輪胎電荷消散裝置專利技術(shù)綜述

王云蘭　張艷芬

【摘要】汽車在高速行駛過(guò)程中，輪胎與地面摩擦?xí)a(chǎn)生靜電，輪胎上的靜電若不能及時(shí)導(dǎo)出，則會(huì)出現(xiàn)干擾車輛的電子設(shè)備之間的通信、使得下車的乘客受到電震、放電產(chǎn)生的臭氧加速輪胎老化等問(wèn)題。本文主要以DWPI專利數(shù)據(jù)庫(kù)以及CNABS數(shù)據(jù)庫(kù)中的檢索結(jié)果為分析基礎(chǔ)，對(duì)輪胎電荷消散裝置的國(guó)外專利申請(qǐng)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并重點(diǎn)分析輪胎行業(yè)巨頭普利司通株式會(huì)社的技術(shù)發(fā)展路線，得到電荷消散裝置的發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】輪胎；電荷；消散；胎面

第一章 輪胎電荷消散裝置的常用結(jié)構(gòu)及其技術(shù)分解

1.1輪胎電荷消散裝置的常用結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有的輪胎電荷消散裝置通常是在不導(dǎo)電的胎面中插入具有導(dǎo)電性能良好的導(dǎo)電構(gòu)件。

其中具有抗靜電性能的汽車外胎1，外胎1包括胎面膠條11，胎面膠條11包括由弱導(dǎo)電化合物制成的構(gòu)件110、徑向地通過(guò)胎面膠條的導(dǎo)電插入物構(gòu)件111、由導(dǎo)電化合物制成的構(gòu)件12。其中的導(dǎo)電插入物構(gòu)件111就是常見(jiàn)的電荷消散裝置，其與外胎的其它結(jié)構(gòu)配合使用，實(shí)現(xiàn)電荷消散的功能。

1.2輪胎電荷消散裝置的技術(shù)分解

輪胎電荷消散裝置的原理是在輪胎內(nèi)部形成導(dǎo)電通道，從而可以及時(shí)的將輪胎行駛過(guò)程中產(chǎn)生的靜電荷傳導(dǎo)到地面，解決由電荷積聚而產(chǎn)生的一系列問(wèn)題。通常，根據(jù)電荷消散裝置的導(dǎo)電原理來(lái)分可以分為：（1）提高橡膠導(dǎo)電性：主要是由通過(guò)調(diào)節(jié)橡膠的化學(xué)成分，從而改善輪胎的導(dǎo)電性能來(lái)實(shí)現(xiàn)的；（2）胎面導(dǎo)電機(jī)制：是目前最主要的導(dǎo)電方式；（3）外接導(dǎo)電元件：通過(guò)在外胎外面附加諸如金屬等具有良好導(dǎo)電性能的構(gòu)件，來(lái)實(shí)現(xiàn)輪胎的靜電荷通過(guò)導(dǎo)電構(gòu)件直接傳送至路面的功能。

由于外接導(dǎo)電元件應(yīng)用的較少，本文將重點(diǎn)分析利用前兩種導(dǎo)電原理的專利。

胎面導(dǎo)電機(jī)制又可以細(xì)分為：1）在胎面內(nèi)插入導(dǎo)電元件，如固特異的專利US6289958B1，申請(qǐng)日為1998年；2）具有導(dǎo)電層的多層胎面膠，其中徑向最外側(cè)的胎面膠不導(dǎo)電，導(dǎo)電層具有穿過(guò)徑向最外側(cè)的導(dǎo)電膠到達(dá)胎面表面的接地部，如日本專利JP10-16512A；3）具有導(dǎo)電涂層的胎面如專利JP10-8110A，其在胎面表面涂覆一層導(dǎo)電聚合物，從而將輪胎摩擦產(chǎn)生的電荷傳導(dǎo)至地面。

第二章 輪胎電荷消散裝置專利申請(qǐng)整體狀況

筆者主要在DWPI數(shù)據(jù)庫(kù)中通過(guò)非常準(zhǔn)確的IC和EC分類號(hào)，以及比較準(zhǔn)確的關(guān)鍵詞相結(jié)合，并通過(guò)在SIPOABS數(shù)據(jù)庫(kù)中補(bǔ)充檢索，獲取出結(jié)果并去噪處理后利用Excel對(duì)該領(lǐng)域的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

全球?qū)＠暾?qǐng)國(guó)別分析

自1931年至2014以來(lái)各個(gè)國(guó)家的申請(qǐng)量趨勢(shì)，日本是該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量最大的國(guó)家。究其原因有：1）日本在輪胎胎面領(lǐng)域具有廣泛研究比如日本的住友橡膠、橫濱橡膠、普利司通等公司；2）日本對(duì)于車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性要求特別高，而提高輪胎的燃油經(jīng)濟(jì)性很多是以犧牲輪胎的導(dǎo)電性能為代價(jià)的，這就促使日本在該領(lǐng)域進(jìn)行深入研究。

雖然美國(guó)的專利申請(qǐng)量比不上日本，但美國(guó)早在在20世紀(jì)30年代就開(kāi)始了輪胎電荷消散裝置的研究。再如法國(guó)的米其林，意大利的倍耐力，德國(guó)的大陸輪胎等，都是著名的輪胎巨頭。上述諸多公司在輪胎電荷消散裝置自然也有研究。

