JP4983876B2 - タイヤ騒音低減装置及びそれを備えた空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、空気入りタイヤで発生する空洞共鳴音を低減するための装置及びそれを備えた空気入りタイヤに関し、さらに詳しくは、製造コストの低減と耐久性の向上との両立を可能にしたタイヤ騒音低減装置及びそれを備えた空気入りタイヤに関する。

空気入りタイヤにおいて、騒音を発生させる原因の一つにタイヤ内部に充填された空気の振動による空洞共鳴音がある。この空洞共鳴音は、タイヤを転動させたときにトレッド部が路面の凹凸によって振動し、トレッド部の振動がタイヤ内部の空気を振動させることによって生じるものである。

このような空洞共鳴現象による騒音を低減する手法として、多孔質材料からなる吸音材を空気入りタイヤのトレッド部の内面にその全周にわたって設置することが提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

ここで、多孔質材料からなる吸音材を帯状に加工し、帯状の吸音材を空気入りタイヤのトレッド部の内面に沿って配置した場合、その両端部の少なくとも一方がタイヤ内面と直接接触することになる。例えば、帯状の吸音材の両端部を互いに突き合わせた場合、それら両端部がいずれもタイヤ内面と直接接触し、帯状の吸音材の両端部を互いに重ね合わせた場合、それら両端部の一方がタイヤ内面と直接接触することになる。このように帯状の吸音材の端部がタイヤ内面に接触した状態にあると、タイヤ回転時に吸音材の端部がタイヤ内面と擦れるため、その部分を起点として吸音材が破損し易いという欠点がある。

一方、帯状の吸音材の替わりに、タイヤ周方向の端部を持たない環状の吸音材を形成することが可能であり、この場合、吸音材が破損し難いという利点がある。しかしながら、このような環状の吸音材はタイヤサイズ毎に加工する必要があるので、タイヤ騒音低減装置の製造コストが大幅に増加するという問題がある。

特開昭６２−５０２０３号公報 特許第３７２７０２４号公報

本発明の目的は、製造コストの低減と耐久性の向上とを両立させることを可能にしたタイヤ騒音低減装置及びそれを備えた空気入りタイヤを提供することにある。

上記目的を解決するための本発明のタイヤ騒音低減装置は、帯状に加工された多孔質材料からなる吸音材を空気入りタイヤのトレッド部の内面にタイヤ周方向に沿って配置するようにしたタイヤ騒音低減装置において、前記吸音材をタイヤ周方向の少なくとも一部で２層以上に積層するように巻回してなる環状体を構成し、該環状体の周上の少なくとも１箇所に該環状体の中心側から径方向外向きに見たときの前記吸音材の内側の層と外側の層とが入れ替わる交差部を設け、前記吸音材の長手方向の両端部を該吸音材の最外側の層よりも内側に配置したことを特徴とするものである。

また、上記目的を解決するための本発明の空気入りタイヤは、上記タイヤ騒音低減装置を空洞部内に備えたことを特徴とするものである。

本発明では、吸音材を空気入りタイヤのトレッド部の内面にタイヤ周方向に沿って延在するように巻回してなる環状体を構成し、該環状体の周上の少なくとも１箇所に吸音材の内側の層と外側の層とが入れ替わる交差部を設け、吸音材の両端部を該吸音材の最外側の層よりも内側に配置したことにより、これら吸音材の両端部がタイヤ内面に対して直接接触しなくなるので、タイヤ内面との擦れによる吸音材の破損が生じ難い。そのため、タイヤ騒音低減装置の耐久性を向上することができる。

しかも、本発明では、タイヤ騒音低減装置に帯状の吸音材を用いているため、それを巻回して得られる環状体の周長を調整することにより、各種のタイヤサイズに適用することができる。そのため、環状に加工された吸音材を用いる場合に比べてタイヤ騒音低減装置の製造コストを大幅に低減することができる。

本発明において、吸音材の交差部に対応する部位には幅方向の寸法を減少させた一対の狭幅部を形成し、交差部において一対の狭幅部を吸音材の幅方向の互いにずれた位置に配置することが好ましい。これにより、交差部において吸音材の内側の層と外側の層との入れ替えを円滑に行うことができる。

