JP2002046583A

JP2002046583A - タイヤ充填用ガス、タイヤ、ガス生成方法及びガス充填方法

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Publication number: JP2002046583A
Application number: JP2000237919A
Authority: JP
Inventors: Osamu Fujino; 修藤野; Norihiko Ogura; 紀彦小倉; Tomijiro Katayama; 富次郎片山
Original assignee: KANSAI SAAN GAS KK; Taiyo Toyo Sanso Co Ltd
Current assignee: KANSAI SAAN GAS KK; Taiyo Toyo Sanso Co Ltd
Priority date: 2000-08-07
Filing date: 2000-08-07
Publication date: 2002-02-12

Abstract

(57)【要約】【課題】ドライビング性能及び燃料消費効率を大幅に
向上させ得るタイヤ充填用ガスを提供する。【解決手段】タイヤ充填用ガスは、ヘリウムガスと窒
素ガスとからなる２種混合ガスであって、２０〜４５ｖ
ｏｌ％のヘリウムガスが含有されているものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、乗用車，トラッ
ク，レーシングカー等の車両や航空機等の自走式機器の
走行手段として使用されるタイヤに充填するためのタイ
ヤ充填用ガス並びにこれを充填させたタイヤ、当該ガス
を生成する方法及び当該ガスをタイヤに充填させる方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】タイヤ充填用ガスとしては、伝統的に、
空気（大気）が使用されているが、近時、レーシングカ
ー及び航空機等の特殊タイヤを中心として窒素ガスを使
用することが提案されている。

【０００３】すなわち、窒素ガスは、酸素ガス及び水分
を含む空気（窒素ガス：７８ｖｏｌ％，酸素ガス：２１
ｖｏｌ％，水蒸気・炭酸ガス等：１ｖｏｌ％）に比し
て、タイヤ内部のゴム，ライナ，タイヤコード，リム，
ホイールやガス注入口の弁部材等の劣化，酸化，腐食を
抑制することができる他、温度変化に伴う圧力変動が小
さいために、走行に伴うタイヤ温度の変化（路面（タイ
ヤ接地面）との摩擦熱による温度上昇）によるタイヤ内
圧力の変動を抑制し得て、ドライビング性能，燃料消費
効率を向上させることができる。このため、近時、窒素
ガスは、高速走行や過酷な走行を強いられるレーシング
カー（Ｆ１カー等）や航空機等の特殊タイヤのみなら
ず、乗用車等の一般的なタイヤにも使用されることが多
くなっている。

【０００４】このようなタイヤ充填用ガスとしての空気
に対する窒素ガスの優位性は、両者の物性の相違、特
に、化学的不活性度，熱伝導率，比熱の相違によって生
じるものである。

【０００５】すなわち、第１に、タイヤ充填用ガスとし
て使用した場合、空気が直接触れる部分（タイヤ内部の
ゴム，ライナ，タイヤコード，リム，ホイールやガス注
入口の弁部材等）は、空気中に含まれる酸素ガスや水分
によって、劣化，酸化，腐食する虞れがある。しかし、
タイヤ充填用ガスとして窒素ガスを使用する場合には、
窒素が化学的に極めて不活性な物質であることから、こ
のような虞れはない。

【０００６】第２に、ドライビング性能（乗り心地，加
速性，ハンドル操作性等）や燃料消費効率はタイヤ温度
に大きく左右される。すなわち、タイヤと路面との摩擦
熱によるタイヤ温度の変化は、走行速度の変動、方向変
更，転換（コーナリング等）や起伏ある路面での走行等
によって生じ、タイヤ温度が変化すると、これに伴って
タイヤ充填用ガスによるタイヤ内圧力が変動して、安定
した走行が行われず、ドライビング性能や燃料消費効率
が低下する。

【０００７】また、走行開始時や低速走行から高速走行
への移行時における加速時には、タイヤと路面との摩擦
熱によりタイヤ温度が急激に上昇し、これに伴ってタイ
ヤ内圧力が大きく変化するが、走行開始後又は高速走行
への移行後、定常走行（速度等の走行条件が大きく変化
しない状態での走行）がある程度の時間継続されると、
タイヤ温度が安定し、これに伴ってタイヤ内圧力が安定
することになる（以下、このように安定したタイヤ温度
及びタイヤ内圧力を、夫々、「定常温度」及び「定常圧
力」という）。そして、定常温度及び定常圧力を維持し
た状態での走行は安定しており（以下、このような状態
での走行を「安定走行」という）、かかる安定走行が継
続される間においては、乗り心地等のドライビング性能
が向上し、燃料消費効率も高くなる。

【０００８】したがって、ドライビング性能等を向上さ
せるためには、タイヤ温度の変化に伴うタイヤ内圧力の
変動を極力抑制することが必要であり、タイヤ温度の変
化開始時点からタイヤ内圧力（ないしタイヤ温度）が定
常圧力（ないし定常温度）に達するまでに要する時間が
短くなることが必要である。

