JP2006056480A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】石噛み防止性能およびウェット性能を確保しつつ、タイヤ騒音の低減を図ることができる空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】空気入りタイヤのトレッドに設けられた周方向溝１の溝底に複数の突起６をタイヤ周方向に並設する。複数の突起６は、溝底面における非突起部分７がタイヤ周方向で連続するよう配置するとともに、非突起部分７のタイヤ周方向での面積変化の標準偏差をαとし、非突起部分７の溝幅方向での面積変化の標準偏差をβとして、（β／α）≦１５を満足するよう配置する。具体的には、複数の突起６を、周方向溝の幅方向中心線ＣＬに関して左右に交互に振れながら、しかも隣接する突起間において、タイヤ周方向では重なり部分を持たず、かつ溝幅方向では重なり部分を持つように配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、タイヤ騒音の低減を図ることができる空気入りタイヤに関する。

一般に、空気入りタイヤにおいては、トレッド部に主溝と呼ばれるタイヤ周方向に延びる複数本の周方向溝を設け、この溝の排水効果によってウェット路面における走行性能、即ちウェット性能を確保している。しかしながら、このような周方向溝を設けると、走行時にトレッド面と路面との間で柱状をなす前記周方向溝を通じて空気が排出・圧縮・再流入を繰り返すことにより、気柱管共鳴音、いわゆるエアーポンピング音が生じ、これがタイヤ騒音に悪影響を与える主要因となっている。

従来、このような気柱管共鳴音を低減するために、周方向溝をトレッド幅方向に湾曲又は屈曲させたり、溝容積を減らすなどして騒音発生を抑制する事が実施されている。しかし、極端な湾曲や屈曲、及び極端な溝容積減は、ウェット性能の低下を招くという問題がある。

また、周方向溝内に該溝を遮断する仕切部を設けたり、周方向溝の側壁から交互に千鳥状に突出する防音片を設けたりして、溝内の空気の流れを抑制することにより気柱管共鳴音を低減する方策（特許文献１〜３参照）や、周方向溝内に溝深さより小さな周方向に連続した壁部を形成することによって、溝内への空気の伝播を抑制したり、共鳴音の周波数成分を分散させることにより、気柱管共鳴音を低減する方策（特許文献４，５参照）などが提案されている。これらの従来技術では、ウェット性能と騒音性能との間に背反関係が存在することが指摘され、両性能を両立させることが課題とされているが、最近の厳しい騒音性能の要請に応えるためには更なる改善が求められる。

また、従来、石噛み防止効果に有効な溝底から突出する突起を用いて、その高さを変え、タイヤ周方向に沿って凹凸を繰り返すパターンで配設することにより、車外騒音の低減を図るという方策も提案されている（特許文献６参照）。この従来技術では、上記突起をタイヤ周方向に沿って一列に直線状に配置しているため、気柱管共鳴音によるタイヤ騒音の抑制効果が十分でない場合があり、更なる改善が求められる。
特開昭６１−１１３５０４号公報 特開平１１−２１７００７号公報 特開平５−１６９９２０号公報 特開平１０−８６６１１号公報 特開平６−４８１２４号公報 特開２００２−２１１２１０号公報

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、石噛み防止効果に有効な溝底から突出する突起についてその配置を限定することにより、気柱管共鳴音に対する優れた抑制効果を発揮し、石噛み防止性能およびウェット性能を確保しつつ、タイヤ騒音の低減を図ることができる空気入りタイヤを提供することを目的とする。

本発明者は、石噛み防止効果に有効な周方向溝の溝底から突出する突起についてのタイヤ周方向及び溝幅方向における配置と、気柱管共鳴音の抑制効果との関係を精査していく中で、溝幅方向成分については均一な遮断壁構成とし、タイヤ周方向成分については不均一な遮断壁構成とすることにより、気柱管共鳴音が効果的に抑制されることを見い出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係る空気入りタイヤは、トレッドにタイヤ周方向に延びる周方向溝を有する空気入りタイヤにおいて、前記周方向溝の溝底に複数の突起がタイヤ周方向に並んで設けられ、該複数の突起は、溝底面における非突起部分がタイヤ周方向で連続するよう配置されるとともに、前記非突起部分のタイヤ周方向での面積変化の標準偏差をαとし、前記非突起部分の溝幅方向での面積変化の標準偏差をβとして、（β／α）≦１５を満足するよう配置されたことを特徴とするものである。

