充气轮胎的制作方法

发明所涉及一种由树脂材料构成轮胎骨架部件的充气轮胎。

背景技術

传统的充气轮胎通过使用硫化橡胶、有机纤维及钢纤维等帘线材料来确保轮胎的基本特性。但是，硫化橡胶存在材料难以回收利用的问题。此外，使用帘线材料特别是使用胎体帘线，存在制造工序复杂和制造成本增加的问题。

因此，以下专利文献1中提出有一种无胎体轮胎，其中轮胎骨架构件由树脂材料形成。轮胎骨架构件包括一对胎圈部、从一对胎圈部延伸的一对侧部以及连接一对侧部的胎冠部。此外，在胎冠部上设有由硫化橡胶构成的胎面。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第6138695号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

然而，在上述提出的轮胎中，轮胎骨架部件由单一树脂材料形成，因此难以同时兼顾操纵稳定性和乘坐舒适性。另外，由于胎面由硫化橡胶形成，因此存在不能充分提高材料可回收性的问题。

本发明的课题在于，提供如下的充气轮胎，该充气轮胎基于胎面接地构件、胎圈部、胎侧部和胎面底层各自由拉伸弹性模量不同的树脂材料构成这一情况，实现兼顾操纵稳定性和乘坐舒适性性能的同时能够充分地提高材料可回收性。

用于解决课题的手段

本发明为一种充气轮胎，

其包含：

环状轮胎骨架部件，含有一对胎圈部、一对胎侧部和连接上述一对胎侧部的胎面底层；

胎面接地构件，配置于上述胎面底层的轮胎半径方向外侧，

上述胎面接地构件由第1树脂材料构成，

上述一对胎侧部及上述胎面底层由第2树脂材料构成、

上述一对胎圈部由第3树脂材料构成、

上述第1至第3树脂材料的各自的拉伸弹性模量E1至E3满足下式(1)

E1＜E2＜E3…(1)。

发明所涉及的充气轮胎中，优选在上述胎面接地构件与上述胎面底层之间配置有胎面补强构件。

发明所涉及的充气轮胎中，优选上述胎面补强构件含有排列了补强帘线的帘线补强层。

发明所涉及的充气轮胎中，优选上述胎面补强构件包含由与所述第1至第3树脂材料不同的第4树脂材料构成的树脂补强层。

发明所涉及的充气轮胎中，进一步满足下式(2)及(3)。

10×E1＞E2…(2)

10×E2＞E3…(3)

发明所涉及的充气轮胎中，优选上述拉伸弹性模量E1在5～20MPa的范围。

发明所涉及的充气轮胎中，优选上述拉伸弹性模量E2在10～100MPa的范围。

发明所涉及的充气轮胎中，优选上述拉伸弹性模量E3在50～500MPa的范围。

发明的效果

本发明的充气轮胎中，由第1树脂材料构成胎面接地构件，由第2树脂材料构成胎侧部及胎面底层，由第3树脂材料构成胎圈部。但是，第1至第3树脂材料的各自的拉伸弹性模量E1至E3中，具有E1＜E2＜E3的关系。

