JP5193550B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

この発明は、トレッド部踏面に、タイヤ周方向に延びる少なくとも２本の周方向溝、及び、周方向溝により区画形成してなるリブ状陸部を具え、リブ状陸部は、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ために路面接地域に開口した共鳴器を有し、共鳴器は、周方向溝から分岐して延びる枝溝部及び、枝溝部につながり、延在方向に直交する断面の面積が枝溝部のそれよりも大きい気室部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発生する気柱共鳴音を低減しつつも、静粛性、操縦安定性及び耐偏摩耗性の向上を図る。

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、環境問題への対応からも、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。しかし、周方向溝の溝容積を減少させた空気入りタイヤでは、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に記載の空気入りタイヤでは、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ずに操縦安定性が低下する虞がある。

これら問題の解決策として、特許文献２又は３に記載されているように、ヘルムホルツタイプの共鳴器を配設することによって、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。このことにより、周方向溝の溝容積を充分に確保して、排水性能を確保しつつも、特許文献１に記載の空気入りタイヤと比較して陸部の剛性を高くすることができる。

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

しかし、共鳴器を配設したいずれの空気入りタイヤにおいても、共鳴器を配設した部分のリブ状陸部の剛性が他の部分の剛性よりも低下し、かかる剛性が低下した部分における接地圧が低下する。そのことから、タイヤ負荷転動時の接地圧の変動に起因した振動、及び剛性の低下に起因した駆動力、コーナリング力の変動が発生し、静粛性、操縦安定性能及び耐偏摩耗性が低下する虞がある。

したがって、この発明の目的は、共鳴器及びリブ状陸部の形状の適正化を図ることにより、走行時の気柱共鳴音を低減しつつも、操縦安定性及び耐偏摩耗性が向上した空気入りタイヤを提供することにある。

前記目的を達成するため、この発明の空気入りタイヤは、トレッド部踏面に、タイヤ周方向に延びる少なくとも２本の周方向溝、及び、周方向溝により区画形成してなるリブ状陸部を具え、リブ状陸部は、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ために路面接地域に開口した共鳴器を有し、共鳴器は、周方向溝から分岐して延びる枝溝部及び、枝溝部につながり、延在方向に直交する断面の面積が枝溝部のそれよりも大きい気室部を具えており、リブ状陸部は細幅リブ状陸部と、細幅リブ状陸部よりも幅の大きな太幅リブ状陸部を具え、太幅リブ状陸部内に共鳴器の気室部を配設してなり、細幅リブ状陸部の陸部部分の幅と、太幅リブ状陸部の陸部部分の幅とが同一であることを特徴とする。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、共鳴器が配設されている領域にてリブ状陸部の陸部の幅が大きくなっていることから、リブ状陸部の剛性の局所的な低下を抑制し、タイヤ負荷転動時の接地圧の変動を小さくすることができるので、リブ状陸部の接地圧の変動に起因した振動と、剛性の変動に起因した駆動力、コーナリング力の変動を抑制し、静粛性、操縦安定性及び耐偏摩耗性を向上させることが可能となる。また、リブ状陸部の陸部部分の幅が一定であることから、リブ状陸部の剛性をタイヤ周上にわたってより均一とすることができ、静粛性、操縦安定性及び耐偏摩耗性の更なる向上を図ることができる。

なお、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。

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）

ここで、「リブ状陸部の陸部部分の幅」とは、具体的には、リブ状陸部の気室部が配設されていない部分では、リブ状陸部をタイヤ幅方向に沿って計った幅をいい、気室部が配設されている部分では、気室部を除いた陸部部分の幅をタイヤ幅方向に沿って計った幅をいうものである。

また、リブ状陸部の幅は、太幅リブ状陸部にて、細幅リブ状陸部と太幅リブ状陸部との連結位置から、気室部のタイヤ周方向中央位置に向かって所定の総幅まで漸増していることが好ましい。ここでいう「連結位置」とは、細幅リブ状陸部と太幅リブ状陸部との境界位置をいうものである。

この発明によれば、共鳴器及びリブ状陸部の形状の適正化を図ることにより、走行時の気柱共鳴音を低減しつつも、静粛性、操縦安定性及び耐偏摩耗性が向上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４は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り、図５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。

