JP2020001620A - 空気入りタイヤ - Google Patents

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Abstract

【課題】トレッド部のタイヤ内周面に制音体が取り付けられた空気入りタイヤにおいて、リム組み性の悪化を抑制しながら、空洞共鳴音の低減効果を高める。【解決手段】空気入りタイヤ10は、トレッド部11のタイヤ内周面の全周にわたって、タイヤ周方向に延びる制音体20が取り付けられている。制音体20は、トレッド部11のタイヤ内周面に取り付けられた多孔質部21と、多孔質部21のタイヤ径方向内側に積層されており、タイヤ内腔3に面する薄膜部22とを備えている。薄膜部22は、非多孔質材料であって、複数の貫通孔22aが形成されている。【選択図】図1

Description

本発明は、空気入りタイヤに関する。
空気入りタイヤに起因した騒音の1つとして、空洞共鳴音(タイヤ空洞共鳴音とも呼ぶ)が知られている。空洞共鳴音は、タイヤ内腔の空気が、路面の凹凸に起因したトレッド部の振動によって加振されて、タイヤ内腔で伝播される際に共鳴することによって生じる。特許文献1には、空洞共鳴音を低減するためにトレッド部の内周面に制音体が取り付けられた空気入りタイヤが開示されている。
この空気入りタイヤでは、制音体が、タイヤ内腔に配置される多孔質部とこの表面に積層された薄膜部とにより構成されており、空洞共鳴音が薄膜部の膜振動により吸収されるとともに、薄膜部の振動がこれを支持する多孔質部により吸収される。なお、特許文献1には、上記制音体をその厚み方向がタイヤ周方向に向くように長手方向をタイヤ径方向に沿わせて配置する場合と、上記制音体をその厚み方向がタイヤ径方向に向くように長手方向がタイヤ周方向に沿って配置する場合とが開示されている。
特開2017−109701号公報
上記制音体をタイヤ径方向に沿って配置した場合、制音体がタイヤ内周面から大きく突出するので、空気入りタイヤをリム組みする際に、制音体が干渉しやすく、リム組み性が悪化する。また、上記制音体をタイヤ周方向に沿って配置した場合、空洞共鳴音の低減効果はタイヤ径方向に沿って配置する場合に比して小さい。
本発明は、トレッド部のタイヤ内周面に制音体が取り付けられた空気入りタイヤにおいて、リム組み性の悪化を抑制しながら、空洞共鳴音の低減効果を高めることを課題とする。
本発明は、
トレッド部のタイヤ内周面の全周にわたって、タイヤ周方向に延びる制音体が取り付けられた空気入りタイヤであって、
前記制音体は、
トレッド部のタイヤ内周面に取り付けられた多孔質部と、
前記多孔質部のタイヤ径方向内側に積層されており、タイヤ内腔に面する薄膜部と
を備え、
前記薄膜部は、非多孔質材料であって、複数の貫通孔が形成されている、空気入りタイヤを提供する。
本発明によれば、タイヤ内腔を伝播される空洞共鳴音によって、タイヤ内腔に面する薄膜部の膜振動が励起される。薄膜部の膜振動は、熱エネルギに変換されると共に、多孔質部によって緩衝されることにより吸収され、この結果、空洞共鳴音が低減する。また、制音体は、タイヤ周方向に延びているので、タイヤ径方向への突出量を小さく構成でき、リム組み性の悪化が抑制される。
しかも、薄膜部には、複数の貫通孔が形成されているので、空洞共鳴音の一部は、貫通孔を通過して多孔質部に伝達される。このとき、空洞共鳴音は、まず貫通孔を通過するときに、孔壁面との間の摩擦により低減するとともに、貫通孔を通過した後に生じる乱流によっても低減される。さらに、空洞共鳴音は、貫通孔を介して多孔質部に伝達されて吸収される。
したがって、トレッド部のタイヤ内周面に制音体が取り付けられた空気入りタイヤにおいて、リム組み性の悪化を抑制しながら、空洞共鳴音を、薄膜部の膜振動による吸音と、貫通孔を通過する際の摩擦及び乱流による低減と、多孔質部による吸音とにより、効果的に低減できる。
