JP2005138760A - 空気入りタイヤとリムとの組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】 制音体のタイヤ周方向外端側からの亀裂損傷の発生を抑制でき、制音体の耐久性向上を達成しうる。
【解決手段】 タイヤ内腔４に、タイヤ内腔４の全体積Ｖ１の０．４〜２０％の体積Ｖ２を有しかつタイヤ周方向に延在するスポンジ材を用いた制音体５を具える。制音体５は、タイヤ側内腔面４Ｓ１又はリム側内腔面４Ｓ２に貼着されるとともに、スポンジ材の硬さを１０〜８０Ｎ、引張強さを７０ｋＰａ以上、かつ比重を０．０１４〜０．０２６の範囲とした。
【選択図】 図３

Description

本発明は、タイヤ内腔にスポンジ材からなる制音体を配することにより、走行中のロードノイズを低減した空気入りタイヤとリムとの組立体に関する。

タイヤ騒音の一つに、路面を走行した際に、５０〜４００Hzの周波数範囲で「ゴー」という音が生じるいわゆるロードノイズがあり、その主原因として、タイヤ内腔内で起こす空気の共鳴振動（空洞共鳴）が知られている。

そこで、近年、図８（Ａ）に略示する如く、タイヤ内腔内に、タイヤ周方向にのびる長尺帯状のスポンジ材からなる制音体ａを配し、タイヤ内腔内で生じた共鳴音エネルギーを緩和、吸収することにより、空洞共鳴を抑制しロードノイズを低減する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。図中の符号ｂはタイヤ、ｃはリムを示している。

このとき、前記制音体ａを、タイヤｂやリムｃに固定することなく自由に動く状態でタイヤ内腔内に配した場合には、走行時に作用する遠心力や横力によって制音体ａがタイヤ内腔面と衝突するなど、制音体ａ自身が破壊を起こし、これによって空洞共鳴の抑制効果を経時的に低下させるという問題がある。そこで前記特許文献１では、制音体ａをタイヤ内面に接着・固定し、これによって制音体ａの耐久性を確保している。

しかしながら、本発明者のさらなる研究の結果、制音体ａを接着したタイヤに対しドラム耐久試験機を用いて長期走行試験を行った場合、例えば６０００ｋｍ以下の比較的早期において、図８（Ｂ）に示す如く、前記制音体ａのタイヤ周方向外端部ｅが、接着面ｆの近傍で亀裂損傷ｇを起こし、耐久性が損なわれるという新たな問題があることが判明した。この亀裂損傷は、接着剥れとは異なるスポンジ材自体の亀裂であって、接着強度を高めた場合にも発生する。

特開２００３−６３２０８号公報

そこで本発明は、制音体に用いるスポンジ材の硬さ、引張強さ、及び比重を特定することを基本として、制音体のタイヤ周方向外端側からの亀裂損傷の発生を抑制でき、制音体の耐久性向上を達成しうる空気入りタイヤとリムとの組立体を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本願請求項１の発明は、リムと、このリムに装着される空気入りタイヤとがなすタイヤ内腔に、タイヤ内腔の全体積Ｖ１の０．４〜２０％の体積Ｖ２を有しかつタイヤ周方向に延在するスポンジ材を用いた制音体を具え、
かつ該制音体は、その底面が前記タイヤ内腔を囲むタイヤ側内腔面又はリム側内腔面に貼着されるとともに、
前記制音体は、スポンジ材の硬さを１０〜８０Ｎ、引張強さを７０ｋＰａ以上、かつ比重を０．０１４〜０．０２６の範囲としたことを特徴としている。

