JP6432211B2 - 騒音低減装置及びそれを備えた空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ内面に装着される騒音低減装置及びそれを備えた空気入りタイヤに関し、更に詳しくは、走行時におけるバンド部材の温度上昇を抑制し、高速耐久性を改善することを可能にした騒音低減装置及びそれを備えた空気入りタイヤに関する。

空気入りタイヤにおいて、騒音を発生させる原因の一つにタイヤ内部に充填された空気の振動による空洞共鳴音がある。この空洞共鳴音は、タイヤを転動させたときにトレッド部が路面の凹凸によって振動し、トレッド部の振動がタイヤ内部の空気を振動させることによって生じるものである。

このような空洞共鳴現象による騒音を低減する手法として、タイヤとホイールのリムとの間に形成される空洞部内に吸音材を配設することが提案されている。より具体的には、タイヤ内面に沿うように環状に形成された熱可塑性樹脂からなるバンド部材に対して多孔質材料からなる吸音材を接合した騒音低減装置を構成し、そのバンド部材の弾性復元力を利用してタイヤ内面のトレッド部に対応する領域に吸音材を設置することが行われている（例えば、特許文献１，２参照）。

しかしながら、上述した騒音低減装置はバンド部材が熱可塑性樹脂で構成されているため、走行時に空気入りタイヤが発熱すると、その熱がタイヤ内面から伝播されてバンド部材の降伏強度が低下する。そして、バンド部材の降伏強度が低下した状態で走行速度が増大し、バンド部材に掛かる遠心力が極端に大きくなると、バンド部材が変形して破壊に至るという懸念がある。

特許第４１７５４７９号公報 国際公開第２００５／０１２００７号

本発明の目的は、走行時におけるバンド部材の温度上昇を抑制し、高速耐久性を改善することを可能にした騒音低減装置及びそれを備えた空気入りタイヤを提供することにある。

上記目的を解決するための本発明の騒音低減装置は、タイヤ内面に沿うように環状に成形された熱可塑性樹脂からなるバンド部材と、該バンド部材に対して接合された多孔質材料からなる吸音材とを有し、前記バンド部材の弾性復元力に基づいて前記吸音材をタイヤ内面に装着するようにした騒音低減装置において、前記バンド部材の外周面に少なくとも１つの凸部を設け、該バンド部材の外周面を平滑面に対して接触させたときの接触面積が該バンド部材の投影面積の１０％〜８０％の範囲にあると共に、前記凸部のタイヤ内面に接触するエッジに曲面からなる面取り部を形成し、該面取り部のバンド幅方向断面での曲率半径及びバンド周方向断面での曲率半径がそれぞれ０．１ｍｍ〜３．０ｍｍであることを特徴とするものである。

また、本発明の空気入りタイヤは、上述した騒音低減装置を空洞部内に備えたことを特徴とするものである。

本発明では、バンド部材の弾性復元力に基づいて吸音材をタイヤ内面に装着するようにした騒音低減装置において、バンド部材の外周面に少なくとも１つの凸部を設け、該バンド部材の外周面を平滑面に対して接触させたときの接触面積を該バンド部材の投影面積の１０％〜８０％の範囲にすることにより、走行時に空気入りタイヤが発熱したとしても、その熱がタイヤ内面から伝播されてバンド部材の温度が上昇するのを抑制し、騒音低減装置の高速耐久性を改善することができる。

本発明において、凸部のタイヤ内面に接触するエッジに曲面からなる面取り部を形成し、該面取り部のバンド幅方向断面での曲率半径及びバンド周方向断面での曲率半径がそれぞれ０．１ｍｍ〜３．０ｍｍであることが好ましい。これにより、凸部の接触によるタイヤ内面の損傷を軽減し、空気入りタイヤの耐久性を向上するができる。

凸部はバンド部材の周方向に連続的に延在する少なくとも１つの凸部を含むことが好ましい。また、凸部はバンド部材の周方向に沿って断続的かつ反復的に配置された複数の凸部を含むことが好ましい。更に、凸部はバンド部材の幅方向に並ぶように配置された複数の凸部を含むことが好ましい。このような形態の凸部をバンド部材に設けることにより、タイヤ内面からバンド部材への熱伝導を効果的に抑制することができる。

