JP6613890B2 - タイヤ用騒音低減装置および空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ用騒音低減装置および空気入りタイヤに関する。

従来、空気入りタイヤ分野において、多孔質体からなる吸音材と、該吸音材をタイヤ内面に装着するためタイヤ周方向に沿う環状に形成された熱可塑性樹脂からなるバンド部材を備えたタイヤ用騒音低減装置が知られている（特許文献１〜２）。

該バンド部材として、その材質と全体の形状によって弾性特性を有するように構成されたものが知られている。その代表的な形状は帯状であり、帯状の長尺の板材が、全体に環状に成形されて設置され、タイヤ内腔内でその弾性復元力によって、多孔質体からなる吸音材をタイヤ内面方向に向けて押しつけるように付勢し、該吸音材の保持がされるように構成されている（特許文献１の特許請求の範囲、特許文献２の段落００１６）。

該バンド部材の材質は、熱可塑性合成樹脂製あるいは金属製のものなどが知られ、該バンド部材自体の成形性や、多孔質体からなる吸音材と熱融着を利用した接合が可能であるなどの接合加工性に優れている点で、熱可塑性合成樹脂製のバンド部材が実用的なものとして検討されてきている（特許文献２〜３）。

国際公開第２００５／０１２００７号 日本国特開２００６−３０６２８５号公報 日本国特開２０１０−０００９５０号公報

しかし、従来、騒音低減装置が用いられていたタイヤサイズに比べて、非常に高速（例えば、２７０ｋｍ／時以上、さらには３００ｋｍ／時以上）での走行が可能に設計されたタイヤ（例えば、外径が６３０ｍｍ以上）に、熱可塑性合成樹脂製バンド部材を用いたタイヤ用騒音低減装置を適用した場合、吸音材の質量によってバンド部材が大きな張力を受け、さらにタイヤの発熱によって該バンド部材を構成する熱可塑性合成樹脂が軟化することにより、該バンド部材が塑性変形（通常は、伸びる変形）をしてしまう場合があった。バンド部材がそうした塑性変形をした場合、弾性特性に基づく吸音材の正常な保持をすることができず、騒音低減装置の機能を十分に発揮することができないか、耐久性が損なわれて、騒音低減装置の破壊につながるおそれもある。

本発明の目的は、上述したような点に鑑み、高速走行用タイヤで、時速２７０ｋｍ／時以上、さらには時速３００ｋｍ以上などの高速走行をしたときであっても、大きな張力とタイヤの熱によるバンド部材の塑性変形を抑止することができ、そうした高速走行のもとでも騒音低減機能を十分に発揮することができるタイヤ用騒音低減装置と、該騒音低減装置を備えた空気入りタイヤを提供することにある。

上述した目的を達成する本発明のタイヤ用騒音低減装置は、多孔質体からなる吸音材と、該吸音材をタイヤ内面に装着するためタイヤ周方向に沿う環状に形成された熱可塑性樹脂からなるバンド部材とを有し、前記吸音材が、該吸音材を中間にして、Ｖ字型の断面形態を呈して屈曲された接合部材と前記バンド部材とで挟持されて、該吸音材と該バンド部材および該接合部材の３者が接合されているバンド接合部を要所に有するタイヤ用騒音低減装置であり、前記バンド部材のバンド幅ＷＢが下記（ａ）式を満足するとともに、前記バンド接合部において前記接合部材が接合されていない側の表面から前記接合部材と前記バンド部材との界面までの厚さとして測定されるバンド厚さＨ（ｍｍ）が、前記バンド部材の厚さｈ（ｍｍ）と下記（ｂ）式の関係を満足し、かつ前記バンド接合部の位置でのバンド長さ方向と直角な断面での前記バンド部材のバンド断面積Ａが２０ｍｍ² よりも大きいものであることを特徴とする。
２０ｍｍ≦ＷＢ≦吸音材幅（ｍｍ） ・・・（ａ）
０．４≦Ｈ／ｈ≦０．９ ・・・（ｂ）