【０００９】而して、窒素ガスの熱伝導率及び比熱は、
表１に示す如く、酸素ガスと大差ないものであるが、空
気は窒素ガス及び酸素ガスの他に微量ながらも水分（水
蒸気）を含有するものであるから、両者を比較した場
合、窒素ガスの方が熱伝導率が高く（熱伝導性に優れ
る）且つ比熱が低い（1モルのガスを１℃上昇させるに
要する熱量が少ない）ということができる。したがっ
て、タイヤ充填ガスとして窒素ガスを使用した場合に
は、空気を使用した場合に比して、タイヤゴム層が摩擦
熱により温度上昇したときにも、リム，ホイール等の金
属部分への放熱（冷却）が効果的に行われて、タイヤ温
度の上昇延いてはタイヤ内圧力の上昇を可及的に抑制す
ると共に、定常温度ないし定常圧力が低下して、定常温
度ないし定常圧力への移行時間を短縮することができ
る。すなわち、窒素ガスを使用することにより、ドライ
ビング性能及び燃料消費効率を向上させることができる
のである。

【００１０】

【表１】

【００１１】［発明が解決しようとする課題］しかし、
空気は上記した如く窒素ガスを大量（７８ｖｏｌ％）に
含む混合ガスであるから、ドライビング性能等の向上に
関与する物性（主として、熱伝導率及び比熱）は窒素単
一のガスと大きく異なるものではない。したがって、タ
イヤ充填用ガスとして窒素ガスを使用しても、空気を使
用する場合に比しての上記した優位性は然程顕著なもの
ではない。すなわち、空気を充填させた場合に比して、
上記した劣化，酸化，腐食抑制効果が優れることについ
てはともかく、ドライビング性能や燃料消費効率が然程
向上する訳ではない。

【００１２】そこで、本発明者は、タイヤ充填用ガスの
物性のうち、特に熱伝導率及び比熱がドラビング性能及
び燃料消費効率の向上に大きく関与することとに着目し
て、窒素ガスと同様の不活性ガスであるヘリウムをタイ
ヤ充填用ガスとして使用することを試みた。

【００１３】すなわち、ヘリウムガスは、表１に示す如
く、窒素ガス及びこれと共に空気の主要成分をなす酸素
ガスに比して、熱伝導率が極めて高く且つ比熱も極めて
低いものである。したがって、ヘリウムガスをタイヤ充
填用ガスとして使用した場合、タイヤにおける放熱作用
（冷却作用）が効果的に行われ、摩擦熱によるタイヤ温
度変化に伴うタイヤ内圧力の変動を可及的に抑制すると
共に、定常温度ないし定常圧力を低減して、定常温度な
いし定常圧力に達するまでの時間を大幅に短縮すること
ができると考えられる。

【００１４】しかし、ヘリウムガスは、表２に示す如
く、タイヤゴム層に対する透過性が、窒素ガスに比して
は勿論、空気成分である酸素ガスに比しても極めて高い
ことから、タイヤ充填用ガスとして使用した場合、タイ
ヤ内圧力が短期間で大幅に低下する。なお、表２は、タ
イヤ材料として一般に使用されるブチルゴムに対する透
過性（ガス透過係数）を示したものである。

【００１５】

【表２】

【００１６】したがって、ヘリウムガスは、熱伝導率及
び比熱の点でタイヤ充填ガスとして好適するものではあ
るが、タイヤゴム層に対する透過性が極めて高いといっ
たタイヤ充填用ガスとして致命的な欠点を有するもので
あることから、タイヤ用充填ガスとして到底使用できな
いものであった。

【００１７】本発明は、かかる点に鑑み、タイヤ充填用
ガスとして使用した場合におけるヘリウムガスの優位性
を担保しつつ、その致命的な欠点を可及的に排除するこ
とにより、空気に比しては勿論、窒素ガスに比してもド
ライビング性能及び燃料消費効率を大幅に向上させ得る
新規なタイヤ充填用ガスを提供することを目的とし、併
せて、かかるガスを充填したタイヤ、当該ガスを生成す
る方法及びタイヤへのガス充填方法を提供することを目
的とするものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記した目的
を達成すべく、請求項１に記載した発明（以下「第１発
明」という）にあっては、ヘリウムガスと窒素ガスとか
らなる２種混合ガスであって、２０〜４５ｖｏｌ％のヘ
リウムガスが含有されていることを特徴とするタイヤ充
填用ガスを提案する。

【００１９】すなわち、第１発明は、前述した如くヘリ
ウムガス特有のタイヤ充填用ガスとして優位性（窒素ガ
ス及び酸素ガスに比して熱伝導率が極めて高く且つ比熱
が極めて低い点）をそのまま担保しつつ、そのタイヤ充
填用ガスとして致命的な欠点（タイヤゴム層に対する透
過性が極めて高い）を、窒素ガスをバランスガスとして
使用することによって、可及的に排除して、空気又は窒
素ガスを使用した場合に比して、ドライビング性能及び
燃料消費効率の大幅な向上を図るものである。勿論、ヘ
リウム及び窒素は化学的に不活性な物質であるから、ヘ
リウムガスと窒素ガスとの混合ガスをタイヤ充填用ガス
として使用した場合、窒素ガスを使用した場合と同様
に、タイヤ充填用ガスが直接触れるタイヤ部分（ライ
ナ，リム等）が劣化，酸化，腐食する虞れはない。

