ШИПОВАЯ ШПИЛЬКА И ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА, СНАБЖЕННАЯ ШИПОВОЙ ШПИЛЬКОЙ Российский патент 2023 года по МПК B60C11/16 

Область техники

Настоящее изобретение относится к шиповой шпильке и шине, снабженной шиповой шпилькой, и, в частности, к шиповой шпильке, выполненной с возможностью улучшения характеристики на льду за счет усиления краевого эффекта, а также к шине, снабженной шиповой шпилькой.

Уровень техники

Среди пневматических шин, обладающих улучшенными эксплуатационными характеристиками на обледеневших и заснеженных дорожных покрытиях, известны шипованные шины (шины с шипами), в которых шиповые шпильки утоплены в участок протектора (см., например, публикации JP 5702817 B, JP 5997518 B и JP 6111010 B). Каждая шиповая шпилька имеет заглубляемую базовую часть, выполненную с возможностью заглубления в участок протектора шины, и верхушечный концевой участок, который расположен на торцевом конце заглубляемой базовой части и входит в контакт с дорожным покрытием. Во время движения шипованной шины край верхушечного концевого участка шиповой шпильки входит в контакт с обледенелым дорожным покрытием и создает краевой эффект, тем самым демонстрируя превосходные характеристики на льду.

Вместе с тем, поскольку в известной конструкции шиповой шпильки и шины, снабженной шиповой шпилькой, отдельные шиповые шпильки не обеспечивают достаточного краевого эффекта, характеристики на льду необязательно оказываются удовлетворительными. Таким образом, существует потребность в дальнейшем улучшении характеристик на льду.

Техническая проблема

Целью настоящего изобретения является создание шиповой шпильки, которая улучшает характеристики на льду за счет усиления краевого эффекта, и шины, снабженной такой шиповой шпилькой.

Решение проблемы

Шиповая шпилька в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения для достижения вышеуказанной цели представляет собой шиповую шпильку, имеющую заглубляемую базовую часть, выполненную с возможностью заглубления в участок протектора шины, и верхушечный концевой участок, который расположен на торцевом конце заглубляемой базовой части и входит в контакт с дорожным покрытием, причем верхушечный концевой участок включает в себя внешний контур, выполненный в кольцевой форме, внутренний контур, окруженный внешним контуром, и участок канавки, расположенный между внешним контуром и внутренним контуром.

Шина в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения для достижения вышеуказанной цели отличается тем, что вышеуказанная шиповая шпилька расположена на участке протектора.

Преимущества изобретения

В одном варианте осуществления настоящего изобретения, поскольку верхушечный концевой участок шиповой шпильки включает в себя внешний контур, выполненный в кольцевой форме, внутренний контур, окруженный внешним контуром, и участок канавки, расположенный между ними, внешний контур и внутренний контур образуют края, которые могут значительно усиливать краевой эффект шиповой шпильки и эффективно улучшать характеристики шины на льду. В частности, если верхушечный концевой участок шиповой шпильки состоит из кольцевого внешнего контура и внутреннего контура, окруженного внешним контуром, можно обеспечить достаточную прочность каждого внешнего контура и внутреннего контура.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения участок канавки предпочтительно остается непрерывным в кольцевой форме вокруг внутреннего контура. В этом случае можно усилить краевой эффект для существенного улучшения характеристики на льду. Кроме того, предпочтительно, чтобы верхушечный концевой участок шиповой шпильки включал в себя по меньшей мере один соединительный участок, который связывает внешний контур и внутренний контур друг с другом, и чтобы общая длина внутреннего периметра участка канавки составляла по меньшей мере 50% длины внешнего периметра внутреннего контура. В этом случае удается увеличить прочность шиповой шпильки.

Внутренний контур предпочтительно имеет участок канавки на внутренней стороне, проходящий вдоль его внешнего периметра. В этом случае, поскольку еще более возрастает протяженность краев, можно существенно улучшить характеристики на льду.

