JP2022121211A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】溝容積に依存することなく、トレッド部の振動を抑制し、騒音を抑制できる空気入りタイヤを提供する。【解決手段】空気入りタイヤ１は、トレッド部２を有する。空気入りタイヤ１は、トレッド部２に配されたトレッドゴム２Ｇと、トレッド部２のタイヤ内腔に配された吸振材１０とを含む。トレッドゴム２Ｇと吸振材１０の固有角振動数比α及び吸振材１０の減衰比ζaは、下記式（１）及び（２）を満たす。０．５ ≦ α ≦ ０．９ （１）３．１ ≦４ζa＋３α ≦ ５．５ （２）【選択図】 図１

Description

本発明は、空気入りタイヤに関する。

従来から、トレッド部の振動による放射音を抑制するために、トレッドの接地幅内におけるネガティブ率を、高剛性領域の方が低剛性領域より高くなるように、トレッドパターンが設計された空気入りタイヤが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７－１８６００２号公報

しかしながら、上記空気入りタイヤにあっては、ネガティブ率が低い領域で排水性能が低下し、良好なウェット性能を得ることが困難となる。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、溝容積に依存することなく、トレッド部の振動を抑制し、騒音を抑制できる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。

本発明は、トレッド部を有する空気入りタイヤであって、前記トレッド部に配されたトレッドゴムと、前記トレッド部のタイヤ内腔に配された吸振材とを含み、前記トレッドゴムと前記吸振材の固有角振動数比α及び前記吸振材の減衰比ζ_aは、下記式（１）及び（２）を満たす。
０．５ ≦ α ≦ ０．９ （１）
３．１ ≦４ζ_a ＋３α ≦ ５．５ （２）
但し
α ＝ ω_a ／ ω_t
ω_a ＝ （K_a ／ M_a）^1/2
K_a：前記吸振材の静的ばね定数（N/m²）
M_a：前記吸振材の質量 （kg）
ω_t ＝ （K_t ／ M_t）^1/2
K_t：前記トレッドゴムの静的ばね定数（N/m²）
M_t：前記トレッドゴムの質量 （kg）
ζ_a ＝ C_a ／ C_ca
C_a：前記吸振材の減衰係数 (Ns/m)
C_ca ＝２（M_a・K_a）^1/2
とする。

本発明に係る前記空気入りタイヤにおいて、前記固有角振動数比αは、下記式（３）を満たす、ことが望ましい。
０．７ ≦ α （３）

本発明に係る前記空気入りタイヤにおいて、前記減衰比ζ_aは、下記式（４）を満たす、ことが望ましい。
４ζ_a ＋３α ≦ ４．３ （４）

本発明に係る前記空気入りタイヤにおいて、前記吸振材は、帯状部材によって構成されている、ことが望ましい。

本発明に係る前記空気入りタイヤにおいて、前記帯状部材は、タイヤ半径方向に積層されている、ことが望ましい。

本発明に係る前記空気入りタイヤにおいて、前記吸振材の前記質量M_aは、前記トレッドゴムの前記質量M_tの４０～１００％である、ことが望ましい。

本発明の空気入りタイヤは、前記吸振材の固有角振動数比α及び減衰比ζ_aが式（１）及び（２）を満たしているので、前記吸振材がトレッドゴムと逆位相に振動し、トレッド部の振動が抑制される。これにより、溝容積を確保して良好なウェット性能を維持しつつ、騒音を抑制することが可能となる。

本発明のタイヤの一実施形態を示す子午断面図である。 図１のトレッド部の振動に関する力学的なモデルを示す図である。 固有角振動数比α及び減衰比ζ_aを変更して試作された空気入りタイヤの吸振性能を示すグラフである。

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、本実施形態の空気入りタイヤ１の子午断面図である。図１に示されるように、本実施形態の空気入りタイヤ１は、トレッド部２と、一対のサイドウォール部３と一対のビード部４とを有している。

トレッド部２には、トレッドゴム２Ｇが配されている。トレッドゴム２Ｇは、トレッド部２に配されたトレッド補強層２Ａのタイヤ半径方向外側に配されたゴムである。

各サイドウォール部３は、トレッド部２のタイヤ軸方向の両端部に連なり、タイヤ半径方向内側にのびて形成されている。ビード部４は、サイドウォール部３のタイヤ半径方向の内端部に連なり、タイヤ半径方向内側にのびて形成されている。

空気入りタイヤ１は、一対のビード部４間を延びるカーカス６と、トレッド部２に配されたベルト層７とを含む。

それぞれのビード部４には、ビードコア５が埋設されている。ビードコア５は、例えば、スチール製のビードワイヤ（図示省略）を多列多段に巻回した断面多角形状に形成されている。

カーカス６は、一対のビードコア５に跨るように配されている。カーカス６は、少なくとも１枚のカーカスプライを有する。カーカスプライは、例えば、カーカスコードの配列体がトッピングゴムで被覆されて形成されている。カーカスコードには、例えば、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、レーヨン繊維、ポリエチレンナフタレート繊維及びアラミド繊維等の有機繊維やスチールが適用される。

