发明内容
发明要解决的问题
因此，本发明的目的是提供一种如下的充气轮胎：该充气轮胎能够实现轮胎的轻量化，而没有劣化胎体帘布层帘线的耐牵引性，且能够有助于大幅度减小滚动阻力，由此大幅度减小燃料消耗；以及提供一种如下的充气轮胎：在该充气轮胎中，通过在轮胎的外侧面的胎侧胶形成凹部来实现充气轮胎的轻量化，而且能够有效地抑制由凹部的形成所引起的橡胶疲劳，以有效地防止凹部形成位置的耐久性的劣化；特别是提供一种重负荷车辆用充气轮胎。
用于解决问题的方案
根据本发明的充气轮胎包括：胎面部；一对侧壁部；一对胎圈部；胎体，该胎体由至少一个胎体帘布层构成，所述胎体帘布层具有主体部和卷起部，所述主体部在均被埋设在各自的胎圈部中的胎圈芯之间环状地延伸，所述卷起部绕所述胎圈芯从轮胎宽度方向的内侧向外侧卷起；以及胎侧胶，该胎侧胶被配置在所述胎体的轮胎宽度方向的外侧，所述充气轮胎的特征在于，在将轮胎安装到适用轮辋的姿势下，在轮胎最大宽度位置的径向内侧且所述胎体的卷起部的径向外端的径向外侧形成薄壁凹部，使得该凹部处的所述胎侧胶的沿从最外层胎体帘布层引出的法线方向测量的橡胶厚度的最小尺寸在2.5mm～4.5mm的范围。
这里使用的术语“适用轮辋”是指根据在JATMA(日本汽车轮胎制造协会)YEAR BOOK(年鉴)、ETRTO(欧洲轮胎和轮辋技术组织)STANDARD MANUAL(标准手册)和TRA(美国轮胎和轮辋协会)YEAR BOOK等标准中的轮胎尺寸中规定的轮辋。
这里使用的术语“将轮胎安装到适用轮辋上的姿势”是指轮胎被安装在在JATMA等中限定的适用轮辋上且以根据JATMA等标准下的轮胎尺寸所指定的最大气压充气的状态下轮胎的宽度方向截面的姿势。
这里使用的术语“轮胎最大宽度位置”是指轮胎被安装在在JATMA等中限定的适用轮辋上且以根据JATMA等标准下的轮胎尺寸所指定的最大气压充气的状态下轮胎的宽度方向截面的姿势的位置。
此外，根据本发明的充气轮胎的另一实施方式包括：胎面部；一对侧壁部；一对胎圈部；胎体，该胎体由至少一个胎体帘布层构成；以及胎侧胶，该胎侧胶被配置在所述胎体的轮胎宽度方向的外侧，所述充气轮胎的特征在于，所述胎体包括主体部和卷绕部，所述主体部在均被埋设在各自的胎圈部中的胎圈芯之间环状地延伸，所述卷绕部绕所述胎圈芯从轮胎宽度方向的外侧向内侧卷绕，在轮胎宽度方向截面中，在所述侧壁部和所述胎圈部中的至少一方的外侧面上，在胎侧胶形成由一个以上的圆弧构成的薄壁凹部，所述圆弧的中心位于所述胎体的轮胎宽度方向的外侧。
这里使用的术语“侧壁部和胎圈部中的至少一方的外侧面”包括在侧壁部和胎圈部两者上延伸的外侧面。
此外，这里使用的“由一个以上的圆弧构成的凹部”是指包括由多个圆弧组合而成的凹部。
在这种轮胎中，更优选地，在轮胎宽度方向截面中，所述凹部的径向外端位于如下位置：该位置与穿过轮辋凸缘的外缘且平行于轮胎的中心轴线延伸的线段相距的距离在从该线段到轮胎最大宽度位置的距离的30～65％的范围。
此时，径向外端可以是胎侧胶的变曲点(inflection point)、变化点、转折点等。
此外，优选地，所述凹部的径向内端位于从所述胎体的卷起部的径向外端起沿轮胎宽度方向向外3.0mm～10.0mm的范围。
优选地，所述凹部是由单一圆弧限定的。
优选地，在将轮胎安装到适用轮辋之前，所述凹部的曲率半径在10mm～200mm的范围。
优选地，在将轮胎安装到适用轮辋之前，在轮胎宽度方向截面中，所述凹部的径向外端位于所述凹部与所述侧壁部的在轮胎宽度方向外侧呈凸的曲线状的外侧面相切的切点。
