JP6561727B2 - 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、該バンド部材の内周面に対して接合された多孔質材料からなる吸音材とを有す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、高速走行時における吸音材とバンド部材との擦れを抑制し、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の内周面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においては、バンド部材の外周面と吸音材の外周面とがタイヤ径方向に段差を形成するため、高速走行時の遠心力により吸音材がタイヤ径方向外側に向かって撓むことにより、バンド部材のエッジ部においてバンド部材と吸音材とが互いに擦れることになる。このような擦れを吸音材が長期間にわたって反復的に受けることにより、吸音材が損傷し、場合によっては破断に至るという問題がある。

特許第４１７５４７９号公報 国際公開第２００５／０１２００７号

本発明の目的は、高速走行時における吸音材とバンド部材との擦れを抑制し、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、該バンド部材の内周面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、前記吸音材と前記バンド部材との間であって少なくとも前記吸音材の周方向端部に対応する領域に配置された補強層を備え、該補強層の幅Ｗｒと前記バンド部材の幅Ｗｂと前記吸音材の幅Ｗｕが１．１×Ｗｂ≦Ｗｒ≦０．８×Ｗｕの関係を満足す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、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、該バンド部材の内周面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、吸音材とバンド部材との間であって少なくとも吸音材の周方向端部に対応する領域に補強層を配設し、該補強層の幅Ｗｒとバンド部材の幅Ｗｂと吸音材の幅Ｗｕが１．１×Ｗｂ≦Ｗｒ≦０．８×Ｗｕの関係を満足するようにしたので、高速走行時の遠心力により吸音材がタイヤ径方向外側に向かって撓もうとする際に、少なくとも吸音材の周方向端部に対応する領域においてバンド部材と吸音材とが互いに擦れることを抑制し、吸音材に損傷や破断が生じることを長期間にわたって防止することができる。これにより、騒音低減装置の高速耐久性を改善することができる。また、補強層の幅Ｗｒをバンド部材の幅Ｗｂよりも大きくするものの吸音材の幅Ｗｕよりも小さくするので、補強層がタイヤ内面に接触することによるタイヤ内面の損傷を回避することができる。

本発明において、補強層は引張弾性率が０．３ＧＰａ〜３．５ＧＰａの範囲にある樹脂から構成され、補強層の厚さＴｒと幅Ｗｒが０．００８ｍｍ⁴≦ＷｒＴｒ³／１２≦２．１ｍｍ⁴の関係を満足することが好ましい。補強層の引張弾性率及び断面二次モーメント（ＷｒＴｒ³／１２）を上記範囲に設定することにより、補強層が柔軟に変形しながら吸音材を支持するため、吸音材の損傷や破断を効果的に防止することができる。

吸音材のバンド部材に対する接合部が周方向に沿って不連続に形成されていることが好ましい。吸音材のバンド部材に対する接合部が周方向に連続していて吸音材がバンド部材に対して一体化されていると、高速走行時にバンド部材に生じる遠心力が吸音材にも作用するため、遠心力による吸音材の撓みが助長されることになる。これに対して、吸音材のバンド部材に対する接合部を周方向に沿って不連続とした場合、遠心力による吸音材の撓みを抑制し、高速耐久性を更に改善することができる。

補強層はバンド部材と同種の材料から構成されることが好ましい。これにより、補強層にバンド部材と同様の物性を付与し、反復的な撓みによる補強層の破断を抑制することができる。

補強層は吸音材に対して溶着された状態にあることが好ましい。これにより、多孔質材料からなる吸音材と補強層との一体性が十分に確保されるので、吸音材の撓みを効果的に抑制し、高速耐久性を更に改善することができる。

また、補強層はバンド部材に対して溶着された状態にあることが好ましい。これにより、補強層とバンド部材との一体性が十分に確保されるので、高速耐久性を更に改善することができる。

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。 本発明の実施形態からなる騒音低減装置におけるバンド部材、吸音材及び補強層を示す平面図である。 バンド部材に対する吸音材及び補強層の接合方法を示し、（ａ）〜（ｃ）は各工程の断面図である。 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。 本発明の他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。 本発明の更に他の実施形態からなる騒音低減装置を示し、（ａ）〜（ｄ）は各騒音低減装置におけるバンド部材、吸音材及び補強層を示す平面図である。 本発明の更に他の実施形態からなる騒音低減装置を示し、（ａ）〜（ｃ）は各騒音低減装置におけるバンド部材、吸音材及び補強層を示す平面図である。 本発明で使用される吸音材と補強層との接合構造を示す断面図である。 従来の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。

