JP4428061B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、空洞部を有する空気入りタイヤに関し、さらに詳しくは、空洞共鳴音を効果的に低減するようにした空気入りタイヤに関する。

空気入りタイヤにおいて、騒音を発生させる原因の一つにタイヤ内部に充填された空気の振動による空洞共鳴音がある。この空洞共鳴音は、タイヤを転動させたときにトレッド部が路面の凹凸によって振動し、トレッド部の振動がタイヤ内部の空気を振動させることによって生じるのである。

このような空洞共鳴現象による騒音を低減する手法として、タイヤとホイールとにより形成される閉空間の断面積をタイヤ周方向に変化させることにより、単一の共鳴周波数で共鳴する時間を短縮することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。より具体的には、閉空間の断面積を変化させるために、タイヤ内面又はリム外周面に所定の体積を有するバルクヘッドを装着するようにしている。

しかしながら、上記手法において、空洞共鳴音の低減効果を高めるために閉空間の断面積変化を大きくすると、バルクヘッドによる重量増加が大きくなり、場合によっては、バルクヘッドがタイヤの変形と干渉したり、リム組み作業性を悪化させることがある。そのため、バルクヘッドの大きさが制限され、空洞共鳴音の低減効果を高めることが困難である。
特開２００１−１１３９０２号公報

本発明の目的は、重量増加を最小限に抑えながら、空洞共鳴音を効果的に低減することを可能にした空気入りタイヤを提供することにある。

上記目的を解決するための本発明の空気入りタイヤは、空洞部を有する空気入りタイヤにおいて、密度５〜７０ｋｇ／ｍ³ の多孔質材の表面に被覆されたフィルムを壁材として一端が閉塞された複数本の管を前記空洞部に開口するように形成し、これら管の周方向長さを空洞共鳴波長の１／４に相当する基準長さＬ₀ の５５〜１１０％（好ましくは、８５〜１０５％）に設定すると共に、前記管として、同一長さを有する２本の一端閉塞の管を１組とし、周方向長さが異なる複数組の一端閉塞の管を用い、同一長さを有する２本の一端閉塞の管の開口部をタイヤ回転軸を挟んで対向する２箇所に配置したことを特徴とするものである。

本発明者等は、空気入りタイヤの空洞共鳴について鋭意研究を重ねた結果、空気入りタイヤとリムとの間に形成される空洞部に連通する管を設けた場合、その管内の空気の振動と空洞部内の空気の振動とが互いに干渉することにより、共鳴周波数が分裂することを知見した。特に、空洞共鳴波長の１／４程度の周方向長さを有する一端閉塞の管は、空洞共鳴波長より短い長さでありながら共鳴周波数の分裂を引き起し、転動に伴う共鳴周波数の変化を発現させることを見い出したのである。そのため、上記のような一端閉塞の管を設けることにより、従来のように単なる閉空間の断面積変化に基づいて空洞共鳴音を低減する場合に比べて、空洞共鳴音を効果的に低減することが可能になる。

空洞共鳴波長（λ）とは、空気入りタイヤとリムとの間に形成される空洞部の平均的な周長である。この空洞共鳴波長の１／４に相当する基準長さＬ₀ （ｍｍ）は、下式（１）に基づいて、タイヤサイズから算出することが可能である。
Ｌ₀ ＝α・Ａ・Ｂ＋β・Ｃ ・・・（１）
但し、Ａは断面幅の呼び、Ｂは偏平比の呼び、Ｃはリム径の呼び、α（定数）は８．３３×１０^-3であり、β（定数）は１．７８×１０¹ である。

例えば、タイヤサイズが２１５／６０Ｒ１６の場合、Ａ＝２１５，Ｂ＝６０，Ｃ＝１６となり、Ｌ₀ ＝３９２ｍｍとなる。つまり、上式（１）はタイヤサイズから空洞共鳴波長の１／４に相当する基準長さＬ₀ を簡便に算出するための式である。

本発明では、複数本の管の開口部をタイヤ回転軸を挟んで対向する２箇所に配置することで、空気入りタイヤの質量バランスを悪化させることなく、空洞共鳴音の低減効果を高めることができる。このとき、管の開口部が配置される各箇所の範囲を規定するタイヤ回転軸廻りの角度は３５°以下にすることが好ましい。このように管の開口部が配置される箇所の角度範囲を規定することにより、共鳴周波数の分裂が顕著になる。

