JP4527839B2

JP4527839B2 - 空気入りタイヤ

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Publication number: JP4527839B2
Application number: JP2000110770A
Authority: JP
Inventors: 隆成佐口
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2000-04-12
Filing date: 2000-04-12
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2020-04-12
Also published as: JP2001294013A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トロイド状をしたタイヤ内部の円管長さに起因して生じ、不快な車室内騒音発生の一因となる空洞共鳴音を、他の性能を犠牲にすることなく、有効に低減することができる空気入りタイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空気入りタイヤは、内部に空気を張った弾性体であり、その構造上、外部から加振力を与えると、この加振力によってタイヤのトレッド部とサイドウォール部、さらには内部の空気が振動するが、この空気の振動が共鳴（共振）を起こすと、いわゆる空洞共鳴音を発し、これが車軸を通じて車室内に伝達されて不快な車室内騒音発生の一因となっている。
【０００３】
また、空洞共鳴音を発する周波数（以下「共鳴周波数」という。）は、タイヤ内部の空気の音速と円管長さとから一義的に定まるものであるため、タイヤサイズを変更しない限り、タイヤの共鳴周波数は一定である。例えば、通常の乗用車用タイヤの場合、その円管長さから共鳴周波数は概ね200〜270Hzである。
【０００４】
空洞共鳴音は、その発生要因が空気の共鳴であることから、空気入りタイヤにおいては不可避的に発生する現象であり、故に、従来は、タイヤ構造を改良しても空洞共鳴音を低減することは難しいと考えられていた。
【０００５】
そのため、従来は、例えば特開昭62−050203号公報等に記載されているように、タイヤ内部にスポンジを挿入することによって、タイヤ内部の音場を改良する方法のようにタイヤ構造の改良以外の方法によって空洞共鳴音を低減するしか術がなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上掲公報に記載された方法は、空洞共鳴音を低減する効果は認められるものの、タイヤが製品になった後に装着する手法であるため、装着するのに手間がかかるとともに、コストの点でも好ましくない。
【０００７】
そこで、発明者は、タイヤ構造を改良することによって空洞共鳴音を低減する手段を開発するため種々の検討を行った。
【０００８】
まず、発明者は、タイヤの振動モードと空洞共鳴音との関係について詳細に調査した。
【０００９】
その結果、タイヤの振動モードは、タイヤ幅方向で見た場合、初期には、図３に示すように両ビードを固定端として断面高さがタイヤ幅方向で一様に変化し、振動前のタイヤ（破線）を基準（定常波）とすると、２節を有するように変形する振動モード（以下「２節モード」という。）が主であり、その後、図４に示すように、４節を有するように変形する振動モード（以下「４節モード」という。）に移行し、さらに、６節、８節、--を有するように変形する種々の振動モードに順次移行することが判明した。
【００１０】
そして、２節モードの周波数帯域は、乗用車用タイヤの場合、通常は、図５に示すように、およそ30〜300Hzの範囲であり、よって、共鳴周波数（200〜270Hz）は２節モードの周波数帯域に位置しており、これが空洞共鳴音を大きくしている原因であることを突き止めた。
【００１１】
次に、発明者は、各振動モードの周波数帯域をシフトさせ、このときの空洞共鳴音の変化を詳細に調査したところ、共鳴周波数が４節モードの周波数帯域に位置する場合に、空洞共鳴音が小さくなることを見出した。
【００１２】