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し、図３は本発明の実施形態からなる騒音低減装置におけるバンド部材、吸音材及び補強層を示すものである。

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とを備えている。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の内周面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、吸音材１２とバンド部材１１との間には熱可塑性樹脂からなるシート状の補強層１３が挿入されている。補強層１３は、少なくとも吸音材１２の周方向端部に対応する領域に配置されている。また、図３に示すように、補強層１３の幅Ｗｒとバンド部材１１の幅Ｗｂと吸音材１２の幅Ｗｕは１．１×Ｗｂ≦Ｗｒ≦０．８×Ｗｕの関係を満足するように設定されている。

上記騒音低減装置１０において、バンド部材１１と吸音材１２と補強層１３の接合手段としては、熱可塑性樹脂製の係止部材１４を用いた熱融着が採用されている。即ち、吸音材１２及び補強層１３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１４との間に配置され、係止部材１４が吸音材１２を通してバンド部材１１及び補強層１３に対して熱融着されている。バンド部材１１の構成材料、補強層１３の構成材料及び係止部材１４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。これにより、上記熱融着による接合を容易に行うことができる。

図４（ａ）〜（ｃ）はバンド部材１１に対する吸音材１２及び補強層１３の接合方法を示すものである。先ず、図４（ａ）に示すように、吸音材１２及び補強層１３をバンド部材１１と板状の係止部材１４との間に配置する。次に、図４（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１４に押し付け、係止部材１４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４（ｃ）に示すように、吸音材１２を通して係止部材１４をバンド部材１１及び補強材１３を熱融着し、複数の係止部材１４により各吸音材１２をバンド部材１１に対して接合する。係止部材１４がバンド部材１１に対して溶着した部位には接合部１５が形成されている。バンド部材１１と吸音材１２と補強層１３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、接着剤や両面テープや機械的係合手段を使用することも可能である。

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、吸音材１２とバンド部材１１との間であって少なくとも吸音材１２の周方向端部に対応する領域に補強層１３を配設し、該補強層１３の幅Ｗｒとバンド部材１１の幅Ｗｂと吸音材１２の幅Ｗｕが１．１×Ｗｂ≦Ｗｒ≦０．８×Ｗｕの関係を満足するようにしたので、高速走行時の遠心力により吸音材１２がタイヤ径方向外側に向かって撓もうとする際に、図５に示すように、少なくとも吸音材１２の周方向端部に対応する領域においてバンド部材１１と吸音材１２とが互いに擦れることを抑制することができる。特に、吸音材１２は周方向端部を起点にして破断が生じる傾向があるが、このような部位に補強層１３を配置することにより、吸音材１２に損傷や破断が生じることを長期間にわたって防止することができる。これにより、騒音低減装置１０の高速耐久性を改善することができる。なお、補強層１３は吸音材１２の周方向端辺から少なくとも接合部１５を含む領域に配置することが望ましい。

これに対して、従来の騒音低減装置（図１０参照）のようにバンド部材１１と吸音材１２との間に補強層１３を備えていない場合、高速走行時の遠心力により吸音材１２がタイヤ径方向外側に向かって反復的に撓むことにより、バンド部材１１と吸音材１２とが互いに擦れ、その結果、バンド部材１１のエッジ部において吸音材１２に損傷や破断が生じることになる。

また、本発明の実施形態からなる騒音低減装置１０では、補強層１３の幅Ｗｒをバンド部材１１の幅Ｗｂよりも大きくするものの吸音材１２の幅Ｗｕよりも小さくするので、補強層１３がタイヤ内面５に接触することによるタイヤ内面５の損傷を回避することができる。ここで、補強層の幅Ｗｒがバンド部材の幅Ｗｂの１．１倍よりも小さいと高速耐久性の改善効果が得られず、逆に吸音材の幅Ｗｕの０．８倍よりも大きいと補強層１３がタイヤ内面５に接触し易くなるためタイヤ内面５に損傷を生じ易くなる。なお、補強層１３の幅Ｗｒ、バンド部材１１の幅Ｗｂ及び吸音材１２の幅Ｗｕはいずれも最大幅である。

