ШИПОВАЯ ШПИЛЬКА И ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА
STUD PIN AND PNEUMATIC TIRE

Область техники
[0001]
Настоящее изобретение относится к шиповой шпильке, которую можно установить на участке протектора пневматической шины, и к пневматической шине, включающей шиповую шпильку.
Предпосылки создания изобретения
[0002]
Традиционные зимние шины (в дальнейшем также называемые просто «шиной (-ами)») обеспечивают сцепление на обледенелых дорожных покрытиях посредством шиповых шпилек, установленных на участке протектора шин.
Обычно, когда шина с шиповой шпилькой движется по обледенелым дорожным покрытиям, в пространство между поверхностью протектора и обледенелым дорожным покрытием может проникать ледяная крошка, взрыхляемая шиповыми шпильками. Такой слой ледяной крошки снижает способность шиповых шпилек проникать в лед. В результате обеспечиваемое шиповыми шпильками сцепление на обледенелых дорожных покрытиях ослабевает.
[0003]
Несмотря на то, что известна шина с возможностью шипования, которая способна обеспечивать высокую устойчивость рулевого управления за счет прижимания поверхности из ледяной крошки к шиповой шпильке, ледяная крошка взрыхляется во время движения по обледенелым дорожным покрытиям (патентный документ 1).
Такая шина с возможностью шипования содержит канавки внутри бегового участка и соединительные канавки, которые соединяют канавки внутри бегового участка с грунтозацепными канавками. Каждая канавка внутри бегового участка имеет два конца, заканчивающихся в пределах бегового участка, и образуется на каждой из сторон бегового участка для входа в зацепление и выхода из зацепления внутри зоны, ограниченной двумя окружностями разных радиусов, центр которых концентричен с центром отверстия для шипа на беговой поверхности протектора.
[0004]
Кроме того, известна шиповая шпилька с улучшенными рабочими характеристиками на льду (патентный документ 2). Эта шиповая шпилька содержит шейку, имеющую торцевую поверхность, фланцевую часть на конце основания шейки и неровную часть, расположенную на торцевой поверхности шейки. Неровная часть состоит из выпуклых либо вогнутых частей по отношению к опорной плоскости пятна контакта с грунтом.
Список цитированной литературы
Патентная литература
[0005]
Патентный документ 1: патент Японии № 5571207.
Патентный документ 2: WO/2014/102936.
Изложение сущности изобретения
Техническая проблема
[0006]
Шина с возможностью шипования, описанная выше, включая канавки внутри бегового участка и соединительные канавки, расположенные вокруг отверстия для шипа на беговой поверхности протектора, может уменьшить количество ледяной крошки, прилипающей к шиповым шпилькам, однако это не всегда достигается в достаточной степени.
Кроме того, углубленный участок, который вогнут по отношению к опорной плоскости пятна контакта с грунтом и в радиальном направлении располагается концентрически вокруг центра поверхности вершины, где вершина расположена на шиповой шпильке, не может уменьшать количество ледяной крошки, прилипающей к шиповой шпильке.
[0007]
В свете вышеизложенного целью настоящего изобретения является обеспечение шиповой шпильки и пневматической шины, содержащей шиповую шпильку, способных достаточно уменьшать количество ледяной крошки, прилипающей к шиповым шпилькам, и обеспечивать хорошие рабочие характеристики на льду.
Решение проблемы
[0008]
Аспектом настоящего изобретения является шиповая шпилька, выполненная с возможностью установки в отверстие для вставки шпильки, обеспеченное на участке протектора пневматической шины.
Шиповая шпилька имеет вершину, включающую в себя торцевую поверхность вершины, выполненную с возможностью соприкосновения с дорожным покрытием, и стержневую часть, которая поддерживает вершину и проходит в одном направлении.
Стержневая часть включает в себя верхний фланец, расположенный на первом конце стержневой части, причем вершина прикреплена к верхнему фланцу, и нижний фланец, расположенный на стороне, противоположной верхнему фланцу стержневой части. Верхняя торцевая поверхность верхнего фланца, из которой выступает вершина, включает в себя углубленную поверхность, причем углубленная поверхность включает в себя гладкую наклонную поверхность, углубляющуюся криволинейно или прямолинейно к нижнему фланцу при продвижении к выступающей части основания вершины.
[0009]
Предпочтительно, чтобы угол наклона наклонной поверхности относительно ортогональной плоскости, перпендикулярной продольному направлению стержневой части, уменьшался по мере продвижения к выступающей части основания вершины.
[0010]
Предпочтительно, чтобы верхняя торцевая поверхность включала плоскую поверхность, ортогональную продольному направлению стержневой части, и чтобы углубленная поверхность была окружена этой плоской поверхностью.
[0011]
Предпочтительно, чтобы глубина в самой нижней точке углубленной поверхности составляла от 0,3 мм до 2,0 мм, оба значения включительно.
[0012]
Предпочтительно, чтобы расстояние W2 составляло 0,3 (30%) или более от расстояния W1,
где расстояние W1 представляет собой расстояние вдоль прямой линии, ортогонально пересекающей центральную ось вершины, которая проходит в продольном направлении стержневой части от края верхнего фланца до положения на выступающей части основания вершины, а
расстояние W2 представляет собой расстояние вдоль прямой линии от места начала углубленной поверхности до положения на выступающей части основания вершины.
