JPH06156008A - 車両用タイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 タイヤ自身に起因するロードノイズを低くす
る。 【構成】 タイヤ本体内の空気室に、空気とヘリウムガ
スとを混合した混合ガスを充填する。ヘリウムガスは、
混合ガスの重量％で１１％以上とする。 【効果】 空気室内のガス質量が軽くなるので、タイヤ
自身の空洞共鳴周波数が３００Hz以上に上がり、タイヤ
自身に起因する２５０〜２６０Hz付近でのロードノイズ
が４ｄＢ以上下がる。ヘリウムガスは、安価であり、不
活性である為タイヤの素材等と化学反応を起こすことな
く、また、空気室内の温度変化により水が発生しても、
水に溶解せずタイヤ内圧を一定に保つ。更に、ヘリウム
ガスは不燃性で貯蔵性にも優れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロードノイズを低減可
能な車両用タイヤに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車の燃費改善の為、車体の軽
量化が進んでいる一方、この車体の軽量化に伴いロード
ノイズが増大し、このロードノイズを低減することも重
要な課題の一つになっている。このロードノイズは、粗
い舗装路など不規則な凹凸の路面を走行するときの車室
内での耳障りな音であり、その発生メカニズムは、路面
の不規則な凹凸を走行する際のタイヤの弾性振動エネル
ギーが、サスペンション、ボディーを伝わり、車室の局
部的共振、気柱共鳴等の音響特性と重なって耳障りな音
を発生するものと考えられている。

【０００３】図３に実線で示すスペクトルは、タイヤ本
体内の空気室に空気のみを充填した従来のタイヤを用い
て６０ｋｍ／ｈで走行した場合の車内音の周波数分析結
果である。この分析結果では、５０Hz付近、９０Hz付
近、１４０Hz付近、及び２５０〜２６０Hz付近に夫々ピ
ークがある。このうち、５０Hz付近のピークは、ばね下
前後加速度に影響され、９０Hz付近のピークは、ばね下
上下加速度に、また、１４０Hz付近のピークはばね下上
下、前後加速度及び車内の気柱共鳴等の影響と考えられ
ている。更に、２５０〜２６０Hz付近のピークは、タイ
ヤ固有の共振振動（空洞共鳴又は気柱共鳴ともいう）が
影響しているものと考えられる。これらの車内音は、車
速とともに音圧が高くなるものの、その基本スペクトル
はほぼ同じになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、５０Hz付近、９０Hz付近、１４０Hz付近で起こる車
内騒音の発生は、サスペンション特性、車室の音響特性
等を改善すれば低減できるが、２５０〜２６０Hz付近で
起こる騒音は、タイヤ固有の振動が影響しているので、
タイヤ固有の振動数を改善するようにしなければならな
い。しかし、タイヤは内部に空気を張った弾性体である
為、その空気室内で空洞共鳴が起こり、これがサスペン
ション、ボディーから車内に伝わり、騒音の原因にな
る。従って、空洞共鳴は、タイヤに空気室が存在する以
上、タイヤの大きさ等の構造や材料を変えても、必然的
に起こる。従来は、タイヤ自身に起因するロードノイズ
低減対策として、ホイール内に吸音材を設けたものがあ
ったが（特開昭６４─７８９０２号公報参照）、そのロ
ードノイズ低減効果は小さく、また、吸音材の材料コス
ト及び製造コストも大となるといった問題点があった。
本発明の目的は、上記問題点を解決する為になされたも
のであって、タイヤ自身に起因するロードノイズを低減
し得る車両用タイヤを提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る車両用タ
イヤは、ホイールに装着してなるものであって、ロード
ノイズを低減する為に、タイヤ本体内の空気室に、重量
％で１００％のヘリウムガスを注入したものである。ま
た、請求項２においては、１００％のヘリウムガスの代
わりに、タイヤ本体内の空気室に、空気とヘリウムガス
とを混合した混合ガスを充填したものである。そして、
請求項３においては、この混合ガスが、重量％で１１％
以上のヘリウムガスを、また、請求項４においては、重
量％で２１％以上のヘリウムガスを混入している。更
に、請求項５においては、混合ガスは、空気室の空洞共
鳴周波数が３００Hz以上になるように、ヘリウムガスの
混合割合を設定している。

