JP3612059B2 - 空気入りタイヤとリムの組立体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行中のロードノイズを低減しうる空気入りタイヤとリムの組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術、及び発明が解決しようとする課題】
タイヤ騒音の一つに、路面を走行した際に、５０〜４００Ｈｚの周波数範囲で「ゴー」という音が生じるいわゆるロードノイズがあり、その主原因として、タイヤ内腔内で起こす空気の共鳴振動（空洞共鳴）がある。
【０００３】
そこで、本出願人は、特願２０００−２６３５１９号において、タイヤ内腔内に、スポンジ材を用いた制音用の長尺シートを配置することを提案しており、この時、前記長尺シートの体積Ｖｓをタイヤ内腔の全容積Ｖの０．４％以上とすることにより空洞共鳴の抑制効果が発揮され、しかも該空洞共鳴の抑制効果は、長尺シートの体積Ｖｓの増加とともに向上することが判明している。
【０００４】
しかし、長尺シートの体積Ｖｓの増加は、タイヤ重量、重量バランス、コストなどに不利となるため、本発明者は、体積増加をできるだけ抑えながら空洞共鳴抑制効果を高めるべく研究を行った。
【０００５】
その結果、長尺シートの断面形状も、空洞共鳴抑制効果に大きく関与しており、長尺シートの巾Ｗと厚さＴとの比Ｔ／Ｗを高め、断面形状を縦長化するに従い、同体積の場合にも空洞共鳴抑制効果が向上することが判明した。そこで、長尺シートの巾Ｗ、厚さＴ、長さＬを変化させ、長尺シートの断面形状と空洞共鳴抑制効果との関係をさらに研究したところ、空洞共鳴抑制効果は、式（１）で示すシート形状指数Ｅと比例関係にあり、該シート形状指数Ｅを１より大でより大きくすることにより空洞共鳴抑制効果を効果的に向上しうることを究明しえた。

【０００６】
本発明は、前記長尺シートの改良に係わるもので、前記シート形状指数Ｅを１より大とすることを基本として、限られた体積Ｖｓのなかで、空洞共鳴抑制効果をより有効に発揮でき、ロードノイズを低減しうる空気入りタイヤとリムの組立体の提供を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本願請求項１の発明は、
リムと、このリムに装着される空気入りタイヤとがなすタイヤ内腔に、スポンジ材を用いた制音用の非リング状の長尺シートを具え、
かつ前記長尺シートは、タイヤ内腔を囲む内腔面かつ周方向に延在し固定されるとともに、
前記長尺シートの巾をＷ、厚さをＴ、長さをＬ、及び前記タイヤ内腔の全容積をＶとしたとき、次式（１）で示すシート形状指数Ｅを１より大としたことを特徴とする空気入りタイヤとリムの組立体である。

