(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮空気を送給する圧縮空気送給通路と、圧縮空気をO2ガスとN2ガスに分離してそれぞれのガスを個別に通す少なくとも２本の送給通路を有する膜モジュールを備えた装置において、
N2ガスを送給する通路は、膜モジュールを経て２本に分岐しており、そのうちの一方はトラック・バス等の車両に適用される大型タイヤに適合する高い圧力になるN2ガスを送給する通路で、もう一方は乗用車等のタイヤに適合する比較的低い圧力になるN2ガスを送給する通路であり、
充填するタイヤの正規内圧に応じた圧力に設定する圧力調整手段を有することを特徴とするN2ガスをタイヤに充填するための装置。
【請求項２】
前記圧力調整手段が減圧弁である請求項１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、N2ガス（濃度の高いN2リッチガスを含む）をタイヤに充填するための装置に関し、正規内圧が比較的低い乗用車用のタイヤから正規内圧が高いトラック、バス等の大型タイヤに至るまで、正規内圧の違いにかかわらずN2ガスを効率よく充填しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
N2ガスは温度変化に極めて強い特徴があり、車両のタイヤにN2ガスを充填することによって高速走行あるいは過酷な走行等においてタイヤの温度が上昇してもタイヤ内圧が変化しないため走行性能の低下を防止することが可能で乗り心地を改善するのに有利であり、これまでに高速走行が余儀なくされる航空機やＦ１レーシングカーなど特殊なものに採用されていた。
【０００３】
ところで、最近ではタイヤにおけるN2ガスの充填がゴムやホイールの劣化等の防止効果があることが一般に広く知られるようになってきているうえ、タイヤの高性能化とも相まって一般ユーザーからN2ガスの充填を求められる傾向にあり、とくに、カーショップや給油所におけるサービスの一環としてN2ガスを迅速にタイヤに充填することができる手段の開発が求められていた。
【０００４】
これまでに知られているN2ガスの充填方式としては、N2ガスが充填された市販のボンベを使用してタイヤにN2ガスを充填する方法が知られている他、エアコンプレッサーにて圧縮空気を送給して工業用活性炭にてN2ガスのみを分離・精製してN2ガスを充填する方法、あるいはガス成分の種類によって透過速度に差がでるのを利用して空気からO2とN2を分離して高濃度のN2ガスを供給するガス分離膜法が知られていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、N2ガスを充填したボンベを使用した方法では、ボンベの在庫管理や搬入、搬出等の手間がかかりボンベを設置する場所を確保する必要がある等ランニングコストの面で不利があり、工業用活性炭を用いた方法では、上記のような不具合はないものの、ある程度使用した後においては活性炭に吸着したO2を一旦解放する再処理が必要でることからメンテナンスが必要不可欠であって、とくに活性炭の再処理中にN2ガスの充填が求められた場合には対応できない不利があった。
また、活性炭を使用した方法ではN2ガスの濃度を任意に設定できる利点があるが、１０００kPa を超えるような圧縮空気を使用した場合には、その構造上、タンク内に高圧のO2ガス (活性ガス) が溜まるので高圧ガス設備となるため、かかる設備の設置する場所が規制される等の不具合があった。
【０００６】
これに対してガス分離膜法は上記のような不具合はなく、必要に応じて比較的迅速にN2ガスを充填することができ、しかも１０００kPa を超える圧縮空気を使用しても高圧のO2ガスが溜まるようなタンクを必要としないので高圧ガス製造設備の適用（高圧ガス保安法施行令第２条、第３条）を受けず広い分野で使用できる利点があった。しかしながら、ガス分離膜法は上記の他の２方式についてもいえることであるが、例えば乗用車用タイヤやトラック・バス等の大型タイヤにN2ガスを充填しようとする場合、N2ガスを充填すべきタイヤによっては正規内圧が異なるため迅速な対応ができないところに問題を残していた。
