JP2009173046A - ホイール及びタイヤ・ホイール組付体 - Google Patents

Abstract

【課題】走行中のホイールの回転動作を利用してタイヤ内の空気圧を自動的に調整できるようにした構成が簡易なホイールを提供する。
【解決手段】 ホイール本体２の半径方向にシリンダ装置３を設け、そのシリンダ装置３は、シリンダ本体４と、該シリンダ本体４内を往復動可能なピストン５と、該ピストン５に接続される弾発部材６と、を備える。その弾発部材６は、ピストン５に遠心力が作用しない状態では、シリンダ本体４内の容積が最大になる位置にピストン５を引き寄せる一方、ホイール本体２の回転動作によってピストン５に遠心力が作用すると、シリンダ本体４内の容積を最小にする位置に、ピストン５が移動するのを許容する。
【選択図】図１

Description

本発明は、走行中に、タイヤ内に空気を自動的に充填するようにしたホイール及びタイヤ・ホイール組付体に関する。

タイヤの空気圧が低下した状態で車両が走行すると、パンクする虞があり、安全のために空気圧の監視が必要とされる。例えば米国では、4.5t以上の車両には、空気圧監視装置を装備することが義務付けられている。しかし、通常、空気圧監視装置は、空気圧の状態を運転者に通告乃至は警報するだけであり、実際の空気圧の調整作業は、運転者の側に委ねられていた。そのため、運転者の失念等によって、空気圧の補充が必要であるにもかかわらず、そのまま放置され、思わぬトラブルが発生する虞もある。このようなことから、車両の走行中に自動的に空気の充填ができるようにしたタイヤやホイールが提案されるようになった。

例えば、ハブと一体化された第１回転体（インナーパネル）と、その第１回転体に相対的に回動する第２回転体（アウターボデー）との間にシリンダ装置（エアーポンプ）を形成し、このシリンダ装置によってタイヤ内に圧縮した空気を注入するようにした車両用タイヤ空気圧調整装置が提案されている(例えば特許文献１参照)。また、タイヤ内に高圧空気室を設け、タイヤ内の空気圧が減圧すると、これを空気圧センサで検知して高圧空気室から空気を補充するようにしたタイヤ空気圧調整システムも提案されている(例えば特許文献２参照)。
特開２００５−３１３７３８号公報 特開２００４−１５５２７９号公報

前記特許文献１の発明では、相対的に移動するホイール側の第１回転体と第２回転体の間に形成されるシリンダ装置は、部品点数が多く構成が複雑であった。即ち、段落〔００１７〕に記載されているように、そのシリンダ装置は、第１回転体であるインナーパネル３１と、第２回転体であるアウターボデー３２を備えると共に、ピストン３３、揺動アーム３４、トルク伝達部３５をそれぞれ４個備えている。また、特許文献２の発明では、タイヤ内に設けた高圧空気室内の空気が放出されてしまえば、空気圧の調整ができなくなるという難点がある。しかも、車輪側に設けた空気圧センサからの検出信号を受信して空気圧バルブを制御するためのＥＣＵ（電子制御装置）を車体側に設けているため、車体側と車輪側とで信号の授受が必要とされ、タイヤ空気圧調整システム全体の構成が複雑であった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされ、走行中のホイールの回転動作を利用してタイヤ内の空気圧を自動的に調整できるようにした構成が簡易なホイール及びタイヤ・ホイール組付体を提供することを目的とする。

本発明のホイールは、ホイール本体に装着されるタイヤ内の空気圧を調整できるようにしたホイールであって、
前記ホイール本体の径方向に沿ってシリンダ装置が設けられ、
前記シリンダ装置は、シリンダ本体と、該シリンダ本体内を往復運動可能なピストンと、該ピストンに接続される弾発部材と、外部から前記シリンダ本体内に空気を取り込むための空気取込口と、前記シリンダ本体内で圧縮した空気を排出するための空気排出口と、を備えることを特徴とする。

このような構成によれば、ホイール本体の回転動作によってピストンに遠心力が作用すると、ピストンは弾発部材の弾発力に抗してシリンダ本体内の容積を略最小にする位置（径外方の位置）に移動するが、ホイール本体の半径方向に取り付けられたシリンダ装置が、垂直下方に向く位置状態では、ピストンに作用する遠心力が小さくなる。そのため、ピストンは、弾発部材の弾発力によって、シリンダ本体内の容積が略最大になる位置（径内方の位置）に引き戻される。従って、ホイール本体が回転している間は、ピストンはシリンダ本体内の容積が略最大になる位置と略最小になる位置の間を往復動作することになる。

