JP5983731B2 - スタッドピン及び空気入りタイヤ - Google Patents

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Description

本発明は、空気入りタイヤのトレッド部に装着されるスタッドピン及びこのスタッドピンを装着した空気入りタイヤに関する。
従来より、氷雪路用タイヤでは、タイヤのトレッド部にスタッドピンが装着され、氷上路面においてグリップが得られるようになっている。
一般に、スタッドピンは、トレッド部に設けられたスタッドピン取付用孔に埋め込まれる。このとき、タイヤ転動中に路面から受ける制駆動力や横力によってスタッドピンがスタッドピン取付用孔から抜け落ちることがないようにスタッドピンは孔径を拡張して孔内にきつく埋め込まれている。
スタッドピンとして、氷上性能が向上し、軽量化を実現するタイヤ用スパイク(スタッドピン)が知られている(特許文献1)。当該スタッドピンは、中心軸に沿った方向の一端面側からタイヤのトレッド面に形成された有底孔に嵌め込まれてトレッド面に取り付けられる柱体と、前記柱体の中心軸に沿った方向の他端面より前記中心軸に沿った方向に突出するピンとを備える。そして、前記ピンは、前記柱体の他端面より突出して前記柱体の中心軸に沿った方向に延長する円柱体の他端面と周面とに跨る部分を除去した窪み部を備えた異形柱体により形成されている。
国際公開第2012/117962号
ところで、スタッドピンを用いた氷雪路用タイヤは、氷上路面のみを転動するのではなく、氷上路面に比べて路面の表面が硬いコンクリート路面やアスファルト路面上をも転動するため、スタッドピンの抜け落ちは比較的多い。
上記スタッドピンを装着した空気入りスタッドタイヤでも、コンクリート路面やアスファルト路面上において、制駆動時やコーナリング時にタイヤが路面から受ける力によってスタッドピンの抜け(以降、ピン抜けという)が多く発生する場合がある。スタッドピンの路面における引っ掻き力が増加すると、この引っ掻き力が、タイヤのトレッドゴム部材がスタッドピンを保持しようとする力に打ち勝って、スタッドピンが多数抜ける場合もある。このため、上記空気入りスタッドタイヤにおいても、ピン抜けをより一層改善することが求められる。
本発明は、空気入りタイヤの氷上性能を向上しつつ、空気入りタイヤから抜け難いスタッドピンを提供するとともに、このスタッドピンが装着された空気入りタイヤを提供することを目的とする。
本発明の一態様は、空気入りタイヤのトレッド部のスタッドピン取付用孔に装着されるスタッドピンである。
当該スタッドピンは、
トレッド部から突出して路面と接触する先端部と、
一方向に延在し、前記先端部と反対側の端に設けられるフランジ状の底部と、前記底部と前記先端部との間に設けられるフランジ状の胴体部と、を備え、装着される空気入りタイヤのトレッド部内に埋設され、前記底部及び前記胴体部がスタッドピン取付用孔の側面から押圧されることにより前記スタッドピンを固定する埋設基部と、を有する。
前記底部は、前記スタッドピン取付用孔の側面と接触する外周側面に、前記外周側面に沿って形成された複数の第1の凹部を備え、前記胴体部は、前記スタッドピン取付用孔の側面と接触する外周側面に、前記外周側面に沿って形成された複数の第2の凹部を備える。
前記底部における前記第1の凹部と前記胴体部における前記第2の凹部は、前記埋設基部の外周側面の同じ周上の位置に設けられている。
前記先端部の外周側面には、前記外周側面の周に沿って少なくとも1つ以上の窪みが形成され、前記窪みと前記第1の凹部及び前記第2の凹部とは、前記先端部の外周側面及び前記埋設基部の外周側面の同じ周上の位置に設けられている、ことが好ましい。
また、前記埋設基部の前記底部の外周側面における周上には、前記第1の凹部の間に第1の凸部が形成され、前記第1の凸部の前記底部に沿った形状は、前記埋設基部の延在方向と直交する幅方向における前記底部の最大寸法の半分と同じか、前記最大寸法の半分より大きな曲率半径Rを持つ第1の円弧形状である、ことが好ましい。
前記第1の凹部の前記外周側面に沿った形状は、第3の円弧形状であり、前記第3の円弧形状の曲率半径Rは、前記第1の円弧形状の曲率半径Rよりも大きい、ことが好ましい。
前記第1の凹部の前記外周側面に沿った長さは、前記第1の凸部の前記埋設基部の外周側面に沿った長さに比べて長い、ことが好ましい。
また、前記埋設基部の前記胴体部の外周側面における周上には、前記第2の凹部の間に第2の凸部が形成され、前記第2の凸部の前記胴体部に沿った形状は、前記埋設基部の延在方向に直交する幅方向における前記胴体部の最大寸法の半分と同じか、前記最大寸法の半分より大きな曲率半径Rを持つ第2の円弧形状である、ことが好ましい。
前記第2の凹部の前記外周側面に沿った形状は、第4の円弧形状であり、前記第4の円弧形状の曲率半径Rは、前記第2の円弧形状の曲率半径Rよりも大きい、ことが好ましい。
前記第2の凹部の前記外周側面に沿った長さは、前記第2の凸部の前記埋設基部の外周側面に沿った長さに比べて長い、ことが好ましい。
前記埋設基部の延在方向と直交する幅方向における前記底部の最大寸法L1は、前記胴体部の前記幅方向における最大寸法L2より長く、前記底部の前記幅方向における最小寸法L4は、前記胴体部の前記幅方向における最小寸法L5より長く、
前記胴体部の前記最大寸法L2は、前記底部の前記最小寸法L4より長い、ことが好ましい。
また、前記埋設基部の延在方向と直交する幅方向における前記胴体部の最大寸法L2に対する前記底部の前記幅方向における最大寸法L1の比L1/L2は、1.0より大きく1.5以下である、ことが好ましい。