上記αは、タイヤ接地長に相当する周方向範囲において、タイヤ周方向の所定間隔毎に溝幅方向線に沿って溝底面における非突起部分（即ち、突起が形成されていない溝部分）の面積を求め、求めた非突起部分の面積の標準偏差を算出することにより得られる値であり、タイヤ周方向における突起の分散度（即ち、突起部分と非突起部分の面積占有率）の指標となるものである。また、上記βは、タイヤ接地長に相当する周方向範囲において、溝幅方向の所定間隔毎にタイヤ周方向線に沿って溝底面における非突起部分の面積を求め、求めた非突起部分の面積の標準偏差を算出することにより得られる値であり、溝幅方向における突起の分散度の指標となるものである。気柱管共鳴音抑制のためには、溝幅方向については遮断壁となる突起が均一に分散（即ち、βが小さく）し、また、タイヤ周方向については遮断壁となる突起が不均一に分散（即ち、αが大きい）していることが効果的であり、両者の比であるβ／αを１５以下とすることにより、気柱管共鳴音、即ちエアーポンピング作用による騒音に対して優れた抑制効果が得られる。ここで、タイヤ接地長は、ＪＡＴＭＡ（日本自動車タイヤ協会規格）においてタイヤサイズに応じて規定された使用空気圧及び荷重を付与した条件下での計測値であり、接地長の計測は、タイヤトレッド表面にインクを塗り、台紙を路面においてタイヤを上記条件で接地し転写することにより行われる。

また、溝幅方向において上記突起を均一に分散させたことにより、石噛み防止効果を確保することもでき、更に、上記複数の突起を、溝底面における非突起部分がタイヤ周方向で連続するように配置することにより、周方向溝の排水性も確保することができる。

本発明に係る空気入りタイヤは、また、トレッドにタイヤ周方向に延びる周方向溝を有する空気入りタイヤにおいて、前記周方向溝の溝底に複数の突起がタイヤ周方向に並んで設けられ、該複数の突起は、前記周方向溝の幅方向中心線に関して左右に交互に振れながら、しかも、隣接する突起間において、タイヤ周方向では重なり部分を持たず、かつ、溝幅方向では重なり部分を持つように配置されたことを特徴とする。

このような突起の配置構成であると、溝幅方向については遮断壁となる突起が比較的均一に分散し、またタイヤ周方向については遮断壁となる突起が不均一に分散することになるため、上記β／αを１５以下とすることが容易となり、よって、気柱管共鳴音に対する優れた抑制効果が得られ、また、石噛み防止効果および周方向溝の排水性も確保することができる。

本発明の空気入りタイヤにおいては、上記突起の溝底からの高さが周方向溝の深さの２０〜５０％であることが好ましい。かかる突起は、騒音性能の観点からはできるだけ高い方が好ましいが、高すぎるとウェット性能を損なうことになるため、上記範囲内に設定することが好ましい。

また、本発明の空気入りタイヤにおいては、周方向溝の溝底面全体に占める全突起部分の面積の比率が２０〜３０％であることが、騒音性能を高めながら、ウェット性能及び石噛み性能を確保する上で好ましい。

本発明によれば、上記のように、石噛み防止効果に有効な溝底から突出する突起についてその配置を限定することにより、石噛み防止性能およびウェット性能を確保しつつ、気柱管共鳴音に対する優れた抑制効果を発揮して、タイヤ騒音を低減することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る空気入りタイヤのトレッドパターンの一部展開図である。符号１はトレッドに設けられたタイヤ周方向に延びる周方向溝、符号２はタイヤ幅方向に設けられた横溝、符号３，４はタイヤの両側に位置するショルダー部の接地端である。周方向溝１は、複数本、本実施形態では４本が設けられており、周方向溝１で挟まれた３本のリブにはタイヤ周方向に所定間隔毎に横溝２が設けられて、複数のブロック５が形成されている。

上記周方向溝１には、溝底に複数の突起６がタイヤ周方向に並んで断続的に設けられている。図２に示すように、突起６は、周方向溝１の幅方向中心線ＣＬに関して左右に交互に振れた状態に配置されている。すなわち、突起６は、周方向溝１内において、左側の溝壁１１に寄せて配置された突起６Ｌと、右側の溝壁１２に寄せて配置された突起６Ｒとが、タイヤ周方向に交互に配置されるようにして形成されている。

