JP6911823B2

JP6911823B2 - タイヤ

Info

Publication number: JP6911823B2
Application number: JP2018147717A
Authority: JP
Inventors: 佐和荻原; 江美上田; 賢宮澤; 達矢佐々木; 隆平早苗; 田中　正俊; 正俊田中
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2017-12-01
Filing date: 2018-08-06
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2038-08-06
Also published as: CN109968909A; JP2019099131A; CN109968909B

Description

本発明は、トレッド部に、模様構成単位がタイヤ周方向に繰り返し配列されたトレッドパターンを有するタイヤに関する。

タイヤが装着される車両や路面の条件に応じて、様々なトレッドパターンを有するタイヤが提案されている。トレッドパターンには、例えば、溝と、それに隣接するブロックとで構成された模様構成単位が、タイヤ周方向に繰り返し配置される。このようなタイヤにおいて、模様構成単位が同じ大きさで形成されている場合、走行時に耳障りな騒音（例えば、ピッチノイズ）が発生することが知られている。

下記特許文献１は、ピッチノイズを低減したタイヤを提案している。下記特許文献１のタイヤでは、各模様構成単位をパルスとして、各模様構成単位の長さを隔てたパルス列をフーリエ変換して得られる１〜ｋ次の振幅Ｐ（ｋ）が、所定の範囲内に限定されている。下記特許文献１のタイヤは、振幅Ｐ（ｋ）のピークを次数ｋの広い範囲に均すことができ、ピッチノイズを低減（ホワイトノイズ化）することができる。

特開２０００−１７７３２０号公報

上記特許文献１のタイヤは、走行時のピッチノイズを低減するものの、うなり音が生じやすいという問題があった。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、走行時のうなり音を抑制できるタイヤを提供することを主たる目的としている。

本発明は、トレッド部に、タイヤ周方向の長さが異なる少なくとも２種類の模様構成単位がタイヤ周方向に配列された列を含むトレッドパターンを有するタイヤであって、前記模様構成単位の列を、各模様構成単位をそれらの前記長さに応じた大きさを有するパルスとし、かつ、前記パルスを、１つの模様構成単位を起点として前記配列の順にかつ各模様構成単位の前記長さを隔てて並べたパルス列に置換するとともに、各パルスの大きさは、そのパルスに対応する前記模様構成単位の前記長さを、前記少なくとも２種類の前記模様構成単位の前記長さの中央値に対する比で定義され、前記少なくとも２種類の模様構成単位に対応する前記パルスの大きさの平均値は、１．００であり、前記パルス列を下記式（１）でフーリエ変換して得られる１〜ｋ次の振幅Ｆ_ｋのうち、前記振幅Ｆ_ｋの最大値Ｆ_maxは、下記式（１）を満たし、かつ前記最大値Ｆ_maxの２／３以上の前記振幅Ｆ_ｋが、隣り合う次数で連続しないことを特徴とする。

ここで、
Ｎ：タイヤ１周での模様構成単位の総数
Ｌ：タイヤ周長変数（タイヤ１周の全ての模様構成単位の長さの比の総和）
ｋ：１〜２Ｎまでの自然数
ｉ：１〜２Ｎ−１までの自然数
Ｘ（ｊ）：パルス列の起点からｊ番目の模様構成単位までのパルス位置（起点からｊ番目までの長さの比の和）
Ｐ（ｊ）：パルス列の起点からｊ番目のパルスの大きさ

