JP2018069826A - スタッドピン及びスタッドピンを備えた空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】スタッドピンのシャフトのエッジ成分を、特定方向でより効果的に機能させる。【解決手段】スタッドピン１は、ボディ４と、ボディ４から突出するシャフト５とを備える。シャフト５は、ボディ４から突出する第１段部１１と、第１段部１１から突出する第２段部１２とを少なくとも含む複数の段部を備える多段構造である。複数の段部は、平面視での外形形状の重心Ｇ２，Ｇ３の位置が互いに異なる、第Ｎ段の段部と第Ｎ＋１段の段部とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、スタッドピン及びスタッドピンを備えた空気入りタイヤに関する。

空気入りタイヤ用のスタッドピンは、氷雪路面に対する引っ掻きと突き刺さりにより、空気入りタイヤないしはそれが装着された車両の氷雪路面での走行性能（駆動性能、制動性能、及び旋回性能を含む）を向上させる。

特許文献１に開示されたスタッドピンは、ヘッドないしボディと、ボディの端面から突出するピンないしシャフトとを備える。シャフトの平面視での一方側は、少なくとも一つの歯部が画定された不連続な輪郭を有する。

国際公開第２０１４／１２２５７０号

シャフトのエッジ成分が特定方向で効果的に機能することで、氷雪路面での走行性能がより向上する。しかし、特許文献１に開示されたものを含む従来のスタッドピンでは、シャフトのエッジ成分を特定方向でより効果的に機能させることについて、特段の考慮は払われていない。

本発明は、スタッドピンのシャフトのエッジ成分を、特定方向でより効果的に機能させることを課題とする。

本発明の一態様は、ボディと、前記ボディから突出するシャフトとを備え、前記シャフトは、前記ボディから突出する第１段部と、前記第１段部から突出する第２段部とを少なくとも含む複数の段部を備える多段構造であり、前記複数の段部は、平面視での外形形状の重心の位置が互いに異なる、第Ｎ段の前記段部と第Ｎ＋１段の前記段部とを含む、スタッドピンを提供する。

第Ｎ段の段部と第Ｎ＋１段の段部の平面視での外形形状の重心の位置が互いに異なるので、第Ｎ段の段部のエッジ成分と第Ｎ＋１段の段部のエッジ成分との平面視での間隔が密になる方向が存在する。つまり、特定方向でエッジ成分の間隔が密になる。その結果、この特定方向でエッジ成分による引っ掻き効果がより効果的に発揮され、氷雪路面での走行性能を向上できる。

前記第Ｎ＋１番目の前記段部は、最先端段の前記段部であり、前記第Ｎ番目の前記段部は、最先端段から２番目の前記段部であることが好ましい。

前記第１段部の平面視での外形形状と、前記第２段部の平面視での外形形状が異なることが好ましい。

この構成により、第１段部のエッジ成分と、第２段部のエッジ成分とは、平面視での方向が異なることとなる。つまり、シャフトは多方向にエッジ成分を有し、これらのエッジ成分が多方向に作用する。その結果、氷雪路面での走行性能がさらに向上する。

最先端段の段部のエッジ成分の数は、最先端段から２番目の段部のエッジ成分の数より多いことが好ましい。

一般に、ある段部のエッジ成分の数が多い程、その段部の氷雪路面への突き刺さり効果が高い。また、最先端段の段部は、他の段部と比較して、氷雪路面への突き刺さり効果が最も高い。従って、最先端段の段部のエッジ成分の数を相対的に多く設定することで、シャフトの氷雪路面への突き刺さり効果を効果的に向上できる。

