カーボンフレームについて（雑記）

妻帯者にとって、とても重要な日＝妻の誕生日。こんな日に早く帰ることが、今後の自転車ライフにも、大きく影響してきます。



樹脂の文献を見てたら、とある所で、こんな表を見つけました。

東レ社の商品「トレカ」（カーボン繊維）のラインナップですね。

不思議なのは、T1000は載っているのに、M70が載っていないこと。
カタログには載っていませんが、同じ時期に開発され、発表（自慢）されているのに不思議です。（まだ量産体制が整っていないから？）（東レの自慢はこちら）


表で面白いのが、ピナレロドグマで使われているM60、M65とかは、弾性率を上げると引っ張り強度が落ちること。
DOGMA2では、正にM60→M65にモデルチェンジしましたが、引っ張り強度を同じにするには、肉厚を上げるしかありません。ひょっとして、DOGMA2 65.1は重量が増えているのかもしれません…。


気になるのは、キャノンデールのスーパーシックスEVOですが、HPを見る限り、高弾性(HM）、超高弾性繊維(UHM)を使っているようですね。「バリスティックカーボン」とか名前がついていますが、デュポンの「バリスティックナイロン（軍用）」となんか関係があるのでしょうか？アメリカ連合で、素材を開発したんでしょうか？

キャノンデールのHPにはイメージ図がありますが、これが本物なら、斜めを2枚クロスさせて（耐捻り）、その後でストレート（耐引張り）にしていますね。
これは、只のチューブですが、BB付近はどんな積層にしているのでしょう？気になります。



もっと気になるのが、TIME。
HPを見ると、フランス人らしく、御託を沢山書いてあります…が、読みきれません。こちら写真を見ると、独特の積層をしてるっぽいので、ちゃんと読んで、スゴイことが書いてあったら、紹介します。



うーん、フレームも楽しくなってきたゾ。
ところで毎年発売されている、「ロードバイク、インプレッション」とかって、今年は出ないのかしら？


今日はここまで

素材が決めるフレーム設計 T1000とM60、使い方の違い

今や自転車のフレームはカーボン一色である。たまに、素材の安さからエントリーモデルとして、アルミフレームもあるけど、上位モデルは皆、カーボンフレーム。
カーボンフレームのメリットはなんと言っても、軽いこと。軽い鉄フレームと比べても、ざっと半分ぐらいの重さかしら。


何故、カーボンフレームは軽いのか？

「鉄から樹脂(CFRP)に変わったんだから、軽くて当たり前でしょ？」
「比強度(重量あたりの強度)が10倍以上だから、軽く設計できるでしょ？」

一般的にはこう言われるけど、なんか、どっちも腑に落ちない。ちょっと、カーボン、いや炭素繊維強化樹脂として、考えてみました。



まず、一般論としてのCFRPの比重は鉄の1/4、比強度は10倍以上、比弾性率は7倍以上。
これは、「CFRPって、1/4の軽さで10倍以上の強度」ではなく、比強度は「同じ重量にした場合の話」。つまり、重さを1/4にしたら、強度は10/4=2.5倍にしかならない。

逆に、鉄と同じ強度を出すだけなら、1/10の重さにできる。あれ？今のカーボンフレームって、1/2ぐらいにしかなってないじゃん⁈
「いやいや、乗り味が大事。比弾性率で考えようよ」で考えても、1/7の重量にできるハズ。


「なんで？ひょっとして、カーボンフレームって、駄肉だらけなの？」と思うのはまだ早い。カーボンにはカーボンの事情があるんです。

実は、カーボンの糸レベルの話になると、この強度(引っ張り強度)と弾性率は両立できない。
だから、今のカーボンのグレードは、引っ張り強度に特化したグレードと、弾性率に特化したグレードと、バランスの良い(だけど、どっちもそこそこ)に分けられる。

こちらがそのカーボンの種類。↓

横軸が弾性率で、縦軸が引っ張り強度。
弾性率を上げると、引っ張り強度が下がり(UHM)、引っ張り強度を上げると、弾性率が下がる(IM)。


ここで、巷のフレーム屋の設計思想が分かれる。高強度カーボンか、高弾性カーボンか。


高強度カーボンを選んで設計する場合、素材が引っ張りには強いけど、フニャフニャ(中弾性。IM)なので、フレームの断面形状で剛性を得ようとする。
結果、太い断面のフレーム。つまり、リドリーノアやスペシャのヴェンジみたいな、マッチョな、だけど軽いフレームが完成するでしょう。
乗り味は、あまりパリッとはしてないけど、フレーム全体で剛性を出している感じ…とでも書かれるのでしょうか？

