JP4831868B2

JP4831868B2 - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP4831868B2
Application number: JP2001003428A
Authority: JP
Inventors: 雅則岩瀬; 康秀長谷井
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2001-01-11
Filing date: 2001-01-11
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2021-01-11
Also published as: JP2002205515A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビードフィラーとカーカス層との間に高減衰材料よりなる減衰層を介在させた空気入りタイヤに関し、特に、車両のロードノイズを低減するための技術として有用である。
【０００２】
【従来の技術】
乗用車等の車両が比較的荒れた路面を走行すると、車両室内にロードノイズと呼ばれる騒音が発生することが知られている。このロードノイズは、タイヤが関係する騒音の１つであり、路面の凹凸がタイヤトレッドを介してタイヤを振動させ、この振動が車軸、サスペンション、車体といった伝播経路を伝播して、最終的に車両室内で騒音を発生させるというものである。
【０００３】
この車室内騒音のうち、２５０〜４００Ｈｚの周波数帯のものは高周波数ロードノイズと称されており、タイヤの振動モードとしては断面２次モードが関係していると考えられる。この高周波数ロードノイズの対策としては、従来、主にトレッド部のベルト剛性に着目し、ベルト剛性の向上やベルト端に補強層を設けるなどの方法が採用されてきた。
【０００４】
一方、近年、タイヤの軽量化の要求が高まっており、上記手法は何れも重量を増加させる手法であるため、タイヤのゴム材料の一部を高減衰ゴムで置き換えることにより、ロードノイズを低減する手法が提案されている。例えば特開平９−３００９１１号公報には、ベルト層の両端部を覆うトレッドゴム部分にシート状の高減衰ゴムを使用したタイヤが提案されている。
【０００５】
この発明は、ベルト周りの振動を減衰させることにより、ロードノイズを低減するものであるが、ビード部からサイドウォール部周辺の振動を減衰させる発明としては、これまで特開平１０−３５２２９号公報に記載の発明のみが知られている。この発明は、ビードフィラーを３種類以上のゴム部から構成し、タイヤ径方向外側に位置するものほど１００％モジュラスを低くし、最外側に位置するゴム部を損失正接（ｔａｎδ）が０．３〜０．６の制振ゴム（高減衰材料）とした空気入りタイヤに係わるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ビードフィラーの最外側に位置するゴム部を制振ゴムのようなモジュラスの低いゴムで形成すると、ロードノイズは低減するものの、操縦安定性が大きく低下すると言う問題が生じる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、タイヤ重量の増加や操縦安定性の低下が小さく、しかも十分な騒音低減効果を得ることができる空気入りタイヤを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、有限要素法による固有値解析により、高周波数ロードノイズと関係するタイヤ断面２次モードにおける振動時の歪エネルギーの分布を解析した結果、ビードフィラー部分の歪エネルギーが大きいことを見出し、この知見に基づいて、ビードフィラーとカーカス層との間に高減衰材料よりなる減衰層を介在させてみたところ、操縦安定性を維持しつつ十分な騒音低減効果が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明の空気入りタイヤは、一対の環状のビードコアと、そのビードコアで端部側が折り返されたカーカス層と、そのカーカス層に側面が沿うように前記ビートコアのタイヤ外周側に配設されたビードフィラーとを備える空気入りタイヤにおいて、前記ビードフィラーと前記カーカス層との間に、測定温度２３℃、振動数１００Ｈｚ、動歪み０．１５％での動的粘弾性測定における損失正接（ｔａｎδ）が０．３以上の高減衰材料よりなる減衰層を介在させてあることを特徴とする。
