JP5060790B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

この発明は、トレッド部踏面に、略タイヤ周方向に延びる少なくとも一本の周方向溝と、周方向溝と路面とで形成される管内の共鳴により発生する騒音を低減する共鳴器とを具える空気入りタイヤに関するものであり、かかる空気入りタイヤから生じる騒音の低減を図る。

近年、車両の静粛化に伴って、空気入りタイヤの負荷転動に起因した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が車外騒音の主たる原因となっており、環境問題の対応からも、その低減対策が求められている。

この１０００Ｈｚ周辺のタイヤノイズは、主に気柱共鳴音により発生する。気柱共鳴音とは、トレッド部踏面の周方向に連続して延びる周方向溝と、路面とによって囲曉される管内の空気の共鳴により発生する騒音であり、一般的な乗用車では８００〜１２００Ｈｚ程度に観測されることが多く、ピークの音圧レベルが高く、周波数帯域が広いことから、空気入りタイヤから発生する騒音の大部分を占めている。

また、人間の聴覚は、１０００Ｈｚ周辺の周波数帯域（Ａ特性）で特に敏感であることから、走行時のフィーリング面での静粛性を向上させる上でも、このような気柱共鳴音の低減は有効である。

そこで、かかる気柱共鳴音の低減を目的として、周方向溝の配設本数や容積を減じることが広く行われている他、特許文献１に開示されているように、一端だけが周方向溝に開口し、他端が陸部内で終端する長い横溝を設けて、その横溝内での反共振を用いて気柱共鳴音を低減させることが提案されている。また、特許文献２〜４に記載されているように、ヘルムホルツ共鳴器によって、反共振を用いて気柱共鳴音を低減する技術も提案されている。

国際公開第０４／１０３７３７号パンフレット 特開平５−３３８４１１号公報 特開２０００−１１８２０７号公報 特開２００１−１９１７３４号公報

しかし、周方向溝の溝容積を減少させたタイヤのように、周方向溝の溝容積が不足し、排水性能が低下する虞がある。また、特許文献１に記載のタイヤでは、長い横溝の配設が必須であることから、トレッドパターンのデザイン上の自由度が損なわれ、かつ、陸部の剛性が充分に確保されない虞がある。

これに対し、特許文献２に記載の空気入りタイヤは、ヘルムホルツ共鳴器によって気柱共鳴音の共鳴周波数付近のエネルギーを吸収する技術については、上記従来技術のような難点がなく、有効な手段であるといえるものの、空気入りタイヤの性能全般の問題（例えば、共鳴器が路面に接地する際に生じるピッチノイズ、気室部周辺における陸部の剛性の低下）、空気入りタイヤの量産可能性等を十分に考慮したうえで、ヘルムホルツ共鳴器の、トレッド部の具体的かつ効果的な配設方法を開示しているとはいい難く、未だ実用化には至っていないのが現状である。特許文献３及び４に記載の空気入りタイヤでは、タイヤ負荷転動時に、ヘルムホルツ共鳴器が路面と接地しないように配設されていることから、ヘルムホルツ共鳴器の路面との衝突によるピッチノイズは発生しないが、ヘルムホルツ共鳴器の配設に空間的な制約が生じ、その形状・寸法が限定されることとなるので、気柱共鳴音を充分に相殺することができなくなる虞がある。

したがって、この発明の目的は、トレッド部踏面に配設する共鳴器の形状及びその配設位置の適正化を図ることにより、走行時の気柱共鳴音及びピッチノイズを低減した空気入りタイヤを提供することにある。

これらのことを踏まえ、前記目的を達成するため、この発明は、トレッド部踏面に、略タイヤ周方向に延びる少なくとも一本の周方向溝と、周方向溝と路面とで形成される管内の共鳴により発生する騒音を低減する共鳴器とを具える空気入りタイヤにおいて、かかる共鳴器は、周方向溝から分岐して延びる枝溝部及び、かかる枝溝部につながり、枝溝部よりもタイヤ周方向に沿って測定した断面積が大きく、トレッド部踏面に開口する気室部を具え、かかる気室部は、タイヤ周方向に隣接する２つ以上の副気室部に分岐しており、かかる共鳴器がヘルムホルツ共鳴器であることを特徴とする空気入りタイヤである。このような空気入りタイヤでは、タイヤ負荷転動時に、共鳴器により、気柱共鳴音を低減しつつも、共鳴器の気室部が副気室部で分岐していることから、共鳴器が路面に接地する際の入力を有効に分散して、ピッチノイズを低減することが可能となる。ここで「略タイヤ周方向」とは、タイヤ周方向に直線状に延びる溝のみならず、ジグザグ状又は波状に延び、タイヤ全体としてタイヤ周方向に一周する溝をいうものとする。