[0013]
На поперечном сечении верхнего фланца и вершины, полученном вдоль плоскости, параллельной центральной оси вершины и включающей саму ось, которая проходит в продольном направлении стержневой части, причем поперечное сечение представлено в системе координат X-Y, где продольное направление в сторону торцевой поверхности вершины определено как направление y, а направление, ортогональное продольному направлению наружу из шиповой шпильки, определено как направление x, и положение выступающей части основания вершины определено как начало системы координат X-Y,
предпочтительно, чтобы угол наклона относительно направления x в произвольном положении D на кривой или прямой линии, соответствующей наклонной поверхности, был больше угла наклона относительно направления x в том же положении в направлении x, что и положение D на параболе, причем парабола проходит через начало координат и имеет фокус в точке на торцевой поверхности вершины, которая расположена в том же положении в направлении x, что и начало координат.
[0014]
Кроме того, другой аспект настоящего изобретения представляет собой пневматическую шину.
Пневматическая шина включает в себя участок протектора, снабженный отверстиями для вставки шпильки, и шиповые шпильки, установленные в отверстия для вставки шпильки.
Преимущественные эффекты изобретения
[0015]
Аспекты шиповой шпильки и пневматической шины, описанных выше, способны в достаточной степени уменьшить количество ледяной крошки, прилипающей к шиповым шпилькам, и обеспечить хорошие рабочие характеристики на льду.
Краткое описание чертежей
[0016]
На ФИГ. 1 представлен вид шины в поперечном сечении, иллюстрирующий пример поперечного сечения шины настоящего варианта осуществления.
На ФИГ. 2 представлен вид в перспективе шины настоящего варианта осуществления.
На ФИГ. 3 представлена плоскостная развертка, на которой показан пример рисунка протектора шипованной шины настоящего варианта осуществления, развернутого на плоскости.
ФИГ. 4A и 4B представляют собой чертежи, иллюстрирующие пример шиповой шпильки настоящего варианта осуществления.
ФИГ. 5 представляет собой чертеж шиповой шпильки настоящего варианта осуществления, который поясняет пути ледяной крошки, срезаемой вершиной.
ФИГ. 6 представляет собой чертеж, поясняющий форму наклонной поверхности на верхнем фланце шиповой шпильки настоящего варианта осуществления.
ФИГ. 7 представляет собой чертеж, поясняющий взаимосвязь между параболой и фокусом параболы.
Описание варианта осуществления
[0017]
Общие пояснительные сведения о шине
Здесь и далее описана шипованная шина настоящего варианта осуществления. На ФИГ. 1 представлен вид шины в поперечном сечении, иллюстрирующий пример вида в поперечном сечении шипованной шины 10 (в дальнейшем также обозначена как «шина») настоящего варианта осуществления. На ФИГ. 2 представлен вид в перспективе шины 10. Шина 10 представляет собой шину с шиповыми шпильками 50 (см. ФИГ. 4A), вставленными на участке протектора (на ФИГ. 1 и 2 шиповые шпильки 50 не показаны). Например, шина 10 применяется для легкового автомобиля. Шина для легкового автомобиля представляет собой шину, определенную, как указано в главе А публикации JATMA Yearbook 2012 (стандарты Японской ассоциации производителей автомобильных шин). Шина 10 может также представлять собой шину для небольшого грузового автомобиля, определенную, как указано в главе В, или шину для грузового автомобиля или автобуса, определенную, как указано в главе C. Ниже подробно описаны значения размеров различных элементов рисунка шины, представленных в качестве примера значений для шины легкового автомобиля. Однако шипованная шина настоящего изобретения не ограничена данными примерными значениями.
[0018]
В следующем описании направление C вдоль окружности шины (см. ФИГ. 2) определено как направление, в котором вращается поверхность протектора (оба направления вращения), когда шина 10 вращается вокруг оси вращения шины «Ось» (см. ФИГ. 2). Радиальное направление шины определено как радиальное направление R, проходящее ортогонально оси вращения шины «Ось». Внешняя сторона в радиальном направлении шины определена как сторона, отстоящая от оси вращения шины в радиальном направлении шины. Поперечное направление шины W определено как направление, параллельное оси вращения шины «Ось». Внешняя сторона в поперечном направлении шины определена как обе стороны, отстоящие от экваториальной линии CL шины 10 (см. ФИГ. 3).
[0019]
Структура шины
Шина 10 включает в себя слой 12 каркаса, слой 14 брекера и сердечники 16 борта в качестве элементов скелета. Шина 10 также в основном включает резину 18 протектора, боковые резиновые элементы 20, резиновые вкладыши 22 борта, резиновые элементы 24 бортовой ленты и резиновый элемент 26 внутреннего покрытия вокруг данных элементов скелета.
