JP2006007790A - エアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両 - Google Patents

Abstract

【課題】
回転・往復運動変換機構，摺動摩擦部等を最小限として回転走行時にエアを補充するエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両を実現する。
【解決手段】
閉塞部材と偏芯部材とで周方向に分けられた第一及び第二のエア室を有するロータリー構造のエアポンプとして所定回転方向で圧縮側となる第二エア室にエア吸入用逆止弁を配置する事で逆回転でも負圧を生じさせることなく，また第一及び第二エア室にそれぞれエア吸入用逆止弁及びエア排出用逆止弁との組を有して車輪の何れの回転方向によっても加圧エアを供給するエアポンプを有する車輪及び車両を実現する。エアポンプはフレキシブルチューブによる構成及びベーン式のロータリーエアポンプによる構成が可能である。
【選択図】 図２

Description

本発明は，タイヤチューブへのエア圧を一定に保持できる車輪及び車両に拘わり，特に車輪の回転力を利用して圧縮エアを生成し，回転走行時にエアを補充する車輪及び車両に拘わる。

自動車や自転車等は，タイヤが回転することによって走行し，安全に走行するために，常にタイヤの空気圧を所定範囲内に保つ必要がある。しかしながら，タイヤの空気圧は時間経過や走行により減少してしまうので，適宜コンプレッサ等を用い，手作業によりタイヤに空気を供給しなければならず，タイヤの空気圧の管理に手間と時間がかかるという問題がある。特に自転車では空気圧管理がなおざりにされ，乗り心地を損ない，エネルギーロスが大きいケースが多い。

このような問題を解決するために従来からいくつかの提案が為されてきた。例えば特明１８２４３６では車輪の回転を往復動に変えてエアポンプを駆動し，圧縮されたエアをタイヤチューブに注入する構成を提案しているが，実現するには至らなかった。また，特公昭４６−５１６９，特開平１０−８１１１６，米国特許４，９２２，９８４，米国特許５，０５２，４５６ではチューブポンプを車輪に装着して圧縮エアを得る構造を提案している。

特明１８２４３６では実現に際して必須と思われる圧力調整機構，エア吸入口での水切り機構等を欠いている。さらに往復動を基本とするポンプでは摺動部分，シール部分は必須であり，常時動作を前提とする機構に於いて，エネルギーロス，摺動に伴う不具合が懸念される。特公昭４６−５１６９，特開平１０−８１１１６，米国特許４，９２２，９８４，米国特許５，０５２，４５６で提案されたチューブポンプは原理的に上記摺動摩耗を軽減できる可能性がある。しかしながら，車輪の回転方向を一方のみに想定して使い難いと同時に想定とは逆方向に回転した場合に発生する負圧に伴う障害を看過している。さらにこれら提案の構造例では比較的大径部分にチューブを配置しているので加圧体による圧縮走査の速度が速く，長期間の使用は困難である。圧力調整機構，エア注入口での水切り機構等への記述も存在するが，構造が複雑でコスト，コンパクトさの点で低コストでの実現が必要な自転車，軽車両に採用することは出来ない。

特明１８２４３６「自転車用空気入れ」 特公昭４６−５１６９「車両用タイヤの空気圧自動調節装置」 特開平１０−８１１１６「走行中のタイヤ空気圧を一定に保つ装置」 米国特許４，９２２，９８４「Inflation and deflation of a tire in rotation」 米国特許５，０５２，４５６「Device for deflating a tire when rotating」

したがって本発明の目的はロータリー構造のエアポンプを利用しながら逆回転でも損傷せず，或いは回転方向に依存することなく機能し，コンパクトなエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両を提供する事である。

請求項１の発明によるエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両は，閉塞部材と偏芯部材により周方向に形成される少なくとも二つの第一及び第二のエア室の容積を車輪の回転力を利用して拡大・縮小しながらエアを吸入・圧縮するロータリーエアポンプと，車軸と，車輪とを少なくとも有して構成され，第一のエア室終端にエア吸入口を有し，第二のエア室終端は圧力調整弁を経てタイヤチューブのエア注入口に接続すると共にエア吸入用逆止弁を有し，所定方向の車輪回転では第一のエア室にエアを吸入して第二のエア室から加圧エアをタイヤチューブに供給し，逆方向の車輪回転では第二のエア室にエア吸入用逆止弁を介してエアを吸入して第二のエア室を負圧にさせない事を特徴とする。

請求項２の発明によるエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両は，請求項１の発明に於いて，第一及び第二のエア室終端にエア排出用逆止弁及びエア吸入用逆止弁の組み合わせをそれぞれ配置して何れの回転方向でもエア室に負圧を生じさせること無く加圧エアをタイヤチューブに供給可能とする。

請求項３の発明は，ロータリーエアポンプをフレキシブルチューブとフレキシブルチューブに局部的に当接する偏芯部材とで構成し，車輪の回転力を利用して偏芯部材によりフレキシブルチューブを局部的に加圧走査してエアを吸入及び圧縮するよう構成する。請求項１に記載した閉塞部材はフレキシブルチューブ終端の閉止部材に対応する。

請求項４の発明は，請求項３に於けるフレキシブルチューブを弾性体より成るフレキシブルチューブとし，車輪の回転に伴って前記加圧体は前記フレキシブルチューブを局部的に加圧走査してエアを加圧しながら移送し，加圧体がフレキシブルチューブを加圧した後に離隔しフレキシブルチューブ断面を拡張する過程に於いて，フレキシブルチューブ弾性によりフレキシブルチューブ断面を拡張してエアを吸入する事を特徴とする。