在这种情况下，这里使用的术语“所述凹部与所述侧壁部的在轮胎宽度方向外侧呈凸的曲线状的外侧面相切的切点”是指平滑地连接形成曲线的凹部和形成曲线的凸部的点。
优选地，在将轮胎安装到适用轮辋的姿势下，所述凹部的径向内端位于从如下交点起沿着轮胎外表面在径向上向外测量的5mm～25mm的范围，该交点是从所述适用轮辋的轮辋凸缘的圆弧中心向所述胎体的主体部引出的垂线与所述轮胎的外表面的交点。
优选地，用于所述胎圈芯的至少一个帘线加强层沿着所述胎体被布置在所述胎体的外侧，在将轮胎安装到适用轮辋之前的姿势下，所述帘线加强层的位于轮胎宽度方向内侧的径向外端的位置位于限定所述凹部的圆弧的中心的径向外侧。
这里使用的术语“在将轮胎安装到适用轮辋之前的姿势”是指通过硫化在模具中成型之后的轮胎的宽度方向截面的姿势。为了方便起见，是指当立起轮胎单体时，由位于与路面以180°相对的部分所指定的轮胎的宽度方向截面姿势。
优选地，在将轮胎安装到适用轮辋的姿势下，所述帘线加强层的位于轮胎宽度方向外侧的径向外端的位置位于从如下交点向上到从如下线段沿垂直于该线段的方向径向向内离开不小于10mm的位置之间，上述交点是从所述适用轮辋的轮辋凸缘的圆弧中心向所述胎体的主体部引出的垂线与所述轮胎的外侧面的交点，上述线段是在所述胎体的径向外端的位置处引出的平行于上述垂线的线段。
胎体的径向外端是指胎体的卷起部的径向外端或胎体卷绕部的径向上的径向最外端。
优选地，所述帘线加强层是钢帘线的橡胶涂覆层，所述帘线加强层相对于径向的帘线角度为0～45°。
发明的效果
在根据本发明的充气轮胎中，在将轮胎安装在适用轮辋的姿势下，在轮胎最大宽度位置的径向内侧且胎体的卷起部的径向外端的径向外侧形成薄壁凹部，使得在该薄壁凹部处的胎侧胶的从最外层胎体帘布层引出的法线方向测量的橡胶厚度(rubber gauge)的最小尺寸在2.5mm～4.5mm的范围，由此可以降低胎侧胶的使用量，以使其整体上薄。结果，可以减轻轮胎重量。
当最小尺寸小于2.5mm时，担心对侧切(side cut)的耐久性不足，其中该侧切由如与路缘石摩擦等的外部损伤引起，而当最小尺寸超过4.5mm时，从胎体到轮胎表面的距离变大，当胎体弯曲时，轮胎表面的应变变大，这对于臭氧裂纹(ozonecrack)趋于不利。
此外，在根据本发明的充气轮胎中，卷绕部通过绕各胎圈芯从轮胎宽度方向的外侧向内侧卷绕而形成；以及在侧壁部和胎圈部中的至少一方的外侧面上，在胎侧胶形成由一个以上的圆弧构成的薄壁凹部，该圆弧的中心位于胎体的轮胎宽度方向外侧，由此，不必使胎体的绕胎圈芯的卷起部像图8那样向径向外侧高度卷起，且不必确保预定的橡胶厚度和在卷起部的端部附近也不用使用中间橡胶，从而可以在胎圈芯附近的橡胶总厚度的较厚的部分形成具有所需尺寸等的凹部，以增大橡胶的挖出量(boring amount)。结果，可以如期望地减小使用的胎侧胶的量，以实现轮胎的有效轻量化。
此外，在根据本发明的充气轮胎中，一个或多个帘线加强层沿着胎体被配置在胎体的外侧，由此能够增强轮胎的宽度方向和周向的刚性，以增强转向稳定性。
在轮胎安装在适用轮辋之前的姿势下，帘线加强层的位于轮胎宽度方向内侧的径向外端的位置位于限定所述凹部的圆弧的中心的径向外侧，由此能够抑制在凹部形成部延伸的胎体部分在负荷作用时的倒入变形，以减小凹部形成部中产生的压缩应变和拉伸应变的量。
结果，缓解轮胎负荷转动时的橡胶疲劳，以防止胎圈部的耐久性劣化。
具体实施方式
下面将参照附图对根据本发明的充气轮胎进行详细说明。
图1是根据本发明的充气轮胎的实施方式在安装在适用轮辋上并且以预定的气压充气的状态下的半部(half portion)的宽度方向剖视图。
图2是主要部分的放大剖视图，其详细地示出图1的侧壁部的一部分和胎圈部。
