JP2010149600A - 制音具付き空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】走行中のロードノイズを低減し得る。
【解決手段】トロイド状をなす空気入りタイヤと、そのトレッド部２のタイヤ内腔を向くトレッド内腔面２ｉに設けられ、かつタイヤ周方向にのびる制音具１Ｂとからなる制音具付き空気入りタイヤ１である。前記制音具１Ｂは、前記トレッド内腔面２ｉに固着される弾性体からなるバネ部１０と、該バネ部１０より大きな比重を有しかつ該バネ部１０によって揺動可能に支持される錘部１１とによって構成される。しかも前記制音具１Ｂの一次の共振周波数は、前記空気入りタイヤ単体の一次の共振周波数と実質的に同一であり、かつ前記制音具１Ｂの質量Ｍｓと前記トレッド部の質量Ｍｔとの比（Ｍｓ／Ｍｔ）が、０．０５〜０．５である。
【選択図】図１

Description

本発明は、走行中のロードノイズを低減し得る制音具付き空気入りタイヤに関する。

凹凸のある荒れた路面を走行した際に、５０〜４００Hzの周波数範囲で「ゴー」という音が生じる。このような音はロードノイズと呼ばれ、車内に伝達され乗員に不快感を与える。このようなロードノイズを低減する方法として、例えばタイヤの縦剛性等を調節することにより、タイヤの共振周波数を車両の共振周波数からずらせることが行なわれている（例えば下記特許文献１参照）。

図６には、インパクトハンマーで乗用車用ラジアルタイヤのトレッド部を加振（入力）し、車軸に伝達された振動（出力）の伝達関数を示す。このグラフから明らかなように、タイヤの伝達関数は、通常、約７０〜１００Ｈｚの周波数帯域にピークを有する一次の共振周波数ａと、約２５０〜３１５Ｈｚの周波数帯域にピークを有する二次の共振周波数ｃとを含む。他方、一般的な乗用車の車体の共振周波数ｂは約１００〜２５０Ｈｚである。このため、従来の方法では、タイヤの一次の共振周波数ａを低周波数側（矢印ｄ側）又は二次の共振周波数ｃを高周波数側（矢印ｅ側）にずらせることによって、タイヤと車体との共振を防ぎ、ロードノイズを低減していた。なお、空気入りタイヤＴの一次の共振振動モードは、図７に示されるように、トレッド部ｔが一自由度（この例では上下）で振動するモードである。
特開２００２−３０１９１２号公報

しかしながら、上述の方法は、空気入りタイヤの一次の共振周波数ａと二次の共振周波数ｃとを独立して変化させることはできない。例えば、タイヤの縦剛性を弱めると、一次の共振周波数ａを低周波数側へ移行させ得るが、二次の共振周波数ｃも同時に低周波数側へ移行してしまう。逆に、タイヤの縦剛性を高めると、二次の共振周波数ｃを高周波数側に移行させ得るが、一次の共振周波数ａもそれに同調して高周波数側へと移行する。このため、一次又は二次の共振周波数ａ又はｃのうち、一方を車体の共振周波数ｂからずらせ得たとしても、他方が車体の共振周波数ｂの帯域に移行するので、従来の方法ではロードノイズを低減する効果が十分ではなかった。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、トレッド内腔面に制音具を固着するとともに、該制音具の一次の共振周波数や該制音具とトレッド部との質量比を限定することを基本として、空気入りタイヤの一次の共振周波数の騒音レベルを抑え、ロードノイズを確実に低減し得る制音具付き空気入りタイヤを提供することを主たる目的としている。

本発明のうち請求項１記載の発明は、トロイド状をなす空気入りタイヤと、そのトレッド部のタイヤ内腔を向くトレッド内腔面に設けられ、かつタイヤ周方向にのびる制音具とからなる制音具付き空気入りタイヤであって、前記制音具は、前記トレッド内腔面に固着される弾性体からなるバネ部と、該バネ部より大きな比重を有しかつ該バネ部によって揺動可能に支持される錘部とによって構成され、かつ前記制音具の一次の共振周波数は、前記空気入りタイヤ単体の一次の共振周波数と実質的に同一であり、しかも前記制音具の質量Ｍｓと前記トレッド部の質量Ｍｔとの比（Ｍｓ／Ｍｔ）が０．０５０〜０．５０であることを特徴とする。

