專利名稱：具有多個耐磨層的輪胎胎面的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及用于輪胎上的輪胎胎面，并且更具體地涉及具有多個耐磨層的輪胎胎面。
背景技術：
輪胎胎面大體上圍繞輪胎的外圓周延伸以用作輪胎和輪胎在其上行進的表面(即，操作表面或地面)之間的中間結構。輪胎胎面和操作表面之間的接觸沿著輪胎的印跡發生。輪胎胎面提供抓地力以抵抗在干和濕條件下在輪胎加速、制動和/或轉彎期間可能產生的輪胎打滑。輪胎胎面也可以包括胎面元件(例如肋或突起花紋)、以及胎面特征(例如凹槽和刀槽花紋)，當輪胎正在特定條件下操作時它們均可以有助于提供目標輪胎性能。輪胎制造商面對的一個常見問題是如何改善磨損輪胎性能而不犧牲新輪胎性能。例如，盡管改變輪胎特征和/或增加表面或體積胎面空隙可以改善磨損濕地性能；但是這些改變可能將新輪胎中的表面和/或體積空隙增加到超出所期望的。空隙的增加也可能減小胎面剛度。盡管胎面膠的變化可以提供改善的磨損輪胎性能，但是輪胎可能受到超過期望的輪胎性能參數的增加磨損速率和/或增加滾動阻力。所以，需要一種輪胎胎面，其尤其在濕地或雪地條件下提供改善的磨損輪胎性能而不犧牲新輪胎性能。
發明內容
本發明的特定實施例包括一種多級輪胎胎面，其具有從胎面的外、接地側向內在深度方向上延伸的厚度，外、接地側包括外接觸表面。胎面還包括在胎面厚度內布置在不同深度處的兩個或更多個耐磨層，兩個或更多個耐磨層包括外耐磨層和在胎面的厚度內布置在外耐磨層之下的一個或多個內耐磨層。胎面還包括布置在外耐磨層內的一個或多個外凹槽，當胎面處于未磨損狀態時一個或多個凹槽暴露于外、接地側。在特定實施例中，胎面具有在未磨損狀態下等于大約0.25至0.40和在磨損狀態下等于大約0.25至0.40的體積空隙比，其中在磨損狀態下外、接地側沿著內耐磨層中的一個布置，胎面還具有在未磨損狀態下等于大約0.66至0.72和在磨損狀態下等于大約0.56至0.66的接觸表面比。在另一個實施例中，多級胎面層包括具有外接觸表面的外、接地側和從胎面的外、接地側向內在深度方向上延伸的厚度，厚度包括多個耐磨層，耐磨層的每一個位于離胎面的外、接地側的不同深度處。胎面還包括沿著胎面的長度縱向布置的一個或多個中間元件，一個或多個中間元件由一個或多個肩部元件橫向地界定，肩部元件的每一個鄰近胎面的橫向側緣定位并且包括大體上在輪胎的橫向上延伸的凹陷空隙，凹陷空隙在胎面厚度內布置在外、接地側之下。胎面還可以包括布置在肩部元件之間并且沿著胎面的長度在長度方向上延伸的一個或多個縱向凹槽，一個或多個縱向凹槽具有寬度，當每個這樣的凹槽遠離外、接地側更深地延伸到胎面厚度中時該寬度增加。本發明的前述和其它目的、特征和優點將從如附圖中所示的本發明的特定實施例的以下更詳細描述變得明顯，在附圖中相似的附圖標記表示本發明的相似部分。
圖1是根據本發明的實施例的多級輪胎胎面的俯視透視圖。圖2是根據本發明的實施例的圖1的多級輪胎胎面的俯視圖。圖3是根據本發明的實施例的圖1的多級輪胎胎面的端視圖。圖4是根據本發明的實施例的沿著圖2的多級輪胎胎面的線4-4獲得的截面圖。圖5是根據本發明的實施例的沿著圖2的多級輪胎胎面的線5-5獲得的截面圖。圖6是根據本發明的實施例的在磨損階段顯示的圖1的多級輪胎胎面的俯視圖。圖7是根據本發明的實施例的多級輪胎胎面的第二實施例的俯視透視圖。圖8是根據本發明的實施例的圖7的多級輪胎胎面的俯視圖。圖9是根據本發明的實施例的沿著圖8的多級輪胎胎面的線9-9獲得的截面圖。圖10是根據本發明的實施例的用于形成倒Y形空隙的倒Y形刀槽花紋刀片的透視圖，包括如圖7的多級胎面中所示的胎面內的刀片的負像。圖11是根據本發明的實施例的在磨損階段顯示的圖7的多級輪胎胎面的俯視圖。圖12是根據本發明的另一個實施例的多級輪胎胎面的俯視透視圖。圖13是根據本發明的實施例的在未磨損階段顯示的圖12的多級輪胎胎面的俯視圖。圖14是根據本發明的實施例的在磨損階段顯示的圖12的多級輪胎胎面的俯視圖。圖15是顯示比較使用圖1的多級胎面的輪胎和參考輪胎的各種測試的性能結果的表。圖16是顯示比較使用圖7的多級胎面的輪胎和參考輪胎的各種測試的性能結果的表。圖17是顯示比較使用圖12的多級胎面的輪胎和參考輪胎的各種測試的性能結果的表。圖18是顯示特征在于在新和磨損狀態下具有特定體積空隙比的各種輪胎胎面的圖表，該圖表包括:輪胎胎面的第一組，其表示具有在新狀態下等于百分之25至40和在磨損狀態下等于百分之25至40的體積空隙比的本發明的特定實施例；輪胎胎面的第二組，其表示具有在新狀態下等于百分之30至35和在磨損狀態下等于百分之30至35的空隙比的本發明的特定實施例；以及輪胎胎面的第三組，其具有在新狀態下等于百分之20至30和在磨損狀態下等于百分之10至20的常規空隙比，其中在磨損狀態下胎面磨損到1.6mm的厚度。第一組在圖表中表示為框A，而第二組表示為框B并且第三組表示為框C。