JP5499569B2 - タイヤ騒音低減装置及びそれを備えた空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、空気入りタイヤで発生する空洞共鳴音を低減するための装置及びそれを備えた空気入りタイヤに関し、さらに詳しくは、複数個の多孔質材料からなる吸音材を空気入りタイヤのトレッド部の内面にタイヤ周方向に沿って間欠的に配置し、吸音材の周上の個数を少なくした場合であっても、車体振動の発生を効果的に低減することを可能にしたタイヤ騒音低減装置及びそれを備え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ものである。

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、多孔質材料からなる吸音材を空気入りタイヤのトレッド部の内面に設置することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。ここで、帯状の吸音材を空気入りタイヤのトレッド部の内面に全周にわたって連続的に配置した場合、特に吸音材のタイヤ周方向の両端部同士を接続した部分に、タイヤ回転毎に吸音材の圧縮と伸長により生じる応力が反復的に作用するため、その部分が応力集中により破壊し易いという欠点がある。また、吸音材をタイヤ周方向に分割し、分割された複数個の吸音材をトレッド部の内面に間欠的に配置した場合、吸音材に生じる応力が小さくなるため、タイヤ騒音低減装置の耐久性を向上することが可能である。

しかしながら、吸音材の分割数が少ない場合、即ち、吸音材の周上の個数が少ない場合、間欠的に配置された吸音材の影響により、走行時に車体に振動が発生し易いという問題がある。また、吸音材の分割数を多くした場合、即ち、吸音材の周上の個数を多くした場合、車体振動は少なくなるものの、タイヤ騒音低減装置の製造コストが増大するという問題がある。そのため、吸音材の周上の個数は可及的に少なくすることが望まれている。

特許第４１４８９７７号公報

本発明の目的は、複数個の多孔質材料からなる吸音材を空気入りタイヤのトレッド部の内面にタイヤ周方向に沿って間欠的に配置し、吸音材の周上の個数を少なくした場合であっても、車体振動の発生を効果的に低減することを可能にしたタイヤ騒音低減装置及びそれを備え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タイヤ騒音低減装置は、タイヤ周方向に不等長を有するＮ個（３≦Ｎ≦９）の多孔質材料からなる吸音材を備え、これらＮ個の吸音材を空気入りタイヤのトレッド部の内面にタイヤ周方向に沿って間欠的に配置するようにしたタイヤ騒音低減装置であって、下記（１）式から求められるＮ次成分の質量アンバランス指数Ｃ_N が、前記Ｎ個の吸音材の長さ及び間隔を平均化した場合のＮ次成分の質量アンバランス指数Ｃ_N ’に対して、Ｃ_N ＜Ｃ_N ’×０．９の関係を満たすことを特徴とするものである。

但し、ｎは次数（１≦ｎ≦Ｎ）であり、θは周上の位相であり、ｘ（θ）は微小角における相対線密度であり、吸音材がある部分の相対線密度を１とし、吸音材がない部分の相対線密度を０とする。

また、上記目的を解決するための本発明の空気入りタイヤは、上記タイヤ騒音低減装置を空洞部内に備えたことを特徴とするものである。

本発明では、不等長を有するＮ個の吸音材を空気入りタイヤのトレッド部の内面にタイヤ周方向に沿って間欠的に配置するにあたって、フーリエ級数展開を利用して次数成分の質量アンバランス指数Ｃ_n を求めている。そして、Ｎ次成分の質量アンバランス指数Ｃ_N が、Ｎ個の吸音材の長さ及び間隔を平均化した場合（仮想モデル）のＮ次成分の質量アンバランス指数Ｃ_N ’に対して、Ｃ_N ＜Ｃ_N ’×０．９の関係を満たすようにしたので、吸音材の周上の個数を少なくした場合であっても、車体振動の発生を効果的に低減することができる。

本発明において、タイヤ騒音低減装置は、Ｎ個の吸音材を固定するバンド部材を備え、該バンド部材の弾性復元力に基づいてＮ個の吸音材を空気入りタイヤのトレッド部の内面にタイヤ周方向に沿って間欠的に装着するような構造とすることが好ましい。これにより、Ｎ個の吸音材をトレッド部の内面におけるタイヤ周方向の適切な位置に簡単に配置することができる。

