JP7070034B2 - 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)。
ところで、上記スタッドピンは異方性を有するため、タイヤに対する向きを定めて孔に打ち込む必要がある。一般に、スタッドピンの打ち込みは、装着フィンガーを備えるスタッドピン装着装置を用いて行われる。しかし、このようなスタッドピンは、装着フィンガーで把持したときの向きを適切な状態に安定させることが難しく、打ち損じが生じやすい。
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フランジ輪郭形状は、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、
前記フランジ輪郭形状は、前記短辺に沿って延びる前記フランジ輪郭形状の部分のそれぞれに、前記フランジ輪郭形状の図心に向かって湾曲した2つ以上の第1凹部を備え、前記長辺に沿って延びる前記フランジ輪郭形状の部分のそれぞれに、前記フランジ輪郭形状の図心に向かって湾曲した第2凹部を備え、
前記配列方向から見た前記ボディ部のボディ輪郭形状は、前記第1凹部及び前記第2凹部の合計の数と同数の複数の頂角を有する多角形状であり、
前記頂角は、前記第1凹部及び前記第2凹部のそれぞれと対向するように配置されている、ことを特徴とする。
前記フランジ輪郭形状は、言い換えると、上記少なくともいずれか一方の最小矩形であって、上記異方性形状である。
前記スタッドピンを、前記長辺と平行な長手方向がタイヤ幅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。
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。なお、タイヤ10に採用されるトレッドパターンは、トレッドパターン30に制限されない。スタッドピン(図4参照)は、後述するピン取付用孔29に装着される。
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。
接地端E1、E2は、タイヤを規定リムに装着して、規定内圧、例えば200kPaの内圧条件および規定荷重の88%の条件で平板上に垂直方向に負荷させたときの平板上に形成される接地面におけるタイヤ幅方向Wの端をいう。ここで、規定リムとは、ETRTO(2011年版)に規定される「Measuring Rim」、JATMAに規定される「適用リム」、あるいは、TRAに規定される「Design Rim」をいう。また、規定内圧とは、ETRTOで規定される「INFLATION PRESSURES」、JATMAに規定される「最高空気圧」、あるいは、TRAに規定される「TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES」の最大値をいう。規定荷重とは、ETRTOに規定される「LOAD CAPACITY」、JATMAに規定される「最大負荷能力」、あるいは、TRAに規定される「TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES」の最大値をいう。
突出溝36は、第1傾斜溝31の途中から、タイヤ幅方向内側に向かって突出している。
図4(a),(b)は、本実施形態のスタッドピン50の一例の外観斜視図と平面図である。なお、本実施形態には、後述する種々の実施形態が含まれる。
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。
図4(b)に示す例において、第1凹部F1は、短辺部分に2つずつ設けられているが、短辺部分のそれぞれに3つ以上設けられていてもよく、両側の短辺部分の間で、第1凹部F1の数は異なっていてもよい。
短辺部分と長辺部分とのフランジ輪郭形状62の外周上の境界は、フランジ輪郭形状62の外周に沿って隣り合う第1凹部F1と第2凹部F2との間の部分(図4(b)に示す例において第2凸部F4)の外周上に位置している。
図6(a)~(c)は、図5に示すフランジ輪郭形状62を有する下部フランジ56を把持するスタッドピン装着装置の装着フィンガーの把持位置の例を示す図である。
図6(a)~(c)において、“△”で示された位置で、装着フィンガーが把持することを示している。図6(a)は、装着フィンガーが4本である場合を、図6(b),(c)は、装着フィンガーが3本である場合を、示している。図6(a)~(c)に示す例では、全ての把持位置が、凹部に位置している。このように、3本の装着フィンガーであっても、4本の装着フィンガーであっても、装着フィンガーは、下部フランジ56の凹部の位置でスタッドピン50を把持するので、装着フィンガーの種類によらず安定してスタッドピン50を把持し、ピン埋め込み用孔29に埋め込むことができる。
