JP2015113001A - 弁制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】米式バルブに供給された流体の圧力で当該バルブを制御して開閉する弁制御装置等を提供する。【解決手段】レギュレータ１４の空気供給室１０９に高圧空気が供給されると、高圧空気は空気流通路１１４を介して空気注入口８９に送られる。シリンダ１０１内のピストン１１０には、高圧空気の圧力に基づくＹ１方向の力が作用するとともに、タイヤバルブ１２の弁体８４、ピストンロッド１１１を介して弁バネ８７に基づくＹ２方向の閉弁力が作用している。高圧空気の圧力が所定値を超えると、ピストン１１０に作用するＹ１方向の力がＹ２方向の閉弁力を超えるので、タイヤバルブ１２は開弁状態となり、空気供給室１０９に供給された高圧空気がタイヤバルブ１２を通過し、タイヤチューブ９ａ内に送り込まれる。高圧空気の圧力が所定値以下になると、ピストン１１０に作用するＹ１方向の力がＹ２方向の閉弁力以下になり、タイヤバルブ１２は閉弁状態となる。【選択図】 図９

Description

この発明は、弁制御装置に関し、とくに、閉弁力を受けて閉位置にある弁体が当該閉弁力に抗して開位置まで変位させられることにより開状態となる常時閉の弁装置の開閉を制御する技術に関する。

車輪本体の回転に伴って圧縮空気を生成して空気タイヤに供給する、空気タイヤの空気自動供給機構が知られている（特許文献１参照）。

この例においては、空気タイヤに英式バルブが装着されている。英式バルブは、虫ゴム（合成ゴム等で構成された筒状の逆流防止弁）を備えている。圧縮空気の圧力により虫ゴムの一部が拡がるよう変形することで英式バルブが開弁状態となり、英式バルブを介して、圧縮空気が空気タイヤに供給される（特許文献１の明細書第６頁第４行〜第１７行、図８参照）。

空気タイヤに英式バルブが装着されている場合、虫ゴムの変形に要する圧力ロスを考慮し、空気タイヤの適正タイヤ圧（適正圧力）より高めの圧力の圧縮空気をバルブの空気注入口に付与するようにしている。

しかし、英式バルブは、虫ゴムを用いているため、劣化等による空気漏れを起こしがちである。また、虫ゴムの変形に要する圧力のバラツキが大きいことから、同じ圧力の圧縮空気をバルブの空気注入口に付与しても、空気タイヤに達する圧縮空気の圧力にバラツキが生ずる。このため、空気タイヤの内圧を適正タイヤ圧に保つことが困難となる。

この点、米式バルブは、バルブに設けられたバルブピン（弁棒）を、弁バネの弾性復元力等に基づく閉弁力に抗して押下げると開弁するため、バルブピンを押下げた状態で、圧縮空気をバルブの空気注入口に付与すれば、付与された圧縮空気と同じ圧力の圧縮空気が空気タイヤに供給される。このため、空気タイヤの内圧を適正タイヤ圧に保つことが容易である。しかも、虫ゴムを用いていないことから、劣化等による空気漏れは生じ難い。このような事情から、従来の英式バルブを米式バルブに変更するためのアダプター等も提供されている。

その一方、米式バルブにおいては、上述のように、閉弁力に抗して強制的にバルブピンを押下げなければ開弁状態にならない。このため、一般的な米式バルブにおいては、英式バルブのように、圧縮空気をバルブの空気注入口に付与するだけでは、空気タイヤに圧縮空気を供給することができない。

ＷＯ ２００４／０８７４４２号公報

この発明は、このような従来技術における問題点を解決し、たとえば米式バルブのように、閉弁力を受けて閉位置にある弁体が当該閉弁力に抗して開位置まで変位させられることにより開状態となる常時閉の弁装置を、弁装置に供給された流体の圧力で制御して開閉する弁制御装置等を提供することを目的とする。

この発明による弁制御装置は、閉弁力を受けて閉位置にある弁体が当該閉弁力に抗して開位置まで変位させられることにより開状態となる常時閉の弁装置の開閉を制御する弁制御装置であって、流体が供給される流体供給室と、流体供給室と弁装置の流体注入口とを連通する流体流通路と、流体供給室の流体圧が所定値を超えると、弁装置の弁体を開位置まで変位させ、流体供給室の流体圧が所定値以下になると、弁体が閉位置に復帰することを許容する制御動作部と、を備えたこと、を特徴とする。

本発明の特徴は、上記のように広く示すことができるが、その構成や内容は、目的および特徴とともに、図面を考慮に入れた上で、以下の開示によりさらに明らかになるであろう。

本願の第１発明による弁制御装置は、閉弁力を受けて閉位置にある弁体が当該閉弁力に抗して開位置まで変位させられることにより開状態となる常時閉の弁装置の開閉を制御する弁制御装置であって、流体が供給される流体供給室と、流体供給室と弁装置の流体注入口とを連通する流体流通路と、流体供給室の流体圧が所定値を超えると、弁装置の弁体を開位置まで変位させ、流体供給室の流体圧が所定値以下になると、弁体が閉位置に復帰することを許容する制御動作部と、を備えたこと、を特徴とする。

したがって、流体供給室に供給された流体は、流体流通路を介して、弁装置の流体注入口に達している。ここで、流体供給室に供給する流体の流体圧が所定値を超えるようにすれば、弁体が当該閉弁力に抗して開位置まで変位させられることにより弁装置が開状態となり、供給された流体は流体注入口を介して弁装置を通過する。一方、流体供給室に供給する流体の流体圧を所定値以下にすれば、弁体が閉位置に復帰して弁装置が閉状態となり、供給された流体は弁装置を通過しない。

すなわち、閉弁力を受けて閉位置にある弁体が当該閉弁力に抗して開位置まで変位させられることにより開状態となる常時閉の弁装置を、弁装置に供給された流体の圧力で制御して開閉する弁制御装置等を実現することができる。

