自転車チューブ – 自転車探検！

材質
 寸法(サイズ)
肉厚および質量
 ゴムのガス透過率
 バルブ種類
 英式バルブ
 仏式バルブ
 米式バルブ
 チューブレスバルブ
 バルブの接合方式
 走行耐久性
 バルブ付属品
 チューブ交換方法
 バルブコアリムーバー
 タルク粉
 チューブ折り方
 突起チューブ
 リニアチューブ

弾性を与えるためにタイヤに入れて空気圧で膨らませる薄いゴム製の円環を自転車タイヤ用チューブという。空気を入れるためのバルブ(弁)が付いている。

材質

一般に、チューブの材質はブチルゴムまたは天然ゴムである。

ブチルゴム

イソブチルとイソプレンを共重合させた合成ゴム。耐ガス透過性および耐屈曲亀裂性に優れているのでタイヤのチューブに使われる。耐熱、耐寒よび耐候性も良好。反発弾性は良くない。比重は約0.92で水より軽い。

天然ゴム

ゴムの木の樹皮を斜め下方に削ると、白い樹液(ラテックスと呼ばれる)が出てくるので容器に受けて固まるとゴムになる。

1839年にグッドイヤーが天然ゴムを加硫することを発明し、弾性、強度および耐久性のあるゴムが出来るようになり、工業利用が可能になった。それまでは、消しゴム(ラバー)および子供の遊びボール程度の用途しかなかった。

天然ゴムは反発弾性および耐パンク性が良い。物性としては、比重0.92、引張強さ3～30MPaそして最高使用温度120℃。ブチルゴムに比べて伸び率が大きいため、蛇噛みなどのパンクを相対的に起こしにくい。エネルギー吸収が少ないためタイヤの転がり抵抗が小さいので、主に競技用の自転車に使われる。

寸法(サイズ)

「チューブの呼びは、適合するタイヤの呼びによって表す」(JIS K6304 自転車タイヤ用チューブ)。チューブ寸法は原則としてタイヤ寸法と同一の寸法のものを選ぶ。寸法はチューブに印刷されている。空気を入れると、チューブはタイヤ寸法まで膨らむ(伸びる)ので、種類を減らすためにメーカーによっては使用できるタイヤ幅の範囲を表示している。例えば、700x23-28C は、呼び寸法が700そして幅が23C～28Cのタイヤに使える。

肉厚および質量

肉厚

ロード用チューブの肉厚は、0.6mm(薄肉)、0.9mm(標準)及び1.2mm(厚肉)の3種類がある。クロスバイク用及びマウンテンバイク用は2mm厚がある。チューブ肉厚の相対的な比較を上図に示す。チューブ肉厚が厚いほうがパンクしにくいが、転がり抵抗は大きくなる。

チューブは肉厚が薄いのでタイヤの支持がなければ高圧に耐えることはできない。タイヤに大きな亀裂があると、チューブはそこからタイヤ外部へと膨らんで破裂する。

参考: パンク

質量

700C用のチューブ質量を打点したグラフを下に示す。グラフの縦軸は質量そして横軸はタイヤ幅を示す。

チューブの質量は、外径、幅、肉厚および材質等で決まり、およそ70g(ロード車用)～300g(マウンテンバイク用)。

ゴムのガス透過率

チューブはゴムで作られており、ゴムは空気を透過するので自然と空気が抜ける。幅の狭いタイヤのチューブは空気容積が少なく、空気抜けによる圧力低下が早い。

ゴムのガス透過率を表1に示す。

(表が見切れる場合は横にスクロールできます)

表1 ゴムのガス透過率
×10⁸cm²/MPa・s at 60゜C
種類	空気	窒素ガス	炭酸ガス
ブチルゴム	20	15	130
NBR(高二トリル)	25	10	300
ウレタンゴム	25	25	260
NBR(中高ニトリル)	35	20	560
クロロプレンゴム	70	45	580
スチレンブタジエンゴム	150	110	1200
天然ゴム	250	180	1600

NBR: アクリロニトリルブタジエンゴム

チューブはガス透過率が小さいことが望ましい。ブチルゴムはガス透過率が小さく、空気抜けが相対的に少ないのでチューブに適している。天然ゴムのガス透過率は相対的に非常に大きい(空気抜けが早い)。ガス透過量は厚さに反比例するので、チューブ厚さが倍になればガス透過量は半分になる。ただし質量は、ほぼ倍になる。

