JP3566939B2 - 空気入りタイヤの単位模様配列方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ユニフォミティを損ねることなく騒音を減じうる空気入りタイヤの単位模様配列方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
空気入りタイヤのトレッド面には、ブロックパターン、リブパターン、ラグパターン、さらにはこれらを組み合わせた種々のトレッドパターンが形成される。各パターンは、いずれも単位模様がタイヤ周方向に繰り返し配列されることにより形成される。また近年では、前記ブロック列に、タイヤ周方向の長さであるピッチを違えた複数種類の単位模様を用いるとともに、この単位模様のピッチを周期的ないしランダムに変化するよう配列するピッチバリエーション手法が採用されている。これにより、走行中に生じるいわゆるピッチ騒音の周波数分散化を図っている。
【０００３】
しかしながら、ピッチが異なる単位模様は、タイヤ周方向のパターン剛性も異なる。このため、ピッチバリエーション手法を採用したタイヤではタイヤ１周においてパターン剛性が常に変動する。このようなパターン剛性の変動は、タイヤの回転中における前後力の変動成分であるタンジェンシャルフォースバリエーション（以下、単に「ＴＦＶ」ということがある。）や接地荷重の変動成分であるラジアルフォースバリエーション（以下、単に「ＲＦＶ」ということがある。）などを増加させ、タイヤのユニフォミティを損ねることによって新たに振動などを発生させる原因にもなる。
【０００４】
本発明は、以上のような問題点に鑑み案出なされたもので、ユニフォミティを損ねることなく騒音を減じうる空気入りタイヤの単位模様配列方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち請求項１記載の発明は、トレッド面に、単位模様をタイヤ周方向に並べた単位模様列を複数有する空気入りタイヤの前記単位模様の配列を決定する空気入りタイヤの単位模様配列方法であって、各単位模様列に、周方向の長さであるピッチが異なる３種以上の単位模様を用いてピッチ配列を設定するピッチ配列設定ステップと、少なくとも２つの各ピッチ配列において、タイヤ周方向に並ぶ単位模様ごとに、この該単位模様を含んでタイヤ周方向に連続するｎ個（但しｎは３〜７の中から選ばれる自然数）の単位模様からなる単位模様群を設定し、かつ単位模様群に含まれる単位模様の全ピッチを平均した群平均ピッチを全ての単位模様群について計算することにより群平均ピッチ配列を求める群ピッチ配列設定ステップと、前記少なくとも２つの群平均ピッチ配列において、一方の群ピッチ配列と他方の群平均ピッチ配列とのタイヤ周方向の位相をずらせた複数種類の群パターン配列を設定するとともに、各群パターン配列のピッチ最大変動量又はユニフォミティを検証して一の群パターン配列を決定する群パターン配列検証・決定ステップとを含むことを特徴としている。
【０００６】
また請求項２記載の発明は、前記群パターン配列検証・決定ステップは、各群パターン配列について、一方の群平均ピッチ配列と他方の群平均ピッチ配列とを平均したパターン平均ピッチ配列を計算するとともに、前記決定された群パターン配列は、前記パターン平均ピッチ配列のタイヤ周方向のピッチ最大変動量が、最もピッチ最大変動量が大きいパターン平均ピッチ配列の９０％以下であることを特徴とする請求項１記載の空気入りタイヤの単位模様配列方法である。
【０００７】
また請求項３記載の発明は、前記群パターン配列検証・決定ステップは、各群パターン配列について、一方の群平均ピッチ配列と他方の群平均ピッチ配列とを平均したパターン平均ピッチ配列を計算するとともに、前記パターン平均ピッチ配列をフーリエ展開し、特定の次数成分が低いパターン平均ピッチ配列に決定することを特徴とする請求項１記載の空気入りタイヤの単位模様配列方法である。
