环形同心扭绞胎圈帘线和使用该胎圈帘线的车辆轮胎.pdf

本发明提供了一种重量轻且易于制造和处理的环形芯绞合胎圈线和使用这种胎圈线的车辆轮胎。所述环形芯绞合胎圈线(2)具有金属制环形芯(11)和由螺旋状地缠绕在所述环形芯周围的侧线(12)构成的护套层(13)，其中利用一对钢丝(22)包绕由芳纶纤维制成的侧线主体(21)来制备所述侧线(12)。

1.  一种环形芯绞合胎圈线，其包括：
金属制环形芯；以及
一个或多个环绕状的护套层，其分别由螺旋状地缠绕在所述环形芯周围的侧线构成，其中，
所述侧线由芳纶纤维制成。

2.  如权利要求1所述的环形芯绞合胎圈线，其中，
预先将用于制造所述侧线的芳纶纤维浸渍在对于橡胶具有粘附性的树脂中。

3.  如权利要求1或2所述的环形芯绞合胎圈线，其中，
利用多根钢丝沿着不同方向螺旋状地包绕由芳纶纤维构成的侧线主体从而制备出所述侧线。

4.  如权利要求3所述的环形芯绞合胎圈线，其中，
沿着不同方向螺旋状地包绕所述侧线主体的钢丝的数目在所有方向上相同。

5.  如权利要求3或4所述的环形芯绞合胎圈线，其中，
当缠绕在所述环形芯周围的所述侧线的缠绕节距为A且包绕所述芳纶纤维侧线主体的钢丝的包绕节距为B时，关系式0.12A≥B成立。

6.  如权利要求3～5中任一项所述的环形芯绞合胎圈线，其中，
所述每根钢丝的直径处在0.13～0.25mm的范围内。

7.  如权利要求1所述的环形芯绞合胎圈线，其中，
通过用固化树脂含浸一部分芳纶纤维丝来制备所述侧线。

8.  如权利要求1～7中任一项所述的环形芯绞合胎圈线，其中，
所述环形芯由合金钢制成，所述合金钢包含：从含量比在0.08～0.27质量％范围内的碳(C)、含量比在0.30～2.00质量％范围内的硅(Si)、含量比在0.50～2.00质量％范围内的锰(Mn)以及含量比在0.20～2.00质量％范围内的铬(Cr)；含量比在0.001～0.10质量％范围内的铝(Al)、铌(Nb)、钛(Ti)以及钒(V)中选出的至少一种元素；以及其余为铁(Fe)和不可避免的杂质。

