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キャスターの素顔 / The Real Face of Casters

2025-07-12 21:45:08 | 基本講座・ライディング


寄せられた質問に詳しく回答する Q&Aコーナーで、記事『フルロックは必要か?』に掲載する詳細な解説の一部の初校が出来ましたので、ここに紹介します。

The first draft of part of the detailed explanation to be published in the Q&A article "Is full lock necessary?" has been completed, so we would like to introduce it here.


     
キャスター角の理解には注意が必要です。
あなたも体験していると思いますが、オートバイと自動車とでは、旋回時の操縦性や特性は全く異なります。それは、旋回の原理や車両構造が基本的に異なるからです。しかし、残念な事に、自動車と同じ理論でオートバイを語る傾向が強く、キャスター角についても、自動車の場合と同様に「直進安定性を高める」と表現される例が多くあります。けれども、それは決して正しい理解とは言えません。オートバイにとってキャスター角は、結果的にトレール量を生み出して直進安定性を得ている面はありますが、本質的には「旋回のきっかけ作り」をする要素であり、直進安定性を乱す要素だからです。

It is important to be careful when understanding caster angle.
As you may have experienced, the maneuverability and characteristics when turning are completely different between motorcycles and cars. This is because the principles of turning and the vehicle structures are fundamentally different. Unfortunately, however, there are many cases where the caster angle of motorcycles, just like that of cars, is described as "improving straight-line stability." However, this is by no means an accurate understanding. For motorcycles, caster angle does ultimately create trail and provide straight-line stability, but in essence it is an element that "creates an opportunity to turn" and disrupts straight-line stability.
   
   
自動車とオートバイとで、キャスター角の目的が異なっている事は、それぞれの角度にも表れています。自動車は直進安定性を高める必要があるのですが、キャスター角は 3度から 5度程度で、オートバイの 25度から 30度程度の角度と較べると大幅に小さく、一見、直進安定性が少なく思えます。しかし、直進安定性の為に必要なキャスター角はその程度で充分なのです。一方、オートバイのキャスター角が大きいのは、直進走行から車体を傾けて旋回を始める際、前輪が旋回方向へと向きを変える「キャスターアクション」を獲得する為に必要だったと考えられます。「キャスターアクション」は、下の図で解説している通り、操舵軸(操舵回転軸)よりも 車輪やサスペンション、ハンドル周りのステアリング系の重心点が上にある事に始まります。そして、操舵角が大きくなるにつれて、路面から受けている反力によって、更にその操舵角が大きくなるという少しやっかいな特性も持っています。
  
The different purposes of caster angle between automobiles and motorcycles are also reflected in their respective angles. Cars need to improve straight-line stability, but the caster angle is about 3 to 5 degrees, which is significantly smaller than the 25 to 30 degrees of motorcycles, but that is enough for straight-line stability. On the other hand, the large caster angle of motorcycles is thought to be necessary to obtain the "caster action" that causes the front wheel to change direction in the direction of the turn when the vehicle starts to lean from a straight line and turn. "Caster action" occurs when the center of gravity of the steering system, such as the wheels and suspension, is higher than the steering axis. Also, as the steering angle increases, the reaction force from the road surface makes the steering angle even larger, which is a bit of a nuisance.
  



   
以上の通り、オートバイでは、「キャスターアクション」で旋回を助けると同時に、その弊害と危険性を避ける為に、キャスター角は 30度以内の設定で落ち着いていると考えられます。そして、同時に、一般的なフロントサスペンションであるテレスコピック形式では、路面追従性を高めて、路面の凸凹によるフロントタイヤのグリップ喪失を防ぐ為にも、フロントフォークを後傾する必要があり、現在の様な角度設定になっていると言えます。つまり、オートバイ特有の特性の為に、キャスター角が設定されており、決して直進安定性の為とは言えない事が分かります。そして、仮に、テレスコピック形式以外のサスペンションが普及した際は、当然ですが、現在とは異なるキャスター角設定になる事は充分に考えられます。
 
As mentioned above, in motorcycles, the caster angle is set to within 30 degrees to help turning with "caster action" while avoiding its disadvantages and dangers. At the same time, in the telescopic type, which is a common front suspension, the front fork needs to be tilted backward to improve road following and prevent the front tire from losing grip due to unevenness in the road surface, so it can be said that the current angle is set. In other words, the caster angle is set due to the characteristics unique to motorcycles, and it can never be said to be for straight-line stability.