日本和美國(guó)多年來(lái)的專利申請(qǐng)數(shù)量變化。日本的專利申請(qǐng)經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的萌芽期，1989年后進(jìn)入平穩(wěn)增長(zhǎng)期，1996年進(jìn)入快速增長(zhǎng)期。

美國(guó)早期專利申請(qǐng)數(shù)量遠(yuǎn)高于其它國(guó)家，美國(guó)的專利申請(qǐng)?jiān)?996年以后緩慢平穩(wěn)增長(zhǎng)，并沒(méi)有在1996年迎來(lái)快速增長(zhǎng)期，可能是由于美國(guó)的電荷消散技術(shù)已進(jìn)入比較成熟的階段。

第三章 輪胎電荷消散裝置專利技術(shù)發(fā)展分析

本章主要針對(duì)輪胎電荷消散裝置的重要申請(qǐng)人：普利司通株式會(huì)社的專利進(jìn)行技術(shù)發(fā)展路線的分析，以了解輪胎電荷消散裝置的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，并明確未來(lái)的發(fā)展方向。

普利司通的專利申請(qǐng)量從1994年開(kāi)始進(jìn)入快速增長(zhǎng)期，并于1997年達(dá)到峰值，隨后開(kāi)始下降，2000年至今逐漸平穩(wěn)。

下面就該公司的重要專利進(jìn)行展開(kāi)，以分析其技術(shù)發(fā)展路線。該公司的發(fā)展路線和分支主要分為四個(gè)方向：1）以改變橡膠成分來(lái)提高導(dǎo)電性，如專利WO95/31888A1是通過(guò)特別的橡膠配方來(lái)提高導(dǎo)電性；JP10-298356A則通過(guò)增加橡膠中的導(dǎo)電炭黑的含量來(lái)提高橡膠導(dǎo)電性；JP2002-544329A則在胎面中添加導(dǎo)電聚合物來(lái)防止靜電積聚；2）在外胎表面涂覆導(dǎo)電材料，如JP10-8110A是在胎面表面涂覆一層導(dǎo)電聚合物，從而將輪胎摩擦產(chǎn)生的電荷傳導(dǎo)至地面；3）胎面膠為具有導(dǎo)電層的多層結(jié)構(gòu)，其中徑向最外側(cè)的胎面膠不導(dǎo)電，導(dǎo)電層具有穿過(guò)徑向最外側(cè)的導(dǎo)電膠到達(dá)胎面表面的接地部，如JP10-16512A，由于胎面膠具有多層結(jié)構(gòu)，徑向最外側(cè)的胎面膠可以通過(guò)添加硅石來(lái)提高耐磨損性能和降低滾動(dòng)阻力，而徑向內(nèi)部的導(dǎo)電層可以提供導(dǎo)電路徑，從而實(shí)現(xiàn)輪胎的防靜電和耐磨損、滾動(dòng)阻力性能的平衡和優(yōu)化，因此該方向是輪胎防靜電裝置的主要方向之一，普利司通對(duì)此也進(jìn)行了大量研究，如JP11-209426A，JP11-34612A，JP11-115414A等；4）通過(guò)在胎面中插入導(dǎo)電元件實(shí)現(xiàn)電荷的輸送，該方法的胎面橡膠不需要特別的結(jié)構(gòu)，在保證胎面的耐磨損性能和滾動(dòng)阻力性能的同時(shí)，有效地將電荷傳送至地面，是普利司通研究最多的方向，例如JP10-58914A；隨后為了優(yōu)化胎面的轉(zhuǎn)彎、牽引、制動(dòng)等性能，普利司通設(shè)計(jì)了多種形狀的導(dǎo)電元件，如JP11-42719A的銷釘形狀，JP11-240312A的薄條狀，JP11-20426A的工字型，JP11-48711A的波浪線形狀，JP11-139107A的折線形狀等。

通過(guò)對(duì)該公司的專利申請(qǐng)分析可以得到，輪胎電荷消散裝置主要從20世紀(jì)90年代開(kāi)始快速發(fā)展，其發(fā)展方向多樣，近年來(lái)的研究方向主要側(cè)重于在胎面中插入導(dǎo)電元件，以平衡輪胎的諸多性能要求。

第四章 結(jié)語(yǔ)

輪胎靜電積累的問(wèn)題越來(lái)越被重視，本文對(duì)輪胎電荷消散裝置的發(fā)展歷程進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，從中不難看出，在輪胎領(lǐng)域里，幾大輪胎工業(yè)巨頭仍然占據(jù)中最主導(dǎo)的地位，擁有了最多的專利申請(qǐng)以及最核心的技術(shù)，而總體來(lái)說(shuō)，以普利司通、住友橡膠和橫濱橡膠為代表的日本發(fā)展更為迅速，輪胎電荷消散裝置主要從20世紀(jì)90年代開(kāi)始快速發(fā)展，其發(fā)展方向多樣，近年來(lái)的研究方向主要側(cè)重于在胎面中插入導(dǎo)電元件，以平衡輪胎的諸多性能要求。

參考文獻(xiàn)

[1]姜偉，賴異，藍(lán)娟，王怡軒，徐淑嫻，于志輝，趙梅芳.專利分析工作在S系統(tǒng)下的實(shí)現(xiàn)，專利審查協(xié)作北京中心課題成果，2011.