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自転車のタイヤは、自転車や類似の乗り物の車輪に装着されるタイヤである。これらのタイヤは、三輪車、 車椅子、ハンドサイクルにも使用され、レースに使用されることも多い。自転車のタイヤは、サスペンションの重要な源となり、バランスをとったり方向転換したりするために必要な横方向の力を生み出し、推進力やブレーキに必要な縦方向の力を生み出す。空気入りタイヤを使用すると、固定車輪やソリッドタイヤに比べて転がり抵抗が大幅に減少するが、それでもタイヤは、平地では風の抵抗（空気抵抗）に次いで2番目に大きな電力消費源である。 [1]現代の取り外し可能な空気入り自転車タイヤは、安全自転車の人気と最終的な優位性に貢献した。[2]
自転車のタイヤは、一輪車、三輪車、四輪車、タンデム自転車、ハンドサイクル、自転車トレーラー、トレーラーバイクにも使用されます。
歴史
最初の自転車の「タイヤ」は、木製の自転車の車輪に鉄のバンドをつけたものでした。[3]その後、ペニー・ファージングの硬いゴムのタイヤが続きました。[4]「ゴム引きの車輪」の最初の特許は、1868年にクレメント・アデルに与えられました。 [5]乗り心地を柔らかくする試みとして、中空のゴムタイヤも試されました。[6]
最初の実用的な空気入りタイヤは、 1887年にジョン・ボイド・ダンロップが息子の自転車用に作ったもので、荒れた道路を走るときに息子が頭痛を起こすのを防ぐためのものでした。(ダンロップの特許は後に、同じスコットランド人のロバート・ウィリアム・トムソンの先行技術により無効とされました。) ダンロップは、「ゴムがタイヤとしての摩耗に耐え、弾力性を維持できることに気づいた」とされています。[7]これにより、1889年にダンロップ・ニューマチック・タイヤ株式会社が設立されました。1890年までに、パンクを減らすためにゴムに丈夫なキャンバス層を追加し始めました。レーサーは、速度と乗り心地の向上を可能にする空気入りタイヤをすぐに採用しました。
最終的に、取り外し可能なタイヤは1891年にエドゥアール・ミシュランによって導入されました。これは接着剤ではなくクランプでリムに固定されており、取り外してインナーチューブを交換したりパッチを当てたりすることができました。[2]
リムへの取り付け
自転車のタイヤをリムに取り付ける主な技術として、クリンチャー、ワイヤー、チューブラーの3つが開発されています。[8]クリンチャーはもともとビード にワイヤーが入っておらず、ビードの形状がリムのフランジと連動して、空気圧でタイヤのビードを固定していました。しかし、このタイプのタイヤはもはや一般的には使用されておらず、クリンチャーという用語は現代のワイヤーオンタイヤに転用されています。この記事の残りの部分では、クリンチャーという言葉の現代的な用法を前提とします。
ワイヤー式とチューブラー式の両方の長所を兼ね備えたチューブラークリンチャーも提供されている。[9]
決定打
ほとんどの自転車タイヤは、「クリンチャー」リムで使用するクリンチャータイプです。これらのタイヤには、リム内部のフランジと連動するスチールワイヤまたはケブラー繊維のビードがあります。タイヤに内蔵された別の気密インナー チューブがタイヤ カーカスを支え、ビード ロックを維持します。このシステムの利点は、インナー チューブに簡単にアクセスして、チューブのパッチ修理や交換を行えることです。
ISO 5775-2規格は自転車のリムの名称を定義しています。
- ストレートサイド（SS）リム
- クロシェ型（C）リム
- フックビード（HB）リム
従来のワイヤーオンリムはストレートサイドでした。1970年代にさまざまな「フック」（「クロシェ」とも呼ばれる）デザインが再登場し、タイヤビードをホイールリムに固定してタイヤを所定の位置に保持し、[10] [11]現代のクリンチャーデザインが生まれました。これにより、古いワイヤーオンタイヤよりも高い空気圧（80〜150 psiまたは6〜10バール）が可能になります。これらのデザインでは、ビードがタイトフィットしたり伸びたりすることに対する抵抗ではなく、ビードとリムフランジの連結によってタイヤがリムに固定され、空気圧が維持されます。[12]