特别是，通过将第3树脂材料的拉伸弹性模量E3设为大于第1、第2树脂材料的拉伸弹性模量E1、E2，可以提高操纵稳定性及形状维持性。

另外，由于第2树脂材料的拉伸弹性模量E2小于第3树脂材料的拉伸弹性模量E3，可以提高乘坐舒适性。

另外，由于胎面接地构件采用了拉伸弹性模量最小的第1树脂材料，由此路面追随性得到提高，抓地力得到提高，并且与现有的无胎体轮胎相比材料可回收性可以得到提高。

附图说明

图1是表示本发明的充气轮胎的一个实施例的截面图。

图2是放大胎圈部表示的截面图。

图3是放大胎面补强构件表示的截面图。

图4是表示胎面补强构件的其他例子的截面图。

图5中(a)～(c)是表示充气轮胎的制造方法的示意图。

符号说明

1 充气轮胎

2 轮胎骨架部件

3 胎面接地构件

4 胎面补强构件

5 胎圈部

6 胎侧部

7 胎面底层

11 补强帘线

12 帘线补强层

15 树脂补强层

M1 第1树脂材料

M2 第2树脂材料

M3 第3树脂材料

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行详细的说明。

如图1所示，本实施方式的充气轮胎1(以下有时简称为轮胎1)包含由树脂材料制成的环状轮胎骨架部件2和由树脂材料制成的胎面接地构件3而构成。

在本例中，示出了充气轮胎1是乘用车用轮胎的情况。但是，本发明不限于此，例如，可以使用于摩托车用、轻型卡车用、重型卡车用等各种类型的轮胎。

轮胎骨架部件2包含一对胎圈部5、从一对胎圈部5向轮胎半径方向外侧延伸的一对胎侧部6、连接一对胎侧部6的胎面底层7。轮胎骨架部件2的内表面构成轮胎内腔表面。

胎圈部5是在组装轮辋时与轮辋R嵌合的部位。胎侧部6是构成轮胎1的侧部的部位，其弯曲为朝向轮胎轴向外侧凸出的圆弧状并向轮胎半径方向外侧延伸。胎面底层7是支持胎面接地构件3的部位，其连接上述胎侧部6的轮胎半径方向外端部之间。

一对胎侧部6及胎面底层7由第2树脂材料M2构成。此外，一对胎圈部5由第3树脂材料M3构成。

换言之，轮胎骨架部件2包含由第2树脂材料M2形成的第1基体8A和、由第3树脂材料M3形成的第2基体8B。然后，第1基体8A形成一对胎侧部6和胎面底层7。此外第2基体8B形成一对胎圈部5。

如图2所示，第1基体8A和第2基部8B之间的边界面K相对于轮胎轴向线倾斜，但在提高第1基体8A与第2基体8B的结合强度方面优选。特别是，轮胎骨架部件2的外表面与边界面K的交叉点Po，优选位于相比于轮胎骨架部件2的内表面与边界面K的交叉点Pi更靠近轮胎半径方向的内侧。由此第2基体8B的外表面的暴露面积减少，因此发挥了抑制伴随轮胎变形的裂纹等损伤的作用。

交叉点Po的从胎圈基线BL的轮胎半径方向的高度hb，优选为轮辋凸缘高度hf的1.0～3.0倍的范围。如果小于1.0倍，则难以充分提高操纵稳定性。相反，如果超过3.0倍，则抑制裂纹等损伤的效果降低，此外乘坐舒适性性能上导致不利。轮辋凸缘高度hf被定义为从轮辋凸缘Rf的顶部的胎圈基线BL的轮胎半径方向的高度。

在本例中，在上述第2基体8B内，为了提高与轮辋R的嵌合力，配置有圆环状的胎圈芯10。作为胎圈芯10，可以适当地采用带状胎圈结构和单线结构。在带状胎圈结构中，将对齐且相互平行的胎圈钢丝的排列体被橡胶或树脂材料包覆的带状体，从半径方向内侧向外侧呈螺旋状卷绕，由此形成胎圈芯10。在单线结构中，一根胎圈钢丝连续缠绕为螺旋状且为多列多段，由此形成胎圈芯10。作为胎圈钢丝，优选采用钢丝帘线，但也可以采用有机纤维帘线。此外，可以根据轮胎类别等排除胎圈芯10。

如图1所示，胎面接地构件3配置在胎面底层7的轮胎半径方向外侧。本例中，示出了在胎面接地构件3与胎面底层7之间进一步配置了胎面补强构件4的情况。

胎面接地构件3是相当于胎面橡胶的部位，具有用于与路面接地的接地面3S。用于提高湿地性能的胎面花纹沟9以各种图案模样形成在接地面3S上。胎面接地构件3由第1树脂材料M1构成。

胎面补强元件4拉紧胎面底层7并约束其活动。由此，谋求轮胎形状特别是接地形状的稳定化，发挥优异的行驶性能。

如图3所示，在本例中，胎面补强构件4由排列有补强帘线11的帘线补强层12形成。具体地，帘线补强层12由1张以上，例如2张补强帘布层14形成。本例的补强帘布层14形成如下片状：以相对于轮胎圆周方向例如为10～45度的角度排列的补强帘线11的排列体被橡胶或树脂材料构成的贴胶材料13包覆的片状。补强帘布层14为多张时，优选层间的补强帘线11的倾斜方向不同。作为补强帘布层14，可以为沿轮胎周方向以螺旋状卷绕的补强帘线11的排列体被贴胶材料13包覆的帘布层。

作为补强帘布层14的贴胶材料，从与胎面接地构件3及胎面底层7的粘接性的观点出发，可适宜地使用树脂材料。

如图4所示，作为胎面补强构件4，可以是由与第1至第3树脂材料M1～M3不同的第4树脂材料M4形成的树脂补强层15。树脂补强层15的情况时，第4树脂材料M4中优选含有纤维状的填料，另外，进一步优选使填料在轮胎周方向取向。

