ШИПОВАЯ ШПИЛЬКА И ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА
STUD PIN AND PNEUMATIC TIRE

Настоящее изобретение относится к шиповой шпильке, установленной в участке протектора пневматической шины, и к пневматической шине с установленной шиповой шпилькой.
Традиционные зимние шины обеспечивают сцепление на обледенелых дорожных покрытиях посредством шиповых шпилек, установленных в участок протектора шины.
Типичную шиповую шпильку устанавливают в монтажное отверстие для шиповой шпильки, выполненное на участке протектора. При введении шиповой шпильки в монтажное отверстие для шиповой шпильки монтажное отверстие для шиповой шпильки увеличивается в диаметре. При вставке шиповой шпильки в монтажное отверстие для шиповой шпильки в таком состоянии шиповые шпильки плотно встраиваются в монтажное отверстие для шиповой шпильки. В результате предотвращается выпадение шиповых шпилек из монтажных отверстий для шиповых шпилек при воздействии на них сил, связанных с торможением, ускорением и поперечными нагрузками со стороны дорожного покрытия в процессе качения шины.
Известен шип для шин (шиповая шпилька), способный обеспечивать увеличенную силу зацепления за ледяную поверхность и имеющий уменьшенный вес (см., например, публикацию WO 2012/117962). Предложена шиповая шпилька со столбчатым корпусом для фиксации к поверхности протектора, имеющая одну торцевую сторону в направлении вдоль ее центральной оси, установленную в глухое отверстие, образованное в поверхности протектора шины, и шип, выступающий из другой торцевой стороны столбчатого корпуса. Шип имеет вид столбчатого корпуса сложной формы, выступающего из другой торцевой стороны столбчатого корпуса и имеющего углубленные участки, образованные посредством удаления участков, охватывающих вторую торцевую сторону и периферийную поверхность цилиндрического корпуса, и проходит в направлении вдоль центральной оси столбчатого корпуса.
Однако зимние шины с шиповыми шпильками двигаются не только по обледенелым дорожным покрытиям, но также по бетонным дорожным покрытиям и асфальтовым дорожным покрытиям. Бетонные дорожные покрытия и асфальтовые дорожные покрытия тверже обледенелых дорожных покрытий. На таких поверхностях силы, воздействующие со стороны твердого дорожного покрытия, могут приводить к выпадению шиповых шпилек из шины при торможении, ускорении или повороте.
Целью настоящего изобретения является обеспечение шиповой шпильки, которая не выпадает легко из шины, которая улучшает эффективность шины на льду и дополнительно уменьшает число шиповых шпилек, выпадающих при движении по бетонным дорожным покрытиям и асфальтовым дорожным покрытиям, и пневматической шины, оснащенной шиповыми шпильками.
Один аспект настоящего изобретения представляет собой шиповую шпильку, которая установлена в монтажное отверстие для шиповой шпильки на участке протектора пневматической шины. Шиповая шпилька содержит заглубленный базовый участок, проходящий в направлении прохождения, причем заглубленный базовый участок фиксирует шиповую шпильку в участке протектора посредством зажимания ее боковой поверхностью монтажного отверстия для шиповой шпильки при введении шиповой шпильки в монтажное отверстие для шиповой шпильки, и верхушечный участок, соединенный с концевым участком заглубленного базового участка в направлении прохождения, при этом верхушечный участок выступает за пределы участка протектора и входит в контакт с дорожным покрытием при введении заглубленного базового участка в монтажное отверстие для шиповой шпильки. Верхушечный участок содержит верхушечную концевую поверхность, перпендикулярную направлению прохождения заглубленного базового участка, и участок, соединяющий верхушечный участок с заглубленным базовым участком, имеет площадь поперечного сечения в плоскости, перпендикулярной направлению прохождения заглубленного базового участка, которая больше площади верхушечной концевой поверхности.
В данном случае отношение площадей S2/S1 предпочтительно составляет от 1,25 до 7,5, где S1 - площадь верхушечной концевой поверхности, а S2 - площадь поперечного сечения соединительного участка.
Предпочтительно заглубленный базовый участок имеет плоскую поверхность, из которой выступает верхушечный участок, верхушечный участок имеет наклонную боковую поверхность, проходящую от верхушечной концевой поверхности к заглубленному базовому участку, и угол наклона наклонной боковой поверхности относительно плоской поверхности заглубленного базового участка составляет от 30 до 60 градусов.
Верхушечная концевая поверхность предпочтительно имеет форму многоугольника. Например, предпочтительными являются треугольная форма, четырехугольная форма, пятиугольная форма и т. п. В частности, верхушечная концевая поверхность имеет форму многоугольника с числом граней 4×n (где n - натуральное число; примеры включают в себя четырехугольник, восьмиугольник, двенадцатиугольник и т.п.). Благодаря тому, что верхушечная концевая поверхность имеет форму многоугольника с числом граней 4×n, характеристики торможения шины могут улучшаться из-за граней, проходящих, например, в направлении вдоль окружности шины и в поперечном направлении шины.
Также верхушечная концевая поверхность предпочтительно имеет форму вогнутого многоугольника. В данном случае вогнутый многоугольник представляет собой многоугольник, в котором по меньшей мере один внутренний угол больше 180 градусов, например крестообразный или звездообразный многоугольник. Вогнутый многоугольник предпочтительно имеет количество вершин 4n (где n - натуральное число).
Следует отметить, что углы многоугольника могут быть закругленными. Также часть или вся сторона многоугольника может представлять собой дугу.
Верхушечный участок предпочтительно имеет форму усеченной многоугольной пирамиды. Например, предпочтительными являются усеченная треугольная пирамида, усеченная пятиугольная пирамида и т.п.
В частности, верхушечный участок предпочтительно имеет форму усеченной четырехугольной пирамиды.
Предпочтительно верхушечный участок имеет форму прямоугольной фигуры, и верхушечный участок содержит пару наклонных боковых поверхностей, проходящих от двух противоположных сторон заглубленного базового участка. Углы многоугольника могут быть закругленными. Также часть или вся сторона многоугольника может представлять собой дугу. Предпочтительно верхушечный участок содержит пару наклонных боковых поверхностей, проходящих от боковых сторон в поперечном направлении прямоугольной фигуры к заглубленному базовому участку. Шиповую шпильку предпочтительно устанавливают в монтажное отверстие для шиповой шпильки так, что продольное направление прямоугольной фигуры совмещается с направлением вдоль окружности шины. Вследствие такой конфигурации наклонные боковые поверхности, направленные по направлению вдоль окружности шины, позволяют уменьшить момент, воздействующий на шиповую шпильку, а продольная ориентация сторон позволяет улучшить характеристики торможения относительно сил, воздействующих в поперечном направлении шины.
Предпочтительно верхушечная концевая поверхность имеет четырехугольную форму, поперечное сечение участка, соединяющего верхушечный участок с заглубленным базовым участком в плоскости, перпендикулярной направлению прохождения заглубленного базового участка, имеет крестообразную форму, и предусмотрены четыре наклонные боковые поверхности, проходящие от четырех сторон верхушечной концевой поверхности к четырем концевым участкам крестообразной формы. Предпочтительно одна пара из четырех наклонных боковых поверхностей обращена в направлении вдоль окружности шины, а другая пара наклонных поверхностей обращена в поперечном направлении шины.
