Tire wheel assembly

本発明は、空気入りタイヤとホイールと含むタイヤホイール組立体に関し、さらに詳しくは、空洞共鳴音を効果的に低減するようにしたタイヤホイール組立体に関する。

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、タイヤとホイールとにより形成される閉空間の断面積をタイヤ周方向に変化させることにより、単一の共鳴周波数で共鳴する時間を短縮することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。 より具体的には、閉空間の断面積を変化させるために、タイヤ内面又はリム外周面に所定の体積を有するバルクヘッドを装着するようにしている。

しかしながら、上記手法において、空洞共鳴音の低減効果を高めるために閉空間の断面積変化を大きくすると、バルクヘッドがタイヤの変形と干渉したり、リム組み作業性を悪化させることがある。 そのため、バルクヘッドの大きさが制限され、空洞共鳴音の低減効果を高めることが困難である。

特開２００１−１１３９０２号公報

本発明の目的は、タイヤの変形への悪影響やリム組み作業性の悪化を生じることなく、空洞共鳴音を効果的に低減すること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。

上記目的を解決するための本発明のタイヤホイール組立体は、空気入りタイヤと、該空気入りタイヤに嵌合するリムを備えたホイールとを含み、これら空気入りタイヤとリムとの間に空洞部を形成するタイヤホイール組立体において、空洞共鳴波長の１／４に相当する基準長さＬ ₀の５５〜１１０％（好ましくは、８５〜１０５％）の長さを有すると共に一端が閉塞された少なくとも１本の管を前記空洞部に開口するように設けたことを特徴とするものである。

更に、本発明のタイヤホイール組立体は、空気入りタイヤと、該空気入りタイヤに嵌合するリムを備えたホイールとを含み、これら空気入りタイヤとリムとの間に空洞部を形成するタイヤホイール組立体において、空洞共鳴波長の１／４に相当する基準長さＬ ₀の５５〜１１０％（好ましくは、８５〜１０５％）の長さを有すると共に一端が閉塞された複数本の管を前記空洞部に開口するように設け、これら管の開口部を周上の任意の１箇所又はタイヤ回転軸を挟んで対向する２箇所に配置したことを特徴とするものである。

本発明者等は、空気入りタイヤの空洞共鳴について鋭意研究を重ねた結果、空気入りタイヤとリムとの間に形成される空洞部に連通する管を設けた場合、その管内の空気の振動と空洞部内の空気の振動とが互いに干渉することにより、共鳴周波数が分裂することを知見した。 特に、空洞共鳴波長の１／４程度の長さを有する一端閉塞の管は、空洞共鳴波長より短い長さでありながら共鳴周波数の分裂を引き起し、転動に伴う共鳴周波数の変化を発現させることを見い出したのである。 そのため、上記のような一端閉塞の管を設けることにより、従来のように単なる閉空間の断面積変化に基づいて空洞共鳴音を低減する場合とは異なって、タイヤ変形への悪影響やリム組み作業性の悪化を生じることなく、空洞共鳴音を効果的に低減することが可能になる。

空洞共鳴波長（λ）とは、空気入りタイヤとリムとの間に形成される空洞部の平均的な周長である。 この空洞共鳴波長の１／４に相当する基準長さＬ ₀ （ｍｍ）は、下式（１）に基づいて、タイヤサイズから算出することが可能である。
Ｌ ₀ ＝α・Ａ・Ｂ＋β・Ｃ ・・・（１）
但し、Ａは断面幅の呼び、Ｂは偏平比の呼び、Ｃはリム径の呼び、α（定数）は８．３３×１０ ^-3であり、β（定数）は１．７８×１０ ¹である。

例えば、タイヤサイズが２１５／６０Ｒ１６の場合、Ａ＝２１５，Ｂ＝６０，Ｃ＝１６となり、Ｌ ₀ ＝３９２ｍｍとなる。 つまり、上式（１）はタイヤサイズから空洞共鳴波長の１／４に相当する基準長さＬ ₀を簡便に算出するための式である。

本発明では、少なくとも１本の管を空洞部に開口するように設けることが必要であるが、複数本の管を空洞部に開口するように設け、これら管の開口部を周上の任意の１箇所又はタイヤ回転軸を挟んで対向する２箇所に配置することで、空洞共鳴音の低減効果を高めることができる。 このとき、管の開口部が配置される各箇所の範囲を規定するタイヤ回転軸廻りの角度は３５°以下にすることが好ましい。 このように管の開口部が配置される箇所の角度範囲を規定することにより、共鳴周波数の分裂が顕著になる。

管の断面積は空洞部の断面積の０．２〜１０％にすることが好ましい。 また、管の内部に通気性を有する多孔質材又は不織布を充填することが好ましい。 これら多孔質材又は不織布は、それ自体が吸音効果を有し、しかも共鳴周波数の分散を阻害することがない。 管は空気入りタイヤ及びホイールのいずれに配設しても良い。