作为适宜的填料，可列举碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、纤维素纳米纤维(CNF)、纤维素纳米晶(CNC)等，这些可以单独使用或组合使用。

本申请中，“树脂材料”包含热塑性树脂(包括热塑性弹性体)、及热固化性树脂，但不包含橡胶。

“热固化性树脂”是由于温度上升而材料发生固化的树脂，例如，酚系热固化性树脂、脲系热固化性树脂、三聚氰胺系热固化性树脂、环氧系热固化性树脂等。

“热塑性树脂”是指，随温度上升，材料发生软化、流动、冷却时，变为较硬的强度的状态的高分子化合物。“热塑性树脂”中包括热塑性弹性体。该“热塑性弹性体”具有：随温度上升而材料发生软化、流动、冷却时，变为较硬强度的状态且具有橡胶弹性这样的特征。

考虑到行驶时所必需的弹性、制造时的成形性等，作为轮胎1的树脂材料，优选热塑性树脂，更优选热塑性弹性体。

作为热塑性弹性体，可列举聚酰胺系热塑性弹性体、聚酯系热塑性弹性体、聚氨酯系热塑性弹性体、聚苯乙烯系热塑性弹性体、聚烯烃系热塑性弹性体。作为第1至第4树脂材料M1～M4，它们可以单独或组合使用。

这里，第1至第4树脂材料M1～M4的组成彼此不同。“组成不同”包括构成树脂材料的成分本身(包括添加剂)不同的情况，此外包括成分相同但它们的含量不同的情况。

轮胎1中、第1至第3树脂材料M1～M3的各自的拉伸弹性模量E1至E3满足下式(1)。

E1＜E2＜E3…(1)

特别是，拉伸弹性模量E1至E3优选满足下式(2)、(3)。

10×E1＞E2…(2)

10×E2＞E3…(3)

拉伸弹性模量是以JISK7161的“求出塑料拉伸特性的方法”中记载的试验方法为基准而测定的值。

本实施方式的轮胎1中，如式(1)，第3树脂材料M3的拉伸弹性模量E3大于第2树脂材料M2的拉伸弹性模量E2、及第1树脂材料M1的拉伸弹性模量E1。由此可以提高操纵稳定性及形状维持性。另外，第2树脂材料M2的拉伸弹性模量E2小于第3树脂材料M3的拉伸弹性模量E3，由此可以提高乘坐舒适性。

另外，由于胎面接地构件3中采用拉伸弹性模量最小的第1树脂材料M1，路面追随性提高，抓地力提高，与此同时，与使用现有的胎面橡胶的轮胎相比，可以提高材料可回收性。此时，胎面刚性变小，接地形状的稳定性下降，操纵稳定性可能减少。因此，本实施方式中，设置了胎面补强构件4来拉紧胎面底层7，谋求轮胎形状特别是接地形状的稳定化。由此，胎面接地构件3中采用拉伸弹性模量最小的第1树脂材料M1时，也可以发挥优异的行驶性能。

另外，本例中，如式(2)，第2树脂材料M2的拉伸弹性模量E2小于第1树脂材料M1的拉伸弹性模量E1的10倍。由此，可以抑制由拉伸弹性模量E1、E2之差引起的胎面接地构件3从第1基体8A剥离等损伤。同样地，如式(3)，第3树脂材料M3的拉伸弹性模量E3小于第2树脂材料M2的拉伸弹性模量E2的10倍。由此可以抑制由于拉伸弹性模量E2、E3之差引起的第2基体8B从第1基体8A剥离等损伤。

在此，通过将拉伸弹性模量E1设为20MPa以下，能够确保优异的抓地性能。然而，拉伸模量E1小于5MPa时，胎面刚度降低，导致操纵稳定性降低。

通过将拉伸弹性模量E2设为100MPa以下，能够确保优异的乘坐舒适性。然而，当拉伸弹性模量E2小于10MPa时，难以充分确保轮胎的形状维持性能。

通过将拉伸弹性模量E3设为50MPa以上，能够提高轮胎的横向刚性，发挥优异的操纵稳定性。然而，当拉伸弹性模量E3超过500MPa时，胎圈部变得过硬，与轮辋R的嵌合性趋于降低。

因此，在轮胎1中，第1树脂材料M1的拉伸弹性模量E1优选在5～20MPa的范围。第2树脂材料M2的拉伸弹性模量E2优选在10～100MPa的范围。第3树脂材料M3的拉伸弹性模量E3优选在50～500MPa的范围。