本発明によれば、スタッドピンのシャフトのエッジ成分の引っ掻き効果を、特定方向でより効果的に発揮させることができ、それによって氷雪路面での走行性能を向上できる。

本発明の第１実施形態に係るスタッドピンの斜視図。 第１実施形態に係るスタッドピンのシャフトの平面図。 第１実施形態に係るスタッドピンの図１の矢印IIIの方向から見た部分側面図。 第１実施形態に係るスタッドピンが装着された空気入りタイヤのトレッド部の展開図。 重心の定義を説明するための概念図。 シャフトの機能を説明するための模式的な平面図。 シャフトの機能を説明するための模式的な平面図。 シャフトの機能を説明するための模式的な平面図。 シャフトの機能を説明するための模式的な平面図。 第２実施形態に係るスタッドピンのシャフトの平面図。 第２実施形態に係るスタッドピンの図３と同様の部分側面図。 第３実施形態に係るスタッドピンのシャフトの平面図。 第３実施形態に係るスタッドピンの図３と同様の部分側面図。 第４実施形態に係るスタッドピンのシャフトの平面図。 第４実施形態に係るスタッドピンの図３と同様の部分側面図。 比較例に係るスタッドピンの部分斜視図。

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１実施形態）
図１から図３を参照すると、本実施形態のスタッドピン１の全体的として、それ自体の軸線ＡＸに沿って延びた形状を有する。以下の説明において、スタッドピン１を軸線ＡＸに沿って先端側から見た形状について、「平面視」という用語を使用する場合がある。

スタッドピン１は、最も基端側のベース２と、ベース２から突出するシャンク３と、シャンク３の先端に設けられたボディ４とを備える。また、スタッドピン１は、ボディ４から突出するシャフト５を備える。

本実施形態手では、ベース２は概ね円盤状で、ボディ４は概ね円柱状である。シャンク３は概ね、ベース２及びボディ４よりも小径の短円柱状である。また、ベース２、シャンク３、及びボディ４は一体構造で、アルミニウム、又はアルミニウム合金製である。ベース２、シャンク３、及びボディ４のいずれについても、他の構造及び他の材料を採用できる。

ボディ４は、端面４ａと側面４ｂとを備える。本実施形態に端面４ａは、概ね、軸線ＡＸに直交して拡がる平坦面である。端面４ａは、軸線ＡＸに対して傾斜していてもよいし、非平坦面であってもよい。ボディ４の端面４ａからシャフト５が軸線ＡＸに沿う方向に突出している。シャフト５の平面視での輪郭ないし外形形状は、ボディ４の端面４ａの平面視での外形形状に囲まれた領域内に収まっている。つまり、シャフト５の平面視での外形形状の面積は、ボディ４の端面４ａの平面視での外形形状の面積よりも狭い。例えば、前者の面積は後者の面積の１０〜４５％に設定できる。

本実施形態では、シャフト５の材質は、タングステンである。また、シャフト５はベース２、シャンク３、及びボディ４とは別部品であり、嵌合によりボディ４に固定されている。シャフト５について、他の材料を採用できる。シャフト５はボディ４と一体構造でもよい。

図４を併せて参照すると、スタッドピン１は、空気入りタイヤ６のトレッド部６ａに形成されたピン孔６ｂに装着して使用される。ベース２及びシャンク３の全体がピン孔６ｂに収容される。ボディ４は、その端面４ａとシャフト５とがトレッド部６に露出した状態で、ピン孔６ｂに収容される。

シャフト５は、複数の段部を備える多段構造である。本実施形態では、シャフト５は３段の段部、つまり第１段部１１、第２段部１２、及び第３段部１３を備える。シャフト５の第１から第３段部１１，１２，１３は、端面１１ａ，１２ａ，１３ａと、側面１１ｂ，１２ｂ，１３ｂをそれぞれ備える。最基端段側の段部、つまり第１段部１１は、ボディ４の端面４ａから突出している。また、中間段の段部、つまり第２段部１２は、第１段部１１の端面１１ａから突出している。さらに、最先端段の段部、つまり第３段部１３は第２段１２の端面１２ａから突出している。シャフト５は４段以上の段部を備えていてもよい。

シャフト５の全高（本実施形態ではボディ４の端面４ａから第３段部１３の端面１３ａまでの高さ）は、例えば０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定できる。また、シャフトの全高に対する、第１段部１１以外の段部の高さの和（本実施形態では第２及び第３段部１２，１３の高さの和）の割合は、例えば１０％以上９０％以下に設定できる。

