Результат интеллектуальной деятельности: ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА

Данное изобретение относится к пневматической шине (далее называемой просто шина) и более конкретно - к пневматической шине, которая эксплуатируется с высоким внутренним давлением или высокой нагрузкой и которая предпочтительно применяется в качестве шины легкового автомобиля большого размера или в качестве шины повышенной грузоподъемности.

В последнее время с увеличением габаритов автомобилей появилась повышенная потребность в разработке шины для легковых автомобилей больших размеров. В ответ на запросы потребителей на усовершенствование характеристик и внешнего вида шин все большее распространение приобретает установка так называемых шин повышенной грузоподъемности, которые могут эксплуатироваться при высоком внутреннем давлении и высокой нагрузке.

Примеры характеристик корда брекера или протектора брокера подобной шины повышенной грузоподъемности или шины легкового автомобиля больших размеров, к которым предъявляются требования, включают сопротивление, представленное правилами, относящимися к энергии разрушения шины, или сопротивление отделению края брекера.

Помимо прочего, хотя энергия разрушения шины определяется конструкцией всей шины и не определяется только заменой материала брекера, повышение прочности брекера приводит к увеличению энергии разрушения шины, поскольку прочность брекера также имеет большое значение. Применение перекрещивающегося брекерного слоя для пневматической шины приводит к возникновению сдвигового напряжения между двумя слоями брекера, создающему сопротивление отделению края брекера. В частности, поскольку предполагается, что шина для легкового автомобиля больших размеров или шина повышенной грузоподъемности будет эксплуатироваться в тяжелых условиях, таких как высокое внутреннее давление и высокая нагрузка, напряжение сдвига у края брекерного слоя выше, чем у нормальных шин, и поэтому при использовании того же материала или той же конструкции, что и для нормальных шин, существует вероятность отделения края брекера, что представляет собой проблему.

В общем случае стальной корд для шины должен иметь отличную проницаемость для резины, малый вес и низкую стоимость. Первое свойство, проницаемость для резины, важно для предотвращения развития коррозии корда при повреждении шины гвоздем или подобным ему предметом. Что касается остальных свойств, то с точки зрения защиты окружающей среды для соответствия принципу «снижение воздействия», входящему в тройку принципов экологической концепции «3R» (снижение воздействия, повторное использование, переработка (REDUCE, REUSE, RECYCLE)), чем меньше вес, тем лучше, что означает применение малого количества материала, обеспечивающего экономию ресурсов. При использовании дорогостоящего материала затрудняется массовое распространение шины среди потребителей, поэтому необходимо снижать затраты.

В качестве усовершенствования технологии, относящейся к стальному корду как упрочняющему элементу брекера, в патентном документе 1 описывается стальной корд для упрочнения резинового изделия, содержащий сердечник из двух нитей и имеющий средний шаг закрутки, по меньшей мере, 30 мм и оплетку, состоящую из шести нитей, которые намотаны вокруг сердечника, в котором отношение ((ds/dc)×100) диаметра ds нитей оплетки к диаметру dc нитей, образующих сердечник, находится в диапазоне 58,0%<ds/dc<161,5%. В патентном документе 2 описывается стальной корд, содержащий сердечник из двух волокон одинакового диаметра, которые расположены параллельно без скручивания, и оплетку, состоящую из шести волокон того же диаметра, что и волокна сердечника, обмотанных вокруг сердечника, в котором между волокнами оплетки имеется зазор и расположение волокон оплетки, при котором, по меньшей мере, два зазора равны 1/3 d, т.е. составляют одну треть от диаметра d волокон, встречается, по меньшей мере, один раз на длине витка оплетки.

