充气轮胎的制作方法

本发明涉及一种充气轮胎。

背景技术：

在专利文献1、2中公开了一种在轮胎侧部形成有用于风冷的多个突起的跑气保用轮胎(runflattire)。这些突起的目的在于实现轮胎侧部表面的空气流伴随着轮胎的旋转的紊流化。通过紊流化，轮胎侧部表面附近的空气流的速度梯度增大，从而散热性提高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第wo2007/032405号

专利文献2：国际公开第wo2008/114668号

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

在专利文献1、2中，并没有揭示除了轮胎侧部表面附近的空气流的紊流化以外的其它提高散热性的方法。

本发明的课题在于，通过有效地促进基于风冷的散热，来提高充气轮胎的耐久性。

(二)技术方案

本发明的发明人对于轮胎侧部表面附近的空气流的速度梯度的最大化进行了各种研究。并得知，在将物体(例如平板)配置于流体流中的情况下，由于流体的粘性，在物体表面附近，流体的速度急剧降低。在流体的速度发生突变的区域(边界层)的外侧，形成流体的速度不受粘性影响的区域。边界层的厚度从物体的前缘朝向下游侧而增大。物体的前缘附近的边界层为层流(层流边界层)，但是，朝向下游侧、经过过渡区域后变为紊流(紊流边界层)。本发明人着眼于在层流边界层中因流体的速度梯度大因此从物体向流体的散热效率高，完成了本发明。也就是，本发明人构思了将层流边界层中的高散热性应用于充气轮胎的风冷的方案。本发明基于这种新的构思。

本发明提供一种充气轮胎，其具备在轮胎侧部的表面所设置的突起，从所述轮胎侧部的所述表面到突起的顶面的距离即所述突起的厚度比所述顶面的轮胎周向的尺寸即所述突起的宽度小，所述突起的所述宽度为10mm以上。

突起呈厚度比宽度小的形状，在充气轮胎旋转时，突起的顶面附近的空气流为层流。层流(层流边界)的空气流的速度梯度大，因此有效地促进突起的顶面的基于风冷的散热。另外，突起的宽度设定为10mm以上，因此可充分确保因层流形成而使突起散热的散热面积。

(三)有益效果

根据本发明的充气轮胎，在旋转时，在轮胎侧部的表面所形成的突起的顶面的空气流为层流，因此，有效地促进基于风冷的散热，耐久性提高。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的充气轮胎的子午线剖视图。

