JP4313115B2

JP4313115B2 - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP4313115B2
Application number: JP2003285630A
Authority: JP
Inventors: 隆郎山口
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2003-08-04
Filing date: 2003-08-04
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2023-08-04
Also published as: JP2005053313A

Description

本発明は、操縦安定性と乗り心地性を確保し、ロードノイズ等の車内音の低減を図ることができる空気入りタイヤに関するものである。

車両が比較的荒れた路面を走行すると、車室内においてロードノイズと呼ばれる騒音が発生する。このロードノイズは、タイヤが関係する騒音の一つであり、路面の凹凸がタイヤトレッドへの入力なってタイヤが振動し、この振動が車軸、サスペンション、車体と伝播経路をたどり、最終的に車室内の騒音となって現われる。

このロードノイズを低減する方法として、主に、タイヤ振動を減衰させる目的でタイヤトレッド部のゴム厚を厚くする、タイヤサイド部の剛性を下げる等があるが、トレッドゴムのゴム厚を大きくすると、タイヤ質量が増加し、燃費などが悪化する。路面からの入力を緩和させるためにトレッドゴムの硬度を下げる手法や、タイヤサイド部の剛性を下げる手法を採用すると、トレッドのパターン剛性が低下し、操縦安定性が低下することになる。したがって、単一のトレッドのゴム配合や硬度の変更では、ロードノイズの低減と操縦安定性を両立させることは困難であった。

この問題を解決するために、特許文献１に示すように、トレッド部をタイヤ軸方向に３分割し、トレッド部の中央部域と両側ショルダー部域とで硬度の異なるゴムを用いる方法が提案されている。この方法では、トレッド部の一部に硬度の低いゴムを使用することによって、ロードノイズ等を低減するとともに、操縦安定性の低下を抑えるようにしている。
特開２００１−１０３０８号公報（段落０００６参照）

しかしながら、特許文献１に示す方法では、操縦安定性を維持するにとどまり、またロードノイズの低減や乗り心地性について十分満足できるものではなく、これらの性能を満足し得る空気入りタイヤの出現が望まれている。

本発明は、上記課題に鑑み、操縦安定性と乗り心地性を確保し、同時にロードノイズ等の車内音の低減を図ることができる空気入りタイヤの提供を目的としている。

上記目的を達成するため、本発明者は、まず、ロードノイズの低減に主眼をおき、種々検討した。車室騒音として伝播される高周波ロードノイズ（２５０Ｈｚ〜３００Ｈｚ）はタイヤの空洞共鳴と重なる部分があり、これが原因となって車室騒音が発生する。タイヤの空洞共鳴は、振動モード周波数をずらす、あるいはレベルを下げることで回避できる。

その手法として、本発明は、ＦＥＭ解析を用いて、トレッド部が、トレッド面側のキャップゴム層と、その内側に配置されるベースゴム層との２層構造とし、さらに、ベースゴム層のうちタイヤ赤道面を通るセンター領域のベースゴム層を分割して、ベース上層ゴムとベース下層ゴムの２層構造とし、そのゴム硬度およびゴムモジュラスを変化させることにより、縦・横・前後の剛性を大きく変化させることなく、ロードノイズを十分低減できると共に、操縦安定性や乗り心地性も十分満足できる空気入りタイヤを提供できることを見出した。

すなわち、本発明に係る空気入りタイヤは、トレッド部が、トレッド面側のキャップゴム層と、その内側に配置されるベースゴム層との２層構造とされると共に、前記ベースゴム層のうち、タイヤ幅方向においてタイヤ赤道面が通るセンター領域の下層ゴムのゴム硬度およびゴムモジュラスが他の部位よりも高く設定されていることを特徴としている。

具体的には、ベースゴム層の他の部位のＪＩＳＡ硬度が５５〜７５、モジュラス（Ｍ１００ＭＰａ）が２〜４であるのに対し、センター領域の下層ゴムのＪＩＳＡ硬度が７５〜１００、モジュラス（Ｍ１００ＭＰａ）が８〜１２に設定されていることを特徴としている。

上記構成によると、ベースゴム層において、センター領域の下層ゴムのゴム硬度およびモジュラスを他の部位よりも高く設定することで、操縦安定性および乗り心地性の維持とロードノイズの低減が可能となる。これは、各領域におけるゴム硬度およびモジュラスの変化に対するタイヤ剛性及びロードノイズ等の増加率、すなわち、感度がそれぞれ異なるためである。本発明においてはこれら感度の相違を利用することによって、操縦安定性・乗り心地性の維持とロードノイズ等の低減を両立させている。