Предпочтительно верхушечная поверхность имеет крестообразную форму, и поперечное сечение участка, соединяющего верхушечный участок с заглубленным базовым участком в плоскости, перпендикулярной направлению прохождения заглубленного базового участка, имеет крестообразную форму, и четыре наклонные боковые поверхности проходят от четырех концевых участков верхушечной концевой поверхности крестообразной формы к заглубленному базовому участку. Предпочтительно одна пара из четырех наклонных боковых поверхностей обращена в направлении вдоль окружности шины, а другая пара наклонных поверхностей обращена в поперечном направлении шины.
Предпочтительно заглубленный базовый участок содержит, в порядке от стороны, обращенной к верхушечному участку, основной участок, шейку, имеющую максимальный внешний диаметр, который меньше максимального внешнего диаметра основного участка, и нижний участок, имеющий максимальный внешний диаметр, который больше максимального внешнего диаметра основного участка и максимального внешнего диаметра шейки, и основной участок содержит на своей внешней периферийной поверхности множество углубленных участков.
Предпочтительно верхушечный участок представляет собой усеченную вогнутую многоугольную пирамиду, причем верхушечный участок содержит четыре углубленных участка, разделенных в направлении вдоль окружности;
верхушечная концевая поверхность и участок, соединяющий верхушечный участок с заглубленным базовым участком, имеют такое поперечное сечение в плоскости, перпендикулярной направлению прохождения заглубленного базового участка, который в целом представляет собой вогнутый многоугольник в форме креста;
заглубленный базовый участок содержит, в порядке от стороны, обращенной к верхушечному участку, основной участок, шейку, имеющую максимальный внешний диаметр, который меньше максимального внешнего диаметра основного участка, и нижний участок, имеющий максимальный внешний диаметр, который больше максимального внешнего диаметра основного участка и максимального внешнего диаметра шейки;
основной участок содержит на своей внешней периферийной поверхности четыре углубленных участка, разделенных в направлении вдоль окружности; и
углубленные участки верхушечного участка и углубленные участки основного участка выполнены расположенными в одном направлении относительно центральной оси шиповой шпильки.
Также нижний участок предпочтительно имеет на своей внешней периферийной поверхности четыре углубленных участка, разделенных в направлении вдоль окружности; и
углубленные участки концевого участка и углубленные участки нижнего участка выполнены расположенными в одном направлении относительно центральной оси шиповой шпильки.
Кроме того, другой аспект настоящего изобретения представляет собой пневматическую шину. Пневматическая шина оснащена описанной выше шиповой шпилькой, установленной в монтажное отверстие для шиповой шпильки в участке протектора пневматической шины.
В соответствии с описанными выше аспектами можно предложить шиповую шпильку, которая улучшает характеристики пневматической шины на льду и которая не выпадает легко из пневматической шины. Также можно предложить пневматическую шину, оснащенную шиповыми шпильками. Пневматическая шина имеет улучшенные характеристики на льду и количество выпадающих из пневматической шины шиповых шпилек меньше, чем при использовании традиционных шиповых шпилек.
Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
ФИГ. 1 - вид в поперечном сечении пневматической шины варианта осуществления.
ФИГ. 2 - плоскостная развертка, показывающая участок рисунка протектора шины варианта осуществления, развернутого на плоскость.
ФИГ. 3 - внешний вид в перспективе, показывающий шиповую шпильку 50A первого варианта осуществления настоящего изобретения.
ФИГ. 4 - вид сбоку, показывающий шиповую шпильку 50A, установленную в участок протектора.
ФИГ. 5 - схематический вид для описания сил, воздействующих на традиционную шиповую шпильку 150 со стороны дорожного покрытия S.
ФИГ. 6 - схематический вид для описания сил, воздействующих на шиповую шпильку 50А со стороны дорожного покрытия S.
ФИГ. 7 - внешний вид в перспективе, показывающий шиповую шпильку 50B второго варианта осуществления настоящего изобретения.
ФИГ. 8 - внешний вид в перспективе, показывающий шиповую шпильку 50C третьего варианта осуществления настоящего изобретения.
ФИГ. 9 - внешний вид в перспективе, показывающий шиповую шпильку 50D четвертого варианта осуществления настоящего изобретения.
ФИГ. 10 - внешний вид в перспективе, показывающий шиповую шпильку 50E пятого варианта осуществления настоящего изобретения.
ФИГ. 11 - внешний вид в перспективе, показывающий шиповую шпильку 50F шестого варианта осуществления настоящего изобретения.
Ниже описана пневматическая шина настоящего варианта осуществления. На ФИГ. 1 представлен вид в поперечном сечении пневматической шины 10 (в дальнейшем обозначена как «шина») настоящего варианта осуществления. Шина 10 представляет собой шипованную шину с шиповыми шпильками, установленными в участке протектора.
Например, шина 10 представляет собой шину 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 также может представлять собой шину для малых грузовиков, определенную как указано в главе В, или шину для грузовых автомобилей и автобусов, определенную как указано в главе C.
Ниже подробно описаны значения размеров различных элементов рисунка шины, представленных для примера значений применительно к шине для легкового автомобиля. Однако пневматическая шина настоящего изобретения не ограничена данными примерными значениями.
Описанный ниже термин «направление вдоль окружности шины» обозначает направление вращения (в обоих направлениях) поверхности протектора при вращении шины 10 вокруг оси вращения шины. «Радиальное направление шины» представляет собой направление, которое проходит радиально перпендикулярно оси вращения шины. «Во внешнюю сторону в радиальном направлении шины» представляет собой направление от оси вращения шины в радиальном направлении шины. «Поперечное направление шины» представляет собой направление, совмещенное с направлением оси вращения шины. «Во внешнюю сторону в поперечном направлении шины» представляет собой направление от центральной линии CL шины 10 в обоих направлениях.
Шина 10 включает в себя слой 12 каркаса, брекер 14 и сердечник 16 борта в качестве элементов конструкции. Шина 10 в основном включает резиновый элемент 18 протектора, резиновые элементы 20 боковой стенки, резиновые элементы 22 вкладыша борта, резиновые элементы 24 бортовой ленты и резиновый элемент 26 внутреннего покрытия вокруг данных элементов конструкции.
Слой 12 каркаса шины 10, показанный на ФИГ. 1, включает в себя элементы 12a, 12b слоя каркаса, проходящие между парой кольцевых сердечников 16 борта и свернутые в форме тороида. Элементы 12a, 12b слоя каркаса получены из органических волокон, покрытых резиной. Слой 12 каркаса может быть образован одним элементом слоя каркаса.
На внешней стороне в радиальном направлении шины слоя 12 каркаса расположен брекер 14, состоящий из двух брекерных элементов 14a, 14b. Брекерные элементы 14a, 14b представляют собой элементы, полученные из стального корда и покрытые резиной. Брекерные элементы 14a, 14b расположены под наклоном с заданным углом, например, от 20 до 30 градусов, по отношению к направлению вдоль окружности шины. Брекерный элемент 14a нижнего слоя имеет ширину в поперечном направлении шины, которая больше ширины брекерного элемента 14b верхнего слоя. Нити стального корда брекерных элементов 14a, 14b имеют наклон в противоположных друг другу направлениях относительно направления вдоль окружности шины и перекрещиваются друг с другом. Брекер 14 предотвращает или сводит к минимуму расширение слоя 12 каркаса, вызванное давлением воздуха в участке полости шины, образующемся между шиной 10 и диском.
