JP2010254212A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】幅広い周波数帯域の気柱共鳴音の低減を達成する空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】タイヤのトレッド踏面１に、トレッド周方向に延びる少なくとも１本の周方向溝２ａ〜２ｄと、一端が該周方向溝２ａ〜２ｄに開口し、他端が陸部内で終了する複数本の分岐溝３とを具える空気入りタイヤにおいて、前記分岐溝３は、前記周方向溝２ａ〜２ｄに一端が開口する枝溝部３ａと、該枝溝部３ａの他端に接続し、該枝溝部３ａの断面積よりも大きな断面積を有する気室部３ｂとを具え、前記気室部３ｂに吸音層１０を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、タイヤの騒音を低減した空気入りタイヤ、特にトレッド踏面に形成した周方向溝に起因した気柱共鳴音を低減した空気入りタイヤに関するものである。

近年の車両の静粛化に伴って、自動車騒音における、タイヤ騒音の占める割合が相対的に大きくなっているため、そのタイヤ騒音の低減が大きな課題となっている。なかでも、１０００Ｈｚ前後のタイヤ騒音は車外騒音の主な要因となっており、この騒音は、環境問題の点からも早急な対策が望まれている。

ところで、一般的な乗用車において、８００〜１２００Ｈｚの周波数帯域に属するタイヤ騒音は、タイヤの接地面内で、トレッドに形成した周方向溝と路面とによって区画される気柱が共鳴すること、いわゆる気柱共鳴によって発生することが一般に知られている。
すなわち、周方向溝を有するタイヤが接地した状態において、該周方向溝の溝壁と、接地面との間に接地長と同じ長さの管が形成され、タイヤの走行に伴い、気柱共鳴音と呼ばれるノイズが発生する。この気柱共鳴音の周波数ｆ_０は、音速をｃとし、管の長さ、すなわち、周方向溝の長さに開口端補正量を足したものをＬとすると、
ｆ_０＝ｃ／２Ｌ
で表わされる一定の周波数である。なお、開口端補正量とは、通常は実験によって求められるものであり、管が円筒形の場合、管の内側の半径に定数を乗じたものとなる。

この気柱共鳴音は高いピークを有し、周波数帯域も広いため、騒音の中でもタイヤ起因の直接音となる主要な要因のひとつである。また、人間の聴覚は、人間の聴覚感度特性を反映したＡ特性と呼ばれる周波数補正特性で示されるように、１０００Ｈｚ前後の周波数帯域で敏感であり、フィーリング面の静粛性を向上させる意味でもこの気柱共鳴音を低減することが望ましい。

このような気柱共鳴の抑制のために、特許文献１には、トレッドに、その周方向に直線状もしくはジグザグ状に連続する２本以上の周方向溝を設け、少なくとも１本の周方向溝に付き、一端がその周方向溝に開口し、他端が陸部内で終了する複数本の分岐溝を形成し、それぞれの分岐溝を、接地面内に常に１本以上が完全に含まれる配設態様とした、サイドブランチ型共鳴器を有するトレッドパターンが提案されている。

このように、周方向溝から枝分かれした分岐溝を設けることにより、気柱共鳴音を減音させることができる。この減音効果は、分岐溝の形状により変わる。具体的には、分岐溝の長さに開口端補正量を足したものをＬ、音速をｃとすると、減音周波数ｆは、

で表されることがわかっている。

また、特許文献２には、この分岐溝を断面積が小さい枝溝部と断面積が大きい気室部とからなる、いわゆるヘルムホルツ共鳴器とすることによって気柱共鳴音を低減することが、提案されている。
この場合、音速をｃ、枝溝部の長さに開口端補正量を足したものをＬ、枝溝部の断面積をＳ、気室部の体積をＶとすると、減音周波数ｆは、

で表されることが分かっている。

あるいは、上述したようなヘルムホルツ型の共鳴器に代えて、図１に示すように、それぞれ、その長さ方向に一定の断面積Ｓ_１、Ｓ_２を有する断面積の異なる管路を連結した段付き管型の共鳴器を適用することもできる。この場合には、それぞれの管路の長さに開口端補正量を足したものをＬ_１、Ｌ_２、音速をｃとすると、共鳴周波数ｆは、

で表されることが分かっている。

国際公開第２００４／１０３７３７号パンフレット 特開平５−３３８４１１号公報

上述した共鳴器による気柱共鳴音の減音効果は、共鳴器の共鳴周波数では非常に大きいが、それ以外の周波数帯域ではほとんどみられない。それゆえ、幅広い周波数帯域での減音効果を所期したとき、周方向溝に起因した気柱共鳴音の低減は未だ不十分であった。

そこで、本発明の目的は、上述した問題点を解消して、幅広い周波数帯域の気柱共鳴音の低減を達成する空気入りタイヤを提供することにある。

本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１）タイヤのトレッド踏面に、トレッド周方向に延びる少なくとも１本の周方向溝と、一端が該周方向溝に開口し、他端が陸部内で終了する複数本の分岐溝とを具える空気入りタイヤにおいて、
前記分岐溝は、前記周方向溝に一端が開口する枝溝部と、該枝溝部の他端に接続し、該枝溝部の断面積よりも大きな断面積を有する気室部とを具え、
前記気室部に吸音層を設けたことを特徴とする空気入りタイヤ。

