ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА
PNEUMATIC TIRE

Область техники
Настоящее изобретение относится к пневматической шине с поверхностью протектора, снабженной несквозными отверстиями для обеспечения возможности установки шипов.
Уровень техники
В случае шипованной шины, снабженной рисунком протектора, включающим такие элементы протектора, как блоки, грунтозацепы и ребра, шипы, устанавливаемые в несквозные отверстия, в основном расположены вблизи центров соответствующих элементов протектора. В данной работе термин "центр" не обязательно означает центр в строгом смысле, таком как центр массы элемента протектора. "Центром" может быть центр в направлении, проходящем по ширине элемента протектора, такого как грунтозацеп или ребро, или центром в продольном направлении элемента протектора.
Причиной размещения шипа вблизи такого центра является сохранение долговечности элемента протектора. Если шип или несквозное отверстие для него расположены слишком далеко от центра, тогда существует вероятность того, что элемент протектора легко повреждается в ходе движения автомобиля и в конечном счете шип выпадает из несквозного отверстия.
С другой стороны, чтобы снизить шум, производимый шинами во время движения автомобиля, пневматическую шину, особенно для легковых автомобилей, в основном снабжают рисунком протектора, в котором элементы протектора расположены с переменным шагом в продольном направлении шины и/или элементы протектора, расположенные на одной половине протектора с одной стороны экватора шины, отличаются от элементов, расположенных на другой половине.
Таким образом, расположение шипов сильно ограничено рисунком протектора с точки зрения долговечности, даже если существует поле для улучшения с точки зрения силы сцепления, шума и вибрации шипованной шины.
Сущность изобретения
Поэтому целью настоящего изобретения является обеспечение пневматической шины, которая может предоставлять больше гибкости и свободы при разработке рисунка протектора и размещении шипов, чтобы улучшить характеристики шины на заснеженной и обледенелой дороге без ухудшения долговечности.
В соответствии с одним из аспектов изобретения, пневматическая шина включает:
протектор, определяющий ширину зоны контакта с грунтом и снабженный продольными рядами блоков, причем блоки ограничены основными канавками, проходящими непрерывно в продольном направлении шины, поперечными канавками, проходящими между основными канавками, и поперечными канавками, проходящими между основными канавками и краями протектора,
вышеупомянутые продольные ряды включают по меньшей мере один продольный ряд, в котором блоки включают просверленные блоки, каждый из которых снабжен несквозным отверстием на верхней поверхности для установки шипов, где
указанное несквозное отверстие расположено аксиально снаружи от места, находящегося от экватора шины на расстоянии по оси, составляющем 13% от ширины зоны контакта с грунтом, и
соседние в продольном направлении несквозные отверстия смещены  относительно друг друга в осевом направлении шины, и
вышеупомянутые просверленные блоки включают по меньшей мере один просверленный блок, в котором несквозное отверстие смещено по направлению к одной из указанных основных канавок, и который снабжен усиливающей частью для усиления несквозного отверстия, где указанная усиливающая часть выступает в основную канавку, уменьшая ширину основной канавки.
Далее в описании, различные размеры, позиции и т.п. относятся к условиям нормально накаченной ненагруженной шины, если не указано иное.
Ширина TW зоны контакта с грунтом представляет собой расстояние по оси между краями 2е протектора, измеренное в условиях нормально накаченной ненагруженной шины.
Края 2е протектора являются аксиально-внешними краями зоны контакта с грунтом шины при угле развала колес, составляющем 0 градусов, в условиях нормально накаченной нагруженной шины.
Условия нормально накаченной ненагруженной шины состоят в том, что шину устанавливают на стандартный обод и накачивают до стандартного давления, но не нагружают.
Условия нормально накаченной нагруженной шины состоят в том, что шину устанавливают на стандартный обод, накачивают до стандартного давления и нагружают стандартной нагрузкой.