吸音材の間隔はそれぞれ吸音材の厚さよりも大きくし、吸音材の間隔の総和は空気入りタイヤのトレッド部の内周長の１０％より小さくすることが好ましい。このように吸音材の個々の間隔を吸音材の厚さよりも大きくすることにより、耐久性を確保することができ、また、吸音材の間隔の総和をトレッド部の内周長の１０％より小さくすることにより、１次成分の質量アンバランス指数Ｃ₁ の増加を防止することができる。

更に本発明において、Ｎ次よりも低い次数の成分の質量アンバランス指数Ｃ₁ 〜Ｃ_N-1 はそれぞれＣ_N ’×０．５の値よりも小さいことが好ましい。これにより、車体振動の発生を更に効果的に低減することができる。

本発明の実施形態からなる空気入りタイヤを示す斜視断面図である。 本発明の実施形態からなるタイヤ騒音低減装置を示す斜視図である。 本発明の実施形態からなるタイヤ騒音低減装置を示す側面図である。 図３のタイヤ騒音低減装置の次数成分の質量アンバランス指数を示すグラフである。 比較対象となるタイヤ騒音低減装置（仮想モデル）を示す側面図である。 図５のタイヤ騒音低減装置の次数成分の質量アンバランス指数を示すグラフである。

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は本発明の実施形態からなる空気入りタイヤを示し、図２及び図３は本発明の実施形態からなるタイヤ騒音低減装置を示すものである。図１において、空気入りタイヤは、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。そして、トレッド部１の内面には図２示すリング状のタイヤ騒音低減装置４が装着されている。

タイヤ騒音低減装置４は、タイヤ周方向に沿って間欠的に配置された多孔質材料からなるＮ個（３≦Ｎ≦９、好ましくは、３≦Ｎ≦５）の吸音材５と、これら吸音材５を固定するバンド部材６とを備えている。吸音材５の多孔質材料としては発泡ポリウレタンを用いると良い。一方、バンド部材６の構成材料には、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂を用いることができる。このバンド部材６はタイヤ周方向に連続的に延在するように環状に成形され、それ自身の弾性復元力に基づいて吸音材５をタイヤ内面に保持するようになっている。そのため、Ｎ個の吸音材５をトレッド部１の内面におけるタイヤ周方向の適切な位置に簡単に配置することができる。このように構成される騒音低減装置４は、通常の空気入りタイヤに対して着脱自在であり、その着脱作業が容易である。なお、バンド部材６を使用しない場合、吸音材５をタイヤ内面に直接貼り付けても良い。

図３に示すように、Ｎ個の吸音材５はタイヤ周方向の長さが不等長になっている。不等長とは、全ての吸音材５が同一の長さを有していないことを意味する。従って、Ｎ個の吸音材５の中に同じ長さを有するものが含まれていても良い。勿論、全ての吸音材５が互いに異なる長さを有していることが好ましい。図３においては、４個の吸音材５の長さＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄが互いに異なる値に設定されている。吸音材５は基本的には平面視で正方形や長方形のものが想定されるが、例えば、平面視で台形や平行四辺形のものであっても良い。台形や平行四辺形の場合、吸音材５の長さは平面視での吸音材５の面積とタイヤ幅方向の寸法とから算出される平均長さとする。

また、Ｎ個の吸音材５の間隔（タイヤ周方向の長さ）も不等長になっている。これら間隔は互いに等しい値に設定されていても良い。図３においては、４個の吸音材５の間隔Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄが互いに異なる値に設定されている。

上述したタイヤ騒音低減装置４において、フーリエ級数展開を利用して下記（１）式に基づいて次数成分の質量アンバランス指数Ｃ_n を求めたとき、Ｎ次成分の質量アンバランス指数Ｃ_N は、Ｎ個の吸音材５の長さ及び間隔を平均化した場合のＮ次成分の質量アンバランス指数Ｃ_N ’に対して、Ｃ_N ＜Ｃ_N ’×０．９の関係を満たすようになっている。

但し、ｎは次数（１≦ｎ≦Ｎ）であり、θは周上の位相であり、ｘ（θ）は微小角における相対線密度であり、吸音材がある部分の相対線密度を１とし、吸音材がない部分の相対線密度を０とする。