【０００８】
また請求項４記載の発明は、前記個数ｎは、トレッド面の接地周長さに含まれる単位模様の平均個数に近い自然数であることを特徴とする請求項１又は２記載の空気入りタイヤの単位模様配列方法である。
【０００９】
また請求項５記載の発明は、前記単位模様列は、ピッチが周期的に配列されていない非周期配列をなすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の空気入りタイヤの単位模様配列方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の一形態を２２５／６０Ｒ１６の空気入りタイヤについて図面に基づき説明する。本発明は、図１に示すように、トレッド面２に、単位模様３をタイヤ周方向に並べた単位模様列４を複数有する空気入りタイヤ１の前記単位模様３の最適な配列を決定する方法を提供する。
【００１２】
図１に示した空気入りタイヤ１のトレッド面２には、本例ではタイヤ周方向にのびる２本の縦溝５、５と、各縦溝５、５からトレッド端ｅにのびる横溝６とを設けている。これにより、トレッド面２は、中央のリブ列７と、その両側のブロック列９、９とが形成される。
【００１３】
ブロック列９では、一つのブロック１０とそのブロック１０のタイヤ周方向の一側縁側に形成された横溝６とで単位模様３が構成される。そして、ブロック列９は、この単位模様３をタイヤ周方向に繰り返し配列することで単位模様列４を構成する。なお単位模様３は、このようなブロック１０と横溝６との組み合わせに限定されるものではない。例えば図２（Ａ）に示すように、ラグ溝２０を有するラグパターンにあっては、一つのラグ溝２０と、このラグ溝２０のタイヤ周方向の一方側に隣り合う陸部２１とで単位模様３が構成される。また図２（Ｂ）に示すジグザグ周溝２２を有するリブパターンにあっては、ジグザグの１周期に相当する部分を単位模様３として特定しうる。このように、単位模様列４は、ブロック列だけに限定されるものではない。
【００１４】
本発明では、先ず単位模様列４である２つのブロック列９、９に、周方向の長さであるピッチＬがＬ１、Ｌ２…のように異なる３種以上の単位模様３ａ、３ｂ、…を用いてピッチ配列を設定するピッチ配列設定ステップを行う。ピッチＬは、当該単位模様列４における同一のタイヤ周方向線上での長さであり、本例ではトレッド端ｅでの長さで示す。
【００１５】
前記単位模様３の種類数が３未満であると、ピッチバリエーション手法によるピッチ騒音の周波数を効果的に分散化するのが困難なため騒音を減じ得ない。しかし、単位模様３の種類数が多すぎても、金型などの製造コストが増大する傾向がある。このため、単位模様３は例えば３〜１０種類、好ましくは３〜７種類、さらに好ましくは３〜５種類とするのが望ましい。本実施形態では、５種類の単位模様３ａないし３ｄ（ピッチが小さい順から３ａ、３ｂ、３ｃ…とし、３ａ〜３ｃのみ図示。）が採用される。
【００１６】
また単位模様３は、最長のピッチＬ５と、最短のピッチＬ１との比（Ｌ５／Ｌ１）を、１．２０乃至１．７０程度の範囲に設定されるのが望ましい。これにより、各単位模様３のパターン剛性差が過大になるのを防止でき、偏摩耗やユニフォミティの著しい悪化を抑制できる。なお本例の単位模様３では、ピッチＬが大になるほど、横溝６の溝巾とブロック１０のタイヤ周方向の長さとが共に大となるものを例示する。本実施形態で用いた単位模様３の各ピッチは次の通りである。
単位模様３ａのピッチＬ１：２１．５４ｍｍ
単位模様３ｂのピッチＬ２：２３．１２ｍｍ
単位模様３ｃのピッチＬ３：２８．７０ｍｍ
単位模様３ｄのピッチＬ４：３２．２８ｍｍ