本発明のタイヤ用騒音低減装置によれば、上述の構成を有することで、高速走行用タイヤで、時速２７０ｋｍ以上、さらには時速３００ｋｍ以上などの高速走行をしたときであっても、タイヤの熱によるバンド部材の塑性変形を抑止することができ、耐久性良く、騒音低減機能を十分に発揮することができるタイヤ用騒音低減装置を提供することができる。

本発明においては、前記バンド接合部の位置での前記バンド部材の降伏強さが３３０Ｎ以上であることがこのましい。

本発明においては、前記吸音材１個に対して少なくとも２箇所の前記バンド接合部を設けることが好ましい。

本発明においては、前記バンド接合部の位置が、該吸音材の端部から３０ｍｍ〜８０ｍｍであることが好ましい。

本発明においては、前記吸音材と該バンド部材および該接合部材の接合が、超音波溶着法によりなされたものであることが好ましい。

本発明においては、前記バンド部材と前記接合部材が、同種の合成樹脂材料からなるものであることが好ましい。

上述の好ましい構成を有する本発明のタイヤ用騒音低減装置によれば、前述の本発明のタイヤ用騒音低減装置による効果を、より明確に有した本発明のタイヤ用騒音低減装置が実現できる。

上述の本発明のタイヤ用騒音低減装置を用いた空気入りタイヤは、上述のタイヤ用騒音低減装置が、前記バンド部材によってタイヤ内腔空間内に装着されてなることが好ましい。これにより、上述の本発明のタイヤ用騒音低減装置を装着した空気入りタイヤが提供され、時速２７０ｋｍ／時以上、さらには時速３００ｋｍ以上などの高速走行をしたときであっても、タイヤの熱によるバンド部材の塑性変形が抑止され得て、耐久性良く、騒音低減機能を発揮する空気入りタイヤが提供される。

このとき、タイヤの内径（半径）Ｒと、前記環状に形成されたバンド部材の環状外径（半径）ｒが、下記（ｃ）式を満足することが好ましい。これにより、上述の本発明の空気入りタイヤによる効果を、より明確に有した空気入りタイヤが実現できる。
０．９≦ｒ／Ｒ≦０．９９ ・・・（ｃ）

図１は、本発明にかかるタイヤ用騒音低減装置の一実施態様例をモデル的に示した外観斜視図である。 図２は、本発明にかかるタイヤ用騒音低減装置の一実施態様例を説明する要部拡大図である。 図３（ａ）は、本発明にかかるタイヤ用騒音低減装置をタイヤ内腔内に装着した本発明にかかる空気入りタイヤの一実施態様例を一部破砕して示した要部破砕斜視図であり、図３（ｂ）は、その要部を拡大して示した拡大図である。 図４（ａ）〜図４（ｃ）は、本発明にかかるタイヤ用騒音低減装置を製造する方法の１例プロセスを説明するモデル図であり、吸音材とバンド部材および接合部材の接合が超音波溶着法によりなされる状態を説明するものである。 図５（ａ）および図５（ｂ）は、本発明にかかるタイヤ用騒音低減装置における吸音材とバンド部材の接合部付近の状態を示したものであり、図５（ａ）はタイヤ周方向断面図、図５（ｂ）はタイヤ幅方向断面図である。 図６（ａ）および図６（ｂ）は、いずれも本発明にかかるタイヤ用騒音低減装置の他の一実施態様例をモデル的に示した外観斜視図である。 図７（ａ）〜図７（ｄ）は、本発明にかかるタイヤ用騒音低減装置に使用することができるバンド部材の各種の形態例をモデル的に示したものである。 図８は、本発明にかかるタイヤ用騒音低減装置に使用することができるバンド部材の態様例を示したものであり、特に横断面形状の各種形態例をモデル的に示したものである。 図９は、本発明にかかるタイヤ用騒音低減装置をタイヤ内腔空間に配した空気入りタイヤの好ましい一実施態様例をモデル的に説明するタイヤ周方向断面図であり、タイヤの内径（半径）Ｒと、環状に形成されたバンド部材の環状外径（半径）ｒとの好ましい関係を示したものである。

