JPS582844B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、複数の異なるピッチ長さを有するトレッドデ
ザインエレメントを周方向に配列した改良されたトレッ
ドデザインを有する空気入りタイヤに関するものである
。

一般に、タイヤトレッドデザインはトレッドデザインエ
レメントを周方向に連続させたくり返し模様として構成
されているため、タイヤトレッド部の溝の中に含まれる
空気がタイヤ転勤に伴い圧縮、開放される。

またタイヤ転勤に伴ってトレッドデザインエレメントか
ら発せられるパルス的振動がくり返し行なわれる結果、
その付近の空気に粗密波が生じ、いわゆるパターンノイ
ズと称する騒音が発生する。

このパターンノイズは、車輌各部の共振周波数と一致す
ると更に増大する。

従来、このようなパターンノイズを広い周波数帯域に分
散させ騒音を目立たなくさせ、かつ共振による騒音の増
大を防止するため、トレッドデザインのくり返し模様の
最小単位（詳しくは後述する）であるピッチの配列を改
良したバリアブルピツチ法が知られている。

このバリアブルピツチ法が知られている。

このバリアブルピツチ法とは、何種類かのピッチ長さの
異なるトレッドデザインエレメントをタイヤ周方向に適
当に配列し、各トレッドデザインエレメントが接地面か
ら離れる際に発生するパルス的騒音あるいは振動の時間
間隔を変化させ、特定周波数に騒音が集中しないように
する手法であり、無線工学等で用いられる周波数変調理
論に基づくものである。

しかしながら、周波数変調理論上良い分散度をもったト
レッドデザインエレメントのピッチ配列であっても、例
えば最長ピッチの長さと最短ピッチの長さきの比が太き
いと、各ピッチのもつトレッドデザインエレメントの剛
性の差異が大きく、タイヤ転勤時の振動特性に悪影響を
及ぼしたり、タイヤ摩耗形態に於ける偏摩耗の原因とな
る。

あるいはそのピッチ配列に特異な規則性があると、人間
の聴感覚にとって極めて耳ざわりで悪い結果となること
が判明した。

また、最長ピッチ長さ及び最短ピッチ長さの比、タイヤ
外周長を等分に分割する数としてのモード数及び周方向
溝のジグザグの太きさとしてのピッチ高さ、即ちタイヤ
周方向となす角、の三つの要素を特定してパターンノイ
ズを改良する試みが特開昭５０−１１３９０１号公報に
記載されているが、実用上のタイヤのパターンノイズお
よびタイヤ性能面（例えば、耐摩耗性）からはなお満足
する結果は得られていない。

本発明の基本的目的は、前記従来の欠点を改良し、トレ
ッドデザインエレメントを特定の配列方法に従って配置
することによりタイヤトレッドデザインから発生する騒
音を低減した、特に乗用車に有利に使用される空気入り
タイヤを提供することにある。

本発明の他の目的は、耐摩耗性等タイヤの諸性能を損う
ことなく騒音を低減、あるいは人間の聴感覚にとって目
立ちにくいものとすることができる空気入りタイヤを提
供することにある。

かかる目的を達成する本発明の空気入りタイヤは、複数
の異なる長さをもつトレッドデザインエレメントを周方
向に配列したタイヤに於で、タイヤー周に含まれるピッ
チ数が６５〜７５個の範囲にあり、最短ピッチに対する
最長ピッチの長さの比αが１．２〜１．５の範囲である
とともにどの同一ピッチを連続させて構成するピッチ群
のピッチ数も１５個以下であり、更に最長ピッチによっ
て構成されるピッチ群と最短ピッチによって構成される
ピッチ群との間に中間の長さの中間ピッチによる中間ピ
ッチ群を配置し、また、各々のピッチ長さが等比級数関
係になるようになし、なおかつそのピンチ群のくり返し
周期が３個存在していてそのうち最短周期長に対する最
長周期長の比βが周期の起点をどのピンチ群にとっても
１．０５〜１．３５の範囲にあり、かつ、全ピッチの長
さの総和に対するタイヤー周上に存在する全中間ピッチ
の長さの総和の比γが０．３〜０．６の範囲にあること
る特徴とするものである。

ここで本発明に於ける「ピッチ」とは、一般にタイヤト
レッドデザインはその周方向に連続するくり返し模様と
して構成されるが、そのくり返し模様の単小単位を意味
する。

例えば、第１図ａ，ｂ，ｃはそれぞれタイヤトレッドデ
ザインの一部を示すものであり、ここで矢印Ｃは周方向
を、また矢印Ｒは断面方向をそれぞれ意味し、溝１が設
けられている。

