JP2004524215A - タイヤ／ホイールの空洞ノイズを減衰させる装置 - Google Patents

Abstract

【課題】走行時にタイヤ／ホイール組立体で発生するノイズを減衰させる装置。
【解決手段】タイヤ／ホイール空洞内に周方向リングとしてストリップを配置する。このストリップは周方向に互いに間隔を介して配置されて、リングにリッジ／ギャップ異形断面形状を与える。リングはタイヤまたはホイールまたはこれら両方の内側表面に配置できる。２つのリングを形成し、各リングのギャップを周方向が千鳥状となるように配置するのが好ましい。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、閉じた内部空洞（キャビティー）を規定する形式タイヤ／ホイール組立体、例えば空気タイヤ／ホイール組立体が走行時に発生するノイズを減衰させる装置に関するものである。
本発明は特に、内部空洞の振動モードに関連するノイズを減衰させるためにタイヤ空洞内に取り付けられるデバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タイヤのキャビティーノイズ（空洞ノイズ）は閉じたタイヤ空洞内部に含まれる空気の励起によって生じる。一般に、タイヤ走行時にはタイヤのトレッドおよびサイドウォールの湾曲によって空気が振動（エキサイト）される。空洞内の空気は円環状の空洞内に閉じ込められているが、この振動作用によって空気カラムの役目をする。
タイヤのキャビティーノイズを低減または無くすために種々の解決策が提案されている。例えば、ホイールにヘルムホルツ共鳴器を組み込んだり、吸音材料を空洞内に種々形状にして配置する等の方法が挙げられる。
しかし、これらの解決策はコストが高く、製造が難しく、有効性に問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は単純、安価で、製造が容易な空洞ノイズを減衰させるための有効な解決策を提供する。
本発明は、ホイールに取り付けたタイヤによって規定される閉じられた空洞は周方向がほぼ均一な円環状空間で定義されているという点から出発している。このほぼ均一な空間はタイヤ回転中に無限長さの空気管として挙動し、空洞内に定常音波を形成させる。この定常音波のエネルギーはホイールを介して車両にノイズとして伝達される。
【０００４】
本発明者は、音波を空洞内の定常波として考えることができ、一方、回転するタイヤ／ホイールはこの定常波に対して移動するものとして考えることができるということを見出した。すなわち、タイヤまたはホイール上の装置を波の最小ピークおよび最大ピークと干渉するように配置することによって波を減衰させることができるということを見出した。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では空洞の周方向に不均一性を与える装置によって音波を妨げることができ、ホイールへのエネルギーの伝達を減衰させることができる。本発明装置はリッジとギャップとを交互に配置した不連続な断面形状を有する少なくとも１つの周方向リングを有する。この少なくとも１つのリングはタイヤ空洞内のタイヤ表面上またはホイール表面上に配置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の一実施例では、リングが周方向に整合し且つ互いに間隔を介して配置された複数のストリップで形成され、一つまたは複数のギャップを有する。別の実施例ではリングは単一のストリップで形成される。このストリップにはギャップによって互いに隔てられた複数のリッジが形成される。高い表面と低い表面（ストリップ群／リッジとギャップ）の断面形状部分が音波を通って移動し、リッジが波動ピークと一致した瞬間に中断が生じて空洞によって生じたノイズが減衰すと考えられる。
【０００７】
リッジとギャップの数は本発明装置で減衰される音響波の次数に関係する。一次モードは１回転に１回生じる完全波であり、この波はタイヤの周方向に最大値と最小値の２つのピークを有するということは当業者には理解できよう。この一次モードの振動を減衰させるための本発明リングは互いに等間隔に配置された少なくとも２つのリング／ギャップを有する。リングは４つのリッジ／ギャップを有するのが好ましく、そうすることによってリングの中断能力が促進されると考えられる。