一対の狭幅部のうち一方の狭幅部の幅Ｄａと他方の狭幅部の幅Ｄｂは吸音材の最大幅Ｄに対して０．７≦（Ｄａ＋Ｄｂ）／Ｄ≦１．０の関係にすることが好ましい。また、一対の狭幅部のうち一方の狭幅部の幅Ｄａと他方の狭幅部の幅Ｄｂは０．８≦Ｄａ／Ｄｂ≦１．２の関係にすることが好ましい。これにより、タイヤ騒音低減装置の耐久性を良好に維持しながら、交差部において吸音材の内側の層と外側の層との入れ替えを円滑に行うことができる。

一対の狭幅部の互いに向かい合う部位には吸音材の長手方向と平行に延びる直線部を設け、該直線部の長さを吸音材の厚さの３倍〜３０倍にすることが好ましい。直線部の長さを十分に確保することにより、環状体としての周長の調整範囲を大きくし、共通の吸音材でより多くのタイヤサイズに対応することが可能になる。また、環状体の外周長は空気入りタイヤのトレッド部の最大内周長の８５％〜９９％にすることが好ましい。これにより、タイヤ騒音低減装置の耐久性の改善効果を高めることができる。

吸音材の積層された複数の層は留め具を用いて互いに固定することができる。この場合、留め具の固定状態での厚さは吸音材の積層された複数の層の総厚さの５％〜９５％にすることが好ましい。これにより、タイヤ騒音低減装置の耐久性の改善効果を高めることができる。また、吸音材の積層された複数の層は互いに接着することも可能である。この場合、留め具を用いる場合に比べて加工コストが高くなるものの耐久性は高くなる。

環状体を周上の任意の位置から角度３０度ずつ分割したとき、環状体の中心軸を挟んで対向する一対の分割部分の質量差はその重い方の分割部分の質量に対して１０％以下にすることが好ましい。これにより、タイヤ騒音低減装置に起因する質量アンバランスを小さくすることができる。

吸音材を構成する多孔質材料の密度は７ｋｇ／ｍ³ 〜４０ｋｇ／ｍ³ であり、該多孔質材料の密度（ｋｇ／ｍ³ ）に対する引裂強さ（Ｎ／ｃｍ）の比は０．３〜０．９であることが好ましい。これにより、タイヤ騒音低減装置の耐久性の改善効果を高めることができる。

本発明の実施形態からなる空気入りタイヤを示す斜視断面図である。 本発明の実施形態からなるタイヤ騒音低減装置を示す斜視図である。 図２のタイヤ騒音低減装置に用いる帯状の吸音材を示す平面図である。 本発明の他の実施形態からなるタイヤ騒音低減装置を示す斜視図である。 図４のタイヤ騒音低減装置の要部を示す断面図である。 本発明の更に他の実施形態からなるタイヤ騒音低減装置を示す斜視図である。 本発明の更に他の実施形態からなるタイヤ騒音低減装置を示す斜視図である。 本発明の更に他の実施形態からなるタイヤ騒音低減装置を示す斜視図である。 本発明のタイヤ騒音低減装置における質量分布を説明するための説明図である。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施形態からなる空気入りタイヤを示し、図２は本発明の実施形態からなるタイヤ騒音低減装置を示し、図３は図２のタイヤ騒音低減装置に用いる帯状の吸音材を示すものである。図１において、空気入りタイヤは、トレッド部１と、左右一対のビード部２と、これらトレッド部１とビード部２とを互いに連接するサイドウォール部３とを備えている。そして、トレッド部１の内面には図２に示すタイヤ騒音低減装置４が装着されている。

タイヤ騒音低減装置４は、帯状に加工された多孔質材料からなる吸音材５をタイヤ周方向の少なくとも一部で２層以上に積層するように巻回してなる環状体６から構成されている。吸音材５の多孔質材料としては連続気泡を有するウレタンフォームを用いると良い。また、吸音材５は一体物であることが望ましいが、複数の部材を繋ぎ合わせたものであっても良い。