ガス透過率は温度が高いほど大きくなるので、冬より夏の方が、チューブの空気抜けは早い。また、圧力が高いほど、ガス透過量は大きい。窒素のガス透過率は空気より小さい。炭酸ガスのガス透過率は空気よりかなり大きい。長期間空気を入れないで放置しておくと、空気が抜けてパンクと間違えることがある。

参考: タイヤ寸法、空気圧低下日数

バルブ種類

JIS D9422(自転車用タイヤバルブ)に規定のある、空気のシール構造によるバルブ(弁)の種類を表2に示す。

表2 空気のシール構造
による種類 (JIS D9422)
種類	記号	空気のシール構造
英式バルブ	E	虫ゴムによるもの
米式バルブ	A	弁パッキングを用いるもの
仏式バルブ	F	胴パッキングによるもの

バルブには、シティサイクルに使われる英式バルブ(ウッズ弁)、マウンテンバイクに使われる米式バルブ(シュレーダー弁)、ロードバイクに使われる仏式バルブ(プレスタ弁)およびチューブレスタイヤに使われるチューブレスバルブ(JISになし)の4種類がある。

バルブは空気を一方向のみに流す逆止弁としての機能を持っている。空気を入れるとき、空気が逆流しようとすると自動的に弁を閉じる。逆流できないと圧力測定ができないので、圧力測定時には弁を開くようになっている。ただし、英式弁は弁が開かないので圧力測定ができない。

参考: 空気入れ

英式バルブ

概要

ウッズバルブ又はダンロップバルブとも呼ばれる。英国のDunlop Tires社を設立したダンロップが発明したとされている。

用途

シティ車のタイヤのチューブに使われている。小径車及び折りたたみ自転車の中には、英式バルブを使っているものがある。

特徴

弁および弁座の替わりにコアおよび虫ゴムを使う簡易バルブ。弁および弁座が無いので空気を入れるときに仏式バルブのように丸ナットを緩める操作はない。空気を逆流させる機構がないので、空気圧を測定することはできない。ただし、圧力計付きの空気入れを使うと、空気を入れているときの空気圧が指示されるので、空気を入れ終わったときのおよその空気圧はわかる。

構造

コアの空気穴がある部分に虫ゴムをかぶせて、空気の逆流を防止する。コアはステムに差し込み、コア押えで押える。虫ゴムの寿命は材質によって大きく変わる。ステムはリムナット(ジャムナットともいう)によってリムに固定する。

空気の入れ方

空気入れの口金(チャック)をバルブに接続すると空気を入れることができる。空気を入れるときは、空気穴から出た空気が虫ゴムを膨らませて通過する。

空気の抜き方

コアを押えているコア押さえを指で左に回して外す。次にコアを引き抜くと空気が抜ける。

仏式バルブ

概要

プレスタ弁又はフレンチ弁ともいう。

用途

ロードレーサーなどに使われるチューブラータイヤおよびランドナーなどに使われるクリンチャータイヤなどに使われる。

特徴

他の形式のバルブに比べて本体が細いためリムのバルブ穴が小さくでき、リムの断面欠損が小さいためホイールの強度低下が小さい。幅の狭い競技用のリムに向いている。丸ナットを押して弁棒を押し下げると弁が開くので、タイヤ内の空気圧力を圧力計で測定できる。米式バルブのように弁を押すばねが付いていないので、空気入れの口金は単純になっている。質量は米式バルブに比べて4～5g少ない。

形式

バルブの本体である弁体(コアまたは芯)がステムと一体となってコアをステムから取り出せない形(コア一体形)および取り出しできる形がある。コア一体形が多い。取り出しできる形は、ねじに二面の平坦部(レンチフラット)がある。

構造

米式弁にはある逆流防止のために弁体を弁座に押し付けるばねはなく、弁体に背後から加わっているチューブの空気圧が弁体を弁座に押し付けて逆流を防いでいる。しかし、これだけでは少しずつ空気漏れをすることもあるので、ねじを切った弁棒にねじ込んだ丸ナット(ロックナット)を回して締めて、弁棒に付いている弁体を弁座に押し付けて逆流防止するのがよい。

