(57)【要約】【課題】  タイヤの接地部分の変形により発生した圧力波が共鳴するとタイヤ内部で騒音が発生する。【解決手段】  複数の圧電素子ユニットがタイヤ周方向に配列されてトレッド部１２に埋設される。各圧電素子ユニットは互いに電気的に接続された第一圧電素子２２と第二圧電素子２４を含む。走行時にトレッド部１２が接地して変形すると圧力波３２と圧力波３４が発生する。圧力波３２と圧力波３４は同じ速度でタイヤ周方向に伝播する。トレッド部１２が接地して変形すると、第一圧電素子２２は変形して電圧を発生する。その電圧が与えらた第二圧電素子２４はたわみ、第二圧電素子２４の埋設位置のトレッド部１２が変形すると、圧力波３４が進行するタイヤ内部空間４６の断面積が変化する。圧力波３４の伝播速度すなわち位相が変化し、圧力波３２と圧力波３４に位相差が生じ、これらの圧力波の共鳴が抑制され、タイヤ内部で発生する騒音は低減される。【選択図】  図４
2006240423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
路面と接するトレッド部を有する静音タイヤであって、
互いに電気的に接続された二つの圧電素子を含む少なくとも一つの圧電素子ユニットを備え、
前記圧電素子ユニットの各圧電素子は前記トレッド部のタイヤ周方向に異なる位置に埋設され、
前記トレッド部の変形により前記圧電素子ユニットの一方の圧電素子が変形して電圧を発生すると、当該電圧が他方の圧電素子に与えられ、当該他方の圧電素子が変形すること
を特徴とする静音タイヤ。
【請求項２】
前記圧電素子ユニットを複数備え、当該複数の前記圧電素子ユニットはタイヤ周方向に配列されていることを特徴とする請求項１に記載の静音タイヤ。
【請求項３】
前記圧電素子ユニットの各圧電素子の埋設位置が前記静音タイヤの中心に関して非対称であることを特徴とする請求項１または２に記載の静音タイヤ。
【請求項４】
前記圧電素子ユニットの前記一方の圧電素子の埋設位置と前記静音タイヤの中心とを結ぶ直線と、前記他方の圧電素子の埋設位置と前記静音タイヤの中心とを結ぶ直線とのなす角度が鋭角であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の静音タイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤ内部で発生する騒音を低減することができる静音タイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両が走行するとタイヤの転動に起因して騒音が発生するが、ドライバの快適な走行を実現するためには、当該騒音を確実に低減する必要がある。例えば、特許文献１および２には、ベルト層に圧電材および電気抵抗材を設け、ベルト層の振動を圧電材により静電気に変換し、電気抵抗材によりその静電気を熱に変換して放散させることによりいわゆるロードノイズやベルト層の振動による騒音を低減する技術が開示されている。また、特許文献３には、ホイールに圧電素子を設け、ホイールスポークの振動を圧電素子により電気エネルギに変換して消散させることによりホイールに起因する騒音を低減する技術が開示されている。さらに、特許文献４には、車輪カバーに吸音部材としての共鳴体を設け、タイヤ／路面騒音を低減する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平７−２７６９１４号公報
【特許文献２】特開２００３−１１６１２号公報
【特許文献３】特開２００４−２０３２０７号公報
【特許文献４】特開平７−２８５３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、タイヤの転動に起因する騒音は、上述したものに限られず、タイヤ内部でも発生する。すなわち、接地によりタイヤが変形すると、タイヤ内部で圧力波が二方向に発生し、これらの圧力波が気柱共鳴と実質的に同様の原理で共鳴すると、タイヤ内部で騒音が発生してしまう。
【０００４】
本発明は上述の事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、タイヤ内部で発生する騒音を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は静音タイヤに関する。この静音タイヤは、路面と接するトレッド部を有する静音タイヤであって、互いに電気的に接続された二つの圧電素子を含む圧電素子ユニットを備え、圧電素子ユニットの各圧電素子はトレッド部のタイヤ周方向に異なる位置に埋設され、トレッド部の変形により圧電素子ユニットの一方の圧電素子が変形して電圧を発生すると、この電圧が他方の圧電素子に与えられ、この他方の圧電素子が変形することを特徴とする。
