ママチャリ並みに重いルック車でも、ロードバイクに近い性能を獲得したいですよね。
ルック車のスポーク数が多い理由について解説
リムが高強度であればスポークの間引きが可能
ホイールについての豆知識を記載
最低限ニップルレンチさえあればリムの組み換えは可能
スポーク長を簡単に選定できるフォームを用意
ルック車の効果的な軽量化をしたい人
効果的な軽量化の方法が分かる内容にしました。
この記事を読んで、リムを組み替えて走れるルック車にしましょう。
それでは、どうぞ。
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目次
本記事の要約
走らないルック車も、リムを組み替える事で走れるルック車になります。
リムの強度さえあるのでしたら、スポークを間引きしても問題ありません。
ニップルレンチさえあれば、ホイール組はなんとかできます。
ホイールの手組みは一気に仕上げず、縦振れ → 横振れ → センター出し → スポークテンション均一化 を繰り返しながら徐々に組み上げる事が大切です。
ホイールの効果
ルック車のスポーク本数が多い理由
ルック車のリムは強度が弱いです。
同じアルミリムでも上級グレードのリムは、構造を複雑にしたり、高強度処理にしたりして製造コストを掛けています。
ルック車のリムは安く販売する為にコストを掛けられませんので、リムの構造も作りやすい構造にしたり、強度を上げる処理も必要最低限に抑えたりしています。
その結果、柔らかいリムになってしまいます。
そして、リムの強度が弱い為、スポーク本数を多くしてリムの強度を上げています。
また、スポーク数に比例して空気抵抗が大きくなりますので、平坦路走行で不利になります。
ホイールの慣性力について
ホイール部の軽量化は、ホイール10本分の軽量化と同じ効果があると聞いたことがあります。
実際には、自転車とライダーの重量による慣性力と、ホイールが回転する事で発生する慣性力のみ走行中に発生します。
ホイールは空転しない限り、ホイールの周速度は走行速度と同じです。
ですので、ホイールの外周部に重量が集中していればホイールの回転慣性力はホイール重量と同じになります。
ホイールは、「 ハブ + カセットスプロケット 」「 スポーク 」「 ニップル + リム + リムテープ + チューブ+ タイヤ 」のパーツで構成されています。
ハブとカセットスプロケットの周速度は遅いです。
ハブとカセットスプロケットの重心を直径50mmと仮定した場合、700cのタイヤ外周部は直径700mmですので、ハブとカセットスプロケットの慣性力は走行速度の7%程度の為、ほぼ影響がありません。
スポークはハブとリムを繋ぎ止めていますので、ハブとリムの中間と仮定して直径350mmになります。
ですので、スポークの慣性力は走行速度の50%と大きくなっています。
ニップルとリムとリムテープとチューブとタイヤは走行速度と同じ周速度になりますので、パーツ重量と同じ慣性力が走行中に発生します。
さらに細かく分類しますと、タイヤとチューブの重心をリムとタイヤ外周の中間にあると仮定して670mmとした場合、走行速度の96%とほぼタイヤ重量と同じ慣性力が掛かります。
ニップルとリムとリムテープは、路面接地面から少し内周部に向かって離れています。
30mmハイトリムを使用した場合、ニップルとリムとリムテープの重心を605mmと仮定した場合、走行速度の86%とタイヤより少し慣性力が落ちてきます。
それらをまとめると「ハブ重量369g」「スプロケット重量251g」で回転する事による慣性力は(369+251)×0.07=43gになります。
スポークは24本使用した場合「スポーク合計重量176g」で回転する事による慣性力は176×0.50=88gになります。
「ニップル24個使用時合計重量26g」「リム重量530g」「リムテープ重量23g」「700×23-25cチューブ重量90g」「700×23cタイヤ重量250g 」の場合。
タイヤとチューブの慣性力は(250+90)×0.96=326gになります。
ニップルとリムとリムテープの慣性力は(26+530+23)×0.86=498gになります。
リアホイールの合計慣性力は43+88+326+498=955gになります。
リアホイールの合計重量は(369+251)+176+(250+90)+ (26+530+23)=1715gですので、