前記スタッドピンの前記埋設基部の延在方向と直交する幅方向における前記先端部の最大寸法L3に対する、前記胴体部の前記幅方向における最大寸法L2の比L2/L3は、1.5以上3.5以下である、ことが好ましい。
前記スタッドピンの前記埋設基部の延在方向を高さ方向とし、
前記先端部と反対側の前記埋設基部の底部の底面から前記先端部の端までの高さをH1とし、前記底面から前記底部の上端までの高さをH2としたとき、前記高さH2に対する前記高さH1の比H1/H2は、6.0〜9.0である、ことが好ましい。
本発明の他の一態様は、前記スタッドピンを、空気入りタイヤのトレッド部の前記スタッドピン取付用孔に装着したことを特徴とする空気入りタイヤであある。
このとき、前記スタッドピン取付用孔の前記底部と当接する前記スタッドピン取付用孔の側面は、前記スタッドピン取付用孔の周上に沿った円筒形状の曲面であり、
前記埋設基部の延在方向と直交する幅方向における前記底部の最小寸法L4は、前記スタッドピン取付用孔の前記底部と当接する前記曲面の前記円筒形状の直径より長い、ことが好ましい。
また、前記スタッドピン取付用孔の前記胴体部と当接する前記スタッドピン取付用孔の側面は、前記スタッドピン取付用孔の周上に沿った円筒形状の曲面であり、
前記埋設基部の延在方向と直交する幅方向における前記胴体部の最小寸法L5は、前記スタッドピン取付用孔の前記胴体部と当接する前記曲面の前記円筒形状の直径より長い、ことが好ましい。
上述の態様によれば、空気入りタイヤの氷上性能を向上しつつ、空気入りタイヤから抜け難いスタッドピンを提供することができる。また、従来に比べてスタッドピンの抜け落ちが少なく、氷上性能が向上するスタッドピンを装着した空気入りタイヤを提供することができる。
本実施形態の空気入りタイヤの断面を示すタイヤ断面図である。 本実施形態のタイヤのトレッドパターン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。 本実施形態のスタッドピンの外観斜視図である。 本実施形態のトレッド部に装着されたスタッドピンの側面図である。 本実施形態のスタッドピンの寸法を定義する図である。 本実施形態のスタッドピンの動作を説明する図である。 比L1/L2が1.0より大きいとき、スタッドピンがトレッドゴムから受ける力を説明する図である。 比L1/L2が1.0より小さいとき、スタッドピンがトレッドゴムから受ける力を説明する図である。 本実施形態とは異なる別の実施形態であるスタッドピンの外観斜視図である。 図7Aに示すスタッドピンの側面図である。
(タイヤの全体説明)
以下、本実施形態の空気入りタイヤについて説明する。図1は、本実施形態の空気入りタイヤ(以降、タイヤという)10の断面を示すタイヤ断面図である。タイヤ10は、トレッド部にスタッドピンが埋め込まれたスタッドタイヤである。
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、空気入リタイヤはこれらの数値例に限定されない。
以降で説明するタイヤ周方向とは、タイヤ回転軸を中心にタイヤ10を回転させたとき、トレッド面の回転する方向(両回転方向)をいい、タイヤ径方向とは、タイヤ回転軸に対して直交して延びる放射方向をいい、タイヤ径方向外側とは、タイヤ回転軸からタイヤ径方向に離れる側をいう。タイヤ幅方向とは、タイヤ回転軸方向に平行な方向をいい、タイヤ幅方向外側とは、タイヤ10のタイヤセンターラインCLから離れる両側をいう。
(タイヤ構造)
タイヤ10は、骨格材として、カーカスプライ層12と、ベルト層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、トレッドゴム部材18と、サイドゴム部材20と、ビードフィラーゴム部材22と、リムクッションゴム部材24と、インナーライナゴム部材26と、を主に有する。
カーカスプライ層12は、一対の円環状のビードコア16の間を巻きまわしてトロイダル形状を成した、有機繊維をゴムで被覆したカーカスプライ材12a,12bを含む。図1に示すタイヤ10では、カーカスプライ層12は、カーカスプライ材12a,12bで構成されているが、1つのカーカスプライ材で構成されてもよい。カーカスプライ層12のタイヤ径方向外側に2枚のベルト材14a,14bで構成されるベルト層14が設けられている。ベルト層14は、タイヤ周方向に対して、所定の角度、例えば20〜30度傾斜して配されたスチールコードにゴムを被覆した部材であり、下層のベルト材14aのタイヤ幅方向の幅が上層のベルト材14bの幅に比べて広い。2層のベルト材14a,14bのスチールコードの傾斜方向は互いに逆方向である。このため、ベルト材14a,14bは、交錯層となっており、充填された空気圧によるカーカスプライ層12の膨張を抑制する。
ベルト層14のタイヤ径方向外側には、トレッドゴム部材18が設けられ、トレッドゴム部材18の両端部には、サイドゴム部材20が接続されてサイドウォール部を形成している。トレッドゴム部材18は2層のゴム部材で構成され、タイヤ径方向外側に設けられる上層トレッドゴム部材18aとタイヤ径方向内側に設けられる下層トレッドゴム部材18bとを有する。サイドゴム部材20のタイヤ径方向内側の端には、リムクッションゴム部材24が設けられ、タイヤ10を装着するリムと接触する。ビードコア16のタイヤ径方向外側には、ビードコア16の周りに巻きまわす前のカーカスプライ層12の部分と、ビードコア16の周りに巻きまわした後のカーカスプライ層12の部分との間に挟まれるようにビードフィラーゴム部材22が設けられている。タイヤ10とリムとで囲まれる空気を充填するタイヤ空洞領域に面するタイヤ10の内表面には、インナーライナゴム部材26が設けられている。