本実施形態のスタッドピン50では、下部フランジ56は、フランジ輪郭形状62が、短辺部分のそれぞれに第1凹部F1を2つ以上備え、長辺部分のそれぞれに第2凹部F2を備える異方性形状を有しているとともに、上部フランジ58は、ボディ輪郭形状64が多角形状である異方性形状を有していることによって、下記説明するように、スタッドピン50のピン埋め込み用孔29からの抜け落ちの初期要因となるスタッドピン50の回転を抑制するので、スタッドピン50は、ピン埋め込み用孔29から抜け難い。すなわち、耐ピン抜け性は大幅に向上する。
しかし、スタッドピン50のボディ輪郭形状64は、複数の頂角B1を有する多角形状であり、フランジ輪郭形状62は、複数の凹部F1、F2を備える、すなわち、上部フランジ58及び下部フランジ56には凹(上部フランジ58の隣り合う頂角の間の部分も含む。以下同様)凸が複数存在するので、下部フランジ56と同じ面積の円形状の下部フランジと比べてペリフェリ長が長い。この凹凸に対応して変形したトレッドゴム18が変形した状態でスタッドピン50を強く締め付けてピン埋め込み用孔29に固定しているので、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が傾斜しようとしても、この傾斜は小さい。このため、この傾斜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29の内壁面)によるボディ部54及び下部フランジ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。
また、頂角B1は、図心Gから最も離れた位置を含む部分が、図4(b)に示す例のように、円弧形状等の湾曲した形状を有していてもよく、図心Gから最も離れた位置(頂点)からボディ輪郭形状64に沿った両側に直線状に延びた屈曲した形状で構成されていてもよい。装着フィンガーが接触したときに上部フランジ58が補助されやすい点で、当該部分は、円弧形状を有していることが好ましい。一方、円弧形状を有している場合の曲率半径は、氷上路面での制駆動性及び操縦性を向上させる効果を大きくするために、ボディ輪郭形状64の外接円の曲率半径よりも小さいことが好ましい。
図7に、スタッドピン50を、スタッドピン装着装置の装着フィンガーで把持した状態の例を示す。
装着フィンガー70が下部フランジ56を把持した状態では、スタッドピン50の中心軸(下部フランジ56またはボディ部54の図心を通ってボディ部54の延在方向に延びる軸線)Zが傾く場合がある。下部フランジ56は、装着フィンガー70の先端部70aで把持されるため、スタッドピン50が傾いて、スタッドピン50が姿勢が崩れると、スタッドピン50を目標とする向き(中心軸Zの周りの方位)に揃え難くなり、スタッドピン50がタイヤに対して正しい向きで装着されない可能性が高くなる。
本実施形態では、頂角B1が、第1凹部F1及び第2凹部F2のそれぞれと対向するように設けられていることで、頂角B1と第1凹部F1及び第2凹部F2とは、上述したように互いに接近しているため、スタッドピン50が傾くよう動いたときに、装着フィンガー70の先端部70aから離れた部分(装着フィンガーの腹とも呼ばれる。図7において楕円で囲んだ部分)70bに上部フランジ58が接触し、装着フィンガーが、スタッドピン50の上部フランジ58を補助することができる。これにより、スタッドピン50の姿勢が崩れることが抑制され、スタッドピン50を安定して把持することができる。そのため、スタッドピン50を目標とする向きに揃えやすく、スタッドピン50がタイヤに対して正しい向きで装着され易くなる。すなわち、スタッドピン50の打ち込みやすさ(ピン打ち安定性)に優れる。
以上のように、本実施形態によれば、スタッドピン50がピン埋め込み用孔29から抜け難く、氷上路面での制駆動性あるいは操縦性が向上するとともに、スタッドピン50の打ち込みやすさに優れる。
図8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。ここで、下部フランジ56の長手方向Lがタイヤ幅方向Wに向くとは、下部フランジ56の長手方向Lが、タイヤ幅方向Wに対して所定の角度範囲(例えば、15度以内)で傾斜していることをいう。
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、スタッドピンの評価を行った。
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とおりである。
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。スタッドピンの装着は、比較例、及び実施例1、2に関しては、下部フランジの長手方向がタイヤ幅方向を向くことを目標にして行った。実施例3に関しては、下部フランジの長手方向がタイヤ周方向を向くことを目標にして行った。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(上記所定の角度範囲を超えて傾斜して埋め込まれ)、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、ピン打ち安定性に優れるといえる。