图2是本发明第一实施方式的充气轮胎的局部侧视图。

图3是图2的局部放大图。

图4是突起的示意性的立体图。

图5是突起的端面图。

图6是用于对顶端角度进行说明的突起的局部端面图。

图7是用于对空气流的路径进行说明的突起的俯视图。

图8是用于对空气流的路径进行说明的突起的端面图。

图9是用于对突起及突起之间的空气流的路径进行说明的示意图。

图10是用于对边界层进行说明的突起的端面图。

图11是用于对边界层进行说明的突起的端面图。

图12是具备突起的充气轮胎的局部侧视图，该突起具有与第一实施方式不同的前边部的倾斜角度。

图13是图12的局部放大图。

图14a是表示俯视视角下的突起形状的替代方案的图。

图14b是表示俯视视角下的突起形状的替代方案的图。

图14c是表示俯视视角下的突起形状的替代方案的图。

图15a是表示突起配置的替代方案的图。

图15b是表示突起配置的替代方案的图。

图15c是表示突起配置的替代方案的图。

图15d是表示突起配置的替代方案的图。

图16a是表示端面视角下的突起形状的替代方案的图。

图16b是表示端面视角下的突起形状的替代方案的图。

图16c是表示端面视角下的突起形状的替代方案的图。

图17a是表示端面视角下的突起形状的替代方案的图。

图17b是表示端面视角下的突起形状的替代方案的图。

图17c是表示端面视角下的突起形状的替代方案的图。

图17d是表示端面视角下的突起形状的替代方案的图。

图18a是表示端面视角下的突起形状的替代方案的图。

图18b是表示端面视角下的突起形状的替代方案的图。

图19是本发明的第二实施方式的突起的平面图。

图20是图19的xx－xx线的剖视图。

图21a是表示替代方案的剖面形状的与图20相同的图。

图21b是表示替代方案的剖面形状的与图20相同的图。

图22是设有纵狭缝的突起的立体图。

图23是设有横狭缝的突起的立体图。

附图标记说明

1：轮胎；2：胎面部；3：轮胎侧部；4：胎圈部；5：胎体；6：气密层(innerliner)；7：加强橡胶；8：带束层；11：突起；12：顶面；13：前侧面；14：后侧面；15：内端面；16：外端面；17：前边部；18：后边部；19：内边部；20：外边部；23、23a、23b：凹陷；24a、24b、25a、26a～26c、27a～27d：平坦面；25b、28a、28b：曲面；31：凸条；32：槽；33：纵狭缝；34：横狭缝；rd：旋转方向；p1：轮辋的最外周位置；p2：轮胎侧部的表面的特定的点；p3：顶面的厚度最大的位置；ls：基准直线；lt、lfs：直线；lh：水平线；af0、af1、af2：空气流；va：空气流的速度；lb：层流边界层；tr：过渡区域；tb：紊流边界层；ta：紊流的区域。

具体实施方式

(第一实施方式)

图1表示本发明第一实施方式的橡胶制充气轮胎(以下称为轮胎)1。本实施方式的轮胎1是尺寸为245/40r18的跑气保用轮胎。本发明也可以应用于不同尺寸的其它的轮胎。另外，本发明也可以应用于不包含在跑气保用轮胎的范畴中的轮胎。轮胎1指定了旋转方向。图3中用箭头rd表示所指定的旋转方向。

轮胎1具备胎面部2、一对轮胎侧部3、以及一对胎圈部4。各胎圈部4设置于轮胎侧部3的轮胎径向的内侧端部(与胎面部2相反的一侧的端部)。在一对胎圈部4之间设置有胎体5。在胎体5与轮胎1的最内周面的气密层6之间配置有加强橡胶7。在胎体5与胎面部2的踏面之间设置有带束层8。换言之，在胎面部2中，在胎体5的轮胎径向外侧设置有带束层8。

参照图2及图3，在轮胎侧部3的表面，在轮胎周向上隔开间隔地设置有多个突起11。在本实施方式中，这些突起11的形状、尺寸以及姿势相同。在图1中，从轮辋(未图示)的最外周位置p1起到胎面部2的轮胎径向的最外侧的位置为止的距离(轮胎高度)用符号th表示。突起11可以在与轮辋的最外周位置p1相距轮胎高度th的0.05倍以上且0.7倍以下的范围内设置。

在本说明书中，关于从轮胎宽度方向观察到的突起11的形状，有时使用“俯视视角”或与其类似的术语，关于从后述的内端面15侧观察到的突起11的形状，有时使用“端面视角”或与其类似的术语。

参照图4及图5，在本实施方式中，突起11具备沿着轮胎侧部3的表面扩展的平坦面即顶面12。另外，突起11具备在轮胎周向上对置的一对侧面、即前侧面13和后侧面14。前侧面13位于轮胎旋转方向rd的前方侧，后侧面14位于轮胎旋转方向rd的后方侧。进一步地，突起11具有在轮胎径向上对置的一对端面、即轮胎径向内侧的内端面15和轮胎径向外侧的外端面16。如在后面详述的那样，本实施方式的前侧面13为相对于轮胎侧部3的表面及顶面12倾斜的平坦面。本实施方式的后侧面14、内端面15以及外端面16为与轮胎侧部3的表面大致垂直地延伸的平坦面。

前边部17为顶面12和前侧面13彼此相交的部分，后边部18为顶面12和后侧面14彼此相交的部分。内边部19为顶面12和内端面15彼此相交的部分，外边部20为顶面12和外端面16彼此相交的部分。前边部17、后边部18、内边部19以及外边部20可以如本实施方式这样为尖锐的或明显的边缘，但是，也可以具有在端面视角下以一定程度弯曲的形状。在本实施方式中，前边部17、后边部18、内边部19以及外边部20的俯视视角下的形状均为直线状。但是，这些俯视视角下的形状也可以为包含圆弧及椭圆弧在内的曲线状，也可以为由多个直线构成的折线，也可以为直线与曲线的组合。

