JP5771468B2 - タイヤ用スパイク及びスパイクタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、スパイクタイヤに用いられるタイヤ用スパイク、及び、トレッド部踏面に形成したスパイク打ち込み用の穴隙にタイヤ用スパイクを打ち込んでなるスパイクタイヤに関するものである。

従来、凍結路（氷路）や積雪路における走行性能を向上させた冬用タイヤとして、トレッド部踏面に形成した複数の穴に金属製のスパイク（「スタッド」と称されることもある）を打ち込んでなるスパイクタイヤが知られている。

ここで、スパイクタイヤに用いられるスパイクとしては、一般に、一方の端面に小穴が形成された円柱状のボディ（「シャンク」と称されることもある）と、ボディの小穴に圧入された硬質のピン（「チップ」と称されることもある）と、ボディの他方の端面側に該ボディと一体的に設けられた抜け防止用のフランジとを備えるスパイクが用いられている（例えば、特許文献１参照）。

そして、スパイクは、フランジからボディの一方の端面までがトレッド部内に埋設され、タイヤ表面からピンが突出するように、トレッド部踏面に形成した穴隙に打ち込まれる。
なお、通常、ピンはタングステン鋼などの超硬質の金属を用いて形成されており、ボディ及びフランジはアルミ合金や鋼鉄などの金属を用いて形成されている。

ところで、トレッド部踏面に形成した複数の穴隙に上記スパイクを打ち込んでなるスパイクタイヤでは、打ち込まれたスパイクが氷雪を引っ掻き、タイヤの摩擦抵抗を増大させる。
具体的には、スパイクタイヤでは、図１に示すように、最初に、トレッド部１０に埋設されたスパイク１１のピン１２が路面１３（氷路や積雪路）と接触する。次いで、ピン１２と路面１３との接触により穴隙１４から一部が飛び出したボディ１５が路面１３と接触することにより、スパイク１１が氷雪を引っ掻き、走行性能が向上する。

欧州特許第１９９８０６９号明細書

近年、車両走行の安全を確保する必要性が高まる中、上記のようなスパイクタイヤの氷上性能を向上させるためには、スパイクが氷を引っ掻く力を増加させ、タイヤの摩擦抵抗を更に増大させる必要がある。
特に、ピンの磨耗進展時において、スパイクが氷を引っ掻く力を増加させる技術が希求されている。

本発明の目的は、タイヤの氷上路面での制動性を向上させることのできる、タイヤ用スパイク及び該タイヤ用スパイクを有するスパイクタイヤを提供することにある。

発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた。
その結果、氷上路面でのエッジ効果と、雪上路面で雪を掻き出す効果とを共に高めることのできる、ピンの断面形状に関する新規知見を得た。

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、その要旨構成は、以下の通りである。
（１）軸線方向一方の端面に凹部が形成された柱状のボディと、前記凹部に配設され、一部が前記ボディの端面から突出するピンとを備えるタイヤ用スパイクであって、
前記ピンの側面に、当該ピンの径方向に延びる１つ以上の穴を有し、
前記１つ以上の穴に区画される前記ピンの壁面に、前記ピンの径方向に延びる１つ以上のリブレットを設けたことを特徴とする、タイヤ用スパイク。

（２）前記１つ以上の穴を、前記ピンの軸方向に連続して配置した、上記（１）に記載のタイヤ用スパイク。

（３）前記穴を複数有し、当該穴を千鳥状に配置した、上記（２）に記載のタイヤ用スパイク。

（４）前記穴を１つ有し、当該穴は前記ピンの軸方向に連続して延在する、上記（２）に記載のタイヤ用スパイク。

（５）前記１つ以上の穴に区画される前記ピンの壁面に、前記ピンの軸方向に延びる１つ以上のリブレットを設けた、上記（１）に記載のタイヤ用スパイク。

（６）前記１つ以上の穴は、断面円形又は断面楕円形である、上記（１）に記載のタイヤ用スパイク。

（７）前記１つ以上の穴は、断面矩形である、上記（１）に記載のタイヤ用スパイク。

（８）前記穴は、前記ピンの軸方向にジグザグ状に延在する、上記（３）に記載のタイヤ用スパイク。

（９）前記１つ以上の穴は、前記ピンの頂部から１ｍｍ以上軸方向に離間した位置に配置される、上記（１）〜（８）のいずれか１つに記載のタイヤ用スパイク。

（１０）前記穴は、前記ピンを貫通する、上記（１）〜（９）のいずれか１つに記載のタイヤ用スパイク。

（１１）スパイクタイヤのトレッド踏面に形成した穴隙に打ち込まれた状態において、
前記穴は、タイヤ幅方向に延びる、上記（１）〜（１０）のいずれか１つに記載のタイヤ用スパイク。

