JP5755927B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、空洞共鳴によるロードノイズを低減できるようにした空気入りタイヤに関する。

車両が荒れた路面を走行したり、路面の継ぎ目を乗り越えたりすると、車内にロードノイズと呼ばれる騒音が発生することがある。このロードノイズは、タイヤが関係する騒音の一つであり、路面の凹凸がタイヤへの入力となってタイヤ内の空気を振動させ、車軸やサスペンションを通じて車体に振動が伝わり、最終的に車内での騒音を引き起こす。この車内騒音のうち２５０Ｈｚ付近に発生するものは、タイヤの空洞共鳴が関与していることが知られている。

このような空洞共鳴によるロードノイズを低減するべく、特許文献１には、タイヤのクラウン部の内表面にタイヤ径方向の突起を多数突設した空気入りタイヤが記載されている。この空気入りタイヤは、突起間での乱反射により空気の振動エネルギーを減衰し、ロードノイズを低減している。また、特許文献２には、バットレス部にタイヤ内面から突出しつつラジアル方向に延在する複数本の突条をタイヤ周方向に間隔をおいて形成した空気入りタイヤが記載されている。この空気入りタイヤは、突条によりバットレス部の剛性を高めることで、バットレス部が腹となる振動モードに起因したロードノイズを低減している。また、特許文献３には、多数の空気セルを設けたエアーキャップシート材をタイヤ内面に装着し、タイヤ内の防振、吸音を行うことにより、空洞共鳴によるロードノイズを低減する空気入りタイヤが記載されている。

空洞共鳴によるロードノイズを低減するには、路面からの入力による空気の振動が車軸へ伝播するのを抑制することが有効であるが、特許文献１又は２の空気入りタイヤは、乱反射により音を減衰させたり、振動モードに対して補強したりするものであり、空気の振動が車軸へ伝播するのを抑制するものではない。さらに、特許文献１及び２の空気入りタイヤは、タイヤ内面に設けた突起や突条により、意図しない空気流れや渦が発生し、新たな騒音源となったり、騒音を増大させたりする可能性もある。特許文献３の空気入りタイヤも、タイヤ内面に多数の空気セルを一様に並べているため、特許文献１，２と同様、意図しない空気流れや渦が発生し、新たな騒音源となったり、騒音を増大させたりする可能性がある。

特開昭６３−２９１７０９号公報 特開２００７−２７６７１２号公報 特開２００５−２９７８５８号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、路面からの入力による空気の振動が車軸へ伝播するのを抑制することで、空洞共鳴によるロードノイズを低減できる空気入りタイヤを提供することにある。

上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。即ち、本発明に係る空気入りタイヤは、トレッド面にタイヤ周方向と交差する方向に延びる横溝が設けられた空気入りタイヤにおいて、タイヤ内面から突出する突起が、前記横溝のタイヤ径方向内側に形成されているものである。

この空気入りタイヤでは、トレッド面に横溝が設けられているので、タイヤの回転に伴い、横溝に隣接する陸部が路面と接触し、陸部において路面からの入力が生じ、タイヤ内の空気を振動させる。一方、タイヤ内面に形成した突起は、タイヤの回転に伴い、タイヤ内面の空気流れに対して抵抗となり、下流側に乱流渦を発生させるが、この乱流渦は、空気の振動の通過を妨げる。本発明の突起は、横溝のタイヤ径方向内側に形成されているので、乱流渦は陸部のタイヤ径方向内側に発生する。これにより、乱流渦が、陸部で生じた空気の振動の通過を確実に妨げ、路面からの入力による空気の振動が車軸へ伝播するのを抑制できるため、空洞共鳴によるロードノイズを低減できる。

本発明の空気入りタイヤにおいて、突出方向から見た前記突起の形状は、直径が７．５ｍｍ以上の円形であることが好ましい。突出方向から見た突起の形状が円形であれば、突起の下流側に乱流渦を発生させやすい。また、直径がかかる範囲であれば、タイヤの回転速度が低い場合であっても確実に乱流渦を発生させることができる。

本発明の空気入りタイヤにおいて、前記突起は、タイヤ周方向に間隔を置いて複数形成されていることが好ましい。この構成によれば、タイヤ周方向に広範囲で乱流渦を形成可能となり、各陸部で生じた路面からの入力による空気の振動が、車軸へ伝播するのを効果的に抑制することができる。

本発明の空気入りタイヤにおいて、前記突起のタイヤ周方向の間隔は、前記直径の３倍以上であることが好ましい。突起どうしの間隔を直径の３倍以上とすることで、各突起により発生した乱流渦どうしが干渉し、騒音の発生源となるのを防ぐことができる。

本発明に係る空気入りタイヤの一例を示すタイヤ子午線断面図 図１のＡ−Ａ断面図 突起を空気入りタイヤの内周側から見た図 タイヤ内面を模式的に示す平面図 突起の変形例を示す断面図 実施例２，３におけるタイヤ内面の模式図