Стандартный обод представляет собой обод колеса, официально принятый для шины организациями по стандартизации, т.е. JATMA (Япония и Азия), T&RA (Северная Америка), ETRTO (Европа), STRO (Скандинавия) и подобными организациями. Стандартное давление и стандартная нагрузка шины представляют собой максимальное давление воздуха и максимальную нагрузку шины, указанными теми же организациями в таблице давление воздуха/максимальная нагрузка или в подобном списке. Например, стандартный обод колеса представляет собой «стандартный обод», указанный в JATMA, «мерный обод» в ETRTO, «расчетный обод» в TRA или т.п. Стандартное давление представляет собой "максимальное давление воздуха" в JATMA, "давление накачки" в ETRTO, максимальное давление, представленное в таблице "Пределы нагрузок шин при различных давлениях холодной накачки" в системе TRA и тому подобное. Стандартная нагрузка представляет собой "максимально допустимую нагрузку" в JATMA, "допустимую нагрузку" в ETRTO, максимальное значение, представленное в вышеупомянутой таблице в TRA, и т.п.
Однако, в случае легковых автомобилей, стандартное внутреннее давление и стандартная нагрузка единообразно составляют 180 кПа и 88% от максимальной нагрузки шины соответственно.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 представлен развернутый неполный вид сверху пневматической шины в соответствии с настоящим изобретением, демонстрирующий протектор шины.
На Фиг.2 представлено поперечное сечение протектора, взятое по линии А-А на Фиг.1.
На Фиг.3 представлен увеличенный неполный вид сверху, демонстрирующий протектор.
На Фиг.4 представлен вид в перспективе шипа.
На Фиг.5(а) представлен вид в перспективе просверленного блока с отверстием для установки шипа.
На Фиг.5(b) представлен вид в перспективе просверленного блока с установленным шипом.
На Фиг.6(а) представлен вид сверху другого примера просверленного блока.
На Фиг.6(b) представлен вид сверху еще одного примера просверленного блока.
На Фиг.7(а) и Фиг.7(b) представлены виды, аналогичные виду на Фиг.1, демонстрирующие протекторы шин сравнительного примера 1 и сравнительного примера 2, используемых в сравнительных испытаниях, представленных ниже.
Описание предпочтительных воплощений
Далее описаны воплощения настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.
Пневматическая шина согласно настоящему изобретению включает протектор 2, пару бортов, пару боковин, проходящих между краями протектора и бортами, каркас, проходящий между бортами, и усиливающий протектор брекерный пояс, расположенный, как обычно, радиально с внешней стороны каркаса в протекторе.
Протектор 2 снабжен рисунком протектора, включающим большое количество блоков 5 в продольных рядах В. В каждом ряду В все блоки 5, составляющие ряды, имеют одинаковую геометрическую конфигурацию, за исключением описываемой ниже усиливающей части 10, выступающей из некоторых блоков.
В описываемых ниже воплощениях пневматическая шина представляет собой шину для легкового автомобиля, снабженную однонаправленным рисунком протектора (на Фиг.1 стрелкой R показано предполагаемое направление вращения шины). Блоки 5 расположены с переменным шагом в продольном направлении, и блоки 5, расположенные на одной половине протектора с одной стороны экватора шины, смещены в продольном направлении относительно блоков на другой половине примерно на половину шага.
Однако настоящее изобретение не ограничено таким однонаправленным рисунком протектора. Рисунок протектора может быть двунаправленным. Более конкретно, одна половина рисунка протектора симметрично отражена относительно точек на экваторе шины. Более того, настоящее изобретение не ограничено переменным шагом расположения и не ограничено таким расположением, при котором одна половина смещена относительно другой половины.
Чтобы сформировать продольные ряды В разделенных в продольном и поперечном направлении блоков 5, протектор 2 снабжен
основными канавками 3, проходящими непрерывно в продольном направлении шины, и
поперечными канавками 4, проходящими от основных канавок 3.
Основные канавки 3 включают:
аксиально-внешние плечевые канавки 3В, расположенные с каждой стороны экватора С шины, и
аксиально-внутренние основные канавки 3А короны, расположенные с каждой стороны экватора С шины или расположенные вдоль экватора С шины.