シャフト５の第１から第３段部１１，１２，１３は、ボディ４側、つまり基端側ほど平面視での端面１１ａ，１２ａ，１３ａの外形形状が大きい。逆に言えば、シャフト５の第１から第３段部１１，１２，１３は、先端側ほど平面視での端面１１ａ，１２ａ，１３ａの外形形状が小さい。そのため、シャフト５は、全体として、ボディ４の端面４ａから突出する階段状に尖った突起を構成している。

本実施形態では、第１から第３段部１１，１２，１３の端面１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、概ね、軸線Ａに直交し拡がる平坦面である。端面１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、軸線ＡＸに対して傾斜していてもよいし、非平坦面であってもよい。

図２に最も明瞭に示すように、第１から第３段部１１，１２，１３の端面１１ａ，１２ａ，１３ａの平面視での外形形状は、それぞれ五角形、四角形、及び四角形である。端面１１ａが五角形である第１段部１１では、端面１１ａと側面１１ｂとにより、５個の辺ないしエッジ成分２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅが形成されている。また、端面１２ａが四角形である第２段部１２では、端面１２ａと側面１２ｂとにより、４個の辺ないしエッジ成分２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが形成されている。さらに、端面１３ａが四角形である第３段部１３では、端面１３ａと側面１３ｂとにより、４個の辺ないしエッジ成分２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが形成されている。本実施形態では、エッジ成分２１ａ〜２１ｅ，２２ａ〜２２ｄ，２３ａ〜２３ｄは、直線状である。しかし、これらのエッジ成分２１ａ〜２１ｅ，２２ａ〜２２ｄ，２３ａ〜２３ｄは、幾何学的に厳密な意味で直線状である必要はなく、氷雪路面に対する引っ掻き効果が得られる限り、ある程度湾曲又は蛇行していてもよい。また、氷雪路面に対する引っ掻き効果が得られる限り、これらのエッジ成分２１ａ〜２１ｅ，２２ａ〜２２ｄ，２３ａ〜２３ｅに面取りを施してもよい。

次に、第１から第３段部１１，１２，１３の平面視での端面１１ａ，１２ａ，１３ａの外形形状の重心Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３について説明する。図５を参照すると、本明細書において、面積Ａの平面図形の重心Ｇ（ｘｏ，ｙｏ）は、以下の式で定義される。

記号Ｓ_ｘ，Ｓ_ｙは面積モーメントであり、以下の式で定義される。

図２及び図３に示すように、最先端段の段部である第３段部１３の端面１３ａの重心Ｇ３は、最先端段から２番目の段部である第２段部１２の端面１２ａの重心Ｇ２に対して、図２において上側にシフトした位置に配置されている。つまり、第３段部１３の端面１３ａの重心Ｇ３の位置と、第２段部１２の端面１２ａの重心Ｇ２の位置とが互いに異なる。

重心Ｇ２，Ｇ３の位置が互いに異なるので、第２段部１２のエッジ成分２２ａと第３段部１３のエッジ成分２３ａの平面視での間隔が、第２段部１２のエッジ成分２２ｃと第３段部のエッジ成分２３ｃの平面視での間隔よりも密になっている。言い換えれば、第３段部１３の重心Ｇ３を第２段部１２の重心Ｇ２に対して図において上側にシフトさせたことで、図において上向きの方向で、第２段部１２のエッジ成分２２ａと第３段部１３のエッジ成分２３ａとの平面視での間隔が密になっている。

シャフト５の平面視での形状に対して空気入りタイヤ６の回転方向が図２の矢印Ｒ１で示す向きとなるように、スタッドピン１がトレッド部６ａに装着された場合、第２段部１２のエッジ成分２２ａと第３段部１３のエッジ成分２３ａとの平面視での間隔が密であるので、エッジ成分２３ａが氷雪路面を引っ掻いた後、直ちにエッジ成分２２ａも氷雪路面を引っ掻く。その結果、エッジ成分２２ａ，２３ａによりエッジ成分による引っ掻き効果がより効果的に発揮され、氷雪路面での走行性能を向上できる。