ホイール重量にホイールが回転する慣性力を加えた場合、走りながら回転するホイールの合計慣性力は、上記の計算ではホイール重量の1.55倍になります。
ですので、ホイールの軽量化による効果は10倍もありません。
ちなみに、勾配がどれだけきつくなってもホイールの回転慣性力は変わりませんので、ホイールを軽量化しても、軽量化以上の効果は得られにくいです。
例えば、ホイールを500g重くなる影響と500g分のドリンクを付けてそれぞれヒルクライムをした場合、速度域が低い為どちらも似たようなタイムでゴールします。
バテッドスポークで軽量化できる
本来はエアロスポークを使うと組みやすくて軽量化もできるのでお勧めですが、CX-RAYのスポークは高価ですし、Pillar製の廉価版エアロスポークもCX-RAYよりは安いですがそれでも高価です。
低予算でリムを組み替えるのでしたら、丸スポークを使うしかありません。
ですが、少し割高になりますがバテッドスポークを使うと中央部の直径が細く加工されていますので、丸スポークより軽量化できます。
リア24本のスポークを2.0-1.8-2.0のバテッドスポークに組み替えた場合、2.0mmの丸スポークより21g軽量化できます。
そして慣性力はバテッドスポークの両端60mm部分が直径2.0mmで中間部が1.8mmですので、中間部は21g軽くなりますので、21×0.50=10gの慣性力が減らせられます。
ですので、リアホイールのスポーク部分の軽量化による慣性力軽減効果と回転慣性力軽減効果は、合計21+10=31gになります。
アルミニップルで軽量化できる
ブラスニップルをアルミニップルに組み替えると軽量化できます。
ニップルは路面接地面に近いですので、少しの軽量化でも大きな割合で慣性力を減らせられます。
ブラスニップルは1個当たり1.07gに対してアルミニップルは0.38gです。
24個使用する場合、ブラスニップルは26gに対してアルミニップルは9gになる為、17g軽量化できます。
回転慣性力はタイヤ接地面の86%で計算すると、17×0.86=14gの回転慣性力が発生します。
ですので、リアホイールのニップル部分の軽量化による慣性力軽減効果と回転慣性力軽減効果は合計17+14=31gになります。
ただし、アルミニップルはネジが潰れやすい為、スポークのネジ山にグリスを塗って慎重に組み立てましょう。
リムハイトの空気抵抗軽減効果について
リムハイトを高くする事で、空気抵抗を軽減する事ができます。
書籍：ロードバイク 本音のホイール論
時速48kmで走行した時のライダーのワット数
24mm：24.8ワット
32mm：22.2ワット
45mm：18.2ワット
60mm：14.3ワット
瞬間速度であれば全力で漕いで48km/hは出せそうですが、ツール・ド・フランスに参戦しているプロ選手でもない限り、48km/hで走り続けられる脚力と心肺機能がホビーライダーにはありません。
そこで、仮想的に各速度での必要出力を計算します。
「ロードバイクの科学」によると、必要出力は空気抵抗の3乗に比例すると書かれています。
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その数式に値を調整する係数を織り込むと、「速度の3乗×係数=必要出力」の計算式ができます。
48km/hでの出力損失は分かっていますので、「24mm：24.8ワット」を計算式に当てはめて計算式を組み替えて計算すると、
必要出力 /速度の3乗 = 係数
24.8 / 48^3 = 0.000224
になりました。
後は同じ要領で「32mm」「45mm」「60mm」も計算しますと、
24mm：0.000224
32mm：0.000201
45mm：0.000165
60mm：0.000129
の係数になりました。
その係数を使って各速度域での必要出力を計算しますと、下記の一覧表の値になりました。
| 10km/h | 15km/h | 20km/h | 25km/h | 30km/h | 35km/h | 40km/h | 48km/h | |
| 24mm | 0.2w | 0.8w | 1.8w | 3.5w | 6.1w | 9.6w | 14.4w | 24.8w |
| 32mm | 0.2w | 0.7w | 1.6w | 3.1w | 5.4w | 8.6w | 12.8w | 22.2w |
| 45mm | 0.2w | 0.6w | 1.3w | 2.6w | 4.4w | 7.1w | 10.5w | 18.2w |
