JP4427007B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、走行中のロードノイズを低減しうる空気入りタイヤに関する。

タイヤ騒音の一つに、路面を走行した際に、５０〜４００Hzの周波数範囲で「ゴー」という音が生じるいわゆるロードノイズがあり、その主原因として、タイヤ内腔内で起こす空気の共鳴振動（空洞共鳴）が知られている。そこで近年、タイヤ内腔内に、スポンジ材からなりタイヤ周方向にのびる制音体を配し、タイヤ内腔内で生じた共鳴音エネルギーを緩和、吸収することにより、空洞共鳴を抑制してロードノイズを低減する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００３−２５２００３号公報

このとき前記制音体を、タイヤ周方向に連続して一周する環状体として形成し、タイヤ内腔内に填め込むことが取付け作業性の観点から好ましい。しかし斯かる場合には、タイヤサイズに応じて直径を違えた多種類の環状体、及びそれを成形するための多種類の金型が必要となるなど、生産性やコストの観点から実施は難しい。

そこで、棒状に成形したスポンジ材の原材を、タイヤサイズに応じた長さに適宜切断し、その切断物ａを、図１０に示すように、タイヤ周方向に沿ってタイヤ内腔面に接着することが望まれる。しかし切断物ａである制音体には、その周方向の両端間に途切れ部ｂが必然的に形成される。その結果、スポンジ材が低比重であるとはいえ、前記途切れ部ｂによって重量のアンバランスを招き、タイヤのユニフォミティーを低下させるという新たな問題が発生する。

そこで本発明は、前記途切れ部によって生じる制音体の重量アンバランスの軽点を、タイヤ本体の重量アンバランスの軽点から定まる特定の領域範囲内に位置させることを基本として、ユニフォミティーへの影響を無視できる程度に低く抑えることが可能となりタイヤ走行性能を維持しうる空気入りタイヤの提供を目的としている。

前記目的を達成するために、本願請求項１の発明（必要により第１の発明と称する）は、トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアに至るカーカスを有するタイヤ本体と、
前記トレッド部のタイヤ内腔面に固着されかつ少なくとも１以上の途切れ部を有してタイヤ周方向に断続的に一周する比重０．００５〜０．０６０のスポンジ材からなる制音体とを具えるとともに、
前記制音体は、前記途切れ部によって生じる制音体の重量アンバランスの軽点を、前記タイヤ本体の重量アンバランスの軽点から１８０゜を隔てる対向位置を中心とする±６０°の領域範囲に位置させ、かつ、前記制音体は、前記途切れ部を挟む途切れ端の端面を、途切れ部の周方向の長さが、前記タイヤ内腔面に向かって減じる向きに傾斜させるとともに、該端面のタイヤ内腔面に対する角度θを１５〜７０°としたことを特徴としている。

又請求項２の発明（必要により第２の発明と称する）では、トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアに至るカーカスを有するタイヤ本体と、
前記トレッド部のタイヤ内腔面に固着されかつ少なくとも１以上の途切れ部を有してタイヤ周方向に断続的に一周する比重０．００５〜０．０６０のスポンジ材からなる制音体とを具えるとともに、
前記制音体は、前記途切れ部によって生じる制音体の重量アンバランスの軽点を、前記タイヤ本体の重量アンバランスの軽点から１８０゜を隔てる対向位置を中心とする±６０°の領域範囲に位置させ、かつ、前記制音体は、撥水処理が施されていること、
又請求項３の発明では、前記制音体は、前記途切れ部によって生じる制音体の重量アンバランス量を１０．３ｇ以下としたこと、
請求項４の発明では、前記途切れ部は、前記タイヤ内腔面に沿う周方向の長さを８．０ｃｍ以下としたこと及び、
請求項５の発明では、前記制音体は、前記途切れ部の形成数を１としたことを特徴としている。

本発明は叙上の如く、途切れ部によって生じる制音体の重量アンバランスの軽点を、タイヤ本体の重量アンバランスの軽点から１８０゜を隔てる対向位置を中心とする±６０°の領域範囲に位置させているため、後述するような理由から、ユニフォミティーへの影響を無視できる程度に低く抑えることができ、タイヤ走行性能の維持が可能となる。又前記領域範囲が広いため、制音体の貼付け作業効率の低下や、貼付け位置の誤差による不良品の発生なども防止しうる。

