(57)【要約】軽金属製ホイールによりバネ下質量を軽量化しながら、ロードノイズの低減を可能にしたタイヤ／ホイール組立体である。剛性指数αが３５〜６５（１／ｒａｄ）である軽金属製ホイールに空気入りタイヤを装着したタイヤ／ホイール組立体であって、前記空気入りタイヤをベルト層の端部に補強層を配置する構成にした。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
剛性指数αが３５〜６５（１／ｒａｄ）である軽金属製ホイールに空気入りタイヤを装着したタイヤ／ホイール組立体であって、前記空気入りタイヤをベルト層の端部に補強層を配置する構成にしたタイヤ／ホイール組立体。
【請求項２】
前記補強層を前記ベルト層とカーカス層との間に挿入した請求項１に記載のタイヤ／ホイール組立体。
【請求項３】
前記補強層をアラミド繊維コードとｔａｎδが０．１５〜０．２５のコートゴムとから構成した請求項１または２に記載のタイヤ／ホイール組立体。
【請求項４】
前記補強層をアラミド繊維コードをタイヤ周方向に対して０°超１５°以下の角度で螺旋状に巻回して形成した請求項３に記載のタイヤ／ホイール組立体。
【請求項５】
前記補強層を、前記ベルト層最大幅の端部を起点にして、該起点からベルト層内側へ５ｍｍ、ベルト層外側へ１０ｍｍの範囲内に跨がるように配置した請求項１〜４のいずれかに記載のタイヤ／ホイール組立体。
【請求項６】
前記ホイールがアルミニウム又はアルミニウム製である請求項１〜５のいずれかに記載のタイヤ／ホイール組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明はタイヤ／ホイール組立体に関し、さらに詳しくは、軽金属製ホイールを使用しながらロードノイズの低減を可能にしたタイヤ／ホイール組立体に関する。
【背景技術】  乗用車のバネ下質量（ｕｎｓｐｒｕｎｇ  ｍａｓｓ）を軽量化すると、乗心地性が向上する上に、燃費を低減できるという効果がある。このようにバネ下質量を軽量化する最も一般的な手段は、日本特開２００２−２７４１０３号公報に開示されるように、車輪に軽金属製ホイールを使用することである。
しかし、軽金属製ホイールでバネ下質重を軽量化した場合には、その軽量化の割合が大きくなればなるほど乗心地性は向上するものの、その反面でホイール剛性が低下するため、車室内に生ずる騒音（ロードノイズ）が徐々に悪化する傾向がある。特に、周波数３００Ｈｚ付近のロードノイズが増大するようになる。したがって、軽金属製ホイールを使用する場合の課題としては、上記周波数３００Ｈｚ付近のロードノイズを如何にして小さくすることができるかにかかっている。
【発明の開示】
本発明の目的は、軽金属製ホイールによりバネ下質量を軽量化しながら、ロードノイズの低減を可能にしたタイヤ／ホイール組立体を提供することにある。
上記目的を達成する本発明のタイヤ／ホイール組立体は、剛性指数αが３５〜６５（１／ｒａｄ）である軽金属製ホイールに空気入りタイヤを装着したタイヤ／ホイール組立体であって、前記空気入りタイヤをベルト層の端部に補強層を配置する構成にしたことを特徴とするものである。
軽金属製ホイールの剛性指数αが６５（１／ｒａｄ）以下のレベルになるまで軽量化すると、ホイールの剛性も低下する。そして、ホイールの剛性低下により固有振動数も低下するため、そのホイールの固有振動数が通常のタイヤ構造の空気入りタイヤが有する疑似断面２次モードの固有振動数（３００Ｈｚ付近）に接近した状態になる。したがって、走行中の空気入りタイヤが発生する３００Ｈｚ付近の振動に上記軽金属製ホイールが共振し、この共振で発生した振動が車軸を介して車室内に伝播し、車室を共振させることで３００Ｈｚ付近のロードノイズを発生する。
しかし、本発明のタイヤ／ホイール組立体によれば、軽金属製ホイールに装着した空気入りタイヤを、そのベルト層端部に補強層を配置することによりショルダー部の剛性を増大させるようにしたため、そのショルダー部域の固有振動数が増大し、上記軽金属製ホイールの固有振動数からズレ状態にすることができる。したがって、空気入りタイヤの振動に対して軽金属製ホイールが共振しなくなり、３００Ｈｚ付近の振動を車室に伝播しなくなるため、車室の共振によるロードノイズをなくすことができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の実施形態からなるタイヤ／ホイール組立体の要部を示す子午線半断面図である。