一方、高弾性カーボンを選んでフレームを設計する場合、断面形状はそんなに太くなくてもよい。
但し、引っ張りに対する強度確保は、肉厚で対応するしかない。つまり、高強度カーボンと比べると、ある程度重たいフレームになります。ピナレロドグマは高弾性カーボン（UHM）を使っていますが、トップモデルにも関わらず、あまり軽くはありませんよね。
乗り味は、パリッと乾いた感じで、硬いフレームとの印象になるのでないでしょうか？


「じゃあ、高強度と高弾性カーボンを、適材適所に使えば、軽いし強いフレームになるよね？」ってなるかと言うと、定性的にはそうだけど、現実はそんなに美しくない。

カーボン(CFRP)は強い異方性がある。つまり、繊維方向の縦には強いけど、繊維を横方向に割く力には弱いのが、高性能なカーボンの基本特性である。

例えば、BB周りでは、クランクを踏むだけで、「曲げ」と「捻じり」と「引っ張り」が同時に掛かる。
異方性があるので、それぞれの方向(縦、横、斜め)に、カーボンを数枚積層するしかない。
これを最適設計した例が、キャノンデールのスーパーシックスEVOで、今ある素材で軽さに主眼を置くなら、一つの解だとは思う。(だけど、何かに特化してる訳ではない)
一方、鉄には異方性は(殆ど)ないので、鉄板一枚で、縦横斜めに対応させる設計もできる。

だから、カーボンフレームの重さは、1/10、1/7とかにはならない、できない。思ったよりも、重たいフレームになっている。


しかし、「じゃあ、これから発売されるカーボンフレームって、ずっと、あんなもんなの？」との問いには、否である。

カーボン、いや炭素繊維強化樹脂は、欠陥の塊である（内部欠陥、表面欠陥）。まだ、理論値の5%以下しか引っ張り強度を出せていない。（弾性率は、65%を超えている）
繊維屋さんは、この改善に取り組んでおり、強度、弾性率とも改善されれば、より軽く、より強いカーボンフレームが完成します。
現に、ピナレロドグマは65ton（弾性率）のカーボンを使っていますが、既に90年代に、70tonのカーボンは開発されているので、使われるのは時間の問題でしょう。（DOGMA70.1かな？）

また、フレーム屋も今のカーボンを使う技術が、まだまだ下手くそだと、個人的には思っています。
なんてったって、鉄フレームの時代から、その形状、構造を変えていない。
例えば、BB回りなんて、「機能を一点に集約して、異方性のない鉄で合理的に強度を出す」なんて、あれは鉄ありきの構造ですよ。カーボンなら、機能を分散し、それぞれの方向にしか力が掛からない構造に変更すべきかと。（UCI規定との戦いもありますが）


ともかく、たかが50～60年の歴史のカーボン素材は進化しまくってます。これからも、5年単位でドラスティックな改善が起こると思います。

どんな素材が出るか、そのフレーム形状はどうなるのか？今から楽しみですよね。


今日はここまで

素材が決めるフレーム設計(予告)

寒いから、ローラー。10km。実走が一番なんて、誰が言った？

今年も、ドグマのチームカラーが発表されました。スカイとモビスター。



マシンは、もちろんドクマ65.1。東レのトレカの高弾性グレードです。
この「トレカ60.1」、他社(リドレーとか)でよく使われる、「トレカT800」とかと何が違うのでしょうか？どっちが優秀な素材なんでしょうか？

全然違いますね。
この二つの材料を主とするフレームは、同じ形に設計されるべきではないと思いますが…。

デブデブのリドレーノアですが、あれはエアロダイナミクスを追求した結果なんかじゃ、ありませんよ。(多分)
ドグマが軽くならないのは、ピナレロが安全マージンをとっているからでは、ありませんよ。(推定)

この話は、後日じっくりとしたいと思います。
乞うご期待⁉


今日はここまで

海賊

マルコ・パンターニの意思を継ぐ、パンターニのバイク。
まだラインナップは多くないが、その名前が面白い。

トップモデル：ネモ（小説での海賊の名前らしい）

セカンドモデル：コルセア（訳：海賊）

流石、「ピラータ（海賊）」パンターニのバイクですね。海賊ばっかりやん。
次は「パイレーツ」とか「バッカニア」とか「バイキング」でしょうか。個人的には「ゴーカイジャー（海賊戦隊）」とかにして欲しいもんです。（←結局、これが言いたかっただけ）

パンターニのバイクに乗って、ネルカトーネ・ウノのジャージを着て、峠の上りを攻める。一度ぐらいやってみたいもんです。
上りが得意なバイクらしいけど、何がどういいのやら？