凸部の高さはバンド部材を構成する基材の厚さの５０％〜１００％であることが好ましい。これにより、タイヤ内面からバンド部材への熱伝導を効果的に抑制し、高速耐久性を更に改善することができる。

吸音材はバンド部材と熱可塑性樹脂製の係止部材との間に配置し、係止部材を吸音材を通してバンド部材に対して熱融着することにより、吸音材をバンド部材に対して固定することが好ましい。これにより、熱可塑性樹脂製のバンド部材に対して吸音材を強固に固定することができる。

本発明において、バンド部材の接触面積とは、バンド部材を鋼板等の剛体からなる平滑面上に展開し、該バンド部材をその外周面が平滑面に対して接触するように配置し、該バンド部材に対して平滑面に向かって２５０Ｐａの加圧力を掛けたときに計測されるバンド部材と平滑面との接触面積の総和である。より具体的には、平滑面とバンド部材との間に感圧紙を挟み込んだ状態で上記加圧力を掛け、接触した箇所(色が付いた箇所)の面積を測定することで上記接触面積の総和を求めることができる。感圧紙としては、例えば、富士フィルム株式会社製の圧力測定フィルム(プレスケール）を使用することができる。一方、バンド部材の投影面積とは、バンド部材を厚さ方向に投影したときに計測される投影面積である。

本発明の実施形態からなる騒音低減装置を備えた空気入りタイヤを示す斜視断面図である。 本発明の実施形態からなる騒音低減装置を示す斜視図である。 バンド部材に対する吸音材の接合方法を示し、（ａ）〜（ｃ）は各工程の断面図である。 本発明で使用されるバンド部材の一例を示し、（ａ）はバンド部材を平面上に展開した展開図であり、（ｂ）はその側面図であり、（ｃ）はその横断面図である。 本発明の実施形態からなる騒音低減装置をタイヤ内面に設置した状態を示す断面図である。 本発明で使用されるバンド部材の変形例を示す横断面図である。 本発明で使用されるバンド部材の種々の変形例を示し、（ａ）〜（ｉ）は各バンド部材の横断面図である。 本発明で使用されるバンド部材の種々の変形例を示し、（ａ）〜（ｄ）は各バンド部材を平面上に展開した展開図である。 本発明で使用されるバンド部材の他の変形例を示し、（ａ）はバンド部材を平面上に展開した展開図であり、（ｂ）はその側面図であり、（ｃ）はその横断面図である。 本発明で使用されるバンド部材の他の変形例を示す側面図である。 本発明で使用されるバンド部材の種々の変形例を示し、（ａ）〜（ｂ）は各バンド部材の横断面図である。 本発明で使用されるバンド部材の種々の変形例を示し、（ａ）〜（ｂ）は各バンド部材を平面上に展開した展開図である。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施形態からなる空気入りタイヤを示し、図２は本発明の実施形態からなる騒音低減装置を示すものである。図１において、空気入りタイヤは、タイヤ周方向に延在して環状をなすトレッド部１と、該トレッド部１の両側に配置された一対のサイドウォール部２と、これらサイドウォール部２のタイヤ径方向内側に配置された一対のビード部３とを備えている。そして、トレッド部１とサイドウォール部２とビード部３とで囲まれた空洞部４には図２に示すリング状の騒音低減装置１０が装着されている。この騒音低減装置１０はタイヤ内面５のトレッド部１に対応する領域に配置されている。

騒音低減装置１０は、熱可塑性樹脂からなるバンド部材１１と、多孔質材料からなる複数個の吸音材１２とから構成されている。バンド部材１１はタイヤ内面５に沿うように環状に成形され、吸音材１２はバンド部材１１の周方向に沿って互いに間隔をおいて該バンド部材１１に対して接合されている。これら吸音材１２は多数の内部セルを有し、その多孔質構造に基づく所定の吸音特性を有している。吸音材１２の多孔質材料としては発泡ポリウレタンを用いると良い。バンド部材１１は弾性復元力に基づいて吸音材１２をタイヤ内面５に保持する。このように構成される騒音低減装置１０は、通常の空気入りタイヤに対して着脱自在であり、その着脱作業が容易である。