この発明の空気入りタイヤは、図３に示すように、トレッド部踏面６に、タイヤ周方向に延びる２本の周方向溝７、及び、周方向溝７により区画形成してなるリブ状陸部８を具え、リブ状陸部８は、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ために路面接地域に開口した共鳴器１を有し、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、枝溝部２につながり、延在方向に直交する断面の面積が枝溝部２のそれよりも大きい気室部３を具えている。かかる構成により、枝溝部２が連通する側の周方向溝７にて発生する気柱共鳴音は、共鳴器１を用いて反共振し、有効に低減される。また、リブ状陸部８は細幅リブ状陸部９と、細幅リブ状陸部９よりも幅の大きな太幅リブ状陸部１０から構成され、かかる太幅リブ状陸部１０内に共鳴器１の気室部３を配設している。従来のタイヤのように、一定の幅を有するリブ状陸部８内に共鳴器１を配設した場合には、リブ状陸部８の陸部部分の幅はリブ状陸部８の剛性と相関関係にあることから、共鳴器１を配設した部分における陸部部分の幅が減少することで、リブ状陸部８の剛性が他の部分における剛性よりも過剰に低下して、リブ状陸部８内における剛性差が大きくなる。その結果、タイヤ負荷転動時には、リブ状陸部８の接地圧が大きく変動することとなり、かかる接地圧の変動に起因した振動と、剛性の変動に起因した駆動力、コーナリング力の変動が発生し、静粛性、操縦安定性及び耐偏摩耗性が低下する。これに対し、この発明のタイヤは、共鳴器１が太幅リブ状陸部１０内に配設されており、共鳴器１を囲んでリブ状陸部８の陸部の幅が大きくなっているので、共鳴器１が配設されている部分のリブ状陸部８の剛性が他の部分の剛性に比べ顕著に低下しない。そのことから、タイヤ周上にわたって剛性差が小さくなり、タイヤ負荷転動時の接地圧の変動を小さくすることができるので、リブ状陸部８の接地圧の変動に起因した振動と、剛性の変動に起因した駆動力、コーナリング力の変動を抑制し、静粛性、操縦安定性及び耐偏摩耗性を向上させることが可能となる。

また、図４に示すように、リブ状陸部８の幅は、太幅リブ状陸部１０にて、細幅リブ状陸部９と太幅リブ状陸部１０との連結位置１１から、気室部３のタイヤ周方向中央位置に向かって所定の総幅まで漸増していることが好ましい。なぜなら、かかる構成を採用することにより、連結位置１１から、気室部３のタイヤ周方向中央位置にかけてリブ状陸部８の形状が、ウェット路面走行時に周方向溝７内を流れる水が円滑に流れる形状となっているため、図３に示すような、周方向溝７内を流れる水の流れに抗する形状となって耐ハイドロプレーニング性を低下させることなく、耐ハイドロプレーニング性を充分に確保することができるからである。なお、上記漸増しているリブ状陸部８部分は太幅リブ状陸部１０である。

更に、リブ状陸部８の陸部部分の幅が一定であることが好ましく、図５に示すように、細幅リブ状陸部９における陸部部分の幅Ｗ１と、太幅リブ状陸部１０における陸部部分の幅Ｗ２、Ｗ３を合算した幅とが同一となっていることをいう。なぜなら、かかるリブ状陸部８の陸部部分の幅を一定とすることにより、共鳴器１を配設したとしてもリブ状陸部８の剛性をタイヤ周上にわたってより均一とすることができ、タイヤ負荷転動時の接地圧の変動が更に小さくなるので、リブ状陸部８の接地圧の変動に起因した振動と、剛性の変動に起因した駆動力、コーナリング力の変動をより一層抑制し、静粛性、操縦安定性及び耐偏摩耗性の更なる向上を図ることができるからである。

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、図示していないが、気室部の形状を楕円形状として、リブ状陸部の陸部部分の幅を一定とすることもできる。

次に、図６に示すようなリブ状陸部に共鳴器を配設した従来技術のタイヤ（従来例タイヤ）並びに、細幅リブ状陸部及び太幅リブ状陸部によりリブ状陸部が構成され、太幅リブ状陸部内に共鳴器が配設されたこの発明のタイヤ（実施例タイヤ１〜２）および参考例タイヤ１〜４を、タイヤサイズ２２５／５５Ｒ１７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、４本の周方向溝、及び、かかる周方向溝により区画形成され、周上にわたって幅が一定である３本のリブ状陸部を具え、かかるリブ状陸部に共鳴器が配設されており、表１に示す諸元を有する。また、実施例タイヤ１および参考例タイヤ１〜４は、４本の周方向溝、並びに、かかる周方向溝により区画形成され、夫々細幅リブ状陸部及び太幅リブ状陸部により構成される３本のリブ状陸部を具え、かかる太幅リブ状陸部に共鳴器が配設されており、夫々表１に示す諸元を有する。なお、実施例タイヤ１および参考例タイヤ１〜４は、図３に示すような、太幅リブ状陸部の幅が連結位置にて急激に大きくなる形状を有し、実施例タイヤ２は、図４に示すような、リブ状陸部が連結位置から太幅リブ状陸部の気室部のタイヤ周方向中央位置にかけて漸増する形状を有する。表２に示す「太幅リブ状陸部幅」とは、気室部が配設されている部分におけるリブ状陸部の最大幅をいうものである。

