ホイールやハブってなに?自転車における役割は?

自転車のパーツや用語は本当に多いですよね。
似たようなものもあって、理解が難しい場合もあります。

ホイールとハブも、そのひとつではないでしょうか。
せっかくなので、この機会にそれらのパーツについて詳しく知ってはいかがでしょう。

今回は、ホイールとハブについてご説明します。

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自転車のホイールについて①

タイヤの未装着の車輪をホイールやホイールセットといいます。
また、ホイールとタイヤのメーカーは違うことが多いです。

ホイールの一般的な構成は、ハブ、後輪はフリーハブ、クイックリリース、スポーク、リム、ニップル及びリムテープです。

ホイールの強度は、スポーク、リム、ハブの強度で決まります。
約90%はスポークの強度で決まります。
スポークの数が多いほど、リムのスポークの間隔が狭くなるため、ホイールの強度が強くなります。

折りたたみ自転車の場合は、リム径が小さいため、スポーク径は28本でも大丈夫です。
しかし、経済性の観点から凡用性のあるスポーク数36本を使っていることが多いです。

スポーク張力が大きいと、圧縮荷重により、スポークの座靴が生じず、ホイールの強度が大きくなります。
また、リム幅が大きいと、タイヤの接地部のリムが荷重を受けるスポーク本数が多くなるため、強度が大きくなります。

さらにフランジ間隔が大きいと、スポークのブレース角が大きくなるので、横の強度は大きくなります。

自転車のホイールについて②

ここでは、リムの素材についてご紹介していきます。

自転車のホイールのリムに使われる素材は、炭素鋼、アルミ合金、カーボン(CFRP)、マグネシウム合金、スカンジウム合金などの種類があります。。

その中のアルミ合金製リムは、1926年にMavic社が初めて製造したものになります。
よく使われる素材です。

炭素鋼製リムは、スポークニップルを支える強度が大きいです。

また、アルミ合金のリムベースにカーボンの層をつけたリムもあります。
スポーク張力がかかる部分は、カーボン層の厚さを大きくしています。
さらに価格を下げつつも、カーボンリムに近い性能になるように工夫されています。

他にはブレーキパットによって磨耗するので、アルミ合金製のブレーキ面をつけたカーボンリムもあります。

質量に関しては、リムの断面形状や寸法の違いが質量のばらつきの原因になっています。
前輪は、リム、タイヤ、スポーク、ハブ、チューブの順番で質量が大きくなっています。
後輪は、リム、ハブ、タイヤ、スポーク、チューブの順番で質量が大きいです。
こうして前輪、後輪を見てみると、質量が大きいものの順番が異なっているんですね。

また、自転車の車輪は、直線加速に加えて回転加速も必要なので、加速性能に関しては、質量が小さいことが大切です。

そして、車輪も全加速エネルギーの約60%が直線加速エネルギーで、約40%が回転加速エネルギーとなっています。
また、リムの高さが高いリムのほうが、消費動力が少ない傾向があります。

自転車のハブについて

ホイールの強度に関してスポークが約90%が関わっているとお伝えしましたが、ハブも重要なパーツとなっています。

そのハブとは、自転車の車輪の真ん中にあり、車輪を支え、回転させる円筒状の部品です。
中に軸受があり、そこにハブ軸が通り、両側にスポークをつけるためのハブフランジがついています。

また、ハブには、フロントハブとリアハブがあり、ディスクブレーキを使用するホイールには、ディスクハブを使います。

スポーツバイクには、車軸にクイックリリースのついたハブあるものが多いです。
これにより、簡易的に取り付け、取り外しが可能になります。

軸受の種類に関しては、カップアンドコーン軸受とカートリッジ軸受の二種類があります。

カップアンドコーン軸受は、カップ、玉、コーンで構成され、カップとコーンの間で玉が回転します。
ワンはハブ側についており、玉押しはロックリングで固定され、その間にスペーサーがあります。

車軸の玉軸受の場所は、メーカーによって違いがあります。

・左側はハブフランジにあり、右側がフリーハブボディにあるタイプ
・左右のハブフランジにのみあるタイプ
・左右のハブフランジとフリーハブボディにあるタイプ
・左右のハブフランジと左右のフリーハブボディにあるタイプ

