JPH07304306A - 自転車用タイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自転車の進行方向に対する駆動力、車軸の軸
方向のグリップ力を共に高めるような自転車用タイヤを
実現することを目的とする。 【構成】 タイヤ本体１のトレッド部２、サイドウォー
ル部３を、ナイロン短繊維７を特定の方向に配向した混
合ゴムで構成している。ナイロン短繊維７の方向は、タ
イヤの周方向にほぼ等しい。これにより、ブロック８
は、進行方向には変形しにくく、駆動力や制動力が向上
する。また、車軸方向には変形しやすく、路面に確実に
追随し、コーナーリング性能が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱可塑性エラストマー、
混合ゴム、もしくは両者の複合体から成る、少なくとも
トレッド、もしくはサイドウォールを備えた自転車用タ
イヤに関し、さらに詳しくは走行性能を向上した自転車
用タイヤに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年自転車の仕様区分の多様化にともな
い、車両を構成するゴム製タイヤの需要も多岐にわたっ
てきている。そして、個々の自転車の用途、使用条件等
でタイヤを設計することは今や常識となっている。ここ
では、まず代表的な自転車用タイヤの構成について説明
し、次に従来の自転車用タイヤにおける走行性の設計例
および問題点について述べる。

【０００３】自転車用タイヤは、コード状帯状体の両面
に加硫可能なゴム層を設けて形成されるカーカス層を、
コード状帯状体のコードが交叉する状態で重ね合わせ、
そのカーカス層の接地側外周部にトレッドゴムを設ける
とともに、カーカス層の内側にチューブを内装して構成
されている。

【０００４】トレッドゴムは天然ゴム、合成ゴム、もし
くは両者の混合物と、カーボンブラックをはじめとする
補強材、石油系プロセスオイルをはじめとする軟化材、
その他の薬品の混合物である。

【０００５】自転車用タイヤには軽快で安全な走行性が
要求されるのは言うまでもない。そのために、トレッド
ゴムの配合を工夫したり、トレッドパターンの形状を路
面の状況に合わせて設計するといった試みが数多くなさ
れている。

【０００６】例えば、オフロード用タイヤにおいて、進
行方向に対する駆動力や制動力を高めるためには、トレ
ッドゴムの硬度や引っ張り応力を高め、ブロックの変形
を少なくすると良い。しかし、コーナーリング時には車
輪の軸方向へのブロックの変形が小さくなり、有効接地
面積が小さくなってコーナーリング力が低下するという
問題があった。

【０００７】一方、コーナーリング力を高めるには、ト
レッドゴムの硬度や引っ張り応力を低くしてブロックの
変形を大きくし、有効接地面積を確保すると良い。しか
し、直進時に車輪の周方向のブロックの変形が大きくな
り、駆動力や制動力が低下するという問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記二つの問題点は相
反する特性であり、両者とも満足させるようなタイヤの
実現は容易ではなかった。ゆえに従来は中間の硬度のト
レッドゴムを採用し、トレッドパターンの形状でもって
走行性能を補っていた。

【０００９】本発明は異なる方向からの力に対して、各
々最適な力学的特性を持つタイヤの実現を目指してい
る。そして特に進行方向に対する駆動力（制動力）、車
輪の軸方向に対するコーナーリング力共に確保しつつ
も、その両者とも従来に勝る自転車用タイヤを実現する
ことを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、長軸長が断面径に比べ長い細長形状の材料
を特定方向に配向した熱可塑性エラストマー、混合ゴム
または両者の複合体により、自転車用タイヤのトレッド
部またはサイドウォール部の少なくとも一方を構成した
ものである。

【００１１】

【作用】本発明は上記構成により、熱可塑性エラストマ
ーあるいは混合ゴムに配合された細長形状の材料を特定
方向に配向することで機械的特性に異方性をもたせ、こ
れを自転車用タイヤに使用することで、例えば駆動およ
びコーナーリングという異方向の力に対して、各々に最
適な力学的特性を持つタイヤを実現するものである。