即ち、第１図ａのリブデザインにおけるＬ１，Ｌ２，Ｌ
３、第１図ｂのブロックデザ゛インにおけるＬ１，Ｌ２
，Ｌ３がそれぞれピッチであり、また第１図Ｃに示され
るものは前記ａ，ｂが組合わされたもので、周方向Ｃ溝
１のジグザグのＰ１，Ｐ２あるいは周方向溝から派生す
る補助溝のＰ３、ショルダ一部にある断面方向（Ｒ）溝
１のＰ４やブ田ノクを形成する溝１のＰ５等もピンチで
ある。

また本発明における「ピッチ群」とは、前記ピッチのう
ち同一ピッチが連続して配置されている部分を意味し、
形式上はピッチ１個の場合も含まれる。

また「ピッチ群の周期」とは、最長ピッチが連続して配
置されているピッチ群（ＧＭＡＸ）と最短ピッチによる
ピッチ群（ＧＭＩＮ）の間に中間ピッチによるピッチ群
（ＧＭＩＤ）を配置することにより、例えば ＧＭＡＸ１・ＧＭＩＤＩ・ＧＭＩＮ１・ＧＭＩＤ２・Ｇ
ＭＡＸ２・ＧＭＩＤ３・ＧＭＩＮ２・・・・・・ の様な周期的な配列の変化をもたし、この場合の周期を
言うものである。

そしてこの周期は、タイヤレッドデザインの配列が円カ
ン配列である故に、ＧＭＡＸｉ，ＧＭＩＤｉ，ＧＭＩＮ
ｉ（ｉ＝１，２，３・・・）のいずれを起点としても考
えることができる。

更に本発明に於で、α，βおよびγはそれぞれ次式の比
（具体的には後述される）を示す意味で使われる。

以下、本発明の具体的内容を実験結果に基づき説明する
が、その前に前述の周波数変調理論について少しふれて
おきたい。

即ち、周波数変調理論によれば、単一正弦波の変調信号
を受けた被周波数変調波のスペクトルの分布は、変調波
信号の最大振巾（最大周波数偏移）と角周波数との比（
変調指数）で決まり、変調指数が大きい程、被周波数変
調波のスペクトルは広範囲な周波数帯域に分布する。

タイヤパターンノイズの分散のためにこの理論を適用し
た場合、最大周波数偏移は最長ピッチと最短ピッチの長
さの差、変調信号の角周波数はピッチ配列の周期と等し
く考えることが可能でありしたがって、パターンノイズ
を広範囲の周波数帯域に分布させるには、最長のピッチ
の長さと最短のピッチの長さとの比を大きく取ることに
より、また同じ長さのピッチを連続して配置し、ピッチ
配列の周期を小さくすることにより達成されると共に、
タイヤー周に存在する全ピッチの個数、即ちトータルピ
ッチ数を多くすることにより、更に効果を増大できるこ
とが理論上考察される。

ところでまず、このように周波数変調理論上では、トー
タルピッチ数が多いほどパターンノイズは広い周波数帯
域に分散しやすいが、タイヤ諸性能、特に耐摩耗性につ
いては過多のトータルピッチ数を採用すると、各々のピ
ッチのトレッドデザインエレメントの剛性が低下し、早
期摩耗やチツピングといった故障を誘発しやすいことが
わかった。

即ち、いまα−１．３，β＝１．２と一定にした条件下
でトータルピッチ数を５４．６０，６６．７８８４個の
５水準に変化させ、それぞれ音圧レベル平均摩耗量、ヒ
ールアンドトウの度合を測定した。

その実験結果は、第２図に示すとおりであった。

第２図のＡはＪＡＳＯＣ ６０６−７３「タイヤ騒音試
験方法」に準じた測定方法により測定した結果を示すも
のであり、ピッチ数によって定まるピッチ周波数におけ
る音圧レベルは、トータルピッチ数が５４ピッチのもの
に対して６６ピツチ以上で音圧レベルは低下している 第２図のＢは実車摩耗試験において約４万ｋｍ走行後の
タイヤ摩耗量を平均して７２ピツチのものに対する比で
表わしたものであるが、７８ピツチ以上では摩耗量が増
大している。

また第２図のＣは断面方向の溝がタイヤ摩耗に伴って周
方向で段差を生ずる、いわゆるヒールアンドトウの度合
を周方向段差（１）、深さ（Ｔ）としてｔ／Ｔで表わし
た図であり、この結果では５４ピツチのものは特にヒー
ルアンドトウ傾向が強くあらわれている。