参照图3，前边部17在俯视视角下相对于通过前边部17的、在轮胎径向上延伸的直线倾斜。换言之，前边部17相对于轮胎径向倾斜。前边部17相对于轮胎径向的倾斜角度a1定义为：由通过前边部17的在轮胎旋转方向rd上的最前方侧的位置且在轮胎径向上延伸的基准直线ls与前边部17延伸的方向(在本实施方式中为作为直线的前边部17本身)所成的角度(俯视视角下以顺时针为正)。

本实施方式的前边部17在俯视视角下向右上延伸。如图12及图13所示，突起11也可以为前边部17在俯视视角下向右下延伸的形状。本实施方式的后边部18在俯视视角下与前边部17大致平行地延伸。另外，本实施方式的内边部19和外边部20在俯视视角下相互平行地延伸。

参照图3，符号r表示轮胎半径，符号rp表示突起11的轮胎径向的任意位置相距轮胎旋转中心的距离。另外，图3的符号rpc表示突起11的中心pc(例如，俯视视角下的顶面12的图心)相距轮胎旋转中心的距离。而且，图3的符号hrp表示轮胎径向的任意位置上的突起11的轮胎周向的尺寸、即突起11的宽度。另外，图3的符号hrpc表示突起的中心pc上的突起11的宽度。

同时参照图5，在本实施方式中，突起11的轮胎径向的任意位置上的突起11的厚度trp一定。也就是，突起11的厚度trp在突起11的轮胎径向上是一致的。另外，在本实施方式中，突起11的厚度trp从前侧面13(前边部17)起到后侧面14(后边部18)为止是一定的。也就是，突起11的厚度trp在突起11的轮胎周向上也是一致的。

参照图5及图6，在端面视角下，在前边部17，突起11的顶面12和前侧面13形成了某个角度(顶端角度a2)。本实施方式的前侧面13具有：形成顶面12与前侧面13朝向前边部17而间隔变狭小的锥状的这样的倾斜。换言之，前侧面13的倾斜设定为：在端面视角下，前侧面13的下端位于比前边部17更靠轮胎旋转方向rd的后方侧。由于前侧面13具有这样的倾斜，因此本实施方式的突起11的顶端角度a2为锐角(45°)。顶端角度a2的具体的定义后面进行记述。

参照图7～图9，在装配有轮胎1的车辆行驶时，如通过箭头af0概念性所示，在轮胎侧部3的表面附近产生从前边部17侧向突起11流入的空气流。参照图7，轮胎侧部3的表面的特定位置p2上的空气流af0具有与相对于通过位置p2的在轮胎径向上延伸的直线而引出的垂线(水平线lh)所形成的角度(流入角度af1)。根据本发明人进行的解析，在轮胎尺寸为245/40r18、突起11的中心pc相距轮胎旋转中心的距离rpc为550mm且车辆的行驶速度为80km/h的条件下，流入角度afl为12°。另外，当行驶速度在40～120km/h的范围进行变化时，则流入角度afl存在±1°程度的变化。在实际使用时，除了行驶速度，还存在包括迎面风、车辆的构造等在内的各种因素的影响，因此，上述的条件下的流入角度afl视为12±10°程度。

接下来，参照图7～图9，空气流af0从前边部17向突起11流入，且在该流入时分成两个空气流。如在图7中最清楚地示出的那样，一个空气流af1从前侧面13越上顶面12而从前边部17朝向后边部18沿着顶面12流动(主要的空气流)。另一个空气流af2沿着前侧面13向轮胎径向外侧流动(次要的空气流)。如图12及图13所示，在前边部17在俯视视角下向右下的情况下，空气流af2沿着前侧面13向轮胎径向内侧流动。

同时参照图10，沿着突起11的顶面12流动的空气流af1为层流。也就是，在突起11的顶面12附近形成层流边界层lb。在图10中，符号va概念性地示出了空气流af0、空气流af1在轮胎侧部3的表面附近和在突起11的顶面12附近的速度梯度。作为层流的空气流af1的速度梯度大，因此可高效率地从突起11的顶面12向空气流af1进行散热。换言之，由于突起11的顶面12的空气流af1为层流，因此可有效促进基于风冷的散热。通过有效地进行风冷，使轮胎1的耐久性提高。

