自転車のベヤリングの話し 番外編

フルクラムのリヤはまだ手つけずでしたが、昨晩作業しました。
物理的に、コグパーツが付くので実質シャフトを回すとコグの分重く感じます。
実際は、コグとホイルの摺動抵抗部分はワンウェイラチェット部分
こちらは、今晩考えます。
さて、分解しますか・・・・


コッターを抜いて、コーンを抜き、シャフトを抜きます。
ダストシールを取れば、球が・・・保持器に嵌ってるのわかりますか？


こんな感じに保持器に、付いてます・・・・
右はオイルレス、保持器レスで入れ終わった状態、この後シャフトの挿入です。

今回は、レースを皮バフをして表面を処理して組んでいます。
サクサクっと組んで、ケミカル処理、プリロード調整で完成です。

この状態ですと非常に軽く回せます、後はコグとの摺動抵抗との戦いです。
いかに、ラチェット部の抵抗を減らすかです・・・カムの作動音は大きくなるでしょうね。
 

自転車のベアリングの話 その３

前回は、準備工程
球の大きさを何故ゆえ測って分けるか？疑問も有ると思います。
保持器無しで組みつけると１８個の球を使います。

バラバラの大きさの球よりできるだけ同じサイズの方が良いに決まってます。
そこで下記のように振り分けました、使用はＡのみ、Ａ＋Ｂ、Ｂのみ、Ｂ＋Ｃ、Ｃのみの比較的均等な５グループの使いが可能です。
Ａ：３．９６０～３．９５９
Ｂ：３．９５８～３．９５７
Ｃ：３．９５６～３．９５５

たとえば３．９５５ばかりの中に３．９６０が３～５個入ったと仮定しましょう
組み立て時、コーンを締め込み、カップに球が当たります、その時大きいのから当然当たります、他はまだ隙間（わずかですが）が有る状態です、この差をなくしたいからです。
この隙間が曲者で、レースを傷め、スグにガタが来る＞締める他の球がやっと当たる、しかしその頃、レースにはわずかですが、フレアーが出来ている可能性が高いです、やっと働き出した球を今度はレースが痛めます、よって、寿命が短くなる、これを防ぐには、初期プリロードを上げる、粘度の高いグリスが必要と思う、よって回転が重いとなるかと思います。

さて、これから分解です。

ヘックスレンチでハブシャフトの片方のエンドを緩めます、続いてコーンレース押さえのロックボルトを緩め取ります、コーンコッターの摺り割りにマイクロドライバーのマイナスを指して、勘合を緩めます。


コーンコッターを抜き、コーンを抜き上げます、これで反対側にハブ中空シャフトを抜きます、ダストシールをハブの溝から外して、球とご対面です。


純正品は、樹脂の保持器に球がスナップで嵌っています、球の大きさからしても保持器との接触面積の大きさはかなりあります、球を摘んで回すと摺動抵抗はかなり感じます。隣の写真はハブからすべて抜いた状態です。


レースと球の当たり（軌跡を確認）を見て健康状態のチェック
ハブ側は全周に渡って均一な幅で当たった跡と、目立つフレアーも有りません。
軸側の状態は・・・・回すと良くわかりますが、ハブ側とほぼ同等な幅で当りがありますが、徐々に細くなり右側の写真のような少し輝きも無くなった薄くなったような跡があります、これは固定側のレース特有の軌跡です。
賢明な方ならお分かりかと思いますが、ハブ側と同等の状態部分が自転車の下方向に向いていた部分です。
よって右側の写真は上部に向いていた部分、この軌跡からしてもよい状態だったと推測できます。
組み付け時のプリロードが強すぎた場合、弱すぎた場合でこの右側の写真の軌跡が変わります。

洗浄の後、余分な油分が無いか、傷の状態を確認後組み立てです。

保持器無しで組む場合は非常に困難です、通常はカップにグリスを塗りこみ、其処に球を並べ、コーンを挿入します、写真でもわかると思いますが、一切油分は使わずドライで、組んでいます。

