JP2019031289A

JP2019031289A - タイヤ

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Publication number: JP2019031289A
Application number: JP2018226575A
Authority: JP
Inventors: 喜多　真一; Shinichi Kita; 真一喜多
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2018-12-03
Filing date: 2018-12-03
Publication date: 2019-02-28
Anticipated expiration: 2035-05-01
Also published as: JP6718944B2

Abstract

【課題】使用に伴う吸音材の発熱や劣化を抑制することで、長期にわたり空洞共鳴音の吸音効果を得ることができるタイヤを提供する。【解決手段】タイヤ内腔面Ｆに、吸音材１が配置されてなるタイヤ１０である。吸音材１が、シート２に被包されて吸音部材３を形成し、吸音部材３がタイヤ内腔面Ｆに取り付けられることで、吸音材１が他の部材と接着されることなくタイヤ内腔面Ｆに配置されており、吸音材が不織布からなり、シートが液体透過性を有するとともに、シートが開孔部を有し、開孔部の平均開孔径が、不織布を構成する繊維の平均繊維径よりも小さい。【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤに関し、詳しくは、空気入りタイヤの空洞共鳴音を低減する技術の改良に関する。

一般に、リムに組んで車両に取り付けられた空気入りタイヤにおいては、車両の走行中にトレッド部表面が路面の段差等に接触して振動することによって、タイヤ内腔に充填された空気により形成される気柱による空洞共鳴が生ずる。この空洞共鳴は、いわゆるロードノイズの主たる原因であり、その共鳴周波数は、例えば２００Ｈｚ程度であって、多くは１８０〜３００Ｈｚの範囲内に存在する。ロードノイズが車室内に伝達されると、他の周波数帯域の騒音とは異なり、鋭く高いピーク値となるため、車室内の乗員にとって耳障りな騒音となることから、低減することが求められていた。

このようなタイヤの空洞共鳴を抑制してロードノイズを低減するために、タイヤ内面に吸音性を有する部材を配置して、この部材により空洞共鳴音を吸音することで低騒音化を図る技術が知られている。例えば、特許文献１では、リムと、このリムに装着される空気入りタイヤとがなすタイヤ内腔内に、無機繊維を絡み合わせた無機繊維多孔質材からなる制音体を配した、空気入りタイヤとリムとの組立体が開示されている。

特開２００５−１４２８号公報（特許請求の範囲，図５）

吸音性の部材として、有機繊維からなる不織布を用いた場合、熱劣化により変形して、厚みが減少してしまう問題がある。これに対し、ロックウールやグラスウールなどの無機繊維からなる不織布は、有機繊維と比較して耐熱性に優れており、高速走行による熱劣化を防止することができるメリットがある。

しかしながら、このような無機繊維をタイヤ内腔面に直接設置した場合、繊維の弾性が少ないために、接触面におけるタイヤの変形により繊維が破壊されて、吸音性が低下しやすい難点があった。特に、無機繊維からなる不織布をタイヤに直接貼り付けた場合には、タイヤの変形により、不織布内部で多数の無機繊維に破断が生じて、不織布としての機能を奏し得なくなる場合があった。

そこで本発明の目的は、使用に伴う吸音材の発熱や劣化を抑制することで、長期にわたり空洞共鳴音の吸音効果を得ることができるタイヤを提供することにある。

本発明者は鋭意検討した結果、吸音材を、タイヤ内腔面に対し、シートを用いて取り付ける手法を用いることで、上記課題を解決できることを見出して、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明のタイヤは、タイヤ内腔面に、吸音材が配置されてなるタイヤであって、
前記吸音材が、シートに被包されて吸音部材を形成し、該吸音部材が前記タイヤ内腔面に取り付けられることで、該吸音材が他の部材と接着されることなく該タイヤ内腔面に配置されており、前記吸音材が不織布からなり、前記シートが液体透過性を有するとともに、該シートが開孔部を有し、該開孔部の平均開孔径が、前記不織布を構成する繊維の平均繊維径よりも小さいことを特徴とするものである。

本発明のタイヤにおいては、前記吸音材が、無機繊維を含む不織布であることが好ましい。

また、前記シートの融点が１８０℃以上であることが好ましい。

本発明によれば、上記構成としたことにより、使用に伴う吸音材の発熱や劣化を抑制することができ、長期にわたり空洞共鳴音の吸音効果を得ることができるタイヤを実現することが可能となった。