| 60mm | 0.1w | 0.4w | 1.0w | 2.0w | 3.5w | 5.5w | 8.3w | 14.3w |
ヒルクライムの速度域15km/hの場合、リムハイトが変わってもほとんど差がありません。
ですが、平坦路を走る場合、24mmと32mmハイトのリムで35km/h走行しますと、1ワット分の空気抵抗を軽減できます。
40km/hで走行した場合は、1.6ワットの空気抵抗軽減効果があります。
走っていて、もっとハイトリムの効果があると感じますが、実際にはリムの回転慣性力の影響でよく進むように錯覚しているだけです。
スポークの間引きについて
32本のスポークを16本にして大丈夫なのかと思わるでしょう。
確かにリムを変えずにスポーク本数だけを減らすとリムが耐え切れずに変形してしまいますが、高強度のリムに組み替えるのでしたらリム強度の問題はなくなります。
後は、スポークの強度のみになりますが、世の中には16本のスポークで組まれたホイールが市販されています。
ですので、リム強度とスポーク強度が十分にあるパーツを使う事により、スポーク本数を減らしても問題ありません。
ただし、スポーク本数が32本の半分になりますので、スポークに加わるテンションが2倍になります。
平坦では1ケイデンスで進む距離が長い為、スポークにテンションがあまり加わりませんので影響は小さいです。
ですが、上りでは低いギヤ比にしないとペダルが重くて漕げませんので、1ケイデンスで進む距離が短くなります。
1ケイデンスで進む距離が短くなりますと、進む距離が短くなる分だけスポークに加わるテンションが増えます。
「ロードバイクの科学」によると、15%を超える上りで影響が大きくなると書かれていますが、そもそも15%を超える勾配の道はほとんどありませんので、特に気にする必要はありません。
また、「ロードバイクの科学」の著者が実走テストをしており、問題なさそうと書かれていますので、耐久性も大丈夫だと思われます。
メンテナンスのついでに、スポークテンションの確認はしておいた方がいいでしょう。
ホイール組
振れ取り台がなくてもホイール組は可能
ホイール組に必要な工具は、「振れ取り台」「ホイールセンターゲージ」「スポークテンションメーター」「エアロスポークキー又はスポークプライヤーのどちらか」「スポークレンチ」です。
本来、振れ取り台が必要ですが、自転車を逆さにして振れ取り台として使えない事もありません。
作業性は振れ取り台より悪いですが、自転車を振れ取り台にしてホイール組をする事で振れ取り台購入費用を抑えられます。
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スポーク長の選定
今のホイールのスポーク長を基にリムハイトが高くなる分だけスポークを短くする事で、同じ組み方でホイール組する場合のみ簡単にスポーク長を求める事ができます。
計算で求めたスポーク長でホイール組した場合、スポークが長すぎてテンションを上げられない事がありますので、スポーク長を計算結果より1～2mm程度短くする事をお勧めします。
ちなみに、自力でスポーク長を計算する場合、三角関数を用いて計算する事でスポーク長を求める事ができます。
スポークは、1mm刻みでタキザワサイクルのネット通販で販売されています。
ニップルも買いましょう。
リムも必要ですので、併せて購入しましょう。
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計算フォームを用意しました。
数値を入力すると必要なスポーク長が自動計算されます。
自己責任でご利用ください。
スポークのネジ山にグリスを塗る
ブラスニップルはネジ山が潰れにくい方ですが、アルミニップルはネジ山が潰れやすいです。
そこで、スポークのネジ山にシマノプレミアムグリス（旧名：デュラエースグリス）を塗る事で、ニップルをねじ込む事で発生する摩擦力を軽減する事ができますので、ニップルのネジ山が潰れにくくなります。
ネジ山にグリスを塗ると走行中にニップルが緩むのではないかと思われますが、僕が実際にネジ山にグリスを塗ってから組み立てたホイールで走った所、問題がない事を確認しています。
なお、ホイール組完了後、はみ出たグリスはふき取っておきましょう。
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ホイールの組み立て