また請求項２記載の発明は、前記制音具は、タイヤ赤道面について対称の断面形状を有してタイヤ周方向に連続してのびるリング状をなす請求項１記載の制音具付き空気入りタイヤである。

また請求項３記載の発明は、前記バネ部は、ゴム材からなり、かつ前記錘部は金属粒子を含みかつバネ部よりも高弾性のゴム材からなる請求項１又は２記載の制音具付き空気入りタイヤである。

本発明の制音具付き空気入りタイヤは、その制音具が、トレッド内腔面に固着される弾性体からなるバネ部と、該バネ部より大きな比重を有しかつ該バネ部によって、揺動可能に支持される錘部とによって構成される。しかも、制音具の一次の共振周波数は、空気入りタイヤの一次の共振周波数と実質的に同一に設定される。このような制音具は、ロードノイズに強く影響していた空気入りタイヤの一次の共振周波数の振動に対し、錘部が逆の位相で揺動することにより、いわゆる動吸振器として機能する。このため、空気入りタイヤの振動エネルギーが制音具によって効果的に吸収される。

また、制音具を設けることにより、制音具付空気入りタイヤの一次の共振周波数のピークは、高低２つのピークを持つものとなるが、制音具の質量Ｍｓと前記トレッド部の質量Ｍｔとの比（Ｍｓ／Ｍｔ）を一定範囲に限定することにより、上記ピークの周波数を一定範囲に設定でき、ひいては他の共振周波数等との共振を防止することができる。従って、ロードノイズを確実に低減し得る。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。

図１は本実施形態の制音具付き空気入りタイヤ１の断面図を示す。本実施形態の制音具付き空気入りタイヤ１は、トロイド状をなす空気入りタイヤ１Ａと、そのトレッド部２のタイヤ内腔ｉを向くトレッド内腔面２ｉに設けられた制音具１Ｂとから構成される。

前記空気入りタイヤ１は、トレッド部２からサイドウォール部３を経てビード部４のビードコア５に至るカーカス６と、このカーカス６のタイヤ半径方向外側かつトレッド部２の内部に配されたベルト層７とが設けられる。

前記カーカス６は、カーカスコードをタイヤ赤道Ｃに対して例えば８０〜９０゜の角度で配列した本例では１枚のカーカスプライ６Ａにより構成されている。カーカスコードとしては、例えばポリエステル、ナイロン、レーヨン、アラミドなどの有機繊維コードや必要によりスチールコードが採用される。

またカーカスプライ６Ａは、トレッド部２からサイドウォール部３を経てビード部４のビードコア５をトロイド状に跨る本体部６ａと、この本体部６ａからのびて前記ビードコア５の廻りでタイヤ軸方向内側から外側に折り返された折返し部６ｂとを有する。前記カーカスプライ６Ａの前記本体部６ａと折返し部６ｂとの間には、前記ビードコア５からタイヤ半径方向外側にのびかつ硬質ゴムからなるビードエーペックス８が配され、ビード部４が適宜補強される。

前記ベルト層７は、ベルトコードをタイヤ赤道Ｃに対して例えば１０〜３５°程度の小角度で傾けて配列されたタイヤ半径方向内、外２枚のベルトプライ７Ａ、７Ｂを前記コードが互いに交差する向きに重ね合わせて構成される。ベルトコードは、本例ではスチールコードが採用されるが、アラミド、レーヨン等の高弾性の有機繊維コードも必要に応じて用いることができる。なお、図示していないが、ベルト層７のタイヤ半径方向外側には、タイヤ周方向と平行に配列した有機繊維コードからなるバンド層などが設けられても良い。

本実施形態の前記制音具１Ｂは、前記トレッド内腔面２ｉに固着されるバネ部１０と、該バネ部１０より大きな比重を有しかつ該バネ部１０によって揺動可能に支持される錘部１１とによって構成される。