単位模様３ｅのピッチＬ５：３５．８９ｍｍ
比（Ｌ５／Ｌ１）＝１．６７
【００１７】
また２つのブロック列９、９に設定されるピッチ配列は、種々の方法で定めることができる。このステップにおいて、各ブロック列９、９には、それぞれ同一のピッチ配列を設定しても良く、また異なるピッチ配列を設定しても良い。本実施形態では、生産性を向上する観点より、各ブロック列９、９には、同一のピッチ配列を設定している。この場合、金型を安価に製作できる点で好ましい。
【００１８】
図３には、両ブロック列９、９に採用したピッチ配列Ａ１を理解しやすくするために、縦軸にピッチ（ｍｍ）、横軸に空気入りタイヤのタイヤ周方向の位置（単位模様の起点からの番号）を設定したピッチ配列グラフを示している。本例のピッチ配列Ａ１は、ピッチがランダムに変化している。このようなピッチ配列Ａ１は、単位模様数、各ピッチなどをコンピュータに入力し、乱数発生関数、カオス関数などを用いて容易に設定できる。またピッチ配列Ａ１において、単位模様３の総数は、ピッチバリエーションの効果を高めるためにも例えば４５以上、好ましくは５０以上、より好ましくは６０以上とするのが望ましく、上限は生産性の観点より１２０程度とする。なお表１に、本実施形態のピッチ配列Ａ１を示す。本例では単位模様の総数は７４に設定した。
【００１９】
【表１】

【００２０】
また図４に示すように、ピッチが最小のものから最大のものに徐々に増加するとともに、最大のピッチから再び最小のピッチへ徐々に減少する１周期を繰り返す周期配列を用いたピッチ配列Ａ２を採用することもできる。この周期配列に相反する概念として図３に示すようなランダムなピッチ配列Ａ１を非周期配列と定義する。
【００２１】
次に本発明では、群ピッチ配列設定ステップを行う。
このステップでは、先ず前記ピッチ配列Ａ１において、タイヤ周方向に並ぶ単位模様３ごとに、この該単位模様３を含んでタイヤ周方向に連続するｎ個（但しｎは３〜７の中から選ばれる自然数）の単位模様からなる単位模様群１２を設定する。
【００２２】
従来では、単位模様３の配列を決定する際には、個々の単位模様３のパターン剛性の配列が重要視されているが、本発明者らは、これらとは異なる観点に着目した。すなわち、各ブロック列９においては、図１に示すように、通常、接地面のタイヤ周方向の長さである接地周長さＫの中に３ないし７個程度の単位模様３が含まれていることに着目した。そして、タイヤの走行に際して、同時に接地する３ないし７個の単位模様３からなる単位模様群１２を一塊りの要素として捉えれば、この単位模様群１２が順次接地していくものと考えることができ、この単位模様群１２のパターン剛性を限定することは、非常に重要であるとの知見を得た。
【００２３】
本実施形態では、ピッチ配列Ａ１において、タイヤ周方向に連続する５個の単位模様３を単位模様群１２として設定している。つまり単位模様群１２は、例えば一つの単位模様３を特定し、この単位模様３と、そのタイヤ周方向一方側で連続する４つの単位模様３とで構成される。具体的には１番目の単位模様に対しては１〜５番目の単位模様が単位模様群１２として設定される。そして、特定する単位模様を一つづつタイヤ周方向に移動することにより、単位模様群１２は、ピッチ配列Ａ１を構成する単位模様３の総数と等しい個数で設定しうる。また、本実施形態では、前記個数ｎを「５」としたものを示すが、これは接地周長さＫとの関係で、接地周長さに含まれる単位模様の平均個数に近い自然数として個々のタイヤ毎に適宜定めうる。
【００２４】