在该图中，附图标记1是胎面部，附图标记2是从胎面部1的各侧沿径向向内连续延伸的一对侧壁部，以及附图标记3是从侧壁部2沿径向连续向内延伸的胎圈部。
在示出的充气轮胎中，由一个胎体帘布层构成的胎体5包括：主体部5a，其在均被埋设在对应的胎圈部3中的具有六角形截面的一对胎圈芯4之间环状地(toroidally)延伸；以及卷起部5b，其绕胎圈芯4从轮胎宽度方向的内侧向外侧卷起。
这里，胎体帘布层可以例如由沿垂直于轮胎周向的方向延伸的钢帘线、有机纤维帘线等制成。
通常，在胎面部1中，带束层6和胎面胶7被顺次配置在胎体5的胎冠区的外周侧，沿轮胎周向延伸的多个周向槽形成于例如胎面胶7的表面中。
优选地，相对于胎圈部3的胎圈芯4，沿胎体5的主体部5a和卷起部5b将帘线加强层8配置在胎体5的外侧。
尽管帘线加强层8在图中为一层，但是可以使用多层帘线加强层。
在侧壁部2和胎圈部3中，帘线加强层8和胎体5的轮胎宽度方向上的外侧部被胎侧胶9覆盖，胎侧胶9沿着帘线加强层8和胎体5的外侧面配置。
在根据本发明的充气轮胎中，在轮胎径向上，在轮胎最大宽度位置W的轮胎径向内侧且胎体的卷起部5b的径向外端5c的径向外侧形成薄壁凹部10，使得该薄壁凹部10处的沿从最外胎体帘布层引出的法线方向测量的胎侧胶的橡胶厚度的最小尺寸t在2.5mm～4.5mm的范围。
更优选地，凹部10的径向外端10a位于在径向上与穿过轮辋凸缘的外缘且平行于轮胎的中心轴线的线段n相距距离h1的位置处，其中，距离h1在该线段n到轮胎最大宽度位置的径向距离H的30～65％的范围，凹部的径向内端10b位于从胎体的卷起部5b的径向外端5c起沿轮胎宽度方向向外距离l0的位置处，该距离l0在3.0mm～10.0mm的范围。
优选地，当凹部10的径向外端10a位于如下位置时：该位置在径向上与穿过轮辋凸缘的外缘且平行于轮胎的中心轴线的线段n相距的距离在从该线段n到轮胎最大宽度位置的径向距离H的30～65％的范围，凹部10的径向外端10a将避开轮胎的挠曲变形期间挠曲变形增大的区域，因此可以防止径向外端10a的应变集中。
当小于30％时，担心挠曲变形集中在凹部10，而当大于65％时，存在径向外端10a成为侧裂纹(side crack)发生的起点的趋势。
在将轮胎安装于适用轮辋R的姿势中，当凹部10的径向内端10b位于从胎体的卷起部5b的径向外端5c起沿轮胎宽度方向向外3.0mm～10.0mm的范围时，可以防止由轮胎劣化而引起的臭氧裂纹和胎侧胶9的剥离。
当小于3.0mm时，担心伴随着轮胎的劣化而发生臭氧裂纹或从胎体的卷起部5b的径向外端5c等产生剥离，而当超过10.0mm时，从凹部10的径向内端10b到胎体的卷起部5b的径向外端5c、25c附近的厚度的变形变大，凹部10的径向内端10b的变形变大，由此存在在沿着胎体帘布层的橡胶中发生剥离的趋势。
图3是根据本发明的充气轮胎的另一实施方式在安装到适用轮辋上之前的半部的宽度方向剖视图。
图4是根据本发明的充气轮胎的另一实施方式在安装在适用轮辋上并且以预定的气压充气的状态下的半部的宽度方向剖视图。
图5是主要部分的放大剖视图，其详细地示出图4的侧壁部的一部分和胎圈部。
在轮胎安装到适用轮辋R上之前的姿势中，优选地，在侧壁部22和胎圈部23的外侧面上的胎侧胶29中形成如下单一圆弧的凹部30：该圆弧的中心在胎体25的轮胎宽度方向的外侧，曲率半径r在10mm～200mm的范围。
此外，在轮胎安装在适用轮辋R上之前的姿势中，帘线加强层28的轮胎宽度方向内侧的径向外端28b被置于形成凹部的圆弧的中心的径向外侧。