請求項５の発明は，請求項３に於ける偏芯部材及び偏芯部材と対向するフレキシブルチューブ壁面は一方を磁束漏洩構造体，他方を磁性体として磁気的に吸引しあうよう両者で閉磁気回路を形成し，車輪の回転に伴って前記偏芯部材は前記フレキシブルチューブを局部的に加圧走査してエアを加圧しながら移送し，偏芯部材がフレキシブルチューブを加圧した後に離隔しフレキシブルチューブ断面を拡張する過程に於いて，偏芯部材は対向するフレキシブルチューブ壁面を磁気的に吸引し，フレキシブルチューブ断面を強制的に拡張してエアを吸入する事を特徴とする。フレキシブルチューブに弾性は不要であるので長期間使用しない場合でもフレキシブルチューブの塑性変形は生じ難く，また偏芯部材がフレキシブルチューブを加圧した場合に第一及び第二のエア室間の気密確保を容易にする。

請求項６の発明は，前記磁束漏洩構造体をその表面に異なった磁極が現れるように永久磁石を配置する，或いは硬磁性体表面に異なった磁極が現れるよう着磁して構成したことを特徴とする。偏芯部材を磁束漏洩構造体として２枚の回動可能な磁性体円板及び永久磁石或いは電磁石とで構成するとフレキシブルチューブ壁面に過大な摩擦力が加わらないように出来る。

さらに上記２枚の磁性体円板及び磁石等よりなる回動可能な偏芯部材に於いて，偏芯部材がフレキシブルチューブを加圧する前後の領域に磁束を局部的に漏洩させる構造とすると，チューブ断面拡張後に偏芯部材とチューブ内周壁面との間の磁気吸引力を順次自動的に消滅させて不要なエネルギー損失を減じる効果がある。

請求項７の発明は，磁束漏洩構造体と対向する側は，構成素材を磁性体で構成或いは磁性体板を貼付固定或いは磁性体粉を塗布或いは磁性体粉を構成素材に混入して形成する事を特徴とする。さらに磁束漏洩構造体に対向して配置される磁性体を感温フェライトを主要成分として構成すれば，所定の温度以上では磁性を失わせてエアの吸入動作を停止させられる。エアの断熱・圧縮を繰り返すと温度が上昇してフレキシブルチューブに不具合を生ずる可能性があるが，エアの吸入機能を一時的に中止させる事により温度上昇を防ぐ事が出来る。

請求項８の発明は，フレキシブルチューブを車輪のハブ内周壁面に配置し，偏芯部材を単一ローターとしてハブ中心からの偏芯位置に回動可能に固定側に配置し，ハブ内の限定された空間内で最大限の曲率半径を有するローターで実現してフレキシブルチューブの損傷を軽減する事を特徴とする。

請求項９の発明は，ロータリーエアポンプをハブ内に配置されて車輪と共に回転する密閉ケースと，密閉ケースに格納され且つ固定側に配置されてハブ中心から偏芯した偏芯部材であるローターと，前記密閉ケースとローターで作る空間を第一及び第二のエア室に区画するベーンと，前記密閉ケース内のベーン収納用案内溝とより構成し，車輪の回転力により偏芯部材に当接するベーンと偏芯部材は第一及び第二のエア室の容積を拡大，収縮させてエアを吸入及び圧縮する事を特徴とする。請求項１の閉塞部材はベーンに対応する。

請求項１０の発明によるエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両は，更に水切りエア吸入弁を有し，水切りエア吸入弁はそれぞれの一端が外気に通じ連続する実質的な広間隙部と狭間隙部とを有して広間隙部をエア吸入部とし，水の表面張力を利用して狭間隙部に水を捕捉させて吸入するエアから水を排除する構成とし，タイヤチューブ内に水が移送される事を有効に阻止して耐候性を改善する事を特徴とする。

請求項１１の発明によるエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両は，前記水切りエア吸入弁の間隙部が外気に通じる一端より離れるにつれて徐々に間隙を大とし，水が内部に浸入し難くすると共に狭間隙部に捕捉した水を容易に外気に放出する事を特徴とする。

上記本発明に依れば，閉塞部材と偏芯部材とで周方向に分けられた第一及び第二のエア室を有するロータリー構造のエアポンプに於いて所定回転方向で圧縮側となる第二エア室にエア吸入用逆止弁を配置する事で逆回転でも負圧を生じさせることが無い。また第一及び第二エア室にそれぞれエア吸入用逆止弁及びエア排出用逆止弁との組を有して車輪の何れの回転方向によってもエア室を負圧にさせる事無く加圧エアを供給するエアポンプを有する車輪及び車両を実現する。エアポンプはフレキシブルチューブによる構成及びベーン式のロータリーエアポンプによる構成が可能である。

フレキシブルチューブを用いる構成は車輪の回転に応じてフレキシブルチューブを局所的に加圧走査し加圧エアタイヤチューブに供給するエアポンプを構成して気密を要する部分に摺動部は無い。またベーン式のロータリーエアポンプによる構成では車輪の回転力を往復動に変える機構は必要無い。

以下に本発明によるエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両について，その実施例及び原理作用等を図面を参照しながら説明する。