一部のクリンチャー タイヤはチューブレスと呼ばれるシステムでチューブなしで使用できます。一般的なチューブレス タイヤには、タイヤとホイール リムの間の密閉性を最大限に高めるように設計された気密サイドウォールとビードがあります。
チューブ状または縫い付け
一部のタイヤはトーラス型で、接着剤でチューブラーリムに取り付けられます。チューブラーリムは、クリンチャータイプのようにタイヤビードでリムフランジに取り付けられるのではなく、タイヤが座る浅い円形断面のベッドで設計されています。
サスペンションの提供
ライダーを支えるには、適切なタイヤケーシングの剛性が必要ですが、クッション性にはケーシングの柔らかさと柔軟性が求められます。ほとんどの自転車タイヤは空気入りで、タイヤの剛性はタイヤ内部の空気圧を制御することで簡単に制御できます。エアレスタイヤは、半固体スポンジタイプのエラストマー素材を使用しており、パンクや空気の浸透による空気の損失がありません。
空気入りタイヤ
空気入りタイヤでは、加圧された空気が、比較的不浸透性の独立したインナーチューブ、またはチューブレス システムでタイヤとリムによって内部に保持されます。空気入りタイヤは、転がり抵抗を非常に低く抑えながら効果的なクッション性を提供する点で優れています。
チューブ
チューブタイヤには、ブチルゴム、ラテックス、またはTPU（熱可塑性ポリウレタン）でできた独立したインナーチューブがあり、タイヤの内側に比較的気密性の高いバリアを提供します。 [13]使用されているタイヤシステムの大部分はクリンチャーですが、これは修理が比較的簡単で、交換用のインナーチューブが広く入手できるためです。
自転車のチューブのほとんどはトーラス型の風船ですが、そうでないものもあります。例えば、モスクワの自転車シェアリングサービスの自転車のチューブは、単にコイル状に巻いてタイヤに挿入できる長さのゴムチューブです。[14]
チューブレス
チューブレスタイヤは、リム打ちパンクを起こさずに低い空気圧でより良いトラクションを得られることから、主にマウンテンバイクで使用されています。 [15]チューブレスタイヤは、タイヤのビードが対応するチューブレスリムに噛み合うように特別に設計されている点でクリンチャータイヤと同様に機能しますが、インナーチューブはありません。空気はタイヤに直接注入され、リムに「固定」されると、システムは気密になります。液体シーラントは、密閉性を向上させ、パンクによる漏れを防ぐためにチューブレスタイヤに注入されることがよくあります。利点は、インナーチューブだけでなくタイヤカーカスに穴を開ける必要があるため、チューブレスセットアップではリム打ちパンクがあまり発生しないことです。欠点は、タイヤに横方向の力が大きすぎるためにビードロックが損なわれたり、物体との強い衝撃によりリム/タイヤが変形したりすると、空気が漏れる可能性があることです。
チューブレス タイヤには、スポークの接続部分から空気が漏れないようにし、タイヤのビードが収まる溝の形状が異なる、チューブレス対応のリムが必要です。
ロードチューブレス
2006年、シマノとハッチンソンはロードバイク用のチューブレスシステムを発表しました。[16]チューブレスタイヤは、スポンサーの不足、チューブラータイヤを使用する伝統、そしてインナーチューブがなくてもチューブレスリムとタイヤの合計重量が最高級のチューブラータイヤホイールセットよりも重いという事実により、ロードレースではまだ広く受け入れられていません。[17]ロードチューブレスは、コストに見合うメリットがあるライダーの間で人気が高まっています。[18]ロードチューブレスタイヤは、従来のクリンチャータイヤよりもはるかにタイトにフィットする傾向があり、タイヤの取り付けと取り外しがより困難になります。
エアレスタイヤ