【０００８】
本発明ではリッジとギャップとを交互に配置することによって従来法のように吸音材料の連続リングを配置した場合に比べて波動中断機能が向上するということは当業者に理解できよう。リッジとギャップの周方向長さは等しくすることができる。変形例ではリッジをギャップより長くするか、ギャップをリッジより長くすることができる。リッジ自体はほぼ同じ長さであり、ギャップ自体もほぼ同じ長さである。
【０００９】
本発明の好ましい実施例ではリングを吸音材料で形成し、音響エネルギーの一部を吸収し、音響反射表面を設けないようにしてノイズの低減を助ける。
【００１０】
本発明の1つの観点から、タイヤ空洞内に２つのリングを平行に取り付け、各リングのギャップが周方向でほぼ千鳥状（すなわち横方向または軸線方向で整合しない状態）にくるように各リングを配置する。
【００１１】
リングはタイヤまたはホイールの一方または両方の空洞規定表面上に配置できる。リングはタイヤのクラウンまたはビードシート間のホイールのウェル領域に配置して、タイヤの取付け／取外しによってストリップが損傷しないようにするのが好ましい。
【００１２】
リングを形成するストリップはタイヤ環境および回転、その他の撓みに起因する応力に耐えることができ且つタイヤに取付可能な材料で形成される。ゴムまたはプラスチックストリップ、金属、織物または複合材料をタイヤ空洞内に配置することができる。可撓性が無いか、剛性材料はタイヤよりもホイールへの取付に適していることは理解できよう。
【００１３】
吸音ストリップは音響エネルギーまたは振動エネルギーを吸収可能な任意の材料、例えばゴム、発泡ゴムおよびプラスチック、コルク、織物またはフェルトで形成できる。
本発明は添付図面を参照した以下の説明からよりよく理解できよう。
【実施例】
【００１４】
［図１］はタイヤ20およびホイール30の放射方向断面図である。タイヤ空洞24の境界はタイヤ20の内側表面22とホイール30の内側表面32とによって規定される。空気タイヤではタイヤ空洞24内に収容された加圧下の空気がタイヤ本体に張力を加えてタイヤ／ホイール組立体に加わる荷重を支持する。走行時にタイヤ20が地面に接地し、障害物（図示せず）と衝突するとタイヤが撓み、そのエネルギーがタイヤ空洞24内の空気に伝達され、空洞内の空気に音響エネルギーが発生する。この空気からの音響エネルギーは望ましくないノイズとしてタイヤ空洞から伝達される。
【００１５】
タイヤ空洞は周方向（［図1］の平面の方向）に沿ってほぼ均一なので、上記の音響エネルギーは空洞内に収容された空気のいわゆるリング状定常波を形成する。この定常波は最大ピークおよび最小ピークと、ゼロ圧力ノードとを有することは当業者には理解できよう。一次波は最大ピークと最小ピークとからなる１サイクルで完了する。
【００１６】
本発明では、タイヤ空洞内に一つまたは複数の異形リングを配置することによってタイヤの内部空間を周方向で不均一にし、それによって空洞ノイズを減衰させる。以下で説明するように、この異形リングは単一の異形ストリップか、複数のストリップにすることができる。後者の場合、各ストリップは周方向に整合してリングを形成する。
【００１７】
本発明のリングはタイヤ空洞内の周方向に対応するその長さ方向において不均一な異形断面を有する。以下で詳細に説明するように、本発明のリングはギャップ（間隙）を介して互いに隔てられたリッジ（峰部）を有する階段状の放射方向外側表面からなる幾何学形状をしている。リッジとギャップによって形成される放射方向外側表面は階段状の移行部の間を周方向へ延び、リッジとそれに隣接するギャップとの間で断面形状が急激に変化するようになっている。リングが定常波の回りを回転すると、タイヤ空洞内の周方向断面形状が変化し、それによって定常波が妨害され、キャビティーノイズが減衰させる。定常波のピークとリッジおよびギャップを交互に配置することによって連続ストリップの場合に比べてノイズ低減効果が向上すると考えられる。
【００１８】
［図1］にはタイヤクラウン24の内側表面22上に単一のリング40が取り付けられ、ホイール30の内側表面32に２つのリング40が取り付けられた例が示してある。クラウンまたはホイールに配置するのが好ましいが、タイヤ20の内側表面またはホイール30の任意の位置にリング40を取り付けることができ、クラウンまたはホイールに配置することに限定されるものではない。以下に述べるように、２つ以上のリングをタイヤまたはホイールのいずれか一方、または、両方に取り付けることもできる。さらに、リング40の巾を取付表面であるクラウンまたはホイールの全幅にすることもできるが、図示したようにそれより狭くすることもできる。