以下、図面などを参照しながら、更に詳しく本発明のタイヤ用騒音低減装置と空気入りタイヤについて説明する。

本発明のタイヤ用騒音低減装置１は、図１、図２にモデル図を示したように、多孔質体からなる吸音材２と、該吸音材２をタイヤ内面に装着するためタイヤ周方向に沿う環状に形成された熱可塑性樹脂からなるバンド部材３とを有し、吸音材２が、該吸音材２を中間にして、Ｖ字型の断面形態を呈して屈曲された接合部材５とバンド部材３とで挟持されて、該吸音材２と該バンド部材３および該接合部材５の３者が接合されているバンド接合部４を要所に有するタイヤ用騒音低減装置１であり、バンド部材３のバンド幅ＷＢが下記（ａ）式を満足するとともに、バンド接合部４において接合部材が接合されていない側の表面から接合部材とバンド部材との界面までの厚さとして測定されるバンド厚さＨ（ｍｍ）が、バンド部材３の厚さｈ（ｍｍ）と下記（ｂ）式の関係を満足し、かつ該バンド接合部４でのバンド長さ方向と直角な断面でのバンド部材３のバンド断面積ＡがＡ＞２０ｍｍ² であることを特徴とする。
２０ｍｍ≦ＷＢ≦吸音材幅（ｍｍ） ・・・（ａ）
０．４≦Ｈ／ｈ≦０．９ ・・・（ｂ）

本発明のタイヤ用騒音低減装置１は、バンド部材３のバンド幅ＷＢ、バンド接合部４におけるバンド厚さＨ（ｍｍ）が上記（ａ）式および（ｂ）式を満たすことを前提にして、かつ、バンド接合部４でのバンド長さ方向と直角な断面でのバンド断面積Ａが２０ｍｍ² よりも大きいことにより、高速走行用タイヤで、時速２７０ｋｍ／時以上、さらには時速３００ｋｍ以上などの高速走行をしたときであっても、タイヤの熱によるバンド部材３の塑性変形を抑止することができ、耐久性が良く、騒音低減機能を十分に発揮することができるものとなる。

バンド接合部４におけるバンド厚さＨ（ｍｍ）が、バンド部材３の厚さｈ（ｍｍ）との関係で、０．４≦Ｈ／ｈ≦０．９を満足するということは、バンド部材３が、接合部材５から接合圧力を受け、本来のバンド厚さが小さくなるほどの圧縮力を受けてなされた接合であることを意味している。Ｈ／ｈの値が０．４未満では断面積が減って、高速耐久性能において不利であり、Ｈ／ｈの値が０．９よりも大きいときは、溶着が弱く、係止部材の剥れが生じるので好ましくない。

本発明者らの知見によれば、そうしたレベルでの圧力下での接合でなければ高い接合力は得られず、かつ、バンド接合部４でのバンド長さ方向と直角な断面でのバンド断面積断面積ＡがＡ＞２０ｍｍ² でなければ、高速走行による著しいタイヤの高熱と高い張力に対抗してバンド部材３の塑性変形を抑制することは難しい。

本発明において、好ましくはバンド接合部４の位置でのバンド部材３の降伏強さ（以下、バンド接合部４でのバンド部（バンド部分）の降伏強さという）が３３０Ｎ以上であるとよい。バンド部の降伏強さが３３０Ｎ以上であれば、時速３００ｋｍよりも更に高速での走行を長時間にわたりする場合でも、バンド部材３の塑性変形を抑制することができる。降伏強さの上限は特に限定されないが、例えば２０００Ｎ以下にするとよい。

バンド部材３は、一般に、タイヤ周方向で全周にわたり設けられていることが、吸音材２の保持効果を恒久的にかつ高度に得る上で好ましい。

本発明にかかる空気入りタイヤＴを図３に示す。図３において、空気入りタイヤＴは、トレッド部１０と、左右一対のビード部１１と、これらトレッド部１０とビード部１１とを互いに連接するサイドウォール部１２とを備えている。そして、トレッド部１０の内面には、図１にモデルを示した環状のタイヤ用騒音低減装置１が配されている。