エアレスタイヤは空気入りタイヤが開発される前から使用されており、1869年までに自転車に搭載されるようになった。 [19] [20]空気圧の低下はパンクや通気性の悪さが原因であるが、これを解決するため、エアレスタイヤの開発が続けられている。自転車用エアレスタイヤの最近の例としては、ブリテックのエナジーリターンホイール、 [21]ブリヂストンのエアレス自転車タイヤ、[22] 右の写真のモバイクのタイヤ、および後述するソリッドタイヤなどがある。最近のエアレスタイヤは初期のものよりは優れているが、乗り心地が悪く、車輪や自転車を損傷する恐れがある。[23]
固体
最も一般的なエアレスタイヤは、ソリッドタイヤです。ソリッドゴムの他に、ポリウレタン[24] [25] [26] [27] [28]またはマイクロセルフォーム[29]で作られたソリッドタイヤも、100%パンク防止のために提供されています。しかし、空気入りタイヤの望ましいサスペンション品質の多くは失われ、乗り心地は悪くなります。[30]
多くの自転車シェアリングシステムでは、メンテナンスの負担を軽減するためにこれらのタイヤを使用しており、ソリッドタイヤの例としては、Greentyre、[31]、 Puncture Proof Tyres Ltd、[32]、 KIK-Reifen、[33]、 Tannus、[31]、 Hutchinson、[34]、Specialized [35]などが挙げられます。
工事
自転車のタイヤは、ゴムを含浸させた布製のケーシング（カーカスとも呼ばれる）と、路面と接触する表面にある追加のゴム（トレッドと呼ばれる）で構成されています。クリンチャーの場合、ケーシングは各端に 1 つずつ、合計 2 つのビードを包みます。
ケーシング
自転車のタイヤのケーシングは布で作られており、通常はナイロンですが、綿や絹も使用されています。ケーシングは、地面に沿うのに十分な柔軟性を保ちながら、内部の空気圧を閉じ込めるのに必要な伸縮性を提供します。布の糸数はタイヤの重量と性能に影響し、糸数が多いと乗り心地が向上し、耐久性と耐パンク性を犠牲にして転がり抵抗が減少します。
バイアスプライ
ほとんどの自転車タイヤの布の繊維は一緒に織り込まれておらず、別々の層に保たれているため、より自由に動くことができ、摩耗と転がり抵抗が軽減されます。また、通常は斜めに配置され、バイアス層を形成します。[36]
ラジアルプライ
ラジアルプライは1980年代のパナソニックや2010年代のマキシスなどの例で試みられてきましたが[36] 、望ましくないハンドリング特性をもたらすことがしばしばありました。[37]
トレッド
トレッドは、地面と接触してグリップ力を発揮し、ケーシングを摩耗から保護するタイヤの部分です。
- 複合
トレッドは天然ゴムと合成ゴムでできており、特徴的な色を与えるカーボンブラックやシリカなどの充填剤が含まれていることが多い。[38]充填剤の種類と量は、摩耗、トラクション（ウェットとドライ）、転がり抵抗、コストなどの特性に基づいて選択される。オイルと潤滑剤が軟化剤として加えられることもある。[38] 硫黄と酸化亜鉛は加硫を促進する。[38]一部のタイヤには、中央がより強く、端がよりグリップ力のあるデュアルコンパウンドのトレッドがある。[39]現代のタイヤの多くは、さまざまな色や色の組み合わせのトレッドで利用できる。[40] [41]フロントとリアで異なるトレッドコンパウンドを備えた ロードレーシングタイヤが開発されており、これによりフロントのトラクションを高め、リアの転がり抵抗を少なくしようとしている。[42]
- パターン
トレッドは、滑らかなものから滑りやすいもの、そしてこぶのあるものまでの範囲に収まる。滑らかなトレッドはオンロードでの使用を目的としており、トレッドパターンはトラクションをほとんどまたはまったく向上させない。[43]しかし、スリックタイヤは濡れた路面で滑りやすいという一般的な誤解のため、多くのスリックタイヤは軽いトレッドパターンになっている。こぶのあるトレッドはオフロードでの使用を目的としており、トレッドのテクスチャは柔らかい路面でのトラクションを向上させるのに役立つ。多くのトレッドは全方向性で、タイヤはどちらの向きでも取り付けることができるが、一部は一方向性で、特定の方向に向くように設計されている。特にマウンテンバイク用のタイヤの中には、前輪または後輪のいずれかに向けられたトレッドを持つものがある。[44]空気抵抗を減らすために、小さなディンプルのある特別なトレッドパターンが開発されている。[45]
