(57)【要約】【課題】トレッドパターン設計の自由度を維持しながら、周方向溝に起因した気柱共鳴音を広帯域にわたり低減する。【解決手段】タイヤのトレッド踏面に、トレッド周線に沿って延びる少なくとも１本の周方向溝と、一端が該周方向溝に開口し、他端が陸部内で終了する分岐溝とを具える空気入りタイヤにおいて、前記分岐溝を区画する溝壁面の少なくとも一部分に凹凸を設け、溝壁面の表面積の、当該溝壁面の投影面積に対する割合を増加する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤのトレッド踏面に、トレッド周線に沿って延びる少なくとも１本の周方向溝と、一端が該周方向溝に開口し、他端が陸部内で終了する分岐溝とを具える空気入りタイヤにおいて、
前記分岐溝を区画する溝壁面の少なくとも一部分に凹凸を設けることを特徴とする空気入りタイヤ。
【請求項２】
凹凸を有する溝壁面は、その表面積が、当該溝壁面の投影面積の１．５倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。
【請求項３】
凹凸を有する溝壁面は、その表面積が、当該溝壁面の投影面積の２０倍以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤの騒音を低減した空気入りタイヤ、特にトレッド踏面に形成した周方向溝に起因した気柱共鳴音を低減した空気入りタイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の車両の静粛化に伴って、自動車騒音におけるタイヤ騒音の占める割合が相対的に大きくなっているため、そのタイヤ騒音の低減が大きな課題となっている。なかでも、１０００Ｈｚ前後のタイヤ騒音は車外騒音の主な要因となっており、この騒音は、環境問題の点からも早急な対策が望まれている。
【０００３】
ところで、一般的な乗用車において、８００〜２０００Ｈｚの周波数帯域に属するタイヤ騒音は、タイヤの接地面内で、トレッドに形成した周方向溝と路面とによって区画される気柱が共鳴すること、いわゆる気柱共鳴によって発生することが知られている。
すなわち、周方向溝を有するタイヤが接地した状態において、該周方向溝の溝壁と、接地面との間に接地長と同じ長さの管が形成され、タイヤの走行に伴い、気柱共鳴音と呼ばれるノイズが発生する。この気柱共鳴音の周波数ｆ０は、音速をｃとし、管の長さ、すなわち、周方向溝の長さに開口端補正量を足したものをＬとすると、
ｆ０＝ｃ／２Ｌ
で表される一定の周波数である。なお、開口端補正量とは、通常は実験によって求められるものであり、管が円筒形の場合、管の内側の半径に定数を乗じたものとなる。
【０００４】
この気柱共鳴音は高いピークを有し、周波数帯域も広いため、騒音の中でもタイヤ起因の直接音となる主要な要因のひとつである。また、人間の聴覚は、人間の聴覚感度特性を反映したＡ特性と呼ばれる周波数補正特性で示されるように、１０００Ｈｚ前後の周波数帯域で敏感であり、この気柱共鳴音の低減は車室内の静粛性向上および道路近傍の騒音低減に非常に有効である。
【０００５】
このような気柱共鳴の抑制のために、特許文献１には、タイヤのトレッド踏面に、トレッド周線に沿って延びる少なくとも１本の周方向溝と、一端が該周方向溝に開口し、他端が陸部内で終了する、いわゆるサイドブランチ型の共鳴器として働く分岐溝とを具える空気入りタイヤが提案されている。図１（ａ）に示すように、周方向溝２に開口するサイドブランチ型の共鳴器５は、その長さをｌ、音速をｃとすると、減音する周波数ｆは、
【数１】
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で表されることが分かっている。
【０００６】
また、特許文献２には、この分岐溝を断面積が小さい細溝部と断面積が大きい気室部とからなる、いわゆるヘルムホルツ共鳴器とすることによって気柱共鳴音を低減することが提案されている。
この場合、図１（ｂ）に示すように、細溝部の長さに開口端補正量を足したものをｌ、細溝部の断面積をＳ、気室部の体積をＶ、音速をｃとすると、減音する周波数ｆは、
【数２】
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で表されることが分かっている。
【０００７】
あるいは、上述したようなヘルムホルツ型の共鳴器に代えて、図１（ｃ）に示すように、それぞれ、その長さ方向に一定の断面積Ｓ１、Ｓ２を有する断面積の異なる管路を連結した段付き管型の共鳴器を適用することもできる。この場合には、それぞれの管路の長さに開口端補正量を足したものをｌ１、ｌ２、音速をｃとすると、共鳴周波数ｆは、