Предпочтительно, чтобы форма внутренней периферийной зоны внешнего контура и форма внешней периферийной зоны внутреннего контура отличались друг от друга. В этом случае можно улучшить характеристики отвода снега верхушечного концевого участка шиповой шпильки и дополнительно улучшить характеристики на льду за счет увеличения протяженности краев. Форма внутренней периферийной зоны внешнего контура и форма внешней периферийной зоны внутреннего контура могут быть схожи. В этом случае можно ожидать формирования достаточного краевого эффекта.

Интервал Ly между внешним контуром и внутренним контуром, измеренный в направлении, ортогональном центральной оси шиповой шпильки, предпочтительно находится в диапазоне от 10% до 35% размера Lx внешнего контура, измеренного в направлении, ортогональном центральной оси шиповой шпильки. В результате можно в значительной степени обеспечить прочность шиповой шпильки и избежать ухудшения характеристик отвода снега и эксплуатационных характеристик.

Кроме того, предпочтительно, чтобы внутренний контур включал в себя основную часть внутреннего контура, расположенную на наиболее удаленной внутренней стороне, и размер Lz основной части внутреннего контура, измеренный в направлении, ортогональном центральной оси шиповой шпильки, предпочтительно находился в диапазоне от 10% до 60% размера Lx внешнего контура, измеренного в направлении, ортогональном центральной оси шиповой шпильки. В результате можно в значительной степени обеспечить прочность шиповой шпильки и избежать ухудшения характеристик отвода снега и эксплуатационных характеристик.

Шина в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения предпочтительно представляет собой пневматическую шину, но может представлять собой непневматическую шину. В случае пневматической шины внутренняя часть может быть заполнена воздухом, инертным газом, таким как азот, или другим газом.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - вид в перспективе, иллюстрирующий шиповую шпильку в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 2 - вид в горизонтальной проекции шиповой шпильки, показанной на Фиг. 1;

Фиг. 3 - вид в поперечном сечении шиповой шпильки, показанной на Фиг. 1;

Фиг. 4 - вид в поперечном сечении по линии IV-IV, показанной на Фиг. 2;

Фиг. 5 - вид в горизонтальной проекции, иллюстрирующий модифицированный пример шиповой шпильки;

Фиг. 6 - вид в горизонтальной проекции, иллюстрирующий другой модифицированный пример шиповой шпильки;

Фиг. 7 - вид в горизонтальной проекции, иллюстрирующий другой модифицированный пример шиповой шпильки;

Фиг. 8 - вид в горизонтальной проекции, иллюстрирующий другой модифицированный пример шиповой шпильки; и

Фиг. 9 - вид в меридиональном поперечном сечении, иллюстрирующий пример пневматической шины по одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Описание вариантов осуществления изобретения

Ниже будут подробно описаны конфигурации вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на приложенные графические материалы. На Фиг. 1-4 представлена шиповая шпилька в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Как показано на Фиг. 1-4, шиповая шпилька Р настоящего варианта осуществления включает в себя заглубляемую базовую часть 10, выполненную с возможностью заглубления в участок протектора шины, и верхушечный концевой участок 20, который расположен на торцевом конце заглубляемой базовой части 10 и входит в контакт с дорожным покрытием. Заглубляемая базовая часть 10 состоит из участка 11 корпуса, который имеет цилиндрическую форму, шейки 12, которая имеет цилиндрическую форму и соединена с участком 11 корпуса, а также отличается меньшим диаметром, чем участок 11 корпуса, и нижней части 13, которая имеет цилиндрическую форму и соединена с шейкой 12, и которая отличается большим диаметром по сравнению с шейкой 12. Металлический материал, из которого состоит верхушечный концевой участок 20, характеризуется более высокой твердостью, чем металлический материал, из которого состоит заглубляемая базовая часть 10, а заглубляемая базовая часть 10 и верхушечный концевой участок 20 образуют единое целое.

В шиповой шпильке P верхушечный концевой участок 20 включает в себя внешний контур 21, выполненный в кольцевой форме, внутренний контур 22, имеющий цилиндрическую форму и окруженный внешним контуром 21, и участок 23 канавки, расположенный между внешним контуром 21 и внутренним контуром 22. Таким образом, на конце внешнего периметра и на конце внутреннего периметра контактной поверхности с грунтом внешнего контура 21 формируются края, также край формируется на конце внешнего периметра контактной поверхности с грунтом внутреннего контура 22.

