JP7063350B2

JP7063350B2 - スタッドピン及びそれを備えたタイヤ

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Publication number: JP7063350B2
Application number: JP2020095497A
Authority: JP
Inventors: 伸之下條
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2020-06-01
Filing date: 2020-06-01
Publication date: 2022-05-09
Anticipated expiration: 2040-06-01
Also published as: WO2021246350A1; JP2021187342A; CN115666969A

Description

本発明は、スタッドピン及びそれを備えたタイヤに関し、更に詳しくは、エッジ効果を高めて氷上性能を改善することを可能にしたスタッドピン及びそれを備えたタイヤに関する。

氷雪路面上での走行性能を改善した空気入りタイヤにおいて、トレッド部にスタッドピンが打ち込まれたスタッドタイヤ（スパイクタイヤ）が知られている（例えば、特許文献１～３参照）。スタッドピンは、タイヤのトレッド部に埋設される埋設基部と、該埋設基部の先端側に位置していて路面と接触する先端部とを有している。そして、スタッドタイヤの走行時には、スタッドピンの先端部のエッジが氷路面と接触し、そのエッジ効果を発揮することにより優れた氷上性能を発揮する。

しかしながら、従来のスタッドピン及びそれを備えたタイヤでは、個々のスタッドピンのエッジ効果が十分ではないため、氷上性能が必ずしも十分ではない。そのため、氷上性能の更なる改善が求められている。

特許第５７０２８１７号公報特許第５９９７５１８号公報特許第６１１１０１０号公報

本発明の目的は、エッジ効果を高めて氷上性能を改善することを可能にしたスタッドピン及びそれを備えたタイヤを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明のスタッドピンは、タイヤのトレッド部に埋設される埋設基部と、該埋設基部の先端側に位置していて路面と接触する先端部とを有し、前記先端部を構成する金属材料が前記埋設基部を構成する金属材料よりも硬く、前記埋設基部及び前記先端部が一体的に加工されているスタッドピンにおいて、前記先端部が、環状に形成された外郭と、該外郭により囲まれた内郭と、前記外郭と前記内郭との間に介在する溝部とを備え、前記溝部が前記内郭の周囲で環状に連続することを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するための本発明のタイヤは、上述のスタッドピンがトレッド部に配設されていることを特徴とするものである。

本発明では、スタッドピンの先端部が、環状に形成された外郭と、該外郭により囲まれた内郭と、その間に介在する溝部とを備えることにより、外郭及び内郭がそれぞれエッジを形成するので、スタッドピンのエッジ効果を格段に高めてタイヤの氷上性能を効果的に改善することができる。特に、スタッドピンの先端部を環状の外郭及びそれに囲まれた内郭で構成した場合、外郭及び内郭の各々に十分な強度を確保することが可能である。

本発明において、溝部は内郭の周囲で環状に連続することが好ましい。この場合、エッジ効果を高めて氷上性能を効果的に改善することができる。

内郭はその外周縁に沿って延びる内側溝部を有することが好ましい。この場合、エッジ量が更に増加するので、氷上性能を効果的に改善することができる。

外郭の内周形状と内郭の外周形状とは互いに異なることが好ましい。この場合、スタッドピンの先端部の排雪氷性を改善すると共に、エッジ量の増加により氷上性能の更に改善することができる。外郭の内周形状と内郭の外周形状とは互いに相似していても良い。この場合も、十分なエッジ効果を期待することができる。

スタッドピン中心軸と直交する方向に測定される外郭と内郭との間隔Ｌｙはスタッドピン中心軸と直交する方向に測定される外郭の寸法Ｌｘの１０％～３５％の範囲にあることが好ましい。これにより、スタッドピンの強度を十分に確保すると共に、排雪氷性及び加工性の悪化を回避することができる。

また、内郭は最内側に位置する内郭本体を含み、スタッドピン中心軸と直交する方向に測定される内郭本体の寸法Ｌｚがスタッドピン中心軸と直交する方向に測定される外郭の寸法Ｌｘの１０％～６０％の範囲にあることが好ましい。これにより、スタッドピンの強度を十分に確保すると共に、排雪氷性及び加工性の悪化を回避することができる。

本発明のタイヤは、空気入りタイヤであることが好ましいが、非空気式タイヤであっても良い。空気入りタイヤの場合、その内部には空気、窒素等の不活性ガス又はその他の気体を充填することができる。