本願の第２発明による弁制御装置は、本願の第１発明による弁制御装置において、制御動作部は、弁装置の弁体を介して閉弁力に基づく力を受けるとともに流体供給室の流体圧により閉弁力に基づく力に抗する向きの力を受け、閉弁力に基づく力と閉弁力に基づく力に抗する向きの力との差に基づいて変位する変位体であって、当該変位体の変位に連動して弁体が変位するよう構成された変位体、を備えたこと、を特徴とする。

したがって、閉弁力に基づく力と流体供給室に供給された流体の流体圧による力との差に基づいて変位体を変位させ、変位体の変位に連動させて弁装置の開閉を制御することができる。

このため、流体供給室に供給された流体の流体圧を閉弁力に基づく力に抗する向きの力に変換する機能を有する変位体を設けることで、弁装置に供給された流体の圧力で制御して開閉する弁制御装置等を、容易に実現することができる。

本願の第３発明による弁制御装置は、本願の第２発明による弁制御装置において、変位体は、流体供給室に連通したシリンダ内に往復動可能に保持されたピストンであること、を特徴とする。

したがって、変位体として、流体供給室に連通したシリンダ内に往復動可能に保持されたピストンを用いることで、流体供給室に供給された流体の流体圧を閉弁力に基づく力に抗する向きの力に変換する機能を、容易に実現することができる。

本願の第４発明による弁制御装置は、本願の第１ないし第３のいずれかの発明による弁制御装置において、流体供給室に供給される流体は、車輪本体の回転に伴って圧縮された空気であり、当該弁制御装置は、さらに、車輪本体の回転数が所定値を超えると弁装置の流体注入口と大気とを遮断状態とし、車輪本体の回転数が所定値以下になると弁装置の流体注入口と大気とを連通状態とする、連通・遮断制御部、を備えたこと、を特徴とする。

したがって、車輪本体の回転数が所定値を超えると弁装置の流体注入口と大気とが遮断状態となるため、車輪本体の回転に伴って圧縮された空気が弁装置に供給され、この結果、当該供給された空気の圧力で弁装置を制御して開閉することができる。一方、車輪本体の回転数が所定値以下になると弁装置の流体注入口と大気とが連通状態となるため、弁装置の弁体が閉位置に復帰し、この結果、弁装置から空気が逆流して漏出することを防止することができる。

弁装置を介して流体保持装置（たとえば空気タイヤ）に空気を注入する場合、車輪本体の回転に伴って圧縮されて流体供給室に供給される空気の圧力は、流体保持装置の適正圧力に設定されるのが一般的であるところ、弁装置の閉弁力にバラツキがあっても確実に開弁できるよう、弁体を開位置まで変位させるための流体圧（前記所定値）を、流体供給室に供給される空気の圧力（すなわち、流体保持装置の適正圧力）より、ある程度低く設定することになる。

この結果、車輪の回転が停止して流体供給室に供給される空気の圧力が低下した場合、前記所定値になるまでは弁装置が開状態であるため、流体保持装置の内圧が、適正圧力より低下するおそれがある。

当該連通・遮断制御部を設ければ、車輪本体の回転数が所定値以下になると、自動的に弁装置を閉状態とすることができるため、車輪の回転が停止した場合に流体保持装置の内圧が適正圧力より低下することを防止することができる。

本願の第５発明による流体保持装置は、上述の弁装置（すなわち、閉弁力を受けて閉位置にある弁体が当該閉弁力に抗して開位置まで変位させられることにより開状態となる常時閉の弁装置）を有する流体保持装置であって、本願の第１ないし第４のいずれかの発明による弁制御装置を備えたこと、を特徴とする。

したがって、たとえば、英式バルブに空気を供給するポンプのように、圧縮空気をバルブの空気注入口に付与する機能を備えた既成のポンプ（流体供給装置）を用いて、たとえば、米式バルブのような弁装置を備えたタイヤやチューブ等（流体保持装置）に、所定の適正圧力の空気（流体）を注入することが容易となる。

本願の第６発明による流体供給装置は、上述の弁装置（すなわち、閉弁力を受けて閉位置にある弁体が当該閉弁力に抗して開位置まで変位させられることにより開状態となる常時閉の弁装置）を有する流体保持装置に流体を供給する流体供給装置であって、本願の第１ないし第４のいずれかの発明による弁制御装置を備えたこと、を特徴とする。

したがって、当該流体供給装置を用いることで、たとえば、米式バルブのような弁装置を備えた既成の空気タイヤ等（流体保持装置）に、所定の適正圧力の空気（流体）を注入することが容易となる。

図１は、エアーポンプ１０を備えた車輪５を示す側面図である。 図２は、ハブ６に取り付けられた状態のエアーポンプ１０を示す側面図である。 図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線部分断面図である。 図４は図３におけるＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図５は、図４に示すエアーポンプ１０の拡大図であって、ピストン５０が上死点にある状態を示す図面である。 図６は、エアーポンプ１０の拡大図であって、ピストン５０が下死点にある状態を示す図面である。 図7は、図１におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 図８は、図７の部分拡大図であって、タイヤバルブ１２が閉状態にある場合を表す図面である。 図９は、図７の部分拡大図であって、タイヤバルブ１２が開状態にある場合を表す図面である。 図１０は、車輪５の回転数が所定値以下の状態におけるレギュレータ２１４の状況を示す図面である。 図１１は、車輪５の回転数が所定値を超えた状態におけるレギュレータ２１４の状況を示す図面である。 図１２は、レギュレータ３１４の構成を示す図面である。

この発明の一の実施形態による弁制御装置であるバルブコアレギュレータ（以下、単に「レギュレータ」という。）１４について説明する。

図1は、流体供給装置であるエアーポンプ１０、を備えたタイヤ付き車輪である自転車の車輪５を示す側面図である。

図１に示すように、車輪５は、自転車のフレーム１の前部に設けられ二股状に形成された（図示せず）前フォーク２に挟み込まれるように保持されている。すなわち、車輪５は、自転車の前輪である。もちろん、この発明は、自転車の前輪に限定されるものではなく、たとえば、自転車の後輪にも適用することができる。

車輪５は、前フォーク２の下端に設けられた一対のフォークエンド（図示せず）に対して、ハブナット３を用いて固定的に取り付けられたハブ軸４に対し、回転可能に支持されている。

