ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА
AIR TIRE

Настоящее изобретение относится к пневматической шине, обеспечивающей улучшение стабильности при езде и снижение веса.
В последние годы увеличились требования по снижению потребления топлива транспортными средствами, как часть профилактических мер для сохранения окружающей среды. В качестве одной из профилактических мер настоятельно рекомендуется снижение веса пневматической шины. Кроме того, в соответствии с улучшением эксплуатационных характеристик транспортных средств требуется увеличить стабильность езды. К тому же стабильность езды желательно увеличить, не ухудшая комфортности езды.
В известной обычной пневматической шине для обеспечения высоких характеристик при езде между правым и левым бортовыми участками выполнен двухслойный каркасный слой. Пример такой конструкции раскрыт в JP 2007-191044 А. Такая пневматическая шина также нуждается в снижении веса и увеличении стабильности при езде, как описано выше; кроме того, требуется технология для получения этих преимуществ.
Одной из задач, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание пневматической шины, обеспечивающей увеличение стабильности езды и снижение ее веса, без ухудшения при этом комфортности езды.
Согласно аспекту изобретения создана пневматическая шина, содержащая: пару бортовых участков, выполненных обращенными друг к другу по ширине шины, причем каждый из участков борта покрышки содержит: сердечник борта и бортовой наполнитель, в который заделан сердечник борта, причем бортовой наполнитель изготовлен из резины, имеющей твердость по JIS в пределах от 70 до 100; каркасный слой, имеющий однослойную структуру и проходящий между участками борта, причем каркасный слой содержит усиливающие корды, проходящие в радиальном направлении шины и расположенные по окружности шины; и множество брекерных слоев, расположенных на внешней окружности каркасного слоя на протекторном участке, причем каркасный слой загнут вокруг сердечника борта изнутри наружу в осевом направлении шины так, чтобы завернуть бортовой наполнитель и иметь загнутый участок, проходящий в положение ниже участка бокового края одного из брекерных слоев, при этом пневматическая шина дополнительно содержит резиновый усиливающий слой, выполненный из резины с твердостью по JIS в пределах от 70 до 100 и имеющий среднюю толщину в пределах от 0,5 мм до 3,0 мм, причем резиновый усиливающий слой расположен на загнутом участке каркасного слоя на внешней стороне, в осевом направлении шины, на участке боковой стенки, проходя поперек максимальной ширины Рm каркасного слоя.
Общий вид конструкции, обеспечивающий выполнение различных признаков изобретения, будет описан со ссылкой на чертежи.
Чертежи и сопровождающие описания иллюстрируют варианты осуществления изобретения и не ограничивают объем изобретения. На чертежах:
фиг.1 - вид в разрезе по меридиональному сечению пневматической шины согласно варианту осуществления изобретения;
фиг.2 - вид в разрезе по меридиональному сечению пневматической шины согласно другому варианту осуществления изобретения;
фиг.3 - вид в разрезе по меридиональному сечению пневматической шины согласно еще одному варианту осуществления изобретения; и
фиг.4 - пояснительный вид в разрезе, показывающий структуру каркасного слоя обычной шины.
Далее будут описаны варианты осуществления изобретения со ссылкой на чертежи. В последующем описании одинаковые или идентичные элементы будут обозначены одинаковыми ссылочными позициями, а их повторное описание будет опущено.
На фиг.1 показана пневматическая шина согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Пневматическая шина имеет протекторный участок (протектор) 1, боковой участок (боковину) 2 и бортовой участок (борт) 3.
В правом и левом бортовых участках 3 заделан сердечник 4 борта. Со стороны внешней окружности каждого сердечника 4 борта выполнен бортовой наполнитель 5, имеющий треугольное сечение. Бортовой наполнитель 5 изготовлен полностью из резины и имеет твердость согласно Японскому Промышленному Стандарту JIS (далее именуемой «твердость по JIS») в пределах от 70 до 100. При твердости бортового наполнителя 5 по JIS ниже 70 он не влияет на обеспечение стабильности езды. И наоборот, при твердости выше 100 стабильность езды может ухудшаться.