リムナット

バルブのステムに付いていて、ステムをリムに固定するナット。チューブ交換後に空気入れで空気を入れるときに、バルブステムがリムの中に後退しないようかつバルブステムがぐらつかないようにするためのナット。ジャムナットともいう。太い米式バルブは安定しているのでリムナットは付いていない。リムナットは指で回して固定する。ペンチなどの工具で固く固定すると、リム穴内側の角によってバルブステムの根元のチューブに傷を付ける。

空気の入れ方

空気入れで空気を入れるときは、丸ナットを指で上端まで緩めて、丸ナットの上端を押すことにより弁棒に付いている弁体を下げて空気が弁座を通過できるようにする。空気を入れた後、この丸ナットを指で締めることにより弁棒を引き上げて弁体を弁座に押し付ける。そうしないと、少しずつ空気が漏れることがある。

空気の抜き方

丸ナットを左に回してゆるめて指で押すと、弁体が弁座から離れて空気が抜ける。

米式バルブ

概要

キャップを付けて使う。シュレーダーが考案した。シュレーダー弁またはアメリカン弁ともいう。

用途

マウンテンバイクのチューブに使われる。一般のタイヤ(自動車、オートバイ及びフォークリフトなど)に使われているバルブと同じ型式。

特徴

弁棒を押し下げると、弁が開くので圧力計でタイヤ内の空気圧力の測定ができる。欠点は、自転車のリムに対してはバルブ穴が大きいこと(リムの強度低下)。ロードバイクの幅の狭いリムにはバルブ穴が大きすぎて、強度上使えない。

構造

バルブの本体である弁体(芯またはコア)は外筒(ステム)にねじ込まれており、取り出すことができる。コアは空気を入れるとき及び圧力測定のときの逆止弁の働きをする。コアの弁棒に付いている弁体をコイルばねで弁座に押し付けて空気の逆流を防止している。仏式弁および英式弁はロックナットでステムをリムに固定するが、米式バルブは固定しない(固定用のねじが付いていない)。

空気の入れ方

空気入れの口金に弁棒下げ(ディプレッサー)が付いていないと、空気の圧力でばねの力に打ち勝って弁体を押し下げ、空気を入れなければならない。ガソリンスタンドでの空気入れが可能。ただし、容量の大きい自動車タイヤ用の吐出量となって入るので、入れすぎによるパンクに注意が必要。

空気の抜き方

弁棒を押すと弁体が弁座から離れて空気が抜ける。

チューブレスバルブ

チューブレスタイヤのリムに取付けるバルブ。専用の仏式弁が使われる。弁体(コア)を取り出せる形および取り出せない形がある。

バルブの接合方式

JIS D9422(自転車用タイヤバルブ)に規定のある、チューブへの接合方式によるバルブの種類を表3に示す。

(表が見切れる場合は横にスクロールできます)

表3 チューブへの接合方式による種類 (JIS D9422)
種類	記号	チューブの接合方式	備考
メタルベースバルブ	M	金属圧接	ボデーのつばと座金でチューブを挟む方式
ラバーベースバルブ	R	ゴム座接着	ゴム座でチューブに接着する方式

バルブ胴(ステム)とチューブの接合方式には、金属圧接およびゴム座接着がある。

金属圧接

バルブ胴下端に付けたつば(金属ベース)と座金でチューブを挟み、バルブ胴に切ったねじに入れたチューブナットで締める方式。英式弁、仏式弁および米式弁のいずれも座金を締付けるナットのためのねじが胴(ステム)に切られている。このねじはバルブをリムに固定するリムナット用のねじとしても使われる。クリップインバルブともいう。

ゴム座接着

バルブ胴下端に付けたフランジ状のゴム座(ゴムベース)をチューブに接着する方式。英式弁および仏式弁は、ゴム座接着式でも胴(ステム)にねじを切ったものを使うが、米式弁はねじが切られていない。このねじは空気入れで空気を入れるときにバルブがふらつかないようにをリムに固定するリムナットに対するもの。