以下、本発明の実施の一形態を、図示例とともに説明する。図１は、本発明の空気入りタイヤのリム組状態を示す断面図である。
図１において、空気入りタイヤ１は、チューブレスタイヤであるタイヤ本体１０と、そのトレッド部２のタイヤ内腔面２Ｓ（以下、トレッド内腔面２Ｓという）に固着されるスポンジ材からなる制音体１１とから構成される。

前記タイヤ本体１０は、本例では、速度記号をＷレンジ以上とした高速走行用の乗用車用タイヤであって、路面に接地するトレッド部２と、その両端から半径方向内方にのびる一対のサイドウォール部３と、各サイドウォール部３の半径方向内方端に位置するビード部４とを具える。又タイヤ本体１０には、前記ビード部４、４間に架け渡されるカーカス６、及びトレッド部２の内部かつ前記カーカス６の半径方向外側で周方向に巻装されるベルト層７が配される。

前記カーカス６は、例えば有機繊維のカーカスコードをタイヤ周方向に対して例えば７５〜９０°の角度で配列した１枚以上、本例では１枚のカーカスプライ６Ａから形成される、このカーカスプライ６Ａは、トレッド部２からサイドウォール部３をへてビード部４のビードコア５に至るプライ本体部６ａの両側に、前記ビードコア５の周りで折り返されて係止される折返し部６ｂを具える。

又ベルト層７は、例えばスチール製のベルトコードをタイヤ周方向に対して例えば１０〜４０°の角度で配列した２枚以上、本例では２枚のベルトプライ７Ａ、７Ｂからなり、ベルトコードがプライ間相互で交差することによりベルト剛性を高め、タガ効果を有してトレッド部２を強固に補強する。なおベルト層７のさらに外側には、操縦安定性を高める目的で、有機繊維のバンドコードをタイヤ周方向に螺旋巻きしたバンド層を配することができる。

又前記カーカスプライ６Ａの内側には、低空気透過性ゴムからなりタイヤ内腔を覆うインナーライナゴム層９が添設される。

次に、前記制音体１１は、タイヤ周方向に長い帯状のスポンジ材からなり、前記トレッド内腔面２Ｓに固定されるとともに、本例では、ほぼ同一の断面形状を有してタイヤ赤道Ｃ上を周方向に延在する。なお「ほぼ」としているのは、図２に示すように、制音体１１の周方向の各端部１１ｅ、１１ｅについては、断面高さを漸減させたテーパ部としているためである。即ち、前記端部１１ｅの端面である途切れ部Ｋを挟む途切れ端の端面を、途切れ部Ｋの周方向の長さＬｋが、前記タイヤ内腔面に向かって減じる向きに傾斜させるとともに、該端面のタイヤ内腔面に対する角度θを１５〜７０°、好ましくは３０〜６０°の範囲に規定している。なお、第一の発明においては角度θを１５〜７０°と設定している。このように端面を傾斜させることにより、端部１１ｅにおける質量が減ずるため、接着面に作用する走行時の応力を減じることができ、前記端部１１ｅを起点として接着面に沿って発生しやすいスポンジ材の亀裂損傷を抑制しその耐久性を向上しうる。

前記スポンジ材は、海綿状の多孔構造体であり、例えばゴムや合成樹脂を発泡させた連続気泡を有するいわゆるスポンジそのものの他、動物繊維、植物繊維又は合成繊維等を絡み合わせて一体に連結したウエブ状のものを含む。また前記「多孔構造体」には、連続気泡のみならず独立気泡を有するものを含む。好ましくは、エーテル系ポリウレタンスポンジ、エステル系ポリウレタンスポンジ、ポリエチレンスポンジなどの合成樹脂スポンジ、クロロプレンゴムスポンジ（ＣＲスポンジ）、エチレンプロピレンゴムスポンジ（ＥＰＤＭスポンジ）、ニトリルゴムスポンジ（ＮＢＲスポンジ）などのゴムスポンジを好適に用いることができ、とりわけエーテル系ポリウレタンスポンジを含むポリウレタン系又はポリエチレン系等のスポンジが、制音性、軽量性、発泡の調節可能性、耐久性などの観点から好ましい。

