JP2008201200A

JP2008201200A - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP2008201200A
Application number: JP2007037731A
Authority: JP
Inventors: Hide Nagai; 秀永井
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2007-02-19
Filing date: 2007-02-19
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2027-02-19
Also published as: JP4939969B2

Abstract

【課題】この発明の目的は、トレッドパターンの適正化を図ることにより、走行時の気柱共鳴音を低減しつつも、操縦安定性を向上した空気入りタイヤを提供することにある。
【解決手段】空気入りタイヤは、トレッド部踏面６に、略タイヤ周方向に延びる周方向溝７を配設し、周方向溝７とトレッド接地端８とでショルダー陸部９を区画形成してなり、周方向溝７に開口し、かかる周方向溝７と路面とで形成される管内の共鳴により発生する騒音を低減する共鳴器１を具える。また、かかる周方向溝７からタイヤ幅方向外側に向かいトレッド接地端８を越えて延びる、少なくとも一本のショルダー溝１０を具える。
【選択図】図３

Description

この発明は、トレッド部踏面に、略タイヤ周方向に延びる周方向溝を配設し、周方向溝とトレッド接地端とでショルダー陸部を区画形成してなり、周方向溝に開口し、周方向溝と路面とで形成される管内の共鳴により発生する騒音を低減する共鳴器を具える空気入りタイヤに関するものであり、かかる空気入りタイヤから生じる騒音を低減しつつも、操縦安定性の向上を図る。

近年、車両の静粛化に伴って、空気入りタイヤの負荷転動に起因した自動車騒音に対する寄与が大きくなり、その低減が求められている。中でも、高周波数、特に、１０００Ｈｚ周辺のタイヤノイズが車外騒音の主たる原因となっており、環境問題への対応からも、その低減対策が求められている。

この１０００Ｈｚ周辺のタイヤノイズは、主に気柱共鳴音により発生する。気柱共鳴音とは、トレッド部踏面の周方向に連続して延びる周方向溝と、路面とによって囲曉される管内の空気の共鳴により発生する騒音であり、一般的な乗用車では８００〜１２００Ｈｚ程度に観測されることが多く、ピークの音圧レベルが高く、周波数帯域が広いことから、空気入りタイヤから発生する騒音の大部分を占めている。

また、人間の聴覚は、１０００Ｈｚ周辺の周波数帯域（Ａ特性）で特に敏感であることから、走行時のフィーリング面での静粛性を向上させる上でも、このような気柱共鳴音の低減は有効である。

そこで、かかる気柱共鳴音の低減を目的として、周方向溝の配設本数や容積を減じることが広く行われている他、特許文献１に開示されているように、一端だけが周方向溝に開口し、他端が陸部内で終端する長い横溝を設けて、その横溝内での反共振を用いて気柱共鳴音を低減させることが提案されている。しかし、周方向溝の溝容積を減少させた空気入りタイヤでは、周方向溝の溝容積が不足し、排水性能が低下する虞がある。また、特許文献１に記載の空気入りタイヤでは、長い横溝の配設が必須であることから、トレッドパターンのデザイン上の自由度が損なわれ、かつ、陸部の剛性が充分に確保されずに操縦安定性が低下する虞がある。

これら問題の解決策として、特許文献２〜４に記載されているように、ヘルムホルツタイプの共鳴器を配設することによって、反共振を用いて気柱共鳴音を低減する技術も提案されている。このことにより、周方向溝の溝容積を充分に確保して、排水性能を確保しつつも、特許文献１に記載の空気入りタイヤと比較して陸部の剛性を高くすることができる。