（１２）上記（１）〜（１１）のいずれか１つに記載のタイヤ用スパイクを、トレッド踏面に形成した穴隙に、前記穴がタイヤ幅方向に延びるように打ち込んだことを特徴とする、スパイクタイヤ。

本発明によれば、タイヤの氷上路面での制動性を向上させることのできる、タイヤ用スパイク及び該タイヤ用スパイクを有するスパイクタイヤを提供することができる。

従来のスパイクタイヤが路面を引っ掻く様子を説明するための図である。 本発明の一実施形態にかかるタイヤ用スパイクを示す正面図である。 ピンを示す図である。 本発明の一実施形態にかかるスパイクタイヤのトレッド部踏面を示す、トレッド展開図である。 ピンの磨耗進展時に穴がピンの上面に現れた様子を示す、ピンの正面図である。

以下、本発明について、図面を参照して詳細に説明する。
図２は、本発明の一実施形態にかかるタイヤ用スパイク（以下、単にスパイクと称する）を示す透視正面図である。
図２に示すように、本発明にかかるスパイク１は、略円柱状のボディ２と、該ボディ２の軸線Ｃ（ボディの長手方向に延びる中心軸線Ｃ）の方向の一方の端面２ａに形成された凹部に配設されたピン３と、ボディ２の軸線方向他方の端面側に、ボディ２と一体的に設けられた抜け防止用のフランジ４とを備えている。

図３（ａ）〜（ｊ）は、スパイクのピンを示す図である。
図３（ａ）は、第１の実施形態にかかるスパイクのピンを示す図である。
ここで、図３（ａ）の正面図に示すように、「ピンの軸方向」を、ピン３の長手方向に延びる中心線Ｄの延在方向とし、「ピンの径方向」を上記ピンの軸方向に垂直な方向とする。
図３（ａ）に示すように、第１の実施形態にかかるスパイクは、ピン３の側面３ａに、ピン３の径方向に延びる１つ以上の（図示例で４つの）穴５を有している。
また、図示例では、４つの穴はピン３の軸方向に離間して配置されており、また、穴５は、断面円形である（穴５の延在方向に垂直な断面にて円形である）。さらに、図示例では、穴５は、ピン３を当該ピン３の径方向に貫通している。
なお、図示例で、穴５は、ピン３の頂部３ｂから軸方向に１ｍｍ以上離間させて設けている。
以下、図４に示すように、スパイク１を上記の穴５の延在方向がタイヤ幅方向となるように、タイヤのトレッド部踏面７の穴隙８に打ち込んだ場合の作用効果について説明する。

第１の実施形態によれば、図５に示すように、ピンが磨耗した後において、穴５がピンの上面に現れる。
このため、ピンの磨耗後において、穴５に区画されるピン３の上面の縁部により、タイヤ周方向に対するエッジ成分が増大し、ピンの磨耗進展後においてもタイヤの氷上制動性を向上させることができる。
さらに、第１の実施形態では、穴５が断面円形であるため、タイヤ転動時にピンに生じる応力の集中に起因するピンの割れ等の破壊を抑制することができる。
加えて、ピンに穴を有するため、ピンが軽量化される。

図３（ｂ）は、第２の実施形態にかかるスパイクのピンの形状を示す図である。
図３（ｂ）に示すように、第２の実施形態では、ピン３の側面に設けた穴５が、ピン３の軸方向の一方側に向かってピンの径方向に対して傾斜して延びている。

第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、ピンの磨耗進展後においてもタイヤの氷上制動性を向上させることができる。また、穴５が断面円形であるため、応力の集中によるピンの破壊を抑制することができる。
さらに、第２の実施形態では、穴が径方向に傾斜しているため、磨耗が徐々に進展するいずれの時期においても、常に穴５の一部がピン接地面に露出する。その結果として、磨耗進展中において、常に氷上制動性を一定レベルで向上維持させることができる。

図３（ｃ）は、第３の実施形態にかかるスパイクのピンの形状を示す図である。
図３（ｃ）に示すように、第３の実施形態では、図示例で８つの穴５を、ピン３の軸方向に連続するように、千鳥状に配置している。すなわち、８つの穴は、ピン３の径方向に投影した際に軸方向に連続するように配置されている。

第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、ピンの磨耗進展後においてもタイヤの氷上制動性を向上させることができる。また、穴５が断面円形であるため、応力の集中によるピンの割れを抑制することができる。
さらに、穴５がピン３の軸方向に連続するように配置されているため、ピン３の磨耗進展時のいずれの時点においてもいずれかの穴５がピンの上面に現れ、穴５により区画されるピン３の縁部によってエッジ成分が増大し、タイヤの氷上制動性を向上させることができる。
加えて、穴５が千鳥状に配置されているため、後述するように穴５を軸方向に延在させる場合と比べて、ピンに生じる応力の集中を緩和して、ピンの割れを抑制することができる。