Как описано выше, поскольку верхушечный концевой участок 20 шиповой шпильки Р включает в себя внешний контур 21, выполненный в кольцевой форме, внутренний контур 22, окруженный внешним контуром 21, и участок канавки 23, расположенный между ними, внешний контур 21 и внутренний контур 22 образуют края, которые могут значительно усиливать краевой эффект шиповой шпильки Р и эффективно улучшать характеристики шины на льду. В частности, если верхушечный концевой участок шиповой шпильки Р включает в себя кольцевой внешний контур 21 и внутренний контур 22, окруженный внешним контуром 21, можно обеспечить достаточную прочность каждого внешнего контура 21 и внутреннего контура 22.

Как показано на Фиг. 2, в шиповой шпильке P предпочтительно, чтобы участок 23 канавки имел кольцевую форму вокруг внутреннего контура 22. В этом случае можно максимально увеличить протяженность краев на конце внутреннего периметра внутреннего контура 21 и на конце внешнего периметра внутреннего контура 22 для усиления краевого эффекта и существенного улучшения характеристики на льду.

На Фиг. 5 представлен модифицированный пример шиповой шпильки. На Фиг. 5 верхушечный концевой участок 20 шиповой шпильки P формируется со множеством соединительных участков 24, которые соединяют внешний контур 21 и внутренний контур 22 друг с другом. Соединительные участки 24 расположены таким образом, чтобы проходить радиально относительно центральной оси шиповой шпильки P. Кроме того, если соединительные участки 24 размещаются между внешним контуром 21 и внутренним контуром 22, общая длина внутреннего периметра участка 23 канавки предпочтительно составляет 50% или более от длины внешнего периметра внутреннего контура 22. Например, как показано на Фиг. 5, если значения длины внутреннего периметра четырех разделенных частей участка 23 канавки, разделенных соединительными участками 24, обозначены как L1, L2, L3 и L4, их сумма обозначена как La (La=L1+L2+L3+L4), а длина внешнего периметра внутреннего контура 22 (длина внешнего периметра в предположении, что соединительные участки 24 отсутствуют) обозначена как Lb, предпочтительно, чтобы La ≧ 0,5 × Lb. В этом случае можно увеличить прочность шиповой шпильки P. В данном случае, если общая длина внутреннего периметра участка 23 канавки составляет менее 50% от длины внешнего периметра внутреннего контура 22, эффект улучшения характеристики на льду снижается вследствие уменьшения протяженности краев.

На Фиг. 6-8 представлен модифицированный пример шиповой шпильки. Как показано на Фиг. 6, внутренний контур 22 имеет участок 22C канавки на внутренней стороне, проходящий по кольцу вдоль ее внешней периферийной кромки, при этом внутренний контур 22 разделен на основную часть 22A внутреннего контура, расположенную на наиболее удаленной внутренней стороне, и внешний краевой участок 22В внутреннего контура, расположенный на внешнем периметре. За счет разделения внутреннего контура 22 на сторону 22A основной части внутреннего контура и внешний краевой участок 22B внутреннего контура, как описано выше, дополнительно увеличивается протяженность краев, так что можно существенно улучшить характеристики на льду.

На Фиг. 7 и 8 форма внутренней периферийной зоны внешнего контура 21 и форма внешней периферийной зоны внутреннего контура 22 отличаются друг от друга. Как показано на Фиг. 7, внутренняя периферийная зона внешнего контура 21 имеет круглую форму, а внешняя периферийная зона внутреннего контура 22 имеет квадратную форму. Как показано на Фиг. 8, внутренняя периферийная зона внешнего контура 21 имеет круглую форму, а внешняя периферийная зона внутреннего контура 22 имеет форму эллипса. Таким образом, благодаря тому, что внутренняя периферийная зона внешнего контура 21 и внешняя периферийная зона внутреннего контура 22 имеют различные формы, становится возможным улучшить характеристики отвода снега верхушечного концевого участка 20 шиповой шпильки P и дополнительно улучшить характеристики на льду за счет увеличения протяженности краев.