前記バネ部１０は、弾性（柔軟性）を有する材料からなり、例えば、ゴム又はエラストマーなどが用いられる。本実施形態のバネ部１０は、図２（ａ）に拡大して示されるよううに、トレッド内腔面２ｉ側に固着されかつ帯状でタイヤ周方向に連続してのびる外側リング部１０ａと、錘部１１側に固着されかつ前記外側リング部１０ａから離間してそのタイヤ半径方向内側を環状に連続してのびる内側リング部１０ｂと、この内側リング部１０ｂと前記外側リング部１０ａとの間をタイヤ半径方向にのびて継ぐ接続壁部１０ｃとから構成される。また、前記接続壁部１０ｃは、タイヤ周方向に隔設されることにより、その間に空所１０ｄが形成される。

このようなバネ部１０は、剛性の小さい接続壁部１０ｃによって、内側リング部１０ｂは、外側リング部１０ａに対してタイヤ軸方向及びタイヤ周方向に容易に変位でき、ひいては錘部１１を揺動させることができる。なお、接続壁部１０ｃの形状などは、種々変更することができるのは言うまでもない。

また、バネ部１０は、図２（ｂ）に示されるように、外側リング部１０ａと内側リング部１０ｂとの間を、タイヤ周方向にのびる周壁部１０ｆで接続したものでも良い。該周壁部１０ｆは、タイヤ周方向に連続してのびるものでも良いし、またタイヤ周方向に途切れるものでも良い。

なお、バネ部１０は、空気入りタイヤ１を加硫成形した後、例えば接着剤等でトレッド内腔面２ｉに固着されても良いし、空気入りタイヤ１Ａの加硫成形と同時にそのトレッド内腔面２ｉに固着されるものでも良い。

前記錘部１１は、バネ部１０の内側リング部１０ｂの内周面に固着され、本実施形態では環状に連続するリング状で構成される。つまり、制音具１Ｂは、タイヤ周方向に連続する。これは、タイヤ周方向の重量バランスを均一化する点で好ましい。また、前記制音具１Ｂは、タイヤ周方向に対して連続してのびることによって、トレッド部２に入力される振動に対して、該制音具１Ｂの全体で効果的に振動を抑制し得る。

また、該錘部１１は、バネ部１０よりも大きな比重を有する。このような材料としては、例えば金属材料や高比重複合体などが好適に用いられる。とりわけ、トレッド部２に追随して変形しうる弾性を具えた複合体が望ましい。このような複合体としては、例えばタングステン合金などの高比重の金属粒子を含むゴム材（金属−ゴム複合体）が望ましい。なお、錘部１１は、バネ部１０よりも高弾性のものが望ましい。これによって、錘部１１をバネ部１０に対して効果的に揺動させることができる。

以上のように構成された制音具１Ｂは、タイヤ赤道Ｃを含む平面であるタイヤ赤道面について対称の断面形状を有してタイヤ周方向に連続してのびるリング状をなす。これにより、制音具付き空気入りタイヤ１の重量バランスの悪化が防止される。

また、制音具１Ｂの一次の共振周波数ｆｄは、前記空気入りタイヤ１Ａ単体の一次の共振周波数ｆｎと実質的に同一に設定される。制音具１Ｂの共振周波数は、例えばバネ部１０のバネ定数を変えることによって調整できる。このような制音具１Ｂを設けることにより、その錘部１１は空気入りタイヤ１Ａの一次の共振周波数の振動に共振し、かつ、それとは逆の位相で揺動する。つまり、空気入りタイヤ１Ａの振動を錘部１１の振動に変えて吸収するいわゆる動吸振器として機能する。これにより、空気入りタイヤ１Ａの振動エネルギーが効果的が吸収される。

ここで、制音具１Ｂの一次の共振周波数ｆｄと空気入りタイヤ１Ａ単体の一次の共振周波数ｆｎとが「実質的に同一」とは、両者の周波数の差の割合｜（ｆｎ−ｆｄ）／ｆｎ｜が１０％以下である態様を少なくとも含むが、より好ましくは前記差の割合が５％以下であることが望ましい。これによって、振動吸収効果がさらに向上する。