図２は、本発明の他の実施形態からなるタイヤ／ホイール組立体の要部を示す子午線半断面図である。
図３は、ホイールの剛性指数αの測定方法を説明する説明図である。
図４は、タイヤ／ホイール組立体の耐久性試験装置の説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】  本発明のタイヤ／ホイール組立体は、ホイールに軽金属製ホイールを使用する。しかも、その軽金属製ホイールの剛性指数αを３５〜６５（１／ｒａｄ）、好ましくは４０〜５０（１／ｒａｄ）の範囲に大幅に軽量化したものを使用することが特徴である。
このようにホイール剛性を、剛性指数αが３５〜６５（１／ｒａｄ）の範囲になるように大幅に低下させたため、乗心地性が従来のスチールホイールに比べて大幅に向上し、かつ燃費も低減する。ホイールの剛性指数αが６５（１／ｒａｄ）よりも大きいと、上記のような乗心地性の向上は得られなくなる。また、ホイールの剛性指数αが３５（１／ｒａｄ）より小さいと、ホイールの耐久性が低下し、実用に供することが難しくなる。
本発明において、ホイールを構成する軽金属としては、上記剛性指数αの範囲を満たすものであれば特に限定されない。一般にはアルミニウム又はその合金が好ましく使用される。アルミニウム以外の軽金属としては、マグネシウム、チタン又はそれらの合金などを使用することができる。
本発明でホイールの剛性を規定する剛性指数αとは、以下のように測定される特性値をいう。
図３に示すように、軽金属製ホイール１の内側フランジ部１ｆを固定座３０に対して締結具３１で固定すると共に、そのホイール１のディスク１ｄに負荷アーム３２を軸心が一致するように固定する。そして、負荷アーム３２の後端部に、ディスク面から距離Ｓの位置に重り３３を吊り下げて力Ｆ（ｋＮ）を与え、そのときに発生する変位δを求める。
なお、ここで内側フランジ部１ｆとは、ホイールを車両に装着したとき、その車両側に対面する方のフランジ部をいう。また、ここで与える力Ｆ（ｋＮ）は、当該ホイールに適用される乗用車用タイヤの最大負荷能力に対応する荷重のうちの最大値（日本自動車タイヤ協会規格の規定による）をいう。ただし、限定された車両を対象とするときは、それらの車両の静止時車輪反力のうちの最大値とする。
上記変位δの測定結果から、次の（１）式によりホイール剛性Ｋ（＝負荷したモーメント／変位角）を求める。負荷したモーメント（ｋＮ・ｍ）はＦ×Ｓで与えられ、また変位角（ｒａｄ）はδ／Ｓで与えられる値である。
Ｋ＝ＦＳ２／δ（ｋＮ・ｍ／ｒａｄ）              （１）
次いで、上記ホイール剛性Ｋを、下記（２）式で求められる曲げモーメントＭにより、下記（３）式のように除すことにより剛性指数αを算出する。
Ｍ＝Ｓｍ×Ｆ×（μ×ｒ−ｄ）（ｋＮ・ｍ）        （２）
α＝Ｋ／Ｍ（１／ｒａｄ）                        （３）
なお、上記（２）式において；
Ｓｍは、係数で１．５である。同等またはそれ以上の試験条件として、ホイールの軽金属材料がＪＩＳ  Ｈ４０００「アルミニウム及びアルミニウム合金の板及び条」に規定する合金番号５０００番台の合金であって、マグネシウムの含有量が３％以下のものであるときは１．８、鋳鍛造材のアルミニウム合金であるときは２．０とする。
μは、タイヤと路面との間の摩擦係数で０．７である。
ｒ（ｍ）は、当該ホイールに適用される乗用車用タイヤの静的負荷半径のうちの最大値（日本自動車タイヤ協会規格の規定による）である。ただし、限定使用の場合は、それらの車両に指定された乗用車用タイヤの静的負荷半径のうちの最大値とする。
また、ｄ（ｍ）は、当該ホイールの車両への取付面とリム中心線との間の距離である。
他方、本発明のタイヤ／ホイール組立体に装着される空気入りタイヤには、カーカス層の外周にタイヤ周方向に沿って設けたベルト層の端部に補強層を配置したものを使用する。