更に本発明では、低密度の多孔質材の表面に被覆されたフィルムを壁材として一端閉塞の管を形成するので、空気入りタイヤの重量増加を最小限に抑えることができる。フィルムとしては、樹脂製のフィルムを使用し、その厚さを５〜１０００μｍとすることが好ましい。また、管の断面積は空洞部の断面積の３〜２０％にすることが好ましい。

本発明において、タイヤ内面への管の装着構造は特に限定されるものではないが、複数本の管を環状の弾性固定バンドに取り付け、これら管を弾性固定バンドの弾性力に基づいてトレッド内面に装着した場合、管の設置作業が簡単である。また、複数本の管を上記弾性固定バンドを用いてトレッド内面に装着する構造は、管をタイヤやホイールに直接加工する場合に比べてコストが低く、リム組み性も良好である。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明を説明するための空気入りタイヤを示し、図２は管と弾性固定バンドとから構成された騒音低減装置を示し、図３は多孔質材とフィルムとから構成された一端閉塞の管を示すものである。図１において、空気入りタイヤＴは、トレッド部１と、左右一対のビード部２と、これらトレッド部１とビード部２とを互いに連接するサイドウォール部３とを備えている。

トレッド部１の内面には、一端が閉塞された複数本の管１２が環状の弾性固定バンド１１により装着されている。これら管１２は、タイヤ周方向に等間隔で配置され、弾性固定バンド１１に対して取り付けられている。図２において、管１２の開口部１２ａは破線にて示す部位である。そして、これら管１２は、加硫済みの空気入りタイヤＴのトレッド内面に弾性固定バンド１１の弾性力に基づいて装着されるので、その設置作業が極めて簡単である。

弾性固定バンド１１は、無端の環状体であっても良く、或いは、帯材の長手方向の両端部を互いに連結して環状に加工したものであっても良い。特に、弾性固定バンド１１を帯材から構成した場合、タイヤサイズに応じて周長を調整することが可能である。この弾性固定バンド１１の構成材料としては、ポリプロピレン樹脂等の合成樹脂を用いることができる。特に、ポリプロピレン樹脂を用いる場合、ＡＳＴＭ試験法のＤ６３８で定める試験方法による引っ張り弾性率が７００ＭＰａ程度であると良い。また、合成樹脂以外に、金属材料を用いることも可能であり、耐腐食性の点からステンレス鋼が好ましい。

一端閉塞の管１２は、空洞共鳴波長λの１／４に相当する基準長さＬ₀ に近似した長さＬを有し、空気入りタイヤＴと不図示のリムとで形成される空洞部４に開口している。但し、ここで言うリムとはＪＡＴＭＡイヤーブック（２００３年度版）で規定される標準リムである。これら管１２の開口部１２ａはタイヤ回転軸を挟んで対向する２箇所に配置されている。

各管１２は、図３に示すように、低密度の多孔質材１３の表面に被覆されたフィルム１４を壁材として形成されている。上記積層構造を持つ一端閉塞の管１２を使用することにより、空気入りタイヤＴの重量増加を最小限に抑えることができる。管１２は、フィルム１４だけを壁材とするものであっても良く、フィルム１４と共にタイヤ内面を壁材として利用したものであっても良い。

多孔質材１３は、密度が５〜７０ｋｇ／ｍ³ である。この密度が５ｋｇ／ｍ³ 未満であると管１２の形状安定性が低下し、逆に７０ｋｇ／ｍ³ を超えると重量増加の要因となり、更には管１２の干渉作用に基づく空洞共鳴音の低減効果も不十分になる。多孔質材１３の材料としては、樹脂の発泡体を用いることができ、特に発泡ポリウレタンフォームを用いることが好ましい。

フィルム１４の構成材料としては、オレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂等の合成樹脂を使用すると良い。これら樹脂で構成したフィルム１４は音波を遮断する壁材として有効に機能すると共に、多孔質材１３の耐久性（特に、耐摩擦性）を向上する。ここで、樹脂製のフィルム１４の厚さは、５〜１０００μｍにすることが好ましい。フィルム１４の厚さが５μｍ未満であると音波を遮断する効果が低下し、逆に１０００μｍを超えると管１２が過度に硬くなり、タイヤの変形に追従し難くなる。なお、フィルム１４において、多孔質材１３とタイヤ内面との間に介在する部分、即ち、タイヤ内面に接する部分については、摩耗劣化に対する耐久性を向上するために、その厚さを１００〜１０００μｍにすると良い。

