のむラボ日記

自転車工房「のむラボ」のブログです

コメントのお返事  

先日のG3組みの話でコメントをいただきました。

スプロケットの回転トルクがかかった時に
全てのヤマアラシさん方向のスポークにテンションがかかるならば、
そのとき全ての反ヤマアラシさん方向のスポークにスポークテンションの低下が
起こっているはず。

という内容ですが、その通りです。

普通のホイールの場合で ヤマアラシさん方向のみ、または反ヤマアラシさん方向のみの
ヌポークの仮組みホイールをそれぞれ用意して、
フリーボディの前ねじれトルクに対して スポークがどういう振る舞いをするか
というのを以前書きました。
DSC09074amx.jpg
ヤマアラシさん方向のスポークは
DSC09075amx.jpg
スポークがより絞られる方向になるのでニップルがリムに瞬間的に食いついて
テンションが張ります。

DSC09078amx.jpg
反ヤマアラシさん方向のスポークは
DSC09079amx.jpg
スポークが外に飛び出す方向になるのでニップルの根元がリムから浮いて
テンションが抜けます。

実際にはこの二者が拮抗していて、かつ十分なスポークテンションで張られているので
乗って分かるかどうかといわれれば怪しいかもしれませんが、
体感レベルかどうかは別として 起こっていること自体は確かですから
ホイール全体のデザインやハブの設計が
この問題に対してより良い形であるかどうかは重要です。

DSC01140amx.jpg
描きやすいから(笑)という理由で、12HのG3組みの
フリー側8Hパラレル組みを用意しました。

DSC01141amx.jpg
これをヤマアラシさん方向と反ヤマアラシさん方向のスポークに分けます。

DSC01142amx.jpg
第3作用でフリーボディを前に絞りました。
ヤマアラシさん方向のスポークは一瞬でピーンと張ります(第4作用)。
その直後に後輪が転がる(第5作用)わけですね。

DSC01144amx.jpg
これが反ヤマアラシさん方向の場合、スポークのテンションが抜けてしまうので
第4作用としての仕事はしていないように見えます。

DSC01145amx.jpg
しかし、反ヤマアラシさん方向のスポークといえどもニップルがリムと接している以上、
ニップルがリムをぶん回そうとする力はゼロではありません(ダフり角が負であっても)。
スポークのテンションが瞬間的に抜けきってからニップルがリムを回転方向に
押しているはずです。
しかし、カンパニョーロの動画では完全に無視されていましたね。
私も、スポークテンションの左右差を埋めるために
フリー側のスポークの容積の総和を増やすための添え物と書いたりしてますが。
G3組みが、反ヤマアラシさん方向のスポークテンションの抜けで生じるロスを
普通のホイール以上に軽減しているかどうかですが、
G3組みそのものによって軽減されている角度的なメリットと
G3組みによって生じるテンション的なメリットの2つのメリットがあります。
それについて書きます。
あれ?これ次に書く予定のネタだったんですけど・・・まあいいや。

DSC01146amx.jpg
タンジェント組みのスポークのうち、反ヤマアラシさん方向の1本だけを描きました。

DSC01147amx.jpg
第3作用のねじれがギュンッ!とかかります。

DSC01148amx.jpg
その瞬間、ハブの接線上を前向きに走る
「ヤマアラシさん方向は絞るぞ/反ヤマアラシさん方向は緩めるぞトルク」
が発生します。
DSC01149amx.jpg
タンジェント組みのスポーク方向は この緩めるぞトルクの方向に近いので、
スポークテンションが抜けやすいと思われます。

DSC01150amx.jpg
パラレル組みの反ヤマアラシさん方向のスポークで同じことをすると・・・
DSC01151amx.jpg
スポークの方向が 緩めるぞトルクの角度に近くないので、
スポークのすっぽ抜けが起きにくいと思われます。
これが角度的なメリットです。

もう一つのテンション的なメリットですが、フリー側だけをパラレル組みにすると
スポークテンションの左右差がかすかに縮みます。
組み方によって下がったフリー側のスポークテンションを、再び元通りの数値にするには
反フリー側のスポークテンションも上げなければなりません。
結果として(少なくとも縦には)以前よりも硬いホイールが組めることになります。
スポークテンションが上がっているのですから、反ヤマアラシさん方向のスポークの
「緩めるぞトルクに対する耐性」も向上するわけです。
これがテンション的なメリットです。

