JP4522958B2 - タイヤ騒音低減装置及び空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ騒音低減装置及び空気入りタイヤに関し、更に詳しくは、車体振動をを改善するようにしたタイヤ騒音低減装置及び該タイヤ騒音低減装置を装着した空気入りタイヤに関する。

ホイールのリムと該リムに装着された空気入りタイヤとの間に形成される密閉したタイヤ空洞部で発生する空洞共鳴現象が、タイヤ騒音の大きな要因になっている。例えば、走行中に２５０Ｈｚ付近に定常的に聞こえる騒音や道路の継ぎ目などを乗り越す際に発生する衝撃音には、この空洞共鳴現象が関与している。

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、例えば、タイヤの空洞部の断面積をタイヤ周方向に変化させるように、空洞部内に吸音材を配置するようにした技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。タイヤ空洞部の断面形状をタイヤ周方向に変化させることで共鳴周波数を車輪の回転と共に刻々と変化させる一方、吸音材による吸音効果により、空洞共鳴音を効果的に低減するようにしている。

しかしながら、このようなタイヤ騒音低減装置を装着した空気入りタイヤの質量分布が周上で不均一になるため、高速走行時のユニフォーミティが悪化し、それが車体振動を助長するという問題があった。

そこで、上記対策として、質量調整部材を追加して、質量分布を周上で均一化するようにした技術の提案がある（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、質量調整部材の追加によりタイヤ騒音低減装置の総質量が増加する問題があり、更に高速走行時の車体振動の１次成分が悪化するので、車体振動の改善効果が低く、十分な改善が得られていない。
特開２００３−２２６１０４号公報 特開２００５−２１２５７７号公報

本発明の目的は、空洞共鳴音の低減効果を維持し、かつ重量の増加を招くことなく、車体振動を改善することが可能なタイヤ騒音低減装置及び空気入りタイヤ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騒音低減装置は、多孔質材料からなる吸音材を環状の弾性固定バンドにより空気入りタイヤの空洞部に面したトレッド部内面の周上２か所に対向して配置し、前記吸音材により前記空気入りタイヤの空洞部の断面積をタイヤ周方向に変化させるように構成したタイヤ騒音低減装置において、前記弾性固定バンドの外周長Ｌ（ｍｍ）が下記式を満足することを特徴とする。
０．９７Ｌ０≦Ｌ≦１．０３Ｌ０
Ｌ０＝（１−０．１×（Ｗａ／Ｗｅ））×Ｌｉ
但し、Ｗａ：吸音材の質量（ｇ）
Ｗｅ：タイヤ騒音低減装置の総質量（ｇ）
Ｌｉ：タイヤ内周長（ｍｍ）

また、本発明の空気入りタイヤは、上記タイヤ騒音低減装置をトレッド部内面に装着したことを特徴とする。

上述した本発明によれば、弾性固定バンドの外周長Ｌを上記のように特定することにより、車体振動の原因となる振動要素（ＴＦＶ：Tractive Force Variation）の１次成分と２次成分の両者をバランスして抑制することができるので、車体振動を改善することが可能になる。しかも、質量調整部材を追加せずに、弾性固定バンドの長さを調整するだけでよいので、重量の増加を回避し、かつ空洞共鳴音の低減効果を維持することができる。

以下、本発明の実施の形態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、本発明のタイヤ騒音低減装置を装着した空気入りタイヤの一実施形態を示し、１はタイヤ騒音低減装置、１０はホイール２０のリム２１に装着した状態で示す空気入りタイヤである。

空気入りタイヤ１０は、トレッド部１１と、左右のビード部１２と、これらトレッド部１１とビード部１２とを互いに連接する左右のサイドウォール部１３とを備えている。タイヤ内面１４に囲まれた空間が空気入りタイヤ１０の空洞部１５になっており、リム２１により空洞部１５が密閉されようにして、空気入りタイヤ１０がホイール２０に取り付けられている。

なお、図示せぬが、タイヤ内部には左右のビード部１２間にカーカス層が延設され、トレッド部１１のカーカス層外周側には複数のベルト層が設けられている。左右のビード部１２にはビードコアがそれぞれ埋設され、カーカス層の両端部がビードコアの周りにタイヤ内側から外側に折り返されている。