【０００８】
又請求項１の発明では、前記スポンジ材は、比重が０．００５〜０．０６
しかも前記スポンジ材は、比重が０．００５〜０．０６、
かつタイヤ内腔の前容積Ｖに対する前記長尺シートの体積Ｖｓ（＝Ｗ×Ｔ×Ｌ）の比Ｖｓ／Ｖを４．９％〜１９．６％であることを特徴としている。
【０００９】
又請求項２の発明では、前記長尺シートは、前記巾Ｗと厚さＴとの比Ｔ／Ｗを１〜３としたことを特徴としている。
【００１０】
又請求項２の発明では、前記シート形状指数Ｅは、２より大であることを特徴としている。
【００１１】
なお本明細書において、前記「タイヤ内腔の全容積Ｖ」は、組立体の正規状態において下記式（２）で近似的に求めるものとする。
Ｖ＝Ａ×｛（Ｄｉ−Ｄｒ）／２＋Ｄｒ｝×π −−−（２）
（式中、”Ａ”は前記正規状態のタイヤ内腔をＣＴスキャニングして得られるタイヤ内腔の横断面積、”Ｄｉ”は図１に示す正規状態でのタイヤ内腔の最大外径、”Ｄｒ”はリム径、”π”は円周率である。
【００１２】
また前記「正規状態」とは、前記組立体に正規内圧を充填しかつ無負荷とした状態を指す。また「正規内圧」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、各規格がタイヤ毎に定めている空気圧であり、ＪＡＴＭＡであれば最高空気圧、ＴＲＡであれば表 ”ＴＩＲＥ ＬＯＡＤ ＬＩＭＩＴＳ ＡＴ ＶＡＲＩＯＵＳ ＣＯＬＤ ＩＮＦＬＡＴＩＯＮ ＰＲＥＳＳＵＲＥＳ” に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば ”ＩＮＦＬＡＴＩＯＮ ＰＲＥＳＳＵＲＥ” とするが、タイヤが乗用車用の場合には、現実の使用頻度などを考慮し２００ｋＰａとする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の一形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の空気入りタイヤとリムの組立体の子午断面図、図２は組立体のタイヤ赤道面に沿った周方向略断面図を示している。
【００１４】
図１において、空気入りタイヤとリムの組立体１（以下組立体１という）は、空気入りタイヤ２（以下タイヤ２という）をリム３に装着することにより、リム３の周囲に、タイヤ２とリム３とが囲むタイヤ内腔４を形成している。
【００１５】
なお前記リム３は、周知構造をなし、本例では、前記タイヤ２が装着されるリム本体３ａと、このリム本体３ａを保持するディスク３ｂとを有する所謂２ピースホイールリムを例示している。また前記タイヤ２は、ビード部２ａをリム本体３ａのフランジ３ａ１に密着させてリム組みされる例えば乗用車用ラジアルタイヤであって、タイヤ内腔４に臨むタイヤ内面２Ｓを空気を透過しにくい所謂インナーライナゴム層で形成したチューブレス構造をなし、前記リム本体３ａとで気密なタイヤ内腔４を形成している。
【００１６】
そして前記タイヤ内腔４内には、スポンジ材を用いた制音用の長尺シート５を配している。
【００１７】
この長尺シート５は、図１，２に示すように、予め非リング状の長さ方向にのびる長尺のシートであって、本例では矩形断面形状をなし、前記タイヤ内腔４を囲む内腔面４Ｓに、周方向に延在するように、例えば接着剤を用いて固定している。なお長尺シート５の前記固定は、主に、高速走行時に長尺シート５に無理な力が作用して細かく破砕されて空洞共鳴抑制効果が損なわれるのを防止する、及び破砕された破片の擦れなどによってインナーライナゴム層に損傷を与えるのを防止することを目的としている。
【００１８】
なお長尺シート５は、前記内腔面４Ｓであれば、タイヤ側の内腔面４Ｓ１（即ちタイヤ内面４Ｓ１）或いはリム側の内腔面４Ｓ２（即ちリム内面４Ｓ２）のいずれかに固定していれば良く、本例では、リム組性の観点から、タイヤ内面４Ｓ１、特にトレッド２ｔ下に接着剤を用いて固定している場合を例示している。
【００１９】
次に、前記長尺シート５をなすスポンジ材は、海綿状の多孔構造体であり、例えばゴムや合成樹脂を発泡させた連続気泡を有するいわゆるスポンジ、および動物繊維、植物繊維又は合成繊維等を絡み合わせて一体に連結したものを含む。なお「多孔構造体」としては、連続気泡のみならず、独立気泡を有するものも包含しており、又スポンジ材には、難燃剤を塗布する等の周知の難燃加工を施すこともできる。
【００２０】
このようなスポンジ材は、防振性や吸音性が高いため、前記タイヤ内腔４内で生じた音エネルギーを吸収でき、空洞共鳴を抑制することによりロードノイズを低減しうる。またスポンジ材は、収縮、屈曲等の変形が容易であるためリム組み性を損ねないという利点もある。本例では、ポリウレタンからなる連続気泡のスポンジ材を用いた好ましいものを例示している。
【００２１】
また前記スポンジ材としては、その比重が０．００５〜０．０６、より好ましくは０．０１０〜０．０５、さらに好ましくは０．０１６〜０．０５、特に好ましくは０．０１６〜０．０３５であることが好ましく、この比重が０．００５未満或いは０．０６を超えると、空洞共鳴を抑える効果が低下する傾向がある。
【００２２】
ここで、前記長尺シート５においては、その体積Ｖｓが空洞共鳴抑制効果に大きく関与しており、体積増加に伴い空洞共鳴抑制効果も向上することは知られている。しかし本発明者の研究の結果、長尺シート５の断面形状も、前記体積Ｖｓ以上に大きく関与していることが判明した。即ち、長尺シート５の巾をＷ、厚さをＴ、長さをＬとしたとき、厚さ巾比Ｔ／Ｗを高めて断面形状を縦長化するに従い、同体積の場合にも空洞共鳴抑制効果が向上することが判明した。
【００２３】
そして、長尺シート５の巾Ｗ、厚さＴ、長さＬを種々変化させて空洞共鳴に基づくノイズを測定し、その結果を重回帰分析した。その結果、図３に示すように、空洞共鳴低減効果と、次式（１）で示すシート形状指数Ｅとは、比例定数１の正比例の関係にあり、シート形状指数Ｅが１のとき１ｄＢ（デシベル）の空洞共鳴抑制効果が奏されるなど、シート形状指数Ｅの増加とともに空洞共鳴抑制効果が高まることが判明した。

