キャンバースラスト バイクの物理現象 旋回力の仕組みと空気圧の影響

キャンバースラスト バイクの物理現象

空気圧を高くすると旋回性が落ちると思っていませんか?

キャンバースラストとは何か

キャンバースラストは、バイクが旋回する際に発生する横方向の力のことです。バイクが倒れ込むとタイヤの接地点が変化し、この際に生まれる旋回力を指します。

参考）タイヤの力学 キャンバースラストとは？ - セイクレッドグラ…

10円玉を斜めに転がすと傾いた方向に曲がっていくように、傾いたタイヤも同じ原理で旋回力を生み出します。タイヤが傾くと接地面のトレッドゴムが変形し、そのひずみの力の合計がキャンバースラストとなるのです。

これが基本です。

バイクの旋回にはキャンバースラストとコーナリングフォースの2つの力が働いています。キャンバースラストはタイヤの傾きによって生じる内向力で、コーナリングフォースはタイヤの向きと進行方向のズレによって生じる力です。

参考）ワインディングを気持ちよく走る為にキャンバースラストを感じろ…

キャンバースラスト発生の物理メカニズム

タイヤの接地面では、トレッド上の一点がタイヤ一回転の間に特定の動きを示します。接地している間、トレッドが赤い網掛けのようにひずみ、この接地部全体で起こるひずみの力の合計がキャンバースラストです。

タイヤが傾くと接地面の外側は内側と比べて車軸までの半径が大きくなります。

移動量が大きくなるためです。

参考）キャンバースラスト - Wikipedia

この現象により、タイヤの転がり方向を傾きと同じ側にずらすキャンバートルク(ねじりモーメント)が発生します。正味のキャンバースラストはホイール中心よりも前方に働くため、このトルクが生まれるのです。

参考）キャンバースラストとは何？ わかりやすく解説 Weblio辞…

接地面積が増加するとグリップが高まり、キャンバースラストも増強されます。接地面の形状が変わると路面から得る摩擦も変化し、タイヤが内向きに引かれるように旋回が促進されるわけです。

つまり接地の変化が鍵です。

モーターファンの記事では、キャンバースラストによるコーナリングフォースについて詳しい図解付きで解説されています。

キャンバースラストとバイクの空気圧の関係

タイヤ空気圧を高めると旋回性が良くなることをご存知でしょうか?空気圧を高めるとキャンバースラストが大きくなり旋回性が高まります。タイヤが潰れにくくなるため、タイヤの丸い形状をキープできるからです。

参考）バイクでサーキット走行｜タイヤ空気圧の適正値を理解してタイム…

コインを斜めに転がすと軌跡が円になりますが、これがキャンバースラストの原理です。このキャンバースラストをより高めるには、遠心力によってタイヤが潰れる量を少なくする必要があります。つまりタイヤのラウンド形状をキープしたいわけです。

空気圧が高い場合、旋回性は有利になります。ただしグリップを犠牲にしてしまう(特にミドルバンク時)ことと、タイヤがたわみにくく接地感が感じ難いことから、アクセルは開けづらくなります。

これは知っておくべき点ですね。

空気圧が低い場合はグリップが良くなり、立ち上がりで更にアクセルを大きく開けることができます。但し旋回性を犠牲にするため手前のライン取りがキツく、アクセル全開にできるポイントが遅れます。結果としてコーナー脱出速度が低下し、トップスピード低下からストレートでタイムロスとなるのです。

空気圧管理の重要性を考慮すると、定期的なチェックが欠かせません。デジタルタイヤゲージを使えば正確な測定が可能で、サーキット走行だけでなく日常の通勤でも最適な空気圧を維持できます。

バイクサーキット走行のタイヤ空気圧解説では、サーキットでのタイヤ空気圧調整方法が具体的に紹介されています。

キャンバースラストのバンク角による変化

タイヤの外径は直進時が最大で、フルバンクに近づくほど小さくなります。この差異を利用して曲がるのがキャンバースラストです。

バンク角45度で旋回中、さらにフルバンクの50度まで寝かしこんでも、バンク初期のようには旋回力は高まりません。スピードが変わらなければ穏やかにイン側に向きを変えてくれますが、くいっと針路変更するほどには向きを変えてくれないのです。

深いバンクでは効果が薄いということですね。

キャンバーアングル(傾ける角度)が大きくなれば旋回力も増しますが、タイヤのショルダー部にかかる負担も大きなものになります。タイヤの空気圧によっても接地形状が変わり、キャンバースラストの効果に影響を与えます。

参考）タイヤについて

バンク角が30度を超えるあたりから、遠心力がタイヤを押し付ける成分が減って代わりに横方向に押す成分が増えていきます。キャンバースラストが遠心力の影響を強く受けるようになるわけです。バンク角の増加に比例して効果が高まるわけではありません。