【００１０】
上記において、前記減衰層の平均厚みが０．５〜２．０ｍｍであることが好ましい。
【００１１】
また、前記ビードフィラーの内側側面と外側側面とが、前記カーカス層の折り返し部と非折り返し部とに沿って配設されると共に、その内側側面及び外側側面と前記カーカス層との間に、前記減衰層を介在させてあることが好ましい。
【００１２】
その際、前記ビードフィラーの断面形状が略三角形であり、その断面形状の高さｈ_bfに対する前記減衰層の幅Ｗの比率（Ｗ／ｈ_bf）が０．３〜１．０であることが好ましい。
【００１３】
［作用効果］
本発明によると、高周波数ロードノイズと関係するタイヤ断面２次モードにおいて、振動時の歪エネルギーが局部的に大きくなるビードフィラーと、振動時の応力を伝達させるカーカス層との間に、高減衰材料よりなる減衰層を配設してあるため、振動エネルギーを効率良く減衰させることができる。しかも、減衰層が層状であるため、ビードフィラーによる補強効果を殆ど低下させず、実施例の結果が示すように、操縦安定性もかなり維持することができる。また、スチール補強や重量コントロールによる防振作用を利用するものでないため、タイヤ重量を殆ど増加させずに済む。その結果、タイヤ重量の増加や操縦安定性の低下が小さく、しかも十分な騒音低減効果を得ることができる空気入りタイヤを提供することができる。
【００１４】
前記減衰層の平均厚みが０．５〜２．０ｍｍである場合、操縦安定性の低下がより小さく、しかも十分な騒音低減効果をより確実に得ることができる。
【００１５】
前記ビードフィラーの内側側面と外側側面とが、前記カーカス層の折り返し部と非折り返し部とに沿って配設されると共に、その内側側面及び外側側面と前記カーカス層との間に、前記減衰層を介在させてある場合、ビードフィラーの両側面に伝達する振動エネルギーを減衰させることができ、騒音低減効果をより高めることができる。
【００１６】
前記ビードフィラーの断面形状が略三角形であり、その断面形状の高さｈ_bfに対する前記減衰層の幅Ｗの比率（Ｗ／ｈ_bf）が０．３〜１．０である場合、操縦安定性の低下がより小さく、しかも十分な騒音低減効果を確実に得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の空気入りタイヤの一例を示す片側断面図である。
【００１８】
本発明の空気入りタイヤは、図１に示すように、一対の環状のビードコア１と、そのビードコア１で端部側が折り返されたカーカス層５と、そのカーカス層５に側面が沿うようにビートコア１のタイヤ外周側に配設されたビードフィラー２とを備える。本実施形態では、ビードフィラー２の断面形状が略三角形であり、その内側側面２ａと外側側面２ｂとが、カーカス層５の折り返し部５ａと非折り返し部５ｂとに沿って配設される場合を例示する。
ビードコア１としては、従来よりタイヤに使用されているものが何れも使用でき、タイヤのサイズや種類に応じた形状、断面本数等が適宜採用される。ビードコア１は、通常、ビードワイヤーの集束体として形成され、ビードワイヤーとしては鋼線等が一般的である。このビードコア１によりカーカス層５の端部側が折り返されて係止することで、ビード部間がカーカス層５で補強されると共に、ビード部によってタイヤがリム上に強固に嵌着される。
【００１９】
カーカス層５は、本発明の構成を説明する上で、ビードコア１で折り返された折り返し部５ａと、ビードコア１に至るまでの非折り返し部５ｂと、ビードコア１の周囲の周囲部５ｃとに区分できる。非折り返し部５ｂは、ビード部から外周側へ延びるサイドウォール部３からショルダ部、トレッド部４を経て、他方のビード部へと連なる。