Каркасный слой 6, в котором усиливающие корды, проходящие в радиальном направлении шины и расположенные по окружности шины, заделаны в слой резины, проходит между правым и левым бортовыми участками 3. Угол между усиливающим кордом каркасного слоя 6 относительно окружности шины находится в пределах от 75 до 90 градусов. Когда угол меньше 75 градусов, износостойкость может понизиться. Предпочтительно, угол устанавливают от 75 до 86 градусов для получения жесткости по окружности шины, поскольку усиливающие корды размещены в загнутом участке 6Х, описанном ниже, и усиливающие корды, размещенные в основном участке 6А, расположенные между сердечниками 4 борта, могут перекрещиваться друг с другом, когда угол установлен таким образом.
На внешней окружности каркасного слоя 6 протекторного участка 1 имеется два (или множество) брекерных слоя 7 и 8, включающие в себя усиливающие корды, такие как стальные корды, проходящие под углом к окружности шины, при этом усиливающий корд одного брекерного слоя, перекрещивается с усиливающим кордом другого брекерного слоя. Поскольку имеется два брекерных слоя 7 и 8, первый брекерный слой 7 прилегает к каркасному слою 6, а второй брекерный слой 8 размещен на внешней окружности первого брекерного слоя 7, причем первый брекерный слой 7 шире второго брекерного слоя 8.
На внешней окружности брекерных слоев 7 и 8 выполнены полностью закрывающий брекер слой 9 и закрывающий край брекера слой 10, каждый из которых получают спиральной намоткой корда из органического волокна по окружности шины. На внешней окружности этих закрывающих слоев 9 и 10 выполнен резиновый слой 11 протектора. Резиновый слой 11 протектора включает в себя нижний резиновый слой 12 протектора, размещенный на внутренней окружности, резиновый слой 13 беговой дорожки протектора, размещенный на внешней окружности нижнего резинового слоя 12 протектора, и резиновые слои 14 крыльевых кромок, установленные на обеих сторонах резинового слоя 13 беговой дорожки протектора.
Каркасный слой 6 имеет однослойную структуру, выполненную в виде одного слоя, а каждый ее край загнут вокруг сердечника 4 борта изнутри наружу в осевом направлении шины так, чтобы завернуть наполнитель 5 борта. Каждый загнутый участок 6Х, загнутый таким образом, проходит по боковому участку 2, доходя до участка внутренней окружности края 7А первого брекерного слоя 7 протекторного участка 1.
Другими словами, загнутые участки 6Х проходят в положение ниже участка бокового края (края 7А) первого брекерного слоя 7.
Резиновый усиливающий слой 15, изготовленный полностью из резины, выполнен в виде кольца по окружности шины так, что он прилегает в осевом направлении шины к внешней поверхности загнутого участка 6Х каркасного слоя 6 на правом и на левом боковых участках 2. Резиновый усиливающий слой 15 имеет такую же твердость, что и бортовой наполнитель 5, а именно - твердость по JIS в пределах от 70 до 100. Резиновый усиливающий слой 15 имеет среднюю толщину в пределах от 0,5 до 3,0 мм и размещен вдоль загнутого участка 6Х поперек положения максимальной ширины Рm каркасного слоя (т.е. положения, в котором основной участок 6а каркасного слоя, проходящий между бортовыми участками 3, имеет максимальную толщину).
В каждом боковом участке 2 боковой резиновый слой 16 размещен снаружи резинового усиливающего слоя 15 в осевом направлении шины. Боковой резиновый слой 16 в радиальном направлении шины выполнен более длинным, чем резиновый усиливающий слой 15, при этом внешний край 16А его окружности размещен на внутренней окружности краев брекерных слоев 7 и 8, а внутренний край 16В его окружности проходит, если смотреть сбоку, до положения, перекрывающего внешний край 5А окружности бортового наполнителя 5.
Ободной упругий резиновый слой 17 проходит от бортового участка 3 до бокового резинового слоя 16 в осевом направлении шины снаружи загнутого участка 6Х каркасного слоя 6. Ободной упругий резиновый слой 17 имеет внешний край 17А окружности, перекрывающий, на боковом виде шины, внутренний край 16В окружности бокового резинового слоя 16 и внутренний край 15В окружности резинового усиливающего слоя 15.