図１は，本発明によるエアポンプ付き車輪の第一の実施例の外観を示す図である。同図に示すエアポンプ付き車輪は自転車用車輪を示し，番号１１はタイヤチューブを，番号１２はハブ構造体を，番号１３はタイヤチューブのエア注入口をそれぞれ示す。本発明の主要な要素であるエアポンプはハブ構造体１２に内蔵されており，番号１４はエアポンプからエア注入口１３への配管を示す。タイヤチューブ１１に外部からエアを注入する場合にはエア注入口１３への配管１４を取り外して行う。

図２はハブ構造体１２に内蔵したエアポンプの構造断面を示す。同図に於いて，番号２１はハブの壁面を示し，弾性体より構成されたフレキシブルチューブがハブ壁面２１の内周に沿ってほぼ一周に渡って配置される。番号２３，２４はそれぞれフレキシブルチューブの外周，内周壁面を示し，番号２６はフレキシブルチューブを周方向に区画する隔壁を示している。番号２２はハブ壁面２１と同心の車軸を示し，番号２５はフレキシブルチューブ内周壁面２４をハブ壁面２１内周側に局部的に加圧する偏芯部材で車軸２２から偏芯して回転可能に構成してある。番号２９，２ａはエア吸入用逆止弁を示し，それぞれ隔壁２６で区画されたフレキシブルチューブの両終端に配置されている。番号２ｂ，２ｃはエア排出用逆止弁であり，それぞれ隔壁２６で区画されたチューブの両終端に配置されて排出室２ｄに接続され，圧力調整弁２ｅを介して配管１４に接続される。番号２７，２８は偏芯部材２５がフレキシブルチューブ内周壁面２４を局部的に加圧した事によって生じた第二，第一のエア室をそれぞれ示し，番号２ｆは車輪の回転に伴ってハブ壁面２１，フレキシブルチューブ等が回転する方向を示し，番号２ｇは偏芯部材２５が回転する方向を示す。

車輪が番号２ｆで示す方向に回転すると，車軸２２及び偏芯部材２５を除く他の部分も番号２ｆで示す方向に回転し，偏芯部材２５は第一のエア室２８の容積を大に，第二のエア室２７の容積を小にするようフレキシブルチューブを加圧走査する。第二のエア室２７の容積は縮小されるのでエアは圧縮されて排出用逆止弁２ｂを介して排出室２ｄに移送され，圧力調整弁２ｅは排出室２ｄのエア圧力が所定の圧力より大であれば大気中に逃がし，所定の圧力以下であれば配管１４を介して図１に示したエア注入口１３に移送する。エア注入口１３には逆止弁が通常配置されているのでタイヤチューブ１１内のエア圧力より大であればエアがタイヤチューブ１１内に注入される。

第一のエア室２８は偏芯部材２５がフレキシブルチューブを加圧してフレキシブルチューブ断面を圧縮した後に離隔しフレキシブルチューブの弾性によりフレキシブルチューブ断面を拡張して第一のエア室２８の容積を拡張し，吸入用逆止弁２ａを介してエアを吸入する。偏芯部材２５が加圧走査しながら隔壁２６を超えるとまた第二のエア室２７の圧縮動作を始め，この過程を繰り返す。

車輪の回転が番号２ｆとは逆になると，圧縮されるのは第一のエア室２８となり，圧縮加圧されたエアは排出用逆止弁２ｃを介して排出室２ｄに移送され，吸入用逆止弁２９を介して第二のエア室２７にエアを吸入する。車輪の回転方向に拘わらずエア室を負圧にさせることなくエアの圧縮供給を可能にする。

偏芯部材２５は車軸２２とは偏芯して回転可能に構成したのでチューブ内周壁面２４が矢印２ｆの方向に移動すると摩擦により矢印２ｇの方向に回転し，偏芯部材２５とチューブ内周壁面２４との間の摩擦摺動を極小としてエネルギーロス及び損傷を小にする。偏芯部材２５は唯一つのみとしてハブ２１内の限られた空間で許容できる限り大径としたのでフレキシブルチューブ内周壁面２４に接する曲率を大としてフレキシブルチューブの受ける損傷を軽減している。構造のシンプルさを優先するなら偏芯部材２５の回転機構を廃してチューブ内周壁面２４上を摺動させる構造も可能である。

吸入用逆止弁２９，２ａ，排出用逆止弁２ｂ，２ｃ，圧力調整弁２ｅ等に関しては種々の構成が知られているので具体的な構造を挙げての説明は省略した。逆止弁はタイヤチューブ等に通常用いられている虫ゴムの如き簡易な構造で機能する。また逆止弁は弁を境界とする二つの領域の圧力差を利用して一方向に流体の流れを制御するが，第一及び第二のエア室間の圧力差を利用してエア吸入，エア排出の方向を制御する複合弁機構も可能である。これも吸入用逆止弁２９，２ａ，排出用逆止弁２ｂ，２ｃ実現の一つの具体化構造である。

図３は第一の実施例に用いる水切りエア吸入弁の構成を示す。車輪は一般に露出され且つ雨天での走行も考慮する必要がある。その場合にエアポンプは常時動作するので雨水を吸入してタイヤチューブに移送する可能性があるが，タイヤチューブ内に水が貯まるとタイヤチューブの機能が低下するので水の吸入は回避しなければならない。第一の実施例は図３に示す水切り逆止弁を介してエアを吸入する構造としている。