【０００６】
この静音タイヤでは、路面との接触に起因するトレッド部の変形に応じて、圧電素子ユニットの一方の圧電素子が変形すると、その一方の圧電素子が電圧を発生し、その一方の圧電素子と電気的に接続された他方の圧電素子が変形する。これにより、当該他方の圧電素子周辺でタイヤ内部の断面積が変化することになるので、トレッド部の変形により発生する圧力波の共鳴を抑制して、タイヤ内部で発生する騒音を低減することができる。また、変形した一方の圧電素子が電圧を発生し、その電圧により他の圧電素子を変形させることによりタイヤ内部の断面積を変化させるので、外部からの電力の供給が不要となる。
【０００７】
静音タイヤは、圧電素子ユニットを複数備え、複数の圧電素子ユニットはタイヤ周方向に配列されてもよい。これによって、タイヤが路面を転動する間に高い頻度で圧電素子が変形するので、圧力波の共鳴を良好に抑制してタイヤ内部に発生する騒音を低減することができる。
【０００８】
また、圧電素子ユニットの各圧電素子の埋設位置を静音タイヤの中心に関して非対称としてもよい。かかる構成のもとでは、圧電素子ユニットの二つの圧電素子の働きによって、トレッド部の変形により発生する二方向の圧力波のうち一方の圧力波が進行するタイヤ内部の断面積が変化する。この結果、当該一方の圧力波の伝播速度、すなわち位相が変化することになるので、圧力波の共鳴を抑制してタイヤ内部で発生する騒音を低減することができる。
【０００９】
さらに、圧電素子ユニットの一方の圧電素子の埋設位置と静音タイヤの中心を結ぶ直線と、他方の圧電素子の埋設位置と静音タイヤの中心を結ぶ直線とのなす角度が鋭角であってもよい。これによって、圧力波の発生箇所に近い位置でタイヤ内部の断面積を変化させることができるので、早期に圧力波の共鳴を抑制して、タイヤ内部に発生する騒音を良好に低減することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の静音タイヤによれば、タイヤ内部に発生する騒音を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本実施の形態における静音タイヤの断面図であり、図２は、圧電素子ユニット２０の構成を示す図である。車輪１０は、静音タイヤ１１と、静音タイヤ１１を支持するホイール１３とを含んで構成される。静音タイヤ１１は中空タイヤであり、トレッド部１２、ショルダー部１４、サイドウォール部１６、ビード部１８を有する。ここで、「トレッド部」は、タイヤ外周面とタイヤ内周面との間の層全体を示すものとする。トレッド部１２には複数の圧電素子ユニット２０が埋設されている。図２に示すように、各圧電素子ユニット２０は第一圧電素子２２と第二圧電素子２４とを有し、これらは互いに導線２６によって電気的に接続されている。
【００１２】
図３は図１のＡ−Ａ線についての断面図である。同図においては、二点鎖線で結ばれる第一圧電素子２２と第二圧電素子２４が一つの圧電素子ユニット２０を構成する。本実施形態では、図３に示すように、トレッド部１２に６個の圧電素子ユニット２０が埋設されている。ただし、本発明では、トレッド部１２に埋設される圧電素子ユニット２０の個数は、タイヤの大きさ等に応じて任意に定められる。各圧電素子ユニット２０の第一圧電素子２２と第二圧電素子２４とは、トレッド部１２の周方向に離間した状態でトレッド部１２に埋設される。また、本実施形態では、各圧電素子ユニット２０の第一圧電素子２２と第二圧電素子２４とは、他の圧電素子ユニット２０の第一圧電素子２２または第二圧電素子２４のいずれか一方を挟むように配置される。
【００１３】
第一圧電素子２２の埋設位置と第二圧電素子２４の埋設位置とは、静音タイヤ１１の中心４０に関して非対称である。具体的には、圧電素子ユニット２０の第一圧電素子２２の埋設位置と静音タイヤ１１の中心４０とを結ぶ直線４２と、第二圧電素子２４の埋設位置と静音タイヤ１１の中心４０とを結ぶ直線４４とのなす角度αは、鋭角とされる。
【００１４】
上述の静音タイヤ１１は、各圧電素子ユニット２０を内層上に配置し、その上に外層を順次積層させて製造される。この際、各圧電素子ユニット２０の導線２６は他の圧電素子ユニット２０の導線２６と互いに接触しないように配置され、さらにその上に外層が積層されるので、これにより圧電素子ユニット２０同士の絶縁が可能となる。そして、本実施形態では、すべての圧電素子ユニット２０の第一圧電素子２２と第二圧電素子２４とは、電圧が与えられてたわんだ際にその長手方向の中央部が静音タイヤ１１の中心４０の方向に向けて突出するようにトレッド部１２に埋設される。