【００２０】而して、ヘリウムガス濃度（含有量）が２
０ｖｏｌ％未満であると、窒素ガス濃度が８０ｖｏｌ％
を超えることから、含有量が窒素ガスと窒素ガス（７８
ｖｏｌ％）及び酸素ガス（２１ｖｏｌ％）を含有する空
気とが物性的に大差ないものとなるのと同様に、物性的
に窒素ガス（１００ｖｏｌ％）と大差なく、上記したヘ
リウムガス特有のタイヤ充填用ガスとして優位性が減殺
されてしまうことになり、ドライビング性能等の大幅な
向上を期待できない。逆に、ヘリウムガス濃度が４５ｖ
ｏｌ％を超えると、その欠点であるタイヤゴム層に対す
る透過性を抑制する窒素ガスのバランスガスとしての機
能が十分に発揮されず、ヘリウムガス透過によるタイヤ
内圧力の低下が極めて顕著となる。しかも、ヘリウムの
物性（熱伝導率及び比熱）による機能（ドライビング性
能等の向上機能）は、ヘリウムガス濃度が４５ｖｏｌ％
程度で飽和状態となり、４５ｖｏｌ％を超えて含有させ
ても、その含有量に見合う機能向上は認められない。し
たがって、ヘリウムは大気中には殆ど含まれておらず、
北米の天然ガスに同伴して産出されたものから分離・精
製されるものであり、極めて高価なものであることか
ら、ヘリウムガスを４５ｖｏｌ％を超えて含有させるこ
とは、経済的にも甚だ不合理である。主として、これら
の理由から、ヘリウムガス濃度を２０〜４５ｖｏｌ％と
したものである。なお、空気は、上述した如く、物性的
に窒素ガスと同等であることから、バランスガスとして
空気を使用することも考えられる。しかし、空気は、表
２に示す如く、ゴム透過性の高い酸素ガスを含むもので
あるから、バランスガスとしての機能を効果的に発揮す
ることができない（タイヤゴムの透過によるタイヤ内圧
力の低下を効果的に抑制できない）し、またリム等のタ
イヤ充填用ガス接触部分の酸化等を防止することもでき
ない。

【００２１】また、請求項２に記載した発明（以下「第
２発明」という）では、２０〜４５ｖｏｌ％のヘリウム
ガスと８０〜５５ｖｏｌ％の窒素ガスとからなる２種混
合ガスを充填させたことを特徴とするタイヤを提案す
る。また、請求項３に記載した発明（以下「第３発明」
という）では、ガス充填圧力をＰｍ（ｋｇｆ／ｃｍ²）
とする高圧ガス容器に、ヘリウムガスと窒素ガスとを混
合させてなり且つ２０〜４５ｖｏｌ％の範囲で設定した
所定濃度Ｃｈ（ｖｏｌ％）のヘリウムガスを含有する２
種混合ガスを生成する方法であって、高圧ガス容器の内
部を真空排気し、真空排気した高圧ガス容器内に、その
容器内圧力がＰｈ＝Ｐｍ×Ｃｈ／１００から算出される
圧力Ｐｈ（ｋｇｆ／ｃｍ²）となるように、ヘリウムガ
スを加圧充填した上、当該容器内圧力が前記ガス充填圧
力Ｐｍ（ｋｇｆ／ｃｍ²）となるように、前記ヘリウム
ガス充填圧力Ｐｈ（ｋｇｆ／ｃｍ²）より高圧の窒素ガ
スを加圧充填させることを特徴とするガス生成方法を提
案する。ここにガス充填圧力Ｐｍは、当該高圧ガス容器
の最高充填圧力以下の範囲で任意に設定することができ
るが、一般には、最高充填圧力に設定される。さらに、
請求項４に記載した発明（以下「第４発明」という）で
は、規定圧力をＰｔ（（ｋｇｆ／ｃｍ²）とするタイヤ
に、ヘリウムガスと窒素ガスとを混合させてなり且つ２
０〜４５ｖｏｌ％の範囲で設定した所定濃度Ｃｈ（ｖｏ
ｌ％）のヘリウムガスを含有する２種混合ガスを充填さ
せる方法であって、タイヤの内部を真空排気し、真空排
気したタイヤ内に、そのタイヤ内圧力がＰｈ＝Ｐｔ×Ｃ
ｈ／１００から算出される圧力Ｐｈ（ｋｇｆ／ｃｍ²）
となるように、ヘリウムガスを加圧充填した上、当該容
器内圧力が前記規定圧力Ｐｔ（ｋｇｆ／ｃｍ²）となる
ように、前記ヘリウムガス充填圧力Ｐｈ（ｋｇｆ／ｃｍ
²）より高圧の窒素ガスを加圧充填させることを特徴と
するガス充填方法を提案する。ここに、規定圧力Ｐｔ
（ｋｇｆ／ｃｍ²）は、当該タイヤによる安全走行が確
保され且つタイヤ性能が十分に発揮されるために最適な
ガス充填圧力であり、一般に、タイヤに負荷される荷重
や車重，ロードホールディング，最高速度，タイヤ位
置，使用条件，車両特性等を勘案して決定されるもので
あり、一般に、タイヤメーカのデータから自動車メーカ
が決定している。規定圧力Ｐｔの具体的な数値は、例え
ば、乗用車にあっては前部ドア付近に記載されている。

【００２２】

【実施の形態】第１発明のタイヤ充填用ガスは、ヘリウ
ムガスと窒素ガスとの２種混合ガスであって、ヘリウム
ガスを２０〜４５ｖｏｌ％含有するものである。すなわ
ち、このタイヤ充填用ガスは、２０〜４５ｖｏｌ％の範
囲で適宜に設定されるＣｈ（ｖｏｌ％）のヘリウムガス
と、残部である１００−Ｃｈ（ｖｏｌ％）の窒素ガスと
を混合させてなるものである。