【００２０】
カーカス層５の両側にはゴム層が形成され、チューブレスタイヤでは、最内層にインナーライナー層が形成される。また、カーカス層５のタイヤ外周部には、たが効果による補強を行うベルト層６が配置され、その外周表面にトレッドゴム４ａによりトレッドパターンが形成される。
【００２１】
上記のゴム層等の原料ゴムとしては、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）等が挙げられる。これらのゴムはカーボンブラックやシリカ等の充填材で補強されると共に、加硫剤、加硫促進剤、可塑剤、老化防止剤等が適宜配合される。
【００２２】
また、、カーカス層５やベルト層６の構成材料としては、スチールや、ポリエステル、レーヨン、ナイロン、アラミド等の有機系繊維等が使用される。これらの材料は、いずれもゴムとの接着性を高めるべく、通常、表面処理や接着処理等がなされている。
【００２３】
ビードフィラー２としては、従来よりタイヤに使用されているものが何れも使用でき、タイヤのサイズや種類に応じた形状、硬度等が適宜採用できる。ビードフィラー２は、ビード部を補強する機能を有するため、ＪＩＳＡ硬度で７０〜９０°のゴムを使用するのが好ましい。
【００２４】
本発明の空気入りタイヤは、上記のような空気入りタイヤにおいて、図１に示すように、ビードフィラー２とカーカス層５との間に、高減衰材料よりなる減衰層１０ａ、１０ｂを介在させてあることを特徴とする。本実施形態では、ビードフィラー２の内側側面２ａと外側側面２ｂの全面を、シート状の減衰層１０ａ、１０ｂが覆う形でカーカス層５との間に介在させた例を示す。
【００２５】
高減衰材料としては、タイヤ加硫後において、測定温度２３℃、振動数１００Ｈｚ、動歪み０．１５％での動的粘弾性測定における損失正接（ｔａｎδ）が０．３以上のものが使用される。０．３未満では、減衰性が不十分となるため、騒音低減効果が乏しくなる。このため、損失正接は０．５以上が好ましく、０．８〜２．５が更に好ましい。なお、損失正接の測定方法の詳細は実施例に記載の通りである。
【００２６】
上記のような損失正接を有する材料としては、各種のものがその製法と共に公知であり、それらを何れも使用することができる。一般的には、ゴム、樹脂、又は熱可塑性エラストマーから、嵩高い官能基を有するものや極性基を有するものなど、適当な種類を選択したり、架橋密度や分子量を小さく調製したり、適当な可塑化剤又は軟化剤、可塑成分等を添加するなどすればよい。
【００２７】
本発明では、特に、高減衰材料の硬度、剛性をある程度高く維持しながら、上記のような損失正接を有する材料として、ポリノルボルネンゴム又はそのブレンド体などが好ましい。また、高減衰材料の硬度や剛性をある程度高く維持する上で、上記の損失正接と同じ測定条件において、高減衰材料の動的弾性率が５ＭＰａ以上が好ましく、１５ＭＰａ以上がより好ましい。
【００２８】
本発明における減衰層１０ａ、１０ｂは、厚みが一定のものに限らず、その平均厚みが０．５〜２．０ｍｍであることが好ましく、１．０〜２．０ｍｍがより好ましい。
【００２９】
また、図２に示す各サイズは、下記の如きである。ビードフィラー２の断面形状の高さｈ_bfに対する減衰層１０ａ、１０ｂの幅Ｗの比率（Ｗ／ｈ_bf）は０．３〜１．０であることが好ましく、０．５〜１．０がより好ましい。
【００３０】
また、ビードフィラー２の断面形状の高さｈ_bfに対する内側の減衰層１０ａの高さｈ１の比率（ｈ１／ｈ_bf）は、操縦安定性と騒音低減効果の観点より、０．５〜１．５であることが好ましく、０．７〜１．３がより好ましい。内側の減衰層１０ａの高さｈ１と外側の減衰層１０ｂの高さｈ２との高さの差は、操縦安定性と騒音低減効果の観点より、１０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下がより好ましい。
【００３１】