図２に示すように、環状体６の周上の少なくとも１箇所には吸音材５の内側の層と外側の層とが入れ替わる交差部６Ｘが設けられている。このようにして巻回された吸音材５の内側の層と外側の層とが交差部６Ｘを介して入れ替わることにより、吸音材５の長手方向の両端部５１，５３が吸音材５の最外側の層よりも内側に配置されている。吸音材５の両端部５１，５３は図示のように互いに離間していても良いが、これら両端部５１，５３を互いに突き合わせるように配置したり、或いは、両端部５１，５３を互いに重なるように配置することも可能である。

図３に示すように、吸音材５の交差部６Ｘに対応する部位には幅方向の寸法を減少させた一対の狭幅部５ａ，５ｂが形成されている。つまり、吸音材５は一方の端部５１と中央部５２との間に狭幅部５ａを備え、中央部５２と一方の端部５３との間に狭幅部５ｂを備えている。環状体６の交差部６Ｘにおいて、一対の狭幅部５ａ，５ｂは吸音材５の幅方向の互いにずれた位置に配置されている。そのため、吸音材５の内側の層と外側の層とは交差部６Ｘにおいて互いに干渉することなく円滑に入れ替わることができる。

交差部６Ｘは、環状体６中に複数箇所設けることも可能であるが、その設置数が偶数であると両端部５１，５３の一方が吸音材５の最外側の層になってしまう。そのため、環状体６には奇数箇所の交差部６Ｘを設けるようにする。

上記タイヤ騒音低減装置４においては、吸音材５を巻回してなる環状体６を構成し、該環状体６の周上の少なくとも１箇所に吸音材５の内側の層と外側の層とが入れ替わる交差部６Ｘを設け、吸音材５の両端部５１，５３を吸音材５の最外側の層よりも内側に配置するようにしたので、これら吸音材５の両端部５１，５３がタイヤ内面に対して直接接触しなくなる。その結果、タイヤ内面との擦れによる吸音材５の破損を防止し、タイヤ騒音低減装置４の耐久性を向上することができる。

しかも、タイヤ騒音低減装置４に帯状の吸音材５を用いているため、その吸音材５の巻回状態に基づいて環状体６の周長を適宜調整することができ、各種のタイヤサイズに適用することができる。そのため、環状に加工された吸音材を用いる場合に比べて、タイヤ騒音低減装置４の製造コストを大幅に低減することができる。

上記タイヤ騒音低減装置４において、一方の狭幅部５ａの幅Ｄａと他方の狭幅部５ｂの幅Ｄｂは、吸音材５の最大幅Ｄに対して、０．７≦（Ｄａ＋Ｄｂ）／Ｄ≦１．０、より好ましくは、０．７５≦（Ｄａ＋Ｄｂ）／Ｄ≦０．９８の関係にすると良い。これにより、タイヤ騒音低減装置４の耐久性を良好に維持しながら、交差部６Ｘにおいて吸音材５の内側の層と外側の層との入れ替えを円滑に行うことができる。（Ｄａ＋Ｄｂ）／Ｄの値が大き過ぎると、狭幅部５ａ，５ｂが互いに当接するため耐久性が低下し、逆に小さ過ぎると吸音材５の強度が局部的に低くなるため耐久性が低下する。

また、一方の狭幅部５ａの幅Ｄａと他方の狭幅部５ｂの幅Ｄｂは、０．８≦Ｄａ／Ｄｂ≦１．２、より好ましくは、Ｄａ／Ｄｂ＝１．０の関係にすると良い。これにより、タイヤ騒音低減装置４の耐久性を良好に維持しながら、交差部６Ｘにおいて吸音材５の内側の層と外側の層との入れ替えを円滑に行うことができる。Ｄａ／Ｄｂの値が上記範囲から外れると一対の狭幅部５ａ，５ｂの強度差が大きくなるため耐久性が低下する。

図３に示すように、一対の狭幅部５ａ，５ｂの互いに向かい合う部位にはそれぞれ吸音材５の長手方向と平行に延びる直線部５Ｌａ，５Ｌｂを設け、該直線部５Ｌａ，５Ｌｂの長さＬａ，Ｌｂを吸音材５の厚さの３倍〜３０倍にすると良い。直線部５Ｌａ，５Ｌｂの長さＬａ，Ｌｂを十分に確保することにより、環状体６としての周長の調整範囲を大きくし、共通の吸音材５でより多くのタイヤサイズに対応することが可能になる。長さＬａ，Ｌｂが吸音材５の厚さの３倍未満であると狭幅部５ａ，５ｂの変形量が大きくなるため耐久性が低下し、逆に３０倍を超えると交差部６Ｘでの質量不足が大きくなるため質量アンバランスを生じ、また、環状体６の一体性が低下するため耐久性が低下する。