Кроме того, в патентном документе 3 описывается стальной корд для упрочнения резинового изделия, содержащий сердечник, в котором две нити сердечника установлены параллельно без скручивания, и от 5 до 7 нитей оплетки, которые обмотаны вокруг сердечника, в котором поперечное сечение корда имеет по существу эллиптическую форму, диаметр dc (в мм) нитей сердечника корда удовлетворяет неравенству 0,05<dc<0,26, диаметр ds (мм) нитей оплетки удовлетворяет неравенству 0,05<ds<0,26, и отношение dc/ds диаметра dc нитей сердечника к диаметру ds нитей оплетки удовлетворяет неравенству 0,7<dc/ds<1. Кроме того, в патентном документе 4 описывается пневматическая радиальная шина, в которой в качестве стального корда для поперечного брекерного слоя применяется однослойная структура или структура из сердечника с однослойной оплеткой, состоящая из 6-10 стальных нитей диаметром 0,10-0,20 мм; частота нитей кордной ткани составляет 40 шт./50 мм или более; а расстояние между соседними нитями корда брекерного слоя составляет 0,3 мм или более.

Патентные документы

Патентный документ 1: заявка на патент Японии №Н9-158066 (формула изобретения и прочее).

Патентный документ 2: заявка на патент Японии №2005-120491 (формула изобретения и прочее).

Патентный документ 3: заявка на патент Японии №2007-63724 (формула изобретения и прочее).

Патентный документ 4: заявка на патент Японии №2007-90937 (формула изобретения и прочее).

Как упомянуто выше, для стального корда, применяемого в качестве упрочняющего элемента шины, предложено множество стандартных вариантов конструкции. Однако среди них отсутствует технология, удовлетворяющая множеству требований к шине для легкового автомобиля больших размеров или шине повышенной грузоподъемности, указанных выше.

Соответственно задачей настоящего изобретения является решение вышеупомянутых проблем и разработка пневматической шины, которая обладает малым весом и улучшенными показателями энергии разрушения и сопротивления отделению края брекера и которая специально предназначена для применения в качестве шины легкового автомобиля больших размеров или в качестве шины повышенной грузоподъемности.

Автор настоящего изобретения провел интенсивные исследования и обнаружил, что вышеупомянутые проблемы могут быть решены за счет применения стального корда брекерного слоя, имеющего специальную конструкцию, и задания интервала между соседними стальными нитями корда брекерного слоя и толщины брекерного слоя в заданных соответствующих диапазонах и, таким образом, реализации настоящего изобретения.

Другими словами, пневматическая шина по изобретению представляет собой пневматическую шину, содержащую, по меньшей мере, один каркас, имеющий форму тора и проходящий между двумя бортовыми участками в качестве основы шины, и, по меньшей мере, два брекерных слоя, каждый из которых сформирован путем обрезинивания множества стальных нитей корда, расположенных под углом к окружному направлению шины снаружи в радиальном направлении верхнего слоя каркаса, в которой стальной корд состоит из двух или более центральных нитей и 5-7 нитей оплетки, обмотанных вокруг центральных нитей; шаг нитей стального корда брекерного слоя составляет более 1,0 мм и не превышает 1,50 мм; толщина брекерного слоя составляет более 1,20 мм и не превышает 1,60 мм.

В шине согласно изобретению центральные нити стального корда предпочтительно установлены параллельно без переплетения. Кроме того, предпочтительным является, когда диаметр dc центральной нити отличается от диаметра ds нитей оплетки. В этом случае отношение диаметра ds нитей оплетки к диаметру dc центральной нити предпочтительно удовлетворяет неравенству ds/dc>1,2. Кроме того, число центральных нитей предпочтительно равно двум.

Посредством настоящего изобретения за счет применения вышеупомянутой конструкции обеспечивается получение пневматической шины, для которой гарантируется малая масса при повышении энергии разрушения и сопротивления отделению края брекера, которая особенно пригодна для применения в качестве шины легкового автомобиля большой размерности или в качестве шины повышенной грузоподъемности.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:

фиг.1 - поперечное сечение одного варианта выполнения пневматической шины по изобретению;

фиг.2 - поперечные сечения, демонстрирующие нити оплетки корда в распределенном состоянии;

фиг.3 - схематичное поперечное сечение, иллюстрирующее стальной корд;

фиг.4 - схематичное поперечное сечение, иллюстрирующее другой стальной корд;

фиг.5 - схематичное поперечное сечение, иллюстрирующее еще один стальной корд.