9.  一种车辆轮胎，其中埋设有如权利要求1～8中任一项所述的环形芯绞合胎圈线。

环形同心扭绞胎圈帘线和使用该胎圈帘线的车辆轮胎
技术领域
本发明涉及一种埋设在充气轮胎的胎圈部分中的环形芯绞合胎圈线和使用这种胎圈线的车辆轮胎。
背景技术
埋设在充气轮胎的胎圈部分中的胎圈线通常具有护套层，通过在由软钢丝制成的环形芯线周围缠绕侧线制备护套层，构成侧线的钢丝比芯细。期望具有足够的强度且重量轻的公知胎圈线包括：具有将相同直径的镀膜硬钢丝绞合在一起制备而成的多层的胎圈线(例如参见专利文献1)和通过在由合成树脂制成的环形芯线周围以螺旋状缠绕钢护套线制备而成的胎圈线(例如参见专利文献2)。
[专利文献1]日本未经审查的专利申请公布No.H5-163686
[专利文献2]日本未经审查的专利申请公布No.H11-321247
发明内容
要解决的技术问题
顺便提及，专利文献1中披露的胎圈线具有由通过将相同直径的硬钢丝绞合在一起构成的多层形成的结构，不包含环形芯线，于是形状不稳定且难以实现制造自动化。唯一的优点是由于用细的硬钢丝替换环形芯线而导致重量减轻。此外，这种硬钢丝常常在其两端被焊接在一起以制成环形芯时变成硬而脆的淬火结构，由此需要进行退火以防止断裂并且对经处理的部分去除毛刺。
此外，专利文献2中披露的胎圈线包含由合成树脂制成的环形芯线，并且该环形芯线具有低刚性。此合成树脂环形芯线的形状难以维持，并且难以建立在环形芯线周围缠绕护套线以制成胎圈线的设备。此外，所获得的胎圈线本身的刚性也有所欠缺，进而难以处理。
在这种情况下，本发明目的在于提供一种重量轻并且易于制造和处理的环形芯绞合胎圈线以及使用这种胎圈线的车辆轮胎。
技术方案
根据本发明的能够解决上述问题的环形芯绞合胎圈线是这样一种环形芯绞合胎圈线：其具有金属制环形芯和通过在所述环形芯周围螺旋状地缠绕侧线制备而成的一个或多个护套层，其中所述侧线由芳纶纤维制成。
将与硬钢丝相比更轻、强度更高且延展性更低的芳纶纤维用作缠绕在环形芯周围以制备护套层的侧线允许在保持一定刚性的同时减轻重量。这样可得到易于制造和处理且重量减轻的环形芯绞合胎圈线。
优选的是预先将侧线浸渍在对于橡胶具有粘附性的树脂中。这样例如可确保当使用胎圈线来加强橡胶轮胎的胎圈部分时环形芯绞合胎圈线对轮胎橡胶具有良好的粘附性。
优选的是利用钢丝沿着不同方向螺旋状地包绕(包覆)由芳纶纤维制成的侧线主体从而制备出侧线。这允许具有低刚性和良好挠性的芳纶纤维在横截面形状不稳定的情况下能够借助于沿着不同方向螺旋状地包绕的钢丝保持圆形的横截面形状，具有适当的刚性和适当的挠性，并且更易于处理。
优选的是沿着不同方向螺旋状地包绕侧线的钢丝的数目在所有方向上相同。当包绕的钢丝的数目在所有方向上相同时，不易发生侧线的残余翘曲，缠绕在环形芯周围的侧线易于成形为期望的形式，并且所得到的环形芯绞合胎圈线具有不受外界影响的环形形状(该环形形状形成平面)。
当缠绕在环形芯周围的侧线的缠绕节距为A且包绕芳纶纤维侧线主体的钢丝的包绕节距为B时，优选的是以下关系式成立：0.12A≥B。这将防止芳纶纤维由于自身刚性不足而断裂，并且显著降低发生侧线不均匀地缠绕在环形芯周围的频率。
优选的是每根钢丝的直径处在0.13～0.25mm的范围内。这将防止钢丝由于摩擦而断裂并且对芳纶纤维提供适当的刚性和适当的挠性。注意到直径大于0.25mm的钢丝也能实现上述包绕效果，但会形成高的节点(沿着侧线径向的大的局部突起)。这些节点在环形芯周围缠绕侧线时会产生大的障碍，由此导致缠绕便利性降低。
另外，可以利用固化树脂含浸一部分芳纶纤维而不是利用钢丝包绕芳纶纤维来制备侧线。利用固化树脂含浸使得侧线具有刚性和圆形横截面形状；结果，侧线可以在易于处理且易于成形为期望形式的情况下缠绕在环形芯周围。
优选的是环形芯由合金钢制成，该合金钢包含：从含量比在0.08～0.27质量％范围内的碳(C)、含量比在0.30～2.00质量％范围内的硅(Si)、含量比在0.50～2.00质量％范围内的锰(Mn)以及含量比在0.20～2.00质量％范围内的铬(Cr)；含量比在0.001～0.10质量％范围内的铝(Al)、铌(Nb)、钛(Ti)以及钒(V)中选出的至少一种元素；以及其余为铁(Fe)和不可避免的杂质。这将防止环形芯的焊接端的延展性下降。
根据本发明的车辆轮胎在其中埋设有上述环形芯绞合胎圈线。
利用易于制造和处理且重量轻的环形芯绞合胎圈线，所得到的轮胎非常易于制造且重量轻。
有益效果
本发明提供了一种易于制造和处理且重量轻的环形芯绞合胎圈线及使用这种胎圈线的车辆轮胎。
附图说明
图1是车辆轮胎的截面图。
图2(a)是胎圈线的总体图，并且图2(b)是胎圈线的局部透视图。
图3是胎圈线的截面图。
图4是侧线的侧视图。
图5是示出侧线的另一实例的截面图。
图6是示出用于制造环形芯绞合胎圈线的装置的示意图，其中环形芯像钟摆一样摆动。
图7是示出图6所示的装置处于钟摆运动的示意图。
附图标记
1：车辆轮胎；2：环形芯绞合胎圈线；11：环形芯；12、12a、12b：侧线；13：护套层；21：侧线主体；22：钢丝；A：围绕环形芯的缠绕节距；B：围绕侧线主体的包绕节距
具体实施方式
