JP5350874B2

JP5350874B2 - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP5350874B2
Application number: JP2009111269A
Authority: JP
Inventors: 修藤原; 充幸和氣
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2029-04-30
Also published as: JP2010260403A

Description

この発明は、トレッド部踏面に、タイヤ周方向に延びる少なくとも一本の周方向溝と、周方向溝と接地路面とで区画される管内の共鳴により発生する騒音を低減する複数の枝溝部と気室部を有するヘルムホルツ型共鳴器とを具える空気入りタイヤに関するものであり、かかる空気入りタイヤから生じる騒音を低減し、静粛性の向上を図るとともに、制動性能、排水性能及びウェット路面における操縦安定性の向上を図る。

近年、車両の静粛化に伴って、空気入りタイヤの負荷転動に起因した自動車騒音に対する寄与が大きくなり、その低減が求められている。中でも、高周波数、特に、１０００Ｈｚ周辺のタイヤノイズが車外騒音の主たる原因となっており、環境問題の対応からも、その低減対策が求められている。

この１０００Ｈｚ周辺のタイヤノイズは、主に気柱共鳴音により発生する。気柱共鳴音とは、トレッド部踏面の周方向に連続して延びる周方向溝と、路面とによって囲曉される管内の空気の共鳴により発生する騒音であり、一般的な乗用車では５００〜１８００Ｈｚ程度に観測されることが多く、ピークの音圧レベルが高く、周波数帯域が広いことから、空気入りタイヤから発生する騒音の大部分を占めている。

また、人間の聴覚は、１０００Ｈｚ周辺の周波数帯域（Ａ特性）で特に敏感であることから、走行時のフィーリング面での静粛性を向上させる上でも、このような気柱共鳴音の低減は有効である。

そこで、かかる気柱共鳴音の低減を目的として、周方向溝の配設本数や容積を減じることが広く行われている他、特許文献１に開示されているように、一端だけが周方向溝に開口し、他端が陸部内で終端する長い横溝を設けて、その横溝内での反共振を用いて気柱共鳴音を低減させることが提案されている。しかし、周方向溝の溝容積を減少させた空気入りタイヤの、排水性能の向上が希求されている。また、特許文献１に記載の空気入りタイヤでは、長い横溝の配設が必須であることから、トレッドパターンのデザイン上の自由度を向上し、かつ、陸部の剛性を確保して操縦安定性を向上することが希求されている。

これらの対策として、特許文献２に記載されているように、タイヤ周方向溝から分岐して延びる枝溝部及び、かかる枝溝部につながり、枝溝部よりも延在方向に直交する断面の面積が大きい気室部を具えるヘルムホルツタイプの共鳴器を配設することによって、共鳴器による反共振を利用して気柱共鳴音を低減する技術も提案されている。このことにより、周方向溝の溝容積を充分に確保して、排水性能を向上しつつも、特許文献１に記載の空気入りタイヤと比較してトレッドパターンのデザイン上の自由度を向上させることができる。

また、気柱共鳴音を低減するその他の技術として、特許文献３には、周方向溝に、かかる周方向溝を横切る方向に延びる柵部を設けることにより、周方向溝が複数の区画に分断された空気入りタイヤが開示されている。かかる空気入りタイヤでは、周方向溝が柵部により分断されていることにより、タイヤ負荷転動時に周方向溝を通る空気の流れが乱れ、乱流が発生する。その結果、かかる乱流により気柱共鳴音の発生が抑制され、静音性が向上することとなる。

国際公開第０４／１０３７３７号パンフレット特開平５−３３８４１１号公報特開平３−２７６８０２号公報

特許文献１〜３に記載の空気入りタイヤは、気柱共鳴音の発生を抑制し、走行時の静粛性を向上しているものの、走行時の快適性向上への飽くなき追求を背景に、気柱共鳴音を更に低減し、走行時の静粛性を向上させるとともに、制動性能、排水性能及びウェット路面における操縦安定性を向上させることが希求されている。

したがって、この発明の目的は、トレッド部の陸部形状の適正化を図ることにより、気柱共鳴音を低減させ、静粛性を向上させるとともに、制動性能、排水性能及びウェット路面における操縦安定性を向上させた空気入りタイヤを提供することにある。