踏めば進むぐらいしか分からないオイラには、チッポリーニのバイクの方がいいのかなぁ？


今日はここまで

「世界の最悪ロードバイク大全」ってあるの？？

今日もローラー10km。L2強度（ゆっくり流すペース）で、仕事始めの疲れ取りです。


自転車ではありませんが、今読んでいる本は、こんなの。

「世界の名車」みたいな本は読み飽きたので、最高に楽しい。トラバントなんて当たり前で、スチュードベーカー・アバンティなんて、超～カルトな車も入ってる。


自転車ではどうだろうか？

不思議なことに、自転車の世界では、過去の名車を集めた本ってのを、あまり見ない。

多分、自転車乗りは、エンジンが自分であるが故に、最高のフレームにエンジンを載せたいのだと、潜在的に意識しているからではないだろうか？
いくら、マグネシウム時代のDOGMAが、当時最高のマシンと謳われても、今のカーボン製自転車には、残念ながら敵わない。それぐらい、フレームの進化は早い。
しかし、一度乗ってしまうと、これまた自分がエンジンであるが故に、愛着が湧きやすいのが自転車。「名車」と言えるのは、人によって変わるのかもしません。

毎年、「ロードバイクインプレッション」なんて発刊されますが、中にはきっと、「どーしようもないダメフレーム」ってのもあると思います。（ライターはメチャメチャフィルターをかけますが）
そんなフレームを集めて、「最悪ロードバイク大全」なんて出したら、ちょっと読みたくなりませんか？（だからって、何の参考にもなりませんが…）


今日はここまで

ボーネン仕様

「ローラ、大好き！」と書いても、「トリンドルの方じゃなくて？」とツッコまれないところが、自転車ブログのいい所です。


今日は、静岡の大手樹脂屋のエライ人達と会議。お互い、腹の探り合いで、身の無い発表が続きます。

最近の樹脂のトレンドは、やっぱり高機能化。
成形技術は、成形機と型割ラインが分かれば、ある程度コピーされるもんですが、素材レベルでの進化は、その素材を買わない限り、得ることはできません。
だから、樹脂屋は新しい樹脂開発をしたがり、製品屋は、なんでもいいから安いヤツを求めたがります。


これが、ロードバイクの世界だと、どうでしょう？

この世界、トップモデルの開発では、樹脂屋も製品屋も、共に高機能な素材を求めたがります。コストは二の次でしょう。
そんな彼らが作った製品は、トッププロをテストライダーとして囲い込み、開発費をふんだんにつぎ込んだ、正に「技術の粋」といったフレームになります。
もちろん性能はピカイチですが、雑誌とかには、「これは、バーゲンプライスだ！」とか書かれます。これが微妙。

トップモデルのフレームを買うユーザーは、材料原価ではなく、主に開発費として、代金を払っているのだとの認識はあるでしょう。その代金は、素材屋の開発者とテストライダーへの報酬となります。
その報酬を、「いい仕事をした」とは書けても、単に「バーゲンプライス」と書くのは、開発者の対価を貶めるのか、開発費をケチっているとのネガティブな印象にもなりかねないのでは？

トップモデルは、そのメーカーのイメージを決める役割も担います。
コストを度外視して、やれる事は全部やったとの製品に、「安っすいな、コレ」なんて、あまり褒め言葉に思えないのは、私も開発者の端くれだからでしょうか。

でもね、この「ボーネンが今シーズン使った」とかの、このフレームを見て思ったのは…

こちら
「41万円？お買い得かも、コレ」

…ボーネンに失礼かしら？


今日はここまで

機能性エラストマーを使ったフレーム

土日は、お家でゴロゴロ。気がついたら、月曜になってました。見に来てくれた方、すみません。


先日、「電流を加えると即座に剛性が変わる、ガンダリュウム合金みたいな樹脂が登場する」と書きましたが、どうやら、とっくに研究は始まっていたようです。

名称は、機能性エラストマーの磁性エラストマー。用途は、自動車のサスペンションブッシュ。
電流を流して磁界を与えると、剛性が変化するゴムです。
この金属粒子である磁性体を樹脂に混ぜて、剛性を即座（数msecレベル）に変えるとの研究が、研究レベルで進んでいるようです。


京都大学の論文（124ページ！相当難しい…）を斜め読みしましたが、真っ当に考えると、自転車のフレームでは、TREK、スペシャみたく、「フレームに挟んでいるゴム」や、最近のLOOKの「シートポストに挟んでいるゴム」に、この磁性エラストマーを使うのがいいのでしょう。
ベースの乗り心地があって、その味付け程度に、磁性エラストマーを使う程度が。


