ショートクランク
コンパクトクランクではない。ショートクランクだ。
コンパクトクランクというのは小さい歯数が選べるPCD110のクランクの事。ショートクランクというのは読んで字の如く、クランク長の短いクランクだ。
ショートクランク、何やら最近は少しトレンドになっているそうだ。
このクランク長だけについて考えてみると、クランクを回す力というのは、ペダルを踏む力が同じで在れば、誰がどう考えてもクランク長が長い方が大きなトルクを生む事が出来るのは間違い無い。ペダルを踏む力が同じであれば、クランク長が短ければ、その比率分だけは確実にトルクは小さくなる。これは間違いの無い事実である。
今の時代、オンロード用スポーツサイクルのクランク長のデフォルトといえば170mmだ。これが80年代の標準である165mmだと97％になる。160mmなら94％になる。それだけトルクは減少する。
これだけを考えると、クランクのショート化っていうのはデメリットしかない事になるけど、そうならば、ショートクランクっていうのは存在意義が無いことになる。
クランクのショート化というのは脚長の短い、女性、子供向けしか存在意義が無い事になるけど、現実にはそんな事はないのである。
低床の実用車であったり、小径車、折り畳み自転車といった車種に目を向けると、クランク長で127mm、150mm、152mm、155mmって自転車が成人向けに販売されているのも事実である。そして、それらのクランク長の短い自転車に乗って乗りづらいか？というと、これまたそんな事はないのである。いや、寧ろ逆に乗り易い場合だってあるのだ。
オンロード向けのスポーツサイクルでは見掛けないけど、普通の大人用自転車なら存在するのである。
話は変わるけど、自身がショートクランクに関心を持ったのは何時か？といえば、2006年頃だ。理由は、ダイエットのためにスポーツセンターに出掛けてレッグプレスマシンを操作していて思ったのが発端だ。レッグプレスマシンでは、脚で大きな力を発生してウエイトを持ち上げるマシンだけど、足で力を掛ける時、何処で力を伝えるか？というと、踵である。少なくとも、爪先、拇指球辺りで力を加えても力は掛からないのだ。踵で力を加える。その為には、腰をサポートしなければ為らない。腰を固定出来れば踵で楽にフルパワーが加える事が出来るのだ。
更に、スポーツセンターでボート漕ぎを行って思ったのは、腰を支えなくとも腕を伸ばして腰を支える事が出来れば大きな力で踏ん張る事も出来るという理解である。
因みに、レッグプレスマシンで、その際に試験したのは拇指球でリフト可能な重量は80kg程、踵でリフト出来るのは110kg程である。圧倒的に踵の方が大きな力を生む事が出来るのだ。
これがショートクランクに興味を持った発端である。
ショートクランクというのは、ペダルを踏む力が同じで有ればクランク長が短い分、クランク軸トルクは減少する。
しかし、ペダルを踏む力というのは、必ずしも同じとは限らない。
拇指球で踏む場合、ペダルを踏む力は、拇指球〜足首〜膝関節〜股関節の間の筋肉と関節の強さで決まる。踵付近で踏む場合は、足首〜膝関節〜股関節の間の筋肉と関節の強さで決まる。そして、この強さは必ずしも同じではないのである。脚の軌跡を考えても、骨盤固定して、動力を伝える迄の長さは、踵で力を伝える時は足首から先の部分の長さが使えなくなるのだ。拇指球固定では、動力を伝える脚の長さ、所謂コンロッドのような部分の構造は、股関節〜膝関節〜足首関節〜拇指球となるので、踵で動力を伝える時は足首関節〜拇指球迄のコンロッド長が短くなるのである。
そのために、通常のクランクを回そうと思えば、股関節、膝関節の稼働域が広がりすぎるのがデメリットとなる。そもそも、レッグプレスマシンでは踏み台を真っ直ぐ動かすのでクランク長が大きくなってペダル軌跡が上下に大きく動くのは不向きと言えるのだ。
ということで、レッグプレスマシン的にペダルを踏み込むにはペダルの上下振れ巾を抑えて、関節の稼働域をタイトに保つために、クランク長をショートにする必要があるということである。
先程説明したように、スポーツセンターに於けるレッグプレスマシンで計測すると、拇指球でプレスペダルを踏んで生むことの出来る力は80kg程度、一方で踵で踏んで生むことの出来る力は110kg程度となる。この差があれば、クランク長の僅かな短縮によるトルク減少分を補って余りあるトルク増幅効果が望める訳である。