【００２３】このタイヤ充填用ガスは、一般に、これを
貯蔵した高圧ガス容器からタイヤに充填されるが、当該
ガスの生成及び高圧ガス容器への貯蔵は、第３発明の方
法によって、簡便に行うことができる。

【００２４】この方法を実施するための装置は、例えば
図１に示す如く、高圧ガス容器１のガス給排口１ａに着
脱自在な接続路２と、接続路２に分岐接続された真空排
気路３、ヘリウムガス供給路４及び窒素ガス供給路５と
を具備する。ガス給排口１ａには容器開閉元弁６が設け
られており、接続路２には容器内圧力（高圧ガス容器１
内の圧力）を検出する圧力計７が設けられている。圧力
計７としては、正圧及び負圧の双方を検出しうる連成計
が使用される。高圧ガス容器１におけるタイヤ充填用ガ
ス（生成しようとするヘリウムガスと窒素ガスとの２種
混合ガス）のガス充填圧力Ｐｍ（ｋｇｆ／ｃｍ²）は、
当該容器１の最高充填圧力以下であってタイヤ規定圧以
上の範囲において任意に設定することができるが、一般
には、最大の混合ガス充填量を確保するために、最高充
填圧力に一致させておくことが好ましい（以下、ガス充
填圧力Ｐｍとは最高充填圧力を意味するものとする）。

【００２５】かかる装置を使用してガス生成を行うに
は、まず、真空排気路３に接続した真空排気装置（図示
せず）を作動させて、高圧ガス容器１の内部を真空排気
する。高圧ガス容器１内の残留ガス（未使用容器におけ
る空気又は既使用容器における残存ガス）８を排除し
て、生成ガスの精度を高めるためである。排気処理は、
通常、１０^-3〜３０ｃｍＨｇの範囲で行われる。真空排
気装置としては、ロータリ型の真空ポンプ等が使用され
る。

【００２６】次に、真空排気路３の弁９を閉じた上、ヘ
リウムガス供給路４の弁１０を開いて、ヘリウムガス供
給源（ヘリウムガスを貯蔵する高圧ガス容器）から高圧
ガス容器１内にヘリウムガス１１を加圧充填する。ヘリ
ウムガス１１の充填は、後に行われる窒素ガス１２の充
填によって高圧ガス容器１内に生成する混合ガスにおけ
るヘリウムガス濃度（含有量）が２０〜４５ｖｏｌ％の
範囲で設定される値Ｃｈ（ｖｏｌ％）となるように行う
必要があり、具体的には、圧力計７により検出される容
器内圧力がＰｈ＝Ｐｍ×Ｃｈ／１００から算出される値
Ｐｈ（ｋｇｆ／ｃｍ²）となるように行う。例えば、ガ
ス充填圧力（最高充填圧力）Ｐｍが１５０ｋｇｆ／ｃｍ
²であり、ヘリウムガス濃度Ｃｈが３０ｖｏｌ％である
場合には、容器内圧力Ｐｈが１５０×３０／１００＝５
ｋｇｆ／ｃｍ²となるように、ヘリウムガス１１を高圧
ガス容器１に充填する。

【００２７】しかる後、ヘリウムガス供給路４の弁１０
を閉じると共に窒素ガス供給路５の弁１３を開いて、窒
素ガス供給源（図示せず）から窒素ガス１２を高圧ガス
容器１に加圧充填する。窒素ガス１２の充填は、容器内
圧力がガス充填圧力つまり最高充填圧力Ｐｍ（ｋｇｆ／
ｃｍ²）となるように行われる。すなわち、窒素ガス１
２の実質的なガス充填圧力はＰｍ−Ｐｈ（ｋｇｆ／ｃｍ
²）であり、これを上記した式に当てはめて、窒素ガス
１２の充填濃度Ｃｎ（ｖｏｌ％）を算出すると、Ｃｎ＝
１００−Ｃｈ（ｖｏｌ％）となる。窒素ガス供給源とし
ては、窒素ガスを貯蔵した高圧ガス貯槽（液化窒素貯
槽）、可搬式超低温液化ガス容器又は膜分離式，ＰＳＡ
等の窒素ガス発生装置等が使用される。

【００２８】したがって、高圧ガス容器１内において
は、Ｃｈ（ｖｏｌ％）のヘリウムガスとＣｎ（＝１００
−Ｃｈ）（ｖｏｌ％）とからなる２種混合ガスたるタイ
ヤ充填用ガスが生成する。そして、弁６を閉じると共に
接続路２を取り外すことにより、タイヤ充填用ガスが最
高充填圧力Ｐｍ（ｋｇｆ／ｃｍ²）で貯蔵された高圧ガ
ス容器１が得られる。このように、高圧ガス容器１内に
おいてタイヤ充填用ガスを生成させることにより、ガス
生成と高圧ガス容器１へのガス貯蔵とを同時に行うこと
ができ、これらを各別に行う場合に比して、タイヤ充填
用ガス供給源（タイヤ充填用ガスを充填した高圧ガス容
器１）を確保する上でのイニシャルコスト，ランニング
コストを低減することができる。なお、高圧ガス容器１
への充填を窒素ガス１２から行うことも考えられるが、
このように高濃度の窒素ガス１２を充填した後に低濃度
のヘリウムガス１１を充填させるようにすると、先に充
填した窒素ガス１２が高圧ガス容器１から逆流して、適
正且つ良好な混合ガス生成を行い得ない。