でもね、やぱりやりたいのは、フレーム全体、またはフレームの剛性を決める要所に、この磁性エラストマー、又は、磁性樹脂を使うこと。

やるなら、その剛性が変わることを前提としたフレーム設計技術、そして、磁性を与え続ける為のバッテリーが必要になりますが、時代は既に、電動（電子）コンポ用としてバッテリーを自転車に搭載しており、なんら問題はありません。

マキュアンは選手時代、スプリントのない山岳ステージでは、ふかふかのサドルを付けていたのは有名な話ですが、この磁性樹脂を使ったフレームなら、平坦ステージでも、ふかふかのフレームで走ることができます。ヘタレのスプリンターには朗報です。（←誰？オイラ？）


問題は、そのバッテリーの容量。
電動コンポ用のバッテリー容量なんて、たかが知れたもの。それに対し、剛性変化させるのに必要な電力は、論文によると、数アンペア必要らしいです。
ツールみたく、1日100～200kmも走る競技では、バッテリーは十分とは言えないでしょう。でも、バッテリーは重たいから、必要以上に積みたくない。悩みどころです。


…どうやら、今の技術では、ゴールスプリントの前に、スプリンター達が、ボトル補給…ならぬ、バッテリー補給（交換）を始めるのでしょうか？
んでもって、通電しぱなっしでフレームをガチガチにして、ゴール前スプリントになだれ込む…なんて戦法でしょうか？
ロングスプリントになると、途中でバッテリーが切れて、最後は腰砕けスプリントになるのでしょうか？


カンパのクイックリリースが、自転車競技を変えたように、やはりバッテリーの存在が、レースの戦術を変えるかもしれませんね。
そして、カーボンフレームの技術が行き詰った昨今、新たな機能性エラストマーが、新しい思想のフレームを作るかもしれませんね。
できれば、その樹脂の名前は、「ガンダリュウム合金」って名付けて欲しいなぁ…、ガンオタとしては。


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昨今のDLC

「DLCコーティング」ご存知だろうか？

「ダイヤモンドに近い組成の皮膜を素材表面に処理する」知見のあるエンジニアであれば、数年前（10年前ぐらい）に話題になった事を覚えているハズです。
当時は、「レースエンジン用」のバルブリフタ（鉄）とかに処理されていました。IRLやF1で使われていた技術です。
「高硬度（Hv2500以上）だけど、超高コスト」「密着性に難があり、処理できる会社は世界で3社だけ」と、一般部品設計者には夢の技術でした。

ところが、このDLCコーティング、今や一般的な技術に進化しています。（しらんかった…）
CVDやPVDで処理され、金属はもちろん、樹脂やゴムにまで処理できています。短期間でスゴイ進化です。


ここで、自転車オタクの血が騒ぎます。
「DLC皮膜。自転車のカーボンフレームに使えないだろうか？」


カーボンフレームも、その工法の進化により、日々薄肉化、軽量化が進んでいます。同時に表面は脆くなり、取扱いには細心の注意がひ必要にもなっています。

このカーボンフレームにDLCをすると、以下の効果が生まれます。
・硬質皮膜により、カーボン表面が保護され、破壊の起点となるクラックを防止できる。（跳ね石とかに強い）
・透明なガラス皮膜なので…、キレイ。

今やゴムのパッキンにまで使われるDLC。セラミックだけでなく、自転車部品に使われる日も近いかも。


今日はここまで

デダチャイ、RAN

デダチャイの新型フレーム「RAN」。
デダチャイらしい、バックステーがいいですね。

ラン？蘭？そう言えば、昔、スズキのスクーターで薔薇だの蘭だのあったような気が…。これか↓


こちらは、デダチャイのカーボンホイール。
素材屋のデダチャイが作ったのだから、気にならない訳がありません。


コスカポチックなフォルム。スポークも円形？…何が「売り」なのかしら？（安さ！とか…）

そろそろ、秋の自転車ショーの季節です。
各社ともどんな13年モデルを出してくるのか、楽しみですね。


今日はここまで

ネオプリマート

DE ROSAのHPを見に行ったら、この写真に参ってしまった。

ネオプリマート。

クラシックなスチールフレームに、アテナ（？）とゾンダの組合せは、時代を超える芸術品。
見入ってしまう美しさは、自転車好きだけに与えられたご褒美なのかもしれない。

「いつかはスチールフレーム」。既に決めている。


…でもね、同じHPの中に、こんなのも。

スーパーキング！バッテリーをフレームに内臓した最新型！

（↑充電器でペダルに乗せるのがツウ）

カッコイイ…なんて思っているうちは、スチールフレームについて語る資格はないのかな。
スペックや性能を超えた官能の世界には、まだプライオリティは置けないもんね。

でも、絶対にネオプリマートを肴にしてん飲む酒はウマイぞ～。


自転車乗りの悩みは尽きない。


今日はここまで