WO2004074014A1 - タイヤ／ホイール組立体 - Google Patents

Abstract

　軽金属製ホイールによりバネ下質量を軽量化しながら、ロードノイズの低減を可能にしたタイヤ／ホイール組立体である。剛性指数αが３５～６５（１／ｒａｄ）である軽金属製ホイールに空気入りタイヤを装着したタイヤ／ホイール組立体であって、前記空気入りタイヤをベルト層の端部に補強層を配置する構成にした。

Description

—ル組立体

技術分野

本発明はタイヤ/ホイール組立体に関し、 さらに詳しくは、 軽金属製 ホイールを使用しながらロ一ドノィズの低減を可能にしたタイヤ/ホイ ール組立体に関する。

明 背景田技術

乗用車のバネ下質量 （unsprung mass)を軽量化すると、 乗心地性が向 上する上に、 燃費を低減できるという効果がある。 このようにパネ下質 量を軽量化する最も一般的な手段は、 日本特開 2 0 0 2 - 2 7 4 1 0 3 号公報に開示されるように、 車輪に軽金属製ホィ一ルを使用することで める。

しかし、 軽金属製ホイールでパネ下質重を軽量化した場合には、 その 軽量化の割合が大きくなればなるほど乗心地性は向上するものの-. その 反面でホイール剛性が低下するため、 車室内に生ずる騒音 （ロードノィ ズ） が徐々に悪化する傾向がある。 特に、 周波数 3 0 0 H z付近の口一 ドノイズが増大するようになる。 したがって、 軽金属製ホイールを使用 する場合の課題としては、 上記周波数 3 0 0 H z付近のロードノイズを 如何にして小さくすることができるかにかかっている。 発明の開示

本発明の目的は、 軽金属製ホイールによりパネ下質量を軽量化しなが ら、 ロードノイズの低減を可能にしたタイヤ/ホイ一ル組立体を提供す ることにある。

上記目的を達成する本発明のタイヤ/ホイ一ル組立体は、 剛性指数 α が 3 5〜 6 5 ( 1 / r a d ) である軽金属製ホイールに空気入りタイヤ を装着したタイヤ/ホイール組立体であって、 前記空気入りタイヤをべ ルト層の端部に補強層を配置する構成にしたことを特徴とするものであ る。

軽金属製ホイールの剛性指数ひが 6 5 ( 1 / r a d ) 以下のレベルに なるまで軽量化すると、 ホイールの剛性も低下する。 そして、 ホイール の剛性低下により固有振動数も低下するため、 そのホイールの固有振動 数が通常のタイヤ構造の空気入りタイヤが有する疑似断面 2次モードの 固有振動数 （ 3 0 0 H z付近） に接近した状態になる。 したがって、 走 行中の空気入りタイヤが発生する 3 0 0 H z付近の振動に上記軽金属製 ホイールが共振し、 この共振で発生した振動が車軸を介して車室内に伝 播し、 車室を共振させることで 3 0 0 H z付近のロードノイズを発生す る。

しかし、 本発明のタイヤ/ホイール組立体によれば、 軽金属製ホイ一 ルに装着した空気入りタイヤを、 そのベルト層端部に補強層を配置する ことによりショルダ一部の剛性を増大させるようにしたため、 そのショ ルダ一部域の固有振動数が増大し、 上記軽金属製ホイールの固有振動数 からズレ状態にすることができる。 したがって、 空気入りタイヤの振動 に対して軽金属製ホィールが共振しなくなり、 3 0 0 H z付近の振動を 車室に伝播しなくなるため、 車室の共振によるロードノイズをなくすこ とができる。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明の実施形態からなるタイヤ/ホイ一ル組立体の要部を 示す子午線半断面図である。

図 2は、 本発明の他の実施形態からなるタイヤ/ホイール組立体の要 部を示す子午線半断面図である。

図 3は、 ホイールの剛性指数 αの測定方法を説明する説明図である。 図 4は、 一ル組立体の耐久性試験装置の説明図である, 発明を実施するための最良の形態

本発明のタィャ /ホイール組立体は、 ホイールに軽金属製ホイールを 使用する。 しかも、 その軽金属製ホイールの剛性指数 αを 3 5〜6 5 ( 1 /r a d) 、 好ましくは 4 0〜5 0 ( 1 /r a d) の範囲に大幅に軽 量化したものを使用することが特徴である。

このようにホイール剛性を、 剛性指数 aが 3 5〜6 5 ( 1 /r a d) の範囲になるように大幅に低下させたため、 乗心地性が従来のスチール ホイールに比べて大幅に向上し、 かつ燃費も低減する。 ホイールの剛性 指数 αが 6 5 ( 1 /r a d) よりも大きいと、 上記のような乗心地性の 向上は得られなくなる。 また、 ホイールの剛性指数 αが 3 5 ( 1 /r a d) より小さいと、 ホイールの耐久性が低下し、 実用に供することが難 しくなる。

