JP5164730B2

JP5164730B2 - プレキュアトレッドおよびこれを用いた更生タイヤ

Info

Publication number: JP5164730B2
Application number: JP2008206035A
Authority: JP
Inventors: 修藤原
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2008-08-08
Filing date: 2008-08-08
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2028-08-08
Also published as: JP2010042695A

Description

本発明は、タイヤを更生する際に用いるプレキュアトレッド、特に、トレッド接地面に形成した周方向溝に起因した気柱共鳴音の低減を可能とするプレキュアトレッドおよびこれを用いた更生タイヤに関するものである。

近年の車両の静粛化に伴って、自動車騒音におけるタイヤ騒音の占める割合が相対的に大きくなっているため、そのタイヤ騒音の低減が大きな課題となっている。なかでも、１０００Ｈｚ前後のタイヤ騒音は車外騒音の主な要因となっており、この騒音は、環境問題の点からも早急な対策が望まれている。

ところで、一般的なトラックやバスにおいて、５００〜２０００Ｈｚの周波数帯域に属するタイヤ騒音は、タイヤの接地面内で、トレッドに形成した周方向溝と路面とによって区画される気柱が共鳴すること、いわゆる気柱共鳴によって発生することが知られている。
すなわち、周方向溝を有するタイヤが接地した状態において、該周方向溝の溝壁と、接地面との間に接地長と同じ長さの管が形成され、タイヤの走行に伴い、気柱共鳴音と呼ばれるノイズが発生する。この気柱共鳴音の周波数ｆ_０は、音速をｃとし、管の長さ、すなわち、周方向溝の長さに開口端補正量を足したものをＬとすると、
ｆ_０＝ｃ／２Ｌ
で表わされる一定の周波数である。なお、開口端補正量とは、通常は実験によって求められるものであり、管が円筒形の場合、管の内側の半径に定数を乗じたものとなる。

この気柱共鳴音は高いピークを有し、周波数帯域も広いため、騒音の中でもタイヤ起因の直接音となる主要な要因のひとつである。また、人間の聴覚は、人間の聴覚感度特性を反映したＡ特性と呼ばれる周波数補正特性で示されるように、１０００Ｈｚ前後の周波数帯域で敏感であり、この気柱共鳴音の低減は車室内の静粛性向上および道路近傍の騒音低減に非常に有効である。

このような気柱共鳴の抑制のために、特許文献１、２には、トレッド接地面に周方向に連続して延びる周方向溝を設けるとともに、周方向溝から離れた位置で陸部表面に開口する気室部とこの気室部を前記周方向溝に連通させる枝溝とからなる、いわゆるヘルムホルツ共鳴器となる分岐溝を配設したタイヤが提案されている。
ヘルムホルツ共鳴器は、図１に模式的に示すように、音速をｃ、枝溝に対応する管状部１の長さをｌ、管状部１の断面積をＳ、管状部１の半径をｒ、気室部２の体積をＶとすると、減音する周波数ｆは、

で表されることが分かっている。

また、特許文献３、４には、トレッド接地面に周方向に連続して延びる周方向溝と、この周方向溝に連通しトレッド内部に埋設されたヘルムホルツ共鳴器とを具えるタイヤが提案されている。

ところで、近年、環境問題に配慮するために、タイヤをリサイクルする需要が高まってきている。リサイクルしたタイヤは、更生タイヤとして広く知られている。更生タイヤは使用済みのタイヤからトレッド又はトレッドと一部のベルト層を削除して台タイヤとし、この台タイヤにトレッド部として新しい素材を張りつけたものをいう。更生タイヤの製造方法には、台タイヤに未加硫トレッドゴムを張り合わせて金型内で加硫する方法と、トレッドゴムを予め長尺のモールドでパターン付けおよび加硫を行って、プレキュアトレッドを形成し、かかるプレキュアトレッドを台タイヤに比較的低温かつ接着面において低圧状態で加硫接着する方法とがある（例えば、特許文献５を参照）。
特開平５−３３８４１１号公報特開２００７−２６９１４４号公報特開２０００−１１８２０７号公報特開２００１−２３９８０９号公報特開平１０−１１９０５４号公報