当采用树脂补强层15作为胎面补强元件4时，形成树脂补强层15的第4树脂材料M4优选拉伸弹性模量为1000MPa以上，进一步优选拉伸弹性模量为200MPa以上。

接着，示出实施方式的轮胎1的制造方法的一个例子。如图5(a)～(c)概念性地所示，本例的制造方法包括：

·形成第1胎基1A的工序S1，所述第1胎基1A将胎面底层7、胎面补强构件4和胎面接地构件3一体化，

·形成一对第2胎基1B的工序S2，所述一对第2胎基1B将胎侧部6、胎圈部5和胎圈芯10一体化，

·将第1胎基1A和第2胎基1B进行接合而形成轮胎1的工序S3。

在工序S1中，当胎面补强构件4为帘线补强层12时，预先形成帘线补强层12后，在设置有该帘线补强层12的模腔内，通过进行注塑第1树脂材料M1、第2树脂材料M2的复合成形，从而形成第1胎基1A。另外，当胎面补强构件4为树脂补强层15时，通过在模腔内进行将第1树脂材料M1、第2树脂材料M2和第4树脂材料M4注塑的复合成形，从而第1胎基1A。

在工序S2中，在预先形成胎圈芯10之后，通过在设置有胎圈芯10的模腔内，进行注塑第2树脂材料M2和第3树脂材料M3的复合成形，从而形成第2胎基1B。

在工序S3中，通过热熔合或使用粘合剂将第1胎基1A和第2胎基1B接合。作为粘合剂，例如可以适宜地使用东亚合成株式会社制造的Aron Alpha EXTRA2000(注册商标)、Henkel Japan株式会社制造的Loctite 401J(注册商标)等。

以上，对本发明的特别优选的实施方式详细说明，但本发明不限于图示的实施方式，可以变更为各种形态而实施。

实施例

为了确认本发明的效果，根据表1和表2的规格制试作了具有图1所示结构的乘用车用轮胎(195/65R15)。

比较例及实施例中，仅作为第1树脂材料M1、第2树脂材料M2、及第3树脂材料M3而使用的树脂材料不同。另外，现有技术例是由硫化橡胶和轮胎帘线构成的通常的轮胎，具有胎体、胶带用帘布层、帘布筒帘线层、胎圈包布橡胶、三角胶橡胶、内衬橡层胶、内绝缘橡胶、缓冲层隔离胶、缓冲层边条橡胶、胎面橡胶、胎面底胶、胎侧胶、搭接胶。

在比较例和实施例中分别使用相同规格的胎圈芯及胎面补强构件。作为胎圈芯，采用由钢丝帘线形成的带状胎圈结构的物质。作为胎面补强构件，使用由两张补强帘布层形成的钢丝帘线的帘线补强层。

现有技术例、比较例及实施例的轮胎截面的轮廓形状相互相同，另外胎圈芯及胎面补强构件的配置位置也相同。

相对于现有技术例、比较例及实施例，通过计算机模拟计算形状保持性、接地面积、胎面摩擦系数、操纵稳定性(横弹簧常数)、乘坐舒适性能(纵弹簧常数)、可回收性，并进行相互比较。

＜形状保持性＞

总宽度变化率＝将(充气后的轮胎总宽度)/(充气前的轮胎总宽度)以将现有技术例设为100的倒数的指数表示。值越大，总宽度变化率越小，形状保持性越优异。

＜接地面积＞

是抓地力的指标，以将现有技术例设为100的指数表示。数值越大，接地面积越大，抓地力越优异。

＜胎面摩擦係数＞

是抓地力的指标，是从摩擦试验中获得的胎面材料的摩擦係数。以将现有技术例设为100的指数表示。数值越大，摩擦系数越大，抓地性越优异。

＜操纵稳定性(横弹簧常数)＞

以将现有技术例设为100的指数表示横弹簧常数。数值越大，横弹簧常数越大，操纵稳定性越优异。

＜乘坐舒适性能(纵弹簧常数)＞

以将现有技术例设为100的指数表示纵弹簧常数。数值越大，纵弹簧常数越小，乘坐舒适性能越优异。

＜可回收性＞

作为母体的弹性体材料是否可以熔融再成形。当可以进行熔融再成形时，与不能进行熔融再成形的情况相比，可回收性优异。

[表1]

[表2]

表1、2中使用的树脂材料如表3所示。

[表3]

如表1和表2所示，可以确认实施例在确保优异的可回收性的同时，实现了兼顾操纵稳定性和乘坐舒适性能。