以上のことから明らかなように、トータルピツチ数は６
５個〜７５個の範囲が望ましい。

また周波数変調理論上では、最長ピッチと最短ピッチと
の長さの比αが大きいほどその変調効果は太きいが、し
かし比αが大きいと各々のピッチのトレッドデザインエ
レメントの剛性差が大きくなり、タイヤ摩耗がタイヤ周
上で不均一となり、タイヤ周上で真円に対して凸凹が生
じトウアンドヒールと呼ばれる摩耗状態を呈することが
ある。

この問題を解決するためには、この比αを小さくとるが
、或は大きい比のαに対しては剛性差の大きいトレッド
デザインエレメントが互に隣り合わないように、ピッチ
を配ダルなければならない。

即ち、最蜂ピッチ（ＰＭＡＸ）と最短ピッチ（ＰＭＩＮ
）との間に中間の長さを有する中間ピッチ（ＰＭＩＤ）
を配置することが良く、しかも、同一ピッチが連続して
配列される方がタイヤ騒音がより分散することから、同
一ピッチを連続して構成するピッチ群により、例えば、
次のように配列する。

本発明では、このように最長ピッチ、中間ピッチ、最短
ピッチのそれぞれ同一ピッチを適宜連続させ、かつその
各ピッチ群を例えば上述のように適宜配置せしめること
が好ましい。

第３図に上述の場合のピッチ配列を例示した図を示す。

図に於では、０１個はそれぞれのピッチ群の中で同一ピ
ッチを示し、これが複数個連続してピッチ群を構成し、
更にこのピンチ群のくり返し単位で周期（Ｉ，ｎ，ｍ）
が構成される。

（以下同様である）。

この際中間ピッチは最長ピッチと最短ピッチの間に多数
の除々に変化するピッチ長で構成されることが理想であ
るが、タイヤ成型用金型の製作所の困難さ、あるいはタ
イヤー周で、後記するように、３回のピッチ群のくり返
し周期性をもたせ、なおかつ各々のピッチ群には適度に
同一ピッチが連続して配置されるためには、中間ピッチ
長の種類の少ない方が自由度が太きい。

また各ピッチのトレッドデザインエレメントの剛性の変
化が最も滑らかであるためには、前記各々のピッチ長さ
が等比級数関係になるように定めれば、複数種類の中間
ピッチを設けた場合と同等の耐摩耗性を発揮しうる。

即ち、いま第４図に示すピッチ配列でかつ第１表に示す
ように中間ピッチ長さを２６ｍｍに固定し一同一のピッ
チ配列でαを１．０〜１．６まで０．１毎に変えたタイ
ヤの音圧レベル、音圧レベルの変動巾および最長ピッチ
の摩耗量に対する最短ピッチの摩耗量の比を調べた結果
は第５図に示すとおりであった。

第５図のＡは、第２図のＡと同様ＪＡＳＯＣ６０６−７
３に準じて測定されたものであり、（タイヤ回転数）×
（トータルピッチ数）によって決るピッチ周波数に於る
音圧レベルは、αが大きいほど低くα＝１．２以上でそ
の効果が顕著に表われはじめる。

第５図のＢは、ピッチ周波数に於る音圧レベルの時間的
変動巾を示したもので、α−１．５より犬で変動巾が大
きくなっている。

音圧レベルとその変動巾とを合わせ評価する人間の聴感
覚によるフィーリングテストではα＝１．５までが許せ
る限度である。

また第５図のＣは、ＰＭＩＮに於る摩耗量とＰＭＡＸに
於る摩耗量の比を示すもので、α一１．４以下ではＰＭ
ＡＸとＰＭＩＮに於る摩耗量の差はないが、α＝１．５
より犬となるとＰＭＩＮに於る摩耗量はＰＭＡＸに於る
ものよりかなり大きくタイヤ周上で不均一な摩耗を示す
。

特にα＝１．６ではこの傾向が強く表われている。

この結果から、ＰＭＡＸ／ＰＭＩＮで表わされる比αは
１．２〜１．５の範囲で好ましいことが理解される。

更に、周波数変調理論上では、同一の長さのピッチを連
続して配置させるほど音の分散は良好であるが、ただし
過多に連続させた場合、同一ピッチが連続して配置され
るピッチ群によって発せられる騒音は単一周波数である
ため、またその騒音発生時間が長いため、騒音として人
間の聴感覚にとって感知しやすくなることが次の実験よ
り判明した。