在图9中，如箭头af3所示，通过顶面12并从后边部18向下游侧流动的空气流从顶面12朝向轮胎侧部3的表面落下。空气流af3碰撞轮胎侧部3的表面。其结果，在相邻的突起11、11之间，轮胎侧部3的表面附近的区域ta的空气流成为紊流。在该区域ta，由于利用空气流的紊流化使速度梯度增大，从而可促进从轮胎侧部3的表面进行的散热。

如上所述，在本实施方式的轮胎1中，通过突起11的顶面12的空气流af1的层流化和突起11、11之间的空气流af3的紊流化这两者提高轮胎1的散热性。

如在后面详述的那样，相距轮胎旋转中心的距离为rp的位置上的突起11的宽度hrp(参照图3)优选设定为使得直至突起11的顶面12的后边部18均为层流边界层lb。但是，如图11概念性地表示的那样，突起11的宽度hrp也允许设置成：使得在突起11的顶面12的后边部18侧，速度边界层成为过渡区域tr、紊流边界层tb那样的比较长的尺寸。这种情况下，也能够在突起11的顶面12上的形成层流边界层lb的区域中，通过较大的速度梯度而得到提高散热性的优点。

为了使前述的在空气流af0向突起11流入时将其分割为空气流af1、af2，优选突起11的厚度trp、尤其是前边部17的部分的厚度trp比突起11的宽度hp(在宽度hp非一定时为最小宽度)小。

如上所述，向突起11流入的空气流af0具有流入角度afl。为了将空气流af0分割为空气流af1、af2，需要以避免空气流af0相对于前边部17的进入角度成为90°的方式，来对俯视视角下的突起11的前边部17的倾斜角度a1进行设定。换言之，需要在俯视视角下使突起11的前边部17相对于空气流af0倾斜。

参照图3，如本实施方式所示，在前边部17在俯视视角下为向右上的情况下，前边部17更优选设定为与流入前边部17的空气流af0以45°交叉。该情况下，如上所述，空气流af0的流入角度afl被视为12±10°程度，因此，前边部17的倾斜角度a1优选设定于由以下的式(1)规定的范围内。

(数学式1)

23°≤a1≤43°(1)

参照图13，在前边部17向右下的情况下，前边部17的倾斜角度a1优选设定为与流入前边部17的空气流af0以45°交叉，优选设定于由以下的式(2)规定的范围内。

(数学式2)

113°≤a1≤133°(2)

总之，前边部17的倾斜角度优选设定为满足式(1)或(2)。

参照图5及图6，为了在空气流af0向突起11流入时将其分割为空气流af1、af2，需要突起11的顶端角度a2不设定得过大。具体而言，顶端角度a2优选设定为100°以下。更优选地，顶端角度a2设定为锐角，也就是不足90°。顶端角度a2过小会导致前边部17附近的突起11的强度降低，故不优选。因此，顶端角度a2尤其优选设定在45°以上且65°以下的范围。

参照图3，若轮胎径向的任意位置上的突起11的宽度hrp过于狭小，则利用顶面12附近的层流边界层lb从突起11进行散热的散热面积不足，不能充分得到基于层流的散热促进效果。因此，突起11的宽度hrp优选设定为10mm以上。

接下来，参照图3，轮胎径向的任意位置上的突起11的宽度hrp优选设定为满足以下的式(3)。以下的说明中的数式均使用si单位制。

(数学式3)

r：轮胎半径r；

rp：突起上的任意位置相距轮胎旋转中心的距离；

hrp：相距轮胎旋转中心的距离为rp的位置上的突起的宽度。

若宽度hrp过小，则不能充分确保使速度梯度增大的区域，不能得到充分的冷却效果。式(3)中的下限值10与用于确保基于层流的散热促进效果的所需最小限的散热面积相对应。

若宽度hrp过大，则会导致在突起11上速度边界层过度成长，速度梯度变小而散热性变差。式(3)中的上限值50是根据该观点而规定的。以下，说明将上限值设定为50的理由。

已知平板上的速度边界层的发展、即从层流边界层lb向紊流边界层tb的过渡由以下的式(4)表示。

(数学式4)

x：相距产生从层流边界层向紊流边界层的过渡的平板顶端的距离；

u：流入速度；

v：流体的动粘度系数。

若考虑主流的紊乱的影响、由于边界层在过渡区域附近以一定程度成长而使速度梯度降低的情况，则认为，为了得到充分的冷却效果所需的突起11的宽度hrp的最大值hrp_max为式(4)的距离x的1/2程度。因此，突起11的最大宽度hrp_max由以下的式(5)表示。