【００２９】第２発明のタイヤは、タイヤ内圧力（タイ
ヤ内のガス圧力）が当該タイヤに応じて設定される規定
圧力Ｐｔ（ｋｇｆ／ｃｍ²）となるように、上記タイヤ
充填用ガスを注入充填してなるものであるが、かかるタ
イヤへのガス充填は、一般に、上記した如くして混合ガ
スを生成，貯蔵した高圧ガス容器１をガス供給源として
使用することによって行うことができる。なお、タイヤ
へのガス充填を行うに当たっては、予め、タイヤ内を真
空排気して、タイヤ内の残存ガス（空気等）を排除して
おくことが好ましい。

【００３０】また、タイヤ充填用ガスの生成及びタイヤ
への充填は、一般に、上記した如く各別に行われるが、
第４発明の方法によれば、かかるガス生成とタイヤへの
充填を同時に行うことができる。

【００３１】この方法を実施するための装置は、例えば
図２に示す如く、タイヤ１４のガス注入口１４ａに着脱
自在な接続路１５と、接続路１５に分岐接続された真空
排気路１６、ヘリウムガス供給路１７及び窒素ガス供給
路１８とを具備する。ガス注入口１４ａには、接続路１
５の着脱に伴って開閉される閉止弁１９が設けられてい
る。接続路１５には、タイヤ内圧力を検出する圧力計２
０が設けられている。圧力計２０としては、前記圧力計
７と同様に、正圧及び負圧を検出しうる連成計が使用さ
れる。真空排気路１６、ヘリウムガス供給路１７及び窒
素ガス供給路１８には、夫々、前記した真空排気路３及
び供給路４，５と同様の真空排気装置、ヘリウムガス供
給源及び窒素ガス供給源が接続されている。

【００３２】かかる装置を使用してガス生成，充填を行
うには、まず、真空排気路１６に接続した真空排気装置
（ロータリ型の真空ポンプ等）を作動させて、タイヤ１
４の内部を真空排気し、タイヤ１４内の残存ガス（空気
等）２１を排除する。

【００３３】次に、真空排気路１６の弁２２を閉じた
上、ヘリウムガス供給路１７の弁２３を開いて、タイヤ
１４内にヘリウムガス１１を加圧充填する。ヘリウムガ
ス１１の充填は、後に行われる窒素ガス１２の充填によ
ってタイヤ１４内に生成する混合ガスにおけるヘリウム
ガス濃度（含有量）が２０〜４５ｖｏｌ％の範囲で設定
される値Ｃｈ（ｖｏｌ％）となるように行う必要があ
り、具体的には、圧力計２０で検出されるタイヤ内圧力
がＰｈ＝Ｐｔ×Ｃｈ／１００から算出される値Ｐｈ（ｋ
ｇｆ／ｃｍ²）となるように行う。例えば、当該タイヤ
１４に応じて設定される規定圧力Ｐｔが２．２ｋｇｆ／
ｃｍ²であり、ヘリウムガス濃度Ｃｈが２０ｖｏｌ％で
ある場合には、タイヤ内圧力Ｐｈが２．２×２０／１０
０＝０．４４ｋｇｆ／ｃｍ²となるように、ヘリウムガ
ス１１をタイヤ１４に注入充填する。

【００３４】しかる後、ヘリウムガス供給路１７の弁２
３を閉じると共に窒素ガス供給路１８の弁２４を開い
て、窒素ガス１２をタイヤ１４に加圧充填する。窒素ガ
ス１２の充填は、圧力計２０で検出されるタイヤ内圧力
が規定圧力Ｐｔ（ｋｇｆ／ｃｍ ²）となるように行われ
る。すなわち、窒素ガス１２の実質的なガス充填圧力は
Ｐｔ−Ｐｈ（ｋｇｆ／ｃｍ²）であり、これを上記した
式に当てはめて、窒素ガス１２の充填濃度Ｃｎ（ｖｏｌ
％）を算出すると、Ｃｎ＝１００−Ｃｈ（ｖｏｌ％）と
なる。

【００３５】したがって、タイヤ１４内においては、Ｃ
ｈ（ｖｏｌ％）のヘリウムガスとＣｎ（＝１００−Ｃ
ｈ）（ｖｏｌ％）とからなる２種混合ガスたるタイヤ充
填用ガスが生成する。そして、接続路１５をガス注入口
１４ａから取り外すことにより、弁１９が自動閉止し
て、規定圧Ｐｔのタイヤ充填用ガスが充填されたタイヤ
１４が得られる。このように、タイヤ１４内においてタ
イヤ充填用ガスを生成させることにより、ガス生成とタ
イヤ１４へのガス充填とを同時に行うことができるか
ら、格別のタイヤ充填用ガス供給源（タイヤ充填用ガス
を充填した高圧ガス容器１）を必要とせず、タイヤ充填
用ガスの生成からタイヤ１４への充填に至る作業を連続
的に行うことができる。

