JP2007182123A - 空気入りタイヤ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車内騒音の一因となる空洞共鳴音を効果的に低減させることが可能な空気入りタイヤを提供するものである。
【解決手段】空気入りタイヤ１は、一対のビード部３と、ビード部３間に繋がれたカーカス層４と、カーカス層４の踏面部４ａに設けられたベルト層８と、カーカス層４及びベルト層８の踏面部４ａ、８ａを覆うトレッド部１０と、カーカス層４の側面部４ｂを覆うサイド部１１と、カーカス層４の外周面４ｃに周方向に配設されたゴム層２０とを備えている。ゴム層２０は、カーカス層４とベルト層８との間において、タイヤ赤道面２と交差する位置に配設された第一のゴム層を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両等に使用される空気入りタイヤ及びその製造方法に関する。

近年、車両の静粛性が求められる一方、使用されるタイヤの大径化、低扁平化が進んでいる。このような中で、タイヤから発生する騒音の対策としては、様々なものが提案されている。例えば、所定の線径のベルトコードを有する上下２層のベルト層の間に所定の厚みを有するインスレーション層を介在させたラジアルタイヤが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、ベルト層の両側区域におけるベルト層とカーカス層との間にコードとゴムシートとを密着してなる複合層を配置させた空気入りタイヤが提案されている（例えば、特許文献２参照）。これらのタイヤにおいては、周方向の曲げ剛性の増大を図ることによって、騒音の低減を図ることができるとされている。

また、特許文献１や特許文献２と異なるものとして、広幅のゴム引き層と、狭幅のゴム引き層の幅の異なる２つのゴム引き層を有し、狭幅のゴム引き層の幅は、広幅のゴム引き層の幅の７５％以下とする空気入りタイヤが提案されている（例えば、特許文献３参照）。このようなタイヤによれば、断面２次の振動モード（４節モード）の周波数帯域を低周波数側にシフトさせて、タイヤの共鳴周波数（乗用車で２５０Ｈｚ程度）を断面２次の振動モードの周波数帯域に近づけることができ、発生する空洞共鳴音を小さくすることができるとされている。
特開平２−１４７４０８号公報 特開平５−２３８２０５号公報 特開２００１−３０１４２１号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２においては、外部から入力される振動の伝達特性を改善することは可能であるものの、タイヤ内部の空気の振動が共鳴した際に発生する空洞共鳴音を低減させるものではなかった。

一方、特許文献３においては、タイヤの振動モードに着目し、発生する空洞共鳴音を小さくすることで騒音低減の効果が認められるものの、近年の更なる騒音低減の要求に対しては十分なレベルに至っていなかった。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、車内騒音の一因となる空洞共鳴音を効果的に低減させることが可能な空気入りタイヤ及びその製造方法を提供するものである。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の空気入りタイヤは、一対のビード部と、該ビード部間に繋がれたカーカス層と、該カーカス層の踏面部に設けられたベルト層と、前記カーカス層及び前記ベルト層の踏面部を覆うトレッド部と、前記カーカス層の側面部を覆うサイド部と、前記カーカス層の外周面において周方向に配設されたゴム層とを備え、該ゴム層は、前記カーカス層と前記ベルト層との間において、タイヤ赤道面と交差する位置に配設された第一のゴム層を有することを特徴としている。

この発明に係る空気入りタイヤによれば、カーカス層とベルト層との間において、タイヤ赤道面と交差する特定の位置に、ゴム層として第一のゴム層を配設することで、剛性の増加を抑えつつ、重量を増加させることができる。重量を増加させることによって、断面２次の振動モード（４節モード）の周波数帯域は、低周波数側にシフトされ、空洞共鳴音が発生する共鳴周波数に近づけることができる。断面２次の振動モードにおいては、断面１次の振動モード（２節モード）に比べて振動による体積変化が小さくなり、空気圧の圧力変化が小さくなる。このため、空気の振動によって発生する音の音圧レベルを低下させることができ、空洞共鳴音の低減化を図ることができる。特に断面２次の振動モードにおいて、振幅が大きくなるタイヤ赤道面と交差する位置に特定して第一のゴム層を配設することで、周波数帯域を効果的に低周波数側にシフトすることができる。