ここで、更生タイヤにおいても、上述した例と同様に、騒音の低減は必要とされてきたが、未だ操縦安定性および摩耗性能を損なうことなく、騒音を十分に低減させた例は提案されていない。
それゆえ、本発明の目的は、タイヤの更生に用いるプレキュアトレッドにおいて、周方向溝に起因した気柱共鳴音を低減する方途を与え、さらにこのプレキュアトレッドおよびこれを用いた更生タイヤを提供することにある。

本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１）タイヤの接地面側となる表面と台タイヤに貼り付ける側となる背面とを有するプレキュアトレッドにおいて、
前記表面にタイヤ周方向に沿って延びる少なくとも１本の周方向溝を有し、さらに、該周方向溝に連通するとともに前記プレキュアトレッドの厚み方向内側に設けた少なくとも１つの共鳴器を具え、
前記共鳴器が、前記周方向溝に一端が開口する管状部と、該管状部の他端に接続し、該管状部の断面積よりも大きな断面積を有する気室部とを具え、
前記気室部が、前記背面に開口し、トレッド部接地面の摩耗の進行に伴って該トレッド部接地面に露出する背面溝を区切ることで形成されることを特徴とするプレキュアトレッド。

（２）前記管状部が、前記周方向溝の溝底に開口することを特徴とする上記（１）に記載のプレキュアトレッド。

（３）前記管状部が、吸音層を有することを特徴とする上記（１）または（２）に記載のプレキュアトレッド。

（４）前記共鳴器が複数であって、各共鳴器の共鳴周波数が異なることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載のプレキュアトレッド。

（５）上記（１）〜（４）のいずれかに記載のプレキュアトレッドを台タイヤに接着して用いることを特徴とする更生タイヤ。

本発明によれば、周方向溝に起因した気柱共鳴音を低減したプレキュアトレッドおよびこれを用いた更生タイヤを提供することができる。

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
図２（ａ）は本発明のプレキュアトレッドの斜視図であり、図２（ｂ）は本発明のプレキュアトレッドの断面図である。このプレキュアトレッド１０は、タイヤの接地面側となる表面１０ａと台タイヤに貼り付ける側となる背面１０ｂとを有し、表面１０ａにタイヤ周方向に沿って延びる少なくとも１本、図示例では４本の周方向溝１１と、この周方向溝１１に連通するとともにこのプレキュアトレッド１０の厚み方向内側に設けた少なくとも１つの共鳴器３とを具える。共鳴器３は、周方向溝１１に一端が開口する管状部１と、管状部１の他端に接続し、管状部１の断面積よりも大きな断面積を有する気室部２とを具える。
このように、ヘルムホルツ型の共鳴器３をプレキュアトレッド１０の周方向溝１１に設けることにより、このプレキュアトレッド１０を用いた更生タイヤにおいて騒音を低減することが可能となる。また、プレキュアトレッド１０は共鳴器３をプレキュアトレッド１０の厚み方向内側に有するため、共鳴器３によって表面１０ａのトレッドパターンを変更する必要はない。それゆえ、本発明のプレキュアトレッド１０を台タイヤに接着して更生タイヤとした際、この更生タイヤはトレッドパターンによる良好な操縦安定性および摩耗性能を維持することができる。
なお、図２の例ではヘルムホルツ型の共鳴器３を説明したが、共鳴器３はサイドブランチ型とすることもできる。

ここで、図３に示した本発明のその他のプレキュアトレッドのように、気室部２が背面１０ｂに開口することが好適である。すなわち、トレッドゴムを加硫するための金型にあらかじめ凸部を設けることによって、背面１０ｂに開口する気室部２を容易に形成することができる。さらにこの気室部２と周方向溝１１とを連通する管状部１も容易に形成することができるため、周方向溝１１に連通する共鳴器３を製造する上で有利である。

また、図４に示した本発明のその他のプレキュアトレッドのように、気室部が、トレッド部接地面の摩耗の進行に伴ってトレッド部接地面に露出する背面溝であることが好適である。このような構成とすることにより、背面溝１２は、トレッド部接地面の摩耗初期段階で周方向溝１１に起因する気柱共鳴音を低減するためのヘルムホルツ共鳴器の気室部として働き、トレッド部接地面の摩耗後期段階で周方向溝として働くことから、摩耗初期から末期に至るまで良好なウェット性能を達成することが可能となる。
なお、複数の管状部１によって１本の周方向溝１１と気室部である背面溝１２とを接続しているため、管状部１の本数をｎ本とすると、減音される共鳴周波数ｆは、上記した式（１）を用いて

