JP7254496B2 - タイヤ騒音低減装置 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ騒音低減装置に関し、更に詳しくは、タイヤが路面を走行中にキャビティの共鳴が励起されて発生するタイヤ騒音を効果的に低減させるタイヤ騒音低減装置に関する。

車両のタイヤはリムに装設され、タイヤとリムとの間にはキャビティが形成される。タイヤ内に充填される空気が振動するとキャビティの共鳴音が発生し、これは一般的にCavity Noiseと呼ばれる低周波の騒音である。これはタイヤの回転走行時にトレッドが路面に何度も接触される際に変形することで振動が生じ、トレッドの振動によりタイヤ内部の空気が振動し、キャビティの共鳴音が発生する。換言すれば、キャビティの共鳴音はタイヤの回転時に励起され、特にキャビティの共鳴現象は２００-２５０Ｈｚ付近でより顕著になる。或いは、道路のエキスパンションジョイントや平坦ではない路面を通過させる際にキャビティの共鳴音が励起されやすい。このようなタイヤ騒音が車内に伝わると人に不快感を与える。このため、キャビティの共鳴音を如何に低減させるかが昨今業界で研究が盛んに行われ、改善が図られている重要事項の１つである。

キャビティの共鳴音を低減させるため、多くの場合吸音材を使用（例えば、タイヤの内表面に粘着されるかリムに設置される）する特許の出願数が最も多くなっている。例えば、特許文献１（特許文献２）[以下、参照先行案一という]には分割型吸音材の設計が記載されている。タイヤの内表面に多孔性吸音材が設置され、且つ総延長はタイヤの最大内周の長さの少なくとも７５％に達し、隣接する吸音材の間隔は吸音材の最大の厚さより大きく、吸音材は５-５０段に分かれている。

また、例えば、特許文献３（特許文献４）[以下、参照先行案二という]には全面型吸音材が記載されている。多孔性吸音材がタイヤの内表面に設置され、材料の硬度は約１０-８０Ｎであり、引張強度は７０ｋｐａ以上必要であり、比重は約０．０１４-０．０２６である。吸音材は円周方向に沿って設置され、且つ両端が徐々に小さくなる。

なお、例えば、特許文献５（特許文献６）[以下、参照先行案三という]は、主に吸音材が伸縮材料で形成される。

前述した従来の先行案一、二、三の技術では、キャビティの共鳴音を低減可能であるが、低減効果は限定的であり、吸音効率が不足し、改善の余地がある。

他にもキャビティの共鳴音を低減する方法がある。例えば、特許文献７（特許文献８）はタイヤの内表面に芝生状の可撓性材料が粘着され、或いは特許文献９（特許文献１０）は植毛加工により繊維がタイヤの内表面に粘着される。但し、前述の２つの方法には加工法が困難であり、且つ材料が高価であり、時間もコストもかかるという欠点がある。

また、タイヤの内表面に騒音低減設計を有する以外、リム上に吸音材を装設する方法もある。例えば、特許文献１１（特許文献１２）は、リム上に細長い多孔性材料またはフラップ（Flap）が設置される。但し、前記加工法の欠点として、タイヤの回転時に吸音材が外に延伸または展開され、吸音材が遠心力により脱落したり損壊することが挙げられる。

日本特許第4148977 B2 号明細書 米国特許第7874329 号明細書 日本特許第3787343B2号明細書 米国特許第7182114号明細書 日本特許公開第2012000990A号明細書 欧州特許第2,397,314B1号明細書 日本特許公開第2001187502A号明細書 米国特許第6,343,843号明細書 日本特許第5453282号明細書 米国特許第9,045,006号明細書（Michelin） 日本特許公開第2001347807A号明細書 米国特許第6,533,009号明細書（Sumitomo）

そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、合理的設計で上記の課題を効果的に改善する本発明の提案に到った。すなわち、本発明はキャビティの共鳴音を効果的に低減させ、且つコストも節約可能な装置を提供する。タイヤの内表面に吸音材が設置され、特に吸音材が空気室構造に結合される設計となり、吸音材が軽量化されて材料コストが低下するほか、キャビティの共鳴音（Cavity Noise）も効果的に低減させ、乗客がより快適に乗車できるようになる。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものである。上記課題解決のため、本発明は、タイヤ騒音低減装置を提供することを主目的とする。

前記騒音低減構造は前記インナーライナーに少なくとも１つの吸音材が設置され、前記吸音材にはタイヤの円周方向に沿ってチューブ状に貫通される中空の空気室が形成される。前記吸音材は貼着面及び対応する貫通面を更に備え、前記貼着面は前記トレッド部に対応して前記インナーライナーに固定され、前記吸音材は前記貫通面にチャネルが設けられる。前記チャネルは前記空気室に連通されると共に前記タイヤの中心方向に向けられる。これにより、前記空気室を有する前記吸音材がキャビティの共鳴音を効果的に低減させる。

前記騒音低減構造の前記吸音材は前記タイヤの全円周に沿う。前記貫通面には空気室を間隔を空けずに貫通させるチャネルが設けられる。

前記騒音低減構造の前記吸音材は分割型ブロック状を呈し、前記タイヤの全円周に沿って１０～３０度の間隔を空ける位置に前記インナーライナーに粘着固定される。

１、本発明は主にタイヤ内の吸音材に中空を呈するチャネルを有する空気室が設けられ、空気室には側面にチャネルが貫設される。これにより、音波がチャネルから空気室内に進入し、音波が中空の空気室の吸音材に進入すると、音波が空気室の制限された範囲内に集中して周辺の吸音材自体の多孔性材質の組織に包囲されて吸収され、エネルギーが相殺されて減衰する。これにより、車体に伝達される騒音が低減し、車内の乗客にとってより快適となる。

２、本発明の吸音材には中空を呈する空気室が形成されるため吸音材の重量が減少し、軽量化されるという長所を有し、材料コストも低下する。

３、本発明の吸音材にはタイヤのインナーライナーに全円周に貼設されるように固定され、インナーライナーに粘着固定される。貫通されるチャネルがスルーホールとなるため吸音材の剛性が増す。

本発明の一実施形態に係るタイヤ騒音低減装置を示す端面断面図である。 本発明の一実施形態に係るタイヤ騒音低減装置を示す傾斜断面図である。 本発明の全周吸音材を示す側面断面図である。 本発明の他の実施形態の分割型吸音材を示す側面断面図である。 本発明のさらなる他の実施形態によるタイヤ騒音低減装置を示す端面断面図である。 本発明のさらなる他の実施形態の全周吸音材を示す側面断面図である。 本発明のさらなる他の実施形態の分割型吸音材を示す側面断面図である。 本発明のチャネルの幅／空気室の幅の比率のみをそれぞれ５％及び３０％にした時の状態を示す図面である。 本発明において騒音低減向上率がチャネルの幅／空気室の幅の比率を変えることによって変化する状態を示すグラフである。 本発明のチャネルの長さ／空気室の長さの比率のみをそれぞれ１０％及び１１０％にした時の状態を示す図面である。 本発明において騒音低減向上率がチャネルの長さ／空気室の長さの比率を変えることによって変化する状態を示すグラフである。 本発明において騒音低減向上率が一定の比率範囲内で空気室の深度（全深度）の寸法に対するチャネルの有効総深度の寸法の比率を変えることによって変化する状態を示すグラフである。

