JP5997518B2 - ピン、タイヤ用スタッドおよびスパイクタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、スタッダブルタイヤに打ち込まれるスタッドに用いられるピン、タイヤ用スタッドおよびスパイクタイヤに関するものである。

従来、凍結路（氷路）や積雪路における走行性能を向上させた冬用タイヤとして、トレッド部踏面に形成した複数の穴に金属製のスタッドを打ち込んでなるスパイクタイヤが知られている。

ここで、スタッダブルタイヤに用いられるスタッドとしては、一般に、一方の端面に***が形成された円柱状のボディと、ボディの***に圧入された硬質のピンと、ボディの他方の端面側に該ボディと一体的に設けられた抜け防止用のフランジとを備えるスタッドが用いられている。

そして、スタッドは、フランジからボディの一方の端面までがトレッド部内に埋設され、タイヤ表面からピンが突出するように、トレッド部踏面に形成した穴に打ち込まれる。
なお、通常、ピンはタングステン鋼などの超硬質の金属を用いて形成されており、ボディおよびフランジはアルミ合金や鋼鉄などの金属を用いて形成されている。

ところで、トレッド部踏面に形成した複数の穴に上記スタッドを打ち込んでなるスパイクタイヤでは、打ち込まれたスタッドが氷雪を引っ掻き、タイヤの摩擦抵抗を増大させる。
具体的には、スパイクタイヤでは、図１に示すように、最初に、この図では時計回りに回転するタイヤのトレッド部１０に埋設されたスタッド１１のピン１２が路面１３（氷路や積雪路）と接触する。次いで、ピン１２と路面１３との接触により穴１４から角部が飛び出したボディ１５が路面１３と接触することにより、スタッド１１が氷雪を引っ掻き、走行性能が向上する。

上記のようなスパイクタイヤの氷上性能を向上させるためには、スタッドが氷を引っ掻く力を増加させ、タイヤの摩擦抵抗を更に増大させる必要がある。

これに関し、スタッドに２つ以上のピンを設けることにより、氷路でのグリップ性能を高める技術が提案されている（特許文献１参照）。

国際公開２０１２／００４４５２号パンフレット

しかし、特許文献１に記載の方法では２つ以上のピンを製造し、それらをスタッドのボディの***に圧入する必要があるため、製造工程が増加し、コストおよび工数が増大してしまい、また、ピンを複数設けるためスタッド全体の重量が増大するという問題があった。
また、ボディにも複数のピンを圧入するための複数の***を設ける必要があり、この点も製造工程の増加およびコスト、工数の増大に繋がっていた。
従って、これらの問題を生じさせずに氷上性能を向上させる技術の開発が希求されていた。

本発明は、上記の問題を解決しようとするものであり、スパイクタイヤの氷上制動性能を向上させることのできるピンおよびタイヤ用スタッド、並びに、氷上制動性能を向上させたスパイクタイヤを提供することを目的とする。

発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた。
その結果、ピンの一方の端面に溝を設けてエッジ成分を増大させることが氷上制動性能を向上させるのに極めて有効であり、さらにピン自体も軽量化することができることの知見を得た。

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、その要旨構成は以下の通りである。
本発明のピンは、スタッダブルタイヤに打ち込まれるスタッドに用いられ、一方の端面に、該一方の端面の一方の端から他方の端まで延びる、溝幅が一定のＮ本の溝が設けられ、該溝により前記一方の端面が、２Ｎ個の部分に分割されており、
Ｎは、２以上５以下の自然数であることを特徴とする。
これにより、エッジ成分を増大させて、タイヤの氷上制動性能を向上させることができるからである。

また、本発明のピンは、前記一方の端面が前記溝により４つの部分に分割されていることが好ましい。
なぜなら、ピン欠けを防止しつつもエッジ成分をより増大させて、タイヤの氷上制動性能をさらに向上させることができるからである。

