TWI720340B - 具有減噪結構之輪胎及其成型方法 - Google Patents
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Abstract
一種具有減噪結構之輪胎及其成型方法，該輪胎之一輪胎內面形成一體成型之一減噪結構，該減噪結構包含複數個減噪單元，前述複數個減噪單元皆朝遠離該輪胎內面的方向延伸而呈凹陷狀。藉此，可免除過去輪胎採用貼附減噪材可能產生的脫落、受損疑慮。
Description
本發明係關於一種輪胎，尤指具有減噪結構之輪胎及其成型方法。
車輛行駛於路面時，接觸路面的輪胎會產生多種輪胎噪音，例如輪胎壓地時胎紋擠壓與釋放空氣產生的噪音、胎塊振動、胎塊滑動摩擦、胎體振動、胎體內部駐波等。
部分的輪胎噪音除了會直接對周遭居民造成干擾之外，許多輪胎噪音也會透過懸吊系統等元件傳遞進入車體，進而影響車輛乘客的舒適感。隨著高深寬比輪胎的普及，這種輪胎噪音的問題，將會更趨明顯。因此，如何有效減少輪胎噪音已成為各界重視的課題之一。
目前，國內外各大廠已提出許多降低輪胎噪音的技術，主要方式是將減噪材(例如海綿等發泡材料)貼附於輪胎內表面或鋼圈表面或者是改良胎紋。關於輪胎內表面貼附減噪材的相關案件，例如有美國專利公告第7,694,707B2號、美國專利公告第8,999,093B2等。
但上述技術所貼附的減噪材，可能會容易因為環境溫度、車輛行駛時的衝擊、補胎等狀況而脫落、破損。詳細而言，減噪材的黏膠容易因為低溫(如冰雪路面)而脆化破裂；輪胎轉動時的反覆壓縮變形，會造成減噪材與輪
胎內面相互摩擦而損傷；減噪材可能被補胎工具刺穿而破損。其次，額外貼附的減噪材，也會增加輪胎製造工序的複雜性。若貼附之減噪材的體積較大、數量較多時，甚至可能妨礙輪胎的裝配程序。
此外，有業者研發如美國專利公開第20170157997 A1之「PNEUMATIC TIRE FOR RESONANCE NOISE REDUCTION,AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME」、日本專利公告第JPB-5612055B之「空気入
製造方法」、日本專利公告第JPB-4984633B9之「空気入
」。
上述美國專利公開第20170157997號具有以下缺失：1.共振降噪部件從輪胎內面突出，會增加輪胎重量。2.突出的共振降噪部件，會於裝配過程中或者輪胎運轉時，造成損傷或掉落。3.需另外使用環面鼓盤模具，增加製程工序，且氣囊袋相對於模具是相對便宜。
上述的日本專利公告第JPB-5612055B號具有以下缺失：1.突出結構會與美國專利公開第20170157997號第1點及第2點有一樣的缺失。2.吸音結構形狀朝外側逐漸縮小，吸音效果品質不一。
上述的日本專利公告第JPB-4984633B9號具有以下缺失：1.突出結構會有上述美國專利公開第20170157997號第1點及第2點的缺失。2.其輪胎赤道上不具有吸音結構，但通常最常發生空腔共嗚音點為輪胎赤道上居多。
爰此，為改善突出結構的缺失，本發明人提出一種具有減噪結構之輪胎，包含一輪胎內面，該輪胎內面有一體成型之一減噪結構，該減噪結構
包含複數個減噪單元，前述複數個減噪單元皆朝遠離該輪胎內面的方向延伸而呈凹陷狀。
進一步，所述減噪結構的前述複數個減噪單元呈陣列式分布。
進一步，該減噪結構於一輪胎硫化製程中藉由壓印一體成型於該輪胎內面。
進一步，該減噪結構可佔該輪胎周向內面積的1%至100%之間。
進一步，該減噪結構佔輪胎周向內面積的60%至100%之間。
進一步，該減噪結構佔該輪胎橫向內面積的1%至80%之間。
進一步，該減噪結構的減噪單元是以輪胎赤道為中心，分布於輪胎橫向內面積的50%至80%之間。
進一步，前述減噪單元的孔徑相對胎面寬的百分比介於1%至5%之間。
進一步，前述減噪單元的孔徑相對胎面寬的百分比介於1%至3%之間。
