JP2009006967A - 空気入りタイヤ - Google Patents

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少なくとも一本の周方向溝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共鳴器１とを具える。また、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よりも長手方向に直交する断面積が大きい気室部３を具える。なお、かかる枝溝部２は少なくとも一つの屈曲部８を有する。
【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の低減を図る。

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２〜４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トレッドパターンのデザイン上の自由度が向上する。

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２〜４に記載の空気入りタイヤでは、共鳴器はトレッド部踏面において、共鳴器が同一の形状及び寸法で配設されており、その共鳴周波数の周波数帯域が一定となることから、低減することのできる気柱共鳴音の周波数帯域も限定される虞がある。また、ヘルムホルツタイプの共鳴器の共鳴周波数を変化させるためには、周方向溝に開口する共鳴器の枝溝部の長手方向に直交する方向の断面積、その長手方向の距離、かかる枝溝部につながり、長手方向に直交する方向の断面積が枝溝部のそれよりも大きな共鳴器の気室部の断面積、その長手方向の距離を変更する必要があるが、共鳴器が所定の性能を確保するためには、気室部の寸法及び形状をある程度の範囲内とする必要があり、それを大幅に変更することが困難であることから、枝溝部の寸法及び形状を変更することが一般に有効であるとされてきた。しかし、枝溝部は長手方向の距離を大きくし過ぎると、共鳴器を陸部領域内に配設しきれずに、所望の共鳴周波数とすることができなくなる虞がある。

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、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、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、かかる共鳴器は、前記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、長手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、枝溝部が少なくとも一つの屈曲部を有す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、枝溝部を屈曲させることで、枝溝部が屈曲しない場合に比べ、枝溝部の長手方向の距離を大きくすることができるので、設定可能な共鳴周波数の周波数帯域を拡大することができ、かつ、枝溝部を屈曲させることで、枝溝部が効果的に折畳まれて、共鳴器がトレッド部踏面に配設される領域を減少させることができるので、トレッドパターンのデザイン上の自由度を確保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、「枝溝部の長手方向」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_２１ としたとき、次式により導かれる。
Ｐ_２＝Ｚｃ・[{Ｚ_２１ｃｏｓ（ｋ（Ｌ_２−ｘ））＋ｊＺ_ｃｓｉｎ（ｋ（Ｌ_２−ｘ））}／｛Ｚ_ｃｃｏｓ（ｋＬ_２）+ ｊＺ_２１ ｓｉｎ（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＝０でＰ_{２（Ｘ＝Ｌ２）}＝Ｐ_１としたとき、次式により導かれる。
Ｐ_１＝Ｚｃ・[Ｚ_２１ｃｏｓ（ｋ（Ｌ_１−ｘ））／{ｃｏｓ（ｋＬ₁）・Ｚ_ｃｃｏｓ（ｋＬ_２）＋ｊＺ_２１ ｓｉｎ（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

また、枝溝部は、複数の屈曲部を有することが好ましい。

更に、タイヤ周方向に隣接する共鳴器の枝溝部は、互いに異なる個数の屈曲部を有し、隣接する共鳴器はトレッド部の接地面内に共に存在することが好ましい。ここで「タイヤ周方向に隣接する共鳴器」とは、同一の周方向溝に開口する枝溝部であって、タイヤ周方向に隣接している共鳴器をいうものとし、「共鳴器はトレッド部の接地面内に共に存在する」とは、路面に接地しているトレッド部踏面内に、隣接する２個以上の共鳴器が、少なくとも部分的に同時に存在していることをいうものとする。

更にまた、同一の枝溝部における、屈曲部間の長手方向の距離が均一であることが好ましい。

加えて、枝溝部は、ジグザグ状に屈曲することが好ましい。ここでいう「ジグザグ状に屈曲」とは、正弦波状、矩形波状、三角波状及び鋸波状等に屈曲することをいうものとする。

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、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及び図４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よりも長手方向に直交する断面の面積が大きい気室部３を具え、枝溝部２は少なくとも一つの屈曲部８を有する。このような空気入りタイヤでは、共鳴器１の枝溝部２を屈曲させて、枝溝部２を折畳むことで、枝溝部２が屈曲しない共鳴器１に比べ、枝溝部２の長手方向の距離を大きく確保することができるので、共鳴器１の共鳴周波数を低周波数にすることができ、共鳴器１により低減することができる気柱共鳴音の周波数帯域が拡大されることから、気柱共鳴音を有効に低減することができ、かつ、枝溝部２を折畳むことで、共鳴器１が配設されるトレッド部領域を狭くすることができるので、共鳴器１が配設されていないトレッド部領域を拡大し、トレッドパターンのデザイン上の自由度を高めることが可能となる。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７に開口する共鳴器１は、図３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、図４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良い。

また、枝溝部２は、複数の屈曲部８を有することが好ましい。なぜなら、枝溝部２を複数回折畳んで、枝溝部２の長手方向の距離を大きくすることができるので、共鳴器１の共鳴周波数を低周波数にすることができ、共鳴器１により低減することができる気柱共鳴音の周波数帯域が拡大されることから、気柱共鳴音をより有効に低減することができるからである。また、枝溝部２を複数回折畳むことで、共鳴器１が配設されるトレッド部領域を狭くすることができるので、共鳴器１が配設されていないトレッド部領域を拡大し、トレッドパターンのデザイン上の自由度をより高めることができるからである。