さらに、本発明のピンは、前記溝の溝幅をＷ（ｍｍ）、前記ピンの一方の端面の最大外径をＯＤ（ｍｍ）とするとき、
０．１５≦Ｗ／ＯＤ≦０．５、且つ、２．０≦ＯＤ≦４．０
を満たすことが好ましい。
上記の範囲とすることにより、氷上制動性能と耐スタッドオフ性能とを両立させることができるからである。
ここで、「耐スタッドオフ性能」とは、走行時におけるスタッドの脱落しづらさを意味する。
また、「溝幅」とは、溝の延在方向に対して垂直な方向の幅をいい、溝幅が一定でない場合には、溝の最大幅をいうものとする。
さらに、「最大外径」とは、ピンの一方の端面を該端面に接する２本の平行線ではさんだときの最も大きい間隔をいうものとする。

さらにまた、本発明のピンは、前記溝により前記一方の端面が等角度で分割されることが好ましい。
なぜなら、ピンの強度を向上させることができるからである。

ここで、本発明のスタッドは、軸線方向一方の端面に凹部が形成された柱状のボディと、前記凹部に挿入され、前記ピンの一方の端面を含む一部が前記ボディの一方の端面から突出する、上記のピンと、を備えることを特徴とする。
上記のピンを有するスタッドをスタッダブルタイヤのトレッド部踏面に形成した複数の穴に打ち込んで用いることにより、スパイクタイヤの氷上制動性能を向上させることができるからである。

また、本発明のタイヤ用スタッドは、前記ピンの一方の端面からの前記溝の最大深さをＤ（ｍｍ）、前記ボディの一方の端面から前記ピンの一方の端面までの高さをＨ（ｍｍ）とするとき、
０．１５≦Ｄ／Ｈ≦０．５、且つ、０．８≦Ｈ≦２．０
を満たすことが好ましい。
上記の範囲とすることにより、氷上制動性能と耐スタッドオフ性能とを両立させることができるからである。
なお、ボディの一方の端面からピンの一方の端面までの高さが一定でないときは、ボディの一方の端面の最大高さの位置からピンの一方の端面の最大高さの位置までの高さをいうものとする。最大高さ位置とは、ボディの軸線方向のうち、ピンが設けられる方向を上側、フランジが設けられる方向を下側としたとき、最も軸線方向上側の位置をいう。

さらに、本発明のスパイクタイヤは、上記のタイヤ用スタッドを、トレッド部踏面に形成された複数の穴に備えることを特徴とする。
これにより、スパイクタイヤの氷上制動性能を向上させることができるからである。

本発明によれば、スパイクタイヤの氷上制動性能を向上させることのできるピンおよびタイヤ用スタッドを提供することができ、したがって、スパイクタイヤの氷上制動性能を向上させることができる。

スパイクタイヤが路面を引っ掻く様子を説明するための図である。 本発明の一実施形態にかかるタイヤ用スタッドを示す正面図である。 （ａ）本発明の一実施形態にかかるピンの上面図である。（ｂ）本発明の一実施形態にかかるピンの正面図である。 （ａ）本発明の他の実施形態にかかるピンの上面図である。（ｂ）本発明の他の実施形態にかかるピンの正面図である。 本発明の一実施形態にかかるスタッダブルタイヤのトレッド部踏面を示す、トレッド展開図である。 （ａ）本発明のさらに他の実施形態にかかるピンの上面図である。（ｂ）本発明のさらに他の実施形態にかかるピンの正面図である。 （ａ）本発明のさらにまた他の実施形態にかかるピンの上面図である。（ｂ）本発明のさらにまた他の実施形態にかかるピンの正面図である。 （ａ）本発明の別の実施形態にかかるピンの上面図である。（ｂ）本発明の別の実施形態にかかるピンの正面図である。 （ａ）参考の実施形態にかかるピンの上面図である。（ｂ）参考の実施形態にかかるピンの正面図である。 （ａ）本発明のさらにまた別の実施形態にかかるピンの上面図である。（ｂ）本発明のさらにまた別の実施形態にかかるピンの正面図である。 本発明の他の実施形態にかかるタイヤ用スタッドを示す正面図である。 （ａ）比較例にかかるピンの上面図である。（ｂ）比較例にかかるピンの正面図である。 （ａ）従来例にかかるピンの上面図である。（ｂ）従来例にかかるピンの正面図である。 （ａ）本発明のもう１つの実施形態にかかるピンの上面図である。（ｂ）本発明のもう１つの実施形態にかかるピンの正面図である。