На внешней стороне в радиальном направлении шины от брекера 14 предусмотрен каучуковый элемент 18 протектора. Каучуковые элементы 20 боковой стенки соединены с обеими концевыми участками каучукового элемента 18 протектора с образованием участков боковой стенки.
Резиновый материал 18 протектора получен из двух слоев резины: резиновый материал 18а протектора верхнего слоя находится на внешней стороне в радиальном направлении шины, а резиновый материал 18b протектора нижнего слоя находится на внутренней стороне в радиальном направлении шины.
Каучуковый элемент 24 бортовой ленты находится в конце каучукового элемента 20 боковой стенки с внутренней стороны в радиальном направлении шины. Каучуковый элемент 24 бортовой ленты входит в контакт с диском, на который устанавливают шину 10.
Каучуковый элемент 22 вкладыша борта расположен на внешней стороне сердечника 16 борта в радиальном направлении шины, так что он располагается между слоем 12 каркаса, завернутым вокруг сердечника 16 борта. Каучуковый элемент 26 внутренней облицовки находится на внутренней поверхности шины 10, обращенной к полости шины.
Кроме этого в шине 10 предусмотрен защитный слой 28 брекера, который закрывает поверхность брекера 14 с внешней стороны в радиальном направлении шины. Защитный слой 28 брекера получен из органических волокон, покрытых резиной.
Шина 10 имеет такую структуру шины, но структура пневматической шины в соответствии с настоящим изобретением не ограничена структурой шины, показанной на ФИГ. 1.
На ФИГ. 2 представлена плоскостная развертка, показывающая развернутый на плоскость участок рисунка протектора применительно к рисунку протектора 30 шины 10. Как показано на ФИГ. 2, шина 10 имеет первую ориентацию в направлении вдоль окружности шины, обозначенную направлением вращения R. Ориентация направления вращения R обозначается путем отображения цифр, символов и т.п. на боковой поверхности шины 10. На ФИГ. 2 опущены шиповые шпильки, установленные в участок протектора. Шиповая шпилька (см. ФИГ. 3) установлена в монтажное отверстие для шиповой шпильки, показанное на ФИГ. 2.
Рисунок 30 протектора предусматривает множество первых наклонных канавок 31, множество первых грунтозацепных канавок 32, множество вторых наклонных канавок 33, множество третьих наклонных канавок 34, вторые грунтозацепные канавки 35 и четвертые наклонные канавки 36. На ФИГ. 2 символом CL указана центральная линия шины.
Предусмотрено множество первых наклонных канавок 31 в направлении вдоль окружности шины. Каждая из первых наклонных канавок 31 имеет положение, размещенное отдельно от центральной линии CL у начального конца, проходит от начального конца в направлении, противоположном направлению вращения шины C, и проходит под наклоном к внешней стороне в поперечном направлении шины. Первые наклонные канавки 31 имеют форму, в которой ширина канавки постепенно расширяется к внешней стороне в поперечном направлении шины и ширина канавки постепенно сужается к начальному концу.
Предусмотрено множество первых грунтозацепных канавок 32 в направлении вдоль окружности шины. Первые грунтозацепные канавки 32 проходят от концевого участка первых наклонных канавок 31 на внешней стороне в поперечном направлении шины в направлении, противоположном направлению вращения шины C, и проходят под наклоном к внешней стороне в поперечном направлении шины за пределы площади зацепления с дорожным покрытием.
Предусмотрено множество вторых наклонных канавок 33 в направлении вдоль окружности шины. Вторые грунтозацепные канавки 33 проходят от концевого участка первых наклонных канавок 31 на внешней стороне в поперечном направлении шины в направлении, противоположном направлению вращения шины C, и проходят под наклоном к внутренней стороне в поперечном направлении шины, достигая смежной первой наклонной канавки 31.
Предусмотрено множество третьих наклонных канавок 34 в направлении вдоль окружности шины. Каждая из третьих наклонных канавок 34 проходит от промежуточной точки на первых грунтозацепных канавках 32 в направлении, противоположном направлению вращения шины R, и проходит под наклоном к внешней стороне в поперечном направлении шины. Третьи наклонные канавки 34 имеют форму, в которой ширина канавки постепенно сужается к внешней стороне в поперечном направлении шины и постепенно расширяется к внутренней стороне в поперечном направлении шины.
Вторые грунтозацепные канавки 35 проходят между двумя первыми грунтозацепными канавками 32, размещенными смежно друг к другу в направлении вдоль окружности шины, совмещенном с первым грунтозацепными канавками 32 без пересечения с первыми наклонными канавками 31 и вторыми наклонными канавками 33.
Третьи наклонные канавки 34 проходят через вторые грунтозацепные канавки 35. Ширина участков 35a вторых грунтозацепных канавок 35 на внутренней стороне в поперечном направлении шины от пересекающихся секций с третьими наклонными канавками 34 меньше ширины участков 35b на внешней стороне в поперечном направлении шины от пересекающихся секций с третьими наклонными канавками 34.
Четвертые наклонные канавки 36 проходят от промежуточной точки на первых наклонных канавках 31 в одном направлении, в направлении вдоль окружности шины, и проходят под наклоном к внутренней стороне в поперечном направлении шины.
На участках поверхности контакта 41 с дорожным покрытием, ограниченной первыми наклонными канавками 31, первыми грунтозацепными канавками 32, вторыми наклонными канавками 33 и краями площади зацепления с дорожным покрытием протектора, предусмотрены прорези 43. Также прорези 44 предусмотрены на поверхностях контакта 42 с дорожным покрытием на внутренней стороне в поперечном направлении шины первых наклонных канавок 31 и вторых наклонных канавок 33. Прорези 44 проходят по существу параллельно в поперечном направлении шины. Прорези 43 наклонены относительно прорезей 44. Наклон прорезей 43 по отношению к прорезям 44 позволяет улучшить поворотные характеристики шины 10.
Также в участках поверхности контакта 41 с дорожным покрытием, ограниченной первыми наклонными канавками 31, первыми грунтозацепными канавками 32, вторыми наклонными канавками 33 и краями площади зацепления с дорожным покрытием протектора, предусмотрены монтажные отверстия 45 для шиповых шпилек, как показано на ФИГ. 2. При установке шиповых шпилек 50A, которые описаны ниже, в монтажные отверстия 45 для шиповых шпилек шина 10 функционирует как шипованная шина с улучшенными характеристиками на льду, а именно - характеристиками торможения на льду и поворотными характеристиками на льду.
На ФИГ. 3 представлен внешний вид в перспективе, показывающий шиповую шпильку 50A первого варианта осуществления настоящего изобретения. На ФИГ. 4 представлен вид сбоку, показывающий шиповую шпильку 50A, установленную в монтажное отверстие 45 для шиповой шпильки, выполненное в резиновом материале 18 протектора участка протектора.
Шиповая шпилька 50A главным образом включает в себя заглубленный базовый участок 52 и верхушечный участок 60A. Заглубленный базовый участок 52 вводят в участок протектора пневматической шины для установки. Шиповая шпилька 50A зафиксирована в участке протектора посредством зажимания боковой поверхности заглубленного базового участка 52 резиновым материалом 18 протектора посредством боковой поверхности монтажного отверстия 45 для шиповой шпильки. Шиповая шпилька 50A образована заглубленным базовым участком 52 и верхушечным участком 60A, расположенными в указанном порядке в направлении X. Следует отметить, что направление X соответствует направлению прохождения заглубленного базового участка 52 к верхушечному участку 60 и нормальному линейному направлению относительно поверхности протектора участка протектора, когда шиповая шпилька 50A установлена в монтажное отверстие 45 для шиповой шпильки.