本発明に係る前記タイヤにおいて、前記１〜ｋ次の振幅Ｆ_ｋのうち、１次数の振幅Ｆ₁は、０．６以下であってもよい。

本発明に係る前記タイヤにおいて、前記１〜ｋ次の振幅Ｆ_ｋのうち、１次数の振幅Ｆ₁は、０．５以下であってもよい。

本発明に係る前記タイヤにおいて、前記タイヤ１周での前記模様構成単位の総数Ｎは、下記式（２）をさらに満たしてもよい。

本発明に係る前記タイヤにおいて、前記各模様構成単位の前記長さの比は、０．０８〜０．２５であってもよい。

本発明に係る前記タイヤにおいて、前記最大値Ｆ_maxは、下記式（３）を満たしてもよい。

本発明に係る前記タイヤにおいて、前記最大値Ｆ_maxは、下記式（４）を満たしてもよい。

本願発明のタイヤは、トレッド部に、タイヤ周方向の長さが異なる少なくとも２種類の模様構成単位がタイヤ周方向に配列された列を含むトレッドパターンを有している。模様構成単位の列を、各模様構成単位をそれらの前記長さに応じた大きさを有するパルスとし、かつ、前記パルスを、１つの模様構成単位を起点として配列の順にかつ各模様構成単位の長さを隔てて並べたパルス列に置換している。各パルスの大きさは、そのパルスに対応する前記模様構成単位の前記長さを、前記少なくとも２種類の前記模様構成単位の前記長さの中央値に対する比で定義され、前記少なくとも２種類の模様構成単位に対応する前記パルスの大きさの平均値は、１．００である。パルス列を下記式（１）でフーリエ変換して得られる１〜ｋ次の振幅Ｆ_ｋのうち、振幅Ｆ_ｋの最大値Ｆ_maxは、下記式（１）を満たしている。

前記振幅Ｆ_ｋは、タイヤ走行時において、前記模様構成単位を構成するブロックが路面に接地して離れる際に生じる騒音（ピッチノイズ）を周波数分析したときのノイズエネルギーの大きさに相関がある。また、前記振幅Ｆ_ｋの次数１〜ｋは、ノイズエネルギーの周波数に相関がある。本願発明のタイヤは、前記振幅Ｆ_ｋの最大値Ｆ_maxが上記式（１）を満たすことで、前記振幅Ｆ_ｋのピークを次数ｋの広い範囲に均すことができる。これにより、本願発明のタイヤは、ピッチノイズを低減（ホワイトノイズ化）することができる。

さらに、本願発明のタイヤは、前記振幅Ｆ_ｋの最大値Ｆ_maxの２／３以上の振幅Ｆ_ｋが、隣り合う次数で連続していない。これは、隣接する周波数の音が互いに干渉することを防ぎ、走行時のうなり音を抑制できる。しかも、パルスの大きさの平均値は、１．００に限定されるため、走行時のうなり音を確実に抑制できる。

タイヤのトレッド部の一例を示す展開図である。振幅Ｆ_ｋを求めるためのパルス列を示す線図である。振幅Ｆ_ｋと次数ｋとの関係を示すグラフである。タイヤＡの振幅Ｆ_ｋと次数ｋとの関係を示すグラフである。タイヤＢの振幅Ｆ_ｋと次数ｋとの関係を示すグラフである。タイヤＣの振幅Ｆ_ｋと次数ｋとの関係を示すグラフである。タイヤＤの振幅Ｆ_ｋと次数ｋとの関係を示すグラフである。タイヤＥの振幅Ｆ_ｋと次数ｋとの関係を示すグラフである。タイヤＦの振幅Ｆ_ｋと次数ｋとの関係を示すグラフである。タイヤＧの振幅Ｆ_ｋと次数ｋとの関係を示すグラフである。タイヤＨの振幅Ｆ_ｋと次数ｋとの関係を示すグラフである。タイヤＩの振幅Ｆ_ｋと次数ｋとの関係を示すグラフである。タイヤＪの振幅Ｆ_ｋと次数ｋとの関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図１は、タイヤ１のトレッド部２の一例を示す展開図である。本実施形態のタイヤ１のトレッド部２には、トレッドパターン３が設けられている。

トレッドパターン３は、タイヤ周方向の長さＬが異なる少なくとも２種類の模様構成単位４が、タイヤ周方向に繰り返し配置されることで形成されている。これにより、トレッド部２には、ピッチバリエーションが形成されるため、走行時のノイズを低減することができる。模様構成単位４の種類については、例えば、タイヤ１が装着される車両や路面の条件に応じて適宜設定されうる。模様構成単位４は、例えば、２〜１０種類程度が望ましい。本実施形態の模様構成単位４は、５種類である場合が例示される。

