JP6860062B2 - スタッドピン、及びスタッドタイヤ - Google Patents
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Description
一般に、スタッドピンは、トレッド部に設けられたピン埋め込み用孔(以降、単に孔ともいう)に埋め込まれる。孔にスタッドピンを埋め込むとき、孔径を拡張した状態の孔にスタッドピンを挿入することで、スタッドピンが孔及びトレッド部にきつく締め付けられてトレッド部に装着される。これにより、スタッドタイヤの転動中に路面から受ける制駆動力や横力によるスタッドピンの孔からの抜け落ちを防いでいる。
例えば、スタッドピンの下部フランジが、互いに反対方向に円弧状に突出した凸部と、凸部の突出方向に対して直交する直交方向に円弧状に凹んだ湾曲部と、を備えた輪郭形状であって、凸部の突出方向に沿った輪郭形状の長さが、上記直交方向に沿った輪郭形状の長さに比べて長い異方性を有するスタッドピンが知られている(特許文献1)。
上部フランジあるいは下部フランジの輪郭形状を非円弧形状にした上記スタッドピンは、スタッドピンの抜け落ちを抑制することができるが、抜け落ちの初期要因となるスタッドピンの回転を抑制することは十分でない。スタッドピンの回転の抑制により、よりいっそうスタッドピンの抜け落ちを抑制することができると考えられる。
路面と接触するための先端面を有するチップと、
前記チップを一方の側の端面から突出させるように前記チップを保持するボディ部と、
前記ボディ部の前記端面と反対側の端に接続した下部フランジと、を備える。
前記チップ、前記ボディ部、及び前記下部フランジの配列方向から見た前記下部フランジの輪郭形状は、前記輪郭形状に外接する仮想の矩形のうち、四辺の中で長さの最も短い辺が最小となる第1最小矩形、及び、四辺の中で長さの最も長い辺が最小となる第2最小矩形のうち、少なくともいずれか一方の最小矩形が、長さの異なる短辺及び長辺を備える、異方性形状である。
前記輪郭形状は、前記長辺に平行な長手方向に向かって突出する4つ以上の第1凸部と、前記短辺に平行な短手方向に向かって突出する2つの第2凸部と、を備える。
前記輪郭形状は、前記対それぞれに対して、前記対それぞれの第1凸部の間に挟まれるように設けられ、前記輪郭形状の図心に向かって湾曲した第1凹部を2つ備え、
前記輪郭形状は、さらに、前記第2凸部それぞれと前記第1凸部の1つとの間に挟まれるように設けられ、前記図心に向かって湾曲し、前記第1凸部の1つに滑らかに接続した第2凹部を4つ備える、ことが好ましい。
前記2つの直線部のそれぞれの両端は、前記4つの第2凹部のうち2つの第2凹部と接続する、ことが好ましい。
前記スタッドピンを、前記長手方向がタイヤ周方向に向くように装着したトレッド部を備える、ことを特徴とするスタッドタイヤである。
前記スタッドピンを、前記短手方向がタイヤ周方向に向くように装着したトレッド部を備える、ことを特徴とするスタッドタイヤである。
以下、本実施形態のスタッドタイヤについて説明する。図1は、本実施形態のスタッドタイヤ(以降、タイヤという)10の断面の一例を示すタイヤ断面図である。図2は、タイヤ10の外観斜視図である。
タイヤ10は、トレッド部にスタッドピンが埋め込まれたタイヤである(図1,2では、スタッドピンは図示されていない)。
タイヤ10は、例えば、乗用車用タイヤである。乗用車用タイヤは、JATMA YEAR BOOK 2012(日本自動車タイヤ協会規格)のA章に定められるタイヤをいう。この他、B章に定められる小型トラック用タイヤおよびC章に定められるトラック及びバス用タイヤに適用することもできる。
以降で具体的に説明する各パターン要素の寸法の数値は、乗用車用タイヤにおける数値例であり、スタッドタイヤはこれらの数値例に限定されない。
タイヤ10は、骨格材として、カーカスプライ12と、ベルト14と、ビードコア16とを有する。タイヤ10は、これらの骨格材の周りに、トレッドゴム18と、サイドゴム20と、ビードフィラーゴム22と、リムクッションゴム24と、インナーライナゴム26と、を主に有する。
この他に、タイヤ10は、ベルト14のタイヤ径方向外側からベルト14を覆う、有機繊維をゴムで被覆したベルトカバー層28を備える。