シリンダ装置が、走行中に垂直下方に向く位置状態でピストンに作用する遠心力が小さくなるのは、以下のような理由による。即ち、遠心力は、ホイール本体の回転によってピストンに回転力が与えられることによって発生するが、上述のように、シリンダ装置が垂直下方に向く位置状態では、ピストンの水平後方向きの回転速度と、ホイール本体の前進によってピストンが前方に移動する水平前方向きの移動速度とが略等しくなるため、ピストンに与えられる回転速度が移動速度と相殺されて略０となる。そのため、ピストンに作用する遠心力は小さくなる。

上述のように、ホイール本体の回転中に、ピストンに遠心力の作用しない位置では、弾発部材の弾発力によってピストンは、シリンダ本体内の容積を略最大にする位置まで引き戻されるため、前記空気取込口から前記シリンダ本体内に大気(約101kPa)空気が取り込まれ、遠心力が作用する位置では、ピストンは、弾発部材の弾発力に抗してシリンダ本体内の容積を略最小にする位置に移動し、シリンダ本体内に取り込んだ空気を圧縮して空気排出口を介してタイヤ内に充填する。

このようなピストンの往復動作による空気の充填動作は、圧縮空気の圧力が、タイヤ空気圧と等しくなるまで反復継続される。これにより、走行中に、タイヤに空気が自動的に充填されることになる。従って、タイヤ空気圧が適正圧(例えば220kPa)になるまで、空気の充填動作が反復継続されるように、装着されるタイヤの仕様を勘案して、シリンダ装置及び弾発部材等の設計条件が適切に選択されるならば、タイヤ空気圧が低下していても、走行することによって、タイヤに対して、タイヤ空気圧が適正圧となるように空気を自動的に充填することができる。

上記のようなホイールでは、例えば、前記弾発部材は、コイルスプリングからなり、該コイルスプリングの一端は、ホイール本体の回転中心側に固定される一方、前記コイルスプリングの他端は、前記ピストンに固定されるようにしもよい。このようにすれば、ホイールを、簡易な構成でコンパクトに形成することができる。この場合は、ホイール本体の外径側に空気取込口と空気排出口を設ければよい。また、コイルスプリングの一端をホイール本体の外径側に固定し、その他端をピストンに固定してもよい。その場合には、ホイール本体の中心側に、空気取込口と空気排出口を設ければよい。

前記シリンダ装置が、ホイール本体の回転中心に対して点対称となる位置に、複数配設されるようにしてもよい。このようにすれば、ホイール全体の重量バランスが均等に保持されるため、その回転動作がスムーズになる。

前記シリンダ装置が、ホイール本体に内設されてもよい。このようにすれば、走行中にホイールが受ける空気抵抗が少なくなる。

前記シリンダ装置が、ホイール本体に外付けされるようにしてもよい。このようにすれば、シリンダ装置の着脱、交換、修理等が容易となる。

本発明のタイヤ・ホイール組付体は、前記ホイールと、該ホイールに被嵌されるタイヤと、を備え、
前記ホイールの空気排出口が、タイヤが装着されたホイール本体に設けられるエアーバルブに着脱自在に接続されることを特徴とする。

このような構成によれば、タイヤ空気圧が低下しても、走行することによって、ホイールにより、タイヤ空気圧が適正圧となるようにタイヤ内に空気が自動的に充填される。従って、運転者は、タイヤに空気を充填する煩わしさから開放され、かつ、走行中の安全性が確保される。そして、別途、ガソリンスタンド等に配設されている空気充填装置からタイヤ内に空気を充填する際には、空気排出口に接続されたチューブをエアーバルブから取り外せばよい。

タイヤ内の空気圧が所定以上になると、タイヤ内の空気を外部に放出するための減圧弁が、ホイール本体に設けられていてもよい。このようにすれば、タイヤ内の空気圧が所定以上になった場合には、減圧弁から空気が外部に放出され、タイヤ内は所定の圧力に保持される。従って、タイヤ内の空気圧が過大になるのを防止することができる。

本発明のホイールは、ホイール本体の径方向に沿ってシリンダ装置を設けた簡易な構成により、走行中のホイール本体の回転動作によって、タイヤに対して空気を自動的に充填することができる。