走行耐久性

JIS K6304(自転車タイヤ用チューブ)が規定している自転車タイヤ用チューブの走行耐久性を表4に示す。

表4 自転車用チューブ
の走行耐久性 (JIS K6304)
タイヤ外径	タイヤ幅	走行耐久距離
18型以下	-	2,000km
20～25型	-	3,000km
26型以上	1 3/8 未満	3,000km
26型以上	1 3/8 以上	5,000km

これは最低限の距離である。

チューブの走行耐久試験は、回転ドラムに所定の荷重をかけた車輪を乗せて行う。ドラムは鉄製、外径760mmそしてドラム表面には軸と平行に幅10mm高さ5mmの鋼製衝撃棒を2個付ける。従って1.2m毎にタイヤは棒を踏むことになる。回転速度は40km/hとする。走行耐久距離をドラム上で走行後、チューブを取り出して気密試験を行う。チューブ原形太さの最大120%の太さになるように空気を入れ、24時間後に水に漬けて泡が出ないこと。チューブにJISマークが付いておれば、この試験に合格したチューブと同じチューブである。

参考: パンク

バルブ付属品

バルブの付属品としてはバルブイクステンダーおよびバルブアダプターがある。

バルブイクステンダー

標準のバルブを長くして、エアロリムなどの深いリムに適応できるようにするための延長具。金属製円筒の一端に弁にねじ込む内ねじが切ってあり、他端は空気入れに連結して空気を入れる。長さは30～50mm。ねじからの空気漏れを防止するために、ねじにシールテープを巻いてねじ込む。専用のOリングが付いたものもある。バルブイクステンションとも呼ばれる。

アダプター

バルブに付けて、型式の異なる空気入れが接続できるようにした金具。

参考: 空気入れ」(アダプター)

バルブキャップ

ほこり(ダスト)及び雨水の侵入防止、雄ねじの保護または緩んだナットの脱落防止のためにバルブステムにかぶせるキャップ。ダストキャップともいう。英式バルブ及び米式バルブ(シュレーダーバルブ)に使われる。仏式バルブ(プレスタバルブ)には必ずしも必要ないが、運送中にバルブでチューブに傷を付けないように付けることもある。材質はプラスチック、ゴムまたはアルミ合金など。高さを高くしたもの、ロケットの形状にしたもの及び電池とLEDが入っていて点滅するものなどもある。

チューブ交換方法

パンクなどでチューブを交換する手順の一例は次の通り。用意する工具は、タイヤレバーおよび空気入れ。

パッド間隔を広げる

タイヤを出しやすくするために、ブレーキのパッド間隔を広げる。次にブレーキ毎の広げ方を示す。

キャリパーブレーキ: クイックリリースを上に回してロープを開放する。クイックリリースの無いシティ車のブレーキは十分なパッド間隔がある。
Vブレーキ: 左右のキャリパーを内側に押した状態で、クイックリリース(ホルダー)を下げる(またはヌードル
を上に上げる)。
カンチブレーキ: ブレーキアームを内側へ押して、たいこの付いたロープを上に外す。

車輪を外す

手でペダルを回し、かつシフトレバーを操作して、チェーンを最小スプロケット(最も外側のスプロケット)へ移す。車軸のクイックリリースのレバーを開く。右手でディレイラーを後に引き、左手で後輪を爪から外す。クイックリリースが付いてない場合は、スパナまたはめがねレンチで車軸を固定しているナットを緩めて車輪を外す。

空気を抜く

バルブステムのナットを外して、ステムがリムから抜けるようにしておく。ただし、米式バルブはステムにナットが付いていない。

チューブのバルブから全ての空気を抜く。空気を抜くとチューブを取り出しやすい。空気の抜き方は、バルブ(弁)の形式によって次のように異なる。

英式バルブ: コアを押えているコア押さえを指で左に回して外す。次にコアを引き抜くと空気が抜ける。
仏式バルブ: 丸ナットを左に回してゆるめて指で押すと、弁体が弁座から離れて空気が抜ける。
米式バルブ: タイヤレバーの先などで弁棒を押すと弁体が弁座から離れて空気が抜ける。

タイヤを外す

リムに押し付けられたタイヤビードをリムから外しやすくするために、タイヤの全周に渡って左右の側壁をつまんで、ビードをビード座から浮かせる(この操作はしなくとも、タイヤを外すことはできる)。

