カーボンファイバーフレームは高価で壊れやすく、転倒するとすぐに壊れてしまうのでは？そして、壊れてしまったら全く使えなくなってしまうのでは？カーボンフレームに関する固定観念を打ち破ります。
カーボンファイバーフレームのコア知識
カーボンファイバーとは一体何でしょうか？人間の髪の毛の10分の1ほどの細さを持つこの黒い繊維こそが、カーボンファイバーとして広く知られています。触ると柔らかい感触ですが、数千本のカーボン繊維を織り込み、樹脂でコーティングすることで、その強度は鋼鉄の3～7倍にもなります。この柔らかいカーボン繊維が鉄筋だとすれば、樹脂はセメントのような存在で、壊れることのないカーボンファイバー複合材料を形成します。
カーボンファイバーフレームはどのように作られるのでしょうか?
では、カーボンファイバーはどのようにして自転車のフレームに使われるのでしょうか？ロードバイクのフレームは、"プリプレグと呼ばれるカーボン繊維で作られています。このカーボン繊維は樹脂をあらかじめ含浸させたもので、剥がして型に貼ることができる巨大なシールのようなもので、非常に便利です。その後、カーボン繊維をそれぞれ異なる形状にカットします。1つのフレームに約300枚のカーボン繊維が必要です。例えば、巨人 TCR 副詞 3 10世代では、270枚のカーボン繊維を使用しており、旧モデルより30枚少なくなっています。これがさらなる軽量化の理由です。
では、なぜ一部の小規模メーカーのカーボンフレームはアルミフレームよりも重いのでしょうか？その理由は、フレームの剛性や強度が十分でないことを懸念しているからです。
そのため、過剰な量のカーボンファブリックが使用され、結果としてアルミフレームとほぼ同等の重量を持つカーボンファイバーフレームが生まれます。これは、カーボンファブリックに関しては、厚い方が必ずしも良いわけではないことを示しています。フレーム全体は、熟練した職人が金型にカーボンファブリックを重ねることで組み立てられており、その工程は彼らの経験に大きく依存しています。
フレーム全体が組み立てられた後、金型に入れて加熱成形されます。こうして基本的なカーボンフレームが完成します。各フレームは10回以上のテストを受け、不具合のある部品があれば廃棄またはリサイクルされます。これが、これらのフレームが高価であるもう一つの理由です。
カーボンファイバーフレームの品質を判断するにはどうすればよいでしょうか?
カーボンファイバーのグレードを見ろ！と言う人もいるでしょう。例えば、T800はT700よりも強度が高い、といった具合です。しかし、フレームの品質はカーボンファイバーのグレードにそれほど左右されるわけではありません。カーボンフレームの性能を決定づけるのは、レイアップ設計です。レイアップ設計とは、300枚のカーボンファイバーシートをどのように貼り付けるか、どのような角度（0°/45°/90°）で貼り付けるか、各パーツに何層貼り付けるか、ボトムブラケット、ヘッドチューブ、トップチューブといった重要な箇所の補強に高級カーボンファイバーが使用されているかどうかなど、様々な要素が関係します。これらがカーボンフレームの品質を真に決定づけるのです。
例えば、この分解したフレームでは、トップチューブに高級カーボンファイバー生地を使用することで局所的な強度や剛性を高め、剛性と強度を向上させていることがわかります。つまり、同じ東レT1000カーボンファイバー生地を使用したフレームでも、剛性、強度、重量が大きく異なる可能性があります。これは料理のようなものです。同じ材料を異なるシェフが調理しても、味は大きく異なります。そのため、T700、T800補強、またはT1100 + M40X補強が表示されている場合、フレームはボトムブラケットなどの領域に高級カーボンファイバー生地を使用しており、フレームの剛性と強度を高めながら、さらに軽量化を実現しています。その品質は、カーボンファイバー補強のないフレームよりも間違いなく優れています。もう1つのポイントは、内壁の職人技を見ることです。内壁が滑らかであるほど、工場の技術と品質管理が優れていることを意味します。内壁にシワや気泡がある場合、将来的に亀裂が発生する可能性が最も高くなります。
カーボンファイバーフレームに関する誤解
誤解1: 圧縮できるカーボンフレーム = 品質が悪い?
多くの人はカーボンフレームを「絞る」のが好きで、特定の部分が押し込めると、フレームが柔らかすぎる、剛性が不足している、品質が悪いと結論付けます。しかし、押し込めるからといって、必ずしもフレームの剛性が低いわけではありません。優れたカーボンフレームは、剛性、強度、軽量性のバランスをとるために、ダウンチューブとチェーンステーのカーボンファイバー使用量を少なくし、ボトムブラケット、トップチューブ、フォークなどの部分に多く使用します。ネット上では、センセーショナルな表現として、カーボンファイバーの少ない部分を「絞る」という表現を使う人もいます。
これは手抜きではありません。フレームによっては、これらの部分が非常に硬い場合もあります。これはメーカーがカーボンファイバーを多く使用しているというだけのことであり、結果として重量増加につながります。カーボンファイバーの軽量化という利点が失われてしまいます。一方で、過剰な剛性は効果的な衝撃吸収を妨げ、乗り心地を低下させます。しかし、ボトムブラケットとヘッドチューブが簡単に押しつぶされる場合は、注意が必要です。これらの部分はペダリングトルクと制御力が非常に大きく作用するため、大きな変形は積層不足または製造不良を示しており、非常に危険です。
誤解 2: カーボンフレームは本当に壊れやすいのでしょうか?
カーボンフレームは、私たちが想像するほど脆くはありません。海外のブロガーがカーボンファイバーとアルミニウム合金フレームの圧縮強度を比較するテストを行いました。圧縮強度の点では、カーボンファイバーは約2050ポンドの圧力に耐えることができ、アルミニウム合金の1464ポンドをはるかに上回っています。同時に、カーボンフレームは耐衝撃性も優れています。そのため、通常の転倒、転落、または軽度のスリップのほとんどの場合、カーボンフレームは衝撃に耐えることができます。カーボンフレームが本当に恐れているのは、落下ではなく、鋭利な物体です。カーボンファイバーは本質的に糸で織られた布であるため、硬度が高く、靭性が強いですが、これは大きな表面積の力に基づいています。鋭利な物体がカーボンファイバー素材を貫通すると、その構造を直接破壊する可能性があります。転倒して鋭利な石にぶつかると、フレームが損傷する可能性があります。つまり、カーボンフレームは落下を恐れるのではなく、穴が開くことを恐れているのです。
誤解 3: カーボンフレームの寿命は 5 年だけですか?
カーボンファイバー素材自体は非常に耐久性が高く、非常に長持ちします。カーボンフレームに影響を与える重要な要素は、カーボンファイバーを結合する樹脂です。以前は樹脂技術が不十分で、劣化が早かったのです。
しかし、現在主流のメーカーは、成熟したプロセスで製造された高性能エポキシ樹脂を使用しており、通常の使用であれば8～10年は容易に使用できます。樹脂は紫外線に最も弱いため、長時間の日光への曝露を避ければ、10年間の使用は全く問題ありません。
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