ここから、ケミカル処理です。

ドライヤーで、４５～５０℃程度まで温めます、テフロンを添加した、ベアリングオイルを薄く付けながら、ハブシャフトを回します、充分に行き渡るように・・・・
ここで、温めるのは、テフロンを反応させて定着をよくするためです（キュアリングとも言います）


テフロンの次は、グリスですが私はセラミックグリスが好きです、ベースはシリコングリスで非常に粘度も低く最低限の保持性能を持っています、当然シリコン系ですの防水性はあります。
模型じゃないですが、タミヤのセラミックグリスが好きです。


最後のフリクションロスの軽減・・・・
ダストシールのコーン側のリップをカッターで取り除きます、組み付けするとわずかですが軸側に隙間が出来ます、球が見えていると思いますが、これで完成です。

この後、最後のプレロード調整、少しずつ締め込みながら回転の重さを利きます、締めては緩めを繰り返しコーンの納まりを出します。
この調整が終わったら、自転車に装着して、慣らし走行、その後回転の状態を確認しながら、再度調整、ベストの状態を出して、レースに使います。
レース終了後は当然分解整備をしますので、このような方法で充分かと思っています。

当然、ハブシャフトを指で弾くだけで、軸の慣性で回るようになったのは言うまでもありません。
さぁ、ここまで手間をかけてどれほどの効率アップになったのでしょう、やはり、オーナーのシャフトを回した時の反応を見ていると、やはり気力のアップになった方が大きいような気がしてなりません。
サァ、次はリヤも同じように整備します。

さて残すは、ボトムブラケットのベアリングは残っています？どう調理しようか思案中です。
ハブのベアリング談は今回でとりあえず一段落、進展あったらまた忘備録として記事を載せます。
期待せず、待っていてください。

自転車のベアリングの話し その２

今日は、雨も降り外では遊べません・・・・
午前中は、相変わらず仕事で、制御盤のトラブルでチョット遅くなりました。

前回は、かなり考察的な記事でしたが、ケミカルチューンのお話しを少し・・・

テフロンは、どなたもご存知のアイテムです
オイルに添加されて、非常に細かい粒子状になって浮遊して転がり抵抗を減らす、粒子が表面の細かなキズに入り込み表面を滑らかにする、非常に摩擦抵抗が低いのも特徴です。
元々はフッ素樹脂の仲間で、デュポン社の開発した商品の一つで、代名詞的に使われている。

これらを添加したオイルを利用して、ベアリングの転がり抵抗を減らすのが目的です。

方法は簡単、ベアリング両面付いているシールを片方取り、パーツクリーナーなどでグリスを洗い流す、無い場合は灯油、ガソリンなどを利用してもよいでしょう、シールがラバー製ですので、変形などには注意してください。
この後、充分に乾燥して、軽く指で回してみてください、何かざらついた感じがしますが、これが、金属同士の転がり抵抗です、このまま使えば、磨耗、変形が早く進み寿命が大変短くなります。
このベアリングを、ドライヤーなどで４５度～５０度程度まで暖めて、テフロン添加のオイルをよく撹拌して、数滴塗布します、そのまま回してください、表面にテフロンが定着しやすい状態ですので充分に回します、回していると、スムーズになるのがよくわかります。
この後、防水も兼ねて、シリコングリスなどを薄く塗布します（チタン、セラミック等の添加されたグリスも良いかもしれません）

上記方法で処理した、ホイルを、現在通勤で毎日（若干の雨天走行もあるようです）知人が利用しています、今日はそれの中間報告で、フルクラムホイルと一緒に持ってきました、指でシャフトを弾けば、異音も無く数秒間は、慣性のみで回るまでコンディションがよくなってます、このまま梅雨明けまで利用して、防水性の状態を確認したいと思っています、セラミックベアリングよりよく回る感じを受けました。

さて、今日の本題はフルクラムホイルのカップコーンの組みなおしをしました。
球のみ組み付けをトライしたいと思います。
　
今日は室内です・・・
絶縁シートを引いて作業です・・・・まずは球のサイズ分け
　　
１個づつ寸法をマイクロメータで測ります（デジタル表示付きの方が良いです０．００１単位で測定します）
測定にて３グループにします。