【００２４】
従って、シート形状指数Ｅを１より大とすることにより、１ｄＢより大きい空洞共鳴抑制効果を見込むことができる。なおノイズは、２ｄＢ程度低減された辺りから体感できるため、前記シート形状指数Ｅは２以上、さらには５以上とすることが好ましい。
【００２５】
なお前記巾Ｗはタイヤ断面巾以下、厚さＴタイヤ断面高さ以下、及び長さＬは内腔面４Ｓの周方向一周長さ以下に、夫々制限を受けるため、前記シート形状指数Ｅの上限は、この巾Ｗ、厚さＴ、長さＬの制限によって規制される。
【００２６】
ここで式（１）の第２項におけるＷ×Ｔ×Ｌは、長尺シート５の体積Ｖｓであり、従って、空洞共鳴抑制効果に対する体積Ｖｓの寄与は０．４５である。これに対して式（１）の第３項に示すように、長尺シート５の断面形状における厚さ巾比Ｔ／Ｗの寄与が１．１１であるなど、体積Ｖｓの寄与に比して非常に高い、即ち、空洞共鳴抑制に与える影響が強いことを意味している。
【００２７】
従って、シート形状指数Ｅを大きくするためには、体積Ｖｓよりも、むしろ前記厚さ巾比Ｔ／Ｗを０．５以上、さらには１．０以上に設定するなど前記厚さ巾比Ｔ／Ｗを高めることが有効であり、またこれによって体積Ｖｓを低く抑え、タイヤ重量、重量バランス、コストなどへの影響を抑制することも可能となる。
【００２８】
なお接着強度等の観点から、前記厚さ巾比Ｔ／Ｗは１〜３とするのが好ましい。さらにタイヤ内腔の前容積Ｖに対する前記長尺シートの体積Ｖｓ（＝Ｗ×Ｔ×Ｌ）の比Ｖｓ／Ｖを、表１の実施例１、実施例４に上限、下限を記載のように４．９％〜１９．６％としている。
【００２９】
次に本例では、長尺シート５が断面形状が矩形状をなすものを例示したが、例えば、図４（Ａ）〜（Ｅ）に示すような、矩形状以外の種々な断面形状を採用することもできる。
【００３０】
また、空洞共鳴抑制効果をさらに高めるために、図５に示すように、長尺シート５のタイヤ内腔に向く外面５Ｓを、凹部１０Ａと凸部１０Ｂとが繰り返す凹凸面１０で形成することもできる。
【００３１】
このような凹凸面１０は、音の反射を和らげるなど反射防止効果に優れ、しかも音と接触するスポンジ材の表面積が増えることと相俟って、空洞共鳴の抑制効果を一段と高めることができる。
【００３２】
なお凹凸面１０としては、前記図５に示すように、平滑面部がなく、突起状の凸部１０Ｂと窪み状の凹部１０Ａとが滑らかに繰り返されるうねり状の面の他、例えば図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、平滑面部１１に突起状の凸部１０Ｂを点在させたもの（この時、平滑面部１１が凹部１０Ａに相当する。）、或いは平滑面部１１に窪み状の凹部１０Ａを点在させたもの（この時、平滑面部１１が凸部１０Ｂに相当する。）を採用することができる。なお図６（Ｂ）では、凹部１０Ａを手でむしる等により、ランダムに形成することもでき、この時各凹部１０Ａの形状、大きさも凹部毎に相違させてもよい。
【００３３】
さらに又凹凸面１０としては、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、平滑面部１１にリブ状の凸部１０Ｂを配したもの（この時、平滑面部１１が凹部１０Ａに相当する。）、平滑面部１１に溝状の凹部１０Ａを配したもの（この時、平滑面部１１が凸部１０Ｂに相当する。）、或いは平滑面部１１を有することなくリブ状の凸部１０Ｂと溝状の凹部１０Ａとを滑らかに繰り返したもの等も採用できる。
【００３４】
なお凹凸面１０では、その表面積Ｓｂと、前記外面５Ｓが凹凸のない平滑面と仮定したときの表面積Ｓａとの比Ｓｂ／Ｓａが、１．０４〜５．００の範囲であるのが好ましい。これは、前記凹凸面１０による空洞共鳴のさらなる抑制効果は、前記比Ｓｂ／Ｓａが１．０４を越えるあたりから発揮され、５．００前後で略飽和しそれ以上の効果が見込めなくなるからである。
【００３５】
また前記凹凸面１０の凹凸高さｈ２、凹凸のピッチｈ３は、表面積の比Ｓｂ／Ｓａが前記範囲１．０４〜５．００の範囲であるならば、特に規制されないが、一般的には、音の反射防止のために、前記凹凸高さｈ２を５ｍｍ以上、さらには１０ｍｍ以上とするのが好ましい。
【００３６】
又前記長尺シート５による空洞共鳴抑制効果を高める他の手段として、前記長尺シート５を、図８に示すように、吸音性能に優れる第１のスポンジ材からなる第１層５Ａと、音の反射防止性能に優れる第２のスポンジ材からなる第２層５Ｂとの多層構造体として形成するのも効果的である。
【００３７】
なおスポンジでは、吸音性能と、音の反射防止性能とが背反することが一般に知られている。従って、長尺シート５を前記多層構造体とし、前記第２層５Ｂをタイヤ内腔４に面して配することにより、吸音性能と音の反射防止性能とが最大限に発揮され、空洞共鳴の抑制効果をさらに向上させることができる。
【００３８】
音の反射防止性能に優れる第２のスポンジ材としては、第１のスポンジ材に比して発泡倍率を大幅に高め、その比重を減じたものが好適に使用できる。この時、第１のスポンジ材の比重α１と第２のスポンジ材の比重α２との比α２／α１を０．７以下、さらには０．５以下に減じることが音の反射防止性能のために好ましく、又第２層５Ｂの厚さｔを、長尺シート５の全厚さＴの０．０５倍〜０．３倍の範囲にとどめることが吸音性能のために好ましい。
【００３９】
なお、音の反射防止性能に優れる第２のスポンジ材としては、他にグラスウール、フェルト材、発泡ゴムも用いうる。
【００４０】
以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。
【００４１】
【実施例】
図１の構造をなし、かつ表１の仕様の長尺シートを装着したタイヤ（２１５／６０Ｒ１６）とリム（１６×６．５ＪＪ）との組立体を試作し、ロードノイズ性能をテストした。
【００４２】
なお長尺シートは、比重０．０２のポリウレタンスポンジ（連続気泡）の一層構造とした。またテスト結果におけるロードノイズ低減代と体積比Ｖｓ／Ｖとの関係を図９に示している。
テストの内容は次の通りである。
【００４３】
（１）ロードノイズ性能；
内圧２００ｋＰａでリム組みして車両（国産２３００ｃｃのＦＦ車）の全輪に装着し、１名乗車にてロードノイズ計測路（アスファルト粗面路）を速度６０ｋｍ／Ｈで走行したときの前席車内音を測定し、２３０Ｈｚ近辺の気柱共鳴音のピーク値の音圧レベルを、従来例を基準とする増減値（ｄＢ）にて評価した。−（マイナス）表示は、ロードノイズの減少を意味している。
【００４４】
【表１】