好ましくは、前記薄膜部は、熱可塑性ポリマー、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー又はゴムにより形成されている。
本構成によれば、薄膜部による膜吸音を効果的に生じさせることができる。
また、好ましくは、前記制音体は、前記多孔質部に前記薄膜部が積層された状態で、前記薄膜部の固有振動数が、200Hz以上250Hz以下である。
空洞共鳴音は、一般にロードノイズとして問題になりやすい200Hz以上250Hz以下に周波数のピークを有している。よって、本構成によれば、薄膜部によって、200Hz以上250Hz以下に周波数のピークを有する音が好適に低減されるので、空洞共鳴音が効果的に低減される。
また、好ましくは、前記薄膜部は、厚みが0.1mm以上2.0mm以下である。
本構成によれば、制音体において薄膜部の固有振動数を、200Hz以上250Hz以下に生じさせやすい。薄膜部の厚さが0.1mmより薄いと、固有振動数が250Hzより高くなりやすく、薄膜部の厚さが2.0mmより薄いと、固有振動数が200Hzより低くなりやすく、200Hz以上250Hz以下に周波数のピークを有する空洞共鳴音に対して効果的に作用させにくい。
また、好ましくは、前記薄膜部は、厚さが前記多孔質部の厚さの2%以上10%以下である。
本構成によれば、制音体の重量増大が抑制される。
また、好ましくは、前記貫通孔の孔径は、1mm以上10mm以下である。
本構成によれば、薄膜部の膜強度を維持しながらも、貫通孔による音低減効果が得られやすい。貫通孔の孔径が1mmより小さいと、貫通孔の開口面積が小さくなるので音低減効果が十分に得られにくく、貫通孔の孔径が10mmより大きいと、薄膜部の膜強度が過度に低下しやすい。
また、好ましくは、前記複数の貫通孔間の間隔は、5mm以上50mm以下である。
本構成によれば、膜強度を維持しながらも、貫通孔による音低減効果が得られやすい。貫通孔間の間隔が5mmより短いと、薄膜部の膜強度が過度に低下しやすく、貫通孔間の感覚が50mmより長いと、貫通孔の数が少なくなるので音低減効果が十分に得られにくい。
また、好ましくは、前記多孔質部は、タイヤ径方向内側に突出してタイヤ幅方向に延びており、タイヤ周方向に間隔を空けて形成された、複数の突部を有している。
本構成によれば、タイヤ内腔を伝播される空洞共鳴音が、突部に受け止められて吸音されやすい。この結果、多孔質部材における吸音効果を促進させやすく、制音体による空洞共鳴音の低減効果をさらに増大させることができる。
本発明によれば、トレッド部のタイヤ内周面に制音体が取り付けられた空気入りタイヤにおいて、リム組み性の悪化を抑制しながら、空洞共鳴音の低減効果を高めることができる。
本発明の一実施形態に係るリム組立体の子午線断面図。 図1のリム組立体のタイヤ赤道面における断面図。 制音体の単体斜視図。 接地時におけるリム組立体のタイヤ内腔を示す断面図。 変形例に係る制音体を示す斜視図。 更なる変形例に係る制音体を示す断面図。 更なる変形例に係る制音体を示す断面図。 図7のVIII−VIII線における断面図。
以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは相違している。
図1は本発明の一実施形態に係るタイヤリム組立体1の子午線断面図であり、図2はタイヤリム組立体1のタイヤ赤道面における断面図である。図1及び図2に示されるように、タイヤリム組立体1は、空気入りタイヤ10がリム2の外周部にリム組みされたものであって、リム2の外周部と空気入りタイヤ10の内面との間にタイヤ内腔3が画定されている。