以下、本発明について図面を参照して詳細に例示説明する。
図２は、本発明の一実施形態にかかるタイヤ用スタッド（以下、単にスタッドとも称する）を示す正面図である。
図２に示すように、本発明にかかるスタッド１は、略円柱状のボディ２と、該ボディ２の軸線Ｃ（ボディの長手方向に延びる中心軸線Ｃ）の方向の一方の端面２ａに形成された凹部（図では点線で示す）に配設されたピン３と、ボディ２の軸線方向他方の端面側に、ボディ２と一体的に設けられた抜け防止用のフランジ４とを備えている。
図示例では、ボディ２の軸線方向一方の端面２ａ側のエッジ部分が面取り加工されている。

図３（ａ）（ｂ）は、ピン３について説明するための図であり、図３（ａ）は、ピン３の上面図であり、図３（ｂ）は、ピン３の端面図である。
図３（ａ）に示すように、ピン３の一方の端面３ａに、溝５が形成され、これによりピン３は、不連続の４つの部分に分割されている。
図示例では、溝５は、ピン３の一方の端面３ａにおいて端から端まで延びる２本の溝が互いに垂直に交差するように設けられており、ピン３の一方の端面３ａは、溝５によって等角度（図示例では９０°）に４分割されている。
また、図３（ｂ）に示すように、溝５は断面半円状であり、換言すると、底部が丸みを帯びている。なお、本発明では、図４（ａ）（ｂ）に示すように、溝の底部を平坦とすることもできる。
また、図示例では、一方の端面３ａは平坦であるが、ピンの内側に曲率中心を有するように湾曲していてもよい（すなわち、ピンの突出方向に凸な形状で湾曲していてもよい）。
以下、図３（ａ）（ｂ）に示すピンをボディの凹部に、上記一方の端面が、図２に示すように、軸線方向上側（ピンが設けられる側を上側、フランジが設けられる側を下側とする）となるように挿入・固定（この例では圧入）してなるタイヤ用スタッドを、図５に示すように、トレッド部踏面６に形成した複数の穴７に打ち込んだスパイクタイヤの作用効果について説明する。

本発明によれば、ピンの路面に接する端面が、溝により３つ以上に分割されているため、エッジ成分を増大させ氷上制動性能を向上させることができる。
さらに、ピンに溝を設けるため、ピンを軽量化することができる。
また、ピンの本数を増やす必要もなく、さらにスタッドのボディに特別の加工をする必要もないため、コストの増大を抑えることもできる。

また、本発明にあっては、一方の端面３ａが溝により４つの部分に分割されていることが好ましい。
３つ以上の部分に分割することによりエッジ成分を増大させ、一方で５つ以下の部分に分割することによりピン欠けを防止して、この範囲で氷上制動性能を向上させることができ、偶数個に分割する場合は４つの部分となるからである。
そして、本発明では、一方の端面３ａを、溝により４つの部分に分割することが特に好ましい。ピン欠けを防止しつつエッジ成分を増大させる効果をバランス良く発揮して、氷上制動性能を特に向上させることができるからである。
ここで、図６（ａ）（ｂ）、図７（ａ）（ｂ）、および図８（ａ）（ｂ）は、それぞれ本発明の他の実施形態にかかるピンについて説明するための図である。
本発明では、図６（ａ）（ｂ）に示す例のように、端面３ａは、溝５により、等角度（図示例では６０°）に６つの部分に分割することもでき、また、図７（ａ）（ｂ）に示す例のように、端面３ａは、溝５により、等角度（図示例では４５°）に８つの部分に分割することもでき、さらに、図８（ａ）（ｂ）に示す例のように、端面３ａは、溝５により、等角度（図示例では３６°）に１０の部分に分割することもできる。
一方で、参考例では、図９（ａ）（ｂ）に示すように、端面３ａを、溝５により３つの部分に分割している。

