充气轮胎的制作方法

1.本发明涉及机动车等车辆的充气轮胎。


背景技术：

2.在安装在车辆上的充气轮胎(以下简称“轮胎”)中，与地面接触的胎面部分随着车辆行驶而磨损，胎面花纹槽逐渐变浅。当胎面花纹槽深度变浅超过磨损极限时，在行驶过程中会发生滑移，发生事故的风险增加。因此，传统上对其进行控制，以使胎面部分的磨损量不超过磨损极限，并且当达到磨损极限时，确定提前更换轮胎以确保行驶期间的安全。
3.作为具体检查胎面部分磨损状态的方法，通常，在胎面部分中设置诸如滑移标志之类的标记，并且当该标记出现时，判断磨损量已经达到磨损极限。然而，不能过多期望一般用户可靠地检查这个标记的。因此，已经提出了一些技术，用户可以通过这些技术从技术上掌握轮胎磨损状态，并准确识别轮胎需及时更换，而不是由这样的用户进行视觉确认。
4.例如，已经开发了一种轮胎磨损极限检测装置，其中，将磁性材料制成的被检测对象埋设在磨损达到磨损极限的位置，使用磁传感器等作为检测手段，检测因磨损而暴露的被检测对象，来检测磨损达到磨损极限的轮胎(例如专利文献1)。而且开发了一种轮胎磨损测量方法，其中，通过检测在胎面花纹槽部中埋设的或在轮胎中埋设的磁性体的与胎面部分磨损相应的形状变化所伴随着的磁场变化来检测轮胎的磨损(例如专利文献2)。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1:实开昭62-83704号公报
8.专利文献2:特许第4054196号公报


技术实现要素：

9.本发明需要解决的问题
10.然而，在专利文献1的轮胎磨损极限检测装置和专利文献2的轮胎磨损测量方法中，诸如磁传感器之类的检测装置被设置在车身侧，例如在车轮罩中。因此，只有当设置在旋转轮胎侧的磁性体接近检测装置时，才能检测到磁性体，并且只能进行间歇性测量。此外，由于检测装置与磁性体之间的位置关系容易由于车体的倾斜、行驶期间的路面状况、轮胎气压等而改变，因此无法稳定且准确地测量磁场强度。因此，为了响应近年来对车辆安全性的强烈需求，需要能够较准确地掌握轮胎磨损状态的充气轮胎。
11.因此，本发明的目的是提供一种通过定期、稳定和准确地测量因磨损而改变的磁场强度而能够定期、准确地掌握轮胎磨损状态的充气轮胎。
12.解决问题的手段
13.为了解决上述问题，本发明者进行了广泛的研究。结果，发现上述问题可以通过下述发明来解决，从而完成了本发明。
14.根据权利要求1所述的发明是：
15.一种充气轮胎，其特征在于，
16.在由凸部和凹槽形成了图案的胎面部分中，在所述凸部中的一个或更多个凸部中形成从地面接触面侧径向向内的具有预定形状的凹部，
17.在所述凹部中嵌入有软磁性体，所述软磁性体是通过将颗粒状软磁性材料分散在聚合物材料中形成的，
18.从所述软磁性体径向向内设置有由硬磁性材料形成的磁体，
19.由所述软磁性材料和所述磁体形成的磁路在所述凸部的厚度方向上形成具有预定强度的磁场，以及
20.在与所述软磁性体相对应的径向内部位置处设置有磁传感器，所述磁传感器用于检测由所述磁路形成的磁场的磁通密度。
21.根据权利要求2所述的发明是：
22.根据权利要求1所述的充气轮胎，其中，所述磁体和所述磁传感器的设置位置为内腔表面。
23.根据权利要求3所述的发明是：
24.根据权利要求1或2所述的充气轮胎，其中，所述软磁性材料是一种软磁性粉末或两种或超过两种软磁性粉末，所述软磁性粉末选自铁、硅钢、铁镍合金、铁硅合金、铁硅铝合金、铁钴合金、铁钴铝合金、软铁素体、非晶体磁性合金、纳米晶体磁性合金和铁素体不锈钢。
25.根据权利要求4所述的发明是：