G3組みは普通のホイールよりも反ヤマアラシさん方向のスポークが
第4作用の仕事に加わっている割合が高い(=ロスが少ない)と私は思っています。

コメントをいただいた方は「完組み買うならカンパがいいかも」と書かれていましたが、
私にとってもG3組みだけなんですよ。
これだけグダグダ長く 理屈について書かせるようなホイールは。
G3組みというものがすでにあって、目にしたからこそ
「ここはこういう理屈でこうしているんだ」と考えることができますが、
もしG3組みを見たことのない私が ホイールのことをあれこれと考えたとき
机上の空論でもいいから自分ひとりの頭でG3組みを思いつくかと言われれば、
それは100%ないです。
私の使うホイールは コスミックカーボンアルチメイト以外は
だいたい自分の手組みです。
その私が「試したいなら買うしかない」完組みホイールがカンパニョーロです。

category: G3組みの話

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カンパニョーロのG3組みの話 その2  

G3組みの話の続きです。
先日の「5つの作用」の話と関係します。
その前にカンパニョーロがG3組みについて解説した動画(→こちら)がありますので、
合わせてご覧ください。注:音が出ます。

G3 01amx
↑後輪のスポークアレンジメントを いちから考えるとして、
まず両側ともラジアル組みのスポークを考えます。
この時点ではスポーク数は左右同じです。

G3 02amx
スプロケットが飛んできました(笑)。
第3作用のねじれに耐えるために、今 フリー側に決定した側のスポークを
ヤマアラシさん方向にねじります。

G3 03amx
この赤いスポークは、先日の話でいうところのF1スポークであり、
ダフり角が正になっています。
フリー側がラジアル組みのままであるよりは、
こっちの方が第3作用の力をより高効率に伝えそうです。

G3 04amx
↑反フリー側から見ています。
フリー側がヤマアラシさん方向に倒れているスポーク、
反フリー側がラジアル方向のスポークです。

G3 05amx
そこからさらに、フリー側のヤマアラシさん方向のスポークと
対になるスポークを設定しました。
これをタンジェント組みの位相ではなく、
パラレル組みの位相に設定しているのがG3の特徴です。

私なりの解釈でのG3組みの成り立ちは
「右2本 左2本のスポークの束から 左の1本を間引く」というものです。
これはパラレル組みのスポークの張力特性のメリットを最大限にするために
G3組みになったのでは思っているからです。
カンパニョーロの動画では
「右1本 左1本のスポークの束から 右のF1スポークと対になる1本を足す」と
言う過程になっています。

G3 06amx
次に、ペダリング踏力がタイヤが地面を蹴る力に
変換されるまでの動画が続きます。
まず、ペダルを踏み込みます。私が言うところの第1作用です。

G3 07amx
その力がチェーンに伝達しました。これは第2作用です。
上の画像ではチェーンステーの下側で押している格好になっていますが、
これは間違いです。
この方向に力をかけても、リヤメカのプーリーケージに吸収されます。

DSC00974amx.jpg
DSC00985amx.jpg
先日、第2作用はチェーンを引く側で起きるということを
強調して書いたのはこのためです。
まあ重箱の隅をつつけばそういうことになりますが、
チェーンを通じてペダリング踏力をスプロケットに伝えているという点では
間違いないですから、ここはスルーします。

G3 08amx
第3作用、スプロケットの回転です。
フリーボディ部分が不規則かつ強大な力で前に向かってねじれます。

G3 09amx
第4作用、スポークへの伝達です。
ここが非常に重要です。上の画像では
ヤマアラシさん方向のスポーク(F1スポーク)にしか
スプロケットの回転が伝達されていません。

実際はここまで極端なことにはなっていない(F2スポークによる伝達もある)はずですが、
カンパニョーロの解釈では
第3作用の伝達はF1スポークがおもに担っているということですね。
これは私も同意見です。手組みのホイールでは この役割をヌポークにさせるのが
良いというのも再三 書いてきました。
イタリアン組みでもJIS組みでもフリーボディ側は
ヌポークがヤマアラシさん方向(F1スポークであり ダフり角が正)になるので、
手組みホイールでの一般論とも合致します。

上の画像ではタンジェンタルスポークのための配列とあります。
F1スポークと対になっているF2スポークは
フリー側のスポークテンションの総量を二分するための添え物のようなもので、
第4作用の仕事の大部分はF1スポーク側が受けているということです。

