フレーム材質
本当はブログに載せるつもりだったけど、あまりにも公に見せるのに抵抗がある（っていうか勿体ぶっているだけか？）ので、私の考えに関心を持っている人しか訪れないであろう、このページに記載することにした記事だ。
自身、クロモリも好き、アルミも好き、、、、っていうか、正直材質なんてどうでも良いのだが、そんな中でクロモリフレームが好きな所は何か？これは、乗って違いが判るかどうか？でなく、自分なりに理解しているつもりの思い込みも含めて好きなのだが、そこを見つめ直してみた。
クロモリフレームで好きなところ。
１．普通の機械製品では考えられない程の薄肉鋼管の持つ繊細なイメージ
２．ラグ付きの場合は、その工芸品のような佇まい
３．ロードエンドの場合は、非常に頑丈な鍛造エンド部分の逞しさ
４．汎用鋼管故にパーツアッセンブルの自由度の高さ
ってところ。言ってみれば、マニアなハート的な拘りだ。更に、講釈的に言うならば、何と言っても弾性金属材料、論理的にアルミのように疲労しない点。疲労しないから薄く作れる。薄く作れるというのは、バネっぽく作れる。感じれなくとも車体全体で乗り心地を確保してくれると信じれる。
バネって言うと、バネ定数だ。バネ定数は長い程、細い程、しなりやすい。なら、フレーム全体をバネとして見ると、パイプが薄肉程、パイプが長い程、理屈の上では乗り心地がよい。感じられるかどうかは別として、クロモリ等鋼管フレームなら、薄肉パイプワークを長く組む程、弾性材料系フレームならではの特徴を盛り込めるとも言える。（あくまでも頭の中での話）そう、長距離ライドでは、路面からの衝撃を全体で受け止める事が弾性材料系フレームの特徴であり、そういう特徴を理屈の上で与えるとすると、弾性材料系フレームがベストということ。その解の一つがクロモリだと言えること。そして、クロモリならではしなり度合を確保しようものなら、薄く、長くが基本。
なお、敢えて書くけど、弾性材料系フレームのバネ感で入力以上で押される感覚っていうのは理解できない。何故ならば、駆動力という内力に対してもフレームはバネ要素を持つならば変形する。変形する限りに置いては確実に損失を生んでいる筈であり、それは入力以上に押されるという結果には繋がり得ないからだ。
それでも、多くの人がバネ感で押されるって感じるのは、やはり、そう感じさせる何かが有ると考えるのが自然。これを真っ向から否定するのでは発想が湧かないので、世の中の人、特にベテランの方が好む特性を理解しようと、敢えて解説すると別の理由が該当する事に思い付く。
自転車で駆動力は二本脚で交互に踏む事で生まれる。つまり、クランクトルクを計測すると間違い無く脈動が存在するところにヒントがある。この脈動は２気筒のエンジンの様なモノ。そして、このトルクの脈動はチェーン張力（駆動力）の変化にも繋がるもの。
オートバイの世界ではトルク変動という言葉で、トラクションを考えたり、或いは、バランサーの装着や多気筒化でトルク変動を抑え高回転化を図ったりしているのは承知の通り。
つまり絶対に存在しているのがトルクの脈動であり、チェーン張力の脈動である。これは、フレームの弾性変形量に周期的な変化をもたらしている筈である。弾性変形量が大きい状態は、駆動時においては伝達トルクがピークの時。その蓄えられた弾性エネルギーが開放されるのは、伝達トルクがミニマムな時である。つまり、駆動力がフレームの弾性変形を介して遅れた状態で伝達されているのである。つまり、トルクのピーク値はフレームに蓄えられるが、蓄えられたトルクは駆動力が低い瞬間に回収されている筈。そう、駆動トルクの脈動がフレームの弾性バランサーによって平滑化されているとも言える。勿論、間にワンクッション置く分、減衰しているが、少なくとも、トルクが回収される瞬間を感じれる人にとっては、押されていると感じるのは理解出来るのである。
判りにくいかも知れないが、駆動力を掛ける、チェーンに張力が生まれる。チェーンの張力はチェーンリングを逆回転側に、スプロケットギアを正回転に引っ張る。そこで、ハンガー軸、アクスル軸には、その張力を支える力の軸部における作用反作用によって軸間距離を縮めようとする力が作用している。その力を強固に受け止めれば関係ないが、その力によって軸間距離が弾性変形によって縮んでいれば、その力の釣り合い状態においてはフレームの変形による力が残っている（エネルギーが蓄えられている）。