この発明の目的は、４節モードの周波数帯域を低周波数側にシフトさせて共鳴周波数を４節モードの周波数帯域に位置させることによって、トロイド状をしたタイヤ内部の円管長さに起因して生じ、不快な車室内騒音発生の一因となる空洞共鳴音を、他の性能を犠牲にすることなく有効に低減された空気入りタイヤを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明は、タイヤ周方向を含む平面に対し70〜90°の角度で傾斜配列されたコードをゴム引きしてなる少なくとも１プライのカーカスと、このカーカスのクラウン部外周に、前記平面に対し比較的小さな角度で傾斜して延びるコードのゴム引き層の少なくとも２層からなり、かつそのうちの２層のゴム引き層はコードが前記平面を挟んで互いに交差する配置関係になる交差ベルト層を形成してなるベルトと、前記平面に対して平行に延びる少なくとも１本の周方向溝を配設して複数の陸部列を形成したトレッド部とを有する空気入りタイヤにおいて、カーカスの剛性を、中央プライ部に位置するコード部分の撚り数を、前記中央プライ部以外のプライ部に位置するコード部分の撚り数よりも多くして、中央プライ部と他のプライ部分とで異ならせることを特徴とする空気入りタイヤである。
【００１４】
ここで、カーカスクラウン部の「幅中央域」とは、具体的にはタイヤ赤道面を中心としてトレッド幅の0.2〜0.5倍の範囲をいい、また、「中央プライ部」とは、具体的にはタイヤ赤道面を中心とし、ベルトを構成するコードゴム引き層のうち、下層のコードゴム引き層の幅の0.2〜0.6倍の範囲をいう。
【００１６】
さらに、中央プライ部に位置するコード部分の撚り数と他のプライ部に位置するコード部分の撚り数との差は20％以上であることがより好適である。
【００１７】
さらにまた、プライのコードは、１本又は２本以上の有機繊維フィラメントを引きそろえて、Ｓ方向またはＺ方向に加撚した片撚りコードであるか、又は、１本又は２本以上の有機繊維フィラメントを引きそろえて下撚りを加え、これを２本以上引きそろえて下撚りとは反対方向に上撚りを加えたもろ撚りコードであることが好ましい。尚、プライのコードがもろ撚りコードである場合には、カーカスコードの剛性は、中央プライ部と他のプライ部とで上撚りでの撚り数を変えることによって異ならせることがより好適である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に従う空気入りタイヤの代表的な幅方向断面を示したものであり、図中１は空気入りタイヤ、２はタイヤ赤道面、３はカーカス、４はカーカスのクラウン部、５及び６はゴム引き層、７は交差ベルト層、８はベルト、9a〜9dは周方向溝、10a〜10ｅは区画陸部、11はトレッド部である。
【００１９】
図１に示すタイヤ１は、タイヤ赤道面２に対し70〜90°の角度で傾斜配列されたコードをゴム引きしてなる少なくとも１プライ（図１では１プライ）のカーカス３と、このカーカス３のクラウン部４の外周に、前記平面２に対し比較的小さな角度で傾斜して延びるコードのゴム引き層の少なくとも２層（図１では２層）からなり、かつそのうちの２層のゴム引き層５，６はコードがタイヤ赤道面２を挟んで互いに交差する配置関係になる交差ベルト層７を形成してなるベルト８と、タイヤ赤道面２に対して平行に延びる少なくとも１本の周方向溝9a〜9d（図１では４本）を配設して複数の区画陸部10a〜10eを形成したトレッド部11とを有している。
【００２０】
そして、この発明の構成上の主な特徴は、カーカス３の剛性を、クラウン部４の幅中央域13に位置するプライ部分12aと、それ以外のプライ部分12b,12cとで異ならせることにある。
【００２１】
以下、この発明を完成させるに至ったプロセスをこの発明の作用とともに説明する。
図６に示すように、タイヤに外部から加振力Ｆ_inputを与えると、タイヤ内部の空気が振動し、これが共鳴したときに空洞共鳴音を発するが、この空洞共鳴音を発する共鳴周波数では、タイヤ周上に１次の圧力分布が発生し、この圧力分布が周上で不均一となり、圧力差が生じることによってタイヤ軸力Ｆ_spindleが発生し、これが車軸加振力として車輌を加振し、車室内騒音の原因となっている。
【００２２】
共鳴周波数ｆは、タイヤ内部の空気の音速をＶ、円管長さをＬとすると、ｆ＝Ｖ／Ｌの式から一義的に定まることから、タイヤサイズを変更しない限り共鳴周波数は常に一定である。
【００２３】
また、タイヤ内部における圧力と体積の関係を理想的な断熱変化で考えると、以下に示す関係式が成り立つ。
ΔＰ＝−γ（ΔＶ／Ｖ）Ｐ
但し、γは比熱比
【００２４】