Для того чтобы обеспечить достаточную зону контакта с грунтом для движения по обледенелой дороге, и в то же время, чтобы предотвратить забивание канавок столбиками снега в ходе движения по заснеженной дороге, в случае легковых автомобилей, предпочтительно ширина W1 основной канавки 3А короны и ширина W2 плечевой основной канавки 3В составляют не менее 2%, более предпочтительно, не менее 3%, но не более 9%, более предпочтительно, не более 6% от ширины TW зоны контакта с грунтом, а глубина основных канавок 3А и 3В составляет не менее 5 мм, более предпочтительно, не менее 6 мм, но не более 10 мм, более предпочтительно, не более 9 мм.
В воплощении, показанном на Фиг.1, основные канавки 3А короны представляют собой зигзагообразные канавки, выполненные из чередующихся коротких прямых отрезков и длинных прямых отрезков.
Применение таких зигзагообразных канавок является предпочтительным, потому что при этом увеличивается аксиальная составляющая краев канавки, и вследствие этого можно увеличить трение в продольном направлении шины на обледенелой дороге, и с другой стороны, на заснеженной дороге, снег, находящийся между протектором и дорогой и попадающий в зигзагообразную канавку, имеет повышенную силу сдвига и способствует получению большой силы сцепления или большого усилия торможения.
Однако также возможно использование плавно изогнутых зигзагообразных канавок, а именно волнообразных канавок, и даже прямолинейных канавок в качестве основных канавок 3А короны.
В воплощении, представленном на Фиг.1, кольцевая область между двумя основными канавками 3А короны сформирована в виде центрального ребра 6, проходящего вдоль экватора С шины непрерывно в продольном направлении.
Центральное ребро 6 в данном примере снабжено узкими канавками 11, проходящими от его краев и заканчивающимися внутри ребра например, в точках, расположенных вблизи центральной линии ребра, посредством чего жесткость в продольном направлении центрального ребра 6 снижена, чтобы сбалансировать ее с жесткостью блоков В и тем самым предотвратить неравномерный износ центрального ребра 6.
В качестве другого воплощения, вместо двух основных канавок 3А короны, может быть сформирована единственная основная канавка 3А короны, проходящая по центру экватора С шины, как описано выше. В данном случае, соответственно, центральное ребро 6 отсутствует.
В этом воплощении вышеупомянутые плечевые основные канавки 3В проходят, по существу, прямо в продольном направлении шины. В результате поперечная жесткость или негибкость частей блоков, прилегающих к плечевым основным канавкам 3В, увеличена, что способствует улучшению стабильности вождения в ходе движения на повороте. Однако основная плечевая канавка 3В также может быть выполнена в форме зигзагообразной канавки или волнообразной канавки.
Указанные выше поперечные канавки 4 включают:
средние поперечные канавки 4А, проходящие между основными(ой) канавками(ой) 3А короны и плечевыми основными канавками 3В, и
плечевые поперечные канавки 4В, проходящие между плечевыми основными канавками 3В и краями 2е протектора.
В однонаправленном рисунке протектора данного воплощения средние поперечные канавки 4А наклонены в направлении, противоположном предполагаемому направлению R вращения, и проходят от основных(ой) канавок(ки) 3А короны к плечевым основным канавкам 3В, таким образом продольная составляющая краев блоков 5 увеличена, что может способствовать улучшению характеристик шины на обледенелой дороге.
С другой стороны, плечевые поперечные канавки 4В, по существу, параллельны направлению по оси шины. Это способствует увеличению поперечной жесткости или негибкости плечевых блоков 5С, сформированных между этими канавками.
Предпочтительно, ширина и глубина средних поперечных канавок 4А и плечевых поперечных канавок 4В равна или немного меньше глубины и ширины основных канавок 3.
Таким образом, вышеупомянутые ряды В блоков включают:
два ряда В2 средних блоков 5В, ограниченных средними поперечными канавками 4А, основными(ой) канавками(ой) 3А короны и плечевыми основными канавками 3В, и
два ряда В3 плечевых блоков 5С, ограниченных плечевыми поперечными канавками 4В, плечевыми основными канавками 3В и краями 2е протектора.
Каждый из блоков 5В и 5С снабжен ламелями S. Ламель представляет собой прорезь или очень узкую канавку шириной от почти 0 до 1 мм. Ламели S обеспечивают податливость блоков и обеспечивают возможность такой соответствующей деформации блоков, которая увеличивает площадь 5s контакта между блоками и поверхностью обледенелой дороги. Более того, ламели S поглощают водяную пленку между шиной и обледенелой дорогой и улучшают характеристику сцепления шины с дорогой.
