一条アルチメイトファクトリー京都西
ホイール深堀り1 緩む側のスポーク
2024年1月20日 [一条アルチメイトファクトリー京都西]
ホイールについての話をひたすら書いていく連載記事を始めたいと思います。
飾り気なくマニアックな話ばかり、用語や基本的な説明も省略していることが多いので、興味のない方には全く面白くないと思いますが、興味のある方は是非読んでみてください。
早速本題に入ります。
まずホイールの話をするうえで、前提になると思う内容を説明します。
上の図はホイールを横から見た状態を単純化したものです。
ホイールはハブ、リム、スポーク、ニップルといった部品から構成されていますが、今回はスポークに注目します。
それぞれのスポーク一本一本にはテンションがかかっています。
それを簡単に表したのが下の図
イメージとしてはこんな感じでしょうか。
スポークのテンションによってハブとリムが引っ張られ、つり合うことで、ハブ・リム・スポーク・ニップルといった部品の集合がホイールとして成立しています。
「つり合う」とは、たとえ一本一本のスポークのテンションにバラつきがあったとしても、全てのスポークのテンションの大きさと向きを総合すれば、必ず綺麗にゼロでつり合うということです。
これは当たり前のようですが重要です。
つまり、どれか一本のスポーク（のニップル）を締めたり緩めたりしてテンションを変化させたとき、そのスポークのテンションだけが変化するのではなく、全体がつり合うということは必ず他のスポークにも影響がでます。
もちろん「一本 vs その他多数」なので、影響はそれほど大きいわけではないですが、すぐ隣のスポークと離れたスポークでは影響の度合いが違います。
どれか一本のスポークだけテンションが強い（もしくは弱い）場合は、他のスポークがその穴埋めをするため全体のテンションがバラついたり、リムが上下左右に振れたりすることで、つり合うことになります。
少し話が逸れたので戻します。
先ほどの図はホイールが宙に浮いてる状態だったとして、実際にはホイールを車体に取り付けて地面に置いて人が乗ることになるので、上の図のようにハブ軸に重力方向の荷重が発生します。
この荷重を受けたとき、元のスポークテンションはどのように変化するでしょうか？
荷重に対抗してハブを支える仕事をするのはどのスポークでしょうか？
ハブにかかるテンションだけに注目すると上の図のような感じになります。
ハブ軸よりも上半分のスポークは、荷重がかかることでより引っ張られてテンションが増加しハブを支える働きをします。
これは直観的で分かりやすいです。
上半分のなかでも真上から横へ行くにしたがって次第にその働きは弱まっていき、水平のスポークになると元のテンションからほぼ変化せず、ハブを真横に引っ張っている状態のため、ハブを上へ支える働きはしていません。
※厳密には難しいですが単純に考えると
問題は下半分のスポークです。
こちらは上半分とは逆に、荷重がかかることで上から圧縮されてテンションが減少します。
一見すると下半分はただ緩むだけで何の働きもせず、ハブを支える役割は上半分のスポークが一手に担ってるような印象を受けますが・・・実は違います。
下半分のスポークはテンションが減少することよって「ハブを下へ引っ張る力」が「減少する」ことになります。
「ハブを下へ引っ張る力」は今注目している 「ハブを上へ支える力」とは真逆のものです。
「真逆の力」が「減少する」わけですから、マイナスのマイナスはプラスということで、結果的には上半分のスポークと同様に（上半分のスポークと協力して）ハブを上方向へ支える働きをしています。
綱引きをイメージすると分かりすいかもしれません。
下半分と上半分が均等に綱を引っ張り合っている状態から、下半分の方向へ縄の中心を動かす力が加わったとします。
この力に対抗して縄の中心を元の位置からできるだけ動かさないようにするためには
・上半分はさらに強く引っ張る
・下半分は引っ張っていた力を緩める
このようにお互いに協力して、できるだけ縄の中心を元の位置にキープしている感じです。
下半分と上半分でやってることは逆でも、その意味は同じということですが、決定的に違う点がひとつあります。
それは「さらに強く引っ張る」のは頑張ればいくらでもできるが「引っ張っていた力を緩める」のは元々引っ張っていた力の範囲内でしかできない、ということです。
元々引っ張っていた力とはスポークテンションのことです。
それ以上に緩めるのは綱引きの例だと綱から手を放すことなので、スポークが実質存在しないのと同じになります。
そうなると今度こそ上半分のスポークだけが働くことになり、効率が悪くトラブルも出やすいホイールになります。
なので、なるべく緩む側のスポークにもしっかり働いてもらいたい。
そのためにはある程度のスポークテンション（＝緩む側のスポークが働ける余地）が必要ということになります。
とりあえず今回ご説明したかったのがこの2点
【1】引っ張られる側のスポークだけでなく、緩む側のスポークも同じ働きをしている
これはホイールの三つの剛性（縦、横、ねじれ）全てで同じことが言えます。
スポークは引っ張りで成立しているので、引っ張られるスポークだけが仕事をするように錯覚しがちですが、緩む側、つまり押される側のスポークも同じ働きをしています。
元々のテンションからの”変化だけ”を矢印で表せば上の図のようになります。
緩む側のスポークテンションの変化（青）は、まさに押しています。
スポークで押すというと、かつてのMAVIC R-SYSを思い出します。
太い中空カーボンのスポークが引っ張りと突っ張りの両方に働く独特の構造でしたが、普通のテンションホイールも質は違えど基本的には同じような働きをしていたわけです。
【2】緩む側のスポークが働くためにはある程度のスポークテンションが必要
長々と書いてきましたが今回の話は「そもそもスポークテンションが必要な理由って何？」を整理するのが主な目的だったんです。
引っ張られる側のスポークと緩む側のスポーク、その両方が協力して効率よく働いてもらうためには、ホイール全体としてテンションが一定の基準以下になるスポークをなるべく無くす必要があります。
では、そのためにはどうすればいいか？が次回以降の話になります。
次回に続く