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小径車ホイールの自作



以下に、小径車用のホイールを自作する手順を紹介します。今回組むホイールのサイズは20inch(451)サイズ用です。

手順
1-1.組み方を決める
1-2.スポーク長の計算 フロント編
1-3.スポーク長の計算 リア編
2-1.スポークの入手について
2-2.スポークを切る
2-3.スポークをねじ切る
3-1.ホイールを組む
3-2.振れを取る
3-3.スポークテンションを上げる
3-4.ダイナミックバランスを取る
完成!  

材料
リム、ハブ(&クイックリリース)、スポーク(&ニップル)、リムテープ

工具(スポーク切り)
スポーク切り、スポークねじ切り器、万力、作業台、定規、19mmスパナ&22mmスパナ(モンキーレンチx2で代用可)、切除油、

工具(振れ取り)
振れ取り台、センターゲージ、スポークテンションメーター、ニップル回し、マイナスドライバー、鉛のシート、両面テープ、はさみ

参考文献
ロードバイクの科学 Chapter07:自分でホイルを組むヒント
自転車自作研究会(ホイールを組む
自転車自作研究会(スポーク長の求め方
自転車探検!(スポーク
サイクルメンテナンス(ホイール組みの達人
スポーク長計算機(その1その2その3

今回私が使用したパーツは以下の通りです。

材料
リム:ALEXRIMS R390 20(451) x 1 1/8 32H
フロントハブ:american classic MICRO 58 16H
リアハブ:american classic ROAD 205 32H
スポーク:星 ステンレススポーク 15番プレーン 300mm 真鍮ニップル付き
リムテープ:SCHWALBE HP RIM TAPE FB18-622 700c

工具
振れ取り台:Park Tool TS-8
センターゲージ:Park Tool WAG-4
ニップル回し:Park Tool SW-7
スポークテンションメーター:Park Tool TM-1
スポーク切り:HOZAN C-216
スポークねじ切り器:HOZAN C-700

手順 1-1.組み方を決める

まずはホイールの組み方を決めます。こちらのサイトあちらのサイトそちらのサイトが参考になるかと思います。ホイールの組み方には色々な種類があるので、あれこれ考えるのも楽しいと思います。

ちなみにFELUCA、MIGNONの完成車付属ホイールは、フロント・リア共に32本スポークのタンジェント組みで、組み方は6本取りイタリアン組です。'08 PANTOは、フロントは20本スポークのラジアル組み、リアは24本スポークのタンジェント組みで、組み方は(多分ですが)4本取りのイタリアン、そしてなんとエアロスポークが使われています。贅沢ですね。私はこのスポークだけでも欲しいです。

私は常々、MIGNONの32本スポークは余分だと考えていました。スポークが多いとホイールの剛性が上がり、トルクや衝撃に対して強くなるのですが、幸いな事に私はメタボでは無いし、さらに貧脚ですので、もっと少ない本数で十分です。最近のロードホイール(コレとかアレとかソレとか)を見る限り、スポーク本数は16本程度、しかもフロントはラジアル組みで良いと思います。もちろんこの辺は、各々の脚力や体重と相談する必要があると思います。

そこで今回は、参考文献1の名著「ロードバイクの科学」で、著者の藤井さんが紹介されている組み方を全面的に取り入れてみました。フロントは16本のラジアル、リアは16本の変則組(5本取りイタリアン組)で決定です。スポーク本数を減らして、軽量化と空気抵抗削減を両立する狙いです。

手順 1-2.スポーク長の計算 フロント編

ホイールを組む上で、最も重要なのがスポーク長です。これが分かって希望のスポークが入手できたら、作業は残り半分です。

スポーク長を計算するには、リムとハブのサイズ、およびホイールの組み方が決まっている必要があります。詳しい計算の仕方は、参考文献の書籍やwebサイトを参照して下さい。特に書籍の「ロードバイクの科学」のChapter07が詳しいです。ホイールを組もうと考えている方は一度読んでおくと良いでしょう。

今回使用するリムは ALEXRIMSのR390、ハブは amrican classic の MICRO 58 と ROAD 205 です。これらに関して、スポーク長を求めるのに必要な実測データを以下に掲載しておきます。

・リム ALEXRIMS R390 20(451)
 外径:460mm ; 外径までの半径:230mm

・ニップル 星(ニップル長:12.3mm)
 リムのニップル突き出し長:27.8mm ; ニップルに入るスポークの長さ:10.3mm

よって、リムの内径 R = 230-27.8+10.3 = 212.5 (mm)