進一步，前述減噪單元的孔深相對胎內膠厚度的百分比介於60%至80%之間。
進一步，兩相鄰的前述減噪單元之間有一形心寬，該形心寬介於前述減噪單元之孔徑的1倍至2倍之間。
進一步，兩相鄰的前述減噪單元之間有一形心寬，該形心寬介於前述減噪單元之孔徑的1倍至1.5倍之間。
進一步，該輪胎內面包含二側壁及一頂壁，該頂壁連接前述二側壁，該減噪結構可位於前述二側壁及該頂壁至少之一。
進一步，每一前述減噪單元皆界定一吸音孔及一消音腔室，該吸音孔連通該輪胎內面界定之一空腔及該消音腔室，且該吸音孔的徑寬相對小於該消音腔室的徑寬。
進一步，該輪胎內面包含二側壁及一頂壁，該頂壁連接前述二側壁，所述減噪結構的前述複數個減噪單元呈陣列式至少分布於該頂壁對應胎面處以及前述側壁。
根據上述技術特徵可達成以下功效：
1.輪胎內面具有一體成型之減噪結構，故可免除過去輪胎採用貼附減噪材可能產生的脫落、受損疑慮。
2.減噪結構可於輪胎硫化製程中成型，使減噪結構可藉由硫化來提升結構強度等性能。
3.減噪結構的成型可運用輪胎硫化製程中的成型囊體，故可不必變動既有的輪胎製造流程，易於實施、製造。而且採用成型囊體來成型減噪結構，相較環面鼓盤模具而言，成本相對而言較為經濟。
4.減噪結構的複數個減噪單元皆是朝遠離該輪胎內面的方向延伸而呈凹陷狀，使輪胎內面仍可對應既有規格的尺寸位置，因此可避免影響輪胎的裝配作業，也不會增加輪胎的重量。
5.凹陷狀的減噪單元可讓空氣與孔壁之間會不斷發生熱交換，這可使相當大程度的聲能轉化為熱能，有助於提升減噪效果。
6.減噪結構的複數個減噪單元可呈陣列式分布，使降噪效果的布局較為全面化，可減少減噪死角，而且空腔共嗚音會因為減噪結構產生碰撞，使聲波與空氣互相摩擦而轉化為熱能達到降噪。
7.減噪結構的複數減噪單元是陣列式分佈於輪胎內面的側壁及頂壁，因此不管胎面或胎側發生激振源，皆可產生降噪效果。
(100):輪胎成型模具
(10):外部成型件
(1):成型囊體
(11):成型結構
(111):壓印單元
(2):輪胎
(20E)(20K)(20J):胎面
(21)(21D)(21H)(21I):輪胎內面
(211H):空腔
(22)(22D)(22E)(22F)(22G)(22J)(22K):減噪結構
(221)(221H)(221J)(221K):減噪單元
(222H):吸音孔
(223H)(223I):消音腔室
(23)(23G)(23K):側壁
(24)(24E)(24F):頂壁
(20E):胎面
(S0):輪胎成型模具配置步驟
(S1):成型步驟
(S2):退模步驟
(D):形心寬
(L):孔徑
(T1)(T2):徑寬
(W):胎面寬
(V1):橫向
(V2):周向
[第一圖]係本發明第一實施例之製造流程示意圖。
[第二圖]係本發明第一實施例中成型囊體之局部立體外觀示意圖。
[第三圖]係本發明第一實施例中輪胎之局部立體剖視示意圖。
[第四圖]係本發明第一實施例中輪胎之斷面示意圖。
[第五圖]第四圖之局部放大示意圖。
[第五A圖]為孔徑變化對於降噪率影響的折線圖。
[第五B圖]為孔深變化對於降噪率的影響的折線圖。
[第五C圖]為形心寬變化對於降噪率的影響的折線圖。
[第六圖]係本發明第二實施例中輪胎之局部立體剖視示意圖。
[第七A圖]係本發明第三實施例中輪胎之斷面示意圖。
[第七B圖]係本發明第四實施例中輪胎之斷面示意圖。
[第七C圖]係本發明第五實施例中輪胎之斷面示意圖。
[第八A圖]係本發明第六實施例中輪胎之斷面示意圖。
[第八B圖]係第八A圖之局部放大示意圖。
[第八C圖]係第八A圖之局部放大暨使用示意圖。
[第八D圖]係本發明第七實施例中輪胎之局部剖視放大示意圖。
[第九A圖]係本發明第八實施例中輪胎之斷面示意圖。
[第九B圖]係本發明第九實施例中輪胎之斷面示意圖。
綜合上述技術特徵，本發明具有減噪結構之輪胎及其成型方法的主要功效將可於下述內容搭配圖式清楚呈現。