国際公開第０４／１０３７３７号パンフレット特開平５−３３８４１１号公報特開２０００−１１８２０７号公報特開２００１−１９１７３４号公報

しかし、特許文献２に記載の空気入りタイヤは、共鳴器の気室部周辺における陸部の剛性が低下していることから、操縦安定性が充分に確保されない可能性がある。また、特許文献３及び４に記載の空気入りタイヤでは、タイヤ負荷転動時に、ヘルムホルツタイプの共鳴器が路面と接地しないように配設されていることから、気柱共鳴音を低減しつつも共鳴器の路面との衝突によるピッチノイズの発生を抑制することができ、更には、配設可能な共鳴器の体積が小さく制限されていることから、トレッド部の陸部剛性が高く、操縦安定性を充分に確保することができる。しかし、その反面、共鳴器の形状・寸法が限定されることから、設定可能な共鳴周波数の周波数帯域も限定されることとなり、気柱共鳴音を充分に低減することができない可能性がある。

したがって、この発明の目的は、トレッドパターンの適正化を図ることにより、走行時の気柱共鳴音を低減しつつも、操縦安定性が向上した空気入りタイヤを提供することにある。

これらのことを踏まえ、前記目的を達成するため、この発明は、トレッド部踏面に、略タイヤ周方向に延びる周方向溝を配設し、かかる周方向溝とトレッド接地端とでショルダー陸部を区画形成してなり、更には、周方向溝に開口し、周方向溝と路面とで形成される管内の共鳴により発生する騒音を低減する共鳴器を具える空気入りタイヤにおいて、周方向溝からタイヤ幅方向外側に向かいトレッド接地端を越えて延びる、少なくとも一本のショルダー溝を具えることを特徴とする空気入りタイヤである。このような空気入りタイヤでは、ショルダー溝を配設することで、周方向溝から生じる気柱共鳴音の周波数を大きくして、共鳴器の小型化を図ることができるので、タイヤ負荷転動時に、気柱共鳴音を低減しつつも、トレッド部の陸部の剛性を充分に確保することができ、操縦安定性を向上することが可能となる。ここで「略タイヤ周方向」とは、タイヤ周方向に直状に延びる溝のみならず、ジグザグ状又は波状に延び、タイヤ全体としてタイヤ周方向に一周する溝をいうものとする。

共鳴器の種類は限定されないが、例えばヘルムホルツタイプの共鳴器とすることができる。この場合、その共鳴周波数ｆ_０は、一般に図１に示すような形状として表され、枝溝部２の半径をｒ、長さをｌ_０、枝溝部の断面積をＳとし、気室部３の容積をＶ、音速をｃとしたとき、

として表すことができる。なお、上記式中における枝溝部２端の補正は、通常は、実験によって求められるものであり、その値は、文献によって相違することになるも、ここでは、１．３ｒを用いるものとする。この場合、枝溝部２の断面が円形でないときは、枝溝部２の断面積から円形を仮定したｒを算出して使用するものとする。従って、共鳴器１の共鳴周波数ｆ_０は、枝溝部２の断面積Ｓ、気室部３の容積Ｖ等を選択することで、所要に応じて変化させることができる。

また、図２に示すように、共鳴器１の気室部３及び枝溝部２をそれぞれ第１管路４、第２管路５とみなして、それらを相互に連結した連結管路からなる段付きタイプの共鳴器とすることもでき、この場合の共鳴周波数ｆ_０は、以下のようにして求めることができる。