・フロントハブ amrican classic MICRO 58
 スポークホールまでの半径 r = 15mm
 フランジ幅 E = 32mm (リム穴のオフセットeは計測忘れw でも問題なし)

これでフロントのラジアル組み用のスポーク長が求められます。
 2次元のスポーク長 L = R-r = 197.5 (mm)
 3次元のスポーク長 L' = √(L^2 + E^2) = 200.08 (mm)

さらに、ハブの穴径によるスポークのズレ、およびスポークに張力がかかる事によるスポークの伸びを計算に入れます。が、細かい話は「ロードバイクの科学」をご覧頂くとして、ここでは豪快に「1mm伸びる」とします。よって先程の計算結果からスポークの伸びを差し引くと、

 フロント用スポーク長 L' = 199 mm

となります。

手順 1-3.スポーク長の計算 リア編

フロントはラジアル組みにしたので簡単でしたが、リアはタンジェント組みにするので、三角関数を使う必要があります。三角関数cosの計算はこちらのサイトを使うと良いです。また、windowsの電卓アプリケーションから、関数電卓モードを選んで使うと良いでしょう。

・リアハブ amrican classic ROAD 205
 スポークホールまでの半径 r = 33mm
 フリー側フランジ幅 E = 16.8mm (ギヤが付く方)
 反フリー側フランジ幅 E = 26.9mm

リムは32穴なので、穴1つ分の角度は 360/32 = 11.25 (°)
これが5本取りになるので、角度θ = 11.25*5 = 56.25 (°)
よって2次元のスポーク長は、スポーク長の公式 L^2 = R^2 + r^2 - 2*R*r*cos(θ*180/π) より、
 L = √(212.5^2 + 33^2 - 2*212.5*33*(0.9557293) ) = 181.2212624 (mm)
3次元のスポーク長は、フランジ幅が左右で違うので、
 フリー側 L' = √(L^2 + E^2) = 182 (mm)
 反フリー側 L' = √(L^2 + E^2)= 183 (mm)

…となるはずでしたが、上記の長さのスポークで組んでみても、長さが足りません。各サイズを改めて測りなおしたり、三角関数の公式を確認してみても、どこにも間違いを発見できないです。が、やはり組めません。仕方が無いので、適当な長さに切ったスポークで仮組みし、ある程度振れ取りしたところで、スポーク長を実際に計測して求める事にしました。その結果、リアのスポーク長は以下のようになりました。

リアのスポーク長(実測値)
 フリー側 L' = 196 mm
 反フリー側 L' = 197 mm

結局、実測値のスポーク長で問題なく組めました。しかし、なぜ計算値と違うのかが謎です。これに関しては、何か分かり次第、追って報告するとします。

手順 2-1.スポークの入手について

一般的なロードバイクやピストバイク用のスポークは、SAPIMやDT SWISS、日本のメーカーだと星や旭から、1mm単位で様々な種類が販売されています。素材はステンレスがメインで、プレーン(丸スポーク)、バテッド(エアロスポーク)、ダブルバテッド(エアロ部分が2段階)、トリプルバテッド(エアロ部分が3段階)等があります。

しかし、小径車用のスポークの流通はほぼ無いと言えます。これが小径車の悲しい所です。かろうじて入手できるのは、タキザワサイクルサイクルサービスおおやまにスポーク長を指定してカットしてもらうくらいでしょう。残念ながらこれらのショップでは普通のプレーンスポークのみの販売ですが、千葉県の金澤輪業では、なんと小径車用エアロスポークを1mm単位で販売しています。しかもチタンスポークも販売(プレーンのみ)しています。これはすばらしい。

しかし、今回はスポークを自分でカットする方法を取りました。なぜなら、ホイール組み初心者の私がトラブル無くすんなり組めるとは夢にも思えず、失敗してスポークを何本駄目にするか分からないからです。長さの計算も間違えるかも知れないし、計算のたびに通販で注文するのはとても面倒です。私は基本的に試行錯誤の実験人間ですので、スポークに関しても思い通りの長さのものがすぐに入手出来て試せる環境が欲しいところです。よって今回はスポークを自作する事にしました。

また、スポークを自作する場合は、スポーク長300mm程度の長めのモノを入手して切るのが良いです。300mm程度あれば大抵のホイールは組めるはずで、700cロードにも応用できると思います。