図３（ｄ）は、第４の実施形態にかかるスパイクのピンの形状を示す図である。
図３（ｄ）に示すように、第４の実施形態では、１つの穴５がピン３の軸方向及び径方向に延在している。また、図示例では、穴３は、断面矩形である。

第４の実施形態によれば、第３の実施形態と同様に、穴５がピン３の軸方向に連続しているため、ピン３の磨耗進展時のいずれの時点においても、タイヤの氷上制動性を向上させることができる。

図３（ｅ）は、本発明の第５の実施形態にかかるスパイクのピンの形状を示す図である。
図３（ｅ）に示すように、第５の実施形態では、第４の実施形態のスパイクのピン３に設けた穴５に区画される壁面に、ピン３の軸方向に延びる１つ以上（図示例で多数の）のリブレット６を設けている。
これにより、穴５が上面に現れた際に、リブレット６により区画される縁部によってエッジ成分が増大するため、タイヤの氷上性能をさらに向上させることができる。

図３（ｆ）は、第６の実施形態にかかるスパイクのピンの形状を示す図である。
図３（ｆ）に示すように、第６の実施形態では、穴５がピン５の径方向に屈曲してＶ字状に延びている。
第６の実施形態によれば、第４の実施形態と比較して、仮に穴５の空洞部体積を同じとしても、Ｖ字型に屈曲しているため、路面と接触するピンのエッジの長さ（ピン断面の外郭形状長さの総和）が長くなる。従って、氷上制動性能をさらに向上させることができる。

図３（ｇ）は、第７の実施形態にかかるスパイクのピンの形状を示す図である。
図３（ｇ）に示すように、第７の実施形態では、図示例で４つの穴５を、ピン３の軸方向に連続するように、千鳥状に配置している。図３（ｇ）に示すように、穴５は、断面矩形である（穴の延在方向に垂直な断面にて矩形である）。
第７の実施形態によれば、第３の実施形態と同様に、磨耗進展時のいずれの時点においても、タイヤの氷上制動性を向上させることができる。

図３（ｈ）は、第８の実施形態にかかるスパイクのピンの形状を示す図である。
図３（ｈ）に示すように、第８の実施形態では、１つの穴５が、ピン３の軸方向にジグザグ状に延在している。
第８の実施形態によれば、第４の実施形態の場合と比較して、応力の集中を避けてピンの割れを抑制することができる。

図３（ｉ）は、第９の実施形態にかかるスパイクのピンの形状を示す図である。
図３（ｉ）に示すように、第９の実施形態では、１つ以上の（図示例で６つの）穴５に区画されるピン３の壁面に、ピン３の径方向に延びる１つ以上の（図示例で多数の）リブレット６を設けている。
第９の実施形態によれば、穴５が上面に現れた際に、リブレット６により区画される縁部によってエッジ成分が増大するため、タイヤの氷上性能をさらに向上させることができる。

図３（ｊ）は、第１０の実施形態にかかるスパイクのピンの形状を示す図である。
図３（ｊ）に示すように、第１０の実施形態では、ピン３の径方向に延びる、図示例で４つの穴５が、ピン３を貫通せずピン３内で終端している。
また、軸方向に隣接する穴５は、互いに径方向の反対側から延び、穴５が径方向中央位置で終端している。すなわち、図示例では、軸方向に隣接する穴５は、軸方向に投影した際に重ならないように配置されている。
特に、第１０の実施形態によれば、ピンの剛性を確保することができるため、ピンの割れ等の破壊を抑制することができる。

さらに、１つ以上の穴は、ピン３の頂部３ｂから１ｍｍ以上軸方向に離間した位置に配置されることが好ましい。
ピンの磨耗進展後における、タイヤ周方向に対するエッジ成分を確保することができるからである。

また、ピンの側壁に設ける穴は、ピンを貫通することが好ましい。穴により区画されるピンの縁部が長くなることにより、エッジ成分をより一層確保することができるからである。なお、上述のとおり、ピンの剛性を確保するために、穴がピンを貫通せずに、ピン内に留まるように設けることもできる。

ここで、穴の断面形状は、円形、楕円形、矩形、多角形等様々な形状とすることができる。
上述の通り、応力の集中を避けて、ピンの割れを抑制する観点からは、穴の断面形状を円形、楕円形等にすることが好ましい。

また、ピンの軸方向断面（穴の延在方向に垂直な断面）において、ピンの断面積（穴を設けないと仮定したときの断面積）をＳ１とし、１つ以上穴の合計断面積をＳ２とするとき、比Ｓ２／Ｓ１は、
０．０５≦Ｓ２／Ｓ１≦０．２
を満たすことが好ましい。
０．０５以上とすることにより、ピンの側壁に設ける穴の断面積を十分大きくして、エッジ効果をより発揮できるようにするためである。一方で、０．２以下とすることにより、ピンの剛性を確保して、ピンの割れ等の破壊を抑制することができるからである。