优选地，径向外端28b位于从凹部30的曲率中心沿径向向外0mm～30mm的范围。
在这种轮胎中，基于帘线加强层28的扩张力(extensionforce)，抑制胎体的在胎圈部23中延伸的部分在负荷时倒入变形(fall-down deformation)，由此减小形成凹部30的区域中的压缩应变和拉伸应变。结果，可以缓和在轮胎负荷转动期间的橡胶疲劳，以抑制胎圈部23的耐久性的劣化。
图6是根据本发明的充气轮胎的另一实施方式在安装在适用轮辋上并且以预定的气压充气的状态下的半部的宽度方向剖视图。
图7是主要部分的放大剖视图，其示出图6的侧壁部的一部分和胎圈部。
示出的充气轮胎包括一个胎体帘布层的胎体45，该胎体帘布层在均被埋设在对应的胎圈部43内的具有六角形截面的一对胎圈芯44之间环状地延伸。胎体45是由主体部45a和卷绕部(wound portion)45b构成的，该卷绕部45b绕胎圈芯44从轮胎宽度方向的外侧向内侧卷绕。
胎体45的卷绕部45b起到将胎体45牢固地约束到胎圈芯44的作用，以由此有效地防止帘布层帘线的拉出，同时胎体45的卷绕部45b也起到消除卷绕部发生剥离故障的危险。
胎体45的卷绕部45b在绕胎圈芯44卷绕胎体45之前优选被构造成如下方式：有助于作为形成胎体帘布层的帘布层帘线的钢帘线的卷绕部45b的形成的端部在一个或多个位置经受塑性处理，以沿着胎圈芯44的外周面延伸，或者使得该端部预先塑性变形成期望的形状。由此，可以在胎圈芯44上精确地进行胎体45的期望卷绕。
此外，胎圈部43设置有如下加强橡胶(stiffener ruber)49：加强橡胶49的截面形状为大致三角形，加强橡胶49在胎圈芯44上的厚度沿着胎体45径向向外逐渐减小。
在侧壁部42和胎圈部43中，胎体45和加强橡胶49的轮胎宽度方向的外部被沿着其外侧面布置的胎侧胶50覆盖。
此外，在侧壁部42和胎圈部43的外侧面上的胎侧胶50中，在轮胎最大宽度位置的径向内侧形成如下单一圆弧的凹部51：该圆弧的中心位于胎体45的宽度方向的外侧，曲率半径r在10mm～200mm的范围。
在这种轮胎中，胎体45由主体部45a和卷绕部45b构成，主体部45a在均被埋设在对应的胎圈部43中的胎圈芯44之间环状地延伸，卷绕部45b绕胎圈芯44从轮胎宽度方向的外侧向内侧卷绕；并且中心位于胎体45的宽度方向的外侧且具有期望尺寸和形状的凹部51能够形成于侧壁部42和胎圈部43的外侧面上的胎侧胶50中。由于凹部51能够被布置在靠近胎圈芯44的具有特别厚的橡胶厚度的部分中，因此能够将凹部51中的橡胶空缺量(hollowed amount)充分增大，以大幅减小使用的胎侧胶50的橡胶量，由此能够有效地减轻轮胎的重量。
此外，当凹部30、51是由单一圆弧限定时，可以有助于轮胎在模具中的制造。
此外，当凹部30、51的曲率半径r在安装到适用轮辋之前在10mm～200mm的范围时，可以确保胎圈部的轻量化和耐久性之间的平衡。
当小于10mm时，轮胎在形成凹部30、51的区域内挠曲，当在胎圈部形成挠曲变形时，压缩应变变大，由此耐久性趋于劣化。然而，当超过200mm时，由于凹部30、51而产生的橡胶空缺量减小，存在轻量化的百分比小的趋势。
当在安装到适用轮辋R之前凹部30、51的径向外端30a、51a位于该凹部与侧壁部的在轮胎宽度方向外侧呈凸的曲线状的外侧面相切的切点时，存在防止由胎圈部朝向径向外端30a、51a的挠曲变形引起的压缩应变的集中且不损坏外观的趋势。
当凹部的径向内端10b、30b、51b位于从垂线P与轮胎的外表面的交点起沿着轮胎外表面径向向外测量的5mm～25mm的范围的位置时，可以指定最能减少胎圈部的重量的位置，其中，从适用轮辋R的轮辋凸缘Rf的圆弧中心向胎体的主体部5a、25a、45a引出垂线P。
