JP2009001206A

JP2009001206A - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP2009001206A
Application number: JP2007165474A
Authority: JP
Inventors: Hide Nagai; 秀永井
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2009-01-08

Abstract

【課題】この発明の目的は、共鳴器の形状の適正化を図ることにより、共鳴器の共鳴周波数の設定可能な周波数帯域を拡大して、気柱共鳴音を低減しつつも、排水性能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と、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ような路面接地域に開口する共鳴器１とを具える。かかる共鳴器１は、周方向溝７から分岐して延びる枝溝部２及び、かかる枝溝部２につながり、枝溝部２よりも延在方向に直交する断面の面積が枝溝部２のそれよりも大きい気室部３を具える。また、枝溝部２は、溝底側に枝溝部２の開口幅よりも溝幅の大きな拡大部８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少なくとも一本の周方向溝と、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と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排水性能の向上を図る。

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に記載されているように、タイヤ周方向溝から分岐して延びる枝溝部及び、かかる枝溝部につながり、枝溝部よりも延在方向に直交する断面の面積が大きい気室部を具えるヘルムホルツタイプの共鳴器を配設することによって、共鳴器による反共振を利用し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トレッドパターンのデザイン上の自由度が向上させることができる。また、一般に、タイヤ摩耗時にも排水性能を確保する技術としては、特許文献３に記載されているように、サイプの断面形状をフラスコ状にすることが行われている。

国際公開第０４／１０３７３７号パンフレット特開平５−３３８４１１号公報特開２００５−１９３７７０号公報

しかし、特許文献２に記載されているヘルムホルツタイプの共鳴器では、タイヤ負荷転動時にトレッド部のゴムが変形することにより気室部に連通するサイプ状の枝溝部の容積が減少することに起因して、所望の共鳴周波数とすることができずに、気柱共鳴音を有効に低減できない虞がある。更に、かかる枝溝部の容積の減少に伴い、共鳴器の排水性能が低下する虞がある。

したがって、この発明の目的は、共鳴器の形状の適正化を図ることにより、タイヤ負荷転動時のトレッド部の変形による共鳴器の枝溝部の容積変化を抑制し、気柱共鳴音を低減しつつも、排水性能を向上した空気入りタイヤを提供することにある。

前記目的を達成するため、この発明のタイヤは、トレッド部踏面に、略タイヤ周方向に延びる少なくとも一本の周方向溝と、かかる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路面接地域に開口した共鳴器とを具え、かかる共鳴器は、周方向溝から分岐して延びる枝溝部及び、枝溝部につながり、延在方向に直交する断面の面積が枝溝部のそれよりも大きい気室部を具え、枝溝部は、溝底側に枝溝部の開口幅よりも溝幅の大きな拡大部を具えることを特徴としている。このような空気入りタイヤでは、タイヤ負荷転動時にも枝溝部の容積の変化が小さく、かかる容積を充分に確保することができるので、気柱共鳴音を有効に低減しつつも、排水性能を向上することが可能となる。ここで「溝幅」とは、枝溝部の延在方向に直交する断面における幅長さをいうものとし、「略タイヤ周方向」とは、タイヤ周方向に直線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し、「枝溝部の延在方向」とは、周方向溝から気室部に向かって延在している枝溝部の延在方向をいうものとする。

なお、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の長さと枝溝部２の開口端の補正長さとの距離の和をＬ、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。このとき、Ｌの値は、文献によって相違するが、ここでは、枝溝部２の半径をｒ、長さをＬ_０としたとき、Ｌは１．３ｒとＬ_０との和とするものとする。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、枝溝部２の長さと枝溝部２の開口端の補正長さとの和Ｌ、気室部３の容積Ｖ等を選択することで、必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Ｐ_２＝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（ｋＬ_１）ｔａｎ（ｋＬ_２）−（Ｓ_２／Ｓ_１）＝０

更に、枝溝部は、枝溝部の延在方向に直交する断面において、枝溝部の路面開口部から溝底側に向かって溝幅が一定となる溝幅一定部と、かかる溝幅一定部よりも溝底側に溝幅の大きな拡大部とを具えることが好ましい。ここで「溝幅一定部」とは枝溝部の踏面開口部から、枝溝部の拡大部までの溝幅が等間隔となっている部分をいうものとする。