段付きタイプの共鳴器につき、第１管路の延在方向に直交する断面積をＳ_１、第２管路の延在方向に直交する断面積をＳ_２、境界における第１管路４側の音響インピーダンスをＺ_１２、境界における第２管路５側の音響インピーダンスをＺ_２１とすると、連続の条件から次式が導かれる。
Ｚ_２１＝（Ｓ_２／Ｓ_１）・Ｚ_１２
第２管路５の第２管路の周方向溝に開口している部分からの距離ｘの点における音圧Ｐ_２は、境界条件を、ｘ＝０でＶ_２＝Ｖ_０ｅ^ｊｗｔとし、ｘ＝ｌ_２でＰ_２／Ｖ_２＝Ｚ_２としたとき、次式により導かれる。
Ｐ_２＝Ｚ_ｓ・{Ｚ_２１ｃｏｓ（ｋ（ｌ_２−ｘ））＋ｊＺ_ｃｓｉｎ（ｋ（ｌ_２−ｘ））／Ｚ_ｃｃｏｓ（ｋｌ_２）+ ｊＺ_２１ｓｉｎ（ｋｌ_２）}・Ｖ₀ｅ^ｊｗｔ、（ただし、ｋ＝２πｆ_０／ｃ）
このとき、Ｖ_２は第２管路５の粒子速度分布を、Ｖ₀は入力点の粒子速度を、ｊは虚数単位を、Ｚｃはρｃ（ρ：空気の密度、ｃ：音速）を夫々示している。
第１管路４の音圧Ｐ_１は、境界条件を、ｘ＝ｌ₁でＶ₁＝０とし、ｘ＝ｌ_２でＰ_２／Ｖ_２＝Ｚ_２１としたとき、次式により導かれる。
Ｐ_１＝Ｚ_ｓ・[Ｚ_２１ｃｏｓ（ｋ（ｌ_２−ｘ））／ｃｏｓ（ｋｌ₁）・｛Ｚ_ｃｃｏ（ｋｌ_２）＋ｊＺ_２１ｓｉｎ（ｋｌ_２）｝]・Ｖ_０ｅ^ｊｗｔ

よって、共鳴周波数ｆ_０の条件式は、共鳴の条件をｘ＝０でＰ₂＝０とした場合に、次式として導かれる。この共鳴の条件式に基づいてｋ、ｌ_１、ｌ_２、Ｓ_２、Ｓ_１、ｃを決定して共鳴周波数ｆ_０を求めることができる。
ｔａｎ（ｋｌ₁）ｔａｎ（ｋｌ₂）−（Ｓ₂／Ｓ₁）＝０

また、タイヤ周方向で見て、隣接する共鳴器間にショルダー溝を配設していることが好ましい。

更に、ショルダー溝の配設ピッチが、周方向溝の接地長よりも小さいことが好ましい。ここで「周方向溝の接地長」とは、ＪＡＴＭＡで規定されている標準空気圧のもとで、最大負荷荷重の８０％の荷重を空気入りタイヤに負荷し、転動させた際の、路面と接触しているトレッド部踏面の領域における周方向溝のタイヤ周方向長さをいうものとする。

更にまた、共鳴器の配設ピッチが、周方向溝の接地長よりも小さいことが好ましい。

加えて、共鳴器は、周方向溝のタイヤ幅方向内側の陸部に配設していることが好ましい。

加えてまた、ショルダー溝は、タイヤ負荷転動時に路面接地域において開口していることが好ましい。

また、周方向溝、共鳴器及びショルダー溝を、両トレッド半域に具えることが好ましい。ここで「両トレッド半域」とは、トレッド部をタイヤ赤道面ＣＬで仮想的に分割した際の二つのトレッド部部分をいうものとする。

更に、ショルダー溝は、一定の周方向ピッチにて配設されることが好ましい。ここで「一定の周方向ピッチ」とは、タイヤ周方向で見て、全て等間隔に配設することをいう。

この発明によれば、トレッドパターンの適正化を図ることにより、走行時の気柱共鳴音を低減しつつも、操縦安定性が向上した空気入りタイヤを提供することが可能となる。

以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の形態を説明する。図３は、この発明に従う代表的な空気入りタイヤ（以下「タイヤ」という。）のトレッド部の一部の展開図であり、図４ａ及び４ｂはこの発明に従うトレッド部の一部の斜視図である。