- プロフィール
トレッドのプロファイルは通常円形で、内部のケーシングの形状と一致しており、自転車が曲がったりバランスを取ったりするために傾いたときにタイヤが横に転がることを可能にします。より角張ったプロファイルは、マウンテンバイクのタイヤや、自動車のレーシングスリックタイヤのように見えるように設計されたノベルティタイヤ、例えばウイリーバイクで使用されるタイヤに使用されることがあります。 [46]
ビーズ
クリンチャータイヤのビードは、内部の空気圧によってタイヤがリムから膨張して外れないように、ほとんど伸びない素材で作られている必要があります。
- ワイヤー
安価なタイヤにはスチールワイヤービーズが使用されています。折りたたむことはできませんが、3つの小さな輪にねじれることがよくあります。[47]
- ケブラー
ケブラービーズは高価なタイヤに使用されており、「折りたたみ式」とも呼ばれています。リムから吹き飛ばされる可能性があるため、ストレートサイドウォールリムには使用しないでください。
サイドウォール
ケーシングの側壁、つまり地面と接触しない部分には、いくつかの処理のいずれかが施されることがあります。
- ガムの壁
天然ゴム製のサイドウォールを持つタイヤは「ガムウォール」と呼ばれます。褐色の天然ゴムには転がり抵抗を減らすためのカーボンブラックが含まれていません。サイドウォールには耐摩耗性を高める必要がないためです。[48]
- 皮膚壁
サイドウォールを覆うゴムがほとんどないタイヤは「スキンウォール」と呼ばれます。これは、損傷保護を犠牲にしてサイドウォールの剛性を低下させることで転がり抵抗を低減します。[49]
バリエーション
耐パンク性
一部のタイヤには、トレッドとケーシングの間に追加の層（上の断面図参照）があり、強度を高めたり、単に厚くしたりすることでパンクを防止します。これらの追加層は通常、転がり抵抗の増加につながります。[50]
スタッド
氷上でのトラクションを向上させるために、ノブ付きタイヤのトレッドに金属製のスタッドが埋め込まれることがあります。 [51]安価なスタッド付きタイヤにはスチール製のスタッドが使用され、高価なタイヤにはより耐久性の高いカーバイド製のスタッドが使用されています。[52] 2種類のタイヤ間の移行を容易にするために、より滑らかな非スタッドタイヤにジップアップする、スタッド付きのノブ付きトレッドが開発されました。[53] [54] [55]
反射的な
夜間の視認性を高めるためにサイドウォールに反射ストリップが付いているタイヤもあります。また、トレッドに反射材が埋め込まれているものもあります。[41]
空気力学
上記のディンプルトレッドパターンに加えて、少なくとも1つのタイヤには、タイヤのサイドウォールとホイールリムの間の隙間をカバーして抗力を減らすための追加の「ウィング」があります。[56]
屋内使用
少なくとも1つの現代の自転車タイヤは、ローラーやトレーナーでの屋内使用に特化して設計されています。このタイヤは、従来のタイヤがこのような環境で経験する過度の摩耗を最小限に抑えますが、舗装路での使用には適していません。[57]
フロントとリアが異なる
上で述べたように、マウンテンバイクのタイヤにはさまざまなトレッドパターンが用意されていますが、ロードバイク用には、前輪と後輪で異なるトレッドパターン、トレッドコンパウンド、サイズを備えたフロントタイヤとリアタイヤのセットが用意されています。[58] 他のシナリオとしては、損傷したタイヤを交換し、もう一方のタイヤはそのままにしておくというものがあります。
自動膨張
自転車のタイヤは、前進するにつれて空気が入り込むように開発されている。[59] [60]
モジュラー