車軸に関してバルブと反対側のビードとリムの間にタイヤレバーを差し込む。レバーをスポーク側へ倒してビードをリムから外して、レバーはスポークに引っ掛ける。2本離れたスポークのビード下に2本目のレバーを差し込み、スポーク側へ倒してビードをリムから外して、レバーはスポークに引っ掛ける。さらに2本離れたスポークのビード下に3本目のレバー(または1本目のレバーを外したもの)を差し込み、スポーク側へ倒してビードをリムから外して、レバーはスポークに引っ掛ける。ビードがリムから手で外せるようになるまで、これらの操作を繰り返す。(別の方法 : ビード下に差し込んだ2本目のレバーを握って、ビードとリムの間を全周に渡って滑らせながらビードをリムから外す。この方法が作業時間は短い。)

ビードがリムに残った側のタイヤ側壁を手で横から押し、さらに車軸方向に押して、ビードがリムを乗り越えるようにしてタイヤをリムから完全に外す。

チューブを外す

バルブの反対側(バルブから180°の位置)から始めて、タイヤからチューブを取り出す。片側のビードをリムに残しておくか、又はタイヤをリムから完全に外す。何れの場合も、タイヤ内面に異物が刺さっていないか手でタイヤ内面に触ってゆっくりと動かすか又は目視で調べる。片側のビードをリムに残した場合は組み付け作業が幾分早い。タイヤをリムから完全に外した場合は、内面への異物の刺さりを調べやすい。

以下においては、タイヤをリムから完全に外した場合の、チューブおよびタイヤの取付け方を記す。

チューブをタイヤに入れる

新しいチューブが丸く膨らむていどに空気を入れる。このようにすると、チューブをタイヤに入れやすく、ビードとリムの間にチューブを噛むことも少ない。側壁に圧力表示のある位置にバルブがくるように全てのチューブをタイヤに入れる。バルブ両側のチューブから順次タイヤに入れ、全チューブをタイヤに入れる。

タイヤをリムに入れる

バルブステムをリムのバルブ穴に入れる。その際、ステム部のチューブとリム底は密着させないで浮かせておく(そのため、ステムを引っ張ってはいけない、逆に押し込むと浮く)。そうしないと、空気を入れたときにチューブがタイヤのビードとリムの間に挟まれて破裂することがある。両手でタイヤの片方のビードをリムに入れる(張力が働いていないので簡単に入る)。ステムが直立していることを確認して、他方のビードをリムに入れる。ステム部からはじめて、両手で左右同時に入れる。最後は固くなるが両手の親指または手のひらで押してリムに入れることができる。どうしても手で入れられない場合は、タイヤレバーでビードを引っ掛けて、てこの作用でリムに入れる。その際、レバーでチューブに傷を付けないように注意する。バルブステムが直立していることを確認する。リムナット及びキャップを取付ける。リムナットは手で締める。締めすぎるとリム穴の内側の角でチューブに傷をつける可能性がある。(別の方法 : 片方のビードをリムに入れた後にタイヤの中にチューブを入れる。次に、他方のビードをリムに入れる。)

点検する

空気入れで低圧の空気を入れて、全周に渡ってタイヤのリムラインとリムの間隔が小さく、かつ一定になっていることを確認する。(リムラインが弓状になっていると、ビードがチューブを噛んでいるかも知れない)。所定空気圧まで空気を入れる。

車輪を取付ける

スプロケットにチェーンを掛けて車輪をフレームに取付ける。ブレーキパッドの間隔を元の状態に戻す。

バルブコアリムーバー

米式バルブ(シュレーダーバルブ)のコア(弁体)を外すか又は取り付ける工具。

タルク粉

タルク粉は、天然の滑石(タルク)を粉砕、分級して作った、平均粒径0.01mm以下の微粉体。組成は Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂となっている。滑石は天然の鉱石の中では最も軟らかい。ベビーパウダーの主原料。チューブは製造時に高温になっているので、折りたたんだ時に付着しないようにタルク粉を塗布している。チューブにタルク粉が付いていると、タイヤと付着しないのでパンクしたときなどにタイヤから出し易い。