カンパニョーロの動画ではタイヤが地面を蹴る第5作用までは出ていませんが、
第4作用をおもに伝えるスポークの角度が違えば 第5作用への伝達率も変わるはず、
ということが ダフり角の話を思いついたきっかけです。

category: G3組みの話

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カンパニョーロのG3組みの話 その1  

先に書いておきます。この記事、長いです。

全てのG3組みホイールユーザーに捧ぐ←大げさ

カンパニョーロのG3というスポークアレンジメント、
パッと見 単なるペアスポークですが、ペアスポークと断じて見ているだけでは
非常に惜しい理屈のかたまりです。今日はそれについて。
DSC01079amx.jpg
その前にダフり角の話の補足をします。
上の図ではダフり角が負になっています。
先日 分銅で例えたものをニップルとして見てみます。
ゴルフクラブのスイングよろしく振られたスポークの先に付いている
ニップルが、リム(とタイヤ)に対してダフります。

DSC01077amx.jpg
そのとき、上の図のようにダフり角が正になっている方が
スポークが伝達してきた力をより効率よく伝えるのではないか、
という話でした。


DSC01080amx.jpg
本題に入ります。ここから先しばらくは、リヤホイールのフリーボディ側の
スポークのことだけについて書いていきます。
上の図では ハブの二分線に最も近いスポーク穴から交差させた
2本のスポークを描いています。
青がヌポーク、赤が反ヌポークです。

DSC01081amx.jpg
ヌポークの引っ張り方向をF1、反ヌポークの引っ張り方向をF2とします。

DSC01082amx.jpg
F1とF2を均等な力で引っ張ることによってハブ軸が引っ張られる方向をF3とします。
F1とF2の力の合成がF3になります。F3は、F1とF2の交差部分を通ります。
F3は最も直接的に 力の損失なくハブ軸を引き寄せる線になります。
F3をそっくりなぞる組み方はラジアル組みになりますね。

タンジェント組みは、ラジアル組みから見ればF3から逸れる力の損失分だけ
余計にスポークテンションを上げてやる必要があります。
ニップルがリムに食い込む力が同じなら、スポークがF3に近づくほど
スポークテンションは下がります。

これを重視してフリー側をラジアル組みしようという考えがあります。
(フリー側のテンションが下がる=左右均等に近づく)
しかしフリー側ラジアルはスプロケットの回転方向のねじれ(第3作用)に対して弱く、
首折れスポークでは(他にも問題があることもあり)しない方がいいです。
完組みホイールでは堅牢なハブフランジやアルミスポークの採用で
これが回避できるかもしれません。それがキシリウムです。
手組みホイールではハブの穴数が許す限りヨンロク組みやヨンパチ組みにすることで
疑似キシリウムともいえるテンションの左右差の是正を狙えます。

DSC01086amx.jpg
では、いっそのこと こうしてみてはどうでしょう。
この場合でもF1とF2の合成はF3になります。
見かけ上ラジアル組みに近づいたので、同じ縦硬さのホイールとして成立したとき
こちらの方がタンジェント組みよりも低いスポークテンションで組めるのではないでしょうか。
ニップル1回転あたりに ニップルがリムに食い込む力の張力特性が
ラジアル組みのそれに かなり似通ったものになりそうです。

DSC01087amx.jpg
さらに、ハブは市販ながら リム側のスポーク穴は好きに設定していいよという
条件も付け足しました。
F1とF2を F3と平行に配した先に、リム側のスポーク穴を設定します。
これを今後パラレル組みと呼ぶことにします。

DSC01088amx.jpg
これをするにあたって、F1とF2のハブ側の出どころが
可能な限り離れていることが理想です。
x本のスポークでy本組みしたい場合、y≦x/4が成り立つなら組めますが、
ハブの二分線に最も近い穴からタンジェント組み(最接線組み)する場合は
y=x/4が成り立つときに限られます。

DSC01089amx.jpg
↑現実的には24Hの6本組みか 32Hの8本組みがそれに該当します。

DSC01091amx.jpg
28H、20Hではy=x/4が成り立つのが7本組みと5本組みになります。

DSC01092amx.jpg
ハブの二分線に近いスポークがヌポーク同士、
または反ヌポーク同士になるので組めません。
上の図では結局28Hは6本組み、20Hは4本組みで組んでいます。