このセンター領域の範囲は、タイヤ赤道面からタイヤ幅方向でベースゴム層の端部までの全体幅をＷとし、センター領域のベース下層ゴムの端部までの幅をＷｃとすると、Ｗｃ／Ｗが０．３〜０．８が好ましく、０．４〜０．６がさらに好ましい。０．３よりも小さいとタイヤ振動周波数を高周波ロードノイズ（２５０〜３００Ｈｚ）からずらす効果が小さく、また、０．８よりも大きいと、ロードノイズの低減効果は大きく、操縦安定性も向上するが、逆に乗り心地性が悪化する。

また、センター領域の下層ゴムのゴム厚ｈｃは、ベースゴム層の全体厚みｈに対して、ｈｃ／ｈが０．３〜０．７が好ましく、より好ましくは０．４〜０．６である。０．３よりも小さいと、ゴム硬度およびゴムモジュラスの変更に伴うロードノイズ低減効果が少なく、０．７を超えると乗り心地性が悪くなる。

このようなベース下層ゴムは、ベースゴム層を構成する上層ゴムの裏面にテープ状ゴムを貼り付けることにより簡単に形成することができる。

さらに、キャップゴム層のゴム硬度およびゴムモジュラスを、前記ベースゴム層の上下いずれのゴム層よりも低く設定することにより、ロードノイズの低減と乗り心地性の維持を図ることができる。

以上の説明したように、本発明によると、トレッド部をキャップゴム層と、その内側に配置されるベースゴム層との２層構造とし、ベースゴム層のうち、タイヤ幅方向においてタイヤ赤道面が通るセンター領域のベース下層ゴムのゴム硬度およびゴムモジュラスを他の部位よりも高く設定し、かつ、ベースゴム層の全体幅Ｗに対するベース下層ゴムの幅、並びにベースゴム層の全体厚みに対するベース下層ゴムの厚みを所定範囲に設定することにより、操縦安定性および乗り心地性の維持とロードノイズの低減を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態を示す空気入りタイヤのうち、ラジアルタイヤの軸（幅）方向の要部断面図であり、タイヤ赤道面Ａから一側のトレッド端部までを図示している。

このラジアルタイヤ１は、一対のビード部２およびビード部から半径方向外向きに延びるサイドウォール部３と、その上端をつなぐトレッド部４と、これらの内周に沿って両端がビードコア５で折返されて支持されたカーカス６とを備えている。トレッド部４とカーカス６の間にベルト層７を備えており、その補強構造は一般的なラジアルタイヤの場合と同様であるので、詳細な説明は省略する。

トレッド部４は、キャップゴム層１０とその内方に位置するベースゴム層１１の２層からなるキャップ−ベース構造を備えている。キャップゴム層１０の外周面にはタイヤ周方向に直線状もしくはジグザグ状をなして延びる複数本の主溝１２が形成され、さらに図示の断面図では省略しているが、通常、前記の主溝１２と交叉する方向の横溝、さらにはタイヤ周方向で主溝より細幅の副溝や横溝を繋ぐ補助溝が形成されて、所定のトレッドパターンが形成されている。

キャップゴム層１０は、ベースゴム層１１の上下いずれのゴム層１１ａ，１１ｂよりもゴム硬度およびモジュラスが低く設定され、ロードノイズの低減と乗り心地性の維持が図られている。

一方、ベースゴム層１１は、赤道面Ａを中心に挟んで形成されたセンター領域Ｘと、その両側に形成されるショルダー領域Ｙの合計３つの領域に区分され、センター領域Ｘにおいて上下２層構造とされ、その下層ゴム１１ｂのゴム硬度およびゴムモジュラスが他の部位１１ａよりも高く設定されている。本実施形態では、ベースゴム層１１のうち、センター領域Ｘの裏面側にゴム硬度及びモジュラスが高く設定されたテープ状のゴム１１ｂが貼り付けられることにより、センター領域Ｘにおいてのみ２層構造とされ、その他の領域は単体のベースゴム１１ａとされている。