自転車のタイヤは、異なるトレッドをジップで着脱できるように開発されました。これにより、必要な場合にのみスタッドタイヤの追加の牽引力が得られ、それ以外の場合は追加の転がり抵抗を回避することができます。[61] [62] [63] [64]
パラメータ
サイズ
現代のタイヤサイズの表記（例：37-622、ETRTOとも呼ばれる）は、国際規格ISO 5775で定義されており、対応するリムサイズの表記（例：622×19C）もこれに含まれます。古い英語（インチ、例：28× 1+5 ⁄ 8 × 1+フランスのメートル法（例：3 ⁄ 8インチ）とフランスのメートル法（例：700×35C）の指定もまだ使用されていますが、あいまいな場合があります。タイヤの直径はリムの直径と一致する必要がありますが、タイヤの幅はリムの幅に適した幅の範囲内であればよく、 [65]フレーム、ブレーキ、フェンダーなどの付属品によって許容されるクリアランスを超えてはなりません。直径は、ツーリング用一輪車用の大きい910 mmから、ローラースキー用の小さい125 mmまで。 [66]幅は、狭い18 mmから、 Surly Big Fat Larryの広い119 mmまでさまざまです。 [67]
軽量タイヤ
軽量タイヤのサイズは3⁄4から1+幅1 ⁄ 8インチ（19～29 mm）。
ミドルウェイトまたはデミバルーンタイヤ
ミドルウェイトまたはデミバルーンタイヤのサイズは1から+1 ⁄ 8から1+幅3⁄4インチ（29～44mm）。
バルーンタイヤ
バルーンタイヤは、幅広で大容量の低圧タイヤの一種で、1930 年代に米国の クルーザー自転車に初めて登場しました。通常は幅が 2 ～ 2.5 インチ (51 ～ 64 mm) です。
1960年代にラレーはバルーンタイヤ[68]を備えた小径車RSW 16を製造し、フルサスペンションのモールトン自転車のようなソフトな乗り心地を実現しました。他のメーカーもその後、自社の小径車に同じアイデアを採用しました。例としては、スタンニングレー（英国）製のブーティー折りたたみ自転車、コープ・ホールセール・ソサエティ（CWS）コミューター、トラスティ・スペースマスターなどがあります。
プラスサイズタイヤ
プラスサイズのタイヤの幅は通常2.5～3.25インチ（64～83 mm）です。ビードシートの直径は3種類あり、26+では559 mm、 27.5+（650B+ ）では584 mm 、29+では622 mmです。これらはバルーンタイヤとファットタイヤの間の隙間を埋めるものです。[69]
ファットタイヤ
ファットタイヤは、幅広の特大自転車タイヤの一種で、通常3.8インチ（97 mm）以上、リムは2.6インチ（66 mm）以上で、雪、砂、沼地、泥などの柔らかく不安定な地形での走行を可能にするために、接地圧が低くなるように設計されている。 [70] 1980年代以降、幅3.8～5インチ（97～127 mm）で、従来の自転車の車輪に近い直径のファットタイヤが、雪や砂地での走行用に設計された「ファットバイク」や全地形対応自転車 に使用されている。[71] [72]
インフレ圧力
自転車のタイヤの空気圧は、 雪道でのファットバイクタイヤの4.5 psi (0.31 bar ; 31 kPa ) [73]から、チューブラートラックレースタイヤの220 psi (15 bar; 1.5 MPa) [74]までの範囲です。 タイヤの最大圧力定格は通常、サイドウォールに「最大圧力」または「...まで膨らませてください」と刻印されていますが、「5～7 bar (73～102 psi; 500～700 kPa)」のような範囲で表記されることもあります。圧力を下げるとトラクションが高まり、乗り心地が良くなる傾向があります。一方、圧力を上げると乗り心地が良くなり、パンクの可能性が低くなります。[75]