本発明のタイヤ・ホイール組付体は、ホイール本体の径方向に沿ってシリンダ装置を設けた簡易な構成により、走行中に、タイヤに対して空気を自動的に充填することができる。

以下に、本発明の実施の形態に係るホイール及びタイヤ・ホイール組付体について図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１はホイール１の要部断面を示し、図２（Ａ）はタイヤ・ホイール組付体１１の接地部分の要部断面、図２（Ｂ）はその非接地部分の要部断面をそれぞれ示す。このホイール１は、図１に示すように、ホイール本体２の半径方向にシリンダ装置３を設けている。このシリンダ装置３は、シリンダ本体４と、このシリンダ本体４内を往復動可能な単一のピストン５と、ピストン５を吊持するコイルスプリング（本発明の弾発部材）６と、外部から空気を取り込むために、シリンダ本体４の外径側に設けられる空気取込口７と、シリンダ本体４内で圧縮した空気を排出する空気排出口８と、を備えている。その空気取入口７と空気排出口８は、逆止弁を備え、空気取入口７は、シリンダ本体４内への空気の注入のみ許容し、空気排出口８は、シリンダ本体４から外部（タイヤ内）への空気の排出のみを許容する。その空気排出口８は、チューブ（符号省略）を介して、ホイール本体２のリム部に設けたエアーバルブ(図示省略)に着脱自在に接続される（図２（Ａ）（Ｂ）参照）。

そのコイルスプリング６の一端は、ホイール本体２の回転中心側に接続され、その他端は、ピストン５に接続され、ピストン５に遠心力が作用しない状態では、図２（Ａ）に示すように、コイルスプリング６の弾発力によって、シリンダ本体４内の容積が略最大になる位置にピストン５が引き寄せられる。一方、ホイール本体２の回転動作によってピストン５に遠心力が作用すると、図２（Ｂ）に示すように、ピストン５がコイルスプリング６の弾発力に抗して、シリンダ本体４内の容積を略最小にする位置に移動する。走行中には、このようなピストン５の往復動作が反復継続される。これにより、図２（Ａ）に示す状態で、空気取込口７からシリンダ本体４内に取り込まれた空気が、図２（Ｂ）に示す状態で、高圧に圧縮されて空気排出口８からタイヤ９内に充填される。

以上のように構成されるホイール１を備えたタイヤ・ホイール組付体１１における走行中の空気の充填動作について説明する。まず、ホイール本体２の回転動作によってピストン５に回転力が与えられることにより、ピストン５に遠心力が作用すると、ピストン５はコイルスプリング６の弾発力に抗してシリンダ本体４内を半径外方向に移動する。しかし、シリンダ装置３が垂直下方に向く位置状態では、図２（Ａ）に示すように、ピストン５に作用する遠心力が略０となるため、ピストン５は、コイルスプリング６の弾発力によって半径内方向に引き寄せられる。これは、以下の理由による。即ち、遠心力は、ホイール本体２の回転によってピストン５に回転力が与えられることによって発生するが、上述のように、シリンダ装置３が垂直下方に向く位置状態では、ピストン５の水平後方向きの回転速度と、ホイール本体２の前進によってピストン５が前方に移動する水平前方向きの移動速度とが略等しくなるため、ピストン５に与えられる回転速度が移動速度と相殺されて略０となる。そのため、ピストン５に作用する遠心力は略０になる。

このように、ホイール本体２の回転によって、ピストン５に遠心力が作用しなくなる状態では、図２（Ａ）に示すように、シリンダ本体３内の容積を略最大にする位置にピストン５が移動し、遠心力が作用する位置では、図２（Ｂ）に示すように、シリンダ本体３内の容積を略最小にする位置に移動する。従って、ホイール本体２が回転している間は、ピストン５は、図２（Ａ）に示す位置と、図２（Ｂ）に示す位置との間を往復動作する。シリンダ本体３内の容積が最大になる図２（Ａ）の状態では、空気取込口７から大気(約101kPa)がシリンダ本体４内に導入され、シリンダ本体４内の容積を略最小にする図２（Ｂ）の状態では、取り込んだ空気が圧縮される。その圧縮空気の圧力が、その時点でのタイヤ空気圧よりも大であれば、空気排出口８を介して、タイヤ１内に空気が充填される。このようなピストン５の往復動作による空気の充填動作は、走行中に、圧縮空気の圧力が、タイヤ空気圧（例えば220kPa）と等しくなるまで反復継続される。