騒音低減装置１０において、補強層１３は引張弾性率が０．３ＧＰａ〜３．５ＧＰａの範囲にある樹脂から構成され、補強層１３の厚さＴｒと幅Ｗｒが０．００８ｍｍ⁴≦ＷｒＴｒ³／１２≦２．１ｍｍ⁴の関係を満足すると良い。補強層１３の引張弾性率及び断面二次モーメント（ＷｒＴｒ³／１２）を上記範囲に設定することにより、補強層１３が柔軟に変形しながら吸音材１２を支持するため、吸音材１２の損傷や破断を効果的に防止することができる。ここで、補強層１３の引張弾性率が０．３ＧＰａよりも小さいと補強層１３の撓みが大きくなるためタイヤ内面５を損傷し易くなり、逆に３．５ＧＰａよりも大きいと補強層１３が撓み難くなるため吸音材１２に対する遠心力により補強層１３にクラックを生じ易くなる。引張弾性率はＡＳＴＭ Ｄ６３８に準拠して測定されるものである。このような引張弾性率を有する樹脂としては、ポリプロピレン、ポリカーボネイト、ポリアミド、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）等を挙げることができる。

また、補強層１３の断面二次モーメント（ＷｒＴｒ³／１２）が０．００８ｍｍ⁴よりも小さいと補強層１３の撓みが大きくなるためタイヤ内面５を損傷し易くなり、逆に２．１ｍｍ⁴よりも大きいと補強層１３が撓み難くなるため吸音材１２に対する遠心力により補強層１３にクラックを生じ易くなる。また、補強層１３の厚さＴｒは０．５ｍｍ以下かつバンド部材１１の厚さの５０％以下であると良く、特に０．２０ｍｍ〜０．５０ｍｍの範囲にあると良い。更に、補強層１３の曲げ剛性は２．４Ｎ・ｍｍ²〜７３５０Ｎ・ｍｍ²の範囲にあると良い。

騒音低減装置１０において、図３に示すように、吸音材１２はバンド部材１１の周方向に離間した複数の接合部１５においてバンド部材１１に対して接合されている。このように吸音材１２のバンド部材１１に対する接合部１５は周方向に沿って不連続に形成されていると良い。吸音材１２のバンド部材１１に対する接合部１５が周方向に連続していて吸音材１２がバンド部材１１に対して一体化されていると、高速走行時にバンド部材１１に生じる遠心力が吸音材１２にも作用するため、遠心力による吸音材１２の撓みが助長されることになる。これに対して、吸音材１２のバンド部材１１に対する接合部１５を周方向に沿って不連続とした場合、遠心力による吸音材１２の撓みを抑制し、高速耐久性を更に改善することができる。

騒音低減装置１０において、補強層１３はバンド部材１１と同種の材料から構成されていると良い。これにより、補強層１３にバンド部材１１と同様の物性を付与し、反復的な撓みによる補強層１３の破断を抑制することができる。

また、騒音低減装置１０において、補強層１３はバンド部材１１に対して熱融着により接合されているが、このように補強層１３はバンド部材１１に対して溶着された状態にあると良い。これにより、補強層１３とバンド部材１１との一体性が十分に確保されるので、高速耐久性を更に改善することができる。

図６は本発明の他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ものである。図６において、吸音材１２とバンド部材１１との間には２層の補強層１３が挿入されている。特に、バンド部材１１側の補強層１３よりも吸音材１２側の補強層１３の方が幅広になっている。これにより、高速走行時の遠心力に対して吸音材１２をしっかりと支持することができる。なお、補強層１３の積層数や幅は必要に応じて変更することが可能である。

図７（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明の更に他の実施形態からなる騒音低減装置を示すものである。上述した図３の実施形態では、補強層１３を吸音材１２の周方向端部に対応する領域だけに配置した場合について説明したが、図７（ａ），（ｂ），（ｄ）においては、補強層１３が吸音材１２の周方向端部に対応する領域を含む全長にわたって配置されている。また、図７（ｃ）では、補強層１３が吸音材１２の周方向端部に対応する領域だけに配置されているが、その平面視形状が円形になっている。図７（ｂ），（ｃ）に示すように、補強層１３が吸音材１２からはみ出していても良い。

図８（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の更に他の実施形態からなる騒音低減装置を示すものである。図８（ａ）〜（ｃ）において、補強層１３はバンド部材１１上で隣り合う一対の吸音材１２に跨るように配置されている。この場合、遠心力による吸音材１２の撓みを効果的に抑制することができる。

図９は本発明で使用される吸音材と補強層との接合構造を示すものである。図９において、補強層１３は吸音材１２に対して溶着された状態になっている。つまり、補強層１３はフレームラミネート処理に代表される熱ラミネート処理により表層が溶けた状態で吸音材１２に対して積層されて接合されている。このような接合形態は多孔質材料からなる吸音材１２と補強層１３との一体性を高める上で有効である。

なお、吸音材１２に対する補強層１３の接合形態は上記のような溶着に限定されるものではなく、接着剤や両面テープや機械的係合手段を用いることができる。また、スキン層を有する発泡ポリウレタンの場合、スキン層を補強層１３とし、発泡ポリウレタンのスキン層以外の部分を吸音材１２とすることも可能である。

