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ロードバイクのホイールによるエアロダイナミクスの重要性!

2018.5.29

ロードバイクのホイールは年々変化があり、進化しています。

変化する項目としては、ハブ・スポーク・リムの材質や形状が挙げられます。

それらを変えることで、剛性やエアロダイナミクスが変化します。

今回は、ホイールに着目してご説明していきますので、参考にしてください。

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ロードバイクのホイール構成!パーツ変化がもたらすもの

では、まずはロードバイクのホイールがどのような構成になっているか、おさらいしましょう。

ホイールは大まかに

①回転体であるハブ
②リムを支えるスポーク
③外周部であるリム

の3種類から成り立っています。

回転体であるハブはフランジ間の距離やフランジの大きさにより横剛性の高さが変化します。

また、手組をする方はご存知の方も多いでしょうが、ハブによってスポーク穴の数が変わりますので、スポーク本数も変化します。

そして、回転体のベアリング部の材質が変化すれば、回転能力の向上や、メンテナンスフリーになったりもします。

次に、スポークはリムを支えていますが、重要なのは材質による剛性の変化と、形状・本数によるエアロダイナミクスの変化、といった項目があります。

そして、リムは駆動剛性に大きな変化を与えます。

最近流行りのワイドリムはリムが重くなりましたが、剛性の向上にも一躍かっています。

また、形状によってエアロダイナミクスも変化します。

このように、三者三様に役割と変化があります。

エアロダイナミクスとは?

先程から『エアロダイナミクス』と書いていますが、乗り物関係ではよく使用される言葉です。

流体力学の一種である空気力学、これを英語に直すと、『aerodynamics(エアロダイナミクス)』と言います。

車体の空気の流れの影響は、速度に関係する抗力=空気抵抗、タイヤ荷重に関係する揚力、横風による横力があります。

自動車では車体自体が地面から離れており、その車体が重いため、高速走行時の揚力等が重要になったりしますが、ロードバイクの場合は、そこは気にしなくて良いです。

車体自体が数百~千kgと、人間を含めた重量が百kgにも満たないものでは比較対象にすらなりません。

つまり、エアロダイナミクスとはロードバイクの場合は、空気抵抗が与える影響と横風からの影響等に関して言われます。

ロードバイクで強風の日に走ってみると分かると思いますが、風による影響はとても大きなものです。

エアロダイナミクスの向上、というのは、ロードバイクの世界では空気抵抗の減少・横風の影響の減少、と考えておいてください。

そして、その向上のために各社様々なフレームやホイール等を、開発しています。

各部位のエアロダイナミクスの影響

では、ここからはロードバイクの各部位がエアロダイナミクスにどのような影響があるのか考えていきましょう。

まずはエンジンである人間。

ご自分がロードバイクに乗っていることを想像してみてください。

そうすると自ずと分かると思いますが、最も影響が大きいのは人間です。

前面から流れてきた風はお腹のあたりで渦巻き滞留します。

そのため、エアロポジションというのは体を一直線に近い状態にすることが重要なのです。

すね毛を剃るだけで空気抵抗が数%減少する、というのも有名な話ですね。

このように、空気抵抗の影響の70%が人間と言われていますが、残りの30%の中ではどうなるのでしょう。

エアロフレーム、ホイール、エアロハンドルといったものがありますが、最も大きいのはホイールです。

最も前面に出ているため、常に影響を受けます。

次点でフレームで、ここまでで20~25%程度の空気抵抗があります。

残りの10%がハンドルやシートポスト等といったものになります。

ロードバイクのホイールの剛性を向上させるには?