本発明のタイヤの一例を示す幅方向断面図である。本発明のタイヤの他の例を示す幅方向断面図である。本発明に係る吸音材の他の例を示す幅方向断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明は、タイヤ内腔面に、吸音材が配置されてなるタイヤの改良に係るものである。図１，図２に、本発明のタイヤの一例の幅方向断面図を示す。図示するタイヤ１０，２０は、一対のビード部２１と、そのタイヤ半径方向外側に延在する一対のサイドウォール部２２と、両サイドウォール部２２間に跨って延在するトレッド部２３と、からなる。また、図示するタイヤ１０，２０は、両ビード部２１にそれぞれ埋設された一対のビードコア２４間に跨ってトロイド状に延在する１枚以上のカーカスプライ２５を骨格とし、カーカスプライ２５のクラウン部タイヤ半径方向外側には、１枚以上、図示する例では２枚の傾斜ベルト層２６が設けられている。

図１に示すように、本発明の第一実施形態に係るタイヤ１０においては、吸音材１が、シート２に被包されて吸音部材３を形成しており、この吸音部材３がタイヤ内腔面Ｆに取り付けられることで、吸音材１が他の部材と接着されることなくタイヤ内腔面Ｆに配置されている。ここで、タイヤ内腔面とは、タイヤ内面とリムとにより形成される面を意味する。

すなわち、本発明においては、吸音性を有する吸音材１が、タイヤ内腔面Ｆに直接ではなく、シート２を介して取り付けられており、言い換えると、吸音材１が、他のどの部材とも接着されずに、接触しているのみの状態で、タイヤ内腔面Ｆに配置されている。これにより、タイヤが変形した場合でも、吸音材１にその変形が直接伝わらないことから、例えば、無機繊維等のような低弾性の材料からなる吸音材１を用いた場合でも、吸音材１において破損や劣化が生ずることがない。一方で、吸音材１は、シート２によりタイヤ内腔面Ｆに対し配置位置を固定されているので、タイヤ内部で移動することがなく、空洞共鳴音の吸音効果を適切に得ることができるものである。

また、図２に示すように、本発明の第二実施形態に係るタイヤ２０においては、吸音材
１が、タイヤ内腔面Ｆに取り付けられたシート２により、タイヤ半径方向内側からタイヤ内腔面Ｆに対し押え付けられることで、タイヤ内腔面Ｆに直接取り付けられずに、タイヤ内腔面Ｆに配置されている。

この場合も、吸音性を有する吸音材１が、タイヤ内腔面Ｆに直接ではなく、シート２を用いて取り付けられており、言い換えると、吸音材１が、他のどの部材とも接着されずに、接触しているのみの状態で、タイヤ内腔面Ｆに配置されている。これにより、タイヤが変形した場合でも、吸音材１にその変形が直接伝わらないことから、例えば、無機繊維等のような低弾性の材料からなる吸音材１を用いた場合でも、吸音材１において破損や劣化が生ずることがない。一方で、吸音材１は、シート２によりタイヤ内腔面Ｆに対し配置位置を固定されているので、タイヤ内部で移動することがなく、空洞共鳴音の吸音効果を適切に得ることができるものである。

本発明においては、吸音性を有する吸音材１が、タイヤ内腔面Ｆに対し、直接取り付けられずに接触するのみであって、シート２に包まれるかシート２により押え付けられ移動を規制されて、シート２を用いてタイヤ内腔面Ｆに配置されているものであればよく、これにより、本発明の所期の効果を得ることができる。

本発明に用いる吸音材１としては、従来からタイヤの空洞共鳴音の吸音に用いられる材料であれば、いかなるものを用いてもよい。具体的には例えば、有機繊維や無機繊維からなる不織布、スポンジ、その他の多孔質材が挙げられる。ここで、不織布とは、繊維を織らずに結合させた素材を意味し、製法や繊維の種類については制限されない。また、スポンジとは、いわゆる多孔構造体を意味し、例えば、ゴムや合成樹脂を発泡させてなる、いわゆる合成スポンジの他、動物性または植物性のいわゆる天然スポンジを含むものである。