На фиг.1 показано поперечное сечение одного примера пневматической шины согласно изобретению. Как показано на фигуре, пневматическая шина согласно изобретению содержит один каркас 1, имеющий форму тора и проходящий между двумя боковинами 11, который образует основу шины, и два брекерных слоя 2а, 2b, расположенных снаружи шины в радиальном направлении верхнего участка каркаса.

Хотя в продемонстрированном варианте изображен один каркас 1, возможно применение двух и более каркасов. Предпочтительно применение 1-2 слоев. Брекерные слои 2а, 2b формируются путем обрезинивания множества стальных нитей корда, расположенных с наклоном под углом 15-40° по отношению к окружному направлению шины. Хотя в приведенном примере изображено два брекерных слоя, возможно применение трех и более брекерных слоев, например от двух до четырех брекерных слоев.

В настоящем изобретении в качестве стального корда брекерных слоев 2а, 2b, применяется корд, содержащий две или более центральных нитей и от пяти до семи нитей оплетки, обмотанных вокруг центральных нитей и имеющих структуру M+N (М≥2, N=5-7). Как будет указано ниже, для сохранения интервала между соседними нитями стального корда брекерного слоя при сохранении общей прочности брекера, чем больше число сплетенных нитей одного корда, тем лучше. В этом отношении при числе волокон, например, семь или более для корда структуры 1×N затруднительно гарантировать характеристики корда. С другой стороны, в случае применения корда структуры M+N, поскольку возможно увеличение числа сплетенных волокон по сравнению с кордом структуры 1×N, упрощается обеспечение общей прочности.

Хотя центральных нитей может быть две или более, поскольку иногда трудно обеспечить требуемые характеристики, когда их число равно трем или более, предпочтительным является применение двух нитей. Хотя центральные нити могут переплетаться друг с другом, предпочтительным является параллельная установка центральных нитей без переплетения, поскольку в этом случае обеспечивается сохранение малого веса, поскольку удается получить малую толщину при формировании протектора путем обрезинивания. Кроме того, поскольку корд со сложнопереплетенной структурой имеет большую толщину и, следовательно, большой вес, а также высокую себестоимость, в настоящем изобретении применяется вышеупомянутая структура M+N.

В настоящем изобретении отсутствуют специальные ограничения на диаметр стального корда и диаметры центральных нитей и нитей оплетки, и предпочтительно диаметр dc центральной нити отличается от диаметра ds нитей оплетки. В частности, когда диаметр нитей оплетки больше диаметра центральной нити, между нитями оплетки обеспечивается зазор, который имеет достаточно большую величину для равномерного проникновения резины внутрь корда, и, кроме того, устраняется опасность снижения усталостной прочности или свойств по отслеживанию деформации непереплетенных центральных нитей. Более предпочтительно отношение диаметра ds нити оплетки к диаметру dc центральной нити удовлетворяет неравенству ds/dc>1,2. В частности, когда число нитей оплетки равно пяти, отношение удовлетворяет неравенству 2,7>ds/dc>1,2; когда число нитей оплетки равно шести, отношение удовлетворяет неравенству 1,8>ds/dc>1,2; и когда число нитей оплетки равно семи, отношение удовлетворяет неравенству 1,3>ds/dc>1,2. За счет выполнения центральной нити тонкой, а нити оплетки толстой обеспечивается устранение наклона нитей 21 оплетки в сечении корда, имеющего структуру M+N, как показано на фиг.2(а), и обеспечивается требуемое распределение нитей 21 оплетки вокруг центральных нитей 22, как показано на фиг.2(b), за счет чего обеспечивается хорошая проницаемость для резины. Кроме того, за счет уменьшения толщины корда обеспечивается снижение веса. Плюс к этому в настоящем изобретении предпочтительно, чтобы большая ось и малая ось сечения вышеупомянутого корда удовлетворяли условию (длина большой оси/длина малой оси) >1,10. За счет этого обеспечивается плоская форма сечения корда, хорошее сочетание прочности и веса корда.

