(57)【要約】【課題】タイヤもしくはタイヤ内空部の熱を速やかに放散することができるタイヤホイール組立体を提供する。【解決手段】タイヤ内空部にヘリウムガス等の高熱伝導ガスを充填し、もしくは、タイヤ内空部に弾性ボールを入れて充填気体の攪拌を促進させ、もしくは、ホイールのタイヤ内空部との接触面に集熱フィンを設ける。【選択図】　　　　図１
2004130855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホイールと、タイヤと、これらが囲繞するタイヤ内空部とを有するタイヤホイール組立体において、タイヤ内空部に、少なくともヘリウムガスを含む気体を充填してなるタイヤホイール組立体。
【請求項２】
ホイールと、タイヤと、これらが囲繞するタイヤ内空部とを有するタイヤホイール組立体において、タイヤ内空部に弾性ボールを封入してなるタイヤホイール組立体。
【請求項３】
ホイールと、タイヤと、これらが囲繞するタイヤ内空部とを有するタイヤホイール組立体において、タイヤ内空部に接触するホイール表面に集熱フィンを設けてなるタイヤホイール組立体。
【請求項４】
前記ホイールの一部の部材を、タイヤに接触しもしくはタイヤ内空部に露出する第一の部分と大気に露出する第二の部分とを有する高熱伝導率部材で構成し、この高熱伝導率部材の第一の部分と第二の部分との間の熱伝導率を、前記ホイールの残余の部材の熱伝導率よりも高くしてなる請求項１〜３のいずれかに記載のタイヤホイール組立体。
【請求項５】
前記高熱伝導率部材は、３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有してなる請求項４に記載のタイヤホイール組立体。
【請求項６】
前記高熱伝導率部材は、Ａｌ、ＭｇおよびＣｕからなる群から選ばれた金属の合金、前記群から選ばれた金属とダイヤモンドとの焼結体、もしくは、前記群から選ばれた金属とカーボンナノチューブとの複合体よりなり、
前記複合体は、前記高熱伝導率部材の前記第一の部分から前記第二の部分まで連続して互いに繋がった複数のカーボンナノチューブを前記金属中に配向させてなる請求項４もしくは５に記載のタイヤホイール組立体。
【請求項７】
前記高熱伝導率部材を表面に配設してなる請求項４〜６のいずれかに記載のタイヤホイール組立体。
【請求項８】
前記高熱伝導率部材を、ホイールのタイヤ内空部との接触部分の厚さ方向に貫通させて設けてなる請求項４〜７のいずれかに記載のタイヤホイール組立体。
【請求項９】
前記第二の部分が露出する表面を冷却する冷却手段を設けてなる請求項４〜８のいずれかに記載のタイヤホイール組立体。
【請求項１０】
前記冷却手段を、前記表面に設けた冷却フィンとしてなる請求項９に記載のタイヤホイール組立体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイヤホイール組立体に関し、特に、その熱放散性能を向上させることによるタイヤの耐久性能の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タイヤは高応力下で変形して走行するので自己発熱するが、一方、タイヤの破壊性能はタイヤの温度に大きく依存するため、発熱部分の熱を速やかに放散してその部分の温度上昇を抑制することが、タイヤの耐久性を向上させる上で重要である。
【０００３】
図６は、タイヤ９５の内部で発生した熱の移動を表わす模式図である。ここで、ホイール９１はそのリム９２によりタイヤ９５を支承するとともに、タイヤ９５と協働してタイヤ９５の内圧を保持するタイヤ内空部９６を囲繞している。タイヤ９５内の発熱部位Ｐからの熱は、タイヤ９５内部を通ってタイヤ９５の外表面から大気へ直接放散する熱Ｑ１、同じくタイヤ９５内部を経由したあとリム９２内を通過して大気へ放散する熱Ｑ２、および、タイヤ９５内部を経由してタイヤ９５の内表面からタイヤ内空部９６の空気に伝達されさらにその空気からリム９２を経てリム９２を含むホイール９１から大気へ放散される熱Ｑ３がある。Ｑ１〜Ｑ３のいずれもタイヤ９５内部を通過するのでタイヤ９５内部の熱伝導率を上げることはタイヤの温度を低下させる上で重要であるが、リム９２を含むホイール９１の熱伝導率を上げること、ならびに、タイヤ内空部９６の熱伝達率を上げることも非常に重要であることは図６より明らかである。このような車両用ホイール９１の材料としては、現在スチールや比較的熱伝導率のよい鋳造もしくは鍛造のアルミニウムが用いられている（例えば、非特許文献情報１。）。しかし、これに対して車両用ホイールの熱伝導率を改良しようという提案はなされていない。