しかも、突起６は、隣接する突起６Ｌ，６Ｒ間において、タイヤ周方向では互いに重なり部分を持たず、かつ、溝幅方向では互いに重なり部分を持つように配置されている。すなわち、隣接する突起６Ｌと６Ｒとは、溝幅方向に垂直な平面（タイヤ周方向に平行な平面）に両者６Ｌ，６Ｒを投影したときにはそれらの影が重ならないように、従って、両突起６Ｌ，６Ｒがタイヤ周方向に距離をおいて配置されている。また、隣接する突起６Ｌと６Ｒをタイヤ周方向に垂直な平面（溝幅方向に平行な平面）に投影したときにはそれらの影が重なるように配置されている（図３参照）。

そして、このようにして複数の突起６を配置することにより、図２に示すように、周方向溝１の溝底面において、突起６が設けられていない溝部分である非突起部分７が、タイヤ周方向の全周にわたって連続しており、これにより排水性が確保されている。

突起６は、この実施形態では、溝底面から突出する角柱状をなしており、その水平断面は、タイヤ周方向の両端６ａ，６ｂが溝幅方向に平行で、かつ溝幅方向の両側部に頂角６ｃ，６ｄを持つ六角形状をなしている。このような六角形状であると、溝幅方向の両側部の頂角６ｃ，６ｄにより、溝幅方向における非突起部分７の面積の急激な変動が抑えられるため、騒音性能の点で有利であり、また、突起６の両側部の傾斜面により排水性の点でも有利である。なお、突起６の形状は、このような六角形状には限定されず、例えば、図６（ａ）に示すような矩形状、より詳細にはタイヤ周方向に長い長方形状でもよく、また、図６（ｂ）に示すような左右両側辺がタイヤ周方向に対して傾斜した平行四辺形状でもよい。

図３に示すように、本実施形態において、突起６の高さＨは、周方向溝１の深さＤの２０〜５０％の範囲内に設定される。突起６の高さＨが周方向溝１の深さＤの２０％未満では、気柱管共鳴音の抑制効果に劣る。逆に５０％を越えると、ウェット性能を損なうことになる。

また、本実施形態においては、周方向溝１の溝底面全体に占める全突起６部分の面積（全ての突起部分の面積の合計値）の比率が２０〜３０％の範囲内に設定されている。突起６の全配設面積が、溝底全体の２０％未満では、騒音性能および石噛み性能を確保することが難しく、また、３０％を越えると、ウェット性能を確保することが難しくなる。

本実施形態においては、また、上記複数の突起６は、非突起部分７のタイヤ周方向での面積変化の標準偏差をαとし、非突起部分７の溝幅方向での面積変化の標準偏差をβとして、
（β／α）≦１５ …（１）
を満足するように配置されている。

ここで、標準偏差αは、次のようにして求められる。すなわち、図４（ａ）に示すように、タイヤ接地長に相当する周方向範囲において、タイヤ周方向の所定間隔毎に、溝幅方向線Ｌ１に沿って、溝底面における非突起部分７の面積を求める。例えば、接地長に相当する１６０ｍｍの範囲で、タイヤ周方向に０．１８ｍｍ毎に、溝幅方向線Ｌ１に沿って走査して非突起部分７の面積を求める。これにより、図５（ａ）に示すように、タイヤ周方向における非突起部分７の面積変動が求められる。次いで、このようにして求めた非突起部分７のタイヤ周方向における所定間隔毎の面積データを用いて、各偏差を自乗し、それを算術平均することにより分散を求め、その正の平方根を算出することにより標準偏差αが得られる。

また、標準偏差βは、次のようにして求められる。すなわち、図４（ｂ）に示すように、溝幅方向の所定間隔毎（標準偏差αを求めた場合と同じ間隔）に、タイヤ周方向線Ｌ２に沿って、タイヤ接地長に相当する周方向範囲での溝底面における非突起部分７の面積を求める。例えば、溝幅方向に０．１８ｍｍ毎に、タイヤ周方向線Ｌ２に沿って、接地長に相当する１６０ｍｍの範囲で走査して非突起部分７の面積を求める。これにより、図５（ｂ）に示すように、溝幅方向における非突起部分７の面積変動が求められる。次いで、このようにして求めた非突起部分７の溝幅方向における所定間隔毎の面積データを用いて、各偏差を自乗し、それを算術平均することにより分散を求め、その正の平方根を算出することにより標準偏差βが得られる。