環状体６の外周長は、吸音材５の巻回状態に基づいて調整可能であるが、空気入りタイヤのトレッド部１の最大内周長（タイヤ赤道位置での内周長）の８５％〜９９％、より好ましくは、９０％〜９８％にすると良い。これにより、タイヤ騒音低減装置４の耐久性の改善効果を高めることができる。環状体６の外周長が小さ過ぎるとタイヤ回転時にタイヤ騒音低減装置４がタイヤ内で動き易く擦れを生じ易くなるため耐久性が低下し、逆に大き過ぎると吸音材５が過度に圧縮されるため耐久性が低下する。

タイヤ騒音低減装置４において、吸音材５の積層された複数の層は、環状体６の形状安定性を確保し、タイヤ騒音低減装置４の耐久性の改善効果を高めるために、留め具や接着剤等の固定手段を用いて互いに固定することが望ましい。

吸音材５の積層された複数の層を互いに接着する場合、層間の少なくとも一部を接着すれば良い。接着剤としては、化学反応に基づいてウレタンフォーム等の多孔質材料を接着可能な一般的な接着剤のほか、溶融可能な樹脂からなるホットメルト接着剤を使用することができる。吸音材５の積層された複数の層を互いに接着した場合、加工コストが高いものの、耐久性が高いという利点がある。

一方、吸音材５の積層された複数の層を留め具を用いて互いに固定する場合、その留め具として、ハトメ、ステープル、ピン、フック、面ファスナー等を用いることができる。留め具の位置、個数、間隔は吸音材５の耐久性や形状を考慮して適宜選択することができる。また、環状体６の質量バランスを考慮して留め具を設置することが好ましい。吸音材５の積層された複数の層を留め具を用いて互いに固定した場合、加工コストが低いという利点がある。

図４は本発明の他の実施形態からなるタイヤ騒音低減装置を示し、図５は図４のタイヤ騒音低減装置の要部を示すものである。図４及び図５において図２と同一物には同一符号を付してその部分の詳細な説明は省略する。図４では、吸音材５の積層された複数の層がハトメ（筒状リベット）７からなる複数の留め具を用いて互いに固定されている。このように吸音材５の積層された複数の層をハトメ７からなる留め具を用いて互いに固定することにより、タイヤ騒音低減装置４の耐久性を更に高めることができる。

図５に示すように、ハトメ７からなる留め具の固定状態での厚さＴ１は、吸音材５の積層された複数の層の総厚さＴ０の５％〜９５％、より好ましくは、５％〜８０％にすると良い。これにより、留め具がタイヤ内面Ｓに接触しないようになるため耐久性の点で有利である。厚さＴ１が大き過ぎると留め具がタイヤ内面Ｓに接触し易くなり、それが耐久性を低下させる要因となる。

図６〜図８はそれぞれ本発明の更に他の実施形態からなるタイヤ騒音低減装置を示すものである。図６〜図８において図２と同一物には同一符号を付してその部分の詳細な説明は省略する。図６では、帯状の吸音材５の両端部５１，５２が円弧状に加工されている。このように吸音材５の両端部５１，５２は種々の形状に加工することができる。例えば、両端部５１，５２の直角の角部を斜めに切り落とすような面取り加工を施しても良い。

図７においては、吸音材５の交差部６Ｘに対応する部位に幅方向の寸法を減少させた一対の狭幅部５ａ，５ｂが形成されているが、狭幅部５ａは吸音材５の幅方向に分割されて２つの帯部を形成している。そして、狭幅部５ａの２つの帯部は吸音材５の幅方向両端部に配置され、狭幅部５ｂが吸音材５の幅方向中央部に配置されている。つまり、吸音材５には狭幅部５ａの２つの帯部間に孔が形成されており、その孔に狭幅部５ｂが挿入されている。吸音材５が可撓性を有する限りにおいて、このような形態が可能である。