図４は本発明の実施形態からなるタイヤ騒音低減装置の次数成分の質量アンバランス指数を示すグラフである。図４に示すように、吸音材がある部分ではｘ（θ）＝１とし、吸音材がない部分ではｘ（θ）＝０として、タイヤ１周にわたって相対線密度を積分することにより、次数成分の質量アンバランス指数Ｃ_n を求めることができる。図３のタイヤ騒音低減装置４では、周上に４個の吸音材５を間欠的に配置しているため、４次成分の質量アンバランス指数Ｃ₄ の値が相対的に大きくなっている。なお、図４の縦軸の数値は後述する仮想モデルにおける４次成分の質量アンバランス指数Ｃ₄ ’を１００とする指数値である。

ここで、比較対象となるタイヤ騒音低減装置について説明する。図５は比較対象となるタイヤ騒音低減装置（仮想モデル）を示すものである。このタイヤ騒音低減装置４は、Ｎ個の吸音材５の長さ及び間隔を平均化したものである。つまり、図５において、４個の吸音材５の長さＬａ’，Ｌｂ’，Ｌｃ’，Ｌｄ’は互いに等しい値に設定され、その値は長さＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄの平均値と等価である。また、４個の吸音材５の間隔Ｔａ’，Ｔｂ’，Ｔｃ’，Ｔｄ’は互いに等しい値に設定され、その値は間隔Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄの平均値と等価である。

図６は図５タイヤ騒音低減装置の次数成分の質量アンバランス指数を示すグラフである。図５のタイヤ騒音低減装置４では、周上に等長を有する４個の吸音材５を等間隔に配置しているため、４次成分の質量アンバランス指数Ｃ₄ の値と８次成分の質量アンバランス指数Ｃ₈ の値が極端に大きくなっている。つまり、均等物を均等間隔で配置した場合、特定の次数成分に基づく質量アンバランスが大きくなる。なお、図６の縦軸の数値は４次成分の質量アンバランス指数Ｃ₄ ’を１００とする指数値である。

上述した図４と図６との対比から判るように、本実施形態では、不等長を有するＮ個の吸音材５を空気入りタイヤのトレッド部１の内面にタイヤ周方向に沿って間欠的に配置するにあたって、Ｎ次成分の質量アンバランス指数Ｃ_N が、Ｎ個の吸音材の長さ及び間隔を平均化した場合（仮想モデル）のＮ次成分の質量アンバランス指数Ｃ_N ’に対して、Ｃ_N ＜Ｃ_N ’×０．９の関係を満たしている。より具体的には、不等長を有する４個の吸音材５を空気入りタイヤのトレッド部１の内面にタイヤ周方向に沿って間欠的に配置するにあたって、４次成分の質量アンバランス指数Ｃ₄ が、４個の吸音材の長さ及び間隔を平均化した場合（仮想モデル）の４次成分の質量アンバランス指数Ｃ₄ ’に対して、Ｃ₄ ＜Ｃ₄ ’×０．９の関係を満たしている。

本発明者の実験結果に基づく知見によれば、吸音材５の周上の個数を少なくした場合（３≦Ｎ≦９、好ましくは、３≦Ｎ≦５）に、上記関係を満足することにより、車体振動の発生を効果的に低減することが可能になる。

上記タイヤ騒音低減装置４において、吸音材５の間隔Ｔａ〜Ｔｄはそれぞれ吸音材５の厚さよりも大きくし、吸音材５の間隔Ｔａ〜Ｔｄの総和は空気入りタイヤのトレッド部１のタイヤ赤道位置での内周長の１０％より小さくすると良い。吸音材５の個々の間隔Ｔａ〜Ｔｄが吸音材５の厚さよりも小さいと、隣り合う吸音材５，５同士が接触し易くなるため耐久性が低下する。なお、吸音材５の厚さとは吸音材５の端部での厚さを意味し、吸音材５の端部での厚さが変化している場合、その平均値とする。また、吸音材５の間隔Ｔａ〜Ｔｄの総和がトレッド部１の内周長の１０％より大きいと、１次成分の質量アンバランス指数Ｃ₁ が増加して乗心地が悪化することになる。特に、吸音材５の間隔Ｔａ〜Ｔｄの総和は空気入りタイヤのトレッド部１のタイヤ赤道位置での内周長の５％より小さくすることが望ましい。

更に、上記タイヤ騒音低減装置４において、図４に示すようにＮ次よりも低い次数の成分の質量アンバランス指数Ｃ₁ 〜Ｃ_N-1 はそれぞれＣ_N ’×０．５の値よりも小さいことが好ましい。つまり、質量アンバランス指数Ｃ_N を小さくすることは必要条件であるが、車体振動の発生を更に効果的に低減するには、それと同時に、Ｎ次よりも低い次数の成分の質量アンバランス指数Ｃ₁ 〜Ｃ_N-1 の増加を抑制することが必要である。