このように分けていきます、５/３２インチサイズです。
各サイズ２０個程度分けたら、ハブの分解です。

分解は、サクサクっと行えますが、組み立ては・・・・
基本オイルレスで組みます、それもボールの保持具は組みません、シマノのカップコーンタイプなどは、保持具はありませんし、そもそも保持具が球が回る時、摺動しますこれが以外に抵抗が大きい。
その為、保持具レスで組みます。
また、オイルレスで組み、その後先に紹介のケミカルチューンを考えています。

続きは、次回に・・・・
やっと、写真付きの記事が出来た・・・続きもしっかり写真あります、お楽しみに・・・

自転車のベアリングの話

回転関係で、ベアリングってスンッゲーと思ったのは、やはりラジコンです。
駆動系をプラベアリングから、ミニチュアベアリングに変えるだけで・・・・
走行時間ラップタイムがスッコーンと伸びる。
ロスを減らす凄い効果を感じる事が出来ます、より効率アップめざし
脱脂したり、テフロンオイルを２滴ほど射したりでより効率を求める・・・
なおかつ、ベアリングのグレードを上げるなどをしました。

自転車の世界も同様で、グレードアップを施すのには・・・（異常に回転効率を求めるチューニング凝る方、そうでない方いろいろ存在しますが）

１、接触面仕上げ（コーンカップ式）
２、ケミカルチューンアップ（テフロン配合、セラミック配合、モリブテン配合など）
３、ハイテクベアリング（究極のセラミック？）

このようなことが主流だと思う。
どれか１点徹底的に凝る人、複合的にバランスに凝る人さまざまと思う。
そんなもの、誤差のうちと気にもかけない人も居ると思う。
要するに楽しくサイクリングを楽しむ方でしょうね。

１の接触面仕上げは究極の機械効率を上げ抵抗を減らすチューニングでしょうね。
やはり競輪界に存在、ゴッドハンドなハブ磨き、ベアリング球もＧ３（後記参考）球を更に磨いて『神ベアリング』を作り出す人も存在する。競輪は厳密なレギュレーション（イコールコンディション）の関係で施せる事柄が少ない為、結果１ｃｍ２ｃｍの差で何千万円が左右されることもあるから真剣に行うことでしょう。
でもそこまでやっても差は１ｃｍないかも、考えること全てやっても不思議では無い世界、名誉と賞金が掛かっているプロの世界です。

２のケミカルチューンは基本的には、潤滑材（グリス、オイル等）を研究して、抵抗を減らし、摩擦を軽減して発熱を押さえ、などベアリング本来の持っている性能をよりよく維持し、より効率アップを考える事です。
基本的に、塗布さえすれば効果が出てくるので、グリスの充填交換すればよいので、お手軽に出来ることでしょうか。
自動車用、機械用など数多くの種類があるので良いでしょう、また機械効率アップは、定期的な分解整備と技がいります、その点ケミカルチューンは、維持管理が楽（一般的には）と解釈できます。

３のハイテクベアリング、自転車メーカーでもハイグレード（アップグレード）としてセラミックなど利用していますまさしく素材からの効率アップを考えて行っているのです。
行き着く所現在はセラミックベアリングと言われています、確かに、競技用ヨーヨーの軸受部もセラミックが採用されています、高性能＝セラミックと言うことですね、回転する物で高性能を求め議論をするのは自転車ぐらいではないでしょうか、その分体感できないわからない部分が多いでしょうね、逆にママチャリなどは粗悪なベアリングで、何事無く走れるわけですし、まして錆で球やレースがキズだらけでも走れます、それだけ高効率な乗り物でしょうね。（いい意味どうでも良いのです、これが機械なら、ベアリングの焼きつきなど運転不能でしょうが・・・それでも動く自転車はある意味凄い機械です）

セラミックベアリングの長所は
１、耐磨耗性能が凄い
２、摩擦係数が非常に小さい
３、上記理由により熱の発熱が少ない
４、耐熱性が高い
５、硬度が高く変形がほとんど無い熱による膨張も非常に少ない(皆無に近い）その為加工精度、設計精度のまま維持が出来るため、クリアランス小さいその為『遊び』の非常に小さい物が作れる
６、耐薬品性がこれまた凄い
７、このような物性の為球とレースをオールセラミックで製作すれば潤滑無しでのドライで使用できる、高温（数百度）環境下でも使用でき、粉塵などの発生も無く、食品、薬品の製造過程での利用も可能