【００３６】なお、タイヤ充填用ガスの生成及びタイヤ
１４への充填は、図３に示す如く、前記接続路１５と供
給路１７，１８との間にガス混合器（例えば、千代田精
機（株）製の２ＭＤ−１００型）２５を介装した装置を
使用することによっても、一連に行うことができる。す
なわち、図３に示す装置では、圧力計２０を設けた接続
路１５に、真空排気路１６を接続する他、ガス混合器２
５のガス出口を接続すると共に、ガス混合器２５の各ガ
ス入口に、逆止弁２６、流量調整弁２７、流量計２８及
び圧力調整器２９を設けたヘリウムガス供給路１７及び
窒素ガス供給路１８を接続している。そして、前記した
ようにタイヤ１４内を真空排気して残留ガス２１を排出
した上で、両供給路１７，１８から混合割合に応じた流
量のヘリウムガス１１及び窒素ガス１２をガス混合器２
５に供給して、Ｃｈ（ｖｏｌ％）のヘリウムガス１１と
１００−Ｃｈ（ｖｏｌ％）の窒素ガス１２とからなる２
種混合ガス（タイヤ充填用ガス）３０を生成し、この混
合ガス３０を接続路１５からタイヤ１４に注入充填する
のである。

【００３７】

【実施例】

【００３８】第１実施例として、フォードＫａ（型式Ｇ
Ｆ−ＷＦＯＢＪ４）（以下「テスト車」という）のタイ
ヤ（サイズ：１６５／６５ＳＲ１３）に、３０ｖｏｌ％
のヘリウムガスと７０ｖｏｌ％の窒素ガスとからなる第
１発明の２種混合ガス（以下「第１ガス」という）を、
タイヤ内圧力が２．２０ｋｇｆ／ｃｍ²となるように充
填した。そして、全長２００７ｍの周回コース（中山サ
ーキット（岡山県））において、当該テスト車を周回走
行（平均速度：８５ｋｍ／h）させ、周回数が５回，１
０回，１５回となった時点で、夫々、前輪のタイヤ内圧
力を測定した。その結果は表３に示す通りであった。そ
の後、走行を続けて、走行距離が上記周回走行のスター
ト地点から２７ｋｍに達した時点で、燃料消費量（ｌ）
を測定すると共に燃料消費効率（ｋｍ／ｌ）を算出し
た。その結果は、表４に示す通りであった。また、上記
テスト車のタイヤと同一のタイヤに第１ガスをタイヤ内
圧力が２．２０ｋｇｆ／ｃｍ²となるように充填し、そ
の充填時点から１４４０時間（６０日）経過後のタイヤ
内圧力を測定した。その結果は表５に示す通りであっ
た。

【００３９】第２実施例として、上記テスト車のタイヤ
に、２０ｖｏｌ％のヘリウムガスと８０ｖｏｌ％の窒素
ガスとからなる第１発明の２種混合ガス（以下「第２ガ
ス」という）を、タイヤ内圧力が２．２０ｋｇｆ／ｃｍ
²となるように充填した。そして、上記周回コースにお
いて、当該テスト車を周回走行（平均速度：８５ｋｍ／
h）させ、周回数が５回，１０回，１５回となった時点
で、夫々、前輪のタイヤ内圧力を測定した。その結果は
表３に示す通りであった。また、上記テスト車のタイヤ
と同一のタイヤに第２ガスをタイヤ内圧力が２．２０ｋ
ｇｆ／ｃｍ²となるように充填し、その充填時点から１
４４０時間（６０日）経過後のタイヤ内圧力を測定し
た。その結果は表５に示す通りであった。

【００４０】

【表３】

【００４１】

【表４】

【００４２】

【表５】

【００４３】第３実施例として、上記テスト車のタイヤ
と同一のタイヤに、４５ｖｏｌ％のヘリウムガスと５５
ｖｏｌ％の窒素ガスとからなる第１発明の２種混合ガス
（以下「第３ガス」という）を、タイヤ内圧力が２．２
０ｋｇｆ／ｃｍ²となるように充填した。そして、第３
ガスの充填時点から１４４０時間（６０日）経過後のタ
イヤ内圧力を測定した。その結果は表５に示す通りであ
った。

【００４４】第１比較例として、上記テスト車のタイヤ
と同一のタイヤに、ヘリウムガス（１００ｖｏｌ％）
を、タイヤ内圧力が２．２０ｋｇｆ／ｃｍ²となるよう
に充填した。そして、当該ヘリウムガスの充填時点から
１４４０時間（６０日）経過後のタイヤ内圧力を測定し
た。その結果は表５に示す通りであった。

【００４５】第２比較例として、上記テスト車のタイヤ
に、１０ｖｏｌ％のヘリウムガスと９０ｖｏｌ％の窒素
ガスとからなる２種混合ガスをタイヤ内圧力が２．２０
ｋｇｆ／ｃｍ²となるように充填した。そして、上記周
回コースにおいて、当該テスト車を周回走行（平均速
度：８５ｋｍ／h）させ、周回数が５回，１０回，１５
回となった時点で、夫々、前輪のタイヤ内圧力を測定し
た。その結果は表３に示す通りであった。

【００４６】第３比較例として、上記テスト車のタイヤ
に、窒素ガス（１００ｖｏｌ％）をタイヤ内圧力が２．
２０ｋｇｆ／ｃｍ²となるように充填した。そして、上
記周回コースにおいて、当該テスト車を周回走行（平均
速度：８５ｋｍ／h）させ、周回数が５回，１０回，１
５回となった時点で、夫々、前輪のタイヤ内圧力を測定
した。その結果は表３に示す通りであった。その後、走
行を続けて、走行距離が上記周回走行のスタート地点か
ら２７ｋｍに達した時点で、燃料消費量（ｌ）を測定す
ると共に燃料消費効率（ｋｍ／ｌ）を算出した。その結
果は、表４に示す通りであった。また、上記テスト車の
タイヤと同一のタイヤに当該窒素ガスをタイヤ内圧力が
２．２０ｋｇｆ／ｃｍ²となるように充填し、その充填
時点から１４４０時間（６０日）経過後のタイヤ内圧力
を測定した。その結果は表５に示す通りであった。

