ホイールの真実6(解明編2)

ホイールの真実5解明編1で書いた実験が終わりました。

実験内容を忘れてしまった方は1つ前のコラムを参照してみて下さい。

バイシクルクラブ2020年5月号で公開されています。
コラム下書き段階のものがSACRAと仲の良いところに見つかって待ったがかかり拡散しない方向で調整することになりました。SNS告知もHP告知もなしです。今回のコラムちょっと刺激が強すぎたようです。自転車業界狭いから知り合いの知り合いは知り合いということですね。SACRAが困ってる時にこんな手加減されませんでしたけどね。まったく調子の良いことです。そしてSACRAは優しすぎますね。こちらのコラムはここにたどり着いた人だけが見れる裏コラムです。下書きから読めた方はラッキーでしたね。

バイシクルクラブさんの記事ではページ数が足りなかった部分の補足をしたいと思います。バイシクルクラブさんの記事で
静的な状態(停止状態)でリムにそれぞれ
・縦荷重
・横荷重
・トルク
をかけてみたところ、全てのひずみゲージで同じ値が検出されました。つまり静的な状態でスポークは引張で使われている事が分かりました。

次に動的な状態(走行状態)でスポークのひずみデータを測定しました。以下の走行形態について計測を行いました。
・駆動時
・コーナリング時
・空走時
こちらも同様に全ての走行状態、すべての位置でひずみデータは同じ値が検出されました。
つまり動的でも静的でもスポークは引張で使われているのです。ホイールはスポークテンションを出し入れすることで力の釣り合いを取っている機構ということです。(ちなみに力学の先生に言わせるとスポークが引張で使われているのは常識とのこと。力学の基本が分かっていない人が引っかかる問題。まともな大手メーカーは当然たどり着いている。)

ということが証明されましたのでスポークの性能は引張方向の材料物性(比剛性・比強度)に依存すると言えます。
以下に材料別の比剛性を表にしました。

チタンスポークが一番剛性が出にくく、カーボンスポークが剛性が出やすいことが分かります。チタンスポークが流行らない理由はこれでしょうね。組み立てたことある方は軽いけど剛性が思ったほどでない経験があるのではないでしょうか。さらに今回ピアノ線(鉄)を挿入しました。これは鉄スポークがアルミスポークよりも剛性が出ることを示しています。マビックは鉄スポークを昔から使っています。ですのでマビックのホイールは他社よりもほんの少し硬い傾向があります。ただし鉄スポークは表面処理が剥がれると錆びる特徴があり一長一短です。昔のマビックホイールがお手元にありましたらみてみましょう。スポーク錆びてませんか?

次に強度の話をします。

チタンスポークが最弱でカーボンスポークが最強となります。チタンスポークが思ったほど強度でないですね。ステンレススポークもまぁまぁ善戦していますね。アルミスポークはステンレスと同等程度ですね。ところで強度に詳しい方はステンレススポークとピアノ線(鉄)の引張強度が妙に高い値になっていることに気が付きませんでしたか?これは製造工程に秘密があって、ピアノ線は引抜き加工という加工方法なのですがその工程を得ると鉄系材料は引張強度が大幅に上がるからです。表の値は最も高い値を記載してあります。(他の金属もこういう効果は多少あるはずですが試してみないとわからないです。チタンスポークのポテンシャルは高いかもしれないです。)つまり鉄系材料はスポーク限定で強度・剛性が他の金属よりでやすい条件が揃っているのです。おまけに密度が高いため細くても強度が出せエアロにも良く、価格も安いためスポーク材料としてはうってつけの材料となります。サピムCX-RAYは100年先でも売れるスポークかもしれませんね。

というわけでスポーク材料の特徴をおおざっぱに表にまとめると以下のようになります。

次は結線の話です。

注目を浴びるトピックですが、スポークは引張で使われていますのでスポークを結んでもスポークの力学に関われないので当然効果がありません。あったとしても極めて微小となります。