【００１５】
図４および図５は、本実施形態における圧電素子ユニット２０の動作を示す図である。図４（ａ）に示すように、走行時にトレッド部１２が路面と接触して変形すると、変形した部分において静音タイヤ１１の内部で圧力波３２と圧力波３４が二方向に発生する。一方の圧力波３２は、タイヤ内部空間４６の左側領域を周方向に進行し、他方の圧力波３４はタイヤ内部空間４６の右側領域を周方向に進行する。圧力波３２と圧力波３４は、発生直後は概ね同じ速度でタイヤ内部空間４６を逆方向に伝播する。
【００１６】
図４（ａ）に示すように、第一圧電素子２２が埋設された箇所周辺のトレッド部１２が路面と接触して変形したとき、第一圧電素子２２は変形して電圧を発生し、第一圧電素子２２と電気的に接続された第二圧電素子２４にその電圧が与えられて、第二圧電素子２４は変形する。すなわち、第二圧電素子２４は、図５に示すように、第二圧電素子２４の長手方向の中央部が静音タイヤ１１の中心４０に向かってたわむ。このように変形した第二圧電素子２４によりトレッド部１２が内部に押し出され、第二圧電素子２４の埋設位置周辺のトレッド部１２のタイヤ内周面４８がタイヤ内部空間４６側に突出するので、圧力波３４が進行するタイヤ内部空間４６の断面積が縮小する。そして、タイヤ内部空間４６の断面積が縮小すると、圧力波３４の伝播速度すなわち位相が変化する。圧力波３４の位相が変化すると、圧力波３２の位相と圧力波３４の位相に差が生じるため、これらの圧力波が静音タイヤ１１の内部で共鳴することが抑制される。圧力波３２と圧力波３４の共鳴が抑制されると、静音タイヤ１１の内部で発生する共鳴による騒音は低減される。
【００１７】
また、静音タイヤ１１がさらに矢印５０の方向に転動して、図４（ｂ）に示すように、第二圧電素子２４が埋設された箇所の周辺のトレッド部１２が路面と接触して変形すると、その第二圧電素子２４が変形して電圧を発生し、上述と同様の作用により、電気的に接続された第一圧電素子２２が埋設された箇所のトレッド部１２のタイヤ内周面４８がタイヤ内部空間４６側に突出して、圧力波３２が進行するタイヤ内部空間４６の断面積が縮小する。タイヤ内部空間４６の断面積が縮小すると、圧力波３２と圧力波３４の位相に差が生じて、これらの圧力波の共鳴は抑制され、静音タイヤ１１の内部で発生する騒音は低減される。
【００１８】
上述のように、各圧電素子ユニット２０では、第一圧電素子２２が接地により電圧を発生すると、第二圧電素子２４がたわんでタイヤ内部空間４６の断面積を縮小させる一方、第二圧電素子２４がトレッド部１２の接地により電圧を発生すると、第一圧電素子２２がたわんでタイヤ内部空間４６の断面積を縮小させる。つまり、静音タイヤ１１の周方向に配列された圧電素子ユニット２０の第一圧電素子２２と第二圧電素子２４は、交互に電圧を発生する役割とタイヤ内部空間４６の断面積を縮小させる役割を担う。そして、本実施形態では、図３で示したように、圧電素子ユニット２０の第一圧電素子２２と第二圧電素子２４の間には他の圧電素子ユニット２０の圧電素子が配置されている。これにより、ある圧電素子ユニット２０の一方の圧電素子２２または圧電素子２４が電圧を発生し、それに対応する圧電素子２４または圧電素子２２が変形した後、他の圧電素子ユニット２０の圧電素子２２または圧電素子２４が電圧を発生するようになる。一つの圧電素子が電圧を与えられタイヤ内部空間４６の断面積を縮小させた後、静音タイヤ１１が転動し、接地により電圧を発生する前に、他の圧電素子ユニット２０の圧電素子が接地するので、その他の圧電素子ユニット２０の働きによりタイヤ内部空間４６の断面積を縮小させる。したがって、静音タイヤ１１が転動する間、タイヤ内部空間４６の断面積は各圧電素子ユニット２０の働きによって継続的に変化する。この結果、タイヤが路面を転動する間に高い頻度で圧電素子が変形し、圧力波３２と圧力波３４の共鳴は良好に抑制され、タイヤ内部で発生する共鳴による騒音が良好に低減されることになる。
【００１９】
また、本実施の形態の静音タイヤ１１では、路面の接触に起因するトレッド部１２の変形に応じて、圧電素子ユニット２０の第一圧電素子２２および第二圧電素子２４のうち、一方の第一圧電素子２２または第二圧電素子２４が電圧を発生し、その電圧により他方の第二圧電素子２４または第一圧電素子２２をたわませてタイヤ内部空間４６の断面積を縮小させるので、外部からの電力の供給は不要である。
【００２０】