図3は、タイヤ10の、一例であるトレッドパターン30を平面上に展開したトレッドパターンの一部の平面展開図である。図3では、トレッド部に装着されるスタッドピンの図示は省略されている。タイヤ10は図3に示されるように、タイヤ周方向Cの一方の向きを示す回転方向Xが指定されている。回転方向Xの向きの情報は、タイヤ10のサイドウォール表面に設けられた数字、記号(例えば、矢印の記号)等の情報表示部に示されている。スタッドピン(図4(a)参照)は、図3に示される複数のピン埋め込み用孔29に装着される。
傾斜溝32は、タイヤ周方向(図3の上下方向)に所定の間隔で複数形成されている。
傾斜溝32は、タイヤ回転方向X(図3では、下方向)と逆方向(図3では、上方向)に、かつタイヤ幅方向外側に延びている。傾斜溝32は、タイヤ赤道線CLの、タイヤ幅方向Wの一方の側の、タイヤ赤道線CLの近傍の位置を始端として、タイヤ赤道線CLを横切って、タイヤ幅方向Wの他方の側に向かって進み、パターンエンドPEに至る。
傾斜溝32の溝幅は、タイヤ赤道線CLの近傍の始端から徐々に大きくなっている。傾斜溝32のタイヤ幅方向Wに対する傾斜は、始端を含むタイヤ赤道線CL近傍で最も小さく、タイヤ赤道線CLを横切った後、タイヤ幅方向Wに対する傾斜角度が大きくなるように屈曲してタイヤ幅方向外側で、タイヤ回転方向Xと逆方向に進む。さらに、タイヤ幅方向外側に進むに連れて上記傾斜角度は、徐々に小さくなっている。このような傾斜溝32は、タイヤ赤道線CLの両側に設けられる。
トレッド部のタイヤ赤道線CLを挟んだ一方の側に設けられる傾斜溝32は、他方の側に設けられる傾斜溝32に対してタイヤ周方向Cに対して位置ずれしており、一方の側に設けられる傾斜溝32の始端は、他方の側に設けられる傾斜溝32と接続されない構成となっている。
傾斜溝32、周方向連絡溝34、及び突出溝36の溝深さは、例えば8.5〜10.5mmであり、溝幅の最大幅は12mmである。図3に示すトレッドパターンは一例であり、本実施形態のスタッドピンを装着するタイヤのトレッドパターンは、図3に示す形態に限定されない。
図4(a),(b)は、本実施形態のスタッドピン50の外観斜視図と平面図である。
スタッドピン50は、チップ52と、ボディ部54と、下部フランジ56と、を備える。ボディ部54は、上部フランジ58と、シャンク部60と、を備える。ボディ部54及び下部フランジ56は、タイヤ10のピン埋め込み用孔29に装着されるとき、トレッドゴム18(図1)に埋設されてトレッドゴム18と接触する。
ボディ部54の上部フランジ58は、タイヤ10のトレッド部に埋め込まれる時、トレッド表面からチップ52が突出するように構成されている。チップ52は、ボディ部54の上端面54aで固定される。
下部フランジ56は、タイヤ10のトレッド部に埋め込まれる時、ピン埋め込み用孔29の底に接触するように構成されている。下部フランジ56は、ボディ部54の上端面54aと反対側のシャンク部60の端に接続されている。
シャンク部60は、上部フランジ58と下部フランジ56を接続する部分で、シャンク部60の、方向Hに直交する断面は、上部フランジ58及び下部フランジ56それぞれの断面に比べて細い。
ボディ部54及び下部フランジ56の材料は特に制限されないが、チップ52の材料と異なっていることが好ましい。一実施形態によれば、ボディ部54及び下部フランジ56は、スタッドピン50の軽量化のためにアルミニウム合金等で構成される。
ここで、第1凸部F1とは、第1最小矩形100の中心(2つの対角線の交点)を通る短手方向Sに平行な直線から短辺100aまでの距離の半分以上、上記平行な直線から長手方向Lに離れた領域内にあって、長手方向Lに対して凸形状を成した部分を意味する。凸形状とは、輪郭形状62のある点から輪郭形状62の外周に沿って両側に進むほど上記平行な直線(第1最小矩形100の中心を通る短手方向Sに平行な直線)に近づく部分の形状をいう。
第2凸部F2とは、第1最小矩形100の中心(2つの対角線の交点)を通る長手方向Lに平行な直線から長辺100bまでの距離の半分以上、上記平行な直線から短手方向Sに離れた領域内にあって、短手方向Sに対して凸形状を成した部分である。凸形状とは、輪郭形状62のある点から輪郭形状62の外周に沿って両側に進むほど上記平行な直線(第1最小矩形100の中心を通る長手方向Lに平行な直線)に近づく部分の形状をいう。