また、上記の空気入りタイヤにおいて、前記第一のゴム層の幅は、前記トレッド部の軸方向の幅であるトレッド幅の１０％以上２０％以下であることがより好ましいとされている。
この発明に係わる空気入りタイヤによれば、第一のゴム層の幅をトレッド幅の１０％以上とすることで、重量の増加によって周波数帯域を効果的に低周波数側にシフトさせることができる。さらに、第一のゴム層の幅をトレッド幅の２０％以下とすることで、ゴム層を配設することによる剛性の増加を抑えることができる。

上記の空気入りタイヤにおいて、前記ゴム層は、さらに、前記ビード部のタイヤ中心側端部から前記トレッド部と前記サイド部との区分位置までの径方向の高さであるタイヤサイド高さの１０％以上２０％以下の幅を有し、前記ビード部の前記タイヤ中心側端部を基準として、径方向外側に前記タイヤサイド高さの２０％の位置から５０％の位置までの範囲に配設された第二のゴム層を有することがより好ましいとされている。

また、上記の空気入りタイヤにおいて、前記ゴム層は、さらに、前記ビード部のタイヤ中心側端部から前記トレッド部と前記サイド部との区分位置までの径方向の高さであるタイヤサイド高さの１０％以上２０％以下の幅を有し、前記ビード部の前記タイヤ中心側端部を基準として、径方向外側に前記タイヤサイド高さの８０％の位置から１００％の位置までの範囲に配設された第三のゴム層を有することがより好ましいとされている。

この発明に係る空気入りタイヤによれば、断面２次の振動モードにおいては、タイヤ赤道面と交差する位置とともに、ビード部のタイヤ中心側端部を基準として、径方向外側にタイヤサイド高さの２０％の位置から５０％の位置までの範囲、また、８０％の位置から１００％の位置で振幅が大きくなる。これらの位置に特定して、さらにゴム層として、第二のゴム層または第三のゴム層を配設することで、重量の増加による作用をさらに効果的なものとすることができる。また、第二のゴム層及び第三のゴム層の幅をタイヤサイド高さの１０％以上２０％以下の幅とすることで、剛性の増加を抑えつつ重量の増加による作用を期待することができる。

また、本発明は、上記の空気入りタイヤの製造方法において、前記カーカス層に前記ゴム層を接着した中間体を形成する中間体形成工程と、前記中間体に、前記ビード部、前記サイド部、前記ベルト層及び前記トレッド部を張り付ける成形工程とを備えることを特徴としている。

この発明に係る空気入りタイヤの製造方法によれば、中間体形成工程で、カーカス層の所定の位置にゴム層を接着し中間体を形成する。次に、成形工程で、他のビード部、サイド部、ベルト層及びトレッド部を張り合わせて成形することで、ゴム層の重量効果によって空気共鳴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ができる。

本発明の空気入りタイヤによれば、ゴム層を設けることで、断面２次の振動モードの周波数帯域を低周波数側にシフトさせ、発生する空洞共鳴音を効果的に低減することができる。このため、さらなる車内騒音の低減化を図ることができる。

図１は、この発明に係る実施形態を示している。図１に示すように、空気入りラジアルタイヤ１は、タイヤ赤道面２に対して左右対称に配設された環状のビード部３と、ビード部３間に繋がれたカーカス層４とを備える。ビード部３は、ビードワイヤー５と、ビードフィラー６とで構成されている。カーカス層４は、タイヤ赤道面２に対して７０度から９０度傾斜配列されたコードをゴム引きしてなる少なくとも１つのカーカスプライ７で構成され、両端をビード部３で折り返されて、トロイド状に形成され繋がれている。本実施形態においては、カーカス層４は２つのカーカスプライ７で構成されている。カーカス層４の踏面部４ａにはベルト層８が周方向に配設されている。ベルト層８は、コードをゴム引きしてなる少なくとも１つのベルトプライ９から構成され、本実施形態においては２つのベルトプライ９で構成されている。また、カーカス層４の踏面部４ａ及びベルト層８の踏面部８ａの径方向外側には、トレッド部１０が配設されている。さらに、カーカス層４の側面部４ｂの径方向外側には、サイド部１１が配設されている。

