CN1807134B - 充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

一种充气轮胎，包括一个具有胎纹沟的胎面部分，每个胎纹沟在从胎纹沟的顶部至一特定深度处的任意深度位置均具有一个锯齿状构形，并且该锯齿状构形具有位于锯齿一侧的顶点Q1和位于锯齿另一侧的顶点Q2，其中随着从该胎纹沟的顶部至该特定深度处的深度增加，顶点Q1在胎纹沟的纵向上移位且移位方向至少转向一次而使得顶点Q1首先朝一个方向移位而后朝另一个方向移位，由此绘出从胎纹沟的顶部延伸至该特定深度处且具有至少一个转折点的锯齿线，但是顶点Q2绘出的线是线性的或相比于顶点Q1绘出的锯齿线的锯齿较小。

Description

充气轮胎
技术领域
本发明涉及一种充气轮胎，尤其涉及一种更好地适于无钉防滑轮胎的胎纹沟结构。
背景技术
通常，充气轮胎在胎面部分设有胎纹沟，用以改进湿抓地性能或者用以减小诸如块、条等胎面元件的刚性来优化胎面刚性分布。特别是在无钉防滑轮胎的情形下，形成有大量的胎纹沟，以在行驶于冰雪路面上时利用胎纹沟的边缘效应。然而，由于胎纹沟而使胎面元件的刚性减小且胎面元件的变形增加，因此即使增加胎纹沟的数目，边缘效应并不会必然增加。其结果是，使边缘附着到路面的力减小且其间的接合力即路面抓地力减小。
为了缓解胎面元件的变形——例如塌陷和倾斜，如图16所示，具有由平行四边形构成的壁的胎纹沟揭示于JP-2003-25812-A号日本专利申请公开文献(与美国专利6907910号相对应)中。此结构中，因为相对壁彼此接合，胎面元件的变形得以减小。
然而，为了增加接合力，如果相对壁的粗糙度增加，则设置于轮胎硫化模具内部用以形成胎纹沟的胎纹沟刀片难以从硫化后的轮胎中拔出。
发明内容
因此，本发明的一个主要目的在于提供一种胎纹沟结构，通过其可在胎纹沟的相对壁之间获得大的接合力，而胎纹沟刀片的拔出力可有效减小。
本发明的另一目的是提供一种充气轮胎，其具有上述改进结构的胎纹沟，并因此具有改进的轮胎性能，例如在冰雪路面和干铺砌路面上的驾驶稳定性。
本发明的又一目的是提供一种位于轮胎硫化模具内用以形成所述胎纹沟的胎纹沟刀片，其可以容易地从硫化的胎面橡胶中拔出而防止胎纹沟刀片受损，并因此提高轮胎制造效率。
根据本发明的一个方面，一种充气轮胎，其包括一个具有胎纹沟的胎面部分，每个胎纹沟均具有从该胎纹沟的顶部至一特定深度的任意深度位置的锯齿状构形，该锯齿状构形具有位于锯齿一侧的顶点Q1和位于锯齿另一侧的顶点Q2，其中随着从胎纹沟的顶部至所述特定深度的深度增加，顶点Q1在胎纹沟的纵向上移位且移位方向转向至少一次而使得该顶点Q1首先朝一个方向移位然后朝另一个方向移位，从而绘出一条从胎纹沟的顶部延伸至该特定深度的锯齿线，而顶点Q2在纵向上没有移位，或者朝一个方向移位而不改变该移位方向，其中，所述顶点Q1绘出的锯齿线具有两个或更多个转折点，且从胎纹沟的顶部向胎纹沟的底部，该转折点处的移位量逐渐减少。
因此，由该顶点Q2绘出的从胎纹沟的顶部延伸至该特定深度的线相比于由顶点Q1绘出的锯齿线来说锯齿更小或者说更为线性。因此，能够减小胎纹沟刀片的拔出阻力而不降低胎面元件的刚性。
附图说明
下面将结合附图详细描述本发明的实施方式。
图1是根据本发明的充气轮胎的展开的局部平面图。
图2是胎纹沟放大平面图，示出其在开口顶部处的锯齿状构形。
图3示出沿一略微弯曲的线延伸的锯齿状构形的另一实施例。
图4是示出在胎纹沟的锯齿状构形中的变化的示意图。
图5是示出由胎纹沟的顶部观察的锯齿顶点Q1的纵向移位、以及由胎纹沟的一侧观察的由顶点Q1和Q2所绘出的线的示意图。
图6和图7每个均为示出由锯齿顶点Q2所绘出的非锯齿线的另一实施例的示意图。