即ち、いまα−１．５、トータルピッチ数７２個の条件
下に、ピッチ配列の一部にある同一ピッチがｎ個連続す
るピンチ群をｎ−８．１２，１５．１７，２０．２５個
の水準に変化せしめ音の変動を感じ得るかどうかを実験
した。

ピッチ配列は、例えば第６図（ｎ−１２個の場合）のよ
うにモデル化したものであり、この結果、ｎ−１７個以
上では明らかにピッチ群の騒音がタイヤ転勤と同期して
感知された。

したがって、ピッチ群としてはｎ−１５個以下が好まし
いものである。

次に前記同一長さのピッチが連続して配置してなるピッ
チ群をどのように配置すれば良いかを検討するため、ま
ず次に示す周波数の効果について実験した。

即ち、α＝１．３、β−１．０、トータルピッチ数７２
個で第７図に示すピッチ配列を用いて周期数１〜５で実
験をおこない、音圧レベルの変化を調べた。

その結果を第８図に示す。なお、ここではＰＭＡＸ＝２
９．３ｍｍ、ＰＭＩＤ＝２６ｍｍ、ＰＭＩＮ＝２２．５
ｍｍを用いた。

この結果、周期数とピッチ群の中に含まれるピッチ数と
の関係は逆比例的であるので、周期数が増すにつれ音圧
レベルの変動の巾は小さいが、音千レベルの変動の中心
（実効値）が大きくなることが明らかになった。

また、前記したように連続するピッチが長いほど分散は
良くなる。

従って、周期の小さいものは分散は良好であるが、音圧
レベルの変動の巾が大きく、また変動の周期が長くタイ
ヤ転勤中に各々のピッチ群がしめる時間が長いので、人
間の聴感覚に容易に感知される。

従って、周期数については実効値と振幅の兼ね合いから
は周期数３が最も良好であることが明らかになった。

次に前記した周波数を３にした場合、各々の周期の長さ
の関係を調べるために、β＝最長周期長／最短周期長を
変化させた時の音圧レベルと周波数の関係を検討した。

第９図ａはβ−１の等周期で周期Ｉ，ｎ，Ｈに於ける周
期長が共に６２２．８ｍｍであり、第９図ｂはβ中１．
５で周期Ｉ＝７４５．８ｍｍ，周期■＝６２２．８ｍｍ
、周期■＝４９９．８ｍｍの各周期長の場合のピッチ配
列図である。

即ち、ピッチ長さを一定にし（ＰＭＡＸ２９．３ｍｍ，
ＰＭＩＤ２６ｍｍ，ＰＭＩＮ２２．５ｍｍ）、トータル
ピッチ数が７２個でかつ周期長さの比βを１．０，１．
０５，１．３，１．５と変化させたタイヤ騒音の周波数
特性を調べた。

この結果、第１０図に示されるように、等周期（β−１
．０）のものに比してβ＝１．０５以上のものはピッチ
周波数近傍の音圧レベルが低くかつ広い周波数帯域に分
散している。

一方、β＝１．５の場合はβ＝１．３５に比して大きな
効果を示すことがなく、かつ音圧レベルの変動巾が大き
くなるので、β＝１．３５より太きいものは良くないこ
とが理解される。

この結果よりβ＝最長周期長／最短周期長一１．０５〜
１．３５の範囲とし、中間周期長は最長周期長と最短周
期長のほぼ中間の長さを有することが望ましい。

ただし、βはその周期の起点を変えると、各周期の長さ
が変わってくるのでどのピッチ群を起点としてもβ＝１
．０５〜１．３５の範囲にあることが必要である。

更に、タイヤー周において全中間ピッチ長の総和（ＬＭ
ＩＤ）のタイヤー周に存在する全ピッチの長さの総和（
ＬＴＯＴＡＬ、タイヤ外周長）に占める割合が音圧レベ
ルにかなり影響を及ぼすことを考えて、次に述べるよう
な条件のもとにおいて、γ＝ＬＭＩＤ／ＬＴＯＴＡＬを
Ｏ〜１．０に変化させた場合の音圧レベルを測定した。

即ち、α＝１．３，β＝１．２、トータルピッチ数７２
個とし、更にＰＭＡＸとＰＭＩＮの個数を略同数として
、γをＯ〜０．１まで０．１毎に変化させその音圧レベ
ルを測定した。

前記測定に用いられたγを各々のピッチ個数で示すと第
２表のようになる。

結果を第１１図に示す。

ここで、ＬＭＩＤ／ＬＴＯＴＡＬ＝０は、ＰＭＡＸ・Ｐ
ＭＩＮのみが存在する場合で、ＰＭＩＤがなくなったこ
とによって図に示すピッチ周波数に於ける音圧レベルが
高くなっている。