バンド部材３は、材料としては繰り返し曲げ変形に対して耐久性の優れた樹脂を使用することが好ましく、例えば、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ樹脂）を使用することが好ましい。接合部材５も同様であり、例えば、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ樹脂）を使用することが好ましい。両者がこのように同種の樹脂材料であれば、その点でも接合強度を一般に高くでき、このことはポリプロピレン樹脂（ＰＰ樹脂）以外を使用する場合でも同様である。

吸音材２とバンド部材３との接合固定手段は、それら両者が熱可塑性合成樹脂性のものであれば熱接合を採用することができるので、該熱接合を可能にするため、また成形性の良さなどから、熱可塑性樹脂でバンド部材３を構成することが肝要である。そして、熱接合を採用することのメリットとして、特に熱可塑性樹脂製の板状の接合部材５（接合板または接合チップ）を使用して、該接合部材５の上から、例えば超音波溶着機の加振用ホーン６（図示せず）を該係止部材５に押し付けて、該係止部材５と吸音材２を熱変形させつつ、吸音材２、バンド部材３、さらに接合部材５の３者を熱接合させることができる点がある。

その構造モデルを図３（ａ）および図３（ｂ）に示しており、図３（ｂ）は、図３（ａ）の要部を拡大したものであり、図３において、小寸法の係止板５がタイヤ周方向の要所において「Ｖの字」状に折れ曲がった状態を呈して上記した３者を熱溶融によって部分的に一体化接合している。

さらに、図４（ａ）〜図４（ｃ）は、超音波溶着機を用いた場合の接合部材５とバンド部材３との熱融着法の一例を示すものである。まず、図４（ａ）に示すように、吸音材２をバンド部材３と熱可塑性樹脂製の板状の接合部材５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用ホーン６を接合部材５に押し付け、該接合部材５を「Ｖの字状に折れ曲げた状態にし、その折り曲げられた先端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２を通して接合部材５とバンド部材３を熱融着により一体化させる。該一体化部分には、バンド接合部４が形成される。加振用ホーン６は、バンド接合部４を前述したバンド厚さＨ（ｍｍ）が（ｂ）式を満たすこと、かつバンド接合部４でのバンド長さ方向と直角な断面でのバンド断面積Ａが２０ｍｍ² よりも大きい状態となるように、出力、時間などの条件を選定されて使用される。

図５（ａ）および図５（ｂ）にバンド接合部４付近の状態を示した。バンド接合部４におけるバンド厚さＨ（ｍｍ）は、バンド部材３の厚さｈ（ｍｍ）との関係で、０．４≦Ｈ／ｈ≦０．９を満足している。

吸音材２は、図１に示したように複数のピースに別れたものでもよいが、環状に全体として１個の連続したものとして形成されたものでもよい。

また、１個の吸音材２に対して少なくとも２箇所のバンド接合部４を設けることが、耐久性、コスト、安定的な加工ができることから好ましい。

また、バンド接合部４の位置が、吸音材２の端部から周方向の距離（図６のＬ）で３０ｍｍ〜８０ｍｍであることが、吸音材２のバタつきを押さえて、多孔質体へのダメージを与えることを押さえることができる点で好ましい。より好ましくは、吸音材２の端部から周方向の距離で４０ｍｍ〜６０ｍｍであることである。

図７（ａ）〜図７（ｄ）は、本発明にかかるタイヤ用騒音低減装置１に使用することができるバンド部材３の各種の形態例をモデル的に示したものである。図７（ａ）は、図１などに示したのと同様の比較的細めの幅で幅ＷＢが一様なもの、図７（ｂ）は、比較的太めの幅ＷＢを有しているが要所に長方形状の孔部を有していて全体の軽量化が図られているもの、図７（ｃ）は、全体に比較的細めの幅であるが、バンド接合部４に位置する部分付近だけ広幅になるように円弧状の縁線を呈した幅広部を有しているもの、図７（ｄ）は、図７（ｃ）と同様であるが、幅広部の縁線が台形状の縁線であるものを示している。

バンド部材３として、これらの態様のものも適宜に使用可能である。なお、バンド幅に広狭がある態様のものでは、バンド幅ＷＢは、特別なことがない限り、最小幅の値をいうものである。