とくに、トラック・バス等の大型タイヤは正規内圧が１０００kPa に近い圧力が必要になるから正規内圧が２００kPa 程度になる比較的低圧の乗用車用タイヤを対象とする圧力でもって大型タイヤにN2ガスを充填することができない。
【０００７】
本発明の目的は、正規内圧が異なるタイヤであってもN2ガスあるいはN2リッチガスを効率よく、しかも迅速にタイヤ内に充填することができる新規な装置を提案するところにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、リム組みしたタイヤにN2ガスを充填して正規内圧に保持するに当たり、N2ガスの供給圧力をリム組みしたタイヤの正規内圧に適合するように調整し、そのうえでN2ガスの充填を行う。
【０００９】
すなわち、本発明は、圧縮空気を送給する圧縮空気送給通路と、圧縮空気をO2ガスとN2ガスに分離してそれぞれのガスを個別に通す少なくとも２本の送給通路を有する膜モジュールを備えた装置において、
N2ガスを送給する通路は、膜モジュールを経て２本に分岐しており、そのうちの一方はトラック・バス等の車両に適用される大型タイヤに適合する高い圧力になるN2ガスを送給する通路で、もう一方は乗用車等のタイヤに適合する比較的低い圧力になるN2ガスを送給する通路であり、
充填するタイヤの正規内圧に応じた圧力に設定する圧力調整手段を有することを特徴とするN2ガスをタイヤに充填するための装置である。
【００１０】
上記の装置において圧力調整手段は減圧弁とする。本発明において比較的低い圧力とは２００〜５５０kPa 程度の範囲であり、大型タイヤに適合する高い圧力とは５５０〜１４００kPa 程程度の範囲をいうこととする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明においては乗用車用あるいはトラック・バス用など、リム組みしたタイヤに適合する内圧になるようにN2ガスの供給圧力を調整したうえでN2ガスを充填するようにしたのでタイヤの用途の違いにかかわらずN2ガスを充填する際の効率化を図るとができる。
【００１２】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明をより具体的に説明する。
図１は、中空糸膜等からなる膜モジュールを備えた本発明に従うN2ガス充填装置の構成を示した例であり、図２は図１の外観を示したものである。
図中１はコンプレッサー（図示せず）にて供給された圧縮空気を膜モジュールｍに送給する圧縮空気送給通路、２は膜モジュールｍにて空気より分離されたO2ガス（実際はO2リッチガス）を通すO2ガス送給通路、３は膜モジュールｍにて空気より分離されたN2ガス（N2リッチガス）を通すN2ガス送給通路であり、このN2ガス送給通路３はその下流でトラック・バス等のタイヤの内圧充填に適合する圧力の高いN2ガスを送給する通路３ａ（以下、高圧系N2ガス通路３ａと記す）と、乗用車等のタイヤの内圧充填に適合する圧力の比較的低いN2ガスを送給する通路３ｂ（以下、低圧系N2ガス通路３ｂと記す）からなり、その先端部はそれぞれタイヤのガス充填バルブ（図示せず）に接続することができるようになっている。
【００１３】
また、４は開閉弁、５は圧力計を備えたレギュレータ（減圧弁）、６は空気の汚れを除去するエアーフィルター、７は圧縮空気中の水分を除去するミストフィルターであって、これら開閉弁４、レギュレータ５、エアーフィルター６、ミストフィルター７は何れも圧縮空気送給通路１に順次に配置される。
【００１４】
また、８は高圧系N2ガス通路３ａに設置された圧力計、９は低圧系N2ガス通路３ａに配置されたレギュレータ（減圧弁）、そして１０は同じく低圧系N2ガス通路３ａに配置された圧力計である。
【００１５】
上記の構成になる装置を適用して例えば、リム組みした乗用車用のタイヤにN2ガスを充填するには、膜モジュールｍからのN2ガスを低圧系N2ガス通路３ｂに配置したレギュレータ９にて減圧しリム組みタイヤの規定内圧に充填することができる圧力に調整してN2ガスの充填を行う。
なお、この場合において大型タイヤにN2ガスを充填しないときは高圧系N2ガス通路３a ではその先端のバルブは閉じておく。
リム組みした大型タイヤに高圧のN2ガスを充填するには、膜モジュールｍからのN2ガスを高圧系N2ガス通路３ａを通してその先端部からタイヤのバルブを通して充填する。