空気入りラジアルタイヤ１は、さらに、カーカス層４の外周面４ｃの後述する断面２次の振動モードにおける変形の腹となる特定部位において、周方向に配設されたゴム層２０を備えている。より詳しくは、ゴム層２０は、カーカス層４の外周面４ｃの内、踏面部４ａにおいて、カーカス層４とベルト層８との間に配設された第一のゴム層２１と、カーカス層４の外周面４ｃの内、側面部４ｂに配設された第二のゴム層２２及び第三のゴム層２３とを備える。第一のゴム層２１は、タイヤ赤道面２と交差する位置で、タイヤ赤道面２に対して対称となるように配設され、幅Ｗ２１はトレッド幅ＴＷの１０％以上２０％以下に設定されている。ここで、トレッド幅ＴＷとは、トレッド部１０の軸方向の幅を表わしている。

また、第二のゴム層２２は、ビード部３のタイヤ中心側端部３ａを基準として、径方向外側にタイヤサイド高さＳＨの２０％の位置から５０％の位置までの範囲Ａに配設され、幅Ｗ２２はタイヤサイド高さＳＨの１０％以上２０％以下に設定されている。さらに、第三のゴム層２３は、ビード部３のタイヤ中心側端部３ａを基準として、径方向外側にタイヤサイド高さＳＨの８０％の位置から１００％の位置までの範囲Ｂに配設され、幅Ｗ２３はタイヤサイド高さＳＨの１０％以上２０％以下に設定されている。ここで、タイヤサイド高さＳＨとは、ビード部３のタイヤ中心側端部３ａから、トレッド部１０とサイド部１１との区分位置までの径方向の高さを表わしている。

次に、空気入りラジアルタイヤ１の製造方法について説明する。まず、中間体形成工程として、カーカスプライ７を重ね合わせたカーカス層４の所定の位置に、ゴム層２０を接着し、中間体を形成する。次に、成形工程として、中間体のカーカス層４の両端を一対のビード部３に折り返して繋ぎ、サイド部１１を張り合わせる。そして、タイヤの形に膨らませた後に、ベルト層８及びトレッド部１０を張り合わせて、空気入りラジアルタイヤ１が成形される。

次に、空気入りラジアルタイヤ１の作用について説明する。
図２は、タイヤに外力を伝達させた際の周波数に対する力の伝達率をプロットした一例を示すグラフである。図２に示すように、入力された振動の周波数によって、タイヤの力の伝達率は変化し、１００Ｈｚ付近の第一のピークＰ１、２５０Ｈｚ付近の第二のピークＰ２及び３５０Ｈｚ付近の第三のピークＰ３の３つのピークが存在する。第一のピークＰ１は、３０Ｈｚから３００Ｈｚの振動で見られる断面１次の振動モード（２節モード）に起因するものである。第三のピークＰ３は、３００Ｈｚ以上で見られる断面２次の振動モード（４節モード）に起因するものである。また、第二のピークＰ２はタイヤ内部の空気の振動が共鳴を起こす周波数、すなわち空洞共鳴音を発生する共鳴周波数に一致している。共鳴周波数は、音速とタイヤの円管長さ、すなわちタイヤサイズに依存し、乗用車のタイヤサイズであれば、ピークＰ２が位置する２５０Ｈｚ程度である。そして、この共鳴周波数は、断面１次の振動モードの周波数帯域（３０Ｈｚから３００Ｈｚ）に含まれている。