上記騒音低減装置１０において、バンド部材１１と吸音材１２との接合手段としては、熱可塑性樹脂製の係止部材１３を用いた熱融着が採用されている。即ち、吸音材１２は熱可塑性樹脂製のバンド部材１１と熱可塑性樹脂製の係止部材１３との間に配置され、係止部材１３が吸音材１２を通してバンド部材１１に対して熱融着されている。バンド部材１１の構成材料及び係止部材１３の構成材料には、同種の熱可塑性樹脂、例えば、ポリプロピレンを用いると良い。

図３（ａ）〜（ｃ）はバンド部材１１に対する吸音材１２の接合方法を示すものである。先ず、図３（ａ）に示すように、吸音材１２をバンド部材１１と板状の係止部材１３との間に配置する。次に、図３（ｂ）に示すように、超音波溶着機の加振ホーン２０を係止部材１３に押し付け、係止部材１３を折り曲げた状態にし、その折り曲げられた部分を局部的に加熱する。これにより、図３（ｃ）に示すように、吸音材１２を通して係止部材１３とバンド部材１１とを熱融着し、複数の係止部材１３により各吸音材１２をバンド部材１１に対して接合する。バンド部材１１と吸音材１２との接合方法としては、上述のような熱融着を用いることが好ましいが、その接合方法は特に限定されるものではなく、例えば、接着剤を使用することも可能である。

上記騒音低減装置１０において、バンド部材１１の外周面には少なくとも１つの凸部１４が形成されている。より具体的には、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、バンド部材１１の外周面には、凸部１４として、バンド部材１１の周方向（長手方向）に連続的に延在する３本の凸部１４Ａが形成されている。そして、バンド部材１１の外周面を平滑面に対して接触させたときの接触面積がバンド部材１１の投影面積の１０％〜８０％の範囲になるように設定されている。

上述のようにバンド部材１１の弾性復元力に基づいて吸音材１２をタイヤ内面５に装着するようにした騒音低減装置１０において、バンド部材１１の外周面に少なくとも１つの凸部１４を設け、バンド部材１１の外周面を平滑面に対して接触させたときの接触面積をバンド部材１１の投影面積の１０％〜８０％の範囲にした場合、図５に示すように、騒音低減装置１０はタイヤ内面５に対する接触面積が小さくなる。そのため、走行時に空気入りタイヤが発熱したとしても、その熱がタイヤ内面５から伝播されてバンド部材１１の温度が上昇するのを抑制し、騒音低減装置１０の高速耐久性を改善することができる。特に、高速で走行可能なタイヤ（例えば、Ｗレンジ以上）に騒音低減装置１０を適用した場合、吸音材１２の質量によりバンド部材１１が大きな張力を受け、更に高速走行時におけるタイヤの発熱に伴ってバンド部材１１を構成する熱可塑性樹脂が軟化することで、バンド部材１１に塑性変形が生じることが想定されるが、上述のようにバンド部材１１の温度上昇を抑制することにより、バンド部材１１の変形を抑制し、その耐久性を良好に維持することが可能になる。

ここで、バンド部材１１の外周面を平滑面に対して接触させたときの接触面積はバンド部材１１の投影面積の１０％〜８０％の範囲にする必要がある。上記接触面積が投影面積の１０％未満であると、凸部１４が磨滅し易くなり、かつタイヤ内面５に損傷を生じ易くなる。逆に、上記接触面積が投影面積の８０％超であると、バンド部材１１の温度上昇を抑制する効果が不十分になる。特に、バンド部材１１の外周面を平滑面に対して接触させたときの接触面積はバンド部材１１の投影面積の４０％〜６０％の範囲にすることが望ましく、この場合、高速耐久性の改善効果が顕著に得られる。