この場合において乗用車用タイヤにN2ガスを充填しないときは低圧系N2ガス通路3bではその先端のバルブを閉じておく。
【００１６】
上記の例ではモジュールｍの出側に設けたN2ガス送給通路３を、高圧系N2ガス通路３ａと低圧系N2ガス通路３ｂとに分岐させた例について示したが、これを単一の通路として、ここに圧力調整手段を設けて充填すべきタイヤに適合する圧力に調整してN2ガスの充填を行うようにしてもよい。
【００１７】
N2ガス送給通路３にホルダーを設けておき、ここにN2ガスを充填しておくこともでき、これによって各種タイヤへの迅速な対応が可能になる。
【００１８】
リム組みしたタイヤにおいて内圧を充填する前には該タイヤ内には空気が入っておりN2ガスがおよそ８０％、O2ガスがおよそ２０％含まれている。ここで例えば乗用車用タイヤを対象とした場合、タイヤの内圧は約２００kPa であるので濃度が１００％になるN2ガスを充填してもタイヤ内のN2ガスの濃度は９３％程度、すなわち、O2ガスが７％程度含んでいることになり、N2ガスの充填によるより一層の効果を期待するためにはかかるO2ガスをさらに低減する必要がある。
【００１９】
タイヤ内の残存空気を低減してN2ガスをより濃度の高い状態でタイヤに充填するには、まず、図１に示したような構成になる装置のN2ガス送給経路３に図３に示す如く排気経路１１、１２を別途設けておき、N2ガスを充填するに先立ち真空ポンプによってタイヤ内の空気を排出して該タイヤ内を大気圧よりも低い状態にし、その後に該タイヤ内にN2ガスを充填する。
【００２０】
上記のような空気の排出操作を行うことなしに、タイヤ内の残存空気をより一層低減するには、N2ガスの充填中に少なくとも一回タイヤ内の充填気体を大気中へ排出するのがよく、これによって残存空気とN2ガスを置換することができるのでタイヤ内におけるN2ガスの濃度を高めることができる。具体的には、N2ガス送給通路３の先端をタイヤのバルブに接続してN2ガスを供給する。そして、タイヤの内圧が予定してある圧力に達した時点、あるいは予定の注入時間に達した時点でN2ガスの供給を停止するとともにタイヤ内の充填気体を排出し、次いで再度N2ガスを供給して正規内圧までN2ガスを充填する。
【００２１】
タイヤ内の空気を一旦排出してN2ガスを充填する場合には、N2ガス送給通路３を図３に示した排気経路を利用し、真空ポンプを作動させて、ここからタイヤ内の空気を抜き取り、即座に開閉バルブを切り換えてN2ガスの注入を行えばよい。
【００２２】
N2ガスの供給は次の手順に従う。
開閉弁４を開にしておき、レギュレータ９を閉じておく。そしてコンプレッサーにて圧縮空気を送給通路１に導入し、レギュレータ９を調整して徐々に圧力を上昇させていき所定の圧力に保持する。
【００２３】
ここで、この種の装置において設置される膜モジュールとして例えばポリイミド製の分離膜を使用することができ、ここに圧縮空気を通すことにより透過速度に差が生じるのを利用してO2を除去する一方で、高濃度のN2ガスを得ることが可能であり、膜モジュールｍのN2ガス送給通路３における圧力はレギュレーター５における圧力よりも５０〜１００kPa 程度低い値を示すことになるのでN2ガスの供給圧力はこの点を考慮に入れて設定する。
される。
【００２４】
N2ガス送給通路３には図示はしないが酸素濃度計を設置して該通路内を通るN2ガスの濃度がどの程度にあるかを確認しつつリム組みしたタイヤ内にN2ガスを充填する。
【００２５】
N2ガスを充填するに先立ち例えば、タイヤ内の空気を半分程度排出してから、N2ガスを充填すると内圧充填後のO2濃度は約５％程度になる。また、タイヤ内の空気を排出を行わずにリム組みしたタイヤにN2ガスを充填して内圧を例えば２００kPa としその後にタイヤの内圧が１００kPa になるまで充填気体を大気中へ放出し、次いでN2ガスを充填することによって内圧充填後におけるO2ガスの濃度を約５％程度にまで低減することができる。
【００２６】