このようなスポンジ材は、防振性、吸音性が高いため、タイヤ内腔内で生じた共鳴音エネルギー（振動エネルギー）を効果的に吸収緩和でき、空洞共鳴を抑制することでロードノイズを低減し、制音しうる。またスポンジ材は、収縮、屈曲等の変形が容易であるため、リム組み性の悪化や操縦安定性には影響を与えることもない。

又前記スポンジ材としては、その比重が０．００５〜０．０６０のものが使用でき、この範囲を外れると、気孔比率などの点で空洞共鳴を抑える効果が低下する。このような観点から、比重の下限値は０．０１０以上、さらには０．０１６以上であるのが好ましく、又上限値は０．０４５以下、さらには０．０３５以下であるのが好ましい。

次に、前記制音体１１の断面形状としては、特に規制されることがなく、例えば矩形状、台形状、三角形状、弾頭形状、半円形状など種々の断面形状を採用しうる。しかし、タイヤをリムから取り外す際のレバーによる制音体１１の受傷防止の観点から、図３に示す如く、側面１２ｃを大きく傾斜させた断面略台形状の偏平な基体１２を有するものが好ましい。詳しくは、前記基体１２は、高さＴ１が１０〜４５ｍｍの横長偏平をなし、又前記側面１２ｃは、基体１２の断面巾Ｗが、前記トレッド内腔面２Ｓに固定される底面１２ａからタイヤ内腔ｉに向く上面１２ｂに向かって減じる向きに傾斜するとともに、前記底面１２ａに対する側面１２ｃの傾斜角度αを３０〜７５゜、好ましくは３０〜７０゜、さらに好ましくは３０〜６０゜の範囲としている。

このように側面１２ｃを傾斜させることにより、図４に示すように、タイヤ本体１０のビード部４をリムから取り外す際に、タイヤ内腔ｉ内で傾動するタイヤレバーＪの先端部と干渉しやす部分を取り除くことができる。従って、タイヤレバーＪとの接触による制音体１１の損傷を効果的に防止できる。また仮に接触した場合でも、前記側面１２ｃは、タイヤレバーＪの先端部が描く円弧状の軌跡の接線方向に近似して傾斜するため、タイヤレバーＪの先端部が制音体１１に食い込み難く、かつ該タイヤレバーＪと側面１２ｃとの間の摩擦力を軽減できる。

なお本例では、制音体１１とタイヤ本体との接着面を増して接着力を高めるために、前記基体１２には、底面１２ａに沿って側方に張り出す翼部１５を形成している。この翼部１５の高さＴ２は、前記高さＴ１の７５％以下かつ１５ｍｍ以下が好ましい。又本例では、前記基体１２の上面１２ｂに、該基体１２の巾方向の中央付近を通って長さ方向にのびる例えば断面Ｕ字状、Ｖ字状などの凹溝１３を形成している。この凹溝１３は、前記タイヤレバーＪが前記側面１２ｃと接触した際、凹溝１３両側に区分される山部１４の変形を促進でき、制音体１１をタイヤレバーＪから逃がすことによって、制音体１１の損傷をさらに抑制しうる。また前記凹溝１３は、制音体１１の表面積を増加させるため、空洞共鳴に抑制効果を向上しうる。さらに、表面積の増加により放熱効果が高まるためタイヤの温度上昇を減じることができ、タイヤの高速耐久性を向上しうる。