【００１９】
本発明の一実施例では、周方向リングがその長手方向すなわち周方向に沿って２つのギャップによって隔てられた少なくとも２つのリッジを有する単一ストリップからなる。［図２］、［図３］、［図４］に示される好ましい実施例では４つのリッジと各リッジを隔離させる４つのギャップとを有する。リング40は一次の音響モードを低減させるために、２、３または４つのリッジ／ギャップを有するのが好ましい。そうすることによってタイヤ／ホイールの回転時にリッジを波のピークに配置するのが容易になる。一次以上の次数の音響モードを減衰させるためには４つのリッジ／ギャップを数倍することになる。
【００２０】
各リッジ／ギャップは放射方向高さはほぼ一定である。ギャップ46の高さはリッジ42の高さの少なくとも半分であるのが好ましい。すなわち、ギャップ46の所のストリップ42の基部48の高さははリッジ44の高さの半分以下である。
【００２１】
［図２］に示すリッジ44はギャップ46よりも相対的に長い。波のピークの最大値および最小値でのリッジの滞在時間を相対的に長くすることによって波の妨害能力が促進されると考えられる。各リッジ44はほぼ同じ長さを有し、ギャップ46はリッジと別の長さでほぼ等しい。変形例ではリッジとギャップを単一のほぼ同じ長さにすることもできる。
【００２２】
［図３］に示す別の変形例のリッジ45とギャップ47とを交互に有するリング41はリッジ45がギャップ47よりも相対的に短い単一のストリップ43で形成される。この実施例でも各リッジ45はほぼ同じ長さを有し、ギャップはリッジとは異なる長さで互いに等しい。
【００２３】
ストリップ42、43をテープまたはリボンで形成し、このテープまたはリボンに互いに間隔をあけて配置されたブロックを結合させることができる。変形例では使用する材料に応じてストリップ42，43を成形または切削加工で作ることができる。
【００２４】
［図４］に示す別の実施例では、リング40が周方向に整合しかつ互いに間隔を介して配置された個別のストリップ50から成り、各ストリップ50はタイヤまたはホイールの表面に直接取り付けられる。各ストリップ50の間の間隔によってギャップ52が形成され、ストリップの断面形状が中断される。
【００２５】
［図２］と［図４］に示す本発明の好ましい実施例では、リッジ44、50の長さはギャップ46、52よりも長く、各ギャップの長さは最小でもリング40が取り付けられる表面の周方向距離の約0.01％である。乗用車用タイヤのクラウン内部表面では一般に約2ｍｍである。最大ギャップは取付表面の周方向距離の約15％である。乗用車用タイヤのクラウン内部表面に取り付ける場合、リッジ44、50の端部間で約200ｍｍである。
【００２６】
本発明の別の観点では、空洞24内に２つ以上のリング40を平行に取り付ける。これらのリング40は［図1］に示すようにタイヤの内部表面22またはホイールの内側表面32のいずれか一方または両方に取付けることができる。
【００２７】
未荷重下のタイヤでは最大値と最小値が180°離れた単一の一次の波ができるが、荷重下のタイヤでは縦方向の直径とは異なる直径を垂直方向（接地面を含む）に有するため一次の波を２つ有する。これらの波は音圧対周波数グラフで周波数が極めて近い類似音圧値を有する２つの鋭いピークとして現れる。荷重下のタイヤの２つの一次の波の最大値と最小値は等間隔で、位相のズレは約90°である。
【００２８】
［図４］と［図５］はホイールの内側表面32を図面の面上に投影した投影図で、互いに平行に取り付けられた２つのリング40を有する本発明の好ましい配置である。［図４］および［図５］ではリング40を各リッジを形成する個別のストリップ50、60で形成しているが、リング40を上記の単一ストリップ42、43にすることもできる。リッジ50、60は周方向で互いに隣接したリッジ50、60の間で規定されるギャップ52、62が千鳥状すなわち横方向または軸線方向に整合しない状態となるように配置される。一般にギャップ／リッジは位相を90°ズラして千鳥状に配置するのが好ましい。このように配置することで両方の一次の波を妨ぐことができ、リング40の波動妨害機能が向上する。この原理は約４の倍数のリッジを有するリングを取り付けることによって他の周波数モードでの他の音にも容易に適用できるということは当業者には理解できよう。