一方、この値が１．０のときはＰＭＩＤのみが存在する
等ピッチ配列の場合で最も悪いレベルを示している。

第１１図より、γが０．３〜０．６の範囲にあれば音圧
レベルが好ましい。

更に、本発明の一実施例である第３図のトレッドデザイ
ン配列と従来のトレッドデザイン配列を比較するために
、２つのトレッドデザイン配列の速度に対する音圧レベ
ルを調べた結果、本発明によるトレッドデザイン配列の
効果が充分確認された。

即ち、αが共に１．３で、従来タイプのタイヤのトレッ
ドデザイン配列は第１２図に示されたもので、一方本発
明による配列を次の条件にして音圧レベルを比較した。

ＰＭＡｘ＝３１．５ｍｍ，ＰＭＩＤ＝２７．５ｍｍ，Ｐ
ＭＩＮ＝２４．５ｍｍ，α＝１．３，β＝１．１８，γ
＝０．５２ この結果を第１３図に示す。

図中、イは本発明、口は従来タイプのものをそれぞれ示
す。

従来タイプのものは４０ＫＭ／ｈｒ．弱及び７０ＫＭ／
ｈｒ．前後の速度に於て音圧レベルが特に高くなってい
る。

これはタイヤ騒音とタイヤ支持系との（リムも含めて）
共振によって音圧レベルが上るものである。

一方、本発明によるピッチ配列を採用した場合、連続す
るピッチを多用し、トータルピッチ数が増え、配列の形
が本発明に従がつているので全速度域で音圧レベルが低
く、かつリムとの共振による特定速度に於る音圧レベル
の増加も見られない。

本発明の実施に於で用いられるトレッドデザインは、リ
ブデザイン、ブロックデザイン、ラムデザインをはじめ
これらを組合わせたものなど任意である。

本発明によれば、以上の如くしてタイヤのトレッドデザ
インを構成することにより、耐摩耗性等タイヤの諸性能
を損うことなく、しかもトレッドデザインによる騒音を
低減しあるいは人間の聴感覚にとって目立にくいものと
することができる。

本発明のタイヤは特に乗用車の空気入りタイヤに有利に
利用され、車輌外部での騒音低減はもとより内部での騒
音も静かとなり、車輌の居住特性の一要素である乗心地
性能にも望ましい結果を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃはそれぞれタイヤのトレッドデザイン
を例示する部分正面図、第２図はトータルピッチ数に対
する平均摩耗量と音圧レベルとヒールアンドトウの度合
の関係を示す図、第３図および第４図はそれぞれピンチ
配列を示す図、第５図は比αに対する音圧レベル、音圧
レベルの変動巾および摩耗量の関係を示す図、第６図は
ピッチ群ｎ−１２の場合のピッチ配列を示す図、第７図
はピッチ配列の周期を示すピッチ配列図、第８図は第７
図の各周期に対する音圧レベルの変動巾を示す図、第９
図ａ，ｂは等周期および周期長を変えた場合のピッチ配
列図、第１０図は音圧レベルの周波数特性を示す図、第
１１図はタイヤー周上に存在する全ピッチの長さの総和
（タイヤ外周長）に対するタイヤー周上に存在する全中
間ピッチ長の長さの総和の比と音圧レベルとの関係を示
す図、第１２図は従来タイヤのピッチ配列を例示するピ
ッチ配列図、第１３図は速度と音圧レベルの関係を示す
図、をそれぞれ示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数の異なる長さをもつトレッドデザインエレメン
   トを周方向に配列ルたタイヤに於で、タイヤー周に含ま
   れるピッチ数が６５〜７５個の範囲にあり、最短ピッチ
   に対する最長ピッチの長さの比αが１．２〜１．５の範
   囲であるとともにどの同−ピッチを連続させて構成する
   ピッチ群のピッチ数も１５個以下であり、更に最長ピッ
   チによって構成されるピッチ群と最短ピッチによって構
   成されるピッチ群との間に中間の長さの中間ピッチによ
   る中間ピッチ群を配置し、また、各々のピッチ長さが等
   比級数関係になるようになし、なおかつそのピッチ群の
   くり返し周期が３個存在していてそのうち最短周期長に
   対する最長周期長の比βが周期の起点をどのピッチ群に
   とっても１．０５〜１．３５の範囲にあり、かつ、全ピ
   ッチの長さの総和に対するタイヤー周上に存在する全中
   間ピッチの長さの総和の比γが０．３〜０．６の範囲に
   あることを特徴とする空気入りタイヤ。