図３に断面１次の振動モードにおけるタイヤの変形状態を、図４に断面２次の振動モードにおけるタイヤの変形状態を示す。図３及び図４に示すように、各振動モードにおいて、実線Ｃで示すタイヤは、点線Ｄと２点鎖線Ｅとの間で振動し、タイヤ内部の体積は増減する。そして、この体積変化に伴って、タイヤ内部の圧力は変化し、空気が振動することで音が発生する。図３及び図４に示すように、断面２次の振動モードに比べて、断面１次の振動モードでは体積変化が大きいので圧力変化も大きくなり、発生する音の音圧レベルも大きくなる。すなわち、空洞共鳴音が特に顕著となる原因は、空洞共鳴音が発生する共鳴周波数が断面１次の振動モードの周波数帯域に位置することによる。そして、断面２次の振動モードの周波数帯域を低周波数側にシフトさせて、共鳴周波数に近づけることで、空洞共鳴音が発生する共鳴周波数での体積変化を小さくすることができ、空洞共鳴音の音圧レベルの低減化を図ることができる。

断面２次の振動モードの周波数帯域を低周波側にシフトさせる方法としては、タイヤの重量を増加させる方法と、軸方向の剛性を弱める方法がある。そして、空気入りラジアルタイヤ１によれば、ゴム層２０を配設し重量を増加させることによって、断面２次の振動モードの周波数帯域を低周波数側にシフトさせ、空洞共鳴音の音圧レベルを低減を図っている。

ここで、図１において、点線４ｄ及び２点鎖線４ｅは、断面２次の振動モードにおけるカーカス層４の最大振幅時の線形を表わしている。すなわち、断面２次の振動モードにおいては、タイヤ赤道面２を中心とする範囲、タイヤサイド高さＳＨの２０％の位置から５０％の位置までの範囲Ａ及びタイヤサイド高さＳＨの８０％の位置から１００％の位置までの範囲Ｂのそれぞれで、振幅が大きくなる変形の腹となる部分が形成される。そして、ゴム層２０を構成する第一のゴム層２１、第二のゴム層２２及び第三のゴム層２３のそれぞれは、これらの範囲に特定して配設されている。このため、ゴム層２０を配設したことによる剛性の増加を抑えつつ、重量の増加によって断面２次の振動モードの周波数帯域を効果的に低周波数側にシフトさせることができる。

また、第一のゴム層２１においては、幅Ｗ２１をトレッド幅ＴＷの１０％以上とすることで、重量の増加によって断面２次の振動モードの周波数帯域を効果的に低周波数側にシフトさせることができる。一方、幅Ｗ２１をトレッド幅ＴＷの２０％以下とすることで、第一のゴム層２１を配設したことによる剛性の増加を抑え、重量増加による周波数帯域をシフトさせる作用が剛性の増加によって相殺されてしまうのを防ぐことができる。また、第二のゴム層２２及び第三のゴム層２３でも同様に、幅Ｗ２２、Ｗ２３をタイヤサイド高さの１０％以上とすることで、重量の増加によって周波数帯域を効果的に低周波数側にシフトさせることができる。また、幅Ｗ２２、Ｗ２３をトレッド幅ＴＷの２０％以下とすることで、第二のゴム層２２または第三のゴム層２３を配設したことによる剛性の増加を抑え、重量増加による作用が相殺されてしまうのを防ぐことができる。なお、第一のゴム層２１、第二のゴム層２２及び第３のゴム層２３の各厚さｔ２１、ｔ２２、ｔ２３は、それぞれ２ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることで、剛性の増加を抑えつつ重量の増加による作用を期待することができる。