減衰層１０は、ビードフィラー２の内側側面２ａと外側側面２ｂの両面全体に設ける必要はなく、少なくとも何れかの側面に設ければよい。但し、ビードフィラー２の内側側面２ａに設ける方がより効果的である。また、側面の一部に設けてもよく、その場合、ビードフィラー２の上端の位置を中央にして減衰層１０を設けるのが好ましい。
【００３２】
更に、減衰層１０は、ビードコア１の側面にまで延設されていてもよいが、カーカス層５による補強機能を維持する上で、減衰層１０の下端がビードフィラー２の側面の下端より上方に位置するのが好ましい。
【００３３】
本発明における減衰層１０は、ビードフィラー２を形成するための部材に、減衰層１０を形成する部材を貼りつけてタイヤ成型を行うことにより、形成することができるが、前者の部材を押し出し成型する際に、共押し出しした複合部材を使用して形成することも可能である。その場合、後述の図３（ａ）に示すようなＶ型の減衰層１０が好ましい。
【００３４】
本発明の空気入りタイヤは、乗用車に限らず、軽量トラック、トラック・バスなどの幅広い重量の車両の空気入りタイヤに適用できる。
【００３５】
〔他の実施形態〕
以下、本発明の他の実施形態について説明する。
【００３６】
（１）前述の実施形態では、図１に示すような形態でビードフィラー２とカーカス層５との間に減衰層１０を介在させる例を示したが、図３（ａ）〜（ｃ）に示すような構造にしてもよい。
【００３７】
図３（ａ）に示すものは、断面形状が略三角形のビードフィラー２の上側をＶ型の減衰層１０が覆うようにして、カーカス層５との間に介在させた例である。従って、減衰層１０の下端は、ビードフィラー２の下端より上方に位置している。また、カーカス層５の折り返し方向は、図１の場合と同じであるが、折り返し部５ａの先端がビードフィラー２の上端より下方に位置している。このため、減衰層１０は、ビードフィラー２とカーカス層５との間に介在していない部分を有するが、その部分においても周囲のゴム層から伝達する振動エネルギーを減衰させることができる。
【００３８】
図３（ｂ）に示すものは、カーカス層５の折り返し方向が図１の場合と異なる例であり、その非折り返し部５ｂのみに減衰層１０を介在させると共に、更に非折り返し部５ｂの外側にも減衰層１０ｃを設けてある。このような減衰層１０ｃによっても周囲のゴム層から伝達する振動エネルギーを減衰させることができる。なお、カーカス層５は１層のものに限られず、２層形成したものでもよい。またカーカス層５を２層形成する場合、ビードフィラー２の外側と内側との両側から折り返すようにしてもよい。
【００３９】
図３（ｃ）に示すものは、ビードフィラー２の高さが低く、カーカス層５の折り返し部５ａの先端がビードフィラー２の上端より上方に位置する例である。この例では、減衰層１０がビードフィラー２とカーカス層５との間に介在すると共に、カーカス層５の折り返し部５ａと非折り返し部５ｂとの間にも介在している。また、前述の実施形態では、減衰層１０の厚みの分だけビードフィラー２の体積を減少させていたが、この例では、ビードフィラー２の体積を変化させずに、減衰層１０を設けてある。
【００４０】
（２）前述の実施形態では、ビードフィラー２の断面形状が略三角形の例を示したが、ビードフィラー２の断面形状は、台形、その他の形状でもよい。また、ビードフィラー２の構造は、２種以上の部分（材料）からなる複合体であってもよい。また、ビードフィラー２やビードコア１の近傍に、短繊維や長繊維等で補強した補強層を設けてもよい。その場合、カーカス層５のビードフィラー２とは逆側（介在しない側）に設けるのが、騒音低減効果の観点から好ましい。
【００４１】
【実施例】
以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。なお、損失正接（ｔａｎδ）、ロードノイズレベル、操縦安定性、タイヤ重量は、次のようにして測定・評価した。
【００４２】
（損失正接）