前記目的を達成するため、この発明のタイヤは、トレッド部踏面に、タイヤ周方向に延びる周方向溝と、該周方向溝に開口し、該周方向溝と接地路面とで区画される管内の共鳴により発生する騒音を低減する複数の共鳴器とを具え、かかる共鳴器と周方向溝とを連通させるサイプを少なくとも一本具えることを特徴としている。ここで「タイヤ周方向」とは、タイヤ周方向に直線状に延びる溝のみならず、ジグザグ状又は波状に延び、タイヤ全体としてタイヤ周方向に一周する溝をいうものとし、「接地路面」とは、ＪＡＴＭＡ、ＥＴＲＴＯ、ＴＲＡ等で規定されている標準空気圧のもとで、最大負荷荷重を空気入りタイヤに負荷し、常温（一般に２０℃）の条件下にて転動させた際の、接地路面と接触しているトレッド部踏面の領域をいうものとし、「サイプ」とは、接地時に断面積が９０％以上減少する細溝をいう。

なお、共鳴器の種類は限定されないが、例えば、図１に示すようなヘルムホルツタイプの共鳴器とした場合、その共鳴周波数ｆ_０は、枝溝部２の長さと枝溝部２の開口端の補正長さとの距離の和をＬ、枝溝部の断面積をＳとし、気室部３の容積をＶ、音速をｃとしたとき、

として表すことができる。このとき、Ｌの値は、文献によって相違するが、ここでは、枝溝部２の半径をｒ、長さをＬ_０としたとき、Ｌは１．３ｒとＬ_０との和とするものとする。従って、共鳴器１の共鳴周波数ｆ_０は、枝溝部２の断面積Ｓ、枝溝部２の長さと枝溝部２の開口端の補正長さとの和Ｌ、気室部３の容積Ｖ等を選択することで、必要に応じて変化させることができる。

また、図２に示すように、共鳴器１の気室部３及び枝溝部２をそれぞれ第１管路４、第２管路５とみなして、それらを相互に連結した連結管路からなる段付きタイプの共鳴器とすることもでき、この場合の共鳴周波数ｆ_０は、以下のようにして求めることができる。

段付きタイプの共鳴器につき、第１管路の延在方向に直交する断面積をＳ_１、第２管路の延在方向に直交する断面積をＳ_２、境界における第１管路４側の音響インピーダンスをＺ_１２、境界における第２管路５側の音響インピーダンスをＺ_２１とすると、連続の条件から次式が導かれる。
Ｚ_２１＝（Ｓ_２／Ｓ_１）・Ｚ_１２
第２管路５の第２管路の周方向溝に開口している部分からの距離ｘの点における音圧Ｐ_２は、境界条件を、ｘ＝０でＶ_２＝Ｖ_０ｅ^ｊｗｔとし、ｘ＝Ｌ_２でＰ_２／Ｖ_２＝Ｚ_２としたとき、次式により導かれる。
Ｐ_２＝Ｚ_ｓ・{Ｚ_２１ｃｏｓ（ｋ（Ｌ_２−ｘ））＋ｊＺ_ｃｓｉｎ（ｋ（Ｌ_２−ｘ））／Ｚ_ｃｃｏｓ（ｋＬ_２）+ｊＺ_２１ｓｉｎ（ｋＬ_２）}・Ｖ₀ｅ^ｊｗｔ、（ただし、ｋ＝２πｆ_０／ｃ）
このとき、Ｖ_２は第２管路５の粒子速度分布を、Ｖ₀は入力点の粒子速度を、ｊは虚数単位を、Ｚｃはρｃ（ρ：空気の密度、ｃ：音速）を夫々示している。
第１管路４の音圧Ｐ_１は、境界条件を、ｘ＝Ｌ₁でＶ₁＝０とし、ｘ＝Ｌ_２でＰ_２／Ｖ_２＝Ｚ_２１としたとき、次式により導かれる。
Ｐ_１＝Ｚ_ｓ・［｛Ｚ_２１ｃｏｓ（ｋ（Ｌ_２−ｘ））／ｃｏｓ（ｋＬ₁）｝・｛Ｚ_ｃｃｏ（ｋＬ_２）＋ｊＺ_２１ｓｉｎ（ｋＬ_２）｝］・Ｖ_０ｅ^ｊｗｔ

よって、共鳴周波数ｆ_０の条件式は、共鳴の条件をｘ＝０でＰ_２＝０とした場合に、次式として導かれる。この共鳴の条件式に基づいてｋ、Ｌ_１、Ｌ_２、Ｓ_２、Ｓ_１、ｃを決定して共鳴周波数ｆ_０を求めることができる。
ｔａｎ（ｋＬ_１）ｔａｎ（ｋＬ_２）−（Ｓ_２／Ｓ_１）＝０

あるいは、図３に示すように、気室部３が周方向溝に開口しているサイドブランチタイプの共鳴器１とすることができる。この場合、その共鳴周波数ｆ_０は、気室部の長さをｌ_３とし、音速をｃとしたとき、