Заглубленный базовый участок 52 включает в себя нижний участок 54, шейку 56 и основной участок 58. Нижний участок 54, шейка 56 и основной участок 58 образованы в указанном порядке в направлении X.
Нижний участок 54 размещен на концевом участке, противоположном верхушечному участку 60A. Нижний участок 54 имеет форму дискового фланца. Нижний участок 54 предотвращает поворот шиповой шпильки 50A в монтажном отверстии 45 для шиповой шпильки при воздействии на шиповую шпильку 50A сил со стороны дорожного покрытия.
Шейка 56 соединяет основной участок 58 с нижним участком 54. Шейка 56 представляет собой усеченный конус. Диаметр шейки 56 меньше максимального внешнего диаметра нижнего участка 54 и максимального внешнего диаметра основного участка 58. Следовательно, шейка 56 углублена относительно основного участка 58 и нижнего участка 54, а нижний участок 54 и основной участок 58 имеют форму, похожую на фланцы.
Основной участок 58 является цилиндрическим. Основной участок 58 размещен между шейкой 56 и верхушечным участком 60А. Основной участок 58 имеет форму фланца, соединенного с верхушечным участком 60A. Основной участок 58 введен в резиновый материал 18 протектора, так что верхняя концевая поверхность 58a основного участка 58 открыта и находится на одном уровне с поверхностью протектора, когда шиповая шпилька 50A установлена в шину 10.
Как показано на ФИГ. 4, верхушечный участок 60A выступает за пределы поверхности протектора, когда шиповая шпилька 50A установлена в участок протектора. Верхушечный участок 60A представляет собой участок, который входит в контакт с дорожной поверхностью и цепляется за лед. Верхушечный участок 60A представляет собой усеченный конус, выступающий из верхней концевой поверхности 58a заглубленного базового участка 52. Верхушечный участок 60A включает в себя верхушечную концевую поверхность 60a (концевую поверхность в направлении X), перпендикулярную направлению прохождения заглубленного базового участка 52 (направление X). Верхушечный участок 60A включает в себя наклонную боковую поверхность 60b, проходящую от периферийного участка верхушечной концевой поверхности 60a до верхней концевой поверхности 58a заглубленного базового участка 52. Наклонная боковая поверхность 60b имеет острый угол наклона θ относительно верхней концевой поверхности 58a основного участка 58. Угол наклона предпочтительно составляет от 30 до 60 градусов. В первом варианте осуществления настоящего изобретения, как описано ниже, можно уменьшить момент нормальной силы, воздействующей на наклонную боковую поверхность 60b и на шиповую шпильку 50A со стороны дорожного покрытия. В результате можно уменьшить вероятность выпадения шиповой шпильки 50A из участка протектора.
Верхушечный участок 60A можно получить из того же металлического материала, что и заглубленный базовый участок 52, или из другого металлического материала. Например, заглубленный базовый участок 52 и верхушечный участок 60A могут быть получены из алюминия. Также заглубленный базовый участок 52 можно получить из алюминия, а верхушечный участок 60A можно получить из карбида вольфрама. Когда заглубленный базовый участок 52 и верхушечный участок 60A получены из разных металлических материалов, верхушечный участок 60A можно прикрепить к заглубленному базовому участку 52 посредством совмещения выступающего участка (не показан), выполненного на верхушечном участке 60A, с отверстием (не показано), выполненным в верхней концевой поверхности 58a основного участка 58 заглубленного базового участка 52.
Верхушечная поверхность 60a имеет круглую форму. Участок, соединяющий заглубленный базовый участок 52 и верхушечный участок 60A, имеет крестообразное поперечное сечение, выполненное вдоль плоскости, перпендикулярной направлению X. Как показано на ФИГ. 4, радиус r2 поперечного сечения соединительного участка больше радиуса r1 верхушечной концевой поверхности 60a. Следовательно, выполняется условие S2>S1; где S1 - площадь верхушечной концевой поверхности 60a, а S2 - площадь поперечного сечения участка, соединяющего верхушечный участок 60A с заглубленным базовым участком 52 при выполнении сечения в направлении, перпендикулярном направлению X. Боковая поверхность верхушечного участка 60A в направлении вдоль окружности шины имеет наклон относительно направления вдоль окружности шины. В результате, как описано ниже, можно уменьшить момент, создаваемый силами, воздействующими на верхушечный участок 60A со стороны дорожного покрытия. Следовательно, можно уменьшить вероятность выпадения шиповых шпилек 50A из участка протектора.
На ФИГ. 5 представлен схематический вид, показывающий верхушечный участок 160 традиционной шиповой шпильки 150, цепляющейся за дорожное покрытие S. Боковая поверхность традиционного верхушечного участка 160 перпендикулярна верхушечной концевой поверхности 158a. Следовательно, площадь поперечного сечения верхушечного участка 160 при выполнении сечения верхушечного участка 160 в направлении, перпендикулярном направлению X, представляет собой константу, независимо от места сечения в верхушечном участке 160. Когда на боковую поверхность верхушечного участка 160 действует сила F1 со стороны дорожного покрытия S, сила F1 стремится заставить шиповую шпильку 150 повернуться вокруг концевой точки C нижнего участка 154 и выпасть из монтажного отверстия 45 для шиповой шпильки. В это время момент N1 вокруг концевой точки C выражается уравнением:
N1=R1×F1; где R1 - расстояние (вектор) от концевой точки C до силы F1.
Чем больше момент N1, тем больше вероятность выпадения шиповой шпильки из участка протектора.
На ФИГ. 6 представлен схематический вид, показывающий верхушечный участок 60A шиповой шпильки 50A настоящего варианта осуществления, зацепляющийся за дорожное покрытие S. Шиповая шпилька 50A настоящего варианта осуществления имеет конфигурацию, в которой наклонная боковая поверхность 60b верхушечного участка 60A наклонена относительно верхней концевой поверхности 58a. В результате сила F1, которая воздействует на наклонную боковую поверхность 60a со стороны дорожного покрытия S, преобразуется в нормальную силу F2 и силу трения покоя F3 между наклонной боковой поверхностью 60b и дорожным покрытием S.
В данном случае F2=F1sinθ; где θ - угол, образованный наклонной боковой поверхностью 60b и верхней концевой поверхностью 58a.
Также компонент F1cosθ силы F1, совмещенный по направлению с наклонной боковой поверхностью 60b, равен компоненту F1cosθ силы трения F3, если сила трения покоя между наклонной боковой поверхностью 60b и дорожным покрытием S не превышает максимальную силу трения покоя. Иными словами, F3=F1cosθ.
В данном случае момент N1 силы F1 вокруг концевой точки C преобразуется в момент N2 нормальной силы F2 вокруг концевой точки C и момент N3 силы трения F3 вокруг концевой точки C. В это время устанавливается равенство N1=N2+N3.
Момент N2 нормальной силы F2 вокруг концевой точки C составляет N2=R2×F2; где R2 - расстояние (вектор) от концевой точки C до точки приложения нормальной силы F2.