この他に、タイヤ10は、ベルト層14のタイヤ径方向外側からベルト層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。
タイヤ10は、このようなタイヤ構造を有するが、本発明の空気入りタイヤのタイヤ構造は、図1に示すタイヤ構造に限定されない。
(トレッドパターン)
図2は、タイヤ10のトレッドパターン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。タイヤ10は図2に示されるように、タイヤ周方向の一方の向きを示す回転方向Rが指定されている。回転方向Rの向きは、タイヤ10のサイドウォール表面に設けられた数字、記号等によって表示され指定されている。図2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。スタッドピン(図3参照)は、図2に示されるピン取付用孔(図2中の黒丸部分)に装着される。
トレッドパターン30は、周方向主溝32,34と、第1傾斜溝36と、第2傾斜溝38と、第3傾斜溝40と、を有する。第1傾斜溝36と、第2傾斜溝38と、第3傾斜溝40は、タイヤ周方向(図2の上下方向)に所定の間隔で複数形成されている。
周方向主溝32,34は、タイヤセンターラインCLからタイヤ幅方向外側に同じ距離離間した位置に設けられ、タイヤ周方向に直線状に延びている。
第1傾斜溝36は、周方向主溝32,34の間にタイヤ陸部の領域からタイヤ周方向の一方向であるタイヤ回転方向Rと逆方向(図2では、上方向)に延び、かつタイヤ幅方向外側に延びている。第1傾斜溝36は、トレッド部のタイヤショルダー領域まで、溝幅を徐々に拡げて延び、タイヤショルダー領域から急激に傾斜角度を変えてタイヤ周方向、すなわち、タイヤ回転方向Rと逆方向に向けて延び、パターンエンドEに至る。
第2傾斜溝38は、周方向主溝32,34のタイヤ幅方向外側の陸部内の領域から、タイヤ回転方向Rと逆方向(図2では、上方向)に延び、かつタイヤ幅方向外側に延びる。第2傾斜溝38は、第1傾斜溝36と並行するように形成されている。第2傾斜溝38は、トレッド部のタイヤショルダー領域まで、溝幅を徐々に拡げ延び、タイヤショルダー領域から急激に傾斜角度を変えてタイヤ周方向、すなわち、タイヤ回転方向Rと逆方向に向けて延び、パターンエンドEに至る。第2傾斜溝38は、タイヤ周方向に隣り合って設けられた2つの第1傾斜溝36の間に設けられる。
第3傾斜溝40は、第1傾斜溝36の途中から、タイヤ周方向に隣り合う第2傾斜溝38を横切って、さらに、タイヤ周方向において第2傾斜溝38に隣り合う第1傾斜溝36を横切って、タイヤショルダー領域で閉塞する。第3傾斜溝40は、タイヤ周方向の一方向、すなわち、タイヤ回転方向Rと逆方向(図2では、上方向)に延び、かつタイヤ幅方向外側に延びている。
このようなトレッドパターン30において、スタッドピン取付用孔(図2中の黒丸部分)に、後述するスタッドピン50が装着される。
第1周方向主溝32,34、第1傾斜溝36、第2傾斜溝38、及び第3傾斜溝40の溝深さは、例えば8.5〜10.5mmであり、溝幅は、例えば最大12mmである。図2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2に示す形態に限定されない。
(スタッドピン)
図3は、本実施形態のスタッドピン50の外観斜視図である。図4Aは、トレッド部に装着されたスタッドピン50の側面図であり、図4Bは、スタッドピン50の寸法を定義する図である。
スタッドピン50は、先端部52と、埋設基部54と、を主に有する。埋設基部54は、装着される空気入りタイヤのトレッド部のスタッドピン取付用孔内に埋設され、スタッドピン取付用孔の側面から押圧されて締め付けられることによりスタッドピン50がタイヤ10に固定される。埋設基部54は、先端部52と接続している。埋設基部54は、胴体部56と、底部58と、シャンク部60と、を含む。底部58は、先端部52と反対側の端に位置する。スタッドピン50は、底部58、シャンク部60、胴体部56、及び先端部52が、この順に方向Xに沿って形成されている。方向Xは、埋設基部54が延びる延在方向である。
先端部52は、トレッド部に装着されたとき、図4Aに示すように、トレッド面から突出する部分であり、路面と接触し、氷を引っ掻く。先端部52は、埋設基部54の上端面54aから柱形状に突出した部分で、柱形状の断面は、頂点の角が丸まった略4角形形状の4辺が凹状に窪んだ窪み52aを有する。すなわち、先端部52の外周側面には、スタッドピン50の周方向Y(図3参照)に沿って、すなわち、外周側面に沿って4つの窪み52aが形成されている。本実施形態では、窪み52aは4つ外周側面に設けられるが、少なくとも1つ以上、すなわち、1つ、2つ、3つ、あるいは5つ等設けられる形態であることも好ましい。
胴体部56は、先端部52と底部58との間に位置し、先端部52と接続されたフランジ状の部分である。言い換えると、先端部52は、胴体部56の上端面54aに載置されるように形成されている。胴体部56は、タイヤ10に装着されるとき、トレッドゴム部材18内に埋設される。胴体部56のスタッドピン取付用孔の側面から押圧される外周側面には、スタッドピン50の周方向Yに沿ってみたとき凹んだ形状である第2の凹部56aが形成されている。すなわち、第2の凹部56aは、周方向Yに対して直交する径方向内側に向かって凹んでいる。この外周側面は、トレッド部のトレッドゴム部材18と接触して押圧されて締め付けられるので、スタッドピン50の動きを摩擦力により拘束する。
