JP5331457B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

この発明は、トレッド部踏面に、タイヤ周方向に対し傾斜する方向に延びる傾斜溝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を低減し、静粛性の向上を図る。

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溝、特には周方向溝と、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６００〜２０００Ｈｚ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の、排水性能の向上が希求されている。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を向上し、かつ、陸部の剛性を確保して操縦安定性を向上することが希求されている。

これらの対策として、特許文献２に記載されているように、タイヤ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、枝溝部よりも延在方向に直交する断面の面積が大きい気室部を具えるヘルムホルツタイプの共鳴器を配設することによって、共鳴器による反共振を利用し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、排水性能を向上しつつも、特許文献１に記載の空気入りタイヤと比較してトレッドパターンのデザイン上の自由度を向上させることができる。

国際公開第０４／１０３７３７号パンフレット 特開平５−３３８４１１号公報

しかし、特許文献１及び２に記載の空気入りタイヤは、いずれも共鳴器を周方向溝に開口するように設けることにより周方向溝から発生する気柱共鳴音を低減しているが、気柱共鳴音を発生するその他の溝部分、すなわちタイヤ周方向に対し傾斜して延びる傾斜溝については何ら対策が施されていない。

そこで、この発明の目的は、これまで充分に着目、検討されてこなかった傾斜溝から発生する気柱共鳴音の低減を図ることにより、静音性を向上させ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、この発明のタイヤは、トレッド部踏面に、タイヤ周方向に対し傾斜する方向に延びてトレッド接地端に開口する傾斜溝を具え、かかる傾斜溝に開口し、傾斜溝と接地路面とで区画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を具えることを特徴としている。

なお、共鳴器の種類は限定されないが、例えば、図１に示すようなヘルムホルツタイプの共鳴器した場合、その共鳴周波数ｆ_０は、枝溝部２の長さと枝溝部２の開口端の補正長さとの距離の和をＬ、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。このとき、Ｌの値は、文献によって相違するが、ここでは、枝溝部２の半径をｒ、長さをＬ_０としたとき、Ｌは１．３ｒとＬ_０との和とするものとする。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、枝溝部２の長さと枝溝部２の開口端の補正長さとの和Ｌ、気室部３の容積Ｖ等を選択することで、必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管路の延在方向に直交する断面積をＳ_１、第２管路の延在方向に直交する断面積を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の第２管路の周方向溝に開口している部分からの距離ｘの点における音圧Ｐ_２は、境界条件を、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、（ただし、ｋ＝２πｆ_０／ｃ）
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_ｓｃ・［｛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Ｐ_２＝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（ｋＬ_１）ｔａｎ（ｋＬ_２）−（Ｓ_２／Ｓ_１）＝０

あるいは、図３に示すように、気室部３が周方向溝に開口しているサイドブランチタイプの共鳴器１とすることができる。この場合、その共鳴周波数ｆ_０は、気室部の長さをｌ_３とし、音速をｃとしたとき、

として求めることができる。なお、音速ｃは、空気中にて略一定であるとして捉えることができる。

また、傾斜溝を複数本有し、夫々の傾斜溝に共鳴器を配設してなることが好ましい。

この発明によれば、傾斜溝に開口する共鳴器を設けることにより、傾斜溝から発生する気柱共鳴音が低減し、静粛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４は、この発明に従う空気入りタイヤ（以下「タイヤ」という。）のトレッド部の一部の展開図である。図５〜７は、この発明に従うその他の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４に示すように、トレッド部６の踏面に、タイヤ周方向に対し傾斜する方向に延びる傾斜溝７と、傾斜溝７に開口し、傾斜溝７と接地路面とで区画される管内の共鳴により発生する騒音を低減するヘルムホルツタイプの共鳴器１とを具える。共鳴器１は、傾斜溝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、容積が枝溝部２のそれよりも大きい気室部３を具える。このように、共鳴器１を配設することにより、傾斜溝７から発生する気柱共鳴音が低減し、静音性を向上させることが可能となる。また、排水性を向上させる観点から、傾斜溝７の一端がトレッド接地端にて閉塞せずに、開口していることが好ましい。更に、気柱共鳴音を効果的に低減する観点から、全ての傾斜溝７に対し共鳴器１が設けられていることが好ましい。
あるいは、図５に示すように、傾斜溝７及び周方向溝８を具えるタイヤでは、両溝に夫々開口する共鳴器１を具える構成とすることも可能である。また、図６に示すように、タイヤ周方向に隣接する傾斜溝７間を細溝９を介して連通させたり、図７に示すように、上記細溝９に加え、タイヤ周方向に隣接する傾斜溝７間を、共鳴器１から延在するサイプ１０を介して連通させたりすることができる（サイプ１０は、接地面内にて閉口する）。かかる細溝９により、溝同士が連通することとなり、傾斜溝７から発生する気柱共鳴音を全体に均一化することが可能となる。なお、細溝９やサイプ１０を設けることの副次的な効果としては、トレッド部６のネガティブ率が大きくなることによる排水性能の向上や、エッジ成分が増大することによる操縦安定性の向上が挙げられる。