[0020]
Слой 12 каркаса включает в себя элементы 12a, 12b слоя каркаса, которые сформированы из органических волокон, покрытых резиной, и которые намотаны между парой сердечников 16 борта кольцеобразной формы с образованием тороидальной формы. В шине 10, приведенной на ФИГ. 1, слой 12 каркаса изготовлен из элементов 12a и 12b слоя каркаса, но он также может быть образован из одного элемента слоя каркаса. На внешней стороне в радиальном направлении шины слоя 12 каркаса расположен слой 14 брекера, состоящий из двух брекерных элементов 14a, 14b. Слой 14 брекера представляет собой элемент, формируемый из стальных кордов, покрытых резиной, причем стальные корды расположены наклонно под заранее установленным углом (например, от 20 до 30 градусов) относительно направления C вдоль окружности шины. Ширина в поперечном направлении W шины брекерного элемента 14a, т. е. нижнего слоя, больше ширины брекерного элемента 14b, т. е. верхнего слоя. Стальные корды двух слоев брекерных элементов 14a и 14b расположены наклонно относительно направления C вдоль окружности шины в сторону поперечного направления W шины во взаимно противоположных направлениях. Поэтому брекерные элементы 14a, 14b представляют собой перекрещивающиеся слои, которые служат для сдерживания расширения слоя 12 каркаса из-за давления воздуха в шине 10.
[0021]
Резина 18 протектора расположена на наружной стороне слоя 14 брекера в радиальном направлении шины. Обе концевые части резины 18 протектора соединены с боковыми резиновыми элементами 20 с образованием боковин. Резина 18 протектора получена из двух слоев резины, а именно: резина 18а протектора верхнего слоя находится на внешней стороне в радиальном направлении шины, а резина 18b протектора нижнего слоя находится на внутренней стороне в радиальном направлении шины. На концах боковых резиновых элементов 20 предусмотрены резиновые элементы 24 бортовой ленты, расположенные на внутренней стороне в радиальном направлении шины и соприкасающиеся с диском, на который монтируют шину 10. На внешней стороне сердечников 16 борта в радиальном направлении шины предусмотрены резиновые вкладыши 22 борта таким образом, чтобы они проходили между частью слоя 12 каркаса перед наматыванием на сердечники 16 борта и частью слоя 12 каркаса после наматывания на сердечники 16 борта. Резиновый элемент 26 внутреннего покрытия находится на внутренней поверхности шины 10, обращенной к области полости шины, которая заполняется воздухом и окружена шиной 10 и диском.
Кроме того, шина 10 включает защитный слой 28 брекера, изготовленный из органического волокна с резиновым покрытием, который покрывает слой 14 брекера с внешней стороны в радиальном направлении шины слоя 14 брекера.
[0022]
Шина 10 имеет такую структуру шины, но структура шины в соответствии с настоящим вариантом осуществления не ограничена структурой шины, показанной на ФИГ. 1.
[0023]
Рисунок протектора
На ФИГ. 3 представлена плоскостная развертка, иллюстрирующая часть примера рисунка протектора, а именно рисунка 30 протектора шины 10, развернутого на плоскости. Шиповые шпильки 50, установленные на участке протектора, на ФИГ. 3 не показаны. Как показано на ФИГ. 3, шина 10 имеет обозначенное направление X вращения, которое указывает на одно направление в направлении вдоль окружности шины. Информацию о направлении X вращения указывают на боковой стенке шины 10 в том месте, где отображаются сведения, включая числа, символы и т. п. (например, символ стрелки). Шиповые шпильки 50 (см. ФИГ. 4A) устанавливают во множество отверстий 29 для вставки шпильки (которые также называют «монтажными отверстиями для шиповых шпилек»), показанных на ФИГ. 3.
[0024]
Рисунок 30 протектора включает наклонную канавку 32, соединительную канавку 34 в направлении вдоль окружности, выступающую канавку 36 и прорезь 38.
Наклонную канавку 32 формируют во множестве с предварительно установленным шагом в направлении вдоль окружности шины (вертикальное направление на ФИГ. 3).
Наклонная канавка 32 проходит в направлении, противоположном (направление вверх на ФИГ. 3) направлению X вращения шины (направление вниз на ФИГ. 3), и наружу в поперечном направлении шины. Наклонная канавка 32 имеет начальный край в положении возле экваториальной линии CL шины на одной стороне в поперечном направлении W шины поперек экваториальной линии CL шины, пересекает экваториальную линию CL шины, проходит к другой стороне в поперечном направлении W шины и заканчивается в конце PE рисунка.
Ширина наклонной канавки 32 постепенно увеличивается, начиная с начального края возле экваториальной линии CL шины. Наклонная канавка 32 имеет наименьший наклон относительно поперечного направления W шины в области возле экваториальной линии CL шины, включая начальный край, а после пересечения экваториальной линии CL шины загибается таким образом, чтобы увеличить угол наклона по отношению к поперечному направлению W шины, и проходит наружу в поперечном направлении шины, противоположном направлению X вращения шины. Более того, по мере продвижения наружу в поперечном направлении шины угол наклона постепенно уменьшается. Наклонная канавка 32, имеющая описанную выше конфигурацию, предусмотрена на обеих сторонах поперек экваториальной линии CL шины.
Наклонная канавка 32 на одной стороне поперек экваториальной линии CL шины на участке протектора смещена вдоль окружности C шины относительно наклонной канавки 32 на другой стороне. Начальный край наклонной канавки 32 на одной стороне выполнен без возможности соединения с наклонной канавкой 32 на другой стороне.