次に、単位模様群１２に含まれる単位模様３の全ピッチを平均した群平均ピッチを全ての単位模様群１２について計算することにより、該群平均ピッチの配列である群平均ピッチ配列を求める処理を行う。図５には、図３のピッチ配列Ａ１から、縦軸に群平均ピッチ、横軸にタイヤ周方向の位置を設定した群平均ピッチ配列Ｂ１を求めたグラフを示している。図３と図５とを比較すると、個々の単位模様３のパターン剛性分布（図３）とは、異なることが理解できる。表２には、群平均ピッチ配列の詳細を示す。
【００２５】
【表２】

【００２６】
次に本発明では、群パターン配列検証・決定ステップを行う。
このステップでは、図６に示すように２つの群平均ピッチ配列Ｂ１、Ｂ１において、一方の群ピッチ配列Ｂ１と他方の群平均ピッチ配列Ｂ１（本実施形態では、一方、他方の群平均ピッチ配列は共に同じ配列からなる）とのタイヤ周方向の位相φをずらせた複数種類の群パターン配列Ｃｉを設定する。図６は、２つの前記群平均ピッチ配列Ｂ１、Ｂ１を、タイヤ周方向に単位模様３９個分ずらせた位相φを設定した群パターン配列Ｃｉを示している。群パターン配列Ｃｉは、タイヤ軸方向で並ぶ２つの群平均ピッチ配列Ｂ１、Ｂ１の位相差φを特定することにより種々のものが設定できる。
【００２７】
本実施形態では、２つの群平均ピッチ配列Ｂ１、Ｂ１の起点（タイヤ周方向の位置が「１」のものとする。）を揃えた位相０の状態から両群平均ピッチ配列Ｂ１を一つの模様単位毎にタイヤ周方向に位相をずらせかつこれを全模様単位分行うことにより、計７８種類の群パターン配列Ｃｉを設定しかつ検証している。なお２つの単位模様列４、４の単位模様の総数が異なる場合には、位相のずれ量は、便宜上、群平均ピッチ配列Ｂ１をそれぞれ連続する波形化処理し、一定の周期（角度ピッチ）で行うこともできる。
【００２８】
また本発明では、各群パターン配列Ｃｉのピッチ最大変動量又はユニフォミティを検証して一の群パターン配列Ｃｉを決定する処理を行う。本例では先ず各群パターン配列Ｃｉについて、タイヤ軸方向に隣り合う群平均ピッチを平均し、図７に示すように、パターン平均ピッチ配列Ｄを計算している。図７の縦軸はパターン平均ピッチ（ｍｍ）、横軸はタイヤ周方向の位置である。このように本実施形態では、パターン平均ピッチ配列Ｄを評価パラメータとして採用する。
【００２９】
パターン平均ピッチ配列Ｄは、そのタイヤ周方向でパターン平均ピッチが逐次変化している。このパターン平均ピッチ配列の最大値と最小値との差を群パターン配列のピッチ最大変動量Ｓと定義する。図７のものでは、そのピッチ最大変動量Ｓが約１０．６ｍｍとなっている。このピッチ最大変動量Ｓが小さいほど、タイヤ１周での群平均ピッチでのパターン剛性変化が少ないと言える。
【００３０】
図８には、縦軸に各パターン平均ピッチ配列におけるピッチ最大変動量（ｍｍ）、横軸に位相差（ずらせた単位模様数）を設定したグラフを示している。このグラフから明らかなように、位相φ＝０としたパターン平均ピッチ配列は、ピッチ最大変動量が最も大きく、位相φ＝２４、φ＝５０としたパターン平均ピッチ配列は、ピッチ最大変動量が最も小さいことが分かる。
【００３１】
図８において、位相φ＝２４又は５０のパターン平均ピッチ配列が最もピッチ最大変動量Ｓが小さいため好ましい。しかし、発明者らの種々の実験の結果、ピッチ最大変動量Ｓが最も大きい群パターン配列、すなわち本例では位相φ＝０の群パターン配列の９０％以下、より好ましくは８０％以下、さらに好ましくは６５％以下のピッチ最大変動量Ｓとなる位相φを選択すれば、十分にパターン剛性分布を均一化しうることが判明した。このように、本発明では、各群パターン配列からピッチ最大変動量を調べてこの値が比較的小さい群パターン配列Ｃｉを選択し決定する。
【００３２】
また、上述の方法で群パターン配列Ｃｉが決定されると、この配列に従う単位模様列形成用の成形面を金型に設けるとともに、この金型で生カバーを加硫することにより、トレッド面２に所望の単位模様列４を具えた空気入りタイヤを製造しうる。
【００３３】