ただ、踵でペダルを踏む場合のポイントは股関節の位置固定、つまり腰位置を固定することが重要なのである。一番手っ取り早いのはストッパーを設ける事。シートストッパーだけど、構造的に奇妙な形となりかねない。ならば、腰位置を押さえて固定するのではなく、上腕で上体を引っ張って固定することでも対応可能である。具体的には上体を起こした状態で腕で上体と腰位置を固定することが出来れば良い訳だ。腰を立てた状態で上体を保つグリップバーを設ける事が出来れば良い訳だ。
理想的には、グリップバー＋シートストッパーだけど、今回の対応がヒルクライム時における登坂能力のアップであり、ヒルクライムの際に上体を起こした状態で上体を支えるグリップを設置すれば良いのである。このグリップ位置はヒルクライム時における車体の傾き、例えば、10％勾配であれば、シート角−5.8°、15％勾配ならシート角−8.3°となり、平地時よりもハンドルは上方手前方向に移動するけど、更に上に50mm、手前に70mm程寄せれば垂直に近い状態となり骨盤を立てた状態で腕で上体を支える事が可能となる。
ということで、試作に入ったのが2009年頃。この頃にDAHONをベースにクランクフォワード化出来るようにシートポスト＋オフセットキット（himajime自転車さん）を使い様々なクランク長をテストしてみた。テストしたのは、クランク長で110mm、127mm、135mm、152mm、155mm、165mmといった辺りである。クランクフォワードオフセットによってシート角は50〜65°程度でテストしてみた。因みに、踏み込む位置を変えて踏む事の出来る動力は80kgが110kg程だから38％アップである。これを考慮してクランクは170mmから110mmに短くするのはOKか？という判断でチョイスしたもの。
しかし、実際に行ってみると、、、、135mm以下のクランク長では乗り易いけど、8％の勾配になると登坂NGである。クランクが短いと回しやすいけど、足を送る変移長が少なすぎて力を伝えきっていない感じの方が大きいのである。所謂、無駄が生まれている感覚である。
そこで165mmとすると、今度は上死点で足を送るのが若干窮屈に感じる。試行錯誤の結果、自分で選んだのは155mmというクランク長である。これはパナソニックのトレンクルの純正クランクだけど、これがバッチリという結論。これに対してハンドルは少しアップライトにして腕を真っ直ぐして上体を支えるような乗り方である。これが悪くないという判断に至ったのである。
これが現在の西DAHONの姿。
その後、この姿と普通のロードバイクの変化のポイントを探すために、色々と試行錯誤を行って辿り着いたのは、ヒルクライムにも、この漕ぎ方は使えるかも？という推測である。これは2015年から行っているナイトヒルクライムで試行錯誤を行ってみた。そもそも、10％のヒルクライムを行うと、平地に対して車体は後に傾くのだ。つまり、ヒルクライムではクランクフォワード気味になるのである。一般に、ヒルクライムでは後継したシート角を補うようにサドル前方に座るべし！という指南が為されているけど、ヒルクライムでクランクフォワードになるなら、それを積極的に利用すべし！と考えてみたのである。
ヒルクライムでクランクフォワードを利用する。そのためには、ペダルで拇指球より踵よりで踏める工夫が必要で、ハンドルポジションをアップライトにする必要がある。平地ではロードバイク、ヒルクライムではクランクフォワードっぽく走れる、、、、ということで選んだのがクランク長で165mmである。ペダルの送りの無駄を最小限にするためにQファクターを最小にする。
更に、10％勾配時、通常より10〜15mm程土踏まずサイドで踏めるようにLLサイズのトークリップをチョイス。シート角は平地仕様で74°、15％登坂仕様で角度は8.5°程寝るので
実質シート角は66°、10％勾配なら5.7°だからシート角は68°である。
因みに、常時踵付近でペダリングを行うのであれば、クランク長は股関節〜ペダルスピンドル迄の距離で拇指球〜足首の長さが短くなった分、クランク長を短くする方が良いためにクランク長は160mm以下の方が良いけど、この段階の取り組みは、基本はロードバイクで平地時は前傾姿勢で乗るのが大原則である。平地では通常の前傾姿勢ペダリングを行うとすると、短すぎるクランク長は通常時のトルク不足に繋がる。平地は前傾、上りはアップライト、目指すは二刀流である。ペダルを踏む位置の選択は専用ジオメトリーの自転車に比較すると僅かな範囲である。ペダルを踏む位置を変更するのは大きめのストラップで前後に15mm程度分の幅に制限されるので、実際にペダルスピンドルを踏む足の位置は踵や土踏まず位置とはならない。精々、拇指球より15mm程度土踏まずよりに移動するだけである。ヒルクライム時における実質67°程度のシート角で選んだクランク長は165mm。登坂状態だけなら160mmだけど、平地前傾で走る時は160mmだと今一だったので、今回は165mmをチョイス。