また、一実施形態によれば、下部フランジ56の輪郭形状62は、5つ、6つ、あるいは7つの第1凸部F1と、2つの第2凸部F2と、を備えることも好ましい。この場合、長手方向Lの第1の方向に向く第1凸部F1の数と、第2の方向に向く第1凸部F1の数は、同じであってもよく、あるいは異なってもよい。
一方、スタッドピン50がピン埋め込み用孔29から抜け落ちる前に、上述したように、スタッドピン50はピン埋め込み用孔29内で回転する。この回転に伴って、氷上路面から受けるせん断力に対してピン埋め込み用孔29あるいはトレッドゴム18がスタッドピン50をピン埋め込み用孔29内に保持しようとする抗力は低下して、ピン埋め込み用孔29から抜け易くなる。しかし、スタッドピン50の下部フランジ56の輪郭形状62は第1凸部F1を4つ備え、凹凸が複数存在し、この凹凸に対応して変形したトレッドゴム18が変形した状態で下部フランジ56を締め付けてピン埋め込み用孔29に固定するので、氷上路面からせん断力を受けて転倒する方向にスタッドピン50が傾斜することによって生じるスタッドピン50とピン埋め込み用孔29との間の隙間が形成され難い。このため、トレッドゴム18(ピン埋め込み用孔の内壁面)による下部フランジ56の強い締め付けは維持され、スタッドピン50の抜け落ちの初期要因となるピン埋め込み用孔29内でのスタッドピン50の回転を抑制することができる。したがって、本実施形態のスタッドピン50は、下部フランジの輪郭形状が非円弧形状である従来のスタッドピンに比べてよりいっそうスタッドピン50の抜け落ちを抑制することができる。さらに、氷上路面からスタッドピン50がせん断力を受けても、スタッドピン50とピン埋め込み用孔29との間の隙間が形成され難いので、スタッドピン50はピン埋め込み用孔29内で位置の変動が生じ難い(ぐらぐらしない)。このため、スタッドピン50はピン埋め込み用孔29から抜け落ち難い他、氷上路面からスタッドピン50が受けたせん断力はベルト14に効率よく伝達され、さらに、スタッドタイヤ10全体、さらには、スタッドタイヤ10を装着した車両に伝達されるので、氷上路面での制駆動性あるいは操縦性が向上する。
一実施形態によれば、図5に示すように、第1凸部F1は、2対の第1凸部F1で構成される。すなわち、図5の紙面において、長手方向Lのうち左方向に突出した2つの第1凸部F1を1つの対とし、長手方向Lのうち右方向に突出した2つの第1凸部F1をもう1つの対とする。このとき、下部フランジ56の輪郭形状62は、2対のそれぞれに対して、対それぞれの第1凸部F1の間に挟まれように設けられ、輪郭形状62の図心Gに向かって湾曲した第1凹部F3を2つ備えることが好ましい。このとき、輪郭形状62は、さらに、第2凸部F2それぞれと第1凸部F1の1つとの間に挟まれるように設けられ、図心Gに向かって湾曲し、第1凸部F1の1つに滑らかに接続した第2凹部F4を4つ備えることが好ましい。
また、下部フランジ56の輪郭形状62は第2凹部F4を4箇所に備えることにより、輪郭形状62の周に沿って4つの窪みができるので、スタッドピン50をピン埋め込み用孔29に埋め込むときに用いるスタッドピン装着装置の装着フィンガーが、スタッドピン50の下部フランジ56を把持し易い。すなわち、装着フィンガーは、異方性形状の下部フランジ56を把持する時、異方性形状の向きが適切な向きになるように把持してスタッドピン50をピン埋め込み用孔29に埋め込むことができ、ピン打ち込み性が向上する。
一実施形態によれば、第1凹部F3の湾曲形状及び第2凹部F4の湾曲形状は、曲率半径によって定まる円弧形状であることが好ましい。第1凹部F3の湾曲形状及び第2凹部F4の湾曲形状が単一の曲率半径で形成されている場合、第1凹部F3の曲率半径は、第2凹部F4の曲率半径以下であることが好ましい。例えば、第1凹部F3の曲率半径は、第2凹部F4の曲率半径の50%以下であることが上記保持力を向上させる点で好ましい。
図7(a)は、下部フランジ56の長手方向Lがタイヤ幅方向Wに向き、短手方向Sがタイヤ周方向Cに向くように配置方向を定めて、ピン埋め込み用孔29に埋め込む例である。図7(b)は、下部フランジ56の短手方向Sがタイヤ幅方向Wに向き、長手方向Lがタイヤ周方向Cに向くようにスタッドピン50の配置の向きを定めて、ピン埋め込み用孔29に埋め込む例である。
