先進複合材自転車技術の進化：第2部－フレームとリムの耐久性向上

前回のブログでは、HIA Veloの自転車について、高分子量ポリプロピレン（HMWPP）とカーボンファイバーの組み合わせでフレーム耐久性を高める取り組みを紹介しました。しかし、このトピックにはまだ続きがあります：カーボンとHMWPPを組み合わせてより高い靭性を実現した自転車リム（ホイール）です。最近、Derby Rims LLC（米国カリフォルニア州サンアンセルモ）の創業者・オーナー・製品設計者であるRay Scruggs氏と話す機会を得ました。同社名は、Scruggs氏のニックネーム「ダービー」に由来し、カリフォルニアの山々で開催された友好的なマウンテンバイク集会「ダービー」への参加から来ています。

Scruggs氏は2012年からカーボンファイバー自転車リムの設計・テストを開始し、当時としては最も幅広いマウンテンバイクリムを2013年に初販売しました。「私のカーボンファイバーリム設計は、既存のカーボンリムより厚く耐久性の高い上部リム壁とタイヤ保持安全性を大幅に改善しました」とScruggs氏。上級ライダーたちは、幅、耐久性、安全性の改善メリットを即座に認識しました。Scruggs氏はリム販売の全収益を事業に再投資しながら、本業のビジネスソフトウェアテスト・開発を継続しました。自己防衛のため特許出願を行ったものの、「私の設計はほぼすべてのカーボンファイバーリムブランドによって即座に模倣されました」と語ります。

Scruggs氏のホイール設計は、カーボン複合材と自転車に精通した中国企業で製造されました。初回リムの性能評価時に「驚愕した」と氏は言います。この機密保持メーカーはスチール金型を使用し、金型にユニディレクショナルカーボンファイバーを積層し、中空リム内部の圧着圧力にブレッダーを使用します。硬化と金型冷却後、リムは脱型、バリ取り、研磨、穴あけ（スポーク用）、仕上げ（一部塗装）されます。「Derby Rims工場では、出荷前の各リム製造中に24項目の品質管理サインオフがあります」とScruggs氏。

Scruggs氏によれば、カーボンファイバーの用途でマウンテンバイクリム以上に意図的な衝撃用途はないでしょう。岩や樹根による頻繁かつ不規則なたわみ、障害物衝突時や急なドロップオフ・ジャンプ着地時の圧縮時における複数の重い重力荷重（G荷重）がかかり、ライダーの全体重がシートとサスペンションの底付きに激しくかかります。Derby Rims製品投入後、その品質と性能の評判はライダーとマウンテンバイクレーサーの間で急速に広まりました。初代Derbyカーボンファイバーリムは、内幅34mm、外幅40mm、深さ31mm（上下）、壁厚3mmで、岩場での鋭い衝撃への耐性と過度なリムたわみへの耐性が、アルミニウムリムや他の複合材リムと比較して大幅に改善されました。実際、Derby Rimsは2013年時点で入手可能な他のカーボンファイバーマウンテンリムの3-5倍の耐久性がありました。しかし、上部リム壁領域（タイヤがリムに取り付く部分）では、本当に激しい衝撃で剥離と微細亀裂が発生する可能性があるとScruggs氏は語ります。

「さらなる耐久性向上を求めて、Oxeon（スウェーデン・ボーラス）の人々と出会い、2016年アナハイムのCAMXへ招待されました。そこでInnegra Technologies（米国サウスカロライナ州グリーンビル）のJen Hanna氏を紹介されました。」Hanna氏からInnegraのRuss Emanis氏を紹介され、Innegraファブリック、ハイブリッドカーボン-Innegraファイバー材料、マウンテンバイクリム設計向けのInnegraを含む多層積層提案を提供してもらいました。

リムの様々な位置にInnegraを試験的に採用した後、Scruggs氏は各ホイールモデル・タイプごとに積層を調整しました。「2017年末に実施した最初の校正済み機械負荷たわみ試験では、Innegra S/カーボン『ハイブリッド』のテストリムが、同じ重量・層数の100%カーボンファイバーUD積層リムと比較して、リムたわみ許容荷重数値が向上しました」とScruggs氏。この結果が、さらに数セットのテストリムと実ホイールへの投資、エキスパートマウンテンバイクライダーによるテストへの自信を与えました。

2018年春、Innegra採用テストリムをエキスパートとプロカテゴリーのダウンヒルレーサー2名に提供し、実環境での過酷な乗車テストを行いました。テストライダーは約12か月の頻繁なレーストレーニング使用でリム破損を経験しませんでした。「Innegraハイブリッドテストリムは、テストライダーが普段レースで使用する100%カーボンファイバー『ダウンヒル』モデルDerbyリムと比較して、大幅に軽量なリム積層です。レーサーも私も、この軽量Innegraハイブリッド積層リムはすぐに破損すると予想していました。しかし、Innegraハイブリッドテストリムは2000マイル以上の頻繁なトレーニングライドで使われ続け、岩場での高速ダウンヒルレース走行や25フィートジャンプ着地など、極めて過酷な使用に耐え続けています」とScruggs氏。

Scruggs氏は今冬、ロサンゼルスの確立された耐久性試験ラボでテストを継続する予定です。そこでは、ローラーに大きな突起を取り付け、テストホイール軸に重い荷重をかけて最大6輪同時テスト可能な動的ローラーマシンを備えています。Innegraハイブリッドテストホイール2本とベースライン量産ホイール2本を破壊までテストします。「このテスト後、Innegraハイブリッドリムの量産投資に自信を持てるでしょう。」

Scruggs氏のDerby Rimsウェブサイト：https://www.derbyrims.com/leader-of-rim-design.html