JP3575912B2 - 小型荷物積載用自動車の空気入りラジアルタイヤ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車、特に、バン・ピックアップ・小型トラックと呼ばれる比較的小型で荷物積載に用いられる自動車の空気入りラジアルタイヤに関し、トレッド部における耐偏摩耗性を向上させた空気入りラジアルタイヤに関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車、特に、上記種類の比較的小型で荷物積載用自動車に装着される内圧が200kPa以上の空気入りラジアルタイヤは、トレッドおよびホイールベースが狭い上に、走行時に荷物積載に基づく大きな負荷を受けるため、トレッド端部(トレッド部の幅方向両側端部)のトレッドゴムがトレッド中央部(タイヤ赤道面近傍)のゴムに比較してより多く、より早く摩耗する(偏摩耗が発生する)傾向がある。ここで、このような偏摩耗は、カーブ走行頻度の高いタイヤの場合には、トレッド端部の接地圧がトレッド中央部の接地圧より高いことによる強制摩耗が原因であると、一方、直線走行頻度が高いタイヤの場合には、トレッド端部における接地長がトレッド中央部における接地長よりかなり短いことによる自励摩耗が原因であると考えられている。そして、このような偏摩耗が進行してトレッド端部が凹んでしまうと、トレッド中央部に多量の未活用ゴムが残っているにも拘らず使用済みタイヤとして廃棄せざるを得ず、また、前述のような廃棄に至る前に、トレッド端部に生じた偏摩耗がトレッド中央部まで進展して濡れた路面での操縦安定性・ブレーキ性能を低下させることもあった。
【0003】
このため、従来においては、特開平3ー167004号公報に記載されているように、トレッド部の断面外輪郭を接線が共有していることで互いに滑らかに連なった曲率半径の異なる複数種類の円弧から構成するとともに、トレッド中央部に比較的大きな曲率半径の円弧を、一方、トレッド端部に比較的小さな曲率半径の円弧を配置した空気入りタイヤが提案された。このものは、前述のようにトレッド中央部に比較的大きな曲率半径の円弧を、トレッド端部に比較的小さな曲率半径の円弧を配置することで、トレッド端部における接地圧を低減させ、これにより、カーブ走行時におけるトレッド端部の強制摩耗を抑制するとともに、トレッド中央部およびトレッド端部における接地長の差を限界内に抑え、これにより、直線走行時におけるトレッド端部の自励摩耗を抑制し、さらに、トレッド中央部における接地長の変化を小さくするとともに、トレッド中央部とトレッド端部との間に前記限界に至らない大きな接地長差を設け、これにより、トレッド中央部に向かう偏摩耗の進展を抑制するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のようなタイヤはトレッド部の断面外輪郭を複数種類の円弧によって構成しているため、接地領域の各点における接地圧、接地長を所望の値にある程度近似させることができるに過ぎず、この結果、前述のような偏摩耗の発生および進展の抑制効果は充分ではなかった。しかも、前述のようなタイヤは隣接する円弧の境界において断面外輪郭の曲率半径が一気に(不連続に)変化するため、該境界近傍において接地圧が急激に変化し、この結果、偏摩耗の発生および進展の抑制効果は充分とは言えなかった。
【0005】