本発明の実施の形態を添付した図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。

本実施例の発明は、タイヤ騒音低減装置であり、主にタイヤの内面に空気室に結合される設計の吸音材が設置される（図１及び図２参照）。タイヤ１０は、外周面に形成されると共にブロックパターンを有するトレッド部１１と、トレッド部１１の両側に延伸されるサイドウォール部１２と、タイヤ１０の内面に形成されるインナーライナー１３と、キャビティ１５とを備え、タイヤ１０が車輪のリムに装設された後にキャビティ１５が密閉される。本発明は主にキャビティ１５のトレッド部１１に対応するインナーライナー１３の箇所に騒音低減構造２０が設置される。

前記騒音低減構造２０はブロック状を呈する吸音材３０であり、吸音材３０はキャビティ１５の容積の２１～９０％を占め、厚さは４～２３０ｍｍの範囲であり、トレッド部１１に対する横幅は約３～９５％である。吸音材３０にはタイヤの円周方向に沿ってチューブ状に貫通される中空の空気室３１が形成され、空気室３１内には炭素繊維（Carbon）、グラファイトファイバー（Graphite）等の固形物、または不活性ガスや半粘着性補充液が装填される。

騒音を低減させる従来のキャビティには吸音材が内設される。吸音材の騒音低減性能を高めるため、本発明では空気室３１及びチャネル３５の設計が採用されて騒音低減性能を向上させている。空気室３１の構造により吸音材３０が改善され、騒音低減性能が高まり、キャビティ１５の共鳴音に適合する空気室３１の容積の寸法を確認した後、「チャネル幅／空気室の幅」、「チャネルの長さ／空気室の長さ」、「チャネルの有効総深度／空気室の深度」の比率の関係について検討し、騒音低減向上率を数値化させる。吸音材３０が占めるキャビティ１５の容積範囲、空気室の容積の寸法（長さＸ幅Ｘ全深度）を全て固定とし、「一定の比率範囲内で空気室の幅に対するチャネルの幅の寸法の比率を変える」（チャネルの長さが固定され、チャネルは全深度とする）ことのみについて検討する。

図８、図９及び表１に示すように、騒音低減向上率の数値は原設計（空気室無し）の数値と比較し、空気室の幅の寸法が固定される条件では、チャネルの幅／空気室の幅の寸法の比率が上昇するに連れ、向上率が徐々に低下してゆく。比率が６０％-９０％の場合、向上率が５０％以下にまで低下する。よって、寸法の比率は５-５０％が好ましく（向上率：５０％以上）、５-１０％が最も好ましい（向上率：７０％以上）。

続けて、上述の例の好ましい設計をチャネルの幅／空気室の幅：５％とし、チャネルの長さについて以下の条件でテストを行った。
１、吸音材が占めるキャビティの容積範囲、空気室の容積の寸法（長＊幅＊全深度）は全て固定とする。
２、チャネルの幅／空気室の幅：５％とし、チャネルにはタイヤの円周方向に沿って貫通される中空のチャネルが形成される
３、「一定の比率範囲内で空気室の長さの寸法に対するチャネルの長さの寸法の比率を変える」ことについてのみ検討する。

説明：チャネルの幅の寸法（５％）は全て固定とし、異なる長さの実験試験を行った。本実施例の吸音材が占めるキャビティの容積範囲、空気室の容積は全て固定されており、チャネルの長さ／空気室の長さの比率が１２０％を超えた場合に吸音材の厚さを超えた。よって、比率の上限値は１２０％である。
図１０、図１１及び表２に示すように、空気室の長さの寸法が固定される条件では、チャネルの長さ／空気室の長さの寸法の比率が上昇するに連れ、向上率も上昇し、比率が４０％を超えた場合、向上率が７０％以上にまで上昇する。よって、寸法の比率は４０-１００％が好ましく（向上率：７０％以上）、８０-１１０％が最も好ましい（向上率：７６％以上）。１１０-１２０％の寸法の比率が１０％増加しても騒音低減向上率は０.３％しか上昇せず、且つ吸音材の強度が低下してしまった（空気室上部が薄くなりすぎるため）。よって、チャネルの長さが空気室の長さに近付くのが最も好ましい実施方式である。