Твердость по JIS резины, включенной в боковой резиновый слой 16, ниже твердости по JIS резины, включенной в ободной упругий резиновый слой 17, а твердость по JIS резины, включенной в ободной упругий резиновый слой 17 ниже твердости по JIS резины, включенной в бортовой наполнитель 5 и резинового усиливающего слоя 15.
В пневматической шине согласно варианту осуществления каркасный слой 6 имеет однослойную структуру вместо обычной двухслойной структуры, за счет чего обеспечивается снижение веса. Более того, поскольку каждый загнутый участок 6Х каркасного слоя 6 проходит к внутреннему круговому участку края 7А брекерного слоя 7 протекторного участка 1, каркасный слой 6 приобретает двухслойную структуру на боковом участке 2. Вследствие этого благодаря каркасному слою 6 можно получить такой же уровень стабильности езды, какой имеют при обычной технологии, и, кроме того, поскольку резиновый усиливающий слой 15 высокой твердости размещен на боковом участке 2, жесткость бокового участка 2 можно увеличить, в результате чего увеличивается стабильность езды.
Кроме того, поскольку резиновый усиливающий слой 15 изготовлен из резины, имеющей твердость, эквивалентную твердости бортового наполнителя 5, жесткость участка, размещенного от бокового участка 2 до бортового участка 3, можно распределить более равномерно, чем при обычной технологии. Вследствие этого воздействие (вибрация) от поверхности дороги воспринимается всем боковым участком 2 и всем бортовым участком 3 и, следовательно, не происходит ухудшения комфортности езды.
Более того, поскольку каждый загнутый участок 6Х каркасного слоя 6 проходит до внутренней окружности участка края 7А брекерного слоя 7 протекторного участка 1, а край загнутого участка 6Х каркасного слоя 6 размещен вдали от резинового усиливающего слоя 15 высокой твердости, можно избежать концентрации напряжений резинового усиливающего слоя 15, причиной которой является край загнутого участка 6Х, так что не допускается ухудшение износостойкости при высокой скорости. Более того, поскольку край каркасного слоя размещен на внутренней окружности края 7А брекерного слоя 7, перемещение края каркасного слоя ограничено краем 7А брекерного слоя 7, что препятствует отделению края каркасного слоя 6.
Если средняя толщина резинового усиливающего слоя 15 меньше 0,5 мм или твердость по JIS резины, включенной в него, ниже 70, нельзя эффективно увеличить стабильность езды. С другой стороны, при средней толщине резинового усиливающего слоя 15, превышающей 3,0 мм, или резины с твердостью по JIS выше 100 комфортность езды может значительно ухудшиться.
Размер Lb в радиальном направлении шины между внешним краем 15х окружности резинового усиливающего слоя 15 и ближайшим краем 7х первого брекерного слоя 7 предпочтительно устанавливают в пределах от 5% до 25% высоты SH шины в поперечном сечении. Когда размер Lb меньше 5% высоты SH шины в поперечном сечении, напряжения могут концентрироваться на краях, близко расположенных друг к другу так, что легко и неблагоприятно вызывают отделение края. Когда размер Lb превышает 25% высоты SH шины в поперечном сечении, трудно увеличить стабильность езды.
Размер Lc в радиальном направлении шины между внешним краем 5х окружности резинового усиливающего слоя 15 и краем 13е слоя 13 беговой дорожки резинового протектора предпочтительно устанавливают от 10 до 30% высоты SH шины в поперечном сечении по той же самой причине, описанной выше.
Длина перехлеста LA между внутренним краем 15В окружности резинового усиливающего слоя 15 и внешним краем 17А окружности ободного упругого резинового слоя 17, прилегающих друг к другу, находится предпочтительно в пределах от 5 мм до 15 мм в радиальном направлении шины. Когда длина перехлеста LA меньше 5 мм, эти края находятся слишком близко друг к другу, и следовательно, может легко произойти отделение края. Когда длина перехлеста LA превышает 15 мм, жесткость бокового участка 2 может быть неравномерной, приводящий к уменьшению комфортности езды.