として表される。

また、気室部は、例えばゴム壁で背面溝１２を区切ることで形成されることが好適である。この場合、ゴム壁で背面溝１２を区切る間隔を調整することによって、気室部の体積を調整できるため、所望の共鳴周波数を低減することができる。

上述した図示例では、管状部１は周方向溝１１の溝壁に開口しているが、管状部１は周方向溝１１の溝底に開口することが好適である。なぜなら、トレッド部接地面の摩耗が進行しても共鳴器３が共鳴器として機能することができるからである。

また、管状部１の壁面に吸音層、例えば不織布、発泡ゴム、発泡ウレタンを設けることが好適である。共鳴器３内の粒子速度は管状部１の入り口側程高く、気室部２内では低い。粒子速度が高い管状部１に吸音層を設けることにより、共鳴器３の減衰特性を効果的に高めることができ、その結果、幅広い帯域での音圧レベルの減衰が可能となる。

また、共鳴器３を複数設けて、各共鳴器３の共鳴周波数が異なるように、各共鳴器３の管状部１の長さｌ、断面積Ｓ、半径ｒおよび気室部２の体積Ｖを調整することが好適である。なぜなら、１種類の共鳴器を用いた場合には、その共鳴周波数でのみ大きく減音し、その共鳴周波数の前後の周波数では音圧が悪化するが、共鳴周波数が異なる共鳴器を多数用いることにより、悪化帯域がなくなり、その周波数帯域に亘って騒音を低減することができるためである。

また、複数の共鳴器３を設ける場合は、図５（ａ）（ｂ）にプレキュアトレッドの背面図を示すように、共鳴器３は整列している必要はなく、分散して配置することが可能である。
さらに、共鳴器３の気室部２は、その断面が、図６（ａ）に示すような長方形の場合だけでなく、図６（ｂ）に示すような円形や、図８（ｃ）に示すような任意の形とすることもできる。

本発明のプレキュアトレッド、従来例のプレキュアトレッドおよび比較例のプレキュアトレッドを、後述する仕様のもとに試作し、性能の評価を行った。

従来例のプレキュアトレッドは、図７（ａ）に示す表面のトレッドパターンと、図７（ｂ）に示す背面のパターンを有する。従来例のプレキュアトレッドは、表面１０ａに４本の周方向溝１１ａ〜１１ｄを有し、２本の周方向溝１１ａ、１１ｂおよび周方向溝１１ｃ、１１ｄをそれぞれラグ溝１３で接続している。また、従来例のプレキュアトレッドは背面１０ｂに２本の背面溝１２を有し、各背面溝１２はそれぞれ周方向溝１１ａと１１ｂとの間、および周方向溝１１ｃと１１ｄとの間に配置されている。
比較例のプレキュアトレッドは、図８（ａ）に示す表面のトレッドパターンと、図８（ｂ）に示す背面のパターンを有する。比較例のプレキュアトレッドは、表面１０ａに４本の周方向溝１１ａ〜１１ｄを有し、２本の周方向溝１１ａと１１ｂとの間に、周方向溝１１ａに連通するラグ溝１４を有し、２本の周方向溝１１ｃと１１ｄとの間に、周方向溝１１ｄに連通するラグ溝１４を有する。ラグ溝１４は、路面と接地することでヘルムホルツ型の共鳴器を構成する。また、比較例のプレキュアトレッドの背面１０ｂは、従来例のプレキュアトレッドの背面１０ｂと同様の構造である。

参考例および発明例２〜５のプレキュアトレッドは、図９（ａ）〜図１１（ａ）に示すように同一の表面のトレッドパターンを有し、図９（ｂ）〜図１１（ｂ）に示す背面のパターンをそれぞれ有する。
参考例のプレキュアトレッドは、図９（ｂ）に示すように、背面１０ｂに２本の背面溝１２を有し、この背面溝１２は複数の管状部１で周方向溝１１ｂと１１ｃとに接続されている。
発明例２、３のプレキュアトレッドは、図１０（ｂ）に示すように、参考例のプレキュアトレッドの背面溝１２をゴム壁１５で区切ることで複数の気室部とし、各気室部ごとに１つの管状部１を設け、この管状部１が気室部と周方向溝１１ｂあるいは１１ｃとを接続している。発明例２では、周方向溝１１ｂ、１１ｃの溝底に管状部１が連通し、発明例３では、周方向溝１１ｂ、１１ｃの溝壁に管状部１が連通している。
発明例４のプレキュアトレッドは、図１１（ｂ）に示すように、背面溝１２をゴム壁１５で区切って異なる体積の気室部を形成している。
発明例５のプレキュアトレッドは、発明例２のプレキュアトレッドの構造を有し、管状部１に不織布を設けている。