[0025]
Соседние наклонные канавки 32 из множества наклонных канавок 32 в направлении вдоль окружности C шины сообщаются посредством соединительной канавки 34 в направлении вдоль окружности. Точнее, соединительная канавка 34 в направлении вдоль окружности проходит в направлении C вдоль окружности шины из положения части пути вдоль одной из наклонных канавок 32, пересекает другую наклонную канавку 32, которая примыкает к первой наклонной канавке 32, в направлении вдоль окружности C шины и направляется к третьей наклонной канавке 32, которая примыкает ко второй наклонной канавке 32. То есть соединительная канавка 34 в направлении вдоль окружности начинается в одной из наклонных канавок 32 (первая наклонная канавка 32), проходит по направлению C вдоль окружности шины из первой наклонной канавки 32, в которой начинается соединительная канавка 34 в направлении вдоль окружности, и заканчивается во второй наклонной канавке 32. Соединительная канавка 34 в направлении вдоль окружности предусмотрена для соединения трех наклонных канавок 32, которые расположены рядом в направлении C вдоль окружности шины. Соединительная канавка 34 в направлении вдоль окружности наклонена по отношению к направлению C вдоль окружности шины таким образом, что приближается к экваториальной линии CL шины по мере продвижения в направлении, противоположном направлению X вращения шины.
[0026]
Выступающая канавка 36 выступает в направлении к экваториальной линии CL шины из соединительной канавки 34 в направлении вдоль окружности и заканчивается, не доходя до экваториальной линии CL шины.
[0027]
Наклонные канавки 32 и соединительные канавки 34 в направлении вдоль окружности делят беговые участки протектора на центральную зону и плечевые зоны. В центральной зоне и обеих плечевых зонах участка протектора предусмотрено множество прорезей 38, соединенных с наклонными канавками 32 и соединительными канавками 34 в направлении вдоль окружности.
[0028]
Кроме того, в центральной зоне и обеих плечевых зонах участка протектора предусмотрено множество отверстий 29 для вставки шпильки.
Глубина наклонной канавки 32, соединительной канавки 34 в направлении вдоль окружности и выступающей канавки 36 составляет, например, от 8,5 мм до 10,5 мм, а ширина канавок составляет не более 12 мм. Рисунок 30 протектора, показанный на ФИГ. 3, является примером, и рисунок протектора шины для вставки шиповой шпильки настоящего варианта осуществления этим рисунком не ограничивается.
[0029]
Шиповая шпилька
На ФИГ. 4A представлен вид в перспективе, иллюстрирующий шиповую шпильку 50 настоящего варианта осуществления. На ФИГ. 4B представлен вид в горизонтальной проекции шиповой шпильки 50, который представляет собой чертеж, иллюстрирующий нижний фланец 58 шиповой шпильки 50, если смотреть со стороны продольного направления стержневой части 54.
[0030]
Шиповая шпилька 50 включает вершину 52 и стержневую часть 54. Стержневая часть 54 включает верхний фланец 56, нижний фланец 58 и шейку 60. При установке на шину 10 в отверстия 29 для вставки шпильки стержневая часть 54 вставляется в резину 18 протектора (см. ФИГ. 1) и выполнена с возможностью соприкосновения с резиной 18 протектора.
[0031]
Вершина 52 имеет торцевую поверхность 52c вершины (см. ФИГ. 6, описанную ниже), которая соприкасается с дорожным покрытием. Вершину 52 формируют из карбида вольфрама или подобного твердого металла. Кроме того, вершину 52 можно формировать из керметного материала. Вершина 52 закреплена в отверстии, предусмотренном в верхней торцевой поверхности 56a стержневой части 54. Вершина 52 шиповой шпильки 50 выполнена с возможностью выступания из поверхности протектора, когда шиповая шпилька 50 установлена в шине 10.
[0032]
Стержневая часть 54 поддерживает вершину 52 и проходит в одном направлении.
Верхний фланец 56 стержневой части 54 выполнен таким образом, что при вставке на участке протектора шины 10 вершина 52 выступает из поверхности протектора. Вершина 52 прикреплена к торцу верхнего фланца 56 стержневой части 54.
Нижний фланец 58 выполнен таким образом, чтобы при вставке на участке протектора шины 10 соприкасаться с дном отверстия 29 для вставки шпильки. Нижний фланец 58 расположен на стороне, противоположной торцу верхнего фланца 56 стержневой части 54.
Шейка 60 представляет собой часть, которая соединяет верхний фланец 56 с нижним фланцем 58. Шейка 60 уже верхнего фланца 56 и нижнего фланца 58, если смотреть в поперечном сечении, ортогональном к продольному направлению стержневой части 54.
Материал стержневой части 54 не имеет конкретных ограничений, и, например, стержневая часть 54 может быть сформирована из алюминиевого сплава или подобного материала, чтобы уменьшить вес шиповой шпильки 50.
[0033]
В данном случае верхний фланец 56 и нижний фланец 58 стержневой части 54 включают боковые поверхности, проходящие параллельно продольному направлению шиповой шпильки 50.
Если смотреть на верхний фланец 56 со стороны продольного направления стержневой части 54, то край, определяющий форму внешнего контура верхнего фланца 56, образует деформированный шестиугольник, в котором шесть вершин закруглены, а часть четырех из сторон заглублена. Эта форма является лишь примером, и, как показано на ФИГ. 4B, форма края верхнего фланца 56 не имеет конкретных ограничений при условии, что нижний фланец 58 больше верхнего фланца 56, если смотреть на стержневую часть 54 со стороны продольного направления стержневой части 54, и может быть любой другой известной формы.