В данном воплощении каждый средний блок 5В снабжен узкой продольной канавкой 7 шириной более 1 мм, проходящей через блок, по существу, параллельно продольному направлению шины, почти в центре блока в направлении оси шины.
Блоки 5 (5В/5С) в каждом ряду В2 средних блоков и ряду В3 плечевых блоков включают:
просверленные блоки 5h, каждый из которых снабжен отверстием 8, расположенным на верхней поверхности 5s контакта с грунтом, в которое устанавливают шип Р, и
блоки 5n без отверстия 8.
Шип Р, как показано на Фиг.4, состоит из анкерной части 20, устанавливаемой и вставляемой в отверстие 8, фланца 21, контактирующего с верхней поверхностью блока и из которого выступает вышеупомянутая анкерная часть 20, и штыря 22, выступающего из фланца 21 в направлении, противоположном направлению выступа анкерной части 20.
Анкерная часть 20 включает цилиндрическую основную часть 20а, по существу, постоянного диаметра по своей длине и
концевую часть 20b большего диаметра, чем основная часть 20а. В данном примере концевая часть 20b имеет грушевидную форму.
Фланец 21 представляет собой круглую пластину гораздо большего диаметра.
Штырь 22 имеет цилиндрическую форму, и его диаметр больше диаметра цилиндрической основной части 20а, но меньше диаметра фланца 21. В данном примере фланец 22 снабжен канавкой резьбы, чтобы увеличить трение с поверхностью дороги.
Как показано на Фиг.5(а) и 5(b), шип Р устанавливают на протекторе пневматической шины путем размещения анкерной части 20 в несквозном отверстии 8.
В данном воплощении несквозное отверстие 8 представляет собой круглое несквозное отверстие, внутренний диаметр (d) которого, по существу, равен внешнему диаметру цилиндрической основной части 20а анкерной части 20. Таким образом, вышеупомянутая концевая часть 20b большего диаметра ограничена внутренней стенкой несквозного отверстия 8 для фиксации шипа Р. Даже в таком случае предпочтительно анкерную часть 20 вставляют в несквозное отверстие 8 вместе с клеящим средством. Например, можно предпочтительно использовать анаэробный клей.
Глубина D несквозного отверстия 8 составляет, например, от 8 до 12 мм, а внутренний диаметр (d) составляет от 2 до 3 мм.
Предпочтительно зону, в которой сформированы несквозные отверстия 8, обеспечивают с каждой стороны экватора С шины, и расстояние Ws по оси от экватора С шины до аксиально-внутренней границы зоны составляет не менее 13%, более предпочтительно, не менее 15% от ширины Tw зоны контакта с грунтом, посредством чего центральная зона протектора, в которой давление на грунт становится относительно высоким, не снабжена шипами Р. В результате можно предотвратить повреждения, вызываемые шипами Р и высоким давлением на грунт, и улучшить долговечность.
В каждом ряду В2 средних блоков и ряду В3 плечевых блоков соседние в продольном направлении отверстия 8 смещены  относительно друг друга в осевом направлении шины. Другими словами, несквозные отверстия 8 расположены в различных двух или более положениях по оси, таким образом, блоки в каждом ряду включают два или более видов просверленных блоков 5h, которые отличаются по аксиальному расположению несквозных отверстий.
Если соседние в продольном направлении отверстия 8 сформированы в одинаковых положениях по оси, шипы зацепляются за те же самые места на поверхности дороги и оставляют выбоины, в результате чего становится трудным получить достаточную силу сцепления и тормозное усилие. В данном воплощении, путем вышеупомянутого расположения можно избежать таких недостатков.
Просверленные блоки 5h включают первый просверленный блок 5h1 и второй просверленный блок 5h2, где
несквозное отверстие 8 первого просверленного блока 5h1 смещено по направлению к основной канавке 3 (3В), тогда как несквозное отверстие 8 второго просверленного блока 5h2 расположено вблизи аксиального центра блока, по сравнению с первым просверленным блоком 5h1.