主にこの4つのタイプに分かれます。

ホイールの種類

自転車のホイールの種類は、ロード車用、マウンテンバイク用、シティサイクル用等があります。

また、タイヤやホイールには、幾つかの種類があります。

全てのタイヤがどのホイールにも取り付けれるというものではありません。
タイヤの種類は、ホイールの種類によって扱えるか決まります。

そのホイールの種類は、クリンチャーホイール、チューブラーホイール、チューブレスホイール、ウェイフィットホイールがあります。

クリンチャーホイールは、クリンチャータイヤをつけられるクリンチャーリムを使用したホイールです。
チューブラーホイールは、チューブラータイヤをつけられるチューブラーリムを使用したホイールです。
チューブレスホイールは、チューブレスタイヤをつけられるチューブレスリムを使用したホイールです。
ウェイフィットホイールは、チューブレスタイヤとクリンチャータイヤの両方がつけられるようにした形状のリムを使用したホイールです。

タイヤをつけるにもそれぞれに合うリムがあり、必要になるということです。

次はハブとスポークでホイールを組む方法を紹介します。

ハブ・スポークによるホイールの組み方①

スポークの組み方は、いくつか種類があります。

・接線組
この接線組は、ハブから接線にスポークを向ける組み方です。
1874年に編み出された組み方でこの接線組が出来るまでは、放射組のみの組み方のみでした。
ハブからリムへトルク伝達に有効で、自転車のほとんどは接線組で組まれています。
スポーク数とスポーク交差数で、スポークの放射線からの角度が決まります。

・放射組
この放射組は、ハブから放射状にスポークを出す車輪の組み方で、スポークが交差する事はないです。
スポークの長さが短く、トルク伝達のない前輪に使用されることが多いです。
スポークが短いので少し軽いのと、車輪の横剛性が少し高い特徴があります。
ただし、スポークのトルク伝達が必要な後輪にはあまり適していないため、接線組のほうが良いです。
構造面で考えると接線組より、放射組のほうが簡単組むことが出来ます。

・半放射組
半放射組は、後輪と前輪で組み方が異なります。
前輪は、放射組で組みます。
後輪は、右と左で組み方が異なり、ホイールの右側が接線組で、左側が放射組にするという組み方になります。
駆動のない左側を放射組にして、駆動トルクが働く右側を接線組にした組み方です。

ハブ・スポークによるホイールの組み方②

ハブやスポークによるホイールの組み方がまだあるので、続きをご説明してきます。

・G3組
G3組は、後輪のスポーク組で使う組み方です。
左側が一本に対して、右側が二本で合わせて合計三本のスポークで一組とした放射組のひとつです。
右側の張力が左側より大きいため、右側を左側の倍の数にしています。
カンパニョーロが始めた組み方で、横剛性と動力伝達の向上した組み方です。

・一対スポーク組
一対スポーク組は、軽量リムを使用し、スポーク数を減らして二本一組のスポーク組で軽量化をした組み方です。
スポークの数を減らしている分、一本当たりのスポークの張力は大きく、スポークの間のリムが長く出来ています。
米国のRolf Prima社が米国特許を取り、シマノは特許を回避するために、一対スポークのホイールを作っています。

・オフセット組
オフセット組は、リム中心面とハブフランジの距離が左右違う組み方です。
フリーホイールの付いている車輪は、オフセット組となります。
また、ハブのフランジ間の中心面がある方向がオフセットといいます。
スポーク長は左右違います。

このようにスポークの組み方は様々で、ハブの種類によっては、使える組み方と使えない組み方があります。
また、スポークやリムによっても異なってきますので、組む時は自転車屋さんにお願いするのが良いですね。

自転車のパーツは本当に多い!

ホイールとハブについて、知ることができましたでしょうか。

自転車は、一目見ただけでパーツが多いことがわかりますよね。

パーツが多い分、すべてを理解するのは大変だと思いますが、興味が湧いたらいろいろなパーツや特徴について調べてみては、いかがでしょうか。