キャンバースラストとバイアス・ラジアルタイヤの違い

よく「バイアスタイヤはキャンバースラストで曲がり、ラジアルタイヤはコーナリングフォースで曲がる」と言われます。しかしキャンバースラストに限って言えば、バイアスもラジアルも変わりません。

ラジアルタイヤはサイドウォールが柔軟なため、バイクをバンクさせてもサイドウォールが潰れるのが先です。接地面の位置変化が外径の縮小に反映されにくく、キャンバースラストの効果が弱いのです。

これがラジアルの特性です。

同じ速度でコーナリングしていても、ラジアルタイヤの方がコーナリングフォースを活かしやすいということは、バンクによるキャンバースラストに頼らなくていいことになります。例えばバイアスタイヤがキャンバースラスト7、コーナリングフォース3ぐらいの比率で走っていても、ラジアルならこれを6:4とか、場合によっては5:5くらいに出来るわけです。

参考）https://blog.goo.ne.jp/takkikazuhito/e/5390338aeb74d9b3792b9c25957546b5

📊 タイヤ構造別の旋回力比率

タイヤタイプ	キャンバースラスト	コーナリングフォース	特徴
バイアスタイヤ	約70%	約30%	キャンバースラストに依存した旋回
ラジアルタイヤ	約50-60%	約40-50%	コーナリングフォースを活用

ラジアルタイヤはトレッド面の剛性が高く、転がり抵抗が少なく燃費性にも優れています。サイドウォールが適度にたわむことでタイヤがクッション性を発揮するため、高速走行時の乗り心地が良いです。

参考）https://www.goobike.com/magazine/maintenance/custom/112/

バイアスタイヤからラジアルタイヤへの交換を検討する際は、車体の特性やライディングスタイルを考慮する必要があります。サイドウォールの柔軟性の違いにより、コーナリング時のフィーリングが大きく変わるため、まずはショップでの相談をおすすめします。

グーバイクのタイヤ比較記事では、ラジアルとバイアスの構造的な違いが詳しく解説されています。

キャンバースラストとコーナリングフォースの使い分け

バイクが傾いて旋回している時、前後のタイヤは常に2種類の旋回力を発揮しています。キャンバースラストはタイヤの傾きによって生じる内向力で、コーナリングフォースはタイヤの向きと進行方向のズレによって生じる内向力です。

旋回しているタイヤのグリップ力は、キャンバースラストとコーナリングフォースの2つの要素に分けて考えることができます。キャンバーアングルはバイクのバンク角で決まるため、キャンバースラストで不足する分をコーナリングフォースが補います。スリップアングルがついているということですね。

タイヤの向きと実際の進行方向のズレの角度を「スリップアングル」と呼びます。このスリップアングルによって発生する旋回力が「コーナリングフォース」で、キャンバースラストとともに重要な役割を果たします。

参考）https://ameblo.jp/pittsdriver/entry-12558381036.html

高速度と深いバンクになるほど、コーナリングフォースが必要になります。キャンバースラストだけでは遠心力に対抗できないためです。

セイクレッドグランドのタイヤ力学解説では、キャンバースラストとコーナリングフォースの関係が物理的に説明されています。

キャンバースラストを感じる実践的ライディング

リヤタイヤの向き変えが終わるまで待たずにアクセルを開けると、せっかく舵角が付いているフロントタイヤをリヤの駆動力で押してアンダーステアになってしまいます。フレームが柔い場合、フロントに舵角が付いてからリヤが追従するまでにちょっとタイムラグがあるのです。

しっかりリヤタイヤが向き変えしたのを待ってからスロットルを開けることが大切です。向き変えからスロットルを開けていく時に、コーナー出口だけでなく旋回の中心とバイク(特にリヤホイール)の傾きを意識すると気持ちよくアクセルを開けられます。

二輪車を旋回させる力、即ちコーナリングフォースは車体のキャンバー角によるキャンバースラストが主となります。コーナリングの状態によってはタイヤのスリップ角によるコーナリングフォースが必要になる場合もあります。

状況に応じて使い分けるわけです。

タイヤを正面から見た時の垂直方向との角度をキャンバー角といい、このキャンバーの大きさによって発生する「キャンバースラスト」力によって定常的な円運動が可能になります。地面と接しているタイヤのトレッドと地面との間に発生する摩擦力を使って、コーナリングフォースを発生させているのです。

参考）クルマのタイヤとバイクのタイヤの決定的な違いは何？

キャンバースラストを体感的に理解するためには、低速での練習が効果的です。広い駐車場などで8の字旋回を繰り返し、バンク角と旋回力の関係を体で覚えることで、公道でのコーナリングが格段に安定します。ライディングスクールに参加すれば、インストラクターから直接フィードバックを受けられます。

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