図８においては、吸音材５が狭幅部を有していない。つまり、吸音材５が一定の幅を有する帯材である。吸音材５はタイヤ周方向の少なくとも一部で２層以上に積層するように巻回されて環状体６を構成しているが、単に吸音材５を巻回した場合、両端部５１，５３の一方が内側の層となり、他方が外側の層となる。そこで、交差部６Ｘにおいて吸音材５を折り曲げて両端部５１，５３のうち外側の層となっているものを内側の層となるように折り返すことにより、吸音材５の両端部５１，５３の双方を吸音材５の最外側の層よりも内側に配置している。このような形態では、吸音材５を環状体６に加工する際の作業性を高めるために、吸音材５の折り曲げ部分に予め折り目を設けておくことが好ましい。

図９は本発明のタイヤ騒音低減装置における質量分布を説明するための説明図である。上述した各実施形態において、タイヤ騒音低減装置の質量分布は周上にて均一であることが好ましい。より具体的には、図９に示すように、環状体６を周上の任意の位置から角度３０度ずつ１２個の分割部分Ｄ１〜Ｄ１２に分割したとき、環状体６の中心軸Ｏを挟んで対向する一対の分割部分（例えば、分割部分Ｄ１，Ｄ７）の質量差はその重い方の分割部分の質量に対して１０％以下にすると良い。これにより、タイヤ騒音低減装置４に起因する質量アンバランスを小さくすることができる。

タイヤ騒音低減装置４の質量アンバランスを小さくする手法として、交差部６Ｘと対向する位置に質量調整領域を設定することができる。例えば、環状体６の交差部６Ｘでは吸音材５の質量が小さくなるため、それと対向する位置に偏在する質量が交差部６Ｘでの質量と釣り合うように吸音材５の両端部５１，５３の長さを調整すると良い。また、質量調整領域において、吸音材５の幅や厚さを減じても良い。留め具を使用する場合、それらの位置、個数、間隔を調整することも有効である。

上述した各実施形態において、吸音材５を構成する多孔質材料の密度は７ｋｇ／ｍ³ 〜４０ｋｇ／ｍ³ であると良い。多孔質材料の密度を上記範囲にすることにより、良好な吸音特性を発揮することができる。また、多孔質材料の密度（ｋｇ／ｍ³ ）に対する引裂強さ（Ｎ／ｃｍ）の比は０．３〜０．９であると良い。多孔質材料の密度に対する引裂強さの比を上記範囲にすることにより、タイヤ騒音低減装置の耐久性の改善効果を高めることができる。なお、密度はＪＩＳ Ｋ７２２２に準拠して測定される見掛け密度であり、引裂強さはＪＩＳ Ｋ６４００−５に準拠して切り込みなしアングル形試験片を用いて測定される引裂強さである。

帯状に加工された多孔質材料からなる吸音材を空気入りタイヤのトレッド部の内面にタイヤ周方向に沿って配置するようにしたタイヤ騒音低減装置において、吸音材をタイヤ周方向の少なくとも一部で２層に積層するように巻回してなる環状体を構成し、該環状体の周上の１箇所に吸音材の内側の層と外側の層とが入れ替わる交差部を設け、吸音材の長手方向の両端部を該吸音材の最外側の層よりも内側に配置すると共に、環状体の構造、吸音材の層間固定手段、多孔質材料の密度、多孔質材料の密度に対する引裂強さの比を表１のように設定した実施例１〜６のタイヤ騒音低減装置を製作した。

これら実施例１〜６において、環状体の外周長は空気入りタイヤのトレッド部の最大内周長の９５％にした。図２及び図４の構成について、（Ｄａ＋Ｄｂ）／Ｄ＝０．９５、Ｄａ／Ｄｂ＝１．０とした。

比較のため、帯状に加工された多孔質材料からなる吸音材をタイヤ周方向に沿って２周巻回してなる環状体を構成し、吸音材の一方の端部をタイヤ内面に対して接触する位置に配置した従来例のタイヤ騒音低減装置を製作した。