図３（ｃ）は水切りエア吸入弁の断面構成を示し，図中のＡ−Ａ部分の平面構造を図３（ｂ）に，カバー３２の平面図を図３（ａ）に示している。水切りエア吸入弁はエア吸入口３５を有するベース３１とカバー３２とより構成され，ベース３１外周面とカバー３２内周面とはそれぞれ一端が外気に露出する狭間隙部３４，広間隙部３３を有している。ベース３１外周面とカバー３２内周面間の狭間隙部３４，広間隙部３３はベース３１外周面の周方向に沿って徐々に間隙が変わるよう構成され，さらに狭間隙部３４，広間隙部３３はエア吸入口３５の有る内部に向けて徐々に間隙が大となるよう構成されている。番号３８はカバー３２の固定ネジを示す。

水は表面張力があるので毛細管現象として知られるように狭い間隙の側に移動する性質があり，以上に説明した水切りエア吸入弁の外部から若干の水がベース３１とカバー３２との間隙に浸入すると，水は狭間隙部３４に移動する。番号３６は狭間隙部３４に移動した水を示す。図３（ｂ）はＡ−Ａに沿う平面構造を示すが，周方向にベース３１とカバー３２間の間隙は変化するので水は３次元的に狭間隙部３４に集まっている事が良く判る。

間隙に捕捉された水の境界液面がベース３１及びカバー３２壁面と接する角度は水及び水の接触する材質で決まる一定の接触角を保ち，間隙部での液面はアーチ状となる。徐々に間隙が変わる部分で水の境界液面はアーチを描いて比較的強固であるが，狭間隙部３４の外気に曝される部分（番号３９）のように間隙が急激に大となる領域では不安定な形状となり，振動その他で崩れやすくなる。狭間隙部３４の外気に曝される部分（番号３９）はこの点に留意して形成する。また車輪の回転時の遠心力によっても水を振り切るよう狭間隙部３４の外気への暴露部は側面になるよう配置する。このように水は浸入しても間隙部での捕捉，狭間隙部への移動，外部への排出の過程を繰り返してエアポンプ内に水を吸入する事はない。

また広間隙部３３の外気への暴露部分では番号３７に示すように僅かな領域で狭くして水が浸入した時にベース３１外周面とカバー３２内周面間に架橋しやすい構造とする。その間隙は０．５ミリメートル程度にすれば捕捉が容易で，一旦水がそれらの間に架橋すれば周方向の間隙の狭い狭間隙部３４側に移動する。狭間隙部３４の最小間隙となる外気への暴露部分では間隙を０．３ミリメートル程度以下に設定する。これらの設定値は経験的に得られたもので正確には大気圧，水の特性等を考慮して決める。

第一の実施例では第一及び第二のエア室２８，２７終端に吸入用逆止弁２９，２ａ，排出用逆止弁２ｂ，２ｃを配置したので車輪の回転方向に拘わらず第一，第二のエア室２８，２７を負圧にする事は無く加圧エアを供給する。車輪の所定回転方向でのみ加圧エアを供給する構成は，車輪の正回転方向を番号２ｆで示す方向として第一のエア室２８終端に配置した吸入用逆止弁２ａ，排出用逆止弁２ｃを取り外して大気に解放し，第二のエア室２７終端の排出用逆止弁２ｂを取り外して圧力調整弁２ｅに直結する。車輪が逆回転して第二のエア室２７の容積を拡大しても吸入用逆止弁２９を介してエアを吸入するので第二のエア室２７を負圧になる事は無い。

本発明の第一の実施例では弾性体よりなるチューブを用いてエアポンプを構成したが，エアを吸入する力を弾性体チューブの快復力に依存しているので使用条件によっては弾性体チューブが塑性変形し，エアを吸入する能力が低下する可能性がある。第二の実施例は磁気吸引力を利用してエアを吸入させる構造として第一の実施例の短所を補う構造である。

第二の実施例は殆どの構造を第一の実施例と同じくし，フレキシブルチューブ及び偏芯部材構造を変える事で実現する。図４は第二の実施例を説明する為の図で第一の実施例と相違する部材の番号を変えてハブ内のエアポンプ部を示している。チューブを構成する素材は弾性の無いフレキシブルな素材であり，チューブ外周壁面４２はハブ２１内周面に貼付固定され，チューブ内周壁面４３には磁性体が貼付固定されている。偏芯部材４１はその外周から磁束を漏洩させて前記磁性体を引きつけるよう磁石を有して構成される。その他の構成は図２に示した第一の実施例と同じであるので構成の説明は省略する。

図５は図４に於ける偏芯部材４１及びフレキシブルチューブの構造を説明する為の図で，図５（ａ）は偏芯部材４１の斜視図を，図５（ｂ）はフレキシブルチューブ断面をそれぞれ示す。図５（ｃ）は第二の実施例に於いて吸引・加圧の動作を説明する為の図である。偏芯部材４１は円板状の永久磁石として磁化方向は円板に垂直方向である。番号５１は磁化方向を点線５２は漏洩磁束をそれぞれ示す。図５（ｂ）はフレキシブルチューブの断面を示し，チューブ外周壁面４２はハブ２１内周面に接着固定され，チューブ内周壁面４３には磁性体５３が貼付固定される。

