JP4587795B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、空気入りタイヤに関するもので、特に、タイヤトレッド部に形成された周方向溝の気柱管共鳴音に起因するタイヤ騒音の低減に関する。

近年、車両の静粛化に伴って、タイヤに起因したノイズの自動車騒音に対する寄与が大きくなり、その低減が求められている。中でも、高周波数、特に、１０００Ｈｚ周辺のタイヤノイズは車外騒音の主原因となっており、環境問題への対応からも、その低減対策が必要不可欠である。
この１０００Ｈｚ周辺のタイヤノイズは、タイヤトレッド表面に形成される周方向溝が接地する際に、タイヤと路面との間に形成された管状の空洞の共鳴現象により発生することから、一般に気柱管共鳴音といわれており、気柱の長さ、すなわち、接地面内に内包される周方向溝の長さの２倍の波長で共鳴する。
この気柱管共鳴音を抑制するための手法としては、従来、周方向溝の本数や容積を減少させることがよく知られている。もう一つの手法としては、上記手法とは逆に周方向溝幅を広げる方法がある。
また、トレッドパターンを中央に１本の幅広の周方向溝とこの周方向溝に開口しない横溝とから成るパターンとし、上記パターンのシー／ランド比を制限することにより、ウエット特性を確保しつつ気柱管共鳴音の低減する方法などが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
特許第２６９８７３９号公報 特開平６−１４３９３２号公報

しかしながら、周方向溝の本数や容積を減少させると周方向溝による排水機能が低下することから、ハイドロプレーニング現象に代表されるウエット性能の低下をもたらす。
また、逆に、周方向溝幅を広げた場合には、接地面積の大幅な減少並びに接地圧の幅方向分布に大きな段差が生じるため、トレッドパターンのシー／ランド比を制限した場合であっても、ドライ路面における操縦安定性、限界グリップ特性が低下してしまうといった問題点があった。
また、周方向溝と横溝とを備えた従来のトレッドパターンでは、一般に、複数の周方向溝がそれぞれ横溝によって空間的に連続しているパターンとなっているため、上記周方向溝の接地長さに対応する周波数の共鳴音（気柱管共鳴音）が発生する。
このように、現在使用されているようなトレッドパターンの周方向溝に発生する気柱管共鳴音は、パターンデザインを大きく変更することなく、効果的に抑制する方法がないのが現状であった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、操縦安定性、限界グリップ特性やウエット性能を低下させることなく、タイヤ周方向溝から発生する気柱管共鳴音を低減することのできる空気入りタイヤを提供することを目的とする。

本発明者らは、周方向溝の共振周波数に対する横溝の影響を検討した結果、横溝を周方向溝に一端が周方向溝に開口し、他端が陸部途中で終端する（中断溝）形態とすると、その横溝の延在長さをｌ、音速をｃとした場合に、
ｆ＝（２ｎ−１）×ｃ／（４ｌ）
ｎは振動の次数 （ｎ＝１，３，５，‥‥）
で表わされる周波数の音が吸音されることから、上記横溝として、その延在長さを接地面内に内包される周方向溝の長さの４０％以上、すなわち、気柱管共鳴音の（１／４）波長近傍とした、上記気柱管共鳴音を吸音する、一端が周方向溝側に開口し、他端側が陸部側で終端する第１の横溝と、上記横溝の延在長さの半分の長さの第２の横溝の２種類の横溝とを設けることにより、１次の気柱管共鳴音と上記第１の横溝では吸音しきれない２次の気柱管共鳴音をともに低減できることを見出し本発明に到ったものである。
すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、トレッド表面に設けられたタイヤ周方向に沿って延びる少なくとも１本の周方向溝と、上記周方向溝と交わる方向に配置される横溝とを備えた空気入りタイヤであって、タイヤ転動中の接地面内に少なくとも１本が内包される、一端が周方向溝側に開口し、他端がトレッドの陸部内で終端する第１の横溝と、一端が周方向溝側に開口し、他端がトレッドの陸部内で終端する、延在長さが上記第１の横溝の延在長さの半分である第２の横溝とを備え、上記第１の横溝は上記周方向溝の一方側に位置する陸部に配置され、上記第２の横溝は上記周方向溝の他方側に位置する陸部に配置され、上記第１の横溝の延在長さとタイヤ接地面内に内包される周方向溝の接地長さとの比が０．４以上であることを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、トレッド表面に設けられたタイヤ周方向に沿って延びる少なくとも１本の周方向溝と、上記周方向溝と交わる方向に配置される横溝とを備えた空気入りタイヤであって、タイヤ転動中の接地面内に少なくとも１本が内包される、一端が周方向溝側に開口し、他端がトレッドの陸部内で終端する第１の横溝と、タイヤ転動中の接地面内に少なくとも１本が内包される、一端が周方向溝側に開口し、他端がトレッドの陸部内で終端する、長さが上記第１の横溝の延在長さの半分である第２の横溝とを備え、上記第１の横溝の一端は少なくとも１本の周方向溝に開口し、上記第２の横溝の一端は、残りの周方向溝に開口し、上記第１の横溝の延在長さとタイヤ接地面内に内包される周方向溝の接地長さとの比が０．４以上であることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の空気入りタイヤにおいて、上記第１の横溝、または、第２の横溝に、一端が上記第１の横溝側、または、第２の横溝側に開口し、他端がトレッドの陸部内で終端する副溝を設けたものである。