本実施形態のカーカス６は、カーカスプライ６Ａを有している。カーカスプライ６Ａは、トレッド部２と一対のサイドウォール部３を経て、一対のビードコア５に跨って配されている。

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を経てビードコア５に至る本体部６Ａaと、本体部６Ａaに連なりかつビードコア５の廻りをタイヤ軸方向内側から外側に巻上げられてタイヤ半径方向の外側に延びる巻上げ部６Ａｂとを有する。巻上げ部６Ａｂは、サイドウォール部３で終端している。

ベルト層７は、カーカス６のタイヤ半径方向外側に配されている。ベルト層７は、少なくとも１枚、本実施形態では、タイヤ半径方向の内外に２枚のベルトプライ７Ａ及び７Ｂから構成されている。ベルトプライ７Ａ及び７Ｂは、例えば、ベルトコードの配列体がトッピングゴムで被覆されて形成されている。ベルトプライ７Ａ及び７Ｂのベルトコードは、スチールコード等の高弾性のものが望ましい。

ベルト層７のタイヤ半径方向の外側には、バンド層（図示せず）が配されていてもよい。該バンド層は、有機繊維コードをタイヤ周方向に対して、例えば１０度以下となるように、小さい角度で配列された少なくとも１枚のバンドプライで構成される。バンドプライには、バンドコード又はリボン状の帯状プライを螺旋状に巻き付けることにより形成されたジョイントレスバンドやプライをスプライスしたもののいずれでもよい。

ベルト層７は、トレッド補強層２Ａを構成する。従って、トレッドゴム２Ｇは、トレッド部２に配されたベルト層７のタイヤ半径方向外側に配されたゴムである。ベルト層７のタイヤ半径方向の外側にバンド層が配される空気入りタイヤにあっては、バンド層はトレッド補強層２Ａを構成する。従って、トレッドゴム２Ｇは、トレッド部２に配されたバンド層のタイヤ半径方向外側に配されたゴムである。

ビードコア５のタイヤ半径方向外側には、ビードエイペックスゴム８が設けられている。ビードエイペックスゴム８は、タイヤ半径方向外側に向って先細となる断面略三角形状に形成されている。

なお、カーカス６の内側、すなわちタイヤ内腔面には、インナーライナー層９が形成されている。インナーライナー層９は、例えば、空気不透過性のゴムからなり、内圧を保持する。

本空気入りタイヤ１は、トレッド部２のタイヤ内腔に配された吸振材１０を含んでいる。吸振材１０は、インナーライナー層９のタイヤ半径方向内側に配される。吸振材１０が配される領域には、インナーライナー層９が廃されていてもよい。この場合、吸振材１０は、カーカス６のタイヤ半径方向内側に配される。

図２は、トレッド部２の振動に関する力学的なモデルを示している。
K_a：吸振材の静的ばね定数（N/m²）
M_a：吸振材の質量 （kg）
とすると、
ω_a ＝ （K_a ／ M_a）^1/2
となり、
K_t：トレッドゴムの静的ばね定数（N/m²）
M_t：トレッドゴムの質量 （kg）
とすると、
ω_t ＝ （K_t ／ M_t）^1/2
となる。

上記静的ばね定数は、ＪＩＳ Ｋ６３８５に準拠して、静的特性試験の両方向負荷方式において、吸振材及びトレッドゴムのサンプルに伸縮方向の荷重を負荷し、荷重－たわみ（ずれ量）の関係を測定し、この関係を用いて同規格に記載の計算方法により算出された値である。

従って、トレッドゴム２Ｇに対する吸振材１０の固有角振動数比αは、以下のように表される。
α ＝ ω_a ／ ω_t

トレッド部２の振動を定式化すると、以下のように表される。

但し
Ａ ＝ β⁴ － ｛（μ ＋ １)α² ＋ ４ζ_aζ_tα ＋ １｝β^２ ＋ α²
Ｂ ＝ －｛ζ_t ＋ （μ ＋ １)ζ_aα｝β^３＋ （ζ_tα ＋ ζ_a）αβ
μ ＝ M_a ／ M_t
β ＝ ω ／ ω_t
C_ca ＝ ２（M_a・K_a）^1/2
C_ct ＝ ２（M_t・K_t）^1/2
C_a：吸振材の減衰係数 (Ns/m)
C_t：トレッドゴムの減衰係数 (Ns/m)
ζ_a ＝ C_a ／ C_ca
ζ_t ＝ C_t ／ C_ct
F： 加振力（N）
V_t： トレッド速度（m/s）
X_st ＝ F ／ K_t
V_t ＝ ωX_t
とする。

なお、上記減衰係数C_a、C_tは、ＪＩＳ Ｋ６３８５に準拠して損失ばね定数を測定し、同規格に記載の計算方法により算出された値である。

本願発明者は、トレッド部２の振動について鋭意研究を重ねた結果、吸振材１０の固有角振動数比α及び減衰比ζ_aの範囲を式（１）及び（２）を満たすように設定することにより、吸振材１０がトレッドゴム２Ｇと逆位相に振動することを知見した。
０．５ ≦ α ≦ ０．９ （１）
３．１ ≦４ζ_a ＋３α ≦ ５．５ （２）

