ランニングシューズのチューニング

運動靴の設計、または一般的なスポーツ用品の設計に取り組む場合、パフォーマンスが重要です。パフォーマンスシューズはさまざまな要素で構成されており、要件はシューズの機能によって異なります。たとえば、ランニングシューズには、バスケットボールシューズとは異なる要件があります。ランニングシューズは軽くて柔軟性があり、長時間のクッションと安定を実現するように設計されています。バスケットボールシューズは、足首の安定性を提供し、突然の方向転換時の衝撃を吸収するように設計されています。ランニングシューズがどのようにランナーが各ステップで着地して押し出すことができるかは、新しいテクノロジーが出現するにつれて、エンジニアにとって絶え間ない評価の対象となります。カーボンファイバーなどの高性能素材は、ミッドソール、トウキック、シャンク（土踏まずの下を走る靴のサポート構造）などの靴の部分に大きな重量を加えることなく剛性を提供するのに役立ちます。

中国のスポーツウェアのスタートアップであるBmai（北京、中国）は、日常の消費者が手頃な価格で高性能のマラソンシューズを作ることを目標としていましたが、カーボンファイバーの軽量さと剛性を利用したいと考えていました。

「靴の革新の重要な推進力の1つは、新しい素材です」と、BmaiのリードデザイナーであるAxisLiuは述べています。 「材料技術は、過去10年から20年の間に飛躍的に進歩しました。現在、選択できる材料は多数ありますが、ブランドが競争上の優位性を高めるためにそれらに依存しているため、より優れたサポート、安定性、およびパフォーマンスを提供する軽量の材料がますます求められています。」

カーボンファイバーは1990年代から高性能シューズに使用されており、ナイキやアディダスなどのシューズブランドがエリートアスレチックシューズに採用しています。カーボンファイバーを使用したランニングシューズは、160ドルから250ドルの範囲です。たとえば、ミッドソールにフルレングスのカーボンファイバープレートを備えたNike ZoomX Vaporflyは、約250ドルで販売されています。ランニングシューズを300〜500マイルごとに交換する必要があることを考えると、週平均20マイルのランナーの場合は4〜6か月ごとになり、コストがすぐに増える可能性があります。 Bmaiは、優れたパフォーマンスでありながら、アクセスしやすく、見た目にも魅力的で、マスマーケット向けに手頃な価格のスニーカーを作りたかったのです。

「ランニングの最も良い点の1つは、開始するのに高品質の靴が必要なことです」とLiu氏は言います。 「高価な靴を障壁にしたくありません。」

同社は、主力のランニングシューズであるマイル42Kの限定版で、プロトタイプのカーボンファイバーシューズシャンクのテストに着手しました。これは、レクリエーションマラソンランナーを対象としたデザインです。最終的な目標は、Bmaiが約399元（56米ドル）で小売できる市販の靴を製造できるようにするソリューションを見つけることでした。同社はまた、カーボンファイバーが優れている耐ねじれ性を提供しながら軽量化を目指しました。

大量生産の可能性。 Maezioは熱可塑性樹脂であるため、高い歩留まり、短いサイクル時間、および低いコストで熱成形することができます。ソース|コベストロ

調整可能な素材

2018年10月にCovestro（ドイツ、レバークーゼン、中国、上海）によって導入された連続繊維強化熱可塑性プラスチック（CFRTP）複合材料の新しいMaezioブランドを入力してください。製品ラインには、一方向（UD）強化テープと炭素繊維を含浸させたシートが含まれます。ポリカーボネート（PC）マトリックス。コベストロによると、CFRTPは、パフォーマンス、美観、規模の経済に合わせて調整でき、幅広い業界の製品で使用できます。

Maezioは、年間数百万の部品に対して、高い歩留まり、短いサイクル時間、および低いコストで熱成形することができます。オーバーモールディング、自動テープ敷設（ATL）、自動ファイバー配置（AFP）などの他の生産技術も統合できます。同社は、Maezioを、さまざまなアプリケーションでの大量生産を可能にする材料と見なしています。

「Maezioブランドは、軽量構造、特定の強度、および先端材料ではまだ到達できない規模の仕上げの組み合わせを提供することにより、業界全体で新世代の製品に価値をもたらすことができると信じています」と、熱可塑性複合材料の責任者であるリサケテルセンは述べています。コベストロ。

Maezioの主な利点は、その調整可能性です。 。わずか120ミクロンの厚さのUDテープは、さまざまな角度でラミネートして、さまざまな性能と機械的基準を満たすように調整されたシートを形成できます。得られたシートは、強く、硬く、軽量で、自然な一方向の表面仕上げになっています。さらに、CFRTPコンポジットはリサイクル可能です。

