東洋ゴム、タイヤの空洞共鳴ノイズを低減する新デバイス新開発

2018年6月29日、東洋ゴムはタイヤから乗用車の車室内に伝わるノイズ低減できる新技術「Toyo Silent Technology（トーヨーサイレントテクノロジー）」をベースに、車内騒音の一つであるタイヤ空洞共鳴音を効果的に低減するデバイスを新たに開発したと発表した。

ハイブリッド車や電気自動車の普及が進み、乗用車の動力源がガソリンによる内燃エンジンからモーター駆動へ移行するなど、モビリティ環境が大きく変貌しつつあり、乗用車の室内環境にはより静粛さ、快適さが追求される傾向にある。乗用車が走行する時に唯一路面と接するタイヤの発生するノイズを低減する「トーヨーサイレントテクノロジー」を搭載した製品開発に取り組むとしている。

タイヤのノイズは、空気の振動によって生まれ、装着されたタイヤは、内部を空気で満たされた構造物であるため走行中に路面との接触によって発生するタイヤへの入力が、タイヤ内部の空気に振動を起こし、その振動が車軸を通して乗用車の室内に音（ノイズ）として伝わっている。

タイヤが外部（路面）からの入力を受け、内部に充填されている空気が振動して発生するノイズは、タイヤ空洞共鳴音と呼ばれ、車内騒音のひとつとなっている。例えば、高速道路を走行中、道路の継ぎ目を通り過ぎるときに「パカーン」という音が発生するが、これは転動するタイヤに対して道路表面の凹凸が入力され、タイヤの中の空気が振動する現象によって発生する典型的なタイヤ空洞共鳴音だ。

東洋ゴムは、ノイズ発生の原因となるタイヤ内部の空気が、実際の車両走行時にタイヤの接地転動時にどのような状態にあるかをシミュレーションによって可視化した。これにより、充填された空気自体がタイヤ内部で「周方向への流れ」と「垂直方向への流れ」を発していることが判明したという。

タイヤ空洞共鳴音を低減する方法として、音の吸収効果のある素材を内部に装着するというアイデアがタイヤ業界ではすでに実用化されているが、東洋ゴムはタイヤ内部に空気の流れが発生している事実に着目し、空気の流れを活用してノイズの低減を図るという独自アプローチに取り組んだ。

もともと音は穴を通ると低減する性質を持つ。これは通過する穴の壁面で摩擦が生じ、また穴を通過した後に渦が発生する、という2つの減衰メカニズムによるものだ。音が穴を通過する際に空気の流れを活用することでさらに音の低減効果が高まるため、東洋ゴムは可視化によって判明した空気の流れの向き（空気の通り道）に多孔フィルムを配置し、「発生する音が穴を通る構造」を設ける検討を行なった。

周方向、垂直方向の双方の流れに対応するために、多孔フィルムを「山なり形状」のデバイスとして装着することがブレークスルーポイントとなっている。また、この山なりのフィルム形状を保持するために、円筒状スポンジを周上に16本配置している。円筒状スポンジの中空構造が音の減衰に効果を持っているため、多孔フィルムとの相乗効果によって、さらなるノイズの低減効果が得ることができたという。

人が聞くことのできる音の可聴域はおよそ20Hz～2万Hzとされているが、タイヤ空洞共鳴音は200Hzから250Hzという低周波数帯域でのノイズだ。この周波数帯域をターゲットにノイズ低減をめざしたデバイスの搭載効果を確認するため、販売しているトーヨータイヤをサンプルに実車試験を行なった。

車内の騒音レベルを計測した結果、デバイス搭載タイヤで走行した乗用車のタイヤ空洞共鳴音は、デバイスを搭載していない現行タイヤでの走行時に比べ、200Hzから250Hz帯域において、最大でマイナス12dBという大幅な低減効果を得ることができることが確認された。東洋ゴムは、この結果をもとに今後、このデバイス搭載タイヤの製品化と市場展開を検討するとしている。

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