Момент N3 силы трения F3 вокруг концевой точки C составляет N3=R3×F3; где R3 - расстояние (вектор) от концевой точки C до точки приложения силы трения силы F3.
Когда сила F1 увеличивается и компонент F1cosθ превышает максимальную силу трения, наклонная боковая поверхность 60b в небольшой степени скользит по дорожному покрытию S. Следует отметить, что величина скольжения наклонной боковой поверхности 60b по дорожному покрытию S минимальна в сравнении с длиной наклонной боковой поверхности 60b в направлении вдоль окружности шины. В это время сила трения F4 равна F4=μF2=μF1sinθ (<F3).
В данном случае μ - это динамический коэффициент трения между дорожным покрытием S и наклонной боковой поверхностью 60b.
Однако когда сила F1 увеличивается и компонент F1cosθ превышает максимальную силу трения, описанная выше величина силы трения F4 становится меньше, чем компонент силы F1, совмещенный по направлению с наклонной боковой поверхностью 60 (F3=F1cosθ).
Момент N4 силы трения F4 вокруг концевой точки C составляет N4=R3×F4, таким образом, N4<N3.
Таким образом, N2+N4<N2+N3=N1.
В результате, когда сила, достаточно большая для обеспечения выпадения шиповой шпильки 50A, воздействует на шиповую шпильку 50А из-за того, что компонент F1cosθ превышает максимальную силу трения, момент N2+N4 сил, действующих со стороны дорожного покрытия, может уменьшаться до величины, которая меньше момента N1, воздействующего на традиционную шиповую шпильку 150. Следовательно, можно уменьшить вероятность выпадения шиповой шпильки 50A из участка протектора.
2
Следует отметить, что отношение площадей S2/S1 предпочтительно составляет от 1,25 до 7,5. S1 предпочтительно составляет от 2,5 до 7,0 мм. Высота от верхней концевой поверхности 58a до верхушечной концевой поверхности 60a составляет предпочтительно от 0,8 до 1,5 мм. Когда отношение площадей S2/S1 составляет меньше 1,25, момент сил, воздействующих на верхушечный участок 60A со стороны дорожного покрытия и на шиповую шпильку 50A, увеличивается, и у шиповой шпильки 50A появляется возможность выпасть из резинового материала 18 протектора. С другой стороны, чтобы S2/S1 составляло больше 7,5, необходимо уменьшить S1. При уменьшении S1 сила зацепления, развиваемая верхушечным участком 60A, входящим в контакт с дорожным покрытием, становится недостаточной. Для получения достаточной силы зацепления, обусловленной контактом между верхушечным участком 60A и дорожным покрытием, S2/S1 предпочтительно составляет меньше 3,0.
Края верхушечной концевой поверхности 60a могут быть скругленными. В данном случае площадь S1 верхушечной концевой поверхности 60a представляет собой площадь участка, имеющего высоту, которая больше или равна 95% максимальной высоты верхушечного участка 60A, выступающего из верхней концевой поверхности 58a заглубленного базового участка 58.
Также угол θ предпочтительно представляет собой острый угол и предпочтительно составляет от 30 до 60 градусов. Если угол θ составляет меньше 30 градусов, сила зацепления, развиваемая в результате контакта верхушечного участка 60A с дорожным покрытием, уменьшается. С другой стороны, когда угол θ составляет больше 60 градусов, момент сил, воздействующих на верхушечный участок 60A со стороны дорожного покрытия и на шиповую шпильку 50A, увеличивается.
Таким образом, при использовании шиповой шпильки 50A первого варианта осуществления настоящего изобретения момент сил, воздействующих со стороны дорожного покрытия на шиповую шпильку 50A, можно уменьшить в большей степени, чем в случае традиционной шиповой шпильки. В результате можно уменьшить вероятность выпадения шиповой шпильки 50A из участка протектора.
На ФИГ. 7 представлен вид в перспективе, на котором представлена шиповая шпилька 50B в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения. Заглубленный базовый участок 52 шиповой шпильки 50B настоящего варианта осуществления имеет ту же форму, что и у шиповой шпильки 50A в соответствии с первым вариантом осуществления. Однако форма верхушечного участка 60B отличается от формы верхушечного участка 60A.
Верхушечный участок 60B представляет собой усеченную четырехугольную пирамиду. Верхушечный участок 60B имеет верхушечную концевую поверхность 60a (концевую поверхность в направлении X), перпендикулярную направлению прохождения заглубленного базового участка 52 (направление X), и четыре наклонных боковых поверхности 60b, которые проходят под наклоном от соответствующих краев верхушечной концевой поверхности 60a до верхней концевой поверхности 58a основного участка 58. Все четыре наклонных боковых поверхности 60b могут иметь один и тот же угол наклона или каждая независимо могут иметь разные углы наклона. Шиповая шпилька 50B может быть установлена в участок шпильки так, чтобы продольное направление пары наклонных боковых поверхностей 60b, проходящих от пары противоположных сторон верхушечной концевой поверхности 60a, и направление вдоль окружности шины совмещались.
Выполняется условие S2>S1; где S1 - площадь верхушечной концевой поверхности 60a, а S2 - площадь поперечного сечения участка, соединяющего верхушечный участок 60B с заглубленным базовым участком 52 при выполнении сечения вдоль плоскости, перпендикулярной направлению X. В результате боковая поверхность верхушечного участка 60B в направлении вдоль окружности шины наклонена относительно направления вдоль окружности шины, по аналогии с верхушечным участком 60A первого варианта осуществления. В результате, по аналогии с верхушечным участком 60A первого варианта осуществления, можно уменьшить момент нормальной силы, воздействующей на верхушечный участок 60B со стороны дорожного покрытия. Следовательно, можно уменьшить вероятность выпадения шиповых шпилек 50B из участка протектора.
Следует отметить, что форма верхушечного участка 60B не ограничивается усеченным конусом или усеченной четырехугольной пирамидой и может представлять собой усеченную треугольную пирамиду, усеченную пятиугольную пирамиду или любую усеченную многоугольную пирамиду, у которой площадь поперечного сечения, перпендикулярная направлению прохождения заглубленного базового участка 52 (направление X), уменьшается в направлении от соединительного участка к верхушечному концу.
На ФИГ. 8 представлен вид в перспективе, на котором показана шиповая шпилька 50C в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения. Заглубленный базовый участок 52 шиповой шпильки 50С настоящего варианта осуществления имеет ту же форму, что и у шиповой шпильки 50A в соответствии с первым вариантом осуществления. Однако форма верхушечного участка 60C отличается.