また、一実施形態によれば、トレッド部のタイヤ赤道線CL側の内側領域に装着するスタッドピン50の向きを、図7(a),(b)に示すいずれか一方の向きに定め、この内側領域に対してタイヤ幅方向外側にある外側領域に装着するスタッドピン50の向きを、図7(a),(b)に示す残りの向きに定めることも好ましい。トレッド部のタイヤ幅方向の位置で、制駆動性及び操縦性に与える影響度が異なるため、効率よく制駆動性及び操縦性を向上させるには、スタッドピン50を装着するタイヤ幅方向の位置に応じて、図7(a),(b)に示すスタッドピン50のいずれか一方の向きを択一的に選択することが好ましい。
下部フランジの輪郭形状が異なるスタッドピンを種々作製し、作製したスタッドピンを図1〜3に示すタイヤ10に埋め込んでスタッドタイヤを作製し、スタッドタイヤを試験車である乗用車に装着して、スタッドピンを評価した。
作製したタイヤのタイヤサイズは、205/55R16とした。乗用車は、排気量2000ccの前輪駆動のセダン型乗用車を用いた。タイヤの内圧条件は、前輪、後輪ともに230(kPa)とした。各タイヤの荷重条件は、前輪荷重を450kg重、後輪荷重を300kg重とした。スタッドピンの評価項目は、以下の通りである。
アスファルト路面あるいはコンクリート路面を含む乾燥路面上を試験車が15000km走行したときの、装着した全スタッドピンの数に対するトレッドゴムに残ったスタッドピンの数の比率(%)を求めた。比率が95%以上であるとピン抜けに関して実用上問題ないと評価することができる。
氷上路面上を試験車が走行し、速度30km/時から制動を開始し、5km/時になるまでの走行距離を制動距離として計測した。従来例の制動距離の逆数を基準(指数100)として、各例における制動距離の逆数を指数化した。指数が高いほど、制動距離は短く、氷上制動性が優れていることを意味する。
2名の評価ドライバーそれぞれが、整備されたクローズドコースの氷上路面上を試験車で走行し、操縦性の主観評価を行った。従来例の評価を基準(指数100)として、2名の評点を平均化して指数化した。指数が高いほど、氷上操縦性が優れていることを意味する。
スタッドピン装着装置の装着フィンガーでスタッドピンを把持してタイヤにスタッドピンを装着し、正常にスタッドピンをピン埋め込み用孔29に装着できた比率を求めた。スタッドピンがピン埋め込み用孔29に対して斜めに埋め込まれ、また、ピン埋め込み用孔29に埋め込めなかった回数をNG数とし、タイヤに装着したスタッドピンの全数に対するNG数の比率(%)を100%から差し引いた値を、ピン打ち安定性として求めた。ピン打ち安定性(%)は95%以上であれば、ピン打ち安定性が高いといえる。
表1,2に記載の“輪郭形状に外接する第1,2最小矩形の形状”とは、図4(b)に示す第1,2最小矩形の形状のいずれか一方の形状をいう。従来例における“円形状”は、第1,2最小矩形の形状ではなく、下部フランジの輪郭形状そのものをいう。比較例3、4及び各実施例における“長方形”の短辺の長さに対する長辺の長さの比は1:1.13とした。
表1,2に記載の“突出部数(第1凸部F1, 第2凸部F2)”において、第1凸部F1の数が偶数の場合は、長手方向の両側の方向に突出した数が同じになるようにした。第2凸部F2の数はいずれも偶数であり、短手方向Sの両側の方向に突出した数が同じになるようにした。第1凸部F1の数が3の場合は、長手方向の両側の方向に突出した数が2,1になるようにし、第1凸部F1の数が5の場合は、長手方向の両側の方向に突出した数が3,2になるようにした。
表1,2に記載の“第1凹部F3の凹み深さ>or=or<第2凹部F4の凹み深さ”では、“F3=F4”については、凹み深さが同じであること、“F3>F4”については、第1凹部F3の凹み深さが第2凹部F4の凹み深さに比べて深いこと、“F3<F4”は、第2凹部F4の凹み深さが第1凹部F3の凹み深さに比べて深いことを、それぞれ表す。
ここで、比較例1,4における第1凸部F1の数が2つの場合、第1凹部F3は無い。このときの第2凹部F4の凹み深さは、比較例2,3における第2凹部F4の凹み深さとした。
実施例2,3の比較より、第1凹部F3の凹み深さは、第2凹部F4の凹み深さと同等でも評価結果において問題はないが、第1凹部F3の凹み深さを、第2凹部F4の凹み深さより深くすることにより、耐ピン抜け性及びピン打ち安定性が向上することがわかる。
