剛性と振動吸収性の違い。カーボンフレームで剛性が高いのに振動吸収性も高いっておかしくね??【質問いただきました】

剛性と振動吸収性について質問をいただきました。

よく高価なカーボンフレームで、「剛性が高くロスなく進み、なおかつ振動吸収性もいい」とか書かれているフレームってありますよね?

剛性が高い=シナリにくい=振動吸収性が悪いとなりそうな気がするのですが、実態はどうも違うようですし、試乗会に行っても剛性が高くてよく進み振動吸収性も高いフレームに当たることはよくあります。

剛性の高さと振動吸収性って相反することだと思うのですが、どうなのでしょうか?




回答いたします。

剛性=シナリにくさ

まず、剛性という用語は【物体の変形しにくさ】を表す用語なのは間違いありません。
この方が言うようにシナリにくさと言っていいでしょう。

これについてはこちらで解説しているので、まずはこちらをご覧ください。

ロードバイクにおける剛性、強度、耐久性の違いって??

さて、ここからが問題です。
そもそも振動吸収性というのは、どこから来るものなのでしょうか?

振動吸収の発生源

ロードバイクにおける振動吸収性のほとんどは、タイヤ&チューブからきていると思っていいでしょう。
ここはロードバイクの中で唯一、空気が入っていてエアクッションのような働きをします。

ロードバイクに乗る人なら、タイヤの空気圧を下げると振動吸収性が良くなることはご存知だと思いますし、実際に体感している人は多いと思います。
しかしながら空気圧を下げ過ぎると、ペダリングが重く感じるはずです。

これについては空気を入れることによるタイヤの剛性が関わっていると考えていいでしょう。
・空気圧を上げる = タイヤの剛性が増す = タイヤの変形量が減り走りは軽くなるが、振動吸収性は落ちる

・空気圧を下げる = タイヤの剛性は落ちる = タイヤの変形量が増え振動吸収性は良くなるが、走りは重くなる

ここでは空気が入った状態のタイヤについて評価しています。

ただ、今回はあくまでもフレームの話です。
タイヤの空気圧云々とかタイヤの銘柄がとかそういう話も含めるとややこしくなるので、単純にフレームの話だけで書きましょう。

素材により、振動を減衰する能力は違う

ロードバイクのフレーム素材として多いのは、カーボン(CFRP)、アルミニウム合金、クロモリなどです。
これらは素材として、振動を減衰する能力があるわけです。

ここで大雑把にカーボンとかアルミとか書いていますが、厳密にはカーボンでも様々なグレードが存在します。
グレードというとロードバイクのフレームでよく見られる表記で【50Tグレード】とか【30Tグレード】などと言った引張強度の違いです。
ただそこまで言い出すとワケがわからなくなるので、とりあえずは一旦その話題は封印します。

こちらのHPにて、カーボン(CFRP)とアルミ合金などの振動減衰比較がありました。
http://www.sankyo-ss.co.jp/about-cfrp/kakusyusozai.html

こちらによると、カーボンという素材は金属よりもはるかに振動を減衰する速度が速いということになります。

なので振動を早く減衰できるという点では、金属よりもカーボンのほうが有利ということになりますね。

しかしながら、ロードバイクとしての振動吸収性についての話なので、あくまでも素材ではなくフレームとしても評価しなければなりません。
素材としてカーボンの振動減衰が速いということは様々な実験で分かっていることですが、フレームとしてはどうなのかということです。

素材、設計、方向性など様々な要素で振動を吸収する

一言で【カーボンは振動の減弱が速いからいいんだよ】というのも違う気がします。
素材としてはその通りでしょう。
しかしあくまでもフレームとしての振動吸収性を説明するわけです。

ちなみにですが、素材として評価した場合、アルミとカーボンではどっちが剛性が高いか知っていますか?

答えはカーボンです。
でもよくある説明で【アルミフレームは剛性が高い】って言われますよね??