【０００６】

【発明の作用及び効果】上記請求項１に係る車両用タイ
ヤにおいては、一般に、タイヤ自身から発生する固有の
振動エネルギーが、車体と共振（共鳴）してロードノイ
ズの原因となるので、このタイヤの固有振動数を上げる
ようにすれば、共鳴効果が低減し、車内騒音の発生を防
ぐことができる。タイヤの固有振動数を上げる為には、
タイヤ本体の空気室内の空洞共鳴（気柱共鳴）の周波数
を上げればよい。その為には、タイヤ本体内部の空気室
に充填されるガスの質量を軽くすれば上記目的が達成で
きる。

【０００７】ガス質量を軽くするためには、通常、空気
室に充填される空気よりも軽いガスを使用すればよい
が、安価であるとともに、不活性ガスで、且つ水に対す
る溶解性が低いガスを使用するのが望ましい。なぜなら
ば、不活性でなければ、タイヤの素材であるゴムや、ホ
イールと化学反応を起こし、また、水に対する溶解性が
高いと、空気室内の温度変化により水が発生し、この水
に溶解してタイヤ内圧が変化してしまうからである。

【０００８】そこで、本発明では、この条件を充足する
ガスとして、ヘリウムガスを用い、、請求項１では、重
量％で１００％のヘリウムガスをタイヤ本体内の空気室
に注入し、また、請求項２では、ヘリウムガスを空気と
混合した混合ガスを空気室に充填した。このヘリウムガ
スを使用すれば、上記条件を満足するとともに、ヘリウ
ムガスは不燃性である為、安全性に優れ、また、ガソリ
ンスタンド等で、ガスボンベに貯蔵する際にも、その貯
蔵性に優れている。

【０００９】尚、上記請求項３に係る車両用タイヤにお
いては、ヘリウムガスを混合ガスの重量％で１１％以上
にしているが、その理由は以下の通りである。図２は車
両用タイヤの概略側面図であり、この図において、タイ
ヤの空気室内の空気を円環に置き換えた場合の円環の中
軸周長をＬ、音速をｃ、波長をλとすると、タイヤ本体
内部の空気室内に空気のみを充填したときの空洞共鳴周
波数ｆは、 ｆ＝ｃ／λ＝ｃ／Ｌ ……………（１） で表される。ここで、タイヤサイズが１９５／６５・Ｒ
１４のものを使用した場合、室温で、ｃ＝３４０ｍ／ｓ
ｅｃ、Ｌ≒１．４８ｍとなり、式（１）は、 ｆ＝ｃ／Ｌ≒２３０Hz ……………（２） となる。

【００１０】この周波数域でみてみると、周波数を上げ
る程、車体感度が鈍くなり、ロードノイズに有利であ
る。特に、請求項５に記載するように、ヘリウムガスと
空気との混合ガスにより空洞共鳴周波数ｆがｆ＞３００
Hzとなれば、ロードノイズに対するタイヤの空洞共鳴の
寄与が殆どなくなる。この為には、式（１）より、ｃ∝
Ｌであるので、 ｆ＝ｃ／Ｌ＝３００Hz Ｌ≒１．４８ｍだから、 ｃ＞４４３ｍ／ｓｅｃ ……………（３） であればよい。

【００１１】一方、音速ｃは、音の伝播空間の物質の分
子量をｍとすると、数１に示すように、

【数１】 となる。ここで、αは定圧比熱Ｃｐと定積比熱Ｃｖとの
比、Ｒはガス定数、Ｔは絶対温度である。式（３）と数
１から物質、即ち、タイヤ内部の空気室内の混合ガスの
質量（分子量ｍ）を求めると、数２のようになる。

