轮胎电荷消散装置专利技术综述

王云兰　张艳芬

【摘要】汽车在高速行驶过程中，轮胎与地面摩擦会产生静电，轮胎上的静电若不能及时导出，则会出现干扰车辆的电子设备之间的通信、使得下车的乘客受到电震、放电产生的臭氧加速轮胎老化等问题。本文主要以DWPI专利数据库以及CNABS数据库中的检索结果为分析基础，对轮胎电荷消散装置的国外专利申请情况进行统计分析，并重点分析轮胎行业巨头普利司通株式会社的技术发展路线，得到电荷消散装置的发展趋势。

【关键词】轮胎；电荷；消散；胎面

第一章 轮胎电荷消散装置的常用结构及其技术分解

1.1轮胎电荷消散装置的常用结构

现有的轮胎电荷消散装置通常是在不导电的胎面中插入具有导电性能良好的导电构件。

其中具有抗静电性能的汽车外胎1，外胎1包括胎面胶条11，胎面胶条11包括由弱导电化合物制成的构件110、径向地通过胎面胶条的导电插入物构件111、由导电化合物制成的构件12。其中的导电插入物构件111就是常见的电荷消散装置，其与外胎的其它结构配合使用，实现电荷消散的功能。

1.2轮胎电荷消散装置的技术分解

轮胎电荷消散裝置的原理是在轮胎内部形成导电通道，从而可以及时的将轮胎行驶过程中产生的静电荷传导到地面，解决由电荷积聚而产生的一系列问题。通常，根据电荷消散装置的导电原理来分可以分为：（1）提高橡胶导电性：主要是由通过调节橡胶的化学成分，从而改善轮胎的导电性能来实现的；（2）胎面导电机制：是目前最主要的导电方式；（3）外接导电元件：通过在外胎外面附加诸如金属等具有良好导电性能的构件，来实现轮胎的静电荷通过导电构件直接传送至路面的功能。

由于外接导电元件应用的较少，本文将重点分析利用前两种导电原理的专利。

胎面导电机制又可以细分为：1）在胎面内插入导电元件，如固特异的专利US6289958B1，申请日为1998年；2）具有导电层的多层胎面胶，其中径向最外侧的胎面胶不导电，导电层具有穿过径向最外侧的导电胶到达胎面表面的接地部，如日本专利JP10-16512A；3）具有导电涂层的胎面如专利JP10-8110A，其在胎面表面涂覆一层导电聚合物，从而将轮胎摩擦产生的电荷传导至地面。

第二章 轮胎电荷消散装置专利申请整体状况

笔者主要在DWPI数据库中通过非常准确的IC和EC分类号，以及比较准确的关键词相结合，并通过在SIPOABS数据库中补充检索，获取出结果并去噪处理后利用Excel对该领域的相关数据进行统计分析。

全球专利申请国别分析

自1931年至2014以来各个国家的申请量趋势，日本是该领域专利申请量最大的国家。究其原因有：1）日本在轮胎胎面领域具有广泛研究比如日本的住友橡胶、横滨橡胶、普利司通等公司；2）日本对于车辆的燃油经济性要求特别高，而提高轮胎的燃油经济性很多是以牺牲轮胎的导电性能为代价的，这就促使日本在该领域进行深入研究。

虽然美国的专利申请量比不上日本，但美国早在在20世纪30年代就开始了轮胎电荷消散装置的研究。再如法国的米其林，意大利的倍耐力，德国的大陆轮胎等，都是著名的轮胎巨头。上述诸多公司在轮胎电荷消散装置自然也有研究。

日本和美国多年来的专利申请数量变化。日本的专利申请经历了长时间的萌芽期，1989年后进入平稳增长期，1996年进入快速增长期。

美国早期专利申请数量远高于其它国家，美国的专利申请在1996年以后缓慢平稳增长，并没有在1996年迎来快速增长期，可能是由于美国的电荷消散技术已进入比较成熟的阶段。

第三章 轮胎电荷消散装置专利技术发展分析

本章主要针对轮胎电荷消散装置的重要申请人：普利司通株式会社的专利进行技术发展路线的分析，以了解轮胎电荷消散装置的发展历史和现状，并明确未来的发展方向。

普利司通的专利申请量从1994年开始进入快速增长期，并于1997年达到峰值，随后开始下降，2000年至今逐渐平稳。

下面就该公司的重要专利进行展开，以分析其技术发展路线。该公司的发展路线和分支主要分为四个方向：1）以改变橡胶成分来提高导电性，如专利WO95/31888A1是通过特别的橡胶配方来提高导电性；JP10-298356A则通过增加橡胶中的导电炭黑的含量来提高橡胶导电性；JP2002-544329A则在胎面中添加导电聚合物来防止静电积聚；2）在外胎表面涂覆导电材料，如JP10-8110A是在胎面表面涂覆一层导电聚合物，从而将轮胎摩擦产生的电荷传导至地面；3）胎面胶为具有导电层的多层结构，其中径向最外侧的胎面胶不导电，导电层具有穿过径向最外侧的导电胶到达胎面表面的接地部，如JP10-16512A，由于胎面胶具有多层结构，径向最外侧的胎面胶可以通过添加硅石来提高耐磨损性能和降低滚动阻力，而径向内部的导电层可以提供导电路径，从而实现轮胎的防静电和耐磨损、滚动阻力性能的平衡和优化，因此该方向是轮胎防静电装置的主要方向之一，普利司通对此也进行了大量研究，如JP11-209426A，JP11-34612A，JP11-115414A等；4）通过在胎面中插入导电元件实现电荷的输送，该方法的胎面橡胶不需要特别的结构，在保证胎面的耐磨损性能和滚动阻力性能的同时，有效地将电荷传送至地面，是普利司通研究最多的方向，例如JP10-58914A；随后为了优化胎面的转弯、牵引、制动等性能，普利司通设计了多种形状的导电元件，如JP11-42719A的销钉形状，JP11-240312A的薄条状，JP11-20426A的工字型，JP11-48711A的波浪线形状，JP11-139107A的折线形状等。

通过对该公司的专利申请分析可以得到，轮胎电荷消散装置主要从20世纪90年代开始快速发展，其发展方向多样，近年来的研究方向主要侧重于在胎面中插入导电元件，以平衡轮胎的诸多性能要求。

第四章 结语

轮胎静电积累的问题越来越被重视，本文对轮胎电荷消散装置的发展历程进行了简单分析，从中不难看出，在轮胎领域里，几大轮胎工业巨头仍然占据中最主导的地位，拥有了最多的专利申请以及最核心的技术，而总体来说，以普利司通、住友橡胶和横滨橡胶为代表的日本发展更为迅速，轮胎电荷消散装置主要从20世纪90年代开始快速发展，其发展方向多样，近年来的研究方向主要侧重于在胎面中插入导电元件，以平衡轮胎的诸多性能要求。

参考文献

[1]姜伟，赖异，蓝娟，王怡轩，徐淑娴，于志辉，赵梅芳.专利分析工作在S系统下的实现，专利审查协作北京中心课题成果，2011.