本実施形態では、模様構成単位４がタイヤ周方向に配列された模様構成単位の列Ｒが少なくとも１列（本実施形態では、５列）設けられている。各模様構成単位４は、タイヤ軸方向で隣り合う他の模様構成単位の列Ｒの模様構成単位４と、タイヤ周方向の位置が同一である場合が例示されるが、タイヤ周方向に位置ずれして（位相がずれて）いてもよい。

本実施形態の模様構成単位４は、１つのブロック６と、このブロック６とタイヤ周方向の一方側で隣り合う１つの横溝７とで構成されている。従って、本実施形態のトレッドパターン３は、ブロックパターンである場合が例示される。ブロック６は、横溝７と、横溝７と交わる向きにのび、かつ、タイヤ周方向に連続してのびる主溝８とで区分される。

タイヤ１周での模様構成単位４の総数Ｎについては、適宜設定することができる。なお、総数Ｎが少ないと、ピッチバリエーションによるノイズ低減効果を十分に発揮できないおそれがある。逆に、総数Ｎが多いと、トレッド部２の偏摩耗を招きやすいおそれがある。このため、タイヤ１周での模様構成単位４の総数Ｎは、下記式（２）を満たすのが望ましい。

さらに、タイヤ１周での模様構成単位４の総数Ｎは、下記式（５）を満たすことで、１ピッチ当たりのトレッド部２の剛性を向上させることができるため、ノイズ低減効果を発揮しつつ、操縦安定性を向上させることができる。

タイヤ周方向の長さＬが異なる模様構成単位４を、長さＬの大きさの順に並べたとき、隣り合う模様構成単位４、４間の長さＬの増加の割合については、適宜設定することができる。増加の割合が大きいと、隣り合う模様構成単位４、４間の剛性差が大となるため、偏摩耗が生じるおそれがある。また、増加の割合が小さいと、特定周波数のノイズが集中し、ピッチバリエーションによるノイズ低減効果を十分に発揮できないおそれがある。このような観点より、タイヤ周方向で隣り合う各模様構成単位４の長さＬの比（増加の割合）は、０．０８〜０．２５程度が望ましい。

図２は、振幅Ｆ_ｋを求めるためのパルス列の一例を示す線図である。本実施形態のタイヤ１において、図１に示した模様構成単位４がタイヤ周方向に配列された模様構成単位の列Ｒを、図２に示されるように、各模様構成単位４をそれらの長さＬに応じた大きさを有するパルス１５とし、かつ、そのパルス１５を、１つの模様構成単位４を起点として列Ｒの配列の順にかつ各模様構成単位４の長さＬを隔てて並べたパルス列１６に置換している。このパルス列１６は、タイヤ１周に亘り作成される。また、パルス列１６は、模様構成単位の列Ｒが複数形成されている場合、任意の模様構成単位の列Ｒにおいて作成される。

図２において、縦軸は、パルス１５の大きさを示している。横軸は、各パルス１５が発生する間隔を示している。各パルス１５の大きさは、そのパルス１５に対応する模様構成単位４の長さＬを、少なくとも２種類の模様構成単位４の長さＬ（本実施形態では、図１に示した５種類の模様構成単位ＬＬ、Ｌ、Ｍ、Ｓ、ＳＳの各長さＬ）の中央値に対する比で定義される。パルス１５の発生間隔は、等間隔ではない。

パルス１５の発生間隔は、図１に示した各模様構成単位４の長さＬに応じた間隔である。本実施形態のパルス１５の発生間隔は、模様構成単位４の長さＬの比に基づいて設定されている。ここで、「模様構成単位４の長さＬの比」とは、複数種類の模様構成単位４の中で基準となる一つの基準模様構成単位４Ｓ（図１に示す）を定め、かつ、この基準模様構成単位４Ｓの長さＬに対する各模様構成単位４の長さＬの比で表される。基準模様構成単位４Ｓは、好ましくは全種類の模様構成単位４を長さＬの順に並べたときに、中間もしくはそれに近い位置に配置される模様構成単位とするのが好ましい。