對應于圖1-5中所示的胎面的數據在圖表中表示為第一實施例E1，而對應于圖6-9、11的胎面的數據在圖表中表為第二實施例E2。對應于圖12-14中所的胎面的數據在圖表中表為第三實施例E3。在圖表中也顯示了對應于其它發明的胎面設計的其它數據，其均被理解為類似于胎面1-3執行，如圖15-17中所示。圖19是顯示特征在于在新和磨損狀態下具有特定接觸表面比(“CSR”)的各種輪胎胎面的圖表，該圖表包括:輪胎胎面的第一組，其表示具有在新狀態下等于百分之66至72和在磨損狀態下等于百分之56至66的CSR的本發明的特定實施例；和輪胎胎面的第二組，其具有在新狀態下等于百分之20至30和在磨損狀態下等于百分之10至20的常規CSRt匕，其中在磨損狀態下胎面磨損到1.6mm的厚度。第一組在圖表中表示為框A，而第二組表示為框B。對應于圖1-5中所示的胎面的數據在圖表中表示為第一實施例E1，而對應于圖6-9,11的胎面的數據在圖表中表示為第二實施例E2。對應于圖12-14中所示的胎面的數據在圖表中表示為第三實施例E3。在圖表中也顯示了對應于其它發明的胎面設計的其它數據，其均被理解為類似于實施例E1-E3執行，如圖15-17中所示。
具體實施例方式眾所周知當輪胎磨損時，外、接地胎面側表面磨損到輪胎胎面的深度或厚度中。在濕地、雪地或越野條件下，輪胎胎面常常設計成通過在胎面內加入附加空隙以更好地消耗或再引導來自輪胎接觸地面的位置(其也被稱為“接地面”或“印跡”)的水、雪或泥而保持輪胎性能和車輛操縱性。然而當增加空隙時，胎面剛度會減小。這也會導致其它輪胎性能量度的減小。因此，本發明的特定實施例提供具有多個耐磨級或層的輪胎胎面，其中當胎面磨損時胎面大體上保持胎面的外、接地側可用的空隙含量而不顯著犧牲某些新胎面性能量度。換句話說，代替當增加磨損輪胎胎面中的空隙時某些新輪胎性能量度減小，新輪胎性能量度可以改為保持乃至增加以提供在輪胎的壽命期間性能更一致的輪胎。布置在胎面內的空隙可以量化或評價為表面空隙或體積空隙。表面空隙大體上表示沿著輪胎的外、接地側呈現的空隙面積的量。實際上，常常考慮并且分析在輪胎的接地面內呈現的表面空隙的量，接地面是輪胎和操作表面或地面(即，輪胎在其上操作的表面)之間的界面。特別地，表面空隙可以通過使用接觸表面比進行量化或評價，所述接觸表面比表示在沿著胎面的外、接地側的接地面的周界內呈現的用于接觸地面的胎面表面的面積除以接地面的周界內的總面積。不包括外胎面表面(即，接觸表面)的接地面內的面積被認為是表面空隙。當輪胎胎面在所有胎面空隙被消除的完全磨損狀態下磨損到它的基部時，接觸表面比將接近值一。一般而言，具有沿著初始耐磨層布置的外、接地側的本發明的新的或未使用的胎面的特征在于具有大約0.66至0.72 (即，66-72%)的接觸表面比，而具有沿著后續耐磨層布置的外、接地側的用過的或磨損的輪胎的特征在于具有大約0.56至0.66 (BP,56-66%)或在其它實施例中大約0.58至0.64 (即，58-64%)的接觸表面比。在某些實施例中，當胎面已磨損到1.6mm的厚度時獲得后續耐磨層。在圖19中顯示這些接觸表面比，其中涉及本發明的各實施例的特定范圍針對新和磨損狀態顯示在框A中，而常規范圍針對新和磨損兩種狀態顯示在框B中，其中在磨損狀態下胎面厚度為1.6mm。在另外的實施例中，當胎面的外、接地側布置在不同耐磨層的頂部上時接觸表面比大致相同，也就是換句話說，胎面的新和磨損接觸表面比可以大致相等。初始耐磨層也可以被稱為第一或外耐磨層。任何后續耐磨層也被稱為內耐磨層，并且可以包括第二、最后或中間耐磨層。也可以考慮并且分析胎面內的體積空隙的量，原因是該空隙可以有用于在濕地條件下消耗和引流來自接地面的水。體積空隙(或“空隙體積”)大體上包括包含在胎面的限定部分內的空隙的體積。體積空隙比被定義為包含在胎面內的空隙的體積除以胎面的總體積，胎面的總體積包括胎面材料的總體積和包含在從胎面的外側向內延伸的胎面的厚度內的空隙的總體積。例如，限定部分可以:在深度方向上從外、接地側延伸到布置在胎面的最深凹槽或空隙的底部的表面或平面；橫向地在沿著胎面的相對橫向側緣豎直延伸的平面之間延伸；以及縱向地沿著胎面的長度(例如足以形成圍繞輪胎的環的長度)延伸。當輪胎胎面磨損并且消除空隙時，體積空隙比可以在完全磨損狀態下接近值零(即，零空隙除以總胎面體積)。一般而言，具有沿著初始耐磨層布置的外、接地側的本發明的新的或未使用的胎面的特征在于具有大約0.25至0.40(8卩，25-40%)的體積空隙比，而具有沿著后續耐磨層布置的外、接地側的用過的或磨損的輪胎的特征在于具有大約0.25至0.40 (即，25-40%)的體積空隙比。在另一個實施例中，胎面的特征在于在已使用和未使用兩種狀態下具有大約0.30至0.35 (即，30-35%)的體積空隙比。在特定實施例中，當胎面已磨損到1.6mm的厚度時獲得磨損狀態的后續耐磨層。在圖18中顯示這些體積空隙比，其中較寬范圍由框A限定并且較窄范圍由框B限定，每個范圍與由框C識別的常規范圍關聯地顯示，由此每個這樣的常規范圍具有在新狀態下在0.20到0.30 (B卩，20到30%)之間和在磨損狀態下在0.10到