として求めることができる。

また、共鳴器の配設ピッチが、接地長よりも小さいことが好ましい。ここで「接地長」とは、接地路面おけるタイヤ周方向長さをいうものとする。

この発明によれば、トレッド部に共鳴器と周方向溝とを連通されるサイプを設けることにより、気柱共鳴音が低減し、静粛性が向上を向上させるとともに、制動性能、排水性能及びウェット路面における操縦安定性を向上させた空気入りタイヤを提供することが可能となる。

ヘルムホルツタイプの共鳴器を模式的に示す図である。段付きタイプの共鳴器を模式的に示す図である。サイドブランチタイプの共鳴器を模式的に示す図である。この発明に従うタイヤのトレッド部の一部の展開図である。この発明に従うその他のタイヤのトレッド部の一部の展開図である。この発明に従うその他のタイヤのトレッド部の一部の展開図である。この発明に従うその他のタイヤのトレッド部の一部の展開図である。従来例タイヤのトレッド部の一部の展開図である。実施例タイヤ１における気柱共鳴音の低減効果の評価結果を示すグラフである。

以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の形態を説明する。図４は、この発明に従う空気入りタイヤ（以下「タイヤ」という。）のトレッド部の一部の展開図である。図５及び６は、この発明に従うその他のタイヤのトレッド部の一部の展開図である。

この発明のタイヤは、図４に示すように、トレッド部６の踏面に、タイヤ周方向に延びる周方向溝７と、周方向溝７と接地路面とで区画される管内の共鳴により発生する騒音を低減する、路面接地域８に開口する共鳴器１とを具える。共鳴器１は、周方向溝７から分岐して延びる枝溝部２及び、かかる枝溝部２につながり、長手方向に直交する断面の面積が枝溝部２のそれよりも大きい気室部３を具える。また、共鳴器１の気室部３から周方向溝７に延在し、周方向溝７と共鳴器１とを連通させるサイプ９を具える。このように、共鳴器１を配設することにより、気柱共鳴音を低減し、静音性を向上させることが可能となる。また、発明者は、共鳴器１が路面に接地した時に、共鳴器１内の空気が圧縮・膨張する結果、ポンピング音が発生することを見出した。そこで、上記したように、共鳴器１が周方向溝７に連通するサイプ９を設けることにより、共鳴器１が路面に接地しても、サイプ９が気道の役割を果たし、サイプ９を介して空気が抜けることから、共鳴器１内における空気の圧縮・膨張が抑制される。そのことにより、ポンピング音の発生が防止され、静音性を更に向上させることが可能となる。また、サイプ９を設けることにより、トレッド部６におけるネガティブ率が大きくなり、排水性能が向上し、かつ、エッジ成分が増加することから、排水性能の向上と相まって相乗効果的にウェット路面における操縦安定性が向上する。更に、発明者は、従来の共鳴器のみを具えたタイヤでは、共鳴器が配設された領域近傍の陸部の剛性と、共鳴器が配設されていない陸部領域近傍の陸部の剛性との差が大き過ぎることに起因して、タイヤ負荷転動時にパターンノイズが発生することを見出した。そこで、上記したように、共鳴器１が配設されていない領域の陸部（図示例では、周方向に隣接する共鳴器１間の陸部）にサイプ９を配置し、共鳴器１が配設されていない陸部領域における陸部の剛性を小さくすることにより、共鳴器１が配設された領域近傍の陸部と共鳴器が配設されていない領域の陸部との剛性差が小さくなり、パターンノイズが低減するので、静音性を更に向上させることが可能となる。
なお、サイプ９の配設位置は図４に示されている位置に限定されるものではなく、その他の配設位置とすることも可能であり、例えば、図５に示すように、サイプ９を、図４に示した共鳴器１に連通する周方向溝７とは反対側にある周方向溝７と連通させることも可能である。あるいは、図６及び７に示すように、共鳴器１と周方向溝７とを複数のサイプを介して連通させることも可能である。

また、図示は省略するが、共鳴器１は、複数のタイヤ周方向ピッチにて、すなわち、いわゆるバリアブルピッチにて配設されることが好ましい。なぜなら、共鳴器１が全て同一の周方向ピッチで配設される場合には、タイヤ負荷転動時に、タイヤ周方向に隣接した共鳴器１のピッチノイズが相互に共鳴して増幅し、騒音となる可能性があるからである。

更にまた、共鳴器１の配設ピッチが、接地長よりも小さいことが好ましい。なぜなら、共鳴器１の配設ピッチが、接地長よりも大きい場合には、柵部９が路面に接地して、周方向溝７から発生する気柱共鳴音の周波数を充分に大きくしていても、共鳴器１が路面に接地せずに、気柱共鳴音を低減することができない可能性があるからである。

なお、上述したところはこの発明の実施形態の一部を示したに過ぎず、この発明の趣旨を逸脱しない限り、これらの構成を交互に組み合わせたり、種々の変更を加えたりすることができる。