タイヤ騒音低減装置１は、空気入りタイヤ１０の空洞部１５に面したトレッド部１１の内面１１ａに装着されるものであって、環状の弾性固定バンド２と、図２に示すように、弾性固定バンド２によりトレッド部内面１１ａの周上２か所に対向して配置される吸音材３とから構成されている。

弾性固定バンド２は弾性体からなる無端のリング状に形成され、弾性固定バンド２の弾性力によりタイヤ騒音低減装置１がトレッド部１１の内面１１ａに装着されるようになっている。弾性固定バンド２を構成する材料としては、装着可能な弾性を付与できるものであればよく、ステンレス鋼などの金属や、ナイロン樹脂、ポリプロピレン樹脂などの合成樹脂を好ましく例示することができる。弾性固定バンド２の寸法は、従来と同様であり、幅が１０〜３０ｍｍ、厚さが０．５〜２．０ｍｍの範囲を好ましく用いることができる。

弾性固定バンド２の内周面２ａの１８０°離れた位置に吸音材３がそれぞれ接着剤などにより取り付けられ、この周上２か所に対向して配置した吸音材３により空洞部１５のタイヤ子午線断面における断面積をタイヤ周方向で規則的に変化させるようにしている。

吸音材３は、多孔質材料から構成されている。多孔質材料としては、発泡樹脂が好ましく、特に低密度のポリウレタンフォームを好ましく使用することができる。発泡樹脂を発泡させた発泡体の気泡の形態は、吸音効果の点から隣接する気泡同士が連通する連続気泡が好ましい。吸音材３の寸法としては、従来と同様に、幅をタイヤ断面幅の４０〜９０％、厚さを５〜５０ｍｍの範囲にするのが好ましい。吸音材３の幅は一定であっても可変であってもよい。

本発明では、上述したタイヤ騒音低減装置１において、弾性固定バンド２の外周面２ｂの周長である外周長Ｌ（ｍｍ）が下記式を満足するようになっている。
０．９７Ｌ０≦Ｌ≦１．０３Ｌ０
Ｌ０＝（１−０．１×（Ｗａ／Ｗｅ））×Ｌｉ
但し、Ｗａ：吸音材の質量（ｇ）
Ｗｅ：タイヤ騒音低減装置の総質量（ｇ）
Ｌｉ：タイヤ内周長（ｍｍ）

なお、ここで言うタイヤ内周長Ｌｉとは、リム組する前のタイヤおいて、トレッド部内面１１ａのタイヤセンターラインＣＬ上で測定した周長である。

本発明者らは、タイヤ騒音低減装置を装着した空気入りタイヤにおいて、質量分布が周上で不均一になることにより車体振動が助長される点について鋭意検討し、実験を繰り返し行った結果、以下のことを知見した。

即ち、図２に示すように周上２か所に吸音材を対設したタイヤ騒音低減装置を装着した空気入りタイヤは、高速走行時に車体を振動させる振動要素（ＴＦＶ）の成分として、１次成分と２次成分が大きく影響する。この１次成分は、タイヤ騒音低減装置の重心がタイヤ回転軸から偏芯して回転することで発生する振動成分であり、タイヤ騒音低減装置の総質量が増加する程、またタイヤ回転軸からのタイヤ騒音低減装置の重心の偏芯量が大きくなる程、１次成分が大きくなり、高速走行時の車体振動を悪化させる。

他方、２次成分は、タイヤの回転と共に回転する吸音材３が、接地したトレッド部分の撓みにより回転軌道を変化させることで発生する振動成分であり、吸音材３の質量が増加する程、また軌道変化が大きい程、２次成分が大きくなり、高速走行時の車体振動を悪化させる。

そこで、本発明者らは、タイヤ騒音低減装置の弾性固定バンドに着目した。即ち、弾性固定バンドの長さを調整することで、タイヤ騒音低減装置の総質量、タイヤ回転軸からのタイヤ騒音低減装置の重心の偏芯量、更に吸音材の軌道変化量が増減する。そこで、吸音材に同じものを使用し、弾性固定バンドの長さのみを変えて１次成分と２次成分を調べてみると、図３に示すように、弾性固定バンド２の長さを長くすると、振動要素（ＴＦＶ）の１次成分が減少する一方で２次成分が増加し、逆に弾性固定バンド２の長さを短くすると、１次成分が増加する一方で２次成分が減少する。１次成分と２次成分の両者は相反する関係にあり、両者が交差する点Ｃが１次成分と２次成分とを共にバランスして低減できるバンド長さの最適値であることがわかった。