すなわち、車輪５は、ハブ軸４に対し回転可能に支持され車輪５の中心に位置するハブ６と、複数のスポーク７を介してハブ６に対して固定的に連結されたリム８と、リム８の外側に固定的に装着され、車輪５の最外周に位置する、流体保持装置である空気タイヤ（空気入りタイヤ。以下、単に「タイヤ」という。）９とを備えている。タイヤ９は、弁装置であるタイヤバルブ１２を備えている。ハブ６、スポーク７およびリム８が、車輪本体１３を構成している。

エアーポンプ１０は、車輪本体１３の略中央に固定的に取り付けられている。すなわち、エアーポンプ１０は、車輪本体１３の中心に位置するハブ６に取り付けられており、後述するように、エアーポンプ１０において生成された高圧気体（高圧流体）である高圧空気は、貯留室である送気管１１を通り、レギュレータ１４およびタイヤバルブ１２を介して、タイヤ９の内部に送り込まれる。

したがって、レギュレータ１４は、車輪５に備えられているとみることができるほか、タイヤ９に備えられているとみることもできるし、エアーポンプ１０に備えられているとみることもできる。

図２は、ハブ６に取り付けられた状態のエアーポンプ１０を示す側面図である。図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線部分断面図、図４は図３におけるＩＶ−ＩＶ線断面図である。

図３および図４に示すように、ハブ６は、略円筒状のハブ体２０と、ハブ体２０の両側に固定的にはめ込まれた一対のハブつば２１と、各ハブつば２１にそれぞれ固定的にはめ込まれた一対のワン２２とを備えており、ハブ軸４に固定的に設けられた一対の玉押し２３とワン２２との間に配置された多数の鋼球２４を介して、ハブ軸４に対し、回転自在にかつ、ハブ軸４の軸線方向に移動不能に保持されている。

ハブ体２０の略中央に貫通孔２５が設けられ、貫通孔２５を覆うように、ハブ体２０の外周にエアーポンプ１０が取り付けられている。

エアーポンプ１０は、略円筒状のポンプ本体３０を備えている。ポンプ本体３０の基端部３１には、図４に示すようにハブ体２０の表面に沿う形状に形成された取付け部３２が延設され、取付け部３２に設けられた一対の貫通孔３３に挿入された一対のボルト２６により、ポンプ本体３０がハブ体２０に固定される。

ポンプ本体３０がハブ体２０に固定された状態で、ポンプ本体３０の略円筒状の内部空間３４は、ハブ体２０に設けられた貫通孔２５を介して、ハブ体２０の内部空間２７と連通している。

ポンプ本体３０の内部空間３４には、たとえば合成樹脂により構成された略円柱状のピストン５０が配置され、ピストン５０の下端部には連結ピン５１がはめ込まれ、連結ピン５１の略中央にローラー５２が回転自在に支持されている。

ハブ体２０の内部空間２７の略中央には、ハブ軸４に対し固定的に偏芯カム２８が取り付けられている。すなわち、この偏芯カム２８は円筒状のカム面２９を備え、カム面２９の中心軸とハブ軸４の中心軸とは平行でかつ一致しないよう構成されている。

カム面２９の一部（図３における左側の部分）を包み込むように略ドーナツ状の回転輪５３が配置されている。すなわち、回転輪５３の内径側に上記カム面２９の一部が入り込み、相互に回動可能となっている。この回転輪５３には、貫通孔５４が設けられ、貫通孔５４に上記連結ピン５１の端部が挿入され、連結ピン５１と回転輪５３とは相互に回動可能となっている。

したがって、ハブ軸４に対して車輪５が回転すると、すなわち、ハブ軸４に対して車輪本体１３が回転すると（以下同様、図１参照。）、ローラー５２が、回転輪５３の誘導にしたがってカム面２９を転動し、その結果、ピストン５０が、ポンプ本体３０の内部空間３４を往復動することになる。

なお、この実施形態においては、ハブ軸４に対し固定的に偏芯カム２８が取り付けられている場合を例に説明しているが、この発明はこれに限定されるものではない。カムの形状は偏芯カムに限定されるものではないし、カムを取り付ける部材も、ハブ軸４のように自転車の前フォーク２やフレーム１に固定的に設けられた部材に限定されるものではない。要は、カムは、車輪本体１３に対し相対回転可能に支持されていればよく、車輪本体１３の回転に際し、車輪本体１３に対しカムが相対回転するときに、ピストン５０に往復運動を与えるよう構成されていればよい。

図５は、図４に示すエアーポンプ１０の拡大図であって、ピストン５０が上死点にある状態を示す図面である。図６は、エアーポンプ１０の拡大図であって、ピストン５０が下死点にある状態を示す図面である。

図５に示すように、ポンプ本体３０の基端部３１における内部空間３４には、たとえば焼結合金により構成されたフランジ付き略円筒状の軸受３５が圧入固定され、軸受３５の内周とピストン５０の外周とが、ピストン５０の往復方向に対して、円滑にかつガタなく摺動するよう構成されている。

図６に示すように、ポンプ本体３０の中間部における内部空間３４が、エアーポンプ１０の圧縮室であるシリンダ３６として機能する。シリンダ３６およびピストン５０により圧縮機が構成されている。

ピストン５０の上端近くには、シリンダ３６の内壁に対し気密的に摺動する円環状のパッキン５５が取り付けられている。

シリンダ３６の下端からハブ体２０の内部空間２７に連通する吸気路３７が形成されている。

ポンプ本体３０の上部における内部空間３４、すなわち、シリンダ３６のすぐ上方には、たとえば黄銅により構成された逆止弁ホルダー４０が、たとえばインサート成形により、ポンプ本体３０と一体的に形成されている。

逆止弁ホルダー４０は、有底円筒状に構成され、底部は、シリンダヘッド４６として機能する。シリンダヘッド４６には貫通孔４１が穿設されている。

逆止弁ホルダー４０の円筒状の内部空間には、弁座としてのオーリング４２、弁としての鋼球４３、弁バネとしての圧縮コイルバネ４４が、シリンダヘッド４６側からこの順に配置され、これらで逆止弁４５を構成している。