ここで、トレッド踏面とは、タイヤを適用リムに装着するとともに、それに最高空気圧を充填して平板上に垂直に置き、そこへ最大負荷能力に相当する質量を負荷したときに平板と接触することになるトレッドゴムの表面領域をいうものとする。
また、枝溝部および気室部の断面積とは、枝溝部および気室部が直線的に延びている場合、溝や室を区画する側壁に垂直な向きに枝溝部および気室部を切断した面の面積であり、枝溝部および気室部が曲線状に延びている場合、枝溝部および気室部それぞれの延在長さの中間点における側壁に対する法線で枝溝部および気室部を切断した面の面積のことである。

（２）前記吸音層を前記気室部の溝底および溝壁のいずれか一方または両方の少なくとも一部分に設けることを特徴とする上記（１）に記載の空気入りタイヤ。

（３）前記吸音層が、発泡ゴム、発泡ウレタン、不織布のいずれかからなることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の空気入りタイヤ。

本発明によれば、共鳴器となる分岐溝の気室部に吸音層を設けることによって、幅広い周波数帯域の気柱共鳴音の低減を達成する空気入りタイヤを提供することができる。

段付き管型の共鳴器を模式的に示す図である。 発明例タイヤのトレッドパターンの展開図を示す。 （ａ）〜（ｃ）は、吸音層の配置例を示す。 （ａ）〜（ｃ）は、吸音層の配置例を示す。 従来例タイヤ１のトレッドパターンの展開図を示す。 従来例タイヤ２のトレッドパターンの展開図を示す。 発明例タイヤおよび従来例タイヤ１の従来例タイヤ２対比音圧レベルの測定結果を示す。

以下に、本発明の空気入りタイヤの実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。
なお、タイヤの内部補強構造等は一般的なラジアルタイヤのそれと同様であるので図示を省略する。
図２は本発明の空気入りタイヤの一実施形態を示すトレッドパターンの展開図である。本実施形態の空気入りタイヤのトレッド踏面１には、トレッド周方向に連続して延びる少なくとも１本、図示例では４本の周方向溝２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと、それら周方向溝２のうちトレッド中央部に配置した２本の周方向溝２ａ、２ｂに一端が開口し、他端が陸部内で終了する複数の分岐溝３とを設けている。分岐溝３は、周方向溝２ａ、２ｂに一端が直接開口する枝溝部３ａと、枝溝部３ａの他端に接続し、枝溝部３ａよりも断面積が大きい気室部３ｂとからなる。ここで、接地面内で溝壁が相互に接触しない溝幅とするとともに、それぞれの分岐溝３を、接地面内に常に１本以上が完全に含まれる配設態様とする。
また、枝溝部３ａの断面積は、図２のＡ−Ａ線に沿う断面積であり、気室部３ｂの断面積は、図２のＢ−Ｂ線に沿う断面積である。なお、枝溝部３ａおよび気室部３ｂの断面積は、枝溝部３ａおよび気室部３ｂが曲線状に延びているので、枝溝部３ａおよび気室部３ｂそれぞれの延在長さの中間点における側壁に対する法線で枝溝部３ａおよび気室部３ｂを切断した面の面積のことである。
また、図２においてはトレッド中央部に配置した２本の周方向溝２ａ、２ｂに分岐溝３を設けているが、その他の周方向溝２に分岐溝３を設けてもよく、１本の周方向溝２からその両側に向かう分岐溝３を設けてもよい。なお、分岐溝３を全ての周方向溝２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに対して設ける場合が、気柱共鳴音低減の観点からは最も好ましい。

ここで、分岐溝３の気室部３ｂに吸音層１０を設けることが肝要である。上述したように、従来のヘルムホルツ共鳴器は共鳴周波数付近の音しか低減せず、それ以外の周波数帯域の音はほとんど低減できない。そこで、幅広い周波数帯域において音圧レベルの低減効果を得るために、共鳴周波数が異なる複数種の共鳴器、すなわち大きさの異なるヘルムホルツ共鳴器が同時に接地面内に入るようにトレッドパターンを設計することが考えられる。しかし、通常１００ｍｍ〜２００ｍｍ程度のタイヤ接地面内に複数種の共鳴器を入れることになり、トレッドパターンのデザイン上大きな制約を設けなければならないことになる。そこで、本発明者等が鋭意検討を重ねた結果、気室部に吸音層を設けることによって、共鳴周波数を含む幅広い周波数帯域で音圧レベルを低減できることを知見した。これにより、共鳴周波数が異なる複数種の共鳴器が同時に接地面内に入るようにトレッドパターンを設計する必要がなくなり、トレッドパターンのデザイン自由度を上げることが可能となる。