この発明のタイヤは、図３に示すように、トレッド部踏面６に、略タイヤ周方向に延びる周方向溝７を配設し、周方向溝７とトレッド接地端８とでショルダー陸部９を区画形成してなり、周方向溝７に開口し、かかる周方向溝７と路面とで形成される管内の共鳴により発生する騒音を低減する共鳴器１を具える。かかるショルダー陸部９は、周方向溝７からタイヤ幅方向外側に向かいトレッド接地端８を越えて延びる、少なくとも一本のショルダー溝１０を具える。このような空気入りタイヤでは、タイヤ負荷転動時に、周方向溝７に開口するショルダー溝１０が接地面内に入ることにより、気柱が分断されて短くなり、周方向溝７から発生する気柱共鳴音の周波数が大きくなる。このとき、気室部３の体積を小さくすることで、共鳴周波数を大きくした共鳴器１が、ショルダー溝１０と同一の接地面内に入ることで、騒音を低減している。なお、共鳴器１は、前記したヘルムホルツタイプの共鳴器であっても、段付きタイプの共鳴器１であっても、気室部３の体積を小さくするような条件を当てはめると、反共振する共鳴周波数が大きくなる。また、共鳴器１の気室部３の体積を小さくしていることから、トレッド部の剛性が高くなり、ドライ路面における操縦安定性が向上する。したがって、接地面内に入るショルダー溝１０の配設本数を増やして、気柱共鳴音の周波数をより大きくすることにより、同一接地面内の共鳴器１の気室部３の体積を更に小さくすることができるので、気柱共鳴音を低減しつつも、トレッド部の剛性を高め、ドライ路面における操縦安定性を向上することが可能となる。また、ショルダー溝１０を配設することにより、エッジ成分が増加するので、ウェット路面における水膜を切る効果が向上し、かつ、トレッド部の溝容積が増加して、路面の水を溝内に吸い取る効果が向上するので、ウェット路面における走行性能が総合的に向上する。

このとき、共鳴器１としての基本的な機能には影響しないことから、周方向溝に開口する共鳴器１は、図４ａに示すように、トレッド部踏面６に開口していない形状であっても、図４ｂに示すように、トレッド部踏面６に開口している形状であっても良い。

更に、タイヤ周方向で見て、隣接する共鳴器１間にショルダー溝１０を配設している、すなわち、タイヤ負荷転動時に、共鳴器１とショルダー溝１０が交互に接地するように配設することが好ましい。なぜなら、共鳴器１が連続して接地したり、ショルダー溝１０が連続して接地したりする場合には、周方向溝７から発生する気柱共鳴音の周波数を安定して大きくすることができずに、共鳴器１の共鳴周波数による気柱共鳴音の低減にばらつきが生じるので、騒音を充分に低減できない可能性があるからである。

更にまた、ショルダー溝１０の配設ピッチが、周方向溝７の接地面内に入ることが好ましい。なぜなら、ショルダー溝１０の配設ピッチが、タイヤ負荷転動時の周方向溝７の接地長よりも大きい場合には、共鳴器１が路面に接地していても、ショルダー溝１０が路面に接地せずに、タイヤ負荷転動時にショルダー溝１０と路面との間に管が形成されないことがあり、その結果、周方向溝７から発生する気柱共鳴音の周波数が大きくならずに、気室部３の体積を小さくした共鳴器１により気柱共鳴音を充分に低減することができない可能性があるからである。

加えて、共鳴器１の配設ピッチが、周方向溝７の接地長よりも小さいことが好ましい。なぜなら、共鳴器１の配設ピッチが、タイヤ負荷転動時の周方向溝７の接地長よりも大きい場合には、ショルダー溝１０が路面に接地して、周方向溝７から発生する気柱共鳴音の周波数を充分に大きくしていても、共鳴器１が路面に接地せずに、気柱共鳴音を低減することができない可能性があるからである。