本発明において、 ホイールを構成する軽金属としては、 上記剛性指数 αの範囲を満たすものであれば特に限定されない。 一般にはアルミニゥ ム又はその合金が好ましく使用される。 7ルミニゥム以外の軽金属とし ては、 マグネシウム、 チタン又はそれらの合金などを使用することがで きる。

本発明でホイールの剛性を規定する剛性指数 αとは、 以下のように測 定される特性値をいう。

図 3に示すように、 軽金属製ホイール 1の内側フランジ部 1 f を固定 座 3 0に対して締結具 3 1で固定すると共に、 そのホイール 1のデイス ク 1 dに負荷アーム 3 2を軸心が一致するように固定する。 そして、 負 荷アーム 3 2の後端部に、 ディスク面から距離 Sの位置に重り 3 3を吊 り下げて力 F (kN) を与え、 そのときに発生する変位 δを求める。 なお、 ここで内側フランジ部 1 f とは、 ホイ一ルを車両に装着したと き、 その車両側に対面する方のフランジ部をいう。 また、 ここで与える 力 F (kN) は、 当該ホイールに適用される乗用車用タイヤの最大負荷 能力に対応する荷重のうちの最大値 （日本自動車タイヤ協会規格の規定 による） をいう。 ただし、 限定された車両を対象とするときは、 それら の車両の静止時車輪反力のうちの最大値とする。

上記変位 5の測定結果から、 次の （ 1 ) 式によりホイール剛性 K (= 負荷したモーメント/変位角） を求める。 負荷したモーメント （kN . m) は F x Sで与えられ、 また変位角 （r a d) は 5/ Sで与えられる 値である。

K = F S ² / δ (kN · m/r a d) ( 1 ) 次いで、 上記ホイール剛性 Kを、 下記 （ 2 ) 式で求められる曲げモー メント Mにより、 下記 （ 3 ) 式のように除すことにより剛性指数 αを算 出する。

M=SmXF x ( /i X r - d ) (kN · m) ( 2 ) a = K/U ( 1 /r a d) ( 3 ) なお、 上記 ( 2 ) 式において；

Smは、 係数で 1. 5である。 同等またはそれ以上の試験条件として、 ホイールの軽金属材料が J I S H 4 0 0 0 「アルミニウム及びアルミ ニゥム合金の板及び条」 に規定する合金番号 5 0 0 0番台の合金であつ て、 マグネシゥムの含有量が 3 %以下のものであるときは 1. 8、 鎊鍛 造材のアルミニウム合金であるときは 1. 0とする。

は、 タイヤと路面との間の摩擦係数で 0. 7である。

r (m) は、 当該ホイールに適用される乗用車用タイヤの静的負荷半 径のうちの最大値 （日本自動車タイヤ協会規格の規定による） である。 ただし、 限定使用の場合は、 それらの車両に指定された乗用車用タイヤ の静的負荷半径のうちの最大値とする。

また、 d (m) は、 当該ホイールの車両への取付面とリム中心線との 間の距離である。

他方、 本発明のタイヤ/ホイ一ル組立体に装着される空気入りタイヤ には、 カーカス層の外周にタイヤ周方向に沿って設けたベルト層の端部 に補強層を配置したものを使用する。

この空気入りタイヤは、 ベルト層端部に補強層を配置していることに よりショルダ一部の剛性が上昇しており、 その剛性の上昇によりタイヤ の固有振動数が通常構造の空気入りタイヤよりも増大した状態になって いる。 他方、 軽金属製ホイールの方は、 軽量化により剛性が低下し、 そ の結果として、 軽金属製ホイールの固有振動数は通常構造の空気入り夕 ィャが有する固有振動数 （ 3 0 0 H z付近） に接近した状態になってい る。

したがって、 空気入りタイヤが一般的な通常構造のままであれば、 走 行中に車室内に周波数 3 0 0 H z付近のロードノイズを発生する。 しか し、 本発明で適用する空気入りタイヤは、 上記のように固有振動数が通 常構造のタイヤより増大しているので、 軽金属製ホイールの固有振動数 からズレた状態になる。 そのため軽金属製ホイールがタイヤの振動と共 振することはなく、 車室内に周波数 3 0 0 H z付近のロードノイズを発 生することはない。