又請求項２の発明では、前記制音体は、タイヤ周方向の両外端部を、その外端面が前記底面に対して鋭角で交わる傾斜面部としたことを特徴としている。

又請求項３の発明では、前記傾斜面部は、前記端面と底面との角度θを１５〜７０°としたことを特徴としている。

なお本明細書において、前記制音体の「体積Ｖ２」とは、制音体の見かけの全体積であって、内部の気泡を含めた制音体の外形から定められる体積を言う。また前記「タイヤ内腔の全体積Ｖ１」は、組立体に正規内圧を充填した無負荷の状態において下記式で近似的に求めるものとする。
Ｖ１＝Ａ×｛（Ｄｉ−Ｄｒ）／２＋Ｄｒ｝×π
式中、" Ａ" は前記正規状態のタイヤ内腔をＣＴスキャニングして得られるタイヤ内腔面積、" Ｄｉ" は図１に示す正規状態でのタイヤ内腔の最大外径、" Ｄｒ" はリム径、" π" は円周率である。
また前記「正規内圧」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、各規格がタイヤ毎に定めている空気圧であり、ＪＡＴＭＡであれば最高空気圧、ＴＲＡであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば "INFLATION PRESSURE" とするが、タイヤが乗用車用の場合には、現実の使用頻度などを考慮して一律に２００ｋＰａとする。

本発明は叙上の如く構成しているため、制音体のタイヤ周方向外端側からの亀裂損傷の発生を抑制でき、制音体の耐久性を大巾に向上させることが可能となる。

以下、本発明の実施の一形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の空気入りタイヤとリムとの組立体（以下、単に「組立体」という場合がある）の子午断面図、図２は組立体のタイヤ赤道面に沿った周方向略断面図を示している。

図１において、組立体１は、空気入りタイヤ２（単に「タイヤ２」という場合がある）とリム３とからなり、前記タイヤ２をリム３に装着することにより、該タイヤ２とリム３とが囲むタイヤ内腔４を形成している。

前記リム３は、タイヤ２を装着する環状のリム本体３ａと、このリム本体３ａを支持しかつ車軸に固定されるディスク３ｂとを具える周知構造をなし、本例では、ＪＡＴＭＡ等の前記規格が規定する正規リムを採用した場合を例示している。また前記タイヤ２は、そのビード部２ａを前記リム本体３ａのフランジ３ａ１に密着させてリム組みされる例えば乗用車用ラジアルタイヤであって、タイヤ内腔４を囲む内腔面４Ｓのうちのタイヤ側内腔面４Ｓ１を、低空気透過性ゴムからなるインナーライナゴムで形成したチューブレス構造を具える。これにより、タイヤ２は、前記リム本体３ａとで気密なタイヤ内腔４を形成する。

そして前記組立体１は、前記タイヤ内腔４内に、スポンジ材からなりかつタイヤ周方向に連続してのびる長尺帯状の制音体５を配している。

前記スポンジ材は、海綿状の多孔構造体であり、例えばゴムや合成樹脂を発泡させた連続気泡を有するいわゆるスポンジ、及び動物繊維、植物繊維或いは合成繊維等を絡み合わせて一体に連結したものなどを含む。また前記「多孔構造体」には、連続気泡のみならず、独立気泡を有するものも包含する。本例では、ポリウレタンからなる連続気泡のスポンジ材を用いた好ましいものを例示している。

このようなスポンジ材は、防振性や吸音性が高いため、前記タイヤ内腔４内で生じた共鳴音エネルギーを効果的に緩和、吸収できる。その結果、空洞共鳴を抑制でき、ロードノイズを低減しうる。またスポンジ材は、収縮、屈曲等の変形が容易であるためリム組み性を損ねることもなく、しかもソリッドゴム体などに比して比重が非常に小さいため、タイヤ重量バランスへの悪影響も低く抑えることができる。

又前記制音体５は、その体積Ｖ２を、前記特許文献１に記載の場合と同様、タイヤ内腔４の全体積Ｖ１の０．４〜２０％に設定することが必要である。もし比Ｖ２／Ｖ１が０．４％未満では、空洞共鳴の抑制効果が充分に発揮されなくなり、逆に比Ｖ２／Ｖ１が２０％を越えると、空洞共鳴の抑制効果が頭打ちとなるばかりか重量やコストの不必要な増加を招くという不都合が生じる。