なお、私の実験結果から必要なスポーク長は既に判明しているので、私と同じホイールを組む場合は、ショップに長さを指定して注文するのが手っ取り早いはずです(手順 1-2、1-3を参照)。スポークの作り方も載せますので、興味のある方はご覧ください。

手順 2-2.スポークを切る



スポークの長さが決まったら、実際にスポークを切ります。定規でスポークの長さを測り、HOZANのスポーク切り等を使って希望の長さに切ります。

ただ、HOZANのスポーク切りを使う場合、1本のスポークを2回に分けて切る事になります。まず1回目にスポークを斜めにして、希望の長さから1cm程余分に長い位置で切ります。その後スポークを真っ直ぐにし、正確に切ります。多少面倒ですが、こうしないとキチンと切れないのでしょうがないです。

また、この時長さが±1mmほどズレる事がありますが、ホイールを組む際に1mm程度のズレは問題ありません。その辺はニップルを占める時に調整できます。

手順 2-3.スポークをねじ切る



スポークを切ったら、次はネジの溝を付けます。これまたHOZANのスポークねじ切り器が入手しやすく、価格もお手ごろだと思います。これの下部を万力で挟み、台に固定して使います。私は作業台に安物の簡易テーブルを使いましたが、これでも十分でした。

スポークをねじ切る際には、切除油を使います。ご丁寧にもPark Tool純正の切除油なるものが\1,700の暴利で販売されていますが、ホームセンターの\250の切除油で十分過ぎると思います。そもそもスポークのねじ切り程度の負荷の小さい作業に使う潤滑油は、それこそ使い古した家庭用のサラダ油でも十分で、潤滑油にそこまでの性能は求められません。ホームセンターの切除油はご覧の通り廃油同然の汚い茶色で臭いも結構あり、これを\250で売れるなんていい商売してるなーと思うのですが、自転車用ケミカルとしてPark Toolのラベルを貼ると、これが\1,700に化けるんですから、いやはや自転車業界は恐ろしいなーと思ったり。それでも「Park Tool純正のケミカルなんだから、きっと凄いに違いない」とか騙されて買わされるブランド信奉者がいるんだろうな。

話が大幅に逸れましたが、スポークをねじ切ります。切除油は1滴垂らす程度で十分です。ねじ切り器は最初、14番手用にセッティングされているので、19mm&22mmのスパナを使って15番手用に調整します。調整の仕方は、ねじ切り器の説明書に記載されています。しかしながら説明書記載の文章、「アジャストナットを時計方向に5°程度回します」というのは嘘です。実際は90°程度回す必要があります。



スポークのねじ切りは、1本につき2回行うと良いと思います。1回目に浅くねじ切りをつけ、2回目に深くねじ切りを付けます。この時、例のアジャストナットを回す必要がありますが、1本1本やっていたらしごく面倒なので、まとめてどばーっと削ってしまうと良いと思います。また、ローラーに付いた削りカスの拭き取りと、切除油の注油はこまめに行いましょう。8本に1回程度やると十分です。作業は具体的に以下のような手順となります。

・ねじ切り1回目
 スポークに浅くねじ切りをつける。この時は非常に細かいねじ山が刻まれ、ニップルを回してもネジが通らない程度にする。この時スポークを全部まとめて(今回は32本)ねじ切ると良い。ねじ切りの幅は、スポーク先端から9mmつける。ハンドルを25回転すると良い感じになる。

・ねじ切り2回目
 スポークに深くねじ切りをつける。ねじの山が深く大きくなり、ニップルを指で回すと、するするとネジが通る、という程度に刻む。大体1回目の状態から、アジャストナットを90°時計回りに回す感じ。

いきなり深くねじ切りしようとすると、ローラーの幅が狭くてスポークが通らない事が多いです。よって1回目に浅くねじ切って、通りやすくしておくと良いのです。また、浅くねじ切ってもローラーに通らないスポークや、深くねじ切ってもねじ山が浅いスポークがたまにあります。これらはどうやら、スポークの太さが微妙に太かったり細かったりする為に起こるようで、これらを用いてホイールを組むと、ニップルを舐めて破損する可能性が高いです。ケチらず捨ててしまうのが良いと思います。