【００１２】

【実施例】

（実施例１）以下本発明の一実施例について図１を参照
しながら説明する。図１においてタイヤ本体１は地面と
接するトレッド部２、それに続く左右のサイドウォール
部３、それに続く左右のビード部４よりなり、ビード部
４とリム５が嵌合し、タイヤ本体１内のチューブ６の空
気圧でもって車体を支えている。トレッド部２にはブロ
ック８が幾何学的に配置されている。トレッド部２とサ
イドウォール部３には、細長形状の材料であるナイロン
短繊維７が配合されている混合ゴムを使用しており、図
２及び図３に示す通り、ナイロン短繊維７，９はほぼタ
イヤの周方向に一致して配向させている。ここで言う一
致とは完全一致ではなく、ある程度の誤差やばらつきも
含むものとする。

【００１３】上記構成において図４を参照しながら動作
を説明する。まず駆動、制動時において従来のタイヤと
比較しながら説明する。

【００１４】図４の（ａ）によれば、従来のタイヤは車
輪駆動の際、タイヤ進行方向と逆の方向に変形し、特に
オフロード用タイヤの場合、ブロック１０の背が高いた
め変形は大きくなるので、駆動力がうまく伝わらず、転
がり抵抗は大きくなり、走行性能は低下する。

【００１５】しかし、図４の（ｂ）に示すとおり、本実
施例のタイヤでは、ナイロンの短繊維７がタイヤの周方
向に配向させてあるため、ブロック８はタイヤの周方向
に変形しにくい。よって駆動力が効率よく地面に伝わ
り、転がり抵抗は小さく、ゆえに走行性能は向上する。
制動時に関しては駆動時と正反対の方向の力が働くの
で、駆動時と同様、従来のタイヤに比べ制動性能も勝
る。

【００１６】次にコーナーリング時において、従来のタ
イヤと比較しながら説明する。図４の（ｃ）によれば、
従来のタイヤでカーブを曲がる際、コーナーリング方向
と反対側に配置されたブロック１０が地面から浮き上が
り、有効接地面積が減少するため、地面とのグリップ力
が低下し、コーナーリング性能は低下する。

【００１７】しかし、図４の（ｄ）によれば、本実施例
のタイヤではナイロン短繊維７の方向と垂直な力に対し
ては変形が大きく、ブロック８は変形しながら路面に追
随するので高いグリップ力が得られ、コーナーリング性
能は向上する。また、図２において、ブロック８の表面
のナイロン短繊維９も、車輪の周方向に並んでいるた
め、車輪の軸方向からの力に対してあたかもスパイクの
ごとき働きでもって地面をとらえるため、この点におい
ても従来のタイヤよりグリップ力は勝っている。

【００１８】熱可塑性エラストマーもしくは混合ゴム
は、タイヤ製造時トレッドを所定の形状に圧延、もしく
は押出しすると、圧延方向に強く配向する。それに応じ
て混合されている細長形状の材料も同じ方向に配向す
る。この性質は生ゴム、混合ゴム、熱可塑性エラストマ
ーなど高分子化合物に特有のものであり、ゴムの加硫後
や熱可塑性エラストマーの硬化後もこの配向は残る。こ
のため、加硫ゴム、もしくは熱可塑性エラストマーの機
械的性質、たとえば引っ張り応力、引っ張り強さ、伸び
などは、測定の方向が圧延方向に対して平行であるか、
垂直であるかで異なる。本発明に用いる熱可塑性エラス
トマー、もしくは混合ゴムに短繊維を配合したものは、
測定方向によって１０％以上の差が得られる。

【００１９】本実施例ではトレッド部２とサイドウォー
ル部３にナイロン短繊維を特定の方向に配合した混合ゴ
ムを使用したが、この混合ゴムの配合例を二つ挙げ、タ
イヤに用いたときの効果の裏付けをはかるために、従来
の混合ゴムとの機械的性質の試験結果とを比較する。