0.20 (B卩，10到20%)之間的新空隙比。在磨損狀態下胎面磨損到1.6mm的厚度。如上所述，胎面空隙的增加可以減小胎面的局部和總體剛度。例如，縱向剛度可以影響輪胎性能，例如加速和制動，其中速度的變化導致輪胎胎面中的彈性縱向變形。作為另一個例子，當車輛通過彎道時橫向剛度可以影響轉彎性能。因此，當增加胎面空隙時，可以使用用于保持或增加胎面剛度的手段。這不僅可以針對整個輪胎、而且可以在胎面的每個耐磨級內實現。所以，在未使用狀態下可以保持或增加胎面的縱向和/或橫向剛度，同時也在胎面內增加附加空隙以增加磨損胎面中的空隙。縱向剛度可以通過使用使用縱向剛度系數進行量化或評價。通過豎直裝載輪胎并且測量使胎面的一部分移位一個測量單位(例如I毫米)所需的縱向力(Fx)確定縱向剛度系數。然后通過用縱向力(Fx)除以徑向力(B卩，豎直力)(Fz)或Fx/Fz計算縱向剛度系數。這可以通過物理地或通過計算機建模執行，例如通過使用有限元分析。例如，在用于獲得下面的縱向剛度系數的特定有限元分析中，將具有特定厚度的胎面模型應用于地面，由此胎面沿其后側(即，附連到輪胎胎體的側)在縱向(X)和橫向(y)上被限制。然后將3巴壓力負荷(Fz)施加到后側使得負荷用作迫使胎面的外側抵靠地面的壓縮負荷。在縱向上提供地面和輪胎之間的I毫米位移，并且在縱向上測量胎面的反作用力(Fx)。然后如上所述獲得縱向剛度系數。一般而言，具有沿著初始耐磨層布置的外、接地側的本發明的新的或未使用的胎面的特征在于具有大約0.39至0.55 (即，39-55%)的縱向剛度系數，而具有沿著后續耐磨層布置的外、接地側的用過的或磨損的輪胎的特征在于具有大約1.43至1.75 (BP,143-175%)的縱向剛度系數。在特定實施例中，當胎面已磨損到1.6mm的厚度時獲得磨損狀態的后續耐磨層。通過管理空隙含量和雕塑剛度，可以在輪胎的使用壽命期間在雪地和濕地條件下獲得新(即，未使用)和磨損胎面性能的改善平衡。換句話說，本發明的管理空隙含量和雕塑剛度在濕地和雪地條件下獲得增加的磨損輪胎性能而不犧牲新輪胎性能。下面參考附圖進一步論述具有上述的接觸表面比、體積空隙比和縱向剛度比的示例性輪胎胎面。在本發明的各實施例中，特定胎面特征掩蓋(即，隱藏、定位或包含)在胎面深度內以提供具有至少兩個耐磨層的輪胎胎面。初始耐磨層包括新輪胎的外胎面表面，而與一個或多個掩蓋耐磨層關聯的胎面特征在胎面的期望量從輪胎磨損之后變為暴露。為了提供磨損輪胎中的改善濕地或雪地性能，隱藏胎面層可以包括一個或多個胎面特征，例如肩部中的附加刀槽花紋和/或附加橫向凹槽。可以影響所有耐磨層的其它特征包括具有負拔模角的縱向凹槽(即，具有這樣的寬度的凹槽，當凹槽從外、接地側更深地延伸到胎面的厚度中時所述寬度增加)。為了恢復、保持或增加胎面剛度，可以在肩部區域中和/或沿著輪胎的更中間肋或胎面元件使用波動或互鎖刀槽花紋。現在將特別地論述使用這些和其它概念的胎面的各實施例。參考圖1-2，輪胎胎面的第一特定實施例顯示為具有多個胎面耐磨層和特征以改善新和磨損輪胎的濕地和/或雪地性能。所顯示的胎面10是五(5)肋胎面，包括由沿著胎面10縱向地(或圍繞輪胎周向地)延伸的一對肩部肋20橫向界定的三個(3)中間肋22，在其間布置有縱向凹槽24。每個肩部肋20包含沿著胎面10布置在縱向(或周向)陣列中的多個肩部胎面元件30。每個中間肋22包含也沿著胎面10布置在縱向(或周向)陣列中的多個中間胎面元件40。縱向凹槽24橫向界定中間肋22的每一個。元件30和40的每一個具有頂部外胎面表面(即，外、接地接觸表面)，所述頂部外胎面表面的每一個可以存在于新胎面級31a、41a中或磨損胎面級31b、41b中。外胎面表面沿著胎面的外、接地側布置。應當理解肩部和/或中間胎面元件30、40可以布置在縱向或周向陣列中以形成相應肩部或中間肋20、22 (大體上如圖所示)，或者可以布置成使得肩部和/或中間胎面元件30、40不縱向地或周向地布置在陣列中。繼續參考圖1-2，每 個肩部包括一對淚珠狀刀槽花紋32。每個淚珠狀刀槽花紋32從內部周向凹槽24并且在恒定深度橫向向外朝著胎面的一側延伸。兩個淚珠狀刀槽花紋32中的一個沿著橫越肩部元件30的整個長度橫向地延伸，而另一個淚珠狀刀槽花紋在終止于橫向排出凹槽38之前沿著橫越肩部元件30的部分長度橫向地延伸。任何中間肋22中的每個元件40由部分深度凹槽26縱向地界定。向下延伸到胎面深度中的橫向和徑向波動刀槽花紋28在每個部分深度凹槽26的底部。在本申請中，波動表示在交替非平面路徑中延伸，其中非線性路徑可以例如包括曲線或曲折路徑。此外，橫向波動表示在大體上在胎面的橫向上或橫越胎面寬度TW延伸的路徑中波動，并且徑向波動表示在通過胎面的厚度TT的路徑中波動。每個元件40包括一對刀槽花紋42。刀槽花紋42在波動路徑中延伸橫越每個元件40的寬度，該路徑大體上相對于正交或垂直于縱向凹槽24的線成角α延伸。在所示的實施例中，角α大約等于三十度(30° )，但是可以預料可以在其它實施例中使用其它角。該對刀槽花紋42大體上沿著每個元件40在胎面10的縱向上均勻地間隔。胎面10中的所有刀槽花紋的厚度為大約0.4毫米(mm)厚，但是在其它變型中在厚度上可以在0.2到