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係る空気入りタイヤの要部を示すタイヤ子午線断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。図１及び図２において、ＷＤはタイヤ幅方向を示し、ＣＤはタイヤ周方向を示しており、以下の図でも同様である。

図１および図２に示す空気入りタイヤＴは、一対のビード部（不図示）からタイヤ径方向外側へ延びる一対のサイドウォール部１と、両サイドウォール部１間に位置するトレッド部２と、を備える。このトレッド部２の外周面となるトレッド面には、タイヤ周方向ＣＤに延びる主溝３と、タイヤ周方向ＣＤと交差する方向に延びる横溝４が形成され、これらの溝により区分されたブロックやリブが設けられており、要求されるタイヤ性能や使用条件に応じた各種のトレッドパターンが形成されている。主溝３及び横溝４の本数や配置については特に限定されない。なお、本発明における横溝４は、タイヤ周方向ＣＤと交差する方向に沿って形成されていればよく、横溝４は、タイヤ幅方向ＷＤ又はタイヤ幅方向ＷＤから傾斜した方向に沿って形成される。

本発明の空気入りタイヤＴでは、タイヤ内面５から突出する突起６が、横溝４のタイヤ径方向内側に形成されている。突起６の突出方向ＰＤは、タイヤ内面５に対してほぼ垂直である。図３は、図２の下方から見た図であり、突起６を空気入りタイヤＴの内周側から見た図である。突出方向ＰＤから見た突起６の形状は、直径ｄの円形である。すなわち、本実施形態の突起６は、円柱状となっている。一般的な空気入りタイヤにおいて、タイヤ内面５には、空気圧保持のためのインナーライナーゴムが配されており、突起６はインナーライナーゴムを部分的に突出させて形成されている。

タイヤの回転に伴い、タイヤ内面５は車両速度とほぼ同じ速度ｖで移動する。これにより、タイヤ内面付近の空気は、タイヤ内面５に対して相対的に速度ｖで流れることとなる。突起６は、この空気流れｓに対して抵抗となり、突起６の下流側（図３の右側）には乱流渦ｔが形成される。

この空気入りタイヤＴでは、タイヤの回転に伴い、横溝４に隣接するブロック７が路面と接触し、ブロック７において路面からの入力ｉが生じ、タイヤ内の空気を振動させる。一方、上述のように突起６は、タイヤの回転に伴い、タイヤ内面５の空気流れｓに対して抵抗となり、下流側に乱流渦ｔを発生させる。乱流渦ｔは、路面からの入力ｉによる空気の振動の通過を妨げる。突起６は、横溝４のタイヤ径方向内側に形成されているので、乱流渦ｔはブロック７のタイヤ径方向内側に発生する。これにより、乱流渦ｔが、ブロック７で生じた空気の振動の通過を確実に妨げ、路面からの入力ｉによる空気の振動が車軸へ伝播するのを抑制できるため、空洞共鳴によるロードノイズを低減できる。

突起６の直径ｄは７．５ｍｍ以上が好ましい。一般的に、乱流が発生する臨界レイノルズ数は１５００〜２０００以上とされる。レイノルズ数Ｒｅは、Ｒｅ＝Ｕ×ｄ／（μ／ρ）の式で表される。ここで、Ｕは流速、ｄは直径、μは粘性係数、ρは密度である。また、密度ρは、ρ＝｛１．２９３／（１＋０．００３６７ｔ）｝×（Ｐ／７６０）の式で表せる。ここで、ｔは温度、Ｐはタイヤ内圧である。

例えば、温度ｔを２５℃（常温）、タイヤ内圧Ｐを２３０ｋＰａ、流速Ｕを５ｋｍ／ｈの条件において、レイノルズ数Ｒｅを１５００以上とするには、突起６の直径ｄは７．５ｍｍ以上が好ましい。レイノルズ数Ｒｅは流速Ｕによって増加するため、直径ｄを７．５ｍｍ以上とすることで、タイヤの回転速度が低い場合（例えば５ｋｍ／ｈ）であっても確実に乱流渦を発生させることができる。

一方、レイノルズ数Ｒｅが大きくなりすぎると、発生する乱流が新たな騒音源となる可能性があるため、レイノルズ数Ｒｅは５００００以下にすることが好ましい。例えば、温度ｔを２５℃、タイヤ内圧Ｐを２３０ｋＰａ、流速Ｕを８０ｋｍ／ｈの条件において、レイノルズ数Ｒｅを５００００以下とするには、突起６の直径ｄは１５ｍｍ以下が好ましい。直径ｄを１５ｍｍ以下とすることで、タイヤの回転速度が高い場合（例えば８０ｋｍ／ｈ）であっても過度の乱流渦が生じて新たな騒音源となるのを防ぐことができる。

突起６のタイヤ内面５からの突出高さｈは、ｄ以下が好ましく、ｄ／２以下がより好ましい。突出高さｈがｄより大きいと、タイヤ内面５の空気流れｓに対する抵抗が大きくなりすぎて、乱流が新たな騒音源となり得る。