【００２０】

【表１】

【００２１】（配合例１） （表１）に示す配合にしたがって秤量された原料ゴム、
薬品およびナイロン短繊維を密閉式混練機を用いて混合
した。なお、表中の数字は、ゴム１００に対する添加物
の重量割合（ＰＨＲ：パート・パー・ハンドレッド・ラ
バー）を表す。得られた混合ゴムをオーブンロールに巻
き付けてシート状に圧延しながら切りだした。配合され
たナイロン短繊維は圧延の際、圧延方向に配向する。こ
のシートから適当な大きさに切りとられた混合ゴムを所
定の金型に入れてプレス加硫した。得られた加硫ゴムの
機械的性質を（表２）に示す。

【００２２】（配合例２）配合例１で使用したナイロン
短繊維の代わりに、あらかじめ天然ゴム中にナイロンが
分散体として短繊維形状で存在する複合材を用いた以外
は配合例１と全く同様の方法で加硫ゴムを作成した。な
お当該複合材の組成（天然ゴムとナイロンの比率）は２
対１とした。得られた加硫ゴムの機械的性質を（表２）
に示す。

【００２３】（従来配合例１）配合例１の配合からナイ
ロン短繊維を除いた以外は、同一の原料ゴムおよび薬品
を用いて混合した。得られた混合ゴムを、配合例１と全
く同様の方法で加硫し、加硫ゴムを作成した。得られた
加硫ゴムの機械的性質を（表２）に示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】以上の結果より、本発明に使用した混合ゴ
ムは、圧延方向に平行、垂直方向の機械的性質、特に引
っ張り応力が著しく異なることが明らかである。しか
も、従来配合例の混合ゴムに比べ、各方向に必要とする
機械的性質を満足するものである。

【００２６】次に本発明及び従来例における自転車用タ
イヤの走行性能を比較する。 （試験例１）配合例１の混合ゴムを所定の形状に圧延し
て得られたトレッドゴムを、配合されたナイロン短繊維
の配向方向が、車輪の周方向と一致するようカーカスに
張り付けて、所定の条件で加硫成形して、針金式のオフ
ロード用自転車用タイヤを作成した。

【００２７】（試験例２）試験例１で使用した配合例１
の混合ゴムの代わりに、配合例２の混合ゴムを用いた以
外は、試験例１と全く同様の方法で針金式のオフロード
用タイヤを作成した。

【００２８】（試験例３）試験例１で使用した配合例１
の混合ゴムの代わりに、従来配合例１の混合ゴムを用い
た以外は、試験例１と全く同様の方法で針金式のオフロ
ード用タイヤを作成した。

【００２９】ここで試験方法は、晴天の日中に、１５度
の斜度で距離１５０メートルに旗門２０旗を有する土と
砂の混成状態からなる山地で、自転車の前後にタイヤを
装着して旗門をぬいながら駆け下り、その所要時間、ハ
ンドリングを測定した。さらに晴天の日中に、土と砂の
混合状態からなる平地を助走５０メートルで、時速３０
キロメートルになったときに急ブレーキをかけて車輪を
ロックした後停止するまでの制動距離を測定した。

【００３０】

【表３】

【００３１】（表３）に示すとおり、本発明の自転車用
タイヤはハンドリングの状況が安定し、グリップ性、コ
ーナーリング性が優れるため、旗門の通過時間を著しく
短縮でき、制動距離を大幅に短縮できることから、従来
の自転車用タイヤに比べて格段に走行性能は優れている
といえる。

【００３２】なお、本実施例では、混合ゴムにナイロン
を加えたものを用いたが、混合ゴムのかわりに熱可塑性
エラストマーを用いたり、あるいは混合ゴムと熱可塑性
エラストマーの複合体を用いても良い。

【００３３】本発明の自転車用タイヤに使用できる細長
形状の材料は、熱可塑性エラストマーに配合されるもの
としては、ガラス繊維、カーボン繊維、ポリビニルアル
コール繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、高強力ポリ
アリレート繊維などが挙げられる。また、混合ゴムに配
合されるものとしては、合繊フィラメント、木粉や殻
粉、コルク粉末、セルロースパウダー、木材パルプなど
が挙げられる。特に合繊フィラメントとしては、たとえ
ばポリアミド系（ナイロン）、ポリビニルアルコール系
（ビニロン）、ポリエステル系（ポリエステル）、芳香
族ポリアミド系（パラ系アラミド、またはメタ系アラミ
ド）、芳香族ポリエステル系、超高分子量ポリエチレン
などが使用できる。