この発明は、カーブ走行、直進走行のいずれの走行形態が主体であるかに拘らず、トレッド端部における早期摩耗の発生を効果的に抑制し、かつ、その早期摩耗がタイヤの操縦安定性・ブレーキ性能などに大きな影響を与えるトレッド中央部まで進展することを効果的に抑制することができる長寿命な空気入りラジアルタイヤを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、一対のビード部と、これらビード部から略半径方向外側に向かってそれぞれ延びる一対のサイドウォール部と、これらサイドウォール部の半径方向外端同士を連ねるトレッド部とを備え、標準リムに組み付け標準内圧を充填した後、標準荷重を負荷しながら平板に押し付けたときの接地領域の最外側点を接地端Pとし、無負荷状態に戻したときのタイヤ赤道面Sから前記接地端Pまでの軸方向距離をW、接地端Pにおけるトレッドセンターからの落ち高をHとした小型荷物積載用自動車の空気入りラジアルタイヤにおいて、標準リムに組み付け標準内圧を充填した状態でタイヤ回転軸線を含む平面により切断したときのトレッド部の接地領域における外輪郭は、タイヤ赤道面Sから外輪郭上の任意の点Tまでの距離Lを前記軸方向距離Wで除した値xの多項式で規定され、かつ、前記任意の点Tにおけるトレッドセンターからの落ち高Jを前記落ち高Hで除した値yが、式
4.23x6−9.59x5+8.88x4−3.93x3+1.41x2−0.03
によって求められる値以上で、式
4.23x6−9.59x5+8.88x4−3.93x3+1.41x2+0.03
によって求められる値以下である小型荷物積載用自動車の空気入りラジアルタイヤにより達成することができる。
【0007】
前述のようにトレッド部の接地領域における外輪郭を値xの多項式で規定するようにしているため、外輪郭の各部における曲率半径は連続的に変化し、これにより、トレッド部の接地圧が狭い範囲で急激に変化するようなことがなくなり偏摩耗の発生および進展が効果的に抑制される。また、前記外輪郭上の任意の点Tにおける値yを前述した2つの式によって求められる値の間に収めるようにしたので、ショルダー領域(トレッド端部)における接地圧を適切な値まで低下させることができるとともに、センター領域(トレッド中央部)およびショルダー領域における接地長の差を限界内に確実に抑えることができ、これにより、ショルダー領域における偏摩耗の発生を効果的に抑制することができる。しかも、前記値yを2つの式によって求められる値の間に収めるようにしたので、センター領域における接地長の変化を適切な範囲内に抑えることができるとともに、センター領域およびショルダー領域との間に前記限界に至らない大きな接地長差を設けることができ、これにより、ショルダー部に発生した偏摩耗がセンター領域に向かう進展を効果的に抑制することができる。さらに、外輪郭を規定する多項式を求めるだけで偏摩耗が効果的に抑制されたタイヤを設計することができ、タイヤ設計が容易となる。
【0008】
また、請求項2に記載のように構成すれば、ショルダー領域に早期摩耗が発生しても、この早期摩耗は周方向溝によって遮断され、センター領域への進展が効果的に抑制される。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、空気入りラジアルタイヤ11を標準リム12に組み付けた後、標準内圧を充填したときの該タイヤ11およびリム12の組立体13を示すもので、該タイヤ11の回転軸線を含む平面による断面のうち右半断面を簡略化した線図である。ここで、標準リム、標準内圧および後述の標準荷重とは、JATMA YEAR BOOK(1992、日本自動車タイヤ協会規格)に定められたラジアルプライタイヤのサイズに対応する適用リムおよび空気圧ー負荷能力対応表に基づくものである。
【0010】
図1において、11は200kPa以上の内圧が充填された状態で用いられる空気入りラジアルタイヤであり、このタイヤ11は比較的小型で貨物積載用の自動車、例えば、バン、ピックアップ、小型トラックに装着される。また、このタイヤ11は一対のビード部17と、これらビード部17から略半径方向外側に向かってそれぞれ延びる一対のサイドウォール部18と、これらサイドウォール部18の半径方向外端同士を連ねるトレッド部19とを備えている。そして、このタイヤ11は前記ビード部17にそれぞれ埋設されたビードコア20間において延び、前記サイドウォール部18およびトレッド部19を補強するトロイダル状のラジアルカーカス層21と、該カーカス層21の半径方向外側に配置されトレッド部19を補強するベルト層22とを備え、前記カーカス層21は内部に子午線方向(ラジアル方向)に延びるコードが埋設された少なくとも1枚、ここでは1枚のカーカスプライから構成され、一方、前記ベルト層22は内部にタイヤ赤道面Sに対して傾斜した非伸長性コードが埋設されている2枚のベルトプライを前記コードが互いに交差するようにして重ね合わせることで構成している。