上記式（１）は、種々の突起配置構成について、突起の溝幅方向およびタイヤ周方向における分散度と、気柱管共鳴音（エアーポンピング現象）の抑制効果との関係を解析することにより求めたものである。その詳細は次の通りである。

上記した図２に示す突起配置構成（配置Ａ）と、図６に示す突起配置構成（配置Ｂ）及び（配置Ｃ）と、図７に示す突起配置構成（配置Ｄ）、（配置Ｅ）及び（配置Ｆ）とについて、それぞれ上記標準偏差αとβを求めるとともに、放射音レベルを測定した。その際、各突起配置構成は、溝内の空間体積が同一となるように、それぞれの溝幅を調整した（配置Ａでの溝幅を１７．５ｍｍ、溝深さを１６．５ｍｍ、突起高さを６．６ｍｍとした）。また、標準偏差α，βを求める際の走査間隔はいずれも０．１８ｍｍとした。また、放射音レベルは、図７（ａ）に示すように、周方向溝の所定長の区画について、その一端に音源をおき、他端を観測点として放射音レベルを測定した。より詳細には、各突起配置構成を持つタイヤサイズ：１１Ｒ２２．５ １４ＰＲの空気入りタイヤをそれぞれ作製し、各タイヤに規定荷重を負荷して路面に接地させた。そして、接地部における周方向溝の一端部側に音源として小型スピーカを配置するとともに、他端部側にG.R.A.S社製「プローブマイクロホン」（先端が細い筒となっているマイクロホン）を配置して、音源からホワイトノイズ化した音（６０Ｈｚ〜４ｋＨｚの周波数特性がフラットであるような人工音）を発してマイクロホンにより放射音を計測し、周波数分析より気柱管共鳴周波数の放射音レベルを観測した。なお、上記タイヤサイズの場合、ＪＡＴＭＡ規定の空気圧及び荷重は、それぞれ７００ｋＰａ、２７２５ｋｇ（単輪使用、最大負荷能力条件）であり、これを測定対象タイヤに負荷して接地長を測定したところ、接地部での周方向溝長さは１６０ｍｍであったため、この周方向範囲で上記走査を実施した。音源と観測点との距離は１９０ｍｍであった。

結果は、図８に示す通りであり、放射音レベルとβ／αとの間には相関関係があり（相関係数Ｒは約０．９２。参考までにβのみでは相関係数は０．４８であった）、この値が小さいほど、放射音レベルが低いこと、即ち気柱管共鳴音の抑制効果に優れることが分かった。これは、気柱管共鳴音抑制のためには、溝幅方向については遮断壁となる突起が均一に分散（即ち、標準偏差βが小さく）し、また、タイヤ周方向については遮断壁となる突起が不均一に分散（即ち、標準偏差αが大きい）していることが効果的であることを意味する。そして、β／αを１５以下とすることにより、実際のタイヤにおいて優れた騒音性能を発揮できることが分かった。なお、β／αは、より好ましくは１０以下、更に好ましくは５以下に設定することである。β／αの下限は特に限定されず、従ってβ／αは０以上である。

上記した本実施形態の空気入りタイヤであると、周方向溝１の溝底に設けた突起６を左右交互に千鳥足状に配置し、溝幅方向については比較的均一に遮断し、タイヤ周方向については不均一に遮断するように突起６を配置構成したので、気柱管共鳴音に対する優れた抑制効果を発揮することができる。また、溝幅方向において突起６が均一に分散しているので、石噛み防止効果を確保することもできる。更に、突起６の高さが比較的低く、かつ、非突起部分７がタイヤ周方向で連続しているので、周方向溝１の排水性も確保することができる。よって、石噛み防止性能およびウェット性能を確保しつつ、タイヤ騒音を効果的に低減することができる。

なお、上記実施形態では、複数の周方向溝の全てについて突起を設けているが、本発明では、全ての周方向溝に突起を設ける場合には限定されない。

図１に示すトレッドパターンを持ち、タイヤサイズ：１１Ｒ２２．５ １４ＰＲの空気入りタイヤを作製した（実施例１）。周方向溝および突起配置構成の詳細は、下記表１に示すとおりである（いずれもタイヤ接地長は１６０ｍｍ）。