更に、バンド長さの最適値を関連する他の要素との関係で調べてみると、バンド長さの最適値と弾性固定バンドが取り付けられるトレッド部内面のタイヤセンターライン上での内周長であるタイヤ内周長との比（バンド長最適値／タイヤ内周長）が、吸音材の質量とタイヤ騒音低減装置の総質量との比（吸音材質量／総質量）に対して一定の関係にあり、図４に示すように、比（吸音材質量／総質量）が増加すると、比（バンド長最適値／タイヤ内周長）が低下し、逆に比（吸音材質量／総質量）が減少すると、比（バンド長最適値／タイヤ内周長）が増加し、下記の式を満足する関係にあることがわかった。
比（バンド長最適値／タイヤ内周長）＝１−０．１×比（吸音材質量／総質量）

そこで、本発明では、弾性固定バンド２の外周面２ｂの外周長Ｌを上記のように規定したのである。これにより車体振動の原因となる振動要素（ＴＦＶ）の１次成分と２次成分とが抑制され、車体振動の改善ができる一方、弾性固定バンド２の長さを調整（従来より短く）するだけでよいので、重量の増加を招くことがなく、かつ空洞共鳴音の低減効果を損なうことがない。

弾性固定バンド２の外周長Ｌが０．９７Ｌ０より短くなると、１次成分の増加により車体振動を効果的に低減することが難しくなる。逆に弾性固定バンド２の外周長Ｌが１．０３Ｌ０より長くなると、２次成分の増加により車体振動を効果的に低減することが難しくなる。

弾性固定バンド２の外周長Ｌは、好ましくは０．９８Ｌ０≦Ｌ≦１．０２Ｌ０、より好ましくは０．９９Ｌ０≦Ｌ≦１．０１Ｌ０、更に好ましくはＬ＝Ｌ０にするのが、車体振動をより効果的に低減する上でよい。

本発明において、弾性固定バンド２の外周長Ｌは、耐久性の観点からは、タイヤ内周長Ｌｉの８８％〜９８％の範囲にするのがよい。外周長Ｌがタイヤ内周長Ｌｉの８８％より短いと、タイヤ騒音低減装置１がタイヤ内面に固定されずに動きが大きくなるので、摩耗により損傷が発生し易くなる。逆に外周長Ｌがタイヤ内周長Ｌｉの９８％より長いと、弾性固定バンド２のバックリングの発生により耐久性が低下する。弾性固定バンド２の外周長Ｌは、より好ましくは、タイヤ内周長Ｌｉの９２％〜９７％、更に好ましくは９３％〜９５％にするのがよい。

吸音材３の質量Ｗａとタイヤ騒音低減装置１の総質量Ｗｅとの比Ｗａ／Ｗｅとしては、０．１〜０．５の範囲にするのが好ましい。比Ｗａ／Ｗｅが０．１より小さいと、吸音材３の比率が少なすぎてタイヤ騒音低減装置１による空洞共鳴音の改善効果が不十分になる。逆に比Ｗａ／Ｗｅが０．５より大きいと、吸音材３の質量割合が大きくなり過ぎて、バンド長で車体振動を改善しようとしても２次成分が十分なレベルまで改善することができなくなる。

タイヤ騒音低減装置１の総質量Ｗｅは、装着されるタイヤの質量（総質量）の３％以下となるようにするのがよく、これにより装着されるタイヤに比べてタイヤ騒音低減装置１の質量が十分小さくなるので、高速走行時の振動要素（ＴＦＶ）の成分（各次数とも）を全体的に低減し、車体振動を更に改善することができる。タイヤ騒音低減装置１の総質量Ｗｅの下限値としては、吸音材の吸音特性を確保する点から、タイヤの質量の０．２％以上にするのがよい。

タイヤサイズ２１５／６０Ｒ１６（タイヤ内周長：１９７０ｍｍ）のタイヤに装着するタイヤ騒音低減装置において、弾性固定バンドの外周長Ｌを表１のように変えた試験品１〜４を作製した。各試験品において、吸音材にはウレタンフォーム（幅１５０ｍｍ、長さ４８０ｍｍ、厚さ２０ｍｍ）を使用し、２つの吸音材の総質量は８２ｇで共通である。また、タイヤ騒音低減装置の質量を１２５ｇで共通にし、弾性固定バンドの材料にポリプロピレン樹脂を使用した。なお、試験品４は、従来のタイヤ騒音低減装置である。