Отметим, что форма внутренней периферийной зоны внешнего контура 21 и форма внешней периферийной зоны внутреннего контура 22 могут быть схожими (см. Фиг. 2). В этом случае можно ожидать формирования достаточного краевого эффекта. Для формы внутренней периферийной зоны внешнего контура 21 и формы внешней периферийной зоны внутреннего контура 22 не существует никаких специальных ограничений, и могут применяться различные формы, такие как круг, эллипс и многоугольник, в том числе, четырехугольник.

Как показано на Фиг. 4, интервал Ly между внешним контуром 21 и внутренним контуром 22, измеренный в направлении, ортогональном центральной оси O шиповой шпильки P, предпочтительно находится в диапазоне от 10% до 35% размера Lx внешнего контура 21, измеренного в направлении, ортогональном центральной оси O шиповой шпильки P, и более предпочтительно в диапазоне от 15% до 30%. В результате можно в значительной степени обеспечить прочность шиповой шпильки Р и избежать ухудшения характеристик отвода снега и эксплуатационных характеристик. В данном случае, если интервал Ly между внешним контуром 21 и внутренним контуром 22 слишком мал, характеристики отвода снега и эксплуатационные характеристики ухудшаются, а если интервал Ly слишком велик, снижается прочность шиповой шпильки P.

Кроме того, что касается основной части 22A внутреннего контура, расположенной на наиболее удаленной внутренней стороне во внутреннем контуре 22, размер Lz основной части 22A внутреннего контура, измеренный в направлении, ортогональном центральной оси O шиповой шпильки P, предпочтительно находится в диапазоне от 10% до 60%, и более предпочтительно в диапазоне от 20% до 40% размера Lx внешнего контура 21, измеренного в направлении, ортогональном центральной оси O шиповой шпильки P. В результате можно в значительной степени обеспечить прочность шиповой шпильки P и избежать ухудшения характеристик отвода снега и эксплуатационных характеристик. В данном случае, если размер Lz основной части 22A внутреннего контура слишком мал, прочность шиповой шпильки P снижается, и наоборот, если он слишком велик, ухудшаются характеристики отвода снега и эксплуатационные характеристики.

Размер Lх внешнего контура 21, измеренный в направлении, ортогональном центральной оси O шиповой шпильки P, предпочтительно устанавливается в диапазоне от 2 мм до 4 мм. Кроме того, толщина t внешнего контура 21, измеренная в направлении, ортогональном центральной оси O шиповой шпильки P, предпочтительно устанавливается в диапазоне от 0, 3 мм до 0, 6 мм. В результате можно в значительной степени обеспечить прочность шиповой шпильки Р и избежать ухудшения характеристик отвода снега и эксплуатационных характеристик.

Размер Lx внешнего контура 21, интервал Ly между внешним контуром 21 и внутренним контуром 22, размер Lz основной части 22A внутреннего контура и толщину t внешнего контура 21 измеряют в произвольных положениях вокруг центральной оси O шиповой шпильки P в положениях, при которых внешний контур 21 и внутренний контур 22 разделены участками канавки 23. При скошенных внешнем контуре 21 или внутреннем контуре 22 размер измеряют в предположении, что скошенный участок отсутствует.

На Фиг. 9 представлен пример пневматической шины в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Как показано на Фиг. 5, пневматическая шина Т включает в себя участок 31 протектора, проходящий в направлении вдоль окружности шины и имеющий кольцевую форму, пару участков 32, 32 боковины, соответственно расположенных по обеим сторонам от участка протектора 31, и пару участков 33, 33 борта, размещенных на внутренней стороне участков 32 боковины в радиальном направлении шины.

Между парой участков 33, 33 борта размещен каркасный слой 4. Каркасный слой 34 включает в себя множество армирующих кордов, проходящих в радиальном направлении шины, и загибается назад вокруг сердечника 35 борта, расположенном в каждом из участков 33 борта между внутренней стороной шины и внешней стороной шины. На периферии окружности сердечника 35 борта размещен наполнитель 36 борта, имеющий треугольную форму поперечного сечения и сформированный из каучуковой композиции.