【数３】
2010228546.tif 000005
で表されることが分かっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２００４／１０３７３７号パンフレット
【特許文献２】特開平５−３３８４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上述した共鳴器を用いると、共鳴器の共鳴周波数では、非常に大きな減音効果が得られるが、共鳴周波数以外の周波数ではほとんど減音効果が得られない。よって、幅広い周波数帯域にわたって減音効果を得るためには、共鳴周波数が異なる複数種の共鳴器が同時に接地面内に入るようにトレッドパターンを設計する必要があった。すなわち、通常１００ｍｍ〜２００ｍｍ幅程度の接地面内に複数種の共鳴器を配設することになり、トレッドパターンの設計上大きな制約となる。
【００１０】
それゆえ、本発明の目的は、上記事実を考慮し、トレッドパターン設計の自由度を維持しながら、周方向溝に起因した気柱共鳴音を広帯域にわたり低減した空気入りタイヤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の要旨は、以下のとおりである。
[１]タイヤのトレッド踏面に、トレッド周線に沿って延びる少なくとも１本の周方向溝と、一端が該周方向溝に開口し、他端が陸部内で終了する分岐溝とを具える空気入りタイヤにおいて、
前記分岐溝を区画する溝壁面の少なくとも一部分に凹凸を設けることを特徴とする空気入りタイヤ。
【００１２】
[２]凹凸を有する溝壁面は、その表面積が、当該溝壁面の投影面積の１．５倍以上であることを特徴とする上記[１]に記載の空気入りタイヤ。
【００１３】
[３]凹凸を有する溝壁面は、その表面積が、当該溝壁面の投影面積の２０倍以下であることを特徴とする上記[１]または[２]に記載の空気入りタイヤ。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、トレッドパターン設計の自由度を維持しながら、周方向溝に起因した気柱共鳴音を広帯域にわたり低減した空気入りタイヤを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】各種共鳴器の模式図である。
【図２】本発明の空気入りタイヤのトレッドパターンの一実施例である。
【図３】分岐溝に設ける凹凸を説明するための図である。
【図４】本発明の空気入りタイヤのトレッドパターンのその他の実施例である。
【図５】本発明の空気入りタイヤのトレッドパターンのその他の実施例である。
【図６】基準例タイヤのトレッドパターンを示す図である。
【図７】発明例タイヤおよび従来例タイヤの基準例タイヤ対比音圧レベルの測定結果を示す図である。
【図８】発明例タイヤおよび従来例タイヤの基準例タイヤ対比音圧レベルの測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
図２は本発明の空気入りタイヤのトレッドパターンの一実施例である。トレッド踏面１に、タイヤ赤道面ＣＬに対して対称に位置して、トレッド周線に沿って延びる２対の周方向溝２を設ける。そして、これらの周方向溝２のうち、タイヤ赤道面ＣＬに近接して位置する１対の周方向溝２に対し、タイヤ赤道面ＣＬが存在する陸部とは反対側の陸部４内に延在し、一端がその周方向溝２に開口し、他端が陸部４内で終了する複数本の分岐溝５を、図では右下がりに直線状に延在させて設け、これらの分岐溝５のそれぞれを、他の周方向溝２および横溝６から独立させて形成する。
【００１７】
さて、上述したように、従来の分岐溝による共鳴器は共鳴周波数付近の音しか低減せず、それ以外の周波数帯域の音はほとんど低減できない。そこで、幅広い周波数帯域において音圧レベルの低減効果を得るために、共鳴周波数が異なる複数種の共鳴器、すなわち大きさの異なる共鳴器が同時に接地面内に入るようにトレッドパターンを設計することが考えられる。しかし、通常１００ｍｍ〜２００ｍｍ幅程度のタイヤ接地面内に複数種の共鳴器を入れることになり、トレッドパターンの設計上大きな制約を設けなければならないことになる。そこで、本発明者が鋭意検討を重ねた結果、共鳴器の表面粗さを粗くする（共鳴器の断面積に対する表面積の割合を大きくする）ことが有効であることを知見した。それゆえ、図３に示すように、分岐溝５を区画する溝壁面に微細な凹凸を設けて溝壁面の表面積を増加させることによって、共鳴周波数を含む幅広い周波数帯域で音圧レベルを低減させることに想到した。その結果、共鳴周波数が異なる複数種の共鳴器が同時に接地面内に入るようにトレッドパターンを設計する必要がなくなり、トレッドパターンのデザイン自由度を上げることが可能となる。