続けて、上述の例の好ましい設計に対してチャネルの深度について以下の条件でテストを行った。
１、吸音材が占めるキャビティの容積範囲、空気室の容積の寸法（長＊幅＊全深度）は全て固定とする。
２、チャネルの幅／空気室の幅：５％、チャネルの長さ／空気室の長さ：１００％とする最も好ましい実施方式としてテストを行う。
３、チャネルの幅の寸法及びチャネルの深度の寸法は全て一致させ、且つ吸音材の全円周の長さ上に平均的に分散させる。
４、チャネルの有効総深度／空気室の深度（吸音材の円周方向の長さ）。
５、「一定の比率範囲内で空気室の深度（全深度）の寸法に対するチャネルの有効総深度の寸法の比率を変える」ことについてのみ検討する。
６、騒音低減率は全て全体的な騒音低減率について観察する。

表３及び図１２に示すように、「チャネルの有効総深度」が「全円周の深度」に近付くのが最も好ましい方法であり、即ち、吸音材（全チャネルが非スルーホールである）がキャビティ内の全円周に粘着される場合に効果が最も好ましくなる。吸音材を分割（角度をつけて配置）してキャビティに粘着させるか、或いは吸音材のチャネルをスルーホールに変更し、且つスルーホールをタイヤの全円周の吸音材に平均的に分散させた場合、チャネル／スルーホールの有効総深度／空気室の深度（吸音材の円周方向の長さ）が占める全円周の範囲を４０％以上とするのが好ましい。

図１乃至図３に示されるように、吸音材３０は貼着面３２及び対応する貫通面３３を備える。前記貼着面３２はインナーライナー１３に対向するトレッド部１１に対応する位置であり、粘着方式で全円周に沿ってインナーライナー１３に敷設固定される。粘着材料は接着剤や両面テープでもよく（クロロプレンゴム及び有機溶剤の組み合わせやアクリル酸でもよい）、粘着材料の環境許容温度は－４０℃～１９０℃であり、これは吸音材３０及び粘着剤の安定性が保持され、損壊や変質が生じない。吸音材３０は貫通面３３にチャネル３５が更に貫設される。チャネル３５はスリット状であり、チャネル３５は空気室３１に連通されると共にタイヤ１０の中心方向に向けられる。これにより、吸音材３０は貼着面３２を利用して粘着手段により全円周に沿ってキャビティ１５内のインナーライナー３２に固定され、位置はトレッド部１１に対応させる。

よって、本発明は前記空気室３１を有する吸音材３０がキャビティ１５に結合されることにより、タイヤ１０が路面を走行する際にキャビティ１５内で励起される音波がスリット状のチャネル３５を通過させて空気室３１に進入する。これにより、集中して周辺の吸音材３０自体の多孔性材質の組織に包囲されて吸収され、エネルギーが相殺されて減衰する。こうして、キャビティ１５の共鳴音を低減させるより高い効果を提供する。

図４は他の実施例を図示し、騒音低減構造２０１は分割型ブロック状を呈する複数の吸音材３０１を備え、粘着手段によって吸音材３０１の貼着面３２がインナーライナー１３に結合固定される。各吸音材３０１は１０～３０度の間隔を空ける位置に装設される。前記分割型吸音材によって重量及びコストが更に低下する。

図５乃至図６には更なる他の実施例を図示し、騒音低減構造２０は同様に全円周状の吸音材３０であり、吸音材３０はキャビティ１５の容積の２１～９０％を占め、厚さは４～２３０ｍｍの範囲であり、トレッド部１１に対する横幅は約３～９５％である。吸音材３０には長辺方向に沿って貫通されるスルーホール３６が設けられる空気室３１が形成され、粘着手段によって吸音材３０の貼着面３２がインナーライナー１３に結合固定される。前記実施例により吸音材３０の構造強度が更に強化される。