ホイール組は少しずつ全体的にスポークテンションを張って組み立てましょう。
いきなりスポークテンションを張ってホイール組をすると、リムの振れが大きくなり調整が大変になります。
組み立て前にスポークのネジ山側の根本付近に油性ペンで目印を付けておくと、スポークのねじれが目視できます。
ハブの穴にスポークを差し込んで仮組して、ある程度ニップルをスポークにねじ込んだら、スポークレンチで少しテンションを張った後、縦振れ → 横振れ → センター出し → スポークテンション均一化 の順番でニップルを締めたり緩めたりして、少しずつホイールを組み立てていきます。
縦振れは、ニップルを締めてスポークテンションを上げていくとハブが締め込んだニップル側に寄り、ニップルを緩めるとハブが離れていきますので、ニップルを締めたり緩めたりして調整できます。
横振れは、フリー側のニップルを締めていくとリムがフリー側に寄り、緩めるとフリー側から離れていきます。
反フリー側も同様で、反フリー側のスポークを締めていくとリムが反フリー側に寄り、緩めると反フリー側から離れていきます。
ある程度スポークテンションが張れてくると、ニップルを回した時にスポークも一緒にねじれていきます。
スポークがねじれた時は、スポークの根本付近をプライヤーで掴んでねじれを取りましょう。
プライヤーをそのまま使うとスポークに傷が入りますので、ダイソーなどの100円均一で安いプライヤーを買って、ヤスリでニップルが掴みやすく傷が入りにくい様に削って自作工具を作るといいでしょう。
加工が可能でしたら、ワイヤープライヤーを改造すると良いです。
僕はワイヤープライヤーを改造して、スポークプライヤーにしました。
スポークテンションの確認方法は、テンションメーターを使うと手っ取り早いですが、スポークを指で弾く事でもスポークテンションはだいたい分かります。
スポークを指で弾いて確認する場合、どこのスポークでも同じ音になるか聴き比べると良いです。
最終的にフリー側のスポークテンションは、指でスポークを弾いた時に「カン」と高く短い音がすれば良いです。
ちなみに、反フリー側のスポークテンションは、フリー側のスポークテンションの半分になります。
無理に反フリー側のスポークテンションを張ろうとしても、リムが反フリー側に寄せられますので、ホイールのセンターが出ません。
不要なスポーク穴はテープで塞ぐ
32本用のリムで16本のスポークで組み立てると、16個の穴が余ります。
そのままにしておくと、穴から水やゴミが入りますので、穴を薄いアルミテープで塞いでおきましょう。
テープを貼る時は、パーツクリーナーでテープを貼る部分の油分をふき取ってから張り付けると剝がれにくくなります。
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振れ取りができなかった場合
何度調整しても自力で振れ取りができなかった場合は、ショップに持ち込んでホイールを調整してもらいましょう。
もちろん工賃が発生しますが、振れ取りされていないホイールで走るよりも結果的に満足するはずです。
まとめ
ルック車のホイールに使われているリムは強度が弱い為、スポーク本数を多くする事で必要強度を確保している。
ホイールの慣性力は重量以上に発生せず、外周部に近づく程重量に近い回転慣性力が発生する。
バテッドスポークやアルミニップルを用いる事で、ホイールをさらに軽量化できる。
ホビーライダーの脚力では、ディープリムの空気抵抗軽減効果は得られにくい。
リムの強度が十分にある場合、スポークを間引きしても問題ない。
作業性が悪くなるが振れ取り台がなくても、ホイールが組めない事もない。
組み替え前のホイールのスポーク長を参考にすると、簡単にスポーク長を選定できる。
ネジ山が潰れやすいアルミニップルも、スポークのネジ山にグリスを塗っておく事でネジ山が潰れにくくなる。
ホイールの組み立ては、縦振れ → 横振れ → センター出し → スポークテンション均一化 の順番で何度も繰り返し、少しずつスポークテンションを上げていく。
スポークを間引きしてリムに残った穴は、アルミテープで塞ぐ。
振れ取りできずお手上げになったら、ショップに直してもらう。
ホイールのリムを組み替えて、走れるルック車にアップグレードしましょう。
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