空気入りタイヤ10は、外表面に接地面としてのトレッド面11aが構成されるトレッド部11と、トレッド部11のタイヤ幅方向両端部からタイヤ径方向内側に延びる一対のサイドウォール部12と、一対のサイドウォール部12それぞれのタイヤ径方向内側の端部に位置する一対のビード部13とを備える。
一対のビード部13の間には、トレッド部11及びサイドウォール部12のタイヤ内面側にわたってカーカスプライ14が掛け渡されている。トレッド部11とカーカスプライ14との間には、ベルト層15がタイヤ周方向に巻き付けられている。カーカスプライ14のタイヤ内面側には、インナーライナー16が配置されている。インナーライナー16は、空気を透過しにくい材料で形成されている。
空気入りタイヤ10は、タイヤ内表面を構成するインナーライナー16に制音体20が取り付けられている。制音体20は、トレッド部11のタイヤ内周面に取り付けられた多孔質部21と、このタイヤ径方向内側に積層された薄膜部22とを有している。図2に示されるように、制音体20は、タイヤ周方向の全周にわたって環状に延びている。
多孔質部21は、ゴム又は合成樹脂等を発泡させた連続気泡又は独立気泡を含むものであり、比重は0.021g/cm以上0.027g/cm以下である。多孔質部21としては、例えばポリウレタン系のスポンジを採用できるが、この他、種々のスポンジ状の材料を採用できる。多孔質部21のインナーライナー16への取り付けは、接着材又は両面テープ等の適宜の接合手段を採用できる。
薄膜部22は、熱可塑性ポリマー、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー又はゴムにより形成された薄膜である。薄膜部22は、非多孔質材料であって、多孔質材料のような発泡により形成されたスポンジ状の材料とは異なっており、連続気孔又は独立気泡を有しておらず、比重は0.8g/cm以上2.0g/cm以下である。
薄膜部22は、多孔質部21とは別体で形成されており、多孔質部21のタイヤ径方向内側の表面全体に接着材又は両面テープ当の適宜の接合手段により取り付けられている。
図3は、制音体20の単体斜視図であり、環状に巻回されていない状態を示している。なお、制音体20の各部寸法は、図3に示される状態を基準に計測される。図3に示されるように、制音体20は、シート状に形成されており、タイヤ幅方向長さW1は、空気入りタイヤ10のタイヤ幅W0(図1参照)の30%以上70%以下に設定されている。
制音体20は、タイヤ径方向における高さH1が、空気入りタイヤ10の断面高さH0(図1参照)の10%以上50%以下に設定されている。なお、空気入りタイヤ10の断面高さH0は、タイヤ幅W0に扁平率を乗じたものとして算出される。
制音体20は、薄膜部22における固有振動数が200Hz以上250Hz以下になるように、その厚さT1及び比重が選定されている。薄膜部22の厚みT1に関しては、例えば、多孔質部21の厚みT2の2%以上10%以下であって、0.1mm以上2.0mm以下に形成されている。
薄膜部22には、これを厚み方向(すなわちタイヤ径方向)に貫通する複数の貫通孔22aが形成されている。複数の貫通孔22aは、孔径D1が1mm以上10mm以下であって、貫通孔22a間の形成ピッチP1が5mm以上50mm以下に形成されている。なお、形成ピッチP1は、タイヤ径方向及びタイヤ幅方向における形成ピッチを意味している。
図4は、タイヤリム組立体1の接地部の周辺を拡大して示す、図2と同様の断面図である。図4に示されるように、タイヤリム組立体1は、規定の空気圧で充填された状態でタイヤ赤道面上において接地長L0で路面に接地するようになっている。
図4に示されるように、タイヤリム組立体1が路面上を転動しているとき、路面Gの凹凸に起因してトレッド部11にタイヤ径方向における振動が生じ得る。このとき、トレッド部11の振動は、制音体20を介してタイヤ内腔3の空気に伝達されてタイヤ音N1となる。