26.根据权利要求1至3中的任一项所述的充气轮胎，其中，具有预定厚度的多个板状软磁性体和由聚合物材料形成的具有预定厚度的多个板状聚合物构件在径向上交替堆叠并被嵌入。
27.根据权利要求5所述的发明是：
28.根据权利要求1至4中的任一项所述的充气轮胎，其中，所述磁体为磁钢基磁体、铁素体基磁体、钐钴基磁体、钐基磁体和钕基磁体中的任一种。
29.根据权利要求6所述的发明是：
30.根据权利要求1至5中的任一项所述的充气轮胎，其中，用于检测由所述磁路形成的磁场的磁通密度的所述磁传感器、电源和发送/接收装置容纳在传感器模块中，并被设置在与所述凹部的位置相对应的内腔表面上。
31.发明效果
32.根据本发明，提供了一种充气轮胎，通过定期、稳定地测量由于磨损而改变的磁场强度，能够足够的检测灵敏度准确地定期、稳定地掌握轮胎的磨损状态。
附图说明
33.图1是例示了根据本发明实施方式的充气轮胎中软磁性体的设置和磁路的配置的示意性截面图。
34.图2是例示了根据本发明另一实施方式的软磁性体的设置和在充气轮胎中形成磁路的方法的示意性截面图。
35.图3是例示了根据本发明实施方式的充气轮胎中磁传感器的设置的示意性截面
图。
36.图4是例示了根据本发明另一实施方式的充气轮胎中磁传感器的设置的示意性截面图。
具体实施方式
37.在下文中，将参照附图来基于实施方式描述本发明。
38.[1]根据本实施方式的充气轮胎
[0039]
1.根据本实施方式的充气轮胎的概要
[0040]
首先，将描述根据本实施方式的充气轮胎的概要。
[0041]
在根据本实施方式的充气轮胎中，磁路由软磁性体和磁体形成，该软磁性体通过在聚合物材料中分散粉末状或颗粒状软磁性材料形成并且被嵌入在胎面部分的凸部中形成的凹部中，该磁体由硬磁性材料形成并且沿径向向内设置；由该磁路形成的磁场中的磁通密度由设置在与软磁性体相对应的径向内部位置处的磁传感器检测。
[0042]
嵌入凹部中的软磁性体是通过将粉末状或颗粒状软磁性材料分散在聚合物材料中形成的，并随着车辆行驶引起的轮胎磨损而磨损，并且据此，软磁性体与磁体间形成的磁路的磁场的磁通密度发生变化。此时，由于用于检测磁通密度的磁传感器被设置在与软磁性体相对应的径向内部位置，即在轮胎本身上，因此可以通过磁传感器测量上述磁路的磁场的磁通密度的连续变化，可以掌握安装在车辆上的轮胎能够随着时间的推移的磨损状态。此外，即使当轮胎受到车身倾斜、行驶期间路面特性、轮胎气压等的影响时，磁传感器与软磁性体之间的位置关系也可以保持恒定。因此，可以稳定且准确地测量磁路的磁场的磁通密度变化，并且可以非常准确地掌握轮胎的磨损状态。
[0043]
此外，由于在由硬磁性材料形成的磁体与由于磨损而变小的软磁性体之间形成磁路，因此由磁传感器检测到的磁路的磁场的磁通密度随着软磁性体的磨损而增加。因此，可以足够稳定和准确地测量磁路磁场的磁通密度变化，并以足够高的准确性掌握轮胎的磨损状态。此外，由于软磁性材料不需要磁化，因此不需要大型磁化设备。
[0044]
2.根据本实施方式的充气轮胎的特征部分
[0045]
(1)软磁性体的配置和磁路的配置
[0046]
如上所述，在根据本实施方式的充气轮胎中，在胎面部分的凸部中的一个或更多个凸部中形成从地面接触面侧沿径向向内的凹部，将通过将粉末状和颗粒状软磁性材料分散在聚合物材料中而形成的软磁性体嵌入凹部中，并且在凸部的厚度方向上通过由硬磁性材料形成并在径向内部设置的磁体与软磁性体形成磁路。
[0047]
图1是例示根据本实施方式的由硬磁性材料形成的磁体与软磁性体的设置和充气轮胎中的磁路的配置的示意性截面图，并且示出了被凹槽包围的一个凸部。在图1中，在胎面部分1中，凸部2由凹槽9形成并包围，并且在地面接触面8处与地面接触。在凸部2中，从地面接触面8沿轮胎的径向向内侧设置具有预定形状的凹部3，并且软磁性体4嵌入其中。5是缓冲层，6是缓冲层帘线，7是内腔表面，10是由硬磁性材料制成的磁体。此外，11是磁传感器。