クリンチャーの空気圧に関する公表されたガイドラインの 1 つは、各ホイールの値を選択して、荷重がかかったとき (ライダーと荷物を乗せたとき) に、荷重がかかっていないときに比べてホイールのリムと地面の間の距離が 15% 減少するようにすることです。この圧力より低いと、転がり抵抗が増加し、パンクする可能性が高くなります。この圧力より高いと、タイヤ自体の転がり抵抗は減りますが、自転車、特にライダーに振動が伝わり、弾性ヒステリシスが発生するため、エネルギーの総消費量が多くなります。[76] [77] インナーチューブは空気を完全に透過しないわけではなく、時間の経過とともにゆっくりと圧力が低下します。ブチルインナーチューブはラテックスよりも圧力を保持します。[78]二酸化炭素キャニスター (路上修理によく使用される) またはヘリウム(エリートトラックレースで時々使用される) で膨らませたタイヤは、二酸化炭素が比較的大きな分子であるにもかかわらずゴムにわずかに溶け、 [79]ヘリウムは非常に小さな原子であるため、多孔質の材料をすばやく通過するため、圧力がより早く低下します。少なくとも1つの公共自転車シェアリングシステム、ロンドンのサンタンデールサイクルは、すでに78%が窒素である単純な空気の代わりに窒素でタイヤを膨らませ、タイヤを適切な空気圧に長く保とうとしているが、[80]その有効性には議論の余地がある。[81] [82] [83]
温度の影響
タイヤ内のガスの体積とガス自体は温度変化によって大きく変化しないため、理想気体の法則によれば、ガスの圧力は絶対温度に正比例するはずです。したがって、室温20 °C (68 °F ) でタイヤが 4 bar (400 kPa; 58 psi) に膨らまされている場合、圧力は 40 °C (104 °F) で 4.4 bar (440 kPa; 64 psi) (+10%) に増加し、-20 °C (-4 °F) で 3.6 bar (360 kPa; 52 psi) (-10%) に減少します。
上記の例では、絶対温度が 7% 異なると、タイヤの空気圧が 10% 異なります。これは、ゲージ圧と絶対圧の差によるものです。低空気圧の場合、理想気体の法則が大気圧を含む絶対圧に適用されるため、この区別はより重要になります。たとえば、ファットバイクのタイヤが室温20 °C (68 °F) でゲージ圧0.5 bar (50 kPa; 7.3 psi) まで膨らまされ、その後温度が -10 °C (14 °F) まで低下すると (絶対温度が 9% 低下)、絶対圧 1.5 bar (150 kPa; 22 psi) は 9% 低下して 1.35 bar (135 kPa; 19.6 psi) になり、ゲージ圧は 30% 低下して 0.35 bar (35 kPa; 5.1 psi) になります。
大気圧の影響
タイヤの正味空気圧は、内部の空気圧と外部の大気圧の差である1 bar (100 kPa; 15 psi) であり、ほとんどのタイヤ空気圧ゲージはこの差を表示します。海面でタイヤが 4 bar (400 kPa; 58 psi) に膨らまされた場合、絶対内部圧力は 5 bar (500 kPa; 73 psi) (+25%) になります。これは、真空の自由空間など大気圧のない場所にタイヤを移動した場合に必要な圧力です。 商業航空旅行の最高高度である 12,000 メートル (39,000 フィート) では、大気圧は 0.2 bar (20 kPa; 2.9 psi) に低下し、同じタイヤには 4.8 bar (480 kPa; 70 psi) (+20%) の空気が必要です。
死体ストレスへの影響
自転車のタイヤは本質的にはトロイダル状 の薄壁圧力容器であり、カーカスを均質かつ等方性の材料として扱うと、トロイダル方向の応力（タイヤを長い円筒とみなす場合は縦方向または軸方向の応力）は次のように計算できる。[84] [85]
- 、
どこ：
- pは内部ゲージ圧力である
- rはカーカスの内側の短半径である。
- tはカーカスの厚さです
ポロイダル方向の応力（タイヤを長い円筒とみなした場合のフープ応力または円周応力）はより複雑で、短円周の周囲で変化し、長半径と短半径の比率に依存しますが、長半径が短半径よりもはるかに大きい場合（ほとんどの自転車のタイヤでは長半径が数百mmで短半径が数十mmで測定されます）、ポロイダル方向の応力は円筒形の薄壁圧力容器のフープ応力に近くなります。[84] [85]
- 。