手順 3-1.ホイールを組む

ここが作業の折り返し地点です。手順3は、慣れればホイール1つにつき1時間程度で終わると思います。



リム、ハブ、スポーク、ニップルを床に広げて、簡単に組みます。ニップルは指で軽く回す程度で、この時スポークがブラブラしててもかまいません。ラジアル組みだと簡単ですが、タンジェント組みだと、スポークとリム穴の接続を間違いやすいので気をつけます。



ホイールを組んで型が出来たら、振れ取り台に乗せて、スポークのブラブラが無くなる程度にニップルを締めます。この時、リムの外側からマイナスドライバーを使ってニップルを回すと楽です。

手順 3-2.振れを取る



ここからがホイール組みの醍醐味であり真骨頂です。多少コツが必要ですが、慣れれば振れ取りは非常に明快で楽しい作業です。



まず最初に、縦振れを取ります。振れ取り台のゲージをリムの外側に設置して、外に振れる部分のニップルを締め、内に振れる部分のニップルを緩めます。このときはニップル回しを使うと作業しやすいです。縦の振れを取っているときは、横の振れは気にしなくて大丈夫です。この時のスポークのテンションは、ニップル回しを片手の親指と中指の2本で回せる程度の、ごく軽いものにしておきます。



縦の振れが無くなったら、横の振れを取ります。ゲージをリムのブレーキ面に設置して、左右の偏りを無くすのですが、ここでちょっとしたコツがあります。リムを右側に寄せたい場合、右側のニップルを締めて、左側のニップルを同じ回転数だけ緩めます。こうすると縦振れを抑えつつ横の振れを取ることが出来ます。さらに大きく振れている場合は、偏ってる範囲の中心から振れを取ると良いです。この時のスポークテンションは、片手の指2本でなんとか回せる程度に上げておくと良いです。



横の振れをとったら、次にセンターを出します。センターリムゲージを使って、振れ取り台にホイールを設置したままでセンター出しが出来ると思います。ここでもちょっとしたコツがあります。先程とほぼ同様ですが、リムを右側に寄せたい場合は、右側全てのニップルを締め(例えば1回転)、左側全てのニップルを同じ回転数だけ緩めます。こうすると、縦にも横にも振れを抑えつつ、リムを左右に平行移動させることが出来ます。

手順 3-3.スポークテンションを上げる



センターを出した後は、ホイール全体に15kg程度の荷重を掛けて、スポークとニップルになじみを出します。ホイールを床に置き、リムに手を置いて、上半身の体重を掛けるようにします。この時、ニップルから「パキパキ」と音がします。体重を掛ける位置を変えて、全てのニップルに体重を掛けるようにすると良いと思います。写真では片手で行っていますが、実際には両手で行います。リムの両端に手を置いて行います。



振れ取りとセンター出しが終わったら、スポークのテンションを上げます。写真のようにスポークテンションメーターを使うと、非常に分かりやすいです。

スポークテンションメーターは、スポークに掛かっている張力を測定する工具です。付属の変換表を用いると、スポークの材質、太さ、形状によって、スポークの張力を読み取ることが出来ます。すごく便利な道具で普段のメンテナンスにも使えるので、持っておいて損は無いと思います。

センター出しの時点でのスポークテンションは、ほぼゼロだと思います。ここから全てのニップルを同じ回転数で締めて、テンションを上げていきます。大体のテンションは、ラジアル組みで80~120kgfです。クロス組みは左右で変わるのですが、私の組んだホイールは、フリー側が平均138kgf、反フリー側が平均99kgfでした。少しテンションが高すぎるかも知れません。この時、左右の張力の横方向の成分が釣り合うと良いらしいのですが、私は細かい計算はしていません。

手順 3-4.ダイナミックバランスを取る



ここまで来たら、ホイールにリムテープを巻きます。私はSCHWALBEの700c用リムテープを、適当な長さに切って使いました。チューブのバルブ用の穴は、文房具用の穴あけパンチで空けられます。多少穴が小さいですが、問題ない程度です。

リムテープを巻いたら、チューブとタイヤを付けて、ダイナミックバランスを取ります。ダイナミックバランスとは、ホイールを回転させたときの重量バランスの事です。通常リムは、バルブ穴の部分だけ軽くなっているので重心が偏っており、回転させると重心の移動により、うねる様な動きをしようとします。手順 3-2で縦振れと横振れを完璧に取っていても、ダイナミックバランスのズレはほぼ必ず出ます。