このように長所しかないようなベアリングですが、短所は非常に高価な物です、ワンユニット数万円からしますレースのみステンレスで球をセラミックと言うハイブリッドなベアリングもありますが、自転車にはオーバークオリティではないでしょうか？と思います、またこのハイブリッドには疑問点も私は持っています（後記）

セラッミク球にすると・・・・
１、レースの虫食いが発生する
２、衝撃で割れる
３、精度が無い
など、これまた定説的憶測論が良く出てくるが、
１のレースの虫食いに関してはメタル球でも同様に発生する、これは、球とレースの当り（プリロード）による要素が多く組み付け調整の力量不足を単にセラミック球に原因を持っているだけでいわゆる責任転嫁の問題でしょう、きっとセラミック球を組み付け問題出る方は、スチール球でも同様な症状が出るでしょうね、そうでなければ、ハイブリッド型は全てレースの虫食い問題が付いて回るわけですから、製品化できないでしょということになりますね？
２の割れる・・・・遠い昔のお話しできた頃は確かにあったそうです、しかし今や日本製でも海外製でも皆無。
３の精度も、今や最高級のＧ３規格を通る物が量産される時代に、やはりここでも日本がぶっちぎりの最先端を走っていて、他の国は到底できないそうだＧ３規格のものなんて、アメリカでさえＧ４０～６０以上の物は歩留まりが悪く、安定生産は難しいらしい。
アメリカのベアリング会社が『軍需規格通過』しているとか言って販売していますがせいぜいＧ６０～１００程度の代物でしかないらしく、日本のベアリング会社からすればおよそ敵ではないそうだ。
逆にその程度でも充分な、性能維持が可能と言える、本当に誤差の世界でしょうね。
もともと日本は世界に冠たるベアリング生産大国、セラミックベアリングに関しても図抜けており、品質で他の国はおよそ敵ではなく、日本製に比べると他の国のセラミックベアリングなど『名ばかりのセラミック』でしかないと言えると思います。

頻繁に出てくる、精度としてＧ＊＊が出てきますがＪＩＳで定めた等級で最高級の物がＧ３です
以下＊＊には、５、１０、１６、２０、２８、４０、６０、１００、２００、５００、１０００と数字で表されます。
数字が大きいほど直径不同、真球度、表面荒さ、ロット間の相互差の値が悪くなる。
ステンレス球の場合は高精度物でもほとんどが３桁製品で、ＳＵＳ３０４製品は根本的に素材硬度の関係上Ｇ５００以上にするのは非常に難しいらしい、ＳＵＳ３０４は『ベアリング』として使える製造は無理な話し。
じゃぁ同じ『ステンレス』でもＳＵＳ４４０ＣのだとＧ３のものまで作れるようです（焼き入れが出来、硬度が高い）、ただし製作自体簡単ではないので大手メーカー以外では製作していないのが実情です。
しかし、使う上ではＧ１００で十分と機械整備上認識しています。
確かに高回転のスピンドル用になれば、オイルの強制循環で２０００００ｒｐｍ以上でＯＫも存在します当然これらはＧ３クラスです。
自転車の回転部ベアリングとして使用されている球は、純正品だと最高でＧ三桁、１００とかで普通、Ｇ６０ならハイクオリティなのだそうだ。
Ｇ２０を使っていたりすることはまずないのが現実で、機械整備屋から見れば自転車なんぞＧ２０でも無意味なオーバークオリティ、掛かる負荷や回転数等の要素から考えて、そんな精度なんか全然必要なし。
ここいらが『違いは誤差程度』説の論拠にもなっているのだと思う。
逆にそんなもんで十分だしそれ以上のものを入れても差なんか出ないぞ、と思う。
これ以上球を良くすることで本当に意味のある何かに貢献するのだろうか？
ところが自転車メーカーはセラミックベアリングをまだやめず、よりハイグレードなモデルにも採用したやはり何か其処にはあるのだろう。