また、共鳴器１を一定の周方向ピッチにて配設してなることが好ましい。なぜなら、共鳴器１を異なる周方向ピッチにて配設した場合には、トレッド部６の剛性に偏りが生じることから、操縦安定性にばらつきが生じ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、図示は省略するが、共鳴器１が傾斜溝７に開口している限りはその他の構成を採用することもでき、共鳴器１をトレッド部６の踏面に開口させずに、陸部内にて埋設させた構成とすることも可能である。また、上記してきたタイヤの傾斜溝７はいずれもその一端がトレッド接地端に開口しているが、傾斜溝７の構成は、これに限定されず、図示は省略するが、トレッド接地端に開口しない構成の傾斜溝７とすることも可能である。

次に、共鳴器を具えない従来のタイヤ（従来例タイヤ１〜３）、及び、この発明に従う共鳴器を具えるタイヤ（実施例タイヤ１〜３）を、タイヤサイズ２２５／４５Ｒ１７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１〜３は、夫々図８（ａ）、図９（ａ）及び図１０（ａ）に示すトレッドパターンを有し、タイヤ赤道面を挟んで対象形状を有する複数の傾斜溝を具えている。実施例タイヤ１〜３は、夫々図８（ｂ）、図９（ｂ）及び図１０（ｂ）に示すトレッドパターンを有し、夫々上記した傾斜溝に加え、傾斜溝に開口する共鳴器を具えている（夫々の諸元を表１に示す）。かかる共鳴器は、気室部と枝溝部からなり、前記傾斜溝から発生する気柱共鳴音に対応する共鳴周波数を発生させる段付きタイプの共鳴器である。また、共鳴器の共鳴周波数は、音速ｃの条件を３４３．７ｍ／ｓとして前述の式により計算したものである。

これら各供試タイヤをサイズ７．５Ｊのリムに取付けてタイヤ車輪とし、空気圧：２２０ｋＰａ（相対圧）、タイヤ負荷荷重：４．２５ｋＮを適用し、時速６０ｋｍ／ｈにて、室内ドラム試験機上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４００−２２００Ｈｚ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。また、気柱共鳴音の評価は、従来例タイヤ１〜３から発生する騒音の音量に対し、対応する実施例タイヤ１〜３にて減少している音量を相対値として算出することにより、気柱共鳴音の低減効果を評価した。その結果を表２に示す。また、実施例タイヤ１〜３における、従来例タイヤ１〜３から発生する騒音の音量に対し減少している音量を相対値のグラフを図１１に示す。

表２及び図１１の結果から明らかなように、実施例タイヤ１〜３は、夫々対応する従来例タイヤ１〜３に比べ、気柱共鳴音が低減している。

以上のことから明らかなように、傾斜溝に開口する共鳴器を設けることにより、傾斜溝から発生する気柱共鳴音が低減し、静粛性を向上させ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。 サイドブランチ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タイヤのトレッド部の一部の展開図である。 （ａ）は従来例タイヤ１のトレッド部の一部の展開図であり、（ｂ）は実施例タイヤ１のトレッド部の一部の展開図である。 （ａ）は従来例タイヤ２のトレッド部の一部の展開図であり、（ｂ）は実施例タイヤ２のトレッド部の一部の展開図である。 （ａ）は従来例タイヤ３のトレッド部の一部の展開図であり、（ｂ）は実施例タイヤ３のトレッド部の一部の展開図である。 実施例タイヤ１〜３における気柱共鳴音の低減効果の評価結果を示すグラフである。

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
７ 傾斜溝
８ 周方向溝
９ 細溝
１０ サイプ

Claims (5)

1. トレッド部踏面に、タイヤ周方向に対し傾斜する方向に延びてトレッド接地端に開口する傾斜溝を具える空気入りタイヤにおいて、
   前記傾斜溝に開口し、該傾斜溝と接地路面とで区画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を具えることを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記傾斜溝を複数本有し、夫々の傾斜溝に前記共鳴器を配設してなる、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 一端がトレッド接地端に開口する前記傾斜溝の他端を、トレッド部踏面の陸部内で終了させてなる、請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記共鳴器が開口する前記傾斜溝が、タイヤ赤道面を挟んでタイヤ幅方向の両側のそれぞれに位置する踏面半部内で延びるものとし、前記踏面半部の少なくとも一方に、当該傾斜溝を配置するとともに、
   前記傾斜溝を配置した踏面半部には、タイヤ周方向に連続して延びる周方向溝が存在しないものとしてなる、請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
5. 前記傾斜溝が、該傾斜溝に開口する前記共鳴器だけに連通し、または、該共鳴器および、タイヤ周方向に隣接する他の傾斜溝だけに連通するものとしてなる、請求項１〜４のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

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