在下文中，将参照附图说明根据本发明的环形芯绞合胎圈线的实施例和使用这种胎圈线的车辆轮胎的实施例。
图1是车辆轮胎的截面图，图2(a)是胎圈线的总体图，图2(b)是胎圈线的局部透视图，图3是胎圈线的截面图，并且图4是侧线的侧视图。
如图1所示，车辆轮胎1是用于汽车的充气轮胎，其具有位于轮胎两侧并且包含胎圈线2的胎圈部分3、沿着轮胎的径向从胎圈部分3向外延伸的侧壁4以及跨接在侧壁4的上端之间的胎面5。
胎圈部分3通过胎体6连结在一起，并且带层7平行于轮胎的圆周方向插入在胎体6与轮面5之间。
如图2(a)和2(b)以及图3所示，穿过上述车辆轮胎1的胎圈部分3的胎圈线2分别具有环形芯11和由侧线12(在本实施例中为六根侧线)构成的环绕状的护套层13。通过使得侧线12以预定缠绕节距在环形芯11周围缠绕成螺旋状同时使侧线12在环形芯11的环的内外侧穿出穿入而获得这种结构。注意到，本实施例示出了具有单层护套层13的胎圈线。
环形芯11由合金钢丝制成，其材料是包含下述元素的合金钢：从含量比在0.08～0.27质量％范围内的碳(C)、含量比在0.30～2.00质量％范围内的硅(Si)、含量比在0.50～2.00质量％范围内的锰(Mn)以及含量比在0.20～2.00质量％范围内的铬(Cr)；含量比在0.001～0.10质量％范围内的铝(Al)、铌(Nb)、钛(Ti)以及钒(V)中选出的至少一种元素；以及其余为铁(Fe)和不可避免的杂质。
此外，如图4所示，侧线12具有由芳纶纤维制成的侧线主体21和沿着不同方向以螺旋方式包绕(包覆)在侧线主体21周围的一对极细钢丝22。
通过沿左旋方向(单向)绞合由芳纶纤维(芳香族聚酰胺纤维)制成的多根原丝来形成侧线主体21。
适合用作侧线主体21的芳纶纤维的实例包括细度为1670dtex(分特)、抗拉强度为356N、初始弹性模量为461cN/dtex并且断裂伸展率为3.70％的芳纶纤维。
为了对构成车辆轮胎1的橡胶具有粘附性，侧线主体21在被绞合之后受到浸渍处理(间苯二酚/福尔马林/乳胶处理)。此处理使得绞合芳纶纤维丝对橡胶具有粘附性，以便可以被用作侧线主体21。
以上述方式进行构造的侧线主体21由第一根钢丝22包绕。包绕方向即右旋方向(另一方向)与绞合侧线主体的左旋方向相反。然后，利用第二根钢丝22包绕已被第一根钢丝包绕的侧线主体，第二根钢丝22与第一根钢丝的包绕方向相反，即平行于左旋方向(单向)。这种使用钢丝22的包绕处理将防止侧线主体21的芳纶纤维丝恢复到绞合前状态而拆散。注意到，可以通过使钢丝22穿过由一个或多个针销组成的径迹来卷绕钢丝22以便使节距等于期望的包绕节距。这将防止钢丝22卡合在软的侧线主体21中，由此使得包绕操作容易化。
沿着不同方向螺旋状地包绕侧线主体的钢丝22的数目在所有方向上相同。图3和图4示出了其中一根钢丝22沿左旋方向而另一根钢丝22沿右旋方向包绕侧线主体的实例；然而，在每个方向上，包绕的钢丝数目可以是两根或更多根。当包绕的钢丝数目在不同方向上不同时，可能出现以下问题：包绕侧线主体21的钢丝22可能出现发生残余翘曲，由此引起软的侧线12也发生残余翘曲的风险；结果，侧线12不能在芯线11周围平滑地缠绕，或者所得到的环形芯绞合胎圈线2的横截面结构偏离预期的结构，即平面横截面结构。然而，当沿着不同方向螺旋状地包绕侧线主体的钢丝22的数目在所有方向上相同时，可避免此类问题。
钢丝22分别具有处在0.13～0.25mm范围内的直径。此外，当缠绕在环形芯11周围的侧线12的缠绕节距为A且包绕侧线主体21的钢丝22的包绕节距为B时，以下关系式成立：0.12A≥B。包绕侧线21的上层钢丝22的包绕节距略小于下层钢丝22的包绕节距。这使得侧线12具有均匀的内部应力。
在另一可能的实施例中，侧线主体21不具有包绕钢丝22。例如，如图5所示，使用固化树脂(酚醛树脂或环氧树脂)将一束绞合的芳纶纤维丝23(参见图5(a))硬化以制备出一束硬化的绞合芳纶纤维丝23a(参见图5(b))，然后将该硬化的丝束用作芯，并且在用作芯的该丝束周围缠绕作为侧线的另一束绞合芳纶纤维丝23(参见图5(c))。对所获得的结构进行浸渍处理(参见图5(d))。此处理使得侧线对于橡胶具有粘附性，将侧线变成具有适当刚性的侧线12a或12b。注意到，图5(c)和5(d)示出了在一束硬化的绞合芳纶纤维丝23a周围绞合六束绞合芳纶纤维丝23的实例和具有另外三股芳纶纤维丝的另一实例。即使不具有钢丝22，这种刚性的侧线主体21也将保持圆形的横截面形状，由此在缠绕在环形芯周围的同时更易于处理和易于成形为期望的形式。注意到，当不使用钢丝时，侧线优选具有较大的直径以补偿钢丝的缺失并且优选具有圆形的横截面形状。
在下文中，将说明用于制造上述环形芯绞合胎圈线的方法。
图6是示出用于制造环形芯绞合胎圈线的装置的示意图，其中环形芯像钟摆一样摆动，并且图7是示出图6所示的装置处于钟摆运动的示意图。
图6和图7所示的制造装置具有使环形芯1沿着圆周方向旋转的驱动单元30和向用于环形芯11的缠绕部分供给缠绕在卷轴33周围的侧线12的用于侧线12的供给部分41。
驱动单元30具有两个夹紧辊32a和32b，这两个夹紧辊安装在弓形的保持臂31上、与驱动电动机连接并且使环形芯11沿着圆周方向旋转。