【００１８】
また、この凹凸は分岐溝５の溝壁面全体にわたって設けることが音圧レベルを低減するために好適であるが、部分的に設けてもよい。なお、部分的に設ける場合には、特に、細溝部と気室部とからなるヘルムホルツ型の共鳴器の場合、該共鳴器の周方向溝２に近い部分に設けることが好ましい。なぜなら、共鳴器内の粒子速度は細溝部の入り口側程高く、気室部内では低い。それゆえ、粒子速度が高い細溝部に凹凸を設けて表面積を増加させることにより、共鳴器の減衰特性を効果的に高めることができ、その結果、広帯域での音圧レベルの減衰が可能となるからである。
【００１９】
図３の例では、幅Ｗ１、高さｈ、奥行きｄの立方体の凸状部材１０を、幅Ｗ２を空けて７つ並べて溝壁上に配置している。このようにして凹凸を設けた場合、溝壁面の表面積は
【数４】
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となる（ｎ＝７）。また、溝壁面の投影面積は、７つ全ての凸状部材１０を覆うような、図中Ｐで表される部分の面積であり
【数５】
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となる。
【００２０】
また、凹凸を有する溝壁面は、その表面積が、溝壁面の投影面積の１．５倍以上であることが好適である。
なぜなら、凹凸を有する溝壁面の表面積が、溝壁面の投影面積の１．５倍未満の場合、表面積の増加分が小さく、幅広い周波数帯域での音圧レベルの低減が十分に達成できないおそれがあるためである。
【００２１】
また、凹凸を有する溝壁面は、その表面積が、溝壁面の投影面積の２０倍以下であることが好適である。
気柱管共鳴帯域の総合的な評価として、１／３オクターブバンド中心周波数８００−１０００−１２５０Ｈｚ帯域のパーシャルオーバーオール値を用いたとき、０．３ｄＢ以上の効果が得られる場合を有意差があるとみなして閾値とする。実験の結果、凹凸を有する溝壁面は、その表面積が、溝壁面の投影面積の１．５倍以上２０倍以下のとき、０．３ｄＢ以上の効果が得られることが確認できた。
【００２２】
なお、分岐溝の溝壁面に図３に示したような凸状部材１０を設ける場合、この凸状部材１０の長手方向（奥行きｄの方向）を分岐溝の深さ方向とすることもできるし、この凸状部材１０の長手方向（奥行きｄの方向）を分岐溝の長手方向とすることもできる。
また、溝壁面に設ける凹凸を、板状の凸状部材１０を例に説明したが、サイコロ型や、おわん型の凸状部材を設けることにより、溝壁面を凹凸に形成することもできる。
さらにまた、分岐溝の溝壁面に凸状部材１０を設ける例を説明したが、凹部を設けることで溝壁面を凹凸に形成することもできる。
【００２３】
以下、図４、５に本発明の空気入りタイヤのトレッドパターンのその他の実施例を示す。
図４は、サイドブランチ型の共鳴器を有するトレッドパターンであり、トレッド踏面１に、トレッド周線に沿って延びる複数本、図示例では４本の周方向溝２を設け、これらの周方向主溝２のうち、タイヤ赤道面ＣＬの近傍の周方向溝２と、タイヤ赤道面ＣＬと反対側の陸部を挟む周方向溝２に、一端がそれらの周方向溝２に開口し、他端が陸部内で終了する複数本の鋭角に屈曲する分岐溝５を設ける。
この分岐溝５を区画する溝壁面の少なくとも一部分に凹凸を設けている。
【００２４】
図５に示すトレッドパターンを有する空気入りタイヤでは、トレッド踏面１に、トレッド周線に沿って延びる複数本、図示例では４本の周方向溝２を設け、これらの周方向溝２のうち、タイヤ赤道面ＣＬの近傍の周方向溝２と、タイヤ赤道面ＣＬと反対側の陸部を挟む周方向溝２に、一端がそれらの周方向溝２に開口し、他端が陸部内で終了する細溝部と気室部とからなるヘルムホツル型の分岐溝５を設ける。
この分岐溝５を区画する溝壁面の少なくとも一部分に凹凸を設けている。
【００２５】
ここで、上記（１）（２）式を用いて、投影面積に対する表面積の割合（表面積／投影面積）を具体的に算出する。表面積／投影面積は、
【数６】
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であるが、例えば、溝壁面に多数の凹凸が設けられている場合、ｎが十分に大きくなるので、ｎ＝ｎ−１と近似できる。さらに、奥行きｄが幅Ｗ１、Ｗ２および高さｈに対して十分に大きい場合（ｄ＞＞Ｗ１，Ｗ２，ｈ）、Ｗ１ｈの項は無視できる。そこで、Ｗ１＝Ｗ２＝０．３ｍｍ、ｈ＝０．９ｍｍとすると、上記（３）式は、下記（４）式のように変形でき、
【数７】
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投影面積に対する表面積の割合は４となる。