従って、タイヤ空気圧が適正圧(220kPa)になるまで、空気の充填動作が反復継続されるように、タイヤ１の仕様を勘案して、シリンダ装置３の設計条件が適切に選択されるならば、タイヤ空気圧が低下していても、走行することによって、タイヤ１に対して、タイヤ空気圧が適正圧となるように空気の自動充填が行われる。従って、このようなタイヤ・ホイール組付体１１では、減圧弁を不要とすることができるが、何らかのトラブルによって空気が充填過剰になるのを防ぐためには、図示は省略するが、タイヤ空気圧が所定以上になると、タイヤ内の空気を外部に放出するための減圧弁（安全弁）がホイール本体２に設けられてもよい。また、走行中の自動充填だけでなく、別途、空気充填装置からタイヤ９内に空気を充填する際には、空気排出口８に接続されたチューブをエアーバルブから取り外せばよい。

図１及び図２（Ａ）（Ｂ）では、ホイール本体２に単一のシリンダ装置３を設けた場合を図示しているが、全体の重量バランスを均等に保持するために、ホイール本体２の回転中心に対して点対称となる位置に、複数のシリンダ装置３を配設するのが好ましい。このようにすれば、ホイール１（又はタイヤ・ホイール組付体１１）の回転動作がスムーズになる。また、シリンダ装置３は、図示のように、ホイール本体２の外部に設けてもよく、ホイール本体２の内部に組み込まれてもよい。内部に設ける場合には、走行時の空気抵抗が少なくなる。このようなホイール及びタイヤ・ホイール組付体は、高速で走行すればピストンの往復動作が活発になるため空気の充填効率が向上する。従って、高速道路での走行中の安全性を確保しやすくなる。尚、本発明は、実施の形態に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、適宜、必要に応じて改良、変更等は自由である。

本発明のホイールは、走行中のホイール本体の回転動作によって、タイヤ空気圧を適正圧に保持することができるので、安全性が重要視される車両のタイヤに好適に適用することができる。
本発明のタイヤ・ホイール組付体は、走行中のホイール本体の回転動作によって、タイヤ空気圧を適正圧に保持することができるので、安全性が重要視される車両に好適に適用することができる。

本発明の実施の形態に係るホイールの要部構成の説明図である。 本発明の実施の形態に係るタイヤ・ホイール組付体の要部構成を示す説明図で、（Ａ）は接地部分、（Ｂ）は非接地部分を示す。

符号の説明

１ ホイール ２ ホイール本体 ３ シリンダ装置
４ シリンダ本体 ５ ピストン ６ コイルスプリング（弾発部材）
７ 空気取込口 ８ 空気排出口 ９ タイヤ
１１ タイヤ・ホイール組付体

Claims (7)

1. ホイール本体に装着されるタイヤ内の空気圧を調整できるようにしたホイールであって、
   前記ホイール本体の径方向に沿ってシリンダ装置が設けられ、
   前記シリンダ装置は、シリンダ本体と、該シリンダ本体内を往復運動可能なピストンと、該ピストンに接続される弾発部材と、外部から前記シリンダ本体内に空気を取り込むための空気取込口と、前記シリンダ本体内で圧縮した空気を排出するための空気排出口と、を備えることを特徴とするホイール。
2. 前記弾発部材は、コイルスプリングからなり、該コイルスプリングの一端は、ホイール本体の回転中心側に固定される一方、前記コイルスプリングの他端は、前記ピストンに固定されることを特徴とする請求項１に記載のホイール。
3. 前記シリンダ装置が、ホイール本体の回転中心に対して点対称となる位置に、複数配設されることを特徴とする請求項１又は２に記載のホイール。
4. 前記シリンダ装置が、ホイール本体に内設されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のホイール。
5. 前記シリンダ装置が、ホイール本体に外付けされることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のホイール。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載のホイールと、該ホイールに被嵌されるタイヤと、を備え、
   前記ホイールの空気排出口が、タイヤが装着されたホイール本体に設けられるエアーバルブに接続されることを特徴とするタイヤ・ホイール組付体。
7. タイヤ内の空気圧が所定以上になると、タイヤ内の空気を外部に放出するための減圧弁がホイール本体に設けられていることを特徴とする請求項６に記載のタイヤ・ホイール組付体。

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