さらに、本発明では、制音具１Ｂの質量Ｍｓと空気入りタイヤ１Ａのトレッド部２の質量Ｍｔとの比（Ｍｓ／Ｍｔ）が０．０５０〜０．５０に設定される。

一般に、振動体に動吸振器が取り付けられた場合、その一次の共振周波数ｆは変わるが、その値は概ね下式（１）で計算できる。

ｆ＝ｆｎ・［{１＋（μ／２）}±{μ＋（μ²／４）}^1/2］^1/2 …（１）
上記式（１）において、符号"ｆｎ"は動吸振器を取り付ける前の振動体の一次の共振周波数、"μ"は、動吸振器の質量ｍｓと振動体の質量ｍｔとの質量比であって、比（ｍｓ／ｍｔ）で計算される。

発明者らは、上記式（１）を用いて本発明の制音具付き空気入りタイヤ１の一次の共振周波数ｆを調べた。即ち、式（１）の周波数ｆｎに空気入りタイヤ１Ａ単体の共振周波数（ここでは、代表的な値として７０Hz）を、動吸振器の質量ｍｓには制音具１Ｂの質量Ｍｓを、振動体の質量ｍｔにはトレッド部２の質量Ｍｔをそれぞれ代入し、制音具付き空気入りタイヤ１の共振周波数ｆと、前記質量比μとの関係を求めた。その結果を図３に示す。なお、質量比μは、トレッド部の質量を一定とし制音具の質量のみを変えることで変化させている。また、図４には、質量比μが０．１の場合の制音具付き空気入りタイヤの伝達関数を示す。

図３及び図４から明らかなように、空気入りタイヤに制音具が設けられると、その伝達関数において、一次の共振周波数ｆは２つのピークを有するものとなり、かつ、各々のピークの騒音レベルは元の共振周波数のピーク（図４において破線で示される。）の騒音レベルよりも小さくできることが分かる。

しかしながら、前記質量比μが０．０５０よりも小さい場合、その振動吸収エネルギーが小さいため、周波数ピークを２つに分ける効果が十分に発現しない。つまり、騒音レベルを小さくできない。他方、前記質量比μが０．５０よりも大きくなると、制音具付き空気入りタイヤ１の一次の共振周波数ｆのピークは、５０Hz以下及び１００Hz以上へと大きく隔てることができる。しかし、空気入りタイヤは、一般に約３０〜４０Hz付近にねじり共振周波数を有する一方、乗用車の車体も約１００〜２５０Hz付近に一次の共振周波数を持つ。従って、前記質量比が０．５０よりも大きくなると、上記の周波数と共振が生じ、ロードノイズを好ましく低減できない。このような観点より、本発明では、前記質量比μが０．０５０〜０．５０の範囲に設定される。とりわけ、前記質量比μは、好ましくは０．１０以上、より好ましくは０．２０以上、さらに好ましくは０．３０以上が望ましい。

なお、前記制音具の質量Ｍｓは、バネ部１０の質量と錘部１１の質量との合計質量とする。また、トレッド部２の質量Ｍｔとは、図１に示されるように、トレッド接地端２ｔからトレッド内腔面２ｉに引いた法線ｎ、ｎで挟まれる部分の質量をいう。

また、前記トレッド接地端２ｔは、空気入りタイヤ１Ａを正規リム（図示省略）にリム組しかつ正規内圧を充填しかつ正規荷重を負荷して平面に接地させたときタイヤ軸方向の最外側の接地位置として定められる。

また、前記「正規リム」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、当該規格がタイヤ毎に定めるリムであり、例えばＪＡＴＭＡであれば標準リム、ＴＲＡであれば "Design Rim" 、ＥＴＲＴＯであれば "Measuring Rim" とする。また、前記「正規内圧」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、各規格がタイヤ毎に定めている空気圧であり、ＪＡＴＭＡであれば最高空気圧、ＴＲＡであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば "INFLATION PRESSURE" とする。さらに、前記「正規荷重」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、各規格がタイヤ毎に定めている荷重であり、ＪＡＴＭＡであれば最大負荷能力、ＴＲＡであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば "LOAD CAPACITY" とする。

以上説明したように、本実施形態の制音具付き空気入りタイヤ１は、制音具１Ｂが動吸振器として機能して空気入りタイヤの１次の共振振動エネルギーを効果的に吸収しうる。また、制音具１Ｂは、空気入りタイヤ１Ａのトレッド部２との質量比が限定されることにより、空気入りタイヤ１Ａの他の共振周波数や車体の共振周波数と干渉することがないので、より確実にロードノイズ低減し得る。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうるのは言うまでもない。