胴体部56を具体的に説明すると、胴体部56の断面は、頂点が丸くなった略4角形形状の4辺が凹んで4つの第2の凹部56aがつくられた形状となっている。本実施形態では、第2の凹部56aは外周側面に4つ設けられるが、第2の凹部56aは少なくとも2つ以上、すなわち、2つ、3つ、5つ、6つ等設けられてもよい。胴体部56の断面は、頂点が丸くなった略4角形形状でなくてもよく、略3角形形状、5角形形状、6角形形状等の略多角形形状であってもよい。この場合、略多角形形状の少なくとも2辺において辺が凹んで第2の凹部56aがつくられているとよい。勿論、略多角形形状の一部の辺あるいは全ての辺、すなわち、2辺、3辺、4辺、5辺、6辺等において辺が凹んで複数の第2の凹部56aがつくられてもよい。
埋設基部54の胴体部56の外周側面における周上には、周方向Yに隣り合う2つの第2の凹部56aの間に外側に突出した第2の凸部56bが形成され、第2の凸部56bの外周側面に沿った形状、すなわち第2の凸部56bを幅方向に沿って切断したときの断面形状は曲率半径Rを持つ第2の円弧形状である。この曲率半径Rは、埋設基部54の延在方向と直交する幅方向における胴体部56の最大寸法Lの半分と同等か、最大寸法Lの半分より大きいことが好ましい。一般に、胴体部56は、タイヤ10のトレッド部に設けられた断面が円形状のスタッドピン取付用孔に圧入されて、胴体部56は胴体部56の最大寸法に従ってトレッドゴム部材18を押し広げる。このため、胴体部56の曲率半径が上記最大寸法の半分より大きい場合、胴体部56がトレッドゴム部材から受ける締め付け力が第2の凸部56bの周方向Yに沿って一定の分布、あるいは、締め付け力が高い部分を持つ分布が形成される。このため、胴体部56の周方向Yへの回転を抑制することができる。
また、胴体部56における第2の凹部56aの外周側面に沿った形状、すなわち、第2の凹部56aを幅方向に沿って切断したときの断面形状は、胴体部56の内側に向かって凹形状の第4の円弧形状であり、この第4の円弧形状の曲率半径Rは、第2の凸部56bの第2の円弧形状の曲率半径Rよりも大きい、ことが好ましい。胴体部56における第2の凹部56aの第4の円弧形状の曲率半径Rが第2の凸部56bの第2の円弧形状の曲率半径R以下である場合、胴体部56における第2の凹部56aの凹み深さが大きくなり過ぎて、埋設基部54がスタッドピン取付用孔に圧入されたとき、第2の凹部56aの凹んだ部分にトレッドゴム部材18が進入しにくくなり、胴体部56の周方向Yへの回転の抑制が低下する。
また、胴体部56における第2の凹部56aの外周側面に沿った長さは、胴体部56における第2の凸部56bの外周側面に沿った長さに比べて長いことが好ましい。第2の凹部56aの外周側面に沿った長さを、胴体部56における第2の凸部56bの外周側面に沿った長さに比べて長くすることにより、胴体部56の周方向Yへの回転の抑制を大きくすることができる。
底部58は、先端部52と反対側の端部に位置し、フランジ状を成している。フランジ状の底部58の、スタッドピン取付用孔と接触する外周側面には、第1の凹部58aが形成されている。具体的には、底部58の断面は、頂点が丸くなった略4角形形状であり、この略4角形形状の4辺が凹んで4つの第1の凹部58aがつくられている。底部58の断面は、頂点が丸くなった略4角形形状でなくてもよく、略3角形形状、5角形形状、6角形形状等の略多角形形状であってもよい。この場合、略多角形形状の少なくとも2辺において辺が凹んで第1の凹部58aがつくられているとよい。勿論、略多角形形状の一部の辺あるいは全ての辺、すなわち、2辺、3辺、4辺、5辺、6辺等において辺が凹んで複数の第1の凹部58aがつくられてもよい。
埋設基部54の底部58における第1の凹部58aと胴体部56における第2の凹部56aは、埋設基部54の周方向Yにおける外周側面の同じ周上の位置に設けられている。このように底部58における第1の凹部58aと胴体部56における第2の凹部56aを設けることにより、後述する実施例に示されるように、耐ピン抜け性能が向上する。底部58における第1の凹部58aの数と胴体部56における第2の凹部56aの数は同じであって、底部58における第1の凹部58aと胴体部56における第2の凹部56aとがいずれも周方向Yにおける同じ周上の位置に設けられていることが好ましい。ここで、周上の位置が同じとは、周方向Yに直交するある1つの径方向を基準方向として周上の方位角を定めたとき、周方向Yにおける第2の凹部56aの中心位置と周方向Yにおける第1の凹部58aの中心位置との方位角の差が5度以下であることをいう。
また、埋設基部54の底部58の外周側面における周上には、周方向Yに隣り合う2つの第1の凹部58aの間に外側に突出した第1の凸部58cが形成され、第1の凸部58cの底部58に沿ったY方向の形状、すなわち第1の凸部58cを幅方向に沿って切断したときの断面形状は、曲率半径Rを持つ第1の円弧形状である。曲率半径Rは、埋設基部54の延在方向と直交する幅方向における底部58の最大寸法の半分と同じか、最大寸法の半分より大きいことが好ましい。一般に、底部58は、タイヤ10のトレッド部に設けられた断面が円形状のスタッドピン取付用孔に圧入されて、底部58は底部58の最大寸法に従ってトレッドゴム部材を押し広げる。このため、底部58における第1の凸部58cの曲率半径Rが上記最大寸法の半分と同じか、最大寸法の半分より大きい場合、底部58がトレッドゴム部材18から受ける締め付け力が第1の凸部58cの周方向Yに沿って一定の分布を持ち、あるいは締め付け力が高い部分を持つ分布が形成される。このため、底部58の周方向Yへの回転を抑制することができる。