Верхушечная концевая поверхность 60a верхушечного участка 60C шиповой шпильки 50C в соответствии с настоящим вариантом изобретения имеет вид прямоугольной фигуры. Участок, соединяющий верхушечный участок 60C с заглубленным базовым участком 52, имеет прямоугольное поперечное сечение, выполненное вдоль плоскости, перпендикулярной направлению X. Верхушечный участок 60C имеет трапециевидную форму при взгляде с направления прохождения верхушечного участка 60C и направления, перпендикулярного направлению X. Верхушечная концевая поверхность 60a верхушечного участка 60C может иметь прямоугольную форму с парой боковых сторон в поперечном направлении, изогнутых в виде направленной наружу выпуклости. Две наклонные боковые стороны 60b проходят с наклоном в направлении вдоль окружности шины от пары сторон, проходящих в поперечном направлении, до верхней концевой поверхности 58a основного участка 58. Наклонные боковые поверхности 60b имеют края, которые проходят под наклоном между верхушечной концевой поверхностью 60a и верхней концевой поверхностью 58a. Трапециевидные боковые поверхности 60d верхушечного участка 60C образованы краями наклонных боковых поверхностей 60b, парой сторон, проходящих в продольном направлении, верхушечной концевой поверхностью 60a и верхней концевой поверхностью 58a. Боковая поверхность 60d может быть по существу перпендикулярна верхней концевой поверхности 58a или может быть наклонена относительно верхней концевой поверхности 58a, по аналогии с наклонной боковой поверхностью 60b. Шиповую шпильку 50C предпочтительно устанавливают в монтажное отверстие для шиповой шпильки так, чтобы направление прохождения боковой поверхности 60d, иными словами, направление прохождения основания верхушечного участка 60C (поперечное сечение участка, соединяющего верхушечный участок 60C с заглубленным базовым участком 52 при выполнении сечения вдоль плоскости, перпендикулярной направлению X), имеющего форму скошенной прямоугольной пирамиды, совмещалось с направлением вдоль окружности шины. Иными словами, шиповую шпильку 50C предпочтительно устанавливают в участок протектора так, чтобы пара наклонных поверхностей 60b была обращена в направлении вдоль окружности шины. При такой конфигурации момент сил, воздействующих со стороны дорожного покрытия на наклонные боковые поверхности 60b и на шиповую шпильку 50C можно уменьшить в большей степени, чем в случае традиционной шиповой шпильки. В результате можно уменьшить вероятность выпадения шиповой шпильки 50C из участка протектора.
В настоящем варианте осуществления выполняется условие S2>S1; где S1 - площадь верхушечной концевой поверхности 60a, а S2 - площадь поперечного сечения участка, соединяющего верхушечный участок 60C с заглубленным базовым участком 52 при выполнении сечения вдоль плоскости, перпендикулярной направлению X. Также верхушечный участок 60C имеет трапециевидную форму при взгляде с поперечного направления шины, а боковая поверхность верхушечного участка 60C в направлении вдоль окружности шины наклонена относительно направления вдоль окружности шины. Следовательно, момент нормальной силы, воздействующей на данную наклонную боковую поверхность со стороны дорожного покрытия, можно уменьшить, и можно уменьшить вероятность выпадения шиповой шпильки 50C из участка протектора.
На ФИГ. 9 представлен вид в перспективе, на котором показана шиповая шпилька 50D в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения. Заглубленный базовый участок 52 шиповой шпильки 50D настоящего варианта осуществления имеет ту же форму, что и у шиповой шпильки 50A в соответствии с первым вариантом осуществления. Однако форма верхушечного участка 60D отличается.
Верхушечная концевая поверхность 60a верхушечного участка 60D является по существу четырехугольной, и каждая из сторон изогнута в виде направленной наружу выпуклости. Четыре наклонных боковых поверхности 60b отходят в радиальном направлении относительно основного участка 58 под наклоном от сторон верхушечной концевой поверхности 60a к верхней концевой поверхности 58a основного участка 58. Верхушечный участок 60D в целом имеет по существу форму креста при взгляде с радиального направления шины. Участок, соединяющий заглубленный базовый участок 52 и верхушечный участок 60D, имеет в целом поперечное сечение в виде вогнутого многоугольника, имеющего форму креста в сечении, выполненном вдоль плоскости, перпендикулярной направлению X. Все четыре наклонных боковых поверхности 60b могут иметь один и тот же угол наклона, или могут, каждая независимо, иметь разные углы наклона. Шиповая шпилька 50B может быть установлена в участок шпильки так, что направление прохождения одной пары наклонных боковых поверхностей 60b, проходящих от пары противоположных сторон верхушечной концевой поверхности 60a, совмещается с направлением вдоль окружности шины. При такой конфигурации момент сил, воздействующих со стороны дорожного покрытия на наклонные боковые поверхности 60b и на шиповую шпильку 50D, можно уменьшить в большей степени, чем в случае традиционной шиповой шпильки. В результате можно уменьшить вероятность выпадения шиповой шпильки 50D из участка протектора.
Боковые поверхности 60d выполнены проходящими от краев наклонных боковых поверхностей 60b, которые проходят под наклоном между верхушечной концевой поверхностью 60a и верхней концевой поверхностью 58a к верхней концевой поверхности 58a. Углубленные участки 60c образованы смежными боковыми поверхностями 60d. Боковые поверхности 60d могут быть выполнены по существу перпендикулярными верхней концевой поверхности 58a или, по аналогии с наклонной боковой поверхностью 60b, боковые поверхности 60d могут быть наклонены относительно верхней концевой поверхности 58a. За счет образования углубленных участков 60c можно увеличить количество краев верхушечного участка 60D, которые цепляются за дорожное покрытие. В результате может увеличиваться сила зацепления, воздействующая на шиповую шпильку 50D со стороны дорожного покрытия.
Также в настоящем варианте осуществления выполняется условие S2>S1; где S1 - площадь верхушечной поверхности верхушечного участка 60D, а S2 - площадь поперечного сечения участка, соединяющего верхушечный участок 60D с заглубленным базовым участком 52 при выполнении сечения вдоль плоскости, перпендикулярной направлению X. В результате боковая поверхность верхушечного участка 60D в направлении вдоль окружности шины наклонена относительно направления вдоль окружности шины. Следовательно, по аналогии с шиповой шпилькой 50A в соответствии с первым вариантом осуществления, можно уменьшить момент нормальной силы, воздействующей со стороны дорожного покрытия на верхушечный участок 60D и на шиповую шпильку 50D. В результате можно уменьшить вероятность выпадения шиповой шпильки 50D из участка протектора.
На ФИГ. 10 представлен вид в перспективе, на котором показана шиповая шпилька 50E в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения. Заглубленный базовый участок 52 шиповой шпильки 50E настоящего варианта осуществления имеет ту же форму, что и у шиповой шпильки 50A в соответствии с первым вариантом осуществления. Однако форма верхушечного участка 60E отличается.
Верхушечный участок 60E представляет собой участок, который, как показано на ФИГ. 4, выступает за пределы поверхности протектора, когда шиповая шпилька 50E установлена в участок протектора, входит в контакт с дорожным покрытием и зацепляется за лед. Верхушечный участок 60E представляет собой усеченную вогнутую многоугольную пирамиду, выступающую из верхней концевой поверхности 58a заглубленного базового участка 52 и имеющую трапециевидное поперечное сечение. Верхушечный участок 60E имеет верхушечную концевую поверхность 60a (концевую поверхность в направлении X), перпендикулярную направлению прохождения заглубленного базового участка 52 (направление X).
Следует отметить, что верхушечная концевая поверхность 60a, а также поперечное сечение участка, соединяющего верхушечный участок 60E с заглубленным базовым участком 52при выполнении сечения вдоль плоскости, перпендикулярной направлению X, предпочтительно имеют форму вогнутых многоугольников, у которых по меньшей мере один внутренний угол составляет больше 180 градусов. В частности, верхушечная концевая поверхность 60a, а также поперечное сечение участка, соединяющего верхушечный участок 60E с заглубленным базовым участком 52 при выполнении сечения вдоль плоскости, перпендикулярной направлению X, предпочтительно в целом имеет вид вогнутого многоугольника в форме креста. Все вогнутые многоугольники имеют большую сумму длин сторон, чем у окружностей или выпуклых многоугольников с той же площадью, и, поскольку верхушечная концевая поверхность 60a имеет форму вогнутого многоугольника, количество краев верхушечного участка 60E, цепляющихся за дорожное покрытие, может увеличиваться. В результате может увеличиваться сила зацепления, воздействующая на шиповую шпильку 50E со стороны дорожного покрытия. Например, верхушечная концевая поверхность 60a может иметь форму креста или звезды.