さらに、本発明では、図３（ａ）（ｂ）等に示すように、ピンの一方の端面３ａに形成する溝の溝幅をＷ（ｍｍ）、ピンの一方の端面３ａの最大外径をＯＤ（ｍｍ）とするとき、
０．１５≦Ｗ／ＯＤ≦０．５、且つ、２．０≦ＯＤ≦４．０
を満たすことが好ましい。
なぜなら、比Ｗ／ＯＤを０．１５以上とすることにより、溝幅を確保することで、氷上にてピンが引き摺られた際にエッジ効果を十分に発揮させることができるからであり、一方で、比Ｗ／ＯＤを０．５以下とすることにより、ピンの一方の端面の溝により区画される陸部の面積を確保して、ピンの強度を確保し、氷上路面でピンが引き摺られる際や乾燥路面走行時のピンの欠けの発生を抑制することができ、これにより、ピンが欠けてエッジ成分が低下することにより氷上制動性能の低下を避けることができるからである。
また、ＯＤを２．０（ｍｍ）以上とすることにより、ピン自体の輪郭を大きくして基本的な氷上性能を確保することができ、一方で、ＯＤ（ｍｍ）を４．０以下とすることにより、ピンが大きすぎて路面反力が大きくなることによる基本的な耐スタッドオフ性能の低下を避けることができるからである。

さらにまた、本発明では、ピンの一方の端面に少なくとも２本の溝が設けられ、該少なくとも２本の溝を、該溝が前記ピンの一方の端面を等角度で分割するように形成することが好ましい。
なぜなら、等間隔に分割することにより、溝により区画される陸部の面積が均等になり、面積が小さく強度の小さい陸部が形成されないようにして、ピンが欠けてエッジ成分が低下することによる氷上制動性能の低下を防止することができるからである。

また、本発明にあっては、軸線方向一方の端面に凹部が形成された柱状のボディと、凹部に挿入され、一方の端面を含む一部がボディの一方の端面から突出する、ピンと、を備えるタイヤ用スタッドについて、図３（ａ）（ｂ）等に示すように、ピンの一方の端面３ａからの溝の最大深さをＤ（ｍｍ）、図２に示すように、ボディの一方の端面２ａからピンの一方の端面３ａまでの高さをＨ（ｍｍ）とするとき、
０．１５≦Ｄ／Ｈ≦０．５、且つ、０．８≦Ｈ≦２．０
を満たすことが好ましい。
なぜなら、比Ｄ／Ｈを０．１５以上とすることにより、溝深さを十分に確保して、氷上でピンが引き摺られた際のエッジとしての効果を十分に発揮させることができるからであり、一方で、比Ｄ／Ｈを０．５以下とすることにより、溝により区画される陸部の面積に対して溝を適度に浅くしてピンの強度を確保して、氷上路面でピンが引き摺られる際や乾燥路面での欠けの発生を抑制することができ、これにより、ピンが欠けてエッジ成分が低下することにより氷上制動性能の低下を避けることができるからである。
また、Ｈを０．８（ｍｍ）以上とすることにより、ボディからのピンの突出高さを確保して基本的な氷上性能を確保することができ、一方で、Ｈを２．０（ｍｍ）以下とすることにより、ボディからのピンの突出高さが大きすぎ、路面反力が大きくなることによる、基本的な耐スタッドオフ性能の低下を避けることができるからである。

ここで、ピンの上面形状、すなわちピンの一方の端面３ａの平面形状は、円形の他、様々な形状とすることができ、例えば、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、矩形に切り欠き部３ｂを設けた形状とすることが特に好ましい。
矩形の角部においては点接触に近くなるため、局所的に接地圧を非常に高くすることができ、その結果として円柱エッジの線接触の場合と比べ、氷路面への喰い込み量が増加し、形状から計算される寸法以上の実エッジ効果が得られるため、特に氷上制動性能が向上するからである。

さらに、本発明にあっては、図１１に示すように、側面に上端面にまで達する切り欠き部２ｂを有するボディ２の上端面の凹部（図では点線で示す）に、一部がボディの上端面から突出するようにピンを圧入することもできる。

本発明の効果を確かめるため、発明例１〜３、５〜９及び参考例４にかかるピンと、比較例にかかるピンとを試作し、また従来例にかかるピンを用意した。
そして、各ピンをボディの上端面の凹部に、一部がボディの上端面から突出するように圧入したスタッドをトレッド部踏面に形成された複数の穴に、ボディの上端面がトレッド部踏面の水準となるように打ち込んでスパイクタイヤを作製した。
各タイヤの諸元は、以下の表１に示している。