さらに、本実施の形態の静音タイヤ１１では、圧電素子ユニット２０の第一圧電素子２２と第二圧電素子２４の埋設位置をタイヤの中心４０に関して非対称としたので、第一圧電素子２２または第二圧電素子２４の変形により、圧力波３２が進行するタイヤ内部空間４６の断面積と圧力波３４が進行するタイヤ内部空間４６の断面積のいずれか一方のみが縮小する。特に、本実施の形態の静音タイヤ１１では、圧電素子ユニット２０の第一圧電素子２２の埋設位置とタイヤの中心４０とを結ぶ直線４２と、第二圧電素子２４の埋設位置とタイヤの中心４０とを結ぶ直線４４とのなす角度αが鋭角とされているので、圧力波３２と圧力波３４の発生箇所に比較的近い位置でタイヤ内部空間４６の断面積が縮小する。この結果、圧力波３２または圧力波３４のいずれか一方のみの伝播速度すなわち位相が、圧力波３２と圧力波３４の発生箇所に比較的近い位置で変化するので、早期に圧力波３２と圧力波３４の共鳴を抑制して、タイヤ内部で発生する騒音を低減することができる。このような観点から、角度αは、例えば３０度から６０度の範囲から選択されると好ましい。
【００２１】
また、本実施形態の静音タイヤ１１では、圧電素子ユニット２０はトレッド部１２に埋設されるため、その形状は従来のタイヤの形状と変わらず、また、ホイール内部に吸音材等の部品を設ける必要もないので、静音タイヤ１１をホイール１３に組み付ける際に従来の組付機を用いることができ、高い汎用性を保つことができる。
【００２２】
（変形例）
本実施の形態の静音タイヤ１１では、圧電素子ユニット２０の第一圧電素子２２と第二圧電素子２４をそれぞれ一個の圧電素子としたが、これらは複数の圧電素子からなってもよい。図６は、このような変形例を示す図である。図６の例では、第一圧電素子２２Ａは圧電素子２２１、２２２および２２３から、第二圧電素子２４Ａは圧電素子２４１、２４２および２４３から構成される。図６に示すように、圧電素子２２１、２２２および２２３は電気的に直列に接続され、圧電素子２４１、２４２および２４３は電気的に直列に接続される。そして、第一圧電素子２２Ａと第二圧電素子２４Ａは導線２６により電気的に接続される。タイヤ内部に発生する騒音は、タイヤの大きさ、形状等によって異なるが、この変形例に係る静音タイヤ１１によれば、タイヤ毎に第一圧電素子２２Ａと第二圧電素子２４Ａの大きさや配置を自由に設定して、良好な騒音の低減を実現できる。
【００２３】
本実施の形態の静音タイヤでは、複数の圧電素子ユニット２０をトレッド部１２に埋設したが、圧電素子ユニット２０はトレッド部１２に少なくとも一つ埋設されていればよい。圧電素子ユニット２０が少なくとも一つ埋設されていれば、上述の作用によりタイヤ内部空間４６の断面積を変化させることができるので、圧力波の共鳴の抑制による騒音の低減が可能となる。また、複数の圧電素子ユニット２０をトレッド部１２に埋設する必要がないので、タイヤの製造が簡便となる。さらに、埋設する圧電素子ユニット２０の個数を少なくしてコストを抑制できる。
【００２４】
本実施の形態の静音タイヤでは、各圧電素子ユニット２０の第一圧電素子２２と第二圧電素子２４が、他の圧電素子ユニット２０の圧電素子を挟むように配置したが、複数の圧電素子ユニット２０を隣り合わせにして並設してもよい。これによって、圧力波の発生箇所に近い位置でタイヤ内部空間４６の断面積を変化させて早期に圧力波の共鳴を抑制し、騒音を良好に低減できる。また、圧電素子ユニット２０をトレッド部１２に埋設する際、導線２６同士の接触を考慮する必要がなくなり、タイヤの製造が簡便となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】圧電素子ユニットの埋設位置を示すタイヤの断面図である。
【図２】圧電素子ユニットの構成を示す図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】（ａ）は、第一圧電素子の埋設箇所付近でトレッド部が接地した状態を示す図であり、（ｂ）は、第二圧電素子の埋設箇所付近でトレッド部が接地した状態を示す図である。
【図５】第二圧電素子に電圧が与えられてたわむ状態を示す図である。
【図６】本実施形態の圧電素子ユニットの変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  車輪、  １１  静音タイヤ、  １２  トレッド部、  １３  ホイール、  １４  ショルダー部、  １６  サイドウォール部、  １８  ビード部、  ２０  圧電素子ユニット、  ２２、２２Ａ  第一圧電素子、  ２４、２４Ａ  第二圧電素子、  ２６  導線、  ３２、３４  圧力波、  ４０  タイヤ中心、  ４６  タイヤ内部空間、  ４８  タイヤ内周面。
【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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