次に、前記制音体５では、高速走行時に受ける種々な加速度により制音体５に無理な力が作用したり内腔面４Ｓと衝突したりするなどに原因して、前記制音体５自身が破壊するのを抑制するため、該制音体５を前記内腔面４Ｓのうちのタイヤ側内腔面４Ｓ１又はリム側内腔面４Ｓ２に貼着している。

本例では図３に示す如く、前記制音体５の底面５ａが、タイヤ側内腔面４Ｓ１のうちのトレッド領域Ｊに貼着される好ましい場合を例示している。これは、高速走行時の遠心力が半径方向外方に向くからであり、前記トレッド領域Ｊに固定することにより、制音体５を遠心力によってトレッド領域Ｊに押し付けでき、その動きを効果的に拘束できるからである。このような観点から、制音体５を、その巾中心線がタイヤ赤道Ｃに沿うように、トレッド領域Ｊの中央に固定するのが特に好ましい。このとき制音体５では、本例の如く、前記タイヤ子午線断面において、タイヤ赤道Ｃを中心とした線対称形状をなすことが好ましい。これは、非線対称形状の場合には、横剛性が左右で相違するため、剛性の低い側に倒れやすくなるからである。なお前記「トレッド領域Ｊ」とは、ベルト層７の両外端を通る半径方向線の間の領域を意味する。

又前記制音体５の断面形状としては、特に規制されることがなく、例えば矩形状、台形状、三角形状、弾頭形状、半円形状など種々の形状を採用しうる。しかし、制音体５の生産効率、ロードノイズ低減効果等の観点から、本例の如く、高さＴ１と巾Ｗ１との比Ｔ１／Ｗ１が０．４〜２．０の矩形状断面のものが好適に採用しうる。特にロードノイズ低減効果の観点から、前記比Ｔ１／Ｗ１の下限値を０．８より大、さらには１．０より大とした縦長断面とするのが好ましく、又着座の安定性のために、上限値を１．８倍以下さらには１．５倍以下とするのが好ましい。

次に、前記制音体５の貼着として、例えば、合成ゴムを有機溶剤に溶解した溶液型、及び水に分散させたラテックス型などの合成ゴム系の液状の接着剤、或いは両面テープが好適に採用しうる。

しかし両面テープは、その取扱いが容易であり、かつ貼着作業効率にも優れるためより好ましく用いうる。なお両面テープとしては、例えば織布等のシート状基材の両面に粘着層を形成したもの、及びシート状基材を有することなく粘着層のみで形成したものなど種々の構造のものが使用できるが、タイヤは、高速走行時に内部温度が１２０℃程度まで上昇する場合がある。従って、両面テープでは、常温時だけでなく高温時の接着強度も充分確保する必要があり、以下の剥離テストにおける２５℃（常温）での剥離強度を０．１４７Ｎ／ｍｍ（０．０１５ｋｇｆ／ｍｍ）以上、かつ１２５℃（高温）での剥離強度を０．０５８８Ｎ／ｍｍ（０．００６ｋｇｆ／ｍｍ）以上とするのが好ましい。

なお前記剥離テストは、図４に示すように、タイヤ側内腔面４Ｓ１をなすゴムと同一組成のゴムシート２０に、両面テープ２１を介して制音体５と同一組成のスポンジシート２２を貼着する。なおスポンジシート２２は巾２０ｍｍ、長さ１２０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの矩形状をなし、長さ方向の一端には、長さ２０ｍｍの非接着部２２ａを設けている。そして、引張試験機を用い、前記非接着部２２ａを両側に引っ張り、剥離が生じた時の引張り力（Ｎ）をスポンジシート２２の前記巾２０ｍｍで除した値を剥離強度として定義した。

又制音体５の接着強度をより高めるために、タイヤ側の接着域Ｙを平滑面で形成することが好ましい。一般に、タイヤを加硫成形する際に用いるブラダーの外表面には、タイヤとの間に空気溜まりが生じるのを防止するための排気溝が一面に形成される。従って、加硫成形後のタイヤ側内腔面４Ｓ１には、図５に示すように、前記排気溝が転写されてなる小高さの複数の凸条２３がビード部２ａ、２ａに跨って形成されており、これが悪影響して、接着強度の低下を引き起こす。従って、前記接着域Ｙを、凸条２３を除去した平滑面とすることにより、制音体５の接着面積が増し接着強度を高めることができる。この凸条２３の除去は、前記接着域Ｙに相当する位置において排気溝を排除した新規なブラダーを使用することにより達成できる。