【0011】
前記トレッド部19の接地領域における外輪郭(標準リム12に前記タイヤ11を組み付け標準内圧を充填した状態でタイヤ回転軸線を含む平面により切断したときのトレッド部19の接地領域における外表面輪郭であり、踏面とも呼ばれる)25は、タイヤ赤道面Sにおいて最も半径方向外側に突出した曲線である。そして、この外輪郭25上の任意の点Tにおけるトレッドセンターからの落ち高Jを、無負荷状態での接地端Pにおけるトレッドセンターからの落ち高Hで除した値yは、タイヤ赤道面Sから前記外輪郭25上の任意の点Tまでの距離Lを軸方向距離Wで除した値xの多項式で表される、即ち外輪郭25は値xの多項式で規定される。ここで、接地端Pとは、前記タイヤ11を標準リム12に組み付け標準内圧を充填した後、標準荷重を負荷しながらタイヤ11の回転軸線に平行な平板に押し付けたときの接地領域の軸方向最外側点をいい、また、軸方向距離Wとは、タイヤ11に対する前記荷重を取り除いて無負荷状態に戻したときのタイヤ赤道面Sから前記接地端Pまでの軸方向距離をいう。そして、前記外輪郭25は、例えば、以下のような6次の多項式によって表すことができる。
y=ax6+bx5+cx4+dx3+ex2+fx+g
なお、この多項式の次数、係数については、繰り返し演算を行って値yが後述する第1、第2式の間に収まる値を採用する。このようにトレッド部19の接地領域における外輪郭25を値xの多項式で規定するようにすれば、該外輪郭25の各部における曲率半径は連続的に変化するため、トレッド部19の接地圧が狭い範囲で急激に変化するようなことがなくなり、偏摩耗の発生および進展が効果的に抑制される。
【0012】
また、前記値yは、以下の第1式
4.23x6−9.59x5+8.88x4−3.93x3+1.41x2−0.03
によって求められる値以上で、以下の第2式
4.23x6−9.59x5+8.88x4−3.93x3+1.41x2+0.03
によって求められる値以下でなければならない。このことは、前記第1式を表した図2に示す曲線K1と前記第2式を表した曲線K2との間に、外輪郭25を規定する多項式を表した曲線Kが収まっていること、換言すれば前述のように曲線Kが2つの曲線K1、K2の間に収まるよう多項式の次数、係数を決定することを意味する。そして、前記外輪郭25を、タイヤ赤道面Sから0.75Wだけ離れた点Mと接地端Pとの間の偏摩耗が発生するショルダー領域27と、タイヤ赤道面Sと前記点Mとの間のセンター領域28とに区分したとき、前述のように値yを2つの式によって求められる値の間に収めるようにすると、ショルダー領域27における接地圧を適切な値まで低下させることができるとともに、センター領域28およびショルダー領域27における接地長の差を限界内に確実に抑えることができ、これにより、ショルダー領域27における偏摩耗の発生を効果的に抑制することができる。しかも、前述のようにすれば、センター領域28における接地長の変化を適切な範囲内に抑えることができるとともに、センター領域28およびショルダー領域27との間に前記限界に至らない大きな接地長差を設けることができ、これにより、ショルダー領域27に発生した偏摩耗がセンター領域28に向かう進展を効果的に抑制することができる。このようにカーブ走行、直進走行のいずれの走行形態が主体であるかに拘らず、ショルダー領域27における早期摩耗を抑制し、かつ、その早期摩耗がタイヤの操縦安定性・ブレーキ性能などに大きな影響を与えるセンター領域28まで進展することを効果的に抑制することができ、タイヤ11を長寿命とすることができる。さらに、外輪郭25を規定する多項式を求めるだけでショルダー領域27における偏摩耗が効果的に抑制されたタイヤを設計することができ、タイヤ設計が容易となる。