また、実施例3,4の比較より、直線部F5を設けることがピン打ち安定性を向上させる点で好ましいことがわかる。
12 カーカスプライ
14 ベルト
14a,14b ベルト材
16 ビードコア
18 トレッドゴム
18a 上層トレッドゴム
18b 下層トレッドゴム
20 サイドゴム
22 ビードフィラーゴム
24 リムクッションゴム
26 インナーライナゴム
28 ベルトカバー層
29 ピン埋め込み用孔
30 トレッドパターン
32 傾斜溝
34 周方向連絡溝
36 突出溝
50 スタッドピン
52 チップ
54 ボディ部
54a 上端面
56 下部フランジ
58 上部フランジ
60 シャンク部
62 輪郭形状
100 第1最小矩形
100a 辺(短辺)
100b 辺(長辺)
Claims (10)
- タイヤに装着されるスタッドピンであって、
路面と接触するための先端面を有するチップと、
前記チップを一方の側の端面から突出させるように前記チップを保持するボディ部と、
前記ボディ部の前記端面と反対側の端に接続した下部フランジと、を備え、
前記チップ、前記ボディ部、及び前記下部フランジの配列方向から見た前記下部フランジの輪郭形状は、前記輪郭形状に外接する仮想の矩形のうち、四辺の中で長さの最も短い辺が最小となる第1最小矩形、及び、四辺の中で長さの最も長い辺が最小となる第2最小矩形のうち、少なくともいずれか一方の最小矩形が、長さの異なる短辺及び長辺を備える、異方性形状であり、
前記輪郭形状は、前記長辺に平行な長手方向に向かって突出する4つ以上の第1凸部と、前記短辺に平行な短手方向に向かって突出する2つの第2凸部と、を備える、ことを特徴とするスタッドピン。 - 前記第1凸部は、2対の第1凸部で構成され、
前記輪郭形状は、前記対それぞれに対して、前記対それぞれの第1凸部の間に挟まれるように設けられ、前記輪郭形状の図心に向かって湾曲した第1凹部を2つ備え、
前記輪郭形状は、さらに、前記第2凸部それぞれと前記第1凸部の1つとの間に挟まれるように設けられ、前記図心に向かって湾曲し、前記第1凸部の1つに滑らかに接続した第2凹部を4つ備える、請求項1に記載のスタッドピン。 - 前記第1凹部の凹み深さは、前記第2凹部の凹み深さと同じ、または、前記第2凹部の凹み深さに比べて深い、請求項2に記載のスタッドピン。
- 前記2つの第1凹部は、前記図心を通る前記短手方向に平行な第1仮想直線に関して線対称形状を成していること、及び、前記図心を通る前記長手方向に平行な第2仮想直線に関して線対称形状を成していること、の少なくとも一方を満足する、請求項2または3に記載のスタッドピン。
- 前記4つの第2凹部は、前記図心を通る前記短手方向に平行な第1仮想直線に関して線対称形状を成していること、及び、前記図心を通る前記長手方向に平行な第2仮想直線に関して線対称形状を成していること、の少なくとも一方を満足する、請求項2または3に記載のスタッドピン。
- 前記2つの第2凸部は、前記長手方向に平行な2つの直線部を含み、前記直線部は、前記短手方向に最も突出した部分である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のスタッドピン。
- 前記2つの直線部は、前記図心を通る前記短手方向に平行な第1仮想直線に関して線対称形状を成していること、及び、前記図心を通る前記長手方向に平行な第2仮想直線に関して線対称形状を成していること、の少なくとも一方を満足する、請求項6に記載のスタッドピン。
- 前記2つの第2凸部は、前記長手方向に平行な2つの直線部を含み、前記直線部は、前記短手方向に最も突出した部分であり、
前記2つの直線部のそれぞれの両端は、前記4つの第2凹部のうち2つの第2凹部と接続する、請求項2〜5のいずれか1項に記載のスタッドピン。 - スタッドピンを装着したスタッドタイヤであって、
請求項1〜8のいずれか1項に記載のスタッドピンを、前記長手方向がタイヤ周方向に向くように装着したトレッド部を備える、ことを特徴とするスタッドタイヤ。 - スタッドピンを装着したスタッドタイヤであって、
請求項1〜8のいずれか1項に記載のスタッドピンを、前記短手方向がタイヤ周方向に向くように装着したトレッド部を備える、ことを特徴とするスタッドタイヤ。
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