次に群パターン配列検証・決定ステップの他の形態として、ユニフォミティを検証する場合について説明する。この形態では、前記と同様に、２つの群ピッチ配列Ｂ１、Ｂ１を、タイヤ周方向に位相φをずらせて複数種類の群パターン配列Ｃｉを設定し、図７で示したような各パターン平均ピッチ配列を基本波形とみなしてこれをフーリエ展開する。図９には、縦軸に振幅、横軸に次数（周波数）を設定したパターン平均ピッチ配列をフーリエ展開しユニフォミティを表すグラフを示している。
【００３４】
一般にタイヤの振動の次数成分は、高次になるほど小さくなるものであるが、ＴＦＶやＲＦＶなどには、例えば２次ないし４次程度の次数成分が強く関与しており、この範囲の次数の振幅を小さくすることが望ましいものである。また車両にタイヤを装着した場合、特定の次数成分が車両のバネ系と共振し、特有の振動を生起させる場合も考えられる。そこで、この形態では、各パターン平均ピッチ配列を波形として考え、これをフーリエ展開し、低減しようとする特定次数の振幅が最も小さくなる群パターン配列に決定している。
【００３５】
また本例のように、２つのブロック列９、９に同じピッチ配列Ａ１、Ａ１を設定している場合、該ピッチ配列Ａ１から得られた群平均ピッチ配列を波形として考え、これをフーリエ展開し、その群平均ピッチ配列の各次数の振幅を求める。そして、例えばＮ次の振幅を低減したい場合には、２つのピッチ配列Ａ１、Ａ１のタイヤ周方向の位相φを（３６０／２Ｎ）度に設定して、群パターン配列を定め、検証・決定ステッフを行うこともできる。これにより、Ｎ次の振幅を打ち消し合わせ、ユニフォミティを向上しうる。
【００３６】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は、その大部分をコンピュータを用いて効率良く行うことができる。また、単位模様配列は、例示のブロック列に限定されるものではない。また上記実施形態では、２つのブロック列で説明したが、３列以上であっても同様に実施できる。
【００３７】
【実施例】
表３に示す仕様にて試作した空気入りタイヤを内圧２００ｋＰａでリム（７ １／２ＪＪ×１６）に装着し排気量３００ｃｃの国産乗用車の全輪に装着し、以下のテストを行った。なお実施例１〜３は、２つのブロック列に表１に示した同じピッチ配列を用いたもの、実施例４は、一方のブロック列を表１のものとし、他方のブロック列を表４に示すものとした。また比較例は、群パターン配列・検証ステップを行わず位相を０としている。
【００３８】
イ）実車による騒音テスト
スムース路面を速度６０ｋｍ／Ｈで走行させたときの車内音を、不快感が感じられるか否かを基準とするドライバーの官能で５点法により評価した。点数が大きいほど、騒音が少なく良好であることを示す。
【００３９】
ロ）偏摩耗テスト
テストコースを約３０００ｋｍ走行した後、ブロック列に設けられた横溝の溝深さを測定し、最大溝深さと最小溝深さの差を求めた。そして、比較例のタイヤの最大溝深さと最小溝深さの差を１００とする指数で表示した。数値が小さいほど良好であることを示す。
【００４０】
ハ）ユニフォミティテスト
高速ユニフォミティ試験機を用い、速度１２０ｋｍ／ｈにおいて、１〜４次のＴＦＶを測定し、比較例を１００とする指数で示した。数値が小さいほどＴＦＶが小さくユニフォミティに優れている。
テストの結果などを表３〜表５に示す。
【００４１】
【表３】

【００４２】
【表４】

【００４３】
【表５】

【００４４】
テストの結果、実施例のタイヤは、騒音、ユニフォミティに優れることが確認できた。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、ユニフォミティを損ねることなく騒音を減じうる空気入りタイヤの単位模様配列を決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するトレッド面の展開図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）は単位模様の他の例を示すトレッド面の略図である。