また、底部58における第1の凹部58aの外周側面に沿った形状、すなわち第1の凹部58aを幅方向に沿って切断したときの断面形状は、底部58の内側に向かって凹形状の第3の円弧形状であり、この第3の円弧形状の曲率半径Rは、第1の凸部58cの第1の円弧形状の曲率半径Rよりも大きい、ことが好ましい。底部58における第1の凹部58aの第3の円弧形状の曲率半径Rが第1の凸部58cの第1の円弧形状の曲率半径R以下である場合、底部58における第1の凹部58aの凹み深さが大きくなり過ぎて、埋設基部54がスタッドピン取付用孔に圧入されたとき、第1の凹部58aの凹んだ部分にトレッドゴム部材18が進入しにくくなり、底部58の周方向Yへの回転の抑制が低下する。
また、底部58における第1の凹部58aの外周側面に沿った長さは、底部58における凸部58aの外周側面に沿った長さに比べて長いことが好ましい。第1の凹部58aの外周側面に沿った長さを、底部58における第1の凸部58cの外周側面に沿った長さに比べて長くすることにより、胴体部56の周方向Yへの回転の抑制を大きくすることができる。
シャンク部60は、胴体部56と底部58とを接続する部分で、胴体部56及び底部58に比べて断面が小さい。シャンク部60の断面は円形状を成しており、シャンク部60の外周側面には凹部は形成されていない。
先端部52と埋設基部54は、同じ金属材料で作られてもよく、異なる金属材料でつくられてもよい。例えば、先端部52と埋設基部54がアルミニウムで構成されてもよい。また、先端部52はタングステンカーバイドで構成され、埋設基部54はアルミニウムで構成されてもよい。先端部52と埋設基部54が異なる金属材料で構成される場合、先端部52に設けられた図示されない突出部が埋設基部54の図示されない穴に打ち込まれて嵌合することにより、先端部52は埋設基部54に固定される。
このように、スタッドピン50の埋設基部54の、トレッドゴム部材と接触する外周側面に、外周側面の周に沿って(周方向Yに沿って)複数の凹部が形成されている。このため、タイヤ10に装着されたスタッドピン50が路面から受ける引っ掻き力の反力を受けたスタッドピン50が図5に示すように、方向X(図4A参照)を中心に回転する運動が抑制される。図5は、本実施形態のスタッドピン50の動作を説明する図である。この運動が生じると、スタッドピン50は、ワインのコルク栓を抜く場合のように、スタッドピン取付用孔から引き抜け易くなる。このため、本実施形態では、図5に示すような矢印方向の運動を抑制するために、埋設基部54のトレッドゴム部材と接触する外周側面に凹部を形成する。スタッドピン取付用孔の断面は、スタッドピン50の断面に比べて極めて小さく、スタッドピン50の外周側面をスタッドピン取付用孔の側面を構成するトレッドゴム部材18は押し付けて、スタッドピン50を締め付けるので、この外周側面に凹部があると、この凹部にトレッドゴム部材が入り込む。この凹部に入り込んだトレッドゴム部材が、スタッドピン50の図5に示す矢印方向の運動を阻止する。このとき、埋設基部54の底部58における第1の凹部58aと胴体部56における第2の凹部56aは、埋設基部54の周方向Yにおける外周側面の同じ周上の位置に設けられている。これにより、凹部に入り込んだトレッドゴム部材が、スタッドピン50の図5に示す矢印方向の運動をより効率よく阻止することができる。
なお、スタッドピン50の埋設基部54から先端部52に向かって延びるように配置される方向を高さ方向(図4A中の方向X)とし、高さ方向と直交する方向を幅方向としたとき、底部58の幅方向における最大寸法をL1とし、胴体部56の幅方向における最大寸法をL2とし、先端部52の幅方向における最大寸法をL3とする。底部58の幅方向における最小寸法をL4とし、胴体部56の幅方向における最小寸法をL5とする。
このとき、底部58の最大寸法L1は、胴体部56の最大寸法L2より長く、底部58の最小寸法L4は、胴体部56の最小寸法L5より長く、胴体部56の最大寸法L2は、底部58の最小寸法L4より長い、ことが好ましい。このような寸法を設定することにより、底部58と胴体部56がトレッドゴム部材18から受ける締め付け力のバランスを保ち、スタッドピン50の耐ピン抜け性を向上させる。
また、タイヤ10において、スタッドピン取付用孔にスタッドピン50を圧入するとき、底部58と接触するスタッドピン取付用孔の側面は、スタッドピン取付用孔の周上に沿った円筒形状の曲面である場合、底部58の最小寸法L4は、底部58と当接するスタッドピン取付用孔の上記曲面の円筒形状の直径より長いことが好ましい。これにより、底部58の第1の凹部58aの凹んだ部分にトレッドゴム部材18が進入してトレッドゴム部材18が底部58を締め付けるとともに、底部58の周方向Yへの回転を抑制することができる。
胴体部56と接触するスタッドピン取付用孔の側面が、スタッドピン取付用孔の周上に沿った円筒形状の曲面である場合、胴体部56の最小寸法L5は、スタッドピン取付用孔の胴体部56と当接する上記曲面の円筒形状の直径より長い、ことが好ましい。これにより、胴体部56の第2の凹部56aの凹んだ部分にトレッドゴム部材18が進入してトレッドゴム部材18が胴体部56を締め付けるとともに、胴体部56のY方向への回転を抑制することができる。