この関係式からタイヤ内部の圧力変化（ΔＰ）を小さくするには、タイヤの体積変化（ΔＶ）、換言すれば、単位長さ当たりの体積変化である断面積変化（ΔＳ）を小さくすればよいことがわかる。
【００２５】
発明者は、タイヤ内部の圧力変化を小さくすれば、この圧力変化に比例して車軸に伝達される加振力も小さくなり、これに伴って、空洞共鳴音が小さくなると考え、タイヤ内部の圧力変化を小さくするための検討を行った。
【００２６】
通常のタイヤの場合、共鳴周波数が位置する振動モードは２節モードである。つまり、圧力変化が最大となる内部空気の共鳴の腹の部分（図６の＋、−の部分）においても２節モードであり、このモード形態によって周方向単位長さあたりの断面積（体積）変化が決まるとすれば、結局モード形態による断面積変化と対応して圧力変化が生じていると考えることができる。
【００２７】
図７は、加振力を与える前のタイヤ輪郭（実線）に、２節モードのときのタイヤ輪郭（破線）と４節モードのときのタイヤ輪郭（一点鎖線）を重ねて描いたものである。
【００２８】
この図から、タイヤ断面積の変化量を画像処理することによって求めると、２節モード及び４節モードでのタイヤ断面積は、いずれも加振力を与える前のタイヤの断面積と比べると減少しており、また、２節モードのときの断面積の変化量を100としたとき、４節モードのときのそれは45と小さく、４節モードのときのタイヤ内部の圧力変化は２節モードのときのそれよりも小さいことが判明した。
【００２９】
また、乗用車用タイヤの場合、２節モードの周波数帯域は、図５に示すように、通常はおよそ30〜300Hzの範囲であって、共鳴周波数（200〜270Hz）は、タイヤ内部の圧力変化の大きな２節モードの周波数帯域に位置するため、発明者は、これが空洞共鳴音を大きくしている原因であると考えた。
【００３０】
そこで、発明者は、さらに検討を進めたところ、４節モードの周波数帯域を低周波数側にシフトさせて、共鳴周波数を４節モードの周波数帯域に位置するように設定すれば、空洞共鳴音は小さくなることを見出した。
【００３１】
また、４節モードの周波数帯域を低周波数側にシフトさせる手段としては、トレッド部の幅方向剛性を低減させることが有用であることも見出した。
【００３２】
トレッド部の幅方向剛性に対して寄与するタイヤの構成部分としては、カーカスクラウン部の外周に配置した交差ベルト層がある。例えば、タイヤに内圧を適用したとき、交差ベルト層を構成する各ゴム引き層のコードは、タイヤ赤道面に対する傾斜角度が小さくなる方向に移動して内圧保持に寄与するものの、カーカスプライのコードにはほとんど引張応力が作用しない。これは、カーカスのクラウン部に位置するプライ部分は、タイヤ内圧を保持するためには寄与していないことを意味している。
【００３３】
しかしながら、トレッドセンター部が局所的に変形する場合、即ち、図４に示すようにタイヤが4節モードの変形をする場合には、カーカスプライの有機繊維コードにタイヤ幅方向への引張力が作用し、本来、引張力に対しては非常に強い物性を有する有機繊維コードがこの引張力に対抗して剛性を発揮することになり、これは、タイヤ幅方向剛性を低減させる上で好ましくない。
【００３４】
そこで、発明者は、カーカスの剛性を、クラウン部の幅中央域に位置する中央プライ部と、それ以外のプライ部分とで異ならせるように構成されていれば、内圧保持には特に影響を与えることなく、トレッドセンター部が局所的に変形する場合のタイヤ幅方向剛性を有効に低減でき、この結果、4節モードの周波数帯域が低周波数側にシフトして、共鳴周波数をこの帯域に位置させることができ、これによって、空洞共鳴音を低減することができると考えた。
【００３５】
尚、上記構成だと、タイヤのばね定数やブロック剛性に影響を与えないのでその他のタイヤ性能が低下することはない。
【００３６】
勿論、４節モードの周波数帯域を低下させる手段として、それ以外の部分の剛性を変化させる手段や、タイヤ重量を増やす手段も考えられる。
【００３７】
しかし、トレッド部以外の部分で剛性を低下させる手段を用いる場合は、タイヤのばね定数も変化することになるため、操縦性などのその他の性能に与える影響が大きいため、好ましくない。
【００３８】
また、タイヤ重量を増加する手段を用いる場合は、剛性を増加させずに局所的に大きく重量を増加させることは困難である。例えば、サイドのゴム層の厚さを大きくすることで重量増を行っても、ゴム層の厚さが大きくなるため、断面2次モーメントが大きくなり、曲げ剛性も増加するため、重量増の効果を効率よく得ることができない。さらに、車両の燃費の面からも重量増加は望ましくない。