【0013】
これに反して、ショルダー域27において値yが第1式によって求められる値未満となる(ショルダー領域27において曲線が曲線K1から下方に飛び出る)ような多項式であると、ショルダー領域27における接地圧の低減を図ることができないため、カーブ走行時にショルダー領域27が強制摩耗によって早期に摩耗してしまい、また、センター領域28において値yが第1式によって求められる値未満となる(センター領域28において曲線が曲線K1から下方に飛び出る)ような多項式であると、センター領域28の接地長がショルダー領域27の接地長より極端に長くなるため、径差による自励摩耗によってショルダー領域27に早期摩耗が発生してしまうのである。さらに、ショルダー域27において値yが第2式によって求められる値を超えている(ショルダー領域27において曲線K3が曲線K2から上方に飛び出る)ような多項式(後述する比較タイヤ3を表す6次式)であると、ショルダー領域27の接地長がセンター領域28の接地長より極端に短くなるため、径差による自励摩耗によってショルダー領域27に早期摩耗が発生し、また、センター領域28において値yが第2式によって求められる値を超えている(センター領域28において曲線が曲線K2から上方に飛び出る)ような多項式であると、センター領域28内での接地長の変化が大きくなるため、ショルダー領域27に発生した早期摩耗がセンター領域28内での径差による自励摩耗によってセンター領域28に進展してしまうのである。
【0014】
31はトレッド部19の外周に形成された周方向に連続して延びる幅狭の周方向溝であり、これらの周方向溝31はタイヤ赤道面Sから接地端Pに向かって軸方向距離Wの0.60〜0.90倍だけ離れた位置に配置することが好ましい。それは、このような位置、即ち接地長が急激に変化するセンター領域28とショルダー領域27との境界近傍に周方向溝31を形成して外輪郭25を分断してやれば、ショルダー領域27に発生した早期摩耗のセンター領域28に向かう進展を効果的に遮断、阻止することができるからである。これに反し、タイヤ赤道面Sから周方向溝31までの距離Uが距離Wの0.60倍未満であると、ショルダー領域27に発生した早期摩耗は、センター領域28内を周方向溝31が配置されている位置まで軸方向内側に向かって進展することができるため、ウエット性能が低下することがあり、逆に、周方向溝31までの距離Uが距離Wの0.90倍を超えていると、センター領域28の軸方向外側部に強制摩耗または自励摩耗による早期摩耗が発生することがあるため、周方向溝31の配置位置は前述の範囲内にすることが好ましい。なお、トレッド部19には周知の円周方向に延びる主溝が複数本形成されているが、図面が煩雑となるため、図1にはこの主溝は図示していない。
【0015】
【実施例】
次に、偏摩耗試験について説明する。この試験においては、センター領域を構成する円弧の曲率半径が 300mm、ショルダー領域を構成する円弧の曲率半径が 150mmである従来タイヤと、外輪郭を以下に示す6次の多項式で規定した供試タイヤ1〜7および比較タイヤ1〜9とを準備した。
y=ax6+bx5+cx4+dx3+ex2+fx+g
ここで、前記供試タイヤ1〜7および比較タイヤ1〜9の外輪郭を規定する多項式の係数a〜gの値、軸方向距離Wの値および周方向溝の配置位置U/Wの値を以下の表1に示す。
【表1】
【0016】
