フレームスケルトンを自分で決めよう
さて、ブログの記事では国産フレームが好みで、イタリアンフレームがエンスーオサレ系、新興アメリカンブランドがスペオタブーム系って偏見記事を掲載したけど、国産フレームが好みの理由っていうのは、コンポでもフレームマテリアルでもなく、結局はスケルトンと工作が好みに出来るって話しを書いたところ。
勿論、スケルトンが判らなくても、工作的にはBSロードでも紹介したけどジュニアカセット楽勝フレーム加工が欲しいとかだけでもオーダーの価値はあるし、この程度の稚拙な願いならば、大手のスタンダードな簡易オーダーであるBSとかパナソニックで十分だが、本当にスケルトンに拘るならスケルトンオーダーの可能なフレームで皆さんは特別な世界を手に入れれるかも知れないのである。
ということで折角オーダー可能ならば、その数値を決める方法を知っていても損はない。
で、フレームのスケルトン数値っていうのは、在り来たりな計算式は探せば見つかるが、殆どが公式化されて根拠の見えない話。根拠ば見えなければ真のオリエンテッドは判らない。色んなサイトでは、漠然とした数値、数値に冠する定性的な評価しか見えないが、それでは何の説得力も無い。そんな一般論は屁の突っ張りにも為らない。そこで、特別に、このページを見付けた人限定で一部だけ自分の考え方を紹介しようと思う。本に書いてない事なんで、我流だけど、理詰めだし、一般の公式で求めた数値をベースに乗り込んでいくと、この理論の数値に帰結する。この数値は、乗り手の骨格や癖で必然的に決まる数値であり、その数値は幾何学的に求めるもの。それ故に、国産オーダーフレームなら数値指定が出来る能力さえあれば、その数値で具現化出来るのだが、その数値を決める方法の一例を紹介する。
自転車ってのが跨って漕いで駆動力を発揮させる機材ということで、そのスケルトンには個人によって異なる力の出し方のベストな位置はどうか？とか、或いは、走る車ということで、想定する速度域、望む特性が安定性重視か、操縦性重視か、或いは、加速反応性重視かがスケルトンによって与えられるんだろうと想像するけど、指定可能な寸法部位が、望む特性に、どう影響するか？ってところが実は不明点が一杯なのである。自分にとってベストな数値が具体的に示せる域には到底達していないのだが、自転車部での競技者経験、ショップでのバイト経験から現時点で掴んだ部分を紹介する。
自転車のダイヤモンドフレームの形状を決める要素は追っかけてみると、、、
トップチューブ、シートチューブ、ダウンチューブ、シートステー、チェーンステー、ヘッドパイプ、フォークブレードがある。このパイプ類の長さと接続される角度の組合せによって様々な形状になるのであるが、重要な物を挙げてみると、まずは動力発生時に影響する部分は、
・シートチューブ長
一般的に身長に併せたサイズで定義されている。しかし、実体はシートポストによって調節可能なんで、実は或る程度の幅があったりする。
理屈から言えば、サドルトップ〜フレームトップ＋シートチューブCT長＋クランク長＝脚長＋αとなるけど、クランク下死点では足首は開いた状態となるので、α分は、スピンドル〜靴裏＋足首の角度分となる。足首のクランク下死点時角度は個人差があるが、80mm程度。仮に、脚長が780mmだとすれば、脚長＋α＝860mm、CT長で530mm、クランク長で170mmならば（ホントはクランク長を先に決めないといけない。しかし、現実的な選択肢として170mmが多いので、、、、）、フレームトップ〜サドルトップが860-(530+170)=160mmという感じだろうか？因みに、この寸法でサドルトップ〜ハンガー芯が160mm＋530mm＝690mmとなる。690mmは脚長780mmから見ると0.885の比率となる。良く言われている比率が0.875だけど、その比率に対してはクランキング時における下死点時における骨盤の揺れ具合によって個人差がある。その調整はポストの突き出しで調整すれば良い。フレームトップ〜サドルトップが160mmの場合、ポストの締め付け部の伸縮長は概ね80mm程度。この範囲で骨盤揺れの無い位置を決めれば良い。
ロードバイクにおいてサドルトップとハンドルステムトップの落差で前傾度が決まるが、その落差がゼロの場合は、コンフォート系となるのでシートチューブ長が長くても乗れる。しかし、落差を50mm、100mmと増やせば、必然的にシートチューブのトップ位置より高い位置に来るヘッドパイプトップが位置しており、その上にステム、ハンドルが付く構造のためシートチューブ長が長いとハンドル位置が下げれなくなる。その辺を考慮して落差の自由度を得ようとすれば、ポストの締め付け部の伸縮長は80mm程度は確保しておきたい。