実施例１のタイヤにおいて、突起配置構成を図６（ａ）に示すものに代えて、その他は同様にして実施例２のタイヤを作製した。また、実施例１のタイヤにおいて、突起配置構成を図７（ａ）に示すものに代えて、その他は同様にして比較例１のタイヤを作製した。更に、実施例１のタイヤにおいて、突起を設けずに溝幅を変え、その他は同様にして比較例２のタイヤを作製した。いずれのタイヤにおいても溝内の空間体積は一致させた。

得られた各タイヤについて、石噛み防止性能、ウェット性能および騒音性能を測定した。測定方法は以下の通りである。

・石噛み防止性能：各タイヤを大型トラックに装着し、非舗装路路面で走行して石噛み状態の有無を確認した。石噛みのない場合を「○」、石噛みのある場合を「×」で評価した。

・ウェット性能：各タイヤを大型トラックに装着し、湿潤路（水深５ｍｍのＩＳＯ標準アスファルト路面）を時速４０ｋｍ／ｈで進入し、急制動した場合のスリップ距離を測定してウェット制動性を評価した。結果は、比較例２を１００とした指数で表示しており、数値が小さいほどウェット性能に優れることを意味する。

・騒音性能：ＪＡＳＯ Ｃ６０６に準拠した台上騒音評価により、走行速度６０ｋｍ／ｈでの騒音レベルを測定し、比較例２をコントロールとして、それとの差を求めた。

結果は表１に示す通りであり、本発明に係る実施例１および実施例２のタイヤであると、ウェット性能を実質的に損なうことなく、騒音を大幅に低減することができ、また、石噛み防止性能も確保されていた。

本発明は、トレッドにタイヤ周方向に延びる周方向溝を有する各種空気入りタイヤにおいて、タイヤ騒音を低減するために効果的に利用することができる。

本発明の１実施形態に係る空気入りタイヤのトレッドパターンを示す一部展開図である。 同実施形態のタイヤの周方向溝内における突起配置構成を示す平面図である。 図２のIII−III線断面図である。 同実施形態の突起配置構成において標準偏差α、βを求めるための走査方法を説明するための図であり、（ａ）はαを求める場合、（ｂ）はβを求める場合をそれぞれ示す。 （ａ）は図４（ａ）の走査により求めたタイヤ周方向における非突起部分の面積変動を示すグラフ、（ｂ）は図４（ｂ）の走査により求めた溝幅方向における非突起部分の面積変動を示すグラフである。 （ａ）及び（ｂ）は他の実施形態に係る突起配置構成を示す平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は比較例に係る突起配置構成を示す平面図である。 β／αと放射音レベルとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１……周方向溝
６……突起
７……非突起部分
ＣＬ……周方向溝の幅方向中心線

Claims (6)

1. トレッドにタイヤ周方向に延びる周方向溝を有する空気入りタイヤにおいて、
   前記周方向溝の溝底に複数の突起がタイヤ周方向に並んで設けられ、
   該複数の突起は、溝底面における非突起部分がタイヤ周方向で連続するよう配置されるとともに、前記非突起部分のタイヤ周方向での面積変化の標準偏差をαとし、前記非突起部分の溝幅方向での面積変化の標準偏差をβとして、（β／α）≦１５を満足するよう配置されたことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記突起の溝底からの高さが前記周方向溝の深さの２０〜５０％であることを特徴とする請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 前記溝底面全体に占める全突起部分の面積の比率が２０〜３０％であることを特徴とする請求項１又は２記載の空気入りタイヤ。
4. 前記複数の突起は、前記周方向溝の幅方向中心線に関して左右に交互に振れながら、しかも、隣接する突起間において、タイヤ周方向では重なり部分を持たず、かつ、溝幅方向では重なり部分を持つように配置されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
5. 前記突起は、タイヤ周方向の両端が溝幅方向に平行で、かつ溝幅方向の両側部に頂角を持つ六角形の水平断面を有する角柱状であることを特徴とする請求項４記載の空気入りタイヤ。
6. トレッドにタイヤ周方向に延びる周方向溝を有する空気入りタイヤにおいて、
   前記周方向溝の溝底に複数の突起がタイヤ周方向に並んで設けられ、該複数の突起は、前記周方向溝の幅方向中心線に関して左右に交互に振れながら、しかも、隣接する突起間において、タイヤ周方向では重なり部分を持たず、かつ、溝幅方向では重なり部分を持つように配置されたことを特徴とする空気入りタイヤ。

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