JP2010018092A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】この発明の目的は、共鳴器が開口する周方向溝の構造を工夫することにより、気柱共鳴音が低減し、静粛性が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】空気タイヤは、トレッド部踏面に、タイヤ周方向に延びる周方向溝７と、周方向溝７に開口し、該周方向溝７と接地路面とで区画される管内の共鳴により発生する騒音を低減する複数の共鳴器１とを具える。また、周方向溝７に、周方向溝７を横切る方向に設けた柵部９を具える。
【選択図】図４

Description

この発明は、トレッド部踏面に、タイヤ周方向に延びる少なくとも一本の周方向溝と、周方向溝と接地路面とで区画される管内の共鳴により発生する騒音を低減する複数の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、静粛性の向上を図る。

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５００〜１８００Ｈｚ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の、排水性能の向上が希求されている。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を向上し、かつ、陸部の剛性を確保して操縦安定性を向上することが希求されている。

これらの対策として、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、排水性能を向上しつつも、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を向上させることができる。

また、気柱共鳴音を低減するその他の技術として、特許文献３には、周方向溝に、かかる周方向溝を横切る方向に延びる柵部を設けることにより、周方向溝が複数の区画に分断された空気入りタイヤが開示されている。かかる空気入りタイヤでは、周方向溝が柵部により分断されていることにより、タイヤ負荷転動時に周方向溝を通る空気の流れが乱れ、乱流が発生する。その結果、かかる乱流により気柱共鳴音の発生が抑制され、静音性が向上することとなる。

国際公開第０４／１０３７３７号パンフレット 特開平５−３３８４１１号公報 特開平３−２７６８０２号公報

特許文献１〜３に記載の空気入りタイヤは、気柱共鳴音の発生を抑制し、走行時の静粛性を向上してものの、走行時の快適性向上への飽くなき追求を背景に、気柱共鳴音を更に低減し、走行時の静粛性を向上することが希求されている。

したがって、この発明の目的は、共鳴器が開口する周方向溝の構造を工夫することにより、気柱共鳴音を低減させ、静粛性を向上させ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、タイヤ周方向に延びる周方向溝と、周方向溝に開口し、周方向溝と接地路面とで区画される管内の共鳴により発生する騒音を低減する複数の共鳴器とを具え、かかる周方向溝に、周方向溝を横切る方向に設けた柵部を具えることを特徴としている。ここで「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、「接地路面」とは、ＪＡＴＭＡ、ＥＴＲＴＯ、ＴＲＡ等で規定されている標準空気圧のもとで、最大負荷荷重を空気入りタイヤに負荷し、常温（一般に２０℃）の条件下にて転動させた際の、接地路面と接触しているトレッド部踏面の領域をいうものとする。

なお、共鳴器の種類は限定されないが、例えば、図１に示すようなヘルムホルツタイプの共鳴器した場合、その共鳴周波数ｆ_０は、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_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＝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_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

あるいは、図３に示すように、気室部３が周方向溝に開口しているサイドブランチタイプの共鳴器１とすることができる。この場合、その共鳴周波数ｆ_０は、気室部の長さをｌ_３とし、音速をｃとしたとき、

として求めることができる。

また、前記柵部を、タイヤ周方向に隣接する共鳴器間の周方向中心に配設してなることが好ましい。

更に、複数の共鳴器を一定の周方向ピッチにて配設してなることが好ましい。ここで「一定の周方向ピッチ」とは、タイヤ周方向において、共鳴器相互の間隔が全て等しいことをいう。

更にまた、共鳴器は、異なる共鳴周波数を有する少なくとも２種類の共鳴器からなることが好ましい。

加えて、共鳴器の配設ピッチが、接地長よりも小さいことが好ましい。ここで「接地長」とは、接地路面おけるタイヤ周方向長さをいうものとする。

加えてまた、柵部の配設ピッチが、接地長よりも小さいことが好ましい。

また、接地路面に含まれる柵部は、少なくとも２つであることが好ましい。

この発明によれば、共鳴器が開口する周方向溝に柵部を設けることにより、気柱共鳴音が低減し、静粛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４（ａ）は、この発明に従う空気入りタイヤ（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４（ｂ）は、図４（ａ）に示すトレッド部の一部の斜視図である。図５（ａ）〜（ｄ）は、この発明従うその他のタイヤのトレッド部の一部の斜視図である。図６は、この発明に従うその他のタイヤのトレッド部の一部の展開図である。