チューブ内周壁面４３，チューブ外周壁面４２は円形の断面ではなく，図４（ｂ）に示したようにチューブ断面両側に接合部５４，５５を有する，或いは連続体で構成しても接合部５４，５５に対応する断面両側で折り目を持つような構造とする。チューブの構造自体に形状復元の能力を完全に無くして加圧による変形の影響を避ける。これにより偏芯部材４１で加圧した時に断面の隙間を無くして気密を完全にし，エアの加圧・圧縮に適した構造となる。

図５（ｃ）は偏芯部材４１がフレキシブルチューブを加圧している部分を拡大して示しているが，この図５（ｃ）及び図４を参照して第二の実施例の動作を説明する。エアを圧縮移送する全体的な動作は図２に示した第一の実施例と同じであるので説明は省略する。大きく異なるのは加圧後のエア吸入過程である。偏芯部材４１がチューブ内周壁面４３を磁性体５３越しに加圧走査した後に離隔する過程（番号５６で示す領域）で偏芯部材４１の永久磁石は磁性体５３及びチューブ内周壁面４３を引きつけて強制的にフレキシブルチューブ断面を拡張してエアを吸入させる。

さらにフレキシブルチューブに弾性を持たせず図５（ｂ）に示すよう断面を扁平に構成したので加圧した時に断面に隙間が無く気密に優れてエアの圧縮が容易である。またフレキシブルチューブには弾性を持たせない構造としたので長期間チューブを加圧し続けてもチューブの塑性変形を起こす事無くエアポンプとしての機能を損なう事も無い。

上記第二の実施例では，偏芯部材に永久磁石を用い，フレキシブルチューブ内周壁面に磁性体を貼付したが，偏芯部材とフレキシブルチューブ壁面間に磁気吸引力が働くよう構成すれば良いのであって永久磁石と磁性体をそれぞれ逆側に配置しても機能は同じである。また偏芯部材と対向する面を磁性体とする前記フレキシブルチューブは，種々の構成が可能である。磁性体板をフレキシブルチューブの偏芯部材と対向する面の上側或いは下側に貼付固定して構成，或いは磁性体粉をフレキシブルチューブの偏芯部材と対向する面の上側或いは下側に接着固定或いはフレキシブルチューブの偏芯部材と対向する面を構成する素材に混入して構成する事が出来る。

車輪の回転に伴いエアはフレキシブルチューブ内に吸入され圧縮される過程を繰り返すが，一般にエアの圧縮動作に伴って温度が上昇し，高温ではフレキシブルチューブ素材の特性に影響を及ぼして損傷の懸念がある。通常はエアの圧縮比は数倍程度でその量も僅かであり，広い面積でハブ内周壁面に密着しているので懸念されるまでの温度上昇は生じない。しかし特殊な条件ではその懸念も残るが，所定温度以上ではエアの吸入動作を停止させる安全機能を具備する事も可能である。

すなわち第二の実施例に於いて，所定温度以上で磁性を失うよう調整された感温フェライトを主とする磁性体を使用する事で磁束漏洩構造体及び磁性体間に磁気吸引力を発生させずエア吸入動作を停止できる。感温フェライトは，例えばマンガン−銅（Ｍｎ−Ｃｕ）系のフェライト磁性体で構成され，それらは組成等によってキュリー温度を摂氏−２０度から１５０度程度まで制御できる事が知られている。キュリー温度以上では磁性を失い，変化は可逆的である。

図６は本発明の第三の実施例を示す。図４，５に示した第二の実施例はエアを吸入する過程でチューブ内周壁面を磁気吸引力を利用して引き上げてフレキシブルチューブ断面を拡張し，フレキシブルチューブの弾性力に依存してエアを吸入する第一の実施例より利点を有することは説明した。しかしながら，第二の実施例において，フレキシブルチューブ断面が偏芯部材４１の後部に於いて拡張された後，偏芯部材４１の外周面からチューブ内周壁面４３が離隔する際には磁気吸引力に抗する力が必要でエネルギー損失を生じ，またフレキシブルチューブにはそれに耐えるだけの強度が必要との課題は未だ残っていた。第三の実施例はその点をさらに改善してフレキシブルチューブを拡張する部分にのみ磁束を漏洩させて磁気吸引力を発生させ，チューブ断面を十分に拡張させた時点で磁気吸引力を自動的に消滅させる構造とすることで不必要なエネルギー消費を抑え，またフレキシブルチューブに無理な力が加わらない構造とする。

全体の構造は図１に，エアポンプを含むハブ構造体は図４に示した第二の実施例を基本にし，図６に示した偏芯部材６０を図２の偏芯部材４１に替えて第三の実施例とする。

図６に於いて，偏芯部材６０は固定部６１，回動部６２に区分され，固定部６１は周方向に区分して永久磁石６３と非磁性体６４とで構成する。番号６５は永久磁石６３の磁化方向を示す。回動部６２は固定部６１周辺に回動可能として３層構造を有し，第一層を磁性体円板６６，第二層は内周側に磁性体円板６９及び外周側に非磁性体円板６７とし，第三層を磁性体片６ａ，６ｂとして積層して構成される。第三層の番号６８は非磁性体であり，磁性体片６ａ，６ｂの間を埋める。第三層は図に示すように内周側に大きな空所を持ち，その部分に固定部６１を配置する構造とする。図６では理解しやすいように固定部６１を正規の位置より左に取り出して示している。固定部６１と回動部６２とは相対的に移動可能とするが，それらの間で連続する磁気回路を形成する必要があるので両者の間は可能な限り小の間隙とする。すなわち，図６の構造で永久磁石６３と近接対向する領域に於いて，磁性体円板６６，磁性体円板６９，永久磁石６３，磁性体片６ａ，６ｂ等，及びチューブ対向面上の磁性体層が閉磁気回路を形成し，加圧体６０の主要部となる第一及び第三層の磁性体円板外周部とチューブの対向する面間に磁気吸引力を発生させる。