Предпочтительно, как показано на Фиг.3, с каждой стороны экватора шины С, расстояние Wm по оси между аксиально-внутренним отверстием 8 (отверстие во втором просверленном блоке 5h2 ряда В2 средних блоков в данном воплощении) и аксиально внешним отверстием 8 (отверстие во втором просверленном блоке 5h2 ряда В3 плечевых блоков в данном воплощении) составляет не менее 20%, но не более 30% от ширины TW зоны контакта с грунтом.
Первый просверленный блок 5h1 обеспечивают усиливающей частью 10, чтобы усилить несквозное отверстие 8, которая выступает в основную канавку 3 (3В), частично сужая основную канавку, чтобы обеспечить достаточную толщину t стенки (толщина резины) вокруг несквозного отверстия 8.
Здесь толщину t стенки измеряют в радиальном направлении от центра несквозного отверстия 8, от края несквозного отверстия 8 к краю просверленного блока (краю усиливающей части 10).
Толщина t стенки предпочтительно составляет не менее 5 мм, более предпочтительно, не менее 6 мм.
Другими словами, когда требуется сформировать несквозное отверстие 8 в положении вблизи основной канавки 3, и если несквозное отверстие 8 сформировано в таком положении, толщина стенки становится менее 5 мм, и следует обеспечивать усиливающую часть 10, чтобы сохранить достаточную толщину t стенки.
Однако, если толщина t стенки в усиливающей части 10 слишком велика, площадь поперечного сечения основной канавки 3 (3В) уменьшена, и в результате отвод воды через канавку и самостоятельное освобождение от снега и грязи, набивающихся в канавку, затрудняется. Таким образом, толщина t стенки в усиливающей части 10 предпочтительно составляет не более 15 мм, более предпочтительно, не более 8 мм.
Путем обеспечения усиливающей части 10 становится возможным сформировать несквозное отверстие 8 в положении вблизи основной канавки 3 (3В), так что расстояние Wm по оси между самой дальней точкой несквозного отверстия от центральной линии 3h основной канавки 3 (3В), которая является центральной линией 3h без учета выступающих усиливающих частей 10, и центральной линией 3h составляет менее 12,0 мм, более предпочтительно, менее 10,0 мм. Таким образом, свобода выбора положения шипов может быть увеличена, и становится возможным дополнительно улучшить характеристики шины на обледенелой дороге.
В данном воплощении, как показано на Фиг.5(а) и 5(b), боковая поверхность усиливающей части 10, которая обращена к основной канавке (и дополнительно обращена к поперечной канавке в данном примере) определена частью боковой поверхности цилиндра или конуса, центральная ось которого, по существу, совпадает с центральной осью несквозного отверстия 8. Таким образом, край усиливающей части 10 представляет собой дугу окружности.
Помимо геометрии, представляющей край дуги окружности, можно использовать такую геометрию, которая представляет собой ломаную линию, например ломаную линию, состоящую из трех отрезков, как показано на Фиг.6(а), ломаную линию, состоящую из двух отрезков, как показано на Фиг.6(b), или т.п., при условии, что усиливающая часть 10 выступает в основную канавку 3 и толщина t стенки соответствует вышеупомянутым ограничениям.
Как указано выше, усиливающая часть 10 может выступать в поперечную канавку 4, так же как в основную канавку 3, как показано на Фиг.3.
Предпочтительно в каждом просверленном блоке 5h вокруг несквозного отверстия 8 обеспечивают непрерывную кольцевую область N, в которой отсутствуют ламели S и канавки, как показано на Фиг.3.
Непрерывная кольцевая область N имеет радиус Nr, составляющий по меньшей мере 5 мм, более предпочтительно, не менее 8 мм, еще более предпочтительно, не менее 10 мм от центра 8 с несквозного отверстия 8.
Таким образом, совместно с усиливающей частью 10, если она сформирована, непрерывная кольцевая область N может повысить жесткость стенок, окружающих несквозное отверстие 8, и тем самым предотвратить сгибание шипа Р и выпадения его из несквозного отверстия.