４個の多孔質材料からなる吸音材と、これら４個の吸音材を固定するバンド部材とを備え、バンド部材の弾性復元力に基づいて４個の吸音材を空気入りタイヤのトレッド部の内面にタイヤ周方向に沿って間欠的に装着するようにしたタイヤ騒音低減装置において、吸音材の長さＬａ〜Ｌｄ及び間隔Ｔａ〜Ｔｄを表１のように設定した比較例１〜２及び実施例１〜３のタイヤ騒音低減装置を製作した。

比較例１〜２及び実施例１〜３において、吸音材の厚さは１５ｍｍとし、吸音材の合計長さ及び総重量は共通にした。また、質量アンバランス指数Ｃ₁ 〜Ｃ₄ は表１の通りであり、これら質量アンバランス指数Ｃ₁ 〜Ｃ₄ は仮想モデルに相当する比較例１の４次成分の質量アンバランス指数Ｃ₄ を１００として換算したものである。

これら比較例１〜２及び実施例１〜３のタイヤ騒音低減装置をそれぞれタイヤサイズ２１５／６０Ｒ１６の空気入りタイヤに装着し、その空気入りタイヤをリムサイズ１６×７Ｊのホイールに組付けて排気量３０００ｃｃの試験車両に装着し、空気圧２１０ｋＰａの条件で平滑なアスファルト路面を速度６０ｋｍ／ｈにて走行し、その際のキャビンのフロア振動（加速度）を測定し、０〜８０Ｈｚの振動エネルギーのオーバーオール値を求めた。フロア振動の評価結果は、比較例１を１００とする指数にて示した。この指数値が小さいほどフロア振動が少ないことを意味する。

この表１から判るように、実施例１〜３のタイヤ騒音低減装置は、４個の吸音材を不等長とし、４次成分の質量アンバランス指数Ｃ₄ を吸音材の長さ及び間隔を平均化した場合（比較例１）の値の０．９倍よりも小さくしたので、フロア振動の低減することができた。一方、比較例２のタイヤ騒音低減装置は、４個の吸音材を不等長としているものの、４次成分の質量アンバランス指数Ｃ₄ が吸音材の長さ及び間隔を平均化した場合（比較例１）の値の０．９倍よりも大きいため、逆にフロア振動が増大していた。

１ トレッド部
２ ビード部
３ サイドウォール部
４ タイヤ騒音低減装置
５ 吸音材
６ バンド部材

Claims (5)

1. タイヤ周方向に不等長を有するＮ個（３≦Ｎ≦９）の多孔質材料からなる吸音材を備え、これらＮ個の吸音材を空気入りタイヤのトレッド部の内面にタイヤ周方向に沿って間欠的に配置するようにしたタイヤ騒音低減装置であって、下記（１）式から求められるＮ次成分の質量アンバランス指数Ｃ_N が、前記Ｎ個の吸音材の長さ及び間隔を平均化した場合のＮ次成分の質量アンバランス指数Ｃ_N ’に対して、Ｃ_N ＜Ｃ_N ’×０．９の関係を満たすことを特徴とするタイヤ騒音低減装置。
   

   

   但し、ｎは次数（１≦ｎ≦Ｎ）であり、θは周上の位相であり、ｘ（θ）は微小角における相対線密度であり、吸音材がある部分の相対線密度を１とし、吸音材がない部分の相対線密度を０とする。
2. 前記Ｎ個の吸音材を固定するバンド部材を備え、該バンド部材の弾性復元力に基づいて前記Ｎ個の吸音材を空気入りタイヤのトレッド部の内面にタイヤ周方向に沿って間欠的に装着するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ騒音低減装置。
3. 前記吸音材の間隔をそれぞれ前記吸音材の厚さよりも大きくし、前記吸音材の間隔の総和を空気入りタイヤのトレッド部の内周長の１０％より小さくしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のタイヤ騒音低減装置。
4. 前記Ｎ次よりも低い次数の成分の質量アンバランス指数Ｃ₁ 〜Ｃ_N-1 がそれぞれＣ_N ’×０．５の値よりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のタイヤ騒音低減装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のタイヤ騒音低減装置を空洞部内に備えたことを特徴とする空気入りタイヤ。

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