上記騒音低減装置１０において、図６に示すように、凸部１４のタイヤ内面５に接触するエッジには曲面からなる面取り部１５を形成し、面取り部１５のバンド幅方向断面での曲率半径Ｒを０．１ｍｍ〜３．０ｍｍ、より好ましくは、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍとするのが良い。これにより、凸部１４の接触によるタイヤ内面５の損傷を軽減し、空気入りタイヤの耐久性を向上するができる。面取り部１５の曲率半径Ｒが０．１ｍｍ未満であると凸部１４との接触によりタイヤ内面５が損傷し易くなり、逆に３．０ｍｍ超であると面取り部１５の端部に新たなエッジが形成されてタイヤ内面５の損傷を招くことになる。同様の理由から、面取り部１５のバンド周方向断面での曲率半径も０．１ｍｍ〜３．０ｍｍ、より好ましくは、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍとするのが良い。

また、図６に示すように、凸部１４の高さＴ１はバンド部材１１を構成する基材の厚さＴ０の５０％〜１００％であると良い。これにより、タイヤ内面５からバンド部材１１への熱伝導を効果的に抑制し、高速耐久性を更に改善することができる。凸部１４の高さＴ１がバンド部材１１の厚さＴ０の５０％未満であると熱伝導を抑制する効果が低下し、逆に厚さＴ０の１００％超であるとバンド部材１１の剛性が高くなるため低温での耐久性が悪化し、バンド部材１１が割れ易くなる。

バンド部材１１の外周面に、凸部１４として、バンド部材１１の周方向に連続的に延在する凸部１４Ａを形成するにあたって、その具体的な形態は特に限定されるものではなく、例えば、図７（ａ）〜（ｉ）や図８（ａ）〜（ｄ）に示すような種々の形態を採用することができる。

図７（ａ）において、バンド部材１１の外周面にはバンド部材１１の幅方向に並ぶように配置された８本の凸部１４Ａが形成されている。図７（ｂ）において、バンド部材１１の外周面にはバンド部材１１の幅方向に並ぶように配置された６本の凸部１４Ａが形成され、その配置が非対称になっている。図７（ｃ）において、バンド部材１１の外周面には湾曲面を有する１本の凸部１４Ａが形成されている。図７（ｄ）において、バンド部材１１の外周面には台形の断面形状を有する１本の凸部１４Ａが形成されている。図７（ｅ）において、バンド部材１１の外周面には台形の断面形状を有する２本の凸部１４Ａが形成されている。図７（ｆ）において、バンド部材１１の外周面には矩形の断面形状を有する２本の凸部１４Ａが形成されている。図７（ｇ）において、バンド部材１１の外周面には矩形の断面形状を有する３本の凸部１４Ａが形成され、その配置が非対称になっている。図７（ｈ）において、バンド部材１１の基材を波状に加工することでバンド部材１１の外周面にはバンド部材１１の周方向に連続的に延在する凸部１４Ａが形成されている。図７（ｉ）において、バンド部材１１の基材の幅方向両端部のみを波状に加工することでバンド部材１１の外周面にはバンド部材１１の周方向に連続的に延在する凸部１４Ａが形成されている。

図８（ａ）において、バンド部材１１の外周面にはバンド部材１１の周方向に連続的に延在する１本の凸部１４Ａが形成されている。図８（ｂ）において、バンド部材１１の外周面にはバンド部材１１の周方向に連続的に延在する２本の凸部１４Ａが形成されている。図８（ｃ）において、バンド部材１１の外周面にはバンド部材１１の周方向に連続的に延在する６本の凸部１４Ａが形成されている。図８（ｄ）において、バンド部材１１の外周面にはバンド部材１１の周方向に連続的に延在する３本の凸部１４Ａが形成され、その配置が非対称になっている。

上記騒音低減装置１０において、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、バンド部材１１の外周面に、凸部１４として、バンド部材１１の周方向（長手方向）に沿って断続的かつ反復的に配置された複数の凸部１４Ｂを設けることも可能である。特に、複数の凸部１４Ｂをバンド部材１１の周方向に沿って等間隔で配置した場合、熱伝導の抑制効果を最大限に享受することができ、しかも各凸部１４Ｂの接触圧が均等化されるため凸部１４Ｂの磨滅やタイヤ内面５の損傷を可及的に回避することができる。