[0048]
在本实施方式中，如图1所示，软磁性体4嵌入凹部3中，并且磁体10沿软磁性体4的径向内部设置在内腔表面7上。结果，软磁性体4被磁体10磁化，在软磁性体4与磁体10之间
形成磁路，其沿着磁路形成具有预定强度的磁场。具体地说，在磁体10的一个磁极与软磁性体4的端面之间沿径向向内形成磁路，并且沿着磁路形成具有预定强度的磁场。软磁性体与随着轮胎运转而磨损的凸部2一起磨损和变形。然后，由于磁路随着软磁性体4的变形而变化，磁场强度也随着软磁性体4的变形而变化，因此通过磁传感器11知道磁场的磁通密度的变化量可以了解轮胎的磨损状态。
[0049]
作为软磁性体4，使用了软磁性体，其中软磁性材料的粉末或颗粒(软磁性粉末)分散在聚合物材料中，并且根据凹部3的形状成形。
[0050]
这种软磁性体的硬度低于普通硬磁性构件，磨损程度与胎面凸部相同，不太可能发生不均匀磨损。此外，由于其不容易受到运转期间与路面接触引起的振动等的影响，因此可以充分抑制车辆乘坐舒适性的恶化。
[0051]
作为软磁性材料，可以从容易获得、廉价或形成相对较强磁场的能力的角度优选地提及铁、硅钢、如permalloy(注册商标)的铁镍合金、如sendust的铁硅基合金、铁硅铝基合金、如permendur的铁钴基合金、铁钴铝基合金、软铁素体、非晶体磁性合金、纳米晶体磁性合金、铁素体不锈钢等。此外，可以选择并使用上述软磁性材料中的两种或超过两种。
[0052]
考虑到形成软磁性体时在聚合物材料中的分散性以及由于是金属颗粒而产生的耐磨性，软磁性粉末的粒径优选为400μm以下、更优选为250μm以下、进一步优选为10μm以下。
[0053]
此外，从充分呈现轮胎特性的角度来看，作为聚合物材料，能够在固化状态下呈现出弹性的树脂材料或橡胶材料是优选的，并且通过分散软磁性粉末形成的软磁性体以与胎面橡胶相同的方式磨损以提供稳定的乘坐舒适性的观点来看，在固化后能够呈现出与胎面橡胶相同的磨损特性的树脂材料或橡胶材料是优选的。
[0054]
在上述聚合物材料中，考虑到提供软磁性体的部分是胎面部分，具有与用于胎面部分的胎面橡胶组合物相同成分的橡胶材料是优选的。也就是说，优选地，通过将软磁性粉末分散在与胎面橡胶组合物具有相同成分的橡胶材料中形成软磁性体。例如，胎面橡胶组合物中的填充剂的一部分可以用软磁性粉末代替，以制备用于形成软磁性体的组合物。软磁性体中软磁性粉末的混合量优选为10％至70质量百分比，更优选为30至70质量百分比，进一步优选为40至70质量百分比。
[0055]
为了形成软磁性体4，恰当选择并适当混合上述软磁性粉末和聚合物材料。具体地说，可以使用以下方法：在固化聚合物材料之前用已经混合和捏合的软磁性材料填充凹部3以使得软磁性体中的软磁性粉末的混合量为10至70质量百分比，然后固化聚合物材料。
[0056]
此外，除了轮胎的模制之外，还可以使用通过使用例如模具将软磁性体的材料形成预定形状，然后固化聚合物材料的方法。在该方法的情况下，所形成的软磁性体4嵌入凹部3中。用于将软磁性体4嵌入凹部3中的方法不受特别限制，但可以提及拧入或嵌合作为优选方法。具体地说，当在凹部的内壁上形成了阴螺纹部分时，在软磁性体的侧面上提供阳螺纹部分以形成螺纹形状，并且通过拧紧两者，软磁性体嵌入并固定在凹部中。此外，通过以楔形形成凹部并推动以相应形状形成的软磁性体，例如具有反锥形形状的软磁性体，软磁性体可以适当地嵌入并固定在凹部中。
[0057]