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なお、自動車が基本の学問・自動車工学では、「キャスターアクション」の定義はオートバイの場合とは異なっているので注意が必要です。自動車の場合のキャスターアクションとは、「走行時、ハンドルを切った際、自動的に直進状態へと戻ろうとする作用であり力の事」を指しています。つまり、自動車の「直進安定性」とは、旋回中にハンドルから手を離すと、操舵輪(主に前輪)が直進状態へと戻る作用であり、それを生み出している要素の一つがキャスター角です。しかし、オートバイでの旋回時には同様の作用は無く、キャスター角の目的が全く異なっている事が理解できるでしょう。
 
Please note that in automotive engineering, a field based on automobiles, the definition of "caster action" is different from that of motorcycles. In the case of automobiles, caster action refers to the force that automatically returns the car to a straight-line state when the steering wheel is turned while driving. In other words, the "straight-line stability" of an automobile is the action of the steering wheel returning to a straight-line state when the hands are taken off the steering wheel while turning, and one of the factors that creates this is the caster angle. However, there is no similar action when turning on a motorcycle, so you can see that the purpose of the caster angle is completely different.

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余談ですが、キャスター角が異常に大きく設定されている例を紹介します。それは、トラックレーサーと呼ばれている、トラック競技やマラソンなどで使用される車椅子です。
 
As an aside, I will introduce an example where the caster angle is set abnormally large. It is a wheelchair called a track racer, which is used in track events and marathons.
   


ご存知の通り、車椅子の進行方向の調整は手で駆動する左右の後輪への入力の調整で行ないます。ただ、競技トラックやマラソンコースの様に、比較的単純なコースレイアウトの場合は、後輪から遠く離れた位置に前輪を配置して、そのホイールベースの長さによって車体の直進安定性を高めて、選手は全力で後輪を駆動できる様に配慮された設計になっています。そして、画像の通り、とても大きなキャスター角になっている事が一般的です。 これは、一見、選手が操舵ハンドルを操作しやすい為になっていると思われがちですが、それとは別な狙いがある事が分かります。それは、旋回を効率良く行なう為だと考えられます。つまり、キャスター角が大きい程に、同じ操舵角であっても、旋回に及ぼす力が大きくなるのです。その結果、小さな操舵角であっても、効果的に旋回が行なえるのです。しかし、大きなキャスター角には弊害もあります。それは、例え直進中であっても、路面の影響や駆動力の不均等などによって、常に左右どちらかに旋回を始めてしまう事です。だから、この弊害への対策として、トラックレーサーの前輪操舵部には強力なダンパーやスプリングを装着されていて、常に直進方向を保つ仕組みになっているのです。そして、旋回の際には、操舵ハンドルで操舵すると、自動的にその位置で操舵角が固定され、直進に戻った際には、操舵ハンドルで固定を解除すれば、ダンパーとスプリングの働きで直進状態に戻る仕組みになっています。更に、この仕組みがトラックレーサーで有効な理由は、前輪荷重の少なさです。キャスター角が大きな車両の場合、前輪(操舵輪)を操舵すると、車体の重さで操舵輪側の車体が下がります。そして、操舵で直進状態に戻す際には、その下がった車体を上げる力も必要になり、前輪荷重が大きな車両では大きな力が必要になる弊害があります。しかし、トラックレーサーの場合は、基本的に全り荷重は小さく、選手の操作で充分に対応可能になっている筈です。また、旋回時の操舵角の固定は、車体や選手の特性、或いは、走行レーンなどによって細かく調整可能になっていると推測できます。これで、パラリンピック観戦の楽しみが一つ増えます。

As an aside, I will introduce an example where the caster angle is set abnormally large. It is a wheelchair called a track racer, which is used in track events and marathons.
As you know, the direction of the wheelchair is adjusted by adjusting the input to the left and right rear wheels, which are driven by hand. However, in the case of relatively simple course layouts such as competition tracks and marathon courses, the front wheels are placed far away from the rear wheels, and the length of the wheelbase increases the straight-line stability of the body, so that the athlete can drive the rear wheels with all their might. And as you can see in the image, it generally has a very large caster angle. At first glance, this may seem to be to make it easier for the athlete to operate the steering wheel, but it turns out that there is a different purpose. It is thought to be to make turns more efficient. In other words, the larger the caster angle, the greater the force exerted on the turn, even with the same steering angle. As a result, even with a small steering angle, the turn can be made effectively. However, a large caster angle also has a disadvantage. That is, even when going straight, the wheel will always start turning to the left or right due to the influence of the road surface or uneven driving force. Therefore, to counter this problem, the front wheel steering of track racers is equipped with powerful dampers and springs, which are designed to keep the car moving in a straight line at all times. When turning, the steering wheel is used to steer, and the steering angle is automatically fixed at that position. When the car returns to a straight line, the steering wheel is released, and the dampers and springs return the car to a straight line. Another reason why this mechanism is effective on track racers is the small front wheel load. In the case of a vehicle with a large caster angle, when the front wheel (steering wheel) is steered, the weight of the vehicle lowers the body on the steering wheel side. Then, when steering to return the car to a straight line, a force is required to lift the lowered body, and a vehicle with a large front wheel load has the disadvantage of requiring a large force. However, in the case of track racers, the front wheel load is basically small, and the driver's operation should be able to handle it sufficiently, so it is not considered to be a big problem.