逆止弁４５の排気側には、送気管１１が結合されており、シリンダ３６で圧縮された高圧空気は、シリンダヘッド４６に設けられた貫通孔４１、逆止弁４５、送気管１１、レギュレータ１４、タイヤバルブ１２を介して、タイヤ９内に送り込まれる（図１参照）。

図６に示すように、エアーポンプ１０には、排出弁である排水弁６０が設けられている。排水弁６０は、ポンプ本体３０の中間部やや上方にポンプ本体３０と一体的に設けられた略円筒状の排水弁ホルダー７０の内部空間７１に配置されている。

排水弁６０は、シリンダ３６の内圧が所定の圧力を超えた場合に開弁し、シリンダ３６内の水分を、導水路７３、排水弁ホルダー７０の内部空間７１、排水プラグ６４に設けられた排水孔６５を介して、エアーポンプ１０の外部すなわち大気中に放出するよう構成されている。

この実施形態においては、排水弁６０の開弁圧は、予め定められた送気管１１の内圧である設定貯留圧に、逆止弁４５の開弁圧を加算した値になるよう設定されている。このように構成することで、送気管１１の内圧が予め定められた設定貯留圧以下の場合は、排水弁６０の閉弁状態を保つとともに、逆止弁４５を介して高圧空気を送気管１１に送り込み、送気管１１の内圧が当該設定貯留圧を超える場合は、排水弁６０を開弁し、シリンダ３６内に存する水分を高圧空気とともに排出することができる。

このように、排水弁６０の開弁圧を調整しておくことで、送気管１１に調圧弁を設けなくても、送気管１１の内圧を所望の設定貯留圧に維持することが可能となる。すなわち、排水弁６０は、調圧弁としても機能する。

なお、排水弁（または調圧弁）は、この例のようにポンプ本体３０に直接設けるほか、送気管１１に設けることもできる。送気管１１に設ける場合、排水弁（または調圧弁）の開弁圧は、予め定められた送気管１１の内圧である設定貯留圧になるよう設定しておけばよい。

この実施形態においては、上記設定貯留圧は、タイヤチューブ９ａの適正圧力である適正タイヤ圧（適正なチューブ内圧）に後述の逆止弁９０の開弁圧を加算した値になるよう設定されている。

図7は、図１におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。

図7に示すように、この例においては、タイヤ９は、タイヤチューブ９ａと、タイヤチューブ９ａを覆うように配置されたタイヤ本体９ｂとを備えている。タイヤバルブ１２は、タイヤチューブ９ａに設けられ、タイヤバルブ１２を介して、タイヤチューブ９ａに空気が送り込まれる。

もちろん、この発明はこれに限定されるものではなく、たとえば、チューブレスタイヤにも、この発明を適用することができる。チューブレスタイヤの場合には、たとえば、リムにタイヤバルブが装着され、当該リムとチューブレスタイヤとにより流体保持装置が構成される。

図7に戻って、レギュレータ１４を介して、送気管１１とタイヤバルブ１２とが結合されている。エアーポンプ１０において生成された高圧空気は、送気管１１、レギュレータ１４を介して、タイヤバルブ１２に送られる。

図８は、図７の部分拡大図であって、タイヤバルブ１２が閉状態にある場合を表す図面である。また、図９は、図７の部分拡大図であって、タイヤバルブ１２が開状態にある場合を表す図面である。

図８に示すように、タイヤバルブ１２は、いわゆる米式バルブであって、金属製略円筒状のバルブステム８１と、バルブステム８１の内側にねじ込んで固定されたバルブコア８２とを備えている。

バルブステム８１は、その一端側（図中Ｙ１方向端側）を外から包み込むように成型されたゴム製のバルブベース８０を介して、タイヤチューブ９ａに対して気密的に固着されている。

バルブコア８２は、金属製略円筒状の内筒８３と、内筒８３の内側に部分的に保持され、バルブステム８１の内側において軸方向（図中のＹ方向）に所定距離移動可能に支持された弁体８４と、を備えている。

内筒８３の外周は、ゴム製のパッキン８８を介して、バルブステム８１の内周と気密的に接触している。

弁体８４は、金属製略円柱状の弁棒８６と、弁棒８６の一端より（図中Ｙ１方向より）に固定されたパッキン８５とを備えている。弁棒８６の他端（図中Ｙ２方向端）８６ａは、バルブステム８１の他端（図中Ｙ２方向端）の流体注入口である空気注入口８９に露出している。

内筒８３と弁体８４との間には弁バネ８７が設けられている。弁バネ８７の弾性復元力により、弁体８４は、内筒８３に対して、図中Ｙ２方向に付勢されている。このため、通常、内筒８３の一端（Ｙ１方向端）と、弁体８４のパッキン８５は気密的に接触している。

弁体８４には、弁バネ８７の弾性復元力に加え、タイヤチューブ９ａ内の空気圧もＹ２方向の力として作用している。これらの力の合計がタイヤバルブ１２の閉弁力である。

タイヤバルブ１２を開状態（図９参照）とするためには、閉弁力に抗して、弁棒８６の他端８６ａを図中Ｙ１方向に押下げればよい。

すなわち、タイヤバルブ１２は、閉弁力を受けて閉位置にある弁体８４が当該閉弁力に抗して開位置まで変位させられることにより開状態となる、常時閉の弁装置である。

レギュレータ１４は、タイヤバルブ１２の開閉を制御する。レギュレータ１４は、内周が円筒状のシリンダ１０１を備えたレギュレータ本体１００と、シリンダ１０１内を軸方向（図中Ｙ方向）に摺動する変位体である略円柱状のピストン１１０とを備えている。

この例では、シリンダ１０１の底部近傍に、シリンダ１０１内部から大気に通ずる貫通孔１０２が設けられている。なお、貫通孔１０２を設けないよう、構成することもできる。

レギュレータ本体１００の一端（図中Ｙ１方向端）には、略円筒状のバルブ接続部１０４が形成され、バルブ接続部１０４とシリンダ１０１とをつなぐようにロッド保持部１０３が形成されている。さらに、レギュレータ本体１００の他端（図中Ｙ２方向端）には、送気管１１と接続するための、略円筒状の送気管接続部１０５が、シリンダ１０１に連続して設けられている。