0.5mm之間的范圍內。參考圖3，縱向凹槽24均形成有具有負拔模角Y的側壁25。具有“負拔模角”的側壁25表示凹槽的寬度隨著胎面深度的增加(S卩，當凹槽相對于外、接地側更深地延伸到胎面的厚度中時)而增加。在圖中可以看到，沿著新胎面表面的縱向凹槽24的頂部凹槽寬度W24t比底部凹槽寬度W24b窄。在所示的實施例中，負拔模角Y大約等于i^一度(11° )，但是在本實施例中可以為大約十至十二度(10° -12° )。頂部凹槽寬度W24t大約等于8.45毫米(8.45mm)，但是在本實施例中可以為8至14毫米(8_14mm)。每個凹槽24延伸到胎面中達到深度D24，所述深度在本實施例中也大約為總胎面深度DT。當前縱向凹槽深度D24為大約九毫米(9mm)，但是在本實施例中可以為6至10毫米(6-10mm)。而且，其它變型可以使用未另外指定的其它負拔模角Y、凹槽寬度W24T、W24b和凹槽深度D24。當在本文中使用時，“大約為總胎面深度”表示具有大約0.5mm的偏差的總胎面深度DT。參考圖4，顯示了沿著圖2中的截面4-4獲得的元件40的部分側視圖。可以看到，部分深度橫向凹槽26從胎面表面向下延伸到輪胎胎面的深度中達到距離D26。橫向和徑向波動刀槽花紋28從橫向凹槽26的底部進一步延伸到胎面深度中。在圖中也顯示了布置在元件40內的橫向波動刀槽花紋42。刀槽花紋42在該實施例中延伸到大約整個胎面深度，但是在其它實施例中可以延伸到小于大約整個胎面深度。橫向凹槽26大體上具有大約
4.5mm的寬度W26,但是在特定實施例中可以大體上在3mm至6mm之間的范圍內。刀槽花紋大體上特征在于具有的寬度明顯窄于凹槽的寬度。在特定實施例中，刀槽花紋28、42具有大約0.4mm的相應寬度W28、W42,但是可以在0.2mm至0.6mm之間的范圍內。參考圖5，在沿著圖2中的截面5-5獲得的部分視圖中顯示了沿著肩部元件30的示例性橫向淚珠狀刀槽花紋32。橫向淚珠狀刀槽花紋32大體上包括刀槽花紋部分34和下部凹槽(即，淚珠狀)部分36。刀槽花紋部分34以波動方式延伸到外胎面表面和下部凹槽部分36之間的期望深度D34。此外，刀槽花紋部分34具有大約等于0.4mm的寬度或厚度W34，但是其可以根據需要變化。在具體實施例中，下部凹槽部分36進一步延伸到胎面深度Dt中達到大約2.8mm的期望深度D36,而在更一般的實施例中，深度D36延伸2至4_。下部凹槽部分36還包括大約3.5mm的寬度W36，但是其可以大體上在3至5mm之間變化。在圖2所示的實施例中，淚珠狀刀槽花紋32在線性或非波動路徑中橫向地延伸。在其它實施例中，淚珠狀刀槽花紋32在曲線或波動路徑中橫向地延伸。在圖5中也顯示了刀槽花紋部分34在曲線或波動路徑中徑向地延伸。參考圖6，現在在磨損狀態下顯示圖1-2的新胎面10以更好地識別先前掩蓋在新胎面表面之下的隱藏胎面特征。具體地，磨損胎面IOw已從大約9mm的初始胎面深度Dt磨損到大約1.6mm的磨損深度。將表面空隙和邊緣加入胎面接觸表面(即，印跡)以用于改善濕地和雪地牽引的淚珠狀下部凹槽部分36現在暴露在肩部30中。由于肩部有助于從胎面橫向地排出水，因此在磨損狀態下將表面空隙加入肩部被認為改善總體排水和濕地性能。由于附加邊緣隨著下部凹槽部分36暴露，因此也改善了雪地牽引。繼續參考圖6，顯然縱向凹槽24由于負拔模斜度側壁而加寬以提供表面空隙的增力口，這有助于引流水和俘獲雪。這是有益的，原因是否則當胎面磨損時凹槽24損失空隙體積，這是由于具有非負(即，正)拔模斜度側壁的縱向凹槽變窄(即，它損失寬度)。所以，通過當胎面磨損時增加凹槽寬度W24B，凹槽能夠再獲由于胎面繼續磨損損失的體積和表面空隙的至少一部分。當回顧中間元件40時，除了先前呈現的刀槽花紋42以外，包括刀槽花紋28的附加邊緣現在沿著磨損表面呈現。刀槽花紋28的加入為牽引的總體增加提供沿著中間肋22的更多牽引邊緣。元件40也由于部分深度凹槽26的損失而變得更剛硬。具有9mm胎面深度的第一實施例的新或未磨損胎面的特征在于具有大約0.68的接觸表面比、大約0.34的空隙體積比和大約0.40的縱向剛度系數。當胎面磨損以提供1.6mm的胎面深度時，接觸表面比為大約0.62，空隙體積比為大約0.33，并且縱向剛度系數為大約1.49。根據第一實施例El分別在圖18和19中顯示了新和磨損空隙體積比和接觸表面比。