これら各供試タイヤをサイズ７．５×１７のリムに取付けてタイヤ車輪とし、空気圧：２２０ｋＰａ（相対圧）を充填し、各種試験に供した。

気柱共鳴音の低減は、二名乗車相当の負荷荷重を適用し、時速８０ｋｍ／ｈにて、タイヤ車輪を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。

静粛性は、二名乗車相当の負荷荷重を適用し、タイヤ車輪をトヨタ自動車の車種：セルシオ（登録商標）に装着し、プロのドライバーが上記車両を、長い直線路を含む周回路及び緩やかなカーブの多いハンドリング評価路などからなるテストコース内で低速から時速１００ｋｍ／ｈ程度にて走行させて、騒音の聞こえ易さ、気になり易さを１０点満点でフィーリングにより評価した。その評価結果を表２に示す。

操縦安定性は、二名乗車相当の負荷荷重を適用し、タイヤ車輪をトヨタ自動車の車種：セルシオに装着し、プロのドライバーが上記車両を、長い直線路を含む周回路及び緩やかなカーブの多いハンドリング評価路などからなるテストコース内で低速から時速１００ｋｍ／ｈ程度にて走行させて、ドライ路面における操縦安定性をフィーリングにより１０点満点で評価した。なお、数値が大きいほど操縦安定性に優れていることを示し、その評価結果は表２に示す。

耐偏摩耗性は、二名乗車相当の負荷荷重を適用し、タイヤ車輪をトヨタ自動車の車種：セルシオに装着し、プロのドライバーが上記車両を一般道、高速道路、山道を含むコースを１００００ｋｍ走行させて、ブロック陸部内における最も摩耗している部分と摩耗していない部分の摩耗差をその平均値で比較することにより評価した。なお、摩耗差が小さいことは耐偏摩耗性に優れていることを示し、その評価結果を表２に示す。

耐ハイドロプレーニング性は、二名乗車相当の負荷荷重を適用し、タイヤ車輪をトヨタ自動車の車種：セルシオに装着し、プロのドライバーが上記車両を、水深１０ｍｍの濡れたサーキット路にて走行させて、タイヤの路面に対するスリップ率が１５％に達した速度を比較することにより評価した。このとき、従来例タイヤの耐ハイドロプレーニング性を１００として換算し、その他のタイヤを相対評価した。なお、数値が大きいほど耐ハイドロプレーニング性に優れていることを示し、その評価結果は表２に示す。

表２の結果から明らかなように、実施例タイヤ１〜２および参考例タイヤ１〜４は、従来例タイヤと比較して、静粛性、操縦安定性及び耐偏摩耗性のいずれも向上していた。このとき、実施例タイヤ１及び２において、静粛性、操縦安定性及び耐偏摩耗性のいずれもがバランスよく向上していた。加えて、実施例タイヤ２及び参考例タイヤ１は、耐ハイドロプレーニング性の低下が有効に抑制されており、従来例タイヤと同等の耐ハイドロプレーニング性を確保していた。それらのことから、耐ハイドロプレーニング性を確保しつつ、静粛性、操縦安定性及び耐偏摩耗性がバランスよく向上しているのは実施例タイヤ２であった。また、実施例タイヤ１〜２および参考例タイヤ１〜４は、従来例タイヤと同程度に気柱共鳴音が低減していた。

以上のことから明らかなように、この発明により、共鳴器及びリブ状陸部の形状の適正化を図ることにより、走行時の気柱共鳴音を低減しつつも、静粛性、操縦安定性及び耐偏摩耗性が向上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。 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。

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 リブ状陸部
９ 細幅リブ状陸部
１０ 太幅リブ状陸部
１１ 連結位置
Ｗ１ 細幅リブ状陸部の陸部部分の幅
Ｗ２、Ｗ３ 太幅リブ状陸部の陸部部分の幅

Claims (2)

1. トレッド部踏面に、タイヤ周方向に延びる少なくとも２本の周方向溝、及び、該周方向溝により区画形成してなるリブ状陸部を具え、該リブ状陸部は、該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ために路面接地域に開口した共鳴器を有し、該共鳴器は、該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、延在方向に直交する断面の面積が該枝溝部のそれよりも大きい気室部を具える空気入りタイヤにおいて、
   前記リブ状陸部は、細幅リブ状陸部と、該細幅リブ状陸部よりも幅の大きな太幅リブ状陸部を具え、該太幅リブ状陸部内に前記共鳴器の気室部を配設してなり、
   前記細幅リブ状陸部の陸部部分の幅と、前記太幅リブ状陸部の陸部部分の幅とが同一であることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記リブ状陸部の幅は、前記太幅リブ状陸部にて、前記細幅リブ状陸部と該太幅リブ状陸部との連結位置から、該気室部のタイヤ周方向中央位置に向かって所定の総幅まで漸増している、請求項１に記載の空気入りタイヤ。

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