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カーボンクリンチャーホイールの進化

2017年のカーボンホイールの進化

カーボンクリンチャーホイールの進化
ロードバイクに乗りはじめてまず最初に換えてみたいパーツNo.1と言えばホイールではないでしょうか。車でもオートバイでもそうですが、人間はどうやら足元からカスタムしたい欲求のある生き物なのでしょうか。ホイールを換える目的は様々で実用性重視で足元重量を軽くし走りを軽快にしたい、完成車に付属しているホイールは重いからとにかく軽量のホイールに交換して車体重量を軽量化したい、どこのメーカーのホイールは見た目がかっこいいから換えてみたい。色々な理由があると思います。

ロードバイク用のホイールをリリースしているメーカーも、ロードバイク初心者が手にしやすい価格帯のホイールからプロが使用するようなレース用の決戦用ホイールまで様々な種類のホイールをリリースしています。ホイールの素材も増えてきました。ちょっと前まではアルミリムのホイールが全盛で、カーボンリムのホイールは本格的にレースをやる一握りの人が使用するホイールと住み分けができていました。しかし2017年になってこの住み分けが大きく変わろうとしています。カーボン素材の進化とカーボン整形技術の向上によりカーボンホイールの使い勝手が向上して、価格もアルミリムの上位モデル並みに一般のユーザーが手を出せる戦略的な価格設定のカーボンホイールも出てくるようになりました。カーボンホイールが何故ここまで一気に進化したのか。その真相に迫ります。

クリンチャーリムとチューブラーリムの違い

まずカーボンホイールの進化を語る前にホイールの構造としてクリンチャーリムとチューブラーリムの違いについて。クリンチャーは外周に取り付けるタイヤのビードを引っ掛けるためにタイヤを支える爪のようなものが必要になります。専門用語ではクリンチ部といいます。一方チューブラーは構造が単純で、クリンチャーのようにクリンチ部が必要なく、ただの中空構造になっています。チューブラーのタイヤはタイヤそのものが内圧を受けるので、タイヤはリムに張り付いているだけの状態になります。リムにかかる力自体が小さくて済みます。結果としてリムの肉厚を薄くして軽量化することができます。
一方クリンチャーのリムは、タイヤを支える部分クリンチ部を作り、さらにタイヤの内圧に耐えるだけの構造を持たせなければなりません。タイヤの内圧は6気圧から8気圧程ですが、これがクリンチ部を外側に広げようとする力としてかかります。この力に耐えるようにするには、ある程度の肉厚が必要になり、結果的に重くなってしまいます。同じリムハイトのカーボンチューブラーホイールとカーボンクリンチャーホイールを比較するとリム1本あたりおよそ60g程の差になります。前後合わせると120g程度の差になるので、走っていても体感できるレベルの違いになります。

構造上はチューブラーリムが有利

実際この120gの差は大きく、漕ぎ出しは確実に重く感じるでしょう。また、重量だけではなく剛性面でもチューブラーの方が有利です。チューブラーのリムは形状がシンプルなので剛性が出しやすいのです。例えば重量を同じにしてチューブラーのリムとクリンチャーのリムを作ったら、チューブラーリムの方が剛性が高くなります。重量剛性比でいうと圧倒的にチューブラーが有利です。リムの構造として優れているのはチューブラーなのです。

ホイール全体で見ると形勢が変わる

リムの構造としてはチューブラーが圧倒的に有利ですが、ホイール全体のホイールシステムとして見ると、必ずしもチューブラーが有利とは言えなくなります。その理由は最近のクリンチャータイヤの進化が目覚しく、チューブラータイヤより走行抵抗の低いクリンチャータイヤがどんどん出てきているからです。
リムの構造や重量的にはチューブラーが有利なのですが、現在のクリンチャータイヤの走行抵抗の低さが、リムの構造的デメリットを上回り結果としてクリンチャー式の方が走行性能が高くなってきているのです。

クリンチャーの実性能かチューブラーのフィーリングか

チューブラーとクリンチャーの重量差はリムの外周部に集中します。そうなると漕ぎ出しはチューブラーが有利と言えるのではないでしょうか。漕ぎ出しは確かにチューブラーが有利です。しかし、巡航になるとクリンチャータイヤの転がり抵抗の低さが重量増のデメリットを上回る可能性があります。
上りではどうなのでしょうか。上りだと速度域が低く、ペダリングにもムラが出て加減速を繰り返すため、タイヤの転がり抵抗が多少大きくなってもリム外周部の軽量化のほうが効果が高いような気がします。上りでは正直なところ明確に有利不利を測ることはできません。それは走りのタイプにもよるからです。トルクにムラがあって加減速を繰り返しながら上る人とスムーズなペダリングで一定のペースで上る人がいるためです。
ただし、フィーリングではチューブラーの方に分があります。チューブラーの方が漕ぎ出しが軽く加速がいいので、ロードバイクの反応がよくなります。反応が良いと乗っていて楽しいと感じるからです。
実性能で言うと有利なのは、現状ではクリンチャーとチューブレスのホイールです。しかし、乗っていて楽しいのはチューブラーの方でしょう。