本発明の実施形態からなるスタッドピンを示す斜視図である。図１のスタッドピンを示す平面図である。図１のスタッドピンを示す側面図である。図２のIV－IV矢視断面図である。スタッドピンの変形例（参考例）を示す平面図である。スタッドピンの他の変形例を示す平面図である。スタッドピンの他の変形例を示す平面図である。スタッドピンの他の変形例を示す平面図である。本発明の空気入りタイヤの一例を示す子午線断面図である。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図１～図４は本発明の実施形態からなるスタッドピンを示すものである。

図１～図４に示すように、本実施形態のスタッドピンＰは、タイヤのトレッド部に埋設される埋設基部１０と、該埋設基部１０の先端側に位置していて路面と接触する先端部２０とを備えている。埋設基部１０は、円柱状の胴体部１１と、該胴体部１１に連接されていて該胴体部１１よりも小径となる円柱状のシャンク部１２と、該シャンク部１２に連接されていて該シャンク部１２よりも大径となる円柱状の底部１３とから構成されている。先端部２０を構成する金属材料は埋設基部１０を構成する金属材料よりも高硬度であり、これら埋設基部１０及び先端部２０は一体的に加工されている。

上記スタッドピンＰにおいて、先端部２０は、円環状に形成された外郭２１と、該外郭２１により囲まれた円柱状の内郭２２と、これら外郭２１と内郭２２との間に介在する溝部２３とを備えている。つまり、外郭２１の接地面での外周端及び内周端にはそれぞれエッジが形成され、内郭２２の接地面での外周端にもエッジが形成されている。

このようにスタッドピンＰの先端部２０が、環状に形成された外郭２１と、該外郭２１により囲まれた内郭２２と、その間に介在する溝部２３とを備えることにより、外郭２１及び内郭２２がそれぞれエッジを形成するので、スタッドピンＰのエッジ効果を格段に高めてタイヤの氷上性能を効果的に改善することができる。特に、スタッドピンＰの先端部を環状の外郭２１及びそれに囲まれた内郭２２で構成した場合、外郭２１及び内郭２２の各々に十分な強度を確保することが可能である。

図２に示すように、スタッドピンＰにおいて、溝部２３は内郭２２の周囲で環状に連続していると良い。この場合、外郭２１の内周端及び内郭２２の外周端におけるエッジ量を最大化し、そのエッジ効果を高めて氷上性能を効果的に改善することができる。

図５はスタッドピンの変形例を示すものである。図５において、スタッドピンＰの先端部２０は、外郭２１と内郭２２とを互いに連結する複数の繋ぎ部２４を備えている。これら繋ぎ部２４は、スタッドピンＰの中心軸に対して放射状に延在するように配置されている。また、外郭２１と内郭２２との間に繋ぎ部２４を設けるにあたって、溝部２３の内周側の長さの総和が内郭２２の外周長の５０％以上であると良い。例えば、図５において、繋ぎ部２４により分断された溝部２３の４つの分割片の内周側の長さをＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４とし、その総和をＬａ（Ｌａ＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４）とし、内郭２２の外周長（繋ぎ部２４が存在しないと想定したときの外周長）をＬｂとしたとき、Ｌａ≧０．５×Ｌｂであるとことが好ましい。この場合、スタッドピンＰの強度を増大させることができる。ここで、溝部２３の内周側の長さの総和が内郭２２の外周長の５０％未満であると、エッジ量の減少により氷上性能の改善効果が低下することになる。

図６～図８はそれぞれスタッドピンの他の変形例を示すものである。図６において、内郭２２はその外周縁に沿って環状に延びる内側溝部２２Ｃを有し、それによって、内郭２２が最内側に位置する内郭本体２２Ａとその外周側に位置する内郭外縁部２２Ｂとに区画されている。このように内郭２２を内郭本体２２Ａと内郭外縁部２２Ｂとに区画することにより、エッジ量が更に増加するので、氷上性能を効果的に改善することができる。

図７及び図８において、外郭２１の内周形状と内郭２２の外周形状とは互いに異なっている。図７では、外郭２１の内周形状は円形であるが、内郭２２の外周形状は正方形になっている。図８では、外郭２１の内周形状は円形であるが、内郭２２の外周形状は楕円形になっている。このように外郭２１の内周形状と内郭２２の外周形状とは互いに異ならせることにより、スタッドピンＰの先端部２０の排雪氷性を改善すると共に、エッジ量の増加により氷上性能の更に改善することができる。