本実施形態では、第１段部１１の端面１１ａの重心Ｇ１と第２段部１２の端面１２ａの重心Ｇ２は概ね一致している。しかし、重心Ｇ１，Ｇ２の位置を互いに異ならせてもよい。重心Ｇ１，Ｇ２の位置を互いに異ならせる場合、重心Ｇ２，Ｇ３の位置を互いに異ならせてもよいし、重心Ｇ２，Ｇ３の位置を概ね一致させてもよい。要するに、複数段の段部の平面視での外形形状の重心の位置が互いに異なる、第Ｎ段の段部と第Ｎ＋１段の段部とを含むようにシャフト５を構成すれば、特定方向でのエッジ成分の間隔を密とすることにより、当該特定方向での引っ掻き効果を高める効果が得られる。

空気入りタイヤ６に装着されたスタッドピン１のシャフト５は、まず最先端段である第３段部１３で氷雪路面を引っ掻き、それに続いて最先端段から２番目の第２段部１２で氷雪路面を引っ掻く。従って、本実施形態のように、第２段部１２の重心Ｇ２に対して第３段部１３の重心Ｇ３の位置を異ならせることで、より効果的にエッジ成分による引っ掻き効果を高めることができる。

図６Ａを参照すると、第３段部１３の重心Ｇ３が第２段部１２の重心Ｇ２に対して、空気入りタイヤ１の回転方向Ｒ１の向きにシフトしている場合、間隔が密である第２段部１２のエッジ成分２２ａと第３段部１３のエッジ成分２３ａとは踏み込み側となる。従って、この場合は、重心Ｇ２，Ｇ３を互いに異ならせたことが、駆動トルクの向上に効果的に寄与する。

図６Ｂを参照すると、第３段部１３の重心Ｇ３が第２段部１２の重心Ｇ２に対して、回転方向Ｒ１とは反対向きにシフトしている場合、間隔が密である第２段部１２のエッジ成分２２ａと第３段部１３のエッジ成分２３ａとは蹴り出し側となる。従って、この場合は、重心Ｇ２，Ｇ３を互いに異ならせたことが、制動力の向上に効果的に寄与する。

図６Ｃ及び図６Ｄを参照すると、第３段部１３の重心Ｇ３が第２段部１２の重心Ｇ２に対して、回転方向Ｒ１に対して直交る向きにシフトしている場合には、間隔が密である第２段部１２のエッジ成分２２ａと第３段部１３のエッジ成分２３ａとは、横力に対する抵抗として効果的に機能する。

前述のように、第１段部１１の端面１１ａの平面形状は五角形で、第２端部１２の端面１２ａの平面形状は四角形である。つまり、シャフト５の第１端部１１と第２端部１２とは、端面１１ａ，１２ａの平面視での外形形状が異なる。そのため、そのため、第１段部１１のエッジ成分２１ａ〜２１ｄと、第２段部１２のエッジ成分２２ａ〜２２ｄは、平面視での方向が異なる。より具体的には、平面視で、第２段部１２のエッジ成分２２ａ〜２２ｄはいずれも、第１段部１１のエッジ成分２１ａ〜２１ｅのうちのいずれとも平行ではない。つまり、シャフト５は、図１に符号Ｅで概念的に示すように多方向に向いたエッジ成分を有し、これらのエッジ成分が多方向に作用する。その結果、氷雪路面での走行性能が向上する。

第１段部１１は５個のエッジ成分２１ａ〜２１ｅを有し、第２段部１２は４個のエッジ成分２２ａ〜２２ｄを有する。また、第２段部１２の端面１２ａは第１段部１１の端面１１ａよりも小さい。一般に、段部の端面の大きさが同じであれば、エッジ成分の数が多い程、個々のエッジ成分の長さは短くなる。従って、端面１１ａが相対的に大きい第１段部１１のエッジ成分の数を相対的に多く設定することで、個々のエッジ成分２１ａ〜２１ｅの長さを確保しつつ、多方向にエッジ成分を確保できる。また、端面１２ａが相対的に小さい第２段部１２のエッジ成分の数を相対的に少なく設定することで、個々のエッジ成分２２ａ〜２２ｄの長さを確保しつつ、第１段部１１のエッジ成分２１ａ〜２１ｅとは異なる方向にもエッジ成分２２ａ〜２２ｄを確保できる。その結果、第１段部１１の端面１１ａの外形形状と第２段部１２の端面１２ａの外形形状を単に異ならせた場合よりも、氷雪路面での走行性能がより向上する。