Поперечное сечение верхушечного участка 60E в направлении, перпендикулярном направлению X, может иметь форму, отличную от верхушечной концевой поверхности 60a, однако предпочтительной является форма, аналогичная верхушечной концевой поверхности 60a.
В настоящем варианте осуществления выполняется условие S2>S1; где S1 - площадь верхушечной концевой поверхности 60a, а S2 - площадь поперечного сечения участка, соединяющего верхушечный участок 60 с заглубленным базовым участком 52 при выполнении сечения вдоль плоскости, перпендикулярной направлению X. В результате боковая поверхность верхушечного участка 60E в направлении вдоль окружности шины наклонена относительно направления вдоль окружности шины. Следовательно, аналогично описанным выше вариантам осуществления, момент нормальной силы, воздействующей на верхушечный участок 60 со стороны дорожного покрытия, можно уменьшить, и можно уменьшить вероятность выпадения шиповой шпильки 50А из участка протектора.
Двенадцать наклонных боковых поверхностей 60b проходят под наклоном от сторон верхушечной концевой поверхности 60a к верхней концевой поверхности 58a основного участка 58. Углубленные участки 60c образованы по меньшей мере одной парой наклонных боковых поверхностей 60b, проходящих от сторон верхушечной концевой поверхности 60a, которые образуют внутренний угол больше 180 градусов. За счет образования углубленных участков 60c можно увеличить количество краев верхушечного участка 60E, которые цепляются за дорожное покрытие. В результате может увеличиться сила зацепления, воздействующая на шиповую шпильку 50A со стороны дорожного покрытия.
На ФИГ. 11 представлен вид в перспективе, на котором показана шиповая шпилька 50F в соответствии с шестым вариантом осуществления настоящего изобретения. Верхушечный участок 60F шиповой шпильки 50F настоящего варианта осуществления имеет ту же форму, что и верхушечный участок 60E шиповой шпильки 50E в соответствии с пятым вариантом осуществления. Однако форма заглубленного базового участка 52F отличается.
Заглубленный базовый участок 52F шиповой шпильки 50F содержит нижний участок 54F, шейку 56F и основной участок 58F. Нижний участок 54F, шейка 56F и основной участок 58F образованы в указанном порядке в направлении X.
Углубленный участок 54a образован во внешней периферийной поверхности нижнего участка 54F, которая входит в контакт с боковой поверхностью монтажного отверстия 45 для шиповой шпильки. В частности, поперечное сечение нижнего участка 54F является по существу четырехугольным с закругленными углами. В четырех сторонах по существу четырехугольной формы образовали углубления с образованием четырех первых углубленных участков 54a. Поперечное сечение нижнего участка 54F может не быть по существу четырехугольным с закругленными углами, а может быть по существу треугольным, пятиугольным, шестиугольным или иметь любую по существу многоугольную форму. Поскольку нижний участок 54F является по существу многоугольным, вращательное движение шиповой шпильки 50F вокруг ее центральной оси, совмещенной с направлением X, предотвращается или сводится к минимуму. Следует отметить, что тупые углы нижнего участка 54, полученные посредством их скругления, могут предотвращать повреждение боковой поверхности монтажного отверстия 45 для шиповой шпильки. В данном случае углубленный участок 54a предпочтительно образован углублением по меньшей мере одной стороны по существу многоугольной фигуры. Конечно, можно сформировать множество углубленных участков 54a посредством углубления части или всех сторон по существу многоугольной фигуры, например, двух сторон, трех сторон, четырех сторон, пяти сторон, шести сторон и т. п. В результате формирования углубленного участка 54a можно увеличить площадь поверхности на единицу объема нижнего участка 54F. В результате увеличивается площадь поверхности контакта с резиновым материалом 18 протектора участка протектора, и может увеличиваться сила трения, предотвращающая перемещение шиповой шпильки 50F. Также в результате заполнения резиновым материалом 18 протектора углубленного участка 54a предотвращается или сводится к минимуму вращательное движение вокруг центральной оси шиповой шпильки 50F, совмещенной с направлением X.
Шейка 56F представляет собой участок, соединяющий основной участок 58F с нижним участком 54F. Шейка 56F имеет цилиндрическую форму, и ее диаметр меньше максимального внешнего диаметра нижнего участка 54F и максимального внешнего диаметра основного участка 58F. В результате шейка 56 выполнена в виде углубленного участка относительно основного участка 58 и нижнего участка 54F, а нижний участок 54F и основной участок 58F имеют форму, похожую на фланцы. Углубленные участки не образуют во внешней периферийной поверхности шейки 56F.
Основной участок 58F размещен между шейкой 56F и верхушечным участком 60F и представляет собой фланец, соединенный с верхушечным участком 60F. Углубленный участок 58b образован на внешней периферийной поверхности основного участка 58F, которая зажимается боковой поверхностью монтажного отверстия для шиповой шпильки. За счет того, что резиновый материал 18 протектора участка протектора входит в контакт с внешней периферийной поверхностью и зажимает ее, предотвращается или сводится к минимуму перемещение шиповой шпильки 50F под действием силы трения.
Из подробного описания основного участка 58F очевидно, что основной участок 58 имеет поперечное сечение, перпендикулярное направлению X, по существу четырехугольной формы с закругленными углами и с четырьмя углубленными участками 58b, которые образованы четырьмя углубленными сторонами. В настоящем варианте осуществления четыре углубленных участка 58b выполнены на внешней периферийной поверхности. Однако может быть предусмотрен по меньшей мере один углубленный участок 58b, иными словами, один, два, три участка и т. п. Поперечное сечение основного участка 58F может не быть по существу четырехугольным с закругленными углами, а может быть по существу треугольным, пятиугольным, шестиугольным или иметь любую по существу многоугольную форму. За счет того, что основной участок 58F является по существу многоугольным, вращательное движение шиповой шпильки 50F вокруг ее центральной оси, совмещенной с направлением X, предотвращается или сводится к минимуму. Следует отметить, что тупые углы основного участка 58F шиповой шпильки 50F, полученные посредством их скругления, могут предотвращать повреждение боковой поверхности монтажного отверстия для шиповой шпильки.
В данном случае углубленный участок 58b предпочтительно образован углублением по меньшей мере одной стороны по существу многоугольной фигуры. Конечно, можно образовать множество углубленных участков 58b посредством углубления части или всех сторон по существу многоугольной фигуры, например, двух сторон, трех сторон, четырех сторон, пяти сторон, шести сторон и т. п. За счет формирования углубленного участка 58b можно увеличить площадь поверхности на единицу объема основного участка 58F. В результате увеличивается площадь поверхности контакта с резиновым материалом 18 протектора участка протектора, и может увеличиваться сила трения, предотвращающая перемещение шиповой шпильки 50F. Также в результате заполнения резиновым материалом 18 протектора углубленного участка 58b предотвращается или сводится к минимуму вращательное движение вокруг центральной оси шиповой шпильки 50F, совмещенной с направлением X.