また、最大幅L2に対する最大幅L1の比L1/L2は、1.0より大きく1.5以下であることが好ましい。比L1/L2の値の上記数値範囲は、L1が例えば5.5〜9.5mmであり、L2が例えば5.0〜9.5mmの範囲で達成し得る。比L1/L2が1.0以下である場合、耐ピン抜け性が低下する。底部58は胴体部56に比べて回転の運動を阻止する寄与が大きい。また、比L1/L2が1.5より大きい場合、スタッドピン取付用孔の側面を形成するトレッドゴム部材18によるスタッドピン50の締め付けが強くなり過ぎてスタッドピン50がトレッドゴム部材18の内部(タイヤ径方向内側)に入り込み易くなる。このため、先端部52の突出長さが短くなり氷上における引っ掻き力が低下し易い。比L1/L2は、より好ましくは、1.15以上1.4以下である。
図6A、図6Bは、スタッドピン50がトレッドゴムから受ける力を説明する図である。スタッドピン50がトレッドゴム部材18に埋め込まれたとき、シャンク部60の周囲にはトレッドゴムが埋まらず、空隙61が生じる。トレッドゴム部材18は、スタッドピン50や空隙61のトレッドゴム部材18との境界面に対して垂直方向に力を作用させる。このため、スタッドピン50周りのトレッドゴム部材18は、比L1/L2が1.0より大きい場合、図6Aに示すように、空隙61の下部周辺で図中下方向に向いた力(図中の矢印)が発生し易い。このため、比L1/L2が1.0より大きい場合、スタッドピン50は、トレッドゴム部材18の内部(タイヤ径方向内側)に入る方向に力を受け、トレッドゴム部材18の締め付けが強くなる。
これに対して、比L1/L2が1.0より小さい場合、図6Bに示すように、空隙61の上部周辺で図中上方向に向いた力(図中の矢印)が発生し易い。このため、比L1/L2が1.0より小さい場合、スタッドピン50は、トレッドゴム部材18の外部(タイヤ径方向外側)の方向に力を受け、スタッドピン50はトレッドゴム部材18から抜け易くなる。
また、最大幅L3に対する最大幅L2の比L2/L3は、1.5以上3.5以下であることが好ましい。比L2/L3の値の上記数値範囲は、L2が例えば5.0〜9.5mmであり、L3が例えば1.5〜4.2mmの範囲で達成し得る。比L2/L3が1.5より小さい場合、スタッドピン50をトレッドゴム部材18が保持する力に比べて、氷上における引っ掻き力が大きくなり過ぎて、スタッドピン50の耐ピン抜け性を悪化させる。比L2/L3が3.5より大きい場合、先端部52と氷との接触面積が小さくなり、氷に対する引っ掻き力が得られ難くなる。比L2/L3は、より好ましくは、2.0以上3.0以下である。
スタッドピン50の埋設基部54と先端部52が配置される方向(方向X)を高さ方向とし、底部58の底面から先端部52の最上端までの高さをH1とし、底部58の底面から底部の上端までの高さをH2としたとき、高さH2に対する高さH1の比H1/H2は、6.0〜9.0であることが好ましい。比H1/H2の値の上記数値範囲は、H1が9.5〜11.5mmであり、H2が1.1〜1.9mmの範囲で達成し得る。比H1/H2が6.0より小さい場合、スタッドピン取付孔の側面を形成するトレッドゴム部材18によるスタッドピン50の締め付けが強くなり過ぎてスタッドピン50がトレッドゴム部材18の内部(タイヤ径方向内側)に入り込み易くなる。このため、先端部52の突出長さが短くなり氷上における引っ掻き力が低下し易い。比H1/H2が9.0より大きい場合、トレッドゴム部材18によるスタッドピン50の締め付けが十分に得られず、耐ピン抜け性が低下する。比H1/H2は、より好ましくは、7.0以上8.0以下である。一般的に、スタッドピン50では、トレッドゴム部材18がスタッドピン50を保持する力はフランジ形状の底部58の大きさに依拠し、フランジの径(L1)が大きいほど、フランジの高さ(H2)が高いほど、スタッドピン50をトレッドゴム部材18が保持する力は大きくなる。このため、スタッドピン50の先端部52がトレッドゴム部材18の内部(タイヤ径方向内側)に入り込み易くなり、氷上における引っ掻き力が低下し易くなる。逆に、フランジの径(L1)が小さいほど、フランジの高さ(H2)が低いほど、スタッドピン50をトレッドゴム部材18が保持する力は小さくなり、スタッドピン50はトレッドゴム部材18から抜け易くなる。
先端部52の外周側面には、外周側面に沿って少なくとも1つ以上の窪み52aが形成されている。窪み52aと第2の凹部56a及び第1の凹部58aとは、埋設基部56の外周側面の同じ周上の位置に設けられていることが、耐ピン抜け性の向上の点で好ましい。周上の位置が同じとは、窪み52aのY方向に沿った部分の中心位置と、第2の凹部56aのY方向に沿った部分の中心位置と、第1の凹部58aのY方向に沿った部分の中心位置との間で、方位角の差がいずれも5度以下であることをいう。
図7A,図7Bは、スタッドピン50の別の形態を示す図である。図7A,図7Bに示すスタッドピン50は、図3に示す形態と同様に、トレッド部から突出して路面と接触する先端部52と、装着される空気入りタイヤのトレッド部内に埋設されスタッドピン取付用孔の側面から押圧されることによりスタッドピン50を固定する、先端部52に接続された埋設基部と、を有する。埋設基部は胴体部56と底部58を有する。スタッドピン50において、スタッドピン取付用孔の側面と接触する埋設基部の底部58の外周側面には、外周側面に沿って第1の凹部が設けられ、埋設基部の胴体部56の外周側面には、外周側面に沿って第2の凹部が形成されている。底部58の第1の凹部と胴体部56の第2の凹部は、埋設基部の周方向Yにおける外周側面の同じ周上の位置に設けられている。これにより、凹部に入り込んだトレッドゴム部材が、スタッドピン50の周方向Yの運動をより効率よく阻止することができる。