次に、この発明に係る空気入りタイヤを試作し、性能評価を行ったので、以下に説明する。実施例のタイヤは、軸方向の断面形状が図１に示すような断面形状を有し、タイヤサイズは２４５／４５Ｒ１８である。そして、以下に示す５種類の異なる構成を有するタイヤを車両に装着して車内騒音計測試験を行った。なお、タイヤ内圧は２３０ｋＰａ、試験車両は国産車４３００ｃｃクラスを使用し、車両速度は６０ｋｍ／時で実施した。また、試験荷重は運転者１名とした。
＜実施例１＞第一のゴム層２１のみを、幅Ｗ２１をトレッド幅ＴＷの２０％、厚さｔ２１を４ｍｍとして、タイヤ赤道面２を中心に配設したラジアルタイヤ。
＜実施例２＞第三のゴム層２３のみを、幅Ｗ２３をタイヤサイド高さＳＨの１０％、厚さｔ２３を４ｍｍとして、ビード部３のタイヤ中心側端部３ａを基準として、径方向外側にタイヤサイド高さＳＨの８０％の位置から９０％の位置までの範囲に配設したラジアルタイヤ。
＜実施例３＞第一のゴム層２１を、幅Ｗ２１をトレッド幅ＴＷの２０％、厚さｔ２１を４ｍｍとして、タイヤ赤道面２を中心に配設し、第三のゴム層２３を、幅Ｗ２３をタイヤサイド高さＳＨの１０％、厚さｔ２３を４ｍｍとして、ビード部３のタイヤ中心側端部３ａを基準として、径方向外側にタイヤサイド高さＳＨの８０％の位置から９０％の位置までの範囲に配設したラジアルタイヤ。
＜実施例４＞第一のゴム層２１を、幅Ｗ２１をトレッド幅ＴＷの２０％、厚さｔ２１を４ｍｍとして、タイヤ赤道面２を中心に配設し、第二のゴム層２２を、幅Ｗ２２をタイヤサイド高さＳＨの２０％、厚さｔ２２を４ｍｍとして、ビード部３のタイヤ中心側端部３ａを基準として、径方向外側にタイヤサイド高さＳＨの２０％の位置から４０％の位置までの範囲に配設し、第三のゴム層２３を、幅Ｗ２３をタイヤサイド高さＳＨの１０％、厚さｔ２３を４ｍｍとして、ビード部３のタイヤ中心側端部３ａを基準として、径方向外側にタイヤサイド高さＳＨの８０％の位置から９０％の位置までの範囲に配設したラジアルタイヤ。
＜比較例＞第一のゴム層２１、第二のゴム層２２及び第三のゴム層２３のいずれのゴム層２０も配設しないラジアルタイヤ。

表１は、空洞共鳴音が発生する周波数２５０Ｈｚを中心周波数として、１／３オクターブ分析を行ったときの音圧レベル（ｄＢ）について、比較例を基準として示している。表１に示すように、実施例１から実施例４までの結果と、比較例の結果との比較から、ゴム層２０を配設することによって、空洞共鳴音の音圧レベルを効果的に低減できることが確認された。特に、表１の実施例１に示すように、タイヤ赤道面２と交差する位置である第一のゴム層２１を配設した時にその効果は顕著であり、実施例２から実施例４に示すように、第二のゴム層２２及び第三のゴム層２３をさらに配設することによって空洞共鳴音の音圧レベルをさらに低減させることができる。なお、実施例３に示すように第三のゴム層２３のみを配設した場合や、第二のゴム層２２のみを配設した場合でも空洞共鳴音を低減させる効果を有するのは言うまでも無い。

これらの結果から、断面２次の振動モードの振幅が大きくなる位置にそれぞれ、第一のゴム層２１、第二のゴム層２２及び第三のゴム層２３を配設することで、剛性の増加を抑えつつ、重量を増加することができ、断面２次の振動モードの周波数帯域は低周波数側にシフトする。そして、断面２次の振動モードの周波数帯域を空洞共鳴音が発生する共鳴周波数（約２５０Ｈｚ）に近づけることができたため、空洞共鳴音が発生する際のタイヤの体積変化を低減することができ、これにより空洞共鳴音の音圧レベルを低減させることができることが明らかとなった。