【実施例】
【００２６】
本発明に係る空気入りタイヤ、従来例タイヤおよび基準タイヤを後述する仕様のもとに試作し、性能の評価を行った。
従来例タイヤ１は、図４に示すトレッドパターンを有し、各分岐溝５は長さ８５ｍｍ、断面４ｍｍ×４ｍｍである。
従来例タイヤ２は、図５に示すトレッドパターンを有し、細溝部の幅２ｍｍ、深さ２ｍｍ、長さ１０ｍｍであり、気室部の体積は１０００ｍｍ３である。
発明例タイヤ１〜３は、各分岐溝５を区画する溝壁面に、図２に示すような微細な凹凸を設けている点以外は従来例タイヤ１と同様である。
発明例タイヤ４は、図５に示すトレッドパターンを有し、細溝部の幅２ｍｍ、深さ３ｍｍ、長さ１０ｍｍ、気室部の体積は１０００ｍｍ３であり、各分岐溝５を区画する溝壁面には、図２に示すような微細な凹凸を設けている。微細な凹凸により、細溝部の断面積は約２ｍｍ２低下するため、共鳴周波数は従来例タイヤ２とほぼ同様の約１０００Ｈｚである。
基準タイヤは、図６に示すトレッドパターンを有し、タイヤ騒音低減のための共鳴器として働く分岐溝を持たない従前のタイヤであり、隣接する周方向溝２間をつなぐ幅方向溝３を有する。
表１に、各試作タイヤの分岐溝の寸法および分岐溝に設けた凹凸の寸法を示す。その基準タイヤ対比減音効果を併せて示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
各試作タイヤ（タイヤサイズ：１９５／６５Ｒ１５）を１５×６Ｊのリムに組み付けてタイヤ車輪とし、タイヤ内圧を２１０ｋＰａに調整した。そして、荷重４ｋＮを適用し、８０ｋｍ／ｈにて室内ドラム試験機で走行させた際のタイヤ側方音を、ＪＡＳＯ  Ｃ６０６規格にて定める条件で測定し、１／３オクターブバンド分析によって各帯域を評価した。また、気柱管共鳴帯域の総合的な評価として、１／３オクターブバンド中心周波数８００−１０００−１２５０Ｈｚ帯域のパーシャルオーバーオール値を用いた。
【００２９】
図７に、発明例タイヤ１および従来例タイヤ１の基準タイヤ対比音圧レベルの測定結果を示す。音圧レベル（Ｓ．Ｐ．Ｌ：Ｓｏｕｎｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｌｅｖｅｌ）が０より大きいと、基準タイヤ対比で良化していることを示し、０より小さいと悪化していることを示す。
従来例タイヤ１は、１０００Ｈｚ帯域では高い減音効果（約２．２ｄＢ）が得られるが、その他の周波数帯域ではあまり減音効果は見られない。
発明例タイヤ１は、１０００Ｈｚ帯域での減音効果は、従来例タイヤ１に劣るものの、６３０Ｈｚ〜１２５０Ｈｚの周波数帯域において０．４ｄＢ以上の減音効果が確認された。
それゆえ、１／３オクターブバンド中心周波数８００−１０００−１２５０Ｈｚ帯域のパーシャルオーバーオール値では、表１に表すように、基準タイヤ対比、従来例タイヤ１では０．７ｄＢ減、発明例タイヤ１では０．９ｄＢ減であった。
また、発明例タイヤ１から表面積／投影面積を変化させた発明例タイヤ２、３については、それぞれ０．３ｄＢ、０．２ｄＢの減音効果が確認された。
【００３０】
図８に、発明例タイヤ４および従来例タイヤ２の基準タイヤ対比音圧レベルの測定結果を示す。
従来例タイヤ２は、１０００Ｈｚ帯域では高い減音効果（約１．８ｄＢ）が得られるが、その他の周波数帯域ではあまり減音効果は見られない。
発明例タイヤ４は、１０００Ｈｚ帯域での減音効果は、従来例タイヤ２に劣るものの、６３０Ｈｚ〜１６００Ｈｚの周波数帯域において０．４ｄＢ以上の減音効果が確認された。
それゆえ、１／３オクターブバンド中心周波数８００−１０００−１２５０Ｈｚ帯域のパーシャルオーバーオール値では、表１に表すように、基準タイヤ対比、従来例タイヤ２では１．１ｄＢ減、発明例タイヤ４では１．５ｄＢ減であった。
【００３１】
以上より、周方向溝に開口する分岐溝の溝壁面に凹凸を設けることにより、トレッドパターン設計の自由度を維持しながら、周方向溝に起因した気柱共鳴音を広帯域において低減した空気入りタイヤを提供することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１            トレッド踏面
２            周方向溝
３            幅方向溝
５            分岐溝
６            横溝
１０          凸状部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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