【０００４】
【（非）特許文献１】
社団法人　日本ゴム工業会編　ゴム工業便覧＜第四版＞　平成６年１月２０日発行　ｐ．７６４
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、熱の放散性能を従来のものより格段に向上させ、タイヤから伝達される熱を速やかに放散することのできるタイヤホイール組立体を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明はなされたものであり、その要旨構成ならびに作用を以下に示す。
【０００７】
請求項１に記載のタイヤホイール組立体は、ホイールと、タイヤと、これらが囲繞するタイヤ内空部とを有するタイヤホイール組立体において、タイヤ内空部に、少なくともヘリウムガスを含む気体を充填してなるものである。
【０００８】
ヘリウムガスの熱伝導率は、０．１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、これは通常タイヤ内空部に充填される空気の熱伝導率０．０２６Ｗ／（ｍ・Ｋ）よりも格段に高い。本発明のタイヤホイール組立体は、タイヤ内空部にこれらのガスのうち、少なくとも一種類のガスを含む気体を充填しているので従来のものに対比して効率よくタイヤの熱をホイールに伝達することができ、熱放散のよいタイヤホイール組立体とすることができる。
【０００９】
請求項２に記載のタイヤホイール組立体は、ホイールと、タイヤと、これらが囲繞するタイヤ内空部とを有するタイヤホイール組立体において、タイヤ内空部に弾性ボールを封入してなるタイヤホイール組立体。
【００１０】
本発明のタイヤホイール組立体によれば、タイヤ内空部に弾性ボールが封入されているので、タイヤの転動に際して、弾性ボールがタイヤ内空部の中をタイヤもしくはホイールの内壁面でバウンドしながら跳ね回ることができ、効率よく、タイヤ内空部内の気体を対流させ、タイヤからホイールへの熱の貫流率を向上させ、よって、熱放散のよいタイヤホイール組立体とすることができる。
【００１１】
請求項３に記載のタイヤホイール組立体は、ホイールと、タイヤと、これらが囲繞するタイヤ内空部とを有するタイヤホイール組立体において、タイヤ内空部に接触するホイール表面に集熱フィンを設けてなるタイヤホイール組立体。
【００１２】
本発明のタイヤホイール組立体によれば、タイヤ内空部に接触するホイール表面に集熱フィンを設けたので、タイヤ内空部の熱を効率よくホイールに取り込むことができ、簡易で効率の高い冷却を実現することができる。
【００１３】
請求項４に記載のタイヤホイール組立体は、請求項１〜３のいずれかに記載するところにおいて、前記ホイールの一部の部材を、タイヤに接触しもしくはタイヤ内空部に露出する第一の部分と大気に露出する第二の部分とを有する高熱伝導率部材で構成し、この高熱伝導率部材の第一の部分と第二の部分との間の熱伝導率を、前記ホイールの残余の部材の熱伝導率よりも高くしてなるものである。
【００１４】
本発明のタイヤホイール組立体によれば、高熱伝導率部材の第一の部分、第二の部分を、それぞれ、高温側となるタイヤもしくはタイヤ内空部、および低温側となる大気に露出させているので、高温側で発生した熱を高熱伝導率部材を伝達させて速やかに低温側から放散することができ、高い放熱性能を有する車両用ホイールを構成することができる。
【００１５】
請求項５に記載のタイヤホイール組立体は、請求項４に記載するところにおいて、３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有してなるものである。
【００１６】