なお、外郭２１の内周形状と内郭２２の外周形状とは互いに相似していても良い（図２参照）。この場合も、十分なエッジ効果を期待することができる。外郭２１の内周形状及び内郭２２の外周形状は、特に限定されるものではなく、円形、楕円形、四角形を含む多角形等の種々の形状を採用することが可能である。

図４に示すように、スタッドピンＰの中心軸Ｏと直交する方向に測定される外郭２１と内郭２２との間隔Ｌｙは、スタッドピンＰの中心軸Ｏと直交する方向に測定される外郭２１の寸法Ｌｘの１０％～３５％の範囲、より好ましくは、１５％～３０％の範囲にあると良い。これにより、スタッドピンＰの強度を十分に確保すると共に、排雪氷性及び加工性の悪化を回避することができる。ここで、外郭２１と内郭２２との間隔Ｌｙが小さ過ぎると排雪氷性や加工性が悪化し、逆に大き過ぎるとスタッドピンＰの強度が低下する。

また、内郭２２において最内側に位置する内郭本体２２Ａについて、スタッドピンＰの中心軸Ｏと直交する方向に測定される内郭本体２２Ａの寸法Ｌｚは、スタッドピンＰの中心軸Ｏと直交する方向に測定される外郭２１の寸法Ｌｘの１０％～６０％の範囲、より好ましくは、２０％～４０％の範囲にあると良い。これにより、スタッドピンＰの強度を十分に確保すると共に、排雪氷性及び加工性の悪化を回避することができる。ここで、内郭本体２２Ａの寸法Ｌｚが小さ過ぎるとスタッドピンＰの強度が低下し、逆に大き過ぎると排雪氷性や加工性が悪化する。

スタッドピンＰの中心軸Ｏと直交する方向に測定される外郭２１の寸法Ｌｘは、２ｍｍ～４ｍｍの範囲に設定されることが好ましい。また、スタッドピンＰの中心軸Ｏと直交する方向に測定される外郭２１の厚さｔは、０．３ｍｍ～０．６ｍｍの範囲に設定されることが好ましい。これにより、スタッドピンＰの強度を十分に確保すると共に、排雪氷性及び加工性の悪化を回避することができる。

上述した外郭２１の寸法Ｌｘ、外郭２１と内郭２２との間隔Ｌｙ、内郭本体２２Ａの寸法Ｌｚ及び外郭２１の厚さｔは、外郭２１と内郭２２とが溝部２３によって分断される位置であって、スタッドピンＰの中心軸Ｏの周りの任意の位置で測定されるものである。また、外郭２１又は内郭２２が面取り加工されている場合、その面取り部は存在しないものとして寸法が測定される。

図９は本発明の空気入りタイヤの一例を示すものである。図５に示すように、空気入りタイヤＴは、タイヤ周方向に延在して環状をなすトレッド部３１と、該トレッド部３１の両側に配置された一対のサイドウォール部３２，３２と、これらサイドウォール部３２のタイヤ径方向内側に配置された一対のビード部３３，３３とを備えている。

一対のビード部３３，３３間にはカーカス層４が装架されている。このカーカス層３４は、タイヤ径方向に延びる複数本の補強コードを含み、各ビード部３３に配置されたビードコア３５の廻りにタイヤ内側から外側へ折り返されている。ビードコア３５の外周上には断面三角形状のゴム組成物からなるビードフィラー３６が配置されている。

一方、トレッド部３１におけるカーカス層３４の外周側には複数層のベルト層３７が埋設されている。これらベルト層３７はタイヤ周方向に対して傾斜する複数本の補強コードを含み、かつ層間で補強コードが互いに交差するように配置されている。ベルト層３７において、補強コードのタイヤ周方向に対する傾斜角度は例えば１０°～４０°の範囲に設定されている。ベルト層３７の補強コードとしては、スチールコードが好ましく使用される。ベルト層３７の外周側には、高速耐久性の向上を目的として、補強コードをタイヤ周方向に対して例えば５°以下の角度で配列してなる少なくとも１層のベルトカバー層３８が配置されている。ベルトカバー層３８の補強コードとしては、ナイロンやアラミド等の有機繊維コードが好ましく使用される。

