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2021年3月19日 (金)

カーボンフレーム

今は殆どがカーボンモノコック構造。チョイ前はカーボンラグを使った接着構造、他にはアルミラグを使った接着構造。このパターン。
ただ、近年は接着式は接着部の強度、耐久性、そして重量といった面で徐々に減っている現状。
カーボンモノコック構造、一見、素晴らしい構造に見えるが、本当だろうか?

基本はカーボン繊維を編み込んだシート(プリプレグ)を立体を展開した形状に細分し、それを芯材に貼り付けて積層化(レイアップ)する。これを金型に嵌め込んでオーブンで焼き上げて製造するのが基本である。

こういうやり方は複雑形状部の立体を作ろうとする程、プリプレグなるシートの単位が細分化して積層数が多く必要となる。形状の複雑さが増す程に、厚肉化、シート単位が小さい程、構成繊維長が断片的になる。

こういう小シート組み合わせ的なカーボン製品というのは、正直、今一。カーボンというと構成繊維が如何に連続が保たれているか?そして、複雑部位だろうが何だろうが、繊維の緻密度、充填度が均一で、必要強度に応じて厚みが整えられているかが重要だけど、普通の製造法では、製法的な制約から理想からかけ離れているのが現状。

もっと高価なカーボン立体成型品、例えば、レクサスのLFAでは一本の繊維を複数方向から編み上げる事で立体形状を連続繊維で繊維密度均一で作りだしている。繊維シートを貼り付けるカーボンは二流、カーボン繊維を解繊して単繊維を編み上げて立体形状に造り出すのが一流。現状、一流製法によるカーボンフレームは多分存在していない。

別にプリプレグをレイアップ成型して作る製品でも良いけど、その繊維クオリティに無理がある部位に厚入作業が適用させるというのは、どうも気持ち悪い。ヘッドベアリングとかプレスフィットBBがそうだ。

モノコック式カーボンフレーム、聞こえは良いけど、特にハンガー部位へのパイプ集中度、5本のパイプが一箇所に集中する部位の構造は、どう見ても無理がある。

個人的には、それならカーボン+アルミラグの方が良いような気がする。出来れば、接着ではなく、パイプとラグを熱を使って一体化させるのが良いような気もする。単純な棒材なら小さな方を回転させる等して摩擦熱でアルミを溶かしてカーボンと複合化する事も可能だろうけど、自転車フレームの場合、現実的には無理。となると接合部位に局部的に熱を与える方法が必要だけど、接着より遙かに高い信頼性と強度が得られる。難しいかも知れないが、それでも編み上げ式成型よりは楽だろう。

アルミとカーボン、濡れが結構良い。樹脂を使った接着に較べると遙かに強力。こっちの方が良い。

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