図８は、本発明にかかるタイヤ用騒音低減装置１に使用することができるバンド部材３の態様例を示したものであり、特に、横断面形状の各種形態例をモデル的に示したものである。ここに図示したように、バンド部材３の横断面形状は、円形状、半円形状、台形状、正方形状、長方形状、二等辺三角形状などのものを使用することができる。このようなバンド部材３を用いるときは、バンド部材３の厚さｈとは、特別なことがない限り、最大厚さ部の厚さをいうものである。

図９は、本発明にかかるタイヤ用騒音低減装置１をタイヤ内腔空間に配した空気入りタイヤＴの好ましい一実施態様例をモデル的に説明するタイヤ周方向断面図であり、タイヤの内径（半径）Ｒと、環状に形成されたバンド部材３の環状外径（半径）ｒとの好ましい関係を示すためのものである。本発明者らの知見によれば、タイヤの内径（半径）Ｒと、環状に形成されたバンド部材３の環状外径（半径）ｒが、下記（ｃ）式を満足する関係を有することが好ましい。
０．９≦ｒ／Ｒ≦０．９９ ・・・（ｃ）

すなわち、バンド部材３の環状外径（半径）ｒが、タイヤの内径（半径）Ｒよりも小さく、本発明にかかるタイヤ用騒音低減装置１は、空気入りタイヤＴの内腔空間に配されたとき、内腔面に接触せずに収納できる寸法関係を有するものである。そうした寸法関係を有したタイヤ用騒音低減装置１を、特にタイヤ内腔面に接着剤などでの接合をせずに配することによって、タイヤの転動とともに該タイヤ用騒音低減装置１は自然につれ回り、接着剤での接合をした場合などと比較して該タイヤ用騒音低減装置１のタイヤ転動に伴う剥がれの発生などがないのであり、その結果、耐久性の良い、タイヤ用騒音低減装置１を内腔内に装着した空気入りタイヤＴを実現できるものである。

本発明において、バンド接合部でのバンド部の降伏強さの求め方は、以下の方法による。

（１）バンド接合部でのバンド部の降伏強さ
バンドを形成する熱可塑性樹脂について、ＪＩＳ Ｋ７１６１に準じた引っ張り試験を行って、該熱可塑性樹脂の降伏応力を求める。該試験は、ＪＩＳ１号ダンベル（厚さ１ｍｍ）を作製して、８０℃の雰囲気下で、引張り速度１０ｍｍ／分で、ｎ数を１０として平均を求める。一方で、バンド接合部４でのバンド長さ方向と直角な断面でのバンド断面積Ａ（ｍｍ² ）を顕微鏡観察などによって求め（ｎ数１０として、それらの平均値を求める）、得られた断面積Ａに、上記で求めた該熱可塑性樹脂の降伏応力の値を掛けて、該値を、バンド接合部でのバンド部の降伏強さとする。

また、高速耐久性試験は、以下の方法で行った。
（２）高速耐久性試験
各試験タイヤを、走行速度２５０ｋｍ／時からスタートして１０分間その速度で継続走行し、バンド破壊の有無を調べ、異常が発見されない場合は１０ｋｍ／時単位で走行速度をアップし、さらに１０分間その速度で継続走行して後、バンド破壊の有無を調べる。それを繰り返して、バンド破壊が生じた速度をバンド破壊速度とした。なお、バンド破壊の有無は、高速耐久試験を実施して、バンドの伸びが目視で明らかに認められたとき（ネッキング開始時）に、バンド破壊（変形）が生じたと判断した。

実施例１〜８、比較例１〜４
試験タイヤとして、タイヤサイズ２７５／３５Ｒ２０ １００Ｙの試験タイヤを準備し、各試験タイヤの内腔に、本発明にかかるタイヤ用騒音低減装置（実施例１〜８）、本発明によらないタイヤ用騒音低減装置（比較例１〜４）を装着した。

各試験タイヤは、いずれも吸音材（幅２４０ｍｍ）は、ウレタンフォーム（多孔質体）で構成し、バンド幅ＷＢ、バンド部材の厚さｈ（ｍｍ）、バンド接合部におけるバンド厚さＨ（ｍｍ）、バンド接合部４でのバンド長さ方向と直角な断面でのバンド断面積Ａを各種変更したものを合計１２種類準備した（実施例１〜８、比較例１〜４）。