この発明のタイヤは、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、トレッド部６の踏面に、タイヤ周方向に延びる周方向溝７と、周方向溝７と接地路面とで区画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８に開口する共鳴器１とを具える。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、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。このように、共鳴器１を配設することにより、気柱共鳴音を低減し、静音性を向上させることが可能となる。また、かかる周方向溝７に、周方向溝７を横切る方向に設けた柵部９を具える。このように、周方向溝７を周方向に流れる空気の流れを遮る柵部９を設けることにより、空気の流れが乱れ（乱流が発生し）、気柱共鳴音の発生が抑制され、静音性を更に向上させることが可能となる。
なお、柵部９の形状は図４に限定されるものではなく、周方向溝７から発生する気柱共鳴音の共鳴周波数を大きくし得る限りは、その他の形状とすることも可能である。例えば、柵部９を、図５（ａ）に示すように、３本のタイヤ幅方向に延びる延在部１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｃから構成した形状としたり、図５（ｂ）に示すように、柵部９をその幅方向中心にて２つに分割した分割延在部１１Ａ、１１Ｂをタイヤ周方向にずらした形状としたり、図５（ｃ）に示すように、タイヤ径方向に延びる複数の切り欠き部１２を有する形状としたり、図５（ｄ）に示すように、複数の孔１３を有する形状とすることが可能である。

更に、柵部９をタイヤ周方向に隣接する共鳴器１、１間の周方向中心に配設してなることが好ましい。柵部９の配設位置が共鳴器１に近くなればなるほど、剛性の低下した共鳴器１近傍の陸部の変形の影響を大きく受け、柵部９の溝底側に集中する応力が大きくなる。そして、かかる応力が過剰に大きくなると、柵部９の溝底側のゴムが過剰に変形し、柵部９の溝底部分からクラックが生じ、柵部９を設けたことによる本発明の効果が得られなくなる虞がある。その対策として、上記したように、柵部９が隣接する一方の共鳴器１に偏った配置とならないよう、タイヤ周方向に隣接する共鳴器１、１間の周方向中心に配設することにより、柵部９の溝底部分への応力の過剰な集中を抑制して、クラックの発生を有効に防止することが可能となる。

更にまた、共鳴器１を一定の周方向ピッチにて配設してなることが好ましい。なぜなら、共鳴器１を異なる周方向ピッチにて配設した場合には、トレッド部６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。

加えて、図６に示すように、共鳴器は、異なる共鳴周波数を有する少なくとも２種類の共鳴器１Ａ、１Ｂからなることが好ましい。なぜなら、周方向溝７から発生する気柱共鳴音の周波数帯域が広域にわたっている場合に、１種類の共鳴器１では気柱共鳴音を有効に低減できない可能性があるからである。

加えてまた、共鳴器１の配設ピッチが、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、接地長よりも大きい場合には、柵部９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。

また、柵部９の配設ピッチが、接地長よりも小さいことが好ましい。柵部９の配設ピッチが、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、柵部９が路面に接地せずに、タイヤ負荷転動時に柵部９により周方向溝７が分断されないことがある。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。

一般に、周方向溝と路面にて区画される気柱の長さが小さい程、周方向溝から発生する気柱共鳴音の周波数は大きくなる。そのことから、共鳴器により効果的に気柱共鳴音を低減する手段として、接地路面すなわち路面接地域８に、少なくとも２つの柵部９を含んでいることが好ましい。接地路面に、少なくとも２つの柵部９を含んでいれば、気柱が所定の長さに確実に分断され、かかる分断された部分にて所定の周波数の気柱共鳴音を発生させることが可能となる。その結果、気柱共鳴音の周波数帯域のばらつきが小さくなることから、前記所定の周波数の気柱共鳴音に対応した所定の周波数の音を発生させる共鳴器１を配設することにより、気柱共鳴音を効率的かつ確実に低減させることが可能となる。このとき、分断された気柱にて発生する気柱共鳴音の周波数が大きい程、その変化に対応させて、共鳴器の寸法を小さくする。なお、上記したように、気柱を分断して、気柱共鳴音を効率的かつ確実に低減する観点からは、接地路面に含まれる柵部９の個数を増やすことが好ましいが、周方向溝７による排水性能を確保する観点からは、接地路面に含まれる柵部９を２つ以下とすることが好ましい。

