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自転車のホイールをディープリムにすると何故空気抵抗が減るのかの理由

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自転車ホイールをディープリムにすると何故空気抵抗が減るのか

街を自転車で走っていると時々ホイールのリム部分が長い変わったホイールを見かけます。

いわゆるディープリムと呼ばれるホイールで、別名エアロホイールとも呼ばれたりもします。

その名の通り、通常のホイールと比べると空気抵抗が低くなるホイールで、高速走行の際に有利になると言われています。

ディープリムホイールについて調べると、その特徴について詳し書いてくれているサイトやブログが見つかるのでそれらの記事を読めばディープリムについての基本的なことを知ることができます。

一応ここでも軽くディープリムホイールの特徴について触れてみると、ディープリムホイールのメリットは空気抵抗が少なくなることの他に、ホイールの外側が重いので慣性モーメントの効果で一度速度が出てしまえばスピードが落ちづらいとか、ホイールの剛性が高くなるとか、逆にデメリットは、重量が重くなるのでヒルクライムやストップアンドゴーの多い街中では不利になることや、横からの風に弱いなどの特徴が有ります。

そんな調子で、なんとなくディープリムホイールの特徴について理解は出来るのですが、どうしてディープリムホイールにすると空気抵抗が減るのか?というところがいまいちイメージが出来なかったので、もう少し理解を深めるためにディープリムホイールにすると空気抵抗が減る理由について調べてみました。

ホイールの空気抵抗とスポーク

ホイールの空気抵抗とスポー

ホイールの空気抵抗は意外と大きい

クロスバイクやロードバイクなどの自転車で速度を出そうとする際にもっとも大きな敵となっているのが空気抵抗で、この空気抵抗を如何に減らすのかが速度アップの大きなポイントになります。

言わずもがなで自転車に乗っている本人が一番空気抵抗が大きな存在なわけですが、実はホイールも意外と空気抵抗が大きいのです。

ホイールの空気抵抗が大きい元凶はスポーク

ホイールの空気抵抗が大きくなる原因は諸々有るようですが、特に影響が大きいとされているのがスポークです。

スポークはとても細いものなので、そんなに空気抵抗が無いように思うのですが、ヒントはスポークの本数と形状の有るようです。

スポークの本数で変わる空気抵抗

スポークの一本一本は細いのでそれ単体の空気抵抗はそれほど大きいものでは無いと思われますが、細い棒でもビュンビュンと振り回せば空気を切り裂いている抵抗を感じることが出来ると思います。

スポークの本数で変わる空気抵抗

ご存知の通り、スポークはホイールの回転部分に有るため、ホイールが回転する度ににビュンビュンとスポークを振り回しているような状態ですから確かに空気抵抗はありそうです。

特にホイールの上半分は進行方向に回転していますから、ただ回転するだけの空気抵抗だけではなく、逆風状態なのでなおさら空気抵抗が大きくなりますし、速度が上がれば上がるほど抵抗は大きくなります。

しかし1本ならそれでも問題は小さいのですが、本数が多くなると話は変わってきます。

スポークの本数と空気抵抗

上記の図のようにスポークの本数が増えれば空気を受ける面積も本数に比例して大きくなるので、スポークの本数が増えると空気抵抗も大きくなる、というわけです。

なので空気抵抗を少しでも小さくしようと思うと、スポークの本数を減らせば良いということになりますが、スポークの本数が減るとその分、スポーク一本一本への負荷が大きくなり体重や衝撃に耐えられなくて折れてしまうなどの問題が出るため、極端に少なくすることが出来ません。

少ない本数でも耐えられるような強度の高いスポークにした場合は、スポークを受けるリム側にも強度が求められ、リムの強度を上げると重量が増すなどの問題が出てくるため、単純にスポークの本数を減らせば良いという訳では無いようです。

スポークの形で変わる空気抵抗

スポークの形で変わる空気抵抗

スポークの数を減らすにも限界があるので、そこからさらに空気抵抗を減らすための手段として、スポークの形状に工夫がされたりしています。

一般的なホイールに採用されているのは棒状のスポークで、この場合、スポークの直径が抵抗面になるため、それを小さくするために、平らな形状にしたブレードスポーク(通称きしめんスポーク)や楕円形状の楕円スポークなどの空力を考慮されたエアロスポークが高級なホイールなどでは採用されています。

エアロスポークを使用すると、抵抗面が小さくなるだけでなく、空気を切り裂いた後に出来る空気の巻き込みによる抵抗も小さくなるようです。

ディープリムホイールだと空気抵抗が減る理由

ディープリムホイールだと空気抵抗が減る理由

さて、本題です。
何故ディープリムホイールにすると空気抵抗が減るのでしょう?

実はホイールの空気抵抗が減る要素として、スポークの本数と形状の他に、スポークの長さも影響しているのです。

ディープリムホイールのスポークの長さ

普通のホイールとディープリムホイールのスポークの長さを比較するとディープリムホイールの方のスポークの長さが短くなります。

スポークが短くなるということは、それだけ抵抗面の面積も小さくなりますから、空気抵抗を減らせるということになります。

さらに、周速度が速くて空気抵抗も大きくなるホイールの外側の部分がディープリムによってカットされるので、空気抵抗軽減の効果はさらに大きくなるというわけです。

なのでディープリムホイールは普通のホイールと比べると空気抵抗が小さくなるのです。

まとめ

空気抵抗は色々な条件などにも影響されるでしょうし、上記の例のように単純では無いでしょうが、理屈としては上記のような理由でディープリムホイールは空気抵抗が少なくなるようです。

冒頭にも書きましたが、ディープリムホイールは横から煽るような風が吹いているような条件の場合、逆に走行性能が落ちるでしょうし、ディープリムによってホイールの外側の重量が重くなってしまうので、ストップアンドゴーの多い街中での走行では不向きだったりするので、用途を選ぶホイールでもあります。

しかし、ディープリムホイールを装備したロードバイクは見た目のインパクトも強烈でカッコ良いので、性能面よりもファッション面からディープリムホイールにしている人も多いようです。

ちなみに高性能なディープリムホイールはENVE(エンヴィ)が有名ですね。
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もっと手軽にディープリムホイールを楽しみたい!というのであれば、中華カーボンホイールであるICAN(アイカン)IMUST(アイマシト)などが前後セットで50,000円クラスの超破格値で販売されていたりします。

性能は価格相応なのでしょうが、見た目だけでもディープリムホイールにしたい場合は良いかもしれませんね。ちなみにカーボンディープリムホイールは通常のブレーキシューが使えないので、カーボンホイール専用のブレーキシューを使用することになるので、そのあたりのコストも頭に入れておくと良いと思います。

通常のブレーキシューよりもかなり割高で、有名なSWISSSTOP(スイスストップ)などになるとブレーキシューだけで5,000円コースです。

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