次に、共鳴器を具えるが、サイプを具えない従来のタイヤ（従来例タイヤ）、この発明に従うサイプ及び共鳴器を具えるタイヤ（実施例タイヤ１〜２）を、タイヤサイズ２２５／４５Ｒ１７の乗用車用ラジアルタイヤとして、夫々試作し、性能評価を行ったので、以下に説明する。

従来例タイヤは、図８に示すトレッドパターンを有し、周方向溝及びかかる周方向溝に開口する共鳴器を具えている。かかる共鳴器は、気室部と枝溝部からなり、９８０Ｈｚの気柱共鳴音を低減する段付きタイプの共鳴器である。実施例タイヤ１は、図６に示すトレッドパターンを有し、周方向溝、かかる周方向溝に開口し、９８０Ｈｚの気柱共鳴音を低減する段付きタイプの共鳴器、及び、共鳴器と周方向溝とを連通させるサイプを２本具えている。実施例タイヤ２は、図７に示すトレッドパターンを有し、周方向溝、かかる周方向溝に開口し、９８０Ｈｚの気柱共鳴音を低減する段付きタイプの共鳴器、及び、共鳴器と周方向溝とを連通させるサイプを３本具えている。なお、従来例タイヤ及び実施例タイヤ１〜２における、段付きタイプの共鳴器は、周上にて３０個設けられており、気室部の体積が１２６０ｍ^２、枝溝部の長さが２０ｍｍ、枝溝部の幅が１．５ｍｍ、枝溝部の深さが６.０ｍｍであり、枝溝部の体積が、１８０ｍ^２である。また、実施例タイヤ１及び２のサイプは、サイプ幅が０．５ｍｍ、深さが４.０ｍｍである。また、共鳴器の共鳴周波数は、音速ｃの条件を３４３．７ｍ／ｓとして前述の式により計算したものである。

これら各供試タイヤをサイズ７．５Ｊのリムに取付けてタイヤ車輪とし、空気圧：２３０ｋＰａ（相対圧）、タイヤ負荷荷重：４．５ｋＮを適用し、時速８０ｋｍ／ｈにて、室内ドラム試験機上で走行させた際のタイヤ側方音をＪＡＳＯＣ６０６規格にて定める条件で測定して、１／３オクターブ中心周波数２５０−４０００Ｈｚ帯域における、パーシャルオーバーオール値を演算して、気柱共鳴音を評価した。また、気柱共鳴音の評価は、従来例タイヤから発生する騒音の音量に対し減少している音量を相対値として算出することにより、気柱共鳴音の低減効果を評価した。その結果を表１に示す。また、実施例タイヤ１における、従来例タイヤから発生する騒音の音量に対し減少している音量を相対値のグラフを図９に示す。

また、ウェット路面における操縦安定性は、鉄板を敷いたテストコースにて、水膜２ｍｍのウェット路面条件で、走行した際の操縦安定性を１０点満点にてプロのドライバーがフィーリングにて評価し、それらを比較することで評価した。なお、数値が大きい程、ウェット路面における操縦安定性に優れることを表し、その結果を表１に示す。

表１の結果から明らかなように、実施例タイヤ１及び２は、従来例タイヤに比べ、気柱共鳴音が低減している。詳細には、図９からわかるように、パターンノイズの低減効果に起因した６３０Ｈｚ及び１０００Ｈｚ近傍の周波数帯域における音量が低減し、かつ、ポンピング音の低減効果に起因した１２５０Ｈｚ以上の周波数帯域における音量が低減している。更に、実施例タイヤ１及び２は、従来例タイヤに比べ、ウェット路面における操縦安定性能も向上している。

以上のことから明らかなように、共鳴器と周方向溝とを連通されるサイプを設けることにより、気柱共鳴音が低減し、静粛性が向上を向上させるとともに、制動性能、排水性能及びウェット路面における操縦安定性を向上させた空気入りタイヤを提供することが可能となった。

１共鳴器
２枝溝部
３気室部
４第１管路
５第２管路
６トレッド部
７周方向溝
８路面接地域
９サイプ

Claims

トレッド部踏面に、タイヤ周方向に延びる周方向溝と、該周方向溝に開口し、該周方向
溝と接地路面とで区画される管内の共鳴により発生する騒音を低減する複数の枝溝部と気室部を有するヘルムホルツ型共鳴器とを
具える空気入りタイヤにおいて、
前記共鳴器と周方向溝とを連通させる接地時に断面積が９０％以上減少する細溝であるサイプを少なくとも一本具えることを特徴とする
空気入りタイヤ。
前記共鳴器の配設ピッチが、接地長よりも小さい、請求項１に記載の空気入りタイヤ。