上述のように構成される空気入りタイヤでは、ホイールに組み付けた状態において、空洞部４内の振動と管１２内の振動とが干渉し、また、その干渉は管１２の開口部の位置によって変化するため、結果として、転動時に図４（ａ），（ｂ）及び（ｄ）に示す３つの共鳴が存在することになる。但し、図中の「＋」と「−」は音圧の振幅が大きい腹の箇所を表し、符号の違いは互いに逆位相となっていることを表している。管１２の開口部が接地位置から９０°の位置にある図４（ｂ）では、空洞部４の音圧変化の節の位置に開口部があるため、空洞部４内の振動は管１２の干渉を受けず、共鳴周波数は管１２が無い場合とほぼ一致したｆｂとなる。管１２の開口部が接地位置とその反対位置にある図４（ａ）及び（ｄ）の時には、空洞部４内の振動と管１２内の振動とが干渉し、共鳴周波数が変化する。図４（ａ）では管１２内の振動が空洞部４内の振動と同位相となって共鳴周波数を下げるように作用してｆｂより低い共鳴周波数ｆａとなり、図４（ｄ）では管１２内の振動が空洞部４内の振動と逆位相となって共鳴周波数を上げるように作用してｆｂより高い共鳴周波数ｆｄとなる。つまり、管１２の開口部が接地位置とその反対位置にある時には、ｆａ及びｆｄの２つの共鳴を持つようになる。

このように転動時に伴って管１２の開口位置が変化すると、共鳴周波数がｆｂからｆａ及びｆｄへ、更にはｆｂへと繰り返し変化するため、空洞共鳴が持続しなくなり、空洞共鳴音を低減することができる。特に、図５に示すように、共鳴周波数が３つに分裂し、かつ分裂幅（ｆａとｆｄとの差）が大きくなるので、各共鳴周波数での騒音レベルが小さくなり、フィーリングでの改善効果が大きくなる。

ここで、空気入りタイヤのトレッド内面に同一長さ及び同一断面積を有する２本の管を空洞部に開口するように設け、これら管の開口部をタイヤ回転軸を挟んで対向する２箇所（１８０°対向位置）に配置し、その長さＬを変化させつつ共鳴周波数を測定した結果について説明する。図６は、共鳴周波数と管の長さＬとの関係を示すものである。一方、図７は、共鳴周波数の差の絶対値と管の長さＬとの関係を示すものである。但し、管の長さＬは基準長さＬ₀ （λ／４）を１００とする指数にて示す。

これら図６及び図７に示すように、管の長さＬが基準長さＬ₀ の５５〜１１０％の範囲にあるとき、分裂した共鳴周波数の差の絶対値が十分に大きくなることが判る。特に、管の長さＬが基準長さＬ₀ の８５〜１０５％の範囲にあるとき、より大きな効果があることが判る。なお、管の開口部を閉塞した場合、それら管は空洞部の断面積をタイヤ周方向に変化させる要因となるが、図７において、閉塞された管による断面積変化に基づいて共鳴周波数を分散させた場合の測定値を一点鎖線にて示した。この結果より、断面積変化に基づく空洞共鳴音の低減効果よりも、管の干渉作用に基づく空洞共鳴音の低減効果の方が遙に大きいことが判る。

複数本の管を設けるに際して、それら管の開口部をタイヤ回転軸を挟んで対向する２箇所に配置する。ここで、空気入りタイヤのトレッド内面に同一長さ及び同一断面積を有する２本の管を空洞部に開口するように設け、これら管の開口部の相対的な位置を変化させつつ共鳴周波数の分裂幅を測定した結果について説明する。図８は、開口部のタイヤ回転軸廻りの相対的な角度と共鳴周波数の分裂幅との関係を示すものである。但し、共鳴周波数の分裂幅は、２本の管の開口部の位置が互いに一致する場合（０°）を１００とする指数にて示す。

図８に示すように、２本の管の開口部のタイヤ回転軸廻りの角度が０°又は１８０°であるときに共鳴周波数の分散効果が最も大きくなり、特に、上記角度が０〜３５°又は１４５〜１８０°の範囲にあるときに共鳴周波数分散幅の最大値の８０％以上となることが判る。従って、複数本の管の開口部をタイヤ回転軸を挟んで対向する２箇所に配置する場合、図９に示すように、２箇所の中心を１８０°の角度αで対向する位置に設定し、各箇所の範囲を規定する角度θを３５°以下にすると良い。つまり、管の開口部が配置される２つの箇所を１４５°以上の角度βで離間させるのである。これにより、タイヤ周方向の質量バランスを悪化させることなく、空洞共鳴音を効果的に低減することができる。