【００３４】また細長形状の材料は、長軸長が断面径に
比べ長い形状であれば足りるが、望ましくは平均断面径
が０．０５〜０．８μｍの範囲で、かつ長軸長が１μｍ
以上、さらに好ましくは８μｍ以上である。そして細長
形状の材料の配合比は２〜１０ＰＨＲ（パート・パー・
ハンドレッド・ラバー）の範囲が望ましい。これは、２
ＰＨＲ以下だと所望の機械的特性の異方性が発揮され
ず、１０ＰＨＲ以上であれば、混合ゴムなどに割れが生
じやすくなる。

【００３５】なお、熱可塑性エラストマーとしては、オ
レフィン系、スチレン系、ポリアミド系、塩化ビニル
系、エステル系などの熱可塑性エラストマー、及びエチ
レン、酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、熱可塑性ポリウ
レタンなどがこれに相当する。

【００３６】また、混合ゴムとは、天然ゴム、合成ゴ
ム、もしくは両者のブレンド物にカーボンブラック、微
粒子珪酸、珪酸塩をはじめとする補強剤、石油系プロセ
スオイルをはじめとする軟化材、硫黄、有機過酸化物を
はじめとする加硫材、その他の薬品を目的に応じて選択
し、混合したものである。

【００３７】また、加硫ゴムとは、混合ゴムを常圧もし
くは加圧下で加熱、その他の適当な処理を施してゴム分
子間に強固な結合をつくらせたものである。

【００３８】これらの構成物中から、目的に応じた物質
を選択、使用すれば良い。 （実施例２）オフロード用タイヤのブロックは、例えば
図５（ａ）のように、自転車用タイヤのトレッド部のう
ち、主に直進走行中に路面と接するセンター部１１に位
置するセンターブロック１２と主に旋回走行中に路面と
接するショルダー部１３に位置するミッドブロック１４
及びショルダーブロック１５とを有する配列をとってい
る。センターブロック１２はタイヤの回転方向と平行な
面が長い縦長の形状であり、ミッドブロック１４及びシ
ョルダーブロック１５は、車輪の周方向に対して１５°
から４５°の角度を持たせて配列させている。

【００３９】これらのブロックを有するタイヤは主に前
輪用として使用されるが、これは、前輪は直進性、走行
安定性が要求されるためである。それゆえタイヤの周方
向と平行な面が長い縦長のセンターブロック１２を採用
し直進性を向上させている。さらに、ブロックにかかる
力はハンドリングによって車輪の周方向から左右に変化
するのでミッドブロック１４及びショルダーブロック１
５は、車輪の周方向から一定の角度をもって配列し、コ
ーナーリング時の走行安定性を図っている。

【００４０】従って、個々のブロックにかかる力を考慮
した際、センターブロック１２には図５（ｂ）のように
主に直進走行中に車輪の周方向の力がかかるため、ナイ
ロン短繊維１６は車輪の周方向に配向させている。また
ミッドブロック１４及びショルダーブロック１５にはコ
ーナーリング時に車輪の周方向から左右に傾いた力がか
かるため、ナイロン短繊維１７は車輪の周方向から傾斜
させて配向させている。望ましくはミッドブロック１４
及びショルダーブロック１５の長軸方向に一致させるこ
とが望ましいが、車輪の周方向に対して４５°以内とす
ればよい。すなわちナイロン短繊維１７における車輪の
周方向成分の長さが、車輪の軸方向成分の長さよりも長
くなるよう配向させればよい。

【００４１】また、ショルダー部１３におけるナイロン
短繊維１７の方向は、センター部１１をはさんだ左右の
ショルダー部１３において左右対称となるよう配向させ
ている。

【００４２】（実施例３）タイヤに要求される機能は、
走行性能と同時に車体や乗員の荷重を支え、路面からの
衝撃を吸収することである。特にタイヤのサイドウォー
ル部３の設計は、この機能を十分に発揮させる上で重要
である。