埋設基部は、さらに、シャンク部60を含む。底部58、シャンク部60及び胴体部56の構成は、図3に示すスタッドピン50の形態と、角部に面取りが施されている点を除き同じであるので、その説明は省略する。なお、図7Aに示すスタッドピン50の底部58、シャンク部60及び胴体部56の角部は面取り58c,60b,56cが施されている。面取り56c,60b、及び58cを設けることにより、スタッドピン50がスタッド取付孔周りのトレッドゴムを傷つけないようにすることができる。面取り58b,60b,56cは必ずしも設けられる必要はない。
先端部52は、図3に示すスタッドピン50と同様に、トレッド面から突出する部分である。本形態の先端部52と、図3に示すスタッドピン50の先端部52との差異は、図3に示すスタッドピン50の先端部52は、胴体部56との接続部分から先端部52の先端に向かって先端部52が延びるとき、その断面は一定であるのに対し、本形態の先端部52は、胴体部56との接続部分から先端部52の先端に向かって先端部52が延びるとき、その断面が徐々に広がった形状を成していることである。すなわち、先端部52の胴体部56との接続部分の断面に比べて先端部52の先端の面が大きくなっている。このため、スタッドピン50が路面と接触する面が大きくなって引っ掻き力を大きくすることができる。先端部52において、角部には面取りが施されてもよい。
[実験例]
本実施形態のスタッドピンによる効果を確認するために、図1,2に示すタイヤ10を作製し、スタッドピンを装着した。このタイヤを乗用車に装着して、氷上性能を代表して氷上制動性能を調べるとともに、耐ピン抜け性を調べた。
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。
氷上制動性能は、走行速度40km/時から、ブレーキぺダルを最深位置まで一定の力で踏み込んで乗用車が停止するまでの距離(制動距離)を複数回(5回)測定し、測定値の平均値を算出した。
耐ピン抜け性は、アスファルト路面及びコンクリート路面を含む乾燥路面上を車両が1000km、一定速度で走行したときの、装着した全スタッドピンの数に対するトレッド部に残ったスタッドピンの数の比率を求めた。
上記制動距離の測定値の平均値の逆数と、残ったスタッドピンの数の比率とをそれぞれ、後述する従来例における制動距離の測定値の平均値の逆数と、残ったスタッドピンの数の比率を基準として(指数100として)、指数化した。
評価は、表1〜5に示すように、実施例1〜21と比較例と従来例を対象とした。
従来例のスタッドピンは、埋設基部54の底部58及び胴体部56の外周側面に凹部が設けられていない。比較例では、胴体部56に第2の凹部56aが設けられ、底部58に第1の凹部58aが設けられ、先端部52に窪みが設けられているが、第2の凹部56aと第1の凹部58aは、同じ周上の位置に設けられていない。
実施例1〜21、比較例、及び従来例のスタッドピンは、図1,2に示すタイヤ構造及
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表1の比較例、実施例1、2の比較より、底部58の第1の凹部58aと胴体部56の第2の凹部56aが埋設基部54の外周側面の同じ周上の位置に設けられることにより、耐ピン抜け性が向上するとともに氷上制動性能が向上することがわかる。
さらに、表2の実施例3〜6の比較より、R<Rであること、R<Rであることにより、耐ピン抜け性が向上するとともに氷上制動性能が向上することがわかる。特に、R<Rであり、かつR<Rであることでより、耐ピン抜け性が向上するとともに氷上制動性能が向上することがわかる。
また、表3の実施例7〜実施例11の比較より、比L1/L2を1.0より大きく、1.5以下にすることにより、耐ピン抜け性と氷上制動性能をより高いレベルにすることができる。表4の実施例12〜実施例16の比較より、比L2/L3を1.5以上3.5以下にすることにより、耐ピン抜け性と氷上制動性能をより高いレベルにすることができる。さらに、表5の実施例17〜21の比較より、比H1/H2を6.0以上9.0以下にすることにより、耐ピン抜け性と氷上制動性能をより高いレベルにすることができる。
以上、本発明のスタッドピン及び空気入りタイヤについて詳細に説明したが、本発明の空気入りタイヤは上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよい。
10 タイヤ
12 カーカスプライ層
14 ベルト層
14a,14b ベルト材
15 ベルトカバー層
16 ビードコア
18 トレッドゴム部材
18a 上層トレッドゴム部材
18b 下層トレッドゴム部材
20 サイドゴム部材
22 ビードフィラーゴム部材
24 リムクッションゴム部材
26 インナーライナゴム部材
30 トレッドパターン
32,34 周方向主溝
36 第1傾斜溝
38 第2傾斜溝
40 第3傾斜溝
50 スタッドピン
52 先端部
52a 窪み
54 埋設基部
56 胴体部
56a 第2の凹部
56b 第2の凸部
56c,58b,60b 面取り
58 底部
58a 第1の凹部
58c 第1の凸部
60 シャンク部

Claims (14)

  1. 空気入りタイヤのトレッド部のスタッドピン取付用孔に装着されるスタッドピンであって、