ハイブリッドベアリングは、組み込み時には注意が必要な気がする・・・（これが私の疑問点）
球がセラミックで硬くレースはやはりステンレス、硬度差が大きく、簡単にレースに痛みが出そうな気がする、深溝玉軸受はラジアル方向は確かに良いですが、スラスト方向の力には非常に弱い、その為組み付け時において、硬度的にやわいレースを痛めやすいのではと思うのは私だけでしょうか、実際組み付け時レースに球で押しキズを付けて、回転にムラを感じる物を見たことがあります。

確かに回転に対して、ハブが軽く回り、弾くだけで回り続けるホイルを見るのは気持ち良いのですが、人類が作り出した機械の中で、もっとも効率の高い自転車機械効率は９０％程度といわれている。
ロスはほとんどが、駆動系の中でもチエンとスプロケットの関係だけでしょう。
規格外になりますが、スプロケットを作成できればもう一番チエンを細かいものしたら効率がよくなるかな？
ただし、山がその分小さくなるので、チエン飛びなどが発生してだめかもしれません。
このように、効率アップの要素が少ないので、駆動をいかに効率よく推進力にするか、皆が考えているのでしょね、ホイルハブに注目が行きますが、ボトムブラケットもやはり考えないといけないでしょうね。
しかしこの高効率の自転車のホイルがいかに軽く回るよう組かがゴールの差でしょうそれも数ｃｍの差の世界・・・・
好きな自動車にいたっては効率３０％前後ではないでしょうか、だから効率を１０％アップすれば凄い効果の変化を体感できるのでしょう、自転車では考えられない世界です。

しかし、回転の軽さを求めるゆえ何か見忘れは無いでしょうか。
ホイルの径です、現在ロード主流の７００Ｃ直径７０ｃｍほどですね、これを時速３０Ｋｍで走行と仮定してハブの回転数は２２７ｒｐｍ程度。
これが折りたたみの８ｉｎｃｈとなれば２０Ｋｍでも５２２ｒｐｍほどの回転７００Ｃにすれば６８～７０Ｋｍでの走行に匹敵するのです、それこそ折りたたみ自転車にてベアリングを交換したら効果てき面でしょうね、しかし製造コスト、販売価格を考えれば、其処までしませんが、これは面白い改造と思います。
実際ラジコンなどタイヤ軸の回転数を見れば５０Ｋｍでなんと１３５００ｒｐｍですそりゃ効果の違いははっきり出るはずです。
しかし前出の機械加工機のスピンドルは２０００００ｒｐｍこのことを考えれば、自転車のベアリングなど必要か？
オイレスブッシュでメンテナンスフリーで良いのでは？・・・チョット暴言ですが

ロードやトラックの自転車で７００Ｃのホイルを軽く回るようにしたと言う効果は、実際に行った作業の割りに体感はわずかでしょう、よもや判らないかもしれません。

しかしここが違う！！『気持ち』が違うんです。

でもこの気持ちが大切、また違う意味走る原動力にもなるのではないでしょうか、気持ちが引っ張ってくれる、この相乗効果でタイムアップにつながれば結果いいのです。

しかしユニット式のベアリングの方が整備性は良いです。アメクラなどは、専用工具も必要としない。
またカップコーンベアリングみたいに組み付けに神経は使わなく良いですね。
ぜひ次回は知人の自転車でカップコーンのレース磨き、球磨き等やって、ベアリングを組んでみたいですね（凝り性な機械屋の血が騒ぐとでも言うのでしょうか、ゴットハンド神ベアリングに挑戦です）
機械屋からしたら、誤差のうちのベアリング交換作業、効果は正直わかりません、あくまで、物理的に考察して精度、動きの軽さ、力が加わった時の転がりのよさこれのみを追求してセット
しかし知人の感覚、気持ちを考えると大切な要素、気持ちよく乗れる自転車は早いのです、人が原動力です。

ここまでは、１と３(こちらが主流でしたが）の話しになりましたが、
ケミカルとなるとまたこれが多い、実際効果があるかのか、判らない部分が大きいです。
ケミカルに関しては、現在知人のフロントハブで実験中・・・テフロン添加オイルの効果出ているようです。
こちらはまた今度に・・・