На чертежах "VL1" обозначает внешнюю границу непрерывной кольцевой области N, a "VL2" обозначает внешнюю границу фланца 21 шипа Р, вставленного в несквозное отверстие 8. Как показано, непрерывная кольцевая область N больше, чем фланец 21, следовательно, шип Р прочно закреплен в блоке и может обеспечивать большую силу сцепления с дорогой и тормозное усилие.
В данном воплощении все несквозные отверстия 8, расположенные в шине, размещены в различных положениях в продольном направлении. Другими словами, ни одно несквозное отверстие 8 не расположено на одной линии с другим несквозным отверстием в направлении оси шины. Поэтому, изменения силы сцепления с дорогой и тормозного усилия могут быть снижены, а также вибрация в ходе движения автомобиля может быть снижена.
Более того, в каждом ряду В первые просверленные блоки 5h1 и вторые просверленные блоки 5h2 расположены, чередуясь друг с другом, в продольном направлении.
Более того, в каждом ряду В просверленные блоки 5h и не просверленные блоки 5h расположены последовательно так, что группа (5h, 5n, 5h, 5n и 5n), более конкретно, (5h2, 5n, 5h1, 5n и 5n) повторяется в продольном направлении.
При этом усиливающая часть 10, выступающая в основную канавку 3 (3В), снижает площадь поперечного сечения основной канавки до некоторой степени. Поэтому, по возможности желательно, чтобы минимальная ширина Wi основной плечевой канавки 3В в местах расположения усиливающих частей 10 составляла не менее 0,4, более предпочтительно, не менее 0,5, но не более 0,9, более предпочтительно, не более 0,8 от максимальной ширины Wj или ширины канавки, измеренной в местах, отличных от мест расположения усиливающих частей 10.
Более того, также желательно, чтобы компенсировать такое снижение ширины основной канавки, формировать усиливающие части 10 вблизи или на месте Т-образного соединения 9 основной канавки 3 и поперечной канавки 4 (более конкретно, Т-образного соединения 9а канавок 3В и 4А, и Т-образного соединения 9b канавок 3В и 4В в данном воплощении), как показано на Фиг.3.
Сравнительные испытания
Нешипованные радиальные шины размером 195/65R15 (размер обода колеса 15x6JJ) с техническими характеристиками, представленными в таблице 1, изготавливали и испытывали, как описано далее.
Все испытываемые шины имели одинаковую конструкцию и одинаковый рисунок протектора, за исключением несквозных отверстий и усиливающих частей. Чтобы улучшить закрепление шипов в несквозных отверстиях, использовали анаэробный клей.
Испытания силы сцепления при трогании с места и тормозного усилия
Заднеприводной легковой автомобиль с передним расположением двигателя с установленными испытываемыми шинами (давление шины 180 кПа) испытывали на обледенелой дороге и на заснеженной дороге, и силу сцепления при трогании с места оценивали по ощущениям водителя. Результаты представлены в таблице 1 с помощью показателя, основанного на сравнительном примере 1 (ср. пр. 1), принятом за 100, при этом чем больше величина, тем лучше сила сцепления при трогании с места.
Кроме того, тормозной путь испытываемого автомобиля измеряли на обледенелой дороге и заснеженной дороге, при резком торможении на скорости 30 км/ч. Результаты представлены в таблице 1 с помощью показателя, основанного на сравнительном примере 1, принятом за 100, при этом чем больше величина, тем короче тормозной путь, т.е. тем лучше характеристика торможения на повороте на обледенелой и заснеженной дороге.
Испытания при движении на поворотах
На испытательном автомобиле совершали поворот по окружности с радиусом 40 метров на обледенелой дороге и заснеженной дороге и оценивали характеристики движения на повороте на основании затраченного времени и по ощущениям водителя. Результаты представлены в таблице 1 с помощью показателя, основанного на сравнительном примере 1, принятом за 100, при этом чем больше величина, тем лучше характеристики движения на повороте на обледенелой и заснеженной дороге.
Испытания на долговечность
Испытательный автомобиль прогоняли на расстояние 20000 км по заснеженной дороге. Затем определяли число выпавших шипов. Результаты представлены в таблице 1 с помощью показателя, основанного на сравнительном примере 1, принятом за 100, при этом чем больше величина, тем лучше устойчивость шипов.