これには理由があります。

フレームとして評価する場合、問題になるのはいくつかポイントがあります。
例えばですが、細いパイプと太いパイプ、どっちが剛性が高いかと言われると、太いほうになります。
アルミニウムというのは、そもそもは柔らかい金属です。
柔らかいけどスチールに比べて比重が軽いなどメリットがあります。

アルミフレームの剛性というのは、パイプを太くすることで保っています。
アルミフレームのパイプ径って、クロモリフレームに比べると太いですよね?
アルミフレームは極薄にしながら大口径化することで、軽量性と剛性を保っていると考えればいいです。

逆にクロモリの場合、大口径化してアルミフレームと同じくらいのパイプ径にした場合、恐らくですが超ガチガチなフレームになるのではないでしょうか?
また大口径化するとクソ重いフレームになるでしょうし。

よく【アルミフレームは振動吸収性が悪く、クロモリフレームは適度なシナリがある】とか言われますが、これは素材の評価もあるとは思いますが、個人的には主にパイプ径などの設計上の問題から来る要素のほうが大きい気がします。

これはビアンキのアルミフレームのIMPULSOですが、シートステーが外側にベンドする形状にしていることで、リアの振動吸収性を高めているわけです。

ちょっと話は逸れましたが、フレームとして評価する場合、パイプ径、パイプの形状、パイプの厚みによっても振動吸収性は変わるはずです。

・パイプ径 ・・・ 太ければ剛性は高い
・パイプの厚み ・・・ 厚ければ剛性は高い

カーボンフレームの場合、カーボン繊維の貼り付け方向でも振動吸収性は変わるはずです。

こちらの画像はLOOKのカーボンフレーム765ですが、フレーム形状でも振動吸収性を高めていると思います。

765はリアの振動吸収性が高いと感じますが、シートステーが後方にベンドしている形状です。

このように振動吸収性というのは、以下の要素で変化します。
・素材
・素材のグレード
・パイプ径
・パイプの厚み
・パイプの形状
・カーボンなら線維の方向



カーボンは最も剛性が高く、なおかつ振動減衰も速い

カーボンという素材は、アルミやスチールよりも剛性は高く、なおかつ振動減衰も速い【素材】です。
ただあくまでもこれは素材としての評価で、カーボンの素材をどこにどう使うかによってフレームとしての特性が変わってきます。

先日試乗したビアンキのオルトレXR3ですが、あのフレームは振動吸収性と剛性をかなり良く両立している感じでした。

【試乗インプレ】ビアンキのOLTRE XR3を体験。カウンターヴェイルを搭載したエアロレーシングバイクの実力は、想像を超えた世界だった。

このフレームにはカウンターヴェイルという素材をカーボンに織り交ぜているのですが、これはフレーム素材自体が振動減衰を速めている印象でした。

かといってシナリが大きいわけでもなく、剛性はしっかりしているわけです。

ここで考えて欲しいことですが、振動吸収といった場合、二つの可能性があります。
・素材自体で振動を減衰している

・フレームがシナリを持って振動を吸収している

フレームがシナルということは、剛性で言い換えるならば剛性が低いとも言えますね。
フレームのシナリは少なく、フレーム素材が振動減衰を速めている場合には、シナリが少ないので剛性は高いと言えます。

なので最初の質問に戻りますが、

よく高価なカーボンフレームで、「剛性が高くロスなく進み、なおかつ振動吸収性もいい」とか書かれているフレームってありますよね?
剛性が高い=シナリにくい=振動吸収性が悪いとなりそうな気がするのですが、実態はどうも違うようですし、試乗会に行っても剛性が高くてよく進み振動吸収性も高いフレームに当たることはよくあります。

剛性の高さと振動吸収性って相反することだと思うのですが、どうなのでしょうか?

これの答えですが、フレーム素材自体が振動を減衰する能力が高いから、剛性が高くて振動吸収性もいいというフレームが作れると言えます。
フレーム素材がいいものを使っている都合上、どうしても高価になってしまうというわけですね。

さらに剛性を出したいところにはカーボンのグレードを上げたり、大口径化したりしているのと、意図的に剛性を落としたい箇所にはカーボンのグレードを下げるなど様々な工夫を凝らしているから高いのではないでしょうか?

