家と子供と、今日のおじさん(仮)

2017年築の家で、妻+子供3人と過ごす記録です。ほのかに工学テイスト。


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 自転車(ママチャリ)のタイヤのバルブを、空気が入れやすくて寿命が長いという「スペシャルバルブ(キャプテンスタッグ)」「スーパーバルブ(ブリジストン)」に交換しました。


★自転車のタイヤ、空気がすぐに減るのはどうして?
 小さい子供がいるので、子供を乗せられる電動自転車を使っています。この自転車ですが、最近、タイヤの空気が、抜けやすくなっているように感じます。調べてみると、タイヤのバルブ(英式バルブ)の「虫ゴム(ムシゴム)」が劣化していました。虫ゴムとは、バルブを構成するチューブ状のゴム部品で、空気が漏れないようにする、「弁」の役目をしています。この虫ゴムは、寿命が長くなく、1年程度に1回は交換するのが良いと聞きます。
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 虫ゴム自体は、100円程度で買えて、交換作業も難しくありません。しかし、空気が漏れていると気づくのは、たいてい自転車が必要なときです。交換をする時間がない、ということもあり、ストレスになります。

 そこで今回、虫ゴムの代わりに使えて、寿命が長く、しかも空気が入れやすくなるという部品を試しました。


★虫ゴムを交換するだけ!スペシャルバルブ&スーパーバルブ
 今回、虫ゴムに代わる長寿命バルブとして、以下2製品を試しました。いずれの製品とも、普通の軽快車(ママチャリ)に使われている「英式バルブ」に対応しています。
a)キャプテンスタッグ「スペシャルバルブセット」
b)ブリジストン「スーパーバルブセット」

 「スペシャルバルブセット(サイクルアダプター)」は、キャンプ用品で有名な「キャプテンスタッグ(Captain Stag:パール金属)」の商品です。2組セットで、約300円でした。パッケージによると、「らくらくすばやく空気が入る」そうです。
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 「スーパーバルブセット」は、ブリジストンの製品です。こちらも2組セットで、約450円でした。アマゾン等の謳い文句によると、「虫ゴムの6倍長持ち」とされます。
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 各商品の比較です。左が標準のバルブ(ノーマルバルブ)です。穴の開いたピンにチューブ状のゴム(虫ゴム)で覆われた構造です。中央がスペシャルバルブ、右がスーパーバルブです。
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 使い方は、きわめて簡単です。通常の虫ゴムのついたバルブ(バルブコア)を外して、スペシャルバルブまたはスーパーバルブに交換するだけです。交換したら、空気入れで普通に空気を入れて、作業は完了です。
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★長寿命なのはなぜ? 各バルブの構造比較
 スペシャルバルブ・スーパーバルブとも、ノーマルバルブ(虫ゴム)と比べて、「寿命が長い」とされます。また、スペシャルバルブについては、「らくらくすばやく空気が入る」とも書かれています。この理由がどうしてか、各バルブの構造を調査・比較しました。

◎ノーマルバルブ(虫ゴム)
 虫ゴムの構造です。図の下端がタイヤの内部で、圧力が高くなっています。通常時は、左図のように、虫ゴムが空気漏れを防いでいます。空気を入れるときは、タイヤ空気圧よりも高い圧力で空気を押し込みます。このとき、虫ゴムが変形して、空気の通り道ができます。このように、虫ゴムが、空気の通路を制御する役割をしています。簡単な構造なのが利点ですが、虫ゴムが柔らかい素材である必要があり、劣化(割れや亀裂)が生じやすく、寿命が短いのが難点です。また、虫ゴムとバルブの隙間をムリヤリ空気を通す形になるので、ここで圧力の損失が生じます。すなわち、空気入れで空気を入れるとき、余計な力が必要になります。
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◎スペシャルバルブ(キャプテンスタッグ)
 スペシャルバルブの外観です。ノーマルバルブ同様、先端には穴が開いています。しかし、虫ゴムの代わりに、可動ピストンが内蔵されており、このピストンが上下することで、空気の通路の開放・閉塞を行うことができるようになっています。
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 動作の想像図です。通常時は左図で、タイヤ内部の空気圧によって、バルブ内のピストンが上方に位置しています。空気は遮断されています。右図のように空気を入れると、ピストンが下方に押されて、空気が入ります。虫ゴムのように柔らかくない材質で、ピストンやパッキン部分を構成することができるので、寿命を長くできると考えられます。また、虫ゴムのように通路を押し広げる必要がないので、空気が軽く入ります。
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◎スーパーバルブ(ブリジストン)
 次に、スーパーバルブです。こちらは、先端部分がゴム材料でできており、ピストンのように動くようになっています。このピストンの動きで、空気の通路の開放・閉塞を制御します。このバルブが「プランジャ型」と呼ばれることから、おそらくバネの力で、ピストンが開閉するようになっているものと推察されます。
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 動作の想像図です。左図の通常の状態では、ピストンはバネの力で、閉塞された状態です。空気を入れるときは、右図のように、空気圧でピストンが開放されます。スペシャルバルブ同様、構成部品を虫ゴムほど柔らかい材質で作る必要がなく、耐久性を高められます。弁を開放するために圧力の損失がありそうですが、虫ゴムほどではないと思われます。
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 以上のように、スペシャルバルブ・スーパーバルブとも、ノーマルバルブ(虫ゴム)に比べて、以下のメリットがありそうです。
・構成部品に硬質の材質を使えるので、耐久性が高い。
・圧力の損失が少ないので、軽い力で空気を入れられる。