通常、車両用ホイールを形成するスチールや鋳造あるいは鍛造のアルミニウム主の熱伝導率は２４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であり、本発明のタイヤホイール組立体によれば、前記高熱伝導率部材の熱伝導率を３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上としたので、タイヤに接触しもしくはタイヤ内空部に露出する部分から熱放散面までの熱伝導率を大幅に改善することができる。
【００１７】
請求項６に記載のタイヤホイール組立体は、請求項４もしくは５に記載するところにおいて、前記高熱伝導率部材は、Ａｌ、ＭｇおよびＣｕからなる群から選ばれた金属の合金、前記群から選ばれた金属とダイヤモンドとの焼結体、もしくは、前記群から選ばれた金属とカーボンナノチューブとの複合体よりなり、
前記複合体は、前記高熱伝導率部材の前記第一の部分から前記第二の部分まで連続して互いに繋がった複数のカーボンナノチューブを前記金属中に配向させてなるものである。
【００１８】
本発明のタイヤホイール組立体によれば、前記高熱伝導率部材を、前記群から選ばれた金属の合金、この金属とダイヤモンドとの焼結体、もしくは、この金属とカーボンナノチューブとの複合体よりなるものとしたので、この高熱伝導率部材の熱伝導率を、ホイールを構成する残余の部材のそれよりも、容易に大きくすることができる。
【００１９】
請求項７に記載のタイヤホイール組立体は、請求項４〜６のいずれかに記載するところにおいて、前記高熱伝導率部材を表面に配設してなるものである。
【００２０】
本発明のタイヤホイール組立体によれば、高熱伝導率部材を表面に配設したので、表面を伝わって高温側から低温側に熱を移動させることができ、また、ホイールの表面に高熱伝導率部材をコーティングすることにより、簡易にこれを配設することができ好ましい。
【００２１】
請求項８に記載のタイヤホイール組立体は、請求項４〜７のいずれかに記載するところにおいて、前記高熱伝導率部材を、ホイールのタイヤ内空部との接触部分の厚さ方向に貫通させて設けてなるものである。
【００２２】
本発明のタイヤホイール組立体によれば、高熱伝導率部材をホイールのタイヤ内空部との接触部分の厚さ方向、すなわち、リムの厚さ方向に貫通させて設けたので、リムの、タイヤ内空部と接触する側から厚さ方向反対側にある大気と接触する側に、短いパスで熱を移動させことができ、効率よく放熱することができる。
【００２３】
請求項９に記載のタイヤホイール組立体は、請求項４〜８のいずれかに記載するところにおいて、前記第二の部分が露出する表面を冷却する冷却手段を設けてなるものである。
【００２４】
本発明のタイヤホイール組立体によれば、低温側を構成する、高熱伝導率部材の第二の部分が露出する表面に冷却手段を設けたので、高熱伝導率部材の両部分間の温度差を大きくすることができ、熱の更なる放散を促進させることができる。ここで、冷却手段とは、熱放散面に設けた冷却フィン、外部に設けた冷却ファン、あるいは、高放熱材料で熱放散面の表面を覆うことを含む、熱放散面の熱放散を促進するすべての手段をいう。
【００２５】
請求項１０に記載のタイヤホイール組立体は、請求項９に記載するところにおいて、前記冷却手段を、前記表面に設けた冷却フィンとしてなるものである。
【００２６】
本発明のタイヤホイール組立体によれば、前記冷却手段を冷却フィンで構成したので、簡易で効率の高い冷却を実現することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図１ないし図５に基づいて説明する。図１は、本実施形態のタイヤホイール組立体１０の半部を示す略線断面図、図２は、図１のＸ部の詳細を示す略線断面図、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す断面図である。ホイール１は、タイヤ５を支承しタイヤ５と協働してタイヤ内空部６を囲繞するリム２と、リム２につながり、これを車輪のハブに取り付けるためのディスク３を有し、また、リム２を補強するためのリブ４を周上に複数個配設している。そして、タイヤホイール組立体１０は、ホイール１、タイヤ５およびタイヤ内空部６よりなっている。
【００２８】