しかしながら、本発明者の研究の結果、このように前記制音体５を強固に接着し、内腔面４Ｓとの衝突等を確実に防止した場合にも、例えば６０００ｋｍ以下の比較的早期の走行において、前記制音体５が亀裂損傷を起こすなど、制音体５の耐久性を充分に確保できないことが判明した。この亀裂損傷ｇは、走行中に制音体５に作用する応力が、そのタイヤ周方向外端部ｅにおける接着面ｆに集中することに起因し、前記図８（Ｂ）に示すように、前記接着面ｆの近傍においてこの接着面ｆに沿って発生する。

そこで本発明では、この亀裂損傷ｇを防止するため、前記制音体５に使用するスポンジ材の硬さを１０〜８０Ｎ、引張強さを７０ｋＰａ以上、かつ比重を０．０１４〜０．０２６の範囲に規制している。

これは前記スポンジ材の硬さについては、８０Ｎ以下と軟らかくすることにより、その伸びによって前記接着面ｆに集中する応力の分散、緩和が図られる。又スポンジ材の引張強さについては、７０ｋＰａ以上とすることにより、前記応力に対する耐久強度自体が高められる。又スポンジ材の比重については、０．０２６以下とすることにより質量が軽くなるなど、加速度によって生じる制音体への外力を軽減でき、前記応力自体の軽減が図られる。そして、これらの相乗効果によって、亀裂損傷ｇの発生が抑制され、制音体５の耐久性向上を達成することができるのである。

従って、スポンジ材の前記硬さが８０Ｎより大、引張強さが７０ｋＰａ未満、及び比重が０．０２６より大では、亀裂損傷の抑制効果が有効に発揮されなくなる。又スポンジ材の前記硬さが１０Ｎ未満と軟らかすぎる、及び比重が０．０１４未満と軽すぎると、スポンジ材の防振性や吸音性が低下し、ロードノイズの低減効果を減じる傾向となる。このような観点から、前記硬さの下限値は２０Ｎ以上であるのが好ましく、又その上限値は５０Ｎ以下であるのが好ましい。又前記引張強さの下限値は８０ｋＰａ以上であるのが好ましく、又その上限値は特に規制されないが、コスト、生産性、市場での入手容易性などから１６０ｋＰａ以下、さらには１２０ｋＰａ以下のものが好ましい。

なお亀裂損傷の抑制のためには、スポンジ材の破断時の伸びが２００％以上、及び引裂強さが５Ｎ／ｃｍ以上であるのも好ましい。なお破断時の伸び、及び引裂強さの上限値は特に規制されないが、コスト、生産性、市場での入手容易性などから６００％以下、及び１０Ｎ／ｃｍ以下が好ましい。

ここで、前記スポンジ材の「硬さ」は、ＪＩＳ Ｋ６４００の「軟質ウレタンフォーム試験方法」に定める６項の「硬さ」の測定法のうちのＡ法（６．３項）に準拠して測定した値である。又前記「引張強さ」及び「破断時の伸び」は、同１０項の「引張強さ及び伸び」の測定法に準拠し、１号形のダンベル状試験片に対して測定した値である。又前記「比重」は、同５項の「見掛け密度」の測定法に準拠して測定した見掛け密度を比重に換算した値である。又前記「引裂強さ」は、同１１項の「引裂強さ」の測定法に準拠し、１号形の試験片に対して測定した値である。

又前記スポンジ材については、タイヤ内腔内には、コンプレッサからの圧縮空気に含まれる水分（湿気）が存在している場合が多く、従って加水分解に強いエーテル系のポリウレタンスポンジを使用するのが好ましい。又スポンジ材が濡れた際に水がしみ込むと、リム組の際に水をタイヤ内腔内に持ち込んでしまう恐れがあり、そのためにスポンジ材に撥水性を持たせることが好ましい。又前記水によりカビの発生をもたらすため、スポンジ材に防カビ性を持たせることも好ましい。又廃タイヤの処分法方法の一つに焼却処理があるが、排ガスの毒性を下げるため、スポンジ材としてハロゲン原子を含まないものを使用するのが好ましい。