 反面、ノーマルバルブに比べると構造が複雑なため、コストアップがデメリットです。実際、通常のバルブが100円程度に対して、これらのバルブは400~500円程度で、4~5倍もします。とはいえ、もともとが安価なため、実用的には十分容認できる価格だと思います。


★さあ実験!本当に軽く空気が入るのか?
 では、実際に「空気が軽く入る」のか、空気圧ゲージ付きの空気入れ(詳しくは、→こちらの記事)を使って、空気を入れてみました。 
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 実験方法は、以下の通りです。
・同じ自転車の同じタイヤ(26インチ・適正空気圧3bar)に空気を入れる。
・タイヤの空気が完全に抜けた状態からはじめる。
・圧力計の指示値が3barになるまで、ハンドルを繰り返し押して、空気を入れる。
・空気入れの各回について、ハンドルを離したときの空気圧を記録する。
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 実験結果です。横軸がハンドルを押した回数、縦軸が各回の空気圧の測定値[bar]です。ノーマルバルブ、スペシャルバルブ(キャプテンスタッグ)、スーパーバルブ(ブリジストン)のそれぞれについて、示しました。
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 このグラフで注目したいのが、ノーマルバルブでは、最初の1回目から、空気圧の測定値が高くなっている(1回目で約1barある)点です。2回目以降の測定では、いずれのバルブとも、空気を1回入れるごとに圧力は約0.2barずつ上昇しています。このために、同じ自転車の同じタイヤに空気を入れているにも関わらず、圧力計が目標値の3barになるまでの回数は、ノーマルバルブが12回、スペシャル・スーパーバルブはともに17回と、違いが出ています。同じタイヤに空気を入れているのですから、同じ圧力にするためには、バルブに関わらず、同じ回数だけ空気を入れなければいけないにも関わらず、です。
 このような結果になる理由は、ノーマルバルブでは圧力損失があるために、圧力の測定値が、実際よりも高く測定されているため、と推定されます。ノーマルバルブで適正圧力(3bar)を得るためには、本当はあと5回ほど空気を入れて、測定圧力を約4bar(≒3bar+0.2bar/回×5回)まで高めないといけないのです。
 以上から、ノーマルバルブでは、圧力損失のために、スペシャルバルブ・スーパーバルブに比べて、必要な空気圧(タイヤ内の実際の空気圧でなく、空気を入れるときのポンプ側の空気圧)が高い、ということになります。そして、空気入れのハンドルを押すときは、空気圧が高いほど、強い力が必要になります。したがって、ノーマルバルブでは、圧力損失分(約1bar)だけポンプを強く押さないと、適正な空気圧まで空気を入れられない、ということになります。空気入れのハンドルを押す力が、圧力に比例すると仮定すれば、スペシャルバルブ・スーパーバルブでは、ノーマルバルブの約75%の力で、空気入れを完了できると推察されます。
 また、圧力損失が小さいので、一般に圧力測定がしにくいと言われる英式バルブでありながらも、精度の高い圧力測定ができると考えられます。


★まとめ:スペシャルバルブ&スーパーバルブ
 自転車の「虫ゴム」から交換して使う、スペシャルバルブ(キャプテンスタッグ)とスーパーバルブ(ブリジストン)を紹介しました。実際に使ってみて、メリットとデメリットを書きます。

◎メリット
・虫ゴムのような圧力損失がないので、空気を軽く入れられる。また、空気圧の測定精度を高められる。
・普通の虫ゴムに代えるだけでよく、交換がきわめて簡単。
・虫ゴムに比べて硬質の部品を使用しており、耐久性が高そうに見える。
・妥当な価格(2組セットで300円~500円)。

◎デメリット
・自転車屋にパンク修理などを依頼するとき、通常の虫ゴムタイプのプラグに交換されてしまうリスクがある。
・耐久性(空気が漏れやすくなるまでの時間)については、未知。クチコミの中には、かえって空気が漏れやすいというものがある。今後の経過観察が必要。


 今回、スペシャルバルブとスーパーバルブの2商品を購入しましたが、初期性能に大差はみられません。いずれのバルブとも、ノーマルバルブに比べて、空気入れ時の圧力損失が小さいです。今後使ってみて、耐久性や空気の漏れやすさを、比較したいと思っています。


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