В то же время на внешнем периметре каркасного слоя 34 участка 31 протектора встроено множество слоев 37 брекера. Каждый из слоев 37 брекера включает в себя множество армирующих кордов, которые наклонены относительно направления вдоль окружности шины, и эти армирующие корды расположены таким образом, чтобы пересекать друг друга между слоями. Например, в слоях 37 брекера угол наклона армирующих кордов относительно направления вдоль окружности шины устанавливают таким образом, чтобы он находился в пределах диапазона от 10° до 40°. В качестве армирующих кордов слоев 37 брекера предпочтительно используют стальные корды. Чтобы повысить долговечность при езде с высокой скоростью, на внешнем периметре слоев 37 брекера располагается по меньшей мере один слой обкладки 38 брекера, образованный установкой армирующих кордов, например, под углом не более 5° относительно направления вдоль окружности шины. В качестве армирующих кордов слоя обкладки 38 брекера предпочтительно применяют корды из органического волокна, например из нейлона или арамида.

В приведенной выше пневматической шине T основные канавки 41, проходящие в направлении вдоль окружности шины, образованы на участке 31 протектора, а множество беговых участков 42 образованы основными канавками 41. Множество установочных отверстий 43 для установки шиповых шпилек P образованы на беговых участках 42 участка 31 протектора. Шиповая шпилька P расположена на участке 31 протектора таким образом, что заглубляемая базовая часть 10 вставляется в установочное отверстие 43, а верхушечный концевой участок 20 выступает из участка 31 протектора. Внутренний диаметр установочного отверстия 43 несколько меньше внешнего диаметра шиповой шпильки P, и шиповая шпилька P, установленная в установочном отверстии 43, надежно удерживается по отношению к участку 31 протектора.

Как описано выше, за счет установки шиповых шпилек P с предварительно заданной структурой на участке 31 протектора пневматической шины T могут достигаться превосходные, основанные на краевом эффекте шиповых шпилек P характеристики на льду.

Следует отметить, что армирующая структура пневматической шины T, представленной на Фиг. 9, является характерным примером и не ограничивается таковым. Кроме того, рисунок протектора, образованный на участке 31 протектора пневматической шины T, не имеет конкретных ограничений.

Примеры

Пневматические шины с размером шины 205/55R16 94T были изготовлены в соответствии с типовым примером и примерами 1-4 и отличаются только структурой установки шиповых шпилек, размещенных на участке протектора.

В типовом примере использовали шиповую шпильку с заглубляемой базовой частью и верхушечным концевым участком, такой верхушечный концевой участок выполнен в цилиндрической форме. В примерах 1-4 использовали шиповую шпильку с заглубляемой базовой частью и верхушечным концевым участком, у которой верхушечный концевой участок выполнен с кольцевым внешним контуром, внутренний контур окружен внешним контуром, а между ними расположен участок канавки. Как показано в таблице 1, в примерах 1-4 определяется наличие или отсутствие участка канавки на внутренней стороне во внутреннем контуре, форма внутренней периферийной зоны внешнего контура и форма внешней периферической зоны внутреннего контура.

Характеристики на льду для этих испытуемых шин оценивали в соответствии со следующими способами испытания, а результаты приведены в таблице 1.

Характеристики на льду

В ходе оценки каждую из испытуемых шин монтировали на колесе с размером обода 16 × 6,5J, устанавливали на переднеприводной автомобиль с объемом двигателя 1400 куб. см и накачивали до давления воздуха 250 кПа. Измеряли расстояние от точки торможения при движении со скоростью 20 км/ч на льду до точки остановки. Результаты оценки выражали с помощью индексных значений, используя обратные величины измеренных значений, при этом значение из типового примера устанавливалось равным 100. Более высокие индексные значения указывают на отличные характеристики на льду.