タイヤバルブ１２のバルブステム８１の他端（図中Ｙ２方向端）外側に設けられた雄ネジに、レギュレータ本体１００のバルブ接続部１０４の内側に設けられた雌ネジをねじ込むことで、タイヤバルブ１２とレギュレータ１４とが結合される。この際、Ｏリング１０６により、タイヤバルブ１２とレギュレータ１４とが気密的に結合される。

ピストン１１０の一端（図中Ｙ１方向端）の中央部分から、ピストン１１０より小径の略円柱状のピストンロッド１１１が図中Ｙ１方向に延びている。この例では、ピストン１１０とピストンロッド１１１とは、一体的に形成され、制御動作部９１を構成している。

ピストンロッド１１１は、レギュレータ本体１００のロッド保持部１０３の内側に、図中Ｙ方向に移動可能に保持されている。この際、Ｏリング１０７により、ピストンロッド１１１の外周と、ロッド保持部１０３の内壁との間には、気密状態が保たれている。

ピストン１１０には、たとえばゴム製のピストンリング１１５が設けられ、ピストン１１０の外周とシリンダ１０１の内壁との間の気密性を保っている。なお、この気密性は、一方向（Ｙ１方向）のみに対するものであって、反対方向（Ｙ２方向）への気密性はない。

ピストン１１０の他端（図中Ｙ２方向端）はピストンヘッド１１３になっており、流体流通路である空気流通路１１４が、ピストンヘッド１１３から、ピストン１１０およびピストンロッド１１１の略中心軸沿いに設けられ、空気注入口８９に連通している。

なお、空気流通路は、必ずしもピストン１１０およびピストンロッド１１１に設ける必要はない。たとえば、レギュレータ本体１００に設けるよう構成することもできる。要は、空気流通路は、レギュレータ１４の空気供給室１０９（後述）とタイヤバルブ１２の空気注入口８９とを連通するものであればよい。

レギュレータ本体１００の送気管接続部１０５内側に設けられた雌ネジを、ジョイント具１１６の一方（図中Ｙ１方向）側に設けられた雄ネジにねじ込むことで、レギュレータ１４とジョイント具１１６とが結合される。この際、Ｏリング１０８により、レギュレータ１４とジョイント具１１６とが気密的に結合される。

タイヤバルブ１２の閉状態において、弁棒８６の他端８６ａとジョイント具１１６の一端（図中Ｙ１方向端）１１６ａとの距離は、ピストンロッド１１１の一端（図中Ｙ１方向端）１１２とピストンヘッド１１３との距離と同じかやや大きくなるよう設定されている。

ジョイント具１１６の一方（図中Ｙ１方向）側は略円筒状に形成され、内部に鋼球１１７、バネ１１８、Ｏリング１１９からなる逆止弁９０が設けられている。なお、バネ１１８の一端は鋼球１１７に当接し、他端はピストンヘッド１１３に当接している。ジョイント具１１６の他方（図中Ｙ２方向）側には、送気管１１（図７参照）が、気密的に接続される。これにより、レギュレータ１４と送気管１１とが気密的に結合される。

ジョイント具１１６の内部のうちピストンヘッド１１３に接する空間が、流体供給室である空気供給室１０９である。なお、逆止弁９０は、必ずしも設ける必要はない。逆止弁９０を設けない場合は、送気管１１の内部空間も空気供給室１０９に含まれる。

なお、レギュレータ１４を構成する部材の材質はとくに限定されるものではないが、必要な強度、耐久性を有するものであれば、軽量なものが好ましい。とくに高速回転する車輪に装着して用いられる場合は、いわゆるホイールバランスを大きく崩さないよう、軽量であることが好ましい。

たとえば、レギュレータ１４を構成するレギュレータ本体１００、ピストン１１０およびピストンロッド１１１、ジョイント具１１６の材質として軽金属、たとえば、Ａ２０１１−Ｔ６（ＪＩＳ規格）等のアルミニウム合金またはアルミニウム、合成樹脂を用いることができる。

つぎに、図９を参照しながら、ピストン１１０に作用する力について説明する。

空気供給室１０９は、空気流通路１１４を介して、タイヤバルブ１２の空気注入口８９と連通しているから、ピストン１１０には、シリンダ１０１の断面積（シリンダ１０１の内径の面積）からピストンロッド１１１の断面積（横断面積）を減じた面積に、空気供給室１０９の空気圧（設定貯留圧）を乗じたＹ１方向の力が作用する。なお、ピストン１１０には、Ｙ１方向の力として、バネ１１８の弾性復元力も作用するが、一般的には、空気供給室１０９の空気圧に基づく力に対してかなり小さいため、この例では、無視している。

一方、ピストンロッド１１１の一端１１２は、タイヤバルブ１２の弁体８４を介して、タイヤバルブ１２の閉弁力に相当するＹ２方向の力を受ける。この状態においては、タイヤバルブ１２の弁体８４に作用するＹ２方向の力のうち、タイヤチューブ９ａ内の空気圧に基づく力は、タイヤバルブ１２の空気注入口８９の空気圧に基づくＹ１方向の力と略相殺され、結局、タイヤバルブ１２の閉弁力は弁バネ８７の弾性復元力に略等しい。

そこで、閉弁力をＦ、シリンダ有効面積（シリンダ１０１の断面積からピストンロッド１１１の断面積を減じた面積）をＳ、弁体８４が開位置まで変位する（閉位置に復帰する）ときの空気供給室１０９の空気圧（所定値）をＰ０とすれば、
Ｐ０＝Ｆ／Ｓ・・・・・（１）
と表現することができる。

この実施形態においては、タイヤチューブ９ａの適正タイヤ圧（設定貯留圧）をＰ１とすれば、
Ｐ１＞Ｐ０＝Ｆ／Ｓ・・・・・（２）
となるようシリンダ有効面積Ｓを設定している。