また、共鳴器は共鳴周波数が７００〜１４００Ｈｚの範囲内にあることが好ましい。

共鳴器の種類は限定されないが、例えばヘルムホルツタイプの共鳴器とすることができる。この場合、その共鳴周波数ｆ_０は、一般に図１に示すような形状として表され、枝溝部２の半径をｒ、長さをｌ_０、枝溝部の断面積をＳとし、気室部３の容積をＶ、音速をｃとしたとき、

として表すことができる。なお、上記式中における枝溝部２端の補正は、通常は、実験によって求められるものであり、その値は、文献によって相違することになるも、ここでは、１．３ｒを用いるものとする。この場合、枝溝部２の断面が円形でないときは、枝溝部２の断面積から円形を仮定したｒを算出して使用するものとする。従って、共鳴器１の共鳴周波数ｆ_０は、枝溝部２の断面積Ｓ、気室部３の容積Ｖ等を選択することで、所要に応じて変化させることができる。そして、この発明に従う共鳴器のように、気室部が副気室部に分岐している場合には、副気室部を含めた気室部の体積Ｖを計算し、上記の数式に適応して共鳴周波数を算出することができる。

また、図２に示すように、共鳴器１の気室部３及び枝溝部２をそれぞれ第１管路４、第２管路５とみなして、それらを相互に連結した連結管路からなる段付きタイプの共鳴器とすることもでき、この場合の共鳴周波数ｆ_０は、以下のようにして求めることができる。

段付きタイプの共鳴器につき、第１管路のタイヤ周方向断面積をＳ_１、第２管路のタイヤ周方向断面積をＳ_２、境界における第１管路４側の音響インピーダンスをＺ_１２、境界における第２管路５側の音響インピーダンスをＺ_２１とすると、連続の条件から次式が導かれる。
Ｚ_２１＝（Ｓ_２／Ｓ_１）・Ｚ_１２
第２管路５の音圧分布Ｐ_２ は、境界条件を、第１管路の周方向溝に開口している部分からの距離をｘとすると、ｘ＝０でＶ_２＝Ｖ_０ｅ^ｊｗｔとし、ｘ＝ｌ_２でＰ_２／Ｖ_２＝Ｚ_２としたとき、次式により導かれる。
Ｐ_２＝Ｚ_ｓ・{Ｚ_２１ｃｏｓ（ｋ（ｌ_２−ｘ））＋ｊＺ_ｃｓｉｎ（ｋ（ｌ_２−ｘ））／Ｚ_ｃｃｏｓ（ｋｌ_２）+ ｊＺ_２１ ｓｉｎ（ｋｌ_２）}・Ｖ₀ｅ^ｊｗｔ
このとき、Ｖ_２は第２管路５の粒子速度分布を、Ｖ₀は入力点の粒子速度を、ｊは虚数単位を、Ｚｃはρｃ（ρ：空気の密度、ｃ：音速）を夫々示している。
第１管路４の音圧分布Ｐ_１は、境界条件を、ｘ＝ｌ₁でＶ₁＝０とし、ｘ＝ｌ_２でＰ_２／Ｖ_２＝Ｚ_２１としたとき、次式により導かれる。
Ｐ_１＝Ｚ_ｓ・[Ｚ_２１ｃｏｓ（ｋ（ｌ_２−ｘ））／ｃｏｓ（ｋｌ₁）・｛Ｚ_ｃｃｏ（ｋｌ_２）＋ｊＺ_２１ ｓｉｎ（ｋｌ_２）｝]・Ｖ_０ｅ^ｊｗｔ

よって、共鳴周波数ｆ_０の条件式は、共鳴の条件をｘ＝０でＰ₂＝０とした場合に、次式として導かれる。この共鳴の条件式に基づいてｋ、ｌ_１、ｌ_２、Ｓ_２、Ｓ_１、ｃを決定して共鳴周波数ｆ_０を求めることができる。
ｔａｎ（ｋｌ₁）ｔａｎ（ｋｌ₂）−（Ｓ₂／Ｓ₁）＝０（ただし、ｋ＝２πｆ_０／ｃ）

