Ｌｅｍｏｎ 451

カーボンプリプレグでフレーム製作を開始

このフレームは型にプリプレグを巻きつけて加熱処理をして硬化させます、このプロセスはすべて自作可能なものです、手間と忍耐は必要ですが出来上がったものを見て金属を越える高弾性、高強度のものが作れることに感動します。
Ｌｅｍｏｎ　451 はフレームにカーボン素材を使用して1ｋｇ程度の軽量フレームで高速で長距離走行を目指します。このフレームの特徴はメインフレームに異型断面のトラスあるいはアーチ構造を取り入れ上下には撓むが横には変形しにくいという構造のものになります。これまで使用してきた円形パイプでは縦横同じ変形特性のものしか作れませんが、異方特性を持つフレームの考え方として実現してみようという試みです。

ＫｉｔＬｅｇｏｎ（Ｃ）　Ｆｒａｍｅ　Ｐａｒｔｓ　もご覧ください。基本になる構造部品は試作が進んでいます。汎用フレームで確かめてみてその後に作品としてオンリーワンを製作することになります。

このデザインの特徴は、独特のサスペンション機構を取り入れた高速でロングライトを目指します。組み付ける主要部品は手元に有るSHIMANO-105、ハンドルバーはブルホーン、リムはAlexRim DA22、タイヤはKENDA25-451、シートポストはチタン製31.8mmを予定。フロンとディレイラーは追加で取り付けられるようにする予定。

クランクは170mmで50T/11Tを使用するとケイデンス60rpmでトップギアの場合、時速26km/h、70では時速30km/hとなりますのでロードバイクの低速に相当する走りを想定。

基本寸法は乗り手が決まった段階で決定するが、暫定的にBBH:270mm、シート高950mm、ハンドル高900mm、リアセンター450mm、フロントセンター550mm、キャスターアングルとシートアングルはともに74度にする予定。

快適に早く走るにはロードレーサーの考え方が参考になります

 

ロードレーサーは、公道を走る自転車レースを考慮した設計です。

レース目的だから、速く、そして２００ｋｍを越える長時間走行があたりまえ。

基本性能として、快適に高速での移動を可能にする自転車に仕上がっています。

レースで求められるものは

　　　1.ゴールスプリントを制する剛性と転がり抵抗

　　　2.登りで有利な軽さ、最後まで脚力を残せる快適性

　　　3.下りで重要なフロント剛性

　　　4.ブレーキに必要な取り付け部の剛性

などに配慮が必要です。

 

レジャーバイクのフレームを考えて設計してみましょう。

構造をフロントセクションとリアセクションに分けて考えます。

 

フレーム素材は、上記の剛性を確保できるものになります。

軽いフレームの必要性から、１０００ｇ程度を目標にします。

 快適性を考えるには、現時点でカーボンフレームを選択することになります。

それはカーボンフレームでは、縦方向の振動吸収効果が優れたものが考えられるからです。

 

フロントセクション

 適度な撓りと剛性が必要です、フォークコラムのカーボンチューブに厚さと、品質がポイント。

薄いコラムの軽量フォークは作ることは出来るが、剛性は、ハンドルを強く引き込んだ時、高速からのブレーキングに耐える必要があります。

ヘッドチューブの上下のベアリングを支点に、ヘッドチューブの中でカーブを描くようにフォークが撓むとモーメントが発生します、コラムに十分な強度がないと、ライダーに不安感を与えます。

 フロントフォークの剛性が低いと、ブレーキをかけたときに前に行こうとする慣性が、ホィールの回転方向にブレーキキャリパーに掛かるモーメントと、ハブには後ろに向くモーメントがフォークブレードで支持することになります。

 そのフォークブレードの延長線にあるヘッドチューブの中のコラムチューブは、ヘッドロワーベアリングが支点となり、前方向に曲がろうとし、アッパーベアリングで支持されます。

  

リアセクション

 リアトランクションを逃がさない高い剛性で変形を極力抑えることがポイントです。

この動きを抑える強度がなければ、剛性の高い高級グレードのブレーキキャリパーも意味を成しません。シートステーも、後輪ブレーキをかけると、ブレーキブリッジ部分が回転方向にしなりながら、シートステーを前に曲げようとします。乗り心地を考えて細くする意味は、ありますが登り専用フレームである程度のものです。

 

クランクを回転させる力の伝達を考えると、チェーン上側を伝いスプロケットを前に回そうとする、このモーメントは片持ち支持梁の構造となります。

つまり、ハブ軸中心からスプロケットの半径分を引っ張るだけのトルク（ねじる力）です。この力の掛かり方を想像していただければお分かりと思いますが、フレームのエンドがハブ軸右側を前方向に強く引っ張る力を支持して初めてホィールが回転する力に変わるのです。ですから、チェーンステーは強靭でなければなりません。

そして、横方向に動こうとする2本のチェンステーを左右で分散して補うため、左のステーも軽んじることはできないのです。
 

水平面で考えた上記事柄も、ハンガー下り（BB軸は７０ｍｍ程度前後ハブより下がっています）があることで、3次元にねじれようとします。そのためにもシートステーに強度が必要になってくるのです。4本のステーが、文字通りハブを前に動かないよう、支持して初めて前に動く回転をホィールが始めます。

 

フレームは、ライダーを適正な位置に支持し、各パーツを正確に固定することが重要な要素です。ジオメトリー（スケルトン）も重要です。１７５ｃｍ以下が標準的な脚が短く大腿骨が短い日本人体系の条件ではシートアングルが非常に重要になります。 

シートアングルは一般に72度　キャンピング、73度　ランドナー、74-75度　ロードレーサー、クロスルート、スポルティーフ、75-76度　ピスト、TTバイク、トライアスロン、このような例に分類されます。特殊な例として80度で好成績という例もあります。

シートアングル　

スケルトンは、自分のフレームのコンセプトを読み取る上での参考になります。

 フロントセクションではフォークオフセットとキャスターアングルによって操舵特性が変化します。

立つほど、高速向きのステアリング特性になり、寝ると低速での安定性が良くなります。オフセットは短いほどクイックで、長いほど重くなります。

 

リアセクションではリヤーセンター（BBから後ろハブまで）短いほど反応がよく、長いほど乗り心地は良くなり低速（20～25km/h）でのロングライド向き。

フレームのペダリングにおけるモーメントは、BB前のダウンチューブで最大になります。この部分に充分強度があるフレームを作らなければなりません。