なお、ピストン１１０に作用するＹ１方向の力としてバネ１１８の弾性復元力が無視できない場合は、バネ１１８の弾性復元力をｆとすれば、上記式（１）、（２）に替えて、次の式（１−２）、（２−２）を用いればよい。
Ｐ０＝（Ｆ−ｆ）／Ｓ・・・・・（１−２）
Ｐ１＞Ｐ０＝（Ｆ−ｆ）／Ｓ・・・・・（２−２）

つぎに、エアーポンプ１０の動作について説明する。

図１に示すように、自転車（図示せず）の走行に伴って車輪５がハブ軸４まわりに回転すると、車輪５を構成するハブ６に設けられたエアーポンプ１０は、車輪５とともに、ハブ軸４を固定軸としてハブ軸４まわりに回転する。

一方、図３および図４に示すように、エアーポンプ１０を構成するピストン５０の下端部に設けられたローラー５２は、ハブ軸４に対して固定的に設けられた偏芯カム２８のカム面２９に沿って、カム面２９上を転動する。

したがって、車輪５がハブ軸４まわりに回転すると（図１参照）、図５および図６に示すように、ピストン５０は、シリンダ３６内で、上死点（図５に示すピストン５０の位置）と下死点（図６に示すピストン５０の位置）との間を、シリンダ３６の軸方向に往復動することになる。この例では、車輪５が１回転する間に、ピストン５０が１往復する。

ピストン５０が下死点（図６に示す位置）にきたとき、シリンダ３６内に、吸気路３７を介して、ハブ体２０の内部空間２７から空気が吸い込まれる。なお。ハブ体２０の内部空間２７には、たとえば、図３に示す複数の鋼球２４間の隙間（図示せず）を介して、ハブ体２０の外部から、空気が吸い込まれる。

シリンダ３６内に吸い込まれた空気は、ピストン５０が下死点（図６に示す位置）から上死点（図５に示す位置）に移動する過程で圧縮される。

シリンダ３６内で圧縮された空気（高圧空気）は、送気管１１の内圧が設定貯留圧になるまで（すなわち、タイヤチューブ９ａの空気圧が適正タイヤ圧になるまで）は、図６に示す、シリンダヘッド４６に設けられた貫通孔４１、逆止弁４５を介して、送気管１１に送り込まれ、さらに、送気管１１から、図７に示すレギュレータ１４、タイヤバルブ１２を介してタイヤ９のタイヤチューブ９ａに送り込まれる。レギュレータ１４の動作については、後述する。

そして、送気管１１の内圧が設定貯留圧に達すると（すなわち、タイヤチューブ９ａの空気圧が適正タイヤ圧に達すると）シリンダ３６内で圧縮された空気は、シリンダ３６内に存する水分とともに、逆止弁４５を通過することなく、図６に示すシリンダ３６の上部に連通する導水路７３、排水弁６０、排水プラグ６４を介して、エアーポンプ１０の外部に放出される。

何らかの原因で、送気管１１の内圧が設定貯留圧以下になると（すなわち、タイヤチューブ９ａの空気圧が適正タイヤ圧以下になると）、シリンダ３６内で圧縮された空気は、再び、逆止弁４５を介して、送気管１１に送り込まれ、さらに、送気管１１から、図７に示すレギュレータ１４、タイヤバルブ１２を介してタイヤ９のタイヤチューブ９ａに送り込まれる。

つぎに、図８、図９に基づいて、レギュレータ１４の動作について説明する。

図８に示すように、エアーポンプ１０から送気管１１（図１参照）に送り込まれた高圧空気は、レギュレータ１４に送り込まれ、逆止弁９０、空気供給室１０９、空気流通路１１４を介して、タイヤバルブ１２の空気注入口８９に到達する。

空気供給室１０９の空気圧Ｐが所定値Ｐ０になるまでは、空気圧Ｐに基づいて弁体８４に作用するＹ１方向の力Ｐ・Ｓは、Ｙ２方向の閉弁力Ｆに基づく力より小さいため、タイヤバルブ１２は閉状態となっており、高圧空気はタイヤチューブ９ａに送り込まれない。

その後、空気供給室１０９の空気圧Ｐが所定値Ｐ０を超えると、図９に示すように、空気圧Ｐに基づいて弁体８４に作用するＹ１方向の力Ｐ・Ｓが、Ｙ２方向の閉弁力Ｆに基づく力より大きくなるため、弁体８４が閉弁力Ｆに抗して開位置まで変位させられることによりタイヤバルブ１２が開状態となり、供給された高圧空気は空気注入口８９を介してタイヤバルブ１２を通過し、タイヤチューブ９ａに注入される。

そして、空気供給室１０９の空気圧Ｐ、すなわち、タイヤチューブ９ａの空気圧が適正タイヤ圧Ｐ１に達すると（すなわち、送気管１１の内圧が設定貯留圧に達すると）、上述のように、シリンダ３６内で圧縮された空気は、図６に示す排水弁６０を介して、エアーポンプ１０の外部に放出される。このため、タイヤチューブ９ａの空気圧が適正タイヤ圧Ｐ１を超えることを防止することができる。

車輪５の回転が停止し、エアーポンプ１０からの高圧空気の供給が停止した場合、空気供給室１０９の空気圧Ｐが所定値Ｐ０を超えていればタイヤバルブ１２は開状態となっているが、逆止弁９０および逆止弁４５（図６参照）の作用により、空気供給室１０９の空気圧Ｐ（すなわち、タイヤチューブ９ａの空気圧）が低下することを防止している。

なお、何らかの原因で、空気供給室１０９の空気圧Ｐが所定値Ｐ０以下になると、タイヤバルブ１２は閉状態となり、タイヤチューブ９ａの空気圧が所定値Ｐ０以下になるのを防止する。