この空気入りタイヤは、ベルト層端部に補強層を配置していることによりショルダー部の剛性が上昇しており、その剛性の上昇によりタイヤの固有振動数が通常構造の空気入りタイヤよりも増大した状態になっている。他方、軽金属製ホイールの方は、軽量化により剛性が低下し、その結果として、軽金属製ホイールの固有振動数は通常構造の空気入りタイヤが有する固有振動数（３００Ｈｚ付近）に接近した状態になっている。
したがって、空気入りタイヤが一般的な通常構造のままであれば、走行中に車室内に周波数３００Ｈｚ付近のロードノイズを発生する。しかし、本発明で適用する空気入りタイヤは、上記のように固有振動数が通常構造のタイヤより増大しているので、軽金属製ホイールの固有振動数からズレた状態になる。そのため軽金属製ホイールがタイヤの振動と共振することはなく、車室内に周波数３００Ｈｚ付近のロードノイズを発生することはない。
本発明において空気入りタイヤに使用する補強層は、ベルト層の端部に配置するものであれば、ベルト層の内側、外側、或いは層間のいずれであってもよい。しかし、好ましくはベルト層の内側にカーカス層との間に挟むように配置するのがよい。また、補強層は、その全幅がベルト層に重なる必要はなく、一部が最大幅のベルト層（内径側のベルト層）の外側へ延長していてもよい。好ましくは、最大幅のベルト層の端部を起点に、その起点からベルト層内側へ５ｍｍ、ベルト層外側へ１０ｍｍの範囲内に跨がるようにするとよい。
補強層の構造は特に限定されないが、好ましくは補強コードとこれを被覆するコートゴムとから構成したものがよい。補強コードとしては、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、ポリビニルアルコール繊維、アラミド繊維などのコードを使用するとができる。これらの中でも、特に高弾性率のアラミド繊維コードが好ましい。コートゴムは、高弾性率のものが好ましく、特にｔａｎδが０．１５〜０．２５の範囲のものがよい。特にｔａｎδが上記範囲のコートゴムとアラミド繊維コードとを組み合わせた補強層を使用すると、ショルダー部の剛性を一層大きくすることができる。なお、ここでのｔａｎδは、温度６０℃、初期歪み１０％、振幅±２％、周波数２０Ｈｚの測定条件で測定したものをいう。
補強コードの巻付け角度は任意であってよいが、ナイロン、ポリエステル、ポリビニルアルコールなどの低弾性率コードの場合は、タイヤ周方向に対して略０°の角度で螺旋状に巻き付けることが好ましい。また、高弾性率のアラミド繊維コードの場合は、タイヤ周方向に対して０°超１５°以下の範囲で螺旋状に巻き付けたものが好ましい。
図１は、本発明の実施形態からなるタイヤ／ホイール組立体（車輪）の要部を示す子午線断面図である。
タイヤ／ホイール組立体は、ホイール１のリム１ｒに空気入りタイヤ２が装着されて構成されている。ホイール１はアルミニウム合金などの軽金属製であり、かつ剛性指数αが３５〜６５（１／ｒａｄ）の範囲に低剛性化し、大幅に軽量化されている。このようにホイール１が低剛性化していることで、大幅に乗心地性が向上している。
空気入りタイヤ２は、カーカスコードをタイヤ周方向に対し略９０°のコード角度で配列したカーカス層３を有している。このカーカス層３はトレッド４から左右のサイドウォール部５，５を経てビード部６，６に至り、両端部をビードコア７，７の廻りにタイヤ内側から外側へ折り返されるように形成されている。カーカス層３の外周側にはスチールコードからなる２層のベルト層８が層間で互いにコードが交差するように配置されている。そのベルト層８の両端部に、それぞれカーカス層４との間に挟まれるように補強層９が設けられている。
補強層９が上記のように配置されることでショルダー部の剛性が上昇し、そのショルダー部の剛性の上昇により固有振動数が大きくなっている。したがって、空気入りタイヤの固有振動数は、軽金属製ホイール１の固有振動数から大きく外れた状態になり、空気入りタイヤ２が路面から拾って発生する振動に軽金属製ホイール１が共振しなくなる。そのため、振動はホイール１および車軸を経由して車室に伝達されなくなり、車室内に３００Ｈｚ付近のロードノイズが発生しなくなる。