次に、図３および図４を用いて分岐溝の吸音層の配置例を説明する。
図３（ａ）では、気室部３ｂの溝底に吸音層１０を設けている。図３（ｂ）では、気室部３ｂの溝壁に吸音層１０を設けている。図３（ｃ）では、気室部３ｂの溝底および溝壁に吸音層１０を設けている。図３（ｃ）の構成のように、吸音層１０の設置面積が大きいほうが吸音効果を高めるために好適である。
図４（ａ）では、気室部３ｂの全体に吸音層１０を設けている。図４（ｂ）では、気室部３ｂの枝溝部３ａ側の一部に吸音層１０を設けている。図４（ｃ）では、気室部３ｂの枝溝部３ａと反対側の一部に吸音層１０を設けている。吸音効果は、図４（ａ）の場合が最も高く、図４（ｂ）の場合が次に高く、図４（ａ）の場合が最も低い。
また、吸音層１０には発泡ゴム、発泡ウレタンおよび不織布が好適に用いられる。

次に、本発明に係る空気入りタイヤおよび従来例タイヤを試作し性能評価を行ったので以下に説明する。
発明例タイヤは上述した図２に示すトレッドパターンの展開図を有する。発明例タイヤの分岐溝３は、幅２ｍｍ、深さ２ｍｍ、長さ１０ｍｍ（断面積４ｍｍ^２）の枝溝部３ａと、体積１０００ｍｍ^３（断面積６０ｍｍ^２）の気室部３ｂとからなる。また、吸音層１０は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）不織布（繊度６ｄｔｅｘ、目付け量５００ｇ／ｍ^２）であり、幅２ｍｍ、厚さ１ｍｍ、長さ１０ｍｍの寸法で気室部３ｂの溝底に設けている。
従来例タイヤ１は図５に示すトレッドパターンの展開図を有し、発明例タイヤから吸音層１０を除いたものである。
従来例タイヤ２は図６に示すトレッドパターンの展開図を有し、タイヤ騒音低減のための共鳴器を持たず、幅方向溝４が互いに隣接する周方向溝２に開口している。

発明例タイヤおよび従来例タイヤ１、２は、タイヤサイズがともに１９５／６５Ｒ１５である。これらのタイヤを１５×６Ｊのリムに組み付けてタイヤ車輪とし、タイヤ内圧を２１０ｋＰａに調整した。そして、荷重４ｋＮを適用し、時速８０ｋｍ／ｈにて室内ドラム試験機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、１／３オクターブバンド分析によって各帯域を評価した。また、気柱管共鳴帯域の総合的な評価として、１／３オクターブ中心周波数８００−１０００−１２５０Ｈｚ帯域のパーシャルオーバーオール値を用いた。
従来例タイヤ１は従来例タイヤ２対比１．０ｄＢの減音効果、発明例タイヤは、従来例タイヤ２対比１．５ｄＢの減音効果であった。

図７に、発明例タイヤおよび従来例タイヤ１の従来例タイヤ２対比音圧レベルの測定結果を示す。音圧レベル（Ｓ．Ｐ．Ｌ：Ｓｏｕｎｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｌｅｖｅｌ）が０より大きいと、従来例タイヤ２対比で良化していることを示し、０より小さいと悪化していることを示す。
従来例タイヤ１は、周方向溝２にて発生した気柱共鳴音における周波数１０００Ｈｚ部分で高い減音効果（約２．５ｄＢ）があるが、その他の周波数帯域ではあまり減音効果は見られず、従来例タイヤ２対比で悪化する帯域も存在する。
発明例タイヤ１は、前記１０００Ｈｚ部分で、従来例タイヤ１ほど高い減音効果はないが、６２５Ｈｚ〜１２５０Ｈｚの周波数帯域において０．４ｄＢ以上の減音効果があった。

以上のとおり、共鳴器となる分岐溝の気室部に吸音層を設けることによって、トレッドパターンのデザイン自由度を阻害することなく、幅広い周波数帯域の気柱共鳴音の低減を高次元で達成されことが分かる。

１ トレッド踏面
２ 周方向溝
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 周方向溝
３ 分岐溝
３ａ 枝溝部
３ｂ 気室部
４ 幅方向溝
１０ 吸音層

Claims (5)

1. タイヤのトレッド踏面に、トレッド周方向に延びる少なくとも１本の周方向溝と、一端が該周方向溝に開口し、他端が陸部内で終了する複数本の分岐溝とを具える空気入りタイヤにおいて、
   前記分岐溝は、前記周方向溝に一端が開口する枝溝部と、該枝溝部の他端に接続し、該枝溝部の断面積よりも大きな断面積を有する気室部とを具え、
   前記気室部に吸音層を設けたことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記吸音層を前記気室部の溝底および溝壁のいずれか一方または両方の少なくとも一部分に設けることを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記吸音層が、発泡ゴムからなることを特徴とする請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記吸音層が、発泡ウレタンからなることを特徴とする請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。
5. 前記吸音層が、不織布からなることを特徴とする請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。

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