Твердость по JIS резины, включенной в боковой резиновый слой 16, может быть в пределах от 40 до 60, а твердость по JIS резины, включенной в ободной упругий резиновый слой 17, может быть в пределах от 60 до 80. Когда твердость по JIS резины, включенной в боковой резиновый слой 16, ниже 40, стабильность езды может ухудшиться. И наоборот, когда твердость по JIS резины, включенной в боковой резиновый слой 16, выше 60, может ухудшиться комфортность езды. Когда твердость по JIS резины, включенной в ободной упругий резиновый слой 17, ниже 60, стабильность езды может ухудшиться. И наоборот, когда твердость по JIS резины, включенной в ободной упругий резиновый слой 17, выше 80, может ухудшиться комфортность езды.
Поскольку предполагается, что в пневматической шине, описанной выше, не задана поверхность или направление при установке на транспортное средство, правый и левый резиновые усиливающие слои 15 упомянутой пневматической шины имеют одинаковую среднюю толщину и одинаковую ширину. Однако в случае, когда поверхность или направление крепления на транспортное средство заданы, резиновый усиливающий слой 15, расположенный на внутренней поверхности, обращенной к транспортному средству, при креплении к нему предпочтительно может иметь среднюю толщину, которая меньше резинового усиливающего слоя 15, расположенного на внешней поверхности, противоположной внутренней поверхности.
В современных транспортных средствах колеса устанавливают на транспортное средство с отрицательным развалом колес для сохранения стабильности езды при большой скорости. В таком транспортном средстве правая и левая шины наклонены вперед, и следовательно, прилагаемая при высокой скорости нагрузка больше на участках шины, расположенных на внутренней поверхности относительно транспортного средства, чем на участках шины, расположенных на внешней поверхности относительно транспортного средства. С другой стороны, участки шины, расположенные на внешней поверхности относительно транспортного средства, оказывают более существенное влияние на стабильность езды. Следовательно, когда резиновый усиливающий слой 15, расположенный на внутренней поверхности относительно транспортного средства, имеет меньшую среднюю толщину, боковой участок, расположенный на внутренней поверхности, легче гнется. Таким образом, дополнительное выполнение таких резиновых усиливающих слоев 15 может увеличить износостойкость при высокой скорости и комфортность езды, сохраняя стабильность езды.
Средняя толщина резинового усиливающего слоя 15, расположенного со стороны внутренней поверхности, может быть установлена в пределах от 0,5 мм до 1,00 мм, и средняя толщина резинового усиливающего слоя 15, расположенного на внешней поверхности относительно транспортного средства, может быть установлена в пределах от 1,0 до 2,0 мм.
Вышеупомянутые преимущества можно получить, вместо регулировки толщины, если ширину Wm резинового усиливающего слоя 15М, расположенного на внутренней поверхности относительно транспортного средства в радиальном направлении шины, установить меньше ширины Wn резинового усиливающего слоя 15N, расположенного на внешней поверхности относительно транспортного средства, как показано на фиг.2. Ширина Wm в радиальном направлении шины резинового усиливающего слоя 15М, расположенного на внутренней поверхности относительно транспортного средства, может быть установлена в пределах от 20 мм до 30 мм, в то время как ширина Wn в радиальном направлении шины резинового усиливающего слоя 15N, расположенного на внешней поверхности относительно транспортного средства, может быть установлена в пределах от 30 мм до 50 мм.
Альтернативно резиновый усиливающий слой 15М, расположенный на внутренней поверхности относительно транспортного средства, можно разместить дальше внутрь в радиальном направлении шины, чем резиновый усиливающий слой 15N, расположенный на внешней поверхности относительно транспортного средства, как показано на фиг.3. А именно в радиальном направлении шины резиновый усиливающий слой 15М, расположенный на внутренней поверхности относительно транспортного средства, может быть расположен дальше внутрь на 5 мм-20 мм резинового усиливающего слоя 15N, расположенного на внешней поверхности относительно транспортного средства. Такие усиливающие резиновые слои 15М и 15N имеют одинаковую среднюю толщину и одинаковую ширину в радиальном направлении шины. Альтернативно среднюю толщину, ширину и расположение внутрь в радиальном направлении шины можно соответствующим образом объединить для регулировки.