然后，在本实施方式中，优选地将凹部3形成成从被确定为被替换的胎面部分1的厚度向内进入。作为凹部3的特定深度，即软磁性体4的长度，优选为凸部2的厚度的80％到
130％。结果，直到胎面部分1达到磨损极限都可以检测磁通密度的变化量，并且可以随时间掌握磨损状态。
[0058]
此外，作为另一实施方式，如图2所示，可以使用一种成形方法，其中软磁性体4被提供为通过在径向上交替堆叠多个板状软磁性体4b和多个由聚合物材料形成且具有预定厚度的板状聚合物构件4a而形成的堆叠体，将堆叠体嵌入凹部3中，以在凸部2中形成软磁性体4。软磁性体4在厚度方向上的外周表面可以用与板状聚合物构件4a相同的聚合物材料覆盖。
[0059]
这种成形方法是优选的，因为每当板状软磁性体的数量减少一个时，就会发生明显的磁变化，因此可以容易地确定软磁性体已经磨损。软磁性体4可以在形成堆叠了板状软磁性体4b和板状聚合物构件4a的堆叠体之后嵌入凹部3，或者可以通过将板状软磁性体4b和板状聚合物构件4a堆叠在凹部3中来形成堆叠体。
[0060]
磁体10通过使用硬磁性材料形成，并且如图1和图2所示，沿径向向内设置在软磁性体4的内腔表面7上，使得在一个磁极(例如，n极)与沿径向向内的软磁性体4的端面之间形成磁场。使用形成恒定强度磁场的永磁体作为磁体，并且磁体被设置成使得n极与软磁性体4的端面之间的距离恒定。这使得能够形成以下磁路，在该磁路中在n极与软磁性体4的端面之间形成具有恒定磁通密度的磁场。
[0061]
磁体10的类型不进行特别限制，只要其是通过使用硬磁性材料形成的永磁体。然而，从磁化后矫顽力大且磁体不易退磁的观点来看，可以优选地提及以铝、镍、钴和铁为主要成分的磁钢(alnico)磁体，以氧化铁为主要成分的铁素体磁体，钐基磁体(例如以钐和钴为主要成分的钐钴基磁体和以钐、铁和氮为主要成分的钐铁氮磁体)，以及以钕、铁和硼为主要成分的钕基磁体。
[0062]
并且，作为特定的磁钢磁体，可以提及al-ni-co-fe-cu等作为铁素体磁体、fe2o3-sro等作为钐钴磁体、sm-co-fe-cu等作为钐钴氮磁体、sm-fe-n等作为钕基磁体、nd-fe-b-dy、nd-fe-nb和nd-pr-fe-nb等。
[0063]
(2)磁传感器
[0064]
如上所述，由硬磁性材料形成的磁体与软磁性体形成的磁路的磁场的磁通密度由于根据轮胎的磨损而磨损的软磁性体的磨损而变化，变化量由安装在轮胎上的磁传感器测量。
[0065]
在图1和图2中，磁传感器11设置在与软磁性体4相对应的径向内部位置的内腔上。此时，磁传感器11被设置在磁路的磁场中的预定位置。
[0066]
通过如上所述将磁传感器11设置在如上所述设置有软磁性体4和磁体10的轮胎上，可以根据磁通密度的变化量以高准确性定期掌握轮胎的磨损状态，因为磁场的磁通密度可以是定期地，在不受车体倾斜度、行驶期间路面特性、轮胎气压等影响的情况下，稳定、准确地检测和测量。
[0067]
作为磁传感器的具体示例，可以优选提及霍尔元件、磁阻元件(mr)、磁阻抗(mi)元件等，从尺寸较小的角度来看，其可以附着在轮胎内腔表面上，并且能够充分承受旋转轮胎的振动和变形。其中，从准确性的角度来看，磁阻元件是较优选的。
[0068]
图3和图4是示出轮胎上的磁传感器配置的另一示例的图。在图3和图4中，将磁传感器容纳在传感器模块12中，传感器模块12中设置在内腔表面7中与凹部3的位置相对应的
径向内部位置，即，设置在磁体10与软磁性体4之间形成的磁场中的预定位置。
[0069]
当磁传感器以这种方式容纳在传感器模块12中时，优选的是，除了磁传感器外，还将具有用于接收由磁传感器检测到的数据的接收单元和用于通过导线或无线地将接收到的数据发送到安装在车身中的磨损状态确定装置发送单元的发送/接收装置、电源等容纳在传感器模块12中。