本発明では、管の断面積を増やして共鳴周波数の分散効果を高めることは有効である。ここで、管のタイヤ子午線断面での断面積は、空洞部のタイヤ子午線断面での断面積の３〜２０％にすると良い。管の断面積が空洞部の断面積の３％未満であると共鳴周波数の分散効果が不十分になり、逆に２０％を超えると管が必要以上に大きくなり、その結果、管がタイヤの変形に干渉したり、リム組み作業性を悪化させる恐れがある。なお、管が長さ方向に開口する場合、管の開口部の面積を管の断面積の５０〜１００％の範囲に設定し、管が長さ方向と直交する方向に開口する場合、管の開口部の面積を管の断面積の５０〜１５０％の範囲に設定することが好ましい。

本発明では、同一長さを有する２本の一端閉塞の管を１組として用いることを基本とするが、長さが異なる複数組の一端閉塞の管を用いるものとする。図１０及び図１１はそれぞれ長さが異なる複数組の一端閉塞の管を備えた空気入りタイヤを概略的に示すものである。図１０において、空気入りタイヤの空洞部４には、第１の長さを持つ１組の管１２Ｘと、第１の長さより短い第２の長さを持つ１組の管１２Ｙとが形成されている。例えば、第１の長さを１００としたとき、第２の長さを９０とすることができる。そして、１組の管１２Ｘの開口部１２ａは互いに対向する位置に配置され、１組の管１２Ｙの開口部１２ａは互いに対向する位置に配置されている。

図１１において、空洞部４には、第１の長さを持つ１組の管１２Ｘと、第１の長さより短い第２の長さを持つ１組の管１２Ｙと、第２の長さより短い第３の長さを持つ１組の管１２Ｚとが形成されている。例えば、第１の長さを１００としたとき、第２の長さを９５とし、第３の長さを９０とすることができる。そして、１組の管１２Ｘの開口部１２ａは互いに対向する位置に配置され、１組の管１２Ｙの開口部１２ａは互いに対向する位置に配置され、１組の管１２Ｚの開口部１２ａは互いに対向する位置に配置されている。

このように長さが異なる複数組の一端閉塞の管を形成し、同じ長さを持つ管の開口部をタイヤ回転軸を挟んで対向する２箇所に配置することにより、単一長さの管を用いた場合に比べて広い周波数範囲で空洞共鳴音の低減効果を発揮するようになるので、空洞共鳴周波数の変動にも対応することができる。

図１２（ａ）〜（ｄ）は長さが異なる一端閉塞の管の種々の配置構造を示すものである。但し、図１２（ａ）〜（ｄ）では、一端閉塞の管を直線状に延ばした状態で示す。図１２（ａ）において、長さが異なる２本の管１２Ｘ，１２Ｙは面方向に沿って並列に配置されている。図１２（ｂ）において、長さが異なる３本の管１２Ｘ，１２Ｙ，１２Ｚは面方向に沿って並列に配置されている。図１２（ｃ）において、長さが異なる２本の管１２Ｘ，１２Ｙは面方向と直交する方向に積層されている。図１２（ｄ）において、長さが異なる３本の管１２Ｘ，１２Ｙ，１２Ｚは面方向と直交する方向に積層されている。

更に本発明では、長さが異なる複数組の一端閉塞の管を折れ曲がった形状で用いることが可能である。図１３及び図１４はそれぞれ折れ曲がった形状を有すると共に長さが異なる複数組の一端閉塞の管を備えた空気入りタイヤを概略的に示すものである。図１３において、空洞部４には、折れ曲がった形状を有すると共に第１の長さを持つ１組の管１２Ｐと、折れ曲がった形状を有すると共に第１の長さより短い第２の長さを持つ１組の管１２Ｑとが形成されている。例えば、第１の長さを１００としたとき、第２の長さを９５とすることができる。そして、１組の管１２Ｐの開口部１２ａは互いに対向する位置に配置され、１組の管１２Ｑの開口部１２ａは互いに対向する位置に配置されている。

図１４において、空洞部４には、折れ曲がった形状を有すると共に第１の長さを持つ１組の管１２Ｐと、折れ曲がった形状を有すると共に第１の長さより短い第２の長さを持つ１組の管１２Ｑと、折れ曲がった形状を有すると共に第２の長さより短い第３の長さを持つ１組の管１２Ｒと、折れ曲がった形状を有すると共に第３の長さより短い第４の長さを持つ１組の管１２Ｓとが形成されている。例えば、第１の長さを１００としたとき、第２の長さを９８とし、第３の長さを９６とし、第４の長さを９４とすることができる。そして、１組の管１２Ｐの開口部１２ａは互いに対向する位置に配置され、１組の管１２Ｑの開口部１２ａは互いに対向する位置に配置され、１組の管１２Ｒの開口部１２ａは互いに対向する位置に配置され、１組の管１２Ｓの開口部１２ａは互いに対向する位置に配置されている。