又前記制音体１１のトレッド内腔面２Ｓへの固定方法として、種々の方法が採用しうるが、コスト及び作業性の観点より、接着剤ないし両面粘着テープを用いた接着が好ましい。本例では、両面粘着テープ１６によってトレッド内腔面２Ｓに接着する場合を例示するが、これら以外にも、例えばネジや取付金具などを用いる方法や加硫工程で一体化させる方法なども採用できる。なお制音体１１との接着性を向上するために、トレッド内腔面２Ｓが平滑に仕上げられていることが望ましい。通常、タイヤ内腔面には、加硫時に用いられるブラダーのエア抜き用の溝が反転して転写された突条（所謂ベントライン）が形成されているが、これをインサイドペイント（離型剤）と同時に研磨により除去して平滑化することが望ましい。また、前記ブラダーに、表面に排気溝のない平滑なものを使用することによって、当初からタイヤ内腔面を平らに仕上げることもできる。特に好ましくは、タイヤ本体１０は、タイヤ内腔面にインサイドペイントを用いることなく加硫成形されるのが良い。これにより、タイヤ内腔面と接着剤等との接着性がさらに向上する。

そして本実施形態の制音体１１は、図２に示すように、帯状のスポンジ材を用いることにより、少なくとも１以上の途切れ部Ｋを有してタイヤ周方向に断続的に一周する。本例では、途切れ部Ｋの形成数を１としたものを例示しているが、複数本のスポンジ材を用いることにより複数の途切れ部Ｋが形成されても良い。

なお帯状のスポンジ材を用いる場合、長い原材料を、タイヤサイズに応じた長さに適宜切断してトレッド内腔面２Ｓに貼付けできるため、金型数や制音体１１の品種の増加を防止でき、生産性やコストの点で実用的である。しかし制音体１１は、スポンジ材が低比重であるとはいえ前記途切れ部Ｋによって重量のアンバランスを招き、タイヤのユニフォミティーの低下原因となる。

そこで本実施形態では、前記途切れ部Ｋによって生じる制音体１１の重量アンバランスの軽点Ｐを、前記タイヤ本体１０の重量アンバランスの軽点Ｑ１から１８０゜を隔てる対向位置Ｑ２を中心とする±６０°の領域範囲Ｙに位置させ、これによりユニフォミティーへの影響を無視できる低いレベルに抑制し、タイヤ走行性能の維持を図っている。

これは、以下に説明する本発明者の実験により見出された。
まず、比重０．０３９のエーテル系ポリウレタンスポンジ（イノアック製 製品番号ＥＳＨ２）からなり、かつ前記図３に示す断面形状（高さＴ１＝２ｃｍ、高さＴ２＝０．５ｃｍ、底面における断面巾Ｗ＝９．７ｃｍ、）のスポンジ材を作成し、これをタイヤサイズ２１５／４５Ｒ１７の乗用車用ラジアルタイヤのトレッド内腔面２Ｓに周方向に貼り付けることで制音体付きのタイヤ１を形成した。

このとき各タイヤにおいては、制音体１１における途切れ部Ｋの形成数、及び途切れ部Ｋの周方向長さＬｋは、それぞれ１個、及び１０ｃｍと一定とし、前記対向位置Ｑ２からの、前記途切れ部Ｋの中心位置（即ち制音体１１の重量アンバランスの軽点Ｐの位置）の位相角度βを０〜９０°の範囲で１０°毎に変化させている。なお貼り付けには、両面粘着テープ（日東電工社製 製品番号５０００ＮＳ）を用いた。又制音体１１の端部１１ｅの端面は、４５°の角度θで傾斜させている。

そして、ユニフォミティーマシンを用いて各タイヤのユニフォミティーを測定し、低速度（２０ｋｍ／ｈ）でのラジアルフォースバリエーションの一次（低速ＲＦＶ一次）、高速度（１２０ｋｍ／ｈ）でのラジアルフォースバリエーションの一次（高速ＲＦＶ一次）、高速度（１２０ｋｍ／ｈ）でのタンジェンタルフォースバリエーションの一次（高速ＴＦＶ一次）と、前記位相角度βとの関係を図５に示す。

なお、制音体１１における重量アンバランス量Ｍａは、７．１ｇであった。この重量アンバランス量Ｍａは、スポンジが欠けた部分の重さを意味し、複数ある時には、位相を考慮して相殺する。