(数学式5)

流体向突起11的流入速度u表示为突起11的轮胎径向的任意位置相距轮胎旋转中心的距离rp与轮胎角速度的积(u＝rpω)。另外，车辆速度v表示为轮胎半径r与轮胎角速度的积(v＝rω)。因此，以下的式(6)的关系成立。

(数学式6)

对于空气的动粘度系数v，以下的式(7)成立。

(数学式7)

将式(6)、(7)代入式(5)，从而得到以下的式(8)。

(数学式8)

若假定车辆速度v为80km/h，则按照式(8)，hrp_max如以下所示。

(数学式9)

若考虑轮胎1的发热更加显著的高速行驶时、具体而言是车辆速度v达到160km/h时，则按照式(8)，hrp_max如以下所示。

(数学式10)

这样，为了即使在高速行驶时(车辆速度v为160km/h以下)，仍可在突起11的顶面12的宽度方向整体形成层流边界层lb，式(3)的上限值为50。

图12～图15d表示突起11在俯视视角下的形状的各种替代方案。

图12及图13的突起11具有如上所述地在俯视视角下向右下延伸的前边部17。

图14a的突起11的后边部18在俯视视角下具有由倾斜角度不同的两条直线构成的形状。

图14b、14c的突起11在俯视视角下具有前边部17向右上延伸而后边部18向右下延伸的形状。尤其是，图14c的突起11在俯视视角下具有等腰梯形的形状。

在图15a中，在轮胎侧部3的表面交替地配置有宽度hrp不同的两种突起11。

在图15b、图15c中，在轮胎侧部3的表面交替地配置有前边部17的倾斜角度a1不同的两种突起11。在图15b中，两种突起11均具有向右上的前边部17。在图15c中，两种突起11中的一个具有向右上的前边部17，另一个突起11具有向右下的前边部17。

在图15d中，在轮胎侧部3的表面交替地配置有轮胎径向的位置不同的两种突起11。

图16a～图16c表示突起11的顶面12的在端面视角下的形状的各种替代方案。图16a的突起11在端面视角下具有翼形剖面形状的顶面12。图16b的突起11在端面视角下具有圆弧状的顶面12。图16c的突起11在端面视角下具有既非翼形剖面形状也非圆弧状的曲线状的顶面12。

17a～图18b表示与突起11的前侧面13在端面视角下的形状相关的各种替代方案。

图17a～图17d所示的突起11的前侧面13在端面视角下构成一个凹陷23。

图17a的突起11的前侧面13由两个平坦面24a、24b构成。在端面视角下，平坦面24a向右下，平坦面24b向右上。由这些平坦面24a、24b在端面视角下形成三角形的凹陷23。

图17b的突起11的前侧面13由具有半圆状的剖面形状的曲面构成。由该曲面，在端面视角下形成半圆状的凹陷23。

图17c的突起11的前侧面13在端面视角下由向右下的平坦面25a和具有圆弧状的剖面形状的曲面25b构成。平坦面25a位于突起11的顶面12侧，曲面25b位于轮胎侧部3的表面侧。由平坦面25a和曲面25b形成凹陷23。

图17d的突起11的前侧面13由三个平坦面26a、26b、26c构成。在端面视角下，突起11的顶面12侧的平坦面26a向右下，轮胎侧部3的表面侧的平坦面26c向右上，中央的平坦面26b在轮胎径向上延伸。由这些平坦面26a～26c形成多边形的凹陷23。

图18a及图18b所示的突起11的前侧面13在端面视角下构成在轮胎径向上相邻地配置的两个凹陷23a、23b。

图18a的突起11的前侧面13由四个平坦面27a～27d构成。在端面视角下，突起11的顶面12侧的平坦面27a向右下，朝向轮胎侧部3的表面，依次配置有向右上的平坦面27b、向右下的平坦面27c以及向右上的平坦面27d。由平坦面27a、27b在突起11的顶面12侧形成具有三角形的剖面形状的一个凹陷23a，在该凹陷23a的轮胎侧部3的表面侧相邻地，由平坦面27c、27d形成有同样地具有三角形的剖面形状的一个凹陷23b。