偏芯部材６０内の永久磁石６３は偏芯部材６０がチューブ内周壁面４３を加圧している領域及びその前後の領域に対向するよう固定され，偏芯部材６０がチューブ内周壁面４３を加圧後に拡大するべき領域にのみ磁束を供給するよう構成されている。

永久磁石６３に対向する磁性体片は回動部６２の回転につれて順次変化するが，図６では番号６ａと６ｂの間の磁性体片のみが永久磁石６３に対向し，番号６ａと６ｂの間の磁性体片外周から磁束を漏洩させる。したがって，磁気吸引力によりチューブ内周壁面４３を吸引する領域は磁性体片６ａから６ｂの間に相当する領域のみであり，磁性体片６ｂに隣接して永久磁石６３と対向しなくなった磁性体片６ｃには十分な磁束が供給されず従ってチューブ内周壁面４３との間に磁気吸引力は存在しなくなる。

このように偏芯部材６０，すなわち回動部６２の回動と共にチューブ内周壁面４３と磁気吸引力を持つ磁性体片は次々と移動し，チューブ内周壁面４３を十分に拡張させた段階でチューブ内周壁面４３と磁性体片との間の磁気吸引力を消滅させる。したがって，第二の実施例のようにチューブ内周壁面４３を偏芯部材４１から引き剥がす際に要した力は不要であり，必要エネルギー及びチューブ強度に有利となる。また，磁束を漏洩させる磁性体片が次々に移動し，作用させるチューブ内周壁面４３の領域が移動しても永久磁石から見た磁気回路の磁気抵抗はほぼ一定であるので永久磁石の磁気的な損耗も生じ難い。

第三の実施例で回動部６２の第三層を複数の磁性体片とその間の非磁性体とで構成したが，これは永久磁石からの磁束が流れる領域の境界を明確にし，磁気吸引力が作用する領域を明確にしようとの意図である。永久磁石からの磁束は電流が電気抵抗の低い部分に集中して流れると同様に短い距離の閉磁気回路に集中して流れようとする。その結果，第三層のように複数の磁性体片が非磁性体を間に挟んで配置されると境界近傍の非磁性体を介して広がる磁束は流れにくくなり，境界近傍の非磁性体が境界となって漏洩磁束分布の境界が明確になり，したがって磁気吸引力の作用する領域が明確になる。本実施例では第三層のみを複数の磁性体片と非磁性体とで構成したが，第一層をも同様の構成と出来ることはもちろんである。また磁束は磁気抵抗の低い部分に集中するので磁気吸引力の作用する領域をそれほど明確にする必要の無い時は第一層及び第三層を共に一様な磁性体円板として構成しても所要の機能を得ることは出来る。コストと所要特性のバランスとして選択する。

図７は本発明の第四の実施例としてハブ構造体１２に内蔵したロータリーエアポンプの構造断面を示す。同図に於いて，番号７１はハブ２１内に配置されハブ２１と共に回転する密閉ケースを，番号７２は密閉ケース７１内に車軸２２と偏芯した位置に配置された偏芯部材を，番号７３は密閉ケース７１に配置されたベーンを，番号７４はベーン７３を偏芯部材側に加圧するスプリングを，番号７５，７６はベーン７３及び偏芯部材７２によって周方向に区画された第二，第一のエア室をそれぞれ示す。その他の番号を付した部材は図２，図４に示した例と同じである。一般にはベーン式ロータリーポンプとして知られる構造であり，ベーン７３の両側にエア吸入用逆止弁２９，２ａ及びエア排出用逆止弁２ｂ，２ｃをそれぞれ配置して車輪の何れの回転方向に対してもエア室に負圧を生じさせる事無く加圧エアを供給できる構造とした点が異なっている。

車輪と共にハブ２１が矢印２ｆの方向に回転すると，ベーン７３はスプリング７４によって偏芯部材７２に当接され偏芯部材７２の位置は変わらないので第二のエア室７５の容積は縮小され，第一のエア室７６の容積は拡大する。二つのエア室７５，７６の容積縮小，拡大に伴う動作は図２に示した例と同じであるので説明は省略する。第一，第二，第三の実施例とは異なりエア室７５，７６の縮小，拡大動作に伴う摺動部が存在するが，往復動ピストンで必要な回転動を往復動に変える機構は必要無い。

本発明の第一，第二，第三及び第四の実施例は自転車を対象としてエアポンプ付き車輪の実施例であった。自転車の場合は車軸及び車輪を組として交換単位としているが，自動車の場合の交換単位はタイヤ及びホイールを組として交換する。第一，第二，第三及び第四の実施例でエアポンプを内蔵させたハブ構造体に相当する部分は自動車側に残る事になる。本発明の第五の実施例はエアポンプ付き車両として自動車にエアポンプを内蔵させて走行中にエアをタイヤチューブに補充する例を挙げる。