DSC01090amx.jpg
また、F1とF2を近づければ近づけるほど限りなく
ラジアル組みに近づいてしまいます。
第3作用のねじれ耐性のためにもここはなるべくF1とF2を離したいところです。

DSC01096amx.jpg
ということで、F1とF2でパラレル組みを設定しました。
ハブの二分線を越えた隣のスポーク穴でも1組、
拮抗するパラレル組みを描いておきます。

DSC01094amx.jpg
↑首折れスポーク用の普通のフランジのハブでは、スポークの出どころを
横から見て重なり合う位相に設定できません。

DSC09328amx.jpg
DSC00329amx.jpg
↑完組みホイールでは、やり方は色々ありますが スポークの出どころを
横から見て同じ位置(または重なり合った位置)に設定できます。

DSC01097amx.jpg
ということで、ハブも普通のものではなく スポークの出どころを
重なり合わせにできるよという条件を付け足しました。

DSC01098amx.jpg
↑32Hのフリー側 片側という設定なので、16本のスポークはこうなります。

DSC01099amx.jpg
ここでダフり角に付いて考えてみます。
ラジアル組みのダフり角は当然ゼロです。

DSC01100amx.jpg
では、パラレル組みのF1スポークはというと・・・
F3と平行にスポークを配したので、タンジェント組みからそれなりに逸れていますが
DSC01102amx.jpg
一見ラジアル組みに見えるパラレル組みのスポークですが、ダフり角が正になるんです!
パラレル組みはラジアル組みのスポークの張力特性に近いので
「タンジェント組みより低いスポークテンションでホイールの硬さを得られる」
というラジアル組みの特徴を持ちつつも、
「ダフり角が正になる=スポークの向きによる力の伝達効率がラジアル組みよりも良い」
という性質を持っているということです。

DSC01129amx.jpg
ここだけまた普通のハブで描きます。
左右ともパラレル組みにするよりは、フリー側のみパラレル組みにすることで
フリー側のスポークテンションを下げる方がバランス的にはいいですね。
パラレル組みは 第3作用のねじれ対策として
ハブの二分線に最も近いスポーク穴からスポークを出しているので
反フリー側も同じように最接線組みをしなければなりません。
32Hなら8本組みということです。反フリー側のタンジェント組みを
6本組み→4本組み→2本組み→ラジアル組みとしていくほど
スポークテンションの左右差がひどくなります。
私はパラレル組みで得られるスポークテンションの左右差の是正量は非常に少ないと
見ていますので、おそらく反フリー側を6本組みにした時点で
パラレル組みの意味は無くなるのではないかと思います。

上の図のように F1とF2のスポークが F3と平行になるのは
リム側のスポーク穴をそうなるように設定した場合に限られます。

DSC01130amx.jpg
↑普通のリムで組めば、ややF3から開いた状態になると思われます。
(超ラージフランジならF3と平行になるかも知れませんが)

DSC01106amx.jpg
あと、ダフり角の算出根拠の「接地面」ですが、ニップルの真下ではありません。

DSC01107amx.jpg
↑スポークの延長線が地面に接地する位置で計測します。
この図では接地面ではなくなってしまいました。

DSC01109amx.jpg
↑改めて描き直すと こういうことです。

DSC01111amx.jpg
線が煩雑になるのがいやなので、
16Hのリヤホイールのフリー側パラレル組み8本で考えます。

ホイールのスポークテンションは、左右差があるものの
リムが真ん中にある状態になるように引っ張りあっています。
スポークの引っ張り角度の違いで 反フリー側のスポークテンションが低いですが、
反フリー側だけ半分の数に間引いてやれば、今までの半数のスポークで
ホイール片側のテンションの総量を保持しないといけなくなります。
そうすると反フリー側の1本当たりのスポークテンションが増え、
それがフリー側のスポークテンションと見かけ上 非常に近くなるので
ホイールバランスが良くなる、という考え方があります。
ということで、フリー側パラレルの状態からスポーク本数を
右:左で2:1にしてみたいと思います。

DSC01112amx.jpg
左右8Hの16Hが 右8H左4Hの12Hになります。
反フリー側の4Hを上の図のように配しました。

DSC01113amx.jpg
こうした方が、リム1周でのニップルの間隔差が少なくなるからです。

DSC01114amx.jpg
それを簡単な展開図にしてみました。

DSC01115amx.jpg
このスポーク配列では、先日書いたジグザグひずみが もろに出ます。
バイクに取り付けて目視で分からないレベルで横振れを取るのはまず無理でしょう。