このように折れ曲がった形状を有すると共に長さが異なる複数組の一端閉塞の管を形成し、同じ長さを持つ管の開口部をタイヤ回転軸を挟んで対向する２箇所に配置することにより、前述の通り、単一長さの管を用いた場合に比べて広い周波数範囲で空洞共鳴音の低減効果を発揮することができ、しかも、より多くの管を設置することが可能になる。

なお、長さが異なる複数組の一端閉塞の管を設置するに際して、管長の最大値をＬ_max とし、管長の最小値をＬ_min としたとき、０．８≦Ｌ_min ／Ｌ_max ≦１の関係を満たすことが望ましい。管長の最大値Ｌ_max 及び最小値Ｌ_min を上記関係にすることにより、空洞共鳴音を効果的に低減することができる。

本発明を説明するための空気入りタイヤを示す斜視断面図である。 管と弾性固定バンドとから構成された騒音低減装置を示す側面図である。 多孔質材とフィルムとから構成された一端閉塞の管を示す断面図である。 （ａ），（ｂ）及び（ｄ）は本発明における共鳴の状態を示す説明図である。 本発明における騒音レベルと周波数との関係を示すグラフである。 本発明における共鳴周波数と管の長さＬとの関係を示すグラフである。 本発明における共鳴周波数の差の絶対値と管の長さＬとの関係を示すグラフである。 本発明における開口部のタイヤ回転軸廻りの相対的な角度と共鳴周波数の分裂幅との関係を示すグラフである。 本発明における管の開口部の配置箇所を示す説明図である。 本発明の実施形態であって、長さが異なる複数組（２組）の一端閉塞の管を備えた空気入りタイヤを概略的に示す説明図である。 本発明の実施形態であって、長さが異なる複数組（３組）の一端閉塞の管を備えた空気入りタイヤを概略的に示す説明図である。 （ａ）〜（ｄ）は長さが異なる一端閉塞の管の種々の配置構造を示す斜視図である。 本発明の実施形態であって、折れ曲がった形状を有すると共に長さが異なる複数組（２組）の一端閉塞の管を備えた空気入りタイヤを概略的に示す説明図である。 本発明の実施形態であって、折れ曲がった形状を有すると共に長さが異なる複数組（４組）の一端閉塞の管を備えた空気入りタイヤを概略的に示す説明図である。

符号の説明

１ トレッド部
２ ビード部
３ サイドウォール部
４ 空洞部
１１ 弾性固定バンド
１２ 管
１２ａ 開口部
１３ 多孔質材
１４ フィルム
Ｔ 空気入りタイヤ

Claims (6)

1. 空洞部を有する空気入りタイヤにおいて、密度５〜７０ｋｇ／ｍ³ の多孔質材の表面に被覆されたフィルムを壁材として一端が閉塞された複数本の管を前記空洞部に開口するように形成し、これら管の周方向長さを空洞共鳴波長の１／４に相当する長さであって下式（１）に基づいてタイヤサイズから算出される基準長さＬ₀ の５５〜１１０％に設定すると共に、前記管として、同一長さを有する２本の一端閉塞の管を１組とし、周方向長さが異なる複数組の一端閉塞の管を用い、同一長さを有する２本の一端閉塞の管の開口部をタイヤ回転軸を挟んで対向する２箇所に配置した空気入りタイヤ。
   Ｌ ₀ ＝α・Ａ・Ｂ＋β・Ｃ ・・・（１）
   但し、Ａは断面幅の呼び、Ｂは偏平比の呼び、Ｃはリム径の呼び、α（定数）は８．３３×１０ ^-3 であり、β（定数）は１．７８×１０ ¹ である。
2. 前記管の開口部が配置される各箇所の範囲を規定するタイヤ回転軸廻りの角度を３５°以下にした請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記管の周方向長さを基準長さＬ₀ の８５〜１０５％とした請求項１又は請求項２に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記管の断面積を前記空洞部の断面積の３〜２０％にした請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
5. 前記フィルムを樹脂製とし、その厚さを５〜１０００μｍとした請求項１〜４のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
6. 前記管を環状の弾性固定バンドに取り付け、これら管を弾性固定バンドの弾性力に基づいてトレッド内面に装着した請求項１〜５のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
   

Images