【００２９】
本発明の別の観点から、［図３］に示すように、各リング40のストリップ50の数を同じにすることができるが、変形例では異なる数、すなわち、第1のリングを２つのストリップにし、第２のリングを４つのストリップにすることができる。
【００３０】
タイヤ走行時にストリップまたはリッジが応力を受けるのを避けるために、リング40を［図１］に示すようにホイールウェル34に配置することもできる。リング40はクラウン24の下側内側表面22に配置することができ、この配置はタイヤをホイールに取り付ける時にリングが損傷するのを避ける点で有利である。
【００３１】
ストリップ42、50はタイヤ空洞内に配置するのに適したゴムまたはプラスチック、金属または複合材料で形成できる。ホイールへの取付には可撓性のない材料が、タイヤへの取付には可撓性のある材料が適していることは理解できよう。ストリップは中実または中空にすることができ、重量を減らすためには中空ストリップが有利である。
【００３２】
本発明の好ましい実施例では、リング40を形成するストリップ42またはストリップ50が吸音材料で作られる。そうしたストリップは音響エネルギーまたは振動エネルギーを吸収できる任意の材料、例えば発泡ゴムおよびプラスチック、コルクまたはフェルトで形成できる。吸音ストリップは反射される可能性のあるエネルギーを吸収してノイズの低減を助けると考えられる。
【００３３】
以上、本発明の好ましい原理、構造および実施例を説明したが、当業者は特許請求の範囲で定義される本発明の精神を逸脱しないで均等手段に変えることができるということは理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】リングを本発明により配置したタイヤ／ホイールの放射方向断面図。
【図２】長いリッジと短いギャップとを有する単一ストリップで形成される第１実施例のリングの側面図。
【図３】短いリッジと長いギャップとを有する単一ストリップで形成される第２実施例のリングの側面図。
【図４】各リングが複数のストリップで形成される長いリッジの２つのリングを周方向に配置したホイールの単一面内への投影図。
【図５】各リングが複数のストリップで形成された短いリッジの２つのリングを周方向に配置したホイールの単一面内への投影図。

Claims (10)

1. タイヤ／ホイール組立体の内側表面に取付可能な周方向の少なくとも第1と第２のリングを有し、各リングは周方向に整合した少なくとも２つのリッジを有し、各リッジは周方向に互いに間隔を介して配置されて、間にギャップが形成され、第1のリングのギャップが軸方向で第２のリングのリッジと整合していることを特徴とする空気タイヤ／ホイール組立体で発生する空洞ノイズを減衰させる装置。
2. 各リングが３つのリッジを有する請求項１に記載の装置。
3. 各リングが４つのリッジを有する請求項１に記載の装置。
4. 各リングが４の倍数のリッジを有する請求項１に記載の装置。
5. 少なくとも1つのリングのリッジが少なくとも２mmの間隔で周方向に互いに離れている請求項１に記載の装置。
6. 少なくとも1つのリングのリッジが200mm以下の間隔で周方向に互いに離れている請求項１に記載の装置。
7. 第1と第2のリングがホイールの表面に取り付けられる請求項１に記載の装置。
8. 第1のリングがホイールの表面に取り付けられ、第2のリングがタイヤの表面に取り付けられる請求項１に記載の装置。
9. 少なくとも第1と第２のリングのリッジが吸音材料で形成される請求項１に記載の装置。
10. 空気タイヤ／ホイール組立体で発生する空洞ノイズを減衰させる装置において、
    組立体の内部空間を規定するホイール表面に取付可能なリングを有し、このリングは周方向で整合した少なくとも２つのリッジを有するストリップから成り、各リッジは周方向に互いに間隔を介して配置され、間に少なくとも２mmのギャップが形成され、上記ストリップが吸音材料で形成され、少なくとも２つのリングは一つのリングのギャップが他方のリングのリッジと整合するような相互位置をしていることを特徴とする装置。