当小于5mm时，在负荷转动期间与适用轮辋R的轮辋凸缘Rf接触的部分的面积变小，且耐久性趋于劣化。然而，当超过25mm时，凹部30、51的橡胶空缺量变小，存在轻量化百分比变小的趋势。
优选地，在将轮胎安装到适用轮辋R上的姿势下，帘线加强层28的宽度方向外侧的径向外端28a位于从垂线P与轮胎的外表面的交点沿径向向上到从如下线段在与如下线段垂直的方向上向内离开不小于10mm的位置之间，在胎体25的卷起部25b的径向外端的位置处与垂线P平行地向内引出该线段，其中，从适用轮辋R的轮辋凸缘Rf的圆弧中心向胎体25的主体部25a引出垂线P。
当帘线加强层28的径向外端28a具有这种结构时，可以由帘线加强层28减小对凹部30的压缩应变和拉伸应变。
当径向外端28a的位置位于垂线P的径向内侧时，易于引起倒入变形并且具有薄的橡胶厚度的适用轮辋R附近的部分可能不被帘线加强层28覆盖，变形局部地集中，使得存在不能发挥抑制宽度方向内部的倒入变形的效果的趋势。然而，当径向外端28a的位置从穿过卷起端且平行于垂线P的线段沿径向向内离开不到10mm时，帘线加强层28延伸到形成凹部30的位置，使得担心应变由于刚性台阶差而集中。
更优选地，帘线加强层8、28、48是钢帘线的橡胶涂覆层(rubberized layer)，且沿着胎体5、25、45配置的帘线加强层8、28、48相对于径向的帘线角度为0～45°。
当采用这种构造时，能够由帘线加强层8、28、48更有效地抑制负荷时胎体5、25、45的倒入变形。
当帘线角度超过45°时，存在帘线易于变形而降低拉伸强度且抑制倒入变形的能力下降的趋势。
实施例1
制备结构如图6和图7所示的实施例轮胎1、结构如图3至图5所示的实施例轮胎2和在胎侧胶未设置凹部的比较例轮胎1，各轮胎的规格为275/80R22.5，以评价各轮胎的轻量化程度。
此外，由于比较例轮胎的除了侧壁部和胎圈部之外的轮胎结构不需要修改，因此比较例轮胎的除了侧壁部和胎圈部之外的轮胎结构与本发明大致相同。
实施例轮胎1、2和比较例轮胎1在内压为900kPa的条件下均与轮辋尺寸为8.25×22.5且轮辋宽度为21.0cm(8.25英寸)的轮辋安装在一起，评价相对于比较例轮胎1的轻量化程度，以获得如表1所示的结果。
表1
实施例轮胎1
实施例轮胎2
比较例轮胎1
|
轻量化程度
(kg)
4.5
2.1
0
从表1的结果可见，与比较例轮胎1相比，可以大幅减小实施例轮胎1和2的重量。
实施例2
制备实施例轮胎3、4和比较例轮胎2、3，其结构如图3至图5所示，其轮胎规格为275/80R22.5，尺寸如表2所示地变化，以评价各轮胎的胎圈部的耐久性。
此外，比较例轮胎的结构与实施例轮胎的结构大致相同。
表2
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实施例轮胎3、4和比较例轮胎2、3均在内压为900kPa的条件下与轮辋尺寸为8.25×22.5的轮辋安装在一起，设置在质量为4225kg且直径为1.7m的鼓试验机，以60km/h的试验速度在鼓试验机上反复行驶，以评价一直到凹部出现龟裂且龟裂生长为止的能行驶的耐久性，结果如表3所示。
此外，以比较例轮胎2的值为100，基于比较例轮胎2进行指数化来进行评价，数值越大，结果越好。
表3
实施例轮胎3
实施例轮胎4
比较例轮胎2
比较例轮胎3
|
耐久性
110
120
100
100
从表3的结果可以看出，实施例轮胎3、4的胎圈部的耐久性比比较例轮胎2、3的耐久性高。