[0034]
Что касается нижнего фланца 58, то, если смотреть на нижний фланец 58 со стороны продольного направления стержневой части 54 (осевое направление центральной оси Z), как показано на ФИГ. 4B, край, формирующий форму внешнего контура нижнего фланца 58, включает первую сторону 58a и вторую сторону 58b.
Первая сторона 58a имеет округлую форму, выступающую к внешней стороне нижнего фланца 58, и выступает в первом направлении A, ортогональном продольному направлению стержневой части 54 (осевое направление центральной оси Z).
Как показано на ФИГ. 4B, вторая сторона 58b расположена противоположно первой стороне 58a относительно места расположения вершины, где имеется вершина 52, и, конкретнее, относительно центрального положения вершины 52 (или центрального положения на чертеже торцевой поверхности 52c вершины). Вторая сторона 58b проходит во втором направлении B, ортогональном первому направлению A и продольному направлению стержневой части 54 и имеет углубление, направленное к внутренней стороне нижнего фланца 58.
[0035]
На крае, определяющем форму внешнего контура нижнего фланца 58, предусмотрена пара третьих сторон 58c, которые соединяют первую сторону 58a и вторую сторону 58b. Каждая из третьих сторон 58c проходит в первом направлении A. Как показано на ФИГ. 4B, в тех случаях, когда в третьих сторонах 58c предусмотрены углубления, первая сторона 58a образуется между точками 58d, где начинаются каждая из третьих сторон 58c и углубления.
Кроме того, в качестве краев второй стороны 58b образуется пара точек 58f, где край нижнего фланца 58 пересекается с прямой линией 58e. Прямая линия 58e параллельна второму направлению B и проходит через точку максимального углубления во второй стороне 58b. Соответственно, в примере, показанном на ФИГ. 4B, третьи стороны 58c являются частями прямых линий или кривых линий, проходящих между каждой из точек 58f и каждой из точек 58d.
[0036]
В целях предупреждения повреждения стенок отверстий 29 для вставки шпилек предпочтительно, чтобы закругленная форма первой стороны 58a имела форму дуги идеальной окружности с центром в центральном положении (положение центральной оси Z) или овала, но другие искривленные формы тоже приемлемы.
Вторая сторона 58b может иметь форму, включающую две прямые линии и углубленную часть, расположенную между двумя прямыми линиями, или форма частей на любой из сторон углубления может быть искривленной, образуя форму, выступающую к внешней стороне нижнего фланца 58, а не форму в виде прямой линии. Кроме того, углубление второй стороны 58b может быть сформировано в виде криволинейной углубленной формы или может быть сформировано в виде углубленной формы, в которой две прямые линии соединяются с образованием V-образной формы.
Кроме того, углубления третьих сторон 58c могут быть сформированы в виде криволинейных углубленных форм или могут быть сформированы в виде углубленных форм, в которых две прямые линии соединяются с образованием V-образной формы. Эти формы края такого нижнего фланца 58 являются только примерами, и формы края нижнего фланца 58 шиповой шпильки 50 настоящего варианта осуществления не имеют конкретных ограничений и могут быть любой другой известной формы.
[0037]
В шиповой шпильке 50 настоящего варианта осуществления верхняя торцевая поверхность 56a верхнего фланца 56, из которого выступает вершина 52, включает углубленную поверхность 56c. Углубленная поверхность 56c включает в себя гладкую наклонную поверхность 56b, углубляющуюся криволинейно или прямолинейно к нижнему фланцу 58 при продвижении к выступающей части 52a основания вершины 52 (см. описание ФИГ. 5 ниже). Соответственно, вершина 52 выступает из углубленной поверхности 56c или, другими словами, выступающая часть 52a основания вершины 52 окружена углубленной поверхностью 56c. Выступающая часть 52a основания определена как часть края вершины 52, где вершина 52 выступает из верхней торцевой поверхности 56a (или углубленной поверхности 56c). Верхняя торцевая поверхность 56a снабжена углубленной поверхностью 56c таким образом, чтобы предотвратить образование слоя ледяной крошки 82 между вершиной 52 и обледенелым дорожным покрытием 80 за счет сбора ледяной крошки 82 в пространстве, ограниченном углубленной поверхностью 56c и обледенелым дорожным покрытием 80, причем ледяная крошка 82 срезается с обледенелого дорожного покрытия 80 шиповыми шпильками 50 во время применения торможения к шине 10. ФИГ. 5 представляет собой чертеж для пояснения путей ледяной крошки 82, срезаемой вершиной 52.