應注意的是，圖式中所示的相同組成元件將盡可能以相同或相似的符號表示。此外，為了突顯本發明的重點，將誇大、省略或示意性地表示相關元件。
請先參閱第一圖，係揭示本發明第一實施例具有減噪結構之輪胎的成型方法，主要包含一成型步驟(S1)：可於一輪胎硫化製程中進行，以一成型囊體(1)之一成型結構(11)壓印一輪胎(2)之一輪胎內面(21)，使該輪胎內面(21)形成一體成型之一減噪結構(22)。所謂的輪胎硫化製程，主要是透過硫化設備提供適當的時間、溫度、壓力等條件，使輪胎進行硫化(vulcanization)。
詳細而言，本實施例可包含一輪胎成型模具配置步驟(S0)、前述成型步驟(S1)及一退模步驟(S2)。該輪胎成型模具配置步驟(S0)：將該輪胎(2)配置於一輪胎成型模具(100)中，該輪胎(2)的外部對應該輪胎成型模具(100)的外部成型件(10)，而該輪胎(2)的輪胎內面(21)則對應該輪胎成型模具(100)的成型囊體(1)。如第二圖所示，前述成型囊體(1)的成型結構(11)包含複數個壓印單元(111)，前述複數壓印單元(111)呈凸出狀。
續請參閱第一圖及第三圖，該成型步驟(S1)：使該輪胎成型模具(100)的外部成型件(10)及成型囊體(1)分別加壓於該輪胎(2)的外部及輪胎內面(21)，並配合輪胎硫化製程的溫度條件及時間條件，藉此使該輪胎(2)成型並進行硫化。此時，可使前述成型囊體(1)利用成型結構(11)壓印該輪胎內面(21)(於本實施例中是壓印於胎內膠處)。
該退模步驟(S2)：使該輪胎成型模具(100)的外部成型件(10)及成型囊體(1)分別脫離該輪胎(2)的外部及輪胎內面(21)。藉此，即可使該輪胎內面(21)形成一體成型之減噪結構(22)。於此，所述減噪結構(22)呈現與上述成型結構(11)之壓印單元(111)配合的構造，所述減噪結構(22)可包含複數個減噪單元(221)，前述複數個減噪單元(221)皆朝遠離該輪胎內面(21)的方向延伸而呈凹陷狀，所述減噪單元(221)可呈圓孔，但亦可呈不同幾何形狀的孔皆可，各個減噪單元(221)可分佈於前述輪胎內面(21)各處，以便吸收各個方向的聲波。較佳的是，所述減噪結構(22)的複數減噪單元(221)可呈陣列式分布，使降噪效果的布局較為全面化，可減少減噪死角，而且空腔共嗚音會因為減噪結構產生碰撞，使聲波與空氣互相摩擦而轉化為熱能達到降噪。
續請參閱第四圖搭配第三圖，進一步詳細而言，該輪胎內面(21)包含二側壁(23)及一頂壁(24)，該頂壁(24)連接前述二側壁(23)，前述二側壁(23)及該頂壁(24)皆可設置所述減噪結構(22)。該減噪結構(22)可佔該輪胎內面(21)的全部(即100%)或者是佔輪胎橫向內面積的1%至80%之間，較佳的為佔輪胎橫向內面積的1%至20%之間，或者較佳的為佔輪胎橫向內面積的50%至80%之間；亦或是佔輪胎周向內面積的1%至100%之間，較佳的為佔輪胎周向內面積的60%至100%之間。其中前述所謂的輪胎橫向內面積是指輪胎內面中橫向分布的面積，橫向(V1)是指對應輪胎滾動中心軸所延伸的方向；前述所謂的輪胎周向內面積是指輪胎內面中周向分布的面積，周向(V2)是指對應輪胎的圓周方向。前述減噪單元(221)可朝向輪胎的中心呈漸擴延伸狀。
續請參閱第四圖搭配第五A圖，係說明前述減噪單元(221)之孔徑變化對於降噪率的影響，設定聲音頻率介於200Hz-250Hz之間來比較聲音強
度。由下表可知，孔徑/胎面寬(W)的百分比介於1%至5%之間的減噪效果較佳，介於1%至3%之間的為最優。
續請參閱第五B圖搭配第五圖，延伸上例，以孔徑/胎面寬的百分比為1%作為基礎，進行孔深的探討，由下表可知，隨著減噪單元(221)之孔深逐漸加深，其降噪效果愈好。但設計上仍需要考慮輪胎內面的厚度；孔深愈深，輪胎結構強度會更加脆弱。於路面上行走時，相對發生意外的狀況，就會大大提高。於此，選擇孔深/胎內膠厚度的百分比介於60%至80%之間為佳(考慮結構強度，且可避開過深而影響簾紗層)。