ここで、前述のタイヤのうち、従来タイヤ、供試タイヤ1、2および比較タイヤ1〜4はいずれも、サイズが 185R14、偏平率が82%のLT(小型トラック)用空気入りラジアルタイヤであり、カーカス層はポリエステルコードをラジアル配列した1枚のプライから構成し、ベルト層はスチールコード同士が交差した2枚のベルトプライから構成している。そして、前述のタイヤのうち、供試タイヤ1、2は外輪郭を表す曲線が曲線K1、K2間に収まっているタイヤであり、比較タイヤ1はショルダー領域においてのみ外輪郭を表す曲線が曲線K1から下方に飛び出し、比較タイヤ2はセンター領域においてのみ外輪郭を表す曲線が曲線K1から下方に飛び出し、比較タイヤ3はショルダー領域においてのみ外輪郭を表す曲線が曲線K2から上方に飛び出し、比較タイヤ4はセンター領域においてのみ外輪郭を表す曲線が曲線K2から上方に飛び出しているタイヤである。次に、このようなタイヤを標準リム 5.0J×14に組み付けた後、これに標準内圧300kPaを充填して組立体とし、その後、この組立体に標準荷重 665kgを負荷して接地端Pを決定した後、無負荷状態に戻してタイヤ赤道面Sから接地端Pまでの軸方向距離Wを測定した。
【0017】
また、前述のタイヤのうち、供試タイヤ3は外輪郭を表す曲線が曲線K1、K2間に収まっているタイヤ、比較タイヤ5はショルダー領域においてのみ外輪郭を表す曲線が曲線K1から下方に飛び出しているタイヤである。そして、これら両タイヤはベルト層が3枚のベルトプライから構成されている以外は、前述の供試タイヤ1と同様である。
さらに、前述のタイヤのうち、供試タイヤ4、5は外輪郭を表す曲線が曲線K1、K2間に収まっているタイヤ、比較タイヤ6、7はショルダー領域においてのみ外輪郭を表す曲線が曲線K1から下方に飛び出しているタイヤである。そして、前記供試タイヤ4、比較タイヤ6としては共にサイズが 155R13、偏平率が82%と供試タイヤ1より小型のタイヤを、一方、供試タイヤ5、比較タイヤ7としては共にサイズが 195R15、偏平率が82%と供試タイヤ1より大型のタイヤを用いた。なお、これら供試タイヤ4、比較タイヤ6に組み付ける標準リムは 4.5J、充填する標準内圧は350kPa、負荷する標準荷重は 510kgであり、供試タイヤ5、比較タイヤ7に組み付ける標準リムは 5.5J、充填する標準内圧は375kPa、負荷する標準荷重は 875kgである。その他は前述の供試タイヤ1と同様である。
また、前述のタイヤのうち、供試タイヤ6は外輪郭を表す曲線が曲線K1、K2間に収まっているタイヤ、比較タイヤ8はショルダー領域においてのみ外輪郭を表す曲線が曲線K1から下方に飛び出しているタイヤである。そして、前記供試タイヤ6、比較タイヤ8は共にサイズが 165R13、偏平率が82%、組み付ける標準リムが 4.5J、充填する標準内圧が300kPa、負荷する標準荷重が 535kgであるバン用のタイヤである。その他は前述の供試タイヤ1と同様である。
さらに、前述のタイヤのうち、供試タイヤ7は外輪郭を表す曲線が曲線K1、K2間に収まっているタイヤ、比較タイヤ9はショルダー領域においてのみ外輪郭を表す曲線が曲線K1から下方に飛び出しているタイヤである。そして、前記供試タイヤ7、比較タイヤ9は共にサイズが265/70R15、偏平率が70%、組み付ける標準リムが 7.5J、充填する標準内圧が200kPa、負荷する標準荷重が 955kgであるピックアップ用のタイヤである。その他は前述の供試タイヤ1と同様である。
【0018】
さらに、この試験においては外輪郭を以下に示すような6次より低次(ここでは4次)の多項式
y=ax4+bx3+cx2+dx+e
で規定した供試タイヤ8および比較タイヤ10と、以下に示すような6次より高次(ここでは8次)の多項式
y=ax8+bx7+cx6+dx5+ex4+fx3+gx2+hx+i
で規定した供試タイヤ9および比較タイヤ11とを準備した。
ここで、前記供試タイヤ8、9および比較タイヤ10、11の外輪郭を規定する多項式の係数a〜iの値、軸方向距離Wの値および周方向溝の配置位置U/Wの値を以下の表2に示す。
【表2】
ここで、これら供試タイヤ8、9は外輪郭を表す曲線が曲線K1、K2間に収まっているタイヤ、比較タイヤ10、11はショルダー領域においてのみ外輪郭を表す曲線が曲線K1から下方に飛び出しているタイヤである。その他は前述の供試タイヤ1と同様である。