Таблица 1

Типовой пример Пример 1 Пример 2 Пример 3 Пример 4 Наличие или отсутствие участка канавки на внутренней стороне во внутреннем контуре - Отсутствие Отсутствие Наличие Наличие Форма внутренней периферийной зоны внешнего контура - Круглая Круглая Круглая Круглая Форма внешней периферийной зоны внутреннего контура - Круглая Квадратная Круглая Квадратная Характеристики на льду 100 105 108 110 113

Как видно в примерах 1-4 из таблицы 1, поскольку верхушечный концевой участок шиповой шпильки был выполнен с кольцевым внешним контуром, внутренним контуром, окруженным внешним контуром, и с участком канавки, расположенным между ними, могут достигаться превосходные характеристики на льду за счет усиления краевого эффекта шиповой шпильки по сравнению с типовым примером.

Перечень ссылочных позиций

10 - заглубляемая базовая часть

11 - участок корпуса

12 - шейка

13 - участок дна

20 - верхушечный концевой участок

21 - внешний контур

22 - внутренний контур

22A - основная часть внутреннего контура

22B - внешний краевой участок внутреннего контура

22C - участок канавки на внутренней стороне

23 - участок канавки

24 - соединительный участок

31 - участок протектора

P - шиповая шпилька

T - пневматическая шина

Изобретение относится к автомобильной промышленности. Шиповая шпилька (Р) выполнена с заглубляемой базовой частью (10), которая выполнена с возможностью заглубления в участок протектора шины, и верхушечным концевым участком (20), который расположен на торцевом конце заглубляемой базовой части (10) и входит в контакт с дорожным покрытием. Верхушечный концевой участок (20) имеет внешний контур (21), выполненный в кольцевой форме, внутренний контур (22), окруженный внешним контуром (21), и участок канавки (23), расположенный между внешним контуром (21) и внутренним контуром (22). В шине (T) шиповая шпилька (P) расположена на участке протектора (31). Технический результат - улучшение характеристик на льду за счет усиления краевого эффекта. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.

1. Шиповая шпилька, содержащая:

заглубляемую базовую часть, выполненную с возможностью заглубления в участок протектора шины; и

верхушечный концевой участок, который расположен на торцевом конце заглубляемой базовой части и входит в контакт с дорожным покрытием, причем металлический материал, из которого состоит верхушечный концевой участок, имеет более высокую твердость, чем металлический материал, из которого состоит заглубляемая базовая часть, и заглубляемая базовая часть и верхушечный концевой участок образуют единое целое,

при этом верхушечный концевой участок имеет внешний контур, выполненный в кольцевой форме, внутренний контур, окруженный внешним контуром, и участок канавки, расположенный между внешним контуром и внутренним контуром,

причем канавка выполнена кольцеобразно непрерывной вокруг внутреннего контура.

2. Шиповая шпилька по п. 1, в которой внутренний контур имеет участок канавки на внутренней стороне, проходящий вдоль его внешней периферийной кромки.

3. Шиповая шпилька по п. 1 или 2, в которой форма внутренней периферийной зоны внешнего контура и форма внешней периферийной зоны внутреннего контура отличаются друг от друга.

4. Шиповая шпилька по п. 1 или 2, в которой форма внутренней периферийной зоны внешнего контура и форма внешней периферийной зоны внутреннего контура схожи.

5. Шиповая шпилька по любому из пп. 1-4, в которой интервал Ly между внешним контуром и внутренним контуром, измеренный в направлении, ортогональном центральной оси шиповой шпильки, находится в диапазоне от 10% до 35% размера Lx внешнего контура, измеренного в направлении, ортогональном центральной оси шиповой шпильки.

6. Шиповая шпилька по любому из пп. 1-5, в которой внутренний контур содержит основную часть внутреннего контура, расположенную на наиболее удаленной внутренней стороне, и размер Lz основной части внутреннего контура, измеренный в направлении, ортогональном центральной оси шиповой шпильки, находится в диапазоне от 10% до 60% размера Lx внешнего контура, измеренного в направлении, ортогональном центральной оси шиповой шпильки.

7. Шина, на участке протектора которой расположена шиповая шпилька по любому из пп. 1-6.