シャフト５の平面視での形状に対して空気入りタイヤ６の回転方向が図２の矢印Ｒ１で示す向きとなるように、スタッドピン１がトレッド部６ａに装着された場合、第１段部１１のエッジ成分２１ａ，２１ｂの接続部分に構成される尖り部３１ｇが踏み込み側となる。そのため、尖り部３１ｇの氷雪路面への突き刺さり効果が、駆動トルク向上に効果的に寄与する。また、この場合、第１段部１１のエッジ成分２１ｄ、第２段部１２のエッジ成分２２ｃ、及び第３段部１３のエッジ成分２３ｃが蹴り出し側となる。そのため、これらのエッジ成分２１ｄ，２２ｃ，２３ｃの氷雪路面への引っ掻き効果が、制動力の向上に効果的に寄与する。

以下、本発明のその他の実施形態について説明する。これらの実施形態について特に言及しない構造及び機能は、第１実施形態と同様である。また、これらの実施形態に関する図面では、第１実施形態と同一又は同様の要素には、同一の符号を付している。

（第２実施形態）
図７Ａ及び図７Ｂに示す第２実施形態に係るスタッドピン１では、第１から第３段部１１〜１３の端面１１ａ〜１３ａの平面視での外形形状は、それぞれ五角形、四角形、及び円形である。第１段部１１は５個のエッジ成分２１ａ〜２１ｅを備え、第２段部１２は４個のエッジ成分２２ａ〜２２ｄを備える。また、円形である第３段部１３のエッジ成分の数は無限大とみなせる。

第３段部１３の重心Ｇ３は、第２段部１２の重心Ｇ２に対して図７Ａにおいて上向きにシフトしており、重心Ｇ２，Ｇ３の位置が互いに異なる。

前述のように、最先端段である第３段部１３の端面１３ａは、円形であり、エッジ成分の数は無限大とみなせる。また、最先端段から２番目の段部である第２段部１２の端面１２ａは、四角形であり、４個のエッジ成分２２ａ〜２２ｄを有する。つまり、最先端段である第３段部１３のエッジ成分の数は、最先端段から２番目の段部である第２段部１２のエッジ成分２２ａ〜２２ｄの数よりも多い。

第１から第３段部１１〜１３の個々については、エッジ成分の数が多い程、その段部の氷雪路面への突き刺さり効果が高い。また、最先端段である第３段部１３は、第１及び第２段部１１，１２と比較して、氷雪路面への突き刺さり効果が最も高い。従って、最先端段である第３段部１３のエッジ成分の数を、第２段部１２のエッジ成分の数よりも相対的に多く設定することで、シャフト５の氷雪路面への突き刺さり効果を効果的に向上し、それによって氷雪路面での走行性能を向上できる。

第１段部１１と第２段部１２は平面視での外形形状が異なり、かつ第２段部１２のエッジ成分の数は４個で、第１段部１１のエッジ成分の数である５個よりも少ない。

（第３実施形態）
図８Ａ及び図８Ｂに示す第３実施形態に係るスタッドピン１では、第１から第３段部１１〜１３の端面１１ａ〜１３ｃの平面視での外形形状は、それぞれ六角形、五角形、及び三角形である。第１段部１１は６個のエッジ成分２１ａ〜２１ｆを備え、第２段部１２は５個のエッジ成分２２ａ〜２２ｅを備える。また、第３段部１３は３個のエッジ成分２３ａ〜２３ｃを備える。