【００３９】
よって、タイヤの基本特性に対する影響が小さく、かつ４節モードの周波数帯域を低下させる適正な手段としては、カーカス３の剛性を、クラウン部４の幅中央域13に位置する中央プライ部12aと、それ以外のプライ部分12b,12cの剛性とで異ならせるように構成されていることにあるといえる。
【００４０】
また、カーカスプライ12の剛性、特に幅方向剛性を、中央プライ部12aと他のプライ部12b,12cとで異ならせる手段としては、プライ12に埋設したコード14の剛性を、各プライ部分12a、12b又は12cごとに調整すること、より具体的には、中央プライ部12aと他のプライ部12b,12cとに埋設されたコード14の撚り数を変えることによって異ならせることができるが、他の手段を用いてもよい。
【００４１】
さらに、中央プライ部12aに位置するコード部分14aの撚り数は、他のプライ部12b,12cに位置するコード部分14a,14bの撚り数よりも多いことが幅方向剛性低下の点で好ましく、より好適には、中央プライ部12aに位置するコード部分14aの撚り数は、他のプライ部12b,12cに位置するコード部分14b,14cの撚り数よりも20％以上多くする。
【００４２】
加えて、プライ12のコード14は、１本又は２本以上の有機繊維フィラメントを引きそろえて、Ｓ方向またはＺ方向に加撚した片撚りコードであるか、または、１本又は２本以上の有機繊維フィラメントを引きそろえて下撚りを加え、これを２本以上引きそろえて下撚りとは反対方向に上撚りを加えたもろ撚りコードのいずれであってもよい。
【００４３】
尚、プライ12のコード14がもろ撚りコードである場合には、カーカスプライ12の剛性は、上撚り時の撚り数を、中央プライ部12aに位置するコード部分14aと、他のプライ部12b,12cに位置するコード部分14b,14cとで変えることによって異ならせることが剛性低下の点でより好ましい。
【００４４】
上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。例えば、図１では、カーカス３を１プライで構成した場合について示したが、２プライ以上で構成することもでき、この場合には、全てのプライとも、剛性変化させるプライ部分の配設位置を一致させることが好ましい。
【００４５】
【実施例】
次に、この発明に従う空気入りタイヤを試作し、性能評価を行ったので、以下で説明する。
・実施例１
実施例１のタイヤは、図1に示すタイヤ幅方向断面を有し、タイヤサイズが195／65Ｒ14であり、トレッド部11に、タイヤ周方向に沿って延びる４本の周方向溝9a〜9d（幅：８mm、深さ：８mm）を配設し、ベルト８は、2層のコードゴム引き層５，６をコードが交差するように積層した交差ベルト７（コード材質：スチール、コード配設角度：±24 °）であり、カーカス３は、コードをゴム引きした１プライ（コード材質：ＰＥＴ、コード角度：90°）で構成し、そのプライ12の中央プライ部12aの幅を、タイヤ赤道面２を中心とする60ｍｍの範囲とし、中央プライ部12aに位置するコード部分14aの撚り数を、それ以外のプライ部分12b,12cに位置するコード部分14b,14cの撚り数の1.28倍とした。尚、その他のタイヤ構造については、通常の乗用車用タイヤとほぼ同様に構成した。
【００４６】
・実施例２
実施例２のタイヤは、カーカスプライ12の中央プライ部12aの幅を、タイヤ赤道面２を中心とする80ｍｍの範囲とし、中央プライ部12aに位置するコード部分14aの撚り数を、それ以外のプライ部分12b,12cに位置するコード部分14b,14cの撚り数の1.20倍としたこと以外は実施例１のタイヤとほぼ同様な構造を有する。
【００４７】
・実施例３
実施例３のタイヤは、カーカスプライ12の中央プライ部12aの幅を、タイヤ赤道面２を中心とする80ｍｍの範囲としたこと以外は実施例１のタイヤとほぼ同様な構造を有する。
【００４８】
・実施例４
実施例４のタイヤは、カーカスプライ12の中央プライ部12aの幅を、タイヤ赤道面２を中心とする80ｍｍの範囲とし、中央プライ部12aに位置するコード部分14aの撚り数を、それ以外のプライ部分12b,12cに位置するコード部分14b,14cの撚り数の1.52倍としたこと以外は実施例１のタイヤとほぼ同様な構造を有する。
【００４９】
・従来例