これら従来例及び実施例１〜６のタイヤ騒音低減装置をそれぞれタイヤサイズ２１５／６０Ｒ１６の空気入りタイヤに装着し、その空気入りタイヤをリムサイズ１６×６．５Ｊのホイールに組付けて直径１７０１ｍｍのドラムを備えたドラム試験機に装着し、空気圧２１０ｋＰａ、荷重４．０Ｎ、速度８１ｋｍ／ｈの条件で走行試験を実施し、吸音材が損傷するまでの走行距離を測定した。評価結果は、従来例を１００とする指数にて示した。この指数値が大きいほど耐久性が優れていることを意味する。

この表１から判るように、実施例１〜６のタイヤ騒音低減装置はいずれも従来例に比べて耐久性が優れていた。勿論、これら実施例１〜６のタイヤ騒音低減装置は、帯状の吸音材を巻回して得られる環状体の周長を調整することで各種のタイヤサイズに適用可能であるため、汎用性があり、低コストで提供することが可能である。

１ トレッド部
２ ビード部
３ サイドウォール部
４ タイヤ騒音低減装置
５ 吸音材
５ａ，５ｂ 狭幅部
６ 環状体
６Ｘ 交差部
７ ハトメ（留め具）

Claims (12)

1. 帯状に加工された多孔質材料からなる吸音材を空気入りタイヤのトレッド部の内面にタイヤ周方向に沿って配置するようにしたタイヤ騒音低減装置において、前記吸音材をタイヤ周方向の少なくとも一部で２層以上に積層するように巻回してなる環状体を構成し、該環状体の周上の少なくとも１箇所に該環状体の中心側から径方向外向きに見たときの前記吸音材の内側の層と外側の層とが入れ替わる交差部を設け、前記吸音材の長手方向の両端部を該吸音材の最外側の層よりも内側に配置したことを特徴とするタイヤ騒音低減装置。
2. 前記吸音材の前記交差部に対応する部位に幅方向の寸法を減少させた一対の狭幅部を形成し、前記交差部において前記一対の狭幅部を前記吸音材の幅方向の互いにずれた位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ騒音低減装置。
3. 前記一対の狭幅部のうち一方の狭幅部の幅Ｄａと他方の狭幅部の幅Ｄｂを前記吸音材の最大幅Ｄに対して０．７≦（Ｄａ＋Ｄｂ）／Ｄ≦１．０の関係にしたことを特徴とする請求項２に記載のタイヤ騒音低減装置。
4. 前記一対の狭幅部のうち一方の狭幅部の幅Ｄａと他方の狭幅部の幅Ｄｂを０．８≦Ｄａ／Ｄｂ≦１．２の関係にしたことを特徴とする請求項３に記載のタイヤ騒音低減装置。
5. 前記一対の狭幅部の互いに向かい合う部位に前記吸音材の長手方向と平行に延びる直線部を設け、該直線部の長さを前記吸音材の厚さの３倍〜３０倍にしたことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のタイヤ騒音低減装置。
6. 前記環状体の外周長を前記空気入りタイヤのトレッド部の最大内周長の８５％〜９９％にしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のタイヤ騒音低減装置。
7. 前記吸音材の積層された複数の層を留め具を用いて互いに固定したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のタイヤ騒音低減装置。
8. 前記留め具の固定状態での厚さを前記吸音材の積層された複数の層の総厚さの５％〜９５％にしたことを特徴とする請求項７に記載のタイヤ騒音低減装置。
9. 前記吸音材の積層された複数の層を互いに接着したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のタイヤ騒音低減装置。
10. 前記環状体を周上の任意の位置から角度３０度ずつ分割したとき、前記環状体の中心軸を挟んで対向する一対の分割部分の質量差をその重い方の分割部分の質量に対して１０％以下にしたことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のタイヤ騒音低減装置。
11. 前記吸音材を構成する多孔質材料の密度が７ｋｇ／ｍ³ 〜４０ｋｇ／ｍ³ であり、該多孔質材料の密度（ｋｇ／ｍ³ ）に対する引裂強さ（Ｎ／ｃｍ）の比が０．３〜０．９であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のタイヤ騒音低減装置。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載のタイヤ騒音低減装置を空洞部内に備えたことを特徴とする空気入りタイヤ。