具体的には、ベースゴム層１１の他の部位１１ａのベースゴム１１ａでは、ＪＩＳＡ硬度が５５〜７５、モジュラス（Ｍ１００ＭＰａ）が２〜４に設定される。これに対し、センター領域Ｘのベース下層ゴム１１ｂでは、ＪＩＳＡ硬度が７５〜１００、好ましくは９０〜１００に設定される。また、センター領域Ｘのベース下層ゴム１１ｂのモジュラス（Ｍ１００ＭＰａ）は８〜１２に設定され、好ましくは１０〜１２に設定される。

なお、ゴム硬度はＪＩＳＫ６２５３のタイプＡによるデュロメータ硬さを測定している。また、ゴムモジュラスは、ＪＩＳＫ６２５１に準じ、ダンベル状３号形にて１００％伸張時の引張応力から求めている。

ここで、センター領域Ｘの範囲は、タイヤ赤道面Ａからタイヤ幅方向でベースゴム層の端部までの全体幅をＷとし、ベース下層ゴム１１ｂのセンター領域における端部までの幅をＷｃとすると、Ｗｃ／Ｗが０．３〜０．８とされ、０．４〜０．６がさらに好ましい範囲である。上記Ｗｃ／Ｗの値が０．３よりも小さいと、タイヤ振動周波数を高周波ロードノイズ（２５０〜３００Ｈｚ）からずらす効果が小さく、また、Ｗｃ／Ｗの値が０．８よりも大きいと、ロードノイズの低減効果は大きく、操縦安定性も向上するが、逆に乗り心地性が悪化する。

また、センター領域Ｘのベース下層ゴム１１ｂのゴム厚ｈｃは、ベースゴム層１１の全体厚みをｈとすると、ｈｃ／ｈが０．３〜０．７、さらに好ましくは０．４〜０．６とされる。ｈｃ／ｈが０．３よりも小さいと、ゴム硬度およびゴムモジュラスの変更に伴うロードノイズ低減効果が少なく、０．７を超えると乗り心地性が悪くなる。

このようなベースゴム層１１の構成においては、センター領域下層ゴム１１ｂのゴム硬度およびモジュラスを他の部位よりも高く設定することで、操縦安定性および乗り心地性の維持とロードノイズの低減が可能となる。

次に、上記構成の空気入りタイヤの実施例について説明する。表１は、９種類のラジアルタイヤを作製してロードノイズ、操縦安定性、乗り心地性能について評価試験を行った結果を示すものである。

実施例１，２はキャップゴム層１０は単体ゴムを使用しており、ベースゴム層１１を３領域に区分し、センター領域Ｘのベース下層ゴム１１ｂのゴム硬度およびモジュラスを本発明の範囲に設定し、また、ベース下層ゴム１１ｂの幅比率Ｗｃ／Ｗ、およびベース下層ゴム１１ｂの厚み比率ｈｃ／ｈも本発明の範囲内に設定したラジアルタイヤである。なお、センター領域Ｘのベース上層ゴムおよびショルダー領域のゴムは、単体ゴムを使用しているため、同一のゴム硬度およびモジュラスであるが、便宜上個々に表示している。

比較例１は、センター領域Ｘの下層ゴム１１ｂの硬度（ＪＩＳＡ硬度が５５）およびモジュラスが本発明の下限値を下回るものを示す。比較例２は同じく下層ゴム１１ｂの幅比率（Ｗｃ／Ｗ＝１）が本発明の範囲外のもの、すなわち、ベースゴム層１１において、その幅方向で全幅に亘って下層ゴムを形成した場合を示す。比較例３は下層ゴム１１ｂの厚み比率（ｈｃ／ｈ＝０．２）が本発明の下限を下回るものを示す。比較例４は同じく下層ゴム１１ｂの厚み比率（ｈｃ／ｈ＝０．９）が本発明の上限を超えるものを示す。

比較例５は、ベースゴム層１１が単一のゴムを使用したものを示し、これをコントロールとして、各タイヤのロードノイズ、操縦安定性、および乗り心地性の評価を行った。比較例６はベース下層ゴム１１ｂの硬度（ＪＩＳＡ硬度が５５）が本発明の下限値を下回るものを、また、比較例７はベース下層ゴム１１ｂのモジュラス（２．０）が本発明の下限値を下回るものを示す。

