セラミックベアリング vs スチールベアリング
サイクリング界で最も議論されているトピックの1つに、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問題があります。マーケティングでは、セラミックベアリングが抵抗を減らし、長持ちすると主張されることがよくあります。この主張は本当なのでしょうか？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について、その比較も含めて詳しく説明します。
余談ですが、ここではハブで一般的なカートリッジベアリングについて説明します。これは、メンテナンスが少なく、交換が容易で、軽量かつコンパクトであり、通常はより優れたシーリングを備えているためです。ただし、一部のカートリッジベアリングは摩耗が速い場合があり、これについてはこの記事で説明します。
Particleでは、ハブに応じてS&Sスチールベアリングとセラミックベアリング、およびTPIセラミックベアリングを使用しています。
内部構造
サイクリング用途で使われるベアリングは「セラミック」と呼ばれていますが、実際にはハイブリッドセラミックであり、ボールだけがセラミックでできています。セラミックベアリングとは異なり、スチールベアリングは硬化スチールボールとスチール製のインナーレースおよびアウターレースで構成されています。
ボールベアリングはセラミック製で、インナーレースとアウターレースはスチール製です。セラミックベアリングは通常C3クリアランスを持っています。一方、スチールベアリングで使われるクリアランスは通常CNです。ベアリングクリアランスとは、インナーレース、アウターレース、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、ベアリングが加熱して膨張した際に固着するのを防ぐために重要です。
両方のタイプのベアリングで使用される保持器も異なります。保持器は、ベアリング内でボールを適切に間隔を置いて配置します。高品質のスチールベアリングでは、保持器はプレスされた金属片で作られ、ボール間にリベットで固定されています。これはベアリングを製造するための費用のかかる方法ですが、摩擦を減らし、剛性を向上させます。実質的にすべてのハイブリッドセラミックベアリングでは、保持器は通常、複合材またはゴム製です。これはスナップイン式で、ボール間隔を保持します。高負荷がかかると、このタイプの保持器は変形したり、飛び出したりして、目立つ摩擦を引き起こす可能性が高くなります。
当社のS&Sスチールベアリングは高品質のスチールレースを使用しています。
外部構造
ベアリングには、非接触シール、接触シール、またはそれぞれの側に1つずつが使用されます。接触シールは、インナーレースとアウターレースの両方に接触して密閉を維持します。これにより摩擦損失が発生します。走行中はあまり気づきませんが、違いはあります。非接触シールは抵抗が少ないですが、水や汚れによる汚染を受けやすくなります。
当社のベアリングは、外側が接触シール、内側が非接触シールの組み合わせを使用しています。これにより、当社のベアリングは非接触ベアリングと接触ベアリングの両方の利点を持ち、高性能と長寿命の両方を実現しています。
ベアリングの摩擦
ベアリングの転がり抵抗について理解しておくべき最も重要なことの1つは、ボール自体が果たす役割は非常に小さいということです。実際には、ベアリングシールが摩擦損失の大部分（約60%）を引き起こし、グリースが約30%を占めます。残りの10%は、保持器の摩擦、ボールの変形、およびレースウェイの変形によるものです。これらの数値はおおよそのものであり、ベアリング自体によって若干の違いがあります。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、この3%の約10%であり、他の条件がすべて同じであれば、約0.3%の節約になります。
ただし、ほとんどすべてのセラミックベアリングはスナップイン式保持器を使用しており、これは一般的にプレス加工された金属保持器よりも摩擦を多く発生させ、効率を低下させるという注意点があります。
性能に関して言えば、スチールベアリングとセラミックベアリングは全体的な転がり抵抗が似ていますが、他の条件がすべて同じであれば、セラミックベアリングがわずかに優れています。
ベアリングの寿命と経時的な摩擦の変化
ベアリングで最も見落とされがちな点の1つは、摩耗の速さです。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ですが、柔らかいスチールレースに食い込みやすく、摩耗が進みやすい傾向があります。これにより、時間の経過とともに転がり抵抗が徐々に増加します。当社のSR1ハブで使用されているTPIセラミックベアリングは、シーリングと公差が向上しており、他のほとんどのセラミックベアリングと比較して寿命が延びています。
実のところ、一部のハイブリッドセラミックベアリングは優れた転がり抵抗を示しますが、そうでないものもあります。これは主にシール、グリース、そしてわずかながら保持器の摩擦に起因し、ボール自体によるものではありません。新品の状態では、高品質のスチールベアリングとセラミックベアリングが転がり抵抗でトップを占めますが、ある程度の時間が経過すると、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越されます。
ベアリングの寿命を延ばす
Particleでは、ベアリングの選択だけでなく、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。ベアリングを外部の要素から保護することは非常に重要であり、寿命を大幅に延ばします。
私たちはハブのサプライヤーを慎重に選定しました。当社のAR1およびSR1ハブシェルとアクスルは、それぞれ0.005mmおよび0.003mmの公差で機械加工されており、入手可能な最も精密なラチェットハブの1つです。これにより、ベアリングへのストレスが軽減され、転がり抵抗が低下し、寿命が向上します。ハブはラビリンスシールと二層の汚染防止バリアを使用しており、侵入の可能性を大幅に減らし、ベアリングとラチェットを外部の要素から保護します。
ホイールのスピンテストがスムーズさを評価するのに適さない理由とは？
ハブのスムーズさを評価するために、手に持ってホイールを回したり、自転車に乗せた状態で回したりすることが一般的ですが、これは実際に走行したときのホイールのスムーズさを反映していません。
第一に、ハブは体重やコーナリングフォースによるラジアル方向およびアキシャル方向の荷重を受け、それがベアリングの性能と摩擦に影響を与えます。
第二に、実際に見ているのはベアリングの抵抗ではなく、ホイールの慣性です。重いリムやタイヤは、ハブの摩擦が高くても長く回転し続けることがあります。一方、軽いホイールは、ハブがスムーズであってもすぐに止まってしまうことがあります。
第三に、グリースが少ない、または粘度が十分でないハブは、よく回転するかもしれませんが、実際の使用環境下でのストレスには弱く、すぐに摩耗してしまう可能性があります。
ダイナモメーターのような適切な試験装置がない場合、実際のテストとしては、緩やかな下り坂で異なるホイールを惰性で走行させる方法が考えられますが、環境が制御されていないため、そのようなテストにはある程度の懐疑的な見方をする必要があります。
どちらを選ぶべきか？
正直なところ、スチールベアリングでもセラミックベアリング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。わずかなアドバンテージを求め、頻繁なベアリング交換を厭わない方にはセラミックベアリングが適しています。当社が使用するS&Sベアリングは高品質であり、AR1ハブと組み合わせることで、性能、汚染、転がり抵抗について心配する必要はありません。SR1ハブに使用されているTPIセラミックベアリングは、改良されたシールとより厳密な公差により、ほとんどのセラミックベアリングよりも優れた長寿命性を提供します。