本発明によれば、一端が周方向溝側に開口し、他端がトレッドの陸部内で終端する、タイヤ接地面内に内包される周方向溝の接地長さとの比が０．４以上である第１の横溝を、タイヤ転動中の接地面内に少なくとも１本が内包されるように形成するとともに、一端が周方向溝側に開口し、他端がトレッドの陸部内で終端する、延在長さが上記第１の横溝の延在長さの半分である第２の横溝を設け、更に、第１の横溝を周方向溝の一方側に位置する陸部に配置し第２の横溝を周方向溝の他方側に位置する陸部に配置するか、もしくは、第１の横溝の一端を少なくとも１本の周方向溝に開口させ第２の横溝の一端を残りの周方向溝に開口させるかしたので、車外騒音の主要因である１０００Ｈｚ〜２０００Ｈｚ帯域の気柱管共鳴音を効果的に低減することができる。
また、上記第１及び第２の横溝の形成によって接地面積が増減することは殆どないので、騒音特性以外の性能に影響を与えることなく、タイヤノイズを低減することができる。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本発明の最良の形態に係る空気入りタイヤのトレッドパターンの展開図で、図２は上記空気入りタイヤをリムに組み付け、正規の空気圧を充填するとともに正規の荷重を負荷したときのフットプリントである。各図において、１１，１２は空気入りタイヤのタイヤトレッド部１０に、タイヤ赤道面Ｃに対して対称に形成された２対の周方向溝、１３，１４は、それぞれ、一端が赤道面Ｃ側に位置する周方向溝１１側に開口し、他端が上記周方向溝１１，１２により区画された陸部１５内で終端する第１及び第２の横溝、１６は第１の横溝１３から分岐する副溝、１７は上記周方向溝１１，１２に直交する方向に延長し、トレッドのショルダー側に位置する周方向溝１２とトレッド接地縁Ｅとにそれぞれ開口するショルダー横溝である。
なお、上記第１の横溝１３と第２の横溝１４とは、正規リムにリム組みされ、正規内圧、正規荷重を負荷した正規状態のタイヤ転動中の接地面内において、互いに独立しており、かつ、周方向溝１１，１２や図示しないその他の横溝とも完全に独立している。

第１の横溝１３は、上記周方向溝１１から上記陸部１５側に上記周方向溝１１に対して所定の角度で分岐する分岐部１３ａと、この分岐部１３ａの他端側に連通し、上記周方向溝１１と平行に延長する折曲部１３ｂとから成り、副溝１６は、上記折曲部１３ｂの途中から上記分岐部１３ａの延長方向と平行に周方向溝１１側に突出し、上記陸部１５内で終端する。本例では、上記の正規状態において、上記第１の横溝１３を、タイヤ転動中の接地面内に少なくとも１本が内包されるように形成するとともに、上記分岐部１３ａの長さと上記折曲部１３ｂの長さの総計、すなわち、第１の横溝１３の延在長さｌを、タイヤ接地面内に内包される周方向溝１１の接地長さをＬとしたとき、ｌ／Ｌが０．４以上となるようにしている。
第２の横溝１４も、上記第１の横溝１３と同様に、上記周方向溝１１から上記周方向溝１１に対して所定の角度で分岐する分岐部１４ａと、この分岐部１４ａに連通し、上記周方向溝１１と平行に延長する折曲部１４ｂとから成り、その延在長さは上記第１の横溝１３の半分である。また、本例では、上記第１の横溝１３と第２の横溝１４とは、タイヤ周方向に交互に配置した。