以上のように、特定の範囲にゴム層２０を設けることによって、空洞共鳴音を効果的に低減し、車内騒音の低減化を図ることができる。

なお、ゴム層を配設し、その重量の作用によって空洞共鳴音を低減させることができるとともに、空洞共鳴音を低減させることが可能な他の構成要素を付加することによって、さらに空洞共鳴音を低減させる効果が増大するのは言うまでも無い。例えば、ゴム層を配設し重量を増大させるとともに、ベルト層の幅を狭めて軸方向の剛性を低減させることで、両者の作用を相殺させることなく、かつ、他の性能を犠牲にすること無く空洞共鳴音の低減を図ることができる。また、第二のゴム層２２及び第三のゴム層２３は、それぞれ範囲Ａ及び範囲Ｂに左右一対となるように設けられたが、これに限ることは無く、左右のいずれか一方に設けられるものとしても良い。さらに、本実施形態においては空気入りタイヤとしたラジアルタイヤを例としたが、これに限ることは無く、バイアスタイヤなどにおいても同等の効果を有する。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

この発明の実施形態の空気入りラジアルタイヤの断面図である。 タイヤの外力を伝達させた際の周波数と力の伝達率との関係の一例を示すグラフである。 タイヤの断面１次振動モードにおける変形状態の概略図である。 タイヤの断面２次振動モードにおける変形状態の概略図である。

符号の説明

１ 空気入りラジアルタイヤ（空気入りタイヤ）
２ タイヤ赤道面
３ ビード部
３ａ タイヤ中心側端部
４ カーカス層
４ａ 踏面部
４ｂ 側面部
４ｃ 外周面
８ ベルト層
８ａ 踏面部
１０ トレッド部
１１ サイド部
２０ ゴム層
２１ 第一のゴム層
２２ 第二のゴム層
２３ 第三のゴム層
ＳＨ タイヤサイド高さ
ＴＷ トレッド幅
Ｗ２１、Ｗ２２、Ｗ２３ 幅

Claims (5)

1. 一対のビード部と、
   該ビード部間に繋がれたカーカス層と、
   該カーカス層の踏面部に設けられたベルト層と、
   前記カーカス層及び前記ベルト層の踏面部を覆うトレッド部と、
   前記カーカス層の側面部を覆うサイド部と、
   前記カーカス層の外周面において周方向に配設されたゴム層とを備え、
   該ゴム層は、前記カーカス層と前記ベルト層との間において、タイヤ赤道面と交差する位置に配設された第一のゴム層を有することを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 請求項１に記載の空気入りタイヤにおいて、
   前記第一のゴム層の幅は、前記トレッド部の軸方向の幅であるトレッド幅の１０％以上２０％以下であることを特徴とする空気入りタイヤ。
3. 請求項１または請求項２に記載の空気入りタイヤにおいて、
   前記ゴム層は、さらに、前記ビード部のタイヤ中心側端部から前記トレッド部と前記サイド部との区分位置までの径方向の高さであるタイヤサイド高さの１０％以上２０％以下の幅を有し、前記ビード部の前記タイヤ中心側端部を基準として、径方向外側に前記タイヤサイド高さの２０％の位置から５０％の位置までの範囲に配設された第二のゴム層を有することを特徴とする空気入りタイヤ。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の空気入りタイヤにおいて、
   前記ゴム層は、さらに、前記ビード部のタイヤ中心側端部から前記トレッド部と前記サイド部との区分位置までの径方向の高さであるタイヤサイド高さの１０％以上２０％以下の幅を有し、前記ビード部の前記タイヤ中心側端部を基準として、径方向外側に前記タイヤサイド高さの８０％の位置から１００％の位置までの範囲に配設された第三のゴム層を有することを特徴とする空気入りタイヤ。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の空気入りタイヤの製造方法において、
   前記カーカス層に前記ゴム層を接着した中間体を形成する中間体形成工程と、
   前記中間体に、前記ビード部、前記サイド部、前記ベルト層及び前記トレッド部を張り付ける成形工程とを備えることを特徴とする空気入りタイヤの製造方法。

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