【数２】

【００１２】そこで、ヘリウムと空気の混合割合を計算
する。先ず、ヘリウムのモル数をｘとすると、ヘリウム
と空気の容積比は、 ヘリウム（Ｈｅ）：空気＝ｘ：（１−ｘ） ……………（４） となる。ヘリウムと空気の全重量（分子量ｍ）は、数２
から１７．０ｇ／モルであるから、 ４ｘ＋２９．０×（１−ｘ）＝１７．０ｇ／モル ｘ＝０．４８ ……………（５） となる。この式（５）からヘリウム（Ｈｅ）は、その体
積％が、４８％となり、重量％が概略１１％となる。こ
のように、タイヤの空洞共鳴周波数を３００Hz以上にす
るには、ヘリウムガスを体積％で４８％以上、重量％で
１１％以上の割合で入れればよく、これにより、タイヤ
の空洞共鳴が、ロードノイズに対して殆ど寄与しなくな
る。

【００１３】尚、請求項４においては、ヘリウムガスの
混合割合を、重量％で２１％以上に設定しているが、こ
の場合のタイヤの空洞共鳴周波数は、上述の計算式に従
うと、３５０Hz以上となる。また、タイヤの大きさを変
更すれば、中軸周長Ｌも変わり、タイヤの空洞共鳴周波
数も変化するが、請求項５に記載するように、タイヤの
空洞共鳴周波数を概略３００Hz以上にすれば、車体の特
性からタイヤ自身に起因するロードノイズの発生が抑制
される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本実施例の車両用タイヤの断面図、図２は
同じくその側面図である。本実施例の車両用タイヤ１
は、スチール製のホイール２に装着してなるものであっ
て、ロードノイズを低減する為に、ゴム製のタイヤ本体
３内の空気室４に、空気とヘリウムガスとを混合した混
合ガス５を充填し、この混合ガス５は、体積％で４８％
以上、重量％で１１％以上のヘリウムガスを混入したも
のである。

【００１５】図３は６０ｋｍ／ｈで走行したときの前席
右側の車内音の周波数分析結果を示す。図において、破
線で示すスペクトルは、本発明に係るタイヤを用いて走
行した場合の車内音の周波数分析結果を示し、実線で示
すスペクトルは、従来のタイヤを用いて走行した場合の
車内音の周波数分析結果を示す。いずれの場合も、タイ
ヤサイズが１９５／６５・Ｒ１４のものを使用して、室
温で測定したものである。そして、本実施例の車両用タ
イヤは、タイヤ本体３の空気室４に、空気とヘリウムの
混合ガスを充填したもので、上述の如く、そのヘリウム
ガスと空気の重量比は、空気：ヘリウム＝８９：１１で
あり、体積％は、ヘリウムガスが４８％、空気が５２％
である。これに対し、従来のタイヤは、空気室に空気の
みを充填したものである。

【００１６】この分析結果では、図３に示すように、５
０Hz付近、９０Hz付近、及び１４０Hz付近のピークは、
サスペンションのばね下加速度等によるもので、これら
の条件は、本発明のタイヤと従来のタイヤとで変更して
いないので、従来のタイヤと比較して、その変化特性は
変わらない。しかし、２５０〜２６０Hz付近のピークで
は、図１の破線で示すように、従来に比べて４ｄＢ程低
下した。これは、タイヤ本体内部の空気室に充填される
ガスの質量が軽くなり、タイヤの空洞共鳴周波数が上が
り、ロードノイズに対する寄与が殆どなくなったものと
考えられる。

【００１７】上記ヘリウムガスの混合比からタイヤの空
洞共鳴周波数を算出すると、ヘリウムと空気の全重量Ｙ
（分子量）は、 ４×０．４８＋２９．０×（１−０．４８）＝Ｙ Ｙ＝１７．０ｇ／モル ……………（６） となる。一方、音速ｃと空気室内の分子量ｍとの関係
は、数１の関係にあるので、この空気室内の音速ｃ１
は、数３のようになる。

【数３】

【００１８】タイヤの空洞共鳴周波数ｆは、 ｆ＝ｃ１／Ｌ ……………（７） であるから、Ｌ≒１．４８ｍ、ｃ1 ＝４４３ｍ／ｓｅｃ
を式（７）に代入すると、 ｆ＝４４３／１．４８ ≒３００Hz となる。従って、ヘリウムガスを、体積％で４８％以
上、重量％で１１％以上の割合で混入した場合、タイヤ
の空洞共鳴周波数は、３００Hz以上となる。