ダイナミックバランスを取る為のバランスウェイトとして、鉛のシートと両面テープを使います。両方ともホームセンターで\300程度で購入できます。チューブとタイヤを履いた状態のホイールは、大体の場合はバルブ穴の部分が軽かったり重かったりするので、振れ取り台に置いて何もしないと、バルブ穴が上(下)を向くと思います。そこで、バルブ穴付近のリムに、鉛のシートを貼るのです。ちなみに両面テープですが、調整のときは貼ってはがせるタイプ、これと決めたら超強力タイプを使うと良いです。接着剤でも良いかも知れないですね。



鉛を何g貼るのかは、リムの削り具合によるので何ともいえませんが、私の場合は5gの鉛を貼りました。これによりダイナミックバランスが整うと、バルブ穴を下にしようと横にしようと、ホイールは勝手に動かなくなります。この状態でホイールを手に持って高速回転させると、ホイールのうねりが無くなっているはずです。こうなると重心の移動によるエネルギーのロスが無くなっている為、ホイールはいつまでも回転するようになります。

ちなみにフロントホイールに関しては、サイクルコンピュータ用のマグネットが鉛代わりに使えます。私の場合は鉛を一切貼らずに、マグネットだけでバランスが取れてしまいました。

完成!



以上でようやく、手組みホイールの完成です。ここまで読んで下さって、ありがとございました。私が組んだF16H、R16Hホイールは上記の写真のようになっています。

フロントはともかく、スキマだらけのリアは非常に危険な香りがします。しかし意外にも、つぶれたりよれたりすること無く、貧脚の私が本気で踏み込んでもビクともしません。感動です。まだほんの数kmしか走っていませんが、怪しい挙動をすることなく、普通に漕ぐ事が出来ています。

ちなみに標準のホイールと重量を比較した結果を以下に示します。

      フロント  リア
 標準  : 630g : 857g
 手組み: 480g : 636g  (リムテープ有、QR無し重量)

フロント150g、リア221gの軽量化です。マーベラス!実際に乗ってみた印象としては、漕ぎ出しは当然軽く、常に漕いでいてもほんのちょっぴり軽いかな?という感じです。この日は風が強かったのであまり正確に評価できませんが、普段と同じ踏力でギア1~2枚重く踏めてる感じでした。私のテンションが上がっていただけかも知れませんがw

しかし、いかんせん初心者が組んだ初ホイールなので、いかなる事態が起こるか分かりません。これからは定期的にメンテナンスを行い、安全性をチェックする必要があると思います。

ちなみに、材料費(リム、ハブ、スポーク、リムテープ)だけだと2万円掛かっていません。これは凄いコストパフォーマンスだと我ながら思います。CYCLE HOUSE GIROでホイールを組んでもらうと、SORAグレードで\21,700、DURAグレードで5万超えです。american classic は回転軸にシールドベアリングを使っているので、回転の滑らかさだけならばDURAに負けてないと思います。しかも断然軽いです。しかしまぁ、工具を含めた価格を考えると…ちょっとアレですね。まぁそこは、700cロードにも応用が利くということでひとつ。

という訳で、小径車用ホイールの自作に興味がある方は、私の記事を参考にして頂けたら何よりです。ホイール組みは楽しいですよ!
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コメント

こっちの方がミクシイより写真が多くて、系統だっているんで見やすいです。
スポークのネジ切り直後のまとめた写真、綺麗です。
私にはこの内容は当分必要ありませんが、いつかのためにずっと保存お願いしたいです!

mixiは1つの記事に対して写真を3枚しか付けられないのが使いづらいです。おまけに勝手に 640x480 pixel にリサイズされてしまうのも気に入りません。さらに写真が3枚まとめて最上部に表示されるのはもっと気に入りません(ぉ

実はmixiの文章は誤字が多く、重要なはずのスポーク長の計算式まで間違っています。こっちではこっそり修正して置きました。mixiだと、コメントを「修正・編集」する事が出来ないのが気に(略

この記事は、当blogを運営しているアメリカのFC2 inc.がwebサーバを破棄しない限り残ると思います。が、どうせなら私が参考にした書籍やwebサイトをブックマークしておいた方がいいかも知れません。私が書いている情報は、大体これらの参考文献から得られる情報だからです。

私が自分自身の実験結果のみを元に書いたのは、スポークをねじ切るあたりの話と、ホイールのダイナミックバランスを取る話のあたりですかねぇ。この辺は「ロードバイクの科学」にも書いていませんでした。ほぼ完全に我流ですが、それでも参考になれば幸いです。

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