なお、図１の実施形態の場合には、補強層９を最内径側のベルト層８の内側にカーカス層３との間に挟むように配置したが、これを、図２の実施形態のように、ベルト層８の端部の外周側に配置してもよい。また、図示していないが、２枚のベルト層８の間に挿入するようにしてもよい。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、下記の実施例は例示のために示すものであって、本発明を限定的に解釈するものとして使用してはならない。
実施例１〜４、比較例１〜８
タイヤサイズが１９５／６０Ｒ１５で、カーカス層をポリエステルコード、ベルト層をスチールコードで構成する点を共通にし、ベルト層両端部の外周側に図２に示すようにナイロン繊維コードをタイヤ周方向に略０°で螺旋巻きにし、かつｔａｎδが０．１８のコートゴムで被覆した補強層を設けた空気入りタイヤＡと、この補強層を設けない空気入りタイヤＢとを製作した。
他方、リムサイズが６  １／２Ｊ  Ｊ×１５である点を共通とし、構成材料、剛性指数α及び質量を表１に示すように異ならせた７種類のホイールａ〜ｇを用意した。なお、表１において、ホイールの質量はスチール製ホイールａの質量を１００とする指数で表示した。
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上記７種類のホイールａ〜ｇに、それぞれ上記空気入りタイヤＡ及びＢを装着することにより、表２に示す組合せからなる１３種類のタイヤ／ホイール組立体（車輪）を組み立てた（実施例１〜４、従来例、比較例１〜８）。
これら１３種類のタイヤ／ホイール組立体について、それぞれ下記の試験方法により乗心地性、ロードノイズ、耐久性の測定を行ない、表２に示す結果を得た。
〔乗心地性〕
試験車輪（タイヤ／ホイール組立体）に空気圧２００ｋＰａを充填し、排気量２．５リットルエンジンを搭載した乗用車に装着し、５人のテストドライバーにより１周２．５ｋｍのテストコースを試走するときの乗心地性をフィーリングで評価した。評価点は従来例を３点にして基準とし、この基準に対する差で表わした。
〔ロードノイズ〕
試験車輪に空気圧２００ｋＰａを充填し、乗心地性の測定と同じ車両に装着すると共に、運転席の後部にセンサーを配置し、同じテストコースを試走するとき、周波数２００〜３１５Ｈｚの騒音のオーバオール値（ｄＢ）を測定した。評価は従来例の測定値に対する差で表わした。
〔耐久性〕
図４に示すように、タイヤ／ホイール組立体を空気圧を２４０ｋＰａにし、車軸４１に荷重Ｗ＝１３．７ｋＮを負荷して駆動ドラム４０に接圧し、その駆動ドラム４０を１００万回転させたとき、その間にホイール破損が発生したか否かにより耐久性を評価した。
○：破損無し      ×：破損有り
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【実施例５〜７】
実施例３のタイヤ／ホイール組立体において、ナイロン繊維コードの補強層の位置を図１のように内径側のベルト層とカーカス層の間に配置変えした空気入りタイヤＣに変えた以外は、実施例３と同一構成のタイヤ／ホイール組立体を製作した（実施例５）。
また、同じく実施例３のタイヤ／ホイール組立体において、補強層のナイロン繊維コードをアラミド繊維コードに変えると共に、コートゴムをｔａｎδが０．１５のゴムにした空気入りタイヤＤに変えた以外は、実施例３と同一構成のタイヤ／ホイール組立体（実施例６）、補強層のナイロン繊維コードをアラミド繊維コードに変えると共に、コートゴムをｔａｎδが０．２５のゴムにした空気入りタイヤＥに変えた以外は、実施例３と同一構成のタイヤ／ホイール組立体（実施例７）をそれぞれ製作した。
これら３種類のタイヤ／ホイール組立体について、前述と同じ測定方法により乗心地性、ロードノイズ及び耐久性を測定した結果を表３に示した。
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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