【００４７】第４比較例として、上記テスト車のタイヤ
に、空気をタイヤ内圧力が２．２０ｋｇｆ／ｃｍ²とな
るように充填した。そして、上記周回コースにおいて、
当該テスト車を周回走行（平均速度：８５ｋｍ／h）さ
せ、周回数が５回，１０回，１５回となった時点で、夫
々、前輪のタイヤ内圧力を測定した。その結果は表３に
示す通りであった。その後、走行を続けて、上記周回走
行のスタート地点から２７ｋｍに達した時点で、燃料消
費量（ｌ）を測定すると共に燃料消費効率（ｋｍ／ｌ）
を算出した。その結果は、表４に示す通りであった。

【００４８】而して、表５に示す各テスト結果から明ら
かなように、１００ｖｏｌ％のヘリウムガスを使用した
第1比較例については、ヘリウムガスのゴム透過により
６０日後のタイヤ内圧力が２０ｖｏｌ％以上も減少して
いるが、５５ｖｏｌ％以上の窒素ガスをバランスガスと
して使用した第1〜第３実施例については、６０日経過
時におけるタイヤ内圧力の減少が１０ｖｏｌ％未満にす
ぎない。かかるタイヤ内圧力の減少率は、１００ｖｏｌ
％の窒素ガスを使用した第３比較例における減少率より
は高いものの、タイヤ走行機能上からして、十分に許容
できる程度である。これらのことから、ヘリウムガスを
タイヤ充填用ガスとして使用することによる問題（タイ
ヤ内圧力の維持不良）は、ヘリウムガス濃度を４５ｖｏ
ｌ％以下に抑えて、５５ｖｏｌ％以上の窒素ガスをバラ
ンスガスとして同伴させておくことにより、十分に解決
できることが理解される。

【００４９】また、表３に示す各テスト結果から明らか
なように、２０ｖｏｌ％以上のヘリウムガスを含有する
第１及び第２実施例については、窒素ガス又は空気を使
用する第３及び第４比較例に比して、コーナリングを含
む高速走行におけるタイヤ内圧力の変動幅が小さく且つ
周回数の増加に伴うタイヤ内圧力の増加量が小さい。こ
れらのことから、ヘリウムガスを含有させたタイヤ充填
用ガスを使用することにより、定常圧力に到達するまで
の時間が短くなり且つ定常圧力が走行開始前の初期タイ
ヤ内圧力に比して必要以上に高くならないことが理解さ
れる。したがって、第1発明のタイヤ充填用ガスによれ
ば、走行開始直後から安定した走行を行うことができ、
また追い越し等の急激な速度変化やコーナリング又は起
伏の激しい路面での過酷な走行等を行う場合にも、タイ
ヤ内圧力の大幅な変動を可及的に抑制し得て、ドライビ
ング性能の大幅な向上を図ることができる。また、１０
ｖｏｌ％のヘリウムガスを含有する第２比較例について
は、タイヤ内圧力の変動分布が窒素ガスを使用する第３
比較例と同一であった。このことから、ヘリウムガスと
窒素ガスとの２種混合ガスであっても、ヘリウムガスの
含有量が２０ｖｏｌ％未満となると、ヘリウムガスの物
性（熱伝導性及び比熱）による機能が窒素ガスの物性に
よる影響下に埋没して顕在化学しなくなり、ドライビン
グ性能上、１００ｖｏｌ％の窒素ガスを使用した場合と
同等になることが理解される。つまり、ヘリウムガスに
よるドライビング性能の向上効果が顕著に発揮されるに
は、ヘリウムガス濃度を２０ｖｏｌ％以上としておくこ
とが必要であることが理解される。

【００５０】また、表４に示す各テスト結果から明らか
なように、ヘリウムガス（３０ｖｏｌ％）を含有する第
１ガスを使用した第１実施例については、窒素ガス又は
空気を使用した第３及び第４比較例に比して、燃料消費
効率が大幅に向上しており、上述した点と相俟って、第
1発明のタイヤ充填用ガスを使用することにより、ドラ
イビング性能及び燃料消費効率の向上を図ることがで
き、快適で経済的なドライビングを行うことができるこ
とが理解される。

【００５１】ところで、前記した周回コースを試走した
複数人のテストドライバーによれば、ほぼ全員が、第1
発明のタイヤ充填用ガスを使用した場合には、各コーナ
においてハンドルの切れ込みに応じてタイヤグリップが
高く、円滑なコーナリングを行うことができる上、コー
ナ限界時にタイヤがしなるような感覚があり、安定した
高速走行ができた、と評価した。かかる評価は、空気又
は窒素ガスを使用した場合には得られなかった。特に、
３０ｖｏｌ％のヘリウムガスと７０ｖｏｌ％の窒素ガス
とからなる第１ガスを使用した場合に、最も高い評価が
得られた。第１ガスについては、第３及び第４表に示す
テスト結果も最良値を示している。かかる点からして、
ドライビング性能等の向上を図る上で、第１ガスつまり
３０ｖｏｌ％のヘリウムガスと７０ｖｏｌ％の窒素ガス
とからなる２種混合ガスがタイヤ充填用ガスとして最適
するものであるといえる。