図１の制音具付き空気入りタイヤ（１９５／６５Ｒ１５）を表１の仕様にて複数種類試作し、ロードノイズが測定された。また、本発明の効果を確認するために、制音具を有さない空気入りタイヤ単体（従来例）や、質量比μが本発明外の制音具付き空気入りタイヤ（比較例）についても同様の試験が行われた。制音具の使用は次の通りである。

バネ部の材料：ゴム
バネ部の比重：１．１ｇ／ｃｍ^３
錘部の材料：ゴム−タングステン合金粉末の複合体
錘部の比重：１０．０ｇ／ｃｍ^３
形状：図２（ａ）
また、試験方法は、次の通りである。

各試供タイヤを、リム（１５×６ＪＪ）、内圧（２００ｋＰａ）にて国産ＦＦ乗用車（排気量２０００ｃｃ）の全輪に装着し、スムース路面を速度６０ｋｍ／ｈにて走行させ、運転席左耳許位置にて騒音レベル（ｄＢ）を測定し、その周波数分析が行われた。そして、タイヤの一次の共振周波数（７０〜９０Ｈｚ）、タイヤのねじり共振周波数（３０〜４０Ｈｚ）及び車体の一次共振周波数（１００〜２５０Ｈｚ）のピークの騒音レベルがそれぞれ求められた。結果は、従来例の騒音レベルを１００とする指数で表示した。数値が小さいほど良好である。なお、制音具以外の構成については、実施例、従来例及び比較例ともに同一である。

テスト結果を表１に示す。

テストの結果、実施例の制音具付き空気入りタイヤは、タイヤのねじり共振周波数及び車体の一次共振周波数の騒音レベルを大きくすることなく、タイヤの一次の共振周波数の騒音レベルを大幅に低減していることが確認できた。また、図５には、実施例１、従来例及び比較例１の周波数分析結果を示す。図から明らかなように、実施例のタイヤは、タイヤの一次の共振周波数の騒音レベルを有意に低減していることを確認できた。

本実施形態の制音具付き空気入りタイヤを例示する断面図である。 （ａ）及び（ｂ）制音具を示す部分斜視図である。 制音具付き空気入りタイヤの一次の共振周波数と質量比との関係を示すグラフである。 ハンマリングによる空気入りタイヤの振動特性を示すグラフである。 実施例等の周波数分析結果を示すグラフである。 従来の空気入りタイヤの振動特性を示すグラフである。 空気入りタイヤの一次共振モードを示す斜視図である。

符号の説明

１ 制音具付き空気入りタイヤ
１Ａ 空気入りタイヤ
１Ｂ 制音具
２ トレッド部
２ｉ トレッド内腔面
１０ バネ部
１１ 錘部
Ｍｓ 制音具の質量
Ｍｔ トレッド部の質量

Claims (3)

1. トロイド状をなす空気入りタイヤと、そのトレッド部のタイヤ内腔を向くトレッド内腔面に設けられ、かつタイヤ周方向にのびる制音具とからなる制音具付き空気入りタイヤであって、
   前記制音具は、前記トレッド内腔面に固着される弾性体からなるバネ部と、該バネ部より大きな比重を有しかつ該バネ部によって揺動可能に支持される錘部とによって構成され、
   かつ前記制音具の一次の共振周波数は、前記空気入りタイヤ単体の一次の共振周波数と実質的に同一であり、しかも
   前記制音具の質量Ｍｓと前記トレッド部の質量Ｍｔとの比（Ｍｓ／Ｍｔ）が０．０５０〜０．５０であることを特徴とする制音具付き空気入りタイヤ。
2. 前記制音具は、タイヤ赤道面について対称の断面形状を有してタイヤ周方向に連続してのびるリング状をなす請求項１記載の制音具付き空気入りタイヤ。
3. 前記バネ部は、ゴム材からなり、かつ前記錘部は金属粒子を含みかつバネ部よりも高弾性のゴム材からなる請求項１又は２記載の制音具付き空気入りタイヤ。

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