不織布に用いる繊維としては、有機繊維としては、レーヨンやポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリベンゾイミダゾール、ポリフェニレンサルファイド、ポリビニルアルコール、脂肪族ポリアミド、芳香族ポリアミド（アラミド）、芳香族ポリイミド等が挙げられ、無機繊維としては、炭素繊維やフッ素繊維、ガラス繊維、金属繊維等が挙げられ、無機繊維からなる不職布としては、ロックウールやグラスウール等が挙げられる。また、不織布を構成する繊維の長さや太さは、任意に設定することができ、異なる種類の繊維を混合して不織布を形成してもよく、中空フィラメントを用いて不織布を形成することも可能である。中でも、本発明においては、低弾性の材料からなる吸音材であっても熱劣化等を生じにくいとの効果が得られることから、吸音材が、無機繊維を含む不織布である場合に、有用である。

また、吸音材１に用いられる不織布としては、タイヤに充填される気体の密度をρ_ａ（ｋｇ／ｍ^３）、タイヤとリムの組立体の無負荷時のタイヤ内腔における充填気体の空洞共鳴の一次固有角振動数をω（ｒａｄ／ｓ）、充填気体の粘性係数をη（Ｐａ・ｓ）、不織布の密度をρ_ｂ（ｋｇ／ｍ^３）、不織布を構成する繊維の密度をρ_ｆ（ｋｇ／ｍ^３）、不織布を構成する繊維の平均断面半径をｒ（μｍ）として、繊維周りの充填気体の表皮厚さδ（μｍ）、繊維間の平均距離ｄ（μｍ）および不織布の多孔度Φ（−）を下記式（１）〜（３）、

により定義したとき、多孔度Φが０．９５以上であり、繊維間の平均距離ｄが０．５０δ〜４．００δの範囲内であることが好ましい。このような不織布を用いることで、タイヤ重量の増加を抑制し、かつ、吸音材の体積増加を抑制しつつ、空洞共鳴を効果的に抑制することが可能となる。繊維間の平均距離ｄが０．５０δ未満の場合には、繊維周辺の吸音を効果的に発揮する領域が過剰に重なってしまい、繊維自体が占有する体積が大きくなって、かえって吸音効果が低下してしまう。一方、繊維間の平均距離ｄが４．００δを超える場合には、前記繊維周辺の吸音を効果的に発揮する範囲ではない領域が増加し過ぎるため、吸音効果が低下してしまう。また、不織布の多孔度Φが０．９５以上であることから、空洞共鳴音の原因となる振動エネルギを有する音波が不織布に有効に透過し、不織布がかかる振動エネルギを充分に吸収して、気体の空洞共鳴に起因するロードノイズを低減することが可能となる。なお、ここでいう「繊維周りの充填気体の表皮厚さ」とは、空洞共鳴した振動エネルギを有する気体が不織布を構成する繊維に接触した際に、かかる気体がニュートンの粘性法則により繊維周りにトラップされ、振動エネルギが吸収される繊維周りの領域の主たる部分をいうものとする。また、ここでいう「気体」とは、空気、窒素ガス等の不活性ガスなど、一般にタイヤに充填されるものをいう。

また、スポンジとしては、具体的には、ポリウレタンフォーム、発泡シリコーン、発泡ゴム、発泡ポリプロピレン、発泡スチロール等を挙げることができる。

吸音材１の材料としては、ガラス転移温度が９０℃以上、例えば、９０〜３００℃のものを用いることが好ましい。吸音材１自体の熱的安定性を高めることにより、走行時にタイヤ半径方向の吸音材１の厚さが減少することを、より効果的に抑制することができる。

なお、吸音材１は、材質の異なる複数種類のものを、タイヤ半径方向に２層以上、例えば、２〜８層で積層して用いることも可能である。

図１，２に示す例における吸音材１は、矩形の断面形状を有するが、吸音材の断面形状はこれには限られず、矩形等の四角形の他、台形等であってもよい。また、図３に示すように、長手方向に対し垂直な断面における断面形状が、厚さが大きい２つの山部１１と、これら２つの山部１１の間に設けられた厚さが小さい谷部１２と、を有する形状である吸音材を用いることもできる。この場合、山部１１の裾野側が、タイヤ内腔面に配置される側となる。さらに、吸音材の表面に凹凸形状を設けたり、溝を設けて表面積を増やすことも可能である。吸音材の形状を適宜変更して、その表面積を増大させることで、空洞共鳴の抑制効果をより高めることができるとともに、放熱性を向上させて、熱劣化を抑制する効果も得ることができる。