В настоящем изобретении интервалы между соседними стальными нитями корда в брекерных слоях 2а, 2b составляют более 1,0 мм и не превышают 1,50 мм. За счет применения вышеупомянутого стального корда, имеющего структуру M+N, и за счет заданного интервала между нитями корда в диапазоне, начинающимся с величины более 1,0 мм, которая превышает ширину обычного корда, обеспечивается эффективное устранение ситуации отделения края брекера, даже в случае применения настоящего изобретения для шины, эксплуатирующейся в тяжелых условиях, таких как повышенная нагрузка на шину. В случаях когда вышеупомянутый интервал составляет 1,0 мм или менее, ухудшается сопротивление отделению края брекера; а в случаях когда вышеупомянутый интервал составляет более 1,50 мм, снижается жесткость брекера, что приводит к ухудшению различных характеристик шины, таких как, например, способность поддержания формы. В обоих случаях не обеспечивается ожидаемый эффект. В настоящем изобретении вышеупомянутый интервал между нитями корда обозначает расстояние между нитями корда в сечении стального корда, если смотреть в вертикальном направлении. В настоящем изобретении не накладывается специальных ограничений на частоту стальных нитей корда брекерных слоев 2а, 2b при условии обеспечения вышеупомянутого интервала между нитями корда.

Кроме того, в настоящем изобретении толщины брекерных слоев 2а, 2b составляют 1,20-1,60 мм. Когда толщина брекерного слоя составляет менее 1,20 мм, возникают большие напряжения между слоями при деформации, и происходит снижение сопротивления отделению края брекера; если толщина больше 1,60 мм, происходит слишком большое увеличение веса слоя. В обоих случаях не обеспечивается ожидаемый эффект.

В шине согласно изобретению за счет применения вышеупомянутого стального корда со структурой M+N и за счет выполнения вышеупомянутых требований к интервалу между нитями корда и толщине брекерного слоя обеспечивается улучшение показателей энергии разрушения и сопротивления отделению края брекера при сохранении малого веса. Настоящее изобретение обладает преимуществом, заключающимся в том, что даже в случае его применения для шины, предназначенной для эксплуатации в тяжелых условиях, такой как шина легкового автомобиля большой размерности или шина повышенной грузоподъемности, обеспечивается сопротивление отделению края брекера без ухудшения весовых характеристик или характеристик энергии разрушения.

Настоящее изобретение не имеет специальных ограничений при условии выполнения вышеупомянутых условий. В настоящем изобретении нет специальных ограничений на применение деталей конструкции шины, материала каждого элемента и т.д., отличных от вышеописанных, и настоящее изобретение может быть составлено путем соответствующего подбора стандартных известных конструкций или материалов.

Например, хотя в проиллюстрированных примерах верхний слой 3 и наложенный слой 4 расположены снаружи в радиальном направлении шины относительно брекерных слоев 2а, 2b, такое размещение не является обязательным в настоящем изобретении и может отсутствовать. Верхний слой 3 и наложенный слой 4 сформированы путем обрезинивания корда из органических волокон, расположенных по существу параллельно окружному направлению шины. Как показано, по меньшей мере, один слой верхнего слоя 3 установлен вдоль всей длины брекерных слоев 2а, 2b или выходит за их пределы; по меньшей мере, один слой наложенного слоя 4 расположен на обеих крайних зонах брекерных слоев 2а, 2b.