更に、タイヤ周方向に隣接する共鳴器１の枝溝部２は、互いに異なる個数の屈曲部８を有し、隣接する共鳴器１はトレッド部の接地面内に共に存在することが好ましい。なぜなら、タイヤ周方向に隣接する共鳴器１の枝溝部２が、互いに異なる個数の屈曲部８と有することで、タイヤ周方向に隣接する共鳴器１の枝溝部２の長手方向距離を夫々に異ならせて、そのことに伴い共鳴周波数を夫々に異ならせることができ、かつ、トレッド部の接地面内にかかる共鳴周波数の異なる共鳴器１が同時に存在することにより、気柱共鳴音と共振する共鳴周波数の周波数帯域が拡大するので、気柱共鳴音を一層有効に低減することができるからである。

更にまた、同一の枝溝部２における、屈曲部８間の長手方向の距離が均一であるが好ましい。なぜなら、屈曲部８間の長手方向の距離が均一であることから、屈曲部８間の長手方向の距離を大きくした場合に、枝溝部２の長手方向の総距離を大きくすることができるので、共鳴器１の共鳴周波数を低周波数にすることができ、共鳴器１により低減することができる気柱共鳴音の周波数帯域が拡大されることから、気柱共鳴音をより有効に低減することができるからである。また、枝溝部２が空間的により節約して折畳まれるため、共鳴器１が配設されるトレッド部領域が狭くなり、共鳴器１が配設されていないトレッド部領域が拡大するので、トレッドパターンのデザイン上の自由度をより高めることができるからである。

加えて、枝溝部２は、ジグザグ状に屈曲することが好ましい。なぜなら、枝溝部２をジグザグ状に屈曲させることで、枝溝部２の長手方向の総距離を大きくすることができるので、共鳴器１の共鳴周波数を低周波数にすることができ、共鳴器１により低減することができる気柱共鳴音の周波数帯域が拡大されることから、気柱共鳴音をより有効に低減することができるからである。また、枝溝部２が空間的により節約して折畳まれるため、共鳴器１が配設されるトレッド部領域が狭くなり、共鳴器１が配設されていないトレッド部領域が拡大するので、トレッドパターンのデザイン上の自由度をより高めることができるからである。

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、形状を全て異ならせることで、共鳴周波数を夫々に異ならせて、反共振する共鳴周波数の周波数帯域を広範に設定することも可能であるからである。

次に、周方向溝からタイヤ幅方向に延在する横溝を具える従来のタイヤ（従来例タイヤ）、比較のために従来の共鳴器を具えるタイヤ（比較例タイヤ）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１〜５）を、タイヤサイズ１９５／６５Ｒ１５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、かかる周方向溝間を傾斜して延び、周方向溝間を連通する横溝を具えており、比較例タイヤは図５（ｂ）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ように共鳴器を具えており、夫々表１に示す諸元を有する。

また、図５（ｃ）〜５（ｇ）に夫々を示す実施例タイヤ１〜５は、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、実施例タイヤ１、２、４及び５は、夫々枝溝部の屈曲部の個数が１個、３個、４個及び５個であり、実施例タイヤ３は、屈曲部の個数が１個及び３個の枝溝部を有する共鳴器を具えており、表１に示す諸元を有する。

これら各供試タイヤをサイズ６ＪＪ×１５のリムに取付けてタイヤ車輪とし、空気圧：２１０ｋＰａ（相対圧）、タイヤ負荷荷重：４．０ｋＮを適用し、時速８０ｋｍ／ｈにて、室内ドラム試験機上で走行させた際のタイヤ側方音をＪＡＳＯ Ｃ６０６規格にて定める条件で測定して、１／３オクターブ中心周波数８００−１０００−１２５０Ｈｚ帯域における、パーシャルオーバーオール値を演算して、気柱共鳴音を評価した。各実施例中の共鳴器は、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、気柱共鳴音の評価は、従来例タイヤから発生する騒音の音量に対し減少している音量を相対値として算出し、気柱共鳴音の低減効果を評価した。その結果を表２に示す。

表２の結果から明らかなように、実施例タイヤ１〜５は、比較例タイヤに比べ、気柱共鳴音が低減している。実施例タイヤ１、２、４、５では、屈曲部の増加に伴い、気柱共鳴音が低減している。また、枝溝部の屈曲部の個数が異なり、共鳴周波数が異なる２種類の共鳴器を具える実施例タイヤ３において、気柱共鳴音が最も低減している。

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、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。 （ａ）〜（ｇ）は、従来例タイヤ、比較例タイヤ、実施例タイヤ１〜５に夫々対応するタイヤのトレッド部の一部の展開図である。

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 屈曲部

Claims (5)

1. 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おいて、
   該共鳴器は、前記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、長手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、
   該枝溝部が少なくとも一つの屈曲部を有することを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記枝溝部は、複数の屈曲部を有する、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. タイヤ周方向に隣接する前記共鳴器の枝溝部は、互いに異なる個数の屈曲部を有し、該隣接する共鳴器はトレッド部の接地面内に共に存在する、請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。
4. 同一の前記枝溝部における、屈曲部間の長手方向の距離が均一である、請求項２又は３に記載の空気入りタイヤ。
5. 前記枝溝部は、ジグザグ状に屈曲する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気入りタイヤ。

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