超軽量ホイール 「CeraLight」 は、なぜそこまで軽くできたのか？

このホイールに交換したバイクで初めてアップダウンを走ったとき「なんて軽いんだ」　みなそう思うでしょう 軽い走りを実現するためには、ホイール外周部分、リムの重量を軽くする必要があります。 カーボンプリプレグを必要最小限の積層枚数、狙った方向にUDプリプレグの繊維の向きを合わせて精密な輪郭でカッティング。 構造解析を繰り返し導き出された「断面形状」は、ワイドリムなのに軽く　ヒルクライムで要求される低慣性モーメントを実現しています。なおかつワイドリムならではの十分な断面積は、軽量リムとして十分すぎる剛性を保ちます。 SMITHセラライト は、ロングライドに出現するヒルクライムに特化した軽量ホイールで3種類のリム幅によりワイドタイヤにも対応し、ローリングレジスタンスの軽減に貢献します。クリンチャーとチューブレスレディのいずれにも適合します。 カーボンリムの素材は、日本の東レ「トレカ」高弾性カーボンを採用。 構造解析の結果に基づいてプリプレグを最適な配向で積層しています。ホイール組立は、熟練した技士によって１本づつ丁寧に行います。　これは、販売後のアフターサービスも完全な体制が整っていることを表しています。　

 

CeraLightホイールのハブベアリングは、全てベアリング規格に準拠しています。　いっぱい走った後にメンテナンスでベアリング交換が必要になった際にも実に経済的にカートリッジベアリングごと交換可能です。　ボールレースに虫食いが発生したからこのハブはもうダメ！　なんて事にはなりません。

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3種類のフリーボディをご用意

　CeraLight SAP は、12S,11S 両対応の ShimanoHG フリーボディの他、オプションで SRAM XDR, Campagnolo, フリーボディをご用意しています。 　シマノHGフリー付きのホイール購入からしばらく経って、今流行りのSRAMにコンポーネントを変更した場合でもCeraLightフリーボディさえご購入頂けば、SRAM用ホイールに生まれ変わります。

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CeraLightホイールのスポークは、世界中のロードレースで実績のあるベルギー製の「SAPIM CX-Ray」を採用しています。　ステンレス鋼をスウェージング加工したこのスポークは、１本あたり4.6g しかありません。　なのに引張強度試験をしてみると余裕で300kgf以上の強度を発揮します。　スポークに予めかかっている張力は120kgf智度ですからかなり余裕があり安心できます。

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下図は、ピレリ P ZERO チューブレスレディタイヤ　について　メーカーが推奨している体重と空気圧の関係を　リム幅べつに計算し直したグラフと近似式です。 　新ETRTO規格によれば26mm幅のタイヤの場合、適合するリムは19Cですがリム幅を広くすれば空気圧を下げて使用するべきである事がこのグラフから読みとれます。 セラライトホイールの場合は、リム幅を選ぶことができるので使用したいタイヤのころがり抵抗とインピーダンスロスのうち　インピーダンスロスを狙って下げることが可能になります。　この手法は、ヒルクライムだけではなくロードレース、トライアスロンにおいて記録向上に有効です。

 

セラライトホイール　スペック一覧　

■リムタイプ：クリンチャー と　チューレスレディ対応 　※チューブレス非対応
■リムの素材：東レ　トレカ　高弾性カーボン
■ブレーキ：ディスクブレーキ専用
■リム幅      29mm (内幅22mm)
      28mm (内幅21mm)
                   26mm (内幅19mm)
■リムハイト　標準仕様 30mm ～ 6 0mm 　

■スポークパターン：前2:1 後１：１
■スポークの本数：前後24本

■スポークの種類：SAPIM CX-Ray
■ニップルの種類：サピム　アルミ
■ハブの種類　：　ﾌﾛﾝﾄ　100x12mm　　
　　　　　　　　　リア　142x12mm　　
■組み立て方法： 　手組み
■アフターフォロー　　日本国内において対応
■重量：フロント：562グラム、リア：651グラム　リムハイト35mm仕様の重量

※1　重量には、若干の個体差があります。　※2　商品の仕様は、予告なく変更される場合があります。 ※３　片輪あたり ±15g 程 重量に個体差が出る場合があります。※4 カットモデルの図示は、技術漏洩を防止するため実際の商品とは異なる個所があります。

 

 

構造解析によって導かれた形状

 

【　リム幅 3mm の拡大は、横剛性を　 １９％　増加させる　】

剛性と重量の関係

　テーマは「ワイドリム化 によって発生するメリットについて」　履歴参照型3D-CAD によるリム断面の設計検討についてご紹介します。 リム高さは、35mm そのままでリム幅のみ3mm拡大した場合、　検討の仕方について各所の形状や肉厚については同様であると定義します。　また材質も同じ、積層方向も同じ、プリプレグを切断する輪郭は相似形であると定義します。　つまり基準となる緑色のリムと青色のリムの相違点は、リム幅が3mm 違うだけ　という条件での比較です。 リム幅が3mm増えたことで断面積は７㎟増加します。　この断面でグルッと360°回転すると重量は1%しか増加しません。　5g の差　です。 しかし剛性を司る関数である「断面二次モーメント」は、横方向で19%　も増加します。　3mm幅が広くなっただけなのに横剛性は19%も増加するなんて　ほとんどメリットだけしか感じませんね。　ついでに縦剛性も 4% 増加しています。 リムの「たわみ量」は、次の式で求めることができます。　この式に先の断面二次モーメントを代入するとリムの幅を3mm広くすれば たわみ量は、17% 抑制されることが解ります。

公式の分母にあるもう一つ　「縦弾性係数」は、リムに用いる材料の特性です。　アルミからカーボンに変わった際には、３倍ほど変化しました。　しかし２５年の時を経て開発され尽くした感があり縦弾性係数の劇的改善は難しいのです。　そこで構造解析などのＣＡＥを駆使してプリプレグの配向特性を突き詰めるなどのアプローチが必要になるわけです。
　株式会社スミスは、自動車部品メーカーの研究開発支援事業を本業とする企業です。　大規模流体解析をはじめ構造解析、機構解析に長年の実績があります。　百花繚乱の競技用自転車ホイールにおいて更なる軽量化、特に慣性モーメントを低減するためのリム重量の軽量化は困難を極めます。　動輪として極めて大きな直径に対して極端に軽い重量を求められ既に最高峰のカーボン素材が用いられているリムの強度を保ったまま更に軽量化するためには、高度な数値解析技術（CAE）が不可欠でした。

SMITH CeraLight 製品案内