ぴったり

新しいアスレチックシューズのデザインには、アプローチに高度な適応性が必要です。変更は設計プロセスの一部であり、多くの場合、大量のテストと反復が必要になります。

「[靴のパフォーマンス]は特定の目的に非常に的を絞っています」とMaezioの市場開発マネージャーであるArneBoettcherは言います。 「アプリケーションとアスリートの正確なニーズに合わせて調整できる素材が必要です。それこそがマエジオです。」

Bmaiは、MaezioはBmaiの靴に非常に適していると言います。これは、低密度で剛性を提供することに加えて、素材が自由に調整できるためです。

「テープの敷き方に応じて、その靴の特定のニーズに応じて、素材はさまざまな剛性やねじれ性能を生み出すことができます」とKetelsen氏は説明します。

ねじれ抵抗。 コベストロのカーボンファイバーシャンクは、Bmaiのマラソンスニーカーの土踏まずの下を走っています。ソース|コベストロ

薄いですが強いです。 シャンクの厚さは通常、1〜1.2ミリメートルの範囲です。ソース|コベストロ

Bmaiシューズの重量目標を達成するには、シャンクを薄くする必要がありますが、ねじれの要件を満たすのに十分な強度も必要です。 それを念頭に置いて、チームはシャンクのプライ数の決定に焦点を合わせました。 Covestroは、層の正確な数や繊維配向についてコメントしませんが、同社は、典型的なシャンクの厚さは1〜1.2ミリメートルであり、45度の繊維配向が必要な厚さで必要なねじり抵抗を達成すると仮定しました。その出発点から、 コベストロはさまざまなレイアップをテストして繰り返しました。

Ketelsenによると、Bmaiの最適なソリューションを設計するための鍵は、ブレーンストーミングセッションの設計、製品の調整、さまざまな構成のシミュレーション、シミュレーションに基づくサンプリングの作成、各サンプルのカットとスリットを含む高速反復のサイクルでした。フィードバックのためにテストサンプルをBmaiに配信します。

Covestroは、構造シミュレーションにABAQUS（ABAQUS Inc.、Pawtucket、R.I.、U.S。）を使用し、レオロジーシミュレーションにMOLDFLOW（Autodesk、San Rafael、CA、U.S。）を標準ソフトウェアとして使用しています。 「内部でシミュレートできる特定の要件があります」とKetelsen氏は言います。 「私たちはシミュレーションを行い、ドイツ、米国、中国に特定の部品を組み立て、物理テストを行い、データを分析して生産に戻し、適応させるための施設を持っています。」

プロジェクトの過程で、コベストロは設計を数回繰り返し、詳細と結果を共有してから、設計を適応させました。 Bmaiと上海にあるCovestroのAPACイノベーションエクスペリエンスセンターとの間の緊密なコミュニケーションは重要でした。そこでは、曲げテスト、適合性とパフォーマンスの品質テストなど、さまざまなテストが実施されました。同社は結果をBmaiに頻繁に伝え、製品の調整方法を伝えました。

「ただ座って設計することはできません。テストして繰り返す必要があります」とBoettcher氏は付け加えます。 「Bmaiのような企業は、行うことに慣れています。 そしてそれを見つける …テストし、失敗してから、もう一度テストします。」

反復とコミュニケーション。 BmaiのリードデザイナーであるAxisLiuは、上海にあるCovestroのAPACイノベーションエクスペリエンスセンターでCovestroチームメンバーと協力しています。ソース|コベストロ

Covestroは、多くの設計の反復を通じて、コンポーネントの靴内の他の材料との接着性の互換性など、いくつかの追加の考慮事項のバランスを取ることにも気づきました。それにもかかわらず、新しいスタイルが急速にデビューする非常に競争の激しい運動靴市場を考えると、市場投入までのスピードも重要でした。 Boettcher氏によると、テストサンプルの作成にはスピードと敏捷性が不可欠でした。

学んだ教訓

Bmaiの42KLiteは昨年発表され、同社の に会いました。 ねじれ、美学、および全体的なパフォーマンスの要件。コベストロは、靴を使ったデザインプロセスは、同社が他の市場でマエジオとどのように連携するかについての洞察を提供したと述べています。

「重要なのは、デザイナーとのやり取り、そして決定を下すデザイナーとのやり取りです」とKetelsen氏は言います。 「この例で靴を使って非常にうまくいったこと、そして他の業界にも取り入れたいことは、私たちが価値があると思うものに基づいて仮説を立て、それを顧客とテストして繰り返すことでした。」

Covestroによると、Maezioは、スポーツ用品や運動靴に加えて、電気電子産業、自動車、医療技術、家電製品、家具、荷物などの消費財にも関心を集めています。