膜モジュールを備えたN2ガス充填装置では、例えばN2ガス送給通路３にガス流量調整手段を設置しておき、この手段にてN2ガスの単位時間当たりの流量を、圧縮空気送給通路１における圧縮空気の単位時間当たりの流量よりも小さくすると、N2ガスの流量が小さくなるに従い膜モジュール内の圧力が高まるのでN2ガスの濃度は上昇（トラック・バスなどの大型タイヤにおいては供給充填圧は１０００kPa 程度あるいは１０００kPa を圧力に設定する）することになり（N2ガスとO2ガスとを分離する際により多くの時間をかけることになるから) 、タイヤの内圧充填用ガスとしてはより好適なものとなる(N2 ガスの圧力と流量は圧縮空気の圧力と流量に依存する) が、ガスの充填中にタイヤ内の充填気体を一旦排出する操作を行う場合、N2ガスを濃度の高い状態で規定内圧まで充填するのにかかる時間が延長される傾向になる。このため、より濃度の高いN2ガスを短時間で充填できるようにするには、N2ガス送給通路３にホルダーを設けておき、ここに、濃度の高いN2ガスを貯蔵し、ユーザーの要求に応じてホルダからN2ガスを供給すれば迅速な対応ができる。
【００２７】
なお、膜モジュールｍから排出されるO2ガスはその濃度が３５％程度にもおよぶO2リッチガスであるからとくに火気や可燃物等から離れた換気のよい場所を選定する必要がある。
【００２８】
本発明においては、膜モジュールｍを一つのみ配置した例を示したが、膜モジュールの台数は必要に応じて増加することができ、その配列は直列配列であっても、また、並列配列であってもかまわない。
【００２９】
上掲図１に示したような構成になるN2ガス充填装置を使用し、圧縮空気の供給圧をそれぞれ５２０（PS）、１０３０（TB）kPa 、 また、膜モジュールの出側におけるN2ガスの圧力を５００（PS）、１０００（TB）kPa に設定してサイズが１９５／６５Ｒ１５  Ｇ０３になる乗用車タイヤ（規定内圧２４０kPa ）とサイズが１０００Ｒ２０Ｍ７１１になるトラック・バス用の大型タイヤ（規定内圧７２５kPa ）にN2ガスを充填した場合における充填作業性、タイヤ内におけるN2ガスの濃度について調査した。
【００３０】
タイヤ内に残存した空気を排出することなしにN2ガスを充填した場合（例１）には乗用車タイヤでは、充填にかかる時間は４０秒であり、タイヤ内におけるN2ガスの濃度は９３％であり、大型タイヤでは、充填にかかる時間は６分であり、タイヤ内におけるN2ガスの濃度は９５％であった。
【００３１】
また、タイヤ内の空気を３０％程度排出してN2ガスを充填した場合（例２）には乗用車タイヤでは、充填にかかる時間は５０秒であり、タイヤにおけるN2ガスの濃度は９４％であった。大型タイヤについては、充填にかかる時間は６分４０秒であり、タイヤ内におけるN2ガスの濃度は９６％であった。
【００３２】
タイヤ内の空気を排出することなしにN2ガスを（ＰＳ）４０秒、（ＴＢ）３６０秒間注入したのちタイヤ内の充填気体を排出してN2ガスを充填した場合（例３）には、乗用車タイヤでは、充填にかかる時間は合計で８０秒であり、タイヤにおけるN2ガスの濃度は９７％であった。大型タイヤでは充填時間は合計で６４０秒で、N2の濃度は９８．５％であった。
【００３３】
さらに、タイヤ内の空気を排出することなしにN2ガスを１０秒間注入したのちタイヤ内の充填気体を排出してN2ガスを充填した場合（例４）においては乗用車タイヤでは充填時間が６０秒、タイヤ内のN2ガスの濃度が９５％であり、大型タイヤについては充填時間が４８０秒、N2ガスの濃度が９７％であった。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、乗用車やトラック・バス等のサイズの違いに係わらずリム組みしたタイヤに迅速にN2ガスを充填することが可能であり、タイヤ内に残存する空気（O2ガス）の割合も極めて少なくできるので、N2ガスの充填によるメリットを最大限に生かし得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う充填装置の構成を示した図である。
【図２】図１に示した装置の外観を示した図である。
【図３】本発明に従う充填装置の他の構成例を示した図である。
【符号の説明】
１  圧縮空気送給通路
２  O2ガス送給通路
３  N2ガス送給通路
４  開閉弁
５  レギュレーター
６  エアフィルター
７  ミストフィルター
８  圧力計
９  レギュレーター
10  圧力計
11  排気経路
12  排気経路
【図１】
0003887498.tif 000002
【図２】
0003887498.tif 000003
【図３】
0003887498.tif 000004