本発明において空気入りタイヤに使用する補強層は-. ベルト層の端部 に配置するものであれば、 ベル卜層の内側、 外側、 或いは層間のいずれ であってもよい。 しかし、 好ましくはベルト層の内側に力一カス層との 間に挟むように配置するのがよい。 また、 補強層は、 その全幅がベルト 層に重なる必要はなく、 一部が最大幅のベルト層 （内径側のベルト層） の外側へ延長していてもよい。 好ましくは、 最大幅のベルト層の端部を 起点に、 その起点からベルト層内側へ 5 mm、 ベルト層外側へ 1 O mm の範囲内に跨がるようにするとよい。

補強層の構造は特に限定されないが、 好ましくは補強コードとこれを 被覆するコ一トゴムとから構成したものがよい。 補強コードとしては、 ナイロン繊維、 ポリエステル繊維、 ポリビニルアルコール繊維、 ァラミ ド繊維などのコードを使用するとができる。 これらの中でも、 特に高弾 性率のァラミ ド繊維コードが好ましい。 コートゴムは、 高弾性率のもの が好ましく、 特に t a n δが 0 . 1 5〜0 . 2 5の範囲のものがよい。 特に t a n <5が上記範囲のコートゴムとァラミ ド繊維コードとを組み合 わせた補強層を使用すると、 ショルダ一部の剛性を一層大きくすること ができる。 なお、 ここでの t a n 5は、 温度 6 0 ° (：、 初期歪み 1 0 %、 振幅 ± 2 %、 周波数 2 0 H zの測定条件で測定したものをいう。

補強コードの卷付け角度は任意であってよいが、 ナイロン、 ポリエス テル、 ポリビュルアルコールなどの低弾性率コードの場合は、 タイヤ周 方向に対して略 0 ° の角度で螺旋状に巻き付けることが好ましい。 また、 高弾性率のァラミ ド繊維コードの場合は、 タイヤ周方向に対して 0 ° 超 1 5 ° 以下の範囲で螺旋状に巻き付けたものが好ましい。

図 1は、 本発明の実施形態からなるタイヤ/ホイール組立体 （車輪） の要部を示す子午線断面図である。

タイヤ/ホイール組立体は、 ホイール 1のリム 1 rに空気入りタイヤ が装着されて構成されている。 ホイール 1はアルミニウム合金などの 軽金属製であり、 かつ剛性指数 αが 3 5〜6 5 ( 1 / r a d ) の範囲に 低剛性化し、 大幅に軽量化されている。 このようにホイール 1が低剛性 化していることで、 大幅に乗心地性が向上している。

空気入りタイヤ 2は、 力一カスコードをタイヤ周方向に対し略 9 0 ° のコード角度で配列したカーカス層 3を有している。 この力一カス層 3 はトレッ ド 4から左右のサイ ドウォール部 5， 5を経てビ一ド部 6， 6 に至り、 両端部をビードコア 7 , 7の廻りに夕ィャ内側から外側へ折り 返されるように形成されている。 カーカス層 3の外周側にはスチールコ 一ドからなる 2層のベルト層 8が層間で互いにコードが交差するように 配置されている。 そのベルト層 8の両端部に、 それぞれ力一カス層 4と の間に挟まれるように補強層 9が設けられている。

補強層 9が上記のように配置されることでショルダ一部の剛性が上昇 し、 そのショルダ一部の剛性の上昇により固有振動数が大きくなってい る。 したがって、 空気入りタイヤの固有振動数は、 軽金属製ホイール 1 の固有振動数から大きく外れた状態になり、 空気入りタイヤ 2が路面か ら拾って発生する振動に軽金属製ホイール 1が共振しなくなる。 そのた め、 振動はホイール 1および車軸を経由して車室に伝達されなくなり、 車室内に 3 0 0 H z付近のロードノイズが発生しなくなる。

なお、 図 1の実施形態の場合には、 補強層 9を最内径側のベルト層 8 の内側にカーカス層 3との間に挟むように配置したが、 これを、 図 2の 実施形態のように、 ベルト層 8の端部の外周側に配置してもよい。 また、 図示していないが、 2枚のベルト層 8の間に挿入するようにしてもよい _c 以下、 実施例により本発明を具体的に説明するが、 下記の実施例は例 示のために示すものであって、 本発明を限定的に解釈するものとして使 用してはならない。

実施例 1〜 4、 比較例 1〜 8

タイヤサイズが 1 9 5 / 6 0 R 1 5で、 カーカス層をポリエステルコ —ド、 ベルト層をスチールコードで構成する点を共通にし、 ベルト層両 端部の外周側に図 2に示すようにナイ口ン繊維コ一ドをタイヤ周方向に 略 0 ° で螺旋卷きにし、 かつ t a η が 0 . 1 8のコートゴムで被覆し た補強層を設けた空気入りタイヤ Αと、 この補強層を設けない空気入り タイヤ Bとを製作した。