本発明に用いるシート２としては、吸音材１を被包するかまたは押え付けてタイヤ内腔面Ｆに固定することができるものであれば、その材質や構造等については、特に制限されない。具体的には例えば、ポリエステル、ナイロン、テフロン（登録商標）、ポリプロピレン等の合成樹脂からなるメッシュ状のシートを好適に用いることができる。このようなメッシュ状のシートとしては、例えば、目開き１〜４０００μｍのものを用いることができる。

シート２としては、融点が１８０℃以上、例えば、１８０〜４００℃のものを用いることが好ましい。融点１８０℃以上のシート２を用いることにより、シート自体が耐熱性を有するものとなるので、吸音材の熱安定性および耐久性をより向上させることができ、好ましい。

また、シート２としては、液体透過性を有するものを用いることが好ましい。液体透過性を有するシート２を用いることで、タイヤのパンク時において、パンク修理液がシート２を透過できるので、吸音材１が配置されている部分のパンクも修理することが可能となり、好ましい。

さらに、吸音材１として不織布を用いて、シート２として開孔部を有するものを用いる場合には、シート２の開孔部の平均開孔径が、この不織布を構成する繊維の平均繊維径よりも小さいことが好ましい。シート２が開孔部を有していれば液体透過性を確保できるが、開孔部の径が大きすぎると、吸音材１を構成する不織布の繊維が、シート２から脱落してしまうおそれがある。シート２の開孔部の平均開孔径を、不織布を構成する繊維の平均繊維径よりも小さく設定することで、シート２によるタイヤ内腔面Ｆへの吸音材１の配置を確実に行って、繊維の脱落を防止するとともに、パンク修理液によるパンクの修理も行うことが可能となる。

本発明において、吸音材は、タイヤ内腔面Ｆのうちいずれの部位に配置してもよい。図示する例では、タイヤ内腔面Ｆのうち、トレッド部２３のタイヤ内面に吸音材が配置されているが、例えば、サイドウォール部２２のタイヤ内面に配置することもできる。また、トレッド部２３の接地端ＴＥを通るタイヤ半径方向線を横切るように、トレッド部２３のショルダー側に寄せて配置することも可能である。

また、吸音材は、タイヤ周方向において、全周にわたり連続させて配設することができ、長尺の１つの吸音材を用いても、タイヤ周方向に分割された複数個の吸音材を用いてもよい。この場合、図１に示す実施形態においては、長尺の１つの吸音材をシートにより被包するか、または、複数個の吸音材をまとめて、または、個々にシートにより被包した状態で、タイヤ周方向に連続して配置すればよい。また、図２に示す実施形態においては、１つの吸音材または複数個の吸音材を、タイヤ周方向に連続して配置した状態で、シートにより押え付けて、タイヤ周方向に連続して配置すればよい。さらに、上記と同様の手法で、吸音材を、タイヤ周方向にスパイラル状に配置することもできる。

ここで、吸音材は、タイヤ周方向に沿って配置された長尺の吸音材の端面を突き合わせることによって、環状に形成されていてもよい。この突き合わせ面は、種々の構成をとることができる。例えば、突き合せ面は実質的に平面とすることができ、また、タイヤ回転軸を含むタイヤ子午線断面の一部をなす基準面に平行とすることができる他、この基準面に対して傾斜しているものとすることもできる。さらに、タイヤ周方向に沿って配置された長尺の吸音材の端面を突き合わせずに、タイヤ周方向の一部に、吸音材が配置されていない途切れ部を形成してもよい。

本発明において、トレッド部２３の踏面部に形成されるトレッドパターンについては、特に制限はないが、トレッドパターンとの関係で、吸音材の配置箇所を設定することもできる。例えば、吸音材は蓄熱する傾向があるため、タイヤの部材に熱が伝達しないように、その位置を配慮することもできる。具体的には例えば、吸音材と溝とを、互いに対応する位置に設けることが好ましい。これにより、吸音材に蓄積された熱を、溝から放熱させることができる。

また、本発明において吸音材は、傾斜ベルト層２６や、図示しないベルト補強層のタイ
ヤ幅方向端部に対応する位置から、離間して配置することもできる。これらの端部では、蓄熱によりセパレーション等が生じやすいため、吸音材をこれらの端部から離間させることで、耐久性をより向上させることができる。