[0070]
此外，除了磁传感器11外，传感器模块12还可以包括用于检测轮胎内部压力的压力传感器、用于测量温度的温度传感器、用于检测加速度的加速度传感器等。通过使用多个传感器，除了磁通密度外，还可以实时获取轮胎的内部压力、轮胎温度、加速度数据等。然后，通过综合分析这些多个传感器获取的各个数据，可以较详细地掌握轮胎状况，并且轮胎可以有效地用于未来预期的车辆自动驾驶控制。
[0071]
传感器模块12不限于上述配置，而是可以配置为配备有存储单元(稍后描述)，该存储单元存储指示磨损量和磁通密度之间关系的核对数据；以及测量单元，其使用存储在所述存储单元中的核对数据，基于所述磁传感器11检测到的磁通密度来测量胎面部分的磨损状态，并由发送单元将测量单元测量到的磨损状态数据发送到所述车体中设置的装置。
[0072]
作为将传感器模块12安装到轮胎上的方法，例如，可以适当地采用将传感器模块12安装到设置在轮胎内腔表面上的插座的方法、将其直接粘附到内腔表面的方法、将其嵌入轮胎中的方法等。其中，将传感器模块安装在轮胎内腔表面上提供的插座上尤其优选，因为其易于安装和更换。
[0073]
[2]根据本实施方式的制造充气轮胎的方法
[0074]
根据本实施方式的充气轮胎可以通过以下制造方法制造，该制造方法除了充气轮胎的正常制造过程还包括凹部形成步骤、软磁性体嵌入步骤和磁路形成步骤，其中通过配置硬磁性材料的磁体形成磁路。以下，将描述凹部形成步骤、软磁性体嵌入步骤和磁路形成步骤。
[0075]
1.凹部形成步骤
[0076]
该步骤是形成凹部的步骤，凹部用于在硫化充气轮胎胎面部分的凸部中的一个或更多个凸部中从地面接触面侧向径向向内嵌入软磁性体。
[0077]
具体地说，使用钻孔治具(例如软木钻、钻头或孔切割器)从地面接触面侧沿径向向内钻取硫化充气轮胎的一个或更多个胎面部分，并形成凹部。在钻模中，考虑到钻孔工作的便利性，优选使用软木钻。
[0078]
代替对硫化充气轮胎钻孔，使用在胎面部分中具有凹部的硫化模具(例如，用于镶嵌轮胎的硫化模具)，同时进行凹部形成与硫化模制。
[0079]
2.软磁性体嵌入处理
[0080]
该步骤是在凹部形成步骤中形成的凹部中嵌入单独生产的软磁性体的步骤。在下文中，首先将描述软磁性体的生产，然后将描述软磁性体的嵌入。
[0081]
(1)制备软磁性体
[0082]
如上所述通过将粉末状或颗粒状软磁性材料分散在聚合物材料中而形成的软磁性材料可以通过以下处理来制备：恰当选择粉末状或颗粒状软磁性材料和聚合物材料，在聚合物材料中适当地混合和分散粉末状或颗粒状材料，然后成形为预定形状，即，适于在下一步骤中执行的嵌入软磁性体的形状。
[0083]
另一方面，多个板状软磁性体和板状聚合物构件交替堆叠在其中的软磁性体可以通过例如隔着粘合剂将制造成预定形状和尺寸的板状软磁性体和板状聚合物构件交替堆叠，然后用粘合剂将板状软磁性体和板状聚合物构件粘合在一起来产生。
[0084]
(2)嵌入软磁性体
[0085]
当将所产生的软磁性体嵌入所述凹部时，可以采用上述拧入或嵌合。
[0086]
3.磁路形成步骤
[0087]
如上所述，通过在内腔表面上设置由硬磁性材料形成的磁体来形成磁路。结果，在磁体的一个磁极与软磁性体的端面之间沿径向向内形成磁路，并且形成具有预定强度的磁场。
[0088]
[3]轮胎磨损测量方法
[0089]
接下来，将描述根据本实施方式的轮胎的磨损测量方法。
[0090]
在本实施方式中，根据以下过程测量上述充气轮胎的磨损状态。
[0091]
1.初步数据获取
[0092]