图8、图9和图10每个均为示出由锯齿顶点Q1所绘出的锯齿线的另一实施例的示意图。
图11是示出图5所示的胎纹沟的壁的立体图。
图12是示出用于图5和图11的胎纹沟的胎纹沟刀片的立体图。
图13和14是用于下述对比测试中的胎纹沟刀片的立体图，其相应于所产生的胎纹沟的立体图观察。
图15和16是根据现有技术的胎纹沟刀片及其产生的胎纹沟的立体图。
具体实施方式
根据本发明的充气轮胎1包括一个胎面部分2、一对轴向间隔的胎圈部分、一对在胎面边缘和胎圈部分之间延伸的胎侧部分，这在本领域是众所周知的。在下述实施方式中，轮胎1是用于客车的无钉防滑轮胎。
图1示出用于该无钉防滑轮胎的胎面花纹的一个实施例。
胎面部分2具有胎面沟槽3和4，以将胎面部分2分成胎面元件6和7。
胎面沟槽3和4用于排水，且其宽度优选为3.5mm或更宽。
图1中，胎面沟槽包括沿轮胎圆周方向延伸的圆周主沟槽3和沿与圆周主沟槽3相交的方向延伸的横向主沟槽4，由此在轮胎赤道C的每一侧上形成条6，且在条6的轴向外侧形成由块7构成的两个圆周方向的排8。因此，该实施例中，胎面花纹是所谓的条-块花纹。然而，也可以提供其他胎面花纹，例如，仅由块构成的块花纹。
根据本发明，该胎面元件，即条6、块7等，在其顶面S或接地面设置有胎纹沟10。
本实施例中，每个胎面元件6、7均设有多个大致彼此平行的胎纹沟 10。
胎纹沟是厚度或槽宽小于约1.5mm、通常小于约1mm的切口或者极窄的槽沟，且由安装于轮胎硫化模具内侧的刀片形成，如本领域所公知的。因此，胎纹沟刀片具有与所合成的胎纹沟相对应的形状和尺寸。因此，在下文将省略这样的赘述。
胎纹沟10在中心线X一侧的顶点Q1到另一侧的顶点Q2之间以及顶点Q2到顶点Q1之间呈锯齿状重复延伸，如示出胎纹沟的开口顶部11的图2所示。此处，中心线表示锯齿的峰-峰幅度的中心。
考虑到最大化冰雪路面上的驱动力和制动力，中心线X相对于轮胎轴向的倾斜角(θ)优选地设置在不超过20度的范围内。
在图2的实例中，中心线是直的，但是如图3所示其也可以是弯曲的。
表述“胎纹沟大致彼此平行”指的是其中心线X大致彼此平行。如果相邻的胎纹沟间的中心线X的角度差小于10度，则可以认为胎纹沟大致平行。
本实施例的胎纹沟10在锯齿状主体部分11的每一侧上都具有一个延伸部分13。各延伸部分13沿着中心线X的延长线呈直线(图2)或略微弯曲的形式(图3)延伸。
胎纹沟10的两端在胎面元件6、7的侧壁开口，但是这两端也可以在胎面元件6、7内部封闭，或者一端开口而另一端封闭。本实施例中，两端在沿轮胎圆周方向延伸的胎面元件的侧壁处开口。
关于锯齿状构形，不仅可以使用如图2所示的仅由直线段组成的线性锯齿线，而且可以使用由略微弯曲的线段构成而具有如正弦波等波形的的锯齿线。考虑到胎面块刚性和胎纹沟刀片的弯曲刚性，更适宜采用顶点以小半径(约1mm)倒圆的线性锯齿形状。
在为线性锯齿线的情形下，如果锯齿的幅度W与锯齿的间距长度P相比来说太大时，随着锯齿角(α)变窄，易于从锐角的顶点开始产生 不均匀磨损。因此，期望锯齿角(α)在90到150度的范围中，且幅度W在1.0到5.0mm的范围中。由此，确定幅度W和间距P，使得角度(α)满足上述范围。此处，一个间距长度P与中心线X的同侧的顶点(即(Q1和Q1)或者(Q2和Q2))之间的一个波长相对应。半间距长度与相邻顶点(Q1和Q2)或者(Q2和Q1)之间的半波长相对应。
本实施例中，幅度W在深度方向Ff上是恒定的。因此，在胎纹沟10从顶部10a到底部10b的任意深度处，幅度W都是相同的。而且，各间距长度在深度方向Ff上是恒定的，但是构成一个间距长度(Q1-Q1)的两个半间距长度(Q1-Q2)和(Q2-Q1)的比在深度方向Ff上是变化的。