在圖7-8所示的第二實施例中，已通過替代沿著中間肋22的特定特征略微改變圖1-2中的先前實施例的胎面。具體地，已通過用全深度橫向凹槽126替代部分深度凹槽26和延續刀槽花紋28改變先前實施例。此外，每個元件40內的全深度波動刀槽花紋42已用波動倒Y形刀槽花紋142替代。胎面110的其它特征與胎面10的其它特征保持相同。具體關注圖9，提供沿著圖8中的線9-9獲得的倒Y形刀槽花紋142的細節。在該特定實施例中，倒Y形刀槽花紋142包括上刀槽花紋部分144和包括從上刀槽花紋部分144的底部向外延伸的一對腿部146的下部分，每個腿部更深地延伸到胎面中達到間隔W146。如圖所示，間隔W146為大約3.4mm，但是在本實施例中可以為大約3至5mm。同樣在該實施例中，上刀槽花紋部分144沿著從新胎面接觸表面141延伸到深度D144的一對腿部146的路徑波動。上刀槽花紋部分144也波動，同時橫向地延伸橫越每個元件140的寬度。在本實施例中，倒Y形刀槽花紋延伸到大約為總胎面深度Dt的總深度D142，腿部延伸到大約3.5mm或3至5mm的深度D146。最后，每個上刀槽花紋部分144和每個腿部146的當前厚度W144為大約0.4mm，但是可以使用其它厚度，包括為上刀槽花紋部分144和每個腿部146中每一者提供不同厚度和提供可以沿著任何上刀槽花紋部分144或每個腿部146的長度變化的厚度。參考圖10，提供了由倒Y形刀槽花紋142形成的空隙的進一步細節。具體地，上刀槽花紋部分144和一對腿部146顯示為均橫向地波動，同時延伸橫越每個元件140的寬度并且也從新胎面接觸表面141波動延伸到一對腿部146達到深度D144，如圖9中所示。參考圖11，現在在磨損狀態下顯示圖8-9的新胎面110以更好地識別先前掩蓋在新胎面表面之下的隱藏胎面特征。具體地，磨損胎面IlOw已從大約9mm的初始胎面深度Dt磨損到大約1.6mm的磨損深度。由于圖1-2的胎面與圖8_9的胎面之間的區別僅僅在于用全深度橫向凹槽126替代部分深度凹槽26以及延續刀槽花紋28并且用波動倒Y形刀槽花紋142替代全深度波動刀槽花紋42，因此以下論述將集中于中間肋122和元件140的變化。
繼續參考圖11，作為圖6的論述的補充，當倒Y形刀槽花紋從單刀槽花紋144過渡以暴露兩個腿部146時磨損中間肋122現在暴露附加牽引邊緣。所以，當從新胎面110過渡到足夠磨損胎面IlOw時牽引邊緣翻倍，當比較不同實施例10 和IlOw時其也是牽引邊緣的增加。而且，當考慮全深度橫向凹槽的加入時，新和磨損狀態之間的空隙變化不明顯地改變空隙。所以，在這方面在新和磨損狀態之間差別小，但是當比較每個實施例的磨損胎面10w、IlOff時，由于提供比前者胎面IOw的刀槽花紋更多的空隙的橫向凹槽126的存在，因此更多的空隙存在于后者胎面110 中。此外，全深度橫向凹槽產生附加牽引邊緣，例如用于改善雪地牽引。具有9mm胎面深度的第二實施例的新或未磨損胎面的特征在于具有大約0.68的接觸表面比、大約0.36的空隙體積比和大約0.39的縱向剛度系數。當胎面磨損到1.6mm的深度時，接觸表面比為大約0.58，空隙體積比為大約0.37，并且縱向剛度系數為大約1.46。根據第二實施例E2分別在圖18和19中顯示了新和磨損空隙體積比和接觸表面比。現在參考圖12-13，在未磨損或新狀態下顯示了胎面210的第三實施例。該胎面210類似于圖1-2中所示的胎面10，僅僅具有幾個顯著差異。胎面210的相似點包括具有一對肩部220和三個中間肋222的5肋設計，每個肋由對應于上面參考胎面10論述并且在圖1-3中顯示的負拔模斜度縱向凹槽24的負拔模斜度縱向凹槽224分離。特別地，一對肩部220包括第一肩部220a和第二肩部220b。當安裝在車輛上時，第一肩部220a可以包括內部肩部，而第二肩部220b包括外部肩部。每個肩部包括淚珠狀刀槽花紋232，所述淚珠狀刀槽花紋與如圖5中所示的胎面10的淚珠狀刀槽花紋32相當，并且因此具有分別對應于胎面10的部分34和36的刀槽花紋部分234和下部凹槽部分236。第一肩部220a也包括從縱向凹槽224橫向向外延伸的橫向凹槽238a。這不同于圖1_2中所示的胎面110的橫向凹槽38，其改為從插入橫向凹槽38和縱向凹槽24之間的刀槽花紋32、34沿著每個肩部20延伸。相對、第二肩部220b也包括橫向凹槽238b，該橫向凹槽比胎面10的凹槽38長，但是胎面10的凹槽38比凹槽238a長。淚珠狀刀槽花紋232也以類似于胎面10的肩部20的方式布置在凹槽238b和縱向凹槽224之間。執行胎面10、110和220之間的肩部的變型以根據需要調節每個胎面內的空隙和剛度，從而實現磨損胎面中的胎面剛度的期望改善，同時增加磨損胎面中的空隙。關于中間肋222a、222b、222c，肋222a大體上包括胎面10中的相應肋22的相同特征。換句話說，胎面10中的肋22的刀槽花紋42和橫向凹槽26用于胎面210的肋222a中并且表示為刀槽花紋242和橫向凹槽226。