タイヤ内空部６にはヘリウムガス１３が充填され、車両を支えるのに必要なタイヤ内圧が保持されている。ヘリウムガス１３と他の気体、例えば空気、とを混合したものを用いることもできる。
【００２９】
また、タイヤ内空部６には、数個の弾性ボール１４が封入されていて、タイヤの転動に伴って、タイヤ５もしくはリム２の壁面で反射を繰り返しながら、タイヤ内空部６をランダムに移動し、この弾性ボール１４の移動によって、タイヤ内空部６に充填された気体は十分に攪拌される。
【００３０】
弾性ボール１４がランダムにタイヤ内空部６を移動するためには、これは、タイヤ５もしくはリム２の壁面でバウンドされやすいものが好ましく、そのため弾性ボール１４は弾性を有する必要があり、例えば、スポンジやゴムよりなるものや、タイヤ内空部６に充填された内圧より高い内圧が充填されたゴム製もしくは樹脂製ボールなどを用いることができる。また、弾性ボール１４の表面に凹凸や攪拌のためのフィンを設けると攪拌効率を向上させることができる。
【００３１】
弾性ボール１４の直径は、５〜１０ｍｍとするのがよく、直径が１０ｍｍを越えると壁面との衝突、もしくは、気体との摩擦による発熱が大きくなってしまい、これが５ｍｍ未満であると、十分な攪拌が得られない。また、タイヤ内空部６内に封入する弾性ボール１４は１０個以下とするのが好ましく、個数が１０個を越えると同様にして発熱が大きくなってしまう。
【００３２】
ホイール１を構成するリム２、ディスク３およびリブ４にはそれぞれの表面のほぼ全面にわたって表面高熱伝導率部材８がコーティングされており、この表面高熱伝導部材８では、タイヤ５と接触する表面およびタイヤ内空部６に露出する表面Ｎを高温側の第一の部分、この表面Ｎ以外の、大気に露出する表面Ｔを低温側の第二の部分として、第一の部分から第二の部分へ熱が伝達される。またリム２には、タイヤ内空部６に接する第一の部分からリム厚さ方向の反対側の第二の部分に貫通する多数の貫通高熱伝導率部材９が埋設して設けられていて、貫通高熱伝導率部材９においても、これら第一の部分から第二の部分へ熱が移動する。
【００３３】
表面高熱伝導率部材８および貫通高熱伝導率部材９は高熱伝導率部材を構成し、これらはともにホイール１の主たる部材である母材７より熱伝導率は高いので、従来母材７を伝わってしか大気に放出されなかったタイヤ５もしくはタイヤ内空部６からの熱は、主に高熱伝導率部材８、９を伝わって大気に放熱されることとなり、従来よりも格段に優れた放熱性能を有することができる。高熱伝導率部材８、９は、３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有するのが好ましい。
【００３４】
また、表面高熱伝導率部材８の、タイヤ内空部６に露出する表面Ｎには、複数の突条よりなる集熱フィン１１が設けられていて、タイヤ内空部６からの熱を効率よく集熱することができ、また、表面高熱伝導率部材８の大気に露出する表面Ｔにも、複数の突条よりなる冷却フィン１２が設けられていて、この冷却フィン１２も、高熱伝導率部材８、９を伝わってきた熱を効率よく大気に放出するための冷却装置を構成する。
【００３５】
表面高熱伝導率部材８としては、熱伝導率の高いＡｌ、ＭｇおよびＣｕからなる群から選ばれた金属の合金、もしくは、この金属とダイヤモンドとの焼結体などを用いることができる。また、貫通高熱伝導率部材９としては、Ａｌ、ＭｇおよびＣｕからなる群から選ばれた金属の合金、この金属とダイヤモンドとの焼結体、あるいは、この金属とカーボンナノチューブとの複合体などを用いることができるが、本実施形態として説明するものはこれらのうちもっとも熱伝導率の高いＡｌ−カーボンナノチューブ複合体を用いていて、図４は、Ａｌ−カーボンナノチューブ複合体よりなる高熱伝導率部材９を示す略線斜視図、図５は、カーボンナノチューブ同士が接触する部分を示す略線側面図である。
【００３６】
貫通高熱伝導率部材９は、アルミニウム母材２４中にその軸線方向に沿って配向された多数のカーボンナノチューブ２２を有し、これらのカーボンナノチューブは互いに繋がって、部材９の端面２６Ａ、２６Ｂの両方に開口するとともに一方の端面２６Ａから他方の端面２６Ｂまで連続して延在する多数のカーボンナノチューブ連続体２３を形成する。互いに隣接するカーボンナノチューブ２２は、例えば図５に示すように、Ｌ１、Ｌ２もしくはＬ３で外周面同士を接触させているので高熱伝導率の物質を直列に接続した熱伝導経路を構成することができる。