 

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ジャイロ効果で生まれる『旋回モーメント』 / Turning Moment created by Gyroscopic Effect

2025-07-02 22:48:41 | 基本講座・ライディング


解説記事「セルフステア ライディング」の制作を進める中で、やはり、「ジャイロ効果」についても触れておく必要を感じたので、ここでその紹介をします。

As I was working on the article "Self-steering Riding," I felt the need to touch on the "gyro effect," so I'll introduce it here.
  
     
「ジャイロ効果」とは、回転する物体が持つ様々な物理的な特性で、ジャイロスコープとは地球ゴマなどに応用されている特性です。そして、私達が乗っているオートバイでも、特に 前後の車輪(タイヤ&ホイール)でも「ジャイロ効果」の影響を受けていて、特に、バンク時に “旋回モーメント” が発生しています。

The "gyro effect" is a physical characteristic of rotating objects, and a gyroscope is a characteristic that is applied to things like spinning tops. The motorcycles we ride, especially the front and rear wheels (tires and wheels), are also affected by the "gyro effect," and a "turning moment" occurs especially when banking.
         

      
その “旋回モーメント” が発生している様子は、下記に掲載の、高知みらい科学館 が制作した動画で確認できます。ただ、車輪の回転方向が オートバイのイメージとは逆なので、旋回モーメントも逆の方向に発生している事を理解の上でご覧ください。きっと、 “旋回モーメント” の発生が理解できると思います。
  
You can see how that "turning moment" is generated in the video below. However, since the direction of rotation of the wheels is opposite to that of a motorcycle, if you watch it with the understanding that the turning moment is also generated in the opposite direction, I'm sure you will understand the generation of the "turning moment."
           


当然ですが、ジャイロ効果は「セルフステア」にも影響を与えます。また、車輪が大きく重くなるほどにジャイロ効果は大きくなるので、オートバイの場合には、動画の例よりもずっと大きな影響を受けます。ただ、オートバイの場合は、動画の例とは異なり、タイヤが路面に接地しているため、その影響の表われ方については更に熟考が必要だと考えています。 その為、今回制作中の記事では、タイヤが路面に接地して生まれる “旋回モーメント” に焦点を当てた内容にする予定です。

しかし、これらの “旋回モーメント” の働きこそが、オートバイの独特な運動特性を生んでいる最も大きな要素であるという考えには変わりはありません。“旋回モーメント” の理解と応用こそが、ライディングを新しい次元へ導き、より安全で楽しいオートバイライフを多くのライダーにもたらすと信じています。

Naturally, the gyro effect also affects "self-steering." Also, the larger and heavier the wheels are, the greater the gyro effect becomes, so in the case of motorcycles, the effect is much greater than in the example in the video. However, unlike the example in the video, in the case of motorcycles, the tires are in contact with the road surface, so I think that further consideration is needed as to how this influence manifests. For that reason, the article I am currently working on will focus on the "turning moment" that is generated when the tires come into contact with the road surface.

However, my belief remains that the function of these "turning moments" is the biggest factor in creating the unique dynamic characteristics of motorcycles. I believe that understanding and applying "turning moments" will take riding to a new dimension and bring a safer and more enjoyable motorcycle life to many riders.




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『セルフステア』に於ける「タイヤ接地面」の解説図 / Diagram of Contact Patch in "Self-Steer"

2025-06-20 17:00:27 | 基本講座・ライディング


「タイヤ接地面」は、オートバイの操縦性と安全性を決める『セルフステア』を左右する大きな要素です。解説記事の作成の前に、先ずは解説図を作成しましたので、ご覧下さい。「タイヤ接地面」の様々な働きを理解すると、あなたのライディングのスキルアップに繋がります。

The "Contact Patch" is a major factor in determining the "self-steer" that determines the maneuverability and safety of a motorcycle. First, we have created an explanatory diagram, so please take a look. We beliece that understanding the functions of the "Contact Patch" will be useful for your riding.
    