在测量之前，使用磁传感器对与测量目标相同类型的轮胎预先测量磁路的磁场的磁通密度(其由于软磁性体的磨损而改变)，并获取数据。
[0093]
具体而言，首先，在生产后立即测量新轮胎(与测量目标相同类型的轮胎)中的磁路的磁场的磁通密度，然后使用轮胎磨损鼓试验装置磨损轮胎，直到超过磨损极限。然后，在途中，装置以预定的时间间隔停止，并测量当时的磨损量和磁通密度。此后，基于各个时间点测量的磨损量和磁通密度，创建示出磨损量和磁通密度之间关系的核对数据，并将所创建的数据存储在车身中设置的磨损状态确定装置中。
[0094]
2.将待测量轮胎安装在实际车辆上并行驶
[0095]
接下来，将待测轮胎安装到实际车辆上，车辆行驶。当车辆行驶时，软磁性体与胎面部分一起磨损，从而使磁传感器检测到的磁路的磁通密度发生变化。
[0096]
然后，通过将磁传感器测量的磁路的磁通密度变化量与先前在磨损状态确定装置中获取的数据进行对比，可以确定待测轮胎的磨损程度。
[0097]
在测量磁通密度时，可考虑外部磁场变化引起的磁通密度变化(扰动)的影响。然而，由于这些影响表现为较大的变化，与随着轮胎逐渐磨损而逐渐变化的磁路磁通密度不同，可以通过执行统计处理来消除这些干扰。
[0098]
如上所述，根据本实施方式的轮胎保持磁传感器在磁路中的位置恒定，并且通过应用上述磨损测量方法，可以定期、稳定且准确地测量磁路的根据磨损而变化的磁通密度。因此，可以较准确、较稳定地测量轮胎的磨损状态。
[0099]
虽然以上基于实施方式描述了本发明，但本发明不限于上述实施方式。可以在与本发明相同且相等的范围内对上述实施方式进行各种修改。
[0100]
附图标记描述
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胎面部分
[0102]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
凸部
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凹部
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软磁性体
[0105]
4a
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板状聚合物构件
[0106]
4b
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板状软磁性体
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缓冲层
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缓冲层帘线
[0109]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
内腔表面
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地面接触面
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凹槽
[0112]
10
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磁体
[0113]
11
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磁传感器
[0114]
12
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传感器模块