これを想定して2019年に製作したエンメアッカさんでオーダーしたフレームである。今回のフレームは登坂時にアップライトポジションで踏む仕様。選んだクランク長は165mmということでペダル軌跡直径は10mm程小さくなるけど、ペダルを踏む力自体は大きくなるので、車体への影響を考慮してBBHは通常より10mmダウン。更にアップライトな姿勢でヒルクライム時に大きな駆動力を与える時のフロント荷重減による前輪のホッピング防止のために重心を前に移動するために、フロントセンターを通常より15mm減、一方でリアセンターを15mm増加させることで対応。
因みに、ヒルクライム時にアップライトポジションとなるようにドロップハンドルの上に接地したDHバーのベースバーにアシストバーを加え、通常位置に比較して、情報に50mm、手前に70mm移動した位置でグリップ出来る構造としてみた。
因みに、トークリップサイズを少し大きくして登坂時には深い位置で固定すると大きな力でペダリングが可能となるようにしている。
これが、ジオメトリーオーダーで作成したオールステンレスのエンメアッカ製のロードフレームである。付属的には平地走行時には高回転で、斜面でも急勾配に対応させるのが目的で高いケイデンスでも走れるよう低いギアが装着可能なようにシートステーの取り付け位置に工夫を施しジュニアカセットにも対応させている。一応、ヒルクライム対応ロードバイクの完成ということである。
完成したフレームのみを入れ換えた状態でヒルクライムコースの周回走行を行ってみると、1周回での標高が100m、平均斜度12.5％のコースを10周回するわけだが、この10周回の走行時間は従来フレーム＋通常ペダリングで54分だったのが、新型フレーム＋ショートクランクでのアップライトペダリングでは48分である。10周回での短縮時間は6分、つまり360秒である。一周回での登坂距離が800mだけど、これで36秒差である。54分では1周回が5.4分＝下りが1.5分＋登りが3.9分、48分では1周回4.8分＝下りが1.5分＋登りが3.4分である。つまり800mの登坂速度差が2.3km/h、800mで25m程度の差が生まれているということ。因みに、速度差が生まれた最大の要因は、ショートクランク化によって大きな力でペダルを踏むことができるようになったので一枚重たいギアで登坂できるようになったのである。ケイデンスに差が無いので、ギア比分速度が増した計算である。
アップライトで拇指球より後方でペダリングを行うとクランク長は短くなるけど、ペダルを踏む力が大きくなる。クランク長を短くし過ぎると動力を伝え続ける時間が短くなるので、程々がお奨め。大事なのは大きな力でペダルを蹴り出す時に尻がずれないように支える工夫が必要。シートストッパーかアシストグリップが必要。個人的にはロードバイクならショートクランク化させるならば、クランク長は160〜165mm、あとはアヘッドはハンドル位置が低いのでスレッド式の方がお奨め。ハンドルを手前にして上体を立ててヒルクライム出来れば、一枚重たいギアが踏める。その分、速度が高まる。コレが現在の結論。
因みに、現在チョイスしているクランクセットの歯数組合せは更に急勾配コースに対応出来るようにインナー歯数を小さくしており、コンパクトクランクの50-34Tから更にワイド化した51-31T、カセットは16-27Tの10S仕様である。
通常のロードバイクだと難しいかも知れないけど、それを許容するフレームを作れば、こういう事も可能ということである。
因みに、現在、ショートクランク自転車は、西DAHON、エンメアッカロードがある。クランクフォワードならGTのBMX、Finaleにレイバックポストを組みあわせたモノもある。
結構、面白い。
因みに、一般の実用自転車では、既にショートクランク＋クランクフォワードの自転車は存在している。それはサギサカ自転車のコゲールというモデル。ロングホイールベース、寝たシート角、そしてシートストッパー、、、、、悪くないね。