図１と図２に示したように、バンド部材はタイヤ全周に環状に存在する熱可塑性樹脂製弾性バンド部材とし、吸音材は複数の吸音材が全周にわたり存在するが、複数個に分断されて存在するものとした。接合部材とバンド部材は、いずれも熱可塑性樹脂（ポリプロピレン樹脂、耐熱変形温度（ＡＳＴＭ Ｄ６４８耐熱温度（連続）６０℃）製とした。接合部材を用いた吸音材とバンド部材の接合一体化は、超音波溶着機を使用して行った。

各試験タイヤについて、評価した結果を表１に示した。

この結果からわかるように、本発明にかかるタイヤ用騒音低減装置と該タイヤ用騒音低減装置を装着した空気入りタイヤは、高速耐久性に優れ、非常に高速（例えば、２７０ｋｍ／時以上、さらには３００ｋｍ／時以上）の条件下でも、耐久性良くタイヤ騒音低減効果を発揮できることがわかる。

１：タイヤ用騒音低減装置
２：吸音材
３：熱可塑性樹脂からなるバンド部材
４：バンド接合部
５：接合部材
５５：連続タイプ接合部材
６；超音波溶着機の加振用ホーン
１０：トレッド部
１１：ビード部
１２：サイドウォール部
Ｔ：空気入りタイヤ
ＷＢ：弾性固定バンドの幅
ｈ：バンド部材の厚さ（ｍｍ）
Ｈ：バンド接合部におけるバンド厚さ（ｍｍ）

Claims (8)

1. 多孔質体からなる吸音材と、該吸音材をタイヤ内面に装着するためタイヤ周方向に沿う環状に形成された熱可塑性樹脂からなるバンド部材とを有し、前記吸音材が、該吸音材を中間にして、Ｖ字型の断面形態を呈して屈曲された接合部材と前記バンド部材とで挟持されて、該吸音材と該バンド部材および該接合部材の３者が接合されているバンド接合部を要所に有するタイヤ用騒音低減装置であり、前記バンド部材のバンド幅ＷＢが下記（ａ）式を満足するとともに、前記バンド接合部において前記接合部材が接合されていない側の表面から前記接合部材と前記バンド部材との界面までの厚さとして測定されるバンド厚さＨ（ｍｍ）が、前記バンド部材の厚さｈ（ｍｍ）と下記（ｂ）式の関係を満足し、かつ前記バンド接合部の位置でのバンド長さ方向と直角な断面での前記バンド部材のバンド断面積Ａが２０ｍｍ² よりも大きいものであることを特徴とするタイヤ用騒音低減装置。
   ２０ｍｍ≦ＷＢ≦吸音材幅（ｍｍ） ・・・（ａ）
   ０．４≦Ｈ／ｈ≦０．９ ・・・（ｂ）
2. 前記バンド接合部の位置での前記バンド部材の降伏強さが８０℃環境下において３３０Ｎ以上であることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ用騒音低減装置。
3. 前記吸音材１個に対して少なくとも２箇所の前記バンド接合部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のタイヤ用騒音低減装置。
4. 前記バンド接合部の位置が、該吸音材の端部から３０ｍｍ〜８０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のタイヤ用騒音低減装置。
5. 前記吸音材と該バンド部材および該接合部材の接合が、超音波溶着法によりなされたもの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タイヤ用騒音低減装置。
6. 前記バンド部材と前記接合部材が、同種の合成樹脂材料からなるものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のタイヤ用騒音低減装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のタイヤ用騒音低減装置が、前記バンド部材によってタイヤ内腔空間内に配されてなることを特徴とする空気入りタイヤ。
8. タイヤの内径（半径）Ｒと、前記環状に形成されたバンド部材の環状外径（半径）ｒが、下記（ｃ）式を満足する関係を有することを特徴とする請求項７に記載の空気入りタイヤ。
   ０．９≦Ｒ／Ｒ≦０．９９ ・・・（ｃ）

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