图4示出该比的变化。例如，对于图左侧的Q2和Q2之间的一个波长来说，在相应于胎纹沟10的顶部10a的一个深度水平(f1)处的半间距长度(Q2-Q1)与半间距长度(Q1-Q2)的比是1.0。当深度增加，长度(Q2-Q1)变得相对短于长度(Q1-Q2)，因此所述比变得小于1.0，且在一个水平(f2)上该比变为最小值。此后，随深度增加，所述比增加且在中间的深度水平(f3)处该比又变为1.0。当深度从(f3)进一步增加时，长度(Q2-Q1)变得相对长于长度(Q1-Q2)，因此其比变得大于1.0，且该比在水平(f4)处变为最大值。随后，随着深度从(f4)增加，该比减小且在对应于底部的水平(f5)处，该比再次回到1.0。
所有的波形具有此种变化。
因此，如图5所示，当从胎纹沟的开口顶部上方观察以及在胎纹沟的纵向Fn的法向方向上观察时，随深度增加，中心线一侧的顶点Q1在胎纹沟的纵向上朝一个方向然后再朝另一个方向移位至少一个周期。但是，另一侧的顶点Q2不进行这样的涉及移位方向改变的周期性移位。
在图4和图5所示的实施例中，顶点Q2在胎纹沟的纵向上不移位。因此，当在胎纹沟的纵向Fn的法向方向上观察时，顶点Q2绘出垂直于胎面表面的直线16。然而，也可以通过仅朝一个方向移位而倾斜一小角 度(β)，如图6和图7所示。
相反地，当从胎纹沟的纵向Fn的法向方向上观察时，顶点Q1绘出锯齿线15。因此，锯齿线15包括在胎纹沟的纵向Fn上倾斜的部分17A和17B。部分17A朝一个方向倾斜，而部分17B朝相对的方向倾斜。这些部分通过转折点R而连续。
随深度增加，在平行于胎面表面的平面中所测量的任意两个相邻顶点Q1和Q2之间的距离L进行变化，即进行增加和减小。而且，对于顶点Q1和Q2之间的任意两个相邻锯齿段来说，一个段的长度与另一个段的长度的比在小于1.0的值和大于1.0的值之间连续变化。其中，该长度定义为在一定深度处沿所述段进行测量，即在平行于胎面表面的平面中进行测量。
在纵向Fn上的移位T或锯齿线15的峰-峰幅度优选为在1.5到3.0mm的范围内。如果移位T小于1.5mm，将难以提高块的刚性。如果移位T大于3.0mm，胎纹沟刀片的拔出阻力将不利地增加。
如上所述，胎纹沟的锯齿状构形的峰-峰幅度W在1.5到3.0mm的范围内。因为本实施例中在整个深度上幅度W是恒定的，顶点Q1位于与由中心线X所定义的中心面相平行的平面上，且顶点Q2位于与中心面X相平行的位于中心面X另一侧的平面上。
考虑到拔出阻力，锯齿线15的转折点R的数量是1个、2个或3个，优选为2个。而且，本实施例中，为了减小拔出阻力，锯齿线15类似于正弦波形平滑弯曲。
当块由胎纹沟分为小片时，片的外部会比内部易于运动，这是因为片的径向外端是自由的而内端是固定的。因此，对于所述外部，需要控制其运动以维持块刚性。然而，对于所述内部，需要使胎纹沟刀片的移除更为容易而不是控制运动。因此，需要在胎纹沟中单独或结合地采用下述设计(A)、(B)和(C)。
(A)如图8所示，锯齿线15的转折点R距中心线(n)的距离从 胎纹沟的顶部10a向底部10b逐渐减小，该中心线(n)由胎纹沟顶部的顶点Q1沿法向N引出至接地面S。因此，内部转折点R处的幅度t1(非峰-峰)变得小于外部转折点R处的幅度t2。
(B)如图9所示，指定点(m)是胎纹沟顶部的顶点Q1、转折点R、以及锯齿线15与中心线(n)的交点U，从胎纹沟的顶部10a向底部10b，在胎纹沟的深度方向上测得的相邻点(m)之间的距离Lm——即四分之一波长LM——逐渐增加。
(C)如图10所示，锯齿线15由三个或更多个大致平直的线段18A、18B和18C组成，且从胎纹沟的顶部10a向底部10b这些线段相对于中心线(n)的倾斜角(γ)逐渐减小。