図７は更なる他の実施例を図示し、騒音低減構造２０１は分割型ブロック状を呈する複数の吸音材３０１を備えてもよく、粘着手段によって吸音材３０１の貼着面３２がインナーライナー１３に結合固定される。各吸音材３０１が１０～３０度の間隔を空ける位置に装設されてもよく、前記分割型吸音材により重量及びコストが更に低下する。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１０ タイヤ
１１ トレッド部
１２ サイドウォール部
１３ インナーライナー
１５ キャビティ
２０ 騒音低減構造
２０１ 騒音低減構造
３０ 吸音材
３０１ 吸音材
３１ 空気室
３２ 貼着面
３３ 貫通面
３５ チャネル
３６ スルーホール

Claims (8)

1. タイヤの外周面にトレッド部が設けられ、前記タイヤの内表面はインナーライナーであり、前記インナーライナーにより包囲される空間はキャビティであり、前記キャビティには前記トレッド部に対応する前記インナーライナーに騒音低減構造が設置されるタイヤ騒音低減装置であって、
   前記インナーライナーに少なくとも１つの吸音材が設置され、前記吸音材はタイヤの円周方向に沿ってチューブ状に貫通される中空の空気室が形成され、前記吸音材は貼着面及び対応する貫通面を更に含み、前記貼着面は前記トレッド部に対応して前記インナーライナーに固定され、前記吸音材は前記貫通面にチャネルが貫設され、前記チャネルは前記空気室に連通されると共に前記タイヤの中心方向に向けられ、これにより前記空気室を有する前記吸音材が騒音を効果的に吸収させ、キャビティの共鳴音を低減させ、
   前記吸音材の前記空気室には不活性ガスが装填されることを特徴とするタイヤ騒音低減装置。
2. タイヤの外周面にトレッド部が設けられ、前記タイヤの内表面はインナーライナーであり、前記インナーライナーにより包囲される空間はキャビティであり、前記キャビティには前記トレッド部に対応する前記インナーライナーに騒音低減構造が設置されるタイヤ騒音低減装置であって、
   前記インナーライナーに少なくとも１つの吸音材が設置され、前記吸音材はタイヤの円周方向に沿ってチューブ状に貫通される中空の空気室が形成され、前記吸音材は貼着面及び対応する貫通面を更に含み、前記貼着面は前記トレッド部に対応して前記インナーライナーに固定され、前記吸音材は前記貫通面にチャネルが貫設され、前記チャネルは前記空気室に連通されると共に前記タイヤの中心方向に向けられ、これにより前記空気室を有する前記吸音材が騒音を効果的に吸収させ、キャビティの共鳴音を低減させ、
   前記吸音材の前記空気室には半粘着性補充液が装填されることを特徴とするタイヤ騒音低減装置。
3. 前記騒音低減構造の前記吸音材は分割型ブロック状を呈し、前記タイヤの全円周に沿って前記インナーライナーに粘着固定されることを特徴とする請求項１又は２に記載のタイヤ騒音低減装置。
4. 前記分割型ブロック状の吸音材は前記タイヤの全円周に沿って１０～３０度の間隔を空ける位置に前記インナーライナーに粘着固定される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. 前記騒音低減構造の前記吸音材は前記キャビティの容積の２１～９０％を占め、厚さは４～２３０ｍｍの範囲であり、トレッド部に対する横幅は３～９５％であることを特徴とする請求項１又は２に記載のタイヤ騒音低減装置。
6. 前記吸音材の前記空気室には固形物が装填されることを特徴とする請求項１又は２に記載のタイヤ騒音低減装置。
7. 前記吸音材の前記貼着面は粘着方式で前記インナーライナーに固定され、粘着材料は接着剤や両面テープであることを特徴とする請求項１又は２に記載のタイヤ騒音低減装置。
8. 前記吸音材の前記チャネルはスリット状であることを特徴とする請求項１又は２に記載のタイヤ騒音低減装置。

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