この力は、軸間距離を縮めようとする力が減ずれば（即ち、チェーン張力が減る、つまり、駆動力が減れば）、弾性変形された力は支える力の減少に応じて開放される。開放された力は、ハンガー〜アクスルの軸間距離を元に戻そうと作用し、その間を支えるチェーンを引っ張るのである。そこで生まれた張力が駆動で掛ける張力に上乗せされるのである。
しかし、そこで上乗せされるエネルギーは、あくまでも、駆動力ピーク時においてフレーム変形で蓄えられたエネルギーにしか過ぎず、モノを媒介している限りには確実に減衰しているのも事実である。
つまり、乗り手が加える駆動力が滑らかに推進力に変換されていると考えれるのである。
この二つの要素がクロモリフレームというか、弾性変形する材料を用いた自転車の特徴である。
そして、自転車の場合、乗り心地を確保するという意味では、自転車を構成する全ての鋼管の薄さ、長さが寄与するものなのだ。乗り心地というのは、局部的に大きな変位で吸収するよりも、局部では小さな変位でも全体で吸収するという考え方の方が、局部的に大きな変化が現れず操縦性等の変化も少なく、局部の大きな変化＝応力集中を招かないということで性能劣化の少ない耐久性を得る事ができる。
更に、駆動力のトルクバランサー的な意味では、ハンガー〜アクスルの軸間距離を弾性変形させるという意味で、後三角のチェーンステー、シートステーで乗り手に応じたトルクバランサーを装備する事ができるのだ。余談だが、アルミフレームのカーボンバックというのは、この論理から生まれた産物であるし、昔のズノウのフレームの特徴的なシートステーは、バランサー能力を大きく確保したいという願いから生まれた形状なのだ。
カーボンフレームの弱点は、応力集中を受けやすいハンガー近辺を頑丈に作る必要があるというジレンマによって、アクスル〜ハンガー間を積極的に動かすことが難しいのである。それはハンガー近辺の強度をモノコック的に確保する必要から、必然的に、アクスル〜ハンガー間で弾性変形させる部材長の確保が難しいとい弱点があるの。カーボンバックの場合、エンド側は兎も角、前三角とカーボンステーの接合部がアルミを介した構造。アルミとカーボンという異種材料の接合部が応力の支点となっているのがリスキーである。カーボンはマクロ的には弾性を示すが、ミクロ的には脆性材料で弾性は極めて低い。接合部の性能を見る時にはミクロ的な視点が必要であり、アルミとカーボンの接合に圧入とか接着というのは材料の締結度の信頼性から見ると技術的に完成しているとは言い難い。
つまり、鋼材系フレームは確立された手法で、自転車の性能を高い完成度で確保しており、アルミとかカーボンは、如何にクロモリの性能に近付けるか？と四苦八苦しているのが現代の状況なのだ。クロモリフレームの全体で振動衝撃をいなす特性と、後三角で駆動力脈動を平滑化させる機能をモノコック系カーボンフレームで作り出すのは至難の業である。モノコック度を増やし強度と軽量化を望む程に、脈動バランサーの機能が失われる。そういうものなのだ。これを解決するには、モノコックという継ぎ手構造からの脱却が必要で、そこにはミクロ的な複合化技術を用いるか、或いは、前三角と後三角を物理的に分離してエラストマー継ぎ手とか、純粋にバネを用いる分割構造を用いるしか有り得ないだろう。
ということで、自分としては当分はカーボン系フレームの自転車は多分買わない。カーボン部品というと、フォーク位迄だろう。勿論、カーボンにも利点はある。何と言っても、軽さである。軽さというのは自転車を重量物として考えると、軽い重量程、同じ入力なら大きな速度になるのは中学校理科の世界で説明できる話だ。全てを犠牲にして軽さを求める。或いは、鋼管フレーム的な特徴と軽さを両立するためには最高の素材でもある。しかし、そこには複合材料故の大きな欠点もあるし、材料の複合性、マトリックス材料の本質さから長期かつ汎用に使う上では納得し難い欠点があるのも事実。用途を特化し、一分一秒を競う世界ではカーボン系材料は大きな武器になるのは間違い。正に、そこに必要度を求める人のための選択肢だろう。逆に、必要度の無い人には欠点の方が大きいもの。詳細は敢えて書かないが、自身がC/C材〜CFRP材を用いた製品開発を務めている事からの判断。