DSC01116amx.jpg
ということでこういう風にして見ました。

DSC01117amx.jpg
振れが取りにくいゾーンが大きく存在しますが、
縦振れはタイヤの変形量以下に抑えられれば問題ありません。
横振れに関してはこちらの方が 先ほどよりもずっときれいに取れます。
これをG3組みと名付けます。名付けたのはもちろん私ではなくカンパニョーロです。

これがカンパニョーロのG3組みの正体です。

私の手組みホイールでのホイールの左右バランスの是正の手段の一つに
「フリー側に、反フリー側より太いスポークを使う」というのがあります。
フリー側を2.0mmプレーン、反フリー側をCX-RAYにすると
スポークの重量比が100:65になります。
これはスポークの左右の総容積が100:65だということです。

G3組みでは同じ断面積のスポークが右:左で2:1の本数になっていますから、
これもスポークの左右の総容積で考えれば2:1です。
100:50ということなので、私の左右異径スポーク組みよりも
強烈にバランスの左右差が是正されます。

厳密には左右でスポークの長さが違うので、反フリー側のスポークを半分にすると
左右のスポークの総容積は75%きっかりになるというわけではありませんが、
概算なので気にしないでください。

あと、G3組みで左右ともにでスポークの断面積が同じなのはアルミスポークのモデルです。
スチールスポークのモデルによっては左右でスポークの断面積が違うという例もあります。
突っ込まれそうなので先に補足しておきます。

先ほども書きましたが、私はフリー側パラレル組みの左右バランスの是正効果を
大きく見ていません。フリー側パラレル組みはスポークの本数を2:1にするなど、
かなり強烈な(完組みにしかできない)専用設計あってのもの
だと思っています。
普通の32Hホイールでハチハチ組みから フリー側のみパラレルにしても、
効果は薄いと思っています。
手組みの場合は パラレル組みよりヨンパチ組みの方が良さそうです。

DSC01123amx.jpg
↑中心にスポークが来るようにテープを張り、テープの延長が接地した位置で
写真を撮りました。これがダフり角です。
ラジアル組みはF1とF2の合成であるF3の線上にあるのですが、
当然ながらダフり角はゼロです。

DSC01127amx.jpg
↑キシリウムの反フリー側タンジェント組みのF1スポークです。
ダフり角が正です。

DSC01128amx.jpg
↑続いてエウラスG3のフリー側パラレル組みのF1スポークです。
一見ラジアルに見えるスポークですが、接地面から見れば通常のタンジェント組みと
遜色ない正のダフり角になっているんですね。
あと、これはメガG3ではないのですが、メガG3のハブは何が違うのでしょうか。

DSC01120amx.jpg
散々このブログで書いてきたことですが、
フリー側のフランジ径が大きくなるとフリー側のスポークが短くなり
スポークの変形量が減り 硬いホイールになります。
更に、スポークの角度が反フリー側と近くなるので、
左右のスポークテンションの差も縮まります。
この方向から見れば、そんなとこでしょう。

DSC01121amx.jpg
実は、フランジ径が大きくなると
DSC01122amx.jpg
ダフり角も正方向に大きくなります!スポークの力を伝達する効率がさらに上がるということは
一言でいうなら「より走るホイールになる」ということです。

スポークの左右のテンション差を究極的に縮めるという考えがキシリウム組みで、
ペダリング踏力をタイヤが地面を蹴る力に究極的に高効率で変換するという考えが
G3組みといったところでしょうか。
G3組みにも欠点はあります。結果としてペアスポークの一種ではありますから、
均等かつ細やかな横振れ取りには対応していないという点です。
逆に言えばそれを捨てるだけでこれだけ色々と 普通のホイールにない特徴を
盛り込んでいるわけですから、総合的に見ればかなり良くできたホイールです。

最後に。ペアスポークのリムについて。
DSC01134amx.jpg
普通のリムを
DSC01135amx.jpg
切って
DSC01137amx.jpg
(位相を)ずらして
DSC01138amx.jpg
いるだけにすぎません。
これに合わせてハブのスポーク穴の位相も変えています。

私はこれにG3組みに匹敵するような理論上のメリットを見い出せません。

長かったですが、G3組み関係でまだまだ書くことはあります。
一区切り入れるにしても、ここまでは切るポイントがありませんでした。
後日 続きを書きます。

category: G3組みの話

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