又本例では、前記亀裂損傷ｇの発生をさらに抑制するため、図６に直線状に展開して示すように、前記制音体５は、そのタイヤ周方向の両外端部ｅを、その外端面ｅＳが前記底面５ａに対して鋭角の角度θで交わる傾斜面部５Ａで形成している。このように、外端部ｅを傾斜面部５Ａとすることにより、外端部ｅにおいての高さ及び質量が低減するため、前記接着面ｆに作用する応力自体を減じることができ、亀裂損傷を抑制することができる。そのために、前記角度θを７０°以下に抑えることが好ましく、７０°を越えると亀裂損傷の抑制効果が不十分となる。又前記角度θが１５°未満になると、前記傾斜面部５Ａにおけるスポンジ量が過小となるため、この部分５Ａでのロードノイズ低減効果が過小となり、全体としてロードノイズ低減効果を不十分なものとする。

なお同様の理由により、前記外端面ｅＳによって切除された切除部分ｙａ、ｙｂ、即ち前記制音体５の上面５ｂの延長面と、前記外端面ｅＳの先端から底面５ａに立ち上げた垂直面と、前記外端面ｅＳとで囲む断面三角形状の領域部分の各体積Ｖａ、Ｖｂの和（Ｖａ＋Ｖｂ）を、（Ｖ２＋Ｖａ＋Ｖｂ）の１０％以下、さらには３％以下に抑えることが、ロードノイズ低減効果を維持する上で好ましく、又その下限値は０．８％以上とするのが亀裂損傷の抑制のために好ましい。

又前記外端面ｅＳとしては、生産性の観点から本例の如く平面１５とするのが好ましいが、図７（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、例えば凸状、凹状に湾曲する円弧面状及び球面状の湾曲面１６で形成することができ、このとき、前記湾曲面１６の上下端を結ぶ直線Ｘのなす角θを前記範囲とするとともに、この湾曲面１６の前記直線Ｘからの最大離間距離ｈを１０ｍｍ以下に規制するのが好ましい。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

表１に記載の物性を有するポリウレタン製のスポンジ材を用い、高さＴ１（５ｃｍ）、巾Ｗ１（４ｃｍ）、長さＬ１（１８５ｃｍ）、体積Ｖ２（３７００ｃｍ３）、かつタイヤ周方向領外端部を直角面とした傾斜面部のない制音体を試作するとともに、この制音体をタイヤ（１９５／６５Ｒ１５）の内腔面のトレッド領域に両面テープを用いて強固に接着した。なおトレッド領域は、ブラダーの排気溝をなくすことにより平滑面に形成している。そして制音体付きタイヤにおける平滑路面走行時の制音体の耐久性、及びロードノイズ性能をテストし、その結果を表１に記載した。

（１）制音体の耐久性（平滑路面）：
制音体付きタイヤを、内圧（２００ｋＰａ）、荷重（６．５ｋＮ：ＪＡＴＭＡ規定の最大値の１．２倍）、速度（８０ｋｍ／ｈ）の条件にてドラム（直径１．７ｍ）上で走行させ、６０００ｋｍ及び２００００ｋｍを走行した時点で、制音体の周方向外端部における亀裂損傷の発生の有無を確認した。

（２）ロードノイズ性能：
制音体付きタイヤを、車両（国産２０００ｃｃのＦＦ車）の全輪に装着し、ロードノイズ計測路（アスファルト粗面路）を速度６０ｋｍ／ｈで走行したときの車内騒音を運転席窓側耳許位置にて測定し、２４０Hz付近の気柱共鳴音のピーク値の音圧レベルを、実施例Ａ５を基準として比較した。０（零）表示は基準と同等、＋（プラス）表示は、ロードノイズの増加を意味する。