タイヤ音N1は、タイヤ内腔3において、2点鎖線で示すように接地部から放射状に伝播し、この際に共鳴して空洞共鳴音N2となる。一般に、空洞共鳴音N2としては、200Hz以上250Hzの範囲に周波数のピークを有するものがロードノイズとして問題となりやすい。
ここで、制音体20には、タイヤ内腔3に面する側に薄膜部22が設けられている。上述したように、薄膜部22は、制音体20において200Hz以上250Hz以下の共振周波数を有するように厚さ及び比重等が選定されているので、タイヤ内腔3を伝播する空洞共鳴音N2のうち、200Hz以上250Hz以下の範囲に周波数のピークを有する音が、薄膜部22の膜振動を誘発又は励起させる。
この結果、空洞共鳴音N2は、薄膜部22の膜振動に変換されて、熱エネルギとなって低減する。また、薄膜部22の振動は、薄膜部22を支持する多孔質部21によって吸収される。さらに、薄膜部22には、複数の貫通孔22aが形成されているので、空洞共鳴音N2の一部は、貫通孔22aを通過する。空洞共鳴音N2は、貫通孔22aを通過するとき、孔壁面との間の摩擦により低減するとともに、貫通孔22aを通過した後に生じる乱流によっても低減される。さらに、空洞共鳴音N2は、貫通孔22aを介して多孔質部21に伝達されて吸収される。
上記説明した空気入りタイヤ10によれば、次のような効果が得られる。
(1)空洞共鳴音N2は、薄膜部22の膜振動による吸音と、貫通孔22aを通過する際の摩擦及び乱流による低減と、多孔質部21による吸音とにより、効果的に低減される。また、制音体20は、トレッド部11のタイヤ内周面にタイヤ周方向に沿って取り付けられているので、タイヤ内腔3においてタイヤ径方向内側への突出量が抑制されるので、リム組み性の悪化が抑制される。
したがって、トレッド部11のタイヤ内周面に制音体20が取り付けられた空気入りタイヤにおいて、リム組み性の悪化を抑制しながら、空洞共鳴音N2の低減効果を高めることができる。
(2)薄膜部22は、熱可塑性ポリマー、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー又はゴムにより形成された薄膜であるので、膜吸音を効果的に生じさせることができる。
(3)制音体20は、多孔質部21に薄膜部22が積層された状態で、薄膜部22は、固有振動数が200Hz以上250Hz以下になるように、例えばその厚み、比重等が選定されている。これにより、空洞共鳴音N2のうち、一般に車内にロードノイズとして問題になりやすい200Hz以上250Hz以下の音が薄膜部22の共振により効果的に吸収されて低減される。
(4)薄膜部22は、厚みT1が0.1mm以上2.0mm以下に設定されているので、制音体20において薄膜部22の固有振動数を、200Hz以上250Hz以下に生じさせやすい。薄膜部22の厚さが0.1mmより薄いと、固有振動数が250Hzより高くなりやすく、薄膜部22の厚さが2.0mmより薄いと、固有振動数が200Hzより低くなりやすく、200Hz以上250Hz以下に周波数のピークを有する空洞共鳴音N2に対して効果的に作用させにくい。
(5)薄膜部22は、厚さT1が多孔質部の厚さT2の2%以上10%以下であるので、制音体20の重量増大が抑制されている。
(6)薄膜部22に形成された貫通孔22aの孔径D1は、1mm以上10mm以下であるので、薄膜部22の膜強度を維持しながらも、貫通孔22aによる音低減効果が得られやすい。貫通孔22aの孔径D1が1mmより小さいと、貫通孔22aの開口面積が小さくなるので音低減効果が十分に得られにくく、貫通孔22aの孔径D1が10mmより大きいと、薄膜部22の膜強度が過度に低下しやすい。