【００３７】
ここで、高熱伝導率部材９の太さは０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度であり、その長さは必要に応じて自由に選択することができる。また、これに用いるカーボンナノチューブのサイズは、長さが１００〜２００００ｎｍ、直径が２０〜３００ｎｍ程度である。母材としては、本実施形態で用いるアルミニウムの他、マグネシウムや銅等で代用する事も可能である。本実施の形態においては、カーボンナノチューブの混合割合は、アルミニウム１００重量部に対して０．１〜５．０重量部としていて、その結果得られる、その長手方向に沿った熱伝導率は３００〜１２０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）でありこれは通常のアルミニウムの熱伝導率の約２４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）に対して最高で約５０倍高い。
【００３８】
貫通高熱伝導率部材９は、リブ４が設けられてないリム２の表面全面にわたってタイヤ内空部６に均一に露出するよう配設されていて、その露出面積比率は、５〜５０％とするのが好ましい。この比率が、５％未満だと十分な放熱の改善効果が得られず、５０％を越えるとホイールとしての必要強度を満足できなくなる。また、この高熱伝導率部材７を部材６中に配設するには、リム２の中に高熱伝導率部材９を収納する穴を形成しておきこの穴に高熱伝導率部材７を挿入して固定することにより行う。なお、固定に際しては、接着剤による方法、しまりばめによる方法等を用いることができる。この挿入による方法の他、高熱伝導率部材７に合金よりなるものを用いる場合には、リム２の穴に溶融合金を流し込んだあとこれを冷却固化させる方法によることもでき、また、高熱伝導率部材７に金属とダイヤモンドとの焼結体を用いる場合には、リム２の穴に焼結体の粉末を充填したあとこれを焼結して固化させる方法によることもできる。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明のタイヤホイール組立体１０によれば、タイヤ内空部６にヘリウムガス１３等の高熱伝導ガスを充填し、もしくは、タイヤ内空部６に弾性ボール１４を入れて充填気体の攪拌を促進させ、もしくは、ホイール１のタイヤ内空部６との接触面に集熱フィン１１を設けたので、効率よくタイヤ５の熱をホイール１に伝達することができ、熱放散性能の高いタイヤホイール組立体１０を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態のタイヤホイール組立体を示す略線断面図である。
【図２】図１のＸ部の詳細を示す略線斜視図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す略線斜視図である。
【図４】貫通高熱伝導率部材を示す略線斜視図である。
【図５】カーボンナノチューブ同士が接触する部分を示す略線側面図である。
【図６】タイヤの内部で発生した熱の移動を表わす模式図である。
【符号の説明】
１　ホイール
２　リム
３　ディスク
４　リブ
５　タイヤ
６　タイヤ内空部
７　母材
８　表面高熱伝導率部材
９　貫通高熱伝導率部材
１０　タイヤホイール組立体
１１　集熱フィン
１２　冷却フィン
１３　ヘリウムガス
２２　カーボンナノチューブ
２３　カーボンナノチューブ連続体
２４　アルミニウム母材
２６Ａ、２６Ｂ　高熱伝導率部材の端面
【図１】
2004130855.tif 000003
【図２】
2004130855.tif 000004
【図３】
2004130855.tif 000005
【図４】
2004130855.tif 000006
【図５】
2004130855.tif 000007
【図６】
2004130855.tif 000008