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は本発明のタイヤホイール組立体を概略的に示すものである。 図１において、１は空気入りタイヤ、２はホイールである。 このホイール２は空気入りタイヤ１に嵌合するリム２１を備えている。 そして、空気入りタイヤ１とホイール２のリム２１との間には空洞部３が形成されている。 そして、このタイヤホイール組立体には２本の管４，４が空洞部３に開口するように形成されている。

各管４は、空洞共鳴波長λの１／４に相当する基準長さＬ ₀に近似した長さＬを有すると共に、一端が閉塞されている。 これら管４の開口部４ａは周上の任意の１箇所又はタイヤ回転軸を挟んで対向する２箇所に配置されている。

上述のように構成されるタイヤホイール組立体では、空洞部３内の振動と管４内の振動とが干渉し、また、その干渉は管４の開口部の位置によって変化するため、結果として、転動時に図２（ａ），（ｂ）及び（ｄ）に示す３つの共鳴が存在することになる。 但し、図中の「＋」と「−」は音圧の振幅が大きい腹の箇所を表し、符号の違いは互いに逆位相となっていることを表している。 管４の開口部が接地位置から９０°の位置にある図２（ｂ）では、空洞部３の音圧変化の節の位置に開口部があるため、空洞部３内の振動は管４の干渉を受けず、共鳴周波数は管４が無い場合とほぼ一致したｆｂとなる。 管４の開口部が接地位置とその反対位置にある図２（ａ）及び（ｄ）の時には、空洞部３内の振動と管４内の振動とが干渉し、共鳴周波数が変化する。 図２（ａ）では管４内の振動が空洞部３内の振動と同位相となって共鳴周波数を下げるように作用してｆｂより低い共鳴周波数ｆａとなり、図２（ｄ）では管４内の振動が空洞部３内の振動と逆位相となって共鳴周波数を上げるように作用してｆｂより高い共鳴周波数ｆｄとなる。 つまり、管４の開口部が接地位置とその反対位置にある時には、ｆａ及びｆｄの２つの共鳴を持つようになる。

このように転動時に伴って管４の開口位置が変化すると、共鳴周波数がｆｂからｆａ及びｆｄへ、更にはｆｂへと繰り返し変化するため、空洞共鳴が持続しなくなり、空洞共鳴音を低減することができる。 特に、図３に示すように、共鳴周波数が３つに分裂し、かつ分裂幅（ｆａとｆｄとの差）が大きくなるので、各共鳴周波数での騒音レベルが小さくなり、フィーリングでの改善効果が大きくなる。

ここで、ホイールのウエル部に同一長さ及び同一断面積を有する２本の管を空洞部に開口するように設け、これら管の開口部をタイヤ回転軸を挟んで対向する２箇所（１８０°対向位置）に配置し、その長さＬを変化させつつ共鳴周波数を測定した結果について説明する。 図４は、共鳴周波数と管の長さＬとの関係を示すものである。 一方、図５は、共鳴周波数の差の絶対値と管の長さＬとの関係を示すものである。 但し、管の長さＬは基準長さＬ ₀ （λ／４）を１００とする指数にて示す。

これら図４及び図５に示すように、管の長さＬが基準長さＬ ₀の５５〜１１０％の範囲にあるとき、分裂した共鳴周波数の差の絶対値が十分に大きくなることが判る。 特に、管の長さＬが基準長さＬ ₀の８５〜１０５％の範囲にあるとき、より大きな効果があることが判る。 なお、管の開口部を閉塞した場合、それら管は空洞部の断面積をタイヤ周方向に変化させる要因となるが、図５において、閉塞された管による断面積変化に基づいて共鳴周波数を分散させた場合の測定値を一点鎖線にて示した。 この結果より、断面積変化に基づく空洞共鳴音の低減効果よりも、管の干渉作用に基づく空洞共鳴音の低減効果の方が遙に大きいことが判る。

本発明では、管の断面積を増やして共鳴周波数の分散効果を高めることは有効である。 ここで、管のタイヤ子午線断面での断面積は、空洞部のタイヤ子午線断面での断面積の０．２〜１０％にすると良い。 管の断面積が空洞部の断面積の０．２％未満であると共鳴周波数の分散効果が不十分になり、逆に１０％を超えると管が必要以上に大きくなり、その結果、管がタイヤの変形に干渉したり、リム組み作業性を悪化させる恐れがある。

また、管の本数を増やして管の総断面積を増やすことも可能であるが、その場合、開口部の位置が重要である。 図６は周上の任意の１箇所に複数本の管の開口部を開口させた構造を概略的に示し、図７はタイヤ回転軸を挟んで対向する２箇所にそれぞれ複数本の管の開口部を開口させた構造を概略的に示すものである。 これら図６及び図７に示すように、複数本の管４を設ける場合、それら管４の開口部４ａを周上の任意の１箇所又はタイヤ回転軸を挟んで対向する２箇所に配置することが好ましい。

ここで、ホイールのウエル部に同一長さ及び同一断面積を有する２本の管を空洞部に開口するように設け、これら管の開口部の相対的な位置を変化させつつ共鳴周波数の分裂幅を測定した結果について説明する。 図８は、開口部のタイヤ回転軸廻りの相対的な角度と共鳴周波数の分裂幅との関係を示すものである。 但し、共鳴周波数の分裂幅は、２本の管の開口部の位置が互いに一致する場合（０°）を１００とする指数にて示す。