各試作プレキュアトレッドを用いて、摩耗した１１Ｒ２２．５のタイヤを通常の方法で更生した。これらの更生タイヤを７．２×２２．５Ｊのリムに組み付けてタイヤ車輪とし、タイヤ内圧を９００ｋＰａに調整し、操縦安定性能、偏摩耗性能および騒音低減性能の試験を実施した。その結果を表１に示す。

＜操縦安定性能試験＞
各更生タイヤを、２−Ｄ・４軸形式の大型トラックの駆動輪に装着し、荷重を積荷で与え、ドライバーによるフィーリング評価を１０段階で行った。この数値が大きいほど操縦安定性能が良好であることを意味している。

＜偏摩耗試験＞
各更生タイヤを、２−Ｄ・４軸形式の大型トラックの駆動輪に装着し、荷重を積荷で与え、１００００ｋｍ走行した後に、ラグ溝を配置した２本のリブ内でタイヤ幅方向摩耗量差を左右輪で平均し、従来例を１００とした指数で評価した。この数値が小さいほど偏摩耗が小さいことを意味している。数値が３以上異なるときに優位差がある。

＜騒音試験＞
各更生タイヤに、荷重０％（空車）、５０％、７５％、１００％（最大負荷能力に対する割合）を与え、欧州タイヤ単体騒音規制（Detective2001/43/EC）に定められている実車蛇行試験法の条件（Ｃ３条件）にて騒音試験を行った。
また、各更生タイヤを５０％摩耗させた状態で、荷重７５％を与えて、同様の試験を行った。なお、この５０％摩耗時には、いずれの更生タイヤも背面溝は露出していない。

表１より、参考例および発明例２〜５のプレキュアトレッドは、従来例と比較して、同等の操縦安定性能および偏摩耗性能を維持しながら、５０％摩耗時も含めて全ての荷重において、騒音レベルが低減していることが分かる。
以上より、操縦安定性能および偏摩耗性能を損なうことなく、周方向溝に起因した気柱共鳴音を低減したプレキュアトレッドおよびこれを用いた更生タイヤを提供すること可能となった。

ヘルムホルツ共鳴器の模式図である。プレキュアトレッドの一例である。プレキュアトレッドの一例である。プレキュアトレッドの一例である。プレキュアトレッドの背面図である。共鳴器の気室部を示す図である。従来例のプレキュアトレッドを示す図である。比較例のプレキュアトレッドを示す図である。参考例のプレキュアトレッドを示す図である。発明例２、３、５のプレキュアトレッドを示す図である。発明例４のプレキュアトレッドを示す図である。

符号の説明

１管状部
２気室部
３共鳴器
１０プレキュアトレッド
１１周方向溝
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ周方向溝
１２背面溝
１３、１４ラグ溝
１５ゴム壁

Claims

タイヤの接地面側となる表面と台タイヤに貼り付ける側となる背面とを有するプレキュアトレッドにおいて、
前記表面にタイヤ周方向に沿って延びる少なくとも１本の周方向溝を有し、さらに、該周方向溝に連通するとともに前記プレキュアトレッドの厚み方向内側に設けた少なくとも１つの共鳴器を具え、
前記共鳴器が、前記周方向溝に一端が開口する管状部と、該管状部の他端に接続し、該管状部の断面積よりも大きな断面積を有する気室部とを具え、
前記気室部が、前記背面に開口し、トレッド部接地面の摩耗の進行に伴って該トレッド部接地面に露出する背面溝を区切ることで形成されることを特徴とするプレキュアトレッド。
前記管状部が、前記周方向溝の溝底に開口することを特徴とする請求項１に記載のプレキュアトレッド。
前記管状部が、吸音層を有することを特徴とする請求項１または２に記載のプレキュアトレッド。
前記共鳴器が複数であって、各共鳴器の共鳴周波数が異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプレキュアトレッド。
請求項１〜４のいずれかに記載のプレキュアトレッドを台タイヤに接着して用いることを特徴とする更生タイヤ。