(7)薄膜部22に形成された複数の貫通孔22aの形成ピッチP1は5mm以上50mm以下であるので、膜強度を維持しながらも、貫通孔22aによる音低減効果が得られやすい。貫通孔22a間の形成ピッチP1が5mmより短いと、薄膜部22の膜強度が過度に低下しやすく、貫通孔22a間の形成ピッチP1が50mmより長いと、貫通孔22aの数が少なくなるので音低減効果が十分に得られにくい。
(8)制音体20は、タイヤ径方向の高さH1が、空気入りタイヤ10の断面高さH0の10%以上50%以下に設定されているので、リム組み性の悪化を抑制しつつ、空洞共鳴音N2の低減効果が得られやすい。すなわち、制音体20の高さH1がタイヤ断面高さH0の10%より低いと、空洞共鳴音N2の低減効果が効果的に十分に得られにくい。また、制音体20の高さH1がタイヤ断面高さH0の50%より高くなると、リム組みする際にリム2に干渉しやすくなるので、リム組み性が悪化する。
(9)制音体20は、タイヤ幅方向における幅W1が、空気入りタイヤ10のタイヤ幅W0の50%以上であって150mm以下であるので、制音体20をトレッド部11の内周面に沿って取り付け性を維持しつつ、制音体20による空洞共鳴音N2の低減効果が得られやすい。すなわち、制音体20の幅W1がタイヤ幅W0の50%より短いと、空洞共鳴音N2の低減効果が十分に得られにくい。また、制音体20の幅W1が150mmより長くなると、サイドウォール部12に干渉して屈曲されやすく取り付け性が悪化すると共にインナーライナー16に対する接着性が悪化しやすい。
上記実施形態では、多孔質部21と薄膜部22とを別体で形成し、これらを接合することによって、制音体20を構成したが、これに限らない。すなわち、薄膜部22を、多孔質部21のタイヤ径方向内側の表面全体に例えばスプレー又は塗布により付着させて(又はコーティングして)乾燥させることで、多孔質部21の表面上に一体的に形成してもよい。この場合、図5に示すように、貫通孔22aを、薄膜部22のみならず、薄膜部22から多孔質部21にわたって貫通して形成してもよく、多孔質部21の途中まで形成するようにしてもよい。
図6は、変形例に係る制音体30を示す、タイヤ周方向に沿った断面図である。図6に示されるように、制音体30を、タイヤ内腔3に面する側を凹凸状に形成してもよい。具体的には、多孔質部31を、インナーライナー16側に位置するシート状のベース部33と、ベース部33からリム2側に側面視円弧状で突出した複数の突部34とにより構成してもよい。
複数の突部34は、制音体30のタイヤ幅方向にわたって延びており、タイヤ周方向に間隔を空けて複数形成されている。タイヤ周方向に隣接する一対の突部34間の形成ピッチP2は、空気入りタイヤ10の接地長L0よりも短く設定されている。
薄膜部32は、凹凸状の多孔質部31のタイヤ内腔3側の表面上に適宜の接着手段により全面にわたって取り付けられている。
本変形例に係る制音体30によれば、上記実施形態による効果に加えて、タイヤ内腔3を伝播される空洞共鳴音N2が、突部34に受け止められやすい。この結果、突部34において、薄膜部32による膜吸音を生じさせやすく、また突部34において、貫通孔32aによる低減及び、貫通孔32aを介して多孔質部31に空洞共鳴音を伝達させやすく、制音体30による空洞共鳴音N2の低減効果をさらに増大させることができる。
また、タイヤ周方向に隣り合う一対の突部34間の形成ピッチP2は、空気入りタイヤ10のタイヤ赤道面における接地長L0よりも短いので、空気入りタイヤ10の接地形状に、突部34が少なくとも1つは存在する。これにより、接地時にトレッド部11から入力される振動に起因した騒音は、タイヤ内腔3への伝達される際に突部34により吸音される。すなわち、空洞共鳴音N2の原因となり得るトレッド部11からの振動入力が、入力源側において効果的に低減されるので、空洞共鳴音N2が低減される。