【００５２】

【発明の効果】以上の説明から容易に理解されるよう
に、第１及び第２発明によれば、タイヤ充填用ガスとし
て空気又は窒素ガスを使用した場合に比して、ドライビ
ング性能及び燃料消費効率を大幅に向上させることがで
き、乗用車等の一般的自走機器においては勿論、高速走
行や過酷な走行を行うレーシングカーや航空機等の特殊
な自走機器においても、極めて経済的で快適なドライビ
ングを行うことができる。

【００５３】また、第３発明又は第４発明によれば、第
1発明のタイヤ充填用ガスの生成及びタイヤへの充填を
効率よく良好に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第３発明の方法を実施するための装置の一例を
示す系統図である。

【図２】第４発明の方法を実施するための装置の一例を
示す系統図である。

【図３】第２発明のタイヤを得るための装置の一例を示
す系統図である。

【符号の説明】

１…高圧ガス容器、７，２０…圧力計（連成計）、３，
１６…真空排気路、４，１７…ヘリウムガス供給路、
５，１８…窒素ガス供給路、１１…ヘリウムガス、１２
…窒素ガス、１４…タイヤ、３０…タイヤ充填用ガス
（混合ガス）。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年８月２２日（２０００．８．２
２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】次に、真空排気路３の弁９を閉じた上、ヘ
リウムガス供給路４の弁１０を開いて、ヘリウムガス供
給源（ヘリウムガスを貯蔵する高圧ガス容器）から高圧
ガス容器１内にヘリウムガス１１を加圧充填する。ヘリ
ウムガス１１の充填は、後に行われる窒素ガス１２の充
填によって高圧ガス容器１内に生成する混合ガスにおけ
るヘリウムガス濃度（含有量）が２０〜４５ｖｏｌ％の
範囲で設定される値Ｃｈ（ｖｏｌ％）となるように行う
必要があり、具体的には、圧力計７により検出される容
器内圧力がＰｈ＝Ｐｍ×Ｃｈ／１００から算出される値
Ｐｈ（ｋｇｆ／ｃｍ²）となるように行う。例えば、ガ
ス充填圧力（最高充填圧力）Ｐｍが１５０ｋｇｆ／ｃｍ
²であり、ヘリウムガス濃度Ｃｈが３０ｖｏｌ％である
場合には、容器内圧力Ｐｈが１５０×３０／１００＝４
５ｋｇｆ／ｃｍ²となるように、ヘリウムガス１１を高
圧ガス容器１に充填する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小倉紀彦兵庫県尼崎市元浜町１−95 関西サーンガス株式会社内 (72)発明者片山富次郎大阪府大阪市西区靭本町２丁目４番11号大陽東洋酸素株式会社内Ｆターム(参考） 3D026 DA01 DA03 3E072 DB03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ヘリウムガスと窒素ガスとからなる２種
混合ガスであって、２０〜４５ｖｏｌ％のヘリウムガス
が含有されていることを特徴とするタイヤ充填用ガス。
【請求項２】２０〜４５ｖｏｌ％のヘリウムガスと８
０〜５５ｖｏｌ％の窒素ガスとからなる２種混合ガスを
充填させたことを特徴とするタイヤ。
【請求項３】ガス充填圧力をＰｍ（ｋｇｆ／ｃｍ²）
とする高圧ガス容器を使用して、ヘリウムガスと窒素ガ
スとを混合させてなり且つ２０〜４５ｖｏｌ％の範囲で
設定した所定濃度Ｃｈ（ｖｏｌ％）のヘリウムガスを含
有する２種混合ガスを生成する方法であって、高圧ガス
容器の内部を真空排気し、真空排気した高圧ガス容器内
に、その容器内圧力がＰｈ＝Ｐｍ×Ｃｈ／１００から算
出される圧力Ｐｈ（ｋｇｆ／ｃｍ²）となるように、ヘ
リウムガスを加圧充填した上、ヘリウムガスが充填され
た高圧ガス容器内に、その容器内圧力が前記ガス充填圧
力Ｐｍ（ｋｇｆ／ｃｍ²）となるように窒素ガスを加圧
充填させることを特徴とするガス生成方法。
【請求項４】規定圧力をＰｔ（ｋｇｆ／ｃｍ²）とす
るタイヤに、ヘリウムガスと窒素ガスとを混合させてな
り且つ２０〜４５ｖｏｌ％の範囲で設定した所定濃度Ｃ
ｈ（ｖｏｌ％）のヘリウムガスを含有する２種混合ガス
を充填させる方法であって、タイヤの内部を真空排気
し、真空排気したタイヤ内に、そのタイヤ内圧力がＰｈ
＝Ｐｔ×Ｃｈ／１００から算出される圧力Ｐｈ（ｋｇｆ
／ｃｍ²）となるように、ヘリウムガスを加圧充填した
上、ヘリウムガスが充填されたタイヤ内に、そのタイヤ
内圧力が前記規定圧力Ｐｔ（ｋｇｆ／ｃｍ²）となるよ
うに窒素ガスを加圧充填させることを特徴とするガス充
填方法。