人間の影響は置いておいて、ロードバイクの部位の中で最も影響が大きなホイールについて、着目していきましょう。

ホイールの影響の大きなものとして剛性とエアロダイナミクスがありますが、まずは、剛性について触れていきます。

剛性を向上させるためには、形状や材質の変化が大きな役割を果たします。

また、剛性にも横剛性と縦剛性=駆動剛性の2種類があります。

横剛性はハブフランジ間の距離やフランジの大きさ、フランジの素材、フランジ強度等といったもので、大まかには左右されます。

単純に考えてみてほしいのですが、土台の上に棒が固定されているとして、土台が横広く分厚いもののほうが簡単には土台ごと倒れませんね。

そして、横剛性が高いほうがダンシングの際にホイールがよれる、といったことはなくなり、力が逃げにくくなります。

また、ダウンヒルの際に狙ったコースを出しやすくなります。

一方、縦剛性はスポークの材質、張り具合、リムハイト、リム幅、リムの材質といったもので、大まかには左右されます。

単純に考えてみると、硬いもののほうが力は逃げずに伝えることが出来ます。

ですので、素材だけで決まるわけではありませんが、「全く同じ形状をしたもの」という仮定であれば、カーボンよりもアルミのほうが剛性は高くなります。

スポークはステンレスもありますが、ステンレスは3種の中であれば振動吸収性に優れ剛性で劣る、といった特性になります。

ロードバイクのホイールのエアロダイナミクスを向上させるには!

では、次にエアロダイナミクスについて触れていきましょう。

これは単純に考えれば、風を受ける部分を減らすことが最も重要でしょう。

つまり、前面投影面積を少なくすればするほど、空気抵抗は少なくすることが出来ます。

ホイールでいうところの前面投影面積というと、タイヤ・スポーク・ハブフランジになります。

ですので、前述の剛性向上のために安易にフランジ間を取りすぎると、その分スポークも張り出すため、空気抵抗は増大します。

また、スポークは丸スポークでは前面投影面積が増えるため、偏平スポークが多いです。

ですが、そうなると横方向からの風に弱くなります。

また、スポーク長が長くなればなるほど、本数が増えれば増えるほど、風を巻き込み空気抵抗の増大につながります。

さらに、リムは形状によって整流効果をもたらすことが出来ます。

リムハイトが高くなればなるほどスポークが短くなりますので、風を巻き込むことが少なくなり、空気抵抗は減少します。

そして、整流効果で斜め方向からの風の影響を受け流すことが出来ます。

このようなことがあるため、ロードバイクのリムハイトが高い=エアロダイナミクスの向上、と言えます。

最近のロードバイクやホイールの傾向

では、最後に、最近のロードバイクやホイールの傾向について少し触れましょう。

まずは、フレームのほうを考えます。

最近はアルミハイエンドクラスとなると、エアロ系フレームが増えています。

これは、アルミではカーボンのように自由な形が作れない、という事と、強度向上をさせつつ戦闘力を上げるため、と言われています。

どうしても円形の形になってしまうアルミですが、前面投影面積を少なくするためにはエアロ系にするほかありません。

また、カーボンでもエアロフレームが増えています。

カーボンはホイール含め、その他が高性能であり軽量なものが増えたため、UCI規定の6.9kgを守ろうとしてもフレームをそこまで軽量化する必要がありません。

軽量化する必要がなく、そのぶん戦闘力に振るためにエアロダイナミクスを向上させています。

フレームが寄与するのは数%ではありますが、プロの世界はコンマ数秒で争っているわけですから、重要な要素になってきます。

そして、ホイールはディスクブレーキホイールが増えています。

ディスクブレーキの分、空気抵抗が増えてしまうのは現状一つの課題でしょう。

リム形状も変わりつつあります。

閉空間でレースをしているわけではないため、「いかにエアロダイナミクスを向上させるか」という点が重要視されますが、これについては翼断面形状を参考にしているものが増えています。

ちなみに、トラック等の閉空間でのレースであれば、単純な三角形リムのほうがトータルとして優れています。

エアロダイナミクスはホイール選択の重要要素

さて、ここまでホイールについて剛性やエアロダイナミクスについて様々なことをご紹介してきましたが、いかがでしたか?

ホイールには様々な要素があり、今の形が作られています。

リムブレーキモデルはまだ改善の余地はあるのでしょうが、ある程度完成されているものと考えていいでしょう。

ディスクブレーキモデルはまだまだ発展途上感が否めませんが、ご自分の納得いくホイール選択をしていきましょう。

 - ホイール, ロードバイク, 自転車のパーツ