[0038]
Как показано на ФИГ. 5, при торможении вершина 52 движется в одном направлении относительно обледенелого дорожного покрытия 80 (в указанном стрелкой направлении на ФИГ. 5). Таким образом, край торца вершины 52, перемещаясь в направлении относительно обледенелого дорожного покрытия 80, срезает обледенелое дорожное покрытие 80 и рассеивает ледяную крошку 82. Так как рассеянная ледяная крошка 82 удерживается в пространстве, ограниченном углубленной поверхностью 56c и обледенелым дорожным покрытием 80, образование слоя ледяной крошки 82 на обледенелом дорожном покрытии 80 предотвращается. Соответственно, настоящий вариант осуществления препятствует образованию слоя ледяной крошки 82 между торцевой поверхностью 52c вершины и обледенелым дорожным покрытием 80, позволяя шиповой шпильке 50 надежно входить в контакт с обледенелым дорожным покрытием 80. В результате на льду достигаются хорошие рабочие характеристики. Отметим, что по мере вращения шины 10 шиповые шпильки 50 перемещаются из контактной зоны, где шиповые шпильки 50 соприкасаются с обледенелым дорожным покрытием 80, в зону отсутствия контакта, и ледяная крошка 82, собранная в пространстве, ограниченном углубленной поверхностью 56c и обледенелым дорожным покрытием 80, подвергается воздействию центробежной силы и рассеивается вокруг шины 10. Следовательно, когда при следующем обороте шины шиповые шпильки 50 перемещаются в контактную зону, где шиповые шпильки 50 соприкасаются с обледенелым дорожным покрытием 80, в пространстве, ограниченном углубленной поверхностью 56c и обледенелым дорожным покрытием 80, отсутствует ледяная крошка 82. Таким образом, накопление ледяной крошки 82 на углубленной поверхности 56c предотвращается.
[0039]
В настоящем варианте осуществления предпочтительно, чтобы угол наклона наклонной поверхности 56b относительно ортогональной плоскости, перпендикулярной продольному направлению стержневой части 54, уменьшался по мере продвижения к выступающей части 52a основания вершины 52, как показано на ФИГ. 5. Соответственно, зона для сбора ледяной крошки 82 увеличивается, позволяя ледяной крошке 82 надежно и в достаточной степени удерживаться в пространстве, ограниченном углубленной поверхностью 56c и обледенелым дорожным покрытием 80. На ФИГ. 5 ортогональная плоскость, перпендикулярная продольному направлению, соответствует боковому направлению. В примере, показанном на ФИГ. 5, угол наклона наклонной поверхности 56b равен углу между горизонтальной плоскостью и касательной линией в каждой точке на кривой линии, которая представляет наклонную поверхность 56b. Угол наклона также равен углу между касательной плоскостью в каждой точке наклонной поверхности 56b и ортогональной плоскостью, перпендикулярной продольному направлению стержневой части 54.
[0040]
В настоящем варианте осуществления предпочтительно, чтобы верхняя торцевая поверхность 56a верхнего фланца 56 имела плоскую поверхность 56d, ортогональную продольному направлению стержневой части 54 (в примере, показанном на ФИГ. 5, прямая линия, проходящая в горизонтальном направлении). Кроме того, предпочтительно, чтобы углубленная поверхность 56c была окружена плоской поверхностью 56d. Если смотреть на верхнюю торцевую поверхность 56a верхнего фланца 56 со стороны продольного направления стержневой части 54 (направление центральной оси Z), то, благодаря наличию плоской поверхности 56d, край углубленной поверхности 56c (контур в положении, где начинается углубление углубленной поверхности 56c) располагается дальше внутрь, чем край внешнего периметра верхнего фланца 56. Соответственно, можно сократить количество ледяной крошки 82, выбрасываемой из зазора между верхней торцевой поверхностью 56a и обледенелым дорожным покрытием 80, когда вершина 52 соприкасается с обледенелым дорожным покрытием 80, и эффективно препятствовать рассеянию ледяной крошки 82 во всех направлениях, когда шиповые шпильки 50 соприкасаются с обледенелым дорожным покрытием 80.
[0041]
Отметим, что форма края углубленной поверхности 56c, если смотреть со стороны продольного направления стержневой части 54 (направление центральной оси Z), может быть круглой или эллиптической. Тем не менее форма не имеет ограничений и может соответствовать форме края верхнего фланца 56, если смотреть со стороны продольного направления стержневой части 54.
[0042]
В настоящем варианте осуществления предпочтительно, чтобы глубина D (см. ФИГ. 5) в самой нижней точке углубленной поверхности 56c составляла от 0,3 мм до 2,0 мм, оба значения включительно. Более предпочтительна глубина D от 0,3 мм до 1,0 мм, оба значения включительно. Установка глубины D 0,3 мм или более позволяет собирать ледяную крошку 82 в достаточной степени в пространстве, ограниченном углубленной поверхностью 56c и обледенелым дорожным покрытием 80. Установка глубины D более 2,0 мм приводит к снижению механической прочности верхнего фланца 56 и повышению его подверженности повреждениям.
[0043]
Расстояние W1 (см. ФИГ. 5) определено как расстояние вдоль прямой линии, проходящей ортогонально через центральную ось 52b, от края верхнего фланца 56 до выступающей части 52a основания вершины 52. Вершина 52 в настоящем варианте осуществления имеет центральную ось 52b, которая проходит в продольном направлении стержневой части 54. Кроме того, расстояние W2 (см. ФИГ. 5) определяется как расстояние вдоль прямой линии, ортогональной центральной оси 52b, от точки, где начинает углубление углубленной поверхности 56c, т. е. от края углубленной поверхности 56c, до выступающей части 52a основания вершины 52. При таком определении предпочтительно, чтобы расстояние W2 составляло 0,3 (30%) или более от расстояния W1 или, более предпочтительно, 0,5 (50%) или более. Предпочтительно, чтобы расстояние W2 составляло 0,7 (70%) или менее от расстояния W1 или, более предпочтительно, 0,65 (65%) или менее. Установка расстояния W2 равным 0,3 от расстояния W1 приводит к недостаточному пространству для сбора ледяной крошки 82. Установка расстояния W2 равным более 0,7 от расстояния W1 приводит к снижению механической прочности верхнего фланца 56 и повышению его подверженности повреждениям.