バンド部材１１の外周面に、凸部１４として、バンド部材１１の周方向に沿って断続的かつ反復的に配置された複数の凸部１４Ｂを形成するにあたって、その具体的な形態は特に限定されるものではなく、例えば、図１０や図１１（ａ）〜（ｂ）や図１２（ａ）〜（ｂ）に示すような種々の形態を採用することができる。

図１０において、バンド部材１１の外周面にはバンド部材１１の周方向に沿って断続的かつ反復的に配置された複数の凸部１４Ｂが形成され、その凸部１４Ｂが所定の配置パターンに基づいて周期的に配置されている。

図１１（ａ）において、バンド部材１１の外周面にはバンド部材１１の幅方向に並ぶように配置された２つの凸部１４Ｂが形成されている。図１１（ｂ）において、バンド部材１１の外周面にはバンド部材１１の幅方向に並ぶように配置された２つの凸部１４Ｂが形成され、その配置が非対称になっている。

図１２（ａ）において、バンド部材１１の外周面にはバンド部材１１の幅方向に対して傾斜しながら延在する複数の凸部１４Ｂが形成され、これら凸部１４Ｂがバンド部材１１の周方向に沿って断続的かつ反復的に配置されている。図１２（ｂ）において、バンド部材１１の外周面にはディンプル形状を有する複数の凸部１４Ｂが形成され、これら凸部１４Ｂが千鳥状に配置されている。

タイヤ内面に沿うように環状に成形された熱可塑性樹脂からなるバンド部材と、該バンド部材に対して接合された多孔質材料からなる吸音材とを有し、バンド部材の弾性復元力に基づいて吸音材をタイヤ内面に装着するようにした騒音低減装置において、バンド部材の構成を種々異ならせた従来例、比較例１〜３及び実施例１〜６の騒音低減装置を製作した。これら騒音低減装置はタイヤサイズ２４５／５０Ｒ１８ １００Ｗの空気入りタイヤに適合するものである。

従来例（基準）では、バンド部材の厚さを１．０ｍｍとし、バンド部材の外周面を凸部のない平面とした。比較例１，２及び実施例１〜６では、バンド部材の厚さを１．０ｍｍとし、該バンド部材の外周面に高さが１．０ｍｍである少なくとも１つの凸部を設け、該バンド部材の外周面を平滑面に対して接触させたときの接触面積と該バンド部材の投影面積との比率（投影面積に対する接触面積の比率）を種々異ならせた。比較例３では、バンド部材の厚さを２．０ｍｍとし、バンド部材の外周面を凸部のない平面とした。また、バンド部材に凸部を設けるにあたって、凸部のタイヤ内面に接触するエッジに曲面からなる面取り部を形成し、その面取り部のバンド幅方向断面及びバンド周方向断面での曲率半径を所定の値に設定した。

上述した従来例、比較例１〜３及び実施例１〜６の騒音低減装置について、下記の評価方法により、高速耐久性、長距離耐久性、低温耐久性を評価した。その結果を表１に示す。

高速耐久性：
各騒音低減装置をタイヤサイズ２４５／５０Ｒ１８ １００Ｗの空気入りタイヤの空洞部内に装着し、その空気入りタイヤをリムサイズ１８×８Ｊのホイールに組み付け、室内ドラム試験機を用いて、雰囲気温度３８±３℃、空気圧３２０ｋＰａ、荷重５．３４ｋＮの条件下で走行試験を実施した。その際、走行速度２５０ｋｍ／ｈから試験を開始し、１０分間その速度で継続走行し、バンド部材の破壊（変形）の有無を調べ、異常が発見されない場合は１０ｋｍ／ｈ単位で走行速度を増加させ、更に１０分間その速度で継続走行した後、バンド部材の破壊の有無を調べた。これを繰り返してバンド部材に破壊が生じた速度を求めた。評価結果は、バンド部材の破壊速度により表示した。この破壊速度が大きいほど高速耐久性が優れていることを意味する。