そして、この発明に従う共鳴器のように、気室部が副気室部に分岐している場合には、副気室部を含めた気室部の体積Ｖを計算し、気室部と枝溝部の接合部から副気室部の最も遠い周端位置までの気室長さＬを測定することで、タイヤ周方向断面積ＳをＶ／Ｌとして求め、上記の数式に適応して共鳴周波数を算出することができる。

更に、副気室部のタイヤ幅方向長さが、気室部のタイヤ幅方向長さの５０〜９０％の範囲内にあることが好ましい。ここで、「副気室部のタイヤ幅方向長さ」とは、気室内で分岐している分岐部分である副気室部の幅方向長さをいうものとする。

更にまた、副気室部のタイヤ周方向長さが、気室部のタイヤ周方向長さの２０〜８０％の範囲内にあることが好ましい。ここで、「副気室部のタイヤ周方向長さ」とは、分岐している全副気室部の周方向長さを合算した長さをいうものとする。

加えて、共鳴器は、複数のタイヤ周方向ピッチにて配設されることが好ましい。

加えてまた、周方向溝が２本以上であり、タイヤ幅方向に隣接する周方向溝に開口する共鳴器は、タイヤ周方向にずらして配設されることが好ましい。ここで、「タイヤ周方向にずらして配設」とは、タイヤ幅方向に隣接する共鳴器のタイヤ周方向での配設ピッチの始点を異ならせて、共鳴器の周方向端がタイヤ幅方向に隣接する共鳴器間で一致しないように配設することをいうものとする。

この発明によれば、トレッド部踏面に配設する共鳴器の形状及びその配設位置の適正化を図ることにより、走行時の気柱共鳴音及びピッチノイズを低減した空気入りタイヤを提供することが可能となる。

以下、図面を参照しつつこの発明の実施の形態を説明する。図３は、この発明に従う代表的な空気入りタイヤ（以下「タイヤ」という。）のトレッド部の一部の展開図であり、図４ａ及び４ｂはこの発明に従う共鳴器の斜視図であり、図５〜７は、この発明に従うその他の代表的なタイヤのトレッド部の一部の展開図である。

この発明のタイヤは、図３に示すように、トレッド部踏面６に、略タイヤ周方向に延びる少なくとも一本の周方向溝７と、周方向溝７と路面とで形成される管内の共鳴により発生する騒音を低減する共鳴器１とを具えている。また、かかる共鳴器１は、周方向溝７から分岐して延びる枝溝部２及び、かかる枝溝部２につながり、枝溝部２よりもタイヤ周方向断面積が大きく、トレッド部踏面６に開口する気室部３を具え、かかる気室部３は、タイヤ周方向に隣接する２つの副気室部８、８に分岐している。このようなタイヤでは、タイヤ負荷転動時に、共鳴器１により、気柱共鳴音を低減しつつも、共鳴器１の気室部３が複数の副気室部８、８に分岐していることから、共鳴器１が路面に接地する際に、夫々の副気室部８、８の踏込端が入力を分散して負担することとなり、そのことに伴い、主に踏込端が路面に接地して発生するピッチノイズを低減することが可能となる。このとき、共鳴器１の形状、寸法等の諸条件に応じて任意に設定することができ、例えば、気室部３を３つ以上の副気室部８に分岐させることもできる。なお、共鳴器１としての基本的な機能には影響しないことから、枝溝部２は、図４ａに示すように、トレッド部踏面６に開口していなくとも良く、また、図４ｂに示すように、トレッド部踏面６に開口していても良い。

また、共鳴器１は共鳴周波数が７００〜１４００Ｈｚの範囲内にあることが好ましい。なぜなら、共鳴器１の共鳴周波数が、上記共鳴周波数の範囲外となる場合には、気柱共鳴音の主たる周波数帯域から逸脱することとなり、共鳴器１の共鳴周波数により気柱共鳴音を効果的に低減することができなくなり、タイヤから発生する騒音を充分に低減することができなくなる可能性があるからである。