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、吸音材とバンド部材との間であって少なくとも吸音材の周方向端部に対応する領域に補強層を配置し、該補強層の構成を種々異ならせた比較例１，２及び実施例１〜３の騒音低減装置を製作した。また、吸音材とバンド部材との間に補強層を備えていない従来例の騒音低減装置を用意した。これら騒音低減装置はタイヤサイズ２４５／５０Ｒ１８の空気入りタイヤに適合するものである。

比較例１，２及び実施例１〜３において、バンド部材の幅Ｗｂを３０ｍｍとし、吸音材の幅Ｗｕを２００ｍｍとし、補強層の厚さＴｒを０．３ｍｍとし、補強層の幅Ｗｒを表１のように設定した。補強層の構成材料としては、引張弾性率が１．２ＧＰａであるポリプロピレンを用いた。

上述した従来例、比較例１，２及び実施例１〜３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、タイヤ内面の状態、補強層の状態を評価した。その結果を表１に併せて示す。

高速耐久性：
各騒音低減装置をタイヤサイズ２４５／５０Ｒ１８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、空気圧２００ｋＰａ、荷重６ｋＮ、速度１８０ｋｍ／ｈの条件下で走行試験を実施し、吸音材に破断が生じるまでの走行距離を計測した。評価結果は、従来例を１００とする指数にて示した。この指数値が大きいほど高速耐久性が優れていることを意味する。

タイヤ内面の状態：
上記高速耐久性試験を行った後、タイヤ内面の状態を調べた。評価結果は、タイヤ内面に損傷がない場合を「Ａ」で示し、タイヤ内面に補強層の接触による損傷がある場合を「Ｂ」で示した。

補強層の状態：
上記高速耐久性試験を行った後、補強層の状態を調べた。評価結果は、補強層に損傷がない場合を「Ａ」で示し、補強層にクラック等の損傷がある場合を「Ｂ」で示した。

表１に示すように、実施例１〜３の騒音低減装置は、従来例との対比において、高速耐久性が優れており、しかもタイヤ内面や補強層には損傷が認められなかった。これに対して、比較例１では、補強層の幅Ｗｒが小さ過ぎるため高速耐久性の改善効果が不十分であった。比較例２では、補強層の幅Ｗｒが大き過ぎるためタイヤ内面に損傷が認められた。

次に、実施例１〜３と同様に、吸音材とバンド部材との間であって少なくとも吸音材の周方向端部に対応する領域に補強層を配置し、該補強層の構成を種々異ならせた実施例４〜８の騒音低減装置を製作した。実施例４〜８において、バンド部材の幅Ｗｂを３０ｍｍとし、吸音材の幅Ｗｕを２００ｍｍとし、補強層の厚さＴｒと幅Ｗｒを変化させることで補強層の断面二次モーメント（ＷｒＴｒ³／１２）を表２のように設定した。但し、補強層の幅Ｗｒは１．１×Ｗｂ≦Ｗｒ≦０．８×Ｗｕの関係を満足するものとした。

これら実施例４〜８の騒音低減装置について、上述の評価方法により、高速耐久性、タイヤ内面の状態、補強層の状態を評価した。その結果を表２に併せて示す。

表２に示すように、実施例４〜８の騒音低減装置は、従来例との対比において、高速耐久性が優れており、しかもタイヤ内面や補強層には損傷が認められなかった。

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 補強層
１４ 係止部材

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、該バンド部材の内周面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、前記吸音材と前記バンド部材との間であって少なくとも前記吸音材の周方向端部に対応する領域に配置された補強層を備え、該補強層の幅Ｗｒと前記バンド部材の幅Ｗｂと前記吸音材の幅Ｗｕが１．１×Ｗｂ≦Ｗｒ≦０．８×Ｗｕの関係を満足することを特徴とする騒音低減装置。
2. 前記補強層は引張弾性率が０．３ＧＰａ〜３．５ＧＰａの範囲にある樹脂から構成され、前記補強層の厚さＴｒと幅Ｗｒが０．００８ｍｍ⁴≦ＷｒＴｒ³／１２≦２．１ｍｍ⁴の関係を満足することを特徴とする請求項１に記載の騒音低減装置。
3. 前記吸音材の前記バンド部材に対する接合部が周方向に沿って不連続に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の騒音低減装置。
4. 前記補強層が前記バンド部材と同種の材料から構成される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. 前記補強層が前記吸音材に対して溶着された状態に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. 前記補強層が前記バンド部材に対して溶着された状態にある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。

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