本実施形態のタイヤ１において、パルス列１２を下記式（１）でフーリエ変換して得られる１〜ｋ次の振幅Ｆ_ｋ（パワースペクトル密度）のうち、振幅Ｆ_ｋの最大値Ｆ_maxは、下記式（１）を満たすように構成されている。

上記式（１）のタイヤ周長変数Ｌは、タイヤ１周に亘って配置されている全ての模様構成単位４について、長さＬの比を総和したもので表される。上記式（１）のパルス位置Ｘ（ｊ）は、以下のように、パルス列１２の起点Ｓからｊ番目までの模様構成単位の長さＬの比の和によって定義される。
Ｘ（１）＝ＰＬ（１）
Ｘ（２）＝ＰＬ（１）＋ＰＬ（２）
・
・
・
Ｘ（ｊ）＝ＰＬ（１）＋ＰＬ（２）＋ … ＋ＰＬ（ｊ）
なお、ＰＬ（ｉ）（ｉは、１〜Ｎまでの自然数）は、起点からｉ番目に配列されている模様構成単位４の長さＬの比の値を示すものとする。

図３は、振幅Ｆ_ｋと次数ｋとの関係を示すグラフである。振幅Ｆ_ｋは、低次成分（本実施形態では、周波数が小さいノイズエネルギー）の予測に使用される。振幅Ｆ_ｋは、振幅Ｐｋと同様に、タイヤ走行時において、ピッチノイズを周波数分析したときのノイズエネルギーの大きさに相関がある。また、次数ｋは、ノイズエネルギーの周波数に相関があり、上記式（１）に示されるように、１次から２Ｎ次（即ち、模様構成単位の数Ｎに２を乗じた次数）までの範囲に設定されている。

本実施形態のタイヤ１において、振幅Ｆ_ｋの最大値Ｆ_maxは、上記式（１）の上限値（即ち、４．５２−０．０１２５Ｎ）以下に限定されている。これは、種々の実験結果によって、発明者らが知見したものである。発明者らによる実験では、先ず、模様構成単位４の総数Ｎ等を違えた複数のタイヤが試作され、図２のようなパルス列１６が作成された。次に、パルス列１６を上記式（１）でフーリエ変換して得られる１〜ｋ次の振幅（パワースペクトル密度）Ｆ_ｋの最大値Ｆ_maxが求められた。そして、試作したタイヤ１を実車に装着して、車内でのピッチノイズの音圧レベルの測定、及び、ドライバーによる官能テストが行われた。このような実験により、発明者らは、最大値Ｆ_maxが上記式（１）を満たすことにより、振幅Ｆ_ｋのピークを次数ｋの広い範囲に均すことができ、ピッチノイズを低減（ホワイトノイズ化）できることを知見した。

本実施形態では、模様構成単位４（図１に示す）の種類数ｍに応じて、最大値Ｆ_maxを変化させる必要はない。これは、振幅Ｆが、種類数ｍによる振幅変化が小さいためである。従って、この実施形態のタイヤ１は、ピッチノイズを確実に低減できる。

また、発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、上記のように振幅Ｆ_ｋのピークを次数ｋの広い範囲に均すと、隣接する周波数の音が互いに干渉し、うなり音が生じやすくなることを知見した。このような知見に基づいて、本実施形態のタイヤ１は、最大値Ｆ_maxの２／３以上の振幅Ｆ_ｋが、隣り合う次数ｋで連続しないように構成されている。これにより、本実施形態のタイヤ１は、隣接する周波数の大きな音が互いに干渉するのを防ぐことができる。

なお、隣り合う次数ｋのうち、一方の次数の振幅Ｆ_ｋが最大値Ｆ_maxの２／３以上であっても、他方の次数ｋの振幅Ｆ_ｋが最大値Ｆ_maxの２／３未満であれば、うなり音はそれほど大きくならない。従って、本実施形態のタイヤ１は、最大値Ｆ_maxの２／３以上の振幅Ｆ_ｋが、隣り合う次数ｋで連続しないように構成されることにより、走行時のうなり音を抑制できる。このような作用を効果的に発揮させるために、最大値Ｆ_maxの３／５以上の振幅Ｆ_ｋが、隣り合う次数ｋで連続しないように構成されるのが望ましい。