図８は第五の実施例であるエアポンプ付き車両を説明する為の図であり，タイヤ８１及びホイール８２と，ホイール８２を固定するハウジング８３，車軸８４，車軸ハウジング８５とを示している。番号８６は車体の一部を示し，自動車全体の図は省略してある。自動車が走行する際には同図に示す車軸ハウジング８５が自動車の車体８６に固定され，タイヤ８１及びホイール８２と，ハウジング８３，車軸８４等が共に回転する。

エアポンプは上記ハウジング８３内に配置し，その詳細構造は図２，図４，図７等に示したと同じ構造を採用する。ただ，図２，図４，図７の場合の車軸２２は回転しなかったが，第五の実施例では車軸８４も回転するので図２の偏芯部材２５或いは図４の偏芯部材４１或いは図７の偏芯部材７２は固定側である車軸ハウジング８５に固定する或いはその周囲に回動可能に配置するよう構成を変える。

図２，図４に示したエアポンプに於いて，自動車が高速で走行した時には偏芯部材２５，４１の加圧・走査速度が大となり，エア吸入過程で必須となるフレキシブルチューブの断面拡大が対応できない可能性がある。その場合には当然に加圧エアの供給は出来ないのであるが，高速走行でエアポンプに損傷が生じる可能性は小であるので不都合となる訳では無い。しかしながら，高速走行時でのフレキシブルチューブ損傷の可能性を確実に排除するのであれば，別途アクチュエータを設けて高速走行時には偏芯部材をフレキシブルチューブから離す構成とする。

自転車，軽車両等ではハブは車輪と組として交換単位であり，自動車の場合は一般にハブは車体側に配置される。エアポンプをハブ内に組み込んだ場合は逆回転でも負圧を生じさせない構成が主要課題であり，リム近傍その他に設けてエアポンプを交換単位側に配置した場合には双方向回転対応が重要となる。しかしながら逆止弁は簡単な構造で低コストであり，管理に要するコストを考えれば全てのエアポンプを双方向回転対応とすることが妥当であろう。

以上に実施例を用いて本発明の原理動作等を説明した。本発明に依れば，車輪の回転方向に依存せずに機能するロータリー構造のエアポンプを搭載して車輪の回転力を利用してエアを補充することでタイヤチューブのエア圧を常に適正に維持できる。また本発明に示すエアポンプは，車輪の回転運動をそのまま利用してエアを吸入・圧縮し，ピストンポンプのように往復動に変換する必要が無く，摺動摩擦部を極力少なくできるので信頼性を向上でき，車輪の高速回転にも対応容易である。

さらにまた本発明の趣旨を変えない範囲で材料，素子，構成の変更等が可能なことは当然である。例えば第一，第二，第三の実施例では偏芯部材を一つのみ用いたがこれを複数としても何等支障は無い。また第四の実施例では密閉ケース側に唯一つのベーンのみを用いた例を示したがベーンを偏芯部材側に複数有する構成も可能である。上記の説明が本発明の範囲を限定するわけではない。

本発明によるエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両は，車輪の回転力を利用してエアを吸入・圧縮してタイヤチューブに供給でき，タイヤチューブ内のエア圧を適正に維持する。自転車，軽車両，自動車等に利用可能である。

第一の実施例であるエアポンプ付き車輪の外観を示す。 図１のハブ内に構成したエアポンプ主要部の断面図を示す。 第一の実施例で用いる水切りエア吸入弁の構成を示す。 第二の実施例で有るエアポンプ主要部の断面図を示す。 図４に用いる加圧体構成及びチューブ断面構造を示す。 第三の実施例の加圧体構造を示す。 第四の実施例であるエアポンプ主要部の断面図を示す。 第五の実施例であるエアポンプ付き車両の外観を示す。

符号の説明

１１・・・タイヤチューブ， １２・・・ハブ構造体，
１３・・・タイヤチューブのエア注入口， １４・・・エア配管，
２１・・・ハブの壁面， ２２・・・車軸，
２３・・・チューブ外周壁面， ２４・・・チューブ内周壁面，
２５・・・偏芯部材， ２６・・・隔壁，
２７，２８・・エア室， ２９，２ａ・・エア吸入用逆止弁，
２ｂ，２ｃ・・エア排出用逆止弁， ２ｄ・・・排出室，
２ｅ・・・圧力調整弁， ２ｆ・・・ハブ壁面の回転方向，
２ｇ・・・偏芯部材の回転方向，
３１・・・ベース， ３２・・・カバー，
３３・・・広間隙部， ３４・・・狭間隙部，
３５・・・エア吸入口， ３６・・・水，
３７・・・広間隙部の外気への暴露部分， ３８・・・固定ネジ，
３９・・・狭間隙部の外気への暴露部分，
４１・・・偏芯部材， ４２・・・チューブ外周壁面，
４３・・・チューブ内周壁面，
５１・・・磁化方向， ５２・・・漏洩磁束，
５３・・・磁性体， ５４，５５・・チューブ両端部，
５６・・・チューブ内周壁面が加圧体４１から離隔する領域，
６０・・・加圧体， ６１・・・固定部，
６２・・・回動部， ６３・・・永久磁石，
６４・・・非磁性体， ６５・・・永久磁石の磁化方向，
６６・・・磁性体円板， ６７・・・非磁性体円板，
６９・・・磁性体円板， ６ａ，６ｂ，６ｃ・・磁性体片，
７１・・・密閉ケース， ７２・・・偏芯部材，
７３・・・ベーン， ７４・・・スプリング，
７５，７６・・エア室，
８１・・・タイヤ， ８２・・・ホイール，
８３・・・ハウジング， ８４・・・車軸，
８５・・・車軸ハウジング， ８６・・・車体