更にまた、枝溝部の拡大部は、枝溝部の延在方向に直交する断面において、溝幅一定部のタイヤ径方向内側の端部から溝幅最大部に向かって溝幅が漸増することが好ましい。

加えて、枝溝部の拡大部は、枝溝部の延在方向に直交する断面において、溝幅が開口部から溝底に向かって漸増することが好ましい。

この発明によれば、共鳴器の形状の適正化を図ることにより、タイヤ負荷転動時のトレッド部の変形による共鳴器の枝溝部の容積変化を抑制し、気柱共鳴音を低減しつつも、排水性能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〜図５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と、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路面接地域に開口する共鳴器１とを具える。かかる共鳴器１は、周方向溝７から分岐して延びる枝溝部２及び、かかる枝溝部２につながり、枝溝部２よりも延在方向に直交する断面の面積が枝溝部２のそれよりも大きい気室部３を具える。また、枝溝部２は、溝底側に枝溝部２の開口幅よりも溝幅の大きな拡大部８を有する。このような空気入りタイヤでは、枝溝部２が溝底側に枝溝部２の開口幅よりも溝幅の大きな拡大部８を有していることにより、タイヤ負荷転動時にトレッド部のゴムが変形して枝溝部２の踏面開口部が接触して閉じてしまっても、拡大部８の容積変化が小さいことから、枝溝部２の容積を充分に確保することができるので、所望の共鳴周波数を確保して、気柱共鳴音を有効に低減しつつも、排水性能も併せて向上することが可能となる。また、枝溝部２の溝底側に拡大部８を設けていることから、摩耗が進行した摩耗中期以降であっても、枝溝部の容積を確保することができるので、タイヤの新品時から摩耗末期まで排水性能を有効に向上することが可能となる。なお、摩耗中期から摩耗末期においては、周方向溝から発生する気柱共鳴音が無視できる程度まで小さくなるので、気柱共鳴音の低減効果については考慮する必要は無くなる。

更に、図４に示すように、枝溝部２は、枝溝部２の延在方向に直交する断面において、枝溝部２の路面開口部から溝底側に向かって溝幅が一定となる溝幅一定部９と、かかる溝幅一定部９よりも溝底側に溝幅の大きな拡大部８とを具えることが好ましい。なぜなら、このような構成を採用する場合には、タイヤ負荷転動時に枝溝部２の路面開口部が接触して閉じてしまっても、溝幅一定部９が先に接触して閉じることから、陸部剛性の変化も少なく、拡大部８の容積変化が余り起こらず、枝溝部２の容積を充分に確保することができるので、気柱共鳴音を有効に低減しつつも、排水性能を向上する可能性があるからである。

この場合には、図５に示すように、枝溝部２の拡大部８は、枝溝部２の延在方向に直交する断面において、溝幅一定部９のタイヤ径方向内側の端部から溝底に向かって溝幅が漸増することが好ましい。なぜなら、このような構成を採用する場合には、タイヤ負荷転動時に枝溝部２の路面開口部が接触して閉じてしまっても、溝幅一定部９が先に接触して閉じることから、拡大部８の容積変化が余り起こらず、枝溝部２の容積を充分に確保することができるので、気柱共鳴音を有効に低減しつつも、排水性能を向上する可能性があり、かつ、拡大部８の溝幅が溝幅最大部に向かって漸増するような構造的な特徴から、加硫成形後に金型からタイヤを取り外す際に、枝溝部２を形成するためのブレードがタイヤのゴム部分から円滑に抜け、金型からタイヤを引き抜く際に枝溝部２が破壊され難くなる可能性があるからである。

あるいは、図３に示すように、枝溝部の拡大部は、枝溝部の延在方向に直交する断面において、溝幅が開口部から溝幅最大部に向かって漸増することが好ましい。なぜなら、このような構成を採用する場合には、タイヤ負荷転動時に枝溝部２の路面開口部が接触して閉じてしまっても、拡大部８の容積変化が余り起こらず、枝溝部２の容積を充分に確保することができるので、気柱共鳴音を有効に低減しつつも、排水性能を向上する可能性があり、かつ、拡大部８の溝幅が溝幅最大部に向かって漸増するような構造的な特徴から、加硫成形後に金型からタイヤを取り外す際に、金型に枝溝部のゴム部分が引っかかり難くなっており、金型からタイヤを引き抜く際に枝溝部２が破壊され難くな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、枝溝部２の拡大部８を楕円状、多角形状などにすることも可能である。