従来例のタイヤは、カーカスプライ12のコードの撚り数を、中央プライ部12aと、それ以外のプライ部分12b,12cの撚り数と同じにしたこと以外は実施例１のタイヤとほぼ同様な構造を有する。
【００５０】
（性能評価）
上記各供試タイヤについて、タイヤモードの周波数及び車室内騒音を測定したので以下で説明する。
タイヤモードの周波数は、上記各供試タイヤをアルミニウム製の標準リム（14−６JJ）に組み付け、空気圧を200kPaとしたタイヤ車輪をインパクト試験機にセットし、このタイヤ車輪のトレッド部に加振力を与えることによって測定した。
【００５１】
車室内騒音は、上記タイヤ車輪を2000ccクラスの乗用車（タイヤ荷重：2名乗車相当）に装着し、この車両を通常よりも荒れたアスファルト路（テストコース）を車速50km／hで走行させ、このとき、ドライバーの耳元の位置に設置した測定器によって測定した。
【００５２】
表１にこれらの測定結果を示す。尚、表１中のタイヤモードの周波数は、従来例に対する低下量（Hz）で示してあり、また、車室内騒音は、従来例に対する騒音レベルの低下量（dB）で示してある。
【００５３】
【表１】

【００５４】
表１の結果から、実施例１〜４はいずれも、従来例よりも騒音レベルが低減されていた。また、実施例１〜４を比較すると、タイヤモード周波数と車室内騒音とが比例関係にあることがわかる。
【００５５】
【発明の効果】
この発明は、トロイド状をしたタイヤ内部の円管長さに起因して生じ、不快な車室内騒音発生の一因となる空洞共鳴音を、他の性能を犠牲にすることなく有効に低減された空気入りタイヤの提供が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に従う空気入りタイヤの幅方向断面図である。
【図２】図１のカーカスプライ12に埋設したコードのうち１本のコードの一部のみを抜き出したときの平面図である。
【図３】２節モードのタイヤの変形状態を説明するための図である。
【図４】４節モードのタイヤの変形状態を説明するための図である。
【図５】周波数に対する力の伝達率をプロットしたときの一例を示す図である。
【図６】インパクト試験機によってタイヤトレッド部に加振力Ｆ_inputを与えたときの車軸力に伝達される力Ｆ_spindleを説明するための図である。
【図７】加振前のタイヤの輪郭線（実線）に対し、２節モードで変形したときのタイヤの輪郭線（破線）と４節モードで変形したときのタイヤの輪郭線（一点鎖線）とを重ねた描いたときの図である。
【符号の説明】
１空気入りタイヤ
２タイヤ赤道面
３カーカス
４カーカス３のクラウン部
５,６ゴム引き層
７交差ベルト層
８ベルト
9a〜9d 周方向溝
10a〜10d 陸部列
11 トレッド部
12 カーカス３のプライ
12a プライ12の中央プライ部
12b,12c プライ12の他のプライ部
13 カーカスクラウン部４の幅中央域
14 プライ12に埋設されたコード

Claims

タイヤ周方向を含む平面に対し70〜90°の角度で傾斜配列されたコードをゴム引きしてなる少なくとも１プライのカーカスと、このカーカスのクラウン部外周に、前記平面に対し比較的小さな角度で傾斜して延びるコードのゴム引き層の少なくとも２層からなり、かつそのうちの２層のゴム引き層はコードが前記平面を挟んで互いに交差する配置関係になる交差ベルト層を形成してなるベルトと、前記平面に対して平行に延びる少なくとも１本の周方向溝を配設して複数の陸部列を形成したトレッド部とを有する空気入りタイヤにおいて、
カーカスの剛性を、中央プライ部に位置するコード部分の撚り数を、前記中央プライ部以外のプライ部に位置するコード部分の撚り数よりも多くして、中央プライ部と他のプライ部分とで異ならせることを特徴とする空気入りタイヤ。
中央プライ部に位置するコード部分の撚り数と他のプライ部に位置するコード部分の撚り数との差は、20％以上である請求項１に記載した空気入りタイヤ。
プライのコードは、１本又は２本以上の有機繊維フィラメントを引きそろえて、Ｓ方向またはＺ方向に加撚した片撚りコードである請求項１または２に記載した空気入りタイヤ。
プライのコードは、１本又は２本以上の有機繊維フィラメントを引きそろえて下撚りを加え、これを２本以上引きそろえて下撚りとは反対方向に上撚りを加えたもろ撚りコードであり、かつ、カーカスの剛性は、上撚り時の撚り数を、中央プライ部に位置するコード部分と、他のプライ部に位置するコード部分とで変えることによって異ならせる請求項１または２に記載した空気入りタイヤ。