次に、本発明の作用について説明する。
タイヤの転動時に上記周方向溝が接地する際に、タイヤと路面との間には、タイヤ接地面内に内包される周方向溝１１の接地長さＬの管状の空洞に空気が入り込み、上記周方向溝の長さの２倍の波長で共鳴し気柱管共鳴音が発生するが、本例では、この周波数の音を、一端が上記周方向溝１１に開口する中断溝である上記第１の横溝１３により吸音する。すなわち、上記第１の横溝１３は、上記管状の空洞が両端開放であるのに対し、一端開口であるので、その延長長さｌをｌ／Ｌが０．４以上となるように設定しておけば、サイドブランチ型消音器の原理により、上記気柱管共鳴音付近の周波数、すなわち、トレッド踏面の接地長さに応じて変化する８００〜１４００Ｈｚの周波数の音を吸音する。したがって、路面の状態により気柱管共鳴音の周波数が１０００Ｈｚを中心に変化した場合でも、上記気柱管共鳴音を効果的に低減することができる。なお、ｌ／Ｌが０．４未満の場合には、吸音周波数と気柱管共鳴音の周波数とのずれが大きくなり吸音効果は低減する。
また、２０００Ｈｚ周辺の２次の気柱管共鳴音も車外騒音の要因としては大きいので、本例では、その延在長さが上記第１の横溝１３の半分である第２の横溝１４を設けて、上記第１の横溝１３では吸音しきれない２次の気柱管共鳴音を低減するようにしている。
これにより、車外騒音の主要因である１０００Ｈｚ周辺の１次の気柱管共鳴音と２０００Ｈｚ周辺の２次の気柱管共鳴音とを効果的に低減することができるので、タイヤ騒音を大幅に低減することができる。

このとき、上記第１の横溝１３と上記第２の横溝１４とをタイヤ周方向に交互に配置しておけば、タイヤ接地面に上記第１の横溝１３と第２の横溝１４とがタイヤ転動中の接地面内にともに内包されるので、１次及び２次の気柱管共鳴音を同時に吸音することができ、吸音効果を更に向上させることができる。
また、上記第１及び第２の横溝は、従来のトレッドパターンの基調を大きく変更するものではなく、接地面積が増減することがないので、ドライ路面における操縦安定性、限界グリップ特性に影響を与えないだけでなく、ハイドロプレーニング性能に代表されるウエット性能を低下させることなく、タイヤノイズを効果的に低減することができる。
また、上記第１の横溝１３に副溝１６を設けるようにすれば、第１の横溝１３全体の体積が大きくなるため、吸音効果を更に高めることができるとともに、騒音を悪化させることなく接地面内の総溝体積を増加できるので、上記第１の横溝１３との協動下で、ウエット性能を更に向上させることができる。

このように、本最良の形態によれば、タイヤトレッド部１０に、周方向溝１１，１２と、一端が赤道面Ｃ側に位置する周方向溝１１に開口し、他端が上記周方向溝１１，１２により区画された陸部１５内で終端する、その延在長さｌとタイヤ接地面内に内包される周方向溝１１の接地長さとの比が０．４以上である第１の横溝１３と、上記第１の横溝１３の延在長さの半分の延在長さを有する第２の横溝１４を、タイヤ周方向に交互に配置し、上記第１の横溝１３により車外騒音の主要因である１０００Ｈｚ周辺の気柱管共鳴音（１次）を吸音し、上記第２の横溝１４により上記第１の横溝では吸音しきれない２０００Ｈｚ周辺の２次の気柱管共鳴音を吸音するようにしたので、他の性能に影響を与えることなく、タイヤノイズを低減することができる。

なお、上記最良の形態では、第１の横溝１３と第２の横溝１４とを、一端をともに同じ周方向溝１１側に開口させるとともに、タイヤ周方向に交互に配置した場合について説明したが、図３に示すように、赤道面Ｃに対して対称に形成された陸部１５，１５の一方側に、第１の横溝１３を配置し、他方側に第２の横溝１４を配置するなど、第１の横溝１３を少なくとも１本の周方向溝に開口させ、残りの周方向溝に上記第２の横溝１４の一端を開口させるようにしても、同様の効果を得ることができる。
また、上記例では、周方向溝１１，１２を４本としたが、周方向溝の本数についても特に制限されるものではない。
また、図４に示すように、周方向溝１８の一方側に位置する陸部１９Ａに上記第１の横溝１３を配置し、他方側に位置する陸部１９Ｂに上記第２の横溝１４を配置するようにしても、ドライ路面における操縦安定性、限界グリップ特性やウエット性能を低下させることなく、タイヤノイズを効果的に低減することができる。なお、上記第１及び第２の横溝１３，１４が開口する周方向溝としては、上記のような、中央部に形成された周方向溝１８に限定されるものではないことはいうまでもない。