次に、従来の共鳴器を具えるタイヤ（従来例タイヤ）及びこの発明に従う共鳴器を具えるタイヤ（実施例タイヤ）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、図５（ａ）に示すトレッドパターンを有し、複数本の周方向溝を具え、かかる周方向溝に開口する共鳴器を具えており、その共鳴器の枝溝部は図５（ｂ）に示すように、枝溝部の延在方向に直交する断面において、一様の溝幅を有している。また、従来例タイヤは表１に示す諸元を有する。

また、実施例タイヤは、図６（ａ）に示すトレッドパターンを有し、周方向溝と、かかる周方向溝に開口する共鳴器とを具えており、その共鳴器の枝溝部は図６（ｂ）に示すように、枝溝部の延在方向に直交する断面において、溝幅一定部と円筒形状の拡大部を有している。また、実施例タイヤは表１に示す諸元を有する。なお、実施例タイヤの枝溝部の容積は従来例タイヤの枝溝部の容積と同一である。

これら各供試タイヤをサイズ７．５Ｊ×１７のリムに取付けてタイヤ車輪とし、空気圧：２２０ｋＰａ（相対圧）を適用して、かかるタイヤ車輪を車両に装着し、２名乗車相当の負荷荷重をかけて各種評価を実施した。

静粛性は、新品時のタイヤ及び摩耗時のタイヤを装着した車両でプロのドライバーが低速から時速１００ｋｍ／ｈの範囲内の速度でテストコースを走行させた際の気柱共鳴音の聞こえ易さ、気になり易さを１０点満点でフィーリング評価した。なお、共鳴器は、ヘルムホルツタイプの共鳴器として捉え、その共鳴周波数を音速ｃの条件を３４３．７ｍ／ｓとして前記の式により計算したものである。

また、排水性能は、新品時のタイヤ及び摩耗時のタイヤを装着した車両で、プロのドライバーが水深１０ｍｍのテストコースを徐々に加速しながら走行し、タイヤの路面に対するスリップ率が１５％に達した速度をハイドロプレーニング発生速度とし、そのハイドロプレーニング発生速度を従来例タイヤの新品時を１００として指数化して相対評価した。なお、数値が大きい程排水性能に優れることを表す。

表２の結果から明らかなように、実施例タイヤは、従来例タイヤに比べ、新品時においても摩耗時においても気柱共鳴音が低減している。また、実施例タイヤは、従来例タイヤに比べ、摩耗時において耐ハイドロプレーニング性が向上している。

以上のことから明らかなように、共鳴器の形状の適正化を図ることにより、タイヤ負荷転動時のトレッド部の変形による共鳴器の枝溝部の容積変化を抑制し、気柱共鳴音を低減しつつも、排水性能を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。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。（ａ）は比較例タイヤのトレッド部の一部の展開図であり、（ｂ）は比較例タイヤの枝溝部の延在方向に直交する方向の断面図である。（ａ）は実施例タイヤのトレッド部の一部の展開図であり、（ｂ）は実施例タイヤの枝溝部の延在方向に直交する方向の断面図である。

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拡大部
９溝幅一定部

Claims

トレッド部踏面に、略タイヤ周方向に延びる少なくとも一本の周方向溝と、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路面接地域に開口した共鳴器とを具える空気入りタイヤにおいて、
該共鳴器は、該周方向溝から分岐して延びる枝溝部及び、該枝溝部につながり、延在方向に直交する断面の面積が該枝溝部のそれよりも大きい気室部を具え、
該枝溝部は、溝底側に該枝溝部の開口幅よりも溝幅の大きな拡大部を具えることを特徴とする空気入りタイヤ。
前記枝溝部は、該枝溝部の延在方向に直交する断面において、該枝溝部の路面開口部から溝底側に向かって溝幅が一定となる溝幅一定部と、該溝幅一定部よりも溝底側に溝幅の大きな拡大部とを具える、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
前記枝溝部の拡大部は、前記枝溝部の延在方向に直交する断面において、前記溝幅一定部のタイヤ径方向内側の端部から溝幅最大部に向かって溝幅が漸増する、請求項２に記載の空気入りタイヤ。
前記枝溝部の拡大部は、前記枝溝部の延在方向に直交する断面において、溝幅が開口部から溝底に向かって漸増する、請求項１に記載の空気入りタイヤ。