Claims (11)

1. 閉塞部材と偏芯部材により周方向に形成される少なくとも二つの第一及び第二のエア室の容積を車輪の回転力を利用して拡大・縮小しながらエアを吸入・圧縮するロータリーエアポンプと，車軸と，車輪とを少なくとも有して構成され，第一のエア室終端にエア吸入口を有し，第二のエア室終端は圧力調整弁を経てタイヤチューブのエア注入口に接続すると共にエア吸入用逆止弁を有し，所定方向の車輪回転では第一のエア室にエアを吸入して第二のエア室から加圧エアをタイヤチューブに供給し，逆方向の車輪回転では第二のエア室にエア吸入用逆止弁を介してエアを吸入して第二のエア室を負圧にさせない事を特徴とするエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両
2. 請求項１記載のエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両に於いて，ロータリーエアポンプは，第一のエア室終端にエア吸入口に替えてエア吸入用逆止弁とエア排出用逆止弁を，第二のエア室終端にはさらにエア排出用逆止弁をそれぞれ配置し，二つのエア排出用逆止弁の出力は圧力調整弁を経てタイヤチューブのエア注入口に接続し，車輪の何れの回転方向でもエア室に負圧を生じさせず加圧エアをタイヤチューブに供給する事を特徴とするエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両
3. 請求項１記載のエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両に於いて，ロータリーエアポンプは，車軸を周回して車輪と共に回転するよう配置されたフレキシブルチューブと，固定側に配置され且つフレキシブルチューブに局部的に当接してフレキシブルチューブを加圧する偏芯部材とより構成され，車輪の回転力を利用して偏芯部材により局部的に加圧走査してエアを吸入及び圧縮する事を特徴とするエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両
4. 請求項３記載のエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両に於いて，ロータリーエアポンプのフレキシブルチューブは弾性体より構成し，車輪の回転に伴って前記偏芯部材は前記フレキシブルチューブを局部的に加圧走査してエアを加圧しながら移送し，偏芯部材がフレキシブルチューブを加圧した後に離隔しフレキシブルチューブ断面を拡張する過程に於いて，フレキシブルチューブ弾性によりフレキシブルチューブ断面を拡張してエアを吸入する事を特徴とするエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両
5. 請求項３記載のエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両に於いて，ロータリーエアポンプの偏芯部材および偏芯部材と対向するフレキシブルチューブ壁面は一方を磁束漏洩構造体，他方を磁性体として磁気的に吸引しあうよう両者で閉磁気回路を形成し，車輪の回転に伴って前記偏芯部材は前記フレキシブルチューブを局部的に加圧走査してエアを加圧しながら移送し，偏芯部材がフレキシブルチューブを加圧した後に離隔しフレキシブルチューブ断面を拡張する過程に於いて，偏芯部材は対向するフレキシブルチューブ壁を磁気的に吸引し，フレキシブルチューブ断面を強制的に拡張してエアを吸入する事を特徴とするエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両
6. 請求項５記載のエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両に於いて，磁束漏洩構造体はその表面に異なった磁極が現れるように永久磁石を配置する，或いは硬磁性体表面に異なった磁極が現れるよう着磁して構成したことを特徴とするエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両
7. 請求項５記載のエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両に於いて，磁束漏洩構造体と対向する側は，構成素材を磁性体で構成或いは磁性体板を貼付固定或いは磁性体粉を塗布或いは磁性体粉を構成素材に混入して形成する事を特徴とするエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両
8. 請求項３記載のエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両に於いて，ロータリーエアポンプはフレキシブルチューブを車輪のハブ内周壁面に配置すると共に偏芯部材をハブ中心からの偏芯位置に回動可能の単一ローターで構成し，ハブ内の限定された空間内で可能な限り曲率大のローターで偏芯部材を実現してフレキシブルチューブの損傷を軽減する事を特徴とするエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両
9. 請求項１記載のエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両に於いて，ロータリーエアポンプは，ハブ内に配置されて車輪と共に回転する密閉ケースと，密閉ケースに格納され且つ固定側に配置されてハブ中心から偏芯した偏芯部材であるローターと，前記密閉ケースとローターで作る空間を第一及び第二のエア室に区画するベーンと，前記密閉ケースはベーンを収納するための案内溝とより少なくとも構成され，偏芯部材に当接するベーンと偏芯部材は車輪の回転と共に第一及び第二のエア室の容積を拡大，収縮させてエアを吸入及び圧縮する事を特徴とするエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両
10. 請求項１記載のエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両に於いて，更に水切りエア吸入弁を有し，水切りエア吸入弁はそれぞれの一端が外気に通じ連続する実質的な広間隙部と狭間隙部とを有して広間隙部をエア吸入部とし，水の表面張力を利用して狭間隙部に水を捕捉させて吸入するエアから水を排除する構成とし，タイヤチューブ内に水が移送される事を有効に阻止して耐候性を改善する事を特徴とするエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両
11. 請求項１０記載のエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両に於いて，前記水切りエア吸入弁の間隙部は外気に通じる一端より離れるにつれて徐々に間隙を大とし，水が内部に浸入し難くすると共に狭間隙部に捕捉した水を容易に外気に放出する事を特徴とするエアポンプ付き車輪及びエアポンプ付き車両
    

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