このように、レギュレータ１４を用いることで、タイヤバルブ１２を、タイヤバルブ１２に供給された空気の圧力で制御して開閉することができる。

つぎに、この発明の他の実施形態による弁制御装置であるレギュレータ２１４について説明する。

図１０は、車輪５の回転数が所定値以下の状態におけるレギュレータ２１４の状況を示す図面である。図１１は、車輪５の回転数が所定値を超えた状態におけるレギュレータ２１４の状況を示す図面である。図１０、図１１において、レギュレータ１４（図８参照）と同一の機能を有する部分には同一の符号を付して表す。

図１０に示すように、レギュレータ２１４は、連通・遮断制御部２２２を備えている点で、レギュレータ１４と異なる。

レギュレータ２１４においては、タイヤバルブ１２のバルブステム８１の他端（図中Ｙ２方向端）外側に設けられた雄ネジに、ナット２１７をねじ込み、さらに、座金２１８を介して、レギュレータ本体１００のバルブ接続部１０４の内側に設けられた雌ネジをねじ込むことで、タイヤバルブ１２とレギュレータ２１４とが結合される。

レギュレータ本体１００の略円筒状のロッド保持部１０３の中間部には、タイヤバルブ１２の空気注入口８９と大気とを連通する貫通孔２１５が設けられている。

ロッド保持部１０３の外周を覆うように、略円筒状の重錘２２０が装着されている。重錘２２０は、ロッド保持部１０３の外周に、Ｙ方向に所定距離移動可能に支持されている。すなわち、重錘２２０は、重錘２２０の他端（Ｙ２方向端）がロッド保持部１０３の段差部２１６に当接した状態（図１０に示す状態）と、重錘２２０の一端（Ｙ１方向端）が座金２１８に当接した状態（図１１に示す状態）との間で移動可能となっている。

重錘２２０は、バネ２１９の弾性復元力により、Ｙ２方向に付勢されている。車輪５が回転すると、遠心力がＹ１方向に作用するため、重錘２２０に作用する遠心力がバネ２１９の弾性復元力を超えると、重錘２２０はＹ１方向に移動し、図１１に示す状態となる。

重錘２２０の一部にパッキン２２１が装着されている。この例では、重錘２２０の内周に設けられた円環状の溝に、円環状のパッキン２２１が装着されている。

パッキン２２１は、重錘２２０とともに、ロッド保持部１０３の外周に沿ってＹ方向に移動する。

図１１に示す状態においては、貫通孔２１５は、パッキン２２１によって気密的に塞がれ、空気注入口８９は大気と遮断されている。図１０に示す状態においては、貫通孔２１５は、パッキン２２１によって塞がれておらず、空気注入口８９は大気と連通状態になっている。

すなわち、連通・遮断制御部２２２は、レギュレータ２１４に設けられタイヤバルブ１２の空気注入口８９と大気とを連通する貫通孔２１５と、車輪５の回転による遠心力を受けて移動する重錘２２０と、重錘２２０を当該遠心力による移動方向と逆方向に移動するよう付勢するバネ２１９と、重錘２２０の移動にしたがって移動し車輪５の回転数が所定値を超えると貫通孔２１５を気密的に封鎖するとともに車輪５の回転数が前記所定値以下になると貫通孔２１５の封鎖を解除するパッキン２２１と、を備えている。

バネ２１９の弾性復元力および重錘２２０の質量を調整することで、空気注入口８９と大気との連通・遮断を切り替える上記所定値（車輪５の回転数）を調整することができる。たとえば、車輪５の停止時においてＹ１方向に重力が作用しても重錘２２０がＹ１方向に移動しないよう、バネ２１９の弾性復元力および重錘２２０の質量を調整することができる。

つぎに、レギュレータ２１４の動作について説明する。

図１１に示すように、車輪５の回転数が所定値を超えた状態においては、空気注入口８９は大気と遮断されているから、レギュレータ２１４は、前述のレギュレータ１４と同様の動作を行う。

一方、図１０に示すように、車輪５の回転数が所定値以下になると、タイヤバルブ１２の空気注入口８９は大気と連通状態となるから、タイヤバルブ１２の弁体８４が、即時、閉位置に復帰する。

このため、たとえば、車輪５の停止時に、高圧空気の供給系統、たとえば、逆止弁９０、逆止弁４５などに不具合が生じたとしても、タイヤバルブ１２から空気が逆流して漏出することを防止することができる。

レギュレータ２１４のその余の構成および動作は、レギュレータ１４と同様である。

なお、連通・遮断制御部は、上記の連通・遮断制御部２２２に示す構成に限定されるものではなく、何らかの手段により車輪本体の回転数を検知し、当該回転数が所定値を超えると弁装置の流体注入口と大気とを遮断状態とし、当該回転数が前記所定値以下になると弁装置の流体注入口と大気とを連通状態とするものであればよい。

つぎに、この発明のさらに他の実施形態による弁制御装置であるレギュレータ３１４について説明する。

図１２は、レギュレータ３１４の構成を示す図面である。図１２において、レギュレータ１４（図８参照）と同一の機能を有する部分には同一の符号を付して表す。

図１２に示すように、レギュレータ３１４は、逆止弁９０（図８参照）に替えて逆止弁３１５を備えている点で、レギュレータ１４と異なる。

逆止弁３１５においては、鋼球１１７（図８参照）に替えて移動体３１６が用いられ、Ｏリング１１９（図８参照）に替えてＯリング３２０が用いられている。バネ１１８は、逆止弁９０のそれと同様である。

移動体３１６は、Ｏリング３２０の内径側に隙間なくはめ込まれてＯリング３２０を保持するＯリング保持部３１７と、Ｏリング３２０をＹ２方向に押圧する押圧面３１８ａを有する押圧部３１８と、バネ１１８をガイドするバネガイド部３１９とを備えている。

これらのＯリング保持部３１７、押圧部３１８、バネガイド部３１９は、それぞれ直径の異なる同芯の円柱状に形成され、一体をなしている。

この例では、Ｏリング保持部３１７の外径は、ジョイント具１１６の通気路１１６ｂの内径より小さくなるよう構成され、Ｏリング３２０の内径は、Ｏリング保持部３１７の外径に隙間なくはめ込むことができるよう構成されている。