【００４５】
表１に示すように、シート形状指数Ｅが高いほど、大きなロードノイズ低減効果が得られることが確認できる。また図９から、比Ｔ／Ｗが大きい断面形状とすることにより、体積比Ｖｓ／Ｖを低く維持したまま、大きなロードノイズ低減効果が得られることも確認できる。
【００４６】
【発明の効果】
叙上の如く本発明は、長尺シートにおいてそのシート形状指数Ｅを１より大に設定しているため、限られた体積Ｖｓのなかで、空洞共鳴抑制効果をより有効に発揮できロードノイズを低減しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空気入りタイヤとリムとの組立体の一実施例を示す断面図である。
【図２】そのタイヤ赤道に沿った周方向断面図である。
【図３】シート形状指数Ｅと空洞共鳴抑制効果との関係を示す線図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｅ）は、長尺シートの断面形状の他の例を示す断面図である。
【図５】凹凸面の一例を示す長尺シートの斜視図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）は、凹凸面の他の例を示す長尺シートの斜視図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は、凹凸面のさらに他の例を示す長尺シートの斜視図である。
【図８】長尺シートが多層構造体からなる場合を例示する斜視図である。
【図９】表１のテスト結果における、ロードノイズ低減代と体積比Ｖｓ／Ｖとの関係を示す線図である。
【符号の説明】
２ タイヤ
３ リム
４ タイヤ内腔
５ 長尺シート

Claims (3)

1. リムと、このリムに装着される空気入りタイヤとがなすタイヤ内腔に、スポンジ材を用いた制音用の非リング状の長尺シートを具え、
   かつ前記長尺シートは、タイヤ内腔を囲む内腔面かつ周方向に延在し固定されるとともに、
   前記長尺シートの巾をＷ、厚さをＴ、長さをＬ、及び前記タイヤ内腔の全容積をＶとしたとき、次式（１）で示すシート形状指数Ｅを１より大、
   しかも前記スポンジ材は、比重が０．００５〜０．０６、
   かつタイヤ内腔の前容積Ｖに対する前記長尺シートの体積Ｖｓ（＝Ｗ×Ｔ×Ｌ）の比Ｖｓ／Ｖを４．９％〜１９．６％としたことを特徴とする空気入りタイヤとリムの組立体。
   

   
2. 前記長尺シートは、前記巾Ｗと厚さＴとの比Ｔ／Ｗを１〜３としたことを特徴とする請求項１記載の空気入りタイヤとリムの組立体。
3. 前記シート形状指数Ｅは、２より大であ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とリムの組立体。

Images