上記空気入りタイヤＴにおいて、トレッド部３１には、タイヤ周方向に延びる主溝４１が形成されており、これら主溝４１により複数の陸部４２が区画されている。トレッド部３１の陸部４２には、スタッドピンＰを植え込みための複数の植え込み穴４３が形成されている。スタッドピンＰは、その埋設基部１０が植え込み穴４３に挿入され、先端部２０がトレッド部３１から突き出すようにトレッド部３１に配設されている。植え込み穴４３の内径はスタッドピンＰの外径よりも若干小さくなっており、植え込み穴４３に植え込まれたスタッドピンＰはトレッド部３１に対して強固に保持される。

上述のように空気入りタイヤＴのトレッド部３１に所定の構造を有するスタッドピンＰを配設することにより、スタッドピンＰのエッジ効果に基づいて優れた氷上性能を発揮することが可能となる。

なお、図９に示す空気入りタイヤＴの補強構造は代表的な例を示すものであるが、これに限定されるものではない。また、空気入りタイヤＴのトレッド部３１に形成されるトレッドパターンも特に限定されるものではない。

タイヤサイズ２０５／５５Ｒ１６９４Ｔである空気入りタイヤにおいて、トレッド部に配設されるスタッドピンの構造だけを異ならせた従来例及び実施例１～４のタイヤを製作した。

従来例では、埋設基部と先端部とを有し、先端部が円柱状に加工されたスタッドピンを使用した。実施例１～４では、埋設基部と先端部とを有し、先端部が環状の外郭とそれによって囲まれた内郭と両者間に介在する溝部を備えたスタッドピンを使用した。実施例１～４について、内郭における内側溝部の有無、外郭の内周形状、内郭の外周形状を表１のように設定した。

これら試験タイヤについて、下記試験方法により、氷上性能を評価し、その結果を表１に併せて示した。

氷上性能：
各試験タイヤをリムサイズ１６×６．５Ｊのホイールに組み付けて排気量１４００ｃｃの前輪駆動車に装着し、空気圧を２５０ｋＰａとし、氷上において２０ｋｍ／ｈの走行状態から制動し、停止するまでの距離を計測した。評価結果は、測定値の逆数を用い、従来例を１００とする指数にて示した。この指数値が大きいほど氷上性能が優れていることを意味する。

この表１から判るように、実施例１～４では、スタッドピンの先端部が環状の外郭とそれによって囲まれた内郭と両者間に介在する溝部を備えているため、従来例との対比において、改良されたスタッドピンのエッジ効果に基づいて優れた氷上性能を発揮することができた。

１０埋設基部
１１胴体部
１２シャンク部
１３底部
２０先端部
２１外郭
２２内郭
２２Ａ内郭本体
２２Ｂ内郭外縁部
２２Ｃ内側溝部
２３溝部
２４繋ぎ部
３１トレッド部
Ｐスタッドピン
Ｔ空気入りタイヤ

Claims

タイヤのトレッド部に埋設される埋設基部と、該埋設基部の先端側に位置していて路面と接触する先端部とを有し、前記先端部を構成する金属材料が前記埋設基部を構成する金属材料よりも硬く、前記埋設基部及び前記先端部が一体的に加工されているスタッドピンにおいて、前記先端部が、環状に形成された外郭と、該外郭により囲まれた内郭と、前記外郭と前記内郭との間に介在する溝部とを備え、前記溝部が前記内郭の周囲で環状に連続することを特徴とするスタッドピン。
前記内郭がその外周縁に沿って延びる内側溝部を有することを特徴とする請求項１に記載のスタッドピン。
前記外郭の内周形状と前記内郭の外周形状とが互いに異なることを特徴とする請求項１～２のいずれかに記載のスタッドピン。
前記外郭の内周形状と前記内郭の外周形状とが互いに相似することを特徴とする請求項１～２のいずれかに記載のスタッドピン。
スタッドピン中心軸と直交する方向に測定される前記外郭と前記内郭との間隔Ｌｙがスタッドピン中心軸と直交する方向に測定される前記外郭の寸法Ｌｘの１０％～３５％の範囲にあることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のスタッドピン。
前記内郭が最内側に位置する内郭本体を含み、スタッドピン中心軸と直交する方向に測定される前記内郭本体の寸法Ｌｚがスタッドピン中心軸と直交する方向に測定される前記外郭の寸法Ｌｘの１０％～６０％の範囲にあることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載のスタッドピン。
請求項１～６のいずれかに記載されたスタッドピンがトレッド部に配設されていることを特徴とするタイヤ。