鄰近第二肩部222b布置的中間肋222b同樣如此，區別在于橫向凹槽不完全在相鄰縱向凹槽224之間延伸。而是，刀槽花紋242布置在每個橫向凹槽226和每個縱向凹槽224之間。刀槽花紋242與上面參考胎面10所述的刀槽花紋42相同。關于中心凹槽226，代替設在胎面10中的橫向凹槽26提供附加刀槽花紋242。因此，中心肋222c不具有橫向地延伸橫越肋的任何橫向凹槽。為了測試目的，第三實施例的胎面設計制造成具有7mm的胎面深度，代替制造成表示第一和第二實施例的胎面所使用的9mm胎面深度。胎面深度的該減小是用于在增加磨損胎面層中的胎面空隙之后增加胎面剛度的胎面剛度管理策略的一部分。在任何情況下，本文中所述的任何胎面設計可以根據該策略制造成具有任何期望的胎面深度以增加胎面剛度。具有7mm胎面深度的第三實施例的新或未磨損胎面的特征在于具有大約0.68的接觸表面比、大約0.34的空隙體積比和大約0.52的縱向剛度系數。參考圖14，現在在磨損狀態下顯示圖8-9的胎面220以更好地識別先前掩蓋在新胎面表面之下的隱藏胎面特征。具體地，磨損胎面已從大約7mm的初始胎面深度磨損到大約1.6mm的磨損深度。在該磨損狀態下，第三實施例的特征在于具有大約0.64的接觸表面比、大約0.31的空隙體積比和大約
1.59的縱向剛度系數。根據第三實施例E3分別在圖18和19中顯示了新和磨損空隙體積比和接觸表面比。淚珠狀刀槽花紋大體上形成凹陷空隙，凹陷空隙包括淚珠狀刀槽花紋的凹槽部分。應當理解其它凹陷空隙可以在任何肩部或中間胎面元件或肋中用于后續耐磨層內。例如，可以使用隱藏凹槽而沒有布置在所述凹槽之上的任何刀槽花紋，其中隨著足夠的胎面磨損任何這樣的凹槽變為暴露。一個或多個刀槽花紋可以改為在任何新或磨損狀態下相鄰地或以另外方式沿著胎面、例如沿著外胎面表面布置。刀槽花紋、凹槽、淚珠狀刀槽花紋或任何其它凹陷空隙可以由本領域普通技術人員已知的用于在胎面內形成空隙的任何裝置形成。這包括用于形成凹陷空隙(例如凹陷凹槽或刀槽花紋或淚珠狀刀槽花紋)的任何裝置，例如可以使用布置在模具內以穿透胎面的外側的模制刀片。作為另一個例子，可以布置或插入并且從胎面的側緣縮回模型以沿著胎面的橫向側形成凹陷空隙。此外，另一個例子使用布置在胎面的厚度內的可去除模型，當隨著足夠的輪胎磨損模型變為暴露時，模型可以被去除或拆卸。應當理解由本文中所述的胎面使用的任何刀槽花紋、凹槽或淚珠狀刀槽花紋可以具有當每一個沿著胎面縱向地延伸時保持恒定或變化的寬度，并且用于形成每個這樣的空隙的任何裝置可以具有也根據需要保持恒定或變化的相應寬度。為了評價圖1-2 (“第一實施例”)、圖7-8 (“第二實施例”)和圖12-13 (“第三實施例”)的實施例，進行許多測試以評價每個胎面對各種輪胎性能量度的影響。使用第一、第二和第三實施例的胎面的每一個的輪胎均通過各種受控測試運轉以比較每個輪胎胎面對基本參考輪胎的影響。在測試的準備中，制造的所有輪胎使用與參考輪胎相同的模具輪廓(第三實施例除外)、相同的胎體架構(即，胎體構造)和相同的胎面膠。此外，所有胎面，包括參考胎面以及以上第一和第二實施例的胎面，制造成具有9mm的胎面深度，而第三實施例的胎面制造成具有7mm的胎面深度。第一、第二和第三實施例的胎面和參考胎面之間的另一個相同點在于每個胎面設計總共包括五個(5)肋(其包括肩部和中間肋)，胎面元件的形狀和尺寸類似，并且縱向凹槽類似地橫越胎面寬度定位。為了測試第一和第二實施例中的特征的影響，參考輪胎胎面不具有沿著中間胎面元件布置的任何負拔模斜度縱向凹槽、任何倒Y形刀槽花紋或任何波動刀槽花紋或沿著每個肩部布置的任何淚珠狀刀槽花紋。執行以下測試以比較第一和第二實施例的每個胎面和參考胎面的性能。在205/55R16號輪胎上使用新胎面(即，具有全胎面深度)和打磨到1.6mm胎面深度的磨損胎面執行所有測試，磨損和滾動阻力除外。.低摩擦濕式制動。通過比較停止以50mph在具有大約1.2mm的控制水深的柏油地面上行駛的相同車輛所需的距離執行該測試。.高摩擦微濕制動。通過比較停止以40mph在由具有噴嘴的液罐卡車正在灑水的柏油表面上行駛的相同車輛所需的距離執行該測試，其中水深不超過道路表面糙度。.濕地橫向附著。通過比較相同車輛完整地圍繞具有120米半徑和包括拋光混凝土的表面的圓形濕道路行駛所需的每圈時間執行該測試。水由提供在I至3mm之間的表面水深的灑水系統供應。.濕地操縱件。通過 比較相同車輛完整地圍繞具有柏油表面的濕汽車越野賽道路行駛所需的每圈時間執行該測試。水由提供在微濕狀態到積水之間變化的表面水深的灑水系統供應。.縱向滑水。通過在具有8_的控制水深的柏油表面上硬加速期間確定在裝備有數據采集設備的相同車輛的從動輪上發生10%打滑時的速度執行每個測試。 雪地牽引。通過根據ASTM F-1805和通用汽車GMW15207規范測量在覆蓋有雪或冰的行駛表面上以直線路徑行駛的測試車輛上所安裝的測試輪胎的縱向牽引執行該測試。.