タイヤ製造後の減衰層について、動的粘弾性スペクトロメータ（レオロジ社製）を使用し、幅５ｍｍ、厚さ１ｍｍ、試料長２０ｍｍの短冊状試料により、初期歪み２．５％、振動数１００Ｈｚ、動歪み０．１５％、２３℃での条件で測定した。
【００４３】
（動的弾性率）
上記の損失正接と同じ測定条件にて動的弾性率を測定した（単位：ＭＰａ）。
【００４４】
（ロードノイズレベル）
試作タイヤをフロントとリア共に空気圧２００ｋＰａとし、テスト車両（２０００ｃｃの国産ＦＦ乗用車）に装着し、マイクを運転席の耳元に配して６０ｋｍ／ｈの定速走行で、２５０〜４００Ｈｚのロードノイズレベルを測定した。測定値は、比較例１を１００とする指数で表示した（数値が低いほど良）。
【００４５】
（操縦安定性）
乾燥状態の路面で、各走行モードにより走行した時のテストドライバーによるフィーリングで評価した。評価は、比較例１を１００とする指数で表示した（数値が高いほど良）。
【００４６】
（タイヤ重量）
比較例１のタイヤ重量を１００として指数で表示した（数値が低いほど軽い）。
【００４７】
実施例１〜３
ビードフィラーをＪＩＳＡ硬度９０°、ｔａｎδ＝０．１、その断面形状を略三角形（底辺８．５ｍｍ、高さ３５ｍｍ）とし、その両側面に同じ幅の表１に示すような減衰層をｈ１−ｈ２＝５ｍｍとなるように配置して、他の部分は一般的な材料、構造よりなるサイズ２０５／６５Ｒ１５のラジアルタイヤを試作した。
【００４８】
比較例１
実施例１において、減衰層を形成せずにその部分をビードフィラーと同じゴムで形成すること以外は同様にしてラジアルタイヤを試作した。
【００４９】
比較例２
実施例１において、減衰層をｔａｎδ＝０．２のゴム材料に代えること以外は同様にしてラジアルタイヤを試作した。
【００５０】
比較例３
実施例１において、減衰層を形成する代わりに、同じ材料で同体積となる減衰部を断面台形のビードフィラー（同体積）のタイヤ外周側頂部に設けること以外は、実施例１と同様にしてラジアルタイヤを試作した。
【００５１】
以上のラジアルタイヤの評価結果を表１に示す。
【００５２】
【表１】

表１の結果が示すように、実施例１〜３のタイヤでは、操縦安定性を維持しつつ、十分な騒音低減効果を得ることができる。これに対し、ｔａｎδ＝０．２の材料を用いた比較例２では、十分な騒音低減効果を得ることができず、また、断面三角形状に高減衰材料を配置した比較例３では、操縦安定性が大きく低下した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空気入りタイヤの一例を示す片側断面図
【図２】本発明における減衰層のサイズを説明するための説明図
【図３】本発明の空気入りタイヤの他の例を示す要部断面図
【符号の説明】
１ビードコア
２ビードフィラー
２ａビードフィラーの内側側面
２ｂビードフィラーの外側側面
５カーカス層
５ａカーカス層の折り返し部
５ｂカーカス層の非折り返し部
１０減衰層

Claims

一対の環状のビードコアと、そのビードコアで端部側が折り返されたカーカス層と、そのカーカス層に側面が沿うように前記ビートコアのタイヤ外周側に配設されたビードフィラーとを備える空気入りタイヤにおいて、
前記ビードフィラーと前記カーカス層との間に、測定温度２３℃、振動数１００Ｈｚ、動歪み０．１５％での動的粘弾性測定における損失正接（ｔａｎδ）が０．３以上の高減衰材料よりなる減衰層を介在させ、
断面形状が略三角形である前記ビードフィラーのタイヤ幅方向の内側側面と外側側面とが、前記カーカス層の折り返し部と非折り返し部とに沿って配設されると共に、その内側側面及び外側側面と前記カーカス層との間に、前記ビードフィラーの上側頂点をＶ型に覆うように、前記減衰層を介在させてあることを特徴とする空気入りタイヤ。
前記減衰層の平均厚みが０．５〜２．０ｍｍである請求項１記載の空気入りタイヤ。
前記ビードフィラーは、その断面形状の高さｈ_bfに対する前記減衰層の幅Ｗの比率（Ｗ／ｈ_bf）が０．３〜１．０である請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。