Настоящее изобретение походит для применения в пневматической шине для легкового автомобиля с отношением высоты профиля шины к его ширине, равным 55% или меньше, однако настоящее изобретение не ограничено такой пневматической шиной. Следует отметить, что твердость резины по JIS здесь означает твердость, измеренную дюрометром типа А согласно стандарту JISK 6253.
Тестовые шины, имеющие общий размер 235/50R18, изготавливают, как описано ниже. Тестовые шины включают в себя экспериментальные шины, сравнительные шины и обычную шину.
Каждая из экспериментальных шин 1-6 (Примеры 1-6) согласно варианту осуществления и сравнительные шины 1-4 (сравнительные Примеры 1-4) имеют структуру, показанную на фиг.1, в которой оба загнутых участка каркасного слоя (включающие в себя усиливающие корды, проходящие под углом 80 градусов относительно окружности шины) проходят до участков внутренних окружностей обоих краев брекерного слоя протекторного участка, а резина, включенная в каждый резиновый усиливающий слой, размещенная поперек положения максимальной толщины каркасного слоя, имеет твердость по JIS и среднюю толщину, указанную в Таблице 1.
Обычная шина (Обычный Пример) имеет такую же структуру, что и экспериментальная шина 1, за исключением того, что каркасный слой имеет двухслойную структуру, а загнутые участки каркасного слоя в радиальном направлении шины расположены больше внутрь, чем положение максимальной ширины каркасного слоя, как показано на фиг.4. Кроме того, обычная шина имеет конструкцию без усиливающего резинового слоя.
В каждой из тестовых шин твердость по JIS резины, включенной в состав бортового наполнителя, установлена в 80 единиц, твердость по JIS резины, включенной в состав ободного упругого резинового слоя, установлена в 70 единиц, а твердость по JIS резины, включенной в состав бокового резинового слоя, установлена в 60 единиц. Более того, в каждой из экспериментальных шин и сравнительной шине размер Lb в радиальном направлении шины между внешним краем окружности резинового усиливающего слоя и ближайшим краем первого брекерного слоя соответствует 20% высоты SH шины в поперечном сечении, а длина перехлеста LA между внутренним краем окружности резинового усиливающего слоя и внешним краем окружности ободного упругого резинового слоя составляет 10 мм.
Каждая из этих тестовых шин подвергается оценочным испытаниям на вес, стабильность езды, комфортность езды и износостойкость при высокой скорости способами, описанными ниже, что приводит к получению результатов, указанных в Таблице 1.
Каждую тестовую шину взвешивают. Результат измерения выражают индексом веса обычной шины, принятой за 100 единиц. Когда этот индекс больше, вес шины становится меньше, так что получают большее снижение веса.
3
Каждую тестовую шину монтируют на обод, применяемый для установки на транспортное средство, имеющее рабочий объем двигателя 1500 см с давлением шины, установленным в 250 кПа, а испытательный тест на степень устойчивости выполняет испытатель выполнением повторной перестройки в другой ряд движения во время езды со скоростью в 100 км/час. Оценка результата испытаний выражается индексом устойчивости обычной шины, принятой за 100 единиц. Когда этот индекс больше, стабильность езды увеличивается.
3
Каждую тестовую шину устанавливают на транспортном средстве, имеющем рабочий объем двигателя 1500 см упомянутым выше способом, а испытательный тест испытатель выполняет на специальном треке для определения комфортности езды. Оценка результата испытаний выражается индексом комфортности обычной шины, принятой за 100 единиц. Когда этот индекс больше, комфортность езды повышается.
Таблица 1
ОбычныйПример
СравнительныйПример
Пример 1
Пример 2
Пример 3
СравнительныйПример 2
Твердость по JIS
-
60
70
85
100
105
Средняя толщина (мм)
-
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
Вес шины
100
110
110
110
110
110
Стабильность езды
100
100
102
104
106
106
Комфортность езды
100
106
104
102
100
96
СравнительныйПример 3
Пример 4
Пример 5
Пример 6
СравнительныйПример 4
Твердость по JIS
90
90
90
90
90
Средняя толщина (мм)
0,3
0,5
2,0
3,0
4,0
Вес шины
110
110
110
110
110
Стабильность езды
99
102
106
108
109
Комфортность езды
105
106
101
100
98
Из Таблицы 1 понятно, что стабильность езды экспериментальных шин (Примеры 1-6) увеличена, и снижен вес без ухудшения комфортности езды.