【0019】
次に、前記従来タイヤ、供試タイヤ1〜5、8、9および比較タイヤ1〜7、10、11を小型トラックに、また、供試タイヤ6、比較タイヤ8をバンに、供試タイヤ7、比較タイヤ9をピックアップにそれぞれ装着した後、カーブ走行と直線走行がほぼ半々の良路を20,000km走行して偏摩耗試験を行ったが、その結果を以下の表3に示す。
【表3】
ここで、前記偏摩耗試験の評価方法は、前記距離走行後におけるトレッド部の摩耗量を測定し、ショルダー領域における摩耗量Sm のセンター領域における摩耗量Cm に対する比の値およびセンター領域内の3箇所の主溝位置における最大摩耗量Ma の最小摩耗量Mi に対する比の値を求めた。ここで、これらの値が 1.0に近いほど耐偏摩耗性およびショルダー領域に発生した早期摩耗のセンター領域への進展阻止性が良好である。そして、前記表3より明らかなように、本発明を実施した各供試タイヤは、タイヤ構造(ベルトプライ数)、タイヤサイズ(偏平率を含む)、装着される車両の種類、外輪郭を表す多項式が異なっても、ショルダー領域における摩耗量のセンター領域における摩耗量に対する比Sm/Cm、およびセンター領域内での最大摩耗量の最小摩耗量に対する比Ma/Miが、共に従来タイヤより改良され、比較タイヤより良好である。
【0020】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、カーブ走行、直進走行のいずれの走行形態が主体であるかに拘らず、トレッド端部における早期摩耗を抑制し、かつ、その早期摩耗がタイヤの操縦安定性・ブレーキ性能などに大きな影響を与えるトレッド中央部まで進展することを効果的に抑制することができる。しかも、外輪郭を規定する多項式を求めるだけでショルダー領域における偏摩耗が効果的に抑制されたタイヤを設計することができ、タイヤ設計が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態を示す右半断面図である。
【図2】値yと値xとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
11…空気入りラジアルタイヤ 12…標準リム
17…ビード部 18…サイドウォール部
19…トレッド部 25…外輪郭
Claims (2)
- 一対のビード部と、これらビード部から略半径方向外側に向かってそれぞれ延びる一対のサイドウォール部と、これらサイドウォール部の半径方向外端同士を連ねるトレッド部とを備え、標準リムに組み付け標準内圧を充填した後、標準荷重を負荷しながら平板に押し付けたときの接地領域の最外側点を接地端Pとし、無負荷状態に戻したときのタイヤ赤道面Sから前記接地端Pまでの軸方向距離をW、接地端Pにおけるトレッドセンターからの落ち高をHとした小型荷物積載用自動車の空気入りラジアルタイヤにおいて、標準リムに組み付け標準内圧を充填した状態でタイヤ回転軸線を含む平面により切断したときのトレッド部の接地領域における外輪郭は、タイヤ赤道面Sから外輪郭上の任意の点Tまでの距離Lを前記軸方向距離Wで除した値xの多項式で規定され、かつ、前記任意の点Tにおけるトレッドセンターからの落ち高Jを前記落ち高Hで除した値yが、式
4.23x6−9.59x5+8.88x4−3.93x3+1.41x2−0.03
によって求められる値以上で、式
4.23x6−9.59x5+8.88x4−3.93x3+1.41x2+0.03
によって求められる値以下であることを特徴とする小型荷物積載用自動車の空気入りラジアルタイヤ。 - タイヤ赤道面Sから接地端Pに向かって軸方向距離Wの0.60〜0.90倍だけ離れた位置のトレッド部外周に周方向に連続して延びる周方向溝を形成した請求項1記載の小型荷物積載用自動車の空気入りラジアルタイヤ。
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