他方、 リムサイズが 6 1/2 J J X 1 5である点を共通とし、 構成材料- 剛性指数 α及び質量を表 1に示すように異ならせた 7種類のホイール a 〜gを用意した。 なお、 表 1において、 ホイールの質量はスチール製ホ ィ一ル aの質量を 1 0 0とする指数で表示した。 表 1

上記 7種類のホイール a〜gに、 それぞれ上記空気入りタイヤ A及び

Bを装着することによ り、 表 2に示す組合せからなる 1 3種類のタイヤ /ホイール組立体 (車輪) を組み立てた (実施例 1〜4、 従来例、 比較 例 1〜 8 ) 。

これら 1 3種類のタイヤ/ホイ一ル組立体について、 それぞれ下記の 試験方法により乗心地性-. ロードノイズ、 耐久性の測定を行ない、, 表 2 に示す結果を得た。

〔乗心地性〕

試験車輪 (タイヤ/ホイール組立体) に空気圧 2 0 0 k P aを充填し- 排気量 2 . 5 リツ トルエンジンを搭載した乗用車に装着し、 5人のテス ト ドライバ一によ り 1周 2 . 5 k mのテス トコースを試走するときの乗 心地性をフィーリングで評価した。 評価点は従来例を 3点にして基準と し、 この基準に対する差で表わした。

〔ロー ドノイズ〕

試験車輪に空気圧 2 0 0 k P aを充填し、 乗心地性の測定と同じ車両 に装着すると共に、 運転席の後部にセンサーを配置し、 同じテストコ一 スを試走するとき、 周波数 2 0 0 - 3 1 5 H zの騒音のォ一バオ一ル値 (dB) を測定した。 評価は従来例の測定値に対する差で表わした。 〔耐久性〕

図 4に示すように、 タイヤ/ホイール組立体を空気圧を 2 4 O kP a にし、 車軸 4 1に荷重 W= 1 3. 7 kNを負荷して駆動ドラム 4 0に接 圧し、 その駆動ドラム 4 0を 1 0 0万回転させたとき、 その間にホイ一 ル破損が発生したか否かにより耐久性を評価した。

〇：破損無し X ：破損有り

表 2

実施例 5〜 7

実施例 3のタイヤ/ホイール組立体において、 ナイロン繊維コードの 補強層の位置を図 1のように内径側のベルト層とカーカス層の間に配置 変えした空気入りタイヤ Cに変えた以外は、 実施例 3と同一構成のタイ ール組立体を製作した （実施例 5 ) 。

また、 同じく実施例 3のタイヤ/ホイール組立体において、 補強層の ナイロン繊維コードをァラミ ド繊維コードに変えると共に、 コートゴム を t a n 5が 0 . 1 5のゴムにした空気入りタイヤ Dに変えた以外は、 実施例 3と同一構成のタイヤ/ホイール組立体 （実施例 6 ) 、 補強層の ナイロン繊維コードをァラミ ド繊維コードに変えると共に、 コートゴム を t a n 5が 0 . 2 5のゴムにした空気入りタイヤ Eに変えた以外は、 実施例 3と同一構成のタイヤ/ホイール組立体 (実施例 7 ) をそれぞれ 製作した。

これら 3種類のタィャ /ホイール組立体について、 前述と同じ測定方 法により乗心地性、 ロードノィズ及び耐久性を測定した結果を表 3に示 した。

0

1 o -

Claims

請求の範囲

1. 剛性指数ひが 3 5〜6 5 ( 1 /r a d) である軽金属製ホイール に空気入りタイヤを装着したタイヤ/ホイール組立体であって、 前記空 気入りタイヤをベルト層の端部に補強層を配置する構成にしたタイヤ/ ホイール組立体。

2. 前記補強層を前記ベルト層とカーカス層との間に挿入した請求項 1に記載のタイヤ/ホイール組立体。

3. 前記補強層をァラミ ド繊維コードと t an 5が 0. 1 5〜0. 2 5のコートゴムとから構成した請求項 1または 2に記載のタイヤ/ホイ ール組立体。

4. 前記補強層をァラミ ド繊維コードをタイヤ周方向に対して 0° 超 1 5° 以下の角度で螺旋状に巻回して形成した請求項 3に記載のタイヤ /ホイール組立体。

5. 前記補強層を、 前記ベルト層最大幅の端部を起点にして、 該起点 からベルト層内側へ 5 mm、 ベルト層外側へ 1 Ommの範囲内に跨がる ように配置した請求項 1〜 4のいずれかに記載のタイヤ/ホイール組立 体。

6. 前記ホイールがアルミニウム又はアルミニウム製である請求項 1 〜 5のいずれかに記載のタイヤ/ホイ一ル組立体。