加えてまた、共鳴器１は、周方向溝７のタイヤ幅方向内側の陸部１１に配設していることが好ましい。なぜなら、共鳴器１が、タイヤ幅方向内側の陸部１１ではなく、ショルダー陸部９に配設されている場合には、共鳴器１及びショルダー溝の両方がショルダー陸部９に配設されることとなるので、ショルダー陸部９の剛性が低下して、ショルダー陸部９の偏摩耗やもげによるトレッド部の破壊を招く虞があるからである。

また、ショルダー溝１０は、タイヤ負荷転動時に路面接地域において開口していることが好ましい。なぜなら、ショルダー溝１０が、タイヤ負荷転動時に路面接地域において開口していない場合には、ショルダー溝１０が完全に閉じてしまい、ショルダー溝１０により周方向溝７から発生する気柱共鳴音の周波数を大きくすることができなくなり、気室部３の体積を小さくした共鳴器１では気柱共鳴音を有効に低減することができない可能性があるからである。

更に、周方向溝７、共鳴器１及びショルダー溝１０を、両トレッド半域に具えることが好ましい。なぜなら、周方向溝７を両トレッド半域に配設する場合には、両方のトレッド半域に共鳴器１及びショルダー溝１０を配設した方が、一方のトレッド半域のみに共鳴器１及びショルダー溝１０を配設するよりも、気柱共鳴音をより低減させつつ、操縦安定性をより向上させることができるからである。

更にまた、ショルダー溝１０は、一定のタイヤ周方向ピッチにて配設されることが好ましい。なぜなら、ショルダー溝１０が、複数のタイヤ周方向ピッチにて配設される場合には、トレッド部の剛性に偏りが生じることから、操縦安定性にばらつきが生じる可能性があるからである。

なお、上述したところはこの発明の実施形態の一部を示したに過ぎず、この発明の趣旨を逸脱しない限り、これらの構成を交互に組み合わせたり、種々の変更を加えたりすることができる。例えば、トレッド部踏面６に配設される複数の共鳴器１の寸法、形状を異ならせることで、共鳴周波数を夫々異ならせて、反共振する周波数の帯域を広範に設定することも可能である。

次に、共鳴器を具える従来のタイヤ（従来例タイヤ）及びこの発明のタイヤ（実施例タイヤ１及び２）を、タイヤサイズ２２５／５５Ｒ１７の乗用車用ラジアルタイヤとして、夫々試作し、性能評価を行ったので、以下に説明する。

従来例タイヤは、周方向溝を具え、かかる周方向溝に開口するように、周方向溝のタイヤ幅方向内側の陸部に共鳴器を具えており、表１に示す諸元を有する。

また、実施例タイヤ１及び２は、周方向溝、かかる周方向溝に開口するように、周方向溝のタイヤ幅方向内側の陸部に共鳴器を具えており、かかるショルダー溝は、タイヤ周方向で見て、隣接する共鳴器間に配設されており、表１に示す諸元を有する。なお、気室部の体積は、従来例タイヤの一個あたりの共鳴器の気室部体積を基準として指数化されており、その数値が小さいほど気室部の体積が小さいことを示している。

これら各供試タイヤをサイズ７．５Ｊ×１７．０のリムに取付けてタイヤ車輪とし、空気圧：２２０ｋＰａ（相対圧）、タイヤ負荷荷重５．０ｋＮを適用し、乗用車に装着した状態で各種試験を行い、性能を評価した。なお、実施例中の共鳴器の共鳴周波数は、音速ｃを３４３．７ｍ／ｓとして、ヘルムホルツタイプの共鳴器の条件式を適用して計算したものである。

静粛性を評価する試験では、テスト用車両を長い直線部分を含む周回路及び緩やかなカーブの多いハンドリング評価路等からなるテストコース内を、低速から時速１００ｋｍ／ｈまでの範囲の速度で走行させて、気柱共鳴音の聞こえ易さ及び気になり易さをプロのドライバーが１０点満点で評価した。なお、点数が大きいほど静粛性に優れていることを示している。静粛性の評価結果は、表２に示す。