【図３】本実施形態のピッチ配列を示すグラフである。
【図４】他の形態のピッチ配列を示すグラフである。
【図５】本実施形態の群平均ピッチ配列を示すグラフである。
【図６】群パターン配列を示すグラフである。
【図７】パターン平均ピッチ配列を示すグラフである。
【図８】位相とピッチ最大変動量との関係を示すグラフである。
【図９】群パターン配列をフーリエ展開したグラフである。
【図１０】実施例２のパターン平均ピッチ配列を示すグラフである。
【図１１】実施例４の他方のピッチ配列を示すグラフである。
【図１２】実施例４のパターン平均ピッチ配列を示すグラフである。
【符号の説明】
２ トレッド面
３ 単位模様
４ 単位模様列
５ 縦溝
６ 横溝
１０ ブロック
１２ 単位模様群
Ａ１ ピッチ配列
Ｂ１ 群平均ピッチ配列
Ｃｉ 群パターン配列
Ｄ パターン平均ピッチ配列

Claims (5)

1. トレッド面に、単位模様をタイヤ周方向に並べた単位模様列を複数有する空気入りタイヤの前記単位模様の配列を決定する空気入りタイヤの単位模様配列方法であって、
   各単位模様列に、周方向の長さであるピッチが異なる３種以上の単位模様を用いてピッチ配列を設定するピッチ配列設定ステップと、
   少なくとも２つの各ピッチ配列において、タイヤ周方向に並ぶ単位模様ごとに、この該単位模様を含んでタイヤ周方向に連続するｎ個（但しｎは３〜７の中から選ばれる自然数）の単位模様からなる単位模様群を設定し、かつ単位模様群に含まれる単位模様の全ピッチを平均した群平均ピッチを全ての単位模様群について計算することにより群平均ピッチ配列を求める群ピッチ配列設定ステップと、 前記少なくとも２つの群平均ピッチ配列において、一方の群ピッチ配列と他方の群平均ピッチ配列とのタイヤ周方向の位相をずらせた複数種類の群パターン配列を設定するとともに、各群パターン配列のピッチ最大変動量又はユニフォミティを検証して一の群パターン配列を決定する群パターン配列検証・決定ステップとを含むことを特徴とする空気入りタイヤの単位模様配列方法。
2. 前記群パターン配列検証・決定ステップは、各群パターン配列について、一方の群平均ピッチ配列と他方の群平均ピッチ配列とを平均したパターン平均ピッチ配列を計算するとともに、
   前記決定された群パターン配列は、前記パターン平均ピッチ配列のタイヤ周方向のピッチ最大変動量が、最もピッチ最大変動量が大きいパターン平均ピッチ配列の９０％以下であることを特徴とする請求項１記載の空気入りタイヤの単位模様配列方法。
3. 前記群パターン配列検証・決定ステップは、各群パターン配列について、一方の群平均ピッチ配列と他方の群平均ピッチ配列とを平均したパターン平均ピッチ配列を計算するとともに、
   前記パターン平均ピッチ配列をフーリエ展開し、特定の次数成分が低いパターン平均ピッチ配列に決定することを特徴とする請求項１記載の空気入りタイヤの単位模様配列方法。
4. 前記個数ｎは、トレッド面の接地周長さに含まれる単位模様の平均個数に近い自然数であることを特徴とする請求項１又は２記載の空気入りタイヤの単位模様配列方法。
5. 前記単位模様列は、ピッチが周期的に配列されていない非周期配列をなすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の空気入りタイヤの単位模様配列方法。

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