Экспериментальные шины (Примеры 7-9), имеющие такие же размеры, что и Пример 1, изготавливают как тестовый образец, как описано далее.
Экспериментальная шина 7 (Пример 7) имеет такую же конструкцию, как и экспериментальная шина 2, за исключением средней толщины резинового усиливающего слоя, расположенного на внутренней поверхности относительно транспортного средства, установленной меньше средней толщины резинового усиливающего слоя, расположенного на внешней поверхности относительно транспортного средства. Экспериментальная шина 8 (Пример 8) имеет такую же конструкцию, что и экспериментальная шина 2, за исключением ширины резинового усиливающего слоя в радиальном направлении шины, расположенного на внутренней поверхности относительно транспортного средства, установленной меньше ширины резинового усиливающего слоя в радиальном направлении шины, расположенного на внешней поверхности относительно транспортного средства. Экспериментальная шина 9 (Пример 9) имеет такую же конструкцию, что и экспериментальная шина 2, за исключением того, что резиновый усиливающий слой, расположенный на внутренней поверхности относительно транспортного средства размещен больше внутрь в радиальном направлении шины, чем резиновый усиливающий слой, расположенный на внешней поверхности относительно транспортного средства.
В экспериментальной шине 7 средняя толщина резинового усиливающего слоя, расположенного на внутренней поверхности относительно транспортного средства, составляет 1,0 мм, а резинового усиливающего слоя, обеспечивающего внешнюю поверхность, составляет 2,0 мм. В экспериментальной шине 8 ширина резинового усиливающего слоя в радиальном направлении шины, расположенного на внутренней поверхности относительно транспортного средства, составляет 30 мм, а резинового усиливающего слоя, расположенного на внешней поверхности, составляет 50 мм. В экспериментальной шине 9 резиновый усиливающий слой, расположенный на внутренней поверхности относительно транспортного средства, смещен на 10 мм внутрь в радиальном направлении шины по сравнению с резиновым усиливающим слоем, расположенным на внешней поверхности.
Каждую из этих тестовых шин и экспериментальную шину 2 подвергают оценочным тестам на износостойкость при высокой скорости способом, описанным ниже, результаты которых отражены в Таблице 2. Кроме того, экспериментальные шины 7-9 оценивают по весу, стабильности езды и комфортности езды способами, описанными в Примере 1, а результаты также отражены в Таблице 2.
Каждую из тестовых шин монтируют на применяемый обод и закрепляют на испытательном стенде, при этом давление в шине устанавливают в 250 кПа, нагрузку устанавливают в 80% от нагрузки, соответствующей максимальной нагрузке, описанной в JATMA, а угол развала колес устанавливают в 2,5 градуса, скорость увеличивают от 200 км/час на 10 км/час каждые 10 минут для того, чтобы получить скорость, при которой происходит разрушение тестовой шины. Оценочный результат выражают индексом по результатам тестовой шины 2, индекс которой принимают за 100 единиц. Когда индекс больше, износостойкость при большой скорости увеличивается.
Таблица 2
Пример 7
Пример 8
Пример 9
Твердость по JIS
85
85
85
Средняя толщина (мм)
1,0/2,0
1,5
1,5
Износостойкость при большой скорости
107
107
106
Вес шины
110
110
110
Стабильность езды
104
104
104
Комфортность езды
104
104
104
Из Таблицы 2 понятно, что экспериментальные шины 7-9 улучшают износостойкость при большой скорости по сравнению с экспериментальной шиной 2, в которой усиливающие резиновые слои выполнены симметрично по бокам. Более того, понятно, что таким образом можно увеличить комфортность езды.
Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается конкретным вариантом осуществления, описанным выше, и что настоящее изобретение можно модифицировать без выхода за рамки идеи и объема настоящего изобретения. Настоящее изобретение можно осуществить в различных формах согласно применяемым комбинациям компонентов, раскрытых в вариантах осуществления, описанных выше. Например, некоторые компоненты могут быть удалены из конструкций, описанных как вариант осуществления изобретения.