【００４３】近年自転車用タイヤにおいては、軽量化を
図るためサイドウォール部３の薄肉化が行われている。
このことはタイヤの重量を軽減する上では有効である
が、反面タイヤの荷重に対する変形が大きくなる。この
結果例えばタイヤが路面の段差や突起物などの障害物に
乗り上げた場合、サイドウォール部３が変形してタイヤ
がたわみ、リム５のフランジ部の先端と路面の障害物と
の間にサイドウォール部３とともにチューブが挟まれて
ピンチパンクが発生してしまう。

【００４４】そこで図６のように、サイドウォール部３
において、タイヤの横断面に平行となるようナイロン短
繊維１８を配向させている。これによれば、たわみ方向
の応力が大きくなり、余分なタイヤの変形を抑えること
ができるため、ピンチパンクを防止することができるも
のである。

【００４５】一方トレッド部２には車輪の周方向にナイ
ロン短繊維１９を配向させており、これは実施例１と同
様である。

【００４６】

【発明の効果】以上のように本発明による自転車用タイ
ヤは、異なる方向からタイヤにかかる力に対し、走行性
能を向上させるべく自転車用タイヤを設計することがで
き、たとえば駆動力、制動力ならびにコーナーリング性
の優れた自転車用タイヤを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の自転車用タイヤの車軸を含
む面における断面図

【図２】本発明の一実施例の自転車用タイヤのトレッド
部の要部正面図

【図３】本発明の一実施例の自転車用タイヤのトレッド
部およびサイドウォール部の要部側面図

【図４】本発明および従来例の自転車の進行方向および
車軸方向のブロックの変形を示す説明図

【図５】本発明の一実施例の自転車用タイヤのトレッド
部の要部正面図

【図６】本発明の一実施例の自転車用タイヤの一部を切
り欠いた斜視図

【符号の説明】

１ タイヤ本体 ２ トレッド部 ３ サイドウォール部 ７，９，１６，１７，１８，１９ ナイロン短繊維 １１ センター部 １３ ショルダー部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長軸長が断面径に比べ長い細長形状の材
   料を特定方向に配向した熱可塑性エラストマー、混合ゴ
   ムまたは両者の複合体により、自転車用タイヤのトレッ
   ド部またはサイドウォール部の少なくとも一方を構成し
   た自転車用タイヤ。
2. 【請求項２】 細長形状の材料の配向する方向は、前記
   細長形状の材料における車輪の周方向成分の長さが、車
   輪の軸方向成分の長さよりも長くなる方向とした請求項
   １記載の自転車用タイヤ。
3. 【請求項３】 細長形状の材料の配向する方向は、車輪
   の周方向とした請求項２記載の自転車用タイヤ。
4. 【請求項４】 自転車用タイヤのトレッド部のうち主に
   直進走行中に路面と接するセンター部においては、細長
   形状の材料の配向する方向を車輪の周方向とし、主にコ
   ーナリング時に路面と接する前記センター部の左右に位
   置するショルダー部においては、細長形状の材料の方向
   を車輪の周方向から傾斜させかつ前記センター部をはさ
   んで左右対称となるよう配向した請求項１または２記載
   の自転車用タイヤ。
5. 【請求項５】 細長形状の材料の配向する方向は、トレ
   ッド部においては車輪の周方向、サイドウォール部にお
   いては自転車用タイヤの横断面に平行とした請求項１記
   載の自転車用タイヤ。
6. 【請求項６】 細長形状の材料は、平均断面径が０．０
   ５〜０．８μｍの範囲でかつ長軸長が１μｍ以上である
   請求項１記載の自転車用タイヤ。
7. 【請求項７】 細長形状の材料が２〜１０ＰＨＲ（パー
   ト・パー・ハンドレッド・ラバー）の範囲で配合された
   請求項１記載の自転車用タイヤ。
8. 【請求項８】 細長形状の材料にナイロンを用いた請求
   項１記載の自転車用タイヤ。