  

【 旋回モーメント / Turning Moment 】

オートバイのタイヤは自転車と較べて太く、バンクさせた時に接地面がトレッドの中央部からバンクさせた側へと大きく移動します。そして、この接地面の移動が旋回モーメントを生み、前輪の向きを変える力となり、オートバイの旋回力の最大の要素になっています。

 

When the bike is banked, the contact surface moves significantly from the center of the tread to the side where it is banked. This movement of the contact surface creates a turning moment, which becomes the force that changes the direction of the front wheel and is the largest factor in the turning force of a motorcycle.

       

   
    

【 バンキングブレーキ / Lean Brake 】
    
オートバイのタイヤでは、トレッド上の周速(速度)は中央部と端部とでは異なり、端部になる程に周速は低くなります。つまり、直立状態からバンクさせた瞬間、周速の違いから、必ずブレーキングが生まれます。そして、このブレーキングによって、旋回モーメントも大きくなります。

In motorcycle tires, the circumferential speed on the tread is different between the center and the edge, and the circumferential speed is lower at the edge. In other words, the moment you lean from an upright position, braking will always occur due to the difference in circumferential speed. This braking also increases the turning moment.
   

   
     
【 接地面形状 / Contact Patch Shape 】
      
バンク角が大きくなる程に、接地面は前後に長くなります。そして、長くなる程に前輪の向きが変わり難くなります。つまり、バンクさせた状態でハンドル操作を行なう事は、タイヤの自然な状態を無視する事になり、グリップの喪失を招きます。

The greater the lean angle, the longer the contact patch. And the longer it is, the harder it is to change the direction of the front wheels. In other words, steering while leaning ignores the natural state of the tires, which leads to a loss of grip.






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『セルフステア』での “キャスター” の働き / How “Caster Angle” Works in “Self-Steer”

2025-06-12 21:40:35 | 基本講座・ライディング

 

オートバイで、タイヤを確実にグリップさせて、速く、安全に走らせる基本は「セルフステア」を最大限活用したライディングです、そして、「セルフステア」を生み出す要素の ?トレール量? や[キャスター角]、[タイヤ接地面]と[操舵系の重心位置]などを分かり易く解説して、オートバイを安全に楽しみたい多くの人に活用して欲しいと願っています。

On a motorcycle, the key to riding fast and safely while ensuring the tires grip is to make the most of "Self-Steer." We aim to explain clearly the factors that create "Self-Steer," such as the Trail Amount, Caster Angle, Contact Patch, and Center of Gravity of the Steering System, and we hope that many people who want to enjoy motorcycles safely will find this information useful.
  

   
[キャスター角]は、一番目立つので良く知られた要素ですが、AI でさえも「直進安定性を高める」という誤った回答をするほど、多くの人が誤解しています。 しかし、過大な角度を想定すると、キャスターの特性や素性の理解は広まると思います。
 
"Caster angle" is the most visible and well-known factor, but many people misunderstand it, to the point that even AI incorrectly answers that it "improves straight-line stability." I think that assuming an excessive angle will broaden understanding of the characteristics and properties of caster.
   

  

  
次回は、「タイヤ接地面」の要素の一つ、【旋回モーメント】の解説図を案内予定です。どうぞ、お待ちください。
  
In the next issue, we will show you an explanatory diagram of "turning moment," one of the elements of the "tire contact patch." Please wait for it.




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『セルフステア』での “トレール” の働き / How “Trail” Works in “Self-Steer”

2025-06-09 19:05:02 | 基本講座・ライディング

 

オートバイで、タイヤを確実にグリップさせて、速く、安全に走らせる基本は「セルフステア」を最大限活用したライディングです、そして、「セルフステア」を生み出す要素の ⁅トレール量⁆ や[キャスター角]、[タイヤ接地面]と[操舵系の重心位置]などを分かり易く解説して、オートバイを安全に楽しみたいと願っている多くの人に活用して欲しいと願っています。

On a motorcycle, the key to riding fast and safely while ensuring the tires grip is to make the most of "Self-Steer." We aim to explain clearly the factors that create "Self-Steer," such as the Trail Amount, Caster Angle, Contact Patch, and Center of Gravity of the Steering System, and we hope that many people who want to enjoy motorcycles safely will find this information useful.
 
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先ずは、[トレール量]用の解説図を作成しましたので紹介します。
First of all, we have created an explanatory diagram for [Trail Amount].






なお、残りの要素と、詳しい解説記事は後日案内しますので、お待ちください。

The rest of the elements and detailed explanatory articles will be provided at a later date, so please wait for them.




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