この図５に示すように、制音体１１の軽点Ｐの位相角度βが０〜９０°の範囲で変化しても、低速ＲＦＶ一次、及び高速ＲＦＶ一次は、ほとんど変化していない。しかし高速ＴＦＶ一次においては、位相角度βが０〜６０°の範囲では、わずかな上昇傾向にとどまるものの、６０°を超えると急激に上昇しているのが確認できる。このことから、制音体１１における軽点Ｐの位相角度βが０〜６０°の範囲では、制音体１１の重量アンバランスによるユニフォミティーへの影響が無視できる程度に非常に低く、タイヤ走行性能を維持しうることがわかる。なお前記高速ＴＦＶ一次から鑑み、前記位相角度βは、０〜５０°、さらには０〜３０°の範囲が好ましい。斯かる場合にも、前記範囲が広いため、制音体１１の貼付け作業効率の低下や、貼付け位置の誤差による不良品の発生などは防止しうる。

又前記制音体１１の軽点Ｐの位相角度βを０°とし、前記途切れ部Ｋの周方向長さＬｋを変化させたときの、制音体１１の重量アンバランス量Ｍａ、タイヤの低速ＲＦＶ、高速ＲＦＶ、高速ＴＦＶの変化を測定し、その結果を図６〜図８に示す。長さＬｋが１５ｃｍ（重量アンバランス量Ｍａが１０．３ｇ）までは、低速ＲＦＶの一次〜三次成分、高速ＲＦＶの一次〜三次成分、高速ＴＦＶの一次〜三次成分はほとんど変化せず、又ロードノイズ低減効果も充分なレベルにある。しかし、意外なことに、長さＬｋが２０ｃｍ（重量アンバランス量Ｍａが１３．５ｇ）を超えると、ＦＶは改善傾向となっている。これは、制音体１１の重量アンバランス量Ｍａの増大により、タイヤ本体１０の重量アンバランスを改善する効果が生じたものと考えられる。

しかし、この効果は、図９に示すように、重量バランスの良いタイヤ本体１０に対しては、逆に作用してＦＶを損ねる傾向となる。従って、すべてのタイヤ本体１０に対して、ユニフォミティーに影響を与えないためには、制音体１１の重量アンバランス量Ｍａは、１０．３ｇ以下とすることが必要となる。

又前記途切れ部Ｋの周方向長さＬｋは、外観品質の観点から８．０ｃｍ以下に抑えるのが好ましく、これを超えると、外観性が低下し商品性を損ねる傾向となる。

又前記途切れ部Ｋの形成数は、前記ユニフォミティーへの影響の観点からは特に規制されないが、スポンジ材の貼付け作業性、外観品質等の観点から１個とするのが好ましい。

又前記制音体１１は、前記空洞共鳴の抑制効果の観点から、その体積Ｖ２を、前記特許文献１に記載の場合と同様、空気入りタイヤ１とリムとが囲むタイヤ内腔の全体積Ｖ１の０．４〜２０％の範囲に設定するのが好ましく、この範囲となるように、前記制音体１１の断面積Ｓ、断面寸法、周方向長さＬｋの各値が適宜設定される。なお比Ｖ２／Ｖ１が０．４％未満では、空洞共鳴の抑制効果が十分に発揮されなくなり、又２０％を越えると、空洞共鳴の抑制効果が頭打ちとなるばかりかコストの不必要な増加を招く。

ここで前記「体積Ｖ２」は、制音体１１の外形から定まる見かけの体積であり、内部の気泡が占める体積も含めたものとする。また「タイヤ内腔の全体積Ｖ１」は、リム組みしたタイヤに正規内圧を充填した状態において下記式（１）で近似的に求めた値Ｖ１として定める。
Ｖ１＝Ａ×｛（Ｄｉ−Ｄｒ）／２＋Ｄｒ｝×π …（１）
式中、”Ａ”は前記正規内圧充填状態のタイヤ内腔をＣＴスキャニングして得られるタイヤ内腔面積、”Ｄｉ”は正規内圧充填状態でのタイヤ内腔の最大外径、”Ｄｒ”はリム径、”π”は円周率である。なお前記「正規内圧」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、各規格がタイヤ毎に定めている空気圧であり、ＪＡＴＭＡであれば最高空気圧、ＴＲＡであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば "INFLATION PRESSURE" とするが、タイヤが乗用車用の場合には、現実の使用頻度などを考慮して一律に２００ｋＰａとする。