これら試験品１〜４について、以下に示す試験方法により振動の評価試験を行ったところ、表１に示す結果を得た。また、その結果をプロットしたグラフを図５に示す。

振動の評価試験
１．ＴＦＶ
各試験品１〜４をタイヤサイズ２１５／６０Ｒ１６の空気入りタイヤにそれぞれ装着し、該装着した空気入りタイヤをリムサイズ１６×７ＪＪのリムに組み付け、空気圧を２１０ｋＰａにしてドラム試験機に取り付け、荷重４．７ｋＰａ、速度１２０ｋｍ／ｈの条件下でＴＦＶの１次成分と２次成分を測定した。また、各試験品１〜４を装着した空気入りタイヤから試験品１〜４を取り外し、該取り外した空気入りタイヤを上記と同様の条件でＴＦＶの１次成分と２次成分を測定した。両測定した値の差分を各試験品１〜４のＴＦＶの１次成分と２次成分とした。

２．官能評価
各試験品１〜４を上記と同様にして装着した空気入りタイヤを排気量２０００ｃｃの乗用車に取り付け、テストドライバーによる車体振動のフィーリングテストを実施し、その結果を試験品４を１００とする指数値で示した。この値が小さい程、車体振動が低いことを意味する。なお、指数値が９５以下が顕著な効果ありである。

表１から、弾性固定バンドの外周長Ｌが０．９７Ｌ０〜１．０３Ｌ０の範囲を満たす試験品１〜３は、車体振動を改善できることがわかる。

本発明のタイヤ騒音低減装置を取り付けた空気入りタイヤをリムに装着した状態で示す断面図である。 タイヤ騒音低減装置をタイヤセンターライン上の位置で切断した断面図である。 バンド長さと振動との関係を示すグラフ図である。 バンド長最適値とタイヤ内周長の比と、吸音材の質量とタイヤ騒音低減装置の総質量の比との関係を示すグラフ図である。 振動の評価試験のグラフ図である。

符号の説明

１ タイヤ騒音低減装置
２ 弾性固定バンド
２ａ 内周面
２ｂ 外周面
３ 吸音材
１０ 空気入りタイヤ
１１ トレッド部
１１ａ 内面
１５ 空洞部
ＣＬ タイヤセンターライン

Claims (6)

1. 多孔質材料からなる吸音材を環状の弾性固定バンドにより空気入りタイヤの空洞部に面したトレッド部内面の周上２か所に対向して配置し、前記吸音材により前記空気入りタイヤの空洞部の断面積をタイヤ周方向に変化させるように構成したタイヤ騒音低減装置において、前記弾性固定バンドの外周長Ｌ（ｍｍ）が下記式を満足するタイヤ騒音低減装置。
   ０．９７Ｌ０≦Ｌ≦１．０３Ｌ０
   Ｌ０＝（１−０．１×（Ｗａ／Ｗｅ））×Ｌｉ
   但し、Ｗａ：吸音材の質量（ｇ）
   Ｗｅ：タイヤ騒音低減装置の総質量（ｇ）
   Ｌｉ：タイヤ内周長（ｍｍ）
2. 前記弾性固定バンドの外周長Ｌをタイヤ内周長Ｌｉの８８％〜９８％の範囲にした請求項１に記載のタイヤ騒音低減装置。
3. 前記吸音材の質量Ｗａと前記タイヤ騒音低減装置の総質量Ｗｅとの比Ｗａ／Ｗｅを０．１〜０．５の範囲にした請求項１または２に記載のタイヤ騒音低減装置。
4. 前記タイヤ騒音低減装置の総質量Ｗｅを装着されるタイヤの質量の３％以下とした請求項１，２または３に記載のタイヤ騒音低減装置。
5. 前記弾性固定バンドの内周面に前記吸音材を取り付けた請求項１乃至４のいずれか１項に記載のタイヤ騒音低減装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のタイヤ騒音低減装置をトレッド部内面に装着した空気入りタイヤ。

Images