图18b的突起11的前侧面13由具有半圆状的剖面形状的两个曲面28a、28b构成。由突起11的顶面12侧的曲面28a形成具有半圆状的剖面形状的一个凹陷23a，在该凹陷23a的轮胎侧部3的表面侧相邻地，由曲面28b形成有同样地具有半圆状的剖面形状的一个凹陷23b。

突起11的前侧面13在端面视角下也可以构成在轮胎径向相邻地配置的三个以上的凹陷。

通过适当地设定图17a～图18b所示的前侧面13的凹陷的形状、尺寸、个数，能够调节沿着突起11的顶面12流动的空气流af1与沿着突起11的前侧面13流动的空气流af2的流量比率。

也可以组合图16a～图16c的顶面12的形状中的任一个和图17a～图18b的前侧面13的形状的任一个来构成一个突起11。

参照图5、图16a～图18b，在前边部17，突起11的顶面12与前侧面13所成的角度、即突起11的顶端角度a2定义为，在端面视角下，与顶面12对应的直线lt和与前侧面13的前边部17附近的部分对应的直线lfs所成的角度。

直线lt定义为通过顶面12上的厚度trp最大的部分且沿着轮胎侧部3的表面延伸的直线。参照图5、图17a～图18b，在顶面12是沿着轮胎侧部3的表面延伸的平坦面的情况下，在端面视角下，将顶面12本身延长而得到的直线即为直线lt。参照图16a～图16c，在顶面12是曲面的情况下，在端面视角下通过顶面12上的厚度trp最大的位置p3且沿着轮胎侧部3的表面延伸的直线为直线lt。

参照图5、图16a～图16c，在前侧面13由一个平坦面构成的情况下，在端面视角下，将前侧面13本身延长而得到的直线为直线lfs。参照图17a～图17d，在前侧面13由一个凹陷23构成的情况下，在端面视角下，连接前边部17和凹陷23的最凹下的位置的直线为直线lfs。参照图18a及图18b，在构成多个(这些例中为两个)凹陷23a、23b的情况下，在端面视角下，连接前边部17和位于最靠近顶面12侧的凹陷23a的最凹下的位置的直线为直线lfs。

(第二实施方式)

图19及图20表示本发明的第二实施方式。在本实施方式的轮胎除了突起11本身的形状不同这点之外，其他与第一实施方式相同。

本实施方式的突起11的顶面12具备沿轮胎周向延伸且具有呈三角形状的剖面形状的多个直线状的凸条31、和在相邻的两个凸条31、31间形成的具有呈倒三角形状的剖面形状的沿轮胎周向延伸的多个直线状的槽32。换言之，在突起11的顶面12上，凸条31和槽32在轮胎径向上交替地重复进行配置。与顶面12为平坦面的情况相比，通过设置这些凸条31和槽32，能够使顶面12的面积、也就是由层流带来的散热面积变大。其结果，进一步提高突起11的散热性。

也可以如图21a所示地，凸条31具有半圆状的剖面形状，槽32具有与凸条31互补的剖面形状。另外，也可以如图21b所示地，凸条31和槽32的剖面形状为四边形。

(其它实施方式)

参照图22，只要不显著地阻碍顶面12上的层流的形成，也可以由在轮胎径向上延伸的一条纵狭缝33，将一个突起11分割为在轮胎周向上排列的两个彼此独立的部分。也可以由两条以上的纵狭缝33将一个突起11分割为三个以上的彼此独立的部分。

参照图23，只要不显著地阻碍顶面12上的层流的形成，也可以由在轮胎周向上延伸的一条横狭缝34将一个突起11分割为在轮胎径向上排列的两个彼此独立的部分。也可以由两条以上的横狭缝34将一个突起11分割为三个以上的彼此独立的部分。

也可以通过设置一条以上的纵狭缝33和一条以上的横狭缝34，从而将一个突起11分割为四个以上的多个部分。

如图22及图23所示，纵狭缝33及横狭缝34的深度可以设定为这些狭缝33、34从顶面12达到轮胎侧部3的表面，也可以设定为这些狭缝33、34不达到轮胎侧部3的表面。