轮胎宽度方向最大宽度为一对胎踵间距离的115%?135%，并且所述胎体的轮胎宽度 方向最外侧端位于如下轮胎径向区域内：从所述胎体的轮胎径向最内侧端向轮胎径向外侧 离开胎体高度的45 %的距离的轮胎径向位置与从所述胎体的轮胎径向最内侧端向轮胎径 向外侧离开胎体高度的60%的距离的轮胎径向位置之间的轮胎径向区域。
3. 根据权利要求1或2所述的充气轮胎，其特征在于，在所述非轮辋组装状态下，所述 凹部的轮胎径向最内侧端位于在所述轮辋分离点的轮胎径向位置与从该轮辋分离点向轮 胎径向外侧离开1〇_的距离的轮胎径向位置之间的轮胎径向区域内。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的充气轮胎，其特征在于，当所述胎侧部的厚度是 从所述胎侧部中的帘布层主体部的帘线中心到轮胎外表面的最小距离时，在所述非轮辋组 装状态下，所述胎侧部的厚度在如下轮胎径向区域是恒定的：从所述胎体的轮胎径向最内 侧端向轮胎径向外侧离开所述胎体高度的45%的距离的轮胎径向位置与从所述胎体的在 轮胎径向最内侧端向轮胎径向外侧离开所述胎体高度的60 %的距离的轮胎径向位置之间 的轮胎径向区域，在该轮胎径向区域中，所述胎侧部的所述厚度为3. 0mm?5. 0mm。
【文档编号】B60C9/08GK104066600SQ201380006303
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年1月23日 优先权日:2012年1月24日
【发明者】栗田圭一 申请人:株式会社普利司通