カーボンクリンチャーホイールの進化の理由

数年前のカーボンクリンチャーのホイールと比べると、最近のモデルは走りも重量も軽くなってきました。それは何故なのでしょうか。成形技術の進化なのか、設計技術の進化か、それとも素材が進化したからでしょうか。
リムブレーキは制動時に熱を受けます。炭素繊維自体は熱に強い素材なのですが、繊維を固めている樹脂が熱に弱いのです。昔のカーボンクリンチャーはブレーキ熱で樹脂が柔らかくなってしまい、タイヤの空気圧に負けてリム部分がバーストしてしまう例が見られましたが、最近ではハイTG樹脂という耐熱性に優れた熱硬化性の樹脂が使用されるようになり、カーボンホイールのリム部分の性能が上がってきたのです。
耐熱性では、同じブレーキングをすればチューブラーもクリンチャーも同じ量の熱が発生します。耐熱性の向上がカーボンクリンチャーホイールの進化とどう繋がるのでしょうか。
ブレーキング時に発生する熱は、クリンチャーの場合リムに熱が加わる上に、タイヤからクリンチ部分を広げようとする力もかかります。これが限界に達したら一気にリム部分から壊れてしまいます。チューブラーの場合は限界が来ても一度ブレーキングを止めて冷えれば他に影響はありません。

カーボンリムの今後の見通し

カーボンリムの今後の見通しとしては、熱伝導率の高い炭素繊維を使用したり、リムに銅やアルミを仕込む等の工夫をすることでもっと耐熱性の高いカーボンリムが出てくるかもしれません。現状ではハイTG樹脂を使いつつ、クリンチ部分の根元の肉厚を高めて凌いでいるという状況です。

カーボンリムの合理的な進化

最近のカーボンクリンチャーのリムは、昔のカーボンクリンチャーに比べてクリンチ部分の上側の肉厚が薄くなってきました。これは何故なのでしょうか。リムの上側にはそれほど応力がかからないのです。応力がかかるのはリムのクリンチ部分の根元です。タイヤからはクリンチ部分を広げるような圧力がかかるので、クリンチ部分の根元を強化すれば圧力に対して強くすることができます。クリンチ部分の上側が薄くなったのは、リムにかかる応力を解析した結果クリンチ部分の上側を肉厚にしても意味がない事がわかったからなのでしょう。

カーボンホイールのスポークテンション

カーボンホイールの場合、クリンチャーとチューブラーではスポークテンションが変わります。クリンチャーはタイヤに空気を充填するとリムを広げようとする力と同時に、リムを内側へ圧縮しようとする力が働きます。リムが圧縮されると結果的にスポークテンションが下がります。チューブラーはタイヤ自体で圧力を受け止めるので、リムにはそれほど圧縮しようとする力が働きません。そのため、カーボンのホイールを作る時にはスポークテンションが下がる事を織り込んで設計する必要があります。タイヤを付けて空気を充填した時にスポークテンションが下がる事を見越して、クリンチャーのホイールはスポークテンションを高めに設定するといった感じになります。剛性の低いクリンチャーリムだと、タイヤを装着して空気を充填するとスポークテンションが30kgfくらい下がる可能性があります。ユーザーとしてはそれほど気にする必要はありません。そういういった事もあり、構造的にはチューブラーの方が圧倒的に有利です。構造がシンプルなので軽くする事も簡単ですし強度も出せます。タイヤは軽くタイヤからの力もかかりません。だから、将来チューブラータイヤがクリンチャータイヤを凌ぐ程進化したら、勢力図はまた変わるかもしれません。

カーボンクリンチャーの主役到来か

ブルベやロングライド等、悪天候でも走行することを考えるとまだまだカーボンホイールにするのは早計かなとは個人的には思います。しかし、最近のカーボンホイールの進化は本当に目覚しく、しかも低価格化も進み一部のロードバイクメーカーでは、完成車の時点でカーボンクリンチャーのホイールをアッセンブルするモデルも出てきました。ブルベやロングライドで悪天候も走行するからやっぱりアルミホイール一択でしょうという考え方はもう古いのかもしれません。そう思わせる程にカーボンクリンチャーホイールの進化には目を見張るものがあります。
価格面でもカーボンクリンチャーのミドルグレードとアルミクリンチャーのハイエンドモデルでそれほど価格差がなくなってきています。とは言えカーボンクリンチャーのミドルグレードはエントリーグレードのカーボンロードバイクが買えてしまう程の価格帯なのでまだまだ高値の花ではあります。しかし、今後のカーボンクリンチャーホイールの普及によって価格競争が起これば、一気にアルミホイールに変わってカーボンクリンチャーホイールが一般的になる位の勢いは感じます。今後のカーボンクリンチャーホイールの動向には注目だと思います。

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