ロードレーサーの整備

知人の中にはいろいろな趣味人が居ます。
その一人が、ロードレーサーを楽しんでいます。
ハブのベアリングがどうのこうの、コグのベアリングがチョット・・
あーだ、こーだとやっています。
ディーラーのブラケットが・・・カーボンハイブリッドのカーボンが・・・
まぁ、動く物好きの管理人、けして嫌いな作業でなく、組みつけの妙技調整にて軽くも重くもなる。

基本的に、１０Ｋｍを２０分程度で漕ぎ切る程度の脚力と仮定しましょう。
１Ｋｍ/２分と成ります、動きが軽くなった分進む力に利用できます。
ここで１Ｋｍ当り２秒短縮可能になったと仮定します。
１０Ｋｍを１９分４０秒で走れる計算になります。
これが、レースで有効になれば、かなり成績ＵＰになるはずです。

ハブのベアリングをいかに軽くスムーズに動くように組み付けるかが問題です。
カップコーンベアリング、深溝玉軸受（一般的なベアリング）、セラミックベアリング（熱狂的信者も居ますが）
一般的なベアリングの変わりに、アンギュラ玉軸受も利用可能です。

グリスも選定の必要があります、通常痛むまではそのままでしょうが、メンテナンスは必要事項でしょうね。
その為、メンテナンスサイクル内で、機能保持できる最低限の塗布と、銘柄を選定します。
クランクなどは、モリブテン系の高荷重対応のグリスを使用します。（二硫化モリブテンは、ステンレスを侵す性質があるので、注意が必要です）
他の部分は、基本的にシリコングリスを利用します。
現在実験の為、知人の通勤用のハブには、シリコンオイル（低粘度）塗布したベアリングで、耐久性能の実験中です。

ハブシャフト（中空製）のスラスト締め付けの力加減で、遊び無く、走行後ガタも出無い程度の荷重で締めています。
これが、カップコーンベアリングだと、ある程度のところでガタが出てきますが深溝玉軸受なら、ほとんどないです。

ところが、アメリカンクラッシクに成ると、最近のモデルはネジ式ですが、旧型は、はめ込みのみスラスト方向の荷重調整が出来ない。
どのように組み立てしても、重い・・・・ネジ式のようにはならない。
分解して、各部寸法を測定すると、０．２７５ｍｍインナーカラーが長い計算になる・・・
ベアリングを組んだ時点で、すでにスラストの荷重が大きすぎる。
ここはすり合わせを行います、ハブシャフトの全長は組み付け後の寸法はＯＫです。
クイックロックでの締め付けは良いようです、ここでガタが出た場合は、ハブキャップと、ベアリングのインナーレースの間にシムを作って入れればよいので、影響はありません。

リヤハブは、なんとコグのラチェットの爪が６個もあり、ハブ側に・・・これを起こすのに１個づつバネが樹脂のピンと一緒に組みつけてある。（今回は旧型です）
現行のモデルは、爪の数は同じですが、カムプレートなる部品で、爪（カム）を起こしコグのギヤーにかみます
フリーにしたときのラチェットのジー（五月蠅）音がしません、このカムﾌﾟﾚｰﾄを動かすきっかけのスプリングがコグに付いていますが、これまたチープなバネ（細くてスグに折れてなくなりそう・・）
ラチェットの話はこれくらいにして、このカム機構をカバーするシールが問題・・・（旧新同様に）
防塵、防水性を持たせるために結構きつめ・・・・
動きがおいしくない・・・・
ここで、コグ側の、リップを切り取ります・・・カッターで切り取りますが、心材の金属ﾌﾟﾚｰﾄに沿って削げば簡単ですが、コグとのクリアランスが、広がり隙間がちょいと気に掛かる寸法・・・・
ここは段つきの内側のみ（リップ部分）を切り取り、かすかに、コグの外径に触れる程度に仕上げました。
これで、コーナーなどの漕がない走行時のフリクションロスが軽減されたと思います。

ロードレーサーベアリング点数は１０点程でしょうかこれらをいかに軽く回るようにして、人間の持つ脚力を推進力にするか、ポイントが少ないだけに、面白いと思うのは、私だけでしょうか・・・・