図１に示した、本発明の、周方向溝側に開口する２種類の延在長さの異なる横溝が設けられたタイヤ（実施例）と、図５に示すような、ショルダー側に開口する同じ延在長さの横溝２０が設けられた従来のタイヤ（比較例）とについて、タイヤ騒音とハイドロプレーニング性能とをそれぞれ評価した。
タイヤサイズは１９５／６５Ｒ１５で、これを６Ｊのリムにそれぞれ組込んだ。なお、タイヤ内圧は２２０ｋＰａとした。
タイヤ騒音の評価は、図６に示すように、試験タイヤＴを回転ドラム５１上で、速度４０〜１００ｋｍ／ｈｒまでを１０ｋｍ／ｈｒ刻みに走行させるとともに、各速度において、タイヤ横方向２ｍ、高さ０．２５ｍの位置に設置したマイクロフォン５２を前後１ｍの範囲で移動させながら、上記タイヤＴの発生する騒音の音圧を測定しその音圧平均値から、気柱管共鳴音レベル（１０００Ｈｚ）と騒音のオーバーオールレベルを求めた。なお、上記走行試験において、各タイヤに作用させる荷重は、４．６ｋＮとした。
また、ハイドロプレーニング性能については、上記タイヤＴをそれぞれ装着した試験車両を、水膜１０ｍｍの走行路にて様々な速度で走行させ、ハイドロプレーニングが発生する最低速度により評価した。その結果を表１に示す。

表１から明らかなように、本発明のタイヤ（実施例）は、気柱管共鳴音レベルも騒音のオーバーオールレベルも低く、ハイドロプレーニング性能についても従来のタイヤ（比較例）と同等であり、ハイドロプレーニング性能を低下させることなく、タイヤノイズを大幅に低減することができることが確認された。

このように、本発明によれば、従来のトレッドパターンの基調を大きく変更することなく、タイヤノイズを効果的に低減することができるので、ドライ路面における操縦安定性、限界グリップ特性、ウエット性能を十分に確保することができるとともに、車外騒音の小さなタイヤを提供することができる。

本発明の最良の形態に係る空気入りタイヤのトレッドパターンの展開図である。 本最良の形態に係る空気入りタイヤの接地形状を示す模式図である。 本発明による他のトレッドパターンの展開図である。 本発明による他のトレッドパターンの展開図である。 従来のトレッドパターンの展開図と接地形状を示す図である。 タイヤノイズの測定方法を示す図である。

符号の説明

１０ タイヤトレッド部、１１，１２ 周方向溝、１３ 第１の横溝、
１４ 第２の横溝、１５ 陸部、１６ 副溝、１７ ショルダー横溝。

Claims (3)

1. トレッド表面に設けられたタイヤ周方向に沿って延びる少なくとも１本の周方向溝と、上記周方向溝と交わる方向に配置される横溝とを備えた空気入りタイヤであって、
   タイヤ転動中の接地面内に少なくとも１本が内包される、一端が周方向溝側に開口し、他端がトレッドの陸部内で終端する第１の横溝と、
   一端が周方向溝側に開口し、他端がトレッドの陸部内で終端する、長さが上記第１の横溝の延在長さの半分である第２の横溝とを備え、
   上記第１の横溝は上記周方向溝の一方側に位置する陸部に配置され、
   上記第２の横溝は上記周方向溝の他方側に位置する陸部に配置され、
   上記第１の横溝の延在長さとタイヤ接地面内に内包される周方向溝の接地長さとの比が０．４以上であることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. トレッド表面に設けられたタイヤ周方向に沿って延びる少なくとも１本の周方向溝と、上記周方向溝と交わる方向に配置される横溝とを備えた空気入りタイヤであって、
   タイヤ転動中の接地面内に少なくとも１本が内包される、一端が周方向溝側に開口し、他端がトレッドの陸部内で終端する第１の横溝と、
   タイヤ転動中の接地面内に少なくとも１本が内包される、一端が周方向溝側に開口し、他端がトレッドの陸部内で終端する、長さが上記第１の横溝の延在長さの半分である第２の横溝とを備え、
   上記第１の横溝の一端は少なくとも１本の周方向溝に開口し、
   上記第２の横溝の一端は、残りの周方向溝に開口し、
   上記第１の横溝の延在長さとタイヤ接地面内に内包される周方向溝の接地長さとの比が０．４以上であることを特徴とする空気入りタイヤ。
3. 上記第１の横溝、または、第２の横溝に、一端が上記第１の横溝側、または、第２の横溝側に開口し、他端がトレッドの陸部内で終端する副溝を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気入りタイヤ。

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