すなわち、空気入りタイヤ１によれば、吸振材１０の固有角振動数比α及び減衰比ζ_aが式（１）及び（２）を満たしているので、吸振材１０の振動とトレッドゴム２Ｇの振動とが相殺され、トレッド部２の振動が抑制される。これにより、溝容積を確保して良好なウェット性能を維持しつつ、騒音を抑制することが可能となる。

吸振材１０の振動とトレッドゴム２Ｇの振動とをより一層有効に相殺させる観点では、吸振材１０の固有角振動数比αは、下記式（３）を満たす、のが望ましい。
０．７ ≦ α （３）

吸振材１０の振動とトレッドゴム２Ｇの振動とをより一層有効に相殺させる観点では、吸振材１０の減衰比ζ_aは、下記式（４）を満たす、のが望ましい。
４ζ_a ＋３α ≦ ４．３ （４）

吸振材１０は、帯状部材１１によって構成されている、のが望ましい。帯状部材１１を加硫済みタイヤの内周面に貼り付けることにより、トレッド部２のタイヤ内腔に吸振材１０を容易に配することが可能となる。

帯状部材１１は、タイヤ半径方向に積層されている、のが望ましい。図１に示される空気入りタイヤ１では、２層の帯状部材１１がトレッド部２のタイヤ内腔に設けられている。帯状部材１１の積層数は、３以上であってもよい。帯状部材１１がタイヤ半径方向に積層される構成により、吸振材の質量M_aが容易に調整できる。

吸振材１０の質量M_aは、トレッドゴムの質量M_tの４０～１００％が望ましい。質量M_aが質量M_tの４０％以上であることにより、トレッド部２の振動がより一層抑制される。一方、質量M_aが質量M_tの１００％以上であることにより、空気入りタイヤ１の重量増が抑制される。

以上、本発明の空気入りタイヤ１が詳細に説明されたが、本発明は上記の具体的な実施形態に限定されることなく種々の態様に変更して実施される。

図１の基本構造で種々の固有角振動数比α及び減衰比ζ_aの組み合わせを有するノンパターンの空気入りタイヤが試作され、吸振性能が評価された（図３参照）。テスト方法は、以下の通りである。

＜吸振性能＞
サイズ：２６５／６５Ｒ１８の各供試タイヤが、同一のリムに組み込まれ、内圧：２３０ｋＰａが充填され、ゴムチューブ上に載置された状態で、トレッドが加振されたときの伝達関数（加速度／加振力）の周波数特性が測定され、ピークレベルが検出された。結果は、吸振材を含んでいない基準タイヤに対する低減代ｄＢ（Ａ）で表され、図３の各座標に添えられた数値で示され、数値が大きいほど良好である。

図３から明らかなように、実施例の空気入りタイヤは、比較例に比べて吸振性能が有意に向上していることが確認できた。

１ 空気入りタイヤ
１ タイヤ
２ トレッド部
２Ｇ トレッドゴム
１０ 吸振材
１１ 帯状部材
Ca 減衰係数
Ct 減衰係数
Ma 質量
Mt 質量
α 固有角振動数比
ζa 減衰比

Claims (6)

1. トレッド部を有する空気入りタイヤであって、
   前記トレッド部に配されたトレッドゴムと、
   前記トレッド部のタイヤ内腔に配された吸振材とを含み、
   前記トレッドゴムと前記吸振材の固有角振動数比α及び前記吸振材の減衰比ζ_aは、下記式（１）及び（２）を満たす、
   空気入りタイヤ。
   ０．５ ≦ α ≦ ０．９ （１）
   ３．１ ≦４ζ_a ＋３α ≦ ５．５ （２）
   但し
   α ＝ ω_a ／ ω_t
   ω_a ＝ （K_a ／ M_a）^1/2
   K_a：前記吸振材の静的ばね定数（N/m²）
   M_a：前記吸振材の質量 （kg）
   ω_t ＝ （K_t ／ M_t）^1/2
   K_t：前記トレッドゴムの静的ばね定数（N/m²）
   M_t：前記トレッドゴムの質量 （kg）
   ζ_a ＝ C_a ／ C_ca
   C_a：前記吸振材の減衰係数 (Ns/m)
   C_ca ＝２（M_a・K_a）^1/2
   とする。
2. 前記固有角振動数比αは、下記式（３）を満たす、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
   ０．７ ≦ α （３）
3. 前記固有角振動数比α及び前記減衰比ζ_aは、下記式（４）を満たす、請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。
   ４ζ_a ＋３α ≦ ４．３ （４）
4. 前記吸振材は、帯状部材によって構成されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
5. 前記帯状部材は、タイヤ半径方向に積層されている、請求項４に記載の空気入りタイヤ。
6. 前記吸振材の前記質量M_aは、前記トレッドゴムの前記質量M_tの４０～１００％である、請求項１ないし５のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

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