図４は、タイヤ内面５を模式的に示す平面図であり、トレッド面に形成された主溝３と横溝４が破線で示されている。破線で囲まれた矩形部分は、主溝３と横溝４とにより区分されたブロック７である。突起６は、横溝４のタイヤ径方向内側に形成されている。
突起６は、タイヤ周方向ＣＤに間隔Ｐをおいて複数形成されている。突起６のタイヤ周方向ＣＤの間隔Ｐは、直径ｄの３倍以上であることが好ましい。乱流渦ｔは、突起６の下流側に３ｄ程度の範囲で形成されるため、間隔Ｐを直径ｄの３倍以上とすれば、各突起６により発生した乱流渦ｔどうしが干渉し、騒音の発生源となるのを防ぐことができる。また、突起６のタイヤ周方向ＣＤの間隔ＰＰは、直径ｄの７倍以下であることが好ましい。直径ｄの７倍以下であれば、接地面内に少なくともひとつの突起６が存在するようになり、路面からの入力ｉによる空気の振動に対して効果的に乱流渦ｔを発生させることができる。なお、突起６のタイヤ幅方向ＷＤの間隔は、直径ｄ以上であることが好ましい。

突起６は、横溝４のタイヤ径方向内側に形成されるが、図にも示すようにすべての横溝４に対してそれぞれ形成される必要はない。突起６を横溝４のタイヤ径方向内側に配置し、間隔Ｐを上記の範囲とすれば、騒音の低減効果は突起６の数に依存するが、突起６を過度に設けると、質量増加、体積増加となり、ユニフォミティや操縦安定性の悪化に繋がる可能性がある。

＜別実施形態＞
突起６の形状は、前述の円柱に限定されず、図５（ａ）のような半球、図５（ｂ）のような先細りした円柱などでもよい。また、図５（ｃ）のような円柱の先端を丸めた形状でもよい。さらに、円柱の上縁部のみを丸めた形状でもよい。ただし、製造のしやすさ等を考慮すると、突起６の形状は円柱もしくは半球が好ましい。

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。尚、実施例等における評価項目は、下記のようにして測定を行った。

空洞共鳴音レベル
タイヤ（１９５／６５Ｒ１５）を３０００ｃｃクラスのミニバンに装着し、所定の空気圧とした後、時速６０ｋｍでテストコースを走行し、運転席窓側の耳位置に取り付けたマイクロフォンで音圧を測定し、オクターブ分析により、２５０Ｈｚ帯域のパワースペクトルを用いて比較した。

タイヤ内面に円柱状の突起をランダムに配置したタイヤを比較例１とした。ここで、ランダム配置とは、突起を横溝のタイヤ径方向内側以外にも形成し、さらに突起どうしの間隔を乱流渦どうしの干渉を考慮せずに配置したものをいう。タイヤ内面に円柱状の突起を図４のように配置したタイヤを実施例１、図６（ａ）のように配置したタイヤを実施例２、図６（ｂ）のように配置したタイヤを実施例３とした。各例で突起の直径や突出高さを同じとし、タイヤサイズを１９５／６５Ｒ１５とした。各例の騒音について、タイヤ内面に突起を設けないタイヤからの低減効果を評価した。

比較例１は、突起を設けないタイヤに比べて騒音が２ｄＢ低減したが、ランダム配置のため、乱流渦どうしの干渉が生じて新たな騒音源となっており、騒音の低減効果は小さい。実施例１は、突起を設けないタイヤに比べて騒音が５ｄＢ低減し、すべての比較例及び実施例のなかで最も騒音の低減効果が大きい。実施例２は、突起を設けないタイヤに比べて騒音が３ｄＢ低減したが、実施例１，３に比べると全体の突起数が少なく、そのため騒音の低減効果は小さい。実施例３は、突起を設けないタイヤに比べて騒音が４ｄＢ低減した。実施例３は、突起の数、配置、及び低減効果についてバランスがよい。すなわち、突起の数も適当なため、過度の質量増加、体積増加はなく、配置も均等であるため、タイヤ内面における質量、体積の偏りもない。また、騒音の適度な低減効果も見込める。

１ サイドウォール部
２ トレッド部
３ 主溝
４ 横溝
５ タイヤ内面
６ 突起
７ ブロック
Ｔ 空気入りタイヤ
ｄ 突起の直径
Ｐ 突起どうしの間隔
ＷＤ タイヤ幅方向
ＣＤ タイヤ周方向
ＰＤ 突起の突出方向

Claims (4)

1. トレッド面にタイヤ周方向と交差する方向に延びる横溝が設けられた空気入りタイヤにおいて、
   タイヤ内面から突出する突起が、平面視において前記横溝と重なる位置に形成されており、且つこの突起以外の突起が、前記横溝に隣接する陸部と重なる位置に形成されていない空気入りタイヤ。
2. 突出方向から見た前記突起の形状は、直径が７．５ｍｍ以上の円形である請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記突起は、タイヤ周方向に間隔を置いて複数形成されている請求項２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記突起のタイヤ周方向の間隔は、前記直径の３倍以上である請求項３に記載の空気入りタイヤ。

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