    トレッド部から突出して路面と接触する先端部と、
    一方向に延在し、前記先端部と反対側の端に設けられるフランジ状の底部と、前記底部と前記先端部との間に設けられるフランジ状の胴体部と、前記底部と前記胴体部とを接続し前記底部および前記胴体部に比べて小さい円形状の断面を有するシャンク部とを備え、装着される空気入りタイヤのトレッド部内に埋設され、前記底部及び前記胴体部がスタッドピン取付用孔の側面から押圧されることにより前記スタッドピンを固定する埋設基部と、を有し、
    前記先端部の外周側面には、前記外周側面の周に沿って少なくとも1つ以上の窪みが形成され、
    前記底部は、前記スタッドピン取付用孔の側面と接触する外周側面に、前記埋設基部の延在方向に沿って前記底部の全長にわたって形成された複数の第1の凹部を備え、
    前記胴体部は、前記スタッドピン取付用孔の側面と接触する外周側面に、前記埋設基部の延在方向に沿って前記胴体部の全長にわたって形成された複数の第2の凹部を備え、
    前記窪み、前記第1の凹部および前記第2の凹部は、前記先端部の外周側面及び前記埋設基部の外周側面の同じ周上の位置に設けられている、ことを特徴とするスタッドピン。
  2. 前記先端部の外周側面における周上には、前記窪みの間に角部が形成され、
    前記底部の外周側面における周上には、前記第1の凹部の間に第1の凸部が形成され、
    前記第1の凸部の前記底部の外周側面に沿った形状は、前記埋設基部の延在方向と直交する幅方向における前記底部の最大寸法の半分より大きな曲率半径R を持つ第1の円弧形状であり、
    前記胴体部の外周側面における周上には、前記第2の凹部の間に第2の凸部が形成され、
    前記第2の凸部の前記胴体部の外周側面に沿った形状は、前記埋設基部の延在方向に直交する幅方向における前記胴体部の最大寸法の半分より大きな曲率半径R を持つ第2の円弧形状であり、
    前記角部、前記第1の凸部および前記第2の凸部は、前記先端部の外周側面及び前記埋設基部の外周側面の同じ周上の位置に設けられている、請求項1に記載のスタッドピン。
  3. 前記第1の凹部の前記外周側面に沿った形状は、第3の円弧形状であり、前記第3の円弧形状の曲率半径Rは、前記第1の円弧形状の曲率半径Rよりも大きい、請求項に記載のスタッドピン。
  4. 前記第1の凹部の前記外周側面に沿った長さは、前記第1の凸部の前記埋設基部の外周側面に沿った長さに比べて長い、請求項2または3に記載のスタッドピン。
  5. 前記第2の凹部の前記外周側面に沿った形状は、第4の円弧形状であり、前記第4の円弧形状の曲率半径Rは、前記第2の円弧形状の曲率半径Rよりも大きい、請求項2〜4のいずれか一項に記載のスタッドピン。
  6. 前記第2の凹部の前記外周側面に沿った長さは、前記第2の凸部の前記埋設基部の外周側面に沿った長さに比べて長い、請求項2〜5のいずれか一項に記載のスタッドピン。
  7. 前記埋設基部の延在方向と直交する幅方向における前記底部の最大寸法L1は、前記胴体部の前記幅方向における最大寸法L2より長く、前記底部の前記幅方向における最小寸法L4は、前記胴体部の前記幅方向における最小寸法L5より長く、
    前記胴体部の前記最大寸法L2は、前記底部の前記最小寸法L4より長い、請求項1〜のいずれか1項に記載のスタッドピン。
  8. 前記埋設基部の延在方向と直交する幅方向における前記胴体部の最大寸法L2に対する前記底部の前記幅方向における最大寸法L1の比L1/L2は、1.0より大きく1.5以下である、請求項1〜のいずれか1項に記載のスタッドピン。
  9. 前記スタッドピンの前記埋設基部の延在方向と直交する幅方向における前記先端部の最大寸法L3に対する、前記胴体部の前記幅方向における最大寸法L2の比L2/L3は、1.5以上3.5以下である、請求項に記載のスタッドピン。
  10. 前記スタッドピンの前記埋設基部の延在方向を高さ方向とし、
    前記先端部と反対側の前記埋設基部の底部の底面から前記先端部の端までの高さをH1とし、前記底面から前記底部の上端までの高さをH2としたとき、前記高さH2に対する前記高さH1の比H1/H2は、6.0〜9.0である、請求項1〜のいずれか1項に記載のスタッドピン。
  11. 前記窪みと前記第2の凹部との間には、前記埋設基部の先端面が設けられている、請求項1〜10のいずれか一項に記載のスタッドピン。
  12. 請求項1〜1のいずれか1項に記載のスタッドピンを、空気入りタイヤのトレッド部の前記スタッドピン取付用孔に装着したことを特徴とする空気入りタイヤ。
  13. 前記スタッドピン取付用孔の前記底部と当接する前記スタッドピン取付用孔の側面は、前記スタッドピン取付用孔の周上に沿った円筒形状の曲面であり、
    前記埋設基部の延在方向と直交する幅方向における前記底部の最小寸法L4は、前記スタッドピン取付用孔の前記底部と当接する前記曲面の前記円筒形状の直径より長い、請求項1に記載の空気入りタイヤ。
  14. 前記スタッドピン取付用孔の前記胴体部と当接する前記スタッドピン取付用孔の側面は、前記スタッドピン取付用孔の周上に沿った円筒形状の曲面であり、
    前記埋設基部の延在方向と直交する幅方向における前記胴体部の最小寸法L5は、前記スタッドピン取付用孔の前記胴体部と当接する前記曲面の前記円筒形状の直径より長い、請求項12に記載の空気入りタイヤ。
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