Ｏリング保持部３１７の外径にＯリング３２０の内径を隙間なくはめ込むよう構成することで、仮に、Ｏリング３２０の外径とジョイント具１１６の空気供給室１０９の内径との間に隙間がある場合であっても、移動体３１６の押圧部３１８の中心とＯリング３２０の中心とがずれることはない。また、押圧部３１８の押圧面３１８ａとＯリング３２０との密着性を担保することができる。

このため、空気供給室１０９から通気路１１６ｂへの圧縮空気の逆流を、より確実に防止することができる。

レギュレータ３１４のその余の構成および動作は、レギュレータ１４と同様である。

なお、上述の各実施形態においては、弁制御装置の制御動作部を構成する変位体が、流体供給室に連通したシリンダ内に往復動可能に保持されたピストンである場合を例に説明したが、変位体はピストンに限定されるものではなく、たとえば、ダイヤフラムのようなものであってもよい。

一般的には、変位体は、流体供給室の流体圧により作動するアクチュエータの出力側可動部材であればよい。さらに、一般的に、制御動作部は、流体供給室の流体圧により直接的にまたは間接的に作動するアクチュエータ、たとえば、流体供給室の流体圧を電気的に検知して動作するソレノイド、を備えたものであってもよい。

また、上述の各実施形態においては、圧縮機として、ピストンの往復運動によりシリンダ容積を変化させることで気体を圧縮するよう構成されたいわゆる往復式の圧縮機を例に説明したが、この発明はこれに限定されるものではない。圧縮機として、往復式の圧縮機以外の容積式圧縮機、たとえば、スクリュー式、ロータリー式、スクロール式の圧縮機にも、この発明を適用することができる。さらに、容積式圧縮機以外の圧縮機、たとえば、遠心式の圧縮機にも、この発明を適用することができる。

また、エアーポンプを備えたタイヤ付き車輪として、自転車の車輪を例に説明したが、この発明はこれに限定されるものではない。タイヤ付き車輪として、たとえば、三輪車、原動機付き自転車、二輪自動車、自動車、車椅子、リヤカーその他の車両全般に用いられるタイヤ付き車輪に、本発明を適用することができる。また、車両以外に用いられるタイヤ付き車輪、たとえば、エレベーターのガイド用車輪その他のタイヤ付き車輪にも、本発明を適用することができる。

さらに、流体保持装置はタイヤに限定されるものではなく、空気（一般的には「気体」。さらに一般的には「流体」）を保持するためのタンクをも含む概念である。したがって、車輪の回転にともなって、タンクに流体を送り込むような場合にも、この発明を適用することができる。

また、流体供給装置として、車輪本体の回転に伴って圧縮空気等の加圧流体を生成して流体保持装置に供給する流体自動供給機構（たとえば、エアーポンプ１０）を例に説明したが、流体供給装置は、これに限定されるものではない。たとえば、一般的な動力ポンプのように、電動機その他の動力源により自動的にまたは随時駆動され加圧流体を流体保持装置に供給する装置の他、手押しの空気ポンプのように、手動で加圧流体を流体保持装置に供給する装置も、流体供給装置に該当する。

上記においては、本発明を好ましい実施形態として説明したが、各用語は、限定のために用いたのではなく、説明のために用いたものであって、本発明の範囲および精神を逸脱することなく、添付のクレームの範囲において、変更することができるものである。また、上記においては、本発明のいくつかの典型的な実施形態についてのみ詳細に記述したが、当業者であれば、本発明の新規な教示および利点を逸脱することなしに上記典型的な実施形態において多くの変更が可能であることを、容易に認識するであろう。したがって、そのような変更はすべて、本発明の範囲に含まれるものである。

９ａ：タイヤチューブ
１２：タイヤバルブ
１４：レギュレータ
８４：弁体
８７：弁バネ
８９：空気注入口
１０１：シリンダ
１０９：空気供給室
１１０：ピストン
１１１：ピストンロッド
１１４：空気流通路

特許出願人 中野 隆次
出願人代理人 弁理士 田川 幸一

Claims (6)

1. 閉弁力を受けて閉位置にある弁体が当該閉弁力に抗して開位置まで変位させられることにより開状態となる常時閉の弁装置の開閉を制御する弁制御装置であって、
   流体が供給される流体供給室と、
   前記流体供給室と前記弁装置の流体注入口とを連通する流体流通路と、
   前記流体供給室の流体圧が所定値を超えると、前記弁装置の弁体を開位置まで変位させ、前記流体供給室の流体圧が前記所定値以下になると、前記弁体が閉位置に復帰することを許容する制御動作部と、
   を備えたこと、
   を特徴とする弁制御装置。
2. 請求項１の弁制御装置において、
   前記制御動作部は、
   前記弁装置の弁体を介して前記閉弁力に基づく力を受けるとともに流体供給室の流体圧により前記閉弁力に基づく力に抗する向きの力を受け、前記閉弁力に基づく力と前記閉弁力に基づく力に抗する向きの力との差に基づいて変位する変位体であって、当該変位体の変位に連動して前記弁体が変位するよう構成された変位体、
   を備えたこと、
   を特徴とするもの。
3. 請求項２の弁制御装置において、
   前記変位体は、
   前記流体供給室に連通したシリンダ内に往復動可能に保持されたピストンであること、
   を特徴とするもの。
4. 請求項１ないし３のいずれかの弁制御装置において、
   前記流体供給室に供給される流体は、車輪本体の回転に伴って圧縮された空気であり、
   当該弁制御装置は、さらに、
   前記車輪本体の回転数が所定値を超えると前記弁装置の流体注入口と大気とを遮断状態とし、前記車輪本体の回転数が前記所定値以下になると前記弁装置の流体注入口と大気とを連通状態とする、連通・遮断制御部、
   を備えたこと、
   を特徴とするもの。
5. 前記弁装置を有する流体保持装置であって、請求項１ないし４のいずれかの弁制御装置を備えたこと、
   を特徴とする流体保持装置。
6. 前記弁装置を有する流体保持装置に流体を供給する流体供給装置であって、請求項１ないし４のいずれかの弁制御装置を備えたこと、
   を特徴とする流体供給装置。

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