近年、アルミフレームでも振動吸収性がいいものが出てきていますが、アルミの場合は素材的に振動を減衰する能力が低いわけです。
そのため、振動吸収がいいと言われるアルミフレームに乗ると、フレームのシナリを活かして振動を吸収しているのがよくわかります。
そうなると今度は剛性が低いフレームになりかねないので、パイプの加工とかパイプ径で適材適所にするというか、シナリやすいところとししナリにくいところを意図的に作り、加速性に関わるところは極力シナリを少なくし、振動吸収性に関わるところはシナリを大きくするみたいな感じで作るわけです。

この一年くらいで試乗したアルミフレーム完成車を思い返すと、スペシャライズドのアレーやトレックのエモンダALRなどがあります。
これらに試乗したときに思ったのですが、アレーは間違いなくシナリを大きくしていると思います。
エモンダALRはアレーほどのシナリは感じなかったですが。
エモンダALRについては、アルミフレームとしてはかなり優秀だと思っていまして、軽量性、加速性、振動吸収性をアルミという素材で突き詰めて言った場合は、現代の技術ではここが最終形だろうと思える感じでした。

【試乗インプレ】トレックのエモンダALRを試乗しました。軽量アルミフレームの実力はいかに?【2018年モデル】

ただやはりよくできたカーボンフレームには敵わないというか、ビアンキのオルトレXR3と比べてしまうと、やはり劣ります。
価格差がかなりあるので当たり前なんですが。

個人的にはアルミフレームの感触って好きなんですよね。
路面が悪いとガタガタした感じになるのはご愛敬というか、踏み込んだ時のダイレクト感とかはよくできたアルミフレームでも十分戦える気がします。

ロードの振動吸収性のほとんどはタイヤ、だが

最初のほうで【ロードバイクの振動吸収性のほとんどはタイヤ】と書きました。
最近書いた記事ですが、某社のアルミフレームに乗っている方がマヴィックのキシリウムエリートUST(チューブレス)に変えたところ、加速性も上がったが振動吸収性がかなり良くなったという記事を書きました。

【インプレ】マヴィックのキシリウムエリートUST。鉄下駄⇒キシリウムエリートUSTの効果とは?

振動吸収性自体はタイヤの銘柄でも変わりますし、空気圧である程度の調整は可能です。

ロードバイク全体の振動吸収性を考えたときに、フレームの振動吸収という要素はタイヤなどに比べるとそこまで大きな要素ではないと思っています。
しかし、乗り比べるとやはり違いを感じるものなんですね。

カーボンは素材で振動を減衰する能力が高いわけですが、いいカーボンフレームに乗ると【ゴムでも入ってるのか??】という感じでフレームが振動を減衰している感触がわかります。

高いフレームはこういうところにも力を入れているというか、剛性と振動【減衰性】を兼ね備えているから高いんですね。
これは残念ながら、アルミフレームでは実現不可能な領域だと思います。

ビアンキのようにカウンターヴェイルを織り交ぜたカーボンフレームとか、私が乗るLOOK765ではフラッグスファイバーを織り交ぜて振動減衰性を速くしていますが、アルミの場合はなかなかこういったことができません。

強いて言うなら、アルミ合金の品番によって特性を変えることはできますが、そこまで大きな差になりにくいかと。

じゃあアルミフレームって駄目なの??と思う人もいるかもしれませんが、私は初心者の一台目はアルミフレームのほうがいいのでは?とオススメすることが多いです。
これは予算次第でもありますが、低価格のカーボンフレームに乗るくらいなら良くできたアルミフレームのほうが乗っていて楽しいですし、初心者さんはメンテナンスを覚える段階でいろいろと作業が雑になることもあるので、一台目はアルミフレームで色々覚えてから次はミドルクラス以上のカーボンフレームを買ったほうがいいですよとオススメしています。

で、乗り味の違いですが、これについては体感できるという人と体感できないという人がいます。
こういうのは是非試乗して確かめてください。
私は一台目のロードバイクを買う前はかなりの数の試乗をしましたが、乗ってみるとわかることって色々あります。
こっちは高いけど、違いがそこまでないなとか。

試乗するときの注意点ですが、なるべくならサイクルモードのような場所ではなく、ショップの試乗を使ったほうがいいです。
理由ですが、サイクルモードの試乗コースって舗装状態がかなりいい場所を、低速で、しかもほぼ平坦な場所しか走りません。
これだと違いがわかんないんですよ。

近年はメーカーの直営店も増えていますし、探せば試乗できるショップは結構あります。
そういうところで一台30分とか時間をかけて、出来れば登り坂なども含めて自由に走ってみてください。
体感して得るものってやっぱ大きいですよ。




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