図８に示すように、２本の管の開口部のタイヤ回転軸廻りの角度が０°又は１８０°であるときに共鳴周波数の分散効果が最も大きくなり、特に、上記角度が０〜３５°又は１４５〜１８０°の範囲にあるときに共鳴周波数分散幅の最大値の８０％以上となることが判る。 従って、複数本の管の開口部をタイヤ周方向の任意の１箇所に配置する場合、図９に示すように、その箇所の範囲を規定する角度θを３５°以下にすると良い。 一方、複数本の管の開口部をタイヤ回転軸を挟んで対向する２箇所に配置する場合、図１０に示すように、２箇所の中心を１８０°の角度αで対向する位置に設定し、各箇所の範囲を規定する角度θを３５°以下にすると良い。 つまり、管の開口部が配置される２つの箇所を１４５°以上の角度βで離間させるのである。

図１１は管を備えた空気入りタイヤの一例を示すものである。 図１１において、空気入りタイヤ１は、トレッド部１１と、左右一対のビード部１２と、これらトレッド部１１とビード部１２とを互いに連接するサイドウォール部１３とを備えている。 そして、トレッド部１１の内面には一端閉塞の管４がタイヤ周方向に延長するように形成されている。

図１２は管を備えた空気入りタイヤの他の例を示すものである。 図１２において、左右一対のビード部１２の内面にはそれぞれ一端閉塞の管４がタイヤ周方向に延長するように形成されている。

図１３は管を備えたホイールの一例を示すものである。 図１３において、ホイール２は、空気入りタイヤのビード部に嵌合するリム２１と、リム２１と不図示の車軸とを連結するスポーク部２２とを備えている。 そして、リム２１の外周面には一端閉塞の管４がリム周方向に延長するように形成されている。

図１４は管を備えたホイールの他の例を示すものである。 図１４において、リム２１とスポーク部２２との結合部分には一端閉塞の管４がリム周方向に延長するように形成されている。 この管４はリム２１の外周面においてタイヤ内の空洞部に連通するようになっている。

図１５は管を備えたホイールの更に他の例を示すものである。 図１５において、リム２１及びスポーク部２２には一端閉塞の管４がリム径方向に延長するように形成されている。 この管４は十分な長さを確保するために折り返し構造を有し、リム２１の外周面においてタイヤ内の空洞部に連通するようになっている。

図１１〜図１５において、管４を構成する材料は樹脂や金属のように通気性が無いものが適当である。 また、管４の長さを可変とし、必要に応じて調整できるようにしても良い。 管４の内部には通気性を有する多孔質材又は不織布を充填すると良い。 多孔質材としては、連続気泡の発泡ウレタンフォーム等が挙げられる。 不織布としては、グラスウール等が挙げられる。 これら多孔質材又は不織布は、それ自体が吸音効果を有し、しかも共鳴周波数の分散を阻害することがない。 なお、通気性が悪い材料を用いると、管４の通気路としての断面積が実質的に小さくなったり、その干渉作用が低下することになる。 多孔質材又は不織布を管４の全体に充填した場合に最も高い吸音効果が期待されるが、一部に充填する場合は管４の開口部付近に配置するのが最も効果的である。

本発明のタイヤホイール組立体を概略的に示す赤道断面図である。

（ａ），（ｂ）及び（ｄ）は本発明における共鳴の状態を示す説明図である。

本発明における騒音レベルと周波数との関係を示すグラフである。

本発明における共鳴周波数と管の長さＬとの関係を示すグラフである。

本発明における共鳴周波数の差の絶対値と管の長さＬとの関係を示すグラフである。

本発明のタイヤホイール組立体において、周上の任意の１箇所に複数本の管の開口部を開口させた構造を概略的に示す説明図である。

本発明のタイヤホイール組立体において、タイヤ回転軸を挟んで対向する２箇所にそれぞれ複数本の管の開口部を開口させた構造を概略的に示す説明図である。

本発明における開口部のタイヤ回転軸廻りの相対的な角度と共鳴周波数の分裂幅との関係を示すグラフである。

本発明における管の開口部の配置箇所（１箇所）を示す説明図である。

本発明における管の開口部の配置箇所（２箇所）を示す説明図である。

本発明における管を備えた空気入りタイヤの一例を示す子午線断面図である。

本発明における管を備えた空気入りタイヤの他の例を示す子午線断面図である。

本発明における管を備えたホイールの一例を示す子午線断面図である。

本発明における管を備えたホイールの他の例を示す子午線断面図である。

本発明における管を備えたホイールの更に他の例を示す子午線断面図である。

符号の説明

１ 空気入りタイヤ ２ ホイール ３ 空洞部 ４ 管 ４ａ 開口部 １１ トレッド部 １２ ビード部 １３ サイドウォール部 ２１ リム ２２ スポーク部