保持臂31在供给侧线12的一侧具有夹持单元40。此夹持单元40具有两个辊子40a和40b，防止环形芯横向振动，使沿圆周方向的旋转稳定，并且对侧线12的缠绕点进行定位，由此使缠绕操作容易化。注意到，本实例所示的环形芯11处于竖直位置，于是可以在抑制横向振动的状态下沿圆周方向旋转。
保持臂31由支架44支撑成可以通过具有回转盘42和曲轴43的摆动机构50而像钟摆一样绕着夹持单元40摆动。
由保持臂31保持的环形芯11以这样的方式摆动：在钟摆运动周期的极端处，使卷轴33远离环形芯11的环，并且在钟摆运动周期的另一极端处，使卷轴33进入环形芯11的环。
用于侧线12的供给部分41具有前后一对盒式支架52。前侧的盒式支架与后侧的盒式支架沿水平方向布置并面向彼此，并且在该对盒式支架之间具有足够大的间隔以允许由保持臂31保持的环形芯11自由摆动。盒式支架52各自的远端具有卷轴输送机构，这两个卷轴输送机构隔着环形芯11的面而面向彼此。
供给部分41具有缠绕侧线12的卷轴33和呈圆筒形状的盒体53，该盒体53的直径略大于卷轴33的外径并且宽度等于或大于卷轴33的内宽。如同所谓的磁带盒，卷轴33以这样的方式可旋转地收容在盒体53中：卷轴33用于缠绕侧线12的整个表面区域被遮盖。
在使用如上构造的装置来制造胎圈线时，首先使用由与用于车辆轮胎1的橡胶相同的材料制成的未硫化橡胶片将侧线12的起始端暂时固定在保持臂31上的环形芯11上。
然后，供给部分41的卷轴33在预定的位置跨过芯平面即包含环形芯11的平面做往复运动，同时，使得环形芯11像钟摆一样绕着夹持单元40摆动，该夹持单元40充当侧线12的缠绕点。
结果，由卷轴33输送的侧线12以螺旋状缠绕在环形芯11周围，同时从卷轴33到侧线12的缠绕点的距离几乎保持恒定，张力保持恒定，并且不会发生松弛。
侧线12反复缠绕直到达到预定的次数，然后将暂时固定在环形芯11上的起始端释放并且与终止端粘合在一起。
这样，得到具有环形芯11和由以螺旋状缠绕的侧线12构成的环绕状的护套层13的胎圈线2。
注意到，用于将起始端和终止端连接在一起的装置可以是由黄铜、轻质材料(例如塑料或碳氟聚合物)等制成的套管。
如上所述，在根据本实施例的环形芯绞合胎圈线中，缠绕在环形芯11周围而构成护套层13的侧线12由比钢丝更轻、强度更高且延展性更低的芳纶纤维制成，于是允许在保持一定刚性的同时减轻重量。因此，环形芯绞合胎圈线2重量轻并且易于制造和处理。
此外，使用这种环形芯绞合胎圈线的车辆轮胎并入了重量轻并且易于制造和处理的环形芯绞合胎圈线，由此用作能够容易制造且重量轻的轮胎1。
顺便提及，预先将由芳纶纤维制成且包含在侧线12中的侧线主体21浸渍在对于橡胶具有粘附性的树脂中。当使用胎圈线2来加强橡胶轮胎1的胎圈部分3时，此处理将改善胎圈线2对构成轮胎1的橡胶的粘附性。
此外，由芳纶纤维制成且包含在侧线12中的侧线主体21由钢丝22沿着不同方向螺旋状地包绕。这允许具有低刚性和良好挠性的芳纶纤维在横截面形状不稳定的情况下能够借助于沿着不同方向螺旋状地包绕的钢丝22保持圆形的横截面形状，具有适当的刚性和适当的挠性，并且更易于处理。
当缠绕在环形芯11周围的侧线12的缠绕节距为A且包绕芳纶纤维侧线主体21的钢丝22的包绕节距为B时，以下关系式成立：0.12A≥B。这将防止侧线12由于自身刚性不足而断裂，并且显著降低发生侧线12不均匀地缠绕在环形芯11周围的频率。
每根钢丝22的直径处在0.13～0.25mm的范围内。这将防止钢线由于摩擦而断裂，并且对芳纶纤维侧线主体21提供适当的刚性和挠性。
环形芯11由合金钢制成，该合金钢包含：从含量比在0.08～0.27质量％范围内的碳(C)、含量比在0.30～2.00质量％范围内的硅(Si)、含量比在0.50～2.00质量％范围内的锰(Mn)以及含量比在0.20～2.00质量％范围内的铬(Cr)；含量比在0.001～0.10质量％范围内的铝(Al)、铌(Nb)、钛(Ti)以及钒(V)中选出的至少一种元素；以及其余为铁(Fe)和不可避免的杂质。这将防止环形芯11在将两端焊接在一起时两端丧失延展性。
注意到，本实施例所述的环形芯11由单层护套层13围绕；然而，护套层13的数目可以是两层或更多层。
实例
实际中，在不同的条件下制造胎圈线，然后就缠绕侧线的便利性和成品的重量减轻率而言对胎圈线进行评价。
胎圈线的结构如下：
绞股的结构：环形芯×1+侧线×6
环形芯的节圆：436.6mm
缠绕侧线的次数：13次/圈(缠绕节距：105mm)
实例中所用的构成部件的材料如下：
(比较例1)
环形芯：钢丝(中碳钢：含有含量比为0.52质量％的碳(C))
侧线：钢丝(硬钢丝：含有含量比为0.82质量％的碳(C))
(比较例2)
环形芯：芳纶纤维(绞合细度为1670dtex的芳纶纤维丝，然后使用环氧树脂固化)
侧线：钢丝(硬钢丝：含有含量比为0.82质量％的碳(C))
(实例1～10)
环形芯：钢丝(中碳钢：含有含量比为0.52质量％的碳(C))
侧线：芳纶纤维(绞合细度为1670dtex的芳纶纤维丝，然后浸渍在对橡胶具有粘附性的树脂中)
使用商品名为的芳纶纤维。
结果在下表中示出。