仮に、将来カーボン系がグッと来るのは、CFRPでなく、C/C/M材が登場してからだろう。カーボン系材質のある尺度での評価結果では、CFRP・・・NG、C/C材・・・・・NG、C/C-C材・・・・・OK、C/C/M材・・・・・GOODって感じ。なお、C/C-CとかC/C/Mって呼称は無い。あくまでも自身の開発コード分類。C/C/M材は重量こそ重くなるかも知れないが、カーボン系構造体の最大の弱点をフォローできる技術。将来性は抜群である。因みに、権利が絡むので証せないが、既に非常に厳しい環境で既に実用化されているモノでもある。
そう考えると、自分が選ぶタイプがロングツーリング快走自転車≒スポルティーフっていう状況では、薄肉クロモリ鋼管で大きなダイヤモンドを作るフレームの自転車って事になる。これって、今のトレンドとは正反対である。今のロードフレームの格好良さの方程式はスローピングデザインで三角は小さく硬くつくる。そしてシートポストは突き出しまくり、、、縦管の割りに横管が長いのが今の自転車っていうか、今の流行のロードレーサー。
自分はスポルティーフをクロモリで作る。それは、細く、長く作る。三角を大きめに作るっていうのは、シートポストは殆ど出ないのが道理。パイプを長く作るからしなやかに出来る。それが、弾性材料系フレームの緩い自転車。そういう講釈頭でクロモリフレームは理屈の上で柔らかい自転車を作る時に適していると思っている。柔らかさを求める理由は長距離ライド。長距離ライドには荷物は付き物。ならば、過度の軽量化も無用。そこにクロモリフレームが適している。そう考えている。自分にとってのフルサイズ自転車は探検小道具である。探検とは知らない道を尋ねる行為。そんな行為に合うのは快走車。快走車は競争車とは違う。そこで、敢えて選ぶならという事でクロモリフレームを選ぶ。
スポルティーフに変化しつつある小林ロードなどは正しくである。薄肉のスーパーライトのReynolds531、縦管は555mmもあるけど横管は530mm。乗車姿勢に対してパイプは長い。その分、各部はタイトだが、そこにシビアなフェンダーをセットする。正に、薄肉長管パイプで構成される快走車である。
因みにBSのTTロードもギア比から見ると完全に競争しない快走する自転車。それ故にクロモリフレームが適していると思い込んでいる。
そんな身勝手な思いだが、そういう思いから見ると、700Cサイズでクロモリで大径パイプでスローピングな自転車って、TTバイクとかピストバイクのようなダイレクトさ重視や、シクロクロス等の強度重視の車両以外の自転車では何を望むのだろうか？この辺が判らないというか、自分の先入観から判断すると意味不明的な自転車に見える。まぁ、そんな自転車は実際には殆ど存在しないけど、、、、そういうモノを売りにするビルダーもいる。ただ、自分はそういうビルダーは信じれない。何故ならば、自分の理解を超えた考え故に、そういうモノをラインナップしている。違う理解とは違う価値観である。価値観が相容れなければ選ばない。そういうものなのだ。
因みに、アルミフレームなんかの場合は、弱い、軽いを補うのに厚さを確保している。更に、疲労で壊れないように作っている。結果、重量は軽くても硬くなるっていうのは、理屈的に理解できる。そういう自転車は何向けか？って思うと、これまた勝手に素人向けピストバイクなんかがピッタリとか考えてしまう。
フルサイズ以外、例えば、小径ではどうよ？っていうと、小径車はホイールが硬い。結果、振動、衝撃をフレームで受ける。そうなると、フレームには強度を求めたり、或いは、フレーム自体で乗り心地を求めたりと考える。
そう、、、、
すると、小径車、折り畳み自転車を買うなら、自分の基本は鋼管フレームの自転車という選択をする。しかし、フレームへの負担を軽減できるような構造を持つならば、それはアルミフレームという選択肢も芽生える。そんな思い込みなのである。事実、自分の自転車にフレームの拘りは買う段階では大きく持っていないけど、実際に入手した結果を見ると、、、、フルサイズの快走車分類は全車鋼管系フレーム、短距離限定のトライアルバイクではアルミフレームである。小径車もサスペンション機構を持たないモノは全車鋼管系フレーム、サスペンション機構が在るモノがアルミフレームとなっている。
こうしてみると、快走車で大径クロモリスローピング車は買わない。リジッド構造のアルミ小径車も買わない。多分、この嗜好は将来も続くだろう。