【００１９】尚、タイヤの空洞共鳴周波数ｆを更に高く
すれば、その効果が大となる。以下に、上記実施例より
も高い周波数である３５０Hz以上になるように、混合ガ
スのうちヘリウムガスの重量％を決定する場合の算出式
を示す。即ち、タイヤサイズが１９５／６５・Ｒ１４の
ものを使用した場合、上記式（１）より、 ｆ＝ｃ／Ｌ＝３５０Hz Ｌ≒１．４８ｍだから、 ｃ＞５１７ｍ／ｓｅｃ ……………（８） であればよい。一方、音速ｃは、混合ガスの分子量をｍ
とすると、数１に示す関係があるから、

【数４】 となる。

【００２０】そこで、ヘリウムガスと空気の混合割合を
計算すると、 ４ｘ＋２９．０×（１−ｘ）＝１２．５ｇ／モル ｘ＝０．６６ ……………（９） となる。この式（９）からヘリウムガスの体積％は６６
％となり、重量％は２１％となる。従って、空気室内の
空洞共鳴周波数を３５０Hz以上にするには、ヘリウムガ
スを体積％で６６％以上、重量％で２１％以上の割合で
入れればよいことがわかる。

【００２１】同様に、空洞共鳴周波数ｆを４００Hz以上
にするには、上記と同様な計算式により、体積％で７７
％以上、重量％で３２％以上のヘリウムガスを混合すれ
ばよいことになる。更に、タイヤの空洞共鳴周波数を上
げるには、１００％のヘリウムガスを空気室に注入する
のが最も望ましい。この場合のタイヤの空洞共鳴周波数
を、上記の計算式に基いて算出すれば、約９１６Hzにな
る。

【００２２】このように、タイヤの空気室に充填するガ
スの質量を、ヘリウムガスを使用することにより軽くす
れば、タイヤ自身の空洞共鳴周波数が上がり、そのタイ
ヤ空洞共鳴がロードノイズに対して殆ど寄与しなくなる
ので、車内騒音が緩和され、快適な車内空間が実現でき
る。また、空気室に注入するヘリウムガスは、安価であ
るとともに、不活性である為、タイヤの素材であるゴム
やホイールと化学反応を起こすのを防止できる。また、
このヘリウムガスは、水に対する溶解性が低いので、空
気室内の温度変化により水が発生しても、水に溶解せず
タイヤ内圧を一定に保持することができる。更に、ヘリ
ウムガスは不燃性である為、安全性に優れ、また、ガソ
リンスタンド等で、ガスボンベに貯蔵する際にも、その
貯蔵性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】車両用タイヤの断面図である。

【図２】車両用タイヤの側面図である。

【図３】６０ｋｍ／ｈで走行したときの車内音の周波数
分析結果を示す図である。

【符号の説明】

１ タイヤ ２ ホイール ３ タイヤ本体 ４ 空気室 ５ 混合ガス Ｌ 中軸周長

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ホイールに装着してなる車両用タイヤに
   おいて、ロードノイズを低減する為に、タイヤ本体内の
   空気室に、重量％で１００％のヘリウムガスを注入した
   ことを特徴とする車両用タイヤ。
2. 【請求項２】 ホイールに装着してなる車両用タイヤに
   おいて、ロードノイズを低減する為に、タイヤ本体内の
   空気室に、空気とヘリウムガスとを混合した混合ガスを
   充填したことを特徴とする車両用タイヤ。
3. 【請求項３】 前記混合ガスは、重量％で１１％以上の
   ヘリウムガスを混入したことを特徴とする請求項２に記
   載の車両用タイヤ。
4. 【請求項４】 前記混合ガスは、重量％で２１％以上の
   ヘリウムガスを混入したことを特徴とする請求項２に記
   載の車両用タイヤ。
5. 【請求項５】 前記混合ガスは、前記空気室の空洞共鳴
   周波数が３００Hz以上になるように、ヘリウムガスの混
   合割合を設定したことを特徴とする請求項２に記載の車
   両用タイヤ。