表１の如く、実施例のものは、ロードノイズ低減効果を確保しながら、制音体のタイヤ周方向外端部における亀裂損傷の発生を抑えることができ、制音体の耐久性を向上させうることが確認できる。

前記実施例Ａ５と同一の物性を有するポリウレタン製のスポンジ材を用い、高さＴ１（３ｃｍ）、巾Ｗ１（７ｃｍ）、長さＬ１（１８５ｃｍ）の制音体、並びに高さＴ１（５ｃｍ）、巾Ｗ１（４ｃｍ）、長さＬ１（１８５ｃｍ）の制音体を、それぞれ傾斜面部の形状を違えて表２、３の仕様で試作するとともに、この制音体をタイヤ（１９５／６５Ｒ１５）の内腔面のトレッド領域に両面テープを用いて強固に接着した。そして制音体付きタイヤにおける制音体の段付き路面走行時の耐久性、及びロードノイズ性能をテストし、その結果を表２、３に記載した。

（３）制音体の耐久性（段付き路面）：
制音体付きタイヤを、内圧（２００ｋＰａ）、荷重（６．５ｋＮ：ＪＡＴＭＡ規定の最大値の１．２倍）、速度（６０ｋｍ／ｈ）の条件にて、突起付きドラム（直径１．７ｍ）上を走行（完走１００００ｋｍ）させ、亀裂損傷が発生するまでの走行距離を測定した。突起付きドラムの突起は、高さ１５ｍｍ×下低４０ｍｍ×上底２０ｍｍの断面台形状をなし、周上に２箇所形成している。

（４）ロードノイズ性能：
前記（１）のロードノイズ性能と同様であり、それぞれ角度θを９０°とした実施例Ｂ１、Ｃ１を基準として比較した。０（零）表示は基準と同等、＋（プラス）表示は、ロードノイズの増加を意味する。

表２、３の如く、制音体の周方向外端部に７０°以下の角度θの傾斜面部を形成することにより、亀裂損傷の発生を大巾に抑制することができるのが確認できる。又このとき、ロードノイズ性能の低下を抑えるために、前記角度θを１５°以上、さらには３０°以上とするのが好ましいことが確認できる。

本発明の空気入りタイヤとリムとの組立体の一実施例を示す子午断面図である。 組立体のタイヤ赤道に沿った周方向断面図である。 組立体を拡大して示す子午線断面図である。 剥離テストを説明する線図、 タイヤ側内孔面の接着域における平滑面を説明する斜視図である。 制音体の周方向外端部における傾斜面部の一例を示す側面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、傾斜面部の他の例を例を示す側面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は従来技術及びその問題点を説明する線図である。

符号の説明

２ 空気入りタイヤ
３ リム
４ タイヤ内腔
４Ｓ１ タイヤ側内腔面
４Ｓ２ リム側内腔面
５ 制音体
５ａ 底面
５Ａ 傾斜面部
ｅ 制音体のタイヤ周方向の外端部
ｅＳ 外端面

Claims (3)

1. リムと、このリムに装着される空気入りタイヤとがなすタイヤ内腔に、タイヤ内腔の全体積Ｖ１の０．４〜２０％の体積Ｖ２を有しかつタイヤ周方向に延在するスポンジ材を用いた制音体を具え、
   かつ該制音体は、その底面が前記タイヤ内腔を囲むタイヤ側内腔面又はリム側内腔面に貼着されるとともに、
   前記制音体は、スポンジ材の硬さを１０〜８０Ｎ、引張強さを７０ｋＰａ以上、かつ比重を０．０１４〜０．０２６の範囲としたことを特徴とする空気入りタイヤとリムとの組立体。
2. 前記制音体は、タイヤ周方向の両外端部を、その外端面が前記底面に対して鋭角で交わる傾斜面部としたことを特徴とする請求項１記載の空気入りタイヤとリムとの組立体。
3. 前記傾斜面部は、前記端面と底面との角度θを１５〜７０°としたことを特徴とする請求項２記載の空気入りタイヤとリムとの組立体。

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