導入
サイクリングにおいて最も議論の多いトピックの一つは、スチールベアリングとセラミックベアリングのどちらが優れているかということです。マーケティングでは、セラミックベアリングは抵抗が少なく長持ちするとよく宣伝されています。問題は、これが真実かどうかです。この記事では、セラミックベアリングとスチールベアリングの違いを詳しく説明し、それぞれの違いを比較します。
ちなみに、ここではカートリッジベアリングについてお話します。カートリッジベアリングはハブの標準装備です。メンテナンスの手間が少なく、交換が簡単で、軽量かつコンパクトで、通常は密閉性も優れています。ただし、カートリッジベアリングの中には摩耗が早いものもあり、それについてはこの記事で詳しく説明します。
Particle では、S&S スチールおよびセラミック ベアリングのみを使用しています。
内部構造
自転車用ベアリングはセラミック製とよく呼ばれますが、実際にはハイブリッドセラミック製、つまりボールのみがセラミック製です。セラミックベアリングとは対照的に、スチールベアリングには硬化鋼製のボールと鋼製の内輪と外輪が含まれています。
ボールベアリングはセラミック製で、内輪と外輪は鋼製です。セラミックベアリングのクリアランスは通常C3です。鋼製ベアリングのクリアランスは一般的にCNです。ベアリングクリアランスは、内輪、外輪、そしてボール間の隙間を定義する測定値です。このクリアランスは、ベアリングが必然的に加熱・膨張する際に固着を防ぐため、重要です。
両タイプのベアリングで使用されるケージも異なります。ケージは、ベアリング内でボールを適切な間隔に保ちます。高品質のスチールベアリングでは、ケージはプレス加工された金属片で作られ、ボールの間にリベット留めされています。これはベアリングを製造するにはコストのかかる方法ですが、摩擦を低減し、剛性を向上させます。ほぼすべてのハイブリッドセラミックベアリングでは、ケージは通常、複合材またはゴム製のケージで作られています。これはスナップインで固定され、ボールの間隔を維持します。高負荷がかかると、このタイプのケージは変形したり、外れたりしやすく、顕著な摩擦を引き起こします。
当社の S&S スチール ベアリングには高品質のスチール レースが使用されています。
外部工事
ベアリングには、非接触シール、接触シール、または両側に1つずつシールが付いています。接触シールは、内輪と外輪の両方に接触することでシール性を維持します。これにより摩擦損失が発生します。走行時にはそれほど目立ちませんが、違いはあります。非接触シールは抵抗が少ないですが、水や汚れが付着しやすくなります。
当社のベアリングは、外向きの接触シールと内向きの非接触シールを組み合わせて使用しています。これにより、非接触ベアリングと接触ベアリングの両方の利点を併せ持ち、高性能と長寿命を実現しています。
ベアリング摩擦
ベアリングの転がり抵抗について理解すべき最も重要な点の一つは、ボール自体が果たす役割はごくわずかであるということです。実際には、ベアリングシールが摩擦損失の最も大きな要因であり、約60%を占めています。グリースは約30%です。最後に、ケージ摩擦、ボールの変形、そして軌道面の変形が残りの10%を占めます。これらの数値は概算値であり、ベアリング自体によって若干のばらつきがあります。ボールの変形は全体の摩擦損失の約3%を占めますが、実際にはセラミックベアリングとスチールベアリングの差は約3%の10%であり、他の条件が同じであれば約0.3%の摩擦損失削減となります。
ただし、注意すべき点があります。セラミック ベアリングには、ほぼすべての場合にスナップイン ケージが付いており、一般にプレス金属ケージよりも摩擦が大きくなり、効率が低下します。
性能に関しては、スチールベアリングとセラミックベアリングの全体的な転がり抵抗はほぼ同じですが、他のすべての条件が同じであれば、セラミックベアリングの方がわずかに優れています。
ベアリングの寿命と摩擦の経時変化
ベアリングにおいて最も見落とされがちな点の一つは、摩耗の早さです。セラミックボールはスチールレースよりもはるかに硬いものの、柔らかいスチールレースに非常に簡単に摩耗してしまいます。その結果、時間の経過とともに転がり抵抗が徐々に増加します。
実のところ、ハイブリッドセラミックベアリングの中には転がり抵抗に優れたものとそうでないものがあります。これは、ボール自体ではなく、主にシール、グリース、そしてある程度はケージの摩擦によるものです。非接触型スチールベアリングと一部のセラミックベアリングは、初期状態では転がり抵抗の点でトップクラスですが、時間が経つにつれて、セラミックベアリングは高品質のスチールベアリングに追い抜かれてしまいます。
ベアリング寿命の延長
Particleでは、ベアリングの選定だけでなく、ベアリングを汚染から守ることにも重点を置いています。ベアリングを環境から保護することは、寿命を大幅に延ばす上で非常に重要です。
ハブサプライヤーの選定には細心の注意を払っています。AR1ハブシェルとアクスルは、それぞれ0.005mmと0.003mmの公差で機械加工されており、市販されているラチェットハブの中でも最高精度を誇ります。これにより、ベアリングへの負荷が軽減され、転がり抵抗が低減し、寿命も向上します。ハブにはラビリンスシーリングと二重構造の防塵バリアを採用し、異物の侵入リスクを大幅に低減し、ベアリングとラチェットを環境から保護します。
ホイールスピンテストはなぜ滑らかさを評価する方法として適切ではないのでしょうか?
ハブの滑らかさは、ホイールを手で回したり自転車に乗せて回したりして判断するのが一般的ですが、これは走行中にホイールがどれだけスムーズに回転するかを反映しません。
まず、ハブは体からのラジアル荷重とアキシアル荷重、およびコーナリングフォースを受け、ベアリングの性能と摩擦に影響を及ぼします。
第二に、実際に見ているのはホイールの運動量であり、ベアリング抵抗ではありません。重いリムやタイヤは、ハブの摩擦が大きくても長く回転します。一方、軽いホイールは、ハブが滑らかであってもすぐに止まってしまう可能性があります。
3 番目に、グリースが少ない、またはグリースの粘性が十分でないハブは、回転は良好ですが、実際のストレス下ではすぐに摩耗します。
動力計のような適切なテスト機器がない場合、異なる車輪でわずかに下り坂を惰性で走行させることで実際のテストを行うことができますが、環境が制御されていないため、このようなテストはある程度懐疑的に行う必要があります。
どれを選ぶべきでしょうか？
スチールベアリングでもセラミックベアリングでも、どちらを選んでも間違いはありません。長寿命と長期的な低転がり抵抗を求める方にはスチールベアリングをお勧めします。少しの優位性を求め、ベアリングの交換頻度に問題がない方には、セラミックベアリングが最適です。当社が使用するS&Sベアリングは高品質で、AR1ハブと組み合わせれば、パフォーマンス、汚れ、転がり抵抗を心配する必要はありません。