更に、図３に示すように、副気室部８のタイヤ幅方向長さＬ１が、気室部３のタイヤ幅方向長さＬ２の５０〜９０％の範囲内にあることが好ましく、より好ましくは８０〜９０％の範囲内にある。なぜなら、副気室部８のタイヤ幅方向長さＬ１が、気室部３のタイヤ幅方向長さＬ２の５０％未満の場合には、副気室部８のタイヤ幅方向長さＬ１が小さくなり過ぎて、タイヤ負荷転動時に、共鳴器１が路面に接地する際の入力を、副気室部８が夫々に充分に負担して、有効に分散することができなくなり、ピッチノイズを充分に低減することができなくなる可能性があり、一方、副気室部８のタイヤ幅方向長さＬ１が、気室部３のタイヤ幅方向長さＬ２の９０％を超える場合には、分岐した複数の副気室部８が夫々別個に共鳴してしまい、副気室部８をあわせて一つの気室部３として機能させることが困難となるため、所望の共鳴周波数とはならない可能性があるからである。

更にまた、副気室部８のタイヤ周方向長さＤ１が、気室部３のタイヤ周方向長さＤ２の
２０〜８０％の範囲内にあることが好ましく、より好ましくは３０〜５０％の範囲内にある。なぜなら、副気室部８のタイヤ周方向長さＤ１が、気室部３のタイヤ周方向長さＤ２の２０％未満の場合には、副気室部８のタイヤ周方向長さＤ１が小さくなり過ぎて、副気室部の体積が充分に確保されずに、そもそも副気室部に分岐することによるこの発明の効果が得られない可能性があり、一方、副気室部８のタイヤ周方向長さＤ１が、気室部３のタイヤ周方向長さＤ２の８０％を超える場合には、副気室部８のタイヤ周方向長さＤ１が大きくなり過ぎて、副気室部８間の陸部９の剛性を充分に確保することができずに、タイヤ負荷転動時にかかる陸部８がもげ等により破壊される虞があるからである。なお、気室内においてタイヤ周方向に隣接する副気室部８、８の夫々におけるタイヤ周方向長さは、図３中では同一であるが、相互に異ならせても良い。

加えて、図５に示すように、共鳴器１は、複数のタイヤ周方向ピッチにて、すなわち、いわゆるバリアブルピッチにて配設されることが好ましい。なぜなら、共鳴器１が全て同一の周方向ピッチで配設される場合には、タイヤ負荷転動時に、タイヤ周方向に隣接した共鳴器１のピッチノイズが相互に共鳴して増幅し、騒音となる可能性があるからである。

加えてまた、図６に示すように、周方向溝７が二本以上であり、タイヤ幅方向に隣接する周方向溝７に開口する共鳴器１は、タイヤ周方向にずらして配設されることが好ましい。なぜなら、タイヤ幅方向に隣接する共鳴器１が、タイヤ周方向に並んで配設される場合には、タイヤ負荷転動時にピッチノイズが相互に共鳴して増幅し、騒音となる可能性があるからである。

なお、上述したところはこの発明の実施形態の一部を示したに過ぎず、この発明の趣旨を逸脱しない限り、これらの構成を交互に組み合わせたり、種々の変更を加えたりすることができる。例えば、図７に示すように、トレッド部踏面６に配設される複数の共鳴器１の共鳴周波数を夫々異ならせて、反共振する周波数の帯域を広範に設定することも可能である。また、図示していないが、気室部１内でタイヤ周方向に隣接している副気室部８のタイヤ幅方向長さを相互に異ならせて、夫々の副気室部８における入力の負担を任意に異ならせても良い。

次に、周方向溝のみを配設した従来技術のトレッドパターンを有するタイヤ（従来例タイヤ）、従来技術の共鳴器を具えたタイヤ（比較例タイヤ）、この発明のタイヤ（実施例タイヤ１〜５）を、タイヤサイズ１９５／６５Ｒ１５の乗用車用ラジアルタイヤとして、夫々試作し、性能評価を行ったので、以下に説明する。

従来例タイヤは、図示していないが、従来例タイヤ及び実施例タイヤと同様の周方向溝を４本配設したトレッドパターンを有し、比較例タイヤは、図８に示すように、従来技術の共鳴器を具え、表１に示す諸元を有する。

また、実施例タイヤ１〜５は、図９に示すように、トレッド部全体に共鳴器を配設し、かかる共鳴器の気室部が２つの副気室部に分岐しており、また、タイヤ幅方向に隣接する共鳴器はタイヤ周方向にずらして配設されており、夫々に表１に示す諸元を有する。