供試タイヤは、タイヤサイズが２３５／４５ＺＲ１７のラジアルタイヤを使用し、テスト車両は３０００ｃｃのＦＲ車を使用した。操縦安定性および乗り心地性の評価はパネラーによる官能評価である。比較例５を１００とした場合の相対値で表しており、数値が高いほど操縦安定性および乗り心地性が優れていることを示す。

また、ロードノイズは、空気圧２２０ｋＰａを充填したタイヤ単体を回転ドラム上において行う単体台上試験により、ＪＡＳＯＣ６０６−８１に準拠したタイヤ騒音試験方法を採用した。ただし、騒音測定は、タイヤセンター部に鉛直下向きの荷重が入力したときのタイヤホイール鉛直下向きの伝達関数の２３５Ｈｚ〜２８０Ｈｚのパーシャル平均レベルを比較例５を「０」として、そのレベル差［ｄＢ］により評価した。レベルが低い（−）ほど、ロードノイズが低減されていることを示す。

表１に示すように、ベースゴム層１１のセンター領域に硬度およびモジュラスの高いベース下層ゴム１１ｂを配置した実施例１、２では、いずれも比較例５に比べてロードノイズが「−１．８」「−１．２」と低減しており、操縦安定性および乗り心地性も良好になっている。

一方、ベース下層ゴム１１ｂのゴム硬度およびモジュラスが小さい比較例１では、乗り心地性は良好になっているが、操縦安定性が悪くなり、かつロードノイズが「０．７」と高くなっている。ベース下層ゴム１１ｂをタイヤ幅方向で全幅に亘って形成した比較例２においては、操縦安定性が向上し、ロードノイズの低減はみられるものの、乗り心地性が悪くなっている。

ベース下層ゴム１１ｂの厚み比率（ｈｃ／ｈ＝０．２）が本発明の下限を下回る比較例３では、ベースゴム層１１が単一ゴムからなる比較例５と対比して、操縦安定性は良くなるが、乗り心地性およびロードノイズについて何ら変化していない。ベース下層ゴム１１ｂの厚み比率（ｈｃ／ｈ＝０．９）が本発明の上限を超える比較例４では、操縦安定性が向上し、ノードノイズも低減するが、乗り心地性が悪くなっている。

さらに、ベース下層ゴム１１ｂのゴム硬度が小さい比較例６では、ロードノイズが「−１．３」、乗り心地性が「１１３」と良好になっているが、操縦安定性が悪くなっている。また、ベース下層ゴム１１ｂのモジュラスが小さい比較例７では、乗り心地性は良好になっているが、操縦安定性が悪くなり、かつロードノイズが「０．５」と高くなっている。

本発明の実施形態を示すラジアルタイヤの要部断面図

符号の説明

１ラジアルタイヤ
２ビード部
３サイドウォール部
４トレッド部
５ビードコア
６カーカス
７ベルト層
１０キャップゴム層
１１ベースゴム層
１１ａ他の部位
１１ｂ下層ゴム
Ａタイヤ赤道面
Ｂトレッド端部
Ｘセンター領域
Ｙショルダー領域

Claims

トレッド部が、トレッド面側のキャップゴム層と、その内側に配置されるベースゴム層との２層構造とされ、さらに前記ベースゴム層が、タイヤ幅方向においてタイヤ赤道面が通るセンター領域において上下２層構造とされ、該センター領域のベース下層ゴムのゴム硬度およびゴムモジュラスが、ベースゴム層の他の部位に対して以下の関係を満足するように設定されていることを特徴とする空気入りタイヤ。
＜ベースゴム層の全体幅Ｗに対するベース下層ゴムの幅Ｗｃ＞
Ｗｃ／Ｗ＝０．３〜０．８
＜ベースゴム層の全体厚みｈに対するベース下層ゴムの厚みｈｃ＞
ｈｃ／ｈ＝０．３〜０．７
＜ゴム硬度ＪＩＳＡ＞
ベース下層ゴム（７５〜１００）＞他の部位（５５〜７５）
＜ゴムモジュラスＭＰａ＞
ベース下層ゴム（８．０〜１２．０）＞他の部位（２．０〜４．０）
前記ベース下層ゴムは、ベースゴム層を構成する上層ゴムの裏面にテープ状ゴムを貼り付けることにより形成されたことを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。
前記キャップゴム層のゴム硬度およびゴムモジュラスが、前記ベースゴム層の上下いずれのゴム層よりも低く設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。