ということで、股下が780mmくらいの人にとってはシートチューブCT長が530mmくらいがベストとも言える。
勿論、ハンドルを下げない街乗りロード系に限定すれば、落差０で良いので、ポストの突き出しを小さくする分、シートチューブ長が長くても良くなる。股下780mmでサドルの突き出し最小とすると、ヤグラ下〜サドルトップで最大90mm（革サドルなんかの場合）、締め付け部の最低突き出しで30mmとすれば、シートチューブトップ〜サドルトップが最低でも120mmは欲しい訳であり、先の160mmと併せれば最長シートチューブCT長は530+(160-120)=570mmが限界と言える。その場合、サドル下のポスト留めバッグ等も装着困難だし、今一格好悪くなるし、少なくとも最近のフレームでシートチューブCT長570mmのモノは後述するトップCC長が長すぎるだろう。因みにBSフレームのCT長は530mm、小林フレームが555mmであり、小林フレームは一寸長いのである。
・シート角
シートチューブの角度の事。この角度によってサドル重心位置から見てBBの相対的な前後位置が拘束される。相対的な前後位置の調整はシートポスト自体、或いは、サドルレールの固定位置によって±15mm程度は調整可能だが、シート角が1度違えば、それ自体でサドル位置も変化する。上のサドルトップ〜ハンガー芯の距離で690mmだとすれば690mm×tan(1)で、12mm程変化する。シート角が２度違えばサドル水平位置は基準位置で25mm変化する。前傾度を深めれば相対的に状態が前に傾く分、サドル重心位置を軸として下肢が後方に移動する。所謂、前乗り気味となる。しかしながら、ハンドルとサドルの落差を大きくしたり長いトップ長に乗る事で上体の前傾度が深くなりながら、シート角の寝た後乗り気味のフレームを選ぶ人が多いけど、そういう乗り方では、腰が引け気味となり最大負荷時に膝関節が開放気味になるので、腰痛と膝痛を生じやすかったりする。
上の項目でシートチューブ長を定めたら、サドル固定位置を標準のままに乗ってみてクランク水平時における膝皿中央部とスピンドルが鉛直上に在るか？を確認する。数値のベストを確認する具体的な式を言う人は少ないけど、実は幾何学的に数値は或る程度決まるのである。
最大トルクを生む際の股関節の回転中心〜膝皿中央迄の水平距離＝サドルセンター〜BB芯の水平距離＋クランク長となる。
自分の場合、この水平距離は約350mmだ。クランク長を170mmとすると、サドルセンター〜BB芯の水平距離は350-170=180mmとなる。これから基準シート角を求めると、その数値はarccos(180/690)＝74〜75°となる。仮に、シート角で73°とすると、690×cos(73)=171mmとなり、基準距離が370mmとなる。駆動時において膝関節が開く事となる。そのために、サドルを前方に20mm移動する必要が生まれる訳だ。
なお、BSフレームはシート角が74.5°、リアセンターが405mmであり、小林フレームはシート角が75°、リアセンターが395mmとなっている。最近の舶来ブランドに比較するとシート角も立ち気味で、リアセンターもやや短い。それでもサドル重心位置での大腿部水平長がクランク長＋サドルセンターとBBの水平距離が等しくなっているので下半身のまとまりは良好である。
因みに、舶来廉価車のラングスターはシート角は74°である。国産ロードに比べると気持ち寝たシート角で、サドルトップ〜ハンガー芯の距離が同じ分、サドルを10mm程フォワードマウントしてあり、その結果、下半身の納まりはフルサイズ三車とも殆ど共通となっている。
補足だが、シート角が立っていると、相対的にリアセンターが短くなる。勿論、リアタイヤとシートチューブの間隔が同じ場合の話しである。この間隔に指一本が入らないのが見た目的にロードレーサーっぽいが、更に、リアセンターが短いのがカッコイイ。
因みにリアセンターが短いということは、後三角がコンパクトとなる訳で、駆動した際の捻れも小さくなる筈で、ピックアップに優れるということ。感じれるかどうかは別として、反応の良いフレームになる訳だ。反面、弾性率が高まるということで振動も伝えやすいという特徴も持つだろう。駆動時のロスが少なくなるという特性から、スプリント系の自転車はシート角が立ち気味で、リアセンターも短めとなるのは道理に適っている訳だ。逆に、ランドナー、スポルティーフではシート角は緩く、リアセンターも長めとなる。競技バイクのフォルムが格好良さと定義するならば、シート角が立ち気味、リアセンター短めっていうのは、その定義に従っていると言える。敢えて日本人がロードレーサーを買うならば、シート角74〜75°、普通の自転車とは違うという意味で、リアセンターは390〜405mm程度のモデルがそれらしい自転車と言えるかもしれない。