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。

次に、共鳴器を具えない従来のタイヤ（従来例タイヤ）、柵部を具えないが、共鳴器を具える空気入りタイヤ（比較例タイヤ１）、共鳴器を具えないが、柵部を具える空気入りタイヤ（比較例タイヤ２）、並びに、柵部及び共鳴器を具えるこの発明に従う共鳴器を具えるタイヤ（実施例タイヤ１〜２）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７に示すトレッドパターンを有し、複数本の周方向溝及び複数本の横溝を具えている。比較例タイヤ１は、図８に示すトレッドパターンを有し、周方向溝及びかかる周方向溝に開口する共鳴器を具えている。かかる共鳴器は、気室部と枝溝部からなり、１０００Ｈｚの気柱共鳴音を低減するヘルムホルツタイプの共鳴器である。比較例タイヤ２は、図９に示すトレッドパターンを有し、タイヤ周方向溝に柵部を有し、かかる柵部は、タイヤ周方向に隣接する共鳴器の周方向中心に位置する。実施例タイヤ１は、図１０に示すトレッドパターンを有し、周方向溝、かかる周方向溝に開口し、１０００Ｈｚの気柱共鳴音を低減するヘルムホルツタイプの共鳴器、柵部を具えており、かかる柵部は、タイヤ周方向に隣接する共鳴器の周方向中心に位置する。また、実施例タイヤ２は、図１１に示すトレッドパターンであって、実施例タイヤ１のトレッドパターンに、２０００Ｈｚの気柱共鳴音を低減するサイドブランチタイプの共鳴器をさらに追加したトレッドパターンを有する。なお、ヘルムホルツタイプの共鳴器は、枝溝部の長さと枝溝部の開口端の補正長さとの距離の和であるＬが５．２×１０^-３［ｍ］であり、枝溝部の断面積をＳが１３．２×１０^-６［ｍ^２］であり、気室部の容積をＶが７．５×１０^-６［ｍ^３］であり、また、サイドブランチタイプの共鳴器は、気室部の深さが６．５ｍｍであり、気室部の長さが４３．０ｍｍである。また、共鳴器の共鳴周波数は、音速ｃの条件を３４３．７ｍ／ｓとして前述の式により計算したものである。

これら各供試タイヤをサイズ６ＪＪ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。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することにより、気柱共鳴音の低減効果を評価した。その結果を表１に示す。

表１の結果から明らかなように、実施例タイヤ１及び２は、従来例タイヤ、比較例タイヤ１及び比較例タイヤ２に比べ、気柱共鳴音が低減している。また、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２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、共鳴器が開口する周方向溝の構造を工夫することにより、気柱共鳴音が低減し、静粛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。 サイドブランチタイプの共鳴器を模式的に示す図である。 （ａ）は、この発明に従うタイヤのトレッド部の一部の展開図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すタイヤの部分斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）は、この発明に従うその他のタイヤのトレッド部の一部の斜視図である。 この発明に従うタイヤのトレッド部の一部の展開図である。 従来例タイヤのトレッド部の一部の展開図である。 比較例タイヤのトレッド部の一部の展開図である。 比較例タイヤのトレッド部の一部の展開図である。 実施例タイヤ１のトレッド部の一部の展開図である。 実施例タイヤ２のトレッド部の一部の展開図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ 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
７ 周方向溝
８ 路面接地域
９ 柵部
１０ タイヤ幅方向に延びる延在部
１１Ａ、１１Ｂ 分割延在部
１２ 切り欠き部
１３ 孔

Claims (7)

1. トレッド部踏面に、タイヤ周方向に延びる周方向溝と、該周方向溝に開口し、該周方向溝と接地路面とで区画される管内の共鳴により発生する騒音を低減する複数の共鳴器とを具える空気入りタイヤにおいて、
   前記周方向溝に、周方向溝を横切る方向に設けた柵部を具えることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記柵部を、タイヤ周方向に隣接する共鳴器間の周方向中心に配設してなる、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記共鳴器を一定の周方向ピッチにて配設してなる、請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記共鳴器は、異なる共鳴周波数を有する少なくとも２種類の共鳴器からなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の空気入りタイヤ。
5. 前記共鳴器の配設ピッチが、接地長よりも小さい、請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気入りタイヤ。
6. 前記柵部の配設ピッチが、前記接地長よりも小さい、請求項１〜５のいずれか一項に記載の空気入りタイヤ。
7. 前記接地路面に含まれる前記柵部は、少なくとも２つである、請求項１〜６に記載の空気入りタイヤ。

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