本発明において、吸音材は、シートを用いてタイヤ内腔面に取り付けられる。本発明におけるシートのタイヤ内腔面への取り付けは、例えば、接着剤を用いて行うことができる。特に、タイヤ内面に貼り付ける際には、インナーライナー層を一部バフした上で、貼り付けることができる。

また、シートは、タイヤ内腔面に対し、シーラント層を介して貼り付けることも可能である。シーラント層を形成するシーラント液としては、粘着性の流動体であれば使用することができ、例えば、パンクシール用のシーラント剤として従来公知のものなどを使用することができる。例えば、シリコーン系化合物、スチレン系化合物、ウレタン系化合物、エチレン系化合物、ポリブテンとテルペン樹脂とを主成分とするゲルシートからなるもの等を使用することができる。

さらに、シートは、面ファスナーを介してタイヤ内腔面に貼り付けることも可能であり、固定用のバンド部材にシートを貼り付け、このバンド部材によりタイヤ内腔面に取り付けることもできる。バンド部材を用いる場合、シートをバンド部材に対し固定して、このバンド部材をタイヤ内腔面に取り付けてもよく、シートをバンド部材に対し固定して、シートがタイヤ内周面側からバンド部材によりタイヤ内腔面に圧接されるように装着させてもよい。いずれの場合も、バンド部材は、シートに対し接着剤等により固定されるとともに、その長手方向の両端部を互いに連結させて、シートをタイヤ内腔面に装着させることができる。この際、バンド部材とタイヤ内腔面とは、接着してもよく、バンド部材を弾性体により形成して、接着せずに、弾性的に着脱可能に装着してもよい。さらにまた、シートは、粘着テープを介してタイヤ内腔面に対し取り付けてもよい。

さらにまた、本発明においては、シート表面に、無線タグやセンサ等を取り付けることも可能である。

本発明のタイヤにおいては、タイヤ内腔面に、上記吸音材が配置されてなる点のみが重要であり、これにより、本発明の所期の効果を得ることができるものであって、それ以外のタイヤ構造および各部材の材質等の詳細については、特に制限されるものではない。

以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
吸音材として、幅１５０ｍｍ、厚み２５ｍｍ、繊維径８μｍのグラスウールを用いた。また、シートとしては、市販のポリエステル製メッシュシートＰＥＴ６−ＨＤ（目開き６μｍ，融点２６０℃（株）セミテック製）を用いた。吸音材をメッシュシートで包んだものを、両面テープにて、タイヤサイズ２５５／３５Ｒ２０のタイヤのトレッド部のタイヤ内面に、幅１５０ｍｍ、厚み２５ｍｍで、タイヤ周方向に沿って１周分貼り付けた。

得られた供試タイヤをリムサイズ２０×８．５Ｊのリムに組んで、高速走行試験を行ったところ、走行前後において、吸音率の減少はなかった。また、この供試タイヤをリム解きした後、タイヤ内腔面に取り付けられた、シート内の吸音材を確認したところ、グラスウールは破壊されておらず、試験前と同じ厚みを保っていた。これにより、吸音材をタイヤ内腔面に対し、直接ではなくシートを用いて取り付けることで、使用に伴う吸音材の熱劣化を抑制して、長期にわたり空洞共鳴音の吸音効果が持続されることが確かめられた。

１吸音材
２シート
３吸音部材
１０，２０タイヤ
１１山部
１２谷部
２１ビード部
２２サイドウォール部
２３トレッド部
２４ビードコア
２５カーカスプライ
２６傾斜ベルト層
Ｆタイヤ内腔面

Claims

タイヤ内腔面に、吸音材が配置されてなるタイヤであって、
前記吸音材が、シートに被包されて吸音部材を形成し、該吸音部材が前記タイヤ内腔面に取り付けられることで、該吸音材が他の部材と接着されることなく該タイヤ内腔面に配置されており、前記吸音材が不織布からなり、前記シートが液体透過性を有するとともに、該シートが開孔部を有し、該開孔部の平均開孔径が、前記不織布を構成する繊維の平均繊維径よりも小さいことを特徴とするタイヤ。
前記吸音材が、無機繊維を含む不織布である請求項１記載のタイヤ。
前記シートの融点が１８０℃以上である請求項１または２記載のタイヤ。