Как проиллюстрировано, в каждой паре боковин 11 шины согласно изобретению имеется бортовое кольцо 5 и каркас 1 обернут вокруг бортового кольца 5 изнутри шины наружу шины. Кроме того, на периферии верхнего участка брекерных слоев 2а, 2b имеется протектор 12; на боковой части каркаса 1 имеется боковина 13. Также на поверхности протектора 12 сформирован соответствующий рисунок протектора, а в самом внутреннем слое сформирован герметизирующий слой каркаса (не показанный на фигурах).

Примеры

Далее приводится подробное описание настоящего изобретения с помощью примеров.

Пневматические шины отдельных примеров и сравнительных примеров были изготовлены в виде шин размерности 265/70R16, соответствующих условиям, приведенным в таблице ниже. Применялся однослойный каркас, слои корда которого были выполнены из полиэстера. Два брекерных слоя были установлены таким образом, что нити корда располагались под углом ±26° относительно окружного направления шины. На фиг.3 схематично показано поперечное сечение нитей стального корда, имеющего структуру 1×5, из сравнительных примеров 1, 3. На фиг.4 схематично показано поперечное сечение стальных нитей корда структуры 1+6 сравнительных примеров 2, 4; а на фиг.5 схематично показано поперечное сечение стальных нитей корда структуры 2+6 сравнительных примеров 5 и 1-6.

Для каждой из полученных испытуемых шин была проведена оценка сопротивления отделению края брекера и веса брекера на единицу площади в соответствии с нижеследующими процедурами. Совместные результаты продемонстрированы в таблице, расположенной далее.

Оценка сопротивления отделению края брекера

Отдельные шины для испытаний устанавливались на стандартный обод, регламентированный правилами Японской ассоциации производителей шин (JATMA), накачивались до внутреннего давления 220 кПа и обжимались на испытательном барабане до нагрузки 995 кг, а затем шина прокатывалась со скоростью 90 км/ч до момента возникновения повреждения (отделения) крайнего участка брекера. Результаты обозначались при помощи индекса пробега до возникновения повреждения, при этом индекс пробега до повреждения шины сравнительного примера 1 принимался равным 44. Чем больше величина индекса, тем больше пробег до возникновения отделения края протектора, что означает более высокое сопротивление.

Оценка веса брекера

Замеренный вес каждого брекера на единицу площади обозначался при помощи индекса, при этом индекс веса сравнительного примера 1 принимался равным 100. Чем меньше значение индекса, тем лучше весовые характеристики.

Для каждой из полученных для испытаний шин определялась общая прочность, которая обозначалась индексом, при этом значение индекса прочности для шины сравнительного примера 1 было принято равным 100. Чем больше величина индекса, тем больше общая прочность брекера, который может иметь отличное сопротивление. На основании результата оценивалась энергия разрушения шины. Если значение индекса было 115 или больше, оценка обозначалась символом ⊚; когда значение было 106-114, оценка обозначалась символом 〇; когда значение было 105 или меньше, оценка обозначалась символом ×. Для сопротивления отделению краев брекера, когда значение индекса составляло 115 или более, оценка обозначалась символом ⊚; когда значение индекса составляло 86-114, оценка обозначалась символом 〇; и когда значение было 85 или меньше, оценка обозначалась символом ×. Кроме того, для удельного веса брекерного слоя, когда значение индекса составляло 109 или менее, использовался символ ⊚; когда значение индекса составляло 110-130, оценка обозначалась символом 〇; и когда значение было 131 или более, оценка обозначалась символом ×. На основании результатов данных оценок выполнялась общая оценка, для которой при отсутствии оценок × и при наличии двух или более оценок ⊚ общая оценка обозначалась символом ⊚; при отсутствии оценок × и при наличии одной оценки ⊚ общая оценка обозначалась символом 〇; и при наличии только оценок × общая оценка была ×. Данные совместные результаты проиллюстрированы в таблице ниже.

Как показано в таблице, подтверждается тот факт, что в каждом примере, который удовлетворяет условиям настоящего изобретения, обеспечиваются улучшенные значения энергии разрушения и сопротивления отделению краев брокера, а также сохраняются низкие значения веса.