因为这样的锯齿线15和非锯齿线16沿纵向Fn交替，在外部，胎纹沟10的相对壁14之间的接合力可得以增加，且所分成的片的运动减轻并且块刚性得以改进。另一方面，在内部，胎纹沟的壁14和胎纹沟刀片的表面之间的接合力可得以减小，且胎纹沟刀片易于移除。
而且，考虑到胎纹沟刀片的移除，优选地，胎纹沟10的纵向的最外端的线是非锯齿线16而不是锯齿线15。同样的原因，优选地，非锯齿线16是直线而不是曲线。而且，上述角(β)小于30度，更优选为小于10度或几乎为0度。
图11示出胎纹沟10的相对壁14之一，其中在胎纹沟纵向Fn的法向方向上观察，锯齿线15是类似正弦波形的平滑曲线。当然，另一壁是类似的，但其花纹是相反的。具体地，在其中一个壁14中，如图3所示，锯齿线15形成脊线Y1，而非锯齿线16形成谷线Y2。但是，在另一壁(图未示)中，相同的锯齿线15形成谷线(Y2)，而相同的非锯齿线16形成脊线(Y1)。
如通常那样，通过首先建造生胎、将生胎置于轮胎硫化模具中以及在该模具中硫化生胎而制造具有胎纹沟10的充气轮胎1。该模具在胎面模制表面设有胎纹沟刀片110。该胎纹沟刀片110具有与前述胎纹沟10 的形状相对应的形状。例如，在示于图11的胎纹沟10的情形下，该胎纹沟刀片110的形状示于图12。胎纹沟刀片110具有对应于开口顶部11的边缘111、对应于胎纹沟底部的边缘112、对应于锯齿线15的第一弯曲线115和对应于非锯齿线16的第二弯曲线116。边缘111固定于模具的内侧，且边缘112是自由的并且粘至胎面橡胶中。在轮胎硫化后，当刀片从轮胎中拔出时轮胎从模具中取出。
对比测试
改变胎纹沟结构，制造具有图1所示的相同的轮胎结构和相同的胎面花纹的用于客车的尺寸为195/65R15的无钉防滑轮胎，且测试在冰雪路面和干铺砌路面上的驾驶稳定性并测量胎纹沟刀片的拔出阻力。
在所有轮胎中，开口顶部的胎纹沟的锯齿状构形与图2所示的相同。仅仅改变胎纹沟壁的样式。其规格示于表1中。所使用的胎纹沟刀片的形状示于图12-15。在图13中，顶点Q1和Q2没有移位且胎纹沟的锯齿状构形在胎纹沟的整个深度上没有改变。图14中，只有顶点Q1仅朝仅仅一个方向线性移位。图15中，所有的顶点Q1和Q2朝相同的方向线性移位且壁由平行四边形形成。
(1)驾驶稳定性测试
使用所有四个车轮均具有测试轮胎(胎压200kPa，轮辋尺寸15×6JJ)的2000cc前置发动机后驱动型客车，由测试驾驶员基于制动和加速时的操纵响应度、刚性以及抓地性能来评估行驶在冰雪路面和干铺砌路面上的驾驶稳定性。结果通过基于比较例1为100的指标而示于表1中，其中指标数越大，驾驶稳定性越好。
(2)胎纹沟刀片拔出测试
制造包括盖部的用于硫化尺寸为40×30×10mm的橡胶块的模具，且六个相同类型的胎纹沟刀片附装到该盖部。对置于模具中的生橡胶进行硫化而形成六个胎纹沟且随后将刀片从硫化后的橡胶块中拔出，以测试拔出所需要的力。该力通过基于比较例1为100的指标而示于表1中。
表1
  轮胎 比较例1 比较例2 比较例3 例1 例2     例3     例4
  胎纹沟(胎纹沟刀片) 图13 图14 图16(15) 图11(12) 图11(12)     图11(12)+9     图11(12)+8
  深度(mm) 8 8 8 8 8     8     8
  非锯齿状脊线和谷线
  角β(度) 0 0/15 0 0 0     0     0
  锯齿状脊线和谷线 无 无
  锯齿型 -- -- 线性 曲线 曲线     曲线     曲线
  转折点R的数量 -- -- 2 2 3     2     2
  移位T(mm) -- -- 3 1.5 1.5     1.5     1.5