本発明の効果を確かめるため、図３（ａ）〜（ｊ）に示す形状のピンを有する、発明例５、及び、参考例１〜４、６〜１０にかかるスパイクを試作した。
また、図３（ｋ）に示す形状のピンを有する、従来例にかかるタイヤを用意した。
上記各スパイクを、タイヤサイズ１９５／６５Ｒ１５のタイヤのトレッド部踏面の穴隙に打ち込み、タイヤの性能を評価する、以下の試験を行った。
なお、発明例５、及び、参考例１〜４、６〜１０にかかるスパイクついては、ピンに設けた穴がタイヤ幅方向に延びるように、上記穴隙に打ち込んだ。また、発明例５、及び、参考例１〜４、６〜１０については、穴をピンの頂部から軸方向に１ｍｍの位置に穴の上端があるように設けた。また、発明例５、及び、参考例１〜４、６〜１０においては、穴の断面積の合計Ｓ２を等しくした。ピンの断面積Ｓ１は各タイヤ共通である。
また、各タイヤの内圧は２３０ｋＰａとした。

＜氷上制動性＞
上記タイヤを車両に装着し、この車両の１万ｋｍ走行後に、ピンの磨耗により、上記穴が現れた状態において、氷路面で、速度２０ｋｍ／ｈから急制動したときの制動距離を指数評価した。従来例の制動距離を１００としたときの指数で表し、数値が小さいほど制動距離が短く性能に優れていることを示す。
各タイヤの諸元及び評価結果を、以下の表１に示す。

表１に示すように、発明例５、及び、参考例１〜４、６〜１０にかかるタイヤは、いずれも従来例にかかるタイヤより氷上制動性に優れていることがわかる。
また、参考例１と３との比較により、穴を軸方向に連続するように配置した、参考例３は、参考例１より氷上制動性に優れていることがわかる。
さらに、参考例４と発明例５との比較、及び参考例３と参考例９との比較により、穴により区画される壁面にリブレットを設けた発明例５、参考例９は、それぞれ、参考例４、参考例３より氷上制動性に優れていることがわかる。
加えて、参考例１と参考例１０との比較により、穴が径方向に貫通する、参考例１は参考例１０より氷上制動性に優れていることがわかる。

１ スパイク
２ ボディ（シャンク）
２ａ 端面
３ ピン
３ａ ピンの側面
３ｂ ピンの頂部
４ フランジ
５ 穴
６ リブレット
７ トレッド部踏面
８ 穴隙
１０ トレッド部
１１ スパイク
１２ ピン
１３ 路面
１４ 穴隙
１５ ボディ（シャンク）

Claims (12)

1. 軸線方向一方の端面に凹部が形成された柱状のボディと、前記凹部に配設され、一部が前記ボディの端面から突出するピンとを備えるタイヤ用スパイクであって、
   前記ピンの側面に、当該ピンの径方向に延びる１つ以上の穴を有し、
   前記１つ以上の穴に区画される前記ピンの壁面に、前記ピンの径方向に延びる１つ以上のリブレットを設けたことを特徴とする、タイヤ用スパイク。
2. 前記１つ以上の穴を、前記ピンの軸方向に連続して配置した、請求項１に記載のタイヤ用スパイク。
3. 前記穴を複数有し、当該穴を千鳥状に配置した、請求項２に記載のタイヤ用スパイク。
4. 前記穴を１つ有し、当該穴は前記ピンの軸方向に連続して延在する、請求項２に記載のタイヤ用スパイク。
5. 前記１つ以上の穴に区画される前記ピンの壁面に、前記ピンの軸方向に延びる１つ以上のリブレットを設けた、請求項１に記載のタイヤ用スパイク。
6. 前記１つ以上の穴は、断面円形又は断面楕円形である、請求項１に記載のタイヤ用スパイク。
7. 前記１つ以上の穴は、断面矩形である、請求項１に記載のタイヤ用スパイク。
8. 前記穴は、前記ピンの軸方向にジグザグ状に延在する、請求項３に記載のタイヤ用スパイク。
9. 前記１つ以上の穴は、前記ピンの頂部から１ｍｍ以上軸方向に離間した位置に配置される、請求項１〜８のいずれか一項に記載のタイヤ用スパイク。
10. 前記穴は、前記ピンを貫通する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のタイヤ用スパイク。
11. スパイクタイヤのトレッド踏面に形成した穴隙に打ち込まれた状態において、
    前記穴は、タイヤ幅方向に延びる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のタイヤ用スパイク。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載のタイヤ用スパイクを、トレッド踏面に形成した穴隙に、前記穴がタイヤ幅方向に延びるように打ち込んだことを特徴とする、スパイクタイヤ。

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