長距離耐久性：
各騒音低減装置をタイヤサイズ２４５／５０Ｒ１８ １００Ｗの空気入りタイヤの空洞部内に装着し、その空気入りタイヤをリムサイズ１８×８Ｊのホイールに組み付け、室内ドラム試験機を用いて、雰囲気温度３８±３℃、空気圧５４０ｋＰａ、荷重１２．５６ｋＮ、走行速度８１ｋｍ／ｈの条件下で走行試験を実施した。そして、２００００ｋｍ走行後、空気入りタイヤ及び騒音低減装置の状態を確認した。評価結果は、空気入りタイヤ及び騒音低減装置に何ら問題が認められない場合を「Ａ」で示し、バンド部材に損傷が認められる場合を「Ｂ」で示し、バンド部材の凸部の磨滅又はタイヤ内面の損傷が認められる場合を「Ｃ」で示した。

低温耐久性：
各騒音低減装置をタイヤサイズ２４５／５０Ｒ１８ １００Ｗの空気入りタイヤの空洞部内に装着し、その空気入りタイヤをリムサイズ１８×８Ｊのホイールに組み付け、室内ドラム試験機を用いて、雰囲気温度−２０±３℃、空気圧１２０ｋＰａ、荷重５．９５ｋＮ、走行速度８１ｋｍ／ｈの条件下で走行試験を実施した。そして、２０２５ｋｍ走行後、騒音低減装置の状態を確認した。評価結果は、騒音低減装置に何ら問題が認められない場合を「Ａ」で示し、バンド部材に割れが発生した場合を「Ｂ」で示し、バンド部材の凸部の磨滅又はタイヤ内面の損傷が認められる場合を「Ｃ」で示した。

表１に示すように、実施例１〜６の騒音低減装置では、長距離耐久性及び低温耐久性がいずれも良好であり、しかも従来例との対比において高速耐久性が改善されていた。これに対して、比較例１では、バンド部材の投影面積に対する接触面積の比率が小さ過ぎて凸部の存在量が少な過ぎるため、凸部の磨滅やタイヤ内面の損傷が認められた。比較例２では、バンド部材の投影面積に対する接触面積の比率が大き過ぎて凸部の存在量が多過ぎるため、高速耐久性の改善効果が不十分であり、また、低温耐久性が低下していた。比較例３では、バンド部材の外周面に凸部を設けずに単にバンド部材を厚くしているため、高速耐久性の改善効果が不十分であり、また、低温耐久性が低下していた。

１ トレッド部
２ ビード部
３ サイドウォール部
４ 空洞部
５ タイヤ内面
１０ 騒音低減装置
１１ バンド部材
１２ 吸音材
１３ 係止部材
１４，１４Ａ，１４Ｂ 凸部
１５ 面取り部

Claims (7)

1. タイヤ内面に沿うように環状に成形された熱可塑性樹脂からなるバンド部材と、該バンド部材に対して接合された多孔質材料からなる吸音材とを有し、前記バンド部材の弾性復元力に基づいて前記吸音材をタイヤ内面に装着するようにした騒音低減装置において、前記バンド部材の外周面に少なくとも１つの凸部を設け、該バンド部材の外周面を平滑面に対して接触させたときの接触面積が該バンド部材の投影面積の１０％〜８０％の範囲にあると共に、前記凸部のタイヤ内面に接触するエッジに曲面からなる面取り部を形成し、該面取り部のバンド幅方向断面での曲率半径及びバンド周方向断面での曲率半径がそれぞれ０．１ｍｍ〜３．０ｍｍであることを特徴とする騒音低減装置。
2. 前記凸部が前記バンド部材の周方向に連続的に延在する少なくとも１つの凸部を含むことを特徴とする請求項１に記載の騒音低減装置。
3. 前記凸部が前記バンド部材の周方向に沿って断続的かつ反復的に配置された複数の凸部を含むことを特徴とする請求項１に記載の騒音低減装置。
4. 前記凸部が前記バンド部材の幅方向に並ぶように配置された複数の凸部を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の騒音低減装置。
5. 前記凸部の高さが前記バンド部材を構成する基材の厚さの５０％〜１００％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の騒音低減装置。
6. 前記吸音材を前記バンド部材と熱可塑性樹脂製の係止部材との間に配置し、前記係止部材を前記吸音材を通して前記バンド部材に対して熱融着することにより、前記吸音材を前記バンド部材に対して固定したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の騒音低減装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の騒音低減装置を空洞部内に備えたことを特徴とする空気入りタイヤ。

Images