さらに、本実施形態では、少なくとも２種類の模様構成単位（本実施形態では、図１に示した５種類の模様構成単位ＬＬ、Ｌ、Ｍ、Ｓ、ＳＳ）に対応するパルス１５の大きさの平均値が、１．００に限定される。これにより、最大値Ｆ_maxを効果的に小さくすることができ、走行時のうなり音を確実に抑制できる。

上記のようなうなり音を効果的に低減するために、１〜ｋ次の振幅（パワースペクトル密度）Ｆ_ｋのうち、１次数の振幅Ｆ₁は、０．６以下に限定されるのが望ましい。１次数の振幅Ｆ₁は、タイヤ１周で１回変動するノイズエネルギーに影響する。このような１次数の振幅Ｆ₁は、例えば、タイヤ１が乗用車用である場合、車両速度が１５〜３５km／ｈのノイズエネルギーに相当し、２〜５Hz付近のうなり音を発生させやすい。一般に、２〜５Hz付近のうなり音は、人間にとって、特に不快に感じられることが知られている。発明者らは、上述したような種々の実験結果により、１次数の振幅Ｆ₁が０．６以下に限定されることで、上記のようなうなり音を効果的に抑制できることを知見した。

本実施形態のタイヤ１は、最大値Ｆ_maxの２／３の振幅Ｆ_ｋが隣り合う次数ｋで連続させないように構成され、かつ、１次数の振幅Ｆ₁が０．６以下に限定されることにより、走行時のうなり音を効果的に抑制することができる。また、発明者らは、模様構成単位４（図１に示す）の種類数ｍが多くなるほど、１次数の振幅Ｆ₁の上限値を小さくするのが望ましいことを知見した。従って、本実施形態のタイヤ１は、走行時のうなり音を効果的に低減することができる。

走行時のうなり音をより効果的に低減するために、１次数の振幅Ｆ₁は、０．５以下に限定されるのが望ましい。さらに、最大値Ｆ_maxは、下記式（３）を満たすのが好ましく、下記式（４）を満たすのがより好ましい。

これまでの実施形態のタイヤは、トレッドパターン３がブロックパターンである場合が例示されたが、このような態様に限定されない。例えば、トレッドパターン３がリブパターンである場合、模様構成単位４は、タイヤ周方向にのびるジグザグ溝（図示省略）の谷と谷との間、又は、山と山との間の領域として構成される。また、トレッドパターン３がラグパターンである場合、模様構成単位４は、１つのラグ溝（図示省略）と、このラグ溝のタイヤ周方向の一方で隣り合う１つの陸部（図示省略）とで構成される。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。本実施形態の模様構成単位４は、５種類である場合が例示されたが、２種類、３種類又は４種類であっても同様に適用することができる。

図１に示した基本構成を有し、かつ、表２の仕様を有するブロックパターンのタイヤが試作された（実施例１〜５、比較例１〜５）。各供試タイヤについて、振幅Ｆ_ｋの最大値Ｆ_max、及び、一次の振幅Ｆ₁が求められた。図４〜図１３は、一例として、タイヤＡ〜Ｊの振幅Ｆ_ｋと次数ｋとの関係を示すグラフである。模様構成単位の配列は、表１のとおりである。共通仕様は、次のとおりである。
タイヤサイズ：１９５／６５Ｒ１５
リムサイズ：１５×６．５Ｊ
内圧：２３０ｋＰａ
荷重：４．２０ｋＮ
速度：３４km／ｈ
模様構成単位の列：４列
ドラムの表面（路面）：摩擦シート材（スリーエムジャパン（株）製の製品名「セーフティ・ウォーク（登録商標）」）
模様構成単位の長さの比（増加の割合）：０．０８〜０．２５
パルスの大きさの平均値：１．００