[0044]
2
-1
-1
Кроме того, если смотреть на верхний фланец 56 и вершину 52 в поперечном сечении, полученном вдоль плоскости, параллельной центральной оси 52b (и включающей саму ось) вершины 52, как показано на ФИГ. 6, то продольное направление от выступающей части 52a основания вершины 52 к торцевой поверхности 52c вершины определено как направление y системы координат X-Y. Центральная ось 52b вершины 52 настоящего варианта осуществления проходит в продольном направлении стержневой части 54. Кроме того, на вышеописанном поперечном сечении направление, ортогональное продольному направлению из шиповой шпильки 50 наружу, определено как направление x системы координат X-Y. Более того, на вышеописанном поперечном сечении положение выступающей части 52a основания вершины 52 определено как начало O системы координат X-Y. На этом поперечном сечении, представленном в системе координат X-Y, наклонная поверхность 56b углубленной поверхности 56c имеет соответствующую ей искривленную форму или линейную форму. При таком определении предпочтительно, чтобы угол наклона относительно направления x в произвольном положении D на кривой или прямой линии, соответствующей наклонной поверхности 56b, был больше угла наклона относительно направления x в том же положении в направлении x, что и положение D на параболе B. Парабола B проходит через начало координат O и имеет фокус в точке 52d на торцевой поверхности 52c вершины, которая расположена в том же положении в направлении x, что и начало координат O. Параболу B можно выразить уравнением y=1/(4p)·x, где p - расстояние от точки O начала координат до точки 52d. Угол наклона параболы B в положении D равен tan (x1/2p) (рад), где x1 - координата положения D на оси x. Поэтому предпочтительно, чтобы угол наклона наклонной поверхности 56b в точке x1 на оси x был больше, чем tan (x1/2p) (рад).
ФИГ. 6 представляет собой чертеж, поясняющий форму наклонной поверхности 56b на верхнем фланце 56 шиповой шпильки 50 настоящего варианта осуществления. На ФИГ. 6 показана форма углубленной поверхности 56c, причем ее размеры в направлении y увеличены. ФИГ. 7 представляет собой чертеж, поясняющий взаимосвязь между параболой B и фокусом C параболы B. Когда твердые частицы, которые движутся по прямой линии из фокуса C параболы B, зеркально отражаются (угол падения равен углу отражения) от параболы B, они отражаются в направлении y независимо от точки отражения. Соответственно, при формировании угла наклона (абсолютное значение) относительно направления x наклонной поверхности 56b больше угла наклона (абсолютное значение) относительно направления x кривой линии параболы B в той же точке отражения твердые частицы, т. е. ледяная крошка 82, движутся в направлении вершины 52 (направление, противоположное направлению x), когда отражаются от наклонной поверхности 56b, как показано на ФИГ. 6. Таким образом, ледяная крошка 82, отраженная от наклонной поверхности 56b, не может быть выброшена из пространства, ограниченного углубленной поверхностью 56c и обледенелым дорожным покрытием 80. Кроме того, предотвращается образование слоя ледяной крошки 82 между вершиной 52 и обледенелым дорожным покрытием 80.
[0045]
Рабочие примеры, стандартный пример
Были изготовлены шиповые шпильки с углубленной поверхностью 56c верхнего фланца 56 и без нее и с углубленной поверхностью 56c различных форм. Изготовленные шиповые шпильки вставляли в шины 10, имеющие конфигурацию, показанную на ФИГ. 1-3, и эти шипованные шины устанавливали на легковой автомобиль и проверяли рабочие характеристики на льду.
Каждая из изготовленных шин имела размер 205/55R16. Использованный легковой автомобиль представлял собой переднеприводной седан с объемом двигателя 2000 куб. см. Внутреннее давление в шинах устанавливали на уровне 230 (кПа) как для передних колес, так и для задних колес. Нагрузка на шины составляла 450 кг на каждое переднее колесо и 300 кг на каждое заднее колесо.
[0046]
Рабочие характеристики на льду получали следующим образом.
Расстояние (тормозной путь), которое легковой автомобиль, движущийся со скоростью 40 км/ч, проходил до остановки при выжимании педали тормоза до максимума с фиксированной силой, измеряли множество раз (пять раз) и получали среднюю величину измеренных значений. Обратные величины от средних значений для каждого из примеров выражали как значения индекса, при этом в качестве эталона использовали обратную величину от среднего значения стандартного примера, описанного ниже (значение индекса принимали за 100). Большее индексное значение указывает на более короткий тормозной путь и превосходные характеристики на льду.