タイヤサイズ１９５／６５Ｒ１５の上記各タイヤをリムサイズ６Ｊ×１５インチのリムに組み込み、内圧２１０ｋＰａを充填し、以下の評価を行った。
＜氷上制動性能＞
氷雪及び乾燥路面の一般道を慣らし走行（走行距離で約８０ｋｍの事前走行）後に、氷路面のコース上においてテストドライバーが、車両を初速度２０ｋｍ／ｈから急制動させた。そして、車両が静止状態になるまでの制動距離を測定し、その逆数からスパイクタイヤの氷上制動性能を評価した。評価は、従来例の評価結果を１００とした相対値で指数評価し、数値が大きい方ほど氷路面における制動性能が高いことを示す。
＜耐スタッドオフ性能＞
氷雪及び乾燥路面を新品タイヤ時から３００００ｋｍ走行させた。そして、走行後に脱落したスタッドの本数を計測し、脱落したスタッドの本数の当初のスタッド全本数に対する割合を算出して、スパイクタイヤのスタッド抜け性を評価した。評価は、従来例の評価結果を１００とした相対値で指数評価し、数値が小さいほど耐スタッドオフ性能が高いことを示す。
以下の表１に評価結果をタイヤの諸元と共に示す。

表１に示すように、発明例１〜３、５〜９及び参考例４は、いずれも耐スタッドオフ性能を従来例タイヤと同様に確保しつつも、従来例タイヤより氷上制動性能に優れていることがわかる。

次に、溝幅Ｗ、溝深さＤ、ピンの外径ＯＤ、ピンの突出高さＨを変更した、発明例１０〜２１にかかるタイヤを試作し、上記と同様の評価を行った。
各タイヤの諸元および評価結果を以下の表２、表３に示している。
上記各タイヤは、各表に示さない諸元については共通している。

表２に示すように、ＯＤと比Ｗ／ＯＤとを好適化した発明例は、氷上制動性能と耐スタッドオフ性能とがより一層両立できていることがわかる。
また、表３に示すように、Ｈと比Ｄ／Ｈとを好適化した発明例は、氷上制動性能と耐スタッドオフ性能とがより一層両立できていることがわかる。

１ スタッド（タイヤ用スタッド）
２ ボディ
２ａ 端面（ボディの一方の端面）
２ｂ 切り欠き部
３ ピン
３ａ 端面（ピンの一方の端面）
３ｂ 切り欠き部
４ フランジ
５ 溝
１０ トレッド部
１１ スタッド
１２ ピン
１３ 路面
１４ 穴
１５ ボディ
ＴＥ トレッド端

Claims (7)

1. スタッダブルタイヤに打ち込まれるスタッドに用いられるピンであって、
   一方の端面に、該一方の端面の一方の端から他方の端まで延びる、溝幅が一定のＮ本の溝が設けられ、該溝により前記一方の端面が、２Ｎ個の部分に分割されており、
   Ｎは、２以上５以下の自然数であることを特徴とするピン。
2. 前記一方の端面が前記溝により４つの部分に分割されている、請求項１に記載のピン。
3. 前記溝の溝幅をＷ（ｍｍ）、前記ピンの一方の端面の最大外径をＯＤ（ｍｍ）とすると
   き、
   ０．１５≦Ｗ／ＯＤ≦０．５、且つ、２．０≦ＯＤ≦４．０
   を満たす、請求項１又は２に記載のピン。
4. 前記溝により前記一方の端面が等角度で分割された、請求項１〜３のいずれか一項に記載のピン。
5. 軸線方向一方の端面に凹部が形成された柱状のボディと、
   前記凹部に挿入され、前記ピンの一方の端面を含む一部が前記ボディの一方の端面から突出する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のピンと、を備えるタイヤ用スタッド。
6. 前記ピンの一方の端面からの前記溝の最大深さをＤ（ｍｍ）、前記ボディの一方の端面から前記ピンの一方の端面までの高さをＨ（ｍｍ）とするとき、
   ０．１５≦Ｄ／Ｈ≦０．５、且つ、０．８≦Ｈ≦２．０
   を満たす、請求項５に記載のタイヤ用スタッド。
7. 請求項５又は６に記載のタイヤ用スタッドを、トレッド部踏面に形成された複数の穴に備えることを特徴とするスパイクタイヤ。

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