續請參閱第五C圖搭配第五圖，延伸上例，以孔徑/胎面寬：1%、孔深/胎內膠厚度為100%為基礎，進行形心寬(D)的探討。由下表可知，降噪效果以1倍至2倍之間的形心寬(D)為佳，1倍至1.5倍之間的形心寬(D)為最佳，並可歸納隨著減噪單元(221)與減噪單元(221)之間的相距距離愈來愈遠，其降噪效果會愈差。所謂的形心寬(D)是指任一減噪單元(221)的形心與相鄰的減噪單元(221)的形心的距離。於表1-3中，形心寬(D)的倍率為1時，代表形心寬(D)為減噪單元(221)的孔徑距離，形心寬(D)的倍率為1.5時，代表形心寬(D)為減噪單元(221)的孔徑的1.5倍，依此類推。
要補充說明的是，降噪率可表示為：
其中c：聲速；P：開口截面積；D：結構體積；L：厚度。
由上式可知降噪率的決定因素為減噪單元的體積和開口截面積。因此可藉由改變體積及開口截面積來調整適當的降噪率。
續請參閱第六圖所示之第二實施例，減噪結構(22D)亦可間隔地分佈於前述輪胎內面(21D)。或者如第七A圖及第七B圖所示之第三實施例及第四實施例，減噪結構(22E)(22F)亦可只分布於頂壁(24E)(24F)的兩側部分或是中間部分，較佳的是分布於頂壁(24E)且對應胎面(20E)的位置(涵蓋輪胎赤道)，以便於吸收胎面(20E)與路面接觸所產生的空腔共鳴音(輪胎轉動行駛時，胎面會因為反覆接觸路面產生形變而振動，胎面的振動會使輪胎內部的空氣振動而衍生所謂的空腔共鳴音)。或者如第七C圖所示之第五實施例，減噪結構(22G)亦可只分布於側壁(23G)。由此可知，這些減噪結構的分佈型態於實施上並不侷限於特定方式，可依需求適當修飾或增減。進一步來說，若輪胎是於平穩的路上面滾動，則主要是輪胎胎面會與路面上的石頭、沙礫發生敲擊，因此分布於頂壁的降噪結構的降噪效果會優於僅分布於側壁。但如果是側壁發生敲擊，產生激振源時，則側壁內面的降噪結構的降噪效果相對會優於分布於對應胎面的降噪結構。簡言之，降噪結構是離發生激振源(與輪胎產生敲擊)的地方，距離愈近其降噪效果愈好，距離愈遠則效果愈差。
續請參閱第八A圖及第八B圖，揭示本發明之第六實施例，與上述各實施例主要的差異在於：每一前述減噪單元(221H)皆界定一吸音孔(222H)及一消音腔室(223H)，該吸音孔(222H)連通該輪胎內面(21H)界定之一空腔(211H)及該消音腔室(223H)，且該吸音孔(222H)的徑寬(T1)相對小於該消音腔室(223H)的徑寬(T2)。續請參閱第八C圖，藉此使進入該消音腔室(223H)的聲波，因為不易離開該消音腔室(223H)，可反覆於該消音腔室(223H)不斷反射而快速衰減。續請參閱第八D圖，揭示本發明之第七實施例，此實施例與前述第六實施例的差異在於，該消音腔室(223I)朝遠離該輪胎內面(21I)的方向漸擴延伸，而且形狀是呈倒錐狀而非橢圓狀。由此可知，這些消音腔室的形狀於實施上並不侷限於特定構造，可依需求適當修飾或增減。
續請參閱第九A圖，揭示本發明之第八實施例，與上述各實施例主要的差異在於：減噪結構(22J)的減噪單元(221J)是以輪胎赤道(D)為中心，分布於輪胎橫向內面積的50%，可用於較佳地吸收胎面(20J)與路面接觸所產生的空腔共鳴音。續請參閱第九B圖，揭示本發明之第九實施例，與上述各實施例主要的差異在於：減噪結構(22K)的減噪單元(221K)是以輪胎赤道(D)為中心，分布於輪胎橫向內面積的80%(其餘20%用於避開胎唇區域)，可用於較佳地吸收胎面(20K)與路面接觸所產生的空腔共鳴音以及來自側壁(23K)的噪音。
綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。
(100):輪胎成型模具
(10):外部成型件
(1):成型囊體
(11):成型結構
(111):壓印單元
(2):輪胎
(21):輪胎內面
(22):減噪結構
(221):減噪單元
(S0):輪胎成型模具配置步驟