Основной участок 58F введен в резиновый материал 18 протектора, так что верхняя концевая поверхность 58a основного участка 58 открыта и находится на одном уровне с поверхностью протектора, когда шиповая шпилька 50F установлена в шину 10.
В соответствии с настоящим вариантом настоящего изобретения можно добиться результата, аналогичного результату для шиповой шпильки 50E в соответствии с пятым вариантом осуществления, и можно предотвратить или свести к минимуму вращательное движение вокруг центральной оси заглубленного базового участка 52F, совмещенной с направлением X. В результате можно уменьшить вероятность выпадения шиповой шпильки 50F из участка протектора шины.
Следует отметить, что, как показано на ФИГ. 11, углубленный участок 54b, углубленный участок 58b и углубленный участок 60c предпочтительно выполнены расположенными в одном направлении относительно центральной оси шиповой шпильки 50F.
2
Для испытания эффективности шиповых шпилек вариантов осуществления шиповые шпильки сравнительного примера и рабочих примеров 1–9, описанных ниже, были установлены в шины 10, имеющие конфигурацию, показанную на ФИГ. 1 и ФИГ. 2. В каждой шиповой шпильке площадь поверхности S1 верхушечной концевой поверхности 60a верхушечного участка 60 составляла 4,0 мм, а высота от верхней концевой поверхности 58a заглубленного базового участка 52 до верхушечной концевой поверхности 60a составляла 1,2 мм. Форма заглубленного базового участка 52 была одинакова у всех шиповых шпилек (форма показана на ФИГ. 3, ФИГ. 7 и ФИГ. 10).
Затем описанные выше шины 10 были установлены на легковой автомобиль, и были проведены испытания характеристик торможения на льду, отражающих характеристики шины на льду, и устойчивости шиповых шпилек к выпадению (трудность выпадения).
Каждая из изготовленных шин имела размер 205/55R16. Использованный легковой автомобиль представлял собой переднеприводный легковой автомобиль типа 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 передние колеса и 300 кг на задние колеса.
Шиповые шпильки сравнительного примера и рабочих примеров 1–6 имели разную площадь поперечного сечения S2 участка, соединяющего верхушечный участок с заглубленным базовым участком, и, таким образом, разное отношение S2/S1.
Цилиндрический верхушечный участок, показанный на ФИГ. 5, использовали в шиповой шпильке сравнительного примера. Иными словами, форма верхушечной концевой поверхности (далее обозначается как «форма верхушечного конца») была круглой. Кроме этого отношение S2/S1 было установлено таким образом, что S2/S1=1,00.
Усеченный конический верхушечный участок, показанный на ФИГ. 3, использовали в шиповых шпильках рабочих примеров 1–9. Иными словами, форма верхушечной концевой поверхности (далее обозначается как «форма верхушечного конца») была круглой.
Отношение S2/S1 составило 1,10 в рабочем примере 1, 1,25 в рабочем примере 2, 1,50 в рабочем примере 3, 2,50 в рабочем примере 4, 3,00 в рабочем примере 5, 3,25 в рабочем примере 6, 6,50 в рабочем примере 7, 7,00 в рабочем примере 8 и 7,5 в рабочем примере 9.
В рабочих примерах 10–12 отношение S2/S1 было постоянным (2,00), а форма верхушечного конца различалась. В частности, в рабочем примере 10 форма верхушечного конца была круглой, как показано на ФИГ. 3; в рабочем примере 11 форма верхушечного конца была четырехугольной, как показано на ФИГ. 7; а в рабочем примере 12 форма верхушечного конца была крестообразной, как показано на ФИГ. 10. В рабочем примере 11 шиповые шпильки были установлены в участок протектора так, чтобы пара наклонных боковых поверхностей 60b была обращена в направлении вдоль окружности шины. В рабочем примере 12 шиповые шпильки были установлены в участок протектора так, чтобы любая одна из пар наклонных боковых поверхностей 60b была обращена в направлении вдоль окружности шины.
Характеристики торможения на льду для каждого примера 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.
Величину, обратную средней величине измеренных значений тормозного пути, нормировали относительно величины, обратной средней величине измеренных значений тормозного пути для сравнительного примера (показатель 100).
Полученные результаты представлены в нижеприведенных Таблицах 1 и 2.
Устойчивость шиповой шпильки к выпадению в каждом примере получали следующим образом.
Долю количества шиповых шпилек, оставшихся в участке протектора, от общего количества установленных шиповых шпилек определяли после прохождения автомобилем 1000 км по сухому дорожному покрытию, включая асфальтовые дорожные покрытия и бетонные дорожные покрытия.
Долю оставшихся шиповых шпилек нормировали относительно доли оставшихся шиповых шпилек в сравнительном примере (показатель 100).
Результаты представлены в Таблицах 1–3.
<b>Таблица 1</b>
Сравнительный пример
Рабочий пример 1
Рабочий пример 2
Рабочий пример 3
Рабочий пример 4
Рабочий пример 5
Рабочий пример 6
S2/S1
1,00
1,10
1,25
1,50
2,50
3,00
3,25
Форма верхушечного конца
Круглая
Круглая
Круглая
Круглая
Круглая
Круглая
Круглая
Характеристики на льду
100
105
113
112
111
110
109
Устойчивость к выпадению
100
102
106
108
112
115
110
<b>Таблица 2</b>
Рабочий пример 7
Рабочий пример 8
Рабочий пример 9
S2/S1
6,50
7,00
7,50
Форма верхушечного конца
Круглая
Круглая
Круглая
Характеристики на льду
108
106
102
Устойчивость к выпадению
108
107
105
<b>Таблица 3</b>
Рабочий пример 10
Рабочий пример 11
Рабочий пример 12
S2/S1
2,00
2,00
2,00
Форма верхушечного конца
Круглая
Четырехугольная
Крестообразная
Характеристики на льду
109
112
114
Устойчивость к выпадению
110
112
116
Как можно видеть из результатов сравнения сравнительного примера и рабочих примеров 1–9, показанных в таблице 1 и таблице 2, при выполнении условия S2/S1>1 улучшаются характеристики торможения на льду и увеличивается устойчивость шиповых шпилек к выпадению. В частности, при выполнении условия 1,25≤S2/S1≤7,00 характеристики торможения на льду и устойчивость шиповых шпилек к выпадению могут дополнительно улучшаться. Также при выполнении условия 1,25≤S2/S1≤3,00 характеристики торможения на льду и устойчивость шиповых шпилек к выпадению могут еще больше улучшаться.
Как можно видеть из сравнения рабочих примеров 10–12, показанных в таблице 3, четырехугольная форма верхушечного конца позволяет получить более высокие характеристики торможения на льду и устойчивость шиповых шпилек к выпадению по сравнению с круглой формой верхушечного конца. Также крестообразная форма верхушечного конца позволяет получить еще более высокие характеристики торможения на льду и устойчивость шиповых шпилек к выпадению по сравнению с четырехугольной формой верхушечного конца.
Выше представлено подробное описание шиповой шпильки и пневматической шины настоящего изобретения. Однако пневматическая шина настоящего изобретения не ограничена представленными выше вариантами осуществления и может быть улучшена или модифицирована различными способами в пределах объема настоящего изобретения.