[0047]
В таблицах 1 и 2 под «линейной формой» для «формы наклонной поверхности 56b» понимается наклонная поверхность 56b, имеющая линейную форму, глубина которой увеличивается с постоянным коэффициентом по мере продвижения к выступающей части 52a основания вершины 52, если смотреть на поперечном сечении, отображенном на ФИГ. 5. Под «искривленной формой» понимается наклонная поверхность 56b, имеющая искривленную форму, у которой угол наклона наклонной поверхности 56b уменьшается при продвижении к выступающей части 52a основания вершины 52, как показано на ФИГ. 5, если смотреть на поперечном сечении, отображенном на ФИГ. 5.
В таблицах 1 и 2 «отсутствует» для элемента «плоская поверхность» означает форму края углубленной поверхности 56c, соответствующую форме края верхнего фланца 56, если смотреть со стороны продольного направления стержневой части 54.
Отметим, что в стандартном примере использована шиповая шпилька 50, показанная на ФИГ. 4A, за исключением того, что углубленная поверхность 56c отсутствует. В рабочих примерах 1-10 использованы шиповые шпильки 50, показанные на ФИГ. 4A, с различными техническими характеристиками, приведенными в таблицах 1 и 2.
В стандартном примере «отсутствует» в графе углубленной поверхности 56c означает, что верхняя торцевая поверхность верхнего фланца шиповой шпильки является плоской поверхностью.
[0048]
[Таблица 1]
Стандартный пример
Рабочий пример 1
Рабочий пример 2
Рабочий пример 3
Рабочий пример 4
Рабочий пример 5
Углубленная поверхность 56c
Отсутствует
Присутствует
Присутствует
Присутствует
Присутствует
Присутствует
Форма наклонной поверхности 56b
-
Линейная форма
Искривленная форма
Искривленная форма
Искривленная форма
Искривленная форма
Плоская поверхность 56d
-
Отсутствует
Отсутствует
Присутствует
Присутствует
Присутствует
Глубина D
-
Расстояние W2/расстояние W1
-
0
0
0,3
0,3
0,3
Характеристики на льду
100
103
105
106
108
109
[0049]
[Таблица 2]
Рабочий пример 6
Рабочий пример 7
Рабочий пример 8
Рабочий пример 9
Рабочий пример 10
Углубленная поверхность 56c
Присутствует
Присутствует
Присутствует
Присутствует
Присутствует
Форма наклонной поверхности 56b
Искривленная форма
Искривленная форма
Искривленная форма
Искривленная форма
Искривленная форма
Плоская поверхность 56d
Присутствует
Присутствует
Присутствует
Присутствует
Присутствует
Глубина D
Расстояние W2/расстояние W1
0,3
0,3
0,3
0,5
0,2
Характеристики на льду
110
110
110
110
107
[0050]
Как видно из показанных в таблицах 1 и 2 результатов оценки рабочих характеристик на льду для рабочих примеров 1-10, наличие углубленной поверхности 56c на верхней торцевой поверхности 56a верхнего фланца 56 улучшает рабочие характеристики на льду.
Как видно из сравнения рабочих примеров 1 и 2, для улучшения рабочих характеристик на льду в качестве формы наклонной поверхности 56b предпочтительна форма, у которой угол наклона наклонной поверхности 56b уменьшается по мере продвижения к выступающей части 52a основания вершины 52.
Как видно из сравнения рабочих примеров 2 и 3, для улучшения рабочих характеристик на льду предпочтительно, чтобы край углубленной поверхности 56c был окружен плоской поверхностью 56d.
Как видно из сравнения примеров 3-8, для улучшения рабочих характеристик на льду предпочтительно, чтобы глубина D составляла 0,3 мм или более.
Как видно из сравнения примеров 5, 9 и 10, для улучшения рабочих характеристик на льду предпочтительно, чтобы отношение расстояний W2/W1 составляло 0,3 или более. Кроме того, улучшенные рабочие характеристики на льду достигаются установкой отношения расстояний W2/W1 в пределах от 0,3 до 0,5, оба значения включительно.
[0051]
Выше описаны шиповая шпилька и пневматическая шина настоящего изобретения. Однако следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено представленными выше вариантами осуществления и примерами и может быть улучшено или модифицировано различными способами при условии, что данные улучшения или модификации остаются в пределах объема настоящего изобретения.
Перечень позиционных обозначений
[0052]
10 - пневматическая шина
12 - слой каркаса
14 - слой брекера
14a, 14b - элемент брекера
16 - сердечник борта
18 - резина протектора
18a - резина протектора верхнего слоя
18b - резина протектора нижнего слоя
20 - боковой резиновый элемент
22 - резиновый вкладыш борта
24 - резиновый элемент бортовой ленты
26 - резиновый элемент внутреннего покрытия
28 - защитный слой брекера
30 - рисунок протектора
32 - наклонная канавка
34 - соединительная канавка в направлении вдоль окружности
36 - выступающая канавка
50 - шиповая шпилька
52 - вершина
52a - выступающая часть основания
52b - центральная ось
52c - торцевая поверхность вершины
52d - точка
54 - стержневая часть
56 - верхний фланец
56a - верхняя торцевая поверхность
56b - наклонная поверхность
56c - углубленная поверхность
56d - плоская поверхность
58 - нижний фланец
58a - первая сторона
58b - вторая сторона
58c - третья сторона
58d, 58f - точка
58e - прямая линия
60 - шейка