もちろん、現実にはタイヤカーカスは均質でも等方性でもなく、ゴムマトリックスに繊維が埋め込まれた 複合材料であるため、事態はさらに複雑になります。
リム幅
厳密にはタイヤのパラメータではないが、タイヤが取り付けられているリムの幅は、接地面の大きさや形状、さらには転がり抵抗や操縦特性にも影響を与える。[86]欧州タイヤ・リム技術機構（ETRTO）は、さまざまなタイヤ幅に対する推奨リム幅のガイドラインを発行している。[87]
2006年には、17Cリムでは最大50mm、19Cリムでは最大62mmの幅広タイヤが許容されるようになりました。[88] 理想的には、タイヤ幅はリム幅の1.8～2倍である必要がありますが、1.4～2.2の比率が適合し、フックリムの場合は3でも適合します。[89]
タイヤの空気圧と幅
マヴィックはリム幅に加えて最大圧力を推奨しており[90]、シュワルベは特定の圧力を推奨している。[91]
幅100～130mm（4～5インチ）のファットバイクタイヤは、通常65～100mmのリムに取り付けられます。 [92]
発生する力とモーメント
自転車のタイヤは、ホイールリムと舗装路面の間に力とモーメントを発生させ、自転車の性能、安定性、操縦性に影響を与える可能性があります。
垂直方向の力
自転車のタイヤによって発生する垂直方向の力は、空気圧と接地面積の積にほぼ等しい。[93]実際には、サイドウォールの剛性は小さいが有限であるため、通常はこれよりもわずかに大きくなります。
自転車のタイヤの垂直剛性、つまりバネ定数は、オートバイや自動車のタイヤと同様に、空気圧とともに増加します。[94]
転がり抵抗
転がり抵抗は、垂直荷重、空気圧、タイヤ幅、ホイール直径、タイヤの製造に使用される材料と方法、タイヤが転がる表面の粗さ、および転がり速度の複雑な関数です。[1] 転がり抵抗係数は0.002から0.010まで変化し、[1] [74] [95] [96]垂直荷重、表面粗さ、および速度とともに増加することがわかっています。[1] [97]逆に、空気圧の増加（限度まで）、タイヤの幅広化（同じ圧力で同じ材料と構造の狭いタイヤと比較して）、[98]ホイールの直径の増加、[99]ケーシング層の薄さ、およびトレッド材料の弾性の増加はすべて、転がり抵抗を低下させる傾向があります。
例えば、オルデンブルク大学の研究では、幅47mm、空気圧300kPa（3.0bar、44psi）のシュワルベ標準GW HS 159タイヤは、様々な直径のリム用に作られており、転がり抵抗が次の通りであることが判明しました。 [100]
引用された論文の著者は、そこに提示されたデータに基づいて、Crr は空気圧とホイール直径に 反比例すると結論付けています。
空気圧を上げるとタイヤの変形が減るため転がり抵抗が減少する傾向があるが、荒れた路面では空気圧を上げると自転車とライダーが感じる振動が増加する傾向があり、そのエネルギーは完全に非弾性ではない変形によって消散する。したがって、関係する無数の要因に応じて、空気圧を上げると総エネルギー消散が増加し、速度が低下するかエネルギー消費量が増える可能性がある。[101]
コーナリングフォースとキャンバースラスト
他の空気入りタイヤと同様に、自転車のタイヤはスリップ角に応じて変化するコーナリングフォースと、キャンバー角に応じて変化するキャンバースラストを生み出します。これらの力は1970年代から多くの研究者によって測定されており、[102] [103]自転車の安定性に影響を与えることが示されています。[104] [105]
瞬間
空気入りタイヤによって接地面に発生するモーメントには、コーナリングフォースに関連するセルフアライニングトルク、垂直軸を中心としたキャンバースラストに関連するねじりトルク、およびバイクのロール軸を中心とした転倒モーメントが含まれます。[106]
参照
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- パンクしたタイヤを修理する
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