これら各供試タイヤをサイズ１５．０×６．０ＪＪのリムに取付けてタイヤ車輪とし、空気圧：２１０ｋＰａ（相対圧）、タイヤ負荷荷重４．０ｋＮを適用し、時速８０ｋｍ／ｈにて、室内ドラム試験機で走行させた際のタイヤ側方音をＪＡＳＯ Ｃ６０６規格にて定める条件で測定して、１／３オクターブ中心周波数８００−１０００−１２００Ｈｚ帯域における、パーシャルオーバーオール値を演算して、気柱共鳴音を評価した。実施例中の共鳴器の共鳴周波数は、ヘルムホルツタイプの共鳴器として捉えて、音速ｃの条件を３４３．７ｍ／ｓとして計算したものである。なお、ピッチノイズの評価は、２ｄＢ以上の低減効果を希求水準として、比較例タイヤに対する相対値としてピッチ一次帯域値（ピッチ一次ピーク周波数±２０Ｈｚ内のパーシャルオーバーオール値）を評価した。また、気柱共鳴音の評価は、従来例タイヤに対する相対値として評価した。その結果を表２に示す。

表２の結果から明らかなように、実施例タイヤ１〜５は、従来例タイヤと比較して、気柱共鳴音は大幅に低減しており、ピッチノイズも比較例タイヤほどではないが比較的低減している。また、実施例タイヤ１〜５は、比較例タイヤに比べ、気柱共鳴音は同等に低減しているが、ピッチノイズが大幅に低減している。このとき、実施例タイヤの気室部のタイヤ幅方向長さに対する副気室部のタイヤ幅方向長さの比の大きさに比例して、ピッチノイズが低減しており、希求水準は、実施例タイヤ２〜５において満たされていることがわかる。よって、ピッチノイズが最も低減しており、気柱共鳴音も充分に低減している実施例タイヤ５が最も好適である。

以上のことから明らかなように、この発明により、トレッド部踏面に配設する共鳴器の形状及びその配設位置の適正化を図ることにより、走行時の気柱共鳴音及びピッチノイズを低減した空気入りタイヤを提供することが可能となった。

ヘルムホルツタイプの共鳴器を模式的に示す図である。 段付きタイプの共鳴器を模式的に示す図である。 この発明に従う代表的なタイヤのトレッド部の一部の展開図である。 この発明に従う代表的なタイヤのトレッド部の一部の斜視図である。 この発明に従う代表的なタイヤのトレッド部の一部の斜視図である。 この発明に従うその他の代表的なタイヤのトレッド部の一部の展開図である。 この発明に従うその他の代表的なタイヤのトレッド部の一部の展開図である。 この発明に従うその他の代表的なタイヤのトレッド部の一部の展開図である。 従来例タイヤのトレッド部の一部の展開図である。 比較例タイヤ１のトレッド部の一部の展開図である。

符号の説明

１ 共鳴器
２ 枝溝部
３ 気室部
４ 第１管路
５ 第２管路
６ トレッド部踏面
７ 周方向溝
８ 副気室部
９ 副気室部間の陸部

Claims (6)

1. トレッド部踏面に、略タイヤ周方向に延びる少なくとも一本の周方向溝と、周方向溝と路面とで形成される管内の共鳴により発生する騒音を低減する共鳴器とを具える空気入りタイヤにおいて、
   該共鳴器は、前記周方向溝から分岐して延びる枝溝部及び、該枝溝部につながり、該枝溝部よりもタイヤ周方向断面積が大きく、トレッド部踏面に開口する気室部を具え、
   該気室部は、タイヤ周方向に隣接する２つ以上の副気室部に分岐しており、
   前記共鳴器がヘルムホルツ共鳴器であることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記共鳴器は共鳴周波数が７００〜１４００Ｈｚの範囲内にある、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記副気室部のタイヤ幅方向長さが、前記気室部のタイヤ幅方向長さの５０〜９０％の範囲内にある、請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記副気室部のタイヤ周方向長さが、前記気室部のタイヤ周方向長さの２０〜８０％の範囲内にある、請求項１〜３のいずれか一項に記載の空気入りタイヤ。
5. 前記共鳴器は、複数のタイヤ周方向ピッチにて配設される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気入りタイヤ。
6. 前記周方向溝が二本以上であり、タイヤ幅方向に隣接する周方向溝に開口する前記共鳴器は、タイヤ周方向にずらして配設される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の空気入りタイヤ。

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