(S1):成型步驟
(S2):退模步驟
Claims (15)
- 一種具有減噪結構之輪胎，包含一輪胎內面，該輪胎內面有一體成型之一減噪結構，該減噪結構包含複數個減噪單元，前述複數個減噪單元皆朝遠離該輪胎內面的方向延伸而呈凹陷狀，其中，前述減噪單元的孔徑相對胎面寬的百分比介於1%至5%之間或介於1%至3%之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有減噪結構之輪胎，其中，所述減噪結構的前述複數個減噪單元呈陣列式分布。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有減噪結構之輪胎，其中，該減噪結構於一輪胎硫化製程中藉由壓印一體成型於該輪胎內面。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有減噪結構之輪胎，其中，該減噪結構佔輪胎周向內面積的1%至100%之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有減噪結構之輪胎，其中，該減噪結構佔輪胎周向內面積的60%至100%之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有減噪結構之輪胎，其中，該減噪結構佔輪胎橫向內面積的1%至80%之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有減噪結構之輪胎，其中，該減噪結構的減噪單元是以輪胎赤道為中心，分布於輪胎橫向內面積的50%至80%之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有減噪結構之輪胎，其中，前述減噪單元的孔深相對胎內膠厚度的百分比介於60%至80%之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有減噪結構之輪胎，其中，兩相鄰的前述減噪單元的形心之間有一形心寬，該形心寬介於前述減噪單元之孔徑的1倍至2倍之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有減噪結構之輪胎，其中，兩相鄰的前述減噪單元之間有一形心寬，該形心寬介於前述減噪單元之孔徑的1倍至1.5倍之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有減噪結構之輪胎，其中，該輪胎內面包含二側壁及一頂壁，該頂壁連接前述二側壁，該減噪結構位於前述二側壁及該頂壁至少之一。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有減噪結構之輪胎，其中，每一前述減噪單元皆界定一吸音孔及一消音腔室，該吸音孔連通該輪胎內面界定之一空腔及該消音腔室，且該吸音孔的徑寬相對小於該消音腔室的徑寬。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有減噪結構之輪胎，其中，該輪胎內面包含二側壁及一頂壁，該頂壁連接前述二側壁，所述減噪結構的前述複數個減噪單元呈陣列式至少分布於該頂壁對應胎面處以及前述側壁。
- 一種具有減噪結構之輪胎的成型方法，包含一成型步驟：於一輪胎硫化製程中進行，以一成型囊體之一成型結構壓印一輪胎之一輪胎內面，使該輪胎內面形成一體成型之一減噪結構，該減噪結構包含複數個減噪單元，前述複數個減噪單元皆朝遠離該輪胎內面的方向延伸而呈凹陷狀，其中，前述減噪單元的孔徑相對胎面寬的百分比介於1%至5%之間或介於1%至3%之間。
- 如申請專利範圍第14項所述之具有減噪結構之輪胎的成型方法，其中，所述減噪結構的前述複數個減噪單元呈陣列式分布。
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