・トップチューブ長
上半身を嵌める上で重要な数値。これはシートチューブ長と違い調整不可能。平坦な直進路のみを考えれば上半身のリーチを纏めるにはステム長で調整可能だが、ステム長はハンドルの抑えに対する比率に影響するのでリーチ調整をステム長で賄うっていうのは本当は変。よって、実はフレームサイズを決める上でシートチューブ長以上に重要な寸法。
ペダリングを行う上では、骨盤を固定し、腹筋や背筋を効率的に導入するのが肝要であり、それには骨盤〜背骨の姿勢が実は最重要だ。この部分の筋肉を身体を故障させずに導入する姿勢が作れるか？の重要の要素。
どんな姿勢がベストか？っていうと、重い物を運ぶ際の腰の入れ方そのものであり、ショルダープレス等における骨盤〜背骨の角度そのものである。他のスポーツとの類似性を探ると、単車におけるスポーツ走行に適した上体の纏め方にも通ずるものがあるし、陸上競技のクラウチングスタートにも通ずるものがある。これらのスタイルは上体の角度を適切に保ち、下肢の力に腹部の力を加えるもの。力を溜めた状態で下半身を保つ事が大事であり、そうすれば下腹部の力自体で状態を支える事が出来る。その状態では腰に疲労は発生しない。更に、ハンドル位置は、そのような上体から自然に腕を伸ばしたポイントとすれば良い訳である。
そういう訳で胴が長く、手が短い日本人にとってのサドルからのリーチは実は結構短いのである。リーチが長く、落差が大きい程、背骨〜腰への負荷が大きくなり、所謂レーパン依存症になったり、穴あきサドル中毒になったりするのである。
一般にリーチ長（トップ長＋ステム長）の求め方は、次の例がある。
１．リーチ＝（胴長＋腕長※）÷２＋１００
２．リーチ＝中指の付け根間距離÷４＋１９５
（※：胴長＝鎖骨付け根〜股下、腕長＝手の平握り位置〜鎖骨外側、真っ直ぐ伸ばして計ると数値はかなり大きくなる。自然な姿勢でゆったり計る場合との差が大きいんで、後者の式の方が判りやすい。測定点数が多い程、正確とも言えるけど、はかり方による誤差も大きい。）
けれども、自分としては上体を支える上で最も合理的な形状は？っていうと、リーチ長＝着座状態におけるサドルトップ〜肩上迄の距離と思うのである。理由は、ドロップハンドルというポジション自由度の高い自転車で、姿勢の自由度というのは腰を支点とした背中の角度の作り方の自由度という意味だからである。前傾時には背中の角度は尻を起点に傾ける。リラックス状態では背中の角度を尻を起点に立てるからであり、それはトップチューブと背中の成す角度の調整という意味であり、その調整角を腕の畳み方で作っているからだ。つまり、
３．リーチ＝クラウチング時上体姿勢のサドルトップから肩上迄の距離
と自分は決めている。因みに、この数値を自分の体型で求めると、、、、
１．(500＋520)÷2＋100＝610mm
２．1650÷4＋195＝608mm
３．610mm
となる。
トップ長を求めるには、このサイズからステム長を減ずるが、ステム長とはコラム軸からハンドル操作時のモーメントの腕の長さに影響する。ステム長が長いと大きな舵角に対して腕の移動量が大きくなる。また、操作する力、支える力は小さくなる反面、ハンドルに力が加わる状況では立ちが強くなり曲がらなくなったりする。操作性重視なら短いステム、安定性重視なら長いステムだが、ドロップハンドルの場合は、実質のグリップ位置が相当に前にあるので、長すぎると曲がらなくなりかねない。フル加速中における硬直状態ではステム長が長すぎると曲がらなくなる。
昔のロードの場合はステム長はそれ程長くなく60〜80mmの選択肢も在ったけど、今のアヘッド構造のステムでは最低が90mmという事が多い。なお、自分のBSロード、小林ロードの場合はステム長は80mmが基本であり、上のリーチが610mmということで、トップ長は610−80＝530mmが標準となる。ラングスターの場合は、シート角が他車より寝ている分、サドルを前方で固定しており、その量が10mmと紹介したが、ラングスターのトップ長が537mmであり、10mmずれている分で527mm相当のトップ長となっている。また、ステム長が90mmであり、最終的にはクロモリ車＋7mm程ハンドル位置が遠い。
そんな風に駆動力を発生するための重要な寸法を自分流に決めているのである。
こういうのが自分流だ。これを第一として次に操縦性を好みに仕上げる数値を決めていくのである。
次回は、操縦性、乗り心地といった駆動以外の要素に大きな影響を及ぼす、ハンガー下がり、ヘッド角（キャスター角）、オフセット、トレール、フロントセンター、リアセンター、ホイールベースの絡みを狙いによって数値は幾らにするか？を具体的に紹介する予定。
つづく、、、かもしれない。