第３段部１３の重心Ｇ３は、第２段部１２の重心Ｇ２に対して図７Ａにおいて上向きにシフトしており、重心Ｇ２，Ｇ３の位置が互いに異なる。

第１段部１１と第２段部１２は平面視での外形形状が異なり、かつ第２段部１２のエッジ成分の数は５個で、第１段部１１のエッジ成分の数である６個よりも少ない。

（第４実施形態）
図９Ａ及び図９Ｂに示す第４実施形態に係るスタッドピン１では、第１から第３段部１１〜１３の端面１１ａ〜１３ｃの平面視での外形形状は、それぞれ五角形、四角形、及び四角形である。第１段部１１は５個のエッジ成分２１ａ〜２１ｅを備え、第２段部１２は４個のエッジ成分２２ａ〜２２ｄを備える。また、第３段部１３は４個のエッジ成分２３ａ〜２３ｄを備える。

第３段部１３の重心Ｇ３は、第２段部１２の重心Ｇ２に対して図７Ａにおいて上向きにシフトしており、重心Ｇ２，Ｇ３の位置が互いに異なる。

第１段部１１と第２段部１２は平面視での外形形状が異なり、かつ第２段部１２のエッジ成分の数は４個で、第１段部１１のエッジ成分の数である５個よりも少ない。

（評価試験）
後掲の表１に示すように、比較例、並びに第１から第４実施形態のスタッドピン（いずれも新品）について、駆動性能、制動性能、及び旋回性能の評価試験を行った。

テストタイヤとして、タイヤサイズ：１９５／６５Ｒ１５、空気圧Ｆｒ／Ｒｅ：２２０／２２０（ｋＰａ）を使用した。この評価試験では、テストタイヤをテスト車両（１５００ｃｃ、４ＷＤミドルセダン車）に装着してアイス路面を走行した。エッジ性能の評価では、比較例の場合を１００として第１から第４実施形態を指数評価した。駆動性能については、アイス路面において停止状態から発進して３０ｍに到達するまでの時間で評価した。制動性能については、速度４０ｋｍ／ｈでＡＢＳ（Antilock Brake System）により制動力を作用させたときの制動距離で評価した。旋回性能については、同じく速度４０ｋｍ／ｈで旋回した際の旋回半径で評価した。

比較例のスタッドピン１は、図１０に示すように、多段構造ではなく、単一の円柱で構成されたシャフト５を有する。また、比較例及び第１から第４実施形態のいずれについても、タイヤ回転方向が図において矢印Ｒ１で示す向きとなるように、スタッドピン１をテストタイヤに装着した。

第２段部１２と第３段部１３の重心Ｇ２，Ｇ３の位置を互いに異ならせている第１から第４実施形態は、駆動性能、制動性能、及び旋回性能のいずれについても、比較例を上回る性能を発揮した。

１ スタッドピン
２ ベース
３ シャンク
４ ボディ
４ａ 端面
４ｂ 側面
５ シャフト
１１ 第１段部
１１ａ 端面
１１ｂ 側面
１２ 第２段部
１２ａ 端面
１２ｂ 側面
１３ 第３段部
１３ａ 端面
１３ｂ 側面
６ 空気入りタイヤ
６ａ トレッド部
６ｂ ピン孔
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ エッジ成分
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ エッジ成分
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ エッジ成分
３１ｆ 尖り部
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３ 重心

Claims (4)

1. ボディと、
   前記ボディから突出するシャフトと
   を備え、
   前記シャフトは、前記ボディから突出する第１段部と、前記第１段部から突出する第２段部とを少なくとも含む複数の段部を備える多段構造であり、
   前記複数の段部は、平面視での外形形状の重心の位置が互いに異なる、第Ｎ段の前記段部と第Ｎ＋１段の前記段部とを含む、スタッドピン。
2. 前記第Ｎ＋１番目の前記段部は、最先端段の前記段部であり、
   前記第Ｎ番目の前記段部は、最先端段から２番目の前記段部である、請求項１に記載のスタッドピン。
3. 前記第１段部の平面視での外形形状と、前記第２段部の平面視での外形形状が異なる、請求項１又は請求項２に記載のスタッドピン。
4. 最先端段の段部のエッジ成分の数は、最先端段から２番目の段部のエッジ成分の数より多い、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のスタッドピン。

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