滾動阻力。通過在鼓機上進行工業標準滾動阻力測試以確定滾動阻力的系數(kg/ton)而執行該測試。 磨顯。通過確定每個胎面的胎面損失的速率以估計每個輪胎胎面的磨損壽命(英里)和磨損速率(_/10，000英里)而執行該測試。在進行測試的過程中，輪胎裝配到相同車輛并且以受控方式在公共高速公路上的所建立的巡回路線上行駛。通過測量胎面深度測量胎面損失。關于圖15、16和17，測試具體地顯示第一、第二和第三實施例的胎面的每一個的性能分別相對于參考胎面在新和磨損胎面階段的改善。具體地，在新和磨損階段濕地性能大體上有改善，并且在未磨損階段，滾動阻力和磨損的性能有改善。此外，在新和磨損狀態下雪地性能有增加，同時至少大體上保持其它性能標準，而當試圖根據現有技術的方法改善雪地牽引時所述其它性能標準典型地減小。盡管已參考本發明的特定實施例描述了本發明，但是應當理解這樣的描述僅僅作為示例而不是作為限制。例如，本文中所述的胎面特征在用于更大或更小的輪胎或具有不同架構(即，構造)、不同胎面深度或由具有不同輪廓的模具形成的輪胎上時可以在尺寸和數量上改變。因此，本發明的范圍和內容應當僅僅由附帶權利要求的術語限定。
權利要求
1.一種多級輪胎胎面，其包括: 從胎面的外、接地側向內在深度方向上延伸的厚度，所述外、接地側包括外接觸表面； 在胎面厚度內布置在不同深度處的兩個或更多個耐磨層，所述兩個或更多個耐磨層包括外耐磨層和在所述胎面的厚度內布置在所述外耐磨層之下的一個或多個內耐磨層；以及 布置在所述外耐磨層內的一個或多個外凹槽，當所述胎面處于未磨損狀態時所述一個或多個凹槽暴露于所述外、接地側； 所述胎面具有在未磨損狀態下等于大約0.25至0.40和在磨損狀態下等于大約0.25至0.40的體積空隙比，其中在磨損狀態下所述外、接地側沿著所述內耐磨層中的一個布置，所述胎面還具有在未磨損狀態下等于大約0.66至0.72和在磨損狀態下等于大約0.56至0.66的接觸表面比。
2.根據權利要求1所述的輪胎胎面，其中在未磨損狀態下和在磨損狀態下所述輪胎胎面的體積空隙比為0.30至0.35。
3.根據權利要求2所述的輪胎胎面，其中所述輪胎胎面具有在未磨損狀態下等于大約0.39至0.55和在磨損狀態下等于大約1.43至1.75的輪胎胎面的縱向剛度系數。
4.根據權利要求1所述的輪胎胎面，其中當布置在所述外耐磨層中的所述一個或多個凹槽在深度方向上延伸到所述胎面厚度中時，所述凹槽的寬度增加。
5.根據權利要求1所述的輪胎胎面，其中當布置在所述外耐磨層中的所述一個或多個凹槽在深度方向上延伸到所述胎面厚度中時，所述凹槽的寬度線性地變化。
6.根據權利要求1所述的 輪胎胎面，其中所述外、接地側在磨損狀態下沿著最后耐磨層布置，所述最后耐磨層包括在所述胎面厚度內布置成最遠離外耐磨層的內耐磨層中的一個。
7.根據權利要求1所述的輪胎胎面，其中布置在所述外耐磨層中的所述凹槽中的一個或多個沿著所述胎面的長度縱向地延伸。
8.根據權利要求1所述的輪胎胎面，其中布置在所述外耐磨層中的所述凹槽中的一個或多個大體上在所述輪胎胎面的橫向上延伸。
9.根據權利要求1所述的輪胎胎面，其還包括: 一個或多個內凹槽，所述一個或多個內凹槽布置在所述一個或多個內耐磨層中的至少一個內并且從在所述外耐磨層之下開始的深度向內在深度方向上延伸。
10.根據權利要求9所述的輪胎胎面，其中布置在所述內耐磨層中的一個中的所述一個或多個凹槽大體上在橫向上延伸。
11.根據權利要求1所述的輪胎胎面，其中所述一個或多個外凹槽包括橫向延伸的多個橫向凹槽和縱向延伸的多個縱向凹槽，所述外凹槽限定多個胎面元件。
12.根據權利要求11所述的輪胎胎面，其中所述胎面元件包含大體上在橫向上延伸的一個或多個刀槽花紋，所述一個或多個刀槽花紋的每一個在波動路徑中徑向地和橫向地延伸并且包括厚度減小的一個或多個區域。
13.根據權利要求11所述的輪胎胎面，其中所述胎面元件包括布置在所述胎面的相對橫向側的每一個上的一些肩部胎面兀件和橫向地布置在所述肩部胎面兀件之間的一些中間胎面元件，其中一些縱向凹槽中的至少一個布置在所述肩部胎面元件和所述中間胎面元件的每一個之間，所述肩部胎面元件包括大體上在輪胎的橫向上延伸的一個或多個刀槽花紋，所述刀槽花紋包括從所述外、接地側延伸到所述輪胎胎面的厚度中的徑向波動刀槽花紋部分并且包括厚度減小的一個或多個區域，所述刀槽花紋部分終止于包括空隙的擴大部分中，當所述輪胎胎面磨損到所述內耐磨層中的一個時所述空隙形成暴露于接觸表面的橫向凹槽。
14.根據權利要求13所述的輪胎胎面，其中包含在所述中間胎面元件的每一個中的所述刀槽花紋中的一個或多個包括在所述外耐磨層內從所述外、接地側向下延伸的上刀槽花紋部分、均從所述上刀槽花紋部分向下延伸并且大體上形成倒“Y”橫截面形狀的第一下刀槽花紋部分和第二下刀槽花紋部分。