又制音体１１としてスポンジ材を使用した場合、このスポンジ材は吸水性が高いため、タイヤ保管時やリム組時などにおいて雨水等に濡れて吸水してしまうという恐れが生じる。そして、この吸水状態でリム組みすると、重量バランスがくずれて本願の作用効果を発揮することができなくなるとともに、吸水した水がタイヤのゴム内に浸透して内部損傷を誘発させる等の問題を招く。そこで、制音体１１には、吸水しないように撥水処理を施す。
なお撥水処理としては、スポンジ材を発泡させる際、周知の撥水剤を予め混合させる手段が採用できる。なお前記撥水剤として、例えばモノアルコールと、脂肪族ジカルボン酸或いは脂環族ジカルボン酸との結合体であるエステルが好適に使用できる。
このように、第２の発明においては、制音体には、撥水処理が施されていることを特徴としている。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

本発明の空気入りタイヤの一実施例を示す断面図である。 空気入りタイヤの周方向断面図である。 制音体１１の断面図である。 リム組み時のタイヤレバーと制音体との位置関係を示す断面図である。 制音体の軽点の位相角度βと、低速ＲＦＶ一次、高速ＲＦＶ一次、高速ＴＦＶ一次との関係を示すグラフである。 制音体における途切れ部の周方向長さと、低速ＲＦＶの一次〜三次成分との関係を示すグラフである。 制音体における途切れ部の周方向長さと、高速ＲＦＶの一次〜三次成分との関係を示すグラフである。 制音体における途切れ部の周方向長さと、高速ＴＦＶの一次〜三次成分との関係を示すグラフである。 重量バランスの良いタイヤ本体に対しての、途切れ部の周方向長さと、低速ＲＦＶ一次、高速ＲＦＶ一次、高速ＴＦＶ一次との関係を示すグラフである。 従来技術を説明する制音体付きの空気入りタイヤの周方向断面図である。

符号の説明

２ トレッド部
３ サイドウォール部
４ ビード部
５ ビードコア
６ カーカス
１０ タイヤ本体
１１ 制音体
Ｋ 途切れ部
Ｐ、Ｑ１ 軽点
Ｑ２ 対向位置

Claims (5)

1. トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアに至るカーカスを有するタイヤ本体と、
   前記トレッド部のタイヤ内腔面に固着されかつ少なくとも１以上の途切れ部を有してタイヤ周方向に断続的に一周する比重０．００５〜０．０６０のスポンジ材からなる制音体とを具えるとともに、
   前記制音体は、前記途切れ部によって生じる制音体の重量アンバランスの軽点を、前記タイヤ本体の重量アンバランスの軽点から１８０゜を隔てる対向位置を中心とする±６０°の領域範囲に位置させ、
   かつ、前記制音体は、前記途切れ部を挟む途切れ端の端面を、途切れ部の周方向の長さが、前記タイヤ内腔面に向かって減じる向きに傾斜させるとともに、該端面のタイヤ内腔面に対する角度θを１５〜７０°としたことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアに至るカーカスを有するタイヤ本体と、
   前記トレッド部のタイヤ内腔面に固着されかつ少なくとも１以上の途切れ部を有してタイヤ周方向に断続的に一周する比重０．００５〜０．０６０のスポンジ材からなる制音体とを具えるとともに、
   前記制音体は、前記途切れ部によって生じる制音体の重量アンバランスの軽点を、前記タイヤ本体の重量アンバランスの軽点から１８０゜を隔てる対向位置を中心とする±６０°の領域範囲に位置させ、
   かつ、前記制音体は、撥水処理が施されていることを特徴とする空気入りタイヤ。
3. 前記制音体は、前記途切れ部によって生じる制音体の重量アンバランス量を１０．３ｇ以下とした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。
4. 前記途切れ部は、前記タイヤ内腔面に沿う周方向の長さを８．０ｃｍ以下としたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の空気入りタイヤ。
5. 前記制音体は、前記途切れ部の形成数を１としたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の空気入りタイヤ。

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