＜台上騒音試験＞
直径３．０mのドラム試験機を用い、ＪＡＳＯに準拠して、各供試タイヤを上記リム、上記内圧、及び、上記荷重の条件下でドラム上を走行させ、６０km／ｈから２０km／ｈまで惰行走行させたときの音圧が測定された。なお、音圧の測定に用いられたマイクは、タイヤ赤道からタイヤ軸方向外側に１ｍ離間させ、かつ、ドラムの表面からドラム半径方向外側に１５cm離間させた位置に固定された。そして、音圧の時系列データに基づいて、次数±２０に相当する周波数のパーシャルオーバーオールを計算し、ピーク付近の速度（３３−４０km／ｈ）の音圧（ピッチノイズ）が求められた。さらに、音圧の時系列データのうち、３４km／ｈの音圧の時系列データに基づいてウェーブレット変換し（分解能１６Hz）、１次成分（うなり音）を抽出した。結果は、実施例１の音圧（ｄＢ）を１００とする指数で表示している。数値が小さいほど良好である。

＜車内騒音試験＞
各供試タイヤを上記リム、上記内圧、及び、上記荷重の条件下で１８００ccの国産乗用車の右前輪に装着した。左前輪、及び、後輪には、トレッドパターンの無いスリックタイヤが装着された。そして、車両をスムース路面に走行させ、６０km／ｈから２０km／ｈまで惰行走行させたときのピッチノイズ、うなり音、及び、ピッチノイズとうなり音とを含めた総合評価が、ドライバーの官能によって１０点法で評価された。結果は、数値が大きいほど良好である。
テスト結果を、表２に示す。

テストの結果、実施例は、比較例に比べて、走行時のピッチノイズを低減しつつ、うなり音を抑制することができた。

Ｆ_ｋ振幅
ｋ次数

Claims

トレッド部に、タイヤ周方向の長さが異なる少なくとも２種類の模様構成単位がタイヤ周方向に配列された列を含むトレッドパターンを有するタイヤであって、
前記模様構成単位の列を、各模様構成単位をそれらの前記長さに応じた大きさを有するパルスとし、かつ、前記パルスを、１つの模様構成単位を起点として前記配列の順にかつ各模様構成単位の前記長さを隔てて並べたパルス列に置換するとともに、
各パルスの大きさは、そのパルスに対応する前記模様構成単位の前記長さを、前記少なくとも２種類の前記模様構成単位の前記長さの中央値に対する比で定義され、
前記少なくとも２種類の模様構成単位に対応する前記パルスの大きさの平均値は、１．００であり、
前記パルス列を下記式（１）でフーリエ変換して得られる１〜ｋ次の振幅Ｆ_ｋのうち、前記振幅Ｆ_ｋの最大値Ｆ_maxは、下記式（１）を満たし、かつ
前記最大値Ｆ_maxの２／３以上の前記振幅Ｆ_ｋが、隣り合う次数で連続しないタイヤ。

ここで、
Ｎ：タイヤ１周での模様構成単位の総数
Ｌ：タイヤ周長変数（タイヤ１周の全ての模様構成単位の長さの比の総和）
ｋ：１〜２Ｎまでの自然数
ｉ：１〜２Ｎ−１までの自然数
Ｘ（ｊ）：パルス列の起点からｊ番目の模様構成単位までのパルス位置（起点からｊ番目までの長さの比の和）
Ｐ（ｊ）：パルス列の起点からｊ番目のパルスの大きさ
前記１〜ｋ次の振幅Ｆ_ｋのうち、１次数の振幅Ｆ₁は、０．６以下である請求項１記載のタイヤ。
前記１〜ｋ次の振幅Ｆ_ｋのうち、１次数の振幅Ｆ₁は、０．５以下である請求項１記載のタイヤ。
前記タイヤ１周での前記模様構成単位の総数Ｎは、下記式（２）をさらに満たす請求項１乃至３のいずれかに記載のタイヤ。
前記各模様構成単位の前記長さの比は、０．０８〜０．２５である請求項１乃至４のいずれかに記載のタイヤ。
前記最大値Ｆ_maxは、下記式（３）を満たす請求項１乃至５のいずれかに記載のタイヤ。
前記最大値Ｆ_maxは、下記式（４）を満たす請求項１乃至５のいずれかに記載のタイヤ。