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であって、旋回路を含んだコース上を試験車が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、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。
表1に記載の“フランジ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、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に記載の“凹部数(第1凹部F1, 第2凹部F2)”に関して、“4”は、第1凹部F1が、短辺部分に2つずつ、計4つ設けたことを意味し、“2”は、第2凹部F2が、長辺部分に1つずつ、計2つ設けたことを意味する。
表1に記載の“頂角B1と凹部との関係”に関して、“非対向”は、頂角B1と、フランジ輪郭形状の外周に沿って隣り合う凹部の間に位置する凸部とが対向することを意味し、“対向”は、図4(b)に示すフランジ輪郭形状62及びボディ輪郭形状64の配置であることを意味する。
表1に記載の“L1とL2の大小関係”に関して、“L1<L2”におけるL1とL2の比は、1:2とし、“L1>L2”におけるL1とL2の比は、6:1とした。
表1に記載の“ボディ輪郭形状”の“円形状”は、方向Hからみたボディ輪郭形状が円形状であることを意味し、“六角形状”は、図4(b)に示すボディ輪郭形状64であることを意味する。
実施例1と実施例2の比較より、L1>L2を満たすことで、耐ピン抜け性が向上し、氷上制動性及び氷上操縦性が向上することがわかる。
実施例2と実施例3の比較より、スタッドピンの長手方向をタイヤ幅方向に向けて配置することで、耐ピン抜け性が向上し、氷上操縦性が向上することがわかる。
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
31 第1傾斜溝
32 第1ラグ溝
33 第2傾斜溝
34 第3傾斜溝
35 第2ラグ溝
36 突出溝
41,42 陸部
43,44 サイプ
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 フランジ輪郭形状
64 ボディ輪郭形状
100 第1最小矩形
100a 辺(短辺)
100b 辺(長辺)
Claims (5)
- 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フランジ輪郭形状は、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、
前記フランジ輪郭形状は、前記短辺に沿って延びる前記フランジ輪郭形状の部分のそれぞれに、前記フランジ輪郭形状の図心に向かって湾曲した2つ以上の第1凹部を備え、前記長辺に沿って延びる前記フランジ輪郭形状の部分のそれぞれに、前記フランジ輪郭形状の図心に向かって湾曲した第2凹部を備え、
前記配列方向から見た前記ボディ部のボディ輪郭形状は、前記第1凹部及び前記第2凹部の合計の数と同数の複数の頂角を有する多角形状であり、
前記頂角は、前記第1凹部及び前記第2凹部のそれぞれと対向するように配置されている、ことを特徴とするスタッドピン。 - 前記フランジ輪郭形状は、前記短辺に沿って延びる前記フランジ輪郭形状の部分のそれぞれに、隣り合う前記第1凹部の間に挟まれるように設けられ、前記フランジ輪郭形状の図心から離れるように突出した第1凸部を備える、請求項1に記載のスタッドピン。
- 前記ボディ輪郭形状の外周に沿って隣り合う前記頂角の間の部分のうち、前記第1凸部と対向する部分と、当該第1凸部との、前記配列方向と直交する方向に沿った距離L1は、前記頂角のうち前記第2凹部と対向する頂角と、当該第2凹部との、前記直交する方向に沿った距離L2よりも長い、請求項2に記載のスタッドピン。
- 前記第1凸部は、前記短辺のうち、前記フランジ輪郭形状の図心に対して当該第1凸部と同じ側に位置する短辺の中心に向かって突出している、請求項2又は3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1~4のいずれか1項に記載のスタッドピンを、前記長辺と平行な長手方向がタイヤ幅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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