  t1/t2(mm) -- -- 1.5/1.5 0.75/0.75 0.75/0.75     0.75/0.75     0.5/1.0
  Lm(mm) -- -- 2 2 2     1.5/1.5/2.5/2.5     2
  测试结果
  驾驶稳定性
  冰雪路面 100 102 120 115 115     113     113
  干铺砌路面 100 102 120 115 118     113     113
  刀片拔出 100 101 120 110 113     105     106
在比较例3中，驾驶稳定性最佳而拔出力最大。在根据本发明的轮胎中，尽管驾驶稳定性维持在与比较例3几乎相同的水平，但刀片拔出 力得以有效减小。
如上所述，根据本发明，锯齿线15和非锯齿线16在胎纹沟纵向上交替。因此，在非锯齿线的附近，胎纹沟刀片和硫化的胎面橡胶之间的接合力变得较小。因此，当拔胎纹沟刀片时，接合部首先在非锯齿线附近断开，并且随着刀片移动，拉应力集中于锯齿线附近。由于橡胶易于弹性变形并且在拉应力下接合力大为减小，刀片的拔出阻力得到有效减轻。另一方面，胎纹沟的相对壁之间的接合力不会由于在行驶时处于压应力下的非锯齿线16同程度地减小。因此，可以改进例如驾驶稳定性的轮胎性能且防止胎纹沟刀片受损且因此提高轮胎制造效率。

Claims (10)

1.一种充气轮胎，其包括一个具有胎纹沟的胎面部分，
每个胎纹沟在从胎纹沟的顶部至一深度处的任意深度位置处均具有锯齿状构形，该锯齿状构形具有位于锯齿一侧的顶点Q1以及位于锯齿另一侧的顶点Q2，其中，随着从胎纹沟的顶部至所述深度处的深度上的增加，顶点Q1在胎纹沟的纵向方向上移位且该移位方向转向至少一次，而使顶点Q1首先朝一个方向移位然后再朝另一个方向移位，由此绘出从胎纹沟的顶部延伸至所述深度处且具有至少一个转折点的锯齿线，且
顶点Q2在纵向上未移位，或者朝一个方向移位而未改变移位方向，
其中，所述顶点Q1绘出的锯齿线具有两个或更多个转折点(R)，且从胎纹沟的顶部向胎纹沟的底部，该转折点(R)处的移位量(t1、t2)逐渐减少。
2.如权利要求1所述的充气轮胎，其中
在每个胎纹沟中，所述锯齿状构形从胎纹沟的顶部至所述深度处的锯齿幅度是恒定的。
3.如权利要求1或2所述的充气轮胎，其中
随深度增加，顶点Q2在纵向上未移位，由此各顶点Q2绘出一条从胎纹沟的顶部延伸至所述深度处的直线。
4.如权利要求1或2所述的充气轮胎，其中
随深度增加，顶点Q2朝一个方向移位而未改变移位方向，且各顶点Q2绘出一条从胎纹沟的顶部延伸至所述深度处的直线。
5.如权利要求1或2所述的充气轮胎，其中
随深度增加，顶点Q2朝一个方向移位而未改变移位方向，且各顶点Q2绘出一条从胎纹沟的顶部延伸至所述深度处的略微弯曲的线。
6.如权利要求1所述的充气轮胎，其中
所述顶点Q1绘出的锯齿线是一条线性锯齿线。
7.如权利要求1所述的充气轮胎，其中
所述顶点Q1绘出的锯齿线是一条平滑弯曲的锯齿线。
8.如权利要求1所述的充气轮胎，其中
所述顶点Q1绘出的锯齿线是一条线性锯齿线，且从胎纹沟的顶部向胎纹沟的底部，该线性锯齿线的各段以逐渐减小的角度倾斜。
9.如权利要求1所述的充气轮胎，其中
所述顶点Q1绘出的锯齿线具有变化的四分之一波长(LM)，该四分之一波长从胎纹沟的顶部向胎纹沟的底部逐渐增加。
10.如权利要求1所述的充气轮胎，其中
所述顶点Q1绘出的锯齿线是线性锯齿线，该线性锯齿线的各段以从该胎纹沟的顶部向该胎纹沟的底部逐渐减小的角度倾斜，且进一步地，该锯齿线具有变化的四分之一波长(LM)，该四分之一波长从胎纹沟的顶部向胎纹沟的底部逐渐增加。
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