15.根據權利要求14所述的輪胎胎面，其中所述肩部胎面元件中的一個或多個包含第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽在為新的時暴露并且在所述外耐磨層內在大體橫向方向上延伸橫越胎面元件的寬度的一部分，所述第二凹槽在所述輪胎胎面磨損時暴露于所述夕卜、接地側并且在內耐磨層內大體上在橫向上延伸橫越所述胎面元件的寬度的剩余部分，所述第二凹槽與所述第一凹槽流體連通。
16.根據權利要求15所述的輪胎胎面，其中所述第一和第二凹槽共線。
17.根據權利要求3所述的輪胎胎面，其中在所述外耐磨層內延伸的所述一個或多個外凹槽和在所述內耐磨層中的一個內延伸的一個或多個內凹槽的深度為6-10毫米。
18.根據權利要求3所述的輪胎胎面，其中當為新的時和當磨損到所述內耐磨層中的一個時所述胎面的空隙體積比大致相等。
19.根據權利要求3所述的輪胎胎面，其中所述耐磨層的接觸表面比是未磨損輪胎胎面的接觸表面比的大約90%。
20.一種多級輪 胎胎面，其包括: 具有外接觸表面的外、接地側； 從胎面的所述外、接地側向內在深度方向上延伸的厚度，所述厚度包括多個耐磨層，所述耐磨層的每一個位于離所述胎面的所述外、接地側的不同深度處； 沿著所述胎面的長度縱向布置的一個或多個中間元件，所述一個或多個中間元件由一個或多個肩部元件橫向地界定，所述肩部元件的每一個鄰近所述胎面的橫向側緣定位并且包括大體上在輪胎的橫向上延伸的凹陷空隙，所述凹陷空隙在胎面厚度內布置在所述外、接地側之下；以及 布置在所述肩部元件之間并且沿著所述胎面的長度在長度方向上延伸的一個或多個縱向凹槽，所述一個或多個縱向凹槽具有寬度，當每個這樣的凹槽遠離所述外、接地側更深地延伸到所述胎面厚度中時所述寬度增加。
21.根據權利要求19所述的多級胎面，其中所述一個或多個中間元件縱向地布置以形成一個或多個中間肋。
22.根據權利要求19所述的多級胎面，其中所述一個或多個肩部元件形成在所述胎面的縱向上縱向延伸的肩部肋，所述肩部肋的每一個鄰近所述胎面的橫向側緣定位。
23.根據權利要求19所述的多級胎面，其中所述一個或多個縱向凹槽的寬度隨著深度的增加線性地增加。
24.根據權利要求19所述的多級胎面，其中所述肩部元件的凹陷空隙是淚珠狀刀槽花紋，所述淚珠狀刀槽花紋包括從所述外、接地側延伸到輪胎的厚度中的徑向波動刀槽花紋部分，刀槽花紋部分終止于包括空隙的淚珠狀部分中，所述空隙形成所述胎面厚度內的橫向凹槽。
25.根據權利要求19所述的多級胎面，其中所述中間元件由橫向凹槽分離，所述多個中間肋元件中的一個或多個包含大體上在橫向上延伸的刀槽花紋，每個刀槽花紋沿著波動路徑徑向地和橫向地延伸。
26.根據權利要求24所述的多級輪胎胎面，其中所述徑向波動刀槽花紋部分定位在外耐磨層內并且所述淚珠狀部分定位在內耐磨層內，所述內耐磨層相對于所述外、接地側在所述胎面厚度內定位在所述外耐磨層之下。
27.根據權利要求25所述的多級輪胎胎面，其中包含在每個中間肋元件中的刀槽花紋具有包括倒Y的橫截面形狀。
28.根據權利要求23所述的多級輪胎胎面，其中所述淚珠狀刀槽花紋在線性路徑中橫向地延伸。
29.根據權利要求23所述的多級輪胎胎面，其中所述淚珠狀刀槽花紋在波動路徑中橫向地延伸。
30.根據權利要求23所述的多級輪胎胎面，其中每個肩部元件包括第二橫向延伸淚珠狀刀槽花紋。
31.根據權利要求19所述的多級輪胎胎面，其中每個中間肋元件包括第二橫向延伸刀槽花紋。
32.根據權利要求19所述的多級輪胎胎面，其中所述胎面具有在未磨損狀態下和在磨損狀態下等于大約0.30至0.35的體積空隙比。
33.根據權利要求31所述的多級輪胎胎面，其中所述胎面具有在未磨損狀態下等于大約0.66至0.72和在磨損狀態下等于大約0.56至0.66的接觸表面比。
34.根據權利要求32所述的多級輪胎胎面，其中所述胎面具有在未磨損狀態下等于大約0.39至0.55和在磨損狀態下等于大約1.43至1.75的縱向剛度系數。
全文摘要
本發明的特定實施例包括一種多級輪胎胎面，其具有兩個或更多個耐磨層，該兩個或更多個耐磨層包括外耐磨層和在胎面的厚度內布置在外耐磨層之下的一個或多個內耐磨層。一個或多個外凹槽布置在外耐磨層內，而一個或多個內凹槽布置在一個或多個內耐磨層中的至少一個內。胎面還包括在未磨損狀態下等于大約0.25至0.40和在磨損狀態下等于大約0.25至0.40的體積空隙比，其中在磨損狀態下外、接地側沿著內耐磨層中的一個布置，胎面還具有在未磨損狀態下等于大約0.66-0.72和在磨損狀態下等于大約0.56-0.66的接觸表面比。
文檔編號B60C11/00GK103180152SQ201180051561
公開日2013年6月26日 申請日期2011年10月24日 優先權日2010年10月29日
發明者J·T·沃爾福德, D·L·克里斯汀波里, R·C·勞森, T·A·懷特 申請人:米其林集團總公司, 米其林研究和技術股份有限公司