また、上記実施形態では、突部34を、タイヤ幅方向から見て頂部34aが円弧状となるように形成したが、矩形状に形成したり、矩形状に形成した角部に角R部を形成するようにしたりしてもよい。突部34の頂部34aを円弧状に形成し又は矩形状に形成した角部に角R部を形成することにより、空洞共鳴音N2を頂部34aにおいて面直方向に受け止めやすく、効果的に空洞共鳴音N2が低減される。
図7は、さらなる変形例に係る制音体40を示す、タイヤ周方向に沿った断面図である。図7に示されるように、制音体40は、制音体30に対して、突部44にタイヤ幅方向に貫通する円筒状の中空部45が形成されている点でさらに異なっている。
図8は、図7のVIII−VIII線に沿った、突部44の中空部45における断面図を示している。図8に示されるように、空洞共鳴音N2は、突部44の表面から中空部45に至る間の中実部46により吸音されて空洞共鳴音N3に低減される。さらに、空洞共鳴音N3は、中空部45においてこの内壁面における乱反射により減衰されるので、空洞共鳴音N4に更に低減される。
また、図示は省略するが、トレッド部11の振動に起因したタイヤ音N1も、突部44において、中実部46における吸音に加えて、中空部45における減衰によってより一層低減されてタイヤ内腔3に伝達される。
したがって、中実部46による吸音と中空部45による減衰とを組み合わせることにより、空洞共鳴音N2がより効果的に低減される。
また、中空部45の孔径D2は、突部44の表面から中空部45までの厚みT3に等しく設定されている。これによって、空洞共鳴音N2は、中実部46における吸音と中空部45における減衰とをバランスよく組み合わせることによって、より一層効果的に低減される。
なお、本発明は、上記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
1 タイヤリム組立体
2 リム
3 タイヤ内腔
10 空気入りタイヤ
11 トレッド部
12 サイドウォール部
16 インナーライナー
20 制音体
21 多孔質部
22 薄膜部
23 貫通孔
44 突部

Claims (8)

  1. トレッド部のタイヤ内周面の全周にわたって、タイヤ周方向に延びる制音体が取り付けられた空気入りタイヤであって、
    前記制音体は、
    トレッド部のタイヤ内周面に取り付けられた多孔質部と、
    前記多孔質部のタイヤ径方向内側に積層されており、タイヤ内腔に面する薄膜部と
    を備え、
    前記薄膜部は、非多孔質材料であって、複数の貫通孔が形成されている、空気入りタイヤ。
  2. 前記薄膜部は、熱可塑性ポリマー、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー又はゴムにより形成されている、
    請求項1に記載の空気入りタイヤ。
  3. 前記制音体は、前記多孔質部に前記薄膜部が積層された状態で、前記薄膜部の固有振動数が、200Hz以上250Hz以下である、
    請求項1又は2に記載の空気入りタイヤ。
  4. 前記薄膜部は、厚みが0.1mm以上2.0mm以下である、
    請求項1〜3のいずれか1つに記載の空気入りタイヤ。
  5. 前記薄膜部は、厚さが前記多孔質部の厚さの2%以上10%以下である、
    請求項1〜4のいずれか1つに記載の空気入りタイヤ。
  6. 前記貫通孔の孔径は、1mm以上10mm以下である、
    請求項1〜5のいずれか1つに記載の空気入りタイヤ。
  7. 前記複数の貫通孔間の間隔は、5mm以上50mm以下である、
    請求項1〜6のいずれか1つに記載の空気入りタイヤ。
  8. 前記多孔質部は、タイヤ径方向内側に突出してタイヤ幅方向に延びており、タイヤ周方向に間隔を空けて形成された、複数の突部を有している、
    請求項1〜7のいずれか1つに記載の空気入りタイヤ。
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