ドライ路面操縦安定性を評価する試験では、テスト用車両を長い直線部分を含む周回路及び緩やかなカーブの多いハンドリング評価路等からなるテストコース内を、低速から時速１００ｋｍ／ｈまでの範囲の速度で走行させて、ドライ路面における操縦安定性をプロのドライバーが１０点満点で評価した。なお、点数が大きいほどドライ路面操縦安定性に優れていることを示している。ドライ路面操縦安定性の評価結果は、表２に示す。

ウェット路面操縦安定性を評価する試験では、上り及び下りカーブの多いハンドリング評価路からなるテストコースのウェット路面を、可能な限り大きい速度（限界速度）で走行させ、グリップ性能、ハンドリング性能などのウェット路面操縦安定性をプロのドライバーが１０点満点で評価した。なお、点数が大きい程、ウェット路面操縦安定性に優れていることを示している。ウェット路面操縦安定性の評価結果は、表２に示す。

表２の結果から明らかなように、実施例タイヤ１〜２は、従来例タイヤと比較して、気柱共鳴音は同様に低減しながらも、ドライ路面操縦安定性が向上している。なお、実施例タイヤ２は、実施例タイヤ１よりも接地面内に存在するショルダー溝の本数が多いことから、気室部の体積が小さく、ドライ路面操縦安定性がより向上している。また、実施例タイヤ１〜２では、従来例タイヤと比較して、ウェット路面操縦安定性が向上している。このとき、実施例タイヤ２は、実施例タイヤ１よりも接地面内に存在するショルダー溝の本数が多いことから、ウェット路面操縦安定性がより向上している。

以上のことから明らかなように、トレッドパターンの適正化及びトレッド部踏面に配設する共鳴器の寸法及び配設位置の適正化を図ることにより、走行時の気柱共鳴音を低減しつつも、操縦安定性が向上した空気入りタイヤを提供することが可能となった。

ヘルムホルツタイプの共鳴器を模式的に示す図である。段付きタイプの共鳴器を模式的に示す図である。この発明に従う代表的なタイヤのトレッド部の一部の展開図である。この発明に従う代表的なタイヤのトレッド部の一部の斜視図である。この発明に従う代表的なタイヤのトレッド部の一部の斜視図である。

符号の説明

１共鳴器
２枝溝部
３気室部
４第１管路
５第２管路
６トレッド部踏面
７周方向溝
８トレッド接地端
９ショルダー陸部
１０ショルダー溝
１１周方向溝のタイヤ幅方向内側の陸部

Claims

トレッド部踏面に、略タイヤ周方向に延びる周方向溝を配設し、該周方向溝とトレッド接地端とでショルダー陸部を区画形成してなり、該周方向溝に開口し、該周方向溝と路面とで形成される管内の共鳴により発生する騒音を低減する共鳴器を具える空気入りタイヤにおいて、
該周方向溝からタイヤ幅方向外側に向かいトレッド接地端を越えて延びる、少なくとも一本のショルダー溝を具えることを特徴とする空気入りタイヤ。
タイヤ周方向で見て、隣接する共鳴器間にショルダー溝を配設してなる、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
前記ショルダー溝の配設ピッチが、前記周方向溝の接地長よりも小さい、請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。
前記共鳴器の配設ピッチが、前記周方向溝の接地長よりも小さい、請求項１〜３のいずれか一項に記載の空気入りタイヤ。
前記共鳴器は、前記周方向溝のタイヤ幅方向内側の陸部に配設してなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気入りタイヤ。
前記ショルダー溝は、タイヤ負荷転動時に路面接地域において開口している、請求項１〜５のいずれか一項に記載の空気入りタイヤ。
前記周方向溝、共鳴器及びショルダー溝を、両トレッド半域に具える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の空気入りタイヤ。
前記ショルダー溝は、一定の周方向ピッチにて配設される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の空気入りタイヤ。