以下述方式评价表中所列的评价项目。
(1)缠绕侧线的便利性
目测缠绕在环形芯周围的侧线的均匀性。试样数目n为20。
◎：在全部20个样品中表现出均匀性。
○：在18个或更多个样品中表现出均匀性。
△：表现出均匀性的样品数目处在10～17的范围内。
×：在九个或更少个样品中表现出均匀性。
(2)重量减轻率
以将钢丝用作环形芯和侧线的比较例1作为基准。
如表中所示，使用芳纶纤维作为环形芯并且使用钢丝作为侧线的比较例2在重量减轻方面好于使用钢丝作为环形芯和侧线的比较例1，但在缠绕侧线的便利性方面很差。
相反，使用钢丝作为环形芯并且使用芳纶纤维作为侧线的实例1～10在重量减轻方面明显好于使用钢丝作为环形芯和侧线的比较例1，并且具有一定程度的缠绕侧线的便利性。特别地，满足关系式0.12A≥B的实例3～10具有足够的缠绕侧线的便利性，其中A表示侧线12的缠绕节距并且B表示钢丝22的包绕节距。
尽管已参照本发明的特定实施例详细说明了本发明，但对于本领域的技术人员来说显而易见的是在不脱离本发明的主旨和范围的情况下可以进行各种修改和变型。本